KR101010403B1 - 셀갭변동이 최소화된 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀갭의 변동이 최소화된 액정표시소자 제조방법에 관한 것으로, 스위칭소자가 형성된 제1기판을 제공하는 단계와, 상기 제1기판과 대향하고 복수의 화소영역을 포함하며, 상기 화소영역에 서로 다른 두께의 R,G,B 컬러필터층이 형성된 제2기판을 제공하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판 사이의 화소영역에 위치하며 인접하는 화소영역과는 서로 다른 컬러필터층에 컬럼스페이서를 형성하는 배치하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판에 압력을 인가하는 단계로 구성되며, 상기 압력을 인가함에 따라 서로 다른 컬러필터층에 형성된 컬럼스페이서에 서로 다른 압력을 인가되어 각각의 컬럼스페이서의 수축정도가 다르게 이루어지는 것을 특징으로 한다.

액정표시소자, 컬럼스페이서, 셀갭, 컬러필터층, 서브화소

Description

셀갭변동이 최소화된 액정표시소자 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING MINIMIZED VARIATION OF CELL GAP AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}

도 1은 일반적인 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.

도 2는 일반적인 액정표시소자의 한화소를 구조를 나타내는 단면도.

도 3a∼도 3c는 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

120,140 : 기판 124 : 게이트절연층

130 : 보호층 142 : 블랙매트릭스

144a,144b,144c : 컬러필터층 150 : 액정층

153a,153b,153c : 컬럼스페이서

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 컬럼스페이서를 서로 다른 컬러필터층에 형성함으로써 서로 다른 두께의 컬러필터층에서의 셀갭의 변동을 최소화할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

액정표시소자(Liquid Crystal Display device)는 투과형 평판표시장치로서, 핸드폰(mobile phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 전자기기에 널리 적용되고 있다. 이러한 액정표시소자는 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 액정표시소자에 대한 연구가 더욱 활발히 이루어지고 있다.

일반적으로 액정표시소자는 액정분자를 동작시키는 방법에 따라 몇 가지 방식으로 나누어질 수 있지만, 현재에는 반응속도가 빠르고 잔상이 적다는 점에서 주로 액티브매트릭스(active matrix) 박막트랜지스터(Thin Film Transistor) 액정표시소자가 주로 사용되고 있다.

도 1에 상기 박막트랜지스터 액정표시소자의 패널(1) 구조가 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 액정패널(1)에는 종횡으로 배열되어 복수의 화소를 정의하는 복수의 게이트라인(3)과 데이터라인(5)이 형성되어 있다. 각 화소 내에는 스위칭소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 배치되어 상기 게이트라인(3)을 통해 주사신호가 입력되는 경우 스위칭되어 데이터라인(5)을 통해 입력되는 신호를 액정층(9)에 인가한다.

상기와 같은 구성된 액정패널(1)의 구조를 도 2에 도시된 단면도를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 이때, 도면에는 다수의 화소중 하나의 화소만을 도시하였다.

도면에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 제1기판(20)상에는 금속으로 이루어진 게이트전극(22)이 형성되어 있으며, 상기 게이트전극(22)이 형성된 기판(20) 전체에 걸쳐서 게이트절연층(24)이 적층되어 있다. 게이트절연층(24) 위에는 반도체층(26)이 형성되어 있으며, 그 위에 금속으로 이루어진 소스/드레인전극(28)이 형성되어 있다. 한편, 상기 제1기판(20) 전체에는 보호층(30)이 적층되어 있으며, 그 위에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 이루어진 화소전극(32)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소전극(32)은 보호층(30)에 형성된 컨택홀(contact hole)을 통해 박막트랜지스터의 소스/드레인전극(28)과 전기적으로 접속된다.

또한, 제2기판(40)에는 화소의 화상 비표시영역, 즉 화소와 화소 사이 및 TFT영역으로 광이 누설되어 화질이 저하되는 것을 방지하기 위한 광차단층인 블랙매트릭스(42)가 형성되어 있으며, 화상표시영역에는 실제 컬러를 구현하는 컬러필터층(44)이 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(42)와 컬러필터층(44) 위에는 ITO와 같은 투명한 도전물질로 이루어진 공통전극(46)이 형성되어 있다.

상기와 같이, 박막트랜지스터가 형성된 제1기판(20)과 컬러필터층(44)이 형성된 제2기판(40) 사이에는 스페이서(spacer;52)가 위치한다. 상기 스페이서(52)는 제1기판(20)과 제2기판(40) 사이의 셀갭(cell gap)을 일정하게 유지하기 위한 것으로, 주로 볼스페이서를 사용한다.

상기 볼스페이서(52)는 기판상에 산포됨으로써 기판상에 위치한다. 통상적으로 상기 볼스페이서(52)는 TFT가 형성되는 제1기판(20)에 산포되는 것이 일반적이다. 그러나, 상기와 같은 볼스페이서(52)는 다음과 같은 문제를 가진다. 즉, 볼스 페이서(52)는 기판상에 산포되기 때문에, 기판(20)상에 불균일하게 위치하게 된다. 따라서, 볼스페이서(52)가 국부적으로 뭉치는 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상은 액정표시소자의 셀갭을 일정하게 유지하는데 어려움을 야기할 뿐만 아니라 액정표시소자의 개구율 및 투과율을 저하시키는 단점이 있다.

상기와 같은 볼스페이서(52)의 단점을 해결하기 위해 근래 제안되고 있는 것이 컬럼스페이서(column spacer) 또는 패턴스페이서(patterned spacer)이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 컬럼스페이서(53)는 원통형상으로 이루어지며, 수지 등을 패터닝함으로써 형성된다. 이때, 상기 컬럼스페이서(53)는 제1기판(20) 또는 제2기판(40)의 원하는 위치에 형성할 수 있으므로, 액정표시소자의 전체에 걸쳐 균일하게 형성할 수 있게 된다.

상기 컬럼스페이서(53)는 R(Red), G(Green), B(Blue) 서브화소로 이루어진 화소에 각각 하나씩 형성되는데, 특히 화소중 특정 R, G, B 서브화소에 형성된다. 그런데, 상기 R, G, B 서브화소에 형성되는 컬러필터층은 그 두께가 다르다. 즉, R, G, B색소의 컬러필터층의 두께가 다르다. 일반적으로 R색소의 컬러필터층이 가장 얇고 G색소의 컬러필터층이 가장 두껍다는 것이 알려져 있다. 따라서, 특정 서브화소(즉, 특정 색소의 서브화소), 특히 두께가 가장 얇은 R-서브화소나 두께가 가장 두꺼운 G-서브화소에 컬럼스페이서(53)가 형성되는 경우, 설정된 셀갭과 다른 화소에서의 실제 셀갭의 사이에는 많은 차이가 발생하게 된다. 예를 들어, 컬럼스페이서(53)가 컬러필터층이 가장 두꺼운 G-서브화소에 형성되는 경우나 컬러필터층이 가장 얇은 R-서브화소에 형성되는 경우, G-서브화소의 컬러필터층과 R-서브화소 의 컬러필터층의 두께차 만큼 설정된 셀갭과의 차이가 발생하게 된다. 일반적으로 액정표시소자의 셀갭은 1∼1.5mm이며, 셀갭이 감소하는 경우 휘도가 저하되고 셀갭이 증가하는 경우 색좌표가 변화되어 원하는 컬러를 구현하는데 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 액정표시소자 전체에 걸쳐서 셀갭의 차이를 최소화함으로써 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 스위칭소자가 형성된 제1기판을 제공하는 단계와, 상기 제1기판과 대향하고 복수의 화소영역을 포함하며, 상기 화소영역에 서로 다른 두께의 R,G,B 컬러필터층이 형성된 제2기판을 제공하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판 사이의 화소영역에 위치하며 인접하는 화소영역과는 서로 다른 컬러필터층에 컬럼스페이서를 형성하는 배치하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판에 제1압력을 인가하여 제1기판 및 제2기판과 접촉하는 가장 큰 두께의 제1컬러필터층의 컬럼스페이서에 압력을 인가하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판에 제2압력을 인가하여 제1기판 및 제2기판과 접촉하는 중간 두께의 제2컬러필터층의 컬럼스페이서에 압력을 인가하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판에 제3압력을 인가하여 제1기판 및 제2기판과 접촉하는 가장 작은 두께의 제3컬러필터층의 컬럼스페이서에 압력을 인가하여 제1기판 및 제2기판을 합착하는 단계로 구성된다.

상기 제1컬러필터층은 G-컬러필터층이고 제2컬러필터층은 B-컬러필터층이며 제3컬러필터층은 R-컬러필터층으로서, 제2압력이 인가됨에 따라 제1컬러필터층의 컬럼스페이서에는 제1압력의 2/3의 압력이 인가되고 제3압력이 인가됨에 따라 제1컬러필터층의 컬럼스페이서에는 제1압력의 1/3의 압력이 인가된다. 이와 같이, 컬럼스페이서에 인가되는 압력이 감소함에 따라 컬럼스페이서에 인가되는 압력이 감소하게 되므로 컬럼스페이서의 수축정도도 감소하게 된다. 따라서, 실제 액정표시소자의 셀갭과 설정 셀갭이 차이를 최소화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시소자는 스위칭소자가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 대향하고 복수의 화소영역을 포함하며, 상기 화소영역에 서로 다른 컬러필터층이 형성된 제2기판과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이의 화소영역에 위치하며 인접하는 화소영역과는 서로 다른 컬러필터층에 배치되는 컬럼스페이서로 구성된다.

상기 컬럼스페이서는 수지로 이루어진 것으로, 포토공정에 의해 제1기판에 형성될 수도 있고 제2기판에 형성될 수도 있다.

일반적으로 액정표시소자의 화소는 R,G,B의 서브화소로 이루어져 있다. 물론, R,G,B 서브화소는 하나의 독립된 화소(각각이 독립적으로 구동되므로)를 형성하지만, 설명의 편의를 위해 이하의 설명에서는 화소를 3개의 R,G,B 서브화소로 정의한다.

본 발명에서는 인접하는 화소에 각각 배치되는 컬럼스페이서의 위치를 각 화소마다 다르게 설정함으로써 액정표시소자의 전체적인 셀갭을 균일하게 유지하도록 한다. 즉, 인접하는 3개의 화소에 각각 배치되는 컬럼스페이서를 각각 R-서브화소, G-서브화소 및 B-서브화소에 형성함으로써 컬러필터층의 두께 차이에 기인하는 셀갭의 불균일함을 방지한다.

통상적으로 상기 컬럼스페이서는 제2기판과 제1기판을 합착하기 전에 제2기판 또는 제1기판상에 형성되므로, 상기 제2기판 및 제1기판을 합착할 때 상기 컬럼스페이서에 압력이 인가되어 그 크기가 감소하게 된다. 한편, 3개의 R,G,B 서브화소에 형성되는 R,G,B 컬러필터층은 그 두께가 다르다. 따라서, 인접하는 3개의 화소에 형성되는 컬럼스페이서는 각각 두께가 다른 컬러필터층에 형성되며, 그 결과 제2기판과 제1기판의 합착시 인가되는 압력이 다르게 된다. 그러므로, 제2기판 및 제1기판의 합착시 각각의 컬럼스페이서에 인가되는 압력이 되고, 그 결과 각각의 컬럼스페이서에 인가되는 압력도 다르게 되어 전체적으로 중간정도의 수축이 이루어진다. 이러한 중간 정도의 수축은 중간 정도의 셀갭 변동을 의미하므로, 종래와 같은 과도한 셀갭 변동을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법, 특히 합착공정을 상세히 설명한다.

도 3a∼도 3c는 본 발명에 따른 액정표시소자에서 제1기판(120)과 제2기판(140)의 합착과정을 나타내는 도면이다. 이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 인접하는 3개의 화소만을 간략하게 도시하였지만, 각 서브화소내에는 구동소자인 박막트랜지스터가 구비되어 있을 것이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 화소는 3개의 서브화소로 이루어지며, 각각의 서 브화소에는 R-컬러필터층(144a), G-컬러필터층(144b) 및 B-컬러필터층(144c)이 형성되어 있다. 이때, 상기 컬러필터층(144a,144b,144c)는 그 사이에 형성된 블랙매트릭스(142)에 의해 구분된다. 상기 화소에는 각각 하나의 컬럼스페이서(153a,153b,153d)가 형성되어 있다. 이때, 상기 컬럼스페이서(153a,153b,153c)는 화소의 동일한 컬러필터층에 형성되지 않고 각기 다른 컬러필터층에 형성된다. 즉, 중앙에 위치한 화소에서는 컬럼스페이서(153b)가 G-컬러필터층(144b)에 형성되는 반면에, 좌측에 위치한 화소에서는 컬럼스페이서(153a)가 R-컬러필터층(144a)에 형성되고 우측에 위치한 화소에서는 컬럼스페이서(153c)가 B-컬러필터층(144c)에 형성된다.

일반적으로 R,G,B컬러필터층(144a,144b,144c)의 두께는 각각 다르며, G-컬러필터층(144b)의 두께가 가장 크고 R-컬러필터층(144a)의 두께가 가장 작다. 따라서, 3개의 컬럼스페이서(153a,153b,153c)는 각각 인접하는 화소의 각기 다른 두께의 컬러필터층에 위치하게 된다.

상기 컬럼스페이서(153a,153b,153d)는 주로 수지로 이루어진 것으로, 포토공정(photolithography process)에 의해 제1기판(120) 또는 제2기판(140)에 형성될 수도 있다. 제1기판(120)에는 박막트랜지스터(도면표시하지 않음)와, 게이트절연층(124) 및 보호층(130)이 형성되어 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 제1기판(120)과 제2기판(140)에는 각각 화소전극과 공통전극이 형성되어 있으며, 그 위에 배향막이 적층되어 있다.

도면에는 도시하지 않았지만, 제2기판(120)의 가장자리에는 실링재(sealant) 가 도포되어 상기 제1기판(120)과 제2기판(140)을 합착한다.

제1기판(120)과 제2기판(140)의 합착시, 제1기판(120)과 제2기판(140)에 제1압력이 가해지기 시작하면 두께가 가장 큰 G-컬러필터층(144b)에 형성된 중앙 화소의 제2컬럼스페이서(153b)가 제1기판(120)과 닿게 되어 압력이 인가된다. 종래에 동일한 두께의 컬러필터층에 형성되는 3개의 컬럼스페이서에 인가되는 압력이 본 발명에서는 하나의 컬럼스페이서에만 인가되므로, 그 압력이 종래의 컬럼스페이서에 비해 3배가 된다. 따라서, 상기 압력에 의해 제2컬럼스페이서(153b)는 종래의 컬럼스페이서에 비해 훨씬 더 압축된다.

제1기판(120) 및 제2기판(140)에 압력(제2압력)이 계속 인가됨에 따라 상기 제2컬럼스페이서(153b)는 더욱 수축되어, 도 3b에 도시된 바와 같이 B-컬러필터층(144c)에 형성된 우측 화소의 제3컬럼스페이서(153c)가 제1기판(120)에 닿게 되어 압력이 인가된다. 이때, 상기 제3컬럼스페이서(153c)에 인가되는 압력은 제2컬럼스페이서(152)와 분산되므로 최초에 제2컬럼스페이서(153b)에 인가되는 압력의 2/3의 압력이 인가된다. 물론, 제2컬럼스페이서(153b)에도 최초 압력의 2/3 압력이 인가된다. 상기 압력의 인가에 의해 제2컬럼스페이서(153b)와 제3컬럼스페이서(153c)가 수축된다. 그러나, 최초에 제2컬럼스페이서(153b)에 인가되는 압력에 비해 압력이 감소했기 때문에, 그 수축비율도 감소하게 된다.

상기와 같이, 제2컬럼스페이서(153b)와 제3컬럼스페이서(153c)가 수축됨에 따라, 도 3c에 도시된 바와 같이 제1컬럼스페이서(153a)가 제1기판(120)과 접촉하게 되며, 압력(제3압력)이 계속 인가됨에 따라 제1컬럼스페이서(153a), 제2컬럼스 페이서(153b), 제3컬럼스페이서(153c)에 압력이 인가되어 상기 제1컬럼스페이서(153a), 제2컬럼스페이서(153b), 제3컬럼스페이서(153c)가 수축된다. 이때, 상기 제1컬럼스페이서(153a), 제2컬럼스페이서(153b), 제3컬럼스페이서(153c)에 인가되는 압력은 최초에 제2컬럼스페이서(153b)에 인가되는 압력에 비해 1/3의 압력에 불과하므로, 수축정도도 제2컬럼스페이서(153b)의 수축에 비해 1/3로 감소하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 가장 두꺼운 두께의 컬러필터층(예를 들어, G-컬러필터층)에서는 컬럼스페이서가 가장 많이 수축되고 가장 얇은 두께의 컬러필터층(예를 들면, R-컬러필터층)의 컬럼스페이서가 가장 작게 수축된다. 따라서, 설정된 셀갭과 비교할 때 G-컬러필터층에서는 실제 셀갭이 설정된 셀갭 보다 조금 작아지고 R-컬러필터층에서는 실제 셀갭이 설정된 셀갭 보다 조금 커질 것이다. 다시 말해서, 본 발명에서는 셀갭이 R-컬러필터층과 G-컬러필터층에서 평균화되어 극단적인 셀갭이 차이가 발생하지 않게 된다. 따라서, 액정표시소자의 전체에 걸쳐서(R,G,B 컬러필터층 전체에 걸쳐서) 균일한 셀갭을 갖을수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 액정표시소자 전체에 걸쳐서 인접하는 화소의 각각 다른 서브화소에 컬럼스페이서를 형성한다. 이때, 이러한 컬럼스페이서는 액정표시소자 전체에 걸쳐서 형성된다. 또한, 본 발명은 특정한 모드나 특정 구조의 액정표시소자에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, TN(Twisted Nematic)모드 액정표시소자, IPS(In-Plane Switching)모드 액정표시소자, VA(Vertical Alinment)모드 액정표시소자와 같은 다양한 모드 액정표시소자에 적용될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 인접하는 화소의 각각 다른 서브화소에 컬럼스페이서를 형성함으로써 액정표시소자 전체에 걸쳐서 설정된 셀갭과 실제 형성된 셀갭 사이의 차이를 최소화할 수 있게 된다. 따라서, 셀갭의 변동에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 스위칭소자가 형성된 제1기판을 제공하는 단계;

   상기 제1기판과 대향하고 복수의 화소영역을 포함하며, 상기 화소영역에 서로 다른 두께의 R,G,B 컬러필터층이 형성된 제2기판을 제공하는 단계;

   상기 제1기판 및 제2기판 사이의 화소영역에 위치하며 인접하는 화소영역과는 서로 다른 컬러필터층에 컬럼스페이서를 형성하는 배치하는 단계;

   상기 제1기판 및 제2기판에 제1압력을 인가하여 제1기판 및 제2기판과 접촉하는 가장 큰 두께의 제1컬러필터층의 컬럼스페이서에 압력을 인가하는 단계;

   상기 제1기판 및 제2기판에 제2압력을 인가하여 제1기판 및 제2기판과 접촉하는 중간 두께의 제2컬러필터층의 컬럼스페이서에 압력을 인가하는 단계; 및

   상기 제1기판 및 제2기판에 제3압력을 인가하여 제1기판 및 제2기판과 접촉하는 가장 작은 두께의 제3컬러필터층의 컬럼스페이서에 압력을 인가하여 제1기판 및 제2기판을 합착하는 단계로 구성된 액정표시소자 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1컬러필터층은 G-컬러필터층이고 제2컬러필터층은 B-컬러필터층이며 제3컬러필터층은 R-컬러필터층인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2압력에 의해 제1컬러필터층의 컬럼스페이서에는 제1압력의 2/3의 압력이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3압력에 의해 제1컬러필터층의 컬럼스페이서에는 제1압력의 1/3의 압력이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 컬럼스페이서는 제1기판 또는 제2기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 합착된 제1기판 및 제2기판 사이에 액정을 주입하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 컬럼스페이서는 수지를 포토공정에 의해 패터닝함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
8. 스위칭소자가 형성된 제1기판을 제공하는 단계;

   상기 제1기판과 대향하고 복수의 화소영역을 포함하며, 상기 화소영역에 서로 다른 두께의 R,G,B 컬러필터층이 형성된 제2기판을 제공하는 단계; 및

   상기 제1기판 및 제2기판 사이의 화소영역에 위치하며 인접하는 화소영역과는 서로 다른 컬러필터층에 컬럼스페이서를 형성하는 배치하는 단계;

   상기 제1기판 및 제2기판에 압력을 인가하는 단계로 구성되며,

   상기 압력을 인가함에 따라 서로 다른 컬러필터층에 형성된 컬럼스페이서에 서로 다른 압력을 인가되어 각각의 컬럼스페이서의 수축정도가 다르게 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

Images