KR100911468B1 - 액정표시장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

시야각을 확장한 액정표시장치 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다. 컬러필터 기판의 픽셀 영역 내부에 수직 배향 모드 액정의 배향 방향을 변경시키는 시야각 확장부를 형성하고, 픽셀 영역 외부에 컬러필터 기판 및 TFT 기판의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서를 형성한다. 시야각 확장부 및 스페이서는 1 매의 패턴 마스크에 의하여 동시에 패터닝된다. 수직 배향 모드 액정의 퍼짐성을 증가시키기 위해서 컬러필터 기판에 형성된 배향막 및 TFT 기판에 형성된 배향막의 표면 장력 및 셀 갭이 크게 증가된다. 이로써, 액정표시장치의 문제점 중 하나인 시야각을 크게 개선하며, 시야각을 개선하기 위해 사용되는 수직 배향 모드 액정이 갖는 문제점인 액정 퍼짐성을 개선하여 수직 배향 모드 액정이 채워지지 않음으로써 발생하는 디스플레이 불량을 개선하는 효과를 갖는다.
Figure R1020030001580
수직 배향 모드 액정, 표면 장력, 시야각 확장부

Description

액정표시장치 및 이의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THEREOF}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시장치의 구조를 보여주기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 어셈블리의 픽셀 영역을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 제 1 기판의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B 단면도이다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제 1 기판을 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6의 C-C 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의하여 액정표시장치의 제 1 기판의 공통 전극을 제조하는 과정이 도시되어 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의해 패터닝된 공통 전극을 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의하여 패터닝된 공통 전극의 상면에 컬러필터가 형성된 것을 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의하여 컬러필터의 상면에 스페이서 및 시야각 확장부를 형성한 과정을 도시한 공정도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 의하여 제 1 기판에 스페이서 및 시야각 확장부가 형성된 것을 도시한 개념도이다.
도 13은 도 12의 D-D 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시장치의 제 2 기판을 제조하는 과정을 도시한 공정도이다.
본 발명은 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 영상의 시야각, 액정의 퍼짐성을 크게 향상시킨 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display device, LCD)는 액정(Liquid Crystal, LC)으로 정보를 디스플레이 하는 평판 표시장치(flat display device)의 하나이다. 액정은 전계에 따라서 배열이 변경되고, 배열에 따라서 광투과도(transmissive index)가 변경되는 특징을 갖는다.
이와 같은 액정표시장치는 동일한 스크린 크기를 갖는 다른 디스플레이 장치에 비하여 무게가 가볍고, 부피가 작은 장점을 갖는다. 반면, 액정표시장치에서 발생한 영상은 사용자가 영상을 보는 방향에 따라서 영상이 왜곡 또는 반전된다. 즉, 액정표시장치는 시야각(viewing angle)이 다른 디스플레이 장치에 비하여 매우 나쁜 문제점을 갖는다.
이와 같은 문제점은 액정표시장치가 액정을 사용하기 때문에 발생하며, 특히, 트위스트 네마틱(Twist Nematic, TN) 액정 또는 슈퍼 트위스트 네마틱(Super Twist Nematic, STN) 액정을 사용할 때 빈번하게 발생한다.
최근에는 액정표시장치의 장점은 부각하고, 시야각은 크게 향상시킨 액정표시장치가 개발된바 있다.
미합중국 등록특허 제 6133970호 "LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE"에는 액정표시장치의 시야각을 크게 향상시킨 IPS(In-Plane Switching) 타입 액정표시장치가 개시되어 있다. 그러나, IPS 타입 액정표시장치는 시야각이 매우 넓은 장점을 갖는 대신 개구율이 작아 휘도가 낮고, 높은 구동 전압 및 반응시간이 느린 단점을 갖고 있다.
한편, 최근에는 시야각을 향상시킴과 동시에 개구율 저하가 없는 액정표시장치가 개발된 바 있다.
이와 같은 액정표시장치는 VA(Vertical Alignment) 타입 액정표시장치라 불린다. VA 타입 액정표시장치는 두 개의 전극에 대하여 수직 배열되는 액정을 사용한 액정표시장치이다.
VA 타입 액정표시장치는 시야각을 넓히기 위해서 PVA(Patterned Vertical Alignment) 타입 액정표시장치 및 MVA(Massive Vertical Alignment) 타입 액정표시장치로 나뉜다.
PVA 타입 액정표시장치는 공통전극(common electrode)으로 사용되는 투명전극을 나뭇가지 형상으로 패터닝하여 액정이 패터닝된 투명전극에 의하여 서로 다른 방향으로 배열되도록 하여 시야각을 크게 향상시킨다.
MVA 타입 액정표시장치는 배향막(orientation film)에 돌기 형태를 추가한다. 배향막에 형성된 돌기는 자기장의 방향을 왜곡시켜 액정이 돌기에 의하여 서로 다른 방향으로 배열되도록 하여 시야각을 크게 향상시킨다.
그러나, 종래 PVA 타입 액정표시장치는 시야각을 향상시키기 위해서 투명전극을 패터닝해야 하는 공정이 추가되고, MVA 타입 액정표시장치는 배향막에 돌기를 추가하는 공정이 추가되기 때문에 시야각이 향상되는 대신 제조 공정수가 증가하는 또 다른 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 제 1 목적은 시야각을 향상시키면서 제조 공정수는 감소시킨 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 제 2 목적은 시야각을 향상시키면서 제조 공정수는 감소시킨 액정표시장치의 제조 방법을 제공한다.
이와 같은 본 발명의 제 1 목적을 구현하기 위하여 본 발명은 셀 갭을 갖도록 상호 샌드위치 된 제 1 기판 및 제 2 기판으로 구성되며, 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 복수개의 픽셀 영역이 형성된 기판 어셈블리, 기판 어셈블리의 사이에 배치된 수직 배향 모드 액정, 수직 배향 모드 액정을 픽셀 영역 단위로 구동하기 위해 픽셀 영역에 전계를 인가하는 전계 형성 장치, 패터닝된 유기막에 의하여 픽셀 영역 사이에 형성된 스페이서, 패터닝된 유기막에 의하여 픽셀 영역 내부에 형성되어 수직 배향 모드 액정의 배향 방향을 변경시키는 시야각 확장부 및 제 1 기판 및 제 2 기판 중 마주보는 면에 도포된 배향막을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 2 목적을 구현하기 위하여 본 발명은 제 1 투명 기판에 복수개의 제 1 픽셀을 형성하는 단계, 제 1 투명 기판에 감광성 유기막을 형성하는 단계, 감광성 유기막을 패터닝하여 제 1 픽셀의 사이에는 스페이서를 형성하고 제 1 픽셀의 내부에는 라인 형태를 갖는 시야각 확장부를 형성하는 단계, 제 1 투명 기판에 제 1 배향막을 형성하여 제 1 기판을 제조하는 단계, 제 2 투명기판에 제 1 픽셀과 마주보는 제 2 픽셀 및 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판을 제조하는 단계, 제 1 기판에 수직 배향 모드 액정을 공급하는 단계 및 제 1 기판의 제 1 픽셀 및 제 2 기판의 제 2 픽셀이 상호 마주보도록 제 1 기판 및 제 2 기판을 어셈블리 하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 절연물질로 제 1 기판 및 제 2 기판 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 기둥형 스페이서를 형성하는 과정에서 시야각을 확장시키는 시야각 확장부를 함께 형성하여 공정 증가 없이 시야각을 향상시킨다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시장치의 구조를 보여주기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 액정표시장치(800)는 다시 기판 어셈블리(100), 수직 배향 모드 액정(200), 전계 형성 장치(300), 스페이서(400), 시야각 확장부(500) 및 배향막(600)을 포함한다. 미설명 도면부호 150은 컬러필터이다.
기판 어셈블리(100)는 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)을 포함하며, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 사이에는 셀 갭(cell gap) D를 갖는다. 또한, 기판 어셈블리(100)의 사이에는 소정 평면적을 갖는 복수개의 픽셀 영역이 형성된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 어셈블리의 픽셀 영역을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 기판 어셈블리(100)의 대각선 크기가 17 인치이고, 해상도가, 예를 들어, 1027 ×768일 경우, 도면부호 130으로 도시된 픽셀 영역의 개수는 1027 ×768 ×3개이다.
다시 도 1을 참조하면, 수직 배향 모드 액정(Vertical Alignment mode liquid crystal, VA mode LC; 200)은 기판 어셈블리(100)의 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 사이에 배치된다. 수직 배향 모드 액정(200)은 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)에 대하여 수직 방향으로 배열된다.
전계 형성 장치(300)는 도 2에 도시된 픽셀 영역(130) 마다 지정된 전계가 형성되도록 한다. 이때, 액정표시장치(800)로 풀-컬러 디스플레이(full-color display)를 구현할 경우, 전계는 픽셀 영역(130)마다 서로 다르게 형성된다. 전계 형성 장치(310)는 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)에 한 쌍이 상호 마주보도록 배치된다.
구체적으로, 전계 형성 장치(300)는 공통 전극(310) 및 화소 전극(320)으로 구성된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 제 1 기판의 평면도이다.
도 1 또는 도 3을 참조하면, 공통 전극(310)은 제 1 기판(110)에 형성되며, 픽셀 영역(130)을 감싸는 격자 형상을 갖는다. 따라서, 격자 형상을 갖는 공통 전극(310)의 사이에는 광이 통과하는 개구(140)가 형성된다. 공통 전극(130)은 크롬, 산화 크롬 등 광을 대부분 흡수하는 도전체로 제작되며, 공통 전극(310)에는 레퍼런스 전압이 인가된다.
도 1을 참조하면, 화소 전극(pixel electrode;320)은 제 2 기판(120)에 형성된다. 바람직하게 화소 전극(320)은 투명하면서 도전성인 인듐 주석 산화(Indium Tin Oxide, ITO) 물질로 제작되거나, 인듐 아연 산화(Indium Zinc Oxide, IZO) 물질로 제작된다. 각 화소 전극(320)에는 화소 전압이 인가된다.
다시 도 1 또는 도 3을 참조하면, 스페이서(400)는 픽셀 영역(130)의 사이에 형성되며, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 셀 갭 D를 유지하는 역할을 수행한다.
스페이서(400)는 일실시예로 기둥 형상을 갖으며, 박막을 패터닝하는 방식으로 형성되고, 제 1 높이 H1을 갖는다. 이때, 스페이서(400)를 제작하는데 필요한 박 막은 광에 의하여 패터닝되는 감광성 유기막이 사용된다.
감광성 유기막은 광에 노광 된 부분이 제거되는 포지티브 감광성 물질을 포함하거나, 광에 노광 되지 않은 부분이 제거되는 네거티브 감광성 물질을 포함한다.
스페이서(400)는 제 1 기판(110) 또는 제 2 기판(120)에 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 바람직하게 제 1 기판(110)에 형성된다.
도 3을 참조하면, 시야각 확장부(500)는 픽셀 영역(130)의 내부에 형성되며, 수직 배향 모드 액정(200)의 배열을 변경시켜 영상의 시야각을 확장시키는 역할을 수행한다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다. 도 5는 도 3의 B-B 단면도이다.
도 4 또는 도 5를 참조하면, 시야각 확장부(500)는 일실시예로 라인 형상으로 제작되며, 스페이서(400)를 형성할 때 함께 형성된다. 시야각 확장부(500)는 바람직하게 종단면이 반구 형상을 갖도록 형성된다. 시야각 확장부(500)는 스페이서(400)의 제 1 높이 H1 보다 낮은 제 2 높이 H2를 갖는다. 이때, 스페이서(400)의 제 1 높이 H1이 시야각 확장부(500)의 제 2 높이 H2 보다 높은 것은 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이로 보다 원활하게 도 1에 도시된 수직 배향 모드 액정(200)이 공급될 수 있도록 하기 위함이다.
스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)는 1 매의 패턴 마스크를 이용해 동시에 형성된다.
구체적으로, 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)를 포지티브 감광물질을 포함하는 감광성 유기막으로 제조할 경우, 패턴 마스크 중 스페이서(400)를 형성하는 부분에서의 크리티컬 디멘젼(Critical Dimension, CD)은 40㎛이고, 시야각 확장부에서의 크리티컬 디멘젼은 8㎛로 조정된다. 이에 따라, 패터닝 후 스페이서(400)의 높이는 약 3㎛ ∼ 4㎛이며, 바람직하게 3.5㎛이다. 반면, 시야각 확장부(500)의 높이는 약 1㎛ ∼ 1.4㎛이며, 바람직하게 1.2㎛이다.
또한, 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)를 네거티브 감광물질을 포함하는 감광성 유기막으로 제조할 경우, 패턴 마스크 중 스페이서(400)를 형성하는 부분에서의 크리티컬 디멘젼은 25㎛이고, 시야각 확장부(500)에서의 크리티컬 디멘젼은 3㎛이다. 패터닝 후 스페이서(400)의 높이는 약 3㎛ ∼ 4㎛이며, 바람직하게 3.5㎛이다. 반면, 시야각 확장부(500)의 높이는 약 1㎛ ∼ 1.4㎛이며, 바람직하게 1.2㎛이다.
즉, 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)는 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)의 위치에서의 선폭이 서로 다른 1 매의 패턴 마스크를 이용하여 함께 형성되기 때문에 종래 문제가 되었던 패턴 마스크의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)는 절연체인 감광성 유기막을 사용하기 때문에 도 1에 도시된 공통 전극(310) 및 화소 전극(320)이 상호 쇼트 되는 것을 방지하기 위한 오버 코팅막(over coating layer)을 사용할 필요가 없게 되어 공정이 매우 단순해진다.
한편, 도 1에 도시된 2 개의 배향막(610,620)은 제 1 기판(110) 및 제 2 기 판(120)의 마주보는 면에 형성된다. 이하, 2 개의 배향막(610,620)을 제 1 배향막(610) 및 제 2 배향막(620)으로 정의하기로 한다. 구체적으로 제 1 배향막(610)은 공통 전극(310), 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)가 모두 덮이도록 제 1 기판(110)의 전면에 형성되며, 제 2 배향막(620)은 화소 전극(320)이 덮이도록 제 2 기판(120)의 전면에 형성된다.
이때, 제 1 배향막(610) 및 제 2 배향막(620)에는 극성이 큰 작용기, 예를 들면, 수산화기(OH-) 등이 포함된다. 제 1 배향막(610) 및 제 2 배향막(620)에 포함된 극성이 큰 작용기는 표면 장력(surface tension)을 증가시킨다. 제 1 배향막(610) 및 제 2 배향막(620)의 표면 장력을 증가시키는 이유는 수직 배향 모드 액정(200)이 적하 방식(drop filing type)으로 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 사이에 배치되기 때문이다.
구체적으로, 수직 배향 모드 액정(200)을 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에 배치하기 위해서, 일실시예로 제 1 기판(110)에는 수직 배향 모드 액정(200)을 수납하기 위한 액정 수납 월(미도시)이 형성된다.
액정 수납 월의 내부에는 지정된 부피의 수직 배향 모드 액정(200)이 군데군데 드롭 되고, 감압 환경에서 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)은 상호 어셈블리 된다. 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)은 상압 환경으로 배출된다. 이때, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)은 감압 환경을 갖고, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 바깥쪽은 상대적으로 고압 환경이기 때문에 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이의 수직 배향 모드 액정(200)은 감압 환경에서 고압 환경으로 유동하려는 성질을 갖는다. 결국, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에 배치된 수직 배향 모드 액정(200)은 균일하게 퍼지게 된다.
그러나, 일반적인 TN 모드 액정은 퍼짐성이 양호해 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에서 균일하게 퍼지지만, 본 발명에 사용된 수직 배향 모드 액정(200)은 TN 모드 액정과 달리 퍼짐성이 그다지 좋지 않다. 따라서, 수직 배향 모드 액정(200)을 이용할 경우, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에서는 수직 배향 모드 액정(200)이 미쳐 퍼지지 않은 언-필(un-fill) 영역이 빈번하게 발생한다. 언-필 영역이 형성되는 불량은 디스플레이 품질에 치명적인 악영향을 미친다.
이와 같은 이유로, 수직 배향 모드 액정(200)을 이용하여 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에 수직 배향 모드 액정(200)을 주입하기 위해서는 제 1 배향막(610), 제 2 배향막(620)의 표면 장력을 크게 하는 것이 매우 유리하다. 즉, 수직 배향 모드 액정(200)의 표면 장력보다 제 1 배향막(610) 및 제 2 배향막(620)의 표면 장력을 크게 하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 제 1 배향막(610) 및 제 2 배향막(620)의 표면 장력은 49 ∼ 75 dyne/㎠을 갖도록 한다.
또한, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 사이에 수직 배향 모드 액정(200)을 배치하기 위해서는 도 1에 도시된 셀 갭 D를 크게 하는 것이 바람직하다. 즉, 수직 배향 모드 액정(200)의 드롭 된 부피 및 높이를 증가시킴으로써, 수직 배향 모드 액정(200)의 퍼짐성을 증가시키기 위함이다.
그러나, 셀 갭 D를 크게 할 경우, 수직 배향 모드 액정(200)의 광학적 이방성(Δn) 및 셀 갭 D의 곱인 Δnd가 변경되어 휘도 등이 크게 영향 받는다. 따라서, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 셀 갭 D를 증가시키기 위해서는 수직 배향 모드 액정(200)의 광학적 이방성(Δn)을 조절해야한다.
바람직하게 본 발명에서는 셀 갭 D가 3.8㎛ ∼ 4.50㎛이며, 광학적 이방성(Δn)은 0.710 ∼ 0.815이다. 이때, 셀 갭 D 및 광학적 이방성(Δn)은 지정된 범위 내에서 선택이 가능하지만, 어떠한 조합으로 광학적 이방성(Δn) 및 셀 갭 D가 선택되더라도 이들의 곱인 Δnd는 항상 일정하도록 해야 한다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제 1 기판을 도시한 평면도이다. 도 7은 도 6의 C-C 단면도이다.
도 6 또는 도 7을 참조하면, 앞서 도 1에서는 공통 전극(310)이 격자 형상을 갖는 메탈이 사용된 것이 도시되어 있지만, 도 6에는 격자 형상으로 형성된 메탈이 블랙 매트릭스(330)로 사용되고, 공통 전극(340)은 제 1 기판(110)의 전면적에 도포된 투명 전극이 사용되고 있다. 미설명 도면부호 150은 컬러필터이다. 이 투명 전극(340)은 화소 전극과 동일한 물질로 이루어진다. 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)의 구성 및 작용은 앞서 설명한 바와 동일함으로 그 중복된 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시장치의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의하여 액정표시장치의 제 1 기판의 공통 전극 을 제조하는 과정이 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 도면부호 110으로 도시된 제 1 기판에는 화학적 기상 증착(Chemical Vapored Deposition, CVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법에 의하여 메탈 박막(305)이 증착된다. 이때, 메탈 박막(305)은 도전성이면서 광을 흡수하는 크롬(Cr), 크롬 산화막(CrO2) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
메탈 박막(305)은 광이 투과되는 부분과 광이 투과되지 않는 부분, 예를 들면, 규칙적인 격자 형상으로 패터닝된다.
구체적으로, 메탈 박막(305)의 표면에는 감광성 유기물질로 감광성 유기막이 전면적에 걸쳐 형성된다. 감광성 유기막은 패턴 마스크에 의한 노광, 현상 등의 공정을 통하여 패터닝된다. 패터닝된 감광성 유기막에 도면부호 307을 부여하기로 하며, 보호 패턴이라 칭하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의해 패터닝된 공통 전극을 도시한 평면도이다.
도 8 또는 도 9를 참조하면, 보호 패턴(307)이 형성된 제 1 기판(110)은 플라즈마 식각 장치 등으로 이송된 후 플라즈마 환경에서 건식 식각 된다. 이때, 메탈 박막(305) 중 보호 패턴(307)에 의하여 덮이지 않은 부분은 플라즈마에 의하여 식각 되어 제거되고, 메탈 박막(305) 중 보호 패턴(307)에 의하여 덮인 부분은 식각 되지 않고 남게된다. 이하, 패터닝된 메탈 박막(305)을 공통 전극(310)이라 칭하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의하여 패터닝된 공통 전극의 상면에 컬러필터가 형성된 것을 도시한 평면도이다.
도 9 또는 도 10을 참조하면, 공통 전극(310)의 상면에는 Y 축 방향으로 띠 형상을 갖는 컬러필터(150)들이 형성된다. 컬러필터(150)들은 레드 컬러필터(152), 그린 컬러필터(154) 및 블루 컬러필터(156)로 구성되며, 레드 컬러필터(152), 그린 컬러필터(154) 및 블루 컬러필터(156)는 교대로 형성된다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의하여 컬러필터의 상면에 스페이서 및 시야각 확장부를 형성한 과정을 도시한 공정도이다.
도 11을 참조하면, 컬러필터(150)가 형성된 제 1 기판(110)에는 감광성 유기막(450)이 형성된다. 바람직하게 감광성 유기막(450)은 광에 노광 된 부분이 제거되는 포지티브 감광성 물질이 포함되거나, 광에 노광 되지 않은 부분이 제거되는 네거티브 감광성 물질이 포함될 수 있다.
이어서, 감광성 유기막(450)의 상부에는 패턴 마스크(460)가 제 1 기판(110)과 얼라인 된다. 패턴 마스크(460)는 제 1 노광 패턴(462) 및 제 2 노광 패턴(464)이 형성된다. 제 1 노광 패턴(462)은 스페이서를 제작하는데 사용되며, 제 2 노광 패턴(464)은 시야각 확장부를 제작하는데 사용된다.
예를 들어, 일본국 JSR(사)의 포지티브 포토레지스트(상품명:PC455-R1)를 사용하여 감광성 유기막(450)을 패터닝할 경우, 감광성 유기막(450)은 약 80℃에서 1 분간 소프트 베이크 된다. 이어서, 크리티컬 디멘젼이 40㎛인 제 1 노광 패턴(462) 및 크리티컬 디멘젼이 8㎛인 제 2 노광 패턴(464)인 패턴 마스크(460)를 사용하여 노광이 수행된다. 노광은 일본국 NSK사의 노광기를 이용하며, 노광 갭은 100㎛이고 노광량은 200mJ/㎠이다. 이어서, 25℃의 약알칼리 용액으로 현상을 수행하고, 220℃의 오븐에서 40분간 하드 베이크 한다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 의하여 제 1 기판에 스페이서 및 시야각 확장부가 형성된 것을 도시한 개념도이다.
도 10 내지 도 12을 참조하면, 이와 같은 방법으로 노광 및 현상을 진행함으로써 감광성 유기막(450)은 패터닝되어, 도 10에 도시된 픽셀 영역(130)의 사이에는 높이가 3.5㎛이고, 단위 면적(㎠)당 300∼500개의 기둥형 스페이서(400)가 형성된다. 이때, 기둥형 스페이서(400)의 높이는 3㎛ ∼ 4㎛이다.
한편, 노광 후, 현상을 진행함으로써 감광성 유기막(450)은 패터닝되어, 픽셀 영역(130)에는 높이가 1.2㎛인 라인 형상의 시야각 확장부(500)가 형성된다. 이때, 시야각 확장부(500)의 높이는 1㎛ ∼ 1.4㎛이다.
즉, 감광성 유기막(450)은 도 11에 도시된 1 매의 패턴 마스크(460)에 의하여 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)가 함께 형성된다. 이때, 1 매의 패턴 마스크(460)로 높이가 서로 다른 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)를 형성하기 위해서는 노광 패턴의 선폭을 정밀하게 조절한다.
또 다른 예를 들면, 대한민국 동진세미켐(사)의 네거티브 포토레지스트(상품명: DCS-A66)를 사용하여 감광성 유기막을 패터닝할 경우, 감광성 유기막은 약 80℃에서 1 분간 소프트 베이크 된다. 이어서, 크리티컬 디멘젼이 25㎛인 제 1 노광 패턴 및 크리티컬 디멘젼이 3㎛인 패턴 마스크를 사용하여 노광이 수행된다. 노광 은 일본국 NSK사의 노광기를 이용하며, 노광 갭은 100㎛이고 노광량은 200mJ/㎠이다. 이어서, 25℃의 약알칼리 용액으로 현상을 수행하고, 220℃의 오븐에서 40분간 하드 베이크 한다.
이와 같은 방법으로 노광 및 현상을 진행함으로써 감광성 유기막은 패터닝되어, 픽셀 영역의 사이에는 높이가 3.5㎛이고, 단위 면적(㎠)당 300∼500개의 기둥형 스페이서가 형성된다. 이때, 기둥형 스페이서의 높이는 3㎛ ∼ 4㎛이다.
한편, 노광 후, 현상을 진행함으로써 감광성 유기막은 패터닝되어, 픽셀 영역에는 높이가 1.2㎛인 라인 형상의 시야각 확장부가 형성된다. 이때, 시야각 확장부의 높이는 1㎛ ∼ 1.4㎛이다.
즉, 감광성 유기막(450)은 1 매의 패턴 마스크(460)에 의하여 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)가 동시에 형성된다. 이때, 1 매의 패턴 마스크(460)로 높이 및 형상이 서로 다른 패턴을 형성하기 위해서는 노광 패턴의 선폭을 정밀하게 조절한다.
이외에도 1 매의 패턴 마스크(460)로 높이 및 형상이 서로 다른 패턴을 형성하기 위해서는 반-투과 패턴 마스크(Half-tone pattern mask)를 이용하는 방법 또한 가능하다. 반-투과 패턴 마스크는 노광 패턴을 슬릿, 격자 구조, 원형으로 형성하여 노광을 수행한다.
도 13은 도 12의 D-D 단면도이다.
도 13을 참조하면, 스페이서(400) 및 시야각 확장부(500)의 상면에는 제 1 배향막(610)이 형성된다. 제 1 배향막(610)은 표면 장력을 증가시키기 위해서 수산 화기(OH-)와 같은 작용기가 포함된 배향 물질을 제 1 기판(110)에 도포하는 과정을 포함한다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시장치의 제 2 기판을 제조하는 과정을 도시한 공정도이다.
도 14를 참조하면, 제 2 기판(120)에는 박막 트랜지스터(170) 및 화소 전극(620)이 순차적으로 형성된다.
박막 트랜지스터(170)는 제 2 기판(120)에 매트릭스 형태로 배치된다. 박막 트랜지스터(170)의 위치는 앞서 설명한 제 1 기판(110)의 공통 전극(310)과 마주보는 곳이다. 박막 트랜지스터(170)는 4 매의 패턴 마스크 또는 5 매의 패턴 마스크를 사용하여 제작이 가능하다. 본 발명에서는 바람직하게 4매의 패턴 마스크를 사용한 박막 트랜지스터가 개시되어 있다.
박막 트랜지스터(170)를 제조하는 과정은 먼저, 제 2 기판(120)의 표면에 제 1 패턴 마스크를 사용하여 게이트 전극(172)을 형성하는 과정, 게이트 전극(172)을 게이트 절연막(174)으로 절연시키는 과정을 포함한다.
또한, 박막 트랜지스터(170)를 제조하는 과정은 게이트 절연막(174)의 상면에 아몰퍼스 실리콘층(176a), n+ 아몰퍼스 실리콘층(176b)으로 구성된 채널층(176) 및 소오스/드레인 메탈층을 순차적으로 형성하는 이른바 삼층막 공정을 포함한다.
삼층막의 상면에는 제 2 패턴 마스크를 사용하여 포토레지스트 패턴이 형성된다.
포토레지스트 패턴은 에치백(etch back) 공정에 의하여 소오스/드레인 메탈층은 에칭 되어 소오스 전극(177) 및 드레인 전극(178)이 형성된다.
이어서, 소오스 전극(177) 및 드레인 전극(178)을 마스크로 하여 n+ 아몰퍼스 실리콘층(176b)이 패터닝된다.
이어서, 제 2 기판(120)에는 층간 절연막(179)이 도포되고, 제 3 패턴 마스크를 사용하여 드레인 전극(178)이 개구되도록 콘택홀(179a)이 형성된다.
이어서, 층간 절연막(179)의 상면에는 인듐 주석 산화막이 형성된 후, 제 4 패턴 마스크에 의하여 패터닝되어 드레인 전극(178)과 연결된 화소 전극(320)이 형성된다.
화소 전극(320)이 덮이도록 제 2 기판(120)의 전면적에 걸쳐 제 2 배향막(620)이 형성된다. 이때, 제 2 배향막(620)은 표면장력을 증가시키기 위해 수산화기와 같은 작용기가 포함된다.
이와 같은 구성을 갖는 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 중 어느 하나, 예를 들면, 제 1 기판(110)에는 도 1에 도시된 바와 같이 수직 배향 모드 액정(200)을 수납하기 위한 액정 수납 월이 형성된 후, 액정 수납 월에는 수직 배향 모드 액정(200)이 적하 방식으로 수납된다.
이어서, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)은 감압 환경에서 어셈블리 되고, 대기 중으로 배출되어 액정표시장치가 제조된다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 액정표시장치의 시야각을 공정수의 증가 없이 크게 증가시킬 수 있으며, 액정과 접촉하는 배향막의 표면 장력을 크게 증가 및 셀 갭을 증가시켜 시야각을 증가시키기 위해 사용되는 액정의 퍼짐성을 증가시켜 액정 언-필 영역에 의한 디스플레이 불량을 방지하는 효과를 갖는다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 셀 갭을 갖도록 상호 샌드위치 된 제 1 기판 및 제 2 기판으로 구성되며, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 복수개의 픽셀 영역이 형성된 기판 어셈블리;
    상기 기판 어셈블리의 사이에 배치된 수직 배향 모드 액정;
    상기 수직 배향 모드 액정을 상기 픽셀 영역 단위로 구동하기 위해 상기 픽셀 영역에 전계를 인가하는 전계 형성 수단;
    패터닝된 유기막에 의하여 상기 픽셀 영역 사이에 형성된 스페이서;
    패터닝된 상기 유기막에 의하여 상기 픽셀 영역 내부에 형성되어 상기 수직 배향 모드 액정의 배향 방향을 변경시켜 시야각을 확장하기 위한 시야각 확장부; 및
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 중 마주보는 면에 도포된 배향막을 포함하고,
    상기 전계 형성 수단은 상기 픽셀 영역들간에 격자 형상으로 형성되어 상기 픽셀 영역들간의 영역을 통해 출사되는 광을 차광하는 제1 공통 전극과, 상기 픽셀 영역마다 형성된 화소 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 화소 전극은 투명 전극이고, 상기 공통 전극은 상기 픽셀 영역의 사이를 가리는 메탈 전극인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유기막은 광에 노광 된 부분이 제거되는 포지티브 감광성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유기막은 광에 노광 되지 않은 부분이 제거되는 네거티브 감광성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는 제 1 기판에 형성되며, 상기 스페이서의 높이는 상기 시야각 확장부의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 스페이서의 높이는 3㎛ ∼ 4㎛이고, 상기 시야각 확장부의 높이는 1㎛ ∼ 1.4㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 시야각 확장부는 라인 형상을 갖으며 단면은 반구 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 배향막에는 상기 배향막의 표면장력을 증가시키기 위해 극성이 큰 작용기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 작용기는 수산화기인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 액정의 퍼짐성을 증가시키기 위해 상기 배향막의 표면 장력은 49∼75 dyne/㎠인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 갭이 d이고, 상기 수직 배향 모드 액정의 광학적 이방성(optical anisotropy)이 Δn 일 때, 상기 셀 갭 d는 3.8㎛ ∼ 4.50㎛이고, 상기 액정은 광학적 이방성 n은 0.0710∼0.0815이며, 상기 액정의 Δn과 d의 곱은 일정한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전계 형성 수단은 상기 제1 기판의 전면적에 형성된 제2 공통 전극을 포함하며, 상기 화소 전극 및 상기 제2 공통 전극은 투명 전극인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제 1 투명 기판에 복수개의 제 1 픽셀을 형성하는 단계, 상기 제 1 투명 기판에 감광성 유기막을 형성하는 단계, 상기 감광성 유기막을 패터닝하여 상기 제 1 픽셀의 사이에는 스페이서를 형성하고 상기 제 1 픽셀의 내부에는 라인 형태를 갖는 시야각 확장부를 형성하는 단계, 상기 제 1 투명 기판에 제 1 배향막을 형성하여 제 1 기판을 제조하는 단계;
    제 2 투명기판에 상기 제 1 픽셀과 마주보는 제 2 픽셀 및 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판을 제조하는 단계;
    상기 제 1 기판에 수직 배향 모드 액정을 공급하는 단계; 및
    상기 제 1 기판의 상기 제 1 픽셀 및 제 2 기판의 상기 제 2 픽셀이 상호 마주보도록 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 어셈블리 하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 배향막 및 제2 배향막 중 적어도 하나 이상에 표면장력을 증가시키기 위하여 수산화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 픽셀을 형성하는 단계는 상기 제 1 투명 기판에 격자 형상을 갖는 공통 전극을 형성하는 단계 및 상기 공통 전극의 개구에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 픽셀을 형성하는 단계는 상기 제 1 투명 기판에 매트릭스 형태로 컬러필터를 형성하는 단계, 상기 컬러필터가 덮이도록 상기 제 1 투명 기판에 투명한 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 감광성 유기막을 형성하는 단계는 광에 노광 된 부 분이 제거되는 포지티브 감광성 물질이 포함된 감광성 유기물질을 상기 제 1 투명 기판에 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 감광성 유기막을 형성하는 단계는 광에 노광 되지 않은 부분이 제거되는 네거티브 감광성 물질이 포함된 감광성 유기물질을 상기 제 1 기판에 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 스페이서 및 시야각 확장부를 형성하는 단계는 상기 스페이서가 형성될 부분에서의 제 1 패턴 선폭 및 시야각 확장부가 형성될 부분에서의 제 2 패턴 선폭이 상기 제 1 패턴 선폭보다 좁은 패턴 마스크를 상기 제 1 투명 기판에 얼라인 하는 단계; 및
    상기 패턴 마스크에 광을 주사하여 상기 감광성 유기막을 노광 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
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