KR100502806B1 - 액정표시장치및그제조방법 - Google Patents

Abstract

투명한 하부 절연 기판 위에 박막 트랜지스터가 형성되어 있고, 그 위에 배향막이 도포되어 있다. 하부 절연 기판에 대응하는 상부 절연 기판 위에는 컬러 필터가 형성되어 있고, 그 위에 공통 전극인 ITO층이 전면적으로 형성되어 있다. 그 위에 블랙 매트릭스가 컬러 필터의 사이에 위치하여 형성되어 있으며 그 위에는 배향막이 전면적으로 도포되어 있다. 이 때, 블랙 매트릭스는 0.5∼5.0μm의 높이를 가지며, 박막 트랜지스터 부분의 표면과 접촉하도록 형성되어 있다. 또한, 블랙 매트릭스는 1.0kg/cm² 이상의 강도를 가진 유기 고분자 감광제로 이루어져 있다. 상, 하부 기판 사이에는 액정이 주입되어 있다.

이와 같이, 얇은 셀 간격을 필요로 하는 액정 표시 장치에서 블랙 매트릭스의 높이를 조절하여 스페이서 대신 셀 간격을 형성, 유지하도록 함으로써, 셀 간격을 균일하고 얇게 형성할 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 얇고 균일한 셀 간격을 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 박막 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하는 액정 표시 장치는 두 기판 사이에 위치한 액정 분자의 배열 방향을 변화시켜 빛의 투과와 차단을 조절하는 표시 기능을 수행한다.

그러면, 도면을 참고로 하여 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 단면도로서, 도 1을 참고로 하여 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 설명한다.

투명한 하부 절연 기판(1) 위에 박막 트랜지스터(2) 및 배선 전극 등이 형성되어 있고, 하부 기판에 대응하는 상부 기판(4)에는 컬러 필터(5)와 블랙 매트릭스(6) 등이 형성되어 있으며, 그 위에 공통 전극(7)이 형성되어 있다. 상부 기판(4) 및 하부 기판(1)에는 액정(10)을 배향하기 위한 배향막(3, 8)이 각각 도포되어 있고, 두 기판(1, 4)은 일정한 간격(gap)을 두고 접착제(11)에 의해 서로 고정되어 결합하고 있으며, 그 사이에는 액정(10)과 두 기판 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서(9)가 주입되어 있다.

위와 같은 구조를 가진 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같다.

먼저, 통상의 방법으로 박막 트랜지스터 기판을 제조한다. 다음, 투명 절연 기판 위에 컬러 필터와 블랙 매트릭스 등을 형성한 후, 그 위에 공통 전극 및 배향막을 차례로 형성한다. 다음, 위의 두 기판을 결합하기 위한 접착제를 하나의 기판 위에 인쇄하고 또 다른 기판 위에는 두 가판 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서를 산포한다. 다음, 두 기판을 조립하여 셀을 형성한 후, 셀 내에 진공 주입법을 이용하여 액정을 주입한다.

한편, TN 모드를 이용한 액정 표시 장치에서는 응답 속도가 셀 간격의 제곱에 비례하므로, 3μm 이하의 셀 간격을 갖는 것이 바람직하며, 피치(pitch)를 가지는 반강유전성 액정(anti-ferroelectric liquid crystal)을 이용한 액정 표시 장치에서는 나선 구조를 억제하고 수평으로 배향하기 위하여 2±0.5μm의 셀 간격이 요구된다.

그러나, 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 일반적인 셀 간격은 5∼10μm 정도이며, 셀 간격을 유지하기 위해 사용되는 스페이서 중 현재, 가장 작은 사이즈의 플라스틱 또는 유리 섬유 스페이서로는 3μm 정도의 크기가 시판되고 있는 실정이다.

또한, 종래 기술에서와 같은 액정 표시 장치의 제조 방법에서 스페이서가 기판 위에 산포될 때 스페이서가 한 곳으로 뭉쳐지기 쉽고, 스페이서가 균일하게 분포되었다하더라도, 액정 주입시 스페이서가 밀려 움직일 수 있어, 균일한 셀 간격을 얻기 어렵다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 얇고 균일한 셀 간격을 갖는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 상부 기판 위에 컬러 필터를 형성한 후, 그 위에 공통 전극을 위한 ITO층을 증착한다. 그 위에 블랙 매트릭스를 형성한다. 이 때, 블랙 매트릭스는 1.0kg/cm² 이상의 강도를 가진 유기 고분자로 형성하는 것이 바람직하며, 0.5∼5.0μm의 높이로 형성할 수 있는데, 즉, 얇은 셀 간격을 형성하고자 할 경우에는 블랙 매트릭스의 높이를 낮게 형성할 수 있다. 또한, 블랙 매트릭스는 박막 트랜지스터 부분과 접촉하며 셀 간격을 형성하므로, 하부 기판에 형성되는 박막 트랜지스터의 단차를 고려하여 블랙 매트릭스의 높이를 결정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 상부 기판과 통상의 방법으로 제조된 하부 기판을 합착한 후, 두 기판 사이에 액정을 주입한다.

이와 같이, 스페이서를 사용하지 않고 블랙 매트릭스를 이용하여 셀 간격을 균일하게 형성, 유지할 수 있으며, 블랙 매트릭스의 높이를 조절하여 얇은 셀 간격을 형성할 수 있다.

그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 먼저, 도 2를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 설명한다.

투명한 하부 절연 기판(20) 위에 게이트 전극(11)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(22)이 형성되어 있다. 게이트 전극(21)에 해당하는 위치의 게이트 절연막(22) 위에는 반도체층(23)이 형성되어 있고, 그 위에는 소스 및 드레인 전극(24, 25)이 게이트 전극(21)에 대하여 양쪽으로 분리되어 형성되어 있다. 그 위에는 접촉구를 가지고 있는 보호막(26)이 형성되어 있고, 그 위에는 화소 전극(27)이 접촉구를 통하여 드레인 전극(25)과 연결되어 형성되어 있다. 그 위에는 배향막(28)이 전면적으로 형성되어 있다.

하부 기판(20)에 대응하는 투명한 상부 절연 기판(29) 위에는 컬러 필터(30)가 형성되어 있고, 그 위에는 공통 전극인 ITO층(31)이 형성되어 있다. 그 위에 컬러 필터(30) 사이의 빛 샘을 방지하는 블랙 매트릭스(32)가 1.0kg/cm² 이상의 강도를 가지는 유기 물질인 아크릴계 고분자 또는 BCB(benzocyclobutane)계 고분자로 형성되어 있으며, 0.5∼5.0μm, 더욱 상세하게는 1.0∼2.0μm의 높이를 가질 수 있다. 그 위에는 폴리이미드계 고분자인 배향막(33)이 도포되어 있다. 이때, 배향막(33)은 러빙(rubbibg) 처리되어 있다.

위의 구조에서 블랙 매트릭스(32) 위에 형성된 배향막(33)은 박막 트랜지스터 부분의 배향막(28)과 접촉하며, 두 기판 사이에는 강유전성 액정(34)이 주입되어 있다. 이 때, 액정은 강유전성 액정 이외에 다른 액정도 가능하다.

이러한 구조를 갖는 액정 표시 장치에서는 컬러 필터 기판의 공통 전극 위에 스페이서 역할을 하는 블랙 매트릭스를 높이를 조절하여 형성함으로써, 별도의 스페이서를 사용하지 않고 얇은 셀 간격을 균일하게 유지할 수 있어, 반강유전성 액정의 피치를 억제하고 배향할 수 있다.

그러면, 위와 같은 구조를 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 투명한 하부 절연 기판 위에 게이트 전극 등을 포함하는 게이트 배선을 형성하고, 그 위에 게이트 절연막을 적층하고 이어, 비정질 실리콘층 및 도핑된 비정질 실리콘층을 포함하는 반도체층을 차례로 적층한 후, 반도체층을 패터닝한다. 그 위에 금속층을 형성한 다음, 패터닝하여 게이트 전극에 대하여 양쪽으로 분리되어 있는 소스 전극, 드레인 전극 및 데이터선을 형성한다. 이어, 소스 및 드레인 전극으로 덮이지 않고 노출된 도핑된 비정질 실리콘층을 식각하고, 보호막을 적층한 다음, 보호막을 식각하여 드레인 전극의 일부를 노출시키는 접촉구를 형성한다. 다음, ITO층을 형성한 후, 패터닝하여 접촉구를 통하여 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성한다. 그 위에 폴리이미드계 고분자를 사용하여 배향막을 도포한다.

다음, 투명한 상부 절연 기판 위에 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터를 패터닝하여 형성한 후, 그 위에 ITO층을 적층하여 공통 전극을 형성한다. 그 위에 블랙 매트릭스를 컬러 필터의 사이에 위치하도록 형성하는데, 이 때, 블랙 매트릭스는 반사율이 낮은 유기 고분자로 형성하며, 상, 하부 기판 조립시 블랙 매트릭스와 함께 셀 간격을 형성하게 되는 박막 트랜지스터의 높이를 고려하여 0.5∼5.0μm의 높이로 형성한다. 즉, 박막 트랜지스터의 단차는 1μm 이하이므로 형성하고자 하는 셀 간격에서 박막 트랜지스터의 단차를 제외한 높이로 형성한다. 다음, 그 위에 폴리이미드계의 배향막을 도포한다. 다음, 형성된 상, 하부 기판을 조립하여 블랙 매트릭스 부분이 하부 기판의 박막 트랜지스터 부분과 접촉하도록 하여 셀 간격을 지지하는 간극제를 사용하여 조립한 후, 두 기판 사이에 액정을 주입한다.

이와 같이, 액정 표시 장치에서 블랙 매트릭스가 스페이서 대신 사용될 수 있도록 하기 위해 상부 기판 제조 공정 중에서 공통 전극을 형성한 후, 그 위에 블랙 매트릭스를 형성하고, 또한, 블랙 매트릭스의 높이를 조절하여 셀 간격을 얇게 형성할 수 있다.

도 2는 이와 같은 방법으로 제조한 액정 표시 장치에서, 셀 간격을 측정한 위치를 도시한 평면도이다.

같은 1.5μm 높이의 블랙 매트릭스를 이용하여 3개의 액정 표시 장치를 제조한 후, 각 모서리 부분(A, B, C, D)과 패널의 가운데 부분(E)에서의 셀 간격을 측정한 결과는 다음과 같다.

[표 1]

표 1에서 볼 수 있는 것처럼, 1.5μm의 블랙 매트릭스를 사용하여 제조한 액정 표시 장치의 각 부분에서의 셀 간격은 1.14±0.01μm의 양호한 범위 내에서 측정되었다.

위에서 언급한 바와 같이, 컬러 필터 기판의 공통 전극 위에 블랙 매트릭스를 형성하여 블랙 매트릭스가 스페이서 대신 사용될 수 있도록 하여, 블랙 매트릭스의 높이를 조절, 형성함으로써 스페이서를 사용하지 않고도 얇은 셀 간격을 균일하게 유지할 수 있으며, 반강유전성 액정을 이용한 모드를 효과적으로 구현할 수 있을 뿐 아니라 TN 모드를 이용한 액정 표시 장치에 적용할 경우 빠른 응답 속도를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치에서, 셀 간격을 측정한 위치를 도시한 평면도이다.

Claims (12)

1. 투명한 하부 절연 기판 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터,

   상기 박막 트랜지스터 위에 도포되어 있는 제1 배향막,

   상기 하부 절연 기판에 대향하는 상부 절연 기판,

   상기 상부 절연 기판 위에 형성되어 있는 컬러 필터,

   상기 컬러 필터 위에 형성되어 있는 공통 전극,

   상기 컬러 필터 사이에 위치하고 상기 공통 전극 위에 형성되어 있는 블랙 매트릭스, 그리고

   상기 블랙 매트릭스 위에 전면적으로 도포되어 있으며 상기 제1 배향막과 서로 접촉하는 제2 배향막

   을 포함하는 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 블랙 매트릭스는 유기 고분자로 이루어진 액정 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 유기 고분자는 아크릴계 또는 BCB(benzocyclobutane)계인 액정 표시 장치.
4. 제3항에서,

   상기 블랙 매트릭스의 높이는 0.5∼5.0μm인 액정 표시 장치.
5. 제4항에서,

   상기 블랙 매트릭스의 강도는 1.0kg/cm² 이상인 액정 표시 장치.
6. 제5항에서,

   상기 액정은 반강유전성 물질인 액정 표시 장치.
7. 제6항에서,

   상기 제1 및 제2 배향막은 폴리이미드계인 액정 표시 장치.
8. 제7항에서,

   상기 상, 하부 기판 사이에 액정이 주입되어 있는 액정 표시 장치.
9. 제1 기판에 제1 배향막을 도포하는 단계,

   제2 기판 위에 컬러 필터를 형성하는 단계,

   상기 컬러 필터 위에 투명 도전막을 형성하는 단계,

   상기 투명 도전막 위에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계,

   상기 블랙 매트릭스 위에 제2 배향막을 형성하는 단계, 그리고

   상기 블랙 매트릭스를 간극제로 하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 합착하는 단계

   를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
10. 제9항에서,

    상기 블랙 매트릭스는 유기 고분자로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
11. 제10항에서,

    상기 블랙 매트릭스는 0.5∼5.0μm의 높이로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
12. 제11항에서,

    상기 제1 및 제2 배향막으로 폴리이미드계 고분자를 사용하는 액정 표시 장치의 제조 방법.