KR20050005637A - 액정표시패널 제조 방법 - Google Patents

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KR20050005637A
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이경은
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삼성전자주식회사
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    • G02F1/133509—Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133514—Colour filters

Abstract

표시 품질을 향상시키기 위한 액정표시패널 제조 방법을 개시한다. 액정표시패널 제조 방법은 먼저, 컬러필터 기판 상에 셀 갭을 균일하게 유지하기 위한 컬럼 스페이서를 형성한다. 이때, 컬럼 스페이서는 스트라이프 형상을 갖는다. 컬러필터 기판과 박막 트랜지스터 기판을 서로 대향하여 결합한 후, 기판 연마 장치를 이용하여 컬러필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 표면을 마모하여 두께를 감소시킨다. 이에 따라, 액정표시패널은 컬럼 스페이서와 컬러필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판과의 마찰력으로 인해 연마 공정 후에도 균일한 셀 갭을 유지할 수 있으므로, 표시 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

액정표시패널 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL}
본 발명은 액정표시패널 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표시 품질을 향상시키기 위한 액정표시패널 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 액정에 의한 빛의 변조를 이용하여 영상을 표시하는 평판 표시장치이다. 액정표시장치는 광을 이용하여 화상을 표시하는 액정표시패널 및 광을 액정표시패널로 제공하는 백라이트 어셈블리를 포함한다.
액정표시패널은 복수의 단위 화소가 매트릭스 형태로 형성된 박막 트랜지스터 기판 및 박막 트랜지스터 기판과 서로 대향하여 결합하는 컬러필터 기판을 구비한다. 이때, 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 사이에는 셀 갭을 균일하게 유지하기 위한 비드 형태의 볼 스페이서가 개재된다.
최근 들어, 사용자의 요구에 따라 액정표시장치가 경량화되는 추세이다. 이에 따라, 액정표시패널의 화상이 표시되는 영역을 최대한 확보하면서 무게를 줄이기 위한 방안이 대두되고 있다.
연마 공정은 액정표시장치를 경량화하는 방법으로서, 액정표시패널의 표면 즉, 박막 트랜지스터 기판의 제1 절연 기판과 컬러필터 기판의 제2 절연 기판의 표면을 연마하여 액정표시패널의 두께를 줄인다. 연마 공정은 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판을 결합하는 어셈블리 공정 후에 수행된다.
연마 공정은 복수의 다이아몬드 칩이 형성된 다이아몬드 휠을 제1 절연 기판및 제2 절연 기판 상에서 고속 회전시켜 제1 절연 기판 및 제2 절연 기판을 마모한다. 이때, 다이아몬드 휠은 제1 및 제2 절연 기판의 상부면을 가압하면서 중심축을 기준으로 회전 운동을 하므로, 원심력이 발생한다.
액정표시패널을 구성하는 구성 요소들 중에서 볼 스페이서는 다른 구성 요소들에 비해 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판과의 결합력이 약하다. 따라서, 연마 공정에서 발생되는 원심력의 영향을 가장 많이 받는다. 원심력은 원의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 작용하므로, 볼 스페이서는 액정표시패널의 에지 영역으로 이동하게 된다. 이에 따라, 액정표시패널의 셀 갭은 중앙부의 셀 갭보다 에지 영역의 셀 갭이 높게 나타므로, 표시 품질이 저하된다.
본 발명의 목적은 표시 품질을 향상시키기 위한 액정표시패널 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널을 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 컬럼 스페이서를 나타낸 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 컬럼 스페이서를 형성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 연마 장치를 나타낸 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 연마 공정 후에 액정표시패널의 셀 갭을 시뮬레이션한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 박막 트랜지스터 기판 110, 210 : 절연 기판
120 : 어레이 층 200 : 컬러필터 기판
220 : 컬러필터 층 230 : 공통 전극
300 : 액정층 400 : 컬럼 스페이서
500 : 실런트 900 : 기판 연마 장치
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 액정표시패널 제조 방법은, 먼저 제1 기판 상에 셀 갭을 유지하기 위한 셀 갭 유지부재를 스트라이프 형상으로 형성한다. 제1 기판 및 제2 기판을 서로 대향하여 결합한 후, 제1 및 제2 기판의 표면을 마모한다.
이러한 액정표시패널 제조 방법에 의하면, 액정표시패널은 스트라이프 형상의 셀 갭 부재를 이용하여 연마 공정 후에도 균일한 셀 갭을 유지할 수 있으므로, 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널을 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 제1 절연 기판 상에 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT)를 포함하는 어레이 층을 형성하여 TFT 기판을 완성한다(단계 S100).
제2 절연 기판 상에 RGB 색화소를 포함하는 컬러필터 층을 형성하여 컬러필터 기판을 완성한 후(단계 S200), 상기 TFT 기판 및 상기 컬러필터 기판간의 셀 갭을 균일하게 유지하기 위한 스트라이프 형상의 컬럼 스페이서를 상기 컬러필터 층의 상부에 형성한다(단계 S300). 이때, 상기 컬럼 스페이서는 상기 TFT 기판의 어레이 층의 상부에 형성될 수도 있으나, 상기 컬럼 스페이서를 형성하는 과정에서 상기 TFT가 훼손될 우려가 있으므로 컬러필터 기판에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 TFT 기판 및 컬러필터 기판을 어레이 층과 컬러필터 층이 서로 마주보도록 결합한 후 (단계 S400), 액정을 상기 TFT 기판 및 상기 컬러필터 기판의 사이에 진공 주입하여 액정층을 형성한다. 이때, 액정을 적하하여 형성할 경우에는 상기 TFT 기판 및 상기 컬러필터 기판 중에서 어느 하나의 기판에 액정을 적하한 후 상기 TFT 기판 및 컬러필터 기판을 결합한다.
상기 TFT 기판 및 상기 컬러필터 기판을 연마 공정 테이블에 안착한 후 상기 제1 및 제2 절연 기판의 표면을 마모하여 액정표시패널을 완성한다(단계 S500).
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시패널은 스트라이프 형상으로 형성되는 컬럼 스페이서를 이용하여 셀 갭을 유지한다. 이에 따라, 상기 액정표시패널은 상기 액정표시패널의 두께를 줄이는 연마 공정을 거치더라도 균일한 셀 갭을 유지할 수 있으므로, 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 액정표시패널(600)은 상기 TFT가 형성된 TFT 기판(100), 상기 TFT 기판(100)과 서로 대향하여 결합하는 컬러필터 기판(200), 상기 TFT 기판(100)과 상기 컬러필터 기판(200)과의 사이에 개재된 액정층(300), 상기 TFT 기판(100)과 상기 컬러필터 기판(200) 간의 샐 갭을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(400) 및 상기 TFT 기판(100)과 상기 컬러필터 기판(200)을 결합하기 위한 실런트(500)를 포함한다.
상기 TFT 기판(100)은 광을 투과하기 위해 투명 재질로 형성된 제1 절연기판(110) 및 상기 제1 절연 기판(110) 상에 상기 TFT가 매트릭스 형태로 형성된 어레이 층(120)을 포함한다.
상기 어레이 층(120)은 데이터 신호를 인가하기 위한 게이트 라인(미도시), 게이트 신호를 인가하기 위한 게이트 라인, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; 이하, ITO) 또는 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide; 이하, IZO)과 같은 도전성 산화막으로 이루어진 화소 전극(미도시) 및 상기 데이터 라인 및 게이트 라인과 연결되어 상기 화소 전극에 신호 전압을 인가하고 차단하는 상기 TFT를 포함한다.
상기 TFT 기판(100)의 소스측에는 데이터측 구동신호를 상기 데이터 라인에 인가하기 위한 소스측 TCP(미도시)가 부착되고, 게이트측에는 게이트측 구동신호를상기 게이트 라인에 인가하기 위한 게이트측 TCP(미도시)가 부착된다.
한편, 상기 컬러필터 기판(200)은 광을 투과하기 위한 투명재질로 이루어진 제2 절연 기판(210), 상기 제2 절연 기판(210) 상에 형성되고 상기 광을 이용하여 소정의 색을 발현하는 컬러필터 층(220) 및 상기 액정층(300)에 공통 전압을 인가하기 위한 공통 전극(230)을 포함한다.
구체적으로, 상기 컬러필터 층(220)은 외부로부터 제공되는 상기 광을 이용하여 소정의 색을 발현하는 복수의 색화소(221) 및 상기 복수의 색화소(221)로부터 누설된 광을 차단하여 대비비(Contrast Ratio : C/R)를 향상시키기 위한 블랙 매트릭스(Black Matrix)(222)를 포함한다.
상기 복수의 색화소(221)는 RGB(21a, 21b, 21c) 색화소들을 포함하고, 하나의 화소 영역에는 상기 RGB 색화소들(121a, 121b, 121c) 중에서 하나의 색화소가 위치한다.
상기 복수의 색화소(221)는 적색, 녹색 및 푸른색의 안료 또는 염료를 갖는 포토레지스트(Photoresist)를 이용하여 생성된다. 상기 복수의 색화소(221)는 상기 블랙 매트릭스(222)가 형성된 상기 제2 절연기판(210) 상에 상기 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상과정을 이용하여 상기 복수의 색화소(221)를 패터닝한다. 이때, 상기 복수의 색화소(221)는 약 1.0㎛ ~ 2.0㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 블랙 매트릭스(222)는 상기 RGB 색화소(21a, 21b, 21c)를 각각 둘러싸고 상기 RGB 색화소(21a, 21b, 21c)로부터 누설된 광을 차단한다.
상기 컬러필터 층(220)의 상부에는 상기 공통 전극(230)이 형성된다. 상기 공통 전극(230)은 상기 액정층(300)에 공통 전압을 인가한다. 상기 공통 전극(230)의 재질은 상기 ITO와 같은 도전성 산화막으로 형성된다.
상기 TFT 기판(100) 및 상기 컬러필터 기판(200)의 사이에 개재된 상기 액정층(300)은 액정 분자의 배열 방향이 상기 TFT 기판(100) 및 상기 컬러필터 기판(200)에 대하여 연속적으로 90°트위스트된 네마틱 (twisted nematic) 액정으로 형성된다.
상기 컬럼 스페이서(400)는 상기 TFT 기판(100) 및 상기 컬러필터 기판(200)과의 사이에 개재되어 셀 갭을 균일하게 유지한다. 이때, 상기 컬럼 스페이서(400)는 상기 블랙 매트릭스(222)와 동일한 위치에 형성된다.
한편, 상기 실런트(500)는 상기 TFT 기판(100)의 에지 영역에서 상기 TFT 기판(100) 및 상기 컬러필터 기판(200)의 사이에 개재된다. 상기 실런트(500)는 상기 액정층(300)을 형성하기 위한 공간을 확보하기 위해 소정의 높이를 가지며, 상기 액정층(300)을 상기 TFT 기판(100)과 상기 컬러필터 기판(200) 사이에 봉입한다.
도 3은 도 2에 도시된 컬럼 스페이서를 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 컬럼 스페이서(400)는 상기 컬러필터 기판(200)의 공통 전극(230) 상부에 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 컬럼 스페이서(400)를 상기 컬러필터 기판(200)에 형성하였으나, 상기 컬럼 스페이서(400)를 상기 TFT 기판(100)에 형성할 수도 있다.
상기 컬럼 스페이서(400)는 상기 블랙 매트릭스(222)와 대응하여 위치하고,상기 게이트 라인이 연장되는 방향과 동일한 방향으로 연장되어 스트라이프 형상으로 형성된다. 즉, 하나의 컬럼 스페이서는 복수의 단위 화소에 걸쳐 위치하므로, 하나의 컬럼 스페이서는 해당하는 복수의 단위 화소의 셀 갭을 균일하게 유지할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 컬럼 스페이서를 형성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 컬럼 스페이서(400)의 패턴을 형성하기 위해 상기 공통 전극(230)의 상부에 감광성 유기막(700)을 소정 두께로 증착한다.
상기 감광성 유기막(700)의 상부에는 상기 컬럼 스페이서(400)의 패턴을 형성하기 위한 마스크(750)가 배치된다. 상기 마스크(750)는 광을 투과하기 위해 개구된 투과 영역 및 상기 광이 투과하지 못하도록 차단하는 차단 영역으로 이루어진다. 이때, 상기 차단 영역은 상기 블랙 매트릭스(222)와 대응하고, 상기 게이트 라인이 연장된 방향으로 형성된다.
상기 마스크(750)를 배치한 후, 풀(full) 노광하여 상기 투과 영역에 대응하는 부분의 감광성 유기막(700)을 제거한다. 상기 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 감광성 유기막(700)이 상기 노광 공정에 의해 부분적으로 제거되어 상기 컬럼 스페이서(400)가 형성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 연마 장치를 나타낸 개념도이다.
도 5를 참조하면, 상기 기판 연마 장치(900)는 연마 공정 테이블(800)의 상부에 배치되어 상기 연마 공정 테이블(800) 상에 배치된 상기 액정표시패널(600)의표면을 식각한다.
상기 기판 연마 장치(900)는 바디부(910) 및 상기 바디부(910)와 연결되고 상기 제1 및 제2 절연기판(110, 210)의 상부면을 소정 두께로 식각하기 위한 휠부(920)를 포함한다.
보다 상세히는, 상기 바디부(910)는 상기 전원이 제공됨에 따라 사용자의 조작에 의해 제어 신호를 생성하여 상기 휠부(920)로 제공한다.
상기 휠부(920)는 상기 제어 신호에 대응하여 회전축을 중심으로 자전한다. 상기 휠부(920)의 일단부에는 상기 제1 및 제2 절연기판(110, 210)의 상부면을 식각하기 위한 복수의 다이아몬드 칩(921)이 형성된다. 상기 복수의 다이아몬드 칩(921)은 회전 방향에 따라 상기 제1 및 제2 절연기판(110, 210)의 상부면을 소정의 두께로 식각한다.
도 6a 및 도 6b는 연마 공정 후에 액정표시패널의 셀 갭을 시뮬레이션한 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 도 6a는 볼 스페이서를 사용한 제1 액정표시패널의 셀 갭 분포를 나타내고, 도 6b는 컬럼 스페이서를 사용한 제2 액정표시패널의 샐 갭 분포를 나타낸다.
상기 제1 액정표시패널은 상기 기판 연마 장치(900)의 회전 운동으로 인해 상기 볼 스페이서가 상기 제1 액정표시패널의 에지 영역으로 이동한다. 이에 따라, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 액정표시패널의 샐 갭은 액정표시패널의 중앙부로부터 에지 영역으로 갈수록 샐 갭이 증가한다.
상기 컬럼 스페이서는 상기 TFT 기판 및 컬러필터 기판과 접하는 면적이 상기 볼 스페이서 보다 넓으므로, 상기 컬럼 스페이서와 상기 TFT 기판 및 컬러필터 기판과의 접촉면에서 발생하는 마찰력이 볼 스페이서 보다 크다. 이에 따라, 상기 컬럼 스페이서는 상기 기판 마모 장치(900)에 의해 원심력이 발생하더라도 상기 마찰력으로 인해 상기 컬럼 스페이서의 위치 변화가 발생하지 않는다.
도 6b는 연마 공정 후, 상기 제2 액정표시패널을 균일한 30개의 영역으로 구분하여 각각의 영역별로 샐 갭을 측정하여 상기 제2 액정표시패널의 샐 갭 분포를 나타낸 그래프이다. 상기 각각의 영역에 대한 샐 갭을 살펴보면 하기하는 표 1과 같다.
영역 셀 갭 영역 샐 갭 영역 셀 갭 영역 셀 갭 영역 셀 갭
제1 영역 4.604 제7 영역 4.594 제13영역 4.548 제19영역 4.586 제25영역 4.586
제2 영역 4.59 제8 영역 4.564 제14영역 4.6 제20영역 4.579 제26영역 4.559
제3 영역 4.568 제9 영역 4.594 제15영역 4.586 제21영역 4.571 제27영역 4.543
제4 영역 4.594 제10영역 4.585 제16영역 4.579 제22영역 4.606 제28영역 4.58
제5 영역 4.609 제11영역 4.608 제17영역 4.606 제23영역 4.613 제29영역 4.604
제6 영역 4.561 제12영역 4.626 제18영역 4.608 제24영역 4.622 제30영역 4.595
표 1을 참조하면, 상기 제2 액정표시패널의 샐 갭은 약 4.6㎛ 정도로 거의 균일한 샐 갭 분포를 갖는다. 즉, 상기 제2 액정표시패널은 컬럼 스페이서와 TFT 기판 및 컬러필터 기판과의 마찰력으로 인해 연마 공정 후에도 균일한 셀 갭을 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 액정표시패널은 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판과 접하는 면이 볼 스페이서 보다 넓은 컬럼 스페이서를 이용하여 균일한 셀 갭을 유지한다. 이에 따라, 액정표시패널은 연마 공정 후에도 균일한 셀 갭을 유지할 수 있으므로, 두께를 줄일 수 있고, 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

  1. 제1 기판 상에 셀 갭을 유지하기 위한 셀 갭 유지부재를 스트라이프 형상으로 형성하는 단계;
    상기 제1 기판 및 제2 기판을 서로 대향하여 결합하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 기판의 표면을 마모하는 단계를 포함하는 액정표시패널 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀 갭 유지부재를 형성하는 단계는,
    상기 제1 기판에 감광성 유기막을 형성하는 단계; 및
    노광 공정을 통해 상기 감광성 유기막을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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