KR20050067261A - 액정표시장치용 기판 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 공정수를 감소시켜 고가의 마스크 비용을 저감하고, 그에 따른 불량을 감소하고, 생산량을 증가하고, 제조비용을 감소할 수 있는 액정표시장치용 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 기판 상에 형성된 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 상에 투명한 감광성 유기막을 도포하는 단계와; 상기 투명한 감광성 유기막 전체를 노광하는 제 1 노광 단계와; 제 1 노광 단계가 진행된 상기 투명한 감광성 유기막에 대해 투과 영역과 차단 영역으로 이루어진 마스크를 사용하여 노광하는 제 2 노광 단계와; 제 2 노광 단계가 진행된 상기 투명한 감광성 유기막을 현상하여, 상기 컬러필터층 상에 오버코트층을 형성하고, 상기 투과 영역에 대응되는 위치에 상기 오버코트층에서 분기한 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 노광 단계는 상기 제 2 노광 단계보다 적은 노광량으로 상기 투명한 광감성 유기막을 노광하는 액정표시장치용 기판 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 오버코트층과 컬럼 스페이서를 하나의 마스크 공정을 통해 동시에 형성할 수 있게 되어, 공정수 감소, 그에 따른 재료비 절감, 장비 투자 비용 감소, 마스크 비용을 감소할 수 있는 효과가 있다.

Description

액정표시장치용 기판 제조방법{Manufacturing of liquid crystal display device substrate}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 컬럼 스페이서(column spacer)가 형성된 액정표시장치용 기판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 복굴절 특성을 이용하여 화상을 표현하는 것으로, 전계가 인가되면 액정의 배열이 달라지고 달라진 액정의 배열 방향에 따라 빛이 투과되는 특성 또한 달라진다.일반적으로, 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 컬러 액정표시장치(11)는 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue)의 컬러필터층(8)과 컬러필터층(8) 사이에 구성된 블랙매트릭스(6 ; black matrix) 및 컬러필터층(8)의 상부에 증착된 공통전극(18)이 형성된 컬러필터기판(color filter substrate)인 상부기판(5)과, 화소영역(P)이 정의되고 화소영역(P)에는 화소전극(17)과 스위칭소자(T)가 구성되며, 화소영역(P)의 주변으로 어레이배선이 형성된 어레이기판(array substrate)인 하부기판(22)을 포함하며, 상부기판(5)과 하부기판(22) 사이에는 액정(14)이 충진되어 있다.
하부기판(22)에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 다수의 박막트랜지스터(TFT)를 교차하여 지나가는 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 형성된다. 여기서, 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 교차하여 화소영역(P)이 정의되고, 화소영역(P) 상에는 전술한 바와 같이 투명한 화소전극(17)이 형성된다.
화소전극(17)은 ITO(indium-tin-oxide)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속물질을 사용한다. 화소전극(17)과 병렬로 연결된 스토리지 캐패시터(CST)가 게이트 배선(13)의 상부에 구성되며, 스토리지 캐패시터(CST)의 제 1 전극으로 게이트 배선(13)의 일부를 사용하고, 제 2 전극으로 소스 및 드레인 전극과 동일층 동일물질로 형성된 아일랜드 형상의 소스/드레인 금속층(30)을 사용한다.
여기서, 소스/드레인 금속층(30)은 화소전극(17)과 접촉되어 화소전극의 신호를 받도록 구성된다.
전술한 바와 같은 액정표시장치는 액정 셀 갭을 유지하기 위해 컬럼 스페이서(column spacer)가 형성된다.
도 2는 컬럼 스페이서를 갖는 종래의 액정표시장치용 기판을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 액정표시장치용 기판에는, 기판(210) 상에 레드, 그린, 블루 서브 화소와 각각 대응되는 제 1, 2, 3 개구부(225a, 225b, 225c)를 가지는 블랙 매트릭스(220)와, 개구부(225) 각각에 레드, 그린, 블루 컬러필터층(230a, 230b, 230c)과, 컬러필터층(230) 상에 오버코트층(240 ; over-coat layer)과, 오버코트층(240) 상에 컬럼 스페이서(250)가 형성되어 있다.
레드, 그린, 블루 컬러필터층(230a, 230b, 230c)은 각각 레드, 그린, 블루의 색을 표시하게 되고, 컬러필터층(230) 상에 형성된 오버코트층(240)은 액정표시장치용 기판을 평탄화하게 된다. 컬럼 스페이서(250)는 컬러필터층(230)이 형성된 기판과 대향기판 사이의 액정 셀 갭(cell gap)을 유지하게 된다.
전술한 바와 같은 종래의 액정표시장치용 기판은 다수의 마스크 공정을 통해 형성된다.
이하, 도면을 참조하여 종래의 액정표시장치용 기판을 형성하는 방법에 대해 설명한다.
도 3a 내지 3g는 종래의 액정표시장치용 기판을 형성하는 방법을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(210) 상에 광차단성 물질을 도포하고, 노광, 현상, 즉 마스크 공정으로 패터닝(patterning)하여 상에 제 1, 2, 3 개구부(225a, 225b, 225c)를 갖는 블랙매트릭스(220)를 형성하고, 열경화 공정을 진행하게 된다. 제 1, 2, 3 개구부(225a, 225b, 225c)는 레드, 그린, 블루, 화이트 서브 화소 각각에 대응되도록 형성하며, 블랙 매트릭스(220)는 게이트 및 데이터 배선 등과 같은 액정표시장치 내의 금속 패턴에 대응되도록 형성된다.
다음으로, 도 3b에 도시한 바와 같이, 레드 색의 컬러 수지(229)를 도포한다. 레드 색의 컬러 수지(229)는 감광성 물질로 이루어진다.
다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, 레드 색의 컬러 수지에 대해 마스크 공정을 통해 패터닝하여, 제 1 개구부(225a)에 레드 컬러필터층(230a)을 형성하고, 열경화 공정을 진행하게 된다.
다음으로, 도 3d에 도시한 바와 같이, 그린 색의 컬러 수지를 도포하고 마스크 공정을 통해 패터닝하여, 제 2 개구부(225b)에 그린 컬러필터층(230b)을 형성한다. 그린 컬러필터층(230b)은 레드 컬러필터층(230a)을 형성하는 공정과 동일한 공정으로 진행된다.
다음으로, 3e에 도시한 바와 같이, 블루 색의 컬러 수지를 도포하고 마스크 공정을 통해 패터닝하여, 제 3 개구부(225c)에 블루 컬러필터층(230c)을 형성한다. 블루 컬러필터층(230c) 또한 레드, 그린 컬러필터층(230a, 230b)을 형성하는 공정과 동일한 공정으로 진행된다.
다음으로, 3f에 도시한 바와 같이, 투명한 유기 물질을 기판 전면에 도포하고, 마스크 공정으로 패터닝하여 오버코트층(240)을 컬러필터층(230) 상에 형성하고, 열경화 공정을 진행한다. 기판을 합착하기 위한 실런트(sealant)는 기판의 가장자리를 따라 위치하게 되므로, 실런트 내부에 오버코트층을 형성하기 위해 마스크 공정이 진행된다.
다음으로, 3g에 도시한 바와 같이, 오버코트층(240) 상에 감광성 유기 물질을 도포하고 마스크 공정을 통해 패터닝하여 컬럼 스페이서(250)를 형성하고, 열경화 공정을 진행하게 된다.
전술한 바와 같은 공정을 통해, 종래의 액정표시장치용 기판을 형성하게 된다. 그런데, 종래의 액정표시장치용 기판은 블랙매트릭스, 레드, 그린, 블루 컬러필터층, 오버코트층, 컬럼 스페이서를 형성하기 위해, 개별적인 도포공정, 마스크 공정(노광 및 현상 공정), 열경화 공정이 진행됨으로써 공정수가 증가하게 된다. 특히, 공정수 증가에 따라 고가의 마스크를 사용하여야 하고, 불량 증가, 생산량 감소, 제조비용 증가 등의 문제가 발생하게 된다.
전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공정수를 감소시켜 고가의 마스크 비용을 저감하고, 그에 따른 불량을 감소하고, 생산량을 증가하고, 제조비용을 감소할 수 있는 액정표시장치용 기판 제조방법을 제공함에 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기판 상에 형성된 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 상에 투명한 감광성 유기막을 도포하는 단계와; 상기 투명한 감광성 유기막 전체를 노광하는 제 1 노광 단계와; 제 1 노광 단계가 진행된 상기 투명한 감광성 유기막에 대해 투과 영역과 차단 영역으로 이루어진 마스크를 사용하여 노광하는 제 2 노광 단계와; 제 2 노광 단계가 진행된 상기 투명한 감광성 유기막을 현상하여, 상기 컬러필터층 상에 오버코트층을 형성하고, 상기 투과 영역에 대응되는 위치에 상기 오버코트층에서 분기한 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 노광 단계는 상기 제 2 노광 단계보다 적은 노광량으로 상기 투명한 광감성 유기막을 노광하는 액정표시장치용 기판 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 컬러필터층으로 채워지는 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 그리고, 상기 오버코트층과 상기 컬럼 스페이서는 투명한 아크릴 수지 계열의 감광성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 투명한 감광성 유기막은 빛을 받지 않은 부분이 현상되는 네거티브 타입일 수 있다. 또한, 상기 투명한 감광성 유기막은 아크릴 수지 계열의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 컬러필터층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 컬러 수지 각각을 도포하는 단계와; 상기 도포된 컬러 수지를 노광하는 단계와; 노광된 상기 컬러 수지를 현상하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 컬러필터층을 형성하는 단계는 레드, 그린, 블루 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 컬럼 스페이서와 오버코트층을 동시에 형성하게 된다. 따라서, 컬럼 스페이서와 오버코트층을 형성하기 위한 마스크 공정수를 감소시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 기판을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 기판에는, 기판(310) 상에 개구부(325)를 가지는 블랙 매트릭스(320)와, 개구부(325) 각각에 대응되는 레드, 그린, 블루 컬러필터층(330a, 330b, 330c)과, 컬러필터층(330) 상에 일체로 구성된 오버코트층(340)과 컬럼 스페이서(350)가 형성되어 있다.
블랙 매트릭스(320)는 광차단성 물질로 이루어지는데, 게이트 및 데이터 배선, 박막트랜지스터 등과 같은 금속 패턴에 대응하여 형성된다. 액정표시장치에 형성된 금속 패턴에 대응되는 액정층은 원하는 바에 따라 구동되지 않게 되어 빛샘을 발생시키게 되므로 그와 같은 빛샘을 방지하기 위해 광차단성 물질로 이루어진 블랙 매트릭스(320)가 금속 패턴에 대응되어 형성된다.
블랙 매트릭스(320)에는 레드, 그린, 블루, 화이트 서브 화소 각각에 대응하는 제 1, 2, 3 개구부(325a, 325b, 325c)가 형성되어 있다.
레드, 그린, 블루 컬러필터층(330a, 330b, 330c) 각각은 레드, 그린, 블루 색을 표시하기 위한 감광성 물질로 이루어지고, 레드, 그린, 블루 서브 화소 각각에 대응하여 형성되는데, 레드, 그린, 블루 서브 화소 각각에 대응되는 제 1, 2, 3 개구부(325a, 325b, 325c) 각각에 형성된다.
오버코트층(340)과 컬럼 스페이서(350)는 동시에 형성되어 일체로 구성되는데, 오버코트층(340)은 컬러필터층(330)이 형성된 액정표시장치용 기판을 평탄화하기 위한 평탄화막으로서 기능하게 되고, 컬럼 스페이서(350)는 컬러필터층(330)이 형성된 기판과 대향기판 사이의 액정 셀 갭을 균일하게 유지하는 기능을 하게 된다.
오버코트층(340)과 컬럼 스페이서(350)는 동일한 공정에서 동일한 물질로 이루어져 일체로 구성되는데, 투명한 유기 물질, 예를 들면 아크릴 수지 계열의 감광성 물질로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 기판을 형성하는 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 5i는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 기판을 형성하는 방법을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(310) 상에 광차단성 물질을 도포하고, 노광 및 현상 공정, 즉 마스크 공정으로 패터닝(patterning)하여 상에 제 1, 2, 3 개구부(325a, 325b, 325c)를 갖는 블랙매트릭스(320)를 형성하고, 열경화 공정을 진행한다. 제 1, 2, 3 개구부(325a, 325b, 325c)는 레드, 그린, 블루 서브 화소 각각에 대응되도록 형성하며, 블랙 매트릭스(320)는 게이트 및 데이터 배선 등과 같은 액정표시장치 내의 금속 패턴에 대응되도록 형성된다.
다음으로, 도 5b에 도시한 바와 같이, 레드 색의 컬러 수지(329)를 도포한다. 레드 색의 컬러 수지(329)는 감광성 물질로 이루어진다.
다음으로, 도 5c에 도시한 바와 같이, 레드 색의 컬러 수지를 마스크 공정을 통해 패터닝하여, 제 1 개구부(325a)에 레드 컬러필터층(330a)을 형성하고, 열경화 공정을 진행한다. 마스크 공정은 노광 공정과, 현상 공정으로 진행된다.
마스크 공정에 대해 노광된 부분이 현상되는 파지티브 타입(positive type)의 레드 색의 컬러 수지를 사용한 것을 예로 들면, 제 1 개구부(325a)에 도포된 레드 색의 컬러 수지에 대해서는 빛을 차단하여 노광하지 않고, 그 이외의 부분에 대해서는 노광하게 된다. 즉, 제 1 개구부(325a)에 대응하여 빛을 차단하는 차단 영역을 갖고, 제 1 개구부(325a) 이외의 부분에 대해서는 투과 영역을 갖는 마스크를 사용하여 노광 공정을 진행하게 된다. 그와 같이 노광 공정을 진행한 후, 현상 공정을 진행하게 되면, 제 1 개구부(325a)에는 레드 컬러필터층(330a)이 형성된다. 네거티브 타입(negative type)의 레드 컬러 수지를 사용하는 경우에는 제 1 개구부(325a)에 형성된 레드 컬러 수지에 대해서 노광하게 된다.
다음으로, 도 5d에 도시한 바와 같이, 그린 색의 컬러 수지를 도포하고 마스크 공정을 통해 패터닝하여, 제 2 개구부(325b)에 그린 컬러필터층(330b)을 형성한다. 그린 컬러필터층(330b)은 레드 컬러필터층(330a)을 형성하는 공정과 동일한 공정으로 진행된다.
다음으로, 5e에 도시한 바와 같이, 블루 색의 컬러 수지를 도포하고 마스크 공정을 통해 패터닝하여, 제 3 개구부(325c)에 블루 컬러필터층(330c)을 형성한다. 블루 컬러필터층(330c) 또한 레드, 그린 컬러필터층(330a, 330b)을 형성하는 공정과 동일한 공정으로 진행된다.
다음으로, 5f에 도시한 바와 같이, 오버코트층(도 4의 340 참조)과 컬럼 스페이서(도 4의 350 참조)를 동시에 형성하기 위해 투명한 감광성 물질(339), 예를 들면 아크릴 수지 계열의 물질을 도포한다. 여기서, 투명한 감광성 물질은 오버코트층의 특성, 즉 빛에 대한 투과율이 95 % 이상이고, 평탄도가 60 % 이상이 되는 물질을 사용하게 된다. 그리고, 투명한 감광성 물질(339)은 빛을 받지 않은 부분이 현상되는 네거티브 타입의 감광성 물질을 사용한다.
다음으로, 도 5g에 도시한 바와 같이, 투명한 감광성 물질(339)에 대해 제 1 노광 공정을 진행한다. 제 1 노광 공정은 마스크를 사용하지 않고, 투명한 감광성 물질(339)에 대해 전면 노광을 진행하게 되는데, 노광량은 예를 들면 일반 노광량 대비 대략 20 % 정도가 된다. 그리고, 투명한 감광성 물질(339)은 전체적으로 노광 균일도가 대략 5 % 이내로 균일하게 노광되도록 노광 공정을 진행하게 된다.
다음으로, 도 5h에 도시한 바와 같이, 제 1 노광 공정이 진행된 투명한 감광성 물질(339)에 대해 제 2 노광 공정을 진행하게 된다. 제 2 노광 공정은 패턴이 형성된 마스크(390)를 사용하게 된다. 마스크(390)는 빛이 통과하는 투과 영역(A)과 빛이 차단되는 차단 영역(B)으로 이루어지는데, 투과 영역(A)은 컬럼 스페이서가 형성될 부분에 대응하도록 마스크를 위치시킨다. 제 2 노광 공정은 일반 노광 공정시의 노광량으로 진행된다. 한편, 제 2 노광 공정이 진행되면, 컬럼 스페이서가 형성될 부분은 이중으로 노광된다.
다음으로, 도 5i에 도시한 바와 같이, 제 1, 2 노광 공정이 진행된 투명한 감광성 물질(도 6h의 339 참조)에 대해 현상 공정을 진행하여, 일체로 구성된 컬럼 스페이서(350)와 오버코트층(340)을 동시에 형성하게 된다. 한편, 현상 공정이 진행된 컬럼 스페이서(350)와 오버코트층(340)에 대해 열경화 공정을 진행한다.
전술한 바와 같은 공정을 진행하게 되면, 오버코트층과 컬럼 스페이서는 동일한 마스크 공정을 통해 동시에 형성된다. 한편, 컬럼 스페이서는 두 번의 노광 공정을 통해 형성됨으로써 경사면이 기판면과 수직하게 형성된다.
한편, 전술한 바와 같이 형성된 액정표시장치용 기판과 대향기판을 액정층을 사이에 두고 합착하여 액정표시장치를 제조할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, 오버코트층과 컬럼 스페이서를 하나의 마스크 공정을 통해 동시에 형성할 수 있게 된다. 따라서, 공정수를 감소할 수 있고, 그에 따라 재료비 절감, 장비 투자 비용 감소, 마스크 비용을 감소할 수 있게 되며, 컬럼 스페이서는 이중 노광 공정을 통해 경사면이 수직한 정도로 형성되어 액정 셀 갭을 유지하기 위한 특성이 향상된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은, 오버코트층과 컬럼 스페이서를 하나의 마스크 공정을 통해 동시에 형성할 수 있게 되어, 공정수 감소, 그에 따른 재료비 절감, 장비 투자 비용 감소, 마스크 비용을 감소할 수 있는 효과가 있고, 컬럼 스페이서는 이중 노광 공정을 통해 경사면이 기판면과 수직하게 형성되어 액정 셀 갭을 유지하기 위한 특성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 컬럼 스페이서를 갖는 종래의 액정표시장치용 기판을 도시한 단면도.
도 3a 내지 3g는 종래의 액정표시장치용 기판을 형성하는 방법을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 기판을 도시한 단면도.
도 5a 내지 5i는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 기판을 형성하는 방법을 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
310 : 기판 320 : 블랙매트릭스
325 : 개구부 325a,325b,325c : 제 1, 2, 3 개구부
330 : 컬러필터층 330a,330b,330c : 레드, 그린, 블루 컬러필터층
340 : 오버코트층 350 : 컬럼 스페이서

Claims (7)

  1. 기판 상에 형성된 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층 상에 투명한 감광성 유기막을 도포하는 단계와;
    상기 투명한 감광성 유기막 전체를 노광하는 제 1 노광 단계와;
    제 1 노광 단계가 진행된 상기 투명한 감광성 유기막에 대해 투과 영역과 차단 영역으로 이루어진 마스크를 사용하여 노광하는 제 2 노광 단계와;
    제 2 노광 단계가 진행된 상기 투명한 감광성 유기막을 현상하여, 상기 컬러필터층 상에 오버코트층을 형성하고, 상기 투과 영역에 대응되는 위치에 상기 오버코트층에서 분기한 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 노광 단계는 상기 제 2 노광 단계보다 적은 노광량으로 상기 투명한 광감성 유기막을 노광하는,
    액정표시장치용 기판 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층으로 채워지는 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 기판 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버코트층과 상기 컬럼 스페이서는 투명한 아크릴 수지 계열의 감광성 물질로 이루어진 액정표시장치용 기판 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명한 감광성 유기막은 빛을 받지 않은 부분이 현상되는 네거티브 타입인 액정표시장치용 기판 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명한 감광성 유기막은 아크릴 수지 계열의 물질로 이루어진 액정표시장치용 기판 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 컬러 수지 각각을 도포하는 단계와;
    상기 도포된 컬러 수지를 노광하는 단계와;
    노광된 상기 컬러 수지를 현상하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 기판 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 형성하는 단계는 레드, 그린, 블루 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 기판 제조방법.
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