KR20030010135A - 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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KR20030010135A
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KR1020010044927A
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김대정
이임수
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치의 경량화가 요구됨에 따라, 합착된 기판의 바깥쪽 면을 식각하는 공정이 이루어지는데, 이때 식각액이 기판 사이로 침투하여 씰 패턴이 손상되는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 액정 표시 장치의 기판 표면을 식각하는데 있어서, 셀 영역을 정의하는 주 씰 패턴 둘레에 개구부를 가지는 보조 씰 패턴을 형성하고 기판을 합착한 다음, 보조 씰 패턴의 개구부를 접착제로 봉합하고 기판을 식각함으로써, 셀 내부의 공기를 원활하게 제거할 수 있으며, 식각액이 셀 영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 셀 영역의 손상을 방지할 수 있다.

Description

액정 표시 장치의 제조 방법{manufacturing method of a liquid crystal display}
본 발명은 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는액정 표시 장치를 경량화시키기 위해 기판을 식각하는 공정에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정 표시 장치(liquid crystal display)가 활발하게 개발되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을, 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
이러한 액정 표시 장치는 박막트랜지스터와 화소 전극이 배열된 하부의 어레이 기판을 제조하는 공정과 컬러 필터와 공통 전극을 포함하는 상부의 컬러 필터 기판을 제조하는 공정, 그리고 제조된 두 기판의 배치와 액정 물질의 주입 및 봉합, 편광판 부착으로 이루어진 액정 셀(cell) 공정에 의해 형성된다.
그런데, 일반적으로 액정 표시 장치는 대면적 기판 상에 다수개의 셀을 한꺼번에 형성하므로, 액정 셀 공정에서 기판을 배치한 다음 각각의 셀로 절단하는 공정이 필요하다.
이하, 액정 표시 장치의 액정 셀 제조 공정에 대하여 첨부한 도 1을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정 셀 제조 공정을 도시한 흐름도이다.
먼저, 박막트랜지스터를 포함하는 하부의 박막트랜지스터 기판과 컬러 필터를 포함하는 상부의 컬러 필터 기판을 준비한다(st1).
박막트랜지스터 기판은 박막을 증착하고 패터닝하는 과정을 여러 회 반복함으로써 형성되며 박막의 패터닝시 사용되는 마스크의 수가 공정수를 대표하는데, 현재 마스크 수를 감소시켜 제조 비용을 줄이기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
컬러 필터 기판은 각 컬러 필터를 구분하며 화소 영역 이외의 부분에서 발생하는 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러 필터 및 공통 전극을 순차적으로 형성함으로써 이루어진다. 컬러 필터는 염색법, 인쇄법, 안료 분산법, 전착법 등에 의해 형성되는데, 현재 컬러 필터 형성에 사용되는 보편적인 방법은 안료 분산법이다.
이어, 각 기판에 액정 분자의 초기 배향 방향을 결정하기 위한 배향막을 형성한다(st2).
배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 이루어진다. 일반적으로 배향막에는 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 배향막을 배열시키는 방법으로는 러빙 방법이 이용된다. 러빙 방법은 러빙포를 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문질러주는 것으로, 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고 배향이 안정하며 프리틸트각(pretilt angle)의 제어가 용이한 장점이 있다.
다음, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 씰 패턴(seal pattern)을형성하는데(st3), 씰 패턴은 액정 주입을 위한 갭을 형성하고 주입된 액정의 누설을 방지하는 역할을 한다.
씰 패턴은 열경화성 수지를 일정한 패턴으로 형성함으로써 이루어지며, 씰 패턴 형성 방법으로는 스크린 마스크(screen mask)를 이용한 스크린 인쇄법과 디스펜서를 이용한 씰 디스펜서(dispenser)법이 있다. 현재 공정의 편의성이 큰 스크린 인쇄법이 주로 사용되고 있으나, 마스크와 배향막의 접촉에 의한 불량 유발과 기판의 크기가 커짐에 따라 스크린 마스크의 대응이 어려운 단점이 있어 점차 씰 디스펜서법으로 변경이 이루어지고 있다.
이어, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 액정 표시 장치의 상부 기판과 하부 기판 사이의 간격을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해 일정한 크기의 스페이서를 산포한다(st4). 스페이서의 산포 방식은 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있으며, 건식 산포는 정전기를 이용하는 정전 산포법과 기체의 압력을 이용하는 제전 산포법으로 나뉘는데, 액정 표시 장치는 정전기에 취약한 구조를 가지므로 제전 산포법이 많이 사용된다.
다음, 액정 표시 장치의 두 기판 즉, 박막 트랜지스터 기판과 칼라 필터 기판을 배치하고 씰 패턴을 가압경화하여 합착한다(st5).
다음, 두 기판을 각각의 셀로 절단하여 분리한다(st6). 셀 절단 공정은 유리 기판 보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 펜(pen)으로 유리 기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(scribe) 공정과 힘을 가하여 절단하는 브레이크(break) 공정으로 이루어진다.
이어, 두 기판 사이에 액정을 주입한다(st7). 액정의 주입은 셀 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 주로 이용된다. 여기서 셀 내부에 액정이 주입되었을 때, 액정 속의 미세한 공기 방울에 의해 셀 내부에서 기포가 형성되어 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 액정을 장시간 진공에 방치하여 기포를 제거하는 탈포 과정이 필요하다.
액정의 주입이 완료되면 셀의 주입구에서 액정이 흘러나오지 않도록 주입구를 봉합한다. 보통 디스펜서를 이용하여 주입구에 열경화 수지를 도포한 후, 경화시킴으로써 주입구를 막아준다.
이와 같이 액정 셀을 제조하고 액정 셀의 외측에 각각 편광판을 부착한 후 구동회로를 연결하면 액정 패널이 완성된다.
그런데, 최근 액정 패널의 경량화가 요구됨에 따라, 기판의 두께를 줄이기 위해 두 기판을 합착한 후(도 1의 st5) 상부 및 하부 기판의 바깥쪽 노출된 면을 식각하는 공정이 이루어진다.
도 2는 이러한 기판의 식각 과정을 도시한 흐름도이다.
먼저, 합착된 기판의 바깥쪽 면을 식각하기 전에 이전 공정의 단계에서 발생할 수 있는 불순물을 제거한다(st11).
기판의 바깥쪽 면에 불순물이 존재할 경우 불순물 주변에서는 기판이 식각되지 않는 것과 같은 식각 불량이 유발되어 식각된 기판의 표면이 평탄하지 않게 된다. 이에 따라 빛의 난반사 또는 굴절이 발생하게 되므로, 이를 방지하기 위해 세정액인 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 또는 초순수(deionized water)를 이용하여 기판의 바깥쪽 면에 존재하는 불순물을 제거한다.
다음, 세정된 합착 기판을 식각한다(st12). 일반적으로 액정 표시 장치용 기판으로는 유리 기판이 이용되는데, 유리 기판에는 실리콘 산화물(SiO2)이 약 60% 정도 포함되어 있다. 따라서, 합착 기판을 산화막(SiO2)을 식각하는데 쓰이는 HF 용액에 넣어 액정 표시 장치용 기판을 식각한다.
다음, 기판의 표면에 잔존하는 HF 용액을 세정하고 건조 과정을 거친다(st13, st14).
이와 같이, 합착된 기판의 바깥쪽 면을 식각한 후, 각 셀로 절단하는 공정(도 1의 st6) 및 액정 주입 공정(도 1의 st 7)의 과정을 실시한다.
그런데 이러한 방법으로 합착된 기판의 바깥쪽 면을 식각할 때, 두 기판의 사이로 식각액이 침투하여 씰 패턴이 손상되거나, 셀 내부의 패드가 부식되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액정 표시 장치를 경량화시키며, 식각액의 침투를 방지하여 씰 패턴을 보호하고 불량을 방지할 수 있는 액정 표시 장치의 기판 식각 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 액정 셀 제조 공정을 도시한 흐름도.
도 2는 합착된 기판의 가공 공정을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 씰 패턴을 도시한 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 유리기판 식각장치를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 구조를 도시한 도면.
도 6은 도 5의 기판을 식각한 후 식각액의 침투 정도를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판의 구조를 도시한 도면.
도 8은 도 7에서 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 자른 단면을 도시한 도면.
도 9는 도 7의 기판을 식각한 후 식각액의 침투 정도를 도시한 도면.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서는 하나의 액정 패널이 되는 셀 영역이 다수 개 정의되는 제 1 및 제 2 기판을 구비한 다음, 제 1 기판 상에 일부가 개방되고 셀 영역의 둘레에 각각 위치하도록 다수의 주 씰 패턴을 형성한다. 이어, 다수의 주 씰 패턴을 둘러싸고, 적어도 하나 이상의 개구부를 가지는 보조 씰 패턴을 형성한다. 다음, 보조 씰 패턴이 형성된 제 1 기판을 제 2 기판과 합착하고, 보조 씰 패턴의 개구부에 접착제를 형성한다. 다음, 접착제가 형성된 제 1 및 제 2 기판을 식각용기에 담가 기판의 표면을 식각한다. 여기서, 접착제는 5 센티푸아즈(cP) 내지 100 센티푸아즈의 점도를 가진다.
이때, 접착제는 40 센티푸아즈 내지 45 센티푸아즈의 점도를 가지는 것이 바람직하며, 접착제는 시아노아크릴레이트 계열의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에서, 기판의 표면을 식각하는 단계는 HF 용액을 이용하여 이루어질 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 액정 표시 장치를 경량화하기 위해 기판의 표면을 식각하는데 있어서, 셀 영역을 정의하는 주 씰 패턴 둘레에 개구부를 가지는 보조 씰 패턴을 형성하고 기판을 합착한 다음, 보조 씰 패턴의 개구부를 접착제로 봉합하고 기판을 식각함으로써, 셀 내부의 공기를 원활하게 제거할 수 있으며, 식각액이 셀 영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 셀 영역의 손상을 방지할 수 있다.
최근, 합착된 기판을 식각할 때 두 기판의 사이로 식각액이 침투하여 씰 패턴이 손상되는 것을 방지하기 위해, 씰 패턴을 이중으로 형성하는 방법이 제기되었다.
이는 유리 기판 상에 다수의 셀을 형성할 때, 각 셀에 주 씰 패턴을 형성하고, 기판의 가장자리와 주 씰 패턴 사이에 보조 씰 패턴을 형성하는 것으로, 보조 씰 패턴이 각 셀의 주 씰 패턴을 둘러싸고 있다. 여기서, 각각의 주 씰 패턴은 이후 액정을 주입하기 위한 액정 주입구를 가지며, 보조 씰 패턴은 기판의 식각 용액으로부터 주 씰 패턴이 손상되는 것을 방지한다.
한편, 보조 씰 패턴은 식각액의 침투를 막아야 할 뿐만 아니라, 합착된 상부와 하부 기판 사이의 공기 배출이 용이하도록 해야 하므로, 보조 씰 패턴은 일정 영역에 공기를 배출하기 위한 개구부를 가지도록 하는데, 이러한 경우 개구부를 통해 식각액이 여전히 셀 내부에 침투하게 되므로, 전극의 패드 부분이 부식되고 기판이 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 씰 패턴을 이중으로 형성하여 기판을 합착한 후, 보조 씰 패턴의 개구부를 접착제로 접착하여 기판을 식각한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 씰 패턴 구조에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 셀의 씰 패턴을 도시한 평면도로서, 590×670 (센티미터×센티미터) 크기의 유리 기판에 13.3 인치 크기의 셀을 형성하기 위해 기판 상의 영역을 6개로 나눈 경우에 대한 씰 패턴을 도시한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기판(110) 상에 A, B, C, D, E, F의 6개 셀이 형성되어 있고, 각 셀에는 주 씰 패턴(121)이 형성되어 있는데, 각각의 주 씰 패턴(121)의 좌측면 중앙부에는 이후 액정을 주입하기 위한 액정 주입구(122)가 형성되어 있다. 기판(110)의 가장자리와 주 씰 패턴(121) 사이에는 보조 씰 패턴(131)이 형성되어 있으며, 보조 씰 패턴(131)은 각 셀의 주 씰 패턴(121)을 둘러싸고 있다. 여기서, 보조 씰 패턴(131)은 식각 용액으로부터 주 씰 패턴(121)의 손상을 방지하기 위한 것이다.
한편, 보조 씰 패턴(131)은 식각액의 침투를 막아야 할 뿐만 아니라, 합착된 상부와 하부 기판 사이의 공기 배출이 용이하도록 해야 하므로, 보조 씰 패턴(131)은 공기 배출을 위한 개구부(132)를 가진다.
이와 같은 씰 패턴을 가지는 제 1 기판을 제 2 기판과 합착하고, 보조 씰 패턴(131)의 개구부(132)를 접착제로 접착시킨 다음, 합착된 기판 20매 정도를 한꺼번에 식각장치에 넣고, 식각액에 담가 기판 표면을 식각한다.
이때, 사용되는 본 발명의 실시예에 따른 기판 식각장치(200)를 도 4에 나타내었다(도 2의 st12에 해당됨). 도시한 바와 같이, 용기(211)와, 용기(211) 상부에 설치된 덮개(212)와, 용기(211) 내부에 설치된 버블판(213)으로 구성된다. 용기(211)와 덮개(212)는 봉합액(water sealant)(215)에 의해 봉합된다. 버블판(213)의 좌우에는 가스통(도시 안함)으로부터 질소(N2) 또는 산소(O2)를 공급하는 공기공급관(216)이 연결된다.
용기(211) 하부에는 화합물 혼합탱크(217)로부터 식각액을 공급하는 식각액공급관(218)이 연결된다.
유리기판(221)의 식각에 사용된 식각액은 식각액 배출관(228)을 통해 필터(219)로 배출되고, 필터(219)에 의해 불순물이 제거된 후 버퍼탱크(222)에 저장된다. 버퍼탱크(222)에 저장되어 정화된 식각액은 화합물 혼합탱크(217)에 공급되며, 식각액 화합물을 공급하는 DI공급부(112)와 HF공급부(224)로부터 제공된 DI(증류수, Distilled water) 및 HF와 혼합된다. 화합물 혼합탱크(217)에 설치된 농도측정장치(225)는 혼합탱크(217) 내의 혼합액의 농도를 측정하며, 이미 설정된 기준농도에 도달하면 DI와 HF의 공급이 중단된다. 이때, 기준농도는 1∼50%의 범위 내에서 설정한다. 또한 혼합탱크(217) 내부의 혼합액을 일정한 온도로 유지하기 위하여, 혼합탱크 내부에는 PCW(냉각수) 관(도시하지 않음)이 설치된다. 혼합탱크(217) 내에서 혼합된 식각액은 펌프(227)에 의해 용기 내로 제공된다.
용기(211)에서 일어나는 기판과 식각액의 발열반응으로 생기는 온도변화를 측정하기 위하여, 용기(211) 내부에는 온도측정장치(229)가 설치된다. 이 온도변화에 따라 기판이 식각되게 된다. 이와 같은 방법으로, 현재 시판되고 있는 1.4 ㎜ 두께의 기판을 0.5 ㎜까지 식각할 수 있다. 온도설정은 다음 식으로 결정하며, 최종 온도가 되면 자동적으로 식각을 중단한다.
Tt= Ti+ (Kr·N ·Δt2) / m,
(Tt: 최종온도, Ti: 초기온도, Kr: 반응상수, N : 기판의 수, Δt2: 식각하고자 하는 두께)
따라서, 본 발명에서와 같이 보조 씰 패턴의 개구부를 접착제로 접착한 후 기판을 식각할 경우, 식각액이 보조 씰 패턴(도 3의 131)의 내부로 침투하지 못하므로 불량을 방지할 수 있다.
이때, 접착제는 내산성이 높으며, 점도가 5 센티푸아즈(centi-poise : cP) 내지 100 센티푸아즈 정도인 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate) 계열의 물질을 이용할 수 있다. 여기서, 센티푸아즈(cP)는 점성도의 단위로서 1 cP는 10-2푸아즈(P)이며, 1 초 사이에 1 그램(g)인 유체가 1 센티미터 이동하는 상태를 1 P라고 한다.
그런데, 점도가 낮을 경우 접착제가 주 씰 패턴(도 3의 121)까지 침투하게 되고, 접착제의 미경화로 인해 식각액이 접착 영역 내로 침투하여 불량이 발생할 수도 있다.
이와 같이 접착제의 점도가 낮을 때 즉, 접착제의 점도가 5 cP 내지 10 cP일 때, 보조 씰 패턴의 개구부에 형성된 접착제 형태를 도 5에 도시하였다.
도 5에 도시한 바와 같이, 주 씰 패턴(321)을 둘러싸고 있는 보조 씰 패턴(331)의 개구부(332)를 접착제(351)로 봉합하는데, 이때 접착제(351)의 점도가 낮은 경우 접착제(351)의 유동이 쉬워지므로. 접착제(351)가 기판 내의 주 씰 패턴(321)까지 침투하게 될 수 있다. 따라서, 셀 절단 공정(도 1의 st6)에서 셀 분리가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 도면 부호 322는 주 씰 패턴(321)에 형성된 액정 주입구를 나타낸다.
또한 기판의 백화현상 및 접착제(351)의 미경화로 인해, 기판 식각시 식각액이 접착제(351)가 형성된 영역까지 침투될 수 있는데, 이러한 예를 도 6에 도시하였다.
한편, 접착제를 100 cP 정도로 하였을 경우에는, 접착제의 점도가 크기 때문에 접착 영역 내에서 접착제가 잘 퍼지지 않는다. 이에 따라, 부가적으로 접착제를 바르는 과정이 더 필요하므로 작업성이 떨어지게 된다.
따라서, 접착제는 40 cP 내지 45 cP 정도의 점도를 가지는 것으로 사용하는 것이 좋다.
이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판의 구조를 도 7에 도시하였는데, 도 7은 도 3의 S 영역에 해당한다.
도시한 바와 같이, 기판(410) 상에 셀 영역을 정의하며, 일측에 액정 주입구(422)를 가지는 주 씰 패턴(421)이 형성되어 있고, 주 씰 패턴(421)의 둘레에는 보조 씰 패턴(431)이 형성되어 있다. 보조 씰 패턴(431)은 내부의 공기를 배출하기 위한 개구부(432)를 가지며, 개구부(432)는 접착제(451)로 봉합되어 있다. 이때, 도시하지 않았지만 씰 패턴(421, 431)이 형성된 기판(410)은 타 기판과 합착되어 있다.
여기서, 접착제(451)는 40 cP 내지 45 cP 정도의 점도를 가지므로, 접착제(451)의 퍼짐 정도가 균일하여 개구부(432)에서 일정한 접착 영역을 형성한다.
또한, 도 7에서 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 자른 단면을 도 8에 도시하였는데, 도시한 바와 같이 접착제(451)는 두 기판(410, 411) 사이에 빈 공간 없이 형성되어 있다.
따라서, 본 발명에서는 식각액이 셀 영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있는데, 이러한 결과를 도 9에 도시하였다.
도 9에 도시한 바와 같이, 40 cP 내지 45 cP의 점도를 가지는 접착제를 이용하여 보조 씰 패턴의 개구부를 접착시킨 후 기판을 식각하였을 때, 식각액이 접착 영역 내로 침투하지 못하므로, 주 씰 패턴 및 셀 내부의 패드 손상을 방지할 수 있다. 또한, 접착제의 접착 영역이 일정하게 형성되므로 이후 셀 절단 공정에서도 불량이 발생하지 않는다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
본 발명에서는 액정 표시 장치를 경량화하기 위해 기판을 식각하는데 있어서, 셀 영역을 정의하는 주 씰 패턴 둘레에 개구부를 가지는 보조 씰 패턴을 형성하고 기판을 합착한 다음, 보조 씰 패턴의 개구부를 접착제로 접착 후 기판을 식각함으로써, 식각액이 셀 영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 셀 영역의 손상을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 하나의 액정 패널이 되는 셀 영역이 다수 개 정의되는 제 1 및 제 2 기판을 구비하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에, 일부가 개방되고 상기 셀 영역의 둘레에 각각 위치하도록 다수의 주 씰 패턴을 형성하는 단계;
    상기 다수의 주 씰 패턴을 둘러싸고, 적어도 하나 이상의 개구부를 가지는 보조 씰 패턴을 형성하는 단계;
    상기 보조 씰 패턴이 형성된 제 1 기판을 상기 제 2 기판과 합착하는 단계;
    상기 보조 씰 패턴의 개구부에 접착제를 형성하는 단계;
    상기 접착제가 형성된 제 1 및 제 2 기판을 식각용기에 담가 기판의 표면을 식각하는 단계
    를 포함하며,
    상기 접착제는 5 센티푸아즈(cP) 내지 100 센티푸아즈의 점도를 가지는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 40 센티푸아즈 내지 45 센티푸아즈의 점도를 가지는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접착제는 시아노아크릴레이트 계열의 물질로 이루어지는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 식각하는 단계는 HF 용액을 이용하여 이루어지는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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