KR100220854B1 - 액정 디스플레이 디바이스의 tft 판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판으로서 다수의 화소전극을 포함하는 TFT 판의 회로 소자를 덮으면서 그 위에 형성된 배향막과, 배향막 위에서 화소전극과 화소전극 사이의 스페이스를 덮는 블랙메트릭스를 포함한다. 블랙메트릭스 하부에 위치하는 배향막에도 액정 배향을 위한 홈이 형성되어 있다.
또한 본 발명의 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판을 제작하는 방법은, 투명기판 위에 게이트라인, TFT, 데이터 라인, 및 화소전극을 형성하는 단계와, 전면에 배향막을 형성하는 단계와, 상기 배향막 위에 블랙레진막을 형성하고 선택적으로 에치되게 함으로서 블랙메트릭스 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 및 그 제조방법
제1도는 종래의 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판에서 TFT가 위치하는 일부분의 레이아웃도.
제2도는 제1도 II-II선 단면과 액정 및 칼라필터판의 일부 단면도.
제3도는 제1도의 상부 표면을 보인 평면도.
제4도는 제3도의 IV-IV선 단면도.
제5도는 본 발명의 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판에서 TFT가 위치하는 일부분의 레이아웃도.
제6도는 제5도의 VI-VI선 단면과 액정 및 칼라필터판의 일부 단면도.
제7도는 제5도의 상부 표면을 보인 평면도.
제8도는 제7도의 VIII-VIII 선 단면도.
본 발명은 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 디스플레이 디바이스는 밀봉된 액정에 전계를 인가하는 전극을 각 화소마다 설치하여 이 화소의 전극에 전압을 인가하거나 인가하지 아니하므로서 액정으로 하여금 빛의 통과를 제어하도록 구성되어 있다.
이러한 종래의 액정 디스플레이 디바이스에는 액티브 매트릭스 타입인 박막트랜지스터를 이용하는 액정표시장치가 있는데, 이 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)는 박막트랜지스터(TFT)와 화소전극이 배열되어 있는 TFT 기판 또는 하판(bottom plate)과, 색상을 나타내기 위한 칼라필터(Color filter) 및 공통 전극이 형성된 칼라필터판 또는 상판(top plate), 그리고 이 상하 기판 사이에 액정이 주입되어 있으며, 두 유리 기판의 양쪽 면에는 가시광선을 선편광시켜주는 편광판이 각각 부착되어 구성된다.
종래의 액정 디스플레이 디바이스에는 화소전극과 칼라 필터를 통과하는 빛만 통과되게 하고 기타의 빛은 차단되게 하여야 하는데, 이러한 목적으로 사용하는 차광막패턴(블랙메트릭스)이 주로 칼라필터판에 형성되어 있었다.
이러한 경우에는 상판과 하판을 합착하는 공정에서의 마진이 설계에 반영되어서, 즉 블랙메트릭스의 면적이 크게 되어서 개구율을 떨어뜨리는 원인이 되었다.
그래서 최근에는 이 블랙메트릭스를 칼라필터판이 아닌 TFT판에 형성하는 방법이 제안되고 있다.
TFT 판에 블랙메트릭스를 형성하는 기술의 일 예는 픽셀의 일부 부위가 제1도와 같은 레이아웃에 제2도와 같은 단면을 가지도록 된 것이 있다.
제1 및 제2도에 도시된 바와 같은 종래의 기술에서의 액정 디스플레이를 제조하는 방법은, 먼저 투명 기판(1)상에 게이트전극(2) 및 게이트라인(2')을 형성하고, 전면에 게이트절연막(4)을 형성하고, 진성반도체층과 N+ 반도체층을 형성한 후 TFT 소자가 형성될 부분만 남기고 제거하여 진성반도체층 및 N+ 반도체층 패턴(5,6)을 형성한다.
그리고 도전 물질을 증착한 후, 패터닝하여 소오스 및 드레인 전극(8)과 데이타라인(3)을 형성하고, 투명한 절연층(9)을 전면에 데포지션한 후 패터닝하여 드레인 전극과 화소전극을 접속하기 위한 콘택홀을 드레인 전극 상에 형성하고, 도전층을 증착하고 패터닝하여 화소영역에 화소전극(10)을 형성한다.
그리고 나서 차광용 금속 배선으로 차광할 수 없는 부분에 흑색 유기 재료 즉 블랙 레진(black resin)을 사용하여 블랙메트릭스패턴(18)을 형성한다.
백라이트에서 투사되는 빛이 차광용 금속 배선(게이트 라인: 2', 데이터 라인;3)과 흑색 유기 재료로 된 블랙메트릭스(black matrix)에 의하여 차광되고 화소전극 영역 부위로만 통과된다.
이어서 이 블랙메트릭스패턴을 포함한 전면에 액정을 배향시키기 위한 배향 막을 예를 들면 폴리이미드층을 형성한 후 러빙(Rubbing)한다.
이다음 공정은 상판의 기판(16)에 칼라 필터(15), 대향 전극(14) 및 상판의 배향막(13)이 형성된 칼라필터판과 TFT 판을 결합시켜서 액정(12)을 밀봉하여 액정 디스플레이 패널을 제작한다.
이와 같은 공정으로 제작된 디스플레이 패널에서는 워드라인인 게이트라인을 통하여 인가되는 전압에 의하여 진성반도체층 및 N+ 반도체층 패턴(5,6)과 소오스 및 드레인이 포함되어 형성된 TFT가 턴온 되고, 소오스에 연결되어 있는 데이터 라인(3)에 인가되는 데이터 전압이 드레인에 연결되고, 드레인에 연결된 화소 전극을 데이터 전압으로 충전시킨다. 그러면 화소전극에 충전된 전압과 칼라필터판의 공통 전극(14)에 인가된 공통 전압에 의하여 액정에 소정의 방향과 크기로 전계가 가하여져서 액정이 전계에 따라 위치를 변경한다. 이 액정의 위치 변경으로 인하여 화소전극(19)과 액정(12) 및 칼라필터판의 칼라 필터(15)를 통하여 빛이 통과된다.
액정 디스플레이 패널에서는 화소전극의 데이터 전압이 액정의 위치를 잘 제어하여야 통과하는 빛 또한 데이터 전압에 따라 제어되게 된다.
그러나 위에서 설명한 바와 같이 TFT 판에 블랙메트릭스를 형성한 경우에는 칼라필터판과 TFT 판을 합착할 때의 마진을 고려하여 넓게 한 부분만큼의 블랙메트릭스의 면적은 줄어들어서 개구율 증가에 효과가 있지만, 반대로 블랙메트릭스가 존재하는 부위가 주위의 픽셀 전극 부위보다 매우 높아서 단차가 커지게 되므로 배향막에 홈(Microgroove)을 형성하기 위하여 실시하는 러빙(Rubbing) 공정 시에 블랙메트릭스의 경계 부위의 배향막에는 홈 형성이 불량하게 된다.
제3도는 위에서 설명한 바와 같은 액정 디스플레이 판넬의 TFT 판 표면의 평면도이고, 제4도는 제3도의 IV-IV선 단면의 일부를 보인 단면도이다.
위에서 설명한 제1도 및 제2도에서 보인 바와 같은 TFT 판의 토포로지는 게이트라인 또는 데이터 라인, 및 화소전극 등의 회로 구성요소와 패시베이션막 등이 형성된 TFT 판의 표면(20)위에 블랙메트릭스(18)가 1이상 두껍게 형성되기 때문에, 주변보다 단차가 커져서 그 단면을 보면 제4도에서 "p"로 가리킨 코너 부분의 배향막에 형성되는 홈이 특히 불량하게 된다.
그래서 블랙메트릭스 패턴에서 주위 1 내지 2범위에 위치하는 액정은 배향이 제대로 되지 못하여 하부의 빛이 새어나오게 되고, 그로 인하여 콘트래스트 비율이 저하되며, 화질이 나빠진다.
본 발명의 목적은 TFT 판에 형성되는 블랙메트릭스로 인하여 발생되는 액정의 배향 불량을 해소하여 디스플레이의 화질을 향상시키려는 것이다.
본 발명의 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판은 다수의 화소전극을 포함하는 TFT 판의 회로 소자를 덮으면서 그 위에 형성된 배향막과, 배향막 위에서 화소전극과 화소전극 사이의 스페이스를 덮는 블랙메트릭스를 포함한다.
블랙메트릭스 하부에 위치하는 배향막에도 액정 배향을 위한 홈이 형성되어 있다.
또한 본 발명의 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판을 제작하는 방법은, 투명기판 위에 워드라인(게이트라인 또는 주사선), TFT, 데이터 라인, 및 화소전극을 형성하는 단계와, 전면에 배향막을 형성하는 단계와, 상기 배향막 위에 블랙레진막을 형성하고 선택적으로 에치되게 함으로서 블랙메트릭스 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
블랙메트릭스는 배향막 위에 블랙레진막을 전면에 코팅하고, 노광 및 현상 공정을 실시하여 패턴을 형성하면 되고, 블랙레진막은 감광성을 가지고, 현상 후에는 빛을 차단하는 성질을 가지는 수지로서, 섭씨 260까지는 내열성을 가지고, 빛의 투과가 50이하가 되는 재료를 사용하여 막을 형성한다.
또는 블랙메트릭스는 배향막 위에 광차단 성질을 가진 광차단막을 형성한 다음, 포토레지스트를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 광차단막을 패터닝하여 형성하여도 된다.
본 발명의 실시예를 제5도 내지 제8도를 참조하면서 설명한다. 제5도 내지 제8도에서 제1도 내지 제4도에서 사용되는 참조 부호와 동일한 것을 가리키는 것에 대하여는 동일한 부호를 사용하였다.
본 방법은 먼저 투명 기판(1)상에 게이트전극(2)을 형성하고, 전면에 게이트 절연막(4)을 형성하고, 진성반도체층과 N+ 반도체층을 형성한 후 TFT 소자가 형성될 부분만 남기고 제거하여 반도체 패턴인 진성반도체층 영역(5)과 N+반도체층 영역(6)을 형성한다.
그리고 도전 물질을 증착한 후, 패터닝하여 데이터 라인(3)과 연결되는 소오스(81), 화소전극과 연결될 드레인 전극(82), 및 데이타라인(3)을 형성한다.
이어서 도전층을 전면에 증착하고 패터닝하여 드레인 전극과 연결된 화소전극(10)을 형성한다. 이 때 도전층을 형성하기 이전에 투명한 절연층(9)을 전면에 데포지션한 후, 이 절연층(9)을 패터닝하여 드레인 전극과 화소전극을 접속하기 위한 콘택홀을 드레인 전극 상에 형성한 다음에 도전층을 증착하고 화소전극을 패터닝하면 더욱 안전하고, 화소전극을 데이터 라인과의 경계 부위까지 중첩시켜 형성할 수가 있으므로 보다 큰 면적을 가지게 할 수 있다.
이어서 액정을 배향시키기 위한 배향막 예로서 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 또는 실리콘 산화물(SiO2)을 형성한 후, 러빙(Rubbing) 공정을 진행한다.
또한 여기서 액정을 배향시키기 위한 배향막, 예로서 폴리비닐신나메이트(PVCN: Poly Vinyl Cinnamate), 폴리비닐플루오르신나메이트(PVCN-F), 폴리실록산계열, 또는 폴리비닐클로라이드(PVC) 등으로 층을 형성한 후, 러빙 공정을 하지 아니하고 광배향을 할 수 있다.
그리고 나서, 이 러빙되거나 광배향된 배향막(21)위에 화소전극 이외의 부분을 차광하기 위한 차광막패턴을 형성한다. 이 차광막패턴인 블랙메트릭스 패턴(28)은 블랙레진(Black Resin)을 코팅하고, 노광 및 현상 공정을 실시하여 형성한다.
블랙레진을 포토레지스트 필름과 같이 감광성을 가지고 현상 후에는 빛을 차단하는 성질을 가지는 수지로서, 섭씨 260까지는 내열성을 가지고 빛의 투과가 50이하가 되는 재료를 사용하고, 코팅된 블랙레진의 두께가 약 1.5이하고 되도록 하면 된다. 이 블랙메트릭스 패턴은 빛이 차단되는 게이트라인과 데이터 라인, 및 화소전극 영역을 제외한 전 영역에만 형성하여도 되지만 패터닝 공정의 편의상 화소전극 영역을 제외한 전 영역에 형성하면 된다.
화소전극 영역 이외의 영역에서 빛이 새는 영역은 모두 블랙레진막으로 덮는다. 화소전극, 데이터 라인, 및 게이트라인을 제외한 모든 영역에는 블랙레진막을 잔류시켜야만 된다.
백라이트에서 투사되는 빛은 금속 배선(게이트라인 2, 데이터 라인 3)과 흑색 유기 재료로 된 블랙메트릭스에 의하여 차광되고 화소전극이 형성된 영역으로만 통과된다.
이 다음 공정은 종래와 같이, 칼라필터판의 기판(16)에 칼라 필터(15), 대향 전극(14) 및 칼라필터판의 배향막(13)이 형성된 칼라필터판과 TFT 판을 결합시켜서 액정(12)을 밀봉하여 액정 디스플레이 패널을 제작한다.
제7도는 제5도의 상부 표면을 보인 평면도이며, 제8도는 제7도의 VIII-VIII선 단면도이다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명의 TFT 판의 표면구조는 게이트라인 또는 데이터 라인, 및 화소전극 등의 회로 구성요소와 패시베이션막 등이 형성된 TFT 판의 표면(20)위에 배향막(21)이 고르게 형성되고, 이 배향막에는 홈형성이 일정하게 잘 되어 있으며, 블랙메트릭스(28)는 이 배향막 위에 1이상 두껍게 형성된다. 그래서 제4도에서 "p"로 가리킨 코너 부분의 배향막에 형성되는 홈이 일정하게 된다. 따라서 블랙메트릭스 패턴에서 주위 1 내지 2범위에 위치하는 액정의 배향도 제대로 되므로 콘트래스트 비율이 향상되며, 화질도 좋아진다.
이와 같은 공정으로 제작된 디스플레이 패널의 동작은 종래와 같이 되는데, 즉 워드라인인 게이트라인을 통하여 인가되는 전압에 의하여 반도체층(5,6)과 소오스 및 드레인이 포함되어 형성된 TFT가 턴온 되고, 소오스에 연결되어 있는 데이터 라인(3)에 인가되는 데이터 전압이 드레인에 연결되고, 드레인에 연결된 화소전극을 데이터 전압으로 충전시킨다. 그러면 화소전극에 충전된 전압과 칼라필터판의 공통 전극(14)에 인가된 공통 전압에 의하여 액정에 소정의 방향과 크기로 전계가 가하여져서 액정이 전계에 따라 위치를 변경한다. 이 액정의 위치 변경으로 인하여 화소전극(10)과 액정(12) 및 칼라필터판의 칼라 필터(15)를 통하여 빛이 통과된다.
위에서 설명한 실시에에서는 인버티드 스태거 IOP(Inverted Staggered ITO On Passivation) 타입의 액정 디스플레이 디바이스를 예로 들어 설명하였지만, 기타의 스태거드 타입이나 코플래나 타입 또는 인버티드 코플래나 타입(Inverted Coplanar Type)등의 경우에 있어서도, 데이터 라인, 게이트라인, 화소전극, TFT, 등이 형성된 표면에 배향막을 형성하고 그 위에 블랙메트릭스 패턴을 형성하는 본 발명의 방법이 적용될 수 있다.
본 발명의 설명에서는 공통전극과 칼라필터가 상판에 위치하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 공통 전극 및/또는 칼라필터가 TFT 판에 형성되는 경우에도 실현 가능하다.
이상 설명한 바와 같은 방법으로 제작된 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판은 배향막이 다수의 화소전극과 TFT, 게이트라인, 데이터 라인 등을 덮으면서 이들 위에 형성되고, 블랙메트릭스는 배향막 위에 형성되는데, 화소전극 이외의 영역으로 빛이 통과가 차단되도록 블랙메트릭스가 형성된다.
본 발명에 의한 디스플레이 디바이스에는 배향막의 러빙 불량이 없어지므로 콘트래스트와 화질이 좋아지는 장점을 가진다.

Claims (25)

  1. 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판으로서, 다수의 화소전극을 포함하는 TFT 판의 회로 소자를 덮으면서 그 위에 형성된 배향막과, 상기 배향막 위에 형성되고, 화소전극과 화소전극 사이의 스페이스를 덮는 블랙메트릭스를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배향막 하부에는 투명기판위에 TFT, 게이트라인, 및 데이터 라인이 형성되고, 상기 게이트라인과 데이터 라인은 TFT를 통하여 상기 화소전극과 연결되도록 구성된 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 블랙메트릭스 하부에 위치하는 배향막에도 액정 배향을 위한 홈이 형성되어 있는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배향막은 폴리이미드로서 형성된 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배향막은 폴리아미드로서 형성된 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배향막은 실리콘 산화물로서 형성된 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 배향막은 폴리비닐신나메이트로서 형성된 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 배향막은 폴리비닐플루오르신나메이트로서 형성된 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 배향막은 폴리실록산계열, 또는 폴리비닐클로라이드로서 형성된 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판.
  10. 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판을 제작하는 방법으로서, 투명기판 위에 게이트라인, TFT, 데이터 라인, 및 화소전극을 형성하는 단계와, 전면에 배향막을 형성하는 단계와, 상기 배향막 위에 블랙레진막을 형성하고 선택적으로 에치되게 함으로서 블랙메트릭스 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 투명기판 위에 게이트라인, TFT, 데이터 라인을 형성한 후 절연막으로 전면을 덮은 후 화소전극과 연결할 부위에 콘택홀을 오픈한 다음 화소전극을 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 블랙메트릭스패턴을 형성하는 단계는, 상기 배향막 위에 블랙 레진막을 전면에 코팅하고, 노광 및 현상 고정을 실시하여 패턴을 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 블랙 레진막은, 감광성을 가지고, 현상 후에는 빛을 차단하는 성질을 가지는 수지로서, 섭씨 260까지는 내열성을 가지고, 빛의 투과가 50이하가 되는 재료를 사용하여 막을 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 블랙메트릭스 패턴을 형성하는 단계는, 상기 배향막 위에 광차단 성질을 가진 광차단막을 형성한 다음, 포토레지스트를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 광차단막을 패터닝하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 공정은 폴리이미드막을 형성하고 러빙 공정을 실시하여 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 공정은 폴리아미드막을 형성하고 러빙 공정을 실시하여 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 공정은 실리콘 산화물로서 막을 형성하고 러빙 공정을 실시하여 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 공정은 폴리비닐신나메이트로서 막을 형성하고 광배향에 의해 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  19. 제10항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 공정은 폴리비닐플루오르신나메이트로서 막을 형성하고 광배향에 의해 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  20. 제10항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 공정은 폴리실록산계열로서 막을 형성하고 광배향에 의해 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  21. 제10항에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 공정은 폴리비닐클로라이드로서 막을 형성하고 광배향에 의해 형성하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  22. 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판을 제작하는 방법으로서, 투명기판 위에 게이트라인, TFT, 데이터 라인, 및 화소전극을 형성하는 단계와, 전면에 배향막 소재 물질로서 막을 형성하고 러빙 공정을 진행하여 배향막을 형성하는 단계와, 상기 배향막 위에 블랙레진막을 형성하고 화소전극 영역 이외의 영역에서 빛이 새는 영역 위에만 상기 블랙레진막을 남기고 그 이외의 영역에 있는 블랙레진막은 제거하므로서 블랙메트릭스 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 빛이 새는 영역 이외의 블랙레진막을 제거하는 공정은, 화소전극, 데이터 라인, 및 게이트라인을 제외한 모든 영역의 블랙레진막을 제거하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  24. 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판을 제작하는 방법으로서, 투명기판 위에 게이트라인, TFT, 데이터 라인, 및 화소전극을 형성하는 단계와, 전면에 배향막 소재 물질로서 막을 형성하고 광배향에 의해 배향막을 형성하는 단계와, 상기 배향막 위에 블랙레진막을 형성하고 화소전극 영역 이외의 영역에서 빛이 새는 영역 위에만 상기 블랙레진막을 남기고 그 이외의 영역에 있는 블랙레진막은 제거하므로서 블랙메트릭스 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 빛이 새는 영역 이외의 블랙레진막을 제거하는 공정은, 화소전극, 데이터 라인, 및 게이트라인을 제외한 모든 영역의 블랙레진막을 제거하는 것이 특징인 액정 디스플레이 디바이스의 TFT 판 제조방법.
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