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KR20060110936A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법

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Publication number
KR20060110936A
KR20060110936A KR1020050032732A KR20050032732A KR20060110936A KR 20060110936 A KR20060110936 A KR 20060110936A KR 1020050032732 A KR1020050032732 A KR 1020050032732A KR 20050032732 A KR20050032732 A KR 20050032732A KR 20060110936 A KR20060110936 A KR 20060110936A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
alignment layer
layer
liquid crystal
spacer
Prior art date
Application number
KR1020050032732A
Other languages
English (en)
Inventor
윤성회
Original Assignee
엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지.필립스 엘시디 주식회사 filed Critical 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority to KR1020050032732A priority Critical patent/KR20060110936A/ko
Priority to JP2005352499A priority patent/JP4496159B2/ja
Priority to GB0525056A priority patent/GB2425391B/en
Priority to TW094144316A priority patent/TWI334500B/zh
Priority to US11/302,631 priority patent/US7907242B2/en
Priority to FR0512827A priority patent/FR2884935B1/fr
Priority to DE102005060982A priority patent/DE102005060982B4/de
Priority to CN2005101370115A priority patent/CN1854867B/zh
Publication of KR20060110936A publication Critical patent/KR20060110936A/ko
Priority to US12/755,859 priority patent/US7880855B2/en

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Abstract

본 발명은 분할 배향막을 형성하고 상기 배향막 홀내에 칼럼 스페이서를 형성함으로써, 칼럼 스페이서와 상하부 기판과의 합착을 공고히 한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 2 기판 상에 소정 부위에 제 1 배향막 홀을 구비하여 형성된 제 1 배향막과, 상기 제 1 배향막 홀 내에 대응되어 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 제 1 스페이서 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
고정형 칼럼 스페이서, 배향막 도메인, 블랙 휘도 불균일

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{Liquid Crystal Display Device and Method for Manufacturing the Same}
도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 분해사시도
도 2는 종래의 횡전계형 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 3a 및 도 3b는 터치 불량이 발생된 액정 패널을 나타낸 평면도 및 단면도
도 4a 및 도 4b는 편광판 부착 전후의 기판 휨량을 나타낸 시뮬레이션도
도 5는 종래의 액정 표시 장치의 컬러 필터 어레이 제조 방법을 나타낸 공정 순서도
도 6은 종래의 액정 표시 장치의 셀 공정 순서를 나타낸 공정 순서도
도 7a는 본 발명의 액정 표시 장치를 TN 모드에 적용시킨 경우 일 서브픽셀을 나타낸 평면도
도 7b는 본 발명의 액정 표시 장치를 IPS 모드에 적용시킨 경우 일 서브픽셀을 나타낸 평면도
도 8은 본 발명의 액정 표시 장치의 컬러 필터 어레이를 나타낸 평면도
도 9는 도 7a 및 도 7b 상의 I~I'선상의 단면도
도 10은 본 발명의 컬러 필터 어레이 공정 순서를 나타낸 공정 순서도
도 11은 본 발명의 셀 공정의 공정 순서를 나타낸 공정 순서도
도 12는 본 발명의 분할 배향막 형성 공정을 나타낸 개략도
도 13은 본 발명의 잉크젯 공정에 이용되는 잉크젯 장비를 나타낸 개략도
도 14는 본 발명의 칼럼 스페이서 또는 배향막을 오프셋 인쇄 공정시 공정 단면도
도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 각 실시예에 따른 액정 주입 방식을 나타낸 평면도
도 18은 본 발명의 액정 표시 장치의 셀 공정에서 합착 후, 열경화 공정을 나타낸 사시도
도 19는 도 18의 열경화 공정에 이용되는 장비를 나타낸 사시도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 제 1 기판 101 : 게이트 라인
101a : 게이트 전극 102 : 데이터 라인
102a : 소오스 전극 102b : 드레인 전극
103 : 화소 전극 104 : 게이트 절연막
105 : 보호막 105a : 콘택 홀
108 : 배향막 111 : 게이트 라인
111a : 게이트 전극 112 : 데이터 라인
112a : 소오스 전극 112b : 드레인 전극
113 : 화소 전극 113a : 제 1 스토리지 전극
114 : 공통 라인 114a : 공통 전극
116a : 콘택 홀 150 : 표시 영역
200 : 제 2 기판 201 : 블랙 매트릭스층
202 : 컬러 필터층 203 : 오버코트층
204 : 배향막 210 : 배향막 홀
220 : 칼럼 스페이서 220a : 제 1 칼럼 스페이서
220b : 제 2 칼럼 스페이서 230 : 액정
240 : 씰 패턴 300 : 롤러
310 : 잉크젯 장비 311 : 헤드
312 : 공급액 313 : 압력탱크
314 : 공급관 320 : 기판
321 : 양각 322 : 음각
325 : 인쇄 물질 350 : 서포트 트레이
360 : 오븐 400 : 컬러 필터 어레이 기판
500 : 액정 패널
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 분할 배향막을 형성하고 상 기 배향막 홀내에 칼럼 스페이서를 형성함으로써, 기판간의 합착을 공고히 한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도이다.
일반적인 액정 표시 장치는, 도 1과 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기 판(1) 및 제 2 기판(2)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1 기판(1)에는 화소 영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(4)과, 상기 게이트 라인(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(5)이 배열된다. 그리고, 상기 각 화소 영역(P)에는 화소 전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 상기 게이트 라인(4)에 인가되는 신호에 따라 상기 데이터 라인(5)의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극(6)에 인가한다.
그리고, 상기 제 2 기판(2)에는 상기 화소 영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층(8)이 형성되고, 상기 컬러 필터층(8)위에는 화상을 구현하기 위한 공통 전극(9)이 형성되어 있다.
상기와 같은 액정 표시 장치는 상기 화소 전극(6)과 공통 전극(9) 사이의 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이에 형성된 액정층(3)의 액정이 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.
이와 같은 액정 표시 장치를 TN(Twisted Nematic) 모드 액정 표시 장치라 하며, 상기 TN 모드 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 단점을 가지고 있어 이러한 TN 모드의 단점을 극복하기 위한 횡전계형(IPS: In-Plane Switching) 모드 액정 표 시 장치가 개발되었다.
상기 횡전계형(IPS) 모드 액정 표시 장치는 제 1 기판의 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극을 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 형성하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡 전계(수평 전계)가 발생하도록 하고 상기 횡 전계에 의해 액정층이 배향되도록 한 것이다.
이와 같이 형성되는 액정 표시 장치의 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이에는 액정층의 일정한 간격을 유지하기 위해 스페이서가 형성된다.
이러한 스페이서는 그 형상에 따라 볼 스페이서 또는 칼럼 스페이서로 나뉘어진다.
볼 스페이서는 구 형상이며, 제 1, 제 2 기판(1, 2) 상에 산포하여 제조되고, 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2)의 합착 후에도 움직임이 비교적 자유롭고, 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2)과의 접촉 면적이 작게 형성된다. 반면, 칼럼 스페이서는 제 1 기판(1) 또는 제 2 기판(2) 상에 진행되는 어레이 공정에서 형성되는 것으로, 소정 기판 상에 소정 높이를 갖는 기둥 형태로 고정되어 형성된다. 따라서, 제 1, 2 기판(1, 2)과의 접촉 면적이 볼 스페이서에 비하여 상대적으로 크다.
이러한 칼럼 스페이서는 액정 적하 방식으로 제조되는 액정 표시 장치에서 주로 이용되는 스페이서로, 이는 액정 적하시 볼 스페이서를 사용할 경우 다음과 같은 문제점이 발생되기 때문이다. 즉, 적하형에 있어서는, 제 1, 제 2 기판의 합착 전에 액정의 적하 전 또는 후에 스페이서를 산포하게 되는데, 액정이 먼저 적하된 후에 스페이서를 산포하면, 액정의 흐름에 의해 스페이서가 적절한 위치를 찾아 고르게 산포되기 힘든 문제점이 있으며, 액정을 적하하기 전에 스페이서를 산포하게 되면 스페이서는 고르게 산포되어 있더라도 다시 액정을 적하하면 스페이서의 이동이 있게 되어 스페이서 분포의 균일성이 흐트러진다. 또한, 후자의 경우는 스페이서의 산포 후에는 불균일한 면에 액정의 적하되기 때문에 액정의 적하 후 액정의 유동성 또한 떨어진다. 따라서, 액정 적하의 방식으로 제조되는 액정 표시 장치는 칼럼 스페이서를 두 기판간의 셀 갭을 유지하는 스페이서로 이용한다.
이하에서는 칼럼 스페이서를 구비한 횡전계형 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 종래의 횡전계형 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2와 같이, 종래의 횡전계형 액정 표시 장치는, 크게 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판(TFT 기판)(30)과 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 어레이 기판(CF 기판)(40)과, 상기 TFT 기판(30), CF 기판(40) 사이에 충진된 액정층(50) 및 상기 TFT 기판(30)과 CF 기판(40) 사이에 형성된 칼럼 스페이서(45)를 포함하여 이루어진다.
이 경우, 상기 TFT 기판(30)에는 도시되어 있지 않지만, 제 1 기판 상에 화소 영역을 정의하기 위해 게이트 라인(미도시) 및 데이터 라인(미도시)이 서로 수직으로 교차하여 배열되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되며, 각 화소 영역에는 화소 전극(미도시)과 공통 전극(미도시)이 서로 교번하여 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 층간에는 게이트 절연막(미도시)이 형성되며, 상기 데이터 라인과 화소 전극의 층간에는 보호막(미도시)이 더 형성된다.
그리고, 상기 TFT 기판(30)에 대향되는 CF 기판(40)은 제 2 기판(41)과, 상기 화소 영역을 제외한 비화소 영역(게이트 라인, 데이터 라인 및 박막 트랜지스터(TFT) 영역)을 가리기 위한 블랙 매트릭스층(42)과, 상기 블랙 매트릭스층(42)을 포함한 제 2 기판(41) 상에 각 화소 영역별로 차례로 R, G, B 안료가 대응되어 형성된 컬러 필터층(43) 및 상기 블랙 매트릭스층(42)과 상기 컬러 필터층(43)을 포함한 상기 제 2 기판(41) 전면에 형성된 오버코트층(44)을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 오버코트층(44) 상의 소정 영역에는 칼럼 스페이서(45)가 더 형성되며, 상기 칼럼 스페이서(45)까지 어레이 공정 후에 셀 공정 단계에서 상기 CF 기판(40) 표면에 배향막(46)이 더 형성된다. 도시되어 있지 않지만, 상기 TFT 기판(30)에도, 셀 공정 단계의 초기 공정에서 배향막이 더 형성된다.
한편, 이와 같이, 칼럼 스페이서를 포함하는 (횡전계형) 액정 표시 장치의 구조에 있어서는, 다음과 같은 이유로 블랙 휘도 불균일 현상이 발생한다.
도 3a 및 도 3b는 터치 불량이 발생된 액정 패널의 평면도 및 단면도이다.
도 3a와 같이, 액정 패널(10)의 표면(TFT 기판(30) 또는 CF 기판(40)의 표면(배면))을 소정 방향으로 손가락으로 터치한 상태에서 훑어 지나가게 되면, 도 3b와 같이, 액정 패널의 CF 기판(40)은 손가락이 지나간 방향으로 소정 간격 쉬프트(shift)하게 된다. 이 때, 칼럼 스페이서(45)들 사이의 액정(50)은 원 상태로 돌아오지 못하고 남아있어, 액정 패널(10)의 관찰시 상기 터치 부위가 계속적으로 부옇게 보이는 얼룩으로 관찰된다. 또한, 소정 방향으로 손가락이 지나갔을 때, 도 3b 와 같이, 손가락이 지나간 부분은 액정(50)이 부족해지고 마지막 접촉 부위에 액정이 모이게 되어, 마지막 접촉 부위가 불룩 튀어나온 형상이 만들어진다. 이 경우, 상기 액정이 모여 불룩 튀어난 부위는, 칼럼 스페이서(45)의 높이로 정의되는 타 부위의 셀 갭(h2)보다 셀 갭(h1)이 높아져 액정(50)의 배열이 불균일해져 빛이 새게 된다. 따라서 터치된 영역은 타 부위와 비교하여 휘도가 불균일해지는 문제점이 발생한다.
이는 상기 CF 기판(40) 상에 형성되는 기둥 형상의 칼럼 스페이서(45)의 상부 면적 그대로 상기 TFT 기판(30)에 닿아있어, 상기 칼럼 스페이서(45)와 TFT 기판(30) 사이에 발생하는 마찰력이 크기 때문에 발생하는 문제점이다. 즉, 상기 CF 기판(40)은 상대적으로 TFT 기판(30)에 비해 쉬프트가 발생한 후에 손을 제거하여도 두 기판간의 표면 장력에 의해 잡히는 힘에 의해 스스로 되돌아오지를 못해 빛샘이 지속되게 된다.
이러한 상기 터치에 의한 빛샘 현상은 첫째, 상기 칼럼 스페이서(45)가 TFT 기판(30)에 밀착되어 당기는 힘이 변형 전의 형태로 되돌아오려는 힘보다 크게 작용하여 생긴 결과이다. 둘째, 액정 패널에 부착된 편광판이 주변 습도, 온도의 변화를 겪으면서 수축, 이완 과정을 거칠 때 그 변형되는 방향으로 기판(glass)을 잡아당기는 힘에 의해 기판(glass) 휨이 생겨 액정의 배향이 흐트러졌기 때문이다.
한편, 터치는 액정 표시 장치의 패널면을 닦는 것과 유사한 접촉에 의한 문지름 등과 같은 일련의 동작으로 일어날 수 있는 것으로, 액정 표시 장치의 제조 공정 및 혹은 사용단계에서도 이러한 터치에 의한 블랙 휘도 불균일은 발생할 수 있다. 또한, 이러한 터치에 의한 블랙 휘도 불균일은 액정량의 제어가 어려워지는 대화면으로 갈수록 점점 심해지는 경향을 갖는다.
도 4a 및 도 4b는 편광판 부착 전후의 기판 휨량을 나타낸 시뮬레이션도이다.
도 4a는 액정 패널을 이루는 일 기판에 편광판 부착 전의 기판 휨 상태를 나타낸 것이며, 도 4b는 일 기판에 편광판 부착 후의 기판의 휨 상태를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 액정 패널은 영역별로 보면 중앙보다는 에지(edge)측에서 휨 현상이 상대적으로 심한 경향을 나타낸다.
이는 편광판의 부착 전보다는 부착 후에, 열 공정(가열 및 상온으로 온도 상승 및 하강) 등에 의한 수축 및 이완 현상에 의해, 상기 기판과 편광판간의 열팽창율의 차이로 필름 형태의 편광판과 유리 기판의 기판간의 길이 차가 발생하여 액정 패널 휨이 심하게 발생하기 때문이다.
이하에서는 종래의 (횡전계형) 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 5는 종래의 액정 표시 장치의 컬러 필터 어레이 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 5와 같이, 종래의 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판의 제조 공정은 다음과 같다.
먼저, 제 2 기판을 준비한다(S10).
블랙 매트릭스층을 형성한다(S11).
상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 2 기판 상에 R, G, B 컬러 필터층을 형성한다. 이 때, 각각의 색필름을 영역별로 구분하여 패터닝하여 형성한다(S12).
이어, 상기 R, G, B, 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 상에 오버코트층을 형성한다(S13).
이어, 상기 오버코트층 전면에 유기막을 도포한 후 이를 선택적으로 제거하여 칼럼 스페이서를 형성한다(S14).
한편, 도시되어 있지 않지만, 이에 대향되는 TFT 기판(박막 트랜지스터 어레이 기판)은 다음과 같은 순서로 형성된다.
먼저, 제 1 기판 상에 금속 물질을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 게이트 전극이 돌출된 게이트 라인을 형성한다. 이러한 상기 금속 물질을 패터닝하는 공정에서 상기 게이트 라인과 동일 방향으로 공통 라인을 형성하고, 화소 영역 내에서 상기 공통 라인으로부터 분기되는 공통 전극을 형성한다.
이어, 상기 게이트 전극이 돌출된 게이트 라인을 덮도록 상기 제 1 기판 전면에 게이트 절연막을 형성한다.
이어, 상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 게이트 전극 상부에 대응하는 상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성한다.
이어, 상기 반도체층을 포함한 게이트 절연막 상에 금속 물질을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 게이트 라인과 교차되며, 소오스 전극이 돌출된 데이 터 라인과, 상기 소오스 전극과 소정 간격 이격된 드레인 전극을 형성한다.
이어, 상기 데이터 라인, 소오스/드레인 전극을 포함한 게이트 절연막 상에 보호막을 형성한다.
이어, 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 콘택홀을 형성하여 상기 드레인 전극의 소정 부위를 노출시키고, 상기 콘택홀을 포함한 보호막 전면에 투명 전극을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되며 상기 공통 전극과 교번되는 형상의 화소 전극을 형성한다.
도 6은 종래의 액정 표시 장치의 셀 공정 순서를 나타낸 공정 순서도이다.
도 6과 같이, 종래의 액정 표시 장치의 셀 공정은 다음과 같다.
먼저, 복수개의 박막 트랜지스터 어레이가 정의되는 제 1 기판과, 복수개의 컬러 필터 어레이가 정의되는 제 2 기판을 준비한다. 여기서, 각각의 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이는 각 단위 패널의 표시 영역에 형성된다.
이어, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 각각의 단위 패널의 표시 영역에 배향막을 형성한다(S21).
이어, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 하나의 기판에 액정을 적하한다(S22).
이어, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 하나의 기판의 비표시 영역(액티브 영역을 제외한 부분)에 소정 폭을 갖는 씰 패턴을 형성한다(S23).
이어, 상기 액정이 적하되지 않은 나머지 기판을 반전시켜(S24) 상기 제 1, 제 2 기판을 합착하여 액정 패널을 형성한다(S25). 도시된 공정도에서는 상기 제 1 기판 상에 액정을 적하하고, 제 2 기판에 씰 패턴을 형성하는 것으로 도시되어 있는데, 각각 반대의 기판에 해당 공정이 이루어질 수도 있다. 혹은 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 하나의 기판에 액정 적하와 씰 패턴이 모두 이루어질 수도 있다. 어느 경우이든 상기 반전되는 기판은 액정이 적하되지 않은 기판이 될 것이다.
이어, 상기 씰 패턴을 통해 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 배면의 씰 패턴 부위를 자외선 조사하여 상기 씰 패턴을 경화시켜 상기 제 1, 제 2 기판을 서로 합착시킨다(S26).
이어, 상기 액정 패널을 단위 패널 단위로 절단/가공하여 복수개의 단위 액정 패널로 분리한다(S27).
이어, 상기 단위 액정 패널의 패드부(제 1 기판이 제 2 기판에 비해 상대적으로 크게 형성되어 합착 후 노출되는 부분)의 검사를 실시하여 양불 판단을 한다(S28).
상기와 같은 종래의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 액정 표시 장치는 패널 표면에 편광판 부착 과정 후 편광필름의 수축, 이완의 과정을 거치며, 기판과 편광필름간의 열팽창율 차에 의한 스트레스로 액정 패널 휨 현상이 발생한다. 이러한 패널 휨 현상은 패널의 크기가 커질수록 심해진다.
둘째, 종래의 액정 표시 장치는 패널을 닦는 것과 같은 유사한 접촉에 의해 문지름에 의한 블랙 휘도 불균일이 발생한다.
이러한 블랙 휘도 불균일이 발생하는 이유는 부착한 편광판이 주변 습도, 온도의 변화를 겪으면서 수축, 이완 과정을 거칠 때 그 변형되는 힘의 방향으로 기판을 잡아당기는 힘에 의해 기판 휨이 생겨 액정의 배향이 흐트러졌기 때문이고, 문지름에 의해 상하 기판(glass)간에 20~100㎛ 정도의 뒤틀림(shift)이 발생하는데, 문지름 뒤 손을 제거하여도 두 기판이 서로간의 표면 장력에 의해 잡히는 힘에 의해 스스로 되돌아오지를 못해 빛샘이 지속되게 된다. 이는 칼럼 스페이서가 대향 기판에 밀착되어, 당기는 힘이 변형 전의 형태로 되돌아오려는 힘보다 크게 작용하여 생긴 결과이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 분할 배향막을 형성하고 상기 배향막 홀내에 칼럼 스페이서를 형성함으로써, 칼럼 스페이서와 상하부 기판의 합착을 공고히 한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 2 기판 상에 소정 부위에 제 1 배향막 홀을 구비하여 형성된 제 1 배향막과, 상기 제 1 배향막 홀 내에 대응되어 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 제 1 스페이서 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 제 1 스페이서는 다각 기둥 형상의 칼럼 스페이서이다.
상기 제 1 스페이서는 볼 스페이서이다.
상기 제 1 스페이서는 그 내부에 볼 스페이서가 믹싱된 칼럼 스페이서이다.
상기 제 1 기판 상에 제 2 배향막이 더 형성된다.
상기 제 2 배향막은 상기 제 1 배향막 홀에 대응되는 부위에 제 2 배향막 홀을 구비한다.
상기 제 1 기판 상에는 박막 트랜지스터 어레이가 형성되며, 상기 제 2 기판 상에는 컬러 필터 어레이가 형성된다.
박막 트랜지스터 어레이는 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인과의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터 및 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하여 이루어진다.
상기 화소 영역에는 상기 화소 전극과 서로 교번되는 형상으로 공통 전극이 더 형성된다.
상기 제 1 배향막 홀은 화소 영역을 제외한 영역 중 소정 부위에 대응되어 형성된다. 이 경우, 상기 제 1 배향막 홀은 게이트 라인 상에 대응되어 형성되거나 데이터 라인 상에 대응되어 형성된다.
상기 화소 영역을 제외한 영역에 대응하여, 상기 제 1 배향막 홀이 형성되지 않은 제 1 배향막 상에 제 2 스페이서가 더 형성된다.
상기 제 1 스페이서는 상기 제 2 기판 상에 형성된다.
상기 컬러 필터 어레이는 상기 제 2 기판 상에 상기 화소 영역을 제외한 영 역을 가리도록 형성된 블랙 매트릭스층 및 상기 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층을 포함하여 이루어진다.
상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 공통 전극층을 더 형성한다.
또는 상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 오버코트층을 더 형성할 수 있다.
상기 제 1 배향막 홀은 상기 블랙 매트릭스층 상부에 대응되어 소정 영역에 형성된다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 제 2 기판 상에 상기 화소 영역을 제외한 영역에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층과, 상기 제 2 기판 상에 형성된 컬러 필터층과, 상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 형성된 오버코트층과, 상기 소정의 블랙 매트릭스층 상부에 대응되는 상기 오버코트층 상에 제 1 배향막 홀을 구비하여 형성된 제 1 배향막과, 상기 제 1 배향막 홀 내에 대응되어 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 제 1 스페이서 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 표시 영역과 그 주변의 비표시 영역이 구분되어 정의되는 제 1 기판 및 제 2 기 판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판 상에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판 상의 표시 영역에 소정 부분이 제거된 제 1 배향막 홀을 구비한 제 1 배향막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판 상의 표시 영역 내에 액정을 적하하는 단계와, 상기 제 2 기판의 제 1 배향막 홀 내부 소정 부위에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판의 비표시 영역에 씰 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판을 반전하는 단계 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 표면을 가압하며 합착하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 스페이서 형성 후, 상기 스페이서를 UV 조사하는 단계를 더 포함한다.
상기 제 1, 제 2 기판의 합착 후 상기 씰 패턴을 UV 조사하는 단계를 더 포함한다.
상기 제 1, 제2 기판의 합착 후 상기 씰 패턴 및 스페이서를 열 경화하는 단계를 더 포함한다.
상기 스페이서는 감광성 수지로 이루어진다.
또는 상기 스페이서는 감광성 수지 내부에 복수개의 볼 스페이서를 포함한다.
또는 상기 스페이서는 볼 스페이서로 이루어진다.
상기 스페이서는 잉크젯 방식으로 형성되거나, 오프셋 방식으로 형성된다.
상기 제 1 배향막은 잉크젯 인쇄 방식으로 형성하거나, 상기 제 1 배향막은 오프셋 인쇄 방식으로 형성하거나, 혹은 상기 제 1 배향막은 롤러 표면에 상기 제 1 배향막 홀에 대응되는 부분이 제거되도록 배향막 물질을 분할 코팅한 후, 상기 롤러를 상기 제 2 기판 상에 가압하여 밀며 상기 배향막 물질을 인쇄하여 형성한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7a는 본 발명의 액정 표시 장치를 TN 모드에 적용시킨 경우 일 서브픽셀을 나타낸 평면도이며, 도 7b는 본 발명의 액정 표시 장치를 IPS 모드에 적용시킨 경우 일 서브픽셀을 나타낸 평면도이며, 도 8은 본 발명의 액정 표시 장치의 컬러 필터 어레이를 나타낸 평면도이며, 도 9는 도 7a 및 도 7b 상의 I~I'선상의 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 액정 표시 장치를 TN 모드와 IPS 모드에 적용시킨 경우에 대해 각각 설명한다.
-TN 모드-
먼저, 도 7a, 도 8 및 도 9와 같이, TN 모드(Twisted Nematic mode)에 적용된 본 발명의 액정 표시 장치를 이루는 액정 패널(500)은, 크게 서로 대향되며 각각 박막 트랜지스터 어레이와 컬러 필터 어레이가 형성된 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)과, 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 충진된 액정(230)을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 기판(100) 상에 형성되는 박막 트랜지스터 어레이는 다음을 포함한다. 즉, 제 1 기판(100) 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며 형성된 게이 트 라인(101) 및 데이터 라인(102)과, 상기 게이트 라인(101)과 데이터 라인(102)의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극(103)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 라인(101)으로부터 돌출된 게이트 전극(101a), 상기 데이터 라인(102)으로부터 돌출된 소오스 전극(102a) , 상기 소오스 전극(102a)과 소정 간격 이격된 드레인 전극(102b) 및 상기 게이트 전극(101a)과 드레인 전극(102b)/소오스 전극(102a)의 층간에 형성된 반도체층(미도시)을 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 반도체층은 상기 게이트 전극(101a)과의 사이에 게이트 절연막(104)을 개재하여 형성되며, 상기 소오스 전극(102a) 및 드레인 전극(102b)은 상기 반도체층의 양측에 대응되어 형성된다.
또한, 상기 게이트 라인(101)과 데이터 라인(102)의 층간에는 게이트 절연막(104)이 형성되며, 상기 데이터 라인(102)과 화소 전극(103)의 층간에는 보호막(105)이 형성된다. 여기서, 상기 보호막(105) 내에는 상기 드레인 전극(102b)의 소정 부위를 노출하도록 콘택홀(105a)이 구비되어 있으며, 상기 콘택홀(105a)을 통해 상기 화소 전극(103)은 상기 드레인 전극(102b)과 전기적으로 연결된다.
이러한 상기 제 1 기판(100) 상에 대향되는 제 2 기판(200) 상에는 상기 화소 영역 이외의 부분과 박막 트랜지스터를 가리는 형상으로 블랙 매트릭스층(201)이 형성되며, 상기 블랙 매트릭스층(201)을 포함한 제 2 기판(200) 상에는 R, G, B 컬러필터층(202)이 형성되며, 상기 블랙 매트릭스층(201) 및 컬러 필터층(202)을 포함한 제 2 기판(200) 전면에 오버코트층(203)이 형성된다. 여기서, 도 7a와 같 이, TN 모드일 경우에는 상기 오버코트층(203)은 공통 전극으로 대체될 수 있으며, 혹은 상기 오버코트층(203) 상부 전면에 별도로 공통 전극(미도시)을 더 형성할 수도 있을 것이다.
이 때, 상기 제 2 기판(200), 상기 제 2 기판(200) 상에 형성되는 블랙 매트릭스층(201), 컬러 필터층(202), 오버코트층(203) 및 공통 전극(미도시)은 컬러 필터 어레이 공정에서 형성된다하여 컬러 필터 어레이 기판(400)이라 한다.
-IPS 모드-
도 7b, 도 8 및 도 9와 같이, IPS 모드(In-Plane Switching mode: 횡전계형 모드)에 적용된 본 발명의 액정 표시 장치는, 제 1 기판(100) 상의 화소 영역을 가로질러 게이트 라인(111)과 동일한 방향으로 공통 라인(114)이 형성된 점과, 상기 화소 영역 내에 화소 전극(113)과 공통 전극(114a)이 교번하여 형성되는 점 및 상기 제 2 기판(200) 상에 공통 전극이 형성되지 않고, 오버코트층(203)까지 형성된 점을 제외하고는 상술한 TN 모드와 구조와 유사하다. 이러한 IPS 모드에서는, 상기 공통 전극(114a)은 상기 공통 라인(114)에서 분기되어 형성되며, 상기 화소 전극(113)은 상기 화소 영역 내의 공통 라인(114)과 소정 부분 오버랩되는 스토리지 전극(113a)과 일체형으로 형성된다.
상기 IPS 모드에서 제 2 기판(200) 상에서 공통 전극이 형성되지 않은 점을 제외하고는 TN 모드와 동일하므로, 이하 제 2 기판(200) 상에 형성되는 컬러 필터 어레이에 대해서는 설명을 생략한다.
한편, 본 발명의 액정 표시 장치에서 배향막 홀(210)은 어느 모드임에 관계 없이 비화소 영역, 즉, 상기 게이트 라인(101 또는 111), 데이터 라인(102 또는 112) 또는 박막 트랜지스터(TFT) 부위에 대응되어 형성된다. 이 경우 상기 배향막 홀(210)은 형성 공정의 편의를 위해 일 라인 방향으로 형성되는 것이 좋다. 즉, 게이트 라인(101 또는 111)이나 데이터 라인(102 또는 112)에 대응되어 상기 배향막 홀(210)이 형성되도록 한다. 이 때, 상기 배향막 홀(210)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 게이트 라인(101 또는 111)에 대응되는 블랙 매트릭스층(201) 상에 형성되거나, 혹은 데이터 라인(102 또는 112)에 대응되는 블랙 매트릭스층(201) 상에 형성되거나, 혹은 게이트 라인과 데이터 라인에 모두 대응되어 형성될 수도 있을 것이다.
상기 배향막(204)은 잉크젯 인쇄(inkjet printing) 방식, 오프셋 인쇄(offset printing), 혹은 롤러를 이용한 가압 공정을 통해 형성된다.
상기 배향막(204)은 PI(Polyimide) 등의 물질을 이용하여 형성된다. 그리고, 상기 배향막(204)은 컬러 필터 어레이 공정이 이루어진 후에 셀 공정에서 형성되며, 상기 배향막(204)과 대향되는 제 1 기판(100) 상의 표면(박막 트랜지스터 어레이가 형성된 상부)에도 배향막(108) 형성 공정을 병렬로 진행한다. 이 경우, 상기 배향막(108)에도 상기 배향막 홀(210)에 대응되는 부위에 배향막 홀을 더 구비하여 형성할 수 있을 것이다(도 9에는 배향막 홀이 없는 경우를 도시).
또한, 상기 제 1 기판(100) 상부에 배향막 홀을 구비한 배향막(108)을 형성하여, 배향막 홀 내에 칼럼 스페이서를 형성할 수도 있을 것이다. 이 때에는, 상기 제 2 기판(200)상의 분할 배향막(204)은 생략 가능하다.
한편, 칼럼 스페이서(220)는 상기 배향막 홀(210) 내부에 형성되며, 그 크기는 상기 배향막 홀(210) 내부 소정 부위에 한하도록 한다. 즉, 상기 칼럼 스페이서(220)는 상기 게이트 라인(101 또는 111), 데이터 라인(102 또는 112) 또는 박막 트랜지스터(TFT) 전 영역에 형성되는 것이 아니라 셀 갭 유지에 필요한 대향 기판(100, 제 1 기판)과의 접촉 밀도를 감안하여 각 해당 부위에 선택적으로 형성된다. 여기서, 고려되는 접촉 밀도는 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)과의 사이의 셀 갭 유지되도록 고려된 값이다. 도시된 도면들에서 칼럼 스페이서(220)는 적어도 게이트 라인(101 또는 111)에 대응되어서 형성되어 있다. 경우에 따라, 상기 칼럼 스페이서(220)는 상기 게이트 라인에 상응하는 부위에 그대로 위치시켜 놓으며 별도로 상기 데이터 라인에 상응하는 부위에 칼럼 스페이서를 더 추가하여 형성하는 방법도 가능할 것이다.
이하에서는 도 8 및 도 9에 도시된 배향막 홀(210)과 칼럼 스페이서(220)에 대해 설명한다.
도 8 및 도 9와 같이, 상기 오버코트층(203) 상부에는 제 1 기판의 게이트 라인(101 또는 111) 내에 소정 폭(a)으로 배향막 홀(210)이 정의되는 배향막(204)이 형성된다.
이 경우, 칼럼 스페이서(220)는 제 1 상기 배향막 홀(210) 내부에 형성되는 것으로, 상기 칼럼 스페이서(220)의 제조는 상기 배향막(204) 형성 후 이루어진다.
여기서, 상기 블랙 매트릭스층(201)은 화소 영역 이외의 부분과 박막 트랜지스터(TFT) 부위를 가리도록 형성된다. 즉, 상기 블랙 매트릭스층(201)은 가로 방향 으로는 게이트 라인(101 또는 111)에 대응되는 형상으로 게이트 라인 이상의 폭으로 형성되며, 세로 방향으로는 데이터 라인(102 또는 112)에 대응되는 형상으로 데이터 라인 이상의 폭으로 형성된다. 도시된 도면들에서는 상기 데이터 라인(102 또는 112)이 비스듬한 세로 방향으로 형성되었기에, 블랙 매트릭스층(201)의 세로선이 이에 대응되어 비스듬하게 형성되었으며, 상기 데이터 라인(102 또는 112)이 게이트 라인(101 또는 111)에 수직한 방향으로 형성되었다면, 이에 대응되는 블랙 매트릭스층의 세로선도 게이트 라인에 수직한 방향으로 형성될 것이다.
한편, 상기 배향막(204)은 상기 가로선상의 블랙 매트릭스층(201) 내에 상기 배향막 홀(210)이 정의되도록 형성되는 것으로, 상기 배향막 홀(210)은 상기 블랙 매트릭스층(201)의 경계로부터 안쪽으로 소정 간격 들어오도록 형성한다. 이 경우 상기 배향막 홀(210)의 가로선상의 세로 폭은 a이며, 상기 게이트 라인 상부에 대응되는 블랙 매트릭스층(201)의 가로선상의 세로 폭은 b라고 할 때, a<b의 조건으로 상기 배향막 홀(210)을 정의한다.
상기 칼럼 스페이서(220)는 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 원기둥을 포함한 다각 기둥 형태로 형성될 수 있다. 이러한 칼럼 스페이서(220)는 그 성분으로 광개시제, 열 개시제, 광반응성 고분자, 열반응성 고분자 및 점착 촉진제(adhesion promoter)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 칼럼 스페이서(220)의 내부에는 미세한 구 형태의 볼 스페이서가 더 포함되어 형성될 수 있다. 이 경우, 미세한 구 형태의 볼 스페이서 물질은 칼럼 스페이서(220) 내에서 분산도(poly-dispersity) 1 정도로 하여 포함될 수 있을 것이다.
혹은 이러한 칼럼 스페이서(220)를 대체하여 그 직경이 셀 갭에 대응하는 볼 스페이서가 상기 배향막 홀(210) 부위에 형성될 수도 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 배향막(204)의 형성 후, 상기 칼럼 스페이서(220) 혹은 볼 스페이서가 상기 배향막 홀(210) 내에 형성됨으로써, 스페이서의 경화가 완전히 이루어지기 전에 상기 칼럼 스페이서를 포함한 제 2 기판을 반전하여 합착하고, 합착 후 칼럼 스페이서(220)의 후경화가 진행되어 칼럼 스페이서와 대향 기판(제 1 기판)간의 고착이 공고히 이루어진다. 즉, 후경화시 인가되는 열에 의해 상기 칼럼 스페이서를 이루는 물질의 분자 움직임 증가로 대향 기판(제 1 기판)의 표면과 접착성이 생겨 대향 기판과의 합착이 공고히 된다.
이하에서는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 컬러 필터 어레이 공정 순서를 나타낸 공정 순서도이다.
먼저, 제 2 기판을 준비한다(S101).
이어, 상기 제 2 기판 상에 크롬(Cr) 또는 블랙 레진(Black resin)을 도포하고, 이를 선택적으로 제거하여 화소 영역을 제외한 영역에 블랙 매트릭스층을 형성한다(S102).
이어, 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 상기 제 2 기판 상에 R 컬러 필름, G 컬러 필름, B 컬러 필름을 각각 패터닝하여 해당 영역에 남김으로써 R, G, B 컬러 필터층을 형성한다(S103).
이어, 상기 블랙 매트릭스층 및 R, G, B 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 오버코트층을 형성한다(S104).
이상과 같이, 제 2 기판 상에 컬러 필터 어레이를 공정을 진행하며, 이와 병렬로 제 1 기판 상에는 다음과 같은 박막 트랜지스터 어레이 공정을 진행한다(도 7a(또는 도 7b) 및 도 9 참조).
즉, 제 1 기판(도 9의 100 참조)을 준비한 후, 상기 제 1 기판(100) 상에 금속 물질을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 게이트 전극(도 7a의 101a 참조)이 돌출된 게이트 라인(101)을 형성한다. IPS 모드인 경우에는, 이러한 상기 금속 물질을 패터닝하는 공정과 동시에 상기 게이트 라인(도 7b의 111 참조)과 동일 방향으로 공통 라인(114)을 형성하고, 화소 영역 내에서 상기 공통 라인(114)으로부터 분기되는 공통 전극(114a)을 형성한다.
이어, 상기 게이트 전극(101a)이 돌출된 게이트 라인(101)을 덮도록 상기 제 1 기판(100) 전면에 게이트 절연막(104)을 형성한다.
이어, 상기 게이트 절연막(104) 상에 반도체층 물질을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 게이트 전극 상부에 대응하는 상기 게이트 절연막 상에 반도체층(미도시)을 형성한다.
이어, 상기 반도체층을 포함한 게이트 절연막(104) 상에 금속 물질을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 게이트 라인(101)과 교차되며, 소오스 전극(102a)이 돌출된 데이터 라인(102)과, 상기 소오스 전극(102a)과 소정 간격 이격된 드레인 전극(102b)을 형성한다.
이어, 상기 데이터 라인(102), 소오스/드레인 전극(102a/102b)을 포함한 게이트 절연막(104) 상에 보호막(105)을 형성한다.
이어, 상기 보호막(105)을 선택적으로 제거하여 콘택홀(105a)을 형성하여 상기 드레인 전극(102b)의 소정 부위를 노출시키고, 상기 콘택홀(105a)을 포함한 보호막 전면에 투명 전극을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극(102b)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(103)을 형성한다. IPS 모드의 경우에는 상기 화소 영역 내에 상기 공통 전극(114a)과 교번하는 형상의 화소 전극(113)을 형성한다.
이상과 같이, 제 1 기판과, 제 2 기판 상에 각각 박막 트랜지스터 어레이 공정과 컬러 필터 어레이 공정을 완료한 후에 셀 공정을 진행한다. 여기서, 상술한 공정은 각각 표시 영역과 그 주변에 비표시 영역이 정의된 제 1 기판과 제 2 기판을 준비한 후, 각각의 표시 영역에 진행되는 것이다. 상기 어레이 공정에서 상기 비표시 영역에 대응하여 상기 제 1 기판 상에는 게이트 라인 및 데이터 라인들의 패드가 형성되며, 상기 제 2 기판 상에는 블랙 매트릭스층이 형성된다.
한편, 셀 공정이란 서로 대향되는 제 1, 제 2 기판 상에 각각 어레이 공정을 진행한 후, 두 기판을 합착하는 공정을 말한다.
도 11은 본 발명의 셀 공정의 공정 순서를 나타낸 공정 순서도이다.
먼저, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 각각의 표시 영역의 소정 부위에 배향막 홀을 구비한 배향막을 형성한다(S111).
이어, 상기 배향막 홀 내부 소정 부위에 대응되는 칼럼 스페이서를 형성한다(S112). 이 경우, 칼럼 스페이서가 형성되는 부위는 블랙 매트릭스층 상부로, 상기 게이트 라인 또는 데이터 라인에 대응하는 위치에 한한다. 여기서, 상기 칼럼 스페 이서는 잉크젯 장비(도 13 참조)를 이용하여 원하는 영역에 잉크젯 도팅(inkjet dotting)하여 형성하거나, 혹은 오프셋 인쇄(도 14 참조)하여 형성하거나 또는 롤러를 이용하여 배향막 물질을 기판 표면에 가압하여 형성하거나 하여 형성된다(도 12 참조).
이어, 상기 칼럼 스페이서를 UV 조사하여 가경화한다(S113). 이 때, 상기 칼럼 스페이서의 경화율은 상기 칼럼 스페이서를 이루는 성분에 함량에 달려있다. 즉, 광개시제와 광반응성 고분자(광반응성 아크릴 모노머, 광반응성과 열반응 성분을 같이 포함하는 모노머(monomer), 올리고머(oligomer) 또는 폴리머(polymer))의 함량에 따라 가경화시 상기 칼럼 스페이서의 경화율이 결정된다. 이러한 칼럼 스페이서 UV 조사시의 경화율은 50%~70% 정도가 되도록 하여 상기 광개시제와 광반응성 고분자의 함량을 조정한다.
이어, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판 상의 비표시 영역에 씰 패턴을 형성한다(S114).
이어, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 어느 한 기판에 액정을 적하한다(S115). 공정도 상에는 상기 제 1 기판 상에 액정이 적하된 것으로 도시되어 있으나 상기 제 1 기판이나 제 2 기판 중 선택적으로 액정의 적하가 가능하다.
이어, 액정이 적하되지 않은 기판을 반전(S116)시켜 상기 제 1, 제 2 기판의 각각의 어레이를 대응시켜 합착하여 액정 패널을 형성한다(S117). 공정도 상에는 제 2 기판에 액정이 적하되지 않았기에 반전기판으로 이용된다.
이어, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 배면에서 UV를 조사하여 상기 씰 패 턴을 큐어링(curing)하여 씰링(sealing)한다(S118).
이어, 합착된 제 1, 제 2 기판을 오븐에서 열처리하여 상기 씰 패턴 및 칼럼 스페이서를 열 경화시킨다. 이 공정에서 상기 합착된 제 1, 제 2 기판은 글래스 처짐(sagging)이 방지되도록 홀이 없거나 촘촘하게 구비된 서포트 트레이(support tray)를 이용한다. 이 때, 상기 칼럼 스페이서는 상기 열 경화 단계에서 이를 이루는 분자가 열에 의해 점도가 생기면서 대향되는 제 1 기판과 접착되고 열경화에 의해 완전히 경화된다.
이어, 상기 액정 패널을 단위 패널 단위로 절단/가공하여 복수개의 단위 액정 패널로 분리한다(S119).
이어, 상기 단위 액정 패널의 패드부(제 1 기판이 제 2 기판에 비해 상대적으로 크게 형성되어 합착 후 노출되는 부분)의 검사를 실시하여 양불 판단을 한다(S120).
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법의 각 공정에 대해 자세히 설명한다.
도 12는 본 발명의 분할 배향막 형성 공정을 나타낸 개략도이다.
도 12와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 소정 부위에 배향막 홀(210)을 갖는 배향막을 형성하기 위해 롤러(300) 표면에 소정 간격 이격하여 제 1, 제 2, 제 3 배향막(204a, 204b, 204c)을 묻혀 준비한 후, 상기 롤러(300)에 컬러 필터 어레이 기판(400)(블랙 매트릭스층, 컬러 필터층을 포함하여 오버코트층까지 제조된 제 2 기판)의 표면에 대응시켜 상기 오버코트층(도 8의 203 참조) 상에 배향막 홀 (210)에 대응되는 부위가 제거된 배향막(204)을 형성한다. 이 때, 상기 배향막(204)은 예를 들어, 상기 블랙 매트릭스층(도 8의 201 참조)의 가로선의 폭이 140㎛일 때, 상기 블랙 매트릭스층(201)의 가로선의 양 에지(edge)에서부터 블랙 매트릭스층의 가로선 중심 방향으로 20㎛ 들어간 부분까지 분할 배향막(204)이 형성되도록 코팅(coating)한다. 따라서, 상기 배향막 홀(210)의 가로선 선폭은 100㎛이 될 것이다.
이 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 롤러(300) 표면에 상기 제 1 내지 제 3 배향막(204a, 204b, 204c)의 물질을 묻힐 경우, 그 이격 부위는 상기 배향막 물질을 롤러에 입히는 마스크의 홀 개수 및 크기를 조정하여 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 잉크젯 공정에 이용되는 잉크젯 장비를 나타낸 개략도이다.
도 13과 같이, 본 발명의 잉크젯 공정에 이용되는 잉크젯 장비(310)는 토출되는 용액이 저장된 헤드(head)(311), 상기 용액의 토출부(312), 상기 용액이 공급되는 탱크(313), 상기 탱크로부터 용액이 헤드로 들어오는 유입관(314)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 잉크젯 장비(310)는 제어부(미도시)와 광학부(미도시)를 구비하여 기판 상에 잉크젯 장비(310)의 대응 위치를 광학부를 통해 감지하고, 토출량 및 토출 유무를 상기 제어부를 통해 제어하여 용액의 토출을 수행한다.
이러한 잉크젯 장비(310)는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조에 있어서, 배향막(204)의 형성이나 혹은 칼럼 스페이서(220)의 형성에 이용된다.
예를 들어, 상기 잉크젯 장비(310)를 이용하여 배향막(204)을 형성시에는, 상기 헤드(311)의 노즐(nozzle)을 개폐하며, 상기 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 어레이 기판(400) 상의 소정 위치에 PI(Polyimide) 등의 배향막 물질을 토출한다. 이 경우, 상기 컬러 필터 어레이 기판(400) 상의 가로선상의 블랙 매트릭스층(게이트 라인에 대응 부위) 상을 지날 때는, 상기 헤드(311)의 노즐을 닫아 배향막이 코팅되지 않도록 한다.
한편, 상기 잉크젯 장비(310)를 이용하여 칼럼 스페이서(220)를 형성시에는, 상기 배향막이 형성되지 않은 배향막 홀 상부의 소정 부위에 대응되어 상기 헤드(311)의 노즐(nozzle)을 열어, 소정량의 칼럼 스페이서 형성 용액을 토출한다. 이 경우, 상기 칼럼 스페이서(220) 형성 물질은 상기 잉크젯 장비(310) 내에서 용액상으로 존재하며, 토출 후, 가경화, 후경화의 이중 경화 공정을 거쳐 완전히 경화되게 된다.
상기 칼럼 스페이서(220) 형성 용액은 칼럼 스페이서를 이루는 물질, 예를 들어, 광개시제, 열 개시제, 반응성 모노머(광반응성 모노머 열 반응성 모노머, 광반응성과 열반응성을 함께 갖는 모노머, 올리고머 또는 폴리고머), 점착 촉진제(adhesion promoter) 등의 성분을 포함할 것이다. 이러한 성분 등은 칼럼 스페이서를 형성 물질의 주성분이며, 상기 잉크젯 장비의 헤드 내에서의 점도 조절을 위해 비반응성, 휘발성 용매가 첨가될 수 있을 것이다.
한편, 상기 칼럼 스페이서(220)가 볼 스페이서를 포함할 경우에는 상술한 용액의 성분에 미립자 형태로 볼 스페이서가 함께 포함되어 헤드(311)를 통해 토출될 것이다.
상기 광 개시제나 열 개시제는 반응이 시작되는 원인에 따라 구분되는 것이며, 상기 칼럼 스페이서 형성 용액 내에 각각 0.5~2% 범위로 조성된다. 그리고, 상기 점착 촉진제는 1~10% 범위로 조성된다. 그리고, 나머지 성분에는 반응성 모노머가 조성될 것이며, 상기 반응성 모노머의 구성 조성물 차에 의해 칼럼 스페이서의 타입(type)이 구분된다. 그 중 제 1 형 칼럼 스페이서의 반응성 모노머에는 광반응성 아크릴 모노머(acryl monomer) 30~60%, 열반응성 에폭시 모노머(epoxy monomer) 40~70%, 광반응성과 열반응성을 함께 갖는 모노머, 올리고머(oligomer), 또는 폴리머(polymer) 5~15%가 포함된다.
또한, 제 2 형 칼럼 스페이서의 반응성 모노머에는 자발 반응형 광반응성 아크릴 모노머(acryl monomer) 5~10%, 광반응성 아크릴 모노머 40~60%, 열반응성 에폭시 모노머(epoxy monomer) 40~70%, 광반응성과 열반응성을 함께 갖는 모노머, 올리고머(oligomer), 또는 폴리머(polymer) 5~15%가 포함된다.
이하에서는, 광 개시제, 열 개시제 및 반응성 모노머 등의 예를 소개한다.
상기 제 1 형, 2형의 칼럼 스페이서를 이루는 물질 중 광 개시제로는 Irgacure-369(화학식 1), TPA(화학식 2), Irgacure-907(화학식 3)이 있다.
Figure 112005020524923-PAT00001
Figure 112005020524923-PAT00002
Figure 112005020524923-PAT00003
그리고, 열 개시제로는 AIBN(화학식 4)이 있다.
Figure 112005020524923-PAT00004
그리고, 점착 촉매제(adhesion promoter)로는 실란 결합제(Silane Coupling agent)가 있다.
Figure 112005020524923-PAT00005
그리고, 상기 광 반응성 아크릴 모노머에는 디아크릴레이트 모노머(Diacrylate monomer)(화학식 6, 화학식 7)가 있다.
Figure 112005020524923-PAT00006
Figure 112005020524923-PAT00007
그리고, 상기 모노 아크릴레이트 모노머(mono-acrylate monomer)로는 이소보르닐메타크릴레이트(isobornylmethacrylate)(화학식 8)가 있다.
Figure 112005020524923-PAT00008
그리고, 자발반응형 아크릴 모노머로는 스틸벤(stilbene)(화학식 9)이 있다.
Figure 112005020524923-PAT00009
그리고, 광반응성과 열반응 성분을 같이 포함하고 있는 모노머(화학식 10)와, 올리고머 또는 폴리머(화학식 11)(k, l, m, n-1 이상)가 있다.
Figure 112005020524923-PAT00010
Figure 112005020524923-PAT00011
그리고, 열반응형 에폭시 모노머(epoxy monomer)(화학식 12)의 화학 구조는 다음과 같다.
Figure 112005020524923-PAT00012
도 14는 본 발명의 칼럼 스페이서 또는 배향막을 오프셋 인쇄 공정시 공정 단면도이다.
도 14와 같이, 칼럼 스페이서나 배향막은 상술한 잉크젯 방식 등의 제조 방법 외에 오프셋(offset) 인쇄 방식으로도 제조 가능하다. 즉, 패턴 형성에 대응되는 부분이 양각(321), 그 외부분에 대응되는 음각(322)으로 기판(320)의 표면을 성형하고, 상기 양각에 대응되는 부분에만 인쇄 물질(325)이 묻도록 한 후, 상기 기판의 양각, 음각의 표면을 인쇄가 요구되는 컬러 필터 어레이 기판(400) 표면에 대응되켜 상기 양각에 묻은 인쇄 물질이 상기 피기판에 찍히도록 하는 것이다.
이와 같이, 배향막의 제조 방법에 대해 설명하였는데, 상기 컬러 필터 어레이 기판에 대향되는 박막 트랜지스터 기판(박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 기판)의 표면상에도 배향막을 형성하기 위해 동일한 공정이 이용될 것이다.
도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 15와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 상기 배향막(204)은 4개의 블랙 매트릭스층(201) 가로선(게이트 라인 대응 부위)마다 또는 5~10개 이상의 블랙 매트릭스층 가로선(BM line)마다 배향막 홀(210)을 형성한다. 이 때, 상기 칼럼 스페이서는 세로선상으로는 두 픽셀 유닛(pixel unit, 1 pixel = RGB 서브 픽셀을 하나씩 포함한 1set)마다 또는 그 이상의 주기로 형성한다. 이 때, 상기 배향막 홀(210)의 폭은 상기 블랙 매트릭스층의 가로선폭에 한할 것이다. 예를 들어, 상기 블랙 매트릭스층의 가로선 폭이 140㎛일 때, 상기 배향막 홀(210)의 폭은 100㎛로 한다. 이 경우, 상기 배향막 홀(210)의 분포는 설계하고자 하는 패널(panel) 크기 및 해상도에 의존하여 결정된다. 여기서, 상기 배향막(204)은 상기 컬러 필터 어레이 기판(400)에 형성된다.
제 1 실시예에 있어서의 칼럼 스페이서(220)는 상기 배향막 홀(210)의 양 에지로부터 중심측으로 소정 간격 들어와 직사각형의 단면을 갖도록 형성한다. 이 때, 세로 길이는 상기 배향막 홀(210)이 갖는 폭에 한할 것이다. 이 때, 상기 배향막 홀(210)의 폭이 100㎛일 때, 상기 칼럼 스페이서(220)의 단면인 직사각형의 세로 길이는 40~80㎛, 가로 길이는 50~300㎛으로 한다. 이러한 수치는 해상도 및 액정 패널 크기에 따라 달라질 수 있으나, 가급적 상기 칼럼 스페이서(220)를 형성한 후에도 상기 칼럼 스페이서(220)가 화소 영역 내로 넘어오지 않게 형성하여, 상기 칼럼 스페이서(220)에 의한 개구율 손실을 방지한다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기 배향막의 형성 후, 칼럼 스페이서의 제조가 진행되고, 상기 칼럼 스페이서의 완전 경화 전에 대향 기판과의 합착이 이루어져 상기 칼럼 스페이서의 상부면이 어느 정도 유동성을 가질 때 대향 기판과 만난 후, 열 처리에 의해 경화가 진행됨으로써, 대향 기판과의 고착성이 좋아진다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 16과 같이, 제 2 실시예에 따른 본 발명의 액정 표시 장치는 제 1 실시예의 칼럼 스페이서 위치에 제 1 칼럼 스페이서(220a)를 형성하고, 데이터 라인에 대응되는 부위에 제 2 칼럼 스페이서(220b)를 형성함으로써, 서로 다른 위치에 이중 으로 칼럼 스페이서를 형성한 구조이다. 이 경우, 제 1 칼럼 스페이서(220a)는 상기 배향막(204)이 형성되지 않는 배향막 홀(210)에 대응되어 형성되며, 상기 제 2 칼럼 스페이서(220b)는 배향막(204) 상부에 형성된다. 도 15는 데이터 라인에 대응되는 블랙 매트릭스층의 세로선(약간 비스듬하게 형성, 도면은 일 실시예를 나타낸 것으로 상기 블랙 매트릭스층은 수직한 방향으로 형성되는 모습도 가능할 것이다)의 선폭에 여유가 없어 배향막 영역 분할이 어려우므로 배향막 위에 형성한 모습을 도시하고 있다. 칼럼 스페이서의 형성시 이용되는 장비의 해상도가 가능하다면, 상기 데이터 라인에 대응되는 블랙 매트릭스 상부의 배향막 역시 제거하여 홀 형태로 형성할 수 있을 것이다.
이러한 제 2 실시예에 있어서는, 게이트 라인에 대향하는 제 1 칼럼 스페이서는 상기 제 1 실시예의 칼럼 스페이서의 주기로 형성하며, 데이터 라인에 대향하는 제 2 칼럼 스페이서(220b)는 10~30개 픽셀 유닛(pixel unit)마다 위치시킨다. 이는 일예를 나타낸 것으로, 이는 설계하고자 하는 panel의 크기 및 해상도에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 칼럼 스페이서(220a)의 단면인 직사각형의 세로 길이는 40~80㎛, 가로 길이는 50~300㎛이며, 상기 제 2 칼럼 스페이서(220b)의 가로 길이는 10~30㎛, 세로 길이는 50~100㎛로 한다.
마찬가지로, 제 2 실시예에 있어서도, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(220a, 220b)가 완전히 경화 전에 대향 기판과 합착하게 되어, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(220a, 220b)는 어느 정도의 유동성을 갖고 대향 기판과 만나며, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(220a, 220b)와 대향 기판(제 1 기판(100))과의 접착성이 좋아 진다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 각 실시예에 따른 액정 주입 방식을 나타낸 평면도이다.
도 17a, 도 17b와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 상기 배향막 홀(210)과 배향막 홀(210) 사이의 배향막(204a, 204b) 상의 중앙 부위에 액정(230)을 적하한다. 이는 액정 적하 후, 대향 기판(제 1 기판)을 반전한 후, 합착 후, 액정(230)이 퍼지는 동안 상기 칼럼 스페이서들(220)의 경화가 진행되며, 대향 기판간의 고착이 이루어지도록하기 위함이다. 이 때, 상기 각각의 배향막 홀 (210)사이의 배향막(204a, 204b)들은 일종의 도메인(domain)으로 작용하여 도메인별로 작은 패널과 같은 특성을 가져, 외부 스트레스에 대한 대항력이 커지게 된다.
도면 상에는 액정(230)이 적하되는 영역을 정의한 것으로, 도면과 같이, 컬러 필터 어레이가 기판(400) 상에 액정이 적하될 수도 있고, 혹은 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 기판(100) 상에 액정이 적하될 수도 있다.
한편, 상기 칼럼 스페이서(220)가 코팅(coating)된 블랙 매트릭스층(201) 부분은 상부에 오버코트층(Overcoat layer)(203)이 형성되어 있다. 상기 오버코트층(203)의 표면 에너지는 배향막(204)의 균일한 코팅을 위해 50mN/m 이상의 특성을 갖도록 설계된다. 배향막(204)은 완성 후 표면 에너지가 오버코트층(203)과 유사한 수준이 되나 배향에 의한 분자 배향(orientation) 및 액정에 대한 앵커링 에너지(anchoring energy)로 적하된 액정(230)은 배향막(204) 표면에 머물려는 경향을 가진다.
상기 칼럼 스페이서는 앞서 설명한 바와 같이, 그 모양을 성형한 후, 1차로 UV 조사하여 가경화하는데, 이 때, 칼럼 스페이서를 이루는 구성 반응기의 종류에 따라, 300~400nm의 파장의 빛으로 50~80mW/㎠의 세기로 150~240초 동안 조사한다. 350nm 근방의 조사광을 사용하는 경우는 그 세기는 더 낮게, 예로 5~20mW/㎠로, 조사시간은 더 길게, 예를 들어, 3분 이상으로 조절한다.
이러한 광경화는 이어 진행되는 합착 공정에서 상기 칼럼 스페이서가 패널 내의 액정 등과 반응하지 못하도록 하기 위해 일차적으로 흐르지 않을 정도이나 열이 가해졌을 때 연성을 갖는 정도로 수준으로 이루어진다.
광경화 단계에서 UV 세기 및 경화 시간은 칼럼 스페이서의 분자의 유리 전이 온도(Tg : Glass Transition Temperature)가 50℃ 이하 35℃ 이상이 되도록 결정된다. 즉, 실온에서는 딱딱한 상태가 되어 대향 기판과 만나 셀 갭을 유지하며 액정과 섞이지 않게 조절한다. 한편 상기 셀 갭은 상기 칼럼 스페이서의 높이 액정의 적하량에 의해 결정될 것이다.
도 18은 본 발명의 액정 표시 장치의 셀 공정에서 합착 후, 열경화 공정을 나타낸 사시도이다.
도 18과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 제 1, 제 2 기판(100, 200)을 액정 패널(500)로 합착 후, 칼럼 스페이서의 후경화인 열경화 공정은 비표시 영역(점선(표시 영역) 외부 영역)에 형성된 씰 패턴(240)을 경화시키는 공정과 동시에 이루어진다.
이 경우, 상기 열 경화 공정은 2단계(two step)를 거치는 것이 필요하다. 제 1 단계로 50℃에서 3~5분간 두어 칼럼 스페이서를 이루는 분자의 접착성이 생기도록 한 뒤, 제 2 단계로 70℃~120℃의 온도에서 30~50분동안 가열하며 열경화 반응을 완성한다.
이러한 칼럼 스페이서의 후경화가 이뤄지는 열경화 단계에서 칼럼 스페이서 분자는 이미 광경화 단계에서 가교가 이루어진 상태라 분자가 흐르지는 않으며 다만 운동성이 증가하여 대향 기판에 대한 분자 접착성이 증가하고 이런 상태에서 열 반응에 의한 추가 가교 반응에 의해 상기 칼럼 스페이서는 제 1, 제 2 기판과의 고착성을 얻게 되는 것이다. 이러한 상기 칼럼 스페이서 후경화는 상기 칼럼 스페이서를 이루는 조성분 중 30~50%를 차지하는 열경화 고분자 성분에 의해 이루어진다.
도 19는 도 18의 열경화 공정에 이용되는 장비를 나타낸 사시도이다.
도 19와 같이, 상기 액정 패널에 열경화를 진행할 때는 상기 액정 패널을 서포트 트레이(support tray)에 넣은 후, 상기 서포트 트레이(350)를 오븐(360) 상에 위치시켜 열처리가 이루어진다.
상기 씰 패턴의 경화 및 칼럼 스페이서의 후경화가 진행되는 열경화 반응 동안 상기 액정 패널(500)은 글래스 처짐(glass sagging) 현상이 방지되도록 상기 액정 패널(500)에 열을 공급하기 위해 홀(hole)이 없거나 촘촘하게 나 있는 형태를 사용한다.
이와 같은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법이 종래의 제조 방법과의 차이점은 다음과 같다.
첫째, 칼럼 스페이서 공정이 셀 공정에서 이루어진다. 즉, 어레이 공정 이 후, 배향막을 형성한 다음 칼럼 스페이서의 제조가 진행된다.
둘째, 칼럼 스페이서의 제조 전에 배향막의 인쇄, 소성하는 공정이 이루어진다.
셋째, 배향막의 인쇄 공정이 기판 전면에 아닌 분할 인쇄로 진행한다.
넷째, 칼럼 스페이서의 본경화 반응이 셀 합착 후 진행된다.
다섯째, 상기 칼럼 스페이서가 액정 패널의 제 1, 제 2 기판에 모두 고착된다.
상술한 본 발명의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법은 각각 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이가 형성된 제 1 기판과 제 2 기판을 준비한 후, 셀 공정에서 상기 제 1, 제 2 기판의 소정 부위에 홀이 형성되는 분할 배향막을 형성하고, 상기 분할 배향막의 홀 내에 칼럼 스페이서가 형성되도록 한다.
따라서, 칼럼 스페이서의 형성을 배향막 공정 후에 진행하며, 또한, 칼럼 스페이서의 가경화 후 합착 공정을 진행하고 합착 공정의 씰 패턴 공정에서 열경화에 의해 경화를 진행함으로써, 완전히 칼럼 스페이서가 굳기 전에 칼럼 스페이서와 그 대향 기판이 합착되고, 합착 후의 씰 패턴 경화 공정에서 상기 칼럼 스페이서의 완전 경화가 함께 이루어져 상기 칼럼 스페이서와 대향 기판간의 고착이 공고히 이루어진다. 따라서, 상기 칼럼 스페이서가 상하부 기판간에 서로 묶여있게 되어, 외부의 스트레스(필름의 수축 혹은 손의 문지름 등에 의한 상하부 기판간의 뒤틀림)를 받더라도 상하기판이 서로 어긋나지 않고, 두 기판이 일체되어 힘을 받으므로 변형이 일어나더라도 사이의 액정에 대한 변형은 적을 것이 예상된다.
따라서, 액정 패널을 문지르는 등의 터치 동작에 의해 제 1 기판 또는 제 2 기판이 상대 기판에 대해 밀리는 현상이 방지된다. 따라서, 터치에 의한 불량 및 쉬프트로 인한 셀 갭 불균일을 원천적으로 막을 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 칼럼 스페이서의 형성을 배향막 공정 후에 진행하며, 또한, 칼럼 스페이서의 가경화 후 합착 공정을 진행하고 합착 공정의 씰 패턴 공정에서 열경화에 의해 경화를 진행함으로써, 완전히 칼럼 스페이서가 굳기 전에 칼럼 스페이서와 그 대향 기판이 합착되고, 합착 후의 씰 패턴 경화 공정에서 상기 칼럼 스페이서의 완전 경화가 함께 이루어져 상기 칼럼 스페이서와 대향 기판간의 고착이 공고히 이루어진다.
둘째, 제 1, 제 2 기판이 칼럼 스페이서에 의해 묶여 있으므로 외부의 스트레스(필름의 수축, 손으로 문지름에 의한 뒤틀림)를 받더라도 제 1, 제 2 기판이 서로 어긋나지 않고 두 기판이 일체되어 힘을 받으므로 변형이 일어나더라도 사이의 제 1 기판과 제 2기판간의 상대적인 밀림 현상이 방지될 것이다.
셋째, 대형 액정 패널이라 할지라도 고정된 칼럼 스페이서에 의해 묶인 도메인(배향막 도포 분할 구역)의 크기에 의존하여, 작은 패널의 특성을 보이게 되므로 외부 스트레스에 대한 대항력이 커진 결과가 된다. 즉, 상기 배향막 홀에 의해 나뉘어진 각 배향막 영역을 도메인으로 하여, 각 도메인의 면적으로 작은 패널의 특 성을 보이게 된다.
넷째, 배향막 홀과 배향막 홀 사이,즉, 각 도메인 내부에는 칼럼 스페이서가 없으므로 문지름에 의한 변형 뒤 원복력이 빨라 기존의 휘도 불균일을 야기하지 않을 것이다. 상기와 같이 제조된 칼럼 스페이서에 의해 상하기판 고정으로 기판의 변형을 감소한다. 이로써, 빛샘을 개선되고, 대형 화면의 블랙 휘도 불균일이 해결될 수 있다.
다섯째, 그 동안 중력 불량의 원인으로 액정 및 기판(glass)의 열팽창 또는 과다 액정 주입으로 인한 하부 셀 갭 증가가, 두 기판이 완전히 붙어 있는 구조가 됨에 따라 원천적으로 방지될 수 있다.
여섯째, 칼럼 스페이서 형성 전 배향막 인쇄 및 러빙으로 칼럼 스페이서와 같은 돌출부에 러빙포 데미지를 감소할 수 있고, 러빙 균일도 향상으로 배향성을 향상시킬 수 있다.
일곱째, 칼럼 스페이서 현상 과정이 생략되므로 재료비 절감 및 칼럼 스페이서 임계치수 및 높이 균일도를 확보할 수 있다.

Claims (42)

  1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 2 기판 상에 소정 부위에 제 1 배향막 홀을 구비하여 형성된 제 1 배향막;
    상기 제 1 배향막 홀 내에 대응되어 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 제 1 스페이서; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 스페이서는 다각 기둥 형상의 칼럼 스페이서인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 스페이서는 볼 스페이서인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 스페이서는 그 내부에 볼 스페이서가 믹싱된 칼럼 스페이서인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 제 2 배향막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 배향막은 상기 제 1 배향막 홀에 대응되는 부위에 제 2 배향막 홀을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에는 박막 트랜지스터 어레이가 형성되며, 상기 제 2 기판 상에는 컬러 필터 어레이가 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    박막 트랜지스터 어레이는
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 데이터 라인과의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터; 및
    상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 화소 영역에는 상기 화소 전극과 서로 교번되는 형상으로 공통 전극이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 홀은 화소 영역을 제외한 영역 중 소정 부위에 대응되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 홀은 게이트 라인 상에 대응되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 홀은 데이터 라인 상에 대응되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 화소 영역을 제외한 영역에 대응하여, 상기 제 1 배향막 홀이 형성되지 않은 제 1 배향막 상에 제 2 스페이서가 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 스페이서는 상기 제 2 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이는
    상기 제 2 기판 상에 상기 화소 영역을 제외한 영역을 가리도록 형성된 블랙 매트릭스층; 및
    상기 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층을 포함하여 이루어진 액정 표시 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 공통 전극층을 더 형성한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 오버코트층을 더 형성한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 홀은 상기 블랙 매트릭스층 상부에 대응되어 소정 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  19. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 제 2 기판 상에 상기 화소 영역을 제외한 영역에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층;
    상기 제 2 기판 상에 형성된 컬러 필터층;
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 형성된 오버코트층;
    상기 소정의 블랙 매트릭스층 상부에 대응되는 상기 오버코트층 상에 제 1 배향막 홀을 구비하여 형성된 제 1 배향막;
    상기 제 1 배향막 홀 내에 대응되어 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 제 1 스페이서; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  20. 표시 영역과 그 주변의 비표시 영역이 구분되어 정의되는 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판 상에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판 상의 표시 영역에 소정 부분이 제거된 제 1 배향막 홀을 구비한 제 1 배향막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 상의 표시 영역 내에 액정을 적하하는 단계;
    상기 제 2 기판의 제 1 배향막 홀 내부 소정 부위에 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판의 비표시 영역에 씰 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판을 반전하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판의 표면을 가압하며 합착하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 스페이서 형성 후, 상기 스페이서를 UV 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 기판의 합착 후 상기 씰 패턴을 UV 조사하는 단계를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1, 제2 기판의 합착 후 상기 씰 패턴 및 스페이서를 열 경화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  24. 제 20항에 있어서,
    상기 스페이서는 감광성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 스페이서는 감광성 수지 내부에 복수개의 볼 스페이서를 포함한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  26. 제 20항에 있어서,
    상기 스페이서는 볼 스페이서로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  27. 제 20항에 있어서,
    상기 스페이서는 잉크젯 방식으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장 치의 제조 방법.
  28. 제 20항에 있어서,
    상기 스페이서는 오프셋 방식으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  29. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 배향막은 잉크젯 인쇄 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  30. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 배향막은 오프셋 인쇄 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  31. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 배향막은 롤러 표면에 상기 제 1 배향막 홀에 대응되는 부분이 제거되도록 배향막 물질을 분할 코팅한 후, 상기 롤러를 상기 제 2 기판 상에 가압하여 밀며 상기 배향막 물질을 인쇄하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  32. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 제 2 배향막을 형성하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 제 2 배향막은 상기 제 1 배향막에 구비된 홀에 대응되는 부위에 제 2 배향막 홀을 구비하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  34. 제 20항에 있어서,
    박막 트랜지스터 어레이는
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 데이터 라인과의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터; 및
    상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 홀은 화소 영역을 제외한 영역 중 소정 부위에 대응되어 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 홀은 게이트 라인 상에 대응되어 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  37. 제 35항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 홀은 데이터 라인 상에 대응되어 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  38. 제 34항에 있어서,
    상기 화소 영역을 제외한 영역에 대응하여, 상기 제 1 배향막 홀이 형성되지 않은 제 1 배향막 상에 제 2 스페이서를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시 장치의 제조 방법.
  39. 제 34항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이는
    상기 제 2 기판 상에 상기 화소 영역을 제외한 영역을 가리도록 형성된 블랙 매트릭스층; 및
    상기 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층을 포함하여 이루어진 액정 표시 장치의 제조 방법.
  40. 제 39항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 공통 전극층을 더 형성한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  41. 제 39항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 오버코트층을 더 형성한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  42. 제 39항에 있어서,
    상기 제 1 배향막 홀은 상기 블랙 매트릭스층 상부에 대응되어 소정 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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