KR20080002517A - 패턴된 배향막 및 이를 구비한 액정표시소자, 액정표시소자제조방법 - Google Patents

패턴된 배향막 및 이를 구비한 액정표시소자, 액정표시소자제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 액정표시소자는 중력불량을 방지하기 위한 것으로, 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판에 형성된 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 제2기판에 형성된 컬러필터층과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 제1기판 및 제2기판에 형성되어 액정층의 액정분자를 배향하는 배향막으로 구성되며, 상기 배향막은 일정 간격을 두고 배치된 복수의 영역으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
중력불량, 배향막, 분할, 패터닝, 러빙

Description

패턴된 배향막 및 이를 구비한 액정표시소자, 액정표시소자 제조방법{PATTERNED ALIGNMENT LAYER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THEREOF, METHOD OF FABRICATING THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 패터닝된 배향막의 구조를 나타내는 도면.
도 4a∼도 4d는 본 발명에 따른 배향막의 패터닝방법의 일례를 나타내는 도면.
도 5a∼도 5c는 본 발명에 따른 배향막의 패터닝방법의 다른 예를 나타내는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 배향막 구조의 다른 예를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
3 : 게이트전극 10 : 화소전극
20,30 : 기판 28,38 : 배향막
36 : 공통전극 40 : 액정층
60 : 포토레지스트층 90 : 레이저
92 : 레이저빔
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 배향막을 일정 간격으로 배치된 복수의 영역으로 패터닝함으로써 중력불량을 방지할 수 있는 배향막 및 액정표시소자에 관한 것이다.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.
이러한 액정표시소자는 투과형 표시소자로서, 액정층을 투과하는 광의 양을 액정분자의 배열방향에 따라 조절함으로써 화상을 표시하는 것이다. 따라서, 상기 액정표시소자에서는 액정분자가 균일한 방향성을 갖도록 배향처리하는 것이 필수적이다. 일반적으로 배향막의 배향처리방법으로는 여러가지 방법이 알려져 있지만, 현재 가장 많이 사용되고 있는 방법이 러빙(rubbing)에 의한 배향방법이다. 이 러빙에 의한 배향방법은 기판에 배향막을 형성한 후 러빙포를 이용하여 이해 러빙을 실시하여 배향막 표면에 균일한 미세홈(microgrooves)를 형성시켜 배향하는 방법이 다. 이것은 배향막 표면에서 러빙에 의해 미세홈이 형성된 배향막과 액정분자가 상호작용하여 액정분자에 배향규제력(anchoring energy)을 제공함으로써 배향막 전표면에 걸쳐서 원하는 방향으로 액정분자를 일정하게 배향하는 것이다.
그러나, 상기와 같은 액정표시소자에서는 중력불량이 발생하는 문제가 있었다. 중력불량은 액정표시소자를 제작했을 때 액정표시소자의 내부에 형성된 액정층이 온도상승에 의해 부피가 증가하기 때문에 발생하는 것으로, 액정패널의 셀갭이 스페이서보다 커지게 되며 이에 따라 액정이 중력에 의해 하부로 이동하여 액정표시소자의 셀갭이 불균일하게 되므로 액정표시소자의 품질저하의 원인이 된다. 특히, 이러한 중력불량은 액정표시소자의 크기가 증가함에 따라 더욱 심화되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 배향막을 복수의 영역으로 분할하여 중력에 의한 영향을 감소시킴으로써 중력불량을 방지할 수 있는 배향막 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 배향막을 적용함으로써 중력불량에 의한 화질저하를 방지할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판에 형성된 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 제2기판에 형성된 컬러필터층과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 제1 기판 및 제2기판에 형성되어 액정층의 액정분자를 배향하는 배향막으로 구성되며, 상기 배향막은 일정 간격을 두고 배치된 복수의 영역으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
각각의 분할된 배향막에 형성된 액정층은 배향막의 배향규제력에 의해 고정되는데, 상기 배향규제력은 배향막을 러빙하여 형성된 미세홈에 의해 발생한다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 제1기판 및 제2기판을 제공하는 단계와, 상기 제1기판에 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 제2기판에 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판에 배향막을 도포하는 단계와, 상기 배향막을 패터닝하여 복수의 영역으로 분할하는 단계로 구성된다.
상기 배향막을 패터닝하는 단계는 배향막 위에 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층을 현상하여 배향막을 일부를 노출시키는 단계와, 상기 노출된 배향막을 식각하는 단계와, 포토레지스트층을 제거하는 단계로 이루어진다.
또한, 상기 배향막을 패터닝하는 단계는 배향막 위에 레이저를 위치시키는 단계와, 레이저빔을 배향막의 일부에 조사하여 해당 배향막을 용융시키는 단계로 이루어질 수도 있다.
대면적 액정표시소자에서 중력불량이 많이 발생하는 것은 중력에 하부로 이동하는 액정의 양이 많기 때문이다. 액정은 러빙처리에 의해 미세홈이 형성된 배향 막과 접촉하는 경우 배향막의 배향규제력 등에 의해 배향막에 속박된다. 따라서, 소형 액정표시소자에서는 액정층에 가해지는 중력이 배향규제력에 비해 작기 때문에, 중력불량이 발생하지 않는다. 반면에, 액정표시소자가 대형화됨에 따라 액정의 양이 증가하게 되어 배향규제력에 비해 중력에 의한 영향이 더 커지게 되어 중력불량이 발생하게 된다.
본 발명에서는 이러한 개념을 이용하여 중력불량을 방지한다. 통상적으로 제1기판 및 제2기판 사이에 액정층을 형성할 때, 액정분자는 배향막이 형성된 영역에만 존재한다. 다시 말해서, 배향막이 형성되지 않은 영역에는 액정층이 존재하지 않는다는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 배향막의 복수의 영역으로 패턴화하고 각각의 영역을 타 영역과 일정 간격으로 배치함으로써 해당 영역에만 액정층이 존재하도록 한다. 그러므로, 각각의 영역은 인접하는 영역과는 독립적으로 존재하여, 마치 소형 액정표시소자와 같이 작용하며, 그 결과 중력불량이 발생하지 않게 되는 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자는 종횡으로 N×M개의 화소가 배치된 액정표시소자의 각 화소에는 외부의 구동회로로부터 주사신호가 인가되는 게이트라인(4)과 화상신호가 인가되는 데이터라인(6)의 교차영역에 형성된 박막트랜지스터를 포함하고 있다. 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트라인(4)과 연결된 게이트전극(3)과, 상기 게이트전극(3) 위에 형성되어 게이트전극(3)에 주사신호가 인가 됨에 따라 활성화되는 반도체층(7)과, 상기 반도체층(7) 위에 형성된 소스전극(8) 및 드레인전극(9)으로 구성된다. 상기 화소(1)의 표시영역에는 상기 소스(8) 및 드레인전극(9)과 연결되어 반도체층(8)이 활성화됨에 따라 상기 소스전극(8) 및 드레인전극(9)을 통해 화상신호가 인가되어 액정(도면표시하지 않음)을 동작시키는 화소전극(10)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조의 액정표시소자를 도 2를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1기판(20) 위에는 게이트전극(3)이 형성되고 제1기판(20) 전체에 걸쳐 게이트절연층(22)이 형성된다. 상기 게이트절연층(22) 위에는 게이트전극(3)에 신호가 인가됨에 따라 활성화되는 반도체층(7)이 형성되고 그 위에 소스전극(8) 및 드레인전극(9)이 형성되며, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 보호층(passivation layer;25)이 형성된다.
상기 보호층(25) 위에는 보호층(25)에 형성된 컨택홀을 통해 드레인전극(9)과 접속되는 화소전극(10)이 형성되어 박막트랜지스터의 소스전극(8) 및 드레인전극(9)을 통해 화소전극(10)에 신호가 인가됨에 따라 액정을 구동하여 화상을 표시하게 된다.
또한, 상기 화소전극(10)에는 액정분자를 일정한 방향으로 배향시키는 제1배향막(28)이 형성되어 있다.
한편, 제2기판(30)에는 화상비표시영역으로 광이 투과하는 것을 차단하는 블랙매트릭스(32)와 실제 컬러를 구현하는 컬러필터층(34)이 형성되어 있다. 또한, 상기 컬러필터층(34) 위에는 화소전극(28)에 신호가 인가됨에 따라 상기 화소전극(28)과 전계를 형성하는 공통전극(36)이 형성되어 있으며, 그 위에 제2배향막(38)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1기판(20)과 제2기판(30) 사이에 액정층(40)이 형성되어 액정표시소자가 완성된다.
도 3은 제1기판(20)의 화소전극(10) 및 제2기판(20)의 공통전극(36) 위에 형성된 배향막(28)을 나타내는 도면이다. 이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 박막트랜지스터나 컬러필터층과 같은 다른 구성요소들은 생략하고 배향막만을 도시하였다. 또한, 제1기판(20)에 형성되는 제1배향막(28)만을 도시하였다. 실질적으로 제2기판(30)에 형성되는 제2배향막(38)은 제1배향막(28)과 동일한 형상으로 형성되어 서로 대향하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 복수의 화소를 포함하는 기판(20) 전체에 걸쳐 형성되는 배향막(28)이 복수의 영역으로 분할되어 있다. 상기 배향막(28)을 주로 폴리이미드(polyimide)로 이루어지며, 러빙처리에 의해 표면에 복수의 미세홈이 형성된다. 이러한 미세홈은 배향막에 배향규제력을 발생시켜 상기 배향막과 접촉하는 액정분자를 일정한 방향으로 배향시킨다. 이와 같이, 배향막의 배향규제력에 의해 액정분자가 일정방향으로 배향되는 것은 배향막의 배향규제력에 의해 액정분자가 배향막의 표면에 고정되기 때문이다(이러한 이유로 anchoring energy를 표면고정력이라고도 한다).
도면에 도시된 바와 같이, 각각의 영역에 형성된 배향막(28a∼28d)은 일정 간격을 두고 형성된다. 즉, 각 영역의 배향막(28a∼28d) 사이에는 배향막이 도포되 지 않는 영역이 형성되는 것이다. 한편, 액정은 배향막(28a∼28d)의 배향규제력에 의해 배향막(28a∼28d)의 표면에 고정(즉, 접촉)하고 있으므로, 상기 배향막(28a∼28d) 위에 액정층이 형성되는 것이다. 반면에, 배향막(28a∼28d)이 형성되지 않은 영역에는 액정을 고정시키지 못하므로 액정층이 형성되지 않는다. 따라서, 상기 배향막(28)의 분할에 의해 실질적으로 액정층이 복수의 독립된 영역으로 분할되는 것이다.
이와 같이 액정층이 분할됨에 따라 각각의 분할된 배향막(28a∼28d)에 대응하는 액정층은 별개의 소형 액정표시소자와 마찬가지로 면적이 작아지기 때문에, 중력에 의한 영향이 감소하게 된다. 다시 말해서, 분할되지 않은 배향막에서는 액정표시소자에 형성된 액정층 전체가 중력에 의해 영향을 받기 때문에, 액정층 전체의 무게에 의해 액정이 하부로 흘러 내려 중력불량이 발생하게 된다. 반면에, 본 발명과 같이 배향막(28)을 복수의 영역으로 분할하는 경우, 분할된 영역만큼 무게 의해 중력의 영향이 감소하게 되어 배향막의 배향규제력에 의해 액정이 하부로 흘러내지 않게 되므로, 중력불량이 발생하지 않게 된다.
배향막(28)의 배향규제력은 러빙처리에 의한 미세홈에 의해서만 형성되는 것은 아니다. 자외선과 같은 광의 조사나 전계의 인가 등과 같은 배향방법에 의해서도 배향규제력이 부여될 수 있을 것이다.
또한, 상기 배향막(28)의 패터닝(즉, 영역분할)은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있는데, 이러한 패터닝방법의 예가 도 4a∼도 4d 및 도 5a∼도 5c에 도시되어 있다. 이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 기판에 직접 배향막을 형성하고 패터 닝하는 방법이 도시되어 있지만, 실제로는 도 2에 도시된 구성요소들, 즉 박막트랜지스터와 컬러필터층들이 기존에 알려진 다양한 방법에 의해 형성된 후, 배향막이 형성되는 것이다.
도 4a∼도 4d는 포토공정에 의해 패터팅방법이다. 우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 폴리이미드와 같은 배향물질을 기판(20) 위에 도포하고 건조하여 배향막(28)을 형성한다. 이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 배향막(28) 위에 포토레지스트를 도포하고 현상하여 포토레지스트층(60)을 형성한 후, 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 포토레지스트층(60)을 마스크로 하여 외부로 노출된 배향막을 식각한다.
그 후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트층(60)을 제거함으로써 기판(20) 위의 배향막(28)을 패터닝하여 복수 영역의 배향막(28a,28b)을 형성하게 된다.
한편, 도 5a∼도 5c는 레이저의 조사에 의한 패터닝방법이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 폴리이미드와 같은 배향물질을 기판(20) 위에 도포하고 건조하여 배향막(28)을 형성한다. 이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 배향막(28) 위에 레이저(90)를 위치시킨 후 레이저빔(92)으로 상기 배향막(28)을 조사한다. 상기 레이저빔(92)이 조사됨에 따라 해당 영역의 포토레지스트가 상기 레이저빔(92)에 의해 용융되어, 결국 도 5c에 도시된 바와 같이 조사된 영역의 포토레지스트가 제거되어 배향막(28)이 복수의 배향막(28a,28b)으로 패터닝되는 것이다.
한편, 배향막의 배향공정은 상기 포토공정이나 레이저의 조사 이전에 이루어져, 복수의 영역으로 패터닝되기 전의 배향막(28)을 러빙포가 권포된 러빙롤로 러 빙하므로써 이루어진다. 또한, 배향공정이 복수의 영역으로 패터닝된 배향막(28a∼28d)을 대상으로 이루어질 수도 있을 것이다.
본 발명에서의 배향막의 패턴은 특정한 갯수에 한정되는 것은 아니다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배향막(128,228)은 2개 및 3개 또는 그 이상의 영역으로 패터닝될 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 패터닝에 의해 중력불량을 방지하기 위해서는 중력에 의해 영향을 받는 액정층(엄밀하게 말해서 배향막)을 분할해야만 한다. 즉, 액정표시소자를 사용할 때 지표과 수평방향으로 배향막(128,228)을 패터닝하여 중력에 의한 영향을 감소시키는 것이다.
한편, 본 발명의 배향막은 도 1 및 도 2에 도시된 구조의 액정표시소자(즉, TN(Twisted Nematic)모드 액정표시소자)에 적용된다. 즉, IPS(In Plane Switching)모드, FFS(Fringe Field Switching)모드, VA(Vertical Alignment)모드의 액정표시소자에도 적용될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 배향막을 패터닝하여 복수의 영역으로 분할하므로써 대면적 액정표시소자의 중력불량이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 액정표시소자의 화질불량이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 제1기판 및 제2기판;
    상기 제1기판에 형성된 박막트랜지스터 및 화소전극;
    상기 제2기판에 형성된 컬러필터층;
    상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층; 및
    상기 제1기판 및 제2기판에 형성되어 액정층의 액정분자를 배향하는 배향막으로 구성되며,
    상기 배향막은 일정 간격을 두고 배치된 복수의 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영역 사이에는 액정층이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 분할된 배향막에 형성된 액정층은 배향막의 배향규제력에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 배향규제력은 배향막을 러빙하여 형성된 미세홈에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 기판; 및
    상기 기판 위에 형성되며, 일정 간격을 두고 형성된 복수의 영역으로 이루어진 배향막으로 구성된 액정표시소자의 배향막구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 배향막에는 배향규제력이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막구조.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배향규제력은 배향막을 러빙하여 형성된 미세홈에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막구조.
  8. 제1기판 및 제2기판을 제공하는 단계;
    상기 제1기판에 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 제2기판에 컬러필터층을 형성하는 단계;
    상기 제1기판 및 제2기판에 배향막을 도포하는 단계; 및
    상기 배향막을 패터닝하여 복수의 영역으로 분할하는 단계로 구성된 액정표시소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 배향막을 패터닝하는 단계는,
    배향막 위에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층을 현상하여 배향막을 일부를 노출시키는 단계;
    상기 노출된 배향막을 식각하는 단계; 및
    포토레지스트층을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 배향막을 패터닝하는 단계는,
    배향막 위에 레이저를 위치시키는 단계; 및
    레이저빔을 배향막의 일부에 조사하여 해당 배향막을 용융시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 배향막을 러빙하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 배향막의 러빙은 배향막의 패터닝 전에 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 배향막의 러빙은 배향막의 패터닝 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  14. 배향막을 제공하는 단계; 및
    상기 배향막을 패터닝하여 복수의 영역으로 분할하는 단계로 구성된 배향막 형성방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 배향막을 패터닝하는 단계는,
    배향막 위에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층을 현상하여 배향막을 일부를 노출시키는 단계;
    상기 노출된 배향막을 식각하는 단계; 및
    포토레지스트층을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배향막 형성방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 배향막을 패터닝하는 단계는,
    배향막 위에 레이저를 위치시키는 단계; 및
    레이저빔을 배향막의 일부에 조사하여 해당 배향막을 용융시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배향막 형성방법.
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