JP5258359B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法に関し、より詳しくは、外部光を乱反射させ、内部光を散乱させて、可読性の向上とコントラスト比を改善できるようにした液晶表示装置の製造方法に関する。

一般に、液晶表示装置（Liquid Crystal Display Device：ＬＣＤ）は、液晶の光学的異方性を利用した装置である。

即ち、電圧が加えられると、電界の強さによって液晶の分子配列が変わり、上記液晶の分子配列に従って光を調節できる特性を利用してイメージを表現する装置であって、上記液晶表示装置（ＬＣＤ）は、２枚の上部及び下部基板と、その間に充填された液晶から構成される。

そして、図１に示すように、上部基板３０の上部及び下部基板２０の下部にフィルム形態の上部偏光板４０及び下部偏光板１０が各々形成されている。

既存のフィルム形態の偏光板を使用する場合、偏光板フィルム自体の外部に表面処理を行って、反射防止（Anti-Reflective）、眩しさ防止（Anti-Glare）、静電気防止（Anti-Static）などの機能を持つ偏光板を製造して、上部基板３０及び下部基板２０の外部に各々付着した。

特開２００８−７６７２３号公報 特開２００８−５２１６９号公報 特開２００８−５８７２９号公報

しかしながら、このような従来技術の問題点は、機能性偏光板の価格上昇及び工程追加による工程時間の増加により液晶パネルのコストが上昇することができ、補償フィルムや機能性偏光板の厚みだけ液晶パネルの厚みも増加するので、製品価値が落ちることになる。

一方、図２は、偏光板が基板の内部に付着された液晶表示装置を示す断面図であって、上部基板３０の下部及び下部基板２０の上部に各々付着されたイン−セル偏光板（In-Cell Polarizer）３０ａ、２０ａを適用する場合、上部基板３０及び下部基板２０が外部にすぐに露出されることによって、図１に図示した機能性偏光板を使用する場合に比べて、表面に反射、眩しさ、及び静電気などの問題を有することになる。

未説明符号２１及び３１は、絶縁性の基板、２３は画素電極、３３はカラーフィルタ層、３５は共通電極、５０は液晶層を示すものである。

本発明は、前述した問題点を解決するために案出したものであって、本発明の目的は、外部光を乱反射させ、内部光を散乱させて、可読性の向上とコントラスト比を改善できるようにした液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明の第１態様は、（ａ）上部基板と多数の薄膜トランジスタを含んだ下部基板とを互いに離隔して対向し、その間に液晶層が充填され、透過及び不透過領域に区分されてでなされた液晶パネルを製作するステップと、（ｂ）上記液晶パネルの外部に露出された上部基板上に一定厚みの透明導電膜を蒸着するステップと、（ｃ）上記外部に露出された上部基板の表面に不均一な凹凸部が形成されるように上記透明導電膜の全体及び上記上部基板の一部を除去するためのエッチング工程を遂行するステップとを含む液晶表示装置の製造方法を提供する。

ここで、上記透明導電膜がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）である場合、フッ酸（ＨＦ）系列のエッチング溶液を使用することが好ましい。

好ましくは、上記ステップ（ｂ）において、上記透明導電膜は、４０ｎｍ乃至１２０ｎｍ厚みの範囲で蒸着する。

本発明の第２の態様は、（ａ’）上部基板と多数の薄膜トランジスタを含んだ下部基板とを互いに離隔して対向し、その間に液晶層が充填され、透過及び不透過領域に区分されてでなされた液晶パネルを製作するステップと、（ｂ’）上記液晶パネルの外部に露出された上部基板上に一定厚みの透明導電膜を蒸着するステップと、（ｃ’）フォトリソグラフィ工程により上記透明導電膜をパターニングして上記不透過領域と対応するように透明導電膜パターンを形成するステップと、（ｄ’）上記透明導電膜パターンが形成された上部基板の表面に不均一な凹凸部が形成されるように上記透明導電膜の全体及び上記上部基板の一部を除去するためのエッチング工程を遂行するステップとを含む液晶表示装置の製造方法を提供する。

ここで、上記透明導電膜がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）である場合、フッ酸系列のエッチング溶液を使用することが好ましい。

好ましくは、上記ステップ（ｂ’）において、上記透明導電膜は、４０ｎｍ乃至１２０ｎｍ厚みの範囲で蒸着する。

好ましくは、上記ステップ（ｄ’）において、上記エッチング工程の遂行時、上記透明導電膜パターンが形成されない上部基板は凹凸部が形成されず、一部が除去されるようにエッチングする。

本発明の液晶表示装置の製造方法によると、外部に露出された液晶パネルの上部基板上に透明導電膜を積層した後、透明導電膜と基板を同時にエッチングして基板の表面をより不均一に形成することにより、眩しさを防止して可読性及び画像鮮明度を優れるにし、優れるコントラスト比（ＣＲ）が得られる利点がある。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。しかしながら、次に例示する本発明の実施形態は種々の他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は次に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業界で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

（第１実施形態）
図３ａ乃至図３ｃは、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。

図３ａを参照すると、まず、多数のカラーフィルタ（Color Filter）（図示せず）及びブラックマトリックス（Black Matrix：ＢＭ）が形成された上部基板１１０と多数の薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）（図示せず）が形成された下部基板１２０とが互いに離隔して対向し、その間に液晶層１３０が充填され、透過領域及び不透過領域に区分されてなされた液晶パネル１００を製作した後、液晶パネル１００の外部に露出された上部基板１１０上に通常のスパッタリング法により光がよく透過される透明導電膜である、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層２００を所定の厚みで蒸着する。

この際、ＩＴＯ層２００の厚みは、約４０ｎｍ乃至１２０ｎｍに蒸着することが好ましい。これは、表面反射の正反射効果を減らし、乱反射効果を増加させるために、後述するヘイズ（Haze）を生成することになるが、ＩＴＯ層２００が薄い過ぎると、ヘイズ（Haze）が正しく形成できなくて、乱反射効果が得られず、ＩＴＯ層２００が厚い過ぎると、ヘイズサイズ（Haze Size）が大きくなって乱反射程度は増加するが、透過率低下が甚だしくなって、特性の低下をもたらす。このため、透過率損失を最小化しながら乱反射効果を十分に出すことができるように、ＩＴＯ層２００を約４０ｎｍ乃至１２０ｎｍの厚みで形成するようになる。

ここで、上記カラーフィルタは、図示してはいないが、ブラックマトリックス（ＢＭ）の間に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）のパターンからなっており、バックライトユニット（図示せず）から照射されて液晶層１３０を通過した光にカラーを与える役割をする。このようなカラーフィルタは、通常、感光性有機物質からなっている。

また、上記カラーフィルタの上部には、上記カラーフィルタにより発生する段差を除去して平坦性を向上させるために、オーバーコート層（Overcoat Layer）（図示せず）が形成されることができる。

ブラックマトリックス（ＢＭ）は、液晶層１３０と当接する上部基板１１０の表面に形成されており、光の漏洩を防止するためのものであって、一般的に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタの間を区分し、通常、黒色顔料が添加された感光性有機物質からなっている。

そして、図示してはいないが、下部基板１２０は、通常的に薄膜トランジスタアレイ基板ともいい、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がマトリックス形態（Matrix Type）で位置し、このような多数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を交差して過ぎるゲート配線（Gate Line）とデータ配線（Data Line）とが形成される。

一方、本発明の一実施形態に適用された液晶パネル１００は、概略的に表現されたものであって、図示していない上部基板１１０及び下部基板１２０に形成された基本的な構成要素（例えば、カラーフィルタ、スペーサ、共通電極、画素電極、ソース／ドレイン電極等）に対する具体的な構造及びその製造方法は、一般的な液晶表示装置に使われたものと同一であるので、これに対する具体的な説明は省略する。

図３ｂを参照すると、上記結果物の全面、即ち、液晶パネル１００の上部に、例えば、フッ酸（ＨＦ）系列のエッチング溶液（Etchant）を使用して、一定時間（好ましくは、約１分乃至５分位）の間エッチング（Etching）することになるが、ＩＴＯ層２００の構造的な特性によりマイクロ以下のサイズで不均一にエッチングされる。

即ち、エッチング初期には部分的に生成されるが、エッチング比（Etch Rate）が異なる非晶質ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により上部基板１１０の上に、例えば、エンボ（Embo）形態の凹凸部（Ｒ）が生成され始める。

この後、ある程度時間（好ましくは、約１０分乃至３０分位）が経過すると、図３ｃに示すように、ＩＴＯ層２００が全てエッチングされると共に、ＩＴＯ層２００と一緒に上部基板１１０の一部もエッチングされる。

その結果、上部基板１１０の表面にマイクロ単位の不規則な凹凸部（Ｒ）が形成されることにより、外部光による正反射を低下させて、可読性が改善されると共に、優れるコントラスト比（Contrast Ratio：ＣＲ）が得られる。

一方、このようなフッ酸系列を用いたエッチング工程は、液晶パネル１００の上部及び下部に同時に遂行しても関係ない。

一方、このようなフッ酸系列を用いたエッチング工程は、上部基板１１０にカラーフィルタ工程を行う前に遂行しても関係ない。

一方、上部基板１１０に表面反射防止（Anti-Reflective：ＡＲ）またはＬＲ（Low Reflectance）偏光板の付着及び表面反射防止（ＡＲ）コーティング（Coating）を行って、眩しさ防止（Anti-Glare）／表面反射防止（ＡＲ）偏光板構成のようにすることも可能である。

図４は、図３ｃを実際に具現した図であって、本発明の第１実施形態で提示した方法を実際に具現したガラス表面を３Ｄ測定器により測定した結果である。

図４を参照すると、上部基板１１０の表面を説明すると、ＩＴＯ層２００の不均一なエッチングによりエンボ（Embo）がネガティブ形態（negative type）で形成されるところ、そのサイズ（Size）は約５μｍ乃至６０μｍ範囲まで多様であり、その高さ（Height）は約２μｍ乃至５０μｍ範囲でなされて、その角度（Angle）は約２゜乃至３０゜位の結果が得られた。

また、ヘイズ（Haze）は、約１０％乃至５０％位の結果を持つことにより、眩しさ防止フィルム（Anti-Glare Film）や機能性偏光板（Polarizer）の効果が得られた。

（第２実施形態）
図５ａ乃至図５ｃは本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図であり、図６は図５ｃを実際に具現した図である。

本発明の第２実施形態に適用された液晶パネル１００の具体的な構造及びその製造方法のうち、第１実施形態と同一な部分に対しては説明を省略する。

図５ａを参照すると、透過領域及び不透過領域に区分されてなされた液晶パネル１００を製作した後、液晶パネル１００の外部に露出された上部基板１１０上に通常のスパッタリング法により光がよく透過される透明導電膜である、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層を所定の厚みで蒸着した後、通常のフォトリソグラフィ（Photo-lithography）工程により上記ＩＴＯ層をパターニング（Patterning）してブラックマトリックス（ＢＭ）、即ち、不透過領域に対応するようにＩＴＯパターン２００’を形成する。

図５ｂを参照すると、上記結果の全面、即ち、液晶パネル１００の上部に、例えば、フッ酸（ＨＦ）系列のエッチング溶液（Etchant）を使用して一定時間（好ましくは、約１分乃至５分程度）の間エッチング（Etching）することになるが、ＩＴＯパターン２００’の構造的な特性によりマイクロ以下のサイズで不均一にエッチングされる。

即ち、エッチング初期には部分的に生成されるが、エッチング比（Etch Rate）が異なる非晶質ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により上部基板１１０上に、例えば、エンボ（Embo）形態の凹凸部（Ｒ）が生成され始める。

この後、ある程度時間（好ましくは、約１０分乃至３０分位）が経過すると、図５ｃに示すように、ＩＴＯパターン２００’が全てエッチングされると共に、ＩＴＯパターン２００’と共に上部基板１１０の一部もエッチングされる。

この際、透過領域は凹凸部（Ｒ）無しで、上部基板１１０の一部が除去されるようにエッチングする。このような透過領域は、凹凸部（Ｒ）無しで上部基板１１０の一部が除去されるので、透過率の低下を防止することができ、不透過領域は上部基板１１０の表面にマイクロ単位の凹凸部（Ｒ）が形成されることにより、外部光による正反射を低下させて可読性が改善されると共に、透過率とコントラスト比（Contrast Ratio：ＣＲ）を向上させることができる。

一方、このようなフッ酸系列を用いたエッチング工程は、液晶パネル１００の上部及び下部に同時に遂行しても関係ない。

また一方、このようなフッ酸系列を用いたエッチング工程は、上部基板１１０にカラーフィルタ工程を行う前に遂行しても関係ない。

さらにまた一方、上部基板１１０に表面反射防止（Anti-Reflective：ＡＲ）、またはＬＲ（Low Reflectance）偏光板の付着及び表面反射防止（ＡＲ）コーティング（Coating）を行って眩しさ防止（Anti-Glare）／表面反射防止（ＡＲ）偏光板構成のようにすることもできる。

図６は、図５ｃを実際に具現した図であって、本発明の第２実施形態で提示した方法を実際に具現したガラス表面を３Ｄ測定器により測定した結果である。

図６を参照すると、結果的に形成されたエンボ（Embo）のサイズ（Size）は約５μｍ乃至６０μｍ範囲であり、エンボッシング（Embo）の高さ（Height）は約２μｍ乃至１０μｍ範囲となる。

前述した本発明の実施形態によると、外部に露出した上部基板１１０の表面に透明導電膜を積層した後、透明導電膜と基板を同時にエッチングして、基板表面をより不均一で、かつ微細な凹凸形態で形成することにより、眩しさを防止して可読性及び画像鮮明度を優れるにし、また外部光の反射が排除されるので、優れるコントラスト比（ＣＲ）が得られる。

これは、従来の技術で基板に直接エッチング（Etching）して表面反射率を低下させる方法に比べて約５０％以上の反射率の低下差を見せる。

また、本発明は、補償フィルムや機能性偏光板を使用する従来の方法に比べて価格が安くて、製品価値の点で大きい長所がある。

また、上記のように可読性のための表面処理をすると共に、両面に基板がエッチング（Etching）されるので、基板の厚みを縮めてスリム化することができ、透過率を増加させる長所もある。

一方、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の製造方法は、通常の横電界方式であるＩＰＳ（In-Plan Switching）またはＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード液晶表示装置をはじめとする液晶の光学的異方性と分極性質を利用する全ての液晶表示装置に適用可能である。

前述した本発明に係る液晶表示装置の製造方法に対する好ましい実施形態に対して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で種々の変形が可能であり、これもまた本発明に属する。

一般的に、機能性偏光板が基板の外部に付着された液晶表示装置を示す断面図である。 一般的に、機能性偏光板が基板の内部に付着された液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図（その１）である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図（その２）である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図（その３）である。 図３ｃを実際に具現した図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図（その１）である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図（その２）である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図（その３）である。 図５ｃを実際に具現した図である。

符号の説明

１００ 液晶パネル
１１０ 上部基板
１２０ 下部基板
１３０ 液晶層
２００ ＩＴＯ層
ＢＭ ブラックマトリックス

Claims (4)

1. （ａ’）上部基板と多数の薄膜トランジスタを含んだ下部基板とを互いに離隔して対向し、その間に液晶層が充填され、透過及び不透過領域からなる液晶パネルを製作するステップと、
   （ｂ’）前記液晶パネルの外部に露出された上部基板上に一定厚みの透明導電膜を蒸着するステップと、
   （ｃ’）フォトリソグラフィ工程により前記透明導電膜をパターニングして前記不透過領域と対応するように透明導電膜パターンを形成するステップと、
   （ｄ’）前記透明導電膜パターンが形成された上部基板の表面に不均一な凹凸部が形成されるように前記透明導電膜の全体及び前記透明導電膜下部の上部基板の一部を除去し、前記透明導電膜パターンが形成されない上部基板の表面には凹凸部が形成されないように上部基板の一部を除去するためのエッチング工程を遂行するステップと、
   を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記透明導電膜がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）である場合、フッ酸系列のエッチング溶液を使用することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記ステップ（ｂ’）において、
   前記透明導電膜は、４０ｎｍ乃至１２０ｎｍ厚みの範囲で蒸着することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記ステップ（ｄ’）において、
   前記エッチング工程の遂行時、前記下部基板の一部も一緒に除去されるようにエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。

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