KR20030058723A - 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 할프-톤 마스크(Half tone Mask)를 이용하여 셀 갭이 균일하도록 한 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법에 관한 것으로, 기판에 액티브 영역과 더미영역을 정의한 후, 상기 액티브 영역 바깥 영역에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 액티브 영역에 선택적으로 RGB 레진을 형성함과 동시에 더미영역 선택적으로 RGB 레진을 형성하는 단계와, 상기 결과물 상부에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막상에 감광성 레진을 형성하고, 상기 감광성 레진상에 할프-톤 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 할프-톤 마스크 패턴을 이용하여 상기 감광성 레진을 선택적으로 식각하여 균일한 높이를 갖는 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법{A METHOD FOR FORMING POST SPACER OF LCD DEVICE}

본 발명은 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법에 관한 것으로, 특히 할프-톤 마스크(Half tone Mask)를 이용하여 셀 갭이 균일하도록 한 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법에 관한 것이다.

액정표시장치는 투명전극이 형성된 두 장의 기판 사이에 수 개의 액정분자들로 구서된 액정층을 개재시킨 후, 상기 투명전극들 사이에서 일어나는 전계에 의해 액정분자들의 배열을 변화시켜 빛의 투과량이 제어되도록 하는 것에 의해 소정의 화상을 표시하는 장치이다.

이러한 액정표시장치에 있어서, 응답속도, 대비비, 시야각, 휘도 균일성 등의 특성은 액정층의 두께, 즉 셀 갭(cell gap)과 밀접한 관련을 갖기 때문에 액정표시장치의 화면품위를 향상시키기 위해서는 균일한 셀 갭을 유지시키는 것이 매우 중요하다. 특히, 액정표시장치가 대면적화 및 고품질화 되어 가는 추세에서 일정한 셀 갭의 유지는 더욱 중요시되고 있다.

따라서, 현재 대부분의 액정표시장치는 그 제조과정에서 예컨대, 기판들간의합착 공정에서 어느 하나의 기판상에 셀 갭 유지용 스페이서를 산포하고 있다. 여기서, 상기 스페이서를 산포하는 방식은 스페이서에 대전시켜 대전된 같은 극성끼리 스페이서간의 반발력에 의해 균일 산포하는 드라이(dry)방식과 IPA 등 용매에 균일하게 섞어 산포하는 습식(wet) 방식이 있다.

일반적으로 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)에서는 산포 균일도 특성이 우수한 드라이 방식을 채용하고 있다.

그러나 현재 LCD의 대형화, 고화질화 관점에서 구형 스페이서를 산포하여 셀 갭을 유지하는 방식은 많은 공정적인 문제점을 가지고 있다.

즉, 스페이서 산포 방식에 있어서는 스페이서의 균일한 산포가 어렵고, 스페이서의 뭉침 현상이 발생되며, 스페이서 주변에서 빛샘 현상이 발생하여 균일한 셀 갭 유지가 어렵다. 따라서, 화질 저하의 결과가 초래된다.

이에, 셀 갭 유지를 위한 종래의 다른 방법으로서, 칼라필터 기판나 TFT 기판상에 지주형 스페이서를 형성하는 방법이 제안되었다.

도 1은 일반적인 칼라필터를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 A 영역의 확대도이다. 그리고 도 3은 도 2의 B 영역의 확대도이다.

도 1 및 도 2 그리고 도 3에 도시한 바와 같이 칼라필터 기판(100)에 액티브 영역(10)과 더미영역(20)을 정의한 후, 상기 액티브 영역(10) 바깥 영역에 광 차단 목적으로 블랙 매트릭스(11) 영역을 형성하고, 상기 액티브 영역(10)에 선택적으로 칼라픽셀(12a,12b,12c)을 형성함과 동시에 상기 칼라픽셀(12a,12b,12c)의 안정적인 패터닝과 셀 공정에서 러빙 등 프로세스 마진 확보를 위해 더미칼라픽셀(12a',12b',12c')을 형성한다. 그리고 상기 칼라필터 기판(100)내에 일정한 밀도로 균일하게 지주 스페이서(13)를 형성한다. 이때, 상기 블랙매트릭스(11)의 폭은 2∼5mm이고, 상기 더미 칼라픽셀(12a',12b',12c')은 0.5∼3 픽셀 정도로 두게 형성된다.

한편, 상기 지주 스페이서(13)를 적용한 칼라필터 기판(100)에서 지주 밀도를 일정하게 형성하기 위해 액티브 영역(10)뿐만 아니라 블랙매트릭스(11)상의 칼라픽셀(12a,12b,12c)상에도 지주 스페이서(13)가 위치하게 되므로 결과적으로 도 4에 도시한 바와 같이 지주 스페이서(13)의 높이 차이를 유발한다.

여기서, h1은 레드 픽셀(12c) 및 보호막(14) 형성시 폭이 다른 블랙매트릭스(11) 기인으로 발생하는 단차로 수지 블랙매트릭스(11)를 적용한 경우는 대략 0.2∼0.5㎛이고, h2는 하층에 패터닝된 폭이 다른 영역을 갖는 단차 기인 지주 스페이서(13) 형성물질 패터닝시 발생하는 단차로 0.1∼0.4㎛정도이다. h3은 공정이 완료된 후 발생하는 두 영역간 전체 단차로 대략 최대 1㎛까지 단차가 발생할 수 있다.

즉, 상기와 같은 종래의 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

액티브 영역과 외곽 블랙매트릭스상에 형성된 지주 스페이서의 높이 차로 인해 칼라필터 기판(100)과 어레이 기판(200) 합착시 도 5와 같이 액티브 영역과 외곽 블랙매트리스간에 셀 갭차가 발생한다. 이때, d1은 액티브 역역내 셀 갭이고,d2는 외곽 블랙매트릭스상의 RGB 더미 패턴부의 셀 갭이다.

따라서, 액정표시장치의 휘도 불균일을 유발한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 할프-톤 마스크를 사용하여 칼라필터 기판 전체에 균일한 셀 갭이 형성되어 균일한 휘도 특성을 갖는 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 칼라필터를 나타낸 개략도

도 2는 도 1의 A 영역의 확대도

도 3은 도 2의 B 영역의 확대도

도 4는 도 3의 a-a 및 b-b에 따른 단면도

도 5는 종래의 셀 갭 불균일을 나타낸 도면

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 칼라필터 기판을 나타낸 평면도

도 7은 도 6의 A 영역의 확대도

도 8은 도 7의 B 영역의 확대도

도 9는 본 발명의 할프-톤 마스크 패턴의 형상을 나타낸 도면

도 10은 본 발명의 할프-톤 마스크 패턴을 통한 지주 스페이서를 나타낸 도면

도 11은 본 발명의 어레이 기판과 칼라필터 기판의 합착을 나타낸 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 액티브 영역 11 : 블랙 매트릭스

12 : 칼라픽셀 12' : 더미 칼라픽셀

13 : 감광성 수지층 13a : 지주 스페이서

14 : 보호막 15 : 할프-톤 마스크 패턴

16 : 마스크 패턴 100 : 칼라필터 기판

200 : 어레이 기판

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법은 기판에 액티브 영역과 더미영역을 정의한 후, 상기 액티브 영역 바깥 영역에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 액티브 영역에 선택적으로 RGB 레진을 형성함과 동시에 더미영역 선택적으로 RGB 레진을 형성하는 단계와, 상기 결과물 상부에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막상에 감광성 레진을 형성하고, 상기 감광성 레진상에 할프-톤 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 할프-톤 마스크 패턴을 이용하여 상기 감광성 레진을 선택적으로 식각하여 균일한 높이를 갖는 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 더미영역의 할프톤 마스크 패턴의 형상은 사각도트형, 도트형, 가로줄형, 세로줄형인 것이 바람직하다.

또한, 상기 감광성 레진은 고분자 물질인 것이 바람직하다.

또한, 상기 고분자 물질에서 아크릴계, 에폭시계, 배향제, 포토 레지스트중 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지주 스페이서 영역의 지주밀도는 1PS/3 픽셀인 것이 바람직하다.

또한, 상기 지주 스페이서 형상이 15∼20㎛와 같은 직사각형인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 칼라필터를 나타낸 개략도이고, 도 7은 도 6의 A 영역의 확대도이다. 그리고 도 8은 도 7의 B 영역의 확대도이다.

도 6a에 도시한 바와 같이 칼라필터 기판(100)에 액티브 영역과 더미영역을 정의한 후, 전면에 금속층을 증착하고, 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 금속층을 선택적으로 식각 제거하여 일정간격을 복수개의 블랙 매트릭스(11)를 형성한다.

그리고 상기 결과물 상부에 칼라 레진을 전면 도포한 후, 선택적으로 식각 제거하여 상기 블랙 매트릭스(11)에 걸치도록 원하는 위치에 칼라 픽셀(12a,12b,12c)을 형성한다. 즉, 상기 칼라픽셀(12a,12b,12c)은 레드, 그린, 블루 픽셀이며, 하나의 칼라 픽셀(12a,12b,12c)을 형성한 후 다른 칼라 픽셀을 순차적으로 형성한다. 이때, 상기 칼라픽셀(12a,12b,12c)의 안정적인 패터닝과 셀 공정에서 러빙 등 프로세스 마진 확보를 위해 더미 칼라픽셀(12a',12b',12c')을 형성한다.

이어, 상기 결과물 상부에 보호층(14)을 도포하여 평탄화시킨 후, 상기 보호층(14)상에 셀 갭 유지를 위한 감광성 수지층(13)을 도포한다. 이때, 상기 감광성수지층(13)은 아크릴계, 에폭시계, 배향제, 포토 레지스트 등의 고분자 물질중 하나를 사용한다.

그리고 상기 감광성 수지층(13)상에 할프-톤 레지스트(15)를 증착한 후, 선택적으로 패터닝하여 상기 더미 칼라픽셀(12a',12b',12c')상에 할프-톤 마스크 패턴(15a)을 형성하고, 상기 액티브 영역에 마스크 패턴(16)을 형성한다. 이때, 상기 할프-톤 마스크 패턴(16)의 형상은 도 9와 같이 사각도트형, 원도트형, 가로줄형, 세로줄형이다.

여기서, 상기 할프-톤 마스크 패턴(15)은 일정 패턴 크기에 높이를 달리 할 목적으로 일부 광을 차단하며, 이 영역에서는 광간섭과 회절이 발생하여 결과적으로 강도가 낮은 광을 쪼여주는 효과를 거둔다. 또한 목표로 하는 두께 높이를 고려하여 패턴크기, 형상 등을 결정해야 한다.

이어서, 상기 할프-톤 마스크 패턴(15)과 마스크 패턴(16)을 이용하여 상기 감광성 수지층(13)을 선택적으로 식각하여 지주 스페이서(13a)를 형성한 후, 상기 할프-톤 마스크 패턴(15) 및 마스크 패턴(16)을 제거하고, 세정공정을 실시한다.

이때, 상기 지주 스페이서(13a) 영역의 지주밀도는 1PS/3 픽셀이고, 형상이 15∼20㎛와 같은 직사각형이다.

한편, 도 10에 도시한 바와 같이 폭이 넓은 블랙매트릭스(11)상의 더미 칼라픽셀(12a',12b',12c')상에는 할프-톤 마스크(15)를 이용하고, 그와는 대조적으로 폭이 좁은 액티브 영역내의 블랙매트릭스(11)상에는 일반적으로 오픈된 마스크(16) 이용한다.

이어, 도면에는 도시하지 않았지만 상기 결과물 상부에 포토리소그래피 공정을 이용하여 공통전극을 형성한다. 이때, 상기 공통전극은 ITO이다.

여기서, 도 11은 어레이 기판(200)과 칼라필터 기판(100) 합착한 것으로, d1은 액티브내 셀 갭이고, d2는 블랙매트릭스상의 칼라픽셀 레진 더미 패턴부의 셀 갭이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법에 의하면, 패널 전체에 균일한 셀 갭이 형성되고 이로 인해 고품위 균일한 휘도 특성을 갖는 액정표시장치를 제작할 수 있다.

Claims (6)

1. 기판에 액티브 영역과 더미영역을 정의한 후, 상기 액티브 영역 바깥 영역에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;

   상기 액티브 영역에 선택적으로 RGB 레진을 형성함과 동시에 더미영역 선택적으로 RGB 레진을 형성하는 단계와;

   상기 결과물 상부에 보호막을 형성하는 단계와;

   상기 보호막상에 감광성 레진을 형성하고, 상기 감광성 레진상에 할프-톤 마스크 패턴을 형성하는 단계와;

   상기 할프-톤 마스크 패턴을 이용하여 상기 감광성 레진을 선택적으로 식각하여 균일한 높이를 갖는 지주 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 더미영역의 할프톤 마스크 패턴의 형상은 사각도트형, 원도트형, 가로줄형, 세로줄형인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 감광성 레진은 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 고분자 물질에서 아크릴계, 에폭시계, 배향제, 포토 레지스트중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 지주 스페이서 영역의 지주밀도는 1PS/3 픽셀인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 지주 스페이서 형상이 15∼20㎛와 같은 직사각형인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 지주 스페이서 형성방법.