KR0183205B1 - 액정셀 제조방법 - Google Patents
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Abstract
아모포스 트위스트네마틱 액정셀은 폴리실록산 물질이 도포된 기판(10), (11)을 합착하여 액정셀을 형성하며, 이 액정셀에 상온에서 액정을 주입하고 네마틱전이 온도(TNI)이상으로 가열한 후, 상온으로 천천히 냉각시킴으로써 제작한다. 액정셀이 냉각됨에 따라 셀내에는 많은 도메인들이 형성되는데, 이 도메인들은 인접하는 도메인과 연속적으로 분포되며, 각 도메인내의 액정방향자도 같은 도메인내에 형성된 상하의 인접하는 도메인과 미세한 각도차를 갖는 연속적인 분포가 된다. 인접하는 도메인 사이의 액정분자의 배향을 연속적으로 분포시키기 위해, 액정의 주입전이나 주입후에 액정셀에 자외선을 조사하여 적당한 크기와 방향의 프리틸트를 부여한다.
Description
제1도는 트위스트네마틱 액정셀을 냉각함에 따라 도메인이 형성되는 과정을 나타내는 도면.
제2도는 아모포스 트위스트네마틱 액정셀을 냉각함에 따라 도메인이 형성되는 과정을 나타내는 도면.
제3도는 본 발명의 실시예 1에 따른 아모포스 트위스트네마틱 액정셀의 제조방법을 나타내는 도면.
제4도는 본 발명의 실시예 2에 따른 트위스트네마틱 액정셀의 제조방법을 나타내는 도면.
제5도는 본 발명에 따라 제작된 아모포스 트위스트네마틱 액정셀의 자외선 조사에너지대 프리틸트각의 관계를 나타내는 그래프.
제6도는 본 발명에 따라 제작된 아모포스 트위스트네마틱 액정셀의 전압대 투과도의 관계를 나타내는 도면.
제7도는 본 발명에 따라 제작된 아모포스 트위스트네마틱 액정셀의 시야각에 따른 콘트라스트비를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 제1기판 11 : 제2기판
20 : 배향막 30 : 액정분자
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 무질서하게 분포된 멀티도메인을 갖는 아모포스 트위스트네마틱 액정셀 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD)로 주로 사용되는 트위스트네마틱(TN) 액정셀은 그 시야각 특성에서 많은 문제점을 갖고 있다. 특히, 좌우방향의 시야각에서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에서의 시야각에서는 광투과도가 비대칭적으로 분포하기 때문에, 이미지가 반전되어 결국 시야각이 좁아지게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 화소(pixel)를 서로 다른 배향(alignment)방향 및 프리틸트(pretilt)크기를 갖는 2개 이상의 도메인(domain)으로 형성하여 시야각을 보상하는 멀티도메인(multi-domain) 액정셀이 제안되고 있다.
그러나, 상기한 멀티도메인 액정셀을 제조하는 방법은 기판의 도메인에 따라 러빙방향을 다르게 하기 위해, 포토레지스트(photoresist)를 마스크(mask)로 하여 도메인을 러빙한 후, 상기한 포토레지스트를 제거해야 하는 등 공정이 복잡하게 되며, 러빙에 의해 먼지나 정전하가 발생하여 수율이 저하되고 액정표시장치의 각 화소를 동작시키는 박막트랜지스터가 파손된다. 또한, 이미지가 반전되는 것을 제거하기 위해서는 각 화소를 4개 이상의 도메인으로 구성해야만 하지만, 이러한 작업은 실질적으로 대단히 어려운 일이며, 제조공정도 매우 복잡하게 된다.
따라서, 상기한 어려움을 극복하이 위해, 현재 아모포스 트위스트네마틱(amorphous TN;a-TN) 액정셀이 제안되고 있다. 이 a-TN 액정셀내에서의 액정분자들의 상태는 네마틱 액정분자가 갖는 방향자(director)의 장거리질서(long range order)는 존재하지 않지만, 국소적(local)영역내에서는 연속적인 단거리질서(short range order)를 갖는 특성이 있다. 또한, 상기한 a-TN 액정셀은 대단히 많은 도메인을 보유하게 된다. 이러한 a-TN 액정셀은 배향방향이 결정되지 않은 액정셀내에 네마틱전이온도(TNI) 이상의 고온에서 액정을 주입한 후, 다시 셀을 네마틱전이온도(TNI) 이하의 상온으로 냉각시킴으로써 형성된다. 이때, 고온에서 액정셀내에 주입된 액정은 등방성상(isotropic phase)을 유지하지만, 온도가 네마틱전이온도(TNI)로 내려감에 따라 이방성상(anisotropic phase)을 형성하기 시작하여, 액정셀내에는 배향방향이 다른 많은 도메인이 형성된다. 액정을 네마틱전이온도(TNI) 이상의 고온에서 주입하는 이유는 액정의 네마틱 특성을 제거하여 액정의 주입시에 액정의 흐름효과(flowing effect)에 의해 발생하는 배향의 생성과 배향막 끌림형상을 방지하기 위한 것이다.
제1도 및 제2도는 TN 액정셀과 a-TN 액정셀을 네마틱전이온도(TNI) 이상의 고온에서 상온으로 냉각시킬 때의 액정셀내에서의 액정분자의 네마틱상 형성과정을 나타내는 도면이다. 도면에서, 액정셀의 제1기판(10) 및 제2기판(11)에 도포되는 배향막(20)은 폴리이미드(polyimide)로서, TN 액정셀의 제1기판 및 제2기판에는 러빙에 의해 배향방향이 결정되어 있으며, a-TN 액정셀의 제1기판 및 제2기판에는 배향방향이 형성되어 있지 않다.
네마틱전이온도(TNI) 이상의 고온에서 액정을 주입하면, 액정의 네마틱 특성이 제거되기 때문에 셀내의 액정분자는 등방성상을 형성한다. 이때, TN 액정셀내에서는 기판에 도포된 배향막의 배향력에 의해 기판 근처의 액정분자가 일정한 프리틸트를 갖는 상태로 배향되지만, a-TN 액정셀에서는 기판에 도포된 배향막에 배향력이 부여되어 있지 않으므로, 기판 표면의 액정분자는 셀 중간의 액정분자와 마찬가지로 등방성상을 형성하고 있다.
상기한 등방성 셀을 네마틱전이온도(TNI) 이하의 상온으로 천천히 냉각시키면, TN 액정셀에서는 기판(10),(11)의 표면에서부터 핵형성(nucleation)이 시작되어 셀 전체에 걸쳐서 모노도메인(mono-domain)이 형성되지만, a-TN 액정셀에서는 기판(10),(11) 표면이 아닌 셀중앙의 벌크(bulk)영역에서부터 핵형성이 시작되어 멀티도메인셀이 형성된다. 즉, a-TN 액정셀의 러빙이 실시되지 않은 배향막(20)의 표면은 핵형성에 아무런 역할도 하지 않게 된다.
e-TN 액정셀내에 형성된 열(column)들은 각각 다른 시야각을 갖는 도메인으로서, 각 열은 도판트(dopant)에 의해 제1기판에서 제2기판으로 90 °트위스트되어 있다.
상기한 바와 같이 a-TN 액정셀에는 대단히 많은 열, 즉 서로 다른 시야각을 갖는 수 많은 도메인이 형성되어 시야각 특성이 개선된다. 또한, a-TN 액정셀 제조공정에 있어서도, 기판에 형성된 배향막에 러빙을 실시할 필요가 없으므로, 제조공정이 간단하게 될 뿐만 아니라, 배향막의 러빙시 생기는 여러 문제들, 즉 먼지나 정전기의 발생에 의한 수율의 감소나 기판의 파손 등과 같은 문제들을 방지할 수 있게 된다.
그러나, 상기한 바와 같이 폴리이미드를 배향막으로 사용하는 a-TN 액정셀의 제조방법에 있어서는, 등방성상에서 액정을 주입하므로 발생되는 배향의 생성과 배향막 끌림현상, 즉 액정셀에 액정이 주입될 때 액정과 배향막 사이의 마찰에 의해 배향막이 손상을 입는 현상을 방지하고 액정에 질서도가 부여되는 것을 방지하기 위해 네마틱전이온도(TNI) 이상의 고온에서 액정이 주입되어야만 한다. 그런데, 액정의 주입공정은 액정셀을 합착하여 봉지한 후, 액정셀을 진공에 가까운 저압을 유지한 상태에서 액정을 주입하므로써 이루어진다. 따라서, 고온에서 주입되는 액정분자가 저압에 의해 휘발되거나 변형되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 제조가 용이하고 많은 도메인으로 구성된 멀티도메인셀을 형성하여 시야각 특성이 향상된 아모포스 트위스트네마틱 액정셀 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 액정을 상온에서 주입하여 고온에서의 액정주입시 발생하는 액정분자의 휘발 및 변형을 방지하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정셀 제조방법은 제1기판 및 제2기판에 배향막을 도포한 후, 합착하여 액정셀을 형성하는 단계와, 액정셀에 액정을 주입하는 단계와, 액정이 주입된 셀을 가열한 후 다시 상온까지 천천히 냉각시키는 단계와, 액정셀에 자외선을 조사하여 프리틸트 방향과 크기를 부여하는 단계로 구성된다. 기판에 도포되는 배향막은 폴리실록산 물질로서, 액정이 주입되면 액정분자는 셀내에서 기판과 수직한 방향으로 배향된다. 이 액정셀을 가열한 후 다시 상온으로 냉각하면, 액정셀은 서로 다른 배향방향을 갖는 대단히 많은 도메인으로 구성된 아모포스 트위스트네마틱 액정셀이 된다.
유전이방성이 음인 액정이 주입된 액정셀은 전압이 인가되면, 액정분자가 기판과 수평한 방향으로 배향되어 멀티도메인이 형성되며, 유전이방성이 양인 액정이 주입된 액정셀은 자외선이 일정 시간동안 조사되면, 배향막에 적당한 프리틸트 크기가 부여되어 멀티도메인이 형성된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법을 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명의 실시예 1에 따른 아모포스 트위스트네마틱 액정셀의 제조방법을 나타내는 도면으로, 우선 제1기판(10) 및 제2기판(11)에 배향막(20)을 도포한 후, 합착하여 액정셀을 형성한다. 기판(10),(11)에 도포되는 배향막(20)은 폴리실록산 물질(polysiloxane based material)로서, 아래의 화학구조식은 폴리실록산 신나메이트(polysiloxane cinnamate)의 예를 나타낸다. 폴리실록산 물질을 배향막으로 사용하는 경우 액정의 주입시 액정의 끌림현상에 의한 배향막의 파손이 방지될 수 있다.
폴리실록산 신나메이트I :
폴리실록산 신나메이트II :
Z = OH, CH3또는 OH 및 CH3혼합물,
m = 10∼100,
ℓ = 1∼11,
L = 0 또는 1,
K = 0, 1 또는 2,
X, X1, X2, Y = H, F, Cl, CN, CF3, CnH2n+1또는 OCnH2n+1(n=1∼10)
폴리실록산 물질로 구성된 배향막중 일부는 제5도에 나타낸 바와 같이 처음 상태, 즉 자외선이 조사되지 않은 상태에서는 거의 90°에 가까운 프리틸트각이 형성되지만, 자외선이 조사됨에 따라 프리틸트각의 크기가 점점 작아진다.
따라서, 제3도(a)에 나타낸 바와 같이 폴리실록산 물질이 도포된 상기한 액정셀내의 기압을 진공에 가까운 저압으로 유지한 상태에서 압력차에 의해 유전이방성(Δε)이 음인 액정, 예를 들면 ZLI-4801-000(네마틱전이온도;TNI=90℃)을 주입하면, 기판(10),(11)에 도포된 배향막(20)에는 90°의 프리틸트각이 결정되어, 셀내에 주입된 액정분자(30)는 제3도(b)에 나타낸 바와 같이 기판과 수직한 배향을 이루게 된다. 이때, d/p=1/4이 되도록 카이랄도판트를 액정에 첨가한다. 여기서, d는 액정셀갭으로서, 약 d=5㎛이고, p는 액정의 피치(pitch)이다. 액정의 주입은 종래의 a-TN과는 달리 상온에서 이루어지기 때문에, 액정의 주입시 고온에 의해 들뜬 액정분자(30)가 저압에 의해 휘발되거나 변성되는 일이 없게 된다.
상기한 액정셀을 오븐(oven) 속에서 네마틱전이온도(TNI) 정도의 온도에서 가열한 후, 천천히 상온으로 냉각시키면 제3도(c)에 나타낸 바와 같이 액정셀내에서 핵이 형성되기 시작하여 대단히 많은 도메인으로 구성된 멀티도메인 액정셀이 형성된다. 그후, 이 액정셀에 제3도(d)에 나타낸 바와 같이 편광되지 않은 자외선을 일정 시간동안 조사하면, 액정셀의 배향막에는 프리틸트각 방향이 형성되어, 액정분자가 기판과 수직한 상태에서 비스듬한 상태로 된다.
상기한 멀티도메인은 a-TN으로서, 액정셀내의 액정방향자는 핵형성시에 배향되는 액정분자(30)가 자외선의 조사에 의해 형성된 프리틸트각 방향에 의해 같은 방향으로 배향하려는 경향이 생기기 때문에, 서로 인접하는 각 도메인의 액정방향자는 인접하는 도메인의 방향자와 미세하게 트위스트되는 형상으로 연속적으로 분포하게 된다. 또한, 각 도메인내에서도 각각이 액정방향자는 도메인내에서 인접해 있는 상하의 액정방향자와 미세한 각도로 연속적으로 분포된다.
제4도는 본 발명의 실시예 2에 따른 아모포스 트위스트네마틱 액정셀의 제조방법을 나타내는 도면이다. 이 실시예에서는 액정셀내에 주입되는 액정의 유전이방성(Δε)이 음인 액정을 사용하고, 자외선을 조사한 후 액정을 주입한다. 우선, 제4도(a)에 나타낸 바와 같이 제1기판(10) 및 제2기판(11)에 배향막(20)을 도포한 후, 편광되지 않은 자외선을 조사하여 배향막(20) 표면에 프리틸트각 방향을 결정한다. 그후, 제4도(b)에 나타낸 바와 같이 액정을 주입하면, 제4도(c)에 나타낸 바와 같이 액정분자(30)가 제1기판(10) 및 제2기판(11)에 수직으로 배향된다. 이어서, 상기한 액정셀을 Tn1이상의 온도까지 가열한 다음 다시 상온으로 천천히 냉각시키면, 제4도(d)에 나타낸 바와 같이 액정셀내에 핵이 형성하기 시작한다. 이때의 액정셀에는 전압이 인가되지 않은 상태이다. 이 액정셀에 전압을 인가하면, 액정의 유전이방성(Δε)이 음이기 때문에, 기판(10),(11) 사이의 전기장에 의해 액정분자(30)가 기판(10),(11)과 수평방향으로 배향된다. 또한, 액정에는 카이랄도판트가 첨가되어 있기 때문에, 전기장이 인가되는 경우에 셀내에는 서로 상하로 인접하는 액정방향자가 미세한 각도로 트위스트되는 대단히 많은 도메인이 생기며, 각 도메인 사이의 액정방향자도 역시 미세한 각도로 트위스트되는 형상으로 된다.
제6도는 본 발명에 의해 형성된 a-TN 액정셀의 투과도대 전압의 관계를 나타내는 그래프로서, 이 그래프는 백색바탕모드(normally white mode)이다. 도면에 의하면, 본 실시예에 따라 형성된 a-TN 액정셀 역시 일반적인 TN 액정셀과 마찬가지로 전압을 인가함에 따라 투과도가 변하는 것을 알 수 있다.
또한, 제7도는 본 발명에 따라 형성된 a-TN 액정셀의 시야각에 따른 콘트라스트비(contrast ratio)를 나타내는 그래프로서, 종래의 TN 액정셀과는 달리 좌우방향의 시야각 뿐만 아니라, 상하방향의 시야각에서도 콘트라스트비가 대칭이 되어 시야각 특성이 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 아모포스 트위스트네마틱 액정셀 제조방법은, 상기한 바와 같이 기계적인 러빙을 실시하지 않고 많은 도메인들로 구성된 멀티도메인 액정셀을 형성하기 때문에, 러빙시에 발생하는 수율의 감소와 기판의 파손을 방지할 수 있으며, 시야각 특성도 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 상온에서 액정을 주입하므로, 액정이 휘발하거나 변형되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 비록 바람직한 실시예만을 예시하고 있지만, 본 발명이 상기한 바람직한 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 조사되는 자외선으로 편광되지 않은 자외선 뿐만 아니라, 선형 편광된 자외선도 사용할 수 있는 것과 같은 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 응용은, 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 사람이라면 본 발명의 개념을 이용하여 누구나 용이하게 창안해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상기한 바람직한 일실시예에 의해 정해질 것이 아니라 첨부하는 특허청구의 범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.
Claims (10)
- 제1기판 및 제2기판에 배향막을 도포한 후, 합착하여 액정셀을 형성하는 단계와, 상온에서 상기한 액정셀내로 액정을 주입하는 단계와, 액정이 주입된 상기한 액정셀을 가열한 후, 상온으로 천천히 낮추는 단계로 구성된 액정셀 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산 물질인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
- 제1기판 및 제2기판에 배향막을 도포한 후, 상기한 제1기판 및 제2기판에 광을 조사하여 상기한 배향막에 프리틸트각 방향을 부여하는 단계와, 상기한 제1기판 및 제2기판을 합착하여 액정셀을 형성하는 단계와, 상온에서 상기한 액정셀내로 액정을 주입하는 단계와, 액정이 주입된 상기한 액정셀을 가열한 후, 상온으로 냉각시키는 단계로 구성된 액정셀 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산 물질인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기한 자외선이 편광되지 않은 자외선인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
- 제1기판 및 제2기판에 배향막을 도포한 후, 합착하여 액정셀을 형성하는 단계와, 상온에서 상기한 액정셀내로 액정을 주입하는 단계와, 액정이 주입된 상기한 액정셀을 가열한 후, 상온으로 냉각시키는 단계와, 액정이 주입된 상기한 액정셀에 광을 조사하여 상기한 배향막에 프리틸트각 방향을 부여하는 단계로 구성된 액정셀 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산 물질인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기한 자외선이 편광되지 않은 자외선인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기한 광이 자외선인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기한 광이 자외선인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
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