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KR20070055820A - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20070055820A
KR20070055820A KR1020050114268A KR20050114268A KR20070055820A KR 20070055820 A KR20070055820 A KR 20070055820A KR 1020050114268 A KR1020050114268 A KR 1020050114268A KR 20050114268 A KR20050114268 A KR 20050114268A KR 20070055820 A KR20070055820 A KR 20070055820A
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 필링 문제가 발생하는 기판과 패턴 사이 또는 패턴과 다른 패턴 사이에 폴리머 접착층을 개재하여 공정에러를 줄이고 소자의 신뢰성을 향상시키고자 하는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 제 1 기판의 내측면에 형성된 게이트 배선, 데이터 배선, 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 제 1 기판과의 사이에 액정층을 두고 상기 제 1 기판에 대향합착된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 블랙 매트릭스 및 컬러필터층과, 상기 제 1 ,제 2 기판을 접착시키기 위해 기판의 가장자리에 형성되는 씨일제와, 상기 제 1 ,제 2 기판 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서와, 상기 구성요소 사이에 개재되어 구성요소들끼리의 접착특성을 향상시키고자 하는 폴리머 접착층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
폴리머 접착층, 필링, 접착력

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Device And Method For Fabricating The Same}
도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자 제조방법의 순서를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 공정단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 공정단면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예를 설명하기 위한 공정단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
101 : 제 2 기판 102 : 제 1 기판
103 : 액정층 111 : 블랙 매트릭스
112 : 컬러필터층 113 : 공통전극
115 : 스페이서 116 : 씨일제
122 : 화소전극 132 : 게이트 배선
190 : 폴리머 접착층
본 발명은 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 나노 폴리머 접착층을 적용하여 기판과 패턴 사이 또는 패턴과 다른 패턴 사이의 필링(peeling) 문제를 개선하고자 하는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래 고품위 TV(high definition TV) 등의 새로운 첨단 영상기기가 개발됨에 따라 브라운관(CRT) 대신에 액정표시소자(LCD :Liquid Crystal Display), ELD(electro luminescence display), VFD(vacuum fluorescence display), PDP(plasma display panel)등과 같은 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그 중에서도 액정표시소자는 평판 표시기의 대표적인 기술로써 박형, 저가, 저소비 전력 구동 등의 특징을 가져 랩 톱 컴퓨터(lap top computer)나 포켓 컴퓨터(pocket computer)의 표시 외에 차량 적재용, 칼라 TV의 화상용으로도 그 용도가 급속하게 확대되고 있다.
이러한 특성을 갖는 액정표시소자는 상부기판인 컬러필터(color filter) 어레이 기판과 하부기판인 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정이 형성되는 구조를 가지는 것으로, 화소 선택용 어드레스(address) 배선을 통해 수십 만개의 화소에 부가된 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭 동작시켜 해당 화소에 전압을 인가해 주는 방식으로 구동하게 된다.
상기와 같은 액정표시소자를 제조하기 위해서는, 크게 트랜지스터 공정, 컬러필터 공정, 씨일제 형성공정, 스페이서 형성공정, 액정주입 공정 등을 수행하여야 한다.
이하에서, 도 1을 참고로 하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자 제조방법의 순서를 나타낸 블록도이다.
먼저, 트랜지스터 공정(S1)은 제 1 기판 상에 증착(deposition) 및 포토리소그래피(photolithography), 식각(etching) 공정을 반복함으로써 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 각 화소 영역 내에 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 공정이다.
그리고, 상기 컬러필터 공정(S2)은 제 2 기판 상에 블랙 매트릭스(black matrix)를 형성하고, 그 위에 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 컬러필터층을 형성한후, 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 공통전극을 형성하는 공정이다. 이때, 상기 컬러필터층의 단차를 보상하고 컬러필터층의 물질이 액정층으로 확산되는 것을 방지하기 위해서, 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 오버코트층을 더 형성해준다.
상기 트랜지스터 공정 및 컬러필터 공정을 각각 마친후, 각종 패턴이 구비된 제 1 기판 또는 제 2 기판을 포함한 전면에 액정의 초기배향을 결정하기 위한 배향막을 더 형성하기도 한다.
상기에서와 같이, 트랜지스터 공정 및 컬러필터 공정을 수행한 다음에는, 기판 사이의 셀 갭을 유지하기 위해 제 2 기판의 전면에 4∼5㎛의 크기로 제작된 플 라스틱 볼(plastic ball)이나 실리카(silica) 구와 같은 볼 스페이서(ball spacer)를 산포하는 스페이서 형성공정(S3)을 수행한다.
이어서, 셀 갭을 형성함과 동시에 액정의 누출을 방지하기 위해 상기 제 1 기판의 가장자리에 마이크로 펄(micro pearl) 등을 섞은 씨일제를 액정주입구를 제외한 나머지 영역에 프린팅 방법으로 형성하는 씨일제 형성공정(S4)을 수행한다.
계속하여, 볼 스페이서가 형성된 제 2기판과 씨일제가 형성된 제 1 기판을 정렬 마크를 기준으로 자동 정렬한 후 대향 합착시키고, 고온 및 고압 하에서 상기 씨일제를 경화시켜 두 기판을 완전히 접착시키는 기판 합착공정(S5)을 수행한다.
도시하지는 않았으나, 완전히 접착된 상기 두 기판을 필요한 크기로 절단하기 위해서 기판 표면에 라인을 형성하는 스크라이브 공정과 상기 라인에 충격을 가하여 접착된 기판을 액정셀 단위로 분리하는 브레이크 공정을 더 수행한다.
마지막으로, 액정셀 공정은 트랜지스터 공정이 완료된 제 1 기판과 컬러필터 공정이 완료된 제 2 기판을 두 기판 사이로 액정주입구를 통하여 액정을 주입하고, 상기 액정주입구를 봉지하여 액정층을 형성하는 액정주입공정(S5)을 수행하여 액정표시소자를 완성한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 기판 상에 게이트 배선 형성시 금속 물질을 사용하는데, 기판과 게이트 배선용 물질 사이에 접착력이 떨어져 게이트 배선용 물질이 기판으로부터 필링 되는 문제점이 있었다.
둘째, 대향합착된 기판 사이의 간극을 유지하기 위해서 스페이서를 더 구비하지만, 여러 가지 이유로 두 기판 사이의 간극이 넓어지는 경우, 스페이서가 액정층 내부에서 고정되지 않고 움직이는 문제점이 있었다. 이와같이 스페이서가 움직이게 되면, 스페이서가 골고루 분포되지 못하고 액정표시소자를 세울 경우 중력에 의해 스페이서가 중력 방향으로 몰리게 되는 문제점이 있었다.
셋째, 컬러필터층을 포함한 기판 전면에 오버코트층을 구비하는 경우, 씨일제가 형성되는 기판 가장자리의 오버코트층이 기판으로부터 필링되는 문제점이 있었는바, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 씨일제가 형성되는 기판 가장자리의 오버코트층을 제거하는 패터닝 공정을 추가하였다. 그러나, 이 경우 포토식각공정을 추가수행하고 고가의 노광장비를 사용해야 하므로 공정시간 및 코스트가 증가하는 또다른 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 필링 문제가 발생하는 기판과 패턴 사이 또는 패턴과 다른 패턴 사이에 폴리머 접착층을 개재하여 공정에러를 줄이고 소자의 신뢰성을 향상시키고자 하는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
폴리머 접착층은 스핀 코팅법 또는 잉크젯 프린팅 방법으로 형성하므로 용이하게 공정을 수행할 수 있고 포토식각공정을 수행하는 것이 아니므로 폴리머 접착층 형성공정을 추가하더라도 공정시간 또는 공정비용이 증가하는 것은 아니다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 액정표시소자는 제 1 기판의 내측면에 형성된 게이트 배선, 데이터 배선, 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 제 1 기판과의 사이에 액정층을 두고 상기 제 1 기판에 대향합착된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 블랙 매트릭스 및 컬러필터층과, 상기 제 1 ,제 2 기판을 접착시키기 위해 기판의 가장자리에 형성되는 씨일제와, 상기 제 1 ,제 2 기판 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서와, 상기 구성요소 사이에 개재되어 구성요소들끼리의 접착특성을 향상시키고자 하는 폴리머 접착층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위한 액정표시소자의 제조방법은 제 1 ,제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상에 게이트 배선 및 데이터 배선을 교차하여 화소를 정의하고 각 화소 내에 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판 상에 블랙 매트릭스 및 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 또는 제 2 기판의 가장자리에 씨일제를 형성하는 단계와, 상기 제 1 또는 제 2 기판의 전면에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 제 1 ,제 2 기판을 대향합착하고 그 사이에 액정층을 형성하는 단계와, 상기 구성요소 사이에 개재시켜 구성요소들끼리의 접착특성을 향상시키고자 하는 폴리머 접착층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 필링 문제가 발생하는 기판과 패턴 사이 또는 패턴과 다른 패턴 사이에 폴리머 접착층을 개재하여 구성요소들끼리의 접착특성을 향상시키고자 하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 폴리머 접착층은 스티렌(Styrene), MMA(methyl methacrylate), BCB(benzocyclobutene)를 일정한 비율로 합성한 물질로 형성하며, 5nm 이하의 초박막 두께를 가지도록 형성한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 액정표시소자 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 공정단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 액정표시소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 대향하는 제 1 ,제 2 기판(102,101)과, 액정주입구를 제외하고 상기 제 1 기판(102) 가장자리에 형성되어 두 기판을 접착하는 씨일제(116)와, 상기 제 1 ,제 2 기판(302,301) 사이의 셀 갭과 액정주입구에서의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(115)와, 상기 제 1 ,제 2 기판 사이에 봉입된 액정층(103)으로 구성된다.
이 때, 상기 제 1 기판(102)의 내측면에는 수직 교차하여 화소를 정의하는 데이터 배선(도시하지 않음) 및 게이트 배선(132)과, 두 배선의 교차 지점에 형성되어 각 화소의 온/오프(On/Off)를 결정하는 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 공통전극에 대향되어 액정을 구동하기 위한 전압을 인가하는 화소전극(122)과, 상기 제 1 기판(102)과 게이트 배선(132)의 접착 특성을 개선하기 위해 그 사이에 구비된 폴리머 접착층(190)이 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 배선에서 분기된 게이트 전극(132a)과, 상기 게이트 전극에 절연되어 게이트 전극 상에 형성된 반도체층(134)과, 상기 데이터 배선에서 분기된 소스/드레인 전극(135a,135b)으 로 이루어지며, 상기 게이트 전극(132a) 하부에도 폴리머 접착층(190)이 더 구비된다.
그리고, 제 2 기판(101)의 내측면에는 빛샘을 방지하고 RGB의 혼색을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(111)와, 색상을 구현하기 위한 RGB의 컬러필터층(112)과, 상기 화소전극과 더불어 액정에 전압을 인가해주기 위한 공통전극(113)과, 상기 제 2 기판(101)과 블랙 매트릭스(111)의 접착 특성을 개선하기 위해 그 사이에 구비된 폴리머 접착층(190)이 형성되어 있다.
이와같이, 본 발명에 의한 게이트 배선(132) 및 박막트랜지스터의 게이트 전극(132a)은 제 1 기판(102)으로부터 필링되는 것을 방지하기 위해서, 제 1 기판과 상기 게이트 배선 사이 그리고, 제 1 기판과 박막트랜지스터의 게이트 전극 사이에 폴리머 접착층(190)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 블랙 매트릭스(111)가 제 2 기판(101)으로부터 필링되는 것을 방지하기 위해서, 제 2 기판과 상기 블랙 매트릭스 사이에 폴리머 접착층(190)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리머 접착층(190)은 스티렌, MMA, BCB를 일정한 비율로 합성한 물질로 형성하며, 5nm 이하의 초박막 두께를 가지도록 형성한다.
이하에서, 상기 게이트 배선 및 박막트랜지스터의 게이트 전극 하부에 구비되는 폴리머 접착층의 패터닝 과정을 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(102) 상에 스티렌, MMA, BCB를 일정한 비율로 합성한 물질을 스핀-코팅(spin-coating) 방식과 롤-코팅(roll- coating) 방식을 이용하여 5nm 이하의 초박막 두께의 폴리머 접착층(190)을 형성하고, 그 위에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : Aluminum Neodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 중에서 어느 하나의 금속을 선택하여 스퍼터링(sputtering) 방법으로 2000Å 내외의 두께로 증착하여 금속물질층(132d)을 형성한다.
그리고, 상기 금속물질층(132d) 상에 UV 경화성 수지(Ultraviolet curable resin)인 포토 레지스트(Photo resist)(191)를 도포한 후, 상기 포토 레지스트(191) 상부에 소정의 패턴이 형성된 노광마스크를 씌워서 UV 또는 x-선 파장에 노출시켜 노광시킨 뒤, 노광된 포토 레지스트(191)를 현상하여 패터닝한다.
다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 패터닝된 상기 포토 레지스트(191) 사이로 노출된 금속물질층(132d)을 식각하여 게이트 배선(132) 및 박막트랜지스터의 게이트 전극(도 2의 132a)을 형성한다.
계속해서, 패터닝된 상기 포토 레지스트(191) 사이로 노출된 폴리머 접착층(190)을 식각한다. 이로써, 게이트 배선 및 게이트 전극 하부의 폴리머 접착층이 상기 게이트 배선 및 게이트 전극과 동일한 형태로 패터닝된다.
이때, 상기 금속물질층(132d) 및 폴리머 접착층(190)을 식각함에 있어서, 상기 금속물질층은 습식식각하고, 상기 폴리머 접착층은 건식식각할 수 있다. 또는, 상기 금속물질층 및 폴리머 접착층을 모두 건식식각할 수 있는데, 건식식각으로 패터닝하는 경우 하나의 챔버에서 동시에 건식식각한다. 다만, 하나의 건식식각 챔버 내에서 일괄적으로 식각가능하는 경우, 피식각물질이 서로 상이하므로 식각가스도 달리해준다. 먼저, 금속물질(ex, Mo)을 식각할 경우에는 SF6, Cl2, O2를 사용하고, 폴리머 접착층을 식각할 경우에는 O2를 사용한다.
마지막으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 남아있는 포토 레지스트를 스트립하면, 제 1 기판(102)과 게이트 배선(132) 사이 그리고, 제 1 기판과 게이트 전극 사이에 폴리머 접착층(190)이 개재되어 접착특성이 향상된다.
한편, 블랙 매트릭스 하부에 구비되는 폴리머 접착층의 패터닝 과정도 상기와 동일 또는 유사한데, 제 2 기판(도 2의 101) 상에 폴리머 접착층 및 블랙 매트릭스용 물질을 차례로 증착하고, 포토식각공정을 통하여 상기 블랙 매트릭스용 물질 및 폴리머 접착층을 동시에 또는 이시에 패터닝함으로써 폴리머 접착층(도 2의 190)이 하부에 구비된 블랙 매트릭스(도 2의 111)를 완성한다. 이때, 상기 블랙 매트릭스용 물질은 크롬산화물(CrOx), 크롬(Cr), 카본(carbon) 계통의 유기물질 등을 사용할 수 있다.
제 2 실시예
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도이고, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 공정단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자는, 도 4에 도시된 바와 같이, 대향하는 제 1 ,제 2 기판(202,201)과, 액정주입구를 제외하고 상기 제 1 기판(202) 가장자리에 형성되어 두 기판을 접착하는 씨일제(216)와, 상기 제 1 ,제 2 기판(202,201) 사이의 셀 갭과 액정주입구에서의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서 (215)와, 상기 제 1 ,제 2 기판 사이에 봉입된 액정층(203)으로 구성된다.
이 때, 상기 제 1 기판(202)의 내측면에는 수직 교차하여 화소를 정의하는 데이터 배선(도시하지 않음) 및 게이트 배선(232)과, 두 배선의 교차 지점에 형성되어 각 화소의 온/오프(On/Off)를 결정하는 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 공통전극에 대향되어 액정을 구동하기 위한 전압을 인가하는 화소전극(222)과, 상기 화소전극(222)을 포함한 전면에 형성되는 배향막(292)과, 상기 배향막(292)을 포함한 전면에 형성되어 상기 배향막과 액정층의 접착층을 개선하는 폴리머 접착층(290)이 구비되어 있다.
그리고, 제 2 기판(201)의 내측면에는 빛샘을 방지하고 RGB의 혼색을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(211)와, 색상을 구현하기 위한 RGB의 컬러필터층(212)과, 상기 화소전극과 더불어 액정에 전압을 인가해주기 위한 공통전극(213)과, 상기 공통전극(222)을 포함한 전면에 형성되는 배향막(292)과, 상기 배향막(292)을 포함한 전면에 형성되어 상기 배향막과 액정층의 접착층을 개선하는 폴리머 접착층(290)이 구비되어 있다.
이와같이, 제 1 ,제 2 기판 내측면에는 액정층의 초기배향을 결정짓기 위해 배향막이 더 구비되는데, 액정층과 배향막 사이에 박막의 폴리머 접착층을 더 개재하여 액정층의 앵커링 에너지(anchoring energy)를 상승시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 배향막은 액정층의 초기배향을 결정하기 위해서, 러빙롤에 의해 러빙처리되거나 또는 광조사에 의해 광처리되는데, 유동성이 있는 액정층이 상기 폴 리머 접착층에 의해 보다 안정적으로 초기 배향되는 것이다.
상기 폴리머 접착층(290)은 스티렌, MMA, BCB를 일정한 비율로 합성한 물질로 형성하며, 5nm 이하의 초박막 두께를 가지도록 형성한다.
이하에서, 제조방법을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, 게이트 배선, 데이터 배선, 박막트랜지스터, 화소전극 등의 패턴들이 형성된 제 1 기판 상의 이물질을 제거하기 위해 기판 세정공정을 수행하고, 도 5a에 도시된 바와 같이, 배향막 인쇄장치(294)를 이용하여 반송플레이트(299)에 의해 일방향으로 전진하는 제 1 기판(202) 상면에 배향막 원료액 예컨대, 폴리아믹산, 가용성 폴리이미드를 인쇄하는 배향막 인쇄공정을 행한다,
그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 배향막(292)이 형성된 제 1 기판(202)를 핫챔버(hot chamber, 296)에 인입시켜 핫플레이트(hot plate, 295)에 로딩시킨 후 열을 가하여 배향막을 경화시킨다. 즉, 상기 배향막 원료액을 60℃∼80℃ 정도의 온도로 가열하여 1차 경화한 다음, 좀더 높은 80℃∼200℃ 정도의 온도로 가열하여 2차 경화한다.
계속해서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 원통 형태의 러빙롤(297)를 이용하여 반송 플레이트(298)에 의해 일방향으로 전진하는 제 1 기판(202)의 배향막(292) 표면을 일정한 방향으로 문질러 홈을 만들어주는 러빙공정을 행한다. 이로써 배향막에 프리틸트각이 구현된다. 러빙롤을 이용한 러빙공정 이외에 광조사를 이용하여 배향막에 프리틸트각을 구현할 수도 있다.
이와같이, 배향막 표면을 러빙롤로 균일한 압력과 속도로 마찰시켜 배향막 표면의 고분자 사슬을 일정방향으로 정렬시킴으로써 배향막에 접하는 액정층의 분자들도 일정하게 배열될 것이다.
다음, 도 5d에 도시된 바와 같이, 러빙처리된 배향막(292)이 구비된 제 1 기판(202) 전면에 스핀-코팅(spin-coating) 방식 또는 롤-코팅(roll-coating) 방식을 이용하여 폴리머 접착층(290)을 코팅한 후, 용제를 휘발시키기 위해서 경화한다. 상기 폴리머 접착층(290)은 스티렌, MMA, BCB를 일정한 비율로 합성한 물질로 형성하며, 5nm 이하의 초박막 두께를 가지도록 형성한다.
한편, 블랙 매트릭스, 컬러필터층, 공통전극이 구비된 제 2 기판에 대해서도 상기와 동일 또는 유사한 방법으로 배향막 상에 폴리머 접착층을 형성한다.
마지막으로, 접착제 역할을 하는 씨일제(도 2의 216)가 구비된 제 1 기판과 스페이서(spacer, 215)를 산포된 제 2 기판을 대향 합착시키고, 두 기판 사이에 액정으로 주입하고 액정이 흘러나오지 않도록 액정주입구를 봉지하면 원하는 액정표시소자가 완성된다.
이때, 액정층과 배향막 사이에 폴리머 접착층이 개재되어 있으므로 액정층의 배향막에 대한 앵커링 에너지가 상승되어 액정층의 배향이 보다 안정적이게 된다.
한편, 상기 오버코트층과 상기 씨일제 사이의 접착특성이 나쁘므로 오버코트층과 씨일제 사이에 폴리머 접착층을 더 개재할 수 있다. 이경우에는, 씨일제가 형성될 부분의 오버코트층 상에 폴리머 접착층을 프린팅 방법으로 형성한다.
제 3 실시예
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 3 실시예를 설명하기 위한 공정단면도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시소자는, 도 6에 도시된 바와 같이, 대향하는 제 1 ,제 2 기판(302,301)과, 액정주입구를 제외하고 상기 제 1 기판(302) 가장자리에 형성되어 두 기판을 접착하는 씨일제(316)와, 상기 제 1 ,제 2 기판(302,301) 사이의 셀 갭과 액정주입구에서의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(315)와, 상기 스페이서(315)와 제 2 기판의 패턴 사이에 개재되는 폴리머 접착층(391)과, 상기 제 1 ,제 2 기판(302,301) 사이에 봉입된 액정층(303)으로 구성된다.
상기 폴리머 접착층(391)에 의해서 스페이서가 고정되므로 스페이서가 유동하는 문제점을 방지할 수 있다.
이 때, 상기 제 1 기판(302)의 내측면에는 수직 교차하여 화소를 정의하는 데이터 배선(도시하지 않음) 및 게이트 배선(332)과, 두 배선의 교차 지점에 형성되어 각 화소의 온/오프(On/Off)를 결정하는 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 공통전극에 대향되어 액정을 구동하기 위한 전압을 인가하는 화소전극(322)이 형성되어 있다.
그리고, 제 2 기판(301)의 내측면에는 빛샘을 방지하고 RGB의 혼색을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(311)와, 색상을 구현하기 위한 RGB의 컬러필터층(312)과, 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 형성되어 컬러필터층에 의한 단차를 보상해주고 표면을 평탄화하기 위한 오버코트층(314)과, 상기 컬러필터층과 오버코트층 사이에 개재된 폴리머 접착층(391)과, 상기 화소전극과 더불어 액정에 전압을 인가해주기 위한 공통전극(313)이 형성되어 있다.
일반적으로, 오버코트층(314)은 유기계 물질인 아크릴계 수지를 코팅하여 형성하는바, 씨일제가 형성되는 기판 가장자리의 오버코트층을 제거하지 않고 오버코트층 위에 씨일제를 형성하게 되면, 접착력이 낮은 기판과 오버코트층이 기판 가장자리에서 서로 분리되는 문제가 있었다. 따라서, 씨일제가 형성될 부분의 오버코트층을 제거하고 기판과 씨일제가 직접 접촉하도록 하였는데, 이 경우 오버코트층을 제거하기 위해서 포토식각공정을 수행하여야 하므로 공정이 복잡해지는 또다른 문제가 있었다. 따라서, 오버코트층이 기판에 접착되는 부분에 폴리머 접착층을 개재하여 상기 제 2 기판과 오버코트층 사이의 접착 특성을 개선하였다.
이와같이, 제 2 기판(301)과 오버코트층(314) 사이에 폴리머 접착층(391)을 더 구비하여 상기 오버코트층이 제 1 기판(302)으로부터 필링되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 기판 가장자리의 상기 오버코트층과 씨일제 사이에 상기 폴리머 접착층이 개재되어 오버코트층과 씨일제 사이의 접착특성도 개선할 수 있다.
이때, 상기 폴리머 접착층(391)은 스티렌, MMA, BCB를 일정한 비율로 합성한 물질로 형성하며, 5nm 이하의 초박막 두께를 가지도록 형성한다.
이하에서, 도 6 및 도 7을 참고로 하여 제조방법을 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, 매트릭스 형태로 형성되는 블랙 매트릭스(311)와, 유효 화상표시영역에 형성되는 RGB의 컬러필터층(312)이 형성된 제 2 기판(301)을 세정하여 먼지 및 이물질을 제거한 다음, 컬러필터층에 의한 단차를 보상하여 표면을 평탄화하기 위해서 상기 컬러필터층(312)을 포함한 전면에 스핀-코팅(spin-coating) 방식 또는 롤-코팅(roll-coating) 방식을 이용하여 폴리머 접착층(390)을 코팅한 후, 용제를 휘발시키기 위해서 경화한다. 상기 폴리머 접착층(391)은 스티렌, MMA, BCB를 일정한 비율로 합성한 물질로 형성하며, 5nm 이하의 초박막 두께를 가지도록 형성한다.
이후, 상기 폴리머 접착층(391)을 포함한 전면에 유기계 물질인 아크릴계 수지를 코팅한 후 흐름성 있는 아크릴계 수지에 UV를 조사하여 경화시켜 오버코트층(314)을 형성한다. 따라서, 기판 가장자리의 오버코트층(314)이 제 2 기판(301)과 직접 접촉하지 않고 폴리머 접착층(391)에 접촉되는바, 상기 폴리머 접착층에 의해 오버코트층이 제 2 기판으로부터 필링되는 것이 방지된다.
다음, 상기 오버코트층(314)을 포함한 전면에 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명도전물질을 증착하여 공통전극(313)을 형성한다.
계속해서, 후공정에서 스페이서가 형성될 부분에 대해 부분적으로 폴리머 접착층(391)을 형성한다. 이때, 상기 폴리머 접착층(391)은 부분적으로 형성되어야 하므로 스핀 코팅법을 적용하지 않고 잉크-제트 프린트(Ink-Jet Print) 방식과 같은 프린팅 방법을 적용하며, 스티렌, MMA, BCB를 일정한 비율로 합성한 물질로 5nm 이하의 초박막 두께를 가지도록 형성한다.
다음, 스페이서가 채워져 있는 노즐(399)을 사용하여 부분적으로 형성된 폴리머 접착층(391) 상에 스페이서(315)를 형성한다. 따라서, 폴리머 접착층에 의해 스페이서가 고정되어 스페이서가 유동하는 문제점을 방지할 수 있다. 이때, 상기 스페이서(315)와 제 2 기판(301) 사이에 폴리머 접착층이 개재되어도 되지만, 스페이서와 제 1 기판 사이에 개재되어도 무방하다.(도 7참고)
마지막으로, 게이트 배선, 데이터 배선, 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성되어 있는 제 1 기판의 가장자리의 액정주입구를 제외한 나머지 영역에 씨일제를 형성하고 상기 스페이서가 프린팅된 제 2 기판을 대향합착한 후, 액정셀 내부를 진공화한 후 모세관 현상을 이용하여 두 기판 사이에 액정을 주입하고 액정주입구를 봉지하여 액정표시소자를 완성한다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
즉, 상기에서는 화소전극이 형성되어 있는 하부기판과 공통전극이 형성되어 있는 상부기판을 대향합착하여 상기 화소전극과 공통전극 사이에 형성되는 수직전계에 의해 액정층을 구동하는 TN 모드에 한정하여 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 IPS 모드에도 적용가능하다. IPS 모드는 TN모드와 달리, 하나의 기판에 화소전극과 공통전극을 평행하게 형성하고 그 사이에 형성되는 횡전계에 액정층을 구동하는 것으로, TN 모드에 비해서 시야각이 휠씬 우수한 모드이다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 필링 문제가 발생하는 기판과 패턴 사이 또는 패턴과 다른 패턴 사이에 폴리머 접착층을 개재하여 구성요소들끼리의 접착특성을 향상시켜 서로 박리되는 것을 방지할 수있다.
따라서, 공정 에러가 줄어들고 소자에 대한 신뢰성이 향상된다.
둘째, 기판과 게이트 배선층 사이에 폴리머 접착층을 더 구비함으로써, 게이트 배선층이 기판으로부터 필링되는 것이 방지된다.
그리고, 게이트 배선층이 기판으로부터 필링되는 것을 방지하기 위해 게이트 배선층 하부에 금속 배리어층을 형성하지 않아도 되므로 공정이 용이해진다. 즉, 금속 배리어층을 형성하기 위해서는 스퍼터링 방법을 수행해야 하는 반면, 폴리머 접착층은 코팅방법으로 형성할 수 있으므로 공정이 보다 간소해지는 것이다.
셋째, 액정층과 배향막 사이에 폴리머 접착층이 개재되어 있으므로 액정층의 배향막에 대한 앵커링 에너지가 상승되어 액정층의 배향이 보다 안정적이게 된다.
넷째, 스페이서가 형성될 부분에 폴리머 접착층을 형성하여 스페이서의 위치를 고정시킴으로써 스페이서가 액정셀 내부에서 유동하는 문제점이 방지된다.

Claims (29)

  1. 제 1 기판의 내측면에 형성된 게이트 배선, 데이터 배선, 박막트랜지스터 및 화소전극과,
    상기 제 1 기판과의 사이에 액정층을 두고 상기 제 1 기판에 대향합착된 제 2 기판과,
    상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 블랙 매트릭스 및 컬러필터층과,
    상기 제 1 ,제 2 기판을 접착시키기 위해 기판의 가장자리에 형성되는 씨일제와,
    상기 제 1 ,제 2 기판 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서와,
    상기 구성요소 사이에 개재되어 구성요소들끼리의 접착특성을 향상시키고자 하는 폴리머 접착층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층은 스티렌(Styrene), MMA(methyl methacrylate), BCB(benzocyclobutene)을 합성한 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층은 5nm 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층은 상기 제 1 기판과 상기 게이트 배선 사이 그리고, 제 1 기판과 박막트랜지스터의 게이트 전극 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층은 상기 제 2 기판과 블랙 매트릭스 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층과 제 1 기판 사이 또는 액정층과 제 2 기판 사이에 배향막이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정층과 배향막 사이에 상기 폴리머 접착층이 개재되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 포함한 전면에 오버코트층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 컬러필터층과 오버코트층 사이 그리고, 상기 제 2 기판과 오버코트층 사이에 상기 폴리머 접착층이 개재되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 오버코트층과 상기 씨일제 사이에 상기 폴리머 접착층이 개재되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서와 제 1 기판 사이 또는 스페이서와 제 2 기판 사이에 상기 폴리머 접착층이 개재되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제 1 ,제 2 기판을 준비하는 단계와,
    상기 제 1 기판 상에 게이트 배선 및 데이터 배선을 교차하여 화소를 정의하고 각 화소 내에 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 단계와,
    상기 제 2 기판 상에 블랙 매트릭스 및 컬러필터층을 형성하는 단계와,
    상기 제 1 또는 제 2 기판의 가장자리에 씨일제를 형성하는 단계와,
    상기 제 1 또는 제 2 기판의 전면에 스페이서를 형성하는 단계와,
    상기 제 1 ,제 2 기판을 대향합착하고 그 사이에 액정층을 형성하는 단계와,
    상기 구성요소들 사이에 개재시켜 구성요소들끼리의 접착특성을 향상시키고자 하는 폴리머 접착층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층은 스티렌(Styrene), MMA(methyl methacrylate), BCB(benzocyclobutene)을 합성한 물질을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층은 5nm 이하의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층을 제 1 또는 제 2 기판 전면에 형성하는 경우에는, 코팅법을 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층을 제 1 또는 제 2 기판의 소정부위에 부분적으로 형성하 는 경우에는, 프린팅 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층을 상기 제 1 기판과 게이트 배선 사이 그리고, 제 1 기판과 박막트랜지스터의 게이트 전극 사이에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층을 상기 제 1 기판과 게이트 배선 그리고, 제 1 기판과 박막트랜지스터의 게이트 전극 사이에 형성하는 단계는,
    상기 제 1 기판 상에 폴리머 접착층과 금속물질층을 형성하는 단계와,
    싱기 금속물질층 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하는 단계와,
    상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 금속물질층을 식각하는 단계와,
    상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 폴리머 접착층을 식각하는 단계와,
    상기 포토레지스터를 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속물질층은 습식식각으로 하고, 상기 폴리머 접착층은 건식식각으로 하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속물질층 및 폴리머 접착층은 하나의 챔버에서 동시에 건식식각하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층 식각시, O2 플라즈마를 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 또는 제 2 기판 내측면에 배향막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 배향막 상에 상기 폴리머 접착층을 형성하여 배향막과 액정층 사이의 접착특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  24. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 접착층을 상기 제 2 기판과 블랙 매트릭스 사이에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  25. 제 12 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 포함한 전면에 오버코트층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 오버코트층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 컬러필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 상기 폴리머 접착층을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  27. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 기판의 가장자리에 씨일제를 형성하는 단계 이전에,
    상기 씨일제가 형성될 부분에 폴리머 접착층을 부분적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  28. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 기판의 전면에 스페이서를 형성하는 단계 이전에,
    상기 스페이서가 형성될 부분에 폴리머 접착층을 부분적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  29. 제 12 항에 있어서,
    상기 스페이서는 잉크-제트 프린트(Ink-Jet Print) 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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