KR20120070319A - 액정표시장치용 배향막의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 광 배향물질을 도포하여 배향물질층을 형성하는 단계와; 상기 배향물질층에 UV를 조사하는 단계와; 불활성 기체 또는 클린 드라이 에어를 이용하여 상기 광이 조사된 배향물질층을 블로잉하는 단계와; 상기 블로잉 공정이 진행된 배향물질층을 포스트-베이킹하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 배향막의 제조방법을 제공한다.

Description

액정표시장치용 배향막의 제조 방법{Method of fabricating alignment layer for liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 잔상의 문제를 방지할수 있는 배향막 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치가 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
일반적으로, 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
위와 같은 액정의 구동을 위해서는 초기 액정의 배열을 위한 배향막이 필요하다. 일반적으로, 배향막은 고분자 수지로서 액정을 일정한 방향으로 배향하기 위한 수단이며, 액정표시장치를 이루는 어레이기판과 컬러필터 기판의 최상층으로 액정과 접하여 위치한다.
이하, 도 1과 도 2를 참조하여 액정표시장치의 구성을 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 액정표시장치의 단면 구성을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 컬러필터 기판(B2)과 어레이 기판(B1)과, 상기 두 기판(B1,B2) 사이에 충진된 액정층(14)으로 구성된다.
상세히는, 상기 어레이기판(B1)은 투명한 제 1 기판(22)상에 교차하여 구성된 게이트 배선(12)과 데이터 배선(24)이 구성되고, 상기 게이트 배선(12)과 데이터 배선(24)의 교차부에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 구성된다.
상기 게이트 배선(12)과 데이터 배선(24)이 교차하여 정의되는 영역은 화상이 표시되는 최소단위인 화소영역(P)이며, 상기 화소 영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(T)로부터 화소전압이 인가되는 투명한 화소 전극(17)이 구성된다.
상기 화소 전극(17)이 형성된 기판(22)의 전면에는 폴리 이미드(polyimide)로 형성된 제 1 배향막(32)이 형성된다.
상기 컬러필터 기판(B2)은, 상기 제 1 기판(22)과 마주보는 투명한 제 2 기판(5)면에 상기 화소영역(P)의 경계에 대응하는 빛 차단 수단인 블랙매트릭스(6)가 구성되고, 상기 화소영역(P)에 대응하여 컬러필터(7a, 7b,7c)가 구성된다. 상기 컬러필터(7a, 7b, 7c)는 적색, 녹색, 청색을 갖는다.
상기 컬러필터(7a, 7b, 7c)와 블랙매트릭스(6)가 구성된 상기 제 2 기판(5)의 전면에 평탄화막(미도시)이 형성되고, 상기 평탄화막(미도시)의 전면에는 공통전극(18)과 제 2 배향막(34)이 구성된다.
그런데, 상기 액정층(14)을 일정한 방향으로 배열하는 기능을 하며 이를 위해 상기 제 1 배향막(32)과 제 2 배향막(34)에는 배향공정이 진행된다. 이러한 배향 공정은 러빙포를 이용한 접촉방식 또는 광(자외선)을 이용한 비접촉 방식으로 구분된다.
전술한 접촉방식은 러빙포를 이용한 물리적인 마찰을 통해 표면에 미세한 그루브(groove)를 형성하게 되며, 상기 비접촉 방식은 UV 등을 빛을 배향막 표면에 조사하게 된다.
그런데, 상기 러빙포를 이용한 접촉식 배향공정은 이에 사용되는 러빙장치의 크기 및 러빙포 교체에 따른 비용 등을 감안할 때 여러가지 단점을 갖는다.
따라서, 빛을 조사하는 공정만으로 배향공정이 완료될 수 있는 비접촉 방식이 선호되고 있으며 특히, 단일 화소에 액정의 배열방향이 다른 다수의 영역을 형성하기 위한 배향공정시, 상기와 같이 빛을 이용한 배향공정이 유용하게 사용되어 지고 있다.
일반적으로, 비접촉 방식을 이용한 배향공정에는 광반응기가 포함된 폴리이미드수지 등의 고분자 재질의 광배향물질을 사용하게 된다.
예를 들어, 사이클로부탄 디언하이드라이드(Cyclobutan dianhydride, 이하 "CBDA"라고 칭함)를 이용한 비접촉 방식 배향 공정이 공개특허 10-2008-86058에 개시되었다.
전술한 비접촉 방식 배향은 UV 배향공정, 이소프로필알코올(IPA)과 DI 워터를 이용한 세정 공정 및 포스트-베이킹 공정에 의해 이루어진다.
여기서, 세정 공정은 배향막의 표면에 남겨진 부반응 물질의 제거를 위한 것으로, 세정 공정에 의해 배향막의 표면 특성이 향상된다.
그런데, 위와 같은 비접촉 방식 배향의 경우 잔상이 발생하여 표시품질이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은 종래 비접촉 방식 배향 공정에서의 잔상 문제를 해결하고자 한다.
즉, 종래 CBDA를 이용한 비접촉 방식 배향 공정에서, UV를 조사하여 배향 공정을 진행하면, 도 3에 도시된 바와 같이 산소와 반응하여 활성화 사이트인 “COOH”기가 형성된다.
이후, 이소프로필알코올과 DI 워터를 이용한 세정 공정이 진행되면, 활성화 사이트인 “COOH”기에 이소프로필알코올이나 DI 워터에 존재하는 이온성 입자들이 흡착되며, 이에 의해 잔상이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 이소프로필알코올과 DI 워터를 이용한 세정 공정을 진행하지 않음으로써 잔상 문제를 해결하고 동시에 배향막의 표면 특성을 향상시킬 수 있는 배향막의 제조 방법을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은 기판 상에 광 배향물질을 도포하여 배향물질층을 형성하는 단계와; 상기 배향물질층에 UV를 조사하는 단계와; 불활성 기체 또는 클린 드라이 에어를 이용하여 상기 광이 조사된 배향물질층을 블로잉하는 단계와; 상기 블로잉 공정이 진행된 배향물질층을 포스트-베이킹하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 배향막의 제조방법을 제공한다.
상기 블로잉하는 단계는 1000~5000mpa의 압력으로, 10~60초간 진행되는 것이 특징이다.
상기 UV는 230~270nm의 파장을 가지며 5~15분간 조사되는 것이 특징이다.
상기 광 조사 단계와 상기 포스트-베이킹 단계는 불활성 기체 분위기에서 이루어지는 것이 특징이다.
상기 포스트-베이킹 단계는 200~250℃의 조건에서 이루어지는 특징이다.
상기 배향물질층에 광을 조사하는 단계 이전에, 상기 배향물질층을 프리-베이킹 하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.
상기 프리-베이킹 단계는 200~250℃의 조건 및 불활성 기체 분위기에서 이루어지는 것이 특징이다.
상기 배향물질층을 프리-베이킹하는 단계 이전에, 상기 배향물질층을100℃의 조건에서 100초간 건조하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.
상기 광배향물질은 하기 화학식에 의해 표시되는 물질인 것이 특징이다.
Figure pat00001
상기 광배향물질은 하기 화학식에 의해 표시되는 물질인 것이 특징이다.
Figure pat00002
본 발명에서는 비접촉 방식 배향 공정에서 잔상 문제를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
즉, UV 배향 후 포스트 베이킹 공정 전에 블로잉(blowing) 공정을 진행함으로써, 잔상 문제를 최소화하며 배향막의 표면 특성을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 배향 공정에 의해 제조된 배향막을 포함하는 액정표시장치는 고품질의 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 액정표시장치의 단면 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 종래 배향 공정에서의 잔상 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 배향막 제조 방법을 설명하기 위한 순서도(flowchart)이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 배향막 제조 공정을 보여주는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 종래 배향막 제조 방법과 본 발명의 배향막 제조 방법에 따른 제조된 배향막에서의 잔상 문제를 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 배향막 제조 방법을 설명하기 위한 순서도(flowchart)이다.
도시된 바와 같이, 기판의 상부에 광배향물질을 도포하여 배향 물질층을 형성한다. (ST110) 상기 광배향물질은 하기 화학식으로 표시되는 폴리이미드 고분자일 수 있으며, 상기 배향 물질층은 약 500~1000A의 두께로 형성된다.
Figure pat00003
여기서, M은 사이클로부탄일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식으로 표시되는 폴리이미드 고분자는 하기 화학식으로 표시되는 CBDA일 수 있다.
Figure pat00004
상기 배향 물질층 형성 공정(ST110) 이후, 프리-베이킹(pre-baking) 공정이 진행하여 (ST120) 상기 배향 물질층을 소성(curing)시킨다. 상기 프리-베이킹 공정(ST110)은 오븐 내에서 약 200~250℃의 조건에서 이루어질 수 있다. 또한, 상기 프리-베이킹 공정(ST120)은 불활성 기체, 예를 들어 질소 분위기에서 이루어질 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 프리-베이킹 공정(ST110) 전에 약 100℃의 조건에서 약 100초간 건조 공정이 진행될 수 있다.
상기 건조 공정과 상기 프리-베이킹 공정(ST110)은 생략될 수 있다.
다음, 상기 배향 물질층에 광을 조사하여 상기 배향물질층을 배향한다. (ST130) 상기 광은 UV일 수 있다. 상기 UV는 약 230~270nm의 파장을 가지며 약 5~15분간 조사될 수 있다. 상기 UV 조사 공정(ST130)은 상온(25℃)에서 이루어지거나 또는 약 170~230℃의 조건에서 진행될 수 있다. 또한, 상기 UV 조사 공정(ST130)은 불활성 기체, 예를 들어 질소 분위기에서 이루어질 수 있다. 불활성 기체 하에서는 부반응인 산화반응을 최소화시킬 수 있으며, 산화반응에 의한 배향막 특성 저하를 방지할 수 있다.
다음, 본 발명에서는 UV 조사 공정(ST130) 후 블로잉(blowing) 공정을 진행하여 UV 조사 공정(ST130)에 의해 발생하는 부산물을 제거한다. (ST140) 이때, 블로잉 공정(ST140)은 질소 등의 불활성 기체 또는 클린 드라이 에어를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 블로잉 공정(ST140)은 약 1000~5000mpa의 압력으로, 약 10~60초간 진행된다.
상기 압력 조건보다 낮은 압력으로 진행되면 부산물의 제거가 쉽지 않고 또한 상기 압력 조건보다 높은 압력으로 진행되면 배향막의 표면에 손상이 발생하게 된다. 또한, 상기 시간 조건의 경우에도 동일한 문제가 발생한다.
실험적으로, 위와 같은 조건에서의 블로잉 공정에 의해 잔상의 문제를 해결되고 배향막의 표면 특성이 손상되지 않는다.
다음, 포스트-베이킹 공정(ST150)이 진행하여 배향막을 얻는다. 상기 포스트-베이킹 공정(ST150)은 오븐 내에서 약 200~250℃의 조건에서 이루어질 수 있다. 또한, 상기 포스트-베이킹 공정(ST150)은 불활성 기체, 예를 들어 질소 분위기에서 이루어질 수 있다.
전술한 배향막 제조 공정은 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정을 포함하지 않는다. 즉, UV 배향 공정(ST130) 후 블로잉 공정(ST140)과 포스트-베이킹 공정(ST150)만을 진행하여 배향막을 형성하게 된다.
전술한 바와 같이, 폴리이미드 고분자를 이용한 비접촉 방식 배향에서, 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정이 진행되면, 활성화 사이트인 “COOH”기에 이소프로필알코올이나 DI 워터에 존재하는 이온성 입자들이 흡착되며 이에 의해 잔상이 발생한다.
그러나, 본 발명에서는 위와 같은 세정 공정을 생략하고 불활성 기체 또는 클린 드라이 에어를 이용한 블로잉 공정(ST140)에 의해 UV 공정에 의해 부산물을 제거함으로써, 배향막 표면 특성을 향상시키는 동시에 잔상의 문제를 해결할 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 배향막 제조 공정을 보여주는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f에서는 액정표시장치의 컬러필터 기판을 예로 들어 보여주고 있으나, 어레이 기판에 배향막이 형성되는 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 컬러필터 기판에 컬러필터, 공통전극 등이 형성되는 공정을 보여주고 있으나, 이에 한정되지 않으며 액정의 초기 배향을 위한 배향막의 형성 공정에는 제한 없이 적용될 수 있다.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 다수의 화소영역(P1, P2, P3)이 정의되어 있는 기판(100)의 일면에 빛 차단수단인 블랙매트릭스(102)를 형성한다.
상기 블랙매트릭스(102)는 빛샘 영역을 차단하기 위한 것으로, 게이트 배선 및 데이터 배선, 박막트랜지스터 등이에 대응하여 구성하게 되며, 상기 화소영역(P1, P2, P3)에 대응한 부분이 개구된 격자 형상을 갖는다.
다음, 상기 블랙매트릭스(102)가 형성된 기판(100) 상에 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 컬러수지를 도포하고 패터닝하여 제 1 화소영역(P1)에 제 1 컬러필터(104a)를 형성한다.
다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 적색, 녹색, 청색 중 다른 어느 하나의 컬러수지를 도포하고 패터닝하여 제 2 화소영역(P2)에 제 2 컬러필터(104b)를 형성하고, 연속하여 적색, 녹색, 청색 중 또 다른 어느 하나의 컬러수지를 도포하고 패터닝하여 제 3 화소영역(P3)에 제 3 컬러필터(104c)를 형성한다.
다음, 도 5c에 도시된 바와 같이 상기 블랙매트릭스(102) 및 제 1 내지 제 3 컬러필터(104a, 104b, 104c) 상부로 투명 도전성 물질을 증착하여 공통전극(106)을 형성한다.
도면에서 제 1 내지 제 3 컬러필터(104a, 104b, 104c) 상에 공통전극(106)이 형성되는 것을 보이고 있으나, 평탄화층(미도시)이 상기 제 1 내지 제 3 컬러필터(104a, 104b, 104c)를 덮으며 형성되고, 상기 공통전극(106)이 상기 평탄화층 상에 형성될 수 있다.
다음, 상기 공통전극(106) 상에 폴리이미드 고분자와 같은 광배향물질을 도포하여 배향물질층(108)을 형성한다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 배향물질층(108)에 대하여 UV를 조사함으로써, 상기 배향물질층(108)을 배향시킨다.
이때, 상기 UV는 약 230~270nm의 파장을 가지며 약 10분간 조사될 수 있다. 상기 UV 조사 공정은 상온(25℃)에서 이루어지거나 또는 약 170~230℃의 조건에서 진행될 수 있다. 또한, 상기 UV 조사 공정은 불활성 기체, 예를 들어 질소 분위기에서 이루어질 수 있다.
한편, 상기 배향물질층(108)에 UV가 조사되기 전에, 건조공정과 프리-베이킹 공정이 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 건조 공정은 약 100℃의 조건에서 약 100초간 건조 공정이 진행될 수 있으며, 상기 프리-베이킹 공정은 오븐 내에서 약 200~250℃의 조건에서 이루어질 수 있다. 또한, 상기 프리-베이킹 공정은 불활성 기체, 예를 들어 질소 분위기에서 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 건조 공정과 상기 프리-베이킹 공정은 생략될 수 있다.
다음, 도 5e에 도시된 바와 같이, UV가 조사된 상기 배향물질층(108)에 블로잉(blowing) 공정을 진행하여 UV 조사에 의한 부산물을 제거한다.
이때, 블로잉 공정은 질소 등의 불활성 기체 또는 클린 드라이 에어를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 블로잉 공정은 약 1000~5000mpa의 압력으로, 약 10~60초간 진행된다.
다음, 도 5f에 도시된 바와 같이, 블로잉 공정이 진행된 상기 배향물질층(도 5e의 108)에 대하여 포스트-베이킹 공정을 진행함으로써, 배향막(110)을 얻게 된다.
상기 포스트-베이킹 공정은 오븐 내에서 약 200~250℃의 조건에서 이루어질 수 있다. 또한, 상기 포스트-베이킹 공정은 불활성 기체, 예를 들어 질소 분위기에서 이루어질 수 있다.
전술한 배향막 제조 공정은 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정을 포함하지 않는다. 즉, UV 배향 공정 후 블로잉 공정과 포스트-베이킹 공정만을 진행하여 배향막(110)을 형성하게 된다.
전술한 바와 같이, 폴리이미드 고분자를 이용한 비접촉 방식 배향에서, 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정이 진행되면, 활성화 사이트인 “COOH”기에 이소프로필알코올이나 DI 워터에 존재하는 이온성 입자들이 흡착되며 이에 의해 잔상이 발생한다.
그러나, 본 발명에서는 위와 같은 세정 공정을 생략하고 불활성 기체 또는 클린 드라이 에어를 이용한 블로잉 공정(ST140)에 의해 UV 공정에 의해 부산물을 제거함으로써, 배향막 표면 특성을 향상시키는 동시에 잔상의 문제를 해결할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 종래 배향막 제조 방법과 본 발명의 배향막 제조 방법에 따른 제조된 배향막에서의 잔상 문제를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b에서 케이스 A는 본 발명의 실시예에 따라 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정 없이 UV 조사 후 블로잉 공정과 포스트-베이킹 공정을 진행한 경우이며, 케이스 B는 UV 조사 후 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정과 포스트-베이킹 공정이 순서대로 진행된 경우이며, 케이스 C는 UV 조사 후 포스트-베이킹 공정과 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정이 순서대로 진행된 경우이다.
도시된 바와 같이, 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정 없이 UV조사, 블로잉 공정 및 포스트-베이킹 공정이 진행된 케이스 A의 경우 이소프로필알코올 및 DI 워터를 이용한 세정 공정을 포함하는 케이스 B 및 C에 비해 잔상이 매우 빨리 제거됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배향막 제조 방법에 의해 제조된 배향막을 포함하는 액정표시장치의 경우 잔상이 최소화되어 고품질의 영상을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
108: 배향물질층
110: 배향막

Claims (10)

  1. 기판 상에 광 배향물질을 도포하여 배향물질층을 형성하는 단계와;
    상기 배향물질층에 UV를 조사하는 단계와;
    불활성 기체 또는 클린 드라이 에어를 이용하여 상기 광이 조사된 배향물질층을 블로잉하는 단계와;
    상기 블로잉 공정이 진행된 배향물질층을 포스트-베이킹하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블로잉하는 단계는 1000~5000mpa의 압력으로, 10~60초간 진행되는 것이 특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 UV는 230~270nm의 파장을 가지며 5~15분간 조사되는 것이 특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 조사 단계와 상기 포스트-베이킹 단계는 불활성 기체 분위기에서 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 포스트-베이킹 단계는 200~250℃의 조건에서 이루어지는 것이특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배향물질층에 광을 조사하는 단계 이전에, 상기 배향물질층을 프리-베이킹 하는 단계를 포함하는 것이 특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프리-베이킹 단계는 200~250℃의 조건 및 불활성 기체 분위기에서 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 배향물질층을 프리-베이킹하는 단계 이전에, 상기 배향물질층을100℃의 조건에서 100초간 건조하는 단계를 포함하는 것이 특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광배향물질은 하기 화학식에 의해 표시되는 물질인 것이 특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
    Figure pat00005

  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광배향물질은 하기 화학식에 의해 표시되는 물질인 것이 특징인 액정표시장치용 배향막의 제조방법.
    Figure pat00006
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