KR100433660B1 - Liquid crystal display element and a fabrication method thereof, especially for reducing topology of an opposing substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정 표시 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 액정 표시 소자의 블랙 매트릭스 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a black matrix structure of a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same.
일반적으로 액정 표시 소자는 개별의 스위칭 소자인 박막 트랜지스터가 형성된 하부 기판과, 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3가지 컬러 필터층이 반복배열되어 컬러화를 실현시키는 상부 기판, 즉, 대향 기판으로 구성되어 있다.In general, a liquid crystal display device includes a lower substrate on which a thin film transistor as an individual switching element is formed, and an upper substrate on which three color filter layers of red, green, and blue are repeatedly arranged to realize colorization. And an opposing substrate.
이러한 상부의 대향 기판은 유리 기판 상부에 크롬등의 금속으로 형성된 블랙 매트릭스와, 블랙 매트릭스간에 컬러화를 실현하기 위한 컬러 필터, 블랙 매트릭스와 컬러필터 상부에 하부 구조물을 보호하기 위한 보호막 및 액정을 구동하기 위한 공통 전극이 순차적으로 형성된다.The upper opposing substrate includes a black matrix formed of a metal such as chromium on a glass substrate, a color filter for realizing colorization between the black matrix, a protective film for protecting the lower structure on the black matrix and the color filter, and a liquid crystal. Common electrodes are formed sequentially.
그러나, 현재에는 크롬 물질로 된 블랙 매트릭스의 사용이 배제된다. 그 이유는 크롬을 식각하는 식각 용액이 환경에 악영향을 미치므로, 크롬으로 블랙 매트릭스 형성하지 않는다.However, the use of black matrices of chromium material is currently excluded. The reason is that the etching solution for etching chromium adversely affects the environment, and thus does not form a black matrix with chromium.
따라서, 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이, 유리 기판상에 약 1 내지 2㎛의 두께로 레진(resin)물질을 형성하고 소정 부분 패터닝하여, 블랙 매트릭스를 형성한다. 이어서, 블랙 매트릭스와 사이에 레드 분광 특성을 갖도록 안료가 분산된 착색 아크릴 감광성 수지를 1 내지 2 ㎛의 두께로 도포하고, 90 내지 110℃의 핫 플레이트에서 5분동안 소프트 베이크(soft bake)한 다음, I - 라인 자외선으로 노광한 후, 상기 착색 아크릴 감광성 수지를 현상액으로 2 내지 3분 현상하는 공정을 실시하여 블랙 매트릭스상의 소정 부분이 중첩되도록 제 1 컬러 필터(3A)를 형성한다. 상기 제 1 컬러 필터(3A)의 형성과 동일한 방법으로, 블랙 매트릭스(2)상에 중첩되고, 제 1 컬러 필터(3A)와 분리되도록 유리 기판(1)상에 그린 분광 특성을 갖는 착색 아크릴 감광성 수지의 제 2 컬러 필터(3B)를 형성한다. 연속적으로, 상기 블랙 매트릭스(2)상에 중첩되고, 제 2 컬러 필터(3B)와 분리되도록 블루 분광 특성을 갖는 착색 아크릴 감광성 수지의 제 3 컬러 필터(3C)를 형성한다.Therefore, conventionally, as shown in FIG. 1, a resin material is formed on a glass substrate with a thickness of about 1 to 2 μm and partially patterned to form a black matrix. Subsequently, a colored acrylic photosensitive resin in which pigments were dispersed to have a red spectral characteristic between the black matrix and a thickness of 1 to 2 μm was applied, and then soft baked for 5 minutes on a hot plate at 90 to 110 ° C. After the exposure to the I-line ultraviolet rays, the colored acrylic photosensitive resin is developed with a developer for 2 to 3 minutes to form a first color filter 3A such that a predetermined portion on the black matrix is superimposed. In the same manner as the formation of the first color filter 3A, a colored acrylic photosensitive film having a spectroscopic green characteristic on the glass substrate 1 so as to be superimposed on the black matrix 2 and separated from the first color filter 3A. The second color filter 3B of resin is formed. Subsequently, a third color filter 3C of colored acrylic photosensitive resin having blue spectral characteristics is formed so as to be superimposed on the black matrix 2 and separated from the second color filter 3B.
그후, 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상부에 액정을 구동하기 위한 공통 전극(5)을 형성하기 위하여, ITO 물질을 500 내지 1300Å 정도로 스퍼터링(sputtering)법에 의해 형성하여 액정 표시 소자의 대향 기판을 완성한다.Thereafter, in order to form the common electrode 5 for driving the liquid crystal on the color filter and the black matrix, an ITO material is formed by a sputtering method at about 500 to 1300 kPa to complete the opposing substrate of the liquid crystal display element.
그러나, 상기와 같은 종래의 방법에 의해 액정 표시 소자의 대향 기판을 형성하면, 상기 블랙 매트릭스를 형성하는 레진의 두께가 크롬으로 형성된 블랙 매트릭스의 두께보다 6배나 두껍게 형성되어, 대향 기판의 표면 토폴로지를 증가시킨다.However, when the counter substrate of the liquid crystal display element is formed by the conventional method as described above, the thickness of the resin forming the black matrix is formed to be 6 times thicker than the thickness of the black matrix formed of chromium, thereby improving the surface topology of the counter substrate. Increase.
이로 인하여, 이후의 컬러 필터를 패터닝하는데 마스크 패턴을 정확히 얼라인하기 어려운 문제점이 발생되었다. 따라서, 추가적인 평탄화 공정이 요구되고, 또한, 후속으로 진행될 보호막 형성 공정 및 배향막의 러빙 공정(액정을 일정 방향으로 배향시키기 위한 공정)시, 하부 토폴로지로 인하여, 공정시 공정 불량이 발생하게 된다.As a result, there is a problem that it is difficult to accurately align the mask pattern in patterning the subsequent color filters. Therefore, an additional planarization process is required, and in addition, in the subsequent protective film forming process and the rubbing process of the alignment film (process for orienting the liquid crystal in a certain direction), due to the lower topology, process defects occur during the process.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 블랙 매트릭스의 형성 공정시, 블랙 매트릭스의 단차를 최소화하여 대향 기판의 표면 토폴로지 감소시킬 수 있는 액정 표시 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same, which can reduce the surface topology of the opposing substrate by minimizing the step difference of the black matrix during the formation process of the black matrix.
도 1은 종래의 액정 표시 소자의 대향 기판의 단면도.1 is a cross-sectional view of an opposing substrate of a conventional liquid crystal display element.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 소자의 대향 기판의 단면도.2A to 2D are cross-sectional views of opposing substrates of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
도 3A 및 3B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자의 대향 기판의 단면도.3A and 3B are cross-sectional views of opposing substrates of a liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11: 대향 기판 12: 마스크 패턴11: Opposing Substrate 12: Mask Pattern
13: 블랙 매트릭스 14A, 14B, 14C: 컬러 필터13: black matrix 14A, 14B, 14C: color filter
15: 공통 전극 20: 절연막15: common electrode 20: insulating film
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 대향 기판의 소정 부분에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 대향 기판 상부에 트렌치가 충분히 매립되도록 블랙 매트릭스용 막을 형성하는 단계; 및 상기 블랙 매트릭스용 막을 대향 기판 상부로 돌출됨이 없이 트렌치내에 매립하여, 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above conventional problem, the present invention comprises the steps of forming a trench in a predetermined portion of the opposing substrate; Forming a film for a black matrix such that the trench is sufficiently buried in the counter substrate; And embedding the black matrix film in a trench without protruding above the opposing substrate, thereby forming a black matrix.
또한, 본 발명의 액정 표시 소자는, 대향 기판에 소정 위치에 형성된 트렌치; 상기 트렌치내에 매립된 블랙 매트릭스; 상기 블랙 매트릭스와 소정 부분 중첩되고, 블랙 매트릭스 사이에 대향기판 상에 형성되는 컬러필터; 상기 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상부에 형성되는 투명 전극을 포함한다.Moreover, the liquid crystal display element of this invention is trench formed in the predetermined position in the opposing board | substrate; A black matrix embedded in the trench; A color filter partially overlapping the black matrix and formed on an opposing substrate between the black matrix; It includes a transparent electrode formed on the color filter and the black matrix.
또한, 본 발명의 다른 양태에 의한 액정 표시 소자의 제조방법은, 대향 기판 상부에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막의 소정 부분에 대향 기판이 노출되도록 개구부를 형성하는 단계; 상기 대향 기판 상부에 개구부가 충분히 매립되도록 블랙 매트릭스용 막을 형성하는 단계; 및 상기 블랙 매트릭스용 막을 절연막 상부로 돌출됨이 없이 개구부내에 매립하여, 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a method of manufacturing a liquid crystal display device according to another aspect of the present invention, forming an insulating film on the opposing substrate; Forming an opening to expose a counter substrate to a predetermined portion of the insulating film; Forming a film for a black matrix such that an opening is sufficiently buried in the counter substrate; And embedding the black matrix film in the opening without protruding from the upper portion of the insulating film to form a black matrix.
또한, 본 발명의 다른 양태에 의한 액정 표시 소자는, 대향 기판; 상기 대향 기판상에 위치하고, 소정 부분에 개구부를 구비한 절연막; 상기 절연막내의 개구부 내에 매립된 블랙 매트릭스; 상기 블랙 매트릭스와 소정 부분 중첩되고, 블랙 매트릭스 사이에 대향기판상에 형성되는 컬러 필터; 상기 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상부에 형성되는 투명 전극을 포함한다.Moreover, the liquid crystal display element which concerns on another aspect of this invention is a counter substrate; An insulating film disposed on the opposing substrate and having an opening in a predetermined portion; A black matrix embedded in the opening in the insulating film; A color filter partially overlapping the black matrix and formed on an opposing substrate between the black matrix; It includes a transparent electrode formed on the color filter and the black matrix.
본 발명에 의하면, 트렌치를 구비한 기판 내부 또는 개구부를 구비한 절연막 내에 블랙 매트릭스를 매립된 형태로 형성하여, 대향 기판의 토폴로지를 제거한다.According to the present invention, the black matrix is embedded in the substrate having the trench or in the insulating film having the opening, thereby removing the topology of the opposing substrate.
[실시예]EXAMPLE
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도면 도 2A 내지 도 2D는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로, 종래와 동일한 부분의 설명에 대하여는 중복 설명을 배제한다.2A to 2D are views for explaining a method of manufacturing a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention, and descriptions of the same parts as in the prior art will not be repeated.
도 2A에 도시된 바와 같이, 대향 기판(11), 예를 들어, 유리 기판 상에 블랙 매트릭스가 형성되어질 영역이 노출되도록 마스크 패턴(12)을 공지의 포토리소그라피 공정에 의하여 형성하고, 노출된 대향 기판(11)을 블랙 매트릭스의 예정 두께만큼 식각하여, 소정의 트렌치를 형성한다. 이때, 식각되어진 깊이(d)는 약 1 내지 2㎛의 정도가 바람직하다.As shown in Fig. 2A, the mask pattern 12 is formed by a known photolithography process to expose the region on which the black matrix is to be formed on the opposing substrate 11, for example, the glass substrate, and the exposed opposing substrate. The substrate 11 is etched by a predetermined thickness of the black matrix to form a predetermined trench. At this time, the etched depth (d) is preferably about 1 to 2㎛.
이어서, 도 2B에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(12)은 공지의 제거 방식에 의하여 제거되고, 대향 기판(11) 상부에 블랙 매트리스용 막, 예를 들어, 레진을 상기 트렌치가 매립될만큼의 두께로 형성한 다음, 대향 기판(11) 상부가 노출될 때까지, 이방성 식각하여, 트렌치내에 레진을 매립시킨다. 이로써, 토폴로지 없이 대향 기판(11)내에 매립된 블랙 매트릭스(13)가 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the mask pattern 12 is removed by a known removal method, and a black mattress film, for example, a resin, is formed on the counter substrate 11 so as to fill the trench. After forming to a thickness, the resin is embedded in the trench by anisotropic etching until the upper portion of the counter substrate 11 is exposed. Thus, a black matrix 13 embedded in the opposing substrate 11 is formed without a topology.
그후, 도 2C에 도시된 바와 같이, 대향 기판(11) 전면에 레드 분광 특성을 갖도록 안료가 분산된 착색 아크릴 감광성 수지를 1 내지 2 ㎛의 두께로 도포하고, 80 내지 110℃의 핫 플레이트에서 5분동안 소프트 베이크한 다음, I - 라인 자외선으로 소정 부분 노광한다. 계속적으로, 상기 착색 아크릴 감광성 수지를 현상액으로 2 내지 3분 동안 현상하고, 탈이온수로 약 5 내지 6분 동안 세척하여 대향 기판의 소정부분에 제 1 컬러 필터(14A)를 형성한다. 그리고 나서, 이 제 1 컬러 필터(14A)의 형성과 동일한 방법으로, 블랙 매트릭스(2)상에 중첩되고, 제 1 컬러 필터(14A)와 분리되도록 대향 기판(11)상에 그린 분광 특성을 갖는 착색 아크릴 감광성 수지로 제 2 컬러 필터(14B)를 형성한다. 연속적으로, 블랙 매트릭스(13)상에 중첩되고,제 2 컬러 필터(14B)와 분리되도록 블루 분광 특성을 갖는 착색 아크릴 감광성 수지로 제 3 컬러 필터(14C)를 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 2C, a colored acrylic photosensitive resin in which the pigment is dispersed to have a red spectral characteristic on the front surface of the counter substrate 11 is applied to a thickness of 1 to 2 μm, and 5 on a hot plate at 80 to 110 ° C. Soft bake for minutes followed by partial exposure with I-line ultraviolet. Subsequently, the colored acrylic photosensitive resin is developed with a developer for 2 to 3 minutes, and washed with deionized water for about 5 to 6 minutes to form a first color filter 14A on a predetermined portion of the counter substrate. Then, in the same manner as the formation of the first color filter 14A, it is superimposed on the black matrix 2 and has green spectral characteristics on the opposing substrate 11 to be separated from the first color filter 14A. The second color filter 14B is formed of colored acrylic photosensitive resin. Subsequently, the third color filter 14C is formed of a colored acrylic photosensitive resin having blue spectral characteristics so as to be superimposed on the black matrix 13 and separated from the second color filter 14B.
그런다음, 도 2D에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(13)와 컬러 필터(14)가 형성된 대향 기판(11) 상부에 ITO 물질을 약 500 내지 1300Å 정도로 형성하여, 공통 전극(15)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 2D, an ITO material is formed on the counter substrate 11 on which the black matrix 13 and the color filter 14 are formed, about 500 to 1300 μs, thereby forming the common electrode 15. .
이와같이, 대향 기판내에 블랙 매트릭스를 매립하여 형성함으로써, 대향 기판의 토플로지가 제거된다.In this way, the topologies of the opposing substrate are removed by embedding the black matrix in the opposing substrate.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described.
첨부 도면 도 3A 내지 3B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자의 제조방법을 나타낸 것으로, 도 3A에 도시된 바와 같이, 대향 기판(11)에 절연막(20) 예를들어, 실리콘 산화막을 소정 두께 바람직하게는, 블랙 매트릭스의 예정 두께 즉 1 내지 2㎛ 정도로 증착한다음, 블랙 매트릭스가 형성되어질 영역이 노출되도록 마스크 패턴(12)을 형성한다. 그리고나서, 마스크 패턴(12)의 형태로 하부의 대향 기판(11)이 노출되도록 식각하여, 개구부(H)를 형성한다.3A to 3B illustrate a method of manufacturing a liquid crystal display device according to another exemplary embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 3A, an insulating film 20, for example, a silicon oxide film is formed on an opposing substrate 11. Predetermined thickness Preferably, a predetermined thickness of the black matrix, that is, about 1 to 2 mu m is deposited, and then the mask pattern 12 is formed to expose the region where the black matrix is to be formed. Thereafter, the opening H is formed by etching the lower opposing substrate 11 in the form of the mask pattern 12 to expose the lower substrate 11.
이어서, 도 3B에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(12)을 공지의 방식에 의하여 제거하고, 상기의 구조물이 충분히 매립될 만큼의 두께로, 블랙 매트릭스용 막예를 들어, 레진을 형성한다. 그후, 레진을 상기 절연막(20) 표면이 노출되도록 이방성 식각하여, 상기 실리콘 산화막 사이의 공간부를 매립하므로써, 블랙 매트릭스가 형성된다.Then, as shown in Fig. 3B, the mask pattern 12 is removed by a known method, and a film for a black matrix, for example, a resin, is formed to a thickness such that the above structure is sufficiently embedded. Thereafter, the resin is anisotropically etched so that the surface of the insulating film 20 is exposed, and the black matrix is formed by filling the space between the silicon oxide films.
이후 진행되는 컬러필터 형성공정과, 공통 전극 형성공정은 상기 일 실시예와 동일하다.The color filter forming process and the common electrode forming process are performed in the same manner as in the above embodiment.
본 실시예들에서는 블랙 매트릭스로서 레진을 예로들어 설명하였지만, 이에 국한되는 것이 아니라 빛을 투과시키지 않는 블랙 매트릭스로서의 물성을 가지는 물질이라도 본 발명에 적용된다.In the present embodiments, the resin has been described as an example of the black matrix, but a material having a physical property as a black matrix that does not transmit light is not limited thereto but is also applied to the present invention.
또한, 상기 제2 실시예에서는 절연막으로 실리콘 산화막을 이용하였지만, 그밖의 다른 절연막으로 형성할 수 있다.In the second embodiment, a silicon oxide film is used as the insulating film, but other insulating films can be formed.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 트렌치를 구비한 기판 내부 또는 개구부를 구비한 절연막내에 블랙 매트릭스를 매립된 형태로 형성하여, 대향 기판의 토폴로지를 제거한다.As described in detail above, according to the present invention, a black matrix is formed in a form embedded in a substrate having a trench or an insulating film having an opening, thereby removing the topology of the counter substrate.
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