KR20010037225A - 멀티도메인 액정셀의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 멀티도메인 액정셀 제조 방법은, 광배향 물질로 이루어진 배향막이 도포된 상하기판을 준비하는 단계와, 상기한 기판 위에, 제1표면에는 복수개의 투광부 및 차광부가 일정한 주기로 배열되고 제2표면에는 제1표면의 투광부에 대응하는 위치에 차광부가 놓이고 차광부에 대응하는 위치에 투광부가 놓이도록 형성된 마스크를 씌우는 단계와, 상기한 마스크가 씌워진 기판에 UV를 조사하여 상기한 기판 각각에 UV배향을 실시하는 단계와, 상기한 상하기판을 합착하는 단계로 이루어진다.

Description

멀티도메인 액정셀의 제조방법{A METHOD OF MANUFACTURING A MULTI-DOMAIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은, 멀티도메인 액정셀의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 제1표면에는 복수개의 투광부 및 차광부가 일정한 주기로 배열되고 제2표면에는 제1표면의 투광부에 대응하는 위치에 차광부가 놓이고 차광부에 대응하는 위치에 투광부가 놓이도록 형성된 마스크를 사용하여 UV배향을 실시하므로써 광시야각을 갖는 멀티도메인 액정셀을 간단한 공정으로 얻기 위한 액정셀 제조방법에 관한 것이다.
최근, 휴대용 텔레비전이나 노트북 컴퓨터에 주로 사용되고 있는 액정디스플레이(LCD)는 벽걸이 텔레비전이나 모니터용으로 사용하기 위해 화면의 대면적화가 강력히 요구되고 있다. LCD로 근래에 주로 사용되고 있는 액정셀은 트위스트네마틱 (Twisted Nematic) 액정셀이며, 이 TN 액정셀은 시야각에 따라서 각 계조표시(gray level)에서의 광투과율이 달라지는 특성을 보유하므로 그 대면적화를 제한하게 되는 문제점을 가지고 있다. 즉, 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과율이 비교적 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에 대해서는 광투과율이 비대칭적으로 분포하기 때문에 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되는 영역이 존재하여 시야각이 좁아지는 문제가 있었다.
근래에, LCD의 시야각이 좁아지는 문제를 해결하기 위해, 각 화소내에서 주시야각 방향을 달리하여 시야각의 보상효과를 내는 멀티도메인 액정셀이 제안되고 있다.
상기한 멀티도메인 액정셀을 얻기 위한 방법으로 역방향 러빙공정을 도 1에 나타낸다.
역방향 러빙공정은, 도 1(a)에서처럼 우선 폴리이미드(12)가 도포된 기판 (21) 전체를 러빙하여, 도 1(b)의 모노도메인을 형성한다. 도 1(c)에서, 한 도메인을 포토레지스트(13)로 블로킹한 후, 도 1(a)의 러빙방향과 반대의 방향으로 러빙을 실행하여, 도 1(d)에서 처럼 포토레지스트(13)로 블로킹되지 않은 도메인은 역방향으로 러빙이 되게 된다. 도 1(e)에서 상기한 포토레지스트(13)를 제거하면 반대방향의 프리틸트각 방향을 가지는 2개의 도메인으로 나뉜 기판을 얻을 수 있다.
그러나, 상기한 러빙방법으로 제작된 액정셀은 러빙공정시 먼지나 정전기가 발생하여 수율이 저하되거나 액정셀이 파손되는 문제가 발생하였다.
상기한 러빙에 의한 문제점을 극복하기 위해서 러빙대신 UV를 이용한 광배향방법이 제시되고 있는데, 그 중 하나를 도 2에 나타낸다. 먼저 도 2(a)에서와 같이 배향막(22)이 도포된 기판(21)을 주기적으로 투광부(25)와 차광부(24)가 형성된 마스크(23)로 차단한 후, 광(도면 상단의 경사방향의 실선화살표)을 θ의 각도로 경사지게 조사하면, 빛이 투과한 부분(26)에 제1프리틸트가 결정된다. 도 2(b)에서는 제1프리틸트가 결정된 부분(26)이 차광되도록 다시 마스크(23)를 배열한 다음, 광(도면 상단의 경사방향의 실선화살표)을 -θ의 각도로 경사지게 조사하면 도 2(a)에서 차광되었던 부분(27)에 제2프리틸트가 결정되게 되어 도 2(c)에서와 같이 프리틸트가 다른 2도메인의 기판을 얻을 수가 있다. 제2기판도 상기한 방법으로 배향하고 상하기판을 합착하여 도 2(d)와 같은 2도메인 액정셀을 얻을 수 있다. 또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 우선 Q,R영역은 차광시키고 O,P영역에 도 2(a)와 도 2(b)의 광배향법을 차례로 적용하고(도 3(a),3(b) 참조), 이어서 O,P영역은 차광시키고 Q,R영역에는 도 2(a)와 도 2(b)의 광배향법에 있어서 조사각도(θ→θ')를 변화시켜 차례로 적용하므로써(도 3(c),3(d) 참조) 기판에 총 4회의 광조사를 실시하여 4도메인 기판을 얻게 된다. 상기한 처리에 의해서 4도메인이 형성된 제1기판과 제2기판을 서로 마주 보도록 합착하여 액정을 주입하면 4도메인 액정셀을 얻는 것이 가능하다.
종래의 방법 중 또 다른 예를 도 4에 나타낸다. 이 방법은 도 4(a)에서와 같이 배향막(42)이 도포된 기판(41)의 일부 영역에 마스크의 반투명부(43)를 위치하게 하여 광조사를 실시하면 상기한 도면에 나타난 바와 같이, 개구부에서는 조사되는 광이 기판(41) 위의 배향막(42)에 흡수되지만, 마스크의 반투명부(43)에 대응하는 기판(41)의 배향막(42)영역은 조사되는 광의 일부만이 배향막(42)에 흡수된다. 배향막(42)을 형성하는 물질로 사용되고 있는 폴리실록산계 물질(polysiloxane based materials)은 흡수되는 광에너지가 증가함에 따라서 프리틸트각의 크기가 작아지는 특성이 있으므로, 배향막에 형성되는 프리틸트각의 크기를 쉽게 제어할 수가 있다. 상기한 성질을 이용하여 제조된 프리틸트각 크기가 다르고 화소가 분할된 기판의 단면도가 도 4(b)에 나타나 있다. 도 4(b)를 적용하여 상하 기판을 합착하여 제조된 액정셀이 도 4(c)에 나타나 있다. 이 구조는, 각 기판에서 각 도메인의 배향방향은 같으나, 프리틸트각의 크기가 다르므로 역시 멀티도메인을 형성하여 시야각이 개선된다. 또한, 상기한 화소분할 방법을 응용하면 도 5에서와 같이 4도메인의 액정셀을 얻는 것도 가능한데, 이 방법은 우선 Ⅲ,Ⅳ영역은 차광시키고 Ⅰ,Ⅱ영역에 도 4(a)의 광배향법을 적용하고(도 5(a)~도 5(d)참조), 이어서 Ⅰ,Ⅱ영역은 차광시키고 Ⅲ,Ⅳ영역에는 도 4(a)의 광배향법에 있어서 조사된 광의 편광방향을 변화시켜 적용하므로써(도 5(e)~도 5(h)참조) 4도메인 기판을 얻게 되고, 상기한 처리에 의해서 4도메인이 형성된 제1기판과 제2기판을 서로 마주 보도록 합착하여 액정을 주입하면 4도메인 액정셀을 얻는 것이 가능하다.
그러나, 상기한 광배향 방법을 통한 액정셀 제조방법은 광시야각 구현을 위한 멀티도메인의 배향방향을 제어하는데 있어서, 첫 번째 방법에서는 2개의 화소영역으로 분할된 멀티도메인을 형성하기 위해서 상하기판에 총8번(4번의 수직조사, 4번의 경사조사)의 광조사와, 4번의 마스크 합착공정을 실시해야 하고, 더구나, 상기한 방법으로 4도메인의 멀티도메인을 형성하기 위해서는, 공정수가 2배로 증가하게 되어 많은 광조사와 여러 번의 마스크 합착공정 및 마스크와 기판 사이의 갭조정이 추가로 실시되어야 하기 때문에 대량생산에 문제점이 되고 있으며, 두 번째 방법에 있어서는 2도메인의 멀티도메인 형성시 상하기판에 총4번(2번의 수직조사, 2번의 경사조사)의 광조사와, 2번의 마스크 합착공정이 필요하므로 광조사와 마스크 합착공정 횟수는 감소하였으나 4도메인의 멀티도메인을 형성할 때, 마스크 여러 개를 배열해야 하므로 마스크 배열에 있어서 에러가 발생할 가능성이 있기 때문에 생산성 향상을 저해할 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 광배향시 필요한 포토마스크를 개선하여, 1회 조사로 동시에 2개의 다른 방향의 경사조사를 실시하게 되므로써 단위화소의 배향분할 구현이 가능하여 간단한 공정으로 멀티도메인 액정셀을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 마스크 배열횟수의 저감으로 인해 마스크와 기판 사이의 갭조정에 따른 마스크 배열에 있어서의 에러 발생율을 줄여 생산성 향상을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 액정셀은, 배향막이 도포된 기판 위에 제1표면에는 복수개의 투광부 및 차광부가 일정한 주기로 배열되고 제2표면에는 제1표면의 투광부에 대응하는 위치에 차광부가 놓이고 차광부에 대응하는 위치에 투광부가 놓이도록 형성된 마스크를 씌우고 UV를 조사했을 때, UV는 마스크를 통과함과 동시에 2개의 다른 방향으로 배향막에 경사조사되므로 단위화소에 동시에 2개의 배향방향이 형성되어 멀티도메인을 형성하게 된다. 따라서, 상기한 UV배향으로 얻어진 화소가 분할된 기판을 상하기판에 각각 적용하여 합착하므로써 멀티도메인 액정셀을 손쉽게 얻을 수 있게 된다.
도 1은, 종래의 러빙법에 의한 2도메인 액정셀 제조공정을 나타내는 도면.
도 2는, 종래의 광배향법에 의한 2도메인 액정셀 제조공정을 나타내는 도면.
도 3은, 종래의 광배향법에 의한 4도메인 액정셀 제조공정을 나타내는 도면.
도 4는, 종래의 다른 광배향법에 의한 2도메인 액정셀 제조공정을 나타내는 도면.
도 5는, 종래의 다른 광배향법에 의한 4도메인 액정셀 제조공정을 나타내는 도면.
도 6은, 본 발명의 마스크를 사용한 광배향법에 의한 2도메인 액정셀 제조공정을 나타내는 도면.
도 7은, 본 발명의 마스크를 사용한 광배향법에 의한 4도메인 액정셀 제조공정을 나타내는 도면.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 상기 마스크를 사용하여, 1회 UV조사로 화소가 배향분할된 2도메인 기판을 얻기 위한 UV조사 방법을 포함하는 액정셀 제조방법에 관한 것이다. 즉, 도 6은 상기한 기판(61) 위에 도포된 배향막(62)에, 상기한 제1표면(65)에는 복수개의 투광부(64a,64b) 및 차광부(63)가 일정한 주기로 배열되고 제2표면(66)에는 제1표면(65)의 투광부에 대응하는 위치에 차광부가 놓이고 차광부에 대응하는 위치에 투광부가 놓이도록 형성된 마스크(67)를 위치하도록 한 다음 UV조사(도면 상단의 경사방향의 실선화살표)를 실시한 것을 보여주고 있다. 상기한 도면에 나타내는 것과 같이, 제1투광부(64a)로 조사되는 광은 화살표(x)의 방향으로 θ도로 경사조사되어 기판(61) 위의 배향막(62)의 제1도메인(α)에 흡수되고, 제2투광부(64b)로 조사되는 광은 화살표(y) 방향으로 -θ도로 경사조사되어 기판(61) 위의 배향막(62)의 제2도메인(β)에 흡수된다. 따라서, 1회 조사로 2개의 다른 방향의 경사조사가 실시되어 단위화소가 배향분할되므로 보다 간단하게 도메인이 분할된 액정셀을 제작하는 것이 가능하다. 이 때, 도 5에서 화소의 크기는 정해져 있으므로 다음과 같은 조건의 식이 만족되어야 한다.
p1(마스크 패턴 주기) =p2(화소의 피치)
w(마스크 패턴 폭) = p1/2
d(마스크의 제1표면과 제2표면 사이의 간격) = w×tanθ (θ는 조사각도)
g(마스크의 제2표면과 배향막 사이의 간격) = d/2
상기 식에 있어서, 마스크 패턴 주기는 마스크의 투광부 혹은 차광부의 배열주기이고 화소의 피치는 화소의 배열주기이고 마스크 패턴 폭은 마스크의 투광부 혹은 차광부의 폭을 의미한다.
그리고, 도 6의 광배향법을 상하기판에 적용하여 합착하므로써 액정셀을 제작할 수 있다.
또한, 상기한 화소분할 방법은 마스크의 제1표면과 제2표면 사이의 간격을 변화시킴에 따라(d = w×tanθ 에 근거하여) 다양하게 조사각도를 조절할 수 있고, 조사각도가 달라지게 되면 기판에서 각 도메인의 프리틸트각의 크기가 달라지므로, 이웃한 도메인 사이에서 시야각이 보상되어 광시야각을 갖는 멀티도메인 액정셀을 간단한 공정으로 얻을 수 있게 되는 것이다.
상기 방법을 응용하여 도 7에서는 4도메인 액정셀을 형성하는 방법을 나타낸다. 즉, 도 7(a)는 배향막이 도포된 기판 위에서 점으로 채워진 제1영역(A)에는 상기 마스크로 차단하고, 빗금으로 채워진 제2영역(B)에는 불투명 마스크로 차단하는 것이다. 여기에서는 도 6에서 나타낸 것과 같이 제1표면(65)과 제2표면(66) 사이의 간격을 d로 하여 임의의 조사각도 θ로 UV조사가 되도록 하여 하나의 화소를 배향분할하는 제1광조사(도면 상단의 실선화살표)를 실시한다. 도 7(a)에 있어서 제1영역(A)의 왼쪽 화살표는 도 6에 있어서 제2투광부(64b)를 통과한 y방향의 UV, 즉 -θ도로 조사된 UV에 의해 생성된 프리틸트방향을 나타내고 오른쪽 화살표는 도 6에 있어서 제1투광부(64a)를 통과한 x방향 UV, 즉 θ도로 조사된 UV에 의해 생성된 프리틸트방향을 나타낸 것으로써, 상기한 제1광조사로 형성된 프리틸트를 보여 주고 있다. 즉, 광투과율이 0%인 불투명부에 대응하는 배향막의 영역(제2영역:B)에는 프리틸트가 형성되지 않았으나, 상기 마스크를 씌운 부분에는 프리틸트 방향이 다른 2도메인이 형성된다. 다음에는, 도 7(b)와 같이 프리틸트가 결정된 제1영역(A)을 불투명마스크로 덮고 제2영역(B)은 마스크(68)의 제1표면(65)과 제2표면(66)의 간격을 달리한(d') 상기 마스크를 덮는 것이다. 이 경우에는, 도 6에 있어서 제1표면 (65)과 제2표면(66)의 간격의 변화(d→d')로 인해 조사각도가 달라지므로(θ') 제2영역(B)은, 제1영역(A)과는 다른 프리틸트각을 갖도록 하나의 화소가 배향분할되는 제2광조사(도면 상단의 실선화살표)가 실시될 수 있다. 도 7(b)에서, 제2영역 (B)에서의 왼쪽 화살표는 도 6에 있어서 제2투광부(64b)를 통과한 y방향의 UV, 즉 -θ도로 조사된 UV에 의해 생성된 프리틸트방향을 나타내고 오른쪽 화살표는 도 6에 있어서 제1투광부(64a)를 통과한 x방향 UV, 즉 θ도로 조사된 UV에 의해 생성된 프리틸트방향을 나타낸 것으로써, 상기한 제2광조사로 형성된 프리틸트를 보여 주고 있다. 광투과율이 0%인 불투명부에 대응하는 배향막의 제1영역(A)에는 제2광조사가 마스크에 의해 차단 되었으므로, 제1광조사시 형성되었던 프리틸트가 도 7(a)와 동일하게 남아 있게 되고, 상기 마스크의 제1표면(65)과 제2표면(66)의 간격이 달라진, 즉, d'인 경우, 마스크를 씌운 제2영역(B)에는 제1영역(A)과는 다른 프리틸트각을 갖는 2도메인이 형성되어 화소가 총 4개로 분할된다.(도 7(c) 참조)
상기한 방법으로 얻어진 4도메인 기판을 상하의 기판에 각각 적용하면, 4도메인 액정셀을 형성할 수가 있다.
본 발명은 제1표면에는 복수개의 투광부 및 차광부가 일정한 주기로 배열되고 제2표면에는 제1표면의 투광부에 대응하는 위치에 차광부가 놓이고 차광부에 대응하는 위치에 투광부가 놓이도록 형성된 마스크를 사용하여 광배향을 실시하므로써, 1회 조사로 단위화소의 배향분할을 구현하여 제조공정수를 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 하나의 마스크로 화소의 배향분할을 구현하므로 마스크를 배열하는 단계가 줄어드는데, 이로 인하여 마스크 배열 불량이 저감되어 배향축에 대한 신뢰성이 높아지게 되어, 생산성이 향상되고 대량생산시 제조단가도 낮아지게 된다.

Claims (7)

  1. 상하 기판을 제공하는 단계와,
    상기 상하 기판 중 적어도 한 기판에 배향막을 도포하는 단계와,
    상기 배향막이 도포된 기판을 마스크로 차단하는 단계와,
    상기 마스크의 상부로부터 광조사를 실시하는 단계와,
    상기 상하기판을 합착하는 단계로 이루어지고,
    상기 마스크는, 복수개의 투광부 및 차광부가 일정한 주기로 배열된 제1표면과 제1표면의 투광부에 대응하는 위치에 차광부가 놓이고 차광부에 대응하는 위치에 투광부가 놓이도록 배열된 제2표면으로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정셀의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마스크의 투광부 혹은 차광부의 배열 주기가 화소의 배열 주기와 동일한 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정셀의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마스크의 투광부 혹은 차광부의 폭이 상기 마스크의 투광부 혹은 차광부의 배열 주기의 1/2인 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정셀의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마스크의 제1표면과 제2표면 사이의 간격(d)이 아래의 식,
    d = w×tanθ(w는 마스크의 패턴 폭, θ는 조사각도)
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정셀의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마스크의 제2표면과 배향막 사이의 간격이 상기 마스크의 제1표면과 제2표면 사이의 간격의 1/2인 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정셀의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마스크가 유리 혹은 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정셀의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광이 자외선인 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정셀의 제조방법.
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