KR19990008688A - 액정표시소자의 광배향막 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비편광된 빛을 이용한 액정표시소자의 광배향막 형성방법에 관한 것으로, 투명전극이 형성된 유리기판에 광배향 물질의 박막을 형성하고, 상기 박막에 비편광된 빛을 비스듬하게 기울여 노광하여 광배향시키는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 따르면, 비편광 빛을 이용하여 우수한 액정 배향성을 얻을 수 있는 광배향막을 형성할 수 있으므로 공정상 편광장치에 의해 한정되는 파장이나 노광출력 등의 제약으로부터 벗어날 수 있으며, 광배향 방법의 단순화로 액정표시소자의 제조원가를 절감할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

Description

액정표시소자의 광배향막 형성방법
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비편광된 빛을 이용한 액정표시소자의 광배향막 형성방법에 관한 것이다.
전자광학적(electro-optical) 소자를 이용하여 전기적인 신호를 시각 영상으로 변환시켜 인간이 직접 정보를 해독할 수 있도록 하는데 사용되는 정보 표시장치(information display device)는 가정용 TV, 과학기기용 오실로스코프, 레이터 표시기, 숫자·문자·그래프 표시 터미널 및 CAD터미널, 산업 설비 표시기, 교통 운송 우주 군사 항공분야의 표시기에 광범위하게 응용되고 있다.
특히, 평면(flat)이면서도 경량이며 전력소모가 적은 평판 표시장치는 크게 전기적인 에너지를 영상신호(image signal)의 함수로서 빛으로 변환시키는 방사형(emissive type) 표시장치와 확산, 흡수, 복굴절, 반사, 굴절 등과 같이 전기적으로 변화를 일으킬 수 있는 광학적 효과를 이용하여 주변광, 후면광 또는 측면광 등을 제어함으로써 원하는 칼라와 휘도를 얻는 무방사형(non-emissive type) 표시장치로 구분된다.
무방사형 표시장치에서는 액정을 이용한 액정표시소자(liquid crystal display; LCD)가 가장 많이 응용되고 있다.
LCD는 집적회로를 사용하는 전자기기에 적합하고 저전압, 저소비 전력으로 동작하기 위해 휴대용 초소형 전자기기의 표시에 가장 적합한 특성을 갖추고 있다.
LCD는 액정표시패널, 구동회로 및 필요에 의한 조명장치로 구성된다.
도 1 에는 일반적인 액정표시패널이 도시되어 있다.
액정(5) 재료는 네마틱(nematic) 액정, 콜레스테릭(cholesteric) 액정, 스멕틱(smectic) 액정 및 그들의 혼합 액정이 사용된다.
투명전극(3)은 산화주석, 산화인듐 또는 그들의 혼합물을 유리기판(2)에 스프레이, 증착 또는 스퍼터 방법으로 형성한다.
스페이서(6)는 액정층(5)의 두께를 일정하게 유지하기 위한 것으로 마일러 필름이나 테플론 필름을 사용한다.
봉착제(sealer ; 7)로는 무기 접착제와 유기 접착제가 사용되며, 수분 침입에 의한 액정(5)의 열화를 방지하기 위해 기밀성이 유지되어야 한다.
배향막(4)은 액정 분자 배열을 균일하게 하기 위한 것으로, 표시방식에 따라 평행 배향 처리, 수직 배향 처리 또는 그것들을 조합한 처리를 한다.
편광판(1)은 액정층을 통과한 빛의 선광(選光)을 위해 유리기판의 상하부에 편광방향이 서로 직교하도록 부착된다.
이와같이 이루어진 LCD는 액정에 전압을 인가하면 빛이 통과하는 방향이 바뀐다. 즉, 액정분자의 배열이 90° 비틀린 네마틱(Twisted Nematic ; TN)형 LCD인 경우 전압을 인가하지 않은 상태에서는 액정(5)에 광을 투사하면 액정분자가 배열된 홈을 따라 광이 비틀려서 통과하게 되고, 전압을 인가하면 광의 비틀림이 없이 직진하게 되어 광이 통과하지 않게 되어 화면상에 검게 표시된다.
한편, LCD의 액정표시패널의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
유리기판(2)에 ITO박막을 형성하고 이를 선택적으로 에칭하여 투명전극군(3)을 형성한다. 투명전극군(3)이 형성되면 그 위에 스핀코팅 방법을 이용하여 배향막(4) 재료가 용해된 용액을 도포한 후 건조시키고 용매를 휘발시켜 배향막(4)을 형성한다. 이와같이 형성된 한쌍의 유리기판(2)을 배향막(4)이 서로 대면하도록 한 채 이후 공정을 통해 액정(5)이 주입될 수 있는 셀 갭(cell gap)이 형성될 수 있도록 그 가장자리에 스페이서(6)를 형성함과 아울러 셀 내부의 기밀성을 유지할 수 있도록 봉착제(7)를 유리기판(2)의 가장자리에 도포한 후 가압경화하여 액정셀을 형성한다. 이때 유리기판(2)에는 다수의 액정셀이 형성되므로 각각의 액정셀로 나누기 위해 탄화규소나 다이아몬드 절단기를 이용하여 절단한다. 이어서 단위 액정셀과 액정을 진공챔버에 넣고 진공상태에서 액정셀에 액정을 주입한 후 주입구(미도시됨)를 봉입하여 액정표시패널의 제조공정을 완료한다.
특히, 본 발명과 관련된 액정배향공정을 상세히 설명한다.
주지된 바와 같이, 셀 내부에 주입된 액정분자는 길고 가느다란 막대모양(nematic)으로된 유기화합물이며, 자연상태에서는 액정분자가 완만하고 규칙적으로 배열되어 일정방향의 홈을 새긴 배향막에 접촉시키면 홈을 따라 배열상태가 변하게 된다.
종래에는 면 또는 나일론계의 섬유를 식모한 포를 표면에 금속의 원통형 롤(roll)을 회전시키면서 배향막이 도포된 기판의 표면을 마찰시켜 특정방향에 배향력을 형성시켜 시야각을 형성시키는 러빙(rubbing)방법이 이용되고 있으나, 마찰로 인한 전기적, 기계적인 본질적인 결함으로 인해 위상왜곡(random phase distortion)과 광산란(light scattering) 등의 문제가 있다.
최근들어 액정분자 배향을 위한 새로운 방법들이 제안되고 있다. 즉, 액정의 프리틸트각(pretilt angle)은 LCD의 스위칭 시간 뿐만아니라 콘트라스트 비를 증가시키기 위해서 매우 중요하며, 비러빙(non-rubbing) 기술을 이용하여 프리틸트각을 달성하기 위한 기술이 제기되고 있다.
특히, 종래기술의 일예로서 폴리비닐알콜(polvinyl alcohol)과 4-메톡시 시남산(4-methoxy cinnamic acid)의 반응에서 생성되는 PVCN(polyvinyl-4-methoxy cinnamic acid) 유도체를 유리기판(2)에 도포하여 선편광된 자외선을 조사하면 광반응에 의해 크로스 링킹(cross-linking)된 광배향막(optic alignment layer; 4)이 형성되며, 이와같은 광배향막(4)은 액정분자들을 원하는 방향의 평면구조로 배향시킬 수 있다.
도 2는 광배향막 형성을 위해 종래의 선편광된 빛 조사를 위한 편광장치의 일예를 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이, 수은 램프(10), 광분리기(beam splitter ; 11), UV필터(12), 회전 편광자(14)를 구비하며, 광원(10)에서 방사된 비편광된 빛이 광 분리기(11)에 의해 자외선을 일방향으로 투과시키고, 투과된 자외선은 요구하는 파장을 갖도록 UV필터(12)에 의해 필터링되며, 회전 편광자(14)를 통해 필터링 된 빛을 직교하는 두 성분으로 분리하여 하나는 버리고 하나는 통과시켜 편광된 빛을 광배향막(4)에 노광함으로써 광배향시킨다.
이와같이 종래의 광배향막 형성방법은 선편광된 빛을 이용하기 때문에 광배향막을 형성하기 위해서 대면적 또는 적절한 크기의 편광자가 필수적으로 들어가야 하며, 이와같은 편광장치의 사용은 노광 빛의 손실을 감수해야 할 뿐만아니라 광배향막 형성방법이 복잡해지는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비편광된 빛으로도 광배향막을 배향시킬 수 있도록하여 광배향막 형성공정의 단순화 및 노광 빛의 손실을 최소화 할 수 있는 액정표시소자의 광배향막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 LCD의 광배향막 형성방법에 있어서, 투명전극이 형성된 유리기판에 광배향 물질의 박막을 형성하고, 상기 박막에 비편광된 빛을 비스듬하게 기울여 노광하여 광배향시키는 것을 특징으로 한다.
이와같은 형성방법으로 제조된 액정표시소자의 광배향막의 표면에서 조성이 되는 광원의 세기는 광원의 입사면에 평행한 성분의 광세기(Is)와 광원의 입사면에 수직한 성분의 광세기(Ip)가 서로 다르게 된다. 즉, Is와 Ip 사이의 차이로 인하여 광배향막의 분자 배열 방향에 비등방성을 줄 수 있으며, 액정을 원하는 방향으로 배열시킬 수 있다. 그러므로 기존의 편광자를 사용한 경우와 동일한 광배향 특성을 얻을 수 있으며 더구나 입사각도를 임의로 조절함에 따라 원하는 편광비를 조절할 수 있다.
도 1은 일반적인 액정표시소자의 단면구조를 도시한 단면도,
도 2는 종래의 편광된 빛 조사 장치를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 광배향막 형성방법을 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 의해 광배향된 상태를 나타내는 다이어그램,
도 5는 실시예에 따른 네마틱 액정 셀을 편광판 사이에 개재하여 액정의 광학효과를 측정한 현미경사진.
도면의 주요부분에 대한 부호 설명
1 ; 편광판 2 ; 유리기판
3 ; 투명전극 4 ; (광)배향막
5 ; 액정 6 ; 스페이서
7 ; 봉착제(sealer) 10 ; 광원(수은 램프)
11 ; 광분리기 12 ; UV 필터
14 ; 원형 편광자
이하 본 발명에 따른 액정표시소자의 광배향막 형성방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 비편광된 UV 빛을 이용하여 광배향막을 형성하기 위한 장치가 개략적으로 도시된 것이다.
실시예에 따르면, 본 발명은 투명전극(1)이 형성된 유리기판(2)에 광배향 물질, 예컨대 아조 주쇄 폴리아민산(azo main-chain polyamic acid)을 도포하고 약 70 ∼ 90℃의 온도범위에서 열처리하여 광배향막(4)을 형성한다.
상기 광배향 물질로는 아조(azo) 단분자, 아조 측쇄 폴리아민산(azo side-chain polyamic acid) 또는 폴리이미드(polyimide) 등을 이용할 수 있다.
이어서, 상기 광배향막(4)에 편광장치를 사용하지 않은 비편광된 UV 또는 레이저의 광원(10)을 임의의 각도(θ)로 비스듬히 기울여 노광하면 노출되는 광배향막(4)의 표면에 조성되는 광원(10)의 세기는 광원(10)의 입사면에 평행한 성분의 광세기(Is)와 광원(3)의 입사면에 수직한 성분의 광세기(Ip)가 서로 다르게 된다. 즉, Is와 Ip 사이의 차이로 인하여 광배향막(4)의 분자 배열 방향을 원하는 방향으로 배열시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 의해 광배향된 상태를 나타내는 다이어그램이다.
즉, X와 Y평면은 배향막을 나타내며, 광배향막(4)의 분자배열 방향이 Is와 Ip의 차이에 따라 X축 방향으로 배열된다는 것을 알 수 있다.
이와같이 배향된 광배향막(4)은 200∼300℃의 온도범위에서 열처리하여 이미드화(imidization)한다. 즉, 유연성이 낮은 아조-주쇄 폴리아산에서 아조-주쇄 폴리이미드로 전환시켜 열적 특성을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 작용효과를 설명한다.
실시예에서 광배향 물질로 사용한 아조-주쇄 폴리아민 산의 화학구조식은 다음과 같다.
한편, 아조-주쇄 폴리아민 산은 아래와 같은 단계에 의해 광배향시켰다.
예비건조 = 광배향 = 이미드화
상기 예비건조(soft curing) 단계는 기판상에 도포된 광배향 박막에 포함된 용제를 증발시키기 위한 공정으로 80℃에서 30분 동안 수행되었다.
상기 광배향(photo alignment) 단계에서는 편광장치를 사용하지 않은 비편광된 350㎚의 UV를 10분 동안 임의의 각도(θ)로 비스듬히 기울여 노광하였다.
상기 이미드화(imidization) 단계에서는 상기 예비건조된 광배향 물질을 폴리이미드막으로 형성시키기 위해 250℃에서 60분 동안 경화(hard curing)시켰다.
이와같은 광배향막이 형성된 유리기판을 이용하여 통상적인 액정 셀을 만들었다.
상기 액정 셀에 이용된 액정분자는 네마틱(nematic) 액정 분자이다.
도 5 는 상기 실시예에 따른 네마틱 액정 셀을 편광판 사이에 개재하여 액정의 광학효과를 측정한 현미경사진이다.
예시도면에서 위왼쪽(암)은 액정의 광축과 편광판의 방향이 0°일때의 텍스처(texture)이며, 위오른쪽(명)은 액정의 광축과 편광판의 방향이 45°일때의 텍스처이며, 아래왼쪽(암)은 액정의 광축과 편광판의 방향이 90°일때의 텍스처이며, 아래오른쪽(명)은 액정의 광축과 편광판의 방향이 135°일때의 텍스처이다.
도시된 바와 같이, 액정의 광축과 편광판의 방위각에 따라 액정 배향이 매우 깨끗하며 명암상태가 명확히 표현되는 것을 통해 본 발명에 따른 우수한 액정배향성을 확인할 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 비편광 빛을 이용하여 우수한 액정 배향성을 얻을 수 있는 광배향막을 형성할 수 있으므로 공정상 편광장치에 의해 한정되는 파장이나 노광출력 등의 제약으로부터 벗어날 수 있으며, 광배향 방법의 단순화로 액정표시소자의 제조원가를 절감할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

Claims (4)

  1. 액정표시소자의 광배향막 형성방법에 있어서, 투명전극이 형성된 유리기판에 광배향 물질의 박막을 형성하고, 상기 박막에 비편광된 빛을 비스듬하게 기울여 노광하여 광배향시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 광배향막 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향 물질이 아조-주쇄 폴리아민산 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 광배향막 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향 물질이 아조 단분자 또는 폴리이미드 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 광배향막 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향 물질이 아조-측쇄 폴리아민 산 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 광배향막 형성방법.
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