KR20010009157A - 액정 표시장치 제조방법 및 그 제조방법에 따른 액정표시장치 - Google Patents

액정 표시장치 제조방법 및 그 제조방법에 따른 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 표시장치의 개구율을 향상하기 위해 기판과; 상기 기판 상에 형성되고 소정간격 이격된 적, 녹, 청의 색을띤 컬러수지와; 상기 컬러수지가 형성된 기판 상에 형성된 평탄화막과; 상기 평탄화막 상에 형성된 완충층과; 상기 적, 녹, 청의 이격된 컬러수지 상부 상기 완충층 상에 형성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자가 형성된 기판 상에 형성된 보호층과; 상기 보호층 상에 형성되고 상기 스위칭 소자와 접촉하는 화소전극을 포함하는 액정 표시장치에 관해 개시하고 있다.

Description

액정 표시장치 제조방법 및 그 제조방법에 따른 액정표시장치{Liquid crystal display and method for fabricating the same}
본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 더욱더 상세하게는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 포함하는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)의 제조방법 및 그 제조 방법에 따른 액정 표시장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 스위칭 소자가 형성된 기판에 컬러필터를 형성하여, 액정 표시장치의 제조공정에서 발생하는 기판의 열 수축/팽창에 따른 공정 마진을 증가시켜 개구율 및 수율을 향상하는 것에 관한 것이다.
액정 표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 전술한 바 있는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬액정 표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목 받고 있다.
일반적으로 액정 표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
액정 패널(20)은 여러 종류의 소자들이 형성된 두장의 기판(2, 4)이 서로 대응되게 배열되어 있고, 상기 두장의 기판(2, 4) 사이에 액정층(10)이 끼워진 형태로 위치하고 있다.
상기 액정 패널(20)에는 색상을 표현하는 컬러필터가 형성된 상부 기판(4)과 상기 액정층(10)의 분자 배열방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 회로가 내장된 하부 기판(2)으로 구성된다.
상기 상부 기판(4)에는 색을 구현하는 컬러필터층(8)이 형성되어 있으며, 컬러필터층(8)을 덮는 공통전극(12)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(12)은 액정(10)에 전압을 인가하는 한쪽전극의 역할을 한다. 상기 하부 기판(2)은 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(S)와, 상기 박막 트랜지스터(S)로부터 신호를 인가 받고 상기 액정(10)으로 전압을 인가하는 다른 한쪽의 전극역할을 하는 화소전극(14)으로 구성된다.
상기 화소전극(14)이 형성된 부분을 화소부(P)라고 한다.
그리고, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 사이에 주입되는 액정(10)의 누설을 방지하기 위해, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 가장자리에는 실란트(sealant : 6)로 봉인되어 있다.
상기 하부 기판(2)은 다수개의 박막 트랜지스터(S)와 상기 박막 트랜지스터와 각각 연결된 다수개의 화소전극(14)이 배열된다.
상술한 액정 표시장치는 가장 일반적인 방식으로, 컬러필터 기판과 박막 트랜지스터 배열기판을 서로 다른 공정을 통해 합착시키는 방식을 채택하였다.
그러나 상기와 같은 방식은 그 제조공정이 매우 복잡하다. 예를 들어 컬러필터의 제조공정은 수율이 낮기 때문에 가격이 증가된다. 그만큼 액정 표시장치에서 컬러필터가 차지하는 원가비율이 매우 크다.
상기와 같이 복잡한 제조공정을 지양하고자 컬러필터를 박막 트랜지스터 배열기판에 내장하는 컬러필터 온 어레이(Color Filter on array : 이하 C/F on array 이라 칭함)방식이 도입되었다.
상기 C/F on array 방식은 그 제조공정이 비교적 간단하고 일반적인 액정 표시장치에 비해 개구율이 우수한 장점을 갖고 있다.
도 2a 내지 도 2b는 일반적은 C/F on array 방식의 액정 표시장치의 제작 공정을 도시한 도면으로, 그 제작 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2a에 도시된 도면은 일반적인 박막 트랜지스터 어레이 기판이다. 즉, 스위칭 소자(S)와 화소영역(P)을 갖추고 있다.
이후 도 2b에 도시된 도면에서와 같이 컬러수지를 증착하고 패터닝하여 컬러필터(30)를 형성한다. 보통의 경우 도 2b와 같은 공정을 세번에 걸쳐 실시한다. 이는 빛의 3원색인 적, 녹, 청의 컬러필터를 형성하기 위함이다.
상기한 바와 같이 C/F on array 방식의 액정 표시장치는 동일한 공정에서 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터가 형성되기 때문에 제조공정이 간단하다.
최근들어 들어 대면적 고화질의 표시영역을 갖는 액정 표시장치의 요구가 증가함에 따라, 상기 액정 표시장치의 제조공정은 더욱더 복잡해지고 있다.
상기와 같이 대면적의 액정 표시장치로 이동할 경우에는 많은 문제점이 발생한다.
도 3에 도시된 도면은 일반적인 액정 표시장치의 단면을 도시한 도면으로, 액정 표시장치를 대면적으로 제작할 경우 컬러필터가 형성된 상판(4)과 박막 트랜지스터가 형성된 하판(2)은 서로 다른 제조공정 온도에 의해 열 수축/팽창율이 다르기 때문에 컬러필터(8)와 화소전극(14)간에 △L정도의 얼라인 마진(align margin)이 발생하게 된다.
즉, 상기 얼라인 마진 △L은 개구부에서 제외되는 부분으로, 블랙 매트릭스(black matrix : B/M)를 형성하여 하부광원으로부터 난반사된 빛를 차단한다.
상기와 같은 열 수축/팽창에 따른 얼라인 마진의 발생은 상판(4)과 하판(2)의 공정온도가 다르기 때문에 발생하는 원인으로, 상판(4)이 220 ℃ 내외에서 제작되는 반면, 하판의 공정온도는 이보다 큰 300 ℃ 내외에서 제작된다.
상기 열에의한 수축/팽창의 얼라인 마진은 기판의 크기가 커지면 더욱더 증가하므로 개구율 향상에 치명적인 단점이 있다.
그리고, 상술한 C/F on array 방식의 액정 표시장치의 경우, 컬러필터가 박막 트랜지스터 어레이 기판 상의 화소전극 상에 형성되기 때문에 컬러필터의 미묘한 두께차로 인해 셀갭(cell gap)이 불균일하여 화면에 얼룩이 발생할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 도면에서와 같이 화소전극(14) 상에 형성된 컬러필터(30)를 포함하는 화소영역(P)은 박막 트랜지스터를 포함하는 제 1 화소영역(30a)과 일반적인 제 2 화소영역(30b)으로 대략 두 부분으로 나눌 수 있다.
즉, 제 1 화소영역(30a)의 컬러필터 두께는 A-B이고, 제 2 화소영역(30b)은 A이므로, 상기 제 1 화소영역(30a)과 제 2 화소영역(30b)의 두께는 대략 B만큼 차이나게 된다. 따라서 제 1 및 제 2 화소영역에서는 B 만큼의 두께차이로 인한 화면의 표시얼룩이 발생할 수 있는 단점이 있다.
또한, 컬러필터는 제조수율이 박막 트렌지스터 어레이 기판보다 좋지 않기 때문에 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 컬러필터를 제조하다 컬러필터의 불량이 발생할 경우, 박막 트랜지스터 어레이까지 사용불능이 될 수 있기 때문에 액정 표시장치의 수율이 대폭 감소할 수 있는 단점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 화면의 표시얼룩이 제거된 액정 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에서는 개구율을 향상하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명에서는 액정 표시장치의 생산성을 향상하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2b는 일반적인 컬러필터 온 어레이 방식의 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.
도 3은 일반적인 액정 표시장치의 상판과 하판의 관계를 도시한 단면도.
도 4는 일반적인 컬러필터 온 어레이 방식의 액정 표시장치의 박막 트랜지스터 어레이와 컬러필터의 관계를 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 온 어레이 방식의 액정 표시장치에서 컬러필터부의 단면에 따른 공정을 도시한 공정도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 온 어레이 방식의 액정 표시장치의 단면을 도시한 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
51 : 블랙 매트릭스 50 : 컬러필터층
52 : 평탄화막 54 : 완충층
56 : 게이트 전극 58 : 게이트 절연막
60 : 액티브층 62 : 소스 전극
64 : 드레인 전극 66 : 보호막
68 : 화소전극 1 : 기판
상기와 같은 목적을 달성 하기위해 본 발명에서는 기판과; 상기 기판 상에 형성되고 소정간격 이격된 적, 녹, 청의 색을 띤 컬러수지와; 상기 컬러수지가 형성된 기판 상에 형성된 평탄화막과; 상기 평탄화막 상에 형성된 완충층과; 상기 각 적, 녹, 청의 컬러수지 상부 상기 완충층 상에 형성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자가 형성된 기판 상에 형성된 보호층과; 상기 보호층 상에 형성되고, 소정의 콘택홀을 갖는 상기 스위칭 소자와 상기 콘택홀을 통해 접촉하는 화소전극을 포함하는 액정 표시장치를 제공하고 있다.
또한, 본 발명에서는 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상에 각각 소정간격 이격되게 적, 녹, 청의 색을 띤 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층이 형성된 기판 상에 평탄화막을 증착하는 단계와; 상기 평탄화막 상에 완충층을 형성하는 단계와; 상기 소정 간격 이격된 청, 녹, 청의 컬러필터층 상의 완충층 상에 스위칭 소자를 형성하는 단계와; 상기 스위칭 소자가 형성된 기판 상에 보호막을 증착하는 단계와; 상기 스위칭 소자와 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시장치 제조방법을 제공하고 있다.
또한, 상기 스위칭 소자는 상기 완충층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극을 포함하는 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 상부 게이트 절연막 상에 액티브층을 형성하는 단계와; 상기 액티브층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 보호층을 증착하고, 상기 드레인 전극의 일부가 노출되도록 드레인 콘택홀을 패터닝하는 단계를 포함하여 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 화소전극과 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.
종래의 C/F on array 방식이 박막 트랜지스터 어레이 기판 상부에 컬러필터가 형성되는 구조라면, 본 발명에서는 컬러필터 상부에 박막 트랜지스터 어레이가 형성되는 구조이기 때문에 array on C/F 방식의 액정 표시장치라 칭한다.
이하, 첨부된 도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터를 제조하는 공정을 도시한 공정도이다.
먼저, 도 5a에 도시된 도면은 기판(1) 상에 블랙 매트릭스(51) 및 컬러필터(50)를 형성하는 단계를 도시하고 있다.
상기 블랙 매트릭스(51)는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 크롬/크롬 옥사이드(Cr/CrOx) 등의 금속물질 또는 검은색 수지(black resin) 등을 사용하여 형성한다.
상기 컬러필터(50)는 적(50a), 녹(50b), 청(50c)의 3원색으로 구성된다.
특히 상기 컬러필터(50)의 재료는 내열성이 120 ℃ 이상인 물질을 사용하고, 염료(dye) 및 안료(pigment) 또는 무기물질이 적층된 구조로 형성할 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(51)와 상기 컬러필터(50)의 공정순서는 바뀌어도 무방하다.
또한, 상기 블랙 매트릭스(51)는 제거될 수 있다. 왜냐하면, 추후 공정에서 생성될 박막 트랜지스터의 게이트 배선 및 전극과 데이터 배선 및 소스/드레인 전극이 상기 블랙 매트릭스(51)의 역할을 하기 때문이다.
이후, 도 5b에 도시된 도면에서와 같이 컬러필터(50)가 형성된 기판 상에 평탄화막(52)을 증착한다. 상기 평탄화막(52)은 컬러필터(50) 내지 블랙 매트릭스(51)가 형성된 기판을 평탄화하여 후속 공정을 안정적으로 진행하기 위함으로, 평탄도가 우수한 유기재료가 사용된다.
바람직하게 상기 평탄화막(52)은 벤조사이클로뷰틴(Benzocyclobutene : BCB), 아크릴(Acryl), 폴리이미드(polyimide), 메틸 실라잔(methylsilazane), 폴리 실라잔(polysilazane) 등을 사용한다.
도 5c는 상기 평탄화막(52) 상에 완충층(buffer layer : 54)을 증착하는 단계를 도시하고 있다.
상기 완충층(54)은 상기 컬러필터(50)로 부터 발생될 수 있는 불순물을 추후 공정에서 생성될 스위칭 소자에 영향을 주지 못하도록 하는 역할을 하게된다.
상기 완충층(54)은 무기재료 또는 유기재료로서 형성될 수 있으며, 무기재료로는 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx), 탄탈 질화막(TaNx), 탄탈 옥사이드(Ta2O5) 등의 물질을 사용할 수 있다.
또한, 상기 평탄화막(52)을 나트륨 이온(Na+), 칼륨 이온(K+), 바륨 이온(Ba+), 칼슘 이온(Ca+) 등의 이온성분이 없는 물질을 사용할 경우에는 완충층(54)을 증착하는 공정은 생략될 수 있다.
상술한 공정에의해 제작된 컬러필터를 검사하여 불량이 없는 제품만을 선택하여 후속공정을 진행한다.
이후, 스위칭 소자 및 화소영역을 형성하는 공정을 진행하여 액정 표시장치를 완성한다.
도 6은 도 5a 내지 도 5c에 의해 제작된 컬러필터 상에 스위칭 소자를 형성하는 단계를 도시하고 있다.
즉, 상기 완충층(54)이 형성된 기판 상에 게이트 전극(56), 게이트 절연막(58), 액티브층(60), 소스 및 드레인 전극(62, 64)을 포함하는 스위칭 소자(S)를 형성하고, 상기 스위칭 소자(S) 상에 보호막(66) 및 상기 스위칭 소자(S)의 드레인 전극과 접촉하는 화소전극(68)을 형성하여 액정 표시장치를 구성한다. 상기 화소전극(68)과 컬러필터(50a)는 일대일 대응하게 형성된다.
상기 스위칭 소자(S)는 다결정 실리콘 또는 수소화된 비정질 실리콘을 액티브층(60)으로 사용하며, 스위칭 기능이 있는 박막 트랜지스터나 다이오드(Diode) 등을 사용할 수 있다.
상기 컬러필터(50) 및 스위칭 소자(S)의 제작시 공정온도는 220 ℃ 이하가 바람직하며, 상기 게이트 전극(56), 소스 전극(62), 드레인 전극(64)은 금속물질이고, 상기 화소전극(68)은 투명 도전물질인 것을 특징으로 한다.
상기 보호막(66)은 무기 또는 유기재료를 사용할 수 있으며, 단일 또는 이중구조로 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 array on C/F 방식의 액정 표시장치를 제조할 경우 컬러필터의 불량에 따른 수율저하가 없으므로 전반적인 액정 표시장치의 제조수율이 향상된다.
그리고, 컬러필터 상부에 스위칭 소자의 배열이 형성되기 때문에, 종래의 서로다른 공정에서 제조된 컬러필터 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판의 합착 마진에 의한 협소한 공정 마진에 비해, 공정 마진이 증가하여 개구율이 향상된다.
상술한바와 같은 본 발명의 실시예을 통해 컬러필터 온 어레이 방식의 액정 표시장치를 제작할 경우 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 동일 기판 상에 컬러필터와 박막 트랜지스터 어레이를 형성하기 때문에 공정 마진의 증가에 따른 고개구율의 액정 표시장치를 제작할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 불량이 많은 컬러필터를 먼저 제조하고 우수한 특성의 컬러필터만을 선택하여 액정 표시장치를 제조함으로 인해 전반적인 수율이 향상하여 저가격화의 장점이 있다.
셋째, 대면적의 기판 공정에서 발생하는 열 수축/팽창에 따른 기판의 왜곡에 따른 공정불량이 발생하지 않기 때문에 생산성이 향상되는 장점이 있다.
넷째, 컬러필터의 두께 차이가 없으므로 인해 셀갭이 균일하여 화면의 표시 품질이 향상되는 장점이 있다.

Claims (14)

  1. 기판과;
    상기 기판 상에 형성되고 소정간격 이격된 적, 녹, 청의 색을 띤 컬러수지와;
    상기 컬러수지가 형성된 기판 상에 형성된 평탄화막과;
    상기 각 적, 녹, 청의 컬러수지 상부 상기 평탄화막 상에 형성된 스위칭 소자와;
    상기 스위칭 소자가 형성된 기판 상에 형성된 보호층과;
    상기 보호층 상에 형성되고, 소정의 콘택홀을 갖는 상기 스위칭 소자와 상기 콘택홀을 통해 접촉하는 화소전극
    을 포함하는 액정 표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 적, 녹, 청색의 컬러수지 사이에 각각 형성된 블랙 매트릭스를 더욱 포함하는 액정 표시장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 크롬, 몰리브덴, 크롬/크롬 옥사이드로 구성된 집단에서 선택된 금속인 액정 표시장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컬러수지는 내열성이 120 ℃ 이상인 수지 또는 염료인 액정 표시장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 평탄화막은 벤조사이클로뷰틴, 아크릴, 폴리이미드, 메틸실라잔, 폴리실라잔으로 구성된 집단에서 선택된 물질인 액정 표시장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 평탄화막과 상기 스위칭 소자 사이에 형성된 완충층을 더욱 포함하는 액정 표시장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 완충층은 실리콘 옥사이드(SiOx), 실리콘 나이트라이드(SiNx), 탄탈 나이트 라이드(TaNx), 탄탈 옥사이드(Ta2O5)로 구성된 집단에서 선택된 무기물인 액정 표시장치.
  8. 기판을 구비하는 단계와;
    상기 기판 상에 각각 소정간격 이격되게 적, 녹, 청의 색을 띤 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층이 형성된 기판 상에 평탄화막을 증착하는 단계와;
    상기 소정 간격 이격된 청, 녹, 청의 컬러필터층 상의 평탄화막 상에 스위칭 소자를 형성하는 단계와;
    상기 스위칭 소자가 형성된 기판 상에 보호막을 증착하는 단계와;
    상기 스위칭 소자와 연결된 화소전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정 표시장치 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 평탄화막 증착전에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 컬러필터 형성 전에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 컬러필터 형성 후에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 상기 평탄화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극을 포함하는 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극 상부 게이트 절연막 상에 액티브층을 형성하는 단계와;
    상기 액티브층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와;
    상기 소스 및 드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 보호층을 증착하고, 상기 드레인 전극의 일부가 노출되도록 드레인 콘택홀을 패터닝하는 단계를 포함하여 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 화소전극과 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 형성하기 전에 상기 평탄화막 상에 완충층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정 표시장치 제조방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 액정 표시장치의 제조공정 온도는 220 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조방법.
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