KR20050065828A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액정표시장치의 액정 셀 갭을 유지하는 컬럼 스페이서를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 액정량 마진을 확보하고 중력의 작용을 보상할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 서로 마주보는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되는 액정층과; 상기 액정층의 갭을 유지하고, 상기 제 1, 2 기판과 접촉하는 다수의 컬럼스페이서를 포함하고, 상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 두께가 증가하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명은, 액정표시장치 상부 및 하부에 비해 중앙부에 형성되는 컬럼스페이서의 두께를 작게 형성하여 액정표시장치를 오목한 구조로 형성함으로써, 액정에 작용하는 중력을 보상할 수 있고, 액정량의 마진을 증가할 수 있게 되어, 공정 수율을 상당히 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal display device and manufacturing of the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액정표시장치의 액정 셀 갭을 유지하는 컬럼 스페이서를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치 제조공정은 기판 제조공정, 셀 제조공정 및 모듈 공정의 세 가지 공정으로 나눌 수 있다.
먼저, 기판 제조공정은 세정된 유리 기판을 사용하여 각각 박막트랜지스터 제작과 컬러필터 제조 공정으로 나눈다. 따라서, 상기 박막트랜지스터 제조공정은 제 1 기판 상에 복수의 박막트랜지스터와 화소전극을 제조하는 공정을 말하는 것이며, 컬러필터 제조공정은 블랙매트릭스가 형성된 제 2 기판 상에 염료나 안료를 사용하여 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 색상의 컬러필터층을 형성하여 공통전극을 형성하는 공정을 일컫는다.
또한, 셀 공정은 박막트랜지스터 공정이 완료된 상기 제 1 기판과 컬러필터 공정이 완료된 상기 제 2 기판의 두 기판 사이에 일정한 간격이 유지되도록 스페이서를 산포 또는 패터닝하여 액정을 충진한 후, 또는 합착하고 액정을 충진하고, 복수개의 액정패널이 형성된 하나의 기판을 각각의 셀에 대하여 분리시켜 셀을 제조하는 공정이며, 마지막으로 모듈 공정은 여러 개의 액정패널로 구성된 하나의 기판을 절단(cutting)하여 각각의 액정표시소자 셀에 신호처리를 위한 회로부를 제작하고 박막트랜지스터 액정표시소자 패널과 신호처리 회로부를 연결시켜 모듈을 제작하는 공정이다.
여기서, 액정 셀 제조공정에 대하여 자세히 살펴보면, 박막트랜지스터가 형성된 제 1 기판과, 컬러필터층이 형성된 제 2 기판과, 제 1, 2 기판 사이에 주입된 액정을 포함하는 액정패널을 구비하게 되는데, 이때, 두 기판은 일정한 셀 갭을 유지하게 된다.
두 기판 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 방법으로서 통상 스페이서가 이용되고, 스페이서는 형상 및 재질이 다양하다.
액정표시장치의 경박화 추세에 대응하기 위해서는 상기 셀 갭을 미세하고 안정적으로 제어하지 않으면 안되며, 이는 셀 갭이 액정표시소자에서의 표시 특성, 예를 들어, 응답속도, 콘트라스트, 시야각, 색조 등과 밀접한 관계가 있기 때문이다.
미세한 간격을 유지하기 위한 방법으로서는 액정 셀에 미세한 스페이서 입자를 산포하는 방법이 많이 이용되고 있으며, 입자의 재질로서는 글라스(Glass) 재질과 플라스틱(Plastic) 재질 등이 사용된다.
글라스 재질의 스페이서는 일반적으로 무알카리 글라스를 방사하여 만들어진 글라스 파이버(Glass fiber)를 길이 20~120㎛ 정도의 막대모양으로 만든 것이고, SiO2를 주성분으로 한다. 이와 같은 글라스 재질의 스페이서는 내열성, 내약품성이 좋고, 경도가 높아 하중에 의한 변형이 없으며, 소량의 사용으로도 효과가 높고 액정과의 반응성이 낮은 특성이 있다.
또한, 플라스틱 재질의 스페이서는 합성 수지로 만들어진 것으로, 수지의 종류에 따라 열가소 타입과 열경화 타입이 있다. 플라스틱 재질의 스페이서는 글라스 재질의 스페이서와 비교하여, 경도가 낮고 하중에 의한 변형이 쉬우므로 통상 글라스 재질의 스페이서 보다 산포 밀도를 높게 사용하여야 한다.
하지만, 근래에 들어 입자형 스페이서를 이용하지 않고 간격의 정도가 높고 액정셀 및 공간 광변조 소자로서 고분해능임과 동시에 화질을 손상시키지 않는 기판 상에 접착된 고착형 스페이서를 형성하는 것이 포토리소그라피 공정을 통하여 가능하다.
일반적으로 절연물, 반도체, 도체의 기판 또는 박막에 소정의 패턴을 부여하고 불필요한 부분을 광학적 또는 화학적 방법에 의해 제거하는 방법을 포토리소그라피이라 하는데, 포토리소그라피 공정은 반도체 제조공정에 있어서 필요불가분한 기술이며, 상기 기술은 미세화가 가능하다는 특징이 있다.
따라서, 이러한 포토리소그라피 공정을 이용하여 일측 기판에 소정 두께로 포토레지스트를 도포한 후, UV, X선 또는 전자선을 조사하여 노광한 후, 화학처리하여 고착형 스페이서를 기판의 임의의 위치에 직접 패터닝(Patterning)하는 이른 바, 컬럼 스페이서(Column spacer)기술이 제안된 바 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시소자를 설명하면 다음과 같다.
도 1과 2는 종래의 액정표시장치를 도시한 도면으로서, 도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 도시한 단면도이다. 여기서, A, B, C는 액정표시장치의 가로방향을 따르는 선으로 도시된 것으로서, A는 중앙부, B, C는 각각 상부, 하부 가장자리에 대응되는 위치이다.
도시한 바와 같이, 종래의 액정표시장치(100)에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(미도시)가 형성된 제 1 기판(110)과, 제 1 기판(110)에 대향하여 컬러필터층(미도시)이 형성된 제 2 기판(120)와, 상기 제 1, 2 기판 사이에 형성된 액정층(150)와, 상기 액정층(150)을 보호하고 상기 두 기판(110, 160)을 합착하기 위해 상기 제 1, 2 기판(120)의 가장자리에 형성된 씰재(180)와, 셀갭을 유지하기 위해 형성된 컬럼스페이서(140)가 형성되어 있다.
컬럼스페이서(140)는 전체적으로 동일한 두께(D)와 단면적(S)으로 형성되어 셀갭을 유지하게 된다. 즉, A에서 B, C 방향으로, 즉 중앙부에서 상부, 하부 가장자리로 진행됨에 따라 컬럼스페이서(140)의 두께는 동일하게 된다. 따라서, 셀갭은 액정표시장치 전체에서 균일한 값을 가진다.
그런데, 액정표시장치의 가장자리 부분, 즉, B, C의 외부에는 컬럼스페이서(140)가 형성되지 않아, A 부분에 비해 B, C 부분은 제 2 기판(160)이 제 1 기판(110) 방향으로 휘어진 볼록한 형태를 가지게 된다. 즉, 액정표시장치 내부에서 외부로 향하는 압력이 발생하게 된다. 따라서, 액정표시장치 외부로 작용하는 내압에 의해, 액정표시장치 내에 주입되는 액정양의 마진은 감소하게 된다. 즉, 액정표시장치의 기준 액정양에 비해 적거나 많은 양의 액정을 주입하게 되면, 내압에 의해 액정표시장치의 구조가 변형된다.
도 3은 종래의 액정표시장치를 도시한 단면도로서, 액정표시장치에 작용하는 압력을 도시하고 있다. 여기서, 컬럼스페이서는 생략하였으며, 기판면이 중력방향과 평행하게 놓여진 액정표시장치의 사용상태를 도시하고 있다.
액정표시장치(100)를 바라보는 관찰자는 액정표시장치(100)와 마주보도록 바라보게 되므로, 도 3의 하방향으로 중력이 작용한다.
따라서, 액정(150)에 작용하는 중력에 의해, 액정(150)은 중력 방향, 즉 하방향으로 흘러내리게 됨으로써, 액정표시장치(100)는 하부가 볼록한 형태가 된다.
전술한 바와 같이, 종래의 액정표시장치는 제조과정에서 중앙부가 볼록한 형태의 구조를 가지며, 사용과정에서 중력의 작용을 받아 액정이 하부로 흘러내리게 되어 형태가 변형되는 등 공정 수율이 저하되는 문제가 발생한다.
전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 액정량 마진을 확보하고 중력의 작용을 보상할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 서로 마주보는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되는 액정층과; 상기 액정층의 갭을 유지하고, 상기 제 1, 2 기판과 접촉하는 다수의 컬럼스페이서를 포함하고, 상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 두께가 증가하는 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 단면적이 증가할 수 있고, 상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부를 중심으로 대칭을 이룰 수 있다. 그리고, 상기 제 1, 2 기판의 가장자리에 형성되어 상기 제 1, 2 기판을 합착 고정하는 씰재를 더욱 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 제 1 기판에 다수의 컬럼스페이서를 형성하는 단계와; 상기 컬럼스페이서가 형성된 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 합착된 제 1, 2 기판 사이에 액정을 주입하는 단계를 포함하고, 상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 두껍게 형성되는 액정표시장치 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 단면적이 증가할 수 있고, 상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부를 중심으로 대칭을 이룰 수 있다. 그리고, 상기 제 1, 2 기판의 가장자리에, 상기 제 1, 2 기판을 합착 고정하는 씰재를 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 4와 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 도면으로서, 도 5는 도 4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 도시한 단면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 기판 상에 형성된 컬럼스페이서를 도시한 단면도이다. 여기서, A, B, C는 액정표시장치의 가로방향을 따르는 선으로 도시된 것으로서, A는 중앙부, B, C는 각각 상부, 하부 가장자리에 대응되는 위치이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 중앙부에서 상하부로 갈수록 컬럼 스페이서의 두께를 커지도록 설계한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(200)에는 서로 마주보는 제 1, 2 기판(210, 260)과, 제 1, 2 기판(210, 260) 사이에 충진된 액정층(250)과, 제 1, 2 기판(210, 260)의 셀갭을 유지하는 컬럼스페이서(240)가 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(200)는 제 1 기판(210)에 위치에 따라 두께가 다른 컬럼스페이서(240)를 형성하고, 씰재(280)를 이용하여 제 1, 2 기판(210, 260)을 합착하고, 액정을 주입함으로써 형성된다.
제 1 기판(210)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(미도시)가 화소 마다 위치하고, 박막트랜지스터에 주사 및 화상 신호를 전달하기 위한 게이트 및 데이터 배선(미도시)이 형성된다. 그리고, 제 2 기판(260)은 컬러의 화상을 표시하기 위한 컬러수지로 이루어진 컬러필터층이 형성되어 있다. 제 1, 2 기판(210, 260)에는 서로 마주보는 면 각각에 화소 전극(미도시)과, 공통 전극(미도시)이 형성되어, 스위칭 소자의 온/오프(ON/OFF) 구동에 따라 두 전극 사이에 전계가 형성됨으로써 액정층을 구동하게 된다.
컬럼스페이서(240)는 제 1, 2 기판(210, 260) 사이의 셀갭을 유지하기 위해 형성되는데, 제 1, 2 기판(210, 260) 중 선택된 하나에 형성된다. 액정표시장치의 가장자리에 위치하는 씰재(280)를 통해 제 1, 2 기판(210, 260)을 합착하는 경우에 컬럼스페이서(240)에 의해, 액정표시장치의 셀갭은 유지된다.
컬럼스페이서(240)는 A에서 B, C 방향으로, 즉 중앙부에서 상부, 하부 가장자리로 갈수록 그 두께는 커진다. 즉, A, B, C 위치의 컬럼스페이서의 두께는,
(DB, DC) > DA
의 관계를 가지게 되며, A에서 B, C 방향으로 갈수록 컬럼스페이서는 두껍게 형성된다. 컬럼스페이서의 두께가 A에서 B, C 방향으로 두께가 커짐에 따라, 제 1, 2 기판 사이의 셀갭 역시 증가하게 된다. 특히, 컬럼스페이서(240)는 중앙부를 중심으로 대칭을 이루도록 형성되는데, DB= DC의 관계를 가지게 된다.
한편, 컬럼스페이서의 두께가 두꺼워짐에 따라 그 단면적도 증가하게 된다. 즉, A, B, C 위치의 컬럼스페이서의 단면적은,
(SB, SC) > SA
의 관계를 가지게 되며, A에서 B, C 방향으로 갈수록 컬럼스페이서의 단면적은 크게 형성된다. 특히, SB= SC의 관계를 가지게 된다. A에서, B, C 위치로 갈수록 컬럼스페이서의 단면적을 크게 형성함으로써, 액정표시장치의 상부 및 하부 가장자리가 기판이 마주보는 방향으로 처지는 것을 보상할 수 있게 된다.
따라서, 중앙부는 상부 및 하부 가장자리에 비해 셀갭이 작아, 전체적으로 액정표시장치(200)는 오목한 구조를 가지게 된다.
액정표시장치(200)가 그와 같이 오목한 구조를 가지게 되면, 액정층(250)에 작용하는 중력에 대해 적절하게 보상할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도로서, 액정표시장치에 작용하는 압력을 도시하고 있다. 여기서, 컬럼스페이서는 생략하였으며, 기판면이 중력방향과 평행하게 놓여진 액정표시장치의 사용상태를 도시하고 있다.
액정표시장치(200)를 바라보는 관찰자는 액정표시장치(200)와 마주보도록 바라보게 되므로, 도 7의 하방향으로 중력이 작용한다. 그리고, 액정표시장치(200)는 중앙부가 오목한 구조를 가지게 되어, 외부에서 부채꼴 형상의 외압이 액정표시장치(200)에 작용하게 된다.
따라서, 액정에 작용하는 중력은 액정표시장치 내부로 작용하는 외압에 의해 보상되어, 액정이 중력 방향, 즉 하방향으로 흘러내리는 것을 상당부분 개선할 수 있게 된다.
한편, 오목한 구조에 따라 액정표시장치 내부로 작용하는 외압에 의해, 액정표시장치 내에 주입되는 액정양의 마진은 증가하게 된다. 즉, 액정표시장치의 기준 액정양에 비해 적거나 많은 양의 액정을 주입하게 되더라도, 외압에 의해 액정표시장치의 구조가 변형되지 않게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 중력의 작용을 보상할 수 있고, 액정량의 마진을 증가할 수 있게 되어, 공정 수율을 상당히 개선시킬 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은, 액정표시장치 상부 및 하부에 비해 중앙부에 형성되는 컬럼스페이서의 두께를 작게 형성하여 액정표시장치를 오목한 구조로 형성함으로써, 액정에 작용하는 중력을 보상할 수 있고, 액정량의 마진을 증가할 수 있게 되어, 공정 수율을 상당히 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 도시한 단면도.
도 3은 종래의 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 5는 도 4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 기판 상에 형성된 컬럼스페이서를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 제 1 기판 240 : 컬럼스페이서

Claims (8)

  1. 서로 마주보는 제 1, 2 기판과;
    상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되는 액정층과;
    상기 액정층의 갭을 유지하고, 상기 제 1, 2 기판과 접촉하는 다수의 컬럼스페이서를 포함하고,
    상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 두께가 증가하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 단면적이 증가하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부를 중심으로 대칭을 이루는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 기판의 가장자리에 형성되어 상기 제 1, 2 기판을 합착 고정하는 씰재를 더욱 포함하는 액정표시장치.
  5. 제 1 기판에 다수의 컬럼스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 컬럼스페이서가 형성된 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계와;
    상기 합착된 제 1, 2 기판 사이에 액정을 주입하는 단계를 포함하고,
    상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 두껍게 형성되는 액정표시장치 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부에서 양 측으로 갈수록 단면적이 증가하는 액정표시장치 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 컬럼스페이서는 상기 제 1 기판의 중앙부를 중심으로 대칭을 이루는 액정표시장치 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 기판의 가장자리에, 상기 제 1, 2 기판을 합착 고정하는 씰재를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치 제조방법.
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