KR102648617B1 - 표시장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는 기판 상에 있는 박막트랜지스터, 박막트랜지스터 상에 있는 보호막, 및 보호막 상에 있는 배향막을 포함하고, 보호막은 적어도 하나로 구성되고, 적어도 하나의 보호막 중에서 배향막에 인접한 보호막은 실리콘 함량이 질소 함량보다 많도록 구성함으로써, 잔상이나 플리커를 최소화할 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.

Description

표시장치 및 그의 제조방법{DISPLAY DEVICE AND THE METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 명세서는 표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 잔상이나 플리커를 최소화할 수 있는 표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 표시장치(Display Device)가 개발되고 있다.
이와 같은 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device: OLED) 등을 들 수 있다.
이 중에서 액정표시장치(LCD)는 액정의 하부에 광원을 두고, 액정에 전기장을 인가하여 액정의 배열을 제어함으로써 광원에서 발생된 빛을 통과 또는 차단하는 방식으로 화상을 구현하는 표시장치이다. 액정표시장치는 얇은 두께와 선명한 화질을 구현할 수 있으므로, TV 및 모니터 등에 적용되며, 최근에는 스마트폰 및 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 단말기의 표시장치로 사용되고 있다.
액정표시장치는 TN(Twisted Nematic), 수직 배향(VA), 및 IPS(in-plane-switching) 방식 등을 사용한다. 이 중에서 IPS(in-plane-switching)를 적용한 액정표시장치는 액정(LC)을 제어하여 전계를 생성하기 위한 전극들이 단일 기판 상에 존재한다. 단일 기판에 전극들이 배열되므로, 주로 수평 방향으로 전계가 유도된다. 이에 따라, TN 및 수직 배향(VA) 액정표시장치들에서보다 훨씬 낮은 시야각 의존도를 가진다. 또한, FFS(Fringe-field-switching) 방식을 적용한 액정표시장치는 단일 기판에 형성된 전극들이 보다 좁은 전극폭을 가지고 형성될 수 있으므로, 전극들 위의 영역들까지도 수평 방향의 전계가 형성될 수 있다.
그리고, 액정표시장치는 액정층을 배향하기 위한 배향막을 포함한다. 배향막은 러빙 배향막과 광배향막으로 나누어진다. 러빙 배향막은 폴리이미드(polyimide)의 물질로 구성되며, 레이온 섬유와 같은 섬유로 배향막을 러빙함으로써 배향막에 배향규제력을 부여한다. 러빙공정은 기판 위에 형성된 박막트랜지스터의 단차 등에 의한 스크래치 등에 의한 디스클리네이션(disclination)으로 발생되는 빛샘이나 잔상이 생기는 문제점이 있다. 그리고, 레이온 섬유와 같은 섬유에 의한 정전기가 발생되며, 정전기는 표시장치의 신뢰성에 영향을 주게 된다. 여기서 잔상은 액정표시장치의 화면에서 다음의 화면으로 전환하여도 전환하기 전인 이전의 화면의 영상이나 문자 등이 남아서 다음 화면에서 보이는 현상을 말한다. 즉, 외부 자극이 사라진 이후에도 일정 시간동안 시각적 경험이 지속되어 나타나는 현상을 말한다.
광배향막은 고분자 물질, 예를 들어 폴리이미드로 구성되며, UV(Ultraviolet) 등과 같은 광을 조사함으로써 배향막에 배향규제력을 부여한다. 따라서, 러빙 배향막에 비하여 정전기가 발생하지 않으며, 잔상의 발생이 작다는 장점이 있다.
그리고, 최근에는 플렉소일렉트릭 효과(flexo-electric effect)가 작아 플리커가 작으며, 투과율이 향상될 수 있으므로 유전율 이방성이 양인 액정층보다는 유전율 이방성인 음인 액정층을 사용하는 추세이다. 그러나, 유전율 이방성인 음인 액정층은 유전율 이방성이 양인 액정층보다 응답속도가 느리며, 높은 전압을 사용하여야 하므로 잔상이 나타나는 문제점이 있다.
따라서, 유전율 이방성인 음인 액정층에 적합한 광배향막을 적용하기 위한 노력이 계속되고 있으나, 잔상으로 인해 적용하기 어려움을 인식하였다.
그리고, 표시장치를 모바일(mobile) 장치 등에 적용할 경우, 소비전력을 감소시키고 터치 시에 반응속도를 높이기 위해서 표시장치에 인가되는 전압의 주파수가 변경되는 가변구동을 적용한다. 가변구동을 적용할 경우 임의의 주파수 가변 및 극성(polarity) 변동에 따른 전하가 발생하므로 배향막에 전하가 축적되어 잔상 또는 플리커가 발생함을 인식하였다.
이에 본 명세서의 발명자는 위에서 언급한 문제점들을 인식하고, 잔상이나 플리커를 개선하기 위한 여러 실험을 하였다. 이에 여러 실험을 거쳐 잔상이나 플리커를 최소화할 수 있는 표시장치를 발명하였다.
본 명세서의 실시예에 따른 해결 과제는 잔상이나 플리커를 최소화할 수 있는 표시장치 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 명세서의 실시예에 따른 해결 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는 기판 상에 있는 박막트랜지스터, 박막트랜지스터 상에 있는 보호막, 및 보호막 상에 있는 배향막을 포함하고, 보호막은 적어도 하나로 구성되고, 적어도 하나의 보호막 중에서 배향막에 인접한 보호막은 실리콘 함량이 질소의 함량보다 많도록 구성한다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 있는 화소전극 및 공통전극; 제1 기판 및 상기 제2 기판 상의 각각에 있는 제1 배향막 및 제2 배향막, 제1 기판과 제2 기판 사이에 있으며, 유전율 이방성이 음인 액정층, 및 액정층에 인접하며, 제1 배향막의 체적저항보다 작은 체적저항을 갖는 보호막을 포함한다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 제조방법은 제1 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계, 박막트랜지스터 상에 보호막을 형성하는 단계, 보호막 상에 배향막을 형성하는 단계, 배향막에 광을 조사하는 단계, 배향막의 분해물을 제거하는 단계, 및 제1 기판과 대향하는 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하며, 액정층에 인접한 보호막의 체적저항은 배향막의 체적저항보다 작도록 구성한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 명세서의 실시예들은 배향막에 인접한 보호막의 실리콘 함량을 질소 함량보다 많도록 구성함으로써, 배향막에 인접한 보호막의 체적저항을 낮출 수 있으므로, 보호막보다 높은 체적저항을 갖는 배향막에 의한 잔상이나 플리커를 최소화할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배향막에 인접한 보호막의 실리콘과 질소의 결합비율을 1이하로 구성함으로써, 배향막에 인접한 보호막의 체적저항을 낮출 수 있으므로, 보호막보다 높은 체적저항을 갖는 배향막에 의한 잔상이나 플리커를 최소화할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배향막에 인접한 보호막의 체적저항을 배향막의 체적저항보다 낮게 구성함으로써, 표시장치의 잔상이나 플리커가 최소화될 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배향막에 인접한 보호막의 체적저항을 배향막의 체적저항보다 낮게 구성함으로써, 가변구동에 따른 DC 방전 특성을 개선할 수 있으므로, 표시장치의 잔상이나 플리커가 최소화될 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배향막에 인접한 보호막의 체적저항을 배향막의 체적저항보다 낮게 구성하고, 유전율 이방성이 음인 액정층을 적용함으로써, 투과율이 향상될 수 있고, 잔상이나 플리커가 최소화될 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배향막에 인접한 보호막의 체적저항을 배향막의 체적저항보다 낮게 구성하고, 가변구동을 적용하고, 유전율 이방성이 음인 액정층을 적용함으로써, 소비전력을 감소시키고, 표시장치의 터치 시에 반응 속도를 향상시킬 수 있고, 투과율이 향상될 수 있고, 잔상이나 플리커가 최소화될 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은
또 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상에서 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과에 기재한 발명의 내용이 청구항의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구항의 권리 범위는 발명의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에서 보호막의 결합비율에 따른 체적저항을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면 및 실시예를 통해 본 명세서의 실시예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치(100)는 기판(111) 상에 게이트 배선 및 데이터 배선이 구성된다. 박막트랜지스터는 게이트 전극(112), 액티브층(114), 소스 전극(116), 및 드레인 전극(117)을 포함한다. 구체적으로, 제1 기판(111) 상에 게이트 전극(112)이 형성되고, 게이트 전극(112) 상에 게이트 절연층(113)이 형성된다. 게이트 절연층(113) 상에는 액티브층(114)이 형성된다. 소스 전극(116) 및 드레인 전극(117)은 액티브층(114)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 본 명세서에서는 박막트랜지스터가 인버티드 스태거드 구조인 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 코플래너(coplanar) 구조를 포함한 다양한 구조의 박막트랜지스터가 적용될 수 있다.
또한, 도 1에서는 박막트랜지스터가 N형(N-type) 박막트랜지스터인 경우를 가정하여 화소전극(140)이 소스 전극(115)에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 박막트랜지스터가 P형(P-type) 박막트랜지스터인 경우에는 화소전극(140)이 드레인 전극(117)에 연결될 수도 있다.
그리고, 액티브층(114)은 비정질 실리콘(amorphous silicon, a-Si), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon, poly-Si), 산화물(oxide) 반도체 또는 유기물 (organic) 반도체 등으로 형성될 수 있다. 액티브층(114)이 산화물 반도체로 형성될 경우, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
박막트랜지스터 상에는 적어도 하나의 보호막이 구성될 수 있다. 즉, 소스 전극(116) 및 드레인 전극(117) 상에 제1 보호막(115) 및 제2 보호막(118)이 형성된다. 제2 보호막(118) 상에는 공통전극(120)이 형성된다. 제2 보호막(118)은 포토아크릴(photoacryl) 등의 유기물질로 형성되어 개구율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 제3 보호막(130)은 공통전극(120)을 덮도록 형성된다. 제3 보호막(130) 상에는 화소전극(140)이 형성된다. 화소전극(140)은 제2 보호막(118)의 컨택홀을 통해 드레인 전극(117)과 접촉한다. 그리고, 제1 보호막(115)은 생략될 수도 있다.
본 명세서에서, IPS 모드 표시장치 및 FFS 모드 표시장치 모두는 IPS 모드 표시장치로 설명된다. 도 1에서는 공통전극(140)이 제1 기판(111) 상에 형성되며, 제2 기판(190) 상에는 형성되지 않는다. 즉, 제3 보호막(130) 아래에 공통전극(120)이 구성되고, 제3 보호막(130) 상에 화소전극(140)이 구성된다. 또는, 제3 보호막(130) 아래에 화소전극(140)이 구성되고, 제3 보호막(130) 상에 공통전극(120)이 구성될 수도 있다. 그리고, 공통전극(120)은 화소전극(140) 상에 배치된다. 공통전극(120) 및 화소전극(140)의 배치는 이에 제한되지 않으며, 화소전극(140)은 공통전극(120) 상에 배치될 수 있다. 또는, 화소전극(140)은 공통전극(120)과 서로 다른 층이 아닌 동일 평면에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 공통전극(120) 및 화소전극(140)은 제3 보호막(130) 상에 배치되거나, 제3 보호막(130) 아래에 공통전극(120) 및 화소전극(140)이 배치될 수도 있다.
또한, 화소전극(140) 및 공통전극(120) 이외에 다른 전극은 공통 전극의 터치 센싱 또는 저항 강하와 같은 다른 기능을 위해 공통전극(120) 또는 화소전극(140) 아래에 형성될 수도 있다. 이러한 다른 전극은 포토아크릴(photoacryl)로 형성된 제2 보호막(118) 내에 배치될 수도 있다.
그리고, 공통전극(120) 및 화소전극(140)은 직선 형상(straight shape)으로 배열될 수도 있다. 또한, 공통전극(120) 및 화소전극(140)은 적어도 하나의 굴곡된 형상인 지그재그 형상(zig-zag shape)으로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 기판(190)의 컬러 필터(180) 및 블랙 매트릭스(185) 중 적어도 하나는 직선 형상(straight shape) 또는 적어도 하나의 굴곡된 형상인 지그재그 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 공통전극(120)이나 화소전극(140)은 판형상(rectangular shape)으로 형성되고, 공통전극(120)이나 화소전극(140)은 직선 형상 또는 적어도 하나의 굴곡을 가진 형상인 지그재그 형상으로 형성될 수도 있다. 그리고, 데이터 배선은 직선 형상 또는 적어도 하나의 굴곡을 가진 형상인 지그재그 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 기판(111)과 대향하는 대향기판인 제2 기판(190)은 각각 제1 배향막(150a) 및 제2 배향막(150b)을 포함한다. 제1 배향막(150a)과 제2 배향막(150b)은 액정층(160)의 액정의 초기 배향을 결정하고 유지하기 위한 층이다. 액정층(160)은 제1 기판(111)과 제2 기판(190) 사이에 구성되며, 제1 배향막(150a)과 제2 배향막(150b) 사이에 형성된다.
제2 기판(190)의 아래에는 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터를 포함하는 컬러필터(180)가 형성될 수 있다. 블랙매트릭스(185)는 제2 기판(190)의 아래측에 배치될 수 있다. 블랙매트릭스(185)는 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터 중 적어도 두 개의 컬러필터(180) 사이에 배치되어 컬러 간의 혼색을 방지할 수도 있다. 오버코팅층(170)은 제2 배향막(150b)과 컬러필터(180) 사이에 배치될 수도 있다.
본 명세서의 실시예에서, 제1 배향막(150a)과 제2 배향막(150b)은 각각 적어도 두 개의 배향막들을 포함한다. 즉, 제1 배향막(150a)은 액정층(160)에 접하는 상부 배향막(154a)과 액정층(160)으로부터 이격되어 배치된 하부 배향막(152a)으로 구성된다. 그리고, 제2 배향막(150b)은 액정층(160)에 접하는 상부 배향막(154b)과 액정층(160)으로부터 이격되어 배치된 하부 배향막(152b)으로 구성된다. 상부 배향막들(154a, 154b)은 액정층(160)에 접하지만 하부 배향막들(152a, 152b)은 액정층(160)에 접하지 않는다.
그리고, IPS 모드 표시장치를 모바일(mobile) 장치 등의 표시장치에 적용할 경우, 소비전력을 감소시키고 터치 시에 반응속도를 높이기 위해서 표시장치에 인가되는 신호의 주파수가 변경되는 가변구동을 적용할 수 있다. 표시장치에 인가되는 신호의 주파수가 가변되는 순간, 플리커(flicker)가 발생하여 사용자에게 화면의 깜박거림이 인지될 수 있다. 따라서, 가변구동을 적용할 경우, 임의의 주파수 가변 및 극성(polarity) 변동에 따른 전하가 발생하므로 배향막에 전하가 축적되어 잔상이나 플리커가 발생하는 문제점이 생긴다. 그리고, 가변구동을 적용할 경우 모든 주파수에서 DC 방전 특성이 비슷하게 되지 못하므로 플리커가 발생하는 문제점이 생긴다. 따라서, 가변구동을 적용할 경우에 주파수에 따른 배향막의 DC 축적을 개선하기 위해서 체적저항이 높은 배향막을 적용하여야 한다.
그리고, IPS 모드 표시장치인 경우 배향막에 축적되는 직류전압에 의한 전하 이외에 배향막과 보호막의 계면에 축적되는 전하에 의하여 DC 잔상이 더 발생하게 된다.
그리고, 액정층(160)에 포함된 액정은 공통전극(120) 및 화소전극(140)에 의해 형성된 전계에 의해서 액정의 배열 상태가 조절된다. 액정층(160)은 네거티브(negative) 액정층과 포지티브(positive) 액정층으로 분류된다. 네거티브(negative) 액정층은 유전율 이방성(△ε=ε∥ - ε⊥)이 음(-)의 값을 가지는 액정으로, 수직 유전율이 수평 유전율보다 큰 값을 갖는다. 그리고, 포지티브(positive) 액정층은 유전율 이방성이 양(+)의 값을 가지는 액정으로, 수평 유전율이 수직 유전율보다 큰 값을 갖는다.
음의 유전율 이방성을 갖는 액정층 즉, 네거티브(negative) 액정층은 전계 방향과 수직한 방향으로 액정층의 방향자(director)가 배열된다. 따라서, 공통전극(120)과 화소전극(140) 사이에 전계가 형성되면, 공통전극(120)과 화소전극(140) 사이 영역의 액정층의 방향자 및 공통전극(120)과 화소전극(140) 상부 영역의 액정층의 방향자 모두가 제1 기판(111) 및 제2 기판(190)의 수평 면에 대하여 평행하게 배열된다. 따라서, 포지티브 액정층에 비하여 네거티브 액정층의 경우, 광 투과율이 향상되어 상대적으로 우수한 휘도 특성을 나타낼 수 있다.
유전율 이방성이 음인 액정층에 의해 투과율이 향상될 수 있으나 DC 잔상이 발생하므로, DC 잔상을 최소화하기 위해서 체적저항이 높은 배향막이 적용되어야 한다.
본 명세서의 발명자들은 DC 잔상을 최소화하기 위해서 체적저항이 높은 배향막을 적용하고, 소비전력을 감소시키고 터치 시에 반응속도를 높이기 위해서 가변구동을 적용하고, 투과율을 향상시키기 위해서 유전율이 음인 액정층을 적용할 경우, 잔상이나 플리커가 발생하는 원인을 분석하기 위해서 여러 실험을 하였다. 원인으로는 보호막에 의한 아웃개싱(outgassing), 배향막의 두께 및 보호막의 막특성 등의 인자를 도출하였다. 이 중에서, 여러 실험을 통하여 보호막에 의한 아웃개싱(outgassing)은 잔상이나 플리커에 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 여기서 아웃개싱(outgassing)은 보호막을 유기막으로 형성할 경우, 유기막에서 가스화합물이 배출되어 이 가스화합물이 배향막에 포함된 이온들과 반응하는 것을 말한다.
그리고, 본 명세서의 발명자들은 실험을 통하여 배향막의 두께는 잔상이나 플리커에 미치는 영향이 작음을 알 수 있었다.
따라서, 잔상이나 플리커가 발생하는 원인 중에서 보호막의 막특성의 영향을 확인하기 위한 실험을 하였다. 즉, 보호막을 형성한 후에 보호막의 막특성을 분석한 결과, 보호막에 포함된 실리콘(Si) 함량이 질소(N) 함량보다 많음을 알 수 있었다. 그리고, 보호막에 포함된 실리콘(Si) 함량과 질소(N) 함량은 보호막에 포함된 실리콘과 질소의 결합비율(bonding ratio)에 영향을 받게 된다. 결합비율은 보호막에 포함된 실리콘과 질소의 결합에 대한 질소와 수소의 결합 비율(NH/SiH)일 수 있다. 따라서, 보호막에 포함된 실리콘과 질소의 결합비율에 따라 보호막의 체적저항이 변화하는지 확인하기 위한 실험을 진행하였으며, 이에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다.
보호막은 화학기상증착방법(Chemical Vapor Deposition; CVD)으로 형성되며, 증착막을 진공에서 고주파전원(RF Power; Radio Frequency Power)으로 인가하여 플라즈마 상태로 분해된 가스와 반응시켜 증착막을 제거하여 형성된다. 보호막이 실리콘 질화막으로 형성될 경우, 사용되는 가스는 실란(SiH4) 및 암모니아(NH3) 등일 수 있다.
도 2는 본 명세서의 실시예에서 보호막의 결합비율에 따른 보호막의 체적저항을 나타내는 도면이다.
도 2에서 가로축은 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율(bonding ratio)을 나타내며, 세로축은 체적저항(Ω·cm)을 나타낸다. 그리고, 보호막의 체적저항은 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 1이하인 경우는 인가전압 15V에서 측정하였다. 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 1을 초과한 경우는 인가전압 10V에서 측정하였다. 체적저항은 인가전압 별로 모두 측정할 수 있으나, 체적저항이 높은 경우 인가전압을 구분하여 측정할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시한 바와 같이, 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 0.34일 경우 보호막의 체적저항은 약 1.0X1011Ω·cm 이하임을 알 수 있다. 그리고, 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 0.59일 경우 보호막의 체적저항은 약 1.0X1011Ω·cm임을 알 수 있다. 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 0.70일 경우 보호막의 체적저항은 약 1.0X1012Ω·cm 이하임을 알 수 있다. 그리고, 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 4.10일 경우 보호막의 체적저항은 약 1.0X1013Ω·cm 이상임을 알 수 있다. 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 16.00일 경우 보호막의 체적저항은 약 1.0X1013Ω·cm 이상임을 알 수 있다. 실험결과로부터, 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 1이하인 경우 보호막의 체적저항이 약 1.0X1013Ω·cm 이하임을 알 수 있다.
따라서, 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 l이하인 경우의 체적저항은 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 l을 초과한 경우의 체적저항보다 작음을 알 수 있다. 즉, 보호막에 포함된 실리콘(Si) 함량이 질소(N) 함량보다 많을 경우 보호막의 체적저항이 낮아짐을 알 수 있었다. 그리고, 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 l이하인 경우 실리콘(Si) 함량이 질소(N) 함량보다 많음을 알 수 있었다. 따라서, 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 l이하인 경우가 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합비율이 l을 초과한 경우와 비교하여 DC 방전이 일어남을 알 수 있었다.
따라서, 보호막의 체적저항이 낮을수록 DC 방전이 일어날 수 있으므로, 잔상이나 플리커가 낮아질 수 있음을 알 수 있었다. 즉, 가변구동을 적용하고 유전율이 음인 액정층을 적용할 경우, 잔상이나 플리커를 최소화하기 위해서는 체적저항이 높은 배향막이 적용된다. 체적저항이 높은 배향막을 적용할 경우 잔상이나 플리커를 최소화하기 위해서, 보호막의 체적저항은 배향막의 체적저항보다 낮아야 함을 알 수 있었다.
도 2에서 설명한 바와 같이, 보호막의 체적저항은 보호막에 포함된 실리콘(Si) 함량이 질소(N) 함량보다 많을 경우 낮아짐을 알 수 있었다. 그리고, 보호막에 포함된 실리콘(Si) 함량 및 질소(N) 함량은 보호막을 형성하는 조건에 영향을 받을수 있다. 예를 들어 실란(SiH4) 유량, 실란(SiH4) 및 암모니아(NH3)의 유량비, 보호막의 두께, 및 보호막 형성 시의 고주파 전원(RF power) 등에 의해 영향을 받을 수도 있다.
그리고, 보호막에 포함된 실리콘과 질소의 결합비율에 따라 잔상을 측정한 결과에 대해서 아래 표 1을 참조하여 설명한다.
[표 1]
Figure 112016063588405-pat00001
표 1에서 A:B는 SiH4와 NH3의 유량비를 나타내며, Bonding Ratio는 실리콘과 질소의 결합비율을 나타낸다. 그리고, Image Sticking(1hr)은 1시간 후의 잔상을 측정한 것이고, Image Sticking(6hrs)은 6시간 후의 잔상을 측정한 것이다. 잔상평가는 1시간 또는 6시간 동안 고정패턴에서 그레이 패턴으로 변경할 시 잔상이 소멸되는 시간을 측정하게 된다. 예를 들어, 1시간 후의 잔상 평가는 고정패턴에서 그레이 패턴으로 변경할 시 1시간 동안 고정 패턴이 남아있을 경우 잔상이 나타난다고 평가하고, 고정 패턴이 남아있지 않고 소멸되면 잔상이 소멸되었다고 평가한다. 그리고, 1 시간 후의 잔상이 소멸된 경우를 양품으로 판단할 수도 있으며, 1시간 후 및 6시간 후의 잔상이 소멸된 경우를 양품으로 판단할 수도 있다. 이는 소비자의 요구에 따라 달라질 수 있으며 양품의 기준이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 비교예 1, 비교예 2, 및 실시예 2는 박막트랜지스터를 구성하는 액티브층을 비정질 실리콘으로 구성한 것이다. 실시예 1 및 실시예 3은 박막트랜지스터를 구성하는 액티브층을 산화물 반도체층으로 구성한 것이다. 산화물 반도체층은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
비교예 1 및 비교예 2는 SiH4와 NH3의 유량비가 1:10이고, 실리콘과 질소의 결합비율을 다르게 하였을 경우의 잔상을 측정한 것이다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘과 질소의 결합비율이 4.10일 경우의 1시간 후 잔상을 측정한 결과 시료 5개 중에 3개가 잔상이 나타나고, 6시간 후 잔상을 측정한 결과 시료 5개 중에 5개가 잔상이 나타남을 알 수 있다. 그리고, 실리콘과 질소의 결합비율이 2.09일 경우의 1시간 후 잔상을 측정한 결과 시료 6개 중에 1개가 잔상이 나타내고, 6시간 후 잔상을 측정한 결과 시료 6개 중에 6개가 잔상이 나타남을 알 수 있다. 따라서, 비교예 2의 실리콘과 질소의 결합비율이 작을 경우 비교예 1과 비교하여 1시간 후의 잔상이 감소됨을 알 수 있다.
그리고, 실시예 1은 비교예 1 및 비교예 2와 동일하게 SiH4와 NH3의 유량비를 1:10으로 하고, 실리콘과 질소의 결합비율이 0.95일 때 잔상을 측정한 것이다. 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 실리콘과 질소의 결합비율이 1이하인 경우의 실시예 1은 1시간 후의 잔상은 나타나지 않으나, 6시간 후의 잔상은 나타남을 알 수 있다. 따라서, 실리콘과 질소의 결합비율이 1이하인 경우 1시간 후의 잔상이 소멸되므로, 실리콘과 질소의 결합비율이 잔상에 영향을 줌을 알 수 있다.
실시예 2는 SiH4와 NH3의 유량비가 1:4이고, 실리콘과 질소의 결합비율이 0.34일 때 잔상을 측정한 것이다. 실시예 1과 비교하여 SiH4와 NH3의 유량비 및 실리콘과 질소의 결합비율을 작게 한 경우 1시간 후의 잔상 및 6시간 후의 잔상이 모두 나타나지 않았음을 알 수 있다. 따라서, 실리콘과 질소의 결합비율이 1이하인 경우 1시간 후 및 6시간 후의 잔상이 소멸되므로, 실리콘과 질소의 결합비율이 잔상에 영향을 줌을 알 수 있다. 그리고, SiH4와 NH3의 유량비에 따라 잔상에 영향을 줌을 알 수 있다.
실시예 3은 실시예 2와 동일하며, 실시예 3의 액티브층은 산화물 반도체로 구성한 것이고, 실시예 2의 액티브층은 비정질 실리콘으로 구성하여 측정한 것이다. 실험결과는 1시간 후의 잔상은 전혀 나타나지 않았으며, 6시간 후의 잔상은 약간 나타남을 알 수 있다. 따라서, 실리콘과 질소의 결합비율이 1이하인 경우 1시간 후의 잔상이 소멸하고 6시간 후의 잔상은 감소하므로, 실리콘과 질소의 결합비율이 잔상에 영향을 줌을 알 수 있다. 그리고, 박막트랜지스터의 액티브층의 종류에 따라서 잔상에 미치는 영향은 작음을 알 수 있다.
따라서, 실리콘과 질소의 결합비율이 1이하일 경우 표시장치의 잔상이 개선됨을 알 수 있다. 그리고, 실리콘과 질소의 결합비율이 1이하인 경우는 보호막에 포함된 실리콘 함량이 질소 함량보다 많음을 알 수 있다.
도 1을 참조하여 배향막에 대해서 설명하면 아래와 같다. 광배향막은 광이성화형(photo-isomerizaion), 광중합형(photo-dimerization), 및 광분해형(photo-degradation)으로 분류될 수 있다. 광이성화형은 두 가지로 분류될 수 있다. 하나는 반응을 나타내는 분자를 고분자에 혼합하여 폴리이미드(polyimide)막을 만들어 편광된 광을 조사시켜 액정층의 방향을 제어하는 것이다. 다른 하나는, 광이성화 분자를 측쇄 또는 말단기에 가지고 있는 고분자막에 직선편광을 조사하여 특정한 방향을 향한 분자만을 광이성화하여 광학이방성을 발생시키는 것이다. 그리고, 광중합형은 광중합 반응을 나타내는 고분자막에 직선편광을 조사하여 어떤 특정방향의 분자만을 반응시켜 광학이방성을 발생시키는 것이다. 그리고, 광분해형은 고분자막에 직선편광시킨 자외선을 조사하여 특정방향의 분자 결합을 선택적으로 절단하는 광분해 반응을 이용하여 광학이방성을 발생시키는 것이다.
여기서는 배향막을 광분해형 배향막을 예로 들어 설명한다. 이에 한정되지 않고, 높은 체적저항을 갖는 배향막인 경우 본 명세서의 실시예는 적용가능하다.
제1 배향막(150a)과 제2 배향막(150b)의 분자량을 작게 형성할 경우 액정층(160)의 스위칭은 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 배향막(150a)과 제2 배향막(150b)을 적어도 두 개의 층들로 구성할 경우 배향안정성을 높일 수 있으나, 상부 배향막(154a, 154b)의 광 조사 시에 하부 배향막(152a, 152b)까지 광분해되므로, AC 잔상에 기인한 블랙 표시 시의 광누설이 생길 수 있다. 따라서, 제1 배향막(150a)과 제2 배향막(150b)의 배향안정성을 향상시키기 위해서 분자량이 작은 상부 배향막(154a, 154b)을 액정층(160)과 인접하게 구성하고, 분자량이 큰 하부 배향막(152a, 152b)을 아래에 구성한다. 이에 의해 액정층(160)이 스위칭되어도 하부 배향막(152a, 152b)이 움직이기 어려우므로, 상부 배향막(154a, 154b)의 움직임을 억제할 수 있다. 따라서, AC 잔상을 개선할 수 있으므로 블랙 표시 시의 광누설이 최소화될 수 있다. 그리고, 상부 배향막(154a, 154b)은 광분해물질을 갖는 물질로 구성하고, 하부 배향막(152a, 152b)은 광분해물질을 갖지 않는 물질로 구성하므로, 광 조사 시에 하부 배향막(152a, 152b)은 광분해 반응이 일어나지 않아서 제1 배향막(150a)과 제2 배향막(150b)의 분자량의 저하는 일어나지 않는다. 여기서 AC 잔상은 교류(AC)전압을 인가하여 표시장치를 구동할 경우 전압의 오프(OFF) 시에 액정층이 초기의 배향상태로 돌아오지 않는 현상이다.
따라서, 제1 배향막(150a) 및 제2 배향막(150b)은 예를 들어 10,000 내지 15,000 범위의 분자량을 갖는다. 여기서 분자량은 중량평균분자량일 수 있다. 중량평균분자량(weight-average molecular weight)는 고분자 물질의 평균분자량일 수 있다.
그리고, 상부 배향막(154a, 154b)은 광분해물질을 갖는 물질로 구성하고, 하부 배향막(152a, 152b)은 광분해물질을 갖지 않는 물질로 구성한다. 따라서, 광분해물질 예를 들어, 시클로부탄이 없는 하부 배향막(152a, 152b)은 상부 배향막(154a, 154b)보다 낮은 체적저항을 갖게 한다. 예를 들어, 상부 배향막(154a, 154b)은 약 1.0X1015Ω·cm 이상의 체적저항을 가지며, 하부 배향막(152a, 152b)의 하면은 약 1.0X1013 - 14Ω·cm의 체적저항을 갖는다. 상부 배향막(154a, 154b)보다 낮은 체적저항을 갖는 것은 하부 배향막(152a, 152b)은 제1 배향막(150a) 및 제2 배향막(150b) 상에 축적된 전하를 방전시키도록 및/또는 외부로부터의 전하가 제1 배향막(150a) 및 제2 배향막(150b) 상에 축적되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 하부 배향막(152a, 152b)은 축적된 전하를 빠르게 방전할 수 있으므로, 표시장치(100)의 DC 잔상을 최소화할 수 있다.
그리고, 가변구동을 적용할 경우 상부 배향막(154a, 154b)의 체적저항과 하부 배향막(152a, 152b)의 체적저항은 동일하게 구성할 수 있다. 이는 상부 배향막(154a, 154b)은 이방성을 부여하여 배향력을 향상시키고, 하부 배향막(152a, 152b)은 모든 주파수에서 DC 방전 특성이 비슷하게 되도록 하여 잔상 또는 플리커를 개선할 수 있다. 그리고, 상부 배향막(154a, 154b) 및 하부 배향막(152a, 152b)의 체적저항은 예를 들어, 약 1.0X1013 Ω·cm 내지 1.0X1015 Ω·cm일 수 있다.
가변구동에 대해서 설명하면 아래와 같다.
표시장치(100)는 복수의 게이트 배선 및 복수의 데이터 배선을 포함한다. 표시장치(100)는 복수의 게이트 배선 및/또는 복수의 데이터 배선이 교차한 영역에 복수의 화소들을 포함할 수 있다. 표시장치(100)의 구동회로는 화소들에 입력 영상의 데이터를 기입한다. 이 구동 회로는 타이밍 콘트롤러의 제어에 의하여 구동되는 게이트 구동부 및 데이터 구동부를 포함한다. 게이트 구동부는 게이트 구동부에 연결된 복수의 게이트 배선들을 통해 복수의 화소들 각각에 게이트 전압을 공급한다. 게이트 구동부는 표시장치(100)의 일측에 실장되어 GIP(Gate drive ic In Panel) 회로로 구현될 수도 있다. 그리고, 데이터 구동부는 복수의 데이터 배선들에 연결된 복수의 화소들 각각에 데이터 전압을 공급한다.
타이밍 콘트롤러는 시스템 보드로부터 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와, 디지털 비디오 데이터와 동기되는 타이밍 신호를 수신한다. 타이밍 신호는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 클럭 신호(DCLK), 및 데이터 인에이블신호(DE) 등을 포함할 수 있다.
그리고, 타이밍 콘트롤러는 표시장치의 구동회로의 구동 주파수를 조절하는 가변구동 제어부를 포함한다. 가변구동 제어부는 게이트 구동부에 포함될 수 있다. 즉, 가변구동 제어부에 의해 정지화면 및 구동화면을 구분하고, 정지화면 또는 구동화면에 해당하는 주파수를 출력하게 된다.
가변구동은 VRR(Variable Refresh Rate) 또는 LRR(Low Refresh Rate) 구동이라고 칭할 수 있다. 가변구동은 주파수가 30Hz에서 60Hz 또는 60Hz에서 30Hz로 구동되는 것으로 듀얼(dual) 가변구동이라고 할 수 있다. 즉, 정지화면이 30Hz에서 구현되고, 구동화면은 60Hz에서 구현될 수 있다. 또는, 정지화면이 60Hz에서 구현되고, 구동화면은 30Hz에서 구현될 수 있다.
그리고, 가변구동은 주파수가 24Hz 내지 120Hz에서 구동하는 것으로 예를 들어, 24Hz, 30Hz, 48Hz, 60Hz, 80Hz, 및 120Hz에서 구동될 수 있으며, 랜덤(random) 가변구동이라고 할 수 있다. 즉, 이 주파수 내에서 정지화면과 구동화면이 구현될 수 있다. 예를 들어, 정지화면이 24Hz에서 구현되고, 구동화면은 30Hz, 48Hz, 60Hz, 80Hz, 및 120Hz 중 적어도 하나의 주파수에서 구현될 수 있다. 그러나, 가변구동의 주파수는 변경될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 가변구동은 타이밍 콘트롤러로부터 적어도 두 개의 주파수를 갖는 전압이 화소전극(140) 또는 공통전극(120)에 인가되도록 구현될 수 있다. 따라서, 가변구동에 의하여 정지화면을 구현할 시에 주파수를 낮출 수 있으므로, 소비전력을 감소시킬 수 있다. 그리고, 구동화면을 구현할 시에 주파수를 증가시킬 수 있으므로, 터치 시에 반응속도를 높일 수 있는 효과가 있다.
상부 배향막(154a, 154b) 및 하부 배향막(152a, 152b)을 갖는 제1 배향막(150a) 및 제2 배향막(150b)은 서로 다른 중량평균분자량을 갖는 제1 전구체 및 제2 전구체를 포함하는 전구체 혼합물로부터 형성될 수 있다. 제1 전구체와 제2 전구체의 분자량의 차이는 제1 배향막(150a) 및 제2 배향막(150b)의 상부 배향막(154a, 154b) 및 하부 배향막(152a, 152b)의 형성을 용이하게 할 수 있다. 그리고, 전구체 혼합물을 적용함으로써, 높은 중량평균분자량을 갖는 폴리이미드를 제공할 수 있는 효과가 있다.
전구체 혼합물의 제1 전구체는 폴리이미드로 구성할 수 있다. 폴리이미드의 이미드화 반응은 폴리아믹산의 용액을 그대로 가열하는 열이미드화 및 폴리아믹산의 용액에 촉매를 첨가하는 화학적 이미드화로 나누어질 수 있다. 열이미드화는 충분한 분자량을 갖는 배향막을 형성하기 어려운 문제점이 있다. 그리고, 화학적 이미드화는 이미드화 반응 종료 후에 용액을 제거하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 본 명세서의 실시예에서는 전구체 혼합물의 제1 전구체로 미리 이미드화된 물질인 용해성 폴리이미드가 적용될 수 있다. 이에 의해 열이미드화로 인한 분자량의 저하를 최소화할 수 있고, 화학적 이미드화로 인한 이미드화 반응 후에 용액을 제거하기 어려운 문제점을 해결할 수 있다.
폴리이미드의 용해성은 배향막(150a, 150b) 형성을 위한 전구체 혼합물에 미리 이미드화된 물질, 즉, 폴리이미드를 적용할 수 있다. 또한, 전구체 혼합물에 포함된 폴리이미드는 표시장치의 배향막(150a, 150b)을 형성하기 위해 사용하는 용매에 용해가능하여야 한다. 예를 들어, 전구체 혼합물 내에서 폴리이미드는 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone), BCS(Butyl CelloSolve), 및 NMP와 BCS가 혼합된 용매에서 높은 용해성을 가질 수 있어야 한다.
따라서, 전구체 혼합물의 제1 전구체는 용해성 폴리이미드일 수 있다. 용해성 폴리이미드는 광분해물질을 포함하는 폴리이미드(polyimide)를 포함한다. 광분해물질을 포함하는 폴리이미드의 분자식은 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
화학식 1에서, n은 자연수이고, X는 UV 조사에 민감한 광 분해 물질이며, Y는 고리수 2 이상을 갖는 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
광분해물질은 아래와 같은 구조를 갖는 시클로부탄일 수 있다.
Figure 112016063588405-pat00003
여기서, R1, R2, R3, R4 각각은 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 페닐기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 비닐기(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸기(-(CH2)m-C=CH, m=0~2)로 이루어진 그룹 중 하나 또는 하나 이상일 수 있다.
방향족 탄화수소기는 아래와 같은 구조를 가질 수 있다.
Figure 112016063588405-pat00004
여기서, R6, R7, R8, R9 각각은 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 페닐기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 비닐기(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸기(-(CH2)m-C=CH, m=0~2)로 이루어진 그룹 중 하나 또는 하나 이상일 수 있다.
화학식 1의 폴리이미드는 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone), BCS(Butyl CelloSolve), 및 NMP와 BCS가 혼합된 용매 내에서 높은 용해성을 갖는다. Y가 고리수 1개의 방향족 탄화수소기를 가지면 폴리이미드는 전구체 혼합물에 사용되기에 충분한 용해성을 갖지 못할 수도 있다. 따라서, Y가 고리수 2 이상의 방향족 탄화수소기를 가지면, 폴리이미드 간의 용해성이 증가하여 상온에서도 액상으로 존재할 수 있다.
용해성 폴리이미드는 광분해물질을 포함하는 폴리아믹 산(polyamic acid)을 더 포함할 수도 있다. 따라서, 광분해물질을 포함하는 용해성 폴리이미드는 광분해물질을 포함하는 폴리이미드 및 광분해물질을 포함하는 폴리아믹 산의 조합이라고 할 수 있다.
전구체 혼합물의 제2 전구체는 광분해물질을 포함하지 않는 폴리아믹 산을 포함하고, 아래 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016063588405-pat00005
화학식 2에서, X는 고리수 2 이상의 방향족 탄화수소기이며, Y는 고리수 1 이상의 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
방향족 탄화수소기는 아래와 같은 구조를 가질 수 있다.
Figure 112016063588405-pat00006
화학식 2에서, R6, R7, R8, R9 각각은 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 페닐기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 비닐기(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸기(-(CH2)m-C=CH, m=0~2)로 이루어진 그룹 중 하나 또는 하나 이상일 수 있다.
따라서, 본 명세서의 실시예들은 체적저항이 높은 배향막을 구성하고, 배향막 및 보호막 사이의 계면에 축적되는 전하에 의한 잔상이나 플리커를 최소화하기 위해서 배향막과 인접한 보호막의 체적저항이 낮아야 함을 알 수 있었다. 그리고, 체적저항이 높은 배향막을 구성하고, 가변구동을 적용할 경우 잔상이나 플리커를 최소화하기 위해서 배향막과 인접한 보호막의 체적저항이 낮아야 함을 알 수 있었다 즉, 제1 배향막(150a)과 인접한 보호막인 제3 보호막(130)의 체적저항을 낮추기 위해서는 제3 보호막(130)의 실리콘 함량이 질소 함량보다 많도록 구성하여야 한다. 제3 보호막(130)의 실리콘 함량이 질소 함량보다 많을 경우 제3 보호막(130)의 실리콘과 질소의 결합비율은 1이하일 수 있다.
그리고, 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 제조방법에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 3을 참조하여 표시장치를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 먼저 제1 기판(111) 상에 박막트랜지스터를 형성한다(S301). 박막트랜지스터는 게이트 전극(112), 액티브층(114), 소스 전극(116), 및 드레인 전극(117)을 포함한다. 구체적으로, 제1 기판(111) 상에 게이트 전극(112)이 형성되고, 게이트 전극(112) 상에 게이트 절연층(113)이 형성된다. 게이트 절연층(113) 상에는 액티브층(114)이 형성된다. 소스 전극(116) 및 드레인 전극(117)은 액티브층(114)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 박막트랜지스터 상에 제1 보호막을 형성한다(S302). 여기서 제1 보호막은 제2 보호막일 수 있다. 그리고, 제1 보호막 상에 공통전극(120)을 형성한다(S703). 화소전극(140) 상에 제2 보호막을 형성한다(S304). 여기서 제2 보호막은 제3 보호막일 수 있다. 그리고, 제2 보호막 상에 화소전극(140)을 형성한다(S305).
화소전극(140) 상에 제1 배향막(150a)을 형성한다(S306). 제1 배향막(150a)은 광분해물질을 포함하는 용해성 폴리이미드 및 광분해물질을 포함하지 않는 폴리아믹 산 및 폴리아믹산 에스테르 중 적어도 하나를 포함하는 전구체 혼합물을 도포함으로써 형성된다. 용해성 폴리이미드 및 폴리아믹 산을 예로 들어 설명한다. 먼저, 광분해물질을 포함하는 용해성 폴리이미드 및 광분해물질을 포함하지 않는 폴리아믹 산이 단일 층에서 혼합된다. 일정시간, 예를 들어, 약 100 내지 150초 후에 용해성 폴리이미드의 중량 평균 분자량보다 높은 중량 평균 분자량을 갖는 광분해물질을 포함하지 않는 폴리아믹 산이 용해성 폴리이미드의 아래로 가라앉아, 복수의 층을 갖는 전구체 구조를 형성한다. 이어서, 복수의 층을 갖는 배향막을 형성하기 위한 이미드화 반응이 유발되도록 복수의 층을 갖는 전구체 구조에 열처리가 수행되는 소성공정이 진행된다. 소성공정은 200°C 내지 250°C의 온도에서 1800초 내지 2500초 동안 진행될 수 있다. 구체적으로 소성공정은 230°C의 온도에서 2000초 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 소성공정 전에 배향막을 건조하는 공정을 더 포함할 수 있다. 건조공정은 150°C 내지 180°C의 온도에서 100초 내지 200초 동안 진행될 수 있다. 구체적으로 소성공정은 160°C의 온도에서 150초 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 제1 배향막(150a)에 광을 조사한다(S307). 편광된 UV 광은 약 200 nm 내지 약 300 nm, 바람직하게는 230 nm 내지 250 nm의 파장을 가질 수 있다. 그리고, UV노광 에너지는 200mJ 내지 600mJ의 범위일 수 있다.
광을 조사하게 되면, 복수의 층을 갖는 제1 배향막(150a) 내의 폴리이미드의 메인 체인은 편광된 UV 광에 의해 절단된다. 편광 방향에 수직인 방향으로 배향된 폴리이미드의 메인 체인은 잔존하며 복수의 층을 갖는 제1 배향막(150a)은 이방성을 가지게 된다. 폴리이미드의 메인 체인의 절단된 부산물은 제1 배향막(150a)의 분해물을 제거하는 단계에서 제거된다(S308). 폴리이미드의 메인 체인의 절단된 부산물은 액정층(160)에 포함된 액정 분자들의 배향을 방해하는 불순물일 수 있다. 예를 들어, 폴리이미드의 메인 체인의 절단된 부산물은 말레이미드(maleimide)일 수 있다.
제1 배향막(150a)의 분해물을 제거하는 단계는 적어도 두 개의 공정들을 포함할 수 있다. 두 개의 공정들 중 제1 분해물 제거 공정은 락테이트 계열의 유기 용액에 의해 상대적으로 높은 분자량을 갖는 절단된 부산물 및 중간 또는 낮은 분자량을 갖는 절단된 부산물도 제1 배향막(150a)의 표면으로부터 제거된다. 광분해물질, 예를 들어 시클로부탄으로부터 생성된 부산물들은 제1 분해물 제거 공정에 의해 제거될 수도 있다. 락테이트 계열 유기 용액은 높은 분자량(예를 들어, 10,000 Da 초과)을 갖는 절단된 부산물을 제거하기에 효과적이므로, 제1 분해물 제거 공정은 락테이트 계열 유기 용액으로 진행될 수 있다.
보다 구체적으로, 락테이트 계열 유기 용액은 일시적으로 제1 배향막(150a)의 표면을 팽윤(swell)시키고 제1 배향막(150a)의 거칠기를 증가시킨다. 제1 배향막(150a) 내의 폴리이미드는 락테이트 계열 유기 용액에 의해 용해되지 않지만, 폴리이미드의 체인들 사이에 삽입된 락테이트 계열 유기 용액에 의해서만 팽윤된다. 이는 제1 배향막(150a)의 표면에 있는 높은 분자량의 부산물을 제거하기에 용이할 수 있다.
여기서, 락테이트 계열 유기 용액은 메틸락테이트(methyl lactate), 에틸락테이트(ethyl lactate), n-프로필락테이트(n-propyl lactate), 또는 n-부틸락테이트(n-butyl lactate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 락테이트 계열 유기 용액은 탈이온수(DI; deionized water)와 혼합될 수도 있다. 락테이트 계열 유기 용액 중 에틸락테이트는 메틸락테이트에 비해 휘발성이 낮고, n-프로필락테이트 또는 n-부틸락테이트에 비해 낮은 분자량을 갖는다.
그리고, 제1 불순물 제거 공정 후에, 적어도 두 개의 공정들 중 제2 분해물 제거 공정인 소성공정을 진행한다. 소성공정인 제2 불순물 제거 공정은 제1 배향막(150a) 내에 남아 있는 대부분의 낮은 분자량을 가지며, 제1 배향막(150a) 상에 잔류하고 있는 절단된 부산물이 증발된다. 또한, 광분해물질, 예를 들어 시클로부탄으로부터 생성된 분해된 부산물들이 제1 배향막(150a)으로부터 제거된다. 또한, 소성인 열처리에 의해 제1 배향막(150a)의 표면이 재조직화된다. 소성공정은 200°C 내지 250°C의 온도에서 1000초 내지 4000초 동안 진행될 수 있다. 구체적으로 소성공정은 230°C의 온도에서 1200초 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 락테이트 계열 유기 용매를 사용하는 제1 불순물 제거 공정인 세정공정과 제2 불순물 제거 공정인 소성공정에 의해 제1 배향막(150a)으로부터 광분해물질 및 낮은 분자량을 갖는 절단된 부산물에서 높은 분자량을 갖는 절단된 부산물까지도 제거할 수 있다.
그리고, 제1 분해물 제거 공정인 세정공정과 제2 분해물 제거 공정인 소성공정에 의해 광조사 시의 배향막의 분해물이 제거될 수도 있으나, 소성공정만으로 분해물을 제거할 수 있다. 이 경우에는 소성시간이 증가할 수 있다. 즉, 소성공정은 230°C의 온도에서 3600초 동안 진행될 수 있다. 따라서, 배향막의 불순물을 제거하는 단계는 배향막을 세정하는 단계 및 배향막을 소성하는 공정 단계 적어도 하나의 공정에 의해 배향막의 불순물을 제거할 수 있다.
그리고, 제2 기판(190) 상에 컬러필터(180)가 형성될 수 있다. 블랙매트릭스(185)는 제2 기판(190)의 아래측에 형성될 수 있다. 오버코팅층(170)은 제2 배향막(150b)과 컬러필터(180) 사이에 형성될 수 있다. 제2 배향막(150b)은 제1 배향막(150a)의 형성 공정에서 설명한 바와 같이, 동일한 공정으로 형성할 수 있으므로 여기서는 설명을 생략한다.
그리고, 제1 기판(111)과 대향하는 제2 기판(190) 사이에 액정층(160)을 형성한다(S309). 액정층(160)은 유전율 이방성이 음인 액정층으로 형성하므로, 투과율이 향상될 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 아래와 같이 설명될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는 기판 상에 있는 박막트랜지스터, 박막트랜지스터 상에 있는 보호막, 및 보호막 상에 있는 배향막을 포함하고, 보호막은 적어도 하나로 구성되고, 적어도 하나의 보호막 중에서 배향막에 인접한 보호막은 실리콘 함량이 질소의 함량보다 많도록 구성한다.
배향막에 인접한 보호막의 실리콘과 질소의 결합비율이 1이하일 수 있다.
배향막에 인접한 보호막의 체적저항은 배향막의 체적저항보다 낮을 수 있다.
배향막은 광분해물질을 갖는 상부 배향막 및 광분해물질을 갖지 않는 하부 배향막으로 구성될 수 있다.
상부 배향막은 용해성 폴리이미드를 포함하고, 하부 배향막은 폴리아믹산 및 폴리아믹산 에스테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기판과 대향하는 대향기판, 및 기판과 대향기판 사이에 있는 액정층을 포함하며, 상부 배향막은 하부 배향막보다 상기 액정층에 인접할 수 있다.
배향막은 상부 배향막 및 하부 배향막으로 구성되며, 상부 배향막 및 하부 배향막 중 적어도 하나의 체적저항은 1.0X1015Ω·cm 이하일 수 있다.
보호막 아래에 있는 공통전극, 보호막 상에 있는 화소전극, 기판과 대향하는 대향기판, 및 기판과 대향기판 사이에 있으며, 유전율 이방성이 음인 액정층을 더 포함할 수 있다.
화소전극 또는 공통전극에는 적어도 두 개의 주파수를 갖는 전압이 인가되도록 구현될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 있는 화소전극 및 공통전극; 제1 기판 및 상기 제2 기판 상의 각각에 있는 제1 배향막 및 제2 배향막, 제1 기판과 제2 기판 사이에 있으며, 유전율 이방성이 음인 액정층, 및 액정층에 인접하며, 제1 배향막의 체적저항보다 작은 체적저항을 갖는 보호막을 포함한다.
보호막의 체적저항은 1.0X1013Ω·cm 이하이며, 배향막의 체적저항은 1.0X1015Ω·cm 이하일 수 있다.
보호막은 실리콘 질화물로 구성되며, 보호막에 포함된 실리콘 함량은 질소 함량보다 많도록 구성될 수 있다.
보호막은 실리콘 질화물로 구성되며, 보호막에 포함된 실리콘과 질소의 결합비율은 1이하일 수 있다.
제1 배향막 및 제2 배향막 중 적어도 하나는 광분해물질을 갖는 상부 배향막 및 광분해물질을 갖지 않는 하부 배향막으로 구성되며, 상부 배향막은 하부 배향막보다 액정층에 인접할 수 있다.
상부 배향막은 용해성 폴리이미드를 포함하고, 하부 배향막은 폴리아믹산 및 폴리아믹산 에스테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
화소전극 또는 공통전극에는 적어도 두 개의 주파수를 갖는 전압이 인가되도록 구현될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 제조방법은 제1 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계, 박막트랜지스터 상에 보호막을 형성하는 단계, 보호막 상에 배향막을 형성하는 단계, 배향막에 광을 조사하는 단계, 배향막의 분해물을 제거하는 단계, 및 제1 기판과 대향하는 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하며, 액정층에 인접한 보호막의 체적저항은 배향막의 체적저항보다 작도록 구성한다.
보호막의 체적저항은 1.0X1013Ω·cm 이하이며, 배향막의 체적저항은 1.0X1015Ω·cm 이하일 수 있다.
보호막은 실리콘 질화물로 구성되며, 보호막에 포함된 실리콘 함량은 질소 함량보다 많도록 구성될 수 있다.
보호막은 실리콘 질화물로 구성되며, 보호막에 포함된 실리콘과 질소의 결합비율은 1이하일 수 있다.
배향막은 광분해물질을 갖는 상부 배향막 및 광분해물질을 갖지 않는 하부 배향막으로 구성될 수 있다.
상부 배향막은 용해성 폴리이미드를 포함하고, 하부 배향막은 폴리아믹산 및 폴리아믹산 에스테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
배향막의 분해물을 제거하는 단계는 배향막을 세정하는 단계 및 배향막을 소성하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보호막 상에 배향막을 형성하는 단계 전에 박막트랜지스터 상에 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
화소전극 또는 공통전극에는 적어도 두 개의 주파수를 갖는 전압이 인가되도록 구현될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 표시장치
111: 제1 기판 190: 제2 기판
112: 게이트 전극 113: 게이트 절연층
114: 액티브층 115: 제1 보호막
116: 소스 전극 117: 드레인 전극
118: 제2 보호막 130: 제3 보호막
120: 공통전극 140: 화소전극
150a: 제1 배향막 150b: 제2 배향막
152a, 152b: 하부 배향막 154a, 154b: 하부 배향막
160: 액정층 170: 오버코팅층
180: 컬러필터 185: 블랙매트릭스

Claims (25)

  1. 기판 상에 게이트 전극, 액티브층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 구성된 박막트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터 상에 있는 보호막;
    상기 보호막 중의 제2 보호막 상에 배치되며, 상기 제2 보호막의 제1 컨택 홀을 제외한 판형상을 갖는 공통전극;
    상기 제1 컨택 홀의 내측 일부를 포함하여 상기 공통전극 상에 배치되는 제3 보호막;
    상기 제3 보호막 상에 배치되며, 상기 제3 보호막의 제2 컨택 홀을 통해 상기 박막 트랜지스터에 접속된 화소전극; 및
    상기 화소전극 상에 상기 제2 컨택 홀을 채우도록 배치되는 배향막을 포함하고,
    상기 액티브층의 에지가 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 에지보다 돌출되고, 상기 제1, 제2 컨택 홀이 상기 액티브층 상부에 상기 돌출된 에지 이외 영역의 액티브층과 중첩하도록 배치되며,
    상기 보호막은 적어도 상기 제2 보호막과 상기 제3 보호막을 포함하고, 상기 배향막에 인접한 상기 제3 보호막은 실리콘 함량이 질소 함량보다 많도록 구성된, 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배향막에 인접한 상기 제3 보호막의 상기 실리콘과 상기 질소의 결합비율이 1이하인, 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배향막에 인접한 상기 제3 보호막의 체적저항은 상기 배향막의 체적저항보다 낮은, 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배향막은 광분해물질을 갖는 상부 배향막 및 상기 광분해물질을 갖지 않는 하부 배향막으로 구성된, 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 배향막은 용해성 폴리이미드를 포함하고, 상기 하부 배향막은 폴리아믹산 및 폴리아믹산 에스테르 중 적어도 하나를 포함하는, 표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판과 대향하는 대향기판; 및 상기 기판과 상기 대향기판 사이에 있는 액정층을 더 포함하며, 상기 상부 배향막은 상기 하부 배향막보다 상기 액정층에 인접한, 표시장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 대향하는 대향기판; 및
    상기 기판과 상기 대향기판 사이에 있으며, 유전율 이방성이 음인 액정층을 더 포함하는, 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 화소전극 또는 상기 공통전극에는 적어도 두 개의 주파수를 갖는 전압이 인가되도록 구현된, 표시장치.
  10. 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 게이트 전극, 액티브층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 구성된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터 상에 있는 제2 보호막;
    상기 제2 보호막 상에 배치되며, 상기 제2 보호막의 제1 컨택 홀을 제외한 판형상을 갖는 공통전극;
    상기 제1 컨택 홀의 내측 일부를 포함하여 상기 공통전극 상에 있는 제3 보호막;
    상기 제3 보호막 상에 배치되며, 상기 제3 보호막의 제2 컨택 홀을 통해 상기 박막 트랜지스터에 접속된 화소전극;
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 상에 각각 있는 제1 배향막 및 제2 배향막; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 있으며, 유전율 이방성이 음인 액정층을 포함하며,
    상기 액티브층의 에지가 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 에지보다 돌출되고, 상기 제1, 제2 컨택 홀이 상기 액티브층 상부에 상기 돌출된 에지 이외 영역의 액티브층과 중첩하도록 배치되며,
    상기 제1 배향막은 상기 화소전극 상에 상기 제2 컨택 홀을 채우도록 배치되며,
    상기 제3 보호막은 상기 액정층에 인접하며, 상기 제1 배향막의 체적저항보다 작은 체적저항을 갖는, 표시장치.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3 보호막은 실리콘 질화물로 구성되며, 상기 제3 보호막에 포함된 실리콘 함량은 질소 함량보다 많도록 구성된, 표시장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3 보호막은 실리콘 질화물로 구성되며, 상기 제3 보호막에 포함된 실리콘과 질소의 결합비율은 1이하인, 표시장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 적어도 하나는 광분해물질을 갖는 상부 배향막 및 상기 광분해물질을 갖지 않는 하부 배향막으로 구성되며, 상기 상부 배향막은 상기 하부 배향막보다 상기 액정층에 인접한, 표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 상부 배향막은 용해성 폴리이미드를 포함하고, 상기 하부 배향막은 폴리아믹산 및 폴리아믹산 에스테르 중 적어도 하나를 포함하는, 표시장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 화소전극 또는 상기 공통전극에는 적어도 두 개의 주파수를 갖는 전압이 인가되도록 구현된, 표시장치.
  17. 삭제
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