KR20050036242A

KR20050036242A - 액정표시소자의 제조방법

Info

Publication number: KR20050036242A
Application number: KR1020030071867A
Authority: KR
Inventors: 박승렬
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-04-20

Abstract

본 발명은 블랙 매트릭스와 컬러필터층이 오버랩되는 부분에서의 컬러필터층의 단차를 줄임으로써 평탄한 컬러필터층을 형성하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 투과영역, 반투과영역, 차광영역을 구비한 마스크를 준비하는 단계와, 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스를 포함한 전면에 컬러 레지스트를 도포하는 단계와, 상기 컬러 레지스트 상부에 상기 마스크의 반투과영역이 상기 블랙 매트릭스의 모서리 부분에 대응되도록 상기 마스크를 정렬시키는 단계와, 상기 마스크를 이용하여 상기 컬러 레지스트를 노광하는 단계와, 노광된 컬러 레지스트를 현상하여 단차없는 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자의 제조방법{Method For Fabricating Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display Device)의 제조방법에 관한 것으로 특히, 컬러필터층을 평탄하게 형성하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것이다.

근래 고품위 TV(high definition TV) 등의 새로운 첨단 영상기기가 개발됨에 따라 브라운관(CRT) 대신에 액정표시소자(LCD :Liquid Crystal Display), ELD(electro luminescence display), VFD(vacuum fluorescence display), PDP(plasma display panel)등과 같은 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그 중에서도 액정표시소자는 평판 표시기의 대표적인 기술로써 박형, 저가, 저소비 전력 구동 등의 특징을 가져 랩 톱 컴퓨터(lap top computer)나 포켓 컴퓨터(pocket computer) 외에 차량 적재용, 칼라 TV의 화상용으로도 그 용도가 급속하게 확대되고 있다.

이러한 특성을 갖는 액정표시소자는 상부기판인 컬러필터(color filter) 기판과 하부기판인 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정이 형성되는 구조를 가지는 것으로, 화소 선택용 어드레스(address) 배선을 통해 수십 만개의 화소에 부가된 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭 동작시켜 해당 화소에 전압을 인가해 주는 방식으로 구동되게 된다.

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, 액정 셀에 전압을 인가하기 위한 공통 전극으로 구성된다.

상기 컬러필터층을 구성하는 세가지 색은 각각 독립적으로 구동되고 이들의 조합에 의해 한 화소(pixel)의 색이 표시된다.

한편, 컬러필터 기판을 제조하는 방법은, 제조시 사용되는 유기 필터의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며, 제작 방법에 따라 염색법, 분산법, 코팅법, 전착법, 잉크젯법등으로 분류할 수 있으나, 현재 TFT 액정표시소자의 컬러필터층의 제조시 사용되는 가장 보편적인 방법은 안료 분산법이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 액정표시소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 1g는 종래 기술에 의한 액정표시소자의 컬러필터 기판 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.

먼저, 절연 기판(11)의 세정을 실시한 후, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 절연기판(11) 상에 광밀도(optical density) 3.5이상의 크롬산화물(CrOx) 또는 크롬(Cr) 등의 금속을 스퍼터링 방법으로 증착하거나 또는, 카본(carbon) 계통의 유기물질을 도포하고, 사진식각(photolithograpy) 기술로 패터닝하여 블랙 매트릭스(13)를 형성한다.

여기서, 상기 블래 매트릭스(13)는 단위 화소 가장자리와 박막트랜지스터가 형성되는 영역에 상응되도록 형성하여 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 차광한다.

한편, 상기 블랙 매트릭스(13)가 카본, TiOx 등의 금속성 입자가 포함된 유기BM인 경우에는 1∼2㎛의 두께로 형성하며, 여기에 광밀도나 전기적 특성의 보완을 위해서 칼라 안료를 혼합한 경우에는 5㎛까지 두텁게 형성될 수 있다.

상기 블랙 매트릭스(13)를 형성한 후에는, 상기 블랙 매트릭스(13)를 포함한 전면에 색상을 구현하는 안료가 함유된 컬러 레지스트(color resist)를 약 1㎛∼3㎛ 두께로 도포한다. 먼저, 상기 블랙 매트릭스(13)를 완전히 덮을 수 있도록 적색(Red)이 착색된 제 1 컬러 레지스트(14a)를 도포한다.

컬러 레지스트를 도포하는 방법에는 스핀(spin)법과 롤 코트(roll coat)법이 있는데, 상기 스핀법은 기판 위에 컬러 레지스트를 적당히 흘려 놓고 기판을 고속으로 회전시킴으로써 상기 컬러 레지스트를 기판 전체에 고루 퍼지게 하는 방법이고, 상기 롤 코트법은 롤 위에 전개한 컬러 레지스트를 기판에 전사/인쇄하여 가는 방법이다.

한편, 상기 컬러 레지스트의 주요 성분은 일반적인 포토 레지스트와 같이 감광 조성물인 광중합 개시제와, 모노머(monomer)와, 바인더(binder)와, 색상을 구현하는 유기 안료 등으로 구성된다.

계속하여, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 컬러 레지스트(14a)의 특정 영역(패턴을 남기고자 하는 영역)을 제외한 나머지 영역을 마스크(17)의 차광부로 마스킹한 후, UV선을 조사하여 상기 제 1 컬러 레지스트(14a)를 부분 노광한다.

이 때, 컬러필터용 컬러 레지스트는 일반적으로, 노광되지 않는 부분이 제거되는 네가티브(negative) 특성을 가지므로, 패턴이 형성되는 특정영역을 마스크의 투광부로 노출시켜 노광한다.

한편, 노광시키는 방법에는 원판을 일광 노광하는 프록시미티(proximity)방법, 축소 패턴을 반복하여 노광하는 스테퍼(stepper)방법, 마스크 패턴을 투영하여 노광하는 미러(mirror) 투영방법의 3가지가 있는데, 생산성을 우선으로 하는 단순 매트릭스 LCD는 정확도는 열악하지만 처리속도가 빠른 프록시미티 방식을, 고정밀도가 요구되는 능동 매트릭스 LCD는 스테퍼 방식이나 미러 투영방식이 사용된다.

다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 1 컬러 레지스트(14a)를 현상액에 담궈 패터닝하여, 적색(R)으로 착색된 제 1 컬러필터층(15a)을 남겨두고 노광되지 않은 부분은 제거한다. 이후, 상기 제 1 컬러필터층(15a)을 230℃의 고온에서 경화시킨다.

이 때, 현상(develop)은 딥핑(dipping), 퍼들(puddle), 샤워 스프레이(shower spray)법 중 어느 하나로 한다.

그러나, 상기 제 1 컬러필터층(15a)은 블랙 매트릭스(13)와 오버랩되는 부분에서 단차가 생기는데, 이러한 문제점은 상기 블랙 매트릭스(13)를 카본 계통의 유기막으로 형성하여 두껍게 형성할 경우 더욱 심해진다. 따라서, 상기 컬러필터층의 평탄화를 위해 평탄화 특성이 뛰어난 오버코트층을 도포하는 후공정이 요구된다.

계속하여, 도 1d에 도시된 바와 같이, 적색의 제 1 컬러필터층(15a)을 포함한 전면에 녹색(Green)이 착색된 제 2 컬러 레지스트(14b)를 도포하고, 상기 제 2 컬러 레지스트(14b)의 특정영역을 제외한 나머지 영역을 마스크(17)의 차광부로 마스킹한 후, UV선을 조사하여 상기 제 2 컬러 레지스트(14b)를 부분 노광한다.

노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 2 컬러 레지스트(14b)를 현상하여, 도 1e에 도시된 바와 같이, 녹색(G)으로 착색된 제 2 컬러필터층(15b)을 형성한다.

상기 제 2 컬러필터층(15b)은 상기 블랙 매트릭스(13)를 사이에 두고 상기 제 1 컬러필터층(15a)과 인접한 화소에 형성한다.

이어서, 상기 녹색의 제 2 컬러필터층(15b)을 포함한 전면에 청색(Blue)이 착색된 제 3 컬러 레지스트(14c)를 도포하고, 상기 제 3 컬러 레지스트(14c)의 특정영역을 제외한 나머지 영역을 마스크(17)의 차광부로 마스킹한 후, UV선을 조사하여 상기 제 3 컬러 레지스트(14c)를 부분 노광한다.

노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 3 컬러 레지스트(14c)는 현상되어, 도 1f에 도시된 바와 같이, 청색(B)으로 착색된 제 3 컬러필터층(15c)을 형성한다.

상기 제 3 컬러필터층(15c)은 상기 블랙 매트릭스(13)를 사이에 두고 상기 제 2 컬러필터층(15b)과 인접한 화소에 형성하여, R,G,B로 구성된 컬러필터층(15)을 완성한다. 이 때, 상기 제 1 ,제 2 ,제 3 컬러필터층(15a,15b,15c)은 블랙 매트릭스(13)와 오버랩되는 부분에서 각각 "d"두께의 단차를 가지게 된다.

상기 컬러필터층(15)의 형성은 통상적으로 R, G, B순서로 한다.

계속하여, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터층(15)의 보호와 평탄화를 위하여 상기 컬러필터층(15)을 포함한 전면에 아크릴(Acryl)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 사용하여 스핀 코팅 방법으로 평탄화막을 도포하여 투명한 오버코트층(overcoat layer, 16)을 형성한다.

마지막으로, 상기 오버코트층(16) 상에 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터링에 의해 증착한다. 상기 공통 전극(18)은 TFT 어레이 기판에 형성된 화소 전극과 함께 액정 셀을 동작시키는 역할을 한다. 이 때, 액정표시소자의 모드에 따라 상기 오버코트층 상에 ITO를 형성하지 않을 수도 있다.

이로써, 블랙 매트릭스(13), 컬러필터층(15), 오버코트층(16) 또는 공통전극(18)을 포함한 컬러필터 기판을 완성한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

최근, 친환경 정책에 따라 크롬 등의 금속 박막의 사용을 자제하고 유기막을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성하는 추세인데, 유기막으로 형성된 블랙 매트릭스는 광밀도, 전기적 특성 등의 이유로 약 1㎛∼5㎛의 두께로 두텁게 형성한다.

즉, 상기 블랙 매트릭스가 카본, TiOx 등의 금속성 입자가 포함된 유기 BM인 경우에는 1∼2㎛의 두께로 형성하며, 여기에 광밀도나 전기적 특성의 보완을 위해서 칼라 안료를 혼합하는 경우에는 5㎛까지 두텁게 형성될 수 있다.

따라서, 약 1㎛∼3㎛의 두께를 가지는 컬러필터층과 약 1㎛∼5㎛의 두께를 가지는 블랙 매트릭스가 오버랩되는 부분에서 단차가 발생하고, 이러한 단차 문제는 상기 블랙 매트릭스 및 컬러필터층의 두께가 커질수록 더욱 증가한다.

결국, 상기 컬러필터층의 평탄화를 위해 평탄도가 뛰어난 투명 유기물질을 선정하여 오버코트층을 형성하는 공정을 추가하여야 하므로 공정이 복잡해지고 공정시간도 많이 소요된다.

또한, 오버코트층을 형성함으로써 컬러필터 기판의 두께가 더욱 두꺼워지므로 액정패널의 박막화 및 경량화에 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 컬러필터층을 평탄하게 형성하는 액정표시소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법은 투과영역, 반투과영역, 차광영역을 구비한 마스크를 준비하는 단계와, 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스를 포함한 전면에 컬러 레지스트를 도포하는 단계와, 상기 컬러 레지스트 상부에 상기 마스크의 반투과영역이 상기 블랙 매트릭스의 모서리 부분에 대응되도록 상기 마스크를 정렬시키는 단계와, 상기 마스크를 이용하여 상기 컬러 레지스트를 노광하는 단계와, 노광된 컬러 레지스트를 현상하여 단차없는 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법은 기기판 전면에 제 1 컬러 레지스트를 도포하고 패터닝하여 제 1 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 컬러필터층을 포함한 전면에 제 2 컬러 레지스트를 도포하는 단계와, 상기 제 2 컬러 레지스트 상부에 투과영역, 반투과영역, 차광영역으로 이루어진 마스크를 배치하는 단계와, 상기 제 1 컬러필터층과 제 2 컬러 레지스트가 오버랩되는 부분에 상기 마스크의 반투과 영역을 위치시켜 상기 제 2 컬러 레지스트를 노광하는 단계와, 노광된 제 2 컬러 레지스트를 현상하여 단차없는 제 2 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

최근, 친환경 정책에 의해 유기막으로 블랙 매트릭스를 형성하고 색재현율 향상을 위해 안료 농도가 높은 컬러필터층을 형성함으로써 블랙 매트리스와 컬러필터층의 두께가 두꺼워지는 추세인데, 본 발명은 블랙 매트릭스와 컬러필터층이 오버랩되는 부분에서 단차를 감소시키기 위해, 컬러필터층 형성시, 슬릿 마스크(Slit Mask) 또는 헬프-톤 마스크(Half-tone Mask)를 사용하는 것을 특징으로 한다.

즉, 슬릿 마스크 또는 헬프-톤 마스크의 반투과영역을 단차부분에 위치시켜 컬러필터층의 에지 부분의 노광량을 상대적으로 적게 함으로써 컬러필터층의 에지 부분의 프로파일을 가늘게 하여 오버랩 부분의 단차을 감소시키는 것이다.

따라서, 오버코트층(Overcoat Layer)으로 사용되는 유기 평탄화막으로 평탄화 성능이 낮은 재료를 사용할 수 있게 되므로 재료 선택폭이 넓어지고 용이해진다. 또한, 컬러필터층이 평탄할 경우, 오버코트층을 형성하지 않고 상판을 형성 할 수도 있게 되므로 공정이 간소화된다.

이하, 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 실시예

도 2a 내지 2g는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 컬러필터 기판의 제조 방법을 나타낸 공정단면도이다.

제 1 실시예에서는 투과영역, 반투과영역, 차광영역으로 이루어진 헬프-톤 마스크를 사용하여 컬러필터층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 세정된 절연기판(111) 상에 유기물질을 도포하고 사진식각(photolithograpy) 기술을 이용하여 패터닝하여 블랙 매트릭스(113)를 형성한다.

여기서, 상기 블래 매트릭스(113)는 단위 화소 가장자리와 박막트랜지스터가 형성되는 영역에 상응되도록 형성하여 전계가 불안한 영역을 차광한다.

상기 유기물질로는, IPS 모드(Inplane Switching Mode)에 사용되는 카본 블랙 입자(carbon black particle)를 포함하는 유기물질 또는, 티타늄 산화물(TiOx) 입자를 이용한 유기물질 또는, 컬러 안료(Color Pigment)를 혼합한 유기물질 또는, 상기 카본 입자(Carbon particle), 티타늄 산화물 입자(TiOx particle), 컬러 안료(Color Pigment) 중 적어도 1가지 이상을 포함하여 혼합한 형태의 유기물질 등이 있다.

상기 유기막 블랙 매트릭스(113)는 광밀도를 증가시키거나 또는, 유전율, 비저항 등의 전기적 특성을 향상시켜 액정 패널 내의 전기장 왜곡 현상을 막거나 또는, 스페이서(Spacer)로서의 기능을 수행할 수 있도록 다양한 형태로 형성할 수 있으며 따라서, 상기 유기막 블랙 매트릭스의 두께는 약 1㎛∼5㎛ 까지 매우 다양해진다.

상기 블랙 매트릭스(113)를 형성한 후에는, 상기 블랙 매트릭스(113)를 포함한 전면에 색상을 구현하는 안료가 함유된 컬러 레지스트(color resist)를 도포한다. 상기 컬러 레지스트는 색재현율 향상을 위해 안료(Pigment) 농도가 높은 물질을 사용함으로써 그 두께가 1㎛∼3㎛로 증가하는 추세이다.

구체적으로, 상기 블랙 매트릭스(113)를 완전히 덮을 수 있도록 스핀법과 롤 코트법으로 적색(Red)이 착색된 제 1 컬러 레지스트(114a)를 도포한다.

한편, 상기 컬러 레지스트의 주요 성분은 일반적인 포토 레지스트와 같이 감광 조성물인 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder), 색상을 구현하는 유기 안료 등으로 구성되며, 통상, 노광되지 않은 부분이 제거되는 네가티브 특성의 것을 사용한다.

계속하여, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 컬러 레지스트(114a) 상부에 헬프-톤 마스크(117)를 위치시킨 후, UV선을 조사하여 상기 제 1 컬러 레지스트(114a)를 회절 노광한다.

이 때, 상기 헬프-톤 마스크(117)는 투명기판(120) 상에 금속재질로 패턴닝된 차광층(121)을 가지며, 상기 차광층(121)의 모서리 부분에 반투과층(122)을 갖는다. 이런 구성요소들에 의해 헬프-톤 마스크(117)가 투과영역(A), 반투과 영역(B), 차광영역(C)의 3영역으로 구분된다.

투과영역(A)에는 광투과율이 100%이고, 차광영역(C)은 차광층(121)이 형성되어 있어 광투과율이 0%이며, 반투과 영역(B)은 반투과층(122)이 형성되어 있어 광투과율이 0% 이상 100%이하이다.

상기와 같은 헬프-톤 마스크(117)를 상기 제 1 컬러 레지스트(114a) 상부에 위치시키되, 상기 투과영역(A)은 제 1 컬러 레지스트(114a) 패턴이 남겨질 영역에 위치하도록 하고, 상기 차광영역(C)은 제 1 컬러 레지스트(114a) 패턴이 제거될 영역에 위치하도록 하고, 상기 반투과영역(B)은 제 1 컬러 레지스트(114a)과 블랙 매트릭스(113)가 오버랩되는 제 1 컬러 레지스트(114a) 에지 부분에 위치하도록 한다.

이 때, 노광시간 또는 반투과층(122)의 두께를 조절하여 반투과영역에서의 노광량을 제어할 수 있다.

다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 1 컬러 레지스트(114a)를 딥핑(dipping), 퍼들(puddle), 샤워 스프레이(shower spray)법 중 어느 하나로 현상하여 적색(R)으로 착색된 제 1 컬러필터층(115a)을 남겨두고 노광되지 않은 나머지 부분은 제거한다. 이후, 상기 제 1 컬러필터층(115a)을 약 230℃의 고온에서 경화시킨다.

구체적으로, 헬프-톤 마스크(117)의 투과영역에 상응하는 영역은 제 1 컬러 레지스트가 그대로 남아있고, 차광영역에 상응하는 영역은 제 1 컬러 레지스트가 완전 제거되고, 반투과 영역에 상응하는 영역은 제 1 컬러 레지스트가 일부 제거되어, 투과영역과 반투과영역에 상응하는 영역의 제 1 컬러 레지스트의 높이가 같아진다.

결국, 제 1 컬러필터층(115a)은 단차가 없는 평탄한 층이 된다. 따라서, 상기 컬러필터층의 평탄화를 위해 평탄화 특성이 뛰어난 오버코트층을 도포하는 후공정이 불필요하게 된다.

계속하여, 도 2d에 도시된 바와 같이, 적색의 제 1 컬러필터층(115a)을 포함한 전면에 녹색(Green)이 착색된 제 2 컬러 레지스트(114b)를 도포하고, 상기 제 2 컬러 레지스트(114b) 상부에 상기 헬프-톤 마스크(117)를 배치한 후, UV선을 조사하여 상기 제 2 컬러 레지스트(114b)를 회절 노광한다.

구체적으로, 헬프-톤 마스크(117)의 투과영역은 제 2 컬러 레지스트(114b) 패턴이 남겨질 영역에 위치하도록 하고, 차광영역은 제 2 컬러 레지스트(114b) 패턴이 제거될 영역에 위치하도록 하고, 반투과영역은 제 2 컬러 레지스트(114b)와 블랙 매트릭스(113)가 오버랩되는 제 2 컬러 레지스트(114b) 에지 부분에 위치하도록 하여, 이후 현상 공정에서 상기 투과영역 및 반투과영역의 제 2 컬러 레지스트(114b)의 높이가 같아지도록 한다.

노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 2 컬러 레지스트(114b)를 현상하여 도 2e에 도시된 바와 같이, 녹색(G)으로 착색된 제 2 컬러필터층(115b)을 형성한다.

이 때, 상기 제 2 컬러필터층(115b)은 블랙 매트릭스와 오버랩되는 부분에서 단차가 발생하지 않는 평탄한 층이 되고, 상기 블랙 매트릭스(113)를 사이에 두고 상기 제 1 컬러필터층(115a)과 인접한 화소에 형성된다.

이어서, 상기 녹색의 제 2 컬러필터층(115b)을 포함한 전면에 청색(Blue)이 착색된 제 3 컬러 레지스트(114c)를 도포하고, 상기 제 3 컬러 레지스트(114c) 상부에 헬프-톤 마스크(117)를 배치한 후, UV선을 조사하여 상기 제 2 컬러 레지스트(114b)를 회절 노광한다.

구체적으로, 헬프-톤 마스크(117)의 투과영역은 제 3 컬러 레지스트(114c) 패턴이 남겨질 영역에 위치하도록 하고, 차광영역은 제 3 컬러 레지스트(114c) 패턴이 제거될 영역에 위치하도록 하고, 반투과영역은 제 3 컬러 레지스트(114c)와 블랙 매트릭스(113)가 오버랩되는 제 3 컬러 레지스트(114c) 에지 부분에 위치하도록 하여, 이후 현상 공정에서 상기 투과영역 및 반투과영역의 제 3 컬러 레지스트(114c)의 높이가 같아지도록 한다.

노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 3 컬러 레지스트(114c)는 현상되어 도 2f에 도시된 바와 같이, 청색(B)으로 착색된 제 3 컬러필터층(115c)을 형성한다.

이 때, 상기 제 2 컬러필터층(115b)은 블랙 매트릭스와 오버랩되는 부분에서 단차가 발생하지 않는 평탄한 층이 되고, 상기 블랙 매트릭스(113)를 사이에 두고 상기 제 2 컬러필터층(115b)과 인접한 화소에 형성되어, R,G,B로 구성된 컬러필터층(115)이 완성된다.

이 때, 상기 컬러필터층(115)이 평탄하여 별도의 오버코트층을 형성하지 않아도 되므로 공정 단가를 저감할 수 있다.

마지막으로, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터층(115) 상에 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터링에 의해 증착한다. 상기 공통 전극(118)으로서의 ITO는 별도의 패턴 형성을 하지 않는다. 상기 공통 전극(118)은 TFT 어레이 기판에 형성된 화소 전극과 함께 액정 셀에 전압을 인가하는 액정분자를 동작시키는 역할을 한다.

이로써, 블랙 매트릭스(113), 컬러필터층(115), 공통전극(118)을 포함한 컬러필터 기판을 완성한다.

제 2 실시예

도 3a 내지 3g는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 컬러필터 기판의 제조 방법을 나타낸 공정단면도이다.

제 2 실시예에서는 투과영역, 반투과영역, 차광영역으로 이루어진 슬릿 마스크를 사용하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 세정된 절연기판(211) 상에 유기물질을 도포하고 사진식각(photolithograpy) 기술을 이용하여 패터닝하여 블랙 매트릭스(213)를 형성한다.

여기서, 상기 블래 매트릭스(213)는 단위 화소 가장자리와 박막트랜지스터가 형성되는 영역에 상응되도록 형성하여 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 차광한다.

상기 유기막 블랙 매트릭스(213)는 광밀도, 전기적 특성 등의 향상을 위해 다양한 형태로 형성할 수 있으며, 그 두께는 약 1㎛∼5㎛ 정도로 한다.

상기 블랙 매트릭스(213)를 형성한 후에는, 상기 블랙 매트릭스(213)를 포함한 전면에 스핀법과 롤 코트법으로 적색(Red)이 착색된 제 1 컬러 레지스트(214a)를 도포한다.

이 때, 상기와 같은 컬러 레지스트는 통상, 노광되지 않은 부분이 제거되는 네가티브 특성의 것을 사용하며, 색재현율 향상을 위해 안료(Pigment) 농도가 높은 물질을 사용함으로써 그 두께를 약 1㎛∼3㎛ 정도로 한다.

계속하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 컬러 레지스트(214a) 상부에 슬릿 마스크(217)를 위치시킨 후, UV선을 조사하여 상기 제 1 컬러 레지스트(214a)를 회절 노광한다.

이 때, 상기 슬릿 마스크(217)는, 투명기판(200) 상에 부분적으로 덮히는 포토 실드 금속층(221)과, 상기 포토 실드 금속층(221)의 모서리 부분에 소정의 간격으로 형성되는 슬릿(222)을 가지는데, 이런 구성요소들이 슬릿 마스크(217)를 투과영역(A), 반투과 영역(B), 차광영역(C)의 3영역으로 분할한다.

투과영역(A)에는 포토 실드 금속층(221)이 덮히지 않아 광투과율이 100%이고, 차광영역(C)은 포토 실드 금속층(221)이 형성되어 있어 광투과율이 0%이며, 반투과 영역(B)은 포토 실드 금속층(221) 사이에 복수개의 슬릿(222)이 형성되어 있어 광투과율이 0% 이상 100%이하이다.

상기와 같은 슬릿 마스크(217)를 상기 제 1 컬러 레지스트(214a) 상부에 위치시키되, 상기 투과영역(A)은 제 1 컬러 레지스트(214a) 패턴이 남겨질 영역에 위치하도록 하고, 상기 차광영역(C)은 제 1 컬러 레지스트(214a) 패턴이 제거될 영역에 위치하도록 하고, 상기 반투과영역(B)은 제 1 컬러 레지스트(214a)과 블랙 매트릭스(213)가 오버랩되는 제 1 컬러 레지스트(214a) 에지 부분에 위치하도록 한다.

이 때, 노광시간 또는 슬릿(222)의 밀도를 조절하여 반투과영역에서의 노광량을 제어할 수 있다.

다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 1 컬러 레지스트(214a)를 경화한 뒤, 현상하여 적색(R)으로 착색된 제 1 컬러필터층(215a)을 남겨두고 노광되지 않은 나머지 부분은 제거한다.

구체적으로, 슬릿 마스크(217)의 투과영역에 상응하는 영역은 제 1 컬러 레지스트가 그대로 남아있고, 차광영역에 상응하는 영역은 제 1 컬러 레지스트가 완전 제거되고, 반투과 영역에 상응하는 영역은 제 1 컬러 레지스트가 일부 제거되어, 투과영역과 반투과영역에 상응하는 영역의 제 1 컬러 레지스트의 높이가 같아지는 제 1 컬러필터층(215a)이 형성된다.

결국, 제 1 컬러필터층(215a)은 단차가 없는 평탄한 층이 된다. 따라서, 상기 컬러필터층의 평탄화를 위해 평탄화 특성이 뛰어난 오버코트층을 도포하는 후공정이 불필요하게 된다.

계속하여, 도 3d에 도시된 바와 같이, 적색의 제 1 컬러필터층(215a)을 포함한 전면에 녹색(Green)이 착색된 제 2 컬러 레지스트(214b)를 도포하고, 상기 제 1 컬러 레지스트(214a)를 노광 할 때 쓰던 동일한 슬릿 마스크(117)를 쉬프트(shift)시켜 상기 제 2 컬러 레지스트(214b) 상부에 배치한 후, UV선을 조사하여 상기 제 2 컬러 레지스트(214b)를 회절 노광한다.

구체적으로, 슬릿 마스크(217)의 투과영역은 제 2 컬러 레지스트(214b) 패턴이 남겨질 영역에 위치하도록 하고, 차광영역은 제 2 컬러 레지스트(214b) 패턴이 제거될 영역에 위치하도록 하고, 반투과영역은 제 2 컬러 레지스트(214b)와 블랙 매트릭스(213)가 오버랩되는 제 2 컬러 레지스트(214b) 에지 부분에 위치하도록 하여, 이후 현상 공정에서 상기 투과영역 및 반투과영역의 제 2 컬러 레지스트(214b)의 높이가 같아지도록 한다.

노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 2 컬러 레지스트(214b)를 현상하여 도 3e에 도시된 바와 같이, 녹색(G)으로 착색된 제 2 컬러필터층(215b)을 형성한다.

이 때, 상기 제 2 컬러필터층(215b)은 블랙 매트릭스와 오버랩되는 부분에서 단차가 발생하지 않는 평탄한 층이 되고, 상기 블랙 매트릭스(213)를 사이에 두고 상기 제 1 컬러필터층(215a)과 인접한 화소에 형성된다.

이어서, 상기 녹색의 제 2 컬러필터층(215b)을 포함한 전면에 청색(Blue)이 착색된 제 3 컬러 레지스트(214c)를 도포하고, 상기 제 1 ,제 2 컬러 레지스트(214a, 214b)를 노광할 때 쓰던 동일한 슬릿 마스크(217)를 쉬프트시켜 상기 제 3 컬러 레지스트(214c) 상부에 배치한 후, UV선을 조사하여 상기 제 2 컬러 레지스트(214b)를 회절 노광한다.

구체적으로, 슬릿 마스크(217)의 투과영역은 제 3 컬러 레지스트(214c) 패턴이 남겨질 영역에 위치하도록 하고, 차광영역은 제 3 컬러 레지스트(214c) 패턴이 제거될 영역에 위치하도록 하고, 반투과영역은 제 3 컬러 레지스트(214c)와 블랙 매트릭스(213)가 오버랩되는 제 3 컬러 레지스트(214c) 에지 부분에 위치하도록 하여, 이후 현상 공정에서 상기 투과영역 및 반투과영역의 제 3 컬러 레지스트(214c)의 높이가 같아지도록 한다.

노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 제 3 컬러 레지스트(214c)는 현상되어 도 3f에 도시된 바와 같이, 청색(B)으로 착색된 제 3 컬러필터층(215c)을 형성한다.

이 때, 상기 제 2 컬러필터층(215b)은 블랙 매트릭스와 오버랩되는 부분에서 단차가 발생하지 않는 평탄한 층이 되고, 상기 블랙 매트릭스(213)를 사이에 두고 상기 제 2 컬러필터층(215b)과 인접한 화소에 형성되어, R,G,B로 구성된 컬러필터층(215)이 완성된다.

이 때, 상기 컬러필터층(215)이 평탄하므로 별도의 오버코트층을 형성하지 않아도 되므로 공정 단가를 저감할 수 있다.

마지막으로, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터층(215) 상에 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터링에 의해 증착한다. 상기 공통 전극(218)으로서의 ITO는 별도의 패턴 형성을 하지 않는다. 상기 공통 전극(218)은 TFT 어레이 기판에 형성된 화소 전극과 함께 액정 셀을 동작시키는 역할을 한다.

이로써, 블랙 매트릭스(213), 컬러필터층(215), 공통전극(218)을 포함한 컬러필터 기판을 완성한다.

이하, 본 발명이 적용된 액정표시소자에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 의한 액정표시소자의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 단면도이다.

그리고, 도 6은 본 발명에 의한 COT 구조 액정표시소자의 단면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 TOC 구조 액정표시소자의 단면도이며, 도 8은 본 발명에 의한 TOC 구조의 다른 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도이다.

상기와 같이, 블랙 매트릭스(213), 컬러필터층(215), 공통전극(218)이 형성된 컬러필터 기판(250)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 수직교차하는 게이트 배선(도시하지 않음)과 데이터 배선(264)에 의해 정의된 각 화소 영역에 박막트랜지스터(도시하지 않음)와 화소전극(267)이 형성된 박막 어레이 기판(260)에 대향 합착되고, 상기 두 기판 사이에 액정(270)이 봉입되어, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시한다.

이 때, 컬러필터 기판(250)의 컬러필터층(215)이 평탄하므로 별도의 오버코트층은 불필요하다.

미설명 부호인 "263", "266"은 각각 게이트 절연막 및 보호막이다.

한편, 횡전계방식 액정표시소자는 단위 화소 내에 공통전극과 화소전극이 평행하도록 교번 형성되어 상기 공통전극(318)과 화소전극(367) 사이에 발생하는 횡전계에 의해 액정(370)의 배열을 제어하는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(313), 컬러필터층(315), 오버코트층(316)이 형성된 컬러필터 기판(350)은 수직교차하는 게이트 배선(도시하지 않음) 및 데이터 배선(364)에 의해 정의된 각 화소 영역에 박막트랜지스터(도시하지 않음), 화소전극(367) 및 공통전극(318)이 형성된 박막 어레이 기판(360)에 대향합착되고, 상기 두 기판 사이에 액정(370)이 봉입된다.

이 때, 컬러필터 기판(350)에 형성되는 오버코트층(316)은 컬러필터층의 평탄화를 위한 것보다는 컬러필터층(315)과 액정(370)이 직접적으로 접촉하는 것을 방지하여 컬러필터층 및 액정을 보호하기 위함이다. 다만, 컬러필터층(315)이 평탄하여 평탄도가 낮은 재료도 오버코트층으로 사용 가능하므로 오버코트층의 재료 선택폭이 넓어진다.

미설명 부호인 "363", "366"은 각각 게이트 절연막 및 보호막이다.

그리고, 컬러필터층과 박막트랜지스터가 동일한 기판에 형성되는 COT(Color filter On Transistor), TOC(Transistor On Color filter) 구조에도 본 발명의 적용이 가능하다.

박막트랜지스터와 컬러필터층을 동일한 기판에 형성하는 구조에서는, 게이트 배선 및 데이터 배선이 인접하는 단위 화소 사이의 경계를 구분하는 블랙 매트릭스의 역할을 대신하므로 별도의 블랙 매트릭스를 형성하지 않아도 된다.

이 경우, 컬러필터층이 서로 오버랩되는데, 컬러필터층간의 오버랩영역의 단차를 개선하기 위하여 컬러필터층 형성 시, 헬프-톤 마스크 또는 슬릿 마스크를 이용하여 컬러필터층 에지부분에 노광량을 적게하여 컬러필터층 에지부분의 프로파일을 얇게 형성한다.

즉, 기판 전면에 제 1 컬러 레지스트를 도포하고 패터닝하여 제 1 컬러필터층을 형성하고, 상기 제 1 컬러필터층을 포함한 전면에 제 2 컬러 레지스트를 도포한다.

이 때, 상기 제 1 컬러필터층과 제 2 컬러 레지스트가 오버랩되는 부분에서 단차가 발생하므로 헬프-톤 마스크 또는 슬릿 마스크의 반투과 영역을 상기 제 1 컬러필터층과 제 2 컬러 레지스트가 오버랩되는 부분에 배치하여 노광, 현상함으로써 단차없는 제 2 컬러필터층을 형성한다.

구체적으로, 상기 COT 구조는 컬러필터층 위에 박막트랜지스터, 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하므로 하부 컬러필터층의 평탄화 정도가 매우 중요한데, 하부 컬러필터층이 서로 이격되어 있거나 컬러필터층이 오버랩되어 두께가 불균일해지면 상부에 형성되는 박막트랜지스터, 게이트 배선 및 데이터 배선의 스텝 커버리지(Step coverage)에 영향을 주거나 배선이 단선되거나 또는 얼룩이 생기는 등의 불량을 유발 할 수 있으므로 이를 평탄화하기 위해 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 유기 오버코트층을 형성하는 단계를 추가한다.

그러나, 본 발명을 적용한 COT 구조의 액정표시소자는 컬러필터층(415) 형성시 헬프-톤 마스크 또는 슬릿 마스크를 이용하여 컬러필터층이 서로 오버랩되는 부분의 프로파일을 얇게 형성하여 컬러필터층을 평탄하게 형성한다. 따라서, 유기 오버코트층을 형성하지 않아도 된다. 만일, 유기 오버코트층(416)을 형성하더라도 재료 선택폭이 넓어지므로 공정이 용이해진다.

상기 COT 구조의 액정표시소자는, 도 6에 도시된 바와 같이, R,G,B의 컬러필터층(460)과, 상기 컬러필터층(460)을 포함한 전면에 형성되는 오버코트층(416)과, 상기 오버코트층(416) 상에서 수직 교차 형성되어 단위 화소를 정의하는 게이트 배선(도시하지 않음) 및 데이터 배선(464)과, 상기 단위 화소에 형성되는 박막트랜지스터(도시하지 않음) 및 화소전극(467)이 구비된 박막 어레이 기판(460)을 포함한다.

상기 COT 구조의 박막 어레이 기판(460)에는 도시하지 않았으나, 공통전극이 형성된 대향기판이 합착되고, 상기 박막 어레이 기판과 대향기판 사이에 액정이 봉입된다.

미설명 부호인 "463", "466"은 각각 게이트 절연막 및 보호막이다.

한편, 상기 TOC 구조의 액정표시소자는, 도 7에 도시된 바와 같이, 수직 교차 형성되어 단위 화소를 정의하는 게이트 배선(도시하지 않음) 및 데이터 배선(564)과, 상기 단위 화소에 형성되는 박막트랜지스터(도시하지 않음)와, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 형성된 보호막(566)과, 상기 보호막(566) 상에 형성된 R,G,B의 컬러필터층(560)과, 상기 컬러필터층(560)을 포함한 전면에 형성되는 오버코트층(516)과, 상기 오버코트층(516) 상의 각 단위 화소에 형성된 화소전극(567)이 구비된 박막 어레이 기판(560)을 포함한다.

상기 TOC 구조의 박막 어레이 기판(560)에는 도시하지 않았으나, 공통전극이 형성된 대향기판이 합착되고, 상기 박막 어레이 기판과 대향기판 사이에 액정이 봉입된다.

미설명 부호인 "563"은 상기 게이트 배선과 데이터 배선을 절연시키는 게이트 절연막이다.

한편, 상기 TOC 구조의 액정표시소자에 있어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 인접하는 단위 화소의 경계부분에 블랙 매트릭스(513)를 더 형성할 수 도 있다.

이 때, 상기 블랙 매트릭스(513)를 유기물질로 형성하는 경우, 그 두께가 두꺼워져 컬러필터층(514)과 블랙 매트릭스(513)가 오버랩되는 부분에서 컬러필터층의 단차가 발생하는데, 이를 방지하기 위해, 헬프-톤 마스크 또는 슬릿 마스크를 이용하여 컬러필터층 에지 부분의 프로파일을 얇게 형성하여 컬러필터층(514)을 평탄화한다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

컬러필터층의 에지 부분의 노광량을 상대적으로 적게 또는 크게 함으로써 컬러필터층의 에지 부분의 프로파일을 얇게 형성하여 블랙 매트릭스와 컬러필터층이 오버랩되는 부분에서의 단차를 감소시킬 수 있다.

따라서, 오버코트층(Overcoat Layer)으로 사용되는 유기 평탄화막을 평탄화 성능이 낮은 재료로 사용가능하게 되므로 오버코트층의 재료 선택폭이 넓어지고 용이해진다.

또한, 컬러필터층이 평탄하여 오버코트층을 형성하지 않아도 되므로 공정 단가이 저감되고 공정이 간소해진다.

도 1a 내지 1g는 종래 기술에 의한 컬러필터 기판의 제조 방법을 나타낸 공정단면도.

도 2a 내지 2g는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 컬러필터 기판의 제조 방법을 나타낸 공정단면도.

도 3a 내지 3g는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 컬러필터 기판의 제조 방법을 나타낸 공정단면도.

도 4는 본 발명에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 COT 구조의 액정표시소자의 단면도.

도 7은 본 발명에 의한 TOC 구조의 액정표시소자의 단면도.

도 8은 본 발명에 의한 TOC 구조의 다른 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명

111 : 절연 기판 113 : 블랙 매트릭스

114a,114b,114c : 컬러 레지스트 115a,115b,115c : 컬러필터층

117 : 마스크 118 : 공통전극

120 : 투명기판 121 : 차광층

122 : 반투과층

Claims

투과영역, 반투과영역, 차광영역을 구비한 마스크를 준비하는 단계;

기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;

상기 블랙 매트릭스를 포함한 전면에 컬러 레지스트를 도포하는 단계;

상기 컬러 레지스트 상부에 상기 마스크의 반투과영역이 상기 블랙 매트릭스의 모서리 부분에 대응되도록 상기 마스크를 정렬시키는 단계;

상기 마스크를 이용하여 상기 컬러 레지스트를 노광하는 단계;

노광된 컬러 레지스트를 현상하여 단차없는 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 컬러 레지스트는 R,G,B(Red, Green, Blue)의 안료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 마스크는 헬프-톤 마스크(Half-tone Mask) 또는 슬릿 마스크(Slit Mask)를 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 유기물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 1㎛∼5㎛의 두께를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 공통전극을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 컬러 레지스트는 1㎛∼3㎛의 두께를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 컬러 레지스트는 네가티브 특성을 가지는 것을 사용함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 8 항에 있어서, 상기 마스크의 투과영역이 컬러필터층 패턴을 남길 영역에 위치되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 컬러 레지스트는 포지티브 특성을 가지는 것을 사용함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 10 항에 있어서, 상기 마스크의 차광영역이 컬러필터층 패턴을 남길 영역에 위치되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판에 대향하는 대향기판을 합착하고, 상기 기판 및 대향기판 사이에 액정을 봉입하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
기판 전면에 제 1 컬러 레지스트를 도포하고 패터닝하여 제 1 컬러필터층을 형성하는 단계;

상기 제 1 컬러필터층을 포함한 전면에 제 2 컬러 레지스트를 도포하는 단계;

상기 제 2 컬러 레지스트 상부에 투과영역, 반투과영역, 차광영역으로 이루어진 마스크를 배치하는 단계;

상기 제 1 컬러필터층과 제 2 컬러 레지스트가 오버랩되는 부분에 상기 마스크의 반투과 영역을 위치시켜 상기 제 2 컬러 레지스트를 노광하는 단계;

노광된 제 2 컬러 레지스트를 현상하여 단차없는 제 2 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 ,제 2 컬러 레지스트는 R,G,B(Red, Green, Blue)의 안료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 13 항에 있어서, 상기 마스크는 헬프-톤 마스크(Half-tone Mask) 또는 슬릿 마스크(Slit Mask)를 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 ,제 2 컬러 레지스트는 네가티브 특성 또는 포지티브 특성을 가지는 것을 사용함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.