KR20080079141A

KR20080079141A - 이중 컬럼스페이서구조의 액정표시소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080079141A
Application number: KR1020070019261A
Authority: KR
Inventors: 양상돈
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-08-29

Abstract

본 발명은 상부기판과 하부기판 사이에 갭스페이서와 눌림스페이서를 형성하여 터치불량과 눌림불량을 방지할 수 있기 위한 것으로, 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 제1기판 전체에 걸쳐 형성된 보호층과, 상기 보호층 상에 보호층의 일부가 식각되어 형성된 복수의 돌기와, 제2기판에 형성되어 제1기판의 돌기와 접촉하는 복수의 제1컬럼스페이서와 상기 제1기판과 일정 간격 떨어진 제2컬럼스페이서로 구성된다.

컬럼스페이서, 눌림불량, 터치불량, 돌기, 액정

Description

이중 컬럼스페이서구조의 액정표시소자 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING DUAL COLUMN SPACERS AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}

도 1은 종래 액정표시소자의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 횡전계모드 액정표시소자의 평면도.

도 4a는 도 3의 I-I선 단면도.

도 4b는 도 3의 II-II선 단면도.

도 5a∼도 5h는 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

103,105 : 기판 108,109 : 컬럼스페이서

118 : 돌기 151 : 게이트전극

152 : 반도체층 153 : 소스전극

154 : 드레인전극 161 : 보호층

169 : 컨택홀

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 보호막을 식각하여 액정표시소자의 위치에 따라 갭스페이서(gap spacer)와 눌림스페이서(pressure spacer)를 형성하여 액정패널의 셀갭을 유지함과 동시에 터치(touch)불량과 눌림불량을 방지할 수 있는 이중컬럼스페이서 구조의 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.

도 1은 일반적인 액정패널(liquid crystal display panel)의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다. 도면에 도시한 바와 같이, 액정패널(1)는 제1기판(3)과 제2기판(5) 및 상기 제1기판(3)과 제2기판(5) 사이에 형성된 액정층(7)으로 구성되어 있다. 제1기판(3)은 구동소자 어레이(Array)기판으로써, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1기판(3)에는 복수의 화소(pixel)가 형성되어 있으며, 각각의 화소에는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)와 같은 구동소자(driving device)가 형성되고, 제2기판(5)은 컬러필터(Color Filter)기판으로써, 실제 칼라를 구현하기 위한 칼라필터층이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1기판(3) 및 제2기판(5)에는 각각 화소전극 및 공통전극(common electrode)이 형성되어 있으며 액정층(7)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막(alignment layer)이 도포되어 있다.

상기 제1기판(3) 및 제2기판(5)은 기판의 외곽에 형성된 실런트(sealant;9)에 의해 합착되며, 이들(제1기판 및 제2기판) 사이에 형성된 스페이서(spacer;8)에 의해 일정한 셀갭(cell gap)을 유지한다. 그리고, 상기 기판들(3,5) 사이에 형성된 액정층(7)이 상기 제1기판(3)에 형성된 구동소자에 의해 액정분자를 구동하여 액정층을 투과하는 광량을 제어함으로써 정보를 표시하게 된다.

상기와 같이 구성된 액정패널은 제1기판(3)에 구동소자를 형성하는 구동소자 어레이기판공정에 의해서 형성되고, 상기 제2기판(5)은 칼라필터를 형성하는 칼라필터기판공정에 의해서 형성된다. 이후에, 스페이서 및 실런트형성공정을 통해 액정표소자가 완성된다.

구동소자 어레이기판공정은 제1기판(3)상에 배열되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인(Gate Line) 및 데이터라인(Data Line)을 형성하고 상기 화소영역 각각에 상기 게이트라인과 데이터라인에 접속되는 구동소자인 박막트랜지스터(thin film transistor)를 형성한 후, 박막트랜지스터에 접속되어 박막트랜지스터를 통해 신호가 인가됨에 따라 액정층을 구동하는 화소전극을 형성함으로써 이루어진다.

또한, 칼라필터기판공정은 제2기판(5)에 블랙매트릭스를 형성한 후, 그 상부에 칼라필터(2)를 형성한 다음, 공통전극(4)을 형성함으로써 이루어진다.

상기 스페이서로는 주로 컬럼스페이서(column spacer)를 사용한다. 종전에는 주로 볼스페이서(ball spacer)를 사용했지만, 볼스페이서의 경우 산포(scattering) 시 서로 뭉치는 등 불균일하게 산포되어 액정패널의 셀갭을 일정하게 유지하기 어렵다는 문제가 있을 뿐만 아니라 산포에 의해 액정패널의 표시영역에 볼스페이서가 불규칙적으로 분포하여 개구율(aperature ratio)을 저하시키는 문제가 있었다.

그래서, 근래에는 주로 컬럼스페이서를 사용하는데, 그 이유는 컬럼스페이서는 액정패널 전체에 걸쳐 동일한 밀도로 원하는 위치에 형성할 수 있기 때문이다. 이와 같이, 원하는 위치에 컬럼스페이서를 형성함에 따라 액정표시소자의 셀갭을 일정하게 유지하고 개구율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

그러나, 이러한 컬럼스페이서는 다음과 같은 문제가 발생한다.

첫째, 액정표시소자에 터치(touch)불량이 발생한다. 즉, 액정표시소자의 표면을 쓸어 내리는 경우 쓸어 내린 부위의 휘도가 불균일하게 되어 얼룩이 발생하게 되는 것이다.

둘째, 눌림불량이 발생한다. 즉, 액정표시소자의 표면을 일정한 힘으로 누르는 경우 컬러필터기판이나 박막트랜지스터기판이 변형되어 해당 부위에 얼룩이 발생하게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 상부기판과 하부기판 사이에 갭스페이서와 눌림스페이서를 형성하여 터치불량과 눌림불량을 방지할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 갭스페이서를 형성하는 돌기를 보호막을 식각하여 형성함으로써 제조공정을 단순화시킬 수 있는 액정표시소자 및 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 제1기판 전체에 걸쳐 형성된 보호층과, 상기 보호층 상에 보호층의 일부가 식각되어 형성된 복수의 돌기와, 제2기판에 형성되어 제1기판의 돌기와 접촉하는 복수의 제1컬럼스페이서와 상기 제1기판과 일정 간격 떨어진 제2컬럼스페이서로 구성된다.

상기 보호층 및 돌기는 유기물질로 형성되며, 상기 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서도 유기물질로 형성된다. 이때, 돌기와 제1컬럼스페이서는 제1기판과 제2기판의 간격을 유지하는 캡컬럼스페이서이고 제2컬럼스페이서는 제1기판 및 제2기판에 압력이 인가될 때 변형을 방지하는 눌림스페이서이다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 제1기판 및 제2기판을 제공하는 단계와, 상기 제1기판에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 제1기판 전체에 걸쳐 보호층을 형성하는 단계와, 상기 보호층을 식각하여 복수의 돌기를 형성하는 단계와, 제2기판에 복수의 제1컬럼스페이서와 제2컬럼스페이서를 형성하는 단계와, 상기 제1기판 및 제2기판을 합착하여 돌기와 제1컬럼스페이서를 접촉시키는 단계로 구성된다.

상기 돌기는 BCB나 포토아크릴로 이루어지는 것으로, 그 형성방법은 제1기판 상부에 보호층 및 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층 위에 회절마스크 또는 하프톤마스크를 정렬시킨 후 광을 조사하여 포토레지스트층을 현상하여 제1포토레지스트패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1포토레지스트패턴을 이 용하여 보호층을 식각하여 보호층에 형성하여 컨택홀을 형성하는 단계와, 상기 제1포토레지스트패턴을 에이싱하여 제2포토레지스트패턴을 형성하는 단계와, 상기 제2포토레지스트패턴을 이용하여 보호층을 식각하여 돌기를 형성하는 단계에 로 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

액정표시소자에 터치불량이 발생하는 이유는 컬럼스페이서와 기판의 접촉에 기인한다. 즉, 컬럼스페이서가 기판과 접촉하므로 컬럼스페이서와 기판 사이에는 마찰력이 발생하며, 이 마찰력에 의해 기판이 터치되었을 때 액정이 원상태로 되돌아오지 못하게 되어 해당 부위에 얼룩이 발생하는 것이다. 이러한 터치불량을 방지하는 가장 좋은 방법은 기판과 접촉하는 컬럼스페이서를 최소화하는 것이다.

한편, 눌림불량은 기판에 압력이 인가되었을 때 컬러필터기판 및 박막트랜지스터기판에 변형이 발생하여 발생하는 것으로, 이러한 눌림불량을 방지하는 가장 좋은 방법은 컬럼스페이서를 최대화하여 기판에 압력이 인가되었을 때 기판의 변형을 방지하는 것이다.

상기와 같이, 터치불량과 눌림불량은 서로 반대의 경우에 발생한다. 즉, 컬럼스페이서의 밀도가 증가하면 컬럼스페이서아 기판의 접촉면적이 증가하기 때문에 터치불량이 많이 발생하는 대신, 기판에 인가되는 압력에 대항하는 힘이 커지기 때문에 눌림불량은 감소하게 된다. 반대로, 컬럼스페이서의 밀도가 감소하면 컬럼스페이서와 기판의 접촉면적이 감소하여 터치불량은 감소하는 대신, 기판에 대한 압 력에 의해 기판의 변형이 용이하게 되어 눌림불량은 증가하게 된다.

이와 같이, 터치불량과 눌림불량은 동시에 나빠지거나 개선되는 것이 아니라 한쪽이 개선되면 다른 쪽이 나빠지게 되는 서로 상반되는 관계를 갖는다. 따라서, 단순히 컬럼스페이서의 갯수, 즉 밀도를 조절하는 것으로는 두가지 특성을 만족시킬 수 없게 된다.

본 발명에서는 이러한 두가지 특성, 즉 터치불량과 눌림불량을 최소화하기 위해 새로운 방식의 컬럼스페이서를 제공하는데, 이러한 새로운 컬럼스페이서가 도 2에 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터와 같은 구동소자 어레이가 형성된 제1기판(103)과 컬러필터가 형성된 제2기판(105)은 실런트(106)에 의해 합착되고 그 사이에는 액정층(107)이 형성된다. 상기 제2기판(105)에는 제1컬럼스페이서(108)와 제2컬럼스페이서(109)가 형성되어 있다. 이때, 상기 제1컬럼스페이서(108)와 제2컬럼스페이서(109)는 제1기판(103)과는 일정한 간격을 유지하고 있다. 또한, 상기 제1기판(103)에는 돌기(118)가 형성되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1컬럼스페이서(108)는 돌기(118)와 접촉하지만 제2컬럼스페이서(109)는 제1기판(103)과 일정한 간격 떨어져 있다. 상기 제1컬럼스페이서(108)는 하부기판(105)에 형성된 돌기(118)와 접촉하여 제1기판(103) 및 제2기판(105) 사이의 셀갭을 일정하게 유지한다. 이러한 의미에서 상기 제1컬럼스페이서(108)와 돌기(118)는 셀갭을 유지하는 갭스페이서라고 칭할 수 있을 것이다.

상기 제2컬럼스페이서(109)는 제1기판(103)과 일정 간격 떨어져 있기 때문 에, 제1기판(103)과는 접촉하지 않는다. 그러나, 기판(103,105)에 압력이 인가되었을 때 상기 제2컬럼스페이서(109)가 상기 제1기판(103) 및 제2기판(105)과 접촉하여 상기 제1기판(103) 및 제2기판(105)이 변형되는 것을 방지한다. 이러한 의미에서 상기 제2컬럼스페이서(109)는 눌림스페이서라고 칭할 수 있을 것이다.

한편, 제1컬럼스페이서(108)와 제2컬럼스페이서(109)는 제2기판(105)에 동일한 공정에 의해 동일한 물질로 형성되며, 돌기(118)는 제1기판(103)에 다른 공정에 의해 형성된다. 즉, 제1컬럼스페이서(108)와 제2컬럼스페이서(109)는 실질적으로 동일한 구조이다. 그러나, 이러한 컬럼스페이서(108,109)를 제1컬럼스페이서(108)와 제2컬럼스페이서(109)라고 구분하여 칭하는 것은 단지 설명의 편의를 위한 것으로서, 이들을 컬럼스페이서라고 정의할 수도 있을 것이다.

본 발명에서는 돌기(118)와 접촉하는 제1컬럼스페이서(108)만이 액정패널(101)의 셀갭을 유지하는 갭스페이서의 역할을 한다. 그런데, 상기 돌기(118)는 제1 및 제2컬럼스페이서(108,109)의 총합 보다 작게 형성되므로, 본 발명에서는 액정패널의 셀갭을 유지하기 위한 갭스페이서가 종래의 컬럼스페이서(즉, 캡스페이서) 보다 작게 된다. 따라서, 본 발명에서는 종래에 비해 제1기판(103)과 접촉하는 컬럼스페이서의 개수가 감소되어, 컬럼스페이서와 기판의 접촉면적이 감소하게 된다.

더욱이, 본 발명에서는 상기 돌기(118) 단부의 면적이 제1컬럼스페이서(108)의 단부 면적 보다 작기 때문에, 컬럼스페이서가 제1기판(103)과 직접 접촉하던 종래에 비해 컬럼스페이서와 기판의 접촉면적이 더욱 작아지게 된다. 따라서, 종래 컬럼스페이서가 형성된 액정패널에 비해, 본 발명에 따른 액정패널에서는 터치불량을 개선할 수 있게 된다.

그러나, 본 발명에서는 기판(103,105)에 압력이 인가되었을 때에는 제2컬럼스페이서(109)가 제1기판(103)과 접촉하여 눌림스페이서(109)로서 작용하므로 상기 압력에 의해 기판(103,105)이 눌리는 것을 방지하게 되어 눌림불량을 개선할 수 있게 된다.

상기와 같이, 본 발명에서는 제1기판(103) 및 제2기판(105)에 압력이 인가되지 않은 경우에는 종래 액정패널의 컬럼스페이서보다 작은 수의 제1컬럼스페이서(108)만이 돌기(118)와 접촉하여 셀갭을 유지하므로 터치불량을 개선할 수 있게 되고 압력이 인가되는 경우에는 제1컬럼갭스페이서(108)가 돌기(118)와 접촉하고 제2컬럼스페이서(109)가 눌림스페이서로서 기판과 접촉하므로 (즉, 모든 컬럼스페이서(108,109)가 기판과 접촉하므로) 눌림불량을 개선할 수 있게 되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 컬럼스페이서(108,109)가 실제 액정패널에 적용된 것을 나타내는 평면도이다. 이때, 도면에는 횡전계모드 액정표시소자를 한예로서 도시하였지만, 본 발명이 횡전계모드에만 적용되는 것이 아니라 TN모드나 VA모드 액정표시소자에도 적용될 수 있을 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자는 복수의 게이트라인(130)과 데이터라인(135)에 의해 정의되는 복수의 화소를 포함하며, 각각의 화소내에는 박막트랜지스터(150)가 배치되어 있다.

상기 박막트랜지스터(150)는 상기 게이트라인(130)에 연결되어 주사신호가 인가되는 게이트전극(151)과, 상기 게이트전극(151) 위에 형성되어 주사신호가 게이트전극에 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(152)과, 상기 반도체층(152)위에 형성되어 데이터라인(135)을 통해 입력된 화상신호를 화소에 전달하는 소스전극(153) 및 드레인전극(154)으로 구성된다.

상기 화소내에는 공통전극(162) 및 화소전극(164)이 서로 실질적으로 평행하게 배치되어 횡전계를 형성한다. 이때, 상기 공통전극(162)은 화소내에 배치된 공통라인(137)과 연결되고 화소전극(164)은 화소전극라인(138)에 연결되어 신호가 인가되며, 상기 공통라인(137)과 화소전극라인(138)은 중첩되어 축적용량을 형성한다.

상기 게이트라인(130) 상에는 컬럼스페이서(108,109)가 형성되어 있다. 도면에서는 상기 컬럼스페이서(108,109)가 각각의 화소의 게이트라인(130)에 형성되어 있지만, 하나의 화소에 두개의 컬럼스페이서(108,109)가 형성될 수도 있고 2개 또는 그 이상의 화소에 하나의 컬럼스페이서(108,109)만이 형성될 수도 있다.

또한, 돌기(118)도 상기 게이트라인(130) 상에 형성되어 컬럼스페이서(108)와 접촉하여 액정표시소자의 셀갭을 유지한다. 이때, 도면에서는 상기 돌기(118)가 2개의 화소마다 하나씩 배치되는 구조로 형성되어 있지만, 하나의 화소에 하나씩 배치될 수도 있고 3개 또는 그 이상의 화소에 하나만 배치될 수 있을 것이다.

상기 돌기(118)와 접촉하는 컬럼스페이서, 즉 제1컬럼스페이서(108)는 돌기(118)와 함께 액정표시소자의 셀갭을 유지하는 갭스페이서의 역할을 하며, 돌기(118)와 접촉하지 않는 컬럼스페이서, 즉 제2컬럼스페이서(109)는 그 차제가 눌 림스페이서의 역할을 하게 된다.

이와 같은 갭스페이서와 눌림스페이서의 관점에서 보면, 상기 갭스페이서와 눌림스페이서는 각각의 화소에 교대로 형성되는 것이다. 물론, 이러한 갭스페이서와 눌림스페이서의 분포는 특정되는 것은 아니지만, 기판(103,105) 전체에 걸쳐서 분포되어 액정표시소자의 셀갭을 유지함과 동시에 터치불량과 눌림불량을 효과적으로 개선할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도면에서는 상기 컬럼스페이서(108,109) 및 돌기(118)가 게이트라인(130) 상에 배치되지만, 데이터라인(135) 상에 배치될 수도 있고 게이트라인(130)과 데이터라인(135)의 교차영역에 배치될 수도 있을 것이다.

이러한 본 발명에 따른 액정표시소자를 도 4a 및 도 4b를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 이때, 도 4a는 도 3의 I-I'선 단면도로서 화소의 구조를 나타내는 도면이고 도 4b는 도 3의 II-II'선 단면도로서 박막트랜지스터 및 컬럼스페이서의 구조를 나타낸다. 또한, 상기 제1기판(103)은 박막트랜지스터가 형성된 구동소자 어레이기판이고 제2기판(105)은 컬러필터가 형성된 컬러필터기판이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 박막트랜지스터는 제1기판(103)에 형성된 게이트전극(151)과, 상기 게이트전극(151) 위에 형성된 게이트절연층(160)과, 상기 게이트절연층(160) 위에 형성된 반도체층(153)과, 상기 반도체층(153) 위에 형성된 소스전극(154) 및 드레인전극(155)과, 상기 박막트랜지스터 위에 형성된 보호층(161)으로 이루어진다.

또한, 제1기판(103) 위에는 박막트랜지스터의 게이트전극(151)에 주사신호를 인가하는 게이트라인(130)이 형성되어 있고 상기 게이트절연층(160)에는 박막트랜지스터에 신호를 인가하는 데이터라인(135)이 형성되어 있다.

화소내의 보호층(161) 위에는 공통전극(162) 및 화소전극(164)이 실질적으로 평행하게 배치되어 있다. 상기 공통전극(162) 및 화소전극(164)은 ITO(Indium Tin Oixde) 및 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질로서 형성되어, 그 사이에 제1기판(103)의 표면과 실질적으로 평행한 횡전계를 형성한다. 이때, 상기 화소전극(164)은 보호층(161)에 형성된 컨택홀(169)을 통해 박막트랜지스터의 드레인전극(154)과 전기적으로 접속되어 데이터라인(135)을 통해 입력되는 화상신호를 상기 화소전극(164)에 인가한다.

또한, 상기 공통전극(162)은 제1기판(103)이나 게이트절연층(160) 위에 형성되고 화소전극(164)은 보호층(161)에 형성할 수도 있으며, 공통전극(162) 및 화소전극(164)을 모두 제1기판(103)이나 게이트절연층(160) 위에 형성할 수도 있을 것이다.

한편, 보호층(161)에는 돌기(118)이 형성되어 있다. 상기 돌기(118)는 보호층(161)과 동일한 물질로 이루어진 것으로, 상기 보호층(161)의 식각함으로써 형성된다.

제2기판(105)에는 실제 화상을 구현하기 위한 컬러필터층(174)과 화상비표시영역으로 광이 투과하는 것을 차단하는 블랙매트릭스(172)가 형성된다. 또한, 상기 제2기판(105)에는 제1컬럼스페이서(108)와 제2컬럼스페이서(109)가 형성된다. 상기 제1컬럼스페이서(108)와 제2컬럼스페이서(109)는 주로 유기물질로 이루어지는데, 동일한 공정에 의해 형성될 수도 있지만, 별개의 공정에 의해 형성될 수도 있을 것이다.

상기 제1컬럼스페이서(108)는 제1기판(103)에 형성된 돌기(118)와 접촉하며 제2컬럼스페이서(109)는 돌기(118)와 접촉하지 않는다. 즉, 제1컬럼스페이서(108)는 돌기(118)와 함께 액정표시소자의 셀갭을 유지하는 갭스페이서의 역할을 하고 제2컬럼스페이서(109)는 제1기판(103)과 일정 간격을 두고 형성되어 액정표시소자의 화면에 압력이 인가되었을 때 눌리는 것을 방지하기 위한 눌림스페이서의 역할을 한다.

서로 접촉하는 제1컬럼스페이서(108)와 돌기(118)의 접촉 단면적은 동일할 수도 있지만, 도 4b에 도시된 바와 같이 돌기(118)의 접촉 단면적을 제1컬럼스페이서(108)의 면적보다 작게 하여, 즉 서로 접촉하는 면적을 최소화하여 화면을 눌렀을 때의 마찰력을 최소화하는 것이 바람직하다. 이때, 제1컬럼스페이서(108)의 접촉 단면적을 돌기(118)의 접촉 단면적 보다 1.5∼2.5배로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명이 상기한 구조의 횡전계모드 액정표시소자에만 한정되는 것은 아니라 TN(Twisted Nematic)모드 액정표시소자나 VA(Vertical Alignment)모드 액정표시소자에도 적용할 수 있을 것이다.

이하, 도 5a∼도 5h를 참조하여 상기한 구조의 액정표시소자 제조방법을 상세히 설명한다.

우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 물질로 이루어진 제1 기판(103)에 박막트랜지스터 및 게이트라인(130)을 형성한다. 상기 박막트랜지스터는 제1기판(103) 위에 형성된 게이트전극(151)과, 상기 게이트전극(151) 및 게이트라인(130) 위에 형성된 게이트절연층(160)과, 상기 게이트절연층(160) 위에 형성된 반도체층(152)과, 상기 반도체층(152) 위에 형성된 소스전극(153) 및 드레인전극(154)으로 이루어진다.

상기 게이트전극(151)과 게이트라인(130)은 동일한 공정에 의해 형성되는 것으로, Al이나 Al합금 등과 같은 금속을 증착(evaporation)이나 스퍼터링(sputtering)에 의해 제1기판(103)에 적층한 후 마스크를 이용한 포토공정(photolithography process)에 의해 패터닝함에 따라 형성할 수 있다. 또한, 게이트절연층(160)은 CVD방법(Chemical Vapor Deposistion process)에 의해 SiOx나 SiNx 등을 적층함으로써 형성한다.

반도체층(152)은 비정질실리콘이나 결정질실리콘으로 이루어지는 것으로, 비정질반도체층을 형성하는 경우에는 CVD방법에 의해 비정실실리콘을 적층한 후 패터닝하여 형성하여 결정질반도체층을 형성하는 경우에는 비정질실리콘층을 형성한 후 이를 결정화하거나 결정질실리콘을 적층함으로써 형성한다.

소스전극(153) 및 드레인전극(154)은 Cr, Mo, Al, Al합금 등과 같은 금속을 증착이나 스퍼터링에 의해 적층한 후 마스크를 이용한 포토공정에 의해 패터닝함으로써 형성한다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 소스전극(153) 및 드레인전극(154)을 형성할 때 데이터라인도 형성한다.

이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제1기판(103) 전체에 걸쳐 BCB(Benzo Cyclo-Butene)나 포토아크릴(photo acryl)과 같은 유기물질을 적층하여 보호층(161)을 형성한 후, 그 위에 포토레지스트를 적층하여 포토레지스트층(182)을 형성한다. 이상태에서 상기 포토레지스트층(182) 위에 포토마스크(photo mask;184))를 정렬시킨 후 자외선과 같은 광을 마스크(184)를 통해 포토레지스트층(184))에 조사한다. 이때, 상기 포토마스크(184)는 하프톤마스크(half-tone mask) 또는 회절마스크(diffraction mask)로서, 광투과영역(a)과 반투과영역(b) 및 차단영역(c)으로 이루어진다. 따라서, 광이 포포토레지스트층(182)에 조사될 때 상기 마스크(184)에 의해 포토레지스트층(182)에 조사되는 광의 세기가 달라지게 된다.

그후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 광이 조사된 포토레지스트층(182)을 현상하여 제1포토레지스트패턴(182a)을 형성한다. 이때, 상기 마스크(184)의 투과영역(a)을 통해 광이 조사된 포토레지스트층(182)은 포토레지스트가 완전히 제거되어 보호층(161)이 외부로 노출되고 반투과영역(b)를 통해 광이 조사되는 영역에서는 포토레지스트의 일부만이 제거되며, 차단영역(c)을 통해 광이 조사되는 영역에서는 포토레지스트층은 제거되지 않게 된다. 즉, 마스크(184)에 의해 포토레지스트층(182)에 조사되는 광의 세기에 따라 제1포토레지스트패턴(182a)의 두께가 달라지는 것이다.

이때, 상기 포토레지스트는 양성 포토레지스트이지만 음성 포토레지스트를 사용할 수 있다. 음성포토레지스트를 사용하는 경우 차단영역이 투광영역으로 되고 투과영역이 차단영역으로 되어, 광이 조사되지 않은 영역의 포토레지스트층이 완전 히 제거되고 광이 조사된 영역은 제거되지 않을 것이다. 또한, 이 경우에도 반투과영역을 통해 광이 조사된 포토레지시트층은 그 일부만이 제거될 것이다.

그후, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 제1포토레지스트패턴(182a)으로 상기 보호층(161)을 블로킹한 상태에서 상기 보호층(161)을 식각하면, 포토마스크(182)의 투과영역(a)에 대응하는 영역, 즉 외부로 노출된 영역의 보호층(161)만이 식각되어 상기 보호층(161)에 컨택홀(169)이 형성된다. 이때, 보호층(161)의 식각은 식각가스를 이용한 건식식각방법에 의해 이루어진다.

그리고, 상기 제1포토레지스트패턴(182a)을 에이싱(ashing)하면, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 보호층(161) 위에는 제2포토레지스트패턴(182b)만이 남게 되고 그 이외의 다른 영역은 외부로 노출된다.

상기 제2포토레지시트패턴(182b)에 의해 보호층(161)을 블로킹한 상태에서 상기 보호층(161)의 일부를 식각하면, 상기 보호층(161)이 형성된 영역의 포토레지스트는 제거되지 않고 외부로 노출된 영역만이 제거된다.

이후, 도 5f에 도시된 바와 같이, 상기 제2포토레지스트패턴(182b)을 제거하면, 상기 보호층(161) 위에 돌기(118)가 형성된다. 이어서, 상기 보호층(161) 위에 ITO나 IZO와 같은 투명한 도전물질을 적층한 후 패터닝하여 화소전극(164)을 형성한다. 이때, 상기 화소전극(164)은 보호층(161)에 형성된 컨택홀(169)을 통해 박막트랜지스터의 드레인전극(154)과 전기적으로 연결되어 화상신호가 박막트랜지스터를 통해 상기 화소전극(164)에 인가된다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 보호층(161) 상에 상기 화소전극(164)과 함께 공통전극이 형성되며, 공통전극에 공 통전압을 인가하기 위한 또 다른 컨택홀이 보호층(161)에 형성된다.

한편, 상기 화소전극(164) 및 공통전극은 Al이나 Al합금, Cr, Mo 등과 같은 불투명한 금속으로 형성될 수도 있을 것이다. 또한, 상기 화소전극(164)은 소스전극(153)과 동일한 공정에 의해 게이트절연층(160) 위에 형성될 수도 있고 게이트전극(151)과 동일한 공정에 의해 제1기판(103)에 형성될 수도 있을 것이다. 이와 마찬가지로 공통전극 역시 소스전극(153)과 동일한 공정에 의해 게이트절연층(160) 위에 형성될 수도 있고 게이트전극(151)과 동일한 공정에 의해 제1기판(103)에 형성될 수도 있을 것이다.

한편, 도 5g에 도시된 바와 같이, 제2기판(105)위에는 블랙매트리스(108)와 컬러필터층(도면표시하지 않음)이 형성된다. 상기 블랙매트릭스(108)는 Cr이나 Cr합금 등의 금속층이나 이들의 복수 층으로 형성할 수도 있고 블랙수지와 같은 유기물질로 형성할 수도 있을 것이다.

또한, 상기 블랙매트릭스(172)의 상부 또는 컬러필터층의 상부에는 제1컬럼스페이서(108) 및 제2컬럼스페이서(109)가 형성된다. 상기 제1컬럼스페이서(108) 및 제2컬럼스페이서(109)는 유기물질을 적층한 후 식각함으로써 형성되는데, 동일한 공정에 의해 형성할 수도 있고 각각 다른 공정에 의해 형성할 수도 있을 것이다.

도 5h에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터와 각종 패턴 및 돌기(118)가 형성된 제1기판(103) 및 블랙매트릭스(172)와 컬럼스페이서(108,109)가 형성된 제2기판(105)을 합착하여 액정표시소자를 형성한다. 이때, 제1기판(103)의 돌기(118)와 제2기판(105)의 제1컬럼스페이서(108)은 정렬되어 서로 접촉함으로써 갭스페이서로서 작용하며, 제2컬럼스페이서(109)는 제1기판(103)과 접촉하지 않고 외부로부터 압력이 인가될 때에만 제1기판(103)과 접촉하여 눌림스페이서로서 작용한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 하프톤마스크나 회절마스크를 이용하여 보호층을 식각함으로써 보호층에 컨택홀을 형성함과 동시에 갭스페이서로서 작용하는 돌기를 형성할 수 있게 된다.

한편, 상술한 설명에서는 IPS모드 액정표시소자에 대해서만 설명하고 있지만, 본 발명이 이러한 IPS모드 액정표시소자에만 한정되는 것은 아니라 TN모드 액정표시소자나 VA모드 액정표시소자에도 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

예를 들어, TN모드 액정표시소자의 경우 단지 공통전극 및 화소전극의 형상만이 다를 뿐 기본적으로 IPS모드의 구조와 유사한다. 즉, IPS모드 액정표시소자에서는 공통전극 및 화소전극이 모두 제1기판에 형성되는데 반해, TN모드 액정표시소자에서는 화소전극은 제1기판에 형성되고 공통전극은 제2기판에 형성되어 액정층에 기판의 표면과 수직한 전계를 인가하는 점이 다를 뿐, 박막트랜지스터의 구성, 게이트라인이나 데이터라인의 구조, 컨택홀이 형성된 보호층의 구조(TN모드 액정표시소자에서도 보호층상에 형성된 화소전극이 컨택홀을 통해 박막트랜지스터의 드레인전극과 전기적으로 접속된다) 등은 동일하다.

또한, 보호층을 유기물질이 아닌 SiOx나 SiNx와 같은 무기물질로 형성할 수도 있고 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서를 유기물질이 아니 무기물질이나 금속으로 형성할 수도 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 보호층에 돌기를 형성함으로서 갭스페이서와 누름스페이서를 형성함으로, 액정표시소자의 터치불량과 눌림불량을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서는 하프톤마스크나 회절마스크를 이용하여 보호층을 식각함으로써 보호층에 컨택홀을 형성함과 동시에 갭스페이서로서 작용하는 돌기를 형성할 수 있게 되므로, 공정을 신속하게 진행할 수 있게 된다.

Claims

제1기판 및 제2기판을 제공하는 단계;

상기 제1기판에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;

상기 제1기판 전체에 걸쳐 보호층을 형성하는 단계;

상기 보호층을 식각하여 복수의 돌기를 형성하는 단계;

제2기판에 복수의 제1컬럼스페이서와 제2컬럼스페이서를 형성하는 단계; 및

상기 제1기판 및 제2기판을 합착하여 돌기와 제1컬럼스페이서를 접촉시키는 단계로 구성된 액정표시소자 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는,

제1기판에 게이트전극을 형성하는 단계;

상기 게이트전극 위에 게이트절연층을 형성하는 단계;

상기 게이트절연층 위에 반도체층을 형성하는 단계; 및

상기 반도체층 위에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 돌기를 형성하는 단계는,

제1기판 상부에 보호층 및 포토레지스트층을 형성하는 단계;

상기 포토레지스트층 위에 회절마스크 또는 하프톤마스크를 정렬시킨 후 광 을 조사하여 포토레지스트층을 현상하여 제1포토레지스트패턴을 형성하는 단계;

상기 제1포토레지스트패턴을 이용하여 보호층을 식각하여 보호층에 형성하여 컨택홀을 형성하는 단계;

상기 제1포토레지스트패턴을 에이싱하여 제2포토레지스트패턴을 형성하는 단계; 및

상기 제2포토레지스트패턴을 이용하여 보호층을 식각하여 돌기를 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 보호층을 형성하는 단계는 유기물질을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 유기물질은 BCB(Benzo Cyclo-Butene) 및 포토아크릴(photo acryl)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 제2기판에 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서를 형성하는 단계는,

제2기판에 유기물질을 도포하는 단계; 및

상기 유기물질을 식각하여 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서를 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1기판에 보호층의 컨택홀을 통해 박막트랜지스터와 접속되는 화소전극을 형성하는 단계; 및

상기 제1기판에 상기 화소전극과 실질적으로 평행한 공통전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1기판에 보호층의 컨택홀을 통해 박막트랜지스터와 접속되는 화소전극을 형성하는 단계; 및

상기 제2기판에 상기 공통전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제2기판에 블랙매트릭스를 형성하는 단계; 및

제2기판에 컬러필터층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제1기판 및 제2기판;

상기 제1기판에 형성되어 복수의 화소를 정의하는 복수의 게이트라인 및 데이터라인;

상기 화소에 형성된 박막트랜지스터;

상기 제1기판 전체에 걸쳐 형성된 보호층;

상기 보호층 상에 보호층의 일부가 식각되어 형성된 복수의 돌기; 및

제2기판에 형성되어 제1기판의 돌기와 접촉하는 복수의 제1컬럼스페이서와 상기 제1기판과 일정 간격 떨어진 제2컬럼스페이서로 구성된 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 박막트랜지스터는,

제1기판 위에 형성된 게이트전극;

상기 게이트전극 위에 형성된 게이트절연층;

상기 게이트절연층 위에 형성된 반도체층; 및

상기 반도체층 위에 형성된 소스전극 및 드레인전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 보호층 및 돌기는 유기물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제12항에 있어서, 상기 유기물질은 BCB(Benzo Cyclo-Butene) 및 포토아크릴(photo acryl)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서는 유기물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 돌기와 제1컬럼스페이서는 제1기판과 제2기판의 간격을 유지하는 캡컬럼스페이서이고 제2컬럼스페이서는 제1기판 및 제2기판에 압력이 인가될 때 변형을 방지하는 눌림스페이서인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 돌기와 제1컬럼스페이서의 접촉 단면적은 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 제1컬럼스페이서의 접촉 단면적은 돌기의 접촉 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제17항에 있어서, 상기 컬럼스페이서의 접촉 단면적은 대응하는 돌기의 접촉 단면적 보다 1.5∼2.5배인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 제1기판에 실질적으로 서로 평행하게 형성되어 제1기판의 표면과 평행한 횡전계를 형성하는 공통전극 및 화소전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 제1기판에 형성된 화소전극; 및

상기 제2기판에 형성되어 화소전극과 기판과 수직한 전계를 형성하는 공통전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 돌기와 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서는 게이트라인과 정렬되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 돌기와 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서는 데이터라인과 정렬되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.