KR20060074608A - 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법은, 기판 상에 배향막을 도포하는 단계와; 상기 배향막을 소성하는 단계와; 상기 배향막을 러빙하는 단계와; 상기 배향막에 비편광 UV를 조사하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막을 형성하는 방법은 러빙 처리를 한 배향막 표면에 비편광 UV광을 조사하여 러빙 불량을 완화시킴으로써 화질을 개선하고, 러빙을 실시한 배향막에 광 조사시에 비편광된 광을 조사할 수 있어 별도의 편광 장비 없이 고화질을 구현할 수 있어 공정이 간단하고 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
배향, 러빙, 비편광, 광 조사

Description

액정 표시 장치의 배향막 형성 방법{alignment layer forming method for LCD}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부를 나타내는 분해 사시도.
도 2a는 종래 액정 표시 장치의 배향막에서 발생된 세로선을 보여주는 사진.
도 2b는 종래 액정 표시 장치의 배향막에서 발생된 스크래치를 보여주는 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법을 보여주는 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성시 1차 배향 처리 후 2차 배향 처리한 배향막을 보여주는 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막에 2차 배향 처리 조건을 다르게 하여 보여주는 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
200 : 기판 210 : 배향막
본 발명은 액정 표시 장치의 배향막 형성 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, 저소비전력및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 그 중 하나로 액정 표시 장치가 주목을 받고 있다.
상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display device)는 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
현재에는 박막 트랜지스터(TFT)와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬(matrix) 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(AM-LCD; Active Matrix LCD)가 가장 주목받고 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 컬러 액정표시장치는 블랙매트릭스(106)와 서브컬러필터(적, 녹, 청)(108)를 포함한 컬러필터(107)와, 상기 컬러필터(107) 상에 투명한 공통전극(118)이 형성된 상부기판(105)과, 화소영역(P)과 상기 화소영역 상에 형성된 화소전극(117)과 스위칭소자(T)를 포함한 어레이 배선이 형성된 하부기판(122)으로 구성되며, 상기 상부기판(105)과 하부기판(122) 사이에는 앞서 설명한 액정(114)이 충진되어 있다.
상기 하부기판(122)은 어레이 기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스 형태로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를 교차하여 지나가는 게이트 라인(113)과 데이터 라인(115)이 형성된다.
또한, 상기 화소영역(P)은 상기 게이트 라인(113)과 데이터 라인(115)이 교차하여 정의되는 영역이다. 상기 화소영역(P) 상에 형성되는 화소전극(117)은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명전도성 금속을 사용한다.
그리고, 상기 상부기판(105)과 하부 기판(122)의 최상층에는 배향막이 형성되어 액정의 초기 배향 방향을 결정한다.
상기와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 화소전극(117) 상에 위치한 액정층(114)이 상기 박막트랜지스터로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층(114)의 배향정도에 따라 상기 액정층(114)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.
여기서, 액정의 물리적 특성은 분자 배열 상태에 의해 변하고, 이로 인해 전 계 등의 외력에 대한 응답에도 차이가 생긴다.
상기와 같은 액정 분자의 성질 때문에 액정 분자의 배열 제어는 액정 물성의 연구에는 물론 액정 표시 장치의 구성상에서도 필수적인 기술이다.
특히, 액정분자들이 일정한 방향으로 균일하게 배향될 수 있도록 하는 배향막의 러빙 공정은 액정 표시 장치의 정상적인 구동과 화면의 균일한 디스플레이 특성을 결정하는 중요한 요소로써 이에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔다.
여기서, 종래 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정하기 위한 배향막 형성 과정에 대해서 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
한편, 상기 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 이루어진다.
상기 배향막에는 일반적으로 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 상기 배향막을 배열시키는 방법으로는 주로 러빙(rubbing) 방법이 이용되고 있다.
이와같은 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 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 방법이다.
이러한 러빙에 의한 방법은 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 안정된 배향을 할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기 러빙 방법은 러빙 진행시 결함이 있는 러빙포가 부착된 로울러를 사용할 경우에는 러빙의 불량이 생기게 된다.
즉, 상기와 같은 러빙포를 이용한 러빙 방법은 배향막과 러빙포의 직접적인 접촉을 통해 이루어지므로 먼지(particle) 발생에 의한 액정 셀(cell)의 오염, 정전기 발생에 의하여 미리 기판에 설치된 TFT 소자의 파괴, 러빙 후의 추가적인 세정 공정의 필요, 대면적 적용시의 배향의 비균일성(non-uniformity) 등과 같은 여러 가지 문제점이 발생하게 되어 액정 표시 장치의 제조시의 수율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
특히, 기판의 사이즈가 대형화되면서 세로선, 스크래치, 얼룩(무라)과 같은 러빙 불량이 발생한다.
도 2a는 종래 액정 표시 장치의 배향막에서 발생된 세로선을 보여주는 사진이고, 도 2b는 종래 액정 표시 장치의 배향막에서 발생된 스크래치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 배향막에서 발생된 세로선과 스크래치와 같은 러빙 불량에 의해 액정 배향 정렬도가 흐트러져 빛샘이 발생하거나 블랙 휘도 증가 및 색대비비 증가와 같은 액정 표시 장치의 화질 저하의 문제점이 발생한다.
본 발명은 액정 표시 장치에서 러빙 처리를 한 배향막 기판 전면에 소정의 에너지를 가지는 비편광 UV를 기판 전면에 조사함으로써 러빙 불량을 개선하고 화질을 향상시키는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법을 제공하는 데 그 목적이 있 다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법은, 기판 상에 배향막을 도포하는 단계와; 상기 배향막을 소성하는 단계와; 상기 배향막을 러빙하는 단계와; 상기 배향막에 비편광 UV를 조사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 비편광 UV의 광 조사 에너지는 0.001~5J/cm2인 것을 특징으로 한다.
상기 비편광 UV의 파장은 200~400nm인 것을 특징으로 한다.
상기 배향막에 비편광 UV를 조사하는 단계에 있어서, 상기 배향막이 200Å이하로 식각되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법을 보여주는 순서도이다.
먼저, 액정 표시 장치의 상, 하 기판을 제작한다(S100).
그리고, 여러 패턴들이 형성된 기판 상의 이물질을 제거하기 위해 세정 공정(S110)을 행하고, 배향막 인쇄 장치를 이용하여 기판 상면에 배향막 원료액인 폴리이미드(PolyImide : PI)를 인쇄하는 배향막 인쇄 공정(S120)을 거친다.
다음으로, 상기 배향막 원료액에 고온의 열을 가하여 용매를 건조시키고 경 화시키는 배향막 소성 공정(S130)을 행한다.
이어서, 러빙 장치를 이용하여 소성 처리된 배향막 표면에 1차 배향 처리를 하는데, 상기 1차 배향 처리는 폴리이미드(polyimide)로 이루어지는 상기 배향막 상에 벨벳(velvet), 레이온, 나일론 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 러빙 방법이다.
그리고, 상기와 같이 러빙된 배향막에 광 조사를 이용하여 2차 배향 처리를 한다.
상기 광은 비편광 UV를 사용한다.
이때, 상기 UV 광의 파장은 200nm ~ 400nm 범위의 광을 사용하고, 광 조사 에너지는 0.001~5J/cm2 정도로 한다.
그리고, 상기 광을 조사하는 방법은 경사 조사 또는 수직 조사 방법을 이용할 수 있다.
이와 같이, 광 조사를 이용한 2차 배향 처리를 실시하면, 상기 배향막의 메인 체인(main chain) 또는 사이드 체인(side chain)이 끊어지면서 배향막 표면의 일부가 얇게 깍이는 식각(etching) 효과에 의해서 배향막의 두께가 얇아지게 된다.
따라서, 1차 배향 처리 후에 배향막에 발생되는 러빙 불량은 2차 배향 처리에 의한 식각 효과로 제거될 수 있다.
Figure 112004061817629-PAT00001
이와 같이, 상기 배향막(예를 들어, 폴리이미드)에 1차 배향 처리후, 2차 배향 처리 전(UV 조사 전)에 배향막의 두께가 790Å이고, 2차 배향 처리인 비편광 UV 조사 후에는 750Å으루 두께가 줄어들게 된다.
이때, 상기 비편광 UV의 조사 에너지는 대략 3J/cm2로 하였다.
즉, 상기 비편광 UV를 배향막 상에 조사하면 상기 배향막의 표면의 일부가 얇게 깍이게 되며, 이는 1차 배향 처리시에 발생된 배향막 표면의 세로선, 스크래치, 무라 등의 러빙 불량이 제거되는 효과가 있다.
따라서, 배향막 표면에서 약 100Å 이하에서 발생되는 러빙 불량은 상기 2차 배향 처리시에 비편광 UV를 배향막 표면에 조사함으로써 제거할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성시 1차 배향 처리 후 2차 배향 처리한 배향막을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이, 기판(200) 상에 형성되어 있는 배향막(210)은 1차 배향 처리되어 형성된다.
상기 1차 배향 처리는 폴리이미드(polyimide)와 같은 배향 물질로 이루어지 는 상기 배향막(210) 상에 벨벳(velvet), 레이온, 나일론 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막(210)을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 러빙 방법이다.
이때, 기판(200) 상에 러빙 포가 배향막(210)에 닿지 않아 배향이 되지 않거나 러빙포가 단차를 통과하면서 러빙포의 흐트리짐이 생기게 되어 세로선, 스크래치, 무라 등의 러빙 불량이 발생할 수 있다.
따라서, 기판(200) 상에 1차 배향 처리된 배향막(210)에 광 조사를 이용하여 2차 배향 처리를 한다.
이와 같이, 1차 배향 처리를 실시한 배향막(210)에 광 조사와 같은 2차 배향 처리를 하면 배향막(210) 표면이 얇게 식각되어 러빙 불량이 제거된다.
상기의 배향막 형성공정이 끝난 후에는, 상부 기판의 가장자리에 접착제 역할을 하는 씰 패턴(seal pattern)을 액정 주입구를 제외한 나머지 영역에 형성시키고, 하부 기판에 스페이서(spacer)를 산포한다(S150).
다음, 상기 두 기판을 대향 합착시키는데, 주어진 마진을 벗어나면 빛이 새어나오게 되므로 보통 수 마이크로미터(㎛) 정도의 정밀도가 요구된다(S160).
그리고, 상기와 같이 대향 합착된 기판을 단위셀로 절단하는 셀 절단 공정을 거치게 되는데(S170), 상기 셀 절단 공정은 완전히 합착된 두 기판을 필요한 크기로 절단하기 위한 것으로, 상, 하부 기판 표면에 라인을 형성하는 스크라이브 공정과 스크라이브된 라인에 충격을 주어 기판을 분리해내는 브레이크 공정으로 이루어진다.
최종적으로, 상기 단위셀로 절단된 두 기판 사이에 액정을 주입하고 액정이 흘러나오지 않도록 액정 주입구를 봉지하면 원하는 액정 표시 장치가 완성된다(S180).
여기서, 본 발명에 따른 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정하기 위한 배향막 형성 과정에 대해서 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 1차 배향 처리 공정과 2차 배향 처리 공정으로 이루어진다.
상기 1차 배향 처리는 폴리이미드(polyimide)로 이루어지는 상기 배향막 상에 벨벳(velvet), 레이온, 나일론 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 러빙 방법이다.
상기 배향막 물질로서 폴리이미드 수지 이외에도 UV조사시에 선택적으로 절단되는 결합을 가지는 고분자를 포함하는 폴리아미산(polyamic acid), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohole), 폴리아미드(polyamide), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스틸렌(polystylene), 폴리페닐네프탈라미드(polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate)등이 있다.
상기 배향막에 내열성, 액정과의 친화성이 우수한 폴리이미드(polyimide) 수지를 기판 상에 인쇄하고 건조시켜 배향막을 형성하고 러빙 공정을 이용하여 1차 배향 처리를 한다.
그리고, 상기 1차 배향 처리가 이루어진 배향막에 광 조사를 하여 2차 배향 처리를 한다.
상기 광은 비편광 UV 광을 사용할 수 있다.
상기 광의 파장은 200nm ~ 400nm 범위의 광을 사용하고, 광 조사 에너지는 0.001~5J/cm2 정도로 한다.
그리고, 상기 광을 조사하는 방법은 경사 조사 또는 수직 조사 방법을 이용할 수 있다.
이와 같이, 상기 비편광 UV를 배향막 상에 조사하면 상기 배향막의 표면의 일부가 얇게 깍이게 되며, 이는 1차 배향 처리시에 발생된 배향막 표면의 세로선, 스크래치, 무라 등의 러빙 불량이 제거되는 효과가 있다.
따라서, 배향막 표면에서 약 100Å 이하에서 발생되는 러빙 불량은 상기 2차 배향 처리시에 비편광 UV를 배향막 표면에 조사함으로써 제거할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막에 2차 배향 처리 조건을 다르게 하여 보여주는 사진이다.
도시된 바와 같이, 러빙 방법으로 1차 배향 처리한 배향막에 UV 광 조사 방법으로 2차 배향 처리를 하는데 있어서, 광 조사 에너지를 0.01J/cm2, 1.0J/cm2의 조건(250nm 기준)으로 하였을 경우 세로선이 완화되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 러빙에 의해 배향막 표면에 발생된 스크래치의 경우 비편광 UV를 조사하여 배향막 표면을 얇게 식각함으로써 배향막 표면의 모폴로지(morphology)를 변화시켜 스크래치를 완화 또는 제거시킬 수 있다.
이상 전술한 바와 같이, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 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 장치의 배향막을 형성하는 방법에 있어서, 러빙 처리를 한 배향막 표면에 비편광 UV광을 조사하여 러빙 불량을 완화시킴으로써 화질을 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 러빙을 실시한 배향막에 광 조사시에 비편광된 광을 조사할 수 있어 별도의 편광 장비 없이 고화질을 구현할 수 있어 공정이 간단하고 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 기판 상에 배향막을 도포하는 단계와;
    상기 배향막을 소성하는 단계와;
    상기 배향막을 러빙하는 단계와;
    상기 배향막에 비편광 UV를 조사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비편광 UV의 광 조사 에너지는 0.001~5J/cm2인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비편광 UV의 파장은 200~400nm인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배향막에 비편광 UV를 조사하는 단계에 있어서,
    상기 배향막이 200Å이하로 식각되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법.
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