KR100543020B1 - 균일한기판간격및높은대비비를갖는액정표시장치및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

박막 트랜지스터 기판에 유지하고자 하는 기판 간격의 직경을 가지는 스페이서(spacer)가 혼합된 유기 절연막을 도포한 후 컬러 필터 기판의 블랙 매트릭스를 마스크로 하여 블랙 매트릭스에 의해 가려지는 부분을 제외하고 유기 절연막 및 스페이서를 제거한다. 이렇게 하면, 식각되지 않고 블랙 매트릭스 형태로 남아있는 스페이서는 기판의 간격을 균일하게 유지하는 기판 간격제로서의 역할을 할 수 있게 된다. 여기서, 유기 절연막 및 스페이서가 남겨진 부분과 제거된 부분의 단차로 인하여 발생하는 러빙(rubbing)의 불균일 문제를 해결하기 위해서는 광배향을 이용하는 것이 바람직하다.

Description

균일한 기판 간격 및 높은 대비비를 갖는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법
이 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 패널에 대하여는 여러 가지 성능이 요구되는데, 이 가운데 응답 속도나 대비비, 시야각 등은 액정층의 두께와 밀접한 관계가 있다. 따라서 액정층의 두께를 일정하게 유지하는 것이 필요하다.
종래 기술에 따르면, 액정 표시 장치의 두 장의 기판의 간격(gap)을 규제하고 적당한 액정층의 두께를 유지하기 위하여 기판 간격제(spacer)를 사용한다. 기판 간격제로는 일반적으로 하중부의 영향에 따라 크기가 가변하는 탄성체 플라스틱을 주로 사용하고 있으나, 이를 이용한 균일한 간격 형성에는 상당한 기술이 필요하다. 따라서 보다 쉽게 간격을 안정시킬 수 있는 진사구를 사용하는 경우도 많다.
도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 기판 간격제가 포함된 액정 표시 장치를 나타내고 있다. 도 1은 기판 간격제가 포함된 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 2는 역시 기판 간격제가 포함된 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 투명 기판(1, 2) 사이에 액정 물질이 주입되어 있으며, 하판(1)에는 박막 트랜지스터(4)가 형성되어 있고, 상판(2)에는 컬러 필터(5)와 블랙 매트릭스(6)가 형성되어 있다.
도 1에 나타난 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 경우, 박막 트랜지스터(4)가 형성되어 있는 하판(1) 위에 보호막(10)이 형성되어 있고, 보호막(10) 위에 투명 도전막으로 이루어진 화소 전극(7)이 형성되어 있으며, 이 화소 전극(7)은 보호막(10)에 뚫린 접촉 구멍을 통하여 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접촉되어 있다. 그리고 상판에는 공통 전극(8)이 형성되어 있다.
도 2의 IPS 모드 액정 표시 장치는 화소 전극(7)과 공통 전극(8)이 모두 하판에 형성되어 있고, 그 위를 보호막(10)이 덮고 있다. 기판 간격제(9)는 액정층(3) 내에 산포되어 있으며, 이에 의해 적당한 기판 간격을 유지하고 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 기판 간격제를 이용하여 두 기판의 간격을 유지하는 경우에는 기판 간격제가 고르게 분포되지 않고 뭉치거나 진동에 의해 이동하는 등의 문제점이 발생하여 기판의 간격이 불균일하게 된다. 특히 최근 광시야각 확보를 위해 많이 사용되고 있는 IPS 모드 액정 표시 장치의 경우 기판 간격제에 의해 기판 간격제 주위의 액정 배향이 불량해지게 되고, 이로 인한 빛샘 현상이 나타나게 되어 대비비를 현저히 감소시키고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 기판 간격제를 사용하지 않고 실리콘 질화막과 같은 절연막의 지지대를 사용하여 기판의 간격을 균일하게 유지하는 방법이 제안되었다. 그러나 지지대는 4㎛ 이상의 높이가 요구되므로, 이 높이의 실리콘 질화막을 형성하는 데는 장시가 소요되는 단점이 있다. 또한 유기 절연막으로 형성하는 방법도 제시되고 있으나, 유기 절연막은 견고성(hardness)이 작으므로 균일한 기판의 간격을 유지하기가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명에서는 액정 표시 장치에서 균일한 기판의 간격을 유지하고 액정 배향을 균일하게 하여 대비비를 향상시키는 데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 유기 절연막과 기판 간격제인 스페이서를 함께 사용하여 기판의 간격을 유지한다. 즉, 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 기판에 박막 트랜지스터를 덮는 보호막을 형성한 다음, 스페이서가 혼합되어 있는 유기 절연막을 기판의 전면에 도포한다. 이때, 스페이서는 유기 절연막의 상부에 올라앉은 상태가 된다. 이어, 컬러 필터 기판의 블랙 매트릭스를 마스크로 이용하는 사진 공정을 실시하여 화소 영역에 형성되어 있는 유기 절연막을 제거한다. 이때, 스페이서도 유기 절연막과 함께 제거된다. 이 때, 제거되지 않고 남는 부분과 제거된 부분의 단차로 인한 러빙 불량을 제거하기 위해서 광배향으로 배향막을 러빙하는 것이 좋다.
이제 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3c에 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 공정이 도시되어 있다. 본 발명의 실시예는 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에서는 두 기판의 간격을 균일하게 유지하기 위해 유기 절연막과 스페이서를 함께 사용한 경우이다.
먼저, 도 3a에서 보는 바와 같이, 게이트 전극(41), 게이트 전극(41)을 덮는 게이트 절연막(30) 위에 형성되어 있는 소스 전극(42) 및 드레인 전극(43)으로 이루어진 박막 트랜지스터(40)가 형성되어 있는 기판(10)의 전면에 보호막(100)을 형성한다. 이 때 보호막(100)으로는 실리콘 질화(SiNx)막 또는 유기 절연막을 이용한다.
다음으로, 기판 간격제인 스페이서(90)가 혼합되어 있는 유기 절연막(200)을 기판(10)의 상부에 코팅(coating)한다. 이때, 스페이서(90)는 기판(10)의 상부 전면에 퍼지게 되며, 스페이서(90)는 유기 절연막(200)의 상부에 올라앉은 상태가 된다 (도 3b 참조).
이 상태에서, 프리-베이커(pre-bake)를 실시하고, 상판(20)의 블랙 매트릭스(60)를 마스크로 하여 사진 공정을 실시하여 블랙 매트릭스(60)에 의해 가려지는 부분을 제외한 유기 절연막(200)을 제거한다. 이때, 유기 절연막(200)의 상부에 있는 스페이서(90)도 함께 제거된다. 결국, 상판(20)의 컬러 필터(50)가 형성되어 있는 부분에 대응하고 실제 화면을 표시하게 되는 영역의 보호막(100)은 노출되고, 기판(10)에 매트릭스 형태로 형성되어 있는 부분에만 유기 절연막(200)과 그 위에 스페이서(90)가 남게 된다. 이 상태에서, 하드-베이커(hard-bake)를 실시하면 스페이서(90)는 유기 절연막(200)에 고착된다 (도 3c 참조).
여기서, 프리-베이커란 액상의 유기 절연막(200)을 1차로 낮은 온도(약 80℃ 내외)로 가열하여 고체 상태로 만드는 것을 말하며, 이때의 유기 절연막은 고분자화(polymerization)되지 않은 상태이므로 현상으로 쉽게 제거할 수 있다.
또한, 하드-베이커란 유기 절연막이 양성인 경우에는 아직 고분자화되지 않은 유기 절연막을 고온으로 가열하여 경화시키는 것이며, 음성의 경우에는 이미 경화되어 있는 상태에서 용매(solvent)를 완전히 제거하거나 해상도(resolution)를 높이기 위해서 실시한다.
이후의 공정은 통상적으로 실시되는 배향막 도포 공정과 러빙 공정이 적용된다.
그러면, 상판(20)의 블랙 매트릭스(60)에 의해 가려지는 하판(10) 영역에는 유지하고자 하는 기판의 간격과 같은 두께의 유기 절연막(200) 및 스페이서(90)가 형성되어 기판 간격을 유지하는 지지대의 역할을 한다. 이때, 이 기판 간격 유지용 유기 절연막(200) 및 스페이서(90)는 블랙 매트릭스 패턴과 동일한 그물 형태로 형성하더라도, 유기 절연막(200)의 두께는 수천Å인데 반해서 스페이서(90)의 직경은 수㎛ 이므로 액정 물질이 주입되는 경로에는 장해 요인이 되지 않는다.
본 발명의 실시예에서와 같이 유기 절연막과 스페이서를 함께 기판 간격 유지용으로 사용하는 경우에는 실리콘 질화막을 사용할 때 장시간이 소요된다는 단점을 극복할 수 있으며, 유기 절연막을 사용할 경우에 약한 견고성(hardness)으로 인하여 발생하는 불균일한 기판의 간격 유지의 단점을 극복할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예와 같은 기판에는 유기 절연막과 스페이서가 남겨진 부분과 제거된 부분에서 단차가 발생하고, 이 단차로 인해 기판을 러빙하는 공정에서 러빙이 불균일하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 자외선을 조사하는 광배향 공정을 적용한다면 러빙 공정은 불필요하게 되어 단차에 의한 러빙 불균일의 문제는 발생하지 않는다.
앞에서 설명한 유기 절연막과 스페이서를 사용하여 기판의 간격을 유지하는 방법은 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에만 적용되지 않으며, 수직 배향을 적용한 EOC(electrically-induced optical compensation) 모드와 VA TN(vertical alignment twisted nematic) 모드의 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 대비비가 떨어지는 IPS 방식의 액정 표시 장치에 적용하는 경우에는 크게 대비비를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 기판 간격제와 유기 절연막을 함께 사용함으로써 기판의 간격을 균일하게 유지할 수 있고, 화소의 내부에는 스페이서가 존재하지 않으므로 화소 내에서 기판 간격제에 의한 빛샘 현상이 사라지므로 개구율이 증가하고 대비비를 크게 증가시킬 수 있다. 특히, 러빙 공정을 생략할 수 있는 EOC 모드 및 VA TN 모드 액정 표시 장치의 경우에는 이와 같은 효과가 더욱 크게 나타난다.
도 1은 종래 기술에 따른 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 과정 중의 액정 표시 장치의 단면도이고,

Claims (6)

  1. 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 제 1 기판의 상부에 스페이서가 혼합된 유기 절연막을 도포하는 단계,
    상기 제 1 기판과 마주하며 화소를 구분하는 블랙 매트릭스가 형성되어 있는 제 2 기판을 마스크로 하여 상기 블랙 매트릭스가 가리지 않는 상기 유기 절연막을 식각하여 상기 화소에서 상기 스페이서가 혼합된 상기 유기 절연막을 제거하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에서,
    상기 유기 절연막을 도포하는 단계 이전에 상기 박막 트랜지스터를 덮는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제 2 항에서,
    상기 보호막은 실리콘 질화막 또는 유기 절연막으로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제 1 항에서,
    상기 두 기판의 전면에 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제 4 항에서,
    상기 배향막은 광 배향제로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제 5 항에서,
    상기 배향막에 자외선 조사하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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