KR102403507B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판 내면에 각각 배치되는 제1 및 제2배향막과, 상기 제1 및 제2배향막 사이에 배치되고, 액정분자 및 자외선 흡수제를 포함하는 액정층과, 상기 제1 및 제2기판 사이의 가장자리에 배치되는 씰패턴을 포함하는 액정표시장치를 제공하는데, 액정분자에 자외선 흡수제를 첨가하여 액정층을 형성함으로써, 자외선에 의한 액정층과 제1 및 제2배향막의 열화를 방지하여 잔상 및 신뢰성이 개선된다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법 {Liquid Crystal Display Device And Method Of Fabricating The Same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잔상 및 신뢰성이 개선되고 화상 불량이 방지되는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD), 플라즈마 표시장치(plasma display panel: PDP), 전계방출 표시장치(field emission display device: FED), 유기발광다이오드 표시장치(organic light emitting diode display device: OELD) 등과 같은 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이 중에서, 액정표시장치는 액정층의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 구동되는데, 액정분자는 구조가 가늘고 길기 때문에 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정층에 전기장을 인가하여 액정분자의 배열방향을 제어할 수 있다. 따라서, 액정층에 임의의 전기장을 인가하면, 액정분자의 배열방향이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 액정분자의 배열방향으로 빛이 굴절하여 영상정보를 표시할 수 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 서로 마주하는 2개의 기판과, 2개의 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는데, 2개의 기판 내면에는 각각 전기장 형성을 위한 화소전극 및 공통전극이 형성된다.
이러한 액정표시장치에서는, 2개의 기판을 합착하고 액정층의 누설을 방지하기 위하여 2개의 기판 가장자리에 씰패턴(seal pattern)을 형성하는데, 씰패턴은 자외선에 의하여 경화될 수 있다.
이러한 씰패턴의 경화공정을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 씰패턴 경화공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 액정표시장치(10)는, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(20, 30)과, 제1 및 제2기판(20, 30) 사이의 액정층(40)을 포함한다.
제1 및 제2기판(20, 30) 내면에는 각각 제1 및 제2배향막(22, 32)이 형성되고, 제1 및 제2기판(20, 30) 사이의 가장자리에는 씰패턴(50)이 형성된다.
액정층(40)은 다수의 액정분자(42)를 포함하고, 제1 및 제2배향막(22, 32)은 다수의 액정분자(42)의 초기배열상태를 결정한다.
씰패턴(50)은 자외선에 의하여 경화될 수 있는데, 씰패턴(50)의 경화공정에서 자외선이 액정층(40)에 조사될 경우, 액정층(40)과 제1 및 제2배향막(22, 32)이 열화되어 액정표시장치(10)의 잔상을 야기하거나 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
예를 들어, 액정층(40)의 액정분자(42)는 다양한 종류의 작용기(functional group)을 포함하는데, 이러한 다양한 종류의 작용기 중 상대적으로 반응성이 큰 작용기가 자외선에 의하여 변성하여 제1 또는 제2배향막(22, 32)과 부수적 반응을 일으킬 수 있으며, 그 결과 액정표시장치(10)에 잔상이 발생하거나 신뢰성이 저하될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 씰마스크(62)를 이용하여 씰패턴(50)에만 선택적으로 자외선을 조사한다.
즉, 제1 및 제2기판(20, 30) 중 어느 하나에 씰패턴(50) 및 액정층(40)을 형성하고, 씰패턴(50)을 이용하여 제1 및 제2기판(20, 30)을 합착한 후, 합착된 제1 및 제2기판(20, 30) 상부에 차단부(BA) 및 투과부(TA)를 갖는 씰마스크(62)를 배치하고, 광원(60)의 자외선을 씰마스크(62)를 통하여 합착된 제1 및 제2기판(20, 30)에 조사한다.
이때, 투과부(TA)는 씰패턴(50)에 대응되고, 차단부(BA)는 투과부(TA) 이외의 나머지 부분에 대응된다.
따라서, 광원(60)의 자외선은, 씰마스크(62)의 투과부(TA)를 통하여 씰패턴(50)에만 선택적으로 조사되고, 씰마스크(62)의 차단부(BA)에 의하여 차단되어 액정층(40)에는 조사되지 않으며, 그 결과 잔상 발생이나 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
그런데, 이러한 씰마스크(62)의 사용은 공정 및 관리비용 증가의 원인이 되고, 그 결과 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
그리고, 씰마스크(62)가 오정렬(misalignment) 될 경우, 씰패턴(50)이 미경화 되거나 액정층(40)이 열화되어 액정표시장치(10)의 표시품질이 저하되는 문제가 있으며, 미경화 된 씰패턴(50)이 액정층(40)과 반응하여 액정층(40) 둘레의 씰패턴(50)을 따라 얼룩과 같은 화상 불량이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 액정분자에 자외선 흡수제를 첨가하여 액정층을 형성함으로써, 자외선에 의한 액정층과 제1 및 제2배향막의 열화를 방지하여 잔상 및 신뢰성이 개선되고 화상 불량이 방지되는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 씰마스크 없이 제1 및 제2기판 전체에 자외선을 조사하여 씰패턴을 경화함으로써, 공정이 단순화 되고 제조비용이 절감되는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판 내면에 각각 배치되는 제1 및 제2배향막과, 상기 제1 및 제2배향막 사이에 배치되고, 액정분자 및 자외선 흡수제를 포함하는 액정층과, 상기 제1 및 제2기판 사이의 가장자리에 배치되는 씰패턴을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
그리고, 상기 자외선 흡수제는, 상기 액정층을 형성하기 위한 액정용액에 석출되지 않고 균일하게 용해될 수 있다.
또한, 상기 자외선 흡수제는, 벤조트리아졸 계열 및 벤조페논 계열 중 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 자외선 흡수제는, 상기 액정층을 형성하기 위한 액정용액 100중량부에 대하여 0중량부 초과 50중량부 이하의 비율로 혼합될 수 있다.
한편, 본 발명은, 제1 및 제2기판 상부에 각각 제1 및 제2배향막을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2기판 중 하나의 가장자리에 씰패턴을 형성하는 단계와, 액정분자와 자외선 흡수제를 포함하는 액정용액을 이용하여 상기 제1 및 제2기판 중 하나의 상기 씰패턴 내부에 액정층을 형성하는 단계와, 상기 씰패턴을 이용하여 상기 제1 및 제2기판을 합착하는 단계와, 합착된 상기 제1 및 제2기판에 자외선을 조사하여 상기 씰패턴을 경화하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
그리고, 상기 자외선은 합착된 상기 제1 및 제2기판 전면에 직접 조사될 수 있다.
또한, 상기 자외선 흡수제는, 상기 액정용액에 석출되지 않고 균일하게 용해될 수 있다.
그리고, 상기 자외선 흡수제는, 벤조트리아졸 계열 및 벤조페논 계열 중 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자외선 흡수제는, 상기 액정용액 100중량부에 대하여 0중량부 초과 50중량부 이하의 비율로 혼합될 수 있다.
본 발명은, 액정분자에 자외선 흡수제를 첨가하여 액정층을 형성함으로써, 자외선에 의한 액정층과 제1 및 제2배향막의 열화를 방지하여 잔상 및 신뢰성이 개선되고 화상 불량이 방지되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 씰마스크 없이 제1 및 제2기판 전체에 자외선을 조사하여 씰패턴을 경화함으로써, 공정이 단순화 되고 제조비용이 절감되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 씰패턴 경화공정을 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 씰패턴 경화공정을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 액정층에 첨가되는 벤조트리아졸 계열의 자외선 흡수제의 자외선 흡수 스펙트럼을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 특성과 종래의 액정표시장치의 특성을 비교 도시한 그래프.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 씰패턴 경화공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(110)는, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(120, 130)과, 제1 및 제2기판(120, 130) 사이의 액정층(140)을 포함한다.
도시하지는 않았지만, 제1 및 제2기판(120, 130)은 화소영역을 포함하고, 제1기판(120) 내면에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선이 형성되고, 제1기판(120) 내면의 각 화소영역에는 게이트배선 및 데이터배선에 연결되는 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극이 형성될 수 있다.
그리고, 제2기판(130) 내면에는 게이트배선, 데이터배선 및 박막트랜지스터에 대응되는 블랙매트릭스가 형성되고, 블랙매트릭스 하부의 각 화소영역에는 컬러필터층이 형성되고, 컬러필터층 하부에는 공통전극이 형성될 수 있다.
그리고, 제1기판(120)의 화소전극 상부에는 제1배향막(122)이 형성되고, 제2기판(130)의 공통전극 하부에는 제2배향막(132)이 형성되고, 제1 및 제2기판(120, 130) 사이의 가장자리에는 씰패턴(150)이 형성된다.
도시하지는 않았지만, 제1 및 제2기판(120, 130) 외면에는 각각 제1 및 제2편광판이 부착될 수 있다.
액정층(140)은 다수의 액정분자(142)와 다수의 자외선 흡수제(UV absorber)(144)를 포함하고, 제1 및 제2배향막(122, 132)은 다수의 액정분자(142)의 초기배열상태를 결정한다.
자외선 흡수제(144)는, 액정층(140)에 조사되는 자외선(UV)을 직접 흡수하여 액정분자(142)가 자외선과 반응하지 않도록 하는 역할을 하는데, 액정분자(142)를 포함하는 액정용액에 석출되지 않고 균일하게 용해될 수 있다면 어떠한 종류의 자외선 흡수제도 첨가될 수 있으며, 예를 들어 자외선 흡수제(144)는 아래의 화학반응식1에 따라 자외선을 흡수하여 열에너지 형태로 방출하는 벤조트리아졸 계열(benzotriazole group) 또는 벤조페논 계열(benzophenone group) 중 하나를 포함할 수 있다.
[화학반응식1]
Figure 112015114643234-pat00001
그리고, 자외선 흡수제(144)는 액정층(140)의 기본적 기능인 투과율 제어기능을 저하시키지 않는 한도에서 첨가될 수 있는데, 액정층(140) 형성에 사용되고 액정분자(142)와 자외선 흡수제(144)가 혼합된 액정용액 100중량부에 대하여 0중량부 초과 약 50중량부 이하의 비율로 혼합될 수 있으며, 바람직하게는 액정용액 100중량부에 대하여 약 0.1중량부 초과 약 50중량부 이하의 비율로 혼합될 수 있다.
이러한 자외선 흡수제(144)는 다양한 파장대의 자외선을 흡수할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 액정층에 첨가되는 벤조트리아졸 계열의 자외선 흡수제의 자외선 흡수 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 벤조트리아졸 계열의 자외선 흡수제는 약 270nm 내지 약 400nm의 자외선을 흡수할 수 있으며, 특히 약 300nm 내지 약 370nm의 자외선은 40% 이상 흡수할 수 있다.
이와 같이, 액정분자(142)에 자외선 흡수제(144)를 첨가하여 액정층(140)을 형성함으로써, 씰마스크를 사용하지 않고 합착된 제1 및 제2기판(120, 130) 전면에 직접 자외선을 조사하여 씰패턴(150)을 경화시킬 수 있다.
즉, 제1기판(120) 상부에 게이트배선, 데이터배선, 박막트랜지스터, 화소전극 및 제1배향막(122)을 완성하고, 제2기판(130) 상부에 블랙매트릭스, 컬러필터층, 공통전극 및 제2배향막(132)을 완성한 후, 완성된 제1 및 제2기판(120, 130) 중 어느 하나의 가장자리에 사각링 형태의 씰패턴(150)을 형성하고, 씰패턴(150) 내부에 적하방식(dispensing method)으로 액정층(140)을 형성하고, 씰패턴(150)을 이용하여 제1 및 제2기판(120, 130)을 합착한 후, 광원(160)의 자외선을 씰마스크를 통하지 않고 합착된 제1 및 제2기판(120, 130) 전면에 직접 조사한다.
그 결과, 광원(160)의 자외선은 액정층(140) 및 씰패턴(150)에 조사되는데, 액정층(140)의 자외선 흡수제(144)가 자외선을 흡수하므로, 자외선에 대한 액정분자(142)의 반응이 최소화 되어 액정분자(142)의 작용기의 변성 및 이에 따른 제1 또는 제2배향막(122, 132)과의 부수적 반응이 방지되고, 액정표시장치(110)의 잔상 및 신뢰성이 개선된다.
한편, 종래와는 달리 씰마스크를 사용하지 않으므로, 광원으로부터 방출되는 자외선의 세기, 노광량 또는 노광시간을 줄이더라도 씰패턴(150)의 경화율을 높일 수 있으며, 그 결과 공정이 단순화 되고 실패턴(150)의 미경화에 따른 액정표시장치(110)의 표시품질 저하와 미경화 된 씰패턴(150)과 액정층(140)의 반응에 의한 얼룩과 같은 화상 불량을 방지할 수 있다.
자외선 흡수제(144)가 첨가된 액정층(140)을 포함하는 액정표시장치(110)의 특성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 특성과 종래의 액정표시장치의 특성을 비교 도시한 그래프이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 액정층이 자외선 흡수제를 포함하지 않고 씰마스크를 통하여 자외선을 조사하여 씰패턴이 경화되는 종래의 액정표장치인 비교예1에서는 제조 직후 및 24시간 동작 후(0hr, 24hr)의 전압유지비(voltage holding ratio: VHR)가 각각 약 85% 및 약 78%이고, 액정층이 자외선 흡수제를 포함하지 않고 씰마스크를 사용하지 않고 자외선을 조사하여 씰패턴이 경화되는 종래의 액정표시장치인 비교예2에서는 제조 직후 및 24시간 동작 후(0hr, 24hr)의 전압유지비가 각각 약 73% 및 약 64%인 반면, 액정층(140)이 자외선 흡수제(144)를 포함하고 씰마스크를 사용하지 않고 자외선을 조사하여 씰패턴(150)이 경화되는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(110)인 실시예에서는 제조 직후 및 24시간 동작 후(0hr, 24hr)의 전압유지비가 각각 약 84% 및 약 77%이다.
즉, 비교예1에서는 씰마스크를 사용하여 자외선에 의한 액정층과 제1 및 제2배향막의 열화를 방지하여 상대적으로 우수한 전압유지비를 갖지만, 씰마스크의 사용으로 인한 공정 복잡화 및 제조비용 증가의 단점이 있고, 오정렬에 의한 표시품질저하의 우려가 있다.
그리고, 비교예2에서는 씰마스크를 사용하지 않으므로, 자외선에 의한 액정층과 제1 및 제2배향막의 열화에 따라 전압유지비가 감소하고 잔상이 발생하여 신뢰성이 저하되는 단점이 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(110)에서는 씰마스크를 사용하지 않으므로, 공정이 단순화되고 제조비용이 절감되며 표시품질저하를 방지할 수 있으며, 동시에 액정층(140)에 첨가된 자외선 흡수제(144)가 자외선을 흡수하여 액정분자(142)가 자외선과 반응하지 않도록 함으로써, 상대적으로 우수한 전압유지비를 가지며 잔상 및 신뢰성을 개선하고 얼룩과 같은 화상 불량을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 자외선 흡수제(144)를 액정층(140)을 형성하기 위한 액정용액에 첨가하는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 자외선 흡수제(144)를 제1 및 제2배향막(122, 132)을 형성하기 위한 배향용액에 첨가할 수도 있으며, 이 경우 자외선 흡수제(144)는 제1 및 제2배향막(122, 132)으로부터 액정층(140)으로 확산될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 액정표시장치 120: 제1기판
130: 제2기판 140: 액정층
142: 액정분자 144: 자외선 흡수제
150: 씰패턴

Claims (10)

  1. 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과;
    상기 제1 및 제2기판 내면에 각각 배치되는 제1 및 제2배향막과;
    상기 제1 및 제2배향막 사이에 배치되고, 액정분자 및 자외선 흡수제를 포함하는 액정층과;
    상기 제1 및 제2기판 사이의 가장자리에 배치되는 씰패턴
    을 포함하고,
    상기 제1 및 제2배향막은 상기 자외선 흡수제를 포함하고,
    상기 자외선 흡수제는 상기 제1 및 제2배향막으로부터 상기 액정층으로 확산되는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는, 상기 액정층을 형성하기 위한 액정용액에 석출되지 않고 균일하게 용해되는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는, 벤조트리아졸 계열 및 벤조페논 계열 중 하나를 포함하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는, 상기 액정층을 형성하기 위한 액정용액 100중량부에 대하여 0중량부 초과 50중량부 이하의 비율로 혼합되는 액정표시장치.
  5. 자외선 흡수제를 포함하는 배향용액을 이용하여 제1 및 제2기판 상부에 각각 제1 및 제2배향막을 형성하는 단계와;
    상기 제1 및 제2기판 중 하나의 가장자리에 씰패턴을 형성하는 단계와;
    액정분자를 포함하는 액정용액을 이용하여 상기 제1 및 제2기판 중 하나의 상기 씰패턴 내부에 액정층을 형성하는 단계와;
    상기 씰패턴을 이용하여 상기 제1 및 제2기판을 합착하는 단계와;
    합착된 상기 제1 및 제2기판에 자외선을 조사하여 상기 씰패턴을 경화하는 단계
    를 포함하고,
    상기 자외선 흡수제는 상기 제1 및 제2배향막으로부터 상기 액정층으로 확산되는 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 자외선은 합착된 상기 제1 및 제2기판 전면에 직접 조사되는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는, 상기 액정용액에 석출되지 않고 균일하게 용해되는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는, 벤조트리아졸 계열 및 벤조페논 계열 중 하나를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는, 상기 액정용액 100중량부에 대하여 0중량부 초과 50중량부 이하의 비율로 혼합되는 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 자외선은 상기 제1 및 제2기판 전면을 통하여 상기 액정층 및 상기 씰패턴에 직접 조사되고,
    상기 자외선 흡수제는 상기 자외선을 직접 흡수하여 상기 액정분자가 상기 자외선과 반응하지 않도록 하는 액정표시장치의 제조방법.
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