KR100569732B1 - 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 기판에 1,100 rpm/s의 회전 속도로 12초 동안 포지티브 감광막을 코팅하고, 제2 기판에는 1,200 rpm/s의 회전 속도로 12초 동안 코팅하여, 제1 기판의 고분자 막 두께를 제2 기판의 경우보다 0.1∼1.0 μm 더 두껍게 형성한다. 노광하고 현상하여 고분자 기둥을 제1 및 제2 기판에 각각 패터닝하고, 제2 기판을 하드 베이크하여 고분자 기둥을 경화시킨 다음, 접착제를 도포하고, 제1 기판과 가열 압착 방식으로 조립한다. 이 가열 압착 과정에서 경화되지 않은 제1 기판의 고분자 기둥이 제2 기판에 눌림과 동시에, 서서히 경화된다.

Description

액정 표시 장치의 제조 방법
본 발명은 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강유전성 또는 반강유전성 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
강유전성 액정 표시 장치(FLCD : ferroelectric liquid crystal display)나 반강유전성 액정 표시 장치(AFLCD : anti-ferroelectric liquid crystal display)는 자발 분극의 방향이 외부의 전장에 의해 바뀔 수 있는 성질을 가지는 강유전성 액정을 포함하는 액정 표시 장치로서, 기판과 평행한 면 내에서 스위칭이 이루어지기 때문에 비틀린 네마틱 액정 표시 장치(TN-LCD : twisted nematic liquid crystal display)보다 시야각 특성이 우수하며, 강유전성을 가지는 카이랄 스메틱 C* 액정의 자발 분극과 전장과의 상호 작용에 의해 스위칭하기 때문에, 수십 μm의 고속 응답을 실현할 수 있어 동화상 구현에 적합하다.
그러나, 카이랄 스메틱 C* 상은 네마틱 액정보다 유동성이 작으며 층 구조를 가고 있는 1차원적인 결정이므로 외부 응력에 대한 복원력이 약하여 한 번 파괴된 배향은 복원이 매우 어렵다. 따라서, 외부 층격에 안정한 셀 간격 구조를 확보하는 것이 배향의 안정성을 유지하고 표시의 신뢰성을 확보함에 있어서 매우 중요하다.
또한, 투과율 특성을 최대로 유지하기 위해, 1.0∼2.0μm의 얇은 셀 간격을 유지하는 것이 중요하다. 이를 다음에서 좀더 자세하게 설명한다.
강유전성이나 반강유전성 모드에서는 복굴절 효과를 이용하여 표시를 진행하는데, 투과율은 T(θ,λ) = Sin2θ·Sin2(π×Δnd/λ)로서, Δnd/λ 항이 0.5일 때 투과율이 최대가 된다. 식에서 θ는 액정의 광축이 층법선 방향으로부터 벗어난 각도로서 특정 전계 하에서는 액정 자체의 고유값이다. 파장을 인간의 눈에 가장 민감한 580nm 로 하고, 스메틱 액정의 굴절율 이방성 Δn이 0.15 정도인 것을 감안하면, Δnd/λ= 0.15×d/0.58μm = 0.5 로부터 셀 간격 d는 2.0μm 정도이다.
균일도가 우수하고 탄력성도 좋아 셀 간격제로 많이 사용되고 있는 플라스틱 간격제는, 그 크기가 1.0∼2.0 μm의 얇은 간격을 형성하기에 큰 어려움이 있다. 또한, 실리카 구슬을 사용하는 경우 탄성이 작아서 액티브(active) 소자를 파괴할 가능성이 있어서 박막 트랜지스터 강유전성 액정 표시 장치에는 적합하지 않다. 셀 간격의 양호한 균일성을 확보하기 위하여 고분자 기둥을 형성하는 방법이 있으나, 액정 주입 전에 셀 간격이 결정되어야 하는 이 모드에서는 액정 주입 후에 나타나는 셀 간격 팽창을 미연에 방지하여야 한다.
이처럼, 종래의 액정 표시 장치에서는 균일하고 얇은 셀 간격을 유지하는데에 어려움이 있으며, 산포된 간격제에 이온성 불순물이 함유되어 있는 경우, 액정 속에 이 불순물이 용해되어 화질 저하를 초래하게 된다. 또한, 액정 주입 및 후속 공정을 거치면서 고분자 간격제와 하부막과의 접착력이 약화될 수 있다.
본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 셀 간격을 얇고 균일하게 유지하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 간격제와 하부막과의 접착력을 향상시키는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 간격제와 액정이 직접 접촉하는 것을 방지하여 액정이 오염되는 것을 막는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 액정 표시 장치의 제조 공정을 단순하게 하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 서로 마주보는 기판에 형성되는 고분자 간격제의 두께를 다르게 형성한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서는 상부 기판에 감광성 고분자막을 도포하고, 이 감광성 고분자막을 노광하고 현상하여 상부 기판에 간격제 패턴을 형성한다. 다음, 상부 기판에 형성된 감광성 고분자막보다 두껍게 하부 기판에 감광성 고분자막을 도포하고, 이 감광성 고분자막을 노광하고 현상하여 하부 기판에 간격제 패턴을 형성한다. 상부 기판을 하드 베이크하여 상부 기판에 형성되어 있는 간격제 패턴을 열경화시킨 다음, 두 기판을 가열 압착하여 셀 간격을 형성한다.
각 기판의 감광성 고분자막은 포지티브 감광 수지를 사용하여 스핀 코팅 방식으로 형성할 수 있으며, 이때 상부 및 하부 기판의 고분자막을 각각 1,200 rpm/s 및 1,100 rpm/s의 속도로 12초간 스핀 코팅하는 것이 바람직하다.
셀 간격은 1.0∼2.0μm가 되도록 가열 압착하며, 이 가열 압착은 160℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상부 기판의 간격제 패턴은 원기둥 형태로 형성할 수 있으며, 이 간격제 패턴을 열경화하기 위한 하드 베이크는 200℃에서 40분간 실시할 하는 것이 바람직하다.
상부 및 하부 기판 사이에 강유전성 액정을 주입할 수 있다.
이처럼, 상부 및 하부 기판에 형성되는 간격제 패턴의 두께를 달리하여 이와 같은 과정을 거치면, 기판과 간격제 패턴의 접착 면적이 늘어나, 얇은 셀 간격이 안정적으로 유지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서는 ITO막 및 절연막이 형성되어 있는 기판 위에 배향막을 인쇄한 후, 그 위에 감광성 고분자막을 도포하고 노광·현상하여 고분자 간격제를 형성한다. 다음, 고분자 간격제를 베이크하여 열화한다.
배향막은 폴리이미드로 형성할 수 있으며, 베이크 공정은 200℃에서 40분간 실시하는 것이 바람직하다.
이처럼, 고분자 간격제가 ITO 막 또는 절연막 위가 아닌 배향막 위에 형성되어 있기 때문에, 고분자 간격제가 기판으로부터 떨어져 나가는 일이 덜 발생한다.
또는, ITO 막 및 절연막 위에 고분자 간격제를 형성하고 베이크 한후, 간격제를 애싱 처리한 다음에 배향막을 인쇄할 수도 있다.
이처럼, 배향막이 고분자 간격제의 상부에 인쇄되는 경우에는 고분자 기둥과 액정과의 직접적인 접촉을 막을 수 있는 효과가 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 II-II' 선에 대한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 기판(10, 20)이 마주 보고 있으며, 두 기판(10, 20)의 가장자리는 접착부(도시하지 않음)에 의해 접착되어 있다. 두 기판(10, 20) 사이에 액정 물질(도시하지 않음)이 주입되어 있으며, 기판(10, 20) 사이의 간격을 유지하기 위한 고분자 기둥(31, 32, 33)이 두 기판(10, 20) 사이에 형성되어 있다. 이 고분자 기둥(31, 32, 33)은 16μm 의 직경(R) 및 1.0∼2.0 μm의 높이(d)를 가지는 원통형이며, 열을 가하면 노광되지 않은 부분의 강도가 강해지는 포지티브(positive) 감광 수지로 형성되어 있다. 화소 당 0.1개 내지 2.0개 정도의 밀도로 액정 표시 장치에 분포되어 있는데, 바람직하게는 화소 당 1개 정도가 적당하다. 고분자 기둥(31, 32, 33)은 제1 기판(10)의 일부 고분자 기둥(32)은 반대편 기판인 제2 기판(20) 면과 접촉되어 있으며, 나머지 고분자 기둥(31, 33)은 제2 기판(20) 면과 접촉되어 있지 않다.
이 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)에 각각 포지티브(positive) 감광 수지를 1,200 rpm/s의 회전 속도로 12초간 스핀 코팅(spin coating)하여 1.5∼2.5μm 두께로 도포한 후, 마스크를 이용하여 노광하고 현상하여 고분자 기둥을 패터닝한다. 이때, 사용될 수 있는 고분자 기둥의 재료로는 동진 화성의 DTFR1011S 또는 JSR 사의 PC403 등이 있다.
다음, 제2 기판(20)을 200℃의 온도에서 40분간 하드 베이크(hard bake)를 실시하여 고분자 기둥이 일정 강도를 가지도록 경화시킨다. 이 단계에서, 고분자 기둥의 두께는 일정 두께 줄어든다.
제2 기판(20)의 가장자리에 접착제를 도포한 후, 제1 기판(10)과 대응시킨 후, 160℃에서 가열 압착시켜, 연화된 제1 기판(10)의 고분자 기둥(32, 33)이 제2 기판(20)에 눌리면서 일차적으로 제2 기판(20) 면에 접착되도록 한다. 이 단계 이후에, 고분자 기둥(32, 33)이 식는 과정에서, 체적이 변화하여 고분자 기둥(32, 33)의 높이가 줄어들 수 있다.
다음, 두 기판(10, 20) 사이에 스메틱 구조를 가지는 강유전성 액정 물질을 주입함으로써 액정 표시 장치가 완성된다.
본 실시예에서처럼, 간격제 형성을 위해 고분자 물질을 스핀 코팅하는 방식을 이용하면, 간격제 역할을 하는 고분자 기둥의 두께를 용이하게 조절할 수 있으므로, 비교적 얇은 두께의 셀 간격을 얻을 수 있다.
그러나, 본 실시예에서와 같이 제1 기판(10)과 제2 기판(20)에 동일한 높이를 가지도록 고분자 기둥(31, 32, 33)을 코팅하는 경우, 도 2에 나타난 바와 같이, 하드 베이크를 거치지 않은 제1 기판(10)에 형성되는 고분자 기둥(32, 33) 중 일부, 즉 기판(10, 20)의 가장자리에 위치하는 고분자 기둥(32) 만이 제2 기판(20)과 접착되며, 나머지 부분, 특히 기판의 중앙 부분에서는 고분자 기둥(32)과 제2 기판(20)과의 접착이 제대로 이루어지지 않는다. 이러한 현상은, 가열 압착 공정 시 기판(20) 면에 눌렸던 제2 기판(20)의 고분자 기둥(31)이 식으면서 높이가 줄어 기판(20) 면으로부터 분리됨으로써 일어난다.
따라서, 외부 압력 하에서 셀 간격이 크게 변화하며 액정 표시 장치 전 부분에서 셀 간격을 고르게 유지하는 것이 어렵다.
도 3 및 도 4에는 얇은 셀 간격을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 셀 간격을 안정적으로 고르게 유지할 수 있는 실시예가 제시되어 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV' 선에 대한 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 기판(10)에 형성되어 있는 대부분의 고분자 기둥(34)이 제2 기판(20) 면에 접착되어 있다.
이러한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 앞선 제1 실시예에서와 마찬가지의 포지티브 감광막을 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)에 스핀 코팅한다. 이때, 제1 기판(10)은 1,100 rpm/s의 회전 속도에서 12초 동안 코팅하고, 제2 기판(20)은 1,200 rpm/s의 회전 속도로 12초 동안 코팅하여, 하드 베이크를 실시하지 않을 제1 기판(20)의 고분자 막 두께를 제2 기판(20)의 경우보다 0.1∼1.0 μm 더 두껍게 형성한다.
다음, 앞선 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 노광 및 현상하여 고분자 기둥(34, 31)을 제1 및 제2 기판(10, 20)에 패터닝하고, 제2 기판(20)을 하드 베이크하여 고분자 기둥(31)을 경화시키며, 접착제를 도포한 후, 제1 기판(10)과 가열 압착 방식으로 조립한다.
제2 실시예에서는, 가열 압착 과정에서 제1 기판(10)의 고분자 기둥(34)이 제2 기판(20)에 눌리는 면적이 제1 실시예에 비해 넓기 때문에, 고분자 기둥(34)이 경화되는 과정에서 고분자 기둥(34)이 줄어들더라도 제2 기판(20) 면과 분리되지 않는다. 결국, 도 4에 도시한 바와 같이, 고분자 기둥(34)이 두 기판(10, 20) 사이에서 균일한 셀 간격을 안정적으로 유지할 수 있다.
다음, 한 기판 내에서의 고분자 기둥과 하부막 사이의 접착력을 향상시키는 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 도 5 내지 도 8을 참고로 하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI' 선에 대한 단면도이고, 도 7은 도 5의 VI-VI' 선에 대한 다른 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치를 형성하는 공정 단계를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
먼저, 도 5 및 도 6 및 도 8을 참고로 하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5 및 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, 보호막(100) 및 ITO 막(200) 등이 형성되어 있는 기판(10) 위에 스핀 코팅을 1,100 rpm/s 의 속도로 40초간 실시하여 포지티브 감광막을 1.1∼2.0μm 의 두께로 형성한다(STEP 1). 이 단계에서 감광막 물질로는 JSR 사의 PC335 또는 동진 화성의 DTFR1011S를 사용할 수 있다.
마스크를 이용하여 노광하고 현상하여 도 5에 도시한 바와 같은 고분자 기둥(35)을 기판 위에 패터닝한다(STEP 2). 이때, 행 방향으로의 고분자 기둥(35) 사이의 간격(D1)은 100μm 정도로 하고, 열 방향으로의 고분자 기둥(35) 사이의 간격(D2)은 300μm 정도로 한다.
다음, 200℃의 온도에서 60분간 베이크하여 고분자 기둥(35)을 고화시키고(STEP 3), 그 위에 배향막(300)을 프린팅한다(STEP 4). 배향막 물질로는 Nissan Chemical의 RN1199를 사용한다.
이러한 방법에 의해 제조된 제3 실시예에 다른 액정 표시 장치에서, 고분자 기둥의 재료로 PC335를 사용하는 경우, ITO 막(200) 위의 고분자 기둥(35)의 접착력은 양호하나, ITO 막(200)이 형성되어 있지 않고 기판(10)과 직접 닿게 되는 부분에서는 고분자 기둥(35)의 하부 기판(10)과의 접착 상태가 불량하다. 또한, 배향막 프린팅시 폴리이미드가 뭉쳐지는 등의 어려움이 따른다. 따라서, 고분자 기둥(35)을 프린팅 이전에 애싱(ashing) 처리하여 프린팅이 제대로 이루어질 수 있도록 한다. 고분자 기둥의 재료로 DTFR1011S를 사용하는 경우에는 고분자 기둥(35)과 기판(10)과의 접착력이 비교적 양호하며, 고분자 기둥(35)과 하부의 절연막(100)과 접착력이 상대적으로 양호하지 않다. 그러나, 이 경우에는 프린팅 특성이 양호하다.
제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는, 도 6에 나타난 바와 같이, 배향막(300)이 고분자 기둥(35)들을 덮고 있기 때문에, 액정을 주입한 이후에 감광막 중의 이온성 불순물이 액정에 용해되는 일이 발생하지 않아 액정의 오염에 따른 화질 저하를 막을 수 있는 장점이 있다.
다음, 도 5 및 도 7 및 도 8을 참고로 하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
ITO 막(200), 절연막(100) 등이 형성되어 있는 기판(10) 위에, 먼저 배향막(300)을 프린팅한다(STEP 1). 이어, 제3 실시예에서와 마찬가지의 재료 및 방법으로 포지티브 감광막을 형성한 후(STEP2), 노광 및 현상하여 고분자 기둥(35)을 형성한다(STEP 3). 다음, 고분자 기둥(35)을 200℃에서 40분간 베이크한다(STEP 4).
이러한 방법에 의해 제조된 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 ITO 막(200)이나 절연막(100) 등이 아닌, 배향막(300)과 접촉하는 고분자 기둥(35)이, 베이크 이후에도 하부의 배향막(300)과 양호한 접착력을 유지한다.
본 발명의 제1 내지 제4 방법에서는 셀 간격을 유지하기 위한 셀 간격제로서 고분자 기둥을 사용하기 때문에, 간격제 살포의 과정을 별도로 실시할 필요가 없으므로 공정도 단순화된다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 셀 간격을 얇고 균일하게 유지하는 것이 가능하고, 간격제와 하부막과의 접착력을 향상시키며, 공정도 단순해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고,
도 2는 도 1의 II-II' 선에 대한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고,
도 4는 도 3의 IV-IV' 선에 대한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제3 내지 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고,
도 6은 도 5의 VI-VI' 선에 대한 단면도이고,
도 7은 도 5의 VI-VI' 선에 대한 다른 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제3 내지 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치를 형성하는 공정 단계를 개략적으로 도시한 흐름도이다.

Claims (13)

  1. 제1 기판에 제1 감광성 고분자막을 도포하는 단계,
    상기 제1 감광성 고분자막을 노광하고 현상하여 제1 간격제 패턴을 형성하는 단계,
    제2 기판에 상기 제1 감광성 고분자막보다 두꺼운 제2 감광성 고분자막을 도포하는 단계,
    상기 제2 감광성 고분자막을 노광하고 현상하여 제2 간격제 패턴을 형성하는 단계,
    상기 제1 간격제가 형성되어 있는 상기 제1 기판을 하드 베이크하여 상기 제1 간격제 패턴을 열경화시키는 단계,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 가열 압착하여 셀 간격을 형성하는 단계 를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 감광성 고분자막은 1.5∼2.5μm 로 도포하고, 상기 제2 감광성 고분자막은 1.6∼3.5μ 로 도포하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 감광성 고분자막 및 상기 제2 감광성 고분자막은 스핀 코팅 방식으로 코팅하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 및 제2 감광성 고분자막은 각각 1,200 rpm/s 및 1,100 rpm/s의 속도로 12초간 스핀 코팅하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 감광성 고분자막은 포지티브 감광 수지를 사용하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 셀 간격이 1.0∼2.0μm가 되도록 가열 압착하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 가열 압착은 160℃에서 실시하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 하드 베이크는 200℃에서 40분간 실시하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 간격제 패턴을 원기둥 형태로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 강유전성 액정을 주입하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판 중 어느 하나의 기판 위이며, 상기 제1 간격제 패턴 또는 상기 제2 간격제 패턴의 사이에 ITO막, 절연막 및 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    ITO막, 절연막 및 배향막을 형성하는 단계는
    ITO막 및 절연막을 형성하는 단계,
    상기 ITO 막 및 상기 절연막 위에 배향막을 인쇄하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 배향막은 폴리이미드막으로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판 중 어느 하나의 기판 위이며, 상기 제1 간격제 패턴 또는 상기 제2 간격제 패턴의 상이에 ITO막 및 절연막을 형성하는 단계와,
    상기 제1 간격제 패턴 또는 상기 제2 간격제 패턴의 위에 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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