KR100234896B1 - 액정표시장치의 기판 평탄화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 기판 평탄화 방법에 관한 것으로, 표면 이상이 있는 기판의 표면을 균일하게 평탄화하기 위하여, 기판의 불균일한 표면에 기판과 비슷한 굴절율을 가지는 물질로 도핑한 후, 전면을 평탄하게 함으로서 입사되는 광을 전면에서 균일하게 굴절하도록 하려 하는 것이며, 광고를 균일하게 함으로써 화면의 얼룩 등을 감소시킬 수 있다.

Description

액정표시장치의 기판 평탄화 방법

본 발명은 액정표시장치의 기판 평탄화 방법에 관한 것으로, 특히 합착된 상·하 기판에서의 기판 표면에 생긴 홈이나 긁힘이 있는 부분에 기판과 유사한 굴절율을 가지는 물질을 충진함으로써, 기판의 표면을 평탄화하는 액정표시장치의 기판 평탄화 방법에 관한 것이다.

도 1a와 도 1b는 액정표시장치의 일반적인 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 1a는 개략적인 단면도를, 도 1b는 개략적인 구조도를 나타낸 것이다.

액정표시장치는 일반적으로 박막트랜지스터 기판(Thin Film Transistor plate) (10)과 컬러필터 기판(color filter plate) (20) 사이에 액정(liquid crystal) (5)이 채워진 형태의 구조를 가지고 있다.

박막트랜지스터 기판(10)은 제 1 유리기판(11) 상에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(12)와 박막트랜지스터(12)에 연결된 화소전극(13)을 기본 단위로 하는 화소(PIXEL : Picture Element)가 종횡으로 배열되어 있고, 일 방향으로 형성되어 각 박막트랜지스터(12)에 전기적으로 연결된 복수개의 게이트 버스라인과 복수개의 데이터 버스라인이 형성되어 있다. 그리고 노출된 기판의 표면에는 보호막(도면에 표시하지 않음)과 배향막(6)이 형성되어 있다.

컬러필터 기판(20)은 제 2 유리기판(21) 상에 RGB(REd-Green-Blue) 중 하나의 색소를 각각 가지는 컬러필터(22)가 각 화소에 대응하여 복수개 형성되어 있고, 각 컬러필터(22)들의 사이 즉, 박막트랜지스터 기판에 형성된 데이터 버스라인, 게이트 버스라인 및 박막트랜지스터의 상부에 해당되는 영역에는 차광막(도면에 표시하지 않음)이 형성되어 있다. 컬러필터(22)와 차광막의 표면에는 보호막과 배향막(6)이 형성되어 있고, 그 상부에는 화소전극(13)에 대응하여 액정(5)에 전기장을 걸어주는 공통전극(23)이 형성되어 잇다. 박막트랜지스터 기판(10)과 컬러필터 기판(20)의 각 외부에는 편광판(1) (2)이 부착되어 있다.

액정표시장치의 작동을 간단히 설명하자면 다음과 같다.

박막트랜지스터 기판(10)에서의 임의의 화소에 전압을 인가하여 그 화소에 위치하는 화소전극(12)과 컬러필터 기판(20)의 공통전극(7)과 전압차이를 발생하게하여 그 부분에 해당하는 액정만을 재배열한다. 그에 따라 기판의 배면에서 기판을 향하는 자연광은 화소전극(12), 액정(5) 그리고 컬러필터(22)를 통과하여 컬러필터 기판(20)의 외부에 설치된 화면에 상을 나타낸다.

액정표시장치는 스위칭 소자와 화소전극등을 구비하는 박막트랜지스터 기판(10)을 형성하는 공정과, 칼러필터등을 구비하는 컬러필터 기판(20)을 형성하는 공정과, 박막트랜지스터 기판(10)과 컬러필터 기판(20) 사이에 액정(5)을 주입하고 밀봉하여 두기판을 합착하는 공정과, 두기판의 외부면에 편광판(1) (2)을 부착한후, 구동회로칩을 하판에 실장하는 공정과, 백라이트(back light)부를 편광판의 외부에 설치하는 공정 등을 거쳐서 제조된다. 이러한 제조방법으로 박막트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판을 제작하는 데에는 세정, 증착 및 식각 공정이 수십번 이상 실시된다. 그런데 이 과정 중에 유리기판에는 물리적인 힘이 가해지는 경우도 많고, 기판을 가열 및 냉각하는 공정도 많이 거치게 된다. 그래서 유리기판에 손상을 주게 되는 경우가 발생한다.

최근에는 공정중의 변형이나 파손을 방지하기 위하여 공정초기에 두꺼운 유리기판을 사용한후, 나중에 유리기판을 얇게 형성하는 방법이 이용되고 있다. 즉, 두꺼운 유리기판에 소자나 칼라필터를 형성하여 상하 유리기판을 제조하고, 완성된 두 유리기판을 합착한후, 그 외측면을 깍아냄으로써 액정화면의 두께를 줄이는 것이다. 이와 같은 공정순서는 유리기판의 파손 및 소자의 불량율을 줄일수 있어서 생산수율의 향상을 가져다 준다. 그러나, 기판의 박형화를 위하여 유기기판에 직접 연마제를 사용하는 물리적인 방법이나, 강산용액을 이용하는 습식식각에 의한 화합적인 방법을 사용하기 때문에 유리기판 표면에 손상을 줌으로써, 기판의 표면에 긁힘(scratch) 혹은, 핀홀(pinhole)등의 생성시킨다.

이러한 유리기판 표면의 이상은 기판을 통과하는 광을 원하지 않는 경로로 변화시킴으로써, 투과도의 차이를 야기시키는데, 투과도의 차이는 액정 표시 화면에 흑점 혹은 백점 등의 얼룩 현상을 일으킨다.

도 2는 기판의 표면에 입사한 광의 굴절에 대한 설명을 위한 도면이다.

홈이 형성되어 표면이 평탄하지 않고 굴곡이 있는 유리기판(G)에 광이 통과하는 모습을 나타내는 것이다. 일반적으로 광은 직진을 하게 되는데, 도중에 다른 매질을 통과할 경우 굴절하게 된다. 이 경우, 매질에 대한 광의 굴절율은 매질에 따라 다른데, 이것은 물질의 한 특성이다. 참고로 589nm의 파장을 가지는 광을 사용한 경우, 표준상태에서의 공기에서의 광의 굴절을 1.00이라 하면, 전형적인 크라운 유리의 굴절율은 1.52이다.

광이 매질 X에서 매질 Y를 통과할 때 상대적인 굴절율은 스넬의 법칙에 의하여

nyx=sinΘx/sinΘy 이다.

이때, nyx은 매질 X를 기준으로 한 매질 Y의 굴절율이고, Θx와 Θy는 매질X, 매질 Y에 대한 굴절각을 나타낸다. 굴절각은 광이 입사하는 표면의 법선으로부터 벌어진 각을 나타낸다.

따라서 도 2에서는

sinΘ₁/sinΘ₂=sinΘ₃/sinΘ₄=sinΘ₅/sinΘ₆=sinΘ₇/sinΘ₈임을 알 수 있다. (도면에서 sinΘ₁=0, sinΘ₂=0이다.)

기판을 향하여 나란하게 들어오는 광(31)(32)(33)(34)(35)(36)이라도, 광이 입사하는 기판의 표면 상태에 따라 입사각과 굴절각이 결정된다. 따라서 홈이나, 긁힘부분에 입사된 광(33)(34)(35)은 평탄하지 못한 표면을 기준으로 소정의 크기로 굴절되고, 기판을 통과한 후에는 도면에 보인 바와 같이, 원하지 않는 경로로 진행한다. 따라서 이웃의 정상행로를 가지는 광(31)(32)(36)과 간섭을 일으킴으로써, 투과도의 차이를 야기시킨다.

도 3은 표면에 긁힘이나 홈등이 생겨 이상이 있는 기판을 구비한 액정표시장치에서의 광의 비정상적인 경로를 설명하기 위한 것이다.

언급한 바와 같이, 액정표시장치의 소정의 위치에 있는 화소에 전압이 인가되어 있는 상태에서 박막트랜지스터 기판(10)의 뒷면에 위치한 광원에서의 자연광이 제 1 편광판(1)을 통과하여 일방향의 광을 통과시키고 액정(5)을 통과한다. 그리고 액정을 통과한 광은 컬러필터 기판(20)과 제 2 편광판(2)을 통과하게 된다.

그런데, 이때 기판을 향하여 나란하게 들어오는 광이라도 기판의 표면에 따라 입사각과 굴절각이 달라지고, 홈이 생기거나 긁힘이 있는 표면이라도 이 면을 기준으로 광이 입사되고 굴절된다. 그 결과, 이 부분에 입사된 광은 도면에 보인 바와같이, 원하지 않는 방향으로 굴절되어 투과도의 차이를 야기시킴으로써, 액정 표시 화면에 얼룩현상을 일으킨다.

본 발명은 이를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유리기판의 표면을 균일하게 형성하도록하여 광로를 균일하게 함으로써 화면의 얼룩 등을 감소시키는 액정표시장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 기판의 불균일한 표면에 기판과 비슷한 굴절율을 가지는 물질로 도핑한후, 전면을 평탄하게 함으로써 입사되는 광을 전면에서 균일하게 굴절하도록 하려 하는 것이다.

본 발명은 액정표시장치의 기판 평탄화 방법에 있어서, 평탄한 표면을 가진 제 1 영역과, 굴곡진 이상 표면을 가진 제 2 영역으로 정의되는 기판 상에 기판과 유사한 굴절율을 가지는 물질을 상기 제 1 영역 혹은 상기 제 2 영역에 코팅하는 것을 특징으로 하고 있다.

이때, 상기 물질은 전면이 평탄하도록 상기 제 1 영역과 제 2 영역에 코팅하거나; 상기 제 2 영역에 평탄하도록 상기 제 1 영역에만 코팅하거나; 상기 물질을 코팅한 후, 전면이 평탄하도록 연마작업을 추가로 실시함으로써, 기판 표면을 평탄화할 수 있다.

기판과 유사한 굴절율을 가지는 코팅 물질로는 산화실리콘 계열, 물유리, 타일링 재료, 폴리 비닐 알코올, 폴리 이미드 계열 혹은, 폴리 아믹산 계열을 사용할 수 있다.

제1a도와 제1b도는 액정표시장치의 개략도.

제2도는 표면 이상이 있는 기판에서의 광의 굴절을 설명하기 위한 도면.

제3도는 표면 이상이 있는 기판을 가진 액정표시장치에서의 광의 굴절을 설명하기 위한 도면.

제4도는 본 발명에 의하여 표면 이상이 보정된 기판에서의 광의 굴절을 설명하기 위한 도면.

제5a도와 제5b도는 본 발명의 제1 및 제2실시예를 나타낸 도면.

도 4는 홈이나 긁힘이 있는 이상 표면을 가지는 유리기판(G)에 기판과 유사한 굴절율을 가지는 물질로 홈이나 굵힘 부분 등을 채워서 기판을 평탄하게 한 후의 광의 굴절율을 설명하기 위한 도면이다.

유리기판(G)의 홈에 기판과 유사한 굴절율을 가진 물질이 채워져 있고, 기판의 전 표면이 평탄한 상태이다. (이때, 유리기판에서의 본래 유리 표면을 제 1 영역(I)이라 하고, 유리기판의 홈에 충진물질이 채워진 부분을 제 2 영역(II)이라 한다.) 이때, 충진물질은 기판과 같은 굴절율을 가지는 것이 유리하고, 기판의 전면은 평탄하도록 형성한다.

이와 같이 형성된 기판의 표면에 광을 입사시키면, 제 1 영역(I)으로 입사되는 광은 유리기판의 굴절율에 의하여 일정한 굴절각을 가지고 굴절한다. 그리고 제 2 영역(II)으로 입사되는 광은 제 1 영역(I)에서의 굴절된 광과 비슷한 굴절율로 굴절되어 나가고, 다시 제 2 영역(II) 하부의 제 1 영역(I)에서 비슷한 굴절율로 굴절된다. 따라서 제 1 영역(I)을 통과한 광이나 제 2 영역(II)을 거쳐 제 1 영역(I)을 통과한 광은 모두 유사한 방향으로 나아간다. 따라서 기판의 굴곡진 표면으로 인한 광의 비정상적인 굴절을 방지할 수 있다. 이는 표면을 기준으로 입사각과 굴절각이 결정되는 것을 이용한 것으로, 광이 입사되는 기판의 표면을 평탄하게 보정해줌으로써, 기판을 통과하는 광의 방향을 균일하게 보정한 것이다.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제 1 및 제 2 실시예를 나타낸 것이다.

통상적인 액정표시장치가 보여 주는 바와 같이, 유리기판(51-1) (61-1)을 베이스(base)로 하는 박막트랜지스터 기판(50)과 컬러필터 기판(60) 사이에 액정(liquid crystal) (45)이 채워진 형태의 구조를 하고 있다. 언급한 바와 같이, 박막트랜지스터 기판(50)에는 다수의 화소가 매트릭스 형상으로 형성되어 있고, 컬러필터 기판(60)에는 다수의 컬러필터가 각 화소에 대응하여 복수개 형성되어 있다. 각 컬러필터들의 사이에는 차광막이 형성되어 있고, 컬러필터와 차광막의 표면에는 보호막이 있고, 그 상부에는 화소전극에 대응하여 액정에 전기장을 걸어 주는 공통전극이 형성되어 있다. 박막트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판의 각 외부에는 편광판(41) (42)이 부착되어 있다.(도 1b 참조)

각 기판은 홈이나 긁힘이 있는 기판의 표면에 기판과 유사한 물질로 충진한 후, 기판을 평탄하게 한 것이다. 제 1 실시예에서의 기판은 홈이나 긁힘이 있는 부분에만 물질을 채운후, 주변의 기판(51-1)(61-1) 표면에 맞추어 평탄하게 한 것이다. (도면부호 51-2와 61-2는 물질이 채워진 부분을 나타낸다.) 제 2 실시예에서의 기판은 홈이나 긁힘이 있는 부분만 아니라 전표면에 존재하도록 기판의 표면에 기판과 유사한 물질을 덮은 후, 전면을 평탄하게 한 것이다. (도면 부호 51-3과 61-3은 표면 이상이 있는 유리기판의 표면 상에 전면이 평탄하도록 형성된 물질층을 나타낸다.)

이와 같이 형성되는 액정표시장치에서, 박막트랜지스터 기판(50)의 소정의 위치에 있는 화소에 전압이 인가되어 있는 상태에서 박막트랜지스터 기판(50)의 뒷면에 위치한 광원에서의 자연광이 제 1 편광판(1)을 통과하여 일방향의 광을 통과시키고 화소전극과 전압이 인가된 액정(45)을 통과한다. 그리고 액정을 통과한 광은 컬러필터 기판(20)과 제 2 편광판(2)을 통과하게 된다.

그런데, 이때 기판을 향하여 일 방향만으로 들어오는 광은 전부분에 걸쳐 평탄하게 된 매질의 경계면을 통과하게 된다. 따라서 이 면에 나란하게 입사되는 광은 동일방향으로 굴절된다. 즉, 기판의 백열등에서 광이 나오면 광은 박막트랜지스터 기판, 액정 및 컬러필터 기판을 통과하게 되는데, 기판의 홈 부분이나 긁힘 부분에는 이미 기판과 유사한 굴절율을 가지는 물질로 평탄화하였기 때문에 광은 평탄한 표면을 통과하는 결과와 같은 결과를 가진다. 그래서 광은 다른 부분과 거의 같은 율로 굴절되어 컬러필터 기판을 통과하게 되는 것이다. 따라서 도면에 보인 바와같이, 나란하게 진행됨으로써, 액정표시화면의 전면에 비슷한 투과도를 얻게 된다. 따라서 광의 비정상적인 경로로 인한 화면의 얼룩현상을 방지할 수 있다.

본 발명에서 기판을 평탄화하는 방법은 셀 공정에서 기판을 합착한 후, 초박공정을 실시한다. 이후, 스크라이브(scribe)/브레이크(break) 공정을 진행한 후, 액정을 주입한 다음, 셀의 외관 검사시 보이는 유리기판의 홀에 대해서 유리기판과 유사한 굴절율을 가지는 물질을 셀위에 코팅한 후, 셀의 다른 부분의 유리와 편평하게 하도록 칼 또는 이와 같은 것으로 연마하여 전면을 평탄하게 한다. 이때, 연마 작업은 유리기판의 드러날때까지 할 수도 있고 (이 경우 제 1 실시예의 단면과 같이 된다). 어느 정도의 위치에서 채워진 물질만 평탄하게 할 수 있다.(이 경우 제 2 실시예와 같은 단면과 같이 된다)

또한, 연마작업을 생략하기 위하여 코팅 작업시, 전면이 평탄하도록 기판 전면에 걸쳐 코팅하거나, 평탄한 표면과 같은 정도의 평탄화면을 가지도록 홈이 있는 부분에만 코팅하여도 본 발명을 성취할 수 있다.

기판의 홈에 충진되는 물질은 기판과 유사한 굴절율을 가지는 물질을 도핑하는데, 대개 굴절율이 1~2 정도의 것을 사용한다. 폴리이미드 계열, 폴리 아믹산의 계열, 폴리 비닐 알코올, 산화실리콘 계열, 물유리, 타일링 재료가 적당하다.

본 발명은 기판의 불균일한 표면에 기판과 비슷한 굴절율을 가지는 물질을 사용하는 도핑작업에 의하여 전면을 평탄하게 보정함으로써 입사되는 광을 전면에서 균일하게 굴절하여 액정표시화면의 얼룩현상을 방지할 수 있다.

Claims (6)

1. 액정표시장치의 기판 평탄화 방법에 있어서, 평탄한 표면을 가진 제 1 영역과, 굴곡진 이상 표면을 가진 제 2 영역으로 정의되는 기판 상에 기판과 유사한 굴절율을 가지는 물질을 상기 제 1 영역 혹은 상기 제 2 영역에 코팅되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 기판 평탄화 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 물질은 전면이 평탄하도록 상기 제 1 영역과 제 2 영역에 코팅하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 기판 평탄화 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 물질은 상기 제 2 영역과 평탄하도록 상기 제 1 영역에만 코팅하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 기판 평탄화 방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 물질을 코팅한 후, 전면이 평탄하도록 연마작업을 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 기판 평탄화 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 산화실리콘 계열, 물유리, 타일링 재료, 폴리이미드 계열, 폴리 아믹산 계열, 폴리 비닐 알코올 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 기판 평탄화 방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 굴절율이 1~2인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 기판 평탄화 방법.

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