KR100514025B1

KR100514025B1 - 컬러필터구조 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100514025B1
Application number: KR10-1999-7006354A
Authority: KR
Inventors: 홀름버그스코트에이치; 쥬샨
Original assignee: 하이닉스 세미컨덕터 아메리카 인코포레이티드
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 2005-09-13
Also published as: EP1025461A1; DE69817597T2; CN1117998C; JP2001511261A; EP1025461A4; WO1998030932A1; DE69817597D1; KR20000070129A; CN1250529A; JP4364309B2; AU5959898A; US5954559A; EP1025461B1

Abstract

컬러필터구조에 결합되는 디스플레이장치의 결함을 감소시키기 위한 개량된 평탄한 컬러필터구조는 활성매트릭스 디스플레이를 포함한다.

컬러필터기판은 그 위에 형성된 두꺼운 폴리아미드 흑색매트릭스와 흑색매트릭스상에 형성된 투명한 폴리아미드층을 갖고 있다.

투명한 층은 흑색매트릭스를 통해 노출되고, 흑색매트릭스상의 노출되지 않은 부분을 제거하기 위해 현상된다.

얻어진 표면은 남은 층이 실질적으로 평탄한 컬러필터구조를 형성하기가 용이하게 실질적으로 평탄하다.

Description

컬러필터구조 및 그 제조방법 {COLOR FILTER STRUCTURE AND METHOD OF MAKING}

본 발명은 개량된 컬러필터구조와 컬러필터구조의 제조방법, 및 컬러필터구조에 결합된 디스플레이에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 실제적으로 컬러필터구조를 평면화하며 성능을 강화하고, 제조된 장치의 수율(yield)을 증대시킬수 있는 컬러필터구조의 제조방법에 관한 것이다.

근년에 박막트랜지스터(thin film transistor)(TFT)와 그러한 박막트랜지스터에 결합된 장치, 메모리어레이(memory array)나 모든 형태의 집적회로와 기계적스위치나 릴레이의 대체품으로서 박막트랜지스터의 관심이 높아지고 있다.

여기서, 예를들면, 리드릴레이(reed relay)는 약화될 수 있고, MOS 스위치는 지나친 누설전류를 보인다.

박막트랜지스터의 이용의 전형적인 예는, 액정을 채용한 필드방출, 플라즈마, 일렉트로크로믹(electrochromic), 일렉트로루미네선스(electroluminescense), 종래의 CRT의 대체품과 같은 평판패널디스플레이이다.

평판패널디스플레이는 CRT에 비해 경량과 작은 부피와 실제적으로 저전력소모를 보장한다.

또한, 그들의 동작의 모드의 결과로 CRT는 거의 항상 어떤 일그러짐이 발생한다.

CRT는 인피복스크린상에 전자비임을 투사하므로서 기능한다.

이 비임은 비임의 강도에 비례하는 강도로 발광하도록 초점을 맞춘곳에 반점을 발생시킨다.

디스플레이는 다른 강도로 발광하도록 스크린상에 다른 반점을 발생시키는 일정하게 이동하는 비임에 의해 만들어졌다.

전자비임은 정지한 전원으로부터 스크린의 가장자리로부터 중앙으로 상당 거리를 이동하기 때문에 전자비임은 반점의 크기나 형상을 변경하면서(즉, 일그러지면서) 다른 각도로 스크린상의 각종 지점에 충돌한다.

평판패널 디스플레이는 CRT전자비임이 스크린상의 인에 충돌하는 것으로 한정된 것과는 반대로 각 화소(pixel)가 포토리소그래피로 기판상에 패턴화되어 있기 때문에 그러한 일그러짐에는 근본적으로 자유롭다.

평판패널 디스플레이의 제조에 있어서는 일반적으로 유리와 같은 기판상에 포토리소그래피로 회로소자는 적층되고 패턴화되었다.

소자는 제어선열과 컬럼(column)간의 제어소자와 화소콘택와 함께 회로제어선의 열과 컬럼의 수직의 매트릭스(matrix)를 갖는 장치를 조립하는 단계에서 적층되고 에칭된다.

화소콘택는 매질(medium)을 갖고 매질제어소자를 넘어서 임계전압이 인가된때 물질은 발광하거나 둘러싼 광의 전송을 변조한다.

매질은 액정이고, 아연황화물이나, 예를들면 네온이나 아르곤, 이색염료와 같은 가스플라즈마, 다른 적당한 재료 또는 냉광을 발하는 장치 또는 전압의 인가에 응답하여 광학특성을 변경시키는 일렉트로 루미네선스 또는 일렉트로 크로믹 재료이다.

광은 생성되고, 또는 거기에 인가된 적당한 전압에 응답해서 매질에는 다른 광학적 변화가 발생한다.

광학적으로 활성인 각 콘택상의 매질은 일반적으로 화상소자 또는 "화소" 로 정의된다.

평판패널디스플레이를 위한 회로는 일반적으로 각 소정의 전압에 대해 데이터가 모든 컬럼선으로 이동하도록 설계되어 있다.

한열은 그 열의 모든 트랜지스터를 ON으로 하도록 작동한다(그때에 한열은 기록된다).

그 열은 OFF로 되고 다음열의 데이터는 모든 컬럼선으로 이동되고, 그러면 제2의 열(I)은 작동하고 기록된다.

이 공정은 모든 열이 어드레스(adress)될 때까지 반복된다.

모든 열은 일반적으로 한 프레임 시간에 통상적으로 약 1/60 초 또는 약 16.7ms 에 기록된다.

데이터를 표시하는 전압은 선택된 화소를 발광시키거나 그 열이 기록된 광학적 특성을 변경시키기 위해 특별한 컬럼으로 선택적으로 공급한다.

화소는 대전압 또는 대전류 및 전압 또는 전류의 긴펄스를 인가시키므로서 강도를 변경시킬수가 있다.

네마틱(nematic)활성재료와 액정디스플레이(LCD)를 사용하므로서 디스플레이는 실제적으로 작동하지 않을때는 투명하고, 작동하면 또는 반대로 극성화방향에 따라 광흡수로 된다.

이렇게 해서 디스플레이를 넘어서 열(列)과 열로 축차적으로 화소를 작동시키므로서 디스플레이상에 화상이 생성된다.

앞서의 CRT와 관련해서 기술한 지역적 일그러짐은 각 화소의 위치가 사진인쇄식으로 결정되고 고정되었기 때문에 평판패널 디스플레이에서는 그 요인이 될 수 없다.

활성매트릭스디스플레이를 위한 구조의 제조방법의 종래기술에 관련해서 발생하는 하나의 주요 문제(즉, 박막트랜지스터를 각 화소에 채용하는)는 일반적으로 그들 집적회로와 유사한 생산 수율 문제로 고민하는 것이다.

즉, 생산된 장치의 수율은 일반적으로 100%가 아니고, 수율(불량이 없은 장치의 백분율)은 최악의 경우 0%일 수도 있다.

고품질디스플레이는 대단히 적은 불량트랜지스터나 다른 부품을 허용할 것이다.

또한, 보다 큰 크기의 디스플레이는 일반적으로 작은 크기의 디스플레이보다 바람직하다.

그러므로 제조자는 큰 크기 및/또는 고도의 해결 디스플레이를 제조하기 위한 선택의 궁지에 직면하게 되고, 만일 몇개 이상의 트랜지스터나 몇개 이상의 화소가 불량이면 전체 제품을 포기하려고 한다.

다시 말하면 제조자는 사용 가능한 제품의 수율의 감소의 결과로 단위당 제조비용의 근본적인 증가로 고민하게 된다.

천연색디스플레이를 제조하는 때에 어떤형의 디스플레이의 제조시에 직면하는 하나의 문제는 대개는 표준디스플레이형으로 되는 것이고, 모두가 아니면 고품질디스플레이로 되는 것이다.

컬러필터구조가 흑색매트릭스로 디스플레이 후면에 형성된다.

만일, 흑색매트릭스가 대단히 얇지 않으면 흑색매트릭스상의 필터매질의 단계 적용범위는 컬러필터구조의 표면에 불균일을 발생시킨다.

후면을 불균일한 컬러필터구조 물질에 대해 함께 배치하면 그 사이를 이용한 공간은 불량디스플레이를 발생시키고, 또는 디스플레이는 시간이 가면 못쓰게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 컬러필터구조에 결합될 수 있는 활성매트릭스 디스플레이를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 2는 도 1의 디스플레이의 트랜지스터와 저장캐퍼시터의 일실시예의 단면도.

도 3은 도 2의 트랜지스터의 실시예의 제2단면도.

도 4는 완성된 디스플레이의 부분개략도.

도 5 및 도 6은 종래기술의 컬러필터구조를 나타내는 도면.

도 7a, 7b, 7c는 본 발명의 평면컬러필터구조의 실시예를 나타내는 도면.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 : AMLCD, 12,14,16,18 : 외부단축바

22,24,26,28 : 내부단축바, 32 : 기판

34 : 열선, 36 : 컬럼선

40 : 구동콘택패드, 42 : 화소

44 : 매트릭스 교차점, 46 : TFT

52 : 게이트, 60 : 절연층

본 발명은, 예를들면 활성매트릭스 디스플레이와 같은 컬러필터구조에 결합된 장치의 불량을 감소시키는 개량된 컬러필터구조의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

컬러필터기판 상부에 두꺼운 폴리아미드 흑색매트릭스를 형성하고, 그 흑색매트릭스 상부에 형성된 투명 폴리아미드층을 형성한다.

그 투명 폴리아미드층은 흑색매트릭스를 통해서 노출되고, 이를 현상하여 흑색매트릭스를 통하여 노출되지 않은 부분을 제거한다.

결과적으로 얻은 표면은 실제적으로 평탄화되고, 실제적으로 평탄한 컬러필터구조를 형성하기 위한 잔여층의 형성을 용이하게 한다.

본 발명의 컬러필터구조는 어떠한 형의 컬러디스플레이에도 이용할 수 있으나, 여기서 설명하는 것은 박막트랜지스터(TFT)로 형성된 활성매트릭스 액정디스플레이(active matrix liquid crystal display)(AMLCD)에 이용하는 것에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래 발명의 AMLCD의 개략적인 표시가 계류중인 출원서 U.S.S.N. 08/497,371로 "개량된 박막트랜지스터의 제조방법, 및 박막트랜지스터에 결합된 매트릭스 디스플레이"라는 제목으로 1995년 7월 31자로 출원되어 있고, 참조로 여기에 인용되어 있다.

종래의 TFT는 일반적으로 참조번호 10으로 표시되어 있다.

AMLCD(10)은 보다 상세히 기술되어 있는 함께 계류중인 출원서 U.S.S.N. 08/497,372에 "활성매트릭스ESD보호와 시험계획"이라는 제목으로 임의의 외부단축바(12),(14),(16),및 (18)를 포함해서 도시되어 있고, 1995년 7월 31일자로 출원되어 있고, 여기에 참조로 인용되어 있다.

외부단축바(12),(14),(16),(18)는 구획선(20)에 따라 그들을 끊음으로써 공정중에는 제거되는 것이 인용된 출원서에는 보다 상세히 기록되어 있다.

AMLCD(10)은 내부단축바(22),(24),(26),(28)를 포함해서 또한 표시되어 있다.

내부단축바(22),(24),(26),(28)은 역시 공정중에 사용되고 인용된 출원서에는 보다 상세히 기록되어 있다.

그러나, 내부단축바(22),(24),(26),(28)은 단지 레이저에 의해 선(30)을 따라 AMLCD(10)으로부터 전자적으로 접속 해제되어 있고, 그러나, AMLCD(10)의 물리적부분은 남아 있다.

AMLCD(10)는 기판(32)상에 적층되어 있고, 일반적으로 유리패널로 형성되고, 상술한 바와 같이 구획선(20)에 따라 분리된다.

기판(32)은 또한, 비광선 전달 가능한 응용의 절연피복의 금속패널을 포함하는 다른형의 절연재료로 형성할수가 있다.

AMLCD(10)는 복수의 열선(34)과 복수의 컬럼선(36)으로 큰매트릭스를 형성하면서 형성되어 있고, 다만 적은 부분만이 표시되어 있다.

열선(34)은 각 선(34)에 접속된 하나의 복수의 구동콘택패드(38)를 포함하고, 컬럼선(36)은 각 선(36)에 접속된 하나의 복수의 구동콘택패드(40)를 포함한다.

AMLCD(10)는 열선(34)과 컬럼선(36)간에 형성된 복수의 동일한 화소를 포함하고 있다. 그러므로 다만 한 화소(42)에 대해서만 상세히 설명한다.

열선(34)와 컬럼선(36)이 교차하는 각 매트릭스 교차점(44)에는 양 선을 화소콘택부(48)에 접속하기 위해 TFT(46)가 형성되어 있다.

적어도 콘택부(48)상에 활성액정매질이 형성되고, 매질은 뒤면과 화소(42)에 인가된 데이터전압에 응답해서 특성을 변경한다.

화소(42)상의 매질은 AMLCD(10)의 전체매트릭스에서 일반적으로 4각형이나 점으로 나타난다.

트랜지스터(46)와 콘택부(48)의 실제의 크기는 치수로 표시되지 않고, 다만 개략적으로 표시하기 위한 것이다.

AMLCD(10)의 외부치수나 채용할수 있는 열선(34)과 컬럼선(36)의 수의 이론적 한계는 없다는 것을 주목하기 바란다.

처리장치는 외부치수의 실제의 한계를 제공하고, 그 한계는 장치의 개량에 의해 끊임없이 변화한다.

AMLCD(10)의 제조에 직면하는 문제는 그 AMLCD(10)가 불량한 TFT를 포함하거나 또는 다른 회로소자가 몇개의 화소가 작용하지 않게 된다면 디스플레이는 일반적으로 버리지 않으면 안된다.

불량화소를 가리는 한 기술은 화소(42)를 인접하는 열(R1)의 화소(42)에 결합하고 추가적인 트랜지스터(49)를 채용하는 것이다.

그러면 열(R1)에 기록된 데이터는 앞서의 화소(42)에 만이 아니고 트랜지스터(46)를 통해서 화소(42)에도 인가된다.

열(r)은 그러면 화소(42)를 위한 기록된 데이터는 트랜지스터(46)를 통해서 앞서의 화소로부터 데이터가 기록된다.

그러나, 만일 트랜지스터(46)가 불량이면 화소(42)는 작용하지 않기 때문에 보여주지 않고, 앞서의 열(R1)로부터 데이터를 유지할 것이다.

이것은 화소(42)가 정확히 작동하지 않는다는 사실을 주지시킨다.

도 4를 참조하면 화소(42)는 각 프레임내에서 화소(42)에 기록된 전압을 유지하고 안정시키기 위한 열(R1)에 결합된 저장캐패시터(50)를 포함할 수 있다.

TFT(46)과 AMLCD(10)은 활성화소의 수율을 강화하기 위해 형성된다.

TFT(46)를 도 2 및 도 3을 참조해서 설명한다.

TFT(46)은 열선(34)으로서 게이트(52)와 함께 첫째로 적층되어 형성된다.

완성된 TFT(46)를 도 2 및 도 3에 나타내고 있고, 각종 공정단계는 인용된 계류 명세서에 잘 나타나 있다.

또한, 각종층의 두께는 결정적인 것이 아니고, 바람직한 두께와 재료가 TFT(46)과 AMLCD(10)의 바람직한 실시예를 이룩하기 위해 기술되어 있다.

게이트(52)는 바람직하게는 두개의 금속층으로 형성되고, 첫 번째층의 알루미늄층, 바람직하게는 알루미늄/구리 합금을 적층하고 패터닝하여 선소자(54)를 형성한다.

과다한 열선(34)을 형성하기 위해 알루미늄소자(54)상에 탄탈의 제2게이트층이 적층되고, 소자(54)를 피복하는 선소자(56)를 형성하기 위해 패턴화된다.

소자(56)는 각각의 TFT(46)를 위해 실제의 게이트를 형성하는 돌기(58)를 갖고 있다.

선소자(54)는 바람직하게는 알루미늄이나 알루미늄합금으로 형성된다.

그 높은 도전율때문에 긴선에는 알루미늄이 사용되고, 그러나, 작은 디스플레이에는 중요하지 않고 필요하면 작은 디스플레이에서는 삭감할수가 있다.

도전율을 부여하기 위해 알루미늄은 약 1200Å적층시키고 그러나, 소자(54)상의 스텝 커버리지(step coverage)를 방지하기에 충분히 얇다.

탄탈소자(56)와 기타 양극내화재금속은 바람직하게는 과잉으로 약 2000Å으로 분리해서 적층된다.

TFT(46)의 게이트를 형성하는 돌기(58)는 알루미늄층을 필요로 하지 않고, 특히 탄탈로만 형성된다.

제1게이트 절연층(60)은 노출된 탄탈소자(56)를 양극처리하므로서 형성되고, 산화탄탈(Ta₂O₂)로부터 절연층(60)을 형성하기 위해 강하게 양극처리되어 있다.

강한 양극처리는 탈이온수중에 0.1내지 4.0%의 구연산용액을 사용하므로서 수행될 수 있다.

대단히 정밀하고 균일한 산화층(60)을 볼트당 약 15Å 또는 약 900Å의 두께를 형성할수 있으므로 약 60V의 전압이 사용된다.

패드(38)와 패드(40)는 패드의 양극처리를 방지하기 위해 포토레지스트로 피복되고, 또는 양극처리하고 후에 에칭해도 된다.

또한, 제1게이트 절연체(60)는 적층된 유전체층으로 형성할수 있다.

제2의 과다한 게이트 절연체(62)는 바람직하게는 두께 약 3000Å의 질화실리콘(Si₃N₄)으로 적층시킨다.

비결정질의 실리콘층(64)와 N⁺ 도프한 비결정질실리콘층의 두개의 추가적인 층을 순차적으로 적층한다.

질화층(62)상의 게이트부(58)에 분리된 영역을 남기기 위해 N⁺층(66)과 비결정질실리콘층(64)은 선택적으로 에칭된다.

비결정질실리콘층(64)은 약 1500Å의 두께로 적층시키고, N⁺층(66)은 약 300Å의 두께로 적층시킨다.

남은 N⁺층을 패턴화한 후 옴콘택부(68)를 형성한다.

가능한 단락을 방지하기 위해 특히 드레인과 소스금속이 게이트금속에 가로눕는 점에서 다음의 금속층을 적층시키기전에 재 양극처리를 실행할 수 있다.

재 양극처리는 일반적으로 소스와 게이트선간에 존재하는 적어도 최대전압의 2배의 전압으로 실시된다.

재 양극처리는 게이트금속에 노출된 핀홀을 통해 게이트선에 후에 적층된 금속의 단락을 방지하기 위해 탄탈이나 아래놓인 알루미늄층에 산화층을 형성한다.

소스-드레인(S-D)층(72)이 적층되고, 바람직하게는 큰 디스플레이에는 복수의 금속층이 형성된다.

작은 디스플레이에는 층(72)은 알루미늄이나 몰리브덴과 같은 단일금속층이다.

바람직한 큰 장치의 다중층(72)은 두께 500Å의 몰리브덴의 제1차폐층을 적층시키므로서 형성된다.

알루미늄 또는 알루미늄합금의 제2도전율강화층이 약 5000Å의 두께로 적층된다.

몰리브덴 또는 몰리브덴합금의 제3차폐층이 약 300Å의 두께로 적층된다.

또한, 첫째의 두 층만이 적층이 필요하다.

S-D층(72)은 소스부(74), 드레인부(76), 및 정상캐패시터콘택부(78)를 형성하기 위해 패턴화된다.

S-D금속부(74),(76)간에 남는 콘택부(68)간의 N⁺도프층을 제거하므로서 트랜지스터채널영역(80)이 소스와 드레인부(74),(76)간에 형성된다.

이 시점에서 트랜지스터(46)는 전기적으로 기능한다.

저장캐패시터(50)는 이제 전기적으로 기능하고, 콘택부(78)와 질화층(62), 산화층(60) 및 게이트(52)의 하부층에 의하여 형성된다.

양 트랜지스터(46)와 캐패시터(50)는 필요하면 전기적으로 시험가능하다.

제1패시베이션층(82)이 적층되고, 바람직하게는 두께 약 7000Å의 Si₃N₄ 로 형성된다.

유전체층은 또한, 적층된 SiO₂ 나 스핀온그래스(SOG)또는 다른 유기 유전체재료로 형성할 수가 있다.

층(82)은 드레인접촉개방구(84)와 캐패시터접촉개방구(86)를 형성하기 위해 패턴화된다.

과다한 컬럼선이 형성되면, 컬럼선(36)에 접촉을 부여하기 위해 바이어스(88)(도3)가 형성된다.

개방구(84)에서 드레인접촉과, 개방구(86)에서 캐패시터접촉과, 바이어스(88)를 통해 접촉하므로서 과다컬럼선과 화소(48)를 형성하기 위해 화소ITO층(90)은 적층되고 패턴화된다.

화소(48)는 치수로 나타내지 않고, 양 트랜지스터(46)와 캐패시터구조(50)을 포함시키기 위해 그 부분은 반대로 되어 있고 상호 엇갈리게 배치되어 있다.

그 부분은 컬럼ITO와 화소ITO(48)(도 1참조)간의 전기적인 분리를 충분히 나타내고 있지 않다.

추가적인 트랜지스터(49)(도 1참조)는 표시되지 않았으나 트랜지스터구조(46)와 같은 방법으로 형성되어 있다.

TFT구조는 최종패시베이션층(92)을 형성하므로서 완성된다.

패시베이션층(92)은 층(82)과 같은 방법으로 두께 약 2000-3000Å으로 형성되어 있다.

층(92)은 컬러필터기판상에 형성될 수 있고, 또는 그 양쪽에 형성될 수 있다.

소스선(74)은 드레인(76)에 서로 맞물려있다.

드레인(76)은 바람직하게는 적어도 하나의 돌기를 갖고 있고, 소스선(74)은 바람직하게는 한쌍의 돌기를 포함한다.

돌기에 인접하는 소스선(74)을 통해서 틈새나 개방구는 에칭된다.

서로 맞물려 있는 것은 몇가지 이익을 부여한다.

첫째 채널폭을 최대로 할수 있고, 드레인에서 게이트용량을 최소화할 수 있다.

전기적 테스트 동안 쇼트가 생긴 돌기를 끊음으로써 소스돌기의 하나에서 생긴 쇼트(short)를 제거할 수 있는 장점을 제공한다.

단축돌기의 양측 틈새를 통해서 절단하므로서 단축돌기는 효과적으로 제거된다.

또한, 설명한 서로 맞물리는 실시예에 의해 드레인에서 게이트용량을 최소화할수 있고, 추가적인 돌기를 형성하므로서 높은 구동전류가 얻어지고, 예를들면 드레인은 한쌍의 돌기를 소스는 세개의 한쪽돌기를 포함할 수 있다.

도 4는 완성된 AMLCD(10)의 부분을 나타내고 저장캐패시터(50)를 사용하는 이유를 설명하고 있다.

캐패시터(50)는 화소열, 여기서는 열3이 어드레스 되지 않은 때 프레임기간 동안 화소(42)에 있어서의 액정재료에 걸친 전압을 안정화시킨다.

프레임은 일반적으로 초의 1/60째 또는 16.7ms의 프레임기간 동안 주어진 화소열은 단 한번만 어드레스 된다.

480열 AMLCD(10)에 대해서는 주어진 열은 프레임기간의 1/480 또는 34.7㎲ 만 어드레스 된다.

프레임기간 동안 화소열이 어드레스 되지 않으면 TFT는 OFF로 된다.

그러나, 화소전압은 액정재료에 일정하게 유지된다.

액정재료는 용량(C_LC)와 제한저항(R_LC)을 갖는다.

트랜지스터(46)는 구동부와 소스 및/또는 액정재료 저항(R_LC)간에 누설을 가질수 있다.

액정재료를 거친 전압강하를 최소화하기 위해 용량(C_S)의 저장캐패시터(50)는 (C_LC)와 병렬로 형성되어 있다.

열 3으로부터 트랜지스터(46)에 의해 구동되는 화소(42)는 캐패시터(50)에 의해 앞서의 열 2에 결합된다.

이것은 열 2가 열 3의 바로 앞에 구동되는 것을 가정한다.

트랜지스터(46)의 주어진 열이 ON이 되면 총용량은 C_LC+C_S 와 동등하기 때문에 트랜지스터(46)는 C_LC와 C_S를 대전한다.

트랜지스터(46)와 액정재료의 누설전류는 높은 동작온도에서 보다 높다.

액정재료는 TFT기판(32)과 컬러필터 또는 단색 후면(94)간에 수용되어 있다.

도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 후면(94)은 기판(32)으로부터 스페이서에 의해 분리되어 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이 후면(94)은 컬러필터구조와 컬러필터구조를 거쳐서 ITO층(96)을 포함한다.

종래의 컬러필터구조(100)를 도 5에 나타내고 있다.

후면(94)은 유리기판을 포함한다.

흑색매트릭스(104)가 기판(102)상에 형성되어 있다.

AMLCD(10)은 일반적으로 화살표(106)로 나타내는 바와 같이 유리기판(102)을 통해서 보여진다.

하나의 흑색매트릭스재료로 사용된 것은 크롬과 같은 금속이다.

얇은 층(104)상에 800-1000Å정도로 적층되고 패터닝할 수 있기 때문에, 랩톱 AMLCD와 같은 저급 디스플레이는 금속 흑색매트릭스로 충분하다.

컬러필터에서는 녹색필터(108), 청색필터(110), 적색필터(112)가 흑색매트릭스(104)상에 형성된다.

흑색매트릭스(104)가 얇기 때문에 컬러필터구조(100)는 대단히 평탄하다.

패시베이션층(114)은 컬러필터(108),(110)및 (112)의 정상에 형성된다.

패시베이션층(114)은 컬러필터(108),(110),및 (112)상에 연장될 수 있고 이것은 컬러필터의 단계밖 뿐만 아니라 컬러필터(108),(110),(112)간에 형성된 틈새(116)를 채우는데도 도움이 된다.

패시베이션층(114)은 연장되거나 적층시키거나 또는 종래의 방법인 옵셋인쇄로 본질적으로 투명재료로 형성된다.

패시베이션층(114)은 예를들면 산화물, 질화물, 유리 또는 아크릴로 형성할수가 있다.

패시베이션층(114)은 두께 약 1000Å로 그 정상에 적층된 ITO층(118)을 갖는다.

ITO층(118)을 전체 AMLCD매트릭스 상부에 적층하고 패터닝하여 기판(32)과 후면(94) 사이에 포함된 LCD재료(미도시)와 함께 기판(32)과 후면(94) 틈을 메울 수 있다.

기판(32)과 후면(94)은 기판(32)과 후면(94)간에 압축된 복수의 프라스틱 구면 스페이서(120)에 의해 분리되어 있다.

구면 스페이서(120)는 필요에 따라 투명하거나 또는 흑색 피복된다.

컬러필터구조(100)에는 몇가지 문제와 전위 문제가 있다.

흑색매트릭스(104)에 사용되는 그롬과 같은 금속은 높은 반사율을 갖는다.

고해상도 AMLCD에서는 반사율은 1% 또는 그 이하이다.

각 컬러필터(108),(110)및 (112)는 분리해서 형성된다.

예를들면 녹색컬러필터(108)가 처음에 형성된다.

염색된 폴리아미드와 같은 컬러필터재료는 늘어내리고, 굽고, 포토레지스트를 적층시키고, 노출 및 현상 또는 포토레지스트를 에칭한다.

이 공정이 완료되면 녹색필터(108)는 AMLCD의 1/3 이상에 형성된다.

청색필터(110)과 적색필터(112)는 녹색필터(108)와 같은 방법으로 분리해서 형성된다.

만일 흑색매트릭스(104)상에 두개의 컬러필터가 겹치면 두색상의 합계인 큰 반점이 보인다.

만일 흑색매트릭스(104)의 가장자리가 좌측노출이면 광은 컬러필터에 의해 감쇄되지 않기 때문에 디스플레이는 유실될 것이다.

반사율을 감소시키기 위해 다른 흑색매트릭스재료를 사용할수가 있지만 도 6에 나타내는 다른 컬러필터구조(160)로 나타내는 바와 같이 그 재료는 보다 두꺼운 두께로 적층시키고 또한 형성되지 않으면 안된다.

흑색매트릭스재료는 아크릴과 같은 폴리아미드재료인 안료나 염료일수 있다.

표 1은 사용할 수 있는 몇 가지 다른 흑색매트릭스 재료에 대한 광 반사율 데이터를 나타낸다[이 데이터는 입사각 30°로 편광기 없이 기판(94)을 통하여 얻어진다].

[표 1]

흑색아크릴 0.64%

흑색금속 0.81%∼2.0%

종래의 흑색금속 5.2%

일견 흑색금속은 아크릴피복의 낮은 반사율에 접근하는 것을 나타낸다.

그러나, 금속은 거울같은 반사를 부여한다.

이것은 편광상태가 변하지 않는 것을 의미한다.

아크릴재료는 그러나 방산반사를 갖고 있다.

이것은 광의 편광을 없앤 것을 의미한다.

광의 편광이 없어지면 AMLCD로부터 반사광이 출현하기 때문에 다시또 전면편광기를 통한 50%의 손실이 있다.

표 2에서는 편광기의 손실을 고려하여 반사율 데이터를 나타낸다.

[표 2]

흑색아크릴 0.32%

흑색금속 0.81%∼2.0%

종래의 흑색금속 5.2%

흑색아크릴 흑색매트릭스재료는 대단히 고가이며, 갤론당 $1500이상이다.

만일 이 재료를 기판(102)상에 도포하면 90%는 낭비된다.

그러므로 흑색아크릴 흑색매트릭스재료를 기판(102)상에 오프셋 인쇄하는 것이 바람직하고, 이것은 실질적으로 모든 낭비된 재료를 제거한다.

금속흑색매트릭스의 이점은 그것이 대단히 얇기 때문이다.

또한, 이것의 단점은 높은 반사율이고, 이것은 기판(102) 상에 스퍼터링되거나 기화되고, 포토리소그래피로 제조되어야 한다.

흑색아크릴 흑색매트릭스재료는 적층되지만, 그러나, 이것은 대단히 작은 흡수율을 갖기 때문에 1.2미크론 정도의 보다 두꺼운 층으로 적층시켜야만 한다.

흑색아크릴은 노출시켜 현상하여 흑색매트릭스(132)를 형성한다.

흑색매트릭스(132)는 베이크되어 컬러필터층과 함께 현상되지 않도록 한다.

녹색, 청색, 적색컬러필터(108),(110)및 (112)는 분리되어 형성되고, 같은 방법으로 컬러필터구조(130)를 형성한다.

흑색매트릭스(132)가 매우 두껍기 때문에, 결과적으로 얻어지는 컬러필터(108),(110)및 (112)는 두꺼운 흑색매트릭스(132)에 의해 발생된 스텝 커버리지(step coverage) 때문에 매우 평탄하지 못하다.

패시베이션층(114)과 ITO층(118)이 다시 형성된다.

이상적으로는 앞서 기술한 바와 같이, 층(114),(118)과 함께 컬러필터(108),(110) 및 (112)는 평활하고 실질적으로 평탄하다.

그러나, 흑색매트릭스(132)의 증가된 두께로 이것은 명백히 그 결과가 아니다.

기판(32)이 기판(102)에 적용되고 밀봉되면, 구면 스페이서(120)는 균일한 간격이 되지 않는다.

도 6에 나타내는 바와 같이 좌측의 구면 스페이서(120)는 피크 또는 높은지점(134)에 있고, 우측의 구면 스페이서(120)는 골짜기 또는 낮은지점(136)에 위치한다.

높은 지점(134)에 있는 구면 스페이서(120)는 낮은 지점(136)에 있는 구면 스페이서(120)보다 더 짖눌려지기 때문에 몇가지 문제를 발생시킨다.

즉, 낮은지점(136)의 구면 스페이서(120)는 전혀 짖눌려지거나 고정되지 않아 수직으로 또는 측면으로 이동할수 있고, AMLCD의 저하나 실패를 일으킬수 있다.

흑색매트릭스(104),(132)는 낮은 지점에서 매트릭스 영역의 25%일수 있고 높은 지점에서 매트릭스영역의 약 50%가 될 수 있다.

그러므로 불균일한 층에 의해 잠재적으로 발생할수 있는 문제를 피하기 위해 컬러필터구조를 평탄하게 하는 것이 바람직하다.

도 7a를 참조하면, 본 발명의 컬러필터구조의 구면 스페이서(140)를 나타내고 있다.

또한, 아크릴흑색매트릭스가 1.2미크론의 두께로 형성된다.

그러나, 다음층은 흑색매트릭스(132)재료나 컬러필터재료와 동등하거나 유사한 형의 투명한 폴리아미드재료층(142)이 형성되어 있다.

층(142)은 종래와 같이 정상으로부터가 아니고 화살표(144)로 나타내는 바와 같이 기판(102)을 통해서 노출되어 있다.

층(142)을 기판(102)을 통해 노출시키므로서 흑색매트릭스(132)는 자기배열마스크로서 동작한다.

층(142)의 노출되지 않은 부분, 흑색매트릭스(132)의 각 과도한 부분은 도 7b에 나타내는 바와 같이 현상제거된다.

얻어진 투명층(142)을 도 7b에 나타내고 있다.

층(142)은 실질적으로 평탄한 표면(146)을 형성하면서 흑색매트릭스(132)를 평탄화한다.

이것은 컬러필터(108),(110) 및 (112)와 층(114),(118)를 도 7c에 나타내는 바와 같이 흑색매트릭스(132)와 투명층(142)에 의해 형성된 평탄한 표면(146)상에 실질적으로 평탄한 표면층으로서 적용된다.

층(142)는 바람직하게는 흑색매트릭스(132)의 두께보다 약간 크거나 대략 동등한 두께로 선정된다.

구면 스페이서(120)는 충분히 압축되어 동등하게 완성된 AMLCD(150)를 형성한다.

본 발명의 컬러필터구조(140)는 물론 설명하기 위한 목적으로 표시된 AMLCD(150)에 한정되지 않고, 어떠한 형의 컬러매트릭스에도 이용할 수가 있다.

상기한 기술의 범위내에서 본 발명은 각종 변형이나 변경이 가능하다.

첨부된 청구항의 범위내에서 본 발명은 특히 기술하지 않는한 실시되는 것을 이해해야 한다.

본 발명에 의하면, 활성매트릭스 디스플레이와 같은 컬러필터구조에 결합된 장치의 불량을 감소시키는 개량된 컬러필터구조의 제조방법이 제공된다.

컬러필터기판 상부에 두꺼운 폴리아미드 흑색매트릭스를 형성하고, 그 흑색매트릭스 상부에 투명 폴리아미드층을 형성한다.

그 투명 폴리아미드층은 흑색매트릭스를 통해서 노출되고, 이를 현상하여 흑색매트릭스를 통해서 노출되지 않은 부분을 제거한다.

결과적으로 얻은 표면은 실제적으로 평탄하고, 실제적으로 평탄한 컬러필터구조를 형성하기 위한 잔여층의 형성을 용이하게 한다.

Claims

제 1 투명 기판 상부에 두꺼운 폴리아미드 흑색매트릭스를 형성하는 단계;

상기 폴리아미드 흑색매트릭스 상부에 폴리아미드 흑색매트릭스와 동일한 두께의 투명 폴리아미드층을 형성하는 단계;

상기 제 1 투명 기판을 통해 상기 투명 폴리아미드층을 노출하는 단계; 및

상기 투명 폴리아미드층을 현상하여 상기 폴리아미드 흑색 매트릭스 상부의 상기 투명 폴리아미드층 부분을 제거하여 평탄한 표면을 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터구조의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 평탄한 표면 상부에 한 세트의 컬러필터를 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터구조의 제조방법.
제 2항에 있어서,

상기 한 세트의 컬러필터 상부에 패시베이션층을 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터구조의 제조방법.
제 3항에 있어서,

상기 패시베이션층 상부에 ITO층을 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터구조의 제조방법.
제 4항에 있어서,

상기 ITO층 상부에 구형 스페이서를 추가하고, 상기 ITO층과 제 2 기판간에 액정물질을 추가하여 디스플레이 장치를 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터구조의 제조방법.
제 5항에 있어서,

활성 매트릭스 액정 디스플레이 장치를 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터구조의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 폴리아미드 흑색매트릭스의 두께보다 크게 상기 투명 폴리아미드층을 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터구조의 제조방법.