KR100595301B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 도포된 배향막의 러빙시 배향막의 방향성이 균일하게 유지되는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정표시장치는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 형성되며 모서리 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태를 갖는 배향막과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 한 기판상에 배향막의 외곽을 따라 상기 배향막과 일정한 간격을 두고 형성된 씨일재와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 그 제조방법은 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 상에 모서리 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태를 갖는 배향막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 한 기판상에 상기 배향막과 일정간격을 두고 그 외곽부를 따라 씨일재를 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
배향막, 러빙(Rubbing)

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal display and manufacturing method of the same}
도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조단면도.
도 2는 도 1의 구조평면도.
도 3은 도 2의 A선에 따른 부위의 확대 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조평면도.
도 5a 내지 5b는 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
41 : 제 1 기판 42 : 제 2 기판
43 : 액티브 영역 44 : 배향막
45 : 씨일 라인(Seal line)
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
TFT-LCD 패널의 제조는 크게 화소단위의 신호를 인가하는 스위칭 소자들을 형성하는 TFT 어레이 공정과, 색상을 구현하기 위한 칼라필터 어레이를 형성하는 칼라필터 공정과, 완성된 TFT기판과 칼라필터 기판에 구동회로를 구비하며 신호 구동이 가능한 단위 액정 셀 상태로 제작하는 액정 셀 공정으로 나뉘어 진다.
액정 셀 공정은 TFT 공정이나 칼라필터 공정에 비해 상대적으로 반복 공정이 거의 없는 것이 특징이라 할 수 있으며, 전체 공정은 배향막 형성공정과, 셀 갭(Cell gap) 형성 공정, 그리고 액정 주입 및 편광 필름 부착 공정으로 크게 나눌 수 있다. 이 중 배향막 형성 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
고분자 박막 형성과 러빙(Rubbing) 공정, 그리고 고분자 박막의 세정까지의 배향막 형성 공정은 일정한 두께의 고분자 박막 형성과 기판 전체에 대한 균일한 러빙(Rubbing) 기술이 필요하다. 이 공정은 액정 분자의 균일한 배향을 형성하여, 정상적인 액정 구동이 가능하게 하고, 균일한 디스플레이 특성을 갖게 한다. 거시적인 액정의 물성 계수는 액정 분자의 배열 상태에 의존하며, 이에 따라 전기장 등의 외력에 대한 응답도 다르다.
TFT-LCD는 수평 배향을 이용한 TN 모드를 이용하므로, 유기 배향막을 이용한 러빙법이 널리 사용된다. 유기 배향막에는 배향의 안정성, 내구성, 생산성을 고려해 폴리이미드(Polyimide)계 고분자 화합물이 널리 사용되고 있다. 폴리이미드 용액은 용매 중에 반응 전 단량체인 폴리아믹 산(Polyamic acid) 또는 폴리이미드(Polyimide)를 4∼8% 정도의 저농도로 용해한 것을 사용한다.
액티브 매트릭스(Active Matrix) LCD에 사용되고 있는 배향막의 요구 특성은 200℃ 이하에서 필름 형성이 가능하고, ITO 기판에 좋은 접착 특성을 가져야 한다. 배향막 도포 공정에 있어서 가장 중요한 점은 넓은 면적에 일정하고 균일하게 배향막을 도포하는 것이다. 보통 배향막의 두께는 500∼1000Å 정도이며, 동일 기판에서는 100Å 정도의 두께 차이에 의해 얼룩과 같은 불량이 발생될 수 있기 때문에 배향막의 두께 관리는 중요한 공정관리 항목이 된다.
도포된 배향막을 전체적으로 균일하게 퍼지게 하고 용매를 증발시키기 위해 예비 건조기(Prebaker)를 이용한다. 용매의 증발 속도를 너무 빠르게 하면 폴리이미드(Polyimide)가 균일하게 퍼지기 전에 건조가 일어나 두께 차이에 의한 얼룩이 발생한다. 예비 건조(Prebaking)가 끝난 기판은 경화로에 투입된다. 경화로에서 예비 경화된 배향막은 폴리이미드막으로 형성되어 배향막 형성이 완료된다.
한편, 러빙포를 이용하여 배향막에 일정한 방향으로 문질러주는 것을 러빙(Rubbing)이라 하는데, 폴리이미드 배향막에 러빙을 하면 액정분자들이 러빙방향으로 정렬하게 된다. 러빙포는 면이나 나일론계의 섬유를 식모한 천을 사용하며, 롤러(Roller)를 포함한 러빙설비는 비교적 간단하다. 러빙 공정 조건 설정시 가장 기본이 되는 것은 적당한 세기의 러빙조건을 설정하는 것과 러빙 세기를 대면적에 걸쳐 균일하게 하는 것이다. 러빙 세기에 대한 액정 분자의 정렬도는 초기에는 선형적인 증가를 하지만, 러빙 세기가 증가함에 따라 포화되는 특성을 나타낸다. 러빙이 균일하지 않으면 액정 분자의 정렬도가 공간적으로 일정하지 않아 국소적으로 다른 광학 특성을 나타내는 불균일(Ununiformity) 불량을 일으킨다.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시장치를 상세히 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조 단면도이고, 도 2는 도 1의 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하판인 TFT 기판(11)에는 절연기판 상에 교차 배치되는 복수개의 데이터라인 및 게이트라인이 형성되어 있고(도시하지 않음), 각 교차되는 지점에는 액정에 인가되는 신호를 스위칭하는 복수개의 박막트랜지스터가 형성되어 있다(도시하지 않음). 상기 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터가 형성된 부위를 액티브 영역(12)이라 정의한다. 상기 액티브 영역(12)을 포함한 기판 상에는 액정을 배향하기 위해 폴리이미드(Polyimide)로 구성된 얇은 유기막 즉, 배향막(13)이 도포되어 있다. 상판인 칼라필터 기판(14)에는 절연기판 상에 상기 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터로의 빛의 투과를 방지하기 위한 차광층이 형성되어 있고(도시하지 않음), 상기 차광층 사이의 공간에 색표현을 구현하는 R, G, B의 칼라필터층이 형성되어 있다(도시하지 않음). 하판과 마찬가지로 상기 칼라필터층을 포함한 기판 상에 배향막이 형성되어 있다(도시하지 않음). 또한, 상기 상판과 하판 사이에는 전기적 신호에 따라 정렬되는 액정(15)이 봉입되어 있으며, 상기 액정을 봉입하기 위한 씨일(Seal)재가 씨일 라인(Seal line)(16)을 따라 형성되어 있다.
종래 액정표시장치의 구조에 있어서, 일반적으로 배향막의 도포영역은 액티브영역을 포함하여 액티브영역의 외곽선을 따라 설계마진을 고려하여 도포되며, 상기 배향막에 방향성을 부여하는 러빙(Rubbing)은 액정표시장치의 모서리(도 2 참조)로부터 시작한다. 배향막 도포 후 배향막의 경화(硬化)를 위해 100℃ 내외의 온 도에서 예비건조(Prebaking), 본 건조(Baking)의 단계를 거치게 된다. 이와 같은 배향막의 구조는 상판인 칼라필터기판이나 하판인 TFT기판 모두 동일하다.
그러나 상기와 같은 종래 액정표시장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.
일반적으로 배향막으로 쓰이는 폴리이미드(Polyimide)는 유기물질이기 때문에 예비건조(Prebaking) 및 본 건조(Baking)를 거치는 과정에서 열수축이 일어나게 된다. 열수축이 진행되는 방향은 액티브영역의 외곽에서 안쪽으로 발생되는데, 배향막이 직사각형 형태의 액티브영역의 외곽을 따라 형성되어 있기 때문에, 직사각형의 변(邊)에 비하여 모서리부분의 배향막의 열수축 방향은 일정치 않고 열수축의 정도도 변(邊)보다는 심하여 (도 3 참조) 이후 배향막의 러빙(Rubbing)시 특정 방향으로의 러빙이 방해된다. 또한, 현재 주류를 이루는 트위스트 네마틱(Twist Nematic, TN) 모드에서는 45도, 135도의 러빙을 주로 하며, 이 러빙시 러빙롤에 의해 배향막의 모서리부분을 먼저 만나게 됨으로써, 모서리 부분에서 러빙이 방해되어 얼룩의 요인으로 작용하게 된다.
상기와 같은 액정표시장치의 모서리 부분의 배향막의 불량은 화면의 얼룩 등의 현상으로 나타나게 되어 액정표시장치의 품질에 상당한 영향을 주게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 액정표시장치의 모서리 부분의 배향막 도포 영역을 변화시킴으로써 균일한 방향으로의 배향막의 러빙이 가능한 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 기판 상에 형성되며 모서리 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태를 갖는 배향막과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 한 기판상에 배향막의 외곽을 따라 상기 배향막과 일정한 간격을 두고 형성된 씨일재와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 적어도 한 기판 상에 모서리 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태를 갖는 배향막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 한 기판상에 상기 배향막과 일정간격을 두고 그 외곽부를 따라 씨일재를 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시장치는 제 1 기판 상에 박막트랜지스터가 형성되고 제 2 기판상에는 칼라필터층이 형성되는 일반적인 액정표시장치 뿐만 아니라, 제 1 기판상에 박막트랜지스터를 형성한 후 칼라필터층을 형성하는 이른바 COT(Color filter On Thin film transistor) 구조도 포함하여 나아가 제 1 기판상에 칼라필터층을 형성한 후 박막트랜지스터를 형성하는 TOC(Thin film transistor On Color filter) 구조의 액정표시장치도 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 액티브 영역이 형성되어 있는 제 1 기판(41) 및 제 2 기판(42)과, 상기 두 기판 사이에 씨일(Seal)재에 의해 봉입되어 있는 액정(도시하지 않음)으로 구성되어 있다. 상기 액티브영역을 포함하여 액티브영역 외곽의 소정부위까지 폴리이미드(Polyimide) 재질의 배향막(44)이 도포되어 있다. 제 2 기판에 도포되는 배향막의 영역은 제 1 기판에 도포되는 배향막의 영역과 동일하다. 상기 도포되는 배향막의 도포 형태는 직사각형 형태의 액정표시패널에 있어서, 부위에 따라 그 모양이 틀리다. 직사각형의 변(邊)부위는 액티브영역과 평행하게 도포되나, 각 모서리부분은 곡선 형태로 변(邊)부위 보다는 많은 양의 배향막이 도포된다. 또한, 상기 배향막이 형성된 영역의 외곽을 따라 상기 배향막과 일정한 간격을 두고 일정한 두께의 씨일(Seal)재가 씨일 라인(Seal line)(45)을 따라 형성된다.
일반적으로 트위스트 네마틱(Twisted Nematic) 모드(mode)의 TFT-LCD는 배향막 러빙(Rubbing)시 45°, 135°즉, 액정표시패널의 모서리부분에서부터 러빙을 개시한다. 모서리부분부터 러빙을 시작하기 때문에 초기 러빙시 기판에 가해지는 러빙 롤러(Roller)의 압력이 패널의 다른 부분에 인가되는 압력과 동일하게 유지되는 것이 중요하다. 한편, 기판에 도포된 배향막은 여러 단계의 건조(Baking) 과정을 거치면서 열수축을 하게 되는데 특히, 액정표시패널의 모서리 부분에 열수축이 집중되어 있어 일정한 압력으로 움직이는 러빙 롤러에 의한 러빙 공정에서, 모서리부분의 배향이 열수축에 의한 배향막의 특성 변질로 인해 다른 부분에 비해 불균일해질 가능성이 높다.
본 발명에 따른 액정표시장치에 있어서, 배향막의 도포 형태는 상기 건조(Baking)과정에 따른 열수축을 감안하여 패널의 모서리부분의 배향막을 패널의 변(邊)부위보다 넓게 곡선 형태로 도포함으로써 러빙에 의한 배향막의 방향성이 패널 모서리부분과 그 외의 다른 부분에 있어서 동일성을 유지하도록 되어 있다.
도 5a 내지 5b는 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 액티브 영역(43)이 형성되어 있는 제 1 기판(41)상에 액티브 영역(43)을 포함하여 액티브 영역 외곽의 소정부위까지 폴리이미드(Polyimide)계 물질의 배향막(44)을 도포한 후, 섭씨 200도 이하의 온도에서 건조시킨다. 이후, 배향막에 방향성을 주기 위해 러빙(Rubbing)공정을 실시한다.
상기 배향막(44)은 폴리이미드계외에 폴리아미드(Polyamide), 폴리아믹 산(Polyamic acid) 등도 가능하다.
제 1 기판에 형성된 배향막 부위와 동일한 영역의 제 2 기판(42) 상에 마찬가지로 배향막을 형성시킨다. 이때, 배향막이 형성된 모양은 모서리 부분이 돌출된 형태를 갖는다.
이어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(41) 또는 제 2 기판(42) 상에 상기 배향막과 일정한 간격을 두고 그 외곽을 따라 씨일재(45)를 형성시킨다.
이후, 도면에 도시하지 않았지만 상기 제 1 기판(41), 제 2 기판(42) 사이에 액정을 주입하고 봉입하면 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조공정은 완료된다.
상기한 액정을 형성하는 방법은 모세관 현상에 의한 진공주입방식을 이용하여도 되고, 액정을 주입하지 않고 적하하여 주입하는 적하방식을 이용하여도 된다. 적하방식을 이용한 경우에는 액정주입구 없이 적하하는 것도 가능하다. 또한, 상기 씨일재는 단일 또는 이중으로 형성하여도 무방하며 열경화성, 광경화성 등을 사용하여도 된다.
이상의 실시예는 TN(Twist Nematic) 모드 뿐만 아니라 VA(Vertical Alignment), IPS(In-Plane Switching), Poly-Si, OCB(Optically Compensated Birefringence), FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 등 액정표시장치의 모든 모드에 적용이 가능하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
배향막 도포 후 경화를 위한 건조(Baking) 과정에서 유발되는 배향막의 열수축, 특히 액정표시패널의 모서리 부분에 집중되어 있는 열수축을 감안하여 상기 모서리부분의 배향막 도포시 패널의 변(邊)부위 보다 도포 영역을 넓히고, 곡선 형태로 도포함으로써, 모서리부분 및 그 외 영역에 도포되어 있는 배향막의 러빙시 균일한 방향성을 갖도록 하여 종래 액정표시장치에서 나타나는 패널 모서리부분의 화면 얼룩 현상을 억제하는 효과를 거둘 수 있다.

Claims (11)

  1. 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판상의 전면에 형성되며 모서리 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태를 갖는 배향막;
    상기 배향막의 외곽을 따라 상기 배향막과 일정한 간격을 두고 형성된 씨일재;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배향막이 도포되는 영역은 액티브 영역을 충분히 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 씨일재는 모서리 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계,
    상기 제 1 기판과 제 2 기판상의 전면에 모서리 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태를 갖는 배향막을 형성하는 단계,
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 한 기판상에 상기 배향막과 일정간격을 두고 그 외곽부를 따라 씨일재를 형성하는 단계,
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 배향막은 상기 액티브 영역을 충분히 덮도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 배향막은 폴리이미드(polyimide) 물질을 포함한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 정렬된 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인들과 데이터 라인들의 각 교차부에 형성된 복수개의 스위칭 소자;
    상기 각각의 스위칭 소자들에 연결되는 복수개의 화소 전극; 및
    상기 제 2 기판 상에 형성된 칼라 필터층을 더 포함한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 정렬된 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인들과 데이터 라인들의 각 교차부에 형성된 복수개의 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자들 상부에 형성된 칼라 필터층; 및
    상기 각각의 스위칭 소자들에 연결되는 복수개의 화소 전극을 더 포함한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 형성된 칼라 필터층;
    상기 칼라 필터층 상에 정렬된 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인들과 데이터 라인들의 각 교차부에 형성된 복수개의 스위칭 소자; 및
    상기 각각의 스위칭 소자들에 연결되는 복수개의 화소 전극을 더 포함한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 4항에 있어서, 상기 배향막을 러빙하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 배향막의 러빙은 상기 제 1 기판 또는/및 제 2 기판의 모서리 부위에서 시작함을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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