KR830000607B1 - 액정표시 소자 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

액정표시 소자

제1도는 트위스티드 네마틱형 액정표시 소자의 1예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 전계효과형 액정표시 소자에 관한 것이다.

전계효과형 액정표시 소자의 하나인 트위스티드 네마틱형(twisted nematic type : TN형) 액정표시 소자의 1예를 제1도에 나타낸다. 동 도면에 나타낸 액정표시 소자는 각각 투명한 글라스 등으로 이루어지는 제1기판(1)과 제2기판(2)이 소정의 간격 예컨대, 5~15㎛의 간격으로 거의 평행하게 백치되어 그 주위는 프릿 글라스(frit glass)나 유기접착제 등으로 이루어지는 봉착재(3)로 봉착되어 이것들에 의해 형성되는 내부 공간에 네마틱상(相)에 액정(4)이 봉입되어 있다.

상기 제1 및 제2기판(1),(2)은, 그 각각 대향하는 내면상에 소정 패턴의 전극(5), (6)이 형성되어 있으며, 그리고 액정에 접하는 면은 그 면 부근의 액정분자를 소망하는 일정한 방향으로 배향시키는 액정배향 제어면(7), (8)이 형성된 액정배향제어막(9),(10)이 피복되어 있다. 이와 같은 배향제어면(7),(8)은 각각 전극을 가진 기판면상에 유기고분자 물질 또는 무기물질의 배향제어막(9),(10)을 피복하여 그 표면을 솜이나 천 등으로 일정한 방향으로 문지르는 소위 러빙(Rubbing) 처리를 실시한다든가(이하 러빙법이라 한다) 또는 기판면상에 경사방향으로부터 예컨대, 산화규소를 증착하는(이하, 사방증착법이라 한다)등에 의해 만들어 진다.

액정의 배향방향에 관해서는, 제1기판(1)의 액정배향제어면(7)에는 제1의 일정방향을 선택해 주고, 제2기판(2)의 액정배향 제어면(8)에는 제2의 일정방향을 각각 선택하여 각각의 방향을 다르게 해줌으로써 기판(1), (2) 사이에 협지된 네마틱상 액정(4)의 분자는, 제1의 방향으로부터 제2의 방향으로 향하여 트위스트 배향된다. 제1의 방향과 제2의 방향이 이루는 각도 즉, 액정분자의 트위스트 각도는 임의로 선택하는 것이지만 일반적으로는 약 90도로 선택된다.

기판(1), (2)의 바깥쪽에는 각각 제1편강판(11) 및 제2편광판(12)이 배치된다. 이 경우 2매의 편광판(11), (12)의 평광축이 이루는 각도는 통상 액정분자의 트위스트 각도(상기 제1의 방향과 제2의 방향이 이루는 각도)와 같은 각도나 영도(각각의 편광축이 평행)가 선택된다. 그리고 통상 액정배향면 배향방향과 편광판(11), (12)의 편광축과는 서로 평행 또는 직교하도록 배치된다. 이와 같은 표시소자는 일반적으로 제2편광판(12)의 이면에 반사체(13)를 배치하여 사용된다.

여기서, 액정분자의 트위스트 각도 90도, 2매의 편광판(11), (12)의 편광축 교차각도가 90도인 반사형의 액정표시 소자의 표시동작의 원리에 관하여 설명한다. 액정층에 전계가 존재하지 않을 때는, 외부로부터의 광은 우선 제1편광판(11)을 투과했을때 그 편광축에 따른 직선 편광광(偏光光)이 되어 액정층(4)에 입사되지만, 액정분자는 그 층 사이에서 90도의 트위스트를 취하고 있기 때문에 액정층을 통과했을 때는 편광광의 편광면은 90도로 선광되어 제2편광판(12)을 투과한다. 이것이 반사판(13)에서 반사되어 상기와는 반대의 순서로 제2편광판(12), 액정층(4), 제1편광판(11)을 투과하여 액정표시 소자 밖으로 방사된다. 따라서 관찰자는 액정표시 소자에 입사되어 반사판(13)에 의해 반사되어 다시 액정표시 소자로부터 나온 편광광을 관찰할 수 있다.

이와 같은 표시소자에 있어서, 소정의 선택된 전극(5), (6)에 소정의 전압을 인가하여 액정층의 소정의 영역에 전계를 부여하면 그 영역에 있어서의 액정분자는 전계의 방향에 따라 배향된다.

그 결과 그 영역에 있어서는 편광면의 선광능력이 상실된 그 영역에서는 편광면은 선광하지 않기 때문에 제1편광판(11)에서 편광된 광은 제2편광판(12)에 의해 차단된다. 이 때문에 관찰자에게는 그 영역은 어둡게 보인다. 그리고 2매의 편광판(11), (12)의 편광축이 평행일 경우의 액정표시 소자에 있어서는, 액정층의 전계가 존재하지 않은 곳은 어두워지는 것이며, 전계가 인가된 영역은 밝게 보이는 것이다. 따라서 소망하는 선택된 전극에 전압을 인가하는 것에 의해 소망하는 표시를 행할 수 있다.

이상과 같이 트위스트 구조의 액정표시 소자에서는, 양 글라스 기판간에 봉지(封止)되는 액정은 액정분자가 글라스 기판면에 거의 평행으로 배향됨과 동시에 액정층에 있어서 액정분자가 소정의 각도, 일반적으로는 거의 90도의 트위스트를 가지도록 배향시켜야 한다. 이 액정의 배향특성은 액정에 대향하는 측의 글라스 기판면에 형성된 배향제어면 (7), (8)을 가진 배향제어막(9), (10)에 의해 수행된다.

양호한 초기 배향성을 얻기 위한 배향제어면의 형성법으로서는 전술한 바와 같이 사방증착법 및 러빙법이 사용되고 있다. 내열성, 내화학성, 내구성 등의 면에서는 일반적으로 무기계 피막이 우수하다고 생각되지만 설비나 공정면에서 간편한 러빙법을 적용하려고 하여도 무기계 피막은 통상 경도가 너무 높아 양호한 배향제어면은 얻어지지 않는다. 따라서 러빙법을 적용하려고 하면, 전극의 기판재질이 글라스일 경우에는 그 표면에 적당한 무기계 피막보다 경도가 낮은 유기계 피막을 피착시켜 그 표면을 일정 방향으로 러빙하는 것이 좋다. 현재 이 목적의 배향제어막으로서 이미드환(環) 함유 중합체 피막이 제안되어 있는데, 이 피막은 내열성, 내화학성, 내구성에 최적한 것이라고 생각되어지고 있다.

한편 액정표시 소자의 수명에 관해서의 커다란 요인으로서 봉착부분의 내습성, 화학적 내구성, 기밀성(氣密性) 등을 열거할 수 있다. 따라서 봉착재로서는 내습성이나 기밀성 등에 우수한 무기봉착재가 유기 봉착재보다 바람직하나, 높은 신뢰성을 요하는 경우에는 무기재인 저융점 글라스 등으로 봉착할 필요가 있다.

그러나 유기계 배향제어막 중에서 가장 내열성이 우수하고, 신뢰성이 높은 상기한 이미드환함유 중합체피막은 내열성이 높다고는 하지만 통상 410℃, 최고 430℃까지 밖에 견딜 수 없으므로 그 이상의 고온이 되면 배향의 균일성이 상실되어 유기더메인 등의 결점이 발생하여 표시소자로서의 기능을 저하시켜 버린다.

현재 액정표시 소자의 전극기판에는 일반적으로 소오다 글라스가 사용되고 있으며, 그 열평창계수(이후 α라 칭함)는 92×10^-7/℃이지만 봉착재로서는 α가 이 값에 매우 적합하여 410℃까지의 온도로 봉착할 수 있는 무기의 저융점 글라스가 아니면 않된다. 또 액정 용기를 제작할 때는 2매의 전극기판간의 미소한 간격을 정확하게 예컨대, 8~10㎛가 되도록 제어하는 것이 응답속도든가 수명등의 관계에서 특히 중요하다. 즉, 액정표시소자의 글라스기판의 봉착재는 단지, 2매의 글라스판을 접착하는 것만이 아니고, 410℃에 있어서 십분 잘 유동하여 2매의 소오다 글라스판 사이의 간격을 엄밀하게 설정할 수 있도록 흐름이 양호한 것이 아니면 안된다. 이상의 조건을 만족하는 무기의 저융점 글라스 봉착재는 종래 시판되고 있지 않았다.

본 발명은 유기계 배향제어막 중에서 가장 신뢰성이 높은 이미드환 함유 중합체 피막으로 이루어지는 배향제어막을 형성시킨 소오다 글라스제의 전극기판을, 신뢰성이 높은 무기 봉착재인저융점 글라스로 봉착한 양산이 용이하고 또한 신뢰성이 높은 액정표시 소자를 제공하는 것을 독적으로 한다.

상기의 독적을 달성하기 위하여 본 발명자는소오다 글라스 기판을 상기의 재조건하에서 봉착할 수 있는 신규한 저융점 글라스의 개발에 관하여 연구한 결과,

의 조성 100중량부에 대하여 SiO₂, Al₂O₃의 어느 일방 또는 쌍방을 전량으로 1~5중량부 첨가한 조성의 것이 이미드환 함유 중합체로 이루어지는 배향 제어막을 형성시킨 소오다 글라스제의 전극기판의 봉착에 적용하면 대단히 양호한 결과가 얻어지는 것을 발견하여 이 조성의 저융점 글라스와 상기의 전극기판을 조합하여 액정표시 장치의 액정용기를 제조하게 되었다.

소오다 글라스제의 전극기판 410℃ 전후의 봉착에 적합한 저융점 글라스의 각 성분의 범위를 한정한 이유는 다음과 같다.

B₂O₃20몰% 미만일 경우는 α가 과대해지는 한편 실투하기 쉽게 된다. 반대로 B₂O₂가 30몰%보다 많을 경우는 점성이 너무 높아진다. PbO가 69몰% 미만일 경우는 점성이 증가하여 융착온도가 400℃보다 높아진다. PbO가 69몰%보다 많을 경우에는 α가 과대해지는 한편 실투하기 쉽게 된다.

ZnO는 α를 크게 하지 않고 점성을 비교적 낮게 하지만 10몰% 보다 많을경우는 실투를 발생하여 외관상의 점성을 크게 한다. CuO는 접착성을 좋게 하고, α를 작게 하는 효과가 있지만 6몰%보다 많을 경우는 실투하기 쉽게 된다. CuO의 최적 함유량은 3~5몰%이다. Bi₂O₃에는 실투 방지효과가 있기 때문에 본 발명에 관련하는 저융점 글라스를 제조할 때는 Bi₂O₃의 첨가량을 최종점적으로 관리하지 않으면 안된다.

즉, Bi₂O₃첨가량 0.5몰% 미만에서는 실투를 방지할 수 없고, 한편 2.0몰%보다 많아지면 접착온도가 급격하게 상승하여 α도 증대하므로 0.5~2.0몰%로₃B₂O량을 엄중하게 관리하는 것에 의해 본 발명의 목적에 적합한 대단한 우수한 특성이 얻어진다.

SiO₂, Al₂O₃는 공히 실투방지와 화학적 내구성 향상 등에 효과가 있기 때문에 수% 정도의 첨가량의 범위내에서는 양자는 거의 마찬가지의 성질을 나타낸다. 따라서, SiO₂, Al₂O₃는 쌍방의 합계량으로 조성범위를 한정하여도 상관은 없으나 어느 일방을 첨가하지 않아도 좋다.

SiO₂, Al₂O₃첨가량의 관리는 본 발명에 관한 글라스 제조시에 Bi₂O₃량의 관리에 관해 중요하다. 즉, 상기의 기체조성 100중량부에 대하여 SiO₂, Al₂O₃합계량이 1중량부 미만일 경우는 실투를 방지할 수 없으며 점성이 커져 특히, 미분말 모양의 것을 재용융하는 경우 (현재 적용되고 있는 프릿 시일은 모두 이 방식이지만)는 400℃에 있어서는 흐름이 나쁘다는 것을 알았다. 그러나 1중량부 이상 첨가하는 것에 의해 유동성은 대단히 개선되고 특히, 패이스트로 하기 위하여 미분말 형상으로 한 것을 재용융하는 경우에도 유동성이 대단히 양호하다는 것을 이해했다. 또 1중량부 미만일 경우는 화학적 내구성이 급속하게 저하된다.

한편 SiO₂, Al₂O₃의 합계량이 5중량부 보다 많아지면 글라스 연화점을 상승시켜 점성을 증가시키는 경향이 있다.

다음에 상기의 저융점 글라스로 봉착하는 소오다 글라스제의 전극기판에 형성하는 배향제어막을 이미드환 함유 중합체 피막에 한정한 이유는, 이 피막 이외의 유기계 피막은 어느 것이나 내열성, 배향성에 있어서 약하고 특히, 봉착온도를 낮게 한 본 발명에 관련하는 저융점 글라스로 봉착하여도 상기 이외의 유기계 피막에 의한 배향제어막에서는 액정소자로 했을때 분자배향의 균일성이 얻어지지 않기 때문이다.

이하 실시예에 관하여 더욱 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

미리 세정한 글라스판에 SiO₂막을 1,200Å의 두께로 형성하고, 그리고 In₂O₃를 주성분으로 하는 투명전극을 소정 형상으로 형성한 전극기판에 인쇄수법 등에 의해 파라패니렌디아민(이후 PPD라고 약칭) 10몰, 무수피로메리트산(이후 PMDA라고 약칭) 5몰, 3-3'-4-4'-벤조패논 테트라칼본산 무수물(이후 BTDA로 약칭) 5몰을 반응시켜 얻어지는 플리이미드 수지의 막을 800Å의 두께로 형성하여 그 표면을 소정방향으로 러빙하여 배향제어면으로 했다.

한편 B₂O₃23몰, PbO 66몰, ZnO 5몰, CuO 5몰, Bi₂O₃1몰의 조성 100중량부에 대하여 SiO₂, 1.5중량부, Al₂O₃20중량부를 첨가한 조성의 저융점 글라스 프릿을 바인더로 니트로셀룰로우즈 용매로서 N-부틸칼비톨 아세테이트와 함께 혼합하여 프릿 패이스트를 조제하여 전극기판의 주변에 인쇄수법에 의해 소정의 두께로 도포하여 2매의 기판을 배향제어면을 대향시켜 조합 400℃에서 30분간 소성하여 액정용기를 형성했다.

그후 미리 만들어 놓은 주입공에서 액정을 주입한 후 공정을 저융점 합금으로 봉지하여 액정표시소자를 제작했다. 이 액정표시 소자에 외부로부터 투명도전막을 개재하여 20V의 직류 전압을 인가했지만, 배향열화, 전극막의 착색, 기포의 발생 등 통상적으로 발생하기 쉬운 열화 및 유기더메인이 없었으며, 1,000시간 이상의 통전에 견뎌냈다. 또 70℃, 95%의 고온, 고습 조건에 1,000시간 방치하여도 배향의 균일성과 콘트라스트 및 액정온도 범위의 변화가 없는 신뢰성이 우수한 액정표시 소자를 제작할 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1의 경우와 거의 똑같이 전극기판을 조제하여 PMDA 10몰, 4-4' 디아미노디페닐에텔(이후 DDE라고 약칭) 10몰을 반응하여 얻어지는 플리이미드 수지의 배향막을 800Å의 두께로 형성했다.

그 표면을 소정 방향으로 러빙하여 배향제어면으로 했다. 그후 실시예 1의 경우와 거의 같은 프릿 봉착 및 액정봉입을 행했다.

이어 실시예 1의 경우와 같은 시험을 행하여 우수한 소자인 것을 확인했다.

[실시예 3]

실시예 1의 경우와 거의 같이 전극기판을 조제하여 DDE 9몰, 4-4'-디아미노디페닐에틸 3-칼본아미드(이후 DDEC라고 약칭) 1몰, PMDA 5몰, BTDA 5몰을 반응하여 얻어지는 플리이미드 이소인드록나조린 수지의 막을 500Å의 두께로 형성하여 그 표면을 소정방향으로 러빙하여 배향제어면으로 했다.

그후 B₂O₃28몰, PbO 61몰, ZnO 5몰, CuO 5몰, Bi₂O₃몰의 조성 100중량부에 대하여 SiO₂1.5중량부, Al₂O₃2.0중량부의 조성을 가진 저융점 글라스 프릿을 사용하여 실시예 1의 경우와 같은 방법으로 프릿봉착 및 액정봉입을 행하고, 계속하여 실시예 1의 경우와 마찬가지의 시험을 행한 결과 우수한 소자인 것이 확인됐다.

[실시예 4]

실시예 3에 있어서의 DDE를 PPD로 변경한 것 이외는 거의 같은 소자를 제작하여 거의 마찬가지의 시험을 행하여 우수한 소자인 것을 확인했다.

[실시예 5]

실시예 3의 배향제어막의 수지를 히다찌 가세이 고교 가부시기 가이샤 제 HI 400의 플리아미드이미드로 변경한 것 이외는 거의 같은 소자를 제작하여 실시예 1의 경우와 같은 시험을 행하여 우수한 결과를 얻었다.

[실시예 6]

실시예 3의 배향제어막의 수지를 PPD 5몰, 무수트리메리트산 10몰, 하이드록논 5몰을 반응하여 얻어지는 폴리에스텔아미드 수지로 변경한 것 이외는 거의 같은 소자를 제작하여 실시예 1의 경우와 같은 시험을 행하여 우수한 결과를 얻었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하여 공정이 비교적 간단 용이한 러빙법에 의해 제작한 배향제어면을 사용하여 신뢰성이 높은 소자가 얻어지는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 각각의 내면에, 최소한 소정의 형상을 가진 전극(5,6)과 일정방향으로 액정분자를 배향시키기 위한 액정분자의 배향제어막(9,10)이 형성된 2매의 전극기판(1,2)을 소정의 간격으로 대향시켜 그 주위를 봉착재(3)로 봉착하여 상기의 2매의 전극기판(1,2) 사이에 네마틱 액정(4)을 봉입하여 이루어진 액정표시 소자에 있어서, 상기의 액정분자 배향제어막(9,10)이 이미드환(環) 함유 중합체 피막인 한편 봉착재(3)가,

   

   의 조성 100중량부에 대하여 SiO₂, Al₂O₃의 어느 일방, 쌍방을 전량으로 1~5중량부 첨가한 조성을 가진 저융점 글라스의 소정물인 것을 특징으로 하는 액정표시 소자.

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