KR101097128B1 - 액정표시장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

액정표시장치에 있어 어레이 기판과 컬러필터 기판의 모체가 되는 기판은 전통적으로 내열성 및 내화학성이 우수한 유리기판이 사용되고 있다. 하지만 유리기판은 단가가 비싸고, 제조 공정 진행 중 깨짐 또는 파손이 쉽게 발생하는 문제가 있으며, 제품화 후에도 특성상 외부로부터의 충격에 의해 쉽게 깨지는 등의 문제가 있다.
본 발명은 유리기판을 이용하여 고온공정을 필요로 하는 스위칭 소자와 컬러필터층을 구성한 하부기판과 플라스틱 기판 상에 저온 공정에 의해 투명전극만을 형성함을 특징으로 하는 상부기판을 저온 진행되는 배향막 형성공정 및 UV경화성 실란트를 이용한 씰패턴 형성공정을 포함하는 셀공정을 진행하며, 특정 에너지 밀도 및 파장을 갖는 UV광의 전면 조사에 의해 액정 정렬 특성을 향상시켜 우수한 표시품질을 갖는 액정표시장치의 제조 방법을 제공한다.
배향특성, COT, 플라스틱, 러빙(rubbing), 액정 정렬성, UV광

Description

액정표시장치의 제조 방법{Method of fabricating the liquid crystal display device}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.
도 2a 내지 2h는 본 발명에 따른 액정표시장치용 제 1 기판의 제조 공정 단면도.
도 3a 내지 3b는 본 발명에 따른 액정표시장치용 제 1 기판의 제조 공정 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치용 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하여 액정패널을 제조하는 것을 도시한 공정 순서도.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명에 따른 액정표시장치 제조를 위한 액정패널 제조 공정도.
도 6a와 도 6b는 러빙(rubbing) 전과 러빙(rubbing) 후의 배향막 표면을 간략히 확대 도시한 도면.
도 7은 액정패널 전면에 UV광을 조사하는 것을 도시한 도면.
도 8a와 8b는 러빙(rubbing) 실시 후, UV광 조사전의 액정이 정렬된 상태를 나타낸 도면.
도 9a와 9b는 특정 파장 및 에너지 밀도를 갖는 UV광을 조사 후 액정의 정렬상태를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : (유리재질인)제 1 기판 215 : (UV경화성)씰패턴
220 : 액정 230 : 액정패널
240 : (플라스틱재질인)제 2 기판
290 : 진공합착기 291 : 챔버
292 : 스테이지 294 : UV램프
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 플라스틱 기판을 이용한 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)형 액정표시장치(TFT-LCD)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
액정표시장치의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과 전기장 내에 놓일 경우에 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 화소전극과 공통전극이 형성된 어레이 기판(array substrate)과 컬러필터 기판(color filter substrate)을 합착시켜 구성된 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 이들 전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시하는 비발광 소자이다.
최근에는 특히 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)를 행렬 방식으로 배열하고 스위칭소자를 각 화소에 배치시켜 독립적으로 제어하는 능동행렬방식(active matrix type)이 해상도 및 동영상 구현능력에서 뛰어나 주목받고 있는데, 이 같은 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 사용한 것이 잘 알려진 TFT-LCD(Thin Firm Transistor Liquid Crystal Display device)이다.
일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1에 나타낸 바와 같이 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 제 1 투명기판(12) 및 이의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 상기 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막 트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있 다.
또한 이와 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 제 2 투명기판(22) 및 이의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막 트랜지스터(T) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)의 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 적, 녹, 청색 컬러필터층(26) 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 마련되어 있다.
한편, 이 같은 액정표시장치에 있어 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)의 모체가 되는 제 1 및 제 2 투명기판(12, 22)은 전통적으로 유리기판이 사용되고 있다. 이는 유리기판이 내열성 및 내화학성이 뛰어나고, 투명도 또한 우수하여 고온 공정 및 화학약품에 의한 처리에도 기판 자체의 변형 및 변색되지 않기 때문이다.
하지만 이러한 특성을 갖는 유리기판은 단가가 비싸고, 제조 공정 진행 중 깨짐 또는 파손이 쉽게 발생하는 문제가 있으며, 제품화 후에도 특성상 외부로부터의 충격에 의해 쉽게 깨지는 등의 문제가 있다.
또한, 최근 들어 노트북이나 PDA와 같은 소형의 휴대용 단말기가 널리 보급됨에 따라 휴대성에 중점으로 두게 됨으로써 경량 박형의 추세이며, 나아가 유연한 특성을 지니고 있어 파손위험이 적은 제품을 찾고 있는 실정이다.
따라서, 이러한 유리기판의 대체물로써 유리기판 대비 단가가 저렴하고, 유연성이 있는 플라스틱 기판이 제안되고 있으나, 액정표시장치 제조 특성상 150℃이 상의 고온을 필요로하는 공정이 많아 플라스틱 기판을 이용한 액정표시장치의 제품화에는 많은 어려움이 있다.
액정표시장치의 제조에는 크게 투명한 기판 상에 화소를 형성하고 상기 각 화소내에 스위칭 소장인 박막 트랜지스터를 형성하는 어레이 공정과, 또 다른 투명한 기판 상에 상기 각 화소에 대응하여 순차 반복되는 적, 녹, 청색의 컬러필터를 형성하는 컬러필터 공정 그리고 상기 두 공정을 진행한 각각의 기판을 이용하여 상기 두 기판 사이에 액정을 개재하여 하나의 액정패널을 형성하는 셀 공정을 진행함으로써 액정표시장치를 완성하게 된다.
전술한 공정 중, 어레이 공정은 금속물질, 반도체물질, 무기절연물질 등을 증착하고 패터닝을 하는 과정에서 진공장비 또는 챔버를 갖는 장비등을 이용하여 진행되고 있으며, 이러한 장비들은 150℃이상의 고온의 분위기를 필요로 하는 바, 플라스틱 기판을 이용하여 제조하기에는 다소 무리가 있다.
또 다른 일례로서 셀 공정에 있어서, 상기 두 기판을 합착하는 경우 씰란트(sealant)를 상기 두 기판 중 어느 하나의 기판 테두리에 인쇄 또는 디스펜싱(dispensing)하여 씰패턴을 형성하고, 상기 두 기판이 소정간격 이격한 상태에서 상기 씰패턴에 모두 접촉하도록 한 후, 상기 씰패턴을 경화시킴으로써 액정패널을 형성하게 되는데, 상기 씰패턴의 경화는 주로 150℃ 이상의 열을 상기 기판에 가함으로 이루어지고 있다.
따라서, 내열성이 약한 플라스틱 기판을 이용하여 액정표시장치를 제조할 경우, 전술한 바와 같이 셀공정 특히 고온의 분위기에 노출되는 씰패턴의 경화공정을 진행시 상기 플라스틱 기판에 변형 또는 변색이 발생하는 문제가 있다.
전술한 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 기판을 합착하여 액정패널을 형성하는데 이용되는 씰란트를 자외선(UV)에 경화되는 것을 이용함으로써 고온 공정을 생략하여 플라스틱 기판의 변형, 변색을 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 씰패턴을 경화시키기 위한 특정 에너지 밀도를 갖는 자외선(UV)을 기판 전면에 조사함으로써 액정의 배향 특성을 향상시켜 액정표시장치의 표시품질을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조 방법은 다수의 화소영역을 포함하는 액티브 영역이 정의된 액정표시장치의 제조 방법에 있어서, 유리기판 상의 각각의 화소영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계와; 상기 스위칭 소자위로 각 화소영역에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 위로 각 화소영역별로 상기 스위칭 소자와 연결된 화소전극을 형성하는 단계와; 플라스틱 기판 전면에 투명전극을 형성하는 단계와; 상기 화소전극과 투명전극 위로 각각 제 1, 2 배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 배향막에 러빙(rubbing)을 실시하는 단계와; 상기 유리기판 또는 플라스틱 기판 중 어느 하나의 기판의 러빙(rubbing)된 배향막을 위 로 액티브 영역을 테두리하는 UV경화성 씰패턴을 형성하는 단계와; 상기 씰패턴 내측의 액티브 영역에 액정을 적하시키는 단계와; 상기 씰패턴이 형성된 기판 이외의 기판에 은(Ag) 도포 하는 단계와; 상기 액정이 적하된 기판과 은(Ag) 도포가 이루어진 기판을 적정 셀갭이 형성되도록 합착하는 단계와; 상기 합착된 상태의 유리기판 또는 플라스틱 기판 전면에 UV광을 조사하는 단계와; 상기 합착된 상태의 유리기판 및 플라스틱 기판을 액티브 영역 단위로 절단하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 UV광의 파장은 250nm 내지 450nm 이며, 상기 UV광의 에너지 밀도는 1J/㎠ 내지 2J/㎠ 인 것이 바람직하다.
상기 UV광의 조사는 편광판을 통과하여 편광된 UV광이 조사되는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1, 2 배향막을 형성하는 단계는 제 1, 2 배향막을 플라스틱 기판 및 유리기판 상에 각각 인쇄하는 단계와; 상기 유리기판 및 플라스틱 기판 상에 형성된 제 1, 2 배향막을 각각 경화시키는 단계를 포함하며, 상기 플라스틱 기판 상에 형성된 배향막의 경화는 그 경화온도가 150℃ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 스위칭 소자를 형성하는 단계는 상기 각 화소영역에 게이트 전극과 게이트 절연막과 채널부를 포함하는 반도체층과 소스 및 드레인 전극으로 구성되는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터를 포함하여 전면에 각 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극을 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 화소전극은 상기 드레인 보조전극과 접촉하며 형성된다.
또한, 상기 화소전극 외부로 노출된 적, 녹, 청색 컬러필터 위로 높이를 가지며 이격되어 배치되는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
또한, 상기 투명전극 형성 이전에 플라스틱 기판의 상면 또는 하면 또는 양면에 무기절연물질을 증착하여 배리어층(barrier layer)을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
또한, 상기 액정을 적하시키는 단계는 진공의 분위기에서 진행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액정이 적하된 기판과 은(Ag) 도포가 이루어진 기판을 적정 셀갭이 형성되도록 합착하는 단계는 진공의 분위기에서 상기 액정이 적하된 기판과 은(Ag) 도포가 이루어진 기판을 상기 화소전극과 투명전극이 마주보도록 위치시키는 단계와; 상기 마주보는 두 기판을 씰패턴이 두 기판과 모두 접촉하도록 밀착시키는 단계와; 상기 두 기판이 밀착된 상태에서 진공의 분위기를 대기압 분위기로 바꾸어 상기 적하된 액정이 상기 씰패턴 내측에서 퍼지도록 하는 단계를 포함한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 있어서 가장 특징적인 것은 150℃ 이상의 고온 공정을 많이 포함하는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 형성하는 어레이 공정은 유리기판을 이용하여 진행하고, 더불어 상기 유리기판에 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 더욱 형성하고, 이러한 스위칭 박막트랜지스터 및 컬러필터 패턴이 형성된 기판에 대응되는 기판은 플라스틱 기판을 이용한 액정표시장치를 구성하는 것이다. 이 경우 상기 플라 스틱 기판에는 액정표시장치의 모드에 따라 공통전극이 형성될 수도 있고, 또는 생략될 수도 있다.
따라서, 상기 플라스틱 기판에는 스위칭 소자나 또는 컬러필터 패턴을 형성하지 않음으로써 고온 공정을 진행할 필요가 없으므로 고온 공정 진행에 의한 변형 및 변색의 문제는 발생하지 않게 된다.
하지만, 스위칭 소자 및 컬러필터 패턴을 형성한 유리기판(이하 제 1 기판이라 칭함)과 공통전극이 형성된 플리스틱 기판(이하 제 2 기판이라 칭함)에는 공통적으로 배향막을 형성하고, 이를 경화시키는 공정이 포함되어 있는데, 일반적으로 상기 배향막의 경화공정은 200℃이상으로 진행되고 있으나, 150℃이하로 경화하여도 경화시간을 상대적으로 늘리면 배향막의 역할을 수행하는데 별 문제가 없음을 실험적으로 확인한 바, 제 1 기판은 배향막 형성 후 종래대로 200℃이상의 고온에서 경화를 실시하고, 제 2 기판은 150℃이하로 상기 제 1 기판상의 배향막을 경화시키는 시간보다 좀더 긴 시간동안 경화공정을 실시함으로써 플라스틱 기판 재질인 제 2 기판은 고온에 노출되지 않도록 하였다.
이하, 도면을 참조하여 본원발명에 따른 플라스틱 기판을 이용한 액정표시장치의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 2h는 본 발명에 따른 액정표시장치용 제 1 기판의 제조 공정 단면도이다.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 투명한 유리기판(110) 상에 일방향의 게이트 배선(미도시)과 상기 게이트 배선(미도시)에서 분기한 게이트 전극(112)을 형성 한다. 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(112)은 금속물질을 유리기판(110) 전면에 증착하여 단일층을 형성하거나 또는 서로다른 금속물질을 연속하여 증착함으로써 이중층으로 형성하고, 상기 단일층 또는 이중층 위로 전면에 포토레지스트를 도포한 후, 상기 포토레지스트에 빛의 투과영역과 차단영역을 갖는 마스크(미도시)를 이용하여 노광하고, 상기 노광된 포토레지스트를 현상함으로써 특정 형태의 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴(미도시) 외부로 노출된 단일층 또는 이중층 구조의 금속물질을 동시식각 또는 연속식각하고, 상기 식각 후 단일층 또는 이중층 구조의 금속층 위에 남아있는 포토레지스트 패턴(미도시)을 스트립(strip) 또는 애싱(ashing)함으로써 형성되게 된다.
이후, 상기 단일층 또는 이중층 구조의 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(112)을 포함한 유리기판(110) 전면에 게이트 절연막(117)을 형성한다.
다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 절연막(117) 위로 순수 비정질 실리콘(a-Si) 및 불순물 비정질 실리콘(n+ a-Si)을 전면에 연속 증착하고, 전술한 포토레지스트의 도포, 노광, 현상, 식각 등을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 상기 게이트 전극(112)에 대응하여 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)을 형성한다.
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 반도체층(120) 위로 금속물질을 전면에 증착하고 마스크 공정을 진행하여 상기 반도체층(120) 상부에서 이격하는 소스 및 드레인 전극(122, 124)과, 상기 소스 전극(122)과 연결되며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)을 형성한다.
이때, 도면에는 단일층으로 형성한 것을 나타내었지만, 상기 데이터 배선(미도시)과 소스 및 드레인 전극(122, 124)도 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(112)과 마찬가지로 이중층 구조를 형성할 수도 있다.
이후, 상기 소스 및 드레인 전극(122, 124) 사이의 이격된 영역에 노출된 반도체층(120) 중 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)을 식각하여 제거하여 채널부(ch)를 형성한다.
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(122, 124)을 포함한 유리기판(110) 전면에 보호층(126)을 형성하고, 마스크 공정을 진행하여 하부의 드레인 전극(124)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(127)을 형성한다.
다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(127)을 갖는 보호층(126) 위로 빛의 차폐력이 우수한 금속물질로써 상기 소스 및 드레인 전극(122, 124) 사이의 채널부(ch)을 차단하기 위한 차광막(128)을 형성하고, 동시에 상기 차광막(128)과 동일 물질로써 상기 드레인 콘택홀(127)을 통해 드레인 전극(124)과 접촉하는 드레인 보조전극(129)을 형성한다.
다음, 도 2f에 도시한 바와 같이, 상기 보호층(126) 및 차광막(128)과 드레인 보조전극(129) 위로 적색 레지스트를 도포하고, 마스크(미도시)를 이용하여 노광하고, 상기 적색 레지스트를 현상함으로써 일정간격으로 반복되는 적색 컬러필터 패턴(130a)을 형성하고, 상기 적색 컬러필터 패턴(130a)을 형성한 방법대로 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(130b, 130c)을 형성함으로써 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(130a, 130b, 130c)을 형성한다.
이때, 상기 각각의 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(130a, 130b, 130c)은 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 교차하여 정의되는 화소영역(P)별로 순차적으로 반복되며 형성되는 것이 특징이며, 상기 드레인 보조전극(129)에 대응되는 일부영역에는 각 색의 레지스트가 현상되어 상기 드레인 보조전극(129)이 노출되도록 하는 드레인 보조 콘택홀(132)을 형성하는 것이 특징이다.
다음, 도 2g에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(130a, 130b, 130c) 위로 투명도전성 물질을 전면에 증착하고 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 하부의 드레인 보조전극(129)과 접촉하며 각 화소영역(P)별로 독립되는 화소전극(134)을 형성함으로써 유기재질의 액정표시장치용 제 1 기판(109)을 완성한다.
이때, 도 2h에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 기판(109)상의 상기 화소전극(134) 위로 투명한 유기절연물질을 도포하고, 이를 패터닝함으로써 상기 화소전극(134)과 화소전극(134) 사이의 노출된 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(130a, 130b, 130c) 상부로 게이트 배선(미도시) 또는 데이터 배선(미도시)이 형성된 영역에 대응하여 일정간격을 가지며, 소정의 높이를 갖는 패턴드 스페이서(140)를 더욱 형성할 수 도 있다.
다음, 도 3a 내지 3b는 본 발명에 따른 액정표시장치용 제 2 기판의 제조 공정 단면도이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 투명한 플라스틱 기판(140)의 상면 또는 하면 또는 양면에 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 전면에 증착함으로써 배리어층(144)을 형성한다. 이는 플라스틱 기판(140)이 유리기판 대비 휨 정도가 크므로 이러한 휨 발생을 보상하고자 배리어(barrier)층(미도시)을 형성하는 것이다.
다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 배리어층(144)이 형성된 플라스틱 기판(140)상에 투명도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)을 전면에 증착하여 투명전극(147)을 형성함으로써 제 2 기판(139)을 완성한다.
전술한 제 2 기판(139)의 제조에 있어서, 상기 배리어층(144)을 형성하는 것 대신에 휨 발생을 방지하고자 상기 플라스틱 기판을 수용할 수 있는 홈부를 구비하고, 휨 발생이 적은 더욱 상세히는 최소한 유리기판 정도의 휨이 발생하는 리지드(rigid) 기판에 상기 플라스틱 기판을 부착하고 상기 리지드(rigid) 기판에 부착된 상태로 반송 등이 진행되도록 하여 휨 발생 방지를 위한 상기 배리어층을 형성하지 않고 상기 플라스틱 기판 상에 직접 투명전극을 형성할 수 도 있다. 이때, 상기 리지드 기판은 상기 제 1, 2 기판을 합착한 후 제거된다.
다음, 전술한 바와 같이 제작된 유리 재질의 제 1 기판과 플라스틱 재질의 제 2 기판을 액정을 개재한 후, 부착하여 하나의 액정표시장치를 완성하는 셀 공정에 대해 셀 공정 순서도인 도 4와 일부 셀 공정을 도시한 도 5a 내지 5d를 통해 설명한다. 이때, 설명의 편의상 도면부호는 200번대로 재부여 하였다.
우선, 도 4와 도 5a에 도시한 바와 같이, 제 1 단계로서 상기 제 1 기판 (210)의 화소전극 상부 및 상기 제 2 기판의 투명전극 상부에 각각 주쇄 및 측쇄를 갖는 고분자 물질 예를들면 폴리이미드(poly imide)를 스테이지(252), 판동(254), 아니록스롤(256), 닥터롤(258) 및 디스펜서(260)를 포함하여 구성되는 배향막 코팅장치(250)를 이용하여 인쇄하고, 제 2 단계로서 상기 배향막(212)이 인쇄된 제 1, 2 기판(200, 미도시)을 경화장치(미도시) 내에서 적정시간 고온에 노출시킴으로써 상기 제 1, 2 기판(200, 미도시)상의 배향막(212)을 경화시킨다.
이때, 유리재질의 기판을 이용한 제 1 기판(210)은 200℃이상의 고온에 노출되어도 문제되지 않으므로, 200℃이상의 고온의 분위기에서 상기 배향막(212)을 경화시키고, 플라스틱 재질의 제 2 기판(미도시)은 150℃이상의 고온 공정을 진행하면 변형 및 변질되므로 이를 방지하고자 150℃ 이하의 분위기에서 상기 배향막을 경화시킨다. 이 경우 경화시간은 제 1 기판(210) 내의 배향막(212)을 경화시키는 시간보다 상기 제 2 기판(미도시)내의 배향막(미도시)을 경화시키는 시간이 길어질 수 있다.
다음, 도 4와 도 5b에 도시한 바와 같이, 제 3단계로서 배향막(212, 미도시)이 각각 형성된 제 1, 2 기판(210, 미도시)을 스테이지(264)와 러빙롤(266)을 포함하여 구성되는 러빙(rubbing) 장치(262)로 이동시키고, 상기 경화된 배향막(212, 미도시)의 표면을 빠른 속도로 회전하는 러빙포(268)가 감긴 러빙롤(266)과 마찰하며 일방향으로 진행시킴으로써 상기 배향막(212, 미도시) 표면의 측쇄를 일방향으로 정렬시킨다.
러빙(rubbing) 전과 러빙(rubbing) 후의 배향막 표면을 간략히 확대 도시한 도 6a와 도6b를 참조하면, 러빙(rubbing)전(도 6a 참조)에는 배향막 표면의 주쇄(main chain)(212a)로부터 분기한 다수의 측쇄(side chain)(212b)들이 불규칙인 상태를 보이고 있으나, 러빙(rubbing) 실시 후(도 6b 참조) 상기 불규칙적인 배열을 한 측쇄(212b)들이 일방향으로 배열됨을 알 수 있다.
다음, 도 4와 도 5c에 도시한 바와 같이, 제 4 단계로서 제 1 기판(210) 상에는 씰 디스펜싱 장치(270)를 이용하여 화상을 표시하는 액티브 영역(AA)을 둘러싸는 씰패턴(215)을 형성하고, 동시에 제 2 기판(미도시) 상에는 제 1, 2 기판(210, 미도시)의 도통을 위한 은(Ag) 도포 공정을 실시하여 도통패턴(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 액티브 영역(AA)을 테두리하며 형성되는 씰패턴(215)은 UV광 조사에 의해 경화되는 특성을 갖는 UV경화성 씰란트(sealant)로서 형성되는 것이 특징이다.
도면(도 4와 도 5c)에서는 제 1 기판 상에 씰패턴이 형성되고 제 2 기판 사에 도통패턴이 형성된 것을 일예로 들었으나 있으나, 제 2 기판 상에 씰패턴을 형성하고, 제 1 기판 상에 은 도포에 의한 도통패턴을 형성할 수 도 있다.
다음, 도 4와 도 5d에 도시한 바와 같이, 제 5 단계로서 상기 씰패턴이 형성된 제 1 기판을 진공챔버(미도시)와 스테이지(286)와 액정 디스펜서(284)를 포함하여 구성된 진공 액정 적하 장치(280)의 진공챔버(미도시) 내부의 스테이지(286) 위로 위치시키고, 진공의 분위기에서 액정(220)을 상기 제 1 기판(210)상의 상기 씰패턴(215)으로 둘러싸인 액티브 영역(AA)에 적정량을 적하한다.
다음, 도 4와 도 5e에 도시한 바와 같이, 제 6 단계로서 진공챔버(291)와 상 부 및 하부 스테이지(292, 293)와 UV램프(294)를 포함하여 구성된 진공합착장치(290)의 진공 분위기를 유지하는 진공챔버(291) 내의 하부 스테이지(292)에 상기 액정(220)이 적정량 적하된 제 1 기판(210)을 위치시키고, 상기 상부 스테이지(293)에는 상기 은(Ag) 도포가 이루어진 제 2 기판(240)을 흡착시켜 위치시키고, 상기 제 1, 2 기판(210, 240)을 정렬시킨 후, 상기 상부 스테이지(293)를 하부 스테이지(292)쪽으로 이동시켜 상기 제 2 기판(240)을 상기 제 1 기판(210)과 접촉시킨다. 이 경우, 액정이 제 2 기판에 적하되었을 경우, 상기 제 2 기판이 하부 스테이지에 위치하고, 제 1 기판이 상부 스테이지에 위치할 수도 있다.
다음, 도 4와 도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 2 기판(210, 240)을 접촉시킨 후, 상기 진공 상태인 진공챔버(291)내 분위기를 대기압 분위기로 바꾸면, 상기 제 1, 2 기판(210, 240) 사이의 상기 씰패턴(215) 내측은 진공인 상태이고, 상기 제 1, 2 기판(210, 240) 외측 즉 챔버내부는 대기압이 형성됨으로써 상기 대기압에 의해 상기 제 1, 2 기판(210, 240)이 서서히 밀착되어 진다. 이때, 씰패턴(215)내측으로 적하된 액정(220)이 서서히 퍼지며 상기 씰패턴(215) 내측을 채우게 되며, 동시에 상기 씰패턴(215) 또한 대기압에 의해 눌려기게 되어 소정폭을 가지며 퍼지게 된다.
일정시간이 지나면 두 기판(210, 240)이 밀착되는 것이 평형인 상태에 이르게 되며, 더욱 정확히는 상기 씰패턴(215)과 상기 제 1 기판(210) 상에 형성된 패턴드 스페이서(미도시)에 의해 상기 두 기판(210, 240)이 지지됨으로써 적정 셀갭을 유지하게 된다.
이렇게 씰패턴(215)이 퍼지고, 더 이상 두 기판(210, 240)의 밀착이 진행되지 않고 적정 셀갭을 형성하게 되면, 제 7 단계로서 상기 제 1 기판(210) 하부나 제 2 기판(240) 상부 또는 상/하부 모두에 UV램프(294)를 통해 적당한 에너지 밀도를 갖는 UV광을 적정시간 전면에 조사함으로써 상기 UV경화성의 씰패턴(215)을 경화시키며, 동시에 액정을 안정화시킨다.
도 5f에서는 상기 UV램프(294)가 제 1 기판(210)의 하부면에서 조사되는 것으로 도시하였으나, 상기 UV램프는 제 2 기판의 상부면 쪽에 위치할 수 있으며, 이 경우 상기 UV램프가 위치한 쪽의 스테이지는 투명한 재질 예를들면 석영으로 제작됨으로써 상기 스테이지를 통과하여 기판에 UV광이 조사되게 된다.
또한, 상기 UV광의 조사는 상기 진공합착장치(도 5f의 290)의 진공챔버(도 5f의 291)내에서 이루어지지 않고, 도 7에 도시한 바와 같이, UV램프(310)가 상부에 구비된 챔버(미도시)를 구성하고 스테이지(315)를 통과하지 않고 직접 제 1, 2 기판(210, 240)이 합착된 상태의 액정패널에 조사될 수도 있다.
이때, 상기 합착된 상태의 제 1 기판(210) 또는 제 2 기판(240) 전면에 조사되는 UV광은 250nm 내지 450nm파장을 가지며, 1 내지 2 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 UV광의 조사 시 편광판(미도시)을 이용하여 편광된 UV광을 조사할 수도 있다.
여기서 액정의 배향성에 대해 잠시 설명한다.
고분자 물질을 이용한 배향막과 이러한 배향막을 러빙(rubbing) 처리함으로써 상기 배향막내의 측쇄를 일방향으로 정렬시키고, 이렇게 정렬된 측쇄에 의해 액 정을 초기 정렬시키는 것이 일반적이다. 하지만, 러빙(rubbing)에 의한 배향막 내 측쇄의 정렬은 러빙포의 균일도 및 기판 상에 형성된 배선 또는 전극의 단차로 인해 상기 배향막 측쇄의 일부가 정렬되지 않을 수 있으며, 정렬이 되더라도 그 배향 규제력에 차이가 있어서 액정이 상기 측쇄의 정렬된 방향에 대해 그 정렬도가 분산되어 나타나게 되며 이러한 액정 정렬의 분산도가 증가하는 영역일수록 화상 화상을 표시할 경우 얼룩으로 나타나게 된다.
따라서, 이러한 러빙(rubbing)에 의해 액정 배향의 문제를 해결하고자 본 발명에서는 UV경화성 씰패턴의 경화 시 특정 파장 및 에너지 밀도를 갖는 UV광을 씰패턴 형성 영역을 포함하여 기판 전면에 조사함으로써 액정의 정렬성을 향상시키고 있다.
도 8a와 8b는 러빙 실시 후, UV광 조사전의 액정이 정열된 상태를 나타낸 도면이며, 도 9a와 9b는 특정 파장 및 에너지 밀도를 갖는 UV광을 조사 후 액정의 정렬상태를 도시한 도면이다.
도 8a와 8b에 도시한 바와 같이, UV광 조사 전에는 액정이 러빙 방향을 따라 즉, 배향막의 측쇄가 정렬된 방향을 따라 액정이 정렬되고 있으나, 상기 러빙 방향을 기준으로 액정 디렉터의 방향이 조금씩 달리하고 있음을 알 수 있으며, 액정의 배향막 표면과 액정 디렉터가 이루는 경사각 또한 일정하지 않게 정렬되어 있음을 알 수 있다. 이러한 상태를 갖는 액정표시장치에 전압을 인가하여 화상을 표시하게 되면 액정의 초기배열 불균일로 인해 얼룩이 발생하게 된다.
한편, UV광 조사 후의 액정 정렬 상태를 도시한 도 9a와 9b를 참조하면, 특 정 에너지 밀도와 파장을 갖는 UV광을 상기 배향막을 포함한 액정이 개재된 기판에 조사함으로써 상기 조사된 UV광에 의해 배향막 내의 측쇄가 반응하여 그 배열성을 높이고, 배향 규제력 또한 상승시킴으로써 전체적으로 액정의 정렬을 높일 수 있게 된다.
따라서, 도시한 바와 같이, 액정이 러빙 방향에 대해 액정 디렉터의 방향이 거의 일치하며, 배향막 표면과 상기 액정 디렉터가 이루는 경사각 또한 일정한 액정의 정렬을 유도하게 되며, 전술한 바와 같이 액정의 초기 정렬의 균일성이 향상된 우수한 액정표시장치는 전압인가시 배향 불량에 의한 얼룩이 없는 우수한 표시 품질을 갖게 된다.
다시, 액정표시장치 형성을 위한 셀공정의 대해 씰패턴 이후의 공정에 대해 설명한다.
도 4와 도 5g에 도시한 바와 같이, 제 8 단계로서 UV광을 조사하여 씰패턴(215)이 경화됨으로써 하나의 액정패널을 형성한 상기 제 1, 2 기판(210, 240)을 상기 씰패턴(215)의 외측을 따라 절단 휠 등을 이용하여 절단함으로써 원판 상태의 액정 패널에서 하나의 액티브 패턴(AA)을 갖는 단위 액정패널로 분리한다.
이렇게 다수의 액티브 패턴을 포함하는 원판 액정패널(230)을 절단하게 되면 그 절단면이 매우 날카롭기 때문에 이를 연마함으로써 날카롭지 않도록 처리함으로써 단위 액정패널을 완성한다.
이후, 이렇게 완성된 단위패널은 PCB와 백라이트 유닛등을 부착하는 모듈공정을 진행하여 액정표시장치를 완성하게 된다.
본 발명에 의한 COT구조 액정표시장치 및 제조방법은 150℃이상의 고온을 필요로 하는 어레이 및 컬러필터 형성공정을 유리기판을 이용한 하부기판에 구성하고, 상부기판은 내열성 및 내화학성이 유리기판 대비 취약한 플라스틱 기판을 이용하여 저온공정으로 가능한 형성 가능한 투명전극과 배향막만을 형성하고 상기 두 기판을 합착하여 액정패널을 구성함으로써 제조 비용을 절감시키는 효과가 있으며, 무거운 유리기판 대신 가벼운 플라스틱 기판을 이용함으로써 경량 박형의 제품을 실현하는 효과가 있다.
또한, UV경화성 실란트로서 씰패턴을 형성하고, 상기 씰패턴의 경화시 UV광을 전면에 조사함으로써 액정의 정렬성을 향상시킴으로써 최종적으로 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 다수의 화소영역을 포함하는 액티브 영역이 정의된 액정표시장치의 제조 방법에 있어서,
    유리기판 상의 각각의 화소영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계와;
    상기 스위칭 소자위로 각 화소영역에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 위로 각 화소영역별로 상기 스위칭 소자와 연결된 화소전극을 형성하는 단계와;
    플라스틱 기판 전면에 투명전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극과 투명전극 위로 각각 제 1, 2 배향막을 형성하는 단계와;
    상기 제 1, 2 배향막에 러빙(rubbing)을 실시하는 단계와;
    상기 유리기판 또는 플라스틱 기판 중 어느 하나의 기판의 러빙(rubbing)된 배향막을 위로 액티브 영역을 테두리하는 UV경화성 씰패턴을 형성하는 단계와;
    상기 씰패턴 내측의 액티브 영역에 액정을 적하시키는 단계와;
    상기 씰패턴이 형성된 기판 이외의 기판에 은(Ag) 도포 하는 단계와;
    상기 액정이 적하된 기판과 은(Ag) 도포가 이루어진 기판을 적정 셀갭이 형성되도록 합착하는 단계와;
    상기 합착된 상태의 유리기판 또는 플라스틱 기판 전면에 UV광을 조사하는 단계와;
    상기 합착된 상태의 유리기판 및 플라스틱 기판을 액티브 영역 단위로 절단하는 단계
    를 포함하며, 상기 투명전극 형성 이전에 상기 플라스틱 기판의 상면 또는 하면 또는 양면에 무기절연물질을 증착하여 배리어층(barrier layer)을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 UV광의 파장은 250nm 내지 450nm 인 액정표시장치의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 UV광의 에너지 밀도는 1J/㎠ 내지 2J/㎠ 인 액정표시장치의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 UV광의 조사는 편광판을 통과하여 편광된 UV광이 조사되는 것이 특징인 액정표시장치의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 배향막을 형성하는 단계는
    제 1, 2 배향막을 플라스틱 기판 및 유리기판 상에 각각 인쇄하는 단계와;
    상기 유리기판 및 플라스틱 기판 상에 형성된 제 1, 2 배향막을 각각 경화시키는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판 상에 형성된 배향막의 경화는 그 경화온도가 150℃ 이하인 액정표시장치의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 형성하는 단계는
    상기 각 화소영역에 게이트 전극과 게이트 절연막과 채널부를 포함하는 반도체층과 소스 및 드레인 전극으로 구성되는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 박막 트랜지스터를 포함하여 전면에 각 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접촉하는 드레인 보조전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 화소전극은 상기 드레인 보조전극과 접촉하는 액정표시장치의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극 외부로 노출된 적, 녹, 청색 컬러필터 위로 높이를 가지며 이격되어 배치되는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정을 적하시키는 단계는 진공의 분위기에서 진행되는 액정표시장치의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정이 적하된 기판과 은(Ag) 도포가 이루어진 기판을 적정 셀갭이 형성되도록 합착하는 단계는
    진공의 분위기에서 상기 액정이 적하된 기판과 은(Ag) 도포가 이루어진 기판을 상기 화소전극과 투명전극이 마주보도록 위치시키는 단계와;
    상기 마주보는 두 기판을 씰패턴이 두 기판과 모두 접촉하도록 밀착시키는 단계와;
    상기 두 기판이 밀착된 상태에서 진공의 분위기를 대기압 분위기로 바꾸어 상기 적하된 액정이 상기 씰패턴 내측에서 퍼지도록 하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
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