KR100475162B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉크젯 방식을 이용하여 적정한 셀갭을 유지시킬 수 있도록 스페이서의 높이를 높게 형성시킬 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정표시장치는 공통전극이 형성된 상판과, 화소전극 및 박막트랜지스터가 형성된 하판을 구비하는 액정표시장치에 있어서; 상기 상판과 하판 사이의 갭을 유지시키기 위해 상기 상판과 하판 중 적어도 어느 하나의 기판 상에 분사되는 스페이서와; 기판 상으로 상기 스페이서를 분사시키는 잉크젯과; 잉크젯으로부터 상기 스페이서를 분사시키면서 광을 조사하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display and Method of Fabricating the same}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 잉크젯 방식을 이용하여 적정한 셀갭을 유지시킬 수 있도록 스페이서의 높이를 높게 형성시킬 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시장치는 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 액티브 영역과 액티브 영역의 액정셀들을 구동하기 위한 구동회로들을 포함하게 된다.

도 1을 참조하면, 통상적인 액정표시장치는 상부기판(11) 상에 순차적으로 형성된 블랙매트릭스(20), 컬러필터(16), 공통전극(14) 및 배향막(12)으로 구성되는 상판과, 하부기판(1) 상에 순차적으로 형성된 TFT와, 화소전극(22) 및 배향막(10)으로 구성되는 하판과, 상판과 하판 사이에 형성된 스페이서(24)와, 상판 및 하판(24) 사이의 내부공간에 주입되는 액정(도시되지 않음)을 구비한다.

하판에서 TFT는 게이트라인(도시하지 않음)에서 돌출된 게이트전극(25), 데이터라인(도시하지 않음)에서 돌출된 소스전극(28) 및 접촉홀(23)을 통해 화소전극(22)에 접속된 드레인전극(30)을 구비한다. 또한, TFT는 게이트전극(25)과 소스전극(28) 및 드레인 전극(30)의 절연을 위한 게이트절연막(6)과, 게이트전극(25)에 공급되는 게이트전압에 의해 소스전극(28)과 드레인전극(30)간에 도통채널을 형성하기 위한 반도체층(26, 27)을 더 구비한다. 이러한 TFT는 게이트라인으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(22)에 공급한다. TFT를 통해 공급되는 데이터신호와 공통전극(14)에 공급되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 의해 액정이 회전하게 되며 액정의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다. 화소전극(22)은 데이터라인과 게이트라인에 의해 분할된 셀영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명전도성물질로 이루어진다. 화소전극(22)은 하부기판(1) 전면에 도포되는 보호막(8) 위에 형성되며, 보호막(8)에 형성된 접촉홀(23)을 통해 드레인전극(30)과 전기적으로 접속된다. 화소전극(22)이 형성된 하부기판(1) 상부에 배향막(10)을 도포한 후 러빙공정을 수행하여 하판이 완성된다.

상판은 상부기판(11) 상에 TFT 형성영역과 대응되는 블랙매트릭스(20)를 형성하여 컬러필터(16)가 형성될 셀영역을 마련한다. 블랙매트릭스(20)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다. 컬러필터(16)는 상기 블랙매트릭스(20)에 의해 분리된 영역에 형성된다. 컬러필터(16)는 특정파장의 광을 선택적으로 투과시킴으로써 R, G, B 색상을 구현한다. 공통전극(14)에는 액정의 움직임을 제어하기 위한 공통전압(Vcom)이 공급되며, 공통전극(14) 상에 배향막(12)을 도포한 후 러빙공정을 수행함으로써 상판이 완성된다.

이와 같이, 별도로 만들어진 상판과 하판 중 어느 하나의 기판에 분사노즐을 사용하여 구스페이서(24)를 산포한다. 이후, 상판과 하판을 정위치시켜 합착한 후 액정을 주입하여 봉지함으로써 액정표시장치를 완성한다.

구스페이서(24)는 액정셀의 셀갭(Cell Gap)을 균일하게 유지하기 위하여 고르게 분사되어야 한다. 그러나, 구스페이서(24) 산포방식은 구스페이서(24)를 균일하게 산포하지 못하므로 셀갭이 불균일하게 되어 화면에 얼룩이 발생하는 현상이 나타난다. 또한, 구스페이서(24) 사용시 액정표시장치의 외부에서 사용자가 화면에 압력을 가하게 되면 화면의 화질이 물결모양으로 어두워지는 리플현상이 발생한다. 이는 구스페이서(24)가 상판과 하판 사이에서 움직이기 때문이다.

이를 방지하기 위하여 특정 위치에 고정된 패턴 스페이서가 제안되었다.

도 2a 내지 도 2c는 패턴 스페이서의 제조방법을 나타내는 단면도로서 도 3과 결부하여 설명하기로 한다.

도 2a를 참조하면, 기판(40) 상에 스페이서 물질(42a)을 코팅한다.(S31) 여기서, 기판(40)은 공통전극(14)이 형성된 상판과 TFT가 형성된 하판 중 어느 하나이다.

스페이서 물질(42a)은 용매, 바인더, 모노머(monomer), 광개시제(photoinitiator)로 혼합된 물질로서, 스페이서 물질(42a)을 프리 베이킹(Pre-baking)하여 스페이서 물질(42a) 내의 용매를 제거하여 페이스트 상태로 만든다.(S32)

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이 스페이서 물질(42a) 상에 투과부(44a)와 차단부(44b)를 가지는 포토마스크(44)가 정렬된다. 이후, 자외선(UV)을 조사하면 투과부(44a)에 대응되는 스페이서 물질(42a)이 자외선에 노출된다.(S33)

도 2c에 도시된 바와 같이 스페이서 물질(42a)이 패터닝된다.(S34) 이는 스페이서 물질(42a)을 현상액으로 현상함으로써 가능하다. 이때, 자외선에 노광되지 않은 스페이서 물질(42a)은 제거되고, 자외선에 노광된 스페이서 물질(42b)은 남아있게 된다.

패터닝된 스페이서 물질(42a)을 소성하면 소정 높이를 가지는 스페이서(42)가 형성된다.(S35)

액정표시장치에서 셀갭을 유지시키기 위한 스페이서(42)는 전체 면적의 2% 정도를 차지하고 있다. 앞에 서술된 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 스페이서(42)를 형성하는 경우에는 코팅된 스페이서 물질(42a)의 95% 이상이 제거되므로 재료 활용율이 좋지 않을 뿐만 아니라, 5단계의 공정을 거치게 되므로 공정이 복잡한 문제점을 가지게 된다.

공정수를 줄이기 위하여 도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같이 잉크젯(Ink-Jet)을 이용한 스페이서 형성방법이 대두되었다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 기판(40)에서 스페이서(58)의 형성 위치에 대응하도록 잉크젯(50)을 정렬한 후, 스페이서(58)을 분사한다. 여기서, 기판(40)은 액정패널의 상판 또는 하판 중 적어도 어느 하나의 기판에 해당한다.

잉크젯 방식은 서멀(Thermal) 방식과 압력 차이에 의해 잉크가 노즐로부터 분사되는 피에조(Piezoelectric) 방식이 있으며, 피에조 방식이 주로 사용된다. 이 피에조 방식의 잉크젯(50)은 분사시키고자 하는 물질이 담긴 용기(52)와, 이 용기(52)로부터 물질을 외부로 분사시키기 위한 잉크젯 헤드(54)로 구성된다.

용기(52)에는 스페이서(58)가 채워지며, 잉크젯 헤드(54)에는 압전소자와 용기(52) 내에 포함된 스페이서(58)를 분사하는 노즐(nozzle ; 56)이 형성된다. 압전소자에 전압이 인가되면 물리적인 압력이 발생되어 용기(52)와 노즐(56) 사이의 유로가 수축, 이완을 반복하는 모세관 현상이 나타난다. 이 모세관 현상에 의해 스페이서(58)는 노즐(56)을 통해 분사된다.

스페이서(58)는 도 4b에 도시된 바와 같이 노즐(56)을 통해 분사된 후, 스페이서(58)는 도 4c와 같이 광원(60)에 의해 자외선에 노출되는 소성과정을 거치게 된다. 이에 따라, 스페이서(58)는 일정폭(W)과 높이(H)를 가지게 된다.

이렇게 잉크젯 방식으로 스페이서(58)를 형성하는 경우 스페이서(58)는 점도가 낮은 상태이므로 노즐(56)을 통해 기판으로 떨어지면서 중력을 받게 된다. 이에 따라, 스페이서(58)는 기판(40) 상에 넓게 퍼지게끔 되어 액정패널의 상판과 하판 사이의 갭을 유지시키기 위한 스페이서(58)의 최소한의 높이보다 낮게 형성된다. 이에 따라, 소성공정 후에도 원하는 셀갭의 높이에 해당하는 스페이서(24)의 높이를 얻지 못하게 된다. 적정한 셀갭을 유지하는 스페이서(58)의 높이를 얻지 못하게 되면 휘도, 콘트라스트를 제대로 얻지 못하게 되어 화질이 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 잉크젯 방식을 이용하여 적정한 셀갭을 유지시킬 수 있도록 스페이서의 높게 높이를 형성시킬 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치는 공통전극이 형성된 상판과, 화소전극 및 박막트랜지스터가 형성된 하판을 구비하는 액정표시장치에 있어서; 상기 상판과 하판 사이의 갭을 유지시키기 위해 상기 상판과 하판 중 적어도 어느 하나의 기판 상에 분사되는 스페이서와; 기판 상으로 상기 스페이서를 분사시키는 잉크젯과; 잉크젯으로부터 상기 스페이서를 분사시키면서 광을 조사하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 잉크젯은 스페이서가 담긴 용기와, 용기로부터 스페이서를 상기 기판으로 분사시키기 위한 노즐로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐이 상기 광에 노출되지 않도록 상기 노즐 주위에 설치되는 보호캡을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 상판과 하판을 구비하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서; 상판과 하판 중 적어도 어느 하나의 기판 상에 잉크젯을 정렬하는 단계와; 기판 상에 상기 잉크젯에 의해 스페이서가 분사되면서 스페이서에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스페이서를 소성시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 광은 자외선광인 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 5a 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치는 스페이서(76)를 드롭핑(dropping)하면서 동시에 큐어링(curing)한다. 다시 말하면, 잉크젯(80)으로부터 스페이서(76)를 분사하면서 광을 조사한다.

스페이서(76)는 잉크젯(80)의 노즐(84)을 통하여 기판(70) 상에 분사된다.

기판(70)은 액정패널의 상판 또는 하판을 말하며, 상판에는 상부기판 상에 블랙매트릭스, 컬러필터, 공통전극 및 배향막이 순착적으로 형성된다. 하판에는 하부기판 상에 TFT, 화소전극 및 배향막이 순차적으로 형성된다.

잉크젯(80)은 분사시키고자 하는 스페이서(76)가 담긴 용기(82)와, 용기(82)로부터 물질을 외부로 분사시키기 위한 잉크젯 헤드(84)로 구성된다. 잉크젯 헤드(84)에는 압전소자와 용기(82) 내에 포함된 물질을 분사하는 노즐(86)이 형성된다.

압전소자에 전압이 인가되면 물리적인 압력이 발생되어 용기(82)와 노즐(86) 사이의 유로가 수축, 이완을 반복하는 모세관 현상이 나타난다. 이 모세관 현상에 의한 힘에 의하여 스페이서(76)는 노즐(86)을 통해 분사된다.

이러한 원리로 작동되는 잉크젯(80)은 스페이서(24)가 형성되어야 할 위치에 대응되어 정렬된 후, 구동전압이 인가되면 스페이서(76)를 기판(70) 상으로 분사시킨다. 이와 동시에 기판(70)으로 떨어지는 도중에 광원(72)으로부터 자외선광이 스페이서(76)에 조사된다. 이에 따라, 스페이서(76)는 잉크젯(80)에서 점도가 낮은 페이스트 상태로 분사되지만 분사되면서 조사되는 광에 의해 약간 소성된다. 이에 따라, 스페이서(76)가 기판(70)에 안착될 때 스페이서(76)는 자외선광에 의해 점도가 증가되었으므로 스페이서(76)의 콘택트 앵글(contact angle, θ)이 증가하게 된다. 이후, 스페이서(76)는 도 5c에 도시된 바와 같이 광원(72)의 자외선광에 의해서 소성된다.

본 발명에서의 스페이서(76)는 도 6에 도시된 바와 같이 종래와 대비하여 종래보다 좁게 형성된 폭(W')과 높게 형성된 높이(H')를 가지게 된다. 다시 말하면, 스페이서(76)는 종래의 스페이서와 비교하여 넓게 퍼지지 않고 높이가 높아지게끔 형성된다. 즉, 콘택트 앵글(θ)은 스페이서(76)의 폭(W')과 높이(H')에 의존하므로 폭(W')이 작아지고 높이가(H')가 커지게 되면 콘택트 앵글(θ)이 커지게 된다.

한편, 잉크젯(80)의 노즐(86)이 자외선광에 노출되면 스페이서(76)가 방출되는 부위에서 스페이서(76)가 굳게 되어 노즐(86)이 막히는 클러깅(clogging) 현상이 나타나게 된다. 이를 방지하기 위하여 잉크젯(80)의 노즐(86) 주위에 보호캡(74)을 설치한다.

잉크젯(80)을 이용하여 상판 또는 하판 중 어느 하나의 기판(70) 상에 스페이서(76)를 형성한 후, 상판과 하판을 정위치시켜 합착한 후 액정을 주입하여 봉지함으로써 액정표시장치를 완성한다.

여기서, 스페이서(76)는 하판에서 개구부인 화소전극이 형성되지 않은 영역이나 TFT 영역 상에 형성된다. 상판에 스페이서가 형성되는 경우에는 블랙매트릭스와 대응되는 영역에 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 스페이서를 분사하면서 동시에 광을 조사한다. 이에 따라, 스페이서가 분사되면서 자외선광에 노출되므로 점도가 높아지게 되어 기판에 안착될 때 원하고자 하는 높이를 얻기에 유리하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법에 따르면 스페이서는 종래보다 폭은 좁으면서 더 높은 높이를 가지게 되며 적당한 셀갭 높이에 맞는 스페이서 높이를 가질 수 있게 됨과 아울러 종래에 문제시 되었던 휘도, 콘트라스트를 제대로 얻을 수 있으므로 화질을 향상시킬 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 스페이서를 분사시키는 드롭핑공정과 소성공정을 동시에 실시하므로 소성공정 시간을 단축시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

도 1은 종래의 액정표시장치를 나타내는 단면도.

도 2a 내지 도 2c는 종래의 패턴 스페이서의 제조방법을 나타내는 도면.

도 3은 도 2에 도시된 스페이서의 제조방법을 나타내는 순서도.

도4a 내지 도 4c는 종래의 잉크젯 방식을 이용한 스페이서의 제조방법을 나타내는 도면.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 잉크젯 방식을 이용한 액정표시장치의 제조방법을 나타내는 도면.

도 6은 도 5c에 도시된 스페이서의 콘택트 앵글을 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 하부기판 2 : 실런트

6 : 게이트절연막 8 : 보호막

10, 12 : 배향막 11 : 상부기판

14 : 공통전극 16 : 컬러필터

22 : 화소전극 23 : 접촉홀

24, 42, 58 : 스페이서 25 : 게이트전극

26, 27 : 반도체층 28 : 소스전극

30 : 드레인전극 50, 80 : 잉크젯

Claims (14)

1. 공통전극이 형성된 상판과, 화소전극 및 박막트랜지스터가 형성된 하판을 구비하는 액정표시장치에 있어서;

   상기 상판과 하판 사이의 갭을 유지시키기 위해 상기 상판과 하판 중 적어도 어느 하나의 기판 상에 분사되는 스페이서와;

   상기 기판 상으로 상기 스페이서를 분사시키는 잉크젯과;

   상기 잉크젯으로부터 상기 스페이서를 분사시키면서 광을 조사하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 잉크젯은

   상기 스페이서가 담긴 용기와,

   상기 용기로부터 스페이서를 상기 기판으로 분사시키기 위한 노즐로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 노즐이 상기 광에 노출되지 않도록 상기 노즐 주위에 설치되는 보호캡을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광은 자외선광인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 상판과 하판을 구비하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서;

   상기 상판과 하판 중 적어도 어느 하나의 기판 상에 잉크젯을 정렬하는 단계와;

   상기 기판 상에 상기 잉크젯에 의해 스페이서가 분사되면서 스페이서에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 스페이서를 소성시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 스페이서는 상기 잉크젯의 노즐을 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 잉크젯의 노즐 주위에 상기 광을 차단하기 위한 보호캡을 설치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 상판에는

   상부기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와,

   상기 블랙매트릭스에 의해 분리된 영역 상에 컬러필터를 형성하는 단계와,

   상기 컬러필터 상에 공통전극을 형성하는 단계와,

   상기 공통전극 상에 배향막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
10. 제 5 항에 있어서,

    상기 하판에는

    하부기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와,

    상기 박막트랜지스터를 덮도록 보호막을 형성하는 단계와,

    상기 박막트랜지스터와 전기적으로 접속되도록 상기 보호막 상에 화소전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 스페이서는 상기 블랙매트릭스와 대응되는 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 스페이서는 상기 화소전극 이외의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 스페이서는 상기 박막트랜지스터 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
14. 제 5 항에 있어서,

    상기 광은 자외선광인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.