KR20170012833A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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김회림
전종환
정진수
김인옥
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 기판에 광배향제를 도포하는 단계; 상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계; 상기 베이크된 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광배향막을 형성하는 단계; 상기 광배향막을 베이크하는 단계; 및 상기 베이크된 광배향막을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 및 에틸락테이트(EL) 중 적어도 하나를 포함하는 세정액으로 세정하여 광분해물을 제거하는 단계;를 포함한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판(display substrate)과 그 사이에 들어 있는 액정층(liquid crystal layer)을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치에서 액정이 두 표시판 사이에서 일정 방향으로 기울어지는 것을 제어하기 위해서는 액정을 일정한 방향으로 배향시키는 것이 필요하다. 액정 배향의 균일성 정도는 액정 표시 장치의 화질의 우수성을 결정짓는 중요한 요소이다.
액정을 배향시키는 통상적인 방법으로 기판에 폴리이미드와 같은 고분자막을 도포하고, 이 표면을 나일론이나 폴리에스테르 같은 섬유로 일정한 방향으로 러빙(rubbing)하여 배향막을 형성하는 방법이 있다. 하지만, 러빙 시 섬유질과 고분자막의 마찰에 의해 미세한 먼지나 정전기가 발생할 수 있고, 이로 인해 액정 표시 장치의 제조 시 심각한 문제를 초래할 수 있다.
러빙 방식 같은 접촉식 방식에서 발생하는 문제를 개선하기 위해 최근에는 광배향 같은 비접촉 방식이 연구되고 있다. 광배향 방식은 고분자막에 자외선(UV) 같은 광을 조사하여 이방성(anisotropy)을 유도하여 배향막을 형성하는 방법이다. 광배향 방식에 의할 경우 액정 표시 장치의 투과율, 수율, 명암비 등이 개선될 수 있다. 하지만, 광분해물이 잔류하여 액정 표시 장치의 특성을 저하시킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광분해성 배향막의 형성 시 발생하는 광분해물을 효과적으로 제거하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 기판에 광배향제를 도포하는 단계; 상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계; 상기 베이크된 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광배향막을 형성하는 단계; 상기 광배향막을 베이크하는 단계; 및 상기 베이크된 광배향막을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 및 에틸락테이트(EL) 중 적어도 하나를 포함하는 세정액으로 세정하여 광분해물을 제거하는 단계;를 포함한다.
상기 광분해물은 적어도 하나의 말레이미드 또는 말레이미드 유도체를 포함할 수 있고, 상기 말레이미드 또는 말레이미드 유도체에 적어도 하나의 디아민이 결합되어 있을 수 있다.
상기 광분해물은 하기 화학식 (a) 내지 (g)로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00001
(a),
Figure pat00002
(b),
Figure pat00003
(c),
Figure pat00004
(d),
Figure pat00005
(e),
Figure pat00006
(f),
Figure pat00007
(g).
상기 광배향제는 사이클로부탄디안하이드라이드(CBDA), CBDA 유도체 및 디아민을 포함할 수 있다.
상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계는 프리베이크 단계 및 하드베이크 단계를 포함할 수 있고, 상기 프리베이크 단계에 의해 상기 CBDA와 디아민의 공중합체와 상기 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체의 상 분리가 일어날 수 있다.
상기 광배향막은 상기 기판 쪽에 가깝게 위치하는 제1 층 및 상기 제1 층 위에 위치하는 제2 층을 포함할 수 있다. 상기 제1 층은 CBDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함할 수 있고, 상기 제2 층은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 광배향막은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함하는 단일층으로 형성될 수 있다.
상기 편광된 광은 자외선일 수 있다.
상기 PGME는 하기 화학식 5로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다:
Figure pat00008
화학식 5
상기 PGMEA는 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다:
Figure pat00009
화학식 6.
상기 EL은 하기 화학식 7로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다:
Figure pat00010
화학식 7.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은: 기판에 광배향제를 도포하는 단계; 상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계; 상기 베이크된 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광배향막을 형성하는 단계; 및 상기 광배향막을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA), 또는 이들 모두를 포함하는 세정액으로 세정하여 광분해물을 제거하는 단계;를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
상기 광분해물을 제거하는 단계 전에, 상기 광배향막을 베이크하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 광분해물은 적어도 하나의 말레이미드 또는 말레이미드 유도체를 포함할 수 있고, 상기 말레이미드 또는 말레이미드 유도체에 적어도 하나의 디아민이 결합되어 있을 수 있다.
상기 광분해물은 하기 화학식 (a) 내지 (c)로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다:
Figure pat00011
(a),
Figure pat00012
(b),
Figure pat00013
(c).
상기 광배향제는 사이클로부탄디안하이드라이드(CBDA)와 디아민의 공중합체 및 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계는 프리베이크 단계 및 하드베이크 단계를 포함할 수 있고, 상기 프리베이크 단계에 의해 상기 CBDA와 디아민의 공중합체와 상기 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체의 상 분리가 일어날 수 있다.
상기 광배향막은 상기 기판 쪽에 가깝게 위치하는 제1 층 및 상기 제1 층 위에 위치하는 제2 층을 포함할 수 있다. 상기 제1 층은 CBDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함할 수 있고, 상기 제2 층은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 광배향막은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함하는 단일층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이방성의 저하 없이 광분해물을 선택적으로 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 광분해물을 제거할 경우, 액정 표시 장치의 전압 유지율(voltage holding ratio), 배향막의 표면 에너지, 배향막의 두께를 유지할 수 있으며, 특히 잔상이 저하되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에서 II-II 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막 형성 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막에서 폴리이미드가 분해되는 것을 나타내는 구조식이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막에서 등방성에서 이방성으로 변화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 세정제에 따른 빛 샘(light leakage) 발생을 보여주기 위한 도면이다.
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 확대하거나 과장되게 나타내었다. 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 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에서 II-II 선을 따라 취한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(lower display substrate)(100) 및 상부 표시판(upper display substrate)(200), 그리고 이들 사이에 위치하는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 하부 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(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag), 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu), 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 등의 금속으로 만들어질 수 있다. 게이트선(121)은 하나의 도전막으로 형성될 수 있고, 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막을 형성될 수도 있다.
게이트선(121) 위에는 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체층(154)이 위치한다. 반도체층(154)은 산화물 반도체로 형성될 수도 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. 반도체층(154)이 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략될 수 있고, 그 대신 배리어(barrier)가 위치할 수 있다.
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(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 데이터선(171)은 액정 표시 장치의 최대 투과율을 얻기 위해서 굽어진 형상을 갖는 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 대략 V자 형태를 이룰 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 나란하게 형성될 수 있다. 이에 의해, 데이터 도전체가 차지하는 면적을 넓히지 않고도 박막 트랜지스터의 폭을 넓힐 수 있으므로 액정 표시 장치의 개구율을 증가시킬 수 있다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체 (154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154) 부분에 형성된다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있고, 내화성 금속막(도시되지 않음)과 저저항 도전막(도시되지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 하부막과 알루미늄 상부막의 이중층, 몰리브덴 하부막과 알루미늄 중간막과 몰리브덴 상부막의 삼중층을 들 수 있다. 이 외에도 데이터 도전체는 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체층(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180a)이 형성되어 있다. 제1 보호막(180a)은 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 보호막(180a)은 규소 산화물의 하부막과 규소 질화물의 상부막의 이중층 구조를 가질 수 있다. 제1 보호막(180a)은 유기 절연 물질로 형성될 수도 있다.
제1 보호막(180a) 위에는 제2 보호막(180b)이 형성되어 있다. 제2 보호막(180b)은 유기 절연물로 이루어질 수 있다. 제2 보호막(180b)은 색 필터일 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색 필터인 경우, 제2 보호막(180b)은 기본 색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있다. 기본 색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다. 도시되지 않았지만, 색 필터는 기본 색 외에 기본 색의 혼합 색 또는 백색(white)을 표시하는 색 필터를 더 포함할 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색 필터인 경우에는 후술하는 상부 표시판(200)에서 색 필터(230)는 생략할 수 있다. 본 실시예와 달리, 제2 보호막(180b)은 유기 절연 물질로 형성하고, 제1 보호막(180a)과 제2 보호막(180b) 사이에 색 필터(도시되지 않음)를 형성할 수도 있다.
제2 보호막(180b) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 면형(planar shape)으로서 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있다. 즉, 공통 전극(270)은 인접하는 판 형태의 평면 형태를 가질 수 있다. 다만, 화소 전극(191)과 드레인 전극(175)의 연결을 위해, 공통 전극(270)에는 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에서 개구부(opening)(138)가 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 절연층(180c)이 위치한다. 절연층(180c)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
절연층(180c) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함할 수 있다. 화소 전극(191)은 복수의 절개부(91)를 가지며, 이웃하는 절개부(91)에 사이에 위치하는 복수의 가지 전극(192)을 포함한다.
제1 보호막(180a), 제2 보호막(180b) 및 제3 보호막(180c)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 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 데이터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191)과 절연층(180c) 위에는 하부 배향막(alignment layer)(11)이 형성되어 있다. 하부 배향막(11)은 광배향막을 포함한다.
하부 배향막(11)은 하기 화학식 1로 표현되는 반복 단위를 포함하는 폴리이미드(polyimide)를 포함한다.
Figure pat00014
화학식 1
상기 화학식 1에서 R1은 지방족 고리형 산이무수물 또는 방향족 산이무수물로부터 유도된 4가의 유기기이고, R2는 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기이다.
상기 폴리아미드는 하기 화학식 2로 표현되는 사이클로부탄디안하이드라이드(cyclobutanedianhydride; CBDA) 및/또는 하기 화학식 3으로 표현되는 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함할 수 있다.
Figure pat00015
화학식 2
Figure pat00016
화학식 3
화학식 3에서 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이며, X1, X2, X3 및 X4 중 적어도 하나는 수소가 아니다.
예컨대, CBDA 유도체는 하기 화학식 3-1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00017
화학식 3-1
디아민은 하기 화학식 4 및/또는 하기 화학식 5로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00018
화학식 4
화학식 4에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure pat00019
, -(CH2OCH2)h-,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure pat00022
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2-, 또는
Figure pat00023
이고, 여기서 h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이다.
Figure pat00024
화학식 5
디아민은 상기 화학식 4 및 5로 표현되는 화합물에 한정되지 않고, 예컨대 화학식 5에서 고리 탄소에 연결된 수소가 알킬기, 할로겐, 황 등으로 치환된 화합물을 포함할 수 있고, 폴리이미드 합성에 공통적으로 사용되는 디아민을 포함할 수 있다. 또한, 디아민은 p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메틸-4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메톡시-4,4′-디아미노비페닐, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐에테르, 2,2′-디아미노디페닐프로판, 비스(3,5-디에틸4-아미노페닐)메탄, 디아미노디페닐술폰, 디아미노벤조페논, 디아미노나프탈렌, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페닐)벤젠, 9,10-비스(4-아미노페닐)안트라센, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4′-비스(4-아미노페녹시)디페닐술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스(4-아미노페닐)헥사플루오로프로판, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 등의 방향족 디아민; 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 비스(4-아미노-3-메틸시클로헥실)메탄 등의 지환식 디아민; 및 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민 등의 지방족 디아민을 포함할 수 있다.
하부 배향막(11)은 제1 배향막(11a) 및 제2 배향막(11b)의 이중층 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 하부에 위치하는 제1 배향막(11a)은 CBDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 주로 포함할 수 있고, 상부에 위치하는 제2 배향막(11b)은 R1이 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 주로 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 하부 배향막(11)은 단일층 구조를 가질 수 있으며, 이 경우 하부 배향막(11)은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 주로 포함할 수 있다,
상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 상부 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛 샘을 막아준다.
상부 기판(210) 위에는 색 필터(230)가 형성되어 있다. 하부 표시판(100)의 제2 보호막(180b)이 색 필터거나 하부 표시판(100)에 색 필터를 형성한 경우, 상부 표시판(200)의 색 필터(230)는 생략될 수 있다. 또한, 상부 표시판(200)의 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다.
색 필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 유기 절연 물질로 만들어질 수 있으며, 색 필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 상부 배향막(21)이 형성되어 있다. 상부 배향막(21)은 전술한 하부 배향막(11)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 하부 배향막(11)과 마찬가지로, 상부 배향막(21)은 제1 배향막(21a) 제1 배향막(21a) 및 제2 배향막(21b)의 이중층 구조를 가질 수 있고, 단일층 구조를 가질 수도 있다. 이중층 구조를 가지는 경우, 제1 배향막(21a)은 BDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 주로 포함할 수 있고, 제2 배향막(21b)은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 주로 포함할 수 있다. 단일층 구조를 가지는 경우, 상부 배향막(21)은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 주로 포함할 수 있다,
액정층(3)은 음의 유전율 이방성 또는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정을 포함할 수 있다. 액정층(3)의 액정은 그 장축 방향이 표시판(100, 200)에 평행하게 배열될 수 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. 그러면 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성하고, 두 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(3)의 액정은 전기장의 방향과 평행한 방향으로 회전할 수 있다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성하므로, 전기장 생성 전극이라고도 불린다.
도시된 실시예에 따른 액정 표시 장치에서, 공통 전극(270)이 면형의 평면 형태를 가지고, 화소 전극(191)이 복수의 가지 전극을 가진다. 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.
이제 도 3 내지 도 5를 참고하여, 광배향막을 형성하는 과정을 중심으로 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다. 액정 표시 장치의 광배향막 외의 다른 구성요소들은 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막 형성 과정을 나타내는 순서도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막에서 폴리이미드가 분해되는 것을 나타내는 구조식이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향막에서 등방성에서 이방성으로 변화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 광배향막의 형성은 인쇄 단계(S1), 프리베이크(prebake) 단계(S2), 하드베이크(hardbake) 단계(S3), 조사(irradiate) 단계(S4), 제2 베이크 단계(S5), 그리고 세정 단계(S6)를 포함한다. 여기서 광배향막은 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 액정 표시 장치의 하부 배향막(11) 및 상부 배향막(21)에 해당할 수 있다.
먼저, 인쇄 단계(S1)는 화소 전극 등이 형성되어 있는 기판 위에 광배향제 용액을 도포하는 것을 포함한다. 여기서 광배향제는 CBDA 및/또는 CBDA 유도체와디아민의 공중합체를 포함할 수 있다. 예컨대, 광배향제는 CBDA와 디아민의 공중합체 및 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 광배향제는 CBDA를 포함하지 않을 수도 있다. 광배향제는 CBDA와 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함할 수도 있다. 광배향제의 도포는 인쇄 방식이나 잉크젯 방식으로 수행될 수 있다.
프리베이크 단계(S2)에서 극성 차이로 인해 광배향제의 구성 물질 중 CBDA와 디아민의 공중합체는 기판 쪽으로 이동하여 CBDA와 디아민의 공중합체와 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체의 상 분리가 일어나고, 용매가 증발한다. 하드베이크 단계(S3)에서 광배향제는 이미드화 되어, 기판 쪽에 가까운 제1 층에서는 CBDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드가 형성되고 제1 층 위의 제2 층에서는 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드가 형성된다. 제1 층과 제2 층의 구성 성분은 서로 다르지만, 이들을 따로따로 형성하는 것이 아니라 혼합물의 상 분리를 이용하여 형성하는 것이므로, 제1 층과 제2 층이 명확하게 구분되지 않을 수 있다. 예컨대, 제1 층과 제2 층의 경계가 단계적으로(gradually) 구분될 수 있고, 제1 층에 제2 층의 성분이 존재할 수 있고, 제2 층에 제1 층의 성분이 존재할 수 있다.
조사 단계(S4)에서는 프리베이크 및 하드베이크를 거쳐 이미드화된 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광배향막을 형성한다. 조사되는 광으로는 약 240 nm 내지 약 380 nm 범위의 자외선이 사용될 수 있으며, 특히 약 245 nm의 자외선일 수 있다. 편광된 자외선은 약 0.20 J/cm2 내지 약 1.0 J/cm2 범위의 에너지를 포함할 수 있고, 특히 0.40 J/cm2 내지 0.50J/cm2 범위의 에너지를 포함할 수 있다. 자외선의 편광 방향은 배향 방향에 수직일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고하여, 광배향막 형성에 대해 좀더 자세하게 설명하기로 한다. 도 4를 참고하면, CBDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드에 자외선을 조사하면 광분해가 일어나서 말레이미드를 형성한다. 도 5는 도 4에 도시된 폴리이미드를 포함하는 고분자 주쇄가 편광된 자외선 조사에 따라 분해되어 배향하는 것을 나타낸다. 도 5를 참고하면, 등방성 고분자 주쇄에 편광된 자외선을 조사하면 편광 방향(흡수축 방향)으로 광분해가 일어나서 편광에 수직인 방향으로 배향 방향을 가지는 광배향막이 형성될 수 있다. 여기서, 노광량이 너무 적으면 분해율이 낮아 배향성이 저하될 수 있다. 반대로, 노광량이 너무 커지면 분해율이 높아져 편광 방향뿐만 아니라 다른 방향으로도 분해가 일어나서 배향성이 저하될 수 있다. CBDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 예로 들어 설명하였지만, 이러한 광배향막 형성 메커니즘은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 배향성을 극대화시키기 위해 제2 베이크 단계(S5)가 수행된다. 광배향막을 한번 더 베이크 함으로써 광분해된 분자가 재배열(rearrangement)하여 이방성이 커질 수 있다.
한편, 조사 단계(S4)에 의해 광배향막 형성 시 광분해물이 발생한다. 광분해물은 말레이미드 또는 말레이미드 유도체를 포함할 수 있다. 광분해물에서 디아민과 디안하이드라이드(dianhydride)가 각각 하나 이상 결합되어 있을 수 있다. 광분해물의 예로는 하기 화학식 (a) 내지 (g)로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00025
(a),
Figure pat00026
(b),
Figure pat00027
(c),
Figure pat00028
(d),
Figure pat00029
(e),
Figure pat00030
(f),
Figure pat00031
(g).
위와 같은 광분해물은 예컨대 배향 상태의 불량을 초래하여 빛 샘 현상을 일으킬 수 있다. 광분해물 중 비교적 분자량이 작은 광분해물은 제2 베이크 단계(S5)에서 일부 휘발되어 제거될 수 있다. 하지만, 비교적 분자량이 큰 광분해물, 예컨대 화학식 (a) 내지 (c)로 표현되는 광분해물은 제2 베이크 단계(S5)를 거치더라도 제거되기 어려우며, 광배향막 내에 상당량 잔류하게 된다. 따라서 세정제를 용매로 사용하여 광분해물을 제거하는 세정 단계(S6)가 수행된다.
세정 단계(S6)는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(propylene glycol monomethyl ether, PGME), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA), 에틸락테이트(ethyl lactate, EL) 중 적어도 하나를 세정제로 사용할 수 있다.
PGME는 하기 화학식 5로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00032
화학식 5
PGMEA는 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00033
화학식 6
EL은 하기 화학식 7로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00034
화학식 7
또한, 세정제로서 전술한 PGME, PGMEA, EL 각각의 유도체가 사용될 수 있다. 예컨대, PGME 유도체는 하기 화학식 8으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00035
화학식 8
화학식 8에서, R1은 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지는 알킬기이고, R2는 1 내지 3개의 탄소 원자를 가지는 알킬기이다.
위와 같은 세정제는 광분해물과 세정액의 용해도 파라미터(solubility parameter)를 고려하여 선택될 수 있다. 예컨대, 세정제와 광분해물 간의 용해도 파라미터 차이가 작을 경우 세정액에 의한 광분해물의 제거 능력이 우수한 것으로 나타났다. 아래 표 1에 세정제로 전술한 PGME, PGMEA, EL과 함께 대조구로 IPA(isopropyl alcohol)의 용해도 파라미터와 광분해물의 용해도 파라미터를 나타내었다.
Solubility Parameter
(MPa)^0.5
문헌값 계산값
세정제 PGME 21.9 22.4
PGMEA 19.3 19.3
EL 21.7 21.0
IPA 24.0 23.6
광분해물 화학식 (a) - 22.0
화학식 (b) - 18.3
화학식 (c) - 22.1
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 세정 단계(S6)는 제2 베이크 단계(S5) 이후에 수행된다. 제2 베이크에 의해 이미드화가 높아져서 광분해막이 안정화(stabilization)되므로, 제2 베이크 후 세정을 함으로써 광배향막의 이방성이 유지될 수 있다. 또한 제2 베이크 시 휘발되어 오븐 내에 갇혀 있던 광분해물이 다시 기판으로 떨어져 광배향막을 오염시킬 수 있으므로, 제2 베이크 후 세정 시 이러한 광분해물을 제거하는데 효과적이다. 반면, 제2 베이크 전 세정을 수행할 경우 광배향막이 덜 안정화되어 있는 상태이므로 광배향막의 이방성이 저하되며, 오븐 내 광분해물에 의해 오염될 수 있다. 그렇더라도, 본 발명이 제2 베이크 단계 전에 세정 단계를 수행하는 것을 배제하는 것은 아니며, 실시예에 따라서, 제2 베이크 단계가 세정 단계 후에 수행되거나 생략될 수도 있다. 제2 베이크 전에 세정을 하더라도 본 발명의 일 실시예에 따른 세정제는 광배향막의 미분해된 주쇄의 이방성에 대한 영향이 수용 가능한 수준으로 평가되었다.
표 1에 표시된 세정제를 사용하여 제2 베이크 전과 후에 각각 광배향막이 형성된 기판을 세정한 후 액정 표시 장치와 광배향막의 특성을 아래 표 2에 나타내었다.
세정제 VHR
(1Hz@60℃)		 표면 에너지
(%)		 두께
(Å)		 잔상
(목시)
제2 베이크 후 세정 PGME 98.6 57 730 1.5
PGMEA 98.6 55 725 1.6
EL 98.5 56 725 1.7
IPA 98.5 56 730 1.8
세정 후 제2 베이크 PGME 98.8 56 710 1.8
PGMEA 98.5 54 705 1.7
EL 98.5 56 710 1.8
IPA 98.3 55 725 1.8
표 2를 보면, 전압 유지율(voltage holding ratio)과 표면 에너지(surface energy)에 있어서는 제2 베이크 전과 후의 세정에서 거의 유사하게 나타났다. 하지만, 광배향막의 두께에 있어서, 제2 베이크 후 세정 시 그 전에 세정한 경우보다 15 내지 20 Å 정도 두꺼운 것으로 나타났다. 이것은 제2 베이크에 의해 광배향막의 안정성(stability)가 높아졌기 때문인 것으로 믿어진다. 광배향막의 두께가 감소는 배향성의 감소를 의미한다. 잔상 정도에 있어서, 모두 수용 가능한 수준이지만, 제2 베이크 후 세정 시 좀더 우수한 것으로 나타났다.
이제, 전술한 세정제로 세정 시 액정 표시 장치에서 빛 샘 발생 여부에 대한 평가 결과를 설명하기로 한다.
도 6은 세정제에 따른 빛 샘 발생을 보여주기 위한 도면이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세정제(PGME, PGMEA, EL)와 대조구 세정제(IPA)를 사용하여 세정이 수행된 액정 표시 장치에 대한 HTS(high temperature storage) 평가 결과가 도시된다. 세정은 제2 베이크 후 수행되었고, 제2 베이크는 220 ℃ 및 230 ℃ 온도에서 각각 15분 및 30분간 행해졌다. PGME, PGMEA, EL를 사용하여 세정한 경우, 500 시간이 경과한 후에도 모든 샘플에서 빛 샘 현상이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 반면, IPA를 사용하여 세정한 경우, 제2 베이크가 15분 동안 행해진 샘플에서는 처음부터 빛 샘 현상이 광범위하게 나타났고, 제2 베이크가 30분 동안 행해진 샘플에서는 24 시간이 경과한 후 빛 샘 현상이 나타났다. 따라서 PGME, PGMEA, EL은 모두 광분해물의 제거 능력이 우수함을 알 수 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 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 하부 표시판 110: 하부 기판
11: 하부 배향막 121: 게이트선
124: 게이트 전극 154: 반도체
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 140: 게이트 절연막
191: 화소 전극 200: 상부 표시판
210: 상부 기판 21: 상부 배향막
270: 공통 전극

Claims (20)

  1. 기판에 광배향제를 도포하는 단계;
    상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계;
    상기 베이크된 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광배향막을 형성하는 단계;
    상기 광배향막을 베이크하는 단계; 및
    상기 베이크된 광배향막을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 및 에틸락테이트(EL) 중 적어도 하나를 포함하는 세정액으로 세정하여 광분해물을 제거하는 단계;
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 광분해물은 적어도 하나의 말레이미드 또는 말레이미드 유도체를 포함하고, 상기 말레이미드 또는 말레이미드 유도체에 적어도 하나의 디아민이 결합되어 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 광분해물은 하기 화학식 (a) 내지 (g)로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure pat00036
    (a),
    Figure pat00037
    (b),
    Figure pat00038
    (c),
    Figure pat00039
    (d),
    Figure pat00040
    (e),
    Figure pat00041
    (f),
    Figure pat00042
    (g).
  4. 제3항에서,
    상기 광분해물은 하기 화학식 (a) 내지 (c)로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure pat00043
    (a),
    Figure pat00044
    (b),
    Figure pat00045
    (c).
  5. 제1항에서,
    상기 광배향제는 사이클로부탄디안하이드라이드(CBDA)와 디아민의 공중합체 및 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계는 프리베이크 단계 및 하드베이크 단계를 포함하고,
    상기 프리베이크 단계에 의해 상기 CBDA와 디아민의 공중합체와 상기 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체의 상 분리가 일어나는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 광배향막은 상기 기판 쪽에 가깝게 위치하는 제1 층 및 상기 제1 층 위에 위치하는 제2 층을 포함하고,
    상기 제1 층은 CBDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함하고,
    상기 제2 층은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 광배향막은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함하는 단일층으로 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 편광된 광은 자외선인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 PGME는 하기 화학식 5로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure pat00046
    화학식 5
  11. 제1항에서,
    상기 PGMEA는 하기 화학식 6으로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure pat00047
    화학식 6.
  12. 제1항에서,
    상기 EL은 하기 화학식 7로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure pat00048
    화학식 7.
  13. 기판에 광배향제를 도포하는 단계;
    상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계;
    상기 베이크된 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광배향막을 형성하는 단계; 및
    상기 광배향막을 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA), 또는 이들 모두를 포함하는 세정액으로 세정하여 광분해물을 제거하는 단계;
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에서,
    상기 광분해물을 제거하는 단계 전에, 상기 광배향막을 베이크하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 광분해물은 적어도 하나의 말레이미드 또는 말레이미드 유도체를 포함하고, 상기 말레이미드 또는 말레이미드 유도체에 적어도 하나의 디아민이 결합되어 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 광분해물은 하기 화학식 (a) 내지 (c)로 표현되는 화합물을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure pat00049
    (a),
    Figure pat00050
    (b),
    Figure pat00051
    (c).
  17. 제13항에서,
    상기 광배향제는 사이클로부탄디안하이드라이드(CBDA)와 디아민의 공중합체 및 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 도포된 광배향제를 베이크하는 단계는 프리베이크 단계 및 하드베이크 단계를 포함하고,
    상기 프리베이크 단계에 의해 상기 CBDA와 디아민의 공중합체와 상기 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체의 상 분리가 일어나는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 광배향막은 상기 기판 쪽에 가깝게 위치하는 제1 층 및 상기 제1 층 위에 위치하는 제2 층을 포함하고,
    상기 제1 층은 CBDA와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함하고,
    상기 제2 층은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제13항에서,
    상기 광배향막은 CBDA 유도체와 디아민의 공중합체를 포함하는 폴리이미드를 포함하는 단일층으로 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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