본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치용 액정셀 제작에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
일반적으로, 액정을 디스플레이에 이용하려면 액정셀을 제작해야 한다.
상기 액정셀은 두 개의 유리기판 또는 플라스틱 기판 사이에 액정을 채운 구조로 되어 있다. 이 액정에 전압을 인가할 수 있도록 기판에는 투명 전극(공통 전극, 화소 전극)이 형성되어 있다. 이 투명 전극은 상기 액정에 전압을 가하여 온/오프를 제어하는 역할을 한다.
즉, 액정표시장치의 광 투과량은 상기 투명 전극에 인가되는 전압에 의해 제어되고, 광 셔터(shutter) 효과에 의해 문자/화상을 표시하게 된다.
이러한 액정표시장치 중에서도, 각 화소(pixel)별로 전압의 온/오프를 조절할 수 있는 스위칭 소자가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 스위칭 소자 및 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 거친 기판을 이용하여, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정을 거쳐 완성된다.
상기 액정셀 공정은 어레이 공정이나 컬러필터 공정에 비해 상대적으로 반복되는 공정이 거의 없는 것이 특징이라고 할 수 있다. 전체 공정은 액정 분자의 배향을 위한 배향막 형성공정과 셀 갭(cell gap) 형성공정, 셀 절단(cutting) 공정, 액정주입 공정으로 크게 나눌 수 있고, 이러한 액정셀 공정에 의해 액정표시장치를 이루는 기본 부품인 액정패널이 제작된다.
이하, 도 1은 일반적인 액정표시장치용 액정패널에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상부 및 하부 기판(10, 30)이 서로 일정간격 이격되어 있고, 이 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.
상기 하부 기판(30)의 투명 기판(1) 상부에는 게이트 전극(32)이 형성되어 있고, 이 게이트 전극(32) 상부에는 게이트 절연막(34)이 형성되어 있고, 이 게이트 절연막(34) 상부의 상기 게이트 전극(32)을 덮는 위치에는 액티브층(36a), 오믹콘택층(36b)이 차례대로 적층된 반도체층(36)이 형성되어 있고, 이 반도체층(36)의 상부에는 서로 일정간격 이격된 소스 및 드레인 전극(38, 40)이 형성되어 있고, 이 소스 및 드레인 전극(38, 40) 간의 이격구간에는 상기 액티브층(36a)의 일부를 노출시킨 채널(ch ; channel)이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(32), 반도체층(36), 소스 및 드레인 전극(38, 40), 채널(ch)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(32)과 연결되어 제 1 방향으로 게이트 배선이 형성되고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 상기 소스 전 극(38)과 연결되는 데이터 배선이 형성되고, 이 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역(P)으로 정의된다.
또한, 상기 박막트랜지스터(T) 상부에는 드레인 콘택홀(44)을 가지는 보호층(42)이 형성되어 있고, 상기 화소 영역(P)에는 드레인 콘택홀(44)을 통해 상기 드레인 전극(40)과 연결되는 화소 전극(48)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 보호층(42) 및 화소 전극(48) 상부에는 액정층(50)의 배향을 용이하게 유도하기 위한 하부 배향막(46)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 상부 기판(10)의 투명기판(1) 하부에는 상기 화소 전극(48)과 대응되는 위치에 특정 파장대의 빛만을 걸러주는 컬러필터(14)가 형성되어 있고, 이 컬러필터(14)의 컬러별 경계부에는 빛샘현상 및 상기 박막트랜지스터(T)로의 광유입을 차단하는 블랙매트릭스(12)가 형성되어 있다.
그리고, 이 컬러필터(14) 및 블랙매트릭스(12)의 하부에는 상기 액정층(50)에 전압을 인가하는 또 다른 전극인 공통 전극(16)이 형성되어 있고, 이 공통 전극(16) 하부에는 상기 하부 배향막(46)과 동일한 역할을 하는 상부 배향막(18)이 형성되어 있다.
한편, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에 개재된 액정층(50)의 누설을 방지하기 위해, 이 상부 및 하부 기판(10, 30)의 가장자리는 씰 패턴(52)에 의해 봉지되어 있다.
이 씰 패턴(52)은 상기 상부 및 하부 기판(10, 30)의 합착 공정 전에, 두 기판간의 일정한 셀갭을 유지하여, 추후 공정에서 액정 주입을 용이하게 할 뿐 아니 라, 주입된 액정이 외부로 누설되는 것을 방지하는 역할을 한다.
한편, 상기 상부 및 하부 배향막(18, 46)을 제외한 상부 및 하부 기판(10, 30)상에 적층된 소자는 컬러필터 또는 어레이 공정을 통해 형성된다.
이하, 이러한 상부 및 하부 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하, 상기 액정셀 제조 공정에 대한 설명의 편의상, 액정이 주입되기 전 액정셀을 이룰 기판 영역을 셀이라고 칭한다.
도 2는 일반적인 액정표시장치용 액정셀의 제조 공정흐름로서, 컬러필터 공정 또는 어레이 공정을 거쳐 다수 개의 셀이 형성된 두 기판을 이용한 공정임을 전제로 한다.
ST1은, 컬러필터 기판인 상부 기판과 어레이 기판인 하부 기판을 초기세정하는 단계이다.
이 단계는 배향막을 도포하기 전에 기판 상에 존재할 수 있는 이물질을 제거하기 위한 단계이다.
ST2는, 상기 ST1 단계를 거친 상부 및 하부 기판 상에 배향막을 형성하는 단계로서, 이 단계는 고분자 박막으로 이루어진 배향막을 도포하는 단계와, 도포된 배향막을 예비 건조기와 경화로를 거쳐 소성처리하는 단계와, 상기 소성처리된 배향막의 표면을 러빙(rubbing)처리하는 단계를 포함한다.
이 배향막 형성단계는 정상적인 액정구동 및 균일한 디스플레이 특성을 위해 필요한 단계로서, 특히 이 단계에서는 넓은 면적에 일정하고 균일하게 배향막을 도 포하는 것이 중요하다.
상기 배향막을 이루는 고분자 박막으로는 폴리이미드(Polyimide)막이 주로 이용된다.
상기 러빙처리 공정은, 러빙포를 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문질러주는 것으로, 러빙방향에 따라 액정 분자들이 정렬하게 된다.
ST3는, 상기 ST2 단계를 거친 기판 상에 씰 패턴(seal pattern)을 형성하고, 스페이서(spacer)를 산포하는 단계이다.
상기 씰 패턴은 액정 주입을 위한 갭을 형성하고, 주입된 액정의 누설을 방지하는 두 가지 기능을 한다.
이 씰 패턴은 유리섬유(glass fiber)가 섞인 열경화성 수지로 이루어진 실런트(sealant)를 일정하게 원하는 패턴으로 형성하는 공정으로써, 주로 스크린 인쇄법에 의해 형성된다.
그리고, 상기 스페이서 산포 단계는 상부 및 하부 기판 사이의 갭을 정밀하고 균일하게 유지하기 위한 단계이다.
따라서, 상기 스페이서는 기판 상에 균일한 밀도로 산포되어야 되고, 산포 방식은 크게 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서 만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있다.
일반적으로, 외부회로와의 연결부를 가지는 어레이 기판의 셀이 컬러필터 기판 셀보다 넓은 면적을 가지므로, 접착불량을 줄이기 위해 컬러필터 기판상에 주로 씰패턴이 형성되고, 스페이서 산포는 하부 기판을 이루는 어레이 기판에서 주로 이 루어진다.
ST4는, 상기 ST3를 거친 상부 및 하부 기판을 합착하는 단계로서, 두 기판의 얼라인먼트(alignment) 정도는 두 기판의 설계시 주어지는 마진(margin)에 의해 결정되는데 보통 수 마이크로미터(㎛)정도의 정밀도가 요구된다.
두 기판의 얼라인먼트가 주어지는 마진을 벗어나면 빛이 새어 나오게 되어 구동시 원하는 특성을 가지지 못한다.
이 단계에서는, 상부 및 하부 기판에 구성된 다수 개의 셀이 서로 대응되게 합착시키는 단계이다.
ST5에서는 상기 ST4 단계를 거쳐 합착된 기판을 셀 단위로 절단하는 단계이다.
일반적으로, 대면적의 유리 기판에는 다수 개의 셀을 형성한 후, 셀 단위로 분리하는 공정을 거치게 되는데, 이 공정이 셀 절단 공정이다.
셀 절단 공정은, 합착된 기판의 양면을 유리보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 펜 또는 텅스텐 카바이드(Tungsten Carbide) 재질의 커팅휠(cutting wheel)을 이용하여 기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(scribe)공정과, 상기 절단선에 힘을 가하여 개개의 셀로 파단 분리하는 브레이크(break)공정으로 이루어진다.
ST6은, 상기 ST5 단계를 거쳐, 상기 셀에 액정을 주입하는 단계이다.
단위 셀은 수백 ㎠의 면적에 수 ㎛의 갭(gap)을 갖는다. 이런 구조의 셀에 효과적으로 액정을 주입하는 방법으로 셀 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 널리 이용된다.
액정 주입 후에는, 상기 액정 주입구를 외부와 차단하기 위한 목적으로 엔드 씰(end seal)로 봉지하는 공정이 이어진다.
다음, 상술한 단계를 모두 거친 액정셀은 품질검사를 통해 선별된 액정셀의 외측에 각각 편광판을 부착한 후 구동회로를 연결하면 액정 표시 장치가 완성된다.
최근에는, 게임 기능을 갖춘 휴대폰이나 디지털 카메라가 탑재된 휴대정보 단말기 등 고기능의 휴대 단말기용 2″~ 4″소형사이즈 액정표시장치에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이러한 소형사이즈 액정표시장치용 셀(이하, 소형 셀이라 약칭함)은 하나의 원판 글래스내에 다수 개 제작가능하다.
이에 따라, 소형 셀의 원판 글래스내 효율적인 배치방법에 대한 여러가지 방안이 연구되고 있다.
도 3은 종래의 소형 셀의 배치 구조를 나타낸 기판의 평면도로서, 상기 도 2의 ST1 내지 ST4 공정을 거쳐 합착된 기판에 대한 것이다.
도시한 바와 같이, 기판(60)에는 다수 개의 소형 셀(62)이 형성되어 있다.
이때, 이 소형 셀(62)들은 서로 간에 일정간격 이격되어 배치되어 있고, 이 이격구간은 더미 패턴(64 ; dummy pattern)으로 정의된다.
이 더미 패턴(64)은 셀 절단 공정에서, 기판(60)의 파손을 방지하는 역할을 하지만, 이러한 더미 패턴(64)에 의해 제작가능한 소형 셀(62)의 갯수는 제한된다.
또한, 상기 더미 패턴(64)은 셀 절단 공정 후 폐기되는 부분이므로, 기판(60)의 이용 효율이 떨어지게 된다.
더욱이, 이러한 배치구조를 가지는 기판의 스크라이브 공정에서는, 각 소형 셀(62)별로 절단선(C)을 표시해야 되고, 이에 따라 셀 절단 공정도 길어지게 되어, 공정효율도 떨어지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 기판 이용효율을 높이면서도, 셀 단위 절단 공정에서의 기판 파손을 방지할 수 있는 씰패턴 구조를 제공하므로써, 생산효율이 향상된 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 제 1, 2 방향으로 배열되며, 상기 제 1, 2 방향중 적어도 어느 한 방향으로 이웃하는 액정패널용 셀과 연접구성된 다수 개의 액정패널용 셀이 형성된 기판 상에 위치하며, 상기 다수 개의 액정패널용 셀의 제 1 외곽부에 형성된 주 씰패턴과; 상기 주 씰패턴의 외부인 제 2 외곽부에 위치하며, 상기 연접구성된 액정패널용 셀간의 경계선과 대응되는 위치에 형성된 보조 씰패턴을 포함하는 액정표시장치용 씰패턴을 제공한다.
상기 주 씰패턴은 상기 다수 개의 액정패널용 셀의 외곽부 전체를 둘러싸는 라운드형으로 형성되며, 상기 보조 씰패턴은 상기 경계선과 수직을 이루도록 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 보조 씰패턴은 서로 이격된 2개의 직선으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 씰패턴은 유리섬유(glass fiber)가 섞인 열경화성 수지인 실런트(sealant)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 기판은 컬러필터 기판이며, 상기 다수 개의 액정패널용 셀의 각각의 액티브 영역(active area)의 외곽부에는 액정주입용 씰패턴을 더욱 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
<실시예 1>
본 발명에 따른 실시예 1은 종래보다 기판 내 소형 셀의 제작수를 늘리고, 기판 외곽부에 셀 절단 공정용 라운드형 씰패턴을 추가한 구조에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 셀 절단 공정용 씰패턴이 형성된 기판의 평면도이다.
예를 들어, 370×470 ㎜ 원판 글래스에 4″소형 셀을 형성함에 있어서, 상기 도 3의 배치방식에 의하면, 20개의 소형 셀이 제작되지만, 도 4에 도시된 배치방식에 의하면, 25개의 소형 셀 제작이 가능해진다.
도시한 바와 같이, 기판(70)내 종방향 및 횡방향으로 다수 개의 소형 셀(72)이 형성되어 있고, 이중에서 횡방향으로 이웃하는 소형 셀(72)들은 서로 연접되어 있다.
그리고, 종방향으로 형성된 소형 셀(72)들은 더미 패턴(74)을 사이에 두고 형성되어 있다.
이때, 상기 양측에 위치하는 소형 셀(72)들의 외곽부에는, 셀 절단 공정시 기판에 가해지는 충격을 완화시키기 위한 라운드형 씰패턴(76)이 형성되어 있다.
이러한 소형 셀(72) 배치구조에 의하면, 상기 도 3보다 소형 셀(72) 제작수를 늘릴 수 있어, 기판의 이용효율이 높아지고, 스크라이브 공정에서의 절단선 갯수를 효과적으로 줄일 수 있어 셀 절단 공정 시간을 줄일 수 있다.
그러나, 서로 연접구성된 소형 셀(72)의 셀 절단 공정 진행시, 하나의 절단선으로 서로 이웃하는 두 그룹의 소형 셀(72)을 절단하게 되므로, 이러한 소형 셀(72)에서는 기판 휨 현상이 쉽게 일어나게 되어, 절단선이 표시되지 않은 영역에서 기판이 절단되는 등의 기판 파손에 의한 절단 불량률이 높아지게 되므로, 서로 연접구성된 소형 셀(72)들을 위한 별도의 씰패턴이 요구된다.
<실시예 2>
본 발명에 따른 실시예 2는 상기 실시예 1에 의한 소형 셀 배치구조를 가지는 기판에 있어서, 서로 연접구성된 소형 셀간의 절단 공정용 씰패턴을 추가한 구조에 관한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 셀 절단 공정용 씰패턴이 형성된 기판의 평면도로서, 설명의 편의상 기판내 25개의 셀을 제작하는 배치 구조를 일예로 하여 설명한다.
도시한 바와 같이, 하나의 기판(110)과, 이 기판(110) 상에 제 1, 2 방향으로 형성되며, 제 1, 2 방향 중 어느 한 방향으로 이웃하는 소형 셀(112)들이 서로 연접구성된 다수 개의 소형 셀(112)이 형성되어 있다.
그리고, 또 다른 방향으로 형성된 소형 셀(112)들은 더미 패턴(114)에 의해 일정간격 이격되어 있다.
그리고, 상기 기판(110)의 양측에 위치하는 소형 셀(112)들의 외곽부에는 셀 절단 공정진행시 소형 셀(112)에 가해지는 충격을 완화시키는 씰패턴(116)이 형성되어 있다.
특히, 본 발명에 따른 씰패턴은(116)은 제 1 외곽부에 위치하는 라운드형 주 씰패턴(116a)과, 이 주 씰패턴(116a)의 외부인 제 2 외곽부에 형성된 보조 씰패턴(116b)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기 도 5의 "I"영역에 대한 확대도면을 통하여 좀더 상세히 설명한다.
도시한 바와 같이, 상기 보조 씰패턴(116b)은 연접구성된 소형 셀(112)들간의 경계선(118)과 대응되는 위치에서, 셀 절단 공정에서의 절단선(C)과 수직을 이루는 두 개의 직선으로 구성된다.
즉, 이 보조 씰패턴(116b)은 합착 공정을 통해 상기 기판(110)과 또 하나의 기판을 접착시킴과 동시에, 셀 절단 공정에서 두 기판을 지지하는 역할을 하므로, 셀 제작수를 늘린 배치구조를 가지는 기판의 셀 절단 공정에서의 기판 파손 문제를 효과적으로 줄일 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 상기 주 씰패턴(116a) 및 보조 씰패턴(116b)의 구조를 상기 도면상의 구조로 한정하지 않고, 셀 절단 공정시 기판에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있는 구조라면 어떠한 패턴이라도 무방하다.
예를 들어, 상기 보조 씰패턴(116b)은 패턴의 두께를 조정하여, 단일 패턴으로 두껍게 형성하거나, 두께를 얇게 하여 다수 개로 형성할 수도 있다.
그리고, 상기 소형 셀(112) 각각의 액정이 주입되는 액티브 영역(120) 외곽부를 둘러싸는 위치에 형성된 액정주입용 씰패턴(122)을 더욱 포함한다.
상기 씰패턴(116) 및 액정주입용 씰패턴(122)을 이루는 재질은 유리섬유가 섞인 열경화성 수지로 이루어진 실런트를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 광경화성 수지를 이용할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 서로 연접구성된 소형 셀(112)에 가해지는 충격을 완화시키기 위해, 주 씰패턴(116a) 외곽부에 셀 절단선(C)과 대응되는 위치에 보조 씰패턴(116b)을 추가로 형성하므로써, 셀 절단 공정에서의 기판 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 기판(110)은 어레이 기판 또는 컬러필터 기판이며, 바람직하기로는 컬러필터 기판이다.
그외에, 컬러필터 및 어레이 소자가 동일 기판에 형성되는 COT(Color Filter on Thin Film Transistor) 또는 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter)방식 액정표시장치용 기판일 수도 있다.
그러나, 본 발명에 따른 액정표시장치용 씰 패턴은 소형 셀 제작 뿐만 아니라, 셀 사이즈에 관계없이 하나의 기판 상에 다수 개의 셀을 제작하는 방식에도 적용할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치의 셀 절단 공정용 씰패턴에 의하면, 서로 연접구성된 셀의 절단 공정진행시 발생할 수 있는 기판 파손 불량을 줄일 수 있고, 셀 절단 공정에 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수 있으며, 더미 패턴을 특별히 염두해두지 않고 셀 제작이 가능하므로, 다양한 모델 개발이 가능해질 수 있으므로, 생산 수율이 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있다.