JP4564472B2

JP4564472B2 - 液晶表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP4564472B2
Application number: JP2006190605A
Authority: JP
Inventors: ジェヨンオウ; チョンイルキム; スプルキム
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: JP2008020541A

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、より詳しくは、液晶表示装置及びその製造方法に関する。

近来、社会が本格的な情報化時代に入ることによって、各種の電気的信号情報を視覚的に表現するディスプレー分野が急速度に発展している。
最近、薄形化、軽量化、低消費電力化等の優れた性能を保有している薄膜トランジスタＴＦＴ型の液晶表示装置ＴＦＴ-ＬＣＤが開発され、既存のブラウン管ＣＲＴ(Cathode Ray Tube)に代替している。

液晶表示装置の画像表示原理は、液晶の光学的異方性と分極性質を利用する。液晶は、分子構造が細くて長く、配列に方向性を有する光学的異方性と、電場内に置かれる場合に、その大きさによって分子の配列方向が変化する分極性質を有する。

従って、液晶表示装置は、液晶層を間に、相互に向かい合う面に、各々画素電極と共通電極が形成されたアレイ基板とカラーフィルター基板を合着させて構成する液晶パネルを構成要素として、前記電極間の電場の変化によって液晶分子の配列方向を任意的に調節し、この時、変化される光の通過率を利用して多様な画像を表示する。

最近、特に、画像表現の基本単位である画素を行列方式に配列して、スイッチング素子を各画素に配置させて、独立的に制御する能動行列方式が解像度及び動画像表示能力に優れていることから注目を浴びているが、このようなスイッチング素子で薄膜トランジスタＴＦＴを使用するのがＴＦＴ−ＬＣＤ(以下、液晶表示装置と称する。)である。

液晶表示装置の構造を、従来の一般的な液晶表示装置の平面及び断面を各々簡略に示した図１及び図２を参照して説明する。

図１は、従来の液晶表示装置を概略的に示した断面図であって、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って示した断面図である。

図示したように、従来の液晶表示装置１は、液晶層９０を間に、アレイ基板１１とカラーフィルター基板６１が向かい合って合着された構成である。このうち、下部のアレイ基板１１は、この上面に縦横に交差配列され多数の画素領域Ｐを定義する複数のゲート配線１３及びデータ配線３０を含む。前記ゲート配線１３及びデータ配線３０の交差地点には、薄膜トランジスタＴｒを備えて、各画素領域Ｐに備えた画素電極５０に連結されている。薄膜トランジスタＴｒは、ゲート電極１５、アクティブ層２３ａとオーミックコンタクト層２３ｂを有する半導体層２３、ソース電極３３及びドレイン電極３５を含む。ゲート絶縁膜２０は、ゲート電極１５上に位置して、絶縁層４０は、ドレイン電極３５を露出するドレインコンタクトホール４３を有する。

また、これとは向かい合う上部のカラーフィルター基板６１には、これの背面にブラックマトリックス６３が形成される。ブラックマトリックス６３は、ゲート配線１３とデータ配線３０、薄膜トランジスタＴｒを遮るように各画素領域Ｐを取り囲む格子状の第１ブラックマトリックス６３ａと、前記第１ブラックマトリックス６３ａの一端に連結されて、基板６１を取り囲む第２ブラックマトリックス６３ｂが形成される。この格子の内部で、各画素領域Ｐに対応するように順に反復配列された赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂのカラーフィルターパターン６６ａ、６６ｂ、６６ｃが形成される。赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂのカラーフィルターパターン６６ａ、６６ｂ、６６ｃの下部に透明導電性物質で形成された共通電極７０を備える。

さらに、前述した構造のアレイ基板１１の画素電極５０とカラーフィルター基板６０の共通電極７０間には、液晶９０が介される。液晶９０の漏洩を防いで、前記両基板の合着された状態を維持させるために、カラーフィルター基板に形成された第２ブラックマトリックス６３ｂに沿って表示領域ＡＡを取り囲むシールパターン８５を備える。

アレイ基板１１には、シールパターン８５の外部の非表示領域に、ゲートパッド領域ＧＰＡとデータパッド領域ＤＰＡが位置する。

ゲートパッド領域ＧＰＡとデータパッド領域ＤＰＡには各々、ゲートパッド及びデータパッドが位置する。ゲートパッドは、ゲートパッド電極５２とゲートパッド電極端子５２を含む。データパッドは、データパッド電極(図示せず)とデータパッド電極端子５４を含む。

ゲートパッド及びデータパッドは、ＴＣＰ(Tape Carrier Package)フィルムによって駆動回路を有するＰＣＢ(Printed Circuit Board)と連結される。ＴＣＰフィルム上には、ゲートドライバーＧＤまたは、データドライバーが位置する。

ＴＣＰフィルムの一端の連結部８０は、ゲートパッドまたは、データパッド、すなわち、ゲートパッド電極端子５２または、データパッド電極端子５４と接触する。

ゲートパッド及びデータパッドと接触する連結部８０の上部には、ＴＣＰフィルムとアレイ基板１１間の接触が離れないように密閉材として、保護膜８７がさらに形成される。

前述した構造の液晶表示装置では、前記両基板１１、６１を封止するシールパターン１１及びＴＣＰフィルムの上部の保護膜を形成する物質として、熱硬化性または、紫外線硬化性のエポキシまたは、アクリル系列の物質が使用される。また、液晶表示装置の上部及び下部の基板１１、６１間の離隔された間隔、すなわち、セルギャップを維持するためのパターン化スペーサー５６やボールスペーサーも熱硬化性または、紫外線硬化性のエポキシまたは、アクリル系列の物質が利用される。

ところが、エポキシまたは、アクリル系列の物質を使用して、シールパターン８５、保護膜８７、パターン化スペーサー５６を形成する場合、加温によるシールパターンが破裂する頻度が高く、不良率が増加する問題がある。

また、最近、液晶表示装置の生産性向上のために、製造費用を最小化しようとする努力をつくしており、既存に比べて、性能は向上され、その原価は低減された新しい材料を模索している。

本発明は、比較的に、材料費が低廉で、その特性も優れた新しい材料として、フリットガラスまたは、ガラスペーストを利用して、液晶表示装置の封止材や密閉材として利用し、さらに、セルギャップを維持するようにするパターン化スペーサーを前記物質で形成することによって、材料費と費用を節減し、生産性を向上させる。

本発明は、前述したような目的を達成するために、相互に向かい合う第１基板及び第２基板と；前記第１基板及び第２基板間に位置する液晶層と；前記第１基板及び第２基板間に位置して、前記液晶層を取り囲み、フリットガラスまたは、ガラスペーストで形成されたシールパターンを含む液晶表示装置を提供する。
ここで、前記フリットガラスは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、増量剤(filler)と接合物質(binder material)を含む。前記ガラスペーストは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、接合物質を含む。

また、相互に向かい合う第１基板及び第２基板と；前記第１基板及び第２基板間に位置して、セルギャップを有する液晶層と；前記第１基板及び第２基板間に位置し、前記セルギャップを維持して、フリットガラスまたは、ガラスペーストで形成されたスペーサーを含む液晶表示装置を提供する。
ここで、前記フリットガラスは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、増量剤と接合物質を含む。前記ガラスペーストは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、接合物質を含む。

さらに、本発明は、基板の周辺部に位置して、ゲートパッド及びデータパッドと；駆動回路と前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかを連結するために、前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかと接触する連結部と；前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかと前記連結部の接触領域を覆い、フリットガラスまたは、ガラスペーストで形成された保護膜を含む液晶表示装置を提供する。
ここで、前記フリットガラスは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、増量剤と接合物質を含む。
前記ガラスペーストは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、接合物質を含む。

一方、シリンジまたは、ディスペンサーのいずれかを使用して、第１基板の周辺部に沿ってフリットガラスまたは、ガラスペーストのいずれかを塗布して、シールパターンを形成する段階と；第２基板と前記第１基板を合着して、前記シールパターンを硬化する段階と；前記シールパターンによって取り囲まれた前記第１基板及び第２基板間に液晶を注入する段階を含む液晶表示装置の製造方法を提供する。
ここで、前記フリットガラスは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、増量剤と接合物質を含み、前記フリットガラスで形成されたシールパターンは、３００ないし５００℃で硬化される。

前記ガラスペーストは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、接合物質を含み、前記ガラスペーストで形成されたシールパターンは、４００ないし９００℃で硬化される。

また、第１基板の表示領域にブラックマトリックスを形成する段階と；シリンジまたは、ディスペンサーのいずれかを使用して、前記ブラックマトリックスに対応するように、フリットガラスまたは、ガラスペーストのいずれかを、前記第１基板及び第２基板のいずれかに塗布してスペーサーを形成する段階と；前記スペーサーを硬化する段階と；前記第１基板及び第２基板を合着して、前記第１基板及び第２基板間に液晶を注入する段階とを含む液晶表示装置の製造方法を提供する。

ここで、前記フリットガラスは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、増量剤と接合物質を含み、前記フリットガラスで形成されたシールパターンは、３００ないし５００℃で硬化される。

さらに、基板の周辺部にゲートパッド及びデータパッドを形成する段階と；駆動回路と前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかを連結するために、前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかと接触する連結部を形成する段階と；フリットガラスまたは、ガラスペーストのいずれかを塗布して、前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかと前記連結部の接触領域を覆う保護膜を成形する段階を含む液晶表示装置の製造方法を提供する。

以下、図面を参照して、本発明の実施例をより詳しく説明する。

本発明の液晶表示装置は、フリットガラスまたは、ガラスペーストを使用してシールーパターンを形成することによって、加温の際に、シールーパターンが破裂する不良を防ぐ。

また、フリットガラスまたは、ガラスペーストを使用して、セルギャップを維持するためのパターン化スペーサーを形成することによって、硬度の増加による潰れ等によるセルギャップの不良を防いで、モデル別に多様なセルギャップに比較的容易に対応できる。

さらに、ゲートパッド及びデータパッドと連結されるＴＣＰフィルムの上部に形成される保護膜を、強い硬度で、熱的安定性の優れたフリットガラスまたは、ガラスペーストを使用して形成することによって、安定的な状態を維持する。

本発明の液晶表示装置に利用されるフリットガラスまたは、ガラスペーストの組成及び特性を説明する。

フリットガラスは、主成分が、酸化鉛ＰｂＯであって、副成分としては、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、増量剤と接合物質を含む。フリットガラスは、有機溶剤を混ぜた状態で、３００ないし５００℃で加熱して焼成することによって、ガラス物質を接合するシールパターン、保護膜、スペーサーとして使用される。

また、ガラスペーストは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、接合物質を含み、４００ないし９００℃で加熱して焼成することによって、ガラス物質を接合するシールパターン、保護膜、スペーサーとして使用される。この時、前記ガラスペーストの特性を説明すると、ガラスペーストの熱膨張係数は、最大１００＊１０^−７/℃になって、絶縁抵抗は、１０^１２Ω程度になり、密度は、２ｇ/ｃｍ^３ないし６ｇ/ｃｍ^３になる。さらに、曲げ強度は、最大、４０ＭＰａである。

このような組成及び物性のフリットガラス及びガラスペーストは、その成分自体がガラスを形成する材質と大変類似であって、ガラス材質の基板を封止または、接合するシールパターンの材料としては、接着性が優れている。特に、液晶表示装置に利用される基板は、ガラス物質を利用するので、液晶表示装置の形成過程で、物質反応が発生しない。また、液晶と接触するにおいて、不純物等を排出する等の現象が全然ない。従って、液晶表示装置の一部構成要素を、フリットガラス及びガラスペーストで形成すると、多数の有利な点がある。

前述したフリットガラスに有機溶媒を混ぜることによって、グラスパウダーのように、ペースト状になる。このようなペースト状のフリットガラスやガラスペーストをシリンジまたは、ディスペンサーを利用して、基板上の望む部分を塗布して、塗布された状態の前記フリットガラスやガラスペーストを所定温度で焼成することによって、封止材や密閉材として利用することができる。

図３は、本発明の実施例によるフリットガラスやガラスペーストを利用して、液晶表示装置用の基板上に、シールパターンを形成する過程を示した図である。

シールパターン１１５は、液晶表示装置において、相互に向かい合うアレイ基板とカラーフィルター基板を合着固定させて、前記両基板の枠部でセルギャップを維持させる手段になる。図３の基板１００は、アレイ基板とカラーフィルター基板のいずれかに当たる。

この時、シールパターン１１５は、画面を表示する表示領域の内部を埋める液晶と直接接触されることによって、液晶とは反応しない物質で形成される必要がある。また、アレイ基板とカラーフィルター基板を丈夫に固定させる役割をしなければならないために、基板との接着力の優れた物質で形成される必要がある。

このような重要な特徴を全て満足する物質として、従来には、エポキシまたは、アクリル系列の物質を利用してシールパターンを形成したが、エポキシまたは、アクリル系列の物質は、その単価が高く、原価を節減するのに邪魔である。従って、本発明では、エポキシまたは、アクリル系列より、その単価が安く、液晶と反応しても不純物を形成しないで、基板１００との接着力も優れたフリットガラスまたは、ガラスペーストを利用して、シールパターン１１５を形成する。これにより、原価節減と同時に、エポキシまたは、アクリル系列の材質で形成されたシールパターンに比べて、さらに優れた封止状態を維持するようにする。

また、フリットガラスまたは、ガラスペーストでシールパターン１１５を形成することによって、シールパターン１１５の塗布後、シールパターン１１５を硬化する。シールパターン１１５自体がガラスとほとんど類似な材質であるために、丈夫に硬化され、以後気温によっては、シールパターンの破裂がほとんど発生しない。

シールパターン１１５の形成方法を簡単に説明する。
シールパターン１１５は、図３に示したように、シリンジ１１０の内部にペーストタイプのフリットガラスまたは、ガラスペーストで埋める。その後、基板１００の周辺部に沿って、シリンジ１１０を一定な速度で移動し続けながら、フリットガラスまたは、ガラスペーストをディスペンスしてシールパターン１１５を形成する。シリンジ１１０の代わりに、他の塗布装置、例えば、ディスペンサーを使用することができる。また、基板１００は、薄膜トランジスタ(図示せず)及び画素電極(図示せず)を備えたアレイ基板または、カラーフィルターパターンと共通電極を備えたカラーフィルター基板である。

前記シールパターン１１５が形成された基板１００と、これとは向かい合う基板をシールパターン１１５を使用して合着する。それから、前記両基板間に、液晶を注入して、シールパターン１１５を硬化させ、液晶表示装置(図示せず)が完成される。この時、硬化温度は、フリットガラスに対して、３００ないし５００℃、ガラスペーストに対して、４００ないし９００℃である。

図４は、本発明の他の実施例によるフリットガラスまたは、ガラスペーストを利用して液晶表示装置用の基板上に、パターン化スペーサーを形成する過程を示した図である。

本発明の他の実施例による前記フリットガラスまたは、ガラスペーストを利用したパターン化スペーサーの形成は、前述した実施例のように、ディスペンサーやシリンジ２２０を利用することを特徴とする。図４で、基板２００は、カラーフィルター基板である。ところが、アレイ基板を使用することもできる。

パターン化スペーサー２１５を形成するにおいて、多数のシリンジ２２０(または、ディスペンサー)が一定間隔を置いて配置される。シリンジ２２０の一端は、マイクロμｍ単位でフリットガラスまたは、ガラスペーストをディスペンシングする。

また、シールーパターンの形成とは異なり、所定間隔を移動して、まるで、ドット状で、フリットガラスまたは、ガラスペーストをディスペンシングする。このことによって、基板２００上の所定領域、例えば、赤色Ｒ、緑色Ｇ，青色Ｂを表示する画素Ｐを取り囲みながら形成されたブラックマトリックス２１０が上部に、一定間隔にパターン化スペーサー２１５が形成される。

前記パターン化スペーサー２１５がディスペンシングされた基板２００を焼成する。フリットガラスに対して、３００ないし５００℃で、ガラスペーストに対しては、４００ないし９００℃で、５分ないし３０分焼成する。このことによって、硬化された状態のパターン化スペーサー２１５が完成される。この時、パターン化スペーサー２１５は、各画素Ｐごとに形成しないで、多数の画素Ｐごとに形成することもできる。この場合、離隔間隔は、一定にする。

液晶表示装置のモデル別に、相互に異なるセルギャップを形成する場合、シリンジ２２０(または、ディスペンサー)を利用して塗布されるフリットガラスまたは、ガラスペーストの量を調節することによって、パターン化スペーサー２１５の高さを容易に調節できる。従って、多様なモデルに対して、その対応が容易な長所がある。

従来のパターン化スペーサーは、有機絶縁物質の特性上、その硬度の低い液晶表示装置の完成後、外部からの酷い圧力を受けると、圧力を受けた部分が潰れてセルギャップが維持されなく、このことによって、画質不良をもたらす。ところが、パターン化スペーサーをガラスと類似な材質のフリットガラスまたは、ガラスペーストを利用して形成することによって、強度及び熱変化に強いフリットガラスまたは、ガラスペーストの特性上、潰れによるセルギャップ維持の不良等が防げる。

前述した他の実施例では、液晶表示装置用のカラーフィルター基板上に、パターン化スペーサー２１５を形成する。ところが、パターン化スペーサーをアレイ基板上に形成しても良い。この時、パターン化スペーサーの形成位置は、ブラックマトリックスに対応するゲート配線、データ配線、薄膜トランジスタ上に形成される。パターン化スペーサーは、カラーフィルター基板においては、モデルによって共通電極または、オーバーコート層と接触できて、アレイ基板においては、保護層と接触できる。

一方、前述した図面には示してないが、アレイ基板のゲートパッド及びデータパッドとＴＣＰフィルムの連結部が接触する部分を覆う保護膜として、フリットガラスまたは、ガラスペーストが使用される。
また、ＣＯＧ(Chip On Glass)型の液晶表示装置、すなわち、ＴＣＰフィルムを使用しないで、ゲートドライバーまたは、データドライバー用ＩＣが基板上に直接実装された場合、基板上に形成されたＩＣを覆う保護膜として、フリットガラスまたは、ガラスペーストが使用される。

この場合、既存の密閉材として利用されるエポキシまたは、アクリル系列の物質より接着力が優れ、その硬度も高いので、より安定に密閉材としての役割を果たす。

本発明は、前述した実施例に限られるのではなく、多様に応用及び適用される。

従来の液晶表示装置を概略的に示した断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って示した断面図である。本発明の実施例によるフリットガラスやガラスペーストを利用して、液晶表示装置用の基板上に、シールパターンを形成する過程を示した図である。本発明の他の実施例によるフリットガラスまたは、ガラスペーストを利用して液晶表示装置用の基板上に、パターン化スペーサーを形成する過程を示した図である。

符号の説明

１００：アレイ基板
１１０：シリンジ
１１５：シールパターン

Claims

第１基板及び第２基板と；
前記第１基板及び第２基板間及び表示領域を取り囲んで位置するシールパターンと；
前記シールパターンの外側の非表示領域の前記第１基板上に位置するゲートパッド及びデータパッドと；
ゲートドライバーとデータドライバーをその上に有するＴＣＰフィルムの端部の連結部と、前記連結部は、駆動回路と前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかを連結するために、前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかと接触し；
前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかと前記連結部の接触領域を覆い、フリットガラスまたは、ガラスペーストで形成された保護膜を含み、前記保護膜は、前記ＴＣＰフィルムと前記第１基板の剥離を防止するような接着力を有し、前記シールパターンの外側の非表示領域の接触領域が保護されるような硬度を有する密閉材として機能することを特徴とする液晶表示装置。
前記フリットガラスは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、増量剤と接合物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記ガラスペーストは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、接合物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
第１基板及び第２基板を準備する段階と；
前記第１基板及び第２基板間及び表示領域を取り囲んで位置するシールパターンを形成する段階と；
前記シールパターンの外側の非表示領域の前記第１基板上にゲートパッド及びデータパッドを形成する段階と；
駆動回路と前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかを連結するために、前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかと、ゲートドライバーとデータドライバーをその上に有するＴＣＰフィルムの端部とを接触させる段階と；
優れた接着力と高硬度を有するフリットガラスまたは、ガラスペーストのいずれかを塗布して、前記ゲートパッド及びデータパッドのいずれかと前記連結部の接触領域を覆う保護膜を成形する段階を含み、前記保護膜は、前記ＴＣＰフィルムと前記第１基板の剥離を防止するような接着力を有し、前記シールパターンの外側の非表示領域の接触領域が保護されるような硬度を有する密閉材として機能することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
前記フリットガラスは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、増量剤と接合物質を含み、前記フリットガラスで形成されたシールパターンは、３００ないし５００℃で硬化されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記ガラスペーストは、酸化鉛ＰｂＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化シリコンＳｉＯ_２、酸化バリウムＢａＯパウダー、接合物質を含み、前記ガラスペーストで形成されたシールパターンは、４００ないし９００℃で硬化されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。