KR101349095B1 - 스페이서와 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스페이서와 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스페이서는 구 형상의 스페이서 본체와; 상기 스페이서 본체를 둘러싸고 있으며 하이퍼 브랜치 폴리머로 이루어진 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 고착성이 우수한 스페이서가 제공된다.

Description

스페이서와 이를 포함하는 액정표시장치{SPACER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치에서 제1기판의 배치도이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치에서 스페이서의 구조를 설명하기 위한 도면이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 다른 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
161 : 화소전극 162 : 화소전극 절개패턴
171 : 제1배향막 251 : 공통전극 252 : 공통전극 절개패턴 261 : 제2배향막 300 : 액정층 400 : 스페이서 411 : 스페이서 본체 412 : 코팅층
500 : 실런트
본 발명은 스페이서와 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 박막트랜지스터가 형성되어 있는 제1기판과, 제1기판에 대향 배치되어 있는 제2기판, 그리고 이들 사이에 위치하는 액정층을 포함한다.
액정표시장치의 광학특성은 양 기판 사이의 셀갭(cell gap)과 밀접한 관계가 있다. 특히 대비비(contrast ratio)와 시야각 특성은 액정의 복굴절(Δn)과 셀갭의 곱에 의존하는 것으로 알려져 있다. 따라서 액정표시패널의 셀갭이 일정하지 않으면 그 광학특성도 일정해지지 않게 된다.
셀갭을 유지하기 위해 구 형태의 스페이서가 많이 사용되며, 이 스페이서는 비즈 스페이서(beads spacer)라고 불린다. 스페이서는 양 기판 표면에 형성되어 있는 배향막과 접촉하면서 셀갭을 유지한다.
그런데 스페이서는 고착되어 있지 않아 진동 또는 충격에 의해 이동하면서 배향막 표면을 손상시키는 문제가 있다. 배향막이 손상된 부분은 액정층의 제어가 이루어지지 않아 빛샘이 야기된다.
따라서 본 발명의 목적은 고착성이 우수한 스페이서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고착성이 우수한 스페이서를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 구 형상의 스페이서 본체와; 상기 스페이서 본체를 둘러싸고 있으며 하이퍼 브랜치 폴리머로 이루어진 코팅층을 포함하는 스페이서에 의해 달성된다.
상기 하이퍼 브랜치 폴리머는 덴드리머를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 덴드리머는 내부에 위치하는 코어부, 외부에 위치하는 말단부 및 상기 코어부와 말단부를 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 말단부는 지방족화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 덴드리머는 내부에 위치하는 코어부, 외부에 위치하는 말단부 및 상기 코어부와 말단부를 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 말단부는 방향족화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스페이서 본체는 폴리 스타이렌으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 스페이서 본체는 상기 코팅층과 접촉하는 아크릴 수지층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 다른 목적은 서로 대향하는 제1기판 및 제2기판, 상기 양 기판 사이에 위치하는 액정층 및 상기 양 기판 사이에 위치하며 양 기판의 간격을 유지하는 스페이서를 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 스페이서는, 스페이서 본체와; 상기 스페이서 본체를 둘러싸고 있으며 하이퍼 브랜치 폴리머로 이루어진 코팅층을 포함하는 것에 의해 달성된다.
상기 하이퍼 브랜치 폴리머는 덴드리머를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1기판은 제1배향막을 포함하고, 상기 제2기판은 제2배향막을 포함하며, 상기 코팅층은 상기 제1배향막 및 상기 제2배향막 중 적어도 어느 하나와 접촉하는 것이 바람직하다.
상기 제1기판은 화소전극 절개패턴이 형성되어 있는 화소전극을 포함하고, 상기 제2기판은 공통전극 절개패턴이 형성되어 있는 공통전극을 포함하며, 상기 액정층은 VA(vertical align) 모드이며, 상기 덴드리머는 코어부, 가지형 연결부 및 말단부로 이루어져 있으며, 상기 말단부는 지방족 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 액정층은 TN(twisted nematic) 모드이며, 상기 덴드리머는 코어부, 가지형 연결부 및 말단부로 이루어져 있으며, 상기 말단부는 방향족 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스페이서는 볼 형상인 것이 바람직하다.
상기 스페이서 본체는 폴리 스타이렌으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 스페이서 본체는 상기 코팅층과 접촉하는 아크릴 수지층을 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠다. 이하에서 어떤 막(층)이 다른 막(층)의 '상부에' 형성되어(위치하고) 있다는 것은, 두 막(층)이 접해 있는 경우 뿐 아니라 두 막(층) 사이에 다른 막(층)이 존재하는 경 우도 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치를 설명한다.
액정표시장치(1)는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있는 제1기판(100), 제1기판(100)과 대향하는 제2기판(200), 양 기판(100, 200) 사이에 위치하는 액정층(300), 양 기판(100, 200)의 셀갭을 유지시키는 스페이서(400) 및 양 기판(100, 200)을 접합시키는 실런트(500, 도 5d 참조)를 포함한다.
먼저 제1 기판(100)에 대하여 설명한다.
제1절연기판(111) 상에 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 금속 단일층 또는 다중층일 수 있다. 게이트 배선은 표시영역 내에 위치하며 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(121), 게이트선(121)에서 연결되어 있는 게이트 전극(122) 그리고 게이트선(121)과 평행하게 연장되어 있는 유지전극선(123)을 포함한다.
제1절연기판(111)위에는 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(131)이 게이트 배선을 덮고 있다.
게이트 전극(122)의 게이트 절연막(131) 상부에는 비정질 실리콘 등의 반도체로 이루어진 반도체층(132)이 형성되어 있으며, 반도체층(132)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 등의 물질로 만들어진 저항 접촉층(133)이 형성되어 있다. 소스 전극(142)과 드레인 전극(143) 사이의 채널부에서는 저항 접촉층(133)이 제거되어 있다.
저항 접촉층(133) 및 게이트 절연막(131) 위에는 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선 역시 금속층으로 이루어진 단일층 또는 다중층일 수 있다. 데이터 배선은 세로방향으로 형성되어 게이트선(121)과 교차하여 화소를 형성하는 데이터선(141), 데이터선(141)의 분지이며 저항 접촉층(133)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(142), 소스전극(142)과 분리되어 있으며 소스전극(142)의 반대쪽 저항 접촉층(133) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(143)을 포함한다.
데이터 배선 및 이들이 가리지 않는 반도체층(132)의 상부에는 보호막(151)이 형성되어 있다. 보호막(151)에는 드레인 전극(143)을 드러내는 접촉구(152)가 형성되어 있다.
보호막(151)의 상부에는 화소전극(161)이 형성되어 있다. 화소전극(161)은 통상 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전물질로 이루어진다. 화소전극(161)은 접촉구(152)를 통해 드레인 전극(143)과 연결되어 있다. 화소전극(161)에는 화소전극 절개패턴(162)이 형성되어 있다.
화소전극(161)의 화소전극 절개패턴(162)은 후술하는 공통전극 절개패턴(252)과 함께 액정층(300)을 다수의 영역으로 분할한다.
화소전극(161) 및 보호막(151) 상에는 제1배향막(171)이 형성되어 있다. 제1배향막(171)은 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
이어 제2 기판(200)에 대하여 설명하겠다.
제2절연기판(211) 위에 블랙매트릭스(221)가 형성되어 있다. 블랙매트릭스(221)는 일반적으로 적색, 녹색 및 청색 필터 사이를 구분하며, 제1기판(100)에 위치하는 박막트랜지스터로의 직접적인 광조사를 차단하는 역할을 한다. 블랙매트 릭스(221)는 통상 검은색 안료가 첨가된 감광성 유기물질로 이루어져 있다. 상기 검은색 안료로는 카본블랙이나 티타늄 옥사이드 등을 사용한다.
컬러필터(231)는 블랙매트릭스(221)를 경계로 하여 적색, 녹색 및 청색 필터가 반복되어 형성된다. 컬러필터(231)는 백라이트 유닛(도시하지 않음)으로부터 조사되어 액정층(300)을 통과한 빛에 색상을 부여하는 역할을 한다. 컬러필터(231)는 통상 감광성 유기물질로 이루어져 있다.
컬러필터(231)와 컬러필터(231)가 덮고 있지 않은 블랙매트릭스(221)의 상부에는 오버코트층(241)이 형성되어 있다. 오버코트층(241)은 컬러필터(231)를 평탄화하면서, 컬러필터(231)를 보호하는 역할을 한다. 오버코트층(241)은 감광성 아크릴계 수지일 수 있다.
오버코트층(241)의 상부에는 공통전극(251)이 형성되어 있다. 공통전극(251)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전물질로 이루어진다. 공통전극(251)은 박막트랜지스터 기판의 화소전극(161)과 함께 액정층(300)에 직접 전압을 인가한다.
공통전극(251)에는 공통전극 절개패턴(252)이 형성되어 있다. 공통전극 절개패턴(252)은 화소전극(161)의 화소전극 절개패턴(166)과 함께 액정층(300)을 다수의 영역으로 나누는 역할을 한다.
화소전극 절개패턴(166)과 공통전극 절개패턴(252)은 실시예에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 다른 실시예서는 절개패턴(166, 252) 대신 돌기부가 마련되어 액정층(300)을 다수의 영역으로 나눌 수 있다.
공통전극(251) 상에는 제2배향막(261)이 형성되어 있다. 제2배향막(261)은 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
제1기판(100)과 제2기판(200)의 사이에는 액정층(300)이 위치한다. 액정층(300)은 VA(vertically aligned)모드로서, 액정분자는 전압이 가해지지 않은 상태에서는 길이방향이 수직을 이루고 있다. 전압이 가해지면 액정분자는 유전율 이방성이 음이기 때문에 전기장에 대하여 수직방향으로 눕는다.
그런데 절개패턴(162, 252)이 형성되어 있지 않으면, 액정분자는 눕는 방위각이 결정되지 않아서 여러 방향으로 무질서하게 배열하게 되고, 배향 방향이 다른 경계면에서 전경선(disclination line)이 생긴다. 절개 패턴(162, 252)은 액정층(300)에 전압이 걸릴 때 프린지 필드를 만들어 액정 배향의 방위각을 결정해 준다. 또한 액정층(300)은 절개 패턴(162, 252)의 배치에 따라 다중영역으로 나누어진다.
스페이서(400)는 제1배향막(171) 그리고/또는 제1배향막(261)과 접촉하면서 양 기판(100, 200)의 셀갭(cell gap)을 유지한다.
스페이서(400)는 구형으로서, 스페이서 본체(411)와 스페이서 본체(411)를 감싸고 있는 코팅층(412)을 포함한다.
스페이서 본체(411)는 폴리스타이렌과 같은 수지로 이루어질 수 있다. 코팅층(412)은 하이퍼 브랜치 폴리머로 이루어져 있다. 하이퍼 브랜치 폴리머는 3개 이상의 관능기로 이루어진 단량체가 결합되어서 형성되는 것이다. 하이퍼 브랜치 폴리머는 선형 폴리머와 달리 폴리머 주쇄에 가지가 많이 형성된 폴리머로서, 덴드리 머를 포함한다.
덴드리머는 나뭇가지 형태의 삼차원 구조로 배열된 거대 단분자를 의미하는 것으로, 높은 질서도로 정렬된 대칭 구조로 인하여 전형적인 선형폴리머와는 구조적, 물리적 측면에서 많은 차이가 있다.
덴드리머는 하기 구조식에 예시적으로 도시된 바와 같이, 코어부(□), 연결부(△) 및 말단부(○)로 이루어져 있다. 코어부는 중심부에 위치하며, 코어부로부터 연장된 복수의 연결부가 복수의 세대수(generation)로 형성되어 있다. 하기 구조식에는 3차 세대수를 갖는 구조가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 세대수를 조절하여 분자량을 조절할 수 있다.
연결부의 말단에 위치하는 말단부는 용해성, 표면특성 등을 결정한다. 말단부는 관능기를 포함할 수 있다.
Figure 112006095044776-pat00001
제1실시예에 따르면 스페이서(400)는 기판(100, 200)에 고착성이 우수하여 배향막(171, 261) 손상이 방지된다.
스페이서(400)가 고착성이 우수한 이유를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 3은 스페이서(400)의 코팅층(412)이 하이퍼 브랜치 폴리머로 이루어진 경우이며, 도 4는 스페이서(400)의 코팅층(412)이 특히 덴드리머로 이루어진 경우이다.
2가지 경우 모두 폴리머 사슬이 잘 휘지 않기 때문에 폴리머의 말단이 표면으로 노출되어 있다. 노출된 폴리머 말단은 배향막(171, 261)과 상호작용하여 스페이서(400)의 고착성을 향상시킨다.
실시예와 달리 코팅층(412)이 선형 폴리머인 경우, 폴리머 사슬은 코팅층(412) 내에서 서로 상호작용하여 폴리머 말단이 표면으로 노출되지 않는다. 따라서 코팅층(412)과 배향막(171, 261)의 상호작용이 제한되어, 스페이서(400)의 고착성이 불량해진다.
VA모드의 액정층(300)을 사용하는 제1실시예에서 배향막(171, 261)의 표면에는 지방족 화합물이 많이 존재한다. 따라서 코팅층(412)으로 덴드리머를 사용할 경우, 말단기는 지방족 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
한편 덴드리머의 말단기에는 아크릴기, 아민기, 에스테르기, 카르복실기, 알데히드기, 히드록시기, 에틸렌옥사이드기 등 다른 관능기가 마련될 수 있다.
다른 실시예에서 스페이서 본체(411)는 표면에 형성되어 있는 아크릴 수지층을 포함할 수 있으며, 이 경우 코팅층(412)은 아크릴 수지층과 직접 접촉한다.
또 다른 실시예에서, 액정층(300)의 모드에 따라 배향막(171, 261)이 형성 되지 않을 수 있다. 이 경우 스페이서(400)는 배향막(171, 261)이 아닌 다른 층, 예를 들어, 화소전극(161), 공통전극(251) 또는 절연막 등과 접촉할 수 있다. 스페이서(400)가 배향막(171, 261)이 아닌 다른 층과 접촉하여도, 코팅층(412)에 의해 스페이서(400)의 고착성은 향상된다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하여 제1실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명한다. 제1기판(100)과 제2기판(200)은 공지의 방법으로 제조될 수 있으며, 설명은 생략한다.
먼저, 도 5a와 같이 제2기판(200) 상에 실런트(500)를 형성한다. 실런트(500) 디스펜서를 이용한 드로잉 방법으로 형성될 수 있다. 실런트(500)는 직사각형 형태로 형성되어 있다.
실런트(500)는 에폭시 수지 및 아크릴 수지를 주성분으로 아민계의 경화제와, 알루미나 파우더와 같은 충진제, 프로필렌-글리콜-디아세테이트와 같은 용제로 이루어져 있다.
제1기판(100) 상에는 도 5b와 같이 액정층(300)이 적하되고 스페이서(400)가 산포된다. 액정층(300)은 자체의 점도에 의해 제1기판(100) 상에서 흘러내리지 않는다. 스페이서(400)는 코팅층(412)과 제1배향막(171)과의 상호작용으로 제1기판(100) 상에서 고정되어 있다.
다음으로 도 5c와 같이 제2기판(200)을 제1기판(100)에 정렬배치하며, 이 과정에서 실런트(500)는 양 기판(100, 200)의 사이에 위치한다.
다음 도 5d와 같이 실런트(500)에 자외선 그리고/또는 열을 가하여 경화시 킨다.
도 6을 참조하여 제1실시예에 따른 액정표시장치의 다른 제조방법을 설명한다.
제2기판(200) 상에 형성되는 실런트(500)는 대략 직사각형 형상이지만, 한 쪽 부분(501)이 열려 있다.
실런트(500)를 형성한 후, 양 기판(100, 200)을 접합하고 양 기판(100, 200) 사이에 액정층(300)을 주입한다. 액정층(300)은 필링(filling)법에 의해 주입되는데, 양 기판(100, 200) 사이의 공간을 진공으로 만들어 액정이 유입되도록 한다.
액정 주입이 완료되면 열려 있는 한 쪽 부분을 자외선 경화 수지로 막고, 자외선 경화수지를 경화시킨다.
도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치를 설명한다.
화소전극(161)과 공통전극(251)에는 절개패턴이 형성되어 있지 않으며, 액정층(300)은 트위스트 네마틱(TN, twisted nematic) 모드이다.
TN모드의 액정층(300)을 사용하는 제2실시예에서 배향막(171, 261)의 표면에는 방향족 화합물이 많이 존재한다. 따라서 코팅층(412)으로 덴드리머를 사용할 경우, 말단기는 방향족 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
비록 본발명의 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본발명의 범위는 첨부된 청구항 과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고착성이 우수한 스페이서와 이를 포함하는 액정표시장치가 제공된다.

Claims (14)

  1. 구 형상의 스페이서 본체와;
    상기 스페이서 본체를 둘러싸고 있으며 하이퍼 브랜치 폴리머로 이루어진 코팅층을 포함하는 스페이서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이퍼 브랜치 폴리머는 덴드리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 덴드리머는 내부에 위치하는 코어부, 외부에 위치하는 말단부 및 상기 코어부와 말단부를 연결하는 연결부를 포함하며,
    상기 말단부는 지방족화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 덴드리머는 내부에 위치하는 코어부, 외부에 위치하는 말단부 및 상기 코어부와 말단부를 연결하는 연결부를 포함하며,
    상기 말단부는 방향족화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 본체는 폴리 스타이렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스페이서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 본체는 상기 코팅층과 접촉하는 아크릴 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서.
  7. 서로 대향하는 제1기판 및 제2기판, 상기 양 기판 사이에 위치하는 액정층 및 상기 양 기판 사이에 위치하며 양 기판의 간격을 유지하는 스페이서를 포함하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 스페이서는,
    스페이서 본체와;
    상기 스페이서 본체를 둘러싸고 있으며 하이퍼 브랜치 폴리머로 이루어진 코팅층을 포함하는 액정표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하이퍼 브랜치 폴리머는 덴드리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1기판은 제1배향막을 포함하고, 상기 제2기판은 제2배향막을 포함하며,
    상기 코팅층은 상기 제1배향막 및 상기 제2배향막 중 적어도 어느 하나와 접촉하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1기판은 화소전극 절개패턴이 형성되어 있는 화소전극을 포함하고, 상기 제2기판은 공통전극 절개패턴이 형성되어 있는 공통전극을 포함하며,
    상기 액정층은 VA(vertical align) 모드이며,
    상기 덴드리머는 코어부, 가지형 연결부 및 말단부로 이루어져 있으며,
    상기 말단부는 지방족 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 액정층은 TN(twisted nematic) 모드이며,
    상기 덴드리머는 코어부, 가지형 연결부 및 말단부로 이루어져 있으며,
    상기 말단부는 방향족 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 스페이서는 볼 형상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 스페이서 본체는 폴리 스타이렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 스페이서 본체는 상기 코팅층과 접촉하는 아크릴 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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