KR101977227B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은 작은 광학밀도(optical density) 값을 가진 블랙매트릭스 상부에 상기 블랙매트릭스보다 큰 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 컬럼 스페이서(column spacer)를 형성함으로써 공정의 추가 없이 반사율을 저감시키기 위한 것으로, 컬러필터 기판에 형성되며, 상대적으로 작은 광학밀도 값을 가진 수지로 이루어진 블랙매트릭스; 상기 블랙매트릭스가 형성된 컬러필터 기판 위에 형성된 컬러필터; 상기 블랙매트릭스 상부에 상기 블랙매트릭스보다 큰 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 이루어진 컬럼 스페이서; 및 상기 컬럼 스페이서가 형성된 컬러필터 기판과 대향하여 합착되며, 스위칭소자가 형성된 어레이 기판을 포함한다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사율을 저감시킨 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.
이때, 도시하지 않았지만, 상기 컬러필터(C)와 블랙매트릭스(6) 상부에는 상기 컬러필터(C)가 형성된 컬러필터 기판(5)을 평탄화하고 안료 이온의 용출을 막기 위해 오버코트층(overcoat layer)이 형성되어 있다.
상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film transistor; TFT)(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.
이때, 일반적으로 상기 블랙매트릭스(6)는 불필요한 광을 차단하기 위해 4.5 정도의 광학밀도(optical density) 값을 가진 카본 블랙으로 형성하게 되는데, 이러한 블랙매트릭스(6)의 외부 광의 반사에 의한 명암비(contrast ratio) 저하 문제가 발생하고 있다.
도 2는 컬러필터 기판의 재료에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
상기 도 2를 참조하면, 컬러필터 기판을 구성하는 재료에 대한 반사율을 측정한 결과, 일 예로 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터(R, G, B) 및 블랙매트릭스(BM)에 대한 반사율은 각각 9.9%, 8.6%, 8.8% 및 12%로 측정되었다.
이와 같이 블랙매트릭스(BM)에 대한 반사율이 타 재료, 즉 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터(R, G, B)에 비해 높게 나타남에 따라 상기 블랙매트릭스(BM)가 외부 광의 반사에 민감하다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 외부 광의 반사율을 저감시키도록 한 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 마스크공정의 추가 없이 외부 광의 반사율을 저감시키도록 한 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시장치는 컬러필터 기판에 형성되며, 상대적으로 작은 광학밀도 값을 가진 수지로 이루어진 블랙매트릭스; 상기 블랙매트릭스가 형성된 컬러필터 기판 위에 형성된 컬러필터; 상기 블랙매트릭스 상부에 상기 블랙매트릭스보다 큰 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 이루어진 컬럼 스페이서; 및 상기 컬럼 스페이서가 형성된 컬러필터 기판과 대향하여 합착되며, 스위칭소자가 형성된 어레이 기판을 포함한다.
이때, 상기 컬러필터가 형성된 컬러필터 기판 위에 형성된 오버코트층을 추가로 포함하며, 상기 컬럼 스페이서는 상기 오버코트층 위에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙매트릭스는 1.0 ~ 2.0 범위, 바람직하게는 1.0의 광학밀도 값을 가진 수지 재질의 유기막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 컬럼 스페이서는 4.0 ~ 4.6 범위, 바람직하게는 4.6의 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 컬럼 스페이서는 갭 스페이서와 눌림 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 컬러필터 기판에 상대적으로 작은 광학밀도 값을 가진 수지로 블랙매트릭스를 형성하는 단계; 상기 블랙매트릭스가 형성된 컬러필터 기판 위에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 블랙매트릭스 상부에 상기 블랙매트릭스보다 큰 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 컬럼 스페이서를 형성하는 단계; 어레이 기판에 스위칭소자를 형성하는 단계; 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 컬러필터가 형성된 컬러필터 기판 위에 오버코트층을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 컬럼 스페이서는 상기 오버코트층 위에 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙매트릭스는 1.0 ~ 2.0 범위, 바람직하게는 1.0의 광학밀도 값을 가진 수지 재질의 유기막으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 컬럼 스페이서는 4.0 ~ 4.6 범위, 바람직하게는 4.6의 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬럼 스페이서는 갭 스페이서와 눌림 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 갭 스페이서와 눌림 스페이서는 서로 다른 높이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 갭 스페이서와 눌림 스페이서는 하프-톤 마스크 또는 회절 마스크를 이용하여 서로 다른 높이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 작은 광학밀도(optical density) 값을 가진 블랙매트릭스 상부에 상기 블랙매트릭스보다 큰 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 컬럼 스페이서(column spacer)를 형성함으로써 공정의 추가 없이 반사율을 저감시킬 수 있게 된다. 즉, 기존대비 반사율이 약 4.4% 개선되어 명암비가 향상되는 한편, 컬러 워시아웃(color washout)이 개선되는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 컬러필터 기판의 재료에 따른 반사율을 나타내는 그래프.
도 3은 블랙매트릭스의 카본 사이즈와 광학밀도 값에 따른 반사율을 나타내는 그래프.
도 4는 블랙매트릭스의 구성에 따른 반사율 및 광학밀도 값을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 단면 구조를 예를 들어 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 블랙매트릭스와 컬럼 스페이서의 배치를 예를 들어 나타내는 평면도.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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 구성요소를 지칭한다.
우선, 블랙매트릭스의 광학밀도(optical density; OD) 값을 확보하면서 블랙매트릭스의 반사율을 저감시키기 위해 a) 블랙매트릭스를 구성하는 카본(carbon) 사이즈에 따른 반사율 특성 및 b) 블랙매트릭스의 광학밀도 값에 따른 반사율 특성을 측정하였다.
참고로, 상기 광학밀도는 빛이 매질을 통과하고 나온 정도(throughput)를 표현하는 수치이며, 일정 파장의 빛이 매질을 통과하여 나온 전체 에너지의 일부(portion)로 표현할 수 있다.
도 3은 블랙매트릭스의 카본 사이즈와 광학밀도 값에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
이때, 상기 도 3에 도시된 샘플1-1, 샘플1-2, 샘플1-3, 샘플1-4, 샘플1-5 및 샘플1-6은 각각 3.5, 4.5, 3.5, 4.5, 3.0 및 4.0의 광학밀도 값을 가진 블랙매트릭스를 예를 들어 나타내고 있다.
또한, 상기 샘플1-1과 샘플1-2는 카본 사이즈가 27nm인 경우의 블랙매트릭스를 나타내고 있고, 상기 샘플1-3과 샘플1-4는 카본 사이즈가 30nm인 경우의 블랙매트릭스를 나타내고 있으며, 상기 샘플1-5와 샘플1-6은 카본 사이즈가 40nm인 경우의 블랙매트릭스를 나타내고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 블랙매트릭스를 구성하는 카본 사이즈와 광학밀도 값에 따른 반사율을 측정한 결과, 상기 샘플1-1, 샘플1-2, 샘플1-3, 샘플1-4, 샘플1-5 및 샘플1-6에 대한 반사율은 각각 12.0%, 13.9%, 11.2%, 14.3%, 11.7% 및 12.6%로 측정되었다.
이상의 결과로부터 카본 사이즈의 미세한 변화에 따른 반사율은 비교할 수 없으며, 카본의 밀도가 낮을수록 블랙매트릭스의 반사율이 낮아지는 것을 알 수 있었다. 즉, 카본의 밀도가 낮을수록 광학밀도가 낮아 블랙매트릭스의 반사율이 낮아지게 되나, 빛을 차단할 수 있는 양산 수준의 광학밀도(최소 4.0)를 확보할 수는 없는 것으로 파악된다.
다른 한편으로 블랙매트릭스의 구성을 2중층 이상으로 적용한 결과 반사율이 낮으면서도 최소한의 광학밀도 값을 확보할 수 있게 되었으며, 이를 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 블랙매트릭스의 구성에 따른 반사율 및 광학밀도 값을 나타내는 그래프로써, 상기 반사율 및 광학밀도를 각각 막대 그래프 및 선 그래프로 나타내고 있다.
이때, 상기 도 4에 도시된 샘플2-1, 샘플2-2, 샘플2-3, 샘플2-4, 샘플2-5, 샘플2-6 및 샘플2-7은 모두 총 두께가 동일한 경우의 블랙매트릭스를 예를 들어 나타내고 있는데, 이중 상기 샘플2-1은 동일한 4.6의 광학밀도 값을 가진 메인 블랙매트릭스가 2중층으로 구성된 경우를 나타내고 있다.
그리고, 상기 샘플2-2는 하층에 2.6의 광학밀도 값을 가진 제 2 서브-블랙매트릭스와 상층에 상기 메인 블랙매트릭스가 2중층으로 구성된 경우를 나타내고 있으며, 상기 샘플2-3은 하층에 1.0의 광학밀도 값을 가진 제 1 서브-블랙매트릭스와 중간층에 상기 제 2 서브-블랙매트릭스 및 상층에 상기 메인 블랙매트릭스가 3중층으로 구성된 경우를 나타내고 있다.
상기 샘플2-4는 하층에 상기 제 1 서브-블랙매트릭스와 상층에 상기 메인 블랙매트릭스가 2중층으로 구성된 경우를 나타내고 있으며, 상기 샘플2-5는 상기 제 2 서브-블랙매트릭스가 2중층으로 구성된 경우를 나타내고 있다.
상기 샘플2-6은 하층에 상기 제 1 서브-블랙매트릭스와 상층에 상기 제 2 블랙매트릭스가 2중층으로 구성된 경우를 나타내고 있으며, 상기 샘플2-7은 상기 제 1 서브-블랙매트릭스가 2중층으로 구성된 경우를 나타내고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 블랙매트릭스의 다양한 구성에 따른 반사율을 측정한 결과, 상기 샘플2-1, 샘플2-2, 샘플2-3, 샘플2-4, 샘플2-5, 샘플2-6 및 샘플2-7에 대한 반사율은 각각 13.3%, 11.5%, 8.6%, 8.9%, 11.1%, 8.6% 및 9.2%로 측정되었다.
또한, 상기 블랙매트릭스의 다양한 구성에 따른 광학밀도 값을 측정한 결과, 상기 샘플2-1, 샘플2-2, 샘플2-3, 샘플2-4, 샘플2-5, 샘플2-6 및 샘플2-7에 대한 총 광학밀도는 각각 5.6, 5.2, 4.1, 4.0, 3.0, 2.7 및 1.3으로 측정되었다.
이상의 결과로부터 양산 수준의 광학밀도를 확보하면서도 반사율을 저감시킬 수 있는 경우로는 하층에 1.0의 광학밀도 값을 가진 상기 제 1 서브-블랙매트릭스와 상층에 4.6의 광학밀도 값을 가진 상기 메인 블랙매트릭스가 2중층으로 구성된 상기 샘플2-4의 블랙매트릭스를 들 수 있다. 이 경우 기존대비 반사율이 약 4.4% 개선될 수 있다.
다만, 상기 샘플2-4의 블랙매트릭스는 2중층의 구조로 공정이 한번 더 추가되며, 상기 샘플2-3의 블랙매트릭스의 경우에도 적용 가능하나 3중층의 구조로 공정이 2번 더 추가되는 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기 제 1 서브-블랙매트릭스와 같이 작은 광학밀도 값을 가진 블랙매트릭스 상부에 상기 블랙매트릭스보다 큰 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 컬럼 스페이서를 형성함으로써 공정의 추가 없이 반사율을 저감시킬 수 있게 되는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 단면 구조를 예를 들어 나타내는 도면으로써, TFT 영역과 데이터라인 영역을 포함하는 화소부 일부를 나타내고 있다.
이때, 상기 도 5는 화소전극과 공통전극 사이에 형성되는 프린지 필드가 슬릿을 관통하여 화소영역 및 공통전극 상에 위치하는 액정분자를 구동시킴으로써 화상을 구현하는 프린지 필드형(Fringe Field Switching; FFS) 액정표시장치를 예를 들어 나타내고 있다. 상기 프린지 필드형 액정표시장치는 액정분자가 수평으로 배향되어 있는 상태에서 화소전극과 공통전극을 통해 전계가 수평 및 수직 방향으로 발생하여 액정분자가 트위스트(twist)와 틸트(tilt)되어 구동되어 진다.
다만, 본 발명이 상기 프린지 필드형 액정표시장치에 한정되는 것은 아니며, 상기 프린지 필드형 액정표시장치와 같은 횡전계(In Plane Switching; IPS)방식 액정표시장치뿐만 아니라 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN)방식의 액정표시장치에도 적용 가능하다.
그리고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 블랙매트릭스와 컬럼 스페이서의 배치를 예를 들어 나타내는 평면도이다.
상기 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치는 크게 제 1 기판인 컬러필터 기판(105)과 제 2 기판인 어레이 기판(110) 및 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110) 사이에 형성된 액정층(미도시)으로 구성되며, 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110) 사이에는 컬럼 스페이서(150a, 150b)가 형성되어 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110) 사이의 셀갭을 일정하게 유지시킨다.
이때, 상기 컬럼 스페이서(150a, 150b)는 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110)의 합착 시 상기 어레이 기판(110)과 접촉하여 셀갭을 일정하게 유지하는 갭 스페이서(150a) 및 상기 어레이 기판(110)으로부터 이격되어 액정표시장치에 외부 압력이 작용할 경우 눌림에 의한 빛샘 불량을 방지하는 눌림 스페이서(150b)로 구성될 수 있다.
상기 컬러필터 기판(105)은 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터(107)로 구성되는 컬러필터와 상기 서브-컬러필터(107) 사이를 구분하고 상기 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(106), 그리고 상기 컬러필터와 블랙매트릭스(106) 상부에 형성된 오버코트층(109)으로 이루어져 있다.
이때, 상기 오버코트층(109)은 상기 서브-컬러필터(107)와 블랙매트릭스(106) 사이의 단차 및 이웃하는 서브-컬러필터(107) 사이의 빈 공간을 채우는 평탄화 층의 역할을 하게 되나, 상기 이웃하는 서브-컬러필터(107) 사이의 오버코트층(109)에는 소정의 단차가 발생할 수 있으며, 이 경우 그 상부에 형성되는 상기 컬럼 스페이서(150a, 150b)는 Y자 형태를 가질 수 있다.
상기 어레이 기판(110)에는 종횡으로 배열되어 화소영역(P)을 정의하는 게이트라인(미도시)과 데이터라인(117)이 형성되어 있으며, 상기 게이트라인과 데이터라인(117)의 교차영역, 즉 TFT 영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.
이때, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인에 연결된 게이트전극(121), 상기 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 화소전극(118)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123) 사이의 절연을 위한 제 1 절연막(115a) 및 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 사이에 전도채널을 형성하는 액티브층(124)을 포함한다.
이때, 도시하지 않았지만, 상기 액티브층(124)의 소오스/드레인영역은 오믹-콘택층을 통해 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 오믹-콘택을 형성하게 된다.
여기서, 상기 화소영역(P) 내에는 공통전극(108)과 화소전극(118)이 형성되어 있으며, 이때 상기 공통전극(108)은 박스 형태의 상기 화소전극(118)과 함께 프린지 필드를 발생시키기 위해 상기 공통전극(108) 내에 다수의 슬릿(108s)을 포함하고 있다. 즉, 상기 화소영역(P) 내에는 프린지 필드를 발생시키기 위한 공통전극(108)과 화소전극(118)이 형성되어 있는데, 이때 상기 화소전극(118)은 상기 화소영역(P) 내에 박스 형태로 형성되어 있으며, 상기 공통전극(108)은 화소부 전체에 걸쳐 단일패턴으로 형성되는 동시에 각각의 화소영역(P) 내에서 다수의 슬릿(108s)을 가지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 드레인전극(123)은 제 2 절연막(115b)에 형성된 콘택홀을 통해 상기 화소전극(118)과 전기적으로 접속하게 되며, 상기 공통전극(108)은 상기 화소전극(118) 위에 형성된 제 3 절연막(115c)에 의해 상기 화소전극(118)과 절연된다.
참고로, 도면부호 124'은 상기 데이터라인(117) 하부에 형성된 데이터라인 패턴을 나타내며, 상기 액티브층(124)과 동일한 반도체 물질로 상기 데이터라인(117)과 함께 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 1.0 ~ 2.0 범위, 바람직하게는 1.0 정도의 작은 광학밀도 값을 가진 수지 재질의 유기막으로 상기 블랙매트릭스(106)를 형성되는 동시에 그 상부에 상기 블랙매트릭스(106)보다 큰 광학밀도 값, 일 예로 4.0 ~ 4.6 범위, 바람직하게는 4.6 정도의 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 컬럼 스페이서(150a, 150b)를 형성함으로써 공정의 추가 없이 반사율을 저감시킬 수 있게 된다.
상기 갭 스페이서(150a)와 눌림 스페이서(150b)는 동일한 마스크공정에 의해 형성될 경우, 탄성을 가진 동일한 재질의 블랙 수지로 형성될 수 있다.
이때, 상기 도면들에는 컬럼 스페이서(150a, 150b)가 상기 데이터라인(117) 상부에 배치된 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 컬럼 스페이서(150a, 150b)는 상기 블랙매트릭스(106) 상부의 어디에도 배치될 수 있다.
또한, 상기 도면들에는 갭 스페이서(150a)가 소정 개수, 일 예로 4개의 서브-화소마다 하나씩 형성되는 한편, 추가로 터치 얼룩이나 눌림 불량을 방지하기 위한 눌림 스페이서(150b)가 상기 갭 스페이서(150a) 사이에 적어도 하나 이상 형성된 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 위치에 따른 상기 컬럼 스페이서(150a, 150b)의 개수와 관계없이 적용 가능하다.
또한, 상기 도면들에는 단면의 모양이 원형인 컬럼 스페이서(150a, 150b)를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 컬럼 스페이서(150a, 150b)의 모양이나 형태에 관계없이 적용된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7a 내지 도 7e는 상기 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 컬러필터 기판(105) 위에 불필요한 빛을 차단하기 위해 블랙매트릭스(106)를 형성한다.
상기 블랙매트릭스(106)는 수지 재질의 유기막이 적용될 수 있는데, 예를 들면 카본 블랙(carbon black)이나 흑색 안료 중 어느 하나를 포함한 아크릴(Acryl), 에폭시(Epoxy) 또는 폴리이미드(Polyimide) 수지 등의 착색된 유기계 수지 등을 적용할 수 있다.
이때, 상기 블랙매트릭스(106)는 1.0 ~ 2.0 범위, 바람직하게는 1.0 정도의 작은 광학밀도 값을 가진 수지 재질의 유기막으로 형성할 수 있다.
이후, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(106) 사이의 화소영역에 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터(107)로 이루어진 컬러필터를 형성한다.
이때, 일반적으로 컬러필터를 형성하는 방법은 상기 컬러필터 제조 시 사용되는 유기 필터의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며 제작 방법에 따라 염색법, 전착법, 인쇄법 등이 있으나, 현재 액정표시장치의 컬러필터 제조 시 사용되는 가장 보편적인 방법은 안료 분산법이다.
상기 안료 분산법은 미리 준비된 안료에 의해 조색(調色)되어 감광화된 레지스트를 기판에 도포, 노광 및 현상하는 공정을 반복함으로써 컬러필터를 형성하는 방법이다.
먼저, 상기 컬러필터 기판(105) 위에 감광성의 제 1 유기막을 형성한다. 상기 제 1 유기막은 자외선에 의해 감광되는 서브컬러 안료로 구성되며, 적, 녹 및 청색의 컬러 레지스트 중 적색(여기서는 적, 녹 및 청색의 순서로 서브-컬러필터(107)를 형성하는 것을 기준으로 설명)을 띄는 컬러 레지스트를 컬러필터 기판(105)의 전면에 도포한 후 선택적으로 노광하여 원하는 영역에 적색의 서브-컬러필터를 형성한다.
이후, 상기 적색의 서브-컬러필터가 형성된 컬러필터 기판(105) 전면에 녹색의 컬러 레지스트를 도포한 후 선택적으로 노광하여 제 2 유기막인 녹색의 서브-컬러필터를 형성한다.
이후, 상기 적색 및 녹색의 서브-컬러필터가 형성된 컬러필터 기판(105) 전면에 청색의 컬러 레지스트를 도포한 후 선택적으로 노광하여 제 3 감광막인 청색의 서브-컬러필터를 형성하면 컬러필터가 완성되게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예는 상기 블랙매트릭스(106) 상부의 이웃하는 서브-컬러필터(107) 사이에 빈 공간이 형성된 경우를 예를 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터(107)는 포토리소그래피공정을 이용하여 형성하며, 다른 점은 포토레지스트로 컬러 레지스트를 사용한다는 점이다.
상기 안료 분산법에 사용되는 컬러 레지스트는 주요 성분으로 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있다.
상기 광중합형 감광 조성물에서 광중합 개시제는 빛을 받아 라디칼(radical)을 발생시키는 고감도이고 안정성이 우수한 triazine(질소 3원자를 포함하고 C3H3N3의 분자식으로 표시되는 육원환 화합물 3종의 총칭)계 화합물이 쓰이며, 모노머는 상기 라디칼에 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 컬러필터 패턴의 내열성, 내광성, 내약품성 등의 신뢰성을 유지하는 역할을 한다.
안료는 내광성과 내열성이 우수한 유기 재료를 사용하며 안료 입자는 일반적으로 빛을 산란시켜 불투명하지만 입자 크기가 빛의 파장보다 작으면 빛을 투과시켜 투명하게 되므로 입자 크기가 작을수록 투명도가 높고 우수한 분산 특성을 나타낸다.
다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터 기판(105) 전면에 투명한 절연물질로 오버코트층(109)을 형성한다.
이때, 상기 오버코트층(109)은 컬러필터가 형성된 컬러필터 기판(105)을 평탄화하고 안료 이온의 용출을 막기 위해 절연특성을 가지는 투명한 수지로 형성할 수 있으며, 특히 아크릴(Acryl)계 수지 또는 에폭시(epoxy)계 수지로 형성할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 상기 이웃하는 서브-컬러필터(107) 사이의 오버코트층(109)에는 소정의 단차가 발생할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 오버코트층(109)이 형성된 컬러필터 기판(105)의 전면에 블랙 수지를 형성하고, 포토리소그래피공정을 통해 임의의 높이를 가지는 컬럼 스페이서(150a, 150b)를 형성한다(상기 도 6 참조).
이때, 전술한 바와 같이 상기 컬럼 스페이서(150a, 150b)는 후술할 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판의 합착 시 상기 어레이 기판과 접촉하여 셀갭을 일정하게 유지하는 갭 스페이서(150a) 및 상기 어레이 기판으로부터 이격되어 액정표시장치에 외부 압력이 작용할 경우 눌림에 의한 빛샘 불량을 방지하는 눌림 스페이서(150b)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 컬럼 스페이서(150a, 150b)는 상기 블랙매트릭스(106) 상부에 상기 블랙매트릭스(106)보다 큰 광학밀도 값, 일 예로 4.0 ~ 4.6 범위, 바람직하게는 4.6 정도의 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 형성할 수 있다.
이후, 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 컬럼 스페이서(150a, 150b)가 형성된 컬러필터 기판(105)과 TFT 어레이가 형성된 어레이 기판(110)을 합착하여 패널을 완성한다.
이때, 도시하지 않았지만, 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110)의 합착 전에 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110)에 각각 배향막을 도포한 후, 상기 두 기판(105, 110) 사이에 형성되는 액정층의 액정분자에 배향규제력 또는 표면고정력(즉, 프리틸트각과 배향방향)을 제공하기 위해 상기 배향막을 배향 처리한다. 이때, 상기 배향 처리방법으로 러빙 또는 광배향의 방법을 적용할 수 있다.
그리고, 상기 컬러필터 기판(105)의 외곽부에 실런트를 도포하여 실패턴을 형성한 후, 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110)에 압력을 가하여 합착하게 된다.
상기 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 액티브층으로 비정질 실리콘 박막을 이용한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브층으로 다결정 실리콘 박막을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터나 산화물 반도체를 이용한 산화물 반도체 박막 트랜지스터에도 적용된다.
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.
105 : 컬러필터 기판 106 : 블랙매트릭스
107 : 서브-컬러필터 108 : 공통전극
108s : 슬릿 109 : 오버코트층
110 : 어레이 기판 118 : 화소전극
150a,150b : 컬럼 스페이서

Claims (12)

  1. 컬러필터 기판에 상대적으로 작은 광학밀도 값을 가진 수지로 블랙매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 블랙매트릭스가 형성된 컬러필터 기판 위에 컬러필터를 형성하는 단계;
    상기 블랙매트릭스 상부에 상기 블랙매트릭스보다 큰 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 컬럼 스페이서를 형성하는 단계;
    어레이 기판에 스위칭소자를 형성하는 단계; 및
    상기 컬러필터 기판과 어레이 기판을 합착하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러필터가 형성된 컬러필터 기판 위에 오버코트층을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 컬럼 스페이서는 상기 오버코트층 위에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 1.0 ~ 2.0 범위의 광학밀도 값을 가진 수지 재질의 유기막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 4.0 ~ 4.6 범위의 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 갭 스페이서와 눌림 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 갭 스페이서와 눌림 스페이서는 서로 다른 높이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 갭 스페이서와 눌림 스페이서는 하프-톤 마스크 또는 회절 마스크를 이용하여 서로 다른 높이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 컬러필터 기판에 형성되며, 상대적으로 작은 광학밀도 값을 가진 수지로 이루어진 블랙매트릭스;
    상기 블랙매트릭스가 형성된 컬러필터 기판 위에 형성된 컬러필터;
    상기 블랙매트릭스 상부에 상기 블랙매트릭스보다 큰 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 이루어진 컬럼 스페이서; 및
    상기 컬럼 스페이서가 형성된 컬러필터 기판과 대향하여 합착되며, 스위칭소자가 형성된 어레이 기판을 포함하는 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 컬러필터가 형성된 컬러필터 기판 위에 형성된 오버코트층을 추가로 포함하며, 상기 컬럼 스페이서는 상기 오버코트층 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 1.0 ~ 2.0 범위의 광학밀도 값을 가진 수지 재질의 유기막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 4.0 ~ 4.6 범위의 광학밀도 값을 가진 블랙 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 갭 스페이서와 눌림 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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