KR101004453B1 - 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 대해 개시된다. 개시된 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은, 기판상에 각각 제 1 착색층, 제 2 착색층 및 제 3 착색층을 순차적으로 소정 간격이 이격되게 패터닝하여 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층이 형성된 기판의 전면에 포지티브 포토레지스트를 코팅한 후, 기판의 배면에서 노광하는 단계와; 상기 배면 노광된 포지티브 포토레지스트를 현상 및 경화하는 단계와; 상기 포지티브 포토레지스트가 현상 및 경화된 결과물상에 블랙 매트릭스 물질을 증착하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스 물질이 증착된 결과물에서 포지티브 포토레지스트를 리프트 오프시켜 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 형성된 결과물상에 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은, 컬러필터 기판을 제조하는 공정에 있어서, 마스크를 사용하지 않고 블랙 매트릭스를 형성함으로써 공정수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있다.
블랙 매트릭스, 리프트 오프, 포지티브 포토레지스트

Description

액정표시장치의 제조방법{Fabrication method for LCD}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 종래에 따른 제 2 기판(칼라필터 기판)의 제조방법의 순서를 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판의 제조방법에 대한 순서를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
31 --- 기판 32 --- 컬러필터층
33 --- 포지티브 포토레지스트 34b --- 블랙 매트릭스
35 --- 공통전극
본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display)의 제조방법에 대한 것으로, 특히 컬러필터 기판을 제조하는 공정에 있어서, 마스크를 사용하지 않고 블랙 매트릭스를 형성함으로써 공정수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있는 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정 표시 장치가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 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 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(박막트랜지스터 기판)(1)과 제 2 기판(칼라필터 기판)(3)이 소정의 간격을 두고 서로 대향하여 설치되어 있다. 그리고, 상기 제 1 기판(1)과 상기 제 2 기판(3)사이에는 액정층(2)이 형성된다.
상기 액정표시장치에 대하여 더 구체적으로 설명하면 제 1 기판(1)(박막트랜지스터 기판)은 투명기판(16)상에 교차 배치되는 게이트 배선 및 데이터 배선이 형성되고, 상기 게이트 배선과 연장되는 게이트 전극(4)과, 상기 게이트 전극(4)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(5)과, 상기 게이트 절연막(5) 상에 형성된 반도체층(6)과, 상기 반도체층(6) 상에 형성된 소스/드레인 전극(7a,7b)으로 이루어진 박막트랜지스터(Thin Film Transistor:TFT)가 형성되며, 보호막(8)에 형성된 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극(7b)과 연결되는 화소전극(9)이 형성된다.
상기 복수개의 화소전극이 형성된 투명기판과 대향하는 다른 한쪽의 제 2 기판(칼라필터 기판)(3)은 상기 화소전극(9)을 제외한 영역으로 빛이 투과되는 것을 차단하기 위해 투명기판(15)상에 블랙매트릭스(14)가 형성되고, 상기 블랙매트릭스(14)상에 색상을 표현하기 위한 적, 녹, 청의 칼라필터 패턴(13)이 형성되고, 상기 칼라필터 패턴(13)상에 공통전극(12)이 형성된다.
상기와 같이 구성된 액정표시장치의 게이트버스선과 데이터버스선에 전압을 인가하면 상기 전압이 인가된 TFT는 온(on)되고, 상기 온(on)된 TFT의 드레인 전극에 접속된 화소전극에 전하가 축적되어 공통전극과의 사이의 상기 액정층(2)의 액정분자들의 배열이 변화됨으로써 디스플레이된다.
먼저, 상기 제 1 기판(박막트랜지스터)(1)의 제조방법을 살펴보면, 투명 기판(16) 상에 게이트(gate) 전극(4)을 형성하고, 게이트 전극(4) 위에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 게이트 절연막(5)을 성장시킨다.
다음에, 비정질 실리콘과 인(phosphorus)이 도핑(doping)된 비정질 실리콘층을 증착 후 포토 식각 과정에 의해 패터닝하여 액티브층(6), 오믹 컨택층(미도시)으로 채널층을 형성한다.
또한, 상기 액티브층(6), 오믹 컨택층(미도시)으로 이루어진 채널층 위에 소정의 금속이 증착되고, 포토리소그래피 공정을 거쳐 도시된 바와 같이 소스/드레인 전극(7a, 7b)이 형성된다.
이후, 무기막을 사용하여 보호막(8)을 형성하고, 상기 보호막(8)위에 ITO(Indium Titan Oxide)로 화소 전극(pixel)(9)을 형성한다.
한편, 상기 제 1 기판(1) 상부에는 제 1 기판(1)과 일정 간격을 가지고 제 2 기판(3)이 배치되어 있고, 제 2 기판(3)의 안쪽 면에는 블랙 매트릭스(14)가 박막 트랜지스터(T)와 대응되는 위치에 형성되어 있다.
상기 블랙 매트릭스(14) 상부에는 상기 화소 전극(9)과 일대일 대응하는 컬러필터(13)가 형성되어 있다. 컬러필터(13) 상부에는 상기 컬러필터(13)를 보호하고, 상기 컬러필터(13)로 인한 단차를 없애기 위한 오버코트층(overcoat layer)(미도시)이 선택적으로 형성되기도 한다. 그리고, 그 하부에 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(12)이 형성되어 있다.
또한, 상기 화소 전극(9)의 상부와 공통 전극(12)의 상부에는 각각 배향막(10,11)이 형성되어 있고, 두 배향막(10,11) 사이에는 액정층(2)이 주입되어 있다.
한편, 도 2a 내지 도 2f는 종래에 따른 제 2 기판(칼라필터)의 제조방법의 순서를 도시한 도면이다. 여기서, 제 2 기판(칼라필터)의 제조방법은 염색법, 염료분산법, 안료분산법, 전착법 등이 있으나 안료분착법을 예로 들어 설명한다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(21) 세정을 실시한 후, 블랙 매트릭스(22) 재료로 사용되는 크롬 또는 카본(Carbon) 계통의 유기 재료를 스퍼터링에 의하여 증착하고, 마스크를 이용하여 패터닝한 후 블랙 매트릭스(22)를 형성한다.
상기 블랙 매트릭스(22) 형성 후, 색상을 구현하기 위해 컬러 리지스트(color resist)를 사용하여 컬러필터층을 형성한다.
즉, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 블랙 매트릭스(22)를 포함한 전면에 상기 블랙 매트릭스(22)를 완전히 덮을 수 있도록 적색으로 착색된 제 1 컬러 리지스트(23)를 도포한다.
다음 도 2c에 도시된 바와 같이, 마스크(24)를 이용하여 도포된 상기 제 1 컬러 리지스트(23) 상부의 특정 영역만을 노출시킨 후, 부분 노광을 실시한다.
다음 도 2d에 도시된 바와 같이, 노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 1 컬러 리지스트(23)를 현상액에 담궈 제 1 착색층 패턴(23)을 현상하고, 현상된 감광막을 경화시켜 적색칼라(이하 R칼라라 칭한다)(23)를 형성한다.
일반적으로 컬러 리지스트는 네가티브(negative) 리지스트의 성격을 가지므로 노광되지 않는 부분이 제거된다.
그리고, 상기 도 2b 내지 2d에 보여진 공정들을 반복 수행하여 도 2e에 도시된 바와 같이, 녹색, 청색(Green, Blue) 으로 각각 착색된 제 2 및 제 3 착색층 패턴(24, 25)을 형성한다.
이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 착색된 패턴을 포함한 전면에 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터링에 의해 증착한다. 상기 공통 전극(27)으로서의 ITO는 별도의 패턴 형성을 하지 않는다.
참고적으로, 상기 공통 전극(27) 형성 전에 착색된 패턴의 보호와 평탄화를 위하여 아크릴(Acryl)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 사용하여 스핀 코팅 방법으로 평탄화막(오버코트층)을 형성하는 경우도 있지만 제조 공정 코스트 를 낮추기 위해 생략하기도 한다.
그러나, 상기 살펴본 바와 같이, 컬러필터층 및 블랙매트릭스를 형성하는데 있어서 한 번의 마스크 공정은 PR(photo resist) 코팅, 노광, 현상, 식각 공정을 통해 패터닝(pattering)하게 된다. 따라서, 하나의 패턴을 형성하기 위해 상기 과정을 반복적으로 수행해야 되며, 이는 제조 단가를 높이는 문제가 발생된다.
본 발명은, 컬러필터 기판을 제조하는 공정에 있어서, 마스크를 사용하지 않고 블랙 매트릭스를 형성함으로써 공정수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있는 액정표시장치의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은,
기판상에 각각 제 1 착색층, 제 2 착색층 및 제 3 착색층을 순차적으로 소정 간격이 이격되게 패터닝하여 컬러필터층을 형성하는 단계와;
상기 컬러필터층이 형성된 기판의 전면에 포지티브 포토레지스트를 코팅한 후, 기판의 배면에서 노광하는 단계와;
상기 배면 노광된 포지티브 포토레지스트를 현상 및 경화하는 단계와;
상기 포지티브 포토레지스트가 현상 및 경화된 결과물상에 블랙 매트릭스 물질을 증착하는 단계와;
상기 블랙 매트릭스 물질이 증착된 결과물에서 포지티브 포토레지스트를 리프트 오프시켜 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;
상기 형성된 결과물상에 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 포지티브 포토레지스트를 현상 및 경화하는 단계에서 상기 제 1 착색층, 제 2 착색층 및 제 3 착색층이 소정 간격으로 이격된 사이에 코팅된 포지티브 포토레지스트가 제거되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 블랙 매트릭스 물질은 크롬(Cr), 크롬 옥사이드(CrOx), 카본(Carbon) 계통의 유기 재료 또는 감광성 수지 물질을 사용하여 형성되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 포지티브 포토레지스트를 리프트 오프시켜 블랙 매트릭스를 형성하는 단계에서 상기 포지티브 포토레지스트의 측면에 리무버를 침투시켜 상기 포지티브 포토레지스트를 녹이는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 공통 전극 형성 전에 착색된 패턴의 보호와 평탄화를 위하여 아크릴(Acryl)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 사용하여 오버코트층이 형성되는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 컬러필터 기판을 제조하는 공정에 있어서, 마스크를 사용하지 않고 블랙 매트릭스를 형성함으로써 공정수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판의 제조방법에 대한 순서를 도시한 도면이다. 여기서, 컬러필터 기판의 제조방법은, 염색법, 염료분산법, 안료분산법, 전착법 등이 있으나 안료분착법을 예로 들어 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(31) 세정을 실시한 후, 색상을 구현하기 위해 컬러 레지스트(color resist)를 사용하여 컬러필터층(32)을 형성한다.
즉, 기판의 전면에 적색으로 착색된 컬러 레지스트를 도포한다. 그리고, 마스크를 이용하여 도포된 상기 컬러 레지스트 상부의 특정 영역만을 노출시킨 후, 부분 노광을 실시한다.
이때, 부분 노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 컬러 레지스트를 현상액에 담궈 착색층 패턴을 현상하고, 현상된 감광막을 경화시켜 적색컬러(이하 R컬러라 칭한다)를 형성한다.
여기서, 일반적으로 컬러 레지스트는 네가티브(negative) 레지스트의 성격을 가지므로 노광되지 않는 부분이 제거된다.
그리고 상기 적색으로 착색된 제 1 착색층 패턴(32a)을 형성하는 과정에서 보여진 공정들을 반복 수행하여 순차적으로 녹색, 청색(Green, Blue)으로 각각 착색된 제 2 및 제 3 착색층 패턴(32b, 32c)을 형성한다.
이때, 상기와 같이 형성된 컬러필터층(32)의 제 1 착색층 패턴(32a), 제 2 착색층 패턴(32b) 및 제 3 착색층 패턴(32c)은 각각 소정의 간격으로 이격되어 형성된다.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 소정간격으로 이격되어 형성된 컬러필터층(32)상의 전면에는 포지티브 포토레지스트(33)를 코팅한 후, 배면 노광을 수행하게 된다.
그리고, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 배면 노광을 수행한 후, 현상 및 경화 공정을 거쳐 패턴을 형성하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 포지티브 포토레지스트(33)는 노광되는 부분이 제거되며, 노광되지 않은 부분은 그대로 남아있게 된다.
즉, 상기 포지티브 포토레지스트(33)가 코팅된 기판의 배면에서 노광 되면, 상기 각각의 제 1, 2 및 3 착색층 패턴들(32a, 32b, 32c) 상에 도포된 포지티브 포토레지스트(33)는 상기 각각의 제 1, 2 및 제 3 착색층 패턴들(32a, 32b, 32c)에 의해 광반응이 일어나지 않아 그대로 남아있게 되며, 상기 각 착색층 패턴들의 이격된 공간사이에 코팅된 상기 포지티브 포토레지스트(33) 만이 반응하게 된다. 하지만, 노광된 광의 회절 현상 등에 의해 상기 착색층 패턴들의 양측 가장자리 영역의 일부까지 포지티브 포토레지스트(33)가 반응하게 된다. 이로 인하여, 결과적으로 착색층 패턴들 상에 형성된 포지티브 포토리제지스트(33)의 폭은 착샐층 패턴의 폭보다 약간 작은 폭을 갖는다.
이때, 상기 노광된 포지티브 포토레지스트(33)를 현상 및 경화시키면, 노광된 부분을 제거할 수 있게 된다.
따라서, 상기와 같은 방법에 의해 포지티브 포토레지스트(33)를 코팅한 후, 배면 노광을 실시하게 되면, 별도의 마스크 없이 패턴을 형성할 수 있게 된다.
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 착색층 패턴들 상에 포지티브 포토레지스트(33)가 형성된 결과물상에 블랙 매트릭스의 재료로 사용되는 크롬(Cr), 크롬 옥사이드(CrOx) 또는 카본(Carbon) 계통의 유기 재료를 스퍼터링에 의하여 증착하게 된다.
여기서, 상기 블랙 매트릭스의 재료로는 감광성 수지 물질을 사용할 수 있다. 상기 유리 기판(31)의 전면에는 블랙 매트릭스 물질이 형성되고, 상기 포토레지스트(33) 상에 형성된 블랙 매트릭스를 제 1 블랙 매트릭스(34a)라 하고, 착색층 패턴들의 상부면 중 양측 가장자리 영역과 양측면 및 그들 사이에서 노출된 유리 기판(31) 상에 형성된 블랙 매트릭스를 제 2 블랙 매트릭스(34b)라 한다.
그리고, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 착색층 패턴들 상에 남아있는 포지티브 포토레지스트(33) 및 그 위에 형성된 제 1 블랙 매트릭스(34a) 물질을 제거하기 위한 리프트 오트를 수행하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 리프트 오프(lift off)는 상기 포지티브 포토레지스트(33) 및 그 위에 증착된 제 1 블랙 매트릭스(34a) 물질을 제거하기 위한 방법으로, 먼저 형성된 포지티브 포토레지스트(33)의 측면에 포토레지스트 리무버를 침투시켜 상기 포지티브 포토레지스트(33)를 녹이게 된다.
이때, 상기 포지티브 포토레지스트(33)가 제거되면, 그 위에 증착된 제 1 블랙 매트릭스(34a) 물질만이 남아 있게 되고, 이를 지지할 수 있는 물질이 없기 때문에 엣지부분에서 끊어지게 된다.
따라서, 상기 포지티브 포토레지스트(33)가 형성된 부분에 증착된 제 1 블랙 매트릭스(34a) 물질을 쉽게 제거하게 된다. 그러면 도면에 도시된 바와 같이, 제 2 블랙 매트릭스(34b)는 착색층 패턴들의 상부면 중 양측 가장자리 영역에서부터 착색층 패턴의 측면을 따라 유리기판(31) 상에 형성된다.
마지막으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 각 착색층 패턴들이 소정 간격으로 이격된 사이에 형성된 제 2 블랙 매트릭스(34b)와 상기 착색된 패턴들을 포함한 컬러필터층(32)의 전면에 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터링에 의해 증착하여 공통 전극(35)을 형성한다. 이때, 상기 공통 전극(35)으로서의 ITO는 별도의 패턴 형성을 하지 않는다. 하지만, 경우에 따라서는 패턴닝 공정을 진행하여 공통 전극(35)을 형성할 수 있다.
참고적으로, 상기 공통 전극(35) 형성 전에 착색된 패턴의 보호와 평탄화를 위하여 아크릴(Acryl)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 사용하여 스핀 코팅 방법으로 평탄화막(오버코트층)(미도시)을 형성하는 경우도 있지만 제조 공정 코스트를 낮추기 위해 생략하기도 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은, 컬러필터 기판을 제조하는 공정에 있어서, 마스크를 사용하지 않고 블랙 매트릭스를 형성함으로써 공정수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판 상에 각각 제 1 착색층 패턴, 제 2 착색층 패턴 및 제 3 착색층 패턴을 순차적으로 소정 간격이 이격되도록 형성하여 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층이 형성된 기판의 전면에 포지티브 포토레지스트를 코팅한 후, 기판의 배면에서 노광하는 단계와;
    상기 배면 노광된 포지티브 포토레지스트를 현상 및 경화하여 상기 각각의 제 1, 2 및 3 착색층 패턴 상에 포지티브 포토레지스트를 형성하는 단계와;
    상기 포지티브 포토레지스트가 현상 및 경화된 결과물상에 블랙 매트릭스 물질을 증착하는 단계와;
    상기 블랙 매트릭스 물질이 증착된 결과물에서 포지티브 포토레지스트를 리프트 오프시켜 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 형성된 결과물상에 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1, 2 및 3 착색층 패턴 상에 형성된 포지티브 포토레지스트는 각각의 착색층 패턴의 폭보다 좁은 폭을 갖고, 상기 형성된 블랙 매트릭스는 착색층 패턴의 상부면의 양측 가장자리로부터 상기 착색층 패턴의 측면을 따라 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포지티브 포토레지스트를 현상 및 경화하는 단계에서 상기 제 1 착색층, 제 2 착색층 및 제 3 착색층이 소정 간격으로 이격된 사이에 코팅된 포지티브 포토레지스트가 제거되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 물질은 크롬(Cr), 크롬 옥사이드(CrOx), 카본(Carbon) 계통의 유기 재료 또는 감광성 수지 물질을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 포지티브 포토레지스트를 리프트 오프시켜 블랙 매트릭스를 형성하는 단계에서 상기 포지티브 포토레지스트의 측면에 리무버를 침투시켜 상기 포지티브 포토레지스를 녹이는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 공통 전극 형성 전에 착색된 패턴의 보호와 평탄화를 위하여 아크릴(Acryl)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 사용하여 오버코트층이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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