KR20050120962A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세한 폭의 씰 패턴 정의가 가능한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는 각각 중심부에 표시 영역 및 상기 중심부 외곽에 비표시 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1, 제 2 기판의 표시부에 각각 형성된 컬러 필터 어레이 및 TFT 어레이와, 상기 제 1 기판의 비표시부에, 상기 표시 영역을 둘러싸며 서로 소정 간격 이격되며 형성된 제 1, 제 2 둑 패턴과, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴 사이에 형성되는 씰 패턴 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진되는 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{Liquid Crystal Display Device and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 미세한 폭의 씰 패턴 정의가 가능한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
일반적인 액정 표시 장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동 신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 및 제 2 유리 기판과, 상기 제 1 및 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 배선과, 상기 각 게이트 배선과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 배선과, 상기 각 게이트 배선과 데이터 배선이 교차되어 정의된 각 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 배선의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 배선의 신호를 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.
그리고, 제 2 유리 기판(칼라 필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 차광층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.
상기 일반적인 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.
한편, 근래에 있어, 점점 액정 표시 장치가 대면적화되는 추세에 상응하여, 단위 패널의 크기가 커질 수 있는 데에는 제한이 있으므로, 대면적 액정 표시 장치를 구현할 경우, 복수개의 패널을 타일링(tiling)하여 배치함으로써 하나의 표시를 행하는 타일링 액정 표시 장치(tiling Liquid Crystal Display Device)가 제안되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 표시 장치 및 타일링 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정표시장치용 액정 셀 제조 공정을 단계별로 도시한 공정 순서도이다.
일반적인 액정표시장치용 액정 셀 제조 공정은 도 1과 같이, 먼저, 박막 트랜지스터 및 박막 트랜지스터와 연결된 화소 전극을 가지는 제 1 기판과, 컬러 필터 및 컬러 필터를 덮는 영역에 형성된 공통 전극을 가지는 제 2 기판을 구비(st1)한다.
이어, 상기 제 1, 제 2 기판의 화소 전극 및 공통 전극을 덮는 영역에 제 1, 제 2 배향막을 각각 형성(st2)한다.
이 단계에서는, 고분자 박막의 도포(coating)와 러빙(rubbing)공정을 포함한다. 상기 고분자 박막은 통상 배향막이라 하고, 제 1, 제 2 기판 상의 전체에 균일한 두께로 형성되어햐 하고, 러빙 또한 균일해야 한다.
상기 러빙은 액정의 초기 배열 방향을 결정하는 주요한 공정으로, 상기 배향막의 러빙에 의해 정상적인 액정의 구동이 가능하고, 균일한 표시(display) 특성을 갖게 한다.
일반적으로, 상기 고분자 박막 물질로는 유기 물질인 폴리이미드(poly-imide)계 물질이 주로 이용되고 있다.
이어, 상기 제 1, 제 2 기판 중 어느 한 기판 상에 씰 패턴(seal pattern)을 형성(st3)한다.
액정 셀에서 씰 패턴은 액정 주입을 위한 셀 갭 형성과 주입된 액정이 누설되는 것을 방지하는 두 가지 기능을 하며, 열 경화성 또는 UV(Ultra Violet) 경화성 수지로 이루어진 씰런트(sealant)에 소정의 유리 섬유(glass fiber)를 혼합해서 사용한다.
상기 씰 패턴을 형성하는 방법으로는 스크린 인쇄법(screen printing)과 디스펜싱(dispensing)법이 이용된다.
이어, 상기 제 1, 제 2 기판 중 어느 한 기판 상에 스페이서를 산포(st4)한다.
이러한 스페이서는 제 1, 제 2 기판 사이의 셀 갭을 정밀하고 균일하게 유지하기 위한 목적으로 이용되므로, 이 단계에서는 스페이서를 균일한 밀도로 산포해야 하며, 산포 방식은 크게 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있다. 이 때의 스페이서의 볼(ball) 형상의 스페이서이고, 경우에 따라 소정 위치에 고착된 칼럼 스페이서를 형성하여 균일성을 얻을 수 있다.
한 예로, 상기 씰 패턴과 스페이서는 서로 다른 기판에 형성하며, 씰 패턴은 비교적 평탄화 특성이 좋은 제 2 기판 상에, 스페이서는 하부 기판을 이루는 제 1 기판 상에 형성할 수 있다.
이어, 제 1, 제 2 기판을 합착(st5)한다. 이 때, 상기 제 1, 제 2 기판의 합착 공정은 각 기판의 설계시 주어지는 마진(margin)에 의해 결정되는데, 두 기판의 합착 오차 범위를 벗어나면, 빛이 새어나오게 되며 액정 셀의 구동시 원하는 화질 특성을 기대할 수 없기 때문에, 보통 수 ㎛의 정밀도가 요구된다.
이어, 합착된 두 기판을 셀 단위로 절단(st6)한다.
상기 셀 절단 공정은 유리 기판보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 펜으로 기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(scribe) 공정과 힘을 가해 절단하는 브레이크(break) 공정으로 이루어진다.
이어, 셀 단위로 절단된 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정 공정(st7)을 진행한다.
액정 셀은 수백 ㎠의 면적에 수 ㎛의 갭을 갖는다. 따라서, 이런 구조의 셀에 효과적으로 액정을 주입하는 방법으로는 셀 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 가장 널리 이용된다. 한편, 근래에는 대면적의 액정 표시 장치 형성에 용이하도록 액정 적하방식으로 일측 기판에 액정을 적하한 후, 두 기판을 합착하는 방식도 알려져 있다.
도시되지 않았지만, 액정을 주입한 다음에는, 액정 주입구를 봉지(封止)하는 공정이 이어지고, 그 다음에는 품질 검사를 거쳐 선별된 액정 셀의 외측에 편광판을 부착하고, 구동 회로를 연결하여 액정 표시 장치로 완성하는 단계가 이어진다.
이하, 일반적인 씰 패턴 형성 방법에 대해 설명한다.
도 2는 스크린 인쇄법을 이용한 씰 패턴 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 2와 같이, 스크린 인쇄법을 이용한 씰 패턴 제조 공정은, 기판(10) 상에 소정의 패턴이 형성된 스크린(12)을 배치한 다음, 고무밀대(14)를 이용하여 스크린(12) 상의 패턴을 기판(10)에 인쇄하여 씰 패턴(16)을 형성하는 것이다. 이 때, 상기 씰 패턴(16)의 일측에 오픈부로 이루어진 액정 주입구(18)를 형성하는 단계가 포함된다.
좀 더 상세히 설명하면, 본 공정에서는 열경화성 수지로 이루어진 씰런트(sealant)를 스크린(12)을 통해 기판에 인쇄하는 공정과, 레벨링(leveling)을 위해 씰런트(sealant)에 함유되어 있는 용매를 증발시키는 건조 공정을 포함한다.
실질적으로, 상기 씰 패턴(16)의 두께치는 제품의 셀 갭과 밀접한 관계를 가지고 있기 때문에, 씰 패턴(16)의 두께와 높이의 균일도는 매우 중요한 공정 관리 항목이 된다.
상술한 스크린 인쇄법은 공정의 편의성이 매우 우수하기 때문에 현재 가장 일반적인 방법이 되고 있다. 그러나, 스크린 인쇄법은 기판의 대면적화에 따라 대응하기 어려운 단점이 있다.
즉, 기판의 사이즈에 대응되는 스크린이 요구되며, 상기 스크린 전면에 씰런트가 함유된 용매를 뿌려야 함으로, 실제로 기판의 외곽 영역에 대응되는 아주 작은 부위에 씰 패턴이 형성된다 하더라도 요구되는 씰런트의 양의 많고, 씰 패턴 형성 후, 버리는 씰런트의 양이 많아, 재료 사용 측면에서 대면적에는 대응하기 어려운 것이다.
상술한 스크린 인쇄법의 단점을 보완하기 위해, 원하는 위치에만 선택적으로 씰 패턴을 형성할 수 있는 주사 방식의 디스펜싱법이 점차 사용되고 있다.
도 3은 디스펜싱법을 이용한 씰 패턴 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 3과 같이, 디스펜싱법을 이용한 씰 패턴 제조 공정은 스테이지(20) 상에 기판(22)을 배치하고, 기판(22) 상에 디스펜서(24)를 이용하여 씰 패턴(26)을 형성하는 것이다.
상기 디스펜싱법은 주사기(injector)와 같은 원리를 이용하여, 디스펜서(24)에 씰런트(미도시)를 채우고 소정의 압력으로 원하는 폭 및 두께로 상기 테이블(20) 또는 디스펜서(24)를 이동하여 기판(22) 상에 씰 패턴(26)을 형성한다.
한편, 씰 패턴을 이루는 씰런트 물질에는 수지(resin) 성분 외에 두 기판 사이의 갭을 유지하는 지지대 역할을 위해 패턴 유지성을 갖는 유리 섬유(glass fiber)가 소정량 혼합된다.
그러나, 유리 섬유(glass fiber)가 혼합된 씰런트를 이용하여 씰 패턴 제조 공정을 진행하게 되면, 씰런트에 유리 섬유를 섞기 위한 블렌딩(blending) 공정에서 기포 불량이 발생하기 쉽고, 디스펜싱법 이용시 디스펜서의 노즐부 수명이 단축되어, 주기적으로 디스펜서의 노즐을 교체해주어야 한다는 문제점이 있었다.
도 4는 종래의 액정 표시 장치에 대한 단면도이다.
도 4와 같이, 종래의 액정 표시 장치는, 제 1, 제 2 기판(30, 50)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 상기 제 1 기판(30) 표시 영역 내측면에는 TFT 어레이(미도시)가 형성되며, 상기 제 2 기판(50)의 표시 영역 내측면에는 컬러 필터 어레이가 형성된다.
도 4에는 상기 제 1 기판(30)에 형성된 TFT 어레이는 편의상 도시가 생략되어 있다. 상기 TFT 어레이는 게이트 전극, 반도체층, 소오스 전극, 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터를 덮는 영역에는 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층과, 상기 보호층 상부에 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하여 이루어진다.
그리고, 제 2 기판(50)의 표시 영역 내측면에는, 전술한 제 1 기판(30)의 박막 트랜지스터를 덮는 영역에 블랙 매트릭스층(52)와, 상기 블랙 매트릭스층(52)를 포함한 제 2 기판(50) 상에 각 화소별로 대응되는 R(54a), G(54b), B(54c) 색상의 컬러 필터층(54)과, 상기 컬러 필터층(54) 상에는 공통 전극(56)이 차례대로 형성되어 있다. 여기서, 상기 공통 전극(56)은 TN 모드에 형성되는 성분으로, IPS 모드일 경우, 오버코트층으로 대체될 수 있다.
그리고, 상기 공통 전극(56) 상부의 소정 부위, 특히, 블랙 매트릭스층(52) 상부에는 상하부 기판(50, 30)의 셀 갭을 유지하는 칼럼 스페이서(58)가 형성된다. 상기 칼럼 스페이서(58)는 매 화소마다 혹은 복수개의 화소마다 규칙적으로 형성되는 것으로, 비화소 영역(제 1 기판의 게이트 라인, 데이터 라인 또는 박막 트랜지스터 부위)에 대응되어 형성된다. 따라서, 블랙 매트릭스층(52)의 상부에 선택적으로, 형성된다.
설명하지 않은 씰 패턴(60)은 비표시 영역에 위치하여, 표시 영역의 상하부 기판(50, 30) 사이에 형성되는 액정층의 액정이 외부로 빠져나가지 않고, 상하부 기판(50, 30) 사이에 봉지(keeping)하는 역할과 상하부 기판(50, 30)을 지지하는 역할을 한다.
이러한 씰 패턴(60)은 상술한 바와 같이, 스크린 인쇄법 또는 디스펜싱법에 의해 형성되는데, 이러한 씰 패턴(60)은 소정 기판에 형성 후, 대향 기판과의 합착하는 공정시, 상하부 기판(50, 30) 사이에서 압력을 받아 눌려져 그 폭이 1000㎛ 정도 또는 그 이상으로 퍼지게 된다.
따라서, 합착을 위한 셀 마진이 1mm 이상 필요하고, 또한, 외곽 사이즈를 콤팩트(compact)하게 줄이기 힘들어, 표시 면적의 효율을 최대한 활용하기 곤란하다.
또한, 타일링 액정 표시 장치를 상술한 씰 패턴 형성 방법이 적용된 패널을 일 패널로 하여 형성할 경우, 씰 패턴이 포함되는 비표시 영역이 적어도 1mm 는 넘게 되어, 패널간 접합 영역에서 씸(seam) 영역이 관찰되는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 씰 패턴은 스크린 인쇄법 또는 디스펜싱법을 이용하였는데, 합착 후, 씰 패턴이 주변부로 퍼지는 현상이 발생하여, 약 1000㎛(=1mm) 이상의 폭으로 씰 패턴이 정의되었다.
액정 패널의 비표시 영역은 적어도 상기 씰 패턴과 합착 마진을 포함하여 이루어지는데, 이와 같이, 씰 패턴이 1mm 이상의 폭으로 형성될 경우, 액정 패널의 비표시 영역은 그 이상 늘어날 것이다. 따라서, 액정 패널 외곽의 사이즈가 늘어나 표시 면적의 활용이 저하되며, 액정 표시 장치를 컴팩트하게 구현하기 힘들다.
또한, 이러한 씰 패턴이 형성된 액정 패널을 타일링 액정 표시 장치의 일 패널로 이용할 때, 패널과 패널 사이의 인접 영역에서 씸(seam, 이음매) 영역이 관찰되어, 사용자의 시감을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 미세한 폭의 씰 패턴 정의가 가능한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 각각 중심부에 표시 영역 및 상기 중심부 외곽에 비표시 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1, 제 2 기판의 표시부에 각각 형성된 컬러 필터 어레이 및 TFT 어레이와, 상기 제 1 기판의 비표시부에, 상기 표시 영역을 둘러싸며 서로 소정 간격 이격되며 형성된 제 1, 제 2 둑 패턴과, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴 사이에 형성되는 씰 패턴 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진되는 액정층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 제 1, 제 2 기판 사이를 지지하는 높이인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1, 제 2 둑 패턴 사이를 포함한 상기 제 1, 제 2 둑 패턴의 전체 폭은 100 내지 500㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 컬러 필터 어레이를 이루는 물질과 동일 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터 어레이는 상기 제 1 기판의 소정 부위에 형성된 블랙 매트릭스층과, 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 1 기판 상에 형성된 컬러 필터층과, 상기 컬러 필터층을 포함한 제 1 기판 전면에 형성된 오버코트층 및 상기 블랙 매트릭스층 상의 소정 영역에 대응되어 상기 오버코트층 상에 형성된 칼럼 스페이서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터 어레이는 상기 제 1 기판의 소정 부위에 형성된 블랙 매트릭스층과, 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 1 기판 상에 형성된 컬러 필터층과, 상기 컬러 필터층을 포함한 제 1 기판 전면에 형성된 공통 전극 및 상기 블랙 매트릭스층 상의 소정 영역에 대응되어 상기 공통 전극 상에 형성된 칼럼 스페이서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 동일한 목적을 이루기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 각각 중심부에 표시 영역 및 상기 중심부 외곽에 비표시 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1, 제 2 기판의 표시부에 각각 컬러 필터 어레이 및 TFT 어레이를 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판의 비표시부에, 상기 표시 영역을 둘러싸며 서로 소정 간격 이격되며 제 1, 제 2 둑 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴 사이에 씰 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 제 2 기판을 합착하는 단계 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 제 1, 제 2 기판 사이를 지지하는 높이로 형성한다.
상기 컬러 필터 어레이의 형성은 상기 제 1 기판의 소정 부위에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 1 기판 상에 컬러 필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러 필터층을 포함한 제 1 기판 전면에 오버코트층을 형성하는 단계 및 상기 블랙 매트릭스층 상의 소정 영역에 대응되어 상기 오버코트층 상에 칼럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 블랙 매트릭스층, 오버코트층 및 칼럼 스페이서를 형성하는 공정과 동일 공정에서 형성하는 것을 특징으로 한다.
또는 상기 컬러 필터 어레이의 형성은 상기 제 1 기판의 소정 부위에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 1 기판 상에 컬러 필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러 필터층을 포함한 제 1 기판 전면에 공통 전극을 형성하는 단계 및 상기 블랙 매트릭스층 상의 소정 영역에 대응되어 상기 공통 전극 상에 칼럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 블랙 매트릭스층, 공통 전극 및 칼럼 스페이서를 형성하는 공정과 동일 공정에서 형성한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 5와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는, 제 1, 제 2 기판(120, 140)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 상기 제 1 기판(120)의 표시 영역 내측면에는 TFT 어레이(미도시)가 형성되며, 상기 제 2 기판(140)의 표시 영역 내측면에는 컬러 필터 어레이가 형성된다.
도 5에는 상기 제 1 기판(120)에 형성된 TFT 어레이는 편의상 도시가 생략되어 있다. 상기 TFT 어레이는 게이트 전극, 반도체층, 소오스 전극, 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터를 덮는 영역에는 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층과, 상기 보호층 상부에 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하여 이루어진다.
그리고, 제 2 기판(140)의 표시 영역 내측면에는, 전술한 제 1 기판(120)의 박막 트랜지스터를 덮는 영역에 블랙 매트릭스층(142)와, 상기 블랙 매트릭스층(142)를 포함한 제 2 기판(140) 상에 각 화소별로 대응되는 R(143a), G(143b), B(143c) 색상의 컬러 필터층(143)과, 상기 컬러 필터층(143) 상에는 공통 전극(144)이 차례대로 형성되어 있다. 여기서, 상기 공통 전극(144)은 TN 모드에 형성되는 성분으로, IPS 모드일 경우, 오버코트층으로 대체될 수 있다.
그리고, 상기 공통 전극(144) 상부의 소정 부위, 특히, 블랙 매트릭스층(142) 상부에는 상하부 기판(140, 130)의 셀 갭을 유지하는 칼럼 스페이서(146)가 형성된다. 상기 칼럼 스페이서(146)는 매 화소마다 혹은 복수개의 화소마다 규칙적으로 형성되는 것으로, 비화소 영역(제 1 기판의 게이트 라인, 데이터 라인 또는 박막 트랜지스터 부위)에 대응되어 형성된다. 따라서, 블랙 매트릭스층(142)의 상부에 선택적으로, 형성된다.
이 때, 상기 제 2 기판(140)의 비표시 영역에는 서로 소정 간격 이격된 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)과, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이에 씰 패턴(148)이 형성된다.
여기서, 씰 패턴(148)은 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이의 폭으로 정의되는 것을, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)의 사이의 공간을 포함하여 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 전체의 가로 폭은 100 내지 500㎛ 범위에 있다.
상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 실제로 상기 컬러 필터 어레이 공정에서 함께 형성되는 것으로, 블랙 매트릭스층 물질(142a), 오버코트층 또는 공통 전극 물질(TN 모드일 경우는 공통 전극, IPS 모드일 경우는 오버코트층)(144a), 칼럼 스페이서 물질(146a)이 동일 폭으로 패터닝되어 이루어진 것이다. 이러한 블랙 매트릭스층 물질(142a), 오버코트층 또는 공통 전극 물질(144a), 칼럼 스페이서 물질(146a)들은 10㎛ 이하까지 패터닝이 가능하여, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 10 내지 500㎛의 폭으로 패터닝 가능하다.
이와 같이, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 별도의 마스크 추가 없이 제조 가능하여 컬러 필터 어레이 공정에서 함께 제조 가능하다.
상기 씰 패턴(148)은 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이의 공간에 디스펜싱되는 것으로, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이의 폭으로 그 폭이 정의된다. 이 경우, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이의 공간 및 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 전체를 포함한 폭은 500㎛를 넘지 않게 패터닝하여, 비표시 영역에서의 미세 씰 패턴을 구현한다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 상술한 컬러 필터 어레이를 이루는 물질로 패턴 유지성이 있다. 따라서, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 씰 패턴(148)의 제 1, 제 2 기판(120, 140) 사이의 높이를 지지하는 기능을 돕게 된다. 이 경우, 상기 씰 패턴(148)에는 패턴 유지성을 위해 첨가되는 유리 섬유(glass fiber)의 사용을 상당량 줄이거나, 생략할 수 있어, 씰 패턴의 재료로 씰런트(sealant) 외에 유리 섬유 사용으로 야기되는 문제점을 방지할 수 있다. 즉, 유리 섬유와 씰런트의 블렌딩 공정시 기포 불량이 발생하지 않게 되고, 디스펜서 노즐에 걸리는 유리 섬유 사용량을 줄임으로써, 디스펜서 노즐의 수명이 늘어 교체 주기가 늘어나게 된다.
상기 씰 패턴(148)은 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)과 함께, 표시 영역의 제 1, 제 2 기판(120, 140) 사이에 형성되는 액정층의 액정이 외부로 빠져나가지 않고, 제 1, 제 2 기판(120, 140) 사이에 봉지(keeping)하는 역할과 제 1, 제 2 기판(120, 140)을 지지하는 역할을 한다.
이상에서 설명한 블랙 매트릭스층(142) 물질은 수지 BM(Black Matrix) 성분으로, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이의 영역에서는 제거되어, 상기 실 패턴(148)이 직접 글래스(glass) 기판(140) 상에 형성되도록 하여, 씰 패턴(148)의 접촉성을 향상시킨다.
이하, 상술한 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 각각 중심부에 표시 영역 및 상기 중심부 외곽에 비표시 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판(120, 140)을 준비한다.
이어, 상기 제 1, 제 2 기판(120, 140)의 표시부에 각각 TFT 어레이 및 컬러 필터 어레이를 형성한다.
이 때, 상기 컬러 필터 어레이 형성은 액정 표시 장치의 구동 모드에 따라 달리 형성된다.
즉, TN(Twisted Nematic) 모드일 경우는, 상기 제 2 기판(140) 상의 소정 부위에 블랙 매트릭스층(142)을 형성하고, 상기 블랙 매트릭스층(142)을 포함한 제 2 기판(140) 상에 컬러 필터층(143)을 형성하고, 상기 컬러 필터층(143) 상부에 공통 전극을 형성하고, 상기 블랙 매트릭스층(142) 상의 소정 영역에 대응되어 상기 공통 전극(144) 상에 칼럼 스페이서를 형성한다. 여기서, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 상기 블랙 매트릭스층(142), 공통 전극(144) 및 칼럼 스페이서(146)를 형성하는 공정과 동일 공정에서 형성하는 것으로, 각 층의 패터닝 공정시 상기 제 2 기판(140) 상에 차례로 블랙 매트릭스층 물질(142a), 공통 전극 물질(144a) 및 칼럼 스페이서 물질(146a)을 상기 비표시 영역에 동일 폭으로 패터닝하여 형성한다.
한편, 액정 표시 장치가 IPS(In-Plane Switiching) 모드일 경우는 상기 컬러 필터층은, 상기 제 2 기판(140)의 소정 부위에 블랙 매트릭스층(142)을 형성하고, 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 2 기판(140) 상에 컬러 필터층(143)을 형성하고, 상기 컬러 필터층(142)을 포함한 제 2 기판(140) 전면에 오버코트층(144)을 형성하고, 상기 블랙 매트릭스층(142) 상의 소정 영역에 대응되어 상기 오버코트층(144) 상에 칼럼 스페이서(146)를 형성하여 이루어진다. 여기서, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 상기 블랙 매트릭스층(142), 오버코트층(144) 및 칼럼 스페이서(146)를 형성하는 공정과 동일 공정에서 형성하는 것으로, 각 층의 패터닝 공정시 상기 제 2 기판(140) 상에 차례로 블랙 매트릭스층 물질(142a), 오버코트층 물질(144a) 및 칼럼 스페이서 물질(146a)을 상기 비표시 영역에 동일 폭으로 패터닝하여 형성한다.
상기 제 2 기판(140)의 비표시부에, 상기 표시 영역을 둘러싸며 서로 소정 간격 이격되며 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)을 형성한다. 이러한 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 상기 컬러 필터 어레이 형성 공정에서 함께 형성한다.
상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 상기 제 1, 제 2 기판(120, 140) 사이를 지지하는 높이로 형성하는 것으로, 상기 컬러 필터 어레이 형성 공정에 함께 형성한다.
이어, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이에 씰 패턴(148)을 형성한다.
이어, 상기 제 1, 제 2 기판(120, 140)의 서로의 어레이 영역이 대향되도록 제 1, 제 2 기판(120, 140)을 합착한다.
상기 제 1, 제 2 기판(120, 140) 사이에 액정층을 형성한다. 이 경우, 액정 주입 방식의 경우는 상기 씰 패턴(148) 형성시 소정 부위에 액정 주입구를 오픈하여 제 1, 제 2 기판(120, 140)의 합착 후, 상기 액정 주입구를 통해 액정을 주입하여 액정층을 형성한다. 반면, 액정 적하 방식의 경우는, TFT 어레이 공정 또는 컬러 필터 어레이 공정 후, 상기 제 1, 제 2 기판(120, 140) 중 어느 일 기판에 액정을 적하한 후, 씰 패턴(148)을 형성하고, 이어 합착 공정을 진행한다.
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치의 씰 패턴 형성부를 나타낸 개략 단면도이다.
도 6과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 제 2 기판(상부 기판, 컬러 필터 기판, 140) 상의 비표시 영역에, 상기 표시 영역을 둘러싸는 형상으로 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)을 형성한다. 이 때, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151)은 서로 이격되어 있으며, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이의 제 2 기판(140) 상에 씰 패턴(148)을 디스펜싱하여 형성한다.
도시된 상기 씰 패턴(148)은 제 1, 제 2 기판(120, 140)의 합착 후, 제 1, 제 2 둑 패턴(150, 151) 사이의 영역에서 퍼지며 채워진 형상을 나타낸다(도 6에서는 제 1 기판이 미도시된 상태로, 상기 제 2 기판을 하측으로 위치하여 도시한 것이다).
이 밖에 상기 씰 패턴(148)은 씰 디스펜싱(dispensing) 또는 스크린 인쇄(screen printing) 공정시 유리 섬유(glass fiber)의 함유량이나 디스펜싱시의 디스펜서 노즐의 압력이나 경화 조건 등을 조절하여 더욱 미세한 폭으로 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치의 씰 패턴 형성시 압력 및 유리 섬유 함유량의 형성 조건을 달리한 실험 결과표이다.
도 7과 같이, 액정 표시 장치의 씰 패턴은 형성시 압력이 낮고, 유리 섬유(glass fiber)의 함유량이 많을수록 씰 패턴의 퍼짐 폭이 작음을 관찰할 수 있다.
이는 물리적인 힘으로 제 1, 제 2 기판의 합착 후 가압시, 유리 섬유가, 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 눌림에 대한 내성을 가짐을 의미한다. 따라서, 유리 섬유 함유량이 많을수록 씰 패턴의 퍼짐 정도가 낮다.
그러나, 상기 유리 섬유는 그 함유량이 많으면 많을수록 씰런트와 블렌딩이 어렵거나, 디스펜서 노즐의 수명을 저하시키는 문제점이 있으므로, 1% 이하의 값으로, 씰런트에 섞어 씰 패턴의 재료로 형성한다.
또한, 압력은 제 1, 제 2 기판의 합착 후 가압시에 제 1, 제 2 기판 사이에 가해지는 압력으로, 공정 조건으로 지정된다. 이러한 압력은 셀 갭에 따라, 액정 패널의 사이즈 등에 따라 변화 가능하다.
유리 섬유의 함유량과 압력을 정한 후에는 씰 패턴의 퍼짐 정도가 결정되므로, 상술한 제 1, 제 2둑 패턴의 간격을 조절하여, 씰 패턴이 상기 제 1, 제 2 둑 패턴 내에 채워지도록 한다.
도 8은 경화 조건을 달리하여 씰 패턴 상태를 나타낸 사진이다.
도 8과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 제 1, 제 2 기판의 합착 후, 씰 패턴을 열경화하는 데, 이 경우 경화 조건을 90내지 110℃의 온도에서 소정 시간 큐어링(curing)하는 방법을 이용한다.
이 때, 씰 패턴이 열을 받음으로 인해, 약간의 팽창이 일어나는 현상이 일어나는데, 상술한 온도 범위(90 내지 110℃) 내에서는 씰 패턴의 형상이 그리 크게 문제되지는 않지만, 110℃ 의 온도에서 0.8시간(0.8hr)의 조건으로 큐어링하는 것이, 제 1, 제 2 둑 패턴의 변화나, 씰 패턴의 팽창이 없이 거의 안정적이다.
따라서, 도 8과 같은 실험에 의해, 큐어링시 씰 패턴의 퍼짐을 최소화하기 위해서는 고온에서 단시간 경화함이 유리함을 알 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는 액정 표시 장치의 간소화, 특히 액정 패널의 비표시 영역을 컴팩트(compact)하게 구현하기 위하여, 미세 씰 패턴을 형성하는 것이며, 이러한 미세 씰 패턴을 위해, 씰 패턴을 형성하기 전 미세한 폭이 이격된 제 1, 제 2 둑 패턴을 형성한 후, 상기 제 1, 제 2 둑 패턴 사이에 씰 패턴을 디스펜싱한다.
이러한 구조의 액정 표시 장치는 타일링 액정 표시 장치를 구현할 때에도 이용 가능한 것으로, 씰 패턴을 포함한 비표시 영역의 면적을 줄일수 있게 되어, 패널간 접합 부위의 씸(seam) 영역없는 타일링 액정 표시 장치의 형성이 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 간단한 액정 모듈의 구현이 가능하다. (LCM)의 경량화가 가능하다.
둘째, 마스크/재료/공정을 추가 및 씰런트의 재료 추가없이 미세 씰 패턴이 가능하다.
셋째, 씰런트에 섞어 사용하던 유리 섬유(glass fiber)를 생략할 수 있으므로, 비용 절감이 가능하다.
넷째, 타일링 공정 등에 쉽게 적용 가능함으로 신기술 접목에 유리하다.
액정 표시 장치를 컴팩트(compact)하게 구현하기 위하여, 또는 여러 장의 액정 패널을 합하여 하나의 액정 표시 장치를 구동하는 타일링(tiling) 기술을 위하여 미세 씰 패턴 공정이 필요하며, 이를 위한 마스크 추가 또는 공정 추가없이 씰 패턴을 위한 홈을 형성하여 미세 씰 패턴을 가능하게 한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치용 액정 셀 제조 공정을 단계별로 도시한 공정 순서도
도 2는 스크린 인쇄법을 이용한 씰 패턴 제조 공정을 나타낸 도면
도 3은 디스펜싱법을 이용한 씰 패턴 제조 공정을 나타낸 도면
도 4는 종래의 액정 표시 장치에 대한 단면도
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 단면도
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치의 씰 패턴 형성부를 나타낸 개략 단면도
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치의 씰 패턴 형성시 압력 및 유리 섬유 함유량의 형성 조건을 달리한 실험 결과표
도 8은 경화 조건을 달리하여 씰 패턴 상태를 나타낸 사진
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
120 : 하부 기판 140 : 상부 기판
142 : 블랙 매트릭스층 143 : 컬러 필터층
144 : 오버코트층 146 : 칼럼 스페이서
146 : 씰 패턴 150 : 제 1 둑 패턴
151 : 제 2 둑 패턴

Claims (12)

  1. 각각 중심부에 표시 영역 및 상기 중심부 외곽에 비표시 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판;
    상기 제 1, 제 2 기판의 표시부에 각각 형성된 컬러 필터 어레이 및 TFT 어레이;
    상기 제 1 기판의 비표시부에, 상기 표시 영역을 둘러싸며 서로 소정 간격 이격되며 형성된 제 1, 제 2 둑 패턴;
    상기 제 1, 제 2 둑 패턴 사이에 형성되는 씰 패턴; 및
    상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진되는 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 제 1, 제 2 기판 사이를 지지하는 높이인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 둑 패턴 사이를 포함한 상기 제 1, 제 2 둑 패턴의 전체 폭은 100 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 컬러 필터 어레이를 이루는 물질과 동일 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이는
    상기 제 1 기판의 소정 부위에 형성된 블랙 매트릭스층;
    상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 1 기판 상에 형성된 컬러 필터층;
    상기 컬러 필터층을 포함한 제 1 기판 전면에 형성된 오버코트층; 및
    상기 블랙 매트릭스층 상의 소정 영역에 대응되어 상기 오버코트층 상에 형성된 칼럼 스페이서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이는
    상기 제 1 기판의 소정 부위에 형성된 블랙 매트릭스층;
    상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 1 기판 상에 형성된 컬러 필터층;
    상기 컬러 필터층을 포함한 제 1 기판 전면에 형성된 공통 전극; 및
    상기 블랙 매트릭스층 상의 소정 영역에 대응되어 상기 공통 전극 상에 형성된 칼럼 스페이서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 각각 중심부에 표시 영역 및 상기 중심부 외곽에 비표시 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제 1, 제 2 기판의 표시부에 각각 컬러 필터 어레이 및 TFT 어레이를 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 비표시부에, 상기 표시 영역을 둘러싸며 서로 소정 간격 이격되며 제 1, 제 2 둑 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1, 제 2 둑 패턴 사이에 씰 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1, 제 2 기판을 합착하는 단계; 및
    상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 제 1, 제 2 기판 사이를 지지하는 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이의 형성은
    상기 제 1 기판의 소정 부위에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 1 기판 상에 컬러 필터층을 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터층을 포함한 제 1 기판 전면에 오버코트층을 형성하는 단계; 및
    상기 블랙 매트릭스층 상의 소정 영역에 대응되어 상기 오버코트층 상에 칼럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 블랙 매트릭스층, 오버코트층 및 칼럼 스페이서를 형성하는 공정과 동일 공정에서 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이의 형성은
    상기 제 1 기판의 소정 부위에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 1 기판 상에 컬러 필터층을 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터층을 포함한 제 1 기판 전면에 공통 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 블랙 매트릭스층 상의 소정 영역에 대응되어 상기 공통 전극 상에 칼럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 둑 패턴은 상기 블랙 매트릭스층, 공통 전극 및 칼럼 스페이서를 형성하는 공정과 동일 공정에서 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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