KR20030093789A - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칼럼 스페이서에 유리 섬유 또는 세라믹 볼을 첨가하여 탄성력과 복원력을 증가시켜 외부의 힘에 의해 영향을 받지 않고 고온에서도 얼룩이 발생하지 않는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 액정표시소자는, 제 1기판 및 제 2기판과, 상기 제 1기판 위에 형성되며, 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 제 2기판 위에 형성되며, 상기 화소 영역 내에 형성된 탄성재가 포함된 칼럼 스페이서와, 상기 제 2기판 위에 형성된 시일재와, 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 것을 특징으로 하고, 액정표시소자 제조방법은, 제 1기판 위에 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하여 화소 영역을 정의하는 단계와, 제 2기판 위의 상기 화소 영역 내에 탄성재가 포함된 칼럼 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 제 2기판 위에 시일재를 형성하는 단계와, 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자 및 그 제조방법이다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{A Liquid Crystal Display Device And The Method For Manufacturing The Same}
본 발명은 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 칼럼 스페이서 물질에 유리 섬유 또는 세라믹 볼을 혼합한 후 칼럼 스페이서를 형성하여 외부 충격이나 고온에서도 칼럼 스페이서가 영향받지 않고 셀갭을 유지하는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시소자는 저전압 구동, 저소비 전력, 경박 단소, 풀 칼라 구현 등의 특징으로 인해 계산기, 시계, 노트북, PC용 모니터 등에서 휴대폰, 항공용 모니터, 개인 휴대 단말기, TV 등으로 그 용도가 다양해지고 있다.
그리고, 액정표시소자가 대화면으로 감에 따라 액정 형성 방법이 종래의 지공 주입에서 적하 합착으로 바뀌고 있다. 15인치 이상의 액정표시소자의 액정 형성은 진공 주입 방법인 경우 8시간 이상 소요되므로 그보다 더 큰 화면인 경우 공정 시간이 너무 많이 걸려 더 이상 진공 주입 방법을 채용할 수 없고 진공속에서 액정을 적하 합착하는 새로운 방법을 사용하고 있다.
액정을 진공 주입하는 경우는 먼저 상하판을 시일재로 합착하고 모세관 현상과 압력 차이에 의해 액정을 진공 주입한다. 이때, 시일재로 열경화형 시일재를 사용하여 왔고, 가장 많이 사용되는 열경화형 시일재는 에폭시 시일재로 가열되면 경화제와 에폭시 수지가 가교 결합을 하여 고분자화하여 접착력이 뛰어난 시일재로 작용한다. 그러나 시일재가 가열하는 동안 흘러나와 액정을 오염시키므로 적하 방식으로 액정을 형성할 때는 수 초 내로 경화되는 광경화형 시일재를 사용한다.
적하 방식으로 사용되는 광경화형 시일재는 포함된 경화제가 광을 조사받으면 활성 라디칼이 되어 광경화형 수지와 반응하여 고분자화되고 접착력을 나타낸다.
그리고, 액정의 셀갭을 유지하기 위해 볼 스페이서를 사용하는 경우도 있으나, 볼 스페이서는 산포의 방법으로 형성되므로 셀갭을 변화시켜 셀갭이 불균일하므로 안정적으로 셀갭을 유지시키기 위해 기판에 고정되는 칼럼 스페이서를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 액정표시소자 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 액정표시소자의 제조 공정도이다.
도 1a와 같이, TFT가 형성된 제 1기판(100)을 아래에 놓고 UV 경화형 시일재(110)를 도포하고, 칼라 필터 패턴이 형성된 제 2기판(150)을 준비한다.
도 1b와 같이, 상기 제 1기판(100) 상에 정량이 제어된 액정(103)을 적하 방식으로 형성한다. 상기 제 2기판(150)에는 칼럼 스페이서(미도시)가 형성된다. 상기 칼럼 스페이서는 유기 수지 물질로 형성하게 된다.
도 1c와 같이, 상기 제 2기판(150)을 상기 제 1기판(100) 상부에 올려놓은다음, 압력을 가하여 패널을 합착한다.
그리고, 도 1d와 같이, 자외선 램프(190)를 상기 제 1기판(100) 아래에 배치하고 자외선을 조사하여 UV 경화형 시일재를 경화시킨다.
상기와 같은 액정표시소자 제조방법은 다음과 같은 문제점들이 있다.
첫째, 칼럼 스페이서가 유기 수지 물질로만 형성되므로 외부 충격에 의해 쉽게 무너진다.
둘째, 칼럼 스페이서가 유기 수지 물질로만 형성되므로 외부 충격에 의해 얼룩이 나타난다.
셋째, 칼럼 스페이서가 유기 수지 물질로만 형성되므로 고온에서 갭이 들떠 액정이 몰리게 되므로 얼룩이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 칼럼 스페이서 물질에 유리 섬유 또는 세라믹 볼을 혼합하여 탄성력과 복원력을 증가시킨 칼럼 스페이서를 형성하여 외부 충격에 강하고 고온에서 얼룩이 발생하지 않는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 액정표시소자의 제조 공정도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 단면도.
도 2d는 본 발명에 의한 TN 액정표시소자의 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조 공정도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
200, 300 : 제 1기판 209 : 게이트 전극
213, 226 : 공통 전극 214 : 화소 전극
215 : 반도체층 216 : 소오스 전극
217 : 드레인 전극 219 : 데이터 배선
220 : 게이트 절연막 221 : 블랙 매트릭스
222 : 칼라 필터층 223 : 오버코트층
225 : 보호막 231 : 제 1배향막
235 : 제 2배향막 249 : 게이트 배선
250, 350 : 제 2기판 280 : 유리 섬유
290 : 세라믹 볼 303 : 액정
303a : 액정층 310 : 광경화형 시일재
360 : 하부 스테이지 370 : 상부 스테이지
380 : 석영 스테이지 390 : 마스크
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자 및 그 제조방법으로, 액정표시소자는, 제 1기판 및 제 2기판과, 상기 제 1기판 위에 형성되며, 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 제2기판 위에 형성되며, 상기 화소 영역 내에 형성된 탄성재가 포함된 칼럼 스페이서와, 상기 제 2기판 위에 형성된 시일재와, 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 것을 특징으로 하고, 액정표시소자 제조방법은, 제 1기판 위에 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하여 화소 영역을 정의하는 단계와, 제 2기판 위의 상기 화소 영역 내에 탄성재가 포함된 칼럼 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 제 2기판 위에 시일재를 형성하는 단계와, 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 횡전계방식 액정표시소자 또는 다른 액정표시소자에서도 응용 가능하다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 단면도이다.
도 2a와 같이, 제 1기판(200)상에 금속을 증착하여 게이트 배선(도면에 표시하지 않음)을 형성하고, 박막트랜지스터 위치에 게이트 전극(209)과 공통 전극(213)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 전극(209)을 포함한 전면에 게이트 절연막(220)을 형성하고, 그 위에 액티브층을 이루도록 반도체층(215)을 형성한다.
그리고, 데이터 배선(219)과 동시에 박막트랜지스터 위치에 소오스 전극(216)과 드레인 전극(217)과 화소 전극(214)을 형성한다.
그리고, 상기 화소 전극(214)을 포함한 전면에 보호막(225)을 형성한 후, 상기 보호막(225) 상부에 제 1배향막(231)을 형성한다.
상기 제 2기판(250) 상에는 블랙 매트릭스(221)와 칼라 필터층(222)을 형성하고, 그 상부에 상기 블랙 매트릭스(221)와 상기 칼라 필터층(222)의 단차를 줄이기 위해 오버코트층(223)을 형성한다. 그리고, 상기 오버코트층(223)을 패터닝한다. 여기서, 상기 오버코트층(223)은 Cr, CrOx, 블랙 레진(black resin) 등으로 형성한다.
마지막으로, 상기 제 2기판(250)에 유리 섬유(280)가 포함된 칼럼 스페이서(205)를 형성하고, 상기 칼럼 스페이서(205) 상부에 제 2배향막(235)을 형성한다. 이후, 상기 제 2기판(250)에 UV 경화형 시일재(310)를 도포하고, 배향 처리된 상기 제 1기판(200)상에 액정을 적하하고, 상기 제 2기판(250)을 상기 제 1기판(200) 상부에 올려 놓는다. 이후, 적하 합착 공정을 진행한다.
여기서, 상기 유리 섬유(280)를 칼럼 스페이서 형성 물질에 혼합한다. 상기 유리 섬유(280)는 강도가 크므로 상기 칼럼 스페이서(205)의 강도 보강에 도움을 주고, 상기 유리 섬유(280)의 탄성력과 복원력으로 인해 상기 칼럼 스페이서(205)는 지탱력이 커져, 외부 충격에 의해 무너지거나 얼룩이 생기는 문제와 고온에서 액정이 아래로 몰려 얼룩이 생기는 문제가 해결된다.
그리고, 상기 유리 섬유(280) 대신에 세라믹 볼을 사용하여도 상기 칼럼 스페이서(205)는 외부 충격과 고온에서 안정적이다.
도 2b는 도 2a와 같은 횡전계방식 액정표시소자 단면도로, 상기 오버코트층(223)을 패터닝하지 않고 형성한 도면이다. 상기 제 2기판(250))에 세라믹 볼(290)을 포함한 칼럼 스페이서(205)를 형성하고, 상기 칼럼 스페이서(205) 상부에 제 2배향막(235)을 형성한다. 이후, 상기 제 2기판(250)에 UV 경화형 시일재(310)를 도포하고, 배향 처리된 상기 제 1기판(200) 상에 액정을 적하하고, 상기 제 2기판(250)을 상기 제 1기판(200) 상부에 올려 놓는다. 이후, 적하 합착 공정을 진행한다.
여기서, 상기 세라믹 볼(290)을 사용한 상기 칼럼 스페이서(205)는 세라믹 볼이 합착시 눌려 있다가 고온에서 원 모양으로 돌라오므로 셀갭이 일정하고 무기 물질인 상기 세라믹 볼(290)이 탄성력이 있으므로 외부 충격에 안정적이다.
그리고, 상기 세라믹 볼(290)도 상기 유리 섬유처럼 칼럼 스페이서 형성 물질과 혼합하여 사용한다.
또한, 상기 세라믹 볼(290)을 사용하는 대신에 유리 섬유를 사용하여도 같은 결과가 나타나다.
도 2c는 도 2a, 도 2b와 같은 횡전계방식 액정표시소자 단면도로, 상기 오버코트층(223)을 패터닝하여 블랙 매트릭스(221)보다 안쪽에 형성한 것이다. 상기 제 2기판(250)에 상기 유리 섬유(280)가 포함된 상기 칼럼 스페이서(205)를 형성하고, 상기 칼럼 스페이서(205) 상부에 제 2배향막(235)을 형성한다. 이후, 상기 제 2기판(250)에 UV 경화형 시일재(310)를 도포하고, 배향 처리된 상기 제 1기판(200)상에 액정을 적하하고, 상기 제 2기판(250)을 상기 제 1기판(200) 상부에 올려 놓는다. 이후, 적하 합착 공정을 진행한다.
여기서, 상기 유리 섬유 대신 상기 세라믹 볼을 사용하여도 액정표시소자는외부 충격과 고온하에서 안정적이고, 보강재인 상기 유리 섬유 또는 상기 세라믹 볼은 칼럼 스페이서 형성 물질에 처음부터 포함된다.
상기 횡전계방식 액정표시소자에서 공통 전극(213)과 화소 전극(214)은 각기 다른 층에 형성할 수도 있고, 상기 게이트 절연막(220) 상부 또는 소오스 전극(216)과 드레인 전극(217)과 동일층에 형성할 수 도 있고, 상기 공통 전극(213)은 게이트 전극(209)과 동일층에, 화소 전극(214)은 상기 보호막(225) 위에 형성할 수 도 있고, 상기 보호막(225)위에 공통 전극(213)과 화소 전극(214)을 동일층에 형성하여도 된다.
따라서, 상기 공통 전극(213)과 화소 전극(214)의 위치와 횡전계방식 구조에 상관없이 적용이 가능하다.
도 2d는 본 발명에 의한 TN 액정표시소자의 단면도이다.
도 2d와 같이, 제 1기판(200)상에 금속을 증착하여 게이트 배선(249)을 형성하고, 이와 동시에 박막트랜지스터 위치에 게이트 전극(209)을 형성하고 상기 게이트 전극(209)을 포함한 전면에 게이트 절연막(220)을 형성한다.
이후 상기 게이트 절연막(220) 상부에 액티브층을 이루는 반도체층(215)을 형성하고 상기 반도체층(215) 양측에 소오스 전극(216)과 드레인 전극(217)을 형성한다.
그리고, 상기 소오스 전극(216)과 드레인 전극(217)을 포함한 전면에 보호막(225)을 형성한 후 그 위에 화소 전극(214)을 형성한다.
그리고, 상기 화소 전극(214)을 포함한 전면에 제 1배향막(231)을 형성한다.
상기 제 2기판(250) 상에는 빛의 누설을 방지하는 블랙 매트릭스(221)를 형성하고, 상기 블랙 매트릭스(221) 사이에 R, G 및 B의 칼라 필터층(222)을 형성한다.
그리고, 상기 칼라 필터층(222) 상부에 공통 전극(226)을 형성한다.
마지막으로, 상기 제 2기판(250)상에 상기 세라믹 볼(290)이 포함된 칼럼 스페이서(205)를 형성하고, 상기 칼럼 스페이서(205) 상에 제 2배향막(235)을 형성한다. 이후, 상기 제 2기판(250)에 UV 경화형 시일재를 도포하고, 배향 처리된 상기 제 1기판(200)상에 액정을 적하하고, 상기 제 2기판(250)을 상기 제 1기판(200) 상부에 올려 놓는다. 이후 적하 합착 공정을 진행한다.
여기서, 상기 세라믹 볼(290) 대신에 상기 유리 섬유(280)를 사용하여도 액정표시소자는 외부 충격과 고온하에서 안정적이고, 보강재인 상기 세라믹 볼(290)과 상기 유리 섬유(280)는 칼럼 스페이서 형성 물질에 처음부터 혼합된다.
이 경우는 TN 외에 수직 배향(Vertical Alignment; VA), OCB(Opr\tically Compensated Birefringence), 강유전성(Ferroelectric Liquid Crystal; FLC), 반사형 모드 등에도 적용할 수도 있으며, 상기 칼라 필터층(222) 상부에 오버코트층을 도 2a, 2b, 도 2c와 같이 형성할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조 공정도이다.
도 3a는 제 2기판(350)에 광경화형 시일재(310)를 도포하는 도면이다. 여기서, 제 2기판(350)상에는 보강재인 유리 섬유 또는 세라믹 볼을 포함한 칼럼 스페이서(미도시)를 형성한다. 상기 칼럼 스페이서는 상기 제 2기판의 제 1기판의 배선부 대응 부분 블랙 매트릭스(도면에 표시하지 않음)에 형성된다.
도 3b는 상기 제 1기판(300) 상에 정량이 제어된 액정(303)을 적하하는 도면이다.
도 3c는 진공 제어가 가능한 합착기 내에서 상기 제 2기판(350)을 위로 두고 상기 두 기판을 합착하려는 도면이다. 상기 제 2기판(350)은 Z축 방향(상하 방향)으로 이동할 수 있는 합착기의 상부 스테이지(370)에 고정된다. 상기 제 1기판(300)은 XY축 방향(좌우 방향)으로 이동할 수 있는 합착기의 하부 스테이지(360)에 고정된다.
상기 상부 스테이지(370)와 상기 하부 스테이지(360)를 얼라인한 후 합착기의 진공도를 정해진 진공도에 도달시켜 양기판을 합착하고, 제 1차 갭(gap)을 형성하여 대기압에 배출시킨다.
도 3d와 같이, 합착하여 상기 제 1차 갭이 형성된 양기판을 대기압에 배출한다. 대기압에 배출된 양기판은 패널 내부의 압력과 대기압의 압력차에 의한 압력을 받아 제 2차 갭(gap)이 형성된다. 이때, 액정은 균일한 두께의 액정층(303a)이 된다.
그리고, 도 3e와 같이, 약기판을 투명한 석영 스테이지(380)에 오려 놓고 상기 제 1기판(300) 하부에서 화소 영역을 가리는 마스크(390)를 사용하여 UV를 조사시켜 상기 UV 경화형 시일재(310)를 광경화시킨다. 상기 UV 조사는 제 1기판(300) 상부에서 할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 칼럼 스페이서에 탄성력과 복원력을 가진 유리 섬유를 포함시킴으로 인해 불량이 발생하지 않는다.
둘째, 칼럼 스페이서에 탄성력과 북원력을 가진 세라믹 볼을 포함시킴으로 인해 불량이 발생하지 않는다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 제 1기판 및 제 2기판과,
    상기 제 1기판 위에 형성되며, 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과,
    상기 제 2기판 위에 형성되며, 상기 화소 영역 내에 형성된 탄성재가 포함된 칼럼 스페이서와,
    상기 제 2기판 위에 형성된 시일재와,
    상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시일재는 광경화형 시일재인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 광경화형 시일재는 열경화형 시일재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 탄성재는 유리 섬유 또는 세라믹 볼인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 액정층은 상기 제 1기판 또는 제 2기판 위에 적하하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 1기판 위에 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하여 화소 영역을 정의하는 단계와,
    제 2기판 위의 상기 화소 영역 내에 탄성재가 포함된 칼럼 스페이서를 형성하는 단계와,
    상기 제 2기판 위에 시일재를 형성하는 단계와,
    상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 탄성재는 유리 섬유 또는 세라믹 볼인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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