KR100801209B1

KR100801209B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR100801209B1
Application number: KR1020010025470A
Authority: KR
Inventors: 가도타히사시; 후쿠모토히로히데; 후쿠모리히로미
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2008-02-05
Also published as: US20020003599A1; EP1154308B1; EP1154308A1; NO20012306D0; US6597425B2; KR20010104250A; HK1043698A1; HK1043698B; NO20012306L; TW594293B; JP2001318383A

Abstract

기둥형 스페이서를 갖추면서도 배향막의 막 두께 불균일이나 러빙 불균일을 최소화하며 고품위의 화상을 제공하는 액정표시장치를 제공한다. 서로 독립한 복수의 기둥형 스페이서에 의해 소정 간격으로 조정된 서로 대향하는 한 쌍의 기판간에 액정 물질이 끼워진 구조를 갖는 액정표시장치에 있어서, 기둥형 스페이서의 배치 밀도를 100 ∼ 2000개/㎟로 하며 또한 기둥형 스페이서의 단면적을 1 ∼ 100㎛²로 한다.

기둥형 스페이서, 배향막, 막 두께 불균일, 러빙 불균일, 액정표시장치, 배향 장애, 액정 셀

Description

액정표시장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 기둥형 스페이서의 배치 밀도와 화질의 관계도,

도 2는 본 발명에 따른 기둥형 스페이서의 배열 패턴의 설명도,

도 3은 본 발명의 액정표시장치의 단면개략도.

본 발명은 기둥형 스페이서를 갖추면서도 배향막의 막 두께 불균일이나 러빙 불균일을 최소화하며 고품위의 화상을 제공하는 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 서로 대향하는 한 쌍의 기판간에 액정 물질이 끼워진 구조를 갖는다. 여기서, 액정표시장치에 의한 화상 표시는 한 쌍의 기판간에 전압을 인가하고, 액정 물질의 복굴절 특성에 기초하여 광투과율을 제어함으로써 행한다. 따라서, 서로 대향하는 기판의 간격이 화면 내에서 균일하지 않은 경우에는 대향하는 전극간에 걸리는 전기장의 강도가 화면 내에서 달라져서 화질 상 큰 문제가 된다. 이 때문에, 종래에는 간격 보존재로서 미세한 유리 비즈(glass beads)를 한 쌍의 기판 상에 소정량 분산시키고, 결과적으로 액정 물질 내에 유리 비즈가 분산된 상태로 함으로써 한 쌍의 기판간을 소정 간격으로 조정하고 있었다.

그러나, 유리 비즈를 한 쌍의 기판 상에 균일하게 분산시키는 것은 대단히 어렵고, 경우에 따라서는 유리 비즈가 화면 내에서 편재(국소 부분에 치우침)하여 화질의 열화를 초래하는 문제가 있었다.

그래서, 최근에는 유리 비즈를 기판 상에 분산시키는 것이 아니라 서로 대향하는 한 쌍의 기판의 한 쪽 기판 상에 상대적으로 양호한 위치 정밀도와 치수 정밀도를 실현할 수 있는 포토리소그래피 기술이나 에칭 기술을 이용하여 감광성 수지 등의 절연성 수지나 SiO₂ 등의 산화막 등의 절연물을 섬 형태로 형성한 간격 보존재(즉, 서로 독립한 기둥형 스페이서)를 설치하는 것이 행해지고 있다.

그러나, 폴리이미드(PI) 등의 배향막의 형성 및 러빙 처리는 기둥형 스페이서의 형성 후에 행해지므로, 기둥형 스페이서를 고르지 않게 형성하면 그 자체의 요철 형상에 기인하여 배향막 형성시에 인식 가능한 막 두께 불균일이나 러빙 불균일이 발생하고 액정의 배향 이상을 일으키며 액정표시장치에서 얻어지는 화상 품위가 극단으로 열화하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로 기둥형 스페이서를 갖추면서도 배향막의 막 두께 불균일이나 러빙 불균일을 최소화하며 고품위의 화상을 제공하는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 발명자들은 기둥형 스페이서의 배치 밀도, 더욱이 배열 또는 크기 등을 특정 범위 내로 한정함으로써 전술한 문제점을 해결 또는 경감할 수 있는 것 을 예상하고 본 발명을 완성시키도록 되었다.

즉, 본 발명은 서로 독립한 복수의 기둥형 스페이서에 의해 소정 간격으로 조정된 서로 대향하는 한 쌍의 기판간에 액정 물질이 끼워진 구조를 갖는 액정표시장치에 있어서, 기둥형 스페이서의 배치 밀도가 100 ∼ 2000개/㎟인 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.

또한, 이 액정표시장치는 서로 대향하는 한 쌍의 기판간에 액정 물질이 끼워진 구조를 갖는 액정표시장치의 제조 방법에 있어서, 상기 한 쌍의 기판의 한 쪽 기판 상에 100 ∼ 2000개/㎟의 배치 밀도로 기둥형 스페이서를 형성하는 공정을 포함하는 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 액정표시장치는 서로 독립한 복수의 기둥형 스페이서에 의해 소정 간격으로 조정된 서로 대향하는 한 쌍의 기판간에 액정 물질이 끼워진 구조를 갖는다.

본 발명자들의 발견에 따르면, 기둥형 스페이서의 배치 밀도가 너무 높으면 액정 물질의 배향이 방해되어 회위(回位, disclination)라 불리는 배향 장애가 발생하기 쉬우며, 더욱이 기둥형 스페이서 상에 도포되는 배향막이 기둥형 스페이서 주위에 축적되어 배향막의 막 두께 불균일이 발생하기 쉽다는 것도 알게 되었다. 역으로, 기둥형 스페이서의 배치 밀도가 너무 낮으면 막 두께 불균일이 인식되기 쉬우므로 화질의 열화를 초래하는 것을 알았다.

그래서, 기둥형 스페이서의 배치 밀도와 화질간의 관계를 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이 액정표시소자를 제작하여 조사한 바 도 1에 나타내는 바와 같은 관계가 있는 것을 알았다. 도 1에 따르면, 기둥형 스페이서의 양호한 배치 밀도가 100 ∼ 2000개/㎟이며, 최적의 배치 밀도가 200 ∼ 400개/㎟인 것을 알았다. 즉, 기둥형 스페이서의 배치 밀도를 100개/㎟ 미만으로 하면 기둥형 스페이서가 서로 너무 떨어지므로 역으로 배향막의 막 두께 불균일이 인식되기 용이하여 화질의 최저 허용 레벨을 만족하지 않게 된다. 또한, 기둥형 스페이서의 배치 밀도가 2000개/㎟를 넘으면 기둥형 스페이서가 서로 접근하여 배향막의 막 두께가 불균일한 주변부가 서로 오버랩되고, 결과적으로 막 두께 불균일이 인식되기 어려워지며 회위가 발생하기 쉬워져 화질의 최저 허용 레벨을 만족하지 않는다는 것을 알았다.

또한, 기둥형 스페이서는 가능한 한 작은 쪽이 액정 배향의 장해가 되지 않으므로 그 단면적이 바람직하게는 1 ∼ 100㎛², 보다 바람직하게는 5 ∼ 25㎛²이다.

본 발명의 액정표시장치에서는 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 한 쌍의 기판의 한 쪽 기판(21)에 매트릭스 형상으로 복수의 화소 전극(22)이 형성되어 있는 경우에, 기둥형 스페이서(23)를 각 화소 전극(22)에 대해 등가로 배열하는 것이 바람직하다. 이에 따라 화면 내의 기판 간격을 보다 일정하게 유지할 수 있다. 더욱이 배향막의 막 두께 불균일도 균일하게 할 수 있다.

또한, 기둥형 스페이서(23)를 각 화소 전극(22)에 대해 등가로 배열하는 다른 예로서는 도 2(b)에 나타내는 바둑판 모양이나, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이 배열(임의의 기둥형 스페이서와 이에 인접하는 복수의 기둥형 스페이서의 거리가 대략 일정한 배열)하는 것이 바람직하다. 특히, 도 2(c)의 경우는 러빙 방향을 화살표 방향으로 하면 도 2(a) 및 도 2(b)의 경우보다 러빙시에 기둥형 스페이서의 중첩이 적어져서 배향막의 막 두께 불균일이나 러빙 불균일도 균일화할 수 있으며 회위도 발생하기 어려워진다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 기둥형 스페이서의 배치 밀도, 배열 또는 단면적에 특징을 갖는데, 다른 구성 요소, 한 쌍의 기판, 액정 물질, 전극 등에 대해서는 공지의 액정표시장치와 마찬가지의 구성을 채택할 수 있다.

본 발명의 액정표시장치, 즉 서로 대향하는 한 쌍의 기판간에 액정 물질이 끼워진 구조를 갖는 액정표시장치는 한 쌍의 기판의 한 쪽 기판 상에 100 ∼ 2000개/㎟의 배치 밀도로 기둥형 스페이서를 형성하는 이외에는 공지의 제조 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 기판의 한 쪽 기판 상에 감광성 수지를 도포하고 건조하여 감광성 수지층을 형성하고, 그 감광성 수지층을 포토리소그래피법에 의해 100 ∼ 2000개/㎟의 배치 밀도로 기둥형 스페이서에 가공하면 된다.

실시예

도 3에 나타내는 본 발명의 액정표시장치(액티브 매트릭스형 액정표시장치)의 제조 예를 이하에 설명한다.

먼저, 유리 등으로 이루어지는 구동 기판(1) 상에 TFT를 형성하는 반도체 박막(2, 예를 들면 다결정 실리콘)을 50 ∼ 150㎚의 두께로 형성한다. 필요하면 Si⁺ 이온을 비결정 박막에 주입한 후 600℃ 정도로 가열 처리하고 또는 엑시머 레이저 등으로 어닐링하여 입자를 대형화해도 된다.

이 반도체 박막(2)을 소정 형상으로 패터닝하고 열산화법 또는 LPCVD법 등의 수단을 이용하여 게이트 절연막(3a)을 10 ∼ 100㎚의 두께로 형성한다.

다음, 게이트 전극(3)이 되는 다결정 실리콘 또는 MoSi, WSi, Al, Ta, Mo/Ta, Mo, W, Ti, Cr 등의 금속층을 형성하여 패터닝한다. 또한, 게이트 전극(3)으로서 다결정 실리콘을 이용한 경우에는 저저항화를 도모하기 위해 P⁺ 이온 등을 열확산해도 된다.

그 후, 게이트 전극(3)을 마스크로 하여 이온 주입법 또는 이온 도핑법 등으로 불순물 이온을 주입하여 소스 영역 S 및 드레인 영역 D를 형성한다.

계속해서 PSG, NSG 등으로 400 ∼ 800㎚의 두께로 상압(常壓) CVD법에 의해 막을 형성하여 제1 층간 절연막(4)으로 한다. 여기에 소스 영역 S 및 드레인 영역 D와 통해 있는 콘택트 홀 CONS 및 COND를 개구한다.

다음, Al 등의 도전성 박막을 스퍼터 등으로 300 ∼ 700㎚의 두께로 형성한다. 이것을 소정 형상으로 패터닝하고 소스 전극(6S), 드레인 전극(6D)에 가공한다. 이들 위에 예를 들면 PSG 등을 상압 CVD법으로 300 ∼ 2000㎚의 두께로 막을 형성하여 제2 층간 절연막(5)으로 한다. 필요에 따라 CMP법 등을 이용하여 제2 층간 절연막(5)에 대해 표면 평탄화 처리를 행해도 된다.

그 후, 드레인 전극(6D)과 차광막(7)을 겸한 금속막과의 전기 접속을 취하기 위한 콘택트 홀 CON2를 제2 층간 절연막(5)에 개구한다. 그 위에 블랙 마스크를 겸하는 차광막(7)이 되는 금속 박막, 예를 들면 Ti, Al, Mo, Cr, W, TiNx 또는 이들 금속의 실리사이드 등을 스퍼터 등의 방법으로 5 ∼ 500㎚ 정도의 두께로 형성하고 소정 형상으로 패터닝한다.

이 차광막(7) 상에 예를 들면 PSG 등을 상압 CVD법으로 300 ∼ 2000㎚의 두께로 막을 형성하여 제3 층간 절연막(8)으로 한다. 액정의 배향성을 향상시키기 위해 필요에 따라서는 CMP법 등을 이용하여 제3 층간 절연막(8)에 대해 표면 평탄화 처리를 행해도 된다. 또한, 제2 층간 절연막 및 제3 층간 절연막에는 스핀 코팅법으로 SOG나 유기막 등을 이용하여 평탄화해도 된다.

그 후, 화소 전극(9)과 전기 접속을 취하기 위한 콘택트 홀 CON3을 제3 층간 절연막(8)에 개구한다. 이 위에 화소 전극(9)이 되는 금속 또는 금속산화막(투과형 액정표시장치의 경우에는 ITO막 등의 투명 도전막, 반사형 액정표시장치의 경우에는 Ag, Al 등으로 이루어지는 광반사성 도전막)을 스퍼터법 등으로 30 ∼ 1000㎚ 정도의 두께로 형성하고 소정 형상으로 패터닝한다. 그 후, 필요하면 약 200 ∼ 400℃에서 어닐링 처리해도 된다.

이 위에 예를 들면 감광성 수지도료 등을 2∼ 6㎛ 정도 도포한 후 포토리소그래피 기술을 이용하여 도 2(c)에 나타내는 바와 같이 섬 형상으로 패터닝하고, 기둥형 스페이서(10)를 100 ∼ 2000개/㎟ 형성한다. 이 기둥형 스페이서(10)는 감광성 수지 외에 SiO₂ 등의 무기막을 CVD법으로 형성한 후 또는 비감광성 수지도료를 스핀 코트법이나 인쇄법으로 형성한 후에 패터닝하여 형성해도 된다. 또한, 기둥 형 스페이서(10)의 단면적은 1 ∼ 100㎛²로 한다.

그 후에는 정규 방법에 따라 구동 기판(1)에 PI 등으로 이루어지는 배향막(도시되지 않음)을 형성하여 코튼(cotton) 등의 연마재로써 액정을 배향시키기 위한 러빙 처리를 하고, 마찬가지로 처리된 대향 전극(11)을 갖춘 대향 기판(12)과 중첩 고정되어 액정 셀을 구성한다. 그 후, 액정 셀 내에 액정(13)을 주입하고, 필요에 따라 열처리를 시행하여 액정표시소자를 완성한다.

이와 같이 하여 얻어지는 액정표시장치에서는 구동 기판(1)과 대향 기판(12) 사이의 거리는 기둥형 스페이서(10)의 높이에 의해 균일하게 유지되어 배향막의 막 두께 불균일이나 러빙 불균일의 시인성도 낮으며 더욱이 회위도 발생하기 어렵다. 따라서, 고품위의 화상을 얻을 수 있다.

본 발명의 액정표시장치에 의하면, 기둥형 스페이서의 배치 밀도, 배열, 크기를 규정함으로써 액정의 배향 장애가 없으며 또 배향막의 막 두께 불균일이나 러빙 불균일을 인식하기 어려워 고품위의 화상을 얻을 수 있다.

Claims

그 사이에 간격이 있는 서로 대향하는 한 쌍의 기판;

상기 한 쌍의 기판 사이에 끼워진 액정 물질; 및

상기 한 쌍의 기판 사이에서 그 간격을 조정하며 서로 독립한 복수의 기둥형 스페이서

를 포함하며,

상기 기둥형 스페이서의 배치 밀도는 100 ∼ 2000개/㎟이며,

상기 기둥형 스페이서의 단면적은 5 ∼ 25㎛²인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
그 사이에 간격을 두고 서로 대향으로 배치된 구동 기판과 대향 기판으로 구성된 한 쌍의 기판;

상기 한 쌍의 기판 사이에 끼워진 액정 물질; 및

상기 한 쌍의 기판 사이에서 그 간격을 조정하며 서로 독립한 복수의 기둥형 스페이서

를 포함하며,

상기 구동 기판에는 차광막 및 상기 스페이서가 배치되며,

상기 기둥형 스페이서의 배치 밀도는 100 ∼ 2000개/㎟인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

한 쌍의 기판의 한 쪽 기판에는 매트릭스 형상으로 복수의 화소 전극이 형성되어 있으며, 상기 기둥형 스페이서는 각 화소 전극에 대해 등가로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 기둥형 스페이서는 바둑판 모양으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

임의의 기둥형 스페이서와 그 기둥형 스페이서에 인접하는 복수의 기둥형 스페이서간의 거리는 대략 일정한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
서로 대향하는 한 쌍의 기판간에 액정 물질이 끼워진 구조를 갖는 액정표시장치의 제조 방법에 있어서,

상기 한 쌍의 기판의 한 쪽 기판 상에는 100 ∼ 2000개/㎟의 배치 밀도로 기둥형 스페이서를 형성하는 공정을 포함하며,

상기 기둥형 스페이서의 단면적은 5 ∼ 25㎛²인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 한 쌍의 기판의 한 쪽 기판 상에 감광성 수지를 도포하는 공정;

상기 감광성 수지를 건조하여 감광성 수지층을 형성하는 공정; 및

상기 감광성 수지층을 포토리소그래피법으로 기둥형 스페이서로 가공하는 공정

을 추가로 포함하는 제조 방법.