KR100244730B1 - 액정표시소자 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시소자는 기판에 형성된 배향막에 광을 조사하여 배향방향을 결정함으로써, 주사선과 신호선 및 박막트랜지스터 위에 형성된 차광층의 단차에 의한 전경이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 배향방향은 광을 배향막에 수직조사한 후 경사조사하거나, 경사조사한 후 수직조사하여 결정된다. 또, 배향막에 광을 조사한 후 기판 사이로 액정을 주입하여 액정의 흐름효과에 의해 배향방향을 결정한다.

Description

액정표시소자 제조방법{A METHOD FOR FABRICATING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 광조사에 의해 배향방향을 결정함으로써, 기계적인 러빙에 의해 차광층 근처에 발생하는 전경이 방지되어 화질이 개선된 액정표시소자에 관한 것이다.
텔레비젼이나 퍼스널컴퓨터의 표시장치에 주로 사용되고 있는 CRT (cathod ray tube)는 대면적의 화면을 만들 수 있다는 장점이 있지만, 이러한 대면적의 화면을 만들기 위해서는 전자총(electron gun)과 발광물질이 도포된 스크린과의 거리가 일정 이상을 유지해야만 하기 때문에 그 부피가 커지는 문제가 있었다. 따라서, CRT는 현재 활발하게 연구되고 있는 벽걸이용 텔레비젼 등에 적용할 수 없을 뿐만 아니라, 근래에 주목받고 있는 휴대용 텔레비젼이나 노트북 컴퓨터 등과 같이 저전력을 필요로 하며 소형화를 요구하는 전자제품에도 적용할 수가 없었다.
이러한 표시장치의 요구에 부응하여 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electroluminescent Display), VFD (Vacuum Fluorescent Display)와 같은 여러가지의 평판표시장치가 연구되고 있지만, 그 중에서도 LCD(액정표시소자)가 여러가지의 단점에도 불구하고, 화질이 우수하며 저전력을 사용한다는 점에서 근래에 가장 활발하게 연구되고 있다. 이러한 LCD로는 단순매트릭스(Passive Matrix) 구동방식 LCD와, 액티브매트릭스(Active Matrix) 구동방식 LCD가 있는데, 이 중에서도 AMLCD가 각각의 화소를 독립적으로 구동시킴으로써, 인접화소의 데이타신호에 의한 영향을 최소화시켜서 콘트라스트비(contrast ratio)를 높이면서 주사선수를 증가시킬 수 있기 때문에 근래의 LCD에 주로 사용되고 있다.
도 1은 상기한 AMLCD의 평면도를 나타내는 도면으로, 도면부호 1, 2는 각각 주사선(gate bus line) 및 신호선(data bus line)을 나타낸다. 상기한 주사선(1) 및 신호선(2)은 매트릭스형상으로 종횡으로 교차하여 화소영역을 정의하며, 상기한 화소영역 내의 주사선(1)과 신호선(2)의 교차점에 박막트랜지스터(TFT)가 형성되어 있다. TFT의 게이트전극(3)은 주사선(1)에 연결되고 소스/드레인전극(4)은 신호선(2)에 연결되어, 액정패널(liquid crystal pannel) 외부에 부착된 신호선구동회로로부터 신호선(2)에 전압이 인가되면 TFT가 작동함과 동시에, 주사선구동회로로부터 주사선에 인가되는 신호가 TFT를 통해 화소영역에 형성된 화소전극(6)에 인가되어 원하는 화상을 얻을 수 있게 된다.
이때, 실제로 화상이 나타나는 영역은 화소전극(5)이 형성된 화소영역이다. 따라서, 그 외의 영역, 즉 주사선(1)과 신호선(2) 및 TFT로 빛이 새어나가는 것을 방지하기 위해 차광층(light shielding layer)(6)이 필요하게 된다. 이러한 차광층(6)은 일반적으로 컬러필터(color filter) 기판에 형성되지만, 상기한 구조의 LCD에는 중대한 단점이 있다. 즉, 컬러필터기판과 TFT 어레이기판의 합착시, 컬러필터기판에 형성된 차광층(6)이 TFT 어레이기판에 형성된 주사선(1), 신호선(2) 및 TFT를 정확하게 덮지 않으면, 빛이 이 영역으로 누설되어 화질이 저하된다. 더욱이, 상기한 바와 같이 정확하지 않은 합착에 의해 빛이 누설되는 것을 방지하기 위해 차광층(6)의 폭을 빛이 누설되는 영역 보다 크게 하여 차광층(6)이 화소전극(5)의 일부와 겹치도록 하는 경우에는, LCD의 개구율이 저하되는 문제가 있었을 뿐만 아니라 컬러필터기판과 TFT 어레이기판을 정확히 합착한다는 자체가 매우 어려운 일이다.
상기한 문제를 해결하기 위해 제안되는 구조가 도 2에 나타낸 바와 같이 차광층(6)이 주사선(1), 신호선(2) 및 TFT 위에 직접 형성된 구조이다. 도면에서 기판(10)은 TFT 어레이기판이며, 그 위에 게이트전극(3) 및 게이트절연층(11)이 형성되어 있다. 게이트절연층(11) 위에는 반도체층(13)이 형성되어 있으며, 그 위에 소스/드레인전극(4)이 형성되어 있다. 화소영역에는 상기한 소스/드레인전극(4)의 한쪽과 전기적으로 연결된 상태로 화소전극(5)이 형성되어 있으며, 그 위에 기판(10) 전체를 걸쳐서 보호막(16)이 적층되어 있다.
상기한 보호막(16) 위의 주사선(1), 신호선(2) 및 TFT 영역에 차광층(6)이 형성되어 있으며, 그 위에 기판(10) 전체를 걸쳐서 배향막(18)이 형성되어 있다. 차광층(6)이 컬러필터기판에 형성되는 구조의 경우 차광층(6)으로 Cr이나 CrOx 등과 같은 금속을 사용하는 것에 비해, 상기한 구조에서는 검은색 수지(black resin)를 사용한다. 따라서, 상기한 차광층(6)이 주사선(1), 신호선(2) 및 TFT 위에 직접 형성되어 있기 때문에, 빛이 이 영역으로 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기한 구조의 LCD에서도 차광층(6)이 화소전극(5)의 일부와 겹치지만 그 겹치는 정도가 작기 때문에, 개구율이 크게 향상된다.
그러나, 상기한 구조의 LCD에서도 다음과 같은 문제가 있었다. 액정분자를 배향하기 위해 기판(10)을 러빙(rubbing)할 때, 도면에 나타낸 바와 같이 높이 H의 단차(19)에 의해 화소영역의 단차 근처에는 러빙되지 않은 영역이 발생하게 된다. 도면에서 러빙되지 않은 영역의 폭은 L로 표시되어 있다. 상기한 바와 같이 러빙되지 않은 영역은 액정의 주입시 중대한 결함을 일으킨다. 러빙이 실시된 영역에서는 액정분자가 러빙방향을 따라 일정한 방향으로 배향하는 반면에 러빙이 실시되지 않은 영역에서는 액정분자가 상기한 러빙방향과는 다른 방향으로 불규칙하게 배향된다. 따라서, 러빙이 실시된 영역과 러빙이 실시되지 않은 영역, 즉 배향방향이 결정된 영역과 배향방향이 결정되지 않은 영역의 경계선에서 빛이 누설되어 전경(disclination)이 발생한다. 이러한 전경은, 예를 들면 흑색바탕모드(normally black mode)에서 화면상에 흰선이 생기는 등과 같이 화질을 저하시키는 중요한 요인으로 작용한다.
상기한 문제를 해결하기 위해, IBM사에서 도 3과 같은 구조의 LCD를 제안하였다(미국특허번호; 5,345,324). 상기한 특허는 도 3에 나타낸 바와 같이 종래의 구조와는 모든 구성이 동일하며, 단지 화소전극(5)에 불투명한 금속층(14)이 형성되어 있다는 것만이 그 차이점이다. 이 금속층(14) 위에는 보호막(16)이 적층되어 있고, 그 위에 차광층(6)이 형성되어 있다. 따라서, 상기한 금속층(14)이 영역 L을 통과하는 빛을 차단하게 되어 차광층(6)의 단차(19)에 의한 전경이 화면상에 나타나는 것을 제거한다. 하지만, 상기한 구조의 LCD에서는 차광층(6)의 폭(L) 만큼 빛이 투과하는 영역이 줄어들기 때문에, 개구율이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 광조사에 의해 배향을 결정하여 차광층의 단차에 의해 전경이 발생하는 것을 방지함으로써 화질이 향상된 액정표시소자 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 차광층 부근의 화소전극까지 배향방향을 결정함으로써, 개구율이 향상된 액정표시소자 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 기판에 종횡으로 교차하여 화소영역을 정하는 복수의 주사선 및 신호선을 형성하는 단계와, 상기한 화소영역내의 주사선 및 신호선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기한 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계와, 기판 전체에 걸쳐서 보호막을 적층하는 단계와, 상기한 보호막 위의 주사선, 신호선 및 박막트랜지스터 영역에 화소전극과 일부 겹치는 상태로 차광층을 형성하는 단계와, 상기한 차광층 및 보호막 위에 배향막을 형성하는 단계와, 상기한 배향막에 광을 조사하여 배향방향을 결정하는 단계로 구성된다.
박막트랜지스터는 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계와, 상기한 게이트전극 및 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계와, 상기한 게이트절연막 위에 반도체층을 형성하는 단계와, 상기한 반도체층 위에 소스/드레인전극을 형성하는 단계로 구성된다. 소스/드레인전극의 한쪽은 소스/드레인전극과 겹치도록 형성되어 전기적으로 접속된다.
광의 조사에 의해 배향방향이 결정되는 광배향막으로는 폴리실록산물질이나 PVCN-F를 사용한다.
도 1은, 종래 액정표시소자의 평면도.
도 2는, 도 1의 A-A'선 단면도.
도 3은, 종래 액정표시소자의 단면도.
도 4는, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자 제조공정을 나타내는 도면.
도 5는, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자 제조공정을 나타내는 도면.
*도면부호의주요부분에대한부호의설명*
103 : 게이트전극 104, 204 : 소스/드레인전극
105, 205 : 화소전극 106, 206 : 차광층
110, 210 : 기판 111, 211 : 게이트절연층
113, 213 : 반도체층 116, 216 : 보호막
118, 218 : 배향막
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법의 제1실시예를 나타내는 도면으로, 우선 도 4(a)에 나타낸 바와 같이 기판(110)에 스퍼터링(sputtering)방법으로 Cr, Mo, Al 또는 Ti 등과 같은 물질을 적층한 후 포토에칭(photoetching) 하여 게이트전극(103) 및 주사선(도면표시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 화학기상증착(chemical vapor deposition;CVD) 방법으로 SiNx나 SiOx 등을 적층하여 게이트절연막(111)을 형성한다. 또한, 도면에는 나타내지 않았지만 절연효과를 높이기 위해 상기한 게이트전극(103)을 양극산화하여 양극산화막을 형성할 수도 있다.
그 후, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이 상기한 게이트절연막(111) 위에 CVD방법으로 비정질실리콘(a-Si)을 적층하고 에칭하여 반도체층(113)을 형성한 후, Cr, Ti 또는 Al 등을 스퍼터링방법으로 적층한 후 포토에칭하여 상기한 반도체층(113) 위에 소스/드레인전극(104) 및 신호선(도면표시하지 않음)을 형성한다. 도면에 표시하지 않았지만, 상기한 반도체층(113) 위에 n+비정질실리콘을 적층한 후, 에칭하여 오우믹콘택층인 n+층(도면표시하지 않음)을 형성한다. 또한, 도면에서는 반도체층(113) 및 소스/드레인전극(104)을 각각의 적층 및 에칭에 의해 형성했지만, 비정질실리콘층 및 금속층을 연속 적층한 후 금속층을 에칭하여 소스/드레인전극(104)을 형성한 다음 상기한 소스/드레인전극(104)을 마스크로 하여 비정질실리콘층을 에칭하는 것도 가능하다. 이후, 주사선 및 신호선에 의해 한정되는 화소영역에 ITO(indium tin oxide) 등과 같은 투명전극을 스퍼터링방법으로 적층하고 에칭하여 화소전극(105)을 형성한다. 이때, 화소전극(105)은 상기한 소스/드레인전극(104)의 한쪽과 겹치게 되어 전기적으로 접속된다.
그 후, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이 SiNx나 SiOx 등을 CVD방법으로 적층하여 보호막(116)을 형성한 후, 검은색 수지를 도포하여 차광층(106), 즉 블랙매트릭스를 형성한다. 상기한 차광층(106)은 상기한 화소전극(105)의 일부와 겹치도록 형성되어 빛이 주사선, 신호선 및 TFT로 누설되는 것을 방지한다. 이때, 차광층(106)은 높이 H의 단차를 가진다. 이어서, 상기한 기판(110) 전체에 걸쳐서 PVCN-F(polyvinylfluorocinnamate)나 폴리실록산물질(polysiloxane based material)과 같은 광배향물질을 도포하여 배향막(118)을 형성한 후, 도 4(d)에 나타낸 바와 같이 광을 조사하여 배향방향을 결정한다.
이때, 광배향물질로서 사용되는 폴리실록산물질은 광이 조사됨에 따라 배향막(118)에 발생하는 프리틸트각의 크기가 점점 작아지는 경향을 나타낸다.
또한, 배향막(118)에는 편광된 광과 비편광된 광이 2회 조사되는데, 편광된 광의 조사에 의해 배향막(118) 표면에는 광의 편광방향과 수직한 방향으로 2개의 대칭된 프리틸트방향이 축퇴되어 생성된다. 이 배향막(118)에 비편광된 광이 조사되면, 2개의 대칭된 프리틸트방향 중 상기한 비편광된 광의 조사방향과 평행한 방향의 프리틸트방향만이 선택되어, 배향막(118) 표면에는 원하는 프리틸트방향이 생성된다. 이때, 상기한 광으로서는 자외선을 사용한다.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법의 제2실시예를 나타내는 도면이다.
제2실시예에서는 1회의 광조사 후에, 액정을 주입함으로써 배향방향을 결정하는 것이다. 우선, 도 5(a)∼도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 제1실시예와 마찬가지로 제1기판(210a)에 게이트전극(203) 및 주사선 및 박막트랜지스터를 형성한다. 이어서, 화소영역에 화소전극(205)을 형성한 후, 보호막(216)을 적층하고 그 위에 차광층(206)을 형성한다. 그리고, 제1기판(210a) 전체에 걸쳐서 PVCN-F나 폴리실록산물질과 같은 광배향물질을 도포하여 제1배향막(218a)을 형성한 후, 도 5(d)에 나타낸 바와 같이 편광된 광을 1회 조사한다. 이 광의 조사에 의해 제1배향막(218a) 표면에는 광의 편광방향과 수직한 2개의 대칭된 프리틸트방향이 축퇴되어 생성된다. 이때에도, 광으로서 자외선을 사용한다.
이어서, 제2기판(210b)에 컬러필터층(237), 대향전극(235) 및 제2배향막(218b)을 형성한 후 광을 조사하면 제1배향막(218a)의 프리틸트방향과는 다른 방향의 2개의 대칭된 프리틸트방향이 생성된다. 그리고, 상기한 제1기판(210a) 및 제2기판(210b)을 합착한 후, 양 기판(210a, 210b) 사이에 액정을 주입하면 액정의 흐름효과(flowing effect)에 의해 대칭된 2개의 프리틸트방향 중 액정이 흐르는 쪽의 프리틸트방향이 선택된다. 이때, 대향전극(235)으로는 화소전극과 마찬가지로 ITO를 사용한다. 또한, 제1배향막(218a) 및 제2배향막(218b)에 광을 조사하여 배향방향을 결정하는 대신에 한쪽 기판에만 광을 조사하여 프리틸트방향을 결정한 후 카이랄도판트(chiral dopant)가 첨가된 액정을 양 기판(210a, 210b) 사이로 주입하여 배향방향을 결정하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 상기한 바와 같이 주사선, 신호선 및 박막트랜지스터 위에 검은색 수지로 이루어진 차광층이 형성되어 있기 때문에 개구율이 향상될 뿐만 아니라, 러빙을 실시하지 않고 배향막에 광을 조사하거나 액정을 주입하여 배향방향을 결정하기 때문에, 차광층의 단차에도 불구하고 화소영역 전체, 즉 상기한 단차 근처에도 배향방향이 결정되기 때문에 화면에 전경이 발생하여 화질이 저하되는 것이 방지된다. 더욱이, 러빙공정에 의해 배향방향이 결정되는 경우, 차광층의 단차 근처에 발생하는 전경이 화면에 나타나는 것을 방지하기 위한 금속층이 필요없게 되므로 개구율이 더욱 향상된다.

Claims (23)

  1. 기판 위에 종횡으로 교차하여 화소영역을 정하는 복수의 주사선과 신호선을 형성하는 단계와;
    상기한 화소영역내의 주사선과 신호선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기한 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기한 기판 전체에 걸쳐서 보호막을 형성하는 단계와;
    상기한 보호막 위의 주사선, 신호선 및 박막트랜지스터 영역에 차광층을 형성하는 단계와;
    상기한 차광층 및 보호막 위에 배향막을 형성하는 단계와;
    상기한 배향막에 편광된 광을 조사하여 광의 편광방향과 수직한 방향으로 대칭된 프리틸트방향이 축퇴되어 형성하는 단계와;
    상기한 배향막에 비편광된 광을 조사하여 광의 조사방향과 평행한 방향의 프리틸트 방향을 선택하는 단계로 이루어진 액정표시소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 박막트랜지스터를 형성하는 단계가,
    상기한 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계와;
    상기한 게이트전극 및 기판 위에 게이트절연층을 형성하는 단계와;
    상기한 게이트절연층 위에 반도체층을 형성하는 단계와;
    상기한 반도체층 위에 소스/드레인전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 반도체층 위에 오우믹콘택층을 형성하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 게이트전극을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 화소전극이 ITO(indium tin oxide)인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기한 차광층이 검은색 수지인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 PVCN(polyvinylcinnamate)계 고분자인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 PVCN-F(polyvinylfluorocinnamate) 및 폴리실록산물질로 이루어진 일군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기한 배향막의 프리틸트각의 크기가 광의 조사에너지가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기한 광이 자외선인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 편광된 광과 비편광된 광이 각각 1회 실시되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  12. 제1기판 위에 종횡으로 교차하여 화소영역을 정하는 복수의 주사선과 신호선을 형성하는 단계와;
    상기한 화소영역내의 주사선과 신호선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기한 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기한 기판 전체에 걸쳐서 보호막을 형성하는 단계와;
    상기한 보호막 위의 주사선, 신호선 및 박막트랜지스터 영역에 차광층을 형성하는 단계와;
    상기한 차광층 및 보호막 위에 제1배향막을 형성하는 단계와;
    제2기판에 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기한 컬러필터층 위에 대향전극을 형성하는 단계와;
    상기한 대향전극 위에 제2배향막을 형성하는 단계와;
    상기한 제1배향막과 제2배향막의 적어도 한쪽에 광을 조사하는 단계와;
    상기한 제1기판 및 제2기판 사이로 액정을 주입하여 제1배향막과 제2배향막에 의한 배향방향을 따라 상기한 액정을 배향시키는 단계로 이루어진 액정표시소자 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기한 박막트랜지스터를 형성하는 단계가,
    상기한 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계와;
    상기한 게이트전극 및 기판 위에 게이트절연층을 형성하는 단계와;
    상기한 게이트절연층 위에 반도체층을 형성하는 단계와;
    상기한 반도체층 위에 소스/드레인전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기한 반도체층 위에 오우믹콘택층을 형성하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 게이트전극을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기한 화소전극이 ITO(indium tin oxide)인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기한 대향전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기한 차광층이 검은색 수지인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산물질 및 PVCN-F (polyvinylfluorocinnamate)로 이루어진 일군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기한 배향막의 프리틸트각의 크기가 광의 조사에너지가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  21. 제12항에 있어서, 상기한 광이 자외선인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  22. 제12항에 있어서, 상기한 광이 편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  23. 제12항에 있어서, 상기한 광의 조사가 1회 실시되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
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