KR100827964B1 - 멀티 도메인 수직배향 모드 액정표시장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

멀티 도메인 수직배향 모드 액정표시장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 서로 대향되며, 내부면에 제 1, 2 전극이 각각 형성된 제 1, 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재되어 있으며, 상기 제 1, 2 전극간에 형성되는 전계에 대해서 수직으로 배열되는 액정층과, 상기 액정층과 제 1, 2 전극 사이에 각각 위치하는 상부 및 하부 수직 배향막을 포함하는 수직배향 모드 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1, 2 전극이 대응되는 영역에 위치하며, 서로 일정간격 이격된 필름 전사법에 의해 이루어진 다수 개의 돌기부를 포함하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치를 제공하므로써, 돌기부 제조 공정에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있어 생산 수율이 향상되는 장점을 가진다.

Description

멀티 도메인 수직배향 모드 액정표시장치 및 그의 제조방법{Multi Domain Vertical Alignment Mode Liquid Crystal Display Device and Method of Fabricating the same}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부영역에 대한 입체도.
도 2는 일반적인 MVA 모드 액정표시장치의 하나의 액정 구동부에 대한 평면도.
도 3a, 3b는 상기 도 2의 절단선 III-III에 따라 자른 단면을 전계특성에 따라 각각 나타낸 도면.
도 4a 내지 4c는 기존의 MVA 모드 액정표시장치용 돌기부의 제조 공정을 단계별로 각각 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 MVA 모드 액정표시장치의 한 액정 구동부에 대한 평면도.
도 6a, 6b는 본 발명에 따른 필름 전사법을 이용한 돌기부 제조 공정을 단계별로 나타낸 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 돌기부 Va : 상부 영역
Vb : 하부 영역 V : 액정 구동부
①, ②, ③, ④ : 제 1, 2, 3, 4 도메인
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 표시장치 소자로 가장 각광받고 있다.
액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적, 유전적 이방성을 이용하는 것으로, 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정이 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부영역에 대한 입체도이다.
도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격되어 상부 및 하부 기판(10, 30)이 대향하고 있고, 이 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있 다.
상기 하부 기판(30) 상부에는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 서로 교차되어 있고, 이 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 교차되는 지점에 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소 영역(P)에는 박막트랜지스터(T)와 연결된 화소 전극(46)이 형성되어 있다.
그리고, 상부 기판(10) 하부에는 컬러필터층(12), 공통 전극(16)이 차례대로 형성되어 있다.
도면으로 상세히 도시하지 않았지만, 컬러필터층(12)은 특정한 파장대의 빛만을 투과시키는 컬러필터와, 컬러필터의 경계부에 위치하여 액정의 배열이 제어되지 않는 영역상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스로 구성된다.
그리고, 상부 및 하부 기판(10, 30)의 각 외부면에는 편광축과 평행한 빛만을 투과시키는 상부 및 하부 편광판(52, 54)이 위치하고, 하부 편광판(54) 하부에는 별도의 광원인 백라이트(back light)가 배치되어 있다.
본 발명에서는 액정의 유전적 이방성을 이용하는 액정표시장치에 관한 것으로, 이하 이러한 액정표시장치에서의 액정 배향특성을 중심으로 설명한다.
일반적으로, 유전적 이방성을 이용한 액정모드는 전압 제어 복굴절(ECB:electricallycontrollable birefringence), 비틀린 네마틱(TN:twist nematic), 게스트-호스트(GH:guest-host) 등이 있는데, 이 중 ECB 모드에서는 전계에 대해 수직한 방향으로 배열되는 유전적 이방성이 음(△ε＜0)인 네가형 액정이 이용된다.
상기 ECB 모드 중에서도 수직 배향(VA : Vertical Alignment) 모드는 계조전압에 대한 반응시간의 변화의 폭이 작아, 응답특성이 TN 액정표시장치에 비하여 좋은 장점을 가지고 있다.
일반적인 VA 모드 액정표시장치는, 내부면에 수직 배향막이 도포된 두 기판 사이에 개재된 네가형 액정으로 구성되고, 별도로 기판 하부면에 위상차판이 구비될 수 있다. 상기 수직 배향막으로는 시란(silane), 크롬(chrome)착제 등을 기판 상에 피착하고, 액정 분자를 수직배향시키는 방법이 일반적으로 이용되고 있다. 이들의 경우에는 기판 상에 알킬(alkyle)기가 수직으로 늘어서고, 이 알킬기와 액정 분자의 말단기의 상호작용으로 액정 분자를 수직으로 배향시키게 된다.
최근에는, 시야각 특성이 향상된 VA 모드 액정표시장치를 제공하기 위한 멀티 도메인 방식 VA 모드(이하, MVA로 약칭함)에 대한 연구/개발이 활발히 이루어지고 있다. 초기 MVA 모드 액정표시장치에서는, 노광, 현상, 식각 공정을 포함하는 일련의 공정인 사진 식각 공정에 의해 수직 배향막을 여러방향으로 러빙하는 방법이 제안되었으나, 사진 식각 공정 중 수직 배향막에 결함이 발생되는 등 제품 수율이 떨어지는 단점이 있다.
이에 따라, 최근에는 상부 및 하부 화소 영역 상에 전계 왜곡 현상을 일으켜 액정의 배향 방향을 서로 다르게 유도하는 유전체 물질로 이루어진 돌기부를 포함하는 MVA 모드 액정표시장치가 제안되었다.
좀 더 상세히 설명하면, 돌기부를 가지는 MVA 모드 액정표시장치에서는 전압 오프 상태에서는 액정 분자가 수직 배향막의 영향으로 기판에 수직하게 배향되고, 문턱값 이상의 전압이 걸리면 돌기 부근에서 생성되는 전경선에 의해 수직배향된 액정이 돌기부를 기준으로 서로 다른 방향으로 배향 분할되어 멀티 도메인 구조를 구성하게 된다.
도 2는 일반적인 MVA 모드 액정표시장치의 하나의 액정 구동부에 대한 평면도로써, 액정을 포함하는 합착된 기판에서의 돌기부 패턴구조를 나타낸 평면도로서, 이하 한 화소 전극과 대향된 공통 전극간 액정 구동영역을 액정 구동부로 정의하여 설명한다.
도시한 바와 같이, 액정 구동부(II)는 상부 및 하부 영역(IIa, IIb)으로 구성되고, 이 상부 및 하부 영역(IIa, IIb)의 경계부에서 서로 대칭되는 방향으로 빗살무늬 구조를 이루는 다수 개의 돌기부(60)가 형성되어 있다.
이때, 영역별로 서로 이웃하는 돌기부(60)는 서로 다른 기판에 형성된 돌기부(60)에 해당되고, 각 영역(IIa, IIb)을 대각선 방향으로 양분하는 위치의 돌기부(60)는 양쪽 영역을 두 개의 도메인으로 분할함에 따라, 액정 구동부(II)는 4개의 도메인(①, ②, ③, ④)으로 구성되어 있다.
이어서, 상기 돌기부에서의 전계 왜곡 현상에 의한 도메인 분할 특성에 대해서 설명한다.
도 3a, 3b는 상기 도 2의 절단선 III-III에 따라 절단된 단면을 도시한 도면으로서, 도 3a는 돌기부의 유전율이 액정의 유전율보다 작은 경우 액정의 배향 특성을 나타낸 것이고, 도 3b는 돌기부의 유전율이 액정의 유전율보다 큰 경우 액정 의 배향 특성에 대해서 나타낸 것이다.
도 3a에서는, 액정층(90)이 개재된 상부 및 하부 기판(70, 80)이 서로 대향되어 있는 구조에서, 상부 및 하부 기판(70, 80)의 각각의 내부면에는 서로 비대응 되는 영역에 돌기부(60)가 형성되어 있다. 즉, 상부 기판(70)에는 중앙부에 돌기부(60)가 위치하고, 하부 기판(80)에는 좌, 우측에 각각 돌기부(60)가 위치하고 있다.
이때, 한 예로 돌기부(60)를 이루는 재질이 액정 분자(92)보다 유전율이 작은 물질에서 선택될 경우, 화살표로 나타낸 전계(94)가 상부 기판(70)의 돌기부(60) 바깥쪽 방향으로 형성되며, 이 전계(94)에 수직이 되는 방향으로 액정 분자(92)가 배열되어, 액정 배열이 서로 다른 제 1, 2 도메인(도 2의 ①, ②)으로 나뉘게 된다.
도 3b에서는, 또 다른 예로 돌기부(60)를 이루는 재질이 액정 분자(92)보다 유전율이 높은 물질에서 선택할 수록, 화살표로 나타낸 전계(96)가 상부 기판(70)의 돌기부(60)를 향하는 쪽으로 형성되며, 이 전계(96)에 수직이 되는 방향으로 액정 분자(92)가 배열된다.
또한, 이러한 전계 왜곡 정도는 돌기부(60)와 액정 분자(92) 간의 유전율 차가 심할수록 강하게 이루어지게 되어, 돌기부(60)를 이루는 재질을 액정 분자(92)와 유전율차가 큰 물질에서 선택할 수록 안정적인 멀티도메인 구조를 구성할 수 있다.
이하, 도 4a 내지 4c는 기존의 MVA 모드 액정표시장치용 돌기부의 제조 공정 을 단계별로 각각 나타낸 도면이다.
도 4a는 기판(72) 상에 유전체 물질층(74)을 코팅하는 단계이다.
이 단계에서 기판(72)에는 돌기부 패턴부(IV)가 정의된다.
상기 유전체 물질층(74)은 빛에 의해 감광되는 부분이 패턴화되는 네가티브(negative)타입 감광성 유전체 물질에서 선택된다.
도 4b는 유전체 물질층(74)이 코팅된 기판(72) 상에, 돌기부 패턴부(IV)와 대응되는 위치에서 오픈 영역(76)을 가지는 마스크(78)을 배치한 후, 노광처리를 하는 단계이다.
도 4c에서는, 상기 도 4b 단계를 거친 유전체 물질층(도 4b의 74)을 현상, 식각하는 단계를 거쳐, 돌기부 패턴부(IV)와 대응되는 영역 상에 돌기부(60)를 형성하는 단계이다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 돌기부 형성 후에는, 돌기부가 형성된 기판 전면에 수직 배향막을 형성하는 단계가 진행된다.
이와 같이, 기존에는 MVA 모드 액정표시장치용 돌기부를 물리적, 화학적 공정이 여러번 반복되는 사진식각 공정에 의해 형성함에 따라, 돌기부 재료 소모량이 크고 공정비용이 많이 들고, 공정시간이 길어지며 식각공정 후 폐액처리 비용이 추가되는 단점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 MVA 액정표시장치용 돌기 부를 형성하는 공정에 소요되는 비용 및 시간을 감소시켜 생산수율이 향상된 MVA 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 필름 전사법을 이용하여 돌기부를 형성하도록 한다.
필름 전사법이란, 레이저를 사용하여 순간적으로 가열된 필름층을 기판으로 전이시켜 제작하는 방법으로, 기존의 사진식각 공정에 비해 공정을 간단히할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 필름 전사법은 컬러필터 제조 공정에서는 이용되고 있지만, MVA 모드 액정표시장치용 돌기부 제조 공정에 이용된 것은 어느 문헌에서도 찾아볼 수 없다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 특징에서는 서로 대향되며, 내부면에 제 1, 2 전극이 각각 형성된 제 1, 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재되어 있으며, 상기 제 1, 2 전극간에 형성되는 전계에 대해서 수직으로 배열되는 액정층과, 상기 액정층과 제 1, 2 전극 사이에 각각 위치하는 상부 및 하부 수직 배향막을 포함하는 수직배향 모드 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1, 2 전극이 대응되는 영역에 위치하며, 서로 일정간격 이격된 필름 전사법에 의해 이루어진 다수 개의 돌기부를 포함하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치를 제공한다.
상기 돌기부를 이루는 재질은 감광성 아크릴, BCB 중 어느 하나이고, 상기 돌기부는 빗살무늬 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에서는, 기판을 구비하는 단계와; 레이저 장치를 포함하는 필름 전사장비를 구비하는 단계와; 상기 기판 상에 돌기부 패턴을 가지는 유전체 물질 필름을 부착하는 단계와; 상기 유전체 물질 필름이 부착된 기판 상에 레이저를 조사하여, 상기 돌기부 패턴을 기판 상에 전사하는 단계를 포함하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치용 돌기부의 제조방법을 제공한다.
상기 유전체 물질 필름은 감광성 아크릴, BCB 중 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 액정표시장치용 기판 및 그의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 MVA 모드 액정표시장치의 한 액정 구동부에 대한 평면도로서, 액정이 개재된 합착 기판에서의 돌기부 패턴 구조를 중심으로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 상부 및 하부 영역(Va, Vb)로 구성되는 액정 구동부(V)에 있어서, 두 영역(Va, Vb)간 경계부를 중심으로 서로 대칭되는 방향으로 서로 일정간격 이격되어 빗살무늬 구조를 이루는 다수 개의 돌기부(110)가 형성되어 있다.
이때, 영역별로 서로 이웃하는 돌기부(110)는 서로 다른 기판 상에 위치한다. 상부 및 하부 영역(Va, Vb)내에 각각 대각선 방향으로 중심부에 위치하는 돌기부(110)는 이 돌기부(110)에 의해 양분된 양쪽 영역은 액정의 배향 방향이 서로 다른 도메인으로 분할되어 4 도메인(①, ②, ③, ④)으로 구성된다.
본 발명에서는, 상기 돌기부(110)를 필름 전사법에 의해 형성하는 것을 특징 으로 하며, 돌기부(110)를 이루는 재질은 유전체 물질에서 선택되며, 특히 멀티도메인 구조를 안정화하기 위해 액정 분자와 유전율차가 큰 물질에서 선택되는 것이 바람직하다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 본 발명에서는 전계방향에 수직하게 배열되는 네가형 액정모드를 더욱 포함한다. 그리고, 본 발명에서는 상기 돌기부(110)의 패턴 구조를 상기 실시예로 한정하지 않고, 다양하게 변경할 수 있으며 그에 따른 멀티도메인 갯수도 한정하지 않는다.
이하, 도 6a, 6b는 본 발명에 따른 필름 전사법을 이용한 돌기부 제조 공정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 6a에서는, 기판(120)과, 자외선 램프와 같은 레이저 장치를 포함하는 필름 전사장비를 구비한 후, 상기 기판(120) 상에 유전체 물질 필름(122)을 부착하는 단계이다. 이때, 유전체 물질 필름(122)에는 돌기부 패턴부(VI)가 정의되어 있다.
상기 유전체 물질 필름(122)을 구성하는 물질은 액정 분자와 유전율 차가 큰 물질에서 선택되는 것이 바람직하며, 예를 들어 감광성 아크릴(photo acryl), BCB(benzocyclobutene)에서 선택되는 것이 더욱 바람직하다.
도 6b에서는, 상기 유전체 물질 필름(122)이 부착된 기판(120) 상에 레이저를 조사하여, 레이저 에너지에 의해 유전체 물질 필름(122)의 돌기부 패턴부(IV)가 기판(120) 상에 전사된 후, 나머지 유전체 물질 필름(122)부를 기판에서 화살표 방향으로 떼어내는 것으로 돌기부(110)를 형성하는 단계이다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 유전체 물질 필름(122)은 유전체 물질 층, LTHC층(Light to Hit Conversion Layer), 베이스 기판으로 구성될 수 있으며, 이중 LTHC층은 레이저 에너지에 의해 열을 발산하는 물질로 이루어진다. 이때, 기판(120)과 유전체 물질 필름(122) 사이에는 별도의 접착층(adhesion layer)이 더욱 포함될 수 있으며, 이 접착층은 유전체 물질 필름(122)에 포함되거나 또는 상기 유전체 물질 필름(122)과 기판(120) 부착 전에, 기판(120) 상에 형성할 수 있다. 그리고, 상기 도 6b에 의해 유전체 물질 필름(122)의 기판(120) 상에 전사되는 것은 전술한 LTHC층에 의한 발열 작용에 의해 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 돌기부(110) 형성단계 다음에는, 돌기부(110)가 형성된 기판 상에 수직 배향막을 도포하는 단계가 이어진다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시하여도 무방하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 필름 전사법에 의해 돌기부를 형성하면, 돌기부 제조에 소요되는 공정 시간 및 비용을 최소화할 수 있어 생산 수율이 향상된 MVA 모드 액정표시장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 서로 대향되며, 내부면에 제 1, 2 전극이 각각 형성된 제 1, 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재되어 있으며, 상기 제 1, 2 전극간에 형성되는 전계에 대해서 수직으로 배열되는 액정층과, 상기 액정층과 제 1, 2 전극 사이에 각각 위치하는 상부 및 하부 수직 배향막을 포함하는 수직배향 모드 액정표시장치에 있어서,
    상기 제 1, 2 전극이 대응되는 영역에 위치하며, 상기 제 1 및 상기 제 2 기판의 내부면 상에서 접착층를 개재하여, 서로 일정간격 이격된 필름 전사법에 의해 이루어진 다수 개의 돌기부
    를 포함하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기부를 이루는 재질은 감광성 아크릴, BCB 중 어느 하나인 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기부는 빗살무늬 구조로 이루어진 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치.
  4. 기판을 구비하는 단계와;
    레이저 장치를 포함하는 필름 전사장비를 구비하는 단계와;
    상기 기판 상에 돌기부 패턴을 가지는 유전체 물질 필름을 부착하는 단계와;
    상기 유전체 물질 필름이 부착된 기판 상에 레이저를 조사하여, 상기 돌기부 패턴을 기판 상에 전사하는 단계
    를 포함하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치용 돌기부의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유전체 물질 필름은 감광성 아크릴, BCB 중 어느 한 물질로 이루어진 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치용 돌기부의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 유전체 물질 필름의 사이에 접착층을 개재하는 멀티도메인 수직배향 모드 액정표시장치용 돌기부의 제조방법.
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KR19980070584A (ko) * 1997-01-22 1998-10-26 가따오까마사따까 칼라필터의 제조방법 및 액정표시장치
KR19990006951A (ko) * 1997-06-12 1999-01-25 세끼자와다다시 액정 표시 장치

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