KR20130039383A - 액정표시장치용 스페이서 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 스페이서 형성시, 액정표시장치의 상부기판 또는 하부기판에 접하여 중공부를 포함하는 곡면체 형태로 형성되도록 하여, 외부에서 힘이 가해질 때 상기 스페이서와 맞닿는 TFT부분 또는 배향막의 손상 없이, 화질을 향상시킨 스페이서가 구비된 액정표시장치 및 액정표시장치용 스페이서 제조방법에 관한 것이다.

Description

스페이서가 구비된 액정표시장치 및 액정표시장치용 스페이서 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING SPACER AND MANUFACTURING METHOD FOR SPACER OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY }
본 발명은 스페이서가 구비된 액정표시장치 및 액정표시장치용 스페이서 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 액정표시장치용 스페이서 형성시, 액정표시장치의 상부기판 또는 하부기판에 접하여 적어도 한 면이 개방되어있는 내부공간을 포함하는 곡면체 형태로 형성되도록 하여, 외부에서 힘이 가해질 때 상기 스페이서와 맞닿는 TFT부분 또는 배향막의 손상 없이, 액정표시장치의 상부기판 및 하부기판의 셀 갭(cell gap)을 일정하게 유지시킴으로써, 화질을 향상시킨 액정표시장치용 스페이서의 제조방법 및 이를 이용한 스페이서가 구비된 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 컬러필터가 형성된 상부 기판과 투명전극이 형성된 하부기판사이의 수개의 액정분자들로 구성된 액정층을 개재시킨 후, 상기 투명전극들 사이에서 일어나는 전계에 의하여 액정 분자들의 배열을 변화시켜 빛의 투과량이 제어되도록 하여 화상을 표시하는 장치이다.
이러한 액정표시장치에 있어서, 응답속도, 대비비, 시야각, 휘도 균일성 등의 특성은 액정층의 두께, 즉, 셀 갭(cell gap)과 밀접한 관련을 갖기 때문에 액정표시장치의 화면 품질을 향상시키기 위해서는 균일한 셀 갭을 유지시키는 것이 매우 중요시 되고 있다.
따라서, 현재 대부분의 액정표시장치는 그 제조과정에서 기판들 사이에 셀 갭 유지용 스페이서를 형성하고 있으며, 스페이서의 형태는 기둥모양의 지주형 스페이서, 볼 스페이서 또는 비드 스페이서를 산포하는 방식으로 형성되는 것이 대부분이다.
특히, 지주형 스페이서의 경우에는, 탄성이 작고 모서리 부분이 날카롭게 형성되어 외부에서 압력이 가해질 때, 하단에 위치한 TFT 또는 배향막이 지주형 스페이서의 영향을 받아 손상되어 화질 저하를 초래하는 문제점이 발생한다.
도 1은 종래의 지주형 스페이서를 구비한 액정표시장치의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상부기판(10) 및 하부기판(20)이 서로 일정간격 이격되어 있고, 상기 상부기판(10) 및 하부기판(20) 사이에는 액정층이 개재되어 있다. 상기 하부기판에는 서로 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인 및 게이트 라인과, 상기 화소영역(P)에 형성되는 복수 개의 화소전극을 포함하여 형성되고, 상기 데이터 라인 및 게이트 라인의 교차점에 박막트랜지스터(TFT)(T)가 구성된다. 상기 상부기판에는 컬러 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러필터(12)와 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙매트리스(11)가 구성된다. 그리고 상기 상부기판과 상기 하부기판의 마주보는 면에는 각각 배향막이 형성되며, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 형성되는 스페이서(100)에 의해 일정공간을 유지한다.
도 1의 지주형 스페이서(100)의 경우에는, 탄성이 작고, 모서리 부분이 날카롭게 형성되어 외부에서 압력이 가해질 때, 하단에 위치한 TFT 또는 배향막이 지주형 스페이서의 영향을 받아 손상됨으로써 화질저하를 초래하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정표시장치용 스페이서 형성시, 외부에서 압력이 가해질 때 상기 스페이서와 맞닿는 TFT부분 또는 배향막의 손상 없이, 화질을 향상시킨 액정표시장치용 스페이서의 제조방법 및 이를 이용한 스페이서가 구비된 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 이격되어 대향 배치되는 상부기판 또는 하부기판 사이의 셀 갭을 일정하게 유지하기 위하여 형성되는 스페이서가 구비된 액정표시장치에 있어서, 상기 상부기판 또는 상기 하부기판에 접하며, 내부에 중공부가 형성된 스페이서; 및 상기 스페이서의 중공부로부터 상기 스페이서의 외부영역과 관통되어 형성된 관통부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 관통부는 상기 스페이서의 측면부에 적어도 하나 형성되며, 또는 적어도 한 쌍의 면이 마주보는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 스페이서와 상기 스페이서의 상단부분이 접하여 형성되는 경계는 곡면 형태이며, 상기 관통부의 단면은 다각형 또는 원형 형태로 형성되며, 상기 스페이서의 높이는 2 내지 5㎛이며, 단면적은 100 내지 800㎛2인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법에 따르면, 기판에 패턴을 가지는 더미층 형성단계; 상기 더미층의 상층부에 레진을 도포하고 경화하되, 더미층의 측면이 적어도 한 면이 개방되도록 스페이서를 형성하는 스페이서 형성단계; 및 상기 더미층을 제거하여 중공부를 형성하는 더미층 제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 더미층 형성단계에서 상기 더미층은 금속으로 이루어지며, 상기 금속은 Al, ITO, Mo 중 어느 하나이며, 상기 더미층 형성단계에서, 상기 더미층의 단면은 다각형 또는 원형의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 스페이서 형성단계에서, 상기 스페이서는 광경화성 고분자, 광중합 개시제, 반응성 모노머 및 첨가제의 혼합액으로 이루어지는 레진이 광중합 반응으로 형성되며, 경화온도는 100 내지 180℃ 이며, 경화시간은 150 내지 300sec인 것을 특징으로 한다.
상기 더미층 제거단계 이후에 상기 스페이서의 모서리 부분을 연마하는 스페이서 라운딩단계;를 추가로 더 포함하며, 상기 스페이서 라운딩단계는 애싱단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스페이서가 구비된 액정표시장치 및 액정표시장치용 스페이서 제조방법에 따르면, 액정표시장치의 상부기판 또는 하부기판에 접하여 중공부를 포함하는 곡면체 형태의 스페이서를 형성시킴으로써, 외부에서 압력이 가해질 때 상기 스페이서와 맞닿는 TFT부분 또는 배향막의 손상 없이, 화질을 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 1는 종래기술의 지주형 스페이서를 포함하는 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스페이서를 포함하는 액정표시장치를 나타낸 단면도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치용 스페이서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 액정표시장치용 스페이서의 제조방법을 나타낸 공정 모식도이다.
이하, 본 발명에 의한 스페이서가 구비된 액정표시장치 및 액정표시장치용 스페이서 제조방법에 대하여 바람직한 실시형태를 첨부된 도 2 내지 도 4d를 참조하여 상세히 설명한다, 본 발명은 하기의 제 1실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 제 1실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
먼저, 도 2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스페이서가 구비된 액정표시장치는 상부기판(10) 또는 하부기판(20), 스페이서(101) 및 중공부(102)을 포함하여 구성된다.
상기 상부기판(10) 및 상기 하부기판(20)은 서로 이격되어 대향배치되어 있으며, 상기 상부기판(10) 또는 상기 하부기판(20)에 접하며, 내부에 중공부(102)가 형성된 스페이서(101); 및 상기 스페이서의 중공부(102)로부터 상기 스페이서의 외부영역과 관통되어 형성된 관통부(102')를 포함하여 형성된다.
상기 관통부(102')는 상기 스페이서의 측면부에 적어도 하나 형성되거나, 적어도 한 쌍의 면이 마주보는 형태로 형성되며, 상기 중공부(102)가 관통부(102')를 대신할 수 있다.
이는, 상기 중공부(102)가 존재함으로써, 종래의 스페이서보다 탄성이 증가하여 외부의 압력이 있을 때에 복원이 용이하게 하고, TFT 또는 배향막의 손상을 최소화할 수 있으며, 상기 관통부(102')를 형성함으로써, 더미층(50)을 보다 쉽게 제거할 수 있어서 효과적이다.
또한, 스페이서(101)와 상부기판 또는 하부기판에 접하는 경계 부분을 곡면형태로 형성됨으로써, 종래의 모서리가 날카로운 스페이서에 비하여 TFT 또는 배향막에 손상을 현저히 감소시켜 화질을 향상시키는데 효과적이다. 또한, 상기 중공부(102)의 단면은 다각형 또는 원형 형태로 형성되는 것이 바람직하나 특별히 형태에 구애받지 않는다.
상기 스페이서(101)의 높이는 2 내지 5㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3.5 내지 4.7㎛인 것이 효과적이며, 상기 스페이서(101)의 단면적은 100 내지 800㎛2인 것이 효과적이다. 스페이서(101)의 높이가 3.5㎛ 미만일 경우에는 스페이서(101)의 높이가 너무 낮아 셀 갭을 일정하게 유지하는데 문제가 발생하고, 스페이서(101)의 높이가 5㎛ 초과일 경우에는 액정표시장치의 두께가 두꺼워져 응답속도가 낮아지는 등의 문제가 발생한다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치용 스페이서 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 액정표시장치용 스페이서 제조방법을 순차적으로 도시한 순서도이며, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 액정표시장치용 스페이서의 제조방법을 나타낸 공정 모식도이다.
액정표시장치용 스페이서 제조방법은 더미층 형성단계(S10), 스페이서 형성단계(S20) 및 를 더미층 제거단계(S30)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 도 4a에 나타난 바와 같이, 상기 더미층 형성단계(S10)는 상부기판(10) 또는 하부기판(20)에 일정한 패턴을 가지는 더미층(50)을 형성하는 단계로써, 상기 더미층은 금속으로 이루어지며, 상기 금속은 Al, ITO, Mo 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 Al인 것이 효과적이다. 이는 후술할 더미층 제거단계(S30)에서 보다 쉽게 더미층을 제거하기 위하여, 식각액에 반응성이 높은 금속을 사용하는 것이 효과적이기 때문이다. 보다 상세하게는 상기 스페이서(101)가 형성될 상기 상부기판(10) 또는 상기 하부기판(20)에 상기 Al, ITO, Mo 금속 중 선택된 어느 하나를 증착시켜 금속층을 형성하고, 일정한 형태를 가지는 패턴을 사진식각공정을 통해 형성한다. 이와 같은 과정을 통해 형성된 더미층의 단면은 다각형 또는 원형의 형태로 형성되는 것이 바람직하나 특별히 형태에 구애받지 않는다.
다음으로, 도 4b에 나타난 바와 같이, 상기 스페이서 형성단계(S20)은 상기 더미층(50)의 상층부에 레진을 도포하고 경화하되 더미층(50)의 측면이 적어도 한 면이 개방되도록 스페이서(101)를 형성하는 단계로써, 광경화성 고분자, 광중합 개시제, 반응성 모노머 및 첨가제의 혼합액으로 이루어지는 레진이 광중합 반응으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 더미층의 적어도 한 면 개방되도록 레진을 도포하는 것은 추후 더미층의 제거를 용이하게 하여, 스페이서(101)에 중공부를 형성함으로써, 외부에 압력이 있을 때에 스페이서가 가지는 탄성에 의하여 복원이 용이하게 하고, TFT 또는 배향막의 손상을 최소화하게 하기 위함이다.
또한, 스페이서 형성단계(S20)에서 상기 레진의 경화온도는 100 내지 180℃인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 110 내지 150℃인 것이 효과적이다. 또한 경화시간은 150 내지 300sec인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 180 내지 250sec인 것이 효과적이다. 상기 경화온도가 100℃미만이며, 상기 경화시간이 150sec 미만일 경우에는, 레진이 충분히 경화되지 못하여, 스페이서의 강도 및 형태를 유지하지 못하며, 더미층 제거단계시 식각액에 의하여 스페이서에도 손상을 입어 스페이서의 강도 및 형태를 유지하지 못하므로 일정한 셀 갭을 유지하지 못하는 문제가 발생한다. 또한, 상기 경화온도가 180℃ 초과이며, 상기 경화시간이 300sec 초과일 경우에는, 너무 고온으로 장시간 경화됨으로써, 레진이 흘러내려 스페이서의 최적의 형태를 구현하지 못하는 문제가 발생한다.
다음으로, 도 4c의 더미층 제거단계(S30)은 상기 더미층을 제거하여 내부공간을 형성하는 단계로써, 건식 식각방식 또는 습식 식각방식으로 제거되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 습식식각방식으로 제거되는 것이 효과적이다.
상기 더미층 제거단계(S30) 이후에, 도 4d에 나타낸 것과 같이, 상기 스페이서의 모서리 부분을 연마하는 스페이서 라운딩단계(S40)를 추가로 더 포함하며, 상기 스페이서 라운딩단계(S40)는 공지된 통상의 방법으로 라운딩할 수 있으며, 애싱단계(S41)인 것이 바람직하다. 애싱단계(S41)는 건식애싱방식 또는 습식애싱방식인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 산소 플라즈마를 이용하는 건식애싱방식이 효과적이다.
따라서, 본 발명의 스페이서를 구비한 액정표시장치는, 상기와 같은 제1 실시예와 같이 형성됨으로써, 외부 압력에 따른 TFT 및 배향막의 손상을 효과적으로 방지하여 화면품질을 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10 : 상부기판 20 : 하부기판
11 : 블랙매트릭스 12 : 컬러필터
T : 박막트랜지스터(TFT) G : 셀 갭(cell gap)
P : 화소영역 50 : 더미층
100 : 지주스페이서 101 : 스페이서
102 : 중공부 102' :관통부

Claims (12)

  1. 이격되어 대향 배치되는 상부기판 또는 하부기판 사이의 셀 갭을 일정하게 유지하기 위하여 형성되는 스페이서가 구비된 액정표시장치에 있어서,
    상기 상부기판 또는 상기 하부기판에 접하며, 내부에 중공부가 형성된 스페이서; 및
    상기 스페이서의 중공부로부터 상기 스페이서의 외부영역과 관통되어 형성된 관통부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서가 구비된 액정표시장치
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 관통부는 상기 스페이서의 측면부에 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 스페이서가 구비된 액정표시장치
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 관통부는 적어도 한 쌍의 면이 마주보는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 스페이서가 구비된 액정표시장치
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스페이서와 상기 스페이서의 상단부분이 접하여 형성되는 경계는 곡면 형태이며, 상기 관통부의 단면은 다각형 또는 원형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 스페이서가 구비된 액정표시장치
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이는 2 내지 5㎛이며, 단면적은 100 내지 800㎛2인 것을 특징으로 하는 스페이서가 구비된 액정표시장치
  6. 기판에 패턴을 가지는 더미층 형성단계;
    상기 더미층의 상층부에 레진을 도포하고 경화하되, 더미층의 측면이 적어도 한 면이 개방되도록 스페이서를 형성하는 스페이서 형성단계;
    상기 더미층을 제거하여 중공부를 형성하는 더미층 제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 스페이서 제조방법
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 더미층 형성단계에서 상기 더미층은 금속으로 이루어지며, 상기 금속은 Al, ITO, Mo 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 스페이서 제조방법
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 더미층 형성단계에서, 상기 더미층의 단면은 다각형 또는 원형의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 스페이서 제조방법
  9. 제 6항에 있어서
    상기 스페이서 형성단계에서, 상기 스페이서는 광경화성 고분자, 광중합 개시제, 반응성 모노머 및 첨가제의 혼합액으로 이루어지는 레진이 광중합 반응으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 스페이서 제조방법
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 스페이서 형성단계에서, 경화온도는 100 내지 180℃ 이며, 경화시간은 150 내지 300sec인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 스페이서 제조방법
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 더미층 제거단계 이후에 상기 스페이서의 모서리 부분을 연마하는 스페이서 라운딩단계;를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 스페이서 제조방법
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 스페이서 라운딩단계는 애싱단계인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 스페이서 제조방법
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