KR20050064272A - 액정 표시 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정셀의 셀갭을 균일하게 유지하고 공정을 간소화하기 위한 것으로, 본 발명의 제조방법은, 기판 위에 스페이서 형성용 필름을 밀착시키는 단계와; 상기 스페이서 형성용 필름의 일정영역에 광을 조사하여 상기 기판 위에 폴리머 패턴들을 형성하는 단계와; 상기 폴리머 패턴들을 열 경화하여 반구형의 패턴 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

액정 표시 소자 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display Device ; 이하 LCD)에 관한 것으로, 특히 패턴 스페이서를 갖는 액정 표시 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, LCD 패널은 저전압 구동, 저소비 전력, 풀 칼라 구현, 경박 단소 등의 특징을 갖고 있으므로, 시계, 계산기, PC용 모니터, 노트북 등에서 TV, 항공용 모니터, 개인 휴대 단말기, 휴대 전화 등으로 그 용도가 다양해지고 있다. 이러한 LCD 패널의 일반적인 구조가 도 1에 도시된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 LCD 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 하부기판(1) 및 상부기판(11)과, 상기 하부기판(1)과 상부기판(1) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다. 그리고 상기 하부기판(1)과 상부기판(11) 사이에는 액정셀의 갭(gap)을 균일하게 유지시키기 위해 스페이서(26)가 산포된다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 상부기판(11)에는 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(32)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(30)과, 화상을 구현하기 위한 공통전극(28), 그리고 배향막(34)이 형성되어 있다.
상기 하부기판(1)에는 화소영역을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(도시하지 않음)이 배열되고, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(도시하지 않음)이 배열된다. 그리고, 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되는 각 화소영역에는 화소전극(22)이 형성되고, 상기 화소전극(22)과 보호막(18) 위에는 배향막(24)이 형성된다. 그리고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성된다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극(6)과, 상기 게이트 전극(6) 위의 전면에 형성된 게이트 절연막(12)과, 상기 게이트 전극(6) 상측의 게이트 절연막위에 형성된 액티브층(14)과, 상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극(8)과, 상기 소오스 전극(8)에 대향되도록 형성된 드레인 전극(10)을 포함한다.
상술된 LCD 패널에서 상기 화소전극(6) 상에 위치한 액정층(3)이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양이 조절되어 화상을 표현할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 LCD 패널에서 스페이서(26)가 상기 하부기판(1)과 상부기판(11) 사이에 균일하게 산포되지 못하면 액정셀의 셀갭이 불균일해지고 이에 따라 화면상에 얼룩이 나타나게 된다. 특히, 대면적의 액정 패널인 경우 셀갭을 균일하게 유지하는 데 큰 어려움이 있다. 또한, 상기 스페이서(26)의 움직임에 의해 배향막이 손상을 입을 수 있다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 액정셀의 셀갭을 균일하게 유지하고 배향막의 손상을 줄일 수 있는 액정 패널 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조방법은, 기판 위에 스페이서 형성용 필름을 밀착시키는 단계와; 상기 스페이서 형성용 필름의 일정영역에 광을 조사하여 상기 기판 위에 폴리머 패턴들을 형성하는 단계와; 상기 폴리머 패턴들을 열 경화하여 반구형의 패턴 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 스페이서 형성용 필름은, 폴리머와 광열변환층과 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)층이 적층된 구조이다.
상기 스페이서 형성용 필름의 일정영역에 광을 조사하는 단계에서, 금속 패턴 상부에 위치한 일정영역에만 광을 조사한다. 여기서, 상기 금속 패턴은 블랙 매트릭스, 박막 트랜지스터, 또는 금속 배선이다.
상기 열 경화하는 단계에서, 100-300℃의 온도로 3-10분 동안 상기 폴리머 패턴들을 열 경화시킨다.
본 발명의 액정 표시 소자는, 블랙 매트릭스를 포함하는 제 1 기판과; 박막 트랜지스터를 포함하는 제 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 중 어느 하나에 형성된 반구형의 패턴 스페이서를 포함한다.
여기서, 상기 패턴 스페이서 블랙 매트릭스 또는 박막 트랜지스터의 상부에 위치한다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
액정표시소자는 색상구현을 위한 컬러필터층을 포함하는 컬러필터 기판과, 액정분자들의 배열 방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 소자(박막트랜지스터)를 포함하는 박막트랜지스터 기판과, 상기 두 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.
본 발명은 컬러필터 기판 또는 박막트랜지스터 기판 상에 돔 형태의 패턴 스페이서를 형성함으로써 액정층의 셀갭을 균일하게 하기 위한 것이다.
제 1 실시예
도 2a 내지 2g는 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2a에서와 같이, 먼저 유리 기판(41) 상에 불투명한 수지나 불투명한 금속을 코팅 또는 증착한 다음, 포토 리소그래피 공정을 이용하여 블랙 매트릭스(42)를 형성한다.
이후, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 블랙 매트릭스(42)가 형성되어진 기판(41)의 표면에 적, 녹, 청 삼원색의 컬러필터(43,44,45)들을 순차적으로 형성한다. 상기 컬러 필터(43,44,45)를 형성하는 방법으로는, 안료 분산법, 인쇄법, 전착법 등이 있다. 여기서, 안료 분산법은 컬러필터 형성용 조성물을 코팅한 다음 포토레지스트를 이용하여 소정영역만을 노광하고 현상하여 컬러필터(43,44,45)를 제조하는 방법이다. 본 발명은 안료 분산법을 이용하여 컬러필터(43,44,45)를 형성하는 경우를 일실시예로 도시하고 있다.
이어, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 블랙 매트릭스(42)와 상기 컬러필터(43,44,45) 위에 절연물질을 이용하여 보호막(46)을 형성하고, 그 위에 투명전극층(47)을 형성한다. 상기 투명전극층(47)은 LCD 패널의 종류에 따라 그 위치는 바뀔 수 있다. 즉, 상기 보호막(46) 위에 형성되지 않고 박막트랜지스터 기판에 형성될 수 있다.
이후, 도 2d에서와 같이, 상기 투명전극층(47) 위의 전면에 스페이서 형성용 필름(100)을 밀착시킨다. 상기 스페이서 형성용 필름(100)은 PET층(50)과 광열변환층(49)과 폴리머(48)가 적층된 구조이다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)층(50) 위에 형성되는 상기 광열변환층(49)은 광을 흡수하여 열을 방출하는 물질로 형성된다. 특히 자외선에서 적외선까지 영역의 빛을 흡수하는 재료로 이루어진다. 상기 광열변환층(49) 위에 형성되는 상기 폴리머(48)는 테플론(Teflon), 아크릴계 유기화합물, 벤조사이클로부텐 (benzocyclobutene ; BCB), 사이토프(cytop), 퍼플루로사이클로부텐 (perfluorocyclobutene ; PFCB) 등의 유기물질로 형성된다.
그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서 형성용 필름(100)의 일정영역에 레이저 광을 조사한다. 이때, 패턴 스페이서를 형성하고자 하는 위치, 예를 들어 상기 블랙 매트릭스(42) 상부에 있는 광열변환층(49)의 일정영역들에만 레이저(51) 광을 조사한다. 상기 광열변환층(49)은 레이저 광을 흡수하여 상기 폴리머(48)에 열을 전달한다. 그리고, 열이 전달된 상기 폴리머(48)의 일정영역은 상기 투명전극층(47)에 전사(轉寫)된다. 다시 말해서, 상기 광열변환층(49)으로부터 열을 전달받은 상기 폴리머(48)의 일정부분은 상기 투명전극층(47)에 접착된다. 그리고, 상기 스페이서 형성용 필름(100)을 제거하면 도 2f에서와 같이 사각형의 모양을 갖는 폴리머 패턴(48a)만 상기 투명전극층(47)에 남는다.
이후, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 폴리머 패턴(48a)을 100-300℃의 온도에서 경화시켜 반구형의 패턴 스페이서(48b)를 형성한다. 이때, 상기 폴리머 패턴(48a)을 열 경화시키는 공정은 3-10분 동안 진행된다.
도 3은 상기 패턴 스페이서(48b)를 갖는 컬러필터 기판(41)과 박막트랜지스터 기판(61)이 합착된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3에서와 같이, 상기 컬러필터 기판(11)에는 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(42)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(43,44,45)과, 화상을 구현하기 위한 공통전극(47), 그리고 배향막(52)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 블랙 매트릭스층(42) 아래에 패턴 스페이서(48b)가 형성된다. 도 3에서는 배향막(52)이 먼저 형성된 후 패턴 스페이서(48b)가 나중에 형성된 구조를 나타내고 있으나, 패턴 스페이서(48b)가 형성된 이후에 배향막(52)을 형성할 수도 있다.
상기 박막트랜지스터 기판(61)에는 박막트랜지스터와, 화소전극(68)과, 상기 화소전극(68)과 보호막(67) 위에 배향막(69)이 형성된다. 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극(62)과, 상기 게이트 전극(62) 위의 전면에 형성된 게이트 절연막(63)과, 상기 게이트 전극(62) 상측의 게이트 절연막(63) 위에 형성된 액티브층(64)과, 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극(66a)과, 상기 소오스 전극(66a)에 대향되도록 형성된 드레인 전극(66b)을 포함한다.
제 2 실시예
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 나타낸 단면도이다. 본 발명의 다른 실시예는 패턴 스페이서(48b)를 컬러필터 기판(41)이 아닌 박막트랜지스터 기판(61)에 형성한다. 제 2 실시예에 따른 패턴 스페이서(48b)의 제조방법은 제 1 실시예와 동일하다. 각 실시예의 패턴 스페이서(48b)는 동일한 모양과 재질로 이루어진다.
상기 패턴 스페이서(48b)는 게이트 라인, 데이터 라인, 박막트랜지스터 등과 같은 금속 패턴들과 오버랩되는 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 도 4는 박막트랜지스터의 소오스 전극(66a) 상부에 있는 보호막(67)의 일정영역 위에 상기 패턴 스페이서(48b)가 형성되는 일 예를 도시한다.
본 발명은 패터닝된 스페이서를 일정영역마다 형성하기 때문에 액정셀의 셀갭을 균일하게 유지하고 배향막의 손상을 줄일 수 있다. 또한, 스페이서 형성용 필름과 레이저 광을 이용하여 스페이서를 형성하기 때문에 스페이서 형성을 위한 포토리소그래피 공정에 비해 공정을 간소화할 뿐 아니라 생산비용을 절감할 수 있다. 그리고 스페이서가 반구형의 모양을 갖기 때문에 두 기판의 합착 시 기판의 움직임에 용이하다.
이상에서 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일반적인 LCD 패널의 구조를 나타내는 단면도;
도 2a 내지 2g는 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조방법을 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 소자의 구조를 나타내는 단면도;
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
41 : 기판 42 : 블랙 매트릭스
43,44,45 : 컬러 필터층 46 : 보호막
47 : 투명전극층 48 : 폴리머
48a : 폴리머 패턴 48b : 패턴 스페이서
49 : 광열변환층 50 : PET층
51 : 레이저 52 : 배향막
61 : 기판 62 : 게이트 전극
63 : 게이트 절연막 64 : 액티브층
66a, 66b : 소오스/드레인 전극 67 : 보호막
68 : 화소전극 69 : 배향막
80 : 액정층 100 : 스페이서 형성용 필름

Claims (10)

  1. 기판 위에 스페이서 형성용 필름을 밀착시키는 단계와;
    상기 스페이서 형성용 필름의 일정영역에 광을 조사하여 상기 기판 위에 폴리머 패턴들을 형성하는 단계와;
    상기 폴리머 패턴들을 열 경화하여 반구형의 패턴 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 형성용 필름은,
    폴리머와 광열변환층과 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)층이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 형성용 필름의 일정영역에 광을 조사하는 단계에서,
    금속 패턴 상부에 위치한 일정영역에만 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 패턴은 블랙 매트릭스인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 패턴은 박막 트랜지스터 또는 금속 배선인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 경화하는 단계에서,
    100-300℃의 온도로 상기 폴리머 패턴들을 열 경화시킴을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 경화하는 단계에서,
    3-10분 동안 상기 폴리머 패턴들을 열 경화시킴을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법.
  8. 블랙 매트릭스를 포함하는 제 1 기판과;
    박막 트랜지스터를 포함하는 제 2 기판과;
    상기 제 1, 2 기판 중 어느 하나에 형성된 반구형의 패턴 스페이서를 포함하는 액정 표시 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 패턴 스페이서가 상기 제 1 기판에 형성된 경우에 상기 패턴 스페이서는 블랙 매트릭스의 상부에 위치함을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 패턴 스페이서가 상기 제 2 기판에 형성된 경우에 상기 패턴 스페이서는 상기 박막 트랜지스터의 상부에 위치함을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
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