KR20050080277A - 색필터 표시판 및 그 제조 방법 - Google Patents

색필터 표시판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 색필터 표시판은 기판, 기판 위에 형성되어 있는 복수개의 제1 블랙 매트릭스, 복수개의 제1 블랙 매트릭스 위에 제1 블랙 매트릭스와 동일한 패턴으로 형성되어 있는 복수개의 제2 블랙 매트릭스, 제1 블랙 매트릭스 및 제2 블랙 매트릭스로 이루어진 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 있는 색필터를 포함하고, 제1 블랙 매트릭스는 금속막이고, 제2 블랙 매트릭스는 포토레지스트막인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 색필터 표시판은 금속막으로 된 제1 블랙 매트릭스 및 유기막으로 된 제2 블랙 매트릭스를 형성함으로써 제2 블랙 매트릭스 양단의 테이퍼 각도를 수직으로 유지하여 제2 블랙 매트릭스에 충분한 광학 밀도 값을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

Description

색필터 표시판 및 그 제조 방법{COLOR FILTER ARRAY PANEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 색필터 표시판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
평판 표시 장치(Flat panel display)의 하나로 각광을 받고 있는 액정 표시 장치(Liquid crystal display, LCD)는 최근 집중적인 기술 투자에 힘입어 중소형 표시 장치, 모니터, 대형 TV 등에 광범위하게 사용되고 있다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 전계 생성 전극이 두 표시판에 각각 구비되어 있는 것이다. 이중에서도 한 표시판에는 복수의 화소 전극이 행렬의 형태로 배열되어 있고 다른 표시판에는 하나의 공통 전극이 표시판 전면을 덮고 있는 구조의 액정 표시 장치가 주류이다. 이 액정 표시 장치에서의 화상의 표시는 각 화소 전극에 별도의 전압을 인가함으로써 이루어진다. 이를 위해서 화소 전극에 인가되는 전압을 스위칭하기 위한 삼단자 소자인 박막 트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하고 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 신호를 전달하는 게이트선과 화소 전극에 인가될 전압을 전달하는 데이터선을 표시판에 설치한다.
그리고, 액정 표시 장치를 이용한 대형 TV의 개발과 액정 표시 장치의 제조 비용의 절감을 위한 액정 표시 패널의 대면적화가 이루어지면서 액정 표시 패널의 성능 향상과 액정 표시 패널 크기의 대형화로 인한 원가 절감을 위해 새로운 액정 표시 패널의 제조 방법이 지속적으로 개발되고 있다.
액정 표시 장치의 색필터 표시판의 제조 공정 중 가장 큰 부분을 차지하고 있는 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터 형성을 위한 적색 필터 감광막 패턴, 녹색 필터 감광막 패턴 및 청색 필터 감광막 패턴의 형성은 포토리소그래피 방식을 사용하고 있다.
색필터는 네카티브 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법과 동일한 공정을 통해 형성되는데, 글래스 기판의 대형화로 인해 기판에 도포되는 색필터 감광막의 양이 증가되고, 노광 공정 이외의 타 공정에서 사용되는 재료 비용의 증가 및 설비의 대형화에 따른 생산 라인의 대면적화와 같은 문제가 발생한다.
종래의 색필터 표시판의 블랙 매트릭스의 제조 방법은 두 가지 방식이 일반적이다. 즉, 금속막을 증착시키고 그 위에 포지티브 포토레지스트를 형성한 뒤 식각 공정을 통하여 금속 블랙 매트릭스로 형성하는 방법과, 유기물을 증착시키고 유기물을 직접 유기 블랙 매트릭스로 형성하는 방법이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 블랙 매트릭스의 선폭이 일정하게 유지된 색필터 표시판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 색필터 표시판은 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 복수개의 제1 블랙 매트릭스, 복수개의 상기 제1 블랙 매트릭스 위에 상기 제1 블랙 매트릭스와 동일한 패턴으로 형성되어 있는 복수개의 제2 블랙 매트릭스, 상기 제1 블랙 매트릭스 및 제2 블랙 매트릭스로 이루어진 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 있는 색필터를 포함하고, 상기 제1 블랙 매트릭스는 금속막이고, 상기 제2 블랙 매트릭스는 포토레지스트막인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 블랙 매트릭스는 하부층이 CrOx 층이고, 상부층인 Cr 층인 이중 금속막인 것이 바람직하다.
또한, 상기 CrOx층은 300 내지 500 Å, Cr 층은 500 내지 2,000 Å의 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 블랙 매트릭스는 네가티브 포토레지스트막인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 블랙 매트릭스는 2 내지 4㎛의 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 색필터 표시판의 제조 방법은 기판 위에 CrOx층 및 Cr층을 차례로 형성하는 단계, 상기 CrOx층 및 Cr층 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계, 패턴화된 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 복수개의 제2 블랙 매트릭스를 형성하는 단계, 상기 제2 블랙 매트릭스를 경화하는 단계, 상기 제2 블랙 매트릭스를 식각 방지막으로 하여 상기 CrOx층 및 Cr층을 식각하여 복수개의 제1 블랙 매트릭스를 형성하는 단계, 복수개의 상기 제1 및 제2 블랙 매트릭스로 이루어진 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 색필터를 잉크젯 프린팅 방법으로 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 CrOx층은 300 내지 500 Å, Cr 층은 500 내지 2,000 Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 블랙 매트릭스는 네가티브 포토레지스트막으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 블랙 매트릭스는 2 내지 4㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 제1 방향으로 형성되어 있는 제1 신호선, 상기 제1 기판 위에 제2 방향으로 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 절연되어 교차하고 있는 제2 신호선, 상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 제2 신호선 위에 형성되어 있으며, 상기 제2 신호선의 일부를 드러내는 접촉 구멍을 가지는 보호막, 상기 접촉 구멍을 통해 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판; 상기 박막 트랜지스터 표시판과 대향하고 있는 색필터 표시판; 상기 박막 트랜지스터 표시판 및 색필터 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 색필터 표시판은 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 복수개의 제1 블랙 매트릭스, 복수개의 상기 제1 블랙 매트릭스 위에 상기 제1 블랙 매트릭스와 동일한 패턴으로 형성되어 있는 복수개의 제2 블랙 매트릭스, 상기 제1 블랙 매트릭스 및 제2 블랙 매트릭스로 이루어진 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 있는 색필터를 포함하고, 상기 제1 블랙 매트릭스는 금속막이고, 상기 제2 블랙 매트릭스는 포토레지스트막인 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 색필터 표시판 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 단면도로서, 잉크젯 프린팅 방법으로 색필터를 형성하는 상태를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판은 기판(210), 기판(210) 위에 형성되어 있는 복수개의 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)를 포함한다.
제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)는 금속막이며, 하부층(221a)이 CrOx 층이고, 상부층(222a)이 Cr 층인 이중 금속막인 것이 바람직하다. 이러한 CrOx 층(221a)은 300 내지 500 Å, Cr 층(222a)은 500 내지 2,000 Å의 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 복수개의 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a) 위에는 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)와 동일한 패턴으로 복수개의 제2 블랙 매트릭스(223a)가 형성되어 있다. 제2 블랙 매트릭스(223a)는 포토레지스트막으로서, 특히 네가티브 포토레지스트막인 것이 바람직하다.
이러한 제2 블랙 매트릭스(223a)는 2 내지 4㎛의 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 2㎛ 이하의 두께로 제2 블랙 매트릭스(223a)를 제조하는 경우에는 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a) 및 제2 블랙 매트릭스(223a)를 합한 블랙 매트릭스 내에 색필터(230R, 230G, 230B)가 형성되도록 하는 격벽 역할을 완전히 할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 4㎛ 이상의 두께로 제2 블랙 매트릭스(223a)를 제조하는 경우에는 격벽 역할을 완전히 할 수는 있으나, 블랙 매트릭스 양단의 테이퍼 각도(θ)가 저하되고, 따라서, 개구부 가장자리 부근의 광학 밀도(Optical Density, OD)가 일정하지 않음으로 인하여 잔사 및 직진성 불량 등이 발생하기 쉽다.
그리고, 이러한 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a) 및 제2 블랙 매트릭스(223a)를 블랙 매트릭스라고 정의할 때, 복수개의 블랙 매트릭스 사이에는 색필터(230R, 230G, 230B)가 형성되어 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법에 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 세정된 기판(210) 위에 금속 스퍼터링 공정으로 300 내지 500 Å의 두께로, 바람직하게는 약 450Å의 두께로 CrOx 층(221)을 형성하고, 그 위에 500 내지 2,000 Å의 두께로, 바람직하게는 약 1000Å의 두께로 Cr 층(222)을 형성한다. 기판(210)은 약 0.7mm 정도의 글래스 기판인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, CrOx 층(221) 및 Cr 층(222) 위에 네가티브 포토레지스트막(Negative Photoresist)(223)을 2 내지 4㎛의 두께로, 바람직하게는 2.6㎛ 두께로 형성한다. 2㎛ 이하의 두께로 제2 블랙 매트릭스(223a)를 제조하는 경우에는 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a) 및 제2 블랙 매트릭스(223a)를 합한 블랙 매트릭스 내에 색필터(230R, 230G, 230B)가 형성되도록 하는 격벽 역할을 완전히 할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 4㎛ 이상의 두께로 제2 블랙 매트릭스(223a)를 제조하는 경우에는 격벽 역할을 완전히 할 수는 있으나, 블랙 매트릭스 양단의 테이퍼 각도(θ)가 저하되고, 따라서, 개구부 가장자리 부근의 광학 밀도(Optical Density, OD)가 일정하지 않음으로 인하여 잔사 및 직진성 불량 등이 발생하기 쉽다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 패턴화된 마스크(150)를 이용하여 350 내지 440nm 파장 영역의 빛으로 네가티브 포토레지스트막(223)을 노광한 후 약 110℃의 온도로 90초 정도 후속 노광 열처리(Post Exposure Bake) 공정을 진행한다. 이 경우, 마스크(150)를 통해 노광된 네가티브 포토레지스트막의 부분(223a)은 후술할 현상 공정을 통해 잔류하고, 노광되지 않은 네가티브 포토레지스트막의 부분(223b)은 현상 공정을 통해 제거된다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 2.38% TMAH 용액을 이용하여 네가티브 포토레지스트막(223b)을 현상하여 역테이퍼진 형태의 포토레지스트 패턴(223a)을 형성한다. 즉, 노광된 네가티브 포토레지스트막의 부분(223a)은 포토레지스트 패턴(223a)이 되고, 노광되지 않은 네가티브 포토레지스트막의 부분(223b)은 제거되어 빈 공간(223c)으로 남게된다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(223a)을 220℃에서 180초간 열경화(Curing) 공정을 진행하여 양단이 수직형인 포토레지스트 패턴(223a)을 형성한다.
즉, 열경화 공정에 의해 포토레지스트 패턴(223a)이 열확산되고, 따라서, 역테이퍼진 형태의 포토레지스트 패턴(223a)은 수직형 포토레지스트 패턴(223a)으로 변화되어 복수개의 제2 블랙 매트릭스(223a)가 완성된다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 블랙 매트릭스(223a)를 식각 방지막으로 하여 크롬(Cr) 식각액(Wet Etchant)으로 CrOx 층(221) 및 Cr 층(222)을 7분 동안 식각하여 수직형의 제2 블랙 매트릭스(223a)와 동일한 패턴의 복수개의 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)를 형성한다.
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 제1 및 제2 블랙 매트릭스(221a, 222a, 223a)로 이루어진 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 색필터(230R, 230G, 230B)를 잉크젯 프린팅 방법으로 형성한다. 즉, 잉크젯 헤드(51)에 연결된 복수개의 노즐(52)을 통하여 복수개의 블랙 매트릭스(221a, 222a, 223a) 사이의 소정 위치에 삼색의 컬러 잉크를 일정한 부피로 분사함으로써 색필터(230R, 230G, 230B)를 형성한다.
이 경우, 블랙 매트릭스(221a, 222a, 223a)는 색필터(230R, 230G, 230B)가 소정 위치에 채워질 수 있도록 하는 격벽 역할을 한다.
이러한 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 색필터 표시판의 색필터를 형성하는 경우에는 제조 원가 절감, 공정 단순화 확보 및 친환경적인 프로세스 실현에 용이하다는 장점이 있다. 즉, 이러한 잉크젯 프린팅 방법은 종래의 색필터 표시판의 제조 공정에서 필수적인 공정인 포토레지스트막의 코팅, 노광 및 현상 공정 즉, 색필터 형성을 위한 포토레지스트막의 코팅, 노광 및 현상 공정이 필요하지 않기 때문에 재료비 절감과 공정 단순화 및 설비 크기를 줄일 수 있다.
색필터 형성을 위한 잉크젯 프린팅 시스템은 잉크젯 프린팅 본체, 잉크젯 프린팅 헤드 및 노즐, 잉크젯 색필터용 유기소재를 포함하며, 글래스 기판 위의 소정 영역에 유기 소재를 정확히 분사하기 위해 분사 정밀도와 분사량의 확보 및 상기 세 가지 구성요소의 유기적인 조절이 필요하다.
잉크젯 프린팅 방법을 통해 색필터를 형성하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 삼색의 컬러 잉크가 잉크젯 헤드(51)에 연결된 복수개의 노즐(52)을 통하여 소정 위치마다 일정한 부피로 분사된다. 이 경우, 적색 필터(230R), 녹색 필터(230G) 및 청색 필터(230B) 사이에 격벽 역할을 하도록 블랙 매트릭스가 형성되어야 한다.
이러한 잉크젯 색필터용 블랙 매트릭스는 누설광 방지 기능, 색필터 개구부를 통한 균일한 빛의 투과, 그리고 색필터 형성을 위한 공정 조건을 충분히 만족시킬 수 있도록 내열성 및 내구성을 확보하여야 한다. 그리고, 블랙 매트릭스 사이에 채워진 컬러 잉크의 상부면과 블랙 매트릭스 상부면의 평활성을 높이도록 블랙 매트릭스 상부면의 특성을 조절해야 한다. 또한, 컬러 잉크가 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 채워질 수 있도록 소정의 높이가 되어야 한다.
따라서, 잉크젯 색필터용 블랙 매트릭스의 두께는 종래의 블랙 매트릭스의 두께보다 큰 2 내지 3㎛의 높이가 되어야 하므로, 종래의 블랙 매트릭스를 잉크젯 색필터용 블랙 매트릭스로 사용할 경우 2 내지 3㎛의 높이의 크롬 블랙 매트릭스는 비용이나 기판에 대한 스트레스 측면에서 고려해 볼 때 적용이 불가능하다. 그리고, 유기 블랙 매트릭스는 종래 블랙 매트릭스의 두께가 1.0 내지 1.5㎛ 정도인 것에 비해 2 내지 3배 이상의 높은 두께로 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성할 경우 블랙 매트릭스 양단의 테이퍼 각도(θ)가 저하되고, 따라서, 개구부 가장자리 부근의 광학 밀도(Optical Density, OD)가 일정하지 않음으로 인하여 잔사 및 직진성 불량 등이 발생된다.
여기서, 광학 밀도(Optical Density, OD)란 일정한 세기를 가진 어떤 파장의 빛이 용액을 통과한 후, 광도가 그 일정세기로 될 때의 양을 말한다. 즉, 빛이 용액을 투과하는 정도를 말한다.
도 8에는 종래의 유기 블랙 매트릭스를 가지는 색필터 표시판의 단면도를 도시하였고, 도 9에는 550㎛ 파장의 빛으로 광학 밀도를 측정한 값(A)과, 350nm 내지 750 nm 파장의 빛으로 광학 밀도를 측정한 값의 평균값(B)을 유기 블랙 매트릭스의 두께에 따라 나타난 그래프를 도시하였다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 2 내지 3㎛ 두께의 유기 블랙 매트릭스(220)를 형성할 경우, 유기 블랙 매트릭스(220)의 두께가 높을수록 광학 밀도의 값은 높아지게 되며, 유기 블랙 매트릭스(220) 양단의 테이퍼 각도(θ)를 50도 이상 높이는 것도 어렵다.
그리고, 유기 블랙 매트릭스(220) 양단의 테이퍼 각도(θ)가 낮아짐에 따라 유기 블랙 매트릭스(220) 내에서 원하는 광학 밀도 값을 일정하게 확보할 수 있는 영역이 좁아지게 된다. 즉, 유기 블랙 매트릭스(220)의 양단을 제외한 중앙 부분이 좁아지게 된다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 유기 블랙 매트릭스(220)의 유효 선폭(CD, Critical Dimension)이 넓도록 유기 블랙 매트릭스(220)를 형성하는 경우에는 색필터의 개구율 면적이 좁아지게 된다는 단점이 있다.
또한, 테이퍼 각도(θ)를 높이기 위해서 유기 블랙 매트릭스(220)를 구성하고 있는 블랙 안료, 광개시제의 구조 및 배합비를 변경할 수도 있으나 이 경우, 원하는 광학 밀도 값을 확보하기 어렵고, 블랙 매트릭스의 선폭의 직진성이 나빠지게 된다. 또한, 유기 블랙 매트릭스(220)는 포토리소그래피 공정에서 사용되는 파장 영역에 반응하는 물질로 구성되어 있어서 구성 요소의 구조나 성분비에 따라 빛에 민감한 반응을 나타내므로 잉크젯 분사 후 컬러 잉크를 유기 블랙 매트릭스에 채울 때 친수성(Hydrophilicity)을 조절하는데 어려움이 많다.
이러한 잉크젯 색필터용 블랙 매트릭스를 형성한 특허로는 몰딩(Molding) 방법을 적용한 경우(US6,063,527, US6,322,936, US6,426,166)와 멀티층(Multi-layer)으로 격벽의 특성을 향상시킨 경우가 제시되고 있다.(US5,989,757, US6,145,981, US6,227,647, US6,331,384, US6,450,635, US6,468,702, JP2,001,298,085, JP2,002,091,889)
이러한 종래의 기술은 블랙 매트릭스를 먼저 형성한 후 유기막을 적층하여 격벽을 형성하는 내용으로서, 이러한 경우 유기막을 적층할 때 먼저 형성된 블랙 매트릭스와의 정확한 위치 선정이 요구되며, 적층된 유기막이 색필터 표시판 제조 시 필요한 고온 공정 조건에 대해 변형없이 즉, 수직패턴으로 유지되어서 원하는 광학 밀도 값을 확보할 수 있는지에 대한 구체적인 언급이 없다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법은 상기한 바와 같이, 두개의 층으로 구성된 잉크젯 색필터용 블랙 매트릭스(221a, 222a, 223a)를 형성한다.
즉, 하부층(221a)이 CrOx 층이고, 상부층(222a)이 Cr 층인 복수개의 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a) 위에 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)와 동일한 패턴으로 네가티브 포토레지스트막으로 된 복수개의 제2 블랙 매트릭스(223a)를 형성한다.
이러한 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)는 종래 블랙 매트릭스의 역할인 완전한 누설광 방지와 대비비(Contrast) 개선 역할을 하며, 제2 블랙 매트릭스(223a)는 컬러 잉크를 채우는 격벽(Wall) 역할로 하도록 거의 수직에 가까운 테이퍼 각도(θ)를 가지도록 형성한다. 즉, 수직형의 제2 블랙 매트릭스(223a)를 형성함으로써 복수개의 수직형의 제2 블랙 매트릭스(223a) 사이에 컬러 잉크를 채울 때 균일한 색필터(230R, 230G, 230B)를 형성할 수 있다.
그리고, 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a) 및 제2 블랙 매트릭스(223a)를 형성함으로써 유기 블랙 매트릭스만을 형성한 경우 낮은 테이퍼 각도(θ)에 의해 광학 밀도 값을 충분히 확보하기 어려운 문제를 쉽게 해결할 수 있고, G선(450nm 내지 460nm) 혹은 I선(360nm 내지 370nm) 파장 영역의 빛을 이용하여 높은 두께의 제2 블랙 매트릭스(223a)에서도 양단을 수직형으로 형성하는 것이 가능하며, 컬러 잉크와의 젖음성(Wettability)을 높일 수 있도록 표면 특성을 조절할 수 있다.
또한, 고내열성 네거티브 포토레지스트(Negative Photoresist)를 이용하여 제2 블랙 매트릭스(223a)를 형성함으로써 색필터 표시판 제조 공정 중 200℃ 이상의 높은 온도가 요구되는 컬러레지스트 경화 및 ITO 어닐링(Annealing) 공정에서도 유기막 즉, 제2 블랙 매트릭스(223a)가 녹아 흘러내리지 않아 구현하고자 하는 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 종래의 금속 블랙 매트릭스 즉,CrOx 층 및 Cr 층 블랙 매트릭스를 형성하는 공정은 금속 식각 공정 후 포지티브 포토레지스트(Positive Photoresist)를 제거하는 공정이 추가로 필요하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 블랙 매트릭스의 제조 공정은 고내열성 네거티브 포토레지스트(Negative Photoresist)를 금속막 위에 형성한 후 네거티브 포토레지스트를 제거하지 않고 제2 블랙 매트릭스로 사용하기 때문에 CrOx 층 및 Cr층 블랙 매트릭스를 형성하는 공정보다 공정수가 적다는 장점도 가지고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 단면도가 도 10에 도시되어 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode lines)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고 서로 분리되어 있다. 게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며, 각 게이트선(121)의 일부는 위 또는 아래로 돌출하여 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 이룬다. 유지 전극선(131)은 공통 전압(common voltage) 따위의 미리 정해진 전압을 인가 받으며, 폭이 위 또는 아래로 확장된 확장부(expansion)로 형성되어 있는 유지 전극(137)을 포함한다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 비저항(resistivity)이 낮은 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속 따위로 이루어진 도전막을 포함하며, 이러한 도전막에 더하여 다른 물질, 특히 ITO 또는 IZO와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 좋은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 합금[보기: 몰리브덴-텅스텐 (MoW) 합금] 따위로 이루어진 다른 도전막을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다. 하부막과 상부막의 조합의 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을 들 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 경사져 있으며, 경사각은 기판(110)의 표면에 대하여 약 30-80° 범위이다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 이로부터 복수의 돌출부(extension)(154)가 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나와 있다.
반도체(151)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 선형 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 위치한다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 경사져 있으며 경사각은 30-80°이다.
저항 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 각각 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차하며 데이터 전압(data voltage)을 전달한다. 각 데이터선(171)에서 드레인 전극(175)을 향하여 뻗은 복수의 가지가 소스 전극(source electrode)(173)을 이룬다. 한 쌍의 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 서로 분리되어 있으며 게이트 전극(123)에 대하여 서로 반대쪽에 위치한다. 드레인 전극(175)은 유지 전극선(131)의 확장부(137) 쪽으로 연장되어 확장부(137)와 중첩하는 확장부(177)를 가지고 있다. 게이트 전극(123), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 노출부(154)와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 노출부 (154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 은 계열 금속 또는 알루미늄 계열 금속 따위로 이루어진 도전막을 포함하며, 이러한 도전막에 더하여 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 합금 따위로 이루어진 다른 도전막을 포함하는 다층막 구조를 가질 수 있다. 데이터선(171)과 드레인 전극(175)의 측면 역시 경사져 있으며, 경사각은 수평면에 대하여 약 30-80° 범위이다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 노출된 반도체 부분(154)의 위에는 유기 절연 물질로 이루어지는 보호막, 즉, 유기막(180)이 형성되어 있다. 유기막(180)은 데이터선(171)의 일부(179)를 드러내는 접촉 구멍(182) 및 드레인 전극(175)의 일부를 드러내는 접촉 구멍(186)을 가지고 있다.
유기막(180) 위에는 ITO 또는 IZO로 이루어진 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(82)가 형성되어 있다. 이러한 투명한 화소 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터 표시판은 투과형 액정 표시 장치에 이용된다.
화소 전극(190)은 접촉 구멍(186)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전기적으로 연결되어 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 상부 표시판의 공통 전극(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층의 액정 분자들을 재배열시킨다.
또한, 화소 전극(190)과 공통 전극은 축전기[이하 액정 축전기(liquid crystal capacitor)라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기와 병렬로 연결된 다른 축전기를 두며 이를 유지 축전기(storage electrode)라 한다. 유지 축전기는 화소 전극(190)과 유지 전극선(131)의 중첩 및 화소 전극(190)과 이웃 게이트선(121)[이를 전단 게이트선(previous gate line)이라 함]의 중첩 등으로 만들어지며, 유지 축전기의 정전 용량, 즉 유지 용량을 늘이기 위하여 유지 전극선(131)을 확장한 확장부(137)를 두어 중첩 면적을 크게 하는 한편, 화소 전극(190)과 연결되고 확장부(137)와 중첩되는 드레인 전극(175)의 확장부(177)를 보호막(180) 아래에 두어 둘 사이의 거리를 가깝게 한다.
접촉 보조 부재(82)는 접촉 구멍(182)을 통하여 데이터선(171)의 끝부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(82)는 데이터선(171)의 끝부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.
그리고, 게이트선(121)의 한쪽 끝부분(129)은 게이트 구동 회로(도시하지 않음)로부터 전달되는 신호를 전달받기 위해 사용되며 게이트선(121) 폭보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
그리고, 유기막(180)은 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181)을 가지고 있으며, 접촉 구멍(181)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)과 접촉하는 복수의 접촉 보조 부재(81)가 형성되어 있다. 이러한 접촉 보조 부재(81) 및 접촉 구멍(181)은 게이트선(121)에 신호를 공급하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)가 칩의 형태로 표시판(100) 또는 가요성 회로 기판(도시하지 않음) 위에 장착되는 경우에 필요하다. 반면, 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 직접 박막 트랜지스터 등으로 만들어지는 경우에는 접촉 구멍(181) 및 접촉 보조 부재(81)가 필요하지 않다.
그리고, 화소 전극(190) 위에 제1 수직 배향막(11)이 형성되어 있다.
이러한 박막 트랜지스터 표시판과 대향하여 색필터 표시판이 설치되어 있다. 색필터 표시판은 기판(210), 기판(210) 위에 형성되어 있는 복수개의 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)를 포함한다.
제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)는 금속막이며, 하부층(221a)이 CrOx 층이고, 상부층(222a)이 Cr 층인 이중 금속막인 것이 바람직하다. 이러한 CrOx 층(221a)은 300 내지 500 Å, Cr 층(222a)은 500 내지 2,000 Å의 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 복수개의 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a) 위에는 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a)와 동일한 패턴으로 복수개의 제2 블랙 매트릭스(223a)가 형성되어 있다. 제2 블랙 매트릭스(223a)는 포토레지스트막으로서, 특히 네가티브 포토레지스트막인 것이 바람직하다.
이러한 제2 블랙 매트릭스(223a)는 2 내지 4㎛의 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 이러한 제1 블랙 매트릭스(221a, 222a) 및 제2 블랙 매트릭스(223a)를 블랙 매트릭스라고 정의할 때, 복수개의 블랙 매트릭스 사이에는 색필터(230)가 형성되어 있다.
그리고, 블랙 매트릭스(221a, 222a, 223a) 및 색필터(230) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있으며, 공통 전극(270) 위에는 제2 수직 배향막(21)이 형성되어 있다.
그리고, 박막 트랜지스터 표시판 및 색필터 표시판 사이에는 액정층(3)이 주입되어 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 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.
본 발명에 따른 색필터 표시판은 금속막으로 된 제1 블랙 매트릭스 및 유기막으로 된 제2 블랙 매트릭스를 형성함으로써 제2 블랙 매트릭스 양단의 테이퍼 각도를 수직으로 유지하여 제2 블랙 매트릭스에 충분한 광학 밀도 값을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 노광 및 현상에 의한 제2 블랙 매트릭스를 포함한 블랙 매트릭스의 형성 시 블랙 매트릭스의 선폭을 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 단면도로서, 잉크젯 프린팅 방법으로 색필터를 형성하는 상태를 도시한 도면이고,
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법을 순서대로 도시한 도면이고,
도 8은 종래의 유기 블랙 매트릭스를 가지는 색필터 표시판의 단면도이고,
도 9는 550㎛ 파장의 빛으로 광학 밀도를 측정한 값(A)과, 350nm 내지 750 nm 파장의 빛으로 광학 밀도를 측정한 값의 평균값(B)을 유기 블랙 매트릭스의 두께에 따라 나타난 그래프이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 단면도이다.

Claims (10)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 복수개의 제1 블랙 매트릭스,
    복수개의 상기 제1 블랙 매트릭스 위에 상기 제1 블랙 매트릭스와 동일한 패턴으로 형성되어 있는 복수개의 제2 블랙 매트릭스,
    상기 제1 블랙 매트릭스 및 제2 블랙 매트릭스로 이루어진 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 있는 색필터
    를 포함하고,
    상기 제1 블랙 매트릭스는 금속막이고, 상기 제2 블랙 매트릭스는 포토레지스트막인 색필터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 블랙 매트릭스는 하부층이 CrOx 층이고, 상부층인 Cr 층인 이중 금속막인 색필터 표시판.
  3. 제2항에서,
    상기 CrOx층은 300 내지 500 Å, Cr 층은 500 내지 2,000 Å의 두께로 형성되어 있는 색필터 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 제2 블랙 매트릭스는 네가티브 포토레지스트막인 색필터 표시판.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 블랙 매트릭스는 2 내지 4㎛의 두께로 형성되어 있는 색필터 표시판.
  6. 기판 위에 CrOx층 및 Cr층을 차례로 형성하는 단계,
    상기 CrOx층 및 Cr층 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계,
    패턴화된 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 복수개의 제2 블랙 매트릭스를 형성하는 단계,
    상기 제2 블랙 매트릭스를 경화하는 단계,
    상기 제2 블랙 매트릭스를 식각 방지막으로 하여 상기 CrOx층 및 Cr층을 식각하여 복수개의 제1 블랙 매트릭스를 형성하는 단계,
    복수개의 상기 제1 및 제2 블랙 매트릭스로 이루어진 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 색필터를 잉크젯 프린팅 방법으로 형성하는 단계
    를 포함하는 색필터 표시판의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 CrOx층은 300 내지 500 Å, Cr 층은 500 내지 2,000 Å의 두께로 형성하는 색필터 표시판의 제조 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 제2 블랙 매트릭스는 네가티브 포토레지스트막으로 형성하는 색필터 표시판의 제조 방법.
  9. 제6항에서,
    상기 제2 블랙 매트릭스는 2 내지 4㎛의 두께로 형성하는 색필터 표시판의 제조 방법.
  10. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 제1 방향으로 형성되어 있는 제1 신호선,
    상기 제1 기판 위에 제2 방향으로 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 절연되어 교차하고 있는 제2 신호선,
    상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 제2 신호선 위에 형성되어 있으며, 상기 제2 신호선의 일부를 드러내는 접촉 구멍을 가지는 보호막,
    상기 접촉 구멍을 통해 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극
    을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판;
    상기 박막 트랜지스터 표시판과 대향하고 있는 색필터 표시판;
    상기 박막 트랜지스터 표시판 및 색필터 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층
    을 포함하고,
    상기 색필터 표시판은 제2 기판,
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 복수개의 제1 블랙 매트릭스,
    복수개의 상기 제1 블랙 매트릭스 위에 상기 제1 블랙 매트릭스와 동일한 패턴으로 형성되어 있는 복수개의 제2 블랙 매트릭스,
    상기 제1 블랙 매트릭스 및 제2 블랙 매트릭스로 이루어진 복수개의 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 있는 색필터
    를 포함하고,
    상기 제1 블랙 매트릭스는 금속막이고, 상기 제2 블랙 매트릭스는 포토레지스트막인 액정 표시 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020107537A1 (zh) * 2018-11-26 2020-06-04 惠科股份有限公司 显示面板及其制造方法和显示装置

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