KR100818192B1 - 표시장치용 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

표시장치용 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

잔류 이온을 외부로 방출시킴으로써 잔류 이온에 의해 발생하는 잔상 현상을 개선할 수 있는 표시장치용 기판이 제공된다. 본 발명에 의한 표시장치용 기판 및 그 제조 방법은, 기판; 기판의 일면에 형성된 투명전극층; 투명전극층 상에 형성된 배향막층; 및 배향막층 내부에 투명전극층과 물리적으로 연결되도록 삽입되며, 배향막층 내부에 존재하는 이온들을 투명전극층을 통해 외부로 방출시켜주기 위한 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)를 포함한다. 또한, 표시장치용 기판을 제조하는 방법도 제공된다.
표시장치, 액정, 기판, 카본나노튜브, 배향막, 이온

Description

표시장치용 기판 및 그 제조 방법{Substrate for display apparatus, and method for manufacturing the same}
도 1은 종래의 액정표시장치에서 배향막 상의잔류 이온의 이동을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판의 제조 공정을 나타낸 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 기판 120: 투명전극층
130: 카본나노튜브 필라부(pillar) 140: 배향막층
150: 마스크 152: 패턴
160: 페이스트 170: 고무롤러
180: 틀
본 발명은 표시장치용 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잔류 이온들에 의해 발생하는 잔상 현상을 개선하기 위한 표시장치용 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정표시장치의 잔상을 없애기 위하여 가장 많이 사용하는 방법은 배향막의 비저항(Volume resistivility)을 낮게 하여 배향막의 잔류 DC를 낮게 하는 것이다(SID'00 pp.434). 배향막의 비저항을 낮추는 방법으로는 폴리머 구조를 변화시키거나 하이브리드 형태의 배향막(polyamic acid type + polyimide type)을 사용하는 등의 방법이 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 방법으로는 배향막의 비저항을 낮추는 데 한계가 있고, 또한 이러한 방법으로 배향막의 비저항을 낮춘다 하더라도 다른 특성이변하여 배향막 특성을 유지하기 힘든 단점이 있다. 또한, 비저항이 낮은 배향막이라 할지라도 배향막상의 잔류 이온을 완전히 제거하는 데는 한계가 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치에서 배향막 상의 잔류 이온의 이동을 나타내는 모식도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 액정표시장치에서는 장시간 구동 후 일면에 투명전극(20)이 형성된 유리기판(10)의 배향막(30) 상에 잔류 이온(2)이 쌓이게 되고, 이러한 이온들(2)은 배향막(30) 위에 남거나 배향막(30) 속으로 침투하여 외부로 빠져나가지 못하게 된다. 이러한 이온들(2)은 액정표시장치에서 잔상이 발생하 는 직접적인 원인이 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 잔류 이온을 외부로 방출시킴으로써 잔류 이온에 의해 발생하는 잔상 현상을 개선할 수 있는 표시장치용 기판을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 표시장치용 기판을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판은, 기판; 기판의 일면에 형성된 투명전극층; 투명전극층 상에 형성된 배향막층; 및 배향막층 내부에 투명전극층과 물리적으로 연결되도록 삽입되며, 배향막층 내부에 존재하는 이온들을 투명전극층을 통해 외부로 방출시켜주기 위한 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)를 포함한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판 제조 방법은, 기판의 일면에 투명전극층을 형성하는 단계; 투명전극층이 형성된 기판의 일면에 소정의 패턴이 형성된 마스크를 올려놓는 단계; 마스크 위에 카본나노튜브와 바인더가 혼합된 페이스트를 도포하는 단계; 도포된 페이스트를 마스크에 형성된 소정의 패턴에 채우는 단계; 마스크를 제거한 후 페이스트를 건조시키는 단계; 건조된 페이스트를 다각형 또는 원형의 틀로 누른 후 상부로 제거하는 단계; 소정의 온도에서 소결하여 소정의 패턴을 가지는 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)를 형성하는 단계; 및 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)가 형성된 기판 위에 배향막층을 형성하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 도면에서 층과 막 또는 영역들의 크기 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 막 또는 층이 다른 막 또는 층의 "상에" 형성된다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막 또는 층이 상기 다른 막 또는 층의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막 또는 층이 개재될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판은 기판(110), 투명전극층(120), 배향막층(130) 및 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)를 포함한다.
기판(110)은 투명한 절연기판으로서, 광을 투과시킬 수 있는 투명한 재질의 유리를 사용한다. 유리는 무알칼리 특성이다. 유리가 알칼리 특성인 경우, 유리에서 알칼리 이온이 액정표시장치의 액정층 내에 용출되면 액정층 내의 액정 비저항이 저하되어 표시 특성이 변하게 되고, 액정표시장치의 실런트(sealant)와 유리와의 부착력을 저하시키고, 액정표시장치의 박막 트랜지스터의 동작에도 악영향을 준다.
투명전극층(120)은 기판(110)의 일면에 형성된다. 이러한 투명전극층(120)은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide: ITO) 또는 인듐 아연 산화물(Indium zinc oxide: IZO) 등과 같은 투명한 도전체층으로 이루어진다.
배향막층(130)은 투명전극층(120) 상에 형성되며, 폴리이미드(polyimide)나 폴리아미드(polyamide)산 등으로 이루어져 액정 분자를 소정의 방향으로 배향하는 역할을 한다. 이러한 배향막층(130)의 높이는 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 높이보다 높게 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 배향막층(130)을 형성하는 이유에 대한 설명은 후술하기로 한다.
복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)는 배향막층(130) 내부에 투명전극층(120)과 물리적으로 연결되도록 삽입되며, 배향막층(130) 내부에 존재하는 이온(2)들을 투명전극층(120)을 통해 외부로 방출시킨다. 이때 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)는 투명전극층(120)에 대하여 45° 내지 90°, 바람직하게는 90°의 각도로 형성된다. 그리고 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 높이는 배향막층(130)의 높이보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)를 투명전극층(120)에 대하여 45° 내지 90°, 바람직하게는 90°의 각도로 형성하는 이유는 이러한 각도 이하로 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)가 투명전극층(120)으로 눕게 되면, 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 내부 홀로 배향막층(130)에 존재하는 이온(2)들을 외부로 방출할 수 없기 때문이다.
또한, 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 높이를 배향막층(130)의 높이보다 낮게 형성하는 이유는 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 높이가 배향막층(130)의 높이보다 높게 형성되면, 배향막층(130) 상 또는 내부에 존재하는 이온(2)들이 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 내부 홀을 통해 외부로 빠져나갈 수 없기 때문이다.
여기서, 이온(2)들이 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 내부 홀을 통해 외부로 빠져나간다는 것은 배향막층(130) 상 또는 내부에 존재하는 이온(2)들이 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 내부 홀을 통해 게이트 라인, 데이터 라인 또는 공통 라인 등을 경유하여 외부로 방출된다는 것을 의미한다.
참고로, 카본나노튜브(130)는 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소동소체로서 튜브의 직경이 나노미터(nm=10억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질이며, 전기 전도도가 구리와 비슷하여 전기 전도도가 매우 높은 물질이다.
또한, 카본나노튜브(130)는 역학적으로 견고하고(강철의 100배) 화학적 안정성이 뛰어나며 열전도도가 높고 속이 비어있다는 특성이 있다. 속이 비어있는 특성이로 인하여 탄소나노튜브를 통하여 이온 및 전자들의 이동이 자유로워 표면 전도 디스플레이(Surface-conduction Electron-emitter Display: SED) 등의 소자로도 다양하게 응용되고 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판은 배향막층(130) 내부에 투명전극층(120)과 물리적으로 연결되도록 삽입된 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)를 통해 배향막층(130) 내부에 존재하는 이온(2)들을 투명전극층(120)을 통해 외부로 방출시켜 줌으로써 잔류 이온에 의해 발생하는 잔상 현상을 개선할 수 있다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판의 제조 공정을 나타낸 단면도들이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 기판(110)의 일면에 투명전극층(120)을 형성한다. 여기서, 기판(110)은 투명한 절연기판으로서, 광을 투과시킬 수 있는 투명한 재질의 유리로 이루어져 있다. 투명전극층(120)은 ITO 또는 IZO 등과 같은 투명한 도전체층으로 이루어져 있다.
이어서, 도 3b를 참조하면, 기판(110)의 일면에 형성된 투명전극층(120) 위에 마스크(150)를 올려놓는다. 마스크(150)에는 그 단면이 투명전극층(120)에 대하여 90°의 각도를 가지는 패턴(152)이 형성되어 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 패턴(152)의 각도가 90°로 형성된 경우에 대해서만 도면에 나타냈지만, 패턴(152)의 각도가 45° 내지 90° 범위의 각도를 가지도록 형성될 수도 있다.
여기서, 패턴(152)의 각도가 45° 내지 90°, 바람직하게는 도시한 바와 같이 90°의 각도를 가지도록 형성되는 것은 이후의 공정에서 형성될 복수개의 카본나노튜브(140)가 투명전극층(120)에 대해서 45° 내지 90°, 바람직하게는 90°의 각도를 가지게끔 하기 위함이다.
이어서, 도 3c를 참조하면, 패턴(152)이 형성된 마스크(150) 위에 카본나노튜브와 바인더가 혼합된 페이스트(160)를 도포한 후, 고무롤러(170)를 이요한 스크린 프린팅 방법으로 도포된 페이스트(160)를 마스크(150)에 형성된 패턴(152)에 채워 넣는다. 즉, 도포된 페이스트(160)를 고무롤러(170)를 이용해 한 쪽 방향으로 문질러 마스크(150)에 형성된 패턴(152)에 가득 채워 넣는 것이다.
이어서, 도 3d 및 도 3e를 참조하면, 위와 같이 패턴(152)에 페이스트(160)를 채워 넣은 다음에는 마스크(150)를 제거한 후 페이스트(160)를 건조시켜 경화시킨다. 이때, 페이스트(160)의 건조 온도는 80℃ 내지 140℃로 한다.
이어서, 도 3f 및 도 3g를 참조하면, 페이스트(160) 상부에 페이스트(160)와 대응되는 위치에 형성된 다각형 또는 원형의 패턴을 구비하는 틀(180)을 위치시키고, 이러한 틀(180)로 페이스트(160)를 누른 다음 상부로 그 틀(180)을 제거한다. 이 과정에서 페이스트(160) 상부에 홈이 형성 되어 전체적으로 분화구 모양을 이루게 된다. 또한, 틀(180)이 상부로 올려질 때 틀(180)과 페이스트(160)의 접착력으로 인하여 페이스트(160) 상부로 뾰족한 모양이 형성되며, 이후의 공정에서 탄소나노튜브 필라부(pillar)로 만들어질 페이스트(160) 또한 전체적으로 위로 향하게 형성이 된다. 즉, 이러한 과정을 통해서 페이스트(160)는 바람직한 실시예인 90°의 각도를 이룰 수 있게 된다.
계속해서, 도 3h를 참조하면, 이렇게 형성된 페이스트(160)를 300℃ 내지 400℃에서 소결시켜 페이스트(160)로부터 바인더를 증발시킴으로써 형상을 고정시킨다.
계속해서, 도 3i를 참조하면, 위와 같은 소성 공정을 완료하게 되면 마스크(150)에 형성된 패턴(152)을 가지는 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)가 형성된다. 즉, 투명전극층(120)에 대하여 45° 내지 90°, 바람직하게는 도면에 도시한 바와 같이 90°의 각도를 가지는 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)가 다수 개 형성된다.
계속해서, 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)가 형성된 기판(110) 위에 폴리이미드나 폴리아미드산 등을 도포한 후 건조시켜 배향막층(130)을 형성한다. 이때, 배향막층(130)은 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 높이보다 높게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 배향막층(130)의 높이가 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 높이보다 낮게 형성될 경우, 배향막층(130) 상에 잔류하는 이온(2)들이 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 내부 홀을 통해 외부로 빠져나갈 수 없기 때문이다.
즉, 도 3i에 도시한 바와 같이, 배향막층(130)의 높이를 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 높이보다 높게 형성함으로써, 배향막층(130) 상 또는 내부에 잔류하는 이온(2)들이 카본나노튜브 필라부(pillar)(140)의 내부 홀을 통해 게이트 라인, 데이터 라인 또는 공통 라인을 경유하여 외부로 빠져나갈 수 있도록 한다.
참고로, 배향막층(130)은 스핀코팅 또는 프린팅 방법으로 형성될 수 있다.
이상 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치용 기판, 그 제조 방법 및 이를 구비한 액정표시장치에 의하면 잔류이온을 외부로 방출시킴으로써 잔류 이온에 의해 발생하는 잔상 현상을 개선할 수 있다.

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 형성된 투명전극층;
    상기 투명전극층 상에 형성된 배향막층; 및
    상기 배향막층 내부에 상기 투명전극층과 물리적으로 연결되도록 삽입되며, 상기 배향막층 내부에 존재하는 이온들을 상기 투명전극층을 통해 외부로 방출시켜주기 위한 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)를 포함하는 표시장치용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)는 상기 투명전극층에 대하여 45° 내지 90° 범위의 각도로 형성된 표시장치용 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)는 상기 투명전극층에 대하여 90°의 각도로 형성된 표시장치용 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)의 높이는 상기 배향막층의 높이보다 낮게 형성되는 표시장치용 기판.
  5. 기판의 일면에 투명전극층을 형성하는 단계;
    상기 투명전극층이 형성된 상기 기판의 일면에 소정의 패턴이 형성된 마스크를 올려놓는 단계;
    상기 마스크 위에 카본나노튜브와 바인더가 혼합된 페이스트를 도포하는 단계;
    상기 도포된 페이스트를 상기 마스크에 형성된 상기 소정의 패턴에 채우는 단계;
    상기 마스크를 제거한 후 상기 페이스트를 건조시키는 단계;
    상기 건조된 페이스트를 다각형 또는 원형의 틀로 누른 후 상부로 제거하는 단계;
    상기 건조된 페이스트를 소정의 온도에서 소결하여 상기 소정의 패턴을 가지는 복수개의 상기 카본나노튜브 필라부(pillar)를 형성하는 단계; 및
    상기 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)가 형성된 상기 기판 위에 배향막층을 형성하는 단계를 포함하는 표시장치용 기판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소정의 패턴은 그 단면이 상기 투명전극층에 대하여 45° 내지 90° 범위의 각도를 가지도록 형성된 표시장치용 기판 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소정의 패턴은 그 단면이 상기 투명전극층에 대하여 90°의 각도를 가지도록 형성된 표시장치용 기판 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 도포된 페이스트를 상기 마스크에 형성된 상기 소정의 패턴에 채우는 단계는 고무롤러를 이용한 스크린 프린팅 방법으로 진행되는 표시장치용 기판 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 배향막층을 형성하는 단계는 스핀코팅 또는 프린팅 방법으로 진행되는 표시장치용 기판 제조 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 소정의 온도는 300℃ 내지 400℃의 범위를 가지는 표시장치용 기판 제조 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 카본나노튜브 필라부(pillar)의 높이는 상기 배향막층의 높이보다 낮게 형성된 표시장치용 기판 제조 방법.
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