KR100962498B1 - 액정표시패널의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제조 단가를 절감할 수 있는 블랙 매트릭스를 갖는 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 빛샘방지 및 외부광 흡수를 위한 블랙 매트릭스를 갖는 액정표시패널에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 절연층 및 금속층 순으로 적층된 구조를 가지며, 절연층의 두께가 400~600Å인 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시패널 및 그 제조방법{Apparatus Method of Fabricating Liquid Crystal Display Panel}
도 1은 종래 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 종래의 액정표시패널의 상판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시된 액정표시패널의 상판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 6a 내지 도 6f는 도 5에 도시된 액정표시패널의 상판의 제조 방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
21,121,221:상부기판 22,122,222:블랙 매트릭스
24,124,224:공통전극 25,125,225:하부기판
26,126,226:컬러필터 28,30,128,130:배향막
본 발명은 액정표시패널에 관한 것으로, 특히 제조 단가를 절감할 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법과 이에 적용된 블랙 매트릭스 제조장치에 관한 것이다.
통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정표시패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시장치는 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 액정표시패널과, 액정표시패널을 구동하기 위한 구동회로들을 포함하게 된다.
도 1은 종래의 액정표시패널을 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 액정표시패널은 상부기판(21) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(22), 컬러필터(26), 평탄화층(27), 공통전극(24), 상부 배향막(28)으로 구성되는 상판과, 하부기판(25) 상에 형성된 TFT와, 화소전극(29) 및 하부 배향막(30)으로 구성되는 하판과, 상판 및 하판 사이의 내부공간에 주입되는 액정(도시되지 않음)을 구비한다.
상판에 있어서, 블랙 매트릭스(22)는 하판의 TFT 영역과 도시하지 않은 게이 트라인들 및 데이터라인들 영역에 대응되어 상부기판(21) 상에 형성되며, 컬러필터(26)가 형성될 셀영역을 마련한다. 블랙 매트릭스(22)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다. 컬러필터(26)는 블랙 매트릭스(22)에 의해 분리된 셀영역 및 블랙 매트릭스(22)에 걸쳐 형성된다. 이 컬러필터(26)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 평탄화층(27)은 컬러필터를 덮도록 형성되어 상부기판을 평탄화한다. 공통전극(24)에는 액정구동시 기준이 되기 위한 공통전압이 공급된다. 스페이서(도시하지 않음)는 상판과 하판 사이의 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
하판에 있어서, TFT는 게이트라인(도시하지 않음)과 함께 하부기판(25)위에 형성되는 게이트전극(16)과, 이 게이트전극(16)과 게이트 절연막(139)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(136)과, 반도체층(136)을 사이에 두고 데이터라인(도시하지 않음)과 함께 형성되는 소스/드레인전극(138,140)을 구비한다. 이러한 TFT는 게이트라인으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인으로부터 화소신호를 화소전극(29)에 공급한다.
화소전극(29)은 광투과율이 높은 투명전도성 물질로 보호막(208)을 사이에 두고 TFT의 드레인 전극(140)과 접촉된다. 액정배향을 위한 상/하부 배향막(28,30)은 폴리이미드 등과 같은 배향물질을 도포한 후 러빙공정을 수행함으로써 형성된다.
도 2a 내지 도 2f는 종래 액정표시패널의 상판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 상부기판(21)에 불투명 금속 또는 불투명 수지 등의 불투명 물질이 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 유기물질이 패터닝됨으로써 도 2a에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스(22)가 형성된다. 불투명 금속으로는 일반적으로 크롬(Cr)이 이용되고, 불투명 수지로는 유기물질이 이용된다.
블랙 매트릭스(22)가 형성된 상부기판(21) 상에 적색수지(R)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 적색수지(R)가 패터닝됨으로써 도 2b에 도시된 바와 같이 적색 컬러필터(3R)가 형성된다.
적색 컬러필터(3R)가 형성된 상부기판상(21)에 녹색수지(G)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 녹색수지(G)가 패터닝됨으로써 도 2c에 도시된 바와 같이 녹색컬러필터(3G)가 형성된다. 녹색 컬러필터(3G)가 형성된 상부기판(21)상에 청색수지(B)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 청색수지(B)가 패터닝됨으로써 도 2d에 도시된 바와 같이 청색 컬러필터(3B)가 형성된다.
적, 녹, 청색 컬러필터(26)가 형성된 상부기판(21)상에 유기물질이 전면 증착됨으로써 도 2e에 도시된 바와 같이 평탄화층(27)이 형성한다
평탄화층(27)이 형성된 상부기판(21)상에 투명도전성 물질이 전면증착된 후 패터닝됨으로써 도 2f에 도시된 바와 같이 공통전극(24)이 형성된다.
이와 같이 종래의 액정표시패널은 블랙 매트릭스물질로 크롬(Cr)이 이용되고 있으나, 크롬(Cr)은 환경 유해물질로 점차 사용이 규제되고 있는 실정이다. 이로 인하여, 불투명 수지를 이용하여 블랙 매트릭스를 형성하고 있으나, 그 불투명 수 지는 유기막으로 제조단가가 높고 수율이 나쁜 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 환경친화적이고 제조 단가를 절감할 수 있는 블랙 매트릭스를 갖는 액정표시패널 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 액정표시패널은 빛샘방지 및 외부광 흡수를 위한 블랙 매트릭스를 갖는 액정표시패널에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 절연층 및 금속층 순으로 적층된 구조를 가지며, 절연층의 두께가 400~600Å인 것을 특징으로 한다.
상기 절연층은 질화실리콘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연층의 두께는 400~600Å인 것을 특징으로 한다.
상기 금속층은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속층의 두께는 1000~3000Å인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시패널의 제조방법은 블랙 매트릭스를 포함하는 액정표시패널의 제조방법에 있어서, 절연층 및 금속층 순으로 적층한 후 패터닝하여 상기 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하며, 절연층의 두께는 400~600Å인 것을 특징으로 한다.
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상기 절연층은 질화실리콘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속층은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시패널의 제조방법은 블랙 매트릭스를 포함하는 액정표시패널의 제조방법에 있어서, 기판 상에 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 컬러필터의 일부를 레이저 빔으로 연소시켜 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러필터를 형성하는 단계는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙 매트릭스를 형성하는 단계는 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터의 경계부에 레이저빔이 조사되고 연소되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙 매트릭스를 형성하는 단계는 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터의 경계부를 상기 레이저빔이 이동하면서 조사되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시패널의 블랙 매트릭스의 제조장치는 컬러필터가 형성된 기판 상에 블랙 매트릭스가 형성될 영역이 노출되게 정렬된 마스크와; 레이저 빔을 생성하는 레이저빔 발생기와; 상기 마스크를 통해 노출된 컬러필터의 일부를 순차적으로 조사하도록 상기 레이저빔의 경로를 조절하는 레이저빔 경로 조절부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시패널을 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시된 액정표시패널은 상부기판(121) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(122), 컬러필터(126), 공통전극(124), 상부 배향막(128)으로 구성되는 상판과, 하부기판(125) 상에 형성된 TFT와, 화소전극(129) 및 하부 배향막(130)으로 구성되는 하판과, 상판 및 하판 사이의 내부공간에 주입되는 액정(도시되지 않음)을 구비한다.
상판에 있어서, 블랙 매트릭스(122)는 하판의 TFT 영역과 도시하지 않은 게이트라인들 및 데이터라인들 영역에 대응되어 상부기판(121) 상에 형성되며, 컬러필터(126)가 형성될 셀영역을 마련한다. 이러한, 블랙 매트릭스(122)는 절연층(120) 및 금속층(121)의 2중층으로 구성되어 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다. 즉, 백라이트(도시하지 않음)에서 출사된 광은 하판을 통과하여 블랙 매트릭스(122)의 절연층(120)에서 일부는 반사되고 일부는 투과하게 된다. 절연층(120)을 일부 투과한 광은 금속층(121)에서 다 시 일부는 반사하게 되고 일부는 흡수된다. 여기서 절연층(120)은 상쇄간섭을 일으킬수 있는 두께 예를 들어, 400~600Å 정도로 형성됨으로써 절연층(120)에서 반사되는 광과 금속층(121)에서 반사되는 일부광이 서로 상쇄된다.
컬러필터(126)는 블랙 매트릭스(122)에 의해 분리된 셀영역 및 블랙 매트릭스(122)에 형성된다. 이 컬러필터(126)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 평탄화층(127)은 컬러필터(126)를 덮도록 형성되어 상부기판(121)을 평탄화한다. 공통전극(24)에는 액정구동시 기준이 되는 공통전압이 공급된다. 스페이서(도시하지 않음)는 상부기판(121)과 하부기판(125)사이의 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
하판에 있어서, TFT는 게이트라인(도시하지 않음)과 함께 하부기판(125)위에 형성되는 게이트전극(116)과, 이 게이트전극(116)과 게이트 절연막(239)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(236)과, 반도체층(236)을 사이에 두고 데이터라인(도시하지 않음)과 함께 형성되는 소스/드레인전극(238,240)을 구비한다. 이러한 TFT는 게이트라인으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인으로부터 화소신호를 화소전극(129)에 공급한다.
화소전극(129)은 광투과율이 높은 투명전도성 물질로 보호막(208)을 사이에 두고 TFT의 드레인 전극(240)과 접촉된다. 액정배향을 위한 상/하부 배향막(128,130)은 폴리이미드 등과 같은 배향물질을 도포한 후 러빙공정을 수행함으로써 형성된다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시된 액정표시패널의 상판의 제조방법을 단계 적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 상부기판(121)에 불투명 금속물질과 무기절연물질이 순차적으로 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 무기 절연물질과 불투명 금속물질이 패터닝됨으로써 도 4a에 도시된 바와 같이 절연층(120) 및 금속층(121)의 이중층으로 구성된 블랙 매트릭스(122)가 형성된다. 여기서, 절연층(120)의 두께는 400~600Å 정도이고, 금속층(121)의 두께는 1000~3000Å 정도이다. 무기 절연물질로는 질화실리콘(SiNx)이 이용되고, 불투명 금속으로는 몰리브덴(Mo) 등이 이용된다.
블랙 매트릭스(122)가 형성된 상부기판(121) 상에 적색수지(R)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 적색수지(R)가 패터닝됨으로써 도 4b에 도시된 바와 같이 적색 컬러필터(103R)가 형성된다.
적색 컬러필터(103R)가 형성된 상부기판상(121)에 녹색수지(G)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 녹색수지(G)가 패터닝됨으로써 도 4c에 도시된 바와 같이 녹색 컬러필터(103G)가 형성된다. 녹색 컬러필터(103G)가 형성된 상부기판(121)상에 청색수지(B)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 청색수지(B)가 패터닝됨으로써 도 4d에 도시된 바와 같이 청색 컬러필터(103B)가 형성된다.
적, 녹, 청색 컬러필터(126)가 형성된 상부기판(121)상에 유기물질이 전면 증착됨으로써 도 4e에 도시된 바와 같이 평탄화층(127)이 형성한다
평탄화층(127)이 형성된 상부기판(121)상에 투명도전성 물질이 전면증착된 후 패터닝됨으로써 도 4f에 도시된 바와 같이 공통전극(124)이 형성된다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시패널은 블랙 매트릭스(122)가 절연층(120) 및 금속층(121)의 이중층으로 형성됨으로써 크롬 및 유기물질을 대체할 수 있다. 이로써, 환경친화적임가 아울러 제조단가를 절감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시패널을 나타내는 단면도이다.
도 5에 도시된 액정표시패널은 상부기판(221) 상에 형성된 블랙 매트릭스(222) 및 컬러필터(226)와, 블랙 매트릭스(222) 및 컬러필터(226) 위에 형성된, 공통전극(224), 상부 배향막(228)으로 구성되는 상판과, 하부기판(225) 상에 형성된 TFT와, 화소전극(229) 및 하부 배향막(230)으로 구성되는 하판과, 상판 및 하판 사이의 내부공간에 주입되는 액정(도시되지 않음)을 구비한다.
상판에 있어서, 블랙 매트릭스(222)는 하판의 TFT 영역과 도시하지 않은 게이트라인들 및 데이터라인들 영역에 대응되어 상부기판(221) 상에 형성되며, 컬러필터(226)가 형성될 셀영역을 마련한다. 이 블랙 매트릭스(222)는 컬러필터(226)의 경계부가 레이저빔(55)에 의해 연소되어 검은 색을 띄게 함으로써 형성된다. 여기서, 블랙 매트릭스(222)는 컬러필터(226)와 동일높이로 형성된다. 이러한, 블랙 매트릭스(222)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다.
컬러필터(226)는 블랙 매트릭스(222)에 의해 분리된 셀영역에 형성된다. 이 컬러필터(226)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 공통전극(224)에는 액정의 움직임을 제어하기 위한 공통전압이 공급된다. 스페이서(도시하지 않음)는 상판과 하판사이의 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
하판에 있어서, TFT는 게이트라인(도시하지 않음)과 함께 하부기판(225)위에 형성되는 게이트전극(216)과, 이 게이트전극(216)과 게이트 절연막(339)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(336)과, 반도체층(336)을 사이에 두고 데이터라인(도시하지 않음)과 함께 형성되는 소스/드레인전극(338,340)을 구비한다. 이러한 TFT는 게이트라인으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인으로부터 화소신호를 화소전극(229)에 공급한다.
화소전극(229)은 광투과율이 높은 투명전도성 물질로 보호막(308)을 사이에 두고 TFT의 드레인 전극(340)과 접촉된다. 액정배향을 위한 상/하부 배향막(228,230)은 폴리이미드 등과 같은 배향물질을 도포한 후 러빙공정을 수행함으로써 형성된다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시된 액정표시패널의 상판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 상부기판(221) 상에 적색수지(R)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 적색수지(R)가 패터닝됨으로써 도 6a에 도시된 바와 같이 적색 컬러필터(203R)가 형성된다.
적색 컬러필터(203R)가 형성된 상부기판상(221)에 녹색수지(G)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 녹색수지(G)가 패터닝됨으로써 도 6b에 도시된 바와 같이 녹색컬러필터(203G)가 형성된다. 녹색 컬러필터(203G)가 형성된 상부기판(221)상에 청색수지(B)가 증착된 후 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 청색수지(B)가 패터닝됨으로써 도 6c에 도시된 바와 같이 청색 컬러필터(203B)가 형성된다.
적, 녹, 청색 컬러필터(226)가 형성된 상부기판(221)상에 블랙 매트릭스(222)가 형성될 영역에 레이저 생성장치 및 마스크(72)를 이용하여 블랙 매트릭스(222)가 형성된다. 여기서, 미러(57)와 포커스 랜즈(59)는 레이저 빔 경로를 결정한다.
레이저 생성장치는 레이저빔(55)을 생성하는 레이저 생성부(31)와, 레이저 생성부(31)에서 생성된 레이저빔(55)의 경로를 조절하는 미러(57)와, 입사된 레이저빔(55)을 집속하여 집속된 레이저빔(55)을 기판에 조사하는 포커스렌즈(59)를 구비한다.
구체적으로, 컬러필터(226)가 형성된 상부기판(221) 상에 투과부(P1) 및 차단부(P2)를 갖는 마스크(72)와, 마스크(72)의 투과부(P1)를 통해 레이저 빔(55)이 조사 되도록 레이저 생성장치가 각각 정렬된다. 이 후, 도 6d에 도시된 바와 같이 레이저 생성부(31)로부터 생성된 레이저빔(55)은 미러(31)에 의해 반사되고 포커스렌즈(59)에 의해 집속되어 마스크(72)의 투과부(P1)를 경유하여 적, 녹, 청색 컬러필터의 경계부분에 이동하면서 순차적으로 조사된다. 이로써, 적, 녹, 청색 컬러필터의 경계부분을 포함하는 소정영역이 레이저빔(55)에 의해 연소됨으로써 검은색을 띠게 된다. 이러한 레이저빔(55)의 조사를 다수번 반복함으로써 도 6e에 도시된 바와 같이 소정폭을 갖는 블랙 매트릭스(222)가 형성된다. 블랙 매트릭스의 선폭은 예를 들어 18~22㎛ 정도이다.
블랙 매트릭스(222) 및 컬러필터(226)가 형성된 상부기판(221) 상에 투명도 전성 물질이 전면증착된 후 패터닝됨으로써 도 6f에 도시된 바와 같이 공통전극(224)이 형성된다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시패널의 적,녹, 청색 컬러필터의 경계부가 레이저빔(55)에 의해 조사됨으로써 블랙 매트릭스(222)가 형성된다. 이로써 별도의 블랙 매트릭스(222)의 재료가 필요하지 않게됨과 아울러 평탄화층이 필요없게 된다. 이로써 액정표시패널의 제조단가를 절감할 수 있다.
제1 및 제2 실시예에서 서술한 블랙 매트릭스 형성방식은 TN(Twisted Nematic)모드의 액정표시패널 뿐만 아니라 IPS(In plan Switch) 모드의 액정표시패널, 나아가 ECB(Electrical Controlled Birefringence), VA(Vertical Alignment) 모드의 액정표시패널에도 용이하게 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널 및 그 제조방법은 블랙 매트릭스를 절연층 및 금속층의 이중층으로 형성되거나 컬러필터들 간의 경계부를 연소시켜 형성하게 된다. 이에 따라, 크롬 및 유기물질을 대체할 수 있게 됨으로써 환경에 친화적임과 아울러 제조 단가를 절감할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (17)

  1. 빛샘방지 및 외부광 흡수를 위한 블랙 매트릭스를 갖는 액정표시패널에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 절연층 및 금속층 순으로 적층된 구조를 가지며,
    상기 절연층의 두께가 400~600Å인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은 질화실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층의 두께는 1000~3000Å인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 블랙 매트릭스를 포함하는 액정표시패널의 제조방법에 있어서,
    절연층 및 금속층 순으로 적층한 후 패터닝하여 상기 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 절연층의 두께는 400~600Å인 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연층은 질화실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속층은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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