KR19980042148A - 액정 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정 장치는, 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 포함하며, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 제어하는 기둥형 스페이서(column-shaped spacer)들이 배치되고, 상기 기둥형 스페이서들 각각은 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분 및 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분을 가지며, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 상기 스페이서와 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판 사이의 계면 측에 배치되어 있다.

Description

액정 장치 및 그 제조 방법
본 발명은, 표시 장치 등으로 이용되는 액정 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 스페이서(spacer)들로부터의 광 산란이 없는 표시 품질이 우수한 액정 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래로부터, 액정 장치의 한 쌍의 기판 사이의 간격(셀 갭)을 균일하게 유지하기 위하여 스페이서들이 이용되고 있다. 그런 스페이서들은 전형적으로 미세한 입자 직경을 갖는 비드(bead)들 또는 파이버(fiber)들이며, 액정 장치의 제조시 한 쪽의 기판 상에 산포(sprinkle)된다. 예를 들면, 스페이서들로서 비드들을 산포하는 것을 포함하는 액정 장치 제조 방법은, 상당히 간단하여, 대부분의 종래의 액정 장치들을 위한 스페이서들로서 비드들 또는 파이버들이 이용되어 왔다.
도 3은 그런 종래의 액정 장치들의 일례를 도시하고 있다. 이 액정 장치는, 박막 트랜지스터(TFT)(20)들 및 화소 전극(21)들이 형성된 기판(19)(이하, 액티브 매트릭스 기판이라 함)과, 대향 전극(22)들이 형성된 기판(18)(이하, 대향 기판이라 함)을 포함하며, 상기 기판들은 대향하여 배치된다. 대향 전극(18)과 액티브 매트릭스 기판(19) 사이에 액정층(26)이 배치된다. 액티브 매트릭스 기판(19) 및 대향 기판(18)의 표면들 상에는 각각 액정 배향막들(23 및 24)이 액정층(26)에 면하여 형성된다. 대향 기판(18)과 액티브 매트릭스 기판(19) 사이에는 셀 갭을 균일하게 유지하기 위해 스페이서(25)들이 제공된다.
비드들 또는 파이버들 이외의 스페이서들을 이용하는 액정 장치는, 예를 들면, 일본 특허 제6-67135호 공보에 제안되어 있다. 이 공보에 개시된 기술은, 사전 패터닝된 기둥형 스페이서(column spacer)들을 전사(transcribe)하는 것을 포함한다. 보다 구체적으로, 이 기술은, 액티브 매트릭스 기판 및 대향 기판의 표면들 상에 배향막들을 형성하고; 그 배향막들에 러빙(rubbing) 처리를 하고; 액티브 매트릭스 기판도 대향 기판도 아닌 기판의 소정의 위치에 흑색 수지로 이루어진 기둥형 스페이서들을 형성하고; 이 스페이서들을 대향 기판의 비화소부들(예를 들면, 게이트선과 데이터 선 위의 부분들)에 전사하고; 액티브 매트릭스 기판 및 스페이서들이 전사된 대향 기판을 대향하여 배치하고; 상기 기판들 사이의 간격을 액정 물질로 충전하여 액정층을 형성하는 것을 포함한다.
상기 종래의 기술들은 다음의 문제를 갖고 있다. 스페이서들로서 비드들 또는 파이버들을 산포하는 것을 포함하는 방법은 간단하지만, 산포된 스페이서들의 밀도가 위치에 따라 변하는 경향이 있다. 이는, 셀 갭을 균일하게 유지하는 것을 곤란하게 하며, 스페이서들의 응집에 기인하는 표시 흠결을 발생시킨다. 패터닝된 기둥형 스페이서들을 전사하는 것을 포함하는 방법에서는, 불충분한 얼라인먼트 정도 및 기판의 수축 때문에 소정의 위치에 정확히 스페이서들을 형성하는 것이 곤란하다.
근년에는, 각 화소의 크기가 100μm × 100μm 이하가 되도록 액정 장치들에 대하여 매우 미세한 기술이 요구되었다. 그 결과, 약 5μm의 직경을 갖는 스페이서들 또는 그 스페이서들에 인접한 액정 분자들로부터의 광 산란이 해결되어야 할 문제가 되었다. 스페이서들로부터의 광 산란을 저감하기 위하여 스페이서들을 착색하는 것을 포함하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 방법은, 스페이서들로부터 액정층으로의 불순물의 용출에 기인하는 액정 장치의 신뢰도 및 표시 특성의 저하와 같은 문제들을 갖고 있으며, 따라서 현시점에서는 실용화되지 않고 있다.
전술한 내용에 비추어, 스페이서들로부터의 광 산란이 없는 표시 품질이 우수한 액정 장치 및 그런 액정 장치를 제조하는 간단한 방법이 요망된다.
본 발명의 액정 장치는, 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 포함하는데, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 제어하는 기둥형 스페이서들이 배치되고, 상기 기둥형 스페이서들 각각은 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분 및 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분을 가지며, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 상기 스페이서와 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판 사이의 계면 측에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 액정 장치는, 상기 기판들의 상기 액정층에 면하는 측에 액정 배향막들을 더 포함하며, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 상기 스페이서와 상기 액정 배향막들 중 적어도 하나의 액정 배향막 사이의 계면 측에 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 금속 및 금속 함유 화합물로부터 선택된 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 금속을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 금속은 알루미늄, 탄탈(tantalum), 몰리브덴(molybdenum), 티탄(titanium), 및 크롬(chromium)으로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 금속 함유 화합물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 금속 함유 화합물은 광 흡수 물질이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 금속 함유 화합물은 산화 티탄 및 산화 크롬으로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분은 절연체이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 절연체는 고분자 화합물이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 절연체는 환화 이소프렌 고무(cyclized isoprene rubbers), 페놀 수지(phenol resins), 노볼락 수지(novolak resins), 및 아크릴레이트(acrylates)로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 한 쌍의 기판 사이에 액정을 포함하는 액정 장치를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분 및 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분을 각각 갖는 기둥형 스페이서들을 베이스 필름(base film) 상에 형성하는 단계; 및 상기 베이스 필름 상에 형성된 상기 기둥형 스페이서들을 상기 한 쌍의 기판 중 하나의 기판에 부착시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 기둥형 스페이서들을 부착시키는 단계는 압착(crimping)을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 압착은 가열 하에서 수행된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 기둥형 스페이서들을 부착시키는 단계는 상기 기판들의 배향 처리(alignment processing) 후에 수행된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 각 스페이서의 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분은 드라이 필름 레지스트(dry film resist)로 형성된다.
따라서, 본 명세서에 기술된 발명은, (1) 스페이서들로부터의 광 산란이 없는 표시 품질이 우수한 액정 장치를 제공하는 장점, 및 (2) 그런 액정 장치를 제조하는 간단한 방법을 제공하는 장점을 가능케 한다.
당 기술분야의 숙련자라면, 첨부 도면들을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 상기 장점들 및 본 발명의 기타 장점들을 분명히 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 장치의 바람직한 실시예의 개략 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 액정 장치에 이용되는 스페이서들을 형성하는 방법의 바람직한 실시예를 도시하는 개략도.
도 3은 종래의 액정 장치의 개략 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 18 : 대향 기판
2, 19 : 액티브 매트릭스 기판
3, 20 : 박막 트랜지스터
4, 21 : 화소 전극
5, 22 : 대향 전극
6, 7, 23, 24 : 액정 배향막
8 : 기둥형 스페이서의 갭 제어부
9 : 기둥형 스페이서의 차광부
10, 26 : 액정층
11 : 베이스 필름
12 : 금속층
13 : 드라이 필름 레지스트
14 : 포토마스크
15 : 광
25 : 스페이서
30 : 기둥형 스페이서
100 : 액정 장치
본 명세서에서의 액정 장치는, TV 세트 및 컴퓨터용의 디스플레이로서 기능하는 표시 장치; 공간(2차원)적으로 확장된 광 입력을 변조하여 공간(2차원)적인 광 출력을 얻는 공간 광 변조 소자 등을 이용한 광 컴퓨터 및 광 연산 처리 장치와 같은 광 정보 처리 장치 등을 포함한다.
본 명세서에서의 기둥 형(column shape)은, 원기둥형(cylindrical shape), 각기둥(삼각 기둥, 사각 기둥, 및 다각 기둥)형(prism shape), 끝이 잘린 원뿔형, 및 끝이 잘린 각기둥형을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 액정 장치의 바람직한 실시예를 설명한다. 이 실시예에서는, 아모르포스 실리콘(amorphous silicon) 박막 트랜지스터들을 포함하는 액티브 매트릭스 액정 장치가 본 발명을 구현하는 데 이용된다. 본 발명은, 단순한 액정 장치 및 고온 또는 저온 폴리실리콘 등을 이용한 액티브 매트릭스 액정 장치에 의해서도 구현될 수 있다. 본 발명은, 트위스티드 네마틱(TN) 모드뿐만 아니라, 모든 표시 모드(예를 들면, 인플레인 스위칭형(inplane switching type), 고분자 분산형(polymer dispersed type), 및 표면 안정화 강유전성 액정형(surface passivation ferroelectric liquid crystal type))의 액정 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은, 표시 장치뿐만 아니라, 광 정보 처리 장치 등에도 적용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 기판은, 유리뿐만 아니라, 액정 장치의 용도에 따라, 플라스틱, 석영, 세라믹, 실리콘 웨이퍼 등으로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 액정 장치를 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 이 액정 장치의 개략 단면도이다.
액정 장치(100)는, 박막 트랜지스터(3)들 및 화소 전극(4)들이 형성된 액티브 매트릭스 기판(2)과, 대향 전극(5)들이 형성된 대향 기판(1)을 포함하며, 상기 기판들은 대향하여 배치되어 있다. 대향 기판(1)과 액티브 매트릭스 기판(2) 사이에 액정층(10)이 배치되어 있다. 필요에 따라, 액티브 매트릭스 기판(2) 및 대향 기판(1)의 표면들 상에는 각각 액정 배향막들(6 및 7)이 액정층(26)에 면하여 형성된다. 대향 기판(1)과 액티브 매트릭스 기판(2) 사이에는 셀 갭을 균일하게 유지하기 위해 기둥형 스페이서(30)들이 제공된다. 기둥형 스페이서(30)들 각각은, 가시광을 반사 또는 흡수하는 차광부(9)와, 스페이서(30)의 실질적인 높이를 구성하는(즉, 셀 갭을 실질적으로 제어하는) 갭 제어부(8)를 갖고 있다. 차광부(9)는, 스페이서와 기판들 중 적어도 하나의 기판 사이의 계면 측에 (또는 액정 배향막들이 형성되는 경우에는 스페이서와 액정 배향막들 중 적어도 하나 사이의 계면 측에) 층으로서 형성될 수 있다. 또는, 차광부(9)는, 스페이서와 기판들 중 적어도 하나의 기판 사이의 계면 측으로부터 기둥형 스페이서의 외주(outer circumference)의 일부에 연속하여 형성될 수도 있다.
상기 구성을 갖는 액정 장치를 제조하는 방법의 예를 설명한다.
먼저, 기판 상에, 탄탈, 알루미늄, 몰리브덴, 티탄, 구리, 인듐 산화 주석(indium tin oxide), 도핑된 실리콘, 또는 이러한 물질들을 함유하는 도체를 스퍼터링 법에 의해 예를 들면 약 300 nm의 두께로 퇴적시켜 소정의 형상의 게이트 전극들을 형성한다. 그 후, 게이트 전극이 형성된 기판 상에, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 탄탈과 같은 절연체로 이루어진 게이트 절연막을 예를 들면 약 100 내지 300 nm의 두께로 형성한다. 게이트 절연막은, 게이트 전극들이 탄탈로 이루어진 경우에는 양극 산화(anodic oxidation)에 의해 형성될 수 있으며, 그 외의 경우에는, 플라스마 CVD(plasma chemical vapor deposition)에 의해 형성될 수 있다.
그 후, 아모르포스 실리콘으로 이루어진 반도체층을 플라스마 CVD에 의해 예를 들면 약 50 nm의 두께로 형성하고, 계속하여, n+-아모르포스 실리콘층을 플라스마 CVD에 의해 예를 들면 약 10 내지 20 nm의 두께로 형성한다. 이들 층들은 소정의 형상으로 패터닝된다. 또는, n+-아모르포스 실리콘층은, 아모르포스 실리콘으로 이루어진 소정의 두께의 반도체층을 갖는 표면부에 마스크를 통하여 인 이온들을 선택적으로 주입하는 이온 도핑에 의해 형성될 수도 있다.
그에 따른 기판 상에, 탄탈, 알루미늄, 몰리브덴, 티탄, 구리, 인듐 산화 주석, 도핑된 실리콘, 또는 이런 물질들을 함유하는 도체와 같은 물질을 스퍼터링 법에 의해 예를 들면 약 300 내지 500 nm의 두께로 퇴적시켜 소정의 형상의 소스/드레인 전극들을 형성한다. 그 후, 그에 따른 기판 상에, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, 및 산화 탄탈과 같은 절연체를 플라스마 CVD에 의해 예를 들면 약 300 내지 500 nm의 두께로 퇴적시켜 소정의 형상의 층간 절연막을 형성한다. 이렇게 하여, 박막 트랜지스터(3)들이 제조된다.
그 후, 박막 트랜지스터(3)들이 형성된 기판 상에, 인듐 산화 주석을 스퍼터링 법에 의해 예를 들면 약 50 내지 100 nm의 두께로 퇴적시켜 소정의 형상의 화소 전극(4)들을 형성한다. 반사형 액정 표시 장치를 제조하는 경우에는, 알루미늄과 같은 금속으로 이루어진 화소 전극(4)들을 스퍼터링 법에 의해 예를 들면 약 100 내지 300 nm의 두께로 형성할 수 있다. 이렇게 하여, 액티브 매트릭스 기판(2)이 제조된다.
기판 상에, 인듐 산화 주석 등으로 이루어진 투명 전극을 임의의 적절한 방법에 의해 소정의 두께로 형성하여 대향 전극(5)들을 형성한다. 이렇게 하여, 대향 기판(1)이 제조된다. 필요에 따라, 대향 기판(1) 상에 블랙 매트릭스 및/또는 컬러 필터들이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 액티브 매트릭스 기판(2) 및 대향 기판(1) 상에, 폴리이미드와 같은 내열성 수지로 이루어진 액정 배향막들(6 및 7)을 각각 임의의 적절한 방법에 의해 소정의 두께로 형성하고, 소정의 방향으로 배향 처리(예를 들면, 러빙 처리)를 수행한다.
그 후, 액티브 매트릭스 기판 상에, 기판들 사이의 간격을 균일하게 제어하는 스페이서들을 형성한다. 도 2a 내지 도 2e를 참조하여, 스페이서들을 형성하는 방법의 예를 설명한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 내열성 고분자 물질로 이루어진 베이스 필름(11) 상에, 금속층(12)을 진공 증착법에 의해 예를 들면 약 50 내지 300 nm, 바람직하게는 약 100 nm의 두께로 형성한다. 금속층(12)은, 최종적으로 기둥형 스페이서(30)의 차광부(9)가 되며, 금속 또는 금속 함유 화합물로 형성된다. 전형적으로, 금속으로 형성되는 금속층(12)(차광부(9))은 가시광을 반사하며, 금속 함유 화합물(바람직하게는, 금속 산화물)로 형성되는 금속층(12)(차광부(9))은 가시광을 흡수한다. 금속층(12)에 이용되는 금속들의 예로는, 알루미늄, 탄탈, 몰리브덴, 티탄, 및 크롬이 포함된다. 알루미늄이 가장 바람직하다. 액정 장치를 직시하는 용도의 경우에는, 가시광을 흡수하는 금속층이 바람직하다. 이 경우에는, 금속층(12)은, 광 흡수 물질(예를 들면, 산화 티탄 및 산화 크롬과 같은 금속 산화물)로 형성될 수 있다. 금속층(12)은 또한 스퍼터링 법에 의해 형성될 수도 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 스페이서의 실질적인 높이를 구성하는 드라이 필름 레지스트(13)를 임의의 적절한 방법에 의해 금속층(12)에 균일하게 부착시킨다. 드라이 필름 레지스트(13)는 바람직하게는 절연성 물질, 더 바람직하게는 절연성 고분자 물질로 이루어져, 상하 기판간의 전력 누설을 저지한다. 드라이 필름 레지스트(13)의 두께는, 액정의 용도에 따라 변할 수 있지만, 전형적으로 약 1 내지 12 μm이며, 바람직하게는 약 2 내지 6 μm이다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 소정의 패턴을 갖는 포토마스크(14)를 통하여 드라이 필름 레지스트(13)에 대하여 선택적으로 광(15)을 조사한 다음, 소정의 현상액(예를 들면, 테트라메틸 암모늄 하이드라이드(TMAH : tetramethyl ammonium hydride))에 의해 현상시켜, 기둥형 스페이서(30)의 갭 제어부(8)를 소정의 위치들에 형성한다. 도 2c는, 드라이 필름 레지스트(13)가 네가티브 레지스트인 경우를 도시하고 있다. 광(15)이 조사된 네가티브 레지스트 부분들은 가교 반응(cross-link) 또는 중합 반응(polymerize)되어 불용성(insoluble)이 되고, 현상 후에 용해되지 않은 채로 남는다. 본 발명에 따르면, 포지티브 레지스트도 또한 드라이 필름 레지스트(13)로서 이용될 수 있다. 포지티브 레지스트의 경우에는, 광(15)이 조사된 부분들이 현상시 용해되어 제거된다. 따라서, 이 경우에는, 포토마스크(14)는 네가티브 레지스트에 이용되는 패턴으로부터 반전된 패턴을 가져야 한다. 드라이 필름 레지스트(13)용으로 바람직한 물질들에는, 환화 이소프렌 고무(cyclized isoprene rubbers), 페놀 수지(phenol resins), 노볼락 수지(novolak resins), 및 아크릴레이트(acrylates)가 포함된다. 환화 이소프렌 고무, 페놀 수지, 및 노볼락 수지가 특히 바람직하다.
포토마스크의 패턴을 적절히 디자인함으로써 임의의 적절한 형상을 갖는 기둥형 스페이서들이 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판의 표면에 대하여 평행한 스페이서들의 단면의 형상은, 원형, 타원형, 외주가 매끄러운 곡선에 의해 규정되는 형상, 외주가 매끄러운 곡선 및 직선에 의해 규정되는 형상, 외주가 복수의 직선들에 의해 규정되는 형상(예를 들면, 삼각형, 사각형, 정사각형, 및 직사각형)일 수 있다. 원형과 타원형이 바람직하다. 기판 상에 형성되는 기둥형 스페이서들의 수는, 포토마스크의 패턴을 적절히 디자인함으로써 엄격히 제어될 수 있다. 예를 들면, 기둥형 스페이서들의 수는 각 화소당 1개일 수도 있고, 또는, 각 화소의 화소 전극의 크기에 따라 적절히 결정될 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 금속층(12)의 노출된 부분들을 산(예를 들면, 금속층으로 알루미늄이 이용되는 경우에는 Al 부식액)에 의해 에칭 제거하여 기둥형 스페이서(30)들의 차광부(9)들을 형성한다. 그렇게 하여, 베이스 필름(11) 상에 차광부(9) 및 갭 제어부(8)를 각각 갖는 기둥형 스페이서(30)들이 형성된다. 갭 제어부(8)와 베이스 필름(11)은 내산성 물질(acid-resistant materials)이기 때문에, 금속층(12)의 노출된 알루미늄을 효과적으로 에칭 제거할 수 있다. 그렇게 형성된 기둥형 스페이서들의 차광부(9)에 의해, 스페이서(30)들에 입사하는 광이 차단(반사 또는 흡수)되며, 그에 따라 스페이서들로부터의 광 산란이 방지된다. 따라서, 기판 상의 어디에든지 스페이서들을 배치할 수 있으며, 그에 따라 스페이서들의 위치를 엄격히 제어할 필요가 없게 된다. 이에 따라, 액정 장치의 제조 공정이 상당히 간단해지며, 액정 장치의 고정밀화를 위하여 요구되는 화소의 미세화에도 유리하다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 기둥형 스페이서(30)들이 형성된 베이스 필름(11)과 액티브 매트릭스 기판(2)을, 갭 제어부(8)들이 액티브 매트릭스 기판(2)과 접촉하도록 대향하여 배치한 다음, 함께 압착시킨다(즉, 기둥형 스페이스들을 액티브 매트릭스 기판에 부착시킨다). 압착(crimping)은 임의의 적절한 조건하에서(예를 들면, 약 1 kg/cm2로 약 60분 동안) 수행될 수 있다. 그 후, 베이스 필름(11)을 임의의 적절한 방법에 의해 제거하여 액티브 매트릭스 기판(2) 상에 기둥형 스페이서(30)들만 남도록 한다. 압착은, 가열(예를 들면, 약 200℃의 온도)에 의해 수행될 수도 있고, 또는, 회전 롤러에 의해 수행될 수도 있다. 후자의 경우에는, 기둥형 스페이서(30)들이 형성된 베이스 필름(11)을 회전 롤러에 설치하여, 회전 롤러에 설치된 베이스 필름(11)의 부분을 액티브 매트릭스 기판(2)에 접촉시킨다. 그 후, 회전 롤러를 소정의 속도로 회전시키면서, 액티브 매트릭스 기판(2)을 소정의 속도로 이동시켜, 기둥형 스페이서(30)들이 순차적으로 액티브 매트릭스 기판(2) 상에 설치되도록 한다. 회전 롤러를 가열할 수도 있다. 또는, 기둥형 스페이서(30)들을 대향 기판에 부착시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이 기둥형 스페이서(30)들이 형성된 액티브 매트릭스 기판(2)과 실 수지 패턴(seal resin pattern)이 형성된 대향 기판(1)을 함께 부착시킨다. 기판들 사이의 공간에 액정 물질을 밀봉 방식으로 주입하여 액정층(10)을 형성한다. 그렇게 하여, 액정 패널이 얻어진다. 실 수지 물질의 예로는, 에폭시 열경화성 수지(epoxy thermosetting resins) 및 에폭시 광경화성 수지(epoxy photocurable resins)가 포함된다. 액정 장치의 용도 및 표시 모드에 따라 임의의 적절한 액정 물질을 사용할 수 있다. TN 표시 모드를 채택하는 이 실시예의 액정 표시 장치에 있어서는, 예를 들면 ZLI-4792 네마틱 액정 물질(Merck Co., Inc. 제조) 등을 사용할 수 있다.
상기 액정 패널 상에 2개의 편광판을 배치하고, 그에 따른 장치에 드라이버 IC 들을 장치하고, 구동 회로에 접속시키면, 액정 표시 장치가 얻어진다.
상기 구성을 갖는 액정 표시 장치를 실제로 제조하여, 그 표시 특성을 측정하였다. 그 측정 결과, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 스페이서들에 기인하는 광 누설이 없고, 표시 균일성이 우수하고, 콘트라스트가 높았다. 다시 말하여, 표시 품질이 우수한 액정 표시 장치가 얻어졌다.
본 발명에 따른 장치의 표시 콘트라스트와 단순히 스페이서들을 산포한 종래의 액정 장치의 표시 콘트라스트를 비교 측정하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 장치의 표시 콘트라스트는 약 400인 반면에, 종래의 장치의 표시 콘트라스트는 100이었다. 이는, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 매우 높은 콘트라스트를 제공할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 액정 패널을 이용한 정보 처리 장치(즉, 액정 장치)를 실제로 제조하여 그 특성을 검사하였다. 그 결과, 정보 오인이 저감되는 등의 효과가 얻어졌다.
이하, 본 발명의 작용을 설명한다.
본 발명에 따른 액정 장치는, 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정층; 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 제어하는 기둥형 스페이서들을 포함한다. 상기 기둥형 스페이서들 각각은 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분(갭 제어부) 및 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분(차광부)을 가진다. 상기 차광부는 상기 기둥형 스페이서와 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판 사이의 계면 측에 배치된다. 본 발명에 따른 액정 장치의 스페이서들은 기둥형이기 때문에, 스페이서들의 상면과 하면이 기판들과 접촉한다. 즉, 스페이서들이 기판들과 접촉하는 면적은 기판들과 점들에서 접촉하는 종래의 구형 스페이서(spherical spacer)들의 접촉 면적과 비교하여 크다. 따라서, 기둥형 스페이서들은 셀 갭을 안정되고 정확하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 기판들과 스페이서들 간의 접촉 부분들에 대한 응력 집중을 저감한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 내압성 및 내충격성이 우수한 액정 장치를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각의 스페이서는 스페이서와 기판들 중 적어도 하나의 기판 사이의 계면 측에 차광부를 가진다. 따라서, 기판으로부터 스페이서에 가시광이 입사하면, 입사광은 차광부에 의해 반사 또는 흡수되어, 광은 스페이서를 투과할 수 없게 된다. 따라서, 가시광은 스페이서에 의해 산란되지도 스페이서를 통하여 액정층에 투과하지도 않는다. 그 결과, 스페이서 부분들에서의 표시의 반짝임과 표시 콘트라스트의 저하가 최소화될 수 있다. 따라서, 표시 품질이 우수한 액정 표시 장치가 얻어진다.
본 발명에 따르면, 스페이서들에 입사하는 광이 차광부들에 의해 차단(반사 또는 흡수)되기 때문에, 스페이서들의 위치를 엄격히 조정할 필요가 없다. 따라서, 기둥형 스페이서들을 기판 상의 어디에든지 배치할 수 있기 때문에, 액정 장치의 제조 공정이 상당히 간단해진다. 이는, 액정 장치의 고정밀화를 위하여 요구되는 화소의 미세화에도 유리하다.
바람직한 실시예에서는, 차광부들은 금속 또는 금속 함유 화합물을 포함한다. 금속은 가시광을 반사시켜 스페이서들에 가시광이 투과하지 못하게 하여, 광이 산란되는 것을 방지한다. 금속은 박층이라 하더라도 가시광을 효과적으로 반사시킬 수 있다. 따라서, 기둥형 스페이서들의 차광부들의 두께는 그 갭 제어부들의 두께와 비교하여 무시할 수 있는 정도로 작게 할 수 있다. 따라서, 기둥형 스페이서들의 두께를 조정함에 있어서, 갭 제어부들의 두께만을 조정하면 된다. 따라서, 고정밀도의 두께를 갖는 기둥형 스페이서들이 제공될 수 있다. 한편, 금속 함유 화합물(예를 들면, 금속 산화물과 같은 광 흡수 물질)은 가시광을 흡수하여 스페이서들에 가시광이 투과되지 못하게 하여, 광이 산란되는 것을 방지한다. 금속 함유 화합물은 박층이라 하더라도 가시광을 효과적으로 흡수할 수 있다. 따라서, 차광부에 금속을 사용하는 경우에서 설명한 이유에 의해, 고정밀도의 두께를 갖는 기둥형 스페이서들이 제공될 수 있다. 또한, 그런 금속 함유 화합물은 가시광을 반사시키지 않기 때문에, 스페이서들(차광부들)로부터 기판으로의 가시광의 반사에 기인하는 불규칙 반사뿐만 아니라, 반사형 액정 장치의 표시 콘트라스트의 저하가 최소화될 수 있다. 따라서, 금속 함유 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
바람직한 실시예에서는, 스페이서들의 갭 제어부들은 절연체로 이루어지며, 그에 따라 상하 기판간의 전압 누설을 방지할 수 있다. 절연체는 바람직하게는 높은 탄성을 갖는 고분자 화합물이다. 따라서, 고분자 화합물을 이용하면, 가압에 의해 기판들을 함께 부착시킬 때 기판들 사이의 간격 제어에 마진을 크게 할 수 있다. 스페이서들의 높은 탄성은 또한 다음의 장점을 제공한다. 박막 트랜지스터, 전극 배선 등이 형성된 기판의 표면은 요철이 있기 때문에, 종래에 그런 요철 표면 상에 기둥형 스페이서들을 형성하는 데는, 동일한 높이의 기판 위치들 상에 스페이서들이 형성될 수 있도록 엄격한 위치 제어가 필요하였다. 그러나, 본 발명에 따르면, 높은 탄성을 갖는 스페이서들은, 기판 상의 높이가 상이한 위치들에 형성되는 경우에도 기판들의 부착시에 가압에 의해 압축될 수 있다. 따라서, 기판 상의 높이가 상이한 위치들에 기둥형 스페이서들을 형성하는 데 따른 기판들 간의 간격의 불균일성이 용이하게 보정될 수 있다. 그 결과, 스페이서들의 위치를 엄격히 제어하지 않고, 기판들 간의 간격이 균일한 액정 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 장치를 제조하는 방법은, 갭 제어부 및 차광부를 각각 갖는 기둥형 스페이서들을 베이스 필름 상에 형성하는 단계; 및 상기 베이스 필름 상에 형성된 상기 기둥형 스페이서들을 기판들 중 하나의 기판에 부착시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 방법에서는, 스페이서들과 스페이서들로부터 광을 차단하는 부분들이 동시에 형성되며, 그에 따라 액정 장치의 제조 공정이 간단해진다. 또한, 각각의 스페이서들을 소정의 위치들에 분리하여 형성할 수 있으며, 스페이서들이 형성되는 위치들을 정밀하게 제어할 수 있다.
바람직한 실시예에서는, 갭 제어부들은 드라이 필름 레지스트로 형성된다. 드라이 필름 레지스트를 사용함으로써, 종래의 도포형 레지스트 물질을 이용하는 경우와 비교하여, 균일한 두께를 얻는 데 필요한 레지스트 물질을 효과적으로 사용할 수 있으며, 그에 따라 재료비(따라서, 제조 비용)가 삭감된다.
바람직한 실시예에서는, 차광부 및 갭 제어부를 각각 갖는 스페이서들이 기판(배향막)의 배향 처리 후에 기판 상에 배치된다. 다시 말하여, 이미 패터닝된 스페이서들(차광부들)이 기판 상에 배치된다. 따라서, 종래의 차광막의 형성 시에 요구될 수 있는 패터닝 공정이 생략될 수 있으며, 그에 따라 액정 장치의 제조 공정이 간단해진다. 또한, 차광막의 소정의 위치들에 상응하도록 기둥형 스페이서들을 배치할 필요가 없다. 이에 따라, 액정 장치의 제조 공정이 더 간단해진다. 또한, 본 발명에 따른 액정 장치는 다음의 점에서 유리하다. 만일 배향막의 형성 전에 기둥형 스페이서들을 형성하면, 배향 처리에 의해 스페이서들이 파괴되거나, 또는, 스페이서들이 장애물이 되어 배향 처리가 행해지지 않은 부분들이 생긴다. 그에 따라, 액정 장치의 내압성 및 내충격성이 저하되고, 액정의 배향 불량 때문에 표시 품질이 저하된다. 배향막의 형성 후에 스페이서들을 배치함으로써 배향 처리와 관련된 상기 문제들을 해결할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 스페이서들로부터의 광 산란이 없는 표시 품질이 우수한 액정 장치, 및 그런 액정 장치를 제조하는 간단한 방법이 제공된다.
당 기술분야의 숙련자라면, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고서 여러 가지 다른 변형 예들을 알 수 있을 것이며 또한 실시할 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 특허청구범위는 이상에서 기술한 내용에 한정되어서는 안되며, 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 포함하는 액정 장치에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 제어하는 기둥형 스페이서(column-shaped spacer)들이 배치되고,
    상기 기둥형 스페이서들 각각은 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분 및 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분을 가지며, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 상기 스페이서와 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판 사이의 계면 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판들의 상기 액정층에 면하는 측에 액정 배향막들을 더 포함하며,
    상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 상기 스페이서와 상기 액정 배향막들 중 적어도 하나의 액정 배향막 사이의 계면 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 금속 및 금속 함유 화합물로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄, 탄탈(tantalum), 몰리브덴(molybdenum), 티탄(titanium), 및 크롬(chromium)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분은 금속 함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 금속 함유 화합물은 광 흡수 물질인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속 함유 화합물은 산화 티탄 및 산화 크롬으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분은 절연체인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 절연체는 고분자 화합물(polymer compound)인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 절연체는 환화 이소프렌 고무(cyclized isoprene rubbers), 페놀 수지(phenol resins), 노볼락 수지(novolak resins), 및 아크릴레이트(acrylates)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  12. 한 쌍의 기판 사이에 액정을 포함하는 액정 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분 및 가시광을 반사 또는 흡수하는 부분을 각각 갖는 기둥형 스페이서들을 베이스 필름(base film) 상에 형성하는 단계; 및
    상기 베이스 필름 상에 형성된 상기 기둥형 스페이서들을 상기 한 쌍의 기판 중 하나의 기판에 부착시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치 제조 방법
  13. 제12항에 있어서, 상기 기둥형 스페이서들을 부착시키는 단계는 압착(crimping)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 압착은 가열 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 액정 장치 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 기둥형 스페이서들을 부착시키는 단계는 상기 기판들의 배향 처리(alignment processing) 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 액정 장치 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 각 스페이서의 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 실질적으로 제어하는 부분은 드라이 필름 레지스트(dry film resist)로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 장치 제조 방법.
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