JP4468864B2 - 液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は液晶表示装置に係り、特にマルチドメイン構造の液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法に関する。
一般的に、画像情報を画面に示すディスプレー装置のうちからブラウン管表示装置がいままで最も多く使われてきたが、これは表示面積に比べて体積が大きくて重いために使うのに多くの不便さがあった。
そして、今日には電子産業の発達と共にＴＶブラウン管などに制限的に使われてきたディスプレー装置が個人用コンピューター、ノート・パンコン、無線端末機、自動車計器板、電光板などにまで拡大使用されて、情報通信技術の発達と共に大容量の画像情報を伝送することができるようになるにつれてこれを処理して具現することができる次世代ディスプレー装置の重要性が大きくなっている。
このような次世代ディスプレー装置は軽薄短小、高輝度、大画面、低消費電力及び低価格化を実現できなければならないが、そのうち一つで最近に液晶表示装置が注目を集めている。
前記液晶表示装置は解像度が他の平板表示装置より優れていて、動画像を具現する時その品質がブラウン管に匹敵する程応答速度が速い特性を示している。
前記液晶表示装置は高輝度、高コントラスト、低消費電力性等が優秀な特性を有しており、デスクトップコンピュータモニター、ノート・パンコンコンピュータモニター、ＴＶ受像機、車両搭載用ＴＶ受像機、ナビゲーションなど広範囲な分野で活用されている。
現在主に使われている液晶表示装置としてはツイストネマティック（ＴＮ）モードの液晶表示装置を挙げることができる。
前記ＴＮモードの液晶表示装置は、上、下基板及び前記上、下基板間に形成された液晶層を含んで構成され、通常的に前記液晶層と接する前記基板の面に配向処理をして液晶層を構成する液晶分子は下部での方向子と上部での方向子が直角を形成するようになる。
ここで、前記ＴＮモードの液晶表示装置は電界を印加しない状態では両基板間に充填されている液晶分子が基板に平行して一定なピッチを有して螺旋状でねじれていて液晶分子の長軸方向が連続的にねじられた構造を有する。
最近ではマルチメディア時代に対応してこのような液晶表示装置もさらに高い性能が要求されており、このような背景の下にいくつの広視野角技術が既に報告されているがこれらは開口率の低下による消費電力の増加、表示品位の低下、生産プロセスへの影響等の反作用が隋伴された。
特に、広視野角を確保するための技術で液晶分子の配向に注目して一画素セル内に異なる構造の領域を有するマルチドメイン技術が提示されている。
ここで、配向方向が同じ液晶分子のグループが存在する領域をドメインといえば、マルチドメインの液晶表示装置では一つの画素セル内に複数の液晶分子グループが相異なる方向に配向されていると言える。
このように、一つの画素セルに複数のドメインが存在する場合、各ドメインの液晶の配向が相異なるので視野角を向上させることができるようになる。
特に、液晶分子が一定な方向に均一に配向されることができるように配向膜を処理してくれるラビング工程は液晶ディスプレーの正常的な駆動と画面の均一なディスプレー特性を決定する重要な要素でこれに対する多くの研究が進められてきた。
ここで、従来マルチドメイン構造の配向膜形成過程に対して図１を参考にしてさらに詳細に説明すると次のようである。
マルチドメイン構造の配向膜の形成は高分子薄膜を塗布して配向膜を分割して相異なる方向で配向させる工程で構成される。
前記配向膜には一般的にポリイミド系列の有機物質が主に使われて、前記配向膜を配向させる方法としては主にラビング方法が利用されている。
このようなラビング方法は先に基板上にポリイミド系列の有機物質を塗布して、６０〜８０℃程度の温度で溶剤を飛ばして整列させた後、８０〜２００℃程度の温度で硬化させてポリイミド配向膜を形成する。その次にベルベットなどを巻いたラビング布を利用して前記配向膜を一定な方向にこすってくれることによって配向方向を形成させることである。
図１Ａないし図１Ｅは従来マルチドメイン構造の配向膜形成過程を示す図面であって、まず、図１Ａに示したように、基板１０１上に有機膜を塗布した後、図面上右側にラビングして右側方向の配向方向を有する第１配向膜１０３を形成する。
そして、図１Ｂに示したように、第１配向膜１０３上にポジティブ感光性樹脂膜１０５を塗布する。
次に、図１Ｃに示したように、マスクで前記感光性樹脂膜１０５を遮断して光を照射した後現像液で前記感光性樹脂膜１０５をフォトエッチングして所定のパターンを形成する。
続いて、図１Ｄに示したように、図面上左側にラビングして左側方向の配向方向を有するようにする。
最終的に、図１Ｅに示したように、感光性樹脂膜１０５を除去してマルチドメイン構造の配向膜を形成する。
しかし、このようなラビング方法によってマルチドメイン構造の配向膜を形成する方法はフォトエッチング工程を実施することによって工程が複雑になるだけでなく写真エッチング工程時用いた現像液、エッチング液などにより配向膜が損傷を受けるようになって不安定な特性を見せる問題点がある。
また、先にラビングされてマスクにより遮られた配向膜は前記マスクにより損傷を受けることができて配向特性を低下させて画質が悪くなる問題点がある。
本発明は液晶表示装置でラビング方向に対して水平、垂直に配列される配向膜を利用して一回のラビングでマルチドメインを具現して視野角を向上させる液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法を提供することにその目的がある。
前記目的を達成するために本発明による液晶表示装置用アレイ基板は、基板上に形成された複数のゲート配線と；前記ゲート配線と交差して複数の画素領域を定義する複数のデータ配線と；前記両配線の交差地点に構成された薄膜トランジスタと；前記薄膜トランジスタのドレイン電極と電気的に連結されて、前記画素領域内に形成される画素電極と；前記画素電極を含む画素領域上に相異なる配向特性を有する配向物質が塗布されて、マルチドメイン領域に形成される複数の配向膜を含んで構成されることを特徴とする。
また、本発明の実施形態による液晶表示装置用アレイ基板製造方法は、基板上に第１配向物質を塗布して第１配向膜を形成する段階と；前記第１配向膜が形成された基板上にフォトレジストパターンを形成する段階と；前記第１配向膜及びフォトレジストパターンが形成された基板上に第２配向物質を塗布して第２配向膜を形成する段階と；前記フォトレジストパターンを除去して前記フォトレジストパターン上に形成された第２配向膜をリフトオフする段階と；前記基板上に形成された第１及び第２配向膜を所定の方向にラビングする段階を含んで構成されることを特徴とする。
このような本発明は液晶表示装置において、相異なる配向特性を有する多種の配向物質を利用して一回のラビング工程で単一画素に２ドメイン以上を定義することができるので工程時間を短縮して収率を向上させることができる効果がある。
また、本発明は一画素にマルチドメインを形成することができて視野角を改善させて画質を向上させる効果がある。
以下、添付した図面を参照にして本発明の具体的な実施形態に対して詳細に説明する。
図２は本発明による液晶表示装置用アレイ基板の一画素に対する断面図である。
図２に示したように、前記基板２００上にゲート電極２２３とゲート配線２２５を形成する。
この時、前記ゲート電極２２３とゲート配線２２５はアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ ａｌｌｏｙ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）のうちから選択された一つを用いた単一膜または２種金属を積層した二重膜で形成する。
続いて、前記ゲート配線２２５及びゲート電極２２３が形成された基板２００の全面にゲート絶縁膜２２９を形成する。
そして、前記ゲート電極２２３上部のゲート絶縁膜２２９上にアクティブ層２３６とオーミックコンタクト層２３７を形成する。
そして、前記オーミックコンタクト層２３７と接触するソース電極２４１及びドレイン電極２４３と、前記ソース電極２４１と連結されるデータ配線（図示せず）を形成する。
前記ソース電極２４１とドレイン電極２４３は離隔して形成し、前記離隔された間に露出したオーミックコンタクト層２３７を除去してアクティブ層２３６を露出する。
前記ソース電極２４１とドレイン電極２４３はアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ ａｌｌｏｙ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）を含む導電性金属グループのうちから選択された一つを蒸着した後パターニングして形成する。
次に、前記ソース電極２４１及びドレイン電極２４３などが形成された基板２００の全面に保護膜２５１を形成する。
前記保護膜２５１は窒化シリコーンと酸化シリコーンを含む無機絶縁物質のうちから選択された一つを蒸着したり、場合によってはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）とアクリル系樹脂を含んだ有機絶縁物質グループのうちから選択される一つを用いる。
続いて、前記保護膜２５１をパターニングして前記ドレイン電極２４３の一部を露出するドレインコンタクトホールを形成する。
前記保護膜２５１が形成された基板２００の全面にＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）とＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）を含む透明導電性金属グループのうちから選択された一つを蒸着して、前記ドレイン電極２４３と接触する透明画素電極２６１を形成する。
次に、前記透明画素電極２６１が形成された基板２００の全面に配向物質を塗布して配向膜２６３を形成する。
この時、前記配向膜２６３は複数のＡ領域とＢ領域で定義される。
前記Ａ領域とＢ領域はそれぞれ単一画素の１／２領域に該当して２ドメインを形成する。しかし、本発明はこれに限られないし、前記配向膜２６３を多様な方法で分割して２以上の複数の領域で定義することができる。
この時、前記配向膜２６３のＡ領域とＢ領域はそれぞれ他の配向特性を有する配向物質からなる。
例えば、前記Ａ領域の配向膜２６３はラビング方向に対して水平な方向に配列される配向物質からなっており、前記Ｂ領域の配向膜２６３はラビング方向に対して垂直方向で配列される配向物質からなる。
これで、前記Ａ領域とＢ領域で構成される配向膜２６３は一つの方向へのラビングに対して相異なる配向特性を有するように形成される。
図３Ａないし図３Ｄは本発明による一実施形態で、マルチドメイン構造の配向膜を形成するための方法を示す工程断面図であって、図４は本発明による液晶セルのラビング方向と配向方向を示す図面である。
図３を介して本発明の実施形態による配向膜形成方法を説明すると、先に図３Ａに示したように、基板３００全面に第１配向膜３１０ａを形成する。
この時、前記第１配向膜３１０ａを塗布する方法としては転写法、バーコーティング法、スピン法などがある。
そして、図３Ｂに示したように、第１配向膜３１０ａ上にポジティブ感光性樹脂膜を塗布して、前記感光性樹脂膜上部でフォトマスクで前記感光性樹脂膜の一部を遮断して光を照射して光硬化させた後、現像液で前記感光性樹脂膜をフォトエッチングして所定の感光性樹脂膜パターン３３０を形成する。
そして、前記感光性樹脂膜パターン３３０をマスクにして前記第１配向膜３１０ａのＡ領域を残して露出した部分であるＢ領域を除去する。
ここで、前記Ａ領域とＢ領域は単一画素Ｐの１／２領域に該当する。
そして、図３Ｃに示したように、前記第１配向膜３１０ａが形成された感光性樹脂膜パターン３１０ａ上に第２配向膜３１０ｂを形成する。
そうすれば、前記第２配向膜３１０ｂはＡ領域に形成されている感光性樹脂膜パターン３３０上及びＢ領域の基板３００上に形成される。
したがって、前記感光性樹脂膜パターン３３０を除去すればＡ領域に形成されている第２配向膜３１０ｂ物質がリフトオフされて除去されて相異なる特性を有する物質である第１、２配向膜３１０ａ、３１０ｂが基板３００上に形成される。
ここで、前記第１配向膜３１０ａはラビング方向に対して水平に配列される物質からなっており、前記第２配向膜３１０ｂはラビング方向に対して垂直に配列される物質からなることを特徴とする。
最終的に、図３Ｄに示したように、一画素Ｐに２ドメインで第１、２配向膜３１０ａ、３１０ｂが形成された基板３００にキュアリングした後、一方向にラビング処理すれば、図４に示したように、前記第１配向膜３１０ａはラビング方向に対して水平に配列される配向方向を有して第２配向膜３１０ｂはラビング方向に対して垂直に配列される配向方向を有するようになる。
前述したように順次的な工程を介して一画素Ｐに２ドメインを定義することができるようになる。
したがって、このようなマルチドメイン液晶表示装置で一画素セル内にそれぞれ他の方向に配向されている複数の液晶分子グループが存在してマルチドメインを形成するようになっており、このように各ドメインの液晶の配向が相異なるので視野角を向上させることができる。
図５は本発明による他の実施形態で、２種の配向物質を利用して形成したマルチドメインの配向膜を概略的に見せてくれる図面である。
図５に示したように、ラビング方向に対して水平に配列される第１配向物質とラビング方向に対して垂直に配列される第２配向物質を利用してマルチドメインを形成する。
前記第１配向物質としてはポリイミドなどがあって、前記第２配向物質はポリスチレンなどがある。
図５の（ａ）及び（ｂ）に示したように、一つの画素Ｐに上、下に分けられて相異なる配向特性を有する配向物質が形成されて一回のラビングで２ドメインが定義される。
また、図５の（ｃ）及び（ｄ）に示したように、一つの画素Ｐに左、右に分けられて相異なる配向特性を有する配向物質が形成されて一回のラビングで２ドメインが定義される。
図５の（ｅ）及び（ｆ）に示したように、隣接する画素Ｐが相異なる配向特性を有する配向物質で配向膜を形成しており、相異なる配向方向を有するようにしてマルチドメインを形成することもできる。
以上前述したように、本発明を具体的な実施形態を介して詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのことであって、本発明による液晶表示装置用アレイ基板及び製造方法はこれに限られないし、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者によりその変形や改良が可能なことが明白である。
従来マルチドメイン構造の配向膜形成過程を示す図面。 従来マルチドメイン構造の配向膜形成過程を示す図面。 従来マルチドメイン構造の配向膜形成過程を示す図面。 従来マルチドメイン構造の配向膜形成過程を示す図面。 従来マルチドメイン構造の配向膜形成過程を示す図面。 本発明による液晶表示装置用アレイ基板の一画素を断面して示す概略的な図面。 本発明による一実施形態で、マルチドメイン構造の配向膜を形成するための方法を示す順序図。 本発明による一実施形態で、マルチドメイン構造の配向膜を形成するための方法を示す順序図。 本発明による一実施形態で、マルチドメイン構造の配向膜を形成するための方法を示す順序図。 本発明による一実施形態で、マルチドメイン構造の配向膜を形成するための方法を示す順序図。 本発明による液晶セルのラビング方向と配向方向を示す図面。 本発明による実施形態で、２種の配向物質を利用して形成したマルチドメインの配向膜を概略的に示す図面。
符号の説明
２００、３００：基板
２２３：ゲート電極
２２５：ゲート配線
２２９：ゲート絶縁膜
２３６：アクティブ層
２３７：オーミックコンタクト層
２４１：ソース電極
２４３：ドレイン電極
２５１：保護膜
２６１：画素電極
２６３：配向膜
３１０ａ：第１配向膜
３１０ｂ：第２配向膜
３３０：感光性樹脂膜パターン

Claims (6)

  1. 基板上に第１配向物質を塗布して第１配向膜を形成する段階と；
    前記第１配向膜が形成された基板上にフォトレジストパターンを形成する段階と；
    前記第１配向膜及びフォトレジストパターンが形成された基板上に第２配向物質を塗布して第２配向膜を形成する段階と；
    前記フォトレジストパターンを除去して前記フォトレジストパターン上に形成された第２配向膜をリフトオフする段階と；
    前記基板上に形成された第１及び第２配向膜を所定の方向にラビングする段階を含んで構成されることを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  2. 前記フォトレジストパターンが形成された後、露出した第１配向膜を除去する段階がさらに含まれることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用アレイ基板製造方法。
  3. 前記第１配向物質と第２配向物質は相異なる配向特性を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  4. 前記第１及び第２配向膜は前記第１及び第２配向物質の塗布により相異なる配向方向を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用アレイ基板製造方法。
  5. 前記第１配向膜の配向方向は前記ラビング方向に対して水平に配列されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用アレイ基板製造方法。
  6. 前記第２配向膜の配向方向は前記ラビング方向に対して垂直に配列されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用アレイ基板製造方法。
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