KR100977230B1 - 액정표시소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속층의 단차로 인한 러빙불량을 방지하여 소자의 콘트라스트비를 향상시키고자 하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 기판 상에 테이퍼 앵글이 낮은 배리어층을 형성하는 단계와, 상기 배리어층 중 일부가 노출되도록, 상기 배리어층의 나머지 일부 상에 접촉하고, 테이퍼 앵글이 낮은 금속층을 형성하는 단계와, 상기 금속층 상부의 기판 전면에 배향막을 인쇄하는 단계와, 상기 배리어층 및 금속층의 표면을 따라 상기 배향막을 러빙하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 배리어층은, 상기 노출되는 일부가 소정 너비를 갖도록, 상기 금속층보다 넓은 너비로 형성되는 것을 특징으로 한다.

러빙불량, 금속층 단차, 배리어층, 콘트라스트비

Description

액정표시소자의 제조방법{Method For Fabricating Liquid Crystal Display Device}

도 1은 일반적인 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 공정사시도.

도 2는 일반적인 액정표시소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정순서도.

도 3은 종래 기술에 의한 배향막 러빙 공정을 나타낸 공정단면도.

도 4는 종래 기술에 의한 액정분자의 배열을 나타낸 단면도.

도 5는 종래기술에 의한 액정표시소자의 블랙 휘도를 나타낸 사진도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 배향막 러빙 공정을 나타낸 공정단면도.

도 7은 본 발명에 의한 액정분자의 배열을 나타낸 단면도.

도 8은 본 발명에 의한 액정표시소자의 블랙 휘도를 나타낸 사진도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명

110 : 기판 114 : 러빙롤

115 : 러빙포 120 : 액정분자

150 : 금속층 151 : 배리어층

152 : 배향막

본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 금속층의 단차로 인한 러빙불량을 방지하여 소자의 콘트라스트비를 향상시키고자 하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것이다.

평판표시소자로서 최근 각광받고 있는 액정표시소자는 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 작다는 장점 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다.

특히, 얇은 두께로 제작될 수 있어 장차 벽걸이 TV와 같은 초박형(超薄形) 표시장치로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 무게가 가볍고, 전력소비도 CRT 브라운관에 비해 상당히 적어 배터리로 동작하는 노트북 컴퓨터의 디스플레이로 사용되는 등, 차세대 표시장치로서 각광을 받고 있다. 또한, 소형 패널로 제작되어 휴대폰 디스플레이로도 사용되고 있어 그 활용이 다양하다.

이러한 특성을 갖는 액정표시소자는, 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터층과, R,G,B 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 매트릭스가 형성되어 있는 컬러필터(color filter) 어레이 기판과, 수직교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 각 화소에 TFT(Thin Film Transistor)와 화소전극이 구비된 TFT 어레이 기판과, 상기 두 기판이 대향합착된 그 사이에 형성된 액정층으로 구성되는 바, 상기 컬러필터 어레이 기판과 TFT 어레이 기판 내측면에는 상기 액정층의 액정분자들을 특정 방향으로 배향시키기 위해 배향막이 더 구비된다.

상기 액정분자들을 특정방향으로 배향시키기 위해서는, 배향막으로 불리는 유기고분자막을 기판 위에 인위적으로 형성하고 러빙처리하여 이방성을 부여한다.

즉, 기판 상면에 폴리아믹산, 가용성 폴리이미드 등을 도포하고, 60℃~80℃ 정도의 온도와 80℃~200℃ 정도의 온도에서 차례로 경화하여 폴리이미드화한 후, 러빙장치를 이용한 러빙공정으로 폴리이미드막 표면의 다수 영역에 다양한 배향패턴들을 형성한다.

여기서, 러빙 공정은 레이온, 나일론과 같은 러빙포로 감겨진 원통 형태의 러빙롤을 회전시켜, 상기 폴리이미드막 표면에 물리적인 마찰을 가하여 문질러 주는 방식으로 진행된다.

특히, 러빙포의 경우 양면 테이프를 이용하여 러빙롤의 외주면에 부착되므로, 러빙포의 사이즈가 커질수록 부착균일도와 러빙포 포결의 각도 균일성 역시 불리하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 액정표시소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 공정사시도이고, 도 2는 일반적인 액정표시소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정순서도이다.

그리고, 도 3은 종래 기술에 의한 배향막 러빙 공정을 나타낸 공정단면도이고, 도 4는 종래 기술에 의한 액정분자의 배열을 나타낸 단면도이며, 도 5는 종래기술에 의한 액정표시소자의 블랙 휘도를 나타낸 사진도이다.

도 2를 참고로 하여, 액정표시소자의 제조방법을 구체적으로 살펴보면, 먼저 여러 패턴들이 형성된 기판 상의 이물질을 제거하기 위해 세정공정(S100)을 행한 다.

상기 액정표시소자가 TN 모드일 경우에는, 이 때, 상기 기판 중 상부기판은 컬러필터층과 공통전극이 형성된 컬러필터 기판이고, 하부기판은 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 각 화소 영역에 박막트랜지스터와 화소전극이 형성된 박막트랜지스터 기판이다.

계속하여, 배향막 인쇄장치를 이용하여 상기 기판 상면에 배향막 원료액 예컨대, 폴리아믹산, 가용성 폴리이미드를 인쇄하는 배향막 인쇄공정(S101)을 행한다,

그리고, 상기 배향막 원료액에 열을 가하여 경화시키는 배향막 경화공정(S102)을 행한다. 즉, 상기 배향막 원료액을 60℃∼80℃ 정도의 온도로 가열하여 1차 경화한 다음, 좀더 높은 80℃∼200℃ 정도의 온도로 가열하여 2차 경화한다.

다음, 러빙장치를 이용하여 경화처리된 배향막 표면을 일정한 방향으로 문질러 홈을 만들어주는 배향막 러빙공정(S103)을 행한다.

이 때, 상기 러빙장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 원통 형태의 러빙롤(14)과, 상기 러빙롤(14)의 외주면에 양면 테이프를 이용하여 부착된 러빙포(15)와, 상기 러빙롤(14)의 중심축과 연결되어 러빙롤을 지지해주는 지지대(13)로 구성되어 있다.

이러한 러빙장치를 이용한 배향막 러빙공정을 수행하기 위해서, 배향막(52)이 형성된 기판(10)을 스테이지(16) 상면에 탑재시키고, 구동모터(미도시)의 동력으로 구동롤러(17)를 회전시켜 스테이지(16)를 전진시킴으로써 기판(10)을 움직인다. 이 때, 지지대(13)에 연결된 러빙롤(14)은 그 저부에서 전진하는 기판(10)의 배향막(52)과 접촉된 후, 회전하면서 상기 배향막(52)의 표면에 홈을 남긴다.

균일한 디스플레이 특성을 갖도록 하기 위해서는 넓은 면적에 균일하게 홈을 형성시켜 주는 것이 중요한데, 이는 배향막 표면을 러빙포로 균일한 압력과 속도로 마찰시켜 배향막 표면의 고분자 사슬을 일정방향으로 정렬시킴으로써 가능하다.

고분자 사슬이 일정한 방향으로 정렬되면 그에 따라서, 액정분자들도 일정하게 배열되므로 전면적에 대해 균일하게 러빙되도록 한다.

그러나, 상기 액정표시소자의 패턴은 그 테이퍼 앵글이 수직으로 형성되므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 금속층(50)의 에지부분에 러빙포(15)가 닿지 않아 러빙이 되지 않게 된다. 따라서, 러빙되지 않은 부분의 액정분자(20)들은, 도 4에 도시된 바와 같이, 원하는 방향으로 배열이 제어되지 않고 무질서한 상태로 배열된다.

이와같이, 액정분자의 배열이 무질서하게 되면 빛이 투과가 제어되지 않아서 상응하는 부분에서 빛샘이 발생한다. 빛샘은 화이트 상태에서는 문제가 되지 않으나, 블랙 상태에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 화상이 밝아지는 문제가 생긴다. 이는 블랙 상태의 휘도에 대한 화이트 상태의 휘도의 비로 계산되는 콘트라스트비를 떨어뜨리게 되므로 화상품질이 저하된다.

다만, 도 5의 사진도는 IPS 모드에서 촬영한 것으로, 지그재그 타입의 화소 전극 및 공통전극을 따라 빛샘이 발생하는 것을 알수 있다.

상기의 배향막 형성공정이 끝난 후에는, 상부기판의 가장자리에 접착제 역할을 하는 씰 패턴(seal pattern)을 액정주입구를 제외한 나머지 영역에 형성하고, 하부기판에 스페이서(spacer)를 산포한 뒤(S104), 상기 두 기판을 대향 합착시킨다.(S105)

마지막으로, 상기 두 기판 사이에 액정으로 주입하고 액정이 흘러나오지 않도록 액정주입구를 봉지하면 원하는 액정표시소자가 완성된다.(S106)

상기와 같은 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 테이퍼 앵글이 수직인 금속층 상부에 인쇄된 배향막을 러빙하는 경우, 금속층의 에지부분에 러빙포가 닿지 않아 러빙이 이루어지지 않게 된다.

따라서, 러빙되지 않은 배향막에 형성된 액정분자는 원하는 방향으로 배열되지 않고 무질서하게 배열되므로 해당부분에서 빛샘이 발생하게 된다.

이는 블랙 상태에서의 휘도를 높여 콘트라스트비를 저하시키므로 화상품질이 떨어지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 금속층의 단차로 인한 러빙불량을 방지하여 소자의 콘트라스트비를 향상시키고자 하는 액정표시소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은, 기판 상에 테이퍼 앵글이 낮은 배리어층을 형성하는 단계와, 상기 배리어층 중 일부가 노출되도록, 상기 배리어층의 나머지 일부 상에 접촉하고, 테이퍼 앵글이 낮은 금속층을 형성하는 단계와, 상기 금속층 상부의 기판 전면에 배향막을 인쇄하는 단계와, 상기 배리어층 및 금속층의 표면을 따라 상기 배향막을 러빙하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 배리어층은, 상기 노출되는 일부가 소정 너비를 갖도록, 상기 금속층보다 넓은 너비로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 배향막 러빙 공정을 나타낸 공정단면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 액정분자의 배열을 나타낸 단면도이며, 도 8은 본 발명에 의한 액정표시소자의 블랙 휘도를 나타낸 사진도이다.

본 발명에 의한 액정표시소자의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

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먼저, 컬러필터 기판에 빛샘방지를 위한 블랙 매트릭스를 형성하고, 상기 블랙 매트릭스 사이에 염색법, 전착법, 안료분산법, 도포법 등을 사용하여 R,G,B(red, green, blue)의 컬러필터층을 형성한 다음, 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 ITO 재질의 공통전극을 형성한다.

다음, 박막트랜지스터 기판에 배리어층(151)을 형성하고, 배리어층(151)의 상부에 금속층(150)을 형성한다. 이때, 금속층(150)은 교차 형성되는 복수의 게이트 배선과 데이터 배선을 포함하고, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 부위에 형성되는 박막트랜지스터와 연결되는 ITO 재질의 화소전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배리어층(151)은 테이퍼 앵글이 낮게 형성되고, 상기 금속층(150)은 테이퍼 앵글이 낮은 금속으로, 상기 배리어층(151)의 상부에, 상기 배리어층(151)의 적어도 일부와 중첩되도록 형성된다. 즉, 상기 배리어층(151)은 상기 금속층(150)보다 넓게 형성되어, 상기 금속층(150)에 의해 가려지지 않고 노출되는 부분의 너비가 0.05 내지 0.5㎛ 정도가 되도록 형성될 수 있다.

이어서, 상기 배리어층(151)과 금속층(150)을 포함하는 박막트랜지스터 기판 상에 폴리이믹산을 떨어뜨려 회전도포법으로 전면에 고루 도포한 뒤, 고온에서 경화하고 건조하여 폴리이미드화시킨 뒤, 상기 폴리이미드막 표면을 러빙롤로 문질러 주는 러빙 공정을 실시함으로써, 액정에 대해 일정 배향 특성을 갖는 배향막(도 6a 및 도 6b의 152)을 형성한다. 이때, 러빙 공정은 폴리이미드 막 표면 중 일부에 대해 먼저 실시된 후, 나머지 일부에 대해 실시함으로써, 분할 러빙 공정으로 수행될 수도 있다.
상기 러빙 공정은, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 그 중심축이 지지대(미도시)에 연결된 원통 형태의 러빙롤(114)과, 상기 러빙롤(114)의 외주면에 양면 테이프를 매개로 부착된 러빙포(115)로 구성된 러빙장치를 이용하여 진행된다.
상기 러빙포(115)는 레이온, 나일론과 같은 부드러운 천으로서 그 포결이 일정하도록 한다.
이와 같은 러빙장치의 저부에는 배향막(152)이 도포된 대면적 기판(110)이 스테이지(미도시) 상면에 탑재되어 있다.
러빙공정이 시작되면, 구동모터(미도시)에 연결된 구동롤러(미도시)에 의해 상기 스테이지(미도시)는 일방향으로 전진하며 기판(110)의 시작점 상부에 있었던 러빙장치는 기판(110)의 배향막(152)과 접촉되어 회전한다.
상기 러빙롤(114)은 제자리에서 회전하고 기판(110)은 전진하는 스테이지(미도시)에 의해 일방향으로 움직임으로써 배향막(152) 표면에 배향패턴을 형성하여 이방성을 부여한다.
이 때, 상기 기판(110)은 컬러필터층 및 공통전극이 형성된 컬러필터 기판이거나 또는 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성된 박막트랜지스터 기판이다.
마지막으로, 각각의 화소전극에 R,G,B의 색이 각각 대응되도록 상기 컬러필터 기판과 박막트랜지스터 기판을 대향 합착하고, 그 사이의 수 μm의 공간에 액정을 봉입하여 액정표시소자를 완성한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법은, 기판(110) 위에 테이퍼 앵글이 낮은 배리어층(151)을 형성하는 단계와, 상기 배리어층(151)의 상부에 상기 배리어층(151)의 적어도 일부와 중첩되도록 테이퍼 앵글이 낮은 금속으로 금속층(150)을 형성하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 금속층(150)의 단차가 급격하지 않은 경사로 형성되므로, 금속층(150)의 에지가 배치된 부분의 배향막(152)에도 균일하게 러빙 공정이 수행될 수 있다. 그러므로, 금속층(150)의 에지 부분에 대응되어 배치된 액정분자(120)도 일정 방향으로 배열될 수 있다. 이와 같이, 액정 분자(120)가 불규칙하게 배열되는 부분이 감소되면, 빛샘 현상이 방지되어, 도 8에 도시된 바와 같이, 블랙 상태에서 화상이 밝아지는 문제가 발생되지 않게 되므로, 콘트라스트 비가 향상될 수 있어, 화상 품질이 향상될 수 있다.

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참고로, 전술한 바와 같이 기판을 전진시키고 러빙롤을 제자리 회전시키면서 러빙공정을 진행하여도 되지만, 기판을 고정시킨 뒤 러빙롤을 회전시킴과 동시에 전진시키면서 러빙공정을 진행하여도 무방하다.

또한, 상기한 방법은 기판에 공통전극과 화소전극을 형성하여 평행한 전계를 유도하는 횡전계(IPS;In-plane switching) 모드 외에 TN(Twisted Nematic)모드, 강유전성(FLC) 모드, 폴리실리콘(poly-silicon) 모드, 수직배향(VA:Vertical Alignment) 모드 등에 이용할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

테이퍼 앵글이 낮게 형성된 배리어층 위에, 상기 배리어층의 적어도 일부와 중첩되도록, 테이퍼 앵글이 낮은 금속으로 금속층을 형성함으로써, 금속층의 단차가 낮아지게 된다. 이에 따라, 금속층의 에지부분에 대한 테이퍼 앵글이 낮아지므로, 러빙 공정이 원활하게 수행될 수 있다. 이와 같이, 배향막이 균일하게 러빙됨에 따라, 액정분자가 일정 방향으로 배열될 수 있어, 빛샘 현상이 저하될 수 있으므로, 블랙 상태에서의 휘도가 낮아질 수 있고, 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

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Claims (4)

1. 기판 상에 테이퍼 앵글이 낮은 배리어층을 형성하는 단계;

   상기 배리어층 중 일부가 노출되도록, 상기 배리어층의 나머지 일부 상에 접촉하고, 테이퍼 앵글이 낮은 금속층을 형성하는 단계;

   상기 금속층 상부의 기판 전면에 배향막을 인쇄하는 단계;

   상기 배리어층 및 금속층의 표면을 따라 상기 배향막을 러빙하는 단계를 포함하여 이루어지고,

   상기 배리어층을 형성하는 단계에서, 상기 배리어층은, 상기 노출되는 일부가 소정 너비를 갖도록, 상기 금속층보다 넓은 너비로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 배향막을 러빙하는 단계는, 러빙포가 부착된 러빙롤을 배향막 표면에 접촉시킨 후, 회전시키는 것에 의해 진행하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
4. 삭제

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