KR20050030395A - 배향막 물질 및 이를 이용한 배향막 형성 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발포성 인자를 포함하고 있는 배향막 물질 및 이를 이용한 배향막 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명은 발포성 재료를 배향막 물질에 포함시킴으로써 열에 의해 배향막 표면을 엠보싱(embossing)구조로 형성시킨 후 UV를 조사하여 이에 대해 배향 방향 및 틸트 각을 가지며 배향 안정성이 향상된 배향막 물질을 제공하며 발포성 재료가 포함되어 있는 배향막 물질을 이용하여 넌러빙(non-rubbing) 방법에 의해 배향막을 형성시킴으로써 파괴없이 신뢰성 있는 배향막 형성 공정을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따르면 배향막 불순물에 의한 제품의 불량을 방지하여 신뢰성을 향상시키며 배향 처리시에 UV 조사 방향에 따라 다양한 배향 방향 및 틸트 각을 얻을 수 있어 원하는 방향의 시야각을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

배향막 물질 및 이를 이용한 배향막 형성 공정{alignment layer material and the method of forming the alignment layer thereof}
본 발명은 발포성 인자를 포함하고 있는 배향막 물질 및 이를 이용한 배향막 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화상 정보를 화면에 나타내는 디스플레이 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 CRT:Cathode Ray Tube)가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데, 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 따랐다.
그리고, 오늘날에는 전자산업의 발달과 함께 TV 브라운관 등에 제한적으로 사용되었던 디스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비 전력 및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 그 중 하나로 최근에 액정 표시 장치가 주목을 받고 있다.
상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)는 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
알려진 바와 같이, 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한 것이다.
액정 분자는 구조가 가늘고 길기 때문에 분자 배열에 방향성과 분극성을 가지고 있으며, 상기 액정 분자들에 인위적으로 전자기장을 인가하여 분자 배열 방향을 조절할 수 있다.
따라서, 액정 분자의 배향 방향을 임의로 조절하면 액정의 광학적 이방성에 의하여 액정 분자의 배열 방향에 따라 빛을 투과 혹은 차단시킬 수 있게 되어, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 색상 및 영상을 표시할 수 있게 된다.
여기서, 액정 분자는 배향막의 배향 방향에 의해서 초기 배향 상태가 결정된다.
이하, 상기와 같은 구성을 가지는 액정 표시 장치에서 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정하기 위한 배향막 형성 과정에 대해서 좀 더 상세히 설명한다.
먼저, 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 이루어진다.
상기 배향막에는 일반적으로 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 상기 배향막을 배열시키는 방법으로는 주로 러빙(rubbing) 방법이 이용되고 있다.
상기 러빙 방법은 먼저 기판 위에 폴리이미드 계열의 유기물질을 도포하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용제를 날리고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시켜 폴리이미드 배향막을 형성한 후, 벨벳(velvet) 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 다양한 배향 방향을 형성시키는 방법이다.
이와 같은 러빙에 의한 방법은 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 안정된 배향을 가지는 장점이 있다.
그러나, 상기 러빙 방법은 배향막과 러빙포의 직접적인 접촉을 통해 이루어지므로 먼지(particle) 발생에 의한 셀(cell)의 오염, 정전기 발생에 의하여 미리 기판에 설치된 TFT 소자의 파괴, 러빙 후의 추가적인 세정 공정의 필요, 대면적 적용시의 배향의 비균일성(non-uniformity) 등과 같은 여러 가지 문제점이 발생하게 되어 액정 표시 장치의 제조시의 수율을 떨어뜨리는 문제점이 되고 있다. 또한, 대면적 적용시 러빙포가 대면적의 크기에 대응가능성의 어려움과 러빙포의 부착 균일성이 문제가 되고 있다.
상기 러빙 방법의 문제점을 개선하기 위하여 기계적인 러빙 방법을 이용하지 않는 여러 가지 넌러빙(non-rubbing) 배향 기술이 제안되고 있다.
이러한 배향 기술로는 랑그뮈어-블로젯 필름(Langmuir-Blodgett film ; LB film)을 이용하는 방법, UV 조사를 이용한 광 배향법, 산화실리콘(SiO2)의 사방 증착을 이용한 방법, 포토리소그래피(photolithography)로 형성된 마이크로 그루브(micro-groove)를 이용하는 방법, 그리고 이온 빔(Ion beam) 조사를 이용하는 방법이 있다.
여기서, UV 조사를 이용한 광 배향법이 넌러빙 배향 기술로서 광범위하게 사용되고 있다.
상기 UV 조사를 이용한 광 배향법은 광 배향성 물질을 이용하여 UV에 의해 광 화학 반응을 일으켜 배향성을 얻는 방법이다.
상기 광 배향성 물질 내에 광반응성기(photo-reactive group)를 포함시켜 형성한 후, UV 조사에 의해 배향 방향과 틸트각을 얻도록 하는 것이다.
그러나, 이와 같은 방법은 UV에 의해 배향막 재료가 수초 내에 반응을 완성해야 하는 점과 표면 반응에 의한 잔존 유기 불순물의 존재 때문에 제품 완성시에 화면 잔상에 대해 취약한 문제가 있다.
또한, UV에 의한 배향막 표면의 데미지(damage)로 인해 균일한 배향 특성을 얻는데 어려움이 있다.
본 발명은 발포성 재료를 배향막 물질에 포함시킴으로써 열에 의해 배향막 표면을 엠보싱(embosing)구조로 형성시킨 후 UV를 조사하여 이에 대해 배향 방향 및 틸트 각을 가지며 배향 안정성이 향상된 배향막 물질을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 발포성 재료가 포함되어 있는 배향막 물질을 이용하여 넌러빙(non-rubbing) 방법에 의해 배향막을 형성시킴으로써 배향막 표면의 파괴없이 신뢰성 있는 배향막 형성 공정을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배향막 재료는, 발포 인자와 UV 배향제를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 발포 인자는 수지(resin), 에폭시(epoxy), 아믹 에시드(amic acid), 이미드(imide) 계열의 발포 물질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배향막 형성 방법은, 기판 상에 배향막 물질을 도포하는 단계와; 상기 배향막 물질이 도포된 기판을 열처리하여 배향막 표면에 요철을 형성시키는 단계와; 상기 기판 상에 형성된 요철 표면에 소정 각도를 가지는 UV를 조사하여 틸트를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 배향막 물질은 발포 인자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리에 의하여 발포 인자가 작용하여 부피 변화를 일으키는 것을 특징으로 한다.
상기 UV 에너지에 의해 틸트 각이 제어되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 배향막 형성 공정을 순서대로 보여주는 순서도이다.
먼저, 액정 표시 장치의 상, 하 기판을 제작한다.
일반적으로, 상기 액정 표시 장치의 상판에는 컬러필터가 포함되어 있으며 하판에는 박막 트랜지스터부가 포함되어 있다.
그리고, 여러 패턴들이 형성된 기판 상의 이물질을 제거하기 위해 세정 공정을 행하고, 배향막 인쇄 장치를 이용하여 기판 상면에 본 발명에 따른 배향막 물질을 인쇄하는 배향막 인쇄 공정(S100)을 거친다.
상기 배향막을 인쇄하는 방법으로는 스피닝(spining), 디핑(dipping), 롤러 코팅(roller coating) 방법 등이 있는데, 주로 롤러 코팅 방법이 이용된다.
여기서, 상기 배향막 물질은 그 화학적 구조에 있어서 배향 용액 내에 발포 인자를 포함하여 구성되어 있다.
예를 들어, 상기 배향막 물질은 배향막 재료내에 발포제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배향막 물질은 배향막 재료내에 기포를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배향막 물질은 배향막 재료 내에 수지(resin), 에폭시(epoxy), 아믹 에시드(amic acid), 이미드(imide)계열의 발포 물질이 포함될 수 있으며, 물리적 또는 화학적 발포 성분을 포함할 수 있다. 상기 발포 물질은 이중 결합을 포함한 물질로 구성될 수 있다.
상기 발포 성분이 포함된 배향막 물질은 열에 의해 발포된다.
여기서, 상기 배향 물질로는 PMI-A, 폴리비닐신나메이트(polyvinyl cinnamate), 폴리비닐플루오르신나메이트(polyvinyl fluor cinnamate), 폴리실록산 신나메이트(polysiloxane cinnamate), 폴리메타크릴 시나모일(polymethacryl cinnamoyl)등과 같은 신나메이트(cinnamate) 계열, 아조 계열(azo dye material) 등이 있다.
그리고, 상기 배향막 물질에 포함되며 열에 의해 부피 팽창하는 발포 인자로는 아크릴 기(acrylic terminal)를 가지는 물질 등이 있을 수 있다.
상기와 같이 배향막 인쇄 공정이 끝나면 배향막이 형성되어 있는 기판을 열처리를 하는데, 가소성 공정(S110)과 본소성 공정(S120)을 차례로 거친다.
상기 가소성 공정시에 그 온도는 100℃ 내의 낮은 온도로 처리하며, 상기 본소성 공정시에는 그 온도를 100 ~ 200℃에서 적정한 온도로 하여 상기 배향막이 형성되어 있는 기판을 열처리한다. 상기 가소성 공정시의 온도는 70~90℃, 본소성 공정시의 170~190℃가 적당하다.
이와 같은 소성 공정을 거치게 되면 상기 배향막 물질에 포함되어 있는 열에 의해 발포되는 성분에 의해 배향막 표면에 발포에 의한 요철이 형성된다.
상기 배향막(110)의 발포는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 표면(배향막의 상부)에만 형성될 수도 있으며, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 배향막(110) 전체 두께에서 형성되어 질 수도 있다.
이와 같이, 배향막 물질에 포함되어 있는 발포 인자에 의해서 가소성 공정 및 본소성 공정과 같은 열처리 공정을 거치면서 배향막(110) 표면이 올록 볼록한 요철모양을 형성하게 된다.
다음으로, 상기 배향막(110)에는 편광된 UV를 조사한다(S130). 상기 UV(Ultraviolet ray, 자외선)로는 편광된(polarized) UV 외에 비편광된(non-polarized) UV 또는 부분편광된(partially polarized) UV, 무편광된(unpolarized) UV 등을 사용할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 형성된 배향막(110)이 열처리 공정에 의해서 발포되어 표면 요철을 형성하고 있으며, 상기 표면 요철이 형성되어 있는 배향막(110) 상에 소정 각도로 UV가 조사되고 있다.
이때, 상기 배향막(110)의 배향 방향은 UV 광을 직선 편광시키기 위해 사용하는 편광자의 투과 축과 일치한다.
따라서, 상기 UV를 배향막에 조사할 때에는 배향을 이루려는 방향에 편광자의 투과 축을 일치시켜 조사되는 빛이 배향면에 대해 일정한 방향으로 조사될 수 있도록 한다.
여기서, 상기 배향막(110)에 형성되는 틸트 각(tilt angle)은 편광된 UV의 조사 각도에 의해서 결정된다.
즉, 상기 배향막(110)에 조사되는 편광된 UV는 소정 각도로 조사되며, 상기 조사된 UV 에너지에 의해서 배향막 표면의 요철에 물리적 변화가 발생하여 일정한 기울기와 방향을 가지게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 배향막 형성 공정에서 UV조사에 의해서 배향막의 표면 요철의 형상이 물리적 변화를 가지게 되는 것을 보여주는 도면이다.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 기판(100) 상에 발포 인자가 포함되어 있는 배향막 물질이 도포되어 있고, 상기 배향막 물질은 열처리 공정을 거치면서 발포되어 올록 볼록한 표면 요철을 형성하고 있으며, 상기 요철이 형성된 배향막(110) 상에 배향 면에 대해서 소정 각도(α)로 UV가 조사된다.
이때 UV의 조사 각도(α)는 형성하고자 하는 틸트 각(β)의 크기에 의해서 조정되며 배향막(110)이 수직 방향에 대해서 임의의 각도인 1~40도의 범위 내에서 조사할 수 있다.
만일, TN형 액정 표시 장치의 경우에는 1 ~ 10 도(바람직하게는 5~6도), IPS형 액정 표시 장치의 경우에는 1 ~ 5 도(바람직하게는 1~3도)의 원하는 틸트 각(β)을 가지는 배향막을 형성한다.
이와 같이, UV를 소정 각도(α)로 조사하면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 배향막(110) 표면의 요철의 어느 한 부분이 UV 에너지에 의해서 표면의 물리적 변화가 발생하여 일정한 기울기와 방향을 가지도록 형성된다.
여기서, 상기 배향막(110)의 틸트 각(β)은 UV의 에너지 양에 의해서 결정되며, 표면의 크기는 액정이 배향되어지는 크기인 약 30 ~ 100 nm의 크기로 구성되며 , 약 50~70nm 정도로 형성될 수 있다.
최종적으로, UV에 의해서 배향 처리된 배향막을 세정하는 공정을 거친다(S140).
이후 공정은 배향막 형성 공정 이후의 일반적인 공정과 동일하다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 배향막 물질 및 이를 이용한 배향막 형성 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 발포성 재료를 포함하고 있는 배향막 물질을 이용하여 배향막 표면의 비파괴 방법을 이용하여 배향 처리함으로써 불순물에 의한 제품의 불량을 방지하여 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 배향 처리시에 UV 조사 방향에 따라 다양한 배향 방향 및 틸트 각을 얻을 수 있으므로 액정 표시 장치 제작시에 원하는 방향의 시야각을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 초대형 기판에서의 러빙공정보다는 효율적으로 배향 형성 공정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배향막 형성 공정을 순서대로 보여주는 순서도.
도 2의 본 발명에 따른 표면 요철을 형성하고 있는 배향막을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 배향막 상에 소정 각도로 UV가 조사되는 것을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 배향막 상에 조사되는 UV에 의해서 배향 처리되는 것을 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
100 : 기판 110 : 배향막

Claims (12)

  1. 발포 인자와 UV 배향제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배향막 물질.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발포 인자는 열에 의해 작용하여 배향막의 표면에 요철을 형성시키는 것을 특징으로 하는 배향막 물질.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발포 인자는 수지(resin), 에폭시(epoxy), 아믹 에시드(amic acid), 이미드(imide) 계열의 발포 물질인 것을 특징으로 하는 배향막 물질.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발포 인자에 의해 기포가 발생되는 것을 특징으로 하는 배향막 물질.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배향 물질은 신나메이트(cinnamate) 계열, 아조 계열(azo dye material)인 것을 특징으로 하는 배향막 물질.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발포 인자는 아크릴 기(acrylic terminal)를 가지는 물질인 것을 특징으로 하는 배향막 물질.
  7. 기판 상에 배향막 물질을 도포하는 단계와;
    상기 배향막 물질이 도포된 기판을 열처리하여 배향막 표면에 요철을 형성시키는 단계와;
    상기 기판 상에 형성된 요철 표면에 소정 각도를 가지는 UV를 조사하여 틸트를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배향막 형성 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 배향막 물질은 발포 인자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배향막 형성 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 열처리 공정은 가소성 공정과 가소성 온도보다 높은 온도의 본소성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 배향막 형성 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 열처리에 의하여 발포 인자가 작용하여 부피 변화를 일으키는 것을 특징으로 하는 배향막 형성 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 UV는 편광된 UV, 무편광된 UV, 비편광된 UV, 부분편광된 UV 중의 하나인것을 특징으로 하는 배향막 형성 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 UV 에너지에 의해 틸트 각이 제어되는 것을 특징으로 하는 배향막 형성 방법.
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