KR19980017846A - 액정표시소자 패널 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통상의 레이저 전사법을 이용하여 균일한 두께를 갖는 격벽 구조의 투명한 스페이서를 일정한 간격으로 형성함으로써 광 차단 및 투과 특성을 개선할 수 있다. 또한, 스페이서 물질에 첨가된 광 (또는 열) 경화제를 이용함으로써 별도의 실란트가 없이도 두 기판을 접착할 수 있을 뿐 아니라 스페이서 물질을 배향막에 고착시킬 수 있다. 따라서 종래의 실란트를 이용한 기판의 고온 압착시와는 달리 전극 손상이 일어나지 않으며 스페이서의 미고착으로 인한 배향막을 손상도 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 따르면, 액정표시소자 패널의 전반적인 성능을 현저하게 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 이용 범위도 다양하여 FLC (Ferroelectric Liquid Crystal), TN (Twisted Nematic), STN (Super-Twisted Nematic), TFT (Thin Film Transistor), 플라스틱 (Plastic) LCD 등에서 널리 사용될 수 있다.

Description

액정표시소자 패널 및 그 제조방법

본 발명은 액정표시소자 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전사 방법을 이용하여 액정층의 셀 갭을 일정하게 유지하기 위하여 균일한 두께를 갖는 격벽 구조의 투명한 스페이서를 일정한 간격으로 형성함으로써 광 투과 및 차단 특성을 개선한 액정표시소자 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 화상표시소자로는 음극선관 (CRT)과 평판소자인 액정표시소자 패널 (LCD), 플라즈마 표시소자 (PDP) 등이 있다.

상기 화상표시소자중 음극선관은 화질 및 밝기의 측면에서 다른 소자에 비해 월등히 우수한 성능을 갖고 있다. 그러나 부피가 크고 무겁기 때문에 대형 스크린을 필요로 하는 용도로는 적합하지 않다는 단점이 있다.

반면에 평판표시소자는 음극선관에 비해 부피와 무게가 매우 작다는 장점이 있어 그 용도가 점차로 확대되고 있는 추세이며, 차세대용 표시소자로서 그에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 액정은 취급이 용이하고 외부 전계인가 여부에 의해 결정의 배열이 변화되는 고유의 특성이 있기 때문에 액정을 이용하는 표시소자, 예를 들어 FLCD (Ferroelectric Liquid Crystal Device), TN (Twisted Nematic)-LCD, STN (Super-Twisted Nematic)-LCD, TFT (Thin Film Transistor)-LCD, 플라스틱 (Plastic) LCD 등에서 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래의 액정표시소자 패널의 구조를 나타내는 단면도로서, 먼저 두개의 투명 기판 (11, 11')에 ITO (Indium Tin Oxide) 전극 (12, 12')과 배향막 (13, 13')을 순차적으로 적층하여 제1 및 제2 기판 (10, 10')을 형성한 다음, 제1 및 제2 기판 (10, 10')의 배향막 (13, 13') 사이에 스페이서 (14)를 넣어 상기 제1 및 제2 기판 (10, 10')을 접합하여 셀 갭을 형성한다. 이어서, 상기 셀 갭내에 액정을 주입함으로써 액정층 (25)이 형성된다.

한편, 액정표시소자 패널에 있어서, 기본적인 구동 원리는 외부의 전압인가 여부에 따라 액정의 배열이 변화하며, 전압 인가시 이러한 액정층에 입사되는 광이 차단 및 투과되는 성질을 이용하는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 투명 전극에 전압을 인가하면, 액정층에 전계가 형성된다. 또한, 액정층에 형성된 전계는 액정을 일정한 방향으로 정렬시키며, 액정의 정렬 양상에 따라 표시소자의 액정층 내부로 유입되는 광이 차단 또는 투과된다. 이러한 액정의 구동 특성은 액정표시소자 패널의 내부에 형성된 액정 셀 갭의 두께에 상당한 영향을 받는다. 즉, 전극 사이에 인가되는 전압의 세기에 따라서 액정의 전기 광학적 특성이 변화하여 광 투과량을 조절해줄 수가 있으며, 액정의 물리화학적 반응은 인가되는 전압의 세기 및 두 전극 사이의 거리에 의해 결정되기 때문에 만일 셀 갭의 두께가 불균일하면 액정의 전압에 대한 물리화학적 반응이 달라지고 투과율이 불균일해진다. 따라서, 액정표시소자 패널의 셀 갭의 두께를 일정하게 유지시키는 것은 고품위의 액정표시소자 패널을 제조하기 위한 핵심적인 기술이라 하겠다.

그런데, 종래의 액정표시소자 패널에 있어서는, 원하는 셀 갭의 두께보다 그 직경이 큰 구형 또는 실린더형의 스페이서를 각각 투명 기판, 투명 전극 및 배향막이 순차적으로 적층된 두개의 기판중 어느 하나의 배향막 상에 도포한 다음, 배향막이 서로 마주보도록 나머지 기판을 놓고 두 기판의 가장자리에 접착물질인 실란트를 발라준 후, 열 또는 광 (UV)을 조사하면서 두 기판을 가압 접착함으로써 셀 갭을 형성하였다.

이러한 방식으로 셀 갭의 두께를 조절하면 여러 가지 문제점이 발생하게 되는데, 먼저 스페이서가 산발적으로 도포되기 때문에 부분적으로 뭉침 현상이 발생하여 셀 갭의 두께에 편차가 생기게 되고, 스페이서 직경이 불균일하기 때문에 셀 갭의 두께를 균일하게 조절하기가 매우 어렵다. 또한, 스페이서가 셀 갭내에 완전하게 고정되지는 않기 때문에 액정 주입시 스페이서가 유동함으로써 배향막에 손상을 줄 우려가 있고, 실란트를 이용하여 두 기판을 가열 압착할 때 스페이서에 의해 전극이 손상될 수도 있다. 이러한 문제점들로 인하여 종래의 액정표시소자 패널은 광의 차단 및 투과 특성이 좋지 않다.

전술한 문제점을 극복할 수 있는 방안으로서, 포토리소그래피법을 이용한 스페이서 형성방법이 제안된 바 있다.

포토리소그패피법은 기판 상에 감광성 물질을 도포한후 광을 조사하여 감광성 물질을 현상함으로써 원하는 패턴을 갖는 스페이서를 형성하는 방법이다. 그러나, 이 방법을 사용할 경우 배향막이 손상될 우려가 있다.

한편, 패턴을 형성하는 또 다른 방법으로서 레이저에 의한 전사법이 있는데, 도 3을 들어 이에 대해 상술하고자 한다.

우선, 레이저 전사법이란 전사될 물질 (예: 염료, 안료 등)이 도포된 층을 포함하는 도너 필름 (donor film)으로부터 전사될 물질을 수용체 (유리 또는 고분자 필름)쪽으로 원하는 패턴대로 밀어내어 상기 수용체 상으로 전사하는 원리를 이용하는 방법이다 (미합중국 특허 제3,787,210호 및 제5,326,619호). 이러한 레이저 전사법은 30여년 전부터 인쇄, 조판, 사진 등과 같은 분야에서 개발, 사용되고 있다.

초기에는 전사될 물질과 광을 받아 분해가 되는 니트로셀룰로오즈를 혼합하거나, 상기 물질 및 니트로셀룰로오즈로 층을 형성하여 사용하였다. 이렇게 하면, 니트로셀룰로오즈가 열분해되어 발생하는 기체의 폭발력에 의해 물질 (안료, 염료등)이 수용체 상으로 전사된다 (미합중국 특허 3,787,210호).

그러나, 이 경우에는 전사하는데 필요한 에너지의 양이 많아지기 때문에 보다 효율적이고 안정적으로 전사할 수 있는 구조들이 필요하게 되었다. 이에 따라 개발된 것이 도너 필름인데, 도너 필름의 구조는 전사될 물질의 두께 및 물성, 그리고 사용하는 에너지원에 따라 달라질 수 있다. 도너 필름은 통상 지지체 역할을 하는 기재 필름위에, 광을 흡수하여 열분해반응을 일으킴으로써 전사 에너지를 제공하는 추진층 및 전사될 물질을 포함하는 전사층으로 이루어진 구조로 되어 있다. 여기서, 추진층은 약 1,000Å 내외의 광을 흡수하여 열분해 반응을 일으킬 때 발생하는 질소 또는 수소가스의 폭발력에 의해 전사시키고자 하는 물질을 수용체 상으로 전사하는 역할을 한다. 이외에도 광효율을 높이기 위한 구조 및 재료들이 개발되고 있는데, 대표적인 예로는, 빛을 흡수하여 효율적으로 열로 변환시켜 주는 효율적인 광흡수 물질의 개발과 상기 광흡수 물질을 포함하는 광흡수층에 요철을 주어 광이용 효율을 높인 구조가 있다 (미합중국 특허 제5,326,619호).

도 3에서 보면, 먼저 에너지원으로부터 고출력의 레이저빔 (31)이 방출된다. 에너지원으로는 Nd/YAG와 같은 고출력의 고체 레이저, CO₂, CO와 같은 가스 레이저 또는 다이오드와 결합된 Nd/YAG (Diode-coupled Nd/YAG) (0.1∼4W) 등이 사용된다. 방출된 레이저빔은 빔 스플리터 (32)를 거쳐서 동일한 세기를 지닌 여러개의 빔으로 나누어지게 된다. 이와 같이 하나의 빔을 여러개의 빔으로 나누어 각각의 형상에 따라 세기비를 조절하면 원하는 형태로 물질을 전사시킬 수 있다 (미합중국 특허 4,796,038).

여러개의 빔으로 나누어진 레이저빔은 전사하고자 하는 형상에 따라 모듈레이터 (33)에서 세기비가 조절된 후 집속 광학계 (34)를 거쳐서 광섬유 (35)를 통하여 전사시킬 물질층을 포함하는 도너 필름 (36) 상으로 조사된다. 이때, 도너 필름 (36)중 빛을 받은 부분에 도포된 물질만이 수용체 (37) 상으로 전사된다. 이때, 스테이지 (38)의 움직임은 물질의 형상에 따라 빔 다발의 세기를 조절해 주는 래스터 (rater: 39)와 함께 컴퓨터 (50)에 의하여 제어가 된다.

본 발명자들은 일정한 간격으로 균일한 두께의 스페이서를 형성하여 액정표시소자 패널의 특성을 전반적으로 개선할 수 있는 방법에 대하여 연구한 결과 전술한 전사 방법을 이용함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 본 발명의 목적은 전사 방법을 이용하여 액정층의 셀 갭을 일정하게 유지하기 위하여 균일한 두께를 갖는 격벽 구조의 투명한 스페이서를 일정한 간격으로 형성함으로써 광 투과 및 차단 특성을 개선한 액정표시소자 패널을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 목적에 따른 액정표시소자 패널의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 액정표시소자 패널의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 액정표시소자 패널을 나타내는 사시도이다.

도 3은 레이저 전사법에서 통상 사용되는 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4는 스페이서 물질의 전사 방법을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20, 20'… 제1 및 제2 기판21, 21'… 투명 기판

22, 22'… 투명 전극 전극23, 23'… 배향막

24… 스페이서25 … 액정층

먼저, 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 각각 투명 기판, 투명 전극 및 배향막이 순차적으로 적층된 제1 및 제2 기판, 상기 제1 및 제2 기판의 배향막 사이의 액정층 및 상기 액정층의 두께를 조절하는 투명한 스페이서를 포함하는 액정표시소자 패널에 있어서, 상기 스페이서의 두께 및 각 스페이서 간의 간격이 일정한 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널이 제공된다.

본 발명의 액정표시소자 패널에 있어서, 바람직하기로는 상기 스페이서의 두께는 0.5 내지 10㎛이며, 각 스페이서 간의 간격은 10 내지 1,000㎛ 이다. 또한, 상기 스페이서는 광투과율이 90% 이상으로서 매우 투명하다.

도 2는 본 발명에 따른 액정표시소자 패널을 도시한 것으로서, 참조번호 21 및 21'는 투명 기판을, 참조번호 22 및 22'는 투명 전극을, 참조 번호 23 및 23'는 배향막을, 참조번호 24는 전사에 의해 형성된 스페이서를, 참조번호 25는 액정층을 각각 나타낸다.

도 2로부터 알 수 있듯이, 균일한 두께를 갖는 격벽 구조의 투명한 스페이서가 투명 전극 사이에 일정한 간격으로 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 액정표시소자 패널은 스페이서의 크기가 일정하므로 균일한 두께의 셀 갭을 형성할 수 있으며, 스페이서의 뭉침 현상을 방지할 수 있으므로 셀 갭 두께의 편차를 없앨 수 있을 뿐 아니라, 배향막이나 투명 전극이 손상될 염려가 없다.

또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 a) 각각 투명 기판, 투명 전극 및 배향막이 순차적으로 적층된 제1 및 제2 기판을 형성하는 단계; b) 상기 제1 기판의 배향막 쪽으로부터 소정 간격만큼 이격된 위치에 기재 필름, 추진층 및 스페이서 물질층으로 이루어진 도너 필름 (donor film)을 설치하는 단계; c) 상기 도너 필름에 에너지원을 조사하여 스페이서 물질을 상기 제1 기판상에 전사시킴으로써 스페이서를 형성하는 단계; d) 상기 스페이서 상에 배향막이 서로 마주보도록 제2 기판을 적층하는 단계; 및 e) 상기 제1 또는 제2 기판 중 적어도 한쪽에 광 또는 열을 가하여 상기 스페이서를 경화시켜서 상기 제1 및 제2 기판의 배향막 사이에 고정시킴으로써 두 기판을 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 액정표시소자 패널의 제조방법에 있어서, 상기 에너지원으로는 레이저빔, 크세논 램프 또는 할로겐 램프 등과 같은 UV/VIS 광원 또는 써멀 헤드 (thermal head)를 사용할 수 있다.

또한, 상기 도너 필름은 기재 필름 (base film)에, 광 (또는 열)을 흡수하면 열분해반응을 일으켜서 질소 가스나 수소 가스 등을 방출함으로써 전사 에너지를 제공하는 추진층 (propulsive film), 및 투명한 고분자 물질, 경화제 및 개시제를 포함하는 스페이서 물질층을 차례로 도포함으로써 형성된다.

이때, 도너 필름의 기재 필름으로는 광투과율이 90% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 그 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름, 폴리카아보이네이트 등을 들 수 있다.

또한, 상기 스페이서 물질층을 구성하는 고분자 물질로는 폴리아크릴, 폴리이미드, 폴리비닐알콜 (PVA), 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 에폭시 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등을 예로 들 수 있으며, 상기 개시제로는 아조기 (-N=N-), 디설파이드기 (-S-S-), 퍼옥사이드기 (-O-O-) 등과 같은 불안정한 작용기를 가진 유기물질을 사용할 수 있는데, 구체적으로 광개시제로는 벤조일 퍼옥사이드를, 열 개시제로는 벤조페논, 이미다졸 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 단계 e)에 있어서는, 고압 수은등, 크세논 램프 (Xenon lamp)또는 플래쉬 램프 (Flash lamp) 등을 이용하여 전사된 스페이서 물질을 경화시킬 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 액정표시소자 패널 제조법에 있어, 스페이서 물질 전사단계를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 투명 기판 (41), 투명 전극 (42) 및 배향막 (43)을 순차적으로 적층하여 기판 (40)을 형성하고, 기재 필름 (44) 상에 추진층 (45)과 스페이서 물질층 (46)을 차례로 도포하여 도너 필름 (36)을 제조한다. 다음으로, 상기 배향막 (43)과 스페이서 물질층 (46)이 마주보도록 놓고, 도너 필름 (36)상으로 에너지원 (48)을 조사한다. 조사된 에너지원 (48)은 전사장치 (30)를 거쳐서 기재 필름 (44)을 통과하여 추진층 (45)을 활성화시킴으로써 열분해 반응에 의해 수소 또는 질소 가스를 방출시키며, 이들 가스의 폭발력에 의해 기판 (40)상으로 스페이서 물질을 전사한다.

본 발명의 방법에 따르면, 다음과 같은 잇점을 얻을 수 있다.

먼저, 일정한 두께를 갖는 스페이서 물질을 원하는 위치에 전사하기 때문에 종래의 스페이서 산포 방식에서와는 달리 스페이서가 뭉치지 않으며, 균일한 두께의 셀 갭을 형성할 수 있다.

또한, 스페이서 물질층에 포함되어 있는 경화제 및 광개시제 (또는 열개시제)를 이용하여 두 기판을 접착시키기 때문에 실란트를 별도로 사용하지 않아도 될 뿐 아니라, 종래의 기판 가열 압착 공정시 발생하는 스페이서에 의한 전극 손상이 일어나지 않으며, 스페이서 물질이 광 (또는 열)에 의하여 경화되어 양 기판 사이에 고정되기 때문에 액정 주입시에도 스페이서의 미고착으로 인한 배향막의 손상을 방지할 수 있다.

이와 같이 제조된 본 발명의 액정표시소자 패널 및 그 제조방법은 전술한 바와 같이, FLCD, STN-LCD, TFT-LCD, TN-LCD, 플라스틱 (Plastic) LCD 등의 제조시에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (13)

1. 각각 투명 기판, 투명 전극 및 배향막이 순차적으로 적층된 제1 및 제2 기판, 상기 제1 및 제2 기판의 배향막 사이의 액정층 및 상기 액정층의 두께를 조절하는 투명한 스페이서를 포함하는 액정표시소자 패널에 있어서,

   상기 스페이서의 두께 및 각 스페이서 간의 간격이 일정한 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널.
2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서의 두께가 0.5 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널.
3. 제1항에 있어서, 상기 각 스페이서 간의 간격이 10 내지 1,000㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널.
4. 제1항에 있어서, 상기 스페이서의 광투과율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널.
5. a) 각각 투명 기판, 투명 전극 및 배향막이 순차적으로 적층된 제1 및 제2 기판을 형성하는 단계;

   b) 상기 제1 기판의 배향막 쪽으로부터 소정 간격만큼 이격된 위치에 기재 필름, 추진층 및 스페이서 물질층으로 이루어진 도너 필름 (donor film)을 설치하는 단계;

   c) 상기 도너 필름에 에너지원을 조사하여 스페이서 물질을 상기 제1 기판상에 전사시킴으로써 스페이서를 형성하는 단계;

   d) 상기 스페이서 상에 배향막이 서로 마주보도록 제2 기판을 적층하는 단계; 및

   e) 상기 제1 또는 제2 기판 중 적어도 한쪽에 광 또는 열을 가하여 상기 스페이서를 경화시켜서 상기 제1 및 제2 기판의 배향막 사이에 고정시킴으로써 두 기판을 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 단계 b)에서 기재 필름이 PET 필름 또는 폴리카아보네이트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 단계 b)에서 상기 스페이서 물질층이 고분자 물질, 경화제 및 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 고분자 물질이 폴리아크릴, 폴리이미드, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 에폭시 수지, 페놀-포름알데하이드 수지 및 불포화 폴리에스테르 수지로 구성된 군으부터 선택된 것임을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 개시제가 아조기, 디설파이드기 또는 퍼옥사이드기로 구성된 군으로부터 선택된 작용기를 포함하는 유기 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 유기 물질이 벤조일 퍼옥사이드, 벤조페논 및 이미다졸로 구성된 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법.
11. 제5항에 있어서, 상기 단계 c)에서 상기 에너지원이 레이저빔, 크세논 램프 또는 할로겐 램프로부터 선택된 UV/VIS 광원인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법.
12. 제5항에 있어서, 상기 단계 c)에서 상기 에너지원이 써멀 헤드 (thermal head)인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 패널의 제조방법.
13. 제5항에 있어서, 상기 단계 e)에서, 상기 스페이서를 고압수은등, 크세논 램프 (Xenon lamp) 및 플래쉬 램프 (Flash lamp)로부터 선택된 하나를 이용하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 컬러 액정표시소자 패널의 제조방법.