KR0155201B1 - 시야각 개선을 위한 액정 표시 장치의 배향막 형성방법 - Google Patents

시야각 개선을 위한 액정 표시 장치의 배향막 형성방법

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KR0155201B1 KR1019950000186A KR19950000186A KR0155201B1 KR 0155201 B1 KR0155201 B1 KR 0155201B1 KR 1019950000186 A KR1019950000186 A KR 1019950000186A KR 19950000186 A KR19950000186 A KR 19950000186A KR 0155201 B1 KR0155201 B1 KR 0155201B1
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법에 관한 것으로서, 기판 위에 높은 프리틸트 각을 가지도록 배향막을 형성한 다음, 감광막 패턴 또는 음영 마스크를 이용하여 이온 임플랜터, 이온 샤워 또는 자외선 방법으로 물리적으로 기판을 처리함으로써 배향막의 노출된 부분의 액정 분자의 경사각을 줄인다. 이렇게 기판 위의 배향막을 한층으로만 형성하여 높은 경사각을 가지는 영역과 낮은 경사각을 가지는 영역의 두가지로 나누면, 공정이 간단해질 뿐 아니라 한 기판에서 경사각이 다른 다수의 액정 분자가 혼재하게 되어 시야각 특성이 개선되는 효과가 생긴다.

Description

시야각 개선을 위한 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법
제1도는 종래의 DDTN 셀을 형성하는 방법을 공정 순서에 따라 도시한 도면.
제2도는 종래의 DDTN 셀을 나타낸 도면.
제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법을 공정 순서에 따라 도시한 도면.
제4도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 액정 표시 장치용 기판 12 : 배향막
13,14 : 감광막 15 : 음영 마스크
[발명이 속하는 기술 분야 및 그 분야의 종래 기술]
본 발명은 시야각 개선을 위한 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 높은 경사각(pretilt angle) 및 낮은 경사각을 가지는 단층의 배향막을 형성하는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법이다.
액정 물질을 이용하는 액정 표시 장치는 오늘날 산업계에서뿐 아니라 가정에서도 널리 이용되고 있고 날이 갈수록 기술이 더욱 발달하여 그 용도가 더욱 다양해지고 있다. 이러한 액정 표시 장치는 가볍고, 비용이 적게 들며, 소비 전력이 작아 집적 회로와의 정합성이 좋은 등 여러 가지 장점을 지니고 있어 랩탑 컴퓨터나 포켓용 컴퓨터 등에 이용될 뿐 아니라 차량 탑재용, 컬러 멀티미디어(color multimedia) 화상용으로도 그 용도를 확대해가고 있다.
일반적으로 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터(TFT : thin film transistor) 등의 스위칭 소자와 화소 전극이 있는 TFT 어레이(array) 기판과 컬러 필터가 있는 컬러 필터 기판과 이 두 기판 사이에 있는 액정 물질, 그리고 양 기판의 바깥에 부착된 편광판으로 이루어지며, 뒷면에는 확산층을 가진 조명용 후광(後光 : backlight)을 구비하고 있다.
그러나 이러한 액정 표시 장치, 특히 비틀린 네마틱(TN : twisted-nematic) 방식의 액정 물질을 이용하는 액정 표시 장치는 컨트라스트(contrast) 각도 의존성이 있다. 다시 말하면, 각각의 그레이 레벨(gray level)에서의 투과율이 시야각에 의존한다. 특히 이러한 컨트라스트 각도 의존성은 상하 방향으로 매우 심하다. 이러한 상하 방향의 각도 의존성은 전기적으로 유도된 액정 디렉터(director)의 배치 때문에 발생한다.
이러한 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치의 전기적·광학적 특성은 액정의 이방성에 기인한 것이다. 좀더 상세히 말하자면, 두 기판의 사이에 봉입된 액정 분자가 광축을 이루고 있으며 이 광축을 따라서 시야각 방향을 이루고 있어, 액정 표시 장치의 화상을 볼 수 있는 각도가 한정되어 있으며 이 시야각 내에서만 표시 장치 상에 표시된 문자 또는 그림 등의 인식이 가능하다는 문제점이 있다. 비틀린 네마틱 방식의 경우 이 광축은 90도 뒤틀려 있으므로 이 광축을 중심으로 대략 90도 정도의 범위에서만 시야각이 형성된다.
특히 액정 물질의 배향이 한 방향으로 잘되어 있는 경우는 광학적 이방성이 강해지므로 이러한 시야각이 더욱 좁아진다는 문제점이 있다.
최근에 액정 표시 장치에 관한 제품이 더욱 다양해지면서 넓은 시야각이 필요하게 되었으며 이러한 광시야각을 만들기 위해서 여러 가지의 접근 방법이 제시되었다.
SID 93 DIGEST pp.265-268의 Wide-Viewing-Angle Improvements for AMLCDs 및 Japan DISPLAY '92 pp.591-594 등에는 화소 분할 비틀린 네마틱 셀(pixel divided TN cell), 다중 영역 비틀린 네마틱 셀(multi-domain TN cell) 등이 소개되어 있다.
그중에서 다중 영역 비틀린 네마틱 셀에 대하여 설명한다. 비틀린 네마틱 셀은 수평 방향으로는 대칭이지만, 수직 방향으로는 비대칭인 시각 특성을 가지고 있다. 각 화소에 다중 영역을 형성함으로써 다양한 시각 특성을 가지는 영역들의 광학적 투과율을 합하면 평균적인 시각 특성을 얻을 수 있다.
이러한 다중 영역 셀 중 간단한 경우로 두 영역 비틀린 네마틱 셀(TDTN : two domain TN) 셀을 K. H. Yang이 제안하였다(IDRC 91 Digest, p.68). 여기에서는 두 영역의 액정 디렉터(director)가 반대 방향으로 경사지게 배열되어 있다. 이는 수평 방향에서뿐 아니라 수직 방향에서도 대칭적인 시각 특성을 나타낼 수 있어 넓은 상방향 시각 범위를 가지는 한 영역의 광학적 투과를 넓은 하방향 시각 범위를 가지는 다른 영역으로 보충할 수 있다.
그러나 이러한 TDTN 셀을 실현하기 위해서는 기판 위에 코팅된 폴리이미드(polymide) 위에 여러번 러빙하여야 한다는 문제점이 있다. 상세히 말하자면, 두개의 기판에 대하여 2번의 광학 공정과 4번의 러빙 공정을 거친다. 이러한 공정들은 복잡할 뿐 아니라 폴리이미드 배향층이 종종 광학적 공정을 거치는 동안 알칼리 현상 공정에 의하여 파손되는 경우도 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 K. Takatori 등은 보상 뒤틀린 네마틱(Complementary TN) 셀을 제안하였다. 이 구조에서는 하나의 기판만이 경사각이 큰 배향을 가진 두 영역으로 나뉘어 있고 다른 기판은 경사각이 작은 배향을 가지고 있다. 이 공정은 1번의 광학 공정과 3번의 러빙 공정으로 이루어져 상대적으로 간단하다. 이러한 C-TN과 DDTN 셀에서 영역은 액정 물질의 선회력(helical power)과 경사각에 의하여 제어된다.
또, Y. Koike 등은 공정을 간단히 하기 위한 영역 분리 TN(DDTN : domain divided TN) 셀을 제안하였다. 여기에서 각 기판 위에 패터닝된 유기 또는 무기 배향막에 한번만 러빙함으로써 배향을 완성한다. 따라서, 이 방법은 2번의 광학 공정과 2번의 러빙 공정 그리고 2개의 대향 기판에 대한 부가적인 무기 배향막을 포함한다.
DDTN 셀을 제조하는 방법을 이중 배향층 방법(double alignment layer method)이라고도 하는데, 제1도(a) 내지 (f)를 참고로 하여 아래에서 그 제조 공정을 상세히 설명한다.
먼저 액정 표시 장치용 기판(1) 상에 경사각이 낮은 첫번째 배향막(2)과 경사각이 큰 두번째 배향막(3)을 도포한다. 이어 감광막(photoresist)(4)을 도포하고 노광·현상하고, 남은 감광막(4')을 마스크로 하여 두번째 배향막(3)을 식각하면 제1도(d)와 같은 모양이 된다. 남은 감광막(4')을 식각하고 러빙하면 경사각이 다른 두층의 배향막이 형성된다. 이렇게 하여 형성된 두개의 기판을 경사각이 다른 영역이 마주보도록 하면 제2도와 같은 구조가 형성된다.
그러나 상기한 바와 같은 방법은 공정의 수가 증가하고 복잡해진다는 단점이 있다. 구체적으로는 배향막을 2층으로 형성하기 때문에 공정의 수가 증가하고, 두번째 배향막을 식각할 때에 첫번째 배향막이 식각되지 않도록 유의해야 한다는 어려움이 있다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배향막을 단층으로만 형성하여 경사각이 다른 두개의 영역을 형성할 수 있는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법을 제공하는 데에 있다.
[발명의 구성, 작용 및 효과]
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법에서는 기판 위에 높은 경사각의 배향막을 형성한 다음, 감광막 패턴 또는 음영 마스크를 이용하여 이온 임플랜터(implanter), 이온 샤워 또는 자외선 방법으로 물리적으로 기판을 처리한다.
상기한 구성에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를, 첨부한 도면을 참고로하여 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법을 그 공정 순서에 따라 도시한 도면이다.
먼저, 제3도(a)에 도시한 바와 같이 액정 표시 장치용 기판(11) 위에 경사각이 큰 배향막(12)을 도포한다. 경사각의 크기는 액정 물질과 배향막과의 조합, 러빙 조건과 배향막의 처리 온도(Curing Temperature) 등을 변화시켜 조절할 수 있다. 일반적으로 배향막의 표면 에너지가 감소하면 경사각은 증가하고, 낮은 베이킹(baking) 온도에서 러빙의 강도를 증가시키면 경사각은 약간 감소하고, 온도가 증가하면 감소하는 등의 관계가 있다.
다음, 제3도(b)에 도시한 바와 같이 감광막(13)을 입히고 적정 패턴으로 노광·현상하여 제거하면 제3도(c)의 구조가 된다.
다음, 남은 감광막(14)을 마스크로 하여 이온 임플랜터 또는 이온 샤워(ion shower) 장치를 이용하여 수소 이온이나 규소 이온에 노출시킨다. 그러면, 노출된 부분의 배향막(12)이 가열되거나 손상을 입게 되고 그 정도에 따라 경사각이 낮아지게 된다. 또 이러한 이온 장치를 이용하는 대신 자외선을 이용할 수도 있다.
본 발명의 또다른 실시예로서 제4도에 도시한 바와 같이 감광막을 이용하는 대신 음영 마스크(shadow mask)(15)를 이용할 수도 있다. 즉, 기판(11) 위에 배향막(12)을 형성한 다음, 음영 마스크(15)를 씌우고 이온 임플랜터, 이온 샤워 또는 자외선을 이용하여 음영 마스크(15)에 의하여 노출된 부분의 액정 분자의 경사각을 줄일 수 있다.
이렇게 기판 위의 배향막을 한층으로만 형성하여 높은 경사각을 가지는 영역과 낮은 경사각을 가지는 영역의 두가지로 나누면, 공정이 간단해질 뿐 아니라 한 기판에서 경사각이 다른 다수의 액정 분자가 혼재하게 되어 시야각 특성이 개선되는 효과가 생긴다.

Claims (2)

  1. 액정 표시 장치용 기판 위에 높은 경사각을 가지도록 단일의 배향막을 형성하는 공정, 상기 단일의 배향막 위에 감광막을 형성하고 일정 부분이 노출되도록 패터닝하는 공정, 이온 임플랜터, 이온 샤워 또는 자외선 방사를 이용하여 노출된 상기 단일의 배향막이 낮은 경사각을 가지도록 하는 공정, 그리고 상기 남은 감광막을 제거하는 공정을 포함하는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법.
  2. 액정 표시 장치용 기판 위에 높은 경사각을 가지도록 단일의 배향막을 형성하는 공정과 상기 단일의 배향막이 형성되어 있는 상기 기판 위에 음영 마스크를 씌우고 이온 임플랜터, 이온 샤워 또는 자외선 방사를 이용하여 상기 음영 마스크에 의해 노출되는 상기 단일의 배향막이 낮은 경사각을 가지도록 하는 공정을 포함하는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법.
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