KR100457616B1 - 액정배향전극구조체및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정배향 전극구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 기판, 기판 상부에 순차적으로 ZnO박막, 전극용 제1 ITO박막 및 절연용 제2 ITO박막이 형성된 구조를 갖는다. 기판 위에 형성된 ZnO박막의 ＜001＞방향 결정성장특성에 의해 제1ITO 박막 및 제2ITO박막의 표면조직의 서브그레인이 기판에 대해 45도의 각도로 일정하게 경사진 구조를 갖기 때문에, 이 서브그레인의 일정한 방향성에 의해 제2 ITO박막 상면에 위치되는 액정분자를 일정방향으로 배열시킬 수 있게 된다. 따라서, 성장방향이 균일하게 제어된 전극구조체에 의해 액정분자를 일정방향으로 배열시킬 수 있기 때문에 LCD제조시의 배향막 표면을 처리하는 마찰공정이 생략됨으로써, 마찰공정에서 야기된 이물질 등의 혼입을 피할 수 있다.

Description

액정배향 전극구조체 및 그 제조방법

본 발명은 LCD에 사용되는 액정배향 전극구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 박막의 결정성장방향이 일정방향으로 제어되어 액정이 배향되는 액정배향 전극구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시소자(LCD)의 액정을 배향시키기 위해서 기판 내벽에 배향막을 형성한다. 이와 같은 배향막은 액정분자가 동일한 분자배열을 갖도록 처리되는데, 가장보편화 되어 있는 배향막 처리방법으로서 천 등을 고분자 물질로 조성된 배향막 표면에 마찰시키는 마찰법과, 배향막 성장시 결정성장방향을 제어하여 배향막을 형성하는 방법이 있다.

고분자 물질로 조성된 배향막의 표면을 천등으로 마찰시키는 마찰법은 마찰시키는 과정에서 상호 접촉에 의해 천으로부터 유출된 이물질의 혼입으로 인해 광투과 특성을 저해하고, 전기적인 단락의 원인을 제공하는 문제점이 있다.

배향막 성장시 결정성장방향을 제어하는 방법으로서 증착면에 광을 조사하여 성장되는 배향막의 결정방향성을 조절하는 광배향방법이 검토되고 있으나, 배향막에 적용되는 재료의 열적 불안전성과 유색성에 의한 광이용효율의 저하 등의 문제점을 안고 있다.

또한, 경사증착법에 의한 규소산화물 배향막은 기판에 대해 경사로 증착하는 증착각도, 증착속도 등에 따라 액정분자의 배향특성이 다르게 나타나는데 현재까지의 제조기술로는 증착면에서 원하는 결정성장방향으로 성장되는 면적이 대단히 협소하게 부분적으로 형성되기 때문에 상업용 디스플레이소자에 적용하기가 어렵고, 부분적 배향특성을 파악하기 위해 실험실적으로만 이용되고 있다. 특히 규소산화물박막이 결정성장되는 모체인 기판의 표면 거칠기는 증착각도에 직접적으로 영향을 미치게 되는데, 기판 표면의 고유한 굴곡 등이 박막의 균일적인 경사증착을 방해함으로써, 균일한 성장을 보장하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이물질이 혼입되지 않고, 대면적에 걸쳐 액정을 일정하게 배향시키도록 일정한 방향으로 결정성장된 액정배향 전극구조체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정배향 전극구조체는, 기판; 상기 기판 상면에 형성된 ZnO박막층; 및 상기 ZnO박막층 상면에 형성된 ITO박막층;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 ITO박막은 상기 ZnO박막상면에 형성되어 투명전극으로 이용되는 제1ITO박막 및 상기 제1ITO박막 상면에 절연층인 제2ITO박막으로 형성되는게 바람직하다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정배향 전극구조체의 제조방법은 기판 상면에 ZnO박막을 형성시키는 단계; 상기 ZnO박막 위에 전극용 제1ITO박막을 형성시키는 단계; 상기 제1 ITO박막 위에 절연용 제2ITO박막을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정배향 전극구조체를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 액정배향 전극구조체의 개략적인 수직단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 액정배향 전극구조체는 기판(1), 기판상면에 순차적으로 ZnO박막(2), 투명전극으로 이용되는 제1 ITO박막(3a), 절연용 제2 ITO박막(3b)이 형성된 적층구조를 포함한다. 실질적으로 액정층은 제2 ITO(3b)박막위에 위치된다.

액정표시소자의 구성요소인 본 발명의 액정배향 전극구조체는 ITO박막(3)이균일한 결정구조를 갖음으로써, 액정분자를 일정방향으로 배열시킨다. 제1 ITO박막층(3a)과 제2 ITO박막(3b)층은 산소조성비에 따라 전기적인 특성 즉, 통전 및 절연특성만 달리할 뿐 결정구조는 동일하고, 적층면 전체에 걸쳐 동일한 결정구조를 갖는다. 이와 같이 제1 ITO박막층(3a)과 제2 ITO박막(3b)층의 동일하고 균일한 결정구조는 ZnO박막(2)위에 결정성장시킴으로써 얻어진다.

보다 상세하게 적층구조에 따른 결정성장특성을 살펴본다.

상기 ZnO박막(2)은 육방의 워자이트(Wurzeit) 구조를 가지는데, 제조방법과 제조조건에 거의 무관하게 기판(1)에 수직인 ＜001＞결정방향으로 결정성장하는 특성을 갖는다.

이러한 ZnO박막(2)의 결정성장특성이 ZnO박막(2)위에 성장되는 제1 ITO박막(3a)의 결정성장을 제어하게됨으로써, ＜001＞결정방향으로 성장된 ZnO박막(2)의 산소 최밀 충전면에 영향을 받아 제1 ITO박막(3a)의 산소최밀 충전면이 ＜111＞결정방향으로 균일하게 성장된다.

결정성장에 있어서는 성장시키는 모체(여기서는 ZnO박막(2))와 이 모체위에 적층된 박막과의 격자부정합에 따라 성장되는 박막의 균일한 결정구조 및 그에따른 배향성이 결정된다. 본 액정배향 전극구조체에 있어서, 각 층의 결정구조에서 산소간의 거리와 규칙적인 배열관계를 통해 그 결정성과 배향성을 살펴본다.

ZnO박막(2)위에 성장된 bixbyite 입방 In₂O₃ 구조를 갖는 제1 ITO박막(3a)의 결정구조를 살펴보면, 산소의 최밀 충전면이 결정학적으로 ＜111＞결정방향에 수직인 (111)결정면에 형성된다. 이와 같은 구조를 갖는 제1 ITO박막(3a)의 결정구조에서 산소의 층만을 고려할 때 산소최밀 충전층은 결정학적 구조에서 볼 때, ABCC'B'A'의 순서를 기본주기로하여 교번적층된다. 여기서 A',B' 및 C'은 A,B 및 C층을 역전시켰을 경우 같은 모양을 갖는 역전층이다. 이와 같이 (111)결정면에 평행인 산소최밀충전면내의 인접산소간의 평균거리는 0.3353nm이고, ZnO격자상수(a_ZnO=0.32498)와 동일한 ZnO의 (001)결정면내의 산소간 거리와 3%정도의 부정합(mismatch)을 보인다.

이러한 결과로부터 ZnO박막(2) 위에 제1 ITO박막(3a)이 결정성장될 때의 부정합정도가 대단히 양호함을 알 수 있고, ZnO박막(2) 위에 성막된 제1 ITO박막(3a)은 ＜111＞결정방향을 따라 산소최밀 충전면이 균일하게 형성된다.

이와 같이 성장된 제1 ITO박막(3a)은 LCD의 구동전극으로 이용되고, 제1 ITO박막(3a) 위에 산소조성비를 달리하여 형성되는 절연용 제2 ITO박막(3b)의 균일한 결정구조에 의해 액정이 일정방향으로 배향된다. 제1 ITO박막(3a) 위에 산소조성비를 달리하여 성장되는 제2 ITO박막(3b)은 성장시 산소조성비와는 무관하게 제1 ITO박막(3a)의 결정방향에만 영향을 받기 때문에, 제1 ITO박막(3a)의 결정구조와 동일하게 그 산소최밀 충전면이 ＜111＞결정방향을 따라 형성되어 균일한 결정구조를 갖는다. 본 발명에 의한 액정배향 전극구조체의 제작방법을 도 2a 내지 도 2c를 통하여 설명한다.

세정된 유리와 같은 기판(1)위에 ZnO박막(2)을 형성시킨다(도 2a). 이때, 아르곤과 산소의 혼합개스를 사용하여 ZnO박막(2)의 결정성과 ＜001＞결정방향성을 향상시키며, ZnO박막(2)은 절연성을 갖도록 다량의 산소분위기 하에서 형성된다.

이어서, 상기 ZnO박막(2)위에 전도성이 좋은 제1 ITO박막(3a)을 ＜111＞결정방향으로 형성시킨다(도 2b). 이 단계에서도, 아르곤과 산소의 혼합개스를 사용하여 결정성과 방향성이 향상된다.

제2 ITO성막단계에서는 LCD 구동시의 단락을 방지하기 위해 제1 ITO 박막(3a) 위에 절연성의 제2 ITO박막(3b)이 형성된다(도 2c). 이때에는 다량의 산소를 투입하여 제2 ITO박막(3b)내에 산소궁핍에 의한 캐리어가 발생되지 않도록 한다.

이상과 같은 제조방법을 거쳐 제조되는 액정배향 전극구조체는 제1 및 제2 ITO 박막(3a)(3b)층이 전범위에 걸쳐 기판에 대해 45도 각도로 경사진 균일한 결정구조를 형성하여 액정분자를 일정하게 배열시킨다.

종래에는 ITO박막층위에 경사증착법에 의해 적층된 규소산화물박막의 경사구조가 부분적으로만 균일한 특성을 나타내 대면적에 걸친 균일성을 확보하지 못하였고, 배향막의 조성물질이 고분자 물질로 조성되는 배향막에는 마찰법에 의한 표면처리가 반드시 수행된다. 그러나 본 발명에 따른 액정배향 전극구조체는 기판위에 적층된 ZnO박막에 의해 증착면 전체에 걸쳐 균일한 경사구조를 갖는 제1 및 제2 ITO박막이 형성됨으로써, 대면적에 걸쳐 액정을 균일하게 배향시킬 수 있고, 제작이 용이하다.

지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정배향 전극구조체에 따르면 기판 위에 형성된 ZnO박막의 결정성장특성을 따라 순차적으로 형성된 제1 및 제2 ITO 박막의 표면 조직의 서브그레인이 기판에 대해 45도의 각도로 경사진 구조를 균일하게 갖게 됨으로써 제2 ITO 박막 위에 위치되는 액정을 균일하게 배향시킬 수 있게 되어, 종래 LCD제조시 배향막 표면의 마찰공정에서 야기된 이물질 등의 혼입을 피할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액정배향 전극구조체의 개략적인 수직단면도.

도 2a 내지 도 2c는 발명에 따른 액정배향 전극구조체의 제조방법에 대한 공정도이다.

＜도면의 주요부호에 대한 설명＞

1: 기판 2: ZnO박막

3: 제1 ITO박막 4: 제2 ITO박막

Claims (5)

1. 기판;

   상기 기판 상면에 형성된 ZnO박막층; 및

   상기 ZnO박막층 상면에 형성된 ITO박막층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정배향 전극구조체.
2. 제1항에 있어서, 상기 ITO박막층은

   상기 ZnO박막층 상면에 형성되어 투명전극으로 이용되는 제1 ITO박막층; 및

   상기 제1ITO박막층 상면에 형성되며, 절연층인 제2 ITO박막층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정배향 전극구조체.
3. 기판 상면에 ZnO박막을 형성시키는 단계;

   상기 ZnO박막 위에 전극용 제1ITO박막을 형성시키는 단계;

   상기 제1 ITO박막 위에 절연용 제2ITO박막을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정배향 전극구조체 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 ZnO박막은 아르곤개스과 산소개스가 혼합된 혼합개스분위기 에서 형성되는 것을 특징으로 하는 액정배향 전극구조체 제조방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 제2 ITO박막은 상기 제1 ITO박막과 산소 조성비가 다른 것을 특징으로 하는 액정배향 전극구조체 제조방법.