KR20020017188A - 반투과형 액정표시장치 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

반투과형 액정표시장치 구조 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20020017188A
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백흠일
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Abstract

본 발명은 어레이부 가장자리 및 패드부의 제 1 보호막을 제거하여 어레이부보다 셀 갭을 높게 조정한 반투과형 액정표시장치 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 어레이부 및 패드부로 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 형성된 게이트 절연막과, 상기 패드부 및 어레이부의 가장자리를 제외한 게이트 절연막 상에 형성된 제 1 보호막과, 상기 제 1 보호막을 포함한 전면에 형성된 투과 전극과, 상기 투과 전극 상에 형성된 제 2 보호막과, 상기 어레이부의 가장자리에 상응하는 제 2 보호막 상에 형성된 실란트와, 상기 실란트와 접촉되는 제 2 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

반투과형 액정표시장치 구조 및 그 제조방법{The Structure of the Semitransparent Type LCD and the Method for fabricating it}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 각 픽셀 내에 투과 표시 영역과 반사 표시 영역을 동시에 갖는 반투과형 액정표시장치(semitransparent reflective type LCD) 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하는 투과형 액정표시장치와 외부의 광원을 이용하는 반사형 액정표시장치의 두 종류로 분류할 수 있는데, 투과형 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하여 어두운 외부환경에서도 밝은 화상을 구현하지만, 백라이트 사용에 의해 소비전력이 높아지는 문제점을 가진다. 반면, 반사형 액정표시장치는 백라이트를 사용하지 않기 때문에 소비전력이 감소하지만, 외부환경이 어두울 때에는 사용이 불가능하다는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하기 위한 대안으로서 나온 것이 반투과형 액정표시장치인데, 이는 필요에 따라 반사형 및 투과형의 양용이 가능하다.
즉, 백라이트를 사용하지 않고도 표시기능이 가능할 만큼 외부 빛이 밝을 때에는 제 1 기판을 통해 입사하는 외부 빛을 반사 전극에 의해 반사하여 반사형 액정표시장치로서 동작하고, 외부 빛이 밝지 않을 때에는 백라이트를 사용하고 반사전극의 개방부 또는 함몰부를 통해 백라이트의 빛이 액정층으로 입사하여 투과형 액정표시장치로서 동작한다.
한편, 상기의 반사형, 투과형 및 반투과형 등의 액정표시장치를 구동하는 구동장치는 일반적으로 액정표시장치를 구성하는 기판 상에 설치된 복수의 데이터 라인 및 복수의 게이트 라인에 대하여, 각각 표시 데이터에 대응하여 데이터 신호 및 게이트 신호를 공급하는 데이터 라인 구동회로 및 게이트 라인 구동회로 등과 같은 드라이버 회로를 구비한다.
상기 드라이버 회로는 액정표시장치를 구성하는 기판상에 형성되거나 또는 액정패널에 대하여 외부 부착된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 반투과형 액정표시장치 구조 및 그의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 평면도이다.
도 1에서와 같이, 일반적인 액정표시장치는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(TFT;Thin Film Transistor)를 포함하는 픽셀(Pixel)이 존재하는 어레이(Array)부와, 게이트 드라이버 구동회로가 부착되는 게이트 패드부와, 데이터 드라이버 구동회로가 부착되는 데이터 패드부로 나눌 수 있으며 상기 어레이부 가장자리에 실란트(Sealant)를 인쇄하여 제 1 기판과 제 2 기판을 봉합한다.
상기 실란트에는 스틱형 유리섬유가 첨가되는데, 상기 유리 섬유는 셀 갭을 균일하게 유지하면서 품질 향상에 기여한다.
도 2a는 종래 기술에 따른 반투과형 액정표시장치의 어레이부 단면도이고, 도 2b는 종래 기술에 따른 반투과형 액정표시장치의 패드부 단면도이다. 그리고, 도 3은 종래 기술에 따른 반투과형 액정표시장치의 단면도이고, 도 4는 종래 기술에 따른 반투과형 액정표시장치의 문제점을 설명하기 위한 단면도이다.
일반적으로 기존의 반투과형 액정표시장치는 도 3에서와 같이, 어레이부 가장자리 상의 실란트(208)(예: 에폭시 수지)에 의해 대향하여 합착되는 제 1 기판(201) 및 제 2 기판(212)과 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정(214)으로 구성되어 있다.
이 때, 상기 제 2 기판(212)은 칼라 필터층(210)과 블랙 매트릭스(211)와 공통 전극(209)을 포함하고, 상기 제 1 기판(201)은 도 2a에서와 같이, 투명 기판(201) 상의 픽셀을 구분 짓는 게이트 라인 및 데이터 라인(200)과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되어 제 2 보호막에 의해 분리되어 화소 전극을 이루는 투과 전극(206) 및 반사 전극(213)과, 상기 화소 전극 아래에 형성되어 절연 기능을 하는 제 1 보호막(205)을 포함한다.
도시하지는 않았지만, 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 라인과 일체형으로 형성되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 도포되어 형성된 게이트 절연막(203)과, 상기 게이트 절연막 위에 적층된 반도체층과, 상기 데이터 라인(200)과 일체형으로 형성된 소스/드레인 전극으로 구성된다.
그리고 패드부는 도 2b에서와 같이, 어레이부 상의 제 1 보호막(205) 사진,식각할 때 같이 제거되어 형성된 콘택홀을 통해서 투과 전극(206)과 전기적으로 연결되는 게이트 패드(202) 및 데이터 패드(204)로 구성된다. 상기 게이트 패드는 어레이부의 게이트 라인과 일체형이고, 상기 데이터 패드는 데이터 라인과 일체형이다.
여기서, 반투과형 액정표시장치의 화소 전극은 도 2a에서와 같이, 반사부에 대응하는 반사 전극(213)과 투과부에 대응하는 투과 전극(206)을 포함하여, 광원으로부터의 빛을 투과시킴과 동시에 외부 빛을 반사시켜 투과표시기능과 반사표시기능을 동시에 구현한다.
상기 투과 전극(206)은 제 1 보호막(205) 상에 부분적으로 형성되고, 반사 전극은 상기 투과 전극(206)을 포함한 전면에 적층된 제 2 보호막(207) 상에 반사부에 상응하여 형성되는데, 반사부와 투과부의 모드 효율을 둘 다 만족시키기 위해서 제 1 보호막(205)을 통상의 보호막보다 두껍게 형성해 셀 갭의 차이를 두어, 반사 전극과 투과 전극 사이에 의도적으로 단차를 형성한다.
상기 제 1 보호막(205)은 BCB나 아크릴 수지(Acrylic Resin)와 같은 저유전율 재료로서 두께는 통상 1.3 ∼ 2㎛ 정도로 한다.
한편, 완성된 액정패널의 제 2 기판은 패드부에 드라이버 구동회로를 부착하기 위해서 절단해 내어야 하는데, 기존의 반투과 액정표시장치는 도 3에서와 같이, 1 기판(201)과 제 2 기판(212)을 합착하기 위한 실란트(208)의 인쇄 위치가 제 2 보호막(207) 상부에 위치하게 되어 합착시, 반사부 픽셀의 셀 갭 (2.x ㎛ )에 해당하는 두께로 실란트(208)가 압착된다.
그래서, 종래에는 이를 고려하여 실란트의 인쇄폭을 통상의 경우보다 줄여서 씨일 마스크(Seal MASK)를 제작하였다.
하지만, 이 경우에도 실란트에 첨가되는 유리 섬유의 크기에 따라 씨일 마스크를 막게 되는 경우가 종종 발생하였으며 결국, 이를 해결하기 위해 유리 섬유 대신에 볼(Ball) 형의 스페이서를 사용하는데 상당히 고가인 것이 문제이다.
그리고, 상기 제 2 기판(212)에는 R, G, B 칼라 필터층(210) 사이에서의 이미지 혼색 및 게이트 라인 및 데이터 라인 상에서의 빛샘을 방지하기 위해 블랙 매트릭스(211)(BM;Black Matrix)를 형성하는데, 주로 크롬(Cr)을 재료로 한다.
그런데, 크롬의 재료 특성상 제 2 기판(212)을 절단할 때, 깨끗하게 끊어지지 않고 도 4에서와 같이, 휘어져서 제 2 기판과 접촉되어 전기적으로 제 1 기판(201)과 제 2 기판(212)이 연결되어 버려 그곳에 해당하는 라인 상의 화소 전극들이 구동 불가능하게 되는 경우가 발생한다.
하지만 이러한 불량은 통상 4 ㎛ 이상의 셀 갭을 지니는 패널에서는 발생하지 않는다. 즉, 셀 갭이 높아지면 이러한 문제가 발생할 확률이 감소하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 반투과형 액정표시장치 구조 및 그 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
반투과형 액정표시장치는 반사부와 투과부 셀 갭을 다르게 하기 위해 보호층을 통상의 경우보다 두껍게 형성하는데, 이러한 보호층이 통상의 패널에서처럼 데이터 패드부 및 게이트 패드부까지 그대로 덮게 놓아두면 기판 합착시, 상대적으로좁은 반사부의 갭이 패드부까지 적용되어서 실란트에 유리 섬유를 첨가하거나 제 2 기판을 절단할 때 문제점들이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 실란트가 형성된 어레이부 가장자리 및 패드부 상의 제 1 보호막을 제거하여 패드부의 셀 갭을 높게 조정하는 반투과형 액정표시장치 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 평면도.
도 2a는 종래 기술에 따른 반투과형 액정표시장치의 어레이부 단면도.
도 2b는 종래 기술에 따른 반투과형 액정표시장치의 패드부 단면도.
도 3은 종래 기술에 따른 반투과형 액정표시장치의 단면도.
도 4는 종래 기술에 따른 반투과형 액정표시장치의 문제점을 설명하기 위한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 단면도
도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.
도 7은 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 데이터 패드부를 나타낸 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
501 : 제 1 기판 502 : 게이트 패드
503 : 게이트 절연막 504 : 데이터 패드
505 : 제 1 보호막 506 : 투과 전극
507 : 제 2 보호막 508 : 실란트
509 : 공통 전극 510 : 컬러 필터층
511 : 블랙 매트릭스 512 : 제 2 기판
514 : 액정
상기와 같이 구성되는 본 발명의 반투과형 액정표시장치 구조는 어레이부 및 패드부로 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 형성된 게이트 절연막과, 상기 패드부 및 어레이부의 가장자리를 제외한 게이트 절연막 상에 형성된 제 1 보호막과, 상기 제 1 보호막을 포함한 전면에 형성된 투과 전극과, 상기 투과 전극 상에 형성된 제 2 보호막과, 상기 어레이부의 가장자리에 상응하는 제 2 보호막 상에 형성된 실란트와, 상기 실란트와 접촉되는 제 2 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치 구조 및 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 단면도이고, 도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 데이터 패드부를 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치는 도 5에서와 같이, 칼라 필터층(510)과 블랙 매트릭스(511)와 공통 전극(509)을 포함하는 제 2 기판(512)과, 게이트 라인 및 데이터 라인이 직각으로 교차하여 형성된 단위 픽셀 내의 화소 전극과 박막트랜지스터를 포함하는 제 1 기판(501)과, 상기 제 1 기판에 실란트(508)를 인쇄하여 제 2 기판(512)과 대향하여 합착시켜 그 사이에 주입되어 형성된 액정(514)으로 구성된다.
그리고, 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 라인과 일체형으로 형성된 게이트 전극과, 기판 전면에 도포되면서 형성된 게이트 절연막(503)과, 반도체층과, 상기 데이터 라인과 일체형으로 형성된 소스/드레인 전극과, 어레이부 가장자리 및 패드부를 제외한 기판 전면에 형성된 제 1 보호막(505)의 적층막으로 구성되며, 상기 화소 전극은 백라이트광을 투과시켜 표시를 담당하는 투과 전극(506), 상기 투과 전극과 이후 형성될 반사 전극을 분리하는 제 2 보호막(507), 외부광을 반사시켜 표시를 담당하는 반사 전극의 적층으로 구성된다.
또한, 패드부는 상기 데이터 라인 및 게이트 라인이 패드부까지 연장되어 일체형으로 형성된 데이터 패드 및 게이트 패드(502/504), 게이트 절연막(503) 및 어레이부에서부터 연장되어 형성된 투과 전극으로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 반투과 액정표시장치의 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 도 6a에서와 같이, 제 1 기판(501) 위에 게이트 라인, 게이트 전극 및 게이트 패드(502)를 일체형으로 소정의 위치에 형성하고 그 위에 게이트절연막(503)을 형성한다.
다음 도 6b에서와 같이, 상기 게이트 절연막(503) 상에 저유전율 재료인 아크릴 수지 또는 BCB(benzocyclobutene)를 사용하여 제 1 보호막 (505)을 통상 보호막보다 두껍게 형성한다.
그리고, 상기 제 1 보호막(505)과 게이트 절연막(503)을 도 6c에서와 같이 제거한다. 즉, 미스크를 이용하여 어레이부(Ⅰ)의 가장자리 및 패드부(Ⅱ) 상의 보호막(505)을 선택적으로 제거한 후, 다시 상기 게이트 패드(502) 상부의 게이트 절연막(503)을 제거하여 게이트 패드(502)를 노출시킨다.
이후, 도 6d에서와 같이, 상기 제 1 보호막(505), 게이트 절연막(503) 및 게이트 패드(502)를 포함하면서 소정의 투과부 영역에 상응하는 영역에 투과 전극(506)을 형성하고, 패드부에 상응하는 상기 투과 전극(506)이 노출되도록 제 2 보호막(507)을 형성한다. 이 때 노출 부위의 투과 전극(506)은 외부 구동회로와 연결된다. 그리고, 도시하지는 않았지만, 제 2 보호막 상의 소정의 반사부 영역에 반사 전극을 형성한다.
마지막으로 도 6e에서와 같이, 어레이부 가장자리에 유리 섬유가 첨가된 실란트(508)를 형성하여 제 1 기판(501)과 상기 제 1 기판(501)에 대향하는 제 2 기판(512)을 합착하고, 상기 제 1 기판(501) 및 제 2 기판(512) 사이에 액정(514)을 주입하여 봉한다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 데이터 패드부의 단면도로서, 도면에서와 같이 데이터 패드(504)가 게이트 절연막 상에 형성된다. 즉, 게이트 절연막(503)과 제 1보호막(505) 형성 중간에 단위 픽셀 소정 영역에 반도체층과 소스/드레인 전극을 형성하여 박막트랜지스터를 형성한다. 이 때, 상기 소스/드레인 전극은 데이터 라인과 데이터 패드와 일체형으로 형성한다.
이상의 방법으로 제작 완성된 액정패널은 이후, 외부 구동회로를 부착하기 위해 제 1기판 상의 패드부에 대응되는 제 2 기판(512)의 끝부분을 절단하는데, 이 때, 패드부의 제 1 보호막의 제거로 인해서 셀 갭이 종래의 2.x ㎛에서 4.x ㎛ 로 커지기 때문에 블랙 매트릭스(511)의 재료로 쓰이는 크롬이 잘 끊어지지 않아서 밑으로 휘어져도 제 1 기판(501)에 닿지 않게 된다.
그리고, 실란트(508)를 인쇄할 어레이부 가장자리에도 제 1보호막(505)을 제거하여 셀 갭을 높임으로써 기존 투과형 패널 공정에서와 동일한 씨일 마스크를 사용할 수 있고, 따라서 가격이 높은 볼 형의 실란트 배합제 대신에 기존의 유리 섬유를 사용할 수 있게 된다.
이상에서 상기 게이트 전극 및 소스/드레인 전극은 저항이 낮은 금속을 사용하여 스퍼터링 법으로 증착하고, 상기 게이트 절연막(503)은 상기 금속과의 밀착성이 우수하며 절연 내압이 높은 실리콘질화물(SiNx) 또는 실리콘산화물(SiOx) 등의 무기물을 사용하여 플라즈마 CVD(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법으로 증착하며, 상기 제 1 및 제 2 보호막(505/507)은 유전율이 낮은 BCB(Benzocyclobutane) 또는 아크릴 수지를 사용한다.
그리고, 상기 반도체층은 비정질 실리콘(Amorphous Silicon:a-Si)을 사용하여 PECVD법으로 증착하며, 투과 전극(506) 및 공통 전극(509)은 산화주석을 5% 정도 혼합한 산화인듐(ITO: Indium Tin Oxide)를 사용하고 반사전극은 고반사율을 갖는 알루미늄, 알루미늄 합금 및 티타늄(Ta)을 사용한다.
참고적으로, 제 1보호막의 재료가 건식 에칭이 가능한 유기 절연막인 BCB일 때에는 게이트 패드 접속을 위한 게이트 절연막의 에칭 공정이 추가 되어야 한다. 반면 습식 식각이 가능한 아크릴 수지 일 때에는 처음부터 게이트 절연막 에칭 공정과 제 1 보호막 에칭 공정이 독립적으로 존재하므로 공정의 추가 없이 상기한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 제 2 기판을 제작하는 것이 가능하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 반투과형 액정표시장치 구조 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 어레이부 가장자리의 셀 갭이 높아져 실란트에 첨가되는 유리섬유의 선정이 용이한다.
둘째, 패드부의 셀 갭이 높아져 셀 절단시 블랙 매트릭스로 쓰이는 크롬(Cr)에 의해 제 1 기판과 제 2 기판이 접촉되어 생기는 불량을 막을 수 있다.

Claims (10)

  1. 어레이부 및 패드부로 정의된 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판;
    상기 패드부 및 어레이부의 가장자리부를 제외한 상기 게이트 절연막 상에 형성된 제 1 보호막;
    상기 제 1 보호막을 포함한 전면에 형성된 투과 전극;
    상기 투과 전극 상에 형성된 제 2 보호막;
    상기 어레이부의 가장자리에 상응하는 제 2 보호막 상에 형성되어 상기 제 2 기판과 접착되는 실란트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판 상에는 공통 전극 및 블랙 매트릭스가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 실란트는 유리 섬유가 첨가된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 패드부에 상응하는 제 1 기판 상에는 게이트 패드가 더 구비되거나 또는 상기 패드부에 상응하는 상기 게이트 절연막 상에 데이터 패드가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 게이트 패드 또는 상기 데이터 패드는 상기 투과 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 어레이부에 상응하는 제 1 기판 상에는 복수의 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결된 투과 전극 및 반사 전극으로 이루어진 화소 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  7. 어레이부 및 패드부로 정의된 제 1 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 공정;
    상기 패드부 및 어레이부의 가장자리를 제외한 상기 게이트 절연막 상에 제 1 보호막을 형성하는 공정;
    상기 제 1 보호막을 포함한 전면에 투과 전극을 형성하는 공정;
    상기 투과 전극 상에 제 2 보호막을 형성하는 공정;
    상기 어레이부의 가장자리에 상응하는 상기 제 2 보호막 상에 실란트를 형성하여 상기 제 1 기판과 그와 대향하는 제 2 기판을 합착하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 패드부에 상응하는 상기 제 1 기판 상에 게이트 패드를 형성하는 공정 또는 상기 패드부에 상응하는 상기 게이트 절연막 상에 데이터 패드를 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 제 1 보호막은 상기 게이트 절연막 상에 제 1 보호막을 형성하는 공정과, 마스크를 이용한 식각 공정으로 상기 패드부 및 어레이부의 가장자리에 상응하는 상기 제 1 보호막을 선택적으로 제거하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 제 2 보호막을 형성한 후, 상기 패드부에 상응하는 부위를 선택적으로 제거하여 상기 투과 전극을 노출시키는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100909415B1 (ko) * 2002-12-24 2009-07-28 엘지디스플레이 주식회사 반투과형 액정표시장치 및 이의 제조 방법

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