KR20030056245A - 액정표시장치용 잉크젯 방식 스페이서 - Google Patents

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KR20030056245A
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Abstract

본 발명에서는, 컬러필터층과, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자가 모두 형성된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 일정간격 이격되게 대향되며, 공통 전극이 형성된 제 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과; 상기 박막트랜지스터와 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제 1, 2 기판 간의 이격거리를 일정하게 유지시키는 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것을 제 1 특징으로 하고, 박막트랜지스터 및 상기 박막트랜지스터와 직접 연결된 화소 전극을 가지는 어레이 소자가 형성된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 일정간격 이격되게 대향되며, 컬러필터층이 형성된 제 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과; 상기 박막트랜지스터와 대응되는 위치에서, 상기 제 1, 2 기판의 이격구간 간의 이격거리를 일정하게 유지시키는 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것을 제 2 특징으로 한다.

Description

액정표시장치용 잉크젯 방식 스페이서{Ink-jetting type Space for Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치용 스페이서에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
이러한 액정표시장치 중에서도, 각 화소(pixel)별로 전압의 온/오프를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터층 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터층 기판 제조 공정을 통해, 각각 어레이 기판 및 컬러필터층 기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정을 거쳐 완성된다.
상기 액정셀 공정은 어레이 공정이나 컬러필터층 공정에 비해 상대적으로 반복되는 공정이 거의 없는 것이 특징이라고 할 수 있다. 전체 공정은 액정 분자의 배향을 위한 배향막 형성공정과 셀 갭(cell gap) 형성공정, 합착 공정, 셀 절단(cutting) 공정, 액정주입 공정으로 크게 나눌 수 있고, 이러한 액정셀 공정에 의해 액정표시장치를 이루는 기본 부품인 액정패널이 제작된다.
이하, 도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상부 및 하부 기판(10, 30)이 서로 일정간격 이격되어 있고, 이 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.
상기 하부 기판(30)의 투명 기판(1) 상부에는 게이트 전극(32)이 형성되어 있고, 게이트 전극(32) 상부에는 게이트 절연막(34)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(34) 상부의 게이트 전극(32)을 덮는 위치에는 액티브층(36a), 오믹콘택층(36b)이 차례대로 적층된 반도체층(36)이 형성되어 있고, 반도체층(36)의 상부에는 서로 일정간격 이격된 소스 및 드레인 전극(38, 40)이 형성되어 있고, 소스 및 드레인 전극(38, 40) 간의 이격구간에는 액티브층(36a)의 일부를 노출시킨 채널(ch ; channel)이 형성되어 있고, 게이트 전극(32), 반도체층(36), 소스 및 드레인전극(38, 40), 채널(ch)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(32)과 연결되어 제 1 방향으로 게이트 배선이 형성되고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 상기 소스 전극(38)과 연결되는 데이터 배선이 형성되고, 이 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역(P)으로 정의된다.
또한, 상기 박막트랜지스터(T) 상부에는 드레인 콘택홀(44)을 가지는 보호층(42)이 형성되어 있고, 화소 영역(P)에는 드레인 콘택홀(44)을 통해 상기 드레인 전극(40)과 연결되는 화소 전극(48)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 상부 기판(10)의 투명기판(1) 하부에는 화소 전극(48)과 대응되는 위치에 특정 파장대의 빛만을 걸러주는 컬러필터층(14)가 형성되어 있고, 컬러필터층(14)의 컬러별 경계부에는 빛샘현상 및 박막트랜지스터(T)로의 광유입을 차단하는 블랙매트릭스(12)가 형성되어 있다.
그리고, 이 컬러필터층(14) 및 블랙매트릭스(12)의 하부에는 액정층(50)에 전압을 인가하는 또 다른 전극인 공통 전극(16)이 형성되어 있다.
한편, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에 개재된 액정층(50)의 누설을 방지하기 위해, 상부 및 하부 기판(10, 30)의 가장자리는 씰 패턴(52)에 의해 봉지되어 있다.
그리고, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에 볼 스페이서(54)가 위치하여, 전술한 씰 패턴(52)과 함께 일정한 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30)의 액정층(50)과 각각 접하는 부분에는 액정의 배열을 용이하게 유도하기 위해 상부 및 하부 배향막을 더욱 포함한다.
상기 볼 스페이서(54)를 이루는 재질은 외부압력에 대해서 탄성을 가지는 유리 섬유 또는 유기물질에서 선택되는데, 이러한 볼 스페이서(54)는 기판 상에 랜덤(random)하게 산포됨에 따라 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 상기 볼 스페이서의 이동에 따라 배향막 불량이 발생될 수 있다.
둘째, 상기 볼 스페이서와 인접한 액정분자간의 흡착력 등에 의해, 볼 스페이서 주변에서 빛샘(light leakage)현상이 발생된다.
세째, 대면적 액정표시장치에 적용시, 안정적인 셀갭을 유지하기 어렵다.
네째, 상기 볼 스페이서는 탄성력을 가지며, 위치 고정이 안되기 때문에 화면 터치시 리플(ripple) 현상이 심하게 나타날 수 있다.
결론적으로, 상기 볼 스페이서를 이용해 셀갭을 유지하는 액정표시장치에서는 고화질 특성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 사진식각 공정을 이용하여 일정위치에 스페이서 패턴을 형성하는 방식의 패턴드(patterned) 스페이서가 제안되었다.
상기 패턴드 스페이서에 의하면, 셀갭을 용이하게 유지할 수 있고, 비화소 영역 상에 고정되게 형성할 수 있으므로 스페이서에 의한 빛샘 발생을 방지할 수 있어 콘트라스트비를 높일 수 있으며, 작은 셀갭이 요구되는 모델에 적용시에도 셀갭을 정밀하게 제어할 수 있고, 스페이서의 위치 고정에 의해 제품의 견고성을 높일 수 있을 뿐아니라, 동일한 이유에 의해 화면 터치시의 리플 현상을 방지할 수있는 장점을 가진다.
도 2는 기존의 패턴드 스페이서(patterned spacer)를 포함하는 액정표시장치에 대한 단면도로서, 상기 도 1과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.
도시한 바와 같이, 하부 기판(70) 상부에는 박막트랜지스터(T) 및 박막트랜지스터(T)와 연결된 화소 전극(72)이 형성되어 있고, 하부 기판(70)과 대향되게 배치된 상부 기판(60) 하부에는 박막트랜지스터(T)와 대향되는 위치에 블랙매트릭스(62)가 위치하고, 블랙매트릭스(62) 하부에는 컬러필터층(64) 및 공통 전극(66)이 차례대로 형성되어 있고, 상부 및 하부 기판(60, 70) 사이에는 액정층(80)이 개재되어 있다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(T) 및 블랙매트릭스(62)와 대응되는 위치에는 상기 액정층(80)의 셀갭(II)을 일정하게 유지시키기 위한 패턴드 스페이서(82)가 상부 및 하부 기판(60, 70)과 연결되어 위치한다.
통상적으로, 상기 패턴드 스페이서(82)는 유기물질의 코팅, 노광, 현상, 식각하는 단계를 거치는 사진식각 공정에 의해 이루어지는데, 이러한 패턴드 스페이서가 적용된 액정표시장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 코팅, 노광, 현상, 식각 공정을 거쳐야 하므로, 공정에 소요되는 시간 및 비용 소모가 많다.
둘째, 상기와 같은 물리적/화학적 공정에 의해 다른 소자에 결함을 주기 쉽다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 공정 효율이 향상된 스페이서를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적에서는, 박막트랜지스터로의 빛조사 차단 및 보호기능을 겸할 수 있는 스페이서를 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명에서는 사진식각 공정에 비해 공정이 간편하고, 비용이 저렴한 잉크젯 장치를 이용하여 스페이서를 형성하도록 한다.
더욱이 본 발명에 따른 스페이서는, 한쪽 기판에 컬러필터층 및 어레이 소자를 모두 형성하며, 특히 컬러필터층 상부에 어레이 소자가 위치하는 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter) 구조 액정표시장치에 적용하도록 한다. 전술한 TOC 구조 액정표시장치를 포함하여, 컬러필터층과 어레이 소자가 동일 기판에 구성된 액정표시장치는 두 소자간의 얼라인 마진(align margin)을 줄일 수 있고, 개구율을 향상시킬 수 있으며, 한 기판 상에 컬러필터층과 어레이 소자를 같이 형성하므로 공정 소요시간을 줄일 수 있는 특징을 가진다.
한편, 일반적인 TOC 구조 액정표시장치에서는 박막트랜지스터로의 빛 유입을 차단하기 위한 목적으로 상부 기판에 박막트랜지스터용 블랙매트릭스를 구성함에 따라 상부 기판 제작 공정시 사진식각 공정이 요구된다.
그러나, 본 발명에서는 TOC 구조 액정표시장치에 본 발명에 따른 스페이서를 적용하여 상부 기판의 공정을 단순화하고자 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
도 1은 기존의 일반적인 액정표시장치에 대한 개략적인 단면도.
도 2는 기존의 패턴드 스페이서(patterned spacer)를 포함하는 액정표시장치에 대한 단면도.
도 3a, 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 TOC 구조 액정표시장치용 하부 기판 상에 잉크젯 방식 스페이서를 형성하는 공정을 단계별로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 TOC 구조 액정표시장치에 대한 단면도.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 4 마스크 액정표시장치에 대한 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 4 마스크 액정표시장치에 대한 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 투명 기판 220 : 잉크젯 방식 스페이서
230 : 하부 기판 232 : 컬러필터층
234 : 평탄화층 236 : 게이트 전극
238 : 반도체층 240 : 소스 전극
242 : 드레인 전극 244 : 드레인 콘택홀
246 : 보호층 248 : 화소 전극
250 : 액정층 255 : TOC 구조 액정표시장치
260 : 상부 기판
262 : 공통 전극
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 컬러필터층과, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자가 모두 형성된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 일정간격 이격되게 대향되며, 공통 전극이 형성된 제 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과; 상기 박막트랜지스터와 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제 1, 2 기판 간의 이격거리를 일정하게 유지시키는 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
상기 박막트랜지스터 상부에는 보호층이 위치하고, 상기 잉크젯 방식 스페이서는 상기 보호층 상부에 위치하며, 상기 제 1 기판은 컬러필터층 상부에 어레이 소자가 위치하는 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter)구조 기판인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 박막트랜지스터는 채널을 더욱 포함하며, 상기 잉크젯 방식 스페이서는 상기 채널과 연접되어 구성되며, 상기 컬러필터층은 상기 잉크젯 방식 스페이서와 대응되는 위치의 블랙매트릭스를 더욱 포함한다. 그리고, 상기 잉크젯 방식 스페이서를 이루는 재질은 유기물질이고, 상기 상기 박막트랜지스터는 게이트 전극, 반도체층, 소스 및 드레인 전극으로 이루어지며, 상기 소스 및 드레인 전극 사이 구간에는 채널을 더욱 포함하며, 상기 게이트 전극을 포함하며, 제 1 방향으로 형성된 게이트 배선과, 상기 소스 전극을 포함하며, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성된 데이터 배선을 포함하고, 상기 화소 전극은 상기 게이트 배선과 절연체가 개재된 상태로 일부 중첩되며, 상기 중첩 영역을 스토리지 캐패시터로 구성하고, 상기 스토리지 캐패시터 영역에 또 다른 잉크젯 방식 스페이서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공통 전극 하부면과 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 상부면에는 각각 상부 및 하부 배향막을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 컬러필터층과, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자가 형성된 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상부에 유기물 용액을 함유하는 잉크젯 헤드 및 노즐을 가지는 잉크젯 장치를 구비하는 단계와; 상기 기판의 박막트랜지스터 상부에, 상기 잉크젯 장치의 노즐을 통하여 유기물 용액을 적하하는 단계와; 상기 적하된 유기물 용액을 경화처리하여, 잉크젯 방식 스페이서를 완성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 기판은 컬러필터층 상부에 어레이 소자를 형성하는 TOC 구조 기판인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에서는, 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상에 제 1 금속물질을 이용하여, 노광, 현상, 식각 공정을 포함하는 사진식각 공정인 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에, 절연물질을 이용하여 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막이 형성된 기판 상에, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘을 이용하여 제 2 마스크 공정에 의해 액티브층, 오믹 콘택층으로 각각 형성하는 단계와; 상기 오믹 콘택층이 형성된 기판 상에, 제 2 금속물질을 이용하여 제 3 마스크 공정에 의해 서로 일정간격 이격되는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 기판 상에, 투명 도전성 물질을 이용하여 화소 전극을 형성하는 단계와; 상기 화소 전극이 형성된 기판 상에, 상기 소스 및 드레인 전극 이격구간에 위치하는 액티브층을 노출시켜 채널을 완성하는 단계와; 상기 채널이 완성된 기판 상에, 유기물 용액을 포함하는 잉크 헤드 및 노즐을 가지는 잉크젯 장치를 구비하는 단계와; 상기 채널과 대응되는 위치에, 상기 노즐을 통해 유기물 용액을 적하하는 단계와; 상기 적하된 유기물 용액을 경화처리하여, 잉크젯 방식 스페이서를 완성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 채널을 형성하는 단계에서는, 상기 소스 및 드레인 전극을 마스크로 하여, 상기 소스 및 드레인 전극 사이 이격구간의 오믹 콘택층을 식각처리하여, 액티브층을 노출시키는 단계인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<실시예 1>
실시예 1에서는, TOC 구조 액정표시장치용 하부 기판 상에 잉크젯 방식 스페이서를 형성하는 공정예에 대해서 설명한다.
도 3a, 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 TOC 구조 액정표시장치용 하부 기판 상에 잉크젯 방식 스페이서를 형성하는 공정을 나타낸 도면으로써, 상기 도 3a는 적하(dropping)하는 단계이고, 도 3b는 경화(cure)처리 단계에 관한 것이며, 설명의 편의상 TOC 구조 액정표시장치용 하부 기판을 TOC 기판으로 약칭한다.
도 3a에서는, 스페이서 재료로써 유기물 용액(202)이 포함하는 잉크 헤드(204a ; ink head)와, 잉크 헤드(204a)를 통해 유기물 용액(202)을 분사시키는노즐(204b ; nozzle)을 가지는 잉크젯 장치(204)를 구비하는 단계와, 잉크젯 장치(204)를 박막트랜지스터부(TT) 및 화소부(PP)가 정의된 TOC 기판(210) 상에 배치한 후, 잉크젯 장치(204)의 노즐(204b)을 통해 TOC 기판(210)의 박막트랜지스터부(TT) 상에 유기물 용액(202)을 적하(dropping)하는 단계이다.
그리고, 도면으로 제시하지 않았지만 상기 잉크젯 장치(204)에는 일정한 주파수의 진동을 발생시키는 발진자와, 일정 진동을 가지는 발진판이 더욱 포함될 수 있다.
도 3b에서는, 상기 도 3a 단계를 거쳐 TOC 기판(210) 상에 적하된 유기 물질을 일정 조건 하에서 경화처리하여, 잉크젯 방식 스페이서(208)를 완성하는 단계이다.
상기 경화 처리 공정은 열 경화 또는 자외선 경화로 나눌 수 있으며, 바람직하기로는 유기물 용액(도 3a의 202)의 용매를 빠른 시간에 휘발시킬 수 있도록 자외선 경화처리하는 것이다.
상기 잉크젯 방식 스페이서(208)의 폭(IVa)은 박막트랜지스터(T)의 채널(CH)부를 완전히 덮을 수 있는 폭을 가지며, 상기 스페이서(208)의 높이(IVb)는 해당 TOC 구조 액정표시장치의 셀 갭과 대응되게 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크젯 방식 스페이서(208)를 이루는 유기물질은 광흡수성을 가지는 유기물질에서 선택되는 것이 바람직하다.
이러한 잉크젯 공정은 마스크 공정과 비교시 다음과 같은 장점을 가진다.
첫째, 마스크 공정에서는 각 단계별로 해당 장비가 구비되어야 하지만, 잉크젯 장치를 이용하면 패턴 사이즈에 적합한 노즐 사이즈 또는 주파수 조절에 의해 쉽게 형성할 수 있으므로, 공정 장비 비용을 줄일 수 있다.
둘째, 공정 마진을 줄일 수 있다. 잉크젯 장치에 의하면 노즐 사이즈의 조절이 용이하기 때문에 수십 ㎛의 패턴에 대해서도 비교적 정확한 패턴 형성이 가능하므로, 여러 공정이 반복적으로 이루어지는 마스크 공정에 비해 공정 마진을 줄이는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 TOC 구조 액정표시장치에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 잉크젯 방식 스페이서(220)를 포함하는 TOC 구조 액정표시장치(255)에서는, TOC 기판인 하부 기판(230)의 박막트랜지스터(T)와 대응되는 위치에 잉크젯 방식 스페이서(220)가 구성됨에 따라, 상부 기판(260) 상에 별도의 박막트랜지스터용 블랙매트릭스가 생략된 상태에서 공통 전극(262)이 형성되어 있다.
상기 TOC 구조 액정표시장치 구조에 대해서 좀 더 상세히 설명하면, 상기 하부 기판(230)의 투명 기판(200)에는 컬러필터층(232)가 형성되어 있고, 컬러필터층(232)의 컬러별 경계부 및 상부에 평탄화층(234)이 형성되어 있고, 평탄화층(234) 상부에는 게이트 전극(236), 반도체층(238), 소스 및 드레인 전극(240, 242)으로 구성되는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T) 상부에는 드레인 콘택홀(244)을 가지는 보호층(246)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 소스 및 드레인 전극(240, 242) 사이 이격구간은 채널(CH)을 이룬다.
그리고, 상기 드레인 콘택홀(244)을 통해 드레인 전극(242)과 연결되며, 컬러필터층(232)와 대응되는 영역에 투명 도전성물질로 이루어진 화소 전극(248)이 형성되어 있다.
이 화소 전극(248) 및 컬러필터층(232)는 개구율 향상을 위해 이웃하는 화소 영역(P)까지 일정면적 연장형성되어 있다.
그러나, 본 발명에서는 화소 전극(248) 및 컬러필터층(232)를 상기 구조로 한정하지 않는다.
그리고, 상기 컬러필터층(232)는 염색법(dye method), 전착법(electrodeposition method), 안료분산법(pigment dispersion method), 인쇄법(print method) 등에 의해 형성될 수 있으며, 특히 안료분산법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 평탄화층(234) 및 보호층(246)을 이루는 재질은 유기 또는 무기 물질로서, 특히 평탄화 특성이 우수한 유기 물질로 하는 것이 바람직하다. 이러한 유기물질로는 BCB(benzocyclobutene), 아크릴 수지(acryl resin)를 들 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 방식 스페이서(220)는 셀갭을 일정하게 유지할 뿐만 아니라 광누설 전류를 효과적으로 방지할 수 있는 블랙매트릭스의 역할을 겸하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 잉크젯 방식 스페이서(220)를 하부 기판(230)의 어레이 공정 중에 형성함에 따라, 액정셀 공정에서의 스페이서 산포단계는 생략되는 것을 특징으로 한다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 한 예로 상기 공통 전극(262) 하부 면과 잉크젯 방식 스페이서(220)가 형성된 하부 기판(230) 상부면에는 상부 및 하부 배향막을 더욱 포함한다.
<실시예 2>
실시예 2는 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판을 제작하는 공정에 관한 것이다.
기존의 액정표시장치(전술한 도 1 참조)에서는, 게이트 공정, 반도체 공정, 소스 공정, 보호층 공정, ITO(Indium Tin Oxide) 공정으로 이루어지는 5 마스크 공정을 거쳐 어레이 기판을 제작하였다.
그러나, 본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에서는 보호층 공정을 생략하고 대신 박막트랜지스터의 채널 보호를 위해, 기존의 소스 공정에 포함되었던 채널 형성 단계를 ITO 공정 다음에 진행하는 것을 특징으로 한다.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도이다.
도 5a는 투명 기판(300) 상에 제 1 금속물질을 증착한 후, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(302)을 형성하는 단계이다. 도면으로 제시하지 않았지만, 이 단계에서는 게이트 전극(302)을 포함하는 게이트 배선이 동시에 형성된다.
도 5b에서는 게이트 전극(302)이 형성된 기판 상에, 절연물질, 순수 비정질 실리콘(a-Si), 불순물 비정질 실리콘(n+ a-Si)을 차례대로 증착한 후, 상기 절연물질을 게이트 절연막(304)으로 이용하며, 제 2 마스크 공정에 의해 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(306a)과, 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(306b)으로 구성되는 반도체층(306)을 형성하는 단계이다.
도 5c에서는, 상기 반도체층(306)이 형성된 기판 상에 제 2 금속물질을 증착한 후, 제 3 마스크 공정에 의해 서로 일정간격 이격되는 소스 및 드레인 전극(308, 310)을 형성하는 단계이다.
도면으로 제시하지 않았지만, 이 단계에서는 상기 소스 전극(308)과 일체로 데이터 배선이 형성된다.
도 5d에서는, 소스 및 드레인 전극(308, 310)이 형성된 기판 상에 ITO를 증착한 후 제 4 마스크 공정에 의해, 상기 드레인 전극(310)과 연결되는 화소 전극(312)을 형성하는 단계이다.
특히, 이 단계에서는 별도의 보호층없이 드레인 전극(310)과 연결되도록 화소 전극(312)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 화소 전극(312)을 형성한 다음 소스 및 드레인 전극(308, 310)을 마스크로 하여 소스 및 드레인 전극(308, 310) 간 이격 구간의 오믹 콘택층(306b)을 제거하고 액티브층(306a)을 노출시켜 채널(CH)을 형성하는 단계를 더욱 포함한다. 이와 같이, 화소 전극(312) 형성 후 채널(CH)을 구성함에 따라, 별도의 보호층없이도 채널(CH)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 게이트 전극(302), 반도체층(306), 소스 및 드레인 전극(308, 310)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
도 5e에서는, 상기 채널(CH)이 형성된 기판 상에 잉크젯 장치(320)를 이용하여 유기물 용액(322)을 적하하는 단계이다.
이때, 상기 유기물 용액(322)은 박막트랜지스터(T)에 적하되며, 특히 박막트랜지스터(T)의 채널(CH)을 완전히 덮을 수 있도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 5f에서는, 상기 적하된 유기물 용액(도 5e의 322)을 경화 처리를 통해, 유기물 용액내 용매를 휘발시켜, 고형의 잉크젯 방식 스페이서(324)로 형성하는 단계이다.
상기 실시예 1에 의한 스페이서와 비교시, 본 실시예에서는 채널(CH)과 직접적으로 접촉되게 잉크젯 방식 스페이서(324)를 형성하므로, 상기 채널(CH)의 전기적 특성에 영향을 끼지지 않도록 이온성 물질을 함유하지 않는 유기물질에서 선택되는 것이 중요하다.
상기 잉크젯 방식 스페이서(324)는 액정표시장치의 셀갭을 유지 및 광누설 방지 이외에도 저 마스크 구조 액정표시장치에서 채널(CH)을 보호하는 보호층 역할을 겸하므로써, 보호층 공정이 생략된 4 마스크 공정에 의해 어레이 기판을 제작할 수 있다. 더욱이, 해당 액정셀 공정에서 스페이서 산포단계를 생략할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 4 마스크 액정표시장치에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 4 마스크 액정표시장치에서는 하부 기판(370)의 박막트랜지스터(T)와 대응되는 위치에 잉크젯 방식 스페이서(372)가 형성됨에 있어서, 상기 잉크젯 방식 스페이서(372)는 상부 기판(350)의 블랙매트릭스(352)와 대응되는 위치에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 기판(350)의 블랙매트릭스(352)는 전술한 TOC 구조 액정표시장치용 상부 기판(350)과 달리 컬러필터층(354)의 컬러별 색구분 역할을 같이 겸하며, 상기 잉크젯 방식 스페이서(372)가 박막트랜지스터(T)로의 광유입을 직접적으로 차단하는 역할을 하므로, 상기 블랙매트릭스(352)의 형성 마진을 줄일 수 있고 이에 따라 개구율 향상을 꾀할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 4 마스크 액정표시장치에 대한 평면도로서, 설명의 편의상 고개구율 구조 액정표시장치의 한 화소부를 일 예로 하여 도시하였다.
도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 배선(400)이 형성되어 있고, 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(402)이 형성되어 있고, 게이트 및 데이터 배선(400, 402)이 교차되는 지점에 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터(T)와 연결되어 화소 전극(404)이 형성되어 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 상기 화소 전극(404)은 이웃하는 데이터 배선(402)과 일부 중첩되게 형성되어 고 개구율 구조를 이루며, 이때 도면으로 제시하지 않았지만 상기 데이터 배선(402)과 화소 전극(404) 사이에는 저유전율의 절연체가 요구된다.
그리고, 상기 화소 전극(404)은 한 예로 상부 게이트 배선(400)과 일부 중첩되게 위치하여, 중첩되는 게이트 배선(400)과 대응되는 영역을 스토리지캐패시터(CST)로 한다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(T) 및 스토리지 캐패시터(CST)에는 각각 제 1, 2 잉크젯 방식 스페이서(410a, 410b)가 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 박막트랜지스터(T)에 위치하는 제 1 잉크젯 방식 스페이서(410a)는 셀갭 유지 기능 이외에도 박막트랜지스터(T)로의 광유입을 차단하는 역할을 겸한다.
그리고, 또 하나의 제 2 잉크젯 방식 스페이서(410b)를 상기 스토리지 캐패시터(CST)에 형성하는 것은, 상기 스토리지 캐패시터(CST)가 비화소 영역 중 가장 넓은 면적을 차지하기 때문이다. 그러나, 상기 박막트랜지스터(T) 이외의 영역에 형성되는 스페이서의 형성위치는 상기 스토리지 캐패시터(CST) 이외의 비화소 영역에 형성해도 무방하고, 그 갯수도 크게 제한하지 않는다.
그리고, 상기 잉크젯 방식 스페이서의 배치 구조는 전술한 본 발명에 따른 TOC 구조 액정표시장치에도 적용될 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 스페이서를 포함하는 액정표시장치에 의하면 다음과 같은 장점을 가진다.
첫째, TOC 구조 액정표시장치에 적용할 경우 상부 기판에서 박막트랜지스터용 블랙매트릭스를 생략할 수 있어, 공정을 단순화할 수 있다.
둘째, 상기 잉크젯 방식 스페이서를 보호층 겸용으로 이용할 수 있어 4 마스크 액정표시장치를 제공할 수 있으므로, 생산수율을 향상시킬 수 있다.
세째, 액정표시장치용 액정셀 공정에서 스페이서 산포 공정을 생략할 수 있다.
네째, 스페이서를 원하는 위치에 용이하게 형성할 수 있다.

Claims (13)

  1. 컬러필터층과, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자가 모두 형성된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 일정간격 이격되게 대향되며, 공통 전극이 형성된 제 2 기판과;
    상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과;
    상기 박막트랜지스터와 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제 1, 2 기판 간의 이격거리를 일정하게 유지시키는 잉크젯 방식 스페이서
    를 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터 상부에는 보호층이 위치하고, 상기 잉크젯 방식 스페이서는 상기 보호층 상부에 위치하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 컬러필터층 상부에 어레이 소자가 위치하는 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter)구조 기판인 액정표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 채널을 더욱 포함하며, 상기 잉크젯 방식 스페이서는 상기 채널과 연접되어 구성되는 액정표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 상기 잉크젯 방식 스페이서와 대응되는 위치의 블랙매트릭스를 더욱 포함하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 잉크젯 방식 스페이서를 이루는 재질은 유기물질인 액정표시장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 상기 박막트랜지스터는 게이트 전극, 반도체층, 소스 및 드레인 전극으로 이루어지며, 상기 소스 및 드레인 전극 사이 구간에는 채널을 더욱 포함하며, 상기 게이트 전극을 포함하며, 제 1 방향으로 형성된 게이트 배선과, 상기 소스 전극을 포함하며, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성된 데이터 배선을포함하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 게이트 배선과 절연체가 개재된 상태로 일부 중첩되며, 상기 중첩 영역을 스토리지 캐패시터로 구성하고, 상기 스토리지 캐패시터 영역에 또 다른 잉크젯 방식 스페이서를 더욱 포함하는 액정표시장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 공통 전극 하부면과 잉크젯 방식 스페이서를 포함하는 상부면에는 각각 상부 및 하부 배향막을 더욱 포함하는 액정표시장치.
  10. 컬러필터층과, 박막트랜지스터 및 화소 전극을 가지는 어레이 소자가 형성된 기판을 구비하는 단계와;
    상기 기판 상부에 유기물 용액을 함유하는 잉크젯 헤드 및 노즐을 가지는 잉크젯 장치를 구비하는 단계와;
    상기 기판의 박막트랜지스터 상부에, 상기 잉크젯 장치의 노즐을 통하여 유기물 용액을 적하하는 단계와;
    상기 적하된 유기물 용액을 경화처리하여, 잉크젯 방식 스페이서를 완성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 컬러필터층 상부에 어레이 소자를 형성하는 TOC 구조 기판인 액정표시장치용 기판의 제조방법.
  12. 기판을 구비하는 단계와;
    상기 기판 상에 제 1 금속물질을 이용하여, 노광, 현상, 식각 공정을 포함하는 사진식각 공정인 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에, 절연물질을 이용하여 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 절연막이 형성된 기판 상에, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘을 이용하여 제 2 마스크 공정에 의해 액티브층, 오믹 콘택층으로 각각 형성하는 단계와;
    상기 오믹 콘택층이 형성된 기판 상에, 제 2 금속물질을 이용하여 제 3 마스크 공정에 의해 서로 일정간격 이격되는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와;
    상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 기판 상에, 투명 도전성 물질을 이용하여 화소 전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소 전극이 형성된 기판 상에, 상기 소스 및 드레인 전극 이격구간에 위치하는 액티브층을 노출시켜 채널을 완성하는 단계와;
    상기 채널이 완성된 기판 상에, 유기물 용액을 포함하는 잉크 헤드 및 노즐을 가지는 잉크젯 장치를 구비하는 단계와;
    상기 채널과 대응되는 위치에, 상기 노즐을 통해 유기물 용액을 적하하는 단계와;
    상기 적하된 유기물 용액을 경화처리하여, 잉크젯 방식 스페이서를 완성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 채널을 형성하는 단계에서는, 상기 소스 및 드레인 전극을 마스크로 하여, 상기 소스 및 드레인 전극 사이 이격구간의 오믹 콘택층을 식각처리하여, 액티브층을 노출시키는 단계인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
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