KR20050070476A - 액정표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 블랙매트릭스층과 패턴드 스페이서를 동시에 형성하여 공정수를 줄일 수 있는 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로,일정공간을 갖고 서로 합착되는 제 1, 제 2 기판과; 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층과; 상기 제 2 기판의 화소영역을 제외한 부분에 형성되는 블랙매트릭스층과; 상기 블랙매트릭스층과 동일층에 상기 블랙매트릭스층과 동일물질로 형성되어 상기 제 1, 제 2 기판의 셀갭을 유지하기 위한 다수개의 패턴드 스페이서를 포함하여 구성되는 것이다.

Description

액정표시장치 및 이의 제조방법{The liquid crystal display device and the method for fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 블랙매트릭스층과 패턴드 스페이서를 동시에 형성하여 공정수를 줄일 수 있는 액정표시장치 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어 졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.
따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고 품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정패널과 상기 액정패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정패널은 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.
그리고, 제 2 기판(컬러필터기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성되어 있다.
이와 같은 상기 제 1, 제 2 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 시일재(sealant)에 의해 합착되고 상기 두 기판 사이에 액정이 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 일반적인 액정표시장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이다.
종래의 일반적인 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공간을 갖고 서로 대향하며 위치하는 제 1, 제 2 기판(10a, 10b)과, 상기 제 1, 제 2 기판(10a, 10b) 사이에 형성된 액정층(70)으로 크게 구성되어 있으며, 상기 제 1 기판(10a)은 박막트랜지스터 영역(T) 및 화소영역(P)으로 구분되어 있다.
여기서, 상기 제 1 기판(10a)은, 일방향으로 배열되는 게이트 라인(도시되지 않음) 및 상기 게이트 라인에서 돌출되어 상기 화소영역(P)에 형성되는 게이트 전극(GE)과; 상기 게이트 전극(GE)을 포함한 제 1 기판(10a)의 전면에 형성되는 게이트 절연막(GI)과; 상기 게이트 전극(GE)의 상측의 상기 게이트 절연막(GI)상에 형성되는 반도체층(20)과; 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 배열되는 데이터 라인(도시되지 않음) 및 상기 반도체층(20)의 채널 영역을 제외한 양쪽 가장자리에 형성되는 소스/드레인 전극(SE, DE)과; 상기 드레인 전극(DE)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(C)을 갖고 상기 제 1 기판(10a)의 전면에 형성되는 보호층(40)과; 상기 드레인 콘택홀(C)을 통해 상기 드레인 전극(DE)에 연결되어 상기 화소영역(P)에 형성되는 화소전극(50)을 포함하여 구성되어 있다.
그리고, 상기 제 2 기판(10b)은, 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스층(BM)과; 각 화소영역(P)에 형성되어 컬러를 표현하기 위한 컬러필터층(60)과; 상기 컬러필터층(60) 및 블랙매트릭스층(BM)을 포함한 제 2 기판(10b)의 전면에 형성되는 공통전극(65)으로 구성되어 있다.
또한, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 제 1, 제 2 기판(10a, 10b)의 마주보는 면에는 상기 액정층(70)의 액정분자를 일방향으로 배향시키기 위한 제 1 배향막 및 제 2 배향막이 형성되어 있다.
이와 같은 제 1, 제 2 기판(10a, 10b)은 볼 스페이서(80)에 의해 셀갭이 유지되며, 시일재(도시되지 않음)에 의해 합착된다.
그리고, 상기 시일재에 의해 합착된 제 1, 제 2 기판(10a, 10b) 사이에는 액정층이(70)이 형성된다.
여기서, 상기 볼 스페이서(80)를 이루는 재질은 외부압력에 대해서 탄성을 가지는 유리 섬유 또는 유기물질에서 선택되는데, 이러한 볼 스페이서(80)는 제 1 또는 제 2 기판(10a, 10b) 상에 랜덤(random)하게 산포됨에 따라 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 상기 볼 스페이서(80)의 이동에 따라 상기 각 배향막 불량이 발생될 수 있다.
둘째, 상기 볼 스페이서(80)와 인접한 액정층(70)의 액정분자간의 흡착력 등에 의해, 볼 스페이서 주변에서 빛샘(light leakage)현상이 발생된다.
셋째, 대면적 액정표시장치에 적용시, 안정적인 셀갭을 유지하기 어렵다.
넷째, 상기 볼 스페이서(80)는 탄성력을 가지며 위치 고정이 안되기 때문에, 화면 터치시 화면의 화질이 물결모양으로 어두워지는 리플(ripple) 현상이 심하게 나타날 수 있다.
결론적으로, 상기 볼 스페이서(80)를 이용해 셀갭을 유지하는 액정표시장치에서는 고화질 특성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 포토 및 식각공정을 이용하여 일정위치에 스페이서 패턴을 형성하는 방식의 패턴드(patterned) 스페이서가 제안되었다.
도 2는 종래의 패턴드 스페이서를 포함하는 액정표시장치에 대한 단면도이다.
종래의 패턴드 스페이서를 포함하는 액정표시장치의 구성은 상기 도 2에 도시된 종래의 일반적인 액정표시장치와 동일하며, 단지 스페이서에서만 차이를 보이므로, 상기 스페이서를 제외한 나머지 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
즉, 상기 패턴드 스페이서(90)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 제 2 기판(10a, 10b)간의 셀갭을 유지시키기 위한 것으로, 블랙매트릭스층(BM)의 상부에 형성되어 있다.
상기 패턴드 스페이서(90)를 사용하게 되면, 셀갭을 용이하게 유지할 수 있고, 상기 화소영역(P)을 제외한 부분에만 고정되게 형성할 수 있으므로 스페이서에 의한 빛샘 발생을 줄일 수 있으며, 작은 셀갭이 요구되는 모델에 적용시에도 셀갭을 정밀하게 제어할 수 있고, 스페이서의 위치 고정에 의해 제품의 견고성을 높일 수 있으며 이러한 특성에 의해 화면 터치시의 리플 현상을 방지할 수 있는 장점을 가진다.
이와 같은 패턴드 스페이서(90)는 제 1 기판(10a) 또는 제 2 기판(10b)상에 형성될 수 있으며, 상술한 바와 같이, 상기 각 배향막의 하부에서 포토 및 식각공정을 통해 패터닝되게 된다.
그러나, 이와 같은 패턴드 스페이서를 형성하기 위해서는 상기와 같은 일련의 포토 및 식각공정을 별도로 진행하여야 하므로, 이에 따라 공정시간이 증가하게 되어 공정수율이 감소되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 블랙매트릭스층 형성시 사용되는 물질을 기판의 전면에 형성하고, 상기 물질이 서로 다른 단차를 가지도록 회절노광법을 사용하여 패터닝하여, 상기 기판상에 블랙매트릭스층과 패턴드 스페이서를 동시에 형성함으로써, 공정수를 줄일 수 있는 액정표시장치 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는, 일정공간을 갖고 서로 합착되는 제 1, 제 2 기판과; 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층과; 상기 제 2 기판의 화소영역을 제외한 부분에 형성되는 블랙매트릭스층과; 상기 블랙매트릭스층과 동일층에 상기 블랙매트릭스층과 동일물질로 형성되어 상기 제 1, 제 2 기판의 셀갭을 유지하기 위한 다수개의 패턴드 스페이서를 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 블랙매트릭스층 및 패턴드 스페이서는 수지를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 기판의 각 화소영역에 형성되는 컬러필터층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은, 다수개의 화소영역으로 정의되는 제 1, 제 2 기판을 준비하는 단계와; 상기 제 2 기판의 전면에 수지 또는 레지스트를 도포하고 회절노광법 및 식각공정을 통해 패터닝하여, 상기 화소영역을 제외한 부분에 블랙매트릭스층을 형성함과 동시에, 상기 블랙매트릭스층과 동일층에 다수개의 패턴드 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 제 1, 제 2 기판을 합착하고, 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 2 기판의 각 화소영역에 컬러필터층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4는 패턴드 스페이서의 분포 정도를 설명하기 위한 제 2 기판(100b)의 평면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터(T) 영역 및 화소영역(P)으로 정의되어, 대향하여 합착되는 제 1, 제 2 기판(100a, 100b)과; 상기 제 1, 제 2 기판(100a, 100b) 사이에 형성된 액정층(800)과; 상기 제 2 기판(100b)의 화소영역(P)을 제외한 부분에 형성되는 블랙매트릭스층(BM)과; 상기 블랙매트릭스층(BM)상의 일부에 상기 블랙매트릭스층(BM)과 일체로 형성되어, 상기 제 1, 제 2 기판(100a, 100b)의 셀갭을 유지하기 위한 다수개의 패턴드 스페이서(190)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 제 1 기판(100a)은 일방향으로 배열되는 게이트 라인(도시되지 않음) 및 상기 게이트 라인으로부터 상기 화소영역(P)에 형성되는 게이트 전극(GE)과; 상기 게이트 전극(GE)을 포함한 제 1 기판(100a)의 전면에 형성되는 게이트 절연막(GI)과; 상기 게이트 전극(GE)의 상측의 상기 게이트 절연막(GI)상에 형성되는 반도체층(120)과; 상기 게이트 라인과 수직하게 배열되는 데이터 라인 및 상기 데이터 라인에서 돌출되어 상기 반도체층(120)의 채널 영역을 제외한 양쪽 가장자리에 형성되는 소스/드레인 전극(SE, DE)과; 상기 드레인 전극(DE)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(C)을 갖고 상기 제 1 기판(100a)의 전면에 형성되는 보호층(140)과; 상기 드레인 콘택홀(C)을 통해 상기 드레인 전극(DE)에 연결되어 상기 화소영역(P)에 형성되는 화소전극(150)을 더 포함하여 구성되어 있다.
그리고, 상기 제 2 기판(100b)은, 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스층(BM)과; 각 화소영역(P)에 형성되어 컬러를 표현하기 위한 컬러필터층(160)과; 상기 컬러필터층(160) 및 블랙매트릭스층(BM)을 포함한 제 2 기판(10b)의 전면에 형성되는 공통전극(155)으로 구성되어 있다.
그리고, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 제 1, 제 2 기판(100a, 100b)의 마주보는 면에는 상기 액정층(800)의 액정분자를 일방향으로 배향시키기 위한 제 1 배향막 및 제 2 배향막이 더 형성되어 있다.
한편, 상기 패턴드 스페이서(190)는 상기 제 1, 제 2 기판(100b) 사이의 균일한 셀갭을 유지하기 위해서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 기판(100b)의 블랙매트릭스층(BM)상에 균일하게 형성된다.
일반적으로, 상기 1 내지 6개 화소영역(P)당 1개의 패턴드 스페이서(190)가 상기 블랙매트릭스층(BM)상에 분포하게 된다.
여기서, 도 4의 미설명한 부호 111a, 111b, 111c는 각각 적색 컬러필터층(111a), 녹색 컬러필터층(111b), 청색 컬러필터층(111c)을 나타낸다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 Ⅰ~Ⅰ`의 선상에 따른 본 발명의 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
먼저, 다수개의 제 1, 제 2, 제 3 화소영역으로 반복되어 정의되는 제 1, 제 2 기판(100a, 100b)을 준비하고, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 기판(100b)의 전면에 스핀 코팅방법 등을 사용하여 차광성 및 감광성 수지를 도포한다.
여기서, 상기 수지는 이후 후술할 패턴드 스페이서(190)의 두께를 가지도록 형성한다.
그리고, 상기 수지가 도포된 제 2 기판(100b)상에 회절 마스크(M)를 정렬한다.
여기서, 상기 회절 마스크(M)는 광을 투과하는 다수개의 투과부(m1)와, 상기 광을 차단하는 다수개의 차단부(m2) 및 상기 광의 일부는 투과하고 일부는 차단시키는 다수개의 슬릿부(m3)로 구성되어 있으며, 상기 각 투과부(m1)는 상기 제 2 기판(100b)의 제 1, 제 2, 제 3 화소영역에 상응하는 부분에 형성되어 있고, 상기 각 슬릿부(m3)는 상기 제 1, 제 2, 제 3 화소영역의 경계부에 형성될 블랙매트릭스층(BM)에 상응하는 부분에 형성되어 있으며, 상기 각 차단부(m2)는 상기 블랙매트릭스층(BM)의 상부면의 일부에 형성될 패턴드 스페이서(190)에 상응하는 부분에 형성되어 있다.
이와 같이 구성되어 상기 제 2 기판(100b)의 상부에 정렬된 회절 마스크(M)를 통해 자외선과 같은 광을 상기 제 2 기판(100b)의 수지에 선택적으로 조사하여 노광하고 이후 현상하면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 회절 마스크(M)의 차단부(m2)에 상응하는 수지는 그대로 남아있게 되고, 상기 투과부(m1)에 상응하는 수지는 완전히 제거되며, 상기 슬릿부(m3)에 상응하는 수지는 일정 두께만 제거된다.
따라서, 상기 마스크의 투과부(m1)에 상응하는 제 2 기판(100b)의 영역에는 제 1, 제 2, 제 3 화소영역이 형성되고, 상기 슬릿부(m3)에 상응하는 제 2 기판(100b)의 영역에는 블랙매트릭스층(BM)이 형성되며, 상기 차단부(m2)에는 상응하는 제 2 기판(100b)의 영역에는 패턴드 스페이서(190)가 형성된다.
이어서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 기판(100b)의 전면에 적색 컬러수지를 도포하고 포토 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여, 상기 제 1 화소영역에 적색 컬러필터층(111a)을 형성한다.
이후, 상기 적색 컬러필터층(111a)이 형성된 제 2 기판(100b)의 전면에 녹색 컬러수지를 도포하고 포토 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여, 상기 제 2 화소영역에 녹색 컬러필터층(111b)을 형성한다.
다음으로, 상기 적색 및 녹색 컬러필터층(111a, 111b)이 형성된 제 2 기판(100b)의 전면에 청색 컬러수지를 도포하고 포토 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여, 상기 제 3 화소영역에 청색 컬러필터층(111c)을 형성한다.
그리고, 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(111a, 111b, 111c)일 형성된 제 2 기판(100b)의 전면에 공통전극(155)을 형성한다.
이어서, 상기와 같이 완성된 제 2 기판(100b)과 상기 제 1 기판(100a)을 서로 합착하고, 상기 제 1, 제 2 기판(100a, 100b) 사이에 액정층(800)을 형성한다.
여기서, 상기 액정층(800)은, 시일재에 의해 합착된 제 1, 제 2 기판(100a, 100b) 사이를 진공상태로 유지하여 액정액에 입구가 잠기도록 하여 삼투압 현상에 의해 액정을 주입하는 액정주입 방식 및 상기 제 1, 제 2 기판(100a, 100b) 중 어느 하나에 액정을 적당량 적하한 후 상기 제 1, 제 2 기판(100a, 100b)을 합착하는 액정적하 방식 등으로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 액정표시장치 및 이의 제조방법에는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 액정표시장치 및 이의 제조방법에 따르면, 패턴드 스페이서와 블랙매트릭스층을 형성하는 공정을 동시에 하나의 공정으로 진행할 수 있으므로, 공정시간을 줄여 공정수율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 개략적인 구성을 나타낸 단면도
도 2는 종래의 패턴드 스페이서를 포함하는 액정표시장치에 대한 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 구성을 나타낸 단면도
도 4는 패턴드 스페이서의 분포 정도를 설명하기 위한 제 2 기판의 평면도
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 Ⅰ~Ⅰ`의 선상에 따른 본 발명의 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 공정단면도
＊도면의 주요부에 대한 부호 설명
100a : 제 1 기판 100b : 제 2 기판
140 : 보호층 150 : 화소전극
155 : 공통전극 160 : 컬러필터층
190 : 패턴드 스페이서 120 : 반도체층
800 : 액정층 SE : 소스 전극
DE : 드레인 전극 GI : 게이트 절연막
GE : 게이트 전극 C : 콘택홀
T : 박막트래지스터 영역 P : 화소영역

Claims (5)

  1. 일정공간을 갖고 서로 합착되는 제 1, 제 2 기판과;
    상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층과;
    상기 제 2 기판의 화소영역을 제외한 부분에 형성되는 블랙매트릭스층과;
    상기 블랙매트릭스층과 동일층에 상기 블랙매트릭스층과 동일물질로 형성되어 상기 제 1, 제 2 기판의 셀갭을 유지하기 위한 다수개의 패턴드 스페이서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스층 및 패턴드 스페이서는 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 각 화소영역에 형성되는 컬러필터층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 다수개의 화소영역으로 정의되는 제 1, 제 2 기판을 준비하는 단계와;
    상기 제 2 기판의 전면에 수지 또는 레지스트를 도포하고 회절노광법 및 식각공정을 통해 패터닝하여, 상기 화소영역을 제외한 부분에 블랙매트릭스층을 형성함과 동시에, 상기 블랙매트릭스층과 동일층에 다수개의 패턴드 스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 제 1, 제 2 기판을 합착하고, 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 각 화소영역에 컬러필터층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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