KR20020036309A - 광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법에 관한 것으로, 특히 LCD액정 디스플레이 제작시 두개의 기판중 적어도 일개의 기판에 돌출 전극을 형성하고, 적어도 일개의 기판을 광배향 처리토록 함으로서 러빙과 같은 접촉공정이 배제되어 이로 인한 불량요인을 없앨 뿐 아니라, 전극방식 만으로 얻을 수 없는 우수한 배향성 및 구동성을 확보할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법에 관한 것이다.

Description

광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법{LCD Display Method Using photo Allgnment Technology}

본 발명은 광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법에 관한 것으로, 특히 LCD액정 디스플레이 제작시 두개의 기판중 적어도 일개의 기판에 돌출 전극을 형성하고, 적어도 일개의 기판을 광배향 처리토록 함으로서 러빙과 같은 접촉공정이 배제되어 이로 인한 불량요인을 없앨 뿐 아니라, 전극방식만으로 얻을 수 없는 우수한 배향성 및 구동성을 확보할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법에 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, 광학기기용 오실로스코프, 레이더 표시기, 숫자, 문자, 그래프 표시 터미널 및 CAD 터미널, 산업설비 표시기, 교통 운송 우주 군사 항공분야의 표시기에 광범위하게 응용되고 있다.

특히 평판(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 제어함으로서 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 직접회로를 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 1에는 일반적인 액정표시패널이 도시되어 있다.

액정(5) 재료는 네마틱(nematic) 액정, 콜레스테릭(cholesteric) 액정, 스메틱(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 선광을 위해 유리기판의 상하부에 편광방향이 서로 직교하도록 부착된다.

이와 같이 이루어진 LCD는액정에 전압을 가하면 빛이 통과하는 방향이 바뀐다. 즉, 액정분자의 배열이 90도 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.

여기서, 셀 내부에 주입된 액정분자는 길고 가느다란 막대모양(namatic)으로된 유기화합물이며, 액정분자의 분자배열을 통한 광학적 효과를 얻기 위해서는 액정분자들이 정렬된 배열상태가 필요하다.

한편, LCD의 좁은 시야각을 해결하기 위한 노력이 다각도로 진행되어, IPS, OCB, VA 멀티 도메인 방법 등이 현재 적용되는 기술들로서, ISP(In Plane Swit ching) 모드는 넓은 시야각이 장점이나 구동속도가 늦고, 기판 한면에 모든 전극이 몰려있어 고정세화에 불리하며 생산공정에서 불량이 발생할 가능성이 높다.

그리고 VA 멀티 도메인은 기판표면과 액정이 수직하도록 배향된 화소를 여러개의 미세화소로 나누고 각각의 구동방향을 달리하는 것으로, 이 모드의 장점은 기존 TN(Twisted Nematic) 모드보다 시야각이 넓고 응답속도가 빠르며 화질이 우수한 장점이 있다.

그러나, 이 기술의 러빙법으로는 공정구현에 많은 한계를 안고 있어, 자외선을 이용한 광배향법 혹은 비러빙방식의 공정이 제시되고 있는 실정이다.

즉, 종래에는 면 또는 나일론계의 섬유를 식모한 포의 표면에 배향막이 도포된 기판의 표면을 마찰시켜 특정방향에 배향력을 향상시켜 시야각을 형성시키는 러빙(rubbing)방법이 이용되고 있으나, 마찰 및 접촉으로 인한 전기적, 기계적인 결함으로 인해 위상왜곡(random phase distortion)과 광산란(light scattering)등의 문제가 있어 비러빙방식의 공정이 제시되는 것이다.

도 2a,b,c는 광배향을 이용한 멀티 도메인 형성과정을 나타낸 것이다.

상기에서 도 2a는 기판(10)상에 마스크(20)를 이용하여 일정각도로 광배향(40)을 형성하는 광배향 제 1 공정을 나타내고 있고, 도 2b는 기판(10)상에 마스크(20)를 이용하여 다른각도로 광배향(40)을 형성하는 광배향 제 2 공정을 나타내고 있으며, 도 2c는 기판(10)에 액정(30)을 주입하여 광배향 액정셀을 완성한 도면을 도시하고 있다.

도시한 바와 같이 마스크(20)를 이용하여 기판(10)에 자외선을 투과함으로서, 기판상에 광배향이 이루어지도록 하고 있다.

상기의 광배향(40)은 비접촉식으로 정전기, 이물질의 발생위험이 없고 시야각 개선을 위한 멀티 도메인 방법을 적용하기 용이한 장점이 있으나, 광배향(40)을 위한 물질개발이 까다로와 아직 적절한 개발이 이루어지지 않았다.

또한, 러빙을 하지 않고 전극을 이용해 전기장을 왜곡시켜 구동하는 방법은 그 공정의 용이한 장점은 있으나, 구동특성을 확보하기 위해서는 전극의 설계에 많은 제약이 있어 개구율을 넓히기 어렵고, 공정을 단축하기 위한 노력도 어려움이 많다. 또한 액정의 비배향으로 인해 화질이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 시야각을 개선한 액정 디스플레이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 생산 수율이 높은 광시야각의 수직배향 멀티 도메인 액정 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

첫번째 기판의 적절한 위치에 돌출된 전극을 형성하고, 두번째 기판에도 적절한 위치에 돌출된 전극을 형성한 뒤 표면에 배향막을 코팅하여 자외선을 이용하여 액정을 배향시키도록 하였다.

또한, 이를 합착하고, 액정을 주입토록함으로서, 전압인가에 의한 픽셀 내부의 전계 왜곡을 발생시켜 하나의 픽셀이 최소 두개 이상의 영역(도메인)으로 분할되어 각 영역이 서로 다른 액정의 배향을 이루게 하였다.

따라서, 이를 통해 러빙으로 인한 불량없이 멀티 도메인 형성이 가능하며, 광배향을 이용하여 초기 배향을 형성하므로서 우수한 구동특성을 구현하며, 전극의 적절한 설계를 통해 높은 개구율을 확보하여 선명한 화질을 얻을 수 있도록 하는 방법을 제공한다.

도 1은 일반적인 액정표시소자의 단면구조를 도시한 단면도.

도 2a,b,c는 일반적인 광배향을 이용한 멀티 도메인 형성과정을 나타내는 도면.

도 3은 돌출전극을 이용한 멀티도메인 형성 방법을 나타내는 도면.

도 4는 도메인 전극 분할을 나타내는 도면.

도 5는 본 발명에 있어서 일개의 층에 돌출전극을 그리고 다른 일개의 층에는 광배향을 형성한 도면.

도 6은 본 발명에 있어서 양층에 돌출전극을 그리고 일개의 층에 광배향을 형성한 도면.

도 7은 본 발명에 있어서 일개의 층에 돌출전극을 그리고 양층에 광배향을 형성한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 편광판 2: 유리기판

3: 투명전극 4: 배향막

5: 액정층 6: 스페이서

7: 봉착제

이하에서 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 3과 같이 기판 표면에 돌출된 전극(50)을 이용하여 액정(30)에 인가되는 전기장을 변화시켜 수직배향의 도메인 분할의 효과를 발생시키는 멀티도메인 방법 제조방법에 관한것이다.

도면에서와 같이 돌출전극(50)을 형성후 액정 분자를 위치시킨 상태에서 전압이 인가되면 액정(30)은 돌출전극에서 먼 방향으로 구동되면 분할이 이루어지게된다.

그리고, 상기 돌출전극(50)에서 먼 방향으로 구동되며 분할이 이루어지게 되며, 돌출전극(50)에 의한 도메인 분할을 도 4에 나타내었다.

전압이 인가되기전 상태에서는 액정(30)들이 모두 일정하게 동일한 방향으로 배열되어 있으나, 전압이 인가되면 전극의 방향에 따라 서로 다른 방향으로 액정 (30)이 구동되어 각기 다른 영역으로 나뉘고 된다.

이 방식은 러빙을 필요로 하지 않아 러빙시 발생하는 정전기, 미몰 등의 불량요인을 제거할 수 있다. 또한 수직배향 자체가 가지고 있는 빠른 구동특성과 넓은 시야각을 확보할 수 있는 장점이 있다.

그러나 상기와 같이 돌출전극(50)만을 이용하여 기판을 제작시에는 돌출전극 (50)으로 인해 전체적인 셀갭(Cell-gap)이 낮아져 기판불량의 원인이 되는 문제점이 있었다.

다음으로 비배향으로 인해 액정(30)들이 전압인가 초기에 제방향을 잡지 못해 반응이 느려지고, 구동시 도메인 형성인 불균일하여 화질이 떨어진다.

세번째로 적절한 구동특성을 얻기 위해서는 돌출전극(50)의 구조를 최적화하여야 하는데, 이때 전극 설계의 융통성을 얻을 수 없어 제한된 형태의 전극구조만을 적용해야 한다.

마지막으로 전극형성 공정 자체가 추가되므로서 비배향으로 인해 얻을 수 있는 공정단순화의 잇점이 상쇄되는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 앞서 열거한 돌출전극방식이 멀티도메인이 갖고 있는 문제점을 광배향을 이용하여 제거할 수 있는 디스플레이 장치 및 방법을 제공토록 한다.

즉, 기판(10)의 한면 혹은 두면을 광배향(40)하여 액정(30)의 초기배향을 설정하면서 전계왜곡을 활용할 경우 전극설계를 보다 다양하게 할 수 있어 돌출전극 (50)의 높이를 줄이거나 모양을 바꾸어 전극형성으로 인한 불량을 낮출 수 있다.

또한, 도 5와 같이 두 기판(10, 10a) 중 한면에만 전극을 적용하고 다른 면에는 광배향(40)을 적용하므로써 전극형성에 따른 공정을 단축하고, 보다 우수한 배향을 얻을 수 있다.

또한, 도 6은 두개의 기판(10, 10a) 모두에 돌출전극(50)을 형성하고, 일개의 기판을 광배향 처리함을 도시하고 있으며, 도 7은 일개의 기판에 돌출전극(50)을 형성하고, 두개의 기판(10, 10a) 모두를 광배향 처리함을 도시하였다.

상기와 같은 방식을 이용하게 되면, 제조공정에서 러빙과 같은 접촉공정이 배제되어 이로 인한 불량요인이 없을 뿐 아니라, 전극방식만으로 얻을 수 없는 우수한 배향성, 구동성을 확보할 수 있다.

실시예;

1) 배향막을 돌출전극이 형성된 두개의 유리기판에 롤코팅하여 섭씨 200도에서 1시간 열처리하고, 자외선 램프를 사용하여 2J/㎠ 자외선을 조사하여 양면 모두 광배향 처리 하였다.

이 두 기판 표면에 4.5㎛ 스페이서를 산포하고 접착하였다. 그리고 여기에 액정을 주입하고 봉지하여 액정셀을 제작하였다.

2) 돌출전극이 형성된 유리기판과 평면전극만 형성된 유리기판에 배향막을롤코팅하여 섭씨 200도에서 1시간 열처리하고, 자외선 램프를 사용하여 2J/㎠ 자외선을 조사하여 평면전극만 형성된 기판을 광배향 처리하고 돌출전극이 있는 기판은 비배향으로 하였다.

이 두 기판 표면에 산포하고 접착하였다. 그리고 여기에 액정을 주입하고 봉지하여 액정셀을 제작하였다.

상술한 바와 같이 본 발명을 이용하면 CD액정 디스플레이 제작시 두개의 기판중 적어도 일개의 기판에 돌출 전극을 형성하고, 적어도 일개의 기판을 광배향 처리토록 함으로서 러빙과 같은 접촉공정이 배제되어 이로 인한 불량요인을 없앨 뿐 아니라, 전극방식 만으로 얻을 수 없는 우수한 배향성 및 구동성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 상하 두개의 기판으로 제작되는 LCD 액정 디스플레이 제조방법에 있어서,

   상기 두개의 기판중 일개의 기판에는 돌출된 전극을 형성하고, 다른 일개의 기판에는 광배향 처리되어 제조됨을 특징으로 하는 광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   두개의 기판 모두에 돌출 전극을 형성하고, 일개의 기판을 광배향 처리하여 제조됨을 특징으로 하는 광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   일개의 기판에 돌출전극을 형성하고, 두개의 기판 모두를 광배향 처리하여 제조됨을 특징으로 하는 광배향을 이용한 액정 디스플레이 제조방법.