KR0147018B1 - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시소자 및 그 제조방법

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KR0147018B1 KR1019940001460A KR19940001460A KR0147018B1 KR 0147018 B1 KR0147018 B1 KR 0147018B1 KR 1019940001460 A KR1019940001460 A KR 1019940001460A KR 19940001460 A KR19940001460 A KR 19940001460A KR 0147018 B1 KR0147018 B1 KR 0147018B1
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Abstract

본 발명은 액정표시소자(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 배향재로 서로 다른 경도와 서로 다른 초기 배향각을 가지는 2종류 이상의 재료를 선택하여 액정표시소자 내의 화소부분(개구부)(26)과 금속배선부간, 또는 화소부분(개구부) 일부와 나머지 화소부 일부를 포함한 금속배선부간의 배향처리를 서로 다르게 하므로써(예컨대 스위칭소자가 형성된 부위는 단층 배향막으로 코팅처리하고, 화소부의 일부는 서로 다른 특성을 가지는 복수의 배향막으로 코팅처리하는 방법) 금속배선부로 부터 화소부에 미치는 전기력선의 영향을 감소시킬 수 있고, 1회의 배향막 분할 코팅과 2회의 배향처리공정을 이용한 3단계 공정을 채용하여 공정 단순화를 꾀할 수 있게 된다. 또한 금속배선부와 화소부간의 단차에 따른 배향불균일문제를 해결할 수 있으며, 동시에 광투과량이 온-오프비를 최대로 제어할 수 있고, 시야각 불량 현상등을 제거할 수 있는 고신뢰성의 액정표시소자를 실현할 수 있게 된다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법
제1도는 종래 액정표시소자의 제1 배향처리법을 도시한 측면도.
제2도는 종래 액정표시소자의 제2 배향처리법을 도시한 측면도.
제3도는 종래 액정표시소자의 제3 배향처리법을 도시한 측면도.
제4a도 및 제4b도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 배향처리법을 도시한 것으로, 제4A도는 금속 배선부의 배향막과 화소부의 배향막이 서로 다르게 적용된 상태를 도시한 측면도, 제4B도는 금속 배선부의 배향막과 화소부의 배향막이 서로 다르게 적용된 상태의 패널을 도시한 평면도이다.
본 발명은 액정표시소자(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 소자 제조시 이용되는 액정층의 배향방향 유도방법에 관한 것이다.
화상정보시대에 있어서, 정보전달의 최대 담당자인 표시장치에 많은 기대가 모아지고 있으며 이로인해 지금까지의 음극선관을 대신한 각종 평면 표시장치가 개발되어 급속히 보급되고 있다.
그중에서도 액정표시소자는 극도로 경량으로 박형, 저가 저소비 전력구동으로 집적회로와의 정합성이 좋은 등의 특징을 가져 랩 톱 컴퓨터나 포켓 컴퓨터의 표시외에 차량 적재용, 칼라TV 화상용으로서 그 용도를 확대하고 있다.
이러한 액정표시소자는 도전성 판재 2매를 평행하게 배치하고 그 사이에 액정을 주입하여 전기 광학적 효과로 문자, 숫자, 기타 임의의 도안을 표시하도록 되어 있다.
상기 공정으로 제조된 액정표시소자는 유전 이방성을 갖는 물질이 전계상에 놓일 때 배향되는 성질을 이용하여 화상표시를 하게 한 것으로서, 투명전극과 배향막이 적층된 상하부 유리기판의 주위를 밀봉재로 둘러쌓아 만들어진 액정셀에 콜레스테릭 또는 네마틱 액정을 주입한 구조로 되어 있다.
상하부 유리기판 상에 형성된 투명전극으로 전압이 인가되어 그 사이로 전계가 형성될 때, 내부에 수용되어 있는 액정은 유전 이방성에 의해 배향막이 선정한 방향으로 뒤틀려서 외부로부터 입사된 빛을 분자축 방향으로 굴절시키게 된다. 그 결과, 액정의 디스플레이 영역에서 뒤틀린 액정이 존재하는 부분은 그렇지 않은 부분과 광투과율의 차이를 나타내게 되어 화상표시를 가능케 한다.
상술한 사항을 기초로 하여 상기 액정표시소자의 액정층 배향을 유도하는 방법을 제1도를 참조하여 간략하게 설명하면 아래와 같다.
먼저, 폴리이미드(polyimide;이하 PI라 한다)등의 배향 코팅제를 투명전극(14)이 적층된 TFT 기판(10)과, 이와 대향되고 광차단막(16) 및 색 필터층(17) 상에 투명전극(14)이 적층되어 있는 칼라필터 기판(12) 위에 롤 프린트(roll print)나 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용하여 수백 Å의 두께로 박막 코팅한다. 그후 소정온도로 열처리하여 코팅되어 있는 배향막(18)을 배향처리를 위해 경화시킨다. 이때 배향코팅되어 일정한 경도를 유지하고 있는 LCD 기판(10), (12)위의 배향막(18), (18′)은 레이온계의 균일한 천을 이용하여 서로 같은 초기 배향각(Ψ1)을 가지고 특정방향으로 배향처리되어 있다. 이것은 O/A용 및 일반 TV용등 액정표시소자 각각에 대하여 적정한 방향의 시야각을 얻기 위하여 액정표시소자 내의 액정을 구동시키기 위한 TFT기판(10)과 이와 대향되는 칼라필터 기판(12)의 배향처리 방향이 각각 특정방향을 갖게 됨을 뜻한다.
그러나 이와 같은 일반적인 방법을 이용하여 TFT LCD에 전압을 인가하였을 경우는, 1) 스위칭소자와 화소부간의 단차에 의하여 또는 금속배선과 화소부간의 단차에 의하여 상기 도면에 제시한 바와 같이 배향처리의 균일성을 얻을 수 없게 되며, 2) 특정방향만의 시야각만을 고려하였으므로 그 이외의 방향에 대한 시야각은 요구되는 특정방향이 시야각보다 상당부분 감소되는 단점이 발생하게 된다. 3) 또한, TFT TN 모드(mode)의 경우 액정의 초기 배향각도가 낮은 특성을 보이는 배향막을 이용하는것이 일반적이어서 이경우는 상기 1)에서 제시된 배향처리의 불균일성은 더욱 증대하게 된다.
따라서, 개구율의 감소를 감수하고서라도 칼라필터 기판(12) 혹은 스위칭소자가 박막화된 TFT 기판(10) 위에 형성되는 광차단막(16)을 이용하여 차폐시켜 주는 방법을 채용하고는 있으나, 상기 방법은 편광프리즘(polarizer)과 분광기(analyzer)를 평행하게 적용하지 않을 경우 표시소자의 중요한 특성인 광투과율 감소를 수반하게 되어 결국 광투과량의 온-오프(on-off0비가 감소하게 되는 결과를 초래하게 된다.
위에서 제시된 문제점 2)의 대응방안으로 ⅰ)Y.Koike, T.Kamada, K.Okamoto, M.Ohashi, I.Tomita, M.Okabe 등은 알카리 성장 공정(alkaline development process)을 이용하여 도메인 분할(domain devided) TN을 제안하였는데 상기 장치는 SID 92 다이제스트, p798, 1992에 공지된 기술로서 제2도에 도시되어 있다. 상기 기술은 양 기판(10), (12)에 저배향 각도를 갖는 제1배향막(22)과 고배향 각도를 갖는 제2배향막(24)를 연속적으로 코팅한 후 사진식각공정으로 제2배향막(24)의 일부를 제거한 후 1방향 러빙하는 방법이다. 그 결과 상기 도면상에서 제2배향막(24)이 남아있는 부분은 고배향 각도(high pretilt angle)를 가지게 되고, 그렇지 않은 부분은 저배향 각도(low pretilt angle)를 가지게 된다. 이러한 종래기술에 따르면 상하기판에 대해 각각 1회의 사진식각공정과 1회의 러빙공정이 요구되므로 결과적으로 2회의 사진식각공정과 2회의 러빙공정이 필요하다.
문제점 2)의 다른 대응방안으로 ⅱ)K.Takatori, K.Sumiyoshi, Y.Hirai, S.Kaneko 등은 1회의 사진식각공정으로 코팅한 후 3회의 러빙공정을 채용한 방법을 제안하였는데 상기 방법에 의한 장치는 Japan 디스플레이 92, p591 1992에 공지된 기술로서 제3도에 도시되어 있다. 상기 방법은 한쪽 기판(10)은 고배향 각도를 가지는 배향막(24)을 사용하여 2개의 도메인으로 나뉘도록 배향처리되며, 상기 기판과 대향되는 다른쪽 기판(12)은 저배향 각도를 가지는 배향막(22)을 사용하여 1방향으로 배향처리되도록 한 것이다. 상기 방법을 적용한 경우 시야각(view angle) 및 대조비(contrast ratio) 측면에서 광학적 특성이 개선되는 장점을 지닌다.
그러나, 대응방안으로 제시된 상기의 두가지 방법은 표시패널 제조시 ⅰ)의 경우 2회의 사진식각공정으로 코팅한 후 2회의 러빙공정으로 1방향 러빙하는 4단계의 공정을 거치게 되며, ⅱ) 경우 역시 1회의 사진식각공정으로 코팅한 후 3회의 러빙공정을 채용하여 4단계의 공정을 거치게 되므로 배향처리 공정이 복잡하여 효율적이지 못하다는 단점을 가지게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 1)1회의 배향막분할 코팅과 2회의 배향처리공정을 이용한 3단계 공정을 채용하여 공정의 단순화를 꾀하고, 2)TFT소자와 화소부분에 서로 다른 각각의 배향막재를 적용하여 배향불균일 현상 및 시야각 불량과 같은 현상을 개선할 수 있는 액정표시소자 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법은 공통전극 및 TFT 화소전극이 형성된 상/하부기판이 조합되고 그 사이에 액정이 주입되어 상기한 전극에 인가되는 전압유무에 따라 트위스트 하는 것에 의해 소정 패턴이 나타나는 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 상기 스위칭소자가 박막화 되어 있는 하부기판의 배향막 코팅을 단일막 코팅이 아닌 복수의 배향막을 적용하여 배향처리하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
제4a도 내지 제4b도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 배향처리법을 도시한 것으로, 제4a도는 금속배선부의 배향막과 화소부의 배향막이 서로 다르게 적용된 상태를 도시한 측면도를, 제4b도는 그 평면도를 나타낸다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 먼저 제1도에 도시되 액정표시소자의 배향처리법에 대해 간략하게 설명한다. 상기 도면에서 알 수 있듯이 금속배선부와 화소부간의 사이에는 박막화되어 있는 높이에서 차이가 있으며, 그 결과 금속배선부와 화소부사이에 서로 작용하는 측면전기장(lateral field)이 달라져 금속배선 인접부위에는 액정방향방향이 교란현상이 발생하게 된다.
반면, 본 발명에서는 액정분자의 배향처리를 위하여 코팅되는 배향재로 2종류 이상의 서로 다른 경도와 서로 다른 초기 배향각을 가지는 재료를 선택하여 액정표시소자내의 화소부분(개구부)(26)과 금속배선부간, 또는 화소부분(개구부) 일부와 나머지 화소부 일부를 포함한 금속배선부간의 배향처리를 서로 달게 하므로써 금속배선부로부터 화소부에 미치는 전기전력의 영향을 감소시키고, 금속배선부와 화소부간의 단차에 따른 배향불균일 문제를 해소하며, 동시에 화소부(26)의 초기 배향각이 낮은 배향막재를 사용하여 광투과량의 온-오프(on-off)비를 최대로 하면서 시야각을 확장하도록 하였다.
이에따른 상기 소자의 제조방법은 제4a도 및 제4b도에 도시된 도면을 이용하여 설명한다. 먼저, 스위칭소자가 박막화되어 있는 기판(10)에 초기배향각(Ψ2)이 3~10도인 폴리머타입(polymer type) 배향막재를 롤 코팅(roll coating)이나 스핀 코팅(spin coating)방법을 이용하여 박막 코팅한다. 이어서 상기 폴리머타입 배향막재를 적정한 소성온도로 열처리하여 100~1500Å의 두께를 가지는 1차배향막(28)을 형성한다.
그후 위와 같은 방법으로 초기배향각(Ψ1)이 1~5도인 폴리머티입 배향막재를 100~1500Å의 두께를 가지도록 2차배향막(30)을 형성한다.
그다음 상기 2차배향막(30)상에 감광성 수지를 1~4㎛로 도포하고, 사진식각공정을 실시하여 단위 화소부(26)의 일정영역만을 패터닝한다. 즉 금속배선부에는 제1차 배향막(28)이 코팅되고, 화소부의 일정영역에는 1차배향막(28) 상층부에 제2차 배향막(30)이 코팅되어 있도록 식각공정을 진행한다.
다음 기판 전면에 코팅되어 있는 제1차배향막(28) 및 제2차배향막(30)의 배향막재에 대하여 배향처리한다. 여기서 부재번호 32는 배향처리 방향을 나타낸다.
이때 스위칭소자가 박막화되어 있는 기판(10)에서는 상기 배향처리 방향(32)에서 보아 수㎛ 정도를 제1차배향막(28)이 화소부를 점유하도록 한다. 즉, 데이터측 금속배선의 우측 에지(edge)에서부터 3~20㎛까지의 범위에 제1차배향막(28)과 제2차배향막(30)의 경계가 있도록 하고, 게이트측 금속배선이 하측 에지에서부터 3~15㎛까지의 범위에 제1차배향막(28)과 2차배향막(30)의 경계가 있도록 한다.
또한, 상기 방향에서 보아 수㎛ 정도를 제2차배향막(30)이 금속배선부를 점유하도록 한다. 즉, 화소부(26)의 우측 에지에서부터 3~20㎛까지의 범위에 제1차배향막(28)과 제2차배향막(30)의 경계가 있도록 하고, 화소부(26)의 하측 에지에서부터 3~15㎛까지의 범위에 제1차배향막(28)과 제2차배향막(30)의 경계가 있도록 한다.
그 결과, 제4a도에 도시된 바와 같이 스위칭소자가 박막화되어 있는 기판(10)의 화소부 일부는 복수의 배향막(1차배향막 및 2차배향막)으로 형성되어 그 배향각도로 Ψ1을 가지게 되며, 화소의 나머지 일부분을 포함한 금속배선부는 단층의 배향막(1차배향막)으로 형성되어 그 배향각도로 Ψ2를 가지게 된다.
이와같은 제1차배향막(28) 및 제2차배향막(30)의 화소부분(26)에 대한 위치는 배향처리방향과 액정표시소자의 스위칭소자 위치에 따라 변경될 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배향재로 2종류 이상의 서로 다른 경도와 서로 다른 초기배향각(Ψ1), (Ψ2)을 가지는 재료를 선택하여 액정표시소자 내의 화소부분(개구부)(26)과 금속배선부간, 또는 화소부분(개구부) 일부와 나머지 화소부 일부를 포함한 금속배선부간의 배향처리를 서로 다르게 하므로써 금속배선부로 부터 화소부에 미치는 전기력선이 영향을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 1회의 배향막 분할 코팅과 2회의 배향처리공정을 이용한 3단계 공정을 채용하여 공정 단순화를 꾀할 수 있게 된다. 또한 금속배선부와 화소부간의 단차에 따른 배향불균일 문제를 해결할 수 있으며, 동시에 초기배향각이 낮은 화소부 배향막재 사용으로 인하여 광투과량의 온-오프비를 최대로 할 수 있게 되어 시야각 불량 현상을 제거할 수 있게 된다.

Claims (13)

  1. 공통 전극, TFT 및 화소 전극이 형성된 상/하부 기판이 조합되고 그 사이에 액정이 주입되어 상기한 전극에 인가되는 전압유무에 따라 트위스트 하는 것에 의해 소정 패턴이 나타나는 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 상기 스위칭소자가 박막화되어 있는 기판에 화소부와 동일한 모양의 패턴을 가지고 있고 일정한 초기 배향각을 갖는 제1 배향막을 형성하고, 상기 제1 배향막이 형성되어 있는 부분을 제외한 나머지 부분에 상기 제1 배향막보다 큰 초기 배향각을 갖는 제2 배향막을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 배향막은 서로 다른 초기 배향각을 갖는 복수층으로 형성하고, 상기 제2 배향막은 단일층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭소자가 박막화되어 있는 기판의 배향막 형성방법은 상기 스위칭소자가 박막화되어 있는 기판에 폴리머타입(plymer type)의 제1 배향막재를 박막코팅한 후 소성온도로 열처리하여 상기 제2 배향막을 형성하는 공정과, 상기 제2 배향막 상에 폴리머타입의 제2 배향막재를 박막 코팅한 후 패터닝하여 상기 제1 배향막을 형성하는 공정, 및 상기 기판 상에 형성된 상기 제2 및 제1 배향막을 레이온계의 균일한 천을 이용하여 특정방향으로 배향 처리하는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 배향막의 상기 화소부와 동일한 모양의 패턴은 배향 처리 방향으로 일부 이동하여 상기 제1 배향막이 상기 화소부의 일부 상기 화소부의 일부와 인접한 금속 배선부의 일부를 점유하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 배향막은 상기 화소부의 양쪽 에지로부터 3~20㎛까지의 범위에 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막의 경계가 있도록 패터닝하여 상기 제1 배향막이 상기 화소부의 일부 및 상기 화소부의 일부와 인접한 금속 배선부의 일부를 점유하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막을 이루는 복수층의 각 층은 100~1500Å의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 배향막의 초기배향각 및 상기 제2 배향막의 초기배향각은 각각 1~5도, 3~10도의 범위내에서 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법
  8. 공통 전극, TFT 및 화소 전극이 형성된 상/하부 기판이 조합되고 그 사이에 액정이 주입되어 상기한 전극에 인가되는 전압유무에 따라 트위스트하는 것에 의해 소정 패턴이 나타나는 액정표시소자에 있어서, 상기 스위칭소자가 박막화되어 있는 기판에 형성되어 있으며 화소부와 동일한 모양의 패턴을 가지고 있고 일정한 초기 배향각을 갖는 제1 배향막과 상기 제1 배향막이 형성되어 있는 부분을 제외한 나머지 부분에 형성되어 있으며 상기 제1 배향막보다 큰 초기 배향각을 갖는 제2 배향막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 배향막은 서로 다른 초기 배향각을 갖는 복수층으로 형성되어 있으며, 상기 제2 배향막은 단일층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 배향막의 상기 화소부와 동일한 모양의 패턴은 배향 처리 방향으로 일부 이동하여 상기 제1 배향막이 상기 화소부의 일부 및 상기 화소부의 일부와 인접한 금속 배선부의 일부를 점유하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 배향막은 상기 화소부의 양쪽 에지로부터 3~20㎛까지의 범위에 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막의 경계가 있도록 패터닝되어 있어 상기 제1 배향막이 상기 화소부의 일부 및 상기 화소부의 일부와 인접한 금속 배선부의 일부를 점유하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막을 이루는 복수층의 각 층은 100~1500Å의 두께로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 배향막의 초기배향각 및 상기 제2 배향막의 초기배향각은 각각 1~5도, 3~10도의 범위내인 것을 특징으로 하는 액정표시소자
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