KR100230354B1 - 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층 액정 표시 장치인 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 대향된 양전극 사이에 전계 효과형 액정층이 마련되고, 이 액정층 사이에는 액정층을 다층화하는 다수의 절연층이 마련되고, 상기 액정층 사이에 상기 절연층의 위치를 고정시키는 지주 수단이 구비되는 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 기판상의 제1전극(22)을 형성하는 공정에 이어, 상기 액정(31)이 충전되는 공동부(30)를 형성하기 위하여 감광성 물질을 공동부(30) 확보를 위한 매개층(24)의 소재로 적용하며, 상기 절연층(23)을 위한 소재층과 상기 감광성 물질에 의한 매개층(24)을 교번 적층하고, 상기 적층을 포토 마스크(25)로서 부분 노광하여 적층 중의 노광된 감광성막과 미노광된 감광성막의 식각 선택성을 갖도록 하여 용해층(27)과 지주(26)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
Description
제1도는 야마무라 노부유끼에 의해 선제안된 광산란형 액정 표시 장치의 개략적 사시도.
제2도는 제1도에 도시된 광산란형 액정 표시 장치의 부분 발췌 평면도.
제3도 내지 제9도는 제1도에 도시된 광산란형 액정 표시장치의 제조 공정중 각 단계별 가공 상태를 나타내는 단면도로서, (a)는 제2도의 A-A'선의 단면도, (b)는 제2도의 B-B'선의 단면도.
제10도 내지 제15도는 본 발명에 의한 광산란형 액정 표시 장치의 제조 공정중 각 단계별 가공 상태를 나타내는 단면도로서, (a)는 제2도의 A-A'선의 단면도, (b)는 제2도의 B-B'선의 단면도.
본 발명은 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 다층 액정 표시(MULTI LAYER LIQUID CRYSTAL DISPLAY)장치인 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 구동전압이 낮아 소비전력이 적다는 특징 때문에 눈부신 발전과 더불어 적용 범위의 확대도 광범위하게 이루어지고 있다. 현재 실용화되어 있는 액정 표시 장치에서, 단순 혹은 TFT(THIN FILM TRANSISTOR)를 이용한 액티브 매트릭스(ACTIVE MATRIX) 타입의 액정 표시 장치들은 TN(TWISTED NEMATIC)형, STN(SUPER TWISTED NEMATIC)형이기 때문에 광제어를 위한 편광판을 요구한다. 그러나, 액정 표시 장치에서 편광판은 편광을 제어하면서 적어도 50% 이상의 빛을 차광하기 때문에 광 이용효율을 떨어 뜨리고, 이로 인해 소망하는 밝기의 화상을 얻기 위해서는 상당한 밝기의 배경 광원이 요구된다.
이 경우, 즉 전원으로서 건전지나 축전지를 사용하는 랩탑(Laptop)형 워드 프로세서나 컴퓨터 등의 경우, 광원의 소모 전력과다로 인해 장시간 사용할 수 없는 문제가 발생된다.
또한, 상기 TN 및 STN 액정 표시 장치를 포함하는 일반적인 액정 표시 장치는 액정이 2 매의 유리판 사이에 충전되어 있기 때문에 고른 화상 형성을 위해서 광제어 영역인 셀갭(CELL GAP)의 엄격한 조정이 필요하다. 그러나, 현재 유리판의 제조가공 기술 한계로 인하여 초대형화가 곤란하다.
이상과 같은 문제를 감안할 때에, 편광판을 사용하지 않으므로 광이용 효율을 증대하고, 한매의 기판을 사용함으로써 셀갭 조정에 대한 부담을 줄일 필요가 있다.
물론 종래에도 편광판을 사용하지 않는 액정 표시 장치가 있었는데, 그것은 예를 들어 상전이(相轉移)효과를 이용한 CNT(COLLESTELLIC NEMATIC TRANSITION)이며, 또하나는 액정 표시 장치 개발 초기 당시의 DSM(동적 산란 효과형)이다. 상기 DSM 액정 표시 장치는 응답속도가 늦고 또한 그 두께가 타 액정 표시 장치에 비해 두껍기 때문에 현재로서는 사용범위가 극히 좁다.
또, 광효율을 높이기 위해 편광판을 사용하지 않는 액정 표시 장치로서는 PDLCD(POLYMER DISPERSED LIQUID CRYSTAL DISPLAY)가 있다. 그러나 PDLC는 그 체적의 50% 이상이 광투과성인 고분자재료이어서, 콘트라스트를 명료하게 하기 위해서는 산란이 효과적으로 이루어져야 하는데 이를 위해서는 두께가 적어도 20㎛ 정도는 되어야 하는 구조적 제한이 있다.
이러한 종래 액정 표시 장치들의 제문제가 상당히 개선된 새로운 구조의 전계 효과형 액정을 적용한 표시 장치가 일본의 야마무라 노부유끼(山村信幸)에 의해 개발되어 일본 특허청에 특허 출원번호 평4-116146 으로 출원된 바 있다.
이 액정 표시 소자는 빠른 구동 속도와 높은 광이용 효율을 가지는 것으로서, 대향 전극들의 사이에 마련된 액정층이 다수의 절연층에 의해 격리되어 다층화된 구조를 가지고 있는데, 이것은 편광판을 사용하지 않으며, 유리기판은 하나만 적용하는 구조를 가지고 있다.
야마무라 노부유끼에 의해 선제안된 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같다.
제1도는 야마무라 노부유끼에 의해 제안된 광산란형 액정 표시 장치의 개략적 사시도이며, 제2도는 제1도의 평면도이다.
제1도와 제2도를 참조하면 선제안된 광산란형 액정 표시 장치는, 대향된 두 개의 제1, 2전극(2)(8) 사이에 전계 효과형다층의 액정층(11)이 마련되며, 이 액정층(11)들의 사이에는 지주(13)들에 의해 그들 간격이 유지되며, 상기 액정층(11)을 복수층으로 분리하는 절연층(3)이 마련되고, 상기 절연층(3)들은 국부적으로 마련된 원기둥형의 지주(13)들에 의해 상호간의 위치가 고정되며, 국부적으로 액정 주입을 위한 액정 주입공(10)들이 마련되어 있다.
여기서, 상기 분할된 각 액정층(11)의 두께는 3㎛이하, 상기 절연층(3)의 두께는 5㎛이하로 구성되어 있다. 그리고 상기 절연층(3)의 소재로 광투과성 수지인 에폭시 수지(EPOXY RESIN) 또는 아크릴 수지(ACRYLIC RESIN)가 적용되며, 경우에 따라 금속 산화물, 특히 알루미늄 산화물이 사용된다.
그 제조 방법은 다음과 같다.
1. 흑색 플라스틱 또는 글래스(GLASS) 기판(1)상에 도전성 재료인 제1차 ITO(INDUIM TIN OXIDE)를 증착한 후, 제1차 사진식각(PHOTO ETCHING) 공정을 이용하여 소정 패턴의 제1전극(2)을 형성한다(제3도).
2. 제1전극(2)이 형성된 상기 기판(1)의 전면에 광투과성 수지(예를들면, 에폭시 수지 또는 아크릴 수지)에 의한 절연층(3)과 PVA(POLYVINYL ALCOHOL) 등으로 된 용해층(4)을 각각 스핀 도포(SPIN COATING) 법, 롤 도포(ROLL COATING)법 등을 통해 반복 적층한다(제4도).
3. 상기 적층 구조의 최상부 표면에 후술되는 지주(支柱)를 형성하기 위하여 제2차 사진 식각 공정을 이용한다. 즉 감광성 수지(感光性 樹脂)인 포토 레지스트(PHOTO RESIST;5)를 도포하여 소정의 지주용 구멍(6)을 패터닝(PATTERNING)한 후, 포도 레지스트(5)로 덮히지 않은 부분을 식각하여 지주용 구멍(6)을 형성한다(제5도).
4. 이후 포토 레지스트(5)를 제거하며, 지주용 구멍(6)을 상기 광투과성 절연성 수지로 충전함과 동시에 전면에 도포하여 지주(13) 및 표면의 절연층(7)을 형성한다(제6도).
5. 제2차 ITO를 증착한 후, 제3차 사진 식각 공정을 이용하여 제2전극(8)을 상기 제1전극(2)과 직교되게 지주(13)의 상부에 형성한다(제7도).
6. 다시금, 이 상부에 포토 레지스트를 도포하고 제4차 사진 식각 공정을 이용하여, 액정의 주입공(10)을 상기 제1전극(2) 위에 형성한다. 이후, 이 주입공(10) 속으로 물, 아세톤 혹은 알콜을 주입하며 이에 의해 상기 용해층(4)인 PVA층을 녹여 제거시킨다. 그 결과, 액정 주입공(10)과 용해층(4)으로 이루어지는 부분이 빈공간(9)이 되며, 각 절연층(3)은 지주(13)로서 빈 공간(9)을 유지하며 지지되어 있다(제8도).
7. 이러한 반가공된 액정 표시 장치를 건조시킨 후 진공하에서 액정을 전면 도포하며, 대기압으로 승압하면 액정은 액정 주입공(10)을 따라 빈 공간(9) 속으로 스며들어가 채워지면서 액정층(11)을 형성한다. 액정의 충전이 종료되면 액정을 밀봉 하기 위해 전면에 보호층막(12)으로서 상기 광투과성 절연성 수지를 도포하고, 도면에 미도시된 패드(PAD) 부위를 형성하여 구동 집적소자(IC)와 연결시킬 수 있도록 함으로서 제조 공정은 완료된다(제9도).
그러나 이러한 선제안된 제조 방법에서는, 상기 지주를 형성하기 위하여 제2차 사진 식각 공정에서 건식(DRY) 또는 습식(WET) 식각을 실시하게 되고, 여기에 광투과성 절연성 수지를 도포하여 지주용 구멍 속으로 충전시키게 된다.
이때 충전이 종료된후의 지주용 구멍 부위는 이 구멍으로 인하여 다른 부위에 비해 오목하게 단차가 형성되며, 이것은 이후 제2차 ITO 증착시 스텝 커버리지(STEP COVERAGE: 각종 박막이 입혀질 때 평평한 부분에 대해 경사진 단차(STEP) 부분의 입혀진 정도의 비)의 저하 문제를 유발시키게 된다.
이로 인하여 ITO 전극인 제2전극 형성 이후, 액정 주입공을 형성하여 용해층을 식각하는 과정에서, 장시간 동안 습식 식각을 실시하게 되는데, 이때 상기 지주용 구멍 부위에 형성된 제2전극들의 리프팅(LIFTING) 문제가 심하게 발생된다.
이상에서와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은, 상기 지주 형성 공정을 간결하게 하며, 지주용 구멍 부위의 평탄도를 개선하여, 그 구조의 완성도가 보다 향상된 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조 방법은, 대향된 양전극 사이에 전계 효과형 액정층이 마련되고, 이 액정층 사이에는 액정층을 다층화하는 다수의 절연층이 마련되고, 상기 액정층 사이에 상기 절연층의 위치를 고정시키는 지주 수단이 구비되는 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 기판상의 제1전극을 형성하는 공정에 이어, 상기 액정이 충전되는 공동부를 형성하기 위하여 감광성 물질을 공동부 확보를 위한 매개층의 소재를 적용하며, 상기 절연층을 위한 소재층과 상기 감광성 물질에 의한 매개층을 교번 적층하고, 상기 적층을 포토 마스크로서 부분 노광하여 적층 중의 노광된 감광성막과 미노광된 감광성막의 식각 선택성을 갖도록 하여 용해층과 지주를 형성하는 것을 그 특징으로 한다.
이상의 본 발명에 의한 제조 방법은 다음과 같이 구체화 될 수 있다.
(a) 전기 절연성을 가지는 글래스 기판상에 도전재료에 의해 소정 패턴의 제1전극군을 형성하는 공정,
(b) 전기 절연성을 가지는 광투과성 소재를 상기 제1전극군이 형성된 기판의 표면에 도포하여, 절연층으로서의 전극 보호층을 형성하는 공정,
(c) 상기 광투과성 절연층의 표면에 감광성 물질로 소정 두께의 매개층을 형성하는 공정,
(d) 상기 공정(b), (c)를 소정회 반복하여 소정 두께의 다중적층을 형성하는 공정과,
(e) 상기 공정 (b)에서부터 (d)를 통해 얻어진 적층에 용해층과 지주를 형성하기 위해 포토 마스크로서 부분 노광을 실시하는 공정,
(f) 상기 최상위 절연층의 표면에 광투과성 제2전극을 소정 패턴으로 형성하는 공정,
(g) 상기 공정 (b) 내지 (d)로 부터 얻은 적층에 액정 주입을 위한 액정 주입공을 형성하는 공정,
(h) 상기 매개층에 에천트(ETCHANT)를 가하여, 매개층 중 노광된 감광성 물질의 용해층을 제거하여 액정 충전을 위한 다층의 공동부와 미노광된 감광성 물질의 지주를 마련하는 공정,
(i) 상기 공동부에 상기 액정 주입공을 통해 액정을 충전하고, 상기 액정 주입공을 밀봉함과 아울러 상기 적충구조의 표면에 광투과성 절연성 보호층막을 형성하는 공정,
을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
이상의 제조 방법에 있어서, 상기 매개층의 소재인 감광성 물질로는 다수 알려진 포토 레지스트가 적용된다.
이하 예시된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 광산란형 액정 표시 장치 제조 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
제10도~제15도는 본 발명에 의한 광산란형 액정 표시 장치의 제조 공정중 각 단계별 가공 상태를 나타낸 것으로서, (a)는 제2도의 A-A'선의 단면도를 나타내 보이며, (b)는 제2도의 B-B' 선의 단면도를 나타내 보인다.
1. 글래스 기판(21)상에 도전성 재료인 제1차 ITO를 스퍼터(SPUTTER) 장치로 증착한 후, 제1차 사진 식각 공정을 이용하여 소정 패턴, 예를들어 다수 나란한 스트라이프(STRIPE) 상의 제1전극(22)을 형성한다(제10도).
2. 제1전극(22)이 형성된 상기 기판(21)의 상면에 광투과성 수지인 아크릴 수지(또는 PI(POLYIMIDE)를 3000~4000Å 두께로 수핀 도포후, 베이킹(BAKING)을 실시하여 절연층(23)을 전면 형성한다(제11도).
3. 상기 절연층(23)의 표면에, 감광성 수지인 포지티브(POSITIVE) 포토 레지스트를 4000~10000 Å 두께로 스핀 도포후 베이킹을 실시하여 매개층(24)을 전면 형성한다(제11도).
4. 상기 2와 3의 공정을 반복 실시하여, 포토 레지스트층(24)이 5회 이상 도포되도록 수행하여 지주 및 액정충전 공동부를 마련하기 위한 매개층(24)과 절연층(23)으로 된 다겹의 적충 구조물을 형성한다(제11도).
5. 상기 공정 2에서부터 4로 형성된 적층 구조물에 포토 마스크(PHOTO MASK)를 사용하여 후에 지주(26)가 될 부분을 제외한 전 부분에 노광을 실시한다. 그리하여 상기 매개층(24)에서 지주(26)가 될 부분은 빛에 감광되지 않고 그외의 부분은 빛에 감광되어 용해층(27)이 형성되게 된다(제12도).
6. 상기 최상위 절연(23)의 표면에 스퍼터 장치로 제2차 ITO를 증착한 후, 제2차 사진 식각 공정을 이용하여 상기 제1전극(23)에 대응되는 제2전극(28)을 소정 패턴으로, 즉 제1전극(22)에 직교되는 다수의 나란한 스트라이프 형상으로 지주(26)의 상부에 형성한다(제13도).
7. 상기 공정 2에서부터 6을 통해 얻은 상기 적층에 포토 레지스트를 도포하고 제3차 사진 식각 공정을 이용하여, 액정 주입을 위한 우물형의 액정 주입공(29)을 CF4, O2가스를 이용한 RIE(REACTVE ION ETCHING) 건식 식각으로 상기 제1전극(22) 위에 형성한다(제13도).
8. 이후, 상기 액정 주입공(29) 속으로 에쳔트로서 현상액(DEVELOPER)을 주입하여 빛에 감광된 포토 레지스트의 용해층(27)을 녹여 제거시킨다. 그 결과, 액정 주입공(29)과 용해층(27)으로 이루어지는 부분이 빈 공간(30)이 되며, 각 절연층(23)과 빛에 감광되지 않은 포토 레지스트층이 지주(26)로서 빈 공간(30)을 유지하며 지지되어 있다(제14도).
9. 상기 공정을 통해 가공된 미완의 액정 표시 장치를 진공 챔버(CHAMBER) 내에서 장시간 방치한 후 상기 액정 주입공(29)의 상부에 적정량의 액정을 도포하여 서서히 대기압으로 기압을 상승시킨다. 그러면 액정은 상기 절연층(23)과 빛에 감광되지 않은 포토 레지스트층(26), 즉 지주(26)에 의해 구획되어 있는 공동부(30)에 충전이 되어 액정층(31)을 형성하게 된다(제15도).
10. 액정의 주입이 완료되면 광투과성 절연성 아크릴 수지로 상기 액정 주입공(29)을 밀봉함과 아울러 상기 제2전극(28)을 도포하여 보호층막(32)을 형성하고, 도면에 미도시된 패드 부위를 형성하여 구동 집적소자와 연결시킬 수 있도록 한다(제15도).
이상에서와 같이 본 발명에서는 상기 지주를 형성하는 과정이 포토 마스크를 사용하여 부분 노광만으로 이루어지기 때문에 그 공정수가 절감되게 된다. 즉 선제안된 제조 방법에 비하여 하나의 사진 식각 공정이 절감됨에 따라, 이에 수반되는 포토 레지스트 도포 + 지주 형성을 위한 노광 + 현상 + 하드 베이킹(HARD BAKING:식각에 대비한 포토 레지스트의 경화가 목적임) + 식각 + 포토 레지스트 제거(STRIP) + 절연성 수지막 도포 + 베이킹 공정이 절감되게 된다.
또한 상기 지주의 형성이 식각을 이용하지 않고 부분 노광만으로 이루어 지기 때문에, 지주용 구멍이 형성되지 않게되므로, 단일 아크릴 수지인 절연층의 도포에 의해 평탄도가 개선이 되며, 이후 제2차 ITO 증착시 스텝 커버리지는 향상되며 이로 인하여 제2전극 형성 후, 액정 주입공을 통해 용해층을 식각(또는 현상)하는 과정에서 제2전극들의 리프팅(LIFTING) 문제는 방지된다.
따라서 본 발명에 의하면, 지주 형성 공정이 간결하게 되며, 그 구조의 완성도가 보다 향상된 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하게 된다.
본 발명은 비록 이상에서와 같은 실시예에 관련하여 기술되었지만, 여기에만 한정되지 않으며 본 발명의 범주와 사상에서 벗어남이 없는 여러 가지의 변형과 수정이 이루어질 수 있음이 명백하다.
가령 상기 원형의 지주 모양을 다양한 형상으로 변형하는 것이 가능하며, 또한 상기 제1전극군과 제2전극군이 교차하여 형성되는 화소(PIXEL) 내에서의 지주를 제거시킬 수도 있을 것이다.
Claims (4)
- 대향된 양전극 사이에 전계 효과형 액정층이 마련되고, 이 액정층 사이에는 액정층을 다층화하는 다수의 절연층이 마련되고, 상기 액정층 사이에 상기 절연층의 위치를 고정시키는 지주 수단이 구비되는 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 기판상의 제1전극(22)을 형성하는 공정에 이어, 상기 액정(31)이 충전되는 공동부(30)을 형성하기 위하여 감광성 물질을 공동부(30) 확보를 위한 매개층(24)의 소재로 적용하며, 상기 절연층(23)을 위한 소재층과 상기 감광성 물질에 의한 매개층(24)을 교번 적층하고, 상기 적층을 포토 마스크(25)로서 부분 노광하여 적층 중의 노광된 감광성막과 미노광된 감광성막의 식각 선택성을 갖도록 하여 용해층(27)과 지주(26)를 형성하는 것을 특징으로 하는 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 감광성 물질은 포토 레지스트를 사용하는 것을 특징으로 하는 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법.
- (a) 전기 절연성을 가지는 글래스 기판(21) 상에 도전재료에 의해 소정된 패턴의 제1전극(22)군을 형성하는 공정. (b) 전기 절연성을 가지는 광투과성 소재를 상기 제1전극(22)군이 형성된 기판(21)의 표면에 도포하여 절연층(23)으로서 전극 보호층을 형성하는 공정. (c) 상기 광투과성 절연층(23)의 표면에 감광성 물질로 소정 두께의 매개층(24)을 형성하는 공정. (d) 상기 공정(b), (c)를 소정회 반복하여 소정 두께의 다중 적충을 형성하는 공정. (e) 상기 공정 (b)에서부터 (d)를 통해 얻어진 적층에 용해층(27)과 지주(26)를 형성하기 위해 포토 마스크(25)로서 부분 노광을 실시하는 공정. (f) 상기 최상위 절연층(23)의 표면에 광투과성 제2전극(28)을 소정 패턴으로 형성하는 공정. (g) 상기 공정 (b) 내지 (d)로부터 얻은 적층에 액정 주입을 위한 액정 주입공(29)을 형성하는 공정. (h) 상기 매개층(24)에 에쳔트(ETCHANT)를 가하여, 매개층(24) 중 노광된 감광성 물질의 용해층(27)을 제거하여 액정 충전을 위한 다층의 공동부(30)와 미노광된 감광성 물질의 지주(26)를 마련하는 공정. (i) 상기 공동부(30)에 상기 액정 주입공(29)을 통해 액정(31)을 충전하고, 상기 액정 주입공(29)를 밀봉함고 아울러 상기 적층구조의 표면에 광투과성 절연성 보호층막(32)을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 감광성 물질은 포토 레지스트를 사용하는 것을 특징으로 하는 광산란형 액정 표시 장치의 제조 방법.
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