KR20070075720A

KR20070075720A - 액정표시패널과 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20070075720A
Application number: KR1020060004299A
Authority: KR
Inventors: 김연규; 김선형
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-24

Abstract

본 발명은, 액정표시패널에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 액정표시장치는, 제 1 기판과; 제 1 기판과 대향 배치되는 제 2 기판과; 양 기판 사이에 개재되어 양 기판 사이의 간격을 유지하며, 표면에 다수의 캐버티가 형성되어 있는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 스페이서에 의한 배향막의 불량을 최소화할 수 있다.

Description

액정표시패널과 이의 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 박막트랜지스터 기판의 평면도이고,

도 2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 스페이서의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 액정표시패널 100 : 제1기판

110 : 제1절연기판 121 : 게이트선

123 : 게이트 전극 125 : 게이트 패드

130 : 게이트 절연막 140 : 반도체층

151, 152 : 저항성 접촉층 161 : 데이터선

163 : 소스전극 165 : 드레인 전극

167 : 데이터 패드 170 : 보호막

180 : 화소전극 190 : 제1배향막

200 : 제2기판 210 : 제2절연기판

220 : 블랙 매트릭스 230 : 컬러필터

240 : 오버코트막 250 : 공통전극

300 : 액정층 400 : 스페이서

410 : 캐버티

본 발명은 액정표시패널과 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스페이서에 의한 배향막의 불량을 최소화할 수 있는 액정표시패널과 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시패널(Liquid Crystal Display panel)은 매트릭스(Matrix) 형태로 배열된 액정 셀들의 광 투과율을 화상 신호 정보에 따라 조절함으로써, 백라이트 어셈블리에서 조사되는 빛을 이용하여 화상을 형성한다.

이러한 액정표시패널은 박막트랜지스터 기판, 박막트랜지스터 기판에 대향 배치되는 컬러필터 기판 및 박막트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 사이에 주입되는 액정층을 포함한다. 그리고, 서로 대향하는 양 기판면의 각각에는 액정층의 분자배열 상태를 조정하기 위한 배향막이 마련되어 있으며, 양 배향막 사이에는 양 기판 사이의 적당한 셀 갭(Cell Gap)을 유지하기 위한 스페이서(Spacer)가 사용된다.

여기서, 스페이서는 크게 구형상의 비드 스페이서(Beads Spacer)와 기둥형상의 컬럼 스페이서(Column Spacer)로 구분된다. 이 중 컬럼 스페이서를 제조하기 위하여는 추가의 사진식각공정이 필요하여 제조비용이 상승하는 문제점이 있다. 그래서, 상대적으로 제조비용이 저렴하며 공정이 용이한 비드 스페이서가 자주 사용된 다.

그러나, 비드 스페이서가 적용된 액정표시패널에 있어서, 양 기판이 서로 다른 방향으로 움직일 경우 비드 스페이서의 미끌림에 의하여 배향막의 일부분이 긁혀지거나 뜯겨지는 불량이 발생된다. 이에 의하여, 액정층이 원하는 대로 배열되지 못하여 화질불량이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 스페이서에 의한 배향막의 불량을 최소화할 수 있는 액정표시패널과 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 제 1 기판과; 제 1 기판과 대향 배치되는 제 2 기판과; 양 기판 사이에 개재되어 상기 양 기판 사이의 간격을 유지하며, 표면에 다수의 캐버티가 형성되어 있는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널에 의하여 달성된다.

여기서, 스페이서는 폴리스티렌의 연속상에 불연속상인 폴리부타디엔이 분산되어 있을 수 있다.

그리고, 제1기판은 화상이 형성되는 표시영역과 표시영역의 둘레를 따라 마련되어 있는 비표시영역으로 구분되며, 스페이서는 표시영역에 위치할 수 있다.

또한, 스페이서의 표면은 폴리스티렌만으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 본 발명에 따라, 폴리스티렌의 연속상에 불연속상인 폴리부타디엔이 분산되어 있는 스페이서를 마련하는 단계와; 외부로 노출되어 있는 폴리부타디엔의 적어도 일부를 분해시키는 단계와; 분해된 폴리부타디엔을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법에 의하여 달성된다.

여기서, 스페이서를 마련하는 단계는, 폴리스티렌과 폴리부타디엔을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 스페이서를 마련하는 단계는, 스타일린 모노머를 중합하여 폴리스티렌을 마련하는 단계와; 폴리스티렌에 부타디엔 모노머를 공급하여 폴리스티렌-폴리부타디엔의 블락 공중합체(block-copolymer)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 폴리부타디엔을 분해하는 단계는, 스페이서에 오존을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 폴리부타디엔의 제거에 사용되는 용제는 하이드로 카본을 포함하지 않을 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널을 첨부된 도면을 참조하여　 설명한다. 본 발명에 대한 설명에서 ‘상에’란 표현은 직접 맞닿아 있는 경우뿐만 아니라 상부에 다른 구성이 개재되어 있는 경우를 모두 포함하는 것으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 박막트랜지스터 기판의 평면도이고, 도 2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이다.

본 발명에 따른 액정표시패널(1)은 스위칭 소자인 다수의 박막트랜지스터(T)가 마련되어 있는 박막트랜지스터 기판(이하 제1기판이라 함, 100)과, 제 1 기판 (100)에 대향 배치되며 블랙 매트릭스(220)와 컬러필터(230)가 마련되어 있는 컬러필터 기판(이하 제2기판이라 함, 200)과, 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 위치하는 액정층(300)과, 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이의 간격을 유지하는 스페이서(400)를 포함한다. 그리고, 제1기판(100)과 제2기판(200)은 화상이 형성되는 표시영역과 표시영역의 둘레를 따라 마련되어 있는 비표시영역으로 구분된다. 비표시영역에는 양 기판(100, 200)을 상호 접착하기 위한 실런트(500)가 형성되어 있다.

먼저, 제 1 기판(100)에는 유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등의 절연성 재질을 포함하여 만들어진 제1절연기판(110) 상에 게이트 배선(121, 123, 125)이 형성되어 있다. 게이트 배선(121, 123, 125)은 가로 방향으로 서로 평행하게 뻗어 있는 게이트선(121), 게이트선(121)에 연결되어 있는 박막트랜지스터의 게이트 전극(123) 및 게이트선(121)의 단부에 마련되어 있는 게이트 패드(125)를 포함한다. 게이트선(121)은 일방향으로 연장되어 있으며, 게이트 전극(123)은 게이트선(121)에서 분지되어 있다. 그리고, 게이트 패드(125)는 비표시영역에 위치하여 구동부(미도시)와 연결되며, 구동부(미도시)로부터 구동신호를 전달 받아 게이트선(121)에 공급한다.

제1절연기판(110)과 게이트 배선(121, 123, 125) 위에는 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(130)이 형성되어 있다. 게이트 전극(123)이 위치한 게이트 절연막(130) 상에는 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층(140)과 n형 불순물이 고농도 도핑된 n+ 수소화 비정질 실리콘으로 이루어진 저항성 접촉층 (151, 152)이 순차적으로 형성되어 있다.　여기서, 저항성 접촉층(151, 152)은 게이트 전극(123)을 중심으로 양쪽으로 분리되어 있다.

저항 접촉층(151, 152) 및 게이트 절연막(130) 위에는 데이터 배선(161, 163, 165, 167)이 형성되어 있다. 데이터 배선(161, 163, 165, 167)은 세로방향으로 형성되어 게이트선(121)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터선(161), 데이터선(161)의 분지이며 저항 접촉층(150)의 상부까지 연장되어 있는 소스전극(163), 소스전극(163)과 분리되어 있으며 게이트 전극(123)을 중심으로 소스전극(163)의 반대쪽에 형성되어 있는 드레인 전극(165), 데이터선(161)에서 연장되어 표시영역 밖에 위치하는 데이터 패드(167)를 포함한다. 데이터 패드부(167)는 구동부(미도시)를 통해 구동신호를 받는 부분으로 데이터선(161)에 비하여 폭이 넓게 형성되어 있다. 데이터 배선(161, 163, 165, 167) 중 데이터 패드(167)는 표시영역 외곽의 비표시영역에 위치한다.

데이터 배선(161, 163, 165, 167) 및 이들이 가리지 않는 반도체층(140)의 상부에는 실리콘 질화물로 이루어진 보호막(170)이 형성되어 있다. 보호막(170)은 실리콘 질화물(SiNx) 또는 유기막으로 이루어질 수 있다. 보호막(170)에는 각각 드레인 전극(165) 및 데이터 패드(165)를 드러내는 접촉구(171)가 형성되어 있다.

보호막(170)의 상부에는 화소전극(180)이 형성되어 있다. 화소전극(180)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전물질로 이루어져 있다. 화소전극(180)은 접촉구(171)를 통해 드레인 전극(165)과 전기적으로 접촉하고 있다. 화소전극(180)은 드레인 전극(165)으로부터의 전압을 액정에 인가 하여 액정의 배열상태를 조정한다.

이러한 보호막(170) 및 화소전극(180) 위에는 제 1 배향막(190)이 형성되어 있다. 제1배향막(190)은 액정층(300)의 분자배열 상태를 조정하기 위한 것으로, 이에 의하여 정상적인 액정 구동과 균일한 디스플레이가 가능하다. 제1배향막(190)은 일정한 두께의 고분자 박막형성과, 기판 전체에 대한 균일한 러빙(rubbing)공정과, 세정공정에 의하여 제조된다.

다음, 제2 기판(200)은 제1 절연기판(110)과 같은, 유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등의 절연성 재질을 포함하여 만들어진 제2절연기판(210)과, 제2절연기판(210)의 둘레를 따라 형성되어 있는 블랙매트릭스(220)와, 적색, 녹색 및 청색 또는 청록색, 자홍색 및 노랑색의 3원색을 갖는 컬러필터(230), 컬러필터(230) 상에 형성된 오버코트층(240)과, 오버코트층(240) 상에 형성된 공통 전극(250)을 포함한다.

블랙 매트릭스(220)는 일반적으로 적색, 녹색 및 청색 필터 사이를 구분하며, 제1기판(100)에 위치하는 박막트랜지스터(T)로의 직접적인 광조사를 차단하는 역할을 한다. 블랙 매트릭스(220)는 통상 검은색 안료가 첨가된 감광성 유기물질로 이루어져 있다. 상기 검은색 안료로는 카본블랙이나 티타늄 옥사이드 등을 사용한다.

컬러필터(230)는 각각 적색, 녹색 및 청색 또는 청록색, 자홍색 및 노랑색의 이 반복되어 형성되며, 액정층(300)을 통과한 빛에 색을 부여하는 역할을 하게 된다.　이러한 컬러필터(230)는 착색 감광성 유기물질로 공지의 안료 분산법을 이용하 여 만들어질 수 있다.

오버코트층(240)은 컬러필터(230)를 보호하는 역할을 하며, 재질로는 아크릴계 에폭시 재료가 많이 사용된다.

공통 전극(250)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진다. 이러한 공통 전극(250)은 제1 기판(200)의 화소 전극(180)과 함께 액정층(300)에 직접 신호전압을 인가하게 된다.

공통전극(250) 위에는 제 2 배향막(260)이 위치한다. 공통전극(250) 및 제 2 배향막(260)은 상술한 화소전극(180) 및 제 1 배향막(190)과 같이 액정층(300)의 배열상태를 결정한다.

스페이서(400)는 제 1 기판(200)과 제 2 기판(100) 사이, 더 자세하게는 제1배향막(190)과 제2배향막(260) 사이에 위치한다. 스페이서(400)는 제 1 기판(200)과 제 2 기판(100) 사이의 적당한 셀 갭(Cell Gap)을 유지할 수 있는 크기로 제조되어야 한다. 그리고, 스페이서(400)는 액정표시패널(1)의 전체적인 크기에 따라 안정적으로 양 기판(100, 200)의 간격을 유지할 수 있도록 탄성축소를 감안하여 적절한 크기를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 스페이서(400)는 표시영역에 위치하는 액티브 스페이서로, 구형상을 갖는 비드 스페이서(bead spacer)이다. 스페이서(400)의 표면에는 소정깊이로 함몰된 다수의 캐버티(410)가 형성되어 있다. 스페이서(400)는 폴리스티렌(polystyrene)과 플리부타디엔(polybutadiene)을 포함하며, 폴리스티렌의 연속상에 불연속상인 폴리부타디엔이 분산되어 있다. 폴리스티렌이 폴리부타디엔보다 분자수와 부피가 많고 크다. 캐버터(410)는 외부로 노출되 어 스페이서(400)의 표면에 위치하는 폴리부타디엔이 제거되어 형성된 것이다. 스페이서(400)의 표면에는 폴리부타디엔이 존재하지 않는 것이 바람직하며, 분해되지 않은 소량의 폴리부타디엔이 존재할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

배향막(190, 260)은 러빙공정에 의하여 국부적으로 불균일한 표면이 형성될 수 있으며, 박막트랜지스터 등과 같은 하부의 여러 박막층 형성시에 발생한 단차에 의하여도 불균일한 표면이 형성될 수 있다. 상술한 바와 같은 표면이 불균일한 스페이서(400)는 불균일해진 표면과 맞물리도록 배치된다. 이에 의하여, 외부의 힘이 액정표시패널(1)에 가해지더라도 스페이서(400)의 미끌림이 최소화되어, 스페이서(400)에 의해 배향막(190, 260)의 일부분이 긁혀지거나 뜯겨지는 불량이 최소화된다. 그러므로, 빛샘과 같은 화상불량이 감소된다.

이하에서는, 도3을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법, 더 자세하게는 스페이서의 제조방법에 대하여 설명한다. 그리고, 스페이서(400)와 캐버티(410)에 관하여는 도2를 참조하여 설명한다.

제1기판(100)과 제2기판(200)은 공지의 방법에 의하여 제조된다.

본 발명에 따른 스페이서(400)의 제조방법은 다음과 같다.

먼저, 폴리스티렌의 연속상에 불연속상인 폴리부타디엔이 분산되어 있는 스페이서(400)를 형성한다(S10). 여기서, 스페이서(400)를 마련하는 방법에는 다음과 같은 두가지의 방법이 적용될 수 있다.

첫째, 스타일린 모노머를 중합하여 폴리스티렌을 제조한다. 그리고, 별도의 공정으로 부타디엔 모노머를 중합하여 폴리부타디엔을 제조한다. 폴리스티렌과 폴리부타디엔이 제조되면, 양 자를 혼합(blending)하고, 혼합물을 이용하여 대략 구형상을 갖는 스페이서(400)를 제조할 수 있다. 여기서, 폴리부타디엔에 비하여 폴리스티렌이 더 많은 부피를 차지하도록, 더 많은 분자수를 갖도록 비율을 조절하여 혼합한다. 폴리스티렌과 폴리부타디엔의 혼합은 기계적으로 이루어질 수 있으며, 열이나 가교제가 더 첨가될 수도 있다. 이에 의하여, 스페이서(400)의 표면은 폴리스티렌의 연속상에 불연속상의 폴리부타디엔이 분산된 상태가 된다.

둘째, 폴리스티렌과 폴리부타디엔의 블락 공중합(block-copolymer)을 형성한 후, 공중합체를 이용하여 스페이서(400)를 형성하는 방법이다. 더욱 구제척으로, 스타일린 모노머를 중합하여 폴리스티렌을 마련한다. 그리고, 폴리스티렌에 부타디엔 모노머를 공급하여 폴리스티렌-폴리부타디엔 블락 공중합체를 형성하는 것이다. 여기서, 폴리부타디엔에 비하여 폴리스티렌이 더 많은 부피를 차지하도록, 더 많은 분자수를 갖도록 비율을 조절한다. 그리고, 블락 공중합이란 다음과 같은 구조식을 갖는 유닛이 다수 존재하는 것을 말한다.

-(S)n (B)m-

여기서, S는 스타일린 모노머이며, B는 부타디엔 모노머이다. 그리고, n은 m보다 클 수 있다. 예를 들어, 블락공중합체는 SSSSSSSSSBBBBB와 같은 구조일 수 있다.

여기서, 폴리부타디엔에 비하여 폴리스티렌이 더 많은 부피를 차지하도록 비율을 조절하여 공중합을 형성함으로써, 스페이서(400)의 표면은 폴리스티렌의 연속 상에 불연속상의 폴리부타디엔이 분산된 상태가 된다.

다음, 성형된 스페이서(400)의 표면에 오존을 조사하여 외부로 노출되어 있는 폴리부타디엔을 분해시킨다(S20). 스페이서(400)의 표면에 오존을 조사함에 의하여, 다음과 같은 반응에 의하여 폴리부타디엔이 분해된다.

여기서, PS는 폴리스티렌이며, PB는 폴리부타디엔이다.

그 후, 분해된 폴리부타디엔을 제거하여, 스페이서(400)의 표면에 복수의 캐버티(410)를 형성한다(S30). 폴리부타디엔의 제거는 용제를 사용하여 스페이서(400)를 세척하는 것으로, 용제는 통상 사용되는 것이 쓰인다. 그러나 하이드로 카본을 포함하지 않는 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 하이드로 카본을 포함하는 용제는 폴리부타디엔을 잘 분해시키기 못하기 때문이다.

이에 의하여, 표면에 다수의 캐버티(410)가 형성된 스페이서(400)가 완성된다. 이렇게 표면이 불균일한 스페이서(400)는 배향막(190, 260)의 러빙시 불균일해진 표면이나 박막트랜지스터나 컬러필터 등의 여러 박막의 형성시 발생한 단차에 의해 불균일해진 표면과 맞물리게 된다. 이에 의하여, 외부의 힘이 액정표시패널(1)에 가해지더라도 스페이서(400)의 미끌림이 최소화되어, 스페이서(400)에 의해 배향막(190, 260)의 일부분이 긁혀지거나 뜯겨지는 불량이 최소화된다. 그러므로, 빛샘과 같은 화상불량이 감소된다.

이와 같이 완성된 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)사이에 액정층(300)과 본 발명에 따른 스페이서(400)를 위치시키고, 양 기판(100, 200)을 정렬한 다음 실런트(500)를 사용하여 양 기판(100, 200)을 상호 접합하여 액정표시패널(1)을 완성한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스페이서에 의한 배향막의 불량을 최소화할 수 있는 액정표시패널과 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims

제 1 기판과;

상기 제 1 기판과 대향 배치되는 제 2 기판과;

상기 양 기판 사이에 개재되어 상기 양 기판 사이의 간격을 유지하며, 표면에 다수의 캐버티가 형성되어 있는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
제1항에 있어서,

상기 스페이서는 폴리스티렌의 연속상에 불연속상인 폴리부타디엔이 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1기판은 화상이 형성되는 표시영역과 상기 표시영역의 둘레를 따라 마련되어 있는 비표시영역으로 구분되며,

상기 스페이서는 상기 표시영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
제3항에 있어서,

상기 스페이서의 표면은 폴리스티렌만으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액 정표시패널.
폴리스티렌의 연속상에 불연속상인 폴리부타디엔이 분산되어 있는 스페이서를 마련하는 단계와;

외부로 노출되어 있는 상기 폴리부타디엔의 적어도 일부를 분해시키는 단계와;

분해된 상기 폴리부타디엔을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 스페이서를 마련하는 단계는,

상기 폴리스티렌과 폴리부타디엔을 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 스페이서를 마련하는 단계는,

상기 스타일린 모노머를 중합하여 폴리스티렌을 마련하는 단계와;

상기 폴리스티렌에 부타디엔 모노머를 공급하여 폴리스티렌-폴리부타디엔의 블락 공중합체(block-copolymer)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 폴리부타디엔을 분해하는 단계는,

상기 스페이서에 오존을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 폴리부타디엔의 제거에 사용되는 용제는 하이드로 카본을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.