KR101965304B1 - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하고, 서로 이격되어 배열되는 복수의 색필터, 상기 복수의 색필터 위에 위치하는 차광 부재, 상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판 그리고 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터의 데이터선을 따라 뻗어 있는 제1 차광 부재와 상기 박막 트랜지스터의 게이트선을 따라 뻗어 있는 제2 차광 부재를 포함하고, 상기 제1 차광 부재는 상기 복수의 색필터의 이격 공간에 위치하며, 서로 이웃하는 상기 색필터의 가장자리와 중첩하고, 상기 제1 차광 부재는 상기 색필터의 가장자리와 중첩하는 부분이 제1 폭 및 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭을 갖도록 형성하고, 상기 제2 폭을 갖는 상기 제1 차광 부재 위에 서브 컬럼 스페이서가 위치한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 전기장 생성 전극이 두 표시판에 각각 구비되어 있는 구조이다. 이 중에서도, 하나의 표시판(이하 '박막 트랜지스터 표시판'이라 한다)에는 복수의 박막 트랜지스터와 화소 전극이 행렬의 형태로 배열되어 있고, 다른 표시판(이하 '공통 전극 표시판'이라 한다)에는 적색, 녹색 및 청색의 색 필터가 형성되어 있고 그 전면을 공통 전극이 덮고 있는 구조가 주류이다.
그러나, 이러한 액정 표시 장치는 화소 전극과 색 필터가 다른 표시판에 형성되므로 화소 전극과 색 필터 사이에 정확한 정렬(align)이 곤란하여 정렬 오차가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 색 필터와 화소 전극을 동일한 표시판에 형성하는 구조(color filter on array, COA)가 제안되었다.
또한, 박막 트랜지스터 표시판과 공통 전극 표시판을 합착할 때 합착 마진을 고려하면 블랙 매트릭스와 같은 차광 부재를 설정된 크기보다 크게 제작해야 한다. 그러나, 이 경우 증가된 블랙 매트릭스의 크기에 의해 개구율이 저하될 수 있기 때문에 블랙 매트릭스를 박막 트랜지스터 표시판에 형성할 수 있다.
상기 두 개의 표시판 사이의 액정층의 간격을 셀 갭이라 하는데, 상기 셀 갭은 응답속도, 대비비, 시야각, 휘도 균일성 등 액정 표시 장치의 전반적인 동작 특성에 영향을 미친다. 만약 셀 갭이 일정하지 않으면 화면 전체에 걸쳐 균일한 영상이 표시되지 못하여 화질 불량을 초래한다. 따라서, 기판 상의 전 영역에 걸쳐서 균일한 셀 갭을 유지하기 위해 두 개의 기판 중 일측에는 복수의 간격재가 형성된다.
복수의 간격재는 실질적으로 두 개의 기판을 지지하는 메인 컬럼 스페이서와 메인 컬럼 스페이서의 역할을 보조하는 서브 컬럼 스페이서를 포함할 수 있다.
공정 단순화를 위해 블랙 매트릭스와 같은 차광 부재와 간격재를 동시에 형성할 수 있다. 차광 부재와 메인 컬럼 스페이서 및 서브 컬럼 스페이서 등을 동시에 형성하려면 멀티 단차를 구현할 필요가 있다.
하지만, 이처럼 멀티 단차를 구현하기 위해서는 멀티 투과율을 구현할 수 있는 마스크와 멀티 단차를 구현할 수 있는 재료가 필요하나, 현재 마스크 내에서 멀티 투과율을 구현하는데 한계가 있고, 멀티 단차를 구현할 수 있는 재료 개발이 아직까지 이루어지지 않고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차광 부재와 간격재를 동시에 형성하는 경우에 멀티 단차를 구현하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하고, 서로 이격되어 배열되는 복수의 색필터, 상기 복수의 색필터 위에 위치하는 차광 부재, 상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판 그리고 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터의 데이터선을 따라 뻗어 있는 제1 차광 부재와 상기 박막 트랜지스터의 게이트선을 따라 뻗어 있는 제2 차광 부재를 포함하고, 상기 제1 차광 부재는 상기 복수의 색필터의 이격 공간에 위치하며, 서로 이웃하는 상기 색필터의 가장자리와 중첩하고, 상기 제1 차광 부재는 상기 색필터의 가장자리와 중첩하는 부분이 제1 폭 및 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭을 갖도록 형성하고, 상기 제2 폭을 갖는 상기 제1 차광 부재 위에 서브 컬럼 스페이서가 위치한다.
상기 제2 차광 부재 위에 메인 컬럼 스페이서가 위치하고, 상기 메인 컬럼 스페이서는 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이의 간격을 지지할 수 있다.
상기 서브 컬럼 스페이서는 상기 제1 차광 부재와 상기 제2 차광 부재가 교차하는 부분에 대응하여 형성될 수 있다.
상기 복수의 색필터 각각은 상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 스트라이프 형태를 가지며, 상기 제2 차광 부재와 교차할 수 있다.
상기 제2 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터를 덮도록 형성될 수 있다.
상기 제2 차광 부재와 상기 메인 컬럼 스페이서는 일체로 형성될 수 있다.
상기 서브 컬럼 스페이서는 상기 제2 차광 부재의 평균 높이보다 높고, 상기 메인 컬럼 스페이서의 높이보다 낮을 수 있다.
상기 제2 차광 부재는 상기 제1 차광 부재 위에 위치할 수 있다.
상기 제1 차광 부재와 상기 제2 차광 부재 사이에 위치하는 보호막을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 폭을 갖는 상기 제1 차광 부재 부분의 높이는 상기 제1 폭을 갖는 상기 제1 차광 부재 부분의 높이보다 클 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 하부 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하고, 서로 이격되어 배열되는 복수의 색필터를 형성하는 단계, 상기 복수의 색필터의 이격 공간에 위치하며, 서로 이웃하는 상기 색필터의 가장자리와 중첩하도록 제1 차광 부재를 형성하는 단계 그리고 상기 색필터 및 상기 제1 차광 부재 위에 상기 박막 트랜지스터를 덮고, 메인 컬럼 스페이서를 포함하는 제2 차광 부재를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 차광 부재는 상기 색필터의 가장자리와 중첩하는 부분이 제1 폭 및 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭을 갖도록 형성하고, 상기 제2 폭을 갖는 상기 제1 차광 부재 위에 서브 컬럼 스페이서가 형성된다.
상기 서브 컬럼 스페이서는 상기 제1 차광 부재와 상기 제2 차광 부재가 교차하는 부분에 대응하여 형성할 수 있다.
상기 복수의 색필터 각각은 상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 스트라이프 형태를 가지며, 상기 제2 차광 부재와 교차하도록 형성할 수 있다.
상기 제1 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터의 데이터선을 따라 뻗도록 형성하고, 상기 제2 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터의 게이트선을 따라 뻗도록 형성할 수 있다.
상기 제1 차광 부재를 형성하는 단계는 상기 제2 폭을 갖는 상기 제1 차광 부재 부분의 높이가 상기 제1 폭을 갖는 상기 제1 차광 부재 부분의 높이보다 크도록 형성할 수 있다.
상기 제1 차광 부재를 형성하는 단계는 포토 리소그라피 방법을 사용할 수 있다.
상기 제2 차광 부재를 형성하는 단계는 투 톤 마스크를 사용하여 상기 제2 차광 부재와 상기 메인 컬럼 스페이서를 일체로 형성할 수 있다.
상기 제1 차광 부재와 상기 제2 차광 부재 사이에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보호막과 상기 제2 차광 부재 사이에 화소 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 보호막에는 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 연결하기 위한 접촉 구멍이 형성되고, 상기 메인 컬럼 스페이서는 상기 접촉 구멍에 대응하여 위치하도록 형성할 수 있다.
상기 서브 컬럼 스페이서는 상기 제2 차광 부재의 높이보다 높고, 상기 메인 컬럼 스페이서의 높이보다 낮도록 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면, 이웃하는 색필터의 이격된 공간에 색필터의 가장자리와 중첩하도록 차광 부재를 형성함으로써 서브 컬럼 스페이터를 형성하기 위한 단차를 구현하고, 이후 메인 컬럼 스페이서를 포함하는 추가적인 차광 부재를 형성하여 멀티 단차를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1의 실시예를 구체화한 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 평면도들이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 1을 참고하면, 하부 기판(110) 위에 박막 트랜지스터를 포함하는 막 구조물(120)이 위치한다. 박막 트랜지스터는 스위칭 소자로 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자의 삼단자로 이루어질 수 있고, 이에 대해서는 이후 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 막 구조물(120) 위에 복수의 색필터(230)가 위치한다. 복수의 색필터(230)는 서로 이격되어 배열되어 있는 적색 색필터, 녹색 색필터 및 청색 색필터를 포함한다. 복수의 색필터(230) 각각은 가로 방향으로 이격되어 있으나, 세로 방향을 따라 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
복수의 색필터(230) 위에 제1 차광 부재(220a)가 위치한다. 본 실시예에서 제1 차광 부재(220a)는 서로 이웃하는 색필터(230) 사이의 이격 공간에 위치하고, 색필터(230) 가장자리와 중첩하도록 위치한다.
도 1 및 도 2에서처럼, 본 실시예에서 제1 차광 부재(220a)는 대부분의 영역에서 색필터(230)의 가장자리와 중첩하는 부분의 폭인 제1 폭(d1)을 갖는다. 이 때, 제1 차광 부재(220a)는 전체 폭을 가리키는 제3 폭(d3)을 가지면서 세로 방향을 따라 길게 뻗을 수 있다. 도 1에서 나타내지 않았으나, 제1 차광 부재(220a)는 박막 트랜지스터의 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 위치할 수 있다.
도 1 및 도 3에서처럼, 본 실시예에서 제1 차광 부재(220a)는 제1 폭(d1)보다 큰 색필터(230)와 중첩하는 부분의 폭인 제2 폭(d2)을 가지는 영역을 포함한다. 이 때, 제1 차광 부재(220a)는 제3 폭(d3)보다 큰 전체 폭을 가리키는 제4 폭(d4)을 가지면서 세로 방향을 따라 약간 뻗을 수 있다. 여기서, 제2 폭(d2)을 갖는 제1 차광 부재(220a)가 사각형 모양으로 돌출된 형상으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 아령 모양, 원 모양, 타원 모양 등으로 돌출될 수도 있다.
제1 차광 부재(220a)가 서로 이웃하는 색필터(230)의 이격 공간에서 색필터(230)의 가장자리와 중첩하여 형성되기 때문에 도 2 및 도 3에서 나타낸 것과 같이 단차가 생긴다. 또한, 제2 폭(d2)을 갖는 제1 차광 부재와 색필터(230)가 중첩하는 부분에서의 단차의 높이(h2)는 제1 폭(d1)을 갖는 제1 차광 부재와 색필터(230)가 중첩하는 부분에서의 단차의 높이(h1)보다 크다. 다시 말해, 제1 차광 부재(220a)와 색필터(230)의 가장자리가 중첩하는 부분의 폭이 커질수록 발생하는 단차의 높이가 커질 수 있다.
색필터(230) 및 제1 차광 부재(220a)를 덮도록 제2 차광 부재(220b)가 위치한다. 제2 차광 부재(220b)는 가로 방향을 따라 배열되어 있고, 제1 차광 부재(220a)와 교차하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제2 차광 부재(220b)는 색필터(230)의 가장자리와 더 많이 중첩하고 있는 제1 차광 부재(220a)의 영역과 교차하여 중첩할 수 있다. 색필터(230)의 가장자리와 더 많이 중첩하고 있는 제1 차광 부재(220a)의 영역은 제1 차광 부재(220a) 중에서 제1 차광 부재(220a)가 뻗어 있는 방향과 수직한 방향으로 돌출된 부분이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제2 차광 부재(220b)가 제1 차광 부재(220a)의 제2 폭(d2)을 갖는 부분과 중첩하여 위치하기 때문에 제1 차광 부재(220a)의 단차에 의해 제2 차광 부재(220b)에서도 단차가 생긴다. 여기서, 제2 차광 부재(220b)의 평균 높이보다 높은 단차를 갖는 서브 컬럼 스페이서(SCS)가 형성된다. 도 3에서와 같이, 서로 이웃하는 색필터(230)의 이격 공간을 중심으로 2개의 서브 컬럼 스페이서(SCS)가 형성될 수 있으나, 색필터(230)의 이격 공간에서 어느 한 쪽의 색필터(230) 가장자리만 중첩하도록 제1 차광 부재(220a)를 형성한다면, 색필터(230)의 이격 공간을 중심으로 1개의 서브 컬럼 스페이서(SCS)를 형성할 수도 있다.
본 실시예에서처럼, 개구율 손실을 최소화하면서 단차를 형성하기 위해 제2 폭(d)을 갖는 제1 차광 부재(220a)의 부분을 제2 차광 부재(220b)와 중첩하는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
제2 차광 부재(220b) 위에 메인 컬럼 스페이서(MCS)가 위치한다. 메인 컬럼 스페이서(MCS)는 제2 차광 부재(220b)와 동일한 물질로 형성할 수 있다. 메인 컬럼 스페이서(MCS)와 제2 차광 부재(220b)는 투톤 마스크를 사용하여 동시에 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 색필터(230)의 이격 공간에 색필터(230)의 가장자리와 중첩하는 제1 차광 부재(220a)의 폭을 넓게 형성함으로써 서브 컬럼 스페이서(SCS)의 기능을 할 수 있는 정도로 단차를 키울 수 있다.
이하에서 도 4 및 도 5를 참고하여, 도 1의 실시예를 구체화한 액정 표시 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 도 1의 실시예를 구체화한 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 4의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 이들 두 표시판 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
화소 영역을 포함하는 제1 기판(110) 위에 제1 게이트선(121a)과 제2 게이트선(121b)을 포함하는 복수의 게이트선 및 복수의 유지 전극선(131)을 포함하는 복수의 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121a, 121b)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 제1 게이트선(121a)은 위아래로 돌출한 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 포함하고, 제2 게이트선(121b)은 위로 돌출한 제3 게이트 전극(124c)을 포함한다. 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)은 서로 연결되어 하나의 돌출부를 이룬다.
유지 전극선(131)도 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 위 아래로 돌출한 유지 전극(129), 게이트선(121a, 121b)과 실질적으로 수직하게 아래로 뻗은 한 쌍의 세로부(134) 및 한 쌍의 세로부(134)의 끝을 서로 연결하는 가로부(127)를 포함한다. 가로부(127)는 아래로 확장된 용량 전극(137)을 포함한다.
게이트 도전체(121a, 121b, 131) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 또는 결정질 규소 등으로 만들어질 수 있는 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 나와 있으며 서로 연결되어 있는 제1 및 제2 반도체(154a, 154b), 그리고 제3 게이트 전극(124c) 위에 위치하는 제3 반도체(154c)를 포함한다.
반도체(154a, 154b, 154c) 위에는 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재 위에는 복수의 데이터선(171), 복수의 제1 드레인 전극(175a), 복수의 제2 드레인 전극(175b), 그리고 복수의 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121a, 121b)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 향하여 뻗으며 서로 연결되어 있는 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)을 포함한다.
제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b) 및 제3 드레인 전극(175c)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)의 막대형 끝 부분은 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)으로 일부 둘러싸여 있다. 제1 드레인 전극(175a)의 넓은 한 쪽 끝 부분은 다시 연장되어 "U자" 형태로 굽은 제3 드레인 전극(175c)을 이룬다. 제3 소스 전극(173c)의 넓은 끝 부분(177c)은 용량 전극(137)과 중첩하여 감압 축전기(Cstd)를 형성하며, 막대형 끝 부분은 제3 드레인 전극(175c)으로 일부 둘러싸여 있다.
제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a), 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 반도체(154a)와 함께 제1 박막 트랜지스터(Qa)를 형성하고, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b), 및 제2 드레인 전극(175b)은 제2 반도체(154b)와 함께 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 형성하며, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 및 제3 드레인 전극(175c)은 제3 반도체(154c)와 함께 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 형성한다.
제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b), 및 제3 반도체(154c)를 포함하는 선형 반도체는 소스 전극(173a, 173b, 173c)과 드레인 전극(175a, 175b, 175c) 사이의 채널 영역을 제외하고는 데이터 도전체(171, 173a, 173b, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
제1 반도체(154a)에는 제1 소스 전극(173a)과 제1 드레인 전극(175a) 사이에서 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있고, 제2 반도체(154b)에는 제2 소스 전극(173b)과 제2 드레인 전극(175b) 사이에서 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있으며, 제3 반도체(154c)에는 제3 소스 전극(173c)과 제3 드레인 전극(175c) 사이에서 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터 도전체(171, 173a, 173b, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분 위에는 질화 규소 또는 산화 규소 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있는 보호막(180a)이 형성되어 있다.
보호막(180a) 위에는 복수의 색필터(230)가 위치한다. 복수의 색필터(230)는 서로 이격되어 배열되어 있는 적색 색필터, 녹색 색필터 및 청색 색필터를 포함한다. 복수의 색필터(230) 각각은 가로 방향으로 이격되어 있으나, 세로 방향을 따라 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
복수의 색필터(230)의 이격 공간에 제1 차광 부재(220a)가 위치하고, 이 때 제1 차광 부재(220a)는 서로 이웃하는 색필터(230) 가장자리와 중첩한다. 제1 차광 부재(220a)가 색필터(230) 가장자리을 덮으면서 색필터(230) 사이의 이격 공간에 형성되기 때문에 도 5에서 나타낸 것처럼 단차가 생긴다.
제1 차광 부재(220a)는 대체로 세로 방향을 따라 길게 뻗어 있고, 게이트선(121a, 121b)이 형성되어 있는 박막 트랜지스터와 이웃하는 부분에서 돌출된 형상을 갖는다. 이러한 돌출된 형상에 의해 색필터(230)의 가장자리와 중첩하는 제1 차광 부재(220a)의 폭이 넓어 진다. 색필터(230)의 가장자리와 중첩하는 제1 차광 부재(220a)의 폭이 넓어짐에 따라 단차의 높이가 커질 수 있다.
제1 차광 부재(220a) 및 복수의 색필터(230) 위에는 제2 보호막(180b)이 위치할 수 있다. 제2 보호막(180b)은 유기막 또는 무기막으로 형성될 수 있으나, 본 실시예에서 이후 설명할 제1 차광 부재(220a)의 단차에 따른 효과가 잘 나타낼 수 있도록 무기막으로 형성하는 것이 좀 더 바람직하다. 제2 보호막(180b)을 유기막으로 형성하게 되면, 막이 평탄화되는 효과가 있기 때문이다. 다른 실시예로 제2 보호막(180b)을 생략할 수도 있다.
제2 보호막(180b) 위에 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)을 포함하는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 제1 게이트선(121a) 및 제2 게이트선(121b)을 사이에 두고 서로 분리되어 각각 위와 아래에 배치되어 열 방향으로 이웃한다. 제2 부화소 전극(191b)의 높이는 제1 부화소 전극(191a)의 높이보다 높으며 대략 1배 내지 3배일 수 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b) 각각의 전체적인 모양은 사각형이며 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b) 각각은 가로 줄기부(193a, 193b), 가로 줄기부(193a, 193b)와 교차하는 세로 줄기부(192a, 192b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 각각 복수의 미세 가지부(194a, 194b), 하단의 돌출부(197a) 및 상단의 돌출부(197b)를 포함한다.
화소 전극(191)은 가로 줄기부(193a, 193b)와 세로 줄기부(192a, 192b)에 의해 4개의 부영역으로 나뉘어진다. 미세 가지부(194a, 194b)는 가로 줄기부(193a, 193b) 및 세로 줄기부(192a, 192b)로부터 비스듬하게 뻗어 있으며 그 뻗는 방향은 게이트선(121a, 121b) 또는 가로 줄기부(193a, 193b)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룰 수 있다. 또한 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부(194a, 194b)는 서로 직교할 수 있다.
본 실시예에서 제1 부화소 전극(191a)은 외곽을 둘러싸는 외곽 줄기부를 더 포함하고, 제2 부화소 전극(191b)은 상단 및 하단에 위치하는 가로부 및 제1 부화소 전극(191a)의 좌우에 위치하는 좌우 세로부(198)를 더 포함한다. 좌우 세로부(198)는 데이터선(171)과 제1 부화소 전극(191a) 사이의 용량성 결합, 즉 커플링을 방지할 수 있다. 좌우 세로부(198)는 생략할 수도 있다.
제1 보호막(180a), 색필터(230) 및 제2 보호막(180b)에는 제1 드레인 전극(175a)의 넓은 끝 부분과 제2 드레인 전극(175b)의 넓은 끝 부분을 각각 드러내는 복수의 제1 접촉 구멍(185a) 및 복수의 제2 접촉 구멍(185b)이 형성되어 있다. 제1 접촉 구멍(185a)은 제2 부화소 전극(191b)과 제3 드레인 전극(175c)을 연결하고, 제2 접촉 구멍(185b)은 제1 부화소 전극(191a)과 제2 드레인 전극(175b)을 연결할 수 있다.
화소 전극(191) 및 제2 보호막(180b) 위에 제2 차광 부재(220b)가 위치한다. 제2 차광 부재(220b)는 가로 방향을 따라 배열되어 있고, 제1 차광 부재(220a)와 교차하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제2 차광 부재(220b)는 색필터(230)의 가장자리와 더 많이 중첩하고 있는 제1 차광 부재(220a)의 영역과 교차하여 중첩할 수 있다. 색필터(230)의 가장자리와 더 많이 중첩하고 있는 제1 차광 부재(220a)의 영역은 제1 차광 부재(220a) 중에서 제1 차광 부재(220a)가 뻗어 있는 방향과 수직한 방향으로 돌출된 부분이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 차광 부재(220b)가 제1 차광 부재(220a)의 돌출된 부분과 중첩하여 위치하기 때문에 제1 차광 부재(220a)의 단차에 의해 제2 차광 부재(220b)에서도 단차가 생긴다. 여기서, 제2 차광 부재(220b)의 평균 높이보다 높은 단차를 갖는 서브 컬럼 스페이서(SCS)가 형성된다. 도 5에서와 같이, 서로 이웃하는 색필터(230)의 이격 공간을 중심으로 2개의 서브 컬럼 스페이서(SCS)가 형성될 수 있으나, 색필터(230)의 이격 공간에서 어느 한 쪽의 색필터(230) 가장자리만 중첩하도록 제1 차광 부재(220a)를 형성한다면, 색필터(230)의 이격 공간을 중심으로 1개의 서브 컬럼 스페이서(SCS)를 형성할 수도 있다.
본 실시예에서처럼, 개구율 손실을 최소화하면서 단차를 형성하기 위해 제1 차광 부재(220a)의 돌출된 부분을 제2 차광 부재(220b)와 중첩하는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
제2 차광 부재(220b) 위에 메인 컬럼 스페이서(MCS)가 위치한다. 메인 컬럼 스페이서(MCS)는 제2 차광 부재(220b)와 동일한 물질로 형성할 수 있다. 메인 컬럼 스페이서(MCS)와 제2 차광 부재(220b)는 투톤 마스크를 사용하여 동시에 형성할 수 있다. 메인 컬럼 스페이서(MCS)는 상부 표시판(200)과 하부 표시판(100) 사이의 간격을 지지하는 간격재 역할을 한다. 서브 컬럼 스페이서(SCS)는 메인 컬럼 스페이서(MCS)의 역할을 보조하여 상부 표시판(200)과 하부 표시판(100) 사이의 간격을 지지하는 보조 간격재 역할을 한다.
본 실시예에서 메인 컬럼 스페이서(MCS)는 제1 접촉 구멍(185a) 또는 제2 접촉 구멍(185b)에 대응하여 위치하도록 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 제2 차광 부재가 형성되는 다른 부분에 위치할 수도 있다.
다음 상부 표시판(200)에 대하여 설명하면, 상부 기판(210) 위에 공통 전극(270)이 형성되어 있고, 공통 전극(270) 위에는 상부 배향막(미도시)이 형성될 수 있다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 전달한다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 액정층(3)은 반응성 메소겐(reactive mesogen)을 포함하는 배향 보조제를 포함함으로써 액정 분자들은 그것의 장축이 화소 전극(191)의 미세 가지부(194a, 194b)의 길이 방향에 대략 평행하도록 선경사를 가질 수 있다. 배향 보조제는 액정층이 아닌 배향막에 포함될 수도 있다.
도 4 및 도 5를 참고하여 설명한 박막 트랜지스터 구조는 하나의 실시예일뿐, 박막 트랜지스터 구조를 포함하는 막 구조물은 다양한 형태로 변형될 수 있다.
이하에서는 도 6 및 도 7을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 평면도들이다.
도 6을 참고하면, 복수의 색필터(230)가 서로 이격되어 배열되도록 형성한다. 복수의 색필터(230)는 적색 색필터(R), 녹색 색필터(G) 및 청색 색필터(B)가 순차적으로 반복되도록 형성할 수 있다. 복수의 색필터(230) 각각은 가로 방향으로 이격되어 있으나, 세로 방향을 따라 스트라이프 형태로 형성할 수 있다.
설명을 생략하였으나, 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이 하부 기판(110) 위에 박막 트랜지스터 구조를 포함하는 막 구조물을 형성한 후에 박막 트랜지스터 위에 색필터(230)를 형성한 것이다.
색필터(230)는 포토 리소그라피 공정을 사용하여 형성할 수 있고, 그 밖에 잉크젯 방법 등으로 형성할 수도 있다.
도 7을 참고하면, 서로 이웃하는 색필터(230)의 이격 공간을 따라 제1 차광 부재(220a)를 형성한다. 제1 차광 부재(220a)는 색필터(230)가 뻗어 있는 방향을 따라 길게 형성되고, 대부분의 영역에서 제3 폭(d3)을 가지면서 형성되고, 일부분에서 제3 폭(d3)보다 큰 제4 폭(d4)을 갖는다. 이후 설명하겠지만, 제4 폭(d4)을 갖는 제1 차광 부재(220a) 부분은 제2 차광 부재(220b)와 교차하여 중첩할 수 있는 부분에 형성하는 것이 바람직하다.
제1 차광 부재(220a)는 포토 리소그라피 공정을 사용하여 형성할 수 있고, 제4 폭(d4)을 갖는 돌출된 부분은 색필터(230)의 가장자리와 중첩하는 폭이 제2 폭에(d2)에 해당한다. 제2 폭(d2)은 제3 폭(d3)을 갖는 제1 차광 부재(220a)에서 색필터(230)의 가장자리와 중첩하는 폭인 제1 폭(d1) 대비하여 큰 값을 갖는다. 여기서, 제2 폭(d2)이 제1 폭(d1)보다 큰 값을 만족한다면, 제4 폭(d4)이 제3 폭(d3) 대비하여 반드시 클 필요는 없다. 왜냐하면, 제2 폭(d2)이 제1 폭(d1)보다 큰 값을 갖도록 설정하여 단차 높이를 조절할 수 있기 때문이다.
이 후, 가로 방향을 따라 박막 트랜지스터를 덮도록 제2 차광 부재(220b)를 형성하면 도 1과 같이 나타나는 하부 표시판을 형성할 수 있다.
제2 차광 부재(220b)는 제2 폭(d2)을 갖는 제1 차광 부재(220a) 부분과 중첩하여 위치하기 때문에 제1 차광 부재(220a)에서 발생한 단차에 의해 제2 차광 부재(220b)에서도 단차가 생긴다.
제2 차광 부재(220b)를 형성함과 동시에 메인 컬럼 스페이서(MCS)를 형성하기 위해 투 톤 마스크를 사용할 수 있다. 따라서, 제2 차광 부재(220b)와 메인 컬럼 스페이서(MCS)는 동시에 형성하면서 서로 단차 높이를 달리하여 형성할 수 있다. 투 톤 마스크를 사용하여 형성하기 때문에 제2 차광 부재(220b)와 메인 컬럼 스페이서(MCS)은 동일한 물질로 일체로 형성될 수 있다. 투 톤 마스크를 사용하는 방법으로 하프톤 마스크 또는 슬릿 마스크를 사용할 수 있다.
예를 들어, 제2 차광 부재(220b)를 형성할 때, 네거티브 포토 레지스트를 사용한다면, 메인 컬럼 스페이서가 형성될 영역은 광 투과율 100%로 설정하고, 그 외의 영역은 광 투과율 30%로 설정할 수 있다. 포토 공정 후에 식각되지 않은 위치에서 메인 컬럼 스페이서(MCS)가 형성되고, 그 외의 영역은 일부 식각되어 메인 컬럼 스페이서 대비 낮은 높이의 제2 차광 부재(220b)가 형성될 수 있다. 이 때, 제1 차광 부재(220a)의 단차가 형성된 부분 위에 형성되는 제2 차광 부재(220b)에는 제2 차광 부재(220b)의 평균 높이보다 높은 서브 컬럼 스페이서(SCS)가 형성될 수 있다.
이 후, 상부 기판 위에 공통 전극을 포함하는 상부 표시판을 형성하고, 이미 형성된 하부 표시판과 합착한 후 액정층을 형성하면 본 실시예에 따라 멀티 단차를 갖는 차광 부재와 컬럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치를 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3 액정층 100 하부 표시판
110, 210 제1 및 제2 기판 121a, 121b 게이트선
124a, 124b 게이트 전극 140 게이트 절연막
154a, 154b, 154c 반도체 171 데이터선
173a, 173b, 173c 소스 전극 175a, 175b, 175c 드레인 전극
180a 보호막 185a, 185b 접촉 구멍
191: 화소 전극 200: 상부 표시판
220a, 220b: 차광 부재 230 색필터

Claims (20)

  1. 하부 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 위치하고, 서로 이격되어 배열되는 복수의 색필터,
    상기 복수의 색필터 위에 위치하는 차광 부재,
    상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판, 그리고
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하고,
    상기 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터의 데이터선을 따라 뻗어 있는 제1 차광 부재와 상기 박막 트랜지스터의 게이트선을 따라 뻗어 있는 제2 차광 부재를 포함하고,
    상기 제1 차광 부재는 상기 복수의 색필터의 이격 공간에 위치하며, 서로 이웃하는 상기 색필터의 가장자리와 중첩하고,
    상기 제1 차광 부재는 상기 색필터의 가장자리와 제1 폭으로 중첩하는 제1 부분 및 상기 색필터의 가장자리와 제2 폭으로 중첩하는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 폭보다 상기 제2 폭이 크고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 중첩하지 않고, 상기 제2 부분 위에 서브 컬럼 스페이서가 위치하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 차광 부재 위에 메인 컬럼 스페이서가 위치하고, 상기 메인 컬럼 스페이서는 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이의 간격을 지지하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 서브 컬럼 스페이서는 상기 제1 차광 부재와 상기 제2 차광 부재가 교차하는 부분에 대응하여 형성되는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 복수의 색필터 각각은 상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 스트라이프 형태를 가지며, 상기 제2 차광 부재와 교차하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터를 덮도록 형성되는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 차광 부재와 상기 메인 컬럼 스페이서는 일체로 형성되는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 서브 컬럼 스페이서는 상기 제2 차광 부재의 평균 높이보다 높고, 상기 메인 컬럼 스페이서의 높이보다 낮은 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제2 차광 부재는 상기 제1 차광 부재 위에 위치하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 차광 부재와 상기 제2 차광 부재 사이에 위치하는 보호막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 차광 부재의 상기 제2 부분의 높이가 상기 제1 차광 부재의 상기 제1 부분의 높이보다 큰 액정 표시 장치.
  11. 하부 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 위치하고, 서로 이격되어 배열되는 복수의 색필터를 형성하는 단계,
    상기 복수의 색필터의 이격 공간에 위치하며, 서로 이웃하는 상기 색필터의 가장자리와 중첩하도록 제1 차광 부재를 형성하는 단계, 그리고
    상기 색필터 및 상기 제1 차광 부재 위에 상기 박막 트랜지스터를 덮고, 메인 컬럼 스페이서를 포함하는 제2 차광 부재를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 차광 부재는 상기 색필터의 가장자리와 제1 폭으로 중첩하는 제1 부분 및 상기 색필터의 가장자리와 제2 폭으로 중첩하는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 폭보다 상기 제2 폭이 크고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 중첩하지 않고, 상기 제2 부분 위에 서브 컬럼 스페이서가 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 서브 컬럼 스페이서는 상기 제1 차광 부재와 상기 제2 차광 부재가 교차하는 부분에 대응하여 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 복수의 색필터 각각은 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 스트라이프 형태를 가지며, 상기 제2 차광 부재와 교차하도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터의 데이터선을 따라 뻗도록 형성하고, 상기 제2 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터의 게이트선을 따라 뻗도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제11항에서,
    상기 제1 차광 부재를 형성하는 단계는 상기 제1 차광 부재의 상기 제2 부분의 높이가 상기 제1 차광 부재의 상기 제1 부분의 높이보다 크도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 차광 부재를 형성하는 단계는 포토 리소그라피 방법을 사용하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 제2 차광 부재를 형성하는 단계는 투 톤 마스크를 사용하여 상기 제2 차광 부재와 상기 메인 컬럼 스페이서를 일체로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에서,
    상기 제1 차광 부재와 상기 제2 차광 부재 사이에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 보호막과 상기 제2 차광 부재 사이에 화소 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 보호막에는 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 연결하기 위한 접촉 구멍이 형성되고,
    상기 메인 컬럼 스페이서는 상기 접촉 구멍에 대응하여 위치하도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제11항에서,
    상기 서브 컬럼 스페이서는 상기 제2 차광 부재의 높이보다 높고, 상기 메인 컬럼 스페이서의 높이보다 낮도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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