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KR100855884B1 - 액정표시장치용 얼라인 키 - Google Patents

액정표시장치용 얼라인 키 Download PDF

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KR100855884B1
KR100855884B1 KR1020010084258A KR20010084258A KR100855884B1 KR 100855884 B1 KR100855884 B1 KR 100855884B1 KR 1020010084258 A KR1020010084258 A KR 1020010084258A KR 20010084258 A KR20010084258 A KR 20010084258A KR 100855884 B1 KR100855884 B1 KR 100855884B1
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liquid crystal
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forming
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는, 액티브 영역과, 액티브 영역의 주변부인 비액티브 영역으로 이루어지며, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 포함하는 어레이 소자 및 컬러필터가 모두 형성되어 있고, 비액티브 영역에 제 1 얼라인 키를 가지는 제 1 기판과, 액티브 영역을 포함하는 영역에 공통 전극이 형성된 제 2 기판을 구비하는 단계와; 상기 제 1, 2 기판을 세정하는 단계와; 상기 제 2 기판의 비표시 영역 상에 은페이스트를 이용하여 제 2 얼라인 키를 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로, 상기 제 1, 2 기판 상에 배향막을 각각 형성하는 단계와; 상기 배향막이 형성된 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판에 씰 패턴을 형성하고, 스페이서를 산포하는 단계와; 상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로, 상기 제 1, 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 합착 기판을 셀 단위로 절단하고, 셀 내에 액정을 주입하고 봉지하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치용 얼라인 키{Align Key for Liquid Crystal Display Device}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 단면도.
도 2는 기존의 TOC 구조 액정표시장치의 단면도.
도 3a, 3b는 일반적인 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 상부 기판에 대한 도면으로, 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 상기 도 3a의 "IIIa" 영역에 대한 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 TOC 구조 액정표시장치의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 액정셀 공정을 단계별로 나타낸 공정 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 잉크젯 장치를 이용한 얼라인 키 제작 공정예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 액정셀 공정을 단계별로 나타낸 공정 흐름도.
도 8은 본 발명에 따른 스크린 인쇄법을 이용한 얼라인 키 제작 공정예를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 액정셀 공정을 단계별로 나타낸 공정 흐름도.
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter) 또는 COT(Color Filter on Thin Film Transistor) 구조 액정표시장치용 얼라인 키(align key)에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
이러한 액정표시장치 중에서도, 각 화소(pixel)별로 전압의 온/오프를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해, 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정을 거쳐 완성된다.
상기 액정셀 공정은 어레이 공정이나 컬러필터 공정에 비해 상대적으로 반복되는 공정이 거의 없는 것이 특징이라고 할 수 있다. 전체 공정은 액정 분자의 배향을 위한 배향막 형성공정과 셀 갭(cell gap) 형성공정, 합착 공정, 셀 절단(cutting) 공정, 액정주입 공정으로 크게 나눌 수 있고, 이러한 액정셀 공정에 의해 액정표시장치를 이루는 기본 부품인 액정패널이 제작된다.
이하, 도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상부 및 하부 기판(10, 30)이 서로 일정간격 이격되어 있고, 이 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.
상기 하부 기판(30)의 투명 기판(1) 상부에는 게이트 전극(32)이 형성되어 있고, 게이트 전극(32) 상부에는 게이트 절연막(34)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(34) 상부의 게이트 전극(32)을 덮는 위치에는 액티브층(36a), 오믹콘택층(36b)이 차례대로 적층된 반도체층(36)이 형성되어 있고, 반도체층(36)의 상부에는 서로 일정간격 이격된 소스 및 드레인 전극(38, 40)이 형성되어 있고, 소스 및 드레인 전극(38, 40) 간의 이격구간에는 액티브층(36a)의 일부를 노출시킨 채널(ch ; channel)이 형성되어 있고, 게이트 전극(32), 반도체층(36), 소스 및 드레인 전극(38, 40), 채널(ch)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(32)과 연결되어 제 1 방향으로 게이트 배선이 형성되고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 상기 소스 전극(38)과 연결되는 데이터 배선이 형성되고, 이 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역(P)으로 정의된다.
또한, 상기 박막트랜지스터(T) 상부에는 드레인 콘택홀(44)을 가지는 보호층(42)이 형성되어 있고, 화소 영역(P)에는 드레인 콘택홀(44)을 통해 상기 드레인 전극(40)과 연결되는 화소 전극(48)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 상부 기판(10)의 투명기판(1) 하부에는 화소 전극(48)과 대응되는 위치에 특정 파장대의 빛만을 걸러주는 컬러필터(14)가 형성되어 있고, 컬러 필터(14)의 컬러별 경계부에는 빛샘현상 및 상기 박막트랜지스터(T)로의 광유입을 차단하는 블랙매트릭스(12)가 형성되어 있다.
그리고, 이 컬러필터(14) 및 블랙매트릭스(12)의 하부에는 액정층(50)에 전압을 인가하는 또 다른 전극인 공통 전극(16)이 형성되어 있다.
한편, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에 개재된 액정층(50)의 누설을 방지하기 위해, 상부 및 하부 기판(10, 30)의 가장자리는 씰 패턴(52)에 의해 봉지되어 있다.
이 씰 패턴(52)은 상부 및 하부 기판(10, 30)의 합착 공정 전에, 두 기판간의 일정한 셀갭을 유지하여, 추후 공정에서 액정 주입을 용이하게 할 뿐 아니라, 주입된 액정이 외부로 누설되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30)의 액정층(50)과 각각 접하는 부분에는 액정의 배열을 용이하게 유도하기 위해 상부 및 하부 배향막을 더욱 포함한다.
상술한 액정표시장치의 합착 정도는 각 기판의 설계시 주어지는 마진(Margin)에 의해 결정되는데 보통 수 마이크로미터(㎛)정도의 정밀도가 요구된다. 상기 두 기판의 합착은 주어지는 마진을 벗어나면 빛이 새어 나오게 되어 구동시 원하는 특성을 갖지 못한다.
상기 액정표시장치용 액정셀 공정에서는, 두 기판의 합착 전에 얼라인 키(예를 들면, 배향막 인쇄키, 합착 키, 씰 인쇄키) 제작이 반드시 요구된다.
최근에는 고화질 구현을 위해 액정표시장치가 점점 고집적화됨에 따라 소자 간 간격은 협소해져, 미세한 합착 오차에도 초기설계 위치가 아닌 곳에 해당 소자가 배치되어 제품 수율과 관련된 색재현성 등이 저하될 수 있으므로, 얼라인 공정에 대한 중요성이 새삼 강조되고 있다.
그러나, 이와 같이 컬러필터와 박막트랜지스터가 서로 다른 기판에 형성된 구조의 액정표시장치는 다음과 같은 단점을 가진다.
첫째, 컬러필터 기판과 어레이 기판간의 합착 마진(Alignment margin)에 의해 합착 정확도 및 개구율이 떨어지기 쉽다.
둘째, 개구율을 향상시키기 위해 합착 마진을 줄일 경우, 빛샘 현상이 발생되기 쉽다.
셋째, 컬러필터 기판과 어레이 기판을 각각 형성해야 되기 때문에, 공정에 소요되는 시간이 길다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 박막트랜지스터 기판 상에 컬러필터를 형성하는 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter)구조 또는 컬러필터 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 즉, 동일 기판 상에 박막트랜지스터와 컬러필터를 같이 구비하는 액정표시장치가 제안되었다. 이중 TOC 구조 액정표시장치를 일예로 하여 그 구조에 대해서 설명한다.
도 2는 일반적인 TOC 구조 액정표시장치에 대한 단면도로서, 특히 액정이 구동되는 영역으로 정의되는 액티브 영역에서의 액정표시장치의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 액정층(90)이 개재된 상부 및 하부 기판(60, 70)에 있어 서, 이 하부 기판(70)의 투명 기판(1) 상부에는 컬러필터(72)가 형성되어 있고, 이 컬러필터(72)의 컬러별 경계부 및 상부에는 평탄화층(74)이 형성되어 있고, 이 평탄화층(74) 상부에 박막트랜지스터(T) 및 화소 전극(78)을 포함하는 어레이 소자(I)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 상부 기판(60)에는 하부 기판(70)에 형성된 박막트랜지스터(T)로의 빛유입을 차단하는 역할의 블랙매트릭스(62)가 형성되어 있고, 이 블랙매트릭스(62) 하부에 공통 전극(64)이 형성되어 있다.
상기 TOC 구조 액정표시장치에서는 어레이 소자(I)가 컬러필터(72) 상부에 위치하므로, 컬러필터(72)의 컬러별 색구분 및 빛샘현상은 어레이 소자(I)의 불투명 금속물질로 이루어진 배선에 의해 차단된다.
도 3a, 3b는 일반적인 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 상부 기판에 대한 도면으로, 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 상기 도 3a의 "IIIa 영역"에 대한 확대도이다.
도시한 바와 같이, 액티브 영역(IIa) 및 액티브 영역(IIa)의 주변을 두르는 외곽부 영역인 비액티브 영역(IIb)을 가지는 상부 기판(60)에는, 액티브 영역(IIa) 및 비액티브 영역(IIb)과의 경계부 영역까지 공통 전극(64)이 형성되어 있고, 액티브 영역(IIa)내에서, 미도시한 하부 기판의 박막트랜지스터와 대응되는 위치에 블랙매트릭스(62)가 화소별로 각각 형성되어 있고, 비액티브 영역(IIb)에는 블랙매트릭스(62)와 동일물질로 이루어진 얼라인 키(94)가 각 모서리 부분에 형성되어 있다.
이때, 공통 전극(64)의 테두리 영역에는 하부 기판과의 합착 및 셀 갭 형성 하는 목적으로, 일측에 액정주입구(91)을 가지는 씰 패턴(92)이 형성되어 있다.
도 3b는 상기 "IIIa" 영역에 대한 확대도로서, 상기 씰 패턴(92)에는 공통 전극(64)의 일부 영역을 씰 패턴(92) 외부로 노출시키는 오목부(IIIb)가 형성되어 있고, 오목부(IIIb)내 위치하는 공통 전극(64)에는 은페이스트(Ag paste)로 이루어진 은도트(93 ; dot)가 형성되어 있다.
상기 은도트(93)는 상부 및 하부 기판을 전기적으로 연결시키는 역할을 하며, 통상적으로 디스펜서(dispenser)를 이용하여 포인트 도팅(point dotting)방식으로 형성된다.
이와 같이, 기존의 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 상부 기판 상에 공통 전극외에도 유기물질 또는 금속물질로 이루어진 박막트랜지스터용 블랙매트릭스 및 얼라인 키 그리고, 실런트로 이루어진 씰 패턴, 은페이스트로 이루어진 은도트 등이 형성됨에 따라 상부 기판에서의 공정 단순화가 어렵다.
또한, 합착 특성과 관련하여 상부 기판에 박막트랜지스터용 블랙매트릭스를 형성하게 되면, 하부 기판에 위치하는 박막트랜지스터와의 합착 마진에 의해 합착 정확도가 떨어지게 되고, 합착 마진을 줄이게 되면 광누설 전류가 발생되기 쉬운 문제점이 있고, 더욱이 상기 블랙매트릭스 및 얼라인 키는 증착(코팅), 노광, 현상, 식각 공정을 수반하는 사진 식각 공정에 의해 패터닝됨에 따라 수십 ㎛의 미세한 패턴으로 형성되는 얼라인 키의 정밀도가 떨어지고, 공정 수율이 낮은 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상부 및 하부 기판간의 합착 오차를 최소화함과 동시에, 상부 기판용 얼라인 키의 제조 공정을 단순화하여 생산수율이 향상된 TOC(COT) 구조 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 상부 기판용 얼라인 키를 형성함에 있어서, 해당 액정셀 공정에서 이용되는 장치인 인쇄 장치 또는 스크린 마스크 장치를 이용하도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 액티브 영역과, 상기 액티브 영역의 주변을 둘러싸는 비액티브 영역으로 이루어지고, 상기 액티브 영역 상에 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자 및 컬러필터가 모두 형성된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대향되며, 상기 액티브 영역을 포함하는 영역 상에 공통 전극이 형성된 제 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이 액티브 영역에 개재된 액정층을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1 기판의 비액티브 영역 상에 형성된 제 1 얼라인 키(align key)와; 상기 제 2 기판 하부의 상기 제 1 얼라인 키와 대응되는 영역에 위치하며, 은페이스트(Ag paste)로 이루어진 제 2 얼라인 키를 포함하는 액정표시장치용 얼라인 키를 제공한다.
상기 액티브 영역과 비액티브 영역의 경계부에 위치하며, 상기 공통 전극의 외곽부를 일부 일정하게 노출시키는 오목부를 가지는 씰 패턴을 더욱 포함하고, 상 기 씰 패턴의 외곽부의 공통 전극 상에는 상기 제 2 얼라인 키와 동일 물질로 이루어진 은도트를 더욱 포함하며, 상기 제 2 얼라인 키 및 은도트는 잉크젯 장치를 이용하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 액티브 영역과, 상기 액티브 영역의 주변을 둘러싸는 비액티브 영역으로 이루어지고, 상기 액티브 영역 상에 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자 및 컬러필터가 모두 형성된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대향되며, 상기 액티브 영역을 포함하는 영역 상에 공통 전극이 형성된 제 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이 액티브 영역에 개재된 액정층과, 상기 액정층의 테두리부에 위치하는 씰 패턴을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1 기판의 비액티브 영역에 형성된 제 1 얼라인 키와; 상기 제 2 기판 하부의 상기 제 1 얼라인 키와 대응되는 영역에 위치하며, 유기 고분자 물질을 이용하여 스크린 마스크 장치에 의해 이루어진 제 2 얼라인 키를 포함하는 액정표시장치용 얼라인 키를 제공한다.
상기 씰 패턴을 이루는 재질을 유리 섬유가 섞인 열 경화성 수지이며, 상기 제 2 얼라인 키는 상기 씰 패턴과 동일 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 얼라인 키를 이루는 유기 고분자 물질은 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acryl resin), 포토레지스트(photoresist) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 제 1, 2 특징에 따른 상기 박막트랜지스터 상부에는 보호층을 더욱 포함하며, 상기 보호층의 상부에는 상기 박막트랜지스터를 덮는 블랙매 트릭스를 더욱 포함하고, 상기 블랙매트릭스는 블랙 레진으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에서는, 액티브 영역과, 액티브 영역의 주변부인 비액티브 영역으로 이루어지며, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 포함하는 어레이 소자 및 컬러필터가 모두 형성되어 있고, 비액티브 영역에 제 1 얼라인 키를 가지는 제 1 기판과, 액티브 영역을 포함하는 영역에 공통 전극이 형성된 제 2 기판을 구비하는 단계와; 상기 제 1, 2 기판을 세정하는 단계와; 상기 제 2 기판의 액티브 영역 상에 은페이스트를 이용하여 제 2 얼라인 키를 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로, 상기 제 1, 2 기판 상에 배향막을 각각 형성하는 단계와; 상기 배향막이 형성된 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판에 씰 패턴을 형성하고, 스페이서를 산포하는 단계와; 상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로, 상기 제 1, 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 합착 기판을 셀 단위로 절단하고, 셀 내에 액정을 주입하고 봉지하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
상기 씰 패턴은 액티브 영역과 비 액티브 영역의 경계부에 위치하며, 상기 공통 전극의 외곽부를 일정하게 외부로 노출시키는 오목부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배향막을 형성하는 단계와, 씰 패턴을 형성하고 스페이서를 산포하는 단계 사이에는, 상기 제 2 얼라인 키와 동일 물질로 이루어지고, 상기 제 1, 2 기판을 전기적으로 연결하며, 상기 씰 패턴의 오목부에 위치하는 은도트를 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
상기 제 2 얼라인 키는 잉크젯 장치를 이용하여, 기판의 제 2 얼라인 키 형성영역에 은페이스트를 일정하게 분사하는 방식으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 특징에서는, 액티브 영역과, 액티브 영역의 주변부인 비액티브 영역으로 이루어지며, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 포함하는 어레이 소자 및 컬러필터가 모두 형성되어 있고, 비액티브 영역에 제 1 얼라인 키를 가지는 제 1 기판과, 액티브 영역을 포함하는 영역에 공통 전극이 형성된 제 2 기판을 구비하는 단계와; 상기 제 1, 2 기판을 세정하는 단계와; 상기 제 2 기판 상에 유기 고분자 물질을 이용하여 스크린 마스크 장치에 의해 제 2 얼라인 키를 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로, 상기 제 1, 2 기판 상에 배향막을 각각 형성하는 단계와; 상기 배향막이 형성된 제 2 기판 상에, 씰 패턴을 형성하고, 스페이서를 산포하는 단계와; 상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로 상기 씰패턴 및 스페이서가 산포된 제 1, 2 기판을 합착하고, 상기 합착 기판을 셀 단위로 절단하며, 상기 셀 단위로 액정을 주입하고 봉지하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
상기 씰 패턴을 형성하는 단계는, 실런트를 이용하여 스크린 마스크 장치에 의해 씰 패턴을 형성하는 단계이며, 상기 제 2 얼라인 키는 상기 씰 패턴과 동일 물질 및 동일 장치를 이용하여 형성하며, 상기 제 2 얼라인 키를 이루는 유기 고분자 물질은 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acryl resin), 포토레지스트(photoresist) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스크린 마스크 장치의 그물망 치밀도를 350 mesh ~ 500 mesh로 하고, 유제 두께를 10 ㎛ ~ 25 ㎛로 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 TOC 구조 액정표시장치에 대한 단면도로서, 상부 및 하부 기판간의 단면구조를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 액티브 영역(IVa) 및 비액티브 영역(IVb)이 정의된 상부 기판(110)과 하부 기판(130)이 일정간격 이격되어 형성되어 있고, 이 상부 및 하부 기판(110, 130) 사이 액티브 영역(IVa)에는 액정층(150)이 개재되어 있다.
그리고, 상기 하부 기판(130)의 투명 기판(100) 상부 액티브 영역(IVa)에는 화소 영역별로 컬러필터(132)가 차례대로 형성되어 있고, 컬러필터(132)의 컬러별 경계부 및 상부에 평탄화층(134)이 형성되어 있고, 평탄화층(134) 상부에는 게이트 전극(136), 반도체층(138), 소스 및 드레인 전극(140, 142)으로 구성되는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T) 상부에는 드레인 콘택홀(144)을 가지는 보호층(146)이 형성되어 있고, 보호층(146) 상부에는 박막트랜지스터용 블랙매트릭스(112)가 형성되어 있고, 드레인 콘택홀(144)을 통해 드레인 전극(142)과 연결되며, 컬러필터(132)와 대응되는 영역에 투명 도전성물질로 이루어진 화소 전극(148)이 형성되어 있다.
이 화소 전극(148) 및 컬러필터(132)는 개구율 향상을 위해 이웃하는 화소 영역(P)까지 일정면적 연장형성된다.
그러나, 본 발명에서는 화소 전극(148) 및 컬러필터(132)를 상기 구조로 한정하지 않는다.
그리고, 상기 컬러필터(132)는 염색법(dye method), 전착법(electrodeposition method), 안료분산법(pigment dispersion method), 인쇄법(print method) 등에 의해 형성될 수 있으며, 특히 안료분산법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 평탄화층(134) 및 보호층(146)을 이루는 재질은 유기 또는 무기 물질로서, 특히 평탄화 특성이 우수한 유기물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 유기물질로는 BCB(benzocyclobutene), 아크릴 수지를 들 수 있다.
본 발명에서는 블랙매트릭스(112)를 박막트랜지스터(T)와 동일 기판에 형성하며, 특히 이 블랙매트릭스(112)는 보호층(146) 상부에 위치하며, 화소 전극(148)보다 선행하여 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 블랙매트릭스(112)를 이루는 재질로는 화소 전극(148)과 인접구성되므로, 유기물질인 블랙 레진(black resin)으로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 비표시 영역(IVb)에는, 상부 및 하부 기판(110, 130) 내부면의 서로 대응되는 위치에 상부 및 하부 얼라인 키(152, 154)가 각각 형성되어 있다. 이때, 하부 얼라인 키(154)는 어레이 공정에서 이루어질 수 있고, 상부 얼라인 키(152)는 은 페이스트를 이용하는 인쇄 장치 또는 유기 고분자 물질을 이용한 스크린 마스크 장치에 의해 이루어진 것을 특징으로 한다.
좀 더 상세히 설명하면, 상기 인쇄 장치는 잉크젯 장치로 하는 것이 바람직하고, 상기 스크린 마스크 장치는 고해상도 마스크 장치에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 은페이스트는 통상적으로 은 파우더, 무기결합제, 유기결합제를 혼합하여 일정 특성을 가지는 세라믹(ceramic)에 도포한 후, 소결(sintering)하는 방법에 의해 수득될 수 있고, 상기 유기결합제는 씰 패턴을 이루는 실런트 또는 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acryl resin), 포토레지스트(photoresist) 중 어느 하나에서 선택되는 것이 바람직하다.
더욱이, 은페이스트로 이루어진 상부 얼라인 키(152)는 미도시한 은도트 겸용 얼라인 키로 형성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 박막트랜지스터용 블랙매트릭스를 하부 기판 상에 형성하고, 상부 기판에는 별도의 사진식각 공정이 없이 은도트 또는 씰패턴을 이루는 물질을 이용하여 얼라인 키를 형성함에 따라, 합착 마진을 줄이면서 상부 기판의 공정을 단순화하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<실시예 1>
실시예 1은, 은페이스트를 이용한 인쇄 장치를 이용하여 TOC(COT) 액정표시장치용 상부 기판의 얼라인 키를 형성하는 실시예이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 액정셀 공정을 단계별로 나타낸 공정 흐름도이다.
ST1에서는 제 1 얼라인 키를 포함하며, 컬러필터 및 어레이 소자가 모두 형성된 제 1 기판과 공통 전극만이 형성된 제 2 기판을 각각 초기세정하는 단계로서, 배향막을 도포하기 전에 기판 상에 존재할 수 있는 이물질을 제거하기 위한 단계이다.
ST2에서는 상기 ST1 단계를 거친 제 2 기판 상에 제 2 얼라인 키를 형성하는 단계로써, 특히 상기 제 2 얼라인 키는 은페이스트를 이용하여 인쇄 장치에 의해 형성할 수 있으며, 특히 인쇄 장치는 잉크젯 장치를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 잉크젯 장치를 이용하여 제 2 얼라인 키를 형성하는 구체적인 방법에 대해서는 별도의 도면을 참조하여 후술한다.
ST3에서는 상기 ST2를 거친 기판 상에 형성된 제 2 얼라인 키를 배향막 인쇄키로 이용하여 배향막을 형성하는 단계로서, 제 1, 2 기판 상에 고분자 박막으로 이루어진 배향막을 인쇄하는 단계와, 인쇄된 배향막을 예비 건조기와 경화로를 거쳐 소성처리하는 단계와, 상기 소성처리된 배향막의 표면을 러빙(rubbing)처리하는 단계를 포함한다.
상기 러빙처리 공정은, 러빙포를 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문질러주는 것으로, 러빙방향에 따라 액정 분자들이 정렬하게 된다.
ST4에서는 상기 ST3 단계를 거친 기판 상에 은도트를 형성하는 단계로서, 상기 제 2 얼라인 키와 동일 물질을 이용하여 은도트를 형성하는 단계이다.
상기 은도트는 제 2 기판의 공통 전극 바깥 영역 상에 위치하여 제 2 기판과 전기적으로 연결되도록 하는 역할을 하는 것으로, 전술한 얼라인 키와 함께 잉크젯 장치를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명에서는 은도트를 형성하는 물질 및 장비를 이용하여 얼라인 키를 형성하므로써 공정 비용을 줄일 수 있고, 또한 합착 정확도를 높일 수 있다.
ST5에서는 상기 ST4 단계를 거친 기판 상에 씰 패턴(seal pattern)을 형성하고, 스페이서(spacer)를 산포하는 단계이다.
상기 씰 패턴은 액정 주입을 위한 갭을 형성하고, 주입된 액정의 누설을 방지하는 두 가지 기능을 한다.
이 씰 패턴은 유리섬유(glass fiber)가 섞인 열경화성 수지로 이루어진 실런트(sealant)를 일정하게 원하는 패턴으로 형성하는 공정으로써, 주로 스크린 인쇄법에 의해 형성된다.
그리고, 상기 스페이서는 상부 및 하부 기판 사이의 갭을 정밀하고 균일하게 유지하여, 상기 기판 상에 균일한 밀도로 산포되어야 되고, 산포 방식은 크게 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서 만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있다.
ST6에서는 상기 ST5 단계를 거쳐, 전술한 제 1, 2 얼라인 키를 합착키로 이용하여 제 1, 2 기판을 합착시키는 단계이다.
두 기판의 얼라인먼트(alignment) 정도는 두 기판의 설계시 주어지는 마진(margin)에 의해 결정되는데 보통 수 ㎛정도의 정밀도가 요구된다.
ST7 단계에서는 상기 ST6 단계를 거친 합착기판을 셀 단위로 절단하는 단계이다.
일반적으로, 대면적의 유리 기판에는 다수 개의 셀을 형성한 후, 셀 단위로 분리하는 공정을 거치게 되는데, 이 공정이 셀 절단 공정이다.
셀 절단 공정은, 합착된 기판의 양면을 유리보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 펜 또는 텅스텐 카바이드(Tungsten Carbide) 재질의 커팅휠(cutting wheel)을 이용하여 기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(scribe)공정과, 상기 절단선에 힘을 가하여 개개의 셀로 파단 분리하는 브레이크(break)공정으로 이루어진다.
ST8 단계에서는 상기 ST7 단계를 거쳐, 상기 셀에 액정을 주입하는 단계이다.
단위 셀은 수백 ㎠의 면적에 수 ㎛의 갭(gap)을 갖는다. 이런 구조의 셀에 효과적으로 액정을 주입하는 방법으로 셀 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 널리 이용된다.
액정 주입 후에는, 상기 액정 주입구를 외부와 차단하기 위한 목적으로 엔드 씰(end seal)로 봉지하는 공정이 이어진다.
다음, 상술한 단계를 모두 거친 액정셀은 품질검사를 통해 선별된 액정셀의 외측에 각각 편광판을 부착한 후 구동회로를 연결하면 액정표시장치가 완성된다.
도 6은 본 발명에 따른 잉크젯 장치를 이용한 얼라인 키 제작 공정예를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 잉크젯 장치(160)는 은페이스트(162)를 포함하는 잉크 헤드(160a)와, 잉크 헤드(160a)와 연결되어 은페이스트(162)를 고루 분사시키는 노즐(160b)로 구성되어 있다.
이러한 잉크젯 장치(160)를 이용하여, 기판(166) 상에 잉크젯 장치(160)를 배치한 다음, 잉크젯 장치(160)의 노즐(160b)를 통해 은페이스트(162)를 기판(166) 상에 분사하는 방식으로 얼라인 키(164)를 형성한다.
그리고, 도면으로 제시하지 않았지만 잉크 헤드(160a)에는 일정한 주파수의 진동을 발생시키는 발진자와, 일정 진동을 가지는 발진판을 더욱 포함한다.
이러한 잉크젯 장치(160)는 주파수 조절 및 노즐 사이즈 조절이 용이하므로, 수십 ㎛의 얼라인 키처럼 미세한 패턴도 정밀하게 형성할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 얼라인 키는 잉크젯 장치이외에도 롤러와 같은 인쇄장치를 이용하여 형성하는 예도 포함한다.
<실시예 2>
실시예 2에서는 은도트 겸용 얼라인 키를 형성하는 액정셀 공정에 대한 것이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 TOC(COT) 구조 액정표시장치용 액정셀 공정을 단계별로 나타낸 공정 흐름도로서, 도 5의 설명과 중복되는 부분에 대한 설명은 간략히 한다.
본 실시예에서는 제 1 얼라인 키를 포함하며, 컬러필터 및 어레이 소자가 모두 형성된 제 1 기판과, 공통 전극이 형성된 제 2 기판을 세정하는 단계(ST 11)와, 상기 ST 11 단계를 거친 제 2 기판 상에 은도트 겸용 얼라인 키인 제 2 얼라인 키를 형성하는 단계(ST 22)를 거친다.
전술한 실시예 1에서는, 제 2 얼라인 키와 은도트를 별도의 공정에서 형성하였으나, 본 실시예에서는 한 단계에서 제 2 얼라인 키를 은도트 형성 영역에 위치하고, 별도의 얼라인 키는 생략하는 것을 특징으로 한다. 또한, 이 경우에 전술한 제 1 얼라인 키는 상기 은도트 겸용 얼라인 키와 대응되는 위치에 설계되는 것이 중요하다.
다음으로, 상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로 배향막 인쇄, 씰 패턴 인쇄, 합착시 얼라인 키로 이용하는 배향막 형성 단계(ST 33), 씰 패턴 및 스페이서 산포(ST 44) 단계 및 합착 공정(ST 55)을 차례대로 진행하고, 셀 단위 절단 공정(ST 66)을 거쳐 셀 단위로 액정 주입 후 봉지하는 공정(ST 77)이 이어진다.
다음, 상술한 단계를 모두 거친 액정셀은 전술한 실시예 1에서와 같이, 품질 검사를 거친 후, 편광판 부착 및 구동회로 연결 과정을 거쳐 액정표시장치로 완성된다.
그러나, 본 실시예에서는 얼라인 키와 은도트를 동일 공정에서 진행함에 따라, 합착 공정에 포함되는 경화공정을 통해 굳게 될 경우 기판에 접촉 저항 및 기판 파손을 유발시킬 수 있으므로, 제 2 얼라인 키를 형성 후 저온 배향막 공정이 요구된다.
<실시예 3>
실시예 3에서는 액정 셀 공정 중 씰 패턴용 실런트를 이용하여, 얼라인 키를 형성하는 실시예에 관한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 스크린 마스크 장치를 이용하여 얼라인 키를 형성하는 공정예를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 스크린 마스크 장치(210)는 소정의 패턴(204)이 형성된 스크린 마스크(200)와 인쇄를 위한 고무밀대(202 ; squeegee)로 구성된다.
기판(206) 상에는 상기 패턴(204)이 인쇄된 얼라인 키(208)가 형성되어 있다. 이 얼라인 키(208)은 액정셀 공정 중에 요구되는 배향막 인쇄키, 씰패턴 인쇄키, 합착키 중 어느 한 얼라인 키에 해당된다.
본 실시예에 따른 스크린 마스크(200)는 일반적인 씰 패턴용 마스크보다 고해상도의 스크린 마스크(200)를 이용하는 것이 바람직하며, 좀 더 상세하게는 마스크용 그물망의 치밀도가 350 ~ 500 메쉬(mesh)이고, 마스크용 유제의 두께가 10 ㎛ ~ 25 ㎛ 정도인 고해상도 스크린 마스크(200)를 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 얼라인 키(208)는 씰 패턴용 실런트로 이용되는 유리섬유가 섞인 열 경화수지 또는 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acryl resin), 포토레지스트(photoresist) 중 어느 하나에서 선택될 수 있다.
상기 스크린 인쇄법에 의하여 얼라인 키를 형성하게 되면, 스크린 인쇄법이 가지는 특성에 의해 공정 편의성이 매우 우수하고, 경우에 따라서는 씰 패턴과 동일 장비, 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 TOC(COT) 구조 액정표시장치의 제조 공정을 단계별로 나타낸 도로서, 전술한 실시예 1, 2와 중복되는 부분에 대한 설명은 간략히 설명한다.
본 실시예에서는 제 1 얼라인 키를 포함하며, 컬러필터 및 박막트랜지스터가 모두 구비된 제 1 기판과, 공통 전극만이 형성된 제 2 기판을 세정한 단계(ST I)와, 세정된 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판 상에 스크린 마스크 장치를 이용하여 제 2 얼라인 키를 형성하는 단계(ST II)를 거친다.
상기 제 2 얼라인 키를 이루는 재질은 씰 패턴용 실런트 또는 스크린 마스크장치에 적합한 유기 고분자 물질에서 선택되는 것이 바람직하다.
특히, 본 실시예에서는 고해상도의 스크린 마스크를 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 스크린 마스크 장치에 의해 형성된 제 2 얼라인 키가 형성된 기판 상에, 상기 제 2 얼라인 키를 배향막 인쇄, 씰 패턴 인쇄, 합착시 얼라인 키로 이용하는 배향막 형성 단계(ST III), 씰 패턴 및 스페이서 산포(ST IV) 단계 및 합착 공정(ST V)이 차례대로 진행된 후, 셀 단위 절단 공정(ST VI)을 거쳐 셀 단위로 액정 주입 후 봉지하는 공정(ST VII)이 이어진다.
다음, 상술한 단계를 모두 거친 액정셀은 전술한 실시예 1, 2에서와 같이, 품질 검사를 거친 후, 편광판 부착 및 구동회로 연결 과정을 거쳐 액정표시장치로 완성된다.
그리고, 본 발명에서는 TOC 구조 외에도 박막트랜지스터를 하부층으로 하고, 그 상부에 컬러필터를 형성하는 방식의 COT구조 액정표시장치에서도 상기 합착키 형성방식을 적용할 수 있다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나 지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 TOC(COT) 구조 액정표시장치에서는 박막트랜지스터 및 컬러필터가 모두 형성된 제 1 기판과 대향 기판인 제 2 기판용 얼라인 키를 은페이스트를 이용한 인쇄 장치 또는 유기 고분자 물질을 이용한 스크린 마스크 장치에 의해 형성된 얼라인 키를 포함하는 박막트랜지스터와 컬러필터를 동일 기판에 형성하는 구조의 액정표시장치에 의하면 다음과 같은 장점을 가진다.
첫째, 제 2 기판의 공정을 단순화할 수 있다.
둘째, 미세한 패턴인 얼라인 키의 정밀도를 높일 수 있다.
세째, 제 2 기판에서의 사진식각 공정을 생략하여 장비 투자비의 절감 및 재료비 절감효과를 얻을 수 있어, 생산수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 액티브 영역과, 상기 액티브 영역의 주변을 둘러싸는 비액티브 영역으로 이루어지고, 상기 액티브 영역 상에 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자 및 컬러필터가 모두 형성된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대향되며, 상기 액티브 영역을 포함하는 영역 상에 공통 전극이 형성된 제 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이 액티브 영역에 개재된 액정층을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 제 1 기판의 비액티브 영역 상에 형성된 제 1 얼라인 키(align key)와;
    상기 제 2 기판 하부의 상기 제 1 얼라인 키와 대응되는 영역에 위치하며, 은페이스트(Ag paste)로 이루어진 제 2 얼라인 키와;
    상기 액티브 영역과 비액티브 영역의 경계부에 위치하며, 상기 공통 전극의 외곽부를 일부 일정하게 노출시키는 오목부를 가지는 씰 패턴과;
    상기 씰 패턴의 외곽부의 공통 전극 상에는 상기 제 2 얼라인 키와 동일 물질로 이루어진 은도트
    를 포함하는 액정표시장치용 얼라인 키.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 얼라인 키 및 은도트는 잉크젯 장치를 이용하여 형성된 것인 액정표시장치용 얼라인 키.
  5. 액티브 영역과, 상기 액티브 영역의 주변을 둘러싸는 비액티브 영역으로 이루어지고, 상기 액티브 영역 상에 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자 및 컬러필터가 모두 형성된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대향되며, 상기 액티브 영역을 포함하는 영역 상에 공통 전극이 형성된 제 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이 액티브 영역에 개재된 액정층과, 상기 액정층의 테두리부에 위치하는 씰 패턴을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 제 1 기판의 비액티브 영역에 형성된 제 1 얼라인 키와;
    상기 제 2 기판 하부의 상기 제 1 얼라인 키와 대응되는 영역에 위치하며, 유기 고분자 물질을 이용하여 스크린 마스크 장치에 의해 이루어진 제 2 얼라인 키와;
    상기 제 2 기판을 제외한 상기 제 1 기판에만 형성되는 블랙매트릭스
    를 포함하는 액정표시장치용 얼라인 키.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 씰 패턴을 이루는 재질을 유리 섬유가 섞인 열 경화성 수지이며, 상기 제 2 얼라인 키는 상기 씰 패턴과 동일 물질로 이루어진 액정표시장치용 얼라인 키.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 얼라인 키를 이루는 유기 고분자 물질은 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acryl resin), 포토레지스트(photoresist) 중 어느 하나인 액정표시장치용 얼라인 키.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터 상부에는 보호층을 더욱 포함하며, 상기 블랙매트릭스는 상기 보호층의 상부에 위치하고 상기 박막트랜지스터를 덮는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 얼라인 키.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 블랙 레진으로 이루어진 액정표시장치용 얼라인 키.
  10. 액티브 영역과, 액티브 영역의 주변부인 비액티브 영역으로 이루어지며, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 포함하는 어레이 소자 및 컬러필터가 모두 형성되어 있고, 비액티브 영역에 제 1 얼라인 키를 가지는 제 1 기판과, 액티브 영역을 포함하는 영역에 공통 전극이 형성된 제 2 기판을 구비하는 단계와;
    상기 제 1, 2 기판을 세정하는 단계와;
    상기 제 2 기판의 액티브 영역 상에 은페이스트를 이용하여 제 2 얼라인 키를 형성하는 단계와;
    상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로, 상기 제 1, 2 기판 상에 배향막을 각각 형성하는 단계와;
    상기 배향막이 형성된 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판에 씰 패턴을 형성하고, 스페이서를 산포하는 단계와;
    상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로, 상기 제 1, 2 기판을 합착하는 단계와;
    상기 합착 기판을 셀 단위로 절단하고, 셀 내에 액정을 주입하고 봉지하는 단계를 포함하고,
    상기 씰 패턴은 액티브 영역과 비 액티브 영역의 경계부에 위치하며, 상기 공통 전극의 외곽부를 일정하게 외부로 노출시키는 오목부를 더욱 포함하며,
    상기 배향막을 형성하는 단계와, 씰 패턴을 형성하고 스페이서를 산포하는 단계 사이에는, 상기 제 2 얼라인 키와 동일 물질로 이루어지고, 상기 제 1, 2 기판을 전기적으로 연결하며, 상기 씰 패턴의 오목부에 위치하는 은도트를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 얼라인 키는 잉크젯 장치를 이용하여, 기판의 제 2 얼라인 키 형성영역에 은페이스트를 일정하게 분사하는 방식으로 형성하는 것인 액정표시장치의 제조방법.
  14. 액티브 영역과, 액티브 영역의 주변부인 비액티브 영역으로 이루어지며, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 포함하는 어레이 소자, 컬러필터 및 블랙매트릭스가 모두 형성되어 있고, 비액티브 영역에 제 1 얼라인 키를 가지는 제 1 기판과, 액티브 영역을 포함하는 영역에 공통 전극이 형성된 제 2 기판을 구비하는 단계와;
    상기 제 1, 2 기판을 세정하는 단계와;
    상기 제 2 기판 상에 유기 고분자 물질을 이용하여 스크린 마스크 장치에 의해 제 2 얼라인 키를 형성하는 단계와;
    상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로, 상기 제 1, 2 기판 상에 배향막을 각각 형성하는 단계와;
    상기 배향막이 형성된 제 2 기판 상에, 씰 패턴을 형성하고, 스페이서를 산포하는 단계와;
    상기 제 1, 2 얼라인 키를 기준으로 상기 씰패턴 및 스페이서가 산포된 제 1, 2 기판을 합착하고, 상기 합착 기판을 셀 단위로 절단하며, 상기 셀 단위로 액정을 주입하고 봉지하는 단계를 포함하고,
    상기 블랙매트릭스는 상기 제 2 기판을 제외한 상기 제 1 기판에만 형성되는 것이 특징인 액정표시장치의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 씰 패턴을 형성하는 단계는, 실런트를 이용하여 스크린 마스크 장치에 의해 씰 패턴을 형성하는 단계이며, 상기 제 2 얼라인 키는 상기 씰 패턴과 동일 물질 및 동일 장치를 이용하여 형성하는 것인 액정표시장치의 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 얼라인 키를 이루는 유기 고분자 물질은 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acryl resin), 포토레지스트(photoresist) 중 어느 하나인 액정표시장치의 제조방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 스크린 마스크 장치의 그물망 치밀도를 350 mesh ~ 500 mesh로 하고, 유제 두께를 10 ㎛ ~ 25 ㎛로 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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