KR20080034659A - 위상차 보상층을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상차 보상층을 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 서로 대향되게 배치되며, 서로 일정 간격 이격된 복수 개의 화소 영역을 가지는 제 1, 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 내부면에서, 상기 제 1 기판의 상기 화소 영역 간 경계부에 위치하고, 상기 화소 영역과 대응된 영역별 경계부에 구성된 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스를 컬러 간 경계부로 하여 상기 화소 영역에 대응하여 컬러필터층을 형성하는 단계와;

상기 컬러필터층 상부에서 상기 블랙 매트릭스가 형성된 영역에 대응하여 컬럼 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 컬럼 스페이서가 형성된 기판과 이격된 상부에서 슬릿 코팅기를 이용하여 경화성 액정 솔루션을 도포하는 단계와, 상기 컬럼 스페이서의 최상부에서 그 좌우 하부로 상기 경화성 액정 솔루션이 흘러내려 상기 각각의 컬럼 스페이서를 이격한 사이 구간에 집중되는 단계와;

상기 제 1 기판과 이격된 상부에 노광기를 위치시키고, 상기 노광기를 통해 상기 경화성 액정 솔루션에 빛을 조사하여 이를 경화하는 노광 단계를 통해 위상차 보상층을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 2 기판 사이에 액정층을 개재하는 단계와, 상기 제 1, 2 기판의 외곽부에 씰패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 2 기판을 상기 씰패턴을 이용하여 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

위상차 보상층을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Device including In-cell Retarder and the method for fabricating thereof}

도 1은 종래에 따른 횡전계 방식 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 컬러필터 기판의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

200 : 기판 220 : 블랙 매트릭스

250 : 위상차 보상층 260a, 260b, 260c : 적, 녹, 청 컬러필터

280 : 컬럼 스페이서 290 : 노광기

P : 화소 영역

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로써, 특히 위상차 보상층을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 지니고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.

따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.

또한, 액정표시장치는 공통 전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소 전극이 형성된 어레이 기판과, 두 기판 사이에 충진된 액정으로 이루어지며, 이러한 액정표시장치는 공통 전극과 화소 전극 간의 상하로 걸리는 수직전기장에 의해 구동시키는 방식이며 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.

그러나, 전술한 수직전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못함으로써, 이를 개선하기 위해 수평전기장에 의해 액정을 구동시켜 광시야각 특성을 갖는 횡전계 방식 액정표시장치가 제안되고 있다.

이러한 횡전계 방식 액정표시장치가 트위스트 네마틱 액정 모드에 비해 콘트라스트(contrast), 컬러 시프트(solor shift) 등을 고려한 시야각 특성을 향상시킬 수 있기 때문에 주목받고 있는 추세이다.

횡전계 방식 액정표시장치는 동일 평면 상에 화소 전극과 공통 전극이 서로 엇갈리게 배치되어 양 전극 간에 발생하는 횡전계에 의해 액정을 구동하는 것을 특 징으로 하며, 이러한 구동 특성에 의해 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.

그러나, 횡전계 방식 액정표시장치는 화소별 화소 전극 및 공통 전극의 패턴 구조에 의존하여 액정구동이 이루어지므로, 한 예로 노멀리 블랙 모드로 구동시 별도의 보상 필름이 없는 구조에서는 빛의 누설이 발생되어 그 시야각이 좁아지는 문제점이 있다.

따라서, 액정셀이 가지는 시야각에 따른 이방성 분포를 보상해줄 편광판과 위상차 보상 필름을 추가적으로 필요하게 되며, 전술한 위상차 보상 필름은 액정셀과는 되도록 반대의 이방성 분포를 가짐으로써 셀과 함께 사용시 시야각에 따른 빛의 지연 차이를 없애도록 제작된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래에 따른 액정표시장치에 대해 설명한다.

도 1은 종래에 따른 횡전계 방식 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도시한 바와 같이, 서로 대향하는 제 1, 2 기판(10, 20)이 이격되어 구성되어 있으며, 상기 제 1 기판(10) 내부면에는 어레이 소자층(45)이 형성되어 있다.

도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 어레이 소자층(45)은 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소 전극과, 상기 화소 전극과 횡전계를 형성하는 공통 전극을 포함한다.

그리고, 상기 제 2 기판(20) 내부면에는 컬러필터층(35)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(35) 상부 전면을 덮는 영역에는 컬러필터층(35)의 평탄화를 위한 오버코트층 역할과 위상차 보상기능을 겸하는 위상차 보상층(80)이 형성되어 있다.

또한, 상기 제 1, 2 기판(10, 20) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있으며, 상기 제 1, 2 기판(10, 20) 외부면 각각에는 서로 교차되는 투과축을 가지는 제 1, 2 편광판(60, 65)이 부착되어 있다.

여기서, 상기 제 1, 2 편광판(60, 65)은 수직편광과 수평편광 중에서 선택적으로 어느 하나의 편광은 거의 모두 통과시키지만 다른 하나의 편광은 거의 모두 반사시키는 특성을 가지는 것으로서 선형 반사타입의 편광재료로부터 얻을 수 있다.

그리고, 상기 제 1, 2 기판(10, 20)의 셀갭에 대응되며, 상기 제 1, 2 기판(10, 20)의 표시부에는 다수개의 컬럼 스페이서(55)가 형성되어 있다.

이때, 상기 위상차 보상층(80)은 소자의 위상지연을 보상할 수 있는 경화성 액정물질로 이루어진다.

그러나, 이러한 경화성 액정물질은 경도가 약하고 기판과의 접착력이 떨어지는 단점으로 인해 씰패턴(70)부로 연장하여 형성된 위상차 보상층(80)은 기판과의 약한 접촉력에 의해 씰패턴(70)의 접촉력이 약화되어 씰터짐을 발생할 수 있다.

또한, 상기 위상차 보상층(80)은 강도 및 복원력이 약하기 때문에 외력에 의한 눌림 얼룩이 발생할 수 있으며, 이러한 눌림 얼룩은 표시장치에 치명적인 악영향을 미치게 된다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 컬럼 스페이서(55)에 대응하는 부분의 위상차 보상층(80)을 제거하는 방법이 있으나, 이와 같은 방식으로 위상차 보상층(80)을 형성할 경우 마스크를 얼라인(align)하는 단계와, 식각 마스크로 패터닝하는 단계에 따른 공정 시간의 증가 및 재료 비용이 증가되는 문제점을 야기한 다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 특히 본 발명에 따른 액정표시장치는 추가적인 마스크 공정 없이 각각의 컬럼 스페이서(column spacer) 사이 영역에만 위상차 보상층을 형성함으로써, 단순한 공정으로 눌림 얼룩을 방지할 수 있는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 서로 대향되게 배치되며, 서로 일정 간격 이격된 복수 개의 화소 영역을 가지는 제 1, 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 내부면에서, 상기 제 1 기판의 상기 화소 영역 간 경계부에 위치하고, 상기 화소 영역과 대응된 영역별 경계부에 대응하여 컬러필터층을 형성하는 단계와;

상기 컬러필터층 상부에서 컬러별 경계부에 대응하여 컬럼 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 컬럼 스페이서가 형성된 기판 상부 전면에 경화성 액정 솔루션을 도포하는 단계와, 상기 컬럼 스페이서의 최상부에서 그 좌우 하부로 상기 경화성 액정 솔루션이 흘러내려 상기 각각의 컬럼 스페이서를 이격한 사이 구간에 집중되는 단계와;

상기 제 1 기판과 이격된 상부에 노광기를 위치시키고, 상기 노광기를 통해 상기 경화성 액정 솔루션에 빛을 조사하여 이를 경화하는 노광 단계를 통해 위상차 보상층을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 2 기판 사이에 액정층을 개재하는 단계와, 상기 제 1, 2 기판의 외곽부에 씰패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 2 기판을 상기 씰패턴을 이용하여 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 경화성 액정을 도포하는 단계에서, 상기 씰패턴이 형성될 영역은 상기 컬럼 스페이서에 의해 경화성 액정이 차단되어 상기 씰패턴 상부에는 위상차 보상층이 존재하지 않는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경화성 액정 솔루션의 점도는 2~10cp 의 범위이고, 상기 위상차 보상층은 배향물질과 액정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 노광 단계에서 사용되는 빛은 자외선(ultra-violet)인 것을 특징으로 하며, 상기 컬러필터의 경계부에 대응하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 경화성 액정 솔루션을 도포하는 단계에서, 상기 제 1 기판 상부에서 슬릿 코팅기를 이용하는 것을 특징으로 하고, 상기 컬러필터층과 컬럼 스페이서 사이에 배향막을 더 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치 중 컬러필터의 제조공정에 대해 중점적으로 설명한다.

본 발명은 슬릿 코팅기를 이용하여 위상차 보상층을 제작하는 방법에 관한 것으로, 특히 컬러필터층 상부에 컬럼 스페이서(column spacer)를 먼저 형성한 후, 슬릿 코팅기를 이용하여 위상차 보상층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 컬러필터 기판의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 공정 단면도로, 이를 참조하여 설명한다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 다수의 화소 영역(P)을 가지는 컬러필터 기판(200)이 구비되어 있으며, 상기 기판(200) 상에 화소 영역(P)별 경계부에 대응하여 블랙매트릭스(220)를 형성하고, 상기 블랙매트릭스(220)를 경계부로 하여 각각의 화소 영역(P)에 대응하여 적, 녹, 청 컬러필터(260a, 260b, 260c)를 형성한다.

여기서, 상기 블랙 매트릭스(220)는 블랙레진 계열 또는 불투명한 금속 그룹에서 선택된 하나로 형성할 수 있다.

다음으로, 상기 컬러필터(260)가 형성된 기판(200) 상부에 상기 블랙 매트릭스(220)가 형성된 영역에 대응하여 각각의 컬럼 스페이서(280)를 형성한다. 이때, 도면으로 도시하지는 않았지만, 상기 컬럼 스페이서(280)를 형성하기 전 단계에서 배향막(미도시)을 추가로 형성하여 배향 특성을 향상시킬 수도 있다.

도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 컬럼 스페이서(280)가 형성된 기판(200) 상부 전면에 슬릿 코팅기(295)를 이용하여 경화성 액정 솔루션(hardening liquid crystal solution, 250a)을 코팅한다.

이때, 상기 경화성 액정 솔루션(250a)은 배향물질과 액정이 혼합된 물질로 형성할 수 있다. 보다 자세하게는, 예를 들어 폴리이미드(polyimide) 계열의 배향물질과, 3-펜타논(3-penthanon)에 경화성 네마틱 액정물질과 광 개시제 5w%를 녹여 사용할 수 있다.

도 2c에 도시한 바와 같이, 시간의 경과에 의해 경화성 액정 솔루션(250a)은 상기 컬럼 스페이서(280)의 최상부를 기준으로 그 좌우 하부로 흘러내리므로, 상기 컬럼 스페이서(280) 상부에는 경화성 액정 솔루션(280)이 존재하지 않게 되고, 각각의 컬럼 스페이서(280)를 이격한 사이 구간에 대응하여 경화성 액정 솔루션(250a)이 흘러내려 이 영역에 집중하게 된다.

이를 상세히 설명하면, 상기 슬릿 코팅기(도 3b의 295)를 이용하여 슬릿 코팅이 가능하도록 경화성 액정 솔루션(250a)의 점도(viscosity)를 2~10cp 수준으로 조절하여 적용하면, 상기 슬릿 코팅기(도 3b의 295)로부터 적하된 경화성 액정 솔루션(250a)이 컬럼 스페이서(280) 최상부에서 그 좌우 하부로 흘러내려 각각의 컬럼 스페이서(280)를 이격한 사이 구간에 대응하여 경화성 액정 솔루션(250a)이 집중되고, 상기 컬럼 스페이서(280)의 최상부에는 경화성 액정 솔루션(250a)이 존재하지 않게 된다.

이때, 도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 전술한 도 1에서 씰패턴이 형성될 영역에 대응하여 본 발명에서와 같이 슬릿 코팅기(도 3b의 295)를 이용하여 경화성 액정 솔루션(250a)을 도포하게 되면, 씰패턴부로 경화성 액정 솔루션(250a)이 유입되는 것을 컬럼 스페이서(280)가 차단하는 역할을 수행하게 되므로, 씰패턴부에서의 씰터짐과 같은 문제를 미연에 방지할 수 있게 된다.

도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 경화성 액정 솔루션(도 2c의 250a)이 존재하는 기판(200)과 이격된 상부로 노광기(290)를 위치시키고, 상기 노광기(290)로부터 상기 기판(200) 전면에 빛을 조사하는 노광 단계를 진행하면 상기 경화성 액정 솔루션(도 3c의 250a)이 경화되어 위상차 보상층(250)을 형성하게 된다. 이때, 상 기 노광 단계는 일 예로 자외선 램프(ultra-violet lamp)를 이용하여 진행할 수 있다.

전술한 공정을 통해, 본 발명에서는 상기 기판과 노광기 사이로 마스크를 정렬시키는 단계가 불필요하게 되며, 또한 전면 노광을 진행할 수 있어 공정 시간 및 재료 비용을 저감할 수 있는 장점을 갖는다.

이상으로, 전술한 공정을 통해 본 발명에 따른 위상차 보상층을 포함하는 컬러필터 기판을 제작할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 액정표시장치는 패널의 눌림 얼룩을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 컬러필터 상부에서 슬릿 코팅기를 이용하여 위상차 보상층을 형성함으로써, 기존의 위상차 보상층을 형성하기 위한 마스크 패터닝 공정이 불필요하게 되며, 또한 전면 노광을 적용하므로 마스크 정렬이 불필요하여 노광 공정의 시간을 감소시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 액정표시장치는 패널의 눌림 얼룩을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 위상차 보상층을 형성하기 위한 마스크 패터닝 공정이 불필요하며, 또한 전면 노광을 적용하므로 마스크 정렬(mask alignment)이 불필요하여 노광 공정 시간이 감소되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 서로 대향되게 배치되며, 서로 일정 간격 이격된 복수 개의 화소 영역을 가지는 제 1, 2 기판을 준비하는 단계와;

   상기 제 1 기판 내부면에서, 상기 제 1 기판의 상기 화소 영역 간 경계부에 위치하고, 상기 화소 영역과 대응된 영역별 경계부에 대응하여 컬러필터층을 형성하는 단계와;

   상기 컬러필터층 상부에서 컬러별 경계부에 대응하여 컬럼 스페이서를 형성하는 단계와;

   상기 컬럼 스페이서가 형성된 기판 상부 전면에 경화성 액정 솔루션을 도포하는 단계와;

   상기 컬럼 스페이서의 최상부에서 그 좌우 하부로 상기 경화성 액정 솔루션이 흘러내려 상기 각각의 컬럼 스페이서를 이격한 사이 구간에 집중되는 단계와;

   상기 제 1 기판과 이격된 상부에 노광기를 위치시키고, 상기 노광기를 통해 상기 경화성 액정 솔루션에 빛을 조사하여 이를 경화하는 노광 단계를 통해 위상차 보상층을 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 2 기판 사이에 액정층을 개재하는 단계와;

   상기 제 1, 2 기판의 외곽부에 씰패턴을 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 2 기판을 상기 씰패턴을 이용하여 합착하는 단계

   를 포함하는 액정표시장치 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화성 액정을 도포하는 단계에서,

   상기 씰패턴이 형성될 영역은 상기 컬럼 스페이서에 의해 경화성 액정이 차단되어 상기 씰패턴 상부에는 위상차 보상층이 존재하지 않는 액정표시장치 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화성 액정 솔루션의 점도는 2~10cp 의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상차 보상층은 배향물질과 액정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광 단계에서 사용되는 빛은 자외선(ultra-violet)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터의 경계부에 대응하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화성 액정 솔루션을 도포하는 단계에서,

   상기 제 1 기판 상부에서 슬릿 코팅기를 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터층과 컬럼 스페이서 사이에 배향막을 더 포함하는 액정표시장치 제조방법.

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