KR100798313B1 - 액정 표시장치의 스페이서 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시장치의 스페이서 형성방법에 관한 것으로, 기판 상에 스페이서 홀이 패터닝된 마스크를 정렬시키는 단계와; 상기 마스크의 스페이서 홀에 스페이서 물질을 충진시키는 단계와; 상기 충진된 스페이서 물질을 경화시켜 기판 상에 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법을 통해 균일한 크기의 스페이서를 원하는 위치에 정확하게 형성할 수 있다.

Description

액정 표시장치의 스페이서 형성방법{METHOD FOR FORMING SPACER OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도1은 일반적인 액정 표시장치의 단위 화소에 대한 평면도.
도2는 도1의 I-I'선을 따라 절단한 단위 화소의 단면을 보인 예시도.
도3a는 종래 스페이서의 습식산포를 보인 예시도.
도3b는 종래 스페이서의 건식산포를 보인 예시도.
도4a 내지 도4d는 종래의 패턴화된 스페이서 형성방법을 순차적인 단면으로 보인 예시도.
도5a 내지 도5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법을 순차적인 단면으로 보인 예시도.
도6은 도5에 있어서, 마스크의 평면구성을 보인 예시도.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따라 스페이서가 제작된 컬러필터 기판의 평면구성을 보인 예시도.
도8은 도7의 II-II'선을 따라 절단한 단면구성을 보인 예시도.
도9a 내지 도9e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법을 순차적인 단면으로 보인 예시도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
203:스페이서 홀 204:마스크
본 발명은 액정 표시장치의 스페이서 형성방법에 관한 것으로, 특히 액정 표시장치가 균일한 셀-갭(cell-gap)을 갖도록 하고, 스페이서 주위의 빛샘현상을 방지하기에 적당하도록 한 액정 표시장치의 스페이서 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 액정 셀들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 액정 셀들의 광투과율을 조절함으로써, 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다.
따라서, 액정 표시장치는 화소 단위의 액정 셀들이 매트릭스 형태로 배열되는 액정 패널과; 상기 액정 셀들을 구동하기 위한 드라이버 집적회로(integrated circuit : IC)가 구비된다.
상기 액정 패널은 서로 대향하는 컬러필터(color filter) 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판과, 그 컬러필터 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판의 이격 간격에 충진된 액정층으로 구성된다.
그리고, 상기 액정 패널의 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에는 데이터 드라이버 집적회로로부터 공급되는 데이터 신호를 액정 셀들에 전송하기 위한 다수의 데이터 라인들과, 게이트 드라이버 집적회로로부터 공급되는 주사신호를 액정 셀들에 전송하기 위한 다수의 게이트 라인들이 서로 직교하며, 이들 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차부마다 액정 셀들이 정의된다.
상기 게이트 드라이버 집적회로는 다수의 게이트라인에 순차적으로 주사신호를 공급함으로써, 매트릭스 형태로 배열된 액정 셀들이 1개 라인씩 순차적으로 선택되도록 하고, 그 선택된 1개 라인의 액정 셀들에는 데이터 드라이버 집적회로로부터 데이터 신호가 공급된다.
한편, 상기 컬러필터 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판의 대향하는 내측 면에는 각각 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가한다. 이때, 화소전극은 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 액정 셀 별로 형성되는 반면에 공통전극은 컬러필터 기판의 전면에 일체화되어 형성된다. 따라서, 공통전극에 전압을 인가한 상태에서 화소전극에 인가되는 전압을 제어함으로써, 액정 셀들의 광투과율을 개별적으로 조절할 수 있게 된다.
이와 같이 화소전극에 인가되는 전압을 액정 셀 별로 제어하기 위하여 각각의 액정 셀에는 스위칭 소자로 사용되는 박막 트랜지스터가 형성된다.
상기한 바와 같은 액정 표시장치의 구성요소들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도1은 일반적인 액정 표시장치의 단위 화소에 대한 평면도이다.
도1을 참조하면, 게이트 배선(4)이 기판 상에 일정하게 이격되어 행으로 배열되고, 데이터 배선(2)이 일정하게 이격되어 열로 배열된다. 따라서, 게이트 배선(4)과 데이터 배선(2)은 매트릭스 형태로 배열된다. 이때, 단위 액정 셀은 데이터 배선(2)과 게이트 배선(4)의 교차부에 의해 정의되며, 단위 액정 셀마다 박막 트랜지스터(TFT)와 화소전극(14)이 구비된다.
상기 게이트 배선(4)의 소정의 위치에서 연장되어 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(10)이 형성되고, 상기 게이트 전극(10)은 데이터 배선(2)의 소정의 위치에서 연장된 소스 전극(8)과 일부 영역이 오버-랩(overlap)된다.
그리고, 상기 게이트 전극(10)을 기준으로 소스 전극(8)과 대응하는 위치에 드레인 전극(12)이 형성되고, 그 드레인 전극(12) 상에는 드레인 콘택홀(16)이 형성되어 화소전극(14)과 드리인 전극(12)를 전기적으로 접속시킨다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 사이에 반도체층(도면상에 도시되지 않음)을 구비하며, 상기 반도체층에서는 게이트 배선(4)을 통해 게이트 전극에 공급되는 주사 신호에 의해 도전 채널이 형성된다.
이와 같이 게이트 배선(4)으로부터 공급되는 주사 신호에 응답하여 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 사이에 도전 채널을 형성되면 데이터 배선(2)을 통해 소스 전극(8)으로 공급된 데이터 신호가 드레인 전극(12)에 전송된다.
한편, 드레인 콘택홀(16)을 통해 드레인 전극(12)에 접속된 화소전극(14)은 ITO(indium tin oxide)와 같은 광투과율이 높은 투명 전도성 물질로 형성되며, 드레인 전극(12)으로부터 공급되는 데이터 신호에 따라 컬러필터 기판에 형성되는 공통 투명전극(도면상에 도시되지 않음)과 함께 액정층에 전계를 인가시킨다.
이와 같이 액정층에 전계가 인가되면, 액정은 유전 이방성에 의해 회전하여 백라이트로부터 발광되는 빛을 화소전극(14)을 통해 컬러필터 기판 쪽으로 투과시키며, 그 투과되는 빛의 양은 데이터 신호의 전압값에 의해 조절된다.
스토리지 전극(20)은 게이트 배선(4) 상에 중첩하여 형성되며, 스토리지 콘택홀(22)을 통해 화소전극(14)에 접속된다. 스토리지 전극(20)과 게이트 배선(4) 사이에는 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 형성과정에서 증착되는 게이트 절연막(도면상에 도시되지 않음)이 삽입되어 스토리지 커패시터(18)을 형성한다.
상기한 바와 같은 스토리지 커패시터(18)에는 게이트 배선(4)에 주사신호가 인가되는 박막 트랜지스터의 턴-온(turn-on) 기간 동안 주사신호의 전압값이 충전되고, 박막 트랜지스터의 턴-오프(turn-off) 기간 동안 그 충전된 전압이 상기 화소전극(14)에 공급함됨으로써, 액정의 구동이 유지된다.
도2는 도1의 I-I'선을 따라 절단한 단위 화소의 단면을 보인 예시도로서, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')과 대향하여 합착되는 컬러필터 기판(60')과; 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50') 및 컬러필터 기판(60')을 일정하게 이격시키는 스페이서(70)와; 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')과 컬러필터 기판(60') 사이의 이격된 공간에 충진된 액정층(80)으로 구성된다.
상기 도2의 예시도를 참조하여 박막 트랜지스터(TFT)의 제조과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 기판(50)의 상에 Mo, Al 또는 Cr과 같은 금속물질을 스퍼터링 방법으로 증착한 다음 제1마스크를 통해 패터닝하여 게이트 전극(10)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 전극(10)이 형성된 기판(50) 상에 SiNx 등의 절연물질을 전면 증착하여 게이트 절연막(30)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 절연막(30) 상에 비정질 실리콘(amorphous silicon)으로 이루어진 반도체층(32)과, 인(P)이 고농도로 도핑된 n+ 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹접촉층(Ohmic contact layer, 34)을 연속 증착한 다음 제2마스크를 통해 패터닝하여 반도체층(32)과 오믹접촉층(34)으로 이루어진 액티브층(36)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 절연막(30)과 액티브층(36) 상에 금속물질을 증착한 다음 제3마스크를 통해 패터닝하여 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)을 액티브층(36)의 상부에서 서로 대응하여 이격되도록 형성한다. 상기 전극 형성과정에서 상기 액티브층(36) 상부의 오믹접촉층(34)이 제거된다.
삭제
상기 오믹접촉층(34)이 제거됨에 따라 반도체층(32)이 노출되는데, 그 노출된 반도체층(32)은 박막 트랜지스터(TFT)의 채널영역으로 정의된다.
그리고, 상기 노출된 반도체층(32)을 포함하여 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 등이 형성된 게이트 절연막(30) 상에 화학 기상 증착(chemical vapor deposition : CVD) 방식을 통해 보호막(passivation film, 38)을 전면 증착한다. 이때, 보호막(38)의 재료로는 주로 SiNx 등의 무기물질이 적용되었으며, 최근들어 액정 셀의 개구율을 향상시키기 위하여 BCB(benzocyclobutene), SOG(spin on glass) 또는 Acryl 등의 유전율이 낮은 유기물질이 사용되고 있다.
그리고, 상기 드레인 전극(12) 상의 보호막(38) 일부를 제4마스크를 통해 선 택적으로 식각하여 드레인 전극(12)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(16)을 형성한다.
그리고, 상기 보호막(38) 상에 투명 전극물질을 스퍼터링 증착한 다음 제5마스크를 통해 패터닝하여 화소전극(14)을 형성하되, 그 화소전극(14)이 상기 드레인 콘택홀(16)을 통해 드레인 전극(12)에 접속되도록 패터닝한다.
최종적으로, 상기한 바와 같이 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된 결과물의 전면에 배향막(51)을 형성한 다음 러빙(rubbing)을 실시하고, 기판(50)의 배향막(51)과 대응하는 반대면에 제1편광판(52)을 형성함으로써, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')의 제작을 완료한다. 이때, 러빙은 배향막(51) 표면의 고분자 사슬이 일정한 방향으로 정렬되도록 천을 균일한 압력과 속도로 배향막(51) 표면과 마찰시킴으로써 액정의 초기 배향을 결정하는 공정을 말한다.
한편, 상기 도2의 예시도를 참조하여 스토리지 커패시터 영역의 제조과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50') 상에 게이트 라인(4)을 패터닝하고, 그 상부에 게이트 절연막(30)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 절연막(30)의 상부에 전극 물질을 스퍼터링 증착한 다음 패터닝하여 스토리지 전극(20)을 형성한다. 이때, 스토리지 전극(20)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)을 패터닝하는 과정에서 함께 형성된다.
상기 스토리지 전극(20)은 게이트 절연막(30)을 사이에 두고 게이트 라인(4)의 일부영역과 오버-랩되어 스토리지 커패시터(18)을 형성한다.
그리고, 상기 스토리지 전극(20)이 형성된 게이트 절연막(30) 상부에 보호막(38)을 형성한 다음 그 보호막(38)의 일부를 식각하여 스토리지 전극(20)의 일부를 노출시키는 스토리지 콘택홀(22)을 형성한다. 이때, 보호막(38)은 상기 박막 트랜지스터(TFT) 영역의 보호막(38)을 형성하는 과정에서 형성되고, 스토리지 콘택홀(22)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 콘택홀(16)을 형성하는 과정에서 형성된다.
그리고, 상기 보호막(38) 상에 화소전극(14)을 패터닝하며, 그 화소전극(14)은 상기 스토리지 콘택홀(22)을 통해 스토리지 전극(20)에 접속된다. 이때, 화소전극(14)은 상기 박막 트랜지스터(TFT) 영역에 형성되는 화소전극(14)의 패터닝 과정에서 형성된다.
한편, 상기 도2의 예시도를 참조하여 컬러필터 기판(60')의 제조과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(60) 상에 블랙 매트릭스(black matrix, 62)를 일정한 간격으로 이격 도포한다.
그리고, 상기 블랙 매트릭스(62)가 이격되어 도포된 기판(60)의 상부에 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터(63)를 형성하되, 그 컬러필터(63)가 상기 블랙 매트릭스(62) 상부의 소정 영역까지 확장되도록 한다.
그리고, 상기 블랙 매트릭스(62)를 포함한 컬러필터(63)의 상부 전면에 금속물질을 형성한 다음 패터닝하여 공통전극(64)을 형성한다.
그리고, 상기 결과물의 상부 전면에 배향막(65)을 형성한 다음 러빙을 실시하고, 기판(60)에 형성된 배향막(65)과 대응하는 반대면에 제2편광판(66)을 형성함으로써, 컬러필터 기판(60')의 제작을 완료한다.
상기한 바와 같이 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')과 컬러필터 기판(60')의 제작이 완료되면, 그 박막 트랜지스터 어레이 기판(50') 상에 실링재(도면상에 도시되지 않음)를 인쇄함과 아울러 상기 컬러필터 기판(60') 상에는 스페이서(70)를 산포한다. 이때, 제작자의 의도에 따라 박막 트랜지스터 어레이 기판(50') 상에 스페이서(70)를 산포하고, 컬러필터 기판(60') 상에 실링재를 인쇄할 수 있다.
그리고, 상기 실링재 인쇄 및 스페이서(70) 산포가 완료되면, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')과 컬러필터 기판(60')을 합착한다.
그리고, 상기 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')과 컬러필터 기판(60')을 단위 액정 패널로 절단한다. 이는 대면적의 기판에 다수개의 액정 패널을 동시에 형성하여 각각 단위 액정 패널로 절단함으로써 액정 표시장치의 수율을 향상시키기 위함이다.
그리고, 상기 절단된 단위 액정 패널에 액정을 주입하고, 그 주입구를 밀봉함으로써, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')과 컬러필터 기판(60')의 배향막(51,65)이 대향하여 이격된 공간에 액정이 충진된 액정층(80)을 형성한다. 이때, 초기 액정 표시장치의 제조과정에서는 다수개의 액정 패널에 액정을 주입한 다음 단위 액정 패널로 절단하였다. 그러나 단위 액정 패널의 크기가 증가함에 따라 액정 주입을 위한 공정 조절이 까다로워지고, 액정 주입 불량으로 인한 제품의 생산성이 저하되어, 현재는 주로 단위 액정 패널로 절단한 다음 액정을 주입하는 방식이 사용되고 있다.
상기 단위 액정 패널은 수백 ㎠ 면적에 수 ㎛의 미세한 셀-갭을 갖는다. 따라서, 상기 액정 패널에 효과적으로 액정을 주입하기 위해서 단위 액정 패널 내측과 외측의 압력차를 이용한 진공 주입법이 가장 일반적으로 사용된다.
상기한 바와 같은 액정 표시장치의 제작과정 중에 스페이서(70) 산포에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 스페이서(70)는 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')과 컬러필터 기판(60')의 셀-갭을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해 사용되며, 스페이서(70)을 산포하는 방법은 도3a에 도시한 바와 같이 알코올 등의 용매(solvent)에 스페이서(70)를 혼합하여 분사하는 습식산포와 도3b에 도시한 바와 같이 질소(N2) 가스를 통해 스페이서(70)만을 산포하는 건식산포로 나눌 수 있다. 이때, 스페이서(70)는 소정의 입자 직경을 갖는 유리 비드, 플라스틱 비드 등의 입자로, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')이나 컬러필터 기판(60') 상에 균일한 밀도로 산포된다.
그러나, 상기한 바와 같은 산포 방식에 의하면 스페이서(70)가 박막 트랜지스터 어레이 기판(50')이나 컬러필터 기판(60') 상에 무작위로 산포되기 때문에, 유효 화소부 내에 스페이서(70)가 존재하는 경우가 발생한다. 따라서, 스페이서(70)가 화상에 비치거나, 입사된 광이 산란되고, 스페이서(70)가 산포된 영역에서 배향막의 배향이 흐트러져 빛샘 현상이 발생하여 액정 표시장치의 화질이 저하되는 문제점이 있다. 특히 대면적의 액정 표시장치에서는 산포된 스페이서들이 군데군데 뭉치는 현상으로 인해, 은하수 얼룩과 같은 화질불량을 발생시키는 요인이 되고 있다.
상기한 바와 같은 문제점들을 고려하여 포토리소그래피(photolithography)를 통해 패턴화된 스페이서(patterned spacer)를 형성시키는 방법이 제안되었다.
즉, 포토레지스트막을 기판에 도포하고, 소정의 마스크(mask)를 통하여 자외선을 조사한 다음 현상하여 스페이서를 형성한다.
따라서, 상기 패턴화된 스페이서는 유효 화소부 이외의 부분에 선택적으로 스페이서를 형성시킬 수 있다.
또한, 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판의 셀-갭을 포토레지스트막의 두께로 조절할 수 있기 때문에 정밀도가 높은 특징이 있다.
상기한 바와 같은 종래의 패턴화된 스페이서 형성방법을 나타낸 도4a 내지 도4d의 순차적인 단면 예시도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도4a에 도시한 바와 같이 기판(100) 상에 감광성 수지 재질의 레지스트막(101)을 스핀-코팅(spin-coating) 방법으로 도포한다.
그리고, 도4b에 도시한 바와 같이 상기 레지스트막(101) 상에 빛의 투과영역과 차단영역이 패터닝된 마스크(102)를 통해 자외선을 선택적으로 조사한 다음 현상하여 레지스트막(101)을 선택적으로 잔류시킨다. 이때, 선택적으로 잔류하는 레지스트막(101)은 액정 표시장치의 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판의 셀-갭을 일정하게 유지시키는 스페이서로 기능하게 된다.
한편, 상기 레지스트막(101)으로 자외선 조사영역이 현상에 의해 선택적으로 제거되는 포지티브 형(positive type)을 적용하는 경우에는 레지스트막(101)의 스페이서가 형성될 영역이 마스크(102)에 의해 가려지게 되어 빛이 차단된다.
그리고, 레지스트막(101)으로 자외선 조사영역이 현상에 의해 선택적으로 잔류하는 네거티브 형(negative type)을 적용하는 경우에는 레지스트막(101)의 스페이서가 형성될 영역이 마스크(102)에 의해 가려지지 않고 빛이 투과된다.
그리고, 도4c에 도시한 바와 같이 상기 레지스트막(101)이 잔류하는 기판(100) 상에 배향막을 형성하고 러빙을 수행하여, 이후 액정이 채워질 때 원하는 배향을 갖도록 한다.
이후에, 도4d에 도시한 바와 같이 상기 기판(100) 상에 잔류하는 레지스트막(101)은 스페이서로 기능하여 다른 기판(103)이 합착될 때, 일정한 셀-갭이 유지되도록 한다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 액정 표시소자의 패턴화된 스페이서 형성방법은 레지스트막이 스핀-코팅 방법에 의해 도포되므로, 재료의 소비가 많고 레지스트막의 노광 및 현상을 위한 포토리쏘그래피 공정이 복잡하여 제품의 생산성을 저하되었다.
또한, 상기 레지스트막의 노광 및 현상을 위한 포토리쏘그래피 공정은 배향을 파괴시키게 되므로, 기판 상에 포토리쏘그래피 공정을 통해 스페이서로 기능하는 레지스트막을 먼저 형성한 다음 배향을 실시한다.
그러나, 상기한 바와 같이 레지스트막이 형성된 기판 상에 배향을 실시할 경우에는 레지스트막의 단차에 의해 레지스트막의 일측면을 따라 배향 불량이 발생하여 빛샘 현상이 나타나므로, 액정 표시장치의 화질을 저하시키는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 발명의 목적은 액정 표시장치에 있어서 균일한 셀-갭을 가지며 스페이서 주위의 빛샘현상을 방지할 수 있는 스페이서 형성방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 기판 상에 스페이서 홀(spacer hole)이 패터닝된 마스크를 정렬시키는 단계와; 상기 마스크의 스페이서 홀에 스페이서 물질을 충진시키는 단계와; 상기 충진된 스페이서 물질을 경화시켜 기판 상에 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 액정 표시장치의 스페이서 형성방법에 대한 일 실시예를 도5a 내지 도5e에 도시한 순차적인 단면 예시도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도5a에 도시한 바와 같이 기판(200) 상에 배향막(201)을 형성한 다음 스페이서 홀(203)이 패터닝된 마스크(204)를 배향막(201)이 형성된 기판 상에 정렬시킨다. 여기서, 기판(200)은 액정 표시장치에 적용되는 박막 트랜지스터 어레이 기판이나 또는 컬러필터 기판이 적용될 수 있으며, 배향막(201)은 액정의 초기 배향을 결정하기 위한 러빙이 실시되어 있다.
상기 스페이서 홀(203)이 패터닝된 마스크(204)는 종래 포토리쏘그래피 방법을 통해 패턴화된 스페이서를 형성하기 위해 적용되는 마스크(204)를 그대로 적용할 수 있으며, 따라서 별도의 마스크 제작에 따른 비용은 추가되지 않는다.
그리고, 도5b에 도시한 바와 같이 상기 정렬된 마스크(204) 상에 자외선을 조사하여 스페이서 홀(203)을 통해 노출된 배향막(201)을 평탄화시키고, 아울러 후술할 스페이서 물질(206)과의 접착력을 향상시킨다.
그리고, 도5c에 도시한 바와 같이 상기 마스크(204) 상에 스페이서 물질 공급기(205)를 통해 스페이서 물질(206)을 형성하고, 스페이서 충진기(207)를 통해 상기 스페이서 홀(203)에 스페이서 물질(206)을 충진시킨다. 이때, 스페이서 물질(206)은 액상의 포토 아크릴(photo acryl) 재료를 적용할 수 있으며, 또는 용매에 유리 비드나 플라스틱 비드 등이 함유된 재료를 적용할 수 있다.
상기 스페이서 충진기(207)는 고무 롤러(squeegee)나 닥터 블레이드(doctor blade)로 구성되어, 마스크(204) 상에 형성된 스페이서 물질(206)을 마스크(204)의 일측면으로부터 다른 측면으로 이동하며 인쇄하여 스페이서 홀(203)에 스페이서 물질(206)이 충진되도록 한다.
한편, 상기 스페이서 물질 공급기(205)를 통해 마스크(204) 상의 전면에 스페이서 물질(206)을 형성하고, 스페이서 충진기(207)를 통해 마스크(204) 상의 스페이서 홀(203)에 스페이서 물질(206)이 충진되도록 할 경우에는 스페이서 물질(206)이 낭비되므로, 상기 스페이서 물질 공급기(205)와 스페이서 충진기(207)를 한쌍으로 연동되도록 구성하여 스페이서 물질(206)의 재료 소비를 최소화할 수 있다.
그리고, 도5d에 도시한 바와 같이 상기 스페이서 홀(203)에 스페이서 물질(206)이 충진된 마스크(204) 상에 자외선을 조사하여 스페이서 물질(206)을 경화시킨다. 이때, 스페이서 물질(206)은 자외선에 의해 경화되면서 부피가 줄어들면서 배향막(201) 상에 고착됨으로써, 액정 패널의 합착을 위한 스페이서로 기능한다.
이때, 상기 스페이서 물질(206)은 후속 열처리 공정에 의한 영향을 받지 않도록 충분한 시간 동안 경화시키는 것이 바람직하다.
그리고, 도5e에 도시한 바와 같이 상기 마스크(204)를 제거한다.
한편, 상기 마스크(204)는 도6의 예시도에 도시한 바와 같이 액정 표시장치의 스페이서가 형성될 위치에 스페이서 홀(203)이 패터닝된다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 마스크 상에 패터닝된 스페이서 홀에 선택적으로 스페이서 물질을 충진하고 이를 경화시켜 스페이서를 형성하므로, 균일한 크기의 스페이서를 원하는 위치에 정확하게 형성할 수 있게 된다.
따라서, 종래 포토리쏘그래피 공정을 통해 패턴화된 스페이서를 형성하는 방법에 비해 공정이 단순화되고, 레지스트막의 스핀-코팅이 적용되지 않아 재료의 소비를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 러빙이 실시된 배향막 상에 스페이서를 형성할 수 있게 되므로, 종래 포토리쏘그래피 공정을 통해 패턴화된 스페이서를 형성한 다음 배향을 실시할 경우와는 달리 스페이서의 일측면을 따라 배향 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 스페이서가 제작된 액정 표시장치의 컬러필터 기판의 평면 구성 및 그 단면 구성을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도7은 상기 본 발명의 일 실시예에 따라 스페이서가 제작된 컬러필터 기판 의 평면구성을 보인 예시도이고, 도8은 도7의 II-II'선을 따라 절단한 단면구성을 보인 예시도이다.
상기 도7 및 도8을 참조하면, 기판(300) 상에 블랙 매트릭스(301)가 액정 표시장치의 화소영역 가장자리를 따라 패터닝되고, 상기 기판(300) 상에 R,G,B 컬러필터(302)들이 블랙 매트릭스(301)와 중첩되어 액정 표시장치의 화소영역별로 형성된다.
그리고, 상기 R,G,B 컬러필터(302)의 상면에는 공통 투명전극(303)과 배향막(304)이 순차적으로 형성되고, 상기 배향막(304) 상에 러빙이 실시되어 액정의 초기 배향방향을 결정한다.
그리고, 상기 배향막(304) 상에 스페이서(305)가 컬러필터 기판의 정의된 위치마다 형성된다.
한편, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 박막 트랜지스터 어레이 기판이나 또는 컬러필터 기판 상에 배향막을 형성한 다음 러빙을 실시하고, 그 배향막 상부에 스페이서를 형성하였다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예로 컬러필터 기판의 공통 투명전극 상에 스페이서를 형성할 수도 있으며, 도9a 내지 도9e는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스페이서 형성방법의 순차적인 단면 예시도이다.
먼저, 도9a에 도시한 바와 같이 액정 표시장치의 화소영역 가장자리를 따라 기판(400) 상에 블랙 매트릭스(401)를 일정하게 패터닝한 다음 상기 기판(400) 상에 액정 표시장치의 화소영역별로 R,G,B 컬러필터(402)들을 블랙 매트릭스(401)와 중첩되도록 형성한다.
그리고, 도9b에 도시한 바와 같이 상기 R,G,B 컬러필터(402) 상면에 공통 투명전극(403)을 형성한 다음 스페이서 홀(404)이 패터닝된 마스크(405)를 정렬시킨다. 이때, 스페이서 홀(404)이 패터닝된 마스크(405)는 본 발명의 일 실시예와 동일하게 종래 포토리쏘그래피 방법을 통해 패턴화된 스페이서를 형성하기 위해 적용되는 마스크(405)를 그대로 적용할 수 있으며, 따라서 별도의 마스크 제작에 따른 비용은 추가되지 않는다.
그리고, 도9c에 도시한 바와 같이 상기 정렬된 마스크(405) 상에 스페이서 물질 공급기(406)를 통해 스페이서 물질(407)을 형성하고, 스페이서 충진기(408)를 통해 상기 스페이서 홀(404)에 스페이서 물질(407)을 충진시킨다. 이때, 스페이서 물질(407)은 액상의 포토 아크릴 재료를 적용할 수 있으며, 또는 용매에 유리 비드나 플라스틱 비드 등이 함유된 재료를 적용할 수 있다.
상기 스페이서 충진기(408)는 고무 롤러나 닥터 블레이드로 구성되어, 마스크(405) 상에 형성된 스페이서 물질(407)을 마스크(405)의 일측면으로부터 다른 측면으로 이동하며 인쇄하여 스페이서 홀(404)에 스페이서 물질(407)이 충진되도록 한다.
한편, 상기 스페이서 물질 공급기(406)를 통해 마스크(405) 상의 전면에 스페이서 물질(407)을 형성하고, 스페이서 충진기(408)를 통해 마스크(405) 상의 스페이서 홀(404)에 스페이서 물질(407)을 충진되도록 할 경우에는 스페이서 물질(407)이 낭비되므로, 상기 스페이서 물질 공급기(406)와 스페이서 충진기(408)를 한쌍으로 연동되도록 구성하여 스페이서 물질(407)의 재료 소비를 최소화할 수 있다.
그리고, 도9d에 도시한 바와 같이 상기 스페이서 홀(404)에 스페이서 물질(407)이 충진된 마스크(405) 상에 자외선을 조사하여 스페이서 물질(407)을 경화시킨다. 이때, 스페이서 물질(407)은 자외선에 의해 경화되면서 부피가 줄어들면서 공통 투명전극(403) 상에 고착됨으로써, 액정 패널의 합착을 위한 스페이서로 기능한다.
상기 스페이서 물질(407)은 후속 열처리 공정에 의한 영향을 받지 않도록 충분한 시간 동안 경화시키는 것이 바람직하다.
그리고, 도9e에 도시한 바와 같이 상기 마스크(405)를 제거하여 스페이서 물질(407)을 형성한다.
이후에, 상기 스페이서 물질(407)이 경화된 공통 투명전극(403) 상에 배향막을 형성하고, 배향을 실시하여 액정 표시장치의 컬러필터 기판 제작이 완료된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 마스크 상에 패터닝된 스페이서 홀에 선택적으로 스페이서 물질을 충진하고, 이를 경화시켜 스페이서를 형성함에 따라 균일한 크기의 스페이서를 원하는 위치에 정확하게 형성할 수 있게 된다.
따라서, 종래 포토리쏘그래피 공정을 통해 패턴화된 스페이서를 형성하는 방법에 비해 공정이 단순화되고, 레지스트막의 스핀-코팅이 적용되지 않으므로, 재료의 소비를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 액정 표시장치의 컬러필터 기판에 형성된 공통 투명전극 상에 스페이서를 형성함에 따라 배향막 상에 스페이서를 형성하는 본 발명의 일 실시예에 비해 배향막의 평탄화 및 배향막과 스페이서의 접착력 향상을 위한 자외선 조사단계를 생략할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 마스크 상에 패터닝된 스페이서 홀에 선택적으로 스페이서 물질을 충진하고, 이를 경화시켜 스페이서를 형성함에 따라 균일한 크기의 스페이서를 원하는 위치에 정확하게 형성할 수 있게 된다.
따라서, 종래 포토리쏘그래피 공정을 통해 패턴화된 스페이서를 형성하는 방법에 비해 공정이 단순화되고, 레지스트막의 스핀-코팅이 적용되지 않으므로, 재료의 소비를 최소화할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 러빙이 실시된 배향막 상에 스페이서를 형성할 수 있게 되므로, 종래 포토리쏘그래피 공정을 통해 패턴화된 스페이서를 형성한 다음 배향을 실시할 경우에 스페이서의 일측면을 따라 배향 불량이 발생하여 빛샘현상이 나타나는 것을 방지할 수 있어 액정 표시장치의 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시장치의 스페이서 형성방법은 액정 표시장치의 컬러필터 기판에 형성된 공통 투명전극 상에 스페이서를 형성 함에 따라 배향막 상에 스페이서를 형성하는 본 발명의 일 실시예에 비해 배향막의 평탄화 및 배향막과 스페이서의 접착력 향상을 위한 자외선 조사단계를 생략할 수 있게 되므로, 보다 단순화된 공정을 통해 균일한 크기의 스페이서를 원하는 위치에 정확하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 스페이서 홀(spacer hole)이 패터닝된 마스크를 정렬시키는 단계와;
    상기 마스크의 스페이서 홀에 스페이서 물질을 충진시키는 단계와;
    상기 충진된 스페이서 물질상에 자외선을 조사하여 이 스페이서 물질을 경화시켜 기판상에 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  2. 기판 상에 배향막을 형성하고, 러빙을 실시하는 단계와;
    상기 배향막이 형성된 기판 상에 스페이서 홀이 패터닝된 마스크를 정렬시키는 단계와;
    상기 마스크의 스페이서 홀을 통해 기판 상의 배향막에 자외선을 조사하는 단계와;
    상기 마스크의 스페이서 홀에 스페이서 물질을 충진시키는 단계와;
    상기 충진된 스페이서 물질을 경화시켜 기판 상에 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판상에 스페이서 홀(space hole)이 패터닝된 마스크를 정렬시키는 단계이전에,
    상기 기판상에 액정 표시장치의 화소영역 가장자리를 따라 블랙 매트릭스를 패터닝하는 단계와;
    상기 기판 상에 액정 표시장치의 화소영역별로 R,G,B 컬러필터들을 형성하는 단계와;
    상기 R,G,B 컬러필터의 상면에 공통 투명전극을 형성하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크의 스페이서 홀에 스페이서 물질을 충진시키는 단계는 스페이서 물질 공급기를 통해 마스크 상에 스페이서 물질을 형성하고, 스페이서 충진기를 통해 마스크 상의 스페이서 홀에 스페이서 물질을 충진시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스페이서 물질을 충진시키는 단계는 상기 마스크 상에 스페이서 물질 공급기를 통해 형성된 스페이서 물질을 스페이서 충진기를 통해 마스크의 일측면으로부터 다른 측면으로 인쇄하여 스페이서 물질을 스페이서 홀에 충진시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스페이서 충진기는 상기 스페이서 물질 공급기와 한쌍으로 연동되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  7. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스페이서 물질은 액상의 포토 아크릴 재료를 적용하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 스페이서 홀이 패터닝된 마스크를 정렬시키는 단계 이후에 자외선을 조사시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 마스크를 제거하는 단계 이후에 스페이서가 형성된 공통 투명전극 상에 배향막을 형성하고, 배향을 실시하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 스페이서 물질은 자외선 조사에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 스페이서 형성방법.
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