KR101281756B1 - 액정 표시 장치의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 액정표시 장치 - Google Patents

액정 표시 장치의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 액정표시 장치 Download PDF

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Abstract

공정 시간이 절약되고, 공정 설비를 감소시키는 액정 표시 장치의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치의 제조 방법은, 절연 기판 상에 제1, 제2 및 제3 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 블랙 매트릭스 상부 및 상기 블랙 매트릭스에 의해 노출된 절연 기판 상에 컬러필터층을 형성하는 단계와, 컬러필터층 상에 상부 스페이서용 유기막을 형성하는 단계와, 컬러필터층 및 상부 스페이서용 유기막을 동시에 패터닝하여 각각 제1 화소 영역 상에 제1 컬러필터 패턴과 블랙 매트릭스 상에 하부 스페이서, 및 하부 스페이서 상에 상부 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
스페이서, 부분 경화, 리프트 오프

Description

액정 표시 장치의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 액정 표시 장치{Method for manufacturing liquid crystal display device and liquid crystal display device manufactured using the same}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 포함되는 제2 기판의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 제2 기판을 A-A´선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 포함되는 제2 기판의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 제2 기판을 B-B´선을 따라 자른 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1: 액정 표시 장치 2: 제1 기판
3, 3': 제2 기판 4: 액정층
10: 투명 기판 26: 게이트 전극
30: 게이트 절연막 40: 액티브층
55: 소스 전극 56: 드레인 전극
60: 보호막 72: 콘택홀
82: 화소 전극 100: 절연 기판
111, 112, 113: 화소
121, 122, 123, 124, 125, 126: 블랙 매트릭스
131: 제1 컬러필터 패턴 132: 제2 컬러필터 패턴
133: 제3 컬러필터 패턴 141: 스페이서
141a: 하부 스페이서 141b: 상부 스페이서
150: 공통 전극 300: 마스크
301: 개구부 302a, 302b: 마스크 패턴
303: 슬릿 마스크 패턴 1111: 제1 화소 영역
1112: 제2 화소 영역 1113: 제3 화소 영역
1130: 컬러필터층 1140: 상부 스페이서용 유기막
본 발명은 액정 표시 장치의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 설비 및 공정 시간이 감소된 액정 표시 장치의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display : FPD) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치는 복잡한 단계를 거쳐 제조되며, 특히 액정 표시 장치의 제2 기판은 전극용 도전층, 컬러필터층 및 스페이서용 유기물을 형성하고 이를 패터닝 하여 전극, 컬러필터 패턴, 및 스페이서를 형성하는 등 여러 단계를 거쳐 제조된다.
그러나, 이와 같이 여러 단계를 거쳐 액정 표시 장치를 제조하면, 고정 시간이 증가할 뿐만 아니라, 각각의 단계에 요구되는 공정 설비가 증가하여 제조 원가를 상승시킬 수 있다.
따라서, 액정 표시 장치를 제조하는 여러 단계 중 일부 단계를 동시에 수행하여 공정 시간을 단축시키고, 공정 설비를 감소시킴으로써 제조 원가를 절감할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 일부 공정 단계를 감소시켜 공정 시간을 단축하고, 공정 설비를 감소시키는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 기술적 과제에 의해 제 조된 액정 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 절연 기판 상에 제1, 제2 및 제3 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스 상부 및 상기 블랙 매트릭스에 의해 노출된 상기 절연 기판 상에 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러필터층 상에 상부 스페이서용 유기막을 형성하는 단계와, 상기 컬러필터층 및 상기 상부 스페이서용 유기막을 동시에 패터닝하여 각각 상기 제1 화소 영역 상에 제1 컬러필터 패턴과 상기 블랙 매트릭스 상에 하부 스페이서, 및 상기 하부 스페이서 상에 상부 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 절연 기판과, 상기 절연 기판 상에 형성되어 제1, 제2 및 제3 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스와, 상기 제1, 제2 및 제3 화소 영역 상에 각각 형성된 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴과, 상기 블랙 매트릭스 상에 제1 컬러필터 패턴과 실질적으로 동일한 물질로 형성된 하부 스페이서와, 상기 하부 스페이서 바로 위에 형성된 상부 스페이서로 이루어진 스페이서를 포함한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 포함되는 제2 기판의 일부를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 제2 기판을 A-A´선을 따라 자른 단면도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)는 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 제1 기판(2), 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133)이 형성되어 있고 제1 기판(2)과 대향하는 제2 기판(3), 및 이들 제1 기판(2)과 제2 기판(3) 사이에 개재되어 있는 액정층(4)을 포함한다. 그리고 제 2 기판(3)의 하부에는 별도의 광원인 백라이트(back light)(미도시)가 배치된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)에 포함되는 제1 기판(2)은 투명 기판(10) 위에 형성된 게이트 전극(26), 데이터선(미도시), 소스 전극(55), 드레인 전극(56), 및 화소 전극(82) 등을 포함한다.
투명 기판(10)은 내열성 및 투광성을 가진 물질, 예를 들어 투명 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
투명 기판(10) 위에는 게이트 전극(26)이 형성되어 있다. 게이트 전극(26)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달하는 게이트선(미도시)의 일부로 제공되거나, 게이트선의 일부 폭이 넓게 형성되어 별도의 게이트 전극(26)이 제공될 수도 있다.
여기서, 게이트 전극(26) 및 게이트선은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 따위로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 전극(26) 및 게이트선은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다.
게이트 전극(26)은 후술하는 소스 전극(55) 및 드레인 전극(56)과 함께 박막 트랜지스터의 삼단자를 구성한다.
한편, 유지 전극(미도시)은 게이트선과 동일한 층에 화소 전극(82)과 오버랩 되도록 형성되어 스토리지 캐패시터를 형성할 수 있다.
투명 기판(10) 위에는 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)등의 무기 절연 물질, BCB(BenzoCycloButene), 아크릴계 물질, 폴리이미드와 같은 유기 절연 물질로 이루어진 게이트 절연막(30)이 게이트 전극(26) 및 게이트선을 덮고 있다.
게이트 절연막(30) 상부의 일부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon), 다결정 규소 또는 전도성 유기물질 등으로 이루어진 액티브층(40)이 형성되어 있다.
액티브층(40)은 섬 모양으로 형성될 수 있으며, 게이트 전극(26) 상에서 게이트 전극(26)과 오버랩되며, 후술하는 소스 전극(55), 드레인 전극(56)과 적어도 일부 오버랩된다. 액티브층(40)의 모양은 섬 모양에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
액티브층(40)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 또는 p형 불순물이 도핑되어 있는 ITO 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(ohmic contact layer)(45, 46)이 형성될 수 있다.
액티브층(40) 및 게이트 절연막(30) 위에는 주로 세로 방향으로 형성되고 게이트선과 절연되어 교차하여 화소를 정의하는 데이터선(미도시), 데이터선으로부터 각각 분지되어 액티브층(40)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(55), 소스 전극(55)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(55)과 대향하는 드레인 전극(56)을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다.
데이터선은 외부 회로로부터 데이터 신호를 인가받아 이를 각각 소스 전극(55)에 전달한다.
게이트 전극(26)에 턴 온(turn on) 전압을 인가하여 박막 트랜지스터를 도통시킨 후에, 화상 신호를 나타내는 데이터 전압을 데이터선에 인가하여 액정 표시 장치(1)를 구동하는 바, 이 데이터 전압은 소스 전극(55)을 경유하여 드레인 전극(56)을 거쳐 화소 전극(82)에 전달된다. 이러한 데이터 전압은 화소 전극(82)을 통해 액정 캐패시터와 스토리지 캐패시터에 인가되고, 화소 전극(82)과 공통 전극(150)의 전위차에 의해 전계가 형성된다.
데이터 배선은 크롬, 몰리브덴 계열의 금속, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속으로 이루어질 수 있으며, 내화성 금속 따위의 하부막(미도시)과 그 위에 위치한 저저항 물질 상부막(미도시)으로 이루어진 다층막 구조를 가질 수도 있다.
데이터 배선 및 이들에 의해 노출된 액티브층(40) 상부에는 보호막(passivation layer)(60)이 형성되어 있다.
보호막(60)은 질화규소(SiNx), 산화규소로 이루어진 무기물, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막), 또는 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 아크릴계 유기 절연막 등으로 이루어질 수 있다.
보호막(60)에는 드레인 전극(56)을 드러내는 콘택홀(72)이 형성되어 있다. 콘택홀(72)은 각을 가지거나 원형의 다양한 모양으로 형성될 수 있고, 화소 전극(82)과의 연결을 위하여 폭이 확장되어 형성될 수 있다.
보호막(60) 위에는 콘택홀(72)을 통하여 소스 전극(55)과 전기적으로 접속되어 있으며 표시 영역에 위치하는 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(82)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도전체 또는 알루미늄 등의 반사성 도전체로 이루어질 수 있다.
이하 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)에 포함되는 제2 기판(3)에 대하여 상세히 설명한다.
제 2 기판(3)은 절연 기판(100), 절연 기판(100) 상에 형성된 블랙 매트릭스(121, 122, 123, 124, 125, 126), 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133), 블랙 매트릭스(121, 122, 123, 124, 125, 126) 상에 형성된 스페이서(141), 및 공통 전극(150)을 포함한다.
제2 기판(3)의 절연 기판(100)은 제1 기판(도 1의 2 참조)의 투명 기판(도 1 의 10 참조)과 동일하게 내열성 및 투광성을 가진 물질, 예를 들어 투명 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
본 실시예의 절연 기판(100) 상에는 제1, 제2 및 제3 화소 영역(1111, 1112, 1113)을 정의하는 블랙 매트릭스(121, 122, 123, 124, 125, 126)가 형성되어 있다.
블랙 매트릭스(121, 122, 123, 124, 125, 126)는 예를 들어 크롬(Cr) 등의 불투명 물질로 이루어질 수 있으며, 빛샘을 방지하여 화질을 개선하는 역할을 한다. 블랙 매트릭스(121, 122, 123, 124, 125, 126)는 개구율을 극대화하기 위하여 제1 기판의 게이트 및/또는 데이터 배선과 중첩하도록 형성될 수 있다.
블랙 매트릭스(121, 122, 123, 124, 125, 126)에 의해 정의된 제1, 제2 및 제3 화소 영역(1111, 1112, 1113)은 각각 다수의 화소(111, 112, 113)들로 이루어지며, 이들 화소(111, 112, 113)들은 스트라이프(stripe), 모자이크(mosaic) 및 델타(delta) 형상으로 배치될 수 있다. 본 명세서에서는 다수의 화소(111, 112, 113)들이 스트라이프 형상으로 배치된 제1, 제2 및 제3 화소 영역(1111, 1112, 1113)을 예로 들어 설명하며, 이하 스트라이프 형상으로 화소(111, 112, 113)가 배치되고, 서로 순차적으로 배치된 각각의 제1, 제2 및 제3 화소 영역(1111, 1112, 1113)을 '화소열'이라고 정의한다.
이들 제1, 제2 및 제3 화소 영역(1111, 1112, 1113)에는 각각 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133)이 형성된다. 이들 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133)은 서로 다른 컬러의 빛을 투과시키는 물질로 이루어져, 특정한 파장대의 빛만을 통과시키는 역할을 한다. '제1 화소 영역(1111)에 제1 컬러필터 패턴(131)이 형성된다'는 의미는 제1 화소 영역(1111) 및 이를 둘러싸는 블랙 매트릭스(121, 122, 124) 상부 모두에 제1 컬러필터 패턴(131)이 형성되는 것을 포함한다. 제1 컬러필터 패턴(131)은 제1 화소 영역(1111) 전부를 커버하도록 형성된다. 제2 및 제3 컬러필터 패턴(132, 133)은 제2 및 제3 화소 영역(1112, 1113)의 각 화소에 배치될 수 있으나, 도 2에 도시된 바와는 달리 제2 및 제3 화소 영역(1112, 1113) 전부를 커버하도록 형성될 수도 있다.
제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133)은 각각 레드 파장의 광을 통과시키는 레드 유기물, 그린 파장의 광을 통과시키는 그린 유기물, 블루 파장의 광을 통과시키는 블루 유기물로 이루어질 수 있다. 즉, 각 화소열 중 임의의 n 번째(단, n은 자연수) 화소열은 레드 컬러필터 패턴을 포함하고, n+1 번째 화소열은 그린 컬러필터 패턴을 포함하며, n+2 번째 화소열은 블루 컬러필터 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133)은 감광성 유기물, 예를 들어 포토 레지스트로 이루어질 수 있다. 구체적으로 본 실시예의 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133)은 빛이 조사된 부분이 경화되는 네가티브형 포토 레지스트로 이루어질 수 있다.
이들 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133)은 서로 동일한 두께로 형성되거나, 일정한 단차를 가지고 형성될 수 있다.
스페이서(141)는 개구율을 극대화 하도록 블랙 매트릭스(121) 상에 형성된다. 본 실시예의 스페이서(141)는 예를 들어, 제1 화소 영역(1111)을 구성하는 화 소(111)와 화소(111) 사이의 블랙 매트릭스(121) 상에 배치될 수 있다. 즉, 본 실시예의 스페이서(141)는 제1 화소 영역(1111)의 화소(111)와 화소(111) 사이의 가로 방향으로 배채된 블랙 매트릭스(121) 상에 형성되고, 제2 및 제3 화소 영역(1112, 1113)에는 배치되지 않을 수 있다.
스페이서(141)는 후술하는 공통 전극(150)이 형성된 면보다 높게 형성되어, 제1 기판(2)과 제2 기판(3)의 셀 갭(cell gap)을 균일하게 유지하는 역할을 한다. 스페이서(141)는 구 형상을 가지는 볼 형상(ball shape) 또는 기둥 형상(column shape)을 가질 수 있으나, 본 명세서에서는 기둥 형상을 가지는 스페이서(141)를 예로 들어 설명한다.
기둥 형상의 스페이서(141)는 감광성 유기물을 패터닝하여 형성될 수 있으며, 예를 들어 사다리꼴기둥 형상, 원기둥 형상 또는 십자기둥 형상일 수 있다.
스페이서(141)가 사다리꼴기둥 형상으로 형성되는 경우 스미어 마진(smear margin)을 향상시킬 수 있다. 여기서, 스미어 마진이란, 제1 기판과 제2 기판(3)을 눌렀을 때 복원되는 정도를 나타내는 것으로서, 일반적으로 스페이서(141)의 단면적 즉, 절연 기판(100)과 평행한 방향으로의 단면적이 클수록 스미어 마진이 향상된다. 그런데, 스페이서(141)의 단면적이 증가하면, 제1 기판과 제2 기판(3) 사이에 액정층(4)이 개재될 수 있는 공간이 감소하게 된다. 이 때, 스페이서(141)의 일부 단면적과 타부 단면적의 크기를 서로 다르게 형성하면, 일부 단면적과 타부 단면적의 크기가 동일한 경우에 비해 제 1 기판과 제 2 기판(3) 사이에 액정(4)이 개재될 수 있는 공간, 즉 액정 마진을 확보할 수 있다.
이러한 스페이서(141)는 차광재를 함유하는 감광성 유기물인 포토 레지스트를 패터닝하여 형성될 수 있다. 포토 레지스트는 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등을 포함할 수 있다.
광중합 개시제로서, 예를 들어 빛을 받아 래디칼(radical)을 발생시키는 고감도이고 안정성이 우수한 triazine(질소 3원자를 포함하고 C3H3N3 의 분자식으로 표시되는 육원환 화합물 3종의 총칭)계 화합물을 사용할 수 있다. 모노머는 광중합 개시제에 의해 발생된 래디칼에 의하여 중합 반응 개시 후 폴리머 형태로 변하여 용재에 녹지 않게 된다. 바인더는 상온에서 액체 상태의 모노머를 막의 형태로 유지시켜 현상액에 견디게 하고 안료 분산의 안정화 및 스페이서(141)의 내열성, 내광성, 내약품성 등의 신뢰성을 유지하는 역할을 한다.
본 실시예의 스페이서(141)는 블랙 매트릭스(121) 상에 형성된 하부 스페이서(141a)와 상부 스페이서(141b)로 이루어질 수 있으며, 하부 스페이서(141a)와 상부 스페이서(141b)는 실질적으로 동일한 패턴을 가질 수 있다.
하부 스페이서(141a)는 제1 컬러필터 패턴(131)과 실질적으로 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 컬러필터 패턴(131)이 네가티브형 적색 포토레지스트로 이루어진 경우, 하부 스페이서(141a)도 예를 들어 네가티브형 적색 포토 레지스트로 이루어질 수 있다.
하부 스페이서(141a)의 바로 위에는 상부 스페이서(141b)가 형성되어 실질적으로 제1 기판과 제2 기판(3)의 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
상부 스페이서(141b)는 제1 컬러필터 패턴(131)과 서로 다른 극성의 포토 레지스트, 예를 들어 포지티브형 포토 레지스트로 이루어질 수 있다.
블랙 매트릭스(121) 및 제1, 제2 및 제3 컬러필터 패턴(131, 132, 133) 상에는 공통 전극(150)이 형성되어 있다. 공통 전극(150)은 스페이서(141)가 형성된 부분을 패터닝하여 스페이서(141)를 노출시키도록 형성된다.
공통 전극(150)은 제1 기판(2)의 화소 전극(82)과 전위차를 형성하여 액정층(4)의 배열을 조절하며, 이에 따라 액정 표시 장치(1)에 컬러 영상을 표시하게 된다. 따라서, 공통 전극(150)은 빛을 투과하여 컬러 영상을 표시할 수 있도록 투명한 도전체인 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)에 의하면, 스페이서(141)를 블랙 매트릭스(121) 바로 위에 형성함으로써 공정 설비 및 공정 시간이 감소되고, 오버 코트층이 삭제되어 액정 표시 장치(1)의 두께가 감소된다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 포함되는 제2 기판의 일부를 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 4의 제2 기판을 B-B´선을 따라 자른 단면도이다. 설명의 편의상, 이전 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략하거나 간략화한다. 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 이전 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다. 즉, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 추가 스페이서(142)를 더 포함한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 블랙 매트랙스(121) 상에 형성된 추가 하부 스페이서(142a) 및 추가 상부 스페이서(142b)로 이루어진 추가 스페이서(142)가 형성된 제2 기판(3')을 포함한다.
추가 스페이서(142)는 제1 및 제2 화소 영역(1111, 1112) 사이의 블랙 매트릭스(122) 상부 또는 제1 및 제3 화소 영역(1111, 1113) 사이의 블랙 매트릭스(124) 상부에 형성될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 추가 스페이서(142)는 제2 및 제3 화소 영역(1112, 1113) 사이의 블랙 매트릭스(123)의 상부에도 형성될 수 있다. 뿐만 아니라 추가 스페이서(142)는 제2 화소(112)와 제2 화소(112) 사이의 블랙 매트릭스(125) 상부 및 제3 화소(113)와 제3 화소(113) 사이의 블랙 매트릭스(126) 상부에도 형성될 수 있으며, 블랙 매트릭스(121, 122, 123, 124, 125, 126) 상부의 임의의 위치에 2 이상의 추가 스페이서(142)가 형성될 수도 있다.
추가 스페이서(142)는 스페이서(141)와 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 추가 스페이서(142) 중 하부 추가 스페이서(142a)는 하부 스페이서(141a)와 동일한 재료로 이루어지고, 상부 추가 스페이서(142b)는 상부 스페이서(141b)와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
이들 추가 스페이서(142)는 스페이서(141)와 동일한 높이로 형성되거나 상이한 높이로 형성될 수 있다.
또한 스페이서(141) 및 추가 스페이서(142)는 동일한 단면적을 가지도록 형성되거나, 상이한 단면적을 가지도록 형성될 수 있다.
스페이서(141)와 추가 스페이서(142)의 높이 또는 단면적이 상이한 경우 스미어 마진 및 액정 마진을 상호 보완할 수 있다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의하면, 스페이서(141) 및 추가 스페이서(142)를 블랙 매트릭스(121) 바로 위에 형성함으로써 공정 설비 및 공정 시간이 감소되고, 오버 코트층이 삭제되어 액정 표시 장치의 두께도 감소된다.
이하, 도 1 및 도 6a 내지 도 6e와 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도이다. 설명의 편의상, 이전 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략하거나 간략화한다.
우선 도 1을 참조하여 제1 기판(2)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(10) 상에 알루미늄, 구리, 은 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 증착하고 패터닝하여 게이트 전극(26) 및 게이트선을 형성한다. 필요에 따라 게이트 전극(26) 및 게이트선은 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다.
이어서 게이트 전극(26) 및 게이트선(미도시)이 형성된 투명 기판(10) 전면에 질화 규소 등을 증착하여 게이트 절연막(30)을 형성한다. 이어서, 게이트 절연막(30) 상에 예를 들어 수소화 비정질 규소 및 n형 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 규소를 순차적으로 증착하고 패터닝하여 박막 트랜지스터의 채널부를 이루는 액티브층(40) 및 액티브층(40) 상부의 n+ 수소화 비정질 규소층(미도시)을 형성한다.
이어서 n+ 수소화 비정질 규소층 상에 및 알루미늄, 구리, 은 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 증착하고 패터닝하여 데이터선(미도시), 데이터선에 연결된 소스 전극(55) 및 소스 전극(55)과 소정 거리 이격되어 위치하는 드레인 전극(56)을 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 이어서, 소스 전극(55)과 드레인 전극(56) 사이에 위치하는 예컨대, n+ 수소화 비정질 규소층을 제거하여 저항성 접촉층(45, 46)을 완성한다.
저항성 접촉층(45, 46) 상부에 평탄화 특성이 우수하며 감광성을 갖는 유기 물질, 저유전율 절연 물질 또는 질화 규소 등의 무기 물질을 적층하고 패터닝하여 복수의 컨택홀(72)을 구비하는 보호막(60)을 형성한다.
이어서 보호막(60) 상에 ITO 또는 IZO 등을 적층하고 패터닝하여 화소 전극(82)을 형성한다. 이로써, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제1 기판(2)이 완성된다.
이하, 도 6a 내지 도 6e와 도 3을 참조하여, 제2 기판(3)의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
우선 도 6a를 참조하면, 절연 기판(100) 상에 크롬 등의 불투명 물질을 증착하고 패터닝하여 제1, 제2 및 제3 화소 영역(도 2의 1111, 1112 및 1113 참조)을 정의하는 블랙 매트릭스(121, 122, 123)를 형성한다.
도 6b을 참조하면, 이어서 블랙 매트릭스(121, 122, 123) 상부 및 블랙 매트릭스(121, 122, 123)에 의해 노출된 절연 기판(100)의 전면에 예를 들어 감광성 청색 레지스트를 도포하여 청색 컬러필터층을 형성한다. 이 컬러필터층을 노광 및 현상하여 제2 화소 영역(도 2의 112 참조)에, 예를 들어 제2 컬러필터 패턴(132)을 형성한다. 제2 컬러필터 패턴(132)은 제2 컬러필터 패턴(132)에 인접한 블랙 매트릭스(122, 123)와 일부 오버랩 되도록 형성될 수 있다.
이어서 블랙 매트릭스(121, 122, 123) 상부, 제2 컬러필터 패턴(132) 상부 및 블랙 매트릭스(121, 122, 123)에 의해 노출된 절연 기판(100)의 전면에 예를 들어 감광성 녹색 레지스트를 도포하여 녹색 컬러필터층을 형성한다. 이 컬러필터층을 노광 및 현상하여 제3 화소 영역(도 2의 113)에, 예를 들어 제3 컬러필터 패턴(133)을 형성한다. 제3 컬러필터 패턴(133)은 제3 컬러필터 패턴(133)에 인접한 블랙 매트릭스(123, 도 2의 124 참조)와 일부 오버랩 되도록 형성될 수 있다.
이어서 블랙 매트릭스(121, 122, 123) 상부, 제2 컬러필터 패턴(132) 상부, 제3 컬러필터 패턴(133) 상부 및 블랙 매트릭스(121, 122, 123)에 의해 노출된 절연 기판(100)의 전면에 예를 들어 감광성 적색 레지스트를 도포하고 패터닝하여 컬러필터층(1131, 1132, 1133)을 형성할 수 있다. 이 경우 감광성 적색 레지스트는 예를 들어, 네가티브형 적색 포토 레지스트일 수 있으며, 이를 패터닝한 컬러필터층은 예를 들어, 적색 컬러필터층 일 수 있다.
컬러필터층(1131, 1132, 1133)으로서, 적색 컬러필터층을 예로 들어 설명하였으나, 컬러필터층(1131, 1132, 1133)은 청색 또는 녹색으로 형성될 수도 있다.
또한, 청색 컬러필터 패턴 및 녹색 컬러필터 패턴을 먼저 형성하고 컬러필터층(1131, 1132, 1133), 예를 들어 적색 컬러필터층을 형성하는 단계를 설명하였으나, 청색 컬러필터 패턴 및 녹색 컬러필터 패턴을 형성하기 이전에 컬러필터층(1131, 1132, 1133), 예를 들어 적색 컬러필터층을 블랙 매트릭스(121, 122, 123) 상부 및 블랙 매트릭스(121, 122, 123)에 의해 노출된 절연 기판(100) 상에 형성할 수도 있다.
도 6c를 참조하면, 이어서 컬러필터층(1131, 1132, 1133) 상에 감광성 유기물, 예를 들어 포지티브형 포토 레지스트를 도포하여 상부 스페이서용 유기막(1141, 1142, 1143)을 형성한다. 여기서, 컬러필터층(1131, 1132, 1133)과 상부 스페이서용 유기막(1141, 1142, 1143)은 서로 다른 극성의 포토 레지스트로 이루어진다. 즉, 상술한 바와 같이 컬러필터층(1131, 1132, 1133)은 예를 들어 네가티브형 포토 레지스트로 이루어지고, 상부 스페이서용 유기막(1141, 1142, 1143)은 포지티브형 포토 레지스트로 이루어진다.
상부 스페이서용 유기막(1141, 1142, 1143)은 예를 들어 라미네이션(lamination), 또는 스핀 코팅(spin coating)이나 슬릿 코팅(slit coating)과 같은 코팅(coating)을 이용하여 형성될 수 있다.
한편, 상부 스페이서용 유기막(1141, 1142, 1143)을 형성하기 전에, 이미 형성되어 있는 컬러필터층(1131, 1132, 1133)을 예비 가열(pre-bake)할 수도 있다.
도 6d를 참조하면, 이어서, 상부 스페이서용 유기막(1142, 1143) 및 컬러필터층(1131, 1132, 1133)을 마스크 패턴(302a, 302b) 및 슬릿 마스크 패턴(303)을 이용하여 동시에 패터닝한다. 즉, 제1 컬러필터 패턴(도 6e의 131 참조), 하부 스페이서(도 6e의 141a 참조) 및 상부 스페이서(도 6e의 141b 참조)를 형성하는 단계는, 블랙 매트릭스(121) 상의 상부 스페이서용 유기막(1142)의 일부와, 제2 및 제3 화소 영역(도 2의 112, 113 참조) 상의 상부 스페이서용 유기막(1143)을 경화시키는 단계, 및 제2 및 제3 화소 영역에 대응되는 컬러필터층(1133) 및 상부 스페이서용 유기막(1143)을 리프트 오프(lift-off)하는 단계를 포함한다.
구체적으로 살펴보면, 이러한 단계에서, 개구부(301)에 의해 빛을 조사받은 상부 스페이서용 유기막(1141)은 포지티브형 포토 레지스트로 이루어져 있으므로 연화되고, 상부 스페이서용 유기막(1141) 하부의 컬러필터층(1131)은 네가티브형 포토 레지스트로 이루어져 있으므로 경화된다. 한편 마스크 패턴(302a, 302b)에 의해 차단되어 빛을 조사받지 못한 컬러필터층(1132)도 일부분이 경화되어 하부 스페이서(도 6e의 141a 참조)가 형성된다.
이 경우 제2 및 제3 화소 영역(도 2의 1112, 1113 참조)은 마스크 패턴(302b)으로 차단되어 빛을 받지 않게 된다. 다만 제2 및 제3 화소 영역의 가장자리 부분은 슬릿 마스크 패턴(303)을 이용하여 부분 노광한 후, 현상한다. 이 때 포지티브형 포토레지스트인 상부 스페이서용 유기막(1143)은 빛을 받아서 연화되도록 하고, 네가티브형 포토레지스트인 하부의 컬러필터 층은 빛을 많이 받지 않도록 하는 것이 바람직하다.
도 6e를 참조하면, 이어서 제1 화소 영역(도 2의 1111 참조)의 상부 스페이서용 유기막(1141), 제2, 제3 화소 영역의 가장자리 부분의 상부 스페이서용 유기 막(1143) 및 그 하부의 연화된 컬러필터 패턴(1133)을 현상액으로 제거한다. 상부 스페이서용 유기막(1143)의 일부, 즉 슬릿 마스크 패턴(도 6d의 303 참조) 하부에 위치하는 상부 스페이서용 유기막(1143)에는 슬릿 마스크 패턴(도 6d의 303 참조)을 통과한 빛에 의해 천공구(미도시)가 형성되어 있으며, 이 천공구를 통해 현상액을 주입함으로써, 제2 및 제3 화소 영역(도 2의 1112, 1113 참조) 상의 상부 스페이서용 유기막(1143) 및 그 하부의 컬러필터층(1133)을 함께 리프트 오프한다. 구체적으로 제2 및 제3 화소 영역(도 2의 1112, 1113 참조) 상의 컬러필터층(1133)은 연화된 상태이므로 주입된 현상액에 의해 제거되며, 이에 따라 그 상부의 상부 스페이서용 유기막(1143)도 함께 제거된다.
상술한 1회의 노광 및 현상 공정에 의해, 제1 컬러필터 패턴(131)과 블랙 매트릭스(121) 상에 컬러필터층(도 6d의 1132 참조)이 경화된 하부 스페이서(141a) 및 상부 스페이서용 유기막(도 6d의 1142 참조)이 경화된 상부 스페이서(141b)가 동시에 형성된다.
도 3을 참조하면, 이어서 제1 컬러필터 패턴(131), 하부 스페이서(141a) 및 상부 스페이서(141b)를 형성한 후에, 블랙 매트릭스(121, 122, 123) 및 제1 컬러필터 패턴(131), 제2 컬러필터 패턴(132) 및 제3 컬러필터 패턴(133) 상에, 상부 스페이서(141b)를 노출시키는 공통 전극(150)을 형성함으로써 제2 기판(3)을 완성한다.
다시 도 1을 참조하면, 이어서 제2 기판(3)에 구비된 스페이서(141)가 제1 기판(2)의 게이트선, 게이트 전극(26) 및/또는 데이트 배선, 예컨대 박막 트랜지스 터와 오버랩 되도록 제1 기판(2)과 제2 기판(3)을 정렬하고 제1 기판(2)과 제2 기판(3) 사이에 액정층(4)을 형성한 후 실링 처리한다. 이렇게 형성된 액정 표시 장치(1)의 기본 구조에 편광판, 백라이트, 보상판 등의 요소들을 배치함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)가 완성된다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 의하면, 제1 컬러필터 패턴(131)과 스페이서(141)를 1회의 노광 공정 및 현상 공정에 의해 동시에 형성함으로써, 액정 표시 장치의 공정 시간 및 공정 설비를 감소시킬 수 있다.
이하, 도 4와 도 5 및 도 6a 내지 도 6e를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 설명의 편의상, 이전 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략하거나 간략화한다. 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 이전 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법과 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다. 즉, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 스페이서(141), 제1 컬러필터 패턴(131) 및 추가 스페이서(142)를 동시에 형성한다.
도 4를 참조하면, 제1 기판(도 1의 2 참조)의 제조 공정은 이전 실시예와 동일하며, 제2 기판(3')의 제조 공정도 스페이서(141) 및 추가 스페이서(142)의 형성 위치를 제외하고는 이전 실시예와 동일하다.
도 6a 내지 도 6e를 참조하면, 절연 기판(10) 상에 블랙 매트릭스(121, 122, 123), 제2 및 제3 컬러필터 패턴(132, 133), 컬러필터층(1131, 1132, 1133) 및 상 부 스페이서용 유기막(1141, 1142, 1143)을 형성한다.
도 6a 내지 도 6e 및 도 5를 참조하면, 이어서, 컬러필터층(1133) 및 상부 스페이서용 유기막(1143)을 동시에 패터닝하여 각각 제1 화소 영역(도 4의 1111 참조) 상에 제1 컬러필터 패턴(131)과 블랙 매트릭스(121, 122) 상의 2 이상의 위치에 스페이서(141) 및 추가 스페이서(142)를 형성한다. 즉, 제1 컬러필터 패턴(131)과 함께 하부 스페이서(141a)와 추가 하부 스페이서(142a), 및 이들의 상부에 상부 스페이서(141b)와 추가 상부 스페이서(142b)를 형성한다.
본 실시예의 스페이서(141)와 추가 스페이서(142)는 제1 화소 영역(도 4의 1111 참조)을 구성하는 화소(111)와 화소(111) 사이의 블랙 매트릭스(121) 상부, 및 제1 및 제2 화소 영역(도 4의 1111 및 1112 참조) 사이의 블랙 매트릭스(122) 상부 또는 제1 및 제3 화소 영역(도 4의 1111 및 1113 참조) 사이의 블랙 매트릭스(124) 상부에 동시에 형성된다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 의하면, 상이한 위치에 위치하는 스페이서(141)와 추가 스페이서(142) 및 제1 컬러필터 패턴(131)을 동시에 형성하여, 공정 시간 및 공정 설비를 감소시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 액정 표시 장치에 의하면, 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 스페이서 및 제1 컬러필터 패턴을 동시에 형성하여 공정 시간을 절약하고 공정 설비를 감소시킬 수 있다.
둘째, 블랙 매트릭스의 바로 위에 스페이서를 형성하여 액정 표시 장치의 두께를 감소시킬 수 있다.
셋째, 다수의 스페이서를 구비하여 스미어 마진 및 액정 마진을 모두 향상시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 절연 기판 상에 제1, 제2 및 제3 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스 상부 및 상기 블랙 매트릭스에 의해 노출된 상기 절연 기판 상에 컬러필터층을 형성하는 단계;
    상기 컬러필터층 상에 상부 스페이서용 유기막을 형성하는 단계; 및
    상기 컬러필터층 및 상기 상부 스페이서용 유기막을 동시에 패터닝하여 각각 상기 제1 화소 영역 상에 제1 컬러필터 패턴과 상기 블랙 매트릭스 상에 하부 스페이서, 및 상기 하부 스페이서 상에 상부 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층과 상기 상부 스페이서용 유기막은 서로 다른 극성의 포토 레지스트로 이루어진 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 컬러필터층과 상기 하부 스페이서는 네가티브형 포토 레지스트로 이루어지고, 상기 상부 스페이서는 포지티브형 포토 레지스트로 이루어진 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제1 컬러필터 패턴, 상기 하부 스페이서 및 상기 상부 스페이서를 형성하는 단계는,
    상기 블랙 매트릭스 상의 상기 상부 스페이서용 유기막의 일부와, 상기 제2 및 제3 화소 영역 상의 상기 상부 스페이서용 유기막을 경화시키는 단계; 및
    상기 제2 및 제3 화소 영역에 대응되는 상기 컬러필터층 및 상기 상부 스페이서용 유기막을 리프트 오프하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 상부 스페이서용 유기막을 경화시키는 단계는, 슬릿 마스크를 이용하여 상기 제1 및 제2 화소 영역 사이 또는 상기 제1 및 제3 화소 영역 사이의 상기 블랙 매트릭스 상에 형성된 상기 상부 스페이서용 유기막을 부분 노광하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 컬러필터 패턴, 상기 하부 스페이서 및 상기 상부 스페이서를 형성한 후에, 상기 블랙 매트릭스 및 상기 제1 컬러필터 패턴 상에 상기 상부 스페이서를 노출시키는 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 화소 영역은 각각 순차적으로 배열된 화소열로 구성되고, 상기 하부 및 상부 스페이서는 상기 제1 화소 영역을 구성하는 화소와 화소 사이의 상기 블랙 매트릭스 상에 배치되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 스페이서는 상기 제1 화소 영역을 구성하는 화소와 화소 사이의 상기 블랙 매트릭스 상부, 및 제1 및 제2 화소 영역 사이 또는 상기 제1 및 제3 화소 영역 사이의 상기 블랙 매트릭스 상부에 동시에 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 형성하기 전에, 상기 제2 및 제3 화소 영역 상에 각각 제2 컬러필터 패턴과 제3 컬러필터 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 스페이서용 유기막을 형성하기 전에, 상기 컬러필터층을 예비 가열하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 스페이서용 유기막은 라미네이션 또는 코팅을 이용하여 형성된 액정 표시 장치의 제조 방법.
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