KR20030091541A - 액정표시장치용 씰 패턴 및 그를 이용한 액정표시장치의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 액정 주입시 주입구 얼룩개선을 위한 씰패턴에 관한 것이다.

본 발명에 따른 씰패턴은, 서로 이격되고 대향한 상부기판과 하부기판에, 상기 상부기판과 하부기판의 이격된 중간에 충진된 액정층을 주입하기 위한, 안으로 들어갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태의 주입구와 상기 주입구를 시작으로 상기 기판의 가장자리를 따라 형성되어 있다. 또한, 상기 씰 패턴은 스크린 인쇄법 또는 씰 디스펜스 인쇄법을 통하여 형성한다.

Description

액정표시장치용 씰 패턴 및 그를 이용한 액정표시장치의 제조방법 {seal pattern for liquid crystal display device and fabrication method of liquid crystal display device using it}

본 발명은 액정표시장치의 상, 하판 사이에 액정을 충진할 때 사용되는 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 씰 패턴의 형태에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 전압인가에 따라 배열을 달리하는 액정분자의 특성을 이용한 디스플레이장치로서, 음극선관에 비하여 낮은 전력으로 구동이 가능하며 소형화, 박형화에 더욱 유리한 장점을 지니므로 노트북 컴퓨터의 모니터와 벽걸이형 텔레비젼 등 차세대 디스플레이장치로서 각광을 받고 있다.

이러한 액정표시장치는 크게 박막 트랜지스터가 형성된 하판과, 컬러필터가 인쇄된 상판으로 구성되며, 하판과 상판의 이격된 사이에 액정이 위치한다.

이러한 액정표시장치를 형성하는 공정은, 하부기판을 형성하는 박막트랜지스터 어레이 공정과 상부기판을 형성하는 공정, 그리고 액정 공정으로 나뉜다.

하부기판인 박막트랜지스터 어레이 공정은 하부기판상에 데이터 배선과 게이트 배선을 형성하고, 데이터 배선과 게이트 배선의 교차하는 다수의 지점에 박막트랜지스터를 형성한 다음, 상부에 화소전극을 형성하는 것이다.

다음으로, 상부기판은 컬러필터층과 블랙매트릭스를 형성한 다음 공통전극을 형성한다.

액정 공정은 배향막 형성 공정, 러빙 공정 및 러빙 후 세정 공정을 거쳐 전술한 바와 같은 상, 하부 기판을 조립하고 액정을 주입하는 것이다.

전술한 바와 같이 형성한 액정표시장치는, 하부기판의 공통전극과 상부기판의 화소전극에 전압파형을 인가하여 각 화소에 해당하는 액정의 배열방향을 변화시킴으로써 광투과율이 조정되어 화상을 구현한다.

전술한 바와 같은 액정공정을 도 1을 통하여 자세히 설명한다.

도 1은 일반적으로 적용되는 액정공정을 도시한 흐름도로써, st1 단계에서는 먼저 하부기판을 준비한다. 하부기판은 박막트랜지스터 어레이 기판으로 다수개의 박막트랜지스터가 배열되어 있고, 각 박막트랜지스터와 일대일 대응하게 화소전극이 형성되어 있다.

다음으로 st2 단계는 하부기판상에 배향막을 형성하는 단계이다.

배향막의 형성은 고분자 박막의 도포와 러빙 공정을 포함하며, 박막 두께가 균일하게 증착되어야 하고, 러빙 또한 균일해야 한다.

st3 단계는 씰패턴을 인쇄하는 공정으로, 액정 공정에서의 씰패턴은 액정 주입을 위한 갭을 형성하고, 주입된 액정의 누설을 방지하는 두가지 기능을 한다.

st4 단계는 스페이서를 산포하는 공정으로, 상부기판과 하부기판의 셀 갭을균일하게 하는 기능이 있다.

이러한 스페이서 산포공정이 끝나면, 컬러 필터 기판인 상부기판과 박막트랜지스터 어레이 기판인 하부기판의 합착공정이 진행된다(st5).

st6 단계는 상기 st1 내지 st5 단계에서 제작된 액정셀을 단위 셀로 절단하는 공정이다.

초기 액정표시장치의 제조공정에서는 동시에 여러 셀에 액정을 주입한 후, 셀 단위로 절단하는 공정을 진행하였으나, 셀 크기가 증가함에 따라 단위 셀로 절단한 후, 액정을 주입하는 방법을 사용하고 있다.

다음으로, st7 단계는 각 단위 셀로 절단된 액정셀에 액정을 주입하는 단계로 이 단계를 거치면 액정표시장치가 제조된다.

도 2a는, 전술한 구조의 액정표시장치의 제조공정에서 씰패턴(18)이 되어 있는 상부기판(20)과 하부기판(10)을 합착하고 주입구(C)를 통하여 액정(15)을 주입한 다음, 봉지제(22)로 주입구를 봉하는 공정을 도시하였다.

도 2b에서는 도 2a의 주입구(C)를 확대한 도면으로, 봉지제(22)를 경화하기 위해 자외선(30)을 조사하는 과정을 도시하였다.

여기서 주입구(C)는 안으로 들어갈 수록 넓어지도록 씰패턴(18)이 형성되어 있어 이러한 주입구(C)에 봉지제(22)를 형성하고 자외선(30)을 조사하게 되면 도시한 바와 같이, 전술한 바와 같은 씰패턴(18)의 형상에 의해서 자외선(30)이 차단되는 영역(A)이 발생하게 된다.

이 영역의 봉지제(22)는 씰패턴(18)으로 인해 자외선(30)이 회절되어 충분한양의 자외선을 받지 못해 충분한 경화가 이루어지지 않게되고, 결과적으로 얼룩이 생기게 된다.

또한, 이렇게 경화되지 않은 영역을 경화하기 위하여 자외선(30)을 무리하게 조사하게 되면, 자외선(30)으로 인하여 액정(15)도 영향을 받게 되어 액정의 특성이 열화되고, 특히 비저항이 내려가게 된다.

이러한 현상은 특히 DC에 취약한 IPS(in plane switching) 모드(mode)에서 두드러지는데, 결과적으로 미 경화된 봉지제는 얼룩을 형성하고 이로 인하여 수율 및 제품의 신뢰성 저하에 직접적인 영향을 줄 수 있게 된다.

상기 IPS 모드는 공통전극과 화소전극 간에 가로방향의 전기장을 형성시켜 네마틱 액정의 장축을 배향막과 나란한 평면에서 움직이게 하는 것으로, 시야각이 넓다는 장점을 가지고 있다.

그런데, 이러한 IPS 액정셀에서는 IPS 모드가 가로방향의 전기장으로 액정을 구동하기 때문에 데이터 배선과 화소전극 사이의 측면전기용량이 크게 되어 DC 전압이 인가되는 데이터 배선에 영향을 크게 받는다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 액정표시장치의 씰패턴을 제조하는데 있어서, 주입구 주변의 얼룩 불량을 개선하여 수율을 증대시키고 제품의 신뢰도를 높이는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 액정셀의 제조공정을 도시한 흐름도.

도 2a는 종래의 씰 패턴의 형태를 도시한 도면.

도 2b는 종래의 씰 패턴의 주입구를 확대한 것으로, 주입구에 봉지제를 주입하고 자외선을 조사하여 경화하는 공정을 도시한 도면.

도 3은 배향막을 도포하는 공정을 도시한 도면.

도 4는 도포한 배향막을 러빙하는 공정을 도시한 도면.

도 5a는 씰 패턴을 스크린 인쇄법으로 인쇄하는 공정을 도시한 도면.

도 5b는 씰 패턴을 씰 디스펜스 인쇄법으로 인쇄하는 공정을 도시한 도면.

도 6은 스페이서를 산포하는 공정을 도시한 도면.

도 7a는 본 발명에 의한 주입구가 패널 내부쪽으로 갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태의 씰 패턴을 도시한 도면.

도 7b는 본 발명에 의한 씰 패턴의 주입구를 확대한 것으로, 주입구를 통하여 봉지제를 주입한 다음 자외선을 조사하여 경화하는 공정을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

100 : 기판 132 : 배향막

134 : 롤러 152 : 스페이서

118 : 씰 패턴 130 : 자외선

115 : 액정층 122 : 봉지제

본 발명에 따른 액정표시장치용 씰패턴은, 서로 이격되고 대향한 상부기판과 하부기판과; 상기 상부기판과 하부기판의 이격된 중간에 충진된 액정층과; 상기 액정층을 주입하기 위한 주입구가 안으로 들어갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태이고; 상기 주입구를 시작으로 상기 기판의 가장자리를 따라 형성되어 있으며, 상기 씰패턴은 스크린 인쇄법 또는 씰 디스펜스 인쇄법을 통하여 형성한다.

다음으로 액정표시장치용 씰패턴을 형성하는 과정은, 상부기판과 하부기판상에 배향막을 도포하고 러빙하는 단계와; 상기 하부기판상에 주입구가 안으로 들어갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태의 씰패턴을 형성하는 단계와; 상기 씰패턴한 하부기판상에 스페이서를 산포하는 단계와; 상기 상부기판과 하부기판을 합착하는 단계와; 상기 합착한 상부기판과 하부기판을 절단하는 단계와; 상기 절단한 상부기판과 하부기판의 사이에 상기 주입구를 통하여 액정층을 주입하는 단계와; 상기 주입구를 봉지제로 봉지하는 단계와; 상기 봉지제에 자외선을 조사하는 단계로 이루어져 있다.

여기서, 상기 상부기판에는 컬러필터층이 형성되어 있고, 상기 하부기판에는 박막트랜지스터 어레이가 형성되어 있으며, 상기 배향막은 재질이 폴리이미드이다.

또한, 상기 봉지제를 경화하는 방법은 자외선을 조사하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 기판(100)의 화소부에 배향막(132)을 얇고 균일하게롤러(roller)(134)를 이용하여 도포하는 공정을 도시하였다.

배향막을 기판(100)상에 도포하는 이유는, 액정이 단순히 기판 사이에 주입되는 것만으로는 균일한 분자배열을 이루기가 어렵기 때문에, 기판상에 회전도포법이나 인쇄도포법을 이용하여 유기고분자 박막인 배향막(132)을 형성하고 이를 경화하여 러빙(rubbing)을 통해 배향막의 미세구조를 변화시켜 균일한 액정의 분자배열을 이루기 위함이다.

배향막(132)을 도포하는 방법은, 롤러(roller)(134)의 상부에 배향막의 재료인 유기물질을 기판에 균일하게 도포하고, 도포된 배향막(132)은 미리 패턴된 고무판에 인쇄하여 기판(100)에 도포한다. 이렇게 도포한 다음, 기판(100)에 도포한 배향막(132)을 경화로에서 경화시킨다.

배향막(132)의 재료는 여러 가지로, 종래의 단순 매트릭스 방식의 액정 표시 장치에서는 폴리아믹산(polyamicacid)을 사용하였으나, 박막 트랜지스터가 구동 소자로 사용되면서, 높은 온도를 필요로 하는 폴리아믹산 대신 온도에 민감하지 않은 폴리이미드(polyimide)계를 사용하였다. 현재는 인쇄성, 밀착성, 잔상, 광누설 및 핀홀(pinhole)에 의한 불량율 측면에서 개선된 저온형 폴리아믹산도 사용하고 있다.

다음으로 도 4에 도시한 바와 같이, 액정이 일정한 방향으로 배향되도록 경화된 배향막에 일정한 방향으로 홈을 만드는 러빙(rubbing)공정을 실시한다.

러빙공정은 천 등을 이용하여 기판(100)에 도포된 배향막(132)의 상부를 일정한 방향으로 문지르는 것으로, 상기 문질러진 방향으로 액정분자의 장축이 가지런히 배향하게 된다. 배향막(132)이 인쇄된 기판(100) 표면으로 러빙천을 장착한 러빙롤러(136)를 전진시키게 되면, 배향막(132)의 표면은 러빙롤러(136)의 전진방향을 따라 일방향으로 완만한 경사부를 이루게 된다.

배향막(132)은 이후에 상, 하부기판을 조립한 다음 이들 기판 사이로 액정을 주입할 때, 상기 배향막의 완만한 경사부를 따라 액정의 장축이 가지런히 배향하므로 액정은 균일한 분자배열을 이루게 된다. 그러므로, 액정은 상기 배향막이 형성하는 경사부의 각도와 동일한 프리틸트각(pretilt angle)을 얻을 수 있는 것이다.

일반적으로 사용하는 TN(Twisted Nematic)형 액정의 경우 90°의 트위스트각(twist angle)을 갖는데, 상, 하부기판에 각기 형성되는 배향막은 그 러빙방향이 서로 수직 교차하도록 배치되며, 일반적으로 1∼2°의 낮은 프리틸트각을 형성하도록 러빙처리된다. 상기 액정으로는 IPS(in plane switching) 모드에 이용할시 유전율 이방성이 음인 액정을 사용한다.

전술한 바와 같은 러빙 공정 외에도 액정을 배향하는 방법으로는, 액정에 편광된 자외선(UV)을 조사하여 액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하는 자외선 조사 방법이 있다.

도 5a와 도 5b는 씰패턴(seal pattern)을 인쇄하는 공정을 나타낸 것으로, 대표적인 것이 스크린 인쇄법과 씰 디스펜스 인쇄법이 있다.

도 5a는 스크린 인쇄법으로, 도시한 바와 같이, 패턴이 형성된 스크린(140)과 인쇄를 위한 고무밀대(142)로 구성된다.

기판상의 씰패턴(118)은 액정 패널에서 액정 주입을 위한 갭(Gap) 형성과 주입된 액정을 새나가지 않게 하는 두가지 기능을 한다. 이에 따라, 씰패턴은 기판(100)의 가장자리를 따라 형성되며, 한쪽 가장자리에는 액정 주입구(144)를 형성한다.

스크린 인쇄법을 통한 씰패턴(118)을 형성하는 공정은 2가지로 구성되어 있는데, 그 중 하나는 셀갭의 유지를 위한 스페이서(Spacer)를 포함한 열경화성 실런트(sealant)를 스크린(Screen)을 통해 기판에 인쇄하는 공정이고, 다른 하나는 레벨링(Leveling)을 위해 실런트에 함유되어 있는 용매를 증발시키는 건조공정이다.

실제적으로 씰패턴에 있어서, 두께와 높이의 균일도가 매우 중요한 공정관리 항목이 된다. 이는 상기 씰패턴이 불균일하게 형성되면, 씰패턴의 경화 후에 셀갭이 일정하지 않게 되기 때문이다.

이러한 씰패턴에 사용되는 씰 재료는 일반적으로 열경화성 또는 UV(자외선) 경화성 에폭시(epoxy) 수지가 있다. 그러나, 에폭시 수지 자체는 액정에 대해 무해하나, 열경화제에 포함된 아민(amine)이 액정재료를 분해할 수 있어서, 열경화성 에폭시 수지 씰패턴을 형성할 경우에는 실런트를 스크린 인쇄후 굽는 온도를 단계적으로 변화시키면서 충분히 프리 베이킹(prebaking)을 하여, 씰 재료로 사용한다.

상술한 스크린 인쇄법에 의한 씰패턴 방법은 공정이 간단하기 때문에 현재 가장 일반적인 방법이 되고있다.

상술한 스크린 인쇄법과 더불어 씰 디스펜스(seal dispense) 인쇄법이 있다.

도 5b는 씰 디스펜스 인쇄 장치를 도시한 사시도로서, 그 구성은 디스펜서(dispenser)와 테이블과 기판으로 구성되어 있다.

상기 디스펜스 인쇄법은 주사기와 같은 원리를 이용한다. 즉, 상기 씰 디스펜스 인쇄장치는 디스펜서(146)에 실런트를 채우고 소정의 압력으로 원하는 폭 및 두께로 씰패턴(118)을 형성한다. 즉, 테이블(150) 또는 디스펜서를 이동하여 기판상(100)에 씰패턴(118)을 형성하게 되는 것이다.

도 6은 상부기판과 하부기판을 합착 시킬 때 일정한 셀 갭(cell gap)을 확보하기 위하여 스페이서(spacer)(152)를 균일하게 뿌려주는 공정을 도시한 것으로, 스페이서를 적정농도로 용액 속에 혼합한 다음, 펌프를 통해 분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판(100)에 분사시킨다. 이때 용액은 열 건조를 통해 휘발시키며, 화면의 크기 등에 따라 100~200개/cm²의 밀도가 되도록 조절한다. 스페이서는 공 모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 결정된다.

다음은 상부기판과 하부기판을 합착하고 절단한 다음, 모세관 현상과 압력차이를 이용하여 상판과 하판 사이에 액정을 주입하는 공정으로, 셀 갭 내부를 1/1000 Torr 정도의 진공상태로 유지하면, 모세관 현상에 의해 액정이 씰패턴을 따라 셀 내부로 빨려 들어가 액정주입이 이루어진다.

이렇게 액정을 주입한 다음 입구를 막기 위하여 봉지제를 씰패턴의 입구에 바르게 되는데, 일반적으로 광경화수지 혹은 열경화수지를 사용한다.

그런데, 본 실시예에서는 종래의 주입구 형태를 개선하여 자외선을 조사할 때 봉지제가 균일하게 경화될 수 있도록 액정이 주입되는 주입구 형태를 도 7a에 도시한 바와 같이 변형하였다.

도 7a는 상부기판(120)과 하부기판(110)을 합착하고, 본 발명에 따라 형성된 씰패턴의 내부로 액정(115)을 주입한 다음, 봉지제(122)를 주입한 평면도로, 액정(115)이 주입되는 주입구(D) 형태가 내부로 들어 갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태로 변형되었다.

도 7b는 이러한 개선된 주입구(D)를 확대한 도면으로, 주입구(D)에 자외선(130)을 조사하는 것을 도시한 것으로, 주입구(D) 주변의 봉지제(122)가 자외선(130)에 모두 노출되도록 유도함으로써, 결과적으로 주입구(D) 주변에 미경화된 봉지제로 인한 얼룩이나 신뢰성 불량부분을 개선할 수 있다.

또한 자외선(130) 조사로 인한 액정(115)의 열화 현상과 비저항 값이 내려가는 현상을 개선할 수 있게 된다.

액정의 비저항은 걸어준 전압 및 주파수의 함수로서,로 표시된다.

여기서 R은 액정에 흐르는 전류(I)를 전압(V)으로 나눈 저항 값이고, A는 액정을 구동하는 면적, d는 액정의 두께이다.

이러한 액정의 비저항 값은 높아야 하는데, 그 이유는 능동행렬 액정표시장치에서 선택되지 않은 프레임(frame) 동안 전압유지를 해야하기 때문이다.

그러므로, 자외선으로 인하여 액정의 비저항값이 내려가게 되면, 낮은 전압으로 유지가 되어, 능동행렬 액정표시장치에서 요구되는 높은 전압 유지율을 지속할 수 없게 되고, 중간 그레이 스케일에서 표시 얼룩이 더욱 눈에 띄게 된다.

일반적으로 씰패턴은 스크린 인쇄법과 디스펜스 인쇄법을 이용하여 형성하는데, 전술한 바와 같은 씰패턴의 변형은 두 방법 모두에서 사용할 수 있으며, 단순히 씰패턴의 주입구 형태만 내부로 들어갈수록 좁아지는 사다리꼴로 변형하는 것이기 때문에 액정표시장치를 제조하기 위한 세가지 공정인 박막트랜지스터 어레이공정, 컬러필터 공정, 액정 공정에 영향을 미치지 않는다.

본 발명은 씰패턴을 주입구 쪽에서 내부로 들어갈수록 좁아지도록 한 사다리꼴 형태로 개선하여, 자외선을 조사하여 봉지제를 경화할 때, 씰패턴으로 인한 봉지제의 미 경화되는 영역이 생기지 않도록 함으로써, 주입구 근처의 얼룩을 개선하고 제품의 신뢰도를 높일 수 있다.

Claims (6)

1. 서로 이격되고 대향한 상부기판과 하부기판의 중간에 액정을 충진하기 위하여, 상기 상, 하부 기판중 어느 하나의 대향면에 형성되고 입구가 내부로 들어갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태의 주입구와;

   상기 주입구를 시작으로 상기 기판의 가장자리를 따라 형성된 테두리

   를 포함하는 액정표시장치용 씰패턴.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 씰패턴은 스크린 인쇄법 또는 씰 디스펜스 인쇄법을 통하여 형성한 액정표시장치용 씰패턴.
3. 상부기판과 하부기판상에 배향막을 도포하고 러빙하는 단계와;

   상기 하부기판상에 주입구가 내부로 들어갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태의 씰패턴을 형성하는 단계와;

   상기 씰패턴 한 하부기판상에 스페이서를 산포하는 단계와;

   상기 상부기판과 하부기판을 합착 하는 단계와;

   상기 합착한 상부기판과 하부기판을 절단하는 단계와;

   상기 절단한 상부기판과 하부기판의 사이에 상기 주입구를 통하여 액정층을 주입하는 단계와;

   상기 주입구를 봉지제로 봉지하는 단계와;

   상기 봉지제를 경화하는 단계

   를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 상부기판에 컬러필터층이 형성된 액정표시장치의 제조방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 하부기판에 박막트랜지스터 어레이가 형성된 액정표시장치의 제조방법.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 봉지제는 자외선을 조사하여 경화하는 액정표시장치의 제조방법.