KR101698386B1 - 편광기능이 구비된 컬러필터층을 구비한 액정표시장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제 1 기판 상에 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 상기 다수의 화소영역을 노출시키는 다수의 개구를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 다수의 개구에 대응하여 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)와 이색성 염료(Dichroic Dye)가 솔벤트에 섞여 혼합된 용액을 도포하여 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 내의 상기 반응성 액정 단량체 간에 중합 반응이 발생되도록 하여 편광 기능을 갖도록 하는 단계와; 상기 경화된 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 개재하여 합착하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법과 이에 의해 제조된 액정표시장치를 제공한다.

Description

편광기능이 구비된 컬러필터층을 구비한 액정표시장치 및 이의 제조 방법{Liquid crystal display device including polarized color filter layer and method of fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광 기능을 갖는 컬러필터층을 구비함으로서 어레이 기판의 외측면에만 편광판을 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
이러한 액정표시장치 중에서도 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on),오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이들 두 기판 사이에 액정을 개재하는 셀 공정을 거쳐 완성된다.
좀 더 자세히, 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1을 참조하여 설명하면, 도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치(1)는 액정층(30)을 사이에 두고 어)레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 제 1 기판(12) 및 이의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막 트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.
또한 이와 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 제 2 기판(22) 및 이의 배면으로 어레이 기판(10)의 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 마련되어 있다.
그리고 도면상에 명확하게 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제 등으로 봉함된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 외측면에는 편광판(미도시)이 부착되고 있다.
더불어 상기 박막트랜지스터(Tr)가 구비된 제 1 기판(10)의 배면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(Tr)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터 배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
도 2는 편광판을 구비한 종래의 액정표시장치의 개략적인 단면을 간략히 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 액정표시장치(1)는 박막트랜지스터(미도시) 및 화소전극(18)이 형성된 어레이 기판(12)의 외측면과, 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)으로 구성된 컬러필터층(26) 및 공통전극(28)이 형성된 컬러필터 기판(22)의 외측면에 서로 편광축이 직교하는 형태로 제 1 및 제 2 편광판(50, 52)이 구비되어 있다. 이때, 상기 화소전극(18)은 각 화소영역별로 형성되는 것이 특징이며, 상기 화소전극(18)과 공통전극(28) 사이에는 액정층(30)이 개재되어 있다.
전술한 바와같이, 액정표시장치(1)에는 어레이 기판(12)과 컬러필터 기판(22) 각각의 외측면에 서로 직교하는 편광축이 배치되도록 제 1 및 제 2 편광판(50, 52)이 구성되는 것이 일반적이다.
하지만, 상기 컬러필터 기판(22)의 외측면에 구비되는 상기 제 2 편광판(52)은 계면 반사로 인해 빛 손실이 발생하고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 편광판(50, 52) 자체는 200㎛ 내지 300㎛ 정도의 두께를 가지므로, 이러한 두께를 갖는 편광판(50, 52)이 2매 부착됨으로써 경량 박형의 액정표시장치를 제조하는데 걸림돌이 되고 있다.
나아가, 상기 제 1 및 제 2 편광판(50, 52)은 편광자층 및 보호층과 점착층이 형성되는 베이스 필름 자체가 유연성(flexibility)이 떨어지고 딱딱한 재질이므로 최근 개인화 기기용 표시장치에 요구되고 있는 트렌드인 플렉서블한 표시소자를 구성하는데 문제가 되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 컬러필터 기판의 외측면에 구비되는 편광판을 생략함으로써 경량 박형의 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
나아가, 액정표시장치를 제조하는데 1매의 편광판을 생략함으로써 제조 공정 단순화를 이루며, 제조 비용을 절감하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법은, 제 1 기판 상에 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 상기 다수의 화소영역을 노출시키는 다수의 개구를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 다수의 개구에 대응하여 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)와 이색성 염료(Dichroic Dye)가 섞여 혼합된 용액을 도포하여 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 내의 상기 반응성 액정 단량체 간에 중합 반응이 발생되도록 하여 편광 기능을 갖도록 하는 단계와; 상기 경화된 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 개재하여 합착하는 단계를 포함한다.
상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)는 일정온도에서 액정상을 갖는 물질이거나, 또는 솔벤트를 매개로 하여 농도 조절에 의해 액정상을 나타내는 물질인 것이 특징이다. 이때, 상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)가 일정온도에서 액정상을 갖는 물질인 경우, 상기 반응성 액정 단량체가 액정상을 갖는 상태에서 상기 중합 반응을 진행하며, 상기 중합 반응은 상기 컬러필터층에 200nm 내지 400nm의 파장대를 갖는 자외선(UV)을 조사하는 자외선 중합 반응인 것이 특징이며, 상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)가 솔벤트를 매개로 하여 농도 조절에 의해 액정상을 나타내는 물질인 경우, 솔벤트 내의 상기 반응성 액정 단량체의 농도 조절에 의해 액정상을 갖는 상태에서 상기 중합 반응을 진행하며, 상기 중합 반응은 100℃ 내지 300℃의 열을 가하는 열 중합 반응이거나 또는 200nm 내지 400nm의 파장대를 갖는 자외선(UV)를 조사하는 자외선 중합 반응인 것이 특징이며, 이때, 상기 자외선 중합 반응이 진행된 상기 컬러필터층을 열처리 하여 경화시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 반응성 액정 단량체는 그 말단기가 자외선(UV) 또는 열에 의하여 중합이 가능한 것이 특징이며, 자외선에 의해 중합이 가능한 말단기는 아크릴레이드 (acrylate), 에틸렌(etylene), 아세틸렌(acetylene), 스타이렌(stylene) 중 어느 하나이며, 열에 의해 중합이 가능한 말단기는 옥세탄(oxetane) 또는 에폭시(epoxy)인 것이 특징이다.
또한, 상기 이색성 염료(Dichroic Dye)는 아조화합물(azo compound)인 것이 특징이며, 상기 아조화합물(azo compound)은 공액 길이(conjugation length)를 달리함으로써 적, 녹, 청색을 나타내는 특정 파장대의 빛을 투과시키며, 입사광의 방향에 따라 흡수비가 다른 것이 특징이다.
또한, 상기 컬러필터층의 도포는 잉크 젯 장치 또는 노즐 코팅 장치를 통해 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 컬러필터층을 형성하기 전에 상기 제 2 기판 상의 상기 블랙매트릭스로 둘러싸인 영역에 안정화막을 형성하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 안정화막은 PA(Polyamic Acid)로 이루어지거나 또는 실란(methoxysilane)으로 이루어진 것이 특징이다.
또한, 상기 공통전극을 형성하기 전에 상기 컬러필터층 상에 바륨 염화물(barium chloride)을 코팅하여 수분 침투 방지막을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 공통전극을 형성하기 전에 상기 컬러필터층 상에 오버코트층을 형성하는 단계를 포함하며, 나아가 상기 제 1 기판의 외측면에 편광판을 부착하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는, 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소전극이 구비된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 상기 다수의 화소영역을 노출시키는 다수의 개구를 가지며 형성된 블랙매트릭스와; 상기 다수의 개구에 대응하여 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)와 이색성 염료(Dichroic Dye)로 이루어지며 상기 반응성 액정 단량체의 중합 반응에 의해 편광 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러필터층과; 상기 편광기능을 갖는 컬러필터층을 덮으며 형성된 공통전극과; 상기 화소전극과 공통전극 사이에 개재된 액정층과; 상기 제 1 기판의 외측면에 구비된 편광판을 포함함으로써 1매의 편광판만을 부착한 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 개구에 대응하여 상기 컬러필터층과 상기 제 2 기판 사이에는 PA(Polyamic Acid)로 이루어지거나 또는 실란(methoxysilane)으로 이루어진 안정화막이 구비될 수 있다.
또한, 상기 편광 기능을 갖는 컬러필터층과 상기 공통전극 사이에는 오버코트층이 구비되거나, 또는 상기 편광 기능을 갖는 컬러필터층과 상기 공통전극 사이 또는 상기 편광 기능을 갖는 컬러필터층 상기 오버코트층 사이에는 수분 방지막이 구비될 수 있다.
또한, 상기 반응성 액정 단량체는 그 말단기가 자외선(UV) 또는 열에 의하여 중합이 가능한 것이 특징이며, 자외선에 의해 중합이 가능한 말단기는 아크릴레이드 (acrylate), 에틸렌(etylene), 아세틸렌(acetylene), 스타이렌(stylene) 중 어느 하나이며, 열에 의해 중합이 가능한 말단기는 옥세탄(oxetane) 또는 에폭시(epoxy)인 것이 특징이다.
또한, 상기 이색성 염료(Dichroic Dye)는 아조화합물(azo compound)인 것이 특징이며, 상기 아조화합물(azo compound)은 공액 길이(conjugation length)를 달리함으로써 적, 녹, 청색을 나타내는 특정 파장대의 빛을 투과시키며, 입사광의 방향에 따라 흡수비가 다른 것이 특징이다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 그 내부에 구성되는 구성요소인 컬러필터층 자체에 일정 방향으로 편광된 빛만을 투과시키는 편광 기능이 구비됨으로서 통상 컬러필터 기판의 외측면에 구비되는 편광판을 생략함으로서 경량 박형의 액정표시장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 편광 기능을 갖는 컬러필터층을 구비함으로서 1매의 편광판이 생략되므로 편광판 부착을 위한 공정 삭제에 의한 공정 단순화의 장점이 있으며, 1매의 편광판 생략에 의해 재료비를 저감하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 편광판을 구비한 종래의 일반적인 액정표시장치의 개략적인 단면을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 공정에 따른 공정 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법에 있어 컬러필터층을 이루는 물질의 중합 반응 전과 후의 분자의 배열 상태를 각각 개략적으로 도시한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 편광 기능을 갖는 컬러필터층을 구비한 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치(100)는 편광자를 포함하는 컬러필터 기판(110)과, 이에 대향하여 하부에 위치하며 화소전극(169) 및 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이 기판(150)과, 이들 두 기판(110, 150) 사이에 개재된 액정층(180)과, 상기 어레이 기판(150)의 외측면에 부착된 편광판(170)을 포함하여 구성되고 있다.
조금 더 상세하게 본 발명에 따른 액정표시장치(100)의 구성에 대해 설명한다.
우선, 상기 어레이 기판(150)에 있어서, 베이스를 이루는 투명한 제 1 절연기판 상에 게이트 절연막(155)을 개재하여 상기 게이트 절연막(155)의 하부에는 다수의 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(155)의 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있다.
또한, 각 화소영역에는 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 연결되며, 순차 적층된 형태로 게이트 전극(153)과 상기 게이트 절연막(155)과 순수 비정질 실리콘의 액티브층(158a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(158b)으로 구성된 반도체층(158)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(161, 163)으로 이루어진 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 게이트 전극(153)은 상기 게이트 배선(미도시)에서 분기하거나, 또는 상기 게이트 배선(미도시)의 일부로 이루어지고 있으며, 상기 소스 전극(161)은 상기 데이터 배선(미도시)에서 분기하거나, 또는 그 자체로 이루어지고 있다.
또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(163)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(167)을 갖는 보호층(165)이 형성되어 있다.
상기 보호층(165) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 상기 드레인 콘택홀(167)을 통해 상기 드레인 전극(163)과 접촉하며 상기 각 화소영역별로 화소전극(169)이 형성되어 있다.
또한, 상기 어레이 기판(150)의 외측면에는 종래의 액정표시장치(도 2의 1)와 동일하게 제 1 방향으로 편광축을 갖는 편광판(170)이 부착되어 있다.
한편, 이러한 구성을 갖는 어레이 기판(150)과 마주하는 컬러필터 기판(110)에 있어서는 베이스를 이루는 투명한 제 2 절연기판의 내측면에 블랙매트릭스(115)가 상기 어레이 기판(150)의 각 화소영역 경계에 구비된 데이터 배선(미도시)과 게이트 배선(미도시)에 대응하여 다수의 개구를 갖는 격자형태로 형성되어 있다.
본 발명에 있어 가장 특징적인 것으로, 상기 블랙매트릭스(115)로 둘러싸인 영역에는 즉, 각 화소영역에는 상기 어레이 기판(150)의 외측면 구비된 편광판(170)의 편광축과 수직한 방향의 편광축을 갖는 편광자가 구비된 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(125a, 125b, 125c)으로 구성된 컬러필터층(125)이 형성되어 있다.
이때 도면에 나타내지 않았지만, 상기 블랙매트릭스(115)로 둘러싸인 영역에는 베이스인 상기 제 2 절연기판과 상기 컬러필터층(125) 사이에 접착력 강화의 역할을 하는 안정화층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
다음, 상기 블랙매트릭스(115)와 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(125a, 125b, 125c)을 포함하는 컬러필터층(125) 하부에 공통전극(135)이 기판(110) 전면에 형성되어 있다.
이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 컬러필터층(125)과 공통전극(135) 사이에 오버코트층(미도시) 또는 수분 방지층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있으며, 상기 오버코트층(미도시)은 상기 컬러필터층(125)의 보호와 평탄화의 역할을 하며, 상기 수분 방지층(미도시)은 상기 컬러필터층(125)으로의 수분 침투 방지의 역할을 하는 것이 특징이다. 이때, 상기 컬러필터 기판(110)에는 상기 공통전극(135)과 컬러필터층(125) 사이에 상기 오버코트층(미도시)과 수분 방지층(미도시)이 모두 형성될 수도 있다.
한편, 그 내부에 편광자를 가져 편광판의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 상기 컬러필터층(125)은 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)와 적, 녹, 청색을 띠는 이색성 염료(Dichroic Dye)로 이루어진 것이 특징이다. 이때, 상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)는 중합이 가능한 말단기를 포함하는 액정 물질로서 자외선(UV) 또는 열에 의하여 중합이 가능한 것이 특징이다.
상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)에 대해 조금 더 상세히 설명하면, 상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)는 크게 2가지 종류로 나뉠 수 있다. 하나는 솔벤트를 필요로하지 않고 액정성을 띠는 물질로 일정한 온도 조건이 충족되면 액정상이 만들어지며 자외선에 의해 경화되는 특성을 갖는 물질이며, 또 다른 하나는 솔벤트를 필요로 하며 농도에 의해 액정성을 띠는 물질로서 자외선 또는 열에 의해 경화되는 특성을 갖는다.
또한, 상기 적, 녹, 청색의 이색성 염료(Dichroic Dye)는 입사광의 방향에 따라 흡수비가 달리하는 것으로, 일례로 아조화합물(azo compound)로 이루어진 것이 특징이다.
이러한 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)와 이색성 염료(Dichroic Dye)로 이루어진 상기 컬러필터층은 그 두께가 1㎛ 내지 10㎛ 정도가 되는 것이 특징이다.
한편, 도면에는 나타나지 않았지만, 이러한 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)와 이색성 염료(Dichroic Dye)로 이루어진 상기 컬러필터층(125)과 상기 컬러필터 기판(110)을 이루는 베이스인 절연기판 사이에는 상기 절연기판 및 컬러필터층(125)과 동시에 접촉하며 폴리아믹산(Polyamic Acid)으로 이루어진 안정화막(미도시)이 더욱 형성될 수 있다.
전술한 바와같은 구성을 갖는 어레이 기판(150)과 컬러필터 기판(110) 사이에는 액정층(180)이 개재되어 그 테두리를 따라 실링재(미도시)로서 봉함됨으로써 액정표시장치(100)를 이루고 있다.
전술한 구조를 갖는 본 발명에 의한 액정표시장치(100)는 컬러필터 기판(110)의 내측면에 특정 방향으로의 빛만을 투과시키는 편광기능을 갖는 컬러필터층(125)이 구비됨으로써 어레이 기판(150)의 외측면에만 1매의 편광판(170)이 구비되며, 상기 컬러필터 기판(110)의 외측면에는 편광판이 생략됨으로써 경량 박형의 액정표시장치(100)를 이루는 것이 특징이다.
이후에는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 액정표시장치에 있어 어레이 기판은 일반적인 제조 방법에 의해 제조됨으로 이에 대해서는 그 설명을 생략하며, 본 발명에 특징적인 구성인 편광 기능을 갖는 컬러필터층을 포함하는 컬러필터 기판의 제조 방법을 위주로 설명한다.
도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 공정에 따른 공정 단면도이다.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(110) 상에 블랙(black) 계열의 금속물질 또는 블랙 수지를 전면에 증착(도포)한 후, 마스크 공정을 진행하여 이를 패터닝함으로써 다수의 개구(oa)를 갖는 격자형태의 블랙매트릭스(115)를 형성한다. 이때, 상기 블랙매트릭스(115)는 그 높이가 1㎛ 내지 10㎛정도가 되는 것이 특징이다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(115) 사이로 노출된 개구의 상기 기판 상에 자외선(UV) 또는 열에 의하여 중합이 가능한 말단기를 갖는 액정 물질로 이루어진 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 중 솔벤트를 필요로 하여 농도에 의해 액정성을 띠는 것을 특징으로 하는 물질과 적, 녹, 청색을 띠는 이색성 염료(Dichroic Dye)가 솔벤트 섞여 혼합된 용액 또는 자외선(UV)에 의해 중합이 가능한 말단기를 갖는 액정 물질로 일정 온도에서 액정상이 만들어지는 물질과 적, 녹, 청색을 띠는 이색성 염료(Dichroic Dye)가 혼합된 용액을 잉크젯 장치(193) 또는 노즐 코팅 장치를 이용하여 제팅 또는 도포함으로써 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(125a, 125b, 125c)이 순차 반복하는 형태의 컬러필터층(125)을 형성한다.
이때, 자외선에 의해 중합이 가능한 말단기는 일례로 아크릴레이드 (acrylate), 에틸렌(etylene), 아세틸렌(acetylene), 스타이렌(stylene) 중 어느 하나이며, 상기 열에 의해 중합이 가능한 말단기는 옥세탄(oxetane) 또는 에폭시(epoxy)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 이색성 염료(Dichroic Dye)는 아조화합물(azo compound)인 것이 특징이며, 이러한 아조화합물(azo compound)은 공액 길이(conjugation length)를 달리함으로써 적, 녹, 청색을 나타내는 특정 파장대의 빛을 투과시키게 되며, 입사광의 방향에 따라 흡수비가 다른 것이 특징이다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 방향성이 없는 상태의 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(125a, 125b, 125c)이 순차 반복하는 형태의 컬러필터층(125)을 형성하기 전에, 상기 블랙매트릭스(115) 사이로 노출된 개구(oa)에 대응하는 기판(110) 상에 폴리아믹산(polyamic acid)을 잉크젯 장치를 이용하여 제팅하거나, 또는 노즐 코팅 장치를 이용하여 도포하여 안정화 물질층(미도시)을 형성하고, 이를 적정온도에서 건조시킴으로써 안정화막(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다. 이때, 상기 안정화막(미도시)은 그 두께가 수백 내지 1,000Å 정도로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 안정화막(미도시)은 상기 각 컬러필터 패턴(125a, 125b, 125c)과 고온에서 반응하여 접합력 등을 강화시키는 역할을 한다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 컬러필터층(125)이 형성된 기판(110)에 대해 자외선(UV)을 조사하거나, 또는 열을 가함으로써 상기 컬러필터층(125)을 이루는 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 사이에서 중합 반응이 발생되도록 한다.
이때, 상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)가 솔벤트를 필요로 하지 않고 일정 온도에서 액정상을 갖는 물질인 경우, 우선 일정온도 노출시킴으로써 액정상을 이룬 상태에서 자외선을 조사함으로써 말단기의 중압 반응이 발생되도록 하며, 상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)가 솔벤트를 필요로 하며 농도에 의해 액정상을 띠는 물질인 경우, 적정한 농도로 맞추어 반응성 액정 단량체가 액정상을 이룬 상태에서 자외선을 조사하거나 또는 열을 가하여 중합 반응이 발생되도록 한다.
도면에 있어서는 자외선 발생장치(195)를 이용하여 자외선(UV)을 조사함으로써 중합 반응이 발생되도록 진행한 것을 일례로 도시하였다.
한편, 자외선(UV)에 의한 중합인 경우, 파장이 200nm 내지 400nm인 자외선(UV)을 조사하는 것이 특징이며, 열에 의한 중합인 경우 100℃ 내지 300℃의 온도 분위기에서 진행되는 것이 특징이다.
도 5a 내지 도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법에 있어 컬러필터층을 이루는 물질의 중합 반응 전(도 5a)과 액정상을 이룬 상태(도 5b) 및 중합 반응후의 분자의 배열 상태(도 5c)를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a에 도시한 바와같이, 반응성 액정 단량체와 이색성 염료(Dichroic Dye)가 혼합된 용액 상태의 컬러필터층은 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 분자(120)와 이색성 염료(Dichroic Dye) 분자(122)가 무질서 한 상태를 이루고 있으며, 이러한 분자들의 무질서한 상태에서 일정 온도 이상이 되거나 농도 조절에 의해 액정상을 이루게 되면 도 5b에 도시한 바와같이, 상기 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 분자(120)와 이색성 염료(Dichroic Dye) 분자(122)의 무질서도가 저감되어 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 분자(120)들이 일정한 방향으로 배열되며 이에 의해 이색성 염료(Dichroic Dye) 분자(122)들 또한 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 분자(120)들의 배열에 영향을 받아 방향성을 갖게 된다.
이렇게 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 분자와 이색성 염료(Dichroic Dye) 분자(122)들이 방향성을 갖게 된 상태에서 자외선 또는 열을 가함에 의해 발생하는 중합 반응에 의해 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)의 말단기(121)가 서로 연결됨으로써 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 분자(120)는 일정한 방향으로 완전히 배열된 상태를 유지하게 되며 이러한 중합 반응 작용에 의해 이색성 염료(Dichroic Dye) 분자(122) 또한 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 분자(120)가 배열된 방향으로 방향성을 가지며 배열되어 고정되게 된다. 이렇게 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 분자(120)들이 일방향으로 배치되어 고정되는 경우 편광자의 역할을 하게 되며, 도 4d에 도시한 바와같이, 상기 컬러필터층(125)은 편광 특성을 갖게 됨으로써 특정 방향으로 편광된 빛만을 투과시키게 된다.
또한, 상기 컬러필터층(125) 내부에서 상기 반응성 액정 단량체 분자(도 5c의 120)와 같이 일 방향의 방향성을 가지며 배치된 이색성 염료 분자(도 5c의 122)에 의해 적, 녹, 청색을 나타내는 파장대의 빛만을 선택된 투과시킴으로써 상기 컬러필터층(125)은 적, 녹, 청색을 표시할 수 있는 것이다.
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 솔벤트를 필요로 하는 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)가 포함된 용액을 제팅하고 자외선(UV) 의한 중합 반응에 의해 편광 특성을 갖게 된 컬러필터층(125)에 대해 열처리 공정 진행함으로써 상기 컬러필터층(125)을 완전히 경화시킨다.
솔벤트를 필요로 하지 않는 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)가 포함된 컬러필터층(125)의 경우 자외선 조사에 의해 중합 반응과 경화가 동시에 진행되므로 이러한 경우 상기 열처리 공정은 진행할 필요가 없으므로 생략하는 것이 특징이다.
한편, 솔벤트를 필요로 하는 반응성 액정 단량체가 포함된 용액을 제팅하여 컬러필터층을 형성한 상태에서 자외선 조사에 의한 중합 반응을 진행한 경우, 상기 컬러필터층(125)은 솔벤트가 제거되지 않은 상태이므로 상기 열처리 공정을 진행하여 솔벤트를 완전히 제거하는 동시에 상기 컬러필터층(125)을 경화시키는 것이 바람직하다.
한편, 솔벤트를 필요로 하는 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)가 포함된 용액을 제팅하여 컬러필터층(125)을 형성한 상태에서 열에 의한 중합 반응을 진행한 경우, 가해진 열에 의해 중합 반응이 발생함과 동시에 솔벤트가 모두 제거되며, 자연적으로 상기 컬러필터층(125)의 경화까지 함께 진행되므로 상기 컬러필터층(125)의 경화를 위한 상기 열처리 공정을 생략될 수 있다. 하지만, 열 중합 반응이 빠르게 진행되어 상기 컬러필터층(125)의 완전한 경화가 이루어지지 않은 경우, 상기 열처리 공정을 진행함으로써 상기 컬러필터층(125)을 완전히 경화시킬 수도 있다.
한편, 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(125a, 125b, 125c) 하부에 안정화막(미도시)을 형성한 경우, 컬러필터층(125)의 경화를 위한 상기 열처리 공정을 통해 고온의 분위기에 노출됨으로써 상기 안정화막(미도시)과 상기 컬러필터층(125)의 계면에서 이들 두 물질층(미도시, 125)을 이루는 분자간의 화학적 작용에 의해 결합력이 향상되어 최종적으로 이들 두 물질층(미도시, 125)간 및 상기 안정화막(미도시)과 기판(110) 사이의 접합력이 강화되는 것이 특징이다.
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 경화된 컬러필터층(125) 위로 투명한 유기절연물질 예를들면 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐을 전면에 도포하여 오버코트층(미도시)을 형성하고, 상기 오버코트층(미도시) 위에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 공통전극(135)을 형성함으로써 본 발명에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판(110)을 완성한다. 이때, 상기 컬러필터층(125)의 보호와 표면 평탄화를 위해 형성하는 상기 오버코트층(미도시)은 생략될 수도 있다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 경화된 상기 컬러필터층(125) 위로 상기 오버코트층(미도시) 또는 공통전극(135)을 형성하기 전에 상기 컬러필터층(125)으로의 수분 침투를 방지하기 위해 바륨 염화물(barium chloride) 처리를 실시하여 수분 방지막(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다.
다음, 도 4f에 도시한 바와같이, 일반적인 제조 공정 즉, 또 다른 투명한 절연기판(150) 상에 게이트 절연막(155)을 개재하여 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선(미도시)을 형성하는 단계와, 각 화소영역 내에 상기 두 배선(미도시)과 연결되는 박막트랜지스터(Tr)를 형성하는 단계와, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(163)을 노출시키는 드레인 콘택홀(167)을 갖는 보호층(165)을 형성하는 단계 및 각 화소영역별로 상기 드레인 콘택홀(167)을 통해 상기 드레인 전극(163)과 접촉하는 화소전극(169)을 형성하는 단계를 진행하여 완성된 상기 어레이 기판(150)과 도 4a 내지 도 4e를 통해 설명한 바와같은 제조 단계를 거쳐 완성된 상기 컬러필터 기판(110)을 상기 화소전극(169)과 공통전극(135)이 마주하도록 위치시킨 후, 이들 두 기판(110, 150) 사이에 액정층(180)을 개재하고, 테두리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성한 후, 합착함으로써 액정패널을 완성하고, 상기 액정패널의 상기 어레이 기판(150)의 외측면에 편광판(170)을 부착함으로써 본 발명에 따른 액정표시장치(100)를 완성한다. 이때, 상기 편광판(170)의 편광축과 상기 컬러필터 기판(110) 상에 형성된 상기 컬러필터층(125)에 구비된 편광자의 편광축은 서로 직교하도록 상기 편광판(170)을 배치시킨 후, 상기 어레이 기판(150)의 외측면에 부착하는 것이 바람직하다.
전술한 방법에 의해 제작된 본 발명에 따른 액정표시장치(110)는 상기 컬러필터 기판(110)에 형성된 상기 컬러필터층(125) 내부에 편광 기능 즉, 빛을 일정한 투과축 방향으로만 투과시키는 편광자가 함께 구비됨으로써 상기 컬러필터 기판(110)의 외측면에는 별도로 편광판을 구비할 필요가 없으므로 경량 박형을 구현할 수 있는 것이 특징이다.
100 : 액정표시장치 110 : 컬러필터 기판
125 : 컬러필터층
125a, 125b, 125c : 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴
135 : 공통전극 150 : 어레이 기판
153 : 게이트 전극 155 : 게이트 절연막
158 : 반도체층 158a : 액티브층
158b : 오믹콘택층 161 : 소스 전극
163 : 드레인 전극 165 : 보호층
169 : 드레인 콘택홀 170 : 편광판
Tr : 박막 트랜지스터

Claims (19)

  1. 제 1 기판 상에 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 상기 다수의 화소영역을 노출시키는 다수의 개구를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 다수의 개구에 대응하여 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)와 이색성 염료(Dichroic Dye)가 섞여 혼합된 용액을 도포하여 컬러필터물질층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터물질층 내의 상기 반응성 액정 단량체를 일정 온도에 노출시켜 액정상을 이룬 상태에서 자외선을 조사함으로써 상기 반응성 액정 단량체 말단기의 중합 반응이 발생되도록 하여 편광 기능을 갖는 컬러 필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 개재하여 합착하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선은 200nm 내지 400nm의 파장대를 갖는 액정표시장치의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응성 액정 단량체의 말단기는 아크릴레이드 (acrylate), 에틸렌(etylene), 아세틸렌(acetylene), 스타이렌(stylene) 중 어느 하나인 액정표시장치의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이색성 염료(Dichroic Dye)는 아조화합물(azo compound)이고, 상기 아조화합물(azo compound)은 공액 길이(conjugation length)를 달리함으로써 적, 녹, 청색을 나타내는 특정 파장대의 빛을 투과시키며, 입사광의 방향에 따라 흡수비가 다른 액정표시장치의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층의 도포는 잉크 젯 장치 또는 노즐 코팅 장치를 통해 이루어지는 액정표시장치의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 형성하기 전에 상기 제 2 기판 상의 상기 블랙매트릭스로 둘러싸인 영역에 안정화막을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 안정화막은 PA(Polyamic Acid)로 이루어지거나 또는 실란(methoxysilane)으로 이루어지는 액정표시장치의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극을 형성하기 전에 상기 컬러필터층 상에 바륨 염화물(barium chloride)을 코팅하여 수분 침투 방지막을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극을 형성하기 전에 상기 컬러필터층 상에 오버코트층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 외측면에 편광판을 부착하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
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