KR20060101616A - 잉크젯 프린팅 시스템을 이용한 색필터 표시판 및 이를포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

잉크젯 프린팅 시스템을 이용한 색필터 표시판 및 이를포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 색필터 표시판의 제조 방법은 복수개의 단위 셀이 형성되는 플렉서블 기판을 스테이지 위에 탑재하는 단계, 플렉서블 기판 위에 각각의 단위 셀에 대한 정렬 키 및 차광 부재를 형성하는 단계, 어느 하나의 단위 셀에 대한 제1 정렬 키를 기준으로 하여 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계, 어느 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제1 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계, 다른 하나의 단위 셀에 대한 제2 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계, 다른 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제2 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 색필터 표시판의 제조 방법은 복수개의 단위 셀이 형성되는 플렉서블 기판으로 이루어진 색필터 표시판의 제조 방법에서 단위 셀에 대한 정렬 키 및 잉크젯 프린팅 시스템을 이용하여 색필터를 형성함으로써, 종래의 사진 식각 공정에 의한 박막 패턴의 형성 과정에서 생기는 플렉서블 기판의 변형에 따른 패턴간의 정렬 불량을 방지한다.
액정표시장치, 색필터표시판, 잉크젯프린팅시스템, 노즐, 정렬, 단위셀

Description

잉크젯 프린팅 시스템을 이용한 색필터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF COLOR FILTER ARRAY PANEL USING INK JET PRINTING SYSTEM}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터 표시판의 배치도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4는 도 3의 IV-IV'선을 따라 자른 단면도이고,
도 5는 도 3의 V-V'선 및 V'-V"을 각각 따라 자른 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법을 설명하기 위해 복수개의 단위 셀이 형성된 플렉서블 기판 위에 정렬 키가 형성된 상태를 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법에서 색필터를 형성하는 잉크젯 프린팅 시스템의 구조를 구체적으로 도시한 사시도이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 색필터를 적하하는 잉크젯 헤드의 구조를 구체적으로 도시한 저면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210: 기판 220: 차광 부재
230: 색필터 240: 정렬 키
400: 잉크젯 헤드
본 발명은 색필터 표시판의 제조 방법 및 이를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
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.
이러한 두 표시판은 유리와 같은 투명하고 휘거나 변형되지 않는 재질을 사용한다. 그러나 최근 플렉서블(flexible) 표시 장치를 개발하기 위하여 플라스틱(plastic) 기판을 사용하는 경우가 증가하고 있다.
그러나 플라스틱 기판을 사용하여 색필터 표시판을 제조하는 경우에는 여러 박막의 패턴을 형성하기 위한 제조 공정 중 열처리 공정에 의해 각 층의 패턴간의 정렬이 불량해지는 경우가 많다. 즉, 플라스틱 기판은 열이나 습도에 의한 변형이 쉬우므로 패턴간 정렬 불량의 문제가 발생하기 쉽다.
이와 같이, 플렉서블 기판은 열처리 공정 중 온도나 습도에 의해 부피의 변화가 생기고, 이 경우 마스크와 변형된 기판간의 크기 차이는 일괄 코팅 및 일괄 노광 방식의 사진 식각 공정에 의한 패턴 형성 시 정렬 불량의 문제로 발생한다. 특히, 색필터 표시판의 경우, 적색, 녹색 및 청색 색필터를 각각 패턴 형성하는 경우에는 각각의 열처리 공정을 진행하면서 발생하는 플렉서블 기판의 크기 변화가 크다.
본 발명의 기술적 과제는 잉크젯 프린팅 시스템을 이용하여 플라스틱 기판으로 이루어진 색필터 표시판의 제조 방법 및 이를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 색필터 표시판의 제조 방법은 복수개의 단위 셀이 형성되는 플렉서블 기판을 스테이지 위에 탑재하는 단계, 상기 플렉서블 기판 위에 각각의 상기 단 위 셀에 대한 정렬 키 및 차광 부재를 형성하는 단계, 상기 어느 하나의 단위 셀에 대한 제1 정렬 키를 기준으로 하여 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계, 상기 어느 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제1 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계, 상기 다른 하나의 단위 셀에 대한 제2 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계, 상기 다른 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제2 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위 셀에 대한 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계를 상기 단위 셀의 수만큼 반복하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상기 플렉서블 기판을 상기 스테이지 위에 탑재하여 상기 플렉서블 기판 및 스테이지를 서로 정렬하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 플렉서블 기판은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰산 또는 폴리이미드에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 색필터 및 차광 부재 위에 덮개막을 형성하는 단계, 상기 덮개막 위에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 복수개의 노즐을 통해 잉크가 적하되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 차광 부재 및 정렬 키는 사진 식각 공정을 통해 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 경사각을 조절하여 상기 잉크젯 헤드의 노즐에서 적하하는 잉크 사이의 간격을 상기 기판 위의 화소 피치와 일치시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 플렉서블 기판으로 이루어진 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 표시판에 대향하는 색필터 표시판을 제조하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 표시판 및 색필터 표시판 사이에 액정층을 주입하는 단계를 포함하고, 상기 색필터 표시판의 제조 방법은 복수개의 단위 셀이 형성되는 플렉서블 기판을 스테이지 위에 탑재하는 단계, 상기 플렉서블 기판 위에 각각의 상기 단위 셀에 대한 정렬 키 및 차광 부재를 형성하는 단계, 상기 어느 하나의 단위 셀에 대한 제1 정렬 키를 기준으로 하여 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계, 상기 어느 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제1 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계, 상기 다른 하나의 단위 셀에 대한 제2 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계, 상기 다른 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제2 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위 셀에 대한 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계를 상기 단위 셀의 수만큼 반복하는 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시 할 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 표시판의 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법에 의해 제조되는 색필터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터 표시판의 배치도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV'선을 따라 자른 단면도이고, 도 5는 도 3의 V-V'선 및 V'-V"을 각각 따라 자른 단면도이다.
액정 표시 장치는 하측의 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 상측 의 대향 표시판(200) 및 이들 사이에 형성되어 있으며, 두 표시판(100, 200)에 대하여 거의 수직으로 배향되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층(3)으로 이루어진다.
먼저, 도 1, 도 3, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 상세히 설명한다.
절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121)과 복수의 유지 전극선(storage electrode lines)(131)이 형성되어 있다.
절연 기판(110)은 플렉서블 액정 표시 장치를 제조하기 위해 플라스틱 등의 유연한 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 플렉서블 기판은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰산 또는 폴리이미드에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고 서로 분리되어 있으며, 게이트 신호를 전달한다. 각 게이트선(121)은 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 이루는 복수의 돌출부와 다른 층 또는 외부 장치의 접속을 위한 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트선(121)에 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)가 박막 트랜지스터 표시판(100)에 집적되는 경우에는 면적이 넓은 끝 부분(129)을 두지 않고 게이트선(121)을 게이트 구동 회로와 직접 연결할 수 있다.
각각의 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 유지 전극선(131)에 서 세로 방향으로 연장되어 있는 유지 전극(133a, 133b)을 포함한다. 유지 전극선(131)에는 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)에 인가되는 공통 전압(common voltage) 따위의 소정의 전압이 인가된다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막과 그 위의 상부막을 포함한다. 상부막은 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 하부막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 탄탈륨(Ta), 또는 티타늄(Ti) 등으로 이루어질 수 있다. 하부막과 상부막의 조합의 좋은 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을 들 수 있다. 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 상부막의 일부는 제거되어 그 아래의 하부막 부분을 드러낸다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 단일막 구조를 가지거나 세 층 이상을 포함할 수 있다.
또한 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30-80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 각각의 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 주기적으로 구부러져 있다. 선형 반도체(151) 각각은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 돌출부(154)를 포함한다.
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 저항성 접촉 부재(161) 각각은 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
선형 반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 30-80°인 것이 바람직하다.
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) 및 유지 전극선(131)과 교차하며 데이터 전압(data voltage)을 전달한다. 각 데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 장치와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(179)을 가지고 있다.
각 드레인 전극(175)은 유지 전극선(131)과 중첩하는 직사각형 또는 마름모꼴 확장부를 포함한다. 드레인 전극(175)의 확장부의 변은 유지 전극선(131)의 변과 실질적으로 평행하다. 데이터선(171)의 세로부 각각은 복수의 돌출부를 포함하며, 이 돌출부를 포함하는 세로부가 드레인 전극(175)의 확장부 반대 쪽 끝 부분을 일부 둘러싸는 소스 전극(173)을 이룬다. 하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 따위의 하부막과 그 위에 위치한 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 따위의 상부막으로 이루어진다. 드레인 전극(175)과 데이터선(171)의 끝 부분(179)의 상부막 일부는 제거되어 그 아래의 하부막 부분을 드러낸다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)도 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 마찬가지로 그 측면이 약 30-80°의 각도로 각각 경사져 있다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(151)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 이들로 덮이지 않고 노출된 반도체(151) 부분의 위에는 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질, 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질, 또는 무기 물질인 질화규소나 산화규소 따위로 이루어진 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 반도체(151)의 채널부가 유기물과 직접 닿지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다. 앞서 설명한 하부막의 노출된 부분은 각각 접촉 구멍(181, 182, 185)을 통하여 노출되어 있다. 접촉 구멍(181, 182, 185)은 다각형 또는 원 모양 등 다양한 모양으로 만들어질 수 있으며, 접촉 구멍(181, 182)의 면적은 0.5mm×15μm 이상, 2mm×60μm 이하인 것이 바람직하다. 접촉 구멍(181, 182, 185)의 측벽은 30° 내지 85°의 각도로 기울어져 있거나 계단형이다.
보호막(180) 위에는 ITO 또는 IZO 따위의 투명한 도전 물질로 이루어진 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 반사형 액정 표시 장치의 경우 화소 전극(190) 등은 은이나 알루미늄 등 불투명한 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(190)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 이로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 둘 사이의 액정층(3)의 액정 분자(310)들을 재배열시킨다.
화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 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 등으로 만들어지며, 유지 축전기의 정전 용량, 즉 유지 용량을 늘리기 위하여, 유지 전극선(131)에서 연장된 유지 전극(133a, 133b)을 형성하여 화소 전극(190)과의 중첩 면적을 넓히고, 화소 전극(190)에 연결된 드레인 전극(175)을 연장 및 확장시켜 중첩시킴으로써 단자 사이의 거리를 가깝게 하고 중첩 면적을 크게 한다.
화소 전극(190)은 또한 이웃하는 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 중첩되어 개구율(aperture ratio)을 높이고 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 각각 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 노출된 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 노출된 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것이다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 이방성 도전막(도시하지 않음) 등을 통하여 외부 장치와 연결된다.
게이트 구동 회로가 박막 트랜지스터 표시판(100)에 집적되는 경우에는 접촉 보조 부재(81)는 게이트 구동 회로의 금속층과 게이트선(121)을 연결하는 역할을 할 수 있다. 마찬가지로 데이터 구동 회로가 박막 트랜지스터 표시판(100)에 집적되는 경우에 접촉 보조 부재(82)는 데이터 구동 회로의 금속층과 데이터선(171)을 연결하는 역할을 할 수 있다.
마지막으로, 화소 전극(190) 및 접촉 보조 부재(81, 82) 및 보호막(180) 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
이제, 색필터 표시판(200)에 대하여 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 설명한다.
플라스틱 등의 절연 기판(210)의 위에 블랙 매트릭스라고 하는 차광 부재(220)가 형성되어 있으며, 화소 전극(190) 사이의 빛샘을 방지한다. 절연 기판(210)은 플렉서블 액정 표시 장치를 제조하기 위해 플라스틱 등의 유연한 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 플렉서블 기판(210)은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰산 또는 폴리이미드에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법의 잉크젯 프린팅 시스템에 의해 복수의 색필터(230)가 기판(210)과 차광 부재(220) 위에 형성되며, 차광 부재(220)가 정의하는 개구 영역 내에 거의 들어간다. 이웃하는 두 데이터선(171) 사이에 위치하며 세로 방향으로 배열된 색필터(230)들은 서로 연결되어 하나의 띠를 이룰 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등 삼원색 중 하나를 나타낼 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(230) 위에는 유기 물질 따위로 이루어진 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 색필터(230)를 보호하고 표면을 평탄하게 한다.
덮개막(250)의 위에는 공통 전압을 인가 받으며, ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질 따위로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
공통 전극(270) 위에는 액정의 배향을 위한 배향막(21)이 형성되어 있다.
표시판(100, 200)의 바깥 면에는 한 쌍의 편광자(12, 22)가 부착되어 있으며, 이들의 투과축은 직교하며 그 중 한 투과축, 예를 들면 박막 트랜지스터 표시판(100)에 부착된 편광자(12)의 투과축은 게이트선(121)에 평행하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우 박막 트랜지스터 표시판(100)에 부착된 편광자(12)는 생략한다.
표시판(100, 200)과 편광자(12, 22)의 사이에는 각각 액정층(3)의 지연값을 보상하기 위한 지연 필름(retardation film)이 끼어 있을 수 있다. 지연 필름은 복굴절성(birefringce)을 가지며 액정층(3)의 복굴절성을 역으로 보상하는 역할을 한다. 지연 필름으로는 일축성 또는 이축성 광학 필름을 사용할 수 있으며, 특히 음성(negative) 일축성 광학 필름을 사용할 수 있다.
액정 표시 장치는 또한 편광자(12, 22), 지연 필름, 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)를 포함할 수 있다. 배향막(11, 21)은 수평 배향막 또는 수직 배향막일 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
크롬, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 등으로 이루어진 하부 도전막과 알루미늄 계열 금속 또는 은 계열 금속 등으로 이루어진 상부 도전막을 플라스틱 등의 유연한 재료로 형성된 절연 기판(110) 위에 차례로 스퍼터링 증착하고 차례로 습식 또는 건 식 식각하여 복수의 게이트 전극(124) 및 끝 부분(129)을 포함하는 게이트선(121)과 복수의 유지 전극(133a, 133b)을 포함하는 유지 전극선(131)을 형성한다.
약 1,500-5,000Å 두께의 게이트 절연막(140), 약 500-2,000Å 두께의 진성 비정질 규소층(intrinsic amorphous silicon), 약 300-600Å 두께의 불순물 비정질 규소층(extrinsic amorphous silicon)의 삼층막을 연속하여 적층하고, 불순물 비정질 규소층과 진성 비정질 규소층을 사진식각하여 게이트 절연막(140) 위에 복수의 선형 불순물 반도체와 복수의 돌출부(154)를 포함하는 복수의 선형 진성 반도체(151)를 형성한다.
이어 하부 도전막과 상부 도전막을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착한 다음 패터닝하여 복수의 소스 전극(173)과 끝 부분(179)를 포함하는 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)을 형성한다. 하부 도전막은 크롬, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 따위로 이루어지며, 상부 도전막은 알루미늄 계열 금속 또는 은 계열 금속 따위로 이루어진다.
이어, 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 덮이지 않고 노출된 불순물 반도체 부분을 제거함으로써 복수의 돌출부(163)를 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)를 완성하는 한편, 그 아래의 진성 반도체(151) 부분을 노출시킨다. 노출된 진성 반도체(151) 부분의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라스마를 뒤이어 실시하는 것이 바람직하다.
양의 감광성 유기 절연물로 이루어진 보호막(180)을 도포한 다음, 복수의 투과 영역(도시하지 않음) 및 그 둘레에 위치한 복수의 슬릿 영역(도시하지 않음), 그리고 차광 영역이 구비된 광마스크(도시하지 않음)를 통하여 노광한다. 따라서, 투과 영역과 마주 보는 보호막(180)의 부분은 빛 에너지를 모두 흡수하지만, 슬릿 영역과 마주 보는 보호막(180)의 부분들은 빛 에너지를 일부만 흡수한다. 이어 보호막(180)을 현상하여 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)의 일부를 노출시키는 복수의 접촉 구멍(182, 185)을 형성하고, 게이트선(121)의 끝 부분(129) 위에 위치한 게이트 절연막(140)의 부분을 노출시키는 복수의 접촉 구멍(181)을 형성한다. 투과 영역에 대응하는 보호막(180) 부분은 모두 제거되고 슬릿 영역에 대응하는 부분은 두께만 줄어들므로, 접촉 구멍(181, 182, 185)의 측벽은 계단형 프로파일을 가진다.
보호막(180)을 음성 감광막으로 형성하는 경우에는 양성 감광막을 사용하는 경우와 비교할 때 마스크의 차광 영역과 투과 영역이 뒤바뀐다.
게이트 절연막(140)의 노출된 부분을 제거하여 그 아래에 위치하는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 부분을 노출시킨 후, 드레인 전극(175), 데이터선(171)의 끝 부분(179) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 상부 도전막의 노출된 부분을 제거함으로써, 그 아래에 위치하는 드레인 전극(175), 데이터선(171)의 끝 부분(179) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 하부 도전막 부분을 드러낸다.
마지막으로, 약 400-500Å 두께의 IZO막 또는 ITO막을 스퍼터링으로 적층하고 사진 식각하여 보호막(180)과 드레인 전극(175), 데이터선(171)의 끝 부분(179) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 하부 도전막의 노출된 부분 위에 복수의 화소 전극(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)를 형성한다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법을 설명하기 위해 복수개의 단위 셀이 형성된 플렉서블 기판 위에 정렬 키가 형성된 상태를 도시하였다.
도 2 내지 도 4 및 도 6에 도시한 색필터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
플라스틱 등의 절연 기판(210)의 위에 블랙 매트릭스라고 하는 차광 부재(220)를 형성한다.
절연 기판(210)은 플렉서블 액정 표시 장치를 제조하기 위해 플라스틱 등의 유연한 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 플렉서블 기판(210)은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰산 또는 폴리이미드에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 플렉서블 기판(210)에는 복수개의 단위 셀(2)이 형성될 수 있다.
차광 부재(220)는 플라스틱 기판(210) 상에 크롬 등의 금속막을 진공 증착 등의 방법으로 형성하고 감광성 수지를 코팅한 후 사진 공정(Photo Process)으로 패터닝하고 감광성 수지를 식각 마스크로 크롬을 에칭하는 방법으로 형성된다. 또는 차광 부재(220)는 절연 기판(210) 상에 고분자 수지 용액을 적층하고 스핀 코팅 처리하여 형성될 수도 있으며, 관용적인 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 이러한 차광 부재(220)는 서로 이웃하는 화소 사이에서 누설되는 빛을 차단하여 휘도를 향상시키며, 제조 공정 시 색필터용 잉크를 가두는 격벽 부재의 역할을 한다.
다음으로, 차광 부재(20)에 의해 정의되는 개구 영역 내에 잉크젯 프린팅 시스템을 이용하여 색필터(230)를 형성한다. 즉, 스테이지(500) 또는 잉크젯 헤드(400)를 서로 상대적으로 이동시키면서 노즐(#1 내지 #n, 도 9 참조)을 통하여 차광 부재(220)에 의해 정의되는 개구부에 적색 색필터, 녹색 색필터 또는 청색 색필터에 해당하는 액상의 안료 페이스트(paste) 즉, 잉크를 적하하여 채워 색필터(230)를 형성한다.
색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등의 원색 중 하나를 나타내며, 이웃하는 두 데이터선(171) 사이에 위치하며 세로 방향으로 배열된 색필터(230)들은 서로 연결되어 하나의 띠를 이룰 수 있다.
이 때, 상기와 같은 차광 부재(220)의 형성 공정에서 플라스틱 기판(210)이 온도나 습도에 의해 소정 부피만큼 변형이 발생한다.
이를 방지하기 위해 색필터(230)들이 배치되어 있는 영역의 바깥, 즉 차광 부재(220)의 외곽 둘레에는 정렬 키(240)가 형성되어 있다.
이러한 정렬 키(240)를 이용하여 잉크젯 프린팅 시스템을 이용한 색필터(230)의 제조 공정 시 잉크젯 헤드(400)의 위치를 정확하게 정렬하거나, 절연 기판(210) 및 스테이지(500)를 서로 정렬한다.
정렬 키(240)는 십자가 또는 다양한 모양을 취할 수 있으며, 사전에 설정된 기준 위치 값에 대해 변형된 정렬 키(240)의 위치 값을 이용하여 잉크젯 헤드(400)의 위치를 정렬한다.
정렬 키(240)는 차광 부재(220)의 외곽 둘레 상에 적어도 하나 이상이 배치될 수 있으며, 차광 부재(220)의 둘레 밖에 배치될 수도 있다. 잉크를 적하하기 위한 각각의 잉크젯 헤드의 노즐(#1 내지 #n, 도 9 참조)의 간격들 및 색필터(230) 사이의 간격은 정확한 수치 계산에 의하여 사전에 구조를 균일하게 설정할 수 있다. 따라서, 하나의 정렬 키(240)에 의해 잉크젯 헤드의 노즐의 위치를 정확하게 설정하면 나머지 부분에서의 잉크젯 헤드의 노즐의 위치도 정확하게 설정될 수 있다.
정렬 키(240)는 복수 개로 이루어질 수 있다. 정렬 키(240)가 복수 개인 경우에 검사의 신뢰성은 향상될 수 있다. 또는 정렬 키(240)는 R(RED), G(GREEN), B(BLUE) 색필터(230)들에 대해 하나씩 각각 배치될 수도 있다. 정렬 키(240)를 형성하는 구체적인 방법은 잉크젯 프린팅 시스템의 특성이나 잉크 적하 방식에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
정렬 키(240)는 차광 부재(220)의 재질이 유기 고분자일 경우에는 차광 부재(220) 상에 포지티브(Positive) 또는 네가티브(Negative) 방식에 의하여 노광, 현상 등의 공정만으로 형성된다. 그러나 차광 부재의 재질이 무기물일 경우에는 별도의 포토레지스트(Photo resist)막을 적층한 후, 노광, 현상, 식각 등의 공정을 거쳐 정렬 키(240)가 차광 부재(220) 상에 함께 형성된다.
이러한 정렬 키(240)는 복수개의 단위 셀(2)에 대해 각각 형성되어 있으며, 단위 셀(2)에 대한 정렬 키(240)를 기준으로 잉크젯 헤드(400)를 정렬하는 단계를 단위 셀(2)의 수만큼 반복한다.
즉, 어느 하나의 단위 셀(2a)에 대한 제1 정렬 키(240a)를 기준으로 하여 잉크젯 헤드(400)를 정렬한다. 그리고, 어느 하나의 단위 셀(2a)의 차광 부재(220)에 의 해 정의되는 개구부에 제1 정렬 키(240a)를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드(400)를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터(230)를 형성한다.
그리고, 다른 하나의 단위 셀(2b)에 대한 제2 정렬 키(240b)를 기준으로 하여 잉크젯 헤드(400)를 정렬한다. 그리고, 다른 하나의 단위 셀(2b)의 차광 부재(220)에 의해 정의되는 개구부에 제2 정렬 키(240b)를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드(400)를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터(230)를 형성한다.
이와 같은 정렬 공정을 반복하여 모든 단위 셀에 대한 잉크젯 헤드의 정렬을 완료함으로써, 하나의 모기판에 대해 잉크젯 헤드(400)를 정렬하는 경우에 비해 온도 또는 습도에 의한 플렉서블 기판의 변형에 의한 패턴 불량을 방지한다.
즉, 플라스틱 기판(210)의 온도 또는 습도에 의한 변형은 100ppm 이하이므로, 단위 셀(2)에 대한 정렬 키(240)를 기준으로 잉크젯 헤드(400)를 각각 정렬함으로써 정렬 불량을 방지한다.
이와 같이, 복수개의 단위 셀이 형성되는 플렉서블 기판으로 이루어진 색필터 표시판의 제조 방법에서 단위 셀에 대한 정렬 키 및 잉크젯 프린팅 시스템을 이용하여 색필터를 형성함으로써, 종래의 사진 식각 공정에 의한 박막 패턴의 형성 과정에서 생기는 플렉서블 기판의 변형에 따른 패턴간의 정렬 불량을 방지한다.
여기서, 색필터 표시판은 유기 발광 표시 장치의 유기 발광 표시판에 적용될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 공정에서 색필터를 형성하는 잉크젯 프린팅 시스템에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 색필터 표시판의 제조 방법에서 색필터를 형성하는 잉크젯 프린팅 시스템의 구조를 구체적으로 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 색필터를 적하하는 잉크젯 헤드의 구조를 구체적으로 도시한 저면도이다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 색필터의 제조 공정에 사용하는 잉크젯 프린팅 시스템은 색필터 표시판(200)의 플라스틱 기판(210)이 위치하는 스테이지(500), 기판(210) 위에 적어도 하나의 노즐(#1, #2, …, #n)을 통해 색필터용 잉크(230)를 적하하는 헤드 유니트(700)를 포함한다. 그리고, 헤드 유니트(700)를 소정 위치로 이동시키는 이송 장치(300)를 포함한다. 여기서, 화소에 대응하는 차광 부재(220)의 개구부에 적하된 색필터용 잉크는 앞에서 설명한 색필터와 동일하게 도면 부호 "230"으로 표시하였다.
스테이지(500) 위의 기판(210)에 색필터(230)를 형성하기 위해 헤드 유니트(700)를 이송 장치(300)를 이용하여 X 방향으로 이동시키면서 헤드(400)의 노즐(#1, #2, …, #n)을 통해 잉크(230)를 적하한다. 소정 위치에 잉크(23)가 적하되어 기판(210) 위에 색필터(230)가 형성된다. 기판(210)은 대형화되고 헤드(400)의 크기와 잉크를 분사하는 노즐(#1, #2, …, #n)의 개수는 한정되어 있어서 1회의 스캐닝으로 색필터(230)를 형성할 수 없으므로 헤드 유니트(700)는 여러 번의 반복 이송에 의해 기판(210)의 모든 영역에 색필터(230)를 형성한다.
이송 장치(300)는 헤드 유니트(700)를 기판(210)과 소정 간격 이격되어 상방에 위치시키는 지지부(310), 헤드 유니트(700)를 X 또는 Y 방향으로 이송시키는 수평 이 송부(330), 및 헤드 유니트(700)를 승강시키는 승강부(340)를 포함한다.
그리고, 헤드 유니트(700)는 노즐(#1, #2, …, #n)을 가지는 잉크젯 헤드(400)를 포함하는데, 잉크젯 헤드(400)는 적색용 헤드, 녹색용 헤드 및 청색용 헤드의 3개의 헤드인 것이 바람직하며, 긴 막대기 형상의 잉크젯 헤드(400)의 전면에 복수개의 노즐(#1, #2, …, #n)이 배치되어 있다.
3개인 경우에 3개의 헤드(400)는 서로 평행하게 동일한 간격을 유지하고 있으며, 다수의 헤드는 수평 이동, 수직 이동 및 회전 이동을 통하여 개별 정렬이 가능한 것이 바람직하다.
잉크젯 헤드(400)는 소정 각도(θ)로 Y 방향과 경사지게 설치되어 있다. 이는 노즐(#1, #2, …, #n) 피치가 색필터(230)가 차지하는 화소의 피치보다 크므로 노즐(#1, #2, …, #n)에서 적하하는 잉크 사이의 간격을 화소의 피치와 일치시키기 위함이다. 즉, 잉크젯 헤드에 형성되어 있는 노즐간의 거리인 노즐 피치와 프린팅될 화소간의 거리인 화소 피치는 차이가 있으므로, 잉크젯 헤드를 소정 간격 회전함으로써 노즐에서 적하하는 잉크 사이의 간격을 화소 피치와 일치시킨다.
본 발명에 따른 색필터 표시판의 제조 방법 및 액정 표시 장치의 제조 방법은 복수개의 단위 셀이 형성되는 플렉서블 기판으로 이루어진 색필터 표시판의 제조 방법에서 단위 셀에 대한 정렬 키 및 잉크젯 프린팅 시스템을 이용하여 색필터를 형성함으로써, 종래의 사진 식각 공정에 의한 박막 패턴의 형성 과정에서 생기는 플렉서블 기판의 변형에 따른 패턴간의 정렬 불량을 방지한다.
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.

Claims (10)

  1. 복수개의 단위 셀이 형성되는 플렉서블 기판을 스테이지 위에 탑재하는 단계,
    상기 플렉서블 기판 위에 각각의 상기 단위 셀에 대한 정렬 키 및 차광 부재를 형성하는 단계,
    상기 어느 하나의 단위 셀에 대한 제1 정렬 키를 기준으로 하여 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계,
    상기 어느 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제1 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계,
    상기 다른 하나의 단위 셀에 대한 제2 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계,
    상기 다른 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제2 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계
    를 포함하는 색필터 표시판의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 단위 셀에 대한 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계를 상기 단위 셀의 수만큼 반복하는 색필터 표시판의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 플렉서블 기판을 상기 스테이지 위에 탑재하여 상기 플렉서블 기판 및 스테이지를 서로 정렬하는 단계를 더 포함하는 색필터 표시판의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 플렉서블 기판은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰산 또는 폴리이미드에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 이루어지는 색필터 표시판의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 색필터 및 차광 부재 위에 덮개막을 형성하는 단계,
    상기 덮개막 위에 공통 전극을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 색필터 표시판의 제조 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 잉크젯 헤드의 복수개의 노즐을 통해 잉크가 적하되는 색필터 표시판의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 차광 부재 및 정렬 키는 사진 식각 공정을 통해 형성되는 색필터 표시판의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 잉크젯 헤드의 경사각을 조절하여 상기 잉크젯 헤드의 노즐에서 적하하는 잉크 사이의 간격을 상기 기판 위의 화소 피치와 일치시키는 색필터 표시판의 제조 방법.
  9. 플렉서블 기판으로 이루어진 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 표시판에 대향하는 색필터 표시판을 제조하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 표시판 및 색필터 표시판 사이에 액정층을 주입하는 단계
    를 포함하고,
    상기 색필터 표시판의 제조 방법은
    복수개의 단위 셀이 형성되는 플렉서블 기판을 스테이지 위에 탑재하는 단계,
    상기 플렉서블 기판 위에 각각의 상기 단위 셀에 대한 정렬 키 및 차광 부재를 형성하는 단계,
    상기 어느 하나의 단위 셀에 대한 제1 정렬 키를 기준으로 하여 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계,
    상기 어느 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제1 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계,
    상기 다른 하나의 단위 셀에 대한 제2 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계,
    상기 다른 하나의 단위 셀의 차광 부재에 의해 정의되는 개구부에 제2 정렬 키를 기준으로 정렬된 잉크젯 헤드를 이용하여 잉크를 적하하여 색필터를 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 단위 셀에 대한 정렬 키를 기준으로 잉크젯 헤드를 정렬하는 단계를 상기 단위 셀의 수만큼 반복하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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