KR20050063878A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파 공정을 이용하여 형성한 씰 패턴을 가지는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 액정 표시 장치에서 열가소성 수지를 이용하여 씰 패턴을 형성하고 기판 합착 후에 초음파 용착기를 이용하여 접합면에서 진동에 의한 마찰열로 접합시킴으로써 씰 경화시 발생하는 아웃 개싱(out gassing)에 의한 배향막 오염을 방지하여 화질을 개선하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 초음파 용착기를 이용한 공정으로 기판 합착과 동시에 수 초 이내에 경화 공정을 진행하므로써 공정 시간을 단축하는 효과가 있으며, 횡전계방식 액정 표시 장치의 경우에는 스페이서와 같은 재질로 씰 패턴을 형성하여 공정을 단축하여 생산 수율을 향상시킨다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{Liquid Crystal Display Device and the fabrication method thereof}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파 공정을 이용하여 형성한 씰 패턴을 가지는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 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 움직임으로써 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 봉지, 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.

상기 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)을 형성하는데(st3), 씰 패턴은 액정 주입을 위한 갭을 형성하고 주입된 액정의 누설을 방지하는 역할을 한다.

상기 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).

상기 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. 통상 디스펜서를 이용하여 주입구에 자외선 경화 수지를 도포한 후, 자외선을 조사하여 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, 합착된 기판의 두께를 줄이기 위해 두 기판을 합착한 후 상부 및 하부 기판의 바깥쪽 노출된 면을 식각하는 공정이 이루어진다.

이러한 액정 주입구 구조를 가지는 액정표시장치용 액정패널은 다음과 같은 문제점을 가진다.

우선, 액정주입구 부에서의 상부 및 하부기판의 접착력이 약화되어 셀 갭 불량이 유발될 가능성이 크다.

또한, 씰(seal) 제 경화 중에 아웃 개싱(out gassing) 성분이 나와 배향막을 오염 시키는 경우에 이는 곧바로 액정 표시 장치의 표시 불량으로 연결되는 문제점이 있다.

그리고, 액상의 에폭시(epoxy) 수지 재료를 씰제로 사용할 경우에 씰제의 유리 전이 온도를 높이는 것이 어렵다.

또한, 열 경화 공정시에 사용하는 장비(hot press 장비)가 복잡하고 공정 시간이 길어 제품 수율이 낮은 문제점이 있다.

또한, 상기 에폭시 수지 자체는 액정에 대해 무해하나, 씰런트의 강도 유지 및 접착성 향상을 위하여 첨가시키는 첨가제, 예를 들어 열경화제에 포함된 아민(amine)이 액정 용매층으로 용출되어 배향막에 손상을 가져오거나 액정 재료를 분해하여 액정의 특성을 바꿔 광투과율을 변화시킴으로써, 액정 표시 화면의 화질을 저하시키는 문제가 발생한다.

본 발명은 액정 표시 장치의 씰링 공정에 있어서 열가소성 수지를 이용하여 접합한 후 초음파를 인가하여 봉지하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 상에 초음파 용착되어 형성되는 씰 패턴과; 상기 제 1, 2 기판 상에 형성되는 배향막과; 상기 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판에 형성되는 스페이서와; 상기 제 1, 2 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 기판은 기판 상에 종횡으로 교차하여 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트배선과 데이터배선을 형성하고, 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 박막 트랜지스터 기판인 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 기판은 적색, 청색, 녹색의 컬러 필터와 각 컬러 필터의 색구분 및 액정이 구동되지 않는 영역 상의 빛을 차단하는 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러 필터 기판인 것을 특징으로 한다.

상기 씰 패턴은 열 가소성 수지로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 씰 패턴은 아크릴 수지인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제 1, 2 기판을 준비하는 단계와; 상기 제 1, 2 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 씰 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 기판에 배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 합착된 기판에 초음파를 인가하여 씰 패턴을 용착시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 씰 패턴을 형성하는 단계에 있어서, 상기 씰 패턴과 동일한 재질의 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 씰 패턴을 용착시키는 단계에 있어서, 상기 기판에 초음파와 함께 압력을 가해주는 것을 특징으로 한다.

상기 씰 패턴은 열 가소성 수지인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 씰 결화 공정을 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판(110)과 컬러 필터 기판(120)이 각각 제작되어 합착된 후에 씰 패턴(145)을 경화시키는데, 이때 초음파 용착기(150)를 이용하여 양 기판(110, 120)에서 압력을 가하면서 초음파를 인가한다.

그러면, 상기 초음파 용착기(150)에서 인가되는 초음파 진동에 의해서 씰 패턴(145) 사이의 접합면에서 진동에 의한 마찰열이 발생하게 된다.

그러면, 상기 씰 패턴(145)은 열 가소성 수지로 이루어지므로 상기 진동에 의한 마찰열로 경화되어 용착된다.

이와 같이, 상기 씰 패턴(145)은 열 가소성 수지로 이루어지는데, 아크릴 수지(acryl resin) 등이 있다.

이때, 상기 초음파 용착기(150)에 의한 용착은 수 초 이내에 이루어지므로 공정 시간이 단축되는 장점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 보여주는 순서도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저, 박막 트랜지스터 기판(110)과 컬러 필터 기판(120)을 준비한다(st11).

도시하지는 않았으나, 상기 박막 트랜지스터 기판(110)은 기판 상에 종횡으로 교차하여 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트배선과 데이터배선을 형성하고, 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하며, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극을 상기 화소영역에 형성한다.

그리고, 상기 컬러 필터 기판(120)은, 특정 파장대의 빛 만을 걸러주는 R,G,B 컬러 필터와 이 R,G,B 컬러 필터의 색구분 및 액정이 구동되지 않는 영역 상의 빛을 차단하는 블랙 매트릭스와, 액정에 전압을 인가하는 다른 한쪽 전극역할을 하는 공통 전극으로 형성한다.

이어서, 상기 박막 트랜지스터 기판(110)과 컬러 필터 기판(120) 상에 씰 패턴(145)을 형성한다(st12).

여기서, 상기 씰 패턴(145)은 열 가소성 수지로 이루어지며, 상기 열 가소성 수지로는 대표적으로 아크릴 수지(acryl resin)가 있다.

한편, 횡전계방식(IPS mode: In Plane Switching mode) 액정 표시 장치의 경우는 공통 전극을 화소 전극과 동일한 박막 트랜지스터 기판 상에 형성하여 횡전계를 유도하게 된다.

따라서, 공통 신호 인가를 위하여 은(Ag) 도트를 형성할 필요가 없고 스페이서 재질과 컬러 필터 기판 상에 형성되는 오버코트층(over coating layer)이 아크릴 수지이므로 상기 씰 패턴(145) 형성시에 스페이서(spacer)(133)도 함께 형성할 수 있다.

이어서, 상기 박막 트랜지스터 기판(110)과 컬러 필터 기판(120) 위에 액정의 초기 배향을 위한 배향막(131)을 형성한다(st13).

상기 배향막(131)을 형성하기 이전에, 컬러 필터 기판(120)과 박막 트랜지스터 기판(110) 상에 존재할 수 있는 이물질을 제거하기 위하여 각 기판을 초기 세정한다.

이때, 상기 배향막(131)은 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리이미드(polyimide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid)등의 물질을 러빙 배향 처리하여 형성할 수도 있고, PVCN(polyvinylcinnamate), PSCN(polysiloxanecinnamate), 또는 CelCN(cellulosecinnamate)계 화합물과 같은 광반응성 물질을 광 배향 처리하여 형성할 수도 있다.

이어서, 상기 박막 트랜지스터 기판(110)과 컬러 필터 기판(120) 중 어느 한 기판 상에 은 도팅(Ag dotting)을 하고, 스페이서(133)를 산포한다(st14).

상기 은 도팅은 외부에서 인가되는 공통 전압을 컬러 필터 기판에 형성되어 있는 공통 전극에 인가하기 위한 것이며, 상기 스페이서는 셀 갭을 일정하게 유지하기 위하여 형성하는 것이다.

상기 두 공정은 각 공정의 중복됨이 없이, 박막 트랜지스터 기판(110) 및 컬러 필터 기판(120)에서 각각 이루어지거나, 또는 하나의 기판에 두 공정을 모두 수행할 수도 있다.

그러나, 일반적으로 공정의 안정성 및 효율을 위해 컬러 필터 기판 상에 은 도팅을 형성하고, 박막 트랜지스터 기판 상에 스페이서를 산포하는 방식이 주로 이용된다.

이때, 상기 스페이서(133)는 기판 사이의 갭을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해 일정한 크기의 스페이서(133)가 사용된다.

따라서, 상기 스페이서(133) 산포시 기판 상에 균일한 밀도로 산포해야 하며, 산포 방식은 크게 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서 만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있다.

이때, 상기 기판위에 스페이서(133)를 형성한 후 후 공정인 합착 공정 전에 상기 기판을 세정하는 세정 공정을 추가로 할 수 있다.

이어서, 상기 박막 트랜지스터 기판(110)과 컬러 필터 기판(120)을 합착한다(st15).

그리고, 초음파 용착기(150)를 이용해서 초음파를 발생시켜 열 가소성 수지로 이루어진 씰 패턴(145)의 접합면 사이에서 진동에 의한 마찰열을 발생시켜 씰 패턴(145)을 경화시킨다(st16).

이와 같이, 상기 박막 트랜지스터 기판(110)과 컬러 필터 기판(120)을 초음파 용착시키면서 압력을 가해줌으로써 상기 씰 패턴(145)을 경화시켜 합착 공정을 마무리하게 된다.

이어서, 상기와 같이 합착, 제작된 액정 셀을 단위 셀로 절단한다(st17).

일반적으로 액정 셀은 대면적의 유리기판에 다수의 셀을 형성한 후, 각각 하나의 셀로 분리하는 공정을 거치게 되는데, 이 공정이 셀 절단 공정이다.

상기 셀 절단 공정은 유리보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 펜으로 유리기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(scribe) 공정과 힘을 가하여 절단하는 브레이크(break) 공정으로 이루어진다.

한편, 액정 셀 내에 액정을 형성하는 단계가 더 추가되는데, 액정을 형성하는 방법으로는, 압력차를 이용한 진공 주입법과 같이 기판 합착 후에 진행하는 방법과 적하 방법과 같이 기판 상에 액정을 형성 한 후에 기판을 합착하는 방법이 있다.

본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명은 액정 표시 장치에서 열가소성 수지를 이용하여 씰 패턴을 형성하고 기판 합착 후에 초음파 용착기를 이용하여 접합면에서 진동에 의한 마찰열로 접합시킴으로써 씰 경화시 발생하는 아웃 개싱(out gassing)에 의한 배향막 오염을 방지하여 화질을 개선하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 초음파 용착기를 이용한 공정으로 기판 합착과 동시에 수 초 이내에 경화 공정을 진행하므로써 공정 시간을 단축하는 효과가 있으며, 횡전계방식 액정 표시 장치의 경우에는 스페이서와 같은 재질로 씰 패턴을 형성하여 공정을 단축하여 생산 수율을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 액정 셀 제조 공정을 도시한 흐름도.

도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 씰 결화 공정을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 보여주는 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

110 : 박막 트랜지스터 기판 120 : 컬러 필터 기판

131 : 배향막 133 : 스페이서(spacer)

145 : 씰 패턴 150 : 초음파 용착기

Claims (11)

1. 제 1, 2 기판과;

   상기 제 1, 2 기판 상에 초음파 용착되어 형성되는 씰 패턴과;

   상기 제 1, 2 기판 상에 형성되는 배향막과;

   상기 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판에 형성되는 스페이서와;

   상기 제 1, 2 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 기판은 기판 상에 종횡으로 교차하여 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트배선과 데이터배선을 형성하고, 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 박막 트랜지스터 기판인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2 기판은 적색, 청색, 녹색의 컬러 필터와 각 컬러 필터의 색구분 및 액정이 구동되지 않는 영역 상의 빛을 차단하는 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러 필터 기판인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 씰 패턴은 열 가소성 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 씰 패턴은 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
6. 제 1, 2 기판을 준비하는 단계와;

   상기 제 1, 2 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 씰 패턴을 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 2 기판에 배향막을 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 2 기판을 합착하는 단계와;

   상기 합착된 기판에 초음파를 인가하여 씰 패턴을 용착시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 씰 패턴을 형성하는 단계에 있어서,

   상기 씰 패턴과 동일한 재질의 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 제 1 기판은 기판 상에 종횡으로 교차하여 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트배선과 데이터배선을 형성하고, 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 제 2 기판은 기판 상에 적색, 청색, 녹색의 컬러 필터와 각 컬러 필터의 색구분 및 액정이 구동되지 않는 영역 상의 빛을 차단하는 블랙 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 씰 패턴을 용착시키는 단계에 있어서,

    상기 기판에 초음파와 함께 압력을 가해주는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
11. 제 6항에 있어서,

    상기 씰 패턴은 열 가소성 수지인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.