KR100315373B1

KR100315373B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR100315373B1
Application number: KR1019940009879A
Authority: KR
Inventors: 고이께사도후미; 하야시유지
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 2002-12-12
Also published as: JPH06331971A; US6043858A

Abstract

액정표시장치의 상하 기판에 형성된 패턴의 위치어긋남을 방지한다. 액정표시장치는 서로 열팽창율이 다른 1 쌍의 기판(1),(2)을 소정의 간극을 개재하여 맞붙인 셀구조를 가진다. 예를 들면, 상측 기판(1)은 비교적 큰 열팽창율을 가진 유리재료로 이루어지고, 하측 기판(2)은 비교적 작은 열팽창율을 가진 석영재료로 이루어진다. 각 기판(1),(2)의 내표면에는 서로 정합(整合)하는 소정의 패턴(4),(5)이 각각 형성되어 있다. 예를 들면, 상측 패턴(4)은 블랙마스크로 이루어지고, 하측 패턴(5)은 매트릭스형의 화소전극으로 이루어진다. 양 기판(1),(2)의 간극에는 액정(6)이 보유되어 있다. 양 기판(1),(2)의 열팽창율의 상이에 따라서, 미리 한쪽의 패턴치수는 다른 쪽의 패턴치수에 대하여 조정해두고 있다. 예를 들면, 열팽창율이 큰 쪽의 상측 기판(1)에 형성된 패턴(4)은 미리 축소 형성되어 있다.

Description

액정표시장치

본 발명은 액정표시장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 서로 대향 배치된 기판의 내표면에 형성되는 패턴의 치수설계에 관한 것이다.

본 발명의 배경을 명백하게 하기 위해, 제5도를 참조하여 종래의 액정표시장치의 일예를 간단히 설명한다. 한쪽의 기판(101)의 내면에는 매트릭스형의 화소어레이가 형성되어 있다. 개개의 화소는 투명도전막을 패터닝하여 얻어진 화소전극(102)과 구동용의 박막트랜지스터(TFT)(103)로 구성되어 있다. 각 TFT(103)의 드레인전극은 대응하는 화소전극(102)에 접속되고, 소스전극은 데이터선(104)에 접속되고, 게이트전극은 주사선(105)에 접속되어 있다. 이와 같이 TFT등이 집적(集積的)되어 형성된 기판(101)을 이하 TFT 기판이라고 칭하기로 한다. TFT 의 반도체 박막재료로서 예를 들면 다결정 실리콘을 사용한 경우, 반도체 제조프로세스에 있어서 1000℃ 정도의 고온처리가 가해지므로, TFT 기판(101)은 내열성이 우수한 석영 등으로 구성되어 있다. 다른 쪽의 기판(106)의 내면에는 RGB 3 원색 세그멘트로 이루어지는 컬러필터(CF)(107) 및 대향전극(108)을 적층하여 형성되어 있다. 개개의 컬러필터 세그멘트는 화소에 정합(整合)하고 있다. 또, 개개의 화소의 비유효부분을 차폐하여 콘트라스트를 개선하기 위해 블랙마스크(109)가 패터닝형성되어 있다. 이와 같이, 컬러필터나 블랙마스크 등이 패터닝 형성된 기판(이하 CF 기판)(106)은 제조프로세스에 있어서 특히 고온처리가 가해지지 않으므로 유리 등의 비교적 염가의 재료가 사용된다. TFT 기판(101) 및 CF 기판(106)의 간극내에는 액정층(110)이 충전되어 있다. 또한, 양 기판(101),(106)의 외면에는 각각 편광판(偏光板)(111),(112)이 부착되어 있다. 주사선(105)을 통해 행마다 TFT(103)를 도통시키면, 데이터선(104)으로부터 공급되는 화상신호가 각 화소전극(102)에 입력된다. 입력된 화상신호에 따라서 화소전극(102)과 대향전극(108)과의 사이에 전압이 인가되어 액정층(110)의 분자배열이 변화한다. 이 변화는 1 쌍의 편광판(111),(112)을 통과하면서 투과율의 변화로 출력되어 화상표시가 행해진다. 이러한 구조를 가진 액정표시장치는 액티브매트릭스형이라고 칭한다. 그리고, 본 발명의 대상으로 되는 액정표시장치는 이 구조에 한하는 것은 아니며, 단지 예시에 지나지 않는다.

다음에, 제6도를 참조하여 제5도에 나타낸 액정표시장치의 조립공정을 간단히 설명한다. 먼저, 공정 A 에서 TFT 기판(101) 및 CF 기판(106)을 준비한다. 앞서 설명한 바와 같이, TFT 기판(101)은 내열성의 석영 등으로 이루어지고, 그 일측에는 박막트랜지스터나 화소전극이 집적형성되어 있다. 그리고, 석영의 열팽창계수는 비교적 작아서 5 × 10^-7㎝/℃ 정도이다. 한편, CF 기판(106)은 유리 등으로 구성되어 있으며, 그 일측에는 컬러필터, 블랙마스크, 대향전극 등이 미리 형성되어 있다. 그리고, 사용되는 유리재료의 열팽창율은 비교적 커서 40 × 10^-7㎝/℃ 정도이다. 따라서, TFT 기판(101)과 CF 기판(106)에서는 열팽창율이 1 오더 정도 다르다. 그리고, 양 기판의 일면측은 미리 배향처리도 행해져 있다. 다음에, 공정 B 에서 TFT 기판(101)의 주변에 시일재(113)를 인쇄도포한다. 그리고, TFT 기판(101)에 대신하여, CF 기판(106)에 시일재를 인쇄도포해도 된다. 이 시일재는 열경화형 접착제로 이루어진다. 다음에, 공정 C 에서 양 기판(101),(106)의 위치 맞춤을 행한다. 즉, TFT 기판(101)에 형성된 화소전극패턴과 CF 기판(106)에 형성된 블랙마스크패턴을 서로 정합시킨다. 끝으로, 공정 D 에서, 일정한 하중을 걸어서 150℃ 정도의 가열처리를 행하여, 열경화형 접착제로 이루어지는 시일재(113)를 경화시킨다. 이로써, TFT 기판(101)과 CF기판(106)은 소정의 간극을 개재하여 서로 맞붙여져 소위 셀구조가 얻어진다. 끝으로, 이 간극내에 액정을 충전하면 액정표시장치가 완성된다. 그리고, 앞서 설명한 예에서는 시일재로서 열경화형 접착제를 사용하고 있지만, 이 대신에 일본국 특개소 61(1986)-112128호 공보에 기재되어 있는 자외선 경화형 접착제를 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 자외선 경화형 접착제는 충분한접착강도를 얻는 것이 곤란하여, 신뢰성의 측면에서 문제가 있다. 따라서, 자외선 경화형 접착제를 사용하는 경우에도, 후공정에서 가열처리(예를 들면 90℃ 정도)를 행하여 접착강도를 높이는 것이 행해지고 있다.

제7도는 액티브매트릭스형 액정표시장치의 1 화소부분을 절취하여 나타낸 단면도이다. TFT 기판(101)의 위에 화소가 형성되어 있다. 이 화소는 화소전극(102)과 이것을 구동하는 박막트랜지스터(103) 등으로 구성되어 있다. 또한, 박막트랜지스터(103)에 화상신호를 공급하기 위한 데이터선(104)과 선택신호를 공급하기 위한 주사선(105)도 형성되어 있다. 이 TFT 기판(101)에 대하여 소정의 간극을 개재하여 CF 기판(106)이 배치되어 있다. CF 기판(106)의 내면에는 대향전극(108), 블랙마스크(109), 컬러필터(107)가 형성되어 있다. 양 기판(101), (106)의 사이에는 예를 들면 트위스트네마틱배향된 액정층(110)이 형성되어 있다. 블랙마스크(109)에는 화소전극(102)에 정합하는 개구(114)가 형성되어 있다. 즉, 화소전극(102)상의 유효표시영역을 노출시키는 동시에, 비유효표시영역을 입사광선으로부터 차폐한다. 이 비유효표시영역에는 앞서 설명한 박막트랜지스터(103), 데이터선(104), 주사선(105) 등이 포함된다.

이와 같이, 블랙마스크(109)는 유효표시영역에만 입사광을 조사(照射)하여 표시콘트라스트를 개선하기 위해 사용된다. 따라서, 화소전극(102)의 패턴과 블랙마스크(109)의 패턴은 서로 정밀하게 정합시킬 필요가 있다. 가령, 양자 사이에 위치어긋남이 발생하면, 블랙마스크(109)의 개구(114)가 비유효표시영역에 놓이고 소위 누광(漏光)이 발생하여 표시콘트라스트가 저하한다. 일반적으로, 양 패턴의 위치맞춤 정밀도는 1 인치 정도의 소형 표시장치의 경우, 고정세화(高精細化)가 진행하면 1 ㎛ 정도가 요구된다. 그러나, TFT 기판(101)과 CF 기판(106)의 사이에는 1 오더 정도의 열팽창율의 상이가 있고, 셀조립전에 미리 위치맞춤을 행하여도 가열처리를 가한 조립후에는 위치어긋남이 발생해 버려서, 오차는 예를 들면 2 ㎛정도에 이른다. 따라서, 전혀 대책을 세우지 않으면 누광문제가 발생하여 표시콘트라스트가 악화된다는 과제가 있다.

상술한 종래의 기술의 과제를 해결하기 위해 다음의 수단을 마련하였다. 즉, 본 발명의 액정표시장치는 기본적으로, 서로 열팽창율이 다른 1 쌍의 기판을 소정의 간극을 개재하여 맞붙인 셀구조를 가진다. 각 기판의 내표면에는 서로 정합하는 소정의 패턴이 형성되어 있고, 그 간극에는 액정이 들어 있다. 본 발명의 특징사항으로서, 양 기판의 열팽창율의 상이에 따라서, 미리 한쪽의 패턴치수를 다른 쪽의 패턴치수에 따라 조정해서 설정한다. 구체적으로는, 열팽창율이 큰 쪽의 기판에 형성되는 패턴은 미리 축소 형성한다. 또는, 역으로 열팽창율이 작은 쪽의 기판에 형성되는 패턴을 미리 확대 형성해도 된다. 이러한 구성은 예를 들면 액티브매트릭스형의 액정표시장치에 적용할 수 있다. 이 경우, 열팽창율이 큰 쪽의 기판에는 블랙마스크패턴이 형성되어 있고, 열팽창율이 작은 쪽의 기판에는 화소전극패턴이 형성되어 있다. 열팽창율이 큰 쪽의 기판은 유리로 이루어지고, 열팽창율이 작은 쪽의 기판은 석영으로 이루어진다.

본 발명에 있어서는, 서로 맞붙여지는 양 기판의 열팽창율의 차를 흡수하도록, 미리 한쪽의 패턴치수를 다른 쪽의 패턴치수에 대하여 조정해서 설정한다. 따라서, 맞붙이기 전의 상태에서는 양 패턴 사이에 소정의 어긋남이 포함되어 있다. 이 상태에서 위치맞춤을 행한 후, 열처리를 가하여 양 기판을 맞붙이면, 열팽창이 발생하여 앞서 언급한 초기의 어긋남을 흡수하도록 양 기판이 상대이동한다. 양 패턴이 정합된 상태에서 1 쌍의 기판이 고정된다. 예를 들면, 열팽창율이 큰 쪽의 기판에 형성된 패턴을 미리 축소 형성하면, 가열처리 후 그 기판이 다른 기판에 비해 상대적으로 열팽창함으로써 최종적으로 정밀한 패턴정합이 얻어진다.

다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 제1도는 본 발명에 관한 액정표시장치의 일실시예를 나타낸 모식도이다. (A)에 나타낸 바와 같이, 본 액정표시장치는 서로 열팽창율이 다른 상하 1쌍의 기판(1),(2)을 소정의 간극을 개재하여 맞붙인 셀구조를 가진다. 본 예에서는, 양 기판은 열경화형 접착제로 이루어지는 시일재(3)에 의해 서로 접합되어 있다. 그리고, 이 대신하여 자외선경화와 열경화를 병용한 접착제 재료를 사용해도 된다. 상측 기판(1)은 비교적 큰 열팽창율을 가진 유리재료 등으로 구성되어 있고, 하측 기판(2)은 비교적 작은 열팽창율을 가진 석영재료 등으로 구성되어 있다. 양 기판(1),(2)의 내표면에는 서로 정합하는 소정의 패턴(4),(5)이 각각 형성되어 있다. 양 기판(1),(2)의 간극내에는 액정(6)이 들어 있다. 이러한 셀구조를 가진 액정표시장치의 구체예로서는, 예를 들면 액티브매트릭스형을 들 수 있다. 이 경우에는, 상측 기판(1)은 CF 기판으로 이루어지고, 상측 패턴(4)에는 블랙마스크 등이 포함된다. 한편, 하측 기판(2)은 TFT 기판으로 이루어지고, 하측패턴(5)에는 화소전극등이 포함된다. 단, 본 발명은 액티브매트릭스형 액정표시장치에 한정되는 것은 아니고, 기본적으로 열팽창율이 다른 1 쌍의 기판을 맞붙인 셀구조를 가지고, 각 기판의 내표면에는 서로 정합하는 소정의 패턴이 형성되어 있으면 적용가능하다.

(B)에 나타낸 바와 같이, 액티브매트릭스형 액정표시장치의 경우, 하측 기판(2)은 하측 패턴(5)으로서 매트릭스형으로 배열한 화소전극(7)을 포함한다. 이 화소전극(7)은 미리 설정된 치수대로 일정 피치 및 일정 면적으로 배열되어 있다. 한편, (C)에 나타낸 바와 같이, 상측 기판(1)의 표면에는 상측 패턴(4)으로서 블랙마스크(8)가 형성되어 있다. 이 블랙마스크(8)는 매트릭스형으로 배열한 개구(9)를 가지고 있다. 이 개구(9)는 미리 설정된 피치 및 면적보다 축소한 치수로 형성되어 있다. 즉, 개개의 개구(9)는 상측 기판(1)의 중심을 향하여 축소되어 모인 패턴형상으로 되어 있다.

다음에, 제2도를 참조하여 액정표시장치의 셀조립방법을 상세히 설명한다. 먼저, 공정 A 에서 최소한 한쪽의 기판의 주변에 시일재(3)를 인쇄도포한다. 본 예에서는, 하측 기판(2)의 내표면에 시일재(3)를 적용하고 있다. 이 단계에서는, 이미 상측 기판(1)의 내표면에는 제1도의 (C)에서 나타낸 패턴(4)이 형성되어 있다.

마찬가지로, 하측 기판(2)의 내표면에도 제1도의 (B)에 나타낸 패턴(5)이 형성되어 있다. 다음에, 공정 B 에서 양 기판(1),(2)을 서로 위치맞춤한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상측 패턴(4)은 하측 패턴(5)에 비하여 상대적으로 중심측으로 축소되어 있으므로, 양자는 정합하고 있지 않다. 양 패턴(4),(5)의 대응관계를 보조선(10)으로 나타내고 있다. 다음에, 공정 C 에서 가압가열처리를 행하여,시일재(3)를 경화시켜서 상하 1 쌍의 기판(1),(2)을 서로 맞붙인다. 도면은 가압가열상태에 있는 셀을 나타내고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상측기판(1)은 하측 기판(2)에 비하여 큰 열팽창율을 가지고 있다. 따라서, 상측 기판(1)은 상대적으로 중심에서 주변측으로 많이 팽창한다. 이 결과, 상측 기판(1)의 내표면에 형성된 상측 패턴(4)도 상대적으로 많이 팽창한다. 이 결과, 보조선(10)으로 나타낸 바와 같이, 상측 패턴(4)과 하측패턴(5)은 서로 정밀하게 정합한다. 이 정합상태를 유지한 채 시일재(3)는 경화하고, 이 기판(1),(2)은 서로 접합고정된다. 끝으로, 공정 D 에서 양 기판(1),(2)의 간극에 액정을 봉입한다. 이 단계에서는 셀은 상온으로 유지되어 있고, 상측 기판(1)은 하측 기판(2)에 대하여 상대적으로 수축한다. 그러나, 양 기판(1),(2)은 이미 시일재(3)에 의해 보다 강고히 접합고정되어 있다. 그 결과, 왜곡이 발생하여 셀은 약간 변형될 가능성도 있지만, 보조선(10)으로 나타낸바와 같이 상하패턴(4),(5)의 정합관계는 그대로 유지된다.

제3도는 제1도에 나타낸 액정표시장치의 다른 패턴 설계예를 나타낸 모식도이다. 대응하는 부분에는 대응하는 참조번호를 붙여서 이해를 용이하게 하도록 한다. 제1도의 예와 다른 점은, (A)에 나타낸 바와 같이 상측 기판(1)에 형성된 상측 패턴(4)을 설정치대로 형성하는 한편, (B)에 나타낸 바와 같이 하측 기판(2)의 하측 패턴(5)을 미리 중심에서 주변측으로 확대 형성하고 있다. 이와 같이 하면, 셀조립의 단계에서 가압가열처리를 행함으로써, 상측기판(1)이 하측 기판(2)에 비하여 상대적으로 많이 팽창하고, 상측 패턴(4)을 확대함으로써 최종적으로 하측 패턴(5)과 정합하도록 이루어진다.

끝으로, 제4도는 이상과 같이 하여 조립된 액티브매트릭스형 액정표시장치의 구조를 나타낸 모식적인 단면도이다. 도시한 바와 같이, 하측 기판(2)(TFT 기판)의 위에 매트릭스형으로 배열된 화소(11)가 형성되어 있다. 도면에서는 3 개의 화소만이 나타나 있다. 이 화소(11)는 화소전극(7)과 이것을 구동하는 박막트랜지스터(12) 등으로 구성되어 있다. 이 하측 기판(2)에 대하여 소정의 간극을 개재하여 상측 기판(1)(CF 기판)이 배치되어 있다. 상측 기판(1)의 내면에는 블랙마스크(8), 컬러필터(13), 대향전극(14)이 형성되어 있다. 컬러필터(13)는 RGB 3 원색의 세그멘트를 포함하고 있다. 양 기판(1),(2) 사이에는 예를 들면 트위스트네마틱배향된 액정(6)이 들어 있다. 블랙마스크(8)에는 화소전극(11)이 정합하는 개구(9)가 형성되어 있다. 셀조립이 끝난 단계에서는, 개개의 개구(9)는 대응하는 화소(11)에 대하여 정밀하게 정합하고 있다. 즉, 개구(9)는 화소전극(7)의 유효표시영역을 노출시키는 동시에, 비유효표시영역을 입사광선으로부터 차폐하고 있다. 이 비유효표시영역에는 TFT(12) 등이 포함된다. 블랙마스크(8)는 개구(9)를 통하여 유효표시영역에만 입사광을 조사하여 표시콘트라스트를 개선한다. 본 발명에 의하면, 개개의 개구(9)는 대응하는 화소전극(7)에 대하여 정밀하게 정합하고 있다. 따라서, 누광의 염려가 없고 높은 표시콘트라스트를 유지하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 서로 열팽창율이 다른 1 쌍의 기판을 소정의 간극을 개재하여 맞붙인 셀구조를 가지고, 각 기판의 내표면에는 서로정합하는 소정의 패턴이 형성되어 있고, 이 간극에는 액정이 들어 있는 액정표시장치에 있어서, 양 기판의 열팽창율의 상이에 따라서, 미리 한쪽의 패턴치수를 다른쪽의 패턴치수에 대하여 조정해서 설정하고 있다. 이러한 구성에 의해, 맞붙임가공 후에 있어서의 양 패턴의 위치어긋남을 방지할 수 있다. 예를 들면, 한쪽의 패턴을 블랙마스크로 하고, 다른 쪽의 패턴을 화소전극으로 한 경우, 양자는 서로 정밀하게 정합하여 누광을 방지할 수 있어서 높은 표시콘트라스트를 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 열팽창율이 다른 기판을 채용할 수 있고, 기판재료 선택범위가 확대되어 액정표시장치의 제조코스트 저감화에 기여할 수 있다.

제1도는 본 발명에 관한 액정표시장치의 실시예를 나타낸 모식도.

제2도는 제1도에 나타낸 액정표시장치의 제조공정도.

제3도는 제1도에 나타낸 실시예의 다른 패턴예를 나타낸 모식도.

제4도는 제1도에 나타낸 실시예의 상세단면도.

제5도는 종래의 액티브매트릭스형 액정표시장치를 나타낸 모식적인 사시도.

제6도는 액정표시장치의 일반적인 조립공정을 나타낸 설명도.

제7도는 종래의 액티브매트릭스형 액정표시장치의 부분확대단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 상측 기판, (2) : 하측 기판, (3) : 시일재, (4) : 상측 패턴,

(5) : 하측 패턴, (6) : 액정, (7) : 화소전극, (8) : 블랙마스크,

(9) : 개구.

Claims

서로 열팽창율이 다른 한 쌍의 기판을 소정의 간극을 개재하여 맞붙인 셀구조를 가지고, 상기 각 기판의 내표면에는 서로 정합하는 소정의 패턴이 형성되어 있고, 상기 간극에는 액정이 들어 있는 액정표시장치에 있어서,

상기 양 기판의 열팽창율의 차이에 따라서, 미리 한쪽의 패턴치수를 다른 쪽의 패턴치수에 대하여 조정해서 설정하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 열팽창율이 큰 쪽의 기판에 형성된 패턴을 미리 축소형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 열팽창율이 작은 쪽의 기판에 형성된 패턴을 미리 확대 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 열팽창율이 큰 쪽의 기판에는 블랙마스크패턴이 형성되어 있고, 열팽창율이 작은 쪽의 기판에는 화소전극패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 .
제1항에 있어서, 열팽창율이 큰 쪽의 기판은 유리로 이루어지고, 열팽창율이 작은 쪽의 기판은 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.