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KR0182116B1 - 액정셀의 배향방향 제어방법 - Google Patents

액정셀의 배향방향 제어방법 Download PDF

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KR0182116B1
KR0182116B1 KR1019960002462A KR19960002462A KR0182116B1 KR 0182116 B1 KR0182116 B1 KR 0182116B1 KR 1019960002462 A KR1019960002462 A KR 1019960002462A KR 19960002462 A KR19960002462 A KR 19960002462A KR 0182116 B1 KR0182116 B1 KR 0182116B1
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KR
South Korea
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liquid crystal
crystal cell
ultraviolet rays
irradiating
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KR1019960002462A
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우정원
남미숙
최유진
김종현
윤기혁
Original Assignee
구자홍
엘지전자주식회사
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Abstract

본 발명의 액정셀의 배향방향 제어방법은 배향막이 도포된 기판(10),(11)에 편광된 자외선을 조사하여 미리 배향방향을 결정한 후, 다시 편광된 자외선을 조사하여 초기와는 다른 배향방향을 결정함으로써 이루어진다. 자외선의 조사에 의해 결정되는 배향막의 배향방향은 초기에 조사되는 편광방향과는 무관하게 마지막으로 조사되는 자외선의 배향방향에 의해 결정된다. 기판의 일부 영역을 마스크로 블로킹한 상태에서 자외선을 조사한 후, 다시 다른 영역을 마스크로 블로킹한 상태에서 초기와는 다른 편광방향을 갖는 자외선을 조사하여 멀티도메인 액정셀을 제조한다.

Description

액정셀의 배향방향 제어방법
제1도는 광배향에 의해 축퇴된 프리틸트각을 나타내는 도면.
제2도는 본 발명에 따른 배향방향을 제어하는데 사용되는 자외선 조사장치를 나타내는 도면.
제3도는 자외선의 조사시간대 배향막의 복굴절률의 관계를 나타내는 그래프.
제4도는 선형 편광된 자외선을 배향막에 조사했을 때의 배향방향을 나타내는 도면.
제5a도∼제5f도는 본 발명 액정셀의 배향방향 제어방법의 일실시예를 나타내는 도면으로,
(a)는 액정셀에 자외선의 조사에 의해 미리 배향방향이 결정된 액정셀을 나타내는 도면이고,
(b)는 (a)의 단면도이고,
(c)는 액정의 주입에 의해 프리틸트각 방향이 결정된 도면이고,
(d)는 액정의 주입방향을 나타내는 도면이고,
(e)는 배향방향이 결정된 액정셀을 나타내는 도면이고,
(f)는 배향방향이 결정된 액정셀에 다시 자외선을 조사하여 형성된 트위스트네마틱 액정셀을 나타내는 도면.
제6도는 본 발명 액정셀의 배향방향 제어방법의 다른 실시예를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 램프 4 : 렌즈
5 : 편광판 6 : 기판
10 : 상판 11 : 하판
본 발명은 액정셀에 관한 것으로, 특히 광배향물질이 도포된 기판에 자외선을 조사하여 배향방향을 제어하는 액정셀의 배향방향 제어방법에 관한 것이다.
현재 주로 사용되고 있는 액정디스플레이는 주로 트위스트네마틱 액정디스플레이(Twisted Nematic LCD)로서, 이 TNLCD는 좌우 및 상하의 시야각에 따라 각 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 단점이 있다. 특히, 좌우 방향의 시야각에 대해서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하 방향에서의 광투과도는 비대칭적으로 분포하기 때문에 상하 방향에서는 이미지가 반전되어 결국 시야각이 좁아지게 된다.
상기한 문제를 해결하기 위해, 현재 제안되고 있는 것이 2도메인 트위스트네마틱(Two-domain Twisted Nematic) 액정셀과 도메인 분할된(Domain-Divided) 트위스트네마틱 액정셀 및 4도메인(Four-domain) 트위스트네마틱 액정셀 등과 같은 멀티도메인(multi-domain) 액정셀이다. 2도메인 TN 액정셀은 폴리이미드(polyimide)를 러빙하여 각 도메인의 프리틸트방향(pretilt direction)을 서로 반대방향으로 해서 시야각이 반전되는 것을 보상하며, 도메인 분할된 TN 액정셀은 각 도메인을 다른 크기와 방향의 프리틸트각을 보유하는 배향물질, 예를 들면, 유기배향층이나 무기배향층으로 형성하여 각 도메인의 평균배향각도를 반대방향으로 해서 시야각이 비대칭적으로 되는 것을 보상하게 된다. 또한, 4도메인 TN 액정셀은 역방향 러빙와 2중 SiOx 사방증착(oblique evaporation)을 이용하여 각 도메인의 프리틸트방향을 다르게 하여 시야각을 보상한다.
그러나, 상기한 멀티도메인셀에 있어서는, 폴리이미드의 러빙에 의해 먼지나 전하가 발생해서 결과적으로 수율이 나빠지거나 기판이 파손되는 일이 생기며, 제조공정도 1차러빙을 실시하고, 한쪽 도메인을 포토레지스트(photoresist)를 마스크(mask)로 하여 다른 도메인을 2차러빙한 후, 상기한 포토레지스트를 제거해야 하는 등 공정이 복잡하게 된다.
그래서, 제조공정을 줄이고 기판의 파손을 방지하기 위해 제안되는 것이 광배향물질이 도포된 기판에 선형 편광된 자외선을 조사하여 배향막에 배향방향을 부여하는 광배향이다. 이러한 광배향에서 사용되는 배향막은 주로 PVCN(polyvinylcinnamate)계의 고분자로, 선형 편광된 자외선이 조사됨에 따라 자외선에너지에 의해 고분자간에 발생하는 크로스링킹(cross linking)에 의해 새로운 광고분자화(photopolymerization)된 배향막이 된다. 이 광고분자의 방향, 즉 배향막의 배향방향은 선형 편광된 자외선의 편광방향에 대해 일정한 방향을 갖게 된다. 그러나, 상기한 단계에서 형성된 배향방향을 따라서 복수의 프리틸트각이 서로 마주하는 방향으로 생성되므로, 이들 중 한 프리틸트각 방향을 선택할 필요가 있다. 그러므로, 종래의 방법에 의하면, 선편광 광선을 기판에 대해서 수직으로 조사하여 배향방향을 결정하고, 선편광된 자외선을 기판에 대해서 경사지게 다시 조사하여 프리틸트각 방향을 결정한다.
따라서, 기판에서 하나의 프리틸트를 제어하기 위해서는 2번의 자외선 조사가 필요하게 된다. 그러므로, 하나의 공정으로는 단지 일정한 프리틸트각을 갖는 액정셀만을 제작할 수 있으며, 서로 다른 프리틸트각을 갖는 멀티도메인(multi-domain)의 액정셀을 만들기 위해서는 공정이 더욱 복잡하게 된다. 예를 들면, 2도메인 액정셀을 제작하기 위해서는 4회의 사진 식각공정과 8회의 선편광 자외선의 조사가 필요하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 배향방향이 이전에 조사된 자외선과 상관 없이 마지막에 조사되는 편광된 자외선의 편광방향에 의해서 결정되는 액정셀의 배향방향 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정셀의 프리틸트방향 제어방법은 전체 배향막에 제1편광된 자외선을 조사하여 배향방향을 결정하는 단계와, 제1편광된 자외선과 편광방향이 다른 자외선을 다시 조사하여 처음의 배향방향과 다른 배향방향으로 전환하는 단계로 구성된다. 폴리실록산물질이나 PVCN-F로 이루어진 배향막에 서로 다른 방향으로 선형 편광된 자외선을 여러번 조사하더라도, 배향막의 표면에 형성되는 배향방향은 초기에 조사되는 자외선의 편광방향과는 무관하게 마지막에 조사되는 자외선의 편광방향에 의해 결정된다.
상기한 방법을 이용하여 편광된 자외선을 상하기판에 조사하면 한 방향의 배향 방향이 결정되나 제1도와 같은 반대방향으로 대칭되어 있는 2개의 프리틸트각방향이 축퇴되어져 있다. 액정을 주입하여 축퇴되어 있는 프리틸트각 방향중 하나를 선택하고, 이어서 상하기판 중 하나의 기판에 초기와는 다른 편광방향을 갖는 자외선을 조사해서 상하기판의 배향방향을 다르게 하여 트위스트네마틱 액정셀을 제작한다.
또한, 배향방향이 결정된 배향막의 일부 영역을 포토레지스트와 같은 마스크로 블로킹한 후, 초기의 조사되는 자외선의 편광방향과 수직한 편광방향을 가지는 자외선을 다시 조사하고 상기한 마스크를 제거하여 배향방향이 서로 다른 도메인을 갖는 멀티도메인 액정셀을 만들 수 있다.
제2도는 본 발명의 액정셀을 만들기 위해 사용되는 자외선 조사장치를 나타내는 도면으로, 도면부호 7은 기판(6)에 PVCN-F(polyvinylfluorocinnamate)가 도포된 배향막이다. 이 배향막(7)은 상기한 PVCN-F를 ITO(indium tin oxide)가 도포된 기판에 스핀코팅(spin coating)함으로써 형성된다. 이 배향막(7)에 램프(3)에서 발생된 자외선이 렌즈(4)를 거쳐 편광판(5)에서 선형 편광되어 조사되는데, 상기한 램프(3)는 수은(Hg)램프로서 파장이 365nm 이하의 것을 사용한다. 이 램프(3)에서 발생된 자외선이 PVCN-F가 도포된 기판에 조사되면, 배향막에 형성되는 프리틸트각이 조사되는 에너지에 따라 변하게 된다. 또한, 광배향물질로서 PVCN-F 대신에 폴리실록산(polysiloxane)물질을 사용하는 것도 본 발명에서는 가능하며, 이 때에도 배향막에 형성되는 프리틸트각은 조사되는 자외선의 에너지에 따라 변하게 된다. 그리고, 상기한 폴리실록산계열의 일례인 폴리실록산 신나메이트(polysiloxanecinnamate)와 PVCN-F는 다음과 같은 화학구조식을 갖는다.
Z는 OH, CH3, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되어 지고,
m = 10 ~ 100,
1 = 1 ~ 11,
L = 0 또는 1,
K = 0 또는 1,
X, X1, X2, Y = H, F, Cl, CN, CF3, CnH2n+1, OCnH2n+1, (n = 1 ~ 10), 또는 이들의 혼합물.
제3도는 상기한 배향막에 자외선의 편광방향을 0°에서 90°로, 또는 90°에서 0°로 변화시키면서 1시간 동안 자외선을 조사했을 때의 복굴절율(Δn)을 측정한 그래프로서, 상기한 그래프에서 세로축은 복굴절율(Δn)을 나타내고 가로축은 자외선이 조사되는 시간(s)을 나타낸다. 상기한 그래프에 의하면, 자외선의 편광방향이 0°일 때의 복굴절율(Δn)이 90°일 때 보다 더 커지게 되며, 자외선의 조사시간이 길어질수록 각각의 편광방향에서의 복굴절율(Δn)이 작아진다. 그래프에 나타낸 바와 같이, 배향막(7)에 조사되는 자외선의 편광방향이 변함에 따라 이전에 형성된 배향막(7)의 배향방향이 바뀌게 되어 복굴절율(Δn)이 바뀌게 된다. 결국 배향막(7)에 형성되는 배향방향은 마지막으로 배향막에 조사된 자외선의 편광방향에 따라 결정된다. 이것은 배향막(7)에 형성되는 배향방향은 과거의 배향방향과는 무관하게 마지막으로 조사되는 자외선의 편광방향에 따라 결정되는 것을 의미한다.
따라서, 제4도와 같이 배향막에 편광방향을 변화시키면서 자외선을 조사하면, 배향막(7)에 형성되는 배향방향은 마지막에 조사된 자외선의 편광방향에 대응하는 배향방향만이 남게 된다. 상기한 도면에서 벡터(vector) E는 빛의 전기장 방향, 즉 빛의 편광방향을 나타내며, 화살표는 배향방향을 나타낸다.
그리고, 제5a도∼제5f는 본 발명의 실시예 1을 나타내는 도면이다. 제5a도는 편광된 자외선의 조사에 의해 각도차 φ1인 배향방향이 결정된 상판(10)과 하판(11)을 나타내며, 상하판의 프리틸트각(θ1),(θ2)은 제5b도와 같이 두방향으로 축퇴되어 있다. 그후, 상기한 상판(10) 및 하판(11) 사이로 액정을 주입하면, 제5c도에 나타낸 바와 같이 주입방향으로 경사지는 프리틸트각(θ1),(θ2)만이 선택되게 된다. 이때, 액정은 제5d도에 나타낸 바와 같이 상판(10)의 배향방향에 대하여 +90°보다 작고 -90°보다 큰 범위를 이루고 있는 영역과 하판(11)의 배향방향에 대하여 +90°보다 작고 -90°보다 큰 범위를 이루고 있는 영역중에서 상기한 두영역이 겹치는, 즉 상기한 두영역의 공통의 영역으로 주입된다. 또한, 제5e도는 상기한 방법에 의해 구성된 액정셀을 나타내는 도면으로, 액정셀의 상판(10) 및 하판(11)에 각각 형성된 배향방향은 φ1의 각도차로 액정의 주입방향을 향하게 된다.
그후, 상기한 바와 같이 구성된 액정셀의 상판(10)에 다시 초기에 조사되는 자외선의 편광방향과 다른 방향으로 편광된 자외선을 조사하면, 상판(10)에 형성되는 배향방향은 과거의 배향방향과는 무관하게 현재에 조사되는 자외선의 편광방향에 의해 결정된다. 만일, 상판(10)에 하판(11)의 배향방향과 수직한 배향방향이 형성되도록 편광방향을 변화시켜 자외선을 조사하면, 상판(10)의 배향은 바뀌게 되고 하판(11)의 배향방향은 원래의 배향방향을 유지하게 되므로, 액정셀은 제5f도에 나타낸 바와 같이 서로 수직한 배향을 갖는 상판(10) 및 하판(11)으로 구성되어, 액정셀이 결국 트위스트네마틱 액정셀이 된다.
제6도는 본 발명의 실시예 2를 나타내는 도면으로, 제6a도는 상판(10) 및 하판(11)에 각각 선형 편광된 자외선을 조사하여 각도차가 φ2인 배향방향이 결정된 액정셀을 나타내는 도면이다. 이 액정셀에 실시예 1과 마찬가지의 방향으로 액정을 주입하면, 상판(10) 및 하판(11)에 각각 형성되는 배향방향은 액정의 흐름에 의해 제6b도에 나타낸 바와 같이 φ2의 각도차로 액정의 주입방향을 향하게 된다. 이어서, 제6c도에 나타낸 바와 같이 상판(10)에 하판(11)과 수직한 배향방향을 갖도록 편광방향을 변화시켜 자외선을 조사하면, 상판(10) 및 하판(11)은 서로 수직한 배향방향을 갖게 되어 액정셀내에 중비된 액정분자가 상판(10)과 하판(11) 사이에서 트위스트된다.
그후, 액정셀의 제1도메인을 블로킹한 후, 편광방향을 변화시켜 상판(10)에 자외선을 조사하고 이어서 상판(10)에 조사된 자외선과 다른 편광방향을 갖는 자외선을 하판(11)에 조사하면, 제6d도에 나타낸 바와 같이 서로 다른 배향방향을 갖는 제1도메인과 제2도메인으로 구성된 2도메인 액정셀이 형성된다.
본 실시예에서는 기판의 제1도메인을 마스크로 블로킹한 후 편광방향을 변화시켜 다시 자외선을 조사하여 2도메인 액정셀을 만들었지만, 마스크의 모양 및 크기, 그리고 조사되는 자외선의 편광방향을 변화시키면서 자외선을 반복해서 조사하여 4도메인 액정셀 등의 멀티도메인 액정셀을 제작하는 것도 물론 가능하다.
본 발명은 상기와 같이 배향막에 형성되는 배향방향이 마지막으로 조사되는 자외선의 편광방향에 의해 결정되기 때문에 배향방향의 결정이 용이하며, 액정을 주입한 후에도 기판에 다시 자외선을 조사함으로써 원하는 배향방향을 갖는 액정셀을 용이하게 제작할 수 있게 된다. 또한, 마스크를 이용해서 기판의 각 영역에 편광방향이 다른 자외선을 조사함으로써 배향방향이 서로 다른 도메인을 보유하는 멀티도메인 액정셀을 용이하게 제작할 수 있게 된다.
본 발명의 상세한 설명에는 비록 바람직한 실시예만이 예시되어 있지만, 본 발명이 상기한 바람직한 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 멀티도메인 액정셀을 제작하는 실시예에서 액정의 주입후에 편광방향이 변화된 자외선을 조사하여 배향방향을 제어하는 것이 아니고, 자외선을 조사하여 미리 배향방향을 결정한 후 마지막으로 액정을 주입하는 등의 응용도 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 사람이라면 누구라도 본 발명의 개념을 이용하여 용이하게 창안해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상기한 바람직한 실시예에 의해 정해질 것이 아니라 첨부하는 특허창구의 범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

Claims (12)

  1. 액정셀의 한 배향막에 제1편광된 광을 조사하여 제1배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 배향막에 제2편광된 광을 조사하여 제1배향방향과 다른 제2배향방향을 결정하는 단계로 구성된 액정셀의 배향방향 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 PVCN-F를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산계 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
  4. 액정셀의 제1배향막에 제1편광된 광을 조사하여 제1배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 액정셀의 제2배향막에 제2편광된 광을 조사하여 제2배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 제1 및 제2배향막 중 하나의 배향막에 제3편광된 자외선을 조사하여 제1 및 제2배향방향중 하나의 배향방향을 변경하는 단계로 구성된 액정셀의 배향방향 제어방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기한 제1 및 제2배향막이 PVCN-F를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기한 제1 및 제2배향막이 폴리실록산물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기한 제1 및 제2 배향방향을 결정한 후, 제1 및 제2배향막 사이로 액정을 주입하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기한 제1 및 제2배향막 중 하나의 배향막에 제3편광된 자외선을 조사한 후, 상기한 제1 및 제2배향막 사이로 액정을 주입하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
  9. 액정셀의 제1배향막에 제1편광된 광을 조사하여 상기한 제1배향막에 제1배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 액정셀의 제2배향막에 제2편광된 광을 조사하여상기한 제2배향막에 제2배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 제1배향막의 일부 영역을 마스크로 블로킹하는 단계와, 상기한 액정셀의 제1배향막에 제3편광된 광을 조사하여 상기한 제1배향막에 제3배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 제2배향막의 일부 영역을 마스크로 블로킹하는 단계와, 상기한 액정셀의 제2배향막에 제4편광된 광을 조사하여 상기한 제2배향막에 제4배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 마스크를 제거하는 단계로 구성된 액정셀의 배향방향 제어방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기한 제1 및 제2배향막이 PVCN-F을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기한 제1 및 제2배향막이 폴리실록산물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기한 제1 및 제2배향방향을 결정한 후, 상기한 제1 및 제2배향막 사이로 액정을 주입하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방법 제어방법.
KR1019960002462A 1996-02-01 1996-02-01 액정셀의 배향방향 제어방법 KR0182116B1 (ko)

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