KR100500686B1 - 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판상에 착색층과 액정을 혼합한 용액을 성막하는 단계; 상기 성막물에 자외선을 조사하여 액정 드롭렛을 형성하는 단계; 및 상기 액정 드롭렛이 형성된 결과물상에 투명전극을 형성하는 단계를 포함하며, 기판에 레드, 그린, 블루 중합체와 액정이 혼합된 용액을 스트라이프(stripe) 형식으로 형성시키고 공통전극 성막공정을 수행함으로써 배향/조립/액정주입 공정을 단순화 내지는 스킵(skip)하므로써 기존의 TFT-LCD 제조공정을 단순화할 수 있고 재료비도 절감할 수 있는 것이다.
Description
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방범에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조공정을 단순화하여 수율 향상 및 제조비용을 감소시킬 수 있는 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)는 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭 소자로서 사용하고 액정에 전계를 가하여 동작시킴으로서 화상을 구현하는 장치로서, 휴대용 전화기 화면이나 노트북 컴퓨터의 모니터 등 기존의 음극선관(CRT)을 대체하여 그 수요가 점점 늘어가고 있는 추세이다.
이러한 박막트랜지스터 액정표시장치는 기존의 CRT와 비교하여 볼 때, 시야각이나 응답속도 및 색재현성 등의 제품특성이 개선되어야 하고, 가격면에서는 아직까지는 큰 격차를 보이고 있다.
이러한 단점들을 극복하기 위하여 많은 연구가 행해져 왔는데, 지금까지의 연구를 종합하면 휴대용 전화기나 노트북용으로 상용되는 TN (twisted nematic) 모드와, 모니터용으로 쓰이는 VA (vertical align) 모드와, 광시야각이 구현되는 IPS (in plane switching) 모드 등이 개발되었다. 이외에 OCB (optically compensated bend), FLC (ferroelectric liquid crystal), PDLC (polymer dispersed liquid crystal) 등이 있다.
종래 기술에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그의 제조방법은 다음과 같은 일련의 공정단계를 거친다.
종래 기술에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 어레이(array) 공정에서 하부기판으로 사용할 기판(TFT 기판)상에 박막트랜지스터(TFT)를 형성하고, 컬러필터(color filter) 공정에서 상부기판으로 사용할 기판(C/F 기판)상에 색을 표현할 채색안료(color resist)를 형성한다.
그 다음, 상기 두 기판을 셀(cell) 공정에 투입하여 PI 도포와 러빙으로 배향막을 형성한 다음, TFT 기판에는 씰런트(sealant) 분배 및 트랜지스터 도팅(Tr dotting) 공정을 수행하고, C/F 기판에는 스페이서(spacer)를 산포시킨다. 그런다음, 상기 두 기판을 조립(assembly) 공정으로 합착한다.
이어서, 스크라이브 및 브레이킹(scribing & breaking) 공정으로 액정 주입구를 표출시키고, 액정주입(LC filling) 공정으로 두 기판 사이에 액정을 주입한 다음, 엔드 씰링(end sealing) 공정으로 액정주입구를 봉합한다.
그런다음, 핀(pin) 삽입시 발생되는 오픈(open) 불량을 방지하기 위한 에지 그라인딩(edge griding) 공정과 상기 두 기판 외면에 편광판을 부착시키는 편광판 부착(polarizer attach) 공정을 수행하여 패널(panel) 공정을 마감한다.
마지막으로, 상기 조립된 기판을 모듈(module) 공정에 투입하여 모듈을 조립한다.
상기와 같은 일련의 공정 단계를 거쳐 제조된 박막트랜지스터 액정표시장치는 다음과 같은 장점이 있다.
TN 모드는 현재 가장 안정적인 공정과 수율을 유지하고 있으며, VA 모드나 IPS 모드는 약 80도 정도의 광시야각 특성이 있다. 그리고, OCB와 FLC 모드는 응답속도가 빠르며, PDLC 모드는 광시야각 특성과 공정이 간단하며 특히 편광판이 필요없는 장점이 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술에 있어서는, TFT 기판 형성 공정과 C/F 기판 공정을 별도로 진행하여 후속공정시 합착하여야 했다. 또한, 액정주입 공정과 편광판 부착공정 등을 셀(cell) 공정과 별도로 진행하여야 하는 등 공정단계가 복잡하여 제조수율이 감소되는 요인으로 작용하였다.
또한, 이와 같은 공정단계로 제조된 여러 모드의 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서는 다음과 같은 단점이 존재한다.
TN 모드는 시야각이 상하좌우 15/30/45/45도로 아주 협소하고 광시야각 편광판을 부착한다 하더라도 30/60/60/60도 이상 달성하기 힘들며, 응답시간이 30~ 50ms로 느린 단점이 있다. 또한, 기존의 CRT에 비하면 공정단계수가 많다.
VA 또는 IPS 모드도 역시 마스크 공정수 증가로 공정단계수가 많고 제조수율과 제조비용에 단점이 있으며, OCB 모드는 협소한 시야각과 높은 구동전압이 필요하며, FLC 모드는 배향 등의 공정상에 곤란성이 있으며, PDLC는 구동전압이 높고 대비비가 낮다는 문제점이 있다.
한편, 박막트랜지스터 액정표시장치를 플렉시블(flexible)한 장치로 제조하기 위해선 기판을 유리재질에서 플래스틱(plastic)과 같은 고분자 필름으로 대체하여야 하면, 박막트랜지스터도 유기물로 대체하여야 한다. 한편, 플렉시블(flexible)한 자체의 특성으로 인하여 광특성(투과도,시야각,색도,반응시간,대비비 등)의 변화가 심해 상(image)의 왜곡이 용이하므로 그 변화가 적은 액정 모드를 선정하여야 하는 어려움이 있다.
이에, 본 발명은 상기 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 R,G,B 채색안료와 액정을 혼합한 용액을 기판상에 형성시키고 공통전극 공정을 수행함으로써 배향/조립/액정주입 공정을 단순화시킨 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판상에 착색층과 액정을 혼합한 용액을 성막하는 단계; 상기 성막물에 자외선을 조사하여 액정 드롭렛을 형성하는 단계; 및 상기 액정 드롭렛이 형성된 결과물상에 투명전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치는, 기판; 상기 기판상에 형성된 액정 드롭렛을 포함하는 착색층과 액정의 혼합층; 및 상기 혼합층상에 형성되어 있는 투명전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 투과형 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 투과형 박막트랜지스터 액정표시장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반사형 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도이고, 도 5는 본 발명에 따른 반사형 박막트랜지스터 액정표시장치의 단면도이다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 준비된 기판상에 착색층과 액정을 혼합한 용액으로 성막한다.
상기 착색층은 빛의 3원색인 레드(red), 그린(green), 및 블루(blue) 고분자로서, 안료가 분산되어 있는 고분자(polymer)인 컬러 레지스트(color resist) 또는 고분자의 사이드 체인(side chain)에 발색단을 결합한 고분자(polymer)이다.
상기 착색층 고분자로 컬러 레지스트를 사용하는 경우, 상기 컬러 레지스트를 액정과 일정비율로 혼합한다. 상기와 같이 혼합된 용액을 상기 기판상에 코팅(coating)법이나 프린팅(printing)법으로 성막시킨다.
상기 성막물에 자외선과 같은 빛을 조사하여 컬러 레지스트의 결합력을 견고히 시킨다. 이때, 상기 컬러 레지스트의 솔벤트(solvent)는 휘발되고 액정과 레드/그린/블루 고분자는 SIPS(solvent induced phase separation)법에 의해 상분리가 되어 액정 드롭렛(droplet)을 형성하게 된다.
한편, 상기 착색층 고분자로 사이드 체인에 발색단을 결합시킨 레드, 그린, 블루 고분자를 사용하는 경우, 상기 고분자에 액정을 일정비율로 혼합한다. 상기 혼합물을 상기 기판상에 코팅법이나 프린팅법으로 혼합층을 형성하여 성막시킨다. 상기 성막물에 자외선과 같은 빛을 조사하여 PIPS(polymerization induced phase separation)법으로 상분리 시키고 액정 드롭렛을 형성한다.
이때, 상기 성막 및 액정 드롭렛 형성단계에서, 먼저 상기 기판상에 레드 고분자와 액정을 혼합한 혼합층을 성막하고 자외선 노광공정을 통해 액정 드롭렛을 형성하고 패터닝할 수 있는 광중합반응을 실시한 다음, 현상공정을 통해 필요없는 부분을 제거하여 스트라이프(stripe) 형태로 구성한다.
이와 마찬가지로, 그린 고분자와 액정의 혼합층과 블루 고분자와 액정의 혼합층을 상기와 같이 노광/현상 공정으로 스트라이프 구조로 형성한다.
이어서, 상기 스트라이프 구조도 형성된 성막물상에 공통전극(common electrode)으로서 ITO(indium tin oxide)나 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명전극을 형성한다.
그다음, 스크라이빙과 브레이킹(scribing & breaking) 공정을 진행하여 LCD 패널을 분리시킨 다음, 에지 그라인딩(edge grinding) 공정을 통해 외곽 ESD (electro static discharge) 회로를 제거함으로써 공정을 마친다.
상기와 같은 공정 단계로 제조된 패널은 모듈(module) 제작을 위해 모듈 공정에 투입된다.
상기와 같은 공정 단계로 제조된 액정표시장치, 구체적으로 투과형 액정표시장치의 일실시예는, 도 3에 도시된 바와 같이, 데이터 라인(40)과 화소전극(50)이 형성된 기판(30)상에 레드 고분자와 액정이 혼합된 혼합층이 레드(60a), 그린(60b) 및 블루(60c) 혼합층 순으로 스트라이프(stripe) 형태로 형성되어 있다. 또한, 상기 혼합층(60)상에는 투명전극인 공통전극(80)이 형성되어 있다. 한편, 액정 드롭렛(70)이 색을 띄는 상기 혼합층(60) 내부에 형성되어 있다.
상기와 같은 액정표시장치는 다음과 같이 작동한다.
상기 화소전극(50)과 공통전극(80)의 전압에 의해 상기 혼합층(60)내의 액정이 구동을 하고 이때 아래에서 위로 상향하여 통과하는 빛이 색을 띈 상기 혼합층(60)에 의해 다양한 색상을 표현할 수 있게 된다.
한편, 반사형 액정표시장치의 제조방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 투명전극 형성 단계 이후에 흡수층 형성 공정이 더 포함된다. 상기 흡수층은 빛을 흡수하는 역할을 수행하며 상기 투명전극상에 스핀 코팅(spin coating)법이나 프린팅(printing)법으로 형성한다.
상기와 같은 흡수층 형성 공정을 포함하여 제조된 반사형 액정표시장치의 일실시예는, 도 5에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 투과형 액정표시장치와 비교하여 상기 투명전극(80)상에 흡수층(90)이 더 형성되어 있다.
상기와 같은 반사형 액정표시장치는 다음과 같이 작동한다.
상기 반사형 액정표시장치에 있어서, 전기장이 가해지지 않으면 입사된 빛은 상기 액정 드롭렛(70)의 산란(back scattering)에 의해 반사되어 진다. 이와 반대로, 상기 액정 드롭렛(70)에 전기장이 가해지면 입사된 빛은 상기 혼합층(60)을 투과하고 상기 흡수층(90)에 흡수된다. 즉 노말리 화이트(normally white) 구동 방식이 되는 것이다.
또한, 상기 기판(30)을 유리와 같은 투명성 절연체가 아닌 플라스틱(plastic)과 같은 고분자를 사용하여 플렉시블 디스플레이(flexible display)를 제조할 수 있다. 플렉시블 디스플레이에 있어서, 상기와 같이 고분자로 기판을 구성하게 되면 기판 휘어짐에 따른 광특성이 미미해지므로 상의 왜곡을 최소화 할 수 있게 된다.
본 발명의 원리와 정신에 위배되지 않는 범위에서 여러 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 뿐만 아니라 용이하게 실시할 수 있다. 따라서, 본원에 첨부된 특허청구범위는 이미 상술된 것에 한정되지 않으며, 하기 특허청구범위는 당해 발명에 내재되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 사항을 포함하며, 아울러 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 있어서는, 어레이 공정을 진행한 기판에 레드, 그린, 블루 중합체와 액정이 혼합된 용액을 스트라이프(stripe) 형식으로 형성시키고 공통전극 성막공정을 수행함으로써 배향/조립/액정주입 공정을 단순화 내지는 스킵(skip)하므로써 기존의 TFT-LCD 제조공정을 단순화할 수 있고 재료비도 절감할 수 있다.
또한, 공정 단순화 측면에서 보면, 셀 공정에서는 폴리이미드(PI) 코팅, 러빙, 스페이서 산포 공정이 필요없고, 액정주입 공정과 편광판 부착 공정을 하지 않아도 되어 셀 공정 시간을 약 50% 가량 줄일 수 있다. 한편, 재료비 측면에서 보면, 컬러필터와 편광판을 사용하지 않음으로 해서 LCD 패널 가격을 약 60% 가량 낮출 수 있다.
따라서, 공정시간 단축으로 수율이 향상되고 재료비 절감으로 원가를 낮춰 가격경쟁력에서 우위를 갖는다.
한편, 다른 응용분야인 반사형 TFT-LCD 와 플렉시블 디스플레이(flexible display)의 경우도 본 발명과 같은 수준의 공정 단순화 및 재료비 절감을 할 수 있다. 특히, 플렉시블 디스플레이 경우는 빛의 산란과 흡수 등을 이용해 빛을 제어함으로써 기판의 휘어짐에 따른 광특성의 변화가 적어 최적이라 할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 투과형 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 투과형 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 투과형 박막트랜지스터 액정표시장치의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 반사형 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 반사형 박막트랜지스터 액정표시장치의 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
30: 기판 40: 데이터 라인
50: 화소전극 60: 혼합층
70: 액정 드롭렛 80: 공통전극
90: 흡수층
Claims (12)
- 기판을 준비하는 단계;상기 기판상에 착색층과 액정을 혼합한 용액을 성막하는 단계;상기 성막물에 자외선을 조사하여 액정 드롭렛을 형성하는 단계; 및상기 액정 드롭렛이 형성된 결과물상에 투명전극을 형성하는 단계를 포함하며,상기 착색층은 착색안료가 분산되어 있는 컬러 레지스트(color resist) 및 사이드 체인(side chain)에 발색단이 결합되어 있는 고분자로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 투명전극상에 흡수층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 성막물은 상기 기판상에 스트라이프(stripe) 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 기판은 고분자로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 기판;상기 기판상에 형성된 액정 드롭렛을 포함하는 착색층과 액정의 혼합층; 및상기 혼합층상에 형성되어 있는 투명전극을 포함하며,상기 착색층은 착색안료가 분산되어 있는 컬러 레지스트(color resist) 및 사이드 체인(side chain)에 발색단이 결합되어 있는 고분자로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 삭제
- 삭제
- 제7항에 있어서,상기 투명전극상에 흡수층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제7항에 있어서,상기 혼합층은 스트라이프(stripe) 형태인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제7항에 있어서,상기 기판은 고분자로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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