KR20040048172A - 액정표시장치용 액정패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시영역과 비표시영역으로 이루어진 어레이기판 및 컬러필터기판과; 상기 표시영역 내측으로 상기 어레이기판과 컬러필터기판을 연결하는 다수의 패턴드스페이서와; 상기 표시영역과 비표시영역 경계를 따라 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 형성되는 핀 형상의 다수의 필러와; 상기 표시영역과 비표시영역 경계를 따라 상기 필러를 수용하도록 상기 어레이기판과 상기 컬러필터기판을 연결하는 씰패턴과; 상기 표시영역 내측으로 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하는 액정표시장치용 액정패널 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

액정표시장치용 액정패널 및 이의 제조방법{liquid crystal display panel for liquid crystal display device and method for fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD)에 관한 것으로, 좀더 자세하게는 액정층을 사이에 두고 대향하는 어레이기판(array substrate)과 컬러필터기판(color-filter substrate)을 포함하는 액정표시장치용 액정패널(liquid crystal display panel) 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
액정패널은 액정표시장치의 핵심적인 구성요소로서, 액정층을 사이에 두고 대향하는 두 기판을 포함한다.
액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 인위적으로 전기장을 인가할 경우 배열방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정패널을 구성하는 양 기판의 마주보는 일면으로는 각각 화소전극과 공통전극이 형성되고, 이들간의 전압을 조절하여 그 사이의 액정분자 배열방향을 인위적으로 조절하면서, 빛의 투과율을 변화시켜 여러 가지 화상을 표시한다.
액정패널에는 화상표현의 기본 단위로서 다수의 화소(pixel)가 정의되는데, 현재에는 스위칭소자를 사용하여 각 화소를 독립적으로 제어하는 능동행렬(Active-Matrix) 방식이 널리 사용되고, 특히 이 스위칭소자로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 사용한 것이 잘 알려진 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)이다.
도 1과 도 2는 각각 일반적인 능동행렬 방식의 액정패널(5)을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1은 액정패널(5)의 평면구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 이의 일부단면도이다.
일반적인 액정패널(5)은, 앞서 언급한 바와 같이 액정층(70)을 사이에 두고 대향하는 두 기판, 즉 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40)을 포함한다. 이때 각 기판은 표시영역과, 이의 가장자리를 두르는 비표시영역으로 구분된다.
먼저 어레이기판(10)은 유리등의 제 1 투명기판(11) 상에 배열된 다수의 게이트라인(13)과, 이의 상부로 전면 증착된 게이트절연막(17)과, 이 게이트절연막(17) 상에 다수의 게이트라인(13)과 종횡하도록 배열된 다수의 데이터라인(19)과, 이의 상부로 전면 증착된 보호막(23)을 포함한다.
이때 종횡하는 다수의 게이트라인(13)과 데이터라인(19)의 교차점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되고, 이들 게이트라인(13)과 데이터라인(19)이 종횡하며 정의하는 매트릭스(matrix) 형태의 화소(P : Pixel)에는 각각 박막트랜지스터(T)와 연결된 화소전극(27)이 대응된다.
또한 각 박막트랜지스터(T)는 게이트라인(13)에서 분기된 게이트전극(13a)과, 데이터라인(19)에서 분기된 드레인전극(19a)과, 화소전극(27)과 연결되는 소스전극(21)과, 전하(electron) 또는 정공(hole)의 이동통로로서 반도체 재질의 액티브채널층(25)을 포함한다.
그리고, 데이터라인(19) 일 끝단에는 데이터패드(19b)가 형성되고, 비록 도시되지는 않았지만, 게이트라인(13) 일 끝단에도 게이트패드가 형성되며, 데이터패드(19b)에는 데이터패드전극(29)이, 게이트패드에는 게이트패드전극(15)이 각각 연결된다.
이들 게이트패드전극(15)과 데이터패드전극(29)은 각각 외부구동회로(미도시)와 연결되는 접속부위로서, 이들이 위치하는 부분은 액정패널(5)의 비표시영역이 되고, 이의 내측으로, 전술한 게이트라인(13) 및 데이터라인(19)과, 박막트랜지스터(T) 등이 존재하는 부분은 표시영역이 된다.
또한 컬러필터기판(40)은 유리등의 투명재질의 제 2 기판(41)과, 어레이기판(10)과 대향하는 일면에 차례로 형성된 블랙매트릭스(43)와, 컬러필터층(45)과, 오버코트층(overcoat layer : 47)과, 공통전극(49)을 포함한다.
이중 블랙매트릭스(43)는 표시영역 내에서 어레이기판(10)의 게이트라인(13) 및 데이터라인(19)과 박막트랜지스터(T) 등을 커버(cover)함으로써, 액정분자의 배열변화에 따라 실제 사용자에게 보여지는 화상을 표시하는 화소영역, 즉 어레이기판(10)의 화소전극(27)에 대응되는 부분을 전면에 노출시킨다. 이에 블랙매트릭스(43)로 가려지는 부분은 비화소영역이 된다.
또 컬러필터층(45)은 어레이기판(10)의 각 화소(P)에 대응된 상태로 특정 파장대의 빛을 반사하는 적, 녹, 청 컬러필터의 반복 배열로 이루어지며, 그 하부로는 오버코트층(47)이 위치한다. 이 오버코트층(47)은 블랙매트릭스(43)의 재질이 수지 계열의 블랙 레진(black resin)일 경우 필요하지만, 이와 달리 크롬(Cr) 계의 금속물질일 경우 생략될 수 있다.
그리고 이의 하부로 표시영역에 공통전극(49)이 위치한다.
이러한 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40)은 액정층(70)을 사이에 두고 서로의 전극이 마주보도록 대향되고, 비록 도시하지는 않았지만, 이들 기판과 액정층(70)의 경계에는 각각 액정의 초기 배열방향을 결정하는 제 1 및 제 2 배향막이 개재된다.
한편, 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40) 사이의 간격, 즉 액정층(70)의 두께로 정의되는 셀 갭(cell gap)은 일정하게 유지되어야 하는데, 이를 위해 다수의 스페이서가 표시영역 내측 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40) 사이에 위치한다.
이 스페이서로는 볼 스페이서(ball spacer) 또는 패턴드스페이서(patterned spacer)가 사용되는데, 볼 스페이서는 구 형상의 수지물질을 양 기판 사이로 랜덤(random)하게 산포하여 구현한다. 따라서 비교적 단순한 공정을 요구하지만 위치를 정확히 고정할 수 없어 주변 액정 분자와의 흡착력에 의한 빛샘 현상이 나타날 수 있고, 이동 가능성이 있어 배향막에 스크래치(scratch) 등의 손상을 줄 수 있다. 또 밀집분포가 일정하지 않아 셀 갭 유지에 신뢰성을 저하시키는 단점과 함께, 화면을 만지면 한동안 얼룩이 남는 리플(ripple)현상이 나타나기도 한다.
이에 포토리소그라피(photolithography)공정을 통해 그 위치를 고정하는 패턴드스페이서(90)가 개발되었다.
상기 패턴드스페이서(90)는 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40)을 연결하는 기둥형상을 가지며, 비화소영역으로 그 위치를 한정할 수 있어 액정분자와의 흡착력이 발생하여도 빛샘 현상을 방지할 수 있다. 또한 밀집정도를 정확하게 제어할 수 있어 셀 갭 유지에 신뢰성을 기하며, 리플현상을 방지할 수 있다.
또한 액정층(70)을 사이에 두고 서로 대향하는 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40)은, 양 기판 사이로 표시영역과 비표시영역의 경계를 따라 형성되는 씰패턴(80)을 통해 긴밀하게 결합되는데, 이는 액정주입을 위한 셀 갭 유지 및 양 기판의 합착과, 액정의 누설을 방지한다.
도 3은 일반적인 액정패널의 제조순서를 나타낸 것으로, 적용기술에 따라 다소 변화가 있을 수 있지만, 앞서 언급한 패턴드스페이서 및 액정층의 개재방법으로 주입방법이 사용될 경우에 해당하는 도면이다. 이와 전술한 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다.
먼저 별도의 공정을 통해 완성되는 어레이기판(10)과, 컬러필터기판(40)을 구비한다.(st1)
이때 각 기판의 구성을 앞서 설명한 바와 같다.
이어 패턴드스페이서(90)를 형성한다.(st2)
이 패턴드스페이서(90)는 일례로, 컬러필터기판(40)의 공통전극(49) 상에 감광성의 수지물질을 도포하는 코팅(coating)공정과, 마스크(mask)를 사용하여 선택된 영역을 노출 또는 차단시킨 후 광을 조사하는 노광공정, 그리고 이 선택된 영역을 제거하는 현상공정을 통해 구현될 수 있고, 공통전극(49)으로부터 분기된 기둥형상을 가진다.
이때 패턴드스페이서(90)는 비화소영역에 대응된다면 그 위치가 자유로운 바, 도시한 바와 달리 게이트라인(13) 및/ 또는 데이터라인(19)에 대응되게 하거나, 이들의 교차점에 대응되도록 할 수도 있다.
이어 양 기판의 마주보는 면에 각각 배향막을 형성한다.(st3)
이 배향막은 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질을 각 기판에 도포한 후, 러빙포 등으로 일정 방향으로 문질러 주는 러빙(rubbing)을 통해 형성할 수 있다. 이 러빙방향을 따라 액정분자들이 정렬된다.
이어 씰패턴(80)을 형성한다.(st4)
이는 일례로 컬러필터기판(40)의 표시영역과 비표시영역의 경계를 따라 열 경화성의 수지물질로 형성할 수 있는데, 디스펜서(dispenser) 방법 또는 스크린 마스크(screen mask)를 이용한 스크린 인쇄방법이 사용될 수 있다.
이때 이 씰패턴(80) 역시 어레이기판(10)에 형성될 수도 있지만, 앞서 설명한 바와 동일한 이유로 컬러필터기판(40)에 형성하는 것이 일반적이며, 특히 도시한 바와 같이 상기 씰패턴(80)의 일부분은 개구되어 액정주입구(82)를 형성할 수 있다. 이와 같이 씰패턴(80)이 형성되는 부분, 즉 표시영역과 비표시영역의 경계부분을 씰패턴 영역(L)이라 한다.
이어 양 기판을 합착한다.(st5)
이 합착공정은 씰패턴(80)의 경화공정을 포함하는데, 양 기판을 가압하여 합착시킨 상태로 기판에 열을 가해 씰패턴(80)을 경화시킨다.
이를 통해 양 기판은 보다 긴밀하게 합착된다.
이와 같이 양 기판이 합착된 상태에 있어서, 도 4a는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 4b는 이의 IV-IV 선을 따라 절단한 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이 액정층(70)을 사이에 두고 대향하는 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40)은, 그 사이로 표시영역과 비표시영역의 경계인 씰패턴 영역(L)을 따라 형성되는 씰패턴(80)으로 긴밀하게 합착되고, 이 씰패턴(80) 일측에는 개구된 액정주입구(82)가 형성되어 있다.
한편, 공정효율을 위해 전술한 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40)은 각각 대면적 베이스(base)기판 상에 위치 별로 구분되도록 다수가 동시에 형성될 수 있고, 이 경우 상기 단계에서 서로 합착되는 것은 어레이기판이 다수 형성된 제 1 베이스기판과, 컬러필터기판이 다수 형성된 제 2 베이스기판이 될 수 있다.
이에 후속하여 각각의 액정패널(5) 별로 분리하는 절단공정을 실시한다.(st6)
이는 다이아몬드 재질의 펜(pen)을 통해 베이스기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(scribe) 방법 또는 힘을 가하여 절단하는 브레이크(break) 방법 등이 사용될 수 있다.
이어, 각 액정패널을 구성하는 양 기판 사이로 액정을 주입하여 액정층(70)을 개재한다.(st7)
이러한 액정층의 개재방법으로는 액정패널(5) 내외의 압력차를 이용한 진공주입방법이 사용될 수 있다.
이어 액정주입구를 막아 봉지한다.(st8)
이는 디스펜서를 이용하여 액정주입구(82)에 자외선 경화수지의 봉지제(86)를 도포하고, 여기에 자외선을 조사하여 경화시키는 방법이 사용될 수 있다.
이때 별도의 도면으로 제시하지는 않았지만, 전술한 단계와 달리 씰패턴(80)을 형성하는 st 4 단계 이후, 일례로 컬러필터기판(40) 상에 액정을 적하(適下) 하는 액정적하방식으로 액정층(170)을 형성하고, 이어 st 5 단계와 같이 양 기판을 합착하는 액정적하 방법이 사용될 수도 있다.
이 경우 액정주입구(82)는 불필요하므로 씰패턴(80)은 개구된 영역을 가지지 않는다. 따라서 액정주입구를 막는 봉지단계 역시 생략된다.
이후, 최종적으로 양 기판의 노출된 외면으로 각각 편광판을 부착하고, 게이트패드전극(15) 및 데이터패드전극(29)에 외부구동회로를 연결하여 액정패널(5)을 완성한다.
이상에서 설명한 일반적인 액정패널의 제조공정에 있어서, 특히 씰패턴(80)은 열 경화성 수지를 휘발성 용매(solvent)에 녹여 일정정도 이상의 점도를 부여한 페이스트(paste) 상태로 사용되고, 후속하는 합착 공정에서 고온으로 가열됨에 따라 용매가 증발, 경화된다.
그러나 이러한 일반적인 씰패턴(80)을 사용한 액정패널(5)의 경우 몇 가지 문제점이 나타나는데, 첫째 씰패턴(80)이 표시영역 내로 침범하여 발생되는 씰 얼룩이다.
페이스트 상태의 씰패턴(80)은 양 기판의 합착을 위한 압력에 의해 양옆으로 일정 폭으로 눌려 퍼지게 되고, 이에 씰패턴 영역(L)을 넘어 표시영역으로 침범해 액정층(70)의 액정분자와 접촉할 수 있다. 이 경우 이들의 화학적인 상호작용으로 불순물이 생성되고, 씰 얼룩이라는 화질불량을 발생시킨다.
둘째로, 씰패턴(80)의 접착력 부족으로 인한 액정누설 및 기판의 탈착 현상이다.
씰패턴(80)의 접촉부위인 어레이기판(10)과 컬러필터기판(40) 부분에는 접착력을 촉진하는 어떠한 매체도 존재하지 않고, 이에 씰패턴(80)이 긴밀하게 접착되지 못할 경우 양 기판이 떨어질 가능성이 있다. 이 경우 셀 갭 유지의 신뢰성이 크게 저하됨은 물론 외부의 불순물이 액정패널 내로 침투할 수 있어 액정층(70)이 오염될 가능성이 매우 크다. 더 나아가 액정이 외부로 누설되는 치명적인 결함이 될 수 있다.
셋째로, 씰패턴(80)의 미경화 현상에 따른 부작용이다.
이는 앞서 언급한 두 가지 문제점의 원인으로 작용되기도 하는데, 기판 외부에서 열을 가해 씰패턴(80)을 경화시키는 일반적인 방법에서는, 씰패턴(80) 내부까지 열이 충분히 전달되지 못해 중심 부분의 씰패턴(80)은 미경화된 상태로 남아 있을 수 있다. 이에 접착력이 감소됨은 물론, 이 상태에서 액정주입이 진행될 경우, 중심 부분의 미경화된 씰패턴(80)으로부터 증발된 용매에 의해 액정이 오염되어 씰 얼룩이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 씰패턴의 미경화를 막고 접착력을 강화시키며, 특히 씰패턴이 표시영역 내로 침투하는 현상을 방지하는 액정패널 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치용 액정패널의 개략적인 평면도
도 2는 일반적인 액정표시장치용 액정패널의 단면도
도 3은 일반적인 액정표시장치용 액정패널의 제조공정 순서도
도 4a는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 일부확대도
도 4b는 도 4a의 IV-IV 선을 따라 절단한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치용 액정패널의 개략적인 평면도
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치용 액정패널의 단면도
도 7a는 본 발명에 따른 액정표시장치용 액정패널의 제조공정 순서도
도 7b는 본 발명에 따른 액정표시장치용 액정패널의 제조공정의 다른 예를 도시한 순서도
도 8a는 도 5의 A' 부분을 확대하여 도시한 일부확대도
도 8b는 도 8의 VIII-VIII 선을 따라 절단한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
105 : 액정패널110 : 어레이기판
140 : 컬러필터기판170 : 액정층
180 : 씰패턴190 : 패턴드스페이서
195 : 필러T : 박막트랜지스터
P : 화소
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 표시영역과 비표시영역으로 이루어진 어레이기판 및 컬러필터기판과; 상기 표시영역 내측으로 상기 어레이기판과 컬러필터기판을 연결하는 다수의 패턴드스페이서와; 상기 표시영역과 비표시영역 경계를 따라 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 형성되는 핀 형상의 다수의 필러와; 상기 표시영역과 비표시영역 경계를 따라 상기 필러를 수용하도록 상기 어레이기판과 상기 컬러필터기판을 연결하는 씰패턴과; 상기 표시영역 내측으로 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하는 액정표시장치용 액정패널을 제공한다. 이때 상기 필러의 높이는 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이의 상기 액정층의 두께로 정의되는 셀 갭에 대응되는 것을 특징으로 하며, 상기 필러와 상기 패턴드스페이서는 동일공정에서 동일재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 필러와 상기 패턴드스페이서는 각각 감광성 유기물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 표시영역과, 상기 표시영역의 주변을 두르는 비표시영역이 정의된 제 1 기판 상에, 상기 표시영역 내측에 위치되는 다수의 패턴드스페이서와,상기 표시영역과 상기 비표시영역의 경계를 따라 위치되는 핀 형상의 다수의 필러를 형성하는 단계와; 상기 표시영역과 상기 비표시영역의 경계를 따라 상기 다수의 필러를 감싸는 씰패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법을 제공한다. 이때 상기 필러의 높이는 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 상기 액정층의 두께로 정의되는 셀 갭에 대응되는 것을 특징으로 하고, 상기 필러 및 패턴드스페이서를 형성하는 단계는, 상기 제 1 기판 상에 감광성 유기물질을 도포하는 단계와; 마스크를 사용하여 상기 유기물질 중 선택된 영역을 노광하고, 상기 선택된 영역을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 실패턴을 형성하는 단계에 있어서, 상기 씰패턴의 일측은 개구되어 액정주입구를 이루고, 상기 액정주입구에 대응되는 부분에는 상기 필러가 없거나 적어도 수 개 이하로 구비되며, 상기 씰패턴을 형성하는 단계 이후, 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 대향하여 합착하는 단계와; 상기 액정주입구를 통해 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이로 액정을 주입하는 단계와; 상기 액정주입구를 봉지하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1 기판은 블랙매트릭스와, 컬러필터와, 공통전극을 포함하는 컬러필터기판이고, 상기 제 2 기판은 표시영역 내에 종횡하는 적어도 하나 이상의 게이트라인 그리고 데이터라인과, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차점에 각각 형성되는 다수의 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 각각 연결되는 다수의 화소전극을 포함하는 어레이기판인 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 올바른 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치용 액정패널(105)의 개략적인 평면도이고, 도 6은 이의 단면을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 액정패널(105)은 각각 표시영역과, 이의 주변부를 두르는 비표시영역으로 구분된 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)이 액정층(170)을 사이에 두고 서로 대향된 구성을 가진다.
이때 어레이기판(110)은 투명한 유리등의 제 1 기판(101) 상에 다수의 게이트라인(113)과, 이의 상부로 전면 증착된 게이트절연막(117)과, 이 게이트절연막(117) 상에 다수의 게이트라인(113)과 종횡하도록 배열된 다수의 데이터라인(119)과, 이의 상부로 전면 증착되는 보호막(123)을 포함한다.
또한 종횡하는 다수의 게이트라인(113)과 데이터라인(119)에 의해 매트릭스 형태로 정의되는 각 화소(P)에는 화소전극(127)이 대응되며, 게이트라인(113)과 데이터라인(119)의 교차점에는 각각 게이트라인(113)에서 분기된 게이트전극(113a)과, 데이터라인(119)에서 분기된 드레인전극(119a)과, 화소전극(127)에 연결되는 소스전극(121)과, 전자 또는 정공의 이동통로로서 반도체 재질의 액티브채널층(125)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 형성된다.
그리고 게이트라인(113)과 데이터라인(119)의 끝단에는 각각 게이트패드(미도시)와 데이터패드(119b)가 형성되고, 이들은 각각 게이트패드전극(115)과 데이터패드전극(129)에 연결된다. 이들 게이트패드전극(115) 및 데이터패드전극(129)은 각각 외부의 구동회로가 접속되는 부분으로서, 게이트라인(113) 및 데이터라인(119)과 박막트랜지스터(T) 등은 표시영역 내에 위치하고, 게이트패드및 게이트패드전극(115)과, 데이터패드(119b) 및 데이터패드전극(129) 등은 액정패널(105)의 비표시영역에 위치한다.
또한 컬러필터기판(140)은 유리등의 투명재질의 제 2 기판(141), 그리고 어레이기판(110)과 마주보는 이의 일면에 차례로 형성된 블랙매트릭스(143)와, 컬러필터층(145)과, 오버코트층(147)과, 공통전극(149)을 포함한다.
상기 블랙매트릭스(143)는 표시영역에 있어서, 액정의 분자배열을 통해 실제 사용자에게 보여지는 화상을 표현하는 화소영역과, 그렇지 않은 비화소영역을 구분한다. 이에 어레이기판(110)의 게이트라인(113) 및 데이터라인(119)과 박막트랜지스터(T) 등에 대응되는 영역을 커버하여 비화소영역을 가리고, 어레이기판(110)의 화소전극(127)에 대응되는 화소영역을 노출시킨다.
또 컬러필터층(145)은 각 화소(P)에 대응된 상태로 해당 파장대의 빛을 반사하는 적, 녹, 청 컬러필터의 반복 배열로 이루어진다. 이때 특히 블랙매트릭스(143)의 재질로 수지 계열의 블랙레진이 사용될 경우에는 컬러필터층(145) 하부로 오버코트층(147)이 형성되고, 크롬계 금속물질이 사용될 경우 생략될 수 있다. 그리고 이의 하부로 표시영역 내 측에 공통전극(149)이 위치한다.
이러한 구성의 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)은 액정층(170)을 사이에 두고 서로 대향하여 액정패널(105)을 이룬다.
이때 양 기판 사이로는 기판간격, 즉 액정층(170)의 두께로 정의되는 셀 갭을 일정하게 유지하기 위한 스페이서가 포함되는데, 특히 본 발명은 패턴드스페이서(190)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
따라서 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)을 연결하는 감광성 수지물질의 기둥형상을 가질 수 있고, 블랙매트릭스(143)로 가려지는 부분, 즉 비화소영역에 대응된다면 그 위치의 제한이 없다. 따라서 도시한 바와 같이 박막트랜지스터(T) 상에 대응되는 것도 가능하고, 이와 달리 게이트라인(113) 및/또는 데이터라인(119)에 대응되거나, 이들의 교차점에 위치하도록 할 수 있다.
또한 이들 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)은 표시영역과 비표시영역의 경계를 두르도록 양 기판 사이로 형성되는 씰패턴(180)을 통해 고정되며, 비록 도시하지는 않았지만, 액정층(170)과 어레이기판(110) 및 컬러필터기판(140)의 경계부분에는 액정분자의 초기 배열방향을 결정하는 제 1 및 제 2 배향막이 각각 포함된다. 이때 표시영역과 비표시영역의 경계를 따라 상기 씰패턴(180)이 형성되는 영역을 씰패턴 영역(L)이라 한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 액정표시장치용 액정패널은 일반적인 경우와 유사하다 할 수 있지만, 본 발명은 특히 씰패턴 영역에 대응되도록 양 기판 사이로 배열되는 다수의 필러(195)를 제공한다.
도시한 바와 같이, 이들 다수의 필러(195)는 각각 표시영역과 비표시영역의 경계인 씰패턴 영역(L)을 따라 배열되어 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)을 연결하는 핀(pin) 형상을 가진다. 그리고 씰패턴(195)은 이들을 수용하도록 감싸면서 상기 필러(195)들 사이로 충진된다.
이때 다수의 필러(195)는 각각 양 기판 사이의 간격, 즉 액정층(170)의 두께로 정의되는 셀 갭에 대응되는 정도의 높이를 가지는 것이 바람직하다.
이들 다수의 필러(195)는 바람직하게는 패턴드스페이서(190)와 동일재질로 동일공정에서 구현되는 것이 바람직한데, 이하 본 발명에 따른 액정패널(105)의 제조방법을 순서대로 나타낸 순서도 도 7a와, 전술한 도 5 내지 도 6을 참조하여 더욱 자세히 설명한다.
이때 도 7에 나타나 있는 순서는, 일례로 액정층(170)의 개재방법으로 주입방식이 사용된 경우에 해당되는 것임을 밝혀 둔다.
먼저 별도의 공정을 통해 완성되는 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)을 구비한다.(st1)
이때 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)의 구성에 대해서는 앞서 언급한 바 있으므로 생략한다.
이어 패턴드스페이서(190) 및 필러(195)를 형성한다.(st2)
이들 패턴드스페이서(190) 및 필러(195)는 어레이기판(110) 또는 컬러필터기판(140) 중 어느 하나에 형성될 수 있지만, 공정효율 상 컬러필터기판(140)에 형성하는 것이 바람직한 바, 컬러필터기판(140)의 공통전극(149) 상으로 감광성의 유기물질을 도포하는 코팅공정과, 마스크를 사용하여 선택된 영역을 노출 또는 차단시켜 광을 조사하는 노광공정 및 이 선택된 영역을 제거하는 현상공정을 통해 형성할 수 있다.
이에 공통전극(149) 상에는 기둥형상의 패턴드스페이서(190)와 핀 형상의 다수의 필러(195)가 형성된다. 이때 특히 패턴드스페이서(190)는 블랙매트릭스(143)에 의해 가려지는 비화소영역에 한정되고, 다수의 필러(195)는 표시영역과 비표시영역의 경계부, 즉 씰패턴 영역(L)을 따라 배열된다.
이후 비록 도시되지는 않았지만, 각 기판의 마주보는 면 위에 배향막을 형성한다.(st3)
이는 폴리이미드의 막을 도포하는 코팅공정과, 러빙포를 이용하여 일정방향으로 문질러주는 러빙공정을 포함한다.
이어 양 기판 사이로, 표시영역과 비표시영역의 경계부인 씰패턴 영역(L)을 따라 씰패턴(180)을 형성한다.(st4)
이는 열 경화성의 유기물질을 페이스트 상태가 되도록 휘발성 있는 용매에 용해한 후, 디스펜서나 스크린마스크를 사용하는 스크린인쇄법 등을 통해 씰패턴 영역(L)을 따라 패턴하여 형성할 수 있다. 이 씰패턴(180) 역시 어레이기판(110) 또는 컬러필터기판(140)을 대상으로 할 수 있지만, 컬러필터기판(140)에 형성하는 것이 바람직하다.
이때 이 씰패턴 영역(L)에는 이전의 st2 단계에서 형성된 다수의 핀 형상의 필러(195)가 배열되어 있으므로, 패이스트 상태의 씰패턴(180)은 모세관 현상에 의해 이들 사이로 스며들어 충진된다. 이때 특히 씰패턴(80)의 양을 충분하게 하여 필러(195)들이 씰패턴(180) 내에 수용되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 액정층의 개재방법에 있어서, 후술하는 진공주입방법이 사용될 경우 씰패턴 영역(L)을 따라 배열되는 다수의 필러(195)는 일부 구간에서 밀집정도가 적거나 또는 존재하지 않도록 하고, 씰패턴(180) 역시 이와 대응되는 부분이 개구되도록 하여, 액정이 원활하게 주입될 수 있는 액정주입구(182)를 형성하는 것이 바람직하다.
그리고 양 기판을 합착한다.(st5)
이 합착단계에서는 씰패턴(180)의 경화공정을 포함하는데, 양 기판을 서로의 전극이 마주보도록 가압하여 합착시킨 상태로, 열을 가해 열 경화성 수지의 씰패턴(180)을 경화시킨다.
이때 도 8a는 양 기판의 합착 후, 도 5에 있어 액정주입구(182)가 형성된 A' 부분을 확대하여 도시한 일부확대도 이고, 도 8b는 이의 VIII-VIII 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
이들 도면을 참조할 경우, 본 발명에 따른 액정패널은, 액정층(170)을 사이에 두고 서로 대향하는 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)을 포함하며, 이들 양 기판은 씰패턴(180)을 통해 합착, 고정됨을 알 수 있다. 그리고 특히 씰패턴(180) 내에는 다수의 핀 형상의 필러(195)가 형성되어 양 기판을 연결하는데, 이들 필러(195)의 길이는 양 기판 사이의 간격, 즉 액정층(170)의 두께로 정의되는 셀 갭에 대응되는 것을 특징으로 한다. 또한 씰패턴은 이들 필러(195)들의 사이로 충진됨과 동시에 이들을 둘러싸는 형상을 가지는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에 따른 필러(195)를 포함하는 액정패널은, 합착을 위한 가열 시(時) 다수의 필러(195)를 통해 열이 용이하게 실패턴(180) 내로 전달될 수 있고, 따라서 씰패턴(180) 내부의 미경화 현상을 최소화 할 수 있다. 또 다수의 필러(195)는 각각 셀 갭에 대응되는 높이를 가지므로, 양 기판의 합착을 위한 압력이 가해져도 셀 갭을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 실패턴(180)이 눌려 씰패턴 영역(L)을 넘어 표시영역으로 침범하는 것을 방지한다. 또한 근본적으로 다수의 필러(195)를 통해 씰패턴(180)의 접착력을 크게 강화할 수 있다.
그리고 이 실패턴(180)의 일측 일부분에는 필러(195)가 적어도 수개 이하로 드물게 존재하거나 또는 도시한 바와 같이 존재하지 않도록 하고, 이와 대응되는 영역의 씰패턴(180)이 개구되어 액정주입구(182)를 이루는 바, 이 액정주입구(182) 내에는 씰패턴 재질의 다수의 주입구댐(184)이 포함될 수 있다.
이 주입구댐(184)은 양 기판의 합착 시 액정주입구(182) 부분의 씰패턴(180)이 붕괴되는 현상을 방지하고, 주입되는 액정의 양을 조절하는 버퍼 역할을 하는 것으로, 비록 별도의 도면으로 제시하지는 않았지만, 적어도 수 개 이하의 필러(195)가 액정주입구(182)에 대응될 경우에는, 씰패턴(180)의 주입구댐(184) 대신 본 발명에 따른 필러(195)들로도 동일한 효과를 얻을 수 있음은 당업자라면 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
한편, 공정효율을 위해 전술한 어레이기판(110)과 컬러필터기판(140)은 각각 대면적 베이스기판 상에 포지션 별로 구분되도록 다수가 동시에 형성될 수 있음을 전술한 바 있고, 따라서 이 경우 앞서 설명한 단계에서 서로 합착되는 대상물은 컬러필터기판이 다수 형성된 제 1 베이스기판과, 어레이기판이 다수 형성된 제 2 베이스기판이 될 수 있을 것이다.
이에 이들을 각각의 액정패널 별로 분리하는 절단공정을 실시한다.(st6)
이는 다이아몬드 재질의 펜을 통해 베이스기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브 방법 또는 힘을 가하여 절단하는 브레이크방법 등이 사용될 수 있다.
이어, 각 액정패널(105)을 구성하는 양 기판 사이로, 액정주입구(182)를 통해 액정을 주입함으로써 액정층(170)을 형성하는데, 이는 액정패널(105) 내외의 압력차를 이용한 진공주입방법이 사용될 수 있다.(st7)
이어 액정주입이 완료되면 액정주입구(182)를 막아 액정이 흘러나오지 않도록 봉지한다. 이는 디스펜서를 이용하여 액정주입구(182)에 자외선 경화수지의 봉지제(186)를 도포하고, 여기에 자외선을 조사하여 경화시키는 방법이 사용될 수 있다.(st8)
이후, 최종적으로 양 기판의 노출된 외면으로 각각 편광판을 부착한 후, 게이트패드전극(115) 및 데이터패드전극(129)과 외부구동회로를 연결해 본 발명에 따른 액정패널(105)을 완성한다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명에 따른 액정패널의 제조방법에 있어서, 특히 액정층(170)의 개재 방법의 다른 일례로 액정적하방식이 사용될 수도 있다.
이 경우 액정패널의 제조공정 순서에 약간의 변화가 있을 수 있으므로 이를 도 7b에 도시하였다.
즉, 액정적하방식을 사용할 경우 도 7a와 비교하면, 다른 기타의 부분은 동일하지만 씰패턴(180)을 형성하는 st4 단계에 이어 어레이기판(110) 상에 액정을 적하하여 액정층(170)을 형성한다.
이어 컬러필터기판과 어레이기판을 합착하게 되는데(st5), 이때 주입방식에서 사용되는 액정주입구(182)는 불필요하므로 필러(195)의 밀집분포 조절 및 이와대응되는 영역의 씰패턴(180)을 개구시킬 필요가 없다. 또 도 7a와 달리 액정주입구의 봉지단계 또한 생략될 수 있음은 당업자에게는 자명한 사실일 것이다.
본 발명은 액정층을 사이에 두고 대향하는 어레이기판과 컬러필터기판을 포함하는 액정패널에 있어서, 상기 두 기판 사이로 표시영역과 비표시영역 사이의 경계를 따라 배열되는 다수의 핀 형상의 필러를 포함하는 액정패널 및 이의 제조방법을 제공한다.
이에 씰패턴은 이들 다수의 필러 사이로 스며들어 충진되므로 접착력이 크게 강화되고, 더욱이 씰패턴의 경화를 위해 외부에서 가해지는 열은 이들 다수의 필러를 통해 씰패턴 내부로 용이하게 전달될 수 있다. 따라서 씰패턴의 미경화 현상을 최소화 할 수 있는 잇점이 있다.
또한 기판의 합착을 위한 압력이 가해져도 다수의 필러가 지탱하여 일정하게 셀갭을 유지할 수 있고, 이에 표시영역 내로 씰패턴이 침투되지 않도록 하는 잇점이 있다.
특히 본 발명은 상기 필러를 패턴드스페이서와 동일재질로 동일공정에서 구현 가능한 액정패널의 제조공정을 제공하는 바, 별도의 추가 공정없이 보다 개선된 액정표시장치의 구현을 가능하게 한다.

Claims (9)

  1. 표시영역과 비표시영역으로 이루어진 어레이기판 및 컬러필터기판과;
    상기 표시영역 내측으로 상기 어레이기판과 컬러필터기판을 연결하는 다수의 패턴드스페이서와;
    상기 표시영역과 비표시영역 경계를 따라 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 형성되는 핀 형상의 다수의 필러와;
    상기 표시영역과 비표시영역 경계를 따라 상기 필러를 수용하도록 상기 어레이기판과 상기 컬러필터기판을 연결하는 씰패턴과;
    상기 표시영역 내측으로 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 개재되는 액정층
    을 포함하는 액정표시장치용 액정패널.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필러의 높이는 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이의 상기 액정층의 두께로 정의되는 셀 갭에 대응되는 액정표시장치용 액정패널.
  3. 청구항 1 또는 2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 필러와 상기 패턴드스페이서는 동일공정에서 동일재질로 형성되는 액정표시장치용 액정패널.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 필러와 상기 패턴드스페이서는 각각 감광성 유기물질로 이루어진 액정표시장치용 액정패널.
  5. 표시영역과, 상기 표시영역의 주변을 두르는 비표시영역이 정의된 제 1 기판 상에, 상기 표시영역 내측에 위치되는 다수의 패턴드스페이서와, 상기 표시영역과 상기 비표시영역의 경계를 따라 위치되는 핀 형상의 다수의 필러를 형성하는 단계와;
    상기 표시영역과 상기 비표시영역의 경계를 따라 상기 다수의 필러를 감싸는 씰패턴을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 사이로 액정층을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 필러의 높이는 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 상기 액정층의 두께로 정의되는 셀 갭에 대응되는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법.
  7. 청구항 5 또는 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 필러 및 패턴드스페이서를 형성하는 단계는,
    상기 제 1 기판 상에 감광성 유기물질을 도포하는 단계와;
    마스크를 사용하여 상기 유기물질 중 선택된 영역을 노광하고, 상기 선택된 영역을 제거하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 실패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 씰패턴의 일측은 개구되어 액정주입구를 이루고, 상기 액정주입구에 대응되는 부분에는 상기 필러가 없거나 적어도 수 개 이하로 구비되며,
    상기 씰패턴을 형성하는 단계 이후,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 대향하여 합착하는 단계와;
    상기 액정주입구를 통해 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이로 액정을 주입하는 단계와;
    상기 액정주입구를 봉지하는 단계
    를 더욱 포함하는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 기판은 블랙매트릭스와, 컬러필터와, 공통전극을 포함하는 컬러필터기판이고,
    상기 제 2 기판은 표시영역 내에 종횡하는 적어도 하나 이상의 게이트라인 그리고 데이터라인과, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차점에 각각 형성되는 다수의 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 각각 연결되는 다수의 화소전극
    을 포함하는 어레이기판인 액정표시장치용 액정패널의 제조방법.
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