KR20110035306A - 액정표시장치의 배향막 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 배향막 형성방법은 기판 상에 제1 배향막을 형성하는 단계와, 상기 제1 배향막에 러빙공정을 이용하여 배향처리하는 단계와, 상기 배향처리된 제1 배향막 상에 반응성 메소겐 물질을 도포한 후 경화하여 제2 배향막을 형성하는 단계를 포함한다.
배향막

Description

액정표시장치의 배향막 형성방법{Method of manufacturing a alignment layer for liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정표시장치의 배향막 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화상 정보를 화면에 나타내는 디스플레이 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 CRT:Cathode Ray Tube)가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데, 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 있었다.
그리고, 오늘날에는 전자산업의 발달과 함께 TV, 모니터 등에 제한적으로 사용되었던 디스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 그 중 하나로 최근에 액정 표시 장치가 주목을 받고 있다.
상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)는 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
현재 주로 사용되고 있는 액정 표시 장치 중 하나로 트위스트 네마틱(TN : twisted nematic) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다. 상기 트위스트 네마틱 방식은 두 기판에 각각 전극을 설치하고 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 다음 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하는 방식이다.
그러나, 상기 TN방식(twisted nematic mode) 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 큰 단점이 있다.
그래서, 최근에 상기 협소한 시야각 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 새로운 방식을 채용한 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 상기 방식으로 횡전계방식(IPS:in-plane switching mode)이 있다.
상기 횡전계방식 액정표시장치는 액정 분자를 기판에 대해서 수평을 유지한 상태로 구동시키기 위하여 2개의 전극을 동일한 기판상에 형성하고, 상기 2개의 전극 사이에 전압을 인가하여 기판에 대해서 수평방향으로 전계를 발생시킨다. 즉, 액정 분자의 장축이 기판에 대하여 일어서지 않게 된다. 이 때문에, 시각방향에 대한 액정의 복굴절율의 변화가 작아 종래의 TN방식 액정표시장치에 비해 시야각 특성이 월등하게 우수하다.
한편, 액정표시장치에 사용되는 액정의 물리적 특성은 분자 배열 상태에 의 해 변하고, 이로 인해 전계 등의 외력에 대한 응답에도 차이가 생긴다.
상기와 같은 액정 분자의 성질 때문에 액정 분자의 배열 제어는 액정 물성의 연구에는 물론 액정 표시 장치의 구성상에서도 필수적인 기술이다.
특히, 액정분자들이 일정한 방향으로 균일하게 배향될 수 있도록 하는 러빙 공정은 액정디스플레이의 정상적인 구동과 화면의 균일한 디스플레이 특성을 결정하는 중요한 요소로써 이에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔다.
여기서, 종래 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정하기 위한 배향막 형성 과정에 대해서 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 이루어진다.
상기 배향막에는 일반적으로 폴리이미드(polyimide)계열의 유기물질이 주로 사용되고, 상기 배향막을 배열시키는 방법으로는 주로 러빙(rubbing) 방법이 이용되고 있다.
이와 같은 러빙 방법은 먼저 기판 위에 폴리이미드 계열의 유기 물질을 도포하고, 100 ~ 120℃ 정도의 온도에서 용제를 날리고 정렬시킨 후, 220 ~ 240℃ 정도의 온도에서 경화시켜 폴리이미드 배향막을 형성한 후, 벨벳(velvet) 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 방법이다.
이러한 러빙에 의한 방법은 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 안정된 배향을 할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기 러빙 방법은 러빙 진행시 결함이 있는 러빙포가 부착된 롤러를 사용할 경우에는 러빙의 불량이 생기게 된다. 즉, 상기와 같은 러빙포를 이용한 러빙 방법은 배향막과 러빙포의 직접적인 접촉을 통해 이루어지므로 먼지(particle) 발생에 의한 스크래치 발생, 러빙 후의 추가적인 세정 공정의 필요, 대면적 적용시의 배향의 불균일성(non-uniformity) 등과 같은 여러 가지 문제점이 발생하게 되어 액정 표시 장치의 제조시의 수율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
결과적으로, 노멀리 블랙모드에서 전압이 인가되지 않을 때, 백라이트의 빛이 그대로 통과하게 되고 이로 인해 다크(dark) 상태에서 빛샘 현상이 발생하게 되어 색대비비(contrast ratio)를 감소시키므로 고화질을 구현하기 힘들다.
따라서, 러빙시 러빙포의 불균일로 인해 액정배향 정렬도가 흐트러지게 되어 블랙 휘도 증가 및 색대비비 저하와 같은 액정표시장치의 화질저하의 문제점이 발생하고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배향막의 러빙공정시 러빙포의 불균일로 인해 발생되는 블랙 휘도 증가 및 색대비비 감소를 방지할 수 있어 액정표시장치의 화질저하를 방지하는 액정표시장치의 배향막 형성방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법은 기판 상에 제1 배향막을 형성하는 단계와, 상기 제1 배향막에 러빙공정을 이용하여 배향처리하는 단계와, 상기 배향처리된 제1 배향막 상에 반응성 메소겐 물질을 도포한 후 경화하여 제2 배향막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 배향막은 폴리이미드(polyimide), 폴리아미산(polyamic acid), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohole), 폴리아미드(polyamide), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스틸렌(polystylene), 폴리페닐네프탈라미드(polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 중에서 어느 하나이다.
상기 반응성 메소겐물질은 플레이너(planer)방향의 정렬성을 갖는 A-플레이트를 사용하고, 30~100nm의 두께로 형성한다.
상기 반응성 메소겐 물질의 경화는 자외선을 통해 수행된다.
상기 러빙공정은 러빙포로 감겨진 원통 형태의 러빙롤러를 회전시키는 공정이다. 상기 기판은 박막트랜지스터가 형성되는 기판 또는 컬러필터가 형성되는 기판이거나, 박막 트랜지스터가 형성되는 기판 및 컬러필터가 형성되는 기판이다.
상기 박막트랜지스터가 형성되는 기판에 화소전극과 공통전극이 모두 형성된다.
이상에서와 같은 액정표시장치의 배향막 형성방법은 제1 배향막 상에 반응성 메소겐물질로 형성된 제2 배향막을 형성함으로써, 러빙된 제1 배향막의 표면에 발생될 수 있는 스크래치를 상기 반응성 메소겐물질이 덮게 되어 평탄화되어 액정배향 정렬도가 균일하게 되고, 반응성 메소겐물질과 액정층의 상호작용으로 인해 이들간의 결합력이 향상되어 액정의 배향성능이 향상됨으로써, 빛샘현상의 발생을 방지하고 색대비비를 향상시켜 액정표시장치의 화질 저하를 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 들어 설명하고자 한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 공정 순서도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(210) 상에 제1 금속층을 증착한 후 포토리소그라피(photolithography)방법으로 패터닝하여, 게이트 배선(도시되지 않 음) 및 상기 게이트 배선에서 분기되는 박막 트랜지스터의 게이트 전극(214)을 형성한다.
상기 게이트 배선 및 게이트 전극(214)을 형성할 때, 상기 게이트 배선과 평행하는 공통 배선(도시되지 않음) 및 상기 공통배선에서 분기되는 복수 개의 공통 전극(217)을 동시에 형성한다.
계속하여, 상기 게이트 배선을 포함한 전면에 절연물질을 증착하여 게이트 절연막(219)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 절연막(219) 위에 비정질 실리콘 등의 물질을 증착하고 선택적으로 제거하여 상기 게이트 전극(214) 상부의 게이트 절연막(219) 위에 섬(island) 모양으로 반도체층(227)을 형성한다. 이때, 도시하지는 않았으나, 상기 비정질 실리콘에 불순물 이온을 주입한 오믹콘택층을 더 형성하여 패터닝할 수 있다.
그리고, 상기 게이트 절연막(219) 상부의 전면에 제2 금속층을 증착한 후 포토리소그래피방법으로 패터닝하여, 상기 게이트 배선과 수직 방향으로 교차되어 화소 영역을 정의하는 데이터 배선(224)을 형성하고, 상기 데이터 배선(224)과 동시에 상기 반도체층(227) 양끝에 각각 배치되는 소스 전극 및 드레인 전극(226, 228)을 형성한다.
그리고, 상기 데이터 배선(224)을 포함한 어레이 기판(210) 전면에 보호막(238)을 형성하고, 포토리소그래피방법으로 패터닝하여, 상기 드레인 전극(228)을 노출하는 콘택홀(도시되지 않음)을 형성한다.
그리고, 전면에 투명 도전 물질인 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)을 이용하여 투명 도전막을 증착하고 패터닝하여 상기 드레인 전극(228)과 연결되고 상기 데이터 배선(224)과 평행하면서 상기 공통 전극(217) 사이에 위치되어 상기 공통 전극(217)과 서로 교번되도록 복수의 화소 전극(230)을 형성한다.
여기서, 상기 화소 전극(230)을 금속 물질로 형성할 경우, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 보호막(238)을 형성하기 전에 상기 데이터 배선(224)과 동일 물질로 상기 데이터 배선(224)과 동시에 형성할 수도 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 화소 전극(230)을 포함한 전면에 배향막 물질을 형성하는데, 폴리이미드(polyimide)물질을 기판 상에 증착하고 건조시켜 제1 배향막(281)을 형성한다.
상기 배향막 물질로서 폴리이미드 물질 이외에도 폴리아미산(polyamic acid), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohole), 폴리아미드(polyamide), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스틸렌(polystylene), 폴리페닐네프탈라미드(polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate)등이 있다.
이어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제1 배향막(281)상에 러빙공정을 이용하여 배향처리를 한다.
상기 러빙공정은 러빙포로 감겨진 원통 형태의 러빙 롤러(233)를 회전시켜, 상기 제1 배향막(281)의 표면에 물리적인 마찰을 가하여 문질러 주는 방식으로 진 행한다. 이때, 제1 배향막(281) 표면을 러빙포로 균일한 압력과 속도로 마찰시켜 제1 배향막(281) 표면의 고분자 사슬을 일정방향으로 정렬시키도록 한다.
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 배향 처리가 이루어진 제 1 배향막(381) 상에 반응성 메소겐(reactive mesogen)물질을 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화시킴으로써, 제2 배향막(283)을 형성한다.
상기 반응성 메소겐물질은 스핀 코팅, 롤 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 코팅 등 다양한 방식으로 도포될 수 있다.
상기 반응성 메소겐물질은 액정을 모에이티(moiety)로 하여 양끝단에 광중합 반응기를 포함한 유기물로써 자외선을 조사받으면 각 모에이티 말단의 광중합 반응기들이 연결되어 네트워크를 구성한다. 한편 러빙된 제1 배향막 위에 도포된 반응성 메소겐 물질은 제1 배향막 표면에 형성된 러빙에 의한 이방성에 의하여, 제1 배향막과 제2 배향막의 계면에서, 러빙방향으로 정렬된 반응성 메소겐 분자들의 비율이 증가하게 된다. 또한 반응성 메소겐 물질은 액정의 자기 정렬(self alignment)특성을 가지고 있기 때문에, 제2 배향막의 표면에서도 러빙 방향과 동일한 방향으로 분자들의 정렬이 일어난다. 이후 형성되는 액정들은 제2 배향막에 형성된 분자들과 화학적 상호작용 즉, 반데르 발스 (van der Waals) 작용에 의하여 결합력이 향상시켜 배향특성을 나타내게 되며, 이때 배향 방향은 제1배향막의 러빙 방향과 제2 배향막의 반응성 메소겐 분자들의 정렬 방향과 일치하게 된다.
한편, 반응성 메소겐물질은 도 2에 도시된 바와 같은 플레이너(planer)방향으로의 정렬성을 갖는 A-플레이트(plate)를 사용하고, 30~ 100nm의 두께로 형성한 다.
이로써, 플레이너 방향으로의 정렬성을 갖는 A-플레이트를 갖는 반응성 메소겐물질을 사용함으로써, 횡전계 방식의 액정표시장치의 수평 액정배향성을 향상시키게 된다.
그리고, 반응성 메소겐물질의 두께가 30nm 미만일 경우, 하부에 존재하는 러빙처리된 제1 배향막에 존재하는 스크래치로 인해 평탄화되지 않아, 빛샘 현상이 발생하게 되며, 반응성 메소겐물질의 두께가 100nm 이상일 경우, 반응성 메소겐물질 자체의 정렬성이 저하되어, 상부의 액정의 정렬성을 저하시키게 되고, 배향막의 두께가 두꺼워져 구동전압이 증가되며, 배향막의 투과도가 저하하게 된다. 따라서, 제1 배향막 상에 반응성 메소겐물질을 30~100nm의 두께로 형성한 제2 배향막을 형성함으로써, 러빙된 제1 배향막의 표면에 발생될 수 있는 스크래치를 상기 반응성 메소겐물질이 덮게 되어 평탄화되고, 이로 인해 액정 배향 정렬도가 균일하게 되어 빛샘현상의 발생을 방지하고 색대비비를 향상시켜 액정표시장치의 화질 저하를 방지할 수 있게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반응성 메소겐물질(RM)의 두께가 70nm일 경우 블랙 휘도(black luminance)는 반응성 메소겐물질의 두께가 0nm, 150nm, 1000nm일 경우 블랙 휘도보다 가장 낮음을 알 수 있다.
이후, 도 1e에 도시된 바와 같이, 컬러 필터 기판(270) 상에 액정을 제어할 수 없는 부분, 즉, 게이트 배선, 데이터 배선, 박막 트랜지스터 부분에서의 빛샘을 방지하기 위하여 블랙 매트릭스(273)를 형성한다.
이후, 상기 블랙 매트릭스(273) 사이에 전착법, 안료분산법, 도포법 등을 이용하여 색상 구현을 위한 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터층(275)을 형성하고, 상기 컬러필터층(275)을 보호하기 위해 컬러필터층(275)을 포함한 전면에 오버코트층(279)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 상기 오버코트층(279) 상부에 폴리이미드 물질을 증착하고 건조시켜 제3 배향막(277a)을 형성한 후, 러빙공정을 수행한다. 이어, 러빙된 제1 배향막(281) 상에 반응성 메소겐물질을 도포한 후, 좌외선을 조사하여 경화시킴으로써 제4 배향막(277b)을 형성한다.
제3 배향막(277a) 및 제4 배향막(277b)는 상기 제1 배향막(281) 및 제2 배향막(283)의 형성 및 처리공정과 동일하게 진행된다.
계속하여, 상기 어레이 기판(210) 또는 컬러 필터 기판(270)에 칼럼 스페이서(도시되지 않음)를 형성한 후, 상기 어레이 기판(210) 또는 컬러 필터(270) 기판의 표시 영역에 액정층(288)을 형성하고, 상기 어레이 기판(210) 또는 컬러 필터 기판(270)의 가장자리에 씰 패턴을 형성하여 상기 어레이 기판(210), 컬러 필터 기판(270)을 합착함으로써, 본 공정을 완료한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 공정 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용되는 A-플레이트(plate)를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용되는 반응성 메소겐물질(RM)의 두께에 따라 달라지는 블랙휘도를 도시한 그래프

Claims (8)

  1. 기판 상에 제1 배향막을 형성하는 단계와;
    상기 제1 배향막에 러빙공정을 이용하여 배향처리하는 단계와,
    상기 배향처리된 제1 배향막 상에 반응성 메소겐 물질을 도포한 후 경화하여 제2 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 배향막은
    폴리이미드(polyimide), 폴리아미산(polyamic acid), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohole), 폴리아미드(polyamide), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스틸렌(polystylene), 폴리페닐네프탈라미드(polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 중에서 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응성 메소겐물질은
    플레이너(planer)방향의 정렬성을 갖는 A-플레이트를 사용하고, 30~100nm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 반응성 메소겐 물질의 경화는
    자외선을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 러빙공정은
    러빙포로 감겨진 원통 형태의 러빙롤러를 회전시키는 공정인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 기판은
    박막트랜지스터가 형성되는 기판 또는 컬러필터가 형성되는 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 기판은
    박막 트랜지스터가 형성되는 기판 및 컬러필터가 형성되는 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  8. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터가 형성되는 기판에 화소전극과 공통전극이 모두 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
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KR20140001098A (ko) * 2012-06-25 2014-01-06 한양대학교 산학협력단 액정 표시 장치
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