KR20030013150A - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 화질 불량을 방지하기 위하여, 바운싱 현상이 일어나지 않을 액정, 배향막 또는 오버 코트막의 ε(유전율)·ρ(비저항) 상관 관계을 설정한다. 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판 위에 다수의 소자가 형성되어 있고, 배향막이 전면에 형성되어 있고, 제1 기판에 대향되는 제2 기판에는 전면에 오버 코트막 및 배향막이 연속적으로 형성되어 있으며, 제1 기판과 제2 기판 사이에는 액정층이 개재되어 있다. 여기서, 배향막, 액정 및 오버 코트막의 재료 조건은을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판 위에 다수의 소자가 형성되어 있고, 배향막이 전면에 형성되어 있고, 제1 기판에 대향되는 제2 기판에는 전면에 오버 코트막 및 배향막이 연속적으로 형성되어 있으며, 제1 기판과 제2 기판 사이에는 액정층이 개재되어 있다. 여기서, 액정 및 오버 코트막의 재료 조건은

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 수평 전계(Coplanar Electrode, CE) 모드의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

수평 전계(Coplanar Electrode, CE) 모드의 액정 표시 장치는 화소 전극과 공통 전극이 동일 평면에 형성되며, 화소 전극과 공통 전극 사이에 발생되는 수평 전계를 이용하여 액정을 구동함으로써, 광시야각을 구현한다.

수평 전계 모드의 액정 표시 장치에서, 하부 기판인 박막 트랜지스터 기판에는, 다수개의 게이트선과 다수개의 데이터선의 교차하여 정의된 다수개의 화소셀 영역이 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 화소셀은 게이트선 및 데이터선에 전기적으로 연결되는 스위칭소자, 스위칭소자에 전기적으로 연결되는 화소 전극 및 화소 전극과의 사이에 수평 전계를 발생시키는 공통 전극을 포함한다.

수평 전계 모드의 액정 표시 장치에서, 상부 기판인 색 필터 기판에는, 박막 트랜지스터 기판의 화소셀 대응되는 적(R), 녹(G), 청(B)의 색 필터 및 화소셀 내부를 제외한 전 영역에 중첩되는 블랙 매트릭스(black matrix)가 형성되어 있고,이들 위로 오버 코트(over coat)막이 형성되어 있다.

그런데, 이러한 액정 표시 장치에 그레이(grey) 반전시, 혹은 화면을 전환시키기 위하여 갑작스럽게 떨어진 데이터 전압을 인가하는 경우, 액정이 받는 필드(field)가 왜곡되어 심한 화면 떨림과 같은 바운싱(bouncing) 현상 등의 화질 불량이 일어난다.

본 발명은 화질 불량을 방지하는 액정 표시 장치를 제공하고자 한다.

도 1은 정상 액정 표시 장치에서의 실질적인 캐패시터 영역을 설명하기 위한 도면이고,

도 2는 바운싱 현상이 일어나는 액정 표시 장치에서의 실질적인 캐패시터 영역을 설명하기 위한 도면이고,

도 3은 오버 코트막의 전기적 특성 측정을 위한 시스템을 개략적으로 나타낸 것이고,

도 4는 TMAH 처리 시간에 따른 오버 코트막의 저항값을 그래프로 나타낸 것이고,

도 5는 순수 처리 시간에 따른 오버 코트막의 저항값을 그래프로 나타낸 것이고,

도 6은 UV 처리를 하지 않은 오버 코트막의 TMAH 처리 시간별 충전율 변화를 그래프로 나타낸 것이고,

도 7은 UV 처리를 한 오버 코트막의 TMAH 처리 시간별 충전율 변화를 그래프로 나타낸 것이고,

도 8은 TMAH 세정 전과 세정 후의 오버 코트막의 저항 변화를 그래프로 나타낸 것이고,

도 9는 TMAH 세정 전과 세정 후의 오버 코트막의 도 충전율을 그래프로 나타낸 것이고,

도 10은 TMAH 처리 시간에 따른 오버 코트막의 RC 값을 그래프로 도식화하여 나타낸 것이다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 바운싱 현상이 일어나지 않는 액정, 배향막 또는 오버 코트막의 ε(유전율)·ρ(비저항) 상관 관계를 설정한다.

상세하게 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판 위에 다수의 소자가 형성되어 있고, 배향막이 전면에 형성되어 있고, 제1 기판에 대향되는 제2 기판에는 전면에 오버 코트막 및 배향막이 연속적으로 형성되어 있으며, 제1 기판과 제2 기판 사이에는 액정층이 개재되어 있다. 여기서, 배향막, 액정 및 오버 코트막의 재료 조건은을 만족하는 것이 바람직하다.

이 때, 제1 기판에는 화소 전극과 화소 전극에 대향되는 공통 전극이 함께 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판 위에 다수의 소자가 형성되어 있고, 배향막이 전면에 형성되어 있고, 제1 기판에 대향되는 제2 기판에는 전면에 오버 코트막 및 배향막이 연속적으로 형성되어 있으며, 제1 기판과 제2 기판 사이에는 액정층이 개재되어 있다. 여기서, 액정 및 오버 코트막의 재료 조건은을 만족하는 것이 바람직하다.

이 때, 제1 기판에는 화소 전극과 공통 전극이 함께 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 액정 표시 장치를 개략적으로 도시화한 것으로, 도 1은 정상 액정 표시 장치에서의 실질적인 캐패시터 영역을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 바운싱 현상이 일어나는 액정 표시 장치에서의 실질적인 캐패시터 영역을 설명하기 위한 것이다.

언급한 바와 같이, 수평 전계형 액정 표시 장치는, 화소 전극(10)과 이에 대향되어 있는 공통 전극(20)이 형성된 박막 트랜지스터 기판(100)과 색 필터(CF) 및 오버 코트막(OC)이 형성되어 있는 색 필터 기판(200)의 사이에 액정 물질로 이루어진 액정층(LC)이 개재되어 있다. 여기서, 박막 트랜지터 기판(100)과 색 필터 기판(200) 위에는 액정의 배향을 결정해주는 제1 및 제2 배향막(PI1, PI2)이 도포되어 있다.

이와 같이, 화소 전극(10)과 공통 전극(2)이 하나의 기판에 형성되어 있기 때문에 화소 전극(10)과 공통 전극(20) 사이에 발생하는 전계는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 수평 방향을 가지고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 정상 액정 표시 장치에서 실질적인 액정 캐패시터 영역은 액정층(LC)을 포함하여 제1 배향막(PI1)과 제2 배향막(PI2) 사이의 영역이 된다. 오버 코트막(OC)은 액정 표시 장치에 가해준 필드에 대해 캐패시터의 역할을 하지 못하고 있다.

액정 표시 장치에서 오버 코트막을 이루는 주요 물질로 아크릴계(acryl)의 화합물 수지와 경화제인 에폭시(epoxy) 수지가 있다. 이러한 물질들은 수 ㏀ ∼ 수 백 ㏀의 저항을 가진다. 이는 오버 코트막이 유기 절연막의 기능을 갖는 만큼의 충분한 저항을 유지하고 있지 않아서, 액정 표시 장치에 가해준 필드에 대해 캐패시터의 역할을 하지 못한다.

그런데, 이러한 오버 코트막이 알칼리 세정 또는 순수 세정과 같은 습식 공정을 거치는 동안 그의 저항이 상승된다. 이러한 저항의 상승은 오버 코트막에 캐패시터를 형성시켜 각 액정 및 막 간의 필드가 안정화되는 시간 동안, 필드를 왜곡시켜 화면 떨림인 바운싱 현상을 유발한다.

좀더 상세하게 설명하면, UV 처리에 의하여 오버 코트막 표면의 유기물이 분해되면서 산(acid) 형태의 불순물이 발생하며, 배향막 형성 공정시에 사용한 TMAH 등의 유기성 흡착물 또는 물의 침투로 인해 오버 코트막의 전기적 특성이 변화되고, 그에 따라 액정 표시 장치에 인가된 필드를 왜곡시킨다.

즉, 오버 코트막 형성 후, 세정 공정을 거치는 동안 불안정안 오버 코트막 내부로 불순물이 오버 코트막을 이루는 폴리머에 침투하게 된다. 그 결과, 오버 코트막의 전기 이동도가 감소되고, 오버 코트막의 저항이 상승하게 되어, 오버 코트막도 액정과 더불어 캐패시터 역할을 하게 된다.

이러한 영향으로 인하여, 액정 표시 장치에서 실질적인 액정 캐패시터 영역은, 도 2에 도시한 바와 같이, 액정층(LC)을 포함하여 제1 배향막(PI1)과 제2 배향막(PI2) 사이의 영역에다 오버 코트막(OC)도 함께 캐패시터가 된다. 그 결과, 액정 표시 장치에 인가되는 필드는 왜곡되고, 왜곡된 필드가 안정화되는 시간까지 심한 플리커 현상인 화면 떨림을 일으킨다.

그러면, 오버 코트막의 저항 변화와 필드 충전율의 관계를 실험을 통하여 알아보면 다음과 같다.

우선, TMAH와 순수를 이용해 오버 코트막의 저항 및 캐패시터의 변화를 측정하고자 한다.

측정을 위해 준비된 실험 조건은 도 3에 도시한 바와 같다.

도 3은 오버 코트막의 전기적 특성 측정을 위한 기판의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.

전기적 특성을 측정하기 위한 전극(31. 32)이 크롬/알루미늄 합금으로 형성되어 있는데, 높이가 2500Å이고, 폭이 33.8㎝이다. 그리고, 전극(31, 32) 간의 간격은 10.28㎛이다.

이와 같이 형성된 전극(31, 32) 위에 오버 코트막(40)을 형성한 후, 실험 조건에 따라, 오버 코트막(40)의 표면을 무처리하거나, UV와 오존으로 처리한 후, TMAH 용액 또는 순수에 시간 별로 웨팅(wetting))한 다음, 오버 코트막(40)의 저항(R) 및 캐패시터(C)를 측정한다.

도 4는 TMAH 처리 시간에 따른 오버 코트막의 저항값을 그래프로 나타낸 것이고, 도 5는 순수 처리 시간에 따른 오버 코트막의 저항값을 그래프로 나타낸 것이다.

오버 코트막을 순수에 웨팅하는 경우에는, 그의 저항 변화가 UV 처리 여부 에 영향을 받지 않는다. 이에 반해, 오버 코트막을 TMAH에 웨팅하는 경우에는, 그의 저항이 UV 처리를 한 것이 UV 처리를 하지 않는 것 보다 크다.

유기막을 UV로 처리하게 되면, 그의 표면 형상이 변화된다. UV 처리는 오버 코트막의 지방성 탄소 결합의 파괴를 가져오고 그 결합이 파괴된 부분에 오존 또는 산소가 화학적으로 흡착된다. 이렇게 됨으로써 오버 코트막의 표면은 친수성을 갖게 된다.

이 후, 오버 코트막을 TMAH를 이용하여 세정하는 경우, 그의 표면에 이온 불순물이 물리적 및 화학적으로 흡착하기 때문에, 이로 인하여 오버 코트막의 전기 이동도가 감소되고, 저항의 상승으로 연결된다.

따라서, 오버 코트막을 UV로 처리한 후, TMAH로 세정하게 되면 도 4에 도시한 바와 같이, 그의 저항 변화가 크게 된다.

표 1은 UV 처리 유무에 따른 TMAH 효과를 조사하기 위하여 오버 코트막의 조건별 처리에 따른 저항(R) 및 캐패시턴스(C)를 측정하여 나타낸 것이다.

TMAH 처리시간 (분)	R (Ω)	C (㎊)	RC 지연
	UV 무처리	UV 처리	UV 무처리	UV 처리	UV 무처리	UV 처리
0	1.33E+04	2.1E+04	100.0	123.5	1.33E+06	2.59E+06
20	1.19E+04	2.5E+07	223.5	2.7	2.66E+06	6.75E+07
40	9.89E+06	2.8E+09	13.0	44.0	1.29E+04	1.23E+11
60	3.84E+09	2.3E+11	74.7	74.7	2.87E+11	3.91E+12

UV 처리를 한 오버 코트막의 저항이 UV 처리를 하지 않은 오버 코트막의 저항보다 크게 나타났다. 또한, UV 처리 유무에 관계 없이 TMAH 처리 시간이 증가함에 따라 오버 코트막의 저항도 증가하였다.

한편, 이러한 오버 코트막의 저항 상승은 액정에 인가되는 필드에 대한 RC 지연 효과를 가져오는 주 요소로서 작용한다.

도 6은 UV 처리를 하지 않은 오버 코트막의 TMAH 처리 시간별 충전율 변화를 그래프로 나타낸 것이고, 도 7은 UV 처리를 한 오버 코트막의 TMAH 처리 시간별 충전율 변화를 그래프로 나타낸 것이다.

UV 처리를 하지 않은 오버 코트막의 경우, 비교적 짧은 시간 안에 기대하는 충전 전압을 가지게 된다.

그러나, UV 처리를 한 오버 코트막의 경우, 비교적 긴 시간을 지나서야 기대하는 충전 전압을 가지게 된다. 이러한 현상은 TMAH 처리 시간이 길수록 더욱 그러하다. 이와 같이, TMAH 처리에 따른 영향으로 오버 코트막은 소정의 시간을 지난 후에 안정적인 충전 전압을 가지게 된다. 이는 표 1에 보인 데이터와 동일한 결과를 나타내는 것이다.

이러한 결과를 검증하기 위하여, 배향막 형성 전 공정인 TMAH 세정 작업에 있어서, TMAH 세정 전의 오버 코트막의 저항 및 충전율과 TMAH 세정 후의 오버 코트막의 저항 및 충전율을 측정하였다.

도 8은 TMAH 세정 전과 세정 후의 오버 코트막의 저항 변화를 그래프로 나타낸 것이다.

예측한 바와 같이, TMAH 세정 후에 오버 코트막의 저항은 증가된다.

도 9는 TMAH 세정 전과 세정 후의 오버 코트막의 충전율을 그래프로 나타낸 것이다.

TMAH 세정 전의 오버 코트막은 인가된 전압과 거의 동일한 크기의 충전 전압을 갖는 반면에, TMAH 세정 후의 오버 코트막은 인가된 전압과 차이가 크게 나는 충전 전압을 갖는다. 이는 TMAH 세정 후, 오버 코트막의 저항 증가로 인한 결과임을 알 수 있다.

상기 결과들을 검토하여 볼 때, 오버 코트막은 TMAH 처리에 의하여 그의 표면의 물리적 및 화학적 특성이 변화되고, 이로 인하여 전기 이동도가 감소되고, 이는 저항의 상승으로 연결되어 오버 코트막의 충전율을 떨어뜨린다는 것을 재차 확인할 수 있다.

도 10은 표 1의 결과를 TMAH 처리 시간에 따른 오버 코트막의 RC 값을 그래프로 도식화하여 나타낸 것이다. 이 그래프에서, 기준선 1은 액정과 배향막의 RC 값을 나타내고, 기준선 2는 액정의 RC 값을 나타낸다.

기준선 1이 나타내는 액정과 배향막의 RC 값은 도 3에 보인 바와 같은 오버 코트막의 전기적 특성 측정을 위한 기판의 구조를 이용한 것으로, 오버 코트막 대신에 액정층과 배향막을 연속적으로 형성하여 그의 R값과 C값을 측정하여 얻는다.또한, 액정의 RC 값도 동일한 방법으로 얻는다.

바운싱 현상은 UV 처리한 오버 코트막을 TMAH로 40분 이상 처리한 경우에 나타나며, UV 처리를 하지 않은 오버 코트막을 TMAH로 60분 이상 처리한 경우에도 나타난다. 즉, 본 실험의 액정 표시 장치에서의 바운싱 현상은 오버 코트막의 RC 값이 10E12인 경우(도면에 일점 쇄선으로 표시)에 발생함을 알 수 있다.

언급한 바와 같이, 바운싱 현상이 액정의 캐패시턴스 변화의 영향으로 발생한 것을 고려한다면, 오버 코트막의 RC값과 액정 또는 배향막의 RC값의 연관 관계를 설정할 필요가 있다.

도 10에 도시한 그래프를 통하여, 바운싱 현상은,

인 경우에 발생함을 추측할 수 있다.

따라서, 액정 표시 장치에서 바운싱 현상을 방지하기 위해서는,

를 만족해야 한다.

그런데,

이므로,

이다.

여기서, ρ는 비저항, L은 길이, A는 면적, ε는 유전율, d는 간격 길이를 타나낸다.

따라서, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 오버 코트막, 액정 및 배향막의 물질 조건을 다음과 같은 조건을 만족할 필요가 있다.

또한, 도 10에 도시한 그래프를 통하여, 바운싱 현상은,

인 경우에 발생함을 추측할 수 있다.

따라서, 액정 표시 장치에서 바운싱 현상을 방지하기 위해서는,

를 만족해야 한다.

그 결과,

를 만족시키는 재료 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.

위 관계식을 통하여 바운싱 현상을 개선하기 위해서는 오버 코트막의 ρε를 낮추거나, 액정 혹은 배향막의 ρε를 증가시키는 재료 조건을 설정할 수 있다.

한 편, 표 2는 액정 표시 장치에 사용되는 액정의 ρ의 크기에 따른 바운싱 결과를 나타낸 것이다,

UV 무처리	바운싱 결과
1.0E+12	강↑↑약
1.9E+13
3.3E+13
1.0E+14

액정의 ρ크기에 따른 액정 표시 장치의 바운싱 평가 결과, 액정의 ρ가 증가할수록 바운싱 현상이 사라지는 결과를 얻게 되었다.

이는 식(3) 및 식(6)을 증명하는 데이터가 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 액정 표시 장치의 바운싱 현상과 같은 화질 불량을 방지하기 위하여, 액정, 배향막 또는, 오버 코트막의 ε(유전율)·ρ(비저항) 상관 관계를 통하여 그들의 재료 조건을 제시한다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 통상의 액정 표시 장치와 같이, 제1 기판 위에 다수의 소자가 형성되어 있고, 배향막이 전면에 형성되으며, 제1 기판에 대향되는 제2 기판에는 전면에 오버 코트막 및 배향막이 연속적으로 형성되어 있으며, 제1 기판과 제2 기판 사이에 액정층을 개재한 구조를 가진다. 그러나, 배향막, 액정 및 오버 코트막의 재료 조건이을 만족하도록설정하거나, 액정 및 오버 코트막의 재료 조건이을 만족하도록 설정한다. 이 경우, 액정 표시 장치에서 발생되는 바운싱 현상을 줄이거나 없앨 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 액정 표시 장치에 사용되는 오버 코트막, 액정 또는 배향막의 ρ또는 ε를 조정하여 액정 표시 장치에서 일어나는 바운싱 현상 등의 화질 불량을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 다수의 소자가 형성되어 있고, 배향막이 전면에 형성되어 있는 제1 기판,

   상기 제1 기판에 대향되되, 전면에 오버 코트막 및 배향막이 연속적으로 형성되어 있는 제2 기판,

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하되,

   상기 배향막, 상기 액정 및 상기 오버 코트막의 재료 조건은,

   을 만족하는 액정 표시 장치
2. 제1항에서,

   상기 제1 기판에는 화소 전극과 상기 화소 전극에 대향되는 공통 전극이 함께 형성되어 있는 액정 표시 장치.
3. 다수의 소자가 형성되어 있고, 배향막이 전면에 형성되어 있는 제1 기판,

   상기 제1 기판에 대향되되, 전면에 오버 코트막 및 배향막이 연속적으로 형성되어 있는 제2 기판,

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하되,

   상기 액정 및 상기 오버 코트막의 재료 조건은,

   을 만족하는 액정 표시 장치
4. 제3항에서,

   상기 제1 기판에는 화소 전극과 공통 전극이 함께 형성되어 있는 액정 표시 장치.