KR100951731B1 - 티에프티-엘씨디 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일 기판에 어레이 공정과 컬러 필터 형성 공정을 동시에 적용하여, 일반적으로 TFT-LCD 제조시 요구되는 하부기판과 상부기판의 합착 마진을 향상시키고, 그리고, 컬러 필터 재료를 게이트 절연막으로 이용함으로써 공정 단순화를 실현한 TFT-LCD 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 TFT-LCD 제조방법은, 기판 상에 게이트 전극 및 게이트 라인으로 이루어진 게이트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 게이트 패턴이 형성된 기판 상에 게이트 절연막의 역할을 겸하는 녹색, 청색 및 적색의 컬러 필터층을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 상부의 컬러 필터층 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계와, 상기 액티브 패턴 및 컬러 필터층 상에 TFT를 구성하는 소스 및 드레인 전극을 포함한 데이터 라인을 형성하는 단계와, 상기 기판 결과물 상에 블랙 수지를 도포하는 단계와, 상기 블랙 수지를 패터닝하여 TFT 및 데이터 라인 상에 배치되어 TFT 보호막 및 차광막으로 역할하는 블랙매트릭스를 형성함과 동시에 소스 전극을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계와, 상기 컬러 필터층의 각 컬러 필터 영역 상에 픽셀 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

티에프티-엘씨디 및 그 제조방법{TFT-LCD and method for manufacturing the same}
도 1은 본 발명에 의한 어레이 공정 완료 후 픽셀 개념도.
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도.
도 3은 도 1의 B-B'선 단면도.
도 4는 도 1의 C-C'선 단면도.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 TFT-LCD 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 게이트 패턴 2 : 데이터 라인
3 : 픽셀 전극 4 : 블랙 매트릭스
5 : 액티브 6a : 소스 전극
6b : 드레인 전극 7 : 비어홀
11 : 유리기판 21 : 컬러 필터층
본 발명은 TFT-LCD 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하부기판과 상부기판의 합착 마진을 향상시킴과 동시에 공정 단순화를 실현한 TFT-LCD 및 그 제조방법에 관한 것이다.
박막트랜지스터-액정표시장치(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display : 이하, TFT-LCD라 칭함)는 CRT(Cathode Ray Tube)에 필적할만한 고화질화, 대형화 및 컬러화 등을 실현하였기 때문에, 최근들어 노트북 PC 및 모니터 시장은 물론 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다.
이러한 TFT-LCD는 개략적으로 TFT 및 픽셀 전극이 형성된 하부기판(=어레이 기판)과 컬러 필터와 공통 전극 및 블랙매트릭스가 형성된 상부기판(=컬러필터 기판)이 액정층의 개재하에 합착되어진 구조를 가지며, 통상적으로 개별 공정을 통해 하부기판과 상부기판을 각각 제조한 후에 상기 기판들간을 합착시키고, 그리고나서, 기판들 사이에 액정을 주입하여 제조한다.
한편, 하부기판과 상부기판간의 합착 공정에 대한 마진(margin)은 패널 개구율 설계에 미치는 영향이 크므로, 이러한 공정 마진의 향상은 화면품위 향상에 크게 기여하게 된다. 따라서, 각기 다른 열공정을 거치게 되는 하부기판과 상부기판의 합착 공정은 세심한 주의를 요하게 된다.
즉, 하부기판은 비정질 TFT의 적용시 300℃ 정도, 그리고, 폴리 TFT의 적용시 400℃ 정도의 열공정을 거치게 되는 반면, 상부기판은 일반적인 안료 분산법 적용시 컬러 수지의 베이크(Bake) 공정이 220℃ 근처에서 행해지게 되므로, 상기 두 기판들간의 합착시에는 유리기판의 수축 팽창 정도차에 대한 합착 공정 마진이 요구된다. 특히, 이러한 합착 공정 마진은 패널 개구율을 결정하게 되는 블랙매트릭스의 설계 폭에 영향을 주게 되는 바, 픽셀 피치가 작은 고정세가 될수록 개구율 향상을 위한 노력이 더욱 요구된다.
결론적으로, 종래의 TFT-LCD 제조방법은 하부기판과 상부기판간의 합착 공정 마진의 확보에 어려움이 있으므로, TFT-LCD의 화면품위 향상에 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하부기판과 상부기판간의 합착 마진을 확보하여 화면품위를 향상시키면서 제조 공정의 단순화를 실현한 TFT-LCD 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TFT-LCD는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 게이트 전극 및 게이트 라인으로 이루어진 게이트 패턴; 상기 게이트 패턴을 포함한 기판 전면 상에 형성되며 이중 노광을 통해 컬러 필터 영역과 TFT 영역 및 보조용량 영역에서의 두께가 서로 다르도록 형성된 녹색, 청색 및 적색의 컬러 필터층; 상기 게이트 전극 상부의 컬러 필터층 상에 형성된 액티브 패턴; 상기 액티브 패턴 상에 TFT를 형성하도록 형성된 소스 및 드레인 전극과 게이트 라인과 수직되게 형성된 데이터 라인; 상기 TFT 및 데이터 라인을 덮도록 형성되어 TFT 보호막 및 차광막으로서 역할하며, 소스 전극 노출시키는 비아홀을 구비한 블랙매트릭스; 및 상기 각 컬러 필터 영역에 형성된 픽셀 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TFT-LCD 제조방법은, 기판 상에 게이트 전극 및 게이트 라인으로 이루어진 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 패턴이 형성된 기판 상에 게이트 절연막의 역할을 겸하는 녹색, 청색 및 적색의 컬러 필터층을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 상부의 컬러 필터층 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계; 상기 액티브 패턴 및 컬러 필터층 상에 TFT를 구성하는 소스 및 드레인 전극을 포함한 데이터 라인을 형성하는 단계; 상기 기판 결과물 상에 블랙 수지를 도포하는 단계; 상기 블랙 수지를 패터닝하여 TFT 및 데이터 라인 상에 배치되어 TFT 보호막 및 차광막으로 역할하는 블랙매트릭스를 형성함과 동시에 소스 전극을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계; 및 상기 컬러 필터층의 각 컬러 필터 영역 상에 픽셀 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 컬러 필터층은 이중 노광에 의해서 컬러 필터 영역에서 보다 TFT 영역 및 게이트 라인 상의 보조용량 영역에서의 두께가 더 작도록 형성한다.
예컨데, 상기 컬러 필터 영역에서의 컬러 필터층 두께는 1∼5㎛로, 그리고, 상기 TFT 영역 및 보조용량 영역에서의 컬러 필터층 두께는 0.5∼3.5㎛로 형성한다.
상기 본 발명의 TFT-LCD 제조방법은, 상기 컬러 필터층을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 액티브 패턴을 형성하는 단계 전, 상기 컬러 필터층 상에 상기 컬러 필터층을 보호하고 절연 특성을 강화시키기 위해 무기물 절연막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 단일 기판에 어레이 공정과 컬러 필터 형성 공정을 동시에 적용하므로 일반적으로 TFT-LCD 제조시 요구되는 하부기판과 상부기판의 합착 마진을 향상시킬 수 있으며, 또한, 컬러 필터 재료를 게이트 절연막으로 이용하는 것을 통해 제조 공정의 단순화를 얻을 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 스위칭 소자인 TFT, 컬러 필터 및 블랙매트릭스를 동일 기판에 형성하며, 또한, 녹색(Green color), 청색(Blue color) 및 적색(Red color)의 컬러 필터용 유기 수지(resin)를 게이트 게이트 절연막으로 이용함에 그 특징이 있다. 이때, 게이트 절연막으로 이용되는 컬러 필터용 유기 수지는 하프-톤(Half-Tone) 노광, 즉, 이중 노광에 의해 영역 별로 상이한 두께를 갖도록 형성되어 스위칭 소자 특성 및 픽셀 보조용량이 확보되도록 한다.
도 1은 본 발명에 의한 어레이 공정 완료 후의 픽셀 개념도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B'선 단면도이고, 도 4는 도 1의 C-C'선 단면도이다.
본 발명은 게이트 전극 및 게이트 라인을 포함한 게이트 패턴(1)의 형성후에 녹색, 청색 및 적색의 컬러 필터층(21)을 형성하되, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그 형성시에는 스위칭 소자 특성 조절을 위해, 그리고, 보조용량 감소를 보상하기 위해, 이중 노광을 적용하여 각각 게이트 전극 상의 두께가 상대적으로 낮도록, 그리고, 픽셀 보조용량 영역에서의 두께가 상대적으로 낮도록 그 두께를 조절한다.
후속 공정으로서 본 발명은 액티브층 및 오믹 콘택층의 형성후에 패터닝을 통해 스위칭 소자(TFT) 형성부에 액티브 패턴(5)을 형성하며, 그런다음, 스위칭 소자인 TFT가 형성되도록 소스(6a) 및 드레인 전극(6b)을 포함한 데이터 라인(2)을 형성한다.
그 다음, 본 발명은 소자 보호막으로서 블랙 수지(Black resin)의 유기막을 형성한다. 이때, 상기 유기막은 소자 보호막으로서 뿐만 아니라 블랙매트릭스(5)로서도 이용하기 위하여, 데이터 라인(2)과 TFT 영역 상에 도포된 부분을 제외한 나머지 부분은 제거하며, 이 과정에서 소스 영역의 홀 패터닝을 동시에 수행한다.
마지막으로, 본 발명은 각 픽셀 영역의 녹색, 청색 및 적색 컬러 필터층(21) 상에 픽셀 전극(3)을 형성한다.
구체적으로, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 본 발명에 따른 TFT-LCD 제조방법을 설명하도록 한다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 비어홀 영역, TFT 영역 및 보조용량 영역을 포함하는 유리기판(11) 상에 게이트 전극 및 게이트 라인을 포함한 게이트 패턴(1)을 형성한다.
그 다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 게이트 패턴(1)을 포함한 유리기판(11)의 전면 상에 녹색, 청색 및 적색의 컬러 필터층(21)을 형성한다. 그런다음, 상기 컬러 필터층(21)에 대한 이중 노광을 진행하고, 이를 통해, TFT 영역 및 보조용량 영역에서의 컬러 필터층(21) 두께를 상대적으로 낮춘다.
이어서, 도 5c에 도시한 바와 같이, 컬러 필터층(21) 상에 액티브층과 오믹콘택층을 차례로 증착한 후, 이를 패터닝하여 TFT 영역의 단차부에 액티브 패턴(5)을 형성한다. 여기서, 상기 액티브층은 a-Si이고, 오믹콘택층은 n+a-Si층이다.
삭제
다음으로, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 액티브 패턴(5)을 포함한 컬러 필터층(21) 상에 소스/드레인용 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝하여 소스 및 드레인 전극(6a, 6b)을 포함한 데이터 라인(2)을 형성하고, 이를 통해, TFT 영역에 스위칭 소자인 TFT를 형성한다.
이어서, 도 5e에 도시한 바와 같이, 소스 전극(6a) 및 드레인 전극(6b)과 데이터 라인(2)을 포함한 컬러 필터층(21) 상에 블랙 수지를 도포한 후, 상기 블랙 수지를 데이터 라인(2) 및 TFT를 가리도록 패터닝하고, 이를 통해, 상기 TFT를 보호하면서 차광 역할을 하는 블랙매트릭스(4)를 형성한다. 이때, 상기 블랙 수지의 패터닝시에는 TFT의 소스 전극(6a)을 노출시키는 비어홀(7)을 함께 형성한다.
그리고나서, 도 5f에 도시한 바와 같이, 블랙매트릭스(4)를 포함한 기판 결과물 상에 ITO 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝하여 픽셀 영역에 해당하는 녹색, 청색 및 적색의 컬러 필터층(21) 부분 상에 픽셀 전극(3)을 형성한다. 이때, 상기 픽셀 전극(21)은 보조용량 영역에서 게이트 패턴(1), 즉, 게이트 라인과 오버랩되도록 형성하여 상기 게이트 라인과 함께 보조용량이 얻어질 수 있도록 형성한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 TFT-LCD 제조방법에 있어서, 컬러 필터층은 이중 노광에 의해 영역 별로 상이한 두께를 갖는 이중 구조로 형성된다.
즉, 컬러 필터층은 빛이 나오는 컬러필터 영역과 게이트 절연막으로 작용하는 영역으로 나누어져 상이한 두께를 갖도록 형성된다.
예컨데, 컬러 필터층의 이중 구조에 있어서, 빛이 나오는 컬러필터 영역에서의 컬러 필터층은 1∼5㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성됨이 바람직하다.
그리고, 게이트 절연막으로 작용하는 영역에서의 컬러 필터층은 이중 노광에 의해 0.5∼3.5㎛ 정도의 두께를 갖도록 하되, TFT의 전기적 특성을 일정하게 유지하면서 녹색, 청색 및 적색 유기 수지의 각 유전율을 고려하여 녹색, 청색 및 적색 픽셀 영역 각각에서 서로 다른 두께를 갖도록 한다.
한편, 상기 컬러 필터층을 이중 노광을 통해 형성한 후, 그 상부에 컬러층 보호 및 게이트 절연막의 특성 강화를 목적으로 SiO2 또는 SiNx과 같은 무기물 절연막을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 상기 TFT 보호 절연막 및 픽셀 전극과의 절연막으로서 블랙 수지를 적용하고, 픽셀 전극 이외의 영역에 블랙 수지를 남김으로써 빛샘 방지막으로 이용할 수 있다.
게다가, 블랙매트릭스의 형성은 컬러 필터층과의 단차가 같게 하여 평탄화를 달성함으로써, 후속 공정인 러빙 공정 등이 용이하도록 해줄 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 단일 기판 상에 TFT와 컬러 필터 및 블랙매트릭스를 형성하기 때문에, 패널 제조시, 하부기판과 상부기판의 합착 마진을 확보할 수 있으며, 그래서, 개구율 향상에 따른 TFT-LCD의 화면품위를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 컬러 필터층을 게이트 절연막으로 이용하기 때문에 제조 공정의 단순화도 얻을 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판 상에 게이트 전극 및 게이트 라인으로 이루어진 게이트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 게이트 패턴이 형성된 기판 상에 게이트 절연막의 역할을 겸하는 녹색, 청색 및 적색의 컬러 필터층을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 상부의 컬러 필터층 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계;
    상기 액티브 패턴 및 컬러 필터층 상에 TFT를 구성하는 소스 및 드레인 전극을 포함한 데이터 라인을 형성하는 단계;
    상기 기판 결과물 상에 블랙 수지를 도포하는 단계;
    상기 블랙 수지를 패터닝하여 TFT 및 데이터 라인 상에 배치되어 TFT 보호막 및 차광막으로 역할하는 블랙매트릭스를 형성함과 동시에 소스 전극을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 컬러 필터층의 각 컬러 필터 영역 상에 픽셀 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TFT-LCD 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 필터층은 이중 노광에 의해서 컬러 필터 영역에서 보다 TFT 영역 및 게이트 라인 상의 보조용량 영역에서의 두께가 더 작도록 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT-LCD 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 컬러 필터 영역에서의 컬러 필터층 두께는 1∼5㎛인 것을 특징으로 하는 TFT-LCD 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 TFT 영역 및 보조용량 영역에서의 컬러 필터층 두께는 0.5∼3.5㎛인 것을 특징으로 하는 TFT-LCD 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 필터층을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 액티브 패턴을 형성하는 단계 전,
    상기 컬러 필터층 상에 상기 컬러 필터층을 보호하고 절연 특성을 강화시키기 위해 무기물 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TFT-LCD 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 게이트 전극 및 게이트 라인으로 이루어진 게이트 패턴;
    상기 게이트 패턴을 포함한 기판 전면 상에 형성되며, 이중 노광을 통해 컬러 필터 영역과 TFT 영역 및 보조용량 영역에서의 두께가 서로 다르도록 형성된 녹색, 청색 및 적색의 컬러 필터층;
    상기 게이트 전극 상부의 컬러 필터층 상에 형성된 액티브 패턴;
    상기 액티브 패턴 상에 TFT를 형성하도록 형성된 소스 및 드레인 전극과 게이트 라인과 수직되게 형성된 데이터 라인;
    상기 TFT 및 데이터 라인을 덮도록 형성되어 TFT 보호막 및 차광막으로서 역할하며, 소스 전극 노출시키는 비아홀을 구비한 블랙매트릭스; 및
    상기 각 컬러 필터 영역에 형성된 픽셀 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 TFT-LCD.
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