KR100377701B1

KR100377701B1 - 액정 소자의 제조 방법과 스페이서 부착 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR100377701B1
Application number: KR10-2000-0044050A
Authority: KR
Inventors: 히로세마사시; 시로따가쯔히로; 미야자끼다께시; 가시와자끼아끼오; 나까자와고이찌로; 야마시따요시히사
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 2000-07-29
Publication date: 2003-03-29
Also published as: EP1072932A2; KR20010049941A; EP1072932B1; DE60036668T2; DE60036668D1; EP1072932A3

Abstract

본원 발명은 스페이서를 통해 서로 대향하는 관계로 배치된 한 쌍의 기판과, 이들 기판 들 간의 공간에 보유된 액정을 포함하는 액정 소자 장치를 제조하기 위해, 한 쌍의 기판 중 어느 하나 상에 잉크젯 방식에 의해 스페이서 형성재(形成材)을 도포하여 스페이서를 형성하는 단계와, 스페이서가 한 쌍의 기판 간에 보유되도록 한 쌍의 기판을 서로에 대해 대향하는 관계로 배치하는 단계와, 한 쌍의 기판 간의 공간에 액정 화합물을 밀봉시키는 단계를 포함하는 방법에 대해 개시하고 있다.

Description

액정 소자의 제조 방법과 스페이서 부착 기판의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING LIQUID CRYSTAL ELEMENTAL DEVICE AND SPACER-BEARING SUBSTRATE}

본 발명은 컬러 텔레비젼과 퍼스널 컴퓨터 등의 사용에 적합한 액정 소자 장치의 제조 공정, 제조 공정에 의해 제조된 액정 소자 장치, 및 액정 소자 장치의 구성 부재인 기판에 관한 것이다.

퍼스널 컴퓨터, 특히 최근 수년 사이의 휴대용 퍼스널 컴퓨터의 발전에 따라 컬러 액정 디스플레이 장치에 대한 요구가 증가하는 추세이다. 그러나, 컬러 액정 디스플레이 장치를 보다 널리 공급하기 위해서 제조 비용을 줄일 필요가 있다.

액정 소자 장치의 종래의 제조 공정에서, TFT(Thin Film Transistor)와 같은 액정 구동용 소자 장치 또는 컬러 필터와 같은 컬러링(coloring)용 광학 소자 장치가 투명 절연 기판인 한 쌍의 유리 기판상에 제공되며, 다음으로 투명 전극 및 배향(orientation) 막 모두 각각의 기판에 형성된다. 실리카(silica), 알루미나(alumina), 또는 합성 수지 등으로 구성되며, 3 내지 10㎛의 입자 직경을 갖는 구형 또는 원통형 입자가 투명 전극 및 배향막이 형성되었던 유리 기판들 중의 하나의 전체 표면상에 스페이서로서 분산된다. 한 쌍의 유리 기판은 스페이서를 통해 서로 겹쳐져(superimpose) 있어서, 서로 대향하는 관계의 투명 전극으로 형성되며, 기판들 사이의 공간에 액정이 밀봉되어져서, 액정 소자 장치를 생성한다.

그러나, 투과(transmission)/차광(shading) 상태가 디스플레이 조건에 따른 유효(effective) 픽셀부에서 변화하기 때문에, 각 스페이서는 스페이서가 무색, 투명 재료로 형성되면 차광시 밝은 포인트로, 스페이서가 착색된 블랙이면 투과시 랙 포인트로 관측되며, 이것은 디스플레이 품질을 저하시키는 하는 문제를 일으켰다.

상기 문제를 해결하기 위해, 배향막에 배향 처리를 하고 그 후, 마스크를 통해 노광을 행하기 위해 감광성의 폴리이미드 또는 포토레지스트로 코팅 처리하여서, 일본 특허 출원 공개 번호 61-173221, 또는 일본 특허 출원 공개 번호 2-223922 등에 도시된 바와 같이 유효 픽셀부 이외의 다른 부분에 폴리이미드 또는 포토레지스트로 구성된 스페이서를 형성하는 처리가 제안되어왔다. 이 처리에 따라서, 스페이서는 임의의 밀도를 가지고 임의의 위치에서 형성되어서, 액정이 밀봉되어질 때 액정 소자 장치의 셀 갭(celll gap)의 균일성(unevenness)이 향상될 수 있다. 일본 특허 출원 공개 번호 3-94230에는 유효 픽셀부 이외의 다른 영역의 차광 층상에 비즈(bead)를 포함한 스페이서를 고정하기 위한 처리가 설명된다.

또한, 막 두께가 두꺼운 블랙 매트릭스들(black matrix)이 스페이서로 사용되고(일본 특허 출원 공개 번호 63-237032, 3-184022, 및 4-122914), 중첩된 착색 레지스트가 스페이서로 사용되고(일본 특허 출원 공개 번호 63-82405), 착색 패턴 또한, 스페이서로서 착색 패턴을 사용하는 블랙 매트릭스상에 형성되는(일본 특허 출원 공개 번호 63-237032) 방법이 제안되어왔다.

상기 공개에서 제안되어진 모든 향상된 방법들은 포토리소그래피를 이용하여서, 비용이 드는 노광 장치가 요구되고, 현상(development)과 같은 습식(wet) 처리의 도입으로 인해 생산 라인이 길어지는 문제가 수반되는 방법이다.

상기 향상된 방법에서, 배향막-배향막은 러빙(rubbing) 처리 등으로 배향 처리를 받은 폴리이미드 막으로 형성됨-에 감광성 폴리이미드 또는 포토레지스트를 직접 도포하여서, 노광 후에 용매 등으로 배향막의 불필요한 부분을 제거할 필요가 있다. 이들 단계는 어떠한 경우에 배향막의 배향 상태를 심각하게 오염시키거나 또는 파괴하여서, 액정 셀에 주입된 액정 배향이 균일하지 않게 만들어질 가능성이 있다.

비용을 증가시키지 않으면서, 상기 문제를 해결하고 디스플레이의 관점에서 유효 픽셀부 및 비-유효 픽셀부 둘 다에 대한 스페이서의 영향으로부터 자유로우며 디스플레이 품질에서 우수한 액정 소자 장치를 제조하기 위한 공정을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 목적은 후술되어질 본 발명에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따라서, 스페이서를 통해 서로 대향된 관계로 배치된 한 쌍의 기판들과, 그 기판들 사이의 공간에 보유된 액정을 포함하는 액정 소자 장치를 제조하기 위한 처리 방법이 제공된다. 처리 방법은 잉크젯 시스템에 의해 한 쌍의 기판 중의 하나에 스페이서 형성재를 공급하여 스페이서를 형성하는 단계와, 기판들 사이에 보유된 스페이서를 통해 서로 대향된 관계에 있는 한 쌍의 기판을 배치하는 단계와, 한 쌍의 기판 사이의 공간에 액정 화합물을 넣는 단계를 포함한다.

또한 본 발명에 따라서, 스페이서를 통해 서로 대향된 관계로 배치된 한 쌍의 기판과, 그 기판들 사이의 공간에 보유된 액정을 포함하는 액정 소자 장치를 제조하기 위한 처리 방법이 제공된다. 처리 방법은 한 쌍의 기판 중의 하나에, 쌓여질 스페이서 형성재를 수 회에 걸쳐 공급하여 스페이서를 형성하는 단계와, 그 기판들 사이에 보유된 스페이서로 서로 대향된 관계에 있는 한 쌍의 기판을 배치하는 단계와, 한 쌍의 기판들 사이의 공간에 액정 화합물을 밀봉하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따라서, 스페이서를 통해 서로 대향된 관계로 배치된 한 쌍의 기판과, 그 기판 사이의 공간에 보유된 액정을 포함하는 액정 소자 장치를 생산하기 위한 처리 방법이 더 제공된다. 처리 방법은 한 쌍의 기판 중의 하나에 스페이서 형성재를 공급하여 스페이서를 형성하는 단계와, 스페이서의 최상부를 평탄화하는 단계와, 그 기판들 사이에 보유된 스페이서를 통해 서로 대향된 관계에 있는 한 쌍의 기판을 배치하는 단계와, 한 쌍의 기판들 사이의 공간에 액정 혼합물을 밀봉하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따라서, 스페이서 부착 기판을 생산하기 위한 처리 방법이 더 공급되는데, 처리 방법은 기판 상에 착색층을 형성하는 단계와, 잉크젯 시스템에 의해 스페이서 형성재를 공급하여 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따라서, 스페이서 부착 기판을 생산하기 위한 처리 방법이 더 제공되는데, 처리 방법은 기판 상에 쌓여질 스페이서 형성재를 수 회에 걸쳐 공급하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따라서, 스페이서 부착 기판을 생산하기 위한 처리 방법이 더 공급되는데, 처리 방법은 기판 상에 스페이서 형성재로 구성된 스페이서를 형성하는 단계와, 스페이서의 최상부를 평탄화하는 단계를 포함한다.

도 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 및 1g는 본 발명의 실시예에 따른 액정 소자 장치의 제조 공정을 도시한 순서도.

도 2는 경화성 스페이서 형성재를 수 회 분사함으로써 스페이서를 형성하는 방법을 도시한 도.

도 3은 스페이서 타겟 모양의 일례를 도시한 도.

도 4는 스페이서를 연마하기 위한 연마 장치 구조를 도시한 도.

도 5는 스페이서의 다른 타겟 모양의 일례를 도시한 도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스페이서 부착(spacer-bearing) 기판을 도시한 개략적 단면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 소자 장치를 도시한 개략적인 단면도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 소자 장치를 도시한 개략적인 단면도.

도 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 및 9g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 소자 장치의 제조 공정을 도시한 순서도.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정 소자 장치를 도시한 개략적 단면도.

도 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 및 11f는 본 발명의 실시예에 따른 액정 소자 장치의 제조 공정을 도시한 순서도.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서 부착 기판을 도시한 개략적 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 투명 기판

2 : 블랙 매트릭스

3 : 착색층

4 : 보호층

5 : 투명 전극

6 : 배향막

8 : 잉크젯 헤드

9 : 스페이서 형성재

10 : 스페이서

20 : 스페이서 부착 기판

53 : 잉크-수용층

도 1a 내지 1g는 본 발명의 실시예에 따른 액정 소자 장치의 제조 공정의 스페이서 부착 기판의 형성 단계를 간략하게 도시한다. 이 실시예는 하나의 기판은 투명 기판 상에 공급된 착색층과 보호층을 갖는 컬러 필터로 구성되며, 스페이서는 이 기판상에 형성되는 경우이다. 도 1a 내지 1g에서, 참조 부호(1)은 투명 기판을, 참조 부호(2)는 블랙 매트릭스를, 참조 부호(3)은 착색층을, 참조 부호(4)는 보호층을, 참조 부호(5)는 투명 전극을, 참조 부호(6)은 배향막을, 참조 부호(8)은 잉크젯 헤드를, 참조 부호(9)는 고칠 수 있는 스페이서 형성재를, 참조 부호(10)은 스페이서를 가리킨다. 덧붙여 말하자면, 도 1a 내지 1g는 각각 다음 단계 (a) 내지 (g)에 해당하는 개략적 단면도이다.

다음 설명에서, 스페이서 형성재가 종래에 공지된 잉크젯 시스템에 따른 잉크의 위치에서 분사되는 시스템을 편의상 잉크젯 시스템으로 부르기로 한다. 스페이서 형성재는 경화한(curing) 이후에 스페이서로서 기능할 재료를 의미한다.

단계(a):

블랙 매트릭스(2)는 필요에 따라 투명 기판(1) 상에 형성된다. 본 발명의 투명 기판(1)용으로, 유리 쉬트가 일반적으로 사용된다. 그러나, 기판이 투명도와 역학적 강도와 같은 액정 소자 장치에서 요구되는 성질을 갖는 한, 기판은 유리 기판에 한하지는 않으므로, 플라스틱 기판 또한 사용될 수 있다.

블랙 매트릭스(2) 상에는 어떠한 특정 제한도 없어서, 임의의 공지된 블랙 매트릭스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스는 패턴 모양에서 투명 기판(1) 상에 형성된 Cr 또는 금속 옥사이드와 같은 금속 적층막을 에칭하거나, 또는 투명 기판(1) 상에 코팅된 블랙 수지를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.

단계 (b):

착색층(3)은 투명 기판상에 형성된 레드(R), 그린(G), 및 블루(B)의 착색 패턴으로 구성된다. 본 발명에서 착색층(3)을 형성하기 위한 처리에는 어떠한 특정 제한도 없어서, 임의의 공지된 기술이 사용될 수 있다. 그 처리 예는 안료(pigment)가 분산되어 온 광경화성(photosetting) 수지 조성물을 사용한 안료 분산 처리와, 기판상에 형성된 수지 막을 염료(dye)로 염색하는 것을 포함하는 염색 처리와, 기판을 충전시켜주는(energizing) 동안 전도성(electroconductive) 기판 상에 착색 조성물을 전착(electrodepositing)시키는 것을 포함하는 전착 처리를 포함하여서, 착색층과, 실질적으로 프린팅 기술을 도용하는 프린팅 처리와, 실질적으로 열 전도 기술을 도입하는 열 전도 처리를 형성한다. 3개의 착색 패턴으로 구성된 착색층이 단일 단계로 동시에 형성될 수 있는 잉크젯 시스템을 잘 이용한 처리가 비용 관점에서 희망된다.

스페이서(10)가 형성되어질 기판상에 착색층(3)을 항상 공급할 필요는 없으며, 액정을 채우는 한 쌍의 기판 중의 임의의 하나에 착색층을 공급하는 것이 필요할 뿐이다.

단계 (c):

보호층(4)이 필요에 따라 형성된다. 보호층(4)으로, 광(light) 조사, 가열 처리 또는 이들 조합에 의해 경화할 수 있는 수지 층이나, 또는 증기 피착 혹은 스퍼터링에 의해 형성된 무기(inorganic) 막이 사용될 수 있다. 그러나, 보호층이컬러 필터에 사용되기에 충분한 투명도를 가지며, 그 후의 ITO 막-형성 단계, 배향-막-형성 단계 등을 잘 견디는 한, 임의의 층 또는 막이 사용될 수 있다.

단계 (d):

투명 전도성 막(전극)(5)이 필요에 따라 형성된다. 투명 전기 전도 막(5)으로 스퍼터링 등에 의해 형성된 ITO 막이 일반적으로 사용된다. 그러나, 투명 전도성 막(5)으로 ITO 막에 특정되지 않으며, 투명 전도성 막의 형성 처리 또한, 어떠한 방식으로도 제한되지 않는다.

단계 (e):

배향막(6)은 필요에 따라 향상되어 형성된다. 배향막(6)을 형성하기 위한 처리 및 재료로 어떠한 특정의 제한도 없어서, 임의의 공지된 처리 및 재료가 사용될 수 있다. 배향막(6)은 또한, 임의의 공지된 방법을 향상시켜서, 적합한 러빙(rubbing) 처리를 받을 수 있다.

단계 (f):

기판은 착색층(3) 형성에 사용된 정렬 마크(alignment mark)(도시되지 않음)를 이용한 기판 정렬을 행하기 위해 스페이서-기입 기계로 셋팅되어서, 잉크젯 헤드를 사용함으로써 유효 픽셀부상으로 경화성 스페이서 형성재(9)을 분사한다.

경화성 스페이서 형성재(9)은 경화한 이후에 스페이서가 될 것이다. 이러한 재료로, 그 재료가 경화성 조합물을 함유하고 잉크젯 헤드를 사용하여 분사될 수 있고 사후 처리에 의해 경화될 수 있는 한, 임의의 재료가 사용될 수 있다. 경화성 스페이서 형성재(9)는 바람직하게는 후술될 모노머(monomer) 중의 하나인 호모폴리머(homopolymer), 또는 다른 비닐 모노머를 갖는 모노머인 공중합체(copolymer)를 포함하며, 이러한 중합체의 내용은 0.01 내지 30 중량%이며, 보다 바람직하게는 0.1 내지 15 중량 %를 특히 0.1 내지 10 중량%가 희망된다.

경화성 스페이서 형성재(9)에 함유된 중합체 또는 공중합체의 화합물인 모노머의 예는 N,N-디메틸올(dimethylol)-아크릴아미드(acrylamide), N,N-디메톡시메틸아크릴아미드, N,N-디에톡시-메틸아크릴아미드, N,N-디메틸올메타크릴아미드, N,N-디메톡시메틸메타크릴아미드, 및 N.N-디에톡시메틸-메타크릴아미드를 포함한다. 그러나, 모노머는 이에 한하지 않는다. 이들 모노머는 다른 비닐 모노머를 갖는 호모폴리머 또는 공중합체의 형태로 사용된다. 다른 비닐 모노머의 예는 아크릴 산과, 메타크릴 산과, 메틸 아크릴레이트 및 에틸 아크릴레이트와 같은 아크릴 에스테르와, 메틸 메타크릴레이트 및 에틸 메타크릴레이트와 같은 메타크릴 에스테르와, 하이드록시메틸 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 하이드록시메틸 아트릴레이트, 및 하이드록시에틸 아크릴레이트와 같은 하이드록실 그룹-함유 비닐 모노머와, 이에 더해서 스티렌(styrene), α-메틸스티렌, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 아크릴로나이트릴(acrylonitrile), 알리아민, 비닐아민, 비닐 아세테이트, 및 비닐 프로피오네이트(propionate)를 포함한다. 상기 모노머 대 다른 비닐 모노머의 중량(weight)의 %로 공중합체화(copolymerizing) 비율은 바람직하게는 100% : 0% 내지 5% : 95%이며, 특히 90% : 10% 내지 10% :90%가 희망된다.

경화성 스페이서 형성재가 광에 의해 경화될 때, 여러 종류의 광경화성 수지 및 광 중합화(photo polymerization) 개시자(initiator)는 경화성 스페이서 형성재에 더해질 수 있다. 또한, 다양한 종류의 상업적으로 이용가능한 수지 및 첨가물들이 다른 조합물에 더해질 수 있는데, 이들 수지 및 첨가물들이 경화성 스페이서 형성재에 크러스팅(crusting) 등의 문제를 일으키지 않는 한에서이다. 특히, 아크릴 수지 및 에폭시 수지 등이 바람직하게 사용된다.

상술된 각각의 조합물들은 경화성 스페이서 형성재를 준비하기 위해 물 및/또는 공지된 용액에 혼합되고 용해된다. 이 처리에서, 당해 분야에 공지된 것들이 사용될 수 있다. 희망적으로는 계면 활성제(surfactant)와 같은 첨가 용매 또는 첨가물이 기판 표면의 재료(이 실시예에서의 배향막(6))에 따라 더해지며, 기판 상에 스페이서(10)가 형성되어, 분사된 경화성 스페이서 형성재(9)에 의해 형성된 도트(dot) 반경을 제어하여서, 스페이서(10) 반경이 제어될 수 있다.

본 발명에서 사용된 잉크젯 시스템으로 에너지-발생 소자로서 전열 변환기를 이용한 버블-젯형 또는 압전 소자를 이용한 피에조-젯(piezo-zet)형이 사용될 수 있다. 경화성 스페이서 형성재(9)의 발포(shot-in) 양은 임의로 미리 조절될 수 있다. 경화성 스페이서 형성재(9)의 발포 위치 또한, 임의로 미리 조절될 수 있으나, 바람직하게는 블랙 매트릭스와 중첩하는 위치로 발포된다.

액정 소자 장치내의 셀 갭은 일반적으로, 2 내지 10㎛이다. 본 발명에서는 또한, 이 범위 내의 높이를 갖는 스페이서가 바람직하게는 형성된다.

기판의 도트 또는 라인 형성으로 분산된 복수의 스페이서를 갖는 액정 소자 장치의 제조시, 셀 갭을 고정하는 데 필요한 위치에서만 스페이서가 형성될 수 있다. 각 스페이서는 바람직하게는 실질적인 원통 모양으로 형성된다.

단계 (f)에서, 경화성 스페이서 형성재(9)가 스페이서(10)를 형성하기 위해 한 번 분사될 수 있다. 그러나, 경화성 스페이서 형성재(9)는 잉크젯 헤드(8)에 의해 기판상의 동일한 위치에 수 회에 걸쳐 분사될 수 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 중첩하여서 스페이서(10)를 형성한다. 그 이유는 경화성 스페이서 형성재(9)가 단 한 번 분사되면, 경화성 스페이서 형성재(9)는 배향막(6) 상에 퍼져서, 어떤 경우에 스페이서로서 요구된 높이를 달성할 수 없게 된다. 덧붙여 말하자면, 경화성 스페이서 형성재(9)가 상술된 바와 같은 동일 위치에 수 회에 걸쳐 분사되면, 후에 분사된 경화성 스페이서 형성재의 양이 줄어들거나 또는, 먼저 분사된 경화성 스페이서 형성재(9)가 어느 한계로 경화된 이후에 경화성 스페이서 형성재(9)가 그 위에 또 분사되어서, 스페이서에 필요한 높이를 훨신 쉽게 얻을 수 있다.

도 3은 스페이서 타겟 모양의 일례를 도시한 단면적 측면 높이이다. 바람직하게는 스페이서에 필요한 높이를 달성하는 관점으로부터, 나중에 분사된 스페이서 형성재의 양이 도 2에 도시된 바와 같이 더 적어서, 도 3에 도시된 사다리 모양과 같은 스페이서를 형성할 수 있다.

덧붙여 말하자면, 도 2에 도시된 실시예는 경화성 스페이서 형성재(9)가 기판 상의 동일 위치에 3회 분사되어서 스페이서(10)를 형성한 경우를 도시한다. 그러나, 본 발명은 3회의 분사에 한하지 않으며, 스페이서는 2회 분사나, 4회 또는 그 이상의 분사로 형성될 수 있다.

단계 (g):

경화성 스페이서 형성재(9)가 광 조사, 가열 처리, 또는 광 조사와 가열 처리 모두에 의해 경화되어, 스페이서(10)를 형성하여 본 발명에 따른 스페이서 부착 기판을 얻을 수 있다. 광 조사와 가열 처리는 당해 분야에 공지된 방법들 각각에 따라 수행된다.

스페이서가 특히 엄격한 편평성이 필요한 경우, 스페이서(10)의 표면은 하기의 단계 (h)에 따라 연마되고 평탄화될 수 있다. 이 경우, 연마 후에 남은 부스러기들은 다음의 단계(i)에서 세정된다.

단계 (h):

잉크젯 시스템(10)에 의해 형성된 스페이서(10)의 최상부 부분이 둥글다면, 대향 기판(11)이 압력하에서 스페이서(10)를 통해 스페이서 부착 기판(20)에 접합될 때, 대향 기판(11) (도 7을 본다)이 스페이서(10)의 최상면과 접촉하게 되어, 이 두 기판들 사이의 갭 길이를 제어하기가 곤란해진다. 또한, 압력이 국부적으로 가해지므로, 스페이서(10)는 이 두 기판들 사이의 갭 두께 불균일이 유발되도록 변형되기 쉽다. 그러므로, 스페이서(10)의 최상면은 단계 (h)에서 연마되어 평탄화될 필요가 있다. 스페이서(10)의 최상면이 평탄화되면, 압력이 균일하게 가해져서, 두 기판들 사이의 갭이 높은 정확도로 제어될 수 있어서, 디스플레이 불균일성을 거의 유발하지 않는 액정 디스플레이 장치를 제공한다. 또한, 스페이서(10)를 형성하는 스페이서 형성재의 발포량이 변화하는 경우에도, 스페이서(10)의 높이가 정확하게 제어될 수 있고, 수율이 향상될 수 있다.

스페이서(10)의 최상면을 평탄화하기 위해, 컷팅, 핫 프레싱(hot pressing), 테이프 연마 및 버핑(buffing)과 같은 방법이 고려되는 데, 버핑이 가장 적합하다. 부수적으로, 버핑은, 연마 기재의 표면상에 연마제가 제공되고, 연마 기재 재료가 그 축으로 회전하면서 연마될 부분이 기재 재료의 표면과 접촉되어, 그 부분의 표면이 연마되는 방법을 말한다.

도 4는 버핑(buffing)에 의해 스페이서(10)의 최상면을 평탄화하는 데 사용되는 연마 장치의 구조를 나타낸다.

연마 장치(10)는 흡인(suction)에 의해 스페이서 부착 기판을 보유하는 하부 홀딩부(holding port)(40)와, 하부 홀딩부(40)에 대향하는 상부 홀딩부(42)를 포함한다. 상부 홀딩부(42)의 하부 표면에, 연마 기재에 스며있는 미립 연마제를 갖는 연마 기재가 부착된다. 상부 홀딩부(42)는 연마 부재(44)가 스페이서(10)의 최상면에 접촉되는 상태에서 그 축으로 회전되어, 스페이서(10)의 최상면이 평탄하게 연마된다. 하부 홀딩부(40)는 회전하도록 구동되지 않으나, 상부 홀딩부(42)의 회전과 함께 회전된다.

연마 부재(44)에 사용된 연마 기재로서는, 짜여지지 않은 패브릭(unwoven fabric), 스웨이드(swede), 다공체와 같은 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 짜여지지 않은 패브릭이 사용된다.

연마제로서는 무기 산화물과 같은 것이 사용되는데, 주 성분으로서 알루미나를 포함한 연마제가 바람직하다. 그 입자 직경은 바람직하게 약 0.2 내지 0.3㎛이다.

도 5는 다른 예의 스페이서(10)의 타겟 모양을 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스페이서(10)의 최상면은 평균 면적이 10 내지 900㎛²이고, 바람직하게는 50 내지 500㎛²이고, 더 바람직하게는 70 내지 300㎛²이다. 표면 면적이 10㎛²보다 작으면, 스페이서(10)는 부서지기 쉬워져서, 어떤 경우에 있어서는 두 기판들 사이의 갭에 불균일성이 발생할 수 있다. 표면적이 900㎛²보다 크면, 이와 같은 스페이서는 어떤 경우에 차폐 영역으로부터 돌출할 수 있다. 스페이서(10)의 높이는 사용되는 액정 재료에 따라 변화한다. 그러나, TN 액정의 경우, 스페이서(10)의 최상면은 높이 4 내지 5.5㎛를 제공하도록 바람직하게 연마된다. 상기 수치들은 광학 현미경으로 관측될 수 있다.

단계 (i):

연마제 등에 의한 부수러기를 제거하기 위해 단계 (h)에서 연마된 스페이서(10)를 포함하는 스페이서 부착 기판(20)이 초음파 세정된다. 초음파 세정은, 예를 들어, 스페이서 부착 기판(20)을 초음파 세정조(clean bath)에 담그고, 250W, 100KHz의 초음파를 1분 동안 인가함으로써 수행된다.

배향막(6)은 항상 스페이서(10)를 형성하기 전에 제공될 필요는 없고, 도 6에 도시된 바와 같이 스페이서(10)의 형성 후에 제공될 수도 있다.

본 발명은 스페이서 형성재를 분사하기 위해 사용되는 에너지로서 열 에너지를 사용하는 잉크젯 시스템으로 만들어져서, 스페이서의 고밀도 형성이 달성될 수 있다.

전형적인 구조와 그 기본 원리는 바람직하게 미국 특허 번호 4,723,129호와4,740,796호에 기재되어 있다. 이 시스템은 소위 온-디멘드(on-demand)형이나 연속 형에도 응용될 수 있다. 그러나, 온-디멘드형이 특히 효과적인데, 그 이유는 기록 정보에 응답하고 막의 비등점(boiling) 이상으로 빠른 온도 상승을 주는 적어도 하나의 구동 신호가 액체(잉크)가 유지되는 시트나 액로에 대향하여 배치된 전열 변환기에 인가되기 때문이며, 이로써 전열 변환기에 의해 열 에너지가 생성되어 기록 헤드의 열 지속 표면상에서 막의 비등을 유발하여, 결과적으로 구동 신호에 대응하여 1 대 1의 관계로 액체(잉크) 내에 기포(bubble)가 형성될 수 있다. 기포의 성장 및 수축에 의해 액체(잉크)가 분출구를 통해 분사되어 적어도 하나의 액적(droplet)을 형성한다. 기포의 성장 및 축소가 지연없이 적합하게 수행되므로, 구동 신호는 펄스 형태로 인가되는 것이 더 바람직하고, 이로써 액체(잉크)가 특히 응답성이 매우 우수하게 분사될 수 있다.

펄스 형태의 구동 신호에 대해서는, 미국 특허 번호 4,463,359호와 4,345,262호에 기재된 것들이 적합하다. 부수적으로, 열 지속 표면의 온도 상승율에 관한 발명인 미국 특허 4,313,124호에 기재된 조건들이 채택되는 경우, 보다 더 우수한 기록이 수행될 수 있다.

기록 헤드의 구조에 대해서는, 상술한 미국 특허들(선형 액로나 직각 액로)에 개시된 분사 구멍, 액로, 및 전열 변환기의 조합으로 구성된 구조 이외에도, 열 지속 표면이 굴곡된 영역에 배치되는 미국 특허 번호 4,558,333호와 4,459,600호에 개시된 구조가 본 발명에 포함될 수도 있다. 또한, 복수개의 전열 변환기들에 공통인 슬롯이 전열 변환기의 분출부로서 사용되는 구조를 개시하고 있는 일본 공개특허 번호 59-123670호에 개시된 구조나, 열 에너지의 압력파를 흡수하는 개구가 분출부에 대향하여 배치되는 구조를 개시하는 일본 공개 특허 번호 59-138461호에 개시된 구조도 포함될 수 있다.

또한, 기록 장치에 의한 기록이 수행되는 최대 기록 매체의 폭에 대응하는 길이를 갖는 풀-라인형 기록 헤드는 상술한 미국 특허들에 개시된 것과 같은 복수개의 기록 헤드들의 조합이나 또는 통합적으로 형성된 하나의 기록 헤드 구조 중 어느 하나로 만들어질 수 있다.

그 후, 독립적으로 제조된, 스페이서 부착 기판과 대향 기판이 밀봉제에 의해 적층되어 셀을 만들고, 액정이 셀 내에 밀봉되어, 이로써 본 발명에 따른 액정 소자 장치가 만들어진다.

본 발명에 따른 액정 소자 장치는 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 도 7은 도 1g에 도시된 본 발명에 따른 스페이서 부착 기판을 사용하여 제조된 일례의 액정 소자 장치를 나타내는 개략도이다. 도 8은 도 6에 도시된 본 발명에 따른 스페이서 부착 기판을 사용하여 제조된 일례의 액정 소자 장치를 나타낸다. 도 7 및 도 8에서, 참조 부호 11은 대향 기판을 나타내고, 12는 픽셀 전극들을 나타내고, 13은 배향막을 나타내고, 14는 액정을 나타낸다. 이 액정 소자 장치들은 TFT(thin film transistor)가 모든 픽셀들에 대해 배치되는 액티브 매트릭스형 (소위 TFT형)액정 소자 장치의 일례들이다.

컬러 디스플레이를 위한 액정 소자 장치들은 일반적으로 컬러 필터측의 기판(1)과 대향 기판(11)을 결합하고, 이 두 기판들 사이의 공간에 액정(14)을 밀봉함으로써 형성된다. 대향 기판(11) 내에는, TFT들(도시되지 않음)과 투명 픽셀 전극들(12)이 매트릭스 형태로 형성된다. 투명 기판(1)내에는, 컬러 필터의 착색층(3)이 제공되는데, R, G, B의 착색부들이 픽셀 전극들(12)에 대향하는 위치들에 배치된다. 투명 전도성 막(공통 전극)(6)은 착색층의 전면상에 형성된다. 블랙 매트릭스(2)는 일반적으로 컬러 필터측상에 형성되지만, 액정 소자 장치의 대향 기판(11)측상에 어레이형의 BM으로 형성된다. 배향막들(6, 13)이 두 기판들 내에 각각 더 형성된다. 이 막들이 러빙 처리를 받음으로써, 액정 분자들은 보유된 방향으로 정렬되거나 배향될 수 있다. 이 기판들은 스페이서(10)를 통해 서로에 대향하도록 배치되고 밀봉제(도시되지 않음)로 적층된다. 액정(14)은 이 두 기판들 사이의 공간에 채워진다. 액정으로서는, 임의의 통상적으로 사용되는 TN형 액정, 강유전성 액정 등이 사용될 수 있다.

액정 소자 장치가 투과형인 경우, 편광 플레이트들이 두 기판들의 외측들에 배치되고, 통상적으로 형광 램프와 산란 플레이트의 조합으로 구성된 백라이트가 사용되고, 액정 소자 장치가 반사형인 경우에는 편광 플레이트가 투명 기판(1)의 외부에 배치된다. 각 경우에, 액정(14)은 광 투과도를 변화시키기 위한 광학 셔터로서 기능하여, 디스플레이를 수행한다.

비록 TFT형 액정 소자 장치들이 상기 실시예들에서 설명되었으나, 본 발명은 단순 매트릭스형과 같은 다른 구동형들의 액정 소자 장치들에도 바람직하게 응용될 수 있다. 본 발명에 따른 액정 소자 장치들은 직시형이나 투사형 모두에 적합하게 사용된다.

다른 실시예에 따른 스페이서 형성재가 이하에서 설명될 것이다.

스페이서 형성재로서는, 비즈들이 접착제에 분산되어 있는 비즈 함유 스페이서 형성재가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 비즈 함유 스페이서 형성재는 컬러 필터에 도포된 다음 접착제를 경화하여 비즈들을 컬러 필터에 고정시킴으로써 스페이서(10)로 형성된다.

본 발명에 따른 비즈 함유 스페이서 형성재로서는, 스페이서 형성재 내의 비즈들의 침전이나 유동을 방지하기 위한 관점에서 비즈들의 비중 대 접착제의 비중이 0.9 대 1.1이고, 더 바람직하게는 0.95 대 1.05이다.

본 발명에 따른 비즈 함유 스페이서 형성재 내에 함유된 비즈들로는, 결과적인 액정 소자 장치 내의 셀 갭을 유지한다는 관점에서 0.8㎛ 내지 10㎛인 것 바람직하게 사용되고, 이들은 바람직하게 0.1 내지 50%의 중량비로, 더 바람직하게는 1 내지 30%의 중량비로 스페이서 형성재 내에 함유된다. 또한, 접착제의 점성은 스페이서 형성재의 성공적인 분사의 관점에서, 25℃에서 바람직하게 2 내지 100cp로 조절되고, 더 바람직하게는 3 내지 50 cp로 조절된다.

본 발명에 따른 비즈 함유 스페이서 형성재 내에 함유된 비즈들로는, 유리, 실리카 및 금속 산화물들(MgO, Al₂O₃등)과 같은 무기 화합물들, 및 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 나일론, 실리콘 수지들과 같은 플라스틱으로 된 다공체들(porous bodies), 비-다공체들, 및 공체들(hollow bodies)이 사용될 수 있다. 특히, 다공성 재료의 비즈들이 적합하게 선택되어, 비중 조절을 수행한다.

본 발명에 따른 비즈 함유 스페이서 형성재에 사용된 접착제는, 비즈들을 고정하기 위해 컬러 필터 상에 도포되고, 광 조사, 가열 처리 또는 그 조합에 의해 경화성 수지 화합물이 바람직하게 사용된다. 구체적으로, 상술한 경화성 스페이서 형성재가 사용될 수 있다.

비즈 함유 스페이서 형성재의 도포에 사용되는 잉크젯 시스템으로는, 압전 소자를 사용하는 피에조-형 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 비즈 함유 스페이서 형성재의 발포 위치 및 발포량은 임의적으로 미리 설정될 수 있다.

스페이서 형성재(9)로는, 광 조사나 가열 처리에 의해 경화성 중합체, 공중합체 또는 모노머 성분을 함유하고, 용매 성분의 중량이 50% 이상이 아닌 고농도로 준비된 재료가 사용될 수 있다. 스페이서 형성재(9) 에 함유된 용매 성분은 감소되어 상술한 고농도의 재료가 준비되고, 이로써 스페이서 형성재를 컬러 필터상에 도포하면 스페이서에 필요한 충분한 높이의 액적이 만들어질 수 있고, 충분한 높이를 갖는 스페이서가 좁은 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 원하는 높이를 갖는 스페이서가 좁은 폭의 블랙 매트릭스(2) 상에만 용이하게 선태적으로 형성될 수 있다.

용매 성분의 조성은 중량이 30%보다 높지 않아야 하고, 더 바람직하게는 중량이 20% 이상을 넘지 않아야 하며, 중량이 5% 이하로 감소되지 않는 것이 바람직하다.

스페이서 형성재(9)에 함유된 특정 성분은 아크릴 수지, 에폭시 수지 등을 포함한다. 그러나, 잉크젯 시스템에 의한 분사능(ejectability)을 고려하면 스페이서 형성재의 점성이 너무 높아지지 않도록 하는 성분이 바람직하고, 광 조사나 가열 처리에 의해 경화성 모노머나 올리고머(oligomer) 재료가 바람직하다. 특히, 적어도 두개의 에틸렌계 불포화 결합을 갖는 모노머나 올리고머와, 적어도 두개의 글리시딜 그룹들을 갖는 모노머나 올리고머 등이 포함된다. 그러나, 이러한 성분들은 상술한 것들로만 국한되지 않는다.

스페이서 형성재가 광에 의해 경화되는 경우, 여러 가지 종류의 광경화성 수지들과 중합화 개시자들이 스페이서 형성재 내에 첨가될 수 있다. 또한, 스페이서 형성재 내에서 크러스팅(crusting)등의 문제를 유발하지 않는 한, 여러 가지 종류의 상용 수지들과 첨가제들이 다른 성분들로서 첨가될 수 있다.

상술한 각각의 성분들은 스페이서 형성재(9)을 준비할 때 물이나 공지된 용매에 혼합되고 용해된다. 이 공정에 있어서 당해 분야에 공지된 것들이 사용될 수 있다. 바람직하게, 첨가 용매나 계면 활성제와 같은 첨가제가, 스페이서가 형성되는 표면의 재료에 따라 첨가되어, 분사된 스페이서 형성재(9)에 의해 형성된 도트의 직경을 제어함으로써, 스페이서(10)의 직경이 제어될 수 있다.

잉크젯 시스템에 의해 컬러 필터의 착색층이 형성되는 스페이서를 포함한 컬러 필터의 제조 공정의 바람직한 실시예가 도 9a 내지 도 9g를 참조하여 이하에서 설명된다.

부수적으로, 도 9a 내지 도 9g는 하기의 단계들 (a) 내지 (g)에 각각 해당한다.

단계 (a):

블랙 매트릭스(2)는 투명 기판(1)상의 구멍을 갖는 차광층으로서 형성되고, 수지 화합물로 구성된 잉크-수용층(53)이 그 전면상에 형성된다.

잉크-수용층(53)은 광 조사나 가열 처리 또는 광 조사와 가열 처리 모두에 의해 경화성 수지 화합물로 구성되고 잉크 흡수력을 갖는다. 특히 바람직하게는, 잉크-수용층(53)은 감광성 수지로 형성되고, 그 잉크 흡수력은 광 조사에 의해 증가되거나 감소되어, 하기에 설명될 패터닝 노광에 의해 인접한 착색부들(56) 간에 비착색부들(55)을 형성함으로써, 컬러 혼합을 방지한다. 이러한 감광성 수지 화합물로서는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 아미드 수지, 페놀 수지, 폴리스틸렌 수지 등이 필요에 따라 광-개시자 (교차결합제)와 조합되어 사용된다. 본 실시예에서는 잉크 흡수력은 광 조사에 의해 낮아지는 네가티브형의 감광성 수지 화합물이 사용된다.

감광성 수지 화합물은 스핀 코팅, 딥 코팅(dip coating), 롤 코팅(roll coating), 바 코팅(bar coating), 또는 슬릿 코팅과 같은 공지된 수단에 의해 도포되고, 필요에 따라 프리베이킹되어 잉크-수용층(53)을 형성한다.

부수적으로, 잉크-수용층(53)은 바람직하게 잉크 흡수력이 광 조사에 의해 증가되거나 감소되고, 동시에 잉크에 의한 습윤성(wettability)도 증가되거나 감소된다.

단계 (b):

패터닝 노광은 포토마스크(54)를 통해 수행되어 높은 잉크 흡수력을 갖는 착색부들(56)과, 착색부들(56)에 비해 잉크 흡수력이 더 낮아지는(또는 잉크 흡수력이상실되는) 비착색부들(55)을 형성한다. 본 실시예에서, 잉크-수용층(53)의 감광성은 네가티브이고, 이 경우, 착색부들(59)을 블랙 매트릭스(2)의 구멍보다 더 크게 형성하여 블랙 매트릭스(2)의 구멍 부분들에서의 컬러 스킵을 방지하기 위한 관점에서, 비착색부들(55) 각각의 폭이 블랙 매트릭스(2)의 폭보다 좁아지는 구멍(opening) 패턴을 갖는 포토마스크가 바람직하게 사용된다.

잉크-수용층(53)의 감광성이 포지티브인 경우, 블랙 매트릭스(2)는 후면으로부터 노광을 수행하기 위한 포토마스크로서 사용되어, 패터닝 노광이 임의의 포토마스크를 사용하지 않고서 수행될 수 있다.

단계 (c):

R(레드), G(그린), B(블루)의 컬러 잉크들(58)은 잉크젯 헤드(57)를 사용하여 상기 착색 패턴에 따라 잉크-수용층의 착색부들(56)에 도포된다. 본 실시예에서는, 잉크 흡수력이 낮은 (또는 없는) 비착색부들(55)은 인접한 착색부들 사이에 개재되어, 착색부들(56)로부터 각각의 잉크들이 오버플로우(overflow)되는 것이 비착색부들(55)에 의해 저지되어, 인접한 착색부들(56) 간의 혼색이 방지된다.

본 발명에서 사용된 컬러 잉크들로는, 염료 잉크들과 안료 잉크들이 모두 사용될 수 있고, 잉크젯 시스템에 의해 분사될 수 있는 한 임의의 잉크들도 사용될 수 있다.

본 발명에 사용된 잉크젯 시스템으로는, 전열 변환기를 에너지 발생 소자로서 사용하는 버블-젯형이나, 압전 소자를 사용하는 피에조-젯형 등이 사용될 수 있다. 착색 영역과 착색 패턴은 임의적으로 미리 설정될 수 있다.

단계 (d):

컬러 잉크(58)가 각각의 착색부(56)에서 흡수되어 충분히 확산된 후에, 잉크 수용층에 대해 필요에 따라 건조 처리를 행하고, 잉크 수용층의 표면 전체에 대해서는 잉크 수용층 전체를 경화시키는 데 필요한 광 조사 및/또는 가열 처리 등을 행함으로써 비착색부(55)와 착색부(59)로 이루어진 착색층이 형성된다.

단계 (e):

필요에 따라 보호층(4)을 형성한 후에, 액정을 구동시키는 전극이 될 투명 전도성막(5)을 형성한다.

투명 전도성막(5)으로서는, 일반적으로 ITO(산화 인듐 주석)을 사용한다. 이러한 막은 스퍼터링 등에 의해 형성될 수 있다.

단계 (f):

스페이서 형성재(9)을 잉크젯 헤드(8)에 의해 바람직하게는 블랙 매트릭스(2)와 중첩하는 영역에 부분적으로 도포한다.

단계 (g):

스페이서 형성재(9)에 대해 광 조사나 가열 처리, 또는 광 조사 및 가열 처리 모두 등의 필요한 처리를 행해 스페이서 형성재(9)을 경화시킴으로써 본 발명에 따른 스페이서 부착 컬러 필터를 얻을 수 있다. 광 조사 및 가열 처리는 본 기술 분야에서 잘 알려져 있는 여러 방법에 따라 실시된다.

도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서 부착 컬러 필터의 제조 공정의 단계를 도시한 것이다. 도 11a 내지 도 11f에서는 도 9a 내지 도 9g와 동일 부재에 대해서는 동일한 부호를 병기함으로써 그에 대한 설명은 생략하기로 한다. 도 11a 내지 도 11f에서, 참조 부호(32)는 블랙 매트릭스를, 참조 부호(57)는 잉크젯 헤드를, 참조 부호(38)는 경화성 컬러 잉크를, 참조 부호(39)는 착색부를 나타낸다. 또한, 도 11a 내지 도 11f는 이하의 단계 (a) 내지 (f) 각각에 대응한다.

단계 (a):

투명 기판(1) 상에 블랙 수지 조성물로 구멍을 갖는 블랙 매트릭스(32)를 형성한다. 블랙 매트릭스(32)는 착색부(39)를 형성하는 데 사용되는 경화성 컬러 잉크들 간에서의 혼색을 방지하기 위한 격벽으로서 작용한다.

이러한 블랙 수지 조성물으로서는, 감광성을 갖는 조성물이 바람직하다. 상세히 기술하자면, 필요에 따라 광-개시자(교차 결합제)와 결합된 아크릴 수지, 에폭시 수지, 아미드 수지, 페놀 수지, 또는 폴리스틸렌 수지 등을 사용하고, 사용 전에 이들과 함꼐 블랙 염료 또는 안료를 혼합한다.

투명 기판(1) 상에 스핀 코팅, 딥 코팅, 롤 코팅, 바 코팅, 또는 슬릿 코팅 등의 공지된 방법에 의해 감광성 블랙 수지 조성물을 도포한 후에, 필요에 따라 프리베이킹시킨 후, 패터닝 노광 및 현상을 행해 규정된 패턴을 갖는 블랙 매트릭스(32)를 얻는다.

단계 (b):

블랙 매트릭스(32)의 구멍에 경화성 컬러 잉크(38)를 도포한다. 경화성 컬러 잉크(38)로서는, 광 조사 또는 가열 처리 등의 에너지를 공급함으로써 경화가능한 수지를 포함하는 착색된 수지 조성물 및 R, G, B 컬러의 염료 또는 안료를 사용한다. 수지로서는, 멜라민 수지; 하이드록실기- 또는 카르복실기 함유 중합체 및 멜라민; 하이드록실기- 또는 카르복실기 함유 중합체 및 다관성(polyfunctional) 에폭시 화합물; 하이드록실기- 또는 카르복실기 함유 중합체 및 반응성 셀룰로오즈 화합물; 에폭시 수지 및 레졸 수지; 에폭시 수지 및 아민; 에폭시 수지 및 카르복실산 또는 산 안하이드라이드; 에폭시 화합물; 또는 네가티브 레지스트를 사용할 수 있다.

잉크젯 방식으로서는, 상기 실시예에서 컬러 잉크의 도포와 같이 에너지 발생 소자로서 전열 변환기를 사용하는 버블-젯형, 압전 소자를 이용하는 피에조-젯형 등을 사용할 수 있다. 착색 패턴은 임의로 서전에 설정될 수 있다.

단계 (c):

도포된 잉크에 대해 필요에 따라 건조 처리를 행한 후에, 경화성 컬러 잉크(38)를 경화시키는 데 필요한 광 조사 및/또는 가열 처리 등을 행함으로써 착색부(39)가 형성된다. 이 실시예에서는, 착색부(39)는 컬러 필터의 착색층에 대응한다.

단계 (d):

도 9e와 같이 필요에 따라 보호층(4)을 형성한 후, 투명 전도성막(5)을 형성한다.

단계 (e):

도 9f에서와 같이, 스페이서 형성재(9)를 잉크젯 헤드(8)에 의해 바람직하게는 블랙 매트릭스(2)와 중첩하는 영역에 부분적으로 도포한다.

단계 (f):

스페이서 형성재(9)에 대해 도 9g에서와 동일하게 스페이서 형성재(9)를 경화시키는 데 필요한 처리를 행함으로써 스페이서(10)가 형성되어 본 발명에 따른 스페이서 부착 컬러 필터가 얻어진다.

도 12는 비즈-함유 스페이서 형성재에 의해 스페이서(18)를 형성한 스페이서 부착 컬러 필터의 일례를 개략적으로 도시한 것이다. 이 스페이서(18)에 따르면, 투명 전도성막(5)에 접착제(16)에 의해 비즈(15)를 접착시킨다.

도 10은 본 발명에 따른 스페이서 부착 컬러 필터를 사용하는 액정 소자 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.

컬러 필터 상에 포지티브 또는 네가티브형 감광성 수지 조성물의 스페이서 형성재를 도포한 후, 너무 많이 도포된 스페이서 형성재에 대해서 패터닝 노광 및 현상 처리를 행함으로써 스페이서의 불필요한 부분을 제거시킬 수 있다. 이 공정에 따르면, 적당한 크기의 스페이서를 형성할 수 있다.

이하의 예에서 본 발명에 대해 보다 상세히 기술하기로 한다.

예 1:

유리 기판 상에 스퍼터링에 의해 0.1㎛ 두께의 금속 크롬막을 형성하고 포토레지스트를 사용하여 에칭함으로써 격자형 블랙 매트릭스를 얻었다. 그 후, 잉크젯 시스템에 의해 컬러 필터를 형성하는 공지의 방법을 이용하여 R, G, B의 착색 패턴으로 이루어진 착색층을 형성하였다. 그 위에 아크릴 수지로 이루어진 보호층을 스핀 코우터(coater)에 의해 형성하여 평탄화를 행하였다. 그 위에 스퍼터링에 의해 투명 전극으로서의 ITO막을 더 형성하고, 그 위에 폴리이미드로 이루어진 배향막을 다시 형성하였다. 도 1f에 도시된 바와 같이 잉크젯 헤드에 의해 블랙 매트릭스 상으로 이 기판에 경화가능하며 이하의 조성을 갖는 스페이서 형성재를 분사시켰다.

[경화성 스페이서 형성재의 조성]

공중합체 10 중량%

물 80 중량%

에틸렌 글리콜 10 중량%

상기 조성에서 사용된 공중합체는 N,N-디메틸올아크릴아미드와 메틸 메타크릴레이트(공중합화 비 = 40 : 60 중량)의 바이중합체이었다.

상기 준비한 기판을 15 분간 100℃, 다시 30 분간 200℃에서 가열시켜 경화성 스페이서 형성재를 경화시킴으로써 스페이서를 형성하였다.

스페이서가 형성된 기판과 대향 전극들이 형성된 기판을 밀봉제로 적층시켜 셀을 제조하였다. 이 셀 내에 액정을 충전시킴으로써 본 발명에 따른 액정 소자 장치가 얻어졌다. 이와 같이 하여 얻어진 액정 소자 장치는 직경이 6㎛인 스페이서가 분산되어 있는 종래의 액정 소자 장치에 비해 컬러 불규칙성이 적었고 콘트라스트가 우수하였다.

예 2:

유리 기판 상에 스퍼터링에 의해 0.1㎛ 두께의 금속 크롬막을 형성하고 포토레지스트를 사용하여 에칭함으로써 격자형 블랙 매트릭스를 얻었다. 그 후, 잉크젯 방식에 의해 컬러 필터를 형성하는 공지의 방법을 이용하여 R, G, B의 착색 패턴으로 이루어진 착색층을 형성하였다. 그 위에 아크릴 수지로 이루어진 보호층을 스핀 코우터에 의해 형성하여 평탄화를 행하였다. 그 위에 스퍼터링에 의해 투명 전극으로서의 ITO막을 더 형성하였다. 예 1에서와 동일한 방식으로 잉크젯 헤드에 의해 블랙 매트릭스 상으로 이 기판에 경화성이며 이하의 조성을 갖는 스페이서 형성재를 분사시켰다. 또한, 스페이서의 형성 후에 폴리이미드로 이루어진 배향막을 형성하였다.

[경화성 스페이서 형성재의 조성]

공중합체 10 중량%

물 80 중량%

에틸렌 글리콜 10 중량%

이 예에서는, 경화성 스페이서 형성재를 3회 분사시켜 스페이서를 형성하였다. 이 경우, 스페이서 형성재는 제1 분사 시에는 기판 상에 20ng의 양을 분사시켰고, 제2 분사 시에는 15ng의 양을, 제3 분사 시에는 10ng의 양을 분사시킴으로써 도 3에서 도시된 바와 같이 단면이 거의 사다리꼴형인 스페이서를 형성하였다.

상기 준비한 기판을 15 분간 100℃, 다시 30 분간 200℃에서 가열시켜 경화성 스페이서 형성재를 경화시킴으로써 스페이서를 형성하였다. 스페이서의 두께는 5㎛이었고 직경은 약 20㎛이었다.

예 3:

유리 기판 상에 스퍼터링에 의해 0.1㎛ 두께의 금속 크롬막을 형성하고 포토레지스트를 사용하여 에칭함으로써 격자형 블랙 매트릭스를 얻었다. 그 후, 잉크젯 방식에 의해 컬러 필터를 형성하는 공지의 방법을 이용하여 R, G, B의 착색 패턴으로 이루어진 착색층을 형성하였다. 그 위에 아크릴 수지로 이루어진 보호층을 스핀 코우터에 의해 형성하여 평탄화를 행하였다. 그 위에 스터링에 의해 투명 전극으로서의 ITO막을 더 형성하였다. 잉크젯 헤드에 의해 블랙 매트릭스의 각 소자에 대향하는 위치에서 이 기판에 이하의 조성을 갖는 스페이서 형성재를 분사시켰다. 이 예에서는, 예 1에서 사용한 잉크젯 헤드보다 많은 양의 스페이서 형성재를 분사시킬 수 있는 잉크젯 헤드를 사용하였다.

[경화성 스페이서 형성재의 조성]

공중합체 10 중량%

물 80 중량%

에틸렌 글리콜 10 중량%

이 후에 경화된 스페이서의 상부를 도 4에서 도시된 연마 장치를 사용하여 연마시킴으로써 상부면이 약 100μm²의 평균 면적을 갖는 플랫면으로 평탄화되었다. 스페이서의 높이는 5㎛로 조절되었다.

스페이서가 연마되어진 스페이서 부착 기판을 초음파 세정조에 담구어 1 분간 100㎑와 250W의 초음파를 인가함으로써 기판을 세정시켰다. 그 위에 배향막을 더 형성한 후 베이킹 및 러빙 처리를 행하였다.

예 4:

이하의 조성을 갖는 아크릴 테르중합체의 97 중량비와 에틸 셀로솔브에 용해된 트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트의 3 중량비를 포함하는 수지 조성물을 폭 20㎛와 길이 35㎛의 격자형 블랙 매트릭스(구멍 크기: 60㎛ × 150㎛)가 크롬으로 형성되어 있는 유리 기판 상에 2㎛의 막두께가 제공되도록 스핀 코팅에 의해 도포하고, 그 후에 20 분간 90℃에서 프리베이킹함으로써 잉크 수용층을 형성하였다.

[아크릴 테르중합체의 조성]

메틸 메타크릴레이트 50 중량비

하이드록시에틸 메타크릴레이트 30 중량비

N-메틸올아크릴아미드 20 중량비

잉크 수용층에 대해 블랙 매트릭스의 폭보다 협소한 폭의 스트라이프 구멍 각각을 갖는 포토마스크를 통해 블랙 매트릭스 상의 잉크 수용층의 일부에서 스트라이프 형태의 패터닝 노광을 행한 후, 120℃ 까지 가열된 핫 플레이트로 1 분간 가열 처리를 행하였다. R(레드), G(그린)및 B(블루) 컬러의 염료 잉크를 잉크젯 기록 장치에 의해 잉크 수용층의 비노출 부분에 도포함으로써 잉크 수용층이 연속 도트를 갖는 스트라이프 형태로 착색되었다. 잉크는 90℃에서 5 분간 건조시켰다. 이와 같이 하여 착색된 기판에 대해 200℃에서 60 분간 가열 처리를 행해 잉크 수용층 전체를 경화시킴으로써 착색층이 얻어졌다.

착색층 상에 2-팩형의 열경화성 수지 조성물(JSR사의 제품인 상표명 "SS6699G")을 1㎛의 막두께가 제공되도록 스핀 코팅하고 나서 90℃에서 30 분간 프리베이킹시켰다. 이와 같이 형성된 막을 250℃에서 60 분간 가열 처리를 행하여 보호층을 형성하였다. 다음에, 스퍼터링에 의해 ITO막을 1,500 Å 두께로 형성함으로써 컬러 필터가 얻어졌다.

스페이서 형성재 중의 비즈의 함유량이 10 중량%가 되도록 입자 직경이 5.5㎛인 비즈(디비닐벤젠-교차 결합된 폴리스틸렌; 비중: 1.02)를 N,N-디메틸올아크릴아미드와 메틸 메타크릴레이트(중량비 = 40 : 60)의 바이중합체의 10 중량%, 물 80 중량%, 에틸렌 글리콜의 10 중량%로 이루어진 접착제(비중: 0.98) 중에 분산시킴으로써 비즈-함유 스페이서 형성재를 준비하였다. 이 스페이서 형성재의 점성은 25℃에서 19 cp이었다. 비즈-함유 스페이서 형성재를 잉크젯 헤드에 의해 비즈가 블랙 매트릭스와 중첩하는 영역에 부분적으로 배열되도록 ITO막 상에 도포하였다. 비즈는 이 도포 단계에서는 스페이서 형성재 중에 균일하게 분산되어 블랙 매트릭스 상의 희망 위치에 도포되었다. 이와 같이 처리된 기판에 대해 150℃에서 20 분간 추가의 가열 처리를 행해 접착제를 경화시킴으로써 ITO막에 비즈가 접착되어 스페이서 부착 컬러 필터가 얻어졌다.

이와 같이 얻어진 스페이서 부착 컬러 필터를 사용하여 컬러 디스플레이용 액정 소자 장치를 제조하였다. 그 결과, 양호한 컬러 화상이 표시되었다.

예 5:

이하의 조성을 갖는 아크릴 테르중합체의 97 중량비와 에틸 셀로솔브에 용해된 트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트의 3 중량비를 포함하는 수지 조성물을 폭 20㎛와 길이 40㎛의 격자형 블랙 매트릭스(구멍 크기: 100㎛ × 300㎛)가 크롬으로 형성되어 있는 유리 기판 상에 2㎛의 막두께가 제공되도록 스핀 코팅에 의해 도포하고, 그 후에 20 분간 90℃에서 프리베이킹함으로써 잉크 수용층을 형성하였다.

[아크릴 테르중합체의 조성]

메틸 메타크릴레이트 50 중량비

하이드록시에틸 메타크릴레이트 30 중량비

N-메틸올아크릴아미드 20 중량비

잉크 수용층에 대해 블랙 매트릭스의 폭보다 협소한 폭의 스트라이프 구멍 각각을 갖는 포토마스크를 통해 블랙 매트릭스 상의 잉크 수용층의 일부에서 스트라이프 형태의 패터닝 노광을 행한 후, 120℃ 까지 가열된 핫 플레이트로 1 분간 가열 처리를 행하였다. R(레드), G(그린), 및 B(블루) 컬러의 염료 잉크를 잉크젯 기록 장치에 의해 잉크 수용층의 비노출 부분에 도포함으로써 잉크 수용층이 연속 도트를 갖는 스트라이프 형태로 착색되었다. 잉크는 90℃에서 5 분간 건조시켰다. 이와 같이 하여 착색된 기판에 대해 200℃에서 60 분간 가열 처리를 행해 잉크 수용층 전체를 경화시킴으로써 착색층이 얻어졌다.

착색층 상에 2-팩형의 열경화성 수지 조성물(JSR사의 제품인 상표명 "SS6699G")을 1㎛의 막두께가 제공되도록 스핀 코팅하고 나서 90℃에서 30 분간 프리베이킹시켰다. 이와 같이 형성된 막을 250℃에서 60 분간 가열 처리를 행하여 보호층을 형성하였다. 다음에, 스퍼터링에 의해 ITO막을 150㎚의 두께로 형성함으로써 컬러 필터가 얻어졌다.

블랙 매트릭스와 중첩하는 영역에서 이하의 조성을 갖는 스페이서 형성재를 이와 같이 하여 얻어진 컬러 필터 상에 위치마다 5 pl의 양으로 잉크젯 방식에 의해 도포하였다. 이와 같이 도포된 스페이서 형성재에 대해 가열 처리를 행해 경화시켰다.

[경화성 스페이서 형성재의 조성]

폴리프로필렌/글리콜 80 중량%

디글리사이딜 에테르 ("EX-920", Nagase 케미칼사 제품)

물 20 중량%

이와 같이 하여 얻어진 스페이서는 직경이 20㎛ 높이가 5㎛인 거의 원통형이었다.

이와 같이 하여 얻어진 스페이서 부착 컬러 필터를 사용하여 액정 소자 장치를 제조한 결과, 디스플레이에 대한 스페이서의 영향이 전혀 없어 양호한 디스플레이가 실현되었다.

Claims

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한 쌍의 기판을 스페이서를 통해 대향 배치하고, 상기 기판 사이에 액정을 개재하여 이루어진 액정 소자의 제조 방법에 있어서,

상기 한 쌍의 기판 중 한쪽 기판에 착색층을 형성하는 공정과,

상기 한 쌍의 기판 중 한쪽 기판상에 스페이서 형성재를 잉크젯 방식에 의해 도포하여 스페이서를 형성하는 스페이서 형성 공정과,

상기 한 쌍의 기판을, 상기 스페이서를 개재시켜 대향 배치하는 배치 공정과,

상기 한 쌍의 기판 사이에 액정 화합물을 밀봉시키는 밀봉 공정을 포함하며,

상기 스페이서 형성재는 접착제에 비즈(beads)를 분산한 것임을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 접착제의 비중에 대한 상기 비즈의 비중의 비는 0.9 내지 1.1인 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 비즈는 0.8 내지 10㎛의 입자 직경을 갖고, 상기 접착제는 25℃에서 2 내지 100 cp의 점성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
한 쌍의 기판을 스페이서를 통해 대향 배치하고, 상기 기판 사이에 액정을 개재하여 이루어진 액정 소자의 제조 방법에 있어서,

상기 한 쌍의 기판 중 한쪽 기판에 착색층을 형성하는 공정과,

상기 한 쌍의 기판 중 한쪽 기판상에 스페이서 형성재를 잉크젯 방식에 의해 도포하여 스페이서를 형성하는 스페이서 형성 공정과,

상기 한 쌍의 기판을, 상기 스페이서를 개재시켜 대향 배치하는 배치 공정과,

상기 한 쌍의 기판 사이에 액정 화합물을 밀봉시키는 밀봉 공정을 포함하며,

상기 스페이서 형성재는 광 또는 열에 의해 경화하는 경화 성분과 용매 성분을 포함하고, 상기 용매 성분의 함유량은 50 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
한 쌍의 기판을 스페이서를 통해 대향 배치하고, 상기 기판 사이에 액정을 개재하여 이루어진 액정 소자의 제조 방법에 있어서,

상기 한 쌍의 기판 중 한쪽 기판에 착색층을 형성하는 공정과,

상기 한 쌍의 기판 중 한쪽 기판상에 스페이서 형성재를 복수회 나누어 도포하되 잉크젯 방식에 의해 도포하여 스페이서를 형성하는 스페이서 형성 공정과,

상기 한 쌍의 기판을, 상기 스페이서를 개재시켜 대향 배치하는 배치 공정과,

상기 한 쌍의 기판 사이에 액정 화합물을 밀봉시키는 밀봉 공정을 포함하며,

상기 스페이서 형성재는 광 또는 열에 의해 경화하는 경화성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
제9항에 있어서, 상기 스페이서 형성재를 복수회 도포할 경우, 두번째와 그 이후에 도포되는 상기 스페이서 형성재의 양은 첫번째 도포되는 상기 스페이서 형성재의 양보다 적은 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
제9항에 있어서, 상기 스페이서 형성재를 복수회 도포할 경우, 이전에 도포된 상기 스페이서 형성재가 경화된 후에, 그 위에 다음의 스페이서 형성재를 도포하는 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
제9항에 있어서, 상기 스페이서가 상부에 형성된 상기 기판은 착색층을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
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한 쌍의 기판을 스페이서를 통해 대향 배치하고, 상기 기판 사이에 액정을 개재하여 이루어진 액정 소자의 제조 방법에 있어서,

상기 한 쌍의 기판 중 한쪽 기판에 착색층을 형성하는 공정과,

상기 한 쌍의 기판 중 한쪽 기판상에 스페이서 형성재를 잉크젯 방식에 의해 도포하여 스페이서를 형성하는 스페이서 형성 공정과,

상기 스페이서의 정상을 평탄화하는 평탄화 공정과,

상기 한 쌍의 기판을, 상기 스페이서를 사이에 두고 대향 배치하는 배치 공정과,

상기 한 쌍의 기판 사이에 액정 화합물을 밀봉하는 밀봉 공정을 포함하며,

상기 스페이서 형성재는 경화 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 스페이서가 상부에 형성된 기판은 착색층을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 소자의 제조 방법.
삭제
스페이서 부착 기판의 제조 방법에 있어서,

기판 상에 착색층을 형성하는 공정과,

스페이서 형성재를 잉크젯 방식에 의해 도포하여 스페이서를 형성하는 공정을 적어도 포함하며,

상기 스페이서 형성재는 접착제에 비즈를 분산한 것임을 특징으로 하는 스페이서 부착 기판의 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 접착제의 비중에 대한 상기 비즈의 비중의 비는 0.9 내지 1.1인 것을 특징으로 하는 스페이서 부착 기판의 제조 방법.
스페이서 부착 기판의 제조 방법에 있어서,

기판 상에 스페이서 형성재를 잉크젯 방식에 의해 도포하여 스페이서를 형성하는 공정을 적어도 포함하되,

상기 스페이서 형성재는 광 또는 열에 의해 경화하는 경화 성분과 용매 성분을 가지며, 상기 용매 성분의 함유량이 50중량 ％이하인 것을 특징으로 하는 스페이서 부착 기판의 제조 방법.
스페이서 부착 기판의 제조 방법에 있어서,

기판 상에 스페이서 형성재를 잉크젯 방식에 의해 복수회 나누어 도포하여 스페이서를 형성하는 공정을 적어도 포함하되,

상기 스페이서 형성재는 경화 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 스페이서 부착 기판의 제조 방법.
스페이서 부착 기판의 제조 방법에 있어서,

기판 상에 스페이서 형성재를 잉크젯 방식에 의해 도포하여 스페이서를 형성하는 공정과,

상기 스페이서의 정상부를 평탄화하는 평탄화 공정을 포함하되,

상기 스페이서 형성재는 경화 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 스페이서 부착 기판의 제조 방법.
제21항에 있어서, 상기 스페이서가 상부에 형성된 기판은 착색층을 갖는 것을 특징으로 하는 스페이서 부착 기판의 제조 방법.
삭제