KR20010061846A - 액정 표시 장치의 다중 도메인 배향막 형성 방법 - Google Patents

액정 표시 장치의 다중 도메인 배향막 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법에 있어서, 다중 도메인의 배향막 구조를 갖는 액정 표시 장치를 공정을 단순화하여 형성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다중 도메인 배향막 형성 방법은 하부 기판 상에 러빙에 대한 배향 방향이 서로 다른 제 1 및 제 2 배향막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 제 1 배향막의 일정 부분이 노출되도록 제 2 배향막의 소정 부분을 패터닝하는 단계와, 상기 제 1 배향막의 노출된 부분, 및 제 2 배향막을 동시에 러빙하는 단계를 포함한다.

Description

액정 표시 장치의 다중 도메인 배향막 형성 방법{METHOD OF FORMING MULTI-DOMAIN ALIGNMENT LAYER IN LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)의 배향막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 여러 번의 공정 단계 요구없이 단일의 러빙(Rubbing) 공정에 의하여 2 중 도메인을 갖는 배향막을 형성할 수 있는 다중 도메인 배향막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
현재 표시 장치로써 가장 많이 사용되고 있는 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT) 브라운관은 색상 구현이 쉽고, 동작 속도가 빨라 TV와 컴퓨터 모니터를 포함한 디스플레이 장치로서 각광을 받아왔다. 그러나, 상기 음극선관은 전자총과 화면 사이를 일정 거리로 확보해야하는 구조적 특성으로 인하여 두께가 두터울 뿐만 아니라, 전력 소비가 크고, 게다가 부피가 크기때문에 휴대성이 떨어지는 단점이 있다.
상기와 같은 음극선관의 단점을 극복하고자 여러 가지 다양한 표시 장치가 고안되고 있는데, 그 중 가장 실용화되어 있는 장치가 바로 액정 표시 장치(LCD)이다.
액정 표시 장치는 음극선관에 비해 화면이 어둡고 동작 속도가 다소 느리지만, 전자총과 같은 장치를 갖추기 않아도 각각의 화소(Pixel)를 평면 상에서 주사되는 신호에 따라 동작시킬 수 있으므로, 얇은 두께로 제작될 수 있고, 벽걸이 TV와 같은 아주 얇은 형태의 표시 장치로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 액정 표시 장치는 무게가 가볍고, 전력 소비도 음극선관에 비해 상당히 적기 때문에, 배터리(Battery)로 동작하는 노트북 컴퓨터의 디스플레이로 사용되는 등, 휴대용표시 장치로서 가장 적합하다고 인식되고 있다.
이러한 액정 표시 장치는 액정 분자의 배열에 따라, 여러 가지 모드로 나뉘며, 그중 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 다음과 같은 구성을 갖는다.
상하 기판 사이에 유전율 이방성이 음인 액정이 협지되어 있으며, 상하 기판의 대향면에는 수직 배향막이 설치되어 있고, 상하 기판의 대향면 뒷면 각각에는 편광판이 부착되어 있는 구조를 갖는다. 이때, 상하 기판의 대향면 각각에는 액정 구동 전극이 구비되어 있으며, 상하 편광판의 편광축은 서로 크로스되도록 부착되어 있다.
이러한 수직 배향 모드 액정 표시 장치는, 전계가 형성되기 이전에는 액정 분자들이 수직 배향막의 영향으로 기판에 수직으로 배열된다. 이때, 상하 편광판이 수직으로 교차되어 있는 관계로, 화면은 다크가 된다. 한편, 상하 기판의 구동 전극 사이에 전계가 형성되면 유전율 이방성이 음인 액정 성질에 따라, 액정 분자들은 전계의 형태와 수직이 되도록 틀어지게 된다. 이에 따라, 광이 틀어진 액정 분자를 통하여 누설되어, 화면은 화이트가 된다.
이때, 액정 분자는 그 형태가 원통 형상인 관계로, 장축과 단축의 굴절율, 유전율 등이 서로 상이하다. 이에 따라, 액정 분자들을 보는 방향에 따라 굴절율이 상이하게 되어, 결국 화면의 정면에서 볼때와 측면에서 볼때의 시야각의 차가 발생된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하고자, 종래에는 하나의 단위 픽셀내에서 액정 분자들이 여러 방향으로 대칭 배열되도록 2 중 또는 다중 도메인을 형성하는 기술이 제안되었다. 대체적으로 2 중 또는 다중 도메인을 형성하는 기술은, 배향막을두 방향 또는 두 방향 이상으로 러빙함으로써 달성된다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 다중 도메인을 갖는 배향막을 형성하는 방법의 각 공정별 단면도를 도시한 것이다.
먼저, 도 1a와 같이, 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인, 및 박막 트랜지스터가 형성된 하부 기판(1) 상부에 수평 또는 수직 배향막(2)을 도포한다.
그리고 나서, 도 1b와 같이, 배향막(2) 상부에, 배향막(2)의 소정 부분을 노출시키도록 공지의 포토리소그라피(Photo Lithography) 공정에 의하여 감광막 패턴(3)을 형성한다. 감광막 패턴(3)에 의하여 노출된 배향막(2)을 러빙포(도시되지 않음)에 의하여 소정 방향으로 러빙해서, 일 방향으로 러빙된 제 1 배향막 영역(2A)이 형성된다.
그 후에, 도 1c와 같이, 소정 부분이 러빙되어진 배향막(2) 상부에 남아있는 감광막 패턴(3)을 제거하고, 제 1 배향막 영역(2A) 외측 부분의 배향막(2B)이 노출되도록 두 번째의 감광막 패턴(4)을 공지의 포토리소그라피 공정으로 형성한다. 그후, 노출된 부분을 상기 제 1 배향막 영역(2A)의 러빙축과 대칭되는 방향으로 러빙하여, 제 2 배향막 영역(2B)을 형성한다.
다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, 배향막(2A,2B) 상부에 잔류하는 감광막 패턴(4)을 공지의 방식으로 제거한다. 그러면, 배향막에는 대칭되는 두 방향의 러빙축을 갖게되어, 2 중 도메인을 갖는 배향막 구조가 완성된다. 이 때, 추가로 포토리소그라피 공정 및 러빙 공정을 실시하여 다중 도메인의 배향막을 형성할 수 도 있다.
그러나, 넓은 시야갹을 확보하기 위하여 상기와 같이 다중 도메인을 형성하는 경우에는, 각 도메인 마다 리소그라피 공정 및 러빙 과정을 거쳐야 하기 때문에, 공정이 복잡하고, 서로 다른 방향으로 배향된 인접한 배향막 영역 사이에서 액정 들의 충돌이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이, 배향막을 러빙포에 의하여 러빙하게 되면, 그 하부에 있는 박막 트랜지스터와 같은 구조물 들이 파손될 수 있고, 여러 번의 러빙 공정으로 배향막에 손상이 가해질 수 있다.
또한, 공정자가 상하 좌우 정확하게 대칭이 되도록 러빙을 하였다 하더라도, 러빙 후, 상하 또는 좌우 러빙각이 정확이 대칭을 이루기 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단일의 러빙 공정만으로, 배향막에 2 중 도메인을 형성할 수 있는 액정 표시 장치의 다중 도메인 배향막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 다중 도메인 배향막 형성 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 다중 도메인 배향막 형성 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도,
도 3은 상기 도 2a 내지 도 2c의 본 발명의 실시예에 따른 형성 방법에 의하여, 형성된 배향막의 평면도,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 도메인 배향막 형성 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 도메인 배향막 형성 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭)
10, 40, 50: 하부 기판 11, 41, 51: 제 1 배향막
12, 42, 52: 제 2 배향막 13, 43: 감광막 패턴
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다중 도메인 배향막 형성 방법은 하부 기판 상에 러빙에 대한 배향 방향이 서로 다른 제 1 및 제 2 배향막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 제 1 배향막의 일정 부분이 노출되도록 제 2 배향막을 패터닝하는 단계와, 상기 제 1 배향막의 노출된 부분 및 제 2 배향막을 동시에 러빙하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 배향막은 각각 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막과,러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막인 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 각각 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막과, 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막인 것을 특징으로 한다.
상기 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막은 폴리-이미드(Poly imide) 계열의 배향막인 것을 특징으로 한다.
상기 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막은 폴리-스티렌(Poly-styrene) 계열 또는 폴리-비닐 클로라이드(Poly-vynil chloride) 계열의 배향막인 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시예에 따른 본 발명의 다중 도메인 배향막 형성 방법은 하부 기판의 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계와, 하부 기판이 노출되도록 상기 제 1 배향막의 일정 부분을 식각하여 패터닝하는 단계와, 상기 제 1 배향막이 덮이도록 제 2 배향막을 형성하는 단계와, 제 1 배향막 상부에 형성된 제 2 배향막을 식각하여 동일 평면 상에 상기 제 1 및 제 2 배향막이 인접하도록 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 배향막을 동시에 러빙하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 배향막은 각각 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막과, 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막인 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 각각 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막과, 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막인 것을 특징으로 한다.
상기 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막은 폴리-이미드 계열의 배향막인 것을 특징으로 한다.
상기 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막은 폴리-스티렌 계열 또는 폴리-비닐 클로라이드 계열의 배향막인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 다중 도메인 배향막 형성 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도를 도시한 것이다.
본 발명은 한 번의 러빙 공정으로, 배향막내에 2 중 도메인을 형성함으로써, 액정 표시 장치를 제조하는데 공정 수를 줄이면서, 시야각을 확보할 수 았다.
즉, 도면을 참조하여 자세히 설명하면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인, 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 액티브 매트릭스 형태로 형성된 하부 기판(10) 상에 제 1 배향막(11)과 제 2 배향막(12)을 차례로 형성한다. 상기 제 1 배향막(11)과 제 2 배향막(12)은 러빙을 진행하였을 때, 러빙 방향이 서로 다른 물질로서, 예를 들어, 제 1 배향막(11)은 러빙시, 러빙 방향과 일치하는 러빙축을 갖는 배향막일 수 있고, 제 2 배향막(12)은 러빙시, 러빙 방향에 대하여 수직인 러빙축을 갖는 배향막일 수 있다. 반대로, 제 1 배향막(11)은 러빙 방향에 대하여 수직인 배향막일 수 있고, 제 2 배향막(12)은 러빙 방향과 일치하는, 즉, 평행한 배향막일 수 있다.
이 때, 러빙시, 러빙 방향에 대하여 평행한 러빙축을 갖는 배향막은 예를 들어, 폴리-이미드 계열의 배향막을 들 수 있고, 러빙 방향에 대하여 수직인 러빙축을 갖는 배향막으로는 폴리-스티렌 또는 폴리-비닐 클로라이드 계열의 배향막을 들수 있다.
그런 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 2 배향막(12)의 소정 부분, 예를 들어, 가운데 부분이 덮이도록 공지의 포토리소그라피 공정으로 감광막 패턴(13)을 형성한다.
그 후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(13)의 형태로 제 2 배향막(12)을 소정 부분 식각하여, 제 1 배향막(11)의 소정 부분을 노출시킨다. 여기서, 미설명 부호 12a는 패터닝이 이루어진 제 2 배향막(12)을 나타낸다.
따라서, 하부 기판에 형성되는 배향막은, 하부의 제 1 배향막(11)과, 제 1 배향막(11)의 소정 부분을 덮고 있는 제 2 배향막(12a)의 이중층으로 구성되며, 이러한 제 1 및 제 2 배향막(11, 12a)을 소정 방향으로 러빙하면, 제 1 및 제 2 배향막(11, 12a)이 러빙 방향에 대한 러빙 특성이 각기 상이하므로, 제 1 및 제 2 배향막(11, 12a)은 각기 다른 러빙 특성을 갖게된다.
도 3에서는 본 발명의 일실시예로서, 제 1 배향막(11)을 러빙 방향에 대하여 수직인 러빙축을 갖는 배향막을 사용하고, 제 2 배향막(12a)을 러빙 방향에 대하여 평행한 러빙축을 갖는 배향막을 사용한 경우를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 하부 기판의 좌, 우측 부분에서 노출되는 제 1 배향막(11)은 러빙 후 액정 분자들을 상하 방향으로 배열시키고, 제 2 배향막(12a)에서는 액정 분자가 좌우로 배열된다. 따라서, 1 번의 러빙 공정만으로 배향막에 2 중 도메인이 형성된다. 더 나아가서, 다중 도메인을 갖는 배향막 구조를 형성하는 경우에는 하부 기판 상에 러빙 방향에 대하여 각각 배향 방향이 다른 배향막을 2 중층 구조로 형성하고 러빙 공정으로 2 중 도메인의 배향막 구조를 형성한 후에, 상기와 동일한 과정을 다시 수행함으로써, 4 중 도메인의 배향막 구조를 형성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2 중 도메인 배향막 형성 방법의 각 공정별 단면도를 도시한 것이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 하부 기판(40) 상에 제 1 배향막(41)과, 제 2 배향막(42)을 차례로 형성한다.
그런 다음, 도 4b에 도시된 바와 같이 제 2 배향막(42)의 양 쪽 측면에 감광막 패턴(43)을 형성하고, 노출된 제 2 배향막(42)을 식각하여, 도 4c에 도시된 바와 같이 제 1 배향막(41)과, 제 2 배향막(42a)의 이중층 구조를 형성한다.
이 때, 제 1 배향막(41)을 러빙 방향에 대하여 평행하게 배향되는 배향막을 사용하고, 제 2 배향막(42a)을 러빙 방향에 대하여 수직으로 배향되는 배향막을 사용하는 경우에는 상기 도 3에 도시된 것과 동일한 2 중 배향막 구조가 형성된다.
상기 도 2a 내지 도 2c와, 도 4a 내지 도 4c는 제 1 배향막과 제 2 배향막을 이중층 구조로 형성하여, 러빙 공정을 진행함으로써 다중 도메인의 배향막을 형성하는 방법을 도시하였으나, 상기 제 1 배향막과 제 2 배향막을 동일 평면 상에 형성한 후에 러빙 공정을 진행하여 다중 도메인의 배향막을 형성하는 것도 가능하다.
즉, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 도메인 배향막 형성 방법에 있어서, 서로 다른 배향 방향을 갖는 배향막을 동일 평면 상에 형성하는 경우의 각 공정별 단면도를 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 하부 기판(50) 상에 제 1 배향막(51)을 형성한다.
그런 다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 하부 기판(50)의 일측 부분이 노출되도록 리소그라피 공정을 통하여, 상기 제 1 배향막(51)의 소정 부분을 제거한다.
그리고 나서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 잔류하는 제 1 배향막(51a)이 덮이도록 제 2 배향막(52)을 하부 기판(50) 상에 적층한다.
그 후에, 도 5d에 도시된 바와 같이, 제 1 배향막(51a)이 형성된 부분과 반대 부분에 형성된 제 2 배향막(52)을 남기고, 제 1 배향막(51a)이 노출되도록 제 1 배향막(51a) 상부에 형성된 제 2 배향막(52)을 제거한다. 이렇게 함으로써, 제 1 배향막(51a)과 제 2 배향막(52a)은 동일한 평면 상에 형성된다.
그런 다음, 러빙 과정을 진행하면 동일한 평면 상에 2 중 도메인을 갖는 배향막 구조를 형성하는 것이 가능하다.
이처럼, 러빙 방향에 대하여 서로 다른 배향 방향을 배향막을 2 중층 또는 동일 평면 상에 형성한 후에, 러빙 공정을 진행하면 한 번의 러빙 공정으로 2 중 도메인의 배향막을 형성할 수 있다. 따라서, 4 중 도메인을 형성하고자 하는 경우에는 동일한 방법을 사용하여 2 번의 러빙 과정을 진행하면 된다.
상기와 같은 배향막 형성 방법은 TN(Twisted Nematic) 모드 뿐만 아니라, VA(Vertically Aligned) 모드, 횡 전계 방식 스위칭(In-Plane Switching: IPS) 모드 등의 배향막을 구비하고, 러빙 공정을 사용하는 모든 경우에 적용 가능하다.
아울러, 본 실시예들은, 하부 기판에 형성되는 배향막에 대하여만 설명하였지만, 이에 국한하지 않고, 상부 기판에 형성되는 배향막에도 동일하게 적용할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 다중 도메인 배향막 형성 방법에 따르면, 리소그라피 공정 또는 러빙 공정을 감소시킴으로써 제조 비용의 절감을 가져오고, 불필요한 공정을 제거함으로써 제조 수율을 증가시킬 수 있다.
이하, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (10)

  1. 하부 기판 상에 러빙에 의한 배향 방향이 서로 다른 제 1 및 제 2 배향막을 순차적으로 형성하는 단계와,
    상기 제 1 배향막의 일정 부분이 노출되도록 제 2 배향막의 소정 부분을 패터닝하는 단계와,
    상기 제 1 배향막의 노출된 부분, 및 제 2 배향막을 동시에 러빙하여 2 중 도메인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 배향막은
    각각 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막과,
    러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막인 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 배향막은
    각각 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막과,
    러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막인 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막은
    폴리-이미드 계열의 배향막인 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막은
    폴리-스티렌 계열, 또는 폴리-비닐 클로라이드 계열의 배향막인 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
  6. 하부 기판의 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계와,
    상기 하부 기판의 일정 부분이 노출되도록 상기 제 1 배향막을 패터닝하는 단계와,
    상기 제 1 배향막과 하부 기판이 덮이도록 제 2 배향막을 형성하는 단계와,
    상기 제 1 배향막 상부에 형성된 제 2 배향막을 식각하여 동일 평면 상에 상기 제 1 및 제 2 배향막이 모두 형성되도록 제 2 배향막을 패터닝하는 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 배향막을 동시에 러빙하여 2 중 도메인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 배향막은
    각각 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막과,
    러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막인 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 배향막은
    각각 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막과,
    러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막인 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 러빙 방향에 평행하게 배향되는 배향막은
    폴리-이미드 계열의 배향막인 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 러빙 방향에 수직으로 배향되는 배향막은
    폴리-스티렌 계열 또는 폴리-비닐 클로라이드 계열의 배향막인 것을 특징으로 하는 다중 도메인 배향막 형성 방법.
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