KR20030009600A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

서로 마주하는 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)과, 이 두 기판(100, 200) 사이의 액정층(400)과, 이러한 액정층(400)의 배향을 위해 두 기판(100, 200) 사이에 형성되어 있는 상하의 배향막(310, 320)과, 이 배향막(310, 320) 사이의 도트형 기판 간격재(500) 및 고분자 중합체(600)와, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)의 바깥쪽에 부착된 편광판(101, 201)을 포함한다. 이러한 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에서 액정층(400)의 액정분자를 일정 방향으로 배열시키기 위하여 고분자 물질로 이루어진 배향막(310, 320)은, 그 사이에 두 기판(100, 200)의 간격 유지를 위한 기판 간격재(500)가 도트형으로 형성되어 있으며 또한, 간헐적으로 고분자 중합체(600)가 배향막(310, 320)과 접착력을 가지며 가교되어 있다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{A LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 박막 트랜지스터 기판 위에 컬러 필터가 형성된 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 전극이 형성되어 있는 두 장의 유리 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 있으며, 두 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시켜 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.

현재까지 산업계에서 널리 사용되고 있는 액정 표시 장치는 비틀린 네마틱(twisted-nematic ; TN) 액정 방식의 액정 표시 장치가 주류를 이루고 있다. 하지만, 이러한 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치는 유전율 이방성에 의한 액정 배향 방향의 스위칭 응답시간이 수십 ms에서 수백 ms로 느리고, 액정 분자의 복굴절성으로 인해 액정 표시 장치를 보는 위치에 따라 대비비(contrast ratio)의 변화, 색상 전이(color shift), 계조 반전(gray inversion) 등의 현상이 심하게 발생하여 시야각이 좁다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 최근에는 스메틱 액정 중에서 자발 분극을 가지는 강유전성 액정을 이용하는 FLC모드(ferroelectric liquid crystal mode)가 액정 표시 장치에 사용되고 있는데, 이는 자발 분극을 이용하므로 동화상 대응이 용이하고 액정분자가 기판에 평행인 면내에서 스위칭 하므로 광시야각 대응이 용이하다는 장점이 있다.

그러나, 이러한 강유전성 액정 표시 장치는 액정 자체가 층구조를 갖고 있는 1차원적인 결정구조로서, 외부충격시 셀 간격의 변화에 의하여 층구조에 변형이 발생하면 외부충격제거 후에도 층구조의 복원이 완전하게 이루어지지 않으므로 원천적으로 외부충격에 의한 셀 간격 변화를 최소화할 수 있는 패널 구조가 개발되고 있다.

그 중 하나로, 외부충격에 의한 셀 간격의 변화를 억제하기 위하여 가장 흔히 사용되는 방법으로는, 기판 간격재의 산포 밀도를 기존보다 8배 정도로 증가시키거나, 접착성 기판 간격재를 사용하여 상하 기판을 접착시키는 방법 등이 있는데, 현재 열경화 방식으로 상하기판을 접착시켜 셀 간격을 고정하는 방법을 주로사용한다.

이와 같이 기판 간격재를 열경화시켜 상하 기판을 접착시키는 방식에서는, 아크릴계열 수지를 사용하는데, 이는 접착 능력이 크지 않아 기판의 접촉 면적을 늘리기 위하여 기판 간격재를 직선 형태로 길게 형성한다. 그러나 이러한 직선 형태의 기판 간격재는 액정 주입시 장애물로 작용하여 액정 주입시간을 증가시키며 또한, 두 기판을 접착시킬 때 오정렬이 발생하는 경우에는 기판 간격재가 화소 영역의 일부를 가리게 되어 개구율을 저하시키는 원인으로 작용한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 균일한 셀 간격을 유지할 수 있는 동시에 외부의 충격이나 내압에도 견딜 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 배치도이다.

도 2는 도 1의 II-II'선에 대한 단면도이다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 제2 기판의 배치도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제조 과정을 나타내는 순서도이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 기판 간격재로 도트(dot) 모양의 기판 간격재를 형성하여 셀 간격을 유지하고, 액정 속에 자외선 경화성 재료를 혼합하여 두 기판 사이의 액정 셀에 주입한 다음, 자외선을 조사하여 액정과 혼합되어 있는 자외선 경화성 재료를 경화시켜 두 기판의 접착력을 강화시킨다.

구체적으로, 제1 기판은 절연기판 상부에 서로 교차하여 형성된 데이터 배선 및 게이트 배선과, 이들 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차로 정의되는 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함한다. 제2 기판은 상기 제1 기판과 마주하며 공통전극을 포함한다. 상기 제1 기판 및 상기 제2기판의 마주보는 표면에는 각각 제1 및 제2 배향막이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 간격을 지지하며 도트형 모양으로 기판 간격재가 형성되어 있다. 상기 두 기판의 제1 및 제2 배향막 사이에는 강유전성 액정층이 채워져 있으며, 자외선 경화성을 가지며 상기 액정층과 혼합되어 상기 제1 및 제2 배향막 사이에서 가교되어 형성된 고분자 중합체를 포함한다. 또한, 자외선 경화성 재료의 미경화 부분이 발생하지 않도록 하기 위해 블랙 매트릭스를 형성하지 않는데, 이를 위해 상기 제1 기판에 컬러 필터를 형성하며, 상기 데이터선은 서로 이웃하는 화소 전극 사이에서 화소 전극의 가장자리 부분과 중첩되도록 한다. 또, 상기 두 기판 사이의 셀 간격은 1.5㎛∼1.6㎛ 인 것이 바람직하다.

이러한 구조의 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같다.

상기 제1 기판 및 제2 기판을 형성하고, 다음 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 기판 간격재 및 봉인 패턴을 형성한다.

다음, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 접합하며, 상기 접착된 두 기판 사이에 자외선 경화성 재료가 포함된 액정혼합물을 주입한다.

다음, 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화성 재료를 가교시킨다.

여기서, 상기 자외선 경화성 재료는 상기 액정혼합물 중 액정양에 대비하여 0.1∼5%의 범위가 바람직하다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 배치도이고, 도 2는 도 1의 II-II'선에 대한 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)과, 이 두 기판(100, 200) 사이의 액정층(400)과, 이러한 액정층 (400)의 배향을 위해 두 기판(100, 200) 사이에 형성되어 있는 상하의 배향막(310, 320)과, 도트형 기판 간격재(500) 및 고분자 중합체(600)와, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)의 바깥쪽에 부착된 편광판(101, 201)을 포함한다.

이러한 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에서 액정층(400)의 액정분자를 일정 방향으로 배열시키기 위하여 고분자 물질로 이루어진 배향막(310, 320)은, 그 사이에 두 기판(100, 200)의 간격 유지를 위한 기판 간격재(500)가 도트형으로 형성되어 있으며 또한, 간헐적으로 고분자 중합체(600)가 배향막(310, 320)과 접착력을 가지며 가교되어 있다.

여기서, 기판 간격재(500)는 열경화시 점성을 갖는 아크릴계열의 고분자 물질로 이루어지며, 기판 간격재(500)의 밀도는 화소당 0.1∼1개 정도로 이루어진 것이 바람직하다.

고분자 중합체(600)는 액정 표시 장치의 공정 과정 중, 액정 주입시 함께 포함시킨 단위체 형태의 자외선 경화성 재료가 자외선 조사 후 배향막(300)과 접착성을 가지며 중합되어 형성된 것이다.

이러한 고분자 중합체(600)가 배향막(300) 사이에서 접착성을 띄며 가교된 형태로, 상하기판의 접착력이 향상되어 내압에도 견디어 셀 간격 균일성이 항상 유지되며 따라서 액정의 배향도 언제나 유지된다.

제1 기판(100)은 하부 절연기판(110) 상부에 다수의 서로 교차하는 게이트 배선(120)과 데이터 배선(140)이 형성되어 있으며 이들 배선과 연결되어 신호를 전달받는 박막트랜지스터(145)가 형성되어 있다. 이 박막트랜지스터(145)는 게이트 배선(120)에 인가되는 신호로 데이터 배선(140)의 일부인 소스 전극과 드레인 전극간의 도통을 결정하는 스위칭 소자이다.

게이트선(120)과 데이터선(140)의 교차로 정의되는 화소 영역에는 각각 R(빨강), G(초록), B(파랑)의 컬러필터(151, 152, 153)와 화소 전극(170)이 형성되어 있다.

여기서, 데이터선(140)은 각 화소 열의 화소 전극(170) 사이에 형성되어 화소 전극(170)의 가장자리 부분과 중첩시키는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 화소 영역의 가장자리에서 누설되는 빛을 데이터선(140)으로 가릴 수 있으므로 별도로 블랙 매트릭스를 형성할 필요가 없다.

한편, 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판이 상하로 접착되는 구조의 액정 표시 장치에서는 컬러필터 기판에 블랙 매트릭스를 설치함으로 자외선 차단에 따른 고분자 재료의 미경화가 발생하게 되는데, 본 발명에 따른 실시예에서는 컬러필터를 제1 기판에 형성시켜 블랙 매트릭스를 따로 형성하지 않는 구조로 자외선 경화성 재료의 미경화 부분이 발생하지 않도록 하는 것이다.

게이트 배선(120)과 데이터 배선(140) 사이에는 게이트 절연막(130)이 형성되어 있고, 컬러필터(151, 152, 153) 및 데이터선(140) 상부에는 평탄도 특성을 고려하여 유기절연막(160)이 화소 전극(170) 아래 형성되어 있다.

제2 기판(200)은 하부 절연기판(110)과 마주하는 상부의 절연기판(210) 위에 전면에 걸쳐 공통 전극(220)이 형성되어 있으며, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이의 간격은 1.5㎛∼1.6㎛가 바람직하다.

그러면, 도 3 및 도 4를 참고로 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 제2 기판의 배치도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제조 과정을 나타내는 순서도이다.

제1 기판(100) 위에 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통하여 배선 패턴(120, 140) 및 스위칭 소자(145), 컬러필터(151, 152, 153), 화소전극(170) 등을 차례로 형성하고, 제2 기판(200) 상에 공통전극(220) 등을 형성하여 두 기판(100, 200)을 완성한다(S100).

다음, 제2 기판(200)에 점성을 갖는 고분자 재료를 코팅하고 패터닝하여 다수의 도트형 기판 간격재(500)를 형성한다. 여기서, 감광성이 있는 고분자 재료를 사용하여 기판 간격재(500)를 형성하는 경우에는 고분자 재료를 코팅한 후, 마스크를 이용하여 노광하고 현상하여 기판 간격재(500)를 얻을 수 있고, 감광성이 있는 재료가 아닌 경우에는 고분자 재료를 코팅한 후 감광막을 한 층 도포하고 마스크를 이용한 사진 공정으로 감광막 패턴을 형성하고, 이를 식각 마스크로 고분자막을 패터닝하여 기판 간격재(500)를 형성한다. 이어, 두 기판(100, 200) 중 하나의 기판 상부 가장자리 둘레에 봉인재 패턴(550)을 형성한다. 이 때, 봉인재 패턴(550)은강유전성 액정 혼합물질을 주입하기 위한 주입구(551) 및 주입구(551)와 마주하는 봉인재 패턴(550)의 변에 형성된 배기구(552)를 가진다.

여기서, 주입구(551)는 기판(200)의 가장자리 네면 중 한면 전체나 그 면 중앙 부분을 개방하여 형성하고 배기구(552)는 주입구(551) 반대쪽 면의 양쪽 모서리 부분에 각각 한 개씩 형성하거나 중앙 부분에 한 개 형성하는 것이 바람직하다 (S200).

다음, 하드 베이크(hardbake)하여 기판 간격재(500) 및 봉인 패턴(550)이 일정 강도를 갖도록 경화시킨다(S300).

다음, 두 기판(100, 200)을 정렬하여 가열 압착시켜, 연화된 제2 기판(200)의 기판 간격재(500)와 봉인 패턴(550)에 의해 두 기판(100, 200)이 접착되도록 한다(S400).

다음, 두 기판(100, 200) 사이에 형성되어 있는 주입구(551)를 자외선 경화성 재료를 포함하는 강유전성 액정 혼합물질이 담긴 용기에 완전히 잠기도록 하고, 배기구(552)를 통하여 공기를 배출하여 두 기판(100, 200)과 봉인 패턴(550)에 의하여 둘러싸인 공간의 기압을 떨어뜨려 두 기판(100, 200)의 안과 밖 사이에 기압차를 형성시킨다. 그러면, 자외선 경화성 재료를 포함하는 강유전성 액정 혼합물질은 기압차로 인하여 두 기판(100, 200) 내부로 빨려들어 가게된다(S500).

여기서, 강유전성 액정 혼합물질에 포함되어 있는 자외선 경화성 재료는 액정의 배향성을 좋게 하며, 액정과 혼합시에는 저점도의 단위체 형태이고, 액정 주입온도인 100℃ 이상의 고온에서도 열경화되지 않는 특성을 가진다.

주입 공정이 완료되면 주입된 강유전성 액정 혼합물질이 흘러나오지 않도록 주입구(551) 및 배기구(552)를 봉인하고 자외선을 조사하여 액정 혼합물 속에 포함되어 있는 자외선 경화성 재료가 고분자 물질인 배향막(300) 사이에서 가교되어 고분자 중합체(600)를 이루도록 한다(S600∼S700).

이러한 액정 표시 장치의 제조 방법에서는 기판 간격재(500)의 존재로 인해 외부 충격시 내충격성을 갖으며 자외선 경화성 재료의 자외선 경화로 형성된 고분자 중합체(600)로 상하기판의 접착력이 향상되었으므로 내압에도 견디게 되어 셀 간격 균일성이 언제나 유지된다.

이어 액정 주입 상태와 액정 셀 검사를 하고 양품만을 선별하여 편광판(101, 201)을 부착한다(S800).

본 발명에서와 같이 액정에 자외선 경화성 재료를 포함함으로써, 상하 기판의 접착으로 셀 간격 변화에 대한 복원력을 갖게 되며 기판 간격재의 산포량을 늘리지 않고도 셀 간격 균일성을 확보할 수 있어, 액정의 배향도 항상 유지되고, 셀 간격이 고정되어 버려 기판 간격재의 움직임이 없어 기판 간격재의 이동에 의해 생기는 불량을 감소할 수 있다.

Claims (6)

1. 절연기판 상부에 서로 교차하여 형성된 데이터 배선 및 게이트 배선과, 이들 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차로 정의되는 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하는 제1 기판,

   상기 제1 기판과 마주하며 공통전극을 포함하는 제2 기판,

   상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 마주보는 표면에 각각 형성된 제1 및 제2 배향막,

   상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 간격을 지지하며 도트형 모양으로 형성되어 있는 기판 간격재,

   상기 두 기판의 제1 및 제2 배향막 사이에 채워진 강유전성 액정층,

   자외선 경화성을 가지며 상기 액정층과 혼합되어 상기 제1 및 제2 배향막 사이에서 가교되어 형성된 고분자 중합체

   를 포함하는 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 제1 기판에 컬러 필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
3. 제1항에서,

   상기 데이터선은 서로 이웃하는 화소 전극 사이에서 화소 전극의 가장자리부분과 중첩된 액정 표시 장치.
4. 제1항에서,

   상기 두 기판 사이의 셀 간격이 1.5㎛∼1.6㎛ 인 액정 표시 장치.
5. 제1 기판 및 제2 기판을 형성하는 단계,

   상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 기판 간격재 및 봉인 패턴을 형성하는 단계,

   상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 접합하는 단계,

   상기 접착된 두 기판 사이에 자외선 경화성 재료가 포함된 액정혼합물을 주입하는 단계,

   자외선을 조사하여 상기 자외선 경화성 재료를 가교시키는 단계

   를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
6. 제5항에서,

   상기 자외선 경화성 재료는 상기 액정혼합물 중 액정양에 대비하여 0.1∼5% 범위인 액정 표시 장치의 제조 방법.