KR20030094529A - 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치를 제조하는데 있어서, 액정공정시 배향막을 러빙하는 것에 관한 것이다.

배향막을 기판상의 화소영역에 도포한 다음, 이후에 러빙포가 부착된 러빙롤을 이용하여 러빙처리를 함으로써 액정의 균일한 분자배열을 유도하게 되는데, 이러한 러빙공정시 배향막이 도포되지 않은 영역까지 러빙이 되기 때문에 주변회로의 정전기발생을 유도하게 된다.

그러므로, 본 발명에서는 화소영역만 노출이 되도록 형성한 마스크를 이용하여, 주변회로의 정전기 발생은 막으면서 배향막을 도포할 수 있는 러빙 공정을 실시한다.

Description

액정표시장치의 제조방법{Fabrication method of liquid crystal display device}

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 표면을 러빙하는 공정에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 전압인가에 따라 배열을 달리하는 액정분자의 특성을 이용한 디스플레이장치로서, 음극선관에 비하여 낮은 전력으로 구동이 가능하며 소형화, 박형화에 더욱 유리한 장점을 지니므로 노트북 컴퓨터의 모니터와 벽걸이형 텔레비젼 등 차세대 디스플레이장치로서 각광을 받고 있다.

이러한 액정표시장치는 크게 박막 트랜지스터가 형성된 하판과, 컬러필터가 인쇄된 상판으로 구성되며, 하판과 상판의 이격된 사이에 액정이 위치한다.

이러한 액정표시장치를 형성하는 공정은, 하부기판을 형성하는 박막트랜지스터 어레이 공정과 상부기판을 형성하는 공정, 그리고 액정 공정으로 나뉜다.

하부기판인 박막트랜지스터 어레이 공정은 하부기판상에 데이터 배선과 게이트 배선을 형성하고, 데이터 배선과 게이트 배선의 교차하는 다수의 지점에 박막트랜지스터를 형성한 다음, 상부에 화소전극을 형성하는 것이다.

다음으로, 상부기판은 컬러필터층과 블랙매트릭스를 형성한 다음 공통전극을 형성한다.

액정 공정은 배향막 형성 공정, 러빙 공정 및 러빙 후 세정 공정을 거쳐 전술한 바와 같은 상, 하부 기판을 조립하고 액정을 주입하는 것이다.

전술한 바와 같이 형성한 액정표시장치는, 하부기판의 공통전극과 상부기판의 화소전극에 전압파형을 인가하여 각 화소에 해당하는 액정의 배열방향을 변화시킴으로써 광투과율이 조정되어 화상을 구현한다.

전술한 바와 같은 액정공정을 도 1을 통하여 자세히 설명한다.

도 1은 일반적으로 적용되는 액정공정을 도시한 흐름도로써, st1 단계에서는 먼저 하부기판을 준비한다. 하부기판은 박막트랜지스터 어레이 기판으로 다수개의 박막트랜지스터가 배열되어 있고, 각 박막트랜지스터와 일대일 대응하게 화소전극이 형성되어 있다.

다음으로 st2 단계는 하부기판상에 배향막을 형성하는 단계이다.

배향막의 형성은 고분자 박막의 도포와 러빙 공정을 포함하며, 박막 두께가 균일하게 도포되어야 하고, 러빙 또한 균일해야 한다.

st3 단계는 씰 패턴을 인쇄하는 공정으로, 액정 공정에서의 씰 패턴은 액정 주입을 위한 갭을 형성하고, 주입된 액정의 누설을 방지하는 두가지 기능을 한다.

st4 단계는 스페이서를 산포하는 공정으로, 상부기판과 하부기판의 셀 갭을 균일하게 하는 기능이 있다.

이러한 스페이서 산포공정이 끝나면, 컬러 필터 기판인 상부기판과 박막트랜지스터 어레이 기판인 하부기판의 합착공정이 진행된다(st5).

st6 단계는 상기 st1 내지 st5 단계에서 제작된 액정셀을 단위 셀로 절단하는 공정이다.

초기 액정표시장치의 제조공정에서는 동시에 여러 셀에 액정을 주입한 후, 셀 단위로 절단하는 공정을 진행하였으나, 셀 크기가 증가함에 따라 단위 셀로 절단한 후, 액정을 주입하는 방법을 사용하고 있다.

다음으로, st7 단계는 각 단위 셀로 절단된 액정셀에 액정을 주입하는 단계로 이 단계를 거치면 액정표시장치가 제조된다.

전술한 바와 같은 액정공정 중, 러빙공정시 러빙포가 패널의 전면에서 직접 접촉을 하기 때문에, 패널은 배향막이 도포된 영역과 배향막이 도포되지 않은 영역으로 나뉘는데, 배향막이 도포된 영역은 러빙방향으로 액정을 배향할 홈을 형성하지만, 배향막이 도포되지 않은 영역에서는 정전기를 발생시키는 문제를 일으킨다.

도 2에 도시한 바와 같이, 배향막은 기판(10)상에서 주변 회로부를 제외한 다수의 화소영역과 각각의 화소영역을 구동하는 박막트랜지스터가 구성된 액티브영역(active/area :A/A)(20)에만 도포되어 있다.

그런데, 전술한 바와 같이, 배향막이 도포되지 않은 영역을 러빙하게 되면 정전기를 발생시키는데, 이러한 정전기로 인하여 주변회로부인 게이트 인풋 드라이버 아이씨와 데이터 인풋 드라이버 아이씨의 절연층에 크랙(crack)이 생기게 된다.

왜냐하면, 이러한 회로부는 금속층과 절연층이 차례로 적층되어 있는데, 정전기로 인하여 금속층과 금속층 사이의 절연층에 크랙이 생기게 되면, 절연층을 중심으로 상부와 하부에 존재하는 금속층이 연결되므로 회로가 단락 되기 때문이다.

액티브영역(20)에 존재하는 박막트랜지스터는 게이트 전극과 소스 및 드레인전극, 그리고 액티브층을 구성요소로 하는 능동소자로서, 이 박막트랜지스터의 액티브층은 일반적으로 비정질 실리콘을 사용하였으나, 최근 들어서는 전계이동도가 수백배 높은 폴리실리콘을 액티브층으로 사용하고 있다.

그런데, 폴리실리콘을 액티브층으로 사용하게 되면, COG(chip on glass)방법인 주변회로부를 따로 접합하지 않고 모든 회로를 기판상에 제조할 수 있는 또 다른 장점을 가지고 있다. 이러한 COG 방법은 기판상에 모든 회로를 내장하기 때문에 공정의 단순화는 가져올 수 있지만, 회로가 복잡하여 전술한 바와 같은 러빙공정을 실시하게 되면, 정전기가 쉽게 발생하여 구동불량이나 선결함을 유발하게 된다.

이러한 물리적으로 배향하는 러빙공정으로 인한 정전기 발생을, ion blower나 자외선 램프를 사용하여 저지하기도 하는데, 먼저 ion blower는 이온화된 공기가 여러 가지 대전체의 정전기를 순식간에 중화시키는 것으로, 고전압을 침에 인가하여 접지된 그리드와의 방전을 통해 이온을 생성하고, 팬(fan)에 의해 대전체에 반대 이온을 공급하여 정전기를 중화하는 것이다.

다음으로 자외선 램프는 반도체의 표면에 자외선을 조사하여 이온을 생성하고 생성된 이온으로 인하여 표면에 존재하던 정전기의 중화는 한계가 있다.

그러나 전술한 바와 같은 ion blower나 자외선 램프를 이용한 정전기 중화는 한계가 있다.

반면, 정전기 방지 회로를 삽입하여 정전기 방지를 목적으로 별도의 박막트랜지스터를 회로부 영역에 삽입하는 방법이 있는데, 이것은 정전기의 발생을 억제하는데는 효과가 있으나, 폴리실리콘을 박막트랜지스터의 액티브층으로 사용할 경우에는 기판상에 회로부를 형성하기 때문에 정전기 방지회로의 면적이 증가하는 만큼 다른 용도의 회로부가 줄어들게 된다.

그러므로 전술한 3방법 모두, 원칙적으로는 정전기 발생을 원천적으로 막는데는 한계가 있게 된다.

다음으로, 이러한 단점을 개선하기 위하여 액정을 배향하는 방법이 있는데, 이 방법은 액정에 편광된 자외선(UV)을 조사하여 액정을 일정한 방향으로 배향되도록 하는 광배향 방법이다.

광배향 방법을 더욱 자세히 설명하면, 투명전극 패턴이 형성되어 있는 기판 위에 광 반응을 일으키는 고분자를 코팅한 다음 마스크를 이용하여, 편광된 자외선을 일정방향으로 조사하면 고분자가 광반응을 일으켜 편광방향으로 배열되어 프리틸트 각과 배향 방향을 결정하여 액정을 배향시키는 것이다.

그런데, 상기 방법에 의할 경우, 정전기가 발생하지 않고 공정이 깨끗하다는 장점은 있으나 배향력이 약하다는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 액정표시장치를 제조하는 공정 중 러빙공정에 있어서, 정전기 발생으로 인한 주변회로부의 구동불량 및 선결함을 개선하여 고품위의 액정표시장치를 제조하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 액정 셀의 제조공정을 도시한 흐름도.

도 2는 박막트랜지스터 어레이 기판의 액티브영역을 도시한 도면.

도 3은 배향막을 도포하는 공정을 도시한 도면.

도 4a는 본 발명에 따라 기판상에 마스크를 위치시키고 러빙하는 공정을 단면으로 도시한 도면.

도 4b는 본 발명에 따라 기판상에 마스크를 위치시키고 러빙하는 공정을 평면으로 도시한 도면.

도 5a는 씰 패턴을 스크린 인쇄법으로 인쇄하는 공정을 도시한 도면.

도 5b는 씰 패턴을 씰 디스펜스 인쇄법으로 인쇄하는 공정을 도시한 도면.

도 6은 스페이서를 산포하는 공정을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

20 : 액티브영역100, 101 : 기판

132 : 배향막 136 : 러빙롤

138 : 마스크200,202 : 주변 회로

본 발명에 의한 액정표시장치의 제조방법의 특징은, 상부기판과 하부기판상의 액티브영역에 배향막을 도포하는 단계와; 상기 액티브영역을 개구부로 하는 마스크를 상기 상부기판과 상기 하부기판상에 위치시키는 단계와; 상기 마스크의 개구부를 러빙하는 단계와; 상기 하부기판상에 주입구가 있는 씰패턴을 형성하는 단계와; 상기 씰 패턴한 하부기판상에 스페이서를 산포하는 단계와; 상기 상부기판과 하부기판을 합착 하는 단계와; 상기 합착한 상부기판과 하부기판을 절단하는 단계와; 상기 상부기판과 하부기판 사이에 상기 주입구를 통하여 액정을 주입하는 단계를 포함하며, 상기 배향막은 폴리이미드 또는 폴리아믹산이다.

또한, 상기 마스크는 재질이 금속이고, 그 중에서 서스(SUS)를 사용한다.

상기 상부기판은 컬러필터층이 형성되어 있고, 상기 하부기판은 박막트랜지스터 어레이가 형성되어 있으며, 상기 박막트랜지스터는 액티브층이 폴리실리콘이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 기판(100)의 화소부에 배향막(132)을 얇고 균일하게 롤러(134)를 이용하여 도포하는 공정을 도시하였다.

배향막을 기판(100)상에 도포하는 이유는, 액정이 단순히 기판 사이에 주입되는 것만으로는 균일한 분자배열을 이루기가 어렵기 때문에, 기판상에 회전도포법이나 인쇄도포법을 이용하여 유기고분자 박막인 배향막(132)을 형성하고 이를 경화하여 러빙(rubbing)을 통해 배향막의 미세구조를 변화시켜 균일한 액정의 분자배열을 이루기 위함이다.

배향막(132)을 도포하는 방법은, 롤러(roller)(134)의 상부에 배향막의 재료인 유기물질을 기판에 균일하게 도포하고, 도포된 배향막(132)은 미리 패턴된 고무판에 인쇄하여 기판(100)에 도포한다. 이렇게 도포한 다음, 기판(100)에 도포한 다음 배향막(132)을 경화로에서 경화시킨다.

배향막(132) 재료는 , 종래의 단순 매트릭스 방식의 액정 표시 장치에서는 폴리아믹산(polyamicacid)을 주로 사용하였으나, 박막 트랜지스터가 구동 소자로 사용되면서, 높은 온도를 필요로 하는 폴리아믹산 대신 온도에 민감하지 않은 폴리이미드(polyimide)계를 사용해왔다. 또한, 최근 들어서는 인쇄성, 밀착성, 잔상, 광누설 및 핀홀(pinhole)에 의한 불량률 측면에서 개선된 저온형 폴리아믹산도 사용하고 있다.

다음으로 도 4a는 러빙공정의 단면도로, 도시한 바와 같이, 액정이 일정한 방향으로 배향되도록 경화된 배향막에 일정한 방향으로 홈을 만드는 러빙(rubbing)공정을 실시한다. 이때, 배향막(132)이 인쇄된 액티브영역(active area)(도 2의 20)에 해당하는 부분을 제외하고는 모든 영역이 막혀있는 마스크(138)를 기판(100)의 상부에 위치시킨다.

러빙공정은 천 등을 이용하여 기판(100)면을 일정한 방향으로 문지르면 상기 문질러진 방향으로 액정분자의 장축이 가지런히 배향하는 원리를 이용한 것이다. 이러한 러빙방법에 의하여 변화되는 배향막(132)의 미세구조는, 배향막(132)이 인쇄된 기판 표면으로 러빙천을 장착한 러빙롤러(136)를 진행시킴으로써 러빙롤러의 진행방향을 따라 일방향으로 완만한 경사부를 이루게 된다.

이러한 배향막은, 이후에 상, 하부기판을 조립한 다음 이들 기판 사이로 액정을 주입할 때, 상기 배향막의 완만한 경사부를 따라 액정의 장축이 가지런히 배향되므로 액정이 균일한 분자배열을 이룰 수 있다. 또한, 상기 배향막이 형성하는 경사부의 각도와 동일한 프리틸트각(pretilt angle)을 얻을 수 있는 것이다.

일반적으로 사용하는 TN(Twisted Nematic)형 액정의 경우 90°의 트위스트각(twist angle)을 갖는데, 상, 하부기판에 각기 형성되는 배향막은 그 러빙방향이 서로 수직 교차하도록 배치되며, 일반적으로 1∼4°의 프리틸트각을 형성하도록 러빙처리된다.

전술한 마스크는 재질이 금속성분이며, 특히 SUS 계열을 사용한다. 그 이유는 기판인 유리판의 크기가 크기 때문에, 마스크가 휘지 않도록 단단한 금속을 사용하여 일정하게 수평을 유지하는 것이 필요하기 때문이다.

이러한 마스크를 기판상에 위치시키는 방법은 일반적인 반도체 공정에서 사용하는 진공이 잡히는 척을 움직여 원하는 위치에 로딩하는 얼라이너(aligner)를 사용한다.

얼라이너는 진공이 깨진상태의 척에 마스크를 로딩하고 난 다음 척의 진공을 잡아 마스크를 움직여 원하는 기판상의 위치로 옮겨 마스크를 위치시킨다.

도 4b에서는 일반적인 박막트랜지스터 어레이에서 전술한 마스크를 위치시키고 러빙하는 공정의 평면도를 도시하였다.

박막트랜지스터 어레이 기판(101)상에 액티브영역을 제외하고는 모든 영역을 가릴 수 있는 마스크(138)를 전술한 얼라이너를 통하여 위치시킨다.

다음으로, 러빙롤(136)을 움직여 배향막(미도시)이 도포된 박막트랜지스터 어레이의 액티브영역에 홈을 판다. 이때, 마스크(138)는 액티브영역에만 구멍이 있기 때문에 러빙롤(136)이 게이트 인풋 드라이버 아이씨(200)와 데이터 인풋 드라이버 아이씨(202)를 포함한 주변회로 영역은 닿지 않게 된다.

그러므로, 간단하게 마스크(138)를 박막트랜지스터 어레이 기판(101)상에 위치시켜 러빙공정으로 인한 정전기 발생을 줄일 수 있게 된다.

도 5a와 도 5b는 씰 패턴(seal pattern)을 인쇄하는 공정을 나타낸 것으로, 대표적인 것이 스크린 인쇄법과 씰 디스펜스 인쇄법이다.

도 5a는 스크린 인쇄법으로, 도시한 바와 같이, 패턴이 형성된 스크린(140)과 인쇄를 위한 고무밀대(142)로 구성된다.

기판상의 씰패턴(118)은 액정 패널에서 액정 주입을 위한 갭(Gap) 형성과 주입된 액정을 새나가지 않게 하는 두 가지 기능을 한다. 이에 따라, 씰패턴은 기판(100)의 가장자리를 따라 형성되며, 한쪽 가장자리에는 액정 주입구(144)를 형성한다.

스크린 인쇄법을 통한 씰 패턴(118) 형성은 셀갭의 유지를 위한 스페이서(Spacer)를 포함한 열경화성 실런트(sealant)를 스크린(Screen)을 통해 기판에 인쇄하는 공정과, 레벨링(Leveling)을 위해 실런트에 함유되어 있는 용매를 증발시키는 건조공정으로 구성된다.

실제적으로 씰패턴에 있어서, 두께와 높이의 균일도가 매우 중요한 공정 관리의 항목이 된다. 이는 상기 씰패턴이 불균일하게 형성되면, 씰패턴의 경화 후에 셀 갭이 일정하지 않게 되기 때문이다.

이러한 씰패턴에 사용되는 씰 재료는 일반적으로 열경화성 또는 UV(자외선) 경화성 에폭시(epoxy) 수지 등을 이용한다. 그러나, 에폭시 수지 자체는 액정에 대해 무해하나, 열경화제에 포함된 아민(amine)이 액정재료를 분해할 수 있다. 따라서, 열경화성 에폭시 수지 씰패턴을 형성할 경우에는 실런트를 스크린 인쇄 후 굽는 온도를 단계적으로 변화시키면서 충분히 프리베이킹(prebaking)하여 씰재료로 사용한다.

상술한 스크린 인쇄법에 의한 씰 패턴 방법은 공정의 편의성이 매우 우수하기 때문에 현재 가장 일반적인 방법이 되고있다.

상술한 스크린 인쇄법과 더불어 씰 디스펜스(seal dispense) 인쇄법이 있다.

도 5b는 씰 디스펜스 인쇄 장치를 도시한 사시도로서, 그 구성은 디스펜서(dispenser)와 테이블과 기판으로 구성되어 있다.

상기 디스펜스 인쇄법은 주사기와 같은 원리를 이용한다. 즉, 상기 씰 디스펜스 인쇄장치는 디스펜서(146)에 실런트를 채우고 소정의 압력으로 원하는 폭 및 두께로 씰 패턴(118)을 형성한다. 즉, 테이블(150) 또는 디스펜서를 이동하여 기판상(100)에 씰 패턴(118)을 형성하게 되는 것이다.

도 6은 상부기판과 하부기판을 합착시킬 때 일정한 셀 갭(cell gap)을 확보하기 위하여 스페이서(spacer)(152)를 균일하게 뿌려주는 공정을 도시하였다.

스페이서를 산포하는 과정을 더욱 상세히 설명하면, 먼저 스페이서를 적정농도로 용액속에 혼합한 다음, 펌프를 통해 분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판(100)에 분사시킨다. 이때 용액은 열건조를 통해 휘발시키며, 화면의 크기 등에 따라 100~200개/cm²의 밀도가 되도록 조절한다. 스페이서는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기이다.

다음으로는 상부기판과 하부기판을 합착하고 절단한 다음, 모세관 현상과 압력차를 이용하여 상판과 하판 사이에 액정을 주입한다. 더욱 자세히 설명하면, 물질은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 되는 모세관 현상과 압력차를 이용하기 위하여 셀 내부를 1/1000 Torr 정도의 진공상태로 유지하면, 액정이 셀 내부로 빨려 들어가 셀 내부에 충진되는데, 이것이 액정주입이다.

이렇게 액정을 주입한 다음 입구를 막기 위하여 봉지제를 입구에 바르게 되는데, 그 재료로는 일반적으로 광경화수지 혹은 광 및 열경화수지를 사용한다.

이렇게 함으로써, 본 발명에 의한 액정표시장치를 제조하게 된다.

액정표시장치의 액정공정에 있어서, 러빙공정을 실시할 때, 배향막이 인쇄된 화소영역을 투과부로 하는 마스크를 위치시켜 러빙공정시 발생하는 정전기를 줄인다. 이로 인하여, 특히 폴리실리콘을 박막트랜지스터의 어레이로 사용하는 액정표시장치에 있어서, 유리기판상에 존재하는 주변회로부가 정전기로 인하여 단락되거나 불량을 일으키는 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (7)

1. 상부기판과 하부기판상의 액티브영역에 배향막을 도포하는 단계와;

   상기 액티브영역을 개구부로 하는 마스크를 상기 상부기판과 상기 하부기판상에 위치시키는 단계와;

   상기 마스크의 개구부를 러빙하는 단계와;

   상기 하부기판상에 주입구가 있는 씰패턴을 형성하는 단계와;

   상기 씰 패턴한 하부기판상에 스페이서를 산포하는 단계와;

   상기 상부기판과 하부기판을 합착 하는 단계와;

   상기 합착한 상부기판과 하부기판을 절단하는 단계와;

   상기 상부기판과 하부기판 사이에 상기 주입구를 통하여 액정을 주입하는 단계

   를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배향막은 폴리이미드 또는 폴리아믹산인 액정표시장치의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스크는 재질이 금속인 액정표시장치의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 마스크는 재질이 서스(SUS)인 액정표시장치의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부기판은 컬러필터층이 형성된 액정표시장치의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부기판은 박막트랜지스터 어레이가 형성된 액정표시장치의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 박막트랜지스터는 액티브층을 폴리실리콘으로 하는 액정표시장치의 제조방법.