KR20060099885A - 가요성 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20060099885A
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Abstract

제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 마주 보고 있는 제2 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있고, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서, 상기 제2 절연 기판의 표면에 형성되어 있고 상기 스페이서와 상기 제2 절연 기판을 고착하는 고분자층을 포함하는 액정 표시 장치를 마련한다.
비등방상분리, 액정, 고분자, 자외선조사

Description

가요성 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 {FLEXIBLE LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판에 스페이서가 형성되어 있는 상태의 사시도이고,
도 3은 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 4는 도 1의 실시예에 따라 형성된 스페이서를 위에서 바라본 정면도이고,
도 5는 도 1의 실시예에 따라 형성된 스페이서의 사시도이고,
도 6은 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 상태의 사진이고,
도 7은 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화이트 상태의 사진이고,
도 8은 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전압 투과율 그래프이고,
도 9는 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 응답 시간 그래프이고,
도 10 및 도 11은 각각 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 합착되었던 두 표시판을 분리한 상태의 사진이고,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 사시도이고,
도 13은 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판에 스페이서가 형성되어 있는 상태의 사시도이고,
도 14는 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하기 위하여 자외선을 조사하는 공정도이고,
도 15는 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화이트 상태의 사진이고,
도 16은 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 상태의 사진이고,
도 17 및 도 18은 각각 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 합착되었던 두 표시판을 분리한 상태의 사진이고,
도 19a 내지 도 19e는 본 발명의 다른 실시예에 따라 액정 표시 장치를 제조하는 과정을 나타내는 공정 단면도이고,
도 20은 도 19a 내지 도 19e의 실시예에 사용하기 위한 스탬프의 SEM 사진이고,
도 21은 스탬프를 사용하여 형성한 스페이서의 SEM 사진이고,
도 22는 도 21의 원 부분에 대한 확대 단면도이고,
도 23a 및 도 23b는 각각 도 19a 내지 도 19e의 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치의 블랙 상태와 화이트 상태의 사진이고,
도 23c 및 도 23d는 도 19a 내지 도 19e의 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치의 중간 계조(각각 계조 전압을 3V와 6V 인가한 경우) 사진이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 사시도이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 구부릴 수 있는 가요성 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적인 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 이 전기장의 세기를 조절함으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하여 원하는 화상을 얻는다. 이때의 빛은 별도로 구비된 인공 광원이 제공하는 것일 수도 있고 자연광일 수도 있다.
이러한 액정 표시 장치에 있어서 두 표시판 사이의 간격(cell gap: 셀갭)은 액정이 채워지는 공간으로 액정 표시 장치의 표시가 올바르게 되기 위하여는 셀갭이 균일하게 유지될 필요가 있다.
한편, 종이처럼 구부릴 수 있는 표시 장치를 개발하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 플라스틱 기판을 사용하는 액정 표시 장치가 가요성 표시 장치로서 유력시되고 있다.
그런데 가요성 액정 표시 장치를 구부릴 경우 셀갭이 일정하게 유지되지 않는 문제가 있다. 셀갭이 일정하게 유지되지 않을 경우 원하는 화상을 표시하지 못하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 셀갭을 균일하게 유지할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 액정 표시 장치의 상하 표시판을 견고하게 고정할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여 액정에 광중합되는 단량체를 혼합해 놓고 나중에 광중합시킴으로써 고분자층을 형성하여 스페이서를 기판에 단단하게 고정한다.
구체적으로는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 마주 보고 있는 제2 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있고, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서, 상기 제2 절연 기판의 표면에 형성되어 있고 상기 스페이서와 상기 제2 절연 기판을 고착하는 고분자층을 포함하는 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 스페이서는 격자 모양을 가질 수 있으며, 상기 액정층은 상기 스페이서에 의하여 복수의 미소 영역으로 분할되어 있을 수 있다.
또, 상기 스페이서는 감광제를 노광 및 현상하여 이루어진 것일 수 있고, 상기 고분자층은 상기 액정층 내에 광경화성 단량체를 혼합해 놓은 상태에서 광을 조사하여 상분리시킴으로써 이루어진 것일 수 있다. 상기 광경화성 단량체를 상분리시키는 광은 자외선일 수 있고, 상기 광경화성 단량체는 노랜드(Norland)사의 UV 경화성 에폭시 NOA-65일 수 있다.
이 때, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 또는 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제2 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 스페이서는 복수의 막대 모양으로 형성되어 있고, 상기 스페이서와 교차하는 선형 고분자 돌기를 더 포함할 수 있고, 상기 스페이서는 탄성 중합체로 이루어질 수 있고, 상기 스페이서는 PDMS[poly(dimethylsiloxane)]로 이루어질 수 있다.
또는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 마주 보고 있는 제2 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있고, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이를 고착하는 고분자 돌기를 포함하는 액정 표시 장치를 마련한다.
여기서, 상기 스페이서는 복수의 막대 모양으로 형성되어 있고, 상기 고분자 돌기는 상기 스페이서와 교차하는 선형 돌기일 수 다.
또, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 액정층은 상기 스페이서 및 상기 고분자 돌기에 의하여 복수의 미소 영역으로 분할되어 있을 수 있다.
또 상기 스페이서는 감광제를 노광 및 현상하여 이루어진 것일 수 있고, 상기 고분자 돌기는 상기 액정층 내에 광경화성 단량체를 혼합해 놓은 상태에서 광을 조사하여 상분리시킴으로써 이루어진 것일 수 있다. 상기 광경화성 단량체를 상분리시키는 광은 자외선일 수 있고, 상기 광경화성 단량체는 노랜드(Norland)사의 UV 경화성 에폭시 NOA-65일 수 있다.
상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하거나 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제2 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 스페이서는 탄성 중합체로 이루어질 수 있으며, 상기 스페이서는 PDMS[poly(dimethylsiloxane)로 이루어질 수 있다.
이러한 액정 표시 장치는 제1 절연 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 위에 고정 스페이서를 형성하는 단계, 상기 고정 스페이서가 형성되어 있는 상기 제1 전극 위에 고분자 단량체를 포함하는 액정 물질을 도포하는 단계, 상기 고정 스페이서 위에 제2 절연 기판을 배치하는 단계, 상기 고분자 단량체를 상기 액정 물질로부터 상분리시켜 상기 제2 절연 기판의 표면에 응착시킴으로써 상기 스페이서와 상기 제2 절연 기판을 고착하는 단계를 포함하는 방법을 통하여 제조한다.
여기서, 상기 제2 절연 기판의 일 표면에는 제2 전극이 형성되어 있고, 상기 제2 절연 기판을 상기 스페이서 위에 배치할 때 상기 제2 전극이 상기 스페이서와 접촉할 수 있고, 상기 액정 물질을 도포하는 단계 이전에 상기 고정 스페이서 위에 배향막을 도포하고 러빙하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 고정 스페이서를 형성하는 단계는 상기 제1 전극 위에 감광제를 도포하는 단계, 상기 감광제를 소정의 마스크를 통하여 노광하는 단계, 노광된 상기 감광제를 현상하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고정 스페이서를 형성하는 단계는 스페이서 틀을 형성하는 단계, 상기 스페이서 틀 위에 탄성 중합체를 도포하는 단계, 상기 제1 전극이 형성되어 있는 상기 제1 절연 기판을 상기 탄성 중합체 위에 올려놓고 가압 및 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스페이서 틀을 형성하는 단계는 SU-8 감광제를 도포하는 단계, 상기 SU-8 감광제를 소정의 마스크를 사용하여 노광하는 단계, 노광된 상기 SU-8 감광제를 현상하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고분자 단량체를 상기 액정 물질로부터 상분리시켜 상기 제2 절연 기판의 표면에 응착시킴으로써 상기 스페이서와 상기 제2 절연 기판을 고착하는 단계는 상기 제2 절연 기판의 외측으로부터 상기 고분자 단량체를 포함하는 액정 물질에 자외선을 조사하여 진행할 수 있고, 상기 자외선 조사는 소정의 마스크를 통하여 이루어질 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
그러면 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판에 스페이서가 형성되어 있는 상태의 사시도이다.
도 1을 보면, 상부 절연 기판(110)과 공통 전극(270)이 형성되어 있는 하부 절연 기판(210) 사이에 격자 모양의 스페이서(321)가 배치되어 있고, 상부 절연 기판(110)의 아래 면에는 고분자층(331)이 형성되어 있다.
여기서, 두 절연 기판(110, 210) 사이의 간격은 스페이서(321)에 의하여 유지되고, 두 절연 기판(110, 210) 사이의 공간은 스페이서(321)에 의하여 복수의 미소 영역으로 분할되어 있다. 여기서 각 미소 영역은 화소 영역과 일치하거나 또는 복수의 화소 영역이 합쳐진 크기로 형성될 수 있다. 각 미소 영역 내에는 네마틱(nematic) 액정(3)이 채워져 있다.
스페이서(321)는 감광제를 하부 기판(210) 위에 도포하고 소정의 광마스크를 통하여 노광 및 현상하여 형성한 것으로서 격자 모양 이외의 다른 형태를 가질 수 도 있다. 다만, 격자 모양이 구조적으로 튼튼하기 때문에 상하 두 기판(110, 210)을 강하게 결합하는데 유리하다. 또한 스페이서(321)는, 후술하는 바와 같이, 탄성 중합체 등의 다른 물질로 형성할 수도 있다.
상부 절연 기판(110)의 아래 면에 형성되어 있는 고분자층(331)은 상부 기판(110)과 스페이서(321)를 부착하고 있다. 고분자층(331)은 자외선(UV)에 의하여 고분자화되는 단량체, 예를 들어 노랜드(Norland)사의 에폭시 NOA-65,를 액정(3)에 혼합하여 주입하고 상부 기판(110)을 스페이서(321) 위에 배치한 후, 상부 기판(110)의 바깥쪽으로부터 자외선을 조사함으로써 단량체를 고분자화시킨 것이다. 단량체는 고분자화하면서 액정으로부터 비등방적으로 상분리되어 상부 기판(110)의 표면에 고착한다.
그러면 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 3을 참고로 하여 좀 더 상세하게 살펴본다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1과는 상하가 뒤집힌 상태로 도시되어 있다.
먼저, 상부 기판(110)에 대하여 설명한다.
도 3을 보면, 상부 기판(110)의 내부 표면에 게이트 전극(124)과 유지 전극(133)이 형성되어 있다. 게이트 전극(124)은 게이트선(도시하지 않음)의 일부로써 주사 신호를 공급하고 유지 전극(133)은 유지 전극선(도시하지 않음)의 일부로써 유지 용량을 형성하기 위한 소정의 전압을 인가 받는다.
게이트 전극(124)과 유지 전극(133)의 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되 어 있다.
게이트 절연막(140)의 위에는 비정질 규소 패턴(154)이 형성되어 있고, 비정질 규소 패턴(154) 위에는 저항성 접촉층(163, 165)이 형성되어 양쪽으로 분리되어 있다.
저항성 접촉층(163, 165) 위에는 데이터선(도시하지 않음)과 연결되어 있는 소스 전극(173)과 소스 전극(173)과 소정 거리 이격되어 마주보고 있는 드레인 전극(175)이 형성되어 있다.
소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 위에는 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막, 수지 등의 유기 절연막, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막) 등으로 이루어진 등으로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)의 일부를 노출하는 접촉구가 형성되어 있고, 보호막(180) 위에는 접촉구를 통하여 드레인 전극(175)과 접촉하는 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 화소 전극(190)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전체로 이루어져 있다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 화소 전극(190)을 알루미늄 등의 광반사 특성이 우수한 도전체로 형성한다.
다음, 하부 기판(210)에 대하여 설명한다.
하부 기판(210)의 내부 표면에 화소 경계부에서의 빛샘을 차단하기 위한 차광막(220)이 형성되어 있고, 차광막(220)에 의하여 구획되는 각 화소 영역에 적색, 녹색 및 청색의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 백색광을 그대로 투과시키는 백색 색필터를 더 포함하거나, 노랑(yellow), 청록색(cyan), 심홍색(magenta) 색필터로 이루어질 수도 있다.
색필터(230) 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
공통 전극(270) 위에는 액정층(3)의 액정을 소정 방향으로 배향하기 위한 배향막(23)이 형성되어 있다.
이러한 상부 기판(110)과 하부 기판(210) 사이에는 스페이서(321)가 형성되어 있다. 스페이서(321)는 고분자층(322)에 의하여 상부 기판(110)의 보호막(180) 및 화소 전극(190)과 단단하게 고착되어 있다.
스페이서(321)에 의하여 형성된 두 기판(110, 210) 사이의 공간에는 액정 물질이 채워져서 액정층(3)을 형성하고 있다.
상부 기판(110)의 바깥쪽 표면에는 제1 편광 필름(12)이 배치되어 있고, 하부 기판(110)의 바깥쪽 표면에는 보상 필름(21)과 제2 편광 필름(22)이 배치되어 있다. 여기서 보상 필름(21)은 생략되거나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 제1 편광 필름(12)과 상부 기판(110) 사이에도 보상 필름을 배치할 수 있다.
그러면 이러한 구조의 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 상부 절연 기판(110)에 박막 트랜지스터를 등의 소자를 형성하는 과정을 설명한다.
절연 기판(110) 위에 금속을 증착하고 사진 식각하여 게이트 전극(124)을 포 함하는 게이트선 및 유지 전극(133)을 포함하는 유지 전극선을 형성하고, 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트선 및 유지 전극(133)을 포함하는 유지 전극선 위에 게이트 절연막(140), 비정질 규소층 및 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 규소층을 연속으로 증착한다.
비정질 규소층과 도핑된 비정질 규소층을 동시에 사진 식각하여 비정질 규소 패턴(154)과 분리되기 전의 미완성 저항성 접촉층(163, 165)을 형성한다.
미완성 저항성 접촉층(163, 165) 위에 금속층을 증착하고 사진 식각하여 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선과 드레인 전극(175)을 형성한다.
다음, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)을 식각 마스크로 하여 노출되어 있는 저항성 접촉층(163, 165)을 식각하여 저항성 접촉층(163, 165)을 양쪽으로 분리하여 완성한다.
데이터선과 드레인 전극(175) 위에 보호막(180)을 증착 또는 도포하고 사진 식각하여 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉구를 형성한다.
보호막(180) 위에 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질을 증착하고 사진 식각하여 화소 전극(190)을 형성한다.
다음, 하부 기판(210)에 색필터 등을 형성하는 과정을 설명한다.
하부 기판(210) 위에 크롬 또는 크롬과 산화 크롬의 이중층을 증착하고 사진 식각하여 각 화소 영역 또는 화소 열을 구획하는 차광막(220)을 형성한다.
차광막 위에 안료를 포함하는 감광제를 도포, 노광 및 현상하는 과정을 반복하여 적색, 녹색 및 청색 색필터(230)를 형성한다.
색필터(230) 위에 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질을 증착하여 공통 전극(270)을 형성한다.
이러한 하부 기판(210)과 상부 기판(110)을 결합하는 방법을 설명한다.
하부 기판(210)의 공통 전극(270) 위에 감광막을 도포하고 소정의 마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 스페이서(321)를 형성한다.
다음, 스페이서(321) 위에 배향제를 도포하고 러빙하여 배향막(23)을 형성한다.
이어서, 스페이서(321)에 의하여 구획되어 있는 각 미소 영역에 자외선에 의하여 중합되는 고분자의 단량체를 액정과 혼합하여 적하 주입한다. 자외선에 의하여 중합되는 고분자의 단량체로는 노랜드(Norland)사의 UV 경화성 에폭시 NOA-65 등이 있다.
다음, 스페이서(321) 위에 박막 트랜지스터와 화소 전극(190) 등이 형성되어 있는 상부 기판(110)을 위치시키고, 상부 기판(110) 쪽에서 자외선을 조사한다. 자외선을 조사받은 고분자 단량체는 중합되기 시작하면서 액정으로부터 상분리되어 상부 기판(110)의 화소 전극(190)과 보호막(180) 표면에 고착하여 고분자층(331)을 형성한다.
이러한 고분자층(331)은 스페이서(321)를 상부 기판(110)에 단단하게 부착하는 역할을 한다.
도 4는 도 1의 실시예에 따라 형성된 스페이서를 위에서 바라본 정면도이고, 도 5는 도 1의 실시예에 따라 형성된 스페이서의 사시도이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 100㎛ X 300㎛의 단위 격자 영역을 가지는 격자 모양 스페이서를 제작하여 실험에 사용하였다. 이러한 모양으로 형성된 스페이서를 가지는 액정 표시 장치의 두 구동 전극에 전압을 인가하여 블랙 상태와 화이트 상태를 촬영한 사진을 도 6 및 도 7에 도시하였다.
도 6은 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 상태의 사진이고, 도 7은 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화이트 상태의 사진이다.
도 8은 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전압 투과율 그래프이다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 전압이 0V 일 때 최고의 광투과율을 나타내고 전압이 높아질수록 광투과율이 떨어지는 노말리 화이트(normally white) 모드 액정 표시 장치의 전형적인 V-T 곡선을 나타낸다.
도 9는 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 응답 시간 그래프이다.
도 9에서 검은 점은 전압 인가시의 응답 속도를 나타내고, 하얀 점은 전압 제거시의 응답 속도를 나타낸다. 전압 인가시와 전압 제거시 모두 30ms 이하의 응답 속도를 나타내므로 표시 장치로 사용하기에 무리가 없음을 알 수 있다.
도 10 및 도 11은 각각 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 합착되었던 두 표시판을 분리한 상태의 사진이다.
도 10 및 도 11에서, 아래쪽 기판에 형성되어 있는 스페이서가 위쪽 기판 표면에 고착되는 고분자층에 의하여 단단하게 부착되어 있었음을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 사시도이고, 도 13은 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판에 스페이서가 형성 되어 있는 상태의 사시도이다.
도 12를 보면, 상부 절연 기판(110)과 공통 전극(270)이 형성되어 있는 하부 절연 기판(210) 사이에 복수의 막대 모양의 스페이서(322)가 서로 나란하게 배치되어 있고, 스페이서(322)와 교차하는 선형 고분자 돌기(332)가 형성되어 있다.
여기서, 두 절연 기판(110, 210) 사이의 간격은 스페이서(322)에 의하여 유지되고, 두 절연 기판(110, 210) 사이의 공간은 스페이서(322)와 선형 고분자 돌기(332)에 의하여 복수의 미소 영역으로 분할되어 있다. 여기서 각 미소 영역은 화소 영역과 일치하거나 또는 복수의 화소 영역이 합쳐진 크기로 형성될 수 있다. 각 미소 영역 내에는 네마틱(nematic) 액정(3)이 채워져 있다.
스페이서(322)는 감광제를 하부 기판(210) 위에 도포하고 소정의 광마스크를 통하여 노광 및 현상하여 형성한 것이다. 또한 스페이서(322)는, 후술하는 바와 같이, 탄성 중합체 등의 다른 물질로 형성할 수도 있다.
선형 고분자 돌기(332)는 상부 기판(110)과 스페이서(322) 및 하부 기판(210)을 부착하고 있다. 선형 고분자 돌기(332)는 자외선(UV)에 의하여 중합되어 고분자화하는 단량체, 예를 들어 노랜드(Norland)사의 에폭시 NOA-65,를 액정(3)에 혼합하여 주입하고 상부 기판(110)을 스페이서(321) 위에 배치한 후, 상부 기판(110) 또는 하부 기판(210)의 바깥쪽으로부터 소정의 마스크를 통하여 자외선을 조사함으로써 단량체를 중합시켜 형성한 것이다. 단량체는 중합되면서 액정으로부터 비등방적으로 상분리되어 상부 기판(110)과 하부 기판(210)의 사이에 돌기를 형성한다.
상하부 기판(110, 210)에는 도 3에 나타낸 바와 같이 박막 트랜지스터, 화소 전극, 공통 전극 등이 형성되어 있다.
이러한 구조의 액정 표시 장치를 제조하는 방법에서 하부 기판(210)과 상부 기판(110)을 결합하는 방법을 도 14를 참고로 하여 설명한다.
도 14는 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하기 위하여 자외선을 조사하는 공정도이다.
하부 기판(210)의 공통 전극(270) 위에 감광막을 도포하고 소정의 마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 스페이서(322)를 형성한다.
다음, 스페이서(322) 위에 배향제를 도포하고 러빙하여 배향막(도시하지 않음)을 형성한다.
이어서, 스페이서(322)가 구획하는 영역에 자외선에 의하여 중합되는 고분자의 단량체를 액정과 혼합하여 적하 주입한다. 자외선에 의하여 중합되는 고분자의 단량체로는 노랜드(Norland)사의 UV 경화성 에폭시 NOA-65 등이 있다.
다음, 스페이서(322) 위에 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 상부 기판(110)을 위치시키고, 상부 기판(110) 또는 하부 기판(210) 쪽에서 자외선을 조사한다. 여기서 자외선 조사는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 복수의 슬릿이 나란하게 형성되어 있는 광마스크를 통하여 진행한다. 자외선을 조사받은 고분자 단량체는 중합되기 시작하면서 액정으로부터 상분리되어 상부 기판(110)과 하부 기판(210) 사이에 고착하여 선형 고분자 돌기(332)를 형성한다.
이러한 선형 고분자 돌기(332)는 스페이서(322)와 하부 기판(210)을 상부 기 판(110)에 단단하게 부착하는 역할을 한다.
도 15는 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화이트 상태의 사진이고, 도 16은 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 상태의 사진이다.
도 15 및 도 16에서 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치도 화이트와 블랙 표시가 가능함을 알 수 있고 아울러 계조 표시도 가능하다.
도 17 및 도 18은 각각 도 12의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 합착되었던 두 표시판을 분리한 상태의 사진이다.
도 17 및 도 18에서, 아래쪽 기판에 형성되어 있는 스페이서가 아래쪽 기판과 위쪽 기판 사이에 고착되는 선형 고분자 돌기에 의하여 단단하게 부착되어 있었음을 알 수 있다.
도 19a 내지 도 19e는 본 발명의 다른 실시예에 따라 액정 표시 장치를 제조하는 과정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 19a 내지 도 19e는 탄성 중합체를 사용하여 스페이서를 형성하는 방법을 보여준다.
먼저, 도 19a에 나타낸 바와 같이, SU-8과 같은 감광제를 도포하고 소정의 광마스크를 통하여 노광한 후 현상하여 스페이서를 찍어내기 위한 틀을 형성한다.
다음, 도 19b에 나타낸 바와 같이, PDMS[poly(dimethylsiloxane)] 등의 탄성 중합체의 단량체를 틀 위에 도포하고, 그 위에 ITO가 증착되어 있는 절연 기판을 올려 놓는다.
이어서, 도 19c에 나타낸 바와 같이, 절연 기판을 가압하면서 100도에서 10 분간 베이킹하고, 틀을 절연 기판으로부터 떼어내면 PDMS로 이루어진 스페이서가 절연 기판 위에 남는다.
다음, 도 19d에 나타낸 바와 같이, 스페이서 위에 배향막을 스핀 코팅하고 러빙하여 배향막을 형성한다. 이어서 배향막 위에 액정, 예를 들어 머크(Merck)사의 E7 네마틱 액정과 자외선에 의하여 중합되는 광중합체의 단량체, 예를 들어 노랜드(Norland)사의 에폭시 NOA-65를 95:5 정도의 비율로 혼합하여 적하하고, ITO가증착되어 있는 절연 기판을 스페이서 위에 배치한다.
이어서, 도 19e에 나타낸 바와 같이, 자외선을 조사하여 액정에 섞여 있는 단량체를 중합시켜 고분자층을 형성한다. 실제 시험을 위한 시편 제작시에는 약 350nm의 파장을 가지는 자외선을 사용하였고, 자외선의 소스로는 200W의 전력을 사용하는 제논(Xenon) 램프를 사용하였다.
이와 같이, 틀을 사용하여 스페이서를 찍어내는 스탬핑(stamping) 방법을 사용하면, 스페이서를 형성하는 공정을 단순화하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 20은 도 19a 내지 도 19e의 실시예에 사용하기 위한 스탬프의 SEM 사진이고, 도 21은 스탬프를 사용하여 형성한 스페이서의 SEM 사진이고, 도 22는 도 21의 원 부분에 대한 확대 단면도이다.
도 20 내지 도 22에서 스탬핑 방법에 의하여도 스페이서를 균일하게 형성할 수 있음을 알 수 있다.
도 19a 내지 도 19e의 실시예에서는 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 틀을 형성하고, 틀 위에 PDMS와 같은 탄성 중합체의 단량체를 도포하여 스페이서를 형성하였으나, 이와 반대로 PDMS와 같은 탄성 중합체로 틀을 형성하고(사진 식각 공정 등을 통하여 형성) 감광막을 사용하여 스페이서를 형성할 수도 있다.
도 23a 및 도 23b는 각각 도 19a 내지 도 19e의 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치의 블랙 상태와 화이트 상태의 사진이고, 도 23c 및 도 23d는 도 19a 내지 도 19e의 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치의 중간 계조(각각 계조 전압을 3V와 6V 인가한 경우) 사진이다.
도 23a 내지 도 23b에서 스탬핑 방법을 통하여 제조한 액정 표시 장치도 계조 표시를 하는데 아무런 문제가 없음을 알 수 있다. 다만, 도 23a를 보면 블랙 상태에서 약간의 빛샘이 나타나는 것을 알 수 있다. 그러나 이러한 빛샘은 차광막을 형성함으로써 용이하게 차단할 수 있다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 사시도이다.
도 24의 실시예는 도 12의 실시예에서 고분자 돌기(332)와 함께 상부 기판(110) 표면에 형성되어 있는 고분자층을 더 포함하는 구조의 액정 표시 장치이다.
슬릿을 가지는 광마스크를 통한 자외선 조사를 통하여 고분자 돌기(332)를 형성한 이후에 잔류할 수 있는 광중합체의 단량체를 액정으로부터 분리하기 위하여 전면적인 자외선 조사를 추가로 실시하여 얻어진 구조이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상과 같이, 본 발명에서는 액정에 광중합되는 단량체를 혼합해 놓고 나중에 광중합시킴으로써 고분자층을 형성하여 스페이서를 기판에 단단하게 고정한다. 따라서 액정 표시 장치를 구부릴 경우 발생할 수 있는 기판의 들뜸 현상이나 셀갭의 변동을 방지할 수 있다.
또한 스페이서의 산포가 필요없기 때문에 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 적합하다.

Claims (33)

  1. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판과 마주 보고 있는 제2 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있고, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서,
    상기 제2 절연 기판의 표면에 형성되어 있고 상기 스페이서와 상기 제2 절연 기판을 고착하는 고분자층
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극
    을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 스페이서는 격자 모양을 가지는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 액정층은 상기 스페이서에 의하여 복수의 미소 영역으로 분할되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 스페이서는 감광제를 노광 및 현상하여 이루어진 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 고분자층은 상기 액정층 내에 광경화성 단량체를 혼합해 놓은 상태에서 광을 조사하여 상분리시킴으로써 이루어진 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 광경화성 단량체를 상분리시키는 광은 자외선인 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 광경화성 단량체는 노랜드(Norland)사의 UV 경화성 에폭시 NOA-65인 액정 표시 장치.
  9. 제2항에서,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제2항에서,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제2 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 스페이서는 복수의 막대 모양으로 형성되어 있고, 상기 스페이서와 교차하는 선형 고분자 돌기를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 스페이서는 탄성 중합체로 이루어진 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 스페이서는 PDMS[poly(dimethylsiloxane)로 이루어진 액정 표시 장치.
  14. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판과 마주 보고 있는 제2 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있고, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이를 고착하는 고분자 돌기
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 스페이서는 복수의 막대 모양으로 형성되어 있고, 상기 고분자 돌기는 상기 스페이서와 교차하는 선형 돌기인 액정 표시 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극
    을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제14항에서,
    상기 액정층은 상기 스페이서 및 상기 고분자 돌기에 의하여 복수의 미소 영역으로 분할되어 있는 액정 표시 장치.
  18. 제14항에서,
    상기 스페이서는 감광제를 노광 및 현상하여 이루어진 액정 표시 장치.
  19. 제14항에서,
    상기 고분자 돌기는 상기 액정층 내에 광경화성 단량체를 혼합해 놓은 상태에서 광을 조사하여 상분리시킴으로써 이루어진 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 광경화성 단량체를 상분리시키는 광은 자외선인 액정 표시 장치.
  21. 제20항에서,
    상기 광경화성 단량체는 노랜드(Norland)사의 UV 경화성 에폭시 NOA-65인 액정 표시 장치.
  22. 제16항에서,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  23. 제16항에서,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제2 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  24. 제14항에서,
    상기 스페이서는 탄성 중합체로 이루어진 액정 표시 장치.
  25. 제24항에서,
    상기 스페이서는 PDMS[poly(dimethylsiloxane)로 이루어진 액정 표시 장치.
  26. 제1 절연 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 전극 위에 고정 스페이서를 형성하는 단계,
    상기 고정 스페이서가 형성되어 있는 상기 제1 전극 위에 고분자 단량체를 포함하는 액정 물질을 도포하는 단계,
    상기 고정 스페이서 위에 제2 절연 기판을 배치하는 단계,
    상기 고분자 단량체를 상기 액정 물질로부터 상분리시켜 상기 제2 절연 기판의 표면에 응착시킴으로써 상기 스페이서와 상기 제2 절연 기판을 고착하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  27. 제26항에서,
    상기 제2 절연 기판의 일 표면에는 제2 전극이 형성되어 있고, 상기 제2 절연 기판을 상기 스페이서 위에 배치할 때 상기 제2 전극이 상기 스페이서와 접촉하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  28. 제26항에서,
    상기 액정 물질을 도포하는 단계 이전에 상기 고정 스페이서 위에 배향막을 도포하고 러빙하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  29. 제26항에서,
    상기 고정 스페이서를 형성하는 단계는
    상기 제1 전극 위에 감광제를 도포하는 단계,
    상기 감광제를 소정의 마스크를 통하여 노광하는 단계,
    노광된 상기 감광제를 현상하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  30. 제26항에서,
    상기 고정 스페이서를 형성하는 단계는
    스페이서 틀을 형성하는 단계,
    상기 스페이서 틀 위에 탄성 중합체를 도포하는 단계,
    상기 제1 전극이 형성되어 있는 상기 제1 절연 기판을 상기 탄성 중합체 위에 올려놓고 가압 및 가열하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  31. 제30항에서,
    상기 스페이서 틀을 형성하는 단계는
    SU-8 감광제를 도포하는 단계,
    상기 SU-8 감광제를 소정의 마스크를 사용하여 노광하는 단계,
    노광된 상기 SU-8 감광제를 현상하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  32. 제26항에서,
    상기 고분자 단량체를 상기 액정 물질로부터 상분리시켜 상기 제2 절연 기판의 표면에 응착시킴으로써 상기 스페이서와 상기 제2 절연 기판을 고착하는 단계는 상기 제2 절연 기판의 외측으로부터 상기 고분자 단량체를 포함하는 액정 물질에 자외선을 조사하여 진행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  33. 제32항에서,
    상기 자외선 조사는 소정의 마스크를 통하여 이루어지는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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