KR20110031127A - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점착성 스페이서를 이용하여 표시영역 및 주변부에서 기판끼리를 접착시킴으로써 배향 불량을 발생하지 않는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 봉입되고 덴드리마를 용해시킨 액정과, 상기 제 1 기판상의 표시영역에 형성되고, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 갭을 유지하는 스페이서와, 상기 제 1 기판상의 상기 표시영역 주변의 가장자리에 형성되고, 상기 액정을 봉지하는 웰을 구비하고, 상기 제 2 기판은 적어도 상기 제 1 기판의 상기 표시영역과 대향하는 범위에 접착제가 도포되고, 상기 스페이서 및 상기 웰을 개재하여 상기 제 1 기판과 접착되는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{Liquid Crystal display device and method for manufacturing the same}
본 발명은 덴드리마(고분자)를 용해시킨 액정을 이용한 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 액정표시소자의 제조를 도 6에 나타낸다. 도 6a는 일반적인 액정표시소자를 나타낸 평면도이고, 도 6b는 도 6a에 나타낸 액정표시소자를 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 절단한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 표시영역이 형성된 스페이서(51)를 개재해 대향하는 2매의 기판(52,53)은, 실재(54)에 의해 기판의 주변부(접착부 55)에만 서로 접착되어 있다.
또한, 액정(56)의 분자를 배향시키기 위해 배향막(57,58)이 기판(52,53)과 액정(56) 사이에 각각 형성되어 있다.
이 액정표시소자에서는 실재(54)를 도포하기 위해 영역을 확보할 필요가 있고, 표시 영역 주변의 가장자리 영역을 넓게 할 필요가 있다.
여기서, 이 액정표시소자는 주변부에만 기판(52,53)이 서로 접착되어 있고, 표시 영역은 접착되어 있지 않다. 그 때문에 기판 사이즈가 크게 되면, 중력 불량이나 터치 불량이라고 하는 문제점이 발생한다.
한편, 중력 불량은 대형의 액정패널을 만들 때 중력에 의해 액정패널의 하부에 가령, 상부와 갭이 생겨 표시가 불량이 되는 현상이다.
또한, 터치 불량은 손가락으로 대형의 액정패널의 표시영역을 누를 때 글라스가 변형하는 것에 의해 CF(Color Filter)측에 고착된 스페이서가 TFT(Thin Film Transistor)측의 글라스상을 미끄러지고, 손가락을 분리시킨 후에서도 TFT측 글라스 표면의 요철(凹凸)에 의해 원래의 위치로 돌아가지 않는 것에 의해서 발생하는 휘도 불량이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로서 접착성 스페이서를 이용하여 주변부뿐만 아니라 표시영역에도 기판끼리를 접착하는 것이 제안되었다.
점착성 스페이서를 이용하여 기판끼리를 접착하는 기술로서, 스페이서의 선단부에만 접착제를 인쇄에 의해 도포하고, 또한 표시영역 주변의 가장자리 영역에 실재를 도포하여, 표시영역 및 주변부에서 기판끼리를 접착하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 의하면, 표시영역 및 주변부에서 기판끼리를 접착하는 것에 의해 중력 불량이나 터치 불량의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 가장자리 영역에 도포되는 실재를 삭감해도, 주변부에서만 기판끼리가 접착된 액정표시소자와 동일한 접착강도를 얻을 수 있으므로, 가장자리 영역을 좁게 한 협시야각 설계가 가능하다.
그러나 특허문헌 1에 있어서, 높이 5㎛ 정도의 스페이서 선단부에만 접착제를 인쇄하기 위해서는, 고도한 인쇄기술 및 고가인 인쇄장치가 필요하게 된다. 또한, 양산단계에서, 표시영역 내의 배향막 표면에 접착제가 부착하는 것에 의해, 배향 불량이 발생하고, 수율이 저하하게 된다.
더구나 도포된 실재와 액정이 직접 접하므로, 시간 경과와 함께 실재에 포함된 불순물이나 미경화 성분이 액정에 녹아 표시불량이 발생한다.
그래서 상기의 문제를 해결하기 위해 구조가 액정의 분자와 유사한 분자로 이루어진 접착제를 유기용제에 용해시킨 접착제 용액을 기판 사이에 끼워넣고, 가압 환경에서 가열하는 것으로 유기용제를 날려 스페이서 및 웰의 상부면에 잔존한 접착제를 통해 기판끼리를 접착하는 방법이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1 일본공개특허공보 2004-12772호 공보
특허문헌 2 일본공개특허공보 2006-337820호 공보
그러나 종래기술에 의한 이하와 같은 과제가 있다.
특허문헌 2에서는, 접착강도를 향상시키기 위해 접착제의 농도를 높게 하면, 과다한 접착제가 표시영역 내의 배향막 표면에 잔존하여 배향불량이 발생하므로, 프로세스 마진이 좁게 되는 문제가 있다.
또한, 접착제를 유기용제로 용해시킬 필요가 있으므로, 접착제의 분자구조가 제한된다. 더구나 유기용제를 날리기 위해 접착제 용액을 끼워넣은 기판을 고온(150℃ 정도)으로 가열할 필요가 있으므로, 열 수축에 의한 영향이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로 점착성 스페이서를 이용하여 표시영역 및 주변부에서 기판끼리를 접착시킴으로써 배향 불량을 발생하지 않는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정표시소자는 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 봉입되고 덴드리마를 용해시킨 액정과, 상기 제 1 기판상의 표시영역에 형성되고, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 갭을 유지하는 스페이서와, 상기 제 1 기판상의 상기 표시영역 주변의 가장자리에 형성되고, 상기 액정을 봉지하는 웰을 구비하고, 상기 제 2 기판은 적어도 상기 제 1 기판의 상기 표시영역과 대향하는 범위에 접착제가 도포되고, 상기 스페이서 및 상기 웰을 개재하여 상기 제 1 기판과 접착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법은 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 봉입된 덴드리마를 용해시킨 액정, 상기 제 1 기판상의 표시영역에 형성되고 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 갭을 유지하는 스페이서, 및 상기 제 1 기판상의 상기 표시영역 주변의 가장자리 영역에 형성되고 상기 액정을 봉지하는 웰을 구비한 액정표시소자의 제조방법이고, 상기 제 1 기판상에 상기 스페이서 및 상기 웰을 형성하는 형성 스텝과, 상기 제 2 기판의 적어도 상기 제 1 기판의 표시영역과 대향하는 범위에 접착제를 도포하는 도포 스텝과, 상기 스페이서 및 상기 웰이 형성된 제 1 기판과 상기 접착제가 도포된 제 2 기판을 합착시켜 접착하는 접착 스텝과, 상기 접착된 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 상기 액정을 주입하는 주입 스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 제1기판과 제2기판 사이에 덴드리마를 용해시킨 액정을 봉입시킨다. 또한, 제2기판은 적어도 제1기판의 표시영역과 대행하는 범위에 접착제를 도포시키고, 스페이서 및 웰을 개재해 제1기판과 접착시킨다. 여기서, 덴드리마를 액정에 용해시키는 것에 의해 액정분자를 기판에 대해서 수직으로 자동적으로 배향시킬 수 있고, 배향막을 형상할 필요가 없다.
그 때문에 점착성 스페이서를 이용하여 표시영역 및 주변부에서 기판끼리를 접착하더라도 배향불량을 발생시키지 않는 액정표시소자 및 제조방법을 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명에 의한 액정표시소자를 나타낸 평면도
도 1b는 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ선에 따라 절단한 액정표시소자의 단면도
도 2는 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조공정을 나타낸 설명도
도 3은 본 발명에 의한 액정표시자의 제조방법에 의해 제조된 액정표시소자를 나타낸 사진
도 4는 종래의 액정표시소자를 나타낸 사진
도 5는 본 발명에 의한 액정표시소자에서, 접착제의 도포 조건을 바꾼 경우의 접착성을 나타낸 설명도
도 6a는 일반적인 액정표시소자를 나타낸 평면도
도 6b는 도 6a의 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 절단한 액정표시소자의 단면도
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 액정표시소자 및 그 제조방법을 설명하는데, 각 도면에서 동일, 또는 해당하는 부분에 관해서는 동일 부호를 붙여서 설명한다.
도 1a는 본 발명에 의한 액정표시소자를 나타낸 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ선에 따라 절단한 액정표시소자의 단면도이다.
본 발명에 의한 액정표시소자는 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(1)과, 제 2 기판(2)과, 액정(3)과, 스페이서(4)와, 웰(5)을 구비하고 있다.
서로 대향하는 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)은, 각각 글라스 기판이고, 액정(3)은 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 봉입되고 있다. 여기서, 액정(3)에는 덴드리마(고분자)가 용해되어 있다. 덴드리마를 액정에 용해시키는 것에 의해 액정분자를 기판에 대해서 수직으로 자동적으로 배향시킬 수 있다. 그 때문에 종래의 액정표시소자에서 필요한 배향막(도 6 참조)이 필요없다.
스페이서(4)는 제 1 기판(1)상의 표시영역에 형성되고, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이의 갭을 유지한다. 웰(5)은 제 1 기판(1)상의 표시영역 주변의 가장자리 영역에 형성되고, 액정(3)을 봉입한다. 여기서, 스페이서(4) 및 웰(5)은 동일 폴리머 재료로 형성된다.
또한, 제2기판(2)은 제 1 기판(1)과 대향하는 전면에 접착제(6)가 도포되고, 스페이서(4) 및 웰(5)을 개재해 제 1 기판(1)과 접착되어 있다.
한편, 덴드리마를 용해시킨 액정을 이용하는 것에 의해 배향막을 형성하지 않더라도 액정분자를 배향시킬 수 있으므로, 제 2 기판(2)의 전면에 접착제(6)를 도포해도, 배향 불량이 발생하지 않는다. 또한, 접착제(6)의 막 두께는 0.25 ~ 2㎛의 두께로 도포되어 있다.
이어서, 도 2를 참조하면서 도 1a 및 도 1b에 나타낸 액정표시소자의 제조공정에 관해서 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조공정을 나타낸 설명도이다.
한편, 이하의 설명에서는 도 2에 나타낸 공정 중 본 실시예에서 특징적인 공정에 관해서만 설명한다.
먼저, 제 1 기판(1)상에 스페이서(4) 및 웰(5)을 형성한다. 구체적으로, 제 1 기판(1)상에 폴리머 재료인 감광성 수지를 스핀 코트법에 의해 도포하고, 스페이서(4) 및 웰(5)의 패턴 형상을 갖는 마스크를 이용하여 상측에서 자외선을 조사한 후 현상액으로 처리하는 것에 의해, 자외선에 의해서 경화한 감광선 수지를 제거한다.
이하의 포토리소그래피법에 의한 공정에 의해서, 스페이서(4) 및 웰(5)을 동시에 형성함과 함께 폭이 좁은 웰(5)을 정확하게 형성할 수 있다.
이어서, 제 2 기판(2)의 제 1 기판(1)과 대향하는 전면에 접착제(6)를 도포한다. 구체적으로는 제 2 기판(2)상에 접착제(6)를, 스핀코트법에 의해 예를 들면, 1㎛의 두께로 도포한다.
한편, 상기 접착제(6)를 도포하는 공정으로는, 종래의 액정표시소자에서 반드시 필요한 배향막을 형성하는 공정으로 사용하는 기기설비를 전용할 수 있다.
즉, 배향막을 형성하기 위해 기판상에 폴리이미드를 도포하는 설비기기를 접착제(6)를 도포하는 설비기기로서 이용할 수 있다.
또한, 잉크젯법 또는 인쇄법을 사용하여, 스페이서(4) 및 웰(5)이 형성되어 있지 않은 제 2 기판(2)상의 제 1 기판(1)과 합착시킬 때 스페이서(4) 및 웰(5)이 형성된 위치(적어도 표시영역과 대향하는 범위)에 도트 형상으로 접착제를 도포해도 좋다.
여기서, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 접착하는 접착제(6)에 관해서 검토를 행한다. 접착제(6)에 꼭 필요한 조건을 이하의 (1) ~ (5)에 나타낸다.
(1) 박막으로 투명한 것.
(2) UV와 저온에서 경화하는 것.
(3) 충분한 접착 강도를 갖는 것.
(4) 접착제 자신의 점도가 낮은, 또는 유기용제에 용해하여 저 점도화가 가능한 것(예를 들면, 저온에서의 점도가 80cp이하).
(5) 글라스 기판으로의 도포성능이 우수한 것.
본 발명의 실시예에에서는 이들의 조건을 만족한 접착제로서, 나가노케미컬제 XNR5242를 이용했다.
이어서, 스페이서(4) 및 웰(5)이 형성된 제 1 기판(1)과 접착제(6)가 도포된 제 2 기판(2)을 합착시켜 접착한다. 구체적으로, 합착된 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 가압 환경에서 가열(70℃, 6h)하는 것에 의해 제 2 기판(2)이 스페이서(4) 및 웰(5)을 통해 제 1 기판(1)과 접착된다.
Figure pat00001
상기 화학식 (Ⅰ)에서, R은 다음 화학식 (Ⅱ)로 나타낸다.
Figure pat00002
한편, 접착된 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 덴드리마를 용해시킨 액정(3)을 주입하는 공정 대신에, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 합착시켜 접착하는 공정 전에 스페이서(4) 및 웰(5)이 형성된 제 1 기판(1)상에 액정(3)을 적하는 공정으로 형성해도 좋다.
이상의 제조공정에 의해 제조한 액정표시소자의 사진을 도 3에 나타낸다. 또한, 종래의 액정표시소자의 사진을 도 4에 나타낸다.
도 3 및 도 4에서, 종래의 액정표시소자에서는 실재를 도포하기 위해 넓은 가장자리 영역을 표하는 것에 대해서, 본 발명의 액정표시소자에서는 가장자리 영역을 격단으로 좁게 할 수 있다.
여기서, 본 발명은 접착제의 도포 프로세스를 최적화하기 위해 접착제의 도포 조건(농도, 스핀 코드의 회전수, UV량, 봉착온도, 두께)를 다양하게 바꾸어, 접착성을 평가하는 실험을 행했다. 이 실험에서 접착성의 평가결과를 도 5에 나타낸다.
도 5에서, 농도 20%, 회전수 2000rpm, 두께 0.2㎛에서는 기판이 접착되지 않는 경우도 있으므로, 두께의 하한치는 0.25㎛로 추정할 수 있다.
또한, 도 5에서, 농도 50%, 회전수 2000rpm, 두께 1㎛에서는 기판이 접착되고, 농도 75%, 회전수 2000rpm, 두께 2㎛에서는 불량이 생기므로 두께의 상한치는 2㎛로 추정할 수 있다. 따라서 접착제(6)를 도포하는 공정에서는, 0.25 ~ 2㎛ 정도의 두께로 접착제를 도포한다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에는 덴드리마를 용해시킨 액정이 봉입된다. 또한, 제 2 기판은 제 1 기판과 대향하는 전면에 접착제가 도포되고, 스페이서 및 웰을 개재해서 제 1 기판과 접착된다.
여기서, 덴드리마를 액정에 용해시키는 것에 의해, 액정분자를 기판에 대해서 수직으로 자동적으로 향상시킬 수 있어, 배향막을 형성할 필요가 없다.
그 때문에, 점착성 스페이서를 이용하여, 표시영역 및 주변부에서 기판끼리를 접착시키면서도, 배향불량이 발생하지 않는 액정표시소자 및 그 제조방법을 얻을 수 있다.
또한, 점착성 스페이서를 이용하여 표시영역 및 주변부에서 기판끼리를 접착하는 것에 의해, 중력 불량이나 터치 불량의 발생을 방지할 수 있음과 함께, 합착된 제 1 기판과 제 2 기판을 가압환경에서 가열하는 공정을 삭감 또는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 액정을 봉지하는 부재를 실재에서 웰로 변경하여, 실재를 도포하는 공정을 생략할 수 있으므로, 코스트를 삭감할 수 있음과 함께 실재의 도포 불균일이나 실재 근접의 배향 불량에 의한 영향을 방지하기 확보하지 않으면 안 되는 가장자리 영역을 고려하지 않아도 좋고, 폭이 넓은 가장자리 영역의 설계가 가능하게 된다. 즉, 동일 패널 사이즈에서도 표시영역을 넓게 할 수 있다.
또한, 덴드리마를 용해시킨 액정을 이용하는 것에 의해 배향막을 형성하는 공정을 생략함과 함께, 배향관련의 불량을 방지할 수 있다.
또한, 배향막을 형성하는 공정에서 사용하는 기기설비를 접착제를 도포하는 공정에 전용할 수 있으므로, 새로운 설비투자를 제어할 수 있다.
또한, 접착제를 도포하는 공정은 간단한 인쇄도포이고, 기술적으로 어려운 것이 아니므로, 액정표시소자의 제조를 용이하게 함과 함께 수율을 안정화시킬 수 있다.
또한, 실온에서의 점도가 80cp이하의 접착제를, 스핀 코트법에 의해서 0.25~2㎛의 두께로 제 2 기판에 도포하는 것에 의해 접착제를 도포하는 공정을 최적화하여 액정표시소자의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 1 기판과 제 2 기판을 합착시켜 접착하기 전에, 스페이서 및 웰이 형성된 제 1 기판상에 액정을 적하하는 액정적하(ODF: One Drop Fill) 공법을 적용할 수 있으므로, 액정의 충진시간을 단축할 수 있다.
또한, 이미 가동하고 있는 공정에서, 기존의 설비를 사용할 수 있어 새로운 설비투자를 억제할 수 있다.
또한, 액정을 봉지하는 웰은 포토리소그래피법에 의해 형성되므로, 폭을 미리 단위에서 미크론 단위까지 제어할 수 있다. 미크론 레벨의 가장자리를 사용하는 것에 의해, 작은 액정패널을 타일과 같이 조합시켜 큰 사이즈의 액정패널을 제조하는 타일링 기술에 적용이 가능하다.
타일링 기술을 실현하는 것에 의해, 원판 글라스의 사이즈보다도 큰 사이즈의 액정패널을 생산하는 것이 가능하게 되어, 기존의 공장 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 큰 원판 글라스를 제조하기 위해 설비투자가 필요하지 않으므로, 코스트 다운을 실현할 수 있다.
1 : 제 1 기판 2 : 제 2 기판
3 : 액정 4 : 스페이서
5 : 웰 6 : 접착제

Claims (9)

  1. 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 봉입되고 덴드리마를 용해시킨 액정과,
    상기 제 1 기판상의 표시영역에 형성되고, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 갭을 유지하는 스페이서와,
    상기 제 1 기판상의 상기 표시영역 주변의 가장자리에 형성되고, 상기 액정을 봉지하는 웰을 구비하고,
    상기 제 2 기판은 적어도 상기 제 1 기판의 상기 표시영역과 대향하는 범위에 접착제가 도포되고, 상기 스페이서 및 상기 웰을 개재하여 상기 제 1 기판과 접착되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접착제는 0.25 ~ 2㎛의 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서 및 상기 웰은 동일의 폴리머 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 봉입된 덴드리마를 용해시킨 액정, 상기 제 1 기판상의 표시영역에 형성되고 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 갭을 유지하는 스페이서, 및 상기 제 1 기판상의 상기 표시영역 주변의 가장자리 영역에 형성되고 상기 액정을 봉지하는 웰을 구비한 액정표시소자의 제조방법이고,
    상기 제 1 기판상에 상기 스페이서 및 상기 웰을 형성하는 형성 스텝과,
    상기 제 2 기판의 적어도 상기 제 1 기판의 표시영역과 대향하는 범위에 접착제를 도포하는 도포 스텝과,
    상기 스페이서 및 상기 웰이 형성된 제 1 기판과 상기 접착제가 도포된 제 2 기판을 합착시켜 접착하는 접착 스텝과,
    상기 접착된 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 상기 액정을 주입하는 주입 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 액정은 상기 접착 스텝 전에, 상기 스페이서 및 상기 웰이 형성된 제 1 기판상에 액정을 적하하는 액정적하 스텝으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 도포 스텝에서, 상기 접착제는 스핀 코트법, 잉크젯법, 인쇄법 중에서 어느 하나의 방법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 도포 스텝에서, 상기 접착제는 0.25 ~ 2㎛의 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 도포 스텝에서, 상기 접착제는 실온에서의 점도가 80cp이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 형성 스텝에서, 상기 스페이서 및 웰은 포토리소그래피법에 의해 동일 폴리머 재로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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