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JP4344726B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、コンパクトで製造工程を単純化した液晶表示装置およびその製造方法に関する。
近年、情報化社会へと時代が急速に発展するに伴って、薄型化、軽量化、低消費電力化などの優れた特性を有する平板表示装置(flat panel display)の必要性が台頭している。一般に、平板表示装置の一つである液晶表示装置(LCD)は、陰極線管(CRT)に比べて視認性が優れており、同じ大きさの画面を有するCRTに比べて平均消費電力が小さいだけでなく、発熱量が少ないため、プラズマ表示装置(PDP:Plasma Display Panel)や電界放出表示装置(FED:Field Emission Display)と共に携帯電話やコンピュータのモニタ、テレビジョンの次世代表示装置として脚光を浴びている。
液晶表示装置は、電界生成電極がそれぞれ形成されている二つの基板を、電極が形成されている面が対向するように配置し、二つの基板の間に液晶物質を注入してから、二つの電極に電圧を印加して生成される電場により液晶分子を動かすことによって、変化する光の透過率を調節して画像を表現する装置である。
一般に、液晶は、その分子が異方性を有しており、その分子からなる液晶セルやフィルムの異方性が、液晶分子の分布および基板に対して傾いた角度(tilt angle)の程度によって変化する性質を有している。また、このような特性は、液晶からなるセルやフィルムを見る角度によって、光の偏光性を変化させる重要な原因となる。
一方、図1は、一般の液晶表示装置の構造を概略的に図示した図面である。図1に図示されたように、液晶表示装置は、薄膜トランジスタを備えた下板120と、カラーフィルタを備えた上板130と、前記上板130と前記下板120の離隔した間に充填された液晶層140と、前記下板120の下部面に付着されて自然光を線偏光として透過させる第1偏光板129と、前記上板130の上部面に付着され、前記第1偏光板129と垂直な透過軸を有する第2偏光板139とを含んで構成される。なお、前記下板120、前記上板130および前記液晶層140からなる液晶パネルの下部に備えられて、光源111から光を供給するバックライトユニット110をさらに含む。
前記下板120には、透明基板121上に交差配置されるゲート配線およびデータ配線が形成され、前記ゲート配線から延長されるゲート電極122と前記ゲート電極122を含む全面に形成されたゲート絶縁膜123と、前記ゲート絶縁膜123上に形成された半導体層124と、前記半導体層124上に形成されたソース/ドレイン電極125a、125bからなる薄膜トランジスタTFTとが形成され、保護膜126に形成されたコンタクトホールを通して前記薄膜トランジスタのドレイン電極125bと連結される画素電極127が形成される。
前記上板130には、前記画素電極127を除いた領域に光が透過することを遮断するために、透明基板131上にブラックマトリックス132が形成され、前記ブラックマトリックス132上に色相を表現するための赤、緑、青のカラーフィルタパターン133が形成され、前記カラーフィルタパターン133上に共通電極134が形成される。
前記第1、第2偏光板129、139は、透過軸が互いに90度交差するように、それぞれ前記下板120および前記上板130の外面に形成されて、入射される自然光を偏光成分に分けて、その片方だけを通過させ、他の成分を吸収または分散する。
すなわち、光は電磁波であり、その振動方向は進行方向に垂直である。偏光はその振動方向に偏っている光である。つまり、偏光は、進行方向に垂直な方向振動する光の中から特定方向に強く振動している光を意味する。
したがって、前記液晶パネルの下部に備えられたバックライトユニット110から出射される光が特定の方向に振動する確率は、全ての方向において同一である。このとき、前記第1、第2偏光板129、139は、このような光の中から偏光軸と同一な方向に振動する光だけ透過させ、そのほかの方向に振動する光は適当な媒質を用いて吸収または反射して、特定な方向に振動する光を作る役目をする。
前記液晶層140の上下に偏光軸が互いに直交するように、下板および上板に第1、第2偏光板129、139が付着されるため、前記液晶層140を通過する間偏光軸の回転程度によって透過光の強度が調節されて、ブラック(black)とホワイト(white)の間のグレイ(gray)表現が可能となる。
しかし、前記のような構成を有する液晶表示装置は、上板と下板をそれぞれ製造し、製造の後には合着工程および液晶形成工程を行うことによって液晶パネルが形成される。このように、上・下板をそれぞれ製造して合着することによって液晶パネルを形成する工程は、長い時間が所要され且つ工程が複雑で、製造収率の低下と共に製造費用の上昇をもたらす。
一方、前記液晶パネルの下板に付着された第1偏光板129により透過された偏光は、前記液晶パネルの内部を通過しながら非偏光された光を発生する。すなわち、前記下板120に形成された段差部と前記上板130に形成されたカラーフィルタ層133により光の散乱が発生して、非偏光された光へと変化する。よって、前記非偏光された光により液晶表示装置の光透過率が非常に低くなって、コントラスト比が下がる問題点が発生する。
本発明は、アレイ基板を形成し、前記アレイ基板上に液晶と光硬化性カラーフィルタレジンとを混合して、塗布後光硬化させて発生する相分離により赤、緑、青のカラーフィルタと共に上板が形成される液晶表示装置およびその製造方法を提供することに第1目的がある。
本発明は、偏光フィルムまたは補償フィルムを含む液晶表示装置において、アレイ基板形成時に上部基板と偏光フィルムまたは補償フィルムを一体化して形成し、相分離を用いて液晶層を形成することによって、製造収率が向上する革新的な液晶表示装置およびその製造方法を提供することに第2目的がある。
前記第1目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、赤、緑、青色の複数の画素領域で定義される第1基板と、前記第1基板上に形成されたアレイ素子と、前記第1基板上に形成された隔壁と一体に形成され、赤、緑、青色の高分子からなる第2基板と、前記第1、第2基板の間に形成された液晶層とを含んでなる。
また、前記第1目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、基板上に赤、緑、青色のカラー画素領域を区分してアレイ素子を形成する段階と、前記基板上に液晶と光硬化性カラー高分子の混合物を形成する段階と、前記カラー画素領域の境界部を露光して隔壁を形成する段階と、前記赤、緑、青色のカラー画素領域を順次露光する段階と、前記露光されたカラー画素領域に、前記液晶から相分離されたカラー高分子上板が形成される段階とを含んでなる。
発明によれば、前記上板は位相遅延値を有する。また、記上板は偏光を通過させる。これにより、本発明に係る液晶表示装置は、コンパクトで製造工程が単純で、製造収率を増加させ製造費用を節減することができる。

本発明は、液晶パネルのアレイ基板製造工程で偏光フィルムの役目をする偏光基板と液晶層が相分離により同時に形成されるので、液晶パネルの上、下部基板を一体に形成することができ、製造収率が増大し、工程の単純化および便利性の増大を可能とする。なお、本発明に係る液晶パネルは、偏光基板で偏光効果を有するので、別途の上部偏光フィルムを備える必要がなく、コンパクトであるという長所を有している。
また、本発明は、液晶パネルのアレイ基板製造工程で偏光板の役目をする偏光基板と液晶層が、相分離により同時に形成されるので、液晶パネルの上、下部基板を一体に形成することができ、製造収率が増大し、工程の単純化および便利性の増大を可能とする。
なお、本発明に係る液晶パネルの反応性液晶基板および偏光基板は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は液晶パネルの厚さを一定に維持して、画質を均一にする効果がある。また、本発明に係る液晶パネルは、上部基板と偏光板を同時に形成することにより、別途の偏光フィルムを備える必要がなくて、コンパクトな製品を具現する効果がある。
以下、添付の図面を参照して本発明に係る液晶表示装置の具体的な実施の形態について説明する。
図2および図3は、本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置を示す平面図および断面図である。
図2および図3に図示されたように、液晶表示装置は、下部基板201の上に、ゲート絶縁膜212を介して交差形成されたゲートライン202およびデータライン204と、その交差部ごとに形成された薄膜トランジスタ230と、その交差構造で設けられた画素領域に形成された画素電極222と、ゲートライン202とストーリジ電極228の重畳部に形成されたストーリジキャパシタ240と、ゲートライン202と接続されたゲートパッド250と、データライン204と接続されたデータパッド260とを備える。ゲート信号を供給する前記ゲートライン202とデータ信号を供給する前記データライン204は、交差構造で形成されて画素領域205を定義する。
前記薄膜トランジスタ230は、前記ゲートライン202のゲート信号に応答して、前記データライン204の画素信号が画素電極222に充電され維持されるようにする。このために、前記薄膜トランジスタ230は、前記ゲートライン202に接続されたゲート電極206と、前記データライン204に接続されたソース電極208と、前記画素電極222に接続されたドレイン電極210を備える。
また、前記薄膜トランジスタ230は、前記ゲート電極206と前記ゲート絶縁膜212を介して重畳され、前記ソース電極208と前記ドレイン電極210の間にチャンネルを形成する活性層214をさらに備える。そして、前記活性層214は、前記データライン204、データパッド下部電極262およびストーリジ電極228とも重畳するように形成される。かかる活性層214の上には、前記データライン204、ソース電極208、ドレイン電極210、データパッド下部電極262およびストーリジ電極228とオーミック接触のためのオーミック接続層216がさらに形成される。
前記画素電極222は、保護膜218を貫通する第1コンタクトホール220を通して前記薄膜トランジスタ230のドレイン電極210と接続されて、画素領域205に形成される。
よって、前記薄膜トランジスタ230を通して画素信号が供給された画素電極222と基準電圧が供給された共通電極(図示せず)の間には電界が形成される。
前記共通電極は、前記画素領域205に複数の枝を有する画素電極222と交互に形成することも可能であり、前記画素電極222と共通電極の間には横電界が形成され、液晶分子の回転によって画素領域205を透過する光透過率が変化することにより階調を具現する。
また、前記共通電極は、前記下部基板201上で前記画素電極222の下部に形成され、前記画素電極222は複数の枝形状で形成され、前記画素電極222と共通電極の間にフリンジフィールドを形成することによって液晶を駆動することもできる。
前記ストーリジキャパシタ240は、ゲートライン202と、そのゲートライン202とゲート絶縁膜212を介して重畳するストーリジ電極228とで構成される。ここで、前記ストーリジ電極228は保護膜18に形成された第2コンタクトホール242を通して画素電極222と接続される。かかるストーリジキャパシタ240は画素電極222に充電された画素信号を、次の画素信号が充電されるまで安定的に維持させる。
前記ゲートパッド250は、ゲートドライバ(図示せず)と接続されて,前記ゲートライン202にゲート信号を供給する。かかるゲートパッド250は、前記ゲートライン202から延長されるゲートパッド下部電極252と、ゲート絶縁膜212および保護膜218を貫通する第3コンタクトホール256を通してゲートパッド下部電極252と接続されたゲートパッド上部電極254とで構成される。
前記データパッド260は、データドライバ(図示せず)と接続されて、データライン204にデータ信号を供給する。かかるデータパッド260は、データライン204から延長されるデータパッド下部電極262と、保護膜218を貫通する第4コンタクトホール266を通してデータパッド下部電極262と接続されたデータパッド上部電極264とで構成される。
前記のような構成を有する液晶表示装置の下部基板201上に配向膜(図示せず)が形成され、前記下部基板201上に画素領域別にカラーフィルタ用上部基板291が形成されており、前記カラーフィルタ用上部基板291と前記下部基板201の間には液晶層が形成されている。
前記カラーフィルタ用上部基板291は、赤色サブカラーフィルタ用基板291rと緑色サブカラーフィルタ用基板291gと青色サブカラーフィルタ用基板291bとからなり、前記下部基板201と一定間隔離隔して対向し、高分子ポリマー材質からなる。
そして、前記カラーフィルタ用上部基板291は、各画素領域別に隔壁299により分離される構造を有する。このとき、前記隔壁299は、赤、青、緑の画素構造によって、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用することが可能である。前記カラーフィルタ用上部基板291は、赤、青、緑のカラーを有する基板であるので、別途のカラーフィルタ層を備えない。
なお、前記カラーフィルタ用上部基板291は、下部基板201上で光反応により次第に成長して形成されるので、前記下部基板201製造工程時に前記カラーフィルタ用上部基板および液晶層を同時に形成することができる。
したがって、別途の基板でカラーフィルタ用上部基板を製造して下部基板と合着する工程を行わず、一度の下部基板201製造工程で液晶表示装置が完成できるので、製造収率が向上し、工程が単純で便利性が増大する。
なお、本発明は、前記下部基板と上部基板とが一体に形成され、別途の合着工程が必要ないので、製造収率がさらに向上し、合着のためのシール剤が必要ないので、製造費用を低減する長所も有する。
なお、本発明に係る液晶表示装置は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は前記上部基板のスペーサの役目をすることができる。また、本発明に係る液晶表示装置の隔壁は、液晶パネルの厚さを一定に維持して、画質を均一にする長所を有している。
図4A乃至図4Hは、本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明する工程断面図である。ここで、前述した薄膜トランジスタ工程については省略し、赤、緑、青の各画素別に液晶層およびカラーフィルタ用基板形成工程について詳細に説明する。
図4Aに図示されたように、下部基板201上にゲート絶縁膜212が形成されており、前記ゲート絶縁膜212上に赤、緑、青の画素領域を区別するデータ配線204を形成される。そして、前記データ配線204上に保護膜218が形成されている。前記保護膜218上には配向膜が形成されることが可能である。
そして、図4Bに図示されたように、前記下部基板201上に光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー(red color filter resin monomer)282rと液晶(LC)281と支持層モノマー(binder monomer)(図示せず)を混合した赤色混合物280rを形成する。ここで、前記赤色カラーフィルタレジンモノマー282rは、UV照射時に高分子に硬化する特性を有する。
続いて、図4Cに図示されたように、前記赤色混合物280rが形成された基板201上にマスク296を被せて、赤色画素領域Rの境界部をまず露光する。前記マスク296は、透過部296aと遮断部296bを備え、前記透過部296aは、前記下部基板201上の赤色画素領域Rの境界部に対応して形成される。
したがって、前記マスク296上でUVを照射すると、前記透過部296aを通過したUVは、前記赤色混合物280rの光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー282rを硬化させて、シード(seed)の役目をする隔壁299aを形成する。
図4Dに図示されたように、前記隔壁299aが形成された基板201上にマスク295を被せて、赤色画素領域Rを露光する。前記マスク295は、透過部295aと遮断部295bを備え、前記透過部295aは前記基板201上の赤色画素領域Rに対応して形成される。
したがって、前記マスク295上でUVを照射すると、前記マスク295の透過部295aを通過したUVは、前記赤色画素領域R上に形成された赤色混合物280rの光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー282rを硬化させる。
このとき、光硬化による赤色カラーフィルタレジンモノマー282rの高分子化により液晶281と高分子が相分離されるので、前記赤色カラーフィルタレジンモノマー282rと支持層モノマーは、前記隔壁299aから成長して上部基板および赤色カラーフィルタの役目をする赤色カラーフィルタ用基板291rを形成することになる。
よって、前記下部基板201の赤色画素領域Rには、液晶281および赤色カラーフィルタ用基板291rが形成される。以降、青色、緑色画素領域B、G上に形成されている赤色混合物280rを除去する。
続いて、図4Eに図示されたように、前記下部基板201上に青色画素領域Bの境界部にシードの役目をする隔壁299bを形成する。このために、まず前記下部基板201上の光硬化性青色カラーフィルタレジンモノマー282bと液晶(LC)と支持層モノマー(図示せず)を混合した青色混合物280bを形成する。ここで、前記青色カラーフィルタレジンモノマー282bは、UV照射時に高分子に硬化する特性を有する。
そして、前記青色混合物280bが形成された下部基板201上にマスク296を被せて、青色画素領域Bの境界部をまず露光する。前記マスク296は、透過部296aと遮断部296bを備え、前記透過部296aは前記下部基板201上の青色画素領域Bの境界部に対応して形成される。
前記マスク296は、赤色カラーフィルタ用基板291rの隔壁299a形成時に使用されたマスク296と同一な番号を採用しているが、同一マスクを所定移動させて使用することも可能で、他のマスクの使用も可能である。
したがって、前記マスク296上でUVを照射すると、前記透過部296aを通過したUVは前記青色混合物280bの光硬化性青色カラーフィルタレジンモノマー282bを硬化させて、シードの役目をする隔壁299bを形成する。
図4Fに図示されたように、前記299bが形成された下部基板201上にマスク295を被せて、青色画素領域Bを露光する。前記マスク295は透過部295aと遮断部295bを備え、前記透過部295aは前記下部基板201上の青色画素領域Bに対応して形成される。
したがって、前記マスク295上でUVを照射すると、前記マスク295の透過部295aを通過したUVは、前記青色画素領域B上に形成された青色混合物280bの光硬化性青色カラーフィルタレジンモノマー282bを硬化させる。
前記マスク295は赤色カラーフィルタ用基板291r形成時の使用されたマスク295と同一な番号を採用しているが、同一マスクを所定移動させて使用することも可能で、他のマスクの使用も可能である。
このとき、光硬化による青色カラーフィルタレジンモノマー282bの高分子化により液晶281と高分子が相分離されるので、前記青色カラーフィルタレジンモノマー282bと支持層モノマーは、前記隔壁299bから上部基板である青色カラーフィルタ用基板291bを形成することになる。
よって、前記下部基板201の青色画素領域Bには、液晶281および青色カラーフィルタ用基板291bが形成される。以降、赤色、緑色画素領域R、B上に形成されている青色混合物280bを除去する。
そして、図4gに図示されたように、前記下部基板201上の緑色画素領域Gの境界部に、シードの役目をする隔壁299cを形成する。
まず、前記下部基板201上に光硬化性緑色カラーフィルタレジンモノマー282gと液晶(LC)281と支持層モノマーを混合した緑色混合物280gを形成する。ここで、前記緑色カラーフィルタレジンモノマー282gは、UV照射時に高分子に硬化する特性を有する。
続いて、前記緑色混合物280gが形成された下部基板201上にマスク296を被せて、緑色画素領域Gの境界部をまず露光する。前記マスク296は透過部296aと遮断部296bを備え、前記透過部296aは前記基板201上の緑色画素領域Gの境界部に対応して形成される。前記マスク296は赤色カラーフィルタ用基板291r、青色カラーフィルタ用基板291bの隔壁299a、299b形成時に使用されたマスク296と同一な番号を採用しているが、同一マスクを所定移動させて使用することも可能であり、他のマスクの使用も可能である。
前記マスク296g上でUVを照射すると、前記透過部296aを通過したUVは、前記緑色混合物280gの光硬化性緑色カラーフィルタレジンモノマー282gを硬化させて、シードの役目をする隔壁299cを形成する。
図4Hに図示されたように、前記隔壁299cが形成された下部基板201上にマスク295を被せて、緑色画素領域Gを露光する。前記マスク295は透過部295aと遮断部295bを備え、前記透過部295aは前記基板201上の緑色画素領域Gに対応して形成される。
前記マスク295は赤色カラーフィルタ用基板291r、青色カラーフィルタ用基板291b形成時に使用されたマスク295と同一な番号を採用しているが、同一マスクを所定移動させて使用することも可能であり、他のマスクの使用も可能である。
前記マスク295上でUVを照射すると、前記マスク295の透過部295aを通過したUVは、前記緑色画素領域G上に形成された緑色混合物280gの光硬化性緑色カラーフィルタレジンモノマー282gを硬化させる。
このとき、光硬化による緑色カラーフィルタレジンモノマー282gの高分子化により液晶281と高分子が相分離されるので、前記緑色カラーフィルタレジンモノマー282gと支持層モノマーは前記隔壁299cから成長して、上部基板である緑色カラーフィルタ用基板291gを形成することになる。
よって、前記下部基板201の緑色画素領域Gには液晶281および緑色カラーフィルタ用基板291gが形成される。以降、残っている緑色混合物280gを除去する。
前記のように下部基板201上に画素領域別にカラーフィルタ用上部基板291が形成されており、前記カラーフィルタ用上部基板291と前記下部基板201の間には、画素領域別に液晶281が形成されている。
そして、前記カラーフィルタ用上部基板291は、赤色サブカラーフィルタ用基板291rと緑色サブカラーフィルタ用基板291gと青色サブカラーフィルタ用基板291bとからなり、前記カラーフィルタ用上部基板291は各画素領域別に隔壁299により分離される構造を有する。
したがって、本発明は、液晶表示装置の下部基板製造工程で、カラーフィルタ用上部基板と液晶層が、相分離により下部基板上で同時に形成されるので、液晶パネルの上、下部基板が一体に形成でき、製造収率が増大し、工程の単純化および便利性の増大を可能とする革新的な発明である。
また、本発明は、前記下部基板と上部基板が一体に形成されるので、別途の合着工程が必要なく、上部基板製造工程が必要なくて、製造収率がさらに向上し、合着のためのシール剤が必要なくて製造費用を低減する長所も有している。
本発明に係る液晶表示装置は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は液晶パネルの厚さを一定に維持して、画質を均一にする。
図5A乃至図5Eは、本発明に係る第2の実施の形態であり、液晶表示装置の製造方法を順次説明する工程断面図である。ここで、図4A乃至図4Hを参照して前述した部分と同一な部分については、具体的な説明は省略する。
まず、図5Aに図示されたように、下部基板301上に赤色、緑色、青色画素領域境界部にシード399を形成する。このために、スタンプ398またはモールドを用いる方法で、前記下部基板301の前記画素領域境界部に高分子物質からなるシード399を形成する。前記下部基板上にシード399を形成する方法は、シルクスクリーンなどを用いる印刷方法、パターンを転写する方法、インプリンティングする方法などが使用可能である。
一方、前記シードはブラックレジンを含む高分子物質からなることも可能で、ブラックマトリックスパターン、すなわち、ゲートライン、データライン、画素領域境界部、薄膜トランジスタなどの領域に形成されて、ブラックマトリックスを代替することも可能である。
以降、図5Bに図示されたように、前記シード399が形成された下部基板301上に、光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー382rと液晶(LC)381と支持層モノマーを混合した赤色混合物280rを形成する。
そして、図5Cに図示されたように、前記シード399が形成された下部基板301上にマスク395を被せて、赤色画素領域Rを露光する。前記マスク395は透過部395aと遮断部395bを備え、前記透過部395aは前記下部基板301上の赤色画素領域Rに対応して形成される。
したがって、前記マスク395上でUVを照射すると、前記マスク395の透過部395aを通過したUVは、前記赤色画素領域R上に形成された赤色混合物380rの光硬化性赤色カラーフィルタレジンモノマー382rを硬化させる。
このとき、光硬化による赤色カラーフィルタレジンモノマー382の高分子化により液晶と高分子が相分離されるので、前記赤色カラーフィルタレジンモノマー382rと支持層モノマーは、前記シード399から上部基板である赤色カラーフィルタ用基板391rを形成することになる。
よって、前記下部基板301の赤色画素領域Rには、液晶381および赤色カラーフィルタ用基板391rが形成される。以降、青色、緑色画素領域上に形成されている赤色混合物380rを除去する。
そして、図5Dに図示されたように、下部基板301上に青色混合物380bを塗布し、マスク395を被せて露光して、相分離により青色画素領域に青色カラーフィルタ用基板391bと液晶381を形成する。以降、他の領域上に形成された青色混合物380bを除去する。
続いて、図5Eに図示されたように、下部基板301上に緑色混合物380gを塗布し、マスク395を被せて露光して、相分離により緑色画素領域Gに緑色カラーフィルタ用基板391gと液晶381を形成する。以降、他の領域上に形成された緑色混合物380gを除去する。
前記のように工程初期に各画素領域別境界部にシード399を形成することにより工程を短縮することができるので、製造収率がさらに向上する効果がある。
このように、本発明は、液晶表示装置でアレイ基板を形成し、前記アレイ基板上に液晶と光硬化性カラーフィルタレジンを混合して塗布してから光硬化して、相分離により赤、緑、青カラーフィルタと共に上板を形成することにより、製造収率を向上させ、工程の単純化および費用節減の効果がある。
なお、本発明は、別途のカラーフィルタ層を備えず、上板をカラーフィルタ層として使用することにより、薄型の製品が具現できる硬化がある。
一方、本発明は、偏光フィルムまたは補償フィルムを含む液晶表示装置で、アレイ基板形成時に上部基板と偏光フィルムまたは補償フィルムを一体化して形成し、相分離を用いて液晶層も形成することができる。
図6は、本発明の第3の実施の形態に係る液晶表示装置の部分断面図である。本発明に係る液晶表示装置は、マトリックス状の複数の薄膜トランジスタを含むアレイ素子が形成されたアレイ基板410上に配向膜411が形成されており、前記アレイ基板410と配向膜411の間にはアレイ素子が形成されているが、具体的に図示はしなかった。
図6を参照すると、アレイ基板410上に配向膜411が形成されており、前記アレイ基板410上に画素領域別に反応性液晶基盤432が形成されており、前記反応性液晶基板432と前記アレイ基板410の間には液晶層433が形成されている。
前記反応性液晶基板432は、前記アレイ基板410と一定間隔離隔して対向し、反応性液晶434と支持層モノマー(図示せず)とからなる。そして、前記反応性液晶基板432は、各画素領域別に隔壁432aにより分離される構造を有する。前記反応性液晶基板432は、リターダ(retarder)の役目をする。
前記アレイ基板410の下には下部偏光フィルム441が形成され、前記反応性液晶基板432上には上部偏光フィルム442が形成されている。そして、前記アレイ基板410と下部偏光フィルム442の間に、下部リターダ431が形成されている。
なお、前記反応性液晶基板432は、アレイ基板410上で液晶層433と相分離により同時に形成されるので、アレイ基板410を製造しながら液晶パネルを完成することができる。よって、製造収率および工程の単純化および便利性を増大する。
なお、本発明は、前記下部のアレイ基板410と上部の反応性液晶基板432が一体に形成されるので、別途の合着工程が必要なく、別途の上部基板製造工程およびリターダ形成工程が必要なくて製造収率がさらに向上し、合着のためのシール剤が必要なくて製造費用を低減する長所も有している。
なお、前記反応性液晶基板432は、反応性液晶434と支持層モノマー(図示せず)だけでなく、カラーフィルタレジンを含んでカラーフィルタの役目をすることも可能である。
このとき、前記隔壁432aは、赤、青、緑の画素構造によって各画素別に形成できるだけでなく、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。そして、前記カラーフィルタは、アレイ基板に形成されることも可能である。
一方、前記反応性液晶基板は、リターダの役目をすることにより位相差を補償するが、本発明によれば、画素個別に反応性液晶基板を形成することもでき、任意に選択された画素らをグルーピング(grouping)して反応性液晶基板を形成することもできるので、各画素別に位相差を相違する位相遅延値で補償することもでき、特定位置で発生する不良画素らを位相差補償により調整することもできる。
本発明に係る液晶表示装置の反応性液晶基板は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は液晶パネルの厚さを一定に維持して画質を均一にする。
かかる構成を有する液晶パネルの製造方法が、図7A乃至図7Eに図示されている。
図7A乃至図7Eは、本発明の第3の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明する工程断面図である。ここで、前述した薄膜トランジスタ工程については省略し、液晶層および反応性液晶基板形成工程について詳細に説明する。
図示されてはいないが、アレイ基板上に交差配置されるゲート配線およびデータ配線が形成され、前記ゲート配線から延長されるゲート電極と、前記ゲート電極を含む全面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたソース/ドレイン電極からなる薄膜トランジスタTFTとが形成され、保護膜に形成されたコンタクトホールを通して前記薄膜トランジスタのドレイン電極と連結される画素電極が形成される。
前記薄膜トランジスタTFTを通じて画素信号が供給された画素電極と、基準電圧が供給された共通電極との間には、電界が形成される。前記共通電極は、前記画素領域に複数の枝を有する画素電極と交互に形成されることも可能であり、前記画素電極と共通電極の間には横電界が形成され、液晶分子の回転程度によって画素領域を透過する光透過率が変化することにより、階調を具現する。
なお、前記共通電極は、前記アレイ基板上で前記画素電極下部に形成され、前記画素電極は複数の枝形状に形成されて、前記画素電極と共通電極の間にフリンジフィールドを形成することにより、液晶を駆動することも可能である。
図7Aを参照すると、前記のように形成された基板全面に配向膜411が形成される。
そして、図7Bに図示されたように、前記アレイ基板410上に光重合性反応性液晶(UV curable reactive mesogen)434と支持層モノマー(図示せず)と液晶(LC)433aの液晶混合物430を塗布する。前記反応性液晶434は、UV照射時に高分子に硬化して、支持層モノマーと上部基板の役目をする反応性液晶基板432を形成する。
続いて、図7Cに図示されたように、前記アレイ基板410上にマスク450を被せて、画素領域Pの境界部をまず露光する。前記マスク450は、透過部450aと遮断部450bを備え、前記透過部450a前記アレイ基板410上の画素領域Pの境界部に対応して形成される。
したがって、前記マスク450上でUVを照射すると、前記透過部450aを通過したUVは、前記液晶混合物430の反応性液晶434と支持層モノマーを硬化させて、シードとしてポリマー隔壁432aを形成する。
このとき、前記隔壁432aは、赤、青、緑の画素構造によって、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。
一方、前記隔壁432aは、前記アレイ基板410上の画素領域境界部のシードにより形成されることができる。このために、スタンプまたはモールドを用いる方法で、前記アレイ基板410の前記画素領域境界部に高分子物質からなるシードを形成する。前記下部基板上にシードを形成する方法は、シルクスクリーンなどを用いる印刷方法、パターンを転写する方法、インプリンティングする方法などの使用が可能である。
一方、前記シードは、ブラックレジンを含む高分子物質からなることも可能であり、ブラックマトリックスパターン、すなわち、ゲートライン、データライン、画素領域の境界部、薄膜トランジスタなどの領域に形成され、ブラックマトリックスを代替することも可能である。
続いて、図7Dに図示されたように、前記隔壁432aが形成されたアレイ基板410上の全面にUVを照射する。このとき、前記UVは、前記液晶混合物430の反応性液晶434と支持層モノマーを硬化させるので、前記隔壁432aからポリマーが成長して前記液晶433aから相分離されることにより、反応性液晶基板432を形成する。
すなわち、光硬化による反応性液晶434と支持層モノマーの高分子化により、液晶433aと高分子が相分離されるので、前記隔壁432aから上部基板である反応性液晶基板432を形成する。よって、前記アレイ基板410全面に液晶層433および反応性液晶基板432が形成される。
ここで、前記反応性液晶基板432は、リターダの役目もし、前記反応性液晶基板432の厚さをdとしたら、リターデーション(retardation:位相遅延値)は、Δnd(Δnは反応性液晶の複屈折率)を有する。
そして、図7Eに図示されたように、反応性液晶基板432上に上部偏光フィルム442を付着し、前記アレイ基板410下部に下部偏光フィルム441を付着して液晶パネルを完成する。
前記のように本発明は、液晶パネルのアレイ基板製造工程でリターダの役目をする反応性液晶基板432と液晶層433が、相分離により同時に形成されるので、液晶パネルの上、下部基板を一体に形成することができるので、製造収率が増大し工程の単純化および便利性の増大を可能とする革新的な発明である。
また、前記反応性液晶基板432は、反応性液晶434と支持層モノマー(図示せず)だけでなくカラーフィルタレジンを含んで、カラーフィルタの役目をすることもできる。このとき、前記隔壁432aは、赤、青、緑の画素構造によって各画素別に形成できるだけでなく、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。
そして、前記カラーフィルタはアレイ基板に形成されることも可能である。前記反応性液晶基板432は、アレイ基板410上で液晶層433と相分離により同時に形成されるので、アレイ基板410を製造しながら液晶パネルを完成することが可能なので、製造収率および工程の単純化および便利性の増大を可能とする。
また、本発明に係る液晶パネルの反応性液晶基板は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は、前記上部基板のスペーサの役目をすることができる。
また、本発明に係る液晶パネルは、上部基板とリターダを同時に形成することにより、別途のリターダを備える必要がなくて、コンパクトであるという長所を有している。
一方、前記反応性液晶基板は、リターダの役目をすることにより位相差を補償するが、本発明によれば、画素個別に反応性液晶基板を形成することも可能で、あり、任意に選択された画素らをグルーピングして反応性液晶基板を形成することもできるので、各画素別に位相差を相違する位相遅延値で補償することもでき、特定位置で発生する不良画素らを位相差補償により調整することも可能である。
図8は、本発明の第4の実施の形態に係る液晶表示装置の部分断面図である。前述したように、アレイ基板510上にマトリックス形態で薄膜トランジスタが形成されたアレイ素子が構成されている。そして、前記アレイ基板510上には配向膜が形成される。
また、図8に図示されたように、前記アレイ基板510上に画素領域別に偏光基板542が形成されており、前記偏光基板542と前記アレイ基板510の間には液晶層533が形成されている。
前記偏光基板542は、前記アレイ基板510と一定間隔離隔して対向し、反応性液晶534と支持層モノマー(図示せず)とからなる。
前記反応性液晶534は、スメティック系列液晶モノマーであり、特にスメティックA相液晶533aが好ましい。
そして、前記偏光基板542は各画素領域別に隔壁542aにより分離される構造を有する。このとき、前記隔壁542aは赤、青、緑の画素構造によって、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。
前記偏光基板542は、上部基板でありながら偏光フィルムの役目をする。
なお、前記偏光基板542はアレイ基板510上で液晶層533と相分離により同時に形成されるので、アレイ基板510を製造しながら液晶パネルを完成することができるので、製造収率および工程の単純化および便利性の増大を可能とする。
なお、本発明に係る液晶パネルの反応性液晶基板432は、画素領域境界部に隔壁が形成されて上部基板を形成するが、前記隔壁は前記上部基板のスペーサの役目をすることができる。
また、本発明に係る液層パネルは、上部基板と偏光板を同時に形成することにより、別途の偏光フィルムを備える必要がなくて、コンパクトであるという長所を有している。
かかる構成を有する液晶パネルの製造方法が図9A乃至図9Eに図示されている。 図9A乃至図9Eは、本発明の第4の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明する工程断面図である。ここで、前述した薄膜トランジスタ工程については省略し、液晶層および偏光上板形成工程について詳細に説明する。
まず、図9Aに図示されたように、アレイ基板510上に配向膜511を形成する。
そして、図9Bに図示されたように、前記アレイ基板510上に反応性液晶534と支持層モノマーと液晶(LC)533aの液晶混合物530を塗布する。ここで、前記反応性液晶543はスメティック相系列にする。
前記反応性液晶534は、UV照射時に高分子に重合されて、支持層モノマーと上部基板の役目をする偏光基板542を形成する。ここで、前記液晶混合物530にブラック染料を含めることが可能である。このとき、前記液晶533aとブラック染料は前記配向膜511により配向される。
続いて、図9Cに図示されたように、前記アレイ基板510上にマスク550を被せて、画素領域の境界部をまず露光する。前記マスク550は透過部550aと遮断部550bを備え、前記透過部550aは前記アレイ基板510上の画素領域Pの境界部に対応して形成される。
したがって、前記マスク550上でUVを照射すると、前記透過部550aを通過したUVは、前記液晶混合物530の反応性液晶534と支持層モノマーを光重合させて、シードとしてのポリマー隔壁542aを形成する。このとき、前記隔壁542aは、赤、青、緑の画素構造によって、ストライプ、スクェア、ダイヤモンド、トライアングルなど、多様な構造に応用できる。
一方、前記隔壁542aは、前記アレイ基板510上の画素領域境界部のシードにより形成されることが可能である。このために、スタンプまたはモールドを用いる方法で、前記アレイ基板510の前記画素領域境界部に高分子物質からなるシードを形成する。
前記下部基板上にシードを形成する方法は、シルクスクリーンなどを用いる印刷方法、パターンを転写する方法、インプリンティングする方法などを使用することが可能である。
一方、前記シードは、ブラックレジンを含む高分子物質からなることも可能であり、ブラックマトリックスパターン、すなわち、ゲートライン、データライン、画素領域境界部、薄膜トランジスタなどの領域に形成されて、ブラックマトリックスを代替することも可能である。
図9Dに図示されたように、前記隔壁542aが形成されたアレイ基板510上の全面にUVを照射する。このとき、前記UVは前記液晶混合物530の反応性液晶534と支持層モノマーを硬化させるので、前記隔壁542aからポリマーが成長して前記液晶533aから相分離されることにより、偏光基板542を形成する。
すなわち、光硬化による反応性液晶534と支持層モノマーの高分子化により、液晶533aと高分子が相分離されるので、前記隔壁542aから上部基板でありながら偏光フィルムの役目をする偏光基板542を形成する。
前記偏光基板542は前記反応性液晶534であるスメティック相系列液晶(スメティックA相)がブックセルフ構造の形成で偏光吸収格子を形成する。
したがって、前記のような高分子化により上部基板と上部偏光フィルムが一体化した偏光基板542が液晶層533から相分離され、同時に形成される。このとき、前記偏光基板542の厚さは十分厚くすることができるので、十分なOD(optical density)を確保することができる。
よって、前記アレイ基板510全面に液晶層533および偏光基板542が形成される。
そして、図9Eに図示されたように、前記アレイ基板510下部には下部偏光フィルム541が形成される。
以上、説明したように、本発明に係る液晶表示装置およびその製造方法は、前記実施の形態に限定されるのではなく、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者によりその変形や改良が可能であることが明白である。
一般の液晶表示装置の構造を概略的に図示した図面である。 本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明するための工程断面図である。 図4Aに続く工程断面図である。 図4Bに続く工程断面図である。 図4Cに続く工程断面図である。 図4Dに続く工程断面図である。 図4Eに続く工程断面図である。 図4Fに続く工程断面図である。 図4Gに続く工程断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明するための工程断面図である。 図5Aに続く工程断面図である。 図5Bに続く工程断面図である。 図5Cに続く工程断面図である。 図5Dに続く工程断面図である。 本発明の第3の実施の形態に係る液晶表示装置の部分断面図である。 本発明の第3の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明するための工程断面図である。 図7Aに続く工程断面図である。 図7Bに続く工程断面図である。 図7Cに続く工程断面図である。 図7Fに続く工程断面図である。 本発明の第4の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図である。 本発明の第4の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を順次説明するための工程断面図である。 図9Aに続く工程断面図である。 図9Bに続く工程断面図である。 図9Cに続く工程断面図である。 図9Dに続く工程断面図である。
符号の説明
201:下部基板 204:データライン
206:ゲート電極 208:ソース電極
210:ドレイン電極 212:ゲート絶縁膜
214:活性層 216:オーミック接触層
218:保護層 220:第1コンタクトホール
222:画素電極 230:薄膜トランジスタ
260:データパッド 264:データパッド上部電極
266:第4コンタクトホール 281:液晶
299:隔壁

Claims (29)

  1. 赤、緑、青色の複数の画素領域で定義される第1基板と、
    前記第1基板上に形成されたアレイ素子と、
    前記第1基板上に形成された隔壁と一体に形成され、赤、緑、青色の高分子からなる第2基板と、
    前記第1、第2基板の間に形成された液晶層と
    を含む液晶表示装置。
  2. 前記第2基板は、光硬化性カラーフィルタレジンモノマーと支持層モノマーを含んでなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記液晶層は、前記隔壁により区画されて形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記隔壁は、赤、緑、青色の画素領域の境界部に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記隔壁は、赤、緑、青色の高分子と同一色で形成されたことを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
  6. 前記隔壁は、ストライプ、ダイヤモンド、スクェア、トライアングルの構造で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  7. 前記隔壁の下部にシードが形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  8. 前記シードは、ブラックパターンであることを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置。
  9. 前記隔壁は、前記シードと接触されたことを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置。
  10. 前記隔壁は、互いに異なるカラーの隔壁側面と接触されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  11. 基板上に赤、緑、青色のカラー画素領域を区分してアレイ素子を形成する段階と、
    前記基板上に液晶と光硬化性カラー高分子の混合物を形成する段階と、
    前記カラー画素領域の境界部を露光して、前記光硬化性カラー高分子から隔壁を形成する段階と、
    前記赤、緑、青色のカラー画素領域を順次露光して、前記露光されたカラー画素領域に、前記液晶から相分離されたカラー高分子上板が形成される段階と
    を含む液晶表示装置の製造方法。
  12. 前記カラー高分子は、赤、緑、青色カラーフィルタレジンモノマーと支持層モノマーを含んでなることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  13. 前記カラー高分子上板は、前記各画素領域別に区画されて形成されることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  14. 前記液晶は、前記隔壁により互いに異なるカラー画素領域に分離されて形成されたことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  15. 前記隔壁は、成長した高分子と同一色で形成されたことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  16. 前記隔壁は、ストライプ、ダイヤモンド、スクェア、トライアングルの構造で形成されたことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  17. 前記隔壁は、カラー画素領域の境界部に形成された互いに異なるカラーの隔壁の側面が接触されたことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  18. 前記液晶層は、前記隔壁により区画されたことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  19. 前記カラー画素領域の境界部を露光して隔壁を形成する段階および前記カラー画素領域を順次露光する段階は、赤、緑、青色カラー画素領域別に順次形成されることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  20. 前記隔壁は、前記シードと接触されたことを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置の製造方法。
  21. 前記隔壁は、ブラック高分子物質を含むことを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置の製造方法。
  22. 前記シードは、スタンプ、モールドを用いて形成したことを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置の製造方法。
  23. 前記シードは、シルクスクリーン印刷法、インプリンティング、転写方法を用いて形成することを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置の製造方法。
  24. 前記赤、緑、青色のカラー画素領域に形成されたカラーフィルタは、順次形成されることを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置の製造方法。
  25. 前記カラーフィルタは、前記基板上に形成されたカラー高分子が露光されてカラー高分子上板を形成し、除去されてから、別の色のカラー高分子が基板上に形成されることを特徴とする請求項24に記載の液晶表示装置の製造方法。
  26. 前記シードは、複数の同一色画素領域を含む境界部に形成されたことを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置の製造方法。
  27. 前記シードは、ストライプ、ダイヤモンド、スクェア、トライアングルの構造で形成されたことを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置の製造方法。
  28. 前記カラー高分子上板は、前記シードから成長して形成されたことを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置の製造方法。
  29. 前記カラー高分子上板と前記隔壁は、積層されたことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
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