KR20020004585A - 색 필터를 포함하는 기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

색 필터를 포함하는 기판 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 기판 위에 블랙 매트릭스를 형성한 다음, 황색 필터를 도포하고 적색 필터를 도포한 다음, 위치에 따라 빛의 투과율이 다른 마스크로 노광하여 패터닝한다. 이때, 제1 영역에는 황색 필터와 적색 필터를 모두 남기고, 제2 영역에는 황색 필터만을 남긴다. 다음, 청록색 필터와 청색 필터를 차례로 도포한 후, 위치에 따라 빛의 투과율이 다른 마스크를 이용하여 노광한다. 이어, 패터닝하여 제3 영역에는 청록색 필터와 청색 필터를 남기고, 제2 영역에는 황색 필터 위에 청록색 필터만을 남기며, 나머지 부분은 모두 제거한다. 다음, 투명 도전 물질로 공통 전극을 형성한다. 따라서, 본 발명에서는 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중막으로 색 필터를 형성하여 두 번의 사진 식각 공정으로 색 필터 기판을 형성할 수 있다.

Description

색 필터를 포함하는 기판 및 그의 제조 방법{panel having color filters and a manufacturing method thereof}
본 발명은 색 필터를 포함하는 기판 및 그 제조 방법과 이를 이용한 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
화상을 표현하기 위한 색(color) 표시 장치는 적(R), 녹(G), 청(B)의 빛을 각각 투과시키는 색 필터(color filter)가 형성되어 있는 기판을 포함하는데, 적, 녹, 청의 색 필터를 인접하게 배치시키고 각각의 색 필터에 해당 색의 신호를 인가하여 밝기를 제어함으로써 색을 표현한다.
이와 같은 색 필터는 감광성 유기 물질을 도포하고 사진 식각하는 공정을 반복함으로써 만들어진다. 이때, 색 필터의 재료로 사용되는 물질은 고가이며, 사진 식각에 사용되는 마스크의 수가 공정수를 대표하는데, 마스크의 수에 따라 제조 비용에 큰 차이가 있으므로 생산 비용을 감소시키기 위해서는 마스크의 수를 적게 하는 것이 바람직하다.
한편, 액정 표시 장치는 이러한 색 필터와 공통 전극 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
본 발명의 과제는 색 필터를 포함하는 기판의 제조 공정을 단순화시키는 것이다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 색 필터 기판 및 그 제조 방법을 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 8 및 도 9는 각각 도 7에서 Ⅷ-Ⅷ´선 및 Ⅸ-Ⅸ´선을 따라 자른 단면도이며,
도 10a는 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 10b는 도 10a에서 Ⅹb-Ⅹb´선을 따라 자른 단면도이며,
도 11a는 도 10b 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 11b는 도 11a에서 ⅩⅠb-ⅩⅠb´선을 따라 자른 단면도이고,
도 12a는 도 11b 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이며,
도 12b는 도 12a에서 ⅩⅡb-ⅩⅡb´선을 따라 자른 단면도이고,
도 13a는 도 12b 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 13b는 도 13a에서 ⅩⅢb-ⅩⅢb´선을 따라 자른 단면도이고,
도 14 내지 도 17은 도 13a에서 ⅩⅣ-ⅩⅣ´선을 따라 자른 단면도로서, 본발명에 따라 색 필터를 제조하는 방법을 도시한 것이며,
도 18a는 도 17 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 18b는 도 18a에서 ⅩⅧb-ⅩⅧb´선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 단면도이다.
이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중층으로 색 필터를 형성한다.
본 발명에 따른 색 필터 기판의 제조 방법에서는 투명 기판 위에 블랙 매트릭스를 형성하고, 이웃하는 블랙 매트릭스 사이에 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중층으로 색 필터를 형성한 다음, 투명 도전 물질로 이루어진 전극을 형성한다.
여기서, 색 필터를 형성하는 단계는 제1 색 필터를 도포하는 단계와 제2 색 필터를 도포하는 단계, 제1 및 제2 색 필터를 노광하고 현상하여 제1 영역에는 제1 및 제2 색 필터를 남기고, 제2 영역에는 제1 색 필터만 남기며 제3 및 그 외 나머지 영역에는 제1 및 제2 색 필터를 모두 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 색 필터의 노광은 제1 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 0%이고, 제2 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 30% 이하이며, 제3 및 나머지 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 100%인 마스크를 이용할 수 있다.
또한 색 필터를 형성하는 단계는 제3 색 필터를 도포하는 단계와 제4 색 필터를 도포하는 단계, 제3 및 제4 색 필터를 노광하고 현상하여 제3 영역에는 제3 및 제4 색 필터를 남기고, 제2 영역에는 제3 색 필터만을 남기며, 제1 및 나머지 영역에는 제3 및 제4 색 필터를 모두 제거하는 단계를 포함할 수도 있다.
이때, 색 필터의 노광은 제3 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 0%이고, 제2 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 30% 이하이며, 제1 및 나머지 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 100%인 마스크를 이용할 수 있다.
여기서, 제1 색 필터는 황색 필터이고 제2 색 필터는 적색 필터이며, 제3 색 필터는 청록색 필터이고 제4 색 필터는 청색 필터일 수 있다.
또는 제1 색 필터는 청록새 필터이고 제2 색 필터는 청색 필터이며, 제3 색 필터는 황색 필터이고 제4 색 필터는 적색 필터일 수도 있다.
본 발명에서, 제2 및 제4 색 필터는 각각 제1 및 제3 색 필터보다 감광성이 더 큰 성질을 가지는 물질로 이루어지는 것이 좋다.
색 필터의 도포는 스핀 코팅 방법이나 롤 코팅 방법, 또는 색 필터를 박막 형태로 제작하여 기판 위에 전사시키는 방법을 이용할 수도 있다.
본 발명에 따른 색 필터 기판은 투명 기판 위에 형성되어 있는 블랙 매트릭스와 이웃하는 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 있으며 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중막으로 이루어진 색 필터 및 투명 도전 물질로 이루어진 전극을 포함한다.
여기서, 제1 영역에는 하부의 제1 색 필터와 상부의 제2 색 필터가 형성되어있고, 제2 영역에는 하부의 제1 색 필터와 상부의 제3 색 필터가 형성되어 있으며, 제3 영역에는 하부에 제3 색 필터가, 상부에 제4 색 필터가 형성되어 있다.
이때, 제1 색 필터는 황색 필터이고 제2 색 필터는 적색 필터이며, 제3 색 필터는 청록색 필터이고 제4 색 필터는 청색 필터일 수 있다.
또는 제1 색 필터는 청록색 필터이고 제2 색 필터는 청색 필터이며, 제3 색 필터는 황색 필터이고 제4 색 필터는 적색 필터일 수도 있다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판에는 투명 기판 위에 다수의 게이트선이 형성되어 있고, 게이트선과 절연되어 있으며 게이트선과 교차하는 다수의 데이터선이 형성되어 있다. 게이트선과 이어진 게이트 전극, 데이터선과 이어진 소스 전극 및 소스 전극과 분리되어 있는 드레인 전극으로 이루어지며 게이트선으로부터 주사 신호를 받아 데이터선으로부터의 화상 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있고, 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중막으로 이루어진 색 필터가 형성되어 있다. 다음, 색 필터 상부에는 절연막이 형성되어 있고, 그 위에 화소 전극이 형성되어 있다.
여기서, 색 필터는 박막 트랜지스터 상부에 형성되어 있을 수 있으며, 또는 박막 트랜지스터 하부에 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명에서, 제1 영역에는 하부의 제1 색 필터와 상부의 제2 색 필터가 형성되어 있고, 제2 영역에는 하부에 제1 색 필터, 상부에 제3 색 필터가 형성되어 있으며, 제3 영역에는 하부에 제3 색 필터가 상부에 제4 색 필터가 형성되어 있을 수 있다.
이때, 제1 색 필터는 황색 필터이고 제2 색 필터는 적색 필터이며, 제3 색 필터는 청록색 필터이고 제4 색 필터는 청색 필터일 수 있다.
또는, 제1 색 필터는 청록색 필터이고 제2 색 필터는 청색 필터이며, 제3 색 필터는 황색 필터이고 제4 색 필터는 적색 필터일 수도 있다.
한편, 본 발명에서 절연막은 유기 절연 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판은 게이트선과 절연되어 중첩되어 있는 유지 전극을 더 포함할 수 있는데, 유지 전극은 화소 전극과 연결되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서는 기판 위에 다수의 게이트선을 형성하고, 게이트선과 절연되어 있으며 게이트선과 교차하는 다수의 데이터선을 형성한다. 이어, 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중막으로 이루어진 색 필터를 형성하고, 절연막을 형성한다. 다음, 화소 전극을 형성한다.
여기서, 색 필터를 형성하는 단계는 제1 색 필터를 도포하는 단계와 제2 색 필터를 도포하는 단계, 제1 및 제2 색 필터를 노광하고 현상하여 제1 영역에는 제1 및 제2 색 필터를 남기고, 제2 영역에는 제1 색 필터만 남기며 제3 및 그 외 나머지 영역에는 제1 및 제2 색 필터를 모두 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 색 필터의 노광은 제1 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 0%이고, 제2 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 30% 이하이며, 제3 및 나머지 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 100%인 마스크를 이용할 수 있다.
또한 색 필터를 형성하는 단계는 제3 색 필터를 도포하는 단계와 제4 색 필터를 도포하는 단계, 제3 및 제4 색 필터를 노광하고 현상하여 제3 영역에는 제3 및 제4 색 필터를 남기고, 제2 영역에는 제3 색 필터만을 남기며, 제1 및 나머지 영역에는 제3 및 제4 색 필터를 모두 제거하는 단계를 포함할 수도 있다.
이때, 색 필터의 노광은 제3 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 0%이고, 제2 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 30% 이하이며, 제1 및 나머지 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 100%인 마스크를 이용할 수 있다.
여기서, 제1 색 필터는 황색 필터이고 제2 색 필터는 적색 필터이며, 제3 색 필터는 청록색 필터이고 제4 색 필터는 청색 필터일 수 있다.
또는 제1 색 필터는 청록새 필터이고 제2 색 필터는 청색 필터이며, 제3 색 필터는 황색 필터이고 제4 색 필터는 적색 필터일 수도 있다.
본 발명에서, 제2 및 제4 색 필터는 각각 제1 및 제3 색 필터보다 감광성이 더 큰 성질을 가지는 물질로 이루어지는 것이 좋다.
색 필터의 도포는 스핀 코팅 방법이나 롤 코팅 방법, 또는 색 필터를 박막 형태로 제작하여 기판 위에 전사시키는 방법을 이용할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에서는 빛의 투과율이 다른 마스크를 이용하여 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중막으로 색 필터를 형성하므로 두 번의 사진 식각 공정으로 적, 녹, 청의 빛을 각각 투과시키는 색 필터를 형성할 수 있다. 따라서, 공정이 감소하여 제조 비용을 줄일 수 있다. 또한, 이러한 방법으로 색 필터를 박막 트랜지스터 기판에 형성하여 상부 기판의 블랙 매트릭스의 폭을 좁게 형성할 수 있기 때문에 개구율을 높일 수 있다.
그러면, 첨부한 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 색 필터 기판 및 그의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 색 필터 기판에는 기판(10)에 순차적으로 배열된 A, B, C 영역의 개구부를 가지는 블랙 매트릭스(black matrix)(20)가 형성되어 있다. 다음, A, B, C 영역에는 각각 이중층으로 이루어진 색 필터 패턴(30, 40, 50)이 형성되어 있다. 색 필터 패턴(30, 40, 50)은 블랙 매트릭스(20)와 가장자리가 중첩될 수도 있다. A 영역의 색 필터 패턴(30)은 하부의 황색 감광층(31)과 상부의 적색 감광층(32)으로 이루어지고, B 영역의 색 필터 패턴(40)은 하부의 황색 감광층(41)과 상부의 청록색 감광층(42)으로 이루어지며, C 영역의 색 필터 패턴(50)은 하부의 청록색 감광층(51)과 상부의 청색 감광층(52)으로 이루어진다.
본 발명에서, 황색 감광층(31, 41)은 적색과 녹색 빛을 투과시키고, 적색 감광층(32)은 적색 빛만을 투과시키며, 청록색 감광층(42, 51)은 녹색과 청색 빛을 투과시키고, 청색 감광층(52)은 청색 빛만을 투과시킨다. 따라서, A 영역에서는 하부의 황색 감광층(31)을 통과한 적색과 녹색 빛 중 적색 빛만이 상부의 적색 감광층(32)을 통과할 수 있으므로 결국 적색 빛만이 투과된다. B 영역에서는 하부의 황색 감광층(41)을 통과한 적색과 녹색 빛이 상부의 청록색 감광층(42)을 통과하면서 녹색 빛만 투과된다. 한편, C 영역에서는 하부의 청록색 감광층(51)을 통과한 녹색과 청색 빛이 상부의 청색 감광층(52)을 통과하면서 청색 빛만 투과된다.
따라서, 색 필터 패턴(30, 40, 50)은 각각 적, 녹, 청의 빛을 투과시킨다.
이와 같은 색 필터 패턴(30, 40, 50)을 포함하는 색 필터 기판의 제조 방법에 대하여 도 2 내지 도 6과 앞서의 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이 유리 기판(10) 위에 Cr(크롬) 또는 CrOx/Cr을 스퍼터링 따위의 방법으로 증착하고 패터닝하여 20 내지 30 ㎛의 폭을 가지는 블랙 매트릭스(20)를 형성한다.
다음, 도 3에 도시한 바와 같이 양성 감광성(positive photosensitive)을 가지는 황색 감광막(yellow photosensitive resin)(60)과 적색 감광막(red photosensitive resin)(70)을 차례로 도포하고 노광을 실시하는데, 이후 황색 감광층(31)와 적색 감광층(32)이 모두 남게 될 A 영역에 대응하는 마스크(310)에는 빛의 투과율이 거의 0%인 차광막(311)이 형성되어 있고, 황색 감광층(41)만 남게 될 B 영역에 대응하는 마스크(310)에는 빛의 투과율이 30%이하가 되도록 슬릿이나 반투명막(312)이 형성되어 있으며, 나머지 영역에 대응하는 마스크(310)에는 막이 형성되어 있지 않아 빛이 거의 100% 투과되도록 한다. 이때, 상부의 적색 감광막(70)은 감광성을 민감하게 하고, 하부의 황색 감광막(60)은 감광성을 둔하게 하여 감광막(60, 70)의 노광 선택비를 증가시킬 수 있다. 여기서 두 감광막(60, 70)은 스핀 코팅(spin coating)이나 롤 코팅(roll coating) 방법으로 도포하거나 또는 박막 형태로 미리 제작하여 전사시키는 방법으로 형성할 수도 있다.
다음, 도 4에 도시한 바와 같이 감광막(60, 70)을 현상하여 노광된 부분을 제거한다. 따라서, A 영역에는 황색 감광층 및 적색 감광층(31, 32)을 형성하고,B 영역에는 황색 감광층(41)만을 형성하며, 나머지 영역에는 모두 제거한다.
다음, 도 5에 도시한 바와 같이 양성 감광성을 가지는 청록색 감광막(cyan photosensitive resin)(80)과 청색 감광막(blue photosensitive resin)(90)을 각각 도포하고 노광을 실시하는데, 이후 청록색 감광층(51)과 청색 감광층(52)이 모두 남게 될 C 영역에 대응되는 마스크(320)에는 빛의 투과율이 거의 0%인 차광막(321)이 형성되어 있고, 청록색 감광층(42)만 남게 될 B 영역에 대응되는 마스크(320)에는 빛의 투과율이 30% 이하가 되도록 슬릿이나 반투명막(322)이 형성되어 있으며, 나머지 영역에 대응되는 마스크(320)에는 박막이 형성되어 있지 않아 빛이 거의 100% 투과되도록 한다. 여기서도 두 감광막(80, 90)을 스핀 코팅이나 롤 코팅 방법으로 도포할 수 있으며, 박막 형태로 미리 제작하여 기판에 전사시킬 수도 있다.
다음, 도 6에 도시한 바와 같이 청색 감광막(90)과 청록색 감광막(80)을 현상하여 C 영역에는 청록색 감광층(51)과 청색 감광층(52)을 형성하고 B 영역에는 황색 감광층(41) 위에 청록색 감광층(42)을 형성하며, 그 외 영역에는 모두 제거한다. 따라서, 색 필터 패턴(30, 40, 50)을 완성한다. 이때, B 영역의 청록색 감광층(42)과 황색 감광층(41)은 가장자리가 일부 어긋나게 형성될 수도 있는데, 어긋나는 위치가 블랙 매트릭스(20)를 벗어나지 않도록 하여 원하지 않는 빛의 발생을 방지한다. 여기서, 색 필터 패턴(30, 40, 50)은 블랙 매트릭스(20)와 6 ㎛ 이상 중첩되도록 하는 것이 좋다.
다음, 도 6에 도시한 바와 같이 ITO와 같은 투명 도전 물질을 증착하여 공통 전극(100)을 형성한다.
이와 같이 본 발명에서는 보색 관계에 있는 감광막과 빛의 투과율이 다른 세 부분을 가지는 마스크를 이용하여 두번의 사진 식각 공정으로 적(R), 녹(G), 청(B)의 빛을 각각 투과시키는 색 필터 패턴을 형성할 수 있으므로 공정이 단순화되어 제조 비용을 줄일 수 있다. 이때, 마스크는 노광기의 최소 선폭 분해능이 10 ㎛ 정도로 박막 트랜지스터 기판 쪽의 3 내지 4 ㎛ 보다 더 크므로, 쉽게 제작할 수 있다.
본 발명에서는 색 필터 패턴의 상부에서 빛을 노광하여 빛을 받은 부분이 제거되는 양성 감광성 물질로 색 필터 패턴을 형성하였으나 반대 부분 즉, 후면(back) 노광을 실시할 경우 음성 감광성(negative photosensitive) 물질로 색 필터 패턴을 형성할 수도 있다.
한편, 일반적으로 액정 표시 장치의 상부 기판에 형성하던 색 필터 패턴을 하부의 박막 트랜지스터 기판에 형성하여 개구율을 높일 수도 있다. 또한, 박막 트랜지스터 기판에 색 필터 패턴을 형성하면 액정 표시 장치의 상부 기판에는 공통 전극만 형성하므로 상부 및 하부 기판의 배치시 정렬 오차가 발생하지 않고, 상부 기판을 얇게 하거나 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있으므로 제조 비용을 줄일 수도 있다.
그러면, 앞서의 제1 실시예에서와 같은 방법을 이용하여 형성한 색 필터 패턴을 포함하는 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 대하여 도 7 내지 도 19b를 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 8과 도 9는 도 7에서 각각 Ⅷ-Ⅷ´선, Ⅸ-Ⅸ´선을 따라 자른 단면도이다.
먼저, 기판(110) 위에 가로 방향으로 뻗어 있는 다수의 게이트선(121)과 게이트선(121)의 분지인 게이트 전극(122) 및 게이트선(121)의 한쪽 끝에 위치하며 외부로부터의 주사 신호를 인가 받기 위한 게이트 패드(123)를 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선(121, 122, 123)은 Cr(크롬)층(1211, 1221, 1231)과 Al-Nd(알루미늄-네오디뮴)층(1212, 1222, 1232)의 이중층으로 형성되어 있으나 단일층 또는 삼중층으로 형성할 수도 있다.
게이트 배선(121, 122, 123) 위에는 게이트 절연막(130)이 형성되어 게이트 배선(121, 122, 123)을 덮고 있다.
게이트 절연막(130) 위에는 비정질 규소 같은 물질로 이루어진 반도체층 패턴(141)이 게이트 전극(122) 상부에 형성되어 있으며, 그 위에는 인(P) 등 n형 불순물로 고농도로 도핑된 비정질 규소 등으로 이루어진 저항성 접촉층 패턴(151, 152)이 형성되어 있다. 접촉층 패턴(151, 152)은 게이트 전극(122)을 중심으로 분리된 두 부분으로 이루어진다.
게이트 절연막(130) 및 접촉층 패턴(151, 152) 위에는 Cr과 같은 도전 물질로 이루어진 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선은 세로 방향으로 연장되어 있으며 게이트선(121)과 교차하는 데이터선(161), 데이터선(161)에서 이어져 나온 소스 전극(162) 및 이들과 분리되어 있는 드레인 전극(163), 그리고 데이터선(161)의 한쪽 끝에 형성되어 외부로부터 화상 신호를 인가 받기 위한 데이터 패드(164)를 포함한다. 소스 전극(162) 및 드레인 전극(163)의 일부는 각각 접촉층 패턴의 두 부분(151, 152)과 접촉하고 있다. 데이터 배선(161, 162, 163, 164)도 게이트 배선(121, 122, 123)과 마찬가지로 단일층 또는 이중층이나 삼중층으로 형성할 수 있다. 인접한 데이터선(161)의 사이에 있는 게이트선(121) 상부에는 데이터 배선(161, 162, 163, 164)과 같은 물질로 유지 전극(165)이 형성되어 있으며 이는 후술할 화소 전극(191)과 연결되어 게이트선(121)과 함께 유지 용량을 형성한다.
데이터 배선(161, 162, 163, 164) 및 유지 전극(165)과 노출된 반도체층 패턴(141) 위에는 질화규소 따위로 이루어진 보호막(170)이 형성되어 이들을 덮고 있다.
보호막(170) 상부의 게이트선(121)과 데이터선(161)이 교차하여 정의되는 화소 영역에는 색 필터 패턴(181, 182, 183)이 각각 형성되어 있는데, 색 필터 패턴(181, 182, 183)은 A′, B′, C′ 영역에 각각 적, 녹, 청의 빛이 투과하도록 황색 감광층(1811)과 적색 감광층(1812), 황색 감광층(1821)과 청록색 감광층(1822), 그리고 청록색 감광층(1831)과 청색 감광층(1832)의 이중층으로 형성되어 있다. 색 필터 패턴(181, 182, 183)은 가장자리가 데이터선(161)과 중첩되어 있고, 전단의 게이트선(121) 및 유지 전극(165)과 중첩되어 있다.
색 필터 패턴(181, 182, 183) 상부에는 유기 절연막(190)이 형성되어 이들을 덮고 있다. 또한, 유기 절연막(190)에는 색 필터 패턴(181, 182, 183)이나 보호막(170) 또는 게이트 절연막(130)과 함께 게이트 패드(123), 데이터 패드(164) 및 드레인 전극(163), 그리고 유지 전극(165)을 드러내는 접촉구(191, 192, 193,194)가 형성되어 있다. 이때, 본 발명에서와 같이 게이트 패드(123)를 Cr층(1231)과 Al-Nd층(1232)의 이중층으로 형성할 경우 상부의 Al-Nd층(1232)를 제거하여 하부의 Cr층(1231)이 드러나도록 하는 것이 바람직하다.
유기 절연막(190) 상부에는 ITO 같은 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(201)과 보조 게이트 패드(202) 및 보조 데이터 패드(203)가 형성되어 있다. 화소 전극(201)은 그 폭이 색 필터 패턴(181, 182, 183)보다 넓으며, 가장자리는 데이터선(161)과 중첩되어 있고, 접촉구(194)를 통해 유지 전극(165)과 연결되어 있다. 또한, 화소 전극(201)은 접촉구(193)를 통해 드레인 전극(163)과도 연결되어 있다. 외부의 구동 회로에 연결되는 보조 게이트 패드(202)와 보조 데이터 패드(203)는 각각 게이트 패드(123)와 데이터 패드(164)의 상부에 형성되어 있다.
이와 같은 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 도 10a 내지 도 18b 및 앞서의 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 10a 내지 도 10b에 도시한 바와 같이 기판(110) 위에 게이트선(121), 게이트 전극(122), 그리고 게이트 패드(123)를 포함하는 게이트 배선(121, 122, 123)을 형성한다.
앞서 언급한 바와 같이 게이트 배선(121, 122, 123)은 단일층 또는 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있으며, 이중층 이상으로 형성할 때 화소 전극(201)을 ITO로 형성하는 경우 ITO와 접촉 특성이 좋은 물질로는 Cr, Mo(몰리브덴), Ti(티타늄), Ta(탄탈늄) 등이 있으므로 Cr과 Al(또는 Al 합금)의 이중층 또는 Al과 Mo의 이중층으로 형성할 수 있다. 여기서는 Cr층(1211, 1221, 1231)과 Al-Nd층(1212,1222, 1232)의 이중층으로 형성한다.
다음, 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이 게이트 절연막(130), 반도체층 및 저항성 접촉층을 연속 증착한 후, 게이트 전극(122) 상부를 제외한 저항성 접촉층과 반도체층을 제거하여 접촉층 패턴(153)과 반도체층 패턴(141)을 형성한다.
다음, 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이 도전 물질을 증착하고 식각하여 데이터 배선(161, 162, 163, 164)과 유지 전극(165)을 형성한다. 데이터 배선(161, 162, 163, 164)과 유지 전극(165)은 Cr이나 Mo 등의 화학적으로 안정한 도전 물질로 형성할 수 있으며, Al과 Cr 또는 Al-Nd과 Cr 또는 Al과 Mo의 이중층으로 형성할 수도 있는데, 여기서는 Cr로 형성한다. 이때, 데이터선(161)의 폭을 15 ㎛ 내지 20 ㎛로 형성하여 광 차단막의 역할을 하도록 한다.
이어, 데이터 배선(161, 162, 163, 164)과 유지 전극(165)으로 덮이지 않은 접촉층 패턴(153)을 식각하여 두 부분(151, 152)으로 분리하는 동시에 그 하부의 반도체층 패턴(141)을 드러낸다.
다음, 질화규소 등으로 데이터 배선(161, 162, 163, 164) 및 유지 전극(165) 상부에 보호막(170)을 형성한다.
다음, 도 13a와 도 13b 및 도 17에 도시한 바와 같이 게이트선(121)과 데이터선(161)이 교차하여 정의되는 화소 영역의 보호막(170) 상부에 색 필터 패턴(181, 182, 183)을 형성한다. 이때, 색 필터 패턴(181, 182, 183)은 앞선 제1 실시예에서와 같은 방법으로 형성하는데, 그 방법에 대하여 도 14 내지 도 17을 참조하여 설명한다. 도 14 내지 도 17은 도 13a에서 ⅩⅣ-ⅩⅣ´선을 따라 자른 단면도이다.
먼저, 도 14에 도시한 바와 같이 게이트 절연막(130)과 데이터선(161)을 덮도록 양성 감광성을 가지는 황색 감광막(184)과 적색 감광막(185)을 차례로 도포하고 노광을 실시하는데, 이후 황색 감광층(1811)과 적색 감광층(1812)이 모두 남게 될 A′영역에 대응하는 마스크(410)에는 빛의 투과율이 거의 0%인 차광막(411)이 형성되어 있고, 황색 감광층(1821)만 남게 될 B′영역에 대응하는 마스크(410)에는 빛의 투과율이 30%이하가 되도록 슬릿이나 반투명막(412)이 형성되어 있으며, 나머지 영역에 대응하는 마스크(410)에는 막이 형성되어 있지 않아 빛이 거의 100% 투과되도록 한다. 이때, 상부의 적색 감광막(185)은 감광성을 민감하게 하고, 하부의 황색 감광막(184)은 감광성을 둔하게 하여 두 감광막(184, 185)의 노광 선택비를 증가시킬 수 있다. 여기서 두 감광막(184, 185)은 스핀 코팅이나 롤 코팅 방법으로 도포하거나 또는 박막 형태로 미리 제작하여 전사시키는 방법으로 형성할 수도 있다.
다음, 도 15에 도시한 바와 같이 감광막(184, 185)을 현상하여 노광된 부분을 제거한다. 따라서, A′영역에는 황색 감광층 및 적색 감광층(1811, 1812)을 형성하고, B′영역에는 황색 감광층(1821)만을 형성하며, 나머지 영역에는 모두 제거한다.
다음, 도 16에 도시한 바와 같이 양성 감광성을 가지는 청록색 감광막(186)과 청색 감광막(187)을 각각 도포하고 노광을 실시하는데, 이후 청록색 감광층(1831)과 청색 감광층(1832)이 모두 남게 될 C′영역에 대응되는마스크(420)에는 빛의 투과율이 거의 0%인 차광막(421)이 형성되어 있고, 청록색 감광층(1822)만 남게 될 B′영역에 대응되는 마스크(420)에는 빛의 투과율이 30% 이하가 되도록 슬릿이나 반투명막(422)이 형성되어 있으며, 나머지 영역에 대응되는 마스크(420)에는 박막이 형성되어 있지 않아 빛이 거의 100% 투과되도록 한다. 여기서도 두 감광막(186, 187)을 스핀 코팅이나 롤 코팅 방법으로 도포할 수 있으며, 박막 형태로 미리 제작하여 기판에 전사시킬 수도 있다.
다음, 도 17에 도시한 바와 같이 청색 감광막(187)과 청록색 감광막(186)을 현상하여 C′영역에는 청록색 감광층(1831)과 청색 감광층(1832)을 형성하고 B′영역에는 황색 감광층(1821) 위에 청록색 감광층(1822)을 형성하며, 그 외 영역에는 모두 제거한다. 따라서, 색 필터 패턴(181, 182, 183)을 완성한다. 이때, B′영역의 청록색 감광층(1822)과 황색 감광층(1821)은 가장자리가 일부 어긋나게 형성될 수도 있는데, 어긋나는 위치가 데이터선(161)을 벗어나지 않도록 하여 원하지 않는 빛의 발생을 방지한다.
따라서, A´ 영역에는 하부에 황색 감광층(1811), 상부에 적색 감광층(1812)이 형성되어 있고, B´ 영역에는 하부에 황색 감광층(1821), 상부에 청록색 감광층(1822)이 형성되어 있으며, C´ 영역에는 하부에 청록색 감광층(1831), 상부에 청색 감광층(1832)이 형성되어 있다.
이어, 도 18a 및 도 18b에 도시한 바와 같이 2~4 ㎛ 정도의 두께로 유기 절연막(190)을 형성한 다음 색 필터 패턴(181, 182, 183), 보호막(170) 및 게이트 절연막(130)과 함께 패터닝하여 게이트 패드(123) 및 데이터 패드(164), 그리고 드레인 전극(163)과 유지 전극(165)을 드러내는 접촉구(191, 192, 193, 194)를 형성한다. 이때, 게이트 패드(123)의 상부층인 Al-Nd층(1232)도 일부 제거된다. 유기 절연막(190)은 감광성 유기 물질로 형성할 수 있으며, 이때에는 마스크를 통한 노광과 현상 공정만으로 유기 절연막(190)을 패터닝할 수 있다.
이어, 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 ITO와 같은 투명 도전 물질을 증착한 다음 식각하여 화소 전극(201)과 보조 게이트 패드(202) 및 보조 데이터 패드(203)를 형성한다. 여기서, 화소 전극(201)을 데이터선(161)과 중첩되도록 형성하여 개구율을 넓게 할 수 있으며, 화소 전극(201)과 데이터선(161)이 중첩되더라도 유기 절연막(190)이 두꺼우므로 화소 전극(201)과 데이터선(161) 사이의 기생 용량 발생이 적다.
한편, 본 발명에서는 색 필터 패턴(181, 182, 183)을 게이트 전극(121)과 소스 전극(162) 및 드레인 전극(163)으로 이루어진 박막 트랜지스터 상부에 형성하였으나, 도 19에 도시한 바와 같이 박막 트랜지스터 하부에 이중층(2811, 2812)으로 이루어진 색 필터 패턴(281)을 형성할 수도 있다.
본 발명에서는 색 필터 패턴의 상부에서 빛을 노광하여 빛을 받은 부분이 제거되는 양성 감광성 물질로 색 필터 패턴을 형성하였으나 반대 부분 즉, 후면 노광을 실시할 경우 음성 감광성 물질로 색 필터 패턴을 형성할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에서는 색 필터 패턴을 하부 기판에 형성하여 개구율을 높일 수 있으며, 두 번의 사진 식각 공정으로 적, 녹, 청의 색을 각각 투과시키는 색 필터 패턴을 형성하므로 공정이 감소된다. 또한, 상부 기판에는 공통 전극과 배향막만을 형성하면 되므로, 상부 기판의 기판을 두께가 얇고 가격이 낮은 것으로 형성하여, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 반도체층 패턴과 접촉층 패턴, 데이터 배선을 2회의 사진 식각 공정으로 형성하였으나, 반도체층 패턴과 저항성 접촉층 패턴 및 데이터 배선을 하나의 사진 식각 공정으로 형성할 수도 있다. 이때에는 반도체층 패턴과 저항성 접촉층 패턴 및 데이터 배선이 거의 동일한 형태를 가진다.
본 발명은 액정 표시 장치의 적, 녹, 청의 색을 각각 투과시키는 색 필터 패턴을 보색 필터를 이용하여 2회의 사진 식각 공정으로 형성하므로 공정수를 줄일 수 있다. 또한, 이러한 색 필터 패턴을 박막 트랜지스터 기판에 형성하여 개구율을 높이고 다른 기판에는 공통 전극과 배향막만 형성하므로 기판의 두께를 얇게 하거나 플라스틱과 같은 재료를 이용하여 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (37)

  1. 제1 내지 제3 영역이 순차적으로 배열되어 있는 기판 위에 색 필터 패턴을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 색 필터 패턴은 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중층으로 이루어진 색 필터 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 색 필터 패턴을 형성하는 단계는 제1 사진 식각 단계와 제2 사진 식각 단계를 포함하며,
    상기 제1 사진 식각 단계는 제1 감광층을 도포하는 단계,
    제2 감광층을 도포하는 단계,
    상기 제1 및 제2 감광층을 노광하고 현상하여 상기 제1 영역에는 상기 제1 및 제2 감광층을 형성하고, 상기 제2 영역에는 상기 제1 감광층만을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 사진 식각 단계는 제3 감광층을 도포하는 단계,
    제4 감광층을 도포하는 단계,
    상기 제3 및 제4 감광층을 노광하고 현상하여 상기 제3 영역에는 상기 제3 및 제4 감광층을 형성하고, 상기 제2 영역에는 상기 제3 감광층만을 형성하는 단계
    를 포함하는 색 필터 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 사진 식각 단계의 노광은 상기 제1 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 0%이고, 상기 제2 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 30% 이하이며, 상기 제1 및 제2 영역을 제외한 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 100%인 마스크를 이용하는 색 필터 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 사진 식각 단계의 노광은 상기 제3 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 0%이고, 상기 제2 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 30% 이하이며, 상기 제2 및 제3 영역을 제외한 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 100%인 마스크를 이용하는 색 필터 제조 방법.
  5. 제2항에서,
    상기 제1 감광층은 황색 감광층이고, 상기 제2 감광층은 적색 감광층인 색 필터 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 제3 감광층은 청록색 감광층이고, 상기 제4 감광층은 청색 감광층인 색 필터 제조 방법.
  7. 제2항에서,
    상기 제1 감광층은 청록색 감광층이고, 상기 제2 감광층은 청색 감광층인 색 필터 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 제3 감광층은 황색 감광층이고, 상기 제4 감광층은 적색 감광층인 색 필터 제조 방법.
  9. 제2항에서,
    상기 제2 및 상기 제4 감광층은 각각 상기 제1 및 상기 제3 감광층보다 감광성이 더 큰 성질을 가지는 물질로 이루어진 색 필터 제조 방법.
  10. 제2항에서,
    상기 제1 내지 제4 감광층의 도포는 스핀 코팅 방법을 이용하는 색 필터 제조 방법.
  11. 제2항에서,
    상기 제1 내지 제4 감광층의 도포는 롤 코팅 방법을 이용하는 색 필터 제조 방법.
  12. 제2항에서,
    상기 제1 내지 제4 감광층의 도포는 상기 감광층을 박막 형태로 제작하여 이를 상기 기판 위에 전사시키는 방법을 이용하는 색 필터 제조 방법.
  13. 투명 기판 위에 순차적으로 배열된 제1 내지 제3 영역의 개구부를 가지는 블랙 매트릭스,
    상기 제1 내지 제3 영역에 각각 형성되어 있으며, 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중층으로 이루어진 색 필터 패턴 및
    투명 도전 물질로 이루어진 전극
    을 포함하는 색 필터 기판.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 영역에는 하부의 제1 감광층과 상부의 제2 감광층이 형성되어 있고, 상기 제2 영역에는 하부에 제3 감광층, 상부에 제4 감광층이 형성되어 있으며, 상기 제3 영역에는 하부에 제5 감광층이, 상부에 제6 감광층이 형성되어 있는 색 필터 기판.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 및 제3 감광층은 황색 감광층이고 제2 감광층은 적색 감광층이며,제4 및 제5 감광층은 청록색 감광층이고 제6 감광층은 청색 감광층인 색 필터 기판.
  16. 제14항에서,
    상기 제1 및 제3 감광층은 청록색 감광층이고 제2 감광층은 청색 감광층이며, 제4 및 제5 감광층은 황색 감광층이고 제6 감광층은 적색 감광층인 색 필터 기판.
  17. 투명 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 다수의 게이트선,
    상기 게이트선과 절연되어 있으며 상기 게이트선과 교차하여 화소 영역을 이루는 다수의 데이터선,
    상기 게이트선과 이어진 게이트 전극, 상기 데이터선과 이어진 소스 전극 및 상기 소스 전극과 분리되어 있는 드레인 전극으로 이루어지며 상기 게이트선으로부터 주사 신호를 받아 상기 데이터선으로부터의 화상 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터,
    상기 화소 영역에 각각 하나씩 대응하여 순차적으로 배열되어 있는 제1 내지 제3 영역에 형성되어 있으며 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중층으로 이루어진 색 필터 패턴,
    상기 색 필터 패턴 상부에 형성되어 있는 절연막,
    상기 절연막의 상부에 형성되어 있는 화소 전극
    을 포함하는 박막 트랜지스터 기판.
  18. 제17항에서,
    상기 색 필터 패턴은 상기 박막 트랜지스터 상부에 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
  19. 제17항에서,
    상기 색 필터 패턴은 상기 박막 트랜지스터 하부에 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
  20. 제17항에서,
    상기 제1 영역에는 하부의 제1 감광층과 상부의 제2 감광층이 형성되어 있고, 상기 제2 영역에는 하부에 제3 감광층, 상부에 제4 감광층이 형성되어 있으며, 상기 제3 영역에는 하부에 제5 감광층이, 상부에 제6 감광층이 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
  21. 제20항에서,
    상기 제1 및 제3 감광층은 황색 감광층이고 제2 감광층은 적색 감광층이며, 제4 및 제5 감광층은 청록색 감광층이고 제6 감광층은 청색 감광층인 박막 트랜지스터 기판.
  22. 제20항에서,
    상기 제1 및 제3 감광층은 청록색 감광층이고 제2 감광층은 청색 감광층이며, 제4 및 제5 감광층은 황색 감광층이고 제6 감광층은 적색 감광층인 박막 트랜지스터 기판.
  23. 제17항에서,
    상기 절연막은 유기 절연 물질로 이루어진 박막 트랜지스터 기판.
  24. 제17항에서,
    상기 게이트선과 절연되어 중첩되어 있는 유지 전극을 더 포함하며, 상기 유지 전극은 상기 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
  25. 기판 위에 다수의 게이트선을 형성하는 단계,
    상기 게이트선과 절연되어 있으며 상기 게이트선과 교차하여 화소 영역을 이루는 다수의 데이터선을 형성하는 단계,
    상기 화소 영역에 각각 하나씩 대응하여 순차적으로 배열되어 있는 제1 내지 제3 영역에 서로 다른 빛 투과 성질을 가지는 이중막으로 이루어진 색 필터 패턴을 형성하는 단계,
    절연막을 형성하는 단계,
    화소 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  26. 제25항에서,
    상기 색 필터 패턴을 형성하는 단계는 제1 사진 식각 단계와 제2 사진 식각 단계를 포함하며,
    상기 제1 사진 식각 단계는 제1 감광층을 도포하는 단계,
    제2 감광층을 도포하는 단계,
    상기 제1 및 제2 감광층을 노광하고 현상하여 상기 제1 영역에는 상기 제1 및 제2 감광층을 형성하고, 상기 제2 영역에는 상기 제1 감광층만을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 사진 식각 단계는 제3 감광층을 도포하는 단계,
    제4 감광층을 도포하는 단계,
    상기 제3 및 제4 감광층을 노광하고 현상하여 상기 제3 영역에는 상기 제3 및 제4 감광층을 남기고, 상기 제2 영역에는 상기 제3 감광층만을 남기는 단계
    를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  27. 제26항에서,
    상기 제1 사진 식각 단계의 노광은 상기 제1 영역에 대응하는 부분은 빛의투과율이 거의 0%이고, 상기 제2 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 30% 이하이며, 상기 제1 및 제2 영역을 제외한 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 100%인 마스크를 이용하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  28. 제27항에서,
    상기 제2 사진 식각 단계의 노광은 상기 제3 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 0%이고, 상기 제2 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 30% 이하이며, 상기 제2 및 제3 영역을 제외한 영역에 대응하는 부분은 빛의 투과율이 거의 100%인 마스크를 이용하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  29. 제26항에서,
    상기 제1 감광층은 황색 감광층이고, 상기 제2 감광층은 적색 감광층인 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  30. 제29항에서,
    상기 제3 감광층은 청록색 감광층이고, 상기 제4 감광층은 청색 감광층인 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  31. 제26항에서,
    상기 제1 감광층은 청록색 감광층이고, 상기 제2 감광층은 청색 감광층인 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  32. 제31항에서,
    상기 제3 감광층은 황색 감광층이고, 상기 제4 감광층은 적색 감광층인 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  33. 제26항에서,
    상기 제2 및 상기 제4 감광층은 각각 상기 제1 및 상기 제3 감광층보다 감광성이 더 큰 성질을 가지는 물질로 이루어진 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  34. 제26항에서,
    상기 감광층의 도포는 스핀 코팅 방법을 이용하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  35. 제26항에서,
    상기 감광층의 도포는 롤 코팅 방법을 이용하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  36. 제26항에서,
    상기 감광층의 도포는 상기 색 필터를 박막 형태로 제작하여 이를 상기 기판위에 전사시키는 방법을 이용하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  37. 제25항에서,
    상기 절연막은 유기 절연 물질로 이루어진 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
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