KR20080009533A - 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법 및 이를 이용해 제조된액정 표시 장치 - Google Patents

액정 표시 장치의 배향막 제조 방법 및 이를 이용해 제조된액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

간단하면서 정확한 위치에서 배향막을 패터닝할 수 있는 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법 및 이를 이용해 제조된 액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법은, 기판 상에 도전막을 형성하는 단계와, 도전막 상에 무기 배향막을 형성하는 단계와, 상압 플라즈마가 분사되는 노즐을 구비한 배향막 식각 장치를 이용하여 마스크 패턴 없이 무기 배향막을 식각하여 식각 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
액정 표시 장치, 배향막, 상압 플라즈마

Description

액정 표시 장치의 배향막 제조 방법 및 이를 이용해 제조된 액정 표시 장치{Method of manufacturing alignment film of liquid crystal display and liquid crystal display manufactured using the same method}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막 제조 방법에 사용되는 배향막 식각 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 배향막 식각 장치에서 노즐과 배향막의 거리 및 노즐의 크기의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배향막 제조 방법에 사용되는 배향막 식각 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 3의 배향막 식각 장치를 이용하여 패터닝된 배향막의 단면 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 배향막 제조 방법을 사용하는 액정 표시 장치 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 제조 방법에 의해 제조된 배향막을 구비하는 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 제조 방법에 의해 제조된 배향막을 구비하는 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판으로 구성된 액정 표시 장치를 나타내 는 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 배향막 식각 장치 110: 기판
112: 도전막 114: 배향막
116: 식각 영역 120: 노즐
130: 접지 전극 135: 전원 전극
140: 질량 유량계 150: 반응 가스 공급부
160: 반응 가스 400: 박막 트랜지스터 기판
410: 투명 기판 420: 공통 전압 단자
430: 배향막 440: 트랜스퍼 전극
450: 실라인 500: 컬러필터 기판
510: 투명 기판 520: 공통 전극
530: 배향막
본 발명은 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법 및 이를 이용해 제조된 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 간단하면서 정확한 위치에서 배향막을 패터닝할 수 있는 배향막 제조 방법 및 이를 이용해 제조된 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device, LCD)로부터 영상을 디스플레이 하기 위해서는 액정(Liquid Crystal, LC)을 지정된 방향으로 배향 하는 액정 배향(LC alignment) 기술을 필요로 한다.
이 액정 배향 기술은 고전적으로 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리머(polymer) 등의 유기 박막(organic thin film)을 기판에 얇은 두께로 인쇄(printing)하여 배향막(align film)을 형성한 후, 벨벳 등의 천이 감긴 롤러를 이용하여 배향막에 배향홈(align groove)을 형성하는 방법이 사용된다.
이와 같이 유기 박막을 이용하여 배향막을 형성하는 경우, 기판 상의 액티브 영역(active area)을 따라 배향막이 형성될 위치를 정확히 제어할 수 있고, 배향막을 균일한 두께로 형성할 수 있는 인쇄 기술이 필요하다. 그러나, 모기판(mother glass)의 크기가 점차 커짐에 따라 이러한 요구를 충족시키기 어려운 문제가 발생한다. 특히, 폴리이미드와 같은 유기 배향막은 강한 자외선(UV)에 오랜 기간 노출될 경우, 배향막이 변질되어 배향막의 배향 특성(alignment property)이 떨어지게 된다.
최근에는 이와 같은 단점을 극복하기 위해서 무기물(inorganic material)을 이용한 새로운 배향막이 시도되고 있다.
액정 표시 장치는 컬러필터 기판과 박막 트랜지스터 기판으로 구성되고, 컬러필터 기판의 전면에 형성된 공통 전극은 박막 트랜지스터 기판의 공통 전압 단자와 트랜스퍼 전극(transfer electrode)을 통하여 전기적으로 연결된다.
박막 트랜지스터 기판의 공통 전압 단자와 컬러필터 기판의 공통 전극 상에 는 각각 무기 배향막이 형성되어 있다. 따라서 트랜스퍼 전극을 이용하여 박막 트랜지스터 기판의 공통 전압 단자와 컬러필터 기판의 공통 전극을 전기적으로 연결하기 위해서는, 공통 전압 단자 상부의 무기 배향막과 공통 전극 상부의 무기 배향막을 일부 제거하는 패터닝 공정을 거쳐야 한다.
이러한 무기 배향막을 패터닝하기 위하여 감광막을 이용한 패터닝 공정이 사용되었다. 감광막을 이용한 패터닝 공정은 배향막 상에 감광막을 도포한 후 감광막을 사진 및 현상한 후 감광막을 식각 마스크로 배향막을 식각하는 공정이다.
이와 같은 종래 기술에 따른 배향막 제조 방법에 따르면, 무기 배향막을 패터닝하기 위하여 별도의 사진 공정을 거쳐야 한다. 따라서 이러한 추가 공정을 수행하기 위한 마스크, 노광 설비, 식각 설비 등이 필요하기 때문에 배향막을 형성하기 위한 공정에 많은 시간이 소요되고, 다수 공정 설비를 필요로 하여 제조 단가가 상승하는 문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 마스크 없이 배향막을 패터닝할 수 있는 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 이러한 제조 방법을 이용해 제조된 액정 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법은, 기판 상에 도전막을 형성하는 단계와, 상기 도전막 상에 무기 배향막을 형성하는 단계와, 상압 플라즈마가 분사되는 노즐을 구비한 배향막 식각 장치를 이용하여 마스크 패턴 없이 상기 무기 배향막을 식각하여 식각 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 액티브 영역 및 페리페리 영역을 포함하는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 도전막과, 상기 도전막 상에 형성되고 상기 액티브 영역과 상기 페리페리 영역 사이에 위치하는 식각 영역에서 상기 도전막을 노출시키는 무기 배향막을 포함한다. 여기서 상기 식각 영역에 인접한 상기 액티브 영역 상의 상기 무기 배향막의 프로파일은 상기 식각 영역에 인접한 상기 페리페리 영역 상의 상기 무기 배향막의 프로파일보다 가파른 것이 바람직하다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알 려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법을 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막 제조 방법에 사용되는 배향막 식각 장치를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 배향막 식각 장치(100)는, 높은 전압이 공급되는 전원 전극(135)과, 접지되는 접지 전극(130)과, 전원 전극(135)과 접지 전극(130) 사이에 개재되고 배향막(114)을 식각하기 위한 상압 플라즈마가 내부에 형성되는 유전체 노즐(120)을 포함한다. 즉, 본 발명의 배향막 식각 장치(100)는 마스크 패턴(mask pattern)을 사용하지 않고 상압 플라즈마를 이용하여 배향막(114)을 패터닝하는 장치이다. 또한 배향막 식각 장치(100)는 별도의 진공 챔버 및 진공 펌프를 구비하지 않고 상압에서 플라즈마를 형성할 수 있다.
즉, 전원 전극(135)과 접지 전극(130)은 서로 대향하며 기판(110)에 대하여 수직방향으로 배치된다. 그리고, 전원 전극(135)과 접지 전극(130) 사이에는 노즐(120)이 배치되는데, 노즐(120)은 유전체 물질로 이루어져 전원 전극(135)과 접지 전극(130)을 서로 절연시키고, 상압 플라즈마가 형성되기 위한 반응 가스(160)의 공급로로 사용된다.
그리고 노즐(120)의 상부에는 노즐(120)로 유입되는 반응 가스(160)의 유량을 제어하는 질량 유량계(Mass Flow Controller, MFC)(140)가 설치된다. 질량 유량 계(140)에는 노즐(120)로 반응 가스(160)를 공급하는 반응 가스 공급부(150)가 설치된다.
반응 가스(160)가 질량 유량계(140)로부터 노즐(120)을 통과할 때 전원 전극(135)과 접지 전극(130) 사이에 고전압이 인가되어 글로우 방전(glow discharge)이 발생하면서 반응 가스(160)는 플라즈마 상태로 된다.
플라즈마 상태란 중성 원자나 분자가 에너지를 받아 이온과 전자로 분리되며, 전체적으로 중성인 상태를 일컫는다. 이 플라즈마 상태는 기체 상태보다 에너지가 매우 높은 상태이고, 여기에는 반응성이 큰 라디칼(radical)이 다량 포함되어 있어 피처리물의 표면을 식각할 수 있다. 반응 가스(160)는 노즐(120)을 통과하면서 플라즈마의 밀도는 증가하다가 전원 전극(135)과 접지 전극(130)의 하단을 벗어나면 플라즈마 밀도가 감소하면서 라디칼도 감소하게 된다.
노즐(120)의 하부에는 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 도전막(112)과 배향막(114)이 배치된다. 본 발명에서 사용된 기판(110)은 액정 표시 장치를 구성하기 위한 박막 트랜지스터 기판 또는 컬러필터 기판이 될 수 있고, 배향막(114)으로는 무기물(inorganic) 배향막이 사용될 수 있고, 도전막(112)으로는 박막 트랜지스터 기판의 공통 전압 단자 또는 컬러필터 기판의 공통 전극이 될 수 있다.
박막 트랜지스터 기판은 다수 개의 게이트 라인, 데이터 라인, 화소 전극을 포함한다. 게이트 라인은 행 방향으로 뻗어 있어 게이트 신호를 전달하고, 데이터 라인은 열 방향으로 뻗어 있고 데이터 신호를 전달한다. 화소 전극은 게이트 라인과 데이터 라인에 연결된 스위칭 소자와 연결되어 있다.
컬러필터 기판은 박막 트랜지스터 기판 상에 위치하며 각 화소마다 색상이 표시될 수 있도록 화소 전극에 대응하는 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 컬러 필터를 구비한다. 컬러 필터 상에는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극이 형성된다.
액정 표시 장치는 이러한 박막 트랜지스터 기판과, 컬러필터 기판과, 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 유전율 이방성을 가진 액정층을 포함한다. 액정층은 외부에서 인가되는 전압에 의해 배열 방향이 변화되어 액정층을 통과하는 광의 투과율을 조절한다. 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판 위에는 각각 액정층의 배향을 위한 배향막이 형성된다.
여기서, 컬러필터 기판 상에 형성된 공통 전극에는 박막 트랜지스터 기판의 공통 전압 단자를 경유하여 공통 전압이 인가된다. 이를 위하여 컬러필터 기판의 공통 전극과 박막 트랜지스터 기판의 공통 전압 단자를 연결하는 트랜스퍼 전극(transfer electrode)이 형성된다.
다만 박막 트랜지스터 기판의 공통 전압 단자와 트랜스퍼 전극 사이에 배향막이 형성되어 있으므로, 공통 전압 단자와 트랜스퍼 전극이 접촉할 수 있도록 공통 전압 단자 상부의 배향막을 소정 부분 식각할 필요가 있다. 또한 컬러필터 기판의 공통 전극과 트랜스퍼 전극 사이에도 배향막이 형성되어 있으므로, 공통 전극과 트랜스퍼 전극이 접촉할 수 있도록 공통 전극 상부의 배향막을 소정 부분 식각할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배향막 식각 장치(100)에 의하면, 반응 가 스(160)에 의해 생성된 상압 플라즈마가 노즐(120)의 하단을 통해 배향막(114)의 표면으로 유출되어 노즐(120)의 하부를 배치된 배향막(114)의 표면을 식각하여 도전막(112)의 소정 부분이 노출되도록 식각 영역(116)을 형성할 수 있다. 여기서, 도전막(112)으로는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명 도전막이나, 금속 배선을 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 기판(110)이 컬러필터 기판인 경우, 도전막(112)은 컬러 필터 상에 형성된 공통 전극이 될 수 있다. 또한, 기판(110)이 박막 트랜지스터 기판인 경우, 도전막(112)은 공통 전극에 공통 전압을 인가하기 위해 박막 트랜지스터 기판에 형성된 공통 전압 단자가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배향막(114)으로는 무기물 배향막이 사용될 수 있다. 배향막(114)은 규소를 포함한 무기물 배향막, 예를 들어, 비정질 수소화 규소, 탄화 규소(SiC), 산화 규소(SiOx), 질화 규소(Si3N4) 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 무기물 배향막(114)은 스퍼터링 또는 화학 기상 증착 방법 등을 이용한 소위 박막 증착 공정에 의해 형성될 수 있어 생산성 측면에서 종래의 수지판을 이용한 인쇄법에 비해 유리하다. 바람직하게는 무기 배향막(114)으로서 산화 규소(SiOx)을 사용할 수 있다.
반응 가스(160)에 의해 형성된 상압 플라즈마에 의해 배향막(114)은 잘 식각되지만, 배향막(114)의 하부에 위치하는 도전막(112)은 잘 식각되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 배향막(114)과 도전막(112)에 대하여 식각 선택비가 높은 반응 가 스(160)를 사용함으로써, 배향막(114)을 식각하는 동안 하부에 위치하는 도전막(112)에 식각 손상(etching damage)을 주지 않을 수 있다.
이러한 반응 가스(160)로는 SF6를 포함한 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어 N2와 SF6를 약 5 : 1 내지 50 : 1의 비율로 섞은 혼합 가스를 사용할 수 있다.
배향막 식각 장치(100)로부터 배출되는 플라즈마는 직진성이 낮아서 옆으로 퍼지는 현상이 있다. 따라서 마스크를 사용하지 않고 상압 플라즈마를 이용해서 원하는 영역(이하, 식각 영역이라 한다)에 한정하여 배향막(114)을 식각하기 위해서는 배향막 식각 장치(100)의 노즐(120) 크기와, 노즐(120)과 배향막(114)의 거리가 중요한 파라미터가 된다.
이하 도 2를 참조하여 식각 영역이 예리한 또는 가파른(sharp) 프로파일(profile)을 갖도록 배향막(114)을 식각하는 방법에 대하여 설명한다. 여기서 도 2는 도 1의 배향막 식각 장치에서 노즐과 배향막의 거리 및 노즐의 크기의 관계를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면 상압 플라즈마(P)는 노즐(120)과 배향막(114)의 거리(C)가 증가할수록 옆으로 더 퍼지는 현상이 있다. 식각 영역(116)이 예리한(sharp) 프로파일을 가지기 위해서는, 더욱 구체적으로 식각 영역(116)에 인접한 배향막(114)이 예리한 프로파일을 가지기 위해서는 노즐(120)의 직경(A)에 대하여 식각 영역(116)의 직경(B)이 약 1 이상 2.5배 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 노즐(120)의 직경(A)가 약 1 mm 인 경우, 식각 영역(116)의 직경(B)은 약 1 이상 2.5 mm 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 식각 영역(116)의 직경(B)이 노즐(120)의 직경(A)의 2.5배보다 큰 경우, 플라즈마(P)가 옆으로 지나치게 퍼지게 되고 따라서 식각 영역(116)에 인접한 배향막(114)은 두께방향으로 완만한(broad) 프로파일을 가지게 되어서 액티브 영역의 배향막 특성이 나빠질 수 있다.
이와 같이 B/A를 약 1 - 2.5 이하로 유지하기 위하여, 노즐(120)과 배향막(114)의 거리(C)는 약 0.25 - 0.75 mm인 것이 바람직하다. 여기서 노즐(120)과 배향막(114)의 거리(C)가 0.25 mm 보다 작은 경우 노즐(120)과 배향막(114) 사이에 아크(arc)가 발생할 수 있고, 노즐(120)과 배향막(114)의 거리(C)가 0.75 mm 보다 큰 경우 식각 영역(116)이 완만한 프로파일을 가지게 된다.
이하 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법을 자세히 설명한다. 여기서 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배향막 제조 방법에 사용되는 배향막 식각 장치를 나타내는 개략도이고, 도 4는 도 3의 배향막 식각 장치를 이용하여 패터닝된 배향막의 단면 프로파일을 나타내는 도면이다. 설명의 편의상, 도 1 및 도 2에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 노즐(120)을 기판(110)과 평행한 방향에 대하여 경사각(tilt angle)(θ)만큼 기울여서 노즐(120)로부터 플라즈마(P)가 기울어져서 배향막(114)에 입사하도록 한다. 즉 노즐(120)이 페리페리 영역(Periphery)을 바라보도록, 경사각(θ)만큼 기울여 노즐(120)을 배치한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 노즐(120)이 페리페리 영역(Periphery)을 향하고 있기 때문에 노즐(120)로부터 분사된 플라즈마(P)는 액티브 영역(Active) 상의 배향막(114)에는 손상을 주지 않는다. 여기서 액티브 영역(Active)은 박막 트래지스터 기판 또는 컬러필터 기판의 화소가 위치하는 영역이고, 페리페리 영역(Periphery)은 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판이 합착된 후 커팅(cutting)되는 영역이다. 따라서 노즐(120)로부터 분사된 플라즈마(P)가 옆으로 퍼져서 페리페리 영역(Periphery) 상의 배향막(114)을 일부 식각하더라도 페리페리 영역(Periphery)은 후에 커팅이 되기 때문에 액정 표시 장치를 구현하기 위한 배향막(114)의 특성에는 영향을 미치지 않는다.
즉 식각 영역(116)에 인접한 액티브 영역(Active) 상의 배향막(114)은 예리한 프로파일을 갖도록 형성하고, 식각 영역(116)에 인접한 페리페리 영역(Periphery) 상의 배향막(114)은 완만한 프로파일을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 노즐(120)은 기판(110)과 평행한 방향에 대하여 약 1 - 45 도의 경사각(θ)만큼 기울어져 배치되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 노즐(120)는 약 5 - 25 도의 경사각(θ)을 가진다. 노즐(120)의 경사각(θ)이 45도 보다 큰 경우 액티브 영역(Active) 상의 배향막(114)에 데미지 영역(D)이 확장되어 액티브 영역(Active)에서의 배향특성이 떨어지게 된다.
노즐(120)이 소정의 각도로 경사진 경우에도, 노즐(120)과 배향막(114)의 거리(C)는 약 5 mm 이하인 것이 바람직하다. 여기서 노즐(120)이 기울어져 있는 경우 노즐(120)과 배향막(114)의 거리(C)는 노즐(120)의 끝단의 중심과 배향막(114)의 거리를 의미한다. 노즐(120)이 소정의 각도로 경사지게 배치되더라도 노즐(120)과 배향막(114)의 거리(C)가 약 5 mm 이상인 경우에는 플라즈마(P)가 지나치게 옆으로 퍼져서 배향막(114)의 프로파일이 완만하게 된다.
한편 이 때에도 노즐(120)의 직경(A)에 대하여 식각 영역(116)의 직경(B)이 약 1 이상 2.5배 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 노즐(120)의 직경(A)가 약 1 mm 인 경우, 식각 영역(116)의 직경(B)은 약 1 이상 2.5 mm 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 식각 영역(116)의 직경(B)이 노즐(120)의 직경(A)의 2.5배보다 큰 경우, 플라즈마(P)가 옆으로 지나치게 퍼지게 되고 따라서 페리페리 영역(Periphery) 상의 배향막(114)뿐만 아니라 액티브 영역(Active) 상의 배향막(114)도 식각되어 완만한(broad) 프로파일을 가지게 된다.
B/A를 약 1 - 2.5 이하로 유지하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 액티브 영역(Active) 상의 배향막(114)의 데미지 영역(D)을 약 2 mm 이하로, 더욱 바람직하게는 약 1 mm 이하로 유지할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 이러한 배향막 식각 장치를 이용하여 형성된 배향막을 포함하는 박막 트랜지스터 기판 또는 컬러필터 기판의 제조 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 배향막 제조 방법을 사용하는 액정 표시 장치 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 제조 방법에 의해 제조된 배향막을 구비하는 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 평면도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 제조 방법에 의해 제조된 배향막을 구비하는 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판으로 구성된 액정 표시 장 치를 나타내는 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 액정 표시 장치 제조 과정은, 박막 트랜지스터 기판 제조 공정(S310), 컬러필터 기판 제조 공정(S310), 액정셀 공정(S320) 및 모듈 공정(S330)을 포함한다.
여기서, 박막 트랜지스터 기판 제조 공정(S310)은 대형 유리기판(이하 모기판)에 박막 트랜지스터 어레이(TFT array)가 형성되는 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정이고, 컬러필터 기판 제조 공정(S310)은 또 다른 모기판에 공통전극이 형성된 컬러필터 기판을 제조하는 공정이다.
박막 트랜지스터 기판 제조 공정(S310)과 컬러필터 기판 제조 공정(S310)에 의해 준비된 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판은 액정셀 공정(S320)을 거치게 되는데, 액정셀 공정(S320)은 상기 모기판에 배향막과 실라인(seal line)을 형성하여 다수의 액정셀을 구획하고 액정셀 내에 액정을 적하한 다음 2매의 모기판을 접합한 후 다양한 커팅 도구를 이용하여 개별적인 액정셀 별로 절단하여 액정 패널을 형성하는 공정이다.
그 후, 상기 액정셀로 전기적 신호를 공급하기 위한 구동회로를 부착하는 모듈 공정(S330)을 수행한다.
이하, 도 5를 참조하여 액정셀 공정(S320)의 세부 공정 단계를 자세히 설명한다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 액정 셀 공정(S320)은, 무기물 배향막 형성 공정(S321), 배향막의 국부적 식각 공정(S322), 트랜스퍼 전극 형성 공정(S323), 실라인 형성 및 액정 적하 공정(S324), 어셈블리(assembly) 공정(S325) 및 절단(cutting) 공정(S326) 등의 세부 공정 단계를 포함한다.
무기물 배향막 형성 공정(S321)은 제작 완료된 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판의 화소 전극 및 공통 전극 상에서 이루어진다. 배향막 형성 공정은 기판 전체에 대한 배향막이 일정한 두께를 갖도록 형성한다. 이러한 공정에서 액정분자를 균일하게 배열시켜 전체화면에서 균일한 디스플레이 특성을 갖게 한다.
배향막은 전극의 성분인 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 표면과 우수한 접착 특성을 가져야 하고, 200℃ 이하에서 1000Å 이하의 균일한 박막 형성이 가능해야 한다. 또한, 배향막은 화학적 안정성이 높아 액정과의 반응이 없어야 하면, 전기적으로는 전하 포획(charge trap)이 없어야 하며 비저항이 충분히 높아 액정 동작에 영향이 없을 정도가 되어야 한다. 또한, 강한 자외선(UV)에 오랜 기간 노출될 경우에도 물성의 변질이 없어야 한다. 이러한 특성을 고려하여 배향막으로는 무기 배향막(inorganic alignment film)을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 비정질 수소화 규소, 탄화 규소(SiC), 산화 규소(SiOx), 질화 규소(Si3N4) 등을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 배향막으로는 산화 규소(SiOx)를 사용할 수 있으며, 산화 규소 배향막은 스퍼터링 또는 화학 기상 증착의 방법 등으로 형성될 수 있다.
공정 조건에 따라 배향막에 이온빔 또는 원자빔을 이용하여 배향막의 표면을 특정 방향으로 배향하는 공정을 추가할 수 있다.
배향막 형성 공정(S321)이 끝나면, 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판 에 대하여 트랜스퍼 전극과 대응하는 위치의 배향막을 식각한다(S322). 이는 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명한 배향막 식각 장치(100)의 상압 플라즈마를 이용하여 배향막을 패터닝할 수 있다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 박막 트랜지스터 기판(400) 및 컬러필터 기판(500) 상의 배향막(430, 530)이 국부적으로 식각되면 배향막(430, 530)의 하부에 위치하는 도전막, 예를 들어 박막 트랜지스터 기판(400)의 공통 전압 단자(420) 및 컬러필터 기판(500)의 공통 전극(520)이 노출된다. 미설명된 도면 부호 440은 트랜스퍼 전극이고, 510은 투명 기판이다.
이어서 노출된 도전막 상에 트랜스퍼 전극을 형성한다(S323). 도 6 및 도 7을 참조하면, 컬러필터 기판(500) 상에 형성된 공통 전극(520)에는 박막 트랜지스터 기판(400)을 통하여 공통 전압이 인가된다. 이를 위하여 박막 트랜지스터 기판(400)에는 공통 전압 단자(420)가 형성되고, 컬러필터 기판(500)에 형성된 공통 전극(520)과 박막 트랜지스터 기판(400)에 형성된 공통 전압 단자(420)를 연결하기 위하여 두 기판을 연결하는 도전성 트랜스퍼 전극(transfer electrode)(440)을 두 기판 중 어느 하나의 기판에 형성한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에서는 박막 트랜지스터 기판(400) 상에 트랜스퍼 전극(440)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
박막 트랜지스터 기판의 가장 자리를 따라, 트랜스퍼 전극 안쪽에 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판을 견고하게 결합하고, 액정을 수납하기 위한 실라인(seal line)을 형성한다(S324). 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 투명 기판(410) 상에 배향막(430)이 형성되고, 표시 영역 둘레에 박막 트랜지스터 기 판(400)의 가장 자리를 따라 실라인(450)이 배치된다. 그리고, 실라인(450)의 바깥쪽의 주변 영역 상에 트랜스퍼 전극(440)이 배치된다.
여기서, 실라인(450)은 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판을 결합하기 위한 접착제인 실런트(sealant)와 액정 수납을 위한 공간을 확보하기 위한 스페이서(spacer)로 구성될 수 있다. 여기서 스페이서는 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 사이의 셀갭(cell gap)을 일정하게 유지하기 위하여 실라인에 혼합될 뿐만 아니라, 액정 패널의 액티브 영역에도 형성될 수 있다.
또한, 컬러필터 기판 상에는 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 상에 개재될 액정을 적하한다(S324). 본 발명의 일 실시예에서는 액정 적하 방식을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 진공압을 이용한 액정 주입 방식을 사용할 수 있다.
실라인이 형성된 박막 트랜지스터 기판과 액정이 적하된 컬러필터 기판을 얼라인 시킨 후 자외선 또는 열을 가하여 실라인을 경화시켜 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판을 어셈블리(assembly)한다(S325). 두 기판의 합착에 허용되는 정렬(alignment) 오차는 각 기판의 설계시 주어지는 마진(margin) 등에 의해 결정된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 패터닝된 배향막(430)에 의해 노출된 박막 트랜지스터 기판(400)의 공통 전압 단자(420)와, 패터닝된 배향막(530)에 의해 노출된 컬러필터 기판(500)의 공통 전극(520)은 트랜스퍼 전극(440)에 의해 전기적으로 연결된다.
어셈블리가 끝난 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판을 셀 단위로 절단하 여 액정 패널을 형성한다(S326). 셀 단위 절단 공정에서는 다이아몬드 재질의 휠(wheel) 등을 이용할 수 있다.
그 후, 에지 연마 공정을 추가적으로 수행할 수 있다. 에지 연마 공정은 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판의 측면 및 모서리부를 연마하는 공정으로서 다이아몬드 재질의 연마석을 고속으로 회전시켜 액정패널의 에지를 연마한다.
그리고, 액정 패널의 양쪽면에 편광판을 부착한 후, 편광판의 부착이 완료된 액정 패널에 대해 전기광학적 특성 및 화질을 검사하기 위한 공정이 수행된다.
이와 같이 액정 패널이 완성되면 모듈 공정(S330)을 수행한다. 모듈 공정(S330)은 액정 패널에 구동 IC를 실장하고, PCB(printed circuit board)를 부착하여, 백 라이트 유닛(back light unit)과 함께 몰드 프레임(mold frame)과 샤시(chassis) 등으로 조립하는 공정이다.
여기서, 구동 IC를 액정 패널에 실장하는 기술로는 TAB(tape automated bonding), COB(chip on board) 및 COG(chip on glass) 등이 있다. PCB는 다층 구조로 형성된 각종 회로 소자들을 구비하며 FPC(flexible printed circuit) 등에 의해 구동 IC와 전기적으로 연결되어 액정 표시 장치의 구동회로 유닛을 구성한다. PCB는 SMT(surface mount technology) 기술 등을 이용하여 별도로 형성된 후 액정 패널과 부착된다. 이와 같이 구동 IC와 PCB가 부착된 액정 패널을 액정표시패널 어셈블리라고 한다.
그리고, 별도로 형성된 백 라이트 유닛을 액정표시패널 어셈블리와 함께 몰드 프레임 및 샤시 등에 조립/결합하여 액정 표시 장치를 완성한다.
이상 본 발명의 실시예들에서는 트랜스퍼 전극과 접촉하는 박막 트랜지스터 기판의 공통 전압 단자 및 컬러필터 기판의 공통 전극을 각각 노출시키기 위해 배향막을 패터닝하는 공정을 설명하였다. 다만 본 발명은 이러한 실시예들에 한정되지 않으며, 배향막을 패터닝하여 하부에 배치된 박막층을 노출시키는 임의의 공정에도 적용될 수 있다. 예를 들어 배향막 하부에 위치하는 게이트 라인의 끝단 또는 데이터 라인의 끝단을 노출시키는 공정에도 적용될 수 있다. 이러한 게이트 라인의 끝단 또는 데이터 라인의 끝단은 구동 IC와 접속하게 되기 때문에 게이트 라인의 끝단 또는 데이터 라인의 끝단 상에 형성된 배향막을 일부 식각할 필요가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법 및 이를 이용해 제조된 액정 표시 장치에 의하면, 무기 배향막을 사용함으로써 백 라이트 유닛 또는 주변으로부터의 배향막이 변질되는 것을 방지할 수 있다. 또한 별도의 마스크를 사용하지 않고도 상압 플라즈마를 이용한 배향막 식각 장치를 이용함으로써 액정 표시 장치를 제작하는데 소요되는 시간을 최적화할 뿐만 아니라 액정 표시 장치를 제작하는데 필요한 설비 또한 최소화할 수 있다. 나아가 배향막 식각 장치의 노즐의 크기 및 노즐과 배향막의 이격 거리를 조절함으로써 예리한 프로파일을 가지는 배향막을 패터닝할 수 있다. 또한 배향막 식각 장치의 노즐을 경사지도록 배치함으로써 예리한 프로파일을 가지는 배향막을 패터닝할 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 상에 도전막을 형성하는 단계;
    상기 도전막 상에 무기 배향막을 형성하는 단계; 및
    상압 플라즈마가 분사되는 노즐을 구비한 배향막 식각 장치를 이용하여 마스크 패턴 없이 상기 무기 배향막을 식각하여 식각 영역을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 식각 영역의 직경은 상기 노즐의 직경의 약 1 이상 2.5배 이하인 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐과 상기 무기 배향막의 거리는 약 0.25 - 0.75 mm 인 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 기판과 평행한 방향에 대하여 소정의 경사각만큼 기울여 배치되는 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 기판은 액티브 영역 및 페리페리 영역을 포함하고,
    상기 식각 영역은 상기 액티브 영역과 페리페리 영역 사이에 위치하고,
    상기 노즐은 상기 식각 영역 상에 위치하여 상기 페리페리 영역을 바라보도록 상기 경사각만큼 기울여 배치되는 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 경사각은 약 1 - 45도인 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 노즐과 상기 무기 배향막의 거리는 약 5 mm 이하인 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 무기 배향막은 규소를 포함하는 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 무기 배향막은 비정질 수소화 규소, 탄화 규소(SiC), 산화 규소(SiOx) 또는 질화 규소(Si3N4)로 이루어진 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 상압 플라즈마는 SF6를 반응 가스로 이용하는 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 N2와 SF6의 혼합 가스인 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 N2와 SF6가 약 5:1 내지 50:1의 비율로 섞인 혼합 가스인 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 컬러필터 기판이고, 상기 식각 영역에 의해 노출된 상기 도전막은 공통 전극인 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 박막 트랜지스터 기판이고,
    상기 식각 영역에 의해 노출된 상기 도전막은 공통 전압 단자, 게이트 라인 끝단 또는 데이터 라인의 끝단인 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 기판은 박막 트랜지스터 기판이고,
    상기 식각 영역에 의해 노출된 상기 도전막은 공통 전압 단자이고,
    상기 식각 영역을 형성한 후에 상기 식각 영역에 의해 노출된 상기 도전막 상에 컬러필터 기판의 공통 전극과 전기적으로 연결되는 트랜스퍼 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 배향막 제조 방법.
  16. 액티브 영역 및 페리페리 영역을 포함하는 기판;
    상기 기판 상에 형성된 도전막; 및
    상기 도전막 상에 형성되고 상기 액티브 영역과 상기 페리페리 영역 사이에 위치하는 식각 영역에서 상기 도전막을 노출시키는 무기 배향막을 포함하되,
    상기 식각 영역에 인접한 상기 액티브 영역 상의 상기 무기 배향막의 프로파일은 상기 식각 영역에 인접한 상기 페리페리 영역 상의 상기 무기 배향막의 프로파일보다 가파른 액정 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 무기 배향막은 규소를 포함하는 액정 표시 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 무기 배향막은 비정질 수소화 규소, 탄화 규소(SiC), 산화 규소(SiOx) 또는 질화 규소(Si3N4)로 이루어진 액정 표시 장치.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 기판은 컬러필터 기판이고, 상기 식각 영역에 의해 노출된 상기 도전막은 공통 전극인 액정 표시 장치.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 기판은 박막 트랜지스터 기판이고,
    상기 식각 영역에 의해 노출된 상기 도전막은 공통 전압 단자, 게이트 라인 끝단 또는 데이터 라인의 끝단인 액정 표시 장치.
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