KR20050011122A

KR20050011122A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20050011122A
Application number: KR1020030050094A
Authority: KR
Inventors: 함연식; 이정호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-01-29

Abstract

액정 적하 공정에서 발생하는 중력 갭 불량을 개선할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 장치는 복수 개의 화소 영역으로 이루어진 표시 영역을 포함하는 제1 기판, 제1 기판과 대향하며 제1 기판과의 셀 갭을 유지하기 위한 복수 개의 스페이서를 갖는 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성된 액정층, 제2 기판 상에 형성되고 표시 영역의 외부를 차광하는 외각 차폐막과 복수 개의 화소 영역을 오픈하는 내각 차폐막을 포함하는 광차단 패턴, 및 액정의 유동 흐름을 감소시키기 위하여 제2 기판의 내각 차폐막 상에 형성된 복수 개의 벽을 구비한다. 내각 차폐막 상에 형성된 벽에 의해 액정의 유동 흐름을 감소시킴으로써 중력 갭 마진을 확보할 수 있다.

Description

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

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액정 적하 공정에서 발생하는 중력 갭(gap) 불량 문제를 개선할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시장치 중의 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 유리 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 있으며, 두 전극에 각각 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시켜 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.

두 기판 중에 한 기판에는 박막 트랜지스터와 같은 스위칭 소자와 화소 전극 등이 형성되며, 나머지 한 기판에는 컬러 필터와 공통 전극 등이 형성되는 것이 일반적이다.

도 1은 통상적인 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 하부 기판인 제1 기판(10)에 복수 개의 게이트 배선과 복수 개의 데이터 배선이 형성되고 이들의 교차로 이루어지는 복수 개의 화소 영역에 화소 전극 및 상기 화소 전극을 스위칭하는 박막 트랜지스터가 형성된다. 제1 기판(10) 상에 형성되는 여러 가지 구성 요소들을 참조 부호 12로 표시하였으며, 각 패턴 간의 위치는 생략하였다.

상부 기판인 제2 기판(20)에는 상기 화소 전극에 대응하는 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러 필터(24)가 형성되고, 상기 컬러 필터(24)를 제외한 영역에는 차광 기능을 하는 블랙 매트릭스(black matrix)(22)가 형성된다. 상기 컬러 필터(24)와 블랙 매트릭스(22) 상에는 투명 공통 전극(26)이 형성된다.

상기 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 사이에는 액정층(14)이 수납되도록 하기 위한 셀 갭(cell gap)이 존재하며, 상기 셀 갭을 유지하기 위하여 제2 기판(20) 상에 기둥(column) 형태의 스페이서(28)들이 형성된다. 셀 갭은 수 ㎛에 불과하며, 셀 갭의 크고 작음은 액정의 고유한 특성에 따라 다르다. 예를 들어, 비틀린 네마틱(twisted-nematic: TN) 모드 액정의 경우는 약 4.6㎛의 셀 갭을 갖는다.

수 ㎛에 불과한 셀 갭에 액정을 공급하는 종래 방법은 먼저, 셀 갭이 형성된 액정 표시 패널을 액정이 수납된 통(barrel)에 일부가 담기도록 한다. 이어서, 셀 갭 내부에 진공압을 형성하여, 액정이 압력이 낮아진 셀 갭 내부로 빨려 올라가도록 한다.

이처럼 진공압을 이용한 액정 주입 방법은 수 ㎛에 불과한 셀 갭의 내부에 빈 공간 없이 액정을 모두 채워 넣을 수 있는 장점을 갖는다. 그러나, 진공압을 이용한 액정 주입 방법은 셀 갭 내부에 원하는 액정량보다 더 많은 액정이 공급되는 단점을 갖는다.

따라서, 진공압을 이용한 액정 주입 방법은 셀 갭 내부로 액정을 주입하는 공정 이외에 셀 갭 내부에 과도하게 주입된 액정을 역으로 배출시키는 프레스 공정, 액정이 주입된 후 액정 주입구를 별도의 봉인재(sealant)로 밀봉하는 액정 밀봉 공정, 액정 표시 패널의 외부면에 묻은 액정을 세정하기 위한 세정 공정 등을 부수적으로 필요로 한다.

이러한 액정 주입 방법의 문제점을 해결하기 위하여 적하 방식(drop filling)으로 액정층을 형성하는 방법이 개발되었다.

액정 적하 공정은 상부 기판, 예컨대 컬러 필터 기판에 스페이서를 형성한 상태에서 대기압에서 액정을 적하하고 상·하 기판을 서로 접합시키는 과정을 거침으로써 완료된다. 이때, 셀 갭 형성을 위해 스페이서의 높이 및 밀도에 비례하여 액정 적하량을 조정하여야 한다.

액정 적하 방법은 진공압 방식의 액정 주입 방법에 비해 공정이 간단하다는 장점을 갖는 반면, 다음과 같은 이유들에 의해 중력 갭 불량이 발생하게 된다.

첫째, 스페이서의 밀도 및 균일도(uniformity)에 따라 액정 적하량의 마진 확보가 어렵다.

둘째, 외부 온도 및 압력에 따라 스페이서의 모듈러스 변이가 심해진다.

셋째, 액정 표시 패널의 크기가 커짐에 따라 액정 분자들이 수직으로 배향된 PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드의 경우 액정 적하량에 의한 중력보다 액정을 90°로 붙잡아주는 고정력(anchoring force)의 크기가 작아진다.

따라서, 본 발명의 일 목적은 액정 적하 공정에서 발생하는 중력 갭 불량을 개선할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 액정 적하 공정에서 발생하는 중력 갭 불량을 개선할 수 있는 액정 표시 장치의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 통상적인 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 액정 표시 장치의 일부분을 컬러 필터 기판측으로부터 바라본 배치도이다.

도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 4는 도 2의 B-B'선에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 제1 기판 110 : 구성 요소

120 : 단자부 150 : 액정층

200 : 제2 기판 210, 215 : 광차단 패턴

220 : 표시 영역 230 : 컬러 필터

235 : 투명 공통 전극 240 : 벽

245 : 스페이서

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 액정 표시 장치는, 복수 개의 화소 영역으로 이루어진 표시 영역을 포함하는 제1 기판; 상기 제1 기판과 대향하며상기 제1 기판과의 셀 갭을 유지하기 위한 복수 개의 스페이서를 갖는 제2 기판; 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성된 액정층; 상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 표시 영역의 외부를 차광하는 외각 차폐막과 상기 복수 개의 화소 영역을 오픈하는 내각 차폐막을 포함하는 광차단 패턴; 및 상기 액정의 유동 흐름을 감소시키기 위하여 상기 제2 기판의 내각 차폐막 상에 형성된 복수 개의 벽(wall)을 구비한다.

바람직하게는, 상기 벽은 유기 절연물질로 이루어지며 상기 스페이서와 동일한 층으로 형성된다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 액정 표시 장치의 제조방법은, 제1 기판 상에 복수 개의 화소 영역으로 이루어진 표시 영역을 형성하는 단계; 제2 기판 상에 상기 표시 영역의 외부를 차광하는 외각 차폐막과 상기 복수 개의 화소 영역을 오픈하는 내각 차폐막을 포함하는 광차단 패턴을 형성하는 단계; 상기 광차단 패턴을 포함하는 제2 기판 상에 상기 제1 기판과의 셀 갭을 유지하기 위한 복수 개의 스페이서들을 형성함과 동시에, 상기 내각 차폐막 상에 액정의 유동 흐름을 감소시키기 위한 복수 개의 벽들을 형성하는 단계; 상기 제2 기판 상에 액정을 적하하는 단계; 및 상기 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 단계를 구비한다.

본 발명에 의하면, 복수 개의 화소 영역을 오픈하는 제2 기판의 내각 차폐막 상에 복수 개의 벽을 형성함으로써 액정의 점도(viscosity) 및 마찰력을 증가시켜 중력에 의한 액정의 유동 흐름을 감소시킨다. 따라서, 배향 표면의 고정력을 증가시켜 중력 갭 마진을 확보할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 액정 표시 장치의 일부분을 컬러 필터 기판측으로부터 바라본 배치도이다. 도 3 및 도 4는 각각, 도 2의 A-A'선 및 B-B'선에 따른 액정 표시 장치의 단면도들이다.

도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 액정 표시 장치는 제1 기판(100), 상기 제1 기판(100)과 대향하는 제2 기판(200) 및 상기 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 형성된 액정층(150)으로 구성된다.

상기 제1 기판(100)에는 매트릭스 상으로 배치되는 복수 개의 화소 영역(225)이 형성되며, 상기 복수 개의 화소 영역(225)은 영상을 표시하는 표시 영역(220)을 이룬다.

도시하지는 않았으나, 각각의 화소 영역(225)에는 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트 배선에 연결되어 있고, 소오스 전극은 데이터 배선에 연결되어 있으며 드레인 전극은 화소 전극에 연결되어 있다. 즉, 복수 개의 게이트 배선과 복수 개의 데이터 배선의 교차로 이루어지는 복수 개의 화소 영역(225)에 화소 전극 및 상기 화소 전극을 스위칭하는 박막 트랜지스터가 형성된다. 상기 복수 개의 게이트 배선 및 데이터 배선은 제1 기판(100)의 외주면 위에 형성된 단자부(120)를 통하여 구동 회로부(도시하지 않음)와 연결되어 있다.

여기서, 제1 기판(100) 상에 형성되는 여러 가지 구성 요소들을 참조 부호110으로 표시하였으며, 각 패턴 간의 위치는 생략하였다.

상기 제2 기판(200)에는 상기 화소 전극에 대응하는 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러 필터(230) 및 투명 공통 전극(235)이 형성되어 있다. 상기 컬러 필터(230)를 제외한 영역에는 차광 기능을 하는 블랙 매트릭스, 즉 광차단 패턴(210, 215)이 형성되어 있다.

상기 광차단 패턴은 상기 표시 영역(220) 외부의 불필요한 광을 차광하기 위한 외각 차폐막(210)과, 상기 복수 개의 화소 영역(225)을 구획하여 화소 영역(225)의 경계부에서 빛이 새는 것을 방지하기 위한 내각 차폐막(215)을 포함한다.

상기 제2 기판(200)은 제1 기판(100)보다 단자부(120) 영역만큼 작게 형성되고, 소정의 셀 갭으로 액정(150)을 봉인하여 제1 기판(100)에 대향하여 설치된다. 이때, 셀 갭은 유기 절연물질로 이루어진 기둥 형상의 스페이서(245)들에 의해 일정하고 균일하게 유지된다. 상기 스페이서(245)는 상·하판 사이의 갭을 정밀하고 균일하게 유지하는 역할을 하며, 하판, 즉 제1 기판(100)에 대해 균일한 밀도로 산포된다.

본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 복수 개의 화소 영역(225)을 구획하는 제2 기판(200)의 내각 차폐막(215) 상에 상기 스페이서(245)와 동일한 층, 즉 유기 절연물질로 이루어진 복수 개의 벽(240)이 형성되어 있다.

도 3 및 도 4에서, H, L 및 W는 각각 벽(240)의 높이, 가로 길이 및 세로 길이를 나타낸다. 액정 배향 표면의 고정력은 상기 벽(240)의 높이(H)에 비례한다.따라서, 벽(240)의 높이가 커질수록 액정의 유동성이 작아지기 때문에 중력 갭 불량을 방지할 수 있다. 또한, 스페이서(245)의 균일도, 외부 환경의 온도 및 압력에 따른 중력 갭 불량을 상기 내각 차폐막(215) 상의 벽(240) 구조들에 의해 개선할 수 있다. 즉, 이러한 벽 구조는 액정의 점도 및 마찰력을 증가시켜 중력에 의한 액정의 유동 흐름을 작게 만들 수 있다.

이때, 상기 벽(240)의 높이(H), 가로 길이(L) 및 세로 길이(W)는 액정 표시 패널의 크기에 비례하여 결정하며, 상기 벽(240)은 직사각형, 반원형 또는 다각형의 형상 중의 어떠한 형상으로 형성하여도 무방하다.

상술한 구조를 갖는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 영상을 표시하기 위한 표시 영역(220)과 상기 표시 영역(220)의 주변에 형성되어 상기 표시 영역(220)에 구동 신호를 제공하기 위한 구동 회로부를 포함하는 제1 기판(100)을 제조한다. 즉, 유리 또는 세라믹과 같은 절연 물질로 이루어진 제1 절연 기판 상에 수회의 사진 공정을 통해 복수 개의 박막 패턴을 형성함으로써, 게이트 배선, 데이터 배선, 박막 트랜지스터 및 화소 전극과 같은 구성 요소(110)들로 이루어진 복수 개의 화소 영역(225)을 형성한다. 이어서, 상기 화소 전극 상에 유기 재질의 폴리이미드 계열의 고분자 박막을 도포하고 러빙(rubbing) 처리를 실시하여 액정 분자들을 선택된 각으로 프리틸팅시키는 제1 배향막(도시하지 않음)을 형성함으로써 제1 기판(100)을 완성한다.

상기 제1 절연 기판과 동일한 물질로 구성된 제2 절연 기판(도시하지 않음)상에 광차단 패턴(210, 215), 컬러 필터(230), 공통 전극(235) 및 제2 배향막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성하여 제2 기판(200)을 완성한다.

상기 광차단 패턴은 상기 표시 영역(220) 외부의 불필요한 광을 차광하기 위한 외각 차폐막(210)과, 상기 복수 개의 화소 영역(225)을 구획하여 화소 영역(225)의 경계부에서 빛이 새는 것을 방지하기 위한 내각 차폐막(215)을 포함한다. 상기 광차단 패턴(210, 215)은 작은 막 두께로 충분히 또한 균일한 차광성을 얻을 수 있는 금속이나 유기 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 광차단 패턴(210, 215)으로 이용되는 금속은 특히 한정되지 않고, 성막 및 사진식각을 포함하는 전 공정의 효율을 배려하여 선택할 수 있다. 이와 같은 금속으로서는, 예를 들면, 크롬, 니켈, 알루미늄 등의 전자 디바이스 가공 프로세스에 이용되고 있는 것을 바람직하게 이용할 수 있다. 일반적으로 광차단 패턴 중 내각 차폐막(215)은 매트릭스 형상으로 배열되지만, 벌집 형상이나 스트라이프 형상 등과 같은 여러 가지 다양항 형상으로 형성할 수 있음은 명백하다.

상기 컬러 필터(230)는 모터 구동방식의 젯팅 디스펜싱(Jetting Dispensing) 방법으로 형성하거나, 기타 공지된 여러 가지 기술 중의 어느 하나로 형성한다.

이와 같이 완성된 제2 기판(200) 상에 감광성 유기 절연막을 도포한 후, 슬릿 마스크를 이용하여 상기 유기 절연막 중 스페이서가 형성되어질 영역과 벽이 형성되어질 영역을 노광한다. 그런 다음, 테트라메틸-수산화암모늄(TMAH) 현상액을 이용하여 현상 공정을 진행한다. 그러면, 유기 절연막으로 이루어진 복수 개의 스페이서(245)가 형성됨과 동시에, 상기 유기 절연막으로 이루어진 복수 개의벽(240)이 상기 제2 기판(200)의 내각 차폐막(215) 상에 형성된다. 이어서, 큐어링(curing) 공정을 실시하여 상기 스페이서(245) 및 벽(240)을 경화시킨다.

바람직하게는, 상기 스페이서(245)는 기둥 형상으로 형성하고 상기 벽(240)은 직사각형, 원형 또는 다각형의 형상으로 형성한다.

이와 같이 스페이서(245) 및 벽(240)들이 형성된 제2 기판(200) 상에 액정층을 수용하기 위한 봉인재를 형성하고, 상기 봉인재에 의해 정의된 공간 내에 액정 물질을 적하시킨다. 그러면, 후속의 기판 결합 공정에서 액정 물질이 퍼져 균일한 두께로 액정층(150)이 형성된다.

이어서, 상기 제2 기판(200)을 제1 기판(100) 위로 올려 상기 제1 기판(100)과 제2 기판(200)을 서로 접합시킴으로써 액정 표시 패널을 완성한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복수 개의 화소 영역을 오픈하는 제2 기판의 내각 차폐막 상에 복수 개의 벽을 형성함으로써 액정의 점도(viscosity) 및 마찰력을 증가시켜 중력에 의한 액정의 유동 흐름을 감소시킨다. 따라서, 배향 표면의 고정력을 증가시켜 중력 갭 마진을 확보할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 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

복수 개의 화소 영역으로 이루어진 표시 영역을 포함하는 제1 기판;

상기 제1 기판과 대향하며, 상기 제1 기판과의 셀 갭을 유지하기 위한 복수 개의 스페이서를 갖는 제2 기판;

상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성된 액정층;

상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 표시 영역의 외부를 차광하는 외각 차폐막과 상기 복수 개의 화소 영역을 오픈하는 내각 차폐막을 포함하는 광차단 패턴; 및

상기 액정의 유동 흐름을 감소시키기 위하여 상기 제2 기판의 내각 차폐막 상에 형성된 복수 개의 벽을 구비하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 벽은 유기 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 벽은 상기 스페이서와 동일한 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 벽은 직사각형, 반원형 또는 다각형의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 벽은 상기 복수 개의 화소 영역에 대해 주기적으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1 기판 상에 복수 개의 화소 영역으로 이루어진 표시 영역을 형성하는 단계;

제2 기판 상에 상기 표시 영역의 외부를 차광하는 외각 차폐막과 상기 복수 개의 화소 영역을 오픈하는 내각 차폐막을 포함하는 광차단 패턴을 형성하는 단계;

상기 광차단 패턴을 포함하는 제2 기판 상에 상기 제1 기판과의 셀 갭을 유지하기 위한 복수 개의 스페이서를 형성함과 동시에, 상기 내각 차폐막 상에 액정의 유동 흐름을 감소시키기 위한 복수 개의 벽을 형성하는 단계;

상기 제2 기판 상에 액정을 적하하는 단계; 및

상기 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 단계를 구비하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 스페이서 및 벽은 유기 절연물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 벽은 직사각형, 반원형 또는 다각형의 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 벽은 상기 복수 개의 화소 영역에 대해 주기적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 벽은 슬릿 마스크를 이용한 사진식각 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.