KR20150043866A - 액정 표시 장치의 광배향막의 제조 방법 - Google Patents

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KR20150043866A
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강석훈
박영롱
이준우
전백균
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Abstract

본 발명은 고분자 물질을 기판에 도포하는 단계, 상기 기판에 도포된 상기 고분자 물질을 예비열처리(pre-bake)하는 단계, 상기 예비 열처리된 고분자 물질에 광원을 조사하여 고분자 물질을 광배향하는 단계, 및 상기 광원이 조사된 고분자 물질을 열처리(post-bake)하여 경화하는 단계를 포함하며, 상기 열처리는 1단계 열처리 및 1단계 열처리보다 높은 온도에서의 2단계 열처리의 2단계로 나누어 수행하는 광배향막의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 광배향막의 제조 방법은 광배향막의 열처리를 두 단계로 나누어 수행함으로서, 구체적으로는 광배향막의 열처리를 각기 상이한 온도에서 2번에 걸쳐 수행하여 제조하여 광배향막 내부의 광반응 재료의 배향 특성을 개선하여 액정 표시 장치의 잔상, 휘도 및 콘트라스트 비가 개선될 수 있는 장점이 있다.

Description

액정 표시 장치의 광배향막의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING ALIGNMENT FILM IN LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치의 광배향막의 제조 방법에 대한 것이다.
액정 소자가 화상을 구현하기 위해서는 즉, 액정이 투명 도전 유리 사이에서 외부 전기장에 의해 스위칭되도록 하기 위해서는 액정과 투명 도전 유리전극 사이의 계면에서 액정을 일정 방향으로 배향시켜야만 한다. 액정 배향의 균일성 정도는 액정 디스플레이의 화질의 우수성을 결정짓는 가장 중요한 요소이다.
종래 액정을 배향시키는 통상적인 방법으로 유리 등의 기판에 폴리이미드와 같은 고분자막을 도포하고, 이 표면을 나일론이나 폴리에스테르 같은 섬유로 일정한 방향으로 문지르는 러빙(rubbing) 방법이 있다. 그러나, 러빙 방법은 섬유질과 고분자막이 마찰될 때 미세한 먼지나 정전기가 발생할 수 있고, 이것들은 액정 패널 제조시 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 최근에는 광조사에 의해 고분자막에 이방성(비등방성, anisotropy)을 유도하고 이를 이용해 액정을 배열하고자 하는 광배향법이 연구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 광배향막의 제조 시 배향막을 두 단계로 나누어 열처리하여 제조함으로서, 액정 표시 장치의 잔상, 휘도 및 콘트라스트비가 개선될 수 있는 배향막의 제조 방법을 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 고분자 물질을 기판에 도포하는 단계, 상기 기판에 도포된 상기 고분자 물질을 예비열처리(pre-bake)하는 단계, 상기 예비 열처리된 고분자 물질에 광원을 조사하여 고분자 물질을 광배향하는 단계, 및 상기 광원이 조사된 고분자 물질을 열처리(post-bake)하여 경화하는 단계를 포함하며, 상기 열처리는 1단계 열처리 및 1단계 열처리보다 높은 온도에서의 2단계 열처리의 2단계로 나누어 수행하는 광배향막의 제조 방법을 제공한다.
상기 고분자 물질은 주쇄와 측쇄로 이루어질 수 있다.
상기 고분자 물질은 폴리이미드 또는 폴리아믹산 중 어느 하나일 수 있다.
상기 고분자 물질을 2단계로 열처리하는 단계 중 상기 1단계 열처리는 140~180℃에서, 상기 2단계 열처리는 190~230℃에서 수행할 수 있다.
상기 1단계 열처리 및 상기 2단계 열처리는 20~40분간 수행할 수 있다.
상기 1단계 열처리는 고분자 형태의 안정화 및 광반응 재료들의 이방성을 증가시키는 단계일 수 있다.
상기 2단계 열처리는 상기 폴리이미드 또는 폴리아믹산을 이미드화하는 단계일 수 있다.
상기 예비 열처리 단계는 70~80℃에서 수행할 수 있다.
상기 예비 열처리 단계는 60~80초간 수행할 수 있다.
상기 광원은 자외선(UV)일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막 위에 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계, 및 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 위에 제1 광배향막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 광배향막은 고분자 물질을 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 도포하는 단계, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 도포된 상기 고분자 물질을 예비열처리(pre-bake)하는 단계, 상기 예비 열처리된 고분자 물질에 광원을 조사하여 고분자 물질을 광배향하는 단계, 및 상기 광원이 조사된 고분자 물질을 열처리(post-bake)하여 경화하는 단계를 포함하며, 상기 열처리는 1단계 열처리 및 1단계 열처리보다 높은 온도에서의 2단계 열처리의 2단계로 나누어 수행하는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 위에 제2 광배향막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법은 광배향막의 열처리를 두 단계로 나누어 수행함으로서, 구체적으로는 광배향막의 열처리를 각기 상이한 온도에서 2번에 걸쳐 수행하여 제조하여 광배향막 내부의 광반응 재료의 배향 특성을 개선하여 액정 표시 장치의 잔상, 휘도 및 콘트라스트 비가 개선될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 대한 비교예로서 종래의 광배향막을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 7의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 광배향막을 이용한 액정 표시 장치에서의 액정 분자의 이방성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 광배향막을 이용한 액정 표시 장치의 액정 분자의 초기 액정 배향 각도 및 잔상 후 변화한 액정 각도의 차이 및 잔상 후 휘도차를 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 광배향막을 이용한 액정 표시 장치의 전압에 따른 블랙(black) 휘도를 측정한 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법에 대해 도 1 내지 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
광배향법에 사용될 수 있는 재료로는 아조벤젠(azobenzene), 쿠마린(cumarine), 이미드(imide), 찰콘(chalcone), 시나메이트(cinnamate)와 같은 광기능성 작용기를 함유하는 고분자들이 있는데, 이러한 고분자들은 편광된 광조사에 의해 광이성화나 광가교화, 광분해 등의 반응이 비등방적으로 일어나고, 이에 의해 고분자 표면에 이방성이 생성되어 액정을 한 방향으로 배열시키게 된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다. 도 2 내지 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법은 고분자 물질(광 배향 재료)을 기판에 도포하는 단계(S101), 기판에 도포된 고분자 물질을 70~80℃에서 예비 열처리하는 단계(S102), 예비 열처리된 고분자 물질을 자외선(UV)을 조사하는 단계(S103), 자외선(UV)을 조사한 고분자 물질을 140~180℃에서 1단계 열처리하는 단계(S104), 및 1단계 열처리한 고분자 물질을 190~230℃에서 2단계 열처리하는 단계를 포함하여 구성되며, 각 단계는 이하에서 상세하게 설명한다.
도 2를 참고하면, 기판(110) 위에 광반응 재료 조성물(7)을 도포한다. 광반응 재료 조성물(7)은 스핀 코팅(spin coating)과 같은 방법으로 도포될 수 있다. 광반응 재료 조성물(7)은 광반응 재료(70)와 용매를 포함한다. 광반응 재료(70)는 적어도 하나의 주쇄(main chain)와 적어도 하나의 주쇄에 연결되어 있는 적어도 하나의 측쇄(side chain)를 포함하며, 측쇄는 하나 이상의 광반응기(photoreactive group)를 포함할 수 있으며, 주쇄는 하나 이상의 광방응기를 포함할 수 있다. 광반응 재료 조성물(7)은 모노머(monomer)를 더 포함할 수 있으며, 모노머는 광반응기를 포함할 수 있다. 또한, 주쇄 또는 측쇄 중 적어도 하나는 하나 이상의 수직 발현기(vertical functional group)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광반응 재료(70)는 광반응성 액정성 고분자(photoreactive liquid crystal polymer)일 수 있다. 예를 들어, 광반응 재료(70)는 아크릴계 화합물, 메타아크릴계 화합물, 실록산계 화합물, 말레이미드계 화합물일 수 있으며, 폴리이미드(PI, polyimide)나 폴리아믹산(PA, polyamic acid) 계열의 유기 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
광반응기는 자외선과 같은 광의 조사에 의하여 직접 광중합(photo dimerization) 반응 또는 광이성질화(photo isomerization) 반응이 일어나는 작용기이다. 예를 들어, 광반응기는 아조(azo)계 작용기, 시나메이트(cinnamate)계 작용기, 칼콘(chalcone)계 작용기, 쿠마린(coumarin)계 작용기, 말레이미드(maleimide)계 작용기, 스틸벤(stilbene)계 작용기 등을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
수직 발현기는 액정성을 나타내는 작용기이다. 예를 들어, 수직발현기는 C1-C25의 알킬기 또는 알콕시기가 치환된 알킬렌기, C1-C25의 알킬기 또는 알콕시기가 치환된 아릴렌기, C1-C25의 알킬기 또는 알콕시기가 치환된 사이클로 헥실렌기, 이미드링기(imide ring group), 스테로이드기(steroid group), 방향성 액정기(aromatic liquid crystal group) 또는 콜레스테릭기(cholesteric group) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수직 발현기에서, 하나 이상의 아릴렌기와 하나 이상의 사이클로헥실렌기는 직접 또는 C1-C5의 알킬렌기를 통하여 서로 결합되어 있을 수 있다.
용매는 유기 용매일 수 있다. 예를 들어, 유기 용매는 사이클로펜탄올(cyclopentanol); 1-클로로부탄, 클로로벤젠, 1,1-디클로로에탄, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 1,1,2,2-테트라클로로에탄 등의 할로겐계 용매; 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란, 1,4-디옥산 등의 에테르계 용매; 메틸에틸케톤(MEK), 아세톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 등의 아세테이트계 용매; 초산에틸 등의 에스테르계 용매; γ-부티로락톤 의 아세테이트계 용매; 초산에틸 등의 에스테르계 용매등의 락톤계 용매; 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트계 용매; 트리에틸아민, 피리딘 등의 아민계 용매; 아세토니트릴 등의 니트릴계 용매; N,N'-디메틸포름아미드(DMF), N,N'-디메틸아세트아미드(DMAc), 테트라메틸요소, N-메틸피롤리돈(NMP) 등의 아미드계 용매; 니트로메탄, 니트로벤젠 등의 니트로계 용매; 디메틸 설폭사이드(DMSO), 설포란 등의 설파이드계 용매; 헥사메틸인산아미드, 트리n-부틸인산 등의 인산계 용매가 있으며, 1 개 이상의 용매가 혼합되어 사용될 수 있다.
도 3을 참고하면, 열원(heating source)(8)을 이용하여 광반응 재료 조성물을 열처리하며, 이에 따라 용매가 제거될 수 있으며, 광배향막(700)이 형성될 수 있다. 이 단계를 예비 열처리(prebake)라고도 한다.
예비 열처리는 70~80℃ 정도의 온도에서 60~80초간 열을 가하여 수행할 수 있다.
도 4를 참고하면, 자외선(UV)과 같은 광을 광배향막(700)의 일 면 또는 양 면에 조사하며, 이에 따라 광반응 재료(70)의 측쇄에서 광반응기는 다른 측쇄의 광반응기와 가교(crosslink)될 수 있다. 예를 들어, 상부 면에 조사되는 광에 의해 상부 면에서 광반응 재료(70)는 p 방향으로 배향될 수 있으며, 하부 면에 조사되는 광에 의해 하부 면에서 광반응 재료(70)는 q 방향으로 배향될 수 있다.
도 5를 참고하면, 열원(8)을 이용하여 광배향막(700)을 열처리하며, 이에 따라 광반응 재료(70) 전체를 재배치(reorient)함으로써 광반응 재료들(70)을 균일하게 배향시킬 수 있다. 예를 들어, 광반응 재료들(70)에서 가교되지 않은 측쇄들이 배향됨에 따라 주쇄들이 배향될 수 있다. 이 단계를 포스트베이크(postbake) 또는 열처리라고 한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막(700)의 열처리는 2단계로 나누어서 수행한다.
이러한 열처리 과정을 통해서 자외선과 같은 광의 조사로 인해 일정 방향으로 배열된 측쇄와 상기 측쇄가 연결된 주쇄를 경화시키고 불안정한 댄글링 결합에 에너지를 가하여 새로운 결합을 형성하는 등으로 고분자의 형태를 안정화시키고 광반응 재료들의 이방성을 향상시킬 뿐만 아니라, 폴리이미드나 폴리아믹산을 고분자로 사용한 경우에는 이 때 이미드화가 일어난다.
그러나, 일반적으로 1단계의 열처리만을 수행하게 되는 경우, 폴리이미드나 폴리아믹산의 이미드화로 인해 광반응 재료 고분자의 경직도가 증가하여 고분자 형태의 안정화 및 광반응 재료들의 이방성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
일반적으로, 고분자 형태의 안정화 및 광반응 재료들의 이방성을 극대화시킬 수 있는 열처리 온도 범위는 폴리이미드나 폴리아믹산 등의 광반응 재료의 이미드화를 극대화시킬 수 있는 열처리 온도 범위보다 낮은 범위에 있다.
이에 광배향막(700)의 열처리를 2 단계로 나누어서 수행하되, 1단계 열처리는 고분자 형태의 안정화 및 광반응 재료들의 이방성을 증가시킬 수 있되 이미드화가 잘 발생하지 않는 온도 구간에서 수행하고, 2단계 열처리는 1단계 열처리보다 높은 온도로서 고분자 반응 재료의 이미드화를 극대화시킬 수 있는 온도 구간에서 수행한다.
따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법에 있어서 광배향막의 자외선(UV) 조사 후에 2단계의 열처리 중, 1단계 열처리는 140℃~180℃에서 20~40분간 수행할 수 있으며, 2단계 열처리는 190℃~230℃에서 20~40분간 수행할 수 있다.
그러면, 일반적인 광배향막의 구성에 대해 도 6을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 대한 비교예로서 종래의 광배향막을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
기판(110) 위에 광배향막(700)이 위치한다. 기판(110)은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명한 재료로 형성될 수 있다. 광배향막(700)은 균일하게 배향되어 있는 광반응 재료들(71, 72)을 포함한다.
도 6을 참고하면, 광배향막(700)의 상부 면(710)에 광이 조사되고 광배향막(700)이 열처리되었을 때, 광반응 재료막(700)의 상부에서 광반응 재료(71)의 배향성이 균일하며 하부에서 광반응 재료(72)의 배향성은 균일하지 않다. 광배향막(700) 표면과 내부에서 광반응 재료들(71, 72)의 배향성이 불균일하므로, 위상차가 감소할 수 있으며, 굴절율이 감소할 수 있다. 또한, 블랙의 빛샘 현상이 증가할 수 있으며, 화이트의 휘도가 감소할 수 있으며, 이에 따라 콘트라스트비가 감소할 수 있다. 광배향막(700)의 하부 표면에 위치한 광반응 재료(72)의 배향성이 약화될 수 있고, 광배향막(700)의 상부와 하부 전체에서 열에 의한 배향 유도가 약화될 수 있다. 또한, 단면 노광시 광의 조사량이 증대되는 경우에도, 광에 의한 부반응이 증가하여 광배향막(700)의 상부와 하부 전체에서 배향성이 감소될 수 있다.
그러면, 본 발명의 한 실시예에 따른 광배향막을 포함하는 액정 표시 장치에 대해서 도 7 및 도 8을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 8은 도 7의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제1 기판(110) 위에 게이트선(121)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 전극(124) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 도전체(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체층(154)이 위치한다. 반도체층(154)은 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
반도체층(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체층(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)은 액정 표시 장치의 최대 투과율을 얻기 위해서 굽어진 형상을 갖는 제1 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 서로 만나 V자 형태를 이룰 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에는 제1 굴곡부와 소정의 각도를 이루도록 굽어진 제2 굴곡부를 더 포함할 수 있다.
소스 전극(173)은 데이터선(171)의 일부이고, 데이터선(171)과 동일선 상에 배치된다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 일부와 나란하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154) 부분에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 데이터선(171)과 동일선 상에 위치하는 소스 전극(173)과 데이터선(171)과 나란하게 뻗어 있는 드레인 전극(175)을 포함함으로써, 데이터 도전체가 차지하는 면적을 넓히지 않고도 박막 트랜지스터의 폭을 넓힐 수 있게 되고, 이에 따라 액정 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180a)이 배치되어 있다. 제1 보호막(180a)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(180a) 위에는 제2 보호막(180b)이 형성되어 있다. 제2 보호막(180b)은 유기 절연물로 이루어질 수 있다.
제2 보호막(180b)은 색필터일 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 제2 보호막(180b)은 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있으며, 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다. 도시하지는 않았지만, 색필터는 기본색 외에 기본색의 혼합색 또는 백색(white)을 표시하는 색필터를 더 포함할 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우에는 후술한 상부 표시판(200)에서 색필터(230)는 생략할 수 있다.
제2 보호막(180b) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 면형(planar shape)으로서 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에 배치되어 있는 개구부(138)를 가진다. 즉, 공통 전극(270)은 판 형태의 평면 형태를 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 절연막(180c)이 위치한다. 절연막(180c)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
절연막(180c) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 제1 굴곡부 및 제2 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함한다. 화소 전극(191)은 복수의 제1 절개부(91)를 가지며, 복수의 제1 절개부(92)에 의해 정의되는 복수의 제1 가지 전극(192)을 포함한다.
화소 전극(191)은 제1 전기장 생성 전극 또는 제1 전극이고, 공통 전극(270)은 제2 전기장 생성 전극 또는 제2 전극이다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 수평 전계를 형성할 수 있다.
제1 보호막(180a), 제2 보호막(180b), 그리고 절연막(180c)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191)과 절연막(180c) 위에는 제1 배향막(alignment layer)(700)이 형성되어 있다. 제1 배향막(100)은 광반응 재료를 포함하며, 광반응 재료는 폴리이미드 또는 폴리아믹산 계열의 유기 물질일 수 있다.
여기서, 광배향막을 형성하는 방법은 앞서 도 3 내지 도 6에서 설명한 것과 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
그러면, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제2 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
제2 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 하부 표시판(100)의 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 상부 표시판(200)의 색필터(230)는 생략될 수 있다. 또한, 상부 표시판(200)의 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 제2 배향막(700)이 형성되어 있다. 제2 배향막(21)은 광반응 재료를 포함한다. 제2 배향막(21)은 앞에서 설명한 제1 배향막(11)과 동일한 물질 및 방법으로 형성할 수 있다.
액정층(3)은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 포함할 수 있다.
액정층(3)의 액정 분자는 그 장축 방향이 표시판(100, 200)에 평행하게 배열되어 있다.
화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고, 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 일정한 크기의 공통 전압을 인가 받는다.
전기장 생성 전극인 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성함으로써 두 전기장 생성 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(3)의 액정 분자는 전기장의 방향과 평행한 방향으로 회전한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다.
이처럼, 하나의 표시판(100) 위에 두 개의 전기장 생성 전극(191, 270)을 형성함으로써, 액정 표시 장치의 투과율을 높아지고, 광시야각을 구현할 수 있다.
도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 공통 전극(270)이 면형의 평면 형태를 가지고, 화소 전극(191)이 복수의 가지 전극을 가지지만, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 화소 전극(191)이 면형이 평면 형태를 가지고, 공통 전극(270)이 복수의 가지 전극을 가질 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 두 개의 전기장 생성 전극이 제1 기판(110) 위에 절연막을 사이에 두고 중첩하며, 절연막 아래에 형성되어 있는 제1 전기장 생성 전극이 면형의 평면 형태를 가지고, 절연막 위에 형성되어 있는 제2 전기장 생성 전극이 복수의 가지 전극을 가지는 모든 다른 경우에 적용가능하다.
이하, 본 발명의 한 실시예의 제조 방법에 따라 2단계의 열처리를 통해 제조된 광배향막을 적용한 액정 표시 장치에서 액정 분자의 이방성을 측정한 결과에 대해 설명한다. 이에 대한 비교예로서 종래의 광배향막의 제조 방법에 따라 1단계의 열처리를 통해 제조된 광배향막을 적용한 액정 표시 장치에서 액정 분자의 이방성을 함께 측정하였다. 자외선의 노광량은 1J과 2J로 각기 다르게하여 측정하였으며, 이의 결과는 도 9에 나타내었다.
도 9에서 세로축은 이방성을 나타내고, 가로축으로서 왼쪽은 본 발명의 2단계의 열처리에 의한 제조 방법에 따른 광배향막, 오른쪽은 종래의 1단계 열처리에 의한 제조 방법에 따른 광배향막을 이용하여 측정한 결과를 나타낸다.
도 9에 나타난 바와 같이, 노광량을 1J로 하였을 경우 액정 분자의 이방성이 5.55nm에서 5.99nm로 증가하였으며, 노광량을 2J로 하였을 경우 액정 분자의 이방성이 7.16nm에서 8.18nm로 증가한 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 본 발명의 한 실시예의 제조 방법에 따라 2단계의 열처리를 통해 제조된 광배향막을 적용한 액정 표시 장치에서 액정 분자의 초기 각도 및 잔상 후 변화한 각도의 차이, 잔상 후 전압에 따른 휘도 차이를 측정하였다. 이에 대한 비교예로서 종래의 광배향막의 제조 방법에 따라 1단계의 열처리를 통해 제조된 광배향막을 적용한 액정 표시 장치에서 액정 분자초기 각도 및 잔상 후 변화한 각도의 차이, 잔상 후 전압에 따른 휘도 차이를 함께 측정하였다. 이의 결과는 각각 도 10(a) 및 도 10(b)에 나타내었다.
도 10(a)의 세로축은 초기 액정 분자의 각도 및 잔상 후 변화한 액정 각도의 차이를 나타내며, 도 10(a)에 나타난 바와 같이 본 발명의 2 단계의 열처리를 포함하는 제조 방법을 통해 제조된 광배향막에 의해 종래의 광배향막과 비교할 때 초기 액정 분자의 각도 및 잔상 후 변화한 액정 각도의 차이가 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
도 10(b)의 세로축은 초기 및 잔상 후 휘도 차이를 나타내며, 가로축은 전압을 나타내는데, 도 10(b)에 나타난 바와 같이 본 발명의 2 단계의 열처리를 포함하는 제조 방법을 통해 제조된 광배향막에 의해 종래의 광배향막과 비교할 때 초기 및 잔상 후 휘도 차이가 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명의 한 실시예의 제조 방법에 따른 광배향막을 적용한 액정 표시 장치는 잔상이 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 한 실시예의 제조 방법에 따라 2단계의 열처리를 통해 제조된 광배향막을 적용한 액정 표시 장치에서 전압에 따른 블랙 휘도를 측정하였다. 이에 대한 비교예로서 종래의 광배향막의 제조 방법에 따라 1단계의 열처리를 통해 제조된 광배향막을 적용한 액정 표시 장치에서 전압에 따른 블랙 휘도를 함께 측정하였다. 이의 결과는 도 11에 나타내었다.
도 11의 가로축은 전압을 나타내고, 세로축은 블랙 휘도의 절대값을 나타낸다.
도 11에 나타난 바와 같이 본 발명의 2 단계의 열처리를 포함하는 제조 방법을 통해 제조된 광배향막에 의해 종래의 광배향막과 비교할 때 전압에 따른 블랙 휘도의 절대값이 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명의 한 실시예의 제조 방법에 따른 광배향막을 적용한 액정 표시 장치는 블랙 휘도가 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 광배향막의 제조 방법은 광배향막의 열처리를 두 단계로 나누어 수행함으로서, 구체적으로는 광배향막의 열처리를 각기 상이한 온도에서 2번에 걸쳐 수행하여 제조하여 광배향막 내부의 광반응 재료의 배향 특성을 개선하여 액정 표시 장치의 잔상, 휘도 및 콘트라스트 비가 개선될 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
7: 광반응 재료 조성물 8: 열원
70, 71, 72: 광반응 재료 100: 기판
700: 광배향막
154: 반도체 163, 165: 저항성 접촉 부재
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180a, 180b, 180c: 보호막
191: 화소 전극 270: 공통 전극

Claims (20)

  1. 고분자 물질을 기판에 도포하는 단계,
    상기 기판에 도포된 상기 고분자 물질을 예비열처리(pre-bake)하는 단계,
    상기 예비 열처리된 고분자 물질에 광원을 조사하여 고분자 물질을 광배향하는 단계, 및
    상기 광원이 조사된 고분자 물질을 열처리(post-bake)하여 경화하는 단계를 포함하며,
    상기 열처리(post-bake)는 1단계 열처리 및 1단계 열처리보다 높은 온도에서의 2단계 열처리를 각각 수행하는 광배향막의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 고분자 물질은 주쇄와 측쇄로 이루어진 광배향막의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 고분자 물질은 폴리이미드 또는 폴리아믹산 중 어느 하나인 광배향막의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 고분자 물질의 열처리하는 단계 중 상기 1단계 열처리는 140~180℃에서, 상기 2단계 열처리는 190~230℃에서 수행하는 광배향막의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 1단계 열처리 및 상기 2단계 열처리는 20~40분간 수행하는 광배향막의 제조 방법.
  6. 제4항에서,
    상기 1단계 열처리는 고분자 형태의 안정화 및 광반응 재료들의 이방성을 증가시키는 단계인 광배향막의 제조 방법.
  7. 제4항에서,
    상기 2단계 열처리는 상기 폴리이미드 또는 폴리아믹산을 이미드화하는 단계인 광배향막의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 예비 열처리 단계는 70~80℃에서 수행하는 광배향막의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 예비 열처리 단계는 60~80초간 수행하는 광배향막의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 광원은 자외선(UV)인 광배향막의 제조 방법.
  11. 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 보호막을 형성하는 단계,
    상기 보호막 위에 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계, 및
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 위에 제1 광배향막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 광배향막은 고분자 물질을 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 도포하는 단계,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 도포된 상기 고분자 물질을 예비열처리(pre-bake)하는 단계,
    상기 예비 열처리된 고분자 물질에 광원을 조사하여 고분자 물질을 광배향하는 단계, 및
    상기 광원이 조사된 고분자 물질을 열처리(post-bake)하여 경화하는 단계를 포함하며,
    상기 열처리는 1단계 열처리 및 1단계 열처리보다 높은 온도에서의 2단계 열처리를 각각 수행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 위에 제2 광배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 고분자 물질은 폴리이미드 또는 폴리아믹산 중 어느 하나인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 고분자 물질을 2단계로 열처리하는 단계 중 상기 1단계 열처리는 140~180℃에서, 상기 2단계 열처리는 190~230℃에서 수행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 1단계 열처리 및 상기 2단계 열처리는 20~40분간 수행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 1단계 열처리는 고분자 형태의 안정화 및 광반응 재료들의 이방성을 증가시키는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제14항에서,
    상기 2단계 열처리는 상기 폴리이미드 또는 폴리아믹산을 이미드화하는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에서,
    상기 예비 열처리 단계는 70~80℃에서 수행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 예비 열처리 단계는 60~80초간 수행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제11항에서,
    상기 광원은 자외선(UV)인 액정 표시 장치의 제조 방법.
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