JP4644293B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、コンパクトで製造工程を単純化した液晶表示装置およびその製造方法に関する。

近年、情報化社会へと時代が急速に発展するに伴って、薄型化、軽量化、低消費電力化などの優れた特性を有する平板表示装置(flat panel display)の必要性が台頭している。一般に、平板表示装置の一つである液晶表示装置(ＬＣＤ)は、陰極線管(ＣＲＴ)に比べて視認性が優れており、同じ大きさの画面を有するＣＲＴに比べて平均消費電力が小さいだけでなく、発熱量が少ないため、プラズマ表示装置(ＰＤＰ：Plasma Display Panel)や電界放出表示装置(ＦＥＤ：Field Emission Display)と共に携帯電話やコンピュータのモニタ、テレビジョンの次世代表示装置として脚光を浴びている。

液晶表示装置は、電界生成電極がそれぞれ形成されている二つの基板を、電極が形成されている面が対向するように配置し、二つの基板の間に液晶物質を注入してから、二つの電極に電圧を印加して生成される電場により液晶分子を動かすことによって、変化する光の透過率を調節して画像を表現する装置である。

一般に、液晶は、その分子が異方性を有しており、その分子からなる液晶セルやフィルムの異方性が、液晶分子の分布および基板に対して傾いた角度(tilt angle)の程度によって変化する性質を有している。また、このような特性は、液晶からなるセルやフィルムを見る角度によって、光の偏光性を変化させる重要な原因となる。

一方、図１は、一般の液晶表示装置の構造を概略的に図示した図面である。図１に図示されたように、液晶表示装置は、薄膜トランジスタを備えた下板１２０と、カラーフィルタを備えた上板１３０と、前記上板１３０と前記下板１２０の離隔した間に充填された液晶層１４０と、前記下板１２０の下部面に付着されて自然光を線偏光として透過させる第１偏光板１２９と、前記上板１３０の上部面に付着され、前記第１偏光板１２９と垂直な透過軸を有する第２偏光板１３９とを含んで構成される。なお、前記下板１２０、前記上板１３０および前記液晶層１４０からなる液晶パネルの下部に備えられて、光源１１１から光を供給するバックライトユニット１１０をさらに含む。

前記下板１２０には、透明基板１２１上に交差配置されるゲート配線およびデータ配線が形成され、前記ゲート配線から延長されるゲート電極１２２と前記ゲート電極１２２を含む全面に形成されたゲート絶縁膜１２３と、前記ゲート絶縁膜１２３上に形成された半導体層１２４と、前記半導体層１２４上に形成されたソース/ドレイン電極１２５ａ、１２５ｂからなる薄膜トランジスタＴＦＴとが形成され、保護膜１２６に形成されたコンタクトホールを通して前記薄膜トランジスタのドレイン電極１２５ｂと連結される画素電極１２７が形成される。

前記上板１３０には、前記画素電極１２７を除いた領域に光が透過することを遮断するために、透明基板１３１上にブラックマトリックス１３２が形成され、前記ブラックマトリックス１３２上に色相を表現するための赤、緑、青のカラーフィルタパターン１３３が形成され、前記カラーフィルタパターン１３３上に共通電極１３４が形成される。

前記第１、第２偏光板１２９、１３９は、透過軸が互いに９０度交差するように、それぞれ前記下板１２０および前記上板１３０の外面に形成されて、入射される自然光を偏光成分に分けて、その片方だけを通過させ、他の成分を吸収または分散する。

すなわち、光は電磁波であり、その振動方向は進行方向に垂直である。偏光はその振動方向に偏っている光である。つまり、偏光は、進行方向に垂直な方向振動する光の中から特定方向に強く振動している光を意味する。

したがって、前記液晶パネルの下部に備えられたバックライトユニット１１０から出射される光が特定の方向に振動する確率は、全ての方向において同一である。このとき、前記第１、第２偏光板１２９、１３９は、このような光の中から偏光軸と同一な方向に振動する光だけ透過させ、そのほかの方向に振動する光は適当な媒質を用いて吸収または反射して、特定な方向に振動する光を作る役目をする。

前記液晶層１４０の上下に偏光軸が互いに直交するように、下板および上板に第１、第２偏光板１２９、１３９が付着されるため、前記液晶層１４０を通過する間偏光軸の回転程度によって透過光の強度が調節されて、ブラック(black)とホワイト(white)の間のグレイ(gray)表現が可能となる。

しかし、前記のような構成を有する液晶表示装置は、上板と下板をそれぞれ製造し、製造の後には合着工程および液晶形成工程を行うことによって液晶パネルが形成される。このように、上・下板をそれぞれ製造して合着することによって液晶パネルを形成する工程は、長い時間が所要され且つ工程が複雑で、製造収率の低下と共に製造費用の上昇をもたらす。

一方、前記液晶パネルの下板に付着された第１偏光板１２９により透過された偏光は、前記液晶パネルの内部を通過しながら非偏光された光を発生する。すなわち、前記下板１２０に形成された段差部と前記上板１３０に形成されたカラーフィルタ層１３３により光の散乱が発生して、非偏光された光へと変化する。よって、前記非偏光された光により液晶表示装置の光透過率が非常に低くなって、コントラスト比が下がる問題点が発生する。

本発明は、アレイ基板を形成し、前記アレイ基板上に液晶と光硬化性カラーフィルタレジンとを混合して、塗布後光硬化させて発生する相分離により赤、緑、青のカラーフィルタと共に上板が形成される液晶表示装置およびその製造方法を提供することに第１目的がある。

本発明は、偏光フィルムまたは補償フィルムを含む液晶表示装置において、アレイ基板形成時に上部基板と偏光フィルムまたは補償フィルムを一体化して形成し、相分離を用いて液晶層を形成することによって、製造収率が向上する革新的な液晶表示装置およびその製造方法を提供することに第２目的がある。

本発明に係る液晶表示装置は、複数の画素領域で定義される第１基板と、前記第１基板上に形成されたアレイ素子と、前記第１基板上の画素領域境界部に形成された隔壁と、前記隔壁により区画された画素領域内に形成された液晶層と、前記隔壁及び前記液晶層上に配置され、前記隔壁と一体に形成され、反応性液晶が含まれる第２基板とを含み、前記第２基板は、光の位相を遅延させるリターダまたは偏光を通過させる偏光層であることを特徴とする。

また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、下板上に画素領域を区分してアレイ素子を形成する段階と、前記下板上に液晶と反応性液晶を含んだ高分子混合物を形成する段階と、前記画素領域の境界部に隔壁を形成する段階と、前記下板全面を露光して前記液晶から相分離された上板を形成し、前記隔壁内側に液晶層を形成する段階とを含み、前記上板は、前記隔壁及び前記液晶層上に配置され、前記隔壁と一体に形成され、光の位相を遅延させるリターダまたは偏光を通過させる偏光層であることを特徴とする。

本発明によれば、前記上板は位相遅延値を有する。また、記上板は偏光を通過させる。これにより、本発明に係る液晶表示装置は、コンパクトで製造工程が単純で、製造収率を増加させ製造費用を節減することができる。

本発明は、液晶パネルのアレイ基板製造工程で偏光フィルムの役目をする偏光基板と液晶層が相分離により同時に形成されるので、液晶パネルの上、下部基板を一体に形成することができ、製造収率が増大し、工程の単純化および便利性の増大を可能とする。なお、本発明に係る液晶パネルは、偏光基板で偏光効果を有するので、別途の上部偏光フィルムを備える必要がなく、コンパクトであるという長所を有している。

また、本発明は、液晶パネルのアレイ基板製造工程で偏光板の役目をする偏光基板と液晶層が、相分離により同時に形成されるので、液晶パネルの上、下部基板を一体に形成することができ、製造収率が増大し、工程の単純化および便利性の増大を可能とする。

なお、本発明に係る液晶パネルの反応性液晶基板および偏光基板は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は液晶パネルの厚さを一定に維持して、画質を均一にする効果がある。また、本発明に係る液晶パネルは、上部基板と偏光板を同時に形成することにより、別途の偏光フィルムを備える必要がなくて、コンパクトな製品を具現する効果がある。

一般の液晶表示装置の構造を概略的に図示した図面である。 本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明するための工程断面図である。 図４Ａに続く工程断面図である。 図４Ｂに続く工程断面図である。 図４Ｃに続く工程断面図である。 図４Ｄに続く工程断面図である。 図４Ｅに続く工程断面図である。 図４Ｆに続く工程断面図である。 図４Ｇに続く工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明するための工程断面図である。 図５Ａに続く工程断面図である。 図５Ｂに続く工程断面図である。 図５Ｃに続く工程断面図である。 図５Ｄに続く工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置の部分断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明するための工程断面図である。 図７Ａに続く工程断面図である。 図７Ｂに続く工程断面図である。 図７Ｃに続く工程断面図である。 図７Ｆに続く工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明するための工程断面図である。 図９Ａに続く工程断面図である。 図９Ｂに続く工程断面図である。 図９Ｃに続く工程断面図である。 図９Ｄに続く工程断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明に係る液晶表示装置の具体的な実施の形態について説明する。
図２および図３は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置を示す平面図および断面図である。
図２および図３に図示されたように、液晶表示装置は、下部基板２０１の上に、ゲート絶縁膜２１２を介して交差形成されたゲートライン２０２およびデータライン２０４と、その交差部ごとに形成された薄膜トランジスタ２３０と、その交差構造で設けられた画素領域に形成された画素電極２２２と、ゲートライン２０２とストーリジ電極２２８の重畳部に形成されたストーリジキャパシタ２４０と、ゲートライン２０２と接続されたゲートパッド２５０と、データライン２０４と接続されたデータパッド２６０とを備える。ゲート信号を供給する前記ゲートライン２０２とデータ信号を供給する前記データライン２０４は、交差構造で形成されて画素領域２０５を定義する。

前記薄膜トランジスタ２３０は、前記ゲートライン２０２のゲート信号に応答して、前記データライン２０４の画素信号が画素電極２２２に充電され維持されるようにする。このために、前記薄膜トランジスタ２３０は、前記ゲートライン２０２に接続されたゲート電極２０６と、前記データライン２０４に接続されたソース電極２０８と、前記画素電極２２２に接続されたドレイン電極２１０を備える。

また、前記薄膜トランジスタ２３０は、前記ゲート電極２０６と前記ゲート絶縁膜２１２を介して重畳され、前記ソース電極２０８と前記ドレイン電極２１０の間にチャンネルを形成する活性層２１４をさらに備える。そして、前記活性層２１４は、前記データライン２０４、データパッド下部電極２６２およびストーリジ電極２２８とも重畳するように形成される。かかる活性層２１４の上には、前記データライン２０４、ソース電極２０８、ドレイン電極２１０、データパッド下部電極２６２およびストーリジ電極２２８とオーミック接触のためのオーミック接続層２１６がさらに形成される。

前記画素電極２２２は、保護膜２１８を貫通する第１コンタクトホール２２０を通して前記薄膜トランジスタ２３０のドレイン電極２１０と接続されて、画素領域２０５に形成される。

よって、前記薄膜トランジスタ２３０を通して画素信号が供給された画素電極２２２と基準電圧が供給された共通電極(図示せず)の間には電界が形成される。

前記共通電極は、前記画素領域２０５に複数の枝を有する画素電極２２２と交互に形成することも可能であり、前記画素電極２２２と共通電極の間には横電界が形成され、液晶分子の回転によって画素領域２０５を透過する光透過率が変化することにより階調を具現する。

また、前記共通電極は、前記下部基板２０１上で前記画素電極２２２の下部に形成され、前記画素電極２２２は複数の枝形状で形成され、前記画素電極２２２と共通電極の間にフリンジフィールドを形成することによって液晶を駆動することもできる。

前記ストーリジキャパシタ２４０は、ゲートライン２０２と、そのゲートライン２０２とゲート絶縁膜２１２を介して重畳するストーリジ電極２２８とで構成される。ここで、前記ストーリジ電極２２８は保護膜１８に形成された第２コンタクトホール２４２を通して画素電極２２２と接続される。かかるストーリジキャパシタ２４０は画素電極２２２に充電された画素信号を、次の画素信号が充電されるまで安定的に維持させる。

前記ゲートパッド２５０は、ゲートドライバ(図示せず)と接続されて,前記ゲートライン２０２にゲート信号を供給する。かかるゲートパッド２５０は、前記ゲートライン２０２から延長されるゲートパッド下部電極２５２と、ゲート絶縁膜２１２および保護膜２１８を貫通する第３コンタクトホール２５６を通してゲートパッド下部電極２５２と接続されたゲートパッド上部電極２５４とで構成される。

前記データパッド２６０は、データドライバ(図示せず)と接続されて、データライン２０４にデータ信号を供給する。かかるデータパッド２６０は、データライン２０４から延長されるデータパッド下部電極２６２と、保護膜２１８を貫通する第４コンタクトホール２６６を通してデータパッド下部電極２６２と接続されたデータパッド上部電極２６４とで構成される。

前記のような構成を有する液晶表示装置の下部基板２０１上に配向膜(図示せず)が形成され、前記下部基板２０１上に画素領域別にカラーフィルタ用上部基板２９１が形成されており、前記カラーフィルタ用上部基板２９１と前記下部基板２０１の間には液晶層が形成されている。

前記カラーフィルタ用上部基板２９１は、赤色サブカラーフィルタ用基板２９１ｒと緑色サブカラーフィルタ用基板２９１ｇと青色サブカラーフィルタ用基板２9１ｂとからなり、前記下部基板２０１と一定間隔離隔して対向し、高分子ポリマー材質からなる。

そして、前記カラーフィルタ用上部基板２９１は、各画素領域別に隔壁２９９により分離される構造を有する。このとき、前記隔壁２９９は、赤、青、緑の画素構造によって、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用することが可能である。前記カラーフィルタ用上部基板２９１は、赤、青、緑のカラーを有する基板であるので、別途のカラーフィルタ層を備えない。

なお、前記カラーフィルタ用上部基板２９１は、下部基板２０１上で光反応により次第に成長して形成されるので、前記下部基板２０１製造工程時に前記カラーフィルタ用上部基板および液晶層を同時に形成することができる。

したがって、別途の基板でカラーフィルタ用上部基板を製造して下部基板と合着する工程を行わず、一度の下部基板２０１製造工程で液晶表示装置が完成できるので、製造収率が向上し、工程が単純で便利性が増大する。

なお、本発明は、前記下部基板と上部基板とが一体に形成され、別途の合着工程が必要ないので、製造収率がさらに向上し、合着のためのシール剤が必要ないので、製造費用を低減する長所も有する。

なお、本発明に係る液晶表示装置は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は前記上部基板のスペーサの役目をすることができる。また、本発明に係る液晶表示装置の隔壁は、液晶パネルの厚さを一定に維持して、画質を均一にする長所を有している。

図４Ａ乃至図４Ｈは、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明する工程断面図である。ここで、前述した薄膜トランジスタ工程については省略し、赤、緑、青の各画素別に液晶層およびカラーフィルタ用基板形成工程について詳細に説明する。

図４Ａに図示されたように、下部基板２０１上にゲート絶縁膜２１２が形成されており、前記ゲート絶縁膜２１２上に赤、緑、青の画素領域を区別するデータ配線２０４を形成される。そして、前記データ配線２０４上に保護膜２１８が形成されている。前記保護膜２１８上には配向膜が形成されることが可能である。

そして、図４Ｂに図示されたように、前記下部基板２０１上に光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー(red color filter resin monomer)２８２ｒと液晶(ＬＣ)２８１と支持層モノマー(binder monomer)(図示せず)を混合した赤色混合物２８０ｒを形成する。ここで、前記赤色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｒは、ＵＶ照射時に高分子に硬化する特性を有する。

続いて、図４Ｃに図示されたように、前記赤色混合物２８０ｒが形成された基板２０１上にマスク２９６を被せて、赤色画素領域Ｒの境界部をまず露光する。前記マスク２９６は、透過部２９６ａと遮断部２９６ｂを備え、前記透過部２９６ａは、前記下部基板２０１上の赤色画素領域Ｒの境界部に対応して形成される。

したがって、前記マスク２９６上でＵＶを照射すると、前記透過部２９６ａを通過したＵＶは、前記赤色混合物２８０ｒの光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｒを硬化させて、シード(seed)の役目をする隔壁２９９ａを形成する。

図４Ｄに図示されたように、前記隔壁２９９ａが形成された基板２０１上にマスク２９５を被せて、赤色画素領域Ｒを露光する。前記マスク２９５は、透過部２９５ａと遮断部２９５ｂを備え、前記透過部２９５ａは前記基板２０１上の赤色画素領域Ｒに対応して形成される。

したがって、前記マスク２９５上でＵＶを照射すると、前記マスク２９５の透過部２９５ａを通過したＵＶは、前記赤色画素領域Ｒ上に形成された赤色混合物２８０ｒの光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｒを硬化させる。

このとき、光硬化による赤色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｒの高分子化により液晶２８１と高分子が相分離されるので、前記赤色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｒと支持層モノマーは、前記隔壁２９９ａから成長して上部基板および赤色カラーフィルタの役目をする赤色カラーフィルタ用基板２９１ｒを形成することになる。

よって、前記下部基板２０１の赤色画素領域Ｒには、液晶２８１および赤色カラーフィルタ用基板２９１ｒが形成される。以降、青色、緑色画素領域Ｂ、Ｇ上に形成されている赤色混合物２８０ｒを除去する。

続いて、図４Ｅに図示されたように、前記下部基板２０１上に青色画素領域Ｂの境界部にシードの役目をする隔壁２９９ｂを形成する。このために、まず前記下部基板２０１上の光硬化性青色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｂと液晶(ＬＣ)と支持層モノマー(図示せず)を混合した青色混合物２８０ｂを形成する。ここで、前記青色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｂは、ＵＶ照射時に高分子に硬化する特性を有する。

そして、前記青色混合物２８０ｂが形成された下部基板２０１上にマスク２９６を被せて、青色画素領域Ｂの境界部をまず露光する。前記マスク２９６は、透過部２９６ａと遮断部２９６ｂを備え、前記透過部２９６ａは前記下部基板２０１上の青色画素領域Ｂの境界部に対応して形成される。

前記マスク２９６は、赤色カラーフィルタ用基板２９１ｒの隔壁２９９ａ形成時に使用されたマスク２９６と同一な番号を採用しているが、同一マスクを所定移動させて使用することも可能で、他のマスクの使用も可能である。

したがって、前記マスク２９６上でＵＶを照射すると、前記透過部２９６ａを通過したＵＶは前記青色混合物２８０ｂの光硬化性青色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｂを硬化させて、シードの役目をする隔壁２９９ｂを形成する。

図４Ｆに図示されたように、前記２９９ｂが形成された下部基板２０１上にマスク２９５を被せて、青色画素領域Ｂを露光する。前記マスク２９５は透過部２９５ａと遮断部２９５ｂを備え、前記透過部２９５ａは前記下部基板２０１上の青色画素領域Ｂに対応して形成される。

したがって、前記マスク２９５上でＵＶを照射すると、前記マスク２９５の透過部２９５ａを通過したＵＶは、前記青色画素領域Ｂ上に形成された青色混合物２８０ｂの光硬化性青色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｂを硬化させる。

前記マスク２９５は赤色カラーフィルタ用基板２９１ｒ形成時の使用されたマスク２９５と同一な番号を採用しているが、同一マスクを所定移動させて使用することも可能で、他のマスクの使用も可能である。

このとき、光硬化による青色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｂの高分子化により液晶２８１と高分子が相分離されるので、前記青色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｂと支持層モノマーは、前記隔壁２９９ｂから上部基板である青色カラーフィルタ用基板２９１ｂを形成することになる。

よって、前記下部基板２０１の青色画素領域Ｂには、液晶２８１および青色カラーフィルタ用基板２９１ｂが形成される。以降、赤色、緑色画素領域Ｒ、Ｂ上に形成されている青色混合物２８０ｂを除去する。

そして、図４ｇに図示されたように、前記下部基板２０１上の緑色画素領域Ｇの境界部に、シードの役目をする隔壁２９９ｃを形成する。

まず、前記下部基板２０１上に光硬化性緑色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｇと液晶(ＬＣ)２８１と支持層モノマーを混合した緑色混合物２８０ｇを形成する。ここで、前記緑色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｇは、ＵＶ照射時に高分子に硬化する特性を有する。

続いて、前記緑色混合物２８０ｇが形成された下部基板２０１上にマスク２９６を被せて、緑色画素領域Ｇの境界部をまず露光する。前記マスク２９６は透過部２９６ａと遮断部２９６ｂを備え、前記透過部２９６ａは前記基板２０１上の緑色画素領域Ｇの境界部に対応して形成される。前記マスク２９６は赤色カラーフィルタ用基板２９１ｒ、青色カラーフィルタ用基板２９１ｂの隔壁２９９ａ、２９９ｂ形成時に使用されたマスク２９６と同一な番号を採用しているが、同一マスクを所定移動させて使用することも可能であり、他のマスクの使用も可能である。

前記マスク２９６ｇ上でＵＶを照射すると、前記透過部２９６ａを通過したＵＶは、前記緑色混合物２８０ｇの光硬化性緑色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｇを硬化させて、シードの役目をする隔壁２９９ｃを形成する。

図４Ｈに図示されたように、前記隔壁２９９ｃが形成された下部基板２０１上にマスク２９５を被せて、緑色画素領域Ｇを露光する。前記マスク２９５は透過部２９５ａと遮断部２９５ｂを備え、前記透過部２９５ａは前記基板２０１上の緑色画素領域Ｇに対応して形成される。

前記マスク２９５は赤色カラーフィルタ用基板２９１ｒ、青色カラーフィルタ用基板２９１ｂ形成時に使用されたマスク２９５と同一な番号を採用しているが、同一マスクを所定移動させて使用することも可能であり、他のマスクの使用も可能である。

前記マスク２９５上でＵＶを照射すると、前記マスク２９５の透過部２９５ａを通過したＵＶは、前記緑色画素領域Ｇ上に形成された緑色混合物２８０ｇの光硬化性緑色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｇを硬化させる。

このとき、光硬化による緑色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｇの高分子化により液晶２８１と高分子が相分離されるので、前記緑色カラーフィルタレジンモノマー２８２ｇと支持層モノマーは前記隔壁２９９ｃから成長して、上部基板である緑色カラーフィルタ用基板２９１ｇを形成することになる。

よって、前記下部基板２０１の緑色画素領域Ｇには液晶２８１および緑色カラーフィルタ用基板２９１ｇが形成される。以降、残っている緑色混合物２８０ｇを除去する。

前記のように下部基板２０１上に画素領域別にカラーフィルタ用上部基板２９１が形成されており、前記カラーフィルタ用上部基板２９１と前記下部基板２０１の間には、画素領域別に液晶２８１が形成されている。

そして、前記カラーフィルタ用上部基板２９１は、赤色サブカラーフィルタ用基板２９１ｒと緑色サブカラーフィルタ用基板２９１ｇと青色サブカラーフィルタ用基板２９１ｂとからなり、前記カラーフィルタ用上部基板２９１は各画素領域別に隔壁２９９により分離される構造を有する。

したがって、本発明は、液晶表示装置の下部基板製造工程で、カラーフィルタ用上部基板と液晶層が、相分離により下部基板上で同時に形成されるので、液晶パネルの上、下部基板が一体に形成でき、製造収率が増大し、工程の単純化および便利性の増大を可能とする革新的な発明である。

また、本発明は、前記下部基板と上部基板が一体に形成されるので、別途の合着工程が必要なく、上部基板製造工程が必要なくて、製造収率がさらに向上し、合着のためのシール剤が必要なくて製造費用を低減する長所も有している。

本発明に係る液晶表示装置は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は液晶パネルの厚さを一定に維持して、画質を均一にする。

図５Ａ乃至図５Ｅは、本発明に係る第２の実施の形態であり、液晶表示装置の製造方法を順次説明する工程断面図である。ここで、図４Ａ乃至図４Ｈを参照して前述した部分と同一な部分については、具体的な説明は省略する。

まず、図５Ａに図示されたように、下部基板３０１上に赤色、緑色、青色画素領域境界部にシード３９９を形成する。このために、スタンプ３９８またはモールドを用いる方法で、前記下部基板３０１の前記画素領域境界部に高分子物質からなるシード３９９を形成する。前記下部基板上にシード３９９を形成する方法は、シルクスクリーンなどを用いる印刷方法、パターンを転写する方法、インプリンティングする方法などが使用可能である。

一方、前記シードはブラックレジンを含む高分子物質からなることも可能で、ブラックマトリックスパターン、すなわち、ゲートライン、データライン、画素領域境界部、薄膜トランジスタなどの領域に形成されて、ブラックマトリックスを代替することも可能である。

以降、図５Ｂに図示されたように、前記シード３９９が形成された下部基板３０１上に、光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー３８２ｒと液晶(ＬＣ)３８１と支持層モノマーを混合した赤色混合物２８０ｒを形成する。

そして、図５Ｃに図示されたように、前記シード３９９が形成された下部基板３０１上にマスク３９５を被せて、赤色画素領域Ｒを露光する。前記マスク３９５は透過部３９５ａと遮断部３９５ｂを備え、前記透過部３９５ａは前記下部基板３０１上の赤色画素領域Ｒに対応して形成される。

したがって、前記マスク３９５上でＵＶを照射すると、前記マスク３９５の透過部３９５ａを通過したＵＶは、前記赤色画素領域Ｒ上に形成された赤色混合物３８０ｒの光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー３８２ｒを硬化させる。

このとき、光硬化による赤色カラーフィルタレジンモノマー３８２の高分子化により液晶と高分子が相分離されるので、前記赤色カラーフィルタレジンモノマー３８２ｒと支持層モノマーは、前記シード３９９から上部基板である赤色カラーフィルタ用基板３９１ｒを形成することになる。

よって、前記下部基板３０１の赤色画素領域Ｒには、液晶３８１および赤色カラーフィルタ用基板３９１ｒが形成される。以降、青色、緑色画素領域上に形成されている赤色混合物３８０ｒを除去する。

そして、図５Ｄに図示されたように、下部基板３０１上に青色混合物３８０ｂを塗布し、マスク３９５を被せて露光して、相分離により青色画素領域に青色カラーフィルタ用基板３９１ｂと液晶３８１を形成する。以降、他の領域上に形成された青色混合物３８０ｂを除去する。

続いて、図５Ｅに図示されたように、下部基板３０１上に緑色混合物３８０ｇを塗布し、マスク３９５を被せて露光して、相分離により緑色画素領域Ｇに緑色カラーフィルタ用基板３９１ｇと液晶３８１を形成する。以降、他の領域上に形成された緑色混合物３８０ｇを除去する。

前記のように工程初期に各画素領域別境界部にシード３９９を形成することにより工程を短縮することができるので、製造収率がさらに向上する効果がある。

このように、本発明は、液晶表示装置でアレイ基板を形成し、前記アレイ基板上に液晶と光硬化性カラーフィルタレジンを混合して塗布してから光硬化して、相分離により赤、緑、青カラーフィルタと共に上板を形成することにより、製造収率を向上させ、工程の単純化および費用節減の効果がある。

なお、本発明は、別途のカラーフィルタ層を備えず、上板をカラーフィルタ層として使用することにより、薄型の製品が具現できる硬化がある。

一方、本発明は、偏光フィルムまたは補償フィルムを含む液晶表示装置で、アレイ基板形成時に上部基板と偏光フィルムまたは補償フィルムを一体化して形成し、相分離を用いて液晶層も形成することができる。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置の部分断面図である。本発明に係る液晶表示装置は、マトリックス状の複数の薄膜トランジスタを含むアレイ素子が形成されたアレイ基板４１０上に配向膜４１１が形成されており、前記アレイ基板４１０と配向膜４１１の間にはアレイ素子が形成されているが、具体的に図示はしなかった。

図６を参照すると、アレイ基板４１０上に配向膜４１１が形成されており、前記アレイ基板４１０上に画素領域別に反応性液晶基盤４３２が形成されており、前記反応性液晶基板４３２と前記アレイ基板４１０の間には液晶層４３３が形成されている。

前記反応性液晶基板４３２は、前記アレイ基板４１０と一定間隔離隔して対向し、反応性液晶４３４と支持層モノマー(図示せず)とからなる。そして、前記反応性液晶基板４３２は、各画素領域別に隔壁４３２ａにより分離される構造を有する。前記反応性液晶基板４３２は、リターダ(retarder)の役目をする。

前記アレイ基板４１０の下には下部偏光フィルム４４１が形成され、前記反応性液晶基板４３２上には上部偏光フィルム４４２が形成されている。そして、前記アレイ基板４１０と下部偏光フィルム４４２の間に、下部リターダ４３１が形成されている。

なお、前記反応性液晶基板４３２は、アレイ基板４１０上で液晶層４３３と相分離により同時に形成されるので、アレイ基板４１０を製造しながら液晶パネルを完成することができる。よって、製造収率および工程の単純化および便利性を増大する。

なお、本発明は、前記下部のアレイ基板４１０と上部の反応性液晶基板４３２が一体に形成されるので、別途の合着工程が必要なく、別途の上部基板製造工程およびリターダ形成工程が必要なくて製造収率がさらに向上し、合着のためのシール剤が必要なくて製造費用を低減する長所も有している。

なお、前記反応性液晶基板４３２は、反応性液晶４３４と支持層モノマー(図示せず)だけでなく、カラーフィルタレジンを含んでカラーフィルタの役目をすることも可能である。

このとき、前記隔壁４３２ａは、赤、青、緑の画素構造によって各画素別に形成できるだけでなく、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。そして、前記カラーフィルタは、アレイ基板に形成されることも可能である。

一方、前記反応性液晶基板は、リターダの役目をすることにより位相差を補償するが、本発明によれば、画素個別に反応性液晶基板を形成することもでき、任意に選択された画素らをグルーピング(grouping)して反応性液晶基板を形成することもできるので、各画素別に位相差を相違する位相遅延値で補償することもでき、特定位置で発生する不良画素らを位相差補償により調整することもできる。

本発明に係る液晶表示装置の反応性液晶基板は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は液晶パネルの厚さを一定に維持して画質を均一にする。
かかる構成を有する液晶パネルの製造方法が、図７Ａ乃至図７Ｅに図示されている。

図７Ａ乃至図７Ｅは、本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明する工程断面図である。ここで、前述した薄膜トランジスタ工程については省略し、液晶層および反応性液晶基板形成工程について詳細に説明する。

図示されてはいないが、アレイ基板上に交差配置されるゲート配線およびデータ配線が形成され、前記ゲート配線から延長されるゲート電極と、前記ゲート電極を含む全面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたソース/ドレイン電極からなる薄膜トランジスタＴＦＴとが形成され、保護膜に形成されたコンタクトホールを通して前記薄膜トランジスタのドレイン電極と連結される画素電極が形成される。

前記薄膜トランジスタＴＦＴを通じて画素信号が供給された画素電極と、基準電圧が供給された共通電極との間には、電界が形成される。前記共通電極は、前記画素領域に複数の枝を有する画素電極と交互に形成されることも可能であり、前記画素電極と共通電極の間には横電界が形成され、液晶分子の回転程度によって画素領域を透過する光透過率が変化することにより、階調を具現する。

なお、前記共通電極は、前記アレイ基板上で前記画素電極下部に形成され、前記画素電極は複数の枝形状に形成されて、前記画素電極と共通電極の間にフリンジフィールドを形成することにより、液晶を駆動することも可能である。

図７Ａを参照すると、前記のように形成された基板全面に配向膜４１１が形成される。

そして、図７Ｂに図示されたように、前記アレイ基板４１０上に光重合性反応性液晶(ＵＶ curable reactive mesogen)４３４と支持層モノマー(図示せず)と液晶(ＬＣ)４３３ａの液晶混合物４３０を塗布する。前記反応性液晶４３４は、ＵＶ照射時に高分子に硬化して、支持層モノマーと上部基板の役目をする反応性液晶基板４３２を形成する。

続いて、図７Ｃに図示されたように、前記アレイ基板４１０上にマスク４５０を被せて、画素領域Ｐの境界部をまず露光する。前記マスク４５０は、透過部４５０ａと遮断部４５０ｂを備え、前記透過部４５０ａ前記アレイ基板４１０上の画素領域Ｐの境界部に対応して形成される。

したがって、前記マスク４５０上でＵＶを照射すると、前記透過部４５０ａを通過したＵＶは、前記液晶混合物４３０の反応性液晶４３４と支持層モノマーを硬化させて、シードとしてポリマー隔壁４３２ａを形成する。

このとき、前記隔壁４３２ａは、赤、青、緑の画素構造によって、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。

一方、前記隔壁４３２ａは、前記アレイ基板４１０上の画素領域境界部のシードにより形成されることができる。このために、スタンプまたはモールドを用いる方法で、前記アレイ基板４１０の前記画素領域境界部に高分子物質からなるシードを形成する。前記下部基板上にシードを形成する方法は、シルクスクリーンなどを用いる印刷方法、パターンを転写する方法、インプリンティングする方法などの使用が可能である。

一方、前記シードは、ブラックレジンを含む高分子物質からなることも可能であり、ブラックマトリックスパターン、すなわち、ゲートライン、データライン、画素領域の境界部、薄膜トランジスタなどの領域に形成され、ブラックマトリックスを代替することも可能である。

続いて、図７Ｄに図示されたように、前記隔壁４３２ａが形成されたアレイ基板４１０上の全面にＵＶを照射する。このとき、前記ＵＶは、前記液晶混合物４３０の反応性液晶４３４と支持層モノマーを硬化させるので、前記隔壁４３２ａからポリマーが成長して前記液晶４３３ａから相分離されることにより、反応性液晶基板４３２を形成する。

すなわち、光硬化による反応性液晶４３４と支持層モノマーの高分子化により、液晶４３３ａと高分子が相分離されるので、前記隔壁４３２ａから上部基板である反応性液晶基板４３２を形成する。よって、前記アレイ基板４１０全面に液晶層４３３および反応性液晶基板４３２が形成される。

ここで、前記反応性液晶基板４３２は、リターダの役目もし、前記反応性液晶基板４３２の厚さをｄとしたら、リターデーション(retardation：位相遅延値)は、Δｎｄ(Δｎは反応性液晶の複屈折率)を有する。

そして、図７Ｅに図示されたように、反応性液晶基板４３２上に上部偏光フィルム４４２を付着し、前記アレイ基板４１０下部に下部偏光フィルム４４１を付着して液晶パネルを完成する。

前記のように本発明は、液晶パネルのアレイ基板製造工程でリターダの役目をする反応性液晶基板４３２と液晶層４３３が、相分離により同時に形成されるので、液晶パネルの上、下部基板を一体に形成することができるので、製造収率が増大し工程の単純化および便利性の増大を可能とする革新的な発明である。

また、前記反応性液晶基板４３２は、反応性液晶４３４と支持層モノマー(図示せず)だけでなくカラーフィルタレジンを含んで、カラーフィルタの役目をすることもできる。このとき、前記隔壁４３２ａは、赤、青、緑の画素構造によって各画素別に形成できるだけでなく、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。

そして、前記カラーフィルタはアレイ基板に形成されることも可能である。前記反応性液晶基板４３２は、アレイ基板４１０上で液晶層４３３と相分離により同時に形成されるので、アレイ基板４１０を製造しながら液晶パネルを完成することが可能なので、製造収率および工程の単純化および便利性の増大を可能とする。

また、本発明に係る液晶パネルの反応性液晶基板は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は、前記上部基板のスペーサの役目をすることができる。

また、本発明に係る液晶パネルは、上部基板とリターダを同時に形成することにより、別途のリターダを備える必要がなくて、コンパクトであるという長所を有している。

一方、前記反応性液晶基板は、リターダの役目をすることにより位相差を補償するが、本発明によれば、画素個別に反応性液晶基板を形成することも可能で、あり、任意に選択された画素らをグルーピングして反応性液晶基板を形成することもできるので、各画素別に位相差を相違する位相遅延値で補償することもでき、特定位置で発生する不良画素らを位相差補償により調整することも可能である。

図８は、本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置の部分断面図である。前述したように、アレイ基板５１０上にマトリックス形態で薄膜トランジスタが形成されたアレイ素子が構成されている。そして、前記アレイ基板５１０上には配向膜が形成される。

また、図８に図示されたように、前記アレイ基板５１０上に画素領域別に偏光基板５４２が形成されており、前記偏光基板５４２と前記アレイ基板５１０の間には液晶層５３３が形成されている。

前記偏光基板５４２は、前記アレイ基板５１０と一定間隔離隔して対向し、反応性液晶５３４と支持層モノマー(図示せず)とからなる。

前記反応性液晶５３４は、スメティック系列液晶モノマーであり、特にスメティックＡ相液晶５３３ａが好ましい。

そして、前記偏光基板５４２は各画素領域別に隔壁５４２ａにより分離される構造を有する。このとき、前記隔壁５４２ａは赤、青、緑の画素構造によって、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。

前記偏光基板５４２は、上部基板でありながら偏光フィルムの役目をする。

なお、前記偏光基板５４２はアレイ基板５１０上で液晶層５３３と相分離により同時に形成されるので、アレイ基板５１０を製造しながら液晶パネルを完成することができるので、製造収率および工程の単純化および便利性の増大を可能とする。

なお、本発明に係る液晶パネルの反応性液晶基板４３２は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は前記上部基板のスペーサの役目をすることができる。

また、本発明に係る液層パネルは、上部基板と偏光板を同時に形成することにより、別途の偏光フィルムを備える必要がなくて、コンパクトであるという長所を有している。

かかる構成を有する液晶パネルの製造方法が図９Ａ乃至図９Ｅに図示されている。 図９Ａ乃至図９Ｅは、本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明する工程断面図である。ここで、前述した薄膜トランジスタ工程については省略し、液晶層および偏光上板形成工程について詳細に説明する。

まず、図９Ａに図示されたように、アレイ基板５１０上に配向膜５１１を形成する。

そして、図９Ｂに図示されたように、前記アレイ基板５１０上に反応性液晶５３４と支持層モノマーと液晶(ＬＣ)５３３ａの液晶混合物５３０を塗布する。ここで、前記反応性液晶５４３はスメティック相系列にする。

前記反応性液晶５３４は、ＵＶ照射時に高分子に重合されて、支持層モノマーと上部基板の役目をする偏光基板５４２を形成する。ここで、前記液晶混合物５３０にブラック染料を含めることが可能である。このとき、前記液晶５３３ａとブラック染料は前記配向膜５１１により配向される。

続いて、図９Ｃに図示されたように、前記アレイ基板５１０上にマスク５５０を被せて、画素領域の境界部をまず露光する。前記マスク５５０は透過部５５０ａと遮断部５５０ｂを備え、前記透過部５５０ａは前記アレイ基板５１０上の画素領域Ｐの境界部に対応して形成される。

したがって、前記マスク５５０上でＵＶを照射すると、前記透過部５５０ａを通過したＵＶは、前記液晶混合物５３０の反応性液晶５３４と支持層モノマーを光重合させて、シードとしてのポリマー隔壁５４２ａを形成する。このとき、前記隔壁５４２ａは、赤、青、緑の画素構造によって、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。

一方、前記隔壁５４２ａは、前記アレイ基板５１０上の画素領域境界部のシードにより形成されることが可能である。このために、スタンプまたはモールドを用いる方法で、前記アレイ基板５１０の前記画素領域境界部に高分子物質からなるシードを形成する。

前記下部基板上にシードを形成する方法は、シルクスクリーンなどを用いる印刷方法、パターンを転写する方法、インプリンティングする方法などを使用することが可能である。

一方、前記シードは、ブラックレジンを含む高分子物質からなることも可能であり、ブラックマトリックスパターン、すなわち、ゲートライン、データライン、画素領域境界部、薄膜トランジスタなどの領域に形成されて、ブラックマトリックスを代替することも可能である。

図９Ｄに図示されたように、前記隔壁５４２ａが形成されたアレイ基板５１０上の全面にＵＶを照射する。このとき、前記ＵＶは前記液晶混合物５３０の反応性液晶５３４と支持層モノマーを硬化させるので、前記隔壁５４２ａからポリマーが成長して前記液晶５３３ａから相分離されることにより、偏光基板５４２を形成する。

すなわち、光硬化による反応性液晶５３４と支持層モノマーの高分子化により、液晶５３３ａと高分子が相分離されるので、前記隔壁５４２ａから上部基板でありながら偏光フィルムの役目をする偏光基板５４２を形成する。

前記偏光基板５４２は前記反応性液晶５３４であるスメティック相系列液晶(スメティックＡ相)がブックセルフ構造の形成で偏光吸収格子を形成する。

したがって、前記のような高分子化により上部基板と上部偏光フィルムが一体化した偏光基板５４２が液晶層５３３から相分離され、同時に形成される。このとき、前記偏光基板５４２の厚さは十分厚くすることができるので、十分なＯＤ(optical density)を確保することができる。

よって、前記アレイ基板５１０全面に液晶層５３３および偏光基板５４２が形成される。

そして、図９Ｅに図示されたように、前記アレイ基板５１０下部には下部偏光フィルム５４１が形成される。

以上、説明したように、本発明に係る液晶表示装置およびその製造方法は、前記実施の形態に限定されるのではなく、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者によりその変形や改良が可能であることが明白である。

２０１：下部基板 ２０４：データライン
２０６：ゲート電極 ２０８：ソース電極
２１０：ドレイン電極 ２１２：ゲート絶縁膜
２１４：活性層 ２１６：オーミック接触層
２１８：保護層 ２２０：第１コンタクトホール
２２２：画素電極 ２３０：薄膜トランジスタ
２６０：データパッド ２６４：データパッド上部電極
２６６：第４コンタクトホール ２８１：液晶
２９９：隔壁

Claims (21)

1. 複数の画素領域で定義される第１基板と、
   前記第１基板上に形成されたアレイ素子と、
   前記第１基板上の画素領域境界部に形成された隔壁と、
   前記隔壁により区画された画素領域内に形成された液晶層と、
   前記隔壁及び前記液晶層上に配置され、前記隔壁と一体に形成され、反応性液晶が含まれる第２基板と
   を含み、
   前記第２基板は、光の位相を遅延させるリターダまたは偏光を通過させる偏光層である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２基板は、ネマティック系列液晶を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２基板は、スメティック系列液晶を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２基板は、スメティックＡ相液晶を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記第２基板は、支持層モノマーを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記第２基板は、ブラック染料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。
7. 前記第２基板上に配向膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記ブラック染料は、配向膜により配向されたことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 下板上に画素領域を区分してアレイ素子を形成する段階と、
   前記下板上に液晶と反応性液晶を含んだ高分子混合物を形成する段階と、
   前記画素領域の境界部に隔壁を形成する段階と、
   前記下板全面を露光して前記液晶から相分離された上板を形成し、前記隔壁内側に液晶層を形成する段階と
   を含み、
   前記上板は、前記隔壁及び前記液晶層上に配置され、前記隔壁と一体に形成され、光の位相を遅延させるリターダまたは偏光を通過させる偏光層である
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
10. 前記上板は、前記隔壁から成長し、高分子重合されて形成されることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 前記上板は、前記反応性液晶を含むことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記高分子混合物は、ブラック染料を含むことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
13. 前記高分子混合物は、支持層モノマーを含んでなることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
14. 前記反応性液晶は、ネマティック系液晶であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
15. 前記反応性液晶は、スメティック系液晶であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記下板上に画素領域を区分してアレイ素子を形成する段階の後に、前記下板上に配向膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
17. 前記画素領域の境界部に隔壁を形成する段階は、前記画素領域の境界部を露光して、高分子混合物を重合することにより隔壁が形成されることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
18. 前記画素領域の境界部に隔壁を形成する段階において、前記隔壁は高分子物質をスタンプ、モールドを用いて形成することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
19. 前記隔壁は、シルクスクリーン印刷法、インプリンティング、転写方法を用いて形成することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
20. 前記下板上にカラーフィルタが形成されることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
21. 前記隔壁は、ストライプ、ダイヤモンド、スクェア、トライアングルの構造で形成されたことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。

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