KR100894638B1 - 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents

액정표시장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정을 단순화시킬 수 있는 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 기판으로부터 돌출되어 액정의 배향영역을 구획하는 돌출격벽을 가지는 액정표시장치의 제조방법은, 상기 액정의 유전율과 다른 유전율을 가지는 돌출격벽 재료가 담긴 제1 잉크젯 헤드와, 스페이서 재료가 담긴 제2 잉크젯 헤드를 상기 기판 상에 정렬하는 단계와, 상기 제1 잉크젯 헤드 및 상기 제2 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 각각 상기 돌출격벽 재료 및 상기 스페이서 재료를 상기 기판 상에 동시에 분사하는 단계와, 상기 돌출격벽 재료 및 상기 스페이서 재료에 열을 가하여 소성하는 단계를 포함한다.
이러한 구성에 의하여 본 발명은 제조공정을 단순화시킬 수 있다.

Description

액정표시장치의 제조방법{Method of Fabricating Liquid Crystal Display}
도 1은 종래의 액정표시장치를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 선 "A-A'"를 따라 절취한 액정표시장치를 나타내는 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 돌출격벽의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 돌출격벽의 제조방법을 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 돌출격벽과 액정의 유전율차에 따른 전계방향을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타내는 단면도.
도 7은 도 6에 도시된 돌출격벽과 패턴 스페이서의 제조방법을 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1, 30, 52 : 하부기판 6 : 게이트절연막
8 : 보호막 10, 12 : 배향막
11, 54 : 상부기판 14 : 공통전극
16 : 컬러필터 18, 20, 47 : 돌출격벽
22 : 화소전극 23 : 접촉홀
24, 50 : 액정 25 : 게이트전극
28 : 소스전극 26, 27 : 반도체층
29 : 드레인전극 34 : 마스크
본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 공정을 단순화시킬 수 있는 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다.
액정표시장치에 이용되는 액정은 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic : 이하 "TN"이라 함) 모드의 액정이 주로 이용되고 있다. 이 TN 모드의 액정은 트위스트된 각이 90°로 전기장의 인가에 따라 액정배열 상태를 바꾸어 광을 투과시킨다. 이러한 TN 모드의 액정은 액정분자의 장축방향으로 진동하는 광과 장축방향에 수직 하는 방향으로 진동하는 광의 굴절율이 서로 다른 굴절율 이방성에 의해 시야각이 좁으며 액정의 응답속도가 느리다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 TN 모드 액정의 단점을 보완하기 위해 IPS(in-plane switch) 모드, OCB(Optically Compensated Bend) 모드 액정, VA(Vertical Aligned) 모드 액정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서 VA 모드의 액정은 TN 모드의 액정에 비해 구조적으로 넓은 시야각을 가지며 콘트라스트비가 좋다. VA 모드의 액정셀은 화소영역이 다수개로 분할된 멀티도메인(multi-domain)을 가진다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 VA 모드의 액정을 가지는 액정표시장치는 상부기판(11) 상에 순차적으로 형성된 컬러필터(16), 공통전극(14) 및 배향막(12)으로 구성되는 상판과, 하부기판(1) 상에 순차적으로 형성된 TFT와, 화소전극(22) 및 배향막(10)으로 구성되는 하판과, 상판과 하판 갭을 유지하는 도시되지 않은 스페이서와, 상판 및 하판과 스페이서에 의해 마련된 내부공간에 주입되는 VA 모드의 액정(24)을 구비한다. 또한, 각 상부기판(11)과 하부기판(1) 상에 삼각단면을 가지는 돌출격벽(18, 20)이 형성된다.
상판에서 상부기판(11) 상에 적, 녹, 청 삼원색의 칼라필터(16)들이 순차적으로 형성된다. 이 경우, 삼원색의 칼라필터(16) 각각은 상부기판(11)의 전면에 백색광원을 흡수하여 특정파장(적색, 녹색, 또는 청색)의 광만을 투과시키는 물질을 도포한 후 패터닝함으로써 형성된다. 칼라필터(16)가 형성된 상부기판(11) 상에 그라운드 전위가 공급되는 투명도전막인 공통전극(14)을 형성한다. 배향막(12)은 공통전극(14) 상에 폴리이미드를 도포함으로써 형성된다.
하판에서 액정셀의 구동을 스위칭하는 TFT는 게이트라인(도시하지 않음)에서 돌출된 게이트전극(25), 데이터라인(도시하지 않음)에서 돌출된 소스전극(28) 및 접촉홀(23)을 통해 화소전극(22)에 접속된 드레인전극(29)을 구비한다. 또한, TFT는 게이트전극(25)과 소스전극(28) 및 드레인전극(29)의 절연을 위한 게이트절연막(6)과, 게이트전극(25)에 공급되는 게이트전압에 의해 소스전극(28)과 드레인전극(29)간에 도통채널을 형성하기 위한 반도체층(26, 27)을 더 구비한다. 이러한 TFT는 게이트라인으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(22)에 공급한다. TFT를 통해 공급되는 데이터신호와 공통전극(14)에 공급되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 의해 액정이 회전하게 되며 액정의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다. 화소전극(22)은 데이터라인과 게이트라인에 의해 분할된 셀영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명전도성물질로 이루어진다. 화소전극(22)은 하부기판(1) 전면에 도포되는 보호막(8) 위에 형성되며, 보호막(8)에 형성된 접촉홀(23)을 통해 드레인전극(29)과 전기적으로 접속된다. 화소전극(22)이 형성된 하부기판(1) 상부에 배향막(10)을 도포한 후 러빙공정을 수행한다.
VA 모드 액정(24)은 음의 유전율이방성을 가지며 구동전압이 인가되지 않을 때 상부기판(11)과 하부기판(1)에 대해 수직 방향으로 정렬한다. 상부기판(11) 상에 형성된 상부 돌출격벽(20)과 하부기판(1) 상에 형성된 하부 돌출격벽(18)은 유전율을 가지는 유전체로 형성된다. 상부 돌출격벽(20)과 하부 돌출격벽(18)의 유전율과 다른 유전율을 가지는 VA 모드 액정(24)은 수직 방향에서 소정의 경사각으 로 기울어진다. 이때, 상부 돌출격벽(20)과 하부 돌출격벽(18)을 기준으로 소정 경사각을 가지게 된다. 또한, 지그재그 형태로 형성된 상부 돌출격벽(20)과 하부 돌출격벽(18)을 기준으로 액정(24)의 배향 영역은 A, B, C, D의 4가지 영역으로 분할되어 4 도메인(domain)을 형성한다. 이러한 상부 돌출격벽(20) 및 하부 돌출격벽(18)은 포토리쏘그래피(Photolithography) 방법으로 형성된다.
도 3a 내지 도 3c는 액정표시장치의 돌출격벽의 제조방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 기판(30) 상에 격벽용 유전물질(32)이 형성된다.
격벽용 유전물질(32)은 스핀코팅 방법으로 기판(30) 상에 코팅되며, 격벽용 유전물질(32)은 소정의 유전율을 가진다.
이어서 도 3b에 도시된 바와 같이 격벽용 유전물질(32) 상에 마스크(34)를 정렬시킨다. 마스크(34)는 광차단부(34a)와 광투과부(34b)로 이루어진다. 마스크(34)의 광차단부(34a)에서는 광이 차단되며, 마스크(34b)의 광투과부(34b)에서는 광이 투과된다. 자외선을 조사하는 경우 마스크(34)의 광투과부(34b)와 광차단부(34a)에 의해 자외선이 선택적으로 격벽용 유전물질(32)에 조사된다. 격벽용 유전물질(32)은 광투과부(34b)에 대응되는 영역에서 자외선에 노출된다. 이후, 도 3c에 도시된 바와 같이 격벽용 유전물질(32)은 현상액에 의해 등방성 식각된다. 이에 따라, 격벽용 유전물질(32)은 삼각형의 단면을 가지도록 패터닝되어 돌출격벽(36)이 된다.
이와 같이, 돌출격벽(36)을 포토리쏘그래피 방법으로 형성하게 되면 돌출격벽(36)을 형성하기 위한 공정수가 많아지게 됨은 물론, 공정수가 많아짐에 따라 공정비용이 증가되는 문제점이 나타난다.
따라서, 본 발명의 목적은 잉크젯 프린팅 방식을 사용함으로써 공정을 단순화시킬 수 있는 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 기판으로부터 돌출되어 액정의 배향영역을 구획하는 돌출격벽을 가지는 액정표시장치의 제조방법은, 상기 액정의 유전율과 다른 유전율을 가지는 돌출격벽 재료가 담긴 제1 잉크젯 헤드와, 스페이서 재료가 담긴 제2 잉크젯 헤드를 상기 기판 상에 정렬하는 단계와, 상기 제1 잉크젯 헤드 및 상기 제2 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 각각 상기 돌출격벽 재료 및 상기 스페이서 재료를 상기 기판 상에 동시에 분사하는 단계와, 상기 돌출격벽 재료 및 상기 스페이서 재료에 열을 가하여 소성하는 단계를 포함한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치는 잉크젯(Ink-jet) 프린팅 방식을 사용하여 돌출격벽(47)을 형성한다.
잉크젯 프린팅 방식은 서멀(Thermal) 방식과 압력 차이에 의해 잉크가 노즐 로부터 분사되는 피에조(Piezoelectric) 방식이 있으며, 일반적으로 피에조 방식이 주로 사용된다.
피에조 방식의 잉크젯은 분사시키고자 하는 물질이 담긴 용기(40)와, 이 용기(40)로부터 물질을 외부로 분사시키기 위한 잉크젯 헤드(42)로 구성된다.
용기(40)에는 돌출격벽(47)의 재료인 격벽용 유전물질(46)로 채워진다.
잉크젯 헤드(42)에는 압전소자와 용기(40) 내에 포함된 격벽용 유전물질(46)을 분사하는 노즐(nozzle ; 44)이 형성된다. 압전소자에 전압이 인가되면 물리적인 압력이 발생되어 용기(42)와 노즐(44) 사이의 유로가 수축, 이완을 반복하는 모세관 현상이 나타난다. 이 모세관 현상을 이용하여 격벽용 유전물질(46)을 노즐(44)을 통해 분사시킨다. 이후, 소성과정을 거쳐 돌출격벽(47)을 완성한다.
따라서, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 살폅보면, 상부기판 상에는 컬러필터, 공통전극 및 배향막이 순차적으로 형성되며, 하부기판 상에는 TFT, 화소전극 및 배향막이 순차적으로 형성된다.
이러한 상부기판과 하부기판 상에 상기 잉크젯 프린팅 방식으로 돌출격벽(47)을 형성한다. 돌출격벽(47)은 잉크젯의 노즐(44)을 통해 분사되는 유전율을 가지는 격벽용 유전물질(46)로 형성된다. 이때, 돌출격벽(47)의 폭은 일반적으로 20㎛를 가지도록 형성되기 때문에 돌출격벽(47)을 잉크젯 프린팅 방식으로 형성되기에 용이하다. 이와 같이, 잉크젯 프린팅 방식으로 돌출격벽(47)을 형성함으로써 종래의 복잡한 공정이 단순해진다.
그리고, 돌출격벽(47)은 유전율을 가지는 유전물질로 형성되기 때문에 다음 과 같은 특성을 가진다. 우선, 도 5a는 돌출격벽(47)의 유전율이 액정의 유전율보다 작은 경우의 전계를 나타내는 도면으로, 도 5a와 같이 돌출격벽(47)의 유전율이 액정의 유전율보다 작은 경우, 전계의 방향이 돌출격벽(47) 주위에서 수직방향에 대해 소정의 경사각을 가지며, 그 경사 방향은 돌출격벽(47) 바깥을 향하는 방향이 된다. 이 전계 방향에 영향을 받아 액정(50)이 돌출격벽(47) 쪽의 방향으로 경사지게 된다.
이와는 반대로 도 5b에 도시된 바와 같이 돌출격벽(47)의 유전율이 액정의 유전율보다 큰 경우 전계의 방향이 돌출격벽(47) 주위에서 수직방향에 대해 소정의 경사각을 가지며, 그 경사 방향은 돌출격벽(47)을 향하는 방향이 된다. 이에 따라, 액정(50)이 돌출격벽(47) 바깥 방향으로 경사지게 된다.
이러한 액정(50)과 돌출격벽(47)의 유전율 차이에 의해 액정(50)의 배향방향을 다양하게 형성할 수 있으며 유전율 차이가 클수록 전계의 왜곡이 크게 나타남으로써 액정의 경사각이 커지게 된다.
이와 같이, 지그재그 형태로 형성된 돌출격벽(47)은 액정(24)의 배향 영역을 4가지 영역으로 분할하여 4 도메인(domain)을 형성시킨다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액정표시장치는 잉크젯(Ink-jet) 프린팅 방식을 사용하여 패턴 스페이서(56)와 돌출격벽(47)을 동시에 형성한다.
상부기판(54) 상에는 도시되지 않은 컬러필터, 공통전극 및 배향막이 순차적으로 형성되며, 하부기판(52) 상에는 TFT, 화소전극 및 배향막이 순차적으로 형성 된다. 상부기판(54)과 하부기판(52) 사이의 갭을 유지시키기 위한 패턴 스페이서(56)가 형성된다. 패턴 스페이서(56)에 의해 형성된 액정표시장치의 내부 공간에 액정이 주입된다.
돌출격벽(47)은 상부기판(54)과 하부기판(52) 상에 각각 형성된다. 돌출격벽(47)은 유전율을 가지는 유전물질로 형성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 지그재그 형태로 형성된다. 지그재그 형태의 돌출격벽(47)에 의해 액정셀 영역이 분할됨과 아울러 돌출격벽(47)과 액정의 유전율 차이에 의해 액정이 4가지 다른 배향상태를 가지게 된다.
패턴 스페이서(56)는 액정셀의 셀갭을 균일하게 유지시키기 위하여 일정 간격을 가지게끔 형성된다.
이러한 액정표시장치의 돌출격벽(47)과 패턴 스페이서(56)의 제조방법을 살펴보면, 돌출격벽(47)과 패턴 스페이서(56)를 잉크젯 프린팅 방식으로 동시에 형성한다. 즉, 돌출격벽(47)을 형성하면서 패턴 스페이서(56)를 형성함으로써 제조공정수가 줄어들게 됨은 물론, 공정비용이 감소된다. 여기서, 사용되는 잉크젯은 도 7에 도시된 바와 같이 압전소자와 형성하고자 하는 물질이 담긴 용기(40)와, 용기(40) 내의 물질을 분사시키는 노즐(44)이 포함된다.
먼저, 각각의 잉크젯 용기(40) 내에 격벽용 유전물질(46)과 스페이서 형성용 물질(60)이 채워진다. 잉크젯 헤드(42)의 압전소자에 전압이 인가되면 물리적인 압력이 발생되어 용기(40)와 노즐(44) 사이에 형성된 유로가 수축하고 이완하는 모세관 현상이 나타난다. 이 모세관 현상에 의해 격벽용 유전물질(46)과 스페이서 형성용 물질(60)이 노즐(44)을 통해 분사된다. 이후, 소성공정을 수행하여 돌출격벽(47)과 패턴 스페이서(56) 내의 용매(Solvent)를 제거하여 돌출격벽(47)과 패턴 스페이서(56)를 완성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 잉크젯 프린트 방식으로 돌출격벽과 패턴 스페이서를 형성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 한번의 공정에 의해 돌출격벽과 패턴 스페이서를 형성시킬 수 있으므로 종래와 대비하여 공정수를 감소시킬 수 있음은 물론, 공정수 감소에 따라 공정비용이 절감될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (5)

  1. 기판으로부터 돌출되어 액정의 배향영역을 구획하는 돌출격벽을 가지는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,
    상기 액정의 유전율과 다른 유전율을 가지는 돌출격벽 재료가 담긴 제1 잉크젯 헤드와, 스페이서 재료가 담긴 제2 잉크젯 헤드를 상기 기판 상에 정렬하는 단계와,
    상기 제1 잉크젯 헤드 및 상기 제2 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 각각 상기 돌출격벽 재료 및 상기 스페이서 재료를 상기 기판 상에 동시에 분사하는 단계와,
    상기 돌출격벽 재료 및 상기 스페이서 재료에 열을 가하여 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출격벽은 멀티 도메인을 형성하기 위해 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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