▶. LCD 재료 (주요자재 및 부품)

▲ CELL 주요 자재 및 부품

[1] GLASS 기판

액정 Display 에 사용되는 Glass 기판은 Display 의 성능과 수명에 영향을 주므로 일반

Glass 와는 다른 성능과 특성이 요구된다. 기판용 판 Glass 제조에는 여러 가지 제법이

있으며, 예를들면 Float 법, Down Draw 법, Fusion(down draw)법 등이 있다. 이중 Float

법이 가장 많이 사용되고 있는 방법으로 제조상 광폭의 판 Glass 제조가 용이하고,

양산성이 높은 장점이 있다.

그림 1. Float 법

또한 판 Glass 의 화학 조성에따라 Soda lime Glass, 중성 Borosilicate Glass, 무 Alkali

Glass 등으로 나눌 수 있다.

표 1 에 Glass 종류에 따른 Akali ion 용출량, 표 2 에 Glass 조성과 특성을 나타내었다.

Glass 종류 Akali 용출량 Na2O(㎍/㎠)

Soda lime Glass

Soda lime Glass SiO2 Coat(CVD)

Soda lime Glass SiO2 Coat(CLD)

Soda lime Glass SiO2 Coat(증착)

중성 Borosilicate Glass

무 Akali Glass

0.08-1.1

0.05-0.15

0.05-0.2

0.2-0.5

0.15-0.2

<0.05

표 1. Glass 종류에 따른 Akali ion 용출

무 Alkali Glass Glass 종류

Soda lime

Glass(AS)

중성 Borosilicate

Glass(AX) AN 용융석영

화학

조성

(wt %)

SiO2

Al2O3

B2O3

RO

R3O

72.5

2.0

-

12.0

13.5

72.0

5.0

9.0

7.0

7.0

56.0

15.0

2.0

27.0

-

99.9 以上

30ppm

-

-

2ppm

열팽창율(/℃)50-200℃

왜점(℃)

비중(g/㎠)

Youngs 율(㎏/㎟)

탄성강도(㎏/㎟)

굴절율

내열충격(Δ℃)

수접촉각(degree)

8×10-6

510

2.49

7,300

670

1.52

85

6.7

5×10-6

530

2.41

7,100

550

1.50

130

14.4

4×10-6

660

2.78

8,900

690

1.56

140

29.5

0.5×10-6

1,070

2.20

743,000

700

1.45

1,000

-

AS,AX,AN : 욱초자제품 용융석영 : 일본석영제품

표 2. Glass 조성과 특성

• 일반적으로 단순 Matrix 구동방식(TN,STN) LCD 에는 Soda lime Glass 가 사용되며,

Active Matrix 구동방식(TFT) LCD 에는 무 Akali Glass 와 Borosilicate Glass 가

사용된다.

• Soda lime Glass 기판은 Akali ion 을 많이 함유하고 있어, 용출되기 쉽고, 박막의

접착 강도 저하와 표시 열화를 일으키기 때문에 Glass 표면에 SiO2, SiN, TiO 등의

막을 형성시켜 Akali ion 의 용출을 방지하고 있다.

• 한편, Borosilicate Glass 기판과 무 Akali Glass 기판은 Akali ion 의 용출이 거의

없기 때문에 표시 열화와 Active 소자의 기능 저하를 방지할 수 있다.

• 또 열팽창 계수가 비교적 적기 때문에 고온처리로 인한 Size 변화가 적고, Active

소자 형성시의 고온에서도 잘 견딜수 있다.

• Borosilicate Glass 기판과 무 Akali Glass 기판은 Soda lime Glass 에 비해

흰색(백색)을 띠기 때문에 백판 Glass 라고 불린다.

• 이와 같이 색이 틀리는 이유도 화학적 조성이 틀리는 것에 기인한다.

• Glass 기판의 품질은 표시 Mode, 표시 정밀도에 의해 표시품질에 민감하게

반영되고, 또 소자 제조공정에 영향을 준다.

• 아래에 Glass 기판에 요구되는 특성 및 품질과 그 현상에 대해 서술한다.

(1) 두께

현재 사용중인 Glass 는 1.1mm, 0.7mm 등이 주류를 이루고 있으며, 최근 통신기기용으로

0.5, 0.4mm 등이 사용되고 있다. 이러한 현상은 LCD 소자의 무게 및 부피(두께)에

직접적인 영향을 주기 때문에 계속적으로 더 얇은 Glass 를 사용하려는 경향에서 나타난다.

(2) 외형 크기

판 Glass 는 액정 Display 제조 Line 에 따라 각각 다른 size 의 Glass 를 사용하게 된다.

Cost Down 및 Notebook Computer 용의 LCD 를 만들면서 점차 큰 Size 의 기판이

사용되어 지고 있다.

(3) 표면 상태

Glass 의 표면 상태는 LCD Cell 의 특성에 큰 영향을 주는 Cell Gap 을 변화시킬 수 있기

때문에 매우 중요한 관리대상 중 하나이다. 특히 기판 size 가 커질수록 기판 전면에 걸친

표면상태의 균일성은 큰 문제로 대두된다. Glass 기판 표면의 요철은 다음의 3 가지

개념으로 나누어 생각할 수 있다.

a. 표면조도(Roughness)

표면 Roughness 는 1∼2mm 이하의 범위에서 반복되어 나타나는 요철을 말하는 것으로

막의 특성, 액정의 배향, Pattern Edge 의 끊김 등에 영향을 주는 Micro 한 요철이다.

b. 물결침(Waveness)

보통 5∼20mm 의 주기를 갖고 있으며, Cell Gap 변화로 얼룩이나 색차등의 불량을 유발할

가능성이 있다.

c. 휘어짐

보통 기판 내에 1∼2 개소 정도 나타나는 요철로 제조 공정중에서 Plate 에 기판이 잘

흡착되지 않는 등의 불량을 유발한다.

(4) 열적 특성

a. 내열성

Glass 기판이 견뎌내는 최고 온도는 일반적으로 왜점온도(점도 1014.5 에 해당)이다.

일반적으로 사용되는 Soda lime Glass 는 보통 TN 또는 STN 등의 제조 공정에 대해

충분한 내열성이 있다. TFT-LCD 와 같은 Active Matrix 를 사용하는 경우 막중에 Alkali 계의

불순물이 없어야 하기 때문에 무 Alkali Glass 를 사용한다.

b. 내열 충격성

Glass 는 제조상의 필요에 따라 높은 온도를 지나게 되는데 이때 갑작스러운 온도의 변화에

대해 Glass 가 어느 정도 견디는가 에 대한 내용이다.

c. 열 신축성

Glass 는 서서히 냉각한 것이라도 비평형 상태의 고점성 액체이고, 다시 가열 처리에 의해,

일반적으로 5-15 ㎛/100 ㎜ 정도 수축한다. AM LCD 의 경우 미세한 Pattern 을 수회

Overlap 하기 때문에, 단순 Matrix LCD 에 비해 수축 허용량이 매우작다.

d. 열 팽창율

Glass 의 열 팽창율은 Glass 위에 부착되는 여러 가지 막과의 접촉 상태 유지를 위해 잘

조절되어야 할 특성이다.

(5) 화학적 내구성

LCD 제조공정에는 염산, 불산 및 Alkali 성 등의 약품이 사용되기 때문에 이러한 약품에

대한 각 공정에서의 내구성을 사전에 확인해야 한다.

(6) Glass 표면의 청결도

LCD 는 제조 공정을 통해 여러가지 막이 형성되게 되는데 이때 기판 표면의 청결도는 막의

부착력 등에 크게 영향을 주게 된다. 따라서 기판 표면의 청결한 상태를 평가하기 위한

방법이 필요하다. 이러한 방법으로는 기판표면의 접촉각 측정, 호기상법등이 있다.

[2] ITO 기판

• LCD 는 기본적으로 액정이 담긴 두 개의 Glass 양단에 전압을 가하여 표시상태를

조절하는 소자이다.

• 따라서 Glass 의 표면에 빛을 차단하지 않는 도전 물질이 있어야 한다. 이러한

필요에 의해 사용되는 것이 투명전극이다.

• 액정 표시용 투명전극은 산화인듐(ITO : Indium Tin Oxide)막과 산화주석(SnO2)막

등이 있다.

• ITO 는 가장 우수한 도전성을 갖는 투명전극 재료로, 화학적 안정성과 열적

안정성을 갖고 있으며, 전극 Pattern 가공성이 좋기 때문에 Segment 표시, Dot

Matrix 표시를 불문하고 많은 액정표시의 투명전극으로 사용된다.

현재 액정용 ITO 막은 주로 Sputter 법으로 제조한다.

산화주석 막은 ITO 막보다 물리적 강도, 화학적 안정성이 우수하지만 도전율이 ITO 막보다

떨어지고, Photo lithograph 법에 의한 전극 가공에 난점이 있기 때문에 저저항을 필요로

하는 미세 pattern 의 투명전극으로서는 사용될 수 없다.

(1) ITO 투명 도전막의 요구 성능

• Pattern 형성에서의 Etching 잔유물이 없을 것.

• 미세한 Pattern 형성이 가능할 것.

• 기판, Resist 와의 접착성이 양호할 것.

• 저 저항일 것.

• 높은 투과성을 가질 것.

• 저항치, 투과율, Etching 속도의 면내 균일성이 높을 것.

• 막중에 Dust 나 결함이 없을 것.

• 제조 cost 가 낮을 것.

이러한 특성은 표시소자의 사용목적, 기능, 제조 Process 에 따라 중요도가 다르지만, 특히

저항, 투과율 Etching 특성, 열안정성은 중요한 특성이다.

(2) ITO 투명도전막의 전극 Pattern 형성

• 투명전극 Pattern 의 형성법은 Masking Resist 도포공정의 차이로 부터 Screen

인쇄법, Offset 인쇄법, Photo lithograph 법의 3 가지 방법이 있다.

• 앞의 2 가지는 비교적 거친 Segment 표시 전극을 저 Cost 로 만들기에 적합하다.

• Offset 인쇄법은 Screen 인쇄법 보다도 가는 전극 Pattern 을 저 Cost 로 만들 수

있는 방법이다.

• Photo lithograph 법은 Photoresist 를 이용해서 Segment 표시 외에 Dot

Matrix 표시와 같은 미세한 선폭의 Pattern 을 형성하는 Process 로서 가장 많이

채용되고 있다. 그러나 노광장치 등의 설비를 필요로 하기 때문에 높은 Cost 가

소모되는 단점이 있다.

[3] PHOTO RESIST

• Photo Resist 는 화상형성용의 사진식각(Photoetching)에 사용되는 감광성 고분자를

일컫는 것을 말한다.

• Micron 이나 Micron 이하의 미세형상 구현이 요구되는 재료이다

• 반도체, LCD, 인쇄 분야, 인쇄 회로기판분야 및 정밀 가공 금속 제품이나 유리

제품의 제조 등 산업 전반에 널리 이용된다.

• 반도체 또는 LCD 제조공정에서의 Photo Resist 는 빛에너지에 의해 분해 또는 가교

등이 일어나 그 용해 특성이 변화하는 물질

• Photo Resist 위에 원하는 Pattern 이 그려져 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있는

Mask 를 놓고 노광(Exposure)하면 빛을 받은 특정 부위만 화학적으로 변화하게

된다.

• 이를 용매(Developer)에 처리하면 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분만 녹아

결국 Mask 의 Pattern 이 Photo Resist 로 구현된다.

(1) Photo resist 의 분류

Photo resist 는 다양한 분류방법이 있으나 노광에 의해 생기는 용해 특성의 변화에 따라

Positive Type 과 Negative Type 으로 나눌 수 있다.

① Negative Photo Resist

• Negative Photo Resist 는 노광에 의해 가교, 광이량화 등의 반응으로 분자량이 크게

증가하면서 용해성이 떨어지고 열적 특성, 내화학성이 현저하게 좋아지기 때문에

Positive Photo Resist 보다 먼저 상업화되어 사용되었다.

• 현재에도 강한 부식액을 써야 하는 공정이나 집적도가 낮은 반도체 제조시에

이용되고 있으나, 현상(Development)시 Pattern 의 팽윤(Swelling)현상으로 해상력이

2∼3 ㎛ 정도에 불과하여 고집적도 반도체 공정에서는 이용되지 못하고 있다.

② Positive Photo Resist

• Positive Photo Resist 는 노광에 의해 분해, 분자쇄절단(Chain Scission)등이 일어나

용해성이 증가되는 종류이다.

• Negative 와는 달리 팽윤현상이 적으며 내 Etching 성도 뛰어나고 특히 해상력이

탁월하여 고집적도 반도체 제조공정에 주로 쓰이고 있다.

(2) Photo Resist 의 요구 특성.

① Photoproperties

a. Sensitivity

• Sensitivity(감도)는 Photoresist 가 빛에 대해 반응하는 민감성을 의미한다.

• 이것이 작은 Photoresist 는 분해를 위해 빛을 많이 요구하게 되며, 따라서

Photospeed 가 느려진다.

• 반면 Sensitivity 가 크게 되면 Speed 는 빨라지나 빛의 산란, 회절, 반사 등의

영향을 많이 받아 Pattern 모양이 나빠질 수 있으며, 노광기의 초점거리에 의한

Pattern 변화가 심한 단점이 있다.

b. Contrast

• Contrast 는 말 그대로 "대비"라는 뜻인데 여기서의 의미는 노광부와 비노광부의

Developer 에 대한 용해성의 차이라고 할 수 있다.

• 이 차이가 크면 클수록 Pattern 모양이 우수하고 공정 마진도 크다.

c. Photospeed

• Photospeed 는 정확히 말해 현상속도라고 할 수 있으며, 생산성에 영향을 줄 수

있는 인자이나, 너무 빠르면 공정 마진이 줄고 바이어스( CD bias : Mask Pattern

크기보다 형성된 Photoresist 의 Pattern 크기가 작은 정도.

• 즉, 1.0 ㎛의 Mask Pattern 을 구현하려 했을 때 0.85 ㎛의 Pattern 이 나왔다면,

이것은 0.15 ㎛의 Bias 가 생겼다고 말한다.)가 크게 나오게 되므로 공정 자체가

불안해 진다.

d. Resolution

• Resolution, 즉 해상력은 Photoresist 가 최적의 공정 조건에서 구현할 수 있는 최소

Pattern 크기를 말한다.

• 해상력이야말로 Photoresist 간의 수준차이를 명확히 보여주는 성질이다.

• Photoresist 의 해상력은 실제 Pattern 을 형성시켜 알아낼 수 있는데 보통 CD

linerity(Critical Dimension linearity ; Critical Dimension 이란 Mask 의 Pattern

형상으로 현상된 Photoreisist 의 실제 Pattern 크기를 의미하는 것으로 CD

linearity 는 Photoresist 현상 Pattern 이 Mask 의 각 Pattern 크기와 같은 정도를

표현하는 용어이다) Curve 를 그려 해상력을 함께 본다.

② Thermal Stability

• Photoresist 의 열적 성질은 그 해상력이나 광화학적 성질과는 크게 관계가 없지만

공정에 매우 중요한 성질이다.

• 형성된 Photoresist Pattern 은 Etching 이나 Ion Implantation 등의 공정에서

Masking 재로 사용되는데, 이때의 가혹한 조건을 견디게 하기 위해 Photoreist

Pattern 을 강화시켜 주어야 한다.

• 이때 흔히 사용되는 방법은 Development 공정 후의 Hard Bake 이다. 즉 열처리를

하는 셈이다. Photoresist 를 높은 열로 가열하면 Resin 끼리 가교 결합을 일으켜

분자량이 커지고 내화학성, 내열성 등이 좋아진다. 그러나 문제는 너무 높은

온도에서 처리하거나 Resin 의 열적성질이 약하면 Photoresist Pattern 이 미처

경화되기 전에 흘러 버린다는 것이다( Flowing ).

• Photoresist Pattern 이 흐르게 되면 기껏 맞추어 놓았던 CD 가 엉망이 되어 버리고

Pattern 모양도 둥그랗게 되어 정확한 Etching Pattern 을 얻을 수 없게 된다.

• 이와 같은 이유로 Photoresist 는 자체의 열적 특성이 좋아야 한다.

• 또, 다른 이유 중의 하나는 Etching 이나 Ion Implantation 등의 강한 공정 조건에서

쉽게 탄화되거나 분해해서는 안되기 때문이다.

③ Adhesion

• Photoresist 가 기판 위에서 단단하게 붙어있지 못하면 Etching 등의 후공정에서 큰

문제가 발생한다.

• Photoresist 가 적용되는 다양한 기판에 모두 좋은 접착력이 요구된다. 접착력은

Resin 과 관계가 있다.

• Resin 의 분자량이 클수록 또 그물형일수록 접착력은 좋아진다.

④ Etch Resistance

• 원하는 Pattern 을 만들고자 할 경우 현상 후 Etching 공정에서 작업이 이루어

지는데 이때 Photoresist 가 강한 Etching 조건을 잘 견디어 주어야 원하는 Etched

Pattern 을 얻을수 있다.

• 이 Etch Resistance 는 전술한 Photoresist 의 열적 성질, 접착력 그리고 공정

조건에 따라 좌우된다.

[4] 배향막

• 액정 Display 는 액정의 전기광학효과를 이용한 것이다.

• 이 전기광학효과는 액정 자체의 이방성과 액정의 분자 배열 상태에 의해

결정되어진다.

• 액정의 분자 배열에 대한 제어는 액정 Display 에서의 표시 품위 안정화에 큰

영향을 미치게 된다.

• 따라서, 액정 분자를 보다 효과적으로 배향시키기 위한 것이 배향막이다.

• 배향막은 크게 무기 배향막과 유기 배향막으로 나눌수 있다.

(1) 무기 배향막

• 금속(Au, Pt)이나 산화물(SiO, SiO2)등의 무기물질을 이용한 것을 무기 배향막이라고

한다.

• 무기 배향막의 대표적인 형성법은 사방증착법이며, 금속이나 산화물등의 무기물질을

기판에 대해 경사로 증착하는 방법으로, 증착물질은 SiO 가 일반적이다.

• 액정 분자의 배향 상태는 증착각, 증착속도, 진공도, 막두께 등의 증착조건이나

증착물질 및 액정물질에 따라 변화되어진다.

• 사방증착법에 의해 형성된 SiO 나 금속막은 높은 Pretilt 각이 가능하고 고온

열처리시에도 안정적인 특징을 가진 반면, 기판 대형화에 따른 양산성에 문제가

있다.

• 양산성이 우수한 배향 처리 방법으로 Rubbing 법이 있다. 이는 부드러운 천 등으로

기판 위 표면을 한 방향으로 문지르는 방법으로, SiO2 막이나 Polyimide 막 등에

사용된다.

(2) 유기 배향막

사방증착법으로 출발한 배향 제어기술은 표시 소자의 양산화와 함께, 액정에 대한

특성변화가 적고, LINE 생산에 적합한 유기 고분자에 의한 배향 제어기술로 발전했다.

• 즉, 회전도포법이나 인쇄도포법으로 기판상에 유기 고분자 박막을 형성하고

경화시킨 후, Rubbing 법으로 액정 분자의 배열 방향을 제어하는 방법이다.

• 따라서, 유기 고분자 화합물을 이용한 것을 유기 배향막이라고 하며, Polyimde 계

배향막이 대표적이다.

• Polyimde 는 다른 유기 고분자 화합물에 비해, 고온 처리에 잘 견디며, 도포성,

Rubbing 성, 화학적 안정성이 좋고, 특히 배향 규제력이 강해, 현재도 각종 액정

표시소자에 사용되고 있다.

a. Polyimide 계 배향막 재료의 구조

일반적으로 Polyimide 계 배향막은 산무수물과 Diamine 화합물을 용매중에서 반응시켜 얻는

Polyamic 산을 이용하여 기판 위에 도포하고 이를 가열, 경화시켜 Imide 화하여만든다

b. Polyimide 계 배향막 재료의 물성

• Polyimide 계 배향막 재료는 일반적으로 Polyamic 산 용액 상태로 이용되어 진다.

• 용매로서는 보통 N-Metyl-2-Pyroridone(NMP) 등의 Amide 계 극성 용매가

사용되고, 도포성을 개선시키기 위해 Butylcellusolve 등의 표면장력이 낮은 용매가

혼합되어 지기도 한다.

• 이로써 농도, 점도 등의 조정을 쉽게 할 수 있으며, 가열, 경화에 의해 안정된

Polyimide 배향막을 형성시킬 수 있다.

• Polyamic 산의 Imide 화 온도는 배향막 재료의 종류와 구조에 따라 달라지기 때문에

각각의 적정한 경화조건을 찾아야 한다.

• 또한 Polyimide 는 높은 절연 특성을 가져 액정과 투명 전극 사이를 절연시키는

역할도 하게 된다.

c. Polyimide 계 배향막 재료의 요구 성능

• 종래 소형 표시소자의 주류였던 90°TN Type 액정 표시소자에 대해서는 Pretilt 각이

1∼2°인 Polyimide 종류가 사용되었으나, 표시소자의 대형화, 표시 품위의 향상을

위해 비틀림 각을 크게 한 STN Type 이 주류를 이루고 있다.

• 이 경우에는 전압 인가시의 Domain 발생을 방지하기 위해 높은 Pretilt 각( 3∼8°)이

요구되어진다.

• 또한, 표시용량의 증대, 화면의 대형화에 대해 배향의 균일성과 안정성이

보장되어지는 배향막이 요구된다.

• 그리고 Color Filter 방식을 사용하는 Color 액정 Display 에서는 Color Filter 의

내열성 문제로 인해, 저온 경화형 배향막이 요구되어진다.

• 특히 TFT 구동 Type 은 저온 경화형에 더하여, 균일하게 높은 Contrast, 표시

품위를 가지는 배향막이 요구되어지고 있다.

[5] SPACER

Spacer 는 2 매의 대향된 Glass 기판 사이의 간격(cell gap)을 제어하여 액정층의 두께를

균일하게 유지하기 위하여 사용되는 재료이다.

이 액정층의 두께는 액정 Display 에서의 표시 특성, 예를 들어 응답속도, Contrast, 시야각,

색조 등과 밀접한 관계가 있기 때문에 정밀하고 균일하게 제어해야할 필요가 있다.

Spacer 는 크게 Glass Spacer 와 Plastic Spacer 로 나눌수 있다.

(1) Glass Spacer

• Glass Spacer 는 일반적으로 무알카리 Glass 를 방사하여 만들어진 Glass Fiber 를

길이 20∼120 ㎛ 정도의 막대모양으로 만든 것과 SiO2 를 주 성분으로하여 구

모양으로 만든 것이 있다.

• Glass Spacer 는 내열성, 내약품성이 좋고, 경도가 높아 하중에 의한 변형이 없으며,

소량의 사용으로도 효과가 높고, 액정과의 반응성이 낮은 특징을 가지고 있다.

• 초기 액정 Display 에서부터 현재에 이르기까지 사용되고 있으나, 요즘에는 주로

SEAL 재와 섞어 사용되어진다.

(2) Plastic Spacer

• Plastic Spacer 는 합성수지로 만들어진 것으로, 수지의 종류에 따라 열가소 Type 과

열경화 Type 이 있다.

• Plastic Spacer 는 Glass Spacer 와 비교하여, 경도가 낮고 하중에 의한 변형이

쉬우므로 통상 Glass Spacer 보다 산포 밀도를 높게하여 사용한다.

• 균일한 Cell Gap 유지성은 Glass Spacer 에 비해 불안정하지만, 온도변화에 따른

액정층의 체적변화에 기인하는 기포 발생등을 고려하면 Spacer 크기의 무변화는

바람직하지 않으며, 오히려 액정의 열팽창계수에 가까운 Plastic Spacer 를

사용함으로써, 고온에서는 Spacer 의 이동을 방지하고, 저온에서는 기포발생을

방지할 수 있게 된다.

• 문제점으로는 제조공정(특히 Sealing 조건과 Endseal 조건)이나 기판상의 산포밀도의

편차에 의한 Cell Gap 의 변화를 들 수 있다.

• 따라서, 이를 개선하기 위해 Plastic Spacer 의 입자 직경 분포를 정밀하게 관리해야

할 필요가 있다.

그 외 변형된 Spacer 로 Plastic Spacer 의 표면에 Ni 이나 Au 등을 Coating 하여 전류가

흐를 수 있도록 한 도전성 Spacer 나, Spacer 표면에 고착성 물질을 Coating 하여 액정

주입 후의 Spacer 이동을 방지하도록 한 고착성 Spacer 등이 있다.

[6] SEAL 재

2 매의 대향된 Glass 기판을 접착, 고정하여 액정이 담기는 틀을 만드는 재료가 Seal 재이다.

액정은 공기중에 방치되면 수분을 흡수하여 비저항이 낮아지거나 불순물이 생성되는 등

특성이 나빠지므로 외부에서 수분의 침투를 막을 수 있도록 기밀성이 좋은 Seal 재가

요구되어진다.

Seal 재는 크게 무기 Seal 재와 유기 Seal 재로 구분할 수 있다.

(1) 무기 Seal 재

• Glass Frit Seal 이 대표적인 무기 Seal 이다.

• 이는 Glass 기판과 동일한 재질을 사용한 Seal 재로써, 초기 액정 Display 에서

사용되었다.

• 초기 액정 Display 에서 액정 재료로 사용된 시프계 액정은 화학적으로 불안정하여

물을 흡수하면 가수분해를 일으키므로 이의 방지를 위해 기밀성이 좋은 Glass Frit

Seal 이 사용되었다.

• 이후, 액정 재료의 개량등에 의해 더 이상 사용되지 않고 유기 Seal 재로

대체되었다.

(2) 유기 Seal 재

• 유기 Seal 재로는 Epoxy 계 수지, Phenol 계 수지, Acryl 계 수지가 사용되고 있다.

• 수지 Seal 재에는 각각의 주제와 경화제를 혼합하여 사용하는 2 액성 Type 과

주제와 경화제가 합쳐져 있는 1 액성 Type 이 있다.

• 또한 경화시키는 방법에 따라, 열에 의해 경화되어지는 열경화형과 자외선에 의해

경화되어지는 자외선경화형 Seal 재가 있다.

(3) Seal 재의 요구 성능

• Seal 재는 액정 Display 에서의 높은 신뢰성 확보를 위해 강한 접착강도, 높은

결정화율, 양호한 인쇄성 등이 요구되어지고, 보다 정밀한 Cell Gap 제어를 위해

기판의 가압, 가열, 경화시의 퍼짐 정도가 균일할 것이 요구되어진다.

• 또한 Color Filter 방식을 사용하는 Color 액정 Display 에서는 Color Filter 의 내열성

문제로 인해, 경화 온도의 저온화와 경화시간의 단축화 등이 요구되어지고 있다.

[7] 액정

액정은 액체의 유체 특성과 고체의 광학 특성을 동시에 갖고 있는 물질로 분자 배열과

광학적 성질을 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.

• LCD 는 액정의 이와같은 특성을 이용하여 만든 Display 로써 빛의 투과율을

조절하여 정보를 화면으로 표시하는 장치이다. 액정은 구조에 따라 Smectic,

Cholesteric, Nematic 등의 세가지 상으로 나눌 수 있다.

• 이중 Nematic 상의 액정이 주로 LCD 에 사용되어 진다. 그림 2 에 액정의 온도에

따른 분자 배열 상태를 나타내었다.

그림 2. 액정의 온도에 따른 분자 배열상

그림 3. 액정 분자의 구조와 성질

• 액정 분자는 벤젠고리(Benzene Ring)를 가지는 Central Grup 과 알킬기(Alkyl 기)를

가지는 Terminal Grup 으로 이루어져 있으며,

• 그림 2 과 같이 분자들이 어느 한 방향으로 배열되어 있다. 이와같은 분자배열의

방향을 방향자라 한다.

• 액정 분자는 그림 3 과 같이 막대 모양의 구조(봉상구조)를 가지며, 일반적으로

전기적, 자기적, 광학적 이방성이 있는데, 이와같은 이방성은 방향자에 평행한

방향과 수직한 방향에서의 물성이 다른데 기인한다.(그림 3 참조)

• 또한, 액정은 액체와 같은 유동성이 있기 때문에 전압을 인가해서 방향자를 쉽게

회전 시킬수 있다.

• 액정 분자는 전기장에 의해 유도된 분극과 전기장과의 결합으로 인가된 전압 방향,

또는 수직한 방향으로 회전시킨다.

• 그림 4 에 전기장에 의한 액정 분자의 회전효과를 나타내었다.

그림 4. 전기장에 의한 액정 분자의 회전효과

액정 분자의 이방성을 전기적으로 쉽게 다룰수 있다는 것이 액정의 큰 장점이다.

이와 같은 특성을 이용해서 액정을 Display 로 사용한다.

[8] 편광판

편광이란 빛의 진행방향에 수직인 모든 방향의 빛 가운데 특정 방향으로 강하게 진동하고

있는 빛을 말한다.

• 편광판은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광을 한쪽 방향으로만 진동하는

빛(즉 편광)이 되도록 하는 기능을 가지고 있다.

• LCD 는 액정의 복굴절을 이용하므로 액정 분자에 입사되는 빛의 진동 방향을

조절한다는 것은 매우 중요한 것이다.

• 이런 편광판의 기능은 Poly Vinyl Alcohol(PVA)의 Film 을 연신시켜, 요오드(I2)와

이색성 염료의 용액에 담구어, 요오드 분자(I2)와 염료 분자를 연신 방향으로

나란하게 배열시킴으로써 얻어진다.(이것을 편광자라 부른다)

• 요오드분자(I2)와 염료 분자는 이색성을 보이기 때문에 연신방향으로 진동하는 빛은

흡수하고, 수직한 방향으로 진동하는 빛은 투과하는 기능을 가진다.

• 현재 LCD 용으로 사용되어지는 편광판에는, PVA-요오드계 편광판과 PVA-염료계

편광판으로 나눌 수 있다.

• PVA-요오드계 편광판은 PVA 연신 Film 에 요오드를 염색시킨 것으로, 편광 특성이

우수하여 LCD 의 Contrast 특성을 향상시킬 수 있다. 그러나 내열성이 나쁘다.

• 한편, PVA-염료계는 PVA 연신 Film 에 이색성 염료를 염색시킨 것으로, 편광

특성은 떨어지지만 내습성이 우수하여 내구성이 필요한 차재용등의 LCD 에

사용되어지고 있다.

• 또한, PVA-염료계 편광판은 염료를 선택함으로써 Color 편광판을 만들 수 있다.

그림 5. 편광판의 기능

• LCD 에 사용되는 편광판의 기본적인 중요 요소로는, 높은 편광기능을 발휘함과

동시에 외관특성, 내구성이 우수하고, 부품으로서 가공하기 쉽고, 사용하기 쉬운 것

등을 들 수 있다.

• 그러나 편광자는 그 자체가 투과축의 방향에 대한 기계적 강도가 약하고, 열이나

수분에 의해 수축하거나, 편광기능이 떨어지기 때문에, 실용적인 편광자로서 사용할

수 없다.

• 이러한 결점을 보완하기 위하여 초산 Cellulose Film 등의 지지체(보호층)사이에

끼워서 점착제로 고정시킨 구조로 되어있다.

• 이 지지체는 내습내열성의 향상, 기계적 강도 부여 외에 액정에 유해한 자외선을

흡수하는 기능도 가지고 있다. 그림 6 에 편광판의 구조를 나타내었다.

그림 6. 편광판의 구조

• 또한, 흑백표시를 위한 D-STN(Double Layer STN) LCD 에 대응, 보다 박형경량을

목적으로 위상차판이라고 불리우는 광학보상 Film 이 사용되고 있다.

• 즉, 위상차판이 STN LCD 의 착색을 해소시켜 흑백표시가 가능하게 하였으며,

이러한 LCD 를 FSTN(Film STN)라 불리운다.

• 위상차판은, 고분자 Film 을 일축연신시켜 만들어지며, 특정의 위상차를 가진다.

• 이 위상차판은 일반적으로 편광판과 일체형으로 사용되어지며, 이러한 편광판을

타원편광판이라고 불린다.

• 이것은 타원편광판을 투과한 빛이 위상차판에 의해 복굴절되어 타원편광이 되기

때문이다. 그림 7 에 타원편광판의 구조를 나타내었다.

그림 3.타원편광판의 구조