KR20060001426A - 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 코팅형 보상필름을 적용하여 배향성을 향상시키는 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 코팅형 보상필름을 형성하는데 있어, 코터블 리타더 액정의 배향이 균일하게 이루어지도록 배향막에 러빙 공정을 실시하고 광 조사 또는 이온 빔 조사한 후 코터블 리타더 액정을 배향함으로써 배향 균일성을 향상시켜 화질 저하를 방지한다.
코팅형 보상 필름, 코터블 리타더, 배향, 광 조사, 러빙

Description

액정 표시 장치의 제조 방법{Fabrication method for Liquid Crystal Display device}
도 1a 내지 도 1c는 위상차 보상필름의 굴절률 이방성 타원체를 도시한 도면.
도 2는 종래에 따른 코팅형 보상필름을 이용한 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 코팅형 보상필름을 이용한 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 코팅형 보상 필름을 제조하는 공정을 보여주는 공정 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
110 : 하판 111 : 제 2 편광판
112 : 박막 트랜지스터 113 : 제 2 보상필름
120 : 상판 121 : 제 1 편광판
122 : 컬러필터 123 : 제 1 보상필름
130 : 액정층 200 : 기판
210 : 배향막 220 : 리타더 물질
233 : 러빙포
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 코팅형 보상필름을 적용하여 배향성을 향상시키는 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정은 그 분자가 이방성을 가지고 있고, 그 분자로 이루어진 액정셀이나 필름의 이방성이 액정분자들의 분포 및 기판에 대해 기울어진 각도(tilt angle)의 분포정도에 의해 바뀌는 성질을 가지고 있다.
또한, 이러한 특성은 액정으로 이루어진 셀이나 필름을 보는 각도에 따라 빛의 편광성을 변화시키는 중요한 요인이 된다. 이러한 액정의 고유특성으로 인해 액정 디스플레이의 구동 시 상, 하, 좌, 우 시야각에 따라 휘도 및 콘트라스트 비 (contrast ratio)의 변화가 유발되었고 이는 액정 표시 장치의 가장 큰 단점이 되어왔다.
이러한 단점을 보완하기 위해 액정셀이 가지는 시야각에 따른 이방성 분포를 보상해 줄 보상필름(compensate film)을 붙이는 방법이 고안되었다.
상기 보상필름은 액정셀과는 가능한 반대의 이방성 분포를 가짐으로써 셀과 합지하여 사용시 시야각에 따른 빛의 지연(retardation)차이를 없애도록 제작된다.
일반적으로 보상필름은 고분자 필름에 의해 투과광에 대한 위상차의 변화를 끼치게 되며 필름이 일정한 방향으로 신장 처리되어 분자의 이방성 유도에 의해 복굴절성을 가지게 된 것이다.
보다 상세히 설명하면, 예시적으로 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 트위스틱 네마틱(Twistic Nematic : TN) 액정 표시 장치에 외부 자기장이 인가되었을 때 액정 분자들은 전기장에 반응하여 배열을 하며 다음의 방정식에 의거하여 광투과가 발생한다.
I = Io sin2[θ(1+u2)1/2] u=πR/θλ, R=Δn·d
여기에서, I는 투과광의 강도, Io는 입사광의 광도, Δn은 복굴절율, d는 액정 셀 두께, λ는 투과광의 파장, θ는 비틀린 네마틱 액정의 비틀림 각, 그리고 R은 위상차를 나타낸다.
위의 식에 나타난 바와 같이, 위상차는 시야각과 밀접한 관계를 보이는 수치이다. 따라서 시야각의 개선을 위해서는 위상차의 보상이 바람직하다.
따라서, 위상차 보상을 위해 액정 기판과 편광판의 사이에 설치하는 보상필름에는 일축성 굴절률 이방체와 이축성 굴절률 이방체가 사용되고 있다.
한편, 도 1a 내지 도 1c는 위상차 보상필름의 굴절률 이방성 타원체를 도시한 도면이다. 이에 도시한 바와 같이, 일축성과 이축성은 직교 좌표계의 x, y, z 방향에서의 굴절률을 각각 nx, ny, nz 라 할 때, nx 과 ny의 동일 여부에 따라 결정된다.
즉, 상기 도 1a에 도시된 바와 같이, 두 방향의 굴절률이 동일하고 그 크기 가 나머지 한 방향과 다를 때를 일축성이라 한다. 그리고, 상기 도 1b 및 1c에 도시된 바와 같이, 세 방향 모두 다른 크기의 굴절률을 가질 때는 이축성이라 한다.
일반적으로 사용하는 일축성 굴절률 이방체를 이용한 보상필름은 타원체의 장축이 필름 표면과 평행하거나 수직한 방향을 하도록 배열하고 있다.
한편, 상기 보상필름의 제조 방법은 고분자 필름들을 1축 또는 2축으로 연신하는 방법을 사용하여 위상차 필름의 광축이 필름 진행방향에 대하여 임의의 각을 갖도록 함으로써 원하는 복굴절률을 얻을 수 있다.
그러나, 최근에 상기 연신방법에 의해 제조된 보상필름을 부착하는 대신 기판에 직접 코팅하여 보상필름을 형성한다.
한편, 도 2는 종래에 따른 코팅형 보상필름을 이용한 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 코팅형 보상필름을 이용한 액정 표시 장치는, 컬러필터(22)가 형성된 상판(20)과; 박막트랜지스터(12)가 형성된 하판(10)과; 상기 상판(20)과 상기 하판(10)이 소정간격으로 이격되어 있고, 그 사이에 충진된 액정층(30)과; 상기 상판(20) 및 상기 하판(20)의 외곽에 서로 직교하여 부착된 제 1 편광판(21) 및 제 2 편광판(11)과; 상기 상판(20)의 내부에 코팅되어 형성된 제 1 보상필름(23)과; 상기 하판(10)에 코팅되어 형성된 제 2 보상필름(13)과; 상기 액정층(30)의 액정을 초기 배향하기 위해 상기 제 1 보상필름(23)상에 형성된 제 1 배향막(10)과; 상기 액정층(30)의 액정을 초기 배향하기 위해 상기 제 2 보상필름(13)상에 형성된 제 2 배향막(14)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 보상필름(23) 또는 상기 제 2 보상필름(13)은 기판내부에 코터블 리타터 물질을 코팅하여 형성하게 된다.
보다 자세히 설명하면, 상기 상판(20)의 제 1 보상필름(23) 또는 상기 하판(10)의 제 2 보상필름(13)을 형성하는 방법은, 먼저 배향막을 형성한 후, 배향 처리공정을 수행하게 된다. 이는 추후 보상필름의 광축이 임의의 각을 갖도록 하게 된다.
그리고, 상기 배향 처리된 배향막상에 코터블 리타더(coatable retarder) 물질로 광 경화성 액정을 코팅하게 된다.
이어, 상기 코팅이 된 기판은 광 조사하여 경화성 네마틱 액정을 경화시켜 필름으로 고착화시킨다.
또한, 상기와 같이 형성된 상판 및 하판상에는 액정을 배향시키기 위한 배향막을 형성하게 된다.
즉, 액정표시소자는 액정분자의 배열특성에 따라 광투과성, 응답속도, 시야각, 콘트라스트 등과 같은 표시소자로서의 기능이 결정되므로, 액정분자의 배향을 균일하게 제어하는 기술이 매우 중요하다. 이때, 액정의 균일한 배향은 단순히 액정을 상하 기판사이에 개입시키는 것만으로는 부족하므로 기판상에 액정 배향을 위한 배향막을 형성하게 되는 것이다.
이와 같은 배향막은 기판상에 배향 물질로서 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드(polyamide) 등과 같은 유기 고분자 물질을 인쇄한 후, 경화시킨다.
그리고, 상기 경화된 배향막은 특수형태의 러빙천으로 일정한 방향으로 문질러서 배향막 표면에 일정한 방향의 홈이 만들어지는 러빙 방법을 적용한다.
이러한 러빙에 의한 방법은 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 안정된 배향을 할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기 러빙 방법은 러빙 진행시 결함이 있는 러빙포가 부착된 로울러를 사용할 경우에는 러빙의 불량이 생기게 된다.
즉, 상기와 같은 러빙포를 이용한 러빙 방법은 배향막과 러빙포의 직접적인 접촉을 통해 이루어지므로 먼지(particle) 발생에 의한 액정의 오염, 대면적 적용시의 배향의 비균일성(non-uniformity) 등과 같은 여러 가지 문제점이 발생한다.
본 발명은 액정 표시 장치에 코팅형 보상필름을 인셀(In-Cell) 방식으로 형성하는데 있어, 코터블 리타더 액정의 배향이 균일하게 이루어지도록 배향막에 러빙 공정을 실시하고 광 조사 또는 이온 빔 조사한 후 코터블 리타더 액정을 배향하는 코팅형 보상필름을 적용한 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 상, 하판 사이에 충진된 액정층과, 상기 상, 하판의 외곽에 부착된 제 1 편광판 및 제 2 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에서, 상기 상, 하판 상에 배향막을 인쇄한 후, 경화시키는 단계와; 상기 배향막을 러빙하여 1차 배향 처리 하는 단계와; 상기 러빙 처리된 배향막 전면에 광 조사하여 2차 배향 처리하는 단계와; 상기 광 조사된 배향막에 리타더 액정 물질을 코팅하고, 경화시켜 보상 필름을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 코팅형 보상필름을 이용한 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅형 보상필름을 이용한 액정 표시 장치는, 컬러필터(122)가 형성된 상판(120)과, 박막트랜지스터(112)가 형성된 하판(110)과, 상기 상판(120)과 상기 하판(110)이 소정간격으로 이격되어 있고, 그 사이에 충진된 액정층(130)과, 상기 상판(120) 및 상기 하판(110)의 외곽에 서로 직교하여 부착된 제 1 편광판(121) 및 제 2 편광판(111)과, 상기 상판(120)의 내부에 코팅된 제 1 보상필름(123)과, 상기 하판(110)에 코팅된 제 2 보상필름(113)을 포함하여 구성된다.
상기 하판(110)에는 도시하지 않았지만 게이트버스선과 데이타버스선의 교차점에 스위칭 소자로 기능하는 다수의 TFT(Thin Film Transistor: TFT) 및 화소전극이 각각 형성되어 있다.
상기 상판(120)에는 BM(Black Matrix: BM), 칼라필터층과 공통전극이 순차적으로 형성되어 있다. 여기서, 상기 상판(120)상의 컬러필터층과 공통전극 사이에는 오버코트층이 추가로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상판(120)과 상기 하판(110)의 바깥쪽 즉, 상기 상판(120)의 상면과 상기 하판(110) 하면에는 광 투과축에 평행한 방향의 빛만 통과시켜 자연광을 선편광으로 변환시키는 제 1 편광판(121) 및 제 2 편광판(111)이 더 배치되어 있다.
여기서, 상기 제 1 보상필름(123) 및 제 2 보상필름(113)은 기판 내부에 코터블 리타터(coatable retarder) 물질을 코팅하여 형성하게 된다.
보다 자세히 설명하면, 상기 상판(120)의 제 1 보상필름(123) 또는 상기 하판(110)의 제 2 보상필름(113)을 형성하는 방법은, 먼저 폴리이미드(polyimide)와 같은 유기 고분자 물질로 이루어지는 배향막을 형성한 후, 1, 2차에 걸친 배향 처리 공정을 수행하게 된다.
상기 1차 배향 처리 공정은 러빙 공정이고, 상기 2 차 배향 처리 공정은 광조사 또는 이온 빔 조사 공정으로 한다.
그리고, 상기 배향 처리된 배향막상에 코터블 리타더 물질로 광 경화성 액정을 코팅하게 된다.
이어, 상기 코팅이 된 기판은 광 조사하여 경화성 네마틱 액정을 경화시켜 필름으로 고착화시킨다.
한편, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 코팅형 보상필름을 이용한 액정 표시 장치의 제조방법에 대한 순서도이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(200) 상에 액정분자들을 특정방향으로 배향시키기 위하여 폴리이미드(polyimide)와 같은 유기 고분자 물질을 도포하여 배향막(210)을 형성하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용매를 날리고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시킨다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 배향막(210)에 러빙 공정을 이용하여 1차 배향 처리를 한다.
상기 1차 배향 처리는 폴리이미드(polyimide)로 이루어지는 상기 배향막(210) 상에 벨벳(velvet), 레이온, 나일론 등을 감은 러빙포(233)를 이용하여 상기 배향막(210)을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 러빙 방법이다.
그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 1차 배향 처리가 이루어진 배향막(210)에 광 조사 또는 이온 빔 조사를 하여 2차 배향 처리를 하며, 플라즈마 빔(plasma beam), 전자 빔(eletron beam) 등도 이용할 수 있다.
여기서, 상기 광 조사의 방향은 러빙 방향과 수직한 방향으로 하는 것이 바람직하며, 상기 이온 빔 조사의 방향은 러빙 방향과 동일한 방향으로 하는 것이 바람직하다.
상기 광은 선편광(linearly polarized light), 부분 편광(partially polarized light)을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 광을 조사하는 방법은 경사 조사 또는 수직 조사 방법을 이용할 수 있다.
또한, 상기 이온 빔에 사용되는 이온은 아르곤 이온(argon ion)으로 한다.
그리고, 상기 이온 빔을 조사하는 장치 또는 광을 조사하는 장치는 기판(200) 전면에 이온 또는 광을 조사하는 전면 조사 장치이거나 기판(200)을 스캔하며 조사하는 스캔 타입(scan type) 장치가 있다.
이와 같이, 상기 배향막(210) 상에는 러빙 공정인 1차 배향 처리를 한 후 광 조사를 하여 2차 배향 처리를 하게 되면 배향의 균일도를 확보하게 되어 콘트라스트(C/R)가 감소하지 않는 코터블 리타더(coatable retarder)를 형성할 수 있다. 이때, 배향막의 배향 방향을 임의로 조절하여 제조된 보상 필름의 광축을 필름의 진행방향에 대해서 임의의 각을 갖도록 하게 된다.
그 다음, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 1, 2차 배향 처리된 배향막(210) 상에 코터블 리타더(coatable retarder) 물질(220)을 코팅하게 된다.
상기 코터블 리타더 물질(220)이 코팅된 기판(200)은 비편광 자외선광을 이용하여 광경화시켜 필름으로 고착화시킨다.
여기서, 본 발명은 인셀(In-Cell) 방식의 코터블 리타더를 형성하는 액정 표시 장치뿐 아니라, 배면 구조의 코터블 리타더를 가지는 액정 표시 장치, 여러 가지 보상 필름과 같은 광학 필름에 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 코팅형 보상 필름을 형성하는 액정 표시 장치에서 보상 필름에 사용되는 코터블 리타더 액정의 배향이 잘 이루어지도록 배향막에 러빙 공정을 실시 하고 광 조사 또는 이온 빔 조사한 후 코터블 리타더 액정을 배향함으로써 배향 균일성을 향상시켜 화질 저하를 방지하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 상, 하판 사이에 충진된 액정층과, 상기 상, 하판의 외곽에 부착된 제 1 편광판 및 제 2 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에서,
    상기 상, 하판 상에 배향막을 인쇄한 후, 경화시키는 단계와;
    상기 배향막을 러빙하여 1차 배향 처리 하는 단계와;
    상기 러빙 처리된 배향막 전면에 광 조사하여 2차 배향 처리하는 단계와;
    상기 광 조사된 배향막에 리타더 액정 물질을 코팅하고, 경화시켜 보상 필름을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상판에는 컬러 필터가 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하판에는 박막 트랜지스터가 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광은 선편광 또는 부분 편광인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 배향 처리하는 단계에 있어서,
    상기 광 조사는 이온 빔 조사, 플라즈마 빔 조사, 전자 빔 조사인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 빔 조사 방향은 1차 배향 처리 방향과 기본적으로 동일한 방향인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광 조사의 방향은 1차 배향 처리 방향과 수직한 방향으로 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 배향 처리는 기판에 대해 경사 조사 또는 수직 조사하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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