KR100643560B1 - 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 액정 표시 장치의 개구율을 높이기 위해 컬러 필터를 어레이 기판 상에 형성하는데, 이때 컬러 필터를 전착법에 의해 화소 전극 상에 전착시킬 수 있다. 그런데, 액정 표시 장치의 제조시 다수의 셀을 하나의 기판 상에 형성할 경우, 전착용 패드가 기판 상에 흩어져 배치되므로 컬러 필터를 전착하는 공정이 각 셀마다 이루어져야 하기 때문에 공정 시간이 길어진다.
본 발명에서는 같은 열이나 행에 위치하는 셀의 게이트 패드를 하나의 전착용 게이트 패드와 연결하고, 같은 색의 컬러 필터가 전착될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드를 하나의 전착용 패드와 연결시키며, 전압이 인가될 부분을 기판의 외곽부에 위치하도록 함으로써 한꺼번에 여러 셀에 컬러 필터를 전착시킬 수 있다. 따라서, 어레이 기판의 공정 시간을 감소시킬 수 있다.
컬러 필터, 전착법, 개구율

Description

액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법{array panel of liquid crystal display and manufacturing method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 컬러 필터 온 박막 트랜지스터 구조 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 전착법을 이용하여 컬러 필터를 형성하기 위한 어레이 기판의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다수의 셀을 포함하는 대면적 기판에서의 전착 패드 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다수의 셀을 포함하는 대면적 기판에서의 전착 패드 구조를 도시한 도면.
도 5는 도 4에서 A 부분을 확대한 도면.
본 발명은 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로 서, 더욱 상세하게는 컬러 필터를 포함하는 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정 표시 장치(liquid crystal display)가 활발하게 개발되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이므로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 장치의 하부 기판은 화소 전극에 신호를 인가하기 위한 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판으로 박막을 형성하고 사진 식각하는 공정을 반복함으로써 이루어지고, 상부 기판은 컬러 필터를 포함하는 기판으로 컬러 필터는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 배열되어 있으며, 안료분산법이나 염색법, 전착법 등의 방법으로 제작된다.
이러한 액정 표시 장치는 두 기판을 각각 형성하고 하부의 화소 전극과 상부의 컬러 필터가 일대일 대응되도록 배치하는 공정을 통해 형성되는데, 기판을 배치하는 과정에서 오정렬(misalign)이 발생하여 빛샘과 같은 불량이 생길 수 있다. 이를 방지하기 위해 상부 기판에 블랙 매트릭스의 폭을 넓게 형성할 수 있는데, 이러 한 경우 액정 표시 장치의 개구율이 낮아지게 된다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이 컬러 필터는 안료분산법, 염색법, 전착법 등으로 제조하는데, 주로 안료분산법이 많이 사용되고 있다. 안료분산법은 폴리이미드 계열의 안료가 분산된 재료를 입히고 노광하여 패턴을 형성하는 방법이고, 염색법은 가염성 수지를 염색하는 방법이며, 전착법은 전기화학반응을 이용하여 전극에 컬러 필터막을 만드는 방법이다.
이와 같이 염색법과 안료분산법은 가염성 감광막이나 착색 감광막을 도포 후 노광 및 현상함으로써 컬러 필터를 제조하는데, 컬러 필터는 적, 녹, 청의 세 가지 색으로 이루어지기 때문에, 세 가지 색을 형성하는 공정이 각각 이루어져야 하므로 같은 공정이 세 번 반복된다. 따라서, 컬러 필터를 제조하는데 시간이 많이 걸리게 되고, 기판 전면에 막을 도포하고 제거하므로 재료의 소모량도 많아지게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 액정 표시 장치의 개구율을 향상시키며, 제조 공정을 줄일 수 있는 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 어레이 기판에서는 기판 상에 다수의 셀이 정의되고, 셀 내에 서로 직교하여 화소 영역을 정의하는 다수의 게이 트 배선 및 데이터 배선이 형성되어 있다. 화소 영역에는 게이트 배선 및 데이터 배선으로부터 신호를 인가받는 화소 전극이 형성되어 있고, 일렬로 배치된 셀의 게이트 배선을 하나로 연결하며 기판의 일측에 전압 인가부를 가지는 전착용 게이트 패드가 형성되어 있다. 또한, 일렬로 배치된 셀의 데이터 배선 중 적, 녹, 청의 컬러 필터가 형성될 화소 전극에 대응하는 데이터 배선을 각각 하나로 연결하며, 기판의 일측에 전압 인가부를 가지는 다수의 전착용 데이터 패드가 형성되어 있다.
여기서, 전착용 데이터 패드는 세 개이며, 각각 3n-2(n>0인 정수), 3n-1, 3n번째 데이터 배선과 연결되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 어레이 기판의 제조 방법에서는, 다수의 셀로 정의된 기판을 구비하고, 셀 내에 서로 직교하여 화소 영역을 정의하는 다수의 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성한다. 다음, 화소 영역에 위치하며 게이트 배선 및 데이터 배선으로부터 신호를 인가받는 화소 전극을 형성한다. 이어, 일렬로 배치된 셀의 게이트 배선을 하나로 연결하며 기판의 일측에 전압 인가부를 가지는 전착용 게이트 패드와, 일렬로 배치된 셀의 데이터 배선 중 적, 녹, 청의 컬러 필터가 형성될 화소 전극에 대응하는 데이터 배선을 각각 하나로 연결하며, 기판의 일측에 전압 인가부를 가지는 다수의 전착용 데이터 패드를 형성한다. 다음, 전착용 패드에 전압을 인가하여 화소 전극 상에 컬러 필터를 전착시킨다.
본 발명에서, 전착용 데이터 패드는 세 개이며, 각각 3n-2(n>0인 정수), 3n-1, 3n번째 데이터 배선과 연결되어 있을 수 있다.
여기서, 컬러 필터의 전착 단계는 전착용 게이트 패드와 3n-2번째 데이터 배 선에 연결된 전착용 데이터 패드에 전압을 인가하여 적색 컬러 필터를 전착시키는 단계, 전착용 게이트 패드와 3n-1번째 데이터 배선에 연결된 전착용 데이터 패드에 전압을 인가하여 녹색 컬러 필터를 전착시키는 단계 및 전착용 게이트 패드와 3n번째 데이터 배선에 연결된 전착용 데이터 패드에 전압을 인가하여 청색 컬러 필터를 전착시키는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 같은 열 또는 행에 위치하는 셀의 게이트 패드가 하나의 전착용 게이트 패드와 연결되어 있고, 같은 색의 컬러 필터가 전착될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드가 하나의 전착용 데이터 패드와 연결되어 있으므로 한 번에 여러 셀에 컬러 필터를 전착시킬 수 있다.
최근 컬러 필터를 어레이 기판에 형성하여 오정렬을 방지하고 개구율을 높이는 방법이 제시되었다. 이때, 컬러 필터는 박막 트랜지스터의 상부에 형성될 수 있으며, 또는 박막 트랜지스터 하부에 형성될 수도 있다. 전자를 컬러 필터 온 박막 트랜지스터(color filter on thin film transistor) 구조라고 하고, 후자를 박막 트랜지스터 온 컬러 필터(thin film transistor on color filter) 구조라고 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 컬러 필터 온 박막 트랜지스터 구조 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1 기판(10) 위에 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 게이트 전극(21)이 형성되어 있고, 그 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진 게이트 절연막(30)이 게이트 전극(21)을 덮고 있다. 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(30) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(41)이 형성되어 있으며, 그 위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(51, 52)이 형성되어 있다.
오믹 콘택층(51, 52) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 소스 및 드레인 전극(61, 62)이 형성되어 있는데, 소스 및 드레인 전극(61, 62)은 게이트 전극(21)과 함께 박막 트랜지스터를 이룬다.
이어, 소스 및 드레인 전극(61, 62) 위에는 실리콘 질화막이나 실리콘 질화막 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호층(70)이 형성되어 있으며, 보호층(70)은 드레인 전극(62)을 드러내는 콘택홀(71)을 가진다.
다음, 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(81)이 보호층(70) 상부에 형성되어 있는데, 화소 전극(81)은 콘택홀(71)을 통해 드레인 전극(62)과 연결되어 있다.
화소 전극(81) 위에는 컬러 필터(91)가 형성되어 있는데, 컬러 필터(91)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 색이 화소 전극(81)과 각각 일대일 대응하며 순차적으로 형성되어 있다.
한편, 제 1 기판(10) 상부에는 제 1 기판(10)과 일정 간격을 가지고 이격되어 있으며 투명한 제 2 기판(110)이 배치되어 있고, 제 2 기판(110)의 안쪽면에는 블랙 매트릭스(121)와 상기 블랙 매트릭스(121)를 덮고 있는 공통 전극(131)이 형 성되어 있다.
그리고, 두 기판 사이에는 액정층(150)이 주입되어 있다.
이와 같이 컬러 필터를 어레이 기판 상에 형성함으로써 오정렬을 방지하며, 블랙 매트릭스의 면적을 화소 영역 이외의 부분이나 박막 트랜지스터 상부에만 형성할 수 있으므로 개구율을 향상시킬 수 있다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이 컬러 필터는 안료분산법, 염색법, 전착법 등으로 형성할 수 있는데, 도 1에서와 같이 박막 트랜지스터 기판에 컬러 필터를 형성할 경우, 화소 전극을 컬러 필터의 전착을 위한 전극으로 이용하여 전착법에 의해 컬러 필터를 형성할 수 있다.
즉, 어레이 기판을 전착조에 넣고 게이트 배선과 데이터 배선을 이용하여 착색시키고자 하는 화소 전극에만 전압이 인가되도록 함으로써 적, 녹, 청 각각의 컬러 필터를 원하는 위치에 형성시킬 수 있다.
이러한 전착법을 이용한 컬러 필터의 형성은 노광 및 현상 공정이 필요없어 공정이 간단하고 재료의 소모량도 적은 장점이 있다.
도 2에는 전착법을 이용하여 컬러 필터를 형성하기 위한 어레이 기판의 구조를 도시하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 기판(10) 상에 직교하는 게이트 배선(도시하지 않음)과 데이터 배선(도시하지 않음), 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 박막 트랜지스터(도시하지 않음), 그리고 화소 전극(도시하지 않음)이 배열되어 있는 제 1 영역(20)과, 제 1 영역(20)에 인접한 제 2 영역(30)이 형성되어 있는데, 제 2 영역(30)에는 게이트 배선 및 데이터 배선과 각각 연결되어 박막 트랜지스터에 신호를 인가하기 위한 게이트 패드 및 데이터 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 제 2 영역(30)의 바깥쪽에는 게이트 패드에 연결되어 있는 전착용 게이트 패드(41)와 데이터 패드에 연결되어 있는 제 1 내지 제 3 전착용 데이터 패드(42, 43, 44)가 형성되어 있다. 여기서, 제 1 전착용 데이터 패드(42)는 적색의 컬러 필터가 형성될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드들과 연결되어 있고, 제 2 전착용 데이터 패드(43)는 녹색의 컬러 필터가 형성될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드들과 연결되어 있으며, 제 3 전착용 데이터 패드(44)는 청색의 컬러 필터가 형성될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드들과 연결되어 있다.
따라서, 어레이 기판(10)을 적색 전착조에 넣어 표시 영역(20)이 전착액에 잠기도록 하고, 전착용 게이트 패드(41)와 제 1 전착용 데이터 패드(42)에 전압을 인가하면 제 1 전착용 데이터 패드(42)와 연결되어 전압이 인가된 화소 전극 상에 적색의 컬러 필터가 전착된다. 이와 같은 방법으로 제 2 전착용 데이터 패드(43)와 제 3 전착용 데이터 패드(44)에 각각 전압을 인가하여 원하는 화소 전극 상에 녹색과 청색의 컬러 필터를 전착시킬 수 있다.
그런데, 일반적으로 액정 표시 장치는 대면적의 유리 기판에 하나의 액정 표시 장치가 될 셀을 다수개 형성하여, 공정을 한꺼번에 진행한 후 각각의 셀로 절단한다.
도 3은 이러한 대면적 기판을 도시한 평면도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 대면적 기판 상에 다수의 셀을 형성하였을 때 전착용 패드의 구조를 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 각각의 셀에 컬러 필터를 형성하기 위한 전착용 패드(61, 62, 63, 64)는 기판(50) 상의 좌우 영역에 흩어져 배치된다. 컬러 필터를 전착시키기 위해 기판(50)을 전착액에 잠기도록 할 경우 전착용 패드(61, 62, 63, 64)는 전착액 밖으로 노출되어야 하는데, 전착용 패드(61, 62, 63, 64)가 흩어져 배치되어 있으므로 컬러 필터를 동시에 전착시키지 못하고, 각 셀마다 3색의 컬러 필터를 형성하는 과정을 거쳐야 한다.
따라서, 컬러 필터를 형성하기 위해 시간이 많이 걸리게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다수의 셀을 가지는 대면적 기판의 전착용 패드 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대면적 기판의 전착용 패드 구조를 도시한 것으로, 대면적의 기판 상에 4개의 셀을 형성한 경우를 도시하였다.
도 4에 도시한 바와 같이, 대면적의 기판(110) 상에 각각 하나의 액정 표시 장치를 형성하기 위한 4개의 셀이 형성되어 있고, 각 셀은 제 1 영역(120)과 제 2 영역(130)으로 나뉜다. 제 1 영역(120) 내에는 직교하는 다수의 게이트 배선(도시하지 않음)과 데이터 배선(도시하지 않음), 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 박막 트랜지스터(도시하지 않음), 그리고 박막 트랜지스터로부터 신호를 전달받는 화소 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 제 2 영역(130)에는 게이트 배선 및 데이터 배선과 각각 연결되어 박막 트랜지스터에 신호를 인가하기 위한 게이트 패드(도시하지 않음)와 데이터 패드(도시하지 않음), 그리고 데이터 패드를 각각 연 결하는 적(R), 녹(G), 청(B)의 쇼팅바(shorting bar)(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
이웃하는 두 셀의 하부에는 전착용 게이트 패드(141)가 형성되어 두 셀의 게이트 패드와 모두 연결되어 있고, 두 셀의 상부에는 제 1 내지 제 3 전착용 데이터 패드(142, 143, 144)가 형성되어 있는데, 제 1 내지 제 3 전착용 데이터 패드는 두 셀의 R, G, B 쇼팅바와 각각 연결되어 있다.
도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제 2 영역(130)에는 제 1 내지 제 3 전착용 데이터 패드(142, 143, 144)와 연결된 R, G, B 쇼팅바(151, 152, 153)가 각각 형성되어 있는데, R, G, B 쇼팅바(151, 152, 153)는 R 컬러 필터가 형성될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드(도시하지 않음), G 컬러 필터가 형성될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드(도시하지 않음), 그리고 B 컬러 필터가 형성될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드(도시하지 않음)와 각각 연결되어 있어, 제 1 내지 제 3 전착용 데이터 패드(142, 143, 144)를 데이터 패드와 연결시킨다.
도면에서 우측의 B 부분은 이후 전착시 전착용 패드에 전압을 인가하기 위한 지그(jig)와 연결될 부분으로 기판(110)의 외곽에 위치한다.
이와 같은 기판(110)과 금속판(도시하지 않음)을 적색 전착조에 넣어 B 부분이 전착액 밖으로 노출되도록 하고, 금속판과 전착용 게이트 패드(도 4의 141) 및 제 1 전착용 데이터 패드(142)에 전압을 인가하면 제 1 전착용 데이터 패드(142)와 연결되어 있는 화소 전극에 전압이 인가되어 화소 전극 상에 R 컬러 필터가 전착된 다. 마찬가지로, 기판(110)과 금속판을 전착조에 넣고 제 2 전착용 데이터 패드(143) 및 제 3 전착용 데이터 패드(144)에 각각 전압을 인가함으로써 G 컬러 필터와 B 컬러 필터를 전착시킨다.
본 발명에서는 기판 상에 4개의 셀을 형성한 경우에 대하여 설명하였으나, 셀의 수는 변경이 가능하며 경우에 따라 전착용 데이터 패드의 수도 달라질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 한번의 공정으로 여러 셀에 컬러 필터를 전착시킬 수 있다.
본 발명은 기판 상에 다수의 셀이 형성되어 있을 때, 같은 열 또는 행에 위치하는 셀의 게이트 패드가 하나의 전착용 패드와 연결되어 있고, 같은 색의 컬러 필터가 전착될 화소 전극에 대응하는 데이터 패드가 하나의 전착용 데이터 패드와 연결되어 있어, 한꺼번에 여러 셀에 컬러 필터를 전착시킴으로써 공정 시간을 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 정의된 다수의 셀;
    상기 셀 내에 형성되어 있으며, 서로 직교하여 화소 영역을 정의하는 다수의 게이트 배선 및 데이터 배선;
    상기 화소 영역에 위치하며 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선으로부터 신호를 인가받는 화소 전극;
    일렬로 배치된 상기 셀의 상기 게이트 배선을 하나로 연결하며 상기 기판의 일측에 전압 인가부를 가지는 전착용 게이트 패드;
    일렬로 배치된 상기 셀의 상기 데이터 배선 중 적, 녹, 청의 컬러 필터가 형성될 상기 화소 전극에 대응하는 데이터 배선을 각각 하나로 연결하며, 상기 기판의 일측에 전압 인가부를 가지는 다수의 전착용 데이터 패드
    를 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  2. 제 1 항에서,
    상기 전착용 데이터 패드는 세 개이며, 3n-2(n>0인 정수), 3n-1, 3n번째 상기 데이터 배선과 각각 연결되어 있는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  3. 다수의 셀로 정의된 기판을 구비하는 단계;
    상기 셀 내에 서로 직교하여 화소 영역을 정의하는 다수의 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하는 단계;
    상기 화소 영역에 위치하며 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선으로부터 신호를 인가받는 화소 전극을 형성하는 단계;
    일렬로 배치된 상기 셀의 상기 게이트 배선을 하나로 연결하며 상기 기판의 일측에 전압 인가부를 가지는 전착용 게이트 패드를 형성하는 단계;
    일렬로 배치된 상기 셀의 상기 데이터 배선 중 적, 녹, 청의 컬러 필터가 형성될 상기 화소 전극에 대응하는 데이터 배선을 각각 하나로 연결하며, 상기 기판의 일측에 전압 인가부를 가지는 다수의 전착용 데이터 패드를 형성하는 단계;
    상기 전착용 패드에 전압을 인가하여 상기 화소 전극 상에 컬러 필터를 전착시키는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  4. 제 3 항에서,
    상기 전착용 데이터 패드는 세 개이며, 3n-2(n>0인 정수), 3n-1, 3n번째 상기 데이터 배선과 각각 연결되어 있는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에서,
    상기 컬러 필터의 전착 단계는 상기 전착용 게이트 패드와 상기 3n-2번째 데이터 배선에 연결된 전착용 데이터 패드에 전압을 인가하여 적색 컬러 필터를 전착시키는 단계;
    상기 전착용 게이트 패드와 상기 3n-1번째 데이터 배선에 연결된 전착용 데이터 패드에 전압을 인가하여 녹색 컬러 필터를 전착시키는 단계;
    상기 전착용 게이트 패드와 상기 3n번째 데이터 배선에 연결된 전착용 데이터 패드에 전압을 인가하여 청색 컬러 필터를 전착시키는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0523807Y2 (ko) * 1987-06-09 1993-06-17
JPH05164913A (ja) * 1991-12-12 1993-06-29 Dainippon Printing Co Ltd 電着基板、電着基板の製造方法および電着基板を用いたカラーフィルターの製造方法
KR960024572A (ko) * 1994-12-20 1996-07-20 미야자끼 료헤이 다색 칼라필터 및 다색 표시장치의 제조방법

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