KR100208970B1

KR100208970B1 - 액정셀 및 그의 제조방법

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Publication number: KR100208970B1
Application number: KR1019960067426A
Authority: KR
Inventors: 최유진; 김경진; 윤기혁; 우정원
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: US6295111B1; US6469763B2; GB2310934B; US6268897B1; DE19654638B4; US7075607B2; US6091471A; DE19654638B9; US20010000438A1; GB2310934A; KR970048802A; GB9626828D0; DE19654638A1; US20020130999A1; JPH09197409A; JP3926874B2; FR2743156A1; FR2743156B1

Abstract

배향안정성이 우수하고, 간단한 공정으로 프리틸트각의 크기를 넓은 범위에서 제어하여 다양한 모드에 적용이 가능한 액정셀 및 그 제조방법을 제공하기 위해서, 본 발명의 액정셀은 러빙처리되어 적어도 하나의 도메인이 형성된 제1배향막이 도포된 제1기판; 광을 이용하여 적어도 하나의 도메인이 형성된 제2배향막이 도포된 제2기관; 및 상기한 제1기판과 제 2기판 사이에 형성되는 액정층으로 구성된다.

Description

액정셀 및 그의 제조방법

본 발명은 액정셀에 관한 것으로, 특히 제1기판은 러빙처리를 한 제1배향막이 도포되고, 제2기판은 광배향처리를 한 제2배향막이 도포되어 있고, 상기한 두기판 사이에 액정이 주입되는 액정셀 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

액정셀은 두 개의 가판 사이에 액정을 일정하게 배양시켜 전압인가에 따라 그 액정의 배열을 변화시키는 표시장치이다. 따라서 액정을 일정하게 배양시키기 위해서는 기판에 배향막을 도포하고 배양처리를 실시해야 한다. 배향처리는 적어도 하나의 기판에 액정의 프리틸트각과 프리틸트각 방향으로 결정되는 프리틸트를 결정하도록 처리하는 것으로 현재, 기판에 배향막을 도포하고 기계적인 마찰에 의해 미세홈(microgrooves)을 형성하는 러빙법이 가장 일반적인 방법이다. 본 발명에서 프리틸트각이라는 것은 두 기판 사이에서 액정의 프리틸트가 제2기판면과 이루는 극각(polar angle)을 말하는 것이고, 프리틸트각 방향이라는 것은 상기한 프리틸트가 제2기판면에 투영되어 제2기판의 기준선과 이루는 방위각(azimuthal angle)을 정의하는 것이다. 또한, 본 명세서에서는 제1기판과 인접한 액정의 프리틸트를 제1배향막의 프리틸트가 하고, 제2기판과 인접한 액정의 프리틸트를 제2배향막이라 정의하여 중간층의 액정의 프리틸트는 제1배향막의 프리틸트와 제2배향막의 프리틸트 사이의 상호작용에 의해 결정된다.

상기한 배향막에 형성된 프리틸트각의 크기에 따라, 수직배향모드와 수평배향모드의 액정셀로 나눌 수가 있다. 또한, 이들은 각각 제1배향막의 프리틸트각 방향과 제2배향막의 프리틸트각 방향에 따라, 그 방향이 서로 수직이면 트위스트네마틱(Twisted Nematic:이하 TN이라 칭함)모드, 그 방향이 순방향으로 평행하면 ECB(Electrically controlled birefringence) 모드, 그 방향이 역방향으로 평행하면 밴드(bend)모드, 및 그 배열방향이 이루는 각도가 전계인가에 따라 달라지는 횡전계(In-Plane Switching: 이하 IPS라 칭함)방식 액정셀로 나눌 수가 있다.

현재, 주로 사용되고 있는 액정셀은 수평배향모드의 트위스트네메틱 액정셀로서, 이 TN 액정셀은 좌우 및 상하의 시야각에 따라 각 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 단점이 있다. 특히, 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에서의 광투과도는 비대칭적으로 분포하기 때문에 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되어 결국 시야각이 좁아지게 된다.

상기한 문제를 해결하기 위해, 현재 제안되고 있는 것이 하나의 화소에프리틸트가 다른 2개 이상의 도메인을 형성한 멀티도메인 액정셀이다.

상기한 멀티도메인 액정셀은 배향막의 각 도메인의 평균 프리틸트가 서로 반대방향이 되도록 배향처리하여 단일 도메인의 시야각 의존성을 보상하므로서 상하 좌우의 어느 방향에서도 이미지의 반전이 없는 광시야각을 이루도록 하는 것이다.

상기한 멀티도메인을 제작하기 위해서, 현재 주로 사용되고 있는 방법은 역방향 러빙법으로, 이 방법은 제1도(a)에 나타난 바와 같이, 폴리이미드와 같은 물질로 이루어진 배향막(8)이 도포된 기관(1)에, 러빙포로 기계적인 마찰을 하여 제1프리틸트를 제1도(b)에서 처럼 결정한다. 상기한 제1프리틸트의 각이 방향이 다른 제2프리틸트를 동일한 배향막(8)의 제2도메인(Ⅱ)에 부여하기위해서 제1도(c)와 같이, 포토레지스트(11)를 전체 배향막(8) 위에 도포한 후, 제2도메인(Ⅱ)만 노광을 하여 포토레지스트를 부분 제거한다. 제1도(d)와 같은 기판면 위에 역방향 러빙을 실시하여 제2도메인(Ⅱ)에 제2프리틸트를 부여한다. 상기한 포토레지스트(11)도 제거하면 제1도(f)와 같이 2개의 도메인으로 나뉜 배향막(8)이 도포된 기판(1)을 얻을 수가 있다.

그러나, 상기한 역방향 러빙처리로 얻어진 배향막은 배향안정성은 우수하나, 배향막의 기계적 마찰에 의해 먼저와 전하를 발생시킴으로써 기판이 파손되어 수율이 떨어지게 된다. 더욱이, 멀티도메인 액정셀 제작시, 기판에 영역을 나누기 위해 포토레지스트를 도포하고 제거하는 사진식각공정과 같은 복잡한 공정을 실시하여야 하므로 전체공정이 매우 복잡하게 된다.

따라서, 제조공정을 줄이고 기판의 파손을 방지하기 위해 최근에 제안되고 있는 것이 광배향 방법이다. 상기한 광배향 방법은 감광성물질의 배향막을 도포한 기판에 광을 조사하여 프리틸트를 결정하는 방법으로 마스크에 의해 도메인을 나누는 것이 가능하므로 멀티도메인 형성에 유리하다.

상기한 감광성물질은 주로 PVCN(polyvinylcinnamate)계의 고분자로, 광의 전기장 방향에 평행한 두 분자 사이에 크로스 링킹(cross linking)이 발생하여 전기장 방향, 즉 편광방향에서 상기한 물질의 이방성이 사라지게 된다. 따라서 배향막의 프리틸트각 방향은 자외선의 편광방향에서 이방성이 축퇴되므로 편광방향과 수직한 방향으로 결정된다.

상기한 고분자의 성질을 이용한 종래의 광배향 방법 중의 하나는 PVCN계 고분자가 도포된 배향막에 선형 편광된 자외선을 2번 조사함으로써 이루어진다. 우선, 배향막의 표면에 선형 편광된 자외선을 기판에 대해서 수직으로 조사하여 배향막에 서로 마주하는 2개의 프리틸트각 방향을 결정하고, 그 후 1차조사된 자외선의 편광방향의 수직인 편광방향을 가진 선형 편광된 자외선을 배향막 표면에 일정한 각도로 경사지게 조사한다. 이 때, 상기한 경사각도를 변화시켜 프리틸트각의 크기와 하나의 프리틸트각 방향을 결정한다. 그 예로서, 2차 자외선 조사시, 배향막 표면에 조사되는 경사각도를 30°, 45°, 60°로 변화하면, 생성되는 프리틸트각은 약 0.15°, 0.26°, 0.30°이다.

그러나, 상기한 광배향 방법은 배향막에 자외선을 2번 조사해야 하므로 공정수가 늘어날 뿐 아니라, 형성되는 프리틸트각의 크기도 매우 작아서 원하는 크기의 프리틸트각을 얻을 수 없는 문제가 있었다. 또한, 상기한 광배향에서는 선형 편광된 자외선만을 사용하므로서 광조사시간이 오래 걸리기 때문에 전체적인 공정시간이 늘어날 뿐 아니라, 그 배향안정성이 러빙에 비해 떨어지는 단점도 있다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 배향안정성이 우수하고, 간단한 공정으로 프리틸트각의 크기를 넓은 범위에서 제어하여 다양한 모드의 액정셀 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 액정셀은 러빙처리되어 적어도 하나의 도메인이 형성된 제1배향막이 도포된 제1기판; 광을 이용하여 적어도 하나의 도메인이 형성된 제2배향막이 도포된 제2기판; 및 상기한 제1기판과 제2기판 사이에 형성되는 액정층으로 구성된다.

상기한 액정셀을 얻기 위한 제조방법은 제1기판에 제1배향막을 도포하는 단계; 제1배향막에 러빙처리하여 적어도 하나의 제1프리틸트각을 결정하는 단계; 제2기판에 제2배향막을 도포하는 단계; 및 제2배향막에 광을 이용하여 적어도 하나의 제2프리틸트각을 결정하는 단계를 포함한다.

이 때, 제1기판에 도포된 제1배향막은 폴리이미드로 이루어져 러빙처리를 하므로 러빙에 의해 형성된 미세홈을 따라 제1프리틸트가 결정되어 배향안정성이 우수하며, 제2기판에 도포된 제2배향막은 폴리실록계 물질과 같은 감광성 물질로 이루어져 광조사되는 광에너지에 따라 0°~ 90°의 전 영역의 프리틸트 각의 크기를 제어할 수가 있다.

상기한 제2배향막의 프리틸트각 방향을 선택하기 위해서 본 발명에서는 상기한 기판 사이에 주입되는 액정의 주입방향으로 프리틸트각 방향을 결정하는 흐름효과(flowing effect), 또는 제2배향막에 비편광된 광을 제2기판에 대해서 경사지게 조사하는 이중 광조사 방법을 적용할 수가 있다.

또는 상기한 구조의 액정셀을 멀티도메인에 적용하여 광시야각을 가지는 액정셀을 제공하는 그 제작방법을 제공하는 것도 가능하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 액정셀 제조방법을 상세히 설명한다.

제1도는, 종래의 역방향 러빙공정을 나타내는 도면.

제2도는, 본 발명에 따라 제조된 액정셀의 단면을 나타내는 도면.

제3도는, 액정셀 제조에 사용되는 자외선 조사장치를 나타내는 도면.

제4도는, 본 발명의 제2기판에 도포된 제2배향막의 프리틸트각과 자외선의 조사에너지와의 관계를 나타내는 그래프.

제5도는, 본 발명에 따른 액정셀 제조방법의 한 실시예를 나타내는 도면.

제6도는, 본 발명에 따른 액정셀 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 도면.

제7도는, 본 발명의 TN모드 액정셀을 나타내는 도면.

제8도는, 본 발명의 ECB모드 액정셀을 나타내는 도면.

제9도는, 본 발명의 벤드모드 액정셀을 나타내는 도면.

제10도는, 본 발명의 IPS모드 액정셀을 나타내는 도면.

제11도는, 본 발명에 따른 멀티도메인 액정셀 제조방법의 한 실시예를 나타내는 도면.

제12도는, 본 발명에 따른 멀티도메인 액정셀 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 도면.

제13도는, 본 발명에 따른 멀티도메인 액정셀 제조방법의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.

제14도는, 본 발명에 따른 멀티도메인 액정셀 제조방법의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1기판 2 : 제2기판

6 : 액정분자 8 : 제1배향막

9 : 제2배향막 10 : 마스크

제2도는 본 발명에 따라 제조된 액정셀을 나타내는 도면으로, 도면부호 1, 2는 각각 액정셀의 제1기판 및 제2기판을 나타낸다. 폴리이미드와 같은 제1배향막(8)이 도포된 제1기판(1)에는 러빙처리를 실시하여 적어도 하나의 제1프리틸트가 결정되어 있고, 폴리실록산계 물질로 이루어진 제2배향막(9)이 도포된 제2기판(2)에는 광배향하여 적어도 하나의 제2프리틸트가 결정되고, 상기한 제1기판과 제2기판 사이의 액정이 상기한 제1프리틸트와 제2프리틸트의 각과 방향에 따라 다양한 배양구조를 가지게 된다. 이 때, 폴리실록산계 물질은 다음과 같은 화확구조식을 갖는 것으로서, 그 예로서 폴리실록산 신나메이트의 화학구조식을 나타낸다.

폴리실록산 신나메이트Ⅰ :

폴리실록산 신나메이트 Ⅱ :

Z = OH, CH₃ 또는 OH 및 CH₃ 혼합물,

m = 10~100,

ℓ = 1~11,

L = 0 또는 1,

K = 0 또는 1,

X, X₁, X₂, Y =H, F, Cl, CN, CF₃, C_nH2_n+1, OC_nH2_n+1(n=1~10)또는 이들의 혼합물.

상기한 폴리실록산계 물질의 제2배향막(9)을 배향하는 본 발명의 방법은 제3도에 나타난 광조사장치에 의해서 제2배향막(9)이 도포된 제2기판(2)을 광에 노출하는 광배향법으로 이루어진다. 이 광조사장치는 자외선을 발생하는 램프(3)와, 렌즈(4)와, 광을 편광시키는 편광판(5)으로 구성되어, 자외선램프(3)에서 발생된 자외선이 렌즈(4)를 거쳐 편광판(5)에서 편광되어 배향막(9)이 도포된 기관(2)에 조사되는데, 램프(3)는 365nm의 파장을 갖는 수은(Hg)램프를 사용한다.

상기한 조사장치로 폴리실록산계 물질이 도포된 기판에 자외선을 조사하면, 제4도에 나타낸 바와 같이 배향막이 프리틸트각의 크기는 자외선의 조사에너지가 약 2000~6000mJ/㎠(자외선의 파장이 350nm)의 범위에서 제어가 가능하다. 상기한 범위내에 조사에너지가 증가함에 따라 지수적으로 프리틸트각의 크기가 감소하여 약 6000mJ/㎝에서는 프리틸트각이 거의 0°가 되므로 전 영역의 프리틸트각 크기의 제어가 가능하다.

상기한 프리틸트각 형성 특징을 가진 본 발명의 배향막(9)이 도포된 제2기판(2)에 제3도의 조사장치로 광배향을 하여 액정셀을 제작하는 공정의 일실시예가 제5도에 나타나 있다.

제1기판에 도포된 폴리이미드의 배향막(8)에 러빙포로 기계적 마찰을 하는 러빙을 실시하여(제5도(a)) 제1프리틸트각 및 제1프리틸트각 방향이 결정된 제1프리틸트를 결정한다(제5도(b)), 제2기판(2)에는 제5도(c)와 같이, 폴리실록산계 물질로 이루어진 제2배향막(9)을 도포하여 광배향을 실시한다. 본 실시예에서는 광배향을 위해서 이중 광조사를 적용한다. 1차 광조사는 제2기판(2)의 제2배향막(9)에 편광된 광을 기판(2)에 대해서 수직으로 조사하여, 편관방향과 수직한 제2배향방향과 서로 마주하는 2개의 프리틸트각 방향과 제2프리틸트각이 결정된다(제5도(d)), 상기한 2개의 프리틸트각 방향 중에서 하나의 제2프리틸트각 방향을 선택하기 위해서 2차 광조사를 제5도(e)와 같이 실시한다. 2차 광조사는 제5도(d)의 제2기판으로 비편광된 광을 제2기판에 대해서 경사지게 조사하여 제2프리틸트각 방향을 선택하여 제2프리틸트가 결정된다.

상기한 실시예에서는 제2기판(2)의 제2배향막(9)에 러빙배향대신 광배향을 실시하므로서 러빙에 의해 발생하는 문제를 줄일 수 있다. 또한, 상기한 방법에 의해서 제조된 액정셀은 제1배향막(8)의 제1프리틸트의 배향안정성이 우수하므로, 마주하는 광배향된 제2배향막(9)의 제2프리틸트의 안정성을 부여할 수가 있어, 그 사이에 형성된 액정분자의 배향이 안정하게 확보될 수가 있다.

본 발명에서는 제2프리틸트각 방향을 결정하기 위해서 이중 광조사방법 대신, 단일광조사와 액정의 흐름효과를 이용하여 제2프리틸트를 결정하는 것도 가능하다. 상기한 방법은 제6도에 나타나 있다. 즉, 제6도(a), 및 제6도(b)와 같이, 제1기판을 러빙하여 제1프리틸트를 결정하고, 제2기판에는 제6도(c) 및 제6도(d)와 같이 기판과 수직한 방향에서 제2기판(2)의 제2배향막(9)에 편광된 광을 조사하여, 상기한 광의 편광방향에 수직한 제2배향방향과, 서로 마주하는 2방향의 프리틸트각 방향과 제2프리틸트각이 결정된다.

상기한 제2기판(2)의 하나의 제2프리틸트각 방햐을 선택하기 위해서, 러빙 공정에 의해 제1프리틸트가 결정된 제1기판(1)을 도6(e)와 같이 제2기판(2)과 합착하여, 제1기판(1)과 제2기판(2) 사이에 상기한 2방향의 프리틸트방향 중 한 방향으로 액정을 주입하면, 제6도(f)와 같이 액정이 주입되는 방향으로 제2프리틸트각 방향이 선택되어 하나의 제2프리틸트가 결정된다.

본 실시예의 액정셀의 제조방법은 광조사를 1회만 실시하므로서 이중광조사 보다 공정이 단순하고, 또한, 본 발명의 제조방법으로 제작된 액정셀은 제1배향막(8)의 제1프리틸트의 배향안정성이 우수하므로, 마주하는 광배향에 의한 제2배향막(9)의 제2프리틸트의 안정성을 부여할 수가 있어, 그 사이에 형성된 액정분자의 배향이 안정하게 확보될 수가 있다.

상기한 이중광조사나 흐름효과에 의해서 액정의 프리틸트각 방향을 결정한 액정셀은 제1배향막의 제1프리틸트각 방향과 제2배향막의 제2프리틸트각 방향이 서로 수직이면 제7도과 같은 TN 액정셀이 되고, 상기한 제1프리틸트각 방향과 제2프리틸트각 방향이 서로 순방향으로 평행하면 제8도과 같은 ECB 액정셀이 되고, 그 방향이 역방향으로 평행하며 제9도와 같은 밴드액정셀이 된다. 또한, 상기한 프리틸트각 방향중 적어도 하나의 방향이 전계인가에 따라 달라지면 횡전계방식 액정셀이 된다. 상기한 각각의 액정셀은 또한 그 프리틸트각에 따라서 기판에 대해서 60°이상이면, 수직배향모드라 하고, 그 이하이면, 수평배향모드라 한다.

제7도(a), 제7도(b)는 수직배향 TN 액정셀의 단면을 나타내는 것으로, 제1배향막(8)에 의해 결정된 제1프리틸트에 의해서 제어되는 제1기판(1)에 인접한 액정분자의 배열방향이 제2배향막(9)에 의해 결정된 제2프리틸트에 의해서 제어되는 제2기판(2)에 인접한 액정분자의 배열방향과 수직한 트위스트구조이다. 상기한 제1기판(1)과 제2기판(2)의 중간에 배열된 액정(6)은 제1기판(1)에 인접한 액정분자와 제2기판(2)에 인접한 액정분자 사이의 상호작용으로 배열된다.

상기한 수직배향 TN모드 액정셀은 제7도(a)와 같이, 액정분자가 기판에 대해서 60°이상의 수직상태(θp)로 배열되어 있다가, 전압이 인가된 이후에, 제7도(b)에 서와 같이, 수평상태(θm)로 전환한다. 제7도(c)와 제7도(d)는 상기한 수직배양 TN 액정셀과 전압인가에 따른 상태가 반대인 수평배향 TN 액정셀을 나타내는 도면이다.

제8도(a), 제8도(b)는 수직배향 ECB 액정셀의 단명을 나타내는 것으로, 제1기판(1)의 제1배향막(8)에 결정된 제1프리틸트에 의해서 제어되는 제1기판(1)에 인접한 액정분자의 배열방향이 제2기판(2)의 제2배향막(9)에 결정된 제2프리틸트에 의해서 제어되는 제2기판(2)에 인접한 액정분자의 배열방향과 수평한 구조이다. 상기 제1기판(1)과 제2기판(2)의 중간에 배열된 액정(6)은 제1기판(1)에 인접한 액정분자와 제2기판(2)에 인접한 액정분자 사이의 상호작용으로 배열된다.

전압이 인가되지 않은 수직배향 ECB모드 액정셀에서는 제8도(a)와 같이, 액정분자가 기판에 대해서 60°이상의 수직상태(θp)로 배열되어 있다가, 전압이 인가된 이후에, 제8도(b)에서와 같이, 수평상태(θm)로 전환한다. 제8도(c)와 제8도(d)는 상기한 수직배향 ECB 액정셀과 전압인가에 따른 액정배열 상태가 반대인 수평배향 ECB모드를 나타내는 도면이다.

제9도(a), 제9도(b)는 수직배향 밴드 액정셀의 단면을 나타내는 것으로, 제1기판(1)의 제1배향막(8)에 결정된 제1프리틸트에 의해서 제어되는 제1기판(1)에 인접한 액정분자의 배열방향과 제2기판(2)의 제2배향막(9)에 결정된 제2프리틸트에 의해서 제어되는 제2기판(2)에 인접한 액정분자의 배열방향이 액정셀의 중심에 대해서 서로 대칭적인 스프레이 구조이다. 상기한 제1기판(1)과 제2기판(2)의 중간에 배열된 액정(6)은 제1기판(1)에 인접한 액정분자와 제2기판(2)에 인접한 액정분자 사이의 상호작용으로 배열된다.

전압이 인가되지 않은 밴드 액정셀에서도 제9도(a)와 같이, 액정분자가 기판에 대해서 60°이상의 수직상태(θp)로 전환한다. 제9도(b)에서와 같이, 수평상태(θm)로 배열되어 있다가 전압이 인가되면, 제9도(c)와 제9도(d)는 상기한 수직배향 ECB 액정셀과 전압인가에 따른 상태가 반대인 수평배향 밴드 액정셀을 나타내는 도면이다.

제10도(a), 제10도(b)는 횡전계방식 액정셀의 단면을 나타내는 것으로, 제1기판(1)의 제1배향막(8)에 결정된 제1프리틸트에 의해서 제어되는 제1기판(1)에 인접한 액정분자의 배열방향과 제2기판(2)의 제2배향막(9)에 결정된 제2프리틸트에 의해서 제어되는 제2기판(2)에 인접한 액정분자의 배열방향이 전계인가에 따라 변화하는 구조이다. 상기한 제1기판(1)과 제2기판(2)의 중간에 배열된 액정(6)은 제1기판(1)에 인접한 액정분자와 제2기판(2)에 인접한 액정분자 사이의 상호작용으로 배열된다.

횡전계방식 액정셀의 일예는 제10도(a)와 같이, 전압이 인가되지 않은 경우, 액정분자가 기판에 대해 트위스트 상태로 배열되어 있다가, 전압이 인가된 이후에, 제10도(b)에서와 같이, 평행하게 배열되어 투과율을 변화하게 된다.

또한, 본 발명의 액정셀은 제1배향막의 프리틸트각 방향과 제2배향막의 프리틸트각 방향의 관계를 달리하는 것으로 상기한 각각의 모드에 적용이 가능하고, 각 모드의 시야각을 향상시키기 위해서 본 발명은 상기한 액정셀의 화소마다 프리틸트가 다른 도메인을 형성한 멀티도메인 액정셀에 적용하는 것도 가능하다.

상기한 멀티도메인 액정셀의 제조방법은 제11도, 제12도, 제13도 및 제14도에 도시된 바와 같다. 제11도는 제1기판(1)은 러빙을 실시하여 제1프리틸트를 가진 단일 도메인이 형성되고, 제2기판(2)은 광배향을 실시하여 2개의 도메인에 2개의 제2프리틸트를 가진 멀티도메인 TN모드 액정셀의 제조방법에 관한 것이다.

폴리이미드의 제1배향막(8)이 도포된 제1기판(1)에 러빙을 실시하여(제11도(a)), 0°에 가까운 작은 제1프리틸트각과 제1프리틸트각 방향을 가지는 제1프리틸트를 결정한다(제11도(b)). 제2기판(2)에는 11(c)와 같이, 제2기판(2)에 폴리실록산계 물질의 배향막(9)을 도포하여 제11도(d)와 같이, 상기한 기판에 대해서 수직으로 편광된 광을 조사하면, 조사되는 광의 에너지량에 따라 3°~ 5°의 제2프리틸트각이 결정되고, 상기한 광의 편광방향과 수직한 방향으로 2개의 프리틸트각 방향이 결정된다. 상기한 2개의 프리틸트각 방향 중 한 방향의 제2프리틸트각 방향을 선택하기 위해서, 제11도(e)와 같이 마스크(10)로 제2도메인(Ⅱ)을 블로킹하여 제1도메인(Ⅰ)에만 제1비편광된 광을 경사조사하여 제1도메인에 제2A프리틸트를 결정하고, 제2도메인(Ⅱ)에 제2B프리틸트를 결정하기 위해서 제11도(f)와 같이 상기한 마스크(10)를 제1도메인(Ⅰ)으로 이동하여 비편광된 광을 경사조사한다. 상기한 공정으로 단일 도메인의 제1기판(1)과 2도메인의 제2기판(2)을 제11도(g)과 같이 합착하여 액정을 주입하면, 두 기판 사이에서 액정분자는 서로 반대방향으로 기울어져 시야각이 서로 보상된다.

본 발명의 멀티도메인 액정셀 제조방법은 1회의 러빙공정 만을 실시하여도 가능하므로, 사진식각공정과 같은 복잡한 공정을 제거하는 것이 가능하고 제2기판에 광조사방향을 달리하는 것으로 간단하게 프리틸트가 다른 2개의 도메인을 형성하므로 공정의 단순화가 가능하다. 또한 제1프리틸트가 배향안정성이 우수하므로, 마주하는 제2기판의 제2프리틸트에 배향안정성을 부여할 수가 있어, 그 사이에 형성된 액정분자의 배향이 안정하게 확보될 수가 있다.

제12도는 상기한 제11도의 2도메인 액정셀을 수직배향 ECB-밴드 액정셀에 적용한 것으로 폴리이미드의 제1배향막(8)이 도포된 제1기판(1)에 러빙을 실시하여 60°이상의 제1프리틸트각의 정해진 제1프리틸트를 결정한다(제12도(a), 제12도(b)). 제2기판(2)에는 폴리실록산계 물질의 배향막(9)을 도포하여 제1프리틸트각 방향과 수직한 편광방향을 가진 편광된 광을 상기한 기판(2)에 대해서 수직으로 조사하면, 상기한 제1프리틸트각 과 평행한 2개의 마주하는 프리틸트각 방향이 결정되고, 조사되는 광의 에너지량에 따라 60°이상의 제2프리틸트각이 결정된다(제12도(c), 제12도(d)). 상기한 2개의 프리틸트각 방향 중 한 방향의 제2프리틸트각 방향을 제1도메인(Ⅰ)에 선택하기 위해서, 제12도(e)와 같이 마스크(10)로 제2도메인(Ⅱ)을 블로킹하여 제1도매인(Ⅰ)에만 제1비편광된 광을 경조사하여 제2A프리틸트를 결정하고, 제2도메인(Ⅱ)에 제2B프리틸트를 결정하기 위해서 제12도(f)와 같이 상기한 마스크(10)를 제1도메인(Ⅰ)으로 이동하여 비편광된 광을 경사조사한다. 제1기판(1)과 제2기판(2)을 제12도(g)와 같이 합착하여 액정을 주입하면, 두 기판 사이에서 액정분자의 배열은 제1도메인(Ⅰ)은 수직배향 밴드모드가 형성되고 제2도메인(Ⅱ)은 수직배향 ECB모드가 형성되어 도메인 사이에서 시야각이 보상된다.

본 실시예의 멀티도메인 액정셀 제조방법은 1회의 러빙공정 만을 실시하여도 가능하므로, 사진식각공정과 같은 복잡한 공정을 제거하는 것이 가능하고 제2기판에 광조사방향을 달리하는 것으로 간단하게 프리틸트가 다른 2개의 도메인을 형성하므로 공정의 단순화가 가능할 뿐 아니라, 60°이상의 큰 프리틸트각을 얻는 것이 더 유리한 광배향 방법이다. 또한 제1프리틸트의 배향안정성이 우수하므로, 마주하는 제2기판의 제2프리틸트에 배향안정성을 부여할 수가 있어, 그 사이에 형성된 액정분자의 배향이 안정하게 확보될 수가 있다.

상기한 모드 이외의 본 발명은 제13도와 같은 도메인 분할된 액정셀과 같은 멀티도메인의 제작에 적용되는 것이 가능하다.

제13도(a)와 같이, 제1기판(1)에 프리틸트각 형성특징이 다른 무기배향막(8A) 및 유기배향막(8B)을 각 도메인에 도포한다. 유기배향막(8B)이 무기배향막(8A)에 비해서 큰 프리틸트각이 형성되므로 상기한 기판에 러빙을 1회만 실시하여도 무기 배향막(8A)이 도포된 제1도메인(Ⅰ)은 작은 프리틸트각을 가진 제1A프리틸트가 결정되고 유기배향막(8B)이 도포된 제2도메인(Ⅱ)에는 큰 프리틸트각을 가진 제1B프리틸트가 결정되어 제1기판(1)에 2개의 도메인이 형성된다.

제2기판(2)에는 본 발명의 배향막의 프리틸트각 형성특징을 적용하여, 제1도메인(Ⅰ)과 제2도메인(Ⅱ)의 광조사 강도를 달리하여 프리틸트각의 크기를 제어한다.

제13도(c) 및 제13도(d)와 같이, 폴리실록산계 물질의 배향막(9)이 도포된 제2기판(2)에 도메인마다 광투과도가 다른 반투명부 및 투명부로 이루어진 마스크(10)로 블로킹하여 편광된 광과 비편광된 광을 상기한 제2기판(2)에 대해서 수직방향과 경사방향에서 각각 조사하면 투명부에 해당하는 제1도메인(Ⅰ)에는 큰 프리틸트각의 제2A프리틸트가 형성되고 반투명부에 해당하는 제2도메인(Ⅱ)에는 작은 프리틸트각의 제2B프리틸트가 형성된 두 개의 도메인이 형성된 제2기판이 얻어진다. 상기한 공정으로 프리틸트가 결정된 제1기판(1) 및 제2기판(2)을 제12도(f)와 같이 합착하면, 두 기판 사이에서 액정분자는 서로 반대방향으로 기울어져 시야각이 보상된다.

본 발명의 액정셀 제조방법은 1회의 러빙공정과 2회의 광조사로 2개의 도메인을 형성하므로 공정의 단순화가 가능하다. 또한 제1기판(1)의 제1배향막(8)의 제1프리틸트의 배향안정성이 우수하므로, 마주하는 광배향에 의한 제2배향막(9)의 제2프리틸트의 안정성을 부여할 수가 있어, 그 사이에 형성된 액정분자의 배향이 안정하게 확보될 수가 있다.

본 발명의 멀티도메인 액정셀은 4도메인 액정셀에도 적용이 가능하여 제14도에 나타낸 것과 같은 공정으로 간단하게 4도메인 액정셀을 만들 수 있다. 폴리이미드의 제1배향막(8)이 도포된 제1기판(1)에 역방향 러빙처리를 하여, 제14도(a) 및 제14도(b)에서와 같이, 제1 및 제2도메인에는 제1A프리틸트를, 제3 및 제4도메인에는 제1B프리틸트가 결정된 2개의 도메인이 형성된 배향막을 형성한다(제14도(c)). 제14도(d)~제14도(i)에서 나타난 바와 같이, 폴리실록산계 물질의 제2배향막(9)이 도포된 제2기판(2)에 광의 편광방향과 조사방향을 달리하여 광배향을 실시하여, 제1도메인에는 제2A프리틸트를, 제2도메인에는 제2B프리틸트가 결정되고, 제3도메인에는 제2A프리틸트를, 제4도메인에는 제4B프리틸트가 결정된 4개의 도메인을 상기한 2배향막(9)에 형성한다. 상기한 2도메인의 제1기판(1)과 4도메인의 제2기판(2)을 합착하면, 제1기판(1)의 프리틸트각 방향을 실선이라하고, 제2기판(2)의 프리틸트각 방향을 점선이라 할 때, 주시야각의 방향이 제14도(j)에서와 같이 서로 반대방향에서 보상되어 시야각이 개선된다.

본 발명의 액정셀 제조방법은 2회의 러빙공정과 제2기판에 6회에 광조사로 4개의 도메인을 형성하므로 공정의 단순화가 가능하다. 또한 제1기판(1)의 제1배향막(8)의 제1프리틸트의 배향안정성이 우수하므로, 마주하는 광배향에 의한 제2배향막(9)의 제2프리틸트의 안정성을 부여할 수 있어, 그 사이에 형성된 액정분자의 배향이 안정하게 확보될 수 있다.

본 발명은 상기한 제1기판과 제2기판의 프리틸트방향이 수직인 트위스트네마틱 모드 액정셀, 프리틸트방향이 평행한 ECB 모드 액정셀 또는 밴드 모드 액정셀, 및 프리틸트방향이 서로 대칭인 IPS 모드 액정셀등과 같은 모든 모드의 액정셀에 적용되는 것이다.

본 발명은 제1기판은 러빙에 배향처리되므로 액정에 배향안정성을 부여하고, 제2기판은 광배향으로 공정이 단순하고, 기판이 손상이 없는 액정셀을 얻는 것이 가능하게 되었다.

또한, 멀티도메인 액정셀에 적용하므로서, 제1기판에는 1회의 러빙공정만이 실시되어 액정의 배향안정성을 부여하고, 제2기판에는 광조사 방향과 강도를 제어하여 도메인마다 프리틸트가 다른 멀티도메인을 형성하여 제작되므로 사진식각공정이 제거된 간단한 공정으로 배향안정성이 뛰어난 멀티도메인 액정셀을 얻는 것이 가능하게 되었다.

Claims

제1기판에 제1배향막을 부여하는 단계; 상기한 제1배향막에 러빙처리하여 적어도 하나의 제1프리틸트각을 결정하는 단계; 제2기판에 제2배향막을 부여하는 단계; 상기한 제2배향막에 광을 조사하여 적어도 하나의 제2프리틸트각을 결정하는 단계; 및 상기한 제1기판 및 제2기판 사이에 액정을 주입하는 단계로 구성되는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 제1배향막이 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 제2배향막이 폴리실록산물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 광이 편광된 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 광이 자외선을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제4항에 있어서, 상기한 편광된 광을 발생하는 단계가 비편광된 광을 발생하는 단계; 및 상기한 비편광된 광이 편광판을 통과하여 편광된 광을 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제4항에 있어서, 상기한 편광된 광이 선형편광된 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 광이 제2배향막에 수직으로 조사되는 것을 포함하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 광조사 단계가 단일조사를 포함하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 단일의 프리틸트각 방향으로 방향지워진 제1프리틸트각의 제1프리틸트가 결정된 제1배향막과, 복수의 프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각이 결정된 제2배향막의 사이에 액정을 주입하여 제2배향막에 단일 프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각의 제2프리틸트를 선택하는 단계를 추가로 구성하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 제2배향막에 추가 광조사를 실시하여 단일 프리틸트 각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각의 제2프리틸트를 선택하는 단계를 추가로 구성하는 액정셀 제조방법.
제11항에 있어서, 상기한 추가 광이 비편광된 광을 포함하는 액정셀 제조방법.
제12항에 있어서, 상기한 비편광광이 상기한 제2배향막에 경사방향에서 조사 되는 것을 포함하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 제2프리틸트 결정단계가, 제2배향막에 비편광된 광을 제2배향막에 대해서 경사방향에서 조사하는 단계; 및 상기한 제2배향막에 편광된 광을 제2배향막에 대해서 수직방향에서 조사하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 제2프리틸트 결정단계가, 제2배향막에 편광된 광을 제2배향막에 대해서 수직방향에서 조사하는 단계; 및 상기한 제2배향막에 비편광된 광을 제2배향막에 대해서 경사방향에서 조사하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 광조사 단계가, 상기한 제2배향막에 제1광을 조사하여 복수의 프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각을 결정하는 단계;

상기한 제2배향막의 제1영역에 제2광을 조사하여 제1프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각의 제2A프리틸트를 선택하는 단계; 및 상기한 제2배향막의 제2영역에 제3광을 조사하여 제2프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각의 제2B프리틸트를 선택하는 단계로 이루어진 액정셀 제조방법.
제16항에 있어서, 상기한 제1광이 편광된 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제17항에 있어서, 상기한 제1광이 제2배향막에 조사되는 방향이 상기한 제2배향막에 대해서 수직한 방향인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제16항에 있어서, 상기한 제2광이 비편광된 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제19항에 있어서, 상기한 제2광이 제2배향막에 대해서 제1경사방향에서 조사되는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제16항에 있어서, 상기한 제3광이 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제21항에 있어서, 상기한 제3광이 제2배향막에 대해서 제2경사방향에서 조사되는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 제1배향막의 일부 영역 위에 제3배향막을 도포하는 단계가 추가로 구성되어 제3배향막에 단일 프리틸트각 방향으로 방향지워진 제3프리틸트각의 제3프리틸트를 부여하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제23항에 있어서, 상기한 제1배향막이 무기물질을 포함하고, 상기한 제3배향막이 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제23항에 있어서, 상기한 제3프리틸트각의 크기가 제2프리틸트각의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 광조사 단계가 상기한 제2배향막의 제1영역에 제1에너지의 제1광을 조사하는 단계; 및 상기한 제2배향막의 제 2영역에 제2에너지의 제1광을 조사하는 단계로 구성된 액정셀 제조방법.
제26항에 있어서, 상기한 광조사 단계가 상기한 제2배향막의 제1영역에 제1에너지의 제2광을 조사하는 단계; 및 상기한 제2배향막의 제2영역에 제2에너지의 제2광을 조사하는 단계를 추과로 구성하는 액정셀 제조방법.
제26항에 있어서, 상기한 제1광이 편광된 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제28항에 있어서, 상기한 제1광이 상기한 제2배향막에 대해서 수직한 방향으로 조사하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제26항에 있어서, 상기한 제2B프리틸트각의 크기가 상기한 제2A프리틸트각의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제27항에 있어서, 상기한 제2광이 비편광된 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제27항에 있어서, 상기한 제2광이 상기한 제2배향막에 대해서 경사진 방향으로 조사하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제26항에 있어서, 상기한 제1광조사단계에서 제2배향막의 제1영역에 해당하는 제1부분은 제1광투과도를 가지고, 제2배향막의 제2영역에 해당하는 제2부분은 제2광투과도를 가지는 광투과판을 투과한 제1광이 상기한 제2배향막에 조사하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제27항에 있어서, 상기한 제2광조사단계에서 제2배향막의 제1영역에 해당하는 제1부분은 제1광투과도를 가지고, 제2배향막의 제2영역에 해당하는 제2부분은 제2광투과도를 가지는 광투과판을 투과한 제2광이 상기한 제2배향막에 조사되는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 광조사 단계가 상기한 제2배향막에 제1광을 조사하여 복수의 프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각을 결정하는 단계; 상기한 제2배향막의 제1영역에 제2광을 조사하여 제1프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각의 제2A프리틸트를 선택하는 단계; 상기한 제2배향막의 제2영역에 제3광을 조사하여 제2프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각의 제2B프리틸트를 선택하는 단계; 상기한 제2배향막의 제3영역에 제4광을 조사하여 제3프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각의 제2C프리틸트를 선택하는 단계; 및 상기한 제2배향막의 제4영역에 제5광을 조사하여 제4프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트의 제2D프리틸트를 선택하는 단계로 이루어진 액정셀 제조방법.
제35항에 있어서, 상기한 제1광이 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제36항에 있어서, 상기한 제1광이 제2배향막에 대해서 수직방향으로 조사되는 것을 특징으로 액정셀 제조방법.
제35항에 있어서, 상기한 제2광 내지 제5광의 적어도 한 광이 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제38항에 있어서, 상기한 제2광 내지 제5광의 적어도 한 광이 제2배향막에 대해서 경사방향에서 조사되는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 광조사 단계가 상기한 제2배향막의 제1영역에 제1편광된 광을 상기한 제2배향막의 제1수직방향에서 조사하는 단계; 및 상기한 제2배향막의 제2영역에 제2편광된 광을 상기한 제2배향막의 제2수직방향에서 조사하는 단계로 구성되는 액정셀 제조방법.
제40항에 있어서, 상기한 제2배향막의 제1영역에 제1비편광된 광을 상기한 제2배향막과 제1경사방향에서 조사하는 단계; 및 상기한 제2배향막의 제2영역에 제2비편광된 광을 상기한 제2배향막과 제2경사방향에서 조사하는 액정셀 제조방법.
제40항에 있어서, 상기한 제2배향막의 제1a영역에 제1비편광된 광을 상기한 제2배향막과 제1경사방향에서 조사하는 단계; 상기한 제2배향막의 제1b영역에 제2비편광된 광을 상기한 제2배향막과 제2경사방향에서 조사하는 단계; 상기한 제2배향막의 제2a영역에 제3비편광된 광을 상기한 제2배향막과 제3경사방향에서 조사하는 단계; 및 상기한 제2배향막의 제2영역에 제4비편광된 광을 상기한 제2배향막과 제4경사방향에서 조사하는 단계를 추가로 구성하는 액정셀 제조방법.
제1기판에 제1배향막을 도포하는 단계; 제1배향막을 러빙하여 단일 프리틸트각 방향으로 방향지워진 제1프리틸트각을 부여하는 단계; 제2기판에 제2배향막을 도포하는 단계; 제2배향막에 광을 이용하여 복수의 프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각을 부여하는 단계; 및 상기한 제1배향막과 제2배향막 사이에 액정을 주입하여 제2배향막에 단일프리틸트각 방향으로 방향지워진 제2프리틸트각을 선택하는 단계로 이루어진 액정셀 제조방법.
제43항에 있어서, 상기한 제1배향막이 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제43항에 있어서, 상기한 제2배향막이 폴리실록산물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제43항에 있어서, 상기한 광이 제2배향막의 수직방향에서 조사되는 것을 포함하는 액정셀 제조방법.
제43항에 있어서, 상기한 광이 자외선을 포함하는 액정셀 제조방법.
제43항에 있어서, 상기한 광이 편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제43항에 있어서, 상기한 광조사가 단일조사를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제43항에 있어서, 상기한 제1배향막의 프리틸트각 방향이 제2배향막의 프리틸트각 방향과 다른 것을 특징으로 하는 액정셀 제조방법.
제1기판; 상기한 제1기판에 제공된 러빙된 제1배향막; 제2기판; 상기한 제2기판에 제공된 광배향된 제2배향막; 및 상기한 제1배향막과 제2배향막 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 액정셀.
제51항에 있어서, 상기한 제1배향막이 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 액정셀.
제51항에 있어서, 상기한 제2배향막이 폴리실록산계 물질인 것을 특징으로 하는 액정셀.
제51항에 있어서, 상기한 제1배향막에 인접한 제1액정분자의 배열이 러빙에 의해서 제1프리틸트각 방향에 따라 방향지워진 제1프리틸트각으로 배열된 것을 특징으로 하는 액정셀.
제51항에 있어서, 상기한 제2배향막에 인접한 제2액정분자의 배열이 광배향에 의해서 제2프리틸트각 방향에 따라 방향지워진 제2프리틸트각으로 배열된 것을 특징으로 하는 액정셀.
제51항에 있어서, 상기한 제1 또는 제2프리틸트각의 크기가 60°이상인 것을 특징으로 하는 액정셀.
제56항에 있어서, 상기한 제1 또는 제2프리틸트각의 크기가 75°~ 87°인 것을 특징으로 하는 액정셀.
제51항에 있어서, 상기한 제1프리틸트각 방향과 상기한 제2프리틸트각 방향이 같은 것을 특징으로 하는 액정셀.
제51항에 있어서, 상기한 제1프리틸트각 방향과 상기한 제2프리틸트각 방향이 다른 것을 특징으로 하는 액정셀.
제59항에 있어서, 상기한 제1프리틸트각 방향이 상기한 제2프리틸트각 방향과 수직한 것을 특징으로 하는 액정셀.
제59항에 있어서, 상기한 제1프리틸트각 방향이 상기한 제2프리틸트각 방향과 역방향인 것을 특징으로 하는 액정셀.
제51항에 있어서, 상기한 액정이 제2배향막의 도메인마다 부여된 제2프리틸트의 방향 또는 각에 따른 다른 주시야각 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 액정셀.