KR101157479B1 - 오씨비 모드 액정표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 하부에 형성된 공통전극과; 상기 공통전극 하부에 형성된 제 1 배향막과; 상기 제 1 기판과 마주대하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 상부에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 상부에 형성된 제 2 배향막과; 상기 제 1, 2 배향막 사이에 형성되며 자기 조립 수소 결합 섬유 물질이 섞인 액정층과; 상기 액정층 내에서 자기 조립 수소 결합 섬유 물질이 수소결합하여 ")"형태로 고정된 수소결합 구조체를 포함하며, 상기 ")"의 수소결합 구조체에 의해 상기 액정분자들이 전이전압이 인가되지 않더라도 밴드상태의 배열을 유지하는 것을 특징으로 함으로써, 계조표현을 위해 전체적으로 각 단계별 휘도 표현을 하기위한 최고 및 최저 전압을 하향 조정함으로써 고전압 인가에 의한 전력소비를 저감시키는 효과 및 또한, 밴드(bend)상태에서 스플레이(splay) 상태로의 역전이 현상이 없으므로 전압인가에 따른 투과도 그래프 최고 투과도를 갖는 전압을 화이트 전압으로 이용할 수 있으므로 휘도를 향상시키는 효과를 갖는 OCB모드 액정표시장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
OCB모드, 화이트 전압, 휘도, 밴드상태, 자기조립수소결합섬유

Description

오씨비 모드 액정표시장치 및 그 제조 방법{Optically compensated birefrin gence mode liquid crystal display device and method for fabricating of the same}
도 1은 일반적인 OCB모드 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 OCB 모드 액정표시장치에 있어 온(on)/오프(off)시의 액정분자들의 상태를 나타낸 액정셀의 단면도.
도 3은 종래의 OCB모드 액정셀에 전압 인가에 따른 광투과율을 나타내는 그래프.
도 4 는 본 발명에 따른 OCB모드 액정표시장치의 단면 일부를 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 OCB 모드 액정표시장치의 액정층 내에 밴드(bend) 상태의 액정분자 배열상태를 지속적으로 유지시키기 위해 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber) 을 이용하여 ")"형태의 수소결합 구조체를 형성하는 것을 도시한 제조 공정별 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 액정셀 110 : 컬러필터 기판(투명 절연기판)
112 : 블랙매트릭스 115 : 컬러필터층
115a, 115b, 115c : 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴
118 : 공통전극 130 : 어레이 기판(투명 절연기판)
133 : 게이트 전극 135 : 게이트 절연막
137 : 반도체층 140 : 데이터 배선
143 : 소스 전극 146 : 드레인 전극
148 : 보호층 151 : 드레인 콘택홀
153 : 화소전극 158 : 액정층
159 : 액정분자 163 : 자기 조립 수소 결합 섬유 물질
165 : (자기 조립 수소 결합 섬유 물질로 이루어진) 수소결합 구조체
Tr : 박막트랜지스터
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 초기 밴드(bend) 배향 안정화 향상을 위한 수소결합 화이버를 구비한 OCB모드 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다.
특히 최근 들어 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었고, 이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막트랜지스터형 액정표시장치(Thin film transistor liquid crystal display )가 개발되었다.
이러한 액정표시장치의 디스플레이 방법은 액정분자의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는데, 이는 상기 액정분자의 구조가 가늘고 길며, 그 배열에 있어서 방향성을 갖는 선 경사각(pre-tilt angle)을 갖고 있기 때문에, 인위적으로 액정에 전압을 인가하면 액정분자가 갖는 선 경사각을 변화시켜 상기 액정 분자의 배열 방향을 제어할 수 있으므로, 적절한 전압을 액정층에 인가함으로써 상기 액정분자의 배열 방향을 임의로 조절하여 액정의 분자배열을 변화시키고, 이러한 액정이 가지고 있는 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛을 임의로 변조함으로써 원하는 화상정보를 표현한다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동형 액정표시장치(Active Matrix LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
일반적인 액정표시장치를 이루는 기본적인 소자인 액정 패널은 상부의 컬러필터기판과 하부의 어레이 기판이 서로 대향하여 소정의 간격을 두고 이격되어 있고, 이러한 두 개의 기판 사이에 액정분자를 포함하는 액정이 충진되어 있는 구조 이다.
이때, 이러한 액정에 전압을 인가하는 전극은 컬러필터 기판에 위치하는 공통전극과 어레이 기판에 위치하는 화소전극이 되고, 이러한 두개의 전극에 전압이 인가되면, 인가되는 전압의 차이에 의하여 형성되는 상하의 수직적 전기장이 그 사이에 위치하는 액정 분자의 방향을 제어하는 방식을 사용한다.
최근에 액정표시장치에 있어 고화질 구동이 요구되면서 빠른 응답속도와 넓은 시야각 등의 특성이 필요하게 되었다. 오씨비(Optically Compensated Birefrin gence : 이하, OCB라 함.) 모드 액정표시장치는 구동 시 액정셀이 밴드(bend) 상태로 배치되어 빠르게 구동할 수 있고, 시야각이 넓은 장점이 있으므로 최근에 가장 주목받고 있는 모드의 액정표시장치가 되고 있다.
도 1은 일반적인 OCB모드 액정표시장치의 개략적인 단면을 도시한 것이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 OCB(Optically Compensated Bend) 모드 액정표시장치는 상부기판인 컬러필터 기판(10)에 다수의 개구부를 갖는 블랙매트릭스(12)와, 상기 블랙매트릭스(12)로 둘러싸인 각 개구부에 구비된 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(15a, 15b, 15c)과, 그 하부로 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극(18)과, 상기 공통전극(18) 하부로 제 1 배향막(25)이 순차적으로 적층된 구조를 가지며, 하부기판인 어레기 기판(30)에 있어서는, 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(40)과 연결된 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(46)과 연결된 화소전극(49)과, 상기 화소전극(49) 위로 제 2 배향막(55)을 포함하며, 상기 컬러필터 기판(10)과 어레이 기판(30) 사이의 갭을 유지시키는 스페이서(미도 시)와, 상기 컬러필터 기판(10) 및 어레이 기판(30)의 테두리를 따라 상기 두 기판(10, 30)의 접착을 위한 씰패턴(미도시)이 형성되며, 상기 씰패턴(미도시) 내측으로 상기 두 기판(10, 30) 사이의 공간에 주입된 액정층(58)을 포함하여 구성되고 있다.
이때, 상기 컬러필터 기판(10) 및 어레이 기판(30) 각각 형성된 제 1, 2 배향막(25, 55)은 고분자 물질인 폴리이미드를 전면에 도포한 후, 러빙공정을 수행하여 상기 액정층(58) 내의 액정분자들(59)이 일정 방향성 및 프리틸트 각을 가지도록 배향처리되며, 이때, 상기 배향처리방향은 동일한 방향으로 이루어진다.
상기 컬러필터 기판(10)과 어레이 기판(30) 사이에 주입된 액정층(58)은 상기 컬러필터 기판(10)과 어레이 기판(30)에 동일한 방향으로 배향처리된 제 1, 2 배향막(25, 55)에 의해서 OCB 모드 액정셀(1)을 형성하게 된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 OCB 모드 액정표시장치에 있어 액정셀의 동작원리에 대해 간단히 설명한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, OCB 모드 액정셀(1)은 전이전압(Vt) 이하에서 초기 배향 상태인 스플레이(splay) 상태를 유지하게 된다. 즉, 액정분자(59)들은 상부의 컬러필터 기판(10)과 하부의 어레이 기판(30)의 표면에서 각각 θ와 -θㅀ의 틸트각(tilt angle)을 가지며 배열되며 액정셀(1)의 중심 즉, 셀갭(컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 이격된 영역의 두께)의 중앙부로 가면서 틸트각이 감소하여 샐갭(d)의 중앙에서 액정분자(58)들의 틸트각이 0ㅀ가 된다.
이러한 스플레이(splay) 상태를 가지는 액정분자(59)들은 도 2b에 도시된 바 와 같이, 전이전압(Vt) 이상의 전압이 가해지면 소정의 전이시간을 거쳐 밴드(bend)상태로 전이하게 되며, 이때, 상기 액정분자들(59)은 전이전압(Vt) 이상의 전압이 지속적으로 가해지면 밴드(bend) 상태를 유지하게 된다.
한편, 밴드(bend)상태의 액정분자(59)들의 각 기판(10, 30) 표면에서의 틸트각은 스플레이(splay) 상태와 마찬가지로 초기 프리 틸트각(pretilt angle) 값인 ±θ가되며, 액정셀(1)의 중심으로 가면서 틸트각이 점점 증가하여 액정셀(1)의 중심에서 90°가 됨을 알 수 있다.
또한, 이러한 OCB모드 액정표시장치는 밴드(bend) 상태에서 전이전압 이하로 전압이 인가되거나, 전원을 오프(off)하게 되면, 상기 액정층은 스플레이(splay) 상태로 전이되며, 전이전압을 인가하지 않으면 계속 상기 스플레이(splay) 상태를 유지하게 된다.
또한, 밴드(bend) 상태에 있어서 최고 낮은 휘도를 갖는 블랙을 표시하는 블랙 전압을 인가하면, 도 2c에 도시한 바와 같이, 제 1, 2 배향막(25, 55)에 근접한 액정분자(59)들을 제외하고는 모든 액정분자(59)들이 거의 90°의 틸트각을 가지며 정렬되고 있음을 알 수 있다.
도 3은 종래의 OCB모드 액정셀에 전압 인가에 따른 광투과율을 나타내는 그래프이다.
도시한 바와 같이, OCB 모드 액정셀에 인가되는 전압이 전이전압(Vt) 이하에서는 광투과율이 불규칙적이며, 전이전압(Vt) 이상에서 인가되는 전압이 증가함에 따라 광투과율이 선형적으로 감소함을 알 수 있다.
이때, 표시장치로서 적정 수준이상의 표시 품질을 갖도록 하기 위해서는 반드시 계조를 표현해야 하고, 이러한 계조는 인가되는 전압의 크기에 따라 광투과율이 선형적으로 변하는 구간을 가지고, 이러한 광투과율이 선형적으로 변하는 전압 구간을 적정 간격으로 나누고, 원하는 단계의 휘도에 맞는 전압을 인가함으로써 구현해야 하는 바, 이러한 계조를 구현하기 위해서는 OCB모드 액정표시장치에 있어서는 액정분자들이 반드시 밴드(bend) 상태의 배열을 가져야만 함을 알 수 있다.
다시 말하면, 초기에 액정분자들을 빠른시간 안에 스플레이(splay) 상태에서 밴드(bend) 상태로 전이시켜야 한다. 이를 위해서 OCB모드에서는 전이전압(Vt) 이상의 전압을 인가하여 스플레이(splay) 상태에서 밴드(bend) 상태로 전이시키는 회로 장치를 추가하게 된다.
따라서, 종래의 OCB모드 액정표시장치는 전이전압(Vt) 이상의 전압을 가함으로써 밴드(bend)상태를 유지하게 되지만, 정확히 전이전압(Vt)을 인가한다 하여도 인가하는 전압은 어느 정도의 편차가 있는 바, 상기 편차에 의해 상기 전이전압(Vt) 이하로 전압이 인가되는 경우, 스플레이(splay) 상태로 돌아가게 되므로 이를 방지하기 위해 상기 전이전압(Vt)보다는 더 높은 전압을 인가하게 된다.
즉, 스플레이(splay) 상태에서 밴드(bend) 상태로 전이한 액정분자들은 전이된 이후에 전이전압(Vt) 근처에서 다시 스플레이(splay) 상태의 배향 방향으로 돌아가기도 한다.
따라서, 최대 휘도를 가지는 전압인 전이전압(Vt)을 화이트(white) 전압으로 하지 않고, 좀 더 안정된 밴드(bend) 상태를 가지는 전압(Va)을 최대 화이트 전압 으로 한다. 이와 같이, 화이트 전압을 전이전압(Vt) 대신에 상기 전이전압(Vt)보다 높은 전압(Va)을 사용함으로써 도 3에 도시된 바와 같이 광투과율은 Tt에서 Ta로 떨어지게 됨을 알 수 있으며 이에 따라 휘도가 감소하게 됨을 알 수 있으며, 그 결과로 인해 콘트라스트 비 또한 저하되는 문제가 발생한다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명은 전이전압 인간없이 밴드(bend) 상태를 유지할 수 있는 OCB모드 액정표시장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 의 전압인가에 따른 투과도 그래프 상에서 최고 투과도를 갖는 부분의 전압을 화이트 전압으로 이용할 수 있는 구조를 갖는 OCB모드 액정표시장치를 제공함으로써 휘도를 향상시키는 것을 제 2 목적으로 하며, 이에 따라 콘트라스트 비를 향상시키는 것을 제 3 목적으로 한다.
또한, 종래대비 상기 화이트 표시를 위해 인가하는 전압의 크기를 낮춤으로써 전력소비를 저감시키는 것을 제 4 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루기 위한 본 발명에 실시예에 따른 OCB모드 액정표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 하부에 형성된 공통전극과; 상기 공통전극 하부에 형성된 제 1 배향막과; 상기 제 1 기판과 마주대하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 상부에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 상부에 형성된 제 2 배향막과; 상기 제 1, 2 배향막 사이에 형성되며 자기 조립 수소 결합 섬유 물질이 섞인 액정층과; 상기 액정층 내에서 자기 조립 수소 결합 섬유 물질이 수소결합하여 ")"형태로 고정된 수소결합 구조체와; 상기 ")"형태의 수소결합 구조체를 따라 전이전압 인가없이 밴드 상태를 유지하는 액정분자를 포함한다.
이때, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 분자식으로 표현 시 큰 전기음성도를 갖는 것을 특징으로 하는 플르오르(F), 질소(N), 산소(O)를 포함하며, 이때, 상기 큰 전기음성도를 갖는 물질은 Lys18이라 명명되어
Figure 112005066481936-pat00001
라 표현되는 분자식으로 이루어진 물질인 것이 특징이며, 또한 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 제 1 온도 이상에서는 등방상을 이루며, 상기 제 1 온도 이하에서는 수소 결합하여 주위 환경에 따라 특정형태의 구조물을 형성하는 것이 특징이며, 이때, 상기 제 1 온도는 70℃인 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 기판에는 상기 공통전극 하부로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴이 주기적으로 반복되는 컬러필터층이 더욱 형성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판에는 절연물질을 개재하여 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선의 교차영역에 상기 화소전극과 연결되는 박막트랜지스터가 더욱 형성된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 OCB모드 액정표시장치의 제조방법은 서로 마주대하는 제 1 및 제 2 기판 사이에 상온의 분위기에서 자기 조립 수소 결합 섬유 물질이 섞인 액정을 주입하고, 상기 두 기판의 테두리를 따라 씰패턴을 형성한 후 합착함으로써 액정셀을 형성하는 단계와; 상기 액정셀을 제 1 온도로 가열하는 단계와; 상기 제 1 온도로 가열된 액정셀에 액정분자들이 스플레이 상태에서 밴드상태로 전이시키기 위한 전이전압을 인가하는 단계와; 상기 액정분자들이 밴드 상태로 배열된 액정셀을 제 1 온도에서 상온으로 점점 감온시킴으로써 ")"형태의 수소결합 구조체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 수소결합 구조체에 의해 지지됨으로써 밴드(bend) 상태를 유지하는 액정층을 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 큰 전기음성도를 갖는 것을 특징으로 하는 플르오르(F), 질소(N), 산소(O)를 포함하는 물질이며, 상기 전기음성도가 큰 물질은 Lys18이라 명명되어
Figure 112005066481936-pat00002
라 표현되는 분자식으로 이루어진 물질인 것이 특징이며, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 상기 제 2 온도 이상에서는 등방상을 이루며, 제 2 온도 이하에서는 수소 결합하여 주위 환경에 따라 특정형태의 수소결합 구조체를 형성하는 것이 특징이며, 이때, 상기 제 2 온도는 70℃인 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 온도는 70℃ 내지 90℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 기판에 다수의 개구를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 개구에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 전면에 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극 전면에 제 1 배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 2 기판에 절연층을 개재하여 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 화소전극 위로 전면에 제 2 배향막을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면과 더불어 상세히 설명한다.
도 4 는 본 발명에 따른 OCB모드 액정표시장치의 단면 일부를 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 하부의 어레이 기판(130)과 상부의 컬러필터 기판(110) 사이에 개재된 액정층(158) 내에 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163)들이 밴드(bend) 상태의 액정분자(159)들이 이루는 형태대로 수소 결합되어 고정된 것을 보이고 있으며, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163) 들이 결합되어 형성된 수소결합 구조체(165)는 최초의 무질서한 상태에서 전술한 상태로 고정된 후에는 상기 액정층(158)내에 전압이 인가되지 않은 상태에서도 액정의 밴드(bend) 상태와 같은 즉, ")"형태로서 수소결합 구조체(165) 형태를 계속 유지하 고 있으며, 이러한 자기 조립 수소 결합 섬유(self assembled hydro-bonded fiber) 수소결합 구조체(165)는 일단 밴드(bend)상태로 전이된 액정층(158)내의 액정분자(159)들이 전이전압을 인가하지 않은 상태에서도 완전히 스플레이(splay) 상태로 전이하는 것을 방지하며 인가 전압의 오프(off)시에도 항상 밴드(bend)상태를 유지하도록 함으로써 이후에 상기 OCB모드 액정표시장치를 사용함에 있어 별도로 액정층(158)의 밴드(bend)상태로 전이시키기 위한 전이전압을 인가하지 않아도 되는 바, 종래의 전이전압 이상의 전압인가를 위한 회로 장치를 제거함으로써 비용을 절감할 수 있으며, 더욱이 액정의 구동에 있어 최고 휘도를 갖는 전압을 화이트 전압으로 이용할 수 있으므로 휘도를 향상시키며, 이로 인해 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있다는 것이 특징적인 면이 된다.
조금 더 상세히 본 발명에 따른 OCB모드 액정표시장치의 구성에 대해 설명한다.
우선, 상부의 컬러필터 기판(110)에 있어서, 투명한 절연기판(110) 하부로 각 화소영역의 경계 즉 하부 어레이 기판(130)의 게이트 및 데이터 배선(미도시, 140)에 대응하여 상기 두 배선(미도시, 140)의 폭보다 넓은 폭을 가지며 블랙매트릭스(112)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(112)로 둘러싸인 각 화소영역에는 적, 녹, 청의 컬러필터 패턴(115a, 115b, 115c)이 순차 반복적으로 형성됨으로서 컬러필터층(115)을 형성하고 있다. 이때, 각 컬러필터 패턴(115a, 115b, 115c)을 상기 블랙매트릭스(112)와 테두리부가 중첩되며 형성되고 있으며, 이웃한 컬러필터 패턴(115a, 115b, 115c)과 접촉하거나 또는 소정간격 이격하여 형성되고 있 다.
다음, 상기 각 컬러필터 패턴(115a, 115b, 115c)으로 형성된 컬러필터층(115) 하부로 전면에 투명 도전성 물질로써 공통전극(118)이 형성되고 있으며, 상기 공통전극(118) 하부로 전면에 액정층(158)과 접촉하여 액정분자(159)들의 초기 배향을 위한 제 1 배향막(125)이 형성되어 있다.
도면에 나타나지 않았지만, 상기 컬러필터층(115)과 공통전극(118) 사이에는 하부의 컬러필터층(115) 보호 및 단차 보상을 위한 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(미도시)이 더욱 형성될 수 도 있다.
다음, 하부의 어레이 기판(130)에 있어서는, 투명한 기판(130)상에 게이트 배선(미도시)과 상기 게이트 배선(미도시)에서 분기하여 게이트 전극(133)이 형성되어 있으며, 그 상부로 전면에 게이트 절연막(135)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(135) 위로 상기 게이트 전극(133)에 대응하여 반도체층(137)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하며 화소영역을 정의하는 데이터 배선(140)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(140)에서 분기하여 상기 반도체층(137)과 접촉하는 소스 전극(143)과, 상기 소스 전극(143)과 이격하며 상기 반도체층(137)과 접촉하는 드레인 전극(146)이 형성되어 있으며, 이때, 상기 게이트 전극(133)과 게이트 절연막(135)과 반도체층(137)과 소스 및 드레인 전극(143, 146)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 스위칭 소자로서 동작하게 된다.
또한, 상기 박막트랜지스터(Tr) 위로 전면에 상기 드레인 전극(146) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(151)을 갖는 보호층(148)이 형성되어 있으며, 상기 보호 층(148) 위로 상기 드레인 콘택홀(151)을 통해 상기 드레인 전극(146)과 접촉하는 화소전극(153)이 각 화소영역별로 형성되어 있다.
또한, 상기 화소전극(153) 위로 전면에 액정층(158)의 초기 배향을 위한 제 2 배향막(155)이 형성되어 있다.
다음, 상기 상부의 제 1 배향막(125)과 하부의 제 2 배향막(155) 사이에는 액정층(158)이 개재되어 있으며, 상기 액정층(158) 내에는 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163) 이 포함됨으로써 소정의 방법에 의해 액정분자(159)가 OCB모드 액정표시장치 특성상 스플레이(splay) 상태에서 밴드(bend) 상태로 전이한 상태의 상기 액정분자(159)들의 배열 형태를 따라 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163) 이 배열되며, 그 상태대로 즉, ")"형태로서 고정된 수소결합 구조체(165)가 형성되어 있다.
따라서, 액정층(158) 내에 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163)로써 " ）"형태로 형성된 수소결합 구조체(165)에 의해 전이전압 인가없이 액정분자(159)들이 밴드(bend) 상태를 유지하는 특성을 갖는 바, 상태 전이를 위한 전이전압의 인가없이 구동할 수 있으며, 스플레이(splay) 상태로 전이되지 않는 바, 최고 휘도를 표현하는 전압을 화이트 전압으로 이용함으로써 휘도를 향상시킬 수 있는 구조적 특징이 있다.
이후에는 본 발명에 따른 OCB모드 액정표시장치의 제조 방법에 대해 설명한다. 이때, 어레이 기판 및 컬러필터 기판은 일반적인 제조 방법에 의해 제조되는 바, 도면없이 간단히 설명하며, 본 발명의 특징적인 부분인 전이전압 인가없이 밴드(bend) 상태를 유지하는 특성을 갖는 액정층의 형성에 대해 상세히 설명한다.
우선, 간단히 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하는 방법에 대해 설명한다.
어레이 기판은 투명한 절연기판 상에 금속물질을 증착하여 금속층을 형성한 후, 이를 포토레지스트의 도포, 노광, 현상 및 식각들 일련의 단계를 포함하는 마스크공정을 진행함으로써 패터닝하여 일방향으로 연장하는 게이트 배선과 상기 게이트 배선에서 분기한 게이트 전극을 형성한다.
이후 상기 게이트 배선 및 게이트 전극 위로 무기절연물질을 증착하여 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 순수 비정질 실리콘 및 불순물 비정질 실리콘을 이용하여 반도체층을 형성하고, 그 위로 상기 반도체층과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하며 동시에 상기 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 반도체층과 소스 및 드레인 전극은 박막트랜지스터를 이루게 된다.
다음, 상기 박막트랜지스터 위로 상기 데이터 전극 일부를 노출시키는 드렝인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하고, 상기 보호층 위로 투명 도전성 물질을 증착하고 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성한다.
이후, 상기 화소전극 위로 배향액을 도포하여 제 1 배향막을 형성하고, 상기 제 1 배향막을 러빙처리함으로써 어레이 기판을 완성한다.
다음, 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 간단히 설명한다.
투명한 절연기판 상에 크롬 또는 블랙레진을 증착 또는 도포하고 이를 패터닝함으로써 다수의 개구를 갖는 격자형태의 블랙매트릭스를 형성한다. 이때 상기 블랙매트릭스는 상기 어레이 기판의 게이트 및 데이터 배선에 대응하도록 형성된다.
다음, 상기 블랙매트릭스 위로 적, 녹, 청색의 레지스트를 순차적으로 도포하고 패터닝함으로써 상기 개구를 채우며 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴의 컬러필터층을 형성하고, 상기 컬러필터층 위로 투명 도전성 물질을 증착함으로써 공통전극을 형성함으로서 컬러필터 기판을 완성한다. 이때, 상기 컬러필터층과 공통전극 사이에 오버코트층을 더욱 형성할 수도 있다.
이후, 상기 공통전극 위로 배향액을 도포하여 제 2 배향막을 형성하고, 이를 러빙처리 함으로서 컬러필터 기판을 완성한다.
이후, 전술한 바와 같이 형성된 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 이용하여 액정셀을 형성하는 방법에 대해 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 OCB 모드 액정표시장치의 액정층 내에 밴드(bend) 상태의 액정분자 배열상태를 지속적으로 유지시키기 위해 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber) 을 이용하여 ")"형태의 수소결합 구조체를 형성하는 것을 도시한 제조 공정별 단면도이다. 이때, 어레이 기 판과 컬러필터 기판에 구성된 각 구성요소 중 공통전극 및 화소전극과 제 1, 2 배향막을 제외한 타 구성요소는 생략하여 단순화하였다.
우선, 도 5a에 도시한 바와 같이, 제 1 배향막(125)이 형성된 컬러필터 기판(110)과 제 2 배향막(155)이 형성된 어레이 기판(130)의 사이에, 네마틱 액정물질과 소량의 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163), 즉, 특정 조건하에서 수소결합이 가능한 물질로서 전기음성도가 큰 원자의 전자와 수소원장의 양전자 간에 결합력을 갖는 물질로 전기음성도가 큰 플르오르(F), 질소(N), 산소(O)를 포함하는 물질로서, 일례로서
Figure 112005066481936-pat00003
라 표현되는 구조식으로 이루어진 Lys18이라 명명된 물질을 섞은 액정물질을 주입하고, 상기 두 기판의 테두리를 접착제의 일종인 실란트(sealant)를 디스펜싱함으로써 봉합한다. 이때, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163) 이 혼합된 액정의 주입은 상온에서 주입하는 것이 바람직하다.
이때, 상온에서 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163)이 혼합된 액정물질을 개재하여 합착된 상태의 액정셀(101)을 70℃ 내지 90℃의 온도로 가열함으로써 상기 액정층(158) 내부를 무질서한 상태를 갖도록 한다.
즉, 70℃ 내지 90℃의 온도로 가열된 상태의 액정층은 도시한 바와 같이, 액정분자(159)와 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163) 이 모두 특정 방향으로 정렬되거나 수소결합 구조체(165)를 형성하지 않고 모두 무질서한 상태 즉, 등방(isotropic)상을 이루게 된다.
다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163)이 섞인 액정이 개재된 액정층(158)을 갖는 액정셀(101)을 서서히 상온으로 감온하며 상기 액정이 밴드(bend) 상태를 형성하는 전이전압 이상의 전압을 인가하면 상기 액정층 내에 전기장이 형성되며, 이에 따라 상기 액정이 밴드(bend) 상태로 정렬을 하게 되며, 동시에 도 5c에 도시한 바와 같이, 밴드(bend) 상태로 정렬된 액정분자(159)들을 따라 주변에 위치한 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163)이 상기 액정의 배열상태를 따라 ")"형태로 배열하게 되며, 온도가 서서히 낮아져 특정온도 즉, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163)이 수소결합을 진행되는 온도(70℃ 이하)가 되면, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163) 들이 서로 수소결합 함으로써 ")"형태의 수소결합 구조체(165)를 형성하게 된다.
전술한 바와 같은 ")"형태의 수소결합 구조체(165)가 액정층(158) 내에 밴드(bend) 상태의 액정분자(159)를 따라 형성된 수소결합 구조체(165)는 이후, 상기 액정셀(101)에 인가된 전압을 제거하여도 여전히 상기 특정온도 이하를 유지하게 되면 상기 ")"형태를 갖는 상태를 유지하며, 이러한 마치 밴드(bend)상태의 액정분자(159)들의 배열상태와 유사한 형태 즉, ")"형태를 갖게 되는 바, 이러한 형태의 수소결합 구조체(165)에 의해 둘러싸인 액정분자(159)들은 상기 수소결합 구조체(165)에 의해 스플레이(splay) 상태로 상전이 하지 않고, 밴드(bend) 상태를 유지하게 된다.
이때, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질(self assembled hydro-bonded fiber)(163)의 수소결합을 시작하는 특정온도는 70℃ 이하이며, 이러한 온도는 통상적인 정상적인 동작을 보장하기 위해 요구되는 온도 환경보다 훨씬 높은 온도가 되는 바, 상기 수소결합 구조체(165)가 수소결합이 풀려 등방상으로 되는 경우는 거의 발생하지 않으므로 문제되지 않는다.
다음, 전술한 바와 같이 형성된 액정셀(101)에 구동회로기판 및 커버 등을 부착하는 모듈 공정을 진행함으로써 OCB 모드 액정표시장치를 완성한다.
이렇게 완성된 OCB모드 액정표시장치는, 종래의 OCB모드 특성 상 액정이 정상 구동을 하기위해 스플레이(splay) 상태에서 밴드(bend)상태로 전이시키기 위한 전이전압을 인가하고 이러한 전이전압 이상의 전압을 걸어줌으로써 상기 정상 구동을 하는 밴드(bend) 상태를 유지하였지만, 이렇게 밴드(bend)상태로 전이시키기 위한 전이전압을 따로 인가하지 않아도 밴드(bend)상태를 유지하고 있는 바, 종래에서와 같이 밴드(bend) 전이를 위한 전이전압이상의 크기를 갖는 전압을 인가할 필요가 없는 것이 가장 특징적인 면이 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 OCB모드 액정표시장치는 밴드(bend)상태로의 전이를 위한 전이전압을 인가하지 않아도 밴드(bend)상태를 유지하지만, 좀 더 안정적인 밴드(bend) 상태 즉, 수소결합 구조체(165)의 지지에 의해 구현되는 밴드(bend)상태에서 상기 수소결합 구조체(165)에 지지되지 않고 액정분자(159) 자체로써 구현되는 밴드(bend)상태를 구현하기 위해 최소한의 전압을 인가하는 것이 OCB구조 액정표시장치의 화상 구현에 좀더 안정적 바, 어느 정도의 전압 이상을 인가하는 것이 바람직하며, 이때, 이 전압은 수소결합 구조체(165) 지지에 의한 밴드(bend)상태에서 액정분자(159) 자체로 구현되는 안정적 밴드(bend)상태로 구현시키기 위한 전압이므로 안정적인 밴드(bend)상태를 위해 인가하는 전압은 액정층(158)을 스플레이(splay) 상태에서 밴드(bend)상태로 전이시키는 종래의 OCB모드에서의 전이전압 보다 작은 값을 갖는 전압이 되며, 그 전이시간도 훨씬 단축되는 특징이 있다. 이때, 안정적 밴드(bend) 상태를 갖도록 인가되는 전압은 전압인가에 따를 투과도를 나타낸 그래프에 있어 최고 휘도를 갖는 전압으로 하고, 이를 화이트 전압으로 이용하게 되므로 휘도를 향상시킬 수 있는 것이 또 다른 특징적인 면이 된다.
본 발명에 따른 OCB모드 액정표시장치는 스플레이(splay) 상태에서 밴드(bend)상태로 전이시키기 위한 전이전압을 인가하지 않아도 밴드(bend)상태를 유지하는 구조가 되는 바, 전이전압 인가를 위한 회로장치 등을 구비하지 않으므로 제 조 비용을 절감하는 효과가 있으며, 전이전압 이상의 전압을 가하지 않아도 무방하므로 전체적으로 각 단계별 휘도 표현을 하기위한 최고 및 최저 전압을 하향 조정함으로써 고전압 인가에 의한 전력소비를 저감시키는 효과가 있다.
또한, 밴드(bend)상태에서 스플레이(splay) 상태로의 역전이 현상이 없으므로 전압인가에 따른 투과도 그래프 최고 투과도를 갖는 전압을 화이트 전압으로 이용할 수 있으므로 휘도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 하부에 형성된 공통전극과;
    상기 공통전극 하부에 형성된 제 1 배향막과;
    상기 제 1 기판과 마주대하는 제 2 기판과;
    상기 제 2 기판 상부에 형성된 화소전극과;
    상기 화소전극 상부에 형성된 제 2 배향막과;
    상기 제 1, 2 배향막 사이에 형성되며 자기 조립 수소 결합 섬유 물질이 섞인 액정층과;
    상기 액정층 내에서 자기 조립 수소 결합 섬유 물질이 수소결합하여 ")"형태로 고정된 수소결합 구조체와;
    상기 ")"형태의 수소결합 구조체를 따라 전이전압 인가없이 밴드 상태를 유지하는 액정분자
    를 포함하며, 상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 플르오르(F), 질소(N), 산소(O) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질인 것이 특징인 OCB모드 액정표시장치
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 Lys18이라 명명되어
    Figure 112012032584166-pat00004
    라 표현되는 분자식으로 이루어진 물질인 OCB모드 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 제 1 온도 이상에서는 등방상을 이루며, 상기 제 1 온도 이하에서는 수소 결합하여 특정형태의 구조물을 형성하는 것이 특징인 OCB모드 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 70℃인 OCB모드 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에는 상기 공통전극 하부로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴이 주기적으로 반복되는 컬러필터층이 더욱 형성된 OCB모드 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판에는 절연물질을 개재하여 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 및 데이터 배선의 교차영역에 상기 화소전극과 연결되는 박막트랜지스터가 더욱 형성된 OCB모드 액정표시장치.
  8. 서로 마주대하는 제 1 및 제 2 기판 사이에 상온의 분위기에서 자기 조립 수소 결합 섬유 물질이 섞인 액정을 주입하고, 상기 제 1 및 제 2 기판의 테두리를 따라 씰패턴을 형성한 후 합착함으로써 액정셀을 형성하는 단계와;
    상기 액정셀을 제 1 온도로 가열하는 단계와;
    상기 제 1 온도로 가열된 액정셀에 액정분자들이 스플레이 상태에서 밴드상태로 전이시키기 위한 전이전압을 인가하는 단계와;
    상기 액정분자들이 밴드 상태로 배열된 액정셀을 제 1 온도에서 상온으로 점점 감온시킴으로써 ")"형태의 수소결합 구조체를 형성하는 단계
    를 포함하며, 상기 수소결합 구조체에 의해 지지됨으로써 밴드(bend) 상태를 유지하는 액정층을 갖는 것을 특징으로 하는 OCB모드 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 플르오르(F), 질소(N), 산소(O) 중 적어도 어느 하나를포함하는 물질인 OCB모드 액정표시장치의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 Lys18이라 명명되어
    Figure 112012032584166-pat00005
    라 표현되는 분자식으로 이루어진 물질인 OCB모드 액정표시장치의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 자기 조립 수소 결합 섬유 물질은 상기 제 2 온도보다 큰 온도에서는 등방상을 이루며, 상기 제 2 온도 이하에서는 수소 결합하여 특정형태의 수소결합 구조체를 형성하는 것이 특징인 OCB모드 액정표시장치의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 온도는 70℃인 OCB모드 액정표시장치의 제조 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 70℃ 내지 90℃인 OCB모드 액정표시장치의 제조 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에 다수의 개구를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 개구에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 전면에 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 공통전극 전면에 제 1 배향막을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 기판에 절연층을 개재하여 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극 위로 전면에 제 2 배향막을 형성하는 단계
    를 더욱 포함하는 OCB모드 액정표시장치의 제조 방법.
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