KR20020091703A - 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 관한 것으로, 지주 스페이서 형성에 대한 추가적인 공정없이 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서 형성방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법은, 복수의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴들 사이를 구분하고 광을 차단하는 블랙 메트릭스와, 액정 셀에 전압인가를 위한 공통 전극이 형성된 컬러필터 기판을 구비하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 있어서, 상기 공통 전극 상부에 배향막을 형성하는 단계; 및 상기 배향막의 소정부분을 일정두께로 식각하여 셀 갭 유지 역할을 하는 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법{METHOD FOR MANUFACTURING SUPPORTING SPACER IN LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 액정표시 소자의 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서 형성방법에 관한 것이다.

현재 일반적인 LCD(Liquid Crystal Display) 패널 제작 공정중에 상하 유리기판의 간격을 유지하기 위하여 플라스틱이나 실리카 계통으로 제작된 스페이서(spacer)라는 수 ㎛이 자재를 두 유리기판의 사이에 산포한다. 그러나, 두 유리기판에 스페이서를 산포함으로써 발생하는 산포불량에 따른 패널상의 셀 갭(cell gap)의 불균형, 스페이서 주변의 빛샘 현상에 따른 휘도 저하, 스페이서 긁힘에 의한 배향막 표면 손상에 따른 액정배향의 불균일 및 진동에 의한 스페이서의 유동 등의 문제점등이 발생한다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 최근에 칼라필터 제조업체에서는 칼라필터 제작공정의 맨 마지막에 포토 레지스트 공정을 추가하여 지주 스페이서를 형성함으로써 위의 문제점을 극복하려 하고 있고, 몇 LCD 패널 업체에서는 실질적으로 지주 스페이서 칼라필터를 사용한 패널 제작을 개발, 완료한 곳도 있다.

도 1a 내지 도 1c는 현재까지의 알려진 일반적인 지주 스페이서 칼라필터 제조공정을 도시한 것이다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와같이, 컬러필터 기판(10)은 색상을 구현하는 컬러필터 패턴(R.G.B)과 상기 컬러필터 패턴 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 메트릭스(12, Black Matrix), 그리고 액정 셀에 전압인가를 위한 공통전극(14), 예컨대, ITO(Indium Thin Oxide)막으로 구성되어 있다.

상기 블랙 메트릭스는 일반적으로 컬러필터 패턴인 RGB 패턴 사이에 위치하며 픽셀전극이 형성되지 않은 부분과 픽셀전극 주변부에 형성되는 리버스 틸트 도메인(Reverse Tilted Domain)을 차폐시키는 목적으로 설치한다.

그 다음, 도 1b에 도시된 바와같이, 상기 공통전극(14) 상부에 포토 레지스트막(16)을 증착한다. 이어서 상기 블랙 메트릭스 상부에만 상기 포토 레지스트막(16)이 형성되도록 노광공정을 수행한다. 이 때, 상기 포토 레지스트막(16)은 얇은 폭의 지주 스페이서를 형성하기 위하여 해상도가 우수한 UV(ultra violet)광원을 이용하여 노광공정을 수행한다.

그 다음, 도 1c에 도시된 바와같이, 상기 포토 레지스트막(16)을 현상하여 셀 갭을 유지하는 역할을 수행하는 지주 스페이서(18)를 형성한다.

이후, 도면에는 도시하지 않았지만, 후속 공정 예컨대, 배향막 도포 및 러빙공정을 수행하여 컬러필터를 형성한다.

이때, 상술한 종래의 컬러필터 기판의 형성방법은, 컬러필터 패턴(R, G, B)과, 상기 컬러필터 패턴 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 메트릭스(12)와, 액정 셀에 전압인가를 위한 공통 전극(14)으로 구성된 컬러필터 기판, 즉 TN 모드를 실시예로 설명하였지만, 상기 공통전극 대신 오버코트(Overcoat)막을 형성함으로써 IPS 모드 또는 FFS 모드에서의 컬러필터상에 지주 스페이서(18)을 형성할 수 있다.

그러나, 상기 포토 레지스트막(16)을 증착하여 지주 스페이서(18)를 형성하는 과정에 있어서 일반적으로 도포 ⇒ 선 베이크 ⇒ 노광 ⇒ 현상 ⇒ 린스 ⇒ 후 베이크의 다소 복잡한 포토리소그라피(Photolithography)공정이 수행된다.

또한, 포토 레지스트막(16)이 새로이 추가되므로 컬러 필터의 제조비용이 증가한다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 새로운 재질의 추가없이 지주 스페이서를 형성할 수 있는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법을 제공하는 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법을 설명하기 위한 제조공정도.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법을 설명하기 위한 제조공정도.

도 3, 도 4, 도 5a 내지 도 5c, 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 각각 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

20 : 컬러필터 기판22 : 블랙 메트릭스

30 : 컬러필터 패턴31 : 공통 전극

40 : 배향막70 : 오버 코트막

100 : 석영기판101 : 크롬 실리사이드막

102 : 차단막110 : 하프-톤 마스크

300 : 하부 기판310 : 박막 트랜지스터

1000 : 지주 스페이서2000 : 금형 틀

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법은, 복수의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴들 사이를 구분하고 광을 차단하는 블랙 메트릭스와, 액정 셀에 전압인가를 위한 공통 전극이 형성된 컬러필터 기판을 구비하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 있어서, 상기 공통 전극 상부에 배향막을 형성하는 단계; 및 상기 배향막의 소정부분을 일정두께로 식각하여 셀 갭 유지 역할을 하는 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 복수의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴들 사이를 구분하고 광을 차단하는 블랙 메트릭스가 형성된 컬러필터 기판을 구비하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 있어서, 상기 컬러필터 기판상에 감광성 오버코트(over coat)막을 형성하는 단계; 상기 감광성 오버코트막의 소정부분을 일정두께로 식각하여 셀 갭 유지 역할을 하는 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 유리 기판을 제공하는 단계; 상기 유기 기판 상부에 블랙 메트릭스 수지막을 형성하는 단계; 상기 블랙 메트릭스 수지막의 소정 부분을 일정두께로 식각하여 셀 갭을 유지하는 지주 스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 지주 스페이서 사이에 컬러필터패턴(R, G, B)을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 복수의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴들 사이를 구분하고 광을 차단하는 블랙 메트릭스와, 액정 셀에 전압인가를 위한 공통 전극이 형성된 컬러필터 기판을 구비하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 있어서, 상기 공통 전극 상부에 배향막을 형성하는 단계; 상기 배향막상에 지주 스페이서 형성영역을 구비하는 금형 틀을 압착시키는 단계; 상기 금형 틀을 제거하여 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법의 제조공정도이다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와같이, 컬러필터 기판(20)상에 컬러필터 패턴의 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 메트릭스(22, Black Matrix)를 형성한다.

상기 블랙 메트릭스(22)는 통상적으로 후속 형성되는 컬러필터의 R.G.B패턴 사이에 위치하며 하부 기판에 형성되는 픽셀 전극이 형성되지 않은 부분과 픽셀 전극 주변부엥 형성되는 리버스 틸트 도메인(reverse tilted domain)을 차폐시키는 목적으로 설치된다. 이 때, 상기 블랙 메트릭스(22)의 재질로는 크롬 등의 금속 박막이나 카본(carbon) 계통의 유기 재료가 사용된다.

그 다음, 상기 블랙 메트릭스(22) 양측면에 안료 분산법에 의한 컬러필터 패턴(30 : R.G.B)을 형성한다. 상기 컬러필터 패턴(30)은 포토 공정 기술을 이용하여 형성하며, 이 때, 상기 포토 레지스트막을 컬러 레지스트막을 이용한다. 통상적으로 컬러필터 패턴(30)은 동일 마스크를 사용하여 쉬프트시켜 형성한다.

그 다음, 상기 단계까지의 결과물 상에 하부의 TFT 기판에 형성되는 픽셀 전극과 함께 액정 셀을 동작시키기 위한 공통 전극(31)을 형성한다. 이 때, 상기 공통전극은 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Thin Oxide)를 스퍼터링에 의하여 증착한다.

그 다음, 도 2b에 도시한 바와같이, 상기 공통전극(30) 상부에 배향막(40)을 도포한다. 상기 배향막(40)은 감광성 폴리이미드(polyimide)막으로 구성된 얇은 유기 막으로 액정을 배향하기 위하여 도포되며, 바람직하게 적어도 2 ~ 5㎛ 두께 로 도포된다. 이어서 배향된 형상을 유지하기 위해 프리-베이크(pre-bake) 공정을 실시한다.

이어서, 도 2c에 도시된 바와같이, 상기 프리-베이크된 배향막(40)의 소정부분을 하프-톤 마스크의 노광 원리로 일정두께 식각을 진행한다.

상기 하프-톤(Half-tone) 마스크의 노광원리는 도시된 바와같이, 석영기판(100) 상부에 크롬 실리사이드막(101)을 소정부분 증착하고, 그 상부에 빛이 100% 차단되는 차단막(102)을 형성하여 하프-톤 마스크(110)를 형성한다. 상기 하프-톤 마스크(110)는 차단막(102)으로 인해 빛이 100% 차단되는 영역(104) 및 빛의 30 내지 70% 정도 투과되는 영역(105:하프톤 영역)을 포함한다. 상기 차단층은 일반적으로 크롬으로 구성되며, 이러한 하프톤 마스크(110)를 이용하여 상기 배향막의 소정부분을 일정두께로 식각한다. 이에 따라, 셀 갭의 유지 역할을 수행하는 지주 스페이서(1000)를 형성한다. 그 다음, 상기 지주 스페이서(1000)의 강도 부여를 위한 포스트-베이크(post-bake) 공정을 수행한다.

상술한 실시예에서는 컬러필터 패턴(30)과, 상기 컬러필터 패턴 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 메트릭스(22)와, 액정 셀에 전압인가를 위한 공통 전극(31)으로 구성된 컬러필터 기판, 즉 TN 모드를 실시예로 설명하였지만, 도 3에 도시된 바와같이, 상기 공통전극 대신 2 ~ 5㎛ 두께의 오버코트(Overcoat)막(70)을 형성하고, 도 2c에 도시된 하프-톤 마스크(110)를 이용하여 IPS 모드 또는 FFS 모드에서의 컬러필터상에 지주 스페이서(1000)을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로 도 4에 도시된 바와같이, 컬러필터 기판(20)상에 블랙 메트릭스 수지막(22)을 일정한 두께로 도포한다. 이때, 블랙 메트릭스 수지막(22) 또한 바람직하게 2 ~ 5㎛ 두께로 도포한다. 그 다음 상기 블랙 메트릭스 수지막(22)의 형성유지를 위한 프리-베이크 공정을 실시하고, 도 2c의 하프-톤 마스크(110)를 이용하여 블랙 메트릭스 수지막(22)의 소정부분을 일정두께로 식각하여 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서(1000)를 형성한다. 이어서, 상기 지주 스페이서(1000)의 강도 부여를 위한 포스트-베이크(post-bake) 공정을 수행한다. 이하, 도면에는 도시하지 않았지만 컬러필터 패턴(30)인 R, G, B 형성 공정 및 이후 공정을 실시한다.

그 다음, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법의 제조공정도이다. 상술한 실시예에서 설명된 동일한 구성의 도면부호는 이하 실시예에서도 동일하다.

도 5a에 도시된 바와같이, 컬러필터 기판(20)상에 컬러필터 패턴의 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 메트릭스(22, Black Matrix)를 형성한다. 그 다음, 상기 블랙 메트릭스(22) 양측면에 안료 분산법에 의한 컬러필터 패턴(30 : R.G.B)을 형성한다. 상기 컬러필터 패턴(30)은 포토 공정 기술을 이용하여 형성하며, 이 때, 상기 포토 레지스트막을 컬러 레지스트막을 이용한다. 통상적으로 컬러필터 패턴(30)은 동일 마스크를 사용하여 쉬프트시켜 형성한다.

그 다음, 상기 단계까지의 결과물 상에 하부의 TFT 기판에 형성되는 픽셀 전극과 함께 액정 셀을 동작시키기 위한 공통 전극(31)을 형성한다. 이때, 상기 공통전극은 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Thin Oxide)를 스퍼터링에 의하여 증착한다. 이어서, 상기 공통전극(30) 상부에 배향막(40)을 도포한다. 상기 배향막(40)은 감광성 폴리이미드(polyimide)막으로 구성된 유기 막으로 액정을 배향하기 위하여 도포되며, 바람직하게 2 ~ 5㎛ 두께로 도포된다.

그 다음, 도 5b에 도시된 바와같이, 지주 스페이서 형성영역을 한정하는 금형 틀(2000)을 제공한다. 이러한 금형 틀(2000)을 상기 배향막(40)상에 압착시켜 도 5c에 도시된 바와같이 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서(1000)를 형성한다. 그 다음 금형 틀(2000)을 제거한다.

상기 도 5a 내지 도 5c에서는 상부 기판인 컬러필터 기판(20)을 예를 들어 설명하였지만, 도 6에 도시된 바와같이 박막 트랜지스터(310)이 형성된 하부 기판(300)상에 배향막(40)을 도포하고, 도 5b의 금형 틀(2000)을 이용하여 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서(1000)를 형성할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 본 발명의 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 의하면, 종래의 지주 스페이서로 이용되던 포토 레지스트막과 같은 재질의 사용 및 추가 공정 없이 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서를 형성함으로써, 제조 비용의 절감과 수율의 향상 및 패널의 대형화로 감으로써 발생하는 패널의 일정한 갭 유지의 어려움을 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (14)

1. 복수의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴들 사이를 구분하고 광을 차단하는 블랙 메트릭스와, 액정 셀에 전압인가를 위한 공통 전극이 형성된 컬러필터 기판을 구비하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 있어서,

   상기 공통 전극 상부에 배향막을 형성하는 단계; 및

   상기 배향막의 소정부분을 일정두께로 식각하여 셀 갭 유지 역할을 하는 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배향막은 감광성 폴리이미드막인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
3. 제 2항에 있어서

   상기 배향막의 두께는 2 ~ 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 배향막은 하프-톤 마스크를 이용하여 식각되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
5. 복수의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴들 사이를 구분하고 광을 차단하는 블랙 메트릭스가 형성된 컬러필터 기판을 구비하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 있어서,

   상기 컬러필터 기판상에 감광성 오버코트(over coat)막을 형성하는 단계;

   상기 감광성 오버코트막의 소정부분을 일정두께로 식각하여 셀 갭 유지 역할을 하는 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 감광성 오버코트막의 두께는 2 ~ 5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 감광성 오버코트막의 식각은 하프-톤 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
8. 컬러필터 기판을 제공하는 단계;

   상기 컬러필터 기판 상부에 블랙 메트릭스 수지막을 형성하는 단계;

   상기 블랙 메트릭스 수지막의 소정 부분을 일정두께로 식각하여 셀 갭을 유지하는 지주 스페이서를 형성하는 단계; 및

   상기 지주 스페이서 사이에 컬러필터패턴(R, G, B)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 블랙 메트릭스 수지막의 두께는 2 ~ 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 블랙 메트릭스 수지막의 식각은 하프-톤 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
11. 복수의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴들 사이를 구분하고 광을 차단하는 블랙 메트릭스와, 액정 셀에 전압인가를 위한 공통 전극이 형성된 컬러필터 기판을 구비하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법에 있어서,

    상기 공통 전극 상부에 배향막을 형성하는 단계;

    상기 배향막상에 지주 스페이서 형성영역을 구비하는 금형 틀을 압착시키는 단계;

    상기 금형 틀을 제거하여 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 배향막은 감광성 폴리이미드막인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
13. 제 11항에 있어서

    상기 배향막의 두께는 2 ~ 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.
14. 박막 트랜지스터를 구비하는 하부 기판을 제공하는 단계;

    상기 하부 기판상에 배향막을 도포하는 단계;

    상기 배향막상에 지주 스페이서 형성영역을 구비하는 금형 틀을 압착시키는 단계; 및

    상기 금형 틀을 제거하여 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 지주 스페이서 형성방법.