KR20070002145A - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 액정주입구에 대응하는 상.하부 기판의 금속패턴에 관한 것이다.

본 발명의 특징은, 액정주입구에 대응하는 상부 컬러필터 기판의 블랙매트릭스에 식각패턴을 형성하는 것이다.

이와 같이 하면, 액정주입구에 바른 봉지제가 완전히 경화될 수 있는 동시에, 상기 블랙매트릭스가 제거된 영역에 대응하는 하부 어레이기판의 배선의 일부를 제거하지 않아도 되어 배선의 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다.

Description

액정표시장치{LCD}

도 1은 일반적인 액정셀의 제조공정을 도시한 흐름도.

도 2는 일반적인 액정 표시장치에서 액정셀에 감압 방법으로 액정을 주입하는 공정을 도시한 도면.

도 3a와 도 3b는 액정주입구를 봉지하는 공정을 설명하기 위한 도시한 도면.

도 4a와 도 4b는 종래에 따른 액정주입구에 대응한 상.하 기판의 금속패턴을 개략적으로 도시한 도면.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 액정 주입구에 대응한 상.하 기판의 금속패턴을 개략적으로 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 액정주입구 패턴을 포함한 액정표시장치의 구성을 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

150 : 액정 주입구 200 : 기판

202 : 블랙매트릭스

본 발명은 액정표시장치의 제조공정에 관한 것으로써 특히, 액정주입구에 대응하는 상.하판의 금속패턴 설계에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 박막 트랜지스터가 배열된 기판인 하판과, 컬러필터가 인쇄된 상판으로 구성되며, 상기 상판과 하판 사이에는 액정이 위치한다.

상기 액정표시장치에서 액정 셀(Cell)의 간략한 제조공정과 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.

두 매의 기판 즉, 상판과 하판이 마주보는 각 내측의 한쪽 면에는 공통전극 을 형성하고, 다른 한쪽 면에는 화소전극을 형성한 후, 각 전극이 서로 대향하도록 배열한 후, 상기 상판과 하판 사이의 간격에 액정을 주입시키고 주입구를 봉합한다. 그리고 상기 상판과 하판의 외측에 각각 편광판을 붙임으로써, 액정셀은 완성되게 된다.

또한, 상기 액정셀의 광 투과량을 각 전극(화소전극, 공통전극)에 인가하는 전압으로 제어하고, 광 셔터(Shutter) 효과에 의해 문자/화상을 표시하게 된다.

액정 셀 공정은 박막 트랜지스터(Thin film transistor ; TFT) 공정이나 컬러 필터(Color filter)공정에 비해 상대적으로 반복되는 공정이 거의 없는 것이 특징이라 할 수 있다. 전체 공정은 액정 분자의 배향을 위한 배향막 형성 공정과 셀갭(Cell gap) 형성공정, 셀 컷팅(Cell cutting)공정 등으로 크게 나눌 수 있다.

이하, 앞서 설명한 액정표시장치의 제조공정을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적으로 적용되는 액정셀의 제작 공정을 도시한 흐름도로써, st1 단계에서는 먼저 하판을 준비한다. 상기 하판에는 스위칭 소자로 다수개의 박막 트랜지스터(TFT)가 배열되어 있고, 상기 TFT와 일대일 대응하게 화소전극이 형성되어 있다.

st2 단계는 상기 하판 상에 배향막을 형성하는 단계이다.

상기 배향막 형성은 고분자 박막의 도포와 러빙(Rubbing) 공정을 포함한다. 상기 고분자 박막은 통상 배향막이라 하며, 하판 상의 전체에 균일한 두께로 증착되어야 하고, 러빙 또한 균일해야 한다.

상기 러빙은 액정의 초기 배향방향을 결정하는 주요한 공정으로, 상기 배향막의 러빙에 의해 정상적인 액정의 구동이 가능하고, 균일한 디스플레이(Display)특성을 갖게 한다.

일반적으로 배향막은 폴리이미드(polyimide)와 같은 유기배향막이 주로 쓰이고 있다.

러빙공정은 천을 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문질러주는 것을 말하며, 러빙 방향에 따라 액정 분자들이 정렬하게 된다.

st3 단계는 씰 패턴(seal pattern)을 인쇄하는 공정을 나타낸다.

액정셀에서 씰 패턴은 액정 주입을 위한 갭을 형성하고, 주입된 액정의 누설을 방지하는 두 가지 기능을 한다.

상기 씰 패턴은 열경화성 수지를 일정하게 원하는 패턴으로 형성시키는 공정으로써, 스크린 인쇄법이 주류를 이루고 있다.

st4 단계는 스페이서(Spacer)를 산포하는 공정을 나타낸다.

액정셀의 제조공정에서 상판과 하판 사이의 갭을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해 일정한 크기의 스페이서가 사용된다. 따라서, 상기 스페이서 산포시 하판에 대해 균일한 밀도로 산포해야 하며, 산포 방식은 크게 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있다.

또한, 건식 산포는 정전기를 이용하는 정전 산포식과 기체의 압력을 이용하는 제전 산포식으로 나뉘는데, 정전기에 취약한 구조를 갖고 있는 액정 셀에서는 제전 산포법이 많이 사용된다.

상기 스페이서 산포 공정이 끝나면, 컬러 필터 기판인 상판과 박막 트랜지스터 배열 기판인 하판의 합착공정으로 진행된다(st5).

상판과 하판의 합착 배열은 각 기판의 설계시 주어지는 마진(Margin)에 의해 결정되는데, 보통 수 ㎛의 정밀도가 요구된다. 두 기판의 합착 오차범위를 벗어나면, 빛이 새어 나오게 되어 액정셀의 구동시 원하는 화질 특성을 기대할 수 없다.

상기 상/하판의 합착은 열경화성 수지로 형성된 씰 패턴을 가압경화하여 합착하게 된다.

st6 단계는 상기 st1 내지 st5 단계에서 제작된 액정셀을 단위 셀로 절단하는 공정이다.

일반적으로 액정셀은 대면적의 유리기판에 다수의 액정셀을 형성한 후, 각각 하나의 액정셀로 분리하는 공정을 거치게 되는데, 이 공정이 셀 절단 공정이다.

초기 액정표시장치의 제조공정에서는 동시에 여러 셀에 액정을 주입한 후, 셀 단위로 절단하는 공정을 진행하였으나, 셀 크기가 증가함에 따라 단위 셀로 절단한 후, 액정을 주입하는 방법을 사용하고 있다.

셀 절단 공정은 유리기판 보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 펜으로 기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(Scribe) 공정과 힘을 가해 절단하는 브레이크(Break) 공정으로 이루어진다.

st7 단계는 각 단위 셀로 절단된 액정셀에 액정을 주입하는 단계이다.

단위 액정셀은 수백 cm²의 면적에 수 ㎛의 갭을 갖는다. 따라서, 이러한 구조의 셀에 효과적으로 액정을 주입하는 방법으로 셀 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 가장 널리 이용된다.

상기와 같이 압력차를 이용한 액정 주입방법은 액정 셀 공정에서 가장 긴 시간을 요하기 때문에 생산성 측면에서 최적 조건을 설정하는 것이 중요하다.

도 2는 일반적으로 셀에 액정을 주입하는 공정을 도시한 도면이다.

일반적으로 셀(2)에 액정을 주입하기 위해서는 셀(2)이 장착될 수 있는 진공장치(6)와 액정(10)이 담긴 용기(8)가 필요하다.

먼저, 셀(2)에 액정(10)을 주입하기 위해서는 상기 셀(2)을 상기 진공장치(6)에서 상기 셀(2) 내부에 존재하는 공기를 제거한다.

이 때, 상기 액정(10) 속의 미세한 공기방울이 셀(2)에 주입되어 시간이 지남에 따라, 이들끼리 결합하여 기포를 형성하면 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 액정 내에 존재하는 미세한 공기방울을 제거하기 위해 장시간 진공에 방치하여 액정(10) 내에 존재하는 기포를 제거하는 탈포(脫泡) 과정이 필요하다.

상기와 같은 탈포 과정은 셀(2)의 진공을 뽑는 과정에서 액정을 동시에 로딩(Loading)하여 해결하기도 한다.

액정을 주입하기 위해서는 보통 수 mTorr 정도의 진공도가 필요하다.

공정 시간을 감소시키기 위해 압력을 급격히 변화시키는 경우 액정의 변성과 셀(2)의 변형 및 파손이 생길 수 있기 때문에, 공정 조건의 설정시 이에 대한 검증이 요구된다.

액정 주입은 액정 쟁반(tray)에 단위 셀을 담그는 디핑(dipping) 방식이 일반적이지만, 액정의 소비가 많기 때문에 주입구(4) 만을 액정(10)에 접촉시키는 터치(touch) 방식이 도입되고 있다. 이하에서는 터치방식에 관해 설명한다.

상기 진공장치(6)에 의해 상기 셀(2) 내지 액정(10)에 존재하는 공기를 충분히 제거하면, 상기 셀(2)의 액정 주입구(4)를 상기 액정(10)이 담긴 용기(8)에 담근다.

이 때, 상기 액정(10)과 상기 셀(2) 내부의 압력차는 없으므로, 액정 주입 초기에는 모세관 현상에 의해 상기 액정(10)이 상기 셀(2) 내부로 주입되고, 이후 상기 진공장치(6) 내부에 질소를 주입하면, 상기 셀(2) 내부와 상기 액정(10)의 압력차에 의해 상기 액정(10)은 셀(2) 내부로 빨려 들어가면서 액정 주입이 되는 것 이다.

전술한 바와 같이, 액정 주입공정이 완료되면 주입구를 봉지(封地)하는 공정을 진행한다.

도 3a와 도 3b는 액정주입구의 봉지공정을 도시한 도면이다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 앞서 설명한 바와 같은 방법으로 액정(30)을 주입한 다음 액정 주입구(40)에 봉지제(18)를 바르는 공정을 진행한다.

이때, 상기 봉지제(18)는 자외선 또는 가시광에 의해 경화되는 고분자 물질을 사용하게 된다.

일 예로 도 3b에 도시한 바와 같이, 액정 주입구(40)에 봉지제(18)를 바른 다음 액정주입구(40)의 상부로 자외선을 조사하는 공정을 진행한다.

상기 봉지제(18)를 경화하는 공정은, 봉지제를 바른 액정패널의 주입구(40)가 나란히 위치하도록 다수의 액정패널을 배치한 후, 일정 시간동안 자외선을 조사하게 된다.

이러한 공정을 완료한 다음, 일정시간이 지난 후 어떤 액정패널은 주입구의 봉지제가 들뜨는 현상으로 액정이 외부로 세는 불량이 발생하곤 한다.

이에 대해, 이하 도 4a 도 4b를 참조하여 설명한다.

도 4a는 액정주입구에 대응하는 어레이 기판의 배선패턴을 확대한 평면도이고, 도 4b는 액정주입구에 대응하는 컬러필터 기판의 블랙매트릭스 패턴을 도시한 평면도이다.

도 4a와 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 액정주입구(40)에 대응하는 제 1 기판(어레이 기판,50)의 일면에는 다수의 신호배선(52,54,56)들이 위치하고, 이에 대응하는 제 2 기판(60)의 일 면(컬러필터 기판)에는 블랙매트릭스(70)가 구성된다.

상기 신호배선들(52,54,56)은 액정패널 외부의 구동회로부터 신호를 인가받아 액정패널 표시영역으로 전달하는 역할을 하기 때문에, 필연적으로 상기 액정주입구를 포함한 액정패널의 비표시영역에 다수개가 구성된다.

그런데, 상기 블랙매트릭스(70) 또는 상기 신호 배선(52,54,56)들은 금속물질로 형성되기 때문에, 상기 봉지제(도 3b의 18)를 경화하는 공정 중 상기 자외선을 반사하는 역할을 하게 된다.

이와 같은 경우, 봉지제(도 3b의 18)를 경화하기 위한 자외선의 일부가 외부 또는 액정패널의 내부로 반사되기 때문에 상기 봉지제(도 3b의 18)는 완전히 경화되지 않게 된다.

따라서, 봉지제의 들뜸 현상으로 인해 액정패널 내부의 액정이 외부로 새는 경우가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 도시한 바와 같이 종래에는, 액정주입구에 대응하여 상기 제 1 기판(50)의 신호배선(56)의 일부를 제거하였다.

이와 같이 하면, 반사되는 자외선의 양을 최소화 할 수 있어 봉지제는 안정적으로 경화된 상태가 된다.

그런데, 이러한 구조는 상기 신호배선(56) 자체의 저항이 높아져 이에 따라 액정패널에 좋지 않은 영향을 미치게 되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 액정 주입구을 봉하는 봉지제의 완전한 경화를 유도하고, 액정패널의 신호 불안정성을 해결하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 액정주입구에 대응하는 컬러필터의 블랙매트릭스를 제거하는 것을 특징으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 다수의 화소 영역을 포함하는 표시영역과, 표시영역의 둘레가 액정주입부를 포함한 비표시영역으로 정의된 제 1 기판과; 상기 화소영역에 대응하는 제 1기판의 일면에 구성된 박막트랜지스터와 투명한 화소 전극과, 상기 비표시 영역에 대응하는 다수의 신호배선과; 상기 화소영역에 대응한 제 2 기판의 일면에 구성된 컬러필터와, 비표시 영역에 대응하여 구성되고 상기 액정주입부에 대응한 부분은 제거된 블랙매트릭스와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 비 표시영역에 라인 형상으로 위치하고, 상기 액정주입구에 대응한 부분이 뚫려 구성된 접착제(sealant)를 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

- - 실시예 - -

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 액정패널의 액정주입구에 대응하는 어레이 기판의 일부분과 컬러필터 기판의 일부를 도시한 확대 평면도이다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 본 발명은 액정패널의 주입구에 대응하는 하부 어레이 기판(100)에 신호배선(112,114,116)을 설계할 때, 종래와는 달리 일부를 제거하지 않고 그대로 형성하는 반면, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상부 컬러필터 기판(200)에 대응한 부분의 블랙매트릭스(202)의 일부를 제거함으로써 자외선의 반사를 최소화 할 수 있다.

또한, 전술한 블랙매트릭스의 식각패턴을 어레이기판의 신호배선에 형성하지 않음으로써, 신호 배선의 저항이 높아지는 현상을 방지할 수 있기 때문에 액정패널의 구동 특성을 안정화 할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은, 액정 주입구에 대응하는 어레이기판 및 컬러필터 기판의 설계 패턴은 액정패널의 내부에 구동회로를 집적하는 구성에서 더욱 유효하다.

상세히 설명하면, 액정패널의 내부로 다수의 신호배선이 더욱 패턴 될 것이고 그 만큼 배선의 폭 및 감격이 작아지게 되므로, 액정주입구에 대응하는 부분에 식각패턴을 만들게 되면 저항이 더욱 높아져 심한 화질불량이 발생하는 것은 자명한 사실이기 때문이다.

이하, 도면을 참조하여, 표시영역의 어레이기판 및 컬러필터 기판의 단면구성과, 상기 액정주입구에 대응하는 어레이 기판및 컬러필터의 단면구조를 알아본다.

도 6은 본 발명에 따른 액정패널의 액정주입구와 표시영역의 일부를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 액정패널(200)은 박막트랜지스터 어레이기판(B1)과 컬러필터 기판(B2)으로 이루어지며, 두 기판(B1,B2) 사이에 액정(미도시)이 충진된다.

이때, 액정(미도시)은 상기 두 기판(B1,B2)을 합착하기 위해 비표시 영역(D2)의 둘레에 라인 형상으로 코팅된 실런트(미도시)를 외부로부터 격리될 수 있다.

이러한 액정은 앞서 언급한 바와 같이, 실런트(미도시)의 일부를 오픈한 액정주입구(500)를 통해 액정(미도시)이 주입된다.

상기 어레이기판(B1)은 상기 표시 영역(D1)에 대응하는 절연기판(100)에 상기 화소 영역(P)의 일 측에 대응하여 구성한 박막트랜지스터(T)와, 상기 박막트랜지스터(T)와 접촉하면서 화소 영역(P)마다 독립적으로 패턴된 투명한 화소 전극(332)과, 상기 비표시 영역(D2)에 대응하여 구성한 다수의 신호배선(336,339,340)을 포함한다.

상기 신호배선(336,338,340)은 공통신호를 인가하는 배선일 수 있고, 그라운드를 위한 배선일 수 있고, 인터페이스(interface) 역할을 하는 배선 일 수 있다.

상기 컬러필터기판(B1)은 표시영역(D1)에 대응하는 화소영역(P)마다 구성한 컬러필터(404a,404b)와, 상기 화소 영역(P)의 경계에 대응하여 구성한 블랙매트릭스(402)와, 상기 블랙매트릭스(402)와 컬러필터(404a,404b)의 전면에 구성한 공통 전극(406)을 포함하며, 비표시 영역(D2)에 대응한 부분에 상기 표시영역(D1)의 블랙매트릭스(402a)와 동일한 블랙매트릭스(402b)를 형성한다.

이때, 액정주입부(IP)에 대응한 부분을 삭제한 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에서, 상기 식각된 블랙매트릭스(402)에 의한 발생할 수 있는 빛샘을 대비하기 위해, 도시하지는 않았지만 액정패널의 상.하부에 구성한 편광필름을 상기 액정주입구의 상부로 늘려 구성할 수도 있다.

전술한 바와 같은 형상으로, 본 발명에 따른 액정주입구 패턴을 가진 액정표시장치를 제작할 수 있다.

따라서, 본 발명에서 제안한 바와 같이, 액정주입구에 대응하는 어레이기판의 신호배선에 빛 반사를 방지하기 위한 식각패턴을 형성하지 않고, 블랙매트릭스에 식각패턴을 형성함으로써, 신호 배선의 저항이 높아져 나타는 액정패널의 불균형한 구동현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 액정주입구의 봉지제를 완전히 경화할 수 있어 봉지제의 들뜸으로 인한 액정 샘불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 다수의 화소 영역을 포함하는 표시영역과, 표시영역의 둘레가 액정주입부를 포함한 비표시영역으로 정의된 제 1 기판과;

   상기 화소영역에 대응하는 제 1기판의 일면에 구성된 박막트랜지스터와 투명한 화소 전극과, 상기 비표시 영역에 대응하는 다수의 신호배선과;

   상기 화소영역에 대응한 제 2 기판의 일면에 구성된 컬러필터와, 비표시 영역에 대응하여 구성되고 상기 액정주입부에 대응한 부분은 제거된 블랙매트릭스와;

   상기 제 1 기판과 제 2 기판의 비 표시영역에 라인 형상으로 위치하고, 상기 액정주입구에 대응한 부분이 뚫려 구성된 접착제(sealant)

   를 포함하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 박막트랜지스터는 게이트 전극과, 액팁층과, 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 액정표시장치.

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