KR20180070262A - 기판, 이를 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20180070262A
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Abstract

본 발명은, 기판, 이를 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 기판과, 기판 상부에 배치되고, 광배향물질 및 도전입자의 배향물질로 이루어지는 배향막을 포함하는 액정표시장치용 기판을 제공한다. 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 제1 및 제2기판 내면에 각각 배치되는 제1 및 제2배향막과, 제1 및 제2배향막 사이에 배치되는 액정층을 포함하고, 제1 및 제2배향막 중 적어도 하나는 광배향물질 및 도전입자의 배향물질로 이루어지는 액정표시장치를 제공한다. 기판 상부에, 광배향물질 및 도전입자를 포함하는 배향물질을 도포하여 배향물질층을 형성하는 단계와, 배향물질층을 제1열처리 하는 단계와, 배향물질층에 자외선을 조사하는 단계와, 배향물질층을 유기 세정하는 단계와, 배향물질층을 제2열처리 하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조방법을 제공한다. 광배향물질에 도전입자를 혼합한 배향물질에 대한 자외선 조사에 의하여 단일층의 배향막을 형성함으로써, 대조비, 잔상 및 신뢰성 등의 특성이 개선되고, 제조비용이 절감된다.

Description

기판, 이를 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 {Substrate, Liquid Crystal Display Device Including The Same And Method Of Fabricating The Same}
본 발명은 기판에 관한 것으로, 특히 단일층의 배향막을 포함하는 기판, 이를 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있는데, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.
이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막트랜지스터 액정표시장치(thin film transistor liquid crystal display: TFT-LCD)가 개발되었는데, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 영상을 표시한다.
액정표시장치는, 서로 마주보며 이격되는 하부기판 및 상부기판과, 하부기판 및 상부기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하는데, 하부기판 내면에는 박막트랜지스터, 화소전극 및 하부배향막이 형성되고, 상부기판 내면에는 컬러필터층, 평탄화층, 상부배향막이 형성된다.
이러한 액정표시장치에서, 하부배향막 또는 상부배향막은, 배향물질층에 대한 러빙공정에 의하여 형성되거나, 배향물질층에 대한 자외선 조사 공정에 의하여 형성된다.
러빙공정에 의한 배향막에 인접한 액정층의 액정분자는 상대적으로 큰 선경사각(pre-tilt angle)을 갖는 반면, 자외선 조사 공정에 의한 배향막에 인접한 액정층의 액정분자는 상대적으로 작은 선경사각을 가지며, 그 결과 자외선 조사 공정에 의한 배향막을 포함하는 액정표시장치는 대각선방향에서 균일한 시야각 특성을 갖는다.
자외선 조사 공정에 의하여 형성되는 배향막은 광반응부를 포함하는데, 광반응부는 이성화(isomerization)형, 중합(cross-linking)형, 분해(decomposition)형으로 구분할 수 있다.
아조벤젠(azobenzene)과 같은 이성화형 광반응부는 약 365nm의 편광 자외선에 의한 이성화 반응을 통하여 일축 배향성을 갖게 되고, 신나메이트(cinnamate)와 같은 중합형 광반응부는 약 313nm의 편광 자외선에 의한 중합 반응을 통하여 일축 배향성을 갖게 되고, 싸이클로부탄 디안하이드라이드(cyclobutane dianhydride: CBDA)와 같은 분해형 광반응부는 약 254nm의 편광 자외선에 의한 분해 반응을 통하여 일축 배향성을 갖게 된다.
여기서, 이성화형 광반응부와 중합형 광반응부에 의한 배향막은 상대적으로 낮은 앵커링(anchoring) 에너지를 가지므로, 대조비를 저하시키고 잔상과 같은 불량을 발생시키고 신뢰성을 떨어뜨리는 단점이 있다.
반면에, 분해형 광반응부에 의한 배향막은 상대적으로 높은 앵커링 에너지를 가지므로, 적합한 수준의 대조비, 잔상 및 신뢰성을 확보하는 장점이 있다.
분해형 광반응부에 의한 배향막은 약 1015Ωcm 수준의 비저항을 갖는데, 이러한 분해형 광반응부에 의한 배향막의 비저항은 액정표시장치에서 배향막의 상하부에 배치되는 액정층 및 보호층의 비저항에 비하여 상당히 높은 값이므로, 구동 중에 발생하는 직류(DC)성분의 전하가 배출되지 않고 배향막에 축적되어 잔상을 유발하고 고온 환경에서 요고레(yogore)와 같은 불량을 야기하여 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
이러한 단점을 개선하기 위하여, 상대적으로 낮은 비저항을 갖는 하부배향층과 상대적으로 높은 비저항을 갖는 상부배향층을 포함하는 이중층 구조의 배향막이 제안되었는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 자외선 조사 공정 전후의 종래의 이중층 구조의 배향막을 도시한 도면이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 종래의 이중층 구조의 배향막을 제조하기 위하여, 광반응부를 포함하지 않는 제1배향물질과 분해형 광반응부를 포함하는 제2배향물질의 혼합배향물질을 도포하여 배향막(40)을 형성한 후 건조공정을 수행하는데, 건조공정에서 제1 및 제2배향물질이 극성 및 분자량 차이에 의하여 상분리(phase separation)되어 하부의 제1배향층(42)과 상부의 제2배향층(44)이 형성된다.
여기서, 제1배향물질은 파이로멜리틱 디안하이드라이드(pyromellitic dianhydride: PMDA)를 포함할 수 있고, 제2배향물질은 싸이클로부탄 디안하이드라이드(CBDA)를 포함할 수 있다.
그리고, 제1두께(t1)를 갖는 제1배향층(42)은 약 1011Ω㎝ ~ 약 1012Ω㎝ 수준의 비저항을 갖고, 제2두께(t2)를 갖는 제2배향층(42)은 약 1015Ωcm 수준의 비저항을 갖는데, 제1 및 제2배향물질의 혼합비율은 약 7:3, 약 6:4, 약 5:5 또는 약 4:6일 수 있으며, 배향막(40)은 전체적으로 약 1013Ω㎝ ~ 약 1014Ω㎝ 수준의 비저항을 가질 수 있다.
이후 소성공정 및 자외선 조사 공정을 통하여 제2배향층(44)의 광반응부를 선택적으로 분해하는데, 이때 광반응부의 분해부산물이 발생한다.
이러한 분해부산물은 제거하지 않을 경우 휘점, 잔상 및 신뢰성 저하와 같은 불량을 야기하므로, 유기세정 및 열처리 공정을 통하여 분해부산물을 제거한다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 유기세정 및 열처리 공정 후 제2배향층(44)의 광반응부의 분해부산물이 제거되므로, 제1배향층(42)은 제1두께(t1)를 그대로 유지하지만, 제2배향층(44)은 제2두께(t2)보다 작은 제3두께(t3)를 갖게 되는데, 제2두께(t2)의 약 10% ~ 약 20%가 제거될 수 있다.
예를 들어, 혼합물질 내의 제1 및 제2배향물질의 혼합비율이 약 5:5이고 총 두께가 약 1000이 되도록 혼합물질을 도포한 경우, 자외선 조사 공정 전의 제1 및 제2두께(t1, t2)는 각각 약 500 및 약 500일 수 있는데, 자외선 조사 공정에 의하여 제2배향층(44)의 약 10%가 분해되어 유기세정 및 열처리 공정 후의 제3두께(t3)는 약 450이 될 수 있다.
그리고, 혼합물질 내의 제1 및 제2배향물질의 혼합비율이 약 7:3이고 총 두께가 약 500이 되도록 혼합물질을 도포한 경우, 자외선 조사 공정 전의 제1 및 제2두께(t1, t2)는 각각 약 350 및 약 150일 수 있는데, 자외선 조사 공정에 의하여 제2배향층(44)의 약 20%가 분해되어 유기세정 및 열처리 공정 후의 제3두께(t3)는 약 120이 될 수 있다.
일반적으로 배향막의 두께를 감소시킬 경우, 재료의 소요량을 감소시켜 제조비용을 절감할 수 있으나, 특정 임계값 이하의 두께로 감소시킬 경우 액정표시장치의 잔상 특성 및 신뢰성 특성이 저하될 수 있다. 특히, 이러한 특성 저하는 자외선 조사 공정에 의하여 형성되는 배향막에서 더 심각하게 발생할 수 있다.
즉, 러빙공정을 통한 배향막의 경우 배향막 표면의 요철형태에 의하여 액정층을 배향하므로 배향막의 두께는 배향막의 배향력과 무관하지만, 자외선 조사 공정을 통한 배향막의 경우 배향물질의 고분자사슬과 액정분자의 벤젠고리 사이의 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의하여 액정층을 배향하는데, 반데르발스 힘(van der Waals force)은 두께에 비례하므로 배향막의 배향력은 배향막의 두께에 비례한다.
따라서, 자외선 조사 공정을 통한 배향막의 경우 배향막의 두께를 감소시킬 경우 배향막의 배향력이 감소하여 대조비, 잔상 및 신뢰성 측면에서 충분한 특성을 확보하지 못하는 문제가 있다.
예를 들어, 도 1b에서 제2배향층(44)이 약 450의 제3두께(t3)를 가질 경우에는 배향막(40)이 상대적으로 강한 배향력을 갖게 되므로 액정표시장치가 대조비, 잔상 신뢰성 측면에서 충분한 특성을 확보할 수 있으나, 제2배향층(44)이 약 120의 제3두께(t3)를 가질 경우 배향막(40)이 상대적으로 약한 배향력을 갖게 되므로 액정표시장치의 대조비가 저하되고 액정표시장치의 잔상 수준이 증가하고 액정표시장치의 고온에서의 신뢰성이 악화되어 요고레(yogore) 등의 불량이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 광배향물질에 도전입자를 혼합한 배향물질에 대한 자외선 조사에 의하여 단일층의 배향막을 형성함으로써, 대조비, 잔상 및 신뢰성 등의 특성이 개선되는 기판, 이를 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 분해형 광반응부를 포함하는 광배향물질에 도전입자를 혼합한 배향물질에 대한 자외선 조사에 의하여 단일층의 배향막을 형성함으로써, 배향막의 두께가 감소되어 제조비용이 절감되고 설계 자유도가 증가되는 기판, 이를 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 기판과, 상기 기판 상부에 배치되고, 광배향물질 및 도전입자의 배향물질로 이루어지는 배향막을 포함하는 액정표시장치용 기판을 제공한다.
그리고, 상기 도전입자는, 은(Ag) 또는 백금(Pt)을 포함하는 금속계 입자이거나, 카본나노튜브(carbon nano tube: CNT), 그래핀(graphene), 카본블랙(carbon black)을 포함하는 탄소계 입자일 수 있다.
그리고, 상기 카본나노튜브는, 멀티월 나노튜브 구조를 갖고, 100nm 이하의 길이를 가질 수 있다.
또한, 상기 도전입자는, 상기 배향물질에 대하여 0wt% 초과 1.0wt% 이하의 함량을 가질 수 있다.
그리고, 상기 광배향물질은, 분해형 광반응부 및 배향부를 포함하고 아래의 화학식1로 표현되는 물질이고, 상기 분해형 광반응부는 X를 포함하는 디안하이드라이드(dianhydride)이고, 상기 분해형 광반응부의 X는 아래의 화학식2로 표현되는 카본넘버가 4 이상인 싸이클로부탄(cyclobutane) 및 그 유도체이고, 상기 배향부인 Y는 아래의 화학식3으로 표현되는 카본넘버가 6 이상인 아로마틱(aromatic) 그룹일 수 있다.
[화학식1]
Figure pat00001
[화학식2]
Figure pat00002
[화학식3]
Figure pat00003
(R1, R2, R3, R4는 각각 수소(hydrogen atom), 불소(fluorine atom), 염소(chlorine atom), 브롬(bromine atom), 페닐그룹(phenyl group), 카본넘버가 1~6인 알킬그룹(alkyl group), 카본넘버가 1~6인 알콕시그룹(alkoxy group), 비닐그룹(vinyl group)(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸그룹(acetyl group)(-(CH2)m-C≡CH, m=0~2) 중 적어도 하나를 포함하고,
R6, R7, R8, R9, R10은 각각 수소(hydrogen atom), 불소(fluorine atom), 염소(chlorine atom), 브롬(bromine atom), 카본넘버가 1~6인 알킬그룹(alkyl group), 카본넘버가 1~6인 알콕시그룹(alkoxy group), 비닐그룹(vinyl group)(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸그룹(acetyl group)(-(CH2)m-C≡CH, m=0~2) 중 적어도 하나를 포함함)
한편, 본 발명은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 상기 제1기판 내면에 배치되는 제1배향막과, 상기 제2기판 내면에 배치되는 제2배향막과, 상기 제1 및 제2배향막 사이에 배치되는 액정층을 포함하고, 상기 제1 및 제2배향막 중 적어도 하나는 광배향물질 및 도전입자의 배향물질로 이루어지는 액정표시장치를 제공한다.
다른 한편, 본 발명은, 기판 상부에, 광배향물질 및 도전입자를 포함하는 배향물질을 도포하여 배향물질층을 형성하는 단계와, 상기 배향물질을 이미드화 하기 위하여 상기 배향물질층을 제1열처리 하는 단계와, 상기 배향물질에 배향성을 부여하기 위하여 상기 배향물질층에 자외선을 조사하는 단계와, 상기 배향물질의 분해부산물을 제거하기 위하여 상기 배향물질층을 유기 세정하는 단계와, 상기 배향물질의 배향성을 강화하여 배향막을 완성하기 위하여 상기 배향물질층을 제2열처리 하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조방법을 제공한다.
그리고, 상기 도전입자는, 은(Ag) 또는 백금(Pt)을 포함하는 금속계 입자이거나, 카본나노튜브(carbon nano tube: CNT), 그래핀(graphene), 카본블랙(carbon black)을 포함하는 탄소계 입자일 수 있다.
그리고, 상기 카본나노튜브는, 멀티월 나노튜브 구조를 갖고, 100nm 이하의 길이를 가질 수 있다.
또한, 상기 도전입자는, 상기 배향물질에 대하여 0wt% 초과 1.0wt% 이하의 함량을 가질 수 있다.
그리고, 상기 액정표시장치용 기판의 제조방법은, 상기 배향물질을 도포하기 이전에 상기 도전입자를 상기 광배향물질에 균일하게 분산시키기 위하여 상기 도전입자를 표면처리 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전입자를 표면처리 하는 단계는, 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol: IPA) 또는 아민산(amic acid)을 포함하는 표면처리용 용액을 이용한 침지(immersion)방식으로 수행할 수 있다.
그리고, 상기 액정표시장치용 기판의 제조방법은, 상기 배향물질층을 제1열처리 하는 단계 이전에, 상기 배향물질층의 용매를 제거하기 위하여 상기 배향물질층을 건조 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배향물질층을 건조 하는 단계는, 50도 내지 120도의 온도에서 80초 내지 120초 동안 수행되고, 상기 배향물질층을 제1열처리 하는 단계는, 200도 내지 250도의 온도에서 1000초 내지 2000초 동안 수행되고, 상기 배향물질층을 제2열처리 하는 단계는, 200도 내지 약 250도의 온도에서 약 1000초 내지 약 2000초 동안 수행될 수 있다.
본 발명은, 광배향물질에 도전입자를 혼합한 배향물질에 대한 자외선 조사에 의하여 단일층의 배향막을 형성함으로써, 대조비, 잔상 및 신뢰성 등의 특성이 개선되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 분해형 광반응부를 포함하는 광배향물질에 도전입자를 혼합한 배향물질에 대한 자외선 조사에 의하여 단일층의 배향막을 형성함으로써, 배향막의 두께가 감소되어 제조비용이 절감되고 설계 자유도가 증가되는 효과를 갖는다.
도 1a 및 도 1b는 각각 자외선 조사 공정 전후의 종래의 이중층 구조의 배향막을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배향막의 형성방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 제1열처리 전후의 배향막의 구성을 도시한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기판, 이를 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 설명하는데, 인-플레인 스위칭 모드(IPS mode) 액정표시장치를 예로 들어 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(110)는, 서로 마주보며 이격되고 적, 녹, 청 부화소영역(SPr, SPg, SPb)을 포함하는 제1 및 제2기판(120, 160)과, 제1 및 제2기판(120, 160) 사이에 형성되는 액정층(180)과, 제1기판(120) 하부의 백라이트 유닛(미도시)을 포함한다.
구체적으로, 제1기판(120) 내면에는 서로 교차하여 적, 녹, 청 부화소영역(SPr, SPg, SPb)을 정의하는 게이트배선(미도시) 및 데이터배선(미도시)이 형성되고, 적, 녹, 청 부화소영역(SPr, SPg, SPb)에는 각각 게이트배선 및 데이터배선에 연결되고, 게이트전극(122), 반도체층(126), 소스전극(128), 드레인전극(130)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 형성된다.
게이트전극(122)과 반도체층(126) 사이에는 게이트절연층(124)이 형성되고, 박막트랜지스터(T) 상부의 제1기판(120) 전면에는 보호층(132)이 형성된다.
여기서, 박막트랜지스터(T)의 게이트전극(122) 및 소스전극(128)은 각각 게이트배선 및 데이터배선에 연결될 수 있다.
보호층(132) 상부의 적, 녹, 청 부화소영역(SPr, SPg, SPb)에는, 각각 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(130)에 연결되는 화소전극(134)과, 화소전극(134)으로부터 이격되는 공통전극(136)이 형성된다.
화소전극(134) 및 공통전극(136) 상부의 제1기판(120) 전면에는 제1배향막(138)이 형성된다.
화소전극(134) 및 공통전극(136)은, 바(bar) 형상을 갖고, 금속물질 또는 투명도전성 물질로 이루어지고, 적, 녹, 청 부화소영역(SPr, SPg, SPb) 각각에서 교대로 배치될 수 있다.
도 2에서는 화소전극(134) 및 공통전극(136)이 동일한 층으로 형성되는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 화소전극(134) 및 공통전극(136)이 절연층을 개재하여 상이한 층으로 형성될 수도 있다.
그리고, 제2기판(160) 내면의 적, 녹, 청 부화소영역(SPr, SPg, SPb) 경계부에는 각각 블랙매트릭스(162)가 형성되고, 블랙매트릭스(162) 하부의 제2기판(160) 전면에는 컬러필터층(164)이 형성된다.
컬러필터층(164)은 적, 녹, 청 부화소영역(SPr, SPg, SPb)에 각각 대응되는 적, 녹, 청 컬러필터(166, 168, 170)를 포함한다.
컬러필터층(164) 하부의 제2기판(160) 전면에는 평탄화층(172)이 형성되고, 평탄화층(172) 하부의 제2기판(160) 전면에는 제2배향막(174)이 형성된다.
이와 같은 액정표시장치(110)에서는, 게이트배선의 게이트전압에 따라 박막트랜지스터가 턴-온(turn-on) 되면, 데이터배선의 데이터전압이 박막트랜지스터를 통하여 화소전극(134)에 인가된다.
데이터전압이 인가된 화소전극(134)과 공통전압이 인가된 공통전극(136) 사이에 수평 전기장이 생성되고, 액정층(180)의 액정분자가 생성된 수평 전기장에 따라 재배열되어 영상을 표시한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(110)에서, 제1 및 제2배향막(138, 174) 중 적어도 하나는 분해형 광반응부를 포함하는 광배향물질과 도전입자를 포함하는 배향물질에 대한 편광 자외선의 조사를 통하여 형성되는데, 이러한 제1 및 제2배향막(138, 174)의 형성방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배향막의 형성방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 제1열처리 전후의 배향막의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 도전입자(148)를 광배향물질(146)에 균일하게 분산시키기 위하여 도전입자(148)의 표면처리를 수행한다(st10).
도전입자(148)는 직경이 수 내지 수백 나노미터(nanometer)인 금속계 입자 또는 탄소계 입자일 수 있는데, 예를 들어 금속계 입자는 은(Ag), 백금(Pt)을 포함할 수 있고, 탄소계 입자는 카본나노튜브(carbon nano tube: CNT), 그래핀(graphene), 카본블랙(carbon black)을 포함할 수 있다.
특히 카본나노튜브는 형상에 따라 비저항 수준의 조절이 용이하고, 폴리이미드 계열의 배향물질에 혼합할 경우 카본나노튜브의 표면처리 방법에 따라 분산정도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
이러한 카본나노튜브는, 직경에 따라 도체 또는 반도체 성질을 갖는 물질이므로, 부도체 성질을 갖는 광배향물질(146)에 혼합할 경우, 카본나노튜브의 함량의 증가와 카본나노튜브의 길이의 증가에 따라 혼합물질 및 배향막 전체의 비저항이 급격히 낮아진다.
이에 따라, 싱글월 나노튜브(single wall nano tube: SWNT) 구조보다 상대적으로 낮은 전기전도도를 갖는 멀티월 나노튜브(multi wall nano tube: MWNT) 구조의 카본나노튜브를 도전입자(148)로 사용하는 것이 유리할 수 있다.
그리고, 배향막 전체의 비저항이 급격히 낮아지는 것을 방지하기 위하여, 카본나노튜브의는 약 100nm 이하의 길이를 가질 수 있다.
이러한 도전입자(148)는 0wt% 초과 1.0wt% 이하의 함량으로 첨가되어 배향막(138, 174)의 배향력에는 영향을 주지 않고 배향막(138, 174)의 비저항을 감소시킬 수 있는데, 비록 미량일지라도 배향막(138, 174) 내에서 도전입자(148)의 뭉침(aggregation)에 의하여 임계점(percolation threshold)을 초과하여 전기적 경로(networking path)가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 도전입자(148)를 광배향물질(146)에 혼합하기 전에 표면처리를 수행한다.
도전입자(148)의 표면처리는 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol: IPA) 또는 아민산(amic acid) 등의 표면처리용 용액을 이용한 침지(immersion)방식으로 수행할 수 있다.
예를 들어, 도전입자(148)를 표면처리용 용액에 침지(dipping)한 후 건조하여 용매(solvent)를 제거하면 도전입자(148)의 표면이 비활성화 되어 뭉침이 방지되고 분산성이 증가한다.
이후, 표면처리 된 도전입자(148)를 광배향물질(146)에 혼합하여 배향물질(140)을 형성한다(st12).
도전입자(148)는 표면처리에 의하여 표면이 비활성화 되므로, 뭉침이 방지되고 분산성이 증가하여 광배향물질(146)에 균일하게 혼합될 수 있으며, 도전입자(148)의 함량은 전체 배향물질(146)에 대하여 0wt% 초과 약 1.0wt% 이하의 함량을 가질 수 있다.
도전입자(148)의 함량이 0wt%인 경우(즉, 광배향물질(146)에 도전입자(148)를 혼합하지 않은 경우)에는 배향막이 약 1015Ω㎝ 수준보다 큰 이하의 비저항을 갖게 되어 대조비, 잔상 및 고온 신뢰성 특성이 열화되고, 도전입자(148)의 함량이 약 1.0wt%보다 클 경우에는 배향막 내에 전기적 경로가 생성되어 배향막이 약 1010Ω㎝ 수준 이하의 비저항을 갖게 되어 화소전극(134), 공통전극(136) 등의 전극 사이가 단락되어 액정표시장치(110)가 정상적으로 동작하지 않을 수 있다.
여기서, 분해형 광반응부(142)와 배향부(144)를 포함하는 광배향물질(146)은 아래의 화학식1로 표현될 수 있으며, 분해형 광반응부(142)의 X는 아래의 화학식2로 표현되는 카본넘버가 4 이상인 싸이클로부탄(cyclobutane) 및 그 유도체일 수 있으며, 분해형 광반응부(142)는 X를 포함하는 디안하이드라이드(dianhydride)일 수 있으며, 배향부(144)인 Y는 아래의 화학식3으로 표현되는 카본넘버가 6 이상인 아로마틱(aromatic) 그룹일 수 있다.
[화학식1]
Figure pat00004
[화학식2]
Figure pat00005
[화학식3]
Figure pat00006
여기서, R1, R2, R3, R4는 각각 수소(hydrogen atom), 불소(fluorine atom), 염소(chlorine atom), 브롬(bromine atom), 페닐그룹(phenyl group), 카본넘버가 1~6인 알킬그룹(alkyl group), 카본넘버가 1~6인 알콕시그룹(alkoxy group), 비닐그룹(vinyl group)(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸그룹(acetyl group)(-(CH2)m-C≡CH, m=0~2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, R6, R7, R8, R9, R10은 각각 수소(hydrogen atom), 불소(fluorine atom), 염소(chlorine atom), 브롬(bromine atom), 카본넘버가 1~6인 알킬그룹(alkyl group), 카본넘버가 1~6인 알콕시그룹(alkoxy group), 비닐그룹(vinyl group)(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸그룹(acetyl group)(-(CH2)m-C≡CH, m=0~2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
광배향물질(146)은 폴리아민산(polyamic acid) 타입 또는 솔루블 폴리이미드(soluble polyimide) 타입일 수 있으며, 배향막 완성 후 이미드화(imidization)율은 80% 이상일 수 있으며, 도전입자를 제외한 배향막 자체의 비저항은 1015Ω㎝ 이상의 수준일 수 있다.
이후, 화소전극(134) 및 공통전극(136)이 형성된 제1기판(120) 또는 평탄화층(172)이 형성된 제2기판(160) 상부에 광배향물질(146) 및 도전입자(148)이 혼합된 배향물질(140)을 도포하여 배향물질층(미도시)을 형성한다(st14).
이후, 도포된 배향물질층에 대하여 제1열처리(소성공정)를 수행하는데(st16), 제1열처리에 의하여 배향물질층의 광배향물질(146)의 광반응부(142)로부터 수분(H2O)이 제거되어 이미드화 된 광반응부(152)를 포함하는 이미드화 된 광배향물질(156)이 되고, 도전입자(148)는 이미드화 된 광분해물질(156)의 광반응부(152)에 결합되어 이미드화 된 배향물질(150)을 구성한다.
예를 들어, 제1열처리는 약 200도 내지 약 250도의 온도에서 약 1000초 내지 약 2000초 동안 수행될 수 있다.
그리고, 제1열처리 전에 용매를 제거하기 위한 건조공정을 수행할 수도 있는데, 건조공정은 약 50도 내지 약 120도의 온도에서 약 80초 내지 약 120초 동안 수행될 수 있다.
이후, 제1열처리가 수행된 배향물질층에 대하여 편광 자외선을 조사하는데(st18), 편광 자외선 조사에 의하여 이미드화 된 광반응부(152) 중 자외선의 편광방향에 평행한 일부는 분해되고 자외선의 편광방향에 수직한 나머지는 분해되지 않고 잔존하게 된다.
여기서, 자외선은 약 254nm의 파장을 가질 수 있다.
이후, 편광 자외선이 조사된 배향물질층에 대하여 유기세정을 수행하는데(st20), 유기세정에 의하여 광반응부(152)의 분해부산물이 제거될 수 있다.
이후, 유기세정이 수행된 배향물질층에 대하여 제2열처리를 수행하여 제1 또는 제2배향막(138, 174)을 완성하는데(st22), 제2열처리에 의하여 배향물질층에 남아있는 분해부산물이 기화되어 제거되거나 자외선의 편광방향에 수직하게 재배열 될 수 있다.
그리고, 자외선의 편광방향에 수직하게 배열되지 않은 일부가 제2열처리에 의하여 자외선의 편광방향에 보다 더 수직하게 재배열 될 수 있다.
예를 들어, 제2열처리는 약 200도 내지 약 250도의 온도에서 약 1000초 내지 약 2000초 동안 수행될 수 있다.
완성된 제1 또는 제2배향막(138, 174)은 도전입자(148)에 의하여 약 1013Ω㎝ ~ 약 1015Ω㎝ 수준의 비저항을 가질 수 있다.
그리고, 완성된 제1 또는 제2배향막(138, 174)은 막 전체가 배향력에 기여하므로, 배향물질층을 약 500으로 형성하여 완성된 제1 또는 제2배향막(138, 174)이 약 400 ~ 약 450의 두께가 되도록 한 경우에도 충분한 배향력을 가질 수 있으며, 그 결과 유기세정 및 열처리 공정의 비용을 절감하여 제조비용을 감소시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판, 이를 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법에서는, 분해형 광반응부를 포함하는 광배향물질에 도전입자를 혼합한 배향물질을 이용함으로써, 배향력 저하 없이 상대적으로 얇은 두께 및 상대적으로 낮은 비저항을 갖는 단일층의 배향막을 형성할 수 있으며, 그 결과 대조비, 잔상 및 신뢰성 등의 특성이 개선되고, 제조비용이 절감되고 설계 자유도가 증가된다.
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.
110: 액정표시장치 120: 제1기판
160: 제2기판 138: 제1배향막
174: 제2배향막 180: 액정층

Claims (14)

  1. 기판과;
    상기 기판 상부에 배치되고, 광배향물질 및 도전입자의 배향물질로 이루어지는 배향막
    을 포함하는 액정표시장치용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전입자는, 은(Ag) 또는 백금(Pt)을 포함하는 금속계 입자이거나, 카본나노튜브(carbon nano tube: CNT), 그래핀(graphene), 카본블랙(carbon black)을 포함하는 탄소계 입자인 액정표시장치용 기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 카본나노튜브는, 멀티월 나노튜브 구조를 갖고, 100nm 이하의 길이를 갖는 액정표시장치용 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전입자는, 상기 배향물질에 대하여 0wt% 초과 1.0wt% 이하의 함량을 갖는 액정표시장치용 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광배향물질은, 분해형 광반응부 및 배향부를 포함하고 아래의 화학식1로 표현되는 물질이고,
    상기 분해형 광반응부는 X를 포함하는 디안하이드라이드(dianhydride)이고,
    상기 분해형 광반응부의 X는 아래의 화학식2로 표현되는 카본넘버가 4 이상인 싸이클로부탄(cyclobutane) 및 그 유도체이고,
    상기 배향부인 Y는 아래의 화학식3으로 표현되는 카본넘버가 6 이상인 아로마틱(aromatic) 그룹인 액정표시장치용 기판.
    [화학식1]
    Figure pat00007

    [화학식2]
    Figure pat00008

    [화학식3]
    Figure pat00009

    (R1, R2, R3, R4는 각각 수소(hydrogen atom), 불소(fluorine atom), 염소(chlorine atom), 브롬(bromine atom), 페닐그룹(phenyl group), 카본넘버가 1~6인 알킬그룹(alkyl group), 카본넘버가 1~6인 알콕시그룹(alkoxy group), 비닐그룹(vinyl group)(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸그룹(acetyl group)(-(CH2)m-C≡CH, m=0~2) 중 적어도 하나를 포함하고,
    R6, R7, R8, R9, R10은 각각 수소(hydrogen atom), 불소(fluorine atom), 염소(chlorine atom), 브롬(bromine atom), 카본넘버가 1~6인 알킬그룹(alkyl group), 카본넘버가 1~6인 알콕시그룹(alkoxy group), 비닐그룹(vinyl group)(-(CH2)mCH=CH2, m=0~2), 아세틸그룹(acetyl group)(-(CH2)m-C≡CH, m=0~2) 중 적어도 하나를 포함함)
  6. 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과;
    상기 제1기판 내면에 배치되는 제1배향막과;
    상기 제2기판 내면에 배치되는 제2배향막과;
    상기 제1 및 제2배향막 사이에 배치되는 액정층
    을 포함하고,
    상기 제1 및 제2배향막 중 적어도 하나는 광배향물질 및 도전입자의 배향물질로 이루어지는 액정표시장치.
  7. 기판 상부에, 광배향물질 및 도전입자를 포함하는 배향물질을 도포하여 배향물질층을 형성하는 단계와;
    상기 배향물질을 이미드화 하기 위하여 상기 배향물질층을 제1열처리 하는 단계와;
    상기 배향물질에 배향성을 부여하기 위하여 상기 배향물질층에 자외선을 조사하는 단계와;
    상기 배향물질의 분해부산물을 제거하기 위하여 상기 배향물질층을 유기 세정하는 단계와;
    상기 배향물질의 배향성을 강화하여 배향막을 완성하기 위하여 상기 배향물질층을 제2열처리 하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전입자는, 은(Ag) 또는 백금(Pt)을 포함하는 금속계 입자이거나, 카본나노튜브(carbon nano tube: CNT), 그래핀(graphene), 카본블랙(carbon black)을 포함하는 탄소계 입자인 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 카본나노튜브는, 멀티월 나노튜브 구조를 갖고, 100nm 이하의 길이를 갖는 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전입자는, 상기 배향물질에 대하여 0wt% 초과 1.0wt% 이하의 함량을 갖는 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 배향물질을 도포하기 이전에 상기 도전입자를 상기 광배향물질에 균일하게 분산시키기 위하여 상기 도전입자를 표면처리 하는 단계를 더 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 도전입자를 표면처리 하는 단계는, 아세톤(acetone), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol: IPA) 또는 아민산(amic acid)을 포함하는 표면처리용 용액을 이용한 침지(immersion)방식으로 수행하는 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 배향물질층을 제1열처리 하는 단계 이전에, 상기 배향물질층의 용매를 제거하기 위하여 상기 배향물질층을 건조 하는 단계를 더 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 배향물질층을 건조 하는 단계는, 50도 내지 120도의 온도에서 80초 내지 120초 동안 수행되고,
    상기 배향물질층을 제1열처리 하는 단계는, 200도 내지 250도의 온도에서 1000초 내지 2000초 동안 수행되고,
    상기 배향물질층을 제2열처리 하는 단계는, 200도 내지 약 250도의 온도에서 약 1000초 내지 약 2000초 동안 수행되는 액정표시장치용 기판의 제조방법.
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