KR20060087776A - 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀 갭의 균일성을 향상시키기에 알맞은 액정 표시 장치 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 액정 표시 장치는 일정 공간을 갖고 합착된 상, 하부기판; 상기 상부기판상에 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위해 형성된 블랙 매트릭스층; 상기 상부기판의 각 화소영역에 일대일 대응되도록 격리 형성된 칼라 필터층; 상기 칼라 필터층이 형성되지 않은 상기 블랙 매트릭스층 상측부에 고정 형성된 칼럼 스페이서; 상기 상, 하부기판 사이에 충진된 액정층을 포함함을 특징으로 한다.

칼라 필터층, 칼럼 스페이서, 셀 갭

Description

액정 표시 장치 및 그의 제조 방법{Liquid Crystal Display Device and method for Manufacturing the same}

도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도

도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 평면도

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 선상을 자른 구조 단면도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도

도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ' 선상을 자른 액정 표시 장치의 구조 단면도

도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 상부기판의 어레이 공정을 나타낸 공정 단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

40 : 상부기판 41 : 블랙 매트릭스층

42 : 착색 수지 42a : 컬러 필터층

43 : 공통 전극 44 : 칼럼 스페이서

본 발명은 액정 표시 장치에 대한 것으로, 특히 칼럼 스페이서를 구비한 액 정 표시 장치에서 칼라 필터의 구조를 변경하여 셀 갭의 균일성을 향상시킨 액정 표시 장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점차 증가하고 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 표시장치로 활용되고 있다.

그 중에 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같은 액정 표시 장치가 여러 분야에서 화면 표시 장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시 장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 특징 및 장점과 배치되는 점이 많이 있다.

따라서, 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 액정 표시 장치와, 액정 표시 장치 의 셀 갭(cell gap)을 유지하는 스페이서에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해 사시도 이다.

액정 표시 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1 기판(1)에는 화소 영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(4)과, 상기 게이트 라인(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(5)이 배열된다. 그리고, 상기 각 화소 영역(P)에는 화소 전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 라인의 신호에 따라 상기 데이터 라인의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극에 인가한다.

그리고, 상기 제 2 기판(2)에는 상기 화소 영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R,G,B 칼라 필터층(8)이 형성되고, 상기 칼라 필터층(8) 위에는 화상을 구현하기 위한 공통 전극(9)이 형성되어 있다.

상기와 같은 액정 표시 장치는 상기 화소 전극(6)과 공통 전극(9) 사이의 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층(3)이 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.

이와 같은 액정표시장치를 TN 모드 액정표시장치라 하며, 상기 TN 모드 액정표시장치는 시야각이 좁다는 단점을 가지고 있고 이러한 TN 모드의 단점을 극복하기 위한 IPS 모드 액정표시장치가 개발되었다.

상기 IPS 모드 액정표시장치는 제 1 기판의 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극을 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 형성하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡전계(수평 전계)가 발생하도록 하고 상기 횡전계에 의해 액정층이 배향되도록 한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 높은 콘트라스트비(high contrast ratio), 넓은 시야각 특성(wide viewing angle characteristic)을 구현하고 색변화(color change)를 방지하기 위해 정확하게 액정셀의 간격이 유지될 필요가 있다.

특히, TN모드(twisted nematic mode)와 같은 특정한 모드를 이용한 액정표시장치에서는 광학적 특성에 맞춰 액정셀의 간격을 정확하게 유지하지 않으면 높은 콘트라스트비를 얻을 수가 없을 뿐만 아니라 화면에 표시 얼룩이 발생하게 된다.

상기에서와 같이 액정 표시 장치에서 정확한 액정셀의 간격을 유지하는 것은 고화질의 액정 표시 장치를 생산하는데 있어서 필수적인 요소이다.

상기와 같이 액정셀의 간격, 즉 액정층의 두께를 일정하게 유지하기 위해서 스페이서(spacer)를 사용하는데, 스페이서의 종류로는 기판에 산포하는 볼 스페이서(ball spacer)와 기판에 고정시키는 고정 스페이서(칼럼 스페이서(column spacer) 또는 패턴드 스페이서(patterned spacer))가 있다.

이때 볼 스페이서(ball spacer)는 플라스틱 볼(plastic ball)이나 탄성체 플 라스틱 미립자로 형성된 스페이서(spacer)라 불리는 작은 입자를 스위칭소자가 형성된 하나의 기판(즉, 하부기판) 위에 산포기를 통해 일정한 간격으로 산포하여 형성하는 것이고, 고정 스페이서는 감광성 유기수지와 같이 딱딱한 재질을 상판에 부착하여 형성하는 것이다.

이때 볼 스페이서는 외부에서 압력이 가해질 때 상, 하부기판 사이에서 이동이 자유롭기 때문에 상, 하부기판의 배향막에 스크래치(scratch)가 발생하여 외관불량을 유발할 수 있고, 또한 대면적에서 균일하게 셀 갭을 유지하기가 어렵다.

이와 같이 볼 스페이서의 이동, 데미지 문제 및 셀 갭 유지의 어려움을 해결하기 위해서 상부기판에 부착시키는 고정 스페이서를 사용한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 칼럼 스페이서를 사용한 종래의 액정 표시 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 선상을 자른 구조 단면도이다.

종래에 따른 액정 표시 장치는, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 상부기판(20) 및 하부기판과, 상기 상부기판(20)과 하부기판 사이에 형성된 액정층(미도시)과, 상부기판(20)과 하부기판간의 셀 갭을 유지하기 위해 상부기판(20)과 하부기판 사이에 고정 형성된 칼럼 스페이서(24)로 구성된다.

그리고 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 하부기판(TFT 어레이 기판)에는 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭 되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다.

그리고 상부기판(20)(칼라필터 기판)에는 상기 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(21)과, 칼라 색상을 표현하기 위해 줄무늬(stripe) 형태로 정렬된 R,G,B(Red, Green, Blue) 칼라 필터층(22)과, 상기 칼라 필터층(22)을 포함한 상부기판(20)상에 화상을 구현하기 위한 공통전극(23)이 형성되어 있다.

그리고 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 상,하부기판의 양쪽면에는 가시광선(자연광)을 선편광 시켜주는 편광판이 각각 부착되어 있다.

상기 공통전극(23)은 IPS 모드 액정표시장치일 경우 하부기판에 형성된다.

상기 칼럼 스페이서(24)는 상하로 인접한 상기 화소영역 사이의 블랙 매트릭스층(21) 상부에 형성되어 있다. 그리고 칼라 필터층(22)이 줄무늬 형태로 정렬되어 있기 때문에 상기 칼럼 스페이서(24)는 도 3에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스층(21)과 칼라 필터층(22) 상부에 형성된다.

상기와 같이 구성된 종래의 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제가 있다.

상부기판(20)과 하부기판을 합착할 때 액정셀의 간격, 즉 액정층의 두께를 일정하게 유지시키기 위해서 복수개의 칼럼 스페이서(24)를 부착시키지만, 칼럼 스페이서(24)가 블랙 매트릭스층(21)과 칼라 필터층(22)이 모두 형성된 상부에 구비 되므로 칼라 필터층(22)에 의한 단차 및 칼라 필터층(22) 자체의 균일도 저하로 인해서 평탄성이 저하되고, 이에 따라서 셀 갭의 균일성이 저하되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로 특히, 셀 갭의 균일성을 향상시키기에 알맞은 액정 표시 장치 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 일정 공간을 갖고 합착된 상, 하부기판; 상기 상부기판상에 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위해 형성된 블랙 매트릭스층; 상기 상부기판의 각 화소영역에 일대일 대응되도록 격리 형성된 칼라 필터층; 상기 칼라 필터층이 형성되지 않은 상기 블랙 매트릭스층 상측부에 고정 형성된 칼럼 스페이서; 상기 상, 하부기판 사이에 충진된 액정층을 포함함을 특징으로 한다.

상기 하부기판에는 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭 되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있음을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조방법은 기판의 전면에 화소영역을 제외한 영역에만 남도록 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계; 상기 화소 영역에 일대일 대응되어 격리되도록 칼라 필터층을 형성하는 단계; 상기 칼라 필터층을 포함한 상기 기판 전면에 공통전극을 증착하는 단계; 상기 칼라 필터층이 제거된 상기 블랙 매트릭스층 상측부의 상기 공통전극상에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

상기 칼라 필터층은 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 상기 기판 전면에 착색 수지를 도포하는 단계; 상기 각 화소 영역에 일대일 대응되도록 노광 및 현상 공정으로 상기 착색 수지를 선택적으로 패터닝하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

상기 컬럼 스페이서는 포토 공정 또는 잉크젯(ink-jet) 공정으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ' 선상을 자른 액정 표시 장치의 구조 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 상부기판(40) 및 하부기판과, 상기 상부기판(40)과 하부기판 사이에 형성된 액정층(미도시)과, 상부기판(40)과 하부기판간의 셀 갭을 유지하기 위해 상부기판(40)과 하부기판 사이에 일정 간격으로 고정 형성된 칼럼 스페이서(44)로 구성된다.

그리고 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 하부기판(TFT 어레이 기판)에는 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭 되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다.

그리고 상부기판(40)(칼라필터 기판)에는 상기 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(41)과, 칼라 색상을 표현하기 위해 상기 화소영역에 각각 격리되도록 정렬된 R,G,B(Red, Green, Blue) 칼라 필터층(42a)과, 상기 칼라 필터층(42a)을 포함한 상부기판(40)상에 화상을 구현하기 위해 형성된 공통전극(43)이 구비되어 있다.

그리고 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 상,하부기판의 양쪽면에는 가시광선(자연광)을 선편광 시켜주는 편광판이 각각 부착되어 있다.

상기 공통전극(43)은 IPS 모드 액정표시장치일 경우 하부기판에 형성된다.

상기 칼라 필터층(42a)은 각 화소 영역당 한 개씩 격리 형성되어 있고, 상기 칼럼 스페이서(44)는 상기 칼라 필터층(42a)이 형성되지 않은 블랙 매트릭스층(41)의 상측부에 부착되어 있다.

이와 같이 칼럼 스페이서가 칼라 필터층이 형성되지 않은 블랙 매트릭스층 (41) 상측부에 부착되어 있으면, 종래의 칼라 필터층의 단차로 인한 평탄성 저하 문제가 발생하지 않으므로 셀 갭 균일성을 향상시킬 수 있다.

이어서, 상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 상부기판의 어레이 공정을 나타낸 공정 단면도이다.

일반적으로 액정표시장치의 제조방법은 크게 어레이 공정, 셀 공정, 모듈 공정 등으로 구분된다.

상기 공정중 본 발명은 어레이 공정에 관한 것으로, 어레이 공정 중에서도 상부기판에 칼라필터 어레이를 형성하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 어레이 공정은, 상기 하부기판에 게이트 라인 및 데이터 라인과, 화소 전극과, 박막트랜지스터를 구비한 TFT 어레이를 형성하고, 상부기판에 블랙 매트릭스층과 칼라 필터층과 공통 전극 등을 구비한 칼라 필터 어레이를 형성하는 공정이다.

이때, 상기 어레이 공정은 하나의 기판에 하나의 액정 패널을 형성하는 것이 아니라, 하나의 대형 유리 기판에 액정 패널을 다수개 설계하여 각 액정 패널 영역에 각각 TFT 어레이 및 칼라 필터 어레이를 형성한다.

도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 좀 더 자세히 설명하면, 먼저 도 6a에 도시한 바와 같이, 상부기판(40)의 전면에 크롬(Cr)과 같은 차광막을 증착한 후, 화소영역을 제외한 영역에만 남도록 차광막을 제거하여 블 랙 매트릭스층(41)을 형성한다.

다음에 도 6b에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스층(41)을 포함한 전면에 착색 수지(42)를 도포한다.

이어서 도 6c에 도시한 바와 같이, 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상공정으로 착색 수지(42)를 식각하여 각 화소 영역에 일대일 대응되도록 칼라 필터층(42a)을 격리 형성한다.

다음에 도 6d에 도시한 바와 같이, 칼라 필터층(42a)을 포함한 상부기판(40) 전면에 공통전극(43)을 증착한다. 이때 IPS 모드 액정표시장치에서는 공통전극을 하부기판에 형성하므로 오버코트층을 증착할 수 있다.

이후에 도 6e에 도시한 바와 같이, 상기 공통 전극(43)위에 감광성 수지를 형성하고 선택적으로 제거하여 칼라 필터층(42a)이 제거된 상기 블랙 매트릭스층(41)상부의 공통전극(43)상에 컬럼 스페이서(44)를 형성한다. 상기 컬럼 스페이서(44) 형성은 포토 공정 또는 잉크젯(ink-jet) 공정에 의해 형성할 수 있다.

이와 같이 TFT 어레이가 형성된 TFT 기판과 칼라 필터 어레이가 형성된 칼라 필터 기판은 셀 공정 라인으로 이동된다.

이어, 상기 TFT 기판과 칼라 필터 기판상에 배향 물질을 도포하고 액정분자가 균일한 방향성을 갖도록 하기 위한 배향 공정(러빙 공정)을 각각 진행한다.

여기서, 상기 배향 공정은 배향막 도포 전 세정, 배향막 인쇄, 배향막 소성, 배향막 검사, 러빙 공정 순으로 진행된다.

이어, 상기 TFT 기판 및 칼라 필터 기판을 각각 세정한다.

그리고, 상기 각 액정 패널 영역의 외곽부에 두 기판을 합착하기 위한 실 패턴(seal pattern)을 형성한다. 이때, 실 패턴은 액정을 주입하기 위한 액정 주입구 패턴을 갖도록 형성된다.

상기 실 패턴이 대향되도록 TFT 기판과 칼라 필터 기판을 마주보도록 하여 두 기판을 합착하고 상기 실 패턴을 경화시킨다.

그 후, 상기 합착 및 경화된 TFT 기판 및 칼라 필터 기판을 각 단위 액정 패널 영역 별로 절단하고 가공하여하여 일정 사이즈의 단위 액정 패널을 제작한다.

이후, 각각의 단위 액정 패널의 액정 주입구를 통해 액정을 주입하고, 주입 완료 후 상기 액정 주입구를 봉지하여 액정층을 형성한다. 그리고, 각 단위 액정 패널의 외관 및 전기적 불량 검사를 진행함으로써 액정 표시 장치를 제작하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시장치 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

칼라 필터층을 각 화소영역에 일대일 대응되게 격리 형성하고, 칼라 필터층이 제거된 블랙 매트릭스층 상측에 칼럼 스페이서를 부착시킴으로써, 칼라 필터층에 의한 단차 및 칼라 필터층 자체의 균일도 저하로 인해서 평탄성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해서 셀 갭의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 일정 공간을 갖고 합착된 상, 하부기판;

   상기 상부기판상에 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위해 형성된 블랙 매트릭스층;

   상기 상부기판의 각 화소영역에 일대일 대응되도록 격리 형성된 칼라 필터층;

   상기 칼라 필터층이 형성되지 않은 상기 블랙 매트릭스층 상측부에 고정 형성된 칼럼 스페이서;

   상기 상, 하부기판 사이에 충진된 액정층을 포함함을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부기판에는 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트라인과,

   상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과,

   상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소전극과,

   상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭 되어 상기 데이터 라인의 신호를 상 기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있음을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 기판의 전면에 화소영역을 제외한 영역에만 남도록 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계;

   상기 화소 영역에 일대일 대응되어 격리되도록 칼라 필터층을 형성하는 단계;

   상기 칼라 필터층을 포함한 상기 기판 전면에 공통전극을 증착하는 단계;

   상기 칼라 필터층이 제거된 상기 블랙 매트릭스층 상측부의 상기 공통전극상에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 칼라 필터층은 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 상기 기판 전면에 착색 수지를 도포하는 단계;

   상기 각 화소 영역에 일대일 대응되도록 노광 및 현상 공정으로 상기 착색 수지를 선택적으로 패터닝하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 컬럼 스페이서는 포토 공정 또는 잉크젯(ink-jet) 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.

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