KR100959129B1 - 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버클링(Buckling) 기법을 이용한 멀티도메인 수직배향 모드(Multi domain VA mode) 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 기판 상의 투명전극 위에 소프트 몰드(Soft mold)를 부착하고 폴리머 패시베이션층(Polymer Passivation Layer)을 유리 전이 온도 이상으로 열처리하면 투명전극과 폴리머 패시베이션층의 열팽창계수의 차이에 따라 상기 소프트 몰드의 패턴 주기대로 버클링이 형성된다. 버클링이 형성됨으로 인한 마이크로 그루브(Micro groove)를 이용하여 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치가 실현된다.
멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치, 버클링, 소프트 몰드, 마이크로그루브

Description

멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치 및 그의 제조방법{Multi domain VA mode Liquid Crystal Display and method for fabricating the same}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 입체도.
도 2 내지 도 4는 종래의 멀티 도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 돌기부 제조 공정을 단계별로 나타낸 도면.
도 5.a는 종래의 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 리브(Rib)구조를 나타내는 도면.
도 5.b는 종래의 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 돌기부 구조를 나타내는 도면.
도 6.a 내지 도 6.e는 본 발명에 따른 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 제조 공정을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치를 나타낸 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명〉
100, 110: 제 1, 2 기판 101: TFT 어레이
102, 112: 폴리머 패시베이션층 103: 투명전극
104: 마이크로그루브 105: 소프트 몰드
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 멀티도메인 수직배향 모드(Multi domain VA mode) 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 표시장치 소자로 가장 각광받고 있다.
액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적, 유전적 이방성을 이용하는 것으로, 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정이 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부영역에 대한 입체도이다.
도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격되어 상부 및 하부 기판(10, 20)이 대향하고 있고, 이 상부 및 하부 기판 사이에는 액정층(30)이 개재되어 있다.
상기 하부 기판(20) 상부에는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선(21, 22)이 서로 교차되어 있고, 이 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 지점에 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역으로 정의되는 화소 영역(P)에는 박막트랜지스터(T)와 연결된 화소 전극(23)이 형성 되어 있다.
그리고, 상부 기판(10) 하부에는 컬러필터층(11), 공통 전극(12)이 차례대로 형성되어 있다.
도면으로 상세히 도시하지 않았지만, 컬러필터층은 특정한 파장대의 빛만을 투과시키는 컬러필터와, 컬러필터의 경계부에 위치하여 액정의 배열이 제어되지 않는 영역상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스로 구성된다.
그리고, 상부 및 하부 기판의 각 외부면에는 편광축과 평행한 빛만을 투과시키는 상부 및 하부 편광판(31,32)이 위치하고, 하부 편광판(32) 하부에는 별도의 광원인 백라이트(back light)가 배치되어 있다.
일반적으로, 유전적 이방성을 이용한 액정모드는 전압 제어 복굴절(ECB:electrically controllable birefringence), 비틀린 네마틱(TN:twist nematic), 게스트-호스트(GH:guest-host) 등이 있는데, 이 중 ECB 모드에서는 전계에 대해 수직한 방향으로 배열되는 유전적 이방성이 음(△ε＜0)인 네가형 액정이 이용된다.
상기 ECB 모드 중에서도 수직 배향(VA : Vertical Alignment) 모드는 계조전압에 대한 반응시간의 변화의 폭이 작아, 응답특성이 TN 액정표시장치에 비하여 좋은 장점을 가지고 있다.
최근에는, 시야각 특성이 향상된 수직배향 모드 액정표시장치를 제공하기 위한 멀티 도메인 방식 수직배향 모드에 대한 연구/개발이 활발히 이루어지고 있다. 초기 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치에서는, 노광, 현상, 식각 공정을 포 함하는 일련의 공정인 사진 식각 공정에 의해 수직 배향막을 여러방향으로 러빙하는 방법이 제안되었으나, 사진 식각 공정 중 수직 배향막에 결함이 발생되는 등 제품 수율이 떨어지는 단점이 있다.
이에 따라, 최근에는 상부 및 하부 화소 영역 상에 전계 왜곡 현상을 일으켜 액정의 배향 방향을 서로 다르게 유도하는 유전체 물질로 이루어진 돌기부를 포함하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치가 제안되었다.
좀 더 상세히 설명하면, 돌기부를 가지는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치에서는 전압 오프 상태에서는 액정 분자가 수직 배향막의 영향으로 기판에 수직하게 배향되고, 문턱값 이상의 전압이 걸리면 돌기 부근에서 생성되는 전경선에 의해 수직배향된 액정이 돌기부를 기준으로 서로 다른 방향으로 배향 분할되어 멀티 도메인 구조를 구성하게 된다.
이하, 도 2 내지 도 4는 종래의 멀티 도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 돌기부 제조 공정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 2는 투명전극 상에 감광성 유전체 물질층을 코팅하는 단계를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 기판 상에 TFT 어레이(미 도시)를 보호하는 폴리머 패시베이션층(41)이 형성되고, 상기 폴리머패시베이션층(41) 상부에 투명전극(42)이 형성되어 있으며, 상기 투명전극(42) 상부에는 감광성 유전체 물질층(43)을 코팅한다.
도 3.a는 네가티브(Negative)형 감광성 유전체 물질층의 노광 단계를 나타 내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 유전체 물질층(43)이 코팅된 기판 상에 구성하고자 하는 돌기부 패턴부와 대응되는 위치에 오픈 영역을 가지는 마스크(44)를 배치한 후 노광처리를 한다.
상기 마스크의 패턴은 얇은 크롬(Cr)막으로 형성되며 크롬 패턴 위에 조사된 빛은 반사되어 유전체 물질층을 감광시키지 못하고 크롬이 없는 부분은 투과하여 유전체 물질층을 감광시키게 된다.
이러한 네가티브형에서는 빛에 의해 감광되는 부분이 패턴화된다.
도 3.b는 포지티브(Positive)형 감광성 유전체 물질의 노광 단계를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 포지티브형에서는 도 3.a에서 상술한 네가티브형의 반대로 패턴이 형성된다.
도 4는 노광 단계를 거친 유전체 물질층을 현상하고 베이킹(Baking)하는 단계를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 상기 노광 과정을 거치게 되면 유전체 물질층(43) 중 상대적으로 결합력이 약해져 있는 부분을 용제를 사용하여 녹여내는 현상을 하게 된다.
그런 다음, 현상과정에서 풀어진 패턴화된 유전체 물질층 조직을 단단하게 만드는 베이킹을 하게 되면 도시된 바와 같은 돌기부(45)가 형성된다.
도 5.a는 종래의 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 리브(Rib) 구조 를 나타내는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 투명전극(42) 상에 리브(46)를 형성함으로써 단일화소영역은 상기 리브를 중심으로 두 개의 영역으로 구분되어 멀티 도메인을 형성할 수 있다.
도 5.b는 종래의 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 돌기부 구조를 나타내는 도면이다.
상술한 도 2 내지 도 4의 제조공정을 거친 돌기부가 형성됨으로써, 상기 돌기부(45)를 중심으로 액정의 배열방향이 달라지는 멀티 도메인이 형성된다.
따라서, 상기 도메인별로 형성되는 전계에 수직이 되는 방향으로 액정분자(47)의 장축이 배열된다.
이와같이 돌기부를 중심으로 두 방향의 전계 내에 위치한 액정분자의 배열방향이 다르게 배열되어 멀티도메인을 형성할 수 있게 된다.
그러나 상기와 같은 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치는 리브나 돌기부를 형성하는 데 있어서, 코팅, 노광, 현상, 베이킹의 여러 공정을 거쳐야 한다.
상기와 같이 여러 단계의 공정을 거치게 되면, 공정에 들어가는 재료 소모량이 커지고 그에 따른 공정 비용도 많아지며, 식각공정 후 폐액처리 비용도 추가되는 문제점이 생긴다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소프트 몰드를 투명전극 위에 증착하고, 폴리머 패시베이션층을 유리 전이 온도 이상으로 열처리하 는 버클링 기법을 사용하여 종래의 사진식각 공정보다 적은 공정단계를 가지는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치는 제 1기판 상에 형성된 TFT 어레이와; 상기 TFT 어레이 상에 소프트 몰드를 이용하여 형성된 마이크로그루브 패턴을 가지는 패시베이션층과; 상기 패시베이션층 상에 형성된 투명전극과; 제 2기판 상에 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 형성된 패시베이션층과; 상기 패시베이션층 상에 형성되는 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 소프트몰드는 엘라스토머(Elastomer) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징으로는 제 1 기판 상에 TFT 어레이, 패시베이션층, 투명전극을 순차적으로 형성하는 단계와; 상기 투명전극 위에 소프트몰드를 부착하는 단계와; 상기 패시베이션층을 열처리하여 상기 소프트몰드의 패턴대로 마이크로그루브를 형성하는 단계와; 제 2 기판 상에 컬러필터층, 패시베이션층, 공통전극을 순차적으로 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 주입하고 합착하는 단계를 포함하여 이루어지는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 제조방법에 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 6.a 내지 도 6.e는 본 발명에 따른 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 6.a는 기판 상에 ITO(Indium Tin Oxide) 투명전극을 증착하기까지의 단계를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 투명기판(100) 위에 TFT 어레이(101)를 형성한다. 그 위에 상기 TFT 어레이를 보호하는 폴리머 패시베이션층(102)을 형성하고, 상기 폴리머 패시베이션층 상에 투명전극(103)을 증착하게 된다.
상기 TFT 어레이는 투명기판 상에 박막 트랜지스터와 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극을 기본 단위로 하는 화소가 종횡으로 배열되어 있고, 각각의 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결된 복수 개의 게이트 라인과 데이터 라인이 형성되어 있다.
도 6.b는 소프트몰드의 패턴을 나타낸 도면이고, 도 6.c는 소프트몰드를 투명전극 상에 증착하는 단계를 나타낸 도면이다.
도 6.b에 도시한 바와 같이, 상기 소프트몰드(105)는 일정한 간격을 두고 단면에서 봤을 때 사각형 모양의 홈(106)이 있는 패턴을 가진다.
그리고, 상기 소프트몰드는 엘라스토머(Elastomer) 재질로 형성된다.
상기 소프트몰드를 상기 투명전극 상에 증착할 때에는 어떠한 외부 힘의 작용도 필요로 하지 않는다.
도 6.d는 폴리머 패시베이션층을 열처리하여 버클링(Buckling)을 발생시키는 단계를 나타낸 도면이다.
상기 패시베이션층은 열팽창계수가 다른 폴리머로 이루어진다.
상술한 바와 같이 소프트몰드(105)를 투명전극 상에 증착시킨 후, 상기 폴리머 패시베이션층을 유리 전이 온도(Glass transition temperature) 이상으로 열처리한다.
그러면, 상기 폴리머 패시베이션층(102)의 열팽창 계수가 ITO 투명전극(103)의 열팽창계수보다 크기 때문에 상기 폴리머 패시베이션층이 상기 투명전극을 밀어 올리면서 상기 소프트 몰드가 위치한 윗방향으로 팽창하게 된다.
이렇게 팽창한 상기 폴리머 패시베이션층은 도시된 바와 같이 소프트몰드의 패턴 주기대로 버클링(Buckling)이 발생한다.
도 6.e는 소프트몰드를 기판에서 제거하는 단계를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 폴리머 패시베이션층(102)의 버클링 발생 후, 소프트몰드(105)를 상기 폴리머 패시베이션층으로부터 제거하게 되면 소프트 몰드의 패턴 주기대로 버클링에 의한 마이크로 그루브(Micro groove)(104)가 형성된다.
도 7은 본 발명에 따른 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
상술한 바와 같이, 상기 도 6.a 내지 도 6.e의 제조공정을 거치면서 버클링에 의해 마이크로 그루브(104)를 형성한다.
그리고, 제 2 기판(110) 상에는 컬러필터층(111)과 공통전극(112)이 순차적으로 적층되어 있다.
이와 같이, 상기 마이크로그루브를 중심으로 액정분자(113)들의 배향이 달라지는 멀티도메인을 구현할 수 있다.
이것은 상기 마이크로 그루브를 중심으로 전계의 방향이 달라짐으로써 액정층에 도메인이 형성되고, 각각의 도메인에 걸리는 전계에 수직이 되는 방향으로 액정분자(113)의 장축이 배열되기 때문이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
본 발명에 따른 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치는 멀티도메인을 형성하기 위하여 종래에 행했던 사진식각 공정의 코팅, 노광, 현상, 베이킹의 공정을 열처리의 단일 공정으로 처리함으로써, 종래의 추가적인 재료 소모량을 줄일 수 있고, 그에 따른 공정 비용과 시간을 절약할 수 있다.

Claims (8)

  1. 제 1기판 상에 형성된 TFT 어레이;
    상기 TFT 어레이 상에 소프트 몰드를 이용하여 형성된 마이크로그루브 패턴을 가지는 패시베이션층;
    상기 패시베이션층 상에 형성된 투명전극;
    제 2기판 상에 형성된 컬러필터층;
    상기 컬러필터층 상에 형성되는 패시베이션층;
    상기 패시베이션층 상에 형성되는 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소프트몰드는 엘라스토머 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소프트 몰드는 사각형 모양의 패턴 주기를 가지는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 패시베이션층은 열팽창계수가 다른 폴리머로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치.
  5. 제 1 기판 상에 TFT 어레이, 패시베이션층, 투명전극을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 투명전극 위에 소프트몰드를 부착하는 단계;
    상기 패시베이션층을 열처리하여 상기 소프트몰드의 패턴대로 마이크로그루브를 형성하는 단계;
    제 2 기판 상에 컬러필터층, 패시베이션층, 공통전극을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 주입하고 합착하는 단계를 포함하여 이루어지는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 소프트몰드는 엘라스토머 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 소프트 몰드는 사각형 모양의 패턴 주기를 가지는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 열팽창계수가 다른 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치의 제조방법.
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