KR20060093970A - 잉크젯 방식을 이용한 스페이서 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시패널의 스페이서 형성방법에 관한 것으로, 단위 화소가 매트릭스 배열을 하는 기판상에 잉크젯 분사노즐을 정렬하는 단계; 상기 분사노즐로부터 스페이서를 일정한 간격으로 분사하되, 적어도 두 단위 화소마다 스페이서를 적하하는 제 1 적하 단계; 상기 제 1 적하단계에서 형성된 스페이서 사이에 형성되는 단위 화소 영역에 스페이서를 적하시키는 제 2 적하 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여 단위 화소마다 잉크젯 방식에 의해 볼 스페이서를 형성하면서도 인접하는 스페이서 간에 간섭이 배제된 스페이서 형성방법을 제공한다.

볼 스페이서, 잉크젯

Description

잉크젯 방식을 이용한 스페이서 형성방법{METHOD FOR FORMING SPACER USING INK-JET DROPPING METHOD}

도 1 은 본 발명의 액정표시패널의 단면구조

도 2는 본 발명의 컬러필터 기판의 평면구조.

도 3은 본 발명의 어레이 기판의 평면구조.

도 4a~4c는 본 발명에 의한 스페이서 형성방법을 나타내는 수순도.

*********** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **********

201: 컬러필터 기판 202: 단위 화소

203: 블랙매트릭스 301: 어레이 기판

302: 게이트 라인 303: 데이터 라인

330: 화소 전극 320: 박막 트랜지스터

400: 잉크젯 분사노즐 430: 스페이서

본 발명은 스페이서 형성방법에 관한 것으로, 특히 잉크젯 방식을 통한 볼 스페이서 형성방법에 관한 것이다.

오늘날, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.

액정표시소자는 단위 화소들이 매트릭스 배열을 하는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판과 대향하며 색상을 천연색으로 표시하기 위한 컬러필터 기판과, 상기 두 기판사이에 충진되는 액정 층을 포함하여 구성된다.

상기 어레이 기판과 컬러필터 기판은 그 자장자리에서 실라인에 의해 서로 결합되고, 셀 갭이 형성되지만, 두 기판의 전체 면적을 통한 셀 갭은 스페이서를 통해 유지된다.

상기 스페이서는 액정표시패널의 상부기판과 하부기판의 셀 갭을 유기하기 위해 형성되는 것으로, 그 형성 형태에 따라 볼 스페이서와 컬럼 스페이서(또는 패턴 스페이서)로 구분될 수 있다.

볼 스페이서는 미세한 볼 형태로 상부기판 또는 하부기판에 산포방식에 의해 형성되며, 컬럼 스페이서는 감광성의 유기막을 노광공정을 이용하여 형성하는 스페이서이다.

상기 볼 스페이서 형성방법은 다시 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하 는 습식산포법과 스페이서 만을 산포하는 건식산포법으로 나눌 수 있다. 또한 건식산포법에는 정전기를 이용하는 정전산포법과 기체의 분사압력을 이용하는 제전산포법이 있는데 정전기에 취약한 액정표시패널에는 제전산포법이 주로 사용된다.

상기 산포방식에 의한 볼 스페이서의 형성방법은 스페이서를 쉽게 형성할 수 있다는 장점은 있으나, 산포되기 때문에 원하는 소정의 위치에 스페이서를 형성하는 것이 상대적으로 어렵고, 산포밀도를 균일하게 하기도 어렵다는 단점이 있다.

그러므로 산포방식에 의해 스페이서를 형성하는 경우, 단위 화소부에 스페이서가 형성되어 개구율을 감소시키거나, 산포되는 스페이서가 서로 엉겨 얼룩무늬의 화면 불량을 초래하기도 한다.

이에 반해, 포토공정에 의한 컬럼 스페이서의 형성방법은 스페이서의 형성위치를 미리 정한 마스크를 이용하여 포토공정에 의해 스페이서를 형성하기 때문에 스페이서의 형성위치를 자유롭게 조절할 수 있고, 스페이서의 형성밀도 및 형태를 자유롭게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 포토공정을 실시하기 때문에, 스페이서를 형성하기 위해 버려지는 감광막의 사용이 지나치게 많아 비용상승 및 환경오염의 원인이 되고, 포토공정을 위해 고가의 마스크를 사용하여야 하며, 포토공정을 위해 여러 부수 공정을 진행하여야 하는 등 비경제적인 면이 상당하다.

그러므로 본 발명은 저 비용에 의해 스페이서를 형성할 수 있으면서도 정위치에 스페이서를 형성할 수 있는 잉크젯 방식에 의한 스페이서 형성방법을 제안한다. 특히, 잉크젯 방식에 의해 스페이서를 형성하되, 대형의 액정표시패널의 셀 갭 을 유지하기 위해 조밀한 스페이서의 형성이 필요할 때 스페이서 형성시 인접하는 스페이서간에 엉김이나 혼합이 발생하지 않는 스페이서 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 이루기 위해 본 발명의 스페이서 형성방법은 단위 화소가 매트릭스 배열을 하는 기판상에 잉크젯 분사노즐을 정렬하는 단계; 상기 분사노즐로부터 스페이서를 분사하되, 스페이서 적하위치간에 소정의 단위 화소가 개재되도록 이격되게 스페이서를 적하하는 제 1 적하 단계; 상기 제 1 적하단계에서 형성된 스페이서 사이에 형성되는 단위 화소에 스페이서를 적하시키는 제 2 적하 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

액정표시패널은 상부기판과 하부기판이 합착되고 그 사이에 액정이 충진되기 때문에 넓은 액정표시패널의 셀 갭을 일정하게 유지하는 것이 필수적이다. 통상 셀갭은 스페이서를 통해 유지되는데, 본 발명은 스페이서를 형성함에 있어, 정위치에 스페이서를 적하시킬 수 있고, 공정이 단순한 잉크젯 분사방식을 이용한 스페이서 형성방법을 제공한다.

특히, 액정표시패널이 대형화됨에 따라 액정표시패널의 셀갭을 일정하게 유지시키기 위해서는 더욱 조밀한 스페이서의 형성이 필요하게 된다. 본 발명은 조밀한 밀도의 스페이서를 형성하면서도, 좁은 스페이서간의 간격으로 인해 적하시 서로 엉기는 문제를 개선한 잉크젯 스페이서 형성방법을 제안하다.

그 방법으로 적어도 둘 이상의 단위 화소마다 스페이서가 적하되도록 스페이 서의 제 1 적하를 실시한 후, 스페이서의 경화가 이루어진 다음, 상기 제 1 적하에 의해 형성된 스페이서 사이, 즉, 제 1 적하에 의해 이루어진 스페이서 사이에 형성되는 단위 화소영역에 스페이서의 제 2 적하를 실시하여 단위 화소마다 스페이서를 형성하는 방법을 제공한다.

상기 제 2 적하가 이루어지기 전에 제 1 적하된 스페이서는 건조후 경화가 이루어지기 때문에 제 2 적하되는 스페이서와 엉길 염려가 줄어 스페이서를 정위치에 형성하는 것이 용이하다. 또한 본 발명은 적하되는 스페이서의 크기가 상대적으로 커고 단위화소간의 간격이 좁을 경우, 스페이서 적하시 이웃하는 스페이서와 엉김이 발생할 가능성이 큰데, 이때 적어도 두개의 단위 화소이상의 간격으로 제 1 스페이서 적하를 실시하고 제 1 적하에 의해 형성된 스페이서 사이에 존재하는 단위 화소에 제 2 스페이서 적하를 실시함으로써 스페이서간의 간섭이나 엉김을 방지하는 것을 목적으로 한다.

이하, 도 2,3을 참조하여 본 발명의 액정표시패널의 구조를 살펴보고, 도 4a~4c를 참조하여 액정표시패널을 구성하는 상부기판 또는 하부기판 중 선택되는 어느 기판에 잉크젯 방식에 의해 스페이서를 형성하는 방법에 관하여 살펴본다.

도 1은 액정표시패널의 하나의 단위 화소영역의 단면을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시패널(100)은 TFT어레이 기판(120)과 컬러필터 기판(110)과 그 사이에 충진되는 액정층(140)을 구비한다.

상기 TFT어레이 기판(120) 상에는 단위 화소의 구동소자인 TFT(150)과 상기 단위 화소에 인가되는 신호를 일정 시간 유지시키는 스토리지 커패시터가 일조를 이루며 형성되어 있다.

상기 TFT는 게이트 전극(151)과, 상기 게이트 전극(151)을 절연하는 게이트절연층(122)과 상기 게이트절연층(122)상에 형성되며 TFT의 채널 및 소스 드레인 영역을 구성하는 반도체층(152)과 상기 반도체층(152)과 소스 및 드레인 전극(154,155)을 오믹 접촉시키는 오믹컨택층(153)과 데이터신호를 인가받는 소스전극(154) 및 드레인 전극(155)을 구비하여 형성된다.

상기 소스 및 드레인 전극(154,155)은 보호층(123)에 의해 보호된다. 또한 상기 보호층(123)상에는 액정층(140)에 전계를 인가하는 화소 전극(156)이 형성되는 데, 상기 화소 전극(156)은 상기 드레인 전극(155)과 연결되어 데이터신호를 인가받는다.

한편, 상기 스토리지 전극(160)은 그 상부에 형성되는 화소 전극(156)과 더불어 커패시터를 형성하여 TFT에 인가되는 데이터신호를 일정시간 동안 유지시키는 역할을 수행한다.

한편, 상기 TFT어레이 기판(120)과 대향하는 컬러필터 기판(110)은 투명한 기판(111)상에 컬러필터 층(미도시)이 형성되고 상기 컬러필터 층상에 액정에 전계를 인가하는 공통전극(112)이 형성될 수 있다. 상기 공통전극(112)은 통상 ITO등의 투명한 전극으로 구성될 수 있다.

도 2를 참조하여 본 발명의 상부기판을 구성하는 컬러필터 기판의 평면구조를 살펴보면, 컬러필터 기판(201)은 복수의 서브 컬러필터(202a,202b,202c)가 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 적, 녹, 청색의 서브 컬러필터가 하나의 단위 화소 (202)를 구성하게 된다.

상기 서브 컬러필터는 서로 일정한 간격으로 이격되어 있으며, 서브 컬러필터 사이에서 빛샘이 발생하는 것을 방지하기 위해 서브 컬러필터 사이는 블랙매트릭스(203)층에 의해 빛 샘이 차단된다.

도 2에는 도시되지 않았지만, 컬러필터 층위에는 공통전극이 더 형성되어 어레이 기판의 화소 전극과 더불어 액정에 전계를 인가한다.

통상, 15인치 액정표시패널에서 서브 컬러필터의 크기는 가로가 약 100㎛ 내외, 세로가 200~300㎛정도 된다. 그러므로 서브 컬러필터와 서브 컬러필터는 약 100㎛의 간격으로 배열된다. 고화질의 액정표시패널의 경우는 단위 화소의 크기가 더욱 미세해지고 있다.

한편, 도 3은 상기 컬러필터 기판(201)과 대향하는 어레이 기판(301)의 평면구조를 도시한 것으로, 어레이 기판(301)에는 복수의 게이트 라인(302)과 상기 게이트 라인(302)과 수직교차하는 복수의 데이터 라인(303)에 의해 단위 화소(310)가 정의되고 상기 단위 화소(310)는 상기 어레이 기판(301)상에 매트릭스 배열한다.

상기 단위 화소(310)에는 상기 게이트 라인(302) 및 데이터 라인(303)에 각각 연결되는 스위칭소자인 박막 트랜지스터(320)가 형성되며, 상기 박막 트랜지스터(320)의 드레인 전극은 단위 화소마다 형성되는 화소 전극(330)과 연결되어 데이터신호를 공급받는다.

상기 어레이 기판(301)의 단위 화소들은 상기 컬러필터 기판의 서브 컬러필터와 각각 대응되며, 두 기판의 합착 후 서로 대향하며 어레이 기판의 화소 전극과 컬러필터 기판의 공통전극이 전계를 형성하여 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 충진되는 액정을 구동시킨다.

한편, 상기 컬러필터 기판 및 어레이 기판은 균일한 화질을 구현하기 위해 일정한 셀 갭을 유지하는 것이 필수적이다. 상기 셀 갭을 유지하기 위해 형성하는 것이 스페이서로, 본 발명은 스페이서 형성방법이 간단하면서도, 스페이서가 적하되는 위치를 제어할 수 있는 잉크젯 방식의 스페이서 형성방법을 제공한다.

특히, 잉크젯 분사방식의 스페이서 형성방법은 휘발성의 용매에 소정의 볼 스페이서를 포함시켜 기판에 적하하고 용매를 휘발함으로써 스페이서를 형성하게 되는데, 고해상도의 액정표시패널이 요구됨에 따라 서브 화소간의 간격이 미세해지고 있고, 서브 단위 화소마다 스페이서를 형성하여 셀 갭을 유지시킬 필요성이 증대되고 있다.

그러나, 서브 단위 화소의 배열과 동일한 간격으로 스페이서를 분사할 수 있는 잉크젯 분사노즐의 분사구를 제조하는 것이 쉽지 않으며, 미세한 간격으로 배열되는 부사구를 제조할 수 있다 하더라도, 용매에 용융된채 분사되는 스페이서는 분사시 서로 간에 근접하게 되면, 서로 엉기어 불량의 스페이서를 형성할 수 있다. 즉, 단위 화소 내로 용매가 번져 단위 화소에 스페이서가 형성되어 개구율을 감소시키거나, 서로 엉기어 용매 휘발 후, 얼룩으로 남는 등의 문제를 유발한다.

그러므로 본 발명은 고해상도의 액정표시패널을 제조함에 있어, 단위 화소마다 스페이서를 형성하되, 서로 엉김이 방지되는 잉크젯 방식의 스페이서 형성방법을 제공한다.

즉, 본 발명은 적하되는 스페이서간의 간격을 충분히 넓게하여 제 1 스페이서 적하를 실시하고, 이어서, 상기 제 1 스페이서 적하된 영역 사이에 제 2 스페이서 적하를 실시하여 스페이서의 엉김을 방지한다.

제 1 스페이서 적하 후, 휘발성 용매에 용융되어 있는 스페이서는 용매의 휘발에 의해 부피가 크게 감소하고 또한 경화되기 때문에 제 2 스페이서의 적하시 적하되는 스페이서와 서로 엉길 가능성은 극히 적다.

이하, 도 4a~4c를 참조하여 본 발명의 잉크젯 분사방식에 의한 스페이서 형성방법을 살펴본다.

본 발명의 스페이서 적하는 컬러필터 기판 또는 어레이 기판 중에서 선택되어 형성될 수 있으나, 본 실시 예는 컬러필터 기판에 스페이서를 적하하는 경우를 살펴본다.

도 4a를 참조하면, 잉크젯 분사노즐(400)은 컬러필터 기판(420)상에 일정한 간격으로 이격된채 배열된다.

상기 잉크젯 분사노즐(400)은 바(bar)형으로 구성되며, 컬러필터 기판과 대향하는 배면에 일정한 간격으로 배열되는 복수의 분사구가 형성되어 있다.

상기 분사구의 배열간격은 일정한 간격으로 형성되면서 적어도 두 서브 픽셀마다 하나, 또는 세 서브 픽셀마다 하나에 해당하는 거리로 배열될 수 있다. 즉, 서브 픽셀의 크기가 100㎛면 잉크젯 분사노즐의 분사구의 간격은 200㎛ 또는 300 ㎛일 수 있다. 그러나 분사구의 배열간격은 상기 수치에 제한되지 않으며, 다양한 배열이 가능하다.

상기와 같이, 일정한 간격을 배열되는 잉크젯 분사노즐(400)을 컬러필터 기판(420)상에 정렬한 다음, 스페이서의 제 1 적하를 실시한다.

적하되는 상기 스페이서(430)는 볼 형태의 스페이서(일명 볼 스페이서)가 알콜등 휘발성의 용매에 용융되어 있는 것으로, 상기 분사구를 통해 컬러필터 기판(420)의 소정의 위치에 용매와 볼 스페이서가 혼합된 상태로 적하된다.

상기 스페이서(430)는 단위 화소의 개구율을 감소시키지 않도록, 단위 화소영역을 피해 블랙매트릭스가 형성되는 영역에 적하된다.

그러므로 제 1 적하를 통해 스페이서는 적어도 두 서브픽셀마다 하나씩 일정한 간격으로 컬러필터 기판상에 형성된다. 도 4a는 본 발명의 일 실시 예로서 3 서브 픽셀마다 하나의 스페이서가 적하되는 것을 도시하고 있다.

적하되는 상기 스페이서(430)는 휘발성의 용매를 포함하고 있기 때문에 적하됨과 동시에 휘발이 시작되어 일정한 시간 후에는 휘발성 용매는 모두 휘발하고 볼 스페이서만 남게 된다. 그 결과, 적하된 스페이서가 차지하게 되는 부피는 극히 작게 된다.

상기 잉크젯 분사노즐(400)은 서브 컬러필터의 제 1 행(410a)에 스페이서를 적하한 후, Y방향으로 일정한 거리 이동한 후, 서브 컬러필터의 제 2 행(410b)에 스페이서의 적하를 실시한다.

Y방향으로 잉크젯 분사노즐을 이동함에 있어서도, 적어도 두개의 서브 픽셀에 해당하는 거리만큼 이동한 후 스페이서의 분사를 실시하는 것도 가능하다.

그러나 본 실시 예에서는 상기 서브 픽셀의 세로 길이가 충분하여 세로방향 으로는 분사되는 스페이서간의 엉김이 없는 것으로 가정하고 행마다 잉크젯 분사방식에 의해 스페이서를 형성한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 세개의 서브 픽셀마다 스페이서의 제 1 적하를 실시한 다음, 상기 잉크젯 분사노즐(400)을 X방향으로 일정한 간격, (즉, 단위 서브 픽셀의 가로 길이에 해당하는 간격)만큼 이동한 다음, 스페이서의 제 2 적하를 실시한다.

그 결과, 도 4b에 도시된 바와 같이, 스페이서의 제 1 적하에 의해 형성된 제 1 스페이서 사이에 스페이서의 제 2 적하가 이루어진다.

이때 제 1 적하에 의해 형성된 스페이서는 용매가 휘발되고 경화된 상태이므로 그 부피가 매우 작고 용매를 포함하는 제 2 적하시 적하되는 스페이서와 엉기는 문제는 발생하지 않게 된다.

제 2 적하는 제 1 적하에 의해 형성된 스페이서 사이의 서브 픽셀 영역에 이루어지며, 도 4b를 참조하면, 매트릭스 배열을 하는 서브 픽셀의 제 3n+1 열(420b)에 적하된다. 상기 잉크젯 분사노즐(400)은 Y방향으로 서브 픽셀의 세로 길이만큼 이동하여 컬러필터 기판 전체에 제 2 적하를 실시한다.

이어서, 상기 잉크젯 분사노즐(400)을 X방향으로 서브 픽셀의 가로 길이에 해당하는 만큼 이동한 후, 스페이서의 제 3 적하를 실시한다. 상기 제 3 적하는 제 1,2 적하와 동일하게 이루어지며 서브 픽셀의 제 3n+2열(420c)의 단위 서브 픽셀 영역에 이루어진다.

그 결과, 액정표시패널의 컬러필터 기판상에는 단위서브 픽셀마다 적어도 하 나의 볼 스페이서가 형성될 수 있다. 그러므로 서브 단위 화소가 미세한 고해상도의 액정표시패널을 제조함에 있어서, 단위 화소마다 스페이서를 형성하는 것이 필요할 경우, 경제적이고 용이한 잉크젯 방식에 의해 스페이서를 형성하면서도, 미세한 픽셀로 인해 인접하는 스페이서 간에 간섭이 배제되어 엉김등이 발생하는 불량을 제거한 상태에서 양질의 스페이서를 형성할 수 있다.

상기에서 살핀 바와 같이, 본 발명은 잉크젯 분사방식을 사용하여 스페이서를 형성함으로써 원하는 위치에 스페이서를 형성할 수 있어, 컬럼 스페이서 형성방식에 비해 경제적이며, 분사방식에 의한 볼 스페이서 형성방식에 비해 정위치에 스페이서를 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한 미세간격을 배열되는 서브 픽셀마다 스페이서를 형성하고자 할 경우, 적하시 인접하는 스페이서 간에 간섭이 발생하지 않아, 적하되는 스페이서 간에 엉김이 발생하여 얼룩 등의 화질 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (6)

1. 단위 화소가 매트릭스 배열을 하는 기판상에 잉크젯 분사노즐을 정렬하는 단계;

   상기 분사노즐로부터 스페이서를 일정한 간격으로 분사하되, 적어도 두 단위 화소마다 스페이서를 적하하는 제 1 적하 단계;

   상기 제 1 적하 단계에서 형성된 스페이서 사이에 형성되는 단위 화소영역에 스페이서를 적하시키는 제 2 적하 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 스페이서 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 적하단계는 적하된 스페이서를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 잉크젯 분사노즐은 일정한 간격으로 배열되는 복수의 분사구를 구비하는 것을 특징으로 하는 스페이서 형성방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 적하단계 전에 상기 제 1 적하단계에서 적하된 스페이서는 먼저 경화됨으로써 제 2 적하단계의 스페이서와 엉김이 방지되는 것을 특징으로 하는 스페이서 형성방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 적하단계 및 제 2 적하단계를 반복함으로써 단위 화소마다 스페이서가 형성되는 것을 특징으로 하는 스페이서 형성방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는 구형의 볼 스페이서인 것을 특징으로 하는 스페이서 형성방법.

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