KR100936958B1 - 액정표시장치용 컬러필터 기판 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 광시야각 구현을 위한 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 수직 배열모드 액정을 이용한 광시야각 구현에 있어서, 공통전극과 화소전극 사이에 분포하는 전계를 왜곡하는 수단(이하 "돌기"라 칭함)과, 액정패널의 셀갭을 유지하기 위해 사용되는 패턴드 스페이서(patterend spacer)를 동시에 형성하는 방법에 관한 것이다.
상기 돌기와 패턴드 스페이서를 동시에 형성하게 되면, 공정을 단순화 할 수 있기 때문에 생산수율을 개선하는 장점이 있다.

Description

액정표시장치용 컬러필터 기판 제조 방법{Methode of fabricating for color filter substrate for LCD}
도 1은 일반적인 광시야각 모드 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ`를 따라 절단한 단면도이고,
도 3a 내지 도 3f는 종래에 따른 컬러필터 기판의 제조공정을 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 컬러필터 기판의 제조공정을 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 어레이기판의 제조공정을 도시한 공정 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 102 : 블랙매트릭스
104a,b : 컬러필터 106 : 공통 전극
108b : 컬럼스페이서 110b : 돌기
본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로 특히, 공정 단순화를 통해 광 시야각을 구현하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조방법과 이를 포함한 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 도 1을 참조하여 광시야각을 구현하기 위한 액정표시장치용 어레이기판의 구성을 설명한다.
도 1은 액정표시장치용 어레이기판에 구성되는 한 화소를 개략적으로 도시한 확대평면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(10) 상에 일 방향으로 연장된 게이트 배선(25)과 이와는 수직하게 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(45)이 구성된다.
상기 게이트배선(25)과 데이터 배선(45)이 교차하는 지점에는 게이트 전극(23)과 액티브층(36)과 소스 전극(41)과 드레인 전극(43)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 구성된다.
상기 화소영역(P)에는 상기 드레인 전극(43)과 접촉하는 화소전극(61)이 구성된다.
전술한 구성에서, 상기 화소 영역을 액정이 대칭적으로 배열되는 2도메인으로 영역(F1,F2)으로 분할 하기 위해, 도시하지는 않았지만 상기 화소 영역(P)의 가운데 영역에 대응하는 상부기판에 세로 방향으로 연장된 유기막 패턴인 돌기(rib)(60b)를 형성한다.
상기 돌기(60b)는 상기 화소 전극(61)과 상부 기판(미도시)에 구성하는 공통전극(미도시) 사이에 분포하는 전계를 왜곡하여 대칭되는 방향으로 분포하도록 하는 수단이다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(T)또는 데이터 배선(45)또는 게이트 배선(25)에 대응하는 상부기판(미도시)에 액정패널의 셀갭을 유지하는 패턴된 컬럼스페이서(74b)를 구성한다.
상기 컬럼스페이서는 기존의 볼 스페이서에 비해 유동성이 적으며, 화소영역에 선택적인 형성이 가능하며, 기존의 볼스페이서에 의한 화질불량을 개선할 수 있어서 대형기판에 적용이 가능하다.
이하, 도 2의 단면도를 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ`를 따라 절단하여, 이를 참조로 구성한 액정표시장치의 단면도이다.
도시한 바와 같이 화소 영역(P)이 정의된 제 1 기판(10)과 제 2 기판(50)이 서로 이격하여 구성된다.
상기 제 1 기판(10)의 마주보는 일면에는 화소 영역(P)에는 투명한 화소 전극(61)이 구성된다.
상기 화소영역(P)의 일측에는 박막트랜지스터(T)가 구성된다.
상기 제 2 기판(50)의 마주보는 일면에는 상기 데이터 배선(도 1의 45)과 대응하는 위치에 블랙매트릭스(52)가 구성되고, 상기 화소 영역(P)에 대응하여 적색 과 녹색과 청색의 컬러필터(54a,b,미도시)가 구성된다.
상기 컬러필터(54a,b)의 표면에는 투명한 공통전극(56)이 구성된다.
전술한 제 2 기판(50)의 구성에서, 상기 화소전극(61)의 중심영역에 대응하는 부분에 유기막 패턴인 돌기(60b)를 형성하고 상기 박막트랜지스터(T)또는 게이트 배선(도 1의 25)또는 데이터 배선(도 1의 45)에 대응하여 패턴된 컬럼스페이서(74b) 가 구성된다.
전술한 바와 같은 구성에서, 상기 상부기판(50)에는 구성된 패턴된 컬럼 스페이서(74b)와 돌기(60b)는 서로 다른 공정에서 제작된다.
이에 대해, 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3f는 종래에 따른 컬러필터 형성공정을 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(50)상에 화소영역(P)과 박막트랜지스터 영역(T)을 정의한다.
상기 박막트랜지스터 영역(T)에 대응하는 기판(50)상에 블랙매트릭스(52)를 형성한다.
상기 블랙매트릭스(52)는 크롬(Cr)만을 이용하여 단일층으로 형성할 수도 있고, 크롬/크롬옥사이드층(Cr/CrOX)의 이중층으로 형성할 수도 있다.
다음으로, 상기 화소영역(P)에 대응하여 컬러필터(54a,54b)를 형성한다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 컬러필터가 구성된 기판의 전면에 인듐-틴- 옥상이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하여, 공통전극(56)을 형성한다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 공통전극(56)의 상부에 감광성 유기물질을 도포하여 유기막(58)을 형성한다.
다음으로, 상기 유기막(58)의 상부에 투과부(D)와 차단부(B)로 구성된 마스크(M)를 위치시키고, 마스크(M)의 상부로 빛을 조사하여 하부의 유기막(58)을 부분적으로 노광한다.
이때, 노광되는 부분은 상기 마스크(M)의 투과부(D)에 대응한 부분(G)이다.
상기 노광된 부분을 현상하면 도 3d에 도시한 바와 같이, 공통전극(56) 상부에 단면적으로 사각 형상인 선행 돌기패턴(60a)이 형성된다.
연속하여, 상기 선행 돌기패턴(60a)에 베이킹(baking) 공정을 진행하게 되면 열에 의해 녹아 내려 표면이 반원 형상인 돌기(60b)가 형성된다.
다음으로 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 돌기(60b)가 형성된 기판(50)의 전면에 감광성 유기 물질을 도포하여 유기막(72)을 형성한다.
다음으로, 상기 유기막(72)의 상부에 투과부(D)와 차단부(B)로 구성된 마스크(M)를 위치하고, 상기 마스크(M)의 상부로 빛을 조사하여 상기 투과부(D)에 대응하는 부분(I)이 노광되도록 한다.
상기 노광된 부분을 현상하게 되면, 도 3f에 도시한 바와 같이, 단면적으로 사각형상의 선행 컬럼스페이서 패턴(74a)이 형성된다.
상기 선행 컬럼스페이서 패턴(74a)에 베이킹공정을 진행하게 되면 사다리꼴 형상의 컬럼스페이서(74b)가 형성될 수 있다.
전술한 바와 같은 공정으로 종래에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판을 제작할 수 있다.
그러나, 전술한 바와 같은 컬러필터 기판을 제작하는 공정은 상기 돌기와 컬럼 스페이서를 별도의 공정으로 제작하기 때문에 다수의 공정을 필요로 하여 생산수율을 저하하는 문제와 제조비용을 높이는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 목적으로 제안된 것으로, 상기 컬럼 스페이서와 돌기를 형성할 때 동시에 형성할 수 있는 방법을 제안한다.
이와 같이 하면, 공정을 단순화 할 수 있으므로 생산수율을 개선할 수 있는 장점이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 컬러필터 기판 제조방법은 기판 상에 화소영역을 정의하는 단계와; 상기 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 화소영역에 대응하여 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 및 블랙매트릭스의 상부에 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극의 상부에 감광성 유기막을 형성하는 단계와; 상기 감광성 유기막의 상부에 투과부와 차단부와 반투과부로 구성된 마스크를 위치시키고 마스크의 상부로 빛을 조사하여, 하부의 유기막을 노광하는 단계와; 상기 유기막을 현상하여, 상기 마스크의 차단부와 반투과부에 대응하여 높이가 서로 다른 컬럼스페이서와 돌기를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 감광성 유기막은 네가티브 특성을 가진다.
상기 컬럼스페이서는 셀갭을 유지하는 수단이며, 상기 돌기는 상기 화소영역을 2도메인 영역으로 분할하는 수단이다.
본 발명의 특징에 따른 액정표시장치 제조방법은 제 1 및 제 2 기판에 다수의 화소영역을 정의하는 단계와; 제 1 기판의 마주보는 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 드레인 전극과 접촉하고 상기 화소영역에 위치하는 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 제 2 기판의 마주보는 일면의 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 화소영역에 대응하여 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 및 블랙매트릭스의 상부에 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극의 상부에 감광성 유기막을 형성하는 단계와; 상기 감광성 유기막의 상부에 투과부와 차단부와 반투과부로 구성된 마스크를 위치시키고 마스크의 상부로 빛을 조사하여, 하부의 유기막을 노광하는 단계와; 상기 유기막을 현상하여, 상기 마스크의 차단부와 반투과부에 대응하여 높이가 서로 다른 컬럼스페이서와 돌기를 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
-- 실시예 --
본 발명은 상기 돌기와 컬럼스페이서를 동시에 형성하기 위해, 슬릿 또는 하프톤으로 구성된 반투과부를 가지는 마스크를 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 본 발명에 따른 컬러필터 기판의 제조공정을 설명한다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(100) 에 화소영역(P)과 박막트랜지스터 영역(T)을 정의한다.
상기 박막트랜지스터 영역(T)에 대응하는 기판(100)상에 블랙매트릭스(102)를 형성한다.
상기 블랙매트릭스(102)는 크롬(Cr)만을 이용하여 단일층으로 형성할 수 도 있고, 크롬/크롬옥사이드층(Cr/CrOX)의 이중층으로 형성할 수 도 있다.
다음으로, 상기 화소영역(P)에 대응하여 컬러필터(104a,104b)를 형성한다.
도시하지는 않았지만, 상기 컬러필터(104a,104b)는 다수의 화소영역(P)에 적색과 녹색과 청색을 나타내는 컬러필터가 소정의 순서대로 배열된 형상이다.
다음으로, 상기 컬러필터(104a,104b)가 형성된 기판(100)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하여, 공통전극(106)을 형성한다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 공통전극(106)의 상부에 감광성 유기물질을 도포하여 유기막(108)을 형성한다. 이때, 상기 유기막은 네가티브형 감광성을 가진다. 따라서 빛으로부터 차단된 부분이 현상되지 않는 특성을 가진다.
다음으로, 상기 유기막(108)의 상부에 투과부(B)와 차단부(D)와 반투과부(E)로 구성된 마스크(M)를 위치시킨다.
상기 반투과부(E)는 도시한 바와 같이 슬릿 형상으로 구성할 수도 있고, 반투과막을 형성하여 구성할 수 도 있다.
상기 마스크(M)의 상부로 빛을 조사하여 하부의 유기막을 노광하게 되며, 투과부(D)에 대응하는 부분과 반투과부(E)에 대응하는 부분이 노광된다.
상기 유기막(108)을 현상하게 되면, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 마스크(도 4b의 M)의 차단부(B)와 반투과부(E)에 대응하는 부분에 대응하여 선행 컬럼스페이서(108a) 패턴과 선행 돌기패턴(110a)이 형성된다.
이때, 상기 마스크의 반투과부(도 4b의 E)에 대응하여 구성된 선행 돌기패턴(110a)은 상기 차단부(도 4b의 B)에 대응하여 형성된 선행 컬럼스페이서 패턴(108a)에 비해 낮은 높이로 구성된다.
왜냐하면, 마스크의 반투과부에 대응한 유기막은 조사된 빛의 강도가 투과부에 비해 약하기 때문에 화학적 변화가 완전히 발생하지 않는다.
따라서, 빛에 의해 영향을 받은 일부만이 제거되어 상기와 같은 결과가 나타나게 된다.
상기 선행 컬럼스페이서(108a)와 선행 돌기패턴(110a)이 형성된 기판(100)에 베이킹 공정을 진행하게 되면, 원하는 형상의 컬럼스페이서(108b)와 돌기(110b)가 형성될 수 있다.
상기 컬럼스페이서(108b)는 게이트 배선 또는 데이터 배선 또는 공통배선 등에 형성된다.
전술한 바와 같이 제작되는 컬러필터기판과 합착되어 액정패널을 구성하는 하부 어레이기판의 제조공정을 이하, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ`을 따라 절단하여, 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
이하, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 제작공정을 설명한다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 기판(200)상에 게이트전극(223)과 게이트배선(225)을 형성한다.
이때, 상기 게이트 전극(223)과 게이트 배선(225)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(주로, AlNd), 몰돌기덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W)중 선택된 하나를 사용한 단일막 또는 두 가지 금속을 적층한 이중막으로 형성한다.
보통 상기 게이트 전극과 게이트 배선 등을 이중막으로 형성하는 경우는 알루미늄을 사용하였을 경우이다. 즉, 제 1 층을 알루미늄 층으로 하고 제 2 층을 몰돌기덴(Mo)또는 크롬(Cr)을 사용하여 형성한다.
상기 게이트 배선 등을 이중 금속층으로 형성하는 이유는, 상기 일루미늄이 저항은 작으나 화학적으로 내식성이 약하고, 후속의 고온 공정에서 힐락(hillock)형성에 의한 배선 결함문제를 야기하기 때문에 내식성이 강한 몰돌기덴(Mo) 또는 크롬(Cr)을 적층하는 것이다.
연속하여, 상기 게이트 전극과 게이트 배선이 형성된 기판의 전면에 제 1 절연막과 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘을 형성하고 패터닝하여, 게이트 절연막(229)과 액티브층(236)과 오믹 콘택층(237)을 형성한다.
상기 게이트 절연막(229)은 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 형성한다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 오믹 콘택층(237)과 접촉하는 소스전극(241)과 드레인 전극(243)과, 상기 소스 전극(241)과 연결된 데이터 배선(245)을 형성한다.
상기 소스전극(241)과 드레인 전극(243)은 이격하여 형성하며, 상기 이격된 사이로 노출된 오믹 콘택층(237)을 제거하여 액티브층(236)을 노출한다.
상기 소스전극과 드레인 전극 등은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(주로, AlNd), 몰돌기덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착한 후 패턴하여 형성한다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(241,243)이 형성된 기판(200)의 전면에 벤조사이클로 부텐(BCB)과 아크릴(Acryl)계 수지(resin)를 포함한 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하여 보호막(151)을 형성하고 이를 패 턴하여, 상기 드레인 전극(243)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(253)을 형성한다.
다음으로, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(251)이 형성된 기판의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 전극(243)과 접촉하면서 상기 화소영역(P)에 구성된 화소전극(261)을 형성한다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 박막트랜지스터 어레이기판을 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 컬러필터기판 제조공정은 패턴드 스페이서와 돌기를 동일 공정에서 동시에 형성할 수 있으므로 공정을 단순화 할 수 있다.
따라서, 생산수율을 개선하는 효과가 있다.
또한, 제조비용을 낮추어 제품의 가격경쟁력을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 기판 상에 화소영역을 정의하는 단계와;
    상기 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 화소영역에 대응하여 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터 및 블랙매트릭스의 상부에 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 공통전극의 상부에 감광성 유기막을 형성하는 단계와;
    상기 감광성 유기막의 상부에 투과부와 차단부와 반투과부로 구성된 마스크를 위치시키고 마스크의 상부로 빛을 조사하여, 하부의 유기막을 노광하는 단계와;
    상기 유기막을 현상하여, 상기 마스크의 차단부와 반투과부에 대응하여 높이가 서로 다른 컬럼스페이서와 돌기를 형성하는 단계
    를 포함하는 컬러필터 기판 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 유기막은 네가티브 특성을 가진 컬러필터 기판 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬럼스페이서는 셀갭을 유지하는 컬러필터 기판 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 화소영역을 2도메인 영역으로 분할하는 컬러필터 기판 제조방법.
  5. 제 1 및 제 2 기판에 다수의 화소영역을 정의하는 단계와;
    제 1 기판의 마주보는 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과 게이트 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 드레인 전극과 접촉하고 상기 화소영역에 위치하는 화소전극을 형성하는 단계와;
    제 2 기판의 마주보는 일면의 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 화소영역에 대응하여 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터 및 블랙매트릭스의 상부에 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 공통전극의 상부에 감광성 유기막을 형성하는 단계와;
    상기 감광성 유기막의 상부에 투과부와 차단부와 반투과부로 구성된 마스크를 위치시키고 마스크의 상부로 빛을 조사하여, 하부의 유기막을 노광하는 단계와;
    상기 유기막을 형성하여, 상기 마스크의 차단부와 반투과부에 대응하여 높이가 서로 다른 컬럼스페이서와 돌기를 형성하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계;
    를 포함하는 액정표시장치 제조방법.
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