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KR100245052B1 - 액정표시소자의 배향막 및 배향처리 방법 - Google Patents

액정표시소자의 배향막 및 배향처리 방법 Download PDF

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KR100245052B1
KR100245052B1 KR1019970050801A KR19970050801A KR100245052B1 KR 100245052 B1 KR100245052 B1 KR 100245052B1 KR 1019970050801 A KR1019970050801 A KR 1019970050801A KR 19970050801 A KR19970050801 A KR 19970050801A KR 100245052 B1 KR100245052 B1 KR 100245052B1
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Abstract

본 발명에 따른 액정표시소자의 배향막의 배향처리방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI(polyimide) 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 러빙하여 배향방향이 형성된 러빙배향막을 완성하는 단계와, 상기한 러빙배향막에 PVCN(polyvinyl cinnamate) 계 물질 또는 PSCN(polysiloxane cinnamate) 계 물질인 광배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 광배향물질을 경화(curing)하여 광배향막을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.

Description

액정표시소자의 배향막 및 배향처리방법
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 배향막의 배향력을 강화하고 공정을 단순화 한 액정표시소자의 배향막 및 배향처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 대면적, 고화질의 액정표시장치(Liquid Crystal Display device)로서 주로 사용되는 TN(Twisted Nematic)-LCD의 액정배향막은 투명전극의 안쪽에 배치되어, 직접 액정분자와 접하고 있다. 액정배향막과 액정분자의 계면에 있어서, 액정 분자의 배향은 액정배향막의 일축연신 방법에 의한 액정분자의 일축배향성과 액정배향막과 액정분자가 이루는 각도(프리틸트각(pretilted angle)) 로 표현하는 것이 가능하다.
액정배향막에 일축연신 처리를 하는 수단으로서 이용되는 종래의 러빙법은 고분자를 코팅한 기판을 천으로 문지르는 간단한 방법으로 대면적화와 고속처리가 가능하여 공업적으로 널리 이용되고 있는 방법이다.
종래의 롤러를 사용하여 기판을 러빙배향하는 방법을 나타내는 도면을 도 1에 나타내었다. 종래의 러빙법은 우선, 칼라필터 또는 TFT 등이 부착되는 기판(1)을 제공하고, 상기한 기판에 PI나 PVA(polyvinyl alcohol) 등의 고분자막을 도포하여 배향막(10)을 형성한다. 롤러(20)는 원통형의 롤(21)에 나일론이나 폴리에스테르 등의 섬유질로 이루어진 배향포(23)를 감아 부착시킨다. 상기한 기판(1)을 기판반송장치(도면에 나타내지 않음)에 설치하여 기판진행방향(40)으로 이동시키고, 상기한 롤러(20)를 회전시킴으로써, 기판면을 기계적으로 임의의 방향으로 문지르는 방법이다.
상기한 방법으로 기판을 러빙하면, 액정배향막과 액정분자 사이의 반데르 발스힘(Van der Waals force)에 의해 액정분자는 PI사슬의 연신방향에 따라 배향하며, 배제체적 효과(excluded volume effect)에 의해 액정 분자는 액정배향막 상에서 자신의 배제체적이 최소가 되도록 변화한 PI사슬에 따라 배열한다. 이것으로부터 액정분자는 러빙방향에 따른 배향을 나타내고, 또 액정분자의 프리틸트각은 러빙방향으로 발생한다.
또한, 상기한 방법으로 기판을 러빙하면, 배향막에 균일한 미세홈(micro grooves)이 형성된다. 이 미세홈은 탄성변형에너지(elastic deformation energy)를 최소화시키도록 액정분자(liquid crystal molecules)를 상기한 미세홈과 평행하게 배열한다. 그러나, 상기한 러빙공정에서는 배향포와 배향막의 마찰강도에 따라 배향막에 형성되는 미세홈의 형태가 달라지기 때문에 액정분자의 배열이 불균일하게 되어 위상왜곡(phase distortion)과 광산란(light scattering)이 발생하게 되는데, 이러한 위상왜곡과 광산란은 LCD의 성능에 중대한 영향을 끼칠 수 있다.
따라서, 이와 같은 러빙법은 프리틸트각의 값이 성막조건이나 러빙조건에 의하여 미묘하게 변동하므로, 그 실현성에 있어서는 충분한 고려가 필요하다. 더불어 폴리머막을 배향포로 문지르는 방법이기 때문에, 미세한 먼지의 발생이나 고압의 정전기에 의한 미세 방전(ESD, Electrostatic discharge)의 발생이라는 문제가 있다. 먼지는 고정세 화소전극이나 성막, 노광, 에칭의 반복에 의한 TFT(Thin Film Transistor)의 형성공정에 있어서 큰 장애가 된다. 국부적인 방전은 배향막 자체의 손상, 또는 투명전극이나 TFT의 단선이나 정전기 파괴의 원인이 된다. 그 밖에 TFT용 배향막에는 충전전하를 장시간 유지 가능할 수 있는 전압 보존율이 높아야하는 특성도 요구된다.
또한, 동작방식에 있어서, 칼라필터(color filter) 또는 TFT 기판 형성 시에 발생되는 단차에 의한 배향 불균일, 및 배향 스크래치(scratch)가 발생하여 무배향부가 발생되는 문제점이 있다.
특히, TN-LCD는 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에 대해서는 광투과도가 비대칭적으로 분포하기 때문에, 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되는 범위가 발생되어 시야각이 좁아지는 문제도 있다.
이러한 액정의 비등방성을 보완하기 위해 TDTN(Two Domain TN)-LCD, DDTN(Domain Divided TN)-LCD와 같은 멀티도메인(multi-domain) TN-LCD가 제안되고 있다. 이러한 멀티도메인 TN-LCD의 제조공정은 사진식각(photolithography)과 러빙(rubbing)으로 특징지어질 수 있다. 즉, 각 화소 내에 서로 반대방향, 혹은 서로 다른 배향방향을 갖는 도메인을 형성하기 위해서는 2번의 사진식각공정과 러빙공정이 필요하며, 이것을 더욱 발전시킨 4도메인 TN-LCD도 가능하다.
그러나, 2도메인 TN-LCD는 콘트라스트비(contrast ratio)가 10보다 높은 범위의 상하 시야각이 ±25。 밖에 되지 않으며, 4도메인 TN-LCD의 경우도 상하좌우 시야각이 ±40。 정도 밖에 되지 않는다는 문제점과, 결정적으로 제조 공정이 복잡하다는 단점이 존재한다. 또한, 액정셀 자체의 신뢰성이라든지 틸트각의 불안정성 등의 문제점도 여전히 잔존한다.
상기한 바와 같은 러빙법의 문제점을 해결하기 위해 제안된 배향처리방법이 광배향처리방법으로, 액정분자의 배향은 광의 조사에 의한 배향막의 광중합반응(photopolymerization)에 기인한다. 상기한 종래의 광배향 방법은 자외선을 2회 조사하여 배향방향을 결정하는 것이다.
이 광배향 방법에서는 배향막으로 PVCN계 고분자의 광배향막을 사용하여, 상기한 배향막에 자외선을 수직 및 경사 조사하므로써 배향막 표면의 프리틸트방향을 결정한다. 이때, 배향막과 자외선의 조사각도를 변화시켜 배향막 표면의 프리틸트각을 결정한다.
그러나, 이러한 광배향법은, 광배향막에 있어서의 약한 이방성과 그로 인한 약한 속박에너지(anchoring energy), 그리고 액정의 배향불균일과 액정과의 작용으로 인한 전경(disclination) 및 액정 주입시 나타나는 플로우(flow)자국 등이 해결과제로 남아 있다. 또한, 한 기판에 2회 조사를 하므로써 하나의 도메인 형성을 위해서 4회의 조사가 필수적이며(상·하 기판), 따라서, 멀티도메인 구조를 형성하려면 한 픽셀에 대한 조사횟수가 급수적으로 늘어나므로 조사 공정이 복잡해지는 문제가 생긴다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 배향막의 배향력을 강화하고 공정을 단순화 한 액정표시소자의 배향막 및 배향처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자의 배향막의 배향처리방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 러빙하여 배향방향이 형성된 러빙배향막을 완성하는 단계와, 상기한 러빙배향막 상에 PVCN계 물질 또는 PSCN계 물질인 광배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 광배향물질을 경화하여 광배향막을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시소자의 배향막의 다른 배향처리방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 스탬핑하여 배향방향이 형성된 스탬핑배향막을 완성하는 단계와, 상기한 스탬핑배향막 상에 PVCN계 물질 또는 PSCN계 물질인 광배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 광배향물질을 경화하여 광배향막을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.
도 1은, 종래의 러빙배향방법을 나타내는 단면도.
도 2는, 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도면.
도 3은, 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 기판 3 : 러빙배향막
5, 9 : 광배향막 7 : 스탬핑배향막
10 : 배향막 20 : 롤러
21 : 롤 23 : 배향포
40 : 기판의 진행방향 70 : 롤러의 회전방향
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 액정표시소자의 배향막 및 배향처리방법의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도면이다. 동일 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 배향막의 배향처리방법은 칼라필터 또는 TFT 등이 부착되는 기판(1)을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 러빙하여 배향방향을 형성하므로써 러빙배향막(3)을 완성하는 단계와, 상기한 러빙배향막에 UV배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 UV배향물질을 경화(curing)하여 광배향막(5)을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.
제1실시예의 러빙배향막(3)을 형성함에 있어서, 러빙법은 종래의 방법을 사용하고, 상기한 러빙법으로써 기판에 도포된 고분자막에 미세홈이 생기고 이 미세홈 때문에 러빙배향막이 이방성을 나타낸다. 그리고, 상기한 UV배향물질은 PVCN계 물질 또는 PSCN계 물질 등을 사용하며, 이 물질을 경화하는 단계에 있어서는, 사용되는 UV배향물질의 성질에 따라 적정 시간동안 적정 온도를 적용한다.
상기한 광배향막(5)은 경화를 하므로써, 이미 형성된 러빙배향막의 영향을 받아 상기한 러빙배향막과 동일한 방향으로 이방성이 유도된다. 또한, 경화된 UV배향물질의 축퇴된 프리틸트(pretilt degeneracy)를 깨기 위해 편광 또는 비편광된 광을 조사하며, 이로써 광배향막을 완성한다.
본 발명의 액정표시소자의 배향막의 배향처리방법에 있어서, 제2실시예를 도 3에 나타내었다. 제2실시예는 러빙법을 사용하는 러빙배향막 대신 스탬핑(stamping)을 한 스탬핑배향막(7)을 형성하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다.
이를 상세하게 설명하면, 칼라필터 또는 TFT 등이 부착되는 기판(1)을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 스탬핑하여 배향방향을 형성하므로써 스탬핑배향막(7)을 완성하는 단계와, 상기한 스탬핑배향막에 UV배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 UV배향물질을 경화(curing)하여 광배향막(9)을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.
상기한 제1실시예와 마찬가지로, 스탬핑배향막(7)을 형성함에 있어서, 상기한 기판에 도포된 고분자막을 스탬핑하므로써 스탬핑배향막이 이방성을 나타낸다. 그리고, 상기한 UV배향물질은 PVCN계 물질 또는 PSCN계 물질 등을 사용하며, 이 물질을 경화하는 단계에 있어서는, 사용되는 UV배향물질의 성질에 따라 적정 시간 동안 적정 온도를 적용한다.
상기한 광배향막(9)은 경화를 하므로써, 이미 형성된 스탬핑배향막의 영향을 받아 상기한 스탬핑배향막과 동일한 방향으로 이방성이 유도된다. 또한, 경화된 UV배향물질의 축퇴된 프리틸트를 깨기 위해 편광 또는 비편광된 광을 조사하며, 이로써 광배향막을 완성한다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 러빙배향막만을 형성했을 때의 정전기의 발생이나 TFT의 손상 등의 문제를 해소하고, 광배향막만을 형성했을 때의 약한 배향 등의 결점을 광배향막의 이방성을 증대시키므로써 개선한다.
또한, 멀티도메인 구현시 틸트각의 안정성을 도모하며, 액정셀 자체의 신뢰도 또한 증가시킨다.
그리고, 광배향막의 조사 공정을 단축하므로써 멀티도메인 형성시에 공정의 단순화와 그로 인한 원가 절감 등의 효과를 발생한다.

Claims (16)

  1. 기판과,
    상기한 기판 상에 고분자막으로 구성되며, 러빙하여 배향방향을 형성한 러빙배향막과,
    상기한 러빙배향막 상에, 광배향물질로 구성되며, 상기한 광배향물질을 경화(curing)하고, 광조사하여 틸트방향을 형성한 광배향막으로 구성된 액정표시소자의 배향막.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 러빙배향막을 구성하는 고분자막이, PI(polyimide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 광배향막을 구성하는 광배향물질이, PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질이나 PSCN(polysiloxane cinnamate)계 물질로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 광배향막을 광조사하는데 사용되는 광이, 편광 또는 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막.
  5. 기판과,
    상기한 기판 상에 고분자막으로 구성되며, 스탬핑하여 배향방향을 형성한 스탬핑배향막과,
    상기한 스탬핑배향막 상에, 광배향물질로 구성되며, 상기한 광배향물질을 경화(curing)하고, 광조사하여 틸트방향을 결정하는 광배향막으로 구성된 액정표시소자의 배향막.
  6. 제5항에 있어서, 상기한 스탬핑배향막을 구성하는 고분자막이, PI(polyimide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막.
  7. 제5항에 있어서, 상기한 광배향막을 구성하는 광배향물질이, PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질이나 PSCN(polysiloxane cinnamate)계 물질로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막.
  8. 제5항에 있어서, 상기한 광배향막을 광조사하는데 사용되는 광이, 편광 또는 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막.
  9. 기판을 제공하는 단계와,
    상기한 기판에 고분자막을 도포하는 단계와,
    상기한 기판을 러빙하여 배향방향이 형성된 러빙배향막을 완성하는 단계와,
    상기한 러빙배향막 상에 광배향물질을 도포하는 단계와,
    상기한 광배향물질을 경화(curing)하여 광배향막을 형성하는 단계와,
    상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된 액정표시소자의 배향처리방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기한 고분자막이, PI(polyimide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향처리방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기한 광배향물질이, PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질이나 PSCN(polysiloxane cinnamate)계 물질로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향처리방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기한 광조사에 사용되는 광이, 편광 또는 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향처리방법.
  13. 기판을 제공하는 단계와,
    상기한 기판에 고분자막을 도포하는 단계와,
    상기한 기판을 스탬핑하여 배향방향이 형성된 스탬핑배향막을 완성하는 단계와,
    상기한 스탬핑배향막 상에 광배향물질을 도포하는 단계와,
    상기한 광배향물질을 경화(curing)하여 광배향막을 형성하는 단계와,
    상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된 액정표시소자의 배향처리방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기한 고분자막이, PI(polyimide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향처리방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기한 광배향물질이, PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질이나 PSCN(polysiloxane cinnamate)계 물질로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향처리방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기한 광조사에 사용되는 광이, 편광 또는 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향처리방법.
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