KR20020071542A - 잉크젯 방식 컬러필터를 가지는 액정표시장치 및 그의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는, 투명기판을 구비하는 단계와; 상기 투명기판 상에 서로 교차되는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 영역에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터 상부에 투명한 유기물질을 코팅하는 단계와; 상기 투명한 유기물질을, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 일부노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 잉크격벽용 보호층으로 형성하는 단계와; 상기 잉크격벽용 보호층이 형성된 기판 상에 R, G, B 컬러 잉크를 포함하는 잉크젯 분사노즐을 통해, 상기 잉크격벽용 보호층을 R, G, B 컬러간 격벽으로 하여, 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역으로 정의되는 화소영역 단위로 R, G, B 컬러필터를 각각 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 상부에 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법을 제공하므로써, 잉크젯 방식 컬러필터용 잉크격벽으로, 투명한 유기물질로 이루어진 잉크격벽용 보호층을 형성하므로써, 소자신뢰성 및 공정수를 줄일 수 있으며, COT 하부기판의 박막 트랜지스터와 대응하는 위치에 수지성 블랙매트릭스를 형성하므로써, 박막 트랜지스터의 광누설 현상을 효과적으로 방지하며, 공정을 간편화할 수 있다.
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 잉크젯 방식 컬러필터를 가지는 액정표시장치에 관한 것이다.
평판표시장치(Flat Panel Display Device)로 널리 이용되고 있는 액정표시장치는 컬러화면을 구현하기 위해서 R(적 ; Red), G(녹 ; Green), B(청 ; Blue) 삼원색으로 구성된 컬러필터를 필요로 한다.
상기 컬러필터의 제조방법으로는, 염색법(dye method),전착법(electrodeposition method), 안료분산법(pigment dispersion method), 인쇄법(print method) 등이 일반적으로 이용되고 있다.
이중 염색법이나 안료분산법은 미세한 패턴을 형성할 수 있는 장점을 가지지만, R, G, B 삼원색 각각에 대해 노광, 현상, 식각 공정을 수반하는 사진식각(photolithography) 공정이 필요하여 공정이 복잡해지는 단점을 가지고 있다.
그리고, 전착법은 R, G, B 각각의 해당 컬러필터에 대해 전착(電着) 및 정착(定着) 공정을 반복하기 때문에, 이 또한 공정이 복잡하다.
한편, 인쇄법은 컬러필터층의 두께를 균일하게 제어하기 힘든 단점을 가지고 있다.
상기한 문제점들을 개선하기 위하여, 최근 비교적 간단한 공정으로 미세한 패턴을 용이하게 제조할 수 있는 잉크젯 방식 컬러필터를 제조하는 기술이 활발하게 연구되고 있다.
잉크젯 방식 컬러필터에 의하면, 사용되는 컬러필터 재료 및 장비 투자비가 적게 들고, 공정이 차지하는 면적을 줄일 수 있으며, 별도의 마스크 공정이 필요없기 때문에 공정수 및 공정비용을 효과적으로 절감할 수 있는 장점을 가진다.
이러한 잉크젯 방식 컬러필터는 특히 박막 트랜지스터 어레이소자와 컬러필터를 동일 기판에 형성하는 방식의 액정표시장치에 용이하게 적용할 수 있다.
상기 구조의 액정표시장치는 상부기판과 하부기판 간의 합착마진에 의해 발생할 수 있는 빛샘 현상을 방지하고, 개구율을 향상시키기 위한 목적으로 설계된다.
상기 구조의 액정표시장치로는, 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 컬러필터를 형성하는 COT(Color Filter on Thin Film Transistor) 방식과, 컬러필터 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이 소자를 형성하는 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter)방식이 있으나, 이중 TOC 방식은 컬러필터를 형성한 후, 박막 트랜지스터 어레이소자를 형성하기 때문에, 상기 컬러필터에 결함(damage)를 주지않기 위해서 어레이 공정온도를 보다 낮추어야 하는 공정상의 어려움이 따르게 된다.
COT 구조 액정표시장치에서는 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 컬러필터를 제조하는 방식이기 때문에, 컬러필터의 제조공정이 복잡하게 되면, 박막 트랜지스터에 결함을 줄 수 있어, 상술한 바와 같이 비교적 공정이 간편한 잉크젯 방식 컬러필터가 주로 이용한다.
이하, 일반적인 잉크젯 방식 컬러필터를 포함하는 COT 방식 액정표시장치(이하, 잉크젯 방식 액정표시장치로 약칭함)에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 해당하는 단면도로서, R 컬러화소 영역부를 일례로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 상부 및 하부기판(10, 20)이 서로 일정간격 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(10, 20) 사이에는 액정층(15)이 개재되어 있다.
상기 상부기판(10)에는 액정이 제어되지 않는 영역 상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스(12)가 형성되어 있고, 이 블랙매트릭스(12) 하부에는 액정에 전압을 인가하는 한쪽 전극인 공통전극(14)이 형성되어 있다.
상기 하부기판(20)에는 박막 트랜지스터(T)를 포함하는 어레이 소자와 컬러필터(34)가 동시에 형성됨을 특징으로 한다.
상기 컬러필터(34)는 박막 트랜지스터(T)의 상부층을 이루나, 상기 어레이 소자 중 액정에 전압을 인가하는 또 다른 전극인 화소전극(36)은 이 컬러필터(34)의 상부에 위치하도록 하여, 전압인가시 이 화소전극(36)에 생성되는 전계가 약화되는 것을 방지하도록 한다.
상기 잉크젯 방식 액정표시장치는 잉크를 분사하는 기법으로 컬러필터를 형성하기 때문에, 이러한 제조공정 중 색간의 혼색을 방지하기 위해 R, G, B 간에 잉크격벽을 필요로 한다.
기존의 잉크젯 방식 액정표시장치에서는, 이러한 잉크격벽으로 박막 트랜지스터(T)의 상부층을 이루는 소자의 패턴을 형성하는데 이용되는 포토 레지스트(photo resist)를 스트립(strip)하지 않고, 남겨두는 방식으로 이용하였다.
그러나, 상기 잉크격벽(29)은 박막 트랜지스터(T)의 패턴을 따라 홀이 남게 되어, 컬러필터 제조공정 중에 이 홀 내에 컬러필터 잉크가 잔존하게 된다.
이하, 상기 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판에 대해서 그 제조공정단계별로 상세히 설명한다.
상기 하부기판의 제조공정은 주로 마스크 공정에 의해 진행되는데, 마스크공정은 도전성 물질, 절연 물질 등을 증착(deposition) 또는 코팅(coating)하여 형성된 박막 상에 포토 레지스트를 도포한 후 정렬, 노광 및 현상공정을 통해 박막에 일정한 패턴을 형성하는 일련의 공정을 뜻한다.
도 2a 내지 2e는 상기 도 1의 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 한 화소부에 해당하는 평면도이다.
도 2a는, 투명기판 상에 금속물질을 증착한 후, 마스크 공정에 의해 게이트 전극(22)을 형성하고, 이 게이트 전극(22) 상에 실리콘 질화막, 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층을 연속증착한다.
이어서, 상기 실리콘 질화막을 게이트 절연막(24)으로 형성하고, 상기 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층을 마스크 공정에 의해 각각 액티브층(active layer ; 26a) 및 오믹콘택층(ohmic contact layer ; 26b)으로 형성하여 반도체층(26)을 구성한다.
그리고, 상기 반도체층(26) 상에 금속물질을 증착한 후, 마스크 공정에 의해 서로 일정간격 이격되는 소스 및 드레인 전극(28, 30)을 형성한 후, 이 소스 및 드레인 전극(28, 30)의 패턴을 형성한 포토 레지스트를 스트립하는 공정을 생략하고, 잉크격벽(29)으로 남겨둔다.
이어서, 상기 소스 및 드레인 전극(28, 30)의 형성 후에는, 이 소스 및 드레인 전극 (28, 30) 사이 구간의 오믹콘택층(26b)을 제거하여, 그 하부층을 이루는 액티브층(26a)을 노출시킴으로써 채널(ch)을 형성한다.
상기 게이트 전극(22), 반도체층(26), 소스 및 드레인 전극(28, 30)은 액정에 전계를 인가하는 전극 상에 공급되는 전압의 온/오프를 조절하는 박막 트랜지스터(T)를 이루게 된다.
도면에 도시되지 않았으나, 상기 게이트 전극(22)과 연결하여 가로방향으로 게이트 배선을 형성하며, 상기 소스 전극(28)과 연결하여 세로방향으로 상기 게이트 배선과 교차되는 데이터 배선을 형성하는 단계가 포함된다.
상기 게이트 배선과 데이터 배선은 교차하여 화소영역을 정의한다.
도 2b에서는, 상기 채널(ch)이 형성된 기판 상에 상기 박막 트랜지스터(T)를 보호하는 목적으로 보호층(32)을 형성한다.
이때, 상기 보호층(32)으로는 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 절연성 물질이 주로 이용되는데, 기존의 잉크젯 방식 액정표시장치에서는 이러한 보호층(32)을 잉크격벽의 단차를 따라 박막으로 형성하였다.
도 2c에서는, 상기 보호층(32)이 형성된 기판 상에 잉크젯 방식으로, R,G,B 잉크를 분사하여 컬러필터(34)를 형성하는 단계이다.
상기 잉크젯 방식에서는 염료로 이루어진 잉크를 사용하여 R,G,B를 잉크젯 장치의 분사노즐을 통해 분사시키는 방식으로, 이때 R,G,B 간 색구분을 위하여 상기 도 2a에서 형성된 잉크격벽(29)을 기준으로 각각의 컬러별 화소영역 내에 R,G,B 컬러를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러필터의 삼원색의 배열방법으로는 스트라이프(stripe), 모자이크(mosaic), 트라이앵글(triangle), 스퀘어(square) 등 여러가지 방법이 있으나, 공정의 간편성을 위해 스트라이프 방식이 주로 이용된다.
상기 스트라이프 방식에서는, 세로방향으로는 같은 색이 배열되게 되므로, 동일색을 구분짓기 위해 가로방향으로 배열되어 있는 게이트 배선(미도시)상에 잉크격벽을 별도로 형성할 필요는 없다.
한편, 상술한 바와 같이 COT방식 액정표시장치는 박막 트랜지스터의 상부에 바로 컬러필터를 형성하는 과정에서, 이 컬러필터 잉크의 일부가 박막 트랜지스터(T)의 원안의 영역으로 나타낸 채널 상부 잉크격벽(29) 사이 영역인 채널부(I)에도 채워지게 된다.
도 2d에서는, 상기 컬러필터가 형성된 기판의 보호층(32) 상에 상기 드레인 전극(30)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(33)을 형성하는 단계이다.
도 2e에서는, 상기 드레인 콘택홀(33)이 형성된 기판 상에 투명도전성 물질을 증착한 후, 마스크 공정을 통해 상기 드레인 콘택홀(33)을 통해 드레인 전극(30)과 연결되는 화소전극(36)을 형성하는 단계이다.
이와 같이 종래의 잉크젯 방식 액정표시장치에서는, 소스 및 드레인 전극용 포토 레지스트 패턴을 잉크 격벽으로 사용하므로써, 이 소스 및 드레인 전극의 패턴을 따라 채널부에 형성된 홀에 컬러필터 잉크가 남게되어, 이 잉크의 수분이 보호층에 있는 미세한 핀홀(pin hole)을 따라 액티브층에 침투하여, 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 잉크젯 방식 컬러필터를 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 형성하는 구조의 액정표시장치에 있어서, 이 박막 트랜지스터의 채널에 컬러필터 잉크의 수분이 침투하는 것을 방지하기 위해 기존의 잉크 격벽을 소스 및 드레인 전극의 패턴을 형성하는 포토 레지스트로 대체했던 것을 본 발명에서는, 투명한 유기물질로 이루어진 잉크격벽용 보호층을 형성하여, 채널부의 보호 및 공정의 간편화와, 소자신뢰성이 향상된 잉크젯 방식 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 대한 단면도.
도 2a 내지 2e는 상기 도 1의 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 한 화소부에 해당하는 평면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면도.
도 4a 내지 4d는 상기 도 3의 단면도를 제조공정 단계별로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 대한 단면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 대한 단면도.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 대한 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 투명기판 102 : 게이트 전극
104 : 게이트 절연막 106a : 액티브층
106b : 오믹콘택층 106 : 반도체층
108 : 소스 전극 110 : 드레인 전극
112 : 잉크격벽용 보호층 114 : 드레인 콘택홀
116 : 컬러필터 118 : 화소전극
300 : 상부기판 350 : 액정층
400 : 하부기판 ch : 채널
T : 박막 트랜지스터 P : 화소영역
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 특징에서는 서로 대향하는 상부 및 하부기판과; 상기 상부 및 하부기판 사이에 개재된 액정층과; 상기 하부기판 상부에 위치하여 서로 교차하는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 영역에 위치하는 박막 트랜지스터와; 상기 데이터 배선과 박막 트랜지스터 상에 위치하고, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며, 투명한 유기물질로 이루어진 잉크격벽용 보호층과; 상기 잉크격벽용 보호층을 격벽으로 하여, 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역으로 정의되는 화소영역 단위로 R, G, B 컬러가 각각 형성되어 있는 잉크젯 방식 컬러필터와; 상기 컬러필터 상부에 위치하며, 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소전극을 포함하는 잉크젯 방식 액정표시장치를 제공한다.
상기 박막 트랜지스터는, 상기 게이트 배선과 연결되어 형성되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상의 액티브층 및 오믹콘택층으로 구성되는 반도체층과, 상기 반도체층 상에 위치하며, 상기 데이터 배선과 연결되어 형성되는 소스 전극과, 상기 소스 전극과 일정간격 이격되어 형성되는 드레인 전극과, 상기 소스 및 드레인 전극 사이 구간의 오믹콘택층을 제거하여 형성한 채널로 이루어진다.
또한, 상기 상부기판의 하부에 위치하며, 상기 화소영역 이외의 비화소영역에 형성되는 블랙매트릭스를 포함한다.
상기 컬러필터와 화소전극 사이에 평탄화층 및 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 영역 상의 블랙매트릭스, 그리고 제 2 보호층이 차례대로 적층되어 있으며, 상기 평탄화층 및 블랙매트릭스 그리고, 제 2 보호층은 상기 드레인 콘택홀과 대응하는 위치에 콘택홀을 가지거나, 또는, 상기 컬러필터와 화소전극 사이에 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 영역상의 블랙매트릭스, 그리고 제 2 보호층이 차례대로 적층되어 있으며, 상기 블랙매트릭스 및 제 2 보호층은 상기 드레인 콘택홀과 대응하는 위치에 콘택홀을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙매트릭스를 이루는 물질은 레진(Resin)임을 특징으로 한다.
상기 잉크격벽용 보호층은 상기 데이터 배선들과 박막 트랜지스터와 대응하는 영역에 위치하며, 상기 화소영역에서는 상기 절연층을 드러내어 절연층과 상기 컬러필터가 연접되는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크격벽용 보호층은 기판 전면에 걸쳐 형성되며, 상기 데이터 배선 및 박막 트랜지스터와 대응하는 영역은 볼록부이고, 상기 화소영역과 대응하는 영역은 오목부로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 투명한 유기물질은 투명성을 띠는 폴리머(polymer)계 물질이다.
본 발명의 또 다른 특징에서는, 투명기판을 구비하는 단계와; 상기 투명기판 상에 서로 교차되는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 영역에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터 상부에 투명한 유기물질을 코팅하는 단계와; 상기 투명한 유기물질을, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 일부노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 잉크격벽용 보호층으로 형성하는 단계와; 상기 잉크격벽용 보호층이 형성된 기판 상에 R, G, B 컬러 잉크를 포함하는 잉크젯 분사노즐을 통해, 상기 잉크격벽용 보호층을 R, G, B 컬러간 격벽으로 하여, 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역으로 정의되는 화소영역 단위로 R, G, B 컬러필터를 각각 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 상부에 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법을 제공한다.
상기 박막 트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 투명기판 상에 금속물질을 이용하여 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 상에 절연물질, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘을 연속증착한 후, 상기 절연물질을 게이트 절연막으로 형성하고, 상기 비정질 실리콘 및 불순물 비정질 실리콘은 각각 액티브층(active layer) 및 오믹콘택층(ohmic contact layer)으로 형성하여 반도체층을 구성하는 단계와, 상기 반도체층 상에 또 다른 금속물질을 이용하여 소스 전극 및 상기 소스 전극과 일정간격 이격되는 드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기소스 및 드레인 전극의 사이 구간의 오믹콘택층을 제거하여 채널(channel)을 형성하는 단계를 포함하는 단계이다.
상기 투명한 유기물질은 투명성을 띠는 폴리머(polymer)계 물질이다.
상기 잉크격벽용 보호층을 형성하는 단계는, 상기 투명한 유기물질을 상기 데이터 배선 및 박막 트랜지스터와 대응하는 위치에 형성하고, 상기 화소영역과 대응하는 영역에는 상기 게이트 절연막이 노출되도록 하거나, 또는, 상기 투명한 유기물질을 기판 전면에 걸쳐 코팅한 후, 상기 데이터 배선들과 박막 트랜지스터와 대응하는 영역은 볼록부로 형성하고, 상기 화소영역과 대응하는 영역은 오목부로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 화소전극을 형성하는 단계 전에는, 상기 컬러필터 상부에 평탄화층 및 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 영역 상의 블랙매트릭스, 그리고 제 2 보호층을 차례대로 적층한 후, 상기 평탄화층 및 블랙매트릭스 그리고, 제 2 보호층 상에 상기 드레인 콘택홀과 대응하는 콘택홀을 형성하거나 또는, 상기 컬러필터 상에 위치하며, 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 영역 상의 블랙매트릭스, 그리고 제 2 보호층을 차례대로 적층한 후, 상기 블랙매트릭스 및 제 2 보호층 상에 상기 드레인 콘택홀과 대응하는 콘택홀을 형성하는 것을 포함한다.
상기 콘택홀은 건식식각(dry etching)을 이용하여 형성하며, 상기 블랙매트릭스를 이루는 물질은 레진(Resin)이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상부 및 하부기판(300, 400)이 서로 일정간격 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(300, 400) 사이에는 액정층(350)이 개재되어 있다.
이 하부기판(400)의 투명기판(100) 상부에는 게이트 전극(102)이 형성되어 있고, 이 게이트 전극(102) 상부에는 게이트 절연막(104)이 형성되어 있고, 이 게이트 절연막(104) 상부에는 액티브층(106a) 및 오믹콘택층(106b)을 포함하는 반도체층(106)이 형성되어 있고, 이 반도체층(106) 상부에는, 서로 일정간격 이격되어 소스 및 드레인 전극(108, 110)이 형성되어 있고, 이 소스 및 드레인 전극(108, 110) 사이 구간에는 상기 액티브층(106a)을 일부 노출하여 이루어진 채널(ch)이 위치하고 있다.
상기 게이트 전극(102) 및 반도체층(106) 그리고 소스 및 드레인 전극(108, 110)은 박막 트랜지스터(T)를 이룬다.
도면에는 미도시하였으나, 상기 게이트 전극(102)과 연결되어 제 1 방향으로 게이트 배선이 형성되어 있고, 상기 소스 및 드레인 전극(108, 110)과 연결되어 제 2 방향으로 데이터 배선이 형성되며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선은 서로 교차되어, 화소영역(P)을 정의하며, 이 화소영역(P) 단위로 R, G, B 삼원색으로 이루어지는 잉크젯 방식 컬러필터(116)가 R, G, B 컬러 순서대로 형성되어 있다.
그리고, 상기 소스 및 드레인 전극(108, 110)과 게이트 절연막(104) 상부에 컬러필터(116)가 형성되어 있는데, 이때 이 R, G, B 간의 색구분을 위하여 각 컬러별 컬러필터 사이에는 잉크격벽이 형성된다.
기존에는 이러한 잉크격벽으로 소스 및 드레인 전극(108, 110)의 패턴용 포토 레지스트를 이용하였으나, 본 발명에서는 박막 트랜지스터(T)의 채널보호 및 잉크격벽의 역할을 겸하도록 잉크격벽용 보호층(112)을 형성하므로써, 소스 및 드레인 전극(108, 110) 사이 구간에 홀이 존재하지 않으며, 소자 신뢰성을 높일 수 있는 장점을 가진다.
또한, 상기 잉크격벽용 보호층(112)은 상기 박막 트랜지스터(T) 및 미도시한 데이터와 대응하는 위치에 형성하는 것을 특징으로 한다.
이어서, 이러한 컬러필터(116) 상부에는 상기 잉크격벽용 보호층(112)에 형성된 드레인 콘택홀(114)을 통해 드레인 전극(110)과 연결되어 화소전극(118)이 형성되어 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 기존의 소스 및 드레인 전극 사이 구간에 홀이 존재하는 종래의 액정표시장치와 달리, 보호층으로 두껍게 증착한 후, 상기 소스 및 드레인 전극 사이 구간에 홀이 형성되지 않고, R, G, B 컬러필터간 잉크격벽으로서 형성하는 것이 가능하므로, 잉크 수분이 채널로 침투되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 상기 상부기판(300)의 투명기판(100) 하부에는 액정이 구동되지 않는 영역 상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스(302)가 상기 박막 트랜지스터(T)와 대응되는 위치에 형성되어 있고, 이 블랙매트릭스(302) 하부에는 액정에 전압을 인가하는 또 다른 전극인 공통전극(304)이 형성되어 있다.
이때, 도면상에는 표시되지 않았으나, 이 블랙매트릭스는 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 위치 및 게이트 및 데이터 배선과 대응되는 영역에도 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 다양한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 대한 단면도를 제조공정 단계별로 도시한 도면이다.
도 4a는 투명기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계이다.
즉, 투명기판(100) 상에 금속물질을 증착하고, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(102)을 형성하고, 이 게이트 전극(102) 상에 실리콘 질화막과 같은 절연물질 및 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층을 차례대로 증착한 후, 상기 절연물질을 게이트 절연막으로 하고, 상기 비정질 실리콘층 및 불순물 비정질 실리콘층은 제 2 마스크 공정에 의해 각각 액티브층(106a)과 오믹콘택층(106b)으로 형성하여, 이 두층으로 이루어지는 반도체층(106)을 형성한다.
상기 반도체층(106) 상에는 금속물질을 증착한 후, 제 3 마스크 공정에 의해 소스 및 드레인 전극(108, 110)을 형성한다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극(108, 110)은 추후 공정에서 채널을 형성하기 위해, 서로 일정간격 이격되도록 형성하는데, 이 제 3 마스크 공정용 포토 레지스트패턴(미도시)을 기존에는 잉크격벽으로 사용하기 위해 스트립 공정을 생략했었으나, 본 발명에서는 소스 및 드레인 전극(108, 110)의 패턴 형성 후, 상기 포토 레지스트 패턴을 스트립하여 제거함을 특징으로 한다.
상기 소스 및 드레인 전극(108, 110)의 형성 후에는 상기 소스 및 드레인 전극(108, 110) 사이 구간의 오믹콘택층(106b)을 제거하여, 그 하부층을 이루는 액티브층(106a)을 노출시켜 채널(ch)을 형성하는 공정이 이어진다.
이때, 상기 액티브층(106a)과 오믹콘택층(106b)간에는 식각선택비가 없으므로, 상기 구간의 오믹콘택층(106b)을 완전히 제거하기 위해, 그 하부층을 이루는 액티브층(106a)의 일부까지 제거하는 과식각을 거쳐 채널(ch)이 형성된다.
상기 게이트 전극(102), 반도체층(106), 소스 및 드레인 전극(108, 110)을 함께 박막 트랜지스터(T)라 부른다.
도 4b는 상기 도 4a 단계를 거친 기판 상에 투명한 유기물질을 두껍게 코팅한 후, 상기 투명한 유기물질을 제 4 마스크 공정에 의해 소스 및 드레인 전극(108, 110)의 상부와 미도시한 데이터 배선부에 잉크격벽용 보호층(112)으로 형성하면서, 이 잉크격벽용 보호층(112) 상에 상기 드레인 전극(110)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(114)을 형성한다.
상기 잉크격벽용 보호층(112)을 소스 및 드레인 전극(108, 110)과 데이터 배선부와 같이 비화소영역 상에 형성하는데, 왜냐하면 상기 잉크격벽용 보호층(112)을 불투명한 유기물질로 형성하게 되면, 투명한 유기물질에 흑색을 띠게 하는 카본(carbon)을 섞어야 하는데, 이 카본 물질이 공정중에 이온상태로 되어, 채널의전기적 특성을 저하시키는 요인으로 작용하기 쉽기 때문이다.
즉, 상기 잉크격벽용 보호층(112)은 투명성을 띠는 폴리머(polymer)계 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 단면도에서 화살표가 가르키는 방향에 위치한 도면은, 상기 단면도에 따른 평면도로서, 한 화소부를 기준으로 상기 잉크격벽용 보호층(112)의 형성영역을 나타내기 위하여 도시한 것으로, 상기 도 4b단계에 관련된 평면도로, 컬러필터 및 화소전극에 대한 도시는 생략되었다.
도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 전극(102)을 포함하는 게이트 배선(103)이 형성되어 있고, 제 2 방향으로 소스 전극(108)을 포함하는 데이터 배선(109)이 상기 게이트 배선(103)과 교차되어 형성되어 있으며, 상기 소스 전극(108)과 일정간격 이격되어 드레인 전극(110)이 형성되어 있다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극(108, 110)과, 데이터 배선(109) 상부에는 상기 소스 및 드레인 전극(108, 110) 및 데이터 배선(109)과 대응하는 위치에 드레인 콘택홀(114)을 포함하는 잉크격벽용 보호층(112)이 형성되어 있다.
상기 잉크격벽용 보호층(112)의 형성영역은 채널(도 4a의 ch) 상부의 소스 및 드레인 전극(108, 110) 사이 구간 영역인 채널부(CH)에 컬러필터 잉크가 침투되는 것을 방지하는 목적으로 형성하기 때문에, 상기 채널부(CH)를 충분히 덮을 수 있도록 형성하는 것이 가장 중요하다.
도 4c에서는, 상기 잉크격벽용 보호층(112)이 형성된 기판 상에 잉크젯 방식 R,G,B 컬러필터를 형성하는 단계이다.
상기 컬러필터를 형성하는 방법은, R,G,B 컬러잉크를 포함하는 잉크젯 분사노즐(nozzle)를 이용하여, 상기 잉크격벽용 보호층(112)이 형성된 기판 상에 일정거리를 두고 R,G,B 컬러잉크를 동시에 또는 차례대로 분사한 후, 일정 온도 및 시간 조건에서 경화하여 컬러필터(116)를 형성한다.
이때, 본 발명에서는 소스 및 드레인 전극(108, 110)간에 홀이 존재하지 않도록, 채널(도 4a의 ch) 상부의 소스 및 드레인 전극(108, 110) 사이 구간 영역인 채널부에도 소스 및 드레인 전극(108, 110)과 표면높이가 일정한 잉크격벽용 보호층(112)을 형성하기 때문에, 상기 컬러필터(116)를 형성공정 후 상기 채널부(CH)에 컬러필터 잉크가 침투되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 4d에서는 상기 컬러필터(116)가 형성된 기판 상에 투명도전성 물질을 증착한 후, 제 5 마스크 공정에 의해 화소전극(118)을 형성하는 단계이다.
이때, 상기 화소전극(118)은 상기 드레인 콘택홀(114)을 통해 드레인 전극(110)과 접촉되어, 박막 트랜지스터(T)와 연결되도록 형성한다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 상부기판은 액정의 구동되지 않는 영역 즉, 비화소 영역상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스와, 이 블랙매트릭스 하부에 액정에 전압을 인가하는 또 다른 전극인 공통전극을 포함한다.
이때, 상기 블랙매트릭스와 공통전극 사이에는 별도의 평탄화층을 포함할 수도 있다.
실시예 2
실시예 2는 실시예 1에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판과 비교시, 박막 트랜지스터와 대응하는 영역에 블랙매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 대한 단면도로서, 상기 도 3의 단면도와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도시한 바와 같이, 박막 트랜지스터(T) 상부에는 잉크격벽용 제 1 보호층(113)이 형성되어 있고, 이 잉크격벽용 제 1 보호층(113)을 격벽으로 하여 화소영역(P)에는 컬러필터(116)가 형성되어 있고, 이 컬러필터(116) 상부에는, 화소전극(126)에서 생성되는 전계를 균일화하기 위한 평탄화층(120)이 형성되어 있고, 이 평탄화층(120) 상부의 박막 트랜지스터(T)와 대응하는 위치에는 이 박막 트랜지스터(T)에 빛이 유입되는 것을 차단하는 목적으로 블랙매트릭스(122)가 형성되어 있다.
또한, 기판 전면에 걸쳐 제 2 보호층(124)이 형성되어 있고, 이 제 2 보호층(124) 상부에는, 상기 잉크격벽용 제 1 보호층(113)에서 제 2 보호층(124)을 관통하여 드레인 전극(110)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(115)을 통해 드레인 전극(110)과 연결되어 화소전극(126)이 형성되어 있다.
도면 상에 해당부호의 도시를 생략하였지만, 상기 드레인 콘택홀(115)은 잉크격벽용 제 1 보호층(124)의 형성단계에서 제 1 드레인 콘택홀을 형성한 후, 평탄화층(120) 및 블랙매트릭스(122)와 제 2 보호층(124)에 건식식각을 이용하여, 상기 제 1 드레인 콘택홀과 대응하는 제 2 드레인 콘택홀을 형성하여, 드레인 콘택홀(115)을 완성할 수 있다.
그러나, 상기 드레인 콘택홀을 형성하는 방법은 다양하게 실시될 수 있다.
상기 평탄화층(120) 및 제 2 보호층(124)은 상기 화소전극(126) 및 컬러필터(116)와 블랙매트릭스(122) 사이에 위치하여, 액정에 인가되는 전계를 균일화하며, 상술한 바와 같이 블랙매트릭스(122)와 박막 트랜지스터(T) 및 화소전극(126)이 접촉하여, 박막 트랜지스터(T) 및 화소전극(126)의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이와 같이, 도면으로 제시하지 않았지만, 상기 실시예 2에서는, 상기 하부기판 상의 상기 박막 트랜지스터와 위치에 블랙매트릭스를 형성하므로, 상기 영역 범위에서는 상부기판 상에 블랙매트릭스를 형성하지 않아도 된다.
상기 실시예 2에서와 같이, 박막 트랜지스터(T) 상부에 바로 블랙매트릭스(122)를 형성하게 되면, 상부기판에 형성하는 것에 비해 미스 얼라인(mis-align)이 발생할 확률을 줄일 수 있으므로, 상기 박막 트랜지스터(T)의 전기적 특성을 보호하는 차원에서는 훨씬 안정적인 구조라고 할 수 있다.
상기 실시예 2에 따른 블랙매트릭스(122)를 이루는 물질로는 다른 보호층 물질과 같이 스핀코팅에 의해 형성할 수 있고, 건식식각이 가능한 레진(Resin)으로 하는 것이 제조공정상 바람직하다.
실시예 3
실시예 3은 상기 실시예 1에 따른 박막 트랜지스터 상에 잉크격벽용 보호층을 기판 전면에 걸쳐 형성함에 있어서, 화소영역과 대응되는 부분에는 컬러필터 잉크를 채울 수 있도록 오목한 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 대한 단면도로서, 상기 도 3의 단면도와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도시한 바와 같이, 상기 도 4a에서 상술한 박막 트랜지스터(T)상에 상기 화소영역과 대응하는 영역이 오목하게 들어간 홈이 형성된 잉크격벽용 제 1 보호층(200)이 형성되어 있고, 이 잉크격벽용 제 1 보호층(200) 상에는 잉크젯 방식 컬러필터(202)가 형성되어 있고, 이 컬러필터(202) 상의 상기 박막 트랜지스터(T) 상부의 잉크격벽용 제 1 보호층(200)과 연접하여 상기 박막 트랜지스터(T)와 대응하는 영역에는 블랙매트릭스(204)가 형성되어 있고, 이 블랙매트릭스(204) 상부 및 이 블랙매트릭스(204)와 비대응영역의 컬러필터(202) 상부에는, 제 2 보호층(206)이 형성되어 있고, 이 제 2 보호층(206) 상부에는 상기 잉크격벽용 제 1 보호층(200)에서 상기 제 2 보호층(206)에 걸쳐 형성된 드레인 콘택홀(117)을 통해 드레인 전극(110)과 연결되어 화소전극(208)이 형성되어 있다.
이때, 상기 드레인 콘택홀(117)은 실시예 2에 따른 드레인 콘택홀 형성방법과 같이, 잉크격벽용 제 1 보호층에 제 1 드레인 콘택홀을 형성한 후, 블랙매트릭스, 제 2 보호층을 건식식각에 의해 상기 제 1 드레인 콘택홀과 대응하는 제 2 드레인 콘택홀을 형성하여, 이 제 1, 2 드레인 콘택홀로 이루어진 드레인 콘택홀을 완성할 수 있다.
실시예 4
실시예 4는 상기 실시예 3과 기본 구조는 동일하나, 블랙매트릭스와 컬러필터 사이에 별도의 평탄화층을 포함함을 특징으로 한다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치의 일부영역에 대한 단면도로서, 상기 도 3의 단면도와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도시한 바와 같이, 박막 트랜지스터(T) 상에는 화소영역에 오목한 홈이 형성되며, 상기 박막 트랜지스터(T) 상에 잉크격벽용 제 1 보호층이 형성되어 있고, 이 잉크격벽용 제 1 보호층 상에는 잉크젯 방식 컬러필터(212)가 형성되어 있고, 이 컬러필터(212) 상부에는 평탄화층(214)이 형성되어 있고, 이 평탄화층(214) 상부의 박막 트랜지스터(T)와 대응하는 영역에는 블랙매트릭스(216)가 형성되어 있고, 이 블랙매트릭스(216)의 상부에는 제 2 보호층(218)이 형성되어 있고, 이 제 2 보호층(218) 상부에는 상기 잉크격벽용 제 1 보호층에서 제 2 보호층에 형성된 드레인 콘택홀(119)을 통해 드레인 전극(110)과 연결되어 화소전극(220)이 형성되어 있다.
상기 실시예 3, 4의 블랙매트릭스의 재질 및 드레인 콘택홀의 형성방법은 실시예 2의 방법과 동일하게 적용할 수 있다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 방식 액정표시장치에 의하면, 다음과 같은 장점을 가진다.
첫째, 잉크젯 방식 컬러필터용 잉크격벽으로, 투명한 유기물질로 이루어진잉크격벽용 보호층을 형성하므로써, 소자신뢰성 및 공정수를 줄이는 효과를 가진다.
둘째, COT 하부기판의 박막 트랜지스터와 대응하는 위치에 수지성 블랙매트릭스를 형성하므로써, 박막 트랜지스터의 광누설 현상을 효과적으로 방지하며, 공정을 간편화할 수 있다.
Claims (18)
- 서로 대향하는 상부 및 하부기판과;상기 상부 및 하부기판 사이에 개재된 액정층과;상기 하부기판 상부에 위치하여 서로 교차하는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선과;상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 영역에 위치하는 박막 트랜지스터와;상기 데이터 배선과 박막 트랜지스터 상에 위치하고, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며, 투명한 유기물질로 이루어진 잉크격벽용 보호층과;상기 잉크격벽용 보호층을 격벽으로 하여, 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역으로 정의되는 화소영역 단위로 R, G, B 컬러가 각각 형성되어 있는 잉크젯 방식 컬러필터와;상기 컬러필터 상부에 위치하며, 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소전극을 포함하는 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 박막 트랜지스터는, 상기 게이트 배선과 연결되어 형성되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상의 액티브층 및 오믹콘택층으로 구성되는 반도체층과, 상기 반도체층 상에 위치하며, 상기 데이터 배선과 연결되어 형성되는 소스 전극과, 상기 소스 전극과 일정간격 이격되어 형성되는 드레인 전극과, 상기 소스 및 드레인 전극 사이 구간의 오믹콘택층을 제거하여 형성한 채널로 이루어지는 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부기판의 하부에 위치하며, 상기 화소영역 이외의 비화소영역에 형성되는 블랙매트릭스를 포함하는 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 컬러필터와 화소전극 사이에 평탄화층 및 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 영역 상의 블랙매트릭스, 그리고 제 2 보호층이 차례대로 적층되어 있으며, 상기 평탄화층 및 블랙매트릭스 그리고, 제 2 보호층은 상기 드레인 콘택홀과 대응하는 위치에 콘택홀을 가지는 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 컬러필터와 화소전극 사이에 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 영역상의 블랙매트릭스, 그리고 제 2 보호층이 차례대로 적층되어 있으며, 상기 블랙매트릭스 및 제 2 보호층은 상기 드레인 콘택홀과 대응하는 위치에 콘택홀을 가지는 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 블랙매트릭스를 이루는 물질은 레진(Resin)인 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 잉크격벽용 보호층은 상기 데이터 배선들과 박막 트랜지스터와 대응하는 영역에 위치하며, 상기 화소영역에서는 상기 절연층을 드러내어 절연층과 상기 컬러필터가 연접되는 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 잉크격벽용 보호층은 기판 전면에 걸쳐 형성되며, 상기 데이터 배선 및 박막 트랜지스터와 대응하는 영역은 볼록부이고, 상기 화소영역과 대응하는 영역은 오목부로 형성되어 있는 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명한 유기물질은 투명성을 띠는 폴리머(polymer)계 물질인 잉크젯 방식 액정표시장치.
- 투명기판을 구비하는 단계와;상기 투명기판 상에 서로 교차되는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선을 형성하는 단계와;상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 영역에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와;상기 박막 트랜지스터 상부에 투명한 유기물질을 코팅하는 단계와;상기 투명한 유기물질을, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 일부노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 잉크격벽용 보호층으로 형성하는 단계와;상기 잉크격벽용 보호층이 형성된 기판 상에 R, G, B 컬러 잉크를 포함하는 잉크젯 분사노즐을 통해, 상기 잉크격벽용 보호층을 R, G, B 컬러간 격벽으로 하여, 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역으로 정의되는 화소영역 단위로 R, G, B 컬러필터를 각각 형성하는 단계와;상기 컬러필터 상부에 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 박막 트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 투명기판 상에 금속물질을 이용하여 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 상에 절연물질, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘을 연속증착한 후, 상기 절연물질을 게이트 절연막으로 형성하고, 상기 비정질 실리콘 및 불순물 비정질 실리콘은 각각 액티브층(active layer) 및 오믹콘택층(ohmic contact layer)으로 형성하여 반도체층을 구성하는 단계와, 상기 반도체층 상에 또 다른 금속물질을 이용하여 소스 전극 및 상기 소스 전극과 일정간격 이격되는 드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기 소스 및 드레인 전극의 사이 구간의 오믹콘택층을 제거하여 채널(channel)을 형성하는 단계를 포함하는 단계인 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 투명한 유기물질은 투명성을 띠는 폴리머(polymer)계 물질인 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 잉크격벽용 보호층을 형성하는 단계는, 상기 투명한 유기물질을 상기 데이터 배선 및 박막 트랜지스터와 대응하는 위치에 형성하고, 상기 화소영역과 대응하는 영역에는 상기 게이트 절연막이 노출되도록 하는 단계인 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 잉크격벽용 보호층을 형성하는 단계는, 상기 투명한 유기물질을 기판 전면에 걸쳐 코팅한 후, 상기 데이터 배선들과 박막 트랜지스터와 대응하는 영역은 볼록부로 형성하고, 상기 화소영역과 대응하는 영역은 오목부로 형성하는 단계인 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 화소전극을 형성하는 단계 전에는, 상기 컬러필터 상부에 평탄화층 및상기 박막 트랜지스터와 대응하는 영역 상의 블랙매트릭스, 그리고 제 2 보호층을 차례대로 적층한 후, 상기 평탄화층 및 블랙매트릭스 그리고, 제 2 보호층 상에 상기 드레인 콘택홀과 대응하는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 화소전극을 형성하는 단계 전에는, 상기 컬러필터 상에 위치하며, 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 영역 상의 블랙매트릭스, 그리고 제 2 보호층을 차례대로 적층한 후, 상기 블랙매트릭스 및 제 2 보호층 상에 상기 드레인 콘택홀과 대응하는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
- 제 15 항 또는 제 16 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 콘택홀은 건식식각(dry etching)을 이용하여 형성하는 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
- 제 15 항 또는 제 16 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 블랙매트릭스를 이루는 물질은 레진(Resin)인 잉크젯 방식 액정표시장치용 하부기판의 제조방법.
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