KR20000060830A - 액정표시소자와 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고개구율을 가짐과 아울러 균일한 화질을 제공할 수 있는 액정표시소자와 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 액정표시소자는 서로 대향하게 배치되는 상부기판 및 하부기판과, 하부기판 상에 해당 셀영역별로 형성되어 특정파장의 빛만을 투과시키는 칼라필터와, 칼라필터 상에 형성되며 저유전율을 가지는 유기물로 이루어진 보호막과, 상부기판과 하부기판 사이에 형성된 기둥형상의 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 저유전율을 갖는 칼라필터와 유기막이 하부기판 상에 형성됨으로써 데이터라인과 화소전극간의 기생용량이 최소화되므로 화소전극의 크기를 증대시켜 고개구율을 실현할 수 있게 된다.

Description

액정표시소자와 그 제조 방법{Liquid Crystal Display Device And Method Thereof}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 고개구율을 가짐과 아울러 균일한 화질을 제공할 수 있는 액정표시소자와 그 제조방법에 관한 것이다.
통상, 액정표시(Liquid Crystal Display; LCD) 소자는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시소자는 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 액티브 영역과 액티브 영역의 액정셀들을 구동하기 위한 구동회로들을 포함하게 된다.
도 1을 참조하면, 통상의 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 액정표시소자는 상부기판(10) 상에 순차적으로 형성된 블랙매트릭스(12)와 칼라필터(14) 및 투명전극(16)을 구성으로 하는 상판과, 하부기판(18) 상에 형성된 박막트랜지스터와 화소전극(34)을 구성으로 하는 하판과, 상판과 하판 사이에 형성된 스페이서(38)와, 상판 및 하판과 스페이서(38)에 의해 마련된 내부공간에 주입된 액정(36)을 구성으로 한다. 상판에서 블랙매트릭스(12)는 상부기판(10) 상에 매트릭스 형태로 형성되어 상부기판(10)의 표면을 칼라필터들이 형성되어질 다수의 셀영역들로 나눔과 아울러 인접 셀간의 광간섭을 방지하는 역할을 하게 된다. 이 블랙매트릭스(12)가 형성된 상부기판(10) 상에 적, 녹, 청 삼원색의 칼라필터(14)들이 순차적으로 형성된다. 이 경우, 삼원색의 칼라필터(14) 각각은 블랙매트릭스(12)가 형성된 상부기판(10)의 전면에 백색광원을 흡수하여 특정파장(적색, 녹색, 또는 청색)의 광만을 투과시키는 물질을 도포한 후 패터닝함으로써 형성된다. 블랙매트릭스(12) 및 칼라필터(14)가 형성된 상부기판(10) 상에 그라운드 전위가 공급되는 투명도전막인 투명전극(16)을 도포하여 상판을 완성하게 된다. 하판에서 액정셀의 구동을 스위칭하는 박막트랜지스터(40)는 게이트라인 및 데이터라인과 함께 하부기판(18) 상에 형성된다. 상세히 하면, 하부기판(18) 상에 금속막을 도포한 후 패터닝함으로써 게이트라인과 게이트전극(20)을 형성하게 된다. 이러한 게이트라인 및 게이트전극(20)이 형성된 하부기판(18) 상에 증착공정을 이용하여 게이트절연막(22)과 비정질 실리콘층 및 불순물이 도핑된 비정질 실리콘층(이하 'n+층'이라 한다)을 순차적으로 도포하게 된다. 그 다음, 포토리소그라피 공정을 이용하여 비정질 실리콘층과 n+층을 식각함으로써 박막트랜지스터의 채널을 형성하는 반도체층(24)과 n+층(26)을 형성하게 된다. 이어서, 하부기판(18)의 전면에 금속막을 도포한 후 패터닝함으로써 데이터라인과 함께 소오스전극(28) 및 드레인전극(30)을 형성한 후, 소오스전극(28)과 드레인전극(30) 사이로 노출된 n+층(26)을 식각하여 반도체층(24)이 노출되도록 한다. 그리고, 하부기판(18)의 전면에 증착공정을 이용하여 무기물 보호막(35)을 도포한 후 패터닝함으로써 드레인전극(30) 상단부에 컨택홀을 형성하게 된다. 다음, 하부기판(18)의 전면에 투명도전막을 도포하여 패터닝함으로써 드레인전극(34)과 접속되는 화소전극(34)을 형성하고, 하부기판(18)의 전면에 배향막(35)을 도포한 후 러빙공정을 수행하여 하판을 완성하게 된다. 끝으로, 전술한 바와 같이 별도로 만들어진 상판과 하판을 정위치시켜 합착한 후 구형상의 스페이서(38)를 산포한 후 액정을 주입하여 봉지함으로써 액정표시소자를 완성하게 된다.
도 2를 참조하면, 하부기판(18) 상의 전극배치 구조가 도시되어 있다.
도 2에서 박막트랜지스터(40)는 게이트라인(44)과 데이터라인(46)의 교차지점에 형성된다. 게이트라인(44)은 박막트랜지스터(40)의 게이트전극(20)과 접속되고, 데이터라인(46)은 박막트랜지스터(40)의 소오스전극(28)과 접속되어 있다. 박막트랜지스터(40)의 반도체층(24)은 이웃한 박막트랜지스터(40)들과 연결되도록 데이터라인(46)과 중첩되게 연장되어 있다. 화소전극(34)은 게이트라인(44)과 데이터라인(46)에 의해 분할된 셀영역에 형성되고 콘택(42)에 의해 드레인전극(30)과 접속되어 있다.
그런데, 이러한 액정표시소자는 비교적 유전율이 높은 무기물 계통의 물질을 보호막(32)으로 사용함으로써 도 3에 도시된 바와 같이 데이터라인(46)과 화소전극(34)간에 기생 캐패시터가 형성됨으로써 크로스토크 현상이 발생하여 화질이 열화되는 문제점이 있었다. 이러한 데이터라인(46)과 화소전극(34) 간의 커플링 효과를 최소화하기 위하여 데이터라인(46)과 화소전극(34)은 일정한 간격, 예컨대 3∼5㎛의 간격을 유지해야만 한다. 이와 같이 데이터라인(46)과 화소전극(34)의 간격으로 적어도 3∼5㎛ 정도 이상 유지해야하므로 액정표시소자의 개구율을 좌우하는 화소전극(34)의 크기가 그만큼 줄어들 수밖에 없다. 이에 따라, 전술한 구조의 액정표시소자는 고개구율을 실현할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 액정표시소자는 액정셀의 갭을 일정하게 유지하기 위하여 구형상의 스페이서(38)를 사용하고 있다. 그런데, 스페이서(38)는 통상 밀링공정에 의해 가공되어지는데 가공상 크기가 불균일한 경우 액정셀의 갭이 불균일해짐으로써 빛의 강도가 저하되어 화질이 열화되는 문제점이 초래되고 있다. 또한, 구형상의 스페이서(38)는 유동가능한 상태로 산포되고 상하판의 압착에 의해 고정되게 된다. 이 경우, 스페이서(38)의 밀도 조정이 어려워 밀도가 불균일하게 되고 스페이서(38)의 밀도가 큰 부분에서는 얼룩현상이 발생하는 문제점이 있다.
더불어, 종래 액정표시소자의 상하부기판으로 통상 유리기판이 이용되고 있다. 그런데, 이 유리기판은 취성을 가지고 있어 충격에 의해 쉽게 깨질 수 있으므로 내구성 측면에서 취약한 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 고개구율을 실현할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 액정셀의 갭을 일정하게 유지하여 화질을 개선할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라스틱 기판을 사용함으로써 내구성을 가짐과 아울러 경량화될 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것이다.
도 1은 통상의 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 액정표시소자 하부기판 상의 전극배치도.
도 3은 도 2의 A-A'선을 따라 절단한 하판의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 하판 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명＞
10, 50 : 상부기판 12 : 블랙매트릭스
14, 68 : 칼라필터 16, 52 : 투명전극
18, 54 : 하부기판 20, 56 : 게이트전극
22, 58 : 게이트절연막 24, 60 : 반도체층
26, 62 : n+층 28, 64 : 소오스전극
30, 66 : 드레인전극 32, 70 : 보호막
34, 72 : 화소전극 35 : 배향막
36, 76 : 액정 38, 74 : 스페이서
40 : 박막트랜지스터 44 : 게이트라인
46 : 데이터라인
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시소자는 서로 대향하게 배치되는 상부기판 및 하부기판과, 하부기판 상에 해당 셀영역별로 형성되어 특정파장의 빛만을 투과시키는 칼라필터와, 칼라필터 상에 형성되며 저유전율을 가지는 유기물로 이루어진 보호막과, 상부기판과 하부기판 사이에 형성된 기둥형상의 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 하부기판을 마련하여 그 위에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 박막트랜지스터가 형성된 하부기판 상에 해당 셀영역별로 칼라필터를 형성하는 단계와, 칼라필터 위에 저유전율을 가지는 유기막을 도포하는 단계와, 유기막 위에 셀영역별로 화소전극을 형성하는 단계와, 박막트랜지스터가 위치하는 유기막의 상부에 스페이서를 형성하는 단계와, 전면에 투명전극이 도포된 상부기판을 마련하는 단계와, 하부기판과 상부기판을 합착한 후 액정을 주입하고 봉지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 4 내지 도 5c를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 액정표시소자는 상부기판(50)과 그 위에 도포된 투명전극(52)을 구성으로 하는 상판과, 하부기판(54)과 그 위에 형성된 박막트랜지스터 및 화소전극(72)과 칼라필터(68)를 구성으로 하는 하판과, 상판과 하판 사이에 형성된 기둥형상의 스페이서(74)와, 상판 및 하판과 스페이서(74)에 의해 마련된 내부공간에 주입된 액정(76)을 구성으로 한다. 상부기판(50)으로는 내구성이 뛰어난 플라스틱 기판을 이용함으로써 충격에 의한 내성을 가지도록 함과 아울러 액정표시소자를 경량화할 수 있게 된다. 상부기판(50) 상에 도포된 투명전극(52)은 화소전극(72)의 상대전극으로 그라운드 전위를 공급하는 역할을 하게 된다. 하부기판(54) 상에 형성된 박막트랜지스터(80)는 게이트라인(도시하지 않음)과 데이터라인(도시하지 않음)의 교차부에 형성되고 게이트라인과 연결되는 게이트전극(56)과, 데이터라인과 연결되는 소오스전극(64)과, 화소전극(72)과 연결되는 드레인전극(66)과, 게이트전극(56)과 소오스전극(64) 및 드레인전극(66) 사이에 위치하는 반도체층(60)을 구비한다. 이 박막트랜지스터(80)는 액정셀을 스위칭하는 역할을 하게 된다. 이러한 박막트랜지스터(80)가 형성된 하부기판(54) 상에는 적, 녹, 청 삼원색의 칼라필터(68)들이 해당영역별로 순차적으로 형성된다. 이 칼라필터(68)는 백색광원을 흡수하여 적색, 녹색, 또는 청색의 광만을 투과시키게 된다. 이 칼라필터(68) 위에 보호막으로서 저유전율을 갖는 유기막(70)이 형성되고, 그 유기막(70) 위에 화소전극(72)이 형성된다. 이 화소전극(72)은 칼라필터(68)와 유기막(70)을 걸쳐 형성된 콘택홀을 통해 박막트랜지스터(80)의 드레인전극(66)과 접속된다. 이 경우, 데이터라인과 화소전극(72) 사이에 위치하는 칼라필터(68)와 유기막(70)의 유전율이 낮으므로 데이터라인과 화소전극(72) 사이에 형성되는 기생용량을 최소화할 수 있게 된다. 이에 따라, 데이터라인과 화소전극(72)의 간격을 보다 좁게 설정하고 그만큼 화소전극(72)의 크기를 증대시킬 수 있으므로 고개구율의 실현이 가능하게 된다. 또한, 유기막(70)은 데이터라인과 화소전극(72)의 미스얼라인먼트에 의한 단락을 방지할 수 있게 된다. 박막트랜지스터가 위치하는 유기막(70) 상부에는 소정의 높이를 가지는 기둥형상의 스페이서(74)가 형성되어 액정셀의 갭을 일정하게 유지시키게 된다. 또한, 스페이서(74)는 광을 흡수하는 물질을 부가적으로 첨가하여 게이트라인 데이터라인과 함께 종래의 블랙매트릭스와 같이 셀영역간의 광간섭을 방지하는 역할을 하게 된다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 하판을 제조하는 방법을 단계적으로 나타낸 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 하부기판(54) 상에 박막트랜지스터가 형성된 하판 구조가 도시되어 있다. 우선적으로, 하부기판(54) 상에 저저항을 갖는 금속막을 도포한 후 패터닝함으로써 게이트전극(56)이 형성된다. 게이트전극(56)이 형성된 하부기판(54) 상에 증착공정, 예컨대 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)방법을 이용하여 게이트절연막(58)과 비정질 실리콘층(a-Si) 및 불순물이 도핑된 비정질 실리콘층, 즉 n+층을 순차적으로 도포한다. 그 다음, 비정질 실리콘층과 n+층의 일부를 포토리소그라피 공정을 거쳐 건식식각함으로써 박막트랜지스터의 채널을 형성하는 반도체층(60)과 n+층(62)을 형성하게 된다. 이어서, 하부기판(54)의 전면에 금속막을 증착한 후 패터닝함으로써 소오스전극(64) 및 드레인전극(66)을 형성하게 된다. 이 후, 소오스전극(64)과 드레인전극(66) 사이로 노출된 n+층(62)을 건식식각하여 채널을 형성하는 반도체층(60)이 노출되도록 한다.
도 5b는 박막트랜지스터가 형성된 하부기판(54) 상에 칼라필터(68) 및 유기막(70)과 화소전극(72)이 순차적으로 적층된 하판 구조를 나타낸 것이다. 박막트랜지스터가 형성된 하부기판(54)의 전면에 백색광원을 흡수하여 적색광만을 투과시키는 물질을 도포한 후 패터닝함으로써 해당 셀영역에 적색 칼라필터(68)를 형성하게 된다. 같은 방법으로 하부기판(54)의 전면의 해당 셀영역에 녹색 및 청색 칼라필터(68)를 순차적으로 형성하게 된다. 그 다음, 칼라필터(68) 위에 유전율이 3.5이하이며 가시광영역에 대해 투과도가 높고 고내습성을 갖고 불순물이 없는 유기막(70)을 스핀코팅 방법을 이용하여 도포하게 된다. 이어서, 유기막(70)과 칼라필터(68)를 패터닝하여 드레인전극(66)의 상단에 컨택홀을 형성하게 된다. 그리고, 유기막(70)의 상부에 투명전극물질을 도포한 후 패터닝함으로써 화소전극(72)을 형성하게 된다. 이 화소전극(72)은 컨택홀을 통해 드레인전극(66)에 접속되게 된다.
도 5c는 상기 화소전극(72)이 형성되지 않은 유기막(70)의 상부, 즉 박막트랜지스터의 상부에 스페이서(74)가 형성된 하판 구조를 나타낸 것이다. 스페이서(74)는 액정열화에 영향을 미치지 않는 유기막을 하부기판(54)의 전면에 도포한 후 패터닝함으로써 기둥형상으로 형성된다. 이 경우, 유기막의 도포시 광 흡수물질을 첨가함으로써 스페이서(74)는 종래의 블랙매트릭스와 같이 셀영역간의 광간섭을 방지하는 역할을 하게 된다.
그리고, 스페이서(74)가 형성된 하부기판(54)의 전면에 배향막을 도포한 후 러빙공정을 수행하여 하판을 완성하게 된다. 끝으로, 플라스틱기판(50) 상에 투명전극(52)이 도포된 상판과 상기 하판을 정위치시켜 합착한 후 액정을 주입하고 봉지함으로써 액정표시소자를 완성하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법에 의하면 저유전율을 갖는 칼라필터와 유기막이 하부기판 상에 형성됨으로써 데이터라인과 화소전극간에 형성되는 기생용량을 최소화할 수 있게 된다. 이에 따라, 데이터라인과 화소전극의 간격을 줄일 수 있으므로 그만큼 화소전극의 크기를 증대시켜 고개구율을 실현할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법에 의하면 패터닝된 스페이서를 이용하여 스페이서 밀도 조정이 용이할 뿐만 아니라 셀갭을 일정하게 유지할 수 있으므로 화질을 개선시킬 수 있게 된다. 더불어, 본 발명에 따른 액정표시소자에 의하면 내구성이 뛰어난 플라스틱기판을 이용함으로써 충격에 대한 내성을 가짐과 아울러 소자의 무게를 경량화시킬 수 있게 된다.

Claims (13)

  1. 서로 대향하게 배치되는 상부기판 및 하부기판과,
    상기 하부기판 상에 해당 셀영역별로 형성되어 특정파장의 빛만을 투과시키는 칼라필터와,
    상기 칼라필터 상에 형성되며 저유전율을 가지는 유기물로 이루어진 보호막과,
    상기 상부기판과 하부기판 사이에 형성된 기둥형상의 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부기판 상에 서로 교차하도록 형성된 게이트라인 및 데이터라인과,
    상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차지점에 각각 형성된 박막트랜지스터와,
    상기 칼라필터 및 보호막에 형성된 컨택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인전극과 접속되고 상기 셀영역별로 형성된 화소전극과,
    상기 상부기판 상에 도포된 투명전극과,
    상기 상부기판 및 하부기판과 스페이서에 의해 마련된 내부공간에 액정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 박막트랜지스터가 위치하는 보호막의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스페이서는 광흡수물질을 포함하여 인접 셀간의 광간섭을 차단하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부기판과 하부기판 중 적어도 하나 이상은 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 하부기판을 마련하여 그 위에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와,
    상기 박막트랜지스터가 형성된 하부기판 상에 해당 셀영역별로 칼라필터를 형성하는 단계와,
    상기 칼라필터 위에 저유전율을 가지는 유기막을 도포하는 단계와,
    상기 유기막 위에 셀영역별로 화소전극을 형성하는 단계와,
    상기 박막트랜지스터가 위치하는 유기막의 상부에 스페이서를 형성하는 단계와,
    전면에 투명전극이 도포된 상부기판을 마련하는 단계와,
    상기 하부기판과 상부기판을 합착한 후 액정을 주입하고 봉지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터와 함께 상기 박막트랜지스터의 게이트전극과 접속되는 게이트라인과 소오스전극과 접속되는 데이터라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 칼라필터를 형성하는 단계는
    특정파장의 빛만을 투과시키는 삼원색의 칼라필터 각각을 해당영역에 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기막은 스핀코팅 방법에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기막을 도포한 후 상기 칼라필터 및 유기막을 패터닝하여 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 상부에 콘택홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 스페이서 형성시 인접 셀간의 광간섭을 차단하도록 광흡수물질을 포함시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 스페이서를 형성한 후 상기 하부기판의 전면에 배향막을 도포하여 러빙공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부기판과 하부기판 중 적어도 하나 이상은 플라스틱기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
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