KR960000257B1 - 액정표시소자와 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

액정표시소자와 그 제조방법

제1도는 일본의 야마무라 노부유끼에 의해 제안된 반사형 액정표시소자의 개략적 사시도.

제2도는 제1도의 액정표시소자의 부분 발췌 평면도.

제3도는 제1도의 액정표시소자의 a-a' 단면도이다.

제4도는 제1도의 반사형 액정표시소자의 b-b' 단면도이다.

제5도 내지 제10도는 제1도에 도시된 반사형 액정표시소자의 제조단계중 가공상태를 순서대로 나타낸 도면이다.

제11도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 한실시예로서, 절연층을 지지하는 지주의 형태를 보여주는 액정표시소자의 개략적 단면도.

제12도 내지 제18도는 본 실시예에 의한 반사형 액정표시소자의 제조단계중 패널의 가공상태를 나타낸 도면이다.

본 발명은 광학적 표시에 사용하는 액정표시소자와 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 액정층을 갖는 액정표시소자에서 액정층을 구획하는 절연층의 지지구조를 보강한 액정표시소자와 그 제조방법에 관한 것이다.

액정표시소자는 구동전압이 낮아 소비전력이 적다는 특징 이외에 플라즈마 디스플레이 패널이나 전계발광효과 소자와 같이 경박단소하다는 구조적 장점으로 인해 화상표시소자로서 매우 다양한 형태로 발전하고 있음은 물론 그 적용범위에 있어서도 매우 광대화되고 있다.

현재 실용화되어 있는 액정표시소자에서, 단순 매트릭스 혹은 TFT(Thin Film Transistor)을 이용한 액티브 매트릭스 타입의 액정표시소자들은 TN(Twisted Nematic)형, STN(Super Twisted Nematic)의 액정이 적용되는 관계로 광제어를 위한 적어도 하나의 플라라이져(Polarizer) 즉, 편광판을 요구한다. 그러나, 액정표시소자에서, 편광판은 편광을 제어하면서 50% 이상에 달하는 빛을 차광하여 화상 표시를 위한 광이용 효율을 극히 떨어 뜨린다.

따라서 요구되는 밝기의 화상을 얻기 위해서는 고휘도의 배경광원이 적용되어야 하는데, 전원으로서 건전지나 축전지를 사용하는 랩탑형(Laptop type) 워드프로세서, 컴퓨터등의 경우 전원의 과다한 전력 소모로 인해 장시간 사용할 수 없는 문제를 가지게 된다.

한편, 상기 TN 및 STN 액정을 사용하는 액정표시소자를 포함하는 일반적인 액정표시소자는 액정이 2매의 유리판 사이에 충진되는 구조를 가지기 때문에 고른 화상 형성을 위하여 광제어 영역인 셀갭(cell gap) 즉, 유리판 상호간격의 엄격한 관리조정이 필요하다. 그러나, 현재 유리판의 제조가공 기술한계로 인하여 초대형화가 곤란하다.

이상과 같은 문제를 감안할 때에, 편광판으로 인한 광이용 효율 감소의 억제, 그리고 고, 한매의 기판을 사용함으로써 셀갭 조정에 대한 부담을 줄일 필요가 있다.

종래에도 편팡판을 사용하지 않는 액정표시소자가 있었는데, 그것은 예를 들어 상천이(相遷移)효과를 이용한 CNT(Collestellic Nematic 전이형)이며, 또하나는 액정표시소자의 개발 초기 당시의 DSM(Dynamic Scattering Mode: 동적 산란 효과형)이다. 상기 DSM 액정표시소자는 응답속도가 늦고 또한 그 두께가 타 액정표시소자에 비해 두껍기 때문에 현재로서는 사용범위가 극히 좁다.

또, 광효율을 높히기 위해 편광판을 사용하지 않는 액정표시소자로서는 PDLCD(Polymer Dispersed Liquid Crystal Display)가 있다. 그러나, PDLC는 그 체적의 50% 이상이 광투과성인 고분자 재로로 되어있기 때문에, 콘트라스트를 명료하게 하기 위해서는 산란이 효과적으로 이루어져야 하는데 이를 위해서는 두께가 적어도 20μm 정도는 되어야 하는 구조적 제한이 있다.

이러한 종래 액정표시소자들의 제문제가 상당히 개선된 새로운 구조의 전계 효가형 액정을 적용한 액정표시소자가 일본의 야마무라 노부유끼(山村信幸)에 의해 개발되어 일본 특허청에 특허 출원번호 평4-116146로 출원된 바 있고, 이에 후속되는 다수 출원이 본 출원인에 의해 이루어졌다.

이 액정표시소자는 빠른 구동 속도와 높은 광이용 효율을 가지는 것으로서, 대향 전극들의 사이에 마련된 액정층이 다수의 절연층에 의해 격리되어 다층 구조화되어 있고, 편광판이 없이 하나의 유리기판만이 적용되고 이의 상부에 광제어를 위한 기능층이 적층 형성된 구조이다.

즉, 제1도에 도시된 바와 같이, 대향된 양전극(10)(18) 사이에 전계효과형 액정층(20)이 마련되고, 이 액정층(20)들의 사이에는 지주(12)들에 의해 그들 간격이 유지되며, 상기 액정층(20)을 복수층으로 분리하는 절연층(22)이 마련된 것이다. 상기 절연층(22)들은 국부적으로 마련된 지주(12)들에 의해 상하의 위치가 고정되며 국부적으로 액정 주입을 위한 주입공(14)들이 마련된 구조를 가진다. 여기서, 상기 액정층(20)의 분할된 각층의 두께는 3μm 이하, 상기 절연층 두께는 5μm 이하로 하도록 되어 있다. 그리고 이 발명자는 상기 절연층(22)의 소재로 에폭시수지가 적용될 수 있으나 경우에 따라 금속 산화물, 특히 알루미늄 산화물을 사용할 수 있다고 밝히고 있고, 그 제조방법으로서 다음과 같이 공정을 포함하는 것을 제안하고 있다.

(a) 전기절연성을 가지는 유리기판상에 도전재료로 전극을 형성하는 공정

(b) 광투과성 전기적 절연성재료로서 소정의 용해제에 용해되지 않는 재료로 상기 전극을 피복하여 광투과성 전기 절연층을 형성하는 공정

(c) 상기 광투과성 전기절연층상에 상기 소정의 용해제에 용해되는 재료를 피복하여 용해층을 형성하는 공정

(d) 상기 공정(b),(c)를 소정회 반복하여 적층을 형성하는 공정

(e) 상기 광투과성 전기절연층과 용해층과의 적층상에 광투과성 도전재료로 전극을 배선하는 공정

(f) 상기 공정(b)에서부터 (d)로 형성된 적층에 소정간격으로 제1구멍을 수직으로 소정깊이 뚫어 전기 절연성의 경화성 재료로 충전하여 지주를 형성하는 공정

(g) 상기 적층에 소정 간격으로 주입공을 형성하고 상기 용해제를 이를 통해 공급하여 상기 공정(c)로 형성된 용해층을 제거하는 공정

(h) 상기 용해층이 제거된 후의 공간에 주입공을 통해 액정을 충전한 후 상기 주입공을 봉지하는 공정 상기 공정에 의한 반사형 액정표시소자의 구체적 제조방법은 다음과 같다.

제5도의 공정에서는 흑색 플라스틱 기판(16)상에 도전성재료로 소정 패턴의 하부 전극(18)을 형성한다.

제6도의 공정에서는, 우선 제4도의 상부에 에폭시 수지층(20)과 PVA층(22a)을 각층을 스핀 코팅법, 롤 코팅법등을 통해 반복 적층한다.

다음에, 최상의 에폭시 수지층(20)의 상부에는 ITO등으로 상층의 전극(10)을 소정 패턴으로 형성한다.

제7도의 공정에서는 제5도의 상부에 포토 마스크 패턴을 형성하고, 제7도와 같이 포토레지스트(24)를 남긴다.

제8도의 공정에서는 포토레지스트(24)로 덮히지 않은 부분을 플라즈마 에칭하여 지주(12)용의 구멍을 형성하고, 이 구멍을 에폭시수지로 충전함과 동시에 전면에 에폭시수지를 도포하여 지주(12) 및 표면 에폭시수지층(26)을 형성한다.

제9도의 공정에서는 액정의 주입공(1)을 포토 마스크 패턴의 형성과 프라즈마 에칭에 의해 형성한다. 여기서, 이 주입공(14)에서 물에 의한 세정을 행하여 상기 모든 PVA층(22a)을 녹여 제거시킨다. 이에 따라, 주입공(14)과 연결되는 용해층이 제거됨으로서 액정층이 채워질 공간부분(22b)이 마련되고, 이때에 각 에폭시수지층(20)들은 지주(12)에 의해 상호 상하 간격이 유지됨으로써 공간부분(22b)을 유지시킨다.

제10도의 공정에서는, 전체를 건조한 후 진공하에서 액정을 전면 도포하여 주입공(14)을 통해 상기 공간부분(22b)에 주입해 가면서 액정층(22)을 형성한다. 액정의 충전이 종료되면 액정이 주입된 주입공(14)을 봉지하기 위해 최상위의 절연층의 상부 전면에 에폭시수지를 도포하고, 차광이 필요한 경우, 지주(12) 및 주입공(14) 상부에는 차광판(11)을 형성하여 제1도내 제4도에 도시된 바와 같은 반사형의 액정표시소자가 제조된다.

이상의 제조방법은 액정이 충진될 공간부분을 확보하기 위한 용해층의 소재로서 수용성의 PVA가, 그리고 절연층의 소재로서 에폭시 수지가 적용되는 경우에 한하는 것이다. 그러나 상기 발명자는 상기 수용성 PVA 대신에 알루미늄과 같은 금속이 사용될 수 있음과, 상기 에폭시 수지 대신에는 금속 산화물이 사용될 수도 있음을 부언하고 있다.

그런데, 이상과 같은 공정을 통하여 액정표시소자를 제조했을 때, 상기 지주에 의한 절연층의 지지기반이 와해됨으로써 양질의 액정층을 얻을 수 없게 되는 경우가 발생되었다 이것은 지지를 위한 구멍을 형성한 후 이에 지주를 위한 수지를 충진하여도 이 수지와 절연층과의 접착면이 좁을 뿐 아니라, 접착상태가 불완전하여 쉽게 끊어지게 됨으로써 일어나는 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로서 지주에 의한 절연층의 지지구조가 안정되게 강화된 액정표시소자를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 균질의 안정된 액정층을 가짐으로 양질의 화상을 실현할 수 있는 액정표시소자와 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명의 액정표시소자는, 적어도 하나의 기판과, 기판상에 소정 패턴으로 대향 배치되어 다수의 화소영역을 결정하는 제1전극 및 이와 소정 간격을 유지한 채 마련되는 대응 제2전극과, 대향된 양 전극군과, 상기 전극사이에 충진되는 액정과, 상기 액정중에 하나 이상 마련되어 상기 액정층을 다층화하는 절연층과, 상기 액정층중의 절연층의 위치를 고정하는 지주와, 상기 전극을 보호하는 보호 절연층을 구비하는 액정표시소자에 있어서, 상기 절연층의 사이로 노출되는 지주의 둘레에 절연층과 상기 지주의 접촉면적을 확대하는 것으로 인접된 상하 절연층과 접촉되어 있는 접촉면 확대층이 접촉되어 있는 점에 그 특징이 있다.

한편 상기의 목적을 달성하는 상기 본 발명의 액정표시소자의 제조하는 본 발명의 제조방법은,

(가) 기판상에 도전성 재료로 제1전극을 소정 패턴으로 형성하는 단계,

(나) 상기 제1전극의 상부에 소정의 용해제에 용해되지 않는 절연층과, 소정의 용해제에 용해되는 용해층을 다수 교번 적층하는 단계,

(다) 상기 적층으로부터 하부의 용해층에 이르기까지 지주를 위한 구멍을 형성하는 단계,

(라) 상기 적층으로부터 지주를 위한 구멍을 다수 형성하는 단계,

(마) 상기 지주를 위한 구멍을 통하여 에칭액을 공급하여 구멍에 인접된 상기 용해층의 일부를 제거하여 상기 구멍을 요철형으로 형성하는 단계,

(바) 지주를 위한 상기 요철형 구멍을 에폭시 수지로 충전하여 지주를 형성하는 단계,

(사) 최상위의 절연층의 표면에 상기 제1전극에 대응하는 다수 제2전극(100)을 형성하는 단계,

(아) 광통과 영역을 벗어난 부위중 상기 지주가 형성되지 않은 부위에, 액정의 주입공 형성하는 단계,

(자) 상기 액정의 주입공에 용제를 가하여 용해층을 용해 제거하는 단계,

(차) 용해층의 제거에 의해 형성된 공동부에 액정을 충진하는 단계를 포함한다.

이상의 본 발명의 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 상기 제1전극에 대응하는 제2전극의 형성공정이 상기 액정충진 단계 이후에 실시될 수 있고, 아니면, 액정 주입공 형성단계 이전에 실시될 수도 있는데 이것은 선택적이다.

위의 본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 하부 전극에 대응되는 상부 전극형성단계가 추가되어야 하는데, 상기 용해층의 용해 및 액정의 충진을 위한 곤통공형성단계 직전에 마련될 수 있고, 아니면, 그 이후에 추가될 수 있다. 그러나 여러 가지 측면에서 액정주입공 형성단계 이전에 상부 전극을 형성함이 바람직하다. 그리고 상기 전극들은 ITO등으로 형성함이 가장 일반적이다. 상기 관통공들은 소정 패턴으로 포토레지스트로 코팅한 후 노출된 부위를 CCI4, BCI3 가스를 이용하여 건식에칭함으로써 얻기 쉽다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명 액정표시소자의 일실시예를 상세히 설명한다.

이 실시예는 기본적으로 전술한 선제안된 액정표시소자를 근간으로 하는 것으로서 본 실시예에서 구체적으로 설명되지 않는 본 발명의 특징적 요소를 제외한 요소는 이에 기초하고 그 나머지 부분에 있어서는 공지된 바에 의존한다. 또한 이 실시예는 반사형 액정표시소자가 설명되며, 이것은 본 발명의 실시 가능한 한 예에 불과하여 본 발명을 제한하지 못한다.

제11도를 참조하면, 본 발명이 액정표시소자는 기본적으로 제2도에 도시된 바와 같은 선제안된 액정표시소자와 유사한 구조를 가지며, 이에 더하여 지주의 둘레에 접착면 확대층이 마련되어 있는 구조적 특징을 가진다.

먼저, 전체 구조를 살펴보면, 에폭시 수지로 된 흑색의 기판(160)의 상명에 ITO로 된 스트라이프상 제1전극(180)이 소정 패턴으로 마련되고, 이 전극(180)의 상부에는 에폭시 수지등과 같은 절연층(200), 액정층(22)이 다수 교번 적층된 광제어층이 마련된다. 그리고 절연층중, 최상위의 절연층(200)의 상부에는 상기 제1전극(180)에 대응되는 ITO등으로 된 광투과성 스트라이프상 제2전극(100)이 소정의 패턴으로 형성된다. 그리고 제2전극(100)의 상부에는 에폭시수지 또는 아크릴 수지등으로 된 광투과성 수지층(260)이 균일하게 형성된다. 여기에서 제1전극과 제2전극은 X-Y 매트릭스상의 배열 구조를 가진다. 상기 절연층(22)들은 제13도에 도시된 바와 같이 지주(120)에 의해 상호 위치가 고정되어 있다. 한편 상기 절연층(220)들에는 광통과영역을 벗어난 액정주입공(미도시)이 다수 마련된다. 이 액정 주입공(140)은 상기 광투과성 수지층(140)으로부터 그 하부의 절연층(220)들에 이르기까지 직선적으로 형성되는 것으로 제조단계중 액정이 충진된후 밀봉된다.

이상과 같은 구조에 있어서, 상기 지주(120)는 본 발명의 특징적 형태를 가진다. 즉, 도시된 바와 같이, 지주의 둘레에 인접된 절연층과 상기 지주의 접촉면적을 확대하는 것으로 인접된 상하 절연층과 접촉되어 있는 접촉면 확대층은 지지와 인접 절연층간의 접촉면을 확대하여 접촉강도를 강화한다. 이로 인해 절연층과 지주간의 분리에 이한 문제가 발생되지 않는다. 이러한 중요한 역할을 하는 상기 접촉면 확대층은 지주와는 다른 소재로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 동일소재로서 동시에 형성되게 함이 바람직하다.

액정층(220)은 전계효과형 액정으로, 예를들어 네마틱형 액정이나 카일랄 네마틱상과 네마틱상과의 상천이를 이용하는 CNT(콜레스테릭 네마틱 천이형)나 FLC(강유전성 효과형)이 사용될 수 있는데 이것들은 전계의 유무에 따라 일방향으로 질서있게 배향되어 광의 통과를 허용하거나, 아니면 입사된 광을 내부적으로 산란하여 광의 통과를 허용하지 않게 된다. 이때에, 전계가 형성되지 않아 광의 통과가 허용되지 않는 불투명한 백탁의 상태는 액정의 배향 방향의 무질서 정도에 따라 그 정도의 차이를 달리하게 된다.

이하 본 발명 액정표시소자의 제조방법을 제12도 내지 제18도를 참조하면서 설명한다.

제12도∼제18도는 제11도에 도시한 반사형 액정표시소자의 공정 단계별 가공 상태를 순섣로 도시한 도면이다.

1. (제12도 참조) 흑색 플라스틱 기판(160)상에 도전성 재료로 제1전극(180)을 소정 패턴 예를 들어 다수 나란한 스트라이프상으로 형성한다.

2. (제13도 참조) 상기 제1전극(180)의 상부에 소정의 용해제에 용해되지 않으며, 적어도 180℃ 이상의 분위기 하에서도 물성적으로 안정한 소재, 예를 들어 아크릴수지, 폴리 이마이드(polyimide0 또는 에폭시수지로 된 광투과성 절연층(22)을 500Å 내지 2μm 정도의 두께로 형성하며, 그리고 이의 상부에 소정의 용해제에 용해되는 PVA 또는 폴리이마이드로 된 용해층(220a)을 적층하고, 이러한 두 개층을 한조로 적어도 5조층을 교번 적층한다. 이때에 적층방법은 스핀코팅법, 롤코팅법 그 어느 것이나 무방하며, 그 두께는 1,000 내지 5,000Å의 범위내로 한다.

3. (제14도 참조) 상기 적층으로부터 하부의 용해층에 이르기까지 지주를 위한 구멍(120a)을 형성한다. 이때에는 포토 리스그래피법으로 에칭을 위한 포터지스터 패턴을 형성하여 에칭될 부위 즉, 지주를 위한 구멍(120a)이 형성될 부위를 노출시키며, 이를 반응성 이온 에칭법으로 상기 구멍(120a)을 마련한다. 그리고 구멍이 완성된 이후에는 에칭시 사용되었던 포토 레지스터층을 제거한다.

4. (제15도 참조) 상기 지주를 위한 구멍(120a)을 통하여 에칭액을 공급하여 구멍에 인접된 상기 용해층(220a)의 일부를 제거하여 상기 지주용 구멍(120a)의 내벽을 요철형으로 형성한다.

5. (제16도 참조) 지주를 위한 상기 요철형 구멍(120a)을 에폭시 수지로 충전함과 동시에 노출된 표면에 에폭시수지를 도포하여 지주(120) 및 표면 광투과성 수지층(260)을 형성한다.

6. (제17도 참조) 최상위의 절연층(200)의 표면에 상기 제1전극(180)에 직교되게 다수 나란한 스트라이프상 제2전극(100)을 ITO로 형성한다.

7. (제18도 참조) 광통과 영역을 벗어난 부위중 상기 지주(120)가 형성되지 않은부위에, 액정의 주입공(140)을 포토마스크 패턴의 형성과 플라즈마 에칭에 의해 깊숙히 형성된다. 여기서, 이 주입공(10)에 용제 예를 들어 염산을 공급하여 용해층(220a)을 용해 제거한다. 이에 따라, 주입공(140)과 용해층이 존재했던 부위는 공동부(220b)가 되며, 이때에 공동부들을 구획하는 절연층(200)들은 지주(120)들에 의해 상호 소정 간격을 유지하여 있게 된다.

이상의 공정을 통과한 반제품을 건조한 후 진공하에서 액정을 주입공(14)을 통해 공동부(220b)에 주입하여 목적하는 액정층(220)을 상기 절연층(200)들의 사이에 형성한다. 액정의 충전이 종료되면 노출표면 전체에 에폭시수지를 도포하여 주입공 (140)을 밀봉하고, 필요한 후속 조치를 하여 제11도에 도시된 바와 같은 구조의 액정표시소자를 얻는다.

이와 같이 제조방법은 지주와 절연층간의 접촉강도를 충분히 강화할 수 있는 지주를 효과적으로 형성할 수 있는데, 이에 의하면, 지주와 절연층의 분리가 이루어지지 않는다. 따라서, 안정된 절연층의 유지가 가능하여 균질의 액정층을 얻을 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 적어도 하나의 기판과, 기판상에 소정 패턴으로 대향 배치되어 다수의 화소영역을 결정하는 제1전극 및 이와 소정 간격을 유지한 채 마련되는 대응 제2전극과, 대향된 양 전극군과, 상기 전극 사이에 충진되는 액정과, 상기 액정중에 하나 이상 마련되어 상기 액정층을 다층화하는 절연층과, 상기 액정층중의 절연층의 위치를 고정하는 지주와, 상기 전극을 보호나는 보호 절연층을 구비하는 액정표시소자에 있어서, 상기 절연층의 사이로 노출되는 지주의 둘레에 절연층과 상기 지주의 접촉면적을 확대하는 것으로 인접된 상하 절연층과 접촉되어 있는 접촉면 확대층이 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 접촉면 확대층은 지주와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지주와 이 주위의 접촉면 확대층은 요철형의 접촉계면을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
4. (가) 기판상에 도전성 재료로 제1전극을 소정 패턴으로 형성하는 단계, (나) 상기 제1전극의 상부에 소정의 용해제에 용해되지 않는 절연층과, 소정의 용해제에 용해되는 용해층을 다수 교번 적층하는 단계, (다) 상기 적층으로부터 하부의 용해층에 이르기까지 지주를 위한 구멍을 형성하는 단계, (라) 상기 적층으로부터 지주를 위한 구멍을 다수 형성하는 단계, (마) 상기 지주를 위한 구멍을 통하여 에칭액을 공급하여 구멍에 인접된 상기 용해층의 일부를 제거하여 상기 구멍을 요철형으로 형성하는 단계, (바) 지주를 위한 상기 요철형 구멍을 에폭시 수지로 충전하여 지주를 형성하는 단계, (사) 최상위의 절연층의 표면에 상기 제1전극에 대응하는 다수 제2전극(100)을 형성하는 단계, (아) 광통과 영역을 벗어난 부위중 상기 지주가 형성되지 않은 부위에, 액정의 주입공 형성하는 단계, (자) 상기 액정의 주입공에 용제를 가하여 용해층을 용해 제거하는 단계, (차) 용해층의 제거에 의해 형성된 공동부에 액정을 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1전극에 대응되는 제2전극의 형성공정이 상기 액정충진 단계 이후에 실시되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.