KR20060112067A - 액정표시소자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 블랙 매트릭스의 역테이퍼를 방지하기 위해서 정면 노광 공정 및 배면 노광공정을 동시에 적용하고자 하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 기판 상에 BM 수지를 도포하는 단계와, 상기 BM수지 상부에 제 1 마스크를 배치하여 정면 노광하는 단계와, 상기 기판 배면에 제 2 마스크를 배치하여 배면 노광하는 단계와, 상기 BM 수지를 현상하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
블랙 매트릭스, BM 수지, 배면노광

Description

액정표시소자의 제조방법{Method For Fabricating Liquid Crystal Display Device}
도 1은 종래 기술에 의한 블랙 매트릭스의 노광 공정을 도시한 공정단면도.
도 2는 종래 기술에 의한 블랙 매트릭스를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 블랙 매트릭스의 노광 공정을 도시한 공정단면도.
도 4는 본 발명에 의한 블랙 매트릭스를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 의한 블랙 매트릭스 과정을 설명하기 위한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
111 : 기판 113 : 블랙 매트릭스
113a : BM 수지
117a, 117b : 제 1 ,제 2 마스크
본 발명은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display Device)의 제조방법에 관한 것으로 특히, 블랙 매트릭스의 역테이퍼 구조에 의한 빛샘을 방지하고자 하는 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) 어레이 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 TFT 어레이 기판은 수직교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 각 화소에 TFT(Thin Film Transistor)와 화소전극이 구비되는데, 각 화소 가장자리에서의 빛샘과 TFT 영역에서의 빛샘을 방지하기 위해 컬러필터 어레이 기판에 블랙 매트릭스를 더 형성한다.
상기 컬러필터 어레이 기판에는 블랙 매트릭스 이외에, 일정한 순서로 배열 되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터층과, 액정 셀에 전압을 인가하기 위한 공통 전극이 더 구비되어 있다.
이 때, 상기 블랙 매트릭스는 빛을 차광하는 물질로 형성하는데, 광밀도(optical density) 3.5이상의 크롬산화물(CrOx) 또는 크롬(Cr) 등의 금속을 스퍼터링 방법으로 증착하고 사진식각(photolithograpy) 기술로 패터닝하여 형성하거나 또는, 카본(carbon) 계통의 BM수지를 도포하고 노광하여 패터닝하여 블랙 매트릭스를 형성한다.
그러나, BM수지을 직접 노광하고 현상하여 패터닝하는 경우, 블랙 매트릭스가 역테이퍼를 가지게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 블랙 매트릭스의 노광 공정을 도시한 공정단면도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 블랙 매트릭스를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 세정을 실시하고 그 위에 BM수지(13a)를 균일한 두께로 도포하고, 상기 기판(11) 상부의 BM 수지(13a) 상에 개구부를 포함하는 마스크(17)를 배치한 뒤 UV를 조사하여 노광한다.
이 때, BM 수지는 1∼2㎛의 두께로 형성하며, 여기에 광밀도나 전기적 특성의 보완을 위해서 칼라 안료를 혼합한 경우에는 5㎛까지 두텁게 형성할 수 있다.
상기에서와 같이, BM수지를 노광한 후에는 현상액으로 현상하여 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 BM수지를 제거함으로써 블랙 매트릭스(13)를 형성한다. 여기서, 상기 블랙 매트릭스(13)는 단위 화소 가장자리와 박막트랜지스터가 형성되 는 영역에 상응되도록 형성하여 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 차광한다.
이와같이, BM 수지를 이용한 블랙 매트릭스는 노광된 부분이 현상액과 반응하지 않는 물질로 변형되는 원리를 이용한 것이다. 그러나, BM수지의 두께로 인하여 BM수지의 두께에 따라 노광 정도가 상이해지는데, 이것에 의해 블랙 매트릭스가, 도 2에 도시된 바와 같이, 역테이퍼를 가지게 된다.
즉, UV를 조사하는 노광공정에 있어서 BM수지의 UV투과도 낮아 BM 저부 측으로 갈수록 완전경화가 되지 않아, UV가 많이 조사된 BM수지 표면에 비해서, UV가 상대적으로 적게 조사된 BM수지 저부가 많이 제거되어 역테이퍼를 가지게 되는 것이다.
상기와 같은 종래의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, BM수지를 노광 및 현상하여 블랙 매트릭스를 형성하는 경우, 전술한 바와 같이, 블랙 매트릭스가 역테이퍼를 가지게 되는 문제가 있었다.
블랙 매트릭스의 역테이퍼 구조는 빛샘의 원인이 되어 화상품질이 크게 떨어지게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 2개의 마스크를 사용하여 BM수지를 정면 노광 및 배면 노광하여 블랙 매트릭스의 역테이퍼 구조를 제거함으로써 빛샘현상을 방지하고자 하는 액정표시소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법은 기판 상에 BM 수지를 도포하는 단계와, 상기 BM수지 상부에 제 1 마스크를 배치하여 정면 노광하는 단계와, 상기 기판 배면에 제 2 마스크를 배치하여 배면 노광하는 단계와, 상기 BM 수지를 현상하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
최근, 친환경 정책에 의해 BM수지와 같은 유기막으로 블랙 매트릭스를 형성하는데, 상기 BM 수지는 UV 투과도 낮고 그 두께도 두꺼워 역테이퍼 구조를 가지는 문제가 있었던바, 상기에서와 같이 배면노광을 추가 수행하여 블랙 매트릭스의 역테이퍼를 완전 제거하는 것을 특징으로 한다.
즉, 기판 상부에 제 1 마스크를 배치하여 정면 노광을 수행하고, 기판 배면에 제 2 마스크를 배치하여 배면 노광을 수행하는 것이다. 따라서, BM 수지 저부가 배면 노광에 의해 완전 경화되어 역테이퍼 구조가 방지된다.
이 때, 상기 정면 노광 및 배면 노광은 동시에 수행하거나 또는 서로 다른 단계에서 수행하고, 상기 제 1 ,제 2 마스크는 동일한 패턴의 개구부를 가지는 것을 사용하며, 상기 제 1 ,제 2 마스크 배치시 마스크의 개구부가 서로 대응되도록 배치한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 블랙 매트릭스의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 블랙 매트릭스의 노광 공정을 도시한 공정단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 블랙 매트릭스를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 세정된 기판(111) 상에 유기물질인 BM 수지 를 일정한 두께로 도포하고 그 위에 정면 노광을 위한 제 1 마스크(117a)를 배치하고, 기판 배면에 배면 노광을 위한 제 2 마스크(117b)를 배치한다.
이 때, 상기 BM 수지로는, 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.
그리고, 상기 제 1 ,제 2 마스크(117a,117b)는 동일한 패턴의 개구부를 가지는 것을 사용하고, 상기 제 1 ,제 2 마스크 배치시 마스크의 개구부가 서로 대응되도록 배치함은 전술한 바와 같다.
상기와 같이, 마스크를 배치한 후에는 제 1 마스크(117a)에 대해 UV를 조사하여 정면 노광을 실시하고 제 2 마스크(117b)에 대해 UV를 조사하여 배면 노광을 실시한다. 이 때, 정면 노광 및 배면 노광을 동시에 수행하지 않고 이시에 수행할 수도 있는데, 제 1 마스크를 배치하고 정면 노광을 실시한 이후, 기판 배면에 제 2 마스크를 배치하여 배면 노광을 실시한다.
따라서, 기판에 접촉되어 있는 BM 수지(113a) 저부에도 배면노광을 통한 UV조사가 이루어져 완전경화가 된다.
다만, 배면 노광이 가능하도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 모기판(mother glass,111)의 측면과 정면의 소정부위에 고정 척(200)을 설치하여 진공흡입법으로 흡착시켜 완전고정시킨다. 이때, 모기판(111)은 패널의 크기에 따라 수개의 액정패널 크기(150)로 분할되는데, 상기 고정척(200)이 액정패널 내부에 닿지 않도록 한다.
이후, 노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 상기 BM 수지(113a)를 딥핑(dipping), 퍼들(puddle), 샤워 스프레이(shower spray)법 중 어느 하나로 현상하여 노광된 부분을 제외한 나머지 부분을 제거하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(113)를 형성한다. 상기 블랙 매트릭스(113)는 단위 화소 가장자리와 박막트랜지스터가 형성되는 영역에 상응되도록 형성하여 전계가 불안한 영역을 차광한다.
이때, BM수지 저부가 완전경화되어 현상되지 않으므로 역테이퍼 구조가 완전 방지된다.
이와같이, 정면 노광 및 배면 노광을 통해 일정한 테이퍼를 가지는 블랙 매트릭스를 형성한 후에는, 도시하지 않았으나, 상기 블랙 매트릭스를 포함한 전면에 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)이 착색된 컬러 레지스트(color resist)를 도포하고 사진 식각공정으로 패터닝하여 컬러필터층을 형성한다.
상기 컬러필터층은 통상적으로 R, G, B순서로 형성한다.
마지막으로, 상기 컬러필터층의 보호와 평탄화를 위하여 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 아크릴(Acryl)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 사용하여 스핀 코팅 방법으로 평탄화막을 도포하여 투명한 오버코트층(overcoat layer)을 형성하거나 또는 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터링에 의해 증착하여 화소 전극과 함께 액정층을 구동하는 공통전극을 형성한다.
이로써, 블랙 매트릭스, 컬러필터층, 오버코트층 또는 공통전극을 포함한 컬러필터 어레이 기판이 완성된다. 다만, 하나의 기판에 컬러필터층 및 TFT를 동시에 형성하는 COT(Color filter On Transistor), TOC(Transistor On Color filter) 구조의 액정표시소자인 경우, 블랙 매트릭스를 형성한 기판 상에 TFT도 형성할 수 있을 것이다.
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.
BM수지를 사용하여 블랙 매트릭스를 형성하는 경우에 있어서, 기판 정면에서 노광하는 이외에 기판 배면에서도 노광공정을 수행함으로써 블랙 매트릭스의 역테이퍼 구조를 개선할 수 있다.
따라서, 블랙 매트릭스 역테이퍼 구조에 의한 빛샘 현상을 방지할 수 있어 액정표시소자의 화상품질이 향상된다.

Claims (8)

  1. 기판 상에 BM 수지를 도포하는 단계와,
    상기 BM수지 상부에 제 1 마스크를 배치하여 정면 노광하는 단계와,
    상기 기판 배면에 제 2 마스크를 배치하여 배면 노광하는 단계와,
    상기 BM 수지를 현상하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정면 노광하는 단계와 배면 노광하는 단계는 동시에 또는 이시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크 및 제 2 마스크는 동일한 마스크인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크의 개구부와 제 2 마스크의 개구부가 서로 대응하도록 제 1 ,제 2 마스크를 배치하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 상부에 컬러필터층을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정면 노광 및 배면 노광하는 단계에서, 상기 기판을 척으로 고정하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 BM 수지는 유기물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 1㎛∼5㎛의 두께를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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