KR100510681B1 - 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 공정인 트렌치 공정을 이용하여 종래의 액정 표시 장치에서 상판과 하판 사이를 지지하며 기판 간격을 유지하고 적당한 액정층의 두께를 유지하기 위해서 필요한 스페이서를 트렌치 형태로 형성함으로써 균일도 및 개구율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 마주보는 상하부 기판과, 하부 기판 상에 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소 전극과, 상기 상부 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스층 및 칼라 필터층과, 상기 블랙 매트릭스층 및 칼라 필터층을 포함한 전면에 형성된 공통 전극과, 상기 상하부 기판 사이에 화소 영역을 제외한 부위에 트렌치형으로 형성된 산화막으로 이루어진 스페이서 및 상기 상하부 기판 사이의 화소 영역에 주입된 액정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

액정 표시 장치 및 그의 제조 방법{Liquid Crystal Display Device and the Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 공정인 트렌치 공정을 이용하여 종래의 액정 표시 장치에서 상판과 하판 사이를 지지하며 기판 간격을 유지하고 적당한 액정층의 두께를 유지하기 위해서 필요한 스페이서를 트렌치 형태로 형성함으로써 균일도 및 개구율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.

일반적인 액정 표시 장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동 신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.

그리고, 제 2 유리 기판(칼라 필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 차광층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.

상기 일반적인 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다.

따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.

현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 액정 표시 장치의 구조 단면도이다.

도 1과 같이, 종래의 액정 표시 장치는 일정 공간을 갖고 합착된 하부 기판(10) 및 상부 기판(20)과, 상기 하부 기판(10)과 상부 기판(20) 사이에 주입된 액정(35)으로 구성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부 기판(10)은 화소 영역을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(미도시)이 배열되고, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(미도시)이 배열되며, 상기 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 각 화소 영역에는 화소 전극(16)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있다.

그리고 상기 상부 기판(20)은 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 차광층(21)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층(22)과, 화상을 구현하기 위한 공통 전극(23)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극(11a)과, 전면에 형성된 게이트 절연막(12)과 상기 게이트 전극(11a) 상측의 게이트 절연막(12) 위에 형성된 반도체층(13) 및 상기 반도체층(13)의 양측에 형성된 n+층(14)과, 상기 n+층(14) 상에 형성된 상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극(15a) 및 드레인 전극(15b)을 구비하여 구성된다. 그리고, 상기 박막 트랜지스터(TFT) 형성 부위를 덮는 보호막(17)이 형성되어 상기 박막 트랜지스터(TFT)가 안정하게 동작하도록 한다.

한편, 스토리지 전극(11b)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 라인을 패터닝시 동일층에 상기 게이트 전극(11a)과 소정 간격 이격하여 형성하거나, 데이터 라인 또는 별도의 층상에 형성하여 화소 전극과 함께 스토리지 캐패시터의 한 쪽 전극으로 이용한다.

액정 분자 자체도 일종의 콘덴서이므로, 전하의 충방전이 발생하는데 액정의 전하 용량이 너무 작으면 VHR(Voltage Holding Ratio)이 작아지고, 너무 크면 액정의 반응 속도가 떨어지는 단점이 있다.

스토리지 전극(11b)은 액정의 VHR을 높이고 화면 깜박임(flicker)을 방지하기 위한 것으로 별도의 추가 공정없이 게이트 전극(11a)을 포함한 게이트 라인 형성 공정에서 함께 생성된다.

그리고, 화소 전극(16)은 상기 게이트 절연막(12) 상에 상기 드레인 전극(15b)과 소정 부분 오버랩하여 화소 영역에 형성하도록 한다.

상기 화소 전극(16)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속을 사용한다.

TFT LCD의 칼라 화면은 광원(Back Light, Lamp)의 백색광의 투과율을 조절하는 TFT와 액정 셀의 동작과 R(Red), G(Green), B(Blue)의 칼라 필터를 투과해 나오는 3원색의 가법 혼색을 통하여 이루어진다.

상부 기판(20) 상에 형성되는 칼라 필터층(22)은 제조시 사용되는 유기 필터의 재료에 따라 염료방식과 안료 방식이 있으며 제작 방법에 따라 염색법, 분산법, 전착법, 인쇄법 등으로 분류할 수 있으나, 현재 가장 보편적인 방법은 안료 분산법이다.

상부 기판(20) 상에는 화소 이외의 영역을 가리는 차광층(21)과, 하부 기판의 화소 영역에 각각 대응되어 R, G, B 의 색상을 나타내는 칼라 필터층(22)과, 액정에 전압인가를 위한 투명 전극(ITO) 성분의 공통 전극으로 구성되어 있다.

상기 차광층(21)은 일반적으로 칼라 필터층(22)의 R, G, B 패턴 사이에 위치하며 TFT의 직접적인 광조사를 차단하여 TFT의 누설 전류 증가를 방지하는 역할을 한다. 즉, TFT 채널 부위는 게이트 전극(11a)과 차광층(21)에 의해 광 차폐가 이루어지는 구조로 되어 있다.

그리고, 상하부 기판(20, 10)의 배면에는 각각 편광판(24, 18)을 형성하여 빛의 편광성을 이용하여 표시하도록 한다.

액정 패널의 광원에서 나오는 빛은 그 진동 방향이 모든 방향으로 같은 확률을 가진다.

편광판(24, 18)은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다.

액정 셀의 양 기판의 배면에 편광판(24, 18)의 편광축이 서로 직교 또는 평행하도록 부착되기 때문에 액정 셀을 통과하는 동안 편광축의 회전 정도에 따라 투과광의 세기가 조절되어 흑과 백 사이의 계조(Gray) 표현이 가능하게 된다. 따라서, 편광판(24, 18)은 액정의 필수 부품 중의 하나이다.

도 2는 종래의 액정 표시 장치의 씰 및 스페이서 형성과 합착 공정을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2와 같이, 상하부 기판(20, 10)을 합착하기 위하여 씰(seal) 패턴(33)이 상하 기판 중 어느 한 기판에 도포되며, 두 기판 사이에 일정 갭을 갖도록 스페이서(34)가 형성된다. 일반적으로, 공정의 편의를 위해, 상부 기판 측에 씰(33)을 형성하고, 이에 대향하여 하부 기판(10) 측에 스페이서(34)를 산포시키고 있다.

상기 스페이서(34)는 상부 기판(20)과 하부 기판(10) 사이를 지지하며, 기판 간격(cell gap)을 유지하고, 적당한 액정의 두께를 확보하기 위하여 사용된다.

이러한 스페이서(34)의 형성은 수 ㎛ 크기의 유리 혹은 플라스틱 구 형태의 스페이서(34)를 기판 위에 산포시키는 공정을 통해 이루어진다.

씰(33)이란 액정이 옆으로 새는 것을 막는 역할을 하는 물질이다.

상부 기판(20)에 프린트 기법을 이용하여 인쇄하며, 이 후 경화(Hardening) 공정을 거치게 된다. 씰(33)은 액정패널의 테두리에만 생성이 되므로 패널 전체의 균일도를 확보하기 위하여 스페이서(34)를 같이 사용한다. 그리고, 액정패널의 패드(31)에는 Ag 도트 물질이 도포되어, 외부의 구동부(미도시)와 액정패널과의 신호를 전달을 한다.

스페이서(34)란 유리 혹은 플라스틱으로 만들어진 구 형태의 물질로 하부 기판(10)에 균일하게 산포가 되어서 상부 기판(20)과 하부 기판(10) 사이의 간격을 균일하게 유지시키는 역할을 한다.

액정 표시 장치의 상하부 기판(20, 10) 사이의 간격은 설계시 중요하게 고려되는 요인으로, 간격이 일정하지 않을 경우에는 화면의 균일도(Uniformity)가 나빠져서 화면에 얼룩이 지는 것처럼 전체적인 밝기 차이가 존재한다.

합착 공정시는 상하부 기판(20, 10)의 정렬 키를 맞추어 합착이 진행되며, 이 때, 두 기판의 갭이 유지되도록 씰에는 접착 성분을 갖도록 한다.

일반적으로, 상하부 기판(20, 10)의 합착은 고온, 고압에서 이루어지는 데, 작업이 완료된 상부 기판의 씰을 일정한 간격을 유지하며 경화시키는 공정이 필요하다. 이 공정에서 간격의 정밀도가 결정된다.

공간적으로 불균일하면 액정 주입 후, 불균일한 투과 특성이 얼룩 형태로 나타나게 된다. 공정 진행시 작업대의 평탄도, 가압시 상하면의 평행도, 공간적인 압력 및 온도의 균일도가 중요한 인자이다.

상부 기판(20)과 하부 기판(10)의 정렬(Alignment) 정도는 각 기판의 설계시 주어지는 여유도(Margin)에 의해 결정되는데, 보통 수 마이크로미터(㎛) 정도의 정밀도가 요구된다.

두 기판의 정렬이 주어지는 여유도를 벗어나면 빛이 새어나오게 되어 구동시 원하는 특성을 갖지 못한다. 이러한 정렬 정밀도 이외에 공정적으로 고려해야 할 사항은 기판의 미끌림인데, 보통 이를 제거하기 위해 고정시키는 씰을 사용하고 있다.

즉, 상하부 기판(20, 10)의 가장자리에는 씰재가 형성되어 두 기판의 합착시 이를 지지하고, 상하부 기판(20, 10) 사이에 스페이서(34)가 산포되어 상하부 기판(20, 10) 사이의 소정 갭을 유지하도록 한다.

전술한 바와 같이 구성되는 액정 표시 장치는 상기 화소 전극(16)상에 위치한 액정(35)이 상기 박막 트랜지스터(TFT)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정(35)의 배향 정도에 따라 액정(35)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같은 액정 패널은 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상부 기판(20)의 공통 전극(23)이 접지 역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정 셀의 파괴를 방지할 수 있다.

도 3은 종래의 액정 표시 장치의 스페이서가 산포된 상태를 나타낸 평면도이다.

도 3과 같이, 일측의 기판에 씰(미도시)이 인쇄되고, 스페이서(34) 산포된 후, 합착을 진행하게 되면, 스페이서(34)는 고정되지 않은 상태이기 때문에, 상하부 기판의 합착시 스페이서는 제 자리를 잃고 밀리는 현상이 발생한다.

따라서, 스페이서(34)가 고르게 분포되지 않아서 액정의 수율(yield)이 감소하고 화면의 균일도를 악화시키거나 나아가서는 개구율(Aperture Ratio)을 감소시키는 단점이 존재한다.

상기와 같은 종래의 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

액정 표시 장치는 상하부 기판 사이에 일정한 간격(Cell Gap)에 주입된 액정 분자에 전압을 인가하여 구동시키는 전기 광학 소자이다.

따라서, 두 기판을 일정한 간격을 유지시키는 것이 대단히 중요하다. 간격이 일정하지 않으면 그 부분을 통과하는 빛의 투과도가 달라져 결과적으로 불균일한 밝기를 나타내는 균일도 불량을 나타낸다.

이와 같은 문제는 액정 패널의 크기가 점차 대형화 추세로 나감에 따라 그 중요성이 부각되고 있다. 일반적으로 패널이 대형화됨에 따라 일정한 간격을 유지하기 위해서는 패널 측면의 씰(seal)에 스페이서(Spacer)를 넣는 것으로는 충분치 않고, 구동되는 패널 전면에 일정하게 스페이서를 뿌리는 공정이 필요하다.

특히, 이러한 산포식 방법으로 스페이서 형성시, 스페이서가 고르게 산포되지 않아서 기판 간격이 일정하지 않은 영역이 생기게 되며, 그 부분을 통과하는 빛의 투과도가 달라져 결과적으로 불균일한 밝기를 나타내는 균일도 불량을 나타낸다. 균일도 불량은 액정의 수율과도 밀접한 관계가 있다.

균일도가 불량한 경우, 균일도 보정(Uniformity Correction)을 통해서 개선할 수는 있지만, 전체 밝기에서 많은 손해를 보기 때문에 액정 패널의 균일도를 일정하게 하는 것이 중요하다.

또한, 스페이서가 차지하는 영역은 빛을 투과시키지 못하므로 액정의 개구율이 감소한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 반도체 공정인 트렌치 공정을 이용하여 종래의 액정 표시 장치에서 상판과 하판 사이를 지지하며 기판 간격을 유지하고 적당한 액정층의 두께를 유지하기 위해서 필요한 스페이서를 트렌치 형태로 형성함으로써 균일도 및 개구율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 마주보는 상하부 기판과, 하부 기판 상에 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소 전극과, 상기 상부 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스층 및 칼라 필터층과, 상기 블랙 매트릭스층 및 칼라 필터층을 포함한 전면에 형성된 공통 전극과, 상기 상하부 기판 사이에 화소 영역을 제외한 부위에 트렌치형으로 형성된 산화막으로 이루어진 스페이서 및 상기 상하부 기판 사이의 화소 영역에 주입된 액정을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기 스페이서는 박막 트랜지스터에 대응되는 부위에 형성된 것이 바람직하다.

삭제

삭제

상기 스페이서는 상부 기판과의 사이에 접착 물질을 더 구비함이 바람직하다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 액정 표시 장치의 제조 방법은 하부 기판 상에 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 형성하는 단계와, 상기 게이트 라인을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 덮는 소정 영역에 형성된 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층의 소정 영역에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기 드레인 전극과 연결하여 화소 전극을 형성하는 단계와, 상기 화소 전극을 포함한 하부 기판 전면에 산화막으로 이루어진 소정 두께의 스페이서층을 증착하는 단계와, 상기 스페이서층을 선택적으로 제거하여 스페이서를 형성하는 단계와, 상부 기판 상에 반도체층 및 라인 형성 영역에 대응하여 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계와, 상기 화소 전극영역에 대응하여 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 상부 기판 전면에 공통 전극을 형성하는 단계와, 상기 상부 기판의 공통 전극과 상기 하부 기판의 스페이서가 마주보도록 합착하는 단계 및 상하부 기판 사이에 액정을 주입하는 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.

상기 스페이서는 상기 박막 트랜지스터에 대응하는 부위에 남겨지도록 형성하는 것이 바람직하다.

삭제

삭제

상기 스페이서층의 선택적인 제거는 식각 공정을 통해 진행함이 바람직하다.

상기 스페이서는 상부 기판과의 사이에 접착 물질을 더 구비하여 상하부 기판의 합착 공정을 진행함이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 액정 표시 장치의 구조 단면도이다.

도 4와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 일정 공간을 갖고 합착된 하부 기판(100) 및 상부 기판(200)과, 상기 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이에 주입된 액정(300)으로 구성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부 기판(100)은 화소 영역을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(미도시)이 배열되고, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(미도시)이 배열되며, 상기 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 각 화소 영역에는 화소 전극(106)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.

그리고, 상기 상부 기판(200)은 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 차광층(201)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층(202)과, 화상을 구현하기 위한 공통 전극(203)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극(101a)과, 전면에 형성된 게이트 절연막(102)과 상기 게이트 전극(101a) 상측의 게이트 절연막(102) 위에 형성된 반도체층(103) 및 상기 반도체층(103)의 양측에 형성된 n+층(104)과, 상기 n+층(104) 상에 형성된 상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극(105a) 및 드레인 전극(105b)을 구비하여 구성된다. 이어, 상기 박막 트랜지스터 형성 부위를 덮는 보호막(107)을 형성하여 상기 박막 트랜지스터가 안정하게 동작하도록 한다.

또한, 스토리지 전극(101b)은 상기 게이트 라인을 패터닝시 동일층에 상기 게이트 전극(101a)과 소정 간격 이격하여 형성된다.

그리고, 화소 전극(106)은 상기 게이트 절연막(102) 상에 상기 드레인 전극(105b)과 소정 부분 오버랩하여 화소 영역에 형성되어 있다.

상기 화소 전극(106)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속이다.

그리고, 상하부 기판(200, 100)의 배면에는 각각 편광판(204, 108)을 형성하여 빛의 편광성을 이용하여 표시하도록 한다.

또한, 상하부 기판(200, 100)의 가장자리에는 씰재가 형성되어 두 기판의 합착시 이를 지지하고, 상하부 기판(200, 100) 사이에 스페이서(109b)가 화소 영역을 제외한 자리에 형성되어 상하부 기판(200, 100) 사이의 소정 갭을 유지하도록 한다.

이 때, 상기 스페이서(109b)는, 하부 기판(100) 또는 상하 기판(200)의 제조를 완료한 후, 일측의 기판 상에 산화막을 전면 증착하고, 화소 영역을 트렌치 형태로 제거함으로써, 형성된다. 여기서, 산화막의 제거 공정은 소정 에천트를 이용한 식각 공정으로 이루어진다.

이와 같이 산화막으로 이루어진 스페이서(109b)가 형성된 액정 표시 장치는 산화막이 제거된 부분이 액정이 유입되는 영역으로 정의되어, 합착 공정 후, 액정을 주입하게 되면 이 부위에 액정이 배향되게 된다.

이와 같이, 트렌치(trench) 형태의 스페이서(109b)를 사용함으로써, 액정 패널의 균일도를 확보할 수 있으며, 스페이서(109b)의 두께 및 패턴을 정밀하게 제어할 수 있는 공정을 사용함으로 해서 액정 패널의 수율을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 스페이서(109b)의 재료로 절연 및 빛의 투과 방지 특성이 우수한 산화막(Oxide, SiO₂)을 사용함으로, 누설되는 빛에 의한 박막 트랜지스터의 누설 전류를 크게 낮출 수 있는 장점이 있다.

박막 트랜지스터에 누설 전류가 흐를 경우, 트랜지스터의 정확한 온/오프를 제어할 수 없으므로, 액정 패널의 명암비(Contrast Ratio)가 감소하게 된다.

또한, 상기 스페이서가 상하 두 기판을 지지하는 씰 역할도 동시에 수행하기 때문에, 씰 형성 공정을 생략할 수 있으므로, 전체 공정이 간단해진다. 공정이 간단해질수록 제품의 수율이 향상되므로, 이는 중요한 요소이다.

도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 스페이서가 산포된 상태를 나타낸 평면도이다.

도 5와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 스페이서(109b)를 산화막 전면 형성 후, 이를 선택적으로 식각하는 방식으로 형성하기 때문에, 원하는 부위에 규칙적인 패턴을 갖도록 형성되며, 산화막이 제거된 영역을 제외하고는 전 영역에서 고른 표면을 갖게 된다.

따라서, 상하 기판의 합착 불균일이 발생하지 않게 되며, 스페이서 외의 별도로 씰을 형성할 필요가 없게 된다.

이 때, 상기 스페이서는 화소 영역을 제외한 부위 중 박막 트랜지스터 형성 부위에 형성되는 것이 개구율면에서 유리하다.

또한, 도시된 도면과 같이, 하부 기판 상에 산화막을 전면 증착하고 식각하는 방식으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 상부 기판의 하부 기판과 마주보는 최상면(공통 전극 상)에 비 화소 영역에 대응하여 형성할 수도 있다.

이하, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 6a와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 먼저, 하부 기판(100) 상에 게이트 전극(101a) 및 이와 소정 간격 이격한 스토리지 전극(101b)을 포함한 게이트 라인(미도시)을 형성한다.

이어, 상기 게이트 라인을 포함한 전면에 게이트 절연막(102)을 형성한 후, 상기 게이트 전극(101a)을 덮는 소정 영역에 형성된 반도체층(103, 104)을 형성한다.

여기서 상기 반도체층(103, 104)은 먼저 비정질 실리콘층(103), n+층(104), 소오스/드레인 전극층(105a, 105b)을 증착한 후, 상기 게이트 전극(101a)을 덮는 소정 영역에 남도록 이들을 패터닝한 후, 선태적으로, 상기 소오스/드레인 전극층(105a, 105b) 및 n+층(104)을 상기 비정질 실리콘층(103)의 양측에 남도록 패터닝하여 형성한다.

이어, 상기 드레인 전극(105b)과 연결하여 화소 전극(106)을 형성한다.

이어, 상기 게이트 전극(101a), 반도체층(103, 104), 소오스/드레인 전극(105a, 105b)으로 이루어진 박막 트랜지스터 영역 상에 보호막(107)을 형성한다.

이어, 상기 하부 기판(100)의 배면에 제 1 편광판(108)을 형성한다.

도 6b와 같이, 상기 화소 전극(106)을 포함한 하부 기판(100) 전면에 소정 두께로 산화막(109)을 증착한다.

도 6c와 같이, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등의 평탄화 공정을 통해 상기 산화막(109a)을 평탄화한다.

도 6d와 같이, 상기 산화막(109a) 상에 마스크(150)를 형성한 후, 상기 마스크(150)를 이용하여 건식 식각 공정을 진행하여 산화막(109a)의 소정 영역을 제거하여 스페이서(109b)를 형성한다.

이어, 상기 마스크(150)를 제거한다.

여기서 상기 산화막(109a)이 제거된 부분이 화소 영역에 대응되는 부분이며, 액정이 주입되는 영역이다.

그리고, 도 6e와 같이, 상기 하부 기판(100)에 대향하여 상부 기판(200)을 형성한다.

이를 간략히 살펴보면 상부 기판(200) 상에 화소 이외의 영역을 가리는 차광층(201)을 형성하고, 상기 하부 기판(100)의 화소 영역에 각각 대응되어 R, G, B 의 색상을 나타내는 칼라 필터층(202)을 형성한 후, 액정에 전압인가를 위한 투명 전극(ITO) 성분의 공통 전극(203)을 형성한다.

하부 기판(100)과 마찬가지고, 상기 상부 기판(200)의 배면에도 제 2 편광판(204)이 형성된다.

이와 같이, 하부 기판(100)의 박막 트랜지스터가 형성된 부분과 상부 기판(200)의 공통 전극(203)이 형성된 부분이 서로 대향하도록 합착 공정을 진행한 후, 상기 스페이서(109b)가 형성된 부분을 제외한 영역에 액정을 주입하여 액정표시장치의 제조 공정을 완료한다.

상기 스페이서(109b)는 상하부 기판의 비 화소 영역에 형성됨으로써, 개구율 및 투과율의 손실이 없게 되며, 또한, 규칙적으로 형성됨으로써, 두 기판을 지지하는 역할을 특정 부분에 들어감 없이 균일하게 하며, 별도의 씰 형성없이 두 기판을 지지할 수 있다.

이 때, 상기 스페이서는 증착되는 공정이 이루어진 기판에 대향되어 합착 되는 기판 혹은, 스페이서 형성 후 상부면에 접착 물질을 더 첨가하여 합착 공정을 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 특징에 따르면, 액정표시장치의 상판과 하판 사이에 존재하는 스페이서를 정밀한 반도체 공정을 이용한 트렌치 구조로 대체함으로써 정밀한 간격 조정을 가능하게 하여, 화면의 균일도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 특징에 따르면, 제 1 특징에서 언급한 공정을 진행하면서 공정의 추가 및 수율 감소 없이 동시에 씰을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 반도체 공정인 트렌치 공정을 이용하여 종래의 스페이서를 트렌치 형태의 산화물로 대체함으로써, 액정 패널의 우수한 균일도를 확보할 수 있으며, 누설 전류의 영향을 최소화하여 우수한 명암비를 얻을 수 있으며, 나아가 수율을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는다.

둘째, 별도의 씰 공정이 필요없게 함으로써 액정의 수율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 액정 표시 장치의 구조 단면도

도 2는 종래의 액정 표시 장치의 씰 및 스페이서 형성과 합착 공정을 나타내는 도면

도 3은 종래의 액정 표시 장치의 스페이서가 산포된 상태를 나타낸 평면도

도 4는 본 발명의 액정 표시 장치의 구조 단면도

도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 스페이서가 산포된 상태를 나타낸 평면도

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

100 : 하부 기판 101a : 게이트 전극

101b : 스토리지 전극 102 : 게이트 절연막

103 : 반도체층 104 : n+층

105a, 105b : 소오스/드레인 전극 106 : 화소 전극

107 : 보호막 108 : 제 1 편광판

109, 109a : 산화막 109b : 스페이서

200 : 상부 기판 201 : 차광층

202 : 칼라 필터층 203 : 공통 전극

204 : 제 2 편광판

Claims (11)

1. 서로 마주보는 상하부 기판;

   하부 기판 상에 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;

   상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터;

   상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소 전극;

   상기 상부 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스층 및 칼라 필터층;

   상기 블랙 매트릭스층 및 칼라 필터층을 포함한 전면에 형성된 공통 전극;

   상기 상하부 기판 사이에 화소 영역을 제외한 부위에 트렌치형으로 형성된 산화막으로 이루어진 스페이서; 및

   상기 상하부 기판 사이의 화소 영역에 주입된 액정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 스페이서는 상부 기판과의 사이에 접착 물질을 더 구비함을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
6. 하부 기판 상에 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 형성하는 단계;

   상기 게이트 라인을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;

   상기 게이트 전극을 덮는 소정 영역에 형성된 반도체층을 형성하는 단계;

   상기 반도체층의 소정 영역에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계;

   상기 드레인 전극과 연결하여 화소 전극을 형성하는 단계;

   상기 화소 전극을 포함한 하부 기판 전면에 산화막으로 이루어진 소정 두께의 스페이서층을 증착하는 단계;

   상기 스페이서층을 선택적으로 제거하여 스페이서를 형성하는 단계;

   상부 기판 상에 반도체층 및 라인 형성 영역에 대응하여 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계;

   상기 화소 전극영역에 대응하여 칼라 필터층을 형성하는 단계;

   상기 상부 기판 전면에 공통 전극을 형성하는 단계;

   상기 상부 기판의 공통 전극과 상기 하부 기판의 스페이서가 마주보도록 합착하는 단계; 및

   상하부 기판 사이에 액정을 주입하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 6항에 있어서,

   상기 스페이서층을 선택적으로 제거하여 스페이서를 형성하는 단계는 상기 스페이서가 상기 박막트랜지스터에 대응하는 부위에 남겨지도록 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 스페이서층의 선택적인 제거는 건식 식각 공정을 통해 진행함을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
11. 제 6항에 있어서,

    상기 스페이서는 상부 기판과의 사이에 접착 물질을 더 구비하여 상하부 기판의 합착 공정을 진행함을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.