KR100919201B1 - 액정표시장치의 봉지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 액정 패널 속에 채워진 액정이 중력방향으로 쏠리는 중력 불량의 문제를 해결하기 위하여 액정을 주입하고 액정 주입구를 봉입하기 전에 일정량의 액정을 압력을 가하여 배출함으로써 액정패널의 두 대향하는 기판 사이에 음압을 형성하여 액정이 중력 방향으로 쏠리는 문제를 개선한 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치의 봉지 방법{SEALING METHOD OF A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시장치의 액정을 주입하는 방법에 관한 것이다. 특히, 액정이 과다 충진된 경우 액정이 중력 방향으로 쏠리는 문제를 해결하고자 그 봉지 방법을 개선한 것이다.

도 1은 종래의 액정표시장치의 개략적 구조를 나타내며 제 1도에서 도시된 것과 같이 액정표시장치는 유리기판(21) 위에 블랙매트릭스(black matrix)(6)와 서브컬러필터(subcolor filter)(적,녹,청)(7)를 포함하는 컬러필터(8)와 컬러필터(8)상에 투명한 공통전극(18)이 형성된 상부 기판(1)과, 유리기판(3) 위에 매트릭스 형태로 배열하는 다수의 스위칭소자(T)와 각각의 스위칭 소자에 대응되는 화소전극(5)과 상기의 화소전극을 포함하는 화소영역(4)을 포함하는 하부 기판(2)으로 구성되며 상기의 상부 기판(1)과 하부 기판(2)사이에는 액정(10)이 충진되어 액정층을 이루고 있다.

상기의 하부 기판(2)을 TFT 어레이(array)기판이라고도 하며 스위칭소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태로 배열되어 있고 이러한 박막트랜지스터를 종,횡으로 교차하여 지나가는 다수의 게이트배선(11),데이터배선(12)이 형성되어 있다.

상기의 하부 기판(2)상의 화소영역(4)은 상기의 게이트배선(11)과 데이터배선(12)이 서로 교차하여 정의되는 영역이다. 상기 화소영역에 형성되는 화소전극(5)은 투명전극인 인듐-틴-옥사이드(ITO,Indium Tin Oxide)로 이루어져 있으며 빛의 투과성이 좋다.

전술한 액정표시장치의 개략적인 제조공정을 도 2 를 통하여 설명한다.

액정표시장치는 하부 기판인 TFT에레이 기판을 준비하는 단계와, 그 위에 배향막을 형성하는 단계와 배향막 위에 액정의 배열을 위한 러빙(rubbing)공정 단계와, 씰(seal)패턴을 형성하는 단계와, 스페이서를 산포하는 단계와, 상부 기판과 하부 기판을 합착하는 단계와, 합착된 기판을 단위 셀 단위로 절단하는 단계와, 단위 셀에 액정을 주입하는 단계로 이루어 진다.

상술하면 1단계에서 먼저 하부 기판을 준비하고 하부 기판에는 다수의 스위칭소자가 배열되며 스위칭소자를 구동하기 위한 매트릭스 형태로 게이트 배선과 데이터 배선이 배열 된다. 또한 상기의 스위칭 소자와 일대일 대응하는 화소전극을 형성한다.

2단계는 상기의 하부 기판 상에 배향막을 형성하는 단계이다.

상기의 배향막 형성단계는 보통 고분자 재질의 배향막을 도포하는 단계와 그 위에 액정을 배열하기 위한 러빙(rubbing)공정을 포함한다. 상기의 배향막을 고분자재질의 박막으로 상기 하부 기판 상에 균일하게 증착한다. 배향막이 균일해야만 러빙이 균일하게 이루어 지고 액정의 배열이 균일해 진다.

상기의 러빙공정은 액정의 초기배열을 결정하는 중요한 공정으로서 러빙이 바르게 이루어져야 정상적인 액정의 구동이 가능하며 균일한 디스플레이(display)특성을 갖게 된다.

일반적으로 배향막은 유기질의 폴리이미드(polyimide)계열이 주로 쓰인다.

러빙공정은 천을 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문지르는 공정으로서 러빙방향에 따라 액정단위체가 일정한 방향으로 정렬한다.

3단계는 씰 패턴(seal pattern)을 형성하는 단계이다.

액정표시장치에서 씰 패턴은 액정주입을 위한 상부 기판과 하부 기판의 갭(gap)을 형성하는 기능과 주입된 액정이 새어나오는 것을 막는 기능을 하는 것으로서 열경화성 수지로 하부 기판의 액티브 영역 외곽에 일정한 패턴을 형성한다. 씰 패턴은 주로 스크린 인쇄법에 의해 만들어진다.

4단계는 스페이서를 산포하는 단계이다.

액정표시장치는 상부 기판과 하부 기판 사이의 셀 갭(cell gap)을 일정하고 정밀하게 유지하기 위해 일정한 크기의 스페이서가 사용된다. 그러므로 상기 스페이서 산포시 하부 기판에 대해 스페이서를 균일한 밀도로 산포해야한다. 산포방식은 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식산포법과 스페이서만을 산포하는 건식산포법으로 나눌 수 있다.

또한 건식산포법에는 정전기를 이용하는 건식산포법과 기체의 압력을 이용하는 제전산포법이 있는데 정전기에 취약한 액정셀구조에는 제전산포법이 주로 사용된다.

5 단계로 상기의 스페이서 산포가 끝나면 컬러필터기판인 상부 기판과 어레이 기판인 하부 기판을 합착하는 합착공정이 진행된다. 상기의 합착 배열은 설계시부터 주어지는 상부 기판과 하부 기판사이의 마진(margin) 에 의해 결정되는데 보통 수㎛의 정밀도를 요구된다.

두 기판의 합착 오차범위를 벗어나면 빛이 새어나오게 되어 액정 셀의 구동시 원하는 화질을 얻을 수 없다.

6단계로 상기의 1단계부터 5단계에 의해 제작된 액정표시장치의 셀들을 단위 셀별로 나누는 공정이 필요하다. 일반적으로 액정표시장치의 셀은 대면적의 유리기판에 다수의 액정 셀을 형성한다. 이렇게 형성된 액정 셀들을 단위 셀별로 나누어야 하는데 이 공정이 액정 셀 절단 공정이다.

초기의 액정 셀 절단 공정은 여러 셀들에 액정을 동시에 주입한 후 셀 단위로 절단하는 공정을 수행하였으나 액정표시장치의 대면적화가 진행되면서 단위 셀 별로 액정 셀을 절단한 후 액정을 주입하는 방법을 사용하고 있다.

7단계로 액정을 절단한 단위 액정 셀에 주입하는 단계이다.

단위 액정 셀은 수백 ㎠에 수 ㎛의 셀 갭을 갖는다. 따라서 이러한 구조의 액정 셀에 효과적으로 액정 셀 내와 밖의 압력차를 이용하여 액정을 주입하는 진공 주입법이 널리 이용되고 있다.

진공 주입 방법은 액정 주입 챔버에서 이루어 진다. 액정 주입 챔버는 액정이 담겨져 있는 용기를 포함하고 있다. 액정 주입 챔버를 감압하여 거의 진공이 되게 한다. 다음으로 단위 셀로 나뉘어진 액정패널을 액정 주입구를 하방으로 하고 상기 액정이 담겨져 있는 용기에 담그고 가입하여 액정을 주입한다.

상기의 액정 주입은 수 시간이 걸리며 액정 주입이 끝난 후 액정 주입구에 묻어 있는 여분의 액정을 제거하고 엔드 씰(end seal)재료로 밀봉하고 자외선을 조사하여 액정 주입구를 봉입한다.

그런데 액정표시장치의 상기 단위 셀에 충진되는 액정은 가압에 의해 액정이 충진되는 과정에서 지나치게 많이 액정이 충진될 수가 있다. 진공 주입공정에서는 필히 이와같은 과다 충진 현상이 일어 난다.

액정이 과다 충진된 액정패널을 세울 경우 과다 충진된 액정은 중력방향으로 쏠려 액정의 충진밀도가 위치에 따라 다르게 되고 화면에 얼룩을 발생시키는 단점이 있다.

특히 액정패널의 테스트 공정에서 고온의 극한 상황에서는 액정 페널의 서로 대향하는 두 기판이 열적 팽창을 하여 셀갭이 벌어질 경우 더욱 두드러지게 나타난다.

본 발명은 상기와 같은 중력불량문제를 해결하기 위하여 제안된 것이다. 특히, 액정표시장치의 대화면화가 진행되면서 액정이 중력방향으로 쏠리는 중력 불량의 문제는 더욱 심각한 문제가 되고 있다.

또한 액정이 주입된 후에 고온 테스트를 실시하게 되는데 고온테스트시에는 더욱 중력불량이 심하게 나타나고 있다. 액정이 중력방향으로 쏠림으로써 부위별 밀도가 다르게 되면 빛이 지나는 액정층의 경로가 달라짐으로 위상차 변화가 생기고 그 결과 얼룩무늬가 화면에 나타난다.

본 발명은 상기의 중력불량문제를 해결하기 위한 것이다.

본 발명은 단위 셀별로 나뉘어진 액정 패널을 챔버 내로 도입하는 단계와; 감압하여 상기 챔버를 진공으로 만드는 단계와; 대기압까지 가압하여 액정 주입구를 통해 액정 충진 공간으로 액정을 충진하는 단계와; 상기 액정 충진이 끝나면, 상기 액정 패널을 임의의 압력에 이르도록 가압하는 단계와; 상기의 압력을 유지하여 상기 액정 주입구를 통해 과도하게 충진된 액정을 배출하는 단계와; 상기 압력을 감압하여 상기 액정 충진 공간에 형성된 과잉의 음압을 제거하는 단계와; 상기 액정 주입구에 잔존하는 여분의 액정을 제거하는 단계와; 상기 액정 주입구에 봉지제를 도포하는 단계와; 상기 봉지제에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

먼저 본 발명의 액정표시장치의 단위 셀에 액정을 주입하는 단계까지의 개략적 제조 공정을 살펴본다.

액정 표시장치의 액정 패널은 상부 기판과 하부 기판으로 나뉘어 진다. 상부 기판인 컬러필터 기판은 불필요한 빛의 차단을 위한 블랙매트릭스와 색상을 컬러로 포시하기 위한 적, 녹, 청색의 컬러수지를 포함하는 컬러필터층과, 단차보상을 위한 평탄화막과, 공통전극과 배향막을 포함하고 있다.

하부 기판은 서로 평행하고 횡방향으로 배열된 다수의 게이트 라인과 상기 게이트 라인과 서로 수직하게 교차하며 서로 평행한 다수의 데이터 라인과 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차지점에 형성되며 매트릭스 형태로 배치되는 박막트랜지스터와 투명전극으로 이루어진 화소전극을 포함하여 이루어 진다. 상기 하부 기판에도 액정의 초기배향을 위한 배향막이 형성된다.

상기의 상, 하 기판이 준비되면 상, 하 기판을 서로 밀봉하기 위하여 하부 기판의 유효영역 외곽부에 열경화성 실런트(sealant)를 인쇄하는 공정을 진행한다. 상기의 실런트(sealant)는 실 패턴이 인쇄된 마스크를 이용하여 인쇄하는 방법에 의해 제작되는 인쇄법과 실런트(sealant)를 그 형성영역을 따라 형성하는 디스펜서 (dispenser)방법이 이용된다.

상기의 실런트를 하부 기판의 유효 영역 외곽에 형성한 후 상부 공통 전극으로 전압을 인가하기 위한 은(Ag)접점을 형성하는 공정이 진행된다. 상기의 은 접점은 실런트의 외곽부에 형성한다.

이렇게 형성된 액정표시장치의 하부 기판에 스페이서를 산포한다.

스페이서는 상부 기판이나 하부 기판의 어디에라도 형성이 가능하다. 그러나, 통상 스페이서는 상부 기판에 형성함이 적당하다. 그 이유는 액정표시장치의 상부 기판과 하부 기판은 서로 다른 공정 절차를 통해 따로이 진행되고 향후 서로 합착하게 되는데 상대적으로 공정 수가 적은 상부 기판에 스페이서를 산포하는 공정을 둠으로써 하부 기판의 생산공정과 그 보조를 맞출 수 있기 때문이다.

이와같이 상부 기판에 스페이서를 산포하게 되는데 스페이서의 종류로는 현재 볼스페이서와 패턴스페이서가 있다.

볼스페이서는 고분자 재질의 유기물로 일정한 탄성을 가지고 있어 외압에 의해 수축 및 이완하는 성질을 가지고 있다. 그러므로 고온에서 액정 패널을 테스트 할 때 일정한 셀 갭을 유지한 채 대향하는 상,하 기판이 온도에 의해 열 팽창을 하더라도 볼 스페이서도 같이 열팽창을 할 수 있어 액정이 중력방향으로 쏠리는 문제는 덜 발생한다.

그러나, 볼 스페이서는 산포 방법으로 알코올 등의 용매에 스페이서를 혼합하여 산포하는 습식산포나, 전하를 띤 스페이서를 대전된 기판위로 분사하는 건식산포법이 이용되고 있는데, 이들은 스페이서 산포밀도를 정확히 조절 할 수가 없고 스페이서들끼리 뭉치는 문제점 등이 있어 패턴 스페이서(patterned spacer)가 제안되었다.

패턴스페이서는 감광성 재질의 유기막을 기판 위에 도포하고 포토리소그라피(photolithography)공정에 의해 일정한 위치와 모양을 제어하면서 형성된다. 통상 패턴스페이서는 폴리이미드(polyimide)수지를 사용한다.

그러나, 패턴스페이서는 열에 대한 팽창율이나 탄성이 상대적으로 작으므로 해서 액정표시장치의 고온 테스트시에 중력불량이 발생하는 경향이 크다.

즉, 도 3에서 도시된 바와 같이 서로 대향하는 유리기판 사이에 액정이 충진되어 있을 때, 고온 상태에서는 유리기판이 팽창하고 상대적으로 열팽창이 적은 패턴 스페이서는 팽창을 적게 함으로 기판과 패턴 스페이서 사이에 공간이 발생한다. 따라서 액정 패널을 세워져 있을 경우, 그 공간을 통하여 액정이 중력방향으로 쏠려 화면에 얼룩 등의 화면 불량이 발생한다.

도 3은 고온에서 기판이 팽창하여 이격공간이 발생하는 모습을 나타내는 개략적 단면도이다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 의해 가압하여 봉지한 후 액정 패널 사이에 음압이 발생한 모습을 보여준다.

본 발명은 특히 중력불량이 많이 발생하는 패턴스페이서를 채용하는 액정표시장치의 중력불량을 개선하고자 한다.

패턴 스페이서가 기판 위에 형성된 후에 상부 기판과 하부 기판을 합착하는 공정을 진행한다. 씨일(seal)재가 인쇄된 하부 기판과 상부 기판을 일정한 압력을 가하면서 가온하여 실재로 상,하 기판을 합착한다.

상기의 합착에 의해, 액정패널은 씨일(seal) 재의 일측에 형성되어 있는 액정 주입구를 재외하고는 모두 밀봉된 상태이다.

합착이 이루어진 액정 패널을 단위 셀별로 나눈다.

이렇게 단위 셀 별로 나뉘어 진 액정패널을 몇 장 단위의 묶음으로 하여 카세트에 적층하고 액정 주입을 위한 액정 주입 챔버로 도입시킨다.

도 5를 통하여 액정 주입 방법을 상세히 설명한다.

단위 셀로 나뉘어진 액정 패널(501)이 도입된 액정 주입 챔버(500)내에는 주입 될 액정(502)이 담겨져있는 액정 쟁반(503)이 배치되어 있다. 액정주입 챔버의 일측에는 감압을 위한 진공펌프(504)가 장착되어 있고 가스(gas)주입을 위한 가스 주입구(505)가 배치되어 있다.

액정 패널을 담은 카세트가 상기 챔버(500) 내로 도입되면 먼저, 진공펌프(504)에 의해 감압을 실시한다. 진공의 정도는 10^-6토르(Torr)정도의 수준까지 실시한다.

액정 주입 챔버 내가 진공에 이르면 단위 셀의 액정 주입구가 액정 쟁반(502)에 잠기도록 상기 카세트를 하강한다.

다음으로 가스(gas)주입구(505)를 통해 서서히 질소(N₂)가스를 주입하여 가압한다. 상기의 가압은 대기압에 이르도록 지속되며 그 사이 액정은 모세관 현상과 가스의 압력에 의해 액정 패널의 액정 충진 공간으로 주입되어 들어간다.

상기에서 언급한 바와 같이 진공 주입방법에 의한 액정 주입은 과도한 액정의 주입을 야기시킨다. 그 결과 액정 패널은 가운데가 액정 패널의 가장자리보다 두꺼운 볼록렌즈 형태가 된다.

이러한 과도한 액정 충진은 이후 고온 테스트시 기판의 열 팽창에 의한 중력불량을 야기시킨다. 중력불량은 액정이 많이 충진 될 수록 발생 할 가능성이 높다.

그러므로 본 발명은 과도하게 주입된 액정을 가압을 통해 배출하는 공정을 추가한다.

액정의 충진이 끝나면 액정 주입 챔버에 약 5분 정도의 시간 간격을 두고 서서히 가압하여 0.5㎏/㎠에 이르도록 압력을 가한다. 다음으로 상기의 압력, 즉 0.5㎏/㎠의 압력을 약 30분간 유지를 한다. 상기의 시간 동안 과도하게 충진된 액정은 서서히 액정 주입구를 통해 서서히 빠져 나간다.

그 결과 액정 패널의 액정 충진 공간에는 액정 패널의 대향하는 유리기판이 안으로 모여드는 음압이 형성된다. 즉, 강제로 액정을 배출함으로써 액정 충진 공간이 대기압 이하가 되어 유리기판을 안으로 모으는 힘이 발생한다.

다음으로 상기 챔버의 압력을 약 30초에 걸쳐 서서히 감압하여 0.46㎏/㎠정도가 되도록 한다. 이는 액정 충진공간에 형성된 지나친 음압을 제거하기 위함이다. 가압 공정을 도입하여 액정 패널에 음압을 형성시키는 것이 중요하지만 지나친 음압은 또 다른 불량을 발생시키기 때문이다.

다음으로 액정 주입구의 여분의 액정을 제거하고 봉지제를 도포한다. 봉지제는 광경화성 수지로 구성되어 있다.

다음으로 약간의 감압을 통해 봉지제가 액정 주입구 내로 흡입되게 하면서 자외선을 조사하여 액정 주입구를 완전히 밀봉한다.

도 6는 상기의 액정 표시장치의 가압에 의한 액정 주입 방법에서 사용된 시간과 압력관계를 나타낸 그래프이다.

세로 축은 압력을 나타내며 그 단위로는 ㎏/㎠를 사용하였고, 가로 축은 시간 축으로 분 단위를 단위로 사용하였다.

a영역은 액정이 충진된 액정 패널에 서서히 가압하는 단계를 나타내며, b영역은 가압하여 여분의 액정을 압출하는 단계를 나타내며, c영역은 감압하여 과잉 음압을 제거하는 단계를 나타내며, d영역은 액정 주입구에 묻어 있는 여분의 액정을 제거하고 봉지제를 도포하는 단계를 나타내며, e영역은 자외선을 봉지제에 조사하면서 감압하는 단계를 나타낸다.

상기에서 살펴 본 바와 같이 액정 표시장치의 액정 패널에 진공 주입법에 의해 액정을 충진한 다음, 가압하는 단계를 추가함으로써 과잉 충진된 액정을 제거하고, 액정 패널의 대향하는 상부 기판과 하부 기판사이에 음압을 형성 하게 함으로서 고온 테스트시 액정이 아래로 쏠리는 중력 불량을 개선 할 수 있다.

즉, 액정이 과잉으로 충진 되어 있지 않으므로 액정이 중력 방향으로 쏠리는 문제가 감소하고 또한 대향하는 상, 하 기판사이에 음압을 형성함으로써 고온에서 유리기판이 열 팽창하는 힘을 상쇄 시킬 수 있는 것이다.

중력불량은 액정화면에 얼룩을 발생시키고 화질을 저하시키는데 상기의 가압봉지 방법에 의해 상기의 문제점을 개선 할 수 있다.

도 1 은 종래의 액정표시장치의 액정패널의 개략적 단면도.

도 2는 종래의 액정표시장치의 액정 패널 제조공정을 나타내는 순서도.

도 3은 액정이 과잉충진된 본 발명의 액정표시장치의 형상을 나타내는 개략도.

도 4는 가압하여 액정의 일부를 배출시킨 본 발명의 액정표시장치의 형상을 나타내는 개략도.

도 5는 본 발명의 가압봉지 장치를 나타내는 개략도.

도 6는 본 발명의 가압 봉지방법을 나타내는 그래프.

Claims (5)

1. 단위 셀별로 나뉘어진 액정 패널을 챔버 내로 도입하는 단계와;

   감압하여 상기 챔버를 진공으로 만드는 단계와;

   대기압까지 가압하여 액정 주입구를 통해 액정 충진 공간으로 액정을 충진하는 단계와;

   상기 액정 충진이 끝나면, 상기 액정 패널을 임의의 압력에 이르도록 가압하는 단계와;

   상기의 압력을 유지하여 상기 액정 주입구를 통해 과도하게 충진된 액정을 배출하는 단계와;

   상기 압력을 감압하여 상기 액정 충진 공간에 형성된 과잉의 음압을 제거하는 단계와;

   상기 액정 주입구에 잔존하는 여분의 액정을 제거하는 단계와;

   상기 액정 주입구에 봉지제를 도포하는 단계와;

   상기 봉지제에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 봉지방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 임의의 압력은 0.5㎏/㎠인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 봉지방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 감압 단계에서 감압시간은 30초인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 봉지 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 봉지제에 조사되는 빛은 자외선인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 봉지 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 감압 단계에서 감압은 0.46㎏/㎠까지인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 봉지 방법.