KR970002974B1

KR970002974B1 - 액정표시소자와 그 제조방법

Info

Publication number: KR970002974B1
Application number: KR1019930031026A
Authority: KR
Inventors: 장인식
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 김광호
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1997-03-13
Also published as: KR950019861A

Abstract

내용 없음.

Description

액정표시소자와 그 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 개략적 단면도,

제2도 내지 제10도는 본 발명의 제조방법의 실시에의 공정도,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기판 20 : 제1전극

30 : 절연층 40 : 액정층

50 : 지주 60 : 제2전극

70 : 표피층 80 : 용해층

90 : 제1우물 91 : 제2우물

본 발명은 광학적 표시에 사용되는 액정표시소자와 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 구조적으로 안정화되고 광산란 조건의 조절이 용이한 다중의 폴리머 분산 액정층에 의한 액정표시소자와 그 제조방법에 관한 것이다.

액정표시소자는 소비전력이 적고 경박단소하다는 장점으로 인해 매우 다양한 형태로 발전되고 있는데, 그 예로서 STN 또는 TN 액정을 사용하는 단순 매트릭스 타입의 액정표시소자와, 능동 소자인 박막 트랜지스터나 다이오드 등을 이용한 액티브 매트릭스 타입의 액정표시소자, 그리고 강유전성 액정을 이용한 동적 산란형 액정표시소자들을 들 수 있다.

이상의 기존 액정표시소자는 사용되는 액정의 특성에 의해 편광소자가 필요하고, 그리고 액정 충진공간을 위한 두매의 기판이 사용되는 등의 이유로 인해 광이용 효율이 저조하고 또한 고른 화질의 화상 구현, 그리고 초대형화 하는데에 있어서 불리한 문제점이 있었다.

편광소자에 의한 광이용 효율문제는 예를 들어 상천이(相遷移)효과를 이용한 CNT(Cholestric Nematic Phase Transition) 액정표시소자나 액정표시소자의 개발 초기 당시의 DSM(Dynamic Scattering Mode) 액정표시소자에서는 문제시 되지 않으나, 상기 DSM 액정표시소자는 응답속도가 늦고, 또한 그 두께가 타 액정표시소자에 비해 두껍기 때문에 사용범위가 극히 좁은 결점이 있다.

그리고, 최근에 활발히 연구되고 있는 고분자 분산 액정표시소자(Polymer Dispersed Liquid Crystal Display)의 경우도 편광판을 사용하지 않기 때문에 광이용 효율이 높다 할 수 있으나, 이것은 고분자와 액정의 굴절률 차이에 의한 광 산란 현상으로 화상을 표시하는 유형이기 때문에 일정한 콘트라스트 비를 얻기 위하여는 액정층의 두께가 일정 이상이 되어야 한다.

이러한 종래 액정표시소자들의 제문제를 상당히 개선된 새로운 구조의 전계 효과형 액정을 적용한 액정표시소자가 본 공동 발명자에 의해 일본 특허 출원번호 평4-116146호로 1992년 5월 8일에 최초 출원되었으며, 이에 이어 한국 특허 출원번호 93-2195호, 그리고 미국에는 출원번호 08/058,712호로 출원된 바 있다. 그리고 상기 출원을 기반으로 한 개선 발명들이 1992년 한국 특허출원 15191, l5192 15193, 15194, 17898, 21l08, 21450, 21456, 22406, 25632, 25752, 25628, 25631 등으로 출원되었다.

상기 발명의 액정표시소자는 빠른 구동 속도와 높은 광이용 효율을 가지는 것으로서, 대향 전극들의 사이에 마련된 액정층이 다수의 절연층에 의해 격리되어 다층구조화되어 있고, 편광판이 없이 하나의 유리기판만이 적용되고 이의 상부에 광제어를 위한 기능층이 적층 형성된 구조를 가지는 것으로서, 광제어를 위한 액정층이 다충화되어 있는 구조적 특징에 의해 이러한 구조유지를 위한 다중의 절연층과 그리고 절연층들간의 간격을 유지하여 주는 지주를 갖춘다. 여기에 사용되는 액정은 산란형 액정으로서 액정의 산란효과에 의해 빛을 통과시키거나 액정 중에서 빛을 산란시켜 화상을 구현하는 것이다. 이러한 액정표시소자는 구조에 있어서 새로운 개념을 가지고 있기 때문에 보다 효율적인 광제어가 가능하고 그리고 제작이 용이한 구조로의 연구가 계속되고 있다.

본 발명은 높은 구조적 안정성과, 향상된 광산란 효율 그리고 높온 응답성을 갖는 액정표시소자와 그 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 액정표시소자는, 적어도 하나의 기판과, 기판상에 소정 패턴으로 배치되는 복수개의 제1전극과, 상기 제1전극과 소정 간격을 유지한 채 대향 배치되어 화소영역을 결정하는 복수의 제2전극과, 상기 대향된 양 전극군 사이에 충전되는 고분자 분산 액정층들과, 상기 액정층들 사이에 마련되어 상기 액정층을 다층으로 분리하는 절연층과, 상기 각 절연층의 사이에 위치되어 절인층들의 위치를 고정하는 지주들을 구비하는 점에 그 특징이 있다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은, 목적하는 준비된 기판에 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층의 위에 소정 용제에 대해 용해되는 용해층을 형성하는 단계, 상기 절연층의 형성단계와 상기 용해층의 형성단계를 반복 실시하여 다중의 적층을 얻는 단계, 상기 적층에 상기 하부 절연층에 까지 이르는 다수의 제1우물을 형성하고 제1우물에 합성수지를 충전하여 상기 절연층들을 지지하는 지주를 형성하는 단계, 상기 적층에 상기 하부 절연층에 까지 이르는 다수의 제2우물을 형성하고, 제2우물에 상기 용해제를 용해하는 용해제를 가하여 상기 용해층을 제거함과 아울러 고분자 분산 액정층을 위한 공동부를 형성하는 단계, 상기 제2우물을 통해 상기 공동부에 모노머와 액정의 혼합체를 충전하는 단계, 상기 적층위에 상기 제2우물을 폐쇄하는 보호층을 형성하는 단계, 상기 공동부에 충전되어 있는 모노머와 액정의 혼합체를 경화하여 고분자 분산 액정층으로 형성하는 경화단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이상의 본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 고분자 분산 액정층의 상하에 마련되는 제1전극과 제2전극을 위하여 상기 과정 중에 포함되는데, 예를 들어 상기 기판에 인접하게 위치되는 제1전극은 상기 최하위 절연층이 형성되기 전 단계에 형성되며, 그리고 상기 제2전극에 대응하는 제2전극은 상기 지주 형성단계의 직후 또는 상기 보호층 형성단계에 이어 또는 상기 경화단계에 이어 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 제1실시예의 개략적 단면도이다. 투명성 기판(10)에 제1전극(20)이 소정 패턴으로 형성되고, 제1전극의 위에 제1전극(20)의 보호 기능을 겸한 최하위 절연층(30)이 마련되어 있고, 그 위로 액정층(40)과 절연층(30)의 다수 교번 적층되고, 그리고 맨위의 액정층(40)의 위에는 최종의 절연층(30)이형성되어, 절연층(30)과 액정층(40)의 다중 적층구조에 의한 광 제어층이 마련된다. 상기 절연층(30)들의 사이에는 절연층(30)간의 간격을 유지하여 주는 지주(50)가 마련되어 있고, 그리고 광 제어층의 최상위 절연층(30)의 위에는 상기 제1전극(20)과의 상호 교차에 의한 화소영역을 결정하는 제2전극(60)이 소정 패턴으로 마련되고, 제2전극(60)의 위에는 제2전극(60)의 보호기능을 겸한 표피층(70)이 형성된다. 이상의 구조에서 상기 제1전극(20)과 제2전극(70)은 각각 스트라이프상으로 형성되고 그리고 상호 교차되게 배치되어 X-Y 매트릭스 구조를 형성한다.

이상의 구조에 더하여 본 발명의 특징이 상기 액정층(40)에 나타나는데, 이것은 고분자에 방울 상태의 액정이 분산되어 있는 고분자 분산 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal)에 의한 것으로서, 상기 액정이 방울상태로 각각 고립되어 있거나, 아니면 상호 연계되어 소위 그물망 구조의 네트워크를 구성할 수도 있다. 이러한 본 발명 액정표시소자에서 상기 고분자 분산 액정은 액상 액정에 비해 산란 조건의 조절이 용이한데, 이것은 상기 절연층 사이에 모노머와 액정을 혼합체를 주입한 후 이를 경화하여 상기 모노머를 폴리머로 변화시킴과 동시에 상기 액정은 폴리머 중에 방울상태로 존재하게 하는 경화 조건을 변경함으로서 산란 조건을 조절할 수 있기 때문이다. 상기 고분자 분산 액정은 동일 두께의 액상 액정에 비해 그 반응성이 뛰어 나기 때문에 다층화되어 있는 절연층에 의해 구동되도록 되어 있으므로 동작 특성이 매우 우수하고, 구동전압도 낮아 질 뿐 아니라 콘트라스트 비도 향상되게 된다. 이러한 고분자 분산 액정은 고분자 물질과 이에 분산되어 있는 방울상 액정의 굴절률을 이용하는 것이며, 전계 형성 유무에 따라 상기 양자의 굴절률이 같이 지거나 상이하게 되어 입사된 빛을 통과 또는 산란되게 되어 화상 표현이 이루어 지게 된다.

이하, 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법의 실시예를 설명한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 표면에 ITO로 소정 패턴의 제1전극(20)을 형성하고, 이 위에 제1전극(20)의 보호 기능을 갖는 절연층(30)을 2,000옹스트롱 내지 1마이크로 미터의 두꼐로 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등을 스핀 코팅, 롤코팅 등을 통해 형성한다.

제3도에 도시된 바와 같이, 절연층(30)의 위에, 특정 용제에 대해 상기 절연층(30)과는 달리 용해성(溶解性)을 가지는 소재, 예를 들어 PVA, 폴리 이마이드(Poly Imide)을 스핀코팅을 통해 용해층(80)을 2,000옹스트롱 내지 1마이크로 미터의 두께로 형성한다.

제4도에 도시된 바와 같이, 상기 과정에 이어 제2도 내지 제3도까지의 과정을 수회 반복하여 기판(10)상에 다중의 적층을 형성한다.

이상의 과정을 거친 후, 제5도에 도시된 바와 같이, 상기 제2전극(60)의 사이에 상기 절연층(30)들 중최하위 절연층(30)에 이르는 제1우물(90)을 플라즈마 에칭 또는 200 내지 30나노미터의 레이저 장치로 형성하고 이 제1우믈(90)에 에폭시 수지 등의 소재를 충전하여 지주(50)를 형성한다.

제6도에 도시된 바와 같이, 상기 적층위에 상기 제1전극(20)에 대응하는 ITO 제2전극(60)을 소정 패턴으로 형성한다.

제7도에 도시된 바와 같이, 상기 제1전극(90)의 형성과 같은 방법으로 지주(50)가 형성되지 않은 부위에 최하부 절연층(30)에까지 이르는 액정 주입을 위한 제2우물(91)을 형성하고 이 제2우물(91)에 물 또는 NMP 등의 용제를 공급하여 상기 절연층(30)의 사이에 개재된 용해층(80)을 제2우물을 통해 완전히 용해하여 제거하여 공동부를 형성한다.

제8도에 도시된 바와 같이, 상기 제2우물(91)을 통해 미리 준비된 모노머와 액정의 혼합체를 주입하여 절연층(30)들의 사이에 충전한다.

제9도에 도시된 바와 같이 상기 적층위에 상기 제2전극(60)의 보호 기능을 갖는 표피층(70)을 형성하여 상기 제2우물을 폐쇄한다.

제10도에 도시된 바와 같이 상기 적층에 자외선(UV) 등을 조사하여 상기 모노머를 폴리머화하고 이를 통해 모노머 중의 액정이 폴리머 중의 방울상으로 분산되게 하여 제1도에 도시된 바와 같은 목적하는 액정표시소자를 얻는다.

위에서 설명된 상기 제1전극과 제2전극의 형성 과정은 상기 실시예에서와는 달리 다른 단계에서 형성될 수 있는데, 상기 고분자 분산 액정층(40)과 절연층(30)으로 이루어 지는 광제어층 상부에 마련되는 제2전극(60)은 상기 지주 형성단계 직후 또는 상기 보호층 형성단계에 이어 또는 상기 경화단계에 이어 형성될 수 있다. 따라서 제1전극 형성단계와, 제2전극의 형성단계는 개시하지 않은 여러 형태로 적용될 수 있다.

이상과 같은 제조방법을 거쳐 얻어진 본 발명의 액정표시소자는 폴리머 분산 액정이 적용되므로 구조적으로 안정되며, 그리고 산란 조건의 조절이 매우 용이하다. 또한 본 발명 액정표시소자는 낮은 소비전력과, 우수한 응답성 및 양질의 화상 실현 가능성을 가지면서도 광산란 효율이 보다 증대되어 향상된 콘트라스트와 명료성의 화상을 실현한다.

Claims

적어도 하나의 기판과, 기판상에 소정 패턴으로 배치되는 복수개의 제1전극과, 상기 제1전극과 소정간격을 유지한 채 대향 배치되어 화소영역을 결정하는 복수의 제2전극과, 상기 대향된 양 전극군 사이에 충전되는 고분자 분산 액정층들과, 상기 액정층들 사이에 마련되어 상기 액정층을 다층으로 분리하는 절연층과, 상기 각 절연층의 사이에 위치되어 절연층들의 위치를 고정하는 지주들을 구비하는 것을 특징으로하는 액정표시소자.
목적하는 준비된 기판에 절연층을 형성하는단계, 상기 절연층의 위에 소정 용제에 대해 용해되는 용해층을 형성하는 단계, 상기 절연층의 형성단계와 상기 용해층의 형성단계를 반복실시하여 다중의 적층을 얻는 단계, 상기 적층에 상기 하부 절연층에 까지 이르는 다수의 제1우물을 형성하고 제1우물에 합성수지를 충전하여 상기 절연층들을 지지하는 지주를 형성하는 단계, 상기 적층에 상기 하부 절연층에 까지 이르는 다수의 제2우물을 형성하고, 제2우물에 상기 용해제를 용해하는 용해제를 가하여 상기 용해층을 제거함과 아울러 고분자 분산 액정층을 위한 공동부를 형성하는 단계, 상기 제2우물을 통해 상기 공동부에 모노머와 액정의 혼합체를 충전하는 단계, 상기 적층위에 상기 제2우물을 폐쇄하는 보호층을 형성하는 단계, 상기 공동부에 충전되어 있는 모노머와 액정의 혼합제를 경화하여 고분자 분산 액정층으로 형성하는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.