KR100308390B1 - 액정표시장치및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연막이 전극 위에 형성된 액정표시장치에 관한 것으로, 절연막은 전도성 산화물을 포함하여 그 자체의 저항을 감소시켜줌으로써 충전된 정전하를 용이하게 방전시키고 콘트라스트가 불균일하게 나타나는 것을 방지하며 또한 저전압 구동을 실현시킬 수 있는 것이다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal electro-optical device and method for manufacturing the same}

본 발명은 투명전극이 표면상에 형성된 상부 및 하부기판 사이에 액정이 주입되고 상기 투명전극에 인가되는 전압에 의해 광학변화가 일어나는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래 액정표시장치는, 그 단면을 도시한 제4도와 같이, 투명전극(c, d)이 기판(a, b)의 대향하는 표면 상에 패터닝되고, 절연막(e, f)은 상기 투명전극(c, d)상에 또는 그 중 하나의 전극 상에 형성되며, 상기 절연층(e, f) 위에는 배향막(g, h)이 형성되고, 상기 배향막(g, h)의 표면은 액정분자(i)를 배향하도록 연마된다.

상기한 2 개의 투명기판은 이들 사이에 밀봉재를 배설함으로써 상호 부착되고 액정물질은 이들 사이의 약 6㎛ 간격 내에 주입된다.

상기한 종래 액정표시장치의 구조에 있어서, 상기 절연막은 2개의 투명기판 사이의 약 6 ㎛ 간격 내에 유입될 수 있는 도전성 입자에 의해서 기판의 대향하는 전극이 단락되는 것을 방지하는 역할을 한다.

종래에는 투명전극이 단락되는 것을 방지하기 위한 방법으로 비도전성 산화금속인 산화티타늄(TiO₂) 또는 산화지르콘(ZrO)이 혼합된 이산화규소(SiO₂)를 사용하여 절연막을 형성하거나 또는 이산화규소가 전극 상에 피복된 유기금속화합물과 혼합될 때 형성되는 비도전성 금속 산화물을 절연막으로 사용하였으며, 이 절연막의 두께는 500 내지 1000 Å이다.

상기 절연막의 고유저항은 대체로 약 10¹⁴내지 10¹³Ω.m이나 다음과 같은 문제점이 있었다.

(1) 상기 절연막은 고유저항이 매우 높고 또한 제조과정에서 유전막으로 작용하여 정전기가 대전되며, 이 정전기는 방전되기 매우 어려우므로 절연막 하단에 형성되는 패터닝된 투명전극은 콜렉터로 작용하여 전압 인가 시 스레숄드 전압차를 발생시키며, 이 전압차는 콘트라스트를 변화시키게 된다. 즉, 대전된 영역은 그렇지 않은 다른 영역보다 더 밝게 되는 것이다.

(2) 투명전극과 액정 사이에 배설된 절연막은 전극에 인가되는 전압과 액정에 실질적으로 인가되는 전압 간에 차를 발생시키고, 이 전압차는 절연막에 의한 유전손실이라 볼 수 있다. 그러므로 전압차를 보상하기 위해서는 외부로부터 더 높은 구동전압을 인가하여야 하나 이는 전력소모를 증가시키고, 시분할표시 동안에는 콘트라스트를 저하시키는 문제점이 있었다.

상기한 (1) 및 (2)의 문제점을 해결하기 위하여 절연막의 고유저항 레벨을 낮추는 것이 요구된다. 액정장치는 기본적으로 교류에 의해 구동되고 다음의 방법을 사용하여 AC 임피던스를 낮출 수 있다는 것을 시험을 통해 알 수 있다.

제1 방법은 절연막의 두께를 가능한 얇게 하는 것이고, 제2 방법은 유전상 수가 높은 산화물 즉, TiO₂나 ZrO 등을 혼합하여 절연막을 형성하는 것이다.

상기 제2 방법은 투명전극과 액정층 사이에 배설된 절연막의 전도율을 높여 임피던스를 최소화함으로써 가능하다.

이러한 해결방안은 전력소모의 증가나 문제 (2)에서 기술된 바와 같이 절연막의 유전손실에 의해 발생되는 누화(cross talk)에 대한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있으나 문제 (1)에서 기술한 바와 같이 정전기에 의해 발생되는 문제점은 해결하지 못한다는 결점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점 (1) 및 (2)를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 절연막의 도전율을 높여 직류와 교류의 고유저항을 최소화하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 절연막을 도전성 합성물과 혼합시켜 절연막의 고유저항을 정전기가 대전되지 않는 10¹²Ω.cm 이하로 최소화시키고, 또한 절연막의 유전손실을 보다 줄일 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

상기 절연막은 도전입자에 의해 기판의 대향하는 상부 및 하부전극이 단락되는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 절연막의 고유저항이 매우 낮으면 절연막은 절연의 역할을 하지 못하게 되고 한편, 액정표시장치에 밀봉된 액정의 고유저항은 약 10⁶Ω.cm이다.

이에 따라 절연막의 고유저항은 액정의 고유저항 10⁶Ω.cm보다 더 높아야 한다.

본 발명은 고유저항이 10⁶내지 10¹²Ω.cm인 재질을 절연막으로 사용하여 짧은 시간 내에 절연막과 투명전극, 그리고 절연막과 액정간에 대전된 정전기를 방전시킬 수 있다.

본 발명은 또한 10⁶내지 10¹²Ω.cm의 고유저항을 갖는 재질을 사용하여 전압이 투명전극에서 액정으로 인가될 때 전압손실을 줄일 수 있다.

절연막은 이러한 2 가지 효과에 관계없이 고유저항을 충분히 유지하나 도전성 산화물과 혼합함으로써 절연막의 고유저항을 10⁶Ω.cm로 감소시킬 수 있다.

제1도는 액정표시장치에 인가된 정전기의 방전시간과 절연막의 고유저항과의 관계를 나타낸 도표.

제2도는 정전기에 의해 콘트라스트가 불균일하게 발생되는 비율과 절연막의 고유저항과의 관계를 막대그래프로 나타낸 도표.

제3도는 최적 구동전압과 절연막의 고유저항과의 관계를 나타낸 도표.

제4도는 일반적인 액정표시장치의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

a, b : 투명기판 c, d : 투명전극

e, f : 절연막 g, h : 배향막

i : 액정 j : 밀봉재

다음은 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명한다.

[제1 실시예]

본 발명의 제1 실시예는 산화규소로 이루어진 절연막에 산화안티몬을 첨가함으로써 절연막의 고유저항을 10¹², 10¹¹, 10¹⁰, 10⁹, 10⁸, 10⁷그리고 10⁶Ω.cm의 7 가지로 조정한다. 그 후 7 가지의 고유저항이 서로 다른 절연재질 각각을 기 제조된 투명기판(a, b)의 전극(c, d) 위에 인쇄기법으로 피복한 후 약 250℃의 온도에서 절연막으로 열적 경화를 행한다.

배향막(g, h) 또한 절연막과 동일한 방법으로 형성하고, 이들 막의 표면을 연마한 후 밀봉재(j)를 통해 이들 배열막(g, h)을 약 6㎛ 간격을 두고 대향시키고, 최종적으로 이들 사이에 형성된 간격 내에 액정을 밀봉한다.

다음은 상기와 같이 제조된 액정표시장치의 외관 특성과 측정된 전기적 특성의 결과에 대해 설명한다.

제1도는 정전기 방전과 절연막의 고유저항과의 관계를 나타낸 실험결과를 도시한 것으로, 그 결과는 다음과 같다.

실험 1 : 25℃ 온도에서 액정표시장치에 약 5kv의 정전기를 인가하고 동시에 정전기가 방전되는 것을 측정한 것이다. 이 실험에서 정전기의 대전상태는 액정분자의 배열변화를 관측함으로써 측정한다.

실험 2 : 실험 1에서 정전기가 대전된 액정표시장치를 실험 1과 동일한 분위기 내에 놓고 액정배열의 변화과정을 관측하고 또한 방전된 상태로 복귀되는 시간을 측정한다.

실험 3 : 고유저항이 서로 다른 7 가지의 절연재질을 각각 사용하여 앞서 설명한 실험 1 및 실험 2의 과정을 반복하여 실시한다.

실험결과, 제1도에 도시된 바와 같이, 절연막의 고유저항이 낮아질수록 정전기의 방전시간은 단축되므로 정전기의 방전시간을 줄이기 위해서는 절연막의 고유저항을 10⁶Ω.cm에서 10¹²Ω.cm로 조정하는 것이 요구된다.

제2도는 정전기의 대전으로 콘트라스트가 불균일하게 발생하는 비율과 절연막의 고유저항과의 관계를 도시한 것이다.

실험 1 : 종래의 제조방법으로 고유저항이 서로 다른 절연재질을 사용하여 액정표시장치를 제조한다.

실험 2 : 실험 1에서 제조된 액정표시장치에 전압이 인가될 때 콘트라스트가 불균일하게 발생하는 비율을 측정한다.

제2도에 도시된 바와 같이 고유저항이 낮은 절연막 재질을 사용할수록 불균일한 콘트라스트의 발생비율은 더욱 낮아진다.

즉, 절연막의 고유저항이 10⁶Ω.cm에서 10¹²Ω.cm로 조정될 때 불균일한 콘트라스트의 발생비율은 더욱 낮아지게 된다.

제3도는 액정표시장치의 구동전압과 절연막의 고유저항과의 관계를 도시한 것으로, 측정방법은 다음과 같다.

방법 1 : 절연막의 고유저항이 서로 다른 각각의 액정표시장치에 구동전압을 인가한다.

방법 2 : 전압을 가변하여 인가하는 동안 전압이 인가되는 영역과 그렇지 않은 영역간에 콘트라스트비가 최대로 될 때의 구동전압을 측정한다.

실험결과에서 알 수 있듯이 절연막의 고유저항이 10¹³Ω.cm이상으로 조정될 때 대전된 정전기가 방전하는 데 더욱 오랜 시간이 소요되고, 정전기적으로 대전된 전극부분에서 액정의 정전기 특성이 변화되어 콘트라스트가 불균일하게 발생하는 비율이 높아진다.

또한, 제3도에 도시된 바와 같이 절연막의 고유저항이 낮게 조정될수록 콘트라스트비가 최대일 때의 구동전압은 더욱 낮아진다.

그러므로 절연막의 최적의 고유저항은 10¹²Ω.cm 이하이다.

한편 절연막의 고유저항이 10¹⁵Ω.cm 이하가 될 때 절연막은 상부 및 하부기판의 전극이 단락되는 것을 방지하는 기능을 수행하지 못하나, 절연막의 고유저항이 10⁶내지 10¹²Ω.cm의 범위로 조정될 때 구동전압과 전력소모를 줄일 수 있고 동시에 상부 및 하부전극이 단락 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

[제2 실시예]

제2 실시예는 제1 실시예와 동일한 방법으로 실험이 이루어지나 산화규소인 절연막과 혼합되는 재질로서 산화주석을 사용하며, 그 결과는 제1 실시예와 동일하게 나타난다.

[제3 실시예]

제3 실시예는 제2 실시예와 동일한 방법으로 실험이 이루어진다. 특히, 상기 제3 실시예에 있어서는 산화규소인 절연막과 혼합되는 재질로서 산화인듐을 사용하며 그 결과는 제2 실시예와 동일하게 나타난다.

상기한 실시예의 실험결과에서 알 수 있듯이 절연막의 고유저항 자체는 절연막과 혼합되는 도전성 산화물의 종류에 관계없이 매우 중요하며 고유저항을 줄일 수 있다면 어떠한 혼합물도 적용이 가능하다.

[제4 실시예]

제4 실시예는 산화규소 이외의 재질을 절연막으로 사용하며, 그 제조방법은 다음과 같다.

제1 단계 : 투명기판의 투명전극 위에 약 0.1㎛의 알루미늄층을 진공증착법으로 형성한다.

제2 단계 : 진공 증착된 알루미늄을 양극산화(anodic oxidation)에 의해 절연막으로 변화시킨다.

제3 단계 : 제2 단계에서 제조된 기판을 주석 염화물(Tin Chloride)을 함유한 염산수용액에 담근다.

제4 단계 : 제3 단계 이후 열처리하여 주석산화물이 도핑된 알루미늄 산화물을 형성한다.

제5 단계 : 주석염화물을 함유하는 염산수용액의 혼합비를 달리하여 주석염화물의 도핑농도를 변화시켜 줌으로써 절연막의 고유저항을 10⁶, 10⁷, 10⁸, 10⁹, 10¹⁰, 10¹¹및 10¹²Ω.cm으로 조정하고, 이에 따라 7가지의 고유저항이 서로 다른 절연막을 얻도록 한다.

이와 같이 제조된 기판은 제1 내지 제3 실시예와 동일한 결과를 나타낸다.

상술한 바와 같이 본 발명은 (1) 정전기 대전에 의해 발생되는 콘트라스트의 불균일을 개선시킬 수 있고 생산수율을 높일 수 있으며, (2) 구동전압을 낮추어 전력소모를 줄일 수 있고 (3) 특히, 상부 및 하부 기판 사이에 단락이 되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 액정표시장치에 있어서, 서로 대향하는 표면 상에 투명전극이 형성된 상부기판 및 하부기판; 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 주입된 액정; 상기 기판 중 적어도 어느 하나의 기판 상의 투명전극 위에 형성된 절연막; 상기 절연막 상에 형성된 배향막을 포함하며, 상기 절연막은 절연물질 및 첨가물로서 도전성 산화물을 포함하고, 고유저항이 10⁶Ω.cm 내지 10¹²Ω.cm인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 절연물질은 규소산화물과 알루미늄 산화물 중 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 절연막은 도전성 산화물로서 산화 안티몬, 산화인듐 그리고 산화주석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 액정표시장치에 있어서, 서로 대향하는 표면상에 투명전극이 형성된 상부기판 및 하부기판과, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 주입된 액정과, 상기 기판 중 적어도 어느 하나 기판상의 투명전극 위에 형성된 절연막을 포함하고, 상기 절연막은 막의 고유저항을 감소시키기 위한 도전성 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 상부기판과 하부기판 상에 투명전극을 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 형성된 투명전극 중 적어도 하나의 전극 위에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 상부기판과 하부기판사이에 액정을 밀봉하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 상기 절연막의 고유저항은 그 위에 도전성 산화물을 피복하고, 이 도전성 산화물을 열적으로 경화시켜 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.