KR101097610B1 - 액정표시패널 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정표시패널 및 그 제조방법은 액정표시패널의 셀갭을 균일하게 유지시키는 컬럼 스페이서(column spacer)가 어레이 기판이나 컬러필터 기판 중의 어느 하나의 기판에 형성하고 다른 하나의 기판 면에 형성된 음각(陰刻)의 홀(hole)을 이용하여 고정되도록 함으로써 합착 시 합착 마진에 의해 어레이 기판과 컬러필터 기판의 틀어짐을 최소화하며 외부 충격에 의해 기판이 밀리는 현상 및 뒤틀리는 현상을 방지하여 셀갭을 균일하게 유지하기 위한 것으로, 제 1 기판 위에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막이 형성된 상기 게이트전극 상부에 액티브패턴과 소오스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 회절마스크나 하프-톤(half-tone) 마스크를 통해 상기 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 한편, 상기 게이트라인 상부에 상기 콘택홀과는 다른 깊이를 가진 홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계; 제 2 기판 위에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판에 형성된 상기 홀 내부로 상기 컬럼 스페이서가 삽입되어 고정되도록 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.

액정표시패널, 컬럼 스페이서, 음각, 홀

Description

액정표시패널 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

도 1은 일반적인 액정표시패널의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 2는 일반적인 액정표시패널의 단면을 개략적으로 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 개략적으로 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판의 일부를 확대하여 나타내는 평면도.

도 5a 내지 도 5g는 도 4에 도시된 어레이 기판의 IV-IV'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 예를 들어 나타내는 예시도.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 예를 들어 나타내는 예시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

105,205 : 컬러필터 기판 110,210 : 어레이 기판

190,290 : 컬럼 스페이서 H : 홀

본 발명은 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합착시 어레이 기판과 컬러필터 기판의 틀어짐을 억제하고, 외부 충격에 의해 어레이 기판이나 컬러필터 기판이 밀리는 현상 및 어레이 기판이나 컬러필터 기판이 뒤틀리는 현상을 방지하기에 적당하도록 한 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 화소들의 광투과율을 조절함으로써, 원하는 화상을 표시하는 표시장치이다.

이를 위해, 상기 액정표시장치에는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되는 액정표시패널과 상기 화소들을 구동하기 위한 구동부가 구비된다.

액정표시패널은 박막 트랜지스터 어레이(thin film transistor array)가 형성된 어레이 기판과 컬러필터(color filter)가 형성된 컬러필터 기판이 균일한 셀갭(cell gap)이 유지되도록 합착되고, 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이의 셀갭에 액정층이 형성되어 이루어진다.

이때, 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 대향하는 표면에는 배향막이 형성되고, 러빙이 실시되어 상기 액정층의 액정이 일정한 방향으로 배열되도록 한다.

또한, 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판은 화소부의 외곽을 따라 형성되는 실라인에 의해 합착되며, 합착된 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 외면에는 편광판과 위상차판 등이 구비되며, 이와 같은 다수의 구성요소를 선택적으로 구성함으로써, 빛의 진행상태를 바꾸거나 굴절률을 변화시켜 높은 휘도와 콘트라스트 특성을 갖는 액정표시패널이 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 액정표시패널을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액정표시패널의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 액정표시패널은 크게 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 화상을 표시하는 화소부(25)와 상기 화소부(25)의 게이트라인(16)들과 접속되는 게이트패드부(26) 및 데이터라인(17)들과 접속되는 데이터패드부(27)로 구성된다.

이때, 상기 게이트패드부(26)와 데이터패드부(27)는 컬러필터 기판(5)과 중첩되지 않는 어레이 기판(10)의 가장자리 영역에 형성되며, 게이트패드부(26)는 게이트 구동부(미도시)로부터 공급되는 주사신호를 화소부(25)의 게이트라인(16)들에 공급하고, 데이터패드부(27)는 데이터 구동부(미도시)로부터 공급되는 화상정보를 화소부(25)의 데이터라인(17)들에 공급한다.

또한, 상기 어레이 기판(10)에는 화상정보가 인가되는 데이터라인(17)들과 주사신호가 인가되는 게이트라인(16)들이 서로 교차하도록 배열되어, 상기 데이터라인(17)들과 게이트라인(16)들에 의해 구획되는 영역에 각각 박막 트랜지스터(미도시)와 화소전극(미도시)이 구비된다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 컬러필터 기판(5)에는 블랙매트릭스(black matrix)에 의해 화소별로 구획(區劃)된 컬러필터들과 상기 어레이 기판(10)에 형성된 화소전극의 상대전극인 공통전극이 구비된다.

이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(10)과 어레이 기판(5)은 스페이서(미도시)에 의해 일정한 셀갭이 유지되고, 상기 화소부(25)의 외곽을 따라 형성된 실 패턴(seal pattern)(35)에 의해 합착 된다.

이때, 상기 스페이서를 형성하는 방법으로는 유리 비드(bead)나 플라스틱 비드와 같은 볼 스페이서를 이용하여 무작위로 산포하는 방식이 있으나, 최근 들어 액정표시패널이 점차 대형화되어 감에 따라 볼 스페이서의 뭉침 현상으로 인해 정밀한 셀갭 유지가 어렵고, 화질 불량이 발생하게 되었다.

따라서, 대형 액정표시패널의 경우에는 볼 스페이서를 사용하지 않고, 직접 어레이 기판(5)이나 컬러필터 기판(10)에 직접 패터닝하여 형성되는 컬럼 스페이서(또는, 패턴화된 스페이서)를 사용하고 있다.

이때, 액정층의 두께, 즉 상기 어레이 기판(5)과 컬러필터 기판(10) 사이의 셀갭은 액정표시패널의 설계에 있어서 가장 중요한 항목 중의 하나가 된다. 즉, 패널의 위치에 따라 셀갭의 두께가 달라지면, 그에 따라 색상이나 휘도가 달라져 화면표시특성이 저하되는 심각한 문제가 발생하게 된다.

도 2는 컬럼 스페이서가 형성된 액정표시패널의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 액정표시패널은 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 어레이 기판(10)과 컬러필터가 형성된 컬러필터 기판(5)이 합착되어 구성되며, 상기 컬러필터 기판(5) 위에는 컬럼 스페이서(90)가 형성되어 상기 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(5) 사이의 셀갭을 일정하게 유지시킨다.

일반적으로 상기 컬럼 스페이서(90)는 컬러필터 기판(5) 위에 고정되어 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(5)을 합착할 때, 상기 어레이 기판(10)면과 접촉하게된다.

그러나, 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(5)을 합착하는 과정에서 합착 마진에 의해 상기 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(5)이 틀어지는 경우가 발생하거나, 합착 후의 경우라도 외력(外力)이 작용할 경우 상기 어레이 기판(10)이나 컬러필터 기판(5)이 일측방향으로 유동되는 경우에는 셀갭이 불균일하게 되는 문제점이 있다.

또한, 이와 같이 외력이 작용할 경우 상기 어레이 기판(10)이나 컬러필터 기판(5)이 일측방향으로 유동되어 터치 얼룩이나 눌림 불량이 발생되어 액정표시패널의 화질을 저하시키는 요인이 된다.

또한, 외력에 의해 상기 컬럼 스페이서(90)가 좌우로 유동하게 되는 경우에는 이로 인해 셀갭이 불균일하게 되어 휘도 불균일 등의 화질 저하를 유발하게 된다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 합착시 어레이 기판과 컬러필터 기판의 틀어짐을 방지함으로써 합착 마진을 확보할 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부 충격에 의해 어레이 기판이나 컬러필터 기판이 밀리는 현상 및 어레이 기판이나 컬러필터 기판이 뒤틀리는 현상을 방지함으로써 셀갭을 균일하게 유지할 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 터치 얼룩이나 눌림 불량을 방지함으로써 액정표시패널의 화질을 향상시킬 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시패널은 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 형성된 게이트전극과 게이트라인; 상기 게이트전극과 게이트라인이 형성된 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 1 절연막; 상기 제 1 절연막이 형성된 상기 게이트전극 상부에 형성된 액티브패턴과 소오스전극 및 드레인전극; 상기 액티브패턴과 소오스전극 및 드레인전극이 형성된 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 2 절연막; 상기 제 2 절연막이 선택적으로 제거되어 상기 드레인전극을 노출시키는 콘택홀 및 상기 게이트라인 상부에 형성되며, 상기 콘택홀과는 다른 깊이를 가지는 홀; 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극;상기 제 1 기판과 합착되는 제 2 기판; 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 구비되며, 상기 제 1 기판에 형성된 상기 홀 내부로 삽입되어 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 셀갭을 균일하게 유지시키는 컬럼 스페이서; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 셀갭에 형성된 액정층을 포함한다.

또한, 본 발명의 액정표시패널의 제조방법은 제 1 기판 위에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막이 형성된 상기 게이트전극 상부에 액티브패턴과 소오스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 회절마스크나 하프-톤(half-tone) 마스크를 통해 상기 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 한편, 상기 게이트라인 상부에 상기 콘택홀과는 다른 깊이를 가진 홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계; 제 2 기판 위에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판에 형성된 상기 홀 내부로 상기 컬럼 스페이서가 삽입되어 고정되도록 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시패널 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 개략적으로 나타내는 도면으로써, 컬러필터 기판에 컬럼 스페이서가 형성된 액정표시패널을 예를 들어 나타내고 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 액정표시패널은 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 어레이 기판(110)과 컬러필터 어레이가 형성된 컬러필터 기판(105)이 합착되어 구성되며, 상기 컬러필터 기판(105) 위에는 컬럼 스페이서(190)가 형성되어 상기 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105) 사이의 셀갭을 일정하게 유지시키게 한다.

이때, 상기 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)의 셀갭에는 액정층(미도시)이 형성되며, 상기 컬럼 스페이서(190)와 접촉되는 어레이 기판(110)의 상부에는 합착시 상기 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)의 틀어짐을 방지하기 위한 음각의 홀(H)이 형성되어 있다.

이와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시패널은 컬러필터 기판(105) 위에 컬럼 스페이서(190)를 형성하고, 상기 컬럼 스페이서(190)의 상부면(191)과 접촉하는 어레이 기판(110)의 표면에 홀(H)을 형성하여 상기 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)을 합착할 때 상기 홀(H) 내부로 컬럼 스페이서(190)가 삽입되어 고정되도록 함으로써 합착 마진이나 외력에 의한 어레이 기판(110)과 컬 러필터 기판(105)의 틀어짐을 방지할 수 있게 된다.

이때, 합착과정에서 상기 어레이 기판(110)이나 컬러필터 기판(105)이 틀어진 경우라도 본 발명의 홀(H)의 형성으로 상기 기판(105, 110)들의 틀어지는 정도를 최소화할 수 있게 되다.

또한, 전술한 바와 같이 상기 홀(H) 내부로 컬럼 스페이서(190)가 삽입되어 고정됨으로써 합착 후라도 외부 충격에 의해 어레이 기판(110)이나 컬러필터 기판(105)이 일측 방향으로 밀리는 현상 및 어레이 기판(110)이나 컬러필터 기판(105)이 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 터치 얼룩이나 눌림 불량으로 인한 빛샘과 같은 액정표시패널의 화질불량을 방지할 수 있게 된다. 상기 터치 얼룩은 액정표시패널을 문질렀을 때 얼룩으로 문지른 자국이 나타나는 현상이다.

이와 같이 본 발명은 합착 마진에 따라 큰 화질 특성 변화를 가지는 액정표시패널에 있어서 합착시 발생하는 두 기판(105, 110)간의 틀어짐을 최소화함으로써 합착 마진을 개선할 수 있게 된다.

또한, 합착시 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)의 틀어짐을 억제하고, 외부 충격에 의해 어레이 기판(110)이나 컬러필터 기판(105)이 밀리는 현상 및 어레이 기판(110)이나 컬러필터 기판(105)이 뒤틀리는 현상을 방지함으로써 셀갭을 균일하게 유지할 수 있게 된다.

상기 컬럼 스페이서(190)가 삽입되어 고정되는 홀(H)은 상기 컬럼 스페이서(190)의 상부면과 소정의 이격(離隔) 마진(margin)(D)을 가지게 되며, 상기 이격 마진(D)은 액정표시패널의 사이즈 및 모델에 따라 다르나 상기 컬럼 스페이서의 하부면(192)에 대해 1/30~1/2 정도로 할 수 있다. 예를 들어, 상기 컬럼 스페이서의 하부면(192)의 길이가 20~30㎛인 경우 상기 이격 마진(D)을 1~5㎛ 정도로 할 수 있다.

이때, 도면에는 상기 컬럼 스페이서(190)의 하부면(192)이 상부면(191)보다 폭이 큰 형태를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 상기 컬럼 스페이서(190)의 하부면(192)과 상부면(191)이 동일한 폭을 가지도록 형성할 수도 있다.

상기 음각 홀(H) 패턴은 어레이 기판(110)의 절연막에 콘택홀을 형성하는 과정을 통해 함께 형성하는 경우에는 추가적인 마스크공정이 필요하지 않게 되는 이점이 있다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판의 일부를 확대하여 나타내는 평면도이다.

이때, 실제의 액정표시패널에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 단지 (m, n)번째 화소만을 나타내었다.

도면에 도시된 바와 같이, (m, n)번째 화소의 어레이 기판은(110)은 외부의 구동회로(미도시)로부터 주사신호가 인가되는 n번째 게이트라인(116n), 화상신호가 인가되는 m번째 데이터라인(117m), 상기 게이트라인(116n)과 데이터라인(117m)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터에 연결 된 화소전극(118)을 포함한다.

상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(116n)에 연결된 게이트전극(121), 상기 데이터라인(117m)에 연결된 소오스전극(122) 및 상기 화소전극(118)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123)의 절연을 위한 제 1 절연막(미도시), 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123)간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 반도체층(미도시)을 포함한다. 이때, 상기 드레인전극(123) 위에는 콘택홀(140)이 형성된 제 2 절연막(미도시)이 있어, 상기 콘택홀(140)을 통해 상기 드레인전극(123)과 화소전극(118)이 전기적으로 접속되게 된다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 화소전극(118)의 일부가 n-1번째 게이트라인, 즉 전단 게이트라인(116n-1)쪽으로 돌출하여 스토리지전극을 구성할 수 있으며, 이 경우에는 상기 스토리지전극은 상기 전단 게이트라인(116n-1)의 일부와 오버랩되어 스토리지 커패시터를 형성하게 된다.

이때, 상기 어레이 기판(110)과 대향하는 컬러필터 기판(미도시)의 소정 영역에는 컬럼 스페이서(190)가 형성되어 상기 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)의 합착시 셀갭을 일정하게 유지시키는 역할을 하게되는데, 도 4에는 어레이 기판(110)의 게이트라인(116n-1, 116n) 상부에 컬럼 스페이서(190)가 위치하고 있는 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상부 컬러필터 기판의 블랙매트릭스 영역 내에 형성하기만 하면 상기 어레이 기판(110) 의 다른 영역, 예를 들면 데이터라인(117m, 117m+1) 또는 박막 트랜지스터 영역 상부에 형성할 수도 있다.

이와 같이 상기 게이트라인(116n-1, 116n) 상부에는 액정표시패널의 셀갭을 유지하는 컬럼 스페이서(190)가 위치하는데, 이때 상기 컬럼 스페이서(190)는 합착시 상기 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판의 틀어짐을 방지하기 위해 음각의 홈(H) 내에 삽입되어 고정되어 있다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 컬럼 스페이서(190)와 홈(H)은 1∼5㎛ 정도의 이격 마진을 갖도록 형성할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 실시예의 액정표시패널의 제조공정에 대하여 상세히 설명한다.

도 5a 내지 도 5g는 도 4에 도시된 어레이 기판의 IV-IV'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.

이때, 본 실시예는 4번의 마스크공정, 즉 4번의 포토리소그래피(photolithography)공정을 이용하여 어레이 기판을 형성하는 4마스크공정을 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 마스크공정의 수에 관계없이 적용될 수 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같이 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 위에 게이트전극(121)과 게이트라인(116n)을 형성한다.

이때, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116n)은 도전물질을 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 패터닝하여 형성하게 된다.

그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 차례대로 제 1 절연막(115A), 비정질 실리콘 박막(120), n+ 비정질 실리콘 박막(130) 및 도전막(150)을 형성한다.

이후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성 물질로 이루어진 감광막(180)을 형성하고, 슬릿영역을 포함하는 회절마스크(170)를 통해 상기 감광막(180)에 광을 조사한다.

이때, 상기 회절마스크(170)에는 광을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)과 광의 일부만 투과시키는 제 2 투과영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 마스크(170)를 투과한 빛만이 감광막(180)에 조사되게 된다.

본 실시예에 사용한 회절마스크(170)는 제 2 투과영역(II)이 슬릿구조를 가지며, 상기 제 2 투과영역(II)을 통해 조사되는 노광량은 빛을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)에 조사된 노광량보다 적게 된다. 따라서, 감광막(180)을 도포한 후 상기 감광막(180)에 부분적으로 슬릿영역(II)이 마련된 마스크(170)를 사용하여 노광, 현상하게 되면 상기 슬릿영역(II)에 남아있는 감광막의 두께와 제 1 투과영역(I) 또는 차단영역(III)에 남아있는 감광막의 두께가 다르게 되게 된다.

이때, 상기 감광막(180)으로 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용하는 경우에는 상기 슬릿영역(II)에 남아있는 감광막의 두께는 차단영역(III)에 남아있는 감광막의 두께보다 적게 되며, 네거티브 타입의 포토레지를 사용하는 경우에는 상기 슬릿영역(II)에 남아있는 감광막의 두께는 제 1 투과영역(I)에 남아있는 감광막의 두께보다 적게 되게된다.

이때, 본 실시예에서는 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 네거티브 타입의 포토레지스트를 사용할 수도 있다.

이어서, 상기 회절마스크(170)를 통해 노광된 감광막(180)을 현상하고 나면(제 2 마스크공정), 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III) 및 제 2 투과영역(II)을 통해 모든 광이 차단되거나 광이 일부가 차단된 영역에는 소정 두께의 감광막패턴(180A, 180B)이 남아있게 되고, 광이 모두 조사된 제 1 투과영역(I)영역에는 감광막이 제거되어 도전막(150) 표면이 노출되게 된다.

이때, 상기 차단영역(III)을 통해 형성된 제 1 감광막패턴(180A)은 제 2 투과영역(II)에 형성된 제 2 감광막패턴(180B)보다 두껍게 형성되게 된다.

즉, 도면의 소오스/드레인전극영역(즉, 후술할 식각공정을 통해 소오스전극과 드레인전극이 형성될 영역) 상부에는 제 1 두께의 제 1 감광막패턴(180A)이 남아있게 되며, 상기 소오스전극영역과 드레인전극영역 사이에는 제 2 두께의 제 2 감광막패턴(180B)이 남아있게 된다.

이후, 상기와 같이 형성된 감광막패턴(180A, 180B)을 마스크로 하여, 그 하부의 도전막(150)과 n+ 비정질 실리콘 박막(130) 및 비정질 실리콘 박막(120)을 선택적으로 제거함으로써 상기 게이트전극(121) 상부에 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(124)을 형성한다. 이때, 상기 액티브패턴(124) 상부에는 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(130')과 도전막으로 이루 어진 도전막패턴(150')이 형성되어 있게 된다.

이어서, 애슁공정을 진행하여 상기 제 2 투과영역(II)의 제 2 감광막패턴(180B)을 완전히 제거하게 되면, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역의 제 1 감광막패턴(180A)은 상기 제 2 투과영역(II)의 제 2 감광막패턴(180B) 두께만큼 제거된 제 3 두께의 제 3 감광막패턴(180A')으로 남아있게 된다.

이후, 상기 남아있는 감광막패턴(180A')을 마스크로 하여, 그 하부의 도전막 패턴(150')과 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(130')을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 액티브패턴(124) 상부에 소오스전극(122)과 드레인전극(123)이 형성되게 된다.

이때, 상기 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(130')도 동일한 형태로 패터닝되어 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 액티브패턴(124)의 소정영역 사이를 접속시키는 오믹-콘택층(ohmic contact later)(125)을 형성하게 된다.

상기 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(130')의 식각시 그 하부의 액티브패턴(124)을 구성하는 비정질 실리콘 박막의 표면 일부가 제거되게 되는데, 이는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 백-채널 에치 타입으로 형성하기 때문이다.

이와 같이 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123)은 회절노광을 이용함으로써 한번의 마스크공정을 통해 형성할 수 있게 되어 마스크공정수를 감소시킬 수 있게 된다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123)을 각각 개별적인 마스크공정, 즉 두 번의 마스크공정을 통해 형성할 수도 있다.

이때, 상기 소오스전극(122)의 일부는 데이터라인(117m)을 구성하여 상기 게 이트라인(116n)과 교차하여 화소영역을 정의하게 된다.

다음으로, 도 5f에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 제 2 절연막(115B)을 형성한다. 그리고, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 상기 제 2 절연막(115B)을 선택적으로 패터닝함으로써, 상기 드레인전극(123)의 일부를 노출시키는 콘택홀(140)을 형성한다.

이때, 게이트라인(116n) 상부의 제 2 절연막(115B)의 소정영역을 선택적으로 패터닝하여 컬럼 스페이서가 삽입되어 고정되도록 음각의 홀(H)을 형성하게 된다.

상기 홀(H)은 추가적인 마스크공정 없이 제 3 마스크공정을 통해 형성할 수 있으며, 전술한 회절마스크를 적용하는 경우에는 형성되는 홀(H)의 깊이를 조절할 수 있게 된다.

이와 같이 홀(H)이 형성되는 영역에 회절노광 방법이나 하프-톤(half-tone) 방법을 적용하는 경우에는 추가적인 공정 없이 한번의 포토리소그래피공정을 통해 상기 콘택홀(140)과는 다른 깊이를 가진 홀(H)을 형성할 수 있게 된다.

상기 회절노광 방법이나 하프-톤 방법은 상기 제 2 절연막(115B)의 표면에 감광막(photoresist layer)을 형성하고, 마스크를 통해 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성한 다음 그 감광막 패턴을 통해 하부 절연막(115B, 115A)을 식각하는 사진식각 공정을 적용함에 있어서, 상기 감광막에 입사되는 광의 강도를 다르게 하여 노광할 수 있는 방법이다.

이때, 도면에는 상기 드레인전극(123)을 노출시키는 콘택홀(140)과 동일한 깊이로 제 2 절연막(115B)이 식각되어 본 실시예의 홀(H)이 형성되는 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전술한 회절마스크를 적용하는 경우에는 상기 콘택홀(140)과는 다른 깊이를 가진 홀(H)을 형성할 수 있게 된다.

또한, 홀(H)이 형성되는 부분의 절연막(115A, 115B)을 오버 에칭함으로써 제 2 절연막(115B) 하부의 제 1 절연막(115A) 일부도 식각하는 경우에는 보다 깊은 깊이를 가진 홀(H)을 형성할 수 있게 되며, 이때는 하부의 게이트라인(116n)이 노출되지 않도록 하여야 한다.

또한, 상기 홀(H)은 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판의 합착시 컬럼 스페이서가 쉽게 삽입되도록 소정의 예각을 가지도록 형성할 수 있다.

그리고, 도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 투명한 도전물질을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 이용하여 패터닝함으로써 상기 콘택홀(140)을 통해 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 접속하는 화소전극(118)을 형성한다.

상기 화소전극(118)은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO) 등과 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질로 형성할 수 있다.

이와 같이 구성된 어레이 기판(110)은 도 6에 도시된 바와 같이, 컬러필터 기판(105)에 형성된 컬럼 스페이서(190)에 의해 일정한 셀갭이 유지되는 상태에서 상기 컬러필터 기판(105)과 합착하여 액정표시패널을 구성하게 된다.

이때, 상기 컬러필터 기판(105)은 기판(105) 위에 블랙매트릭스(106)를 형성 하는 단계와 상기 블랙매트릭스(106)가 형성된 기판(105) 위에 적, 녹 및 청색의 컬러필터(107)를 형성하는 단계 및 상기 블랙매트릭스(106)와 컬러필터(107)가 형성된 기판(105)의 상부 전면에 공통전극(108)을 형성하는 단계를 통해 제작되게 된다.

상기 블랙매트릭스(106)는 화소들의 경계영역에 패터닝되어 액정표시패널 하부의 백라이트(미도시)로부터 발생된 빛의 누설을 차단하고, 인접하는 화소들의 혼색을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 컬러필터(107)는 상기 블랙매트릭스(106)와 일부 중첩되어 단위 화소에 대응되도록 형성된 적, 녹 및 청색의 서브컬러필터로 구성된다.

이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 블랙매트릭스(106)와 컬러필터(107) 상부에는 오버코트층(over coat layer)이 추가로 형성될 수 있으며, 상기 오버코트층은 상기 블랙매트릭스(106)와 컬러필터(107)의 상부 표면을 평탄화 시키는 역할을 한다.

상기 공통전극(108) 상부에는 컬럼 스페이서(190)가 형성되는데, 도면에는 하부면이 상부면에 비해 더 넓은 형태의 컬럼 스페이서(190)를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 컬럼 스페이서(190)의 형태에 관계없이 적용 가능하다.

전술한 바와 같이 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)을 합착시 상기 컬럼 스페이서(190)는 하부 어레이 기판(110) 상부에 형성된 음각의 홀(H) 내부로 삽입되어 고정되게 되므로, 합착시 합착 마진에 의해 상기 어레이 기판(110)과 컬러 필터 기판(105)이 틀어지는 현상을 최소화하며 외력에 의해 상기 어레이 기판(110)이나 컬러필터 기판(105)이 밀리거나 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있게 되어 균일한 셀갭을 유지할 수 있게 된다.

상기 제 1 실시예는 컬럼 스페이서를 컬러필터 기판에 고정되도록 형성하고 상기 컬럼 스페이서가 접촉하는 상기 컬러필터 기판의 대향되는 어레이 기판에 상기 컬럼 스페이서와 결합되는 음각의 홀을 형성하는 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 컬럼 스페이서를 어레이 기판에 형성하고 그 대향 기판인 컬러필터 기판에 홀을 형성할 수도 있으며, 이를 다음의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 예를 들어 나타내는 예시도로써, 어레이 기판에 컬럼 스페이서를 형성하고 컬러필터 기판에 홀을 형성한 경우를 나타내고 있다.

이때, 본 실시예는 도 6에 도시된 제 1 실시예의 액정표시패널과는 컬럼 스페이서 및 홀이 형성되는 위치만을 제외하고는 동일한 구성으로 이루어져 있다. 따라서, 상기 제 1 실시예의 액정표시패널과 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 액정표시패널은 박막 트랜지스터가 형성된 어레이 기판(210)과 컬러필터 어레이가 형성되어 상기 어레이 기판(210)과 합착되는 컬러필터 기판(205)과 상기 어레이 기판(210) 위에 형성되어 상기 어레이 기판(210)과 컬러필터 기판(205)의 셀갭을 균일하게 유지시키는 컬럼 스페이서 (290) 및 상기 어레이 기판(210)과 컬러필터 기판(205)의 셀갭에 형성된 액정층(미도시)으로 구성된다.

이와 같이 본 실시예에서는 컬럼 스페이서(290)를 하부 어레이 기판(210)에 형성하고 상기 어레이 기판(210)에 대향하는 컬러필터 기판(205)에 음각의 홀(H)을 형성하게 되며, 상기 어레이 기판(210)과 컬러필터 기판(205)의 합착시 상기 어레이 기판(210)에 형성된 컬럼 스페이서(290)는 컬러필터 기판(205)에 형성된 홀(H) 내에 삽입되어 고정되게 된다.

이때, 상기 홀(H)은 컬러필터 기판(205)의 컬러필터(207)에 형성되게 되며, 마스크공정을 통해 소정영역의 컬러필터(207)를 선택적으로 식각함으로써 소정 깊이를 가진 홀(H)을 형성할 수 있다.

참고로, 미설명부호 217m은 게이트라인을 나타내며 221, 222, 223, 224 및 225는 각각 게이트전극, 소오스전극, 드레인전극, 액티브패턴 및 오믹-콘택층을 나타낸다.

또한, 미설명부호 208은 컬러필터 기판(205)의 공통전극을 나타내며 218은 어레이 기판(210)의 화소전극을 나타낸다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 액정표시패널 및 그 제조방법에 있어서 컬럼 스페이서가 하나의 기판과 고정된 상태에서 다른 하나의 기판에 형성된 음각의 홀에 의해 고정, 결합되는 경우에는 어레이 기판과 컬러필터 기판의 합착시 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 틀어짐을 최소화할 수 있게 되어 합착 마진을 개선할 수 있다.

또한, 외부 충격에 의해 어레이 기판이나 컬러필터 기판 밀리는 현상 및 어레이 기판이나 컬러필터 기판의 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있게 되어 터치 얼룩이나 눌림 불량으로 인한 액정표시패널의 화질불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 제 1 기판;

   상기 제 1 기판 위에 형성된 게이트전극과 게이트라인;

   상기 게이트전극과 게이트라인이 형성된 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 1 절연막;

   상기 제 1 절연막이 형성된 상기 게이트전극 상부에 형성된 액티브패턴과 소오스전극 및 드레인전극;

   상기 액티브패턴과 소오스전극 및 드레인전극이 형성된 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 2 절연막;

   상기 제 2 절연막이 선택적으로 제거되어 상기 드레인전극을 노출시키는 콘택홀 및 상기 게이트라인 상부에 형성되며, 상기 콘택홀과는 다른 깊이를 가지는 홀;

   상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극;

   상기 제 1 기판과 합착되는 제 2 기판;

   상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 구비되며, 상기 제 1 기판에 형성된 상기 홀 내부로 삽입되어 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 셀갭을 균일하게 유지시키는 컬럼 스페이서; 및

   상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 셀갭에 형성된 액정층을 포함하는 액정표시패널.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 상기 홀과 소정의 이격 마진을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 이격 마진은 상기 컬럼 스페이서의 하부면에 대해 1/30~1/2인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 홀이 형성되는 부분의 제 2 절연막 및 상기 제 2 절연막 하부의 제 1 절연막의 소정 두께가 제거되어 상기 콘택홀보다 깊은 깊이를 가진 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
7. 제 1 기판 위에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 단계;

   상기 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계;

   상기 제 1 절연막이 형성된 상기 게이트전극 상부에 액티브패턴과 소오스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계;

   상기 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계;

   회절마스크나 하프-톤(half-tone) 마스크를 통해 상기 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 한편, 상기 게이트라인 상부에 상기 콘택홀과는 다른 깊이를 가진 홀을 형성하는 단계;

   상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계;

   제 2 기판 위에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계; 및

   상기 제 1 기판에 형성된 상기 홀 내부로 상기 컬럼 스페이서가 삽입되어 고정되도록 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 액정표시패널의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 홀이 형성되는 부분의 제 2 절연막 및 상기 제 2 절연막 하부의 제 1 절연막의 소정 두께를 제거하여 상기 콘택홀보다 깊은 깊이를 가진 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 상기 홀과 소정의 이격 마진을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 이격 마진은 상기 컬럼 스페이서의 하부면에 대해 1/30~1/2인 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.

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