KR19980067915A - Pretilt Determination Method Using Partially Polarized Light and Manufacturing Method of Liquid Crystal Cell Using the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정분자를 배열시키는 광배향법에서 광조사를 1회만 실시하여 배향축 방향과 프리틸트각 뿐 아니라, 하나의 프리틸트각 방향이 모두 결정이 되는 프리틸트 제어방법 및 이를 이용한 액정셀 제조방법을 제공하기 위해 제1기판과 제2기판에 배향막을 도포하는 단계; 배향막이 도포된 제1기판에 부분편광된 광을 제1기판과 제1각도로 조사하여 제1프리틸트를 결정하는 단계; 배향막이 도포된 제2기판에 부분편광된 광을 제2기판과 제2각도로 조사하여 제2프리틸트를 결정하는 단계; 상기한 제1기판과 제2기판을 일정한 간격을 두고 합착하는 단계; 및 상기한 제1기판과 제2기판의 사이에 액정을 주입하는 단계로 이루어진다.The present invention provides a pretilt control method in which not only an alignment axis direction and a pretilt angle but also one pretilt angle direction are determined by performing light irradiation only once in an optical alignment method in which liquid crystal molecules are arranged, and a liquid crystal cell using the same. Applying an alignment layer to the first substrate and the second substrate to provide a method; Determining a first pretilt by irradiating a partially polarized light on the first substrate to which the alignment layer is applied at a first angle with the first substrate; Irradiating partially polarized light onto the second substrate to which the alignment layer is applied, at a second angle with the second substrate to determine a second pretilt; Bonding the first substrate and the second substrate at regular intervals; And injecting liquid crystal between the first substrate and the second substrate.
Description
본 발명은, 액정표시소자의 프리틸트(pretilt)의 제어방법 및 이를 이용한 액정셀의 제조방법에 관한 것으로, 특히 액정셀내의 액정분자의 배열상태인 프리틸트를 결정하는 광배향법에 있어서, 1회의 광조사로 안정한 배향성을 가진 액정분자의 배향축의 방향, 프리틸트각 방향 및 프리틸트각으로 결정되는 프리틸트를 제어하는 프리틸트 제어방법 및 이를 이용한 액정셀 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling pretilt of a liquid crystal display device and a method of manufacturing a liquid crystal cell using the same. In particular, in an optical alignment method of determining a pretilt which is an arrangement state of liquid crystal molecules in a liquid crystal cell, The present invention relates to a pretilt control method for controlling pretilt determined by a direction of an alignment axis, a pretilt angle direction, and a pretilt angle of a liquid crystal molecule having stable alignment by light irradiation and a liquid crystal cell manufacturing method using the same.
일반적으로, 액정표시장치는 일정한 간격을 두고 마주하도록 배치된 2개의 기판과 상기한 두 기판 사이에 주입되는 액정으로 이루어진다. 이 때, 액정은 단축과 장축에 대한 굴절율 이방성을 가지고 있으므로 액정표시장치의 균일한 밝기와 높은 콘트라스트 비(contrast ratio)를 얻기 위해서는 액정분자의 배열을 일정하게 제어하는 것이 필수적인 것이다. 이를 위해서, 액정셀을 이루는 기판면에 배향막을 도포하고 배향처리를 실시하여 도 1의 직각좌표계에서 나타낸 액정분자의 프리틸트를 결정하는 것이다. 도면에서, θ는 배향막 표면에서의 액정장축의 극각(polar angle)을 나타내는 것으로, 본 명세서에서는 프리틸트각(θ)이라 칭하고, Φ는 배향막 표면에서의 액정분자의 방위각(azimuthal angle)을 나타내는 것으로, 본 명세서에서는 프리틸트각 방향(Φ)이라 칭한다. 즉, 액정분자의 방향자(director: n)는 다음과 같이 표현되므로 프리틸트각(θ)과 프리틸트각 방향(Φ)을 결정하는 것으로 액정분자의 배열을 제어하는 것이 가능하다.In general, a liquid crystal display device is composed of two substrates arranged to face each other at regular intervals and a liquid crystal injected between the two substrates. In this case, since the liquid crystal has refractive index anisotropy with respect to the short axis and the long axis, it is essential to constantly control the arrangement of the liquid crystal molecules in order to obtain uniform brightness and high contrast ratio of the liquid crystal display. To this end, an alignment film is applied to the substrate surface of the liquid crystal cell and alignment treatment is performed to determine the pretilt of the liquid crystal molecules shown in the rectangular coordinate system of FIG. 1. In the drawing, θ represents the polar angle of the liquid crystal long axis on the alignment film surface, referred to herein as the pre-tilt angle (θ), Φ represents the azimuthal angle of the liquid crystal molecules on the alignment film surface In this specification, it is called a pretilt angle direction (Φ). That is, since the director n of the liquid crystal molecules is expressed as follows, it is possible to control the arrangement of the liquid crystal molecules by determining the pretilt angle θ and the pretilt angle direction Φ.
액정셀의 모드는 상기한 액정분자의 배열을 전 기판에 거쳐서 제어하므로서 결정되는데, 상기한 액정의 배열에 따라, 평행(homogeneous), 경사(tilted), 수직(homeotropic), 트위스트(twisted) 및 하이브리드(hybrid)와 같은 모드로 나눌 수가 있고, 상기한 액정셀 내에서 전압인가에 따른 액정분자의 배열상태의 변화에 따라, 트위스트 네마틱(Twisted Nematic) 방식, 게스트-호스트(Guest-Host) 방식, 복굴절 제어(Electrically Controlled Birefringence) 구조의 액정셀 등으로 나뉜다.The mode of the liquid crystal cell is determined by controlling the arrangement of the liquid crystal molecules through the entire substrate, and depending on the arrangement of the liquid crystal, homogeneous, tilted, homeotropic, twisted and hybrid It can be divided into the same mode (hybrid), the twisted nematic method, guest-host (Guest-Host) method, according to the change of the arrangement state of the liquid crystal molecules according to the application of voltage in the liquid crystal cell It is divided into a liquid crystal cell having an electrically controlled birefringence structure.
상기한 배향막의 배향처리방법 중에서 현재 가장 흔한 방법이 러빙법이다. 상기한 방법은 도 2에서 나타난 바와 같이, 기판(11)에 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 배향막(12)을 도포한 후, 러빙포로 기계적인 마찰을 실시하여 상기한 배향막 표면에 일정한 프리틸트각(θp)을 가진, 균일한 미세홈(microgrooves)을 형성하는 것이다. 미세홈이 형성된 폴리이미드 배향막 표면과 액정분자 간의 상호작용으로 배향막 전표면에 걸쳐 원하는 방향으로 액정분자들을 일정하게 배향시키게 된다.Among the above-mentioned alignment treatment methods of the alignment film, the most common method is a rubbing method at present. As shown in FIG. 2, after the alignment film 12 made of polyimide is applied to the substrate 11, mechanical rubbing is performed with a rubbing cloth to provide a constant pretilt angle on the surface of the alignment film. to form uniform microgrooves with θ p ). The interaction between the surface of the polyimide alignment layer having microgrooves and the liquid crystal molecules causes the liquid crystal molecules to be constantly aligned in a desired direction over the entire surface of the alignment layer.
그러나, 상기한 러빙법은 러빙포의 마찰강도에 따라 배향막에 형성되는 미세홈의 형태가 달라지게 되어 이 미세홈에 의해 배열되는 액정분자의 배열이 일정하지 않으므로, 불규칙한 위상왜곡(random phase distortion)과 광산란(light scattering)이 발생하게 되어 액정디스플레이의 성능을 저하시킬 우려가 있다. 또한, 러빙처리시 먼지 및 정전기가 발생하여 기판에 영향을 미치고 수율이 저하되는 문제점이 발생한다.However, in the above rubbing method, since the shape of the microgrooves formed in the alignment layer varies according to the frictional strength of the rubbing cloth, the arrangement of the liquid crystal molecules arranged by the microgrooves is not constant, resulting in an irregular phase distortion. Light scattering may occur and there is a risk of degrading the performance of the liquid crystal display. In addition, dust and static electricity generated during the rubbing treatment affects the substrate and the yield is reduced.
상기한 문제를 해결하기 위해, 최근 제안되고 있는 방법 중의 하나가 광배향법이다. 이는 도 3(a)와 같이, 기판(11)에 광배향 물질로 이루어진 배향막을 도포하여 선형편광된 자외선을 조사하면, 자외선의 편광방향과 같은 방향쪽에 있는 광배향 물질의 사이드 체인 사이에서 크로스링킹(cross linking)이 발생되어, 배향막 표면에 이방성이 형성된다. 이 때, 배향축 방향은 상기한 광의 편광방향과 수직한 방향으로 결정이 되고, 상기한 배향축의 양 방향은 각각 프리틸트각 방향이 된다. 즉, 배향막의 입사된 선형편광된 자외선의 편광방향과 수직한 방향으로 2개의 프리틸트각 방향이 결정되는 것이다.In order to solve the above problem, one of the recently proposed methods is the photo-alignment method. As shown in FIG. 3 (a), when the alignment layer made of a photo-alignment material is applied to the substrate 11 to irradiate linearly polarized ultraviolet rays, crosslinking is performed between side chains of the photo-alignment material in the same direction as the polarization direction of the ultraviolet light. (cross linking) occurs, and anisotropy is formed on the alignment film surface. At this time, the orientation axis direction is determined in a direction perpendicular to the polarization direction of the light described above, and both directions of the orientation axis are respectively pretilt angle directions. That is, two pretilt angle directions are determined in a direction perpendicular to the polarization direction of the incident linearly polarized ultraviolet light of the alignment layer.
그러나 이 때, 서로 마주하는 2개의 프리틸트각 방향이 대칭적으로 형성되므로 이 대칭성을 깨뜨리고 프리틸트각의 크기를 결정하기 위해서, 도 3(b)와 같이 기판에 대해서 일정한 각도(θ)로 경사지게 다시 선형편광된 자외선을 조사하여 단일 방향성을 가진 소망의 프리틸트각 방향과 프리틸트각(θp)이 결정된 기판을 얻을 수가 있다.However, at this time, since the two pretilt angle directions facing each other are formed symmetrically, in order to break the symmetry and determine the size of the pretilt angle, it is inclined at a constant angle θ with respect to the substrate as shown in FIG. By irradiating the linearly polarized ultraviolet rays again, it is possible to obtain a substrate having a desired pretilt angle direction and pretilt angle θ p having a single orientation.
이 광배향법은 러빙에 의한 배향법보다 여러가지 잇점을 가지고 있다. 즉, 러빙법과는 달리 배향막 표면에서 전하나 먼지가 발생되지 않으므로 정전기에 의한 수율의 감소가 없고, 배향막 전 표면에 원하는 배향축과 프리틸트각의 크기를 제어하는 것이 가능하여 균일하게 액정분자를 배열시킴으로서 러빙법에 의해 발생되는 위상왜곡이나 광산란과 같은 결점을 방지할 수 있다.This photo-alignment method has various advantages over the orientation method by rubbing. That is, unlike the rubbing method, since no electric charge or dust is generated on the surface of the alignment film, there is no decrease in yield due to static electricity, and it is possible to control the size of the desired alignment axis and the pretilt angle on the entire surface of the alignment film, thereby uniformly arranging liquid crystal molecules. By doing so, defects such as phase distortion and light scattering caused by the rubbing method can be prevented.
그러나, 이 방법은 하나의 프리틸트를 결정하기 위해서 2번의 광조사를 반복하여 실시하여야 하는 등 공정이 복잡하게 되는 문제점이 있다.However, this method has a problem that the process is complicated, such as two light irradiations must be repeatedly performed to determine one pretilt.
본 발명은 상기한 문제점을 극복하기 위한 것으로, 1회의 광조사로 배향축의 방향을 결정할 뿐 아니라 프리틸트각 방향 및 프리틸트각이 결정되는 프리틸트 제어방법 및 이를 이용한 액정셀 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to overcome the above problems, to provide a pretilt control method and a method of manufacturing a liquid crystal cell using the same as well as determining the direction of the alignment axis by a single light irradiation, the pretilt angle direction and the pretilt angle is determined The purpose.
본 발명의 다른 목적은 배향축을 신뢰성 높게 선택할 수 있을 뿐 아니라 0°∼90°의 전 범위의 프리틸트각을 배향막에 조사되는 광에 대한 변화율을 제어하면서 선택할 수 있는 프리틸트 제어방법 및 액정셀 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to prepare a pretilt control method and a liquid crystal cell which can select an orientation axis with high reliability and select a pretilt angle in the entire range of 0 ° to 90 ° while controlling the rate of change for light irradiated to the alignment film. It is an object to provide a method.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 프리틸트 제어방법은, 폴리실록산과 같은 광반응성 중합체의 배향막을 기판에 도포하는 단계; 및 상기한 배향막에 부분편광된 광을 기판에 대해서 일정한 각도로 경사지게 조사하여 배향막에 프리틸트를 부여하는 단계로 구성된다. 이 때, 부분편광된 광의 편광도는 0∼0.99이고, 광은 자외선을 적용하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the pretilt control method of the present invention comprises the steps of applying an alignment film of a photoreactive polymer such as polysiloxane to a substrate; And imparting pretilt to the alignment layer by irradiating the polarization light partially polarized on the alignment layer at a predetermined angle with respect to the substrate. At this time, the degree of polarization of the partially polarized light is 0 to 0.99, and the light is preferably applied to ultraviolet rays.
이하, 본 발명은 첨부된 도면과 함께 자세히 설명되어진다.Hereinafter, the present invention is described in detail with the accompanying drawings.
도 1은, 액정분자의 방향자의 직각좌표계를 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows the rectangular coordinate system of the director of the liquid crystal molecule.
도 2는, 종래의 러빙처리공정을 나타내는 도면.2 is a view showing a conventional rubbing treatment step.
도 3은, 종래의 광배향공정을 나타내는 도면.3 is a view showing a conventional optical alignment process.
도 4는, 광의 특성을 나타내는 도면.4 is a diagram showing characteristics of light.
도 5는, 본 발명의 부분편광된 광의 편광도를 측정하는 장치를 나타내는 도면.5 shows an apparatus for measuring the degree of polarization of partially polarized light of the present invention.
도 6은, 편광도 차이에 따른 광조사에너지량과 프리틸트각과의 관계를 나타내는 도면.Fig. 6 is a diagram showing a relationship between the amount of light irradiation energy and the pretilt angle according to the polarization degree difference.
도 7은, 본 발명의 광 조사에너지량과 프리틸트각과의 관계를 나타낸 도면.Fig. 7 is a diagram showing the relationship between the amount of light irradiation energy and the pretilt angle of the present invention.
도 8은, 본 발명의 광배향법으로 배향막에 프리틸트를 부여하는 공정의 일례를 나타내는 도면.Fig. 8 is a diagram showing an example of a step of applying pretilt to an alignment film by the photoalignment method of the present invention.
도 9는, 본 발명의 광배향법으로 적용가능한 배향모드의 예들을 나타내는 도면.Fig. 9 shows examples of orientation modes applicable to the photoalignment method of the present invention.
도 10은, 본 발명의 광배향법으로 적용가능한 액정셀모드의 예들을 나타내는 도면.Fig. 10 is a diagram showing examples of liquid crystal cell modes applicable to the optical alignment method of the present invention.
도 11은, 본 발명의 광배향법으로 제작된 액정셀 제작공정의 일례를 나타내는 도면.11 is a view showing an example of a liquid crystal cell manufacturing step produced by the optical alignment method of the present invention.
도 12는, 본 발명의 광배향법으로 제작된 액정셀 제작공정의 다른 일례를 나타내는 도면.12 is a view showing another example of the liquid crystal cell manufacturing step produced by the optical alignment method of the present invention.
본 발명에서 사용되는 부분편광된 광(partially polarized light)은 일반적으로 선편광된 광과 구분된다. 도 4(a)에서와 같이, 모든 광을 투과하는 투명판(7)을 통과한 비편광된 광은 입사된 광의 성분을 모두 가지고 투과할 수가 있다. 따라서 모든 방향에서 광의 강도가 동일하며, 특히, P축과 이에 수직한 S축을 통과한 광들의 강도가 동일한 원통형의 광으로 표현된다. 선편광된 광은 선편광판(17)을 통과하면, 도 4(b)에서 나타낸 바와 같이, 편광판의 주투과축(principle transmittance axis: P축)방향에서 진동하는 광(본 명세서에서는 P파라 칭한다)의 성분만이 남아있고, 상기한 주축과 수직한 축(S축)방향으로 진동하는 광(본 명세서에서는 S파라 칭한다)의 성분은 모두 소실되므로서 하나의 축상의 광(P파)으로 표현된다. 그러나, 부분편광된 광은 주투과축 이외의 방향에서 진동하는 광도 일정량 투과되므로서, 도 4(c)와 같이, P파의 강도가 최대가 되고 S파의 강도가 최소가 되는 타원형의 광으로 표현된다. 즉, 주투과축과 평행한 방향으로 진동하는 광의 강도(Ip: P파의 강도)가 최대의 강도(Imax)가 되고, 이 주투과축과 수직할수록 강도가 작아져 수직한 방향으로 진동하는 광의 강도(Is: S파의 강도)는 최소의 강도(Imin)가 된다.Partially polarized light used in the present invention is generally distinguished from linearly polarized light. As shown in FIG. 4A, unpolarized light passing through the transparent plate 7 that transmits all light can transmit with all components of incident light. Therefore, the intensity of light in all directions is the same, and in particular, the intensity of the light passing through the P axis and the S axis perpendicular thereto is represented by the same cylindrical light. When the linearly polarized light passes through the linear polarizing plate 17, as shown in FIG. 4 (b), the linearly polarized light of the light vibrating in the direction of the principal transmittance axis (P axis) of the polarizing plate (hereinafter referred to as P wave) is used. Only the components remain, and the components of the light (hereinafter referred to as S wave) that vibrate in the direction of the axis (S axis) perpendicular to the above-described main axis are all lost and represented by light on one axis (P wave). However, the partially polarized light also transmits a certain amount of light oscillating in a direction other than the main transmission axis. As shown in FIG. Is expressed. That is, the intensity (I p : P wave intensity) of the light oscillating in the direction parallel to the main transmission axis becomes the maximum intensity (I max ), and as the perpendicular to the main transmission axis, the intensity decreases and oscillates in the vertical direction. The intensity of light (I s : intensity of S wave) to be made is the minimum intensity I min .
따라서, 상기한 광들의 편광성분에 대한 강도의 비를 나타내는 편광도는 다음의 수학식 1에 나타낸 바와 같다.Therefore, the polarization degree representing the ratio of the intensity of the light to the polarization component is as shown in Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
즉, 선편광된 광의 편광도는 편광판(17)을 통과한 광이 모두 P파 성분이고, S파 성분은 소실되었으므로, 그 편광도는 1이 되고, 비편광된 광은 P파성분과 S파 성분이 동일한 채로 투명판(7)을 통과하였으므로, 그 편광도는 0이 된다. 그러나, 부분편광된 광은 주축방향으로 진동하는 광의 강도(Ip)가 최대강도(Imax)를 가지고, 상기한 주축방향과 수직한 방향으로 진동하는 광의 강도(Is)가 최소강도(Imin)를 가지므로, 편광도는 이들 값의 차이에 따라 0 보다 크고, 0.99 보다 작게 된다.That is, since the polarization degree of the linearly polarized light is the P wave component and all of the light passing through the polarizing plate 17 are lost, the polarization degree is 1, and the unpolarized light has the same P wave component and S wave component. Since it passed through the transparent plate 7 with it, the polarization degree becomes zero. However, in the partially polarized light, the intensity I p of the light vibrating in the main axis direction has a maximum intensity I max , and the intensity I s of the light vibrating in the direction perpendicular to the main axis direction has a minimum intensity I. min ), the degree of polarization becomes larger than 0 and smaller than 0.99 depending on the difference in these values.
이 때, 상기한 부분편광된 광은 부분편광판을 통과하므로서 얻어질 수가 있고, 주투과축으로 진동하는 광성분을 P파, 상기한 주투과축의 수직한 축으로 진동하는 광성분을 S파라 하는 경우에, P파의 전기장의 파고는 S파의 전기장의 파고보다 크다.At this time, the partially polarized light can be obtained by passing through the partial polarizing plate, and the light component oscillating on the main transmission axis is called P wave, and the light component oscillating on the vertical axis of the main transmission axis is called S wave. The wave height of the electric field of P wave is larger than the wave height of the electric field of S wave.
상기한 광선의 편광도를 측정하기 위한 장치는 도 5에 나타나 있다. 도 5(a)는 부분편광된 광선의 주투과축으로 진동하는 P파의 강도를 측정하기 위한 장치로, 광원(26)에서 발생된 비편광된 광선은 주투과축이 P방향인 부분편광판(27)을 통과하여 부분편광된 광이 된다. 이 부분편광된 광은 투과축이 P방향인 선형편광판(17)을 다시 통과한 후, 측정기(29)에 입사하여 P방향으로 진동하는 P파 성분의 강도(Ip)가 측정된다.An apparatus for measuring the degree of polarization of the light beam is shown in FIG. 5. 5 (a) is a device for measuring the intensity of the P wave oscillating in the main transmission axis of the partially polarized light, the non-polarized light generated by the light source 26 is a partial polarizing plate of the main transmission axis in the P direction ( 27) and becomes partially polarized light. After the partially polarized light passes again through the linear polarizing plate 17 whose transmission axis is the P direction, the intensity Ip of the P wave component incident on the measuring device 29 and oscillating in the P direction is measured.
또한, 순수한 S파 성분의 강도(Is)를 측정하는 방법은 도 5(b)에 나타난 바와 같다. 광원(26)에서 발생된 일반 광선은 주투과축이 P방향인 부분편광판(27)에 통과하여 부분편광된 광이 되고, 다시 상기한 P방향과 수직인 S방향의 투과축을 가진 선편광판(17)에 통과한 후, 측정기(29)에 입사하면, S방향으로 진동하는 S파 성분의 강도(Is)만을 측정할 수 있다. 상기한 방법으로 편광도((Ip-Is)/(Ip+Is))를 구할 수 있다.In addition, the method of measuring the intensity Is of the pure S-wave component is as shown in Fig. 5 (b). The general light generated by the light source 26 passes through the partial polarizing plate 27 whose main transmission axis is the P direction, and becomes partially polarized light, and again the linear polarizing plate 17 having the transmission axis of the S direction perpendicular to the P direction. After passing through), only the intensity Is of the S-wave component oscillating in the S direction can be measured when entering the measuring device 29. Polarization degree ((Ip-Is) / (Ip + Is)) can be calculated | required by the above-mentioned method.
일반적으로, 상기한 편광도가 0.99 이상이면 선형편광된 광이라 하고, 그 이하이면 부분편광된 광이라 하는데, 본 발명에서는 상기한 편광도가 0＜편광도＜0.99인 부분편광된 광을 사용한다.In general, when the above degree of polarization is 0.99 or more, it is referred to as linearly polarized light, and below it is called partially polarized light. In the present invention, partially polarized light in which the degree of polarization is 0 <polarization <0.99 is used.
본 발명에서 배향막으로 사용되는 광반응 물질은 폴리실록산계 물질(polysiloxane based materials)로 다음과 같은 화학 구조식을 가지며, 그 예로서 폴리실록산 신나메이트의 화학구조식을 나타낸다.The photoreactive material used as the alignment layer in the present invention is a polysiloxane based material, and has the following chemical structural formula. As an example, the chemical structural formula of polysiloxane cinnamate is shown.
폴리실록산신나메이트 Ⅰ:Polysiloxane Cinnamate I:
폴리실록산신나메이트Ⅱ:Polysiloxane Cinnamate II:
Z = OH, CH3, 또는 OH 및 CH3혼합물,Z = OH, CH 3 , or a mixture of OH and CH 3 ,
m = 10∼100,m = 10-100,
l = 1∼11l = 1 to 11
L = 0 또는 1,L = 0 or 1,
K = 0 또는 1,K = 0 or 1,
X, X1, X2, Y = H, F, Cl, CN, CF3, CnH2n+1,OCnH2n+1(n=1∼10) 또는 혼합물.X, X 1 , X 2 , Y = H, F, Cl, CN, CF 3 , C n H 2n + 1 , OC n H 2n + 1 (n = 1 to 10) or a mixture.
상기한 광배향물질은 도 6에 나타난 바와 같이 광조사를 하지 않았을때, 형성되는 프리틸트각은 90°로 광을 조사할수록 프리틸트각이 작아지므로, 60°까지의 프리틸트각을 요구하는 수직배향구조를 Ⅱ영역의 광에너지 조사에 의해서 얻을 수가 있고, 0°∼10°의 프리틸트각을 요구하는 수평배향구조를 Ⅰ영역의 광에너지 조사에 의해서 얻을 수 있다. 또한, 이외의 에너지 영역의 광에너지를 배향막에 부여하므로서 틸트배향구조에 적절한 프리틸트각을 얻을 수가 있다.When the optical alignment material is not irradiated with light as shown in FIG. 6, the pretilt angle formed is 90 °, and the pretilt angle decreases as the light is irradiated. Thus, the vertical direction requiring the pretilt angle up to 60 ° is required. An alignment structure can be obtained by light energy irradiation in region II, and a horizontal alignment structure requiring a pretilt angle of 0 ° to 10 ° can be obtained by light energy irradiation in region I. In addition, by applying light energy in other energy regions to the alignment film, a pretilt angle suitable for the tilt alignment structure can be obtained.
또한, 본 발명의 부분편광된 광의 편광도에 따라, 프리틸트각 형성 민감도를 제어하는 것이 가능하다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 편광도가 클수록 본 발명의 배향막에서는 프리틸트각의 형성민감도가 크다. 따라서, 배향막의 프리틸트각 형성특징에 따라서 편광도에 의한 프리틸트각 형성 민감도를 제어하는 것이 가능하다.Also, according to the degree of polarization of the partially polarized light of the present invention, it is possible to control the pretilt angle formation sensitivity. As shown in Fig. 7, the larger the degree of polarization, the larger the sensitivity of formation of the pretilt angle in the alignment film of the present invention. Therefore, it is possible to control the pretilt angle formation sensitivity by polarization degree according to the pretilt angle formation characteristic of an oriented film.
본 발명의 부분편광된 광으로 본 발명의 폴리실록산계 물질의 배향막에 광배향을 실시하는 방법의 일례는 도 8에 나타나 있다. 도 8(a)는 스핀코팅(spin coating) 혹은 롤코팅(roll coating)과 같은 방법으로 상기한 폴리실록산계 물질의 배향막(22)을 도포한 기판에, 편광도가 0.67인 부분편광된 광선을 조사한다. 이 때, 광이 조사되는 방향은 상기한 기판(21)의 법선과 일정한 각도(θ)로 경사지게 조사하면, 상기한 부분편광된 광선의 P파 성분(⊙)이 P파의 편광방향과 수직한 방향으로 액정의 배향축 방향을 선택하게 되고, S파 성분(↔)이 경사방향에서 입사하게 되므로서, 광이 입사되는 방향의 프리틸트각 방향을 선택하게 된다. 또한, 프리틸트각은 본 발명의 배향막의 프리틸트각 형성특징에 따라 350mJ/㎠의 광에너지가 조사되면, 도 10(b)와 같은, 8°의 프리틸트각이 배향막(22)에 부여된다. 이 때, 부분편광된 광선이 기판에 입사되는 각도(θ)는 기판의 법선에 대해서 0°∼60°가 바람직하다.An example of a method of photoaligning the alignment film of the polysiloxane-based material of the present invention with the partially polarized light of the present invention is shown in FIG. FIG. 8 (a) irradiates a partially polarized light ray having a polarization degree of 0.67 to a substrate coated with the alignment film 22 of the polysiloxane-based material by a method such as spin coating or roll coating. . At this time, when the light irradiation direction is inclined at a predetermined angle (θ) with the normal of the substrate 21, the P wave component (⊙) of the partially polarized light beam is perpendicular to the polarization direction of the P wave. The direction of the alignment axis of the liquid crystal is selected in the direction, and since the S-wave component ↔ is incident in the oblique direction, the pretilt angle direction of the direction in which light is incident is selected. In addition, when the pretilt angle is irradiated with light energy of 350 mJ / cm 2 according to the pretilt angle formation characteristic of the alignment film of the present invention, an 8 ° pretilt angle as shown in FIG. 10 (b) is applied to the alignment film 22. . At this time, the angle θ at which the partially polarized light is incident on the substrate is preferably 0 ° to 60 ° with respect to the normal of the substrate.
상기한 부분편광된 광선을 배향막에 1회 조사하므로서, 광의 P파 성분에 의해 배향축을 안정하게 선택할 수가 있고, S파 성분이 경사방향에서 입사되므로서 프리틸트각 방향이 선택된다. 또한, 프리틸트각은 배향막의 광반응 물질인 폴리실록산계 물질의 특성으로, 상기한 부분편광된 광의 에너지에 의해 제어된다. 따라서, 상기한 부분편광된 광의 편광도에 따라, 편광도가 커질수록 배향축 선택의 안정성을 부여하는 배향력이 커지고, 편광도가 작을수록 광에너지에 대해 프리틸트각의 변화율이 작아진다.By irradiating the partially polarized light beam to the alignment film once, the alignment axis can be selected stably by the P wave component of the light, and the pretilt angle direction is selected as the S wave component is incident in the oblique direction. In addition, the pretilt angle is a property of the polysiloxane-based material that is the photoreactive material of the alignment film, and is controlled by the energy of the partially polarized light. Therefore, according to the polarization degree of the partially polarized light, the greater the polarization degree, the greater the orientation force imparting stability of the alignment axis selection, and the smaller the polarization degree, the smaller the rate of change of the pretilt angle with respect to the light energy.
상기한 배향력과 프리틸트 변화율의 특징은 서로 상관관계(trade-off)에 있으므로, 배향물질에 따라 적절한 편광도를 적용하는 것이 바람직하다.Since the characteristics of the orientation force and the pretilt change rate are trade-off with each other, it is preferable to apply an appropriate degree of polarization according to the alignment material.
상기한 광배향 방법을 도 9에 나타난 여러 가지 배향모드에 적용하는 것이 가능하다. 즉, 도 9(a)에 나타난 수평배향모드는 상기한 부분편광된 광을 Ⅰ영역의 광에너지가 되도록 조정하여 배향막에 부여하므로서, 0°∼10°의 프리틸트 각을 얻을 수가 있고, 도 9(b)에 나타난 수직배향모드는 상기한 부분편광된 광을 Ⅱ영역의 광에너지가 되도록 조정하여 배향막에 부여하므로서, 60°∼90°의 프리틸트 각을 얻을 수가 있다. 도 9(c)에 나타난 틸트배향모드는 상기한 부분편광된 광을 Ⅰ영역과 Ⅱ영역을 제외한 에너지 영역의 광에너지를 배향막에 부여하므로서, 10°∼60°의 프리틸트 각을 얻을 수가 있다.It is possible to apply the above-described photoalignment method to various alignment modes shown in FIG. That is, in the horizontal alignment mode shown in FIG. 9 (a), the above-mentioned partially polarized light is adjusted to be the light energy of region I and applied to the alignment film, whereby a pretilt angle of 0 ° to 10 ° can be obtained. In the vertical alignment mode shown in (b), the above-mentioned partially polarized light is adjusted to be the light energy of the region II and applied to the alignment film, thereby obtaining a pretilt angle of 60 ° to 90 °. In the tilt alignment mode shown in FIG. 9 (c), the pretilt angle of 10 ° to 60 ° can be obtained by applying the above-mentioned partially polarized light to the alignment layer with the light energy in the energy region except for the I region and the II region.
상기한 광배향공정으로 액정셀을 제작하는 방법은 다음에 나타난 바와 같다. 상하기판으로 준비된 배향막이 도포된 기판에 부분편광된 광선을 기판에 대해서 경사로 조사하여, 프리틸트가 결정된 기판을 일정한 거리를 두고 다른 기판과 합착하여 빈 셀로 제작한다. 상기한 빈 셀에 액정을 주입하므로서 액정셀을 제작하는 것이 가능하고, 이 때의 프리틸트로 액정분자의 배열을 결정하게 된다. 상기한 상하 기판에 결정된 각각의 프리틸트각 방향에 따라서, 도 10에 나타난 다양한 모드의 액정셀에 적용하는 것도 물론 가능하다. 상기한 프리틸트각 방향이 도 10(a)와 같이, 상하기판 사이에서 서로 수직이면 액정분자는 액정셀 내에서 트위스트된 구조를 가지게 되고, 서로 평행하다면 도 10(b)와 같은 스프레이 구조 또는 도 10(c)와 같은 밴드구조를 가지게 되고, 또한, 프리틸트각 방향이 서로 역방향으로 평행하다면 전체적으로 평행한 구조를 가지게 되어 도 10(d)와 같은 구조를 가지게 되는데, 이 때, 상하기판에서 동일하게 프리틸트각이 0°∼10°라면 수평배향모드에 적용할 수가 있고, 60°∼90°라면, 수직배향모드에 적용할 수가 있다. 또한, 도 10(e)와 같이, 상하 기판 어느 한 기판의 프리틸트각이 0°∼10°이고, 이에 마주하는 다른 기판이 60°∼90°라면, 하이브리드 모드의 액정셀에 적용하는 것이 가능하다.The method of manufacturing the liquid crystal cell by the above-described optical alignment process is as follows. Partially polarized light rays are irradiated to the substrate coated with the alignment film prepared as the upper and lower substrates with respect to the substrate at an inclination, and the substrates with the predetermined pretilt are bonded to other substrates at a predetermined distance to produce empty cells. It is possible to produce a liquid crystal cell by injecting a liquid crystal into the empty cell described above, and the arrangement of the liquid crystal molecules is determined by pretilt at this time. According to the respective pretilt angle directions determined on the upper and lower substrates, it is of course possible to apply to the liquid crystal cell of various modes shown in FIG. If the pretilt angle direction is perpendicular to each other between the upper and lower substrates as shown in FIG. 10 (a), the liquid crystal molecules have a twisted structure in the liquid crystal cell, and if they are parallel to each other, the spray structure or the like shown in FIG. 10 (c), and if the pretilt directions are parallel to each other in the opposite direction, the entire structure is parallel to the structure shown in FIG. 10 (d). If the pretilt angle is 0 ° to 10 °, it can be applied to the horizontal orientation mode, and if it is 60 ° to 90 °, it can be applied to the vertical orientation mode. In addition, as shown in FIG. 10 (e), if the pretilt angle of one of the upper and lower substrates is 0 ° to 10 °, and the other substrate facing the other is 60 ° to 90 °, it can be applied to the liquid crystal cell of the hybrid mode. Do.
상기한 바와 같이, 본발명은 부분편광된 광으로 광배향을 상하판에 각각 실시하므로서, 부분편광된 광의 P파 성분의 방향과 입사방향에 따라서 모든 방향의 프리틸트각 방향을 제어할 수가 있고, 상기한 광의 조사에너지를 제어하므로서 모든 범위의 프리틸트각을 조절할 수 있으므로, 다양한 모드의 액정셀에 적용하는 것이 가능하다. 또한, 한 기판에는 광배향물질을 도포하여 상기한 광배향처리를 실시하여 프리틸트를 결정하고, 다른 기판에는 폴리이미드와 같은 러빙에 적당한 배향막을 도포하여 러빙처리를 실시하여 프리틸트를 결정하는 것도 가능하다.As described above, the present invention can control the pretilt angle directions in all directions according to the direction and the incidence direction of the P wave component of the partially polarized light, respectively, by performing the optical alignment on the upper and lower plates with the partially polarized light, By controlling the irradiation energy of the light can be adjusted to the full range of pretilt angle, it is possible to apply to the liquid crystal cell of various modes. In addition, one of the substrates is coated with an optical alignment material to perform the above photoalignment treatment to determine the pretilt, and the other substrate is subjected to a rubbing treatment by applying a suitable alignment film to rubbing such as polyimide to determine the pretilt. It is possible.
상기한 방법으로 얻어진 액정셀은 단일 도메인에 의한 시야각 의존성을 가지게 되므로, 그 시야각에 따른 계조표시의 반전이 일어나게 된다. 따라서, 상기한 액정셀의 각 화소마다 도메인을 나누어 각기 다른 프리틸트를 부여하므로서, 모든 방향에서의 시야각에서 반전이 없는 멀티도메인 액정셀을 제조하는 것이 의미가 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 광배향방법을 적용하여 멀티도메인 액정셀의 일례인 2-도메인 트위스티트 네마틱(Two-domain Twisted Nematic) 액정셀을 제작하는 공정은 도 11에 나타나 있다. 도 11(a)는 제1기판(21)에 도포된 제1배향막(22)의 제2도메인(Ⅱ)을 마스크(23)로 블록킹을 한 후, 부분편광된 광을 기판에 대해서 θ1의 각도로 경사지게 조사하면, 제1도메인(Ⅰ)에 제1프리틸트가 결정된다. 도 11(b)에서 상기한 마스크(23)를 제1도메인(Ⅰ)의 위치에 이동한 후, 부분편광된 광을 θ2의 각도로 경사지게 조사하면 제1배향막(22)의 제2도메인(Ⅱ)에 제2프리틸트가 결정되어 제1기판(21)에 2도메인이 형성된다. 제2기판에 동일한 방법으로, 부분편광된 광의 경사입사각도를 제어하여 서로 다른 제3 및 제4프리틸트를 도 11(c)과 같이 결정하여 준비한다. 상기한 프리틸트가 결정된 제1기판과 제2기판을 배향막이 마주하도록 합착한 후, 액정을 주입하면 각 도메인의 주시야각 방향이 다른 도 11(d)의 액정셀이 얻어진다. 도면에서, 실선은 제1기판의 프리틸트각 방향을 나타내는 것이고, 점선은 제2기판의 프리틸트각 방향을 나타내는 것이며, 점은 주시야각의 방향을 나타내는 것이다. 이 액정셀에 계조표시전압을 인가하면, 두 도메인의 프리틸트에 따라서 각 도메인의 액정방향자가 서로 반대방향으로 경사지게 되어 각 도메인에 따른 평균 광투과율이 보상되어 시야각이 넓어지게 된다.Since the liquid crystal cell obtained by the above method has a viewing angle dependency by a single domain, inversion of the gradation display according to the viewing angle occurs. Therefore, it will be meaningful to manufacture a multi-domain liquid crystal cell without inversion in the viewing angles in all directions by dividing domains for each pixel of the liquid crystal cell to give different pretilts. Accordingly, a process of fabricating a two-domain twisted nematic liquid crystal cell, which is an example of a multi-domain liquid crystal cell by applying the optical alignment method of the present invention, is illustrated in FIG. 11. 11 (a) is of θ 1 with respect to after the blocking of the second domain (Ⅱ) of the first alignment layer 22 is coated on the first substrate 21 with a mask 23, a portion of polarized light to the substrate When irradiated at an angle, the first pretilt is determined in the first domain (I). After moving the mask 23 described above with reference to FIG. 11 (b) to the position of the first domain (I), and irradiating the partially polarized light at an angle of θ 2 , the second domain of the first alignment layer 22 ( The second pretilt is determined in II) to form two domains on the first substrate 21. In the same manner as for the second substrate, the inclination angle of the partially polarized light is controlled to prepare third and fourth pretilts different from each other as shown in FIG. 11 (c). After the first substrate and the second substrate on which the pretilt is determined are bonded to each other so that the alignment layer faces each other, the liquid crystal is injected to obtain the liquid crystal cell of FIG. In the figure, the solid line indicates the direction of the pretilt angle of the first substrate, the dotted line indicates the direction of the pretilt angle of the second substrate, and the dot indicates the direction of the viewing angle. When the gray scale display voltage is applied to the liquid crystal cell, the liquid crystal directors of the respective domains are inclined in opposite directions according to the pretilt of the two domains, thereby compensating the average light transmittance of each domain to widen the viewing angle.
또한, 상기한 2도메인 액정셀 보다 시야각이 더 넓은 4도메인 TN 액정셀의 제조공정은 도 12에 나타난 바와 같다. 도 12(a)는 제1기판(21)에 도포된 제1배향막(22)의 제2도메인(Ⅱ), 제3도메인(Ⅲ) 및 제4도메인(Ⅳ)을 마스크(23)로 블록킹을 하고 개구부의 위치를 제1도메인(Ⅰ)에 놓고, 부분편광된 광을 기판(21)에 대해서 θ1의 각도로 경사지게 조사하면, 제1도메인(Ⅰ)에 제1프리틸트가 결정된다. 도 12(b)는 도 12(a)의 A-A'선을 따라 그린 단면도로, 제1프리틸트를 제1도메인에 부여되는 것을 나타낸다. 도 12(c)는 상기한 마스크(23)의 개구부를 제2도메인(Ⅱ)의 위치에 이동한 후, 부분편광된 광을 θ2의 각도로 경사지게 조사하면 제1배향막(22)의 제2도메인(Ⅱ)에 제2프리틸트가 결정되고, 도 12(d)는 도 12(c)의 B-B'선을 따라 그린 단면도로 제2도메인에 제2프리틸트가 결정된 것을 나타낸다. 도 12(e)∼도 12(h)에서는 제3도메인(Ⅲ)과 제4도메인(Ⅳ)에 각각 제3프리틸트와 제4프리틸트를 결정하여 제1기판(21)에 4도메인이 형성되는 것을 나타낸다. 상기한 도 12(f)는 도 12(e)의 C-C'선을 따라 그린 단면도이고, 도 12(h)는 도 12(g)의 D-D'선을 따라 그린 단면도이다.In addition, the manufacturing process of the 4 domain TN liquid crystal cell having a wider viewing angle than the 2 domain liquid crystal cell described above is shown in FIG. 12. 12A illustrates blocking of the second, second, third, and fourth domains of the first alignment layer 22 coated on the first substrate 21 with the mask 23. When the position of the opening is set in the first domain I and the partially polarized light is irradiated at an angle of θ 1 with respect to the substrate 21, the first pretilt is determined in the first domain I. FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 12A, showing that the first pretilt is applied to the first domain. 12 (c) shows that the second alignment of the first alignment layer 22 is performed by moving the opening of the mask 23 to the position of the second domain (II) and then irradiating the partially polarized light at an angle of θ 2 . The second pretilt is determined in the domain (II), and FIG. 12 (d) is a cross-sectional view taken along the line B-B 'of FIG. 12 (c), and the second pretilt is determined in the second domain. 12 (h) to 12 (h), the third pretilt and the fourth pretilt are determined in the third domain (III) and the fourth domain (IV) to form four domains on the first substrate 21. FIG. It is shown. FIG. 12 (f) is a cross-sectional view taken along the line C-C 'of FIG. 12 (e), and FIG. 12 (h) is a cross-sectional view taken along the line D-D' of FIG. 12 (g).
제2기판에 상기한 방법과 동일한 광배향법으로, 부분편광된 광의 경사입사각도를 제어하여 서로 다른 제5, 제6, 제7 및 제8프리틸트를 도 12(i)와 같이 결정하여 준비한다. 상기한 프리틸트가 결정된 제1기판과 제2기판이 마주하도록 합착한 후, 액정을 주입하면 각 도메인의 주시야각 방향이 다른 도 12(j)의 액정셀이 얻어진다. 도면에서, 실선은 제1기판의 프리틸트방향을 나타내는 것이고, 점선은 제2기판의 프리틸트방향을 나타내는 것이며, 점은 주시야각의 방향을 나타내는 것이다. 이 액정셀에 계조표시전압을 인가하면, 두 도메인의 프리틸트에 따라서 각 도메인의 액정방향자가 서로 반대방향으로 경사지게 되어 간단한 방법으로 시야각이 개선된 4도메인 액정셀을 얻는 것이 가능하다.By using the same optical alignment method as described above on the second substrate, the fifth, sixth, seventh and eighth pretilts different from each other by controlling the inclination angle of the partially polarized light are prepared as shown in FIG. 12 (i). do. After the first substrate and the second substrate on which the pretilt has been determined are bonded to each other, and then the liquid crystal is injected, the liquid crystal cell of FIG. In the figure, the solid line indicates the pretilt direction of the first substrate, the dotted line indicates the pretilt direction of the second substrate, and the dot indicates the direction of the viewing angle. When the gray scale display voltage is applied to the liquid crystal cell, the liquid crystal directors of the respective domains are inclined in opposite directions according to the pretilt of the two domains, thereby obtaining a four-domain liquid crystal cell having an improved viewing angle.
상기한 멀티도메인 액정셀 제조공정에서 상기한 TN모드의 액정셀 이외에, 모노도메인의 액정셀과 같이, 다양한 모드의 멀티도메인 액정셀이 가능하다. 예를 들면, 제1기판은 하나의 프리틸트각 방향이 결정되어 있고, 제2기판은 2개의 프리틸트각 방향이 결정되는 C-TN(Complementary Twisted Nematic) 액정셀, 또는 각 도메인의 프리틸트각 방향은 같지만, 도메인의 프리틸트각의 크기가 다름으로서, 평균 프리틸트가 다른 DDTN(Domain Divided Twisted Nematic)액정셀과 같은 다양한 모드의 액정셀에 적용하는 것이 물론 가능하다.In addition to the liquid crystal cell of the TN mode in the above-described multi-domain liquid crystal cell manufacturing process, a multi-domain liquid crystal cell of various modes is possible, like the liquid crystal cell of the mono domain. For example, the first substrate has one pretilt angle direction determined, and the second substrate has a C-TN (Complementary Twisted Nematic) liquid crystal cell in which two pretilt angle directions are determined, or the pretilt angle of each domain. Although the directions are the same but the domains have different sizes of pretilt angles, it is of course possible to apply them to liquid crystal cells of various modes, such as DDTN (Domain Divided Twisted Nematic) liquid crystal cells having different average pretilts.
상기한 방법에 의한 액정셀의 프리틸트 제어방법에 있어서, 1회의 부분편광된 광을 조사하므로서 액정표시소자를 이루는 액정분자의 배열을 결정하는, 배향축의 방향, 프리틸트각 방향 및 프리틸트각으로 이루어진 프리틸트가 제어됨으로써 제조공정수를 종래의 공정수에 비해 최고 1/2로 단축할 수 있게 된다. 또한, 부분편광된 광의 편광도를 조절하여 배향축을 신뢰성 높게 선택할 수 있을 뿐 아니라, 0°∼90°의 전 범위의 프리틸트각을 광에 대한 변화율을 제어하면서 선택할 수 있게 되어 전체 공정에 대한 규제력을 높일 수가 있게된다. 따라서, 전체 제조공정 시간을 단축할 수가 있고, 여러 가지 모드의 액정셀에 적용할 수가 있는 배향방법이다.In the pretilt control method of the liquid crystal cell by the above-described method, in the direction of the orientation axis, the pretilt angle direction, and the pretilt angle, which determine the arrangement of the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal display element by irradiating once partially polarized light. By controlling the pretilt made, the number of manufacturing processes can be shortened by up to 1/2 compared to the conventional processes. In addition, the polarization degree of the partially polarized light can be adjusted to select the orientation axis with high reliability, and the pretilt angle in the entire range of 0 ° to 90 ° can be selected while controlling the rate of change for the light, thereby regulating the overall process. You can increase it. Therefore, the whole manufacturing process time can be shortened and it can be applied to the liquid crystal cell of various modes.
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1997
- 1997-02-11 KR KR1019970004280A patent/KR100229198B1/en not_active IP Right Cessation
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