KR100662500B1 - 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정의 적정량 충진을 통해 중력 불량 및 터치 불량을 해결한 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은각각 중앙에 표시 영역이 정의되고, 표시 영역 주변에 비표시 영역이 정의되는 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상의 표시 영역 내에 액정을 적하하는 단계와, 상기 제 2 기판 상의 표시 영역 내에 복수개의 칼럼 스페이서를 형성하고, 상기 비표시 영역에 씰 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판을 반전하는 단계와, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 합착하여 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 셀갭을 제 1 두께(h1)로 하는 액정 패널을 형성하는 단계 및 상기 제 1, 제 2 기판의 표면을 압력을 가하여 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 셀갭이 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께(h2<h1)가 되도록 가압하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
중력 불량, 터치 불량, 액정 마진

Description

액정 표시 장치의 제조 방법{Method for Manufacturing Liquid Crystal Display Device}
도 1은 일반적인 액정 적하 방식을 나타낸 공정 순서도
도 2는 액정 적하량에 따른 터치 불량과 중력 불량과의 관계를 나타낸 그래프
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 개략 단면도
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의제조 방법을 나타낸 공정 개략 단면도
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 가압 공정 전 상태의 액정 패널을 나타낸 사시도
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 가압 공정을 진행하는 챔버를 나타낸 사시도
도 8은 가압 공정시 공기압과 이에 가압되는 액정 패널을 나타낸 개략도
도 9는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 가압 공정 진행 후, 액정량에 따른 터치 불량 및 중력 불량의 관계를 나타낸 그래프
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 제 1 기판 120 : 씰 패턴
150 : 칼럼 스페이서 200 : 제 2 기판
300 : 액정 패널 400 : 카셋트
500 : 챔버
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 액정의 적정량 충진을 통해 중력 불량 및 터치 불량을 해결한 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정패널과 상기 액정패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정패널은 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막트랜지스터가 형성되어 있다.
그리고, 제 2 유리 기판(컬러필터 기판)에는, 상기 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러필터층과 화상을 구현하기 위한 공통전극이 형성되어 있다.
일반적인 액정 표시 장치의 제조 방법은 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 방법에 따라 액정 주입 방식 제조 방법과 액정 적하 방식 제조 방법으로 구분할 수 있다.
먼저, 액정 주입 방식의 액정표시장치 제조 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
액정표시장치는 크게 어레이 공정, 셀 공정, 모듈 공정 등으로 구분된다.
어레이 공정은, 상술한 바와 같이, 상기 제 1 기판에 게이트 라인 및 데이터 라인과, 화소 전극과, 박막트랜지스터를 구비한 TFT 어레이를 형성하고, 제 2 기판에 블랙매트릭스층과 컬러 필터층과 공통 전극 등을 구비한 컬러 필터 어레이를 형성하는 공정이다.
이 때, 상기 어레이 공정은 하나의 기판에 하나의 액정 패널을 형성하는 것이 아니라, 하나의 대형 유리 기판에 액정 패널을 다수개 설계하여 각 액정 패널 영역에 각각 TFT 어레이 및 컬러 필터 어레이를 형성한다.
이와 같이 TFT 어레이가 형성된 TFT 기판과 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판은 셀 공정 라인으로 이동된다.
이어, 상기 TFT 기판과 컬러 필터 기판상에 배향 물질을 도포하고 액정분자가 균일한 방향성을 갖도록 하기 위한 배향 공정(러빙 공정)을 각각 진행한다.
여기서, 상기 배향 공정은 배향막 도포 전 세정, 배향막 인쇄, 배향막 소성, 배향막 검사, 러빙 공정 순으로 진행된다.
이어, 상기 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 각각 세정한다.
그리고, 상기 TFT 기판 또는 컬러 필터 기판 상에 셀 갭(Cell Gap)을 일정하게 유지하기 위한 볼 스페이서(Ball spacer)를 산포하고, 상기 각 액정 패널 영역의 외곽부에 두 기판을 합착하기 위한 씰 패턴(seal pattern)을 형성한다. 이 때, 씰 패턴은 액정을 주입하기 위한 액정 주입구 패턴을 갖도록 형성된다.
여기서, 볼 스페이서는 플라스틱 볼(plastic ball)이나 탄성체 플라스틱 미립자로 형성된 것이다.
상기 씰 패턴이 대향되도록 TFT 기판과 컬러 필터 기판을 마주보도록 하여 두 기판을 합착하고 상기 씰 패턴을 경화시킨다.
그 후, 상기 합착 및 경화된 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 각 단위 액정 패널 영역 별로 절단하고 가공하여하여 일정 사이즈의 단위 액정 패널을 제작한다.
이후, 각각의 단위 액정 패널의 액정 주입구를 통해 액정을 주입하고, 주입 완료 후 상기 액정 주입구를 봉지하여 액정층을 형성한다. 그리고, 각 단위 액정 패널의 외관 및 전기적 불량 검사를 진행함으로써 액정 표시 장치를 제작하게 된다.
여기서, 상기 액정주입공정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 주입하고자 하는 액정 물질이 담겨져 있는 용기와 액정을 주입할 액정 패널을 챔버(Chamber) 내부에 위치시키고, 상기 챔버의 압력을 진공 상태로 유지함으로써 액정 물질 속이나 용기 안벽에 붙어 있는 수분을 제거하고 기포를 탈포함과 동시에 상기 액정 패널의 내부 공간을 진공 상태로 만든다.
그리고, 원하는 진공 상태에서 상기 액정 패널의 액정 주입구를 액정 물질이 담아져 있는 용기에 담그거나 접촉시킨 다음, 상기 챔버 내부의 압력을 진공 상태로부터 대기압 상태로 만들어 상기 액정 패널 내부의 압력과 챔버의 압력 차이에 의해 액정 주입구를 통해 액정 물질이 상기 액정 패널 내부로 주입되도록 한다.
이러한 액정 주입 방식의 액정표시장치 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 단위 패널로 컷팅한 후, 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 주입구를 액정액에 담가 액정을 주입하므로 액정 주입에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 저하된다.
둘째, 대면적의 액정표시장치를 제조할 경우, 액정 주입식으로 액정을 주입하면 패널 내에 액정이 완전히 주입되지 않아 불량의 원인이 된다.
셋째, 상기와 같이 공정이 복잡하고 시간이 많이 소요되므로 여러개의 액정 주입 장비가 요구되어 많은 공간을 요구하게 된다.
따라서, 이러한 액정 주입 방식의 문제점을 극복하기 위해 두 기판 중 하나의 기판에 액정을 적하시킨 후, 두 기판을 합착시키는 액정 적하형 액정 표시 장치의 제조 방법이 개발되었다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 적하 방식의 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정 적하 방식을 나타낸 공정 순서도이다.
즉, 액정 적하 방식의 액정표시장치 제조 방법은, 두 기판을 합착하기 전에, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 적당량의 액정을 적하한 후, 두 기판을 합착하는 방법이다.
따라서, 액정 주입 방식과 같이 셀갭을 유지하기 위해 볼 스페이서를 사용하게 되면, 적하된 액정이 퍼질 때 상기 볼 스페이서가 액정 퍼짐 방향으로 이동되어 스페이서가 한쪽으로 몰리게 되므로 정확한 셀갭 유지가 불가능하게 된다.
그러므로, 액정 적하 방식에서는 볼 스페이서를 사용하지 않고 스페이서가 기판에 고정되는 고정 스페이서(칼럼 스페이서(column spacer) 또는 패턴드 스페이 서(patterned spacer))를 사용해야 한다.
즉, 도 1과 같이, 어레이 공정에서, 컬러 필터 기판에 블랙매트릭스층 및 컬러 필터층 및 공통 전극을 형성하고, 상기 공통 전극 위에 감광성 수지를 형성하고 선택적으로 제거하여 상기 블랙 매트릭스층상에 칼럼 스페이서를 형성한다. 또한, 상기 칼럼 스페이서 형성은 포토 공정을 이용한 패터닝 공정에 의해 형성할 수 있다.
그리고, 상기 칼럼 스페이서를 포함한 TFT 기판 및 컬러 필터 기판 전면에 배향막을 도포하고 상기 배향막을 러빙 처리한다.
이와 같이, 배향 공정이 완료된 TFT 기판과 컬러필터 기판을 각각 세정(S11)한 다음, 상기 TFT 기판과 컬러 필터 기판 중 하나의 기판 상의 일정 영역에 액정을 적하하고(S12), 나머지 기판의 각 액정 패널 영역의 외곽부에 디스펜싱 장치를 이용하여 씰 패턴을 형성한다(S13).
이 때, 상기 두 기판 중 하나의 기판에 액정도 적하하고 씰 패턴도 형성하여도 된다.
그리고 상기 액정이 적하되지 않은 기판을 반전(뒤집어서 마주보게 함)시키고(S14), 상기 TFT 기판과 컬러필터 기판을 압력하여 합착하고 상기 씰 패턴을 경화시킨다(S15).
이어, 단위 액정 패널별로 상기 합착된 기판을 절단 및 가공한다(S16).
그리고 상기 가공된 단위 액정 패널의 외관 및 전기적 불량 검사(S17)를 진행함으로써 액정표시소자를 제작하게 된다.
이러한 액정 적하 방식의 제조 방법에 있어서는, 컬러 필터 기판 상에 칼럼 스페이서를 형성하고, TFT 기판에 액정을 적하하여 두 기판을 합착하여 패널을 형성한다.
이 때, 상기 칼럼 스페이서는 컬러 필터 기판에 고정시켜 형성하고, TFT 기판에 접촉된다. 그리고 상기 TFT 기판의 접촉되는 부위는 게이트 라인 또는 데이터 라인의 어느 하나의 단일 배선에 대응하여, 컬러 필터 기판 상에서 일정한 높이를 주어 형성한다.
도 2는 액정 적하량에 따른 터치 불량과 중력 불량과의 관계를 나타낸 그래프이다.
대면적의 액정 표시 장치 제조시 공정 시간 단축 등의 이점으로 액정 적하 방식으로 제조하고, 또한, 상하부 기판 사이의 지지체로 칼럼 스페이서를 이용하는데, 도 2와 같이, 이러한 칼럼 스페이서의 밀도는 액정의 적하량과 함께 패널에 불량 정도를 좌우하는 큰 요인이 된다.
중력 불량은, 패널을 세웠을 때 지면에 가까운 쪽에 액정이 몰리고, 이 부위가, 액정이 고온으로 올라갈수록 팽창되는 성질에 의해, 지면에 가까운 패널의 가장자리가 고온 상태에서 불룩하게 팽창하는 현상을 말한다.
터치 얼룩은, 액정 패널면을 손이나 펜으로 소정 방향으로 훑어 내렸을 때, 상기 손이나 펜이 지나간 부분이 마찰력에 의해 복원되지 않고 터치된 부분에 액정이 흩어진 상태를 유지하는 현상을 말한다. 이 때, 복원되지 않은 부분은 액정이 모이지 않아 블랙 상태에서 빛샘 불량이 나타나게 된다. 이는 터치시에 상하부 기 판간의 소정 방향으로 쉬프트 현상이 일어나는 데, 칼럼 스페이서와 닿는 기판간의 마찰력이 커 원 상태로 돌아오지 않기 때문이다.
이상에서 설명한 불량들은 서로 독립적인 요소에 의해 존재하는 것이 아니라 서로 상관관계를 갖고 발생되는 것이다. 중력 불량과 터치 얼룩은 도 4와 같이, 액정 적하량에 대해 서로 트레이드 오프(trade-off) 관계이어서, 어느 불량만을 개선시키는 방향으로 액정 적하량을 맞추지는 못하고, 두 불량이 적절한 수준으로 맞춰지는 선상에서 액정 적하량을 결정해야 할 것이다.
특히 작은 사이즈의 모델들에서는 중력 불량이나 터치 불량이 모두 나타나지 않는 적정 수준의 액정 적하량이 소정 범위에서 존재하지만, 대면적화할수록 터치 불량과 중력 불량의 그래프는 서로 오버랩되어 두 불량에서 완전히 자유로운 액정 적하량을 찾기 어려워졌다.
상기와 같은 일반적인 적하 방식을 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
액정 패널에 액정이 불충분하게 충진되면, 액정 패널의 표면을 문지를 경우, 액정의 배향이 흐트러지고, 또한, 문지르는 방향에 따라 상하부 기판이 틀어져 칼럼 스페이서와 접촉되는 대향 기판과의 마찰력이 커 원 상태로 회복하는 데 오래 걸려, 회복하는 기간동안 빛샘이 관찰된다. 이는 터치 불량이라 한다.
그리고, 액정 팬러에 액정이 과량으로 충진되면, 고온상에서 액정의 팽창이 발생했을 때, 지면에 가까운 하측으로 액정이 흘러내리는 현상이 발생하여, 이 부 위가 불룩하게 관찰되는 현상이 심화된다.
이러한 터치 불량과 중력 불량은 액정 적하 방식으로 제조시에 적정량의 액정을 충진하기가 곤란하여 나타나는 불량들이다.
한편, 액정 적하 방식으로 액정 표시 장치를 제조시에는 액정을 소정량 기판에 적하시켜 상기 액정을 주위로 퍼뜨린 후, 대향 기판과 합착하여 액정 패널을 형성하게 된다.
이와 같은 적하 방식의 경우, 대면적화할수록 적정의 액정 적하량을 판단하기 어려웠고, 또한, 매적하시 동일량의 적하량으로 제어하기가 사실상 곤란하여 패널에서 발생할 수 있는 중력 불량과 터치 불량은 서로 트레이드 오프(trade-off) 관계이며, 대면적화할수록 서로 오버랩되는 적하량이 발생하여, 두 불량을 모두 상쇄할 수준의 액정 적하량을 찾기가 곤란하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 액정의 적정량 충진을 통해 중력 불량 및 터치 불량을 해결한 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은각각 중앙에 표시 영역이 정의되고, 표시 영역 주변에 비표시 영역이 정의되는 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상의 표시 영역 내에 액정을 적하하는 단계와, 상기 제 2 기판 상의 표시 영역 내에 복수개의 칼럼 스페이서를 형성하고, 상기 비표시 영역에 씰 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판을 반전하는 단계와, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 합착하여 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 셀갭을 제 1 두께(h1)로 하는 액정 패널을 형성하는 단계 및 상기 제 1, 제 2 기판의 표면을 압력을 가하여 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 셀갭이 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께(h2<h1)가 되도록 가압하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 제 1, 제 2 기판을 합착하는 단계에서, 상기 합착시의 압력은 상기 칼럼 스페이서가 상기 제 1, 제 2 기판과 모두 접하며, 합착 후, 상기 제 1 두께에서 제 1, 제 2 기판 사이의 공간에 액정이 완전히 충진되지는 않을 정도의 수준이다.
상기 가압하는 단계에서, 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 셀 갭을 합착 후보다 줄여 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 공간에 액정이 완전히 충진할 정도의 수준으로 상기 제 1, 제 2 기판의 표면에 압력을 인가하여 가압이 이루어진다.
상기 가압시 인가하는 압력은 공기압이다.
상기 가압은 상기 제 1, 제 2 기판의 표면에 전면 이루어진다.
또는 상기 가압은 상기 제 1, 제 2 기판의 영역을 구분하여, 각 영역별 표면에 국부적으로 진행한다.
상기 합착하는 단계에서, 상기 제 1, 제 2 기판은 외곽 영역의 씰 패턴에 의해 봉지되어 액정 패널로 형성된다.
상기 제 1, 제 2 기판의 합착 후, 상기 액정 패널은 봉지된다.
상기 제 1 기판 및 제 2 기판은 각각 복수개의 액정 패널에 상당하는 복수개의 액정 패널용 기판이 정의되어 형성된다.
상기 제 1, 제 2 기판을 합착하여 복수개의 액정 패널을 형성한 후, 각 액정 패널을 절단하는 단계를 더 포함한다.
상기 제 1, 제 2 기판을 준비 후, 상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하고, 상기 제 2 기판 상에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 액정 패널의 상부 기판 상에 칼럼 스페이서를 형성시 일반적인 적하 공정시의 높이보다 약간 높은 높이로 형성하고, 상부 기판과 하부 기판을 대향하여 합착시 일차로 액정 패널이 가져야할 셀 갭보다 약간 높은 높이가 되도록 가압하여 합착하고, 이차로 합착된 액정 패널의 표면을 다시 가압하여 원하는 셀 갭으로 액정 패널을 합착시킨다. 이 때, 일차의 합착 후에는 액정 패널 내부가 정상 셀 갭보다 높게 되어 액정 패널 내부에 충진된 액정량이 약간 모자라는 효과가 발생되며, 이어 이차 가압에 의해 상기 칼럼 스페이서가 눌림이 발생하며 정상 셀 갭을 갖게 되어 액정 패널 내부에는 액정 량에 맞는 정상 셀 갭이 조성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 개략 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 먼저, 컬러 필터 어레이가 형성된 제 1 기판(100)과, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제 2 기판(200)을 준비하여 이루어진다.
여기서, 상기 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)에는 복수개의 액정 패널용 기판(즉, TFT 기판(박막 트랜지스터 어레이 기판), CF 기판(컬러 필터 어레이 기판))이 정의되어 있는 모기판일 수도 있고, 혹은 하나의 단위 액정 패널용 기판이 형성되어 있는 기판일 수 있다. 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)이 모기판일 경우, 각 액정 패널용 기판 상에 해당 어레이가 형성되어 있을 것이다. 이러한 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)은 각각 중앙 부위가 표시 영역, 그 주변이 비표시 영역으로 정의되어 있는 기판이다. 또한, 상기 제 1 기판(100) 상의 표시 영역 내에는 상기 제 2 기판(200) 상에 형성되는 배선(게이트 배선 및 데이터 배선) 상에 대응되는 위치에 칼럼 스페이서(150)가 형성되어 있다.
이 때, 상기 칼럼 스페이서(150)는 일반적인 적하 공정에서 요구되는 높이보다 약 0.1㎛ 내로 정도 높도록 하여 합착시에 제 1 높이(h1)를 갖도록 형성한다. 예를 들어, 제 1, 제 2 기판 사이의 액정량이 완전히 충진될 정도로 셀 갭(본 발명에서는 이를 h2로 표현)을 잡아주는 칼럼 스페이서(150)의 높이가 3.1㎛이라고 할 때, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에서 형성하는 합착시에는 칼럼 스페이서는 3.1~3.2㎛의 높이로 되도록 하며, 바람직하게는 3.11~3.13㎛의 수준이 되도록 한다.
그리고, 상기 제 2 기판(200) 상에 액정(미도시)을 적하하고, 상기 제 1 기 판(100)의 비표시 영역에 씰 패턴(120)을 형성한다.
도 3a와 같이, 상기 제 1 기판(100)의 컬러 필터 어레이와 제 2 기판(200)의 박막 트랜지스터 어레이를 대향시켜 각각 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 상하부에 압력을 가하여 합착한다. 이 때, 합착 후, 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이의 간격은 제 1 높이(h1)로 하여, 완성된 액정 패널이 가져야 할 정상 셀 갭보다 약간 높은 높이가 된다. 이러한 합착 후, 상기 칼럼 스페이서(150) 및 상기 씰 패턴(120)은 합착을 위한 가압시 대향 기판인 제 2 기판(200)과 닿게 되며, 상기 씰 패턴(120)으로 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이가 봉지되어 액정 패널(300)로 형성된다.
이러한 합착 공정 후, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 액정량은 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)이 칼럼 스페이서(150)에 의해 갖는 간격에 비해 약간 모자라는 수준이 된다. 이는 미리 칼럼 스페이서(150)의 높이를 일반적인 적하 공정에서 이용하는 높이보다 약간 크게 형성하였기 때문에 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이에 채워진 액정량에 비해 상기 칼럼 스페이서(150) 및 씰 패턴(120)에 의해 형성되는 공간이 보다 크게 되어, 이와 같이, 약간의 액정의 미충진이 발생하게 된 것이다.
이러한 상기 제 1 기판(100)과, 제 2 기판(200)에는 각각 복수개의 액정 패널의 각 일 기판과 대향 기판을 이루는 복수개의 CF 기판과, TFT 기판이 형성된 상태이다. 이러한, 제 1, 제 2 기판(100, 200)은 도 3a에서의 합착 공정 후, 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking) 공정을 통해 액정 패널(300) 단위로 절단되 어진다.
도 3b와 같이, 상기 액정 패널(300)을 상하로 가압하여, 도 3c와 같이, 액정 패널의 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 간격을 제 2 높이(h2)로 줄인다. 이 경우, 상기 제 2 높이(h2)는 상기 액정 패널(300)에 요구되는 정상 셀 갭에 해당한다. 즉, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이에 충진된 액정량이 상기 셀 갭 조건에서 과잉 또는 부족없이 완전히 충진되어진 상태에 해당하게 된다.
한편, 상기 제 1 높이(h1)와 제 2 높이(h2)의 차는 약 0.1㎛ 이내로 하여, 이차 가압 과정에서 씰 패턴이 뭉개지거나 터지는 현상을 방지하도록 한다.
여기서, 상기 제 1 높이(h1)는 합착 과정에서 상기 칼럼 스페이서가 정상 높이보다 높게 형성되었기 때문에, 합착 공정에서 약간 높게 셀 간격이 조절된 것이고, 상기 제 2 높이(h2)는 별도의 가압 공정을 통해 상기 칼럼 스페이서를 일정 두께 눌러 이루어진 것이다.
이 때, 상기 칼럼 스페이서는 상기 제 1 높이(h1)와 제 2 높이(h2)차만큼 가압 공정에서 눌림이 발생하게 되며, 이로써, 상기 액정 패널(300) 내에는 액정량에 상당한 적정 셀 갭(h2)이 조성되게 된다.
이와 같은 방법으로 제조된 액정 패널(300)은 내부에 초기 합착에서는 요구되는 셀 갭보다 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 간격이 커서, 액정 패널(300) 내부에 공간에 비해 충진된 액정량의 부족으로, 약간의 미충진 또는 터치 불량이 발생할 정도이나, 이후 진행되는 가압 공정에서 액정 패널 내부의 액정량에 대응될 정도로 가압되어 해당 액정 패널에 요구되는 액정 셀 갭을 갖게 된다. 따라서, 액정 패널(300) 내부는 적정한 액정량이 충진된 상태가 되어, 액정 패널 전체에 걸쳐 균일한 셀 갭이 유지되며, 액정량의 과잉 또는 부족으로 발생하는 불량들이 관찰되지 않게 되어 표시 특성을 향상시킨다.
여기서, 상기 합착 공정은 합착 장비에 의해 진공 적하 장비(VALC)를 통해 일 기판의 적하 후, 제 1, 제 2 기판을 대응시켜 합착하고, 이를 챔버 내에서 패널 내부와 패널 외부와의 압력차에 의해 이루어지며, 상기 가압 공정은 액정 주입 공정에서 이용하는 가압 장비를 이용하여 외부의 공기압을 액정 패널의 상하부 기판의 표면(배면)에 작용하여 이루어진다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 개략 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 도 4a와 같이, 액정 패널(300)의 선택적인 영역을 가압하여 해당 부위의 셀 갭을 제 2 높이(h2)로 줄이고, 도 4b와 같이, 나머지 영역에 가압하여 나머지 부위에서도 해당 셀 갭을 동일하게 제 2 높이(h2)를 갖도록 한다.
이 경우, 가압은 국부적인 영역에 고르게 누름이 가능한 장비를 이용한다. 이와 같은 제 2 실시예는 상기 씰 패턴(120)이 상기 제 1, 제2 기판(100, 200)의 표면에 고른 힘이 인가될 때, 뭉개지거나 터져 버리는 현상이 나타남을 방지하기 위해서 안출된 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 상기 가압 공 정은 기판의 소정 부분에 가압시 기판을 손상하지 않을 정도로 공정이 이루어지며, 가압으로 인해 액정 패널(300)이 눌린 두께는 0.1㎛ 이내로 작게 하여 영역에 따른 가압에 따른 단차가 발생되지 않도록 한다.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 5와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 어레이 공정에서, 제 1 기판(CF 기판)(100)에 블랙매트릭스층 및 컬러 필터층 및 공통 전극을 형성하고, 상기 공통 전극 위에 감광성 수지를 형성하고 선택적으로 제거하여 상기 블랙 매트릭스층상에 칼럼 스페이서를 형성한다. 상기 칼럼 스페이서 형성은 포토 공정을 이용한 패터닝 공정에 의해 형성할 수 있다.
이러한 칼럼 스페이서는 일반적인 적하 공정에서의 높이보다 약 0.1㎛ 내로 더 높은 높이를 형성하도록 한다. 예를 들어, 일반적인 적하 공정을 이용하는 액정 패널의 화소 영역(제 2 기판 상에는 게이트 절연막, 층간 절연막 및 화소 전극이 적층되어 형성되고, 제 1 기판 상에는 컬러 필터층이 형성됨)의 셀 갭이 3.4㎛일 때, 상대적으로 칼럼 스페이서는 화소 영역을 제외한 영역 즉, 제 2 기판 상에는 게이트 라인 상에 형성되고, 제 1 기판 상에는 블랙 매트릭스층이 더 형성되기 때문에, 액정 패널 내의 최종 칼럼 스페이서의 높이가 3.1㎛로 화소 영역의 셀 갭보다 더 낮은 두께로 형성한다. 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법을 적용시에는 상기 칼럼 스페이서는 형성시 상기 최종 칼럼 스페이서의 높이인 3.1㎛보다 약 0.1㎛이내의 높이, 예를 들어, 3.11㎛에서 3.20㎛로 더 높게 형성함으로써, 이러한 셀 갭을 유지하기위한 합착 공정 및 가압 공정을 진행한 후 액정 패널 내의 최종 칼럼 스페이서의 높이를 3.1㎛가 될 수 있도록 한다.
이 때, 상기 칼럼 스페이서는 제 1 기판(100)에 고정시켜 형성하고, 제 2 기판(TFT 기판)에 접촉된다. 그리고 상기 TFT 기판의 접촉되는 부위는 게이트 라인 또는 데이터 라인의 어느 하나의 단일 배선에 대응하여, 컬러 필터 기판 상에서 일정한 높이를 주어 형성한다. 한편, 상기 제 1 기판(200) 상에는 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인, 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극 등이 형성되는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된다.
이어, 상기 칼럼 스페이서를 포함한 제 2 기판(TFT 기판) 및 제 1 기판(CF 기판) 전면에 배향막을 도포하고 상기 배향막을 러빙 처리한다.
이와 같이, 배향 공정이 완료된 TFT 기판과 컬러필터 기판을 각각 세정(S101)한 다음, 상기 TFT 기판과 컬러 필터 기판 중 하나의 기판 상의 일정 영역에 액정을 적하하고(S102), 나머지 기판의 각 액정 패널 영역의 외곽부에 디스펜싱 장치를 이용하여 씰 패턴을 형성한다(S103).
이 때, 상기 두 기판 중 하나의 기판에 액정도 적하하고 씰 패턴도 형성하여도 된다.
그리고 상기 액정이 적하되지 않은 기판을 반전(뒤집어서 마주보게 함)시키고(S104), 상기 TFT 기판과 CF 기판을 압력하여 합착하고 상기 씰 패턴을 경화시킨다(S105). 이 경우, 상기 TFT 기판과 CF 기판의 합착이 일어나게 되면, 상기 칼럼 스페이서는 대향 기판이 TFT 기판과 대향하여 약간의 눌림이 있을 것이다.
이어, 단위 액정 패널별로 상기 합착된 기판을 절단 및 가공한다(S106).
이어, 상기 액정 패널을 가압하여 상기 칼럼 스페이서는 일정 두께 더 눌러 상기 액정 패널 내의 액정량이 갖는 높이에 비례하는 셀 갭을 조성한다(S107).
그리고 상기 가공된 단위 액정 패널의 외관 및 전기적 불량 검사(S108)를 진행함으로써 액정표시소자를 제작하게 된다.
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 가압 공정 전 상태의 액정 패널을 나타낸 사시도이다.
도 6과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서는, 액정 패널의 합착 및 가압은 씰 패턴(120)을 완전히 봉지한 상태에서 이루어진다.
즉, 합착 전의 씰 패턴(120)은 상기 액정 패널(300)의 표시 영역 주위를 끊김없이 드로잉(drawing)하여 형성되고, 합착시 상기 실 패턴이 대향 기판과 닿게 되며, 더불어, 자외선 조사 등에 의해 경화된 상태로, 상기 씰 패턴 내측의 상기 액정 패널(300) 내부는 진공 상태를 유지하며, 합착이 이루어지는 것이다.
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 가압 공정을 진행하는 챔버를 나타낸 사시도이다.
도 7과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 가압 공정이 진행되는 챔버(500)는 복수개의 액정 패널이 소정 간격으로 이격되어 배치된 카셋트(400)가 내부에 로딩되면, 구비되어 있는 가스관을 통해 공기압을 유입시켜 상기 액정 패널의 제 1, 제 2 기판 배면에 압력을 가하여, 상기 액정 패널의 상하부 방향(액정 패널이 세워진 경우에는 양측, 어느 경우이든 기판면에 수직한 방향으로 압력을 받음)에서, 압력을 받아 소정 두께 눌려지게 한다.
도 8은 가압 공정시 공기압과 이에 가압되는 액정 패널을 나타낸 개략도이다.
도 8과 같이, 가압 공정시 상기 카셋트 내부에 배치된 액정 패널은 그 상하부 방향에서 공기압을 받아 안쪽으로 눌려진다. 이 과정에서 상기 액정 패널(300)의 제 1, 제 2 기판 사이의 간격은 액정의 미충진이 발생되는 제 1 높이(h1)에서 적정 셀 갭에 상당하는 제 2 높이(h2)로 변화한다.
도 9는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 가압 공정 진행 후, 액정량에 따른 터치 불량 및 중력 불량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는, 칼럼 스페이서를 약간 높은 두께로 형성하고, 어느 정도의 터치 불량이 일어나는 수준으로 약간의 부족한 양으로 액정을 적하한 후, 일차로 상하부 기판을 합착시 상기 칼럼 스페이서의 영향으로 정상 셀 갭보다 약간의 높은 높이로 합착이 이루어진다.
이어, 상기 액정 패널의 가압이 이루어지면서, 셀 갭이 줄어들어, 상기 상하부 기판 사이의 공간이 줄게 되고, 공간이 줄은 만큼, 액정량은 해당 공간이 적정량에 상당하게 된다. 이는 도 9에 도시된 그래프 상에서 해당 액정 패널에서의 터치 불량이 나타나는 수준이 왼쪽으로 떨어지는 쉬프트되는 효과를 나타내게 되어, 그만큼 액정 패널의 적정량 마진 영역이 늘어나는 효과를 갖게 된다.
예를 들어, P만큼 액정량을 충진했을 때, 초기 합착시에는 점선과 같은 터치 불량이 일어나는 조건 하에 있었지만, 가압 공정이 일어난 후에는 적정량에 액정량 이 조건으로 액정 패널 내의 환경이 변할 것이다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
적하 공정에서 그 공정의 특성상 지속적으로 동일한 양으로 액정을 적하하기 곤란하고, 적하 후, 상하 기판이 합착되고, 합착된 상태에서 액정이 충진되기 때문에, 실제 적정량이 적하되었는지 적하 공정 상에서 판단하기 어렵다. 그리고, 적하량은 소정의 영역들의 칼럼 스페이서의 높이를 측정하고, 이에 따라 액정량을 정하는데, 칼럼 스페이서의 두께를 정확히 모니터링하기 어려워, 액정 량을 적정하게 충진하기 매우 곤란한 실정이다.
한편, 액정 패널의 내부에 액정이 부족하게 충진되면 터치 불량이 자주 유발되는 액정 패널이 형성되게 되고, 혹은 액정 패널 내부에 액정이 과잉으로 충진되면 고온 상에서 액정이 하측으로 처지는 중력 불량이 발생되게 된다.
이러한 불량은 액정 량에 상관되는 불량으로, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 미리 칼럼 스페이서를 적정 셀 갭보다 약간 높은 높이로 형성하여 두어, 액정 적하 공정 후의 합착시 터치 불량 등이 유발되는 미충진 액정 패널을 조성하고, 이어, 공기압에 의해 액정 패널의 상하부에 압력을 가하여, 액정 패널 내부의 셀 갭을 액정량이 액정 패널 내부에 완전히 충진될 조건으로 줄임으로써, 터치 불량 및 중력 불량과 같이, 액정량에 기인되는 불량이 나타나지 않는 수준을 갖도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은, 적하 공정을 이용하는 제조시 합착시에 미충진 액정 패널을 의도적으로 조성하고, 합착 후, 가압 공정을 통해 미충진을 충진 상태로 조절함으로써, 액정 량에 기인한 불량을 해결한다.

Claims (11)

  1. 각각 중앙에 표시 영역이 정의되고, 표시 영역 주변에 비표시 영역이 정의되는 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제 1 기판 상의 표시 영역 내에 액정을 적하하는 단계;
    상기 제 2 기판 상의 표시 영역 내에 복수개의 칼럼 스페이서를 형성하고, 상기 비표시 영역에 씰 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판을 반전하는 단계;
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판을 합착하여 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 셀갭을 제 1 두께(h1)로 하는 액정 패널을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1, 제 2 기판의 표면을 압력을 가하여 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 셀갭이 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께(h2<h1)가 되도록 가압하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 기판을 합착하는 단계에서, 상기 합착시의 압력은 상기 칼럼 스페이서가 상기 제 1, 제 2 기판과 모두 접하며, 합착 후, 상기 제 1 두께에서 제 1, 제 2 기판 사이의 공간에 액정이 완전히 충진되지는 않을 정도의 수준인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가압하는 단계에서, 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 셀 갭을 합착 후보다 줄여 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 공간에 액정이 완전히 충진할 정도의 수준으로 상기 제 1, 제 2 기판의 표면에 압력을 인가하여 가압이 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가압시 인가하는 압력은 공기압인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가압은 상기 제 1, 제 2 기판의 표면에 전면 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가압은 상기 제 1, 제 2 기판의 영역을 구분하여, 각 영역별 표면에 국부적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 합착하는 단계에서, 상기 제 1, 제 2 기판은 외곽 영역의 씰 패턴에 의 해 봉지되어 액정 패널로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 기판의 합착 후, 상기 액정 패널은 봉지됨을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판은 각각 복수개의 액정 패널에 상당하는 복수개의 액정 패널용 기판이 정의되어 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 기판을 합착하여 복수개의 액정 패널을 형성한 후, 각 액정 패널을 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 기판을 준비 후, 상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하고, 상기 제 2 기판 상에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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