KR101061762B1 - 액정표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

종래의 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치는 상기 패턴드 스페이서가 상기 패턴드 스페이서가 형성된 컬러필터 기판에는 고정되어 있는 반면, 대향되어 합착된 어레이 기판에는 그 끝이 상기 어레이 기판상의 최상층인 보호층 더욱 정확히는 배향막에 접촉하여 있을 뿐 고정되지 않아 외부에서 압력이 가해지면 상기 패턴드 스페이서가 이동하게 되어 문지름 얼룩 등의 불량이 발생하는 문제가 있다.

하지만, 본 발명에 있어서는 패턴드 스페이서가 형성된 컬러필터 기판에 대향하는 어레이 기판에 상기 패턴드 스페이서가 외부 압력에 의해 이동하는 것을 방지하기 위해 상기 패턴드 스페이서 일 끝단이 위치하는 소정영역에 상기 소정영역을 둘러싸는 격벽에 의한 단차부를 갖는 구조를 제안하여 전술한 패턴드 스페이서의 이동 의한 문지름 불량의 발생을 방지하고, 나아가 합착 시 합착마진을 줄임으로써 화소의 개구율을 향상시킬 수 있는 액정표시장치를 제공한다.

패턴드 스페이서, 스페이서 가드 패턴, 액정표시장치, 문지름 얼룩, 격벽

Description

액정표시장치 및 그 제조 방법{Liquid crystal display device and method of fabricating the same}

도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부영역에 대한 입체도.

도 2는 종래의 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치의 평면도.

도 3은 도 2를 A-A를 따라 절단한 단면도.

도 4는 도 2를 B-B를 따라 절단한 단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치의 평면도.

도 6은 도 5를 C-C를 따라 절단한 단면도.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시예에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 단계별 공정 단면도.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 단계별 공정 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 어레이 기판 111, 161 : 투명한 기판

113 : 게이트 전극 115 : 게이트 배선

117 : 게이트 절연막 119 : 반도체층

119a : 액티브층 119b : 오믹콘택층

120 : 데이터 배선 123 : 소스 전극

124a, 124b : 스페이서 가드 패턴 125 : 드레인 전극

127 : 보호층 128a, 128b : 격벽

129 : 드레인 콘택홀 130 : 화소전극

160 : 컬러필터 기판 162 : 블랙매트릭스

165 : 컬러필터층 163 : 개구부

165a, 165b, 165c : 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴

170 : 공통전극 180 : 액정층

185 : 패턴드 스페이서 191, 192 : 배향막

P : 화소영역 Tr : 스위칭 소자 형성부

본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 패턴드 스페이서(patterned spacer)를 구비한 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.

이러한 액정표시장치 중에서도, 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on)/오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.

일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해, 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정을 거쳐 완성된다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부영역에 대한 입체도로서, 액정이 구동되는 영역으로 정의되는 액티브 영역을 중심으로 도시하였다.

도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치(1)는 서로 일정간격 이격되어 상부 및 하부기판(60, 10)이 대향하고 있고, 이 상부 및 하부기판(60, 10) 사이에는 액정층(80)이 개재되어 있다.

상기 하부기판(10) 상부에는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선(15, 20)이 서로 교차되어 있고, 이 게이트 및 데이터 배선(15, 20)이 교차되는 지점에 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있으며, 게이트 및 데이터 배선(15, 20)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소영역(P)에는 박막 트랜지스터(Tr)와 연결된 화소전극(30)이 형성되어 있다.

그리고, 상부기판(60)내에는 컬러필터층(65), 공통전극(70)이 차례대로 형성 되어 있다. 도면에 도시하지 않았지만, 컬러필터층(65)은 특정한 파장대의 빛만을 투과시키는 컬러필터와, 컬러필터의 경계부에 위치하여 액정의 배열이 제어되지 않는 영역상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스(미도시)로 구성된다.

전술한 액정표시장치의 구성에 있어서, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 두 기판간의 일정한 셀갭을 유지하기 위하여 기판의 테두리에는 씰패턴이 형성되어 있으며, 기판 내부에는 일정한 직경을 갖는 볼 스페이서(ball spacer)가 구비되어 있다. 상기 볼 스페이서(ball spacer)는 통상적으로 어레이 기판의 제조 후, 일정한 크기를 갖는 구형의 물질을 산포 공정을 통해 어레이 기판 또는 컬러필터 기판 전면에 형성시키는 것이 일반적이나, 산포공정 진행시 기판 전면에 고루 산포되지 않아 발생하는 스페이서 뭉침에 의한 불량 및 화소영역(P) 내에 도포되어 빛샘 불량 등을 발생시키는 등의 문제가 발생하고 있다.

따라서, 최근에는 이러한 볼 스페이서(ball spacer)에 의한 불량 문제를 해결하기 위해 어레이 기판 또는 컬러필터 기판 상에 패터닝되어 일정한 형태의 고른 분포를 가지며 형성할 수 있는 패턴드 스페이서(patterned spacer)가 제안되었다.

도 2는 종래의 패턴드 스페이서가 구비된 액정표시장치의 평면도 일부를 도시한 것이며, 도 3은 도 2를 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

우선 도 2를 참조하면, 도시한 바와 같이, 어레이 기판 상에 가로방향으로 게이트 배선(15)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(15)과 교차하며 세로방향으로 데이터 배선(20)이 형성되어 있다. 상기 두 배선(15, 20)이 교차하여 화소영역(P)을 정의하며, 상부의 컬러필터 기판 상에 구비된 적, 녹, 청색의 컬러 필터 패턴과 대응하여, 순차적으로 적, 녹, 청색 화소를 형성하고 있다. 상기 각 화소영역(P)내에 상기 게이트 배선(15)과 연결된 게이트 전극(13)과 상기 데이터 배선(20)에서 분기한 소스 전극(23)과 상기 소스 전극(23)과 일정간격 이격하여 형성되는 드레인 전극(25)이 형성되어 있다. 또한, 상기 드레인 전극(25)은 상부의 화소전극(30)과 드레인 콘택홀(29)을 통해 연결되어 있다. 상기 게이트 전극(13)과 소스 및 드레인 전극(23, 25)은 하부의 반도체층(19)과 더불어 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Tr)를 형성하고 있다.

또한, 상기 적, 녹, 청색 화소로 구성되는 액티브 영역(AA)에는 상기 두 기판을 합착하여 액정패널 형성 시, 상부의 컬러필터 기판과의 일정한 갭(gap) 형성을 위한 패턴드 스페이서(patterned spacer)(85)가 일정 간격으로 이격하며 각 화소에 대응하여 주기적으로 형성되어 있다. 이때, 상기 패턴드 스페이서(85)는 빛샘불량 등의 발생을 방지하기 위해 화상을 표시하는 화소영역(P)이 아닌 게이트 배선(15) 상에 일정간격을 가지며 이격되어 형성되어 있음을 알 수 있다.

다음, 도 3을 참조하여 종래의 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치의 단면 구조에 대해 간단히 설명한다.

우선, 어레이 기판(10) 상에 게이트 전극(13)과 게이트 배선(15)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(15) 위로 전면에 게이트 절연막(17)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 절연막(17) 위로 액티브층(19a)과 오믹콘택층(19b)으로 구성된 반도체층(19)이 상기 게이트 전극(13)에 대응하여 형성되어 있으며, 상기 반도체층(19) 위로 상기 오믹콘택층(19b)과 각각 접촉하며 게이트 전극(13)을 사이 에 두고 일정간격 이격하여 소스 및 드레인 전극(23, 25)이 형성되어 있다. 또한, 상기 소스 및 드레인 전극(23, 25)과 노출된 게이트 절연막(17) 위로 보호층(27)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(27) 위로 투명 도전성물질이 증착되어 화소전극(30)이 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극(25)과 접촉하며 형성되어 있다.

다음, 전술한 어레이 기판(10)에 대향하여 위치한 컬러필터 기판(60)에 있어서, 개구부(63)를 갖는 블랙매트릭스(62)가 형성되어 있으며, 상기 개구부(63)에는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(65a, 65b, 65c)이 순차적으로 배열하며 컬러필터층(65)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(65) 하부에 투명도전성 물질로 이루어진 공통전극(70)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(70)과 하부 어레이 기판(10)상의 보호층(27)과 동시에 접촉하며, 일정간격을 가지며 배열된 다수의 패턴드 스페이서(85)가 형성되어 있다.

이때, 상기 어레이 기판(10)의 보호층(27) 상부 및 컬러필터 기판(60)의 공통전극(70) 하부에는 액정의 초기배향을 위한 배향막(91, 92)이 각각 형성되어 있으며, 상기 두 기판(10, 60)의 배향막(91, 92) 사이의 영역에는 액정이 개재되어 액정층(80)이 형성되어 있다.

하지만, 전술한 바와 같은 구조를 갖는 패턴스 스페이서를 구비한 액정표시장치(1)는 상기 컬러필터 기판(60) 상에 형성된 패턴드 스페이서(85)가 상기 컬러필터 기판(60)에는 고정되어 있으나, 하부기판인 어레이 기판(10)에는 단순히 그 끝이 보호층(배향막(91))(27)과 접촉하고 있을 뿐 고정되어 있지 않기 때문에, 액정표시장치(1)의 표면을 문지르거나 또는 이동 중 상기 액정표시장치(1)의 표면에 접촉하여 소정의 압력이 가해지면, 상기 압력이 가해진 액정표시장치(1)의 상부기판 또는 하부기판이 밀리게 되며, 이때, 상부기판에 고정된 상기 패턴드 스페이서(85)가 하부기판인 어레이 기판(10) 상에서 그 일끝이 고정되지 않음으로써 밀려나게 된다. 이 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 패턴드 스페이서(85)가 게이트 배선(15)에 의한 단차부 아래로 밀려나게 되면 두 기판(10, 60)간의 갭이 무너지게 된다. 따라서, 셀갭이 주위보다 낮아지게 되어 이 부분에 위치하는 액정의 회전각의 차이가 발생하여 화면상에 (문지름)얼룩으로 표시되는 문제가 발생한다.

상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 고정되지 않은 패턴드 스페이서의 일끝단이 위치하는 어레이 기판 상의 게이트 배선 영역에 상기 패턴드 스페이서의 일끝단이 외부로 부터의 압력에 의해 밀려나지 않도록 상기 스페이서 일끝단이 위치하는 주변에 스페이서 가드 패턴을 형성함으로써 문지름 얼룩 등의 불량발생을 방지하며, 셀갭의 안정화를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 스페이서 가드 패턴의 형성으로 합착 마진을 감소시킴으로써 개구율을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 가로방향으로 구비된 다수의 게이트 배선과; 상기 게이트 배선 위로 전면에 구비된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 세로방향으로 형성되어 상기 다수의 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선과; 상기 게이트 절연막 상의 게이트 배선에 대응되는 영역 중 특정영역의 소정면적을 둘러싸며 구비된 다수의 스페이서 가드 패턴과; 상기 게이트 배선과 데이트 배선의 교차지점에 구비된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자 및 스페이서 가드 패턴을 덮으며 기판 전면에 형성되는 보호층과; 상기 보호층 표면에 하부의 스페이서 가드 패턴에 의해 형성되는 격벽으로 둘러싸여 형성되는 것을 특징으로 하는 홀 형태의 단차부와; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 하부에 상기 제 1 기판의 각 화소영역에 대응하는 다수의 개구부를 가지며 형성되는 블랙매트릭스와; 상기 다수의 개구부에 주기적인 적, 녹, 청색 패턴을 가지며 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 하부로 상기 제 1 기판 상의 홀 형태의 단차부에 대응하여 상기 단차부에 일끝이 위치하도록 구성되는 패턴드 스페이서와; 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.

이때, 상기 보호층 위로 각 화소별로 스위칭 소자와 접촉하며 형성되는 화소전극을 더욱 포함하며, 상기 컬러필터층과 패턴드 스페이서 사이에는 전면에 공통전극이 더욱 구비된 것이 특징이다.

또한, 상기 화소전극 상부와 상기 공통전극 하부 전면에 각각 배향막이 더욱 구비된 것이 특징이다.

또한, 상기 게이트 배선 상에 소정 영역을 둘러싸며 격벽을 형성하는 스페이 서 가드 패턴은 다수의 부분패턴으로 구성되며, 각 부분패턴은 일끝이 서로 접촉하지 않도록 이격하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 액정표시장치의 제조 방법은 제 1 기판 상에 가로방향의 다수의 게이트 배선과 상기 게이트 배선에서 분기한 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극 위로 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응되는 영역에 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하는 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선과, 상기 데이터 배선에서 분기하며 상기 반도체층과 접촉하는 소스 전극과, 상기 소스 전극에서 소정간격 이격하며 상기 반도체층과 접촉하는 드레인 전극과, 상기 데이터 배선에 대응되는 소정영역에 상기 소정영역을 둘러싸는 격벽형태의 스페이서 가드 패턴을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극과 스페이서 가드 패턴 위로 전면에 하부의 상기 스페이서 가드 패턴의 영향으로 격벽으로 둘러싸인 홀 형태의 단차부를 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 제 2 기판 상에 상기 화소영역에 대응되는 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 개구부에 순차 반복되는 적, 녹, 청색 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 위로 전면에 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극 위로 제 1 기판의 게이트 배선 상에 구비된 홀 형태의 단차부에 대응하는 영역에 소정의 두께를 갖는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 기판을 상기 패턴드 스페이서가 상기 홀 형태의 단차부에 삽입되도록 하여 합착하는 단계와; 상기 합착된 제 1, 2 기판 사이에 액정을 주입하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 제 1 기판 상의 보호층 형성단계 이후에는 상기 보호층 하부의 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 각 화소별로 형성하는 단계를 더욱 포함한다.

또한, 상기 제 1, 2 기판의 합착하는 단계 이전에는 상기 제 1 기판의 화소전극 상부 및 상기 제 2 기판 상의 공통전극 상부에 배향막을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.

또한, 상기 스페이서 가드 패턴을 데이터 배선을 형성하는 물질과 동일물질로써 동일한 층에 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 평면도이면, 도 6은 도 5를 C-C를 따라 절단한 단면도이다.

우선 도 5를 참조하면, 도시한 바와 같이, 액정표시장치(101)의 하부기판인 어레이 기판(110)에는 가로방향으로 다수의 게이트 배선(115)이 연장 형성되어 있으며, 상기 다수의 게이트 배선(115)과 교차하여 화소영역(P) 정의하며 세로방향으로 다수의 데이터 배선(120)이 형성되어 있으며, 상기 두 배선(115, 120)의 교차지점에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.

다음, 상부기판인 컬러필터 기판(160)에는 상기 어레이 기판의 화소영역(P)에 대응하여 순차적으로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴이 형성되어 있으며, 상기 어레이 기판(110)의 게이트 배선(115)과 데이터 배선(120)에 대응하여 블랙매트릭스(미도시)가 형성되어 있다.

또한, 상기 어레이 기판(110)의 게이트 배선(115)에 대응하는 블랙매트릭스( 미도시) 하부에는 적정 면적을 갖는 패턴드 스페이서(185)가 형성되어 있다.

이때, 상기 컬러필터 필터 기판(160)에 형성된 패턴드 스페이서(185)에 대응되는 어레이 기판(110)의 게이트 배선(115) 상에는 상기 패턴드 스페이서(185)의 일끝이 고정되지 않아 이동되는 것을 방지하기 위해 상기 패턴드 스페이서(185) 일끝이 위치한 주위에 스페이서 가드 패턴(124a 내지 124d)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

다음, 단면도인 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치의 단면 구조 특히 패턴드 스페이서가 형성된 부분의 단면구조에 대해 설명한다.

우선, 상부기판이 컬러필터 기판(160)의 단면구조를 살펴보면, 투명한 기판(161) 하부에 개구부(163)를 갖는 블랙매트릭스(162)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(162) 및 노출된 기판(161) 하부에 상기 개구부(163)를 채우며, 블랙매트릭스(162) 일부와 중첩되며 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(165a, 165b, 165c)이 순차적으로 배열된 컬러필터층(165)이 형성되어 있다. 또한, 상기 컬러필터층(165) 하부로 전면에 투명도전성 물질로써 공통전극(170)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(170) 하부로 패턴드 스페이서(185)가 형성되어 있다. 이때, 상기 패턴드 스페이서(185)는 하부의 어레이 기판(110)의 게이트 배선(115)에 대응하는 부분에 형성된 것이 특징이다.

다음, 하부기판인 어레이 기판(110)은 투명한 기판(111) 상에 게이트 배선(115)과 상기 게이트 배선(115)에서 분기한 게이트 전극(113)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(115)과 게이트 전극(113) 위로 게이트 절연막(117)이 전면에 형성되어 있다. 또한, 게이트 절연막(117) 위로 스위칭 소자 형성부(Tr)에 있어서는 순수 비정질 실리콘층(119a)과 불순물이 섞인 비정질 실리콘층(119b)의 반도체층(119)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(119) 위로 상기 반도체층(119) 일부 중첩하며 소스 및 드레인 전극(123, 125) 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 전극(123)은 게이트 배선(115)과 교차하며 형성되는 데이터 배선(120)과 접촉하고 있다. 상기 소스 및 드레인 전극(123, 125) 사이의 이격된 영역에는 불순물이 섞인 비정질실리콘층(119b)이 제거되어 순수 비정질 실리콘층(119a)이 노출되고 있다. 다음, 상기 소스 및 드레인 전극(123, 125)과 노출된 순수 비정질 실리콘층(119a) 위로 보호층(127)이 전면에 형성되어 있다.

다음, 상기 게이트 배선(115)에 대응되는 영역에 있어서, 상부의 컬러필터 기판(160)에 구비된 패턴드 스페이서(185)의 끝단이 외부의 압력에 의해 이동하는 것을 방지하기 위해 상기 게이트 배선(115) 위에 형성된 게이트 절연막(117) 위로 금속물질로써 상기 패턴드 스페이서(185) 일끝 주위를 감싸며 스페이서 가드 패턴(124)이 형성되어 있다. 또한. 상기 스페이서 가드 패턴(124) 및 노출된 게이트 절연막(117) 상부에는 보호층(127)이 형성되어 있는데, 상기 보호층(127)은 하부의 스페이서 가드 패턴(124)의 영향으로 즉, 게이트 절연막(117)과 상기 스페이서 가드 패턴(124)의 단차로 인해 상기 스페이서 가드 패턴(124)에 대응되는 부분의 보호층(127) 표면이 볼록한 격벽(128a, 128b)을 형성하고 있어, 상기 격벽(128a, 128b)으로 둘러싸인 영역은 마치 홀을 구성한 듯이 형성되는 것이 특징이다. 이때, 상기 패턴드 스페이서(185) 주위에 상기 패턴드 스페이서(185)를 둘러 싸며 형성된 스페이서 가드 패턴(124)은 다수의 부분패턴(124a 내지 124d) 즉, 도 5의 평면도를 참조하면 본 발명의 실시예에서는 제 1 내지 제 4 부분패턴(124a 내지 124d)으로 나뉘며, 상기 각 부분패턴(124a 내지 124d) 그 끝이 연결되지 않고 소정간격을 가지며 이격하여 형성되어 있는 것이 특징이다. 하지만, 상기 부분패턴(124a 내지 124d)은 일끝이 연결되어 형성될 수 도 있으며, 제 1 내지 제 3 부분 패턴으로 형성 될 수도 있다. 이때, 상기 부분패턴(124a 내지 124d) 간 이격된 간격이 패턴드 스페이서(185)의 가로 또는 세로 길이 또는 폭 또는 직경보다는 작게 형성되는 것이 특징이다.

전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치(101)는 상부의 컬러필터 기판(160)에 고정된 패턴드 스페이서(185)의 일끝이 상기 어레이 기판(110)의 게이트 배선(115) 상의 보호층(127) 상부의 볼록한 격벽(128a, 128b)으로 둘러싸여 형성된 홀 형상의 영역에 위치함으로써 외부의 압력에 의해 컬러필터 기판(160)과 어레이 기판(110)에 밀림 발생 시 상기 다수의 패턴드 스페이서(185)가 상기 격벽(128a, 128b)에 의해 지지됨으로써 상기 두 기판(110, 160)이 서로 밀려나는 것을 방지하며, 상기 패턴드 스페이서(185) 자체도 격벽(128a, 128b)에 의해 형성된 홀을 이탈하지 않음으로써 문지름 얼룩을 방지할 수 있도록 구성하였다.

다음, 본 발명의 실시예에 의한 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판과 스페이서 가드 패턴을 구비한 어레이 기판 각각의 제조 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시예에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액 정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 단계별 공정 단면도이다.

도 7a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(111)상에 크롬(Cr) 등을 포함하는 금속물질 또는 카본(Carbon)계 유기물질을 전면에 증착(도포)한 후, 마스크(미도시)를 이용한 사진식각법(photolithography)을 통하여 개구부(163a, 163b, 163c)를 갖는 블랙매트릭스(Black Matrix)(162)를 형성한다.

다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(162)가 형성된 기판(161)에 적, 녹, 청색 중의 한 가지, 예를 들면 적색 레지스트(resist)를 스핀코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating) 등의 방법을 통하여 전면에 도포하여 적색 컬러필터층(미도시)을 형성한다. 이후, 빛을 통과시키는 투과영역과 빛을 차단하는 차단영역을 갖는 마스크(미도시)를 상기 기판(161) 상의 적색 컬러필터층(미도시) 위에 위치시킨 후, 상기 마스크(미도시)를 통한 노광(exposure)을 실시하고, 상기 노광된 상기 컬러 레지스트층(미도시)을 현상하면, 상기 적색 레지스트층(미도시)은 네가티브(negative) 성질을 갖고 있으므로, UV광이 조사된 영역은 기판(161) 상에 남게되고, UV광이 마스크(미도시)의 차단영역에 의해 차단되어 조사되지 않은 부분은 제거되어 적색 컬러필터 패턴(165a)이 형성된다.

다음, 도 7c에 도시한 바와 같이, 상기 적색 컬러필터 패턴(165a) 형성한 방법과 동일하게 진행하여 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(165b, 165c)을 기판(161) 상의 블랙매트릭스(162) 사이의 개구부(163a, 163b, 163c)내에 순차적으로 형성함으로써 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(165a, 165b, 165c)이 순차적 주기적으로 반복되는 컬러필터층(165)을 형성한다.

다음, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 컬러필터층(165) 위로 투명도전성 물질을 증착하여 전면에 공통전극(170)을 형성한다. 이때, 상기 공통전극(170)은 액정표시장치의 특성에 따라 생략될 수도 있으며, 상기 컬러필터층(165)과 공통전극(170) 사이에 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(165a, 165b, 165c)의 보호와 단차 보상을 위해 오버코트층(미도시)을 형성할 수도 있다.

다음, 도 7e에 도시한 바와 같이, 상기 공통전극(또는 오버코트층)(70) 위로 무색 투명한 감광성의 유기물질을 전면에 도포하여 유기물질층(184)을 형성하고, 상기 유기물질층(184) 상부에 기판(161) 상에 패턴드 스페이서를 형성해야 하는 영역에 대응되는 영역이 투과영역(TA), 그 외 영역은 차단영역(BA)으로 이루어진 마스크(193)를 위치시키고, 상기 마스크(193)를 통한 노광을 실시한다.

다음, 도 7f에 도시한 바와 같이, 상기 마스크(도 7e의 193)를 이용하여 노광공정을 진행한 유기물질층(도 7e의 184)을 현상액에 노출시키는 현상공정을 진행하면, 기판(161)에 있어 마스크(도 7e의 193)의 투과영역(도 7e의 TA)에 대응되어 UV광에 노출된 유기물질층 부분(185)만 남아있고, 그 외 마스크(도 7e의 193)의 차단영역(도 7e의 BA)에 의해 UV광이 조사되지 않은 영역의 유기물질층은 현상액에 현상되어 제거됨으로써, 상기 기판(161) 상에 남아있는 유기물질층(185)이 패턴드 스페이서(185)를 형성함으로써 패턴드 스페이서(185)를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판(160)을 완성한다.

다음, 도 8a 내지 8e를 참조하여 전술한 컬러필터 기판에 대응하는 스페이서 가드 패턴을 구비한 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.

우선 도 8a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(111) 상에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 게이트 배선(115)과 상기 게이트 배선(115)에서 분기한 게이트 전극(113)을 형성한다. 이후, 상기 게이트 배선(115)과 게이트 전극(113) 위로 전면에 무기절연물질을 증착하여 게이트 절연막(117)을 형성한다.

다음, 도 8b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 절연막(117) 위로 순수 비정질실리콘 및 불순물이 섞인 비정질실리콘을 연속 증착하여 이층구조의 비정질실리콘층을 형성하고, 상기 이층구조의 비정질실리콘층을 패터닝함으로써 게이트 전극(113)을 포함한 게이트 전극(113) 주위에 반도체층(119)을 형성한다. 이때, 그 외의 게이트 절연막(117) 상부 영역에 있어서는 상기 게이트 절연막(117)을 노출시킨다.

다음, 도 8c에 도시한 바와 같이, 상기 반도체층(119) 및 노출된 게이트 절연막(117) 위로 금속물질을 전면에 증착하고 패터닝하여 상기 게이트 배선(115)과 교차하는 데이터 배선(120)과 상기 데이터 배선(120)에서 분기하여 상기 반도체층(119)과 일부 중첩하는 소스 전극(123)과 상기 소스 전극(123)에서 소정간격 이격하여 상기 반도체층(119)과 일부 중첩하는 드레인 전극(125)을 형성한다. 또한, 동시에 상기 게이트 배선(115)에 대응하는 게이트 절연막(117) 상부에는 컬러필터 기판(160)에 구비된 패턴드 스페이서(185)의 일끝이 위치하게 되는 영역 주변으로 마치 격벽을 형성하듯 스페이서 가드 패턴(124a, 124c)을 형성한다. 도면에 있어서는 상기 스페이서 가드 패턴(124a, 124c)이 게이트 배선(115)의 양측에만 형성된 것으로 보이나 도 5의 평면도를 참고하면 상기 패턴드 스페이서(185) 주위의 4방향으로 둘러싸며 형성된 것을 알 수 있다.

다음, 상기 소스 및 드레인 전극(123, 125) 사이의 이격된 부분으로 노출된 반도체층(119) 중 상부의 불순물이 섞인 비정질실리콘층을 에칭하여 제거함으로써 순수 비정질실리콘층을 노출시킨다. 이때, 상기 소스 및 드레인 전극(123, 125)과 접촉하는 불순물이 섞인 비정질실리콘층은 오믹콘택층(119b)을 이루며, 상기 순수 비정질실리콘층은 채널이 형성되는 액티브층(119a)을 이룬다.

다음, 도 8d에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(120)과 소스 및 드레인 전극(123, 125)과 스페이서 가드 패턴(124a, 124c) 위로 전면에 무기절연물질을 증착하여 보호층(127)을 형성한다. 이때, 상기 보호층(127)에 있어, 패턴드 스페이서(185)가 위치할 부분은 하부의 게이트 절연막(117) 상에 형성된 스페이서 가드 패턴(124a, 124c)의 영향으로 보호층(127) 표면에 볼록한 형태의 격벽(128a, 128b)이 형성된다. 상기 볼록한 격벽(128a, 128b)은 도면에는 잘 나타나지 않았지만, 좌/우/상/하 4방위 모두에 형성되어 있으므로 상기 격벽(128a, 128b)에 의해 상기 격벽(128a, 128b)으로 둘러싸인 부분이 홀을 형성하는 구조를 이루게 된다.

이후, 상기 보호층(127)을 패터닝하여 하부의 드레인 전극(125)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(129)을 형성한다.

다음, 도 8e에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(129)과 격벽(128a, 128b)이 형성된 보호층(127) 위로 투명도전성물질을 전면에 증착하고 패터닝하여 각 화소영역(P)마다 상기 드레인 콘택홀(129)을 통해 드레인 전극(125)과 접촉하는 화소전극(130)을 형성함으로써 어레이 기판(110)을 완성한다.

전술한 바와 같이 제작된 컬러필터 기판과 어레이 기판을 셀공정을 진행함으로써 즉, 상기 두 기판을 접착제인 실란트를 이용하여 합착하고, 상기 합착된 두 기판 사이에 액정을 개재함으로써 도 5에 도시한 바와 같은 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치를 완성한다.

이때, 상기 두 기판(110, 160)을 합착하기 전 상기 두 기판의 화소전극 상부 및 공통전극 상부로 전면에 배향막을 형성한다. 이후, 상기 두 기판을 합착하여 하나의 액정패널을 형성하는데, 이때 상기 두 기판의 합착시에는 접착제인 실란트를 어느 한 기판의 테두리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 두 기판(110, 160)을 화소전극(130)과 공통전극(170)이 서로 마주하도록 대향시키고, 상기 두 기판(110, 160)을 합착 정렬하여 정확히 컬러필터 기판(160)의 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(165a, 165b, 165c)이 어레이 기판(110)상의 화소(P)와 일치하도록 위치시킨 후, 적정한 압력과 열을 가함으로써 액정표시장치 더욱 정확히는 액정패널을 완성하게 된다. 상기 두 기판(110, 160)의 합착 정렬에 있어서는 화소(P)와 컬러필터 패턴(165a, 165b, 165c)간의 정확한 위치 조정뿐 아니라 컬러필터 기판(160)에 형성된 다수의 패턴드 스페이서(185)의 일끝이 상기 어레이 기판(110)에 구비된 스페이서 가드 패턴에 의해 형성된 격벽에 의해 둘러싸여 형성된 홀에 정확히 위치시킨 후 합착이 진행되는 것이 특징이다.

종래의 패턴드 스페이서를 구비한 컬러필터 기판과 이에 대향하는 어레이 기판을 합착시키기 위해서는 5㎛ 내지 10㎛ 정도의 합착마진을 필요로 하였다. 이는 어레이 기판 및 컬러필터 기판상의 패턴 형성 오차와 합착 공정 자체의 오차가 발 생하는데 이러한 오차를 반영하여 빛샘불량 등이 발생하지 않도록 액정표시장치를 형성하기 위함이고, 이러한 불량이 발생하지 않도록 하는 합착 공정상의 오차 여유 범위가 합착마진이다. 전술한 합착 시 발생하는 오차 중 합착 공정상의 오차는 두 기판을 대향시킨 후 일정한 압력을 가하게되면 접착제인 실란트 등에 의해 두 기판이 밀리며 틀어지게 됨으로써 발생하게 되는데, 본 발명에서는 패턴드 스페이서가 스페이서 가드 패턴에 의해 형성되는 보호층상의 격벽 및 상기 격벽으로 둘러싸인 단차부내로 위치하게 됨으로 합착공정 진행시 기판이 밀려나는 것을 방지하여 합착 공정에 기인한 오차를 줄일 수 있다. 따라서, 합착마진을 고려하여 형성되는 컬러필터 내의 블랙매트릭스의 폭을 줄임으로써 즉 합착마진을 종래대비 더 작은 범위를 갖도록 형성함으로써 화소의 개구율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예 및 변형예에 한정되지 않고, 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 다양한 변화가 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치는 패턴드 스페이서가 구비된 컬러필터 기판에 대응되는 어레이 기판에 스페이서 가드 패턴을 형성함으로써 상기 패턴드 스페이서가 외부의 압력에 의해 어레이 기판 또는 컬러필터 기판이 밀림에 의해 이동하는 것을 막아 상기 패턴드 스페이서의 이동에 의한 문지름 불량을 방지하는 효과가 있으며, 더욱이 스페이서 일끝단이 상기 스페이서 가드 패턴에 의해 형성된 격벽으로 둘러싸인 영역에 위치함으로써 상기 어레이 기 판과 컬러필터 기판의 합착 시 기판의 밀림이 발생하는 것을 막아 합착마진폭을 줄임으로써 개구율 향상의 효과가 있다.

또한, 패턴드 스페이서가 고정됨으로써 셀갭의 균일성을 더욱 향상시키는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 제 1 기판과;

   상기 제 1 기판 상에 가로방향으로 구비된 다수의 게이트 배선과;

   상기 게이트 배선 위로 전면에 구비된 게이트 절연막과;

   상기 게이트 절연막 위로 세로방향으로 형성되어 상기 다수의 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선과;

   상기 게이트 절연막 상의 게이트 배선에 대응되는 영역 중 특정영역의 소정면적을 둘러싸며 구비된 다수의 스페이서 가드 패턴과;

   상기 게이트 배선과 데이트 배선의 교차지점에 구비된 스위칭 소자와;

   상기 스위칭 소자 및 스페이서 가드 패턴을 덮으며 기판 전면에 형성되는 보호층과;

   상기 보호층 표면에 하부의 스페이서 가드 패턴에 의해 형성되는 격벽으로 둘러싸여 형성되는 것을 특징으로 하는 홀 형태의 단차부와;

   상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과;

   상기 제 2 기판 하부에 상기 제 1 기판의 각 화소영역에 대응하는 다수의 개구부를 가지며 형성되는 블랙매트릭스와;

   상기 다수의 개구부에 주기적인 적, 녹, 청색 패턴을 가지며 형성된 컬러필터층과;

   상기 컬러필터층 하부로 상기 제 1 기판 상의 홀 형태의 단차부에 대응하여 상기 단차부에 일끝이 위치하도록 구성되는 패턴드 스페이서와;

   상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층

   을 포함하며, 상기 스페이서 가드 패턴은 상기 데이터 배선과 동일한 물질로 동일한 단계에서 동일한 층에 형성된 것이 특징인 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호층 위로 각 화소별로 스위칭 소자와 접촉하며 형성되는 화소전극을 더욱 포함하는 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 컬러필터층과 패턴드 스페이서 사이에는 전면에 공통전극이 더욱 구비된 액정표시장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 화소전극 상부와 상기 공통전극 하부 전면에 각각 배향막이 더욱 구비된 액정표시장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 게이트 배선 상에 소정 영역을 둘러싸며 격벽을 형성하는 스페이서 가드 패턴은 다수의 부분패턴으로 구성되며, 각 부분패턴은 일끝이 서로 접촉하지 않도록 이격하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 1 기판 상에 가로방향의 다수의 게이트 배선과 상기 게이트 배선에서 분기한 게이트 전극을 형성하는 단계와;

   상기 게이트 배선 및 게이트 전극 위로 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;

   상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응되는 영역에 반도체층을 형성하는 단계와;

   상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하는 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 배선과, 상기 데이터 배선에서 분기하며 상기 반도체층과 접촉하는 소스 전극과, 상기 소스 전극에서 소정간격 이격하며 상기 반도체층과 접촉하는 드레인 전극과, 상기 데이터 배선에 대응되는 소정영역에 상기 소정영역을 둘러싸는 격벽형태의 스페이서 가드 패턴을 형성하는 단계와;

   상기 소스 및 드레인 전극과 스페이서 가드 패턴 위로 전면에 하부의 상기 스페이서 가드 패턴의 영향으로 격벽으로 둘러싸인 홀 형태의 단차부를 갖는 보호 층을 형성하는 단계와;

   제 2 기판 상에 상기 화소영역에 대응되는 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;

   상기 개구부에 순차 반복되는 적, 녹, 청색 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와;

   상기 컬러필터층 위로 전면에 공통전극을 형성하는 단계와;

   상기 공통전극 위로 제 1 기판의 게이트 배선 상에 구비된 홀 형태의 단차부에 대응하는 영역에 소정의 두께를 갖는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계와;

   상기 제 1, 2 기판을 상기 패턴드 스페이서가 상기 홀 형태의 단차부에 삽입되도록 하여 합착하는 단계와;

   상기 합착된 제 1, 2 기판 사이에 액정을 주입하는 단계

   를 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 기판 상의 보호층 형성단계 이후에는 상기 보호층 하부의 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 각 화소별로 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1, 2 기판의 합착하는 단계 이전에는 상기 제 1 기판의 화소전극 상부 및 상기 제 2 기판 상의 공통전극 상부에 배향막을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치의 제조 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 스페이서 가드 패턴을 데이터 배선을 형성하는 물질과 동일물질로써 동일한 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.

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