KR100298391B1 - 액정디스플레이장치,그의제조방법및디스플레이용액정재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분사법이나 스크린 인쇄공정을 이용하여 액정 디스플레이 소자를 제조함으로서 제조공정을 단순화 한 액정 디스플레이 장치 및 그의 제조방법과 액정 디스플레이 장치의 제조를 위한 액정 혼합재료를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 액정 디스플레이 장치는 제1기판상에 평행하게 배열된 복수의 전극라인을 가지는 제1전극과, 상기 제1전극의 각 전극라인에 픽셀에 상응하도록 분사법이나 스크린 인쇄에 의해 형성된 염료혼합 액정층과, 제2기판에 평행하게 배열된 복수의 전극라인을 가지며 상기 염료혼합 액정층 위에 상기 염료혼합 액정층과 얼라인되게 형성된 제2전극을 구비함을 특징으로 한다.

Description

액정 디스플레이 장치, 그의 제조 방법 및 디스플레이용 액정재료{liquid crystal display device, its fabricating method and liquid crystal composition for display device}

본 발명은 액정 디스플레이 장치 및 그의 제조방법, 그리고 액정 디스플레이를 제조하기 위한 액정재료에 관한 것으로, 구체적으로는 액정 재료, SiO₂나노파티클(nano particle), 자외선 경화 수지, 염료 및 계면활성제 등을 사용하는 액정 디스플레이용 액정재료와 이를 사용하여 인쇄 또는 코팅하여 액정층을 형성한 반사형 또는 광투과형 액정 디스플레이 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 액정 디스플레이 기술은 눈부신 발전을 거듭하여 현재는 노트북 컴퓨터등 많은 분야에서 활용되고 있다.

특히 액티브 매트릭 방식을 사용하는 TFT LCD는 화질에 있어서 기존의 CRT나 CDT에 버금가는 성능을 가지고 있으므로 향후 기존의 디스플레이 장치를 빠른 속도로 대체해내는 것으로 예상된다.

종래의 TFT LCD의 제조공정은 박막 트랜지스터를 유리기판위에 형성한 다음 두장의 유리기판 사이에 액정 재료를 주입한다. 이때, 액정 재료의 주입은 단순히 주입만 하는 것이 아니라 배향성, 두께 등도 조절하여야 하며 또 아래위로 직교하는 편향판과 칼러 필터가 필요할 뿐만아니라 시야각의 제한을 보안하기 위한 광시야각층 및 후면에 밝기를 강화하기 위한 백라이트가 필요하며 이를 집속, 균일하게 하기 위한 렌즈도 필요하다.

따라서 종래의 TFT LCD를 이용하는 액정 디스플레이 장치는 제조 공정이 복잡하고, 구조도 복잡하여 제품단가가 비싸게될 뿐만 아니라 제품크기를 크게 하는데에 투자비가 많이 들고 시야각이 좁아서 볼수 있는 각도가 제한되어 있으며 휴대용 제품시에는 전력소모가 심하여 장시간이 사용이 어렵다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서는, M.Krauser등이 "MOI. Cryst Liq. Cryst. 1992. Vol. 223, P219"에 발표한 논문에, 액정과 독일 Daeque사의 SiO₂Nano particle인 에어로질(Aerosil)과 자외선 경화수지(UV Curable Resin)을 소정비율로 혼합한 액정재료로 디스플레이 장치를 만든후 이 액정에 전압을 인가하면 투명상태가 되었다가 전압인가를 해제하면 불투명상태로 되는 현상을 이용하는 액정 디스플레이 장치를 개시하였다.

그리고 상기 논문에 개시된 디스플레이 제조방법은 먼저, 액정재료, 에어로질과 자외선 경화수지를 각각 70-95중량%, 5-25중량%, 1-10중량%로 혼합하여 FNLC(Filled Nematic Liquid Crystal)를 만든후 이 FNLC를 ITO전극이 코팅된 유리기판 사이에 넣고 압착한 후 자외선을 조사하여 경화시킴으로서, 전극이 코팅되어 형성된 두 유리기판을 고정시키도록 하고 있다.

이와 같이 제조하여 구성된 액정 디스플레이 장치의 ITO전극에 전압을 인가하면 FNLC가 투명한 상태로 되었다가 전압을 끄면 다시 불투명한 원래의 상태로 되돌아가는 현상을 이용하여 디스플레이를 구현한 것으로서, FNCN의 액정재료를 이용하는 디스플레이 장치는 전술한 TFT LCD보다는 구조 및 제조 공정면에서 간단하다는 장점을 가지고 있으나, 단순히 흑백으로만 디스플레이되어서 칼라의 디스플레이에 적용할 수 없을 뿐만아니라 여전히 제조 공정의 복잡성을 해결하지 못하고 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 인쇄 또는 분사공정을 이용하여 액정 디스플레이 소자를 제조함으로서 제조공정을 단순화한 액정 디스플레이 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또하나의 목적은 염료와 액정재료를 혼합한 염료혼합 액정재료로 액정층을 형성함으로써 백라이트나 편광판 및 칼러 필터가 필요없는 액정 디스플레이 장치 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또하나의 다른 목적은 스크린 인쇄하는데 적합한 액정 디스플레이 장치의 제조를 위한 혼합 액정재료를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 액정 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 도면,

도 2(a)~도 2(d)는 본 발명의 액정 디스플레이 장치의 각 공정에서의 상태를 개략적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 액정 디스플레이 장치의 전압 변동에 대한 광투과도를 나타낸 그래프이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 상부기판 11, 14 : 전극라인

12 : 하부전극 13-1,13-2,13-3 : RYB 혼합 액정층

15 : 상부전극 16 : 상부기판

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 디스플레이 장치는 제1기판상에 평행하게 배열된 복수의 전극라인을 가지는 제1전극과, 상기 제1전극의 각 전극라인에 픽셀에 상응하도록 스크린 인쇄 또는 분사에 의해 형성된 염료혼합 액정층과, 제2기판에 평행하게 배열된 복수의 전극라인을 가지며 상기 염료혼합 액정층위에 상기 염료혼합 액정층과 얼라인되게 형성된 제2전극을 구비함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태의 액정 디스플레이 장치의 제조 방법은, 제1기판상에 평행하게 복수의 전극라인을 형성하여 제1전극을 만드는 단계와, 상기 제1전극의 각 전극라인에 픽셀에 상응하도록 염료액정 혼합재료를 사용, 각 칼라층을 순차적으로 스크린 인쇄 또는 분사에 의해 염료혼합 액정층을 형성하는 단계와, 제2기판상에 평행하게 복수의 전극라인을 배열시켜 제2전극을 만든 후 상기 제2전극을 상기 혼합액정층위에 얼라인하여 고정시키는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 또다른 양태의 디스플레이용 염료혼합 액정재료는 액정 재료 60-95중량%, 에어로질중량 5-25%, 자외선 경화수지중량 1-10%, 계면 활성제중량 1-5% 및 염료 3-10%로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 액정 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 액정 디스플레이 장치는 통상의 그라스로 형성되는 하부기판(10)과, 상기 하부기판(10)상에 픽셀에 상응하도록 투명한 ITO로 형성된 평행한 복수개의 전극라인(11)을 가지는 하부전극(12)과, 상기 하부전극(12)에 하나의 픽셀에 대하여 RYB칼라층을 공간적으로 분리하여 형성한 RYB혼합 액정층(13-1, 13-2, 13-3)과, 상기 RYB혼합 액정층(13-1, 13-2, 13-3)위에 각 혼합 액정층에 얼라인되며 상기 하부전극의 전극라인(11)과 교차되게 위치하도록 평행한 복수개의 전극라인(14)을 상부 기판(16)상에 투명한 ITO로 형성한 상부전극(15)으로 구성되어 있다.

본 실시예에서는 하부기판위의 하부전극에서 빛을 투과하는 투과형의 경우를 나타낸 것으로 반사형인 경우에는 하부전극을 불투명의 알루미늄이나 골드등으로 형성하도록 한다.

그리고 상기전극의 구조는 단순 매트릭스 형으로 되어 있으며, 상기 하부전극(12) 및 상부전극(15)은 일직선 상으로 배열된 전극라인(11, 14)들의 집합이며, 라인의 개수는 디스플레이장치의 종류에 따라 다르며 일반 TV의 경우는 640×480의 픽셀의 배열을 가지나 실제로는 각 픽셀이 RYB의 세가지 색깔을 가지므로 전체 라인 개수는 640×1440이나 또는 1920×480의 라인수를 가진다.

어느쪽을 상부기판으로 하고 어느쪽을 하부기판으로 하는지는 디자인에 따라 임의로 선택되며, 본 실시예에서는 하부기판을 1920개의 전극라인(b1-b1920), 상부기판을 480개의 전극라인(a1-a480)을 가진 것을 예로 들고 있다.

그리고 상부 전극라인(14)과 하부 전극라인(11)을 상호 직교되도록 배열되고 상부 전극라인(14)과 하부전극라인(11)이 직교하는 부분이 각 픽셀의 RYB의 어느하나가 된다.

상기 RYB혼합 액정액은 통상의 액정 재료가 70-95중량%, 에어로질이 중량 5-25%, 자외선 경화수지가 중량1-10%, 계면 활성제 중량1-5%, 그리고 염료가 중량3-10%로 구성되어 있다.

본 발명에서 사용된 혼합 액정액의 염료는 산란모드에서 색깔을 내게하는 역할을 하며, 염료의 종류에 따라서 Red, Yellow, Blue 또는 Red, Green, Blue 또는 Black색을 가진다.

상기 계면 활성제는 에어로질과 액정재료의 혼합을 잘되게하며 인쇄특성을 좋게 만든다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 액정 디스플레이 장치의 상부전극(15) 및 하부전극(12)간의 임의 전극라인에 전압을 인가하여 교차되는 전극라인에 해당되는 염료혼합 액정층에 전압이 인가되면, 이 염료혼합 액정층은 투명상태로 되고 전압이 인가되지 않는 염료혼합 액정층은 산란모드로 되어 색깔을 띄우게 되므로 백색광을 하부기판 뒤에서 투과시키면 소정의 디스플레이가 구현된다.

즉, 본 발명의 디스플레이 장치의 구동 방법은 단순 매트릭스 구조에서 많이 사용하는 순차 주사법을 사용한다.

하부전극(12)의 전극라인(11)인 b1-b1920까지 일정전압 신호를 인가하고 상부기판(16)의 전극라인(14)인 a1-a480까지 전원을 스위칭하면 교차되는 각 라인의 각 도트별로 투명하였다가 색깔이 나왔다하는 과정이 반복하게 된다.

본 발명의 액정 디스플레이 장치에서 액정층의 전압에 대한 빛의 투과도를 측정하였던바 도 3에 도시한 특성 그래프를 얻을 수 있었다.

도 3의 특성 그래프에서 알수 있는 바와같이 약 27V에서 87%정도의 빛투과율을 나타내며 전원을 끄면 다시 불투명한 상태, 색소에 따른 색깔을 지니는 상태로 돌아온다.

이때 하부전극(11)이 투명하므로 뒤에서 백색광을 쬐면 전압을 인가하지 않은 상태에서는 색소에 따른 색깔이 나오다가 전압을 인가하면 염료혼합 액정층이 투명하여지면서 뒤의 백색광이 그대로 통과하여 백색으로 보인다.

본 발명의 실시예에서는 Yellow염료를 사용하였으나 이 Yellow염료대신에 Green염료를 사용할 수 있다.

그리고 투과형과는 달리 반사형에 적용되는 경우에는 그냥 앞에서 보는 경우이기 때문에 전압이 인가되어 액정이 투명하여진 경우는 빛이 반사되어 나오고 그렇지 않는 경우에는 색소에 따른 색깔이 나오게 되며, 이때의 하부전극은 전술한 바와같이 투명한 ITO대신에 불투명한 알루미늄이나 골드 박막전극이 사용된다.

이하 본 발명의 액정 디스플레이 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 2(a)~도 2(d)는 본 발명의 액정 디스플레이 장치의 제조 공정을 개략적으로 도시한 것으로, 먼저 도 2(a)와 같이 그라스 하부기판(10)위에 투명한 ITO를 스퍼터링 등의 방법을 이용하여 약 100~300A 두께로 형성한 후 통상의 포토엣칭 공정을 이용하여 평행하게 배열된 복수의 하부의 전극라인(11)을 형성하여 하부전극(12)을 만든다.

이때 전극라인수는 상술한 바와 같이 디스플레이 하는 TV의 종류에 따라 다르며 본 실시예는 1920×480의 전체 라인갯수를 채용하여 하부전극의 전극라인을 1920라인으로 한다.

상기와 같이 형성된 하부기판(10)에 형성된 전극라인(11)에 따라 픽셀에 상응하는 간격을 띄어 먼저 예를들어 Red액정층 (13-1)을 스크린 인쇄한 후 자외선을 조사하여 경화시킨다.

이때 자외선의 조사시간은 자외선의 세기에 따라 다르나 보통 수초내지 수십초가 소요된다.

그 다음, 도 2(b) 와 같이 Yellow액정층(13-2)을 스크린 인쇄한 후 자외선을 조사하여 경화시킨다.

이어 도 2(c)와 같이 Blue액정층(13-3)을 스크린 인쇄한 후 역시 자외선 경화시킨다.

이때 인쇄된 액정재료의 두께는 5-25㎛로 한다. 두께가 너무 얇으면 콘트라스트가 나쁘고, 두께가 너무 두꺼우면 구동시에 전압을 많이 필요로 한다.

그 다음 그라스 상부기판(16)에 상기 하부전극(10)의 제조시와 같은 방식으로 평행한 복수개의 전극라인(14)을 형성하여 상부전극(15)을 만든다.

이때의 전극라인수는 예를들어 480개로 한다.

이렇게 제조된 상부전극(15)의 전극라인(14)을 도 2(d)에 가상선으로 나타낸 바와 같이 상기 RYB혼합 액정층(13-1, 13-2, 13-2)에 얼라인시켜 상부기판(16)을 붙인다.

이때 상부기판(16)에 자외선 경화수지를 넓게 바른 후, 상기 하부기판(10)과 상부기판(16)을 압착시킨 후 자외선을 조사하여 경화시킨다.

또는 색소가 섞이지 않은 액정혼합 재료를 상부기판(16)에 코팅한 후 하부기판(10)과 접착한 후 자외선을 조사하여 경화시키도록 하여도 된다.

그리고 막두께의 균일도를 높이기 위해 열을 가하면서 압축하면 연화가 일어나서 용이하게 압착된다.

이때의 온도는 40-100도 사이이다.

그리고 실시예의 제조방법에서는 스크린 인쇄를 사용하고 있으나, 스크린 인쇄이외에도 주사기와 같은 인젝터를 이용하여 각 라인별로 색갈이 다른(Red, Yellow 또는 Green, Blue, Black) 용액을 순차적으로 인젝트하여 기판위에 형성하는 분사법을 이용할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 액정 디스플레이 장치의 제조시에 스크린 인쇄공정이나 분사법을 이용하므로서 제조공정을 보다 단순화시킬 수 있고, 투과 및 산란모드를 이용하여 디스플레이를 구현하므로 기존의 액정 디스플레이 장치와는 달리편광판이 필요없으며, 염료를 액정재료와 혼합하므로서 그 자체가 색깔을 띄게 되어 칼라 필터를 별도로 설치할 필요가 없을 뿐만아니라 염료 색깔별로 혼합된 액정 재료를 공간별로 분리하여 인쇄하므로서 단순매트릭스 구조의 전극으로 구동이 가능하는 등 뛰어난 효과가 있다.

Claims (11)

1. 제1기판상에 평행하게 배열된 복수의 전극라인을 가지는 제1전극과,

   상기 제1전극의 각 전극라인에 픽셀에 상응하도록 스크린 인쇄 또는 분사법에 의해 형성된 염료혼합 액정층과,

   제2기판에 평행하게 배열된 복수의 전극라인을 가지며 상기 염료혼합 액정층 위에 상기 염료혼합 액정층과 얼라인되게 형성된 제2전극을 구비함을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1전극의 각 전극라인은 투명한 ITO로 형성됨을 특징으로하는 액정 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1전극의 각 전극라인은 불투명한 알루미늄 또는 골드 등으로 형성됨을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1전극과 제2전극은 각 전극라인이 교차되도록 형성됨을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
5. 제1기판상에 평행하며 복수의 전극라인을 형성하여 제1전극층을 만드는 단계와,

   상기 제1전극의 각 전극라인에 픽셀에 상응하도록 염료혼합 액정재료를 사용하여 각 칼라층을 순차적으로 스크린 인쇄 또는 분사법을 이용하여 염료혼합 액정층을 형성하는 단계와,

   제2기판상에 평행하며 복수의 전극라인을 배열시켜 제2전극을 만든 후, 상기 염료혼합 액정층위에 얼라인하여 고정시키는 단계를 구비함을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 염료혼합 액정재료는 액정재료 60~95%, 에어로질 5~25%, 자외선 경화수지 1~10%, 계면활성제 1~5% 및 염료 3~10%로 이루어짐을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 염료혼합 액정재료의 인쇄 두께는 5-25㎛임을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
8. 제5항에 있어서,

   제2전극을 고정시키는 단계는, 자외선 경화 수지를 상기 제2전극과 상기 염료혼합 액정층 위에 엷게 바른 후 양쪽을 압착하고 자외선 조사로 경화시켜서 고정시킴을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 제2전극을 고정시키는 단계는, 상기 제2기판에 색소가 섞이지 않은 염료혼합 액정재료를 코팅한 후 상기 제1기판을 압착하고 이어 자외선을 경화시켜 고정시킴 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 압착시의 온도는 40~100℃임을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 염료혼합 액정층은 RYB 혼합액정층임을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.