KR101373474B1 - 액정표시패널 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정의 배향 특성 및 광투광율을 향상시킬 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 액정표시패널은 컬러필터 어레이 기판과; 서로 수평전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극을 구비하고 액정을 사이에 두고 상기 컬러필터 어레이 기판과 합착되는 박막 트랜지스터 어레이 기판과; 상기 화소전극의 핑거부의 양측면과 접촉됨과 아울러 라인형태로 형성되어 상기 액정들을 수평으로 배향시키는 배향패턴을 구비한다.

Description

액정표시패널 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Panel And Method for Fabricating Thereof}
도 1는 종래 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 2에 도시된 배향막 형성을 위한 러빙공정을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 어레이 기판을 나타내는 평면도.
도 5는 도 4에서의 박막 패턴의 내부 분자구조 및 그에 따른 액정 배향 상태를 나타내는 도면.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 액정표시패널의 제조방법을 나타내는 도면들.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2,102 : 상부기판 4,104 : 블랙 매트릭스
18,118 : 공통전극 32,132 : 하부기판
6,106 : 컬러필터 70,170 : 컬러필터 어레이 기판
80,180 : 박막 트랜지스터 어레이 기판
138 : 배향 패턴 90,190 : 액정표시패널
51,151 : 액정 15,115 : 박막 트랜지스터
13,113 : 스페이서 16,116 : 화소전극
212 : 분사 장치 215 : 블라켓
210 : 인쇄롤러장치 220 : 인쇄판
본 발명은 액정표시패널에 관한 것으로, 특히 액정의 배향을 위한 배향막의 특성을 향상시킬 수 있는 액정표시패널 및 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정표시패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시장치는 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 액정표시패널과, 액정표시패널을 구동하기 위한 구동회로들을 포함하게 된다.
이러한 액정표시장치는 액정을 구동시키는 전계방향에 따라 수직방향 전계를 용하는 TN(Twisted Nematic)모드와 IPS(In plan Switch)모드로 대별된다.
TN모드는 상부기판에 대항하게 배치된 화소전극과 공통전극간의 수직전계에 의해 액정을 구동하는 모드로 개구율이 큰 장점을 가지는 반면에 시야각이 접은 단점을 가진다. IPS모드는 하부기판상에 나란하게 배치된 화소전극, 공통전극간의 수 평전계에 의해 액정을 구동하는 모드로 시야각이 큰 장점이 있는 반면에 개구율이 작은 단점이 있다.
도 1은 종래 IPS모드의 액정표시패널을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, IPS모드의 액정표시패널(90)은 상부기판(2) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(4), 컬러필터(6), 평탄화층(7), 스페이서(13), 상부 배향막(8)으로 구성되는 컬러필터 어레이 기판(70)과, 하부기판(32)상에 형성된 박막 트랜지스터(이하"TFT" 라고 한다)(15), 공통전극(18), 화소전극(16) 및 하부 배향막(38)으로 구성되는 박막 트랜지스터 어레이 기판(80)과, 컬러필터 어레이 기판(70) 및 박막 트랜지스터 어레이 기판(80) 사이의 내부공간에 주입되는 액정(51)을 구비한다.
컬러필터 어레이 기판(70)에 있어서, 블랙 매트릭스(4)는 하부기판(2)의 TFT(15) 영역과 도시하지 않은 게이트라인들 및 데이터라인들 영역과 중첩되게 형성되며 컬러필터(6)가 형성될 셀영역을 구획한다. 블랙 매트릭스(4)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다. 컬러필터(6)는 상기 블랙 매트릭스(4)에 의해 분리된 셀영역에 형성된다. 이 컬러필터(6)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 평탄화층(7)은 컬러필터(6)를 덮도록 형성되어 상부기판(2)을 평탄화한다. 스페이서(13)는 상부기판(2)과 하부기판(32)사이에 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판(80)에 있어서, TFT(15)는 게이트라인(도시하지 않음)과 함께 하부기판(32)위에 형성되는 게이트전극(9)과, 이 게이트전극(9)과 게 이트 절연막(44)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(14,47)과, 반도체층(14,47)을 사이에 두고 데이터라인(도시하지 않음)과 함께 형성되는 소스/드레인전극(40,42)을 구비한다. 이러한 TFT(15)는 게이트라인으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인으로부터 화소신호를 화소전극(16)에 공급한다. 화소전극(16)은 광투과율이 높은 투명전도성 물질로 보호막(50)을 사이에 두고 TFT(15)의 드레인 전극(42)과 접촉된다. 공통전극(18)은 화소전극(16)과 교번되도록 스트라입형태로 형성된다. 공통전극(18)은 액정구동시 기준이 되는 공통전압을 공급한다. 이 공통전압과 화소전극(16)에 공급되는 화소전압과의 수평전계에 의해 액정은 수평방향을 기준으로 회전하게 된다.
액정배향을 위한 상/하부 배향막(8,38)은 폴리이미드 등과 같은 배향물질을 도포한 후 러빙공정을 수행함으로써 형성된다.
이러한 종래의 액정표시패널(90)의 컬러필터 어레이 기판(70) 및 박막 트랜지스터 어레이 기판(80)의 상부 및 하부 배향막(8,38)은 도 2에 도시된 바와 같이 폴리이미드 등의 배향물질(8a)이 도포된 후 러빙포(75)를 이용한 러빙 공정이 실시됨으로써 형성된다. 그러나, 러빙공정에 의해 배향막(8,38)을 형성하는 경우 러빙포(75)를 이용하여 배향물질(8a)을 러빙하는 경우 정전기가 발생되어 폴리이미드 등의 배향물질(8a)이 손상되거나 파티클 등이 발생되어 액정의 배향에 불량을 일으키는 일이 빈번히 일어난다. 또는 러빙포의 물리적인 가압에 의해 배향물질(8a)에 스크래치 등이 발생 되기도 한다. 이에 따라, 배향막의 배향 특성이 저하되는 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명의 목적은 액정의 배향 특성을 향상시킬 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널은 컬러필터 어레이 기판과; 서로 수평전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극을 구비하고 액정을 사이에 두고 상기 컬러필터 어레이 기판과 합착되는 박막 트랜지스터 어레이 기판과; 상기 화소전극의 핑거부의 양측면과 접촉됨과 아울러 라인형태로 형성되어 상기 액정들을 수평으로 배향시키는 배향패턴을 구비한다.
상기 배향 패턴의 분자구조는 메인 체인(main chain)과 사이드 체인(side chain)으로 구분되고, 상기 액정들은 상기 배향 패턴의 측면에서의 사이드 체인과 나란하게 배향된다.
상기 배향패턴은 높이는 상기 화소전극의 높이보다 높은 높이를 갖는다.
상기 배향패턴의 높이는 상기 배향패턴의 선폭보다 크다.
상기 배향패턴의 높이는 0.1~1㎛ 상기 배향패턴의 선폭은 600~1500Å 정도이다.
상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은, 하부기판 상에서 서로 교차되는 게이트 라인 및 데이터 라인과; 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차영역에 형성되 는 박막 트랜지스터와; 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 접촉홀을 가지며 상기 박막 트랜지스터가 형성된 하부 기판을 평탄화시키는 유기보호막을 포함한다.
상기 화소전극은 상기 핑거부들이 공통으로 연결되며 상기 접촉홀을 통해 상기 드레인 전극과 접속되는 수평부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 액정표시패널의 제조방법은 서로 수평전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판을 형성하는 단계와; 상기 화소전극의 핑거부의 양측면과 접촉됨과 아울러 라인형태로 형성되어 액정들을 수평으로 배향시키는 배향패턴을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
상기 배향 패턴을 형성하는 단계는 액상의 수직 배향물질을 인쇄롤러장치에 감겨있는 블라켓에 코팅하는 단계와; 상기 배향패턴과 동일 패턴의 홈 및 상기 홈을 제외한 돌출부를 가지는 인쇄판 마련하는 단계와; 상기 인쇄판의 돌출부에 상기 액상의 수직 배향물질을 전사시키고 상기 인쇄롤러장치의 블라켓에 상기 홈과 대응되는 형상의 배향 패턴을 잔류시키는 단계와; 상기 배향 패턴을 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판의 화소전극의 핑거부의 양측에 형성하는 단계를 포함한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 3 내지 도 6e를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 종래 IPS모드의 액정표시패널을 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 어레이 기판을 나타내는 평면도이다.
도 3을 참조하면, IPS모드의 액정표시패널(190)은 상부기판(102) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(104), 컬러필터(106), 평탄화층(107), 스페이서(113)로 구성되는 컬러필터 어레이 기판(170)과, 하부기판(132)상에 형성된 박막 트랜지스터(115), 공통전극(118), 화소전극(116) 및 하부 배향막(138)으로 구성되는 박막 트랜지스터 어레이 기판(180)과, 컬러필터 어레이 기판(170) 및 박막 트랜지스터 어레이 기판(180) 사이의 내부공간에 주입되는 액정(151)을 구비한다.
컬러필터 어레이 기판(170)에 있어서, 블랙 매트릭스(104)는 하부기판(102)의 TFT(115) 영역과 도시하지 않은 게이트라인들 및 데이터라인들 영역과 중첩되게 형성되며 컬러필터(106)가 형성될 셀영역을 구획한다. 블랙 매트릭스(104)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다. 컬러필터(106)는 상기 블랙 매트릭스(104)에 의해 분리된 셀영역에 형성된다. 이 컬러필터(106)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 평탄화층(107)은 컬러필터(106)를 덮도록 형성되어 상부기판(102)을 평탄화한다. 스페이서(113)는 상부기판(102)과 하부기판(132)사이에 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판(180)에 있어서, TFT(115)는 게이트라인(103)과 함께 하부기판(132)위에 형성되는 게이트전극(109)과, 이 게이트전극(109)과 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(114,147)과, 반도체층(114,147)을 사이에 두고 데이터 라인(119)과 함께 형성되 는 소스/드레인전극(140,142)을 구비한다. 이러한 TFT(115)는 게이트라인(103)으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터 라인(119)으로부터 화소신호를 화소전극(116)에 공급한다. 화소전극(116)은 광투과율이 높은 투명전도성 물질로 유기 보호막(150)을 사이에 두고 TFT(115)의 드레인 전극(142)과 접촉된다. 이러한, TFT(115)는 "U"자형 채널을 갖는다.
공통전극(118)은 화소전극(116)의 핑거부(116b)와 교번되도록 스트라입형태로 형성된다. 공통라인(121)은 게이트 라인(103)과 나란하게 위치하며 공통라인(118)들이 접속된다. 공통라인(121)은 액정구동시 기준이 되는 공통전압을 공통전극(118) 공급한다.
화소전극(116)은 게이트 라인(103)과 나란하며 드레인 전극(142)과 접촉되는 수평부(116a)와, 수평부(116a)로부터 신장되며 공통전극(118)과 나란한 핑거부(116b)를 포함한다.
화소전극(116)에 공급되는 화소전압과 공통전극(118)에 공급되는 공통전압과의 수평전계에 의해 액정(151)은 수평방향을 기준으로 회전하게 된다.
박막 트랜지스터 어레이 기판(180)의 유기 보호막(150)은 박막 트랜지스터(115) 등을 보호하는 역할을 함과 아울러 박막 트랜지스터 어레이 기판(180)을 평탄화시키는 역할을 한다.
배향패턴(138)은 화소전극(116)의 핑거부(116b)의 양측면과 접촉됨과 아울러 핑거부(116b)와 나란한 라인형태로 형성된다. 또한, 배향패턴(138)은 VA(vertical alignment) 모드에서 이용되는 수직 배향막이 리버스 레지스트 프린팅 장치를 이용 하여 형성되었다. 이에 따라, 화소전극(116)의 핑거부(116b) 사이에 위치하는 액정(151)들을 수평으로 배향할 수 있게 된다.
수직 배향막은 폴리이미드로 형성되며 그의 분자구조는 도 5에 도시된 바와 같이 메인 체인(main chain)과 사이드 체인(side chain)으로 구분된다. 그리고, 액정(151)은 사이드 체인에 트랩 되어 사이드 체인에 나란하게 된다. 그 결과, 액정(151)은 보호막(150) 위에서 수평으로 배향될 수 있게 된다. 여기서, 배향패턴(138)의 선폭(d1)보다 배향패턴(138)의 높이(d2)가 더 높아야 하며(d1<d2), 배향패턴(138)의 높이(d2)는 화소전극(116)의 높이보다도 높다. 배향패턴(138)의 선폭(d1)보다 배향패턴(138)의 높이(d2)가 더 높게 되어야 더 효과적으로 액정(151)을 수평배향시킬 수 있게 된다. 예를 들어, 배향패턴(138)의 높이는 0.1~1㎛ 상기 배향패턴의 선폭은 600~1500Å 정도이다.
그리고, 굴절율(△n)이 "O" 보다 작은 네거티브 액정을 사용하여 IPS 모드가 가지고 있는 장점을 그대로 구현할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 액정표시패널(190)은 러빙 공정 없이 IPS 모드의 액정들을 배향할 수 있게 된다. 그 결과, 리빙포를 이용하여 액정(151)을 배향함에 따른 스크래치, 손상 등을 방지할 수 있게 되어 배향 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 배향막을 컬러필터 어레이 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판 전체에 형성하는 것이 아니라 화소전극(116) 주변에만 작은 선폭을 가지도록 형성함에 따라 광투과율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 실시예에 따른 액정표시패널의 제조방법을 나타내는 도면들이다.
먼저, 제1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(109), 게이트 전극(109)과 접속된 게이트 라인(103), 게이트 라인(103)과 나란한 공통라인(121), 공통라인(121)과 접속된 공통전극(118)을 포함하는 게이트 패턴이 형성된다.
게이트 패턴이 형성된 후 게이트 절연막(144)이 전면 형성된다.
제2 마스크 공정에 의해 반도체 패턴(114, 147), 게이트 라인(103)과 교차되는 데이터 라인(119), 데이터 라인(119)과 접속된 박막 트랜지스터(115) 등이 형성된다.
제3 마스크 공정에 의해 박막 트랜지스터(115)의 드레인 전극(142)를 노출시키는 접촉홀(117)을 가지며 포토 아크릴, 유기 절연물질 등으로 이루어지는 유기보호막(150)이 형성된다.
제4 마스크 공정에 의해 공통전극(118)과 교번적으로 위치하는 핑거부(116b) 및 접촉홀(117)을 통해 드레인 전극(142)과 접촉되는 수평부(116a)를 포함하는 화소전극(116)이 형성된다.
이에 따라 도 6a에 도시된 바와 같이 박막 트랜지스터 어레이 기판(180)이 형성된다.
도 6b를 참조하면, 분사장치(12)로부터의 액상의 폴리이미드(138a)가 인쇄롤러장치(210)에 감겨있는 블라켓(215)에 분사된다. 여기서, 인쇄롤러장치(210)는 회전하게 됨으로써 블라켓(215)에 액상의 폴리이미드(138a)가 고르게 코팅된다.
여기서, 액상의 폴리이미드(138a)는 수직 배향이 가능한 물질로써 NMP(N-Methyl Pyrrolidone) 등의 용매를 이용하여 디앤 하이드 라이드(dianhydride)계 단량체와 디아민(diamine)계의 단량체를 중합반응시켜 형성된 물질이 이용될 수 있다. 한편, 상술한 수직배향이 가능한 배향물질은 공지된 어떠한 방식에 의하여 형성된 배향물질을 이용하여도 무방하다.
이후, 도 6c에 도시된 바와 같이 인쇄판(220)에 액상의 폴리이미드(138a)가 코팅된 인쇄롤러장치(210)를 회전시키면서 동시에 접촉시킴에 따라 인쇄롤러장치(210)에서의 돌출부(220b)에만 액상의 폴리이미드(138a)가 전사되게 된다. 이에 따라, 도 6d에 도시된 바와 같이 인쇄롤러장치(210)에는 원하는 배향패턴(138)이 잔류하게 된다.
이후, 도 6e에 도시된 바와 같이 인쇄롤러장치(210)에 전사된 배향패턴(138)을 박막 트랜지스터 어레이 기판(180) 상에 다시 전사시킨 후 경화공정이 실시된다.
이에 따라, 화소전극(116)의 핑거부(116b)의 양측면에 라인형태의 배향 패턴(138)이 형성될 수 있게 된다.
이후, 별도의 공정에 의해 블랙 매트릭스(104), 컬러필터(106), 평탄화층(107) 및 스페이서(113)를 포함하는 컬러필터 어레이 기판(170)을 형성한다.
이후, 액정(151)을 사이에 두고 컬러필터 어레이 기판(170)과 박막 트랜지스터 어레이 기판(180)을 합착함에 따라 액정표시패널(190)이 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널 및 그 제조방법은 화소전극의 핑거부의 양측면과 접촉됨과 아울러 라인형태을 가지는 배향패턴을 형성한다. 배향 패턴은 액정들을 수평으로 배향시킬 수 있게 됨에 따라 러빙 공정 없이 IPS 모드의 액정들을 수평으로 배향할 수 있게 된다. 그 결과, 리빙포들을 이용하여 액정을 배향함에 따른 스크래치, 손상 등을 방지할 수 있게 되어 배향 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 배향막을 컬러필터 어레이 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판 전체에 형성하는 것이 아니라 화소전극 주변에만 작은 선폭을 가지도록 형성함으로써 광투과율을 향상시킬 수 있게 된다.
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 정하여져야만 할 것이다.

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  8. 컬러필터 어레이 기판을 형성하는 단계와;
    서로 수평전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극의 핑거부의 양측면과 접촉됨과 아울러 라인형태로 형성되어 액정들을 수평으로 배향시키는 배향패턴을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판을 합착하는 단계를 포함하며,
    상기 배향 패턴을 형성하는 단계는
    액상의 수직 배향물질을 인쇄롤러장치에 감겨있는 블라켓에 코팅하는 단계와;
    상기 배향패턴과 동일 패턴의 홈 및 상기 홈을 제외한 돌출부를 가지는 인쇄판 마련하는 단계와;
    상기 인쇄판의 돌출부에 상기 액상의 수직 배향물질을 전사시키고 상기 인쇄롤러장치의 블라켓에 상기 홈과 대응되는 형상의 배향 패턴을 잔류시키는 단계와;
    상기 배향 패턴을 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판의 화소전극의 핑거부의 양측에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
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