KR101023292B1 - 액정표시장치 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TFT/칼라 필터 일체형 기판을 제조할 때, 필름형 보호막을 사용하고, 잉크젯 방식에 따라 칼라 필터와 화소 전극을 형성함으로써 제조 공정을 단순화시킨 액정표시장치 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 기판 상에 제 1 마스크 공정을 진행하여 게이트 버스 라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 버스 라인이 형성된 기판 상에 게이트 절연막, 채널층을 형성하는 반도체층, 오믹 콘택층을 순차적으로 도포하고, 계속해서 TFT의 전극을 형성할 금속막을 증착한 다음, 제 2 마스크 공정을 이용하여 TFT와 데이터 버스 라인을 동시에 형성하는 단계; 상기 TFT와 데이터 버스 라인이 형성된 기판 상에 보호 필름을 형성하는 단계; 상기 보호 필름이 형성된 기판 상의 화소 영역 이외의 부분을 노광시키고, 상기 화소 영역 부분의 상기 보호 필름을 제거하는 단계; 상기 보호 필름이 제거된 영역에 순차적으로 칼라 잉크를 떨어뜨려 칼라 필터층을 형성하는 단계; 및 상기 기판에 형성된 칼라 필터층 상에 투명 물질을 떨어뜨려 화소 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

LCD, 칼라필터, 잉크젯, ITO, BM

Description

액정표시장치 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LCD}

도 1a 내지 도 1g는 종래 기술에 따른 TFT/칼라 필터 일체형 액정표시장치 기판 제조 공정을 도시한 도면.

도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 TFT/칼라 필터 일체형 액정표시장치 기판 제조 공정을 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 기판 101: 게이트 전극

103: 게이트 절연막 105: 채널층

106: 오믹 콘택층 107: 데이터 버스 라인

109a, 109b: 소오스/드레인 전극 111: 보호 필름

120: 칼라 필터층 130: 화소 전극

본 발명은 액정표시장치 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 TFT/칼라 필터 일체형 기판을 제조할 때, 잉크젯 방식에 따라 칼라 필터와 화소 전극을 형성함으로써 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 액정표시장치 제조방법에 관한 것이 다.

일반적으로 현대사회가 정보 사회화로 변해 감에 따라 정보표시장치의 하나인 액정표시장치 모듈의 중요성이 점차로 증가되어 가고 있다. 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 CRT(Cathode Ray Tube)는 성능이나 가격적인 측면에서 많은 장점을 갖고 있지만, 소형화 또는 휴대성 측면에서 많은 단점을 갖고 있다.

반면에 액정표시장치는 가격 측면에서 다소 비싸지만 소형화, 경량화, 박형화, 저 전력 및 소비화 등의 장점을 갖고 있어, CRT의 단점을 극복할 수 있는 대체수단으로 주목되고 있다.

상기 액정표시장치는 박막 트랜지스터가 배열된 어레이 기판과, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 칼라 필터층이 형성된 칼라 필터 기판이 액정을 사이에 두고 합착된 구조를 하고 있다.

특히, 어레이 기판의 구조는 투명한 유리 기판 상에 구동신호를 인가하는 게이트 버스 라인과 그래픽 신호를 인가하는 데이터 버스 라인이 수직으로 교차 배열되어 단위 화소 영역을 한정하고, 각각의 단위 화소 영역 상에는 스위칭 동작을 하는 TFT와 ITO 화소 전극이 배치되어 있다.

그리고, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 가장자리 영역 상에는 신호인가를 위하여 패드 영역이 형성되어 있는데, 패드 영역은 PCB 기판에서 발생하는 구동신호와 그래픽 신호들이 매트릭스 형태로 형성된 화소 영역에 인가된다.

상기 어레이 기판과 칼라 필터는 일정한 마스크 공정을 따라 금속 막과 절연막을 패터닝 하면서 식각하여 제조하는데, 상기 어레이 기판의 제조 공정은 다음과 같다.

먼저, 투명한 유리 기판 상에 금속막을 증착하고, 식각하여 게이트 버스 라인과 게이트 전극을 형성하는 제 1 마스크 공정, 계속해서 게이트 절연막, 비정질 실리콘막, 도핑된 비정질 실리콘막을 도포하여 채널층을 형성하는 제 2 마스크 공정, 상기 채널층이 형성되어 있는 기판 상에 소오스/드레인 금속막을 증착한 다음, 식각하여 소오스/드레인 전극과 데이터 버스 라인을 형성하는 제 3 마스크 공정, 소자 보호를 위하여 보호막을 도포한 다음 콘택홀을 형성하는 제 4 마스크 공정, 상기 보호막이 형성된 기판 상에 ITO 투명 금속막을 증착하고 식각하여 화소전극을 형성하는 5마스크 공정으로 제조된다.

상기의 어레이 기판 제조 공정과 유사한 방식으로 투명한 유리 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하고, 각각의 엑티브 영역 상에 R, G, B 칼라 필터들을 순차적으로 형성하여 칼라 필터 기판을 제조하고, 상기 어레이 기판과 합착하여 액정표시장치를 제조한다.

최근에는 액정표시장치의 어레이 기판과 칼라 필터 기판을 하나의 유리 기판 상에 일체로 제작하여 마스크 공정을 저감하는 기술이 개발되어 지고 있다.

도 1a 내지 도 1g는 종래 기술에 따른 TFT/칼라 필터 일체형 액정표시장치 기판 제조 공정을 도시한 도면이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 투명한 유리 기판(10) 상에 게이트 금속을 기판의 전 영역에 스퍼터링(sputtering) 방식에 의하여 증착하고, 상기 게이트 금속 막 상에 감광성 물질인 포토레지스트(photoresistor)을 도포한 다음, 노광 및 현상하 여 게이트 전극(1)과 게이트 버스 라인을 형성한다.

그런 다음 상기 게이트 전극(1)과 게이트 버스 라인이 형성되어 있는 기판 상에 게이트 절연막(3)을 도포한다.

그리고 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극과 게이트 버스 라인이 형성된 기판 상에 게이트 절연막을 도포하면, 계속해서 비정질 실리콘막, 도핑된 비정질 실리콘막과 금속막을 연속적으로 증착한 다음, 포토레지스트를 도포하고 하프톤 마스크(회절 노광)를 이용하여 소오스/드레인 전극(9a, 9b)과 채널층(5) 및 데이터 버스 라인(7)을 동시에 형성한다.

이때, 5마스크 공정과 달리 상기 데이터 버스 라인(7) 하부에는 비정질 실리콘막과 도핑된 비정질 실리콘막이 존재하게 된다.

도면에는 도시하였지만 설명하지 않은 도면 부호 6은 오믹 콘택층이다.

상기 소오스/드레인 전극(9a, 9b)이 형성되어 TFT가 완성되면 도 1c에 도시한 것처럼, 기판(10)의 전 영역 상에 보호막(11)을 도포하고 계속해서 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(11)이 도포된 기판 상에 R, G, B 칼라 레진을 공지된 안료 분사 방식에 따라 순차적으로 형성하여 칼라 필터층(Color Filter layer: 17a, 17b, 17c)을 형성한다.

이때, 상기 TFT의 드레인 전극(9b) 상에 보호막(11)을 뚫는 콘택홀 공정을 위하여 TFT 영역에 형성되는 칼라 필터층의 일부를 식각하고, 또한 데이터 버스 라인(7)과 TFT의 채널층(5) 영역에 블랙 매트릭스(Black Matix:15)를 형성하기 위하여 컬러 필터층을 식각한다.

상기와 같이 R, G, B 칼라 필터층(17a, 17b, 17c)을 형성한 후에는 TFT 채널층(6)과 데이터 버스 라인(7) 상에 수지 재질을 도포한 다음, 이를 식각하여 블랙 매트릭스(15)를 완성한다.

상기 블랙 매트릭스(15)의 위치는 상기 TFT의 소오스 전극(9a)과 드레인 전극(9b) 사이와 상기 데이터 버스 라인(7), 게이트 버스 라인(도시되지않음)과 오버랩되는 부분에 형성된다.

상기에서와 같이 기판(10) 상에 블랙 매트릭스(15)가 완성되면, 도 1e에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(15)가 형성되어 있는 기판(10) 상에 유기막(20)을 도포하는데, 상기 유기막(20)은 일반적으로 액정표시장치의 오버코트(overcoat) 재료인 포토 아크릴(photo acryl) 물질을 사용하여 기판의 전 영역 상에 도포한다.

그런 다음, 도 1f에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 유기막(20)이 도포되면, 상기 TFT의 드레인 영역을 뚫어 화소 전극(30)과 전기적으로 콘택시키기 위해 건식 식각 공정에 의하여 콘택홀을 형성한다.

상기와 같이 콘택홀이 형성되면, 도 1g에 도시된 바와 같이 콘택홀이 형성되면, 기판(10)의 전 영역 상에 ITO 금속막을 증착하고, 이를 식각하여 화소 전극(30)을 완성한다.

그러나, 상기와 같은 공정에 따라 TFT/칼라 필터 일체형 기판을 형성하면 하나의 기판 상에 너무 많은 마스크 공정이 진행되어 제조 단가가 비싸며, 각각의 공정에 의하여 이물질 발생과 치수 불량이 발생할 가능성이 높아 생산 수율이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 안료 분사법에 의하여 칼라 필터층을 형성하므로 TFT 소자의 보호를 위하여 기판의 전 영역에 보호막을 반드시 사용하여야 하기 때문에 제조 공정을 줄이기 힘든 문제가 있다.

아울러 하나의 기판 상에 다양한 금속막, 절연막, R, G, B 칼라 레진, 포토 아크릴 및 각각의 공정에 따른 노광 및 현상 작업에 의하여 기판에 불순물 농도가 매우 높게 나타나 불량률이 높은 단점이 있다.

본 발명은, TFT/칼라 필터 일체형 기판을 제조할 때, 필름형 보호막을 도포하고, 잉크젯 방식에 따라 칼라 필터와 화소 전극을 형성함으로써 마스크 공정을 줄일 수 있는 액정표시장치 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법은,

기판 상에 제 1 마스크 공정을 진행하여 게이트 버스 라인을 형성하는 단계;

상기 게이트 버스 라인이 형성된 기판 상에 게이트 절연막, 채널층을 형성하는 반도체층, 오믹 콘택층을 순차적으로 도포하고, 계속해서 TFT의 전극을 형성할 금속막을 증착한 다음, 제 2 마스크 공정을 이용하여 TFT와 데이터 버스 라인을 동시에 형성하는 단계;

상기 TFT와 데이터 버스 라인이 형성된 기판 상에 보호 필름을 형성하는 단계;

상기 보호 필름이 형성된 기판 상의 화소 영역 이외의 부분을 노광시키고, 상기 화소 영역 부분의 상기 보호 필름을 제거하는 단계;

상기 보호 필름이 제거된 영역에 순차적으로 칼라 잉크를 떨어뜨려 칼라 필터층을 형성하는 단계; 및

상기 기판에 형성된 칼라 필터층 상에 투명 물질을 떨어뜨려 화소 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 보호 필름은 열전사 필름으로 불투명한 필름 또는 투명한 필름이고, 상기 보호 필름의 제거는 레이저의 조사에 의하여 노광 시킨 다음, 제거시키며, 상기 기판 상에서 보호 필름이 제거되는 영역은 TFT의 드레인 전극이 노출되는 가장자리 부분부터 화소 영역까지인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 보호 필름이 제거된 화소 영역 상에 칼라 필터층을 형성하는 방식은 잉크젯 프린터 헤더에 칼라 필터 잉크를 넣고, 상기 화소 영역 상에 떨어뜨리는 방식이며, 상기 칼라 필터층은 게이트 절연막으로부터 노출된 TFT의 드레인 전극 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 칼라 필터층 상에 형성되는 화소 전극을 형성하는 방식은 잉크젯 프린터 헤더에 도전성 투명 물질을 넣고 잉크 형태로 떨어뜨려 형성하고, 상기 도전성 투명 물질은 도전성 폴리머 또는 PEDOT 재질의 물질이며, 상기 화소 전극의 두께는 50㎚~2㎛이며, 상기 보호 필름이 불투명한 경우에는 칼라 필터 기판의 블랙 매트릭스 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, TFT/칼라 필터 일체형 기판을 제조할 때, 필름형 보호막을 부착하고, 레이저 조사로 필름을 제거하며 ,잉크젯 방식에 따라 칼라 필터와 화 소 전극을 형성함으로써 제조 공정을 단순화시키면서 제작비용을 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 TFT/칼라 필터 일체형 액정표시장치 기판 제조 공정을 도시한 도면이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 투명한 유리 기판(100) 상에 게이트 금속막을 기판의 전 영역에 스퍼터링 방식에 의하여 증착하고, 상기 게이트 금속 막 상에 감광성 물질인 포토레지스트를 도포한 다음, 노광 및 현상하여 게이트 전극(101)과 게이트 버스 라인을 형성한다.

그런 다음 상기 게이트 전극(101)과 게이트 버스 라인이 형성되어 있는 기판(10) 상에 게이트 절연막(103)을 도포한다.

그런 다음 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(101)과 게이트 버스 라인이 형성된 기판(100) 상에 게이트 절연막(103)을 도포하고 계속해서 비정질 실리콘막, 도핑된 비정질 실리콘막과 금속막을 연속적으로 도포한 다음, 4마스크 공정에서 사용되는 하프톤 마스크 또는 회절 노광 방식에 의하여 TFT의 소오스/드레인 전극(109a, 109b)을 형성하고, 동시에 TFT의 채널층(105)과 오믹 콘택층(106) 및 데이터 버스 라인(107)을 형성한다.

상기에서와 같이 2 마스크 공정에 따라 TFT를 완성하면, 도 2c에 도시한 것과 같이, 상기 TFT가 완성된 기판의 전 영역 상에 보호 필름(111)을 형성한다.

상기 보호 필름(111)은 열전사 필름으로서 불투명하거나 투명한 필름을 사용 할 수 있지만, 추가적으로 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 마스크 공정을 제거하기 위해서는 불투명한 재질의 보호 필름(111)을 사용한다.

상기에서와 같이 기판 상에 보호 필름(111)이 부착되면, 도 2d에 도시된 바와 같이, 레이저 노광(laser exposure)에 의하여 기판(100) 상의 화소 전극이 형성될 영역외 부분을 조사하여 조사된 부분은 남기고 그 나머지 부분은 제거한다(Thermal Imaging Transfer).

상기 보호 필름(111)이 불투명한 재질인 경우에는 레이저 노광 후, 추가적으로 TFT 영역과 데이터 버스 라인(107) 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 마스크 공정을 진행하지 않아도 되지만, 상기 보호 필름(111)이 투명한 재질인 경우에는 추가적으로 블랙 매트릭스를 형성하는 공정을 진행한다.

상기 레이저 노광에 의하여 보호 필름(111)이 제거되는 영역은, 이후 공정에서 형성되는 화소 전극과 전기적 콘택을 위하여 TFT의 드레인 전극(109b)의 일부 영역을 노출 시켜야 하므로, TFT 드레인 전극(109b)의 일부 영역부터 화소 전극이 형성될 화소 영역까지이다.

상기에서와 같이 보호 필름(111)이 식각되면, 도 2e와 도 2f에 도시된 바와 같이, 잉크젯 방식에 따라 액체 형태의 R, G, B 칼라 필터층(120)을 형성한다.

상기 잉크젯 방식은 잉크를 떨어뜨리는 잉크젯 프린트 헤드(Inkjet Print Head: 200)를 상기 화소 영역 상부에서 떨어뜨림으로써, R, G, B 칼라 필터층(120)을 형성하게 된다. 상기 R,G,B 칼라 필터층(120)의 두께는 화소 영역에 형성된 게이트 절연막(103) 상에서부터 노출된 TFT의 드레인 전극(9b)의 하측 영역까지이다. 이는 드레인 전극(9b)이 칼라필터층(120)에 의해 덮히지 않도록 하여, 이후 형성될 화소 전극(130)과 드레인 전극(9b)이 전기적으로 콘택될 수 있도록 하기 위함이다.

상기에서와 같이 기판의 화소 영역 상에 R, G, B 칼라 필터층(120)이 형성되면, 도 2g와 도 2h에 도시된 바와 같이, 화소 전극을 형성하기 위하여 도전성 폴리머(예:PEDOT(Polyethylene-Dioxythiophene))와 같은 액체 투명 금속을 잉크젯 방식을 이용하여 상기 R, G, B 칼라 필터층(120) 상에 형성하여 화소 전극(130)을 형성한다.

이때, 상기 화소 전극(130)은 R, G, B 칼라 필터층(120) 상에 떨어뜨린 도전성 폴리머(polymer)가 채워지면서 형성되는데, 이때 상기 화소 전극(130)은 TFT의 드레인 전극(109b)의 일부와 직접 콘택 되게 된다.

따라서, 상기 화소 전극(130)과 TFT의 전극(109a, 109b)을 전기적으로 연결시키기 위한 콘택홀 형성 공정이 필요 없게 된다.

그리고 상기 잉크젯 방식에 따라 형성되는 화소 전극(130)의 두께는 50㎚~2㎛ 범위이고, 상기 화소 전극(130)을 형성하기 위하여 종래에 행하여졌던 마스크 공정(mask process)을 줄일 수 있다.

즉, 본 발명에서는 TFT/칼라 필터 일체형 기판을 제작할 때, TFT를 형성하기 위한 2마스크 공정 이후에는 추가되는 마스크 공정이 없게 되어 전체적으로 칼라 필터층과 TFT 어레이 기판을 2마스크 공정에 의하여 제조할 수 있는 이점이 있다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 TFT/칼라 필터 일체형 기판을 제조할 때, 필름형 보호막을 부착하고, 잉크젯 방식에 따라 칼라 필터와 화소 전극을 형성함으로써 제조 공정을 단순화시키면서 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (10)

1. 기판 상에 제 1 마스크 공정을 진행하여 게이트 버스 라인을 형성하는 단계;

   상기 게이트 버스 라인이 형성된 기판 상에 게이트 절연막, 채널층을 형성하는 반도체층, 오믹 콘택층을 순차적으로 도포하고, 계속해서 TFT의 전극을 형성할 금속막을 증착한 다음, 제 2 마스크 공정을 이용하여 TFT와 데이터 버스 라인을 동시에 형성하는 단계;

   상기 TFT와 데이터 버스 라인이 형성된 기판 상에 보호 필름을 형성하는 단계;

   상기 보호 필름이 형성된 기판 상의 화소 영역 이외의 부분을 노광시키고, 상기 화소 영역 부분의 상기 보호 필름을 제거하는 단계;

   상기 보호 필름이 제거된 영역에 순차적으로 칼라 잉크를 떨어뜨려 칼라 필터층을 형성하는 단계; 및

   상기 기판에 형성된 칼라 필터층 상에 투명 물질을 떨어뜨려 화소 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호 필름은 열전사 필름으로 불투명한 필름 또는 투명한 필름인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호 필름의 제거는 레이저의 조사에 의하여 노광 시킨 다음, 제거시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판 상에서 보호 필름이 제거되는 영역은 TFT의 드레인 전극이 노출되는 가장자리 부분부터 화소 영역까지인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호 필름이 제거된 화소 영역 상에 칼라 필터층을 형성하는 방식은 잉크젯 프린터 헤더에 칼라 필터 잉크를 넣고, 상기 화소 영역 상에 떨어뜨리는 방식인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 칼라 필터층은 상기 화소 영역의 게이트 절연막 상에서부터 TFT의 드레인 전극 하측까지의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 칼라 필터층 상에 형성되는 화소 전극을 형성하는 방식은 잉크젯 프린 터 헤더에 도전성 투명 물질을 넣고 잉크 형태로 떨어뜨려 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 도전성 투명 물질은 도전성 폴리머 또는 PEDOT(Polyethylene-Dioxythiophene) 재질의 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소 전극의 두께는 50㎚~2㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
10. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,

    상기 보호 필름이 불투명한 경우에는 칼라 필터 기판의 블랙 매트릭스 역할을 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.

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