KR19990024917A - 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

액정 표시 장치의 컬러 필터 기판에 형성되는 블랙 매트릭스를 몰리브덴-텅스텐 합금을 이용하여 형성한다. 몰리브덴-텅스텐 합금막의 경우 습식 식각시 완만한 경사를 갖도록 식각할 수 있어 단차에 의한 빛샘을 줄일 수 있다. 또한 몰리브덴-텅스텐 합금의 경우 반사율과 비저항이 낮으므로 광누설 전류를 줄일 수 있고, 컬러 필터 기판 상부에 형성되는 공통 전극의 저항이 줄어들어 액정 표시 장치의 크로스톡이 감소한다. 블랙 매트릭스는 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막과 몰리브덴-텅스텐 합금막의 이중막으로 형성할 수 있고, 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막/몰리브덴-텅스텐 합금막/몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막의 삼중막으로 형성할 수도 있다. 그리고, 산화 크롬막과 크롬막의 상부에 몰리브덴-텅스텐 합금막을 형성할 수도 있다.

Description

액정 표시 장치의 블랙 매트릭스 및 제조 방법

본 발명은 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 기판과 색상을 표시하기 위한 컬러 필터가 형성되어 있는 컬러 필터 기판이 마주 보고 있으며, 두 기판의 사이에 액정 물질이 주입되어 있다.

컬러 필터의 사이에는 블랙 매트릭스가 형성되어 있는데, 이는 컬러 필터 상호간의 혼색을 방지하고, 외광 반사를 흡수하여 액정 표시 장치의 대비비를 향상시키는 역할을 한다.

종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판의 단면도가 도 1에 나타나 있다. 투명 기판(1) 위에 산화 크롬(CrOx)(21)과 크롬(Cr)(22)의 이중 구조를 갖는 블랙 매트릭스(2)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(2)의 사이에는 적, 녹, 청의 컬러 필터(3)가 블랙 매트릭스(2)의 양단과 약간씩 겹치도록 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(2)와 컬러 필터(3)가 겹치는 부분에서는 단차가 발생하는데, 블랙 매트릭스(2)의 양단이 계단 모양으로 형성되어 있어, 그 위에 형성되는 컬러 필터(3) 역시 (a) 부분에서와 같이 계단 모양의 경사를 갖고 형성된다. 블랙 매트릭스(2)와 컬러 필터(3)가 형성되어 있는 기판 전면에는 투명 도전막으로 된 공통 전극(4)이 형성되어 있다.

이러한 종래 기술에 따른 블랙 매트릭스를 갖는 액정 표시 장치에서는 크롬막의 반사율이 높아 블랙 매트릭스에 의해 반사된 빛이 박막 트랜지스터의 비정질 규소층으로 입사하여 광누설 전류(photo induced leakage current)를 발생시키게 되고, 이에 따라 오프(off) 상태에서의 전류 특성이 나빠진다는 문제점이 있다. 또한 블랙 매트릭스와 컬러 필터가 겹쳐지는 부분에서 컬러 필터의 단차가 커짐으로써 빛샘이 발생한다. 그리고 크롬으로 이루어진 블랙 매트릭스 상부에 공통 전극을 형성할 경우 공통 전극 저항이 높아져 액정 표시 장치의 크로스톡(crosstalk)이 발생하는 원인이 된다.

본 발명의 과제는 액정 표시 장치에서 블랙 매트릭스에 의한 빛의 반사를 줄이는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 액정 표시 장치의 빛샘을 줄이는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 액정 표시 장치의 크로스톡을 줄이는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판의 구조를 나타낸 단면도이고,

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 컬러 필터 기판의 제조 과정을 나타낸 단면도이고,

도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 두 번째 및 세 번째 실시예에 따른 블랙 매트릭스를 나타낸 단면도이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 블랙 매트릭스를 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막과 몰리브덴-텅스텐 합금막으로 형성한다.

이 때 사용되는 몰리브덴-텅스텐 합금의 텅스텐 함량은 원자 백분율 15 - 25 %로 한다.

그리고, 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막의 두께는 300 - 1,500 Å 정도가 바람직하며, 몰리브덴-텅스텐 합금막의 두께는 500 - 5,000 Å 정도로 하는 것이 좋다.

몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막과 몰리브덴-텅스텐 합금막을 식각할 때는 H₃PO₄:HNO₃:CH₃COOH를 이용한다.

후면 광원으로부터 들어오는 빛을 흡수하도록 하기 위하여 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막과 몰리브덴-텅스텐 합금막 상부에 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막을 형성하여 삼중막으로 블랙 매트릭스를 형성할 수도 있다.

그리고, 산화 크롬막과 크롬막을 이용하고 크롬막의 상부에 몰리브덴-텅스텐 합금막을 형성하여 블랙 매트릭스를 형성할 수도 있다.

이제, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 도 2a 내지 도 2c에 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판을 형성하는 과정이 나타나 있다.

먼저 도 2a에 나타난 바와 같이, 투명한 절연 기판(10) 상에 300 - 1,500 Å 두께의 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막(MoWOx)(210)을 적층하고, 그 위에 500 - 5,000 Å 두께의 몰리브덴-텅스텐 합금막(MoW)(220)을 적층한다. 이 때 몰리브덴-텅스텐 합금의 텅스텐 함량은 원자 백분율 15 - 25 % 로 한다.

그리고, 몰리브덴-텅스텐 합금막(220) 위에 감광제(50)를 도포하고, 블랙 매트릭스 패턴이 형성되어 있는 마스크를 이용하여 노광 및 현상한다.

다음, H₃PO₄:HNO₃:CH₃COOH를 이용하여 몰리브덴-텅스텐 합금막(220)과 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막(210)을 동시에 습식 식각한다. 이렇게 하면, 도 2b에 나타난 바와 같이 블랙 매트릭스(20)가 형성되고, 이 때 형성되는 블랙 매트릭스 테두리의 경사 각도는 20^o- 40^o정도가 된다.

다음, 기판 위에 도 2c에 나타난 바와 같이 적, 녹, 청 컬러 필터(30)를 형성하고, ITO(indium tin oxide) 등의 투명 도전막을 증착하여 공통 전극(40)을 형성한다.

블랙 매트릭스(20)가 20^o- 40^o의 경사를 갖도록 형성되어 있으므로 그 위에 형성되는 컬러 필터(30)와 공통 전극(40)의 경사 역시 도 2c의 (b) 부분에 나타난 바와 같이 완만하게 형성되고, ITO막의 두께도 균일하게 된다.

그리고, 이 때 ITO막은 몰리브덴-텅스텐 합금막과 접촉하게 되는데, 몰리브덴-텅스텐 합금의 비저항은 13.5μΩㆍcm로써 크롬의 21μΩㆍcm에 비해 1/3 이상 작아 블랙 매트릭스를 크롬으로 형성한 경우보다 크로스톡(crosstalk)이 감소하게 된다.

그리고, 몰리브덴-텅스텐의 합금막의 반사율은 120%로서 동일한 두께의 크롬막의 반사율 170%보다 약 3/10 정도 작으므로 반사에 의한 광누설 전류(photo induced leakage current)의 발생을 줄일 수 있다.

본 발명의 두번째 실시예에서는 몰리브덴-텅스텐 합금 산화막/몰리브덴-텅스텐 합금막/몰리브덴-텅스텐 합금 산화막의 삼층막 구조를 이용한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 몰리브덴-텅스텐 합금 산화막(210)을 300 - 1,500 Å 두께로 형성하고, 그 위에 몰리브덴-텅스텐 합금막(220)을 500 - 5,000 Å 두께로 형성한다. 몰리브덴-텅스텐 합금막(220) 위에 다시 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막(230)을 300 - 1,500 Å 두께로 형성한 다음 감광막(50)을 도포하고 패턴을 형성한 후 노광, 현상한다. 다음, 본 발명의 첫 번째 실시예에서와 같이 H₃PO₄:HNO₃:CH₃COOH를 사용하여 습식 식각하여 블랙 매트릭스(20)를 형성한다. 몰리브덴-텅스텐 합금막(220) 위에 다시 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막(230)을 형성하면, 이 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막(230)이 후면 광원에서 나오는 빛을 흡수할 수 있게 되어, 블랙 매트릭스에 의한 빛의 반사에 의한 광누설 전류를 줄일 수 있고, 오프 상태의 전류 특성을 향상시킬 수 있다.

블랙 매트릭스를 형성한 이후에 컬러 필터와 공통 전극을 형성하는 과정은 본 발명의 첫 번째 실시예의 경우와 유사하다.

본 발명의 세 번째 실시예에서는 종래 기술과 동일한 산화 크롬막과 크롬막을 이용하고, 그 위에 몰리브덴-텅스텐 합금막을 형성하여 블랙 매트릭스를 형성한다.

도 4에 나타난 바와 같이, 먼저 산화 크롬막(240)을 300 - 1,500 Å 두께로 형성하고, 그 상부에 크롬막(250)을 1,500 - 2,500 Å 두께로 형성한다. 다음, 블랙 매트릭스 패턴의 경사 각도를 완만하게 만들기 위해 크롬막(250) 위에 몰리브덴-텅스텐 합금막(260)을 300 - 2,000 Å 정도의 두께로 형성한다.

다음, 감광막 패턴(50)을 형성하고 노광, 현상한 후, 산화 크롬/크롬/몰리브덴-텅스텐 합금의 삼중막을 습식 식각한다. 이렇게 하면, 맨 위층에 형성되어 있는 몰리브덴-텅스텐 합금의 영향으로 완만한 경사를 갖는 블랙 매트릭스 패턴이 형성된다. 이 때의 경사각은 18^o- 25^o정도로 형성된다. 이 때 사용되는 식각액은 통상 크롬막을 식각할 때 사용되는 CAN(cerium ammonum nitride):HNO₃등이다.

이후의 제조 공정은 본 발명의 첫번째 실시예 및 두번째 실시예의 경우와 유사하다.

앞서 설명한 바와 같이, 몰리브덴-텅스텐 합금을 이용하여 블랙 매트릭스를 형성함으로써 블랙 매트릭스에 의한 빛의 반사를 줄일 수 있고, 블랙 매트릭스 형성시 경사각을 완만하게 형성할 수 있어 단차에 의한 빛샘을 줄일 수 있으며, 공통 전극 저항을 낮출 수 있으므로 액정 표시 장치의 크로스톡도 줄일 수 있다.

Claims (28)

1. 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막으로 이루어진 제1층,

   상기 제1층의 위에 형성되어 있으며 몰리브덴-텅스텐 합금으로 이루어진 제2층을 포함하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
2. 제1항에서,

   상기 제2층의 위에 형성되어 있으며 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막으로 이루어진 제3층을 더 포함하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
3. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 몰리브덴-텅스텐 합금의 텅스텐 함량은 원자 백분율 15 - 25 % 인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
4. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 제1층의 두께는 300 - 1,500 Å인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
5. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 제2층의 두께는 500 - 5,000 Å인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
6. 제2항에서,

   상기 제3층의 두께는 300 - 1,500 Å인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
7. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 제1층과 제2층 또는 상기 제1층, 제2층 및 제3층은 테두리의 경사 각도가 20°- 40°의 범위인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
8. 산화 크롬으로 이루어진 제1층,

   상기 제1층의 위에 형성되어 있으며 크롬으로 이루어진 제2층,

   상기 제2층의 위에 형성되어 있으며 몰리브덴-텅스텐 합금으로 이루어진 제3층을 포함하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
9. 제8항에서,

   상기 몰리브덴-텅스텐 합금의 텅스텐 함량은 원자 백분율 15 - 25% 인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
10. 제8항에서,

    상기 제1층의 두께는 300 - 1,500 Å인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
11. 제10항에서,

    상기 제2층의 두께는 1,500 - 2,500 Å인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
12. 제11항에서,

    상기 제3층의 두께는 300 - 2,000 Å인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
13. 제8항에서,

    상기 제1층, 제2층 및 제3층은 테두리의 경사 각도가 18°- 25°의 범위인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스.
14. 기판 상에 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막으로 제1층을 적층하는 단계,

    상기 제1층 위에 몰리브덴-텅스텐 합금막으로 제2층을 적층하는 단계,

    포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계,

    상기 제2층과 제1층을 함께 식각하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
15. 제14항에서,

    상기 제2층의 위에 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화막으로 제3층을 적층하는 단계를 더 포함하며,

    상기 식각 단계에서는 상기 제3층, 제2층 및 제1층을 함께 식각하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
16. 제14항 또는 제15항에서,

    상기 몰리브덴-텅스텐 합금의 텅스텐 함량은 원자 백분율 15 - 25 % 인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
17. 제14항 또는 제15항에서,

    상기 제1층의 두께는 300 - 1,500 Å로 형성하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
18. 제14항 또는 제15항에서,

    상기 제2층의 두께는 500 - 5,000 Å로 형성하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
19. 제15항에서,

    상기 제3층의 두께는 300 - 1,500 Å로 형성하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
20. 제14항 또는 제15항에서,

    상기 제1층과 제2층 또는 상기 제1층, 제2층 및 제3층은 테두리의 경사 각도가 20°- 40°를 이루도록 식각하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
21. 제14항 또는 제15항에서,

    상기 식각 단계에서 사용하는 식각액은 H₃PO₄:HNO₃:CH₃COOH인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
22. 기판 상에 산화 크롬으로 제1층을 적층하는 단계,

    상기 제1층 위에 크롬으로 제2층을 적층하는 단계,

    상기 제2층 위에 몰리브덴-텅스텐 합금의 산화물로 제3층을 적층하는 단계,

    포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계,

    상기 제3층, 제2층 및 제1층을 함께 식각하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
23. 제22항에서,

    상기 몰리브덴-텅스텐 합금의 텅스텐 함량은 원자 백분율 15 - 25% 인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
24. 제22항에서,

    상기 제1층의 두께는 300 - 1,500 Å로 형성하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
25. 제24항에서,

    상기 제2층의 두께는 1,500 - 2,500 Å로 형성하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
26. 제25항에서,

    상기 제3층의 두께는 300 - 2,000 Å로 형성하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
27. 제22항에서,

    상기 제1층, 제2층 및 제3층은 테두리의 경사 각도가 18°- 25°를 이루도록 식각하는 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.
28. 제22항에서,

    상기 식각 단계에서 사용하는 식각액은 CAN:HNO₃인 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스의 제조 방법.