KR101222966B1 - 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼럼 스페이서 등의 공정 중에 코팅된 물질층의 두께를 측정하여 불량 발생 시 재 공정을 실시할 수 있는 액정표시장치의 제조 방법에 관한 것으로,기판 상에 물질층을 코팅하는 단계; 복수 개의 카메라를 이용하여 상기 물질층을 스캔하며 상기 물질층을 촬영하는 단계; 촬영된 상기 물질층의 이미지 데이터를 전기적인 신호로 변환하여 상기 전기적인 신호를 3D 입체 영상으로 구현하여 상기 물질층의 두께를 측정하여 국부적인 두께 차를 산출하는 단계; 산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이상이면 상기 물질층을 제거하고 재 코팅 공정을 실시하는 단계; 및 상기 산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이하이면 다음 공정을 진행하는 단계를 포함한다.

두께 측정, 칼럼 스페이서, 칼라 필터층, 오버 코트층, 액정표시장치의 제조 방법

Description

액정 표시 장치의 제조 방법{Method for manufacturing liquid crystal display device}

도 1은 종래의 액정 적하 방식의 액정표시장치 공정 순서도

도 2는 본 발명에 따른 칼럼 스페이서를 형성하기 위해 노즐 장치를 이용한 감광막을 코팅 공정을 나타낸 평면도

도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 공정 순서도

본 발명은 액정표시장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 칼럼 스페이서 형성용 등의 물질층을 코팅하고 코팅된 물질층의 두께를 측정하여 코팅 불량 시 재 공정을 실시할 수 있도록 한 액정표시장치의 제조 방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Lipuid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)을 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어 졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 특장점과 배치되는 면이 많이 있다. 따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고 품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.

이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판 (TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호 를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.

그리고 제 2 유리 기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실(seal)재에 의해 합착되어 상기 두 기판사이에 액정이 주입된다.

이 때, 액정 주입 방법은 상기 실재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태를 유지하여 액정 액에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 액정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 액정 주입 방법에 의한 액정표시장치 제조 방법은 액정을 주입하는데 시간이 많이 소요되므로 생산성이 저하되고, 특히 대면적의 액정표시장치를 제조할 경우 액정을 주입하는데 약 30시간 이상 걸리게 되며 액정이 완전히 주입되지 않아 불량이 발생할 수 있다.

따라서, 최근에는 두 기판을 합착하기 전에, 두 기판 중 하나의 기판상에 적당량의 액정을 적하한 후 두 기판을 합착하는 액정 적하 방식의 액정표시장치 제조방법이 사용되고 있다.

이와 같이 액정 적하 방식으로 액정표시장치를 제조하기 위해서는, 두 기판 사이의 공간을 확보하기 위한 스페이서가 기판에 고정되는 칼럼 스페이서를 두 기 판중 하나의 기판에 형성하여야 한다.

종래의 액정 적하 방식의 액정표시장치 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 액정 적하 방식에 의한 액정표시장치의 공정 순서도이다.

제 1 유리 원판에 복수개의 패널을 설계하여 각 패널 영역에 상술한 바와 같은 게이트 및 데이터 배선, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 구비한 박막트랜지스터 어레이를 형성하고(1S), 제 2 유리 원판에 복수개의 패널을 설계하여 각 패널 영역에 상술한 바와 같은 블랙매트릭스층, 칼라 필터층 및 공통전극 등을 구비한 칼라 필터 어레이를 형성한다(2S).

이 때, 상기 제 2 유리 원판의 각 패널 영역에는 합착 시 두 기판 사이에 일정한 공간을 확보하기 위한 컬럼 스페이서(Colunm spacer)가 형성되고, 상기 박막트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 유리 원판 및/또는 상기 칼라 필터 어레이가 형성된 제 2 유리 원판에는 각각 배향막이 형성되어 러빙(rubbing) 또는 광배향이 진행된다.

상기와 같이 구성된 상기 제 1, 제 2 유리 원판을 각각 각각 세척한다(3S, 4S).

상기 세척된 적어도 하나의 제 1, 제 2 유리 원판을 액정 디스펜서(LC Dispenser)에 로딩하여 각 패널 영역에 적당량의 액정을 적하하거나, Ag 디스펜서 및 시일재(sealant) 디스펜서에 로딩하여 상기 각 패널 영역의 공통 전압 공급 라인에 Ag 도트(dot)을 형성하고 각 패널영역의 주변부에 두 기판을 합착하기 위한 시일재를 도포한다(5S, 6S). 즉, IPS모드 액정표시장치는 공통전극이 박막 트랜지 스터 어레이 기판에 형성되므로 Ag도트를 형성할 필요가 없으나, 공통 전극이 칼라필터 어레이 기판에 형성된 TN 모드 등의 액정표시장치에서는 Ag 도트를 형성하여야 한다. 이 때, 상기 시일재는 광 및 열 경화성 수지를 이용하고 액정 주입구를 만들 필요가 없다.

여기서, 도면에서는 제 1 유리 원판에 액정을 적하하고, 제 2 유리 원판에 시일재 및 Ag를 도포한 것으로 설명되었으나, 상기 박막트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 유리 원판에 실재 및 Ag 도트를 도포하고, 칼라필터 어레이가 형성된 제 2 유리 원판에 액정을 적하하여도 무방하다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 원판을 진공 합착기에 로딩하여 상기 적하된 액정이 균일하게 각 패널 영역에 채워지도록 상기 제 1, 제 2 유리 원판을 정렬하여 합착한다(7S).

그리고 합착된 제 1, 제 2 유리 원판의 시일재를 경화시킨다(8S).

상기 시일재의 경화가 완료되면, 상기 합착된 제 1, 제 2 유리 원판을 각 패널 별로 컷팅한다(9S).

마지막으로, 컷팅된 각 패널의 모서리 부분을 연마 가공하고(10S), 각 패널별로 Auto Prove 공정으로 얼룩, 줄무늬 등 품질 검사하여 액정표시패널을 완성한다(11S).

그러나 이와 같은 종래의 액정표시장치의 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 단위 패널별로 컷팅하고 최종적으로 품질 검사를 하여, 제품의 정품(Good) 및 불량(not good)을 판단하므로, 불량 패널의 불량 복구가 불가능하였다.따라서, 생산 수율이 저하되고 더불어 단가가 상승하게 된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 공정 중에 코팅 불량 검사를 수행하여 사전에 불량 발생을 방지하고 재 공정을 수행할 수 있도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법은, 기판상에 물질층을 코팅하는 단계; 상기 코팅된 물질층의 두께를 측정하여 국부적인 두께 차를 산출하는 단계; 산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이상이면 코팅된 물질층을 모두 제거하고 재 코팅 공정을 실시하는 단계; 그리고 상기 산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이하이면 다음 공정을 진행하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 물질층은 액정표시장치의 칼라 필터층 제조용, 오버 코트층 제조용 또는 칼럼 스페이서 제조용임에 특징이 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 완성된 액정표시패널에서 줄무늬가 발생되는 원인을 분석한 결과, 가장 큰 원인이 칼럼 스페이서의 국부적인 높이 차이에 있음을 알게 되었다. 즉, 칼 럼 스페이서의 국부적인 높이 차가 소정 값 이상 발생하면 줄무늬 불량이 발생함을 연구 결과 알 수 있었다.

상기 칼럼 스페이서는 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판 또는 칼라 필터 어레이 기판 상에 감광 물질을 증착하고 노광 및 현상 공정으로 상기 감광 물질을 패터닝하여 블랙매트릭스층이 형성된 부분에 상응하는 영역에 형성한다.

그런데, 최근 액정 패널 사이즈 및 유리 원판에 대형화되면서, 칼럼 스페이서를 형성하기 위한 감광막 코팅 공정이 노즐을 이용한 분사 방식에 의해 이루어진다.

즉, 액정 패널 및 유리 원판 사이즈가 작은 경우에는 감광막을 스핀 코팅 방식으로 코팅하므로 감광막의 두께를 균일하게 형성할 수 있었으나, 액정 패널 사이즈 및 유리 원판에 대형화되면서 스핀 코팅 방식으로 감광막을 코팅하지 못하고, 노즐을 이용한 분사 방식으로 감광막을 코팅한다.

따라서, 상기 감광막의 두께가 균일하게 코팅되지 못하므로 노광 및 현상 공정으로 상기 감광막을 패터닝하여 칼럼 스페이서를 형성하였을 때, 상기 칼럼 스페이서의 높이 차가 국부적으로 발생하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 칼럼 스페이서의 높이 차로 인한 가로 및 세로 방향으로 줄무늬가 발생되었을 때의 원인을 분석한 설명도이다.

도 2는 칼럼 스페이서를 형성하기 위해 복수개의 노즐을 구비한 노즐 장치(1)를 스캔 방식으로 이용하거나 기판(2)을 이동하여 대형 유리 기판에 감광막을 코팅하는 공정을 나타낸 것으로, 상기 검사 공정에서 세로 방향(노즐의 진행 방 향)(4)으로 줄무늬가 발생된 경우와 가로 방향(노즐의 진행 방향에 수직한 방향)(3)으로 줄무늬가 발생된 경우를 나타낸 것이다.

상기 세로 방향(노즐의 진행 방향)(4)으로 줄무늬 불량이 발생된 경우는, 상기 감광막 코팅 시, 상기 노즐 장치(1)를 구성하는 각 노즐의 분사량에 차이가 발생할 때 일어날 확률이 가장 큰 것으로 파악되었다.

또한, 상기 가로 방향(노즐의 진행 방향에 수직한 방향)(3)으로 줄무늬 불량이 발생된 경우는, 상기 감광막 코팅 시, 상기 노즐 장치(1)의 스캔 속도가 일정하지 않을 때 일어날 확률이 가장 큰 것으로 파악되었다. 즉, 상기 노즐 장치(1)의 스캔 속도가 상대적으로 빠르면 감광막이 얇게 코팅되고, 상기 노즐 장치(1)의 스캔 속도가 상대적으로 느리면 감광막이 두껍게 코팅된다.

따라서, 본 발명에서는 칼럼 스페이서를 형성하기 위해 감광막을 코팅하고, 노광 및 현상 공정 전, 상기 코팅된 감광막의 두께를 측정하여 두께차가 소정 범위 이내인가를 판단하여 추후 공정을 진행하도록 한 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 칼럼 스페이서의 공정 순서도이다.

먼저, 칼럼 스페이서를 형성하기 위해 기판위에 감광막을 코팅한다(11S).

여기서, 상기 기판은 박막트랜지스터 어레이 기판 또는 칼라 필터 어레이 기판 중 하나이다.

즉, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판일 경우, 화소 영역을 정의하기 위해 서로 수직한 방향으로 형성된 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 각 게 이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성되는 복수개의 박막트랜지스터와, 상기 각 화소 영역에 형성된 복수개의 화소 전극을 구비한다.

또한, 칼라 필터 어레이 기판일 경우, 상기 각 화소 영역을 제외한 부분에 빛을 차단하기 위해 형성되는 블랙매트릭스층과, 상기 화소 영역에 형성되는 R, G, B 칼라 필터층과, 상기 블랙매트릭스층 및 칼라 필터층을 포함한 기판 전면에 형성된 공통 전극 또는 오버 코트층을 구비한다.

그리고, 상기 코팅된 감광막의 두께를 측정하고(12S), 감광막의 국부적인 두께 차를 산출한다(13S).

상기 코팅된 감광막의 두께를 측정하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나, 예를들면, 복수개의 카메라를 구비하여 각 카메라의 해상도에 따라 측정 영역을 선정하여 카메라를 일렬로 배치하며, 상기 복수개의 카메라를 스캔 방식으로 X축 및 Y축으로 이동하거나, 측정하고자 하는 기판이 위치된 스테이지를 X축 및 Y축으로 이동하도록 구동수단을 구비한다.

그리고, 상기 복수개의 카메라에 의해 촬영된 이미지 데이터를 전기적인 신호로 변환하고, 이를 토대로 3D 입체 영상을 구현하는 메인 컴퓨터를 구비하여 코팅된 감광막의 두께를 측정한다. 그리고 측정된 두께를 비교하여 국부적으로 두께 차를 산출한다.

이와 같은 방법에 의해 산출된 국부적인 두께 차와 기준 값을 비교한다(14S). 상기 비교 결과, 상기 산출된 두께 차가 기준 값(K)보다 크면 재 공정 단계(15S)를 진행하여 상기 코팅된 감광막을 모두 제거하고(16S) 다시 감광막 코팅 공정(11S)을 진행한다.

이 때, 상기 산출된 두께 차를 기준으로 감광막 코팅 장치의 노즐을 검사하거나, 노즐의 배치 및 코팅 속도 등을 조절하여 두께 차가 발생하지 않도록 감광막 코팅 장치를 조절한다.

상기 단계(14S)에서 비교 결과, 상기 산출된 두께 차가 기준 값보다 작으면 칼럼 스페이서를 형성하기 위해 상기 코팅된 감광막위에 마스크를 위치시키고 노광하고 노광된 감광막을 현상하여 칼럴 스페이서 패턴을 형성한다(17S).

그리고, 상기 칼럼 스페이서 패턴을 형성한 후, 배향막을 증착하는 등 다음 공정을 진행한다(18S).

그 후, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기와 같이 칼럼 스페이서 패턴이 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판 또는 칼라 필터 어레이 기판을 각각 세척하여, 액정 적하 공정, 시일재 도포 공정, 상기 두 기판을 합착하는 공정, 상기 합착된 기판의 시일재를 경화하는 공정, 상기 합착된 기판을 단위 패널 별로 컷팅하는 공정, 각 패널을 연마 가공하고 품질 검사하는 공정 등을 진행한다.

상기에서 칼럼 스페이서 패턴 형성 전에 증착된 감광막의 두께를 측정하여 국부적인 두께 차가 기준 값 이상이면, 재 공정을 진행함을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 칼라 필터층 형성 공정 시 또는 오버 코트층 형성 공정 시에도 적용할 수 있다.

즉, 칼라 필터층 형성 시, 국부적으로 두께 차가 발생되면, 색 재현성에 불량이 발생하고, 상기 오버 코트층 형성 시, 국부적으로 두께 차가 발생되면 상기 칼럼 스페이서 패턴의 높이가 균일하더라도 상기 칼럼 스페이서 패턴에 높이 차가 발생한 것처럼 줄 무늬가 발생될 수 있다.

따라서, 칼라 필터층 또는 오버 코트층을 코팅한 후, 상기 도 3에서 설명한 바와 같이, 칼라 필터층 또는 오버 코트층의 두께를 측정하여 국부적인 두께 차를 산출하고 산출된 두께 차가 기준 값보다 크면 재 공정 단계를 진행하여 상기 코팅된 칼라 필터층 또는 오버 코트층을 모두 제거하고 다시 칼라 필터층 또는 오버 코트층 코팅 공정을 진행한다.

물론, 이 때도 마찬가지로 상기 산출된 국부적인 두께 차를 기준으로 칼라 필터층 또는 오버 코트층 코팅 장치의 조건을 조절한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 칼라 필터층, 오버 코트층 또는 칼럼 스페이서용 물질을 코팅하고, 코팅된 물질층의 두께를 측정하여 국부적인 두께 차를 산출한 후, 산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이상이면 재 공정을 진행하여 줄 무늬 얼룩 및 색 재현성 등의 불량을 사전에 방지할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 액정표시장치의 액정 패널을 완성하기 전에 각 단위 공정에서 국부적인 두께 차에 따라 재 공정(Re-work)을 실시하므로 불량 복구률을 향상시킬 수 있고 제조 단가를 낮출 수 있다.

Claims (4)

1. 기판 상에 물질층을 코팅하는 단계;

   복수 개의 카메라를 이용하여 상기 물질층을 스캔하며 상기 물질층을 촬영하는 단계;

   촬영된 상기 물질층의 이미지 데이터를 전기적인 신호로 변환하여 상기 전기적인 신호를 3D 입체 영상으로 구현하여 상기 물질층의 두께를 측정하여 국부적인 두께 차를 산출하는 단계;

   산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이상이면 상기 물질층을 제거하고 재 코팅 공정을 실시하는 단계; 및

   상기 산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이하이면 다음 공정을 진행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 물질층은 액정표시장치의 칼라 필터층 제조용, 오버 코트층 제조용 또는 칼럼 스페이서 제조용임을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
3. 삭제
4. 기판 상에 감광막을 코팅하는 단계;

   복수 개의 카메라를 이용하여 상기 감광막을 스캔하며 상기 감광막을 촬영하는 단계;

   촬영된 상기 감광막의 이미지 데이터를 전기적인 신호로 변환하여 상기 전기적인 신호를 3D 입체 영상으로 구현하여 상기 감광막의 두께를 측정하여 국부적인 두께 차를 산출하는 단계;

   산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이상이면 상기 감광막을 제거하고 감광막 코팅 공정을 다시 실시하는 단계; 및

   상기 산출된 국부적인 두께 차가 기준 값 이하이면 상기 감광막을 노광 및 현상하여 칼럼 스페이서 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.

Images