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KR0182876B1 - 액정셀의 프리틸트방향 제어방법 - Google Patents

액정셀의 프리틸트방향 제어방법 Download PDF

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KR0182876B1
KR0182876B1 KR1019960000319A KR19960000319A KR0182876B1 KR 0182876 B1 KR0182876 B1 KR 0182876B1 KR 1019960000319 A KR1019960000319 A KR 1019960000319A KR 19960000319 A KR19960000319 A KR 19960000319A KR 0182876 B1 KR0182876 B1 KR 0182876B1
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KR
South Korea
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pretilt
irradiation
substrate
angle
ultraviolet rays
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KR1019960000319A
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최유진
남미숙
우정원
김종현
윤기혁
권순범
야로쉬츄크 올레그
Original Assignee
구자홍
엘지전자주식회사
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Abstract

본 발명은 원하는 프리틸트각 방향 및 크기를 형성시키는 액정셀 프리틸트방향 제저방법을 제공하기 위해서, 배향막(15)에 자외선을 1차조사해서 배향막(15)분자가 기판(16)의 수평한 방향으로 여러 프리틸트각 방향중 한 방향을 선택해서, 용이하게 액정셀의 프리틸트방향을 제어한다. 배향막(15)은 주로 PVCN-F나 폴리실록산물질을 이용하여 자외선의 조사에너지에 의한 프리틸트각을 설정하는 것이 가능하다.

Description

액정셀의 프리틸트방향 제어방법
제1도는 일반적인 광배향에 사용되는 자외선 조사 및 복굴절율 측정장치를 나타내는 도면.
제2도는 종래 광배향에서의 프리틸트방향 제어방법을 나타내는 도면.
제3도는 본 발명에 따른 자외선의 조사에너지와 프리틸트각과의 관계를 나타내는 도면.
제4도는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정셀의 프리틸트각 방향 제어방법을 나타내는 도면.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정셀의 프리틸트각 방향 제어방법을 나타내는 도면.
제6도는 본 발명의 제3실시예에 따른 액정셀의 프리틸트각 방향 제어방법을 나타내는 도면.
제7도는 본 발명의 제4실시예에 따른 액정셀의 프리틸트각 방향 제어방법을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 램프 15 : 배향막
16 : 기판 17a, 17b, 17c : 편광판
18 : 헬륨-네온레이저 20 : 디지탈 오실로스코프
23 : 쵸퍼 25 : 광보상판
본 발명은 액정셀에 관한 것으로, 특히 배향막에 자외선을 조사하여 광고분자화된 배향막을 만들어서 원하는 프리틸트방향을 얻을 수 있는 액정셀의 프리틸트 방향 제어방법에 관한 것이다.
액정디스플레이(LCD)에서 균일한 밝기와 높은 콘트라스트비(contrast ratio)를 얻기 위해서는 주입된 액정분자를 일정한 방향으로 배열시키는 배향이 필요하게 되는데, 이러한 액정의 배향으로 현재 가장 많이 사용되고 있는 것이 러빙(rubbing)에 의한 배향방법이다. 이 러빙에 의한 배향방법은 기판에 배향막으로 주로 폴리이미드(polyimide)를 도포하고 러빙을 실행하여, 상기한 배향막 표면에 규칙적인 미세홈(micro groove)을 형성시킨다. 배향막 표면에서, 이 미세홈과 러빙에 의하여 정렬된 폴리이미드분자 및 액정분자들의 분자간 상호작용(inter molecular interaction)에 의해 배향막의 표면 전체에 걸쳐서 액정분자들을 규칙적으로 배향시킨다. 그러나, 러빙에 의한 배향방법에서는 배향막에 생성되는 미세홈의 결함에 의해 위상왜곡(random phase distortion)과 광산란(light scattering)이 발생하게 되어 액정디스플레이의 성능을 저하시키는 문제가 있었다. 또한, 러빙에 의해 배향막에 먼지 및 정전기가 발생하여 수율이 나빠지고 기판이 파손되는 일이 있었다.
상기한 문제를 해결하기 위해, 최근 제안되는 방법이 자외선을 이용한 광배향방법이다. 제1도는 일반적인 광배향에 사용되는 자외선조사 및 복굴절율 측정장치를 나타내는 도면으로, 도면부호 11은 수은램프를 나타낸다. 이 램프(11)에서 생성된 자외선(Ultraviolet rays)이 렌즈(12a)와 편광판(17c)을 통해 선형 편광된 자외선으로 되어 기판(16)에 도포된 배향막(15)에 조사된다. 레이저(18)로부터 발생된 레이저빔(laser beam)은 쵸퍼(23)(chopper)에 의해 불연속적인 빔으로 된 후, 편광판(17a)에서 선형 편광되어 광보상판(25)을 통해 배향막(15)을 투과하여, 편광판(17b) 및 렌즈(12a)를 통과하여 디지탈 오실로스코프(20)로 입력되어 배향막(15)의 이방성(anisotropy)에 의해 발생하는 복굴절율을 측정한다.
제2도는 광배향법의 일례로서 고바야시 등이 제안한(SID95DIGEST, p877) 광배향법을 나타내는 도면으로서, 배향막으로 PVCN(polyvinycinnamate)계 고분자가 도포된 상기한 기판에 자외선을 2회 조사하여 배향막 표면의 프리틸트방향을 결정한다. 우선, 제2도(a)에 나타낸 바와 같이 기판(16) 위에 형성된 PVCN계 배향막(15)의 표면에 선형 편광된 자외선을 기판(16)에 대해서 수직으로 조사하면, 배향막(15)은 자외선에너지에 의해 고분자 사이에 발생하는 크로스링킹(cross linking)에 의해 광고분자화(photopolymerization) 되는데, 이 선형 편광된 자외선의 편광방향에 따라 광고분자의 결합방향이 일정한 방향을 향하게 된다. 이러한 자외선이 조사된 광고분자의 결합방향에 의해 액정이 배향된다.
그후, 제2도(b)에 나타낸 바와 같이 처음 조사된 자외선에 대하여 편광방향이 수직인 편광방향을 가진 선형 편광된 자외선을 배향막(15) 표면에 대하여 일정한 각도(θ)의 경사로 조사한다. 이 때, 배향막(15)과 자외선의 입사각도를 변화시켜 배향막(15) 표면의 프리틸트각을 결정한다. 그 예로서, 2번째 자외선의 조사에서 배향막 표면에 자외선이 조사되는 각도를 30°, 45°, 60°로 변화시킬 때, 생성되는 프리틸트각은 약 0.15°, 0.26°, 0.30°이다.
그러나, 고바야시가 제안한 프리틸트각 제어방법은 배향막에 편광된 자외선을 2번 조사해야 하므로, 공정이 복잡하고 프리틸트각의 크기로 매우 작게 되어 원하는 프리틸트방향을 얻을 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 배향막에 편광된 자외선을 조사하여 프리틸트각의 크기와 서로 대칭된 2개의 프리틸트각 방향을 결정한 후, 다시 자외선을 조사하여 대칭되어 있는 2개의 프리틸트방향 중 한 방향을 결정함으로써 원하는 프리틸트방향 및 프리틸트각의 크기을 얻을 수 있는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정셀의 프리틸트방향 제어방법은 배향막이 도포된 기판에 자외선을 1차조사하여 프리틸트각이 서로 대칭된 방향으로 배열된 2개의 프리틸트방향과 그 크기를 결정하는 단계와, 다시 자외선을 2차조사하여 2개의 대칭되어 있는 프리틸트방향 중 하나를 선택하는 단계로 구성된다. 본 발명의 방법에 의해 결정되는 프리틸트각의 크기는 자외선의 조사에너지에 의해 결정된다. 그리고, 첫번째의 자외선 조사방향은 기판과 수직 또는 기판의 법선에 대해 10°∼60°의 각도로 조사되며, 두번째의 자외선 조사방향도 역시 기판과 수직 또는 기판의 법선에 대해 10°∼60°의 각도로 조사된다. 기판에 조사되는 자외선은 선형 편광된 자외선과 비편광 자외선 중 어느 것도 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 액정셀의 프리틸트방향 제어방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 종래의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명한다. 본 발명에 이용된 배향막은 폴리실록산으로서 제3도에 나타난 것과 같이, 조사된 자외선의 조사에너지가 증가함에 따라, 형성된 프리틸트각은 점점 작아진다. 다음의 화학식은 상기한 폴리실록산 물질과 PVCN-F의 화학구조식을 나타내는 것으로, 폴리실록산 물질의 일례로서 폴리실록산 신나마니트를 나타낸다.
단, Z는 OH, CH3또는 이들의 혼합물, m은 10∼100, l은 1∼11, L은 0 도는 1, X, X1, X2및 Y는 H, F, C1, CN, CF3, CnH2n+1, OCnH2n+1(n=1∼10) 또는 이들의 혼합물을 나타낸다.
상기한 물질로 배향막을 형성하는 방법은 폴리실록산계 물질이나 PVCN-F와 같은 고분자 용액을 1,2-디크로로에탄(DCE)과 클로로벤젠(CB)을 1:1의 혼합용재로 20g/1의 농도로 용해된 용애긍로 해서, 그 용액을 기판의 중앙에 떨어뜨린 후, 2000rpm으로 2초동안 기판을 회전시켜 배향막을 형성한다. 이때, Linnik 간섭법으로 측정한 막의 두께는 예들 들면, 약 1000Å이고, 고분자 용액의 농도나 스핀코팅기(spin coater)의 회전 속도를 제어해서 그 두께를 제어하는 것이 가능하다.
제4도는 본 발명의 제1실시예에 따른 프리틸트방향 제어방법을 나타내는 도면이다. 우선, 제4도(a)에 나타낸 바와 같이 폴리실록산물질이나 PVCN-F로 이루어진 배향막(15)에 선형 편광된 자외선(190)을 기판(16)에 수직하게 조사한다. 이 자외선의 조사에 의해, 배향막(15)의 표면에는 자외선의 편광방향과 수직의 방향으로 프리틸트각 방향이 결정되고 그 방향의 양쪽으로 서로 대칭되는 2개의 프리틸트각(φ1)이 생긴다. 상기한 프리틸트각(φ1)의 크기가 제3도에 나타난 바와 같이 자외선의 에너지에 의해 제어되는 것이 가능하다. 그후, 제4도(b)에 나타난 바와 같이, 비선현편광된 자외선(250)을 기판(16)의 법선에 대해서 10°∼60°의 각도(θ1)로 조사하는 경우, 자외선의 1차 조사에 의해 선택된 프리틸트각방향 중에서 상기한 2차 자외선의 입사방향에 의해 하나의 프리틸트각 방향만이 선택되어, 결국, 원하는 프리틸트를 얻는 것이 가능하다. 또, 배향막(15)에 형성된 프리틸트각은 조사된 자외선의 에너지에 따라 변한다. 이 때, 비선형편광된 자외선은, 선형편광된 자외선을 제외한 것으로, 원형 또는 타원편광된 자외선 및 비편광된 자외선을 포함한다.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 프리틸트방향 제어방법을 나타내는 도면이다. 우선, 제5도(a)에 나타낸 바와 같이 폴리실록산물질이나 PVCN-F로 이루어진 배향막(15)에 비선형 편광된 자외선(210)을 기판(16)의 법선에 대하여 10°∼60°의 각도(θ3)로 조사한다. 이 자외선의 조사에 의해, 배향막(15)의 표면에는 자외선의 입사방향으로 복수의 프리틸트각 방향이 결정된다. 그 후, 제5도(b)에 나타낸 바와 같이, 선형편광된 자외선(220)을 기판(16)에 대해서 수직으로 조사한다. 자외선의 1차조사에 의해 선택된 프리틸트각 방향 중에서 상기한 2차 자외선이 편광방향으로 수직의 프리틸트각 방향만이 선택되어 결국, 원하는 프리틸트를 얻을 수 있게 된다. 또한, 배향막(15)에 형성된 프리틸트각을 조사된 자외선의 에너지에 따라서 제어한다.
제6도는 본 발명의 제3실시예에 따른 프리틸트방향 제어방법을 나타내는 도면이다. 제6도(a)에 나타낸 바와 같이, 폴리실록산물질이나 PVCN-F로 이루어진 배향막(15)에 비편광된 자외선(230)을 기판(16)의 법선에 대하여 10°∼60°의 각도(θ3)로 조사한다.
그 후, 제6도(b)에 나타낸 바와 같이, 기판(16)의 법선에 대해서 10°∼60°의 각도(θ4)로 선형편광된 자외선(240)을 조사한다. 자외선의 1차 및 2차조사에 의해서, 배향막(15)의 분자는 제6도(a)와 제6도(b)와 같은 배열을 한다. 즉, 자외선의 1차조사에 의한 배향막(15)의 대부분의 분자가 복수의 한편의 프리틸트각 방향으로 향하게 되고, 자외선의 2차조사에 의해 상기한 방향중 한 방향의 프리틸트각 방향이 결정된다. 자외선의 2차조사방향은 2차조사에 의해 형성된 프리틸트각 방향과 예각이 된다. 그러므로, 본 실시예에도 비편광된 자외선 대신 비선형편광된 자외선 중에서 어느 자외선을 사용하는 것도 가능하다.
제7도는 본 발명의 제4실시예에 따른 프리틸트방향 제어방법을 나타내는 도면으로, 배향막(15)에 대한 첫번째의 자외선 조사는 제3실시예와 마찬가지로 기판(16)의 법선에 대하여 10°∼60°의 각도(θ5)로 선형편광된 자외선(250)을 조사한다(제7도(a)). 이후, 제7도(b)에 나타낸 바와 같이 비선형 편광된 자외선(260), 특히 비편광된 자외선을 기판(16)의 법선에 대하여 10°∼60°의 각도(θ6)로 조사하면, 배향막에 있는 분자등이 대칭된 2개의 방향 중 한 방향을 선택하게 된다. 본 실시예에서는, 자외선의 2차조사방향과 대칭되는 2개의 프리틸트각 방향 중 한 방향이 예각이 된다.
본 발명은 상기한 바와 같이 폴리실록산이나 PVCN-F로 이루어진 배향막(15)에 자외선을 조사하여 프리틸트각의 크기와 서로 대칭된 2개의 프리틸트방향을 결정한 후, 다시 자외선을 조사하여 한 방향의 프리틸트방향을 결정하게 되므로 프리틸트방향의 제어가 용이하게 된다.
본 발명의 상세한 설명에는 비록 바람직한 실시예만이 예시되어 있지만, 본 발명이 상기한 바람직한 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각 실시예에서 첫번째의 자외선 조사와 두번째의 자외선 조사를 바꾸어서 두번째의 자외선 조사를 먼저 실시한 후, 다시 첫번째의 자외선 조사를 실시하는 것도 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 특허청구의 범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

Claims (21)

  1. 기판의 표면에 도포된 배향막에 비선형편광된 자외선을 1차조사하여 배향막의 분자가 상기한 기판에 수평한 방향에서 다양한 프리틸트각 방향이 되도록 배열시키는 자외선의 1차조사단계 ; 선형편광된 자외선을 상기한 배향막에 조사하여 상기한 프리틸트각 방향 중에서 한 방향을 선택하는 자외선의 2차조사단계로 구성된 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산계 물질(polysiloxane based material)인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 PVCN-F(polyvinylfluorocinnamate)인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 1차조사단계의 비선형편광된 자외선의 조사방향이 기판의 법선에 대해서 일정각도(θ)로 경사방향이고, 2차조사단계의 선형편광된 자외선의 조사방향이 기판에 대해 수직방향인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기한 1차조사단계의 비선형편광된 자외선의 입사방향이 상기한 프리틸트각 방향과 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  6. 제4항에 있어서, 0° θ ≤ 60°인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기한 1차조사단계의 비선형편광된 자외선의 조사방향이 기판의 법선에 대해서 제1각도(θ1)로 경사방향이고, 2차조사단계의 선형편광된 자외선의 조사방향이 기판의 법선에 대해서 제2각도(θ2)로 경사방향인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기한 1차 및 2차조사단계의 자외선의 입사방향이 상기한 프리틸트각 방향과 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  9. 제7항에 있어서, 0° θ1, θ2≤ 60°인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  10. 기판의 표면에 도포된 배향막에 선형편광된 자외선을 1차조사하여 배향막의 분자가 상기한 기판에 수평한 방향에서 제1 및 제2 프리틸트각 방향으로 배열되도록 하는 자외선의 1차조사단계 ; 및 비선형편광된 자외선을 상기한 배향막에 조사하여 상기한 제1 및 제2프리틸트각 방향 중에서 한 방향을 선택하는 자외선의 2차조사단계로 구성된 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산계 물질(polysiloxane based material)인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기한 배향막이 PVCN-F(polyvinylfluorocinnamate)인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기한 1차조사단계의 선형편광된 자외선의 조사방향이 기판에 대해서 수직방향이고, 2차조사단계의 비선형편광된 자외선의 조사방향이 기판의 법선에 대해서 일정각도(θ)로 경사방향인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  14. 제13항에 있어서, 0° θ ≤ 60°인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기한 1차조사단계의 선형편광된 자외선의 조사방향이 기판의 법선에 대해서 제1각도(θ1)로 경사방향이고, 2차조사단계의 비선형편광된 자외선의 조사방향이 기판의 법선에 대해서 제2각도(θ2)로 경사방향인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  16. 제15항에 있어서, 0° θ1, θ2≤ 60°인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기한 프리틸트각의 크기가 상기한 자외선의 1차조사에너지 또는 2차조사에너지에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기한 프리틸트각의 크기가 상기한 자외선의 1차조사에너지 또는 2차조사에너지에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  19. 제10항에 있어서, 상기한 제1 및 제2프리틸트각의 크기가 동일하고 상기한 기판에 대해서 수평방향으로 서로 반대방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기한 2차조사단계의 비선형편광된 자외선의 입사방향이 상기한 제1 및 제2 프리틸트각 방향의 하나와 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기한 2차조사단계의 비선형편광된 자외선의 입사방향이 상기한 제1 및 제2 프리틸트각 방향의 하나와 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트방향 제어방법.
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