KR20020047801A - Liquid crystal display and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a display device, and more particularly, to a liquid crystal display device and a manufacturing method thereof.
일반적으로 노트북 모니터의 TFT-LCD 모듈의 소비전력 가운데 백라이트가 차지하는 비중은 60% 이상이다. 이러한 전력소모를 줄이려면 개구율을 키워야 한다. 개구율(Aperture Ratio)이란 전체 디스플레이 면적에 대한 액티브 콘트라스트 생성 면적의 비율을 의미하는 것으로, 표시에 기여하는 면적의 합, 액정 디스플레이 패널에서는 표시에 기여하지 않는 부분 이외, 또 ITO 화소전극 내에서 블랙매트릭스 패턴을 제외한 면적을 총화소면적으로 나누면 그 비율이 개구율로서 실제 광투과에 기여하는 유효 투과영역이 된다.Generally, backlight accounts for more than 60% of the power consumption of TFT-LCD modules in notebook monitors. To reduce this power consumption, the aperture ratio must be increased. Aperture Ratio refers to the ratio of the active contrast generation area to the total display area.It is the sum of the area contributing to the display and the black matrix in the ITO pixel electrode except for the portion not contributing to the display in the liquid crystal display panel. If the area excluding the pattern is divided by the total pixel area, the ratio becomes the effective transmission area contributing to the actual light transmission as the aperture ratio.
개구율에 영향을 미치는 요소는 게이트배선과 데이터배선의 두께, 화소전극과 데이터배선 또는 게이트배선과의 간격, 블랙매트릭스층과 화소전극의 중첩 간격, 저장 캐패시턴스, 박막트랜지스터의 면적 등이 있다.Factors affecting the aperture ratio include the thickness of the gate wiring and the data wiring, the distance between the pixel electrode and the data wiring or the gate wiring, the overlapping distance between the black matrix layer and the pixel electrode, the storage capacitance, and the area of the thin film transistor.
고개구율을 구현하기 위해서는 상기와 같은 요소들의 크기를 줄여야 하는데 다음과 같은 고려사항이 있다.In order to realize a high opening rate, the size of the above elements should be reduced.
데이터배선은 데이터배선의 단선(open) 및 마스크 정렬오차를, 게이트배선은 게이트배선의 딜레이(Delay)를, 화소전극과 데이터라인의 간격은 마스크 정렬오차, 두 전극의 단락(short), 액정의 전경(Disinclination)을 고려해야 하고, 화소전극과 게이트배선의 간격은 마스크 정렬오차 및 기생용량을, 블랙매트릭스층과 화소전극의 중첩간격은 블랙매트릭스 식각 손실, 합착 여유, 화소전극의 정렬오차 등을 고려해야 하며, 저장 캐패시턴스는 문턱전압(Feed through)을, 박막트랜지스터 면적은 충전율을 제고해야 한다.The data wiring is the open and mask alignment error of the data wiring, the gate wiring is the delay of the gate wiring, the gap between the pixel electrode and the data line is the mask alignment error, the short circuit of the two electrodes, and the liquid crystal Distinlination should be considered, and mask alignment error and parasitic capacitance should be considered for pixel electrode and gate wiring, and black matrix etch loss, bonding margin, and pixel electrode alignment error should be considered for black matrix layer and pixel electrode overlapping interval. In addition, the storage capacitance should raise the threshold voltage (Feed through) and the thin film transistor area should increase the charge rate.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조를 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a liquid crystal display device according to the related art will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조단면도이다.1 is a structural cross-sectional view of a liquid crystal display device according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터(도시하지 않음)가 형성되어 있는 하판과 칼라필터가 형성되어 있는 상판으로 구성되며, 하판에는 절연기판(101a) 상에 게이트 절연막(102)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(102) 상에 데이터라인(103)들이 패터닝되어 있다. 또 상기 데이터라인(103)을 포함한 기판 전면위로 실리콘 질화물 재질의 보호막(104)이 적층되어 있고, 상기 보호막(104) 상에 일정 간격으로 ITO 재질의 화소전극(105)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, a lower plate on which a thin film transistor (not shown) is formed and an upper plate on which a color filter is formed, and a gate insulating film 102 is formed on an insulating substrate 101a. The data lines 103 are patterned on the gate insulating layer 102. Further, a silicon nitride protective film 104 is stacked on the entire surface of the substrate including the data line 103, and a pixel electrode 105 made of ITO is formed on the protective film 104 at regular intervals.
상판에는 절연기판(101b) 상에 하판에 형성되어 있는 복수개의 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터로의 빛의 투과를 막기 위한 블랙매트릭스층(106)이 일정 간격으로 패터닝되어 있으며, 상기 블랙매트릭스층(106) 사이의 공간에 색표현을 구현하는 R, G, B의 칼라필터층(107)이 형성되어 있다. 상기 칼라필터층(107) 상에 칼라필터층의 보호 및 평탄화를 위한 평탄화막(108)을 형성하는 것도 가능하다. 상기 평탄화막 상에 ITO 재질의 공통전극(109)이 형성되어 있다.On the upper plate, a plurality of data lines, gate lines, and black matrix layers 106 formed in the lower plate on the insulating substrate 101b are patterned at regular intervals, and the black matrix layer is patterned. The color filter layers 107 of R, G, and B that implement color expression are formed in the spaces between the 106 and 106. It is also possible to form a planarization film 108 on the color filter layer 107 to protect and planarize the color filter layer. A common electrode 109 made of ITO is formed on the planarization layer.
그러나 상기와 같은 종래 액정표시장치 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the conventional liquid crystal display manufacturing method as described above has the following problems.
상판과 하판인 칼라필터기판과 박막트랜지스터기판의 합착 마진(Margin)(5㎛이상)을 고려하여 블랙매트릭스 패턴 면적을 설계해야 하기 때문에 필요 이상의 블랙매트릭스 패턴으로 인해 개구율의 저하가 야기된다.Since the black matrix pattern area must be designed in consideration of the margin of adhesion (more than 5 μm) of the color filter substrate and the thin film transistor substrate, which are the upper and lower plates, the opening ratio is reduced due to the black matrix pattern more than necessary.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 박막트랜지스터 및 칼라필터를 동일 기판 상에 형성함으로써 고개구율을 구현할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, by forming a thin film transistor and a color filter on the same substrate to realize a high opening ratio.
도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조단면도.1 is a structural cross-sectional view of a liquid crystal display device according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조단면도.2 is a structural cross-sectional view of a liquid crystal display device according to the present invention;
도 3은 화소전극과 블랙매트릭스 패턴의 중첩 길이에 따른 다크(Dark) 상태 투과율을 나타낸 그래프.3 is a graph showing a dark state transmittance according to an overlap length of a pixel electrode and a black matrix pattern.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.4A through 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
201a, 201b : 절연기판 202 : 블랙매트릭스 패턴201a, 201b: Insulating substrate 202: Black matrix pattern
203 : 칼라필터층 204 : 평탄화막(Over coat)203: color filter layer 204: overcoat
205 : 데이터라인 206 : 보호막205: data line 206: protective film
207 : 화소전극 208 : 제 2 블랙매트릭스207 pixel electrode 208 second black matrix
209 : 공통전극209: common electrode
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판상에 일정 간격으로 형성되어 있는 블랙매트릭스 패턴과, 상기 블랙매트릭스 패턴 사이의 공간에 형성되어 있는 칼라필터층과, 상기 칼라필터층상에 형성되어 있는 평탄화막과, 상기 평탄화막 상에 형성되어 있는 복수개의 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터와, 상기 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면위로 형성되어 있는 보호막과, 상기 보호막 상에 상기 블랙매트릭스 패턴과 소정부분 중첩되도록 형성되어 있는 화소전극과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판사이에 개재되어 있는 액정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 그 제조방법은 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판상에 블랙매트릭스층을 패터닝하는 단계과, 상기 블랙매트릭스층 사이의 공간에 칼라필터층을 형성하는 단계과, 상기 칼라필터층 상에 평탄화막을 형성하는 단계과, 상기 평탄화막 상에 복수개의 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터를 패터닝하는 단계과, 상기 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 보호막을 적층하는 단계과, 상기 보호막 상에 화소전극을 상기 블랙매트릭스 패턴과 소정부분 중첩되도록 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판과 제 2 기판사이에 액정을 개재하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The liquid crystal display device of the present invention for achieving the above object is formed in the space between the first substrate and the second substrate, the black matrix pattern formed on the first substrate at a predetermined interval, and the black matrix pattern A color filter layer, a planarization film formed on the color filter layer, a plurality of data lines, gate lines, and thin film transistors formed on the planarization film, and a substrate front including the data line, gate line, and thin film transistor. And a liquid crystal interposed between the first substrate and the second substrate, and a pixel electrode formed on the protective film so as to overlap a predetermined portion with the black matrix pattern. The manufacturing method includes preparing a first substrate and a second substrate, and forming a black matrix layer on the first substrate. Patterning the substrate, forming a color filter layer in a space between the black matrix layers, forming a planarization layer on the color filter layer, and patterning a plurality of data lines, gate lines, and thin film transistors on the planarization layer; Stacking a passivation layer on an entire surface of the substrate including the data line, the gate line, and the thin film transistor; forming a pixel electrode on the passivation layer to overlap a portion of the black matrix pattern; It is characterized by including interposing a liquid crystal in between.
한편, 상기 제 2 기판상에는 상기 기판에 형성되어 있는 박막트랜지스터로의 빛의 투과를 막기 위한 제 2 블랙매트릭스층이 형성되어 있다.On the other hand, a second black matrix layer is formed on the second substrate to prevent the transmission of light to the thin film transistor formed on the substrate.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a liquid crystal display according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조단면도이다.2 is a structural cross-sectional view of a liquid crystal display device according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 하판에는 절연기판(201a)상에 일정 간격으로 블랙매트릭스 패턴(202)이 형성되어 있고, 상기 블랙매트릭스 패턴(202) 사이의 공간에 색표현을 구현하기 위한 R, G, B의 칼라필터층(203)이 형성되어 있으며, 상기 칼라필터층(203)을 포함한 기판 전면 위로 평탄화막(204)이 형성되어 있다. 또, 상기 평탄화막(204)상에는 복수개의 데이터라인(205), 게이트라인 및 박막트랜지스터(도시하지 않음)가 일련의 공정을 통해 형성되어 있다. 상기 복수개의 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면 상에 보호막(206)이 형성되어 있다. 상기 보호막(206)상에는 상기 블랙매트릭스 패턴과 소정부분 중첩되도록 ITO재질의 화소전극(207)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 2, a black matrix pattern 202 is formed on the insulating substrate 201a at regular intervals, and R for implementing color expression in a space between the black matrix patterns 202 is provided. A color filter layer 203 of G and B is formed, and a planarization film 204 is formed over the entire substrate including the color filter layer 203. In addition, a plurality of data lines 205, gate lines, and thin film transistors (not shown) are formed on the planarization layer 204 through a series of processes. A passivation layer 206 is formed on an entire surface of the substrate including the plurality of data lines, gate lines, and thin film transistors. An ITO pixel electrode 207 is formed on the passivation layer 206 so as to overlap a predetermined portion of the black matrix pattern.
상판에는 절연기판(201b)상에 제 2 블랙매트릭스층(208)이 형성되어 있으며 상기 제 2 블랙매트릭스층(208)을 포함한 기판 전면 상에 ITO 재질의 공통전극(209)이 형성되어 있다.On the upper plate, a second black matrix layer 208 is formed on the insulating substrate 201b, and a common electrode 209 made of ITO is formed on the entire surface of the substrate including the second black matrix layer 208.
한편, 액정표시장치의 개구율에 미치는 영향 요소 중 하나가 액정의 전경(Disinclination)이다. 전경 라인은 서로 반대의 방향자를 가지는 액정 영역사이의 경계를 말하는 것으로, 화소전극 끝부분에 있어서 액정의 배향 및 전계 효과에 의해 전경(Disinclination)이 유발되어 빛샘현상이 발생된다. 이와 같은 전경으로 인한 빛샘 현상을 방지하기 위해서는 화소전극과 블랙매트릭스 패턴을 소정부분(d1, d2) 중첩되게 해야 한다.On the other hand, one of the factors affecting the aperture ratio of the liquid crystal display device is the liquid crystal display (Disinclination). The foreground line refers to the boundary between the liquid crystal regions having opposite directors. In the end of the pixel electrode, the foreground is caused by the alignment and the electric field effect of the liquid crystal, thereby causing light leakage. In order to prevent the light leakage caused by the foreground, the pixel electrode and the black matrix pattern must overlap the predetermined portions d1 and d2.
종래 기술에 따른 액정표시장치에 있어서는 상기와 같은 화소전극과 블랙매트릭스 패턴의 중첩부분이, 상기와 같은 전경(Disinclination) 뿐만 아니라 상하판의 합착불균일(Misalign)까지 고려해야 하기 때문에 5㎛ 이상이 요구되었고 그에 따라 개구율이 떨어지는 단점이 있었다.In the liquid crystal display device according to the prior art, the overlapping portion of the pixel electrode and the black matrix pattern as described above needs to consider not only the disinclination but also the misalignment of the upper and lower plates. Thereby, there was a disadvantage that the opening ratio is lowered.
그러나 본 발명에 따른 액정표시장치는 칼라필터층 상에 박막트랜지스터를 형성하기 때문에 상하판의 합착불균일을 고려할 필요가 없다. 따라서, 상기와 같은 전경(Disinclination)만을 고려해서 화소전극과 블랙매트릭스 패턴의 중첩부분을 1㎛ 정도로 설계가 가능하다.However, the liquid crystal display device according to the present invention does not need to consider the adhesion nonuniformity of the upper and lower plates because the thin film transistor is formed on the color filter layer. Accordingly, the overlapping portion of the pixel electrode and the black matrix pattern may be designed to have a thickness of about 1 μm in consideration of the above-described disinclination.
도 3은 화소전극과 블랙매트릭스 패턴의 중첩 길이에 따른 다크(Dark) 상태 투과율을 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating a dark state transmittance according to an overlap length between a pixel electrode and a black matrix pattern.
도 3에 도시된 바와 같이, 화소전극과 블랙매트릭스 패턴의 중첩 길이가 1 ㎛ 이하로 될 경우 화소전극 주변의 빛샘 현상으로 인해 콘트라스트의 저하가 급격히 발생하게 된다.As shown in FIG. 3, when the overlap length between the pixel electrode and the black matrix pattern is 1 μm or less, the contrast decreases rapidly due to light leakage around the pixel electrode.
본 발명에 따른 액정표시장치는 상기 그래프에 도시된 바와 같이, 전경(Disinclination)을 방지하기 위한 화소전극과 블랙매트릭스 패턴의 최소 중첩길이를 적용함으로써 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 개구율의 향상을 도모할 수 있다.In the liquid crystal display according to the present invention, as shown in the graph, by applying the minimum overlap length of the pixel electrode and the black matrix pattern to prevent the disintegration, not only can the contrast be lowered but also the aperture ratio can be reduced. Improvement can be aimed at.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.4A through 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, 절연기판(201a) 상에 일정간격으로 블랙레진(Black Resin)계의 재료로 블랙매트릭스 패턴(202)을 형성시키고 상기 블랙매트릭스 패턴(202) 사이의 공간에 색표현을 구현하기 위한 R, G, B의 칼라필터층(203)을 형성시킨다.As shown in FIG. 4A, a black matrix pattern 202 is formed of a black resin based material at a predetermined interval on the insulating substrate 201a, and color is expressed in a space between the black matrix patterns 202. To form the color filter layer 203 of R, G, B.
이어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 칼라필터층(203)을 포함한 기판 전면 위로 상기 칼라필터층의 보호 및 박막트랜지스터를 형성시키기 위한 평탄화막(Over Coat)(204)을 형성시킨다. 상기 평탄화막(204)의 재료는 BCB, HSQ, SSQ, MSSQ, POSS, FOx등과 같은 스핀 코팅 후 큐어(Cure) 등에 의하여 물성이 단단해 지는 모든 유기화합물이 가능하다.Subsequently, as shown in FIG. 4B, an overcoat 204 is formed on the entire surface of the substrate including the color filter layer 203 to form the thin film transistor and the protection of the color filter layer. The material of the planarization layer 204 may be any organic compound whose physical properties are hardened by Cure after spin coating such as BCB, HSQ, SSQ, MSSQ, POSS, and FO x .
도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 평탄화막(204)상에 일련의 공정으로 복수개의 데이터라인(205), 게이트라인 및 박막트랜지스터(도시하지 않음)를 형성시킨다. 상기 일련의 공정은 박막트랜지스터의 경우 게이트 전극의 형성, 게이트절연막의 적층, 반도체층 형성, 소스/드레인전극의 형성 등의 공정을 말한다. 상기 데이터라인은 소스/드레인 전극과, 상기 게이트라인은 상기 게이트전극과 동일 물질, 동일 공정이다.As shown in FIG. 4C, a plurality of data lines 205, gate lines, and thin film transistors (not shown) are formed on the planarization layer 204 in a series of processes. The series of processes refers to a process of forming a gate electrode, stacking a gate insulating film, forming a semiconductor layer, and forming a source / drain electrode in the case of a thin film transistor. The data line is a source / drain electrode, and the gate line is the same material and the same process as the gate electrode.
도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 복수개의 데이터라인(205), 게이트라인 및박막트랜지스터(도시하지 않음)를 포함한 기판 전면 위로 실리콘 질화물과 같은 절연물질을 적층시켜 보호막(206)을 형성시키고, 이어 이웃하는 제 1 블랙매트릭스 사이에 상응하는 보호막(206)상에 화소전극(207)을 형성한다. 이때, 화소전극(207)의 양쪽 끝은 상기 블랙매트릭스 패턴과 소정부분(d1, d2) 중첩되도록 한다.As shown in FIG. 4D, a protective film 206 is formed by stacking an insulating material such as silicon nitride over the entire surface of the substrate including the plurality of data lines 205, the gate lines, and a thin film transistor (not shown). The pixel electrode 207 is formed on the passivation layer 206 corresponding to the adjacent first black matrix. In this case, both ends of the pixel electrode 207 overlap the black matrix pattern with predetermined portions d1 and d2.
이후, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 칼라필터층 및 박막트랜지스터가 형성된 기판과 그에 대향되어 박막트랜지스터(도시하지 않음)로의 빛의 투과를 막기 위해 또 다른 블랙매트릭스층이 형성되어 있는 기판을 합착한 후 액정을 형성한 후 봉입하면 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조공정은 완료된다.Subsequently, although not shown in the drawings, the substrate on which the color filter layer and the thin film transistor are formed and the substrate on which the other black matrix layer is formed to prevent light transmission to the thin film transistor (not shown) are opposed to the liquid crystal and then the liquid crystal is bonded. After forming, it is sealed and the manufacturing process of the liquid crystal display device which concerns on this invention is completed.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the liquid crystal display of the present invention and its manufacturing method have the following effects.
하나의 기판 상에 칼라필터층과 박막트랜지스터를 함께 형성시킴에 따라, 종래 공정의 문제점 중 하나였던 합착불균일을 고려한 블랙매트릭스층 설계를 하지 않아도 됨으로써, 화소전극과 블랙매트릭스의 중첩부분을 상당부분 줄여 개구율을 향상시킬 수 있다.By forming the color filter layer and the thin film transistor together on one substrate, it is not necessary to design the black matrix layer in consideration of the adhesion nonuniformity, which was one of the problems of the conventional process, thereby significantly reducing the overlapping area between the pixel electrode and the black matrix and reducing the aperture ratio. Can improve.
Claims (6)
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