JP4657786B2 - 液晶表示パネルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は液晶表示パネルに関し、特に、液晶表示パネルの平坦化層およびスペーサーを形成する際にフォトリソグラフィー工程を実施することなくパターニングし得る液晶表示パネルおよびその製造方法に関する。
一般的に、液晶表示装置(LCD)は、ビデオ信号によって液晶セルの光透過率を調節することにより、液晶セルをマトリクス状に配列した液晶表示パネルにビデオ信号に対応する画像を表示する。そのため、液晶表示装置は、液晶セルがマトリクス状に配列されている液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを駆動するための駆動回路とを含んでいる。
このような液晶表示装置は、液晶を駆動させる電界方向が、基板に対して垂直方向となる縦電界を利用するTN(Twisted Nematic)モードと、基板に対して水平方向となる横電界を利用するIPS(インプレーンスイッチング)モードとに大別される。
TNモードは、上部基板に対向するように配置された画素電極と共通電極との間の垂直電界により液晶を駆動するモードであって、開口率が大きいという長所を有する反面、視野角が狭いという短所を有する。IPSモードは、下部基板上に平行に配置された画素電極と共通電極との間の水平電界により液晶を駆動するモードであって、視野角が広いという長所がある反面、開口率が小さいという短所がある。
図１は、従来のIPSモードの液晶表示パネルを示した断面図である。
図１を参照すると、IPSモードの液晶表示パネルは裏面に静電気などを防止するための透明電極層３を有する上部基板２上に、順に形成されたブラックマトリクス４、カラーフィルター６、平坦化層７、スペーサー13、および上部配向膜８から構成される上部アレー基板(またはカラーフィルターアレー基板)と、下部基板32上に形成された薄膜トランジスター(以下、「TFT」という)、共通電極18、画素電極16および下部配向膜38から構成される下部アレー基板(または薄膜トランジスターアレー基板)と、上部アレー基板と下部アレー基板とに挟まれた内部空間に注入されている液晶(図示せず)とを備えている。
図１を参照すると、IPSモードの液晶表示パネルは裏面に静電気などを防止するための透明電極層３を有する上部基板２上に、順に形成されたブラックマトリクス４、カラーフィルター６、平坦化層７、スペーサー13、および上部配向膜８から構成される上部アレー基板(またはカラーフィルターアレー基板)と、下部基板32上に形成された薄膜トランジスター(以下、「TFT」という)、共通電極18、画素電極16および下部配向膜38から構成される下部アレー基板(または薄膜トランジスターアレー基板)と、上部アレー基板と下部アレー基板とに挟まれた内部空間に注入されている液晶(図示せず)とを備えている。
上部アレー基板において、ブラックマトリクス４は、下部基板３２のTFT領域と複数のゲートラインおよびデータライン（図示せず）が配されている領域と重なるように形成され、カラーフィルター６が形成されるセル領域を区画する。ブラックマトリクス４は、光漏れを防止すると共に外部光を吸収してコントラストを高める役割をする。カラーフィルター６は、ブラックマトリクス４により分離されたセル領域に形成される。このカラーフィルター６は、R，G，B別に形成されてR，G，B色相を具現する。平坦化層７は、カラーフィルターを覆うように形成されて上部基板２を平坦化する。スペーサー13は上部基板２と下部基板32との間にセルギャップを維持する役割をする。
下部アレー基板において、TFTは、ゲートライン(図示せず)と共に下部基板32上に形成されるゲート電極９と、このゲート電極９とゲート絶縁膜44との上に重なる半導体層14，47と、この半導体層14，47の上に更に重なるデータライン(図示せず)と共に形成されるソース／ドレーン電極40，42とを備えている。このようなTFTは、ゲートラインからのスキャン信号に応答してデータラインから画素信号を画素電極16に供給する。画素電極16は、光透過率が高い透明伝導性物質からなる保護膜50を介してTFTのドレーン電極42と接触する。共通電極18は画素電極16と交差するようにストライプ形態に形成される。また、共通電極18は液晶駆動時に基準となる共通電圧を供給する。この共通電圧と画素電極16に供給される画素電圧との水平電界により液晶は水平方向を基準として回転する。
液晶配向のための上／下部配向膜8，38は、ポリイミドなどの配向物質を塗布した後にラビング工程を行うことにより形成される。
図２a〜図２fは、従来の液晶表示パネルの上部アレー基板の製造方法を段階的に示した断面図である。
先ず、スパッタリングなどの蒸着方法により上部基板２の背面に透明導電層３が形成される。次に、上部基板２の全面に不透明樹脂が塗布された後、第1マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によってパターニングされることにより、図２aに示したように、ブラックマトリクス４が形成される。ここで、ブラックマトリクス４を構成する物質としてクロームCrなどが利用される。
ブラックマトリクス４が形成された上部基板２上に赤色樹脂が蒸着された後、第2マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって赤色樹脂がパターニングされることにより、図２bに示したように、赤色カラーフィルターRが形成される。
赤色カラーフィルターRが形成された上部基板２上に緑色樹脂が蒸着された後、第3マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって緑色樹脂がパターニングされることにより、図２cに示したように、緑色カラーフィルターGが形成される。緑色カラーフィルターGが形成された上部基板２上に青色樹脂が蒸着された後、第4マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって青色樹脂がパターニングされることにより、図２dに示したように、青色カラーフィルターBが形成されることにより赤・緑・青色のカラーフィルター６が形成される。
赤・緑・青色のカラーフィルター６が形成された上部基板２上に有機物質が全面蒸着されることにより、図２eに示したように、平坦化層７が形成される。平坦化層７は、不透明樹脂で形成されたブラックマトリクス４の段差に起因して発生するディスクリネーション(Disclination)現象を防止するものである。
平坦化層７が形成された上部基板２上にスペーサー物質が蒸着された後、第5マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によってスペーサー物質がパターニングされることにより、図２fに示したようにスペーサー13が形成される。
このように、従来の液晶表示パネルの上部アレー基板を形成するためには少なくとも5回以上のマスク工程が必要である。各々のマスク工程はフォトリソグラフィー工程を含み、フォトリソグラフィー工程はフォトレジストの塗布、マスク整列、露光および現像を含む一連の写真工程である。このフォトリソグラフィー工程に要する所要時間は長く、フォトレジストとフォトレジストパターンを現像するための現像液の浪費も多く、その上更に、露光設備など高価な設備が必要になる。その結果、製造工程が複雑であり、液晶表示パネルの製造費用を高めているという問題点がある。
従って、本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであって、本発明の目的は液晶表示パネルの平坦化層およびスペーサーを形成する過程においてフォトリソグラフィー工程を実施することなくパターニングすることにより、製造工程を単純化すると共に製造費用を節減し得る液晶表示パネルおよびその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明を適用した液晶表示パネルは、基板上に形成されたブラックマトリクスと、このブラックマトリクスにより区画された領域に形成されたカラーフィルターと、このカラーフィルター上に一体化するように形成された平坦化層およびスペーサーと、を備えることを特徴とする。
また、平坦化層およびスペーサーは、20〜40％程の有機物、50〜80％程のバインダーおよび1〜10％程の光開示剤とを含むことを特徴とする。
また、有機物は、ポリエチレングリコールを含み、前記バインダーはスチレン−アクリルコモノマーを含むことを特徴とする。
また、スペーサーおよび平坦化層上に形成された共通電極を更に備えることを特徴とする。
また、本発明を適用した液晶表示パネルの製造方法は、基板上にブラックマトリクスを形成する段階と、このブラックマトリクスにより区画された領域にカラーフィルターを形成する段階と、このカラーフィルター上にモールディングレイヤーを利用して平坦化層およびスペーサーのうち少なくとも何れか一つを形成する段階とを含むことを特徴とする。
また、モールディングレイヤーを利用して前記平坦化層およびスペーサーを形成する段階は、モールディングレイヤー上にソフトモールドを安着させ、所定時間の間、モールディングレイヤーをベイキングする段階を含むことを特徴とする。
また、モールディングレイヤーは、20〜40％程の有機物、50〜80％程のバインダーおよび1〜10％程の光開示剤からなる液状高分子前駆体を含むことを特徴とする。
また、有機物はポリエチレングリコールを含み、バインダーはスチレン−アクリルコモノマーを含むことを特徴とする。
また、スペーサーおよび平坦化層上に共通電極を形成する段階を更に含むことを特徴とする。
また、モールディングレイヤーを利用して平坦化層およびスペーサーを形成する段階は、ソフトモールドの自重によりモールディングレイヤーを加圧する段階を含むことを特徴とする。
また、モールディングレイヤーを利用して平坦化層およびスペーサーを形成する段階は、カラーフィルター上にモールディングレイヤーを形成する段階と、このモールディングレイヤーを溝を有するソフトモールドで加圧することにより、溝の部分に対応するスペーサーと溝以外の部分に対応する平坦化層とを形成する段階とを含むことを特徴とする。
また、基板上にブラックマトリクスを形成する段階と、このブラックマトリクスにより区画された領域にカラーフィルターを形成する段階と、このカラーフィルター上に液状高分子前駆体を利用して一体化されたオーバーコート層およびスペーサーを形成する段階とを含むことを特徴とする。
また、液状高分子前駆体は、20〜40％程の有機物、50〜80％程のバインダーおよび1〜10％程の光開示剤とを含むことを特徴とする。
また、有機物はポリエチレングリコールを含み、バインダーはスチレン−アクリルコモノマーを含むことを特徴とする。
また、液状高分子前駆体を利用して平坦化層およびスペーサーを形成する段階は、液状高分子前駆体を溝を有するソフトモールドで加圧する段階と、このソフトモールドで加圧された液状高分子前駆体を、所定時間の間、ベイキングして溝の部分に対応するスペーサーと溝以外の部分に対応する平坦化層とを形成する段階とを含むことを特徴とする。
また、スペーサーおよび平坦化層上に共通電極を形成する段階を更に含むことを特徴とする。
また、液状高分子前駆体を溝を有するソフトモールドで加圧する段階は、ソフトモールドと液状高分子物質との間の反発力により、液状高分子物質がソフトモールドの有する溝内へ移動する段階を含むことを特徴とする。
また、液状高分子前駆体は、ソフトモールドと接触する際に反発力を発生するポリエチレングリコールを含むことを特徴とする。
また、ソフトモールドは、ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン、クロスリンクドノボラック樹脂のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする。
本発明による液晶表示パネルおよびその製造方法は、液状高分子前駆体物質をソフトモールドで加圧成型してスペーサーおよび平坦化層を形成することにより、露光および現像工程が省かれ、露光設備などの高価な設備が不要になる。これによって製造工程を単純化するとともに製造費用を節減することができる。
以下、図３〜図５cを参照しながら、本発明を実施するための最良の形態に基づく実施例について説明する。
図３は、本発明によるIPSモードの液晶表示パネルを示した断面図である。
図３に図示したIPSモードの液晶表示パネルは、裏面に静電気などを防止するための透明電極層103がある上部基板102上に、順に形成されたブラックマトリクス104、カラーフィルター106、平坦化層107、スペーサー113、および上部配向膜108から構成される上部アレー基板(またはカラーフィルターアレー基板)と、下部基板132上に形成されたTFT、共通電極118、画素電極116および下部配向膜138から構成される下部アレー基板(または薄膜トランジスターアレー基板)と、上部アレー基板と下部アレー基板とに挟まれた空間内に注入される液晶(図示せず)とを備えている。
図３に図示したIPSモードの液晶表示パネルは、裏面に静電気などを防止するための透明電極層103がある上部基板102上に、順に形成されたブラックマトリクス104、カラーフィルター106、平坦化層107、スペーサー113、および上部配向膜108から構成される上部アレー基板(またはカラーフィルターアレー基板)と、下部基板132上に形成されたTFT、共通電極118、画素電極116および下部配向膜138から構成される下部アレー基板(または薄膜トランジスターアレー基板)と、上部アレー基板と下部アレー基板とに挟まれた空間内に注入される液晶(図示せず)とを備えている。
上部アレー基板において、ブラックマトリクス104は、下部基板132のTFT領域と複数のゲートラインおよびデータラインが配されている領域と重なるように形成され、カラーフィルター106が形成されるセル領域を区画する。ブラックマトリクス104は、光漏れを防止すると共に外部光を吸収してコントラストを高める役割をする。カラーフィルター106は、ブラックマトリクス104により分離されたセル領域に形成され、R，G，B別に形成されて液晶駆動時に多様な色相を具現する。
平坦化層107は、カラーフィルター106を覆うように形成されて上部基板102を平坦化する。スペーサー113は、上部基板102と下部基板132との間にセルギャップを維持する役割をする。
このような平坦化層107およびスペーサー113は、ソフトモールド(図示せず)を利用した加圧成型方式により同時に形成される。ここで、平坦化層107およびスペーサー113物質としては、熱または光により硬化可能な液状高分子前駆体が利用される。
液状高分子前駆体は表１に示したような組成および組成比を有する。
基本樹脂はソフトモールドと接触する際に反発力を発生する物質であって、ポリエチレングリコール(PEG)が利用される。このポリエチレングリコールは、着色度(APHA)が20以下であって透明度が良好である。これによって、平坦化層の材料として利用された場合にも従来に比べて透過率が低下しない。
バインダーとしては、アクリリックモノマーに固着性が優れたスチレンコモノマーが添加されたスチレン−アクリルコモノマーが利用される。
このような液状高分子前駆体をソフトモールドで加圧成型してスペーサーおよび平坦化層を同時に形成する。これにより、従来に比べて製造工程が単純化されると共に製造費用を節減することができる。
下部アレー基板において、TFTは、ゲートライン(図示せず)と共に下部基板132上に形成されるゲート電極109と、このゲート電極109とゲート絶縁膜144との上に重なる半導体層114，147と、この半導体層114，147の上に更に重なるデータラインと共に形成されるソース／ドレーン電極140，142とを備えている。このように形成されたTFTは、ゲートラインからのスキャン信号に応答してデータラインから画素信号を画素電極116に供給する。画素電極116は光透過率が高い透明伝導性物質であって、保護膜150を介してTFTのドレーン電極142と接触している。共通電極118は画素電極116と交差するようストライプ形態に形成される。共通電極118は液晶駆動時に基準となる共通電圧を供給する。この共通電圧と画素電極116に供給される画素電圧との水平電界により、液晶は水平方向を基準として回転する。
液晶配向のための上／下部配向膜108，138は、ポリイミドなどのような配向物質を塗布した後、ラビング工程を行うことにより形成される。
図４a〜図４eは、本発明の液晶表示パネルの上部アレー基板の製造方法を段階的に示した断面図である。
先ず、スパッタリングなどの蒸着方法により上部基板102の背面に透明導電層103が形成される。次に、上部基板102の全面に不透明樹脂が塗布された後、第1マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によってパターニングされることにより、図４aに示したように、ブラックマトリクス104が形成される。ここで、ブラックマトリクス104を構成する物質としてクロームCrなどが利用される。
ブラックマトリクス104が形成された上部基板102上に赤色樹脂が蒸着された後、第2マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって赤色樹脂Rがパターニングされることにより、図４bに示したように、赤色カラーフィルターRが形成される。
赤色カラーフィルターRが形成された上部基板102上に緑色樹脂が蒸着された後、第3マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって緑色樹脂がパターニングされることにより、図４cに示したように、緑色カラーフィルターGが形成される。緑色カラーフィルターGが形成された上部基板102上に青色樹脂が蒸着された後、第4マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって青色樹脂がパターニングされることにより、図４dに示したように、青色カラーフィルターBが形成されて、赤・緑・青色カラーフィルター106が形成される。
赤・緑・青色カラーフィルター106が形成された上部基板102上に液状高分子前駆体 物質が形成された後、スペーサーを形成するための溝を有するソフトモールドで加圧成型することにより、図４eに示したように、平坦化層107とスペーサー113とが同時に形成される。
これについて図５a〜図５cを参照しながら詳細に説明する。
カラーフィルター106が形成された上部基板102上に、図５aに示したように、ノズルまたはスピンコーティングなどの塗布方法により液状高分子前駆体物質107aが塗布される。
カラーフィルター106が形成された上部基板102上に、図５aに示したように、ノズルまたはスピンコーティングなどの塗布方法により液状高分子前駆体物質107aが塗布される。
液状高分子前駆体物質107aは表２に示したような組成および組成比を有する。
基本樹脂は、ソフトモールド135と接触する際に反発力を発生する物質であってポリエチレングリコールが利用される。
バインダーとしては、アクリリックモノマーに固着性が優れたスチレンコモノマーが添加されたスチレン−アクリルコモノマーが利用される。ここで、液状高分子前駆体は、平坦化層およびスペーサーの高さを考慮して所定厚さを有するように塗布される。例えば、４μm程の高さを有するスペーサーと２μm程の平坦化層を設計する場合、約６μm程の厚さを有するように液状高分子前駆体物質107aが塗布される。
液状高分子前駆体物質107aは、図５bに示したように、溝134aと突出部134bとを有するソフトモールド134で加圧成型される。ソフトモールド134の溝134aはスペーサーが形成される領域に対応する。このようなソフトモールド134には、弾性が大きいゴム材料、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン、クロスリンクドノボラック樹脂などが利用される。
このソフトモールド134の突出部134bの表面をカラーフィルター106およびブラックマトリクス104に接触するようにして、液状高分子前駆体物質107aを所定時間の間、例えば、約10分〜２時間の間加圧する。この際、上部基板102を約130℃以下の温度でベイキングする。すると、ソフトモールド134と基板102との間に生じる圧力である毛細管力と、ソフトモールド134と液状高分子前駆体物質107aとの間に生じる反発力とにより、液状高分子前駆体物質107aの一部がソフトモールド134の溝134a内へ移動する。これによって、図５cに示したように、ソフトモールド134の溝134aとを反転したパターン形態が転写されて、平坦化層107およびスペーサー113が同時に形成される。
即ち、充分な厚さで液状高分子前駆体物質が塗布されることにより、ソフトモールド134の溝134a内へ移動した液状高分子前駆体物質107aはスペーサー113を形成し、ソフトモールド134の溝134a内へ移動されない液状高分子前駆体物質107aは平坦化層107を形成する。 この後、平坦化層107およびスペーサー113上に配向膜を形成する。
なお、図６に示したように、下部アレー基板に位置する画素電極と垂直電界を成すための共通電極165とを平坦化層107およびスペーサー113上に形成することもできる。
したがって、本発明による液晶表示パネルおよびその製造方法は、カラーフィルターが形成された基板上に液状高分子前駆体物質を形成した後、ソフトモールドの自重により加圧成型してスペーサーおよび平坦化層を形成する。これによって、露光および現像工程が省かれ、露光設備などの高価な設備が不要になるなど、製造工程を単純化するとともに製造費用を節減することができる。
なお、フォトリソグラフィー工程を実施することなくソフトモールドを用いてスペーサーおよび平坦化層を同時に形成する方式は、IPSモードの液晶表示パネルおよびTNモードの液晶表示パネルだけでなく、ECB（電界制御複屈折）モード、延いてはVA(Vertical Alignment)モードの液晶表示パネルにも適用することができる。
2，102 上部基板
4，104 ブラックマトリクス
18，118 共通電極
32，132 下部基板
6，106 カラーフィルター
7，107 平坦化層
134 ソフトモールド
113 スペーサー
4，104 ブラックマトリクス
18，118 共通電極
32，132 下部基板
6，106 カラーフィルター
7，107 平坦化層
134 ソフトモールド
113 スペーサー
Claims (6)
- 基板上にブラックマトリクスを形成する段階と、前記ブラックマトリクスにより区画された領域にカラーフィルターを形成する段階と、前記カラーフィルター上に液状高分子前駆体を利用して一体化された平坦化層およびスペーサーを形成する段階と、を含み、
前記液状高分子前駆体は、２０〜４０％程の基本樹脂、５０〜８０％程のバインダーおよび１〜１０％程の光開始剤を含み、
前記液状高分子前駆体を利用して前記平坦化層およびスペーサーを形成する段階は、前記液状高分子前駆体上に溝を有するソフトモールドを安着させて、前記ソフトモールドの自重により前記液状高分子前駆体を加圧する段階を含み、
前記基本樹脂はポリエチレングリコールであり、前記バインダーはスチレン−アクリルコモノマーであることを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
- 前記液状高分子前駆体を利用して前記平坦化層およびスペーサーを形成する段階は、前記ソフトモールドで加圧された前記液状高分子前駆体を、所定時間の間、ベイキングして前記溝の部分に対応するスペーサーと前記溝以外の部分に対応する平坦化層とを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記スペーサーおよび平坦化層上に共通電極を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記液状高分子前駆体を溝を有するソフトモールドで加圧する段階は、前記ソフトモールドと前記液状高分子物質との間の反発力により、液状高分子物質が前記ソフトモールドの有する溝内へ移動する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記液状高分子前駆体は、前記ソフトモールドと接触する際に反発力を発生するポリエチレングリコールを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記ソフトモールドは、ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン、およびクロスリンクドノボラック樹脂のうち少なくとも何れか一つからなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネルの製造方法。
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