KR100237847B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시장치는 IOP(ITO On Passivation) 구조로서, 박막트랜지스터 어레이기판의 화소전극 위에 컬러필터층이 적층되어 있으며, 그 사이에 블랙마스크가 도포되어 있다. 컬러필터층의 제조는 보호막 위의 박막트랜지스터와 게이트배선 및 데이터배선 영역에 화소전극과 전기적으로 접속된 금속층을 형성하여 전착제가 혼합된 용액 속에서 금속층에 전압을 인가함으로써 전착제가 화소전극에 적층되게 하여 형성한다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 컬러필터층의 제조공정이 간단하고 개구율이 향상된 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 액정표시소자로서 주로 사용되고 있는 액티브매트릭스 액정디스플레이(AM LCD)는 각 화소에 박막트랜지스터(TFT)를 형성하여, 이 박막트랜지스터를 구동함으로써 액정디스플레이가 작동된다. 이러한 AM LCD은 액정표시소자의 뒷쪽에 백라이트(back light)가 설치된 투과형 액정표시소자로서, 실제로 화상을 제공하는 부분은 화소전극이 형성되어 있는 부분이다. 따라서, 화소전극이 형성되어 있지 않는 박막트랜지스터와 주사선 및 신호선 영역으로 빛이 조사되면, 이 빛은 액정표시소자를 그대로 통과하게 되므로 화상이 선명하게 되지 않는 등 화질이 나빠지게 된다. 그러므로, 상기한 AM LCD에 있어서는 박막트랜지스터와 주사선 및 신호선 영역으로 빛이 새어 나가지 못하도록 차단할 필요가 있다.
도 1은 종래 액정표시장치의 단면도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 제1기판(1) 위에는 게이트전극(4)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트절연막(10)이 적층되어 있다. 게이트절연막(10) 위에는 반도체층(11)과 소스/드레인전극(5)이 형성되어 있으며, 그 위에 제1기판 전체에 걸쳐서 보호막(15)이 적층되어 있다. 상기한 액정표시장치는 IOP(ITO On Passivation) 구조로서, 도면에 나타낸 바와 같이, 화소전극(17)이 보호막(15) 위에 형성되며, 콘택홀(16)을 통해 소스/드레인전극(5)에 접속된다.
제2기판 위에는 블랙마스크(25)가 형성되어 박막트랜지스터, 게이트배선, 데이터배선 근처로 빛이 새는 것을 방지하며, 그 위에 컬러필터층(30)이 형성되어 있다. 컬러필터층(30) 위에는 대향전극(18)과 제2배향막(19b)이 형성되어 있으며, 제1기판(1) 및 제2기판(2) 사이에 액정층(20)이 형성되어 있다.
일반적으로, 컬러필터층(30)은 각 화소마다 R, G, B가 반복되거나 각각의 R, G, B 컬러필터소자가 화소에 적층된다. 상기한 컬러필터층(30)은 주로 염색법을 사용하여 제조된다. 우선, 포토레지스트를 도포하고 노광하여 R영역을 제외한 G 및 B영역을 블로킹한 상태에서, R의 컬러필터소자를 형성한 후 상기한 포토레지스트를 현상한다. 그 후, GREEN과 BLUE를 염색하기 위해 상기한 공정을 되풀이하여 각 화소에 R, G, B를 형성하거나 각각의 화소마다 R, G, B 컬러필터소자를 형성한다.
상기한 바와 같이, 종래의 염색법에서는 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상공정이 3번 반복되기 때문에, 공정이 매우 복잡해져서 수율이 저하된다. 또한, 컬러필터층 제조용 장비의 수가 대단히 많이 사용되기 때문에 제조비용이 증가하는 문제가 있었다.
그리고, 상기한 바와 같이, 컬러필터층(30)이 블랙마스크(25) 위에 형성되는 경우에는 블랙마스크(25)에 의한 단차가 발생하여 배향막(19b)의 배향공정시 단차에 의해 배향이 이루어지지 않는 영역이 생기게 된다. 이러한 영역은 액정표시장치의 구동시 전경(disclination)이 생기는 주요한 요인이 되기 때문에, 상기한 단차를 제거하기 위해 오버코트층(overcoat layer)을 적층할 필요가 있게 된다. 따라서, 이러한 공정의 추가는 액정표시장치의 수율을 더욱 저하시킬 뿐만 아니라 제조비용을 증가시킨다.
또한, 제1기판(1)의 박막트랜지스터 어레이 근처로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙마스크(25)가 제2기판(2)에 형성되어 있기 때문에, 상기한 제1기판(1)과 제2기판(2)을 정확하게 합착하지 않으면, 상기한 블랙마스크(25)가 화소영역과 오버랩되어 개구율을 저하시키는 문제가 발생하게 되는데, 실제적으로 제1기판(1)과 제2기판(2)의 정확한 합착은 대단히 어려운 실정이다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 박막트랜지스터 어레이기판의 화소전극 위에 컬러필터층이 적층하고 그 사이에 블랙마스크를 도포하여 개구율이 향상되고 수율이 향상된 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 보호막 위의 박막트랜지스터와 게이트배선 및 데이터배선 영역에 화소전극과 전기적으로 접속된 금속층을 형성하여 전착제가 혼합된 용액 속에서 금속층에 전압을 인가함으로써 전착제가 화소전극에 적층되게 하여 컬러필터층을 형성함으로써 공정이 간단한 액정표시장치 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시장치는 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판에 종횡으로 형성되어 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선 및 데이터배선과, 상기한 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 배치된 복수의 박막트랜지스터와, 상기한 제1기판 전체에 걸쳐서 적층된 보호막과, 상기한 보호막 위의 화소영역에 형성된 투명한 금속으로 이루어진 화소전극과, 상기한 화소전극 위에 적층된 컬러필터층과, 상기한 보호막 위의 컬러필터층 사이에 형성된 블랙마스크와, 상기한 블랙마스크 위에 형성된 제1배향막과, 상기한 제2기판 위에 형성된 대향전극과, 상기한 대향전극 위에 형성된 제2배향막과, 상기한 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.
컬러필터층과 블랙마스크는 평탄한 표면을 이루어 배향막의 배향시 배향방향이 결정되지 않는 사영역을 감소시킨다. 보호막에는 콘택홀이 형성되어 화소전극이 상기한 콘택홀을 통해 박막트랜지스터의 소스/드레인전극에 접속된다.
상기한 액정표시장치를 제조하는 방법은 제1기판 및 제2기판을 제공하는 단계와, 상기한 제1기판 위에 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선 및 데이터배선과 복수의 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기한 제1기판 전체에 걸쳐서 보호막을 형성하는 단계와, 상기한 보호막 위의 화소영역에 투명한 화소전극을 형성하는 단계와, 상기한 보호막 위의 화소전극 사이에 상기한 화소전극과 전기적으로 접속되는 금속층을 형성하는 단계와, 전착제가 혼합된 용액속에서 상기한 금속층에 전압을 인가하여 각각 화소전극 위에 R, G, B의 컬러필터소자를 적층하는 단계와, 상기한 금속층을 제거하는 단계와, 상기한 컬러필터층 사이에 차광층을 형성하는 단계와, 상기한 컬러필터층과 차광층 위에 제1배향막을 형성하는 단계와, 상기한 제2기판에 대향전극을 형성하는 단계와, 상기한 대향전극 위에 제2배향막을 형성하는 단계로 구성된다.
전착제가 혼합된 용액 속에서 상기한 컬러필터소자를 적층하는 공정을 반복하여 각 화소전극 위에 R, G, B 컬러필터소자를 형성한다.
도 1은, 종래 액정표시장치의 단면도.
도 2는, 본 발명에 따른 액정표시장치를 나타내는 도면.
도 3은, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조공정을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101, 102 : 기판 104 : 게이트전극
105 : 소스/드레인전극 110 : 게이트절연막
111 : 반도체층 115 : 보호막
116 : 콘택홀 117 : 화소전극
118 : 대향전극 119 : 배향막
120 : 액정층 125 : 블랙마스크
130 : 컬러필터층 141 : 데이터배선
142 : 게이트배선 150 : 금속층
153 : 금속판 154 : 전원
155 : 고분자수지 156 : 착색제
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2(a)는 본 발명의 액정표시장치의 평면도이고 도 2(b)는 도 2(a)의 A-A'선 단면도이다. 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 제1기판(101)에는 데이터배선(141)과 게이트배선(142)이 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의한다. 실제의 액정표시장치에서는 n개의 데이터배선(141)과 m개의 게이트배선(142)에 의해 n×m개의 화소가 존재하지만, 도면에서는 설명의 편의를 위해 한 화소만을 나타내었다. 데이터배선(141)과 게이트배선(142)의 교차점에는 박막트랜지스터가 배치되어 있다. 박막트랜지스터는 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 제1기판(101) 위에 형성된 게이트전극(104)과, 상기한 게이트전극(104) 및 제1기판(101) 위에 적층된 게이트절연막(110)과, 상기한 게이트절연막(110) 위에 형성된 반도체층(111)과, 상기한 반도체층(111) 위에 형성된 소스/드레인전극(105)으로 구성된다. 본 발명의 액정표시장치는 IOP구조로서, 박막트랜지스터 위에는 보호막(115)이 적층되어 있으며, 그 위의 화소영역에는 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 금속으로 이루어진 화소전극(117)이 형성되어 보호막(115)의 콘택홀(116)을 통해 박막트랜지스터의 소스/드레인전극(105)에 전기적으로 접속된다.
화소영역의 화소전극(117) 위에는 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 컬러필터층(130)이 형성되어 있다. 도면에는 나타내지 않았지만 R, G, B의 컬러필터소자가 한 화소에 하나의 소자가 형성되어 반복된다. 각 화소의 화소전극 위에는 각각 R, G, B의 컬러필터소자가 형성되어 있는 반면, 상기한 컬러필터소자 사이, 즉 박막트랜지스터와 화소 사이의 데이터배선(141) 및 게이트배선(142) 위에는 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 블랙마스크(125)와 같은 차광층이 형성되어 있다. 이때, 상기한 블랙마스크(125)는 검은색 수지 등으로 이루어져 도면에 나타낸 바와 같이, 컬러필터층(130)과 평탄한 표면을 이룬다.
컬러필터층(130)과 블랙마스크(125) 위에는 PVCN(polyvinylcinnamate)계 물질이나 폴리실록산(polysiloxane)계 물질과 같은 광반응성물질 혹은 폴리이미드가 도포되어 제1배향막(119a)을 형성한다.
제2기판(102)에는 제1기판(101)과 마찬가지로 투명한 금속으로 이루어진 대향전극(118)이 형성되어 있고 그 위에 제2배향막(119b)이 도포되어 있으며, 제1기판(101)과 제2기판(102) 사이에 액정층(120)이 형성되어 있다.
또한, 상기한 설명에서는 비록 검은색 수지로 이루어진 블랙마스크가 박막트랜지스터 위와 데이터배선(141) 및 게이트배선(142) 위에 모두 형성되어 있지만, 상기한 블랙마스크(125)가 데이터배선(141)과 게이트배선(142) 위에만 형성되고 박막트랜지스터 영역에는 제2기판(102) 위에 Cr이나 CrO 등의 금속으로 이루어진 블랙마스크를 형성하는 것도 가능하며, 그 반대로 박막트랜지스터 위에 검은색 수지를 도포하고 데이터배선(141)과 게이트배선(142) 영역에는 제2기판(102)에 금속 블랙마스크를 형성하는 것도 가능하다.
상기한 구조의 액정표시장치에서는 화소전극(117) 위에 컬러필터층(130)이 형성되어 있으며, 화소전극(117) 사이의 박막트랜지스터, 데이터배선(141) 및 게이트배선(142) 위에 검은색 수지로 이루어진 블랙마스크(125)가 형성되어 있기 때문에, 블랙마스크(125)의 오정렬에 의한 화소영역의 축소가 발생하지 않게 되어 개구율이 향상된다. 또한, 검은색 수지의 블랙마스크(125)가 컬러필터층(130) 사이의 보호막(115) 위에 도포되어 있기 때문에, 컬러필터층(130)과 블랙마스크(125)의 표면이 평탄하게 되어 제1배향막(119a)을 러빙 등의 기계적인 배향처리시 배향방향이 결정되지 않는 사영역을 감소시킬 수 있게 되어 화상에 전경이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. 더욱이, 제2기판(102)에는 평탄한 대향전극(118)과 제2배향막(119b)만이 형성되기 때문에, 블랙마스크에 의한 단차를 방지하기 위해 오버코트층을 제2기판(102)에 형성하던 종래의 액정표시장치에 비해 제조비용이 대폭 절감된다.
도 3은 상기한 구조의 액정표시장치를 제조하는 공정을 나타내는 도면이다.
우선, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 제1기판(101) 위에 게이트전극(104), 게이트절연층(110), 반도체층(111), 소스/드레인전극(105)으로 이루어진 박막트랜지스터를 형성한다. 게이트전극(104)은 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 적층된 Al, Mo, Ta, Al합금 등으로 이루어진 금속박막을 포토에칭(photoetching)하여 형성하며, 게이트절연막(110)은 기판(101) 전체에 걸쳐서 SiOx나 SiNx 등을 CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 적층하여 형성한다. 반도체층(111)은 CVD방법으로 적층된 비정질실리콘(a-Si)을 에칭하여 형성하며, 소스/드레인전극(105)은 스퍼터링방법에 의해 적층된 Ti, Cr, Al, Al합금 등으로 이루어진 금속박막을 에칭하여 형성한다. 도면에는 나타내지 않았지만, 상기한 반도체층(111)을 형성한 후, n+a-Si을 적층하고 에칭하여 오믹콘택층(ohmic contact layer)을 형성한다. 또한, 상기한 반도체층(111)과 오믹콘택층은 각각 a-Si과 n+a-Si을 적층하고 에칭하여 형성할 수도 있지만, a-Si과 n+a-Si을 연속 적층하고 한꺼번에 에칭하여 형성할 수도 있다.
보호막(115)은 SiNx나 SiOx 등을 적층하며, 그 후 박막트랜지스터의 소스/드레인전극(105) 위의 보호막(115)을 에칭하여 콘택홀(116)을 형성한다. 화소전극(117)은 스퍼터링방법에 의해 적층된 ITO 등의 투명전극을 에칭하여 형성하는데, 이때 상기한 화소전극(117)은 보호막(115)의 홀(116)을 통해 소스/드레인전극(105)에 접속된다.
그 후, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 박막트랜지스터, 게이트배선(142) 및 데이터배선(141) 위에 금속층(150)을 적층한다. 이때, 금속층(150)은 한 화소의 화소전극(117)과 오버랩되어 전기적으로 접속되지만 인접화소의 화소전극과는 전기적으로 절연된다. 이어서, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 폴리에스테르 수지와 같은 음이온성 고분자(155)와 착색제(156)가 혼합된 용액 속에서 상기한 금속층(150)과 금속판(153)에 전원(154)을 연결하여 전압을 인가하면, 전착제(156)가 고분자(155)와 함께 금속층(150)과 화소전극(117)으로 이동하여 컬러필터층(130)이 형성된다. 일반적으로 기판(101) 상의 각 화소에 R, G, B의 3가지 컬러필터소자를 형성하기 위해서는 상기한 공정을 3번 반복해야만 한다. 즉, RED 색소의 전착제가 혼합된 용액에 액정패널을 담근 후, R의 컬러필터소자가 형성될 화소의 화소전극(117)에 접속된 금속층(150)에 전압을 인가하면, R의 컬러필터소자가 형성된다. 이어서, GREEN 색소의 전착제가 혼합된 용액에 액정패널을 담근 후, G의 컬러필터가 형성될 화소의 화소전극(117)에 접속된 금속층(150)에 전압을 인가하면, G 의 컬러필터소자가 형성된다. 그 후, B의 컬러필터소자를 형성하기 위해 상기한 공정을 반복한다.
상기한 컬러필터층(130)이 기판(101) 전체에 걸쳐서 형성되면, 도 3(d)에 나타낸 바와 같이 금속층(150)을 제거한 후, 도 3(e)에 나타낸 바와 같이 검은색 수지 등을 도포하여 블랙마스크(125)를 형성한다. 이때, 블랙마스크(125)의 두께는 컬러필터층(130)의 두께와 동일하게 하여 그 표면을 평탄하게 하는 것이 바람직하다.
그 후, 도 3(f)에 나타낸 바와 같이 제2기판(102) 위에 ITO와 같은 투명한 금속을 스퍼터링 방법으로 적층하여 대향전극(118)을 형성하고, 광반응성 물질이나 폴리이미드를 도포하여 제2배향막(119b)을 형성한 후, 진공상태에서 제1기판(101) 및 제2기판(102) 사이로 액정을 주입하여 액정층(120)을 형성하여 액정표시장치를 완성한다.
제1배향막(119a)과 제2배향막(119b)에는 배향처리공정에 의해 배향방향이 결정된다. 폴리이미드로 이루어진 배향막(119a, 119b)의 경우에는 러빙과 같은 기계적인 배향처리에 의해 배향방향이 결정되며, PVCN계 물질이나 폴리실록산계 물질과 같은 광반응성 물질로 이루어진 배향막(119a, 119b)은 자외선과 같은 빛의 조사에 의해 배향방향이 결정된다. 광반응성 배향막에 빛이 조사되는 경우에는 빛의 조사방향이나 조사되는 빛의 성질, 즉 편광방향 등에 의해 배향방향을 제어할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치 제조방법에서는 컬러필터층(130)이 고분자와 전착제가 혼합된 용액 속에서 전압의 인가에 의해 형성되기 때문에, 포토레지스트를 도포하고 노광하고 현상하는 공정을 거치지 않게 되어 공정이 간단하게 된다. 따라서, 제조비용이 절감될 뿐만 아니라 수율도 대폭 향상된다.
본 발명에 따른 액정표시장치에서는 상기한 바와 같이, 컬러필터층과 블랙마스크가 박막트랜지스터 어레이기판에 평탄하게 형성되기 때문에, 평탄화를 위한 오버코트층을 형성할 필요가 없게 되어 제조비용을 절감할 수 있게 된다. 또한, 블랙마스크가 어레이 위에 직접 형성되기 때문에, 블랙마스크의 오정렬에 의한 화소영역의 축소가 일어나지 않게 되어 개구율이 대폭 향상된다. 제조공정에 있어서도, R, G, B의 컬러필터소자를 전착법에 의해 형성하기 때문에 공정이 간단하게 된다.

Claims (13)

  1. 제1기판 및 제2기판과;
    상기한 제1기판에 종횡으로 형성되어 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선 및 데이터배선과;
    상기한 제1기판 위에 형성된 게이트전극과, 상기한 게이트전극 위에 형성된 게이트절연막과, 상기한 게이트절연막 위에 형성된 반도체층과, 상기한 반도체층 위에 형성된 소스/드레인전극으로 구성되며, 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 배치된 복수의 박막트랜지스터와;
    상기한 제1기판 전체에 걸쳐서 적층된 보호막과;
    상기한 보호막 위의 화소영역에 형성된 화소전극과;
    상기한 화소전극 위에 적층된 컬러필터층;
    상기한 보호막 위의 컬러필터층 사이에 형성된 차광층으로 구성된 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 차광층이 블랙마스크인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 블랙마스크가 검은색 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 차광층이 박막트랜지스터 위에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 차광층이 게이트배선 및 데이터배선 위에 형성된 것을 특징으로 액정표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기한 차광층이 게이트배선, 데이터배선, 박막트랜지스터 위에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기한 박막트랜지스터의 소스/드레인전극과 화소전극이 접속되는 홀이 상기한 보호막에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기한 컬러필터층과 차광층 위에 도포된 제1배향막과;
    상기한 제2기판 위에 형성된 대향전극과;
    상기한 대향전극 위에 형성된 제2배향막과;
    상기한 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기한 컬러필터층과 차광층이 평탄한 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제1기판 및 제2기판을 제공하는 단계와;
    상기한 제1기판 위에 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선 및 데이터배선과 복수의 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기한 제1기판 전체에 걸쳐서 보호막을 형성하는 단계와;
    상기한 보호막 위의 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기한 보호막 위의 화소전극 사이에 상기한 화소전극과 전기적으로 접속되는 금속층을 형성하는 단계와;
    전착제가 혼합된 용액속에서 상기한 금속층에 전압을 인가하여 각각 화소전극 위에 R, G, B의 컬러필터소자를 적층하는 단계와;
    상기한 금속층을 제거하는 단계와;
    상기한 컬러필터층 사이에 차광층을 형성하는 단계로 구성된 액정표시장치 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기한 컬러필터소자를 적층하는 단계가;
    R색소의 전착제가 혼합된 용액속에서 금속층에 전압을 인가하여 화소전극에 R의 컬러필터소자를 적층하는 단계와;
    G색소의 전착제가 혼합된 용액속에서 금속층에 전압을 인가하여 상기한 R의 컬러필터소자가 적층된 화소와 인접하는 화소에 G의 컬러필터소자를 적층하는 단계와;
    B색소의 전착제가 혼합된 용액속에서 금속층에 전압을 인가하여 상기한 G의 컬러필터소자가 적층된 화소와 인접하는 화소에 B의 컬러필터소자를 적층하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기한 차광층을 형성하는 단계가 검은색 수지를 도포하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기한 컬러필터층과 차광층 위에 제1배향막을 도포하는 단계와;
    상기한 제2기판에 대향전극을 형성하는 단계와;
    상기한 대향전극 위에 제2배향막을 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
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