KR101040740B1 - Dual domain liquid crystal display device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 도메인 액정표시소9자의 제작공정 중에 편광 UV를 조사할 때 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)를 UV마스크로 이용하여 이중 도메인을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a dual domain using a wire grid polarizer as a UV mask when irradiating polarized UV during the fabrication process of the dual domain liquid crystal display 9.
본 발명은 배향막에 이중 도메인의 형성과 액정 배열 방향의 형성을 한 번에 수행할 수 있으므로 공정이 단순화되어 작업시간이 줄어들고, 이중 도메인 효과를 얻기 위해 전극의 방향을 도메인별로 다르게 패턴하지 않아도 되므로 제조 공정이 간단해져 제조비용이 절감되는 효과가 있다. In the present invention, since the formation of the dual domains and the formation of the liquid crystal array direction in the alignment layer can be performed at once, the process is simplified, and thus the working time is reduced, and the direction of the electrode does not have to be patterned differently for each domain to obtain the dual domain effect. The process is simplified and the manufacturing cost is reduced.
와이어 그리드, 마스크, 이중 도메인, 액정, 소자 Wire Grid, Mask, Dual Domain, Liquid Crystal, Device
Description
본 발명은 광배향을 이용한 이중 도메인 액정표시소자(TN, VA, FFS 모드 등)의 셀 제작 중 액정이 이중 방향으로 선경사각을 가지고 배열하도록 하는 액정표시소자 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 액정의 선경사각을 형성하기 위하여 자외선을 조사할 때 두 방향으로 패턴된 와이어 그리드 편광자를 이용하여 이중 도메인을 형성하도록 하는 액정표시소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal display device such that the liquid crystal is arranged with a pretilt angle in a dual direction during cell fabrication of a dual domain liquid crystal display device (TN, VA, FFS mode, etc.) using optical alignment. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display device manufacturing method for forming a double domain using a wire grid polarizer patterned in two directions when irradiated with ultraviolet rays to form a pretilt angle of the liquid crystal.
광학 정보를 기록하고 이미지화하는 액정표시소자의 기본 단위는 2개의 기판과 그 사이에 주입된 액정으로 이루어진 액정 셀이다.The basic unit of a liquid crystal display device for recording and imaging optical information is a liquid crystal cell consisting of two substrates and a liquid crystal injected therebetween.
이러한 액정 셀의 집합체로 이루어지는 액정표시장치(LCD)의 제조시에는 액정 분자의 배향 제어가 중요한데, 액정 분자의 배향은 액정 배향막의 일축연신 방법에 의하여 액정 배향막과 액정분자가 이루는 선경사각(pretilt angle)을 주는 방법이 이용된다.In manufacturing a liquid crystal display (LCD) including an aggregate of liquid crystal cells, alignment control of liquid crystal molecules is important. The alignment of liquid crystal molecules is a pretilt angle formed by the liquid crystal alignment layer and the liquid crystal molecules by a uniaxial stretching method of the liquid crystal alignment layer. ) Is used.
액정 배향막에 일축연신 처리를 하는 수단으로서 이용되는 종래의 방법으로 러빙법(rubbing method)이 있다. 러빙법은 고분자를 코팅한 기판을 천으로 문지르 는 간단한 방법으로서 대면적화와 고속처리가 가능하여 공업적으로 널리 이용되고 있는 방법이다.The rubbing method is a conventional method used as a means for performing a uniaxial stretching process on a liquid crystal aligning film. The rubbing method is a simple method of rubbing a substrate coated with a polymer with a cloth, which is widely used industrially because of its large area and high-speed processing.
그러나 러빙법은 먼지 입자 및 정전기가 러빙 중 배향표면에 발생되므로 이것은 액정표시소자의 손상을 야기할 수 있으며, 러빙 중 생기는 미세홈(micro grooves)이 액정 셀에서 광산란 및 무질서한 상 일그러짐의 원인이 된다는 문제점이 있다.However, since the rubbing method causes dust particles and static electricity to be generated on the alignment surface during rubbing, this may cause damage to the liquid crystal display device, and micro grooves generated during rubbing may cause light scattering and disordered phase distortion in the liquid crystal cell. There is a problem.
이러한 러빙법의 문제점을 해결하기 위하여 광배향법이 제안되어 있다.In order to solve the problem of the rubbing method, an optical alignment method has been proposed.
광배향방법의 종류에는 azobenzene group을 포함한 광배향막 재료로 사용하여 편광된 광을 조사시켜 cis-trans isomer로의 변화에 의해 액정이 배향되는 광이성화(photoisomerization)법, 감광성기를 갖는 고분자 박막재료를 광배향막 재료로 사용하고 편광된 UV를 조사하여 광학 이방성을 발생시키는 광이량화(photodimerization)법, polyimide 수지와 같은 고분자 박막을 광배향막으로 사용하고 직선 편광 시킨 자외선(UV)를 조사하여 사슬의 분해를 일으켜 액정을 배향시키는 광분해(photodegradation)법 등이 있다. The photo-alignment method includes a photoisomerization method in which a liquid crystal is oriented by a change in cis-trans isomer by irradiating polarized light using a photo-alignment layer material containing azobenzene group, and a polymer thin-film material having a photosensitive group. Photodimerization method used as a material and irradiating polarized UV to generate optical anisotropy, using polymer thin film such as polyimide resin as photo-alignment film and irradiating linearly polarized ultraviolet (UV) to cause chain decomposition Photodegradation or the like for orienting liquid crystals.
일반적으로 편광 자외선(UV)을 조사하면 배향물질 표면의 배향방향은 UV 편광방향에 수직하게 나타나나, 몇몇 물질은 UV의 편광방향에 평행한 배향방향이 나타나기도 한다.In general, when irradiated with polarized ultraviolet (UV) light, the alignment direction of the surface of the alignment material is perpendicular to the UV polarization direction, but some materials exhibit an alignment direction parallel to the polarization direction of UV.
광배향 기술은 러빙법의 문제점이 해결되며, 또 광반응 폴리머는 배향막의 배향방향 및 방위각 앵커링 에너지 값을 용이하게 조절할 수 있으므로 액정셀에서 액정 분자의 배향을 결정하기가 유리한 장점이 있다.Photo-alignment technology solves the problem of the rubbing method, and since the photoreaction polymer can easily adjust the alignment direction and azimuth anchoring energy values of the alignment layer, it is advantageous to determine the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell.
특히 최근 광시야각을 요구하는 디스플레이의 수요가 높아짐에 따라 이에 따른 기술이 요구되어 지고 있다. 그런데 기존에 많이 사용하고 있는 1-도메인으로는 광시야각을 표현하는데 부족하므로 이중 도메인의 기술이 도입되는 추세이다. In particular, as the demand for a display requiring a wide viewing angle has recently increased, a corresponding technology is required. However, since the existing 1-domain is not enough to express a wide viewing angle, a dual domain technology is being introduced.
상기 광배향 기술은 액정표시소자의 시야각 특성을 향상시키는데 필요한 이중도메인 구조 및 광학 저장 및 프로세스 장치를 만드는데 용이하게 적용할 수 있다는 장점이 있다.The optical alignment technology has an advantage that it can be easily applied to make a dual domain structure and an optical storage and processing apparatus required to improve the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device.
광배향 기술을 사용하는 액정표시소자에서 이중 도메인 구조를 얻기 위한 방법은 다음과 같다.A method for obtaining a double domain structure in a liquid crystal display device using a photo alignment technology is as follows.
상하 기판의 각 도메인의 광배향 물질에 편광 UV를 조사하여 도메인별로 다르게 초기 배향하도록 한 후, 양 기판 사이에 주입되는 액정으로 액정표시소자를 구성한다. 이에 따라 이 액정표시소자의 액정 분자는 선경사각을 가지므로 한 도메인의 상하기판 사이에서 소정 각도 비틀린 구조를 가지게 된다.After the polarization UV is irradiated to the photo-alignment materials of the respective domains of the upper and lower substrates, the liquid crystal display device is composed of liquid crystals injected between the two substrates. Accordingly, since the liquid crystal molecules of the liquid crystal display have a pretilt angle, the liquid crystal molecules have a predetermined angle twisted structure between the upper and lower substrates of one domain.
그런데 이러한 제조공정 중에 배향방향을 도메인에 따라 달리 부여하기 위해서 각 도메인마다 편광방향이 다른 편광 UV로 2회 노광하는 것이 필수적이다.By the way, in order to give the orientation direction differently according to the domain during such a manufacturing process, it is essential to expose twice with polarized UV in each polarization direction.
즉 이중 도메인의 경우라면 한쪽 도메인을 UV 마스크로 가린 상태에서 편광 UV를 조사하여 UV 마스크로 가리지 않은 도메인에 대한 배향을 실시하고, 이후 배 향된 도메인은 UV 마스크로 가리고 UV 마스크로 가렸던 도메인은 노출시켜 편광방향이 다른 편광 UV를 조사하는 단계를 거쳐야한다. 따라서 배향 과정에서 UV마스크를 여러 번 사용해야 하므로 공정이 복잡해지고, 편광 UV를 생성하기 위한 별도의 과정과 장치가 필요한 문제점이 있었다.That is, in the case of a dual domain, one domain is covered with a UV mask and irradiated with polarized UV to align the domain that is not covered by the UV mask, and then the oriented domain is covered with a UV mask and the domain covered by the UV mask is exposed. To irradiate different polarization UV light. Therefore, since the UV mask must be used several times in the alignment process, the process is complicated, and there is a problem that a separate process and a device for generating polarized UV are required.
상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 이중 도메인 액정표시소자의 제작공정 중에 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)를 UV마스크 로 이용하고 편광되지 않은 상태의 UV를 와이어 그리드 편광자 위로 조사하여 이중도메인을 형성하는 방법을 안출하고자 하는 것이다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention uses a wire grid polarizer as a UV mask during the manufacturing process of the dual domain liquid crystal display device and irradiated with UV light in the unpolarized state onto the wire grid polarizer The idea is to create a domain.
본 발명의 이중 도메인 액정표시소자 제조방법은, 기판의 한쪽 면에 전극과 광배향막을 형성하는 단계와, 두 방향으로 패턴된 와이어 그리드 편광자(60)를 상기 기판 위에 설치하는 단계와, 상기 두 방향으로 패턴된 와이어 그리드 편광자(60) 상부에서 UV를 조사하는 단계와 상기 두 방향으로 패턴된 와이어 그리드 편광자(60)를 통과한 편광 UV가 광배향막에 두 방향으로 배향방향을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a dual domain liquid crystal display device according to the present invention includes forming an electrode and an optical alignment film on one surface of a substrate, installing a wire grid polarizer 60 patterned in two directions on the substrate, and Irradiating UV from the patterned wire grid polarizer 60 and forming polarization UV light passing through the wire grid polarizer 60 patterned in two directions on the optical alignment layer in two directions. It is characterized by.
이 때 두 방향으로 패턴된 와이어 그리드 편광자는 각 구역에는 두 방향으로 패턴된 복수열의 금속 격자가 구비되어 있는 복수의 구역을 구비하고 있게 된다.At this time, the wire grid polarizer patterned in two directions has a plurality of zones in which each zone is provided with a plurality of rows of metal grids patterned in two directions.
TN 모드 액정 셀의 경우, 상기 기판이 상부기판과 하부기판으로 이루어지며, 상기 전극은 상부기판과 하부기판에는 각각 화소전극과 공통전극으로 나뉘어 설치되며, 상기 상부기판과 하부 기판의 서로 대응하는 도메인 상에 적용되는 상기 와이어 그리드 편광자의 금속격자의 패턴 방향이 서로 다른 방향으로 형성된다.In the case of a TN mode liquid crystal cell, the substrate is formed of an upper substrate and a lower substrate, and the electrodes are divided into pixel electrodes and common electrodes on the upper substrate and the lower substrate, respectively, and corresponding domains of the upper substrate and the lower substrate are provided. The pattern direction of the metal lattice of the wire grid polarizer applied to the image is formed in different directions.
VA 모드 액정 셀의 경우, 상기 기판은 상부기판과 하부기판으로 이루어지며, 상기 전극은 상부기판과 하부기판에는 각각 화소전극과 공통전극으로 나뉘어 설치되며, 상기 상부기판과 하부 기판의 서로 대응하는 도메인 상에 적용되는 상기 와이어 그리드 편광자의 금속격자의 패턴 방향이 서로 동일한 방향으로 형성된다.In the case of a VA mode liquid crystal cell, the substrate is formed of an upper substrate and a lower substrate, and the electrodes are divided into pixel electrodes and common electrodes on the upper substrate and the lower substrate, respectively, and corresponding domains of the upper substrate and the lower substrate are provided. The pattern directions of the metal grids of the wire grid polarizers applied to the phases are formed in the same direction.
IPS 또는 FFS 모드 액정 셀의 경우, 상기 기판은 상부기판과 하부기판으로 이루어지며, 상기 전극은 상부기판과 하부기판 중 어느 하나의 기판에 화소전극과 공통전극이 모두 설치되며, 상기 상부기판과 하부 기판의 인접하는 도메인 상에 적용되는 상기 와이어 그리드 편광자의 금속격자의 패턴 방향이 서로 수직한 방향으로 형성된다.In the case of an IPS or FFS mode liquid crystal cell, the substrate is composed of an upper substrate and a lower substrate, and the electrode is provided with both a pixel electrode and a common electrode on one of the upper substrate and the lower substrate, and the upper substrate and the lower substrate. The pattern direction of the metal grid of the wire grid polarizer applied on the adjacent domains of the substrate is formed in a direction perpendicular to each other.
또한 본 발명에서는 상기 와이어 그리드 편광자를 통하여 기판에 UV를 조사할 때 기판을 특정각도를 주어 노광시킴으로써, 제조된 액정 셀의 액정 분자가 상부기판과 하부기판 위의 광배향막의 배향 방향에 따라 여러 방향의 선경사각을 갖도록 할 수 있다.In the present invention, the liquid crystal molecules of the prepared liquid crystal cell by exposing the substrate at a specific angle when the UV irradiation to the substrate through the wire grid polarizer, the various directions depending on the alignment direction of the optical alignment layer on the upper substrate and the lower substrate It can have a pretilt angle of.
또한 본 발명은 상기 와이어그리드 편광자는 상기 기판에 착탈이 가능하도록 하여 반복 사용할 수 있는 특징이 있다.In addition, the present invention has the feature that the wire grid polarizer can be repeatedly used to be detachable to the substrate.
본 발명은 이중 도메인 액정표시소자의 제작공정 중 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)를 UV 마스크로 이용하여 초기 이중 도메인 액정 배열 방향을 한 번에 결정해 주기 때문에 공정이 단순화되어 작업시간이 줄어드는 장점이 있다.In the present invention, since the initial dual domain liquid crystal array direction is determined at a time by using a wire grid polarizer as a UV mask during the manufacturing process of the dual domain liquid crystal display device, the process is simplified and the working time is reduced. have.
또한 본 발명은 와이어 그리드 편광자를 UV 마스크로 이용하여 이중 도메인 액정표시소자의 액정 배열 방향을 한 번에 결정해주므로, 종래기술처럼 이중 도메인 효과를 얻기 위해 전극의 방향을 도메인별로 다르게 패턴하지 않아도 되어 제조 공정이 간단하고 제조비용이 절감되는 효과가 있다.In addition, the present invention determines the liquid crystal array direction of the dual domain liquid crystal display device at a time by using a wire grid polarizer as a UV mask, so that the direction of the electrode does not have to be differently patterned for each domain in order to obtain a dual domain effect as in the prior art. The manufacturing process is simple and the manufacturing cost is reduced.
또한 본 발명에서 와이어 그리드 편광자에 조사되는 UV는 편광되지 않은 UV이므로, 종래기술처럼 편광된 UV를 조사하기 위해서 편광판이나 편광렌즈를 쓰는 공정이 필요 없게 되므로 제조비용이 절감되는 효과가 있다. In addition, since the UV irradiated to the wire grid polarizer in the present invention is not polarized UV, the manufacturing cost is reduced because the process of using a polarizing plate or a polarizing lens is not required to irradiate the polarized UV as in the prior art.
또한 와이어 그리드 편광자는 나노 단위의 크기까지 미세 패턴을 형성할 수 있으므로 효과적으로 액정 배향방향을 만들 수 있게 된다.In addition, since the wire grid polarizer can form a fine pattern up to the size of nano units, the liquid crystal alignment direction can be effectively made.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.The above-described features and effects of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, and thus, those skilled in the art to which the present invention pertains may easily implement the technical idea of the present invention. Could be.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시례를 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시례들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 와이어 그리드 편광자을 이용한 이중 도메인 액정표시소자 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a dual domain liquid crystal display device using the wire grid polarizer of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
액정표시소자는 일반적으로 다음과 같이 만들어진다. 우선 광배향막을 형성하는 광배향 물질인 광반응 폴리머(photosensitive polymer)에 용매를 섞어 소정 농도가 되도록 준비한다.Liquid crystal display devices are generally made as follows. First, a solvent is mixed with a photosensitive polymer, which is a photo-alignment material for forming a photo-alignment film, to prepare a predetermined concentration.
또한 유리판 위에 플레인 형태로 패턴된 투명한 전극을 각각 형성한 상부기판과 하부기판을 준비한다. 여기서 전극은 ITO (Indium Tin Oxide)를 사용할 수 있다. 이 때 한쪽 기판의 전극은 공통 전극이고 다른 쪽 기판의 전극은 화소 전극으로 형성되므로 전원이 인가되면 양 기판 사이에 수직전기장이 형성된다. 이렇게 수직전기장이 형성되는 예로서 TN 모드 셀이나 VA 모드 셀 등을 들 수 있다.In addition, an upper substrate and a lower substrate each having a transparent electrode patterned in a plane shape on a glass plate are prepared. The electrode may be indium tin oxide (ITO). At this time, since the electrode of one substrate is a common electrode and the electrode of the other substrate is formed of a pixel electrode, a vertical electric field is formed between both substrates when power is applied. Examples of the vertical electric field formed therein include a TN mode cell and a VA mode cell.
한편 공통 전극과 화소 전극이 한쪽 기판에 모두 형성될 수도 있는데, 이 경우에는 전원이 인가되면 양 기판 사이에 수평전기장이 형성된다. 이렇게 수평전기장이 형성되는 예로는 IPS 모드 셀이나 FFS 모드 셀 등을 들 수 있다.Meanwhile, both the common electrode and the pixel electrode may be formed on one substrate. In this case, when power is applied, a horizontal electric field is formed between both substrates. Examples of forming the horizontal electric field may include an IPS mode cell or an FFS mode cell.
상기와 같이 기판에 형성된 전극 위에 상기 광반응 폴리머 용액을 코팅한 후, 용매를 증발시켜 광배향막을 형성한다.After coating the photoreaction polymer solution on the electrode formed on the substrate as described above, the solvent is evaporated to form a photoalignment film.
광배향막이 형성된 상부기판과 하부기판은 간격을 일정하게 맞추어 소정 두께의 셀을 형성한 후 액정을 셀에 주입함으로써 액정 표시소자를 제조하게 된다.The upper substrate and the lower substrate on which the optical alignment layer is formed form a cell having a predetermined thickness at regular intervals, and then manufacture a liquid crystal display by injecting liquid crystal into the cell.
한편 본 발명에 사용되는 와이어 그리드 편광자(60)는 도 1에 도시된 구성을 갖는다.Meanwhile, the wire grid polarizer 60 used in the present invention has the configuration shown in FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이 와이어 그리드 편광자(60)는 반사율이 높은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)과 같은 차광성 금속으로 이루어진 금속 격자(50)를 양면이 연마된 투명 유리와 같은 절연기질 기판(10) 위에 증착, 프린트, 도금 등 반도체 제조공정에서 많이 사용되는 방법을 이용하여 형성하는 방법으로 제조된다.As shown in FIG. 1, the wire grid polarizer 60 is formed of an insulating substrate such as transparent glass polished on both sides of a
본 발명의 와이어 그리드 편광자(60)의 금속격자(50)는 길이가 긴 와이어 형상으로 형성된 전도성 전극이며, 높이(h)는 50nm~300nm이고, 폭(d1)과 간격(d2)의 합을 1이라 할 경우, 폭(d1)은 0.3~0.7의 범위를 가지도록 하며, 금속격자 간격(d2)은 대체로 수십에서 수백nm로 형성된다.
이렇게 미세하게 절연기질 기판(10)위에 패턴된 금속격자(50)는 복수열을 이루어 편광판 효과를 가져 오며 특정한 편광상태의 빛을 투과하거나 반사시키는 특징이 있다.The finely patterned
즉 복수열의 와이어 그리드 편광자(60)는 UV를 조사할 때 와이어 그리드 편광자(60)의 축과 일치하는 UV는 반사하고, 와이어 그리드 편광자(60)의 축과 수직한 방향의 UV는 투과하게 되어 결국 무질서한 방향의 UV가 복수열의 금속격자로 이루어진 와이어 그리드 편광자(60)를 통과하게 되면 와이어 그리드 편광자(60)의 축과 수직한 방향의 선편광된 UV만 투과하게 된다.That is, when the plurality of rows of wire grid polarizers 60 irradiate UV rays, UV rays coinciding with the axes of the wire grid polarizers 60 reflect, and UV in a direction perpendicular to the axes of the wire grid polarizers 60 is transmitted. When the disorderly UV passes through the wire grid polarizer 60 formed of a plurality of metal grids, only linearly polarized UV light in a direction perpendicular to the axis of the wire grid polarizer 60 is transmitted.
도 2는 본 발명의 기본적인 개념을 보여주는 것으로서, 기판에 2방향으로 패 턴된 와이어 그리드 편광자(60)를 설치하여 UV를 조사하는 개념도이다.Figure 2 shows the basic concept of the present invention, a conceptual diagram of irradiating UV by installing a wire grid polarizer 60 patterned in two directions on the substrate.
이중 도메인을 형성하는 경우에는, 상부 기판과 하부 기판 상에 2방향 이상으로 패턴된 복수열의 금속격자(50)로 형성된 와이어 그리드 편광자(60)를 설치하고 UV로 노광시킴으로써 한 번에 두 도메인의 광배향막(미도시)을 배향시킬 수 있게 된다.In the case of forming the double domain, the light of the two domains at a time by providing a wire grid polarizer 60 formed of a plurality of rows of
도 2를 이용하여 본 발명에서 광배향막이 형성되어 있는 상부기판(11)을 UV로 노광시키는 과정에 대하여 설명한다.(여기서 '상부기판'이란 용어는 다음에 설명할 실시예1 내지 실시예4와의 관련성 때문에 편의상 사용할 뿐이며, 도 2로 설명되는 본 발명의 과정이 반드시 '상부기판'에만 적용된다는 의미는 아니며 '하부기판'에도 동일하게 적용될 수 있는 과정임을 밝혀둔다)The process of exposing the
우선 상부 기판(11)을 두 개의 도메인으로 형성하기 위하여, 광배향막이 코팅된 절연기질 기판(도시 생략) 상에 패턴된 복수열의 금속 격자(50)를 각 도메인에 해당하는 구역 별로 각각 수평선과 45도 및 135도 기울여 형성함으로써 각 도메인의 금속격자(50)의 방향이 서로 다른 방향이 되도록 한 와이어 그리드 편광자(60)를 준비한다.First, in order to form the
이러한 와이어 그리드 편광자(60)는 이후 자외선(UV)으로 노광 공정을 수행할 때 마스크의 기능을 수행하게 된다.The wire grid polarizer 60 then performs the function of a mask when performing an exposure process with ultraviolet (UV) light.
도 2에 도시된 바와 같이, 상부 기판(11)위에 상기한 와이어 그리드 편광자(60)를 올려놓고, 그 위에서 UV를 조사하였을 때 UV는 와이어 그리드 편광자(60) 의 금속격자 사이의 틈을 통과하고 와이어 그리드 편광자(60)의 투과축과 수직한 방향으로 편광된 UV가 나오게 된다. As shown in FIG. 2, when the wire grid polarizer 60 is placed on the
즉 도 2에서 와이어 그리드 편광자(60)의 금속 격자를 각각 수평선과 45도 기울여 형성한 부분을 통과한 UV는 수평선과 135도 기울어진 편광 UV로 나오게 되며, 와이어 그리드 편광자(60)의 금속 격자를 각각 수평선과 135도 기울여 형성한 부분을 통과한 UV는 수평선과 45도 기울어진 편광 UV로 나오게 된다.That is, in FIG. 2, the UV rays passing through the portions formed by tilting the metal grid of the wire grid polarizer 60 at an angle of 45 degrees to the horizontal line emerge as polarized UVs tilted at the horizontal line and 135 degrees, respectively. The UV rays that pass through the horizontal line and the angle formed by tilting 135 degrees come out as polarized UVs tilted at the horizontal line and 45 degrees.
특히 본 발명에서는 와이어 그리드 편광자(60)를 올려놓고, 그 위에서 UV를 조사하여 통과시키는 과정에서 UV를 편광 시키므로, 종래기술처럼 최초 조사되는 UV로 편광 UV를 사용할 필요가 없다. 따라서 본 발명은 UV를 편광 시키기 위한 별도의 장치와 공정을 생략할 수 있으므로, 전체적으로 제조공정을 효율화시킬 수 있게 된다.Particularly, in the present invention, since the wire grid polarizer 60 is placed and polarized UV in the process of irradiating and passing UV thereon, it is not necessary to use polarized UV as the first irradiated UV as in the prior art. Therefore, the present invention can omit a separate device and process for polarizing the UV, it is possible to improve the manufacturing process as a whole.
이렇게 편광된 UV는 기판에 코팅되어 있는 광배향막에 작용하게 되는데 배향물질 표면의 배향방향은 UV 편광방향에 수직하게 나타나므로 결국 와이어 그리드 편광자(60)의 투과축과 일치하는 액정이 배열되는 길(선)을 배향물질에 형성하게 된다.The polarized UV acts on the photoalignment layer coated on the substrate. Since the alignment direction of the surface of the alignment material appears perpendicular to the UV polarization direction, the liquid crystals aligned with the transmission axis of the wire grid polarizer 60 are arranged. Line) is formed on the alignment material.
일반적으로 액정의 배열방향은 배향물질에 형성된 배향방향과 일치하므로, 결국 액정의 배열방향은 광배향에 의해서 편광 UV의 축과 수직한 방향, 즉 와이어 그리드 편광자(60)의 축과 일치하게 된다. 물론 광배향 방법에 따라 액정의 배열방 향이 편광 UV의 축과 달라질 수 있는데, 이는 공지의 사항이므로 본 발명에서는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.In general, since the alignment direction of the liquid crystal coincides with the alignment direction formed in the alignment material, the alignment direction of the liquid crystal eventually coincides with the direction of the wire grid polarizer 60, which is perpendicular to the axis of the polarization UV by the optical alignment. Of course, the alignment direction of the liquid crystal may differ from the axis of the polarized UV according to the optical alignment method, which is well known, and thus, further detailed description thereof will be omitted.
결국 상기와 같은 방법으로 편광된 UV 노광이 이루어진 광배향막을 포함하는 기판으로 액정셀을 제조하면 광배향막에 인접한 액정분자의 배열방향은 도 3과 같이 나타난다. 즉 와이어 그리드 편광자(60)의 금속 격자가 수평선과 45도 기울어져 배치된 경우, 상부 기판의 광배향막에 인접한 액정 분자의 장축은 광배향막에 형성되어있는 배향방향과 동일하게 배열되고, 광배향막의 배향방향은 와이어 그리드 편광자(60)의 금속 격자의 배열방향과 동일하므로 마찬가지로 수평선과 45도 기울게 배열되며, 따라서 상부에서 바라본 액정배열방향은 도 3에 도시된 것처럼 두 방향으로 된다.As a result, when the liquid crystal cell is manufactured from the substrate including the photoalignment layer with the polarized UV exposure, the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the photoalignment layer is shown in FIG. 3. That is, when the metal grid of the wire grid polarizer 60 is disposed at an angle of 45 degrees to the horizontal line, the long axes of the liquid crystal molecules adjacent to the photoalignment layer of the upper substrate are arranged in the same direction as the alignment direction formed on the photoalignment layer, Since the alignment direction is the same as that of the metal lattice of the wire grid polarizer 60, the alignment direction is also inclined at 45 degrees with the horizontal line, and thus the liquid crystal array direction viewed from the top becomes two directions as shown in FIG. 3.
이와 같이 와이어 그리드 편광자(60)를 두 방향으로 패턴하여 UV를 조사하면, 1회 조사만으로 광배향막에 서로 다른 배향방향이 형성되며 결국 액정셀의 액정은 두 방향으로 배열되어 이중 도메인이 형성된다.As such, when the wire grid polarizer 60 is patterned in two directions and irradiated with UV, different alignment directions are formed in the photoalignment layer by only one irradiation, and thus the liquid crystals of the liquid crystal cell are arranged in two directions to form double domains.
이러한 방법은 액정디스플레이의 어느 한 액정 모드에 국한되어 적용되는 것이 아니며, 다양한 액정모드에 광범위하게 적용될 수 있다.This method is not limited to any one of the liquid crystal modes of the liquid crystal display, and can be widely applied to various liquid crystal modes.
이하에서는 본 발명이 TN 모드, VA 모드, IPS 모드 및 FFS 모드에 적용되는 실시예를 차례로 설명할 것이나, 이는 본 발명의 보호범위를 이 실시예로 개시된 형태로 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명에서 예시하지 않은 다른 실시예에도 본 발명의 사상과 보호범위를 벗어남이 없이 적용될 수 있음은 자명하다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in order to apply to the TN mode, VA mode, IPS mode and FFS mode, but this is not intended to limit the protection scope of the present invention to the form disclosed in this embodiment, in the present invention It is apparent that other embodiments which are not illustrated may be applied without departing from the spirit and scope of the present invention.
TN 셀은 상부기판 쪽 액정분자의 배열방향과 하부기판 쪽 액정분자 배열방향이 소정각도로 비틀려있는 것이므로 상부 기판과 하부 기판의 광배향막의 배향방향도 상기 소정각도 만큼 서로 차이 나게 해야 한다.In the TN cell, the alignment direction of the liquid crystal molecules on the upper substrate and the alignment direction of the liquid crystal molecules on the lower substrate are twisted at a predetermined angle, so that the alignment directions of the optical alignment layers of the upper substrate and the lower substrate are also different from each other by the predetermined angle.
일반적으로 상용화되어 있는 TN 셀의 경우 도 6에 도시된 것처럼 액정분자의 배열방향이 대략 90도로 꼬여있기 때문에 상부 기판과 하부 기판위의 액정 배열방향도 대략 서로 90도 차이 나게 해야 한다. In general, in the case of a commercially available TN cell, as shown in FIG. 6, the alignment directions of the liquid crystal molecules are twisted approximately 90 degrees, and the alignment directions of the liquid crystals on the upper and lower substrates should be approximately 90 degrees.
따라서 상부 기판의 액정 배열 방법은 위에서 설명한 도 2의 방법으로 한다면, 하부 기판에는 상부 기판에 적용된 와이어 그리드 편광자(60)의 금속격자 배열방향과 수직한 방향으로 와이어 그리드 편광자(60)의 금속격자를 패턴하여 배향한다.Therefore, if the liquid crystal arrangement method of the upper substrate is the method of FIG. 2 described above, the metal grid of the wire grid polarizer 60 in a direction perpendicular to the metal grid arrangement direction of the wire grid polarizer 60 applied to the lower substrate is formed on the lower substrate. Pattern and orientate.
이와 같이 상기 도2에 도시된 상부기판(11)에 대응하여, 와이어 그리드 편광자(60)의 금속격자 배열방향을 상부기판에 대하여 수직한 방향으로 하여 하부기판(12)에 두 개의 도메인을 형성하는 예가 도 4에 도시되어 있다.As described above, in response to the
즉 도 4를 보면, 상기 상부기판의 각 도메인에 대향하는 도메인에 해당하는 하부기판 상에 금속 격자의 방향이 각각 수평선과 135도 및 45도 기울여 형성한 와이어 그리드 편광자(60)를 설치한 형태를 도시되어 있다. 따라서 상부기판과 하부기판의 대향하는 도메인 상에 설치하는 와이어 그리드 편광자(60)의 금속 격자의 배열방향은 서로 소정각도(도면에서는 90도)로 교차하도록 형성된다.4, the wire grid polarizer 60 is formed on the lower substrate corresponding to the domains of the upper substrate with the metal grid inclined at 135 degrees and 45 degrees, respectively. Is shown. Therefore, the arrangement directions of the metal grids of the wire grid polarizer 60 provided on the opposing domains of the upper substrate and the lower substrate are formed to cross each other at a predetermined angle (90 degrees in the drawing).
이 상태에서 하부기판에 UV를 조사할 때, UV가 와이어 그리드 편광자(60)를 통과하여 광배향막에 작용하는 효과는 위 도 2를 이용하여 상부기판에 적용하는 과정과 동일하게 나타난다.In this state, when UV is irradiated to the lower substrate, the effect of the UV passing through the wire grid polarizer 60 and acting on the optical alignment layer is the same as the process applied to the upper substrate using FIG. 2.
따라서 최종적으로 액정셀에서 하부기판의 광배향막에 인접한 액정분자의 배열방향은 도 5에 도시된 것처럼 될 것이다.Accordingly, the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the optical alignment layer of the lower substrate in the liquid crystal cell will be as shown in FIG. 5.
도 6은 상기와 같은 방법으로 제조된 TN 모드 액정 셀에서 비틀려져 있는 액정 분자의 형태를 도시한 도면이다. 즉 상부기판(11)과 하부기판(12) 각각에 형성되는 도메인에서 상기 상부 기판과 하부기판에 인접한 액정분자의 배향방향이 서로 다른 방향으로 정렬되므로 액정분자는 서로 다른 방향의 비틀림이 형성되는 것을 알 수 있다.FIG. 6 is a diagram illustrating the shape of liquid crystal molecules twisted in a TN mode liquid crystal cell manufactured by the above method. That is, in the domains formed on each of the
특히 TN 모드 셀에서는 도6에 도시된 것처럼 상판의 배향방향과 하판의 배향방향이 서로 직교하여 90도를 이루므로, 액정 주입시 액정층에서 액정분자는 90도 꼬인 형태가 된다.In particular, in the TN mode cell, as shown in FIG. 6, the alignment direction of the upper plate and the alignment direction of the lower plate form 90 degrees orthogonal to each other. Thus, the liquid crystal molecules are twisted 90 degrees in the liquid crystal layer during the liquid crystal injection.
미설명 부호 14는 화소전극, 15는 공통전극, 16과 17은 각각 상하부 편광판이다.
상기와 같이 본 발명의 와이어그리드 편광자를 마스크로 이용하여 광 조사를 하는 경우에는 1회의 노광으로 기판의 모든 도메인에 대한 액정의 배향을 실시할 수 있게 된다.As described above, in the case of irradiating light using the wire grid polarizer of the present invention as a mask, the liquid crystal can be aligned to all domains of the substrate by one exposure.
상술한 실시례에서는 이중 도메인 TN 모드 셀의 예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 이중 도메인 VA 모드 셀이나 ECB 보드 셀 또는 이중 도메인 IPS 모드 셀이나 FFS 모드 셀 등 각종 액정표시소자에 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경하여 적용 할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above-described embodiment has described an example of a dual domain TN mode cell, those skilled in the art will appreciate that a dual domain VA mode cell or an ECB board cell without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Alternatively, it will be appreciated that the present invention can be variously modified or changed to various liquid crystal display devices such as dual domain IPS mode cells or FFS mode cells.
이에 따라 본 발명의 제2실시예로 도 7에 도시된 와이어그리드 편광자(60)를 이용하여 형성된 VA 모드 이중 도메인 액정표시소자를 추가적으로 설명한다.Accordingly, a VA mode dual domain liquid crystal display device formed using the wire grid polarizer 60 shown in FIG. 7 as a second embodiment of the present invention will be further described.
도시된 바와 같이 2도메인을 형성한 VA 모드의 경우, 상부기판과 하부기판에 형성된 전극에 전원이 인가되면 양 기판 사이에 수직 전기장이 발생하고 액정 분자는 2 방향으로 눕게 된다.As shown, in the VA mode in which two domains are formed, when electric power is applied to the electrodes formed on the upper substrate and the lower substrate, a vertical electric field is generated between the two substrates, and the liquid crystal molecules lie in two directions.
이를 위하여 도7에 도시된 바와 같이 액정의 선경사각이 2가지 방향, 즉 도면에 도시된 것처럼 양쪽 도메인의 액정분자는 수평선으로부터 수직선을 향하여 각각 α°와 β°로 광배향되도록 한다.To this end, as shown in FIG. 7, the pretilt angles of the liquid crystals are arranged in two directions, that is, the liquid crystal molecules of both domains are optically aligned at α ° and β ° from the horizontal line toward the vertical line, respectively.
따라서 기판의 각 도메인마다 서로 다르게 배향 방향을 형성하여야 하는데, 이러한 결과는 상기 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 상부기판과 하부기판에 설치하는 와이어 그리드의 금속격자 방향을 각 도메인별로 조절함으로써 2도메인을 얻을 수 있다.Therefore, the orientation direction must be formed differently for each domain of the substrate. As a result, as described in the first embodiment, two domains are adjusted by adjusting the metal grid directions of the wire grids installed on the upper substrate and the lower substrate for each domain. You can get it.
즉 본 발명의 제2실시예인 VA 셀을 제조하는 경우는, 상기 제1실시예에서 설명한 TN 셀의 상부 기판의 액정 배열방향을 형성하는 도2의 제조공정을 하부 기판 에도 똑같이 적용한다는 점에 특징이 있다.That is, in the case of manufacturing the VA cell according to the second embodiment of the present invention, the manufacturing process of FIG. 2 for forming the liquid crystal array direction of the upper substrate of the TN cell described in the first embodiment is applied to the lower substrate in the same manner. There is this.
다시 말해 상부기판과 하부기판에 서로 대응하는 도메인에 설치하는 와이어 그리드 편광자의 금속격자 패턴 방향이 제1 실시예에서는 서로 직교하게 되나, 제2 실시예에서는 같은 방향으로 나란히 형성되는 특징을 갖는다.In other words, the metal grid pattern directions of the wire grid polarizers disposed in the domains corresponding to each other on the upper substrate and the lower substrate are orthogonal to each other in the first embodiment, but are formed side by side in the same direction in the second embodiment.
도 8 과 도9는 본 발명의 제3 실시예와 제4실시예로서 와이어그리드 편광자를 이용하여 형성되는 IPS 모드 및 FFS 모드 이중 도메인 액정표시소자 개념도이다.8 and 9 are conceptual diagrams of an IPS mode and FFS mode dual domain liquid crystal display device formed using a wire grid polarizer as a third embodiment and a fourth embodiment of the present invention.
IPS 모드 또는 FFS 모드의 액정셀에서는 알려진 바와 같이 공통전극(15)과 화소전극(14)이 동일한 기판 상에 형성된다. 단 IPS 모드는 도8에 도시된 것 처럼 하부기판(12) 위에 공통전극(15)과 화소전극(14)이 같은 층에 소정 간격으로 교차 형성되나, FFS 모드의 경우는 도9에 도시된 것과 같이 공통전극(15)과 화소전극(14)이 절연체(18)를 사이에 두고 다른 층에 형성되는 차이점이 있다.In the liquid crystal cell of the IPS mode or the FFS mode, as is known, the
도8 및 도 9에 도시된 바와 같이 IPS 모드 및 FFS 모드 액정의 선경사각은 2가지 방향, 즉 도면에 도시된 것처럼 양쪽 도메인의 액정분자는 수평면 상에서 소정의 수평축로부터 각각 α'°와 β'°로 광배향되도록 해야 한다.As shown in Figs. 8 and 9, the pretilt angles of the IPS mode and FFS mode liquid crystals have two directions, i.e., as shown in the figure, the liquid crystal molecules of both domains are respectively α '° and β' ° from a predetermined horizontal axis on the horizontal plane. Should be optically aligned.
이 때 액정의 초기 액정 배향방향은 각각 상,하부편광판(16)(17)의 투과축 중 어느 하나와 일치해야 하는데, 이는 전기장이 인가되지 않은 상태에서 노멀리 블랙(normally black) 모드를 이루기 위함이다. 여기서 상,하부 편광판(16)(17)의 투과축은 항상 서로 직교되어야 하므로, 각각의 도메인에 해당하는 초기 액정들의 정렬은 서로 수직, 즉 α'°⊥ β'°이어야 한다.At this time, the initial liquid crystal alignment direction of the liquid crystal should coincide with one of the transmission axes of the upper and lower
따라서 IPS 또는 FFS 모드 셀에 전원이 인가되면 셀의 상부기판과 하부기판 사이에 수평 전기장이 발생하므로 액정분자는 수평면 상에서 2방향으로 회전함으로써 2도메인이 형성된다. Therefore, when power is applied to an IPS or FFS mode cell, a horizontal electric field is generated between the upper substrate and the lower substrate of the cell, so that the liquid crystal molecules rotate in two directions on the horizontal plane to form two domains.
한편 본 발명은 광배향방법의 종류에 제한 없이 실시할 수 있음을 밝혀둔다. 즉 광이성화법, 광이량화법 및 광분해법 등에 관계없이 적용될 수 있다. 다만 각 방법에 따라 와이어그리드를 통과한 편광 UV에 의해 발생하는 배향물질 표면의 배향방향이 상기 실시예처럼 편광 UV의 편광방향에 수직하게 나타나는 것뿐만 아니라 평행하게 나타나기도 하고 소정각도만 틀어져 나타나기도 하므로, 필요에 따라 와이어그리드의 금속격자가 수평축에 대하여 기울어지는 각도를 적절히 조절하는 등의 방법으로 배향물질에 필요한 배향방향을 얻을 수 있음은 자명하므로, 광배향방법의 종류를 특정하는 것에 의하여 본 발명의 특허청구범위를 벗어나지 않을 것이다.On the other hand, it will be appreciated that the present invention can be carried out without limitation to the type of optical alignment method. That is, it can be applied irrespective of the photoisomerization method, the photodimerization method and the photolysis method. However, according to each method, the alignment direction of the surface of the alignment material generated by the polarization UV passing through the wire grid may not only be perpendicular to the polarization direction of the polarization UV but also may be parallel or only a predetermined angle may be distorted. Therefore, it is obvious that the orientation direction required for the alignment material can be obtained by appropriately adjusting the angle of inclination of the metal grid of the wire grid with respect to the horizontal axis, if necessary, by specifying the type of optical alignment method. It will not depart from the claims of the invention.
도 1은 본 발명에 사용되는 와이어 그리드 편광자의 단면도1 is a cross-sectional view of a wire grid polarizer used in the present invention
도 2는 상부 기판에 적용되는 2방향으로 패턴된 와이어 그리드 편광자의 예시도2 illustrates an example of a wire grid polarizer patterned in two directions applied to an upper substrate.
도 3은 도 2에 따르는 액정배열방향3 is a liquid crystal array direction according to FIG.
도 4는 하부 기판에 적용되는 2방향으로 패턴된 와이어 그리드 편광자의 예시도4 illustrates an example of a wire grid polarizer patterned in two directions applied to a lower substrate.
도 5는 도 4에 따르는 액정배열방향5 is a liquid crystal array direction according to FIG. 4.
도 6은 TN 모드 이중 도메인 액정표시소자 개념도6 is a conceptual diagram of a TN mode dual domain liquid crystal display device;
도 7은 VA 모드 이중 도메인 액정표시소자 개념도7 is a schematic view of a VA mode dual domain liquid crystal display device
도 8은 IPS 모드 이중 도메인 액정표시소자 개념도8 is a conceptual diagram of an IPS mode dual domain liquid crystal display device
도 9는 FFS 모드 이중 도메인 액정표시소자 개념도9 is a conceptual diagram of an FFS mode dual domain liquid crystal display device
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]
10 : 절연기질 기판 11 : 상부 기판10: insulating substrate 11: upper substrate
12 : 하부 기판 13 : 액정 분자12
14 : 화소 전극 15 : 공통 전극14
16 : 상부 편광판 17 : 하부 편광판16: upper polarizer 17: lower polarizer
18 : 절연체 50 : 금속 격자18: insulator 50: metal grid
60 : 와이어 그리드 편광자60: wire grid polarizer
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