KR100843386B1 - 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 상부기판과 다수의 박막트랜지스터를 포함한 하부기판을 서로 이격되어 대향하고, 그 사이에 액정층이 충진되며, 투과 및 불투과영역으로 구분되어 이루어진 액정패널을 제작하는 단계와, 상기 액정패널의 외부로 노출된 상부기판 상에 일정 두께의 투명도전막을 증착하는 단계와, 상기 외부로 노출된 상부기판의 표면에 불균일한 요철부가 형성되도록 상기 투명도전막의 전체 및 상기 상부기판의 일부를 제거하기 위한 식각 공정을 수행하는 단계를 포함함으로써, 외부 빛을 난반사 시키고 내부 빛을 산란시켜 가독성 향상과 명암비를 개선할 수 있는 효과가 있다.
액정표시장치, 블랙매트릭스, 투명도전막, 상부기판, 하부기판, 불산

Description

액정표시장치의 제조방법{A METHOD FOR FABRICATING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 일반적으로 기능성 편광판이 기판 외부에 부착된 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 2는 일반적으로 기능성 편광판이 기판 내부에 부착된 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 도 3c를 실제 구현한 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 6은 도 5c를 실제 구현한 도면.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***
100 : 액정패널, 110 : 상부기판,
120 : 하부기판, 130 : 액정층,
200 : ITO층, BM : 블랙매트릭스
본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 빛을 난반사 시키고 내부 빛을 산란시켜 가독성 향상과 명암비를 개선할 수 있도록 한 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용한 장치이다.
즉, 전압이 가해지면 전계의 세기에 따라 액정의 분자배열이 바뀌고, 상기 액정의 분자배열에 따라 빛을 조절할 수 있는 특성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 상기 액정표시장치(LCD)는 2매의 상부 및 하부기판과 그 사이에 충진된 액정으로 구성된다.
그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부기판(30)의 상부 및 하부기판(20)의 하부에 필름 형태의 상부 편광판(40) 및 하부 편광판(10)이 각각 형성되어 있다.
기존의 필름 형태의 편광판을 사용하는 경우, 편광판 필름 자체의 외부에 표면 처리를 하여 반사 방지(Anti-Reflective), 눈부심 방지(Anti-Glare), 정전기 방지(Anti-Static) 등의 기능을 가지는 편광판을 제조하여, 상부기판(30) 및 하부기판(20)의 외부에 각각 부착하였다.
그러나, 이러한 종래 기술의 문제점은 기능성 편광판의 가격 상승 및 공정 추가로 인한 공정시간 증가로 액정패널의 단가가 상승할 수 있으며, 보상필름이나 기능성 편광판의 두께만큼 액정패널의 두께도 증가하므로 제품가치가 떨어지게 된다.
한편, 도 2는 편광판이 기판 내부에 부착된 액정표시장치를 도시한 단면도로서, 상부기판(30)의 하부 및 하부기판(20)의 상부에 각각 부착된 인-셀 편광판(In-Cell Polarizer)(30a)(20a)을 적용하는 경우, 상부기판(30) 및 하부기판(20)이 외부에 바로 노출됨으로 인하여, 도 1에 도시한 기능성 편광판을 사용하는 경우와 비교하여, 표면에 반사, 눈부심, 및 정전기 등의 문제를 가지게 된다.
미설명부호 21 및 31은 절연성의 기판, 23은 화소전극, 33은 컬러필터층, 35는 공통전극, 50은 액정층을 나타낸 것이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부 빛을 난반사 시키고 내부 빛을 산란시켜 가독성 향상과 명암비를 개선할 수 있도록 한 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, (a) 상부기판과 다수의 박막트랜지스터를 포함한 하부기판을 서로 이격되어 대향하고, 그 사이에 액정층이 충진되며, 투과 및 불투과영역으로 구분되어 이루어진 액정패널을 제작하는 단계; (b) 상기 액정패널의 외부로 노출된 상부기판 상에 일정 두께의 투명도전막을 증착하는 단계; 및 (c) 상기 외부로 노출된 상부기판의 표면에 불균일한 요철부가 형성되도록 상기 투명도전막의 전체 및 상기 상부기판의 일부를 제거하기 위한 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 투명도전막이 ITO(Indium Tin Oxide)인 경우, 불산(HF) 계열의 에칭용액을 사용함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 단계(b)에서, 상기 투명도전막은 40nm 내지 120nm 두께범위로 증착한다.
본 발명의 제2 측면은, (a') 상부기판과 다수의 박막트랜지스터를 포함한 하부기판을 서로 이격되어 대향하고, 그 사이에 액정층이 충진되며, 투과 및 불투과영역으로 구분되어 이루어진 액정패널을 제작하는 단계; (b') 상기 액정패널의 외부로 노출된 상부기판 상에 일정 두께의 투명도전막을 증착하는 단계; (c') 포토리소그라피 공정에 의해 상기 투명도전막을 패터닝하여 상기 불투과영역과 대응되도록 투명도전막 패턴을 형성하는 단계; 및 (d') 상기 투명도전막 패턴이 형성된 상부기판의 표면에 불균일한 요철부가 형성되도록 상기 투명도전막의 전체 및 상기 상부기판의 일부를 제거하기 위한 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 투명도전막이 ITO(Indium Tin Oxide)인 경우, 불산 계열의 에 칭용액을 사용함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 단계(b')에서, 상기 투명도전막은 40nm 내지 120nm 두께범위로 증착한다.
바람직하게, 상기 단계(d')에서, 상기 식각 공정의 수행 시 상기 투명도전막 패턴이 형성되지 않은 상부기판은 요철부가 형성되지 않고 일부가 제거되도록 식각한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
(제1 실시예)
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 먼저, 다수의 컬러필터(Color Filter)(미도시) 및 블랙매트릭스(Black Matrix, BM)가 형성된 상부기판(110)과 다수의 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)(미도시)가 형성된 하부기판(120)이 서로 이격되어 대향하고, 그 사이에 액정층(130)이 충진되며, 투과영역 및 불투과영역으로 구분되어 이루어진 액정패널(100)을 제작한 후, 액정패널(100)의 외부로 노출된 상부기판(110) 상에 통상의 스퍼터링법에 의해 빛이 잘 투과되는 투명도전막인 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide)층(200)을 소정 두께로 증착한다.
이때, ITO층(200)의 두께는 약 40nm 내지 120nm로 증착함이 바람직하다. 이는 표면반사의 정반사 효과를 줄이고, 난반사 효과를 증가시키기 위하여 후술하는 헤이즈(Haze)를 생성하게 되는데, ITO층(200)이 너무 얇으면 헤이즈(Haze)가 제대로 형성되지 못하여 난반사 효과가 생기지 않고, ITO층(200)이 너무 두꺼워지면 헤이즈 크기(Haze Size)가 커져서 난반사 정도는 증가하지만 투과율 저하가 심해져서 특성저하를 초래한다. 이 때문에 투과율 손실을 최소화시키면서 난반사 효과를 충분히 낼 수 있도록 ITO층(200)을 약 40nm 내지 120nm 두께로 형성하게 된다.
여기서, 상기 컬러필터는 도면에 도시하진 않았지만, 블랙매트릭스(BM)의 사이에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 패턴으로 이루어져 있으며, 백라이트 유닛(미도시)으로부터 조사되어 액정층(130)을 통과한 빛에 색상을 부여하는 역할을 한다. 이러한 컬러필터는 통상 감광성 유기물질로 이루어져 있다.
또한, 상기 컬러필터의 상부에는 상기 컬러필터에 의해 발생하는 단차를 제거하여 평탄성을 향상시키기 위해 오버코트층(Overcoat Layer)(미도시)이 형성될 수도 있다.
블랙매트릭스(BM)는 액정층(130)과 맞닿는 상부기판(110)의 표면에 형성되어 있으며, 빛의 누설을 방지하기 위한 것으로, 일반적으로 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 컬러필터 사이를 구분하며, 통상 검은색 안료가 첨가된 감광성 유기물질로 이루어져 있다.
그리고, 도면에 도시하진 않았지만, 하부기판(120)은 통상적으로 박막트랜지스터 어레이 기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(TFT)가 매트릭스 형태(Matrix Type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터(TFT)를 교차하여 지나가는 게이트배선(Gate Line)과 데이터배선(Data Line)이 형성된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 액정패널(100)은 개략적으로 표현된 것으로서, 도면에 도시되지 않은 상부기판(110) 및 하부기판(120)에 형성된 기본적인 구성요소들(예컨대, 컬러필터, 스페이서, 공통전극, 화소전극, 소스/드레인 전극 등)의 대한 구체적인 구조 및 그 제조방법은 일반적인 액정표시장치에 사용된 것과 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3b를 참조하면, 상기 결과물의 전면 즉, 액정패널(100)의 상부에 예컨대, 불산(HF) 계열의 에칭용액(Etchant)을 사용하여 일정 시간(바람직하게는, 약 1분 내지 5분 정도)동안 식각(Etching)하게 되는데, ITO층(200)의 구조적인 특성에 의해 마이크로 이하의 크기로 불균일하게 식각이 된다.
즉, 식각 초기에는 부분적으로 생성되나, 식각비(Etch Rate)가 다른 비정질 ITO(Indium Tin Oxide)로 인해 상부기판(110) 상에 예컨대, 엠보(Embo) 형태의 요철부(R)가 생성되기 시작한다.
이 후 어느 정도 시간(바람직하게는, 약 10분 내지 30분 정도)이 흐르면, 도 3c에 도시된 바와 같이, ITO층(200)이 모두 식각됨과 아울러 ITO층(200)과 함께 상부기판(110)의 일부도 식각된다.
이 결과로, 상부기판(110)의 표면에 마이크로 단위의 불규칙한 요철부(R)가 형성됨으로써, 외부광에 의한 정반사를 저하시켜 가독성이 개선됨과 아울러 우수한 명암비(Contrast Ratio, CR)를 얻을 수 있다.
한편, 이러한 불산 계열을 이용한 식각 공정은 액정패널(100)의 상부 및 하부에 동시에 수행해도 무방하다.
다른 한편, 이러한 불산 계열을 이용한 식각 공정은 상부기판(110)에 컬러필터 공정을 하기 전에 수행해도 무방하다.
또 다른 한편, 상부기판(110)에 표면반사 방지(Anti-Reflective, AR) 또는 LR(Low Reflectance) 편광판의 부착 및 표면반사 방지(AR) 코팅(Coating)을 하여 눈부심 방지(Anti-Glare)/표면반사 방지(AR) 편광판 구성과 같이 하는 것도 가능하다.
도 4는 도 3c를 실제 구현한 도면으로서, 본 발명의 제1 실시예에서 제시한 방법을 실제로 구현한 글래스 표면을 3D 측정기를 통해 측정한 결과이다.
도 4를 참조하면, 상부기판(110)의 표면을 살펴보면 ITO층(200)의 불균일한 식각에 의해서 엠보(Embo)가 네거티브 형태(negative type)로 형성되는 바, 그 크기(Size)는 약 5㎛ 내지 60㎛ 범위까지 다양하고, 그 높이(Height)는 약 2㎛ 내지 50㎛ 범위로 이루어지며, 그 각도(Angle)는 약 2°내지 30°정도의 결과를 얻었다.
또한, 헤이즈(Haze)는 약 10％ 내지 50％ 정도의 결과를 가짐으로써, 눈부심 방지 필름(Anti-Glare Film)이나 기능성 편광판(Polarizer)의 효과를 얻을 수 있었다.
(제2 실시예)
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이고, 도 6은 도 5c를 실제 구현한 도면이다.
본 발명의 제2 실시예에 적용된 액정패널(100)의 구체적인 구조 및 그 제조방법 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 5a를 참조하면, 투과영역 및 불투과영역으로 구분되어 이루어진 액정패널(100)을 제작한 후, 액정패널(100)의 외부로 노출된 상부기판(110) 상에 통상의 스퍼터링법에 의해 빛이 잘 투과되는 투명도전막인 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide)층을 소정 두께로 증착한 후, 통상의 포토리소그라피(Photo-lithography) 공정에 의해 상기 ITO층을 패터닝(Patterning)하여 블랙매트릭스(BM) 즉, 불투과영역에 대응되도록 ITO 패턴(200')을 형성한다.
도 5b를 참조하면, 상기 결과물의 전면 즉, 액정패널(100)의 상부에 예컨대, 불산(HF) 계열의 에칭용액(Etchant)을 사용하여 일정 시간(바람직하게는, 약 1분 내지 5분 정도)동안 식각(Etching)하게 되는데, ITO 패턴(200')의 구조적인 특성에 의해 마이크로 이하의 크기로 불균일하게 식각이 된다.
즉, 식각 초기에는 부분적으로 생성되나, 식각비(Etch Rate)가 다른 비정질 ITO(Indium Tin Oxide)로 인해 상부기판(110) 상에 예컨대, 엠보(Embo) 형태의 요철부(R)가 생성되기 시작한다.
이 후 어느 정도 시간(바람직하게는, 약 10분 내지 30분 정도)이 흐르면, 도 5c에 도시된 바와 같이, ITO 패턴(200')이 모두 식각됨과 아울러 ITO 패턴(200')과 함께 상부기판(110)의 일부도 식각된다.
이때, 투과영역은 요철부(R)없이 상부기판(110)의 일부가 제거되도록 식각한다. 이러한 투과영역은 요철부(R)없이 상부기판(110)의 일부가 제거되므로 투과율 저하를 방지할 수 있으며, 불투과영역은 상부기판(110)의 표면에 마이크로 단위의 요철부(R)가 형성됨으로써, 외부광에 의한 정반사를 저하시켜 가독성이 개선됨과 아울러 투과율과 명암비(Contrast Ratio, CR)를 향상시킬 수 있다.
한편, 이러한 불산 계열을 이용한 식각 공정은 액정패널(100)의 상부 및 하부에 동시에 수행해도 무방하다.
다른 한편, 이러한 불산 계열을 이용한 식각 공정은 상부기판(110)에 컬러필터 공정을 하기 전에 수행해도 무방하다.
또 다른 한편, 상부기판(110)에 표면반사 방지(Anti-Reflective, AR) 또는 LR(Low Reflectance) 편광판의 부착 및 표면반사 방지(AR) 코팅(Coating)을 하여 눈부심 방지(Anti-Glare)/표면반사 방지(AR) 편광판 구성과 같이 하는 것도 가능하다.
도 6은 도 5c를 실제 구현한 도면으로서, 본 발명의 제2 실시예에서 제시한 방법을 실제로 구현한 글래스 표면을 3D 측정기를 통해 측정한 결과이다.
도 6을 참조하면, 결과적으로 형성된 엠보(Embo)의 크기(Size)는 약 5㎛ 내지 60㎛ 범위이며, 엠보(Embo)의 높이(Height)는 약 2㎛ 내지 10㎛ 범위가 되어진다.
전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 외부로 노출된 상부기판(110)의 표면에 투명도전막을 적층한 후 투명도전막과 기판을 동시에 에칭하여 기판 표면을 보다 더 불균일하고 미세한 요철 형태로 형성함으로써, 눈부심을 방지하여 가독성 및 화상 선명도를 우수하게 하고, 또한 외부광의 반사가 배제되기 때문에 우수한 명암비(CR)를 얻을 수 있다.
이는 종래 기술에서 기판에 직접 에칭(Etching)하여 표면반사율을 저하시키는 방법에 비해 약 50％ 이상의 반사율 저하차이를 보인다.
또한, 본 발명은 보상 필름이나 기능성 편광판을 사용하는 종래 방법에 비해 가격이 저렴하고 제품가치 면에서 큰 장점이 있다.
또한, 상기와 같이 가독성을 위한 표면처리를 하면서 동시에 양면으로 기판이 에칭(Etching)되므로 기판의 두께를 줄여 슬림화 할 수 있으며, 투과율 또한 증가시키는 장점도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법은 통상의 횡전계 방식인 IPS(In-Plan Switching) 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드 액정표시장치를 비롯한 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 모든 액정표시장치에 적용 가능하다.
전술한 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 액정표시장치의 제조방법에 따르면, 외부로 노출된 액정패널의 상부기판 상에 투명도전막을 적층한 후, 투명도전막과 기판을 동시에 에칭하여 기판 표면을 보다 더 불균일하게 형성함으로써, 눈부심을 방지하여 가독성 및 화상 선명도를 우수하게 하고 우수한 명암비(CR)를 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. (a) 상부기판과 다수의 박막트랜지스터를 포함한 하부기판을 서로 이격되어 대향하고, 그 사이에 액정층이 충진되며, 투과 및 불투과영역으로 이루어진 액정패널을 제작하는 단계;
    (b) 상기 액정패널의 외부로 노출된 상부기판 상에 일정 두께의 투명도전막을 증착하는 단계; 및
    (c) 상기 외부로 노출된 상부기판의 표면에 엠보 형태의 불균일한 요철부가 형성되도록 상기 투명도전막의 전체를 제거함과 동시에 상기 상부기판을 일정 두께까지 제거하기 위한 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명도전막이 ITO(Indium Tin Oxide)인 경우, 불산(HF) 계열의 에칭용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(b)에서,
    상기 투명도전막은 40nm 내지 120nm 두께범위로 증착하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(c)에서,
    상기 식각 공정의 수행 시 상기 하부기판도 일정 두께까지 함께 제거되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. (a') 상부기판과 다수의 박막트랜지스터를 포함한 하부기판을 서로 이격되어 대향하고, 그 사이에 액정층이 충진되며, 투과 및 불투과영역으로 이루어진 액정패널을 제작하는 단계;
    (b') 상기 액정패널의 외부로 노출된 상부기판 상에 일정 두께의 투명도전막을 증착하는 단계;
    (c') 포토리소그라피 공정에 의해 상기 투명도전막을 패터닝하여 상기 불투과영역과 대응되도록 투명도전막 패턴을 형성하는 단계; 및
    (d') 상기 투명도전막 패턴이 형성된 상부기판의 표면에 엠보 형태의 불균일한 요철부가 형성되도록 상기 투명도전막의 전체를 제거함과 동시에 상기 상부기판을 일정 두께까지 제거하기 위한 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 투명도전막이 ITO(Indium Tin Oxide)인 경우, 불산 계열의 에칭용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 단계(b')에서,
    상기 투명도전막은 40nm 내지 120nm 두께범위로 증착하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 단계(d')에서,
    상기 식각 공정의 수행 시 상기 하부기판도 일정 두께까지 함께 제거되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 단계(d')에서,
    상기 식각 공정의 수행 시 상기 투명도전막 패턴이 형성되지 않은 상부기판은 요철부가 형성되지 않고 일부가 제거되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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