KR100887667B1 - 잉크젯 스페이서를 포함하는 액정패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 연결하며, 서로 다른 제 1 잉크와 제 2 잉크의 혼합물로 구성되는 잉크젯 방식의 스페이서를 포함하는 액정표시장치용 액정패널 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

잉크젯 스페이서를 포함하는 액정패널 및 이의 제조방법{liquid crystal display panel including ink jet spacer and manufacturing method the same}
도 1은 일반적인 액정패널의 단면도
도 2a 내지 도 2b는 각각 일반적인 잉크젯 스페이서의 제조방법을 순서대로 도시한 공정단면도
도 3은 본 발명에 따른 액정패널의 단면도
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 잉크젯 스페이서의 제조방법을 순서대로 도시한 공정단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
126 : 보호막 162a : 제 1 잉크
162b : 제 2 잉크 170 : 잉크월
180 : 노즐
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD)용 액정패널(liquid crystal display panel)에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 액정층을 사이에 두고 대향하는 제 1 및 제 2 기판, 그리고 이들 사이의 셀 갭(cell gap)을 유지하기 위한 잉크젯 방식의 스페이서(inkjet spacer)를 포함하는 액정패널에 관한 것이다.
액정패널은 액정표시장치의 핵심적인 구성요소로서, 액정층을 사이에 두고 대향하는 제 1 및 제 2 기판을 포함한다.
액정분자는 구조가 가늘고 길며, 광학적 이방성과 분극성질을 띤다. 이에 액정패널을 구성하는 양 기판의 마주보는 면에는 각각 전계생성전극이 형성되고, 이들간의 전압차를 통해 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절한다. 그리고 이때 변화되는 빛의 투과율을 통해 여러 가지 화상을 디스플레이(display) 한다.
일반적인 액정패널에는 화상표현의 기본 단위로서 다수의 화소(pixel)가 형성되는데, 현재에는 스위칭 소자를 사용하여 이들 각 화소를 독립적으로 제어하는 능동행렬(Active-Matrix) 방식이 널리 사용된다. 이때 스위칭 소자로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 사용한 것이 잘 알려진 박막트랜지스터형 액정표시장치(TFT-LCD)이다.
이하, 도면을 참조하여 일반적인 능동행렬 방식의 액정패널을 설명한다.
도 1은 일반적인 액정패널의 단면도로서, 액정층(50)을 사이에 두고 대향하는 제 1 기판(10)과 제 2 기판(30)을 포함한다.
이중 제 1 기판(10)은 유리등의 투명한 제 1 절연기판(12), 그리고 이의 일면에 종횡으로 배열되어 매트릭스(matrix) 형태로 화소(P)를 정의하는 다수의 게이트라인(미도시) 및 데이터라인(16)과, 이들의 교차점에 형성되는 박막트랜지스터(T)와, 각 박막트랜지스터(T)와 연결된 상태로 화소(P)에 대응되는 화소전극(18)을 포함한다.
이때 각 박막트랜지스터는 게이트라인에서 분기한 게이트전극(14a)과, 데이터라인(16)에서 분기한 소스전극(16a)과, 화소전극(18)에 연결되는 드레인전극(24), 그리고 전하 또는 홀 등의 캐리어 이동통로인 액티브채널층(22)을 포함한다.
그리고 미설명 부호 20은 게이트라인과 데이터라인(16)의 절연을 위해 기판 전면으로 형성되는 게이트절연막을, 그리고 26은 박막트랜지스터(T)를 보호하기 위해 상기 박막트랜지스터(T) 상부로 기판 전면에 형성되는 보호막을 표시하고 있다.
그리고 제 2 기판(30)은 제 2 절연기판(32)과, 이의 배면에 차례로 형성된 블랙매트릭스(34)와, 컬러필터층(36)과, 공통전극(38)을 포함한다.
블랙매트릭스(34)는 제 1 기판(10)의 게이트라인 및 데이터라인(16)과 박막트랜지스터(T) 등의 비화상영역을 가림으로써, 액정분자의 배열변화에 따라 실제 사용자에게 보여지는 화상이 표시되는 화상영역, 특히 화소전극(18)에 대응되는 부분을 노출시킨다. 또 컬러필터층(36)은 제 1 기판의 각 화소(P)에 대응된 상태로 특정 파장대의 빛을 반사하도록 반복하여 배열되는 적, 녹, 청 컬러필터로 이루어진다. 그리고 공통전극(38)은 투명도전성 금속으로 형성된다.
이때 비록 도시하지는 않았지만, 양 기판(10, 30) 가장자리로는 씰패턴(seal pattern)이 형성되어 액정주입을 위한 셀 갭(cell gap) 유지 및 양 기판(10, 30)의 합착과, 액정누설을 방지하며, 양 기판(10, 30)과 액정층(50)의 경계에는 각각 액정의 초기 배열방향을 결정하는 제 1 및 제 2 배향막이 개재된다.
한편, 신뢰성 있는 화상표현을 위해서는 제 1 및 제 2 기판(10, 30) 사이의 간격, 다시 말해 액정층(50)의 두께로 정의되는 셀 갭이 일정하게 유지되어야 하는데, 이를 위해 양 기판 사이로 스페이서(spacer)가 형성된다.
일반적인 스페이서로는 구(球) 형상의 수지물질을 양 기판 사이로 랜덤(random)하게 산포하는 볼 스페이서(ball spacer)가 사용되어 왔는데, 비교적 단순한 공정을 요하는데 반해, 그 위치를 정확히 고정할 수 없어 주변 액정 분자와의 흡착력에 의한 빛 샘 현상이 나타날 수 있다. 또 이동 가능성이 있어 배향막에 스크래치(scratch) 등의 손상을 줄 수 있고, 밀집분포가 일정하지 않아 대면적 액정패널에 적용될 경우 셀 갭 유지에 신뢰성을 저하시킨다. 또 마찬가지 이유로 화면을 만지면 한동안 얼룩이 남는 리플(ripple)현상이 나타나기도 한다.
이러한 단점 때문에 비화소영역으로 그 위치를 한정시켜 고정되도록 하는 패턴드스페이서 또는 도면에 도시된 잉크젯 방식의 스페이서(60: 이하 잉크젯 스페이서라 한다.)가 개발된 바 있다.
이들 패턴드스페이서 또는 잉크젯 스페이서(60)는 주변 액정분자와의 흡착력이 발생하여도 빛 샘 현상을 방지할 수 있고, 또 밀집정도를 정확하게 제어할 수 있어 셀 갭 유지에 신뢰성을 기하며, 리플현상을 방지한다.
그러나 이중 패턴드스페이서는 유기물질의 코팅, 노광, 현상, 식각하는 단계를 거치는 사진식각 공정을 통해 형성되므로, 공정에 소요되는 시간 및 비용 소모가 많고, 상기한 물리적/화학적 공정에 의해 다른 소자에 결함을 주기 쉽다.
반면 잉크젯 스페이서(60)는 액상의 유기물(이하, 잉크라 간략히 칭한다.)을 비화상영역에 적하(dropping)한 후 열 또는 자외선을 사용하여 경화시킴으로서 구현 가능하다. 따라서 상대적으로 단순한 공정을 통해 완성할 수 있는 이점이 있다.
그러나 이 잉크젯 방식의 스페이서 또한 몇 가지 문제점을 가지고 있는데, 적하에 알맞은 점도를 갖기 위해 잉크는 선택된 용매에 녹여 액체에 가까운 졸(sol) 상태로 사용되므로 퍼짐폭이 넓고, 이로 인해 목표하는 높이를 정확히 맞추기가 매우 까다롭다.
이에 잉크젯 방식의 스페이서를 형성함에 있어, 미리 비화소영역으로 원통형상을 갖는 주형(鑄型) 역할의 잉크월(ink wall)을 형성하고, 이의 내부로 잉크를 적하하는 방법이 소개된 바 있다.
도 2a 내지 도 2b는 잉크월을 사용한 일반적인 잉크젯 스페이서의 제조공정을 설명하기 위한 공정단면도로서, 특히 스페이서가 형성되는 대상물은 통상 제 1 기판(10)의 보호막(26)이 되며, 특히 제 2 기판(30)의 블랙매트릭스(34)에 대응되는 비화상영역이다.
도시한 바와 같이, 도 2a는 비화소영역 일례로 박막트랜지스터(T)의 보호막 (26)상에 원통형상의 잉크월(70)을 형성한 후, 여기에 잉크를 적하하는 단계에 대한 도면이다. 이에 격벽역할의 잉크월(70)을 통해 잉크의 퍼짐을 방지할 수 있고, 잉크를 적하하기 위한 노즐(70)이 도시되어 잇다.
이러한 잉크월(70)은 포토레지스트를 패턴하여 형성할 수 있고, 일례로 화소전극(도 1의 18) 형성을 위한 포토레지스트 패턴 단계와 동일공정에서 구현될 수 있다.
그러나 이때 발생되는 문제점은 상기 적하된 잉크(60a)를 경화시켜 용매를 증발시키고 나면 최초의 높이보다 현저하게 낮아지는 현상이다.
즉, 도 2b는 잉크월 내로 액상의 잉크를 적하한 후 경화 과정을 거친 상태를 도시한 도면으로서, 최초 적하된 잉크(도 2a 60a)와, 이를 경화하여 고형화된 잉크, 즉 잉크젯 스페이서(60)의 높이를 비교하면 대부분의 부피를 차지하고 있던 용매가 증발됨에 따라 그 높이가 현저히 낮아짐을 확인할 수 있다.
따라서 목표로 하는 높이를 맞추기가 매우 까다로운데, 잉크월(70)의 높이를 목표치보다 훨씬 높이 설정하거나 많은 양의 잉크를 사용하여 조절하고 있는 실정이다. 그러나 이 경우 비 화상영역에 위치되어야 할 잉크젯 스페이서가 잉크의 퍼짐으로 인해 화상영역까지 침범될 수 있고, 이는 화질품위를 저하시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 용이하게 원하는 높이를 달성할 수 있는 잉크젯 스페이서 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 연결하며, 서로 다른 제 1 잉크와 제 2 잉크의 혼합물로 구성되는 잉크젯 방식의 스페이서를 포함하는 액정표시장치용 액정패널을 제공한다. 또한 상기 제 1 잉크와 제 2 잉크는 각각 서로 접촉될 경우 점도가 급격하게 상승하는 특징을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1 잉크는 에폭시 수지이고, 상기 제 2 잉크는 경화제인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1 잉크는 비스페놀형 에폭시 수지 또는 노볼락형 에폭시 수지이고, 상기 제 2 잉크는 메틸렌 디아닐린 및 트리에틸렌테트라아민을 포함하는 아민계의 경화제, 또는 모노에폭시드나 디에폭시드를 포함하는 아민의 부가물인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판에는, 상기 제 1 및 제 2 잉크를 내부로 수용할 수 있도록 원통형상으로 직립된 포토레지스트의 잉크월을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 다수의 스페이서와, 액정층을 사이에 두고 서로 일면이 대향하여 합착되는 제 1 및 제 2 기판을 포함하는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법으로서, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판 일면에 제 1 잉크를 적하하는 단계와; 상기 제 1 잉크상에 제 2 잉크를 적하하여 상기 제 1 잉크와 제 2 잉크의 혼합물로 이루어진 잉크젯 방식의 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법을 제공한다.
이때 상기 제 1 잉크의 적하 단계이전에, 상기 제 1 또는 제 2 기판 일면으 로 원통형상을 가지고 직립된 포토레지스트의 잉크월을 형성하는 단계를 더욱 포함하여, 상기 제 1 잉크와 제 2 잉크는 상기 잉크월 내로 적하되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1 잉크와 제 2 잉크는 각각 서로 접촉될 경우 점도가 급격하게 상승하는 특징을 갖는 것을 특징으로 한다. 또 상기 제 1 잉크는 에폭시 수지이고, 상기 제 2 잉크는 경화제인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1 잉크는 비스페놀형 에폭시 수지 또는 노볼락형 에폭시 수지이고, 상기 제 2 잉크는 메틸렌 디아닐린 및 트리에틸렌테트라아민을 포함하는 아민계의 경화제, 또는 모노에폭시드나 디에폭시드를 포함하는 아민의 부가물인 것을 특징으로 하는 바, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 올바른 실시예를 설명한다.
먼저 도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 스페이서를 포함하는 액정패널의 단면도로서, 일반적인 경우와 유사하게 액정층(150)을 사이에 두고 대향하는 제 1 기판(110)과 제 2 기판(130)을 포함한다.
이중 제 1 기판(110)은 유리등의 투명한 제 1 절연기판(112), 그리고 이의 일면에 종횡 배열되어 매트릭스 형태로 화소(P)를 정의하는 게이트라인(미도시) 및 데이터라인(116)과, 이들의 교차점에 형성되는 박막트랜지스터(T)와, 각 박막트랜지스터(T)와 연결된 상태로 화소(P)에 대응되는 화소전극(118)을 포함한다. 이때 각 박막트랜지스터(T)는 게이트라인에서 분기한 게이트전극(114a)과, 데이터라인(116)에서 분기한 소스전극(116a)과, 화소전극(118)에 연결되는 드레인전극(124), 그리고 액티브채널층(122)을 포함한다.
그리고 미설명 부호 120은 게이트라인과 데이터라인(116)의 절연을 위해서 이들 사이로 전면 적층되는 게이트절연막(120)을, 그리고 26은 박막트랜지스터(T)를 보호하기 위해 이의 상부로 전면 적층되는 보호막을 표시하고 있다.
그리고 제 2 기판(130)은 제 2 절연기판(132)과, 이의 배면에 차례로 형성된 블랙매트릭스(134)와, 컬러필터층(136)과, 공통전극(138)을 포함하는 바, 블랙매트릭스(134)는 제 1 기판(110)의 게이트라인 및 데이터라인(116)과 박막트랜지스터(T) 등의 비화상영역을 가림으로써 화상영역, 특히 화소전극(118)에 대응되는 부분을 노출시킨다. 그리고 컬러필터층(136)은 제 1 기판의 각 화소(P)에 대응된 상태로 특정 파장대의 빛을 반사하도록 반복하여 배열되는 적, 녹, 청 컬러필터로 이루어지며, 공통전극(138)은 투명도전성 금속으로 형성된다.
그리고 비록 도시하지는 않았지만, 이들 양 기판(110, 130) 가장자리로는 씰패턴이 형성되어 액정주입을 위한 셀 갭(cell gap) 유지 및 양 기판(110, 130)의 합착과 액정누설을 방지하며, 각각의 기판(110, 130)과 액정층(150) 경계에는 각각 제 1 액정의 초기 배열방향을 결정하는 제 1 및 제 2 배향막이 개재된다.
이러한 액정패널(105)은 본 발명에 잉크젯 스페이서(160)를 통해 이일정한 셀 갭을 유지할 수 있는데, 이는 서로 다른 두 물질의 혼합물로 이루어지는 것을 특징을 한다.
특히 이들 두 물질은 모두 적하에 알맞은 정도의 점도를 가지고 있으나 서로 혼합될 경우 점도가 급격하게 증가하는 특성을 갖는 바, 이하 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 상세하게 설명한다.
이에 도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 잉크젯 스페이서 형성에 따른 공정단 면도로서, 본 발명에 따른 잉크젯 스페이서가 형성되는 대상은 제 1 기판, 특히 보호막(126)의 상부가 될 수 있으며, 제 2 기판의 블랙매트릭스(도 3의 134 참조)에 대응되는 비화상영역인 것이 바람직하다.
또한 도 4a와 같이 보호막 (126)상에는 원통형상의 잉크월(170)이 형성될 수 있는데, 이는 일반적인 경우와 마찬가지로 포토레지스트를 패턴하여 구현될 수 있고, 일례로 화소전극(도 3의 118) 형성을 위한 포토레지스트 패턴 단계와 동일공정에서 구현될 수 있음은 물론이다.
그리고 이와 같이 잉크월(170)이 형성된 보호막(126) 상부에서 노즐(180)을 통해 상기 잉크월(170)로 제 1 잉크(162a)를 적하한다. 이때 이 제 1 잉크는 에폭시 수지를 포함하고 있으며, 특히 비스페놀형 에폭시 수지 또는 노볼락형 에폭시 수지 등이 될 수 있다.
이어 도 4b와 같이, 노즐(180)을 통해 제 2 잉크(162b)를, 상기 제 1 잉크(162a)가 적하된 잉크월(170)로 적하한다.
이 제 2 잉크(162b)는 에폭시 수지의 점도를 증가시키는 경화제가 될 수 있는데, 일례로 메틸렌 디아닐린 및 트리에틸렌테트라아민과 같은 아민계의 경화제, 또는 모노에폭시드 또느 디에폭시드를 가진 아민의 부가물이 될 수 있다. 이들 제 1 잉크(162a)와 제 2 잉크(162b)는 모두 잘 알려진 것으로, 액상에 가까운 점도를 가질 수 있으나 서로 접촉될 경우 경화되어 고상화되는 특성이 있다. 따라서 이들 고상화된 제 1 잉크(162a)와 제 2 잉크(162b)의 혼합물을 잉크젯 스페이서(160)로 활용하게 되는 것이다.
그리고 필요에 따라 이들 제 1 잉크(162a)와 제 2 잉크(162b)의 혼합물에 열 또는 자외선으로 경화함으로서 잉크 젯 스페이서를 완성할 수 있다.
본 발명은 잉크젯 스페이서 및 이의 제조방법을 제공하는 바, 이를 통해 경화 전, 후의 부피차가 작아 용이하게 목표하는 높이의 잉크젯 스페이서로 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 포토레지스트로 형성된 잉크월을 활용하는 바, 이들 두 물질간의 화학작용을 상기 잉크월 내에 한정되도록 하고, 특히 퍼짐을 방지하여 보다 신뢰성 있는 스페이서의 제조를 가능하게 한다.

Claims (10)

  1. 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층과;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 연결하며, 서로 다른 제 1 잉크와 제 2 잉크의 혼합물로 구성되는 잉크젯 방식의 스페이서
    를 포함하는 액정표시장치용 액정패널
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 잉크와 제 2 잉크는 각각 서로 접촉될 경우 점도가 급격하게 상승하는 특징을 갖는 액정표시장치용 액정패널
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 잉크는 에폭시 수지이고, 상기 제 2 잉크는 경화제인 액정표시장치용 액정패널
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 잉크는 비스페놀형 에폭시 수지 또는 노볼락형 에폭시 수지이고, 상기 제 2 잉크는 메틸렌 디아닐린 및 트리에틸렌테트라아민을 포함하는 아민계의 경화제, 또는 모노에폭시드나 디에폭시드를 포함하는 아민의 부가물인 액정표시장치용 액정패널
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 기판 또는 제 2 기판에는,
    상기 제 1 및 제 2 잉크를 내부로 수용할 수 있도록 원통형상으로 직립된 포토레지스트의 잉크월을 더욱 포함하는 액정표시장치용 액정패널
  6. 다수의 스페이서와, 액정층을 사이에 두고 서로 일면이 대향하여 합착되는 제 1 및 제 2 기판을 포함하는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법으로서,
    상기 제 1 기판 또는 제 2 기판 일면에 제 1 잉크를 적하하는 단계와;
    상기 제 1 잉크상에 제 2 잉크를 적하하여 상기 제 1 잉크와 제 2 잉크의 혼합물로 이루어진 잉크젯 방식의 스페이서를 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 잉크의 적하 단계이전에,
    상기 제 1 또는 제 2 기판 일면으로 원통형상을 가지고 직립된 포토레지스트의 잉크월을 형성하는 단계
    를 더욱 포함하여, 상기 제 1 잉크와 제 2 잉크는 상기 잉크월 내로 적하되는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 잉크와 제 2 잉크는 각각 서로 접촉될 경우 점도가 급격하게 상승하는 특징을 갖는 액정표시장치용 액정패널의 제조방법
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 잉크는 에폭시 수지이고, 상기 제 2 잉크는 경화제인 액정표시장치용 액정패널의 제조방법
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 잉크는 비스페놀형 에폭시 수지 또는 노볼락형 에폭시 수지이고, 상기 제 2 잉크는 메틸렌 디아닐린 및 트리에틸렌테트라아민을 포함하는 아민계의 경화제, 또는 모노에폭시드나 디에폭시드를 포함하는 아민의 부가물인 액정표시장치용 액정패널의 제조방법
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