KR100237710B1 - 액정표시소자 - Google Patents

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KR100237710B1
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히토시 히토
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니시무로 타이죠
가부시키가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은 착색층의 적층체로서 기둥형상 스페이서를 액티브매트릭스 기판 또는 이것과 대향하는 대향기판 중 어느 하나에 갖는 액정표시소자에 관한 것으로서, 기둥형상 스페이서를 구성하는 착색층 중, 스위칭소자에 가장 가까운 착색층의 불순물 농도, 불순물 용출량을 최소로 하거나 수지의 가교밀도를 최고로 함으로써 불순물이 스위칭소자에 주는 영향을 억제하고 표시 품위 및 수율을 향상시키고 있으며, 또한 기둥형상 스페이서의 최상층의 경도를 최소로 함으로써 액티브매트릭스 기판의 대향기판을 마주보게 배치시킬 때 맞닿는 부분의 해가 감소되는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자
제1도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 제1실시예의 단면구조를 나타내는 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 제2실시예의 단면구조를 나타내는 단면도.
제3도는 제2도에 대응하는 평면도.
제4(a)도-제4(e)도는 기둥형상 스페이서의 형성을 나타내는 설명도.
제5(a)도-제5(e)도는 기둥형상 스페이서의 형성에 있어서, 제4(a)도-제4(e)도의 경우와는 달리 적층 순서를 변경한 예를 나타내는 설명도.
제6(a)도-제6(e)도는 각 착색층의 고형분 농도가 다른 경우의 기둥형상 스페이서의 형성을 나타내는 설명도; 및
제7(a)도-제7(e)도는 기둥형상 스페이서의 형성에 있어서, 제6(a)도-제6(e)도의 경우와는 달리 적층 순서를 변경한 예를 나타내는 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 액티브매트릭스 기판 11 : 유리기판
12 : 게이트전극 13 : 주사선
14 : 절연막 15 : 반도체막
16 : 소스 17 : 드레인
19 : 화소전극 20 : 보호막
30 : 대향기판 33 : 스페이서
33R : 적색층 33G : 녹색층
33B : 청색층 35 : 배향막
40 : TN 액정조성물
본 발명은 표시성능이 좋고 수율이 높으며 공정수가 적은 액정표시소자에 관한 것이다.
현재, 일반적으로 이용되고 있는 액정표시소자는 전극을 가진 2장의 유리기판을 대향시키고, 액정봉입구를 제외한 상기 2장의 기판 주위가 접착제로 고정되며, 상기 2장의 기판 사이에 액정이 끼워져 액정봉입구가 밀봉제로 밀봉된 구조로 되어 있다. 이 2장의 기판간의 거리를 일정하게 유지하기 위한 스페이서로서 입자직경이 균일한 플라스틱 비드(bead) 등을 기판사이에 산재시키고 있다.
칼라표시용 액정표시소자는 2장의 유리기판 중 1장이 RGB의 착색층이 칠해진 칼라필터가 형성되어 있다. 예를 들면, 단순 매트릭스 구동의 칼라형 도트매트릭스 액정표시소자에 있어서는, 가로(Y)방향에 띠형상으로 패터닝(patterning)된 Y전극을 가진 Y기판과 세로(X)방향에 띠형상으로 패터닝된 X전극 아래에 착색층을 가진 X기판을 Y전극과 X전극이 거의 직교하도록 대향설치하고, 그 사이에 액정조성물을 끼운 구성으로 되어 있다. 액정표시소자의 표시방식으로는 예를 들면 TN(Twisted Nematic)형, STN(Super Twisted Nematic)형, GH(Guest Host)형 또는 ECB(Electrically Controlled Birefringence)형과 강유전성 액정 등이 이용된다. 밀봉제로는 예를 들면 열 또는 자외선 경화형 아크릴계 또는 에폭시계 접착제 등이 이용된다.
또한, 칼라형 액티브매트릭스 구동액정표시소자에 있어서는 스위칭소자, 예를 들면 비결정성 실리콘(a-Si)을 반도체층으로 한 박막트랜지스터(TFT)와 이 TFT에 접속된 화소전극과 신호선전극, 게이트전극이 형성된 액티브매트릭스 기판인 TFT 어레이기판과, 이 기판에 대향배치된 대향전극을 가지며, RGB 착색층을 대향기판 위에 형성하고, 액티브매트릭스 기판위에서 대향기판으로 전압을 인가하는 전극전이부재(트랜스퍼)로서 은 페이스트 등을 화면 주변부에 배치하고, 이 전극전이부재로 2장의 기판을 전기적으로 접속하고, 이 2장 사이에 액정조성물을 끼운 구성으로 되어 있다. 또한 이 2장의 양측에 편광판을 끼우고, 이 편광판 빛을 칼라화상을 표시할 때의 표시셔터로 하고 있다.
그러나, 플라스틱 비드 등을 스페이서로 이용하는 액정표시소자에서는 2장의 기판 사이에 산재시킨 스페이서 주변의 액정 배향이 흐트러져 스페이서 주변부에서 빛이 새기 때문에 콘트라스트가 저하하는 문제가 있다. 또한, 스페이서를 균일하게 분산시키는 것이 곤란하며, 스페이서를 기판위에 산재시키는 공정으로 스페이서가 불균일하게 배치되어 표시불량이 되기 때문에 수율의 저하를 초래한다.
이 때문에, 플라스틱 비드 등을 사용하지 않는 액정표시소자를 실현하기 위해 칼라필터의 복수의 착색층을 적층하여 기둥형상 스페이서를 형성하도록 한 것이 제안되고 있다.
그러나, 이러한 착색층의 형성순서는 반드시 일정하지 않으며, 제조 라인 또는 재료(lot)에 따라 변경된다. 그 결과, 다음과 같은 문제가 발생한다.
(1). 대향기판측에 복수의 착색층을 적층한 스페이서를 형성한 경우, 기둥형상 스페이서가 근접하는 액티브매트릭스 기판위의 TFT, TFD 등의 스위칭소자의 표면에는 배향막이 형성되어 있지만, 이 배향막은 약 1000Å으로 얇기 때문에 스페이서를 구성하는 각 착색층에 포함되는 불순물이 상기 배향막을 통과하여 TFT에 도달한다. 불순물로는 알칼리 금속외에 Cl, F가 문제이며, 이들 불순물 때문에 TFT는 오동작하게 된다.
이 경우, 각 착색층의 불순물량 또는 용출량이 다르기 때문에 TFT, TFD 등의 스위칭소자 근방에 위치하는 최상층에 불순물이 많은 착색층이 오면 스위칭소자로의 불순물 확산으로 스위칭소자 특성의 악화를 초래한다.
(2). 각 착색층의 경도가 다른 경우에는 대향기판을 붙일 때의 스침에 의해 삭감량이 다르기 때문에 원하는 갭(gap)을 얻을 수 있다.
(3). 복수 색의 착색층 막두께 중 적어도 한색의 막두께를 다른 색의 막두께와는 다르게 하여 복수의 갭에 대응시키는 이른바 멀티갭 대응방식의 경우에는 적층순서가 변하여 스페이서 높이가 변화하기 때문에 소정의 갭에 대응할 수 없다.
(4). 각 착색층의 표면 거침정도가 다른 경우, 적층기둥의 강도, 대향기판을 붙였을 때 삭감량이 다르거나 대향기판의 접촉 정도가 달라 원하는 갭을 얻을 수 없다.
본 발명은 상기 문제를 해결하려고 하는 것이며, 표시품위가 좋고, 수율이 높은 적층 착색층에 의한 스페이서를 가지는 칼라표시형 액정표시소자를 싼 가격에 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1태양에 따른 액정표시소자에 의하면 기둥형상 스페이서를 구성하는 적층 착색층 중 스위칭소자에 가장 가까운 착색층을 복수의 착색층 중에서 불순물 함유량이 가장 적은 것 또는 불순물 용출량이 적은 것으로 한 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 착색층의 불순물이 TFT 등의 스위칭소자로의 불순물의 영향을 감소시켜 안정된 신뢰성을 갖게 할 수 있다.
본 발명의 제2태양에 따른 액정표시소자에 의하면 기둥형상 스페이서를 구성하는 수지로서 스위칭소자에 가장 가까운 착색층에 가장 가교밀도가 높은 것을 이용하는 것을 특징으로 한다.
가교밀도가 높은 수지는 불순물의 용출이 적기 때문에 불순물의 영향을 동시에 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제3태양에 따른 액정표시소자에 의하면 착색층의 적층순서를 상층 착색층의 경도가 적어도 다른 하층 착색층의 경도보다 작아지도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 함으로써 2장의 기판을 대향배치할 때, 상대 기판에 흠집이 발생되기 어렵다.
이하, 본 발명에 따른 액정표시소자의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 제1실시예를 나타낸 소자단면도이며, 이 액정표시소자는 액티브매트릭스 기판(10)과 대향기판(30)이 대향하고, 양 기판 사이에는 액정조성물(40)이 밀봉되어 끼워진 것으로 되어 있다.
액티브매트릭스 기판(10)은 유리기판(11)의 주요면측의 TFT부에는 게이트전극(12)이, 배선부에는 주사선(13)이 각각 배치되며, 이것들 위에는 절연막(14)이 퇴적되어 있다. 이 절연막(14)상에서 게이트전극(12)의 위쪽에는 비결정성 실리콘으로 이루어진 반도체막(15)이 형성되며, 이 반도체막(15) 및 절연막(14)에 걸치도록 소스(16) 및 드레인(17)이 반도체막(15)의 중앙부에 소정 거리를 두고 대향하도록 형성되어 있다. 드레인(17)에는 신호선(도시하지 않음)이 연결되어 형성되며, 소스(16)에는 화소전극(19)이 연결 형성되어 있다. 그리고, TFT부 및 배선부의 전면에 보호막(20)이 형성되며, 화소부의 전면에는 배향막(21)이 형성되어 있다.
또한, 대향기판(30)은 유리기판(31)위에 화소위치에 맞춰 형성된 적, 녹, 청의 착색층(32R,32G,32B)을 가지고 있다. 또한, 이 착색층 재료가 적층되어 기둥형상 스페이서(33)가 형성되어 있다.
이 스페이서(33)는 적색층(33R), 녹색층(33G), 청색층(33B)으로 되어 있으며, 이것들은 착색층(32R,32G,32B)에 대응하는 것이다. 그리고, 전면에 투명전극막(34) 및 배향막(35)이 퇴적되어 있다. 착색층의 두께는 청색층(33B)이 가장 두껍고, 녹색층(33G)이 뒤를 이으며, 적색층(33R)이 가장 얇게 되어 있다. 따라서, 스페이서의 높이에 차지하는 각각의 색 층의 비율도 이 착색층의 두께에 비례한 것으로 되어 있다.
양 기판은 대향되며, 대향기판(30)의 스페이서(33)는 액티브매트릭스 기판(10)에 맞닿도록 되어 있다. 그리고, 양 기판 사이에는 액정조성물(40)이 충전 봉입되어 있다.
다음으로, 이와 같은 액정표시소자를 제조하는 과정에 대해 설명한다.
우선, 통상 TFT를 형성하는 과정과 마찬가지로 두께 1.1mm의 코닝사 제품 #7059와 같은 유리기판(11)위에 성막과 패터닝을 반복해 박막트랜지스터와 전극배선을 매트릭스형상으로 형성한다. 여기서는 가로 세로 각각 100화소, 합계 10000 화소와 비결정성 실리콘 TFT 어레이를 가진 액티브매트릭스 기판(10)을 형성하는 것으로 한다. 그 후 배향막 재료로서 AL-1051(일본합성고무주식회사제품)을 전면에 500Å의 두께로 도포하고 러빙처리를 실시하여 배향막(21)을 형성한다.
다음으로, 대향기판측에 있어서는 1.1mm의 두께의 코닝사제품 #7059와 같은 유리기판(31)위에 알칼리현상이 가능한 광경화형 아크릴 수지에 카본블랙을 분산시킨 재료를 스피너(spinner)로 도포하여 90℃에서 10분간 건조한 후, 소정 패턴 형상의 포토마스크를 이용하여 300mj/cm2의 감광량으로 노광한 후, pH 11.5의 알칼리수용액으로 현상하고, 200℃에서 1시간동안 소성을 실시하여 막두께 2.0μm인 격자형상 패턴의 차광층(36)을 형성한다. 이 차광패턴(36)을 형성한 유리기판(31)위에 알칼리 현상 가능한 시판된 착색 레지스트 CB-2000(후지판트테크놀러지주식회사)을 스피너에 의해 도포, 프리 베이크(pre bake)한 후, 소정 노광량의 100mj/cm2로 노광하고, pH 11.5의 현상액으로 현상한다. 그 후, 200℃에서 1시간 베이크하여 막두께 2.2μm의 청색 착색층(32B)을 형성한다. 이때, 차광층위에 직경 20μm의 기둥형상 스페이서(33B)를 형성한다.
이 청색 착색층을 형성한 위에 알칼리현상 가능한 상용 착색 레지스트 CG-2000(후지판트테크놀러지주식회사)을 스피너에 의해 도포, 프리베이크한 후, 소정 노광량 100mj/cm2로 노광하고, pH 11.5의 현상액으로 현상한다.
그후, 200℃에서 1시간동안 베이크하여 막두께 1.8μm의 녹색 착색층(32G)을 형성한다. 이때, 청색의 기둥형상 스페이서(33B)위에 직경 20μm의 기둥형상 스페이서(33G)를 형성한다. 이 청색, 녹색의 착색층을 형성한 위에 알칼리현상 가능한 상용 착색 레지스트 CR-2000(후지판트테크놀러지주식회사)을 스피너에 의해 도포, 프리베이크한 후, 소정 노광량 100mj/cm2로 노광하고, pH 11.5의 현상액으로 현상한다. 그 후, 200℃에서 1시간 베이크하여 막두께 1.3μm의 적색 착색층(32R)을 형성한다. 이때, 청색, 녹색의 기둥형상 스페이서(33B,33G)위에 직경 20μm의 기둥형상 스페이서(33R)를 형성한다. 그후 ITO로 이루어진 공통전극(34)을 스퍼터링법으로 형성하여 폴리이미드로 이루어진 배향막(35)을 형성한 후, 러빙에 의한 배향처리를 실시하여 칼라필터 및 스페이서를 가진 대향기판이 완성된다.
이 대향기판(30)과 액티브매트릭스 기판(10)을 대향배치하고, 접착제(37)로 붙여 통상 범위에 의해 주입구로 TN 액정조성물(40)을 주입한 후 주입구를 자외선 경화수지로 밀봉한다.
이 실시예에서는 흑색안료를 분산시킨 수지계의 차광층이지만 Cr, CrO/Cr, CrO/Cr/CrO 등의 금속계의 차광층을 이용할 수도 있다. 또는 차광층을 설치하지 않아도 좋다.
여기서, 착색층의 형성 순서에 대해 고찰한다.
이 실시예에서는 액티브매트릭스 기판에 가장 가까운 착색층을 적색(R), 중간층을 녹색(G), 가장 먼 착색층을 청색(B)으로 하고 있지만, 이것은 함유되는 불순물이 적은 순으로 되어 있다.
예를 들면, 알칼리금속인 나트륨 및 칼륨에 대한 R, G, B 각 색의 함유량을 비교하면 다음 표 1과 같다.
[표 1]
이 데이터는 경화시킨 착색층재료를 분쇄 후 아세톤과 물의 혼합액에 넣어 1시간 동안 흔들고, 그 추출액을 시료로하여 원자흡광법으로 측정한 결과이다. 따라서 엄밀하게 말하면 함유량이 아니라, 용출량이다.
이 용출량은 착색층에 들어가는 안료의 종류와 그 양 등에 의해 동일 불순물을 함유했다고 해도 용출하는 불순물량이 변화하기 때문에 용출량 데이터를 이미 알고 있을 때에는 이 용출량 데이터를 근거로 적층순서를 결정하는 것이 바람직하다.
따라서, 이 실시예에서는 3색의 착색층 중 적색층의 불순물 용출량이 가장 적기 때문에 이것을 액티브매트릭스 기판에 가까운 층으로 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우 실시예와 같이 중간층이 녹색층, 대향기판으로서의 최하층이 청색층이도 좋고, 중간층이 청색층, 최하층이 녹색층이어도 좋다.
제2도는 본 발명의 제2실시예의 구성을 나타내는 단면도이고, 액티브매트릭스 기판측에 착색층 및 적층 스페이서를 형성한 것이다. 이것은 제3도의 평면도의 A-A′선을 따른 단면도이다.
제2도 및 제3도에 의하면 이 액정표시소자는 액티브매트릭스 기판(50)가 대향기판(70)이 대향하고, 그 사이에 액정층(40)이 끼워져 있다. 액티브매트릭스 기판은 투명기판(51)상에 게이트전극(52)을 겸한 복수의 게이트선(63), 이것을 덮도록 투명기판(51)의 전면에 절연막(53)이 퇴적되어 있으며, 그 위의 게이트전극(52)에 대응한 위치에는 반도체층(54), 그 양측에 드레인(55) 및 소스(56)가 형성되어 있다. 또한, 절연막(53)상에 복수의 신호선(57)도 형성되어 있고, 이 신호선(57)은 게이트선(63)과 교차하도록 형성되어 있다.
이와 같은 구성에 R, G, B의 3색으로 이루어지는 착색층(58R,58G,58B)이 스트라이프형상으로 형성되어 있다. 특히 게이트전극(52), 반도체층(54), 드레인(55) 및 소스(56)로 이루어지는 스위칭소자로서의 트랜지스터상에는 적색 착색층(58R), 청색 착색층(58B), 녹색 착색층(58G)이 퇴적되어 적층 스페이서를 구성하고 있다.
또한, 착색층상에 화소전극(61)이 설치되며, 착색층에 설치된 스루홀(through-hole)(60)을 통하여 예를 들면 소스(56)와 접속되어 있다.
이 구성의 전면에는 배향막(62)이 형성되어 있다.
다음에, 대향기판(70)은 투명기판(71)상에 대향전극(72) 및 배향막(73)에 전면에 적층된 구성으로 이루어져 있다.
액티브매트릭스 기판과 대향기판간의 거리를 유지하기 위한 스페이서는 어레이기판상의 필터의 각 착색층을 형성하는 공정과 동일 공정으로 형성된 스페이서용 착색층을 적층하여 형성된 것이다. 도면에 도시된 바와 같이 스위칭 소자가 존재하는 부분에는 상기한 바와 같이 알칼리 금속 불순물 함유량이 가장 적은 적색 착색층이 형성되어 있다.
또한, 제2도에 도시된 구성에서는 TFT상에 적층 필터가 형성되어 있다. 이것은 최근 액정표시소자의 고휘도화의 요구가 높아져, 개구율을 향상시키기 위해서 배선을 가늘게 하는 경향이 있는데, 이 때문에 스페이서를 배치할 장소가 제한되며, 제2도는 TFT 상에 스페이서를 배치한 예를 나타낸 것이다.
이와 같은 착색층이 어레이 기판상에 형성된 구조에 있어서도 어레이 기판에 가장 근접하는 착색층의 불순물 함유량이 1000ppm 이하일 때에는 적층 스페이서에서 용출하는 불순물이 스위칭 소자를 구성하는 트랜지스터에 악영향을 끼칠 가능성은 적다. 또한, 용출하는 불순물이 100ppm 이하이면 트랜지스터에 악영향을 끼칠 가능성은 적다.
또한, 이 실시예에서는 알칼리 금속에 대해 기술하였지만, 그 외의 불순물인 경우에는 적색 이외의 착색층의 불순물 함유량이 최소인 경우도 있다. 이 경우에는 불순물 함유량이 최소인 착색층을 액티브매트릭스 기판에 가장 근접한 층으로 선택할 수 있다.
이와 같이 하는 것에 의해 TFT 등의 스위칭 소자에 대한 불순물의 영향을 감소시키고, 안정된 신뢰성을 가지게 할 수 있다.
또한, 착색층의 수지를 액티브매트릭스 기판에 근접시킨 착색층에서는 그 구성하는 수지의 가교밀도를 올리도록 할 수 있다. 이것은 가교밀도가 높은 만큼 알칼리 금속의 용출이 적다는 것이 경험적으로 알려져 있기 때문이다.
또한, 일반적으로 착색층은 각 색에 의해 안료의 종류 및 양 등이 다르기 때문에, 표면 거침정도, 경도 등의 물리적 성질이나, 점도, 열분해온도 등의 화학적 성질이 다르다. 이것을 이용하여 스페이서에 여러 가지의 기능을 줄 수 있다.
예를 들면, 기둥형상 스페이서를 구성하는 착색층의 경도가 다른 경우를 생각한다.
이 경우, 기둥형상 스페이서는 그 선단이 맞닿기 때문에 목적에 의해 선단의 경도를 설정한다.
우선, 최상층의 경도를 다른 층의 경도보다 크게 할 수 있다. 이 경우에는 액티브매트릭스 기판과 부착할 때의 접촉으로 쉽게 마모되지 않는다. 또한, 기둥형상 스페이서 선단으로부터의 압력으로 쉽게 쓰러지지 않고, 스페이서의 직경을 안정되게 유지할 수 있으므로, 액티브매트릭스 기판과의 맞닿는 면적의 확대를 방지할 수 있다.
이와 같은 예로는 최하층에서 최상층으로 갈수록 점차 경도가 커지게 한 경우, 최상층, 최하층, 중간층의 순서로 경도가 작아지는 경우, 최상층 및 중간층만이 다른 층보다 표면 거침정도가 작은 경우, 최상층 및 중간층의 경도가 최하층의 경도보다 큰 경우, 최상층만이 다른 층보다 경도가 높은 경우 등이 포함된다.
반대로, 최상층의 경도를 적어도 다른 층의 경도보다 작게 할 수 있다. 이 경우에는 액티브매트릭스 기판과의 접촉시 액티브매트릭스 기판측에 흠집이 쉽게 발생하지 않는다.
이와 같은 예로는 최하층에서 최상층으로 갈수록 점차 경도가 작아지도록 한 경우, 최상층이 중간층, 최하층보다 경도가 작은 경우, 최상층이 중간층 및 최하층보다 경도가 작은 경우, 중간층, 최하층, 최상층의 순서로 경도가 작아지는 경우 등이 포함된다.
또한, 최상층이 중간층 및 최하층의 경도의 중간경도를 갖는 경우에는 최상층이 최대경도인 경우와 비교하여 액티브매트릭스 기판에 쉽게 흠집이 발생하지 않으며, 최상층이 최소 경도인 경우와 비교하여 스페이서의 쓰러짐이 적은 이점이 있다.
이와 같은 성질을 고려하여 적층순서를 결정하면 스페이서에 변형과 흠집에 관해서 일정한 특성을 부여할 수 있으며, 반대로 적층순서를 일정하게 함으로써 성질을 안정되게 유지할 수 있다.
액티브매트릭스와 대향기판 2장을 맞붙일 때의 위치맞춤시에 대향기판측에 설치된 스페이서가 액티브매트릭스 기판에 대해서 흠집을 발생시키는 것이 가장 문제가 크기 때문에, 본 발명은 액티브매트릭스 기판과 접촉하는 대향기판에 설치된 스페이서의 최상층 착색층의 경도를 적층 착색층 가운데 가장 작은 것으로 하고 있다. 또한, 이것은 액티브매트릭스 기판측에 스페이서를 설치한 경우에 있어서도 동일하다고 말할 수 있고, 이 경우 대향기판에 흠집을 발생하게 된다. 흠집의 발생이란 액정을 배향시키는 배향막에 손상이 가는 것으로 표시특성을 악화시킬 수 있다.
다음에 기둥형상 스페이서를 구성하는 착색층 가운데 적어도 서로 접촉하는 2층의 표면 거침정도가 다른 경우를 생각한다.
이 경우 서로 접촉하는 2층 가운데 상층 착색층이 하층 착색층보다도 표면 거침 정도가 작으면 하층측의 표면거침정도가 큰 것에 의해 밀찰력이 커지는 이점이 있다. 이와 같은 예로는 최하층에서 최상층으로 갈수록 점차 표면거침정도가 작아지도록 한 경우, 최상층만이 다른 층보다도 표면거침정도가 작은 경우, 최상층 및 중간층이 최하층보다도 표면 거침정도가 작은 경우 등이 포함된다.
또한, 기둥형상 스페이서를 구성하는 착색층 가운데 최상층 착색층의 표면 거침정도가 다른 하층 착색층의 표면 거침정도보다도 작아도 좋다. 이와 같은 예로는 최하층에서 최상층으로 갈수록 점차 표면 거침정도가 작아지도록 한 경우, 최상층 착색층의 표면 거침정도가 최소이고 중간층이 최대이며, 최하층이 중간 거침정도인 경우, 최상층의 표면 거침정도가 작고 다른 층은 이것보다도 큰 경우, 최상층 및 중간층의 표면 거침정도가 작고 최하층이 큰 경우가 포함된다.
이 가운데 최하층에서 최상층에 걸쳐 점차 표면 거침정도가 작아지도록 한 구성에서는 최대의 강도를 얻을 수 있고, 반대로 적층 순서를 일정하게 하는 것에 의해 안정된 강도를 얻을 수 있다.
또한, 액티브매트릭스 기판측에 맞닿는 스페이서 부분의 표면 거침정도가 크면 액티브매트릭스 기판에 대해서 접촉하는 면적을 작게 할 수 있으며, 액티브매트릭스 기판에 대한 손상을 작게 할 수 있다.
또한, 도포와 경화를 반복하는 적층 과정에 있어서의 착색층의 형성순서가 최종적인 스페이서 높이에 주는 영향을 고찰한다.
제1도에 나타낸 실시예에서는 칼라 필터를 이루는 착색층의 두께가 각각 다르다. 이와 같이 착색층 막두께가 다른 경우, 적층 순서를 바꾸는 것으로 기둥형상 스페이서 높이가 달라진다.
이 모양을 제4(a)도 내지 제4(e)도 및 제5(a)도 내지 제5(e)도를 참조하여 설명한다.
적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 착색층을 형성하는 것으로, 각각의 소망하는 두께는 3μm, 2μm, 1μm로 하고, 착색층 경화전(前) 도포시의 착색재료의 고형분 농도는 모두 20%로 한다. 따라서, 착색재료는 건조, 노광, 현상, 스페이서의 각 공정을 거친 후에는 도포시의 1/5의 두께로 수축된다.
우선, RGB의 순서로 착색층을 적층하여 기둥형상 스페이서를 형성한다고 하면, 첫번째층인 3μm 두께의 R착색층 및 스페이서 부분을 형성한 후(제4(a)도), 다음의 G착색층을 2μm로 하기 위해서 10μm의 두께로 G착색재료가 도포된다(제4(b)도). 이때, 이미 3μm의 두께로 형성되어 있는 R착색층상에 G착색재료가 7μm의 두께로 도포되게 된다. 이 때문에, 경화 후에는 스페이서부에서의 G착색층의 두께는 1.4μm가 된다(제4(c)도). 다음에 B착색층을 1μm 두께로 형성하기 위해서 5μm의 두께로 b착색재료를 도포하면 기둥형상 스페이서 부분에서는 그 도포두께는 0.6μm가 되며, 경화 후에는 0.12μm가 된다. 따라서 스페이서 기둥의 높이는 합계 4.52μm가 된다.
다음에, 제5도에 도시된 바와 같이 동일 막두께 조건으로 BGR의 순서로 스페이서를 적층한다고 하면, 첫번째층인 B착색층 형성 후(제5(a)도)에 G착색층을 2μm로 형성하기 위해서 G착색재료를 10μm 도포하면(제5(b)도), 스페이서부에서의 막두께는 9μm가 된다. 이것을 경화시키면 G착색층의 스페이서부는 1.8μm의 두께가 된다(제5(c)도). 다음에, R착색층을 형성하기 위해서 R착색재료를 15μm의 두께로 도포하면(제5(d)도), 스페이서부에서는 12.2μm의 두께가 되며, 경화 후에는 2.44μm의 두께가 된다(제5(e)도). 따라서 스페이서 기둥의 높이는 합계 5.24μm가 되고, RGB의 경우보다도 0.72μm나 두껍게 된다.
이 예에서는 고형분 농도가 일정했지만, 각 착색층의 막두께가 일정하고 고형분 농도가 다른 경우라도 적층순서가 다르면 스페이서의 높이가 바뀐다. 이 모습을 제6(a)도 내지 제6(e)도 내지 제7(a)도 내지 제7(e)도를 참조하여 설명한다. 여기서는 예를 들면, R, G, B의 착색층의 소망하는 두께는 모두 2μm로 하고, 도포시의 착색재료의 고형분 농도는 각각 15%, 20%, 25%로 한다.
우선, RGB의 순서로 착색층을 적층하여 기둥형상 스페이서를 형성한다고 하면, 첫번째층인 2μm 두께의 R층 필터 및 스페이서 부분을 형성한 후(제6(a)도), 다음의 G착색층을 2μm로 하기 위해서는 도포시에는 10μm의 두께로 G착색재료가 도포된다(제6(b)도). 이때, 이미 2μm의 두께로 형성되어 있는 R착색층상에는 G착색재료가 8μm의 두께로 도포되게 된다. 이 때문에 경화 후에는 스페이서부에서의 G착색층의 두께는 1.6μm가 된다(제6(c)도). 다음에 B착색층을 2μm 두께로 형성하기 위해서 8μm의 두께로 B착색재료를 도포하면(제6(d)도), 기둥형상 스페이서 부분에서는 그 도포두께는 4.4μm가 되며, 경화 후에는 1.1μm가 된다(제6(e)도). 따라서 스페이서 기둥의 높이는 합계 4.7μm가 된다.
다음에 동일 막두께 조건으로 BGR의 순서로 스페이서를 적층한다고 하면, 첫번째층인 B층 형성 후(제7(a)도)에 G착색층을 2μm 형성하기 위해서 G착색재료를 10μm 도포하면(제7(b)도), 스페이서부에서의 막두께는 8μm가 된다. 이것을 경화시키면 G착색층의 스페이서부는 1.6μm의 두께가 된다(제7(c)도). 다음에 R착색층을 형성하기 위해서 R착색재료를 13.33μm의 두께로 도포하면(제7(d)도), 스페이서부에서는 9.73μm의 두께가 되며, 경화 후에는 1.46μm의 두께가 된다(제7(e)도). 따라서 스페이서 기둥의 높이는 합계 5.06μm가 되며, RGB의 경우보다 0.36μm나 두꺼워진다.
이와 같이 착색층 막두께가 다른 경우 적층순서가 바뀌면 스페이서 높이가 달라진다. 이와 같은 성질을 이용하여 갭을 바꾸는, 이른바 멀티 갭 대응이 가능하고, 큰 갭을 얻을 필요가 있는 경우는 막두께가 작고 두꺼운 순서로, 작은 갭이 필요한 경우 막두께가 큰 순서로 적층한다.
또한, 막두께가 일정하고 착색재료의 고형분 농도가 다른 경우 큰 갭을 얻기 위해서는 고형분 농도가 높은 순서로, 작은 갭을 얻기 위해서는 고형분 농도가 낮은 순서로 적층을 실시하면 좋다.
이 경우 기판표면에 가장 근접하여 위치하는 착색층 이외의 착색층이 고형분 농도가 30% 이하인 착색재료를 경화하여 형성한 것이 바람직하다.
아래에 그 이유를 설명한다.
우선, 1층째를 형성하는 경우에는 고형분 농도의 여하에 상관없이 원하는 두께를 형성할 수 있다. 여기에서 3층타입의 스페이서를 생각한 경우, 실질적인 액정층 두께는 (2층째+3층째)가 된다. 액정층 두께는 통상 4∼5μm 필요하기 때문에 (2층째+3층째)에서 4∼5μm의 두께를 확보할 필요가 있다. 한편, 착색층은 2∼3μm의 두께가 필요하기 때문에 예를 들어 2층째를 형성할 때에 착색층 부분의 막두께와 스페이서부의 막 두께를 각각 소정의 두께를 얻으려고 하면, 반드시 2층째, 3층째는 고형분 농도가 30% 이하가 될 필요가 있다.
이렇게 하여 형성한 칼라 표시형 액티브매트릭스 액정표시소자는 착색순서를 일정하게 유지함으로써 셀 갭을 일정하게 유지 안정시킨 품질의 액정표시소자를 제공할 수 있다. 반대로 일정한 갭을 얻기 위해서는 적층 순서를 고정할 필요가 있고 착색층의 예정막 두께가 다른 품종의 경우에는 일단 결정한 막 두께, 적층순서를 유지할 필요가 있게 된다.
이와 같이 함으로써 동일한 품종의 액정표시소자에 대해서는 적층순서를 고정시킴으로써, 일정한 막 두께가 얻어지고 원하는 갭을 확실히 얻을 수 있다.
아래 설명한 실시예는 한정적인 것이 아니다.
예를 들어 상술한 실시예에서는 3색이 겹쳐 기둥형상 스페이서를 형성하고 있지만 2색이어도 좋다.
또한 상술한 실시예에서는 감광성 착색 레지스트로 기술했는데, 비감광성 수지에 안료를 분산시킨 것을 통상의 포토리소그래피 공정으로 패턴을 형성해도 좋고 상술한 실시예에 한정되지 않는다.
또한 상술한 실시형태에서는 기둥형상 스페이서의 형상을 원기둥형상으로 서술했는데, 타원기둥 등이어도 좋다.
또한 상술한 실시예에서는 차광층이 최하층에 설치되어 있는데, 착색층의 최상층 또는 착색층 사이에 설치해도 좋다.
본 발명에 따르면 복수의 다른 색 착색층의 적층체로서 형성된 기둥형상 스페이서에서 착색층의 적층순서를 변화시킴으로써 상기 스페이서가 갖는 성질 또는 높이를 변화시키게 되어 있고, 동일한 품종으로 적층순서를 일정하게 함으로써 일정한 높이나 성질을 갖는 스페이서를 얻을 수 있으며, 적층순서를 변화시킴으로써 원하는 높이나 성질을 얻을 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 스위칭소자 및 화소전극이 형성된 액티브매트릭스 기판, 대향전극이 형성된 대향기판, 상기 액티브매트릭스 기판과 상기 대향기판 사이에 끼워진 액정층 및 이들 기판 중 한 쪽에 복수의 다른 색 착색층의 적층체로서 일체적으로 형성된 양 기판 사이의 간격을 유지하는 기둥형상 스페이서로 이루어지며, 상기 기둥형상 스페이서 중 상기 스위칭소자에 가장 가까운 착색층의 불순물 함유량이 상기 복수의 착색층 중에서 가장 적은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 착색층이 형성된 기판은 대향기판인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 착색층이 형성된 기판은 액티브매트릭스 기판이고, 상기 스위칭소자의 가장 가까운 곳에 형성된 착색층이 불순물 함유량이 가장 적은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불순물이 알칼리 금속인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 알칼리 금속의 함유량이 1000ppm 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제1기판 위에 스위칭소자 및 화소전극이 형성된 액티브매트릭스 기판, 제2기판 위에 대향전극이 형성된 대향기판, 상기 액티브매트릭스 기판과 상기 대향기판 사이에 끼워진 액정층 및 이들 기판 중 한 쪽에 복수의 다른 색의 착색층의 적층체로서 일체적으로 형성된 양 기판 사이의 간격을 유지하는 기둥형상 스페이서로 이루어지며, 상기 기둥형상 스페이서 중 상기 스위칭소자에 가장 가까운 착색층의 불순물 용출량이 상기 복수의 착색층 중에서 가장 적은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 착색층이 형성된 기판은 대향기판인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제6항에 있어서, 상기 착색층이 형성된 기판은 액티브매트릭스 기판이고, 상기 스위칭소자 위에 형성된 착색층이 불순물 용출량이 가장 적은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제6항에 있어서, 상기 불순물이 알칼리 금속인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 알칼리 금속의 용출량이 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 제1기판 위에 스위칭소자 및 화소전극이 형성된 액티브매트릭스 기판, 제2기판 위에 대향전극이 형성된 대향기판, 상기 액티브매트릭스 기판과 상기 대향기판 사이에 끼워진 액정층 및 이들 기판 중 한 쪽에 복수의 다른 색의 착색층이 적층체로서 일체적으로 형성된 양 기판 사이의 간격을 유지하는 기둥형상 스페이서로 이루어지며, 상기 기둥형상 스페이서 중, 상기 스위칭소자에 가장 가까운 착색층 수지의 가교밀도가 상기 복수의 착색층 중에서 가장 높은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 착색층이 형성된 기판이 액티브매트릭스 기판이고, 상기 스위칭소자 위에 형성된 착색층의 불순물 용출량이 가장 적은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  13. 제1기판 위에 스위칭소자 및 화소전극이 형성된 액티브매트릭스 기판, 제2기판 위에 대향기판이 형성된 대향기판, 상기 액티브매트릭스 기판과 상기 대향기판 사이에 끼워진 액정층 및 이들 기판 중 한 쪽에 복수의 다른 색의 착색층의 적층체로서 일체적으로 형성된 두 기판 사이의 간격을 유지하는 기둥형상 스페이서로 이루어지며, 상기 기둥형상 스페이서를 구성하는 착색층 중 상기 기둥형상 스페이서가 형성되어 있는 기판 표면에서 가장 멀리 위치하는 착색층이 기둥형상 스페이서를 구성하는 다른 착색층보다 경도가 작은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  14. 제11항에 있어서, 상기 착색층이 형성된 기판이 액티브매트릭스 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  15. 스위칭소자 및 화소전극이 형성된 액티브매트릭스 기판, 대향전극이 형성된 대향기판, 상기 액티브매트릭스 기판과 상기 대향기판 사이에 끼워진 액정층 및 이들 기판 중 한 쪽에 복수의 다른 색의 착색층의 적층체로서 일체적으로 형성된 두 기판 사이의 간격을 유지하는 기둥형상 스페이서로 이루어지며, 상기 기둥형상 스페이서 중, 상기 기둥형상 스페이서가 형성되어 있는 기판 표면에서 가장 가까이 위치하는 착색층 이외의 착색층이 도포시의 고형분 농도가 30% 이하인 착색층 재료를 경화하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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