KR101017157B1 - 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device: LCD)에서 간단하게 배향막을 형성할 수 있는 멀티 도메인(multi-domain) 구조의 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 멀티 도메인 구조의 배향막은 기판 상에 제 1 배향 물질을 형성하고, 상기 기판 위에 포토 레지스트 패턴을 형성시키고, 상기 기판 상에 제 2 배향 물질을 형성한 후, 상기 포토 레지스트 패턴을 제거하여 상기 포토 레지스트 패턴 상에 형성된 제 2 배향 물질을 리프트 오프(lift-off)하여 배향막을 형성하고, 상기 배향막에 일 방향으로 러빙하여 형성한다.
이와 같이, 본 발명은 액정 표시 장치에 있어서, 서로 다른 배향 특성을 가지는 다종의 배향 물질을 이용하여 한번의 러빙 공정으로 단일 화소에 2 도메인 이상을 정의할 수 있으므로 공정 시간을 단축하고 수율을 향상시키며 한 화소에 멀티 도메인을 형성할 수 있어 시야각을 개선시켜 화질을 향상시키는 효과가 있다.
멀티 도메인, 배향막, 시야각, 리프트 오프

Description

액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법{Liquid Crystal Display device and the fabrication method}
도 1a 내지 도 1e는 종래 멀티 도메인 구조의 배향막 형성 과정을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일 화소를 단면하여 보여주는 개략적인 도면.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성하기 위한 방법을 보여주는 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 액정 셀의 러빙 방향과 배향 방향을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 실시예들로서, 2종의 배향 물질을 이용하여 형성한 멀티 도메인의 배향막을 개략적으로 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
200, 300 : 기판 223 : 게이트 전극
225 : 게이트 배선 229 : 게이트 절연막
236 : 액티브층 237 : 오믹콘택층
241 : 소스 전극 243 : 드레인 전극
251 : 보호막 261 : 화소 전극
263 : 배향막 310a : 제 1 배향막
310b : 제 2 배향막 330 : 감광성 수지막 패턴
본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)에서 간단하게 배향막을 형성할 수 있는 멀티 도메인(multi-domain) 구조의 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화상 정보를 화면에 나타내는 디스플레이 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 CRT:Cathode Ray Tube)가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데, 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 있었다.
그리고, 오늘날에는 전자산업의 발달과 함께 TV 브라운관 등에 제한적으로 사용되었던 디스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력 및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 그 중 하나로 최근에 액정 표시 장치가 주목을 받고 있다.
상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)는 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
상기 액정 표시 장치는 고휘도, 고콘트라스트, 저소비전력성 등이 우수한 특성을 가지며, 데스크탑 컴퓨터 모니터, 노트북 컴퓨터 모니터, TV 수상기, 차량 탑재용 TV 수상기, 네비게이션 등 광범위한 분야에서 활용되고 있다.
현재 주로 사용되고 있는 액정 표시 장치로는 트위스트 네마틱(TN : twisted nematic) 모드의 액정 표시 장치를 들 수 있다.
상기 TN 모드의 액정 표시 장치에서는 통상적으로, 기판에 배향 처리를 하여 액정 분자들이 하부에서의 디렉터(director : 방향자)와 상부에서의 디렉터가 직각(90˚)을 이룬다.
여기서, 상기 TN 모드의 액정 표시 장치는 전기장을 인가하지 않은 상태에서는 두 기판 사이에 채워져 있는 액정 분자들이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축 방향이 연속적으로 비틀린 구조를 가진다.
최근에는 멀티미디어 시대에 대응하여 이러한 액정 표시 장치도 보다 높은 성능이 요구되고 있으며, 이러한 배경하에 몇가지 광시야각 기술이 이미 보고되고 있으나 이들은 개구율의 저하에 의한 소비전력의 증가, 표시 품위의 저하, 생산 프로세스에의 영향 등의 반작용이 수반되었다.
특히, 광시야각을 확보하기 위한 기술로 액정 분자의 배향에 주목하여 한 화 소셀 내에 다른 구조의 영역을 가지는 멀티 도메인(multi-domain) 기술이 제시되고 있다.
여기서, 배향 방향이 같은 액정 분자들의 그룹이 존재하는 영역을 도메인(domain)이라고 하면, 멀티 도메인의 액정 표시 장치에서는 하나의 화소 셀 안에 다수의 액정 분자 그룹들이 서로 다른 방향으로 배향되어 있다고 할 수 있다.
이와 같이, 하나의 화소 셀에 다수의 도메인이 존재하는 경우, 각 도메인의 액정의 배향이 서로 다르므로 시야각을 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 액정분자들이 일정한 방향으로 균일하게 배향될 수 있도록 배향막을 처리해주는 러빙 공정은 액정디스플레이의 정상적인 구동과 화면의 균일한 디스플레이 특성을 결정하는 중요한 요소로써 이에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔다.
여기서, 종래 멀티 도메인 구조의 배향막 형성 과정에 대해서 도 1을 참고하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
멀티 도메인 구조의 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 분할하여 서로 다른 방향으로 배향시키는 공정으로 이루어진다.
상기 배향막에는 일반적으로 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 상기 배향막을 배향시키는 방법으로는 주로 러빙(rubbing) 방법이 이용되고 있다.
이와 같은 러빙 방법은 먼저 기판 위에 폴리이미드 계열의 유기 물질을 도포하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용제를 날리고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시켜 폴리이미드 배향막을 형성한 후, 벨벳(velvet) 등을 감은 러빙 포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 방법이다.
우선, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 기판(101) 위에 유기막을 도포한 후, 도면상 오른쪽으로 러빙하여 오른쪽 방향의 배향 방향을 가지는 제 1 배향막(103)을 형성한다.
그리고, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 제 1 배향막(103) 위에 양성(positive) 감광성 수지막(105)을 도포한다.
다음, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 마스크로 상기 감광성 수지막(105)을 차단하여 광을 조사한 후 현상액으로 상기 감광성 수지막(105)을 사진식각하여 소정의 패턴을 형성한다.
이어서, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 도면상 왼쪽으로 러빙하여 왼쪽 방향의 배향 방향을 갖도록 한다.
최종적으로, 도 1e에 나타낸 바와 같이, 감광성 수지막(105)을 제거하여 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성한다.
그러나, 이러한 러빙 방법에 의하여 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성하는 방법은 사진 식각(photolithography) 공정을 실시함으로써 공정이 복잡해질뿐만 아니라 사진 식각 공정시 사용한 현상액(developer), 식각액(etchant) 등에 의해 배향막이 손상을 입게 되어 불안정한 특성을 보이는 문제점이 있다.
또한, 먼저 러빙되어 마스크에 의해 가려진 배향막은 상기 마스크에 의해 손상을 입을 수 있어 배향 특성을 저하시켜 화질이 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명은 액정 표시 장치에서 러빙 방향에 대해서 수평, 수직으로 배열되는 배향막을 이용하여 한번의 러빙으로 멀티 도메인을 구현하여 시야각을 향상시키는 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은, 기판 상에 형성된 다수의 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선과; 상기 두 배선들의 교차지점에 구성된 박막트랜지스터와; 상기 화소영역에 구성되며, 투명 전극 패턴이 가로 방향과 세로 방향으로 소정간격 이격되고, 대각선 방향으로 근접한 투명 전극 패턴이 서로 연결된 화소전극과; 상기 화소 전극 상에서 서로 다른 배향 특성을 가지는 배향 물질이 서로 다른 도메인으로 정의되는 배향막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 배향 물질은 러빙 방향에 대해서 수평으로 배열된 것을 특징으로 한다.
상기 배향 물질은 러빙 방향에 대해서 수직으로 배열된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법은, 기판 상에 제 1 배향 물질을 형성하는 단계와; 상기 기판 위에 포토 레지스트 패턴을 형성시키는 단계와; 상기 기판 상에 제 2 배향 물질을 형성하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴을 제거하여 상기 포토 레지스트 패턴 상에 형성된 제 2 배향 물질을 리프트 오프(lift-off)하여 배향막을 형성하는 단계와; 상기 배향막에 일 방향으로 러빙하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 배향 물질과 제 2 배향 물질은 서로 다른 배향 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 배향 물질은 러빙 방향에 대해서 수평으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 배향 물질은 러빙 방향에 대해서 수직으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일 화소를 단면하여 보여주는 개략적인 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(200) 상에 게이트 전극(223)과 게이트 배선(225)을 형성한다.
이때, 상기 게이트 전극(223)과 게이트 배선(225)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 중 선택된 하나를 사용한 단일막 또는 두가지 금속을 적층한 이중막으로 형성한다.
이어서, 상기 게이트 배선(225) 및 게이트 전극(223)이 형성된 기판(200)의 전면에 게이트 절연막(229)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 전극(223) 상부의 게이트 절연막(229) 상에 액티브층(236)과 오믹콘택층(237)을 형성한다.
그리고, 상기 오믹 콘택층(237)과 접촉하는 소스 전극(241) 및 드레인 전극(243)과, 상기 소스 전극(241)과 연결되는 데이터 배선(도시되지 않음)을 형성한다.
상기 소스 전극(241)과 드레인 전극(243)은 이격하여 형성하며, 상기 이격된 사이로 노출된 오믹 콘택층(237)을 제거하여 액티브층(236)을 노출한다.
상기 소스 전극(241)과 드레인 전극(243)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착한 후 패턴하여 형성한다.
다음으로, 상기 소스 전극(241) 및 드레인 전극(243) 등이 형성된 기판(200)의 전면에 보호막(251)을 형성한다.
상기 보호막(251)은 질화 실리콘과 산화 실리콘을 포함하는 무기 절연 물질 중에서 선택된 하나를 증착하거나, 경우에 따라서는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(Acryl)계 수지(resin)를 포함한 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 사용한다.
연속하여, 상기 보호막(251)을 패턴하여 상기 드레인 전극(243)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀을 형성한다.
상기 보호막(251)이 형성된 기판(200)의 전면에 ITO(indium tin oxide)와 IZO(indium zinc oxide)를 포함하는 투명 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하여, 상기 드레인 전극(243)과 접촉하는 투명 화소 전극(261)을 형성한다.
다음으로, 상기 투명 화소 전극(261)이 형성된 기판(200)의 전면에 배향 물 질을 도포하여 배향막(263)을 형성한다.
이때, 상기 배향막(263)은 다수의 A 영역과 B 영역으로 정의된다.
상기 A 영역과 B 영역은 각각 단일 화소의 1/2 영역에 해당하며 2 도메인을 형성한다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 배향막(263)을 다양한 방법으로 분할하여 2 이상의 다수의 영역으로 정의할 수 있다.
이때, 상기 배향막(263)의 A 영역과 B 영역은 각각 다른 배향 특성을 가지는 배향 물질로 이루어진다.
예를 들어, 상기 A 영역의 배향막(263)은 러빙 방향에 대해서 수평한 방향으로 배열되는 배향 물질로 이루어지며, 상기 B 영역의 배향막(263)은 러빙 방향에 대해서 수직한 방향으로 배열되는 배향 물질로 이루어진다.
이로써, 상기 A 영역과 B 영역으로 이루어지는 배향막(263)은 한 방향으로의 러빙에 대해서 서로 다른 배향 특성을 가지도록 형성된다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성하기 위한 방법을 보여주는 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 액정 셀의 러빙 방향과 배향 방향을 보여주는 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(300) 전면에 제 1 배향막(310a)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 배향막(310a)을 도포하는 방법으로는 전사법, 바코팅법, 스핀법 등이 있다.
그리고, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 제 1 배향막(310a) 위에 양성(positive) 감광성 수지막을 도포하고, 상기 감광성 수지막 상부에서 포토 마스크로 상기 감광성 수지막의 일부를 차단하고 광을 조사하여 광경화시킨 후, 현상액으로 상기 감광성 수지막을 사진식각하여 소정의 감광성 수지막 패턴(330)을 형성한다.
그리고, 상기 감광성 수지막 패턴(330)을 마스크로 하여 상기 제 1 배향막(310a)의 A 영역을 남기고 노출된 부분인 B 영역을 제거한다.
여기서, 상기 A 영역과 B 영역은 단일 화소(P)의 1/2 영역에 해당된다.
그리고, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 배향막(310a)이 형성된 감광성 수지막 패턴(310a) 상에 제 2 배향막(310b)을 형성한다.
그러면, 상기 제 2 배향막(310b)은 A 영역에 형성되어 있는 감광성 수지막 패턴(330) 상에 형성되고, B 영역의 기판(300) 상에 형성된다.
따라서, 상기 감광성 수지막 패턴(330)을 제거하면 A 영역에 형성되어 있는 제 2 배향막(310b) 물질이 리프트 오프(lift off)되어 제거되어 서로 다른 특성을 가지는 물질인 제 1, 2 배향막(310a, 310b)이 기판(300) 상에 형성된다.
여기서, 상기 제 1 배향막(310a)은 러빙 방향에 대해서 수평으로 배열되는 물질로 이루어지며, 상기 제 2 배향막(310b)은 러빙 방향에 대해서 수직으로 배열되는 물질로 이루어진다.
최종적으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 한 화소(P)에 2 도메인으로 제 1, 2 배향막(310a, 310b)이 형성된 기판(300)에 큐어링(curing)한 후, 일 방향으로 러빙 처리하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 배향막(310a)은 러빙 방향에 대해 서 수평으로 배열되는 배향 방향을 가지고 제 2 배향막(310b)은 러빙 방향에 대해서 수직으로 배열되는 배향 방향을 가지게 된다.
전술한 바와 같이 순차적인 공정을 통해 한 화소(P)에 2 도메인을 정의할 수 있게 된다.
따라서, 이러한 멀티 도메인 액정 표시 장치에서 한 화소셀 내에 각기 다른 방향으로 배향되어 있는 다수의 액정 분자 그룹들이 존재하여 멀티 도메인을 형성하게 되며, 이와 같이 각 도메인의 액정의 배향이 서로 다르므로 시야각을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예들로서, 2종의 배향 물질을 이용하여 형성한 멀티 도메인의 배향막을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 러빙 방향에 대해서 수평으로 배열되는 제 1 배향 물질과 러빙 방향에 대해서 수직으로 배열되는 제 2 배향 물질을 이용하여 멀티 도메인을 형성한다.
상기 제 1 배향 물질로는 폴리이미드(polyimide) 등이 있고, 상기 제 2 배향 물질은 폴리스티렌(polysyrene) 등이 있다.
도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 하나의 화소(P)에 상, 하로 나뉘어져 서로 다른 배향 특성을 가지는 배향 물질이 형성되어 한번의 러빙으로 2 도메인이 정의된다.
또한, 도 5의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 하나의 화소(P)에 좌,우로 나뉘어져 서로 다른 배향 특성을 가지는 배향 물질이 형성되어 한번의 러빙으로 2도 메인이 정의된다.
도 5의 (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 이웃하는 화소(P)가 서로 다른 배향 특성을 가지는 배향 물질로 배향막을 형성하고 있으며, 서로 다른 배향 방향을 가지도록 하여 멀티 도메인을 형성할 수도 있다.
이상 전술한 바와 같이, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 액정 표시 장치에 있어서, 서로 다른 배향 특성을 가지는 다종의 배향 물질을 이용하여 한번의 러빙 공정으로 단일 화소에 2 도메인 이상을 정의할 수 있으므로 공정 시간을 단축하고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 한 화소에 멀티 도메인을 형성할 수 있어 시야각을 개선시켜 화질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 형성된 다수의 게이트 배선과;
    상기 게이트 배선과 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 상기 데이터 패선의 교차지점에 구성된 박막트랜지스터와;
    상기 화소영역에 구성되며, 투명 전극 패턴이 가로 방향과 세로 방향으로 소정간격 이격되고, 대각선 방향으로 근접한 투명 전극 패턴이 서로 연결된 화소전극과;
    상기 화소 전극 상에서 서로 다른 배향 특성을 가지는 배향 물질이 서로 다른 도메인으로 정의되는 배향막을 포함하고,
    상기 배향막은
    제 1 배향 물질을 포함하는 제 1 영역; 및
    상기 제 1 배향 물질과 다른 제 2 배향 물질을 포함하는 제 2 영역을 포함하고,
    상기 제 1 배향 물질은 러빙 방향과 같은 방향으로 배열되고,
    상기 제 2 배향 물질은 상기 러빙 방향과 수직한 방향으로 배열되고,
    상기 제 1 배향 물질은 폴리이미드를 포함하고,
    상기 제 2 배향 물질은 폴리스티렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 기판 상에 제 1 배향 물질을 형성하는 단계와;
    상기 기판 위에 포토 레지스트 패턴을 형성시키는 단계와;
    상기 기판 상에 제 2 배향 물질을 형성하는 단계와;
    상기 포토 레지스트 패턴을 제거하여 상기 포토 레지스트 패턴 상에 형성된 제 2 배향 물질을 리프트 오프(lift-off)하여 배향막을 형성하는 단계와;
    상기 배향막에 일 방향으로 러빙하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 배향 물질과 제 2 배향 물질은 서로 다른 배향 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 배향 물질은 러빙 방향에 대해서 수평으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 배향 물질은 러빙 방향에 대해서 수직으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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