KR20080021965A - 액정표시패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20080021965A
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liquid crystal
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이성준
박상우
문상호
김종성
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 액정패널 가압 시 발생할 수 있는 화면 불량을 방지할 수 있는 액정표시패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 박막 트랜지스터 기판과, 상기 박막 트랜지스터 기판과 소정의 간격을 두고 마주보는 컬러 필터 기판과, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 채워져 있는 액정과, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격을 유지하는 비드 스페이서와, 상기 컬러 필터 기판 상에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격을 유지하기 위한 컬럼 스페이서를 구비하고, 상기 컬럼 스페이서는 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격보다 작거나 같은 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
가압, 비드 스페이서, 컬럼 스페이서

Description

액정표시패널 및 이의 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 액정표시패널의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예 따른 컬러 필터 기판의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
20 : 셀 갭 30 : 박막 트랜지스터 기판
40 : 하부기판 60 : 데이터선
100 : 비드 스페이서 230 : 컬러 필터 기판
240 : 상부기판 245 : 블랙매트릭스
250 : 컬러 필터 270 : 공통 전극
280 : 컬럼 스페이서
본 발명은 액정표시패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정패널 가압 시 발생할 수 있는 화면 불량을 방지할 수 있는 액정표시패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시패널(Liquid Crystal Display Panel)은 박막 트랜지스터 기판과 이에 대향하는 컬러 필터 기판과 이 두 기판 사이에 채워져 있는 액정으로 형성된다.
액정표시패널은 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성되는 전계로 인하여 액정이 회전하면서 빛의 투과율이 변하게 되며, 이러한 투과율의 변화에 따라서 화상이 표시된다.
이러한 액정표시패널은 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이의 셀갭(Cell Gap)을 유지하기 위해 스페이서(spacer)를 포함한다. 스페이서에는 비드 스페이서(Bead spacer)와 컬럼 스페이서(Column Spacer) 두 종류가 있다.
비드 스페이서는 구슬모양의 구 형상을 가지며, 기판 위에 무작위로 산포된 후 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판을 결합하여 기판 상호간의 일정한 갭을 유지하는 역할을 한다. 다만 비드 스페이서는 그 크기가 작고 무작위로 산포되기 때문에 화소 영역에도 비드 스페이서가 위치할 수 있어서 백라이트의 빛을 차단하거나 산란시켜서 액정표시장치의 광특성에 영향을 미칠 수 있다. 이로 인해, 콘트라스트 비(Contrast Ratio)가 떨어지게 된다.
한편, 컬럼 스페이서는 컬러 필터 기판 사이의 블랙 매트릭스 위에 형성된다. 그러므로 액정표시패널의 콘트라스트 비를 저하시키는 문제점은 발생하지 않 는다. 그러나, 비드 스페이서에 비하여 탄성 강도가 떨어져 액정표시패널이 외부로부터 강한 압력을 받게 되는 경우 컬럼 스페이서나 그 하부의 막이 붕괴되어 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판의 갭이 좁아져 패널에 얼룩이 발생하게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 컬럼 스페이서의 밀도를 높여주면 되지만 이렇게 하면 액정 주입 공정에서 기판간의 갭을 조절하기 위한 공정에서 마진을 확보할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 패널 가압 시 발생할 수 있는 불량을 방지할 수 있는 액정표시장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 박막 트랜지스터 기판과; 상기 박막 트랜지스터 기판과 소정의 간격을 두고 마주보는 컬러 필터 기판과; 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 채워져 있는 액정과; 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격을 유지하는 비드 스페이서와; 상기 컬러 필터 기판 상에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격을 유지하기 위한 컬럼 스페이서를 구비하고, 상기 컬럼 스페이서는 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격보다 작거나 같은 길이로 형성되는 것을 특 징으로 한다.
상기 비드 스페이서의 탄성은 상기 컬럼 스페이서의 탄성보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 컬럼 스페이서는 막대 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 비드 스페이서는 구 형태인 것을 특징으로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 박막 트랜지스터 기판을 마련하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터 기판과 대향하며 컬럼 스페이서를 포함하는 컬러 필터 기판을 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판 중 어느 한 기판 상에 비드 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판을 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터 기판을 형성하는 단계는, 상부기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스가 형성된 상기 상부기판 상에 컬러 필터를 형성하는 단계와; 상기 컬러 필터가 형성된 상기 상부기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계와; 상기 상부기판 상에 형성된 상기 블랙매트릭스와 중첩되도록 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터 기판 상에 오버코트층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정표시패널의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널은 액정을 사이에 두고 소정 간격 이격되어 합착된 박막 트랜지스터 기판(30) 및 컬러 필터 기판(230)과 셀 갭(20)을 유지하기 위한 비드 스페이서(100)와 컬럼 스페이서(280)를 포함한다.
셀 갭(20)에 주입된 액정은 컬러 필터 기판(230)의 공통전극(270)의 공통전압 및 박막트랜지스터기판(30)의 화소전극의 화소전압 간의 전압차에 의해 회전하여 백라이트유닛으로부터의 광의 투과량을 조절한다. 이를 위해, 액정은 유전율 이방성 및 굴절률 이방성을 갖는 물질로 이루어진다.
박막 트랜지스터 기판(30)은 하부기판(40) 상에 서로 교차되게 형성된 게이트선 및 데이타선(60)과, 게이트선 및 데이타선(60)과 접속된 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터와 접속된 화소전극과, 게이트선에 대해 평행하게 형성된 스토리지선과, 스토리지선에 대해 돌출되어 형성된 스토리지전극을 포함한다.
박막트랜지스터는 게이트선으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터선(60)으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극에 공급한다. 이를 위해, 박막트랜지스터는 게이트선과 접속된 게이트 전극, 데이터선(60)과 접속된 소스 전극, 화소 전극과 접속된 드레인 전극, 게이트 전극과 게이트 절연막을 사이에 두고 중첩되면서 소스 전극과 드레인 전극 사이에 채널을 형성하는 활성층, 그 활성층과 소스 전극 및 드레인 전극과의 오믹 접촉을 위한 오믹 접촉층을 구비한다.
화소 전극은 각 화소 영역에서 칼라 필터(R, G, B)와 중첩되도록 독립적으로 형성되고, 콘택홀을 통해 노출된 드레인 전극과 접속된다. 이러한 화소전극은 박막트랜지스터를 통해 공급된 화소 데이터 신호에 의해 공통전극(270)과 전위차를 발생시킨다. 이 전위차에 의해 액정이 회전하게 되며 액정의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다.
컬러 필터 기판(230)은 상부기판(240) 상에 빛샘 방지를 위한 블랙매트릭스(245)와, 블랙매트릭스(245)에 의해 구획된 영역에 형성된 컬러필터(250)와, 컬러필터(250) 상에 형성되는 공통전극(270)과, 공통전극(270) 상에 블랙 매트릭스(245)와 중첩되게 형성되어 셀 갭(20)을 유지하는 컬럼 스페이서(280)를 포함한다.
블랙매트릭스(245)는 액정을 제어할 수 없는 영역을 통해 투과되는 광의 차단 및 박막트랜지스터의 채널로의 직접적인 광조사를 차단하여 박막트랜지스터의 광누설전류를 막기 위해 불투명한 유기물질 또는 불투명한 금속으로 형성된다.
컬러 필터(250)는 색을 구현하기 위해 적색, 녹색, 청색 컬러 필터(R, G, B)를 포함하고 있다. 적색, 녹색, 청색 컬러 필터(R, G, B)는 각각 자신이 포함하고 있는 적색, 녹색, 청색 안료를 통해 특정 파장의 광을 흡수 또는 투과시킴으로써 적색, 녹색, 청색을 띄게 된다. 이때, 적색, 녹색, 청색 컬러 필터(R, G, B)를 각각 투과한 적색, 녹색, 청색 광의 가법혼색을 통해 다양한 색상이 구현된다. 이러한 컬러 필터(250)의 배치는 적색, 녹색, 청색 컬러 필터(R, G, B) 각각이 일렬로 형성된 스트라이프 형태를 가진다. 즉, 박막 트랜지스터 기판(30)의 데이타선(60) 을 기준으로 적색, 녹색, 청색 컬러 필터(R, G, B)가 교번적으로 형성된다.
공통전극(270)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 금속으로 형성되어 있으며 액정에 공통전압을 인가한다.
여기서, 컬러 필터(250)와 공통전극(270) 사이에 오버코트층을 더 형성할 수 있다.
오버코트는 투명한 유기물질로 형성되어 있으며 컬러 필터(250)를 보호하며 컬러 필터 기판(230)의 평탄화를 위해 형성된다.
컬럼 스페이서(280)는 유기물질로 형성되며 블랙매트릭스(245)와 중첩되게 형성되며 셀 갭(20)을 유지한다.
비드 스페이서(100)는 박막 트랜지스터 기판(30) 상에 무작위로 산포되며 셀 갭(20)을 유지한다.
이때, 컬럼 스페이서(280)는 셀 갭(20)보다 작거나 같은 길이로 형성한다. 비드 스페이서(100)의 탄성은 컬럼 스페이서(280)의 탄성보다 크다. 이로 인해, 액정패널 가압 시 1차적으로 셀 갭(20)과 같은 크기로 형성된 비드 스페이서(100)가 먼저 지지되어 셀 갭(20)을 유지하게 된다. 하중이 더 늘어나거나 가압이 지속되더라도 2차적으로 컬럼 스페이서(280)가 셀 갭(20)을 유지하게 된다. 따라서, 액정표시패널의 내성이 강화되어 화면 표시 특성이 향상된다.
액정표시패널 불량 중 하나인 멍얼룩 현상은 특정 하중으로 패널 가압 시 가압 부위가 주위보다 어둡게 남는 현상이다. 원인은 가압 부위의 셀 갭이 낮아지기 때문이다. 따라서, TN(Twisted Nematic)모드보다 셀 갭이 낮은 VA모드에서 더 취 약하다. 또한, 글라스의 두께가 얇아질수록 취약하다.
비드 스페이서 보다 컬럼 스페이서 적용 시 가압 멍얼룩에 대한 내성이 뛰어나다. 또한 컬럼 스페이서의 밀도(하나의 픽셀 면적당 컬럼 스페이서의 개수)가 높을수록 내성이 뛰어나다.
아래 표 1은 RVA 모드에 컬럼 스페이서 적용 시 가압 불량을 테스트 한 결과이다.
컬럼 스페이서 밀도 1/1 1/3 1/6 1/12
단위 면적당 개수 (ea/cm^2) 15090 5030 2515 1257
컬럼 스페이서 크기(um) 20 20 20 20
면적(um^2) 314 314 314 314
면적비(um^2/um^2) 4.74 1.58 0.79 0.39
컬럼 스페이서 밀도는 하나의 픽셀에 포함되는 컬럼 스페이서의 수를 나타낸다.
컬럼 스페이서의 크기(20um)와 면적(314um^2)은 동일한 값을 가지는 조건일 때, 컬럼 스페이서가 차지하는 각각의 면적비를 나타낸다.
컬럼 스페이서의 밀도에 따라서 단위 면적당 컬럼 스페이서의 개수가 달라지고, 그에 따라 차지하는 면적비도 달라지게 된다.
컬럼 스페이서의 밀도가 커질수록(1에 가까워질수록), 단위 면적당 컬럼 스페이서의 개수가 증가하고, 그에 따라 차지하는 면적비도 커지게 된다. 그러면 액정 주입시 문제가 될 수 있고, 공정 단가가 증가하게 된다. 또한, 타격 또는 외부의 물리적인 압력 및 진동에 의해 저온에서 패널 내부에 버블(bubble)이 발생할 수 있다.
한편, 컬럼 스페이서의 밀도가 작아질수록(0에 가까워질수록), 단위 면적당 컬럼 스페이서의 개수는 감소하고, 그에 따라 차지하는 면적비도 작아지게 된다. 그러면 지지도가 약해져서 가압시 내성이 약해진다.
따라서, 컬럼 스페이서의 밀도는 공정 마진에 따라 다르게 적용될 수 있다.
이러한 액정표시패널의 제조방법을 도 2a 내지 도 2e에 따라서 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필러 기판의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
우선 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판(30)을 마련한다.
박막 트랜지스터 기판(30)은 하부기판(40) 상에 서로 교차되게 형성된 게이트선 및 데이타선(60)과, 게이트선 및 데이타선(60)과 접속된 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터와 접속된 화소전극과, 게이트선에 대해 평행하게 형성된 스토리지선과, 스토리지선에 대해 돌출되어 형성된 스토리지전극을 포함하여 형성된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 상부기판(240) 상에 블랙매트릭스(245)를 형성한다.
상부기판(240) 상에 감광성 블랙 수지가 전면 도포된다. 이 감광성 블랙 수지가 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝됨으로써 상부기판(240) 상에 블랙매트릭스(245)가 형성된다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 블랙매트릭스(245)가 형성된 상부기판(240) 상에 컬러 필터(250)를 형성한다.
블랙매트릭스(245)가 형성된 상부기판(240) 상에 감광성 적색, 녹색, 청색 수지층이 형성된다. 이 감광성 적색, 녹색, 청색 수지층이 포토리소그래피 공정으로 패터닝됨으로써 해당 화소영역에 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러 필터()가 형성된다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(250)가 형성된 상부기판(240) 상에 공통전극(270)을 형성한다.
컬러 필터(250)가 형성된 상부기판(240) 상에 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 투명 도전층이 전면 증착됨으로써 공통전극(270)이 형성된다. 투명 도전층은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 도전성 물질이 이용된다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 공통전극(270)이 형성된 상부기판(240) 상에 컬럼 스페이서(280)를 블랙매트릭스(245)와 중첩되게 형성한다.
공통 전극(270)이 형성된 상부기판(240) 상에 포토아크릴 등의 유기 절연막이 전면 도포된다. 이 유기 절연막이 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝됨으로써 컬럼 스페이서(280)가 형성된다.
이때, 컬럼 스페이서(280)는 막대 모양이며 셀 갭(20)보다 작거나 같은 크기로 형성된다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판(30)과 컬러 필터 기판(230) 사이에 비드 스페이서(100)를 형성하고 이 두 기판(30,230)을 합착한다.
박막 트랜지스터 기판(30) 또는 컬러 필터 기판(230) 중 어느 하나의 기판 상에 비드 스페이서(100)를 형성한다.
비드 스페이서(100)는 구 형상이며, 플라스틱 재질을 주재료로 하여 박막 트랜지스터 기판(30) 또는 컬러 필터 기판(230) 상에 무작위로 산포된다.
그런 다음, 박막 트랜지스터 기판(30)과 컬러 필터 기판(230)을 가압하여 합착한다. 이때, 비드 스페이서(100)의 탄성은 컬럼 스페이서(280)보다 좋기 때문에, 패널 가압 시 1차적으로 비드 스페이서가(100) 우선적으로 지지되어 셀 갭(20)을 유지하게 된다. 한편, 하중이 더 늘어나거나 가압이 지속되더라도 2차적으로 컬럼 스페이서(280)에 의해 셀 갭(20)을 유지하게 된다.
여기서, 컬럼 스페이서의 길이는 가압 전의 셀 갭보다는 작으며, 가압 후의 셀 갭보다는 크거나 같은 길이로 형성한다.
이로 인해, 액정표시패널의 지지도 및 내성이 강화되어 화면 표시 특성이 향상된다.
이상과 같이 설명한 제조방법은 컬럼 스페이서가 컬러 필터 기판 상에 형성되는 경우의 제조방법을 예를 들어 설명하였으나, 컬럼 스페이서가 박막 트랜지스터 기판 상에 형성되는 제조방법도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시패널 및 제조방법은 비드 스페이 서와 칼럼 스페이서를 같이 형성하여, 비드 스페이서의 탄성을 이용하여 액정 패널 가압 시 발생할 수 있는 화면 불량을 방지하기 위한 것이다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세할 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (7)

  1. 박막 트랜지스터 기판과;
    상기 박막 트랜지스터 기판과 소정의 간격을 두고 마주보는 컬러 필터 기판과;
    상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 채워져 있는 액정과;
    상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격을 유지하는 비드 스페이서와;
    상기 컬러 필터 기판 상에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격을 유지하기 위한 컬럼 스페이서를 구비하고, 상기 컬럼 스페이서는 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판의 간격보다 작거나 같은 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비드 스페이서의 탄성은 상기 컬럼 스페이서의 탄성보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컬럼 스페이서는 막대 형태인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 비드 스페이서는 구 형태인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  5. 박막 트랜지스터 기판을 마련하는 단계와;
    상기 박막 트랜지스터 기판과 대향하며 컬럼 스페이서를 포함하는 컬러 필터 기판을 형성하는 단계와;
    상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판 중 어느 한 기판 상에 비드 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 컬러 필터 기판을 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 기판을 형성하는 단계는
    상부기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스가 형성된 상기 상부기판 상에 컬러 필터를 형성하는 단계와;
    상기 컬러 필터가 형성된 상기 상부기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계와;
    상기 상부기판 상에 형성된 상기 블랙매트릭스와 중첩되도록 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 기판 상에 오버코트층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
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