KR101010082B1 - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시소자는 새로운 실링재에 의해 기판을 합착하기 위한 것으로, 액상세라믹과 같은 무기물질로 이루어진 실링재로 박막트랜지스터가 형성된 제1기판과 컬러필터가 형성된 제2기판을 합착한다. 액상세라믹은 열안정성이 강하고 경화되었을 때 경도가 높기 때문에, 고온처리시 실링재의 침투에 의한 액정의 오염을 방지할 수 있으며 글라스파이버 없이 자체의 경도에 의해 셀갭을 유지할 수 있게 된다.
실링재, 액상세라믹, 무기물질, 열안정성, 경도, 경화

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}
도 1은 종래 액정표시소자의 구조를 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 흐름도.
도 4(a) 및 도 4(b)는 실링재 인쇄방법을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
103,105 : 기판 107 : 실링재
117 : 액정층 131 : 게이트전극
132 : 게이트절연층 134 : 반도체층
136 : 소스/드레인전극 142 : 컬러필터층
150 : 스페이서 151 : 스크린마스크
154 : 스퀴지 161 : 디스펜서
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 제1기판과 제2기판을 액상세라 믹과 같은 무기물질로 이루어진 실링재를 이용하여 합착함으로써 불량이 발생하는 것을 방지하고 제조시간을 단축할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시소자(Liquid Crystal Display device)는 투과형 평판표시장치로서, 핸드폰(mobile phone), PDA(Personal Data Assistants), 노트북컴퓨터와 같은 각종 전자기기에 널리 적용되고 있다. 이러한 LCD는 경박단소화가 가능하고 고화질을 구현할 수 있다는 점에서 다른 평판표시장치에 비해 현재 많은 실용화가 이루어지고 있는 실정이다. 더욱이, 디지털TV나 고화질TV, 벽걸이용 TV에 대한 요구가 증가함에 따라 TV에 적용할 수 있는 대면적 LCD에 대한 연구가 더욱 활발히 이루어지고 있다.
일반적으로 LCD는 액정분자를 동작시키는 방법에 따라 몇 가지 방식으로 나누어질 수 있지만, 현재에는 반응속도가 빠르고 잔상이 적다는 점에서 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor) LCD가 주로 사용되고 있다.
도 1은 이러한 TFT LCD의 구조를 나타내는 평면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, TFT LCD(1)는 제1기판(3)과 제2기판(5) 및 그 사이에 형성되는 액정층(17)으로 구성되어 있으며, 상기 제1기판(3)에는 종횡으로 배열되어 복수의 화소를 정의하는 게이트라인(11)과 데이터라인(13)이 배치되어 있으며, 각각의 게이트라인(11)과 데이터라인(13)은 제1기판(3)의 비표시영역에 형성된 패드(12,14)를 통해 외부의 구동소자(도면표시하지 않음)와 전기적으로 접속된다. 또한, 각각의 화소내에는 TFT(15)가 형성되어 있다. 게이트라인(11)을 통해 주사신호가 인가됨에 따라 상기 TFT(15)가 스위칭되어 데이터라인(13)을 통해 입력되는 화상신호가 액정층(17)에 인가된다.
상기 제1기판(3)과 제2기판(5) 외곽부의 실링영역에는 실링재(sealant;7)가 도포되어 상기 제1기판(3)과 제2기판(5)을 합착한다. 또한, 제1기판(3) 및 제2기판(5)의 외곽부에는 액정주입구(20)가 형성되어 있다. 상기 액정주입구(20)는 실링재에 의해 합착된 제1기판(3) 및 제2기판(5) 사이로 액정을 주입하기 위한 것으로, 봉지제(22)에 의해 봉지되어 액정이 외부로 누출되는 것을 방지한다.
실링영역에 도포되는 실링재(7)는 제1기판(3) 및 제2기판(5)을 합착시키는 접착제 역할을 할 뿐만 아니라 합착된 제1기판(3) 및 제2기판(5) 사이의 액정이 외부로 누출되는 것을 방지한다. 이러한 실링재(7)로는 통상적으로 에폭시수지(epoxy resin)나 페놀수지(phenol resin)와 같은 열경화성 수지를 사용한다. 그런데, 상기 에폭시 수지나 페놀수지는 유기물로서, 고온처리시 액정층내로 이물질이 확산되어 액정을 오염시키게 되는데, 이러한 액정의 오염에 의해 실링영역 주위(즉, 기판의 외곽영역)에 얼룩이 발생하게 되어 액정표시소자에 불량이 발생하는 주요한 원인이 된다.
또한, 상기 실링재(7)를 경화하기 위해서는 약 100∼180℃의 온도로 약 2시간 가열해야만 하기 때문에 공정시간이 길어지게 되며, 그 결과 생산성이 감소된다는 문제도 있었다.
한편, 제1기판(3)과 제2기판(5) 사이에는 스페이서(spacer)가 산포되어 제1기판(3)과 제2기판(5) 사이의 간격(즉, 셀갭(cell gap))을 일정하게 유지한다. 그 러나, 상기 스페이서는 액정층(17) 내부에만 산포되어 있기 때문에, 제1기판(3)과 제2기판(5) 전체의 간격을 유지하기란 불가능하였다. 따라서, 현재 실링재(7)에 글라스파이버(glass fiber)를 혼합하여 사용함으로써 셀갭을 일정하게 유지하고 있는 실정이다. 그러나, 상기 글라스파이버는 고가의 제품이기 때문에, 상기 글라스파이버를 실링재(7)에 혼합함에 따라 액정표시소자의 제조비용이 증가한다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 무기물질로 이루어진 실링재에 의해 제1기판 및 제2기판을 합착함으로써 불량이 발생하는 것을 방지하며 제조비용을 절감할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 화소영역 및 실링영역을 포함하는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 제1기판의 화소영역에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 제2기판의 화소영역에 형성된 컬러필터층과, 상기 제1기판과 제2기판의 실링영역에 형성되어 상기 제1기판과 제2기판을 합착하는 액상세라믹으로 구성된다.
상기 액상세라믹은 열안정성이 높으며 경화되었을 때 경도가 높은 무기물질로서, Si02, 물 및 알콜로 이루어진다. 한편, 상기 실링영역에는 반도체 또는 금속으로 이루어져, 화소내의 패턴에 의해 발생하는 단차를 보상하기 위한 단차보상용 패턴이 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 박막트랜지스터가 형성된 제1기판을 준비하는 단계와, 컬러필터가 형성된 제2기판을 준비하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판 중 어느 한 기판에 무기물질로 이루어진 실링재를 인쇄하는 단계와, 상기 인쇄된 실링재를 경화시키는 단계와, 액정주입구를 통해 액정을 주입한 후 상기 액정주입구를 봉지하는 단계로 구성된다.
상기 무기물질의 실링재는 액상세라믹으로서 Si02, 물 및 알콜로 이루어지며, 스크린인쇄법 또는 디스펜싱법에 의해 제1기판 또는 제2기판의 외곽 둘레에 인쇄된다.
상기 실링재는 약 135℃∼165℃의 온도, 바람직하게는 약 145℃∼155℃의 온도, 더욱 바람직하게는 약 150℃의 온도에서 15∼25분간 경화된다.
본 발명에서는 무기물질로 이루어진 실링재를 이용하여 기판을 합착한다. 특히, 본 발명에서는 무기물질인 액상세라믹(liquid ceramic)을 실링재로 사용하여 기판을 합착한다. 물질의 표면성질의 개조와 부식방지제로서 널리 사용되고 있는 액상세라믹은 접착성 및 열안정성이 우수하므로 기판의 합착제로서 사용될 때 액정의 오염을 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 액상세라믹은 높은 경도를 갖기 때문에, 내부에 글라스파이버를 혼합하지 않아도 액정표시소자의 셀갭을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
상기와 같은 액상세라믹은 패턴형성이 가능한 점도를 갖고 있으므로, 스크린인쇄법이나 디스펜싱(dispensing)방법에 의해 기판상에 적절한 패턴으로 형성될 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해, 도면에서는 상기 액정표시소자를 화소영역과 실링영역으로 구분하여 설명하였다.
도면에 도시된 바와 같이, 화소영역의 제1기판(103)에는 게이트전극(131)이 형성되어 있으며, 그 위에 제1기판(103) 전체에 걸쳐 게이트절연층(132)이 적층되어 있다. 상기 게이트절연층(32) 위에는 반도체층(134)이 형성되어 상기 게이트전극(131)에 주사신호가 인가됨에 따라 활성화되어 채널층(channel layer)을 형성하며, 그 위에 소스/드레인전극(136)이 형성되어 있다. 또한, 상기 소스/드레인전극(136)이 형성된 제1기판(103) 전체에 걸쳐 보호층(139)이 적층되어 있다. 상기 보호층(139) 위의 화소영역에는 화소전극(138)이 형성되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 보호층(139)에는 컨택홀(contact hole)이 형성되어 있다. 상기 화소전극(138)은 컨택홀을 통해 소스/드레인전극(136)과 전기적으로 접속되어, 상기 반도체층(134)이 활성화됨에 따라 소스/드레인전극(136)을 통해 입력되는 신호가 상기 화소전극(138)에 인가된다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 화소전극(138) 위에는 액정층(117) 의 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 도포되어 있다.
한편, 실링영역의 게이트절연층(132) 위에는 화소내에 형성된 각종 패턴들, 예를 들면 박막트랜지스터나 화소전극(138)과 같은 패턴들의 존재에 의해 발생할 수 있는 단차를 보상하기 위한 단차보상용 패턴(124)이 형성되어 있다. 상기 단차보상용 패턴(124)은 통상적으로 반도체 물질로 이루어지는데, TFT의 반도체층(134) 형성시 동일한 공정에 의해 형성된다. 또한, 상기 단차보상용 패턴(124)은 금속층으로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 단차보상용 패턴(124)은 박막트랜지스터의 게이트전극이나 소스/드레인전극과 동일한 공정에 의해 형성될 것이다.
제2기판(105)에는 광차단수단인 블랙매트릭스(109)와 컬러를 구현하는 컬러필터층(142)이 형성되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 블랙매트릭스(109)는 Cr, CrOx, Cr/CrOx 혹은 블랙수지(black resin) 등으로 이루어지며, 화소영역의 TFT영역, 게이트라인 근처, 데이터라인 근처 및 액정주입구 영역과 같은 화상 비표시영역에 형성되어 상기 영역으로 광이 투과되는 것을 방지한다. 또한, 상기 블랙매트릭스(109)와 컬러필터층(142) 위에는 공통전극(144)이 형성되어 TFT를 통해 신호가 입력됨에 따라 액정층(117)의 액정분자를 작동시키며, 도면 표시하지 않은 배향막이 형성되어 액정분자를 배향한다.
상기 제1기판(103)과 제2기판(105) 사이의 실링영역에는 액상세라믹과 같은 무기물질로 이루어져 상기 제1기판(103)과 제2기판(105)을 합착하는 실링재가 충진되어 있다. 상기 액상세라믹은 SiO2와 물 및 알콜(alcohol)로 이루어진 투명한 무기 물질로서, 다음과 같은 특성을 갖는다.
첫째, 상기 액상세라믹은 높은 접착력을 갖을 뿐만 아니라 적절한 유동성을 갖는 동시에 패터닝(patterning)이 가능한 점도를 갖는다. 따라서, 기판(103,105)을 합착하는 실링재로서 유용하게 사용될 수 있다.
둘째, 상기 액상세라믹은 열안정성이 높다. 따라서, 고온처리시 액정층(117)으로 불순물이 확산되지 않으므로 액정이 오염되지 않게 된다.
셋째, 상기 액상세라믹은 경화되었을 때 높은 경도를 갖는다. 따라서, 경화되었을 때 그 자체의 경도에 의해 액정표시소자의 셀갭을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
넷째, 상기 액상세라믹은 에폭시수지나 페놀수지에 비해 짧은 시간에 경화된다.
도 3은 상기 액상세라믹과 같은 무기물질을 실링재로 이용한 액정표시소자 제조방법을 간략하게 나타내는 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 우선 컬러필터(C/F)공정을 통해 블랙매트릭스(142)와 컬러필터층(144)이 형성된 제2기판(105)의 실링영역에 액상세라믹과 같은 무기물로 이루어진 실링재를 인쇄한다(S101,S102). 이때, 상기 실링재는 박막트랜지스터가 형성된 제1기판(103)의 실링영역에 인쇄될 수도 있다. 다시 말해서, 상기 실링재는 제1기판(103)과 제2기판(105) 중 어느 기판에도 인쇄될 수 있는 것이다.
한편, 상기 실링재의 인쇄는 스크린인쇄법이나 디스펜싱법(dispensing method)에 의해 이루어진다. 도 4(a) 및 도 4(b)는 각각 상기 스크린인쇄법과 디스펜싱법을 나타내는 도면이다. 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 스크린인쇄법에서는 기판(105) 위에 소정의 패턴이 형성된 스크린마스크(151)를 위치시킨 후 스퀴지(squeege;154)를 진행시키면, 스크린마스크(151)위의 액상세라믹(107)이 스크린마스크(151)의 패턴을 통해 기판(105)의 실링영역에 인쇄된다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 디스펜싱법에서는 액상세라믹(107)이 충진된 디스펜서(161)로 기판(105)의 실링영역에 직접 액상세라믹(107)을 적하(dropping)함으로써 실링재를 인쇄한다. 이때, 상기 디스펜서(161)는 고정되어 있고, 기판(105)이 적재되는 테이블(164)이 이동하여 기판(105) 외곽 둘레의 실링영역에 액상세라믹(107)을 인쇄하게 된다.
한편, 제1기판(103)에는 TFT공정에 의해 박막트랜지스터가 형성된 후(S103), 액정표시소자의 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(예를 들면, 볼스페이서)가 산포된다(S104).
상기와 같이, 실링재(107)가 인쇄된 제2기판(105)과 제1기판(103)을 정렬한 후 압력을 가하면, 상기 제1기판(103)과 제2기판(105)이 합착된다(S105). 상기와 같이, 제1기판(103) 및 제2기판(105)을 합착할 때, 실링재(107)를 약 135℃∼165℃의 온도, 바람직하게는 약 145℃∼155℃의 온도, 더욱 바람직하게는 약 150℃의 온도에서, 약 15∼25분간 큐어링(curing)하여 상기 실링재(107)를 경화시킨다(S105).
이어서, 합착된 제1기판(103) 및 제2기판(105)의 액정주입구를 통해 액정을 주입하여 액정층(117)을 형성한 후 봉지제에 의해 액정주입구를 봉지함으로써 액정표시소자를 완성한다(S106).
상기한 바와 같이, 본 발명의 가장 큰 특징은 액상세라믹과 같은 무기물질을 실링재로 사용하여 제1기판과 제2기판을 합착하는 것이다. 이러한 본 발명은 무기물질을 실링재로 사용한다면, 어떤 모드나 어떤 구조의 액정표시소자에도 적용될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라, 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 액상세라믹과 같은 무기물질을 실링재로 사용하므로, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.
첫째, 상기 액상세라믹은 높은 접착력을 갖을 뿐만 아니라 적절한 유동성을 갖는 동시에 패터닝(patterning)이 가능한 점도를 갖는다. 따라서, 기판을 합착하는 실링재로서 유용하게 사용될 수 있다.
둘째, 상기 액상세라믹은 열적 안정성이 높다. 따라서, 고온처리시 액정층으로 불순물이 확산되지 않으므로 액정이 오염되지 않게 된다. 그 결과, 액정의 오염에 의한 화면의 얼룩이 발생하지 않게 되어 액정표시소자의 불량을 방지할 수 있게 된다.
셋째, 상기 액상세라믹은 경화되었을 때 높은 경도를 갖는다. 따라서, 에폭시 수지나 페놀수지를 사용하던 종래와는 달리 액정표시소자의 셀갭을 일정하게 유지하기 위해 고가의 글라스파이버를 혼합할 필요가 없게 된다. 따라서, 종래 액정 표시소자에 비해 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
넷째, 상기 액상세라믹은 에폭시수지나 페놀수지에 비해 짧은 시간에 경화된다. 따라서, 제조시간을 단축할 수 있게 되며, 그 결과 생산량을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 화소영역 및 실링영역을 포함하는 제1기판 및 제2기판;
    상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층;
    상기 제1기판의 화소영역에 형성된 박막트랜지스터;
    상기 제2기판의 화소영역에 형성된 컬러필터층; 및
    상기 제1기판과 제2기판의 실링영역에 형성되어 상기 제1기판과 제2기판을 합착하는 액상세라믹으로 구성된 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실링영역의 제1기판에는 제1기판의 단차를 보상하는 단차보상용 패턴을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액상세라믹은 Si02, 물 및 알콜로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 박막트랜지스터는,
    제1기판에 형성된 게이트전극;
    상기 게이트전극이 형성된 제1기판 전체에 걸쳐 적층된 게이트절연층;
    상기 게이트절연층 위에 형성된 반도체층;
    상기 반도체층 위에 형성된 소스/드레인전극;
    상기 제1기판 전체에 걸쳐 형성된 보호층; 및
    상기 보호층 위에 적층되며, 보호층에 형성된 컨택홀을 통해 소스/드레인전극에 접속되는 화소전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단차보상용 패턴은 반도체층과 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 단차보상용 패턴은 게이트전극 또는 소스/드레인전극과 동일한 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 박막트랜지스터가 형성된 제1기판;
    컬러필터가 형성된 제2기판; 및
    Si02, 물 및 알코올로 이루어진 액상세라믹으로 이루어져 상기 제1기판 및 제2기판을 합착하는 실링재로 구성된 액정표시소자.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 박막트랜지스터가 형성된 제1기판을 준비하는 단계;
    컬러필터가 형성된 제2기판을 준비하는 단계;
    상기 제1기판 및 제2기판 중 어느 한 기판에 무기물질로 이루어진 액상세라믹을 인쇄하는 단계;
    상기 인쇄된 실링재를 경화시키는 단계; 및
    액정주입구를 통해 액정을 주입한 후 상기 액정주입구를 봉지하는 단계로 구성된 액정표시소자 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,상기 액상세라믹은 Si02, 물 및 알콜로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 실링재는 스크린인쇄법 또는 디스펜싱법에 의해 인쇄되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 실링재를 경화하는 단계는 실링재를 135℃∼165℃의 온도에서 15∼25분간 큐어링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 실링재를 경화하는 단계는 145℃∼155℃의 온도에서 15∼25분간 큐어링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 실링재를 경화하는 단계는 150℃의 온도에서 15∼25분간 큐어링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
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