(57)【要約】【課題】  二つの基板の間隔をを均一に維持できる液晶表示装置用基板を提供する。【解決手段】  液晶表示装置用基板上部には、少なくとも二つ以上の接触面積と高さを有する基板間隔材が形成されており、基板間隔材の接触面は円形または四角形とすることができ、第１基板間隔材の高さは０．３〜０．６μｍの範囲であり第２基板間隔材より低く、直径または辺長は１０〜２０μｍ範囲であり第２基板間隔材より大きいことが好ましい。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上部に柱型に形成されて、５．０ｇｆの圧縮応力に対する０．４０μｍ以上の圧縮変更量を有する基板間隔材と、
を含む液晶表示装置用基板。
【請求項２】
前記基板間隔材が前記基板に接する接触面は円形または四角形である請求項１に記載の液晶表示装置用基板。
【請求項３】
前記基板間隔材が基板に接触する接触面積は６００〜１１００μｍ2の範囲である請求項１に記載の液晶表示装置用基板。
【請求項４】
前記基板間隔材は１ｃｍ2当２５０〜４５０個の範囲で配置されている請求項３に記載の液晶表示装置用基板。
【請求項５】
前記基板間隔材は２．５〜５．０μｍ範囲の高さを有する請求項３に記載の液晶表示装置用基板。
【請求項６】
前記基板間隔材の２０〜７０゜範囲のテーパ角を有するテーパ構造で構成されている請求項３に記載の液晶表示装置用基板。
【請求項７】
前記基板は、走査信号または映像信号のような電気的な信号を伝達するための複数のゲート配線及びデータ配線と、前記ゲート配線及びデータ配線と電気的に連結されて映像信号を制御するためのスイッチング素子である薄膜トランジスタと、液晶分子を駆動するために画素電圧が伝達される画素電極とを有する請求項１に記載の液晶表示装置用基板。
【請求項８】
前記基板は順次に形成されている赤色、緑色、青色のカラーフィルターを有する請求項１に記載の液晶表示装置用基板。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置用基板に関するもので、さらに詳しくは基板間隔材を有する液晶表示装置用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に液晶表示装置は、二つの基板の間に注入されている異方性誘電率を有する液晶物質に電極を利用して電界を印加し、この電界の強さを調節して基板を透過する光量を調節することによって画像を表示する装置である。このような液晶表示装置は、電極が形成されている二つの基板及びその間に注入されている液晶物質を含み、二つの基板は周縁に印刷されて液晶物質を封じ込める封印材にて結合されており、二つの基板の間に散布されている間隔材により支持されている。
【０００３】
液晶表示装置の製造方法においては、まず二つの表示板に液晶物質の液晶分子を配向するための配向膜を塗布して配向処理を実施した後、その一つの表示板に球形の基板間隔材を散布し、液晶注入口を有する密封材を周囲に印刷する。次に、両表示板を位置合わせしてホットプレス工程により両表示板を張り合わせて、液晶注入口を通じて二つの表示板の間に液晶物質を注入した後、液晶注入口を封止して液晶セルを作製する。この際、画面として表示される表示領域内には間隔維持用スペーサを散布したり写真エッチング工程によって基板間隔材を形成し、密封材には他のスペーサを混合して二つの表示板の間隔を維持する。液晶表示装置が大型化するにつれて二つの表示板の間の間隔を均一に維持するとともに液晶物質層を容易に形成できる工程開発が重要視されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が目的とする技術的課題は、二つの基板の間隔を均一に維持できる液晶表示装置用基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような本発明による液晶表示装置用基板においては、少なくとも写真エッチング工程によるパターニングで基板間隔材を形成し、５．０ｇｆの圧縮応力に対する圧縮変形量が０．４０μｍ以上である基板間隔材を形成して二つの基板の間隔を均一に支持している。この際、基板間隔材が基板に接する接触面は円形または四角形であることができ、接触面の接触面積は６００〜１１００μｍ2の範囲であることが好ましい。
【０００６】
また、１ｃｍ2当２５０〜４５０個の範囲で配置することが好ましく、２．５〜５．０μｍ範囲の高さを有することが好ましい。そして、このような基板間隔材は同じカラーフィルターの間に配置するのが好ましく、２０〜７０°の範囲のテーパ角を有するテーパ構造であり、液晶表示装置用基板を支持する際には０．２μｍ以上圧縮変形されて二つの基板の間隔を維持する。
【０００７】
基板は、走査信号または映像信号のような電気的な信号を伝達するための複数のゲート配線とデータ配線と、ゲート配線及びデータ配線と電気的に連結されて、映像信号を制御するためのスイッチング素子である薄膜トランジスタと、液晶分子を駆動するために画素電圧が伝達される画素電極とを有することができ、順次に形成されている赤色、緑色、青色のカラーフィルターを有することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板を支持する基板間隔材を最適の条件で形成することによって液晶セルギャップを均一に維持することができると同時に、二つの基板の間に注入される液晶物質層を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付の図面を参照しながら本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実施することができ、ここに説明する実施例に限定されるものではない。図面では、種々の層及び領域を明確に表すために厚さを拡大して示している。明細書全体において類似する部分について同じ図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとの記載は、他の部分の“すぐ上に”ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。そして、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるという記載は、中間に他の部分がないことを意味する。本発明の実施例による液晶表示装置用基板及びその製造方法について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
対向する二つの基板を含む表示装置の製造方法としては、二つの基板をプレートに密着させてプレートに圧力を加えて二つの基板を張り合わせるホットプレス工程と、二つの基板と封印材で囲まれた空間を真空状態に維持してから、大気状態に露出させて外部の大気圧の圧力で二つの基板を張り合わせる真空圧着工程が挙げられる。ここで、二つの基板の間隔を維持するためには、二つの基板の間に基板間隔材を配置して二つの基板を支持することになるが、そのために基板間隔材は優れた弾性を有する物質で形成されている。このような基板間隔材は球形または柱型であることができ、球形の基板間隔材は、一つの基板上部に散布されて配置され、柱型基板間隔材は、感光性物質を基板の上部に塗布してからマスクを利用した写真エッチング工程によりパターニングして形成する。柱型基板間隔材は、所望の位置に均一に配置させることやセル間隔を全体的に均一に維持することができ、狭いセル間隔を設計することができるため、画素領域に基板間隔材が配置されることを防止して表示特性を向上させる長所を有する。
【００１１】
ここで、柱型基板間隔材は一部圧縮されて二つの基板を支持しているが、基板間隔材を狭い断面積に形成して基板間隔材の圧縮変形量を大きくすると、基板間隔材の変形が起こりやすいことや、基板間隔材が崩れて二つの基板の間隔が均一にならない問題が生ずる。一方、基板間隔材を広い断面積に形成して基板間隔材の圧縮変形量を小さくすると、二つの表示板の間に充填される液晶物質の量を調節することが非常に難しく、気泡が発生したり液晶物質が偏る現象が発生する。このような問題点を解決するために本発明は、最適の柱型基板間隔材を形成する例を提供している。
【００１２】
まず、本発明の実施例による完成した液晶表示装置用液晶パネルの構造について概略的に説明する。図１は、本発明の実施例による完成した液晶表示装置用液晶パネルの構造を示す平面図であり、図２は、図１でＩＩ-ＩＩ’線に沿って切断した断面図である。図１及び図２に示すように、本発明の実施例による液晶表示装置の製造工程において、液晶注入工程及び基板結合工程を終えた一つの原板で構成される液晶パネル１２０は、同時にいくつかの液晶表示装置用液晶セルを有する。例えば、図１のように、互いに対向する絶縁基板１００，２００及び両基板１００，２００の間に注入されている液晶物質層３００を含む液晶パネル１２０には、Ａ及びＢの点線で定義される４個の液晶セル領域が作られて、それぞれの液晶セル領域は画像が表示される画面表示部１０１，１０２，１０３，１０４を有する。また、それぞれの液晶パネル１２０には、二つの基板１００，２００を平行に支持する基板間隔材４００が形成されており、注入された液晶物質層３００は、二つの基板１００，２００の周縁に形成されている液晶セル単位で形成されている封印材５００によって封印されている。ここで、基板間隔材４００は５ｇｆの圧縮応力に対して０．４０μｍ以上の圧縮変形量を有し、０．２μｍ以上圧縮変形されて二つの基板１００，２００を支持している。
【００１３】
そして、基板間隔材４００は１ｃｍ2当２５０〜４５０個の範囲で配置されて二つの基板１００，２００を支持している。一方、封印材５００も両基板１００，２００を平行に支持するために円形または球形の基板間隔材であるスペーサを含む構成とすることもできる。
【００１４】
このような本発明の実施例による液晶表示装置の製造方法において、液晶パネル１２０は、液晶セル単位で分離しない状態で液晶物質層３００を注入したものを用いることもでき、液晶セル単位で分離した状態で液晶物質層３００を注入したものを用いることも可能である。通常、対向する二つの基板をプレートに密着させてプレートに圧力を加えて二つの基板を張り合わせるホットプレス工程によって液晶セルを完成する場合には、液晶セル単位で分離してから真空状態で封印材の液晶注入口を通じて液晶物質を注入して液晶液晶物質層３００を形成する。一方、二つの基板と封印材で囲まれた空間を真空状態に維持した後、大気状態に露出させて、外部の大気圧の圧力で二つの基板を張り合わせる真空圧着工程によって液晶セルを完成する場合には、基板を液晶セル単位で分離しない状態で液晶を基板上部に落とした後、真空圧着工程によって二つの基板を張り合わせながら液晶物質層３００を形成する。ここで図面符号Ａ及びＢは、液晶注入及び基板結合工程を終えた後、液晶パネルをセル領域単位で分離するための切断線を示すものである。
【００１５】
次に、本発明の実施例による液晶パネルの製造方法において液晶表示装置用基板の製造方法について図面を参照して具体的に説明する。図３は本発明の実施例による液晶表示装置用基板の構造を示した断面図であり、図４は本発明の実施例による液晶表示装置用基板における基板間隔材の位置を示した配置図である。図３のように、本発明の実施例による液晶表示装置用基板１００の製造方法においては、液晶表示装置用基板１００の上部にアクリル系のネガティブ型感光膜を塗布し、不透明膜に光透過領域を定義する開口部を有するマスクを、一定の露光間隔に維持して基板１００上部に位置合わせして、露光して現像する写真エッチング工程によって柱型基板間隔材４００を所望の位置に形成する。
【００１６】
基板間隔材４００が基板１００に接する接触面は、円形または四角形とすることができ、接触面積は６００〜１１００μｍ2の範囲を有するのが好ましく、円形の場合は２８〜３８μｍ範囲の直径を有することが好ましい。そして、基板間隔材４００は２．５〜５．０μｍ範囲の高さを有し、２０〜７０゜範囲のテーパ角（θ）を有するテーパ構造となっている。
【００１７】
このような本発明の実施例による液晶表示用基板においては、基板間隔材４００が最適の条件の圧縮変形率を有しており、基板に加わる圧縮応力の噴射に有利で、二つの基板１００，２００間の間隔（セルギャップ）を均一に維持でき、液晶物質層３００を形成するための液晶物質の量を容易に調節できる。前記基板１００は、互いに交差して画素領域を定義する走査信号または映像信号のような電気的な信号を伝達するための複数のゲート配線及びデータ配線と、ゲート配線及びデータ配線と電気的に連結されて映像信号を制御するためのスイッチング素子である薄膜トランジスタと、液晶分子を駆動するために画素電圧が伝達される画素電極とが形成されている薄膜トランジスタアレイ基板を用いることができ、画素電極と対向して液晶分子を駆動するための電場を形成する共通電極及び画像表示のために要求される色相を表示する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルターが画素領域に順次に形成されている対向基板を用いることもできる。前記カラーフィルターまたは共通電極は、薄膜トランジスタ基板と同じ基板に形成することができ、線状とすることもできる。
【００１８】
図４のように、基板間隔材４００は同じ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のカラーフィルターの間に位置するのが好ましく、表示装置の表示能力が低下することを防止するように構成することが好ましい。具体的には、配線や薄膜トランジスタの上部に位置することが好ましい。次に、本発明の実施例による液晶表示装置の構造をより具体的に説明する。
【００１９】
図５は本発明の第１実施例による液晶表示装置の構造を示す配置図であり、図６は図５に示した液晶表示装置のＶＩ-ＶＩ’線による断面図であり、図７は本発明の第２実施例による液晶表示装置の構造を示した断面図である。図５及び図６のように、本発明の実施例による液晶表示装置用基板である薄膜トランジスタ薄膜トランジスタアレイ基板１００には、絶縁基板１１０上に低抵抗を有する導電物質から構成される導電膜を含むゲート配線と維持電極線１３１がテーパ構造で形成されている。ゲート配線は、横方向に延びているゲート線１２１と、ゲート線１２１の端に連結されて外部からのゲート信号の印加を受けてゲート線に伝達するゲートパッド１２５及びゲート線１２１に連結されている薄膜トランジスタのゲート電極１２３とを含む。ここでは、維持電極線１３１が別途形成されているが、ゲート線１２１の一部を延長して後で形成される画素電極１９０と重畳させて、画素の電荷保存能力を向上させる維持蓄電器の一つの電極として利用できる。この時、電荷保存能力が不足した場合にはゲート配線と分離された維持配線を追加することもできる。
【００２０】
基板１１０上には、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）などで構成されるゲート絶縁膜１４０がゲート配線１２１，１２５，１２３及び維持電極線１３１を覆っている。ゲート電極１２５のゲート絶縁膜１４０上部には、非晶質シリコンなどの半導体で構成される半導体層１５０が形成されており、半導体層１５０の上部にはシリサイドまたはｎ型不純物が高濃度にドーピングされているｎ+水素化非晶質シリコンなどの物質から作られた抵抗接触層１６３，１６５がそれぞれ形成されている。
【００２１】
抵抗接触層１６３，１６５またはゲート絶縁膜１４０上には、低抵抗を有する導電物質から構成される導電膜を含むデータ配線が形成されている。データ配線は縦方向に形成されて、ゲート線１２１と交差して画素領域を定義するデータ線１７１と、データ線１７１に連結され抵抗接触層１６３の上部まで延びているソース電極１７３と、データ線１７１の一端に連結されて外部からの画像信号の印加を受けるデータパッド１７９、及びソース電極１７３と分離されてゲート電極１２３に対してソース電極１７３の反対側抵抗接触層１６５上部に形成されているドレーン電極１７５とを含む。前記データ配線は保持容量を向上させるために維持電極線１３１と重なっており、後で形成される画素電極１９０と電気的に連結されている維持蓄電器用導電体パターンを含む構成とすることができ、ドレーン電極１７５を延長して維持電極線１３１と重畳させて維持蓄電器の一つの電極として使用することもできる。
【００２２】
データ配線１７１，１７３，１７５，１７９及びこれらに覆われない半導体層１５０上部には、平坦化特性が優れて感光性を有する有機物質またはａ-Ｓｉ：Ｃ：Ｏ：Ｈ、ａ-Ｓｉ：Ｃ：Ｏ：Ｆなどを含む低誘電率化学気相蒸着によって形成される絶縁物質の保護膜１８０が形成されている。前記保護膜１８０は窒化ケイ素から構成される絶縁膜をさらに含むことができ、絶縁膜は有機絶縁膜の下部に位置して半導体層１５０を直接覆うことが好ましい。また、ゲートパッド１２５及びデータパッド１７９が位置するパッド部から有機絶縁物質を完全に除去することが好ましいが、このような構造は、パッド部にゲートパッド１２５及びデータパッド１７９の上部に走査信号及び映像信号を各々伝達するために薄膜トランジスタ基板の上部にゲート駆動集積回路及びデータ駆動集積回路を直接実装するＣＯＧ（ｃｈｉｐ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）方式の液晶表示装置に適用する際特に有利である。
【００２３】
前記保護膜１８０には、ドレーン電極１７５及びデータパッド１７９をそれぞれ露出する接触孔１８５，１８９が形成されており、ゲート絶縁膜１４０と共にゲートパッド１２５を露出する接触孔１８２が形成されている。保護膜１８０上部には、接触孔１８５を通じてドレーン電極１７５と電気的に連結されて、画素領域に位置しており、透明な導電物質であるＩＴＯまたはＩＺＯから構成される画素電極１９０が形成されている。また、保護膜１８０上には、接触孔１８２，１８９を通じてそれぞれゲートパッド１２５及びデータパッド１７９と連結されている補助ゲートパッド９２及び補助データパッド９７が形成されている。ここで、補助ゲート及びデータパッド１９２，１９７は、ゲート及びデータパッド１２５，１７９を保護するためのもので必須ではない。
【００２４】
一方、薄膜トランジスタアレイ基板１００と対向するカラーフィルター基板２００には、透明な絶縁基板２１０上部に画素領域に開口部を有するブラックマトリックス２３０が形成され、それぞれの画素領域には赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルター２２０が順次に形成されており、その上部には画素電極１９０と対向して液晶物質層３００の液晶分子を駆動するための共通電極２４０が全面に形成されている。二つの基板１００，２００の間には液晶物質層３００が形成されて二つの基板１００，２００の間の間隔を均一に支持しており、データ線１７１の上部には基板間隔材４００が形成されている。これは、ゲート線１２１の上部に位置することも、半導体層１５０、ゲート電極１２３、ソース電極１７３及びドレーン電極１７５を含む薄膜トランジスタの上部に位置することもできる。
【００２５】
液晶物質層３００の液晶分子は、正の誘電率異方性を有し、基板に平行な状態で一つの基板から他の基板に至るまで螺旋形に捩じれて配列されているツイステッドネマチック方式で構成することができ、負の誘電率異方性を有し、二つの基板に対して垂直に配列されている垂直配向方式で構成することもでき、二つの基板の中心面に対して対称的に曲がる配列を有するＯＣＢモードとすることもできる。このような本発明の第１実施例による液晶表示装置における基板間隔材４００は、薄膜トランジスタ基板１００に対して正テーパ構造であるため、製造工程の際に薄膜トランジスタアレイ基板１００の上部に形成したものであり、図７のように赤、緑、青のカラーフィルター２２０を有する対向基板の上部に形成してもよい。
【００２６】
次に、このような本発明の実施例による液晶表示装置用液晶パネルを製造する方法について具体的に説明する。まず、原板で構成される液晶パネルの一つの基板１１０に低抵抗を有するゲート配線及びデータ配線と、薄膜トランジスタ及び透明な導電物質または反射度を有する導電物質の画素電極などを形成し、有機絶縁物質を積層して写真エッチング工程によりパターニングして画素領域の間に基板間隔材４００を形成する。そして、別の基板２１０に共通電極及び赤、緑、青のカラーフィルターを形成する。前述のようにカラーフィルター及び共通電極は薄膜トランジスタと同じ基板に形成できる。ここで、基板間隔材４００は、作製しようとする液晶パネル１２０の二つの基板１００，２００間隔より１０％〜３０％程大きい方が好ましい。勿論、基板間隔材４００は二つの基板１００，２００のいずれの基板に形成してもよい。このように基板間隔材４００を写真エッチング工程によって形成することで、基板間隔材４００を均一な位置に配置できてセル間隔を全体的に均一に維持でき、狭いセル間隔を設計することができ、画素領域に基板間隔材４００が配置されることを防止して表示特性を向上できる。
【００２７】
次に、基板間隔材４００が形成された基板１００，２００の上部に封印材５００を塗布する。封印材５００は、液晶注入口を有しないように閉曲線状に形成し、熱硬化材または紫外線硬化材で形成でき、二つの基板１００，２００の間隔を支持するためのスペーサを含むことができる。本発明の実施例においては、封印材５００に液晶注入口を形成しないために正確に量を調節することが重要であり、液晶物質の量が過多又は過少の時に発生する問題を解決するために、封印材５００は基板結合工程を終えても液晶物質につかないバッファー領域を有することが好ましい。なお、封印材５００は液晶物質層３００と反応する表面に反応防止膜を有することが好ましい。
【００２８】
次に、二つの表示板１００，２００のいずれか一つの上部に液晶塗布機を使用して液晶物質を塗布または滴下する。液晶塗布機は、液晶セル領域１０１，１０２，１０３，１０４（図１参照）に液晶物質を落せるような注射器状とすることができ、液晶セル領域１０１，１０２，１０３，１０４（図１参照）全面に液晶物質を散布できるような噴霧器状とすることもできる。次に、真空チャンバーから構成される基板結合装置において、二つの表示板１００，２００を移送して、二つの表示板１００，２００と封印材５００に囲まれた空間を真空状態にし、大気圧によって二つの表示板１００，２００を密着させて所望のセルギャップに二つの表示板１００，２００の間隔を合せる。次いで、露光装置で紫外線を照射して封印材５００を完全に硬化し、二つの表示板１００，２００を結合して原板の液晶パネル１２０を完成する。ここで、二つの表示板１００，２００を密着させたり封印材５００に紫外線を照射する工程においても二つの表示板１００，２００を微細に位置合わせさせることが好ましい。次に、完成した液晶パネル１２０を切断装置を使用して液晶セル領域１０１，１０２，１０３，１０４に分離して液晶表示装置用液晶セルに分離する。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明しましたが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例による表示装置用基板の構造を概略的に示平面図である。
【図２】図１のＩＩ-ＩＩ’線による断面図である。
【図３】本発明の実施例による液晶パネルの製造方法における液晶表示装置用基板の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例による液晶表示装置用基板における基板間隔材の位置を示す配置図である。
【図５】本発明の第１実施例による表示装置の構造を具体的に示す配置図である。
【図６】図５のＶＩ-ＶＩ’線による断面図である。
【図７】本発明の第２実施例による液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００，２００    基板
１２０    液晶パネル
１０１，１０２，１０３，１０４    画面表示部
１２１，１２５，１２３    ゲート配線
１３１    維持電極線
１４０    ゲート絶縁膜 
１５０    半導体層
１６３，１６５    抵抗接触層
１７１，１７３，１７５，１７９    データ配線
１７３    ソース電極
１７５    ドレーン電極
１７９    データパッド
１８０    保護膜
１８２，１８５，１８９    接触孔
１９０    画素電極
２１０    絶縁基板
２２０    カラーフィルター
２３０    ブラックマトリックス
２４０    共通電極
３００    液晶物質層
４００    基板間隔材
５００    封印材
【図１】
2004163951.tif 000003
【図２】
2004163951.tif 000004
【図３】
2004163951.tif 000005
【図４】
2004163951.tif 000006
【図５】
2004163951.tif 000007
【図６】
2004163951.tif 000008
【図７】
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