KR20020069662A - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ITO 대신 상온 공정이 가능한 PEDOT를 사용하여 컬러필터 기판의 공통전극을 형성함으로써 컬러필터층의 색관련 특성의 저하를 방지하고 그와 동시에 공정을 간소화하는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 제 1 ,제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성된 컬러필터층과, 상기 컬러필터층 상에 형성된 유기 공통전극과, 상기 제 2 기판 상에 형성된 복수개의 박막트랜지스터들과, 상기 박막트랜지스터와 연결되어 상기 유기 공통전극과 대향되도록 형성된 화소전극들과, 상기 제 1 ,제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Device And Method For Fabricating The Same}
본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 컬러필터 기판의 공통전극을 ITO 대신 유기 폴리머계 물질인 PEDOT(Polyethylene-dioxythiophene)를 사용하여 형성하는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 계속해서 주목받고 있는 평판표시소자 중 하나인 액정표시소자는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 소자로서, 종래 음극선관(Cathod Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용하고 있다.
이러한 액정표시소자는 상부기판인 컬러필터(color filter) 기판과 하부기판인 박막트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor) 기판이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정이 형성되는 구조를 가져, 화소 선택용 어드레스(address) 배선을 통해 수십 만개의 화소에 부가된 TFT를 스위칭 동작시켜 해당 화소에 전압을 인가해 주는 방식으로 구동된다.
이때, 상기 컬러필터 기판은 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터층과, R,G,B 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 매트릭스와, 그리고 액정 셀에 전압을 인가해 주기 위한 공통 전극으로 구성되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 액정표시소자 및 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 단면도이고, 도 2a 내지 2e는 종래기술에 의한 액정표시소자의 공정단면도이다.
통상, 액티브 영역과 패드부 영역으로 구분되는 액정표시소자는 도 1에서와 같이 컬러필터 기판으로 불리는 제 1 기판(11)과, 박막트랜지스터 기판이라 불리는 제 2 기판(12)과, 상기 두 기판 사이에 형성된 액정층(13)으로 구성되는데, 이 중 제 1 기판(11)에는 빛샘 방지를 위해 형성된 블랙 매트릭스(15)와, 상기 블랙 매트릭스(15) 사이에 형성된 R,G,B의 컬러필터층(16)과, 상기 컬러필터층 상부의 액티브 영역에 한하여 일체형으로 형성된 공통전극(18)이 있다.
그리고, 제 2 기판(12)에는 매트릭스 형태로 형성되어 단위 화소영역을 구분짓는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(24)과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선(24)의 교차 부위에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되어 단위 화소영역의 대부분을 차지하는 화소전극(28)으로 구성된다.
이 때, 상기 공통전극(18)과 화소전극(28)은 액정패널의 액티브 영역에서 서로 대향되도록 형성되는데, 전기가 인가되면 두 전극 사이에 전계가 형성되어 액정분자가 원하는 방향으로 배열된다.
제조방법을 통해 좀 더 자세히 살펴보면, 먼저 제 1 기판(11) 상에 반사율이 높은 금속을 증착하고 빛샘을 차단할 수 있도록 포토리소그래피(photolithography) 공정으로써 패터닝하여 도 2a에서와 같이, 블랙 매트릭스(15)를 형성한다.
이어, 도 2b에서와 같이 상기 블랙 매트릭스(15) 사이에 적색, 청색, 녹색의 컬러 레지스트(color resist)를 순차적으로 도포하여 컬러필터층(16)을 형성한다.
그 다음, 기판을 진공 장비내로 운반한 후 도 2c에서와 같이, 고온이 적용되는 스퍼터링(sputtering) 방법으로써 상기 컬러필터층(16)을 포함한 전면에 투명 도전물질인 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착하고, 그 위에 포토 레지스트를 적층한다.
이어서, 상기 포토 레지스트 상부에 패드부 영역에 대해 개구부를 가지는 마스크(19)를 씌워 노광하고, 노광된 포토 레지스트를 선택적으로 제거함으로써 도 2d에서와 같이 액티브 영역에만 형성되도록 포토 레지스트 패턴(20)을 형성한다.
계속하여, 상기 포토 레지스트 패턴(20)을 마스크로 하여 패드부 영역의 ITO를 FeCl3계 또는 HNO3+HCl계 식각용액을 사용하여 식각함으로써 도 2e에서와 같이 공통전극(18)을 형성한다.
상기와 같은 방법 이외에, 액티브 영역만 개방된 금속 마스크 상에서 직접 스퍼터링 방법으로 ITO를 증착함으로써 공통전극을 형성할 수도 있다.
한편, 제 2 기판(12) 상에는 저저항의 금속을 스퍼터링 방법으로 증착한 후, 패터닝하여 게이트 배선 및 게이트 전극(21)을 형성하고, 상기 게이트 배선을 포함한 전면에 게이트절연막(22)을 형성한다.
다음, 상기 게이트절연막(22) 상의 게이트 전극(21) 상부에 반도체층(23)을 형성한 후, 상기 반도체층(23)을 포함한 전면에 다시 저저항의 금속을 증착하고 패터닝하여 데이터 배선(24) 및 소스/드레인 전극(25,26)을 형성한다.
이 때, 상기 게이트 전극(21), 게이트절연막(22), 반도체층(23), 소스/드레인 전극(25,26)은 박막트랜지스터를 이룬다.
다음, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 콘택홀을 가지는 보호막(27)을 형성하고, 상기 보호막 상에 화소전극(28)을 형성하여 상기 콘택홀을 통해 드레인 전극(26)과 접속되도록 한다.
마지막으로, 상기 제 2 기판(12)의 가장자리에 씨일 패턴(30)을 형성하여 제 1 ,제 2 기판을 대향되도록 합착한 뒤, 두 기판 사이에 액정(13)을 봉입함으로써 소정의 액정표시소자를 완성한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
공통전극을 형성하기 위해 투명 도전물질인 ITO를 진공증착법 또는 스퍼터링 방법 등으로 형성하는데, 상기의 방법을 이용하는 경우 생산성에 있어서 비효율적이며, 대면적으로 형성하는 데 부적합하다.
무엇보다도 공통전극을 형성할 기판에 기 형성되어 있는 컬러필터층이 내열 및 내화학성에 약하므로, 고온이 적용되는 상기 증착기술에 의해 ITO를 증착할 때 컬러필터층이 손상되거나 또는, ITO를 패터닝하기 위해 사용되는 식각용액에 의해 변색될 우려가 있다.
따라서, 색상 표현에 있어서 불량이 초래된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, ITO 대신에 유기 폴리머계 물질로 공통전극을 형성하여 색관련 특성의 저하를 방지하는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 단면도.
도 2a 내지 2e는 종래 기술에 의한 액정표시소자의 공정단면도.
도 3은 본 발명에 의한 액정표시소자의 단면도.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 의한 액정표시소자의 공정단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
111 : 제 1 기판 112 : 제 2 기판
113 : 액정층 115 : 블랙 매트릭스
116 : 컬러필터층 118 : 유기 공통전극
121 : 게이트 전극 122 : 게이트 절연막
123 : 반도체층 124 : 데이터 배선
125 : 소스 전극 126 : 드레인 전극
127 : 보호막 128 : 화소전극
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 제 1 ,제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성된 컬러필터층과, 상기 컬러필터층 상에 형성된 유기 공통전극과, 상기 제 2 기판 상에 형성된 복수개의 박막트랜지스터들과, 상기 박막트랜지스터와 연결되어 상기 유기 공통전극과 대향되도록 형성된 화소전극들과, 상기 제 1 ,제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 컬러필터 기판의 공통전극을 ITO 대신 유기 폴리머계 물질인 PEDOT(Polyethylene-dioxythiophene)를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
특히, PEDOT 물질을 막으로 형성하게 되면, 종래의 진공 장비 내에서의 스퍼터링 방법 대신, 코팅 기술 또는 스크린 프린팅 기술을 사용하게 되므로 상온 공정이 가능하고 따라서, 고온에 의해 컬러필터층이 변색될 염려가 해소된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 액정표시소자의 단면도이고, 도 4a 내지 4d는 본 발명에 의한 액정표시소자의 공정단면도이다.
본 발명에 의한 액정표시소자는 도 3에서와 같이 제 1 ,제 2 기판(111,112)과, 그 사이에 형성된 액정층(113)으로 구성되는데, 상기 제 1 기판(111)의 내측에는 콘트라스트(contrast)의 향상과 빛샘 방지를 위해 형성된 블랙 매트릭스(115)와, 상기 블랙 매트릭스(115) 사이에 형성된 R,G,B의 컬러필터층(116)과, 유기 폴리머 물질인 PEDOT를 재료로 하여 상기 컬러필터층(116) 상에 형성된 유기 공통전극(118)을 형성한다. 그리고, 상기 제 2 기판(112)의 내측에는 매트릭스 형태로 교차 형성되어 단위 화소영역을 정의하는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(124)과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차하는 부위에서 게이트 전극(121), 게이트절연막(122), 반도체층(123), 소스/드레인 전극(125,126)이 적층되어 형성된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 형성되어 콘택홀을 가지는 보호막(127)과, 상기 보호막(127) 상에 형성되어 상기 콘택홀에 의해 박막트랜지스터의 드레인 전극(126)와 접속되는 화소전극(128)을 형성한다.
이 때, 상기 유기 공통전극은 종래의 ITO 물질이 아니라, 유기 폴리머계 물질인 PEDOT를 재료로 하여 형성되는 것을 특징으로 하는데, 상온에서의 코팅 기술 또는 스크린 프린팅 기술로써 도포한 후 액티브 영역에 해당되는 영역에 대해서만 노광시켜 도전성을 가지게 한다.
따라서, 종래 ITO로 형성되었던 공통전극은 액티브 영역에만 남도록 하기 위해 패터닝 공정을 따로 행하였으나, 본 발명에서의 유기 공통전극은 전면에 형성된 후, 노광 공정에 의해 도전성을 가져야 하는 액티브영역과 그 외의 영역으로 구분하므로 식각공정이 불필요하다.
한편, 유기 공통전극을 가지는 액정표시소자의 제조방법을 살펴보면, 먼저 도 4a에서와 같이 컬러필터 기판인 제 1 기판(111) 상에 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬/몰리브덴(Cr/Mo), 크롬/알루미늄(Cr/Al) 등의 반사율을 고려한 금속을 스퍼터링 방법으로 증착한 후, 포토리소그래피 기술로 패터닝하여 블랙 매트릭스(112)를 형성한다.
상기 블랙 매트릭스(112)는 이후 형성될 컬러필터층의 R,G,B셀 사이가 구분될 수 있도록 형성하되, 빛샘을 막기 위해 제 2 기판의 게이트 배선, 데이터 배선 및 박막트랜지스터이 형성되는 위치에 대응되도록 형성한다.
다음, 도 4b에서와 같이 블랙 매트릭스(115) 사이에 컬러필터층(116)을 이루는 R,G,B 셀들을 순차적으로 형성한다.
컬러필터층을 형성하는 방법에는 염색법, 분산법, 코팅법, 전착법 등다양하지만 그 중 가장 보편적인 안료 분산법으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 블랙 매트릭스(115)를 완전히 덮을 수 있도록 적색(Red)이 착색된 제 1 컬러 레지스트를 도포하고, 마스크의 개구부를 통하여 부분 노광을 실시한 뒤, 노광되지 않는 부분을 제거하여 제 1 착색층 패턴을 형성한다.
이어, 상기 공정들을 반복 수행하여 녹색, 청색(Green, Blue)이 각각 착색된 제 2 및 제 3 착색층 패턴을 형성한다.
이 때, 상기 컬러 레지스트는 네가티브(negative) 레지스트의 성질을 가지는 것으로 하여 노광되지 않은 부분이 제거되도록 하며, 마스크는 제 1 컬러 리지스트를 노광할 때 쓰던 동일한 마스크를 쉬프트(shift)시켜 사용한다.
상기와 같이 컬러필터층을 형성한 후에는, 도 4c에서와 같이 상기 컬러필터층(116) 상에 유기 폴리머계 물질인 PEDOT를 코팅한 후, 액티브 영역의 PEDOT가 노출되도록 마스크(119)를 씌운 뒤 노광하여 노광된 영역의 PEDOT에 한해서만 도전성을 띠게 하거나 또는 마스크를 씌우지 않고 전체를 노광함으로써 공통전극(118)을형성한다.
PEDOT는 그 화학적 성질상 기존의 ITO와 다른 씨일제와의 특성을 보여주므로 전체를 노광하는 것도 가능하다.
PEDOT를 이용하여 유기 공통전극(118)을 형성하는 방법에는 상기의 코팅법 이외에도 스크린 프리팅법이 있는데, PEDOT를 액티브 영역에만 스크린 프린팅하고 노광하여 유기 공통전극을 형성하는 방법이다.
이와 같이 공통전극을 형성할 때, PEDOT를 사용하게 되면 특별한 장비없이도 상온에서 공정이 가능하므로, 진공 장비 내에서 스퍼터링 방법으로 ITO를 증착하는 종래 기술에 견주어 볼 때, 공정이 간소화해지고 장치비용이 줄어들어 공정 단가가 낮아지며 또한, 공통전극 형성시 고온을 적용할 필요가 없어 컬러필터층의 변색을 막을 수 있다.
그리고, 패드부 영역의 ITO를 식각하기 위해 복잡하게 포토리소그래피 공정을 행했던 기존과 달리, 본 발명은 노광 공정만으로 같은 효과를 낼 수 있으므로 그에 따른 생산성을 높일 수 있다.
다음, 박막트랜지스터 기판인 제 2 기판(112) 상에 금속을 증착하고 패터닝하여 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(121)을 형성한 후, 상기 게이트 전극(121)을 포함한 전면에 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)을 도포하여 게이트 절연막(122)을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상의 게이트 전극 상부에 비정질 실리콘(Amorphous Silicon:a-Si)을 사용하여 반도체층(123)을 형성한다.
이어, 반도체층(123)을 포함한 전면에 다시 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선(124) 및 상기 반도체층(123) 상부의 소스/드레인 전극(125,126)을 형성한다.
계속하여, 상기 데이터 배선을 포함한 전면에 콘택홀을 가지는 보호막(127)을 BCB(Benzocyclobutene)를 사용하여 형성하고, 상기 콘택홀을 통하여 드레인 전극(126)과 접속되도록 보호막(127) 상에 화소전극(128)을 형성한다.
이 때, 상기 게이트 배선, 게이트 전극(121), 데이터 배선(124) 및 소스/드레인 전극(125,126)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 상기 금속들의 합금으로 형성하며, 화소전극은 ITO를 스퍼터링 방법으로 증착하여 형성한다.
상기 화소전극도 기존의 ITO 대신 PEDOT를 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 전면에 PEDOT를 증착하고 노광 공정을 실시하여 선택적으로 도전성을 띄도록 함으로써 가능하다.
마지막으로, 상기 제 1 기판(111)의 전면에 스페이서를 골고루 산포하고, 제 2 기판(121)의 가장자리에 씨일 패턴(130)을 형성하여 두 기판을 대향합착한 뒤, 두 기판 사이에 액정(113)을 주입하고 봉함으로써 액정표시소자를 완성한다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, ITO 대신에 PEDOT를 사용하여 공통전극을 형성함으로써 공통전극 형성시 상온공정이 가능하고 또한, 식각공정을 행하지 않게 됨으로써 고온과 식각용액에 의한 컬러필터층의 변색에 대한 우려가 방지된다.
따라서, 색감도가 높은 화질을 제공할 수 있으며, 화면의 크기도 더욱 증가시킬 수 있다.
둘째, PEDOT를 사용하여 공통전극을 형성할 때 고가의 진공장비를 요하는 증착 공정이나 복잡한 패터닝 공정을 행하지 않고, 기존에 잘 알려진 코팅법 또는 스크린 프린팅법 등에 의해 형성하므로 공정이 간소해지고 공정 단가가 낮아진다.

Claims (13)

  1. 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 형성된 유기 공통전극;
    상기 제 2 기판 상에 형성된 복수의 화소전극들;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 공통전극은 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 공통전극은 액티브 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 공통전극의 물질은 유기 폴리머인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유기 폴리머는 PEDOT(Polyethylenedioxythiophene)인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 상에 교차 배치되는 게이트 배선과 데이터 배선 및 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 부위에 박막트랜지스터가 더 구비된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 상에 블랙 매트릭스 및 컬러필터층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층이 형성된 액정표시소자의 제조에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 유기 공통전극을 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판 상에 복수의 박막트랜지스터 및 상기 유기 공통전극에 대향되는 복수의 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 ,제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 유기 공통전극을 형성하는 단계는 상온에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 유기 공통전극을 형성하는 단계는,
    상기 컬러필터층을 포함한 전면에 유기 폴리머를 형성하는 단계와,
    상기 유기 폴리머를 선택적으로 노광하여 노광된 부분이 도전성을 갖도록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 유기 폴리머는 코팅법 또는 스크린 프린팅법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와,
    상기 블랙 매트릭스 사이에 컬러필터층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 단계는,
    상기 제 2 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와,
    상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와,
    상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 반도체층 상에 소스/드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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