KR100483385B1 - 유기절연막을염색하여형성한블랙매트릭스를갖는박막트랜지스터기판및그제조방법 - Google Patents

유기절연막을염색하여형성한블랙매트릭스를갖는박막트랜지스터기판및그제조방법 Download PDF

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Abstract

박막 트랜지스터 기판의 데이터선 위에 유기 절연막을 형성하고, 유기 절연막 위에 게이트선 및 데이터선과 겹치도록 화소 전극을 형성한 후, 기판을 염료에 담가 염색한다. 따라서 화소 전극으로 덮이지 않은 데이터선, 게이트선 및 박막 트랜지스터 위의 유기 절연막만 염색되어 블랙 매트릭스의 역할을 한다.

Description

유기 절연막을 염색하여 형성한 블랙 매트릭스를 갖는 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법
이 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블랙 매트릭스(black matrix)가 박막 트랜지스터 기판 상에 있는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에 관한 것이다.
평판 표시 장치의 일종인 액정 표시 장치는 전압에 따라 빛의 투과도가 변하는 액정의 특성을 이용한 것으로써, 낮은 전압으로 구동이 가능하고 전력의 소모가 작아서 오늘날 널리 이용되고 있다.
박막 트랜지스터 액정 표시 장치에서 화상을 표시하는 액정 패널(panel)은 두 장의 투명 기판(glass substrate)과 그 사이에 주입되어 있는 액정 물질로 이루어져 있다. 한 쪽 기판에는 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 다른 쪽 기판에는 컬러 필터(color filter)와 블랙 매트릭스가 형성되어 있다.
이러한 액정 패널의 개구율(aperture ratio)을 증가시키기 위해 일반적으로 화소 전극과 데이터선(date line)이 중첩된 구조를 사용하고 있는데, 이 경우 화소 전극과 데이터선의 커플링(coupling) 현상을 감소시키기 위해 데이터선과 화소 전극 사이에 유기 절연막(organic insulating layer)을 형성한다.
블랙 매트릭스가 컬러 필터 기판 상에 형성된 경우에는 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판간의 정렬 오차 때문에 광누설이 발생할 수 있으므로, 최근에는 블랙 매트릭스를 박막 트랜지스터 기판 상에 형성하는 방법(black matrix on TFT)이 많이 사용되고 있다.
도 1에 종래의 기술에 따른 박막 트랜지스터 기판에서 데이터선이 형성된 부분의 단면을 나타내었다. 도 1에서와 같이, 투명한 절연 기판(10) 위에 게이트 절연막(20)이 형성되어 있고, 그 위에 데이터선(30)이 형성되어 있다. 데이터선(30) 위에는 유기절연막(50)이 형성되어 있고, 그 위에 화소 전극(60)이 데이터선(30)과 중첩되도록 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(70)는 유기 절연막(50)을 사이에 두고 데이터선(30) 위에 형성되어 있다.
이와 같은 종래의 박막 트랜지스터 기판에서는 블랙 매트릭스(70)를 유기 절연막(50) 위에 직접 형성하는 공정이 필요하고, 블랙 매트릭스(70)가 화소 전극(60)과 중첩될 수 있으므로 개구율을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 개구율을 높이고 공정을 단순화하는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 박막 트랜지스터 기판에 형성된 유기 절연막을 염색하여 블랙 매트릭스를 형성한다. 이러한 박막 트랜지스터 기판은 데이터선 위에 형성되어 있는 유기 절연막 위에 게이트선 및 데이터선과 겹치도록 화소 전극이 형성되어 있으며, 화소 전극으로 덮이지 않은 유기 절연막만 염색되어 있다. 이 때 유기 절연막은 카제인(casein), 젤라틴(gelatine) 또는 폴리 비닐 알코올(PVA : poly vinyl alcohl) 수지로 형성되고, 검은 색으로 염색되어 있다. 또한, 유지 용량을 보상하기 위해 기판 위에 게이트선과 분리된 유지 용량 전극이 형성될 수도 있으며, 유지 용량 전극 위에는 유기 절연막을 제거한 트렌치(trench)가 형성되어 유지 용량을 증가시킬 수도 있다.
이러한 박막 트랜지스터 기판을 제조할 때에는 투명한 절연 기판 위에 게이트선, 게이트 절연막, 데이터선을 차례로 형성하고 유기 절연막을 형성한다. 다음으로 게이트선 및 데이터선과 일부 겹쳐지도록 화소 전극을 형성하고, 화소 전극이 형성된 기판을 염료에 담가 염색한다. 유지 용량의 보상을 위해 게이트선을 형성할 때 화소 영역에 유지 용량 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
그러면 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 한 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 첨부한 도면에서 각 구성 요소들은 필요에 따라 실제 비율과는 다르게 나타날 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 평면도이고, 도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ' 부분에 대한 단면도이고, 도 4는 도 2에서 Ⅳ-Ⅳ' 부분에 대한 단면도이다.
도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 투명한 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 게이트선(40)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(20)이 덮여 있다. 게이트 절연막(20) 위에 세로 방향으로 데이터선(30)이 형성되어 있으며, 그 위에 유기 절연막(50)이 덮여 있다.
유기 절연막(50)의 재료로는 카제인이나 젤라틴, 폴리 비닐 알코올 수지 등을 쓴다. 이러한 유기 절연막(50)은 박막 트랜지스터 기판의 단차를 줄이기 위해 도 5와 같이 평탄하게 형성될 수도 있다. 도 5는 도 2가 평탄화된 유기 절연막(50)을 갖는 경우에 Ⅲ-Ⅲ' 부분에 대한 단면도이다.
유기 절연막(50) 위에는 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(60)이 데이터선(30) 및 게이트선(40)과 일부 겹쳐지도록 형성되어 있다. 데이터선(30) 및 게이트선(40)이 교차하는 부분에는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있다. 일반적으로 유기 절연막(50) 위의 화소 전극(60)이 형성된 영역을 제외한 부분에 블랙 매트릭스가 형성되는데, 이와 같이 블랙 매트릭스가 형성되어야 할 부분 아래의 유기 절연막(50)이 선택적으로 염색되어 있다. 이 염색된 부분(70)이 블랙 매트릭스의 역할을 하며 검은 색으로 되어 있다.
이와 같은 박막 트랜지스터 기판은 유지 용량을 보상하기 위해 기판(10) 위에 게이트선(40)과 분리된 유지 용량 전극(80)이 형성될 수도 있다. 도 6은 유지 용량 전극(80)이 형성된 박막 트랜지스터 기판의 평면도이고, 도 7은 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ' 부분에 대한 단면도이다. 도 6과 도7에서와 같이 유지 용량 전극 위에는 유기 절연막(50)을 제거한 트렌치(90)가 형성되어 유지 용량을 증가시킬 수 있다.
이러한 유지 용량을 더욱 증가시키기 위해 도 8에 도시한 바와 같이, 유지 용량 전극(80) 위의 유기 절연막(50) 외에도 게이트 절연막(20)을 일정 깊이로 식각하여 제거한 형태를 가질 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 유지 용량 전극(80) 상부의 게이트 절연막(20) 위에 형성되고, 접촉 홀을 통해 유지 용량 전극(80)과 연결되며 유기 절연막(50)으로 덮여 있는 금속층(100)이 형성될 수도 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 도면을 참조로 하여 설명한다. 편의상 박막 트랜지스터의 제조 공정은 생략하고 설명한다. 도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 공정 단계 별로 나타낸 단면도이다.
먼저 도 10a에서와 같이 투명한 절연 기판(10) 위에 금속을 증착하고 패터닝(patterning)하여 게이트선(40) 및 유지 용량 전극(80)을 형성하고, 그 위에 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition)을 이용하여 게이트 절연막(20)을 형성한다. 다음으로 게이트 절연막(20) 위에 금속을 증착하고 패터닝하여 게이트선(40)과 교차하는 데이터선(도시하지 않음)을 형성한다.
도 10b에서와 같이, 게이트 절연막(20)과 데이터선 위에 카제인, 젤라틴 또는 폴리 비닐 알코올 수지로 유기 절연막(50)을 평탄하게 형성하고, 유지 용량 전극(80) 위의 유기 절연막(50)을 식각하여 트렌치(90)를 형성한다.
도 10c에서와 같이, 유기 절연막(50) 위에 ITO막을 형성하고 패터닝하여 화소 전극(60)을 형성한다. 이 때 화소 전극(60)은 게이트선(40) 및 데이터선과 일부 겹쳐지도록 패터닝한다.
화소 전극(60)이 형성된 박막 트랜지스터 기판을 염료에 담가 화소 전극(60)으로 덮이지 않은 영역만 선택적으로 염색한다. 이 염색된 부분은 블랙 매트릭스의 역할을 하며, 염색용 염료는 검은 색을 사용한다. 이러한 염료로서는 수용성 카본(carbon) 또는 일본화약사의 블랙 181(black 181)을 사용할 수 있다.
상기한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서 유지 용량을 증가하기 위해 유지 용량 전극(80) 위의 유기 절연막(50)을 식각한 후에, 게이트 절연막(20)을 일정 깊이로 식각하는 단계를 추가할 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(20)을 형성한 후, 유지 용량 전극(80) 상부의 게이트 절연막(20)을 식각하여 접촉 홀을 형성하고. 데이터선을 형성할 때 유지 용량 전극(80) 위에도 금속층(100)을 동시에 형성할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 데이터선과 화소 전극 사이에 형성된 유기 절연막이 노출된 부분을 염색하여 블랙 매트릭스를 형성함으로써 액정 표시 장치의 제조 공정을 단순화 할 수 있다.
비록 이 발명은 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 청구의 범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 박막 트랜지스터 기판에서 데이터선이 형성된 부분에 대한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 평면도이고,
도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ' 부분에 대한 단면도이고,
도 4는 도 2에서 Ⅳ-Ⅳ' 부분에 대한 단면도이고,
도 5는 도 2의 박막 트랜지스터 기판에서 평탄화된 유기 절연막이 형성된 경우의 Ⅲ-Ⅲ' 부분에 대한 단면도이고,
도 6은 유지 용량 전극이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 평면도이고,
도 7은 도 2에서 Ⅶ-Ⅶ' 부분에 대한 단면도이고,
도 8과 도 9는 도 7에서 유지 용량을 증가하기 위해 개선된 구조를 나타내는 단면도이고,
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.

Claims (13)

  1. 투명한 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 다수의 게이트선,
    상기 게이트선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 교차하는 다수의 데이터선,
    상기 데이터선 위에 형성되어 있는 유기 절연막,
    상기 게이트선과 데이터선에 의해 구분되는 화소 영역에서 상기 유기 절연막 위에 상기 게이트선 및 데이터선과 겹치도록 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 게이트선과 분리되어 상기 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 화소 전극 아래에 위치하고 있는 유지 용량 전극을 포함하며,
    상기 유기 절연막에서 상기 화소 전극으로 덮이지 않은 부분은 염색되어 있고,
    상기 게이트 절연막은 상기 유지 용량 전극을 드러내는 접촉 홀을 가지고 있으며,
    상기 유지 용량 전극 상부의 상기 게이트 절연막 위에 형성되고 상기 유기 절연막에 덮여 있으며 상기 접촉 홀을 통하여 상기 유지 용량 전극과 연결되어 있는 금속층을 더 포함하는
    박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에서,
    상기 유기 절연막은 카세인, 젤라틴 또는 폴리 비닐 알코올 수지로 형성되어 있는
    박막 트랜지스터 기판.
  3. 제1항에서,
    상기 염색되어 있는 부분은 검은 색으로 염색되어 있는
    박막 트랜지스터 기판.
  4. 제1항에서,
    상기 유지 용량 전극 상부의 상기 게이트 절연막을 상기 유기 절연막이 덮고 있는
    박막 트랜지스터 기판.
  5. 제1항에서,
    상기 유지 용량 전극 위의 상기 게이트 절연막은 다른 부분보다 얇은
    박막 트랜지스터 기판.
  6. 투명한 절연 기판 위에 게이트선과 유지 용량 전극을 형성하는 단계,
    게이트 절연막을 형성하는 단계,
    상기 게이트선과 교차하는 데이터선을 형성하는 단계,
    유기 절연막을 형성하는 단계,
    상기 게이트선과 데이터선으로 구분되는 화소 영역에 상기 게이트선 및 데이터선과 일부 겹쳐지도록 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극이 형성된 기판을 염료에 담가 염색하는 단계를 포함하며,
    상기 게이트 절연막을 형성한 후 상기 유지 용량 전극 상부의 게이트 절연막을 식각하여 접촉 홀을 형성하는 단계와
    상기 데이터선을 형성할 때 상기 유지 용량 전극 위에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는
    박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 유기 절연막은 카세인, 젤라틴 또는 폴리 비닐 알코올 수지로 형성하는
    박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 염색되어 있는 부분은 검은 색으로 염색하는
    박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  9. 제6항에서,
    상기 유지 용량 전극 위의 상기 유기 절연막을 식각하는 단계를 더 포함하는
    박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  10. 제6항에서,
    상기 유지 용량 전극 위의 유기 절연막을 식각한 후에 상기 게이트 절연막을 일정 깊이로 식각하는 단계를 더 포함하는
    박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  11. 투명한 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며, 테이퍼 구조를 가진는 다수의 게이트선,
    상기 게이트선과 분리되어 상기 절연 기판 상부에 형성되어 있는 유지 용량 전극,
    상기 게이트선 및 상기 유지 용량 전극 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 교차하는 다수의 데이터선,
    상기 데이터선 위에 형성되어 있는 유기 절연막,
    상기 게이트선과 데이터선에 의해 구분되는 화소 영역에서 상기 유기 절연막 위에 형성되어 있는 화소 전극을 포함하며,
    상기 유지 용량 전극 상부에 상기 데이터선과 동일한 층으로 형성되어 있는 금속층을 더 포함하는
    박막 트랜지스터 기판.
  12. 제11항에서,
    상기 화소 전극은 상기 게이트선 또는 상기 데이터선과 중첩되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
  13. 제11항에서,
    상기 유기 절연막은 상기 유지 용량 전극 상부에 테이퍼 구조로 형성된 트렌치를 가지는
    박막 트랜지스터 기판.
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