KR20090060625A - 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 블랙 매트릭스의 측면에 친액성 막을 형성하여 블랙 매트릭스의 상부면은 소액성 특성을 갖게 하고, 측면은 친액성 특성을 갖게 함으로써 잉크젯 방식으로 형성되는 컬러 필터가 인접 화소 영역으로 넘치는 것을 방지하는 동시에 화소 영역 내에서 컬러 필터의 단차가 발생되지 않도록 한다. 따라서, 블랙 매트릭스 근접 부분에서의 컬러 필터의 단차로 인해 발생되는 액정의 틸트(tilt) 현상을 방지하여 빛이 새는 문제를 해결할 수 있다. 또한, COA 구조에서 화소 전극과 데이터 라인 사이의 커플링 캐패시턴스를 균일하게 하여 커플링 얼룩 발생을 방지할 수 있다.
블랙 매트릭스, 잉크젯, 친액성, 소액성, 보호막, 질화 실리콘막

Description

표시 장치 및 그 제조 방법{Display and method of manufacturing the same}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 잉크젯(inkjet) 방식으로 컬러 필터를 형성하는 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
평판 표시 장치의 하나인 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: 이하 "LCD"라 함)에 이용되는 컬러 필터(color filter)는 일반적으로 박막 트랜지스터가 형성된 하부 기판에 대응되는 상부 기판에 형성된다. 그러나, 투과율 증가 및 원가 절감을 위해 컬러 필터가 하부 기판상에 형성되는 COA(Color filter On Array) 기술도 개발되었다. 컬러 필터는 주로 사진 공정을 이용하여 형성하지만, 최근에는 원가 절감을 위해 잉크젯 공정을 이용하는 방법이 많이 연구되고 있다.
잉크젯 방식은 삼원색의 안료(R, G 및 B)를 포함하는 잉크를 기판 상에 분사하여 각각의 잉크가 착색된 이미지 부분을 구현하는 기술로, 이 방식은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 한번에 착색되는 화소를 형성할 수 있다. 따라서, 제조 공정이 크게 간소화되어 제조 비용 절감의 효과를 달성할 수 있다.
컬러 필터를 잉크젯 공정으로 형성하기 위해서는 점착성(viscosity)이 일정 수준 이하가 되어 도포된 위치에서 화소 영역 전체로 퍼짐성이 좋아야 하고, 컬러 필터 용액(color filter solution)이 인접 화소 영역까지 넘치는 것을 방지해야 한다. 이를 위해 컬러 필터 용액의 격벽 역할을 하는 블랙 매트릭스(black matrix)가 소액성(lyophobic) 특성을 갖게 하여 컬러 필터 용액이 격벽 내부에 유지되도록 한다.
그런데, 상기와 같은 방식으로 기판에 컬러 필터를 형성할 경우 소액성(lyophobic)의 블랙 매트릭스와 친액성(lyophilic)의 컬러 필터 사이에 척력(repulsive force)이 발생된다. 따라서, 화소 영역의 가장자리, 즉 블랙 매트릭스 근접 부분에는 컬러 필터가 차지 않아 블랙 매트릭스 근접 부분과 그 이외의 부분에 컬러 필터의 두께 차이가 크게 발생한다. 즉, 큰 단차가 발생하게 된다. 이러한 단차는 액정의 틸트(tilt) 현상을 일으켜 빛이 새는 문제를 야기시킨다.
화소 영역의 가장자리에서의 단차는 컬러 필터가 하부 기판에 형성되는 COA 구조에서는 더욱 큰 문제점이 있다. 즉, 데이터 라인 상부 또는 인접 영역에서 컬러 필터의 단차가 발생할 경우, 화소 전극과 데이터 라인 사이의 커플링 캐패시턴스(coupling capacitance)가 크고 불균일하게 발생하여 커플링 얼룩에 매우 취약하게 된다.
본 발명은 잉크젯 방식으로 컬러 필터를 형성하여도 소액성의 블랙 매트릭스와 근접한 부분에서 단차가 발생되지 않는 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 블랙 매트릭스의 상부면은 소액성 특성을 갖게 하여 컬러 필터가 인접 화소 영역으로 넘치는 것을 방지하고, 블랙 매트릭스의 측면은 친액성 특성을 갖게 하여 컬러 필터가 불랙 매트릭스 사이에 균일한 두께로 도포되도록 하는 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 친액성 특성을 갖는 보호막을 이중막으로 형성하고, 상부 보호막을 블랙 매트릭스의 측면까지 형성함으로써 블랙 매트릭스의 측면이 친수성 특성을 갖도록 하는 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 표시 장치는 일 기판 상부에 일 방향으로 연장된 복수의 게이트 라인; 상기 게이트 라인과 절연된 복수의 데이터 라인; 상기 데이터 라인을 포함한 기판 상부에 형성된 제 1 보호막; 상기 제 1 보호막 상부에 선택적으로 형성된 블랙 매트릭스; 상기 블랙 매트릭스의 측면 및 상기 제 1 보호막 상부에 형성된 제 2 보호막; 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성된 컬러 필터; 및 상기 컬러 필터 상부에 형성된 화소 전극을 포함한다.
상기 블랙 매트릭스는 소액성 특성을 갖고, 상기 게이트 라인 및 데이터 라 인에 대응되는 영역에 형성되고, 상기 화소 전극이 형성되는 영역의 일부에 개구부를 갖도록 형성된다.
상기 게이트 라인으로부터 돌출되된 게이트 전극과, 상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극과 이격되는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 콘택홀을 통해 상기 화소 전극과 연결되며, 상기 콘택홀은 상기 블랙 매트릭스가 상기 콘택홀 주변에 잔류하여 형성된다.
상기 제 2 보호막은 친액성 특성을 갖는 투명 무기 물질로 형성되며, 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 이용하여 형성된다.
본 발명의 다른 양태에 따른 표시 장치는 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스; 상기 블랙 매트릭스 측면에 형성되며, 투명 무기 물질로 형성된 친액성 막; 및 상기 블랙 매트릭스 사이의 상기 친액성 막 상에 형성된 컬러 필터를 포함한다.
상기 기판 상부에 일 방향으로 연장 형성된 게이트 라인; 상기 게이트 라인과 교차되는 방향으로 연장 형성된 데이터 라인; 상기 데이터 라인을 포함한 전체 상부에 형성된 보호막; 및 상기 컬러 필터 상부에 형성된 화소 전극을 더 포함한다.
상기 블랙 매트릭스 및 상기 컬러 필터를 포함한 전체 상부에 형성된 공통 전극을 더 포함한다.
상기 친액성 막은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 포함한다.
본 발명의 또다른 양태에 따른 표시 장치의 제조 방법은 기판 상부에 일 방향으로 연장되는 게이트 라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 라인과 절연되는 데이터 라인을 형성하는 단계; 전체 상부면에 제 1 보호막을 형성하는 단계; 상기 제 1 보호막 상부에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; 상기 블랙 매트릭스의 측면 및 상기 제 1 보호막 상부에 제 2 보호막을 형성하는 단계; 상기 제 2 보호막 상부에 컬러 필터를 형성하는 단계; 및 상기 컬러 필터 상부에 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 블랙 매트릭스는 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 대응되는 영역, 상기 화소 전극이 형성되는 영역의 일부에 잔류시킨다.
상기 제 2 보호막은 친액성 물질로 형성하고, 상기 친액성 물질은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 포함한다.
본 발명에 의하면, 블랙 매트릭스의 상부면은 소액성 특성을 갖게 하고, 블랙 매트릭스의 측면에는 친액성 막을 형성하여 친액성 특성을 갖게 함으로써 잉크젯 방식으로 형성되는 컬러 필터가 인접 화소 영역으로 넘치는 것을 방지하는 동시에 블랙 매트릭스 사이에 컬러 필터가 균일한 두께로 도포되도록 한다.
따라서, 블랙 매트릭스 근접 부분에서의 컬러 필터의 단차로 인해 발생되는 액정의 틸트(tilt) 현상을 방지하여 빛이 새는 문제를 해결할 수 있다. 또한, COA 구조에서 화소 전극과 데이터 라인 사이의 커플링 캐패시턴스를 균일하게 하여 커 플링 얼룩 발생을 방지할 수 있다.
또한, 보호막을 이중막으로 형성하고, 상부 보호막을 블랙 매트릭스의 측면까지 형성하여 친액성 막으로 이용함으로써 공정의 추가 없이 블랙 매트릭스의 측면이 친액성 특성을 갖도록 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정 표시 장치는 게이트 라인(110), 유지 전극 라인(120), 데이터 라인(140), 블랙 매트릭스(160), 제 1 및 제 2 보호막(151, 152; 150), 컬러 필터(170) 및 화소 전극(180)을 포함하는 하부 기판(100)과, 공통 전극(210)을 포함하는 상부 기판(200)과, 이들 사이에 형성된 액정층(미도시)을 포함한다.
하부 기판(100)은 기판(101) 상에 서로 소정 간격 이격되어 일 방향으로 연 장 형성된 복수의 게이트 라인(110), 두 게이트 라인(110) 사이에 게이트 라인(110)과 평행하게 형성된 유지 전극 라인(120), 서로 소정 간격 이격되어 게이트 라인(110)과 교차되는 타 방향으로 연장 형성된 복수의 데이터 라인(140), 게이트 라인(110)과 데이터 라인(140)의 교차 영역으로 정의된 화소 영역에 형성된 화소 전극(180), 그리고 게이트 라인(110), 데이터 라인(140) 및 화소 전극(180)에 연결된 박막 트랜지스터(T)를 포함한다. 또한, 화소 영역 이외의 영역에 형성된 블랙 매트릭스(160), 블랙 매트릭스(160)의 측면까지 형성된 친액성 성질을 갖는 보호막(150), 화소 영역에 형성된 컬러 필터(170)를 더 포함한다.
게이트 라인(110)은 일 방향, 예를들어 가로 방향으로 연장되어 형성되며, 게이트 라인(110)의 일부가 상부 또는 하부로 돌출되어 게이트 전극(111)이 형성된다. 또한, 게이트 라인(110)은 소정의 굴곡 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.
유지 전극 라인(120)은 두 게이트 라인(110) 사이에서 게이트 라인(110)과 평행하게 형성되며, 게이트 라인(110) 사이의 중앙부에 형성될 수도 있고, 일 게이트 라인(110)에 근접하게 형성될 수도 있다. 또한, 유지 전극 라인(120)은 게이트 라인(110)과 데이터 라인(140)이 교차하여 이루는 화소 영역에서 게이트 절연막(131)을 사이에 두고 화소 전극(190)과 함께 유지 캐패시터를 이룬다.
여기서, 게이트 라인(110) 및 유지 전극 라인(120)은 동일층상에 동일 공정으로 형성될 수 있다. 이들은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 네오디뮴(Nd), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 이들은 단일층 뿐만 아니라 복수 금속층의 다중층으로 형성될 수 있다. 다중층으로 형성될 경우 물리적 성질이 다른 두개의 층, 예를들어 비저항이 낮은 물질로 형성된 층과 접촉 특성이 우수한 물질로 형성된 층을 포함할 수 있다. 비저항이 낮은 물질로 형성된 층은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 하기 위해 예를들면 알루미늄(Al) 계열, 은(Ag) 계열, 구리(Cu) 계열의 금속 물질로 형성될 수 있다. 접촉 특성이 우수한 물질로 형성된 층은 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 예를들어 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 탄탈륨(Ta) 또는 티타늄(Ti) 등으로 형성될 수 있다.
게이트 라인(110) 및 유지 전극 라인(120)을 포함한 전체 상부에 게이트 절연막(131)이 형성된다. 게이트 절연막(131)은 산화 실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기 절연막을 이용하여 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
게이트 전극(111) 상부의 게이트 절연막(131) 상부에는 제 1 반도체 물질로 이루어진 활성층(132)이 형성되며, 활성층(132)의 상부에는 제 2 반도체 물질로 이루어진 오믹 콘택층(133)이 형성된다. 여기서, 제 1 반도체 물질은 비정질 실리콘 등을 포함하고, 제 2 반도체 물질은 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 등을 포함한다.
데이터 라인(140)은 게이트 라인(110)과 교차되는 방향, 예를들어 세로 방향으로 연장되어 형성된다. 또한, 데이터 라인(140)은 그 일부가 돌출되어 소오스 전극(141)이 형성되며, 소오스 전극(141)과 소정 간격 이격되어 드레인 전극(142)이 형성된다. 소오스 전극(141), 드레인 전극(142)을 포함한 데이터 라인(140)은 게이트 라인(110) 및 유지 전극 라인(120)을 형성하기 위해 이용하는 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 단일층 뿐만 아니라 다층으로 형성할 수 있다. 또한, 데이터 라인(140)은 소정의 굴곡 패턴으로 형성될 수 있다.
박막 트랜지스터(T)는 게이트 라인(110)에 공급되는 신호에 응답하여 데이터 라인(140)에 공급되는 화소 신호가 화소 전극(190)에 충전되도록 한다. 따라서, 박막 트랜지스터(T)는 게이트 라인(110)에 접속된 게이트 전극(111)과, 데이터 라인(140)에 접속된 소오스 전극(141)과, 화소 전극(190)에 접속된 드레인 전극(142)과, 게이트 전극(111)과 소오스 전극(141) 및 드레인 전극(142) 사이에 순차적으로 형성된 게이트 절연막(131), 활성층(132) 및 오믹 콘택층(133)을 포함한다. 이때, 오믹 콘택층(133)은 채널부를 제외한 게이트 절연막(131) 상에 형성될 수 있다.
제 1 보호막(151)은 박막 트랜지스터(T) 및 데이터 라인(140)을 포함한 적층 구조물 상부에 형성되며, 제 1 보호막(151)은 무기 절연막 또는 유기 절연막으로 형성될 수 있는데, 산화 실리콘(SiO2)막과 질화 실리콘(SiNx)막을 포함하는 무기 절연막으로 형성하는 것이 바람직하다.
블랙 매트릭스(160)는 화소 영역 이외의 영역, 즉 게이트 라인(110), 데이터 라인(140) 및 박막 트랜지스터(T)에 대응되는 영역의 제 1 보호막(151) 상부에 형성된다. 또한, 블랙 매트릭스(160)는 드레인 전극(142)과 유지 전극 라인(120) 상부의 소정 영역이 노출되도록 그 주변에 잔류하여 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)을 형성한다. 즉, 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)가 형성될 영역에 블랙 매트릭스(160)가 섬 형상으로 잔류한다. 이러한 블랙 매트릭스(160)에 의해 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)이 형성됨으로써 이후 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)를 형성하기 위한 별도의 마스크 및 식각 공정이 필요없게 된다. 블랙 매트릭스(160)는 화소 영역 이외의 영역으로 빛이 새는 것과 인접한 화소 영역들 사이의 광 간섭을 방지한다. 또한, 블랙 매트릭스(160)는 잉크젯 방식으로 형성하는 컬러 필터(170)의 격벽 역할을 하여 인접 화소 영역과 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)까지 컬러 필터 용액이 넘치는 것을 방지하기 위해 컬러 필터 용액과 젖음성(wetting) 특성이 좋지 않은 소액성 특성을 갖도록 한다. 블랙 매트릭스(160)는 불투명한 유기 물질을 이용하여 형성하는데, 예를들어 카본 블랙이나 티타늄 옥사이드 등의 검은색 안료가 첨가된 감광성 유기 물질로 형성한다. 또한, 블랙 매트릭스(160)는 주고리 또는 측쇄에 유기 실리콘을 가지는 물질을 첨가하여 소액성 특성을 갖도록 한다. 구체적으로 실록산(siloxane) 성분을 포함하는 실리콘 수지나 실리콘 고무, 그리고 불화 비닐리덴(vinylidene), 불화 비닐(vinyl), 삼 불화 에틸렌(ethylene) 등을 첨가하여 블랙 매트릭스(160)가 소액성 특성을 갖도록 한다.
제 2 보호막(152)은 소액성의 블랙 매트릭스(160)의 상부면을 제외한 블랙 매트릭스(160)의 측면 및 제 1 보호막(151) 상부에 형성된다. 제 2 보호막(152)은 산화 실리콘막, 질화 실리콘막 등의 투명한 무기 절연막으로 형성될 수 있으며, 제 1 보호막(151)과 동일 물질로 형성될 수 있다. 컬러 필터 용액과의 젖음성이 좋은 친액성 특성을 갖는 제 2 보호막(152)이 블랙 매트릭스(160)의 측면에는 형성되고 상부면에는 형성되지 않기 때문에 블랙 매트릭스(160)의 상부면은 소액성 특성을 갖고, 블랙 매트릭스(160)의 측면은 친액성 특성을 갖게 된다. 따라서, 컬러 필터 용액을 잉크젯 방식으로 도포하면 소액성 특성을 갖는 블랙 매트릭스(160)의 상부면에 의해 컬러 필터 용액의 넘침을 방지하고, 친액성 특성을 갖는 블랙 매트릭스(160)의 측면까지 컬러 필터(170)를 단차없이 형성할 수 있다.
컬러 필터(170)는 화소 영역의 제 2 보호막(152) 상부에 형성되며, 화소 영역마다 적색, 녹색 및 청색 필터가 반복되어 형성된다. 또한, 컬러 필터(170)는 컬러 필터 고형분을 용매에 용해시켜 잉크젯 방식으로 도포하여 형성되는데, 컬러 필터 고형분이 용해된 용액에 컬러 필터 고형분이 예를들어 10∼20wt% 정도 포함되도록 한다. 컬러 필터(180)는 광원으로부터 조사되어 액정층(미도시)을 통과한 빛에 색상을 부여하는 역할을 한다.
화소 전극(180)은 컬러 필터(170)상에 형성되며, 블랙 매트릭스(160)에 의해 형성된 제 1 콘택홀(191)을 통해 드레인 전극(142)과 연결되고, 블랙 매트릭스(160)에 의해 형성된 제 2 콘택홀(192)을 통해 게이트 절연막(131)을 사이에 두고 화소 전극(190)과 유지 전극 라인(120)이 유지 캐패시터를 이룬다.
또한, 화소 전극(180)은 액정의 배열 방향을 조정하기 위한 도메인 규제수단으로 절개 패턴(미도시)을 가질 수도 있다. 화소 전극(180)은 액정 분자의 배향을 위한 도메인 규제수단으로 절개 패턴(미도시) 대신에 돌기를 포함할 수도 있다. 이때, 화소 전극(180)의 절개 패턴(미도시)은 후술할 공통 전극(210)의 절개 패턴(미도시)과 함께 액정층을 다수의 도메인으로 분할하기 위해 형성될 수 있다.
한편, 상부 기판(200)은 제 2 절연 기판(201) 상에 형성된 공통 전극(210)을 포함한다.
공통 전극(210)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전 물질로 형성된다. 공통 전극(210)은 하부 기판(100)의 화소 전극(190)과 함께 액정층에 직접 전압을 인가한다. 공통 전극(210)에는 절개 패턴(미도시)이 형성될 수도 있는데, 공통 전극(210)의 절개 패턴(미도시)은 화소 전극(190)의 절개 패턴(미도시)과 함께 액정층을 다수의 도메인으로 나누는 역할을 한다.
도 4(a) 내지 도 4(f)는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태로 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이고, 도 5(a) 내지 도 5(f)는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 상태로 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.
도 4(a) 및 도 5(a)를 참조하면, 기판(101) 상부에 제 1 도전층을 형성한 후 제 1 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 1 도전층을 패터닝한다. 이에 의해 가로 방향으로 연장된 복수의 게이트 라인(110)이 서로 소정 간격 이격되어 형성되며, 게이트 라인(110)으로부터 일부 돌출된 복수의 게이트 전극(111)이 형성된다. 또한, 이와 동시에 게이트 라인(110) 사이에 유지 전극 라인(120)이 형성된다. 여기서, 제 1 도전층은 Al, Nd, Ag, Cr, Ti, Ta 및 Mo 중 적어도 어느 하나의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성할 수 있으며, 단일층 뿐만 아니라 다중층으로 형성할 수 있다. 그리고, 전체 상부면에 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 포함하는 무기 절연막을 이용하여 게이트 절연막(131)을 형성한다. 전체 상부에 예를들어 비정질 실리콘막을 이용하여 제 1 반도체층을 형성한 후 그 상부에 도핑된 수소화 비정질 실리콘막을 이용하여 제 2 반도체층을 형성한다. 그리고, 제 2 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 게이트 전극(111)과 중첩되도록 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층을 패터닝하여 활성층(132) 및 오믹 콘택층(133)을 형성한다.
도 4(b) 및 5(b)를 참조하면, 전체 상부에 제 2 도전층을 형성한 후 제 3 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 2 도전층을 패터닝한다. 이에 의해 게이트 라인(110)과 교차되어 연장되고 서로 소정 간격 이격된 복수의 데이터 라인(140)이 형성된다. 또한, 이와 동시에 게이트 전극(111) 상부에 소오스 전극(141)이 형성되고, 소오스 전극(141)과 이격되고 게이트 전극(111)과 일부 중첩되어 연장된 드레인 전극(142)이 형성된다. 이때, 소오스 전극(141) 및 드레인 전극(142) 사이에 노출된 오믹 콘택층(133)이 제거되며, 이에 의해 노출된 활성층(132)이 채널 영역이 된다. 여기서, 제 2 도전층으로는 금속 단일층 또는 다중층을 이용하는 것이 바람직하며, 제 2 도전층은 게이트 라인(110)을 형성하기 위한 제 1 도전층과 동일한 물질을 이용할 수도 있고, 다중층으로 형성될 수도 있다.
도 4(c) 및 도 5(c)를 참조하면, 전체 상부에 제 1 보호막(151)을 형성한다. 제 1 보호막(151)은 산화 실리콘막 및 질화 실리콘막을 포함하는 무기 절연 물질 또는 유기 절연 물질로 형성할 수 있다. 또한, 제 1 보호막(151)은 이후 형성될 제 2 보호막의 두께를 고려하여 필요로 하는 전체 보호막 두께보다 얇은 두께로 형성한다. 예를들어 필요로 하는 전체 보호막의 두께가 2000Å이라면, 약 1200∼1500Å의 두께로 제 1 보호막(151)을 형성한다. 그리고, 전체 상부에 소액성 특성을 갖는 불투명한 유기 물질을 형성한 후 제 4 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 패터닝하여 블랙 매트릭스(160)을 형성한다. 블랙 매트릭스(160)는 게이트 전극(111)을 포함한 게이트 라인(110)과 데이터 라인(130)에 대응되는 영역에 형성된다. 또한 드레인 전극(142) 및 유지 전극 라인(120) 상부의 제 1 보호막(151)이 노출되도록 소정 폭으로 잔류하여 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)이 형성된다. 이렇게 블랙 매트릭스(160)를 콘택홀이 형성될 영역에 잔류시켜 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)를 형성함으로써 이후 공정에서 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)를 형성하기 위한 별도의 마스크 및 식각 공정이 필요없게 된다.
도 4(d) 및 도 5(d)를 참조하면, 블랙 매트릭스(160)을 포함한 전체 상부에 제 2 보호막(152)을 형성한다. 제 2 보호막(152)은 친액성 막을 이용하여 형성하는데, 예를들어 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막으로 형성할 수 있다. 또한, 제 2 보호막(152)은 제 1 보호막(151)으로 사용된 막과 동일한 막으로 형성될 수 있으며, 보호막(150) 전체 두께를 고려하여 약 500∼700Å의 두께로 형성한다.
도 4(e) 및 도 5(e)를 참조하면, 블랙 매트릭스(160)의 상부면을 노출시키고 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)를 노출시키는 제 5 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 실시한다. 이 공정에 의해 블랙 매트릭스(160) 상부의 제 2 보호막(152)이 제거되고, 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192)에 의해 노출된 제 2 보호막(152) 및 제 1 보호막(151)이 제거된다. 즉, 제 2 보호막(152)을 식각하여 블랙 매트릭스(160) 상부를 노출시킨 후 계속된 과도 식각으로 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192) 내의 제 1 보호막(151)을 식각한다. 제 1 보호막(151)이 제거되기 때문에 제 1 콘택홀(191)에 의해 드레인 전극(142)이 노출되고, 제 2 콘택홀(192)에 의해 게이트 절연막(131)이 노출된다.
도 4(f) 및 도 5(f)를 참조하면, 컬러 필터 고형분을 용해시킨 용액을 예를들어 복수의 노즐을 구비하는 잉크젯 프린팅 시스템을 이용하여 블랙 매트릭스(160) 사이의 화소 영역에 컬러 필터(170)를 형성한다. 즉, 복수의 노즐을 블랙 매트릭스(160) 사이의 영역에 대응하도록 설치하고, 복수의 노즐을 통해 복수의 블랙 매트릭스(160) 사이의 영역에 삼색의 잉크들을 일정한 부피로 분사함으로써 컬러 필터(170)를 형성한다. 이외 다양한 잉크젯 분사 방식을 이용하여 컬러 필터(170)를 형성할 수 있다. 이렇게 컬러 필터 용액을 잉크젯 방식으로 분사하면 소액성 특성을 갖는 블랙 매트릭스(160)의 상부면에 의해 컬러 필터 용액의 넘침을 방지하고, 친액성 특성을 갖는 블랙 매트릭스(160)의 측면까지 컬러 필터(170)를 단차없이 형성할 수 있다. 한편, 블랙 매트릭스(160)에 의해 형성된 제 1 및 제 2 콘택홀(191 및 192) 내부에는 컬러 필터(170)를 형성하지 않는다.
도 4(g) 및 도 5(g)를 참조하면, 전체 구조 상부에 제 3 도전층을 형성하고, 제 6 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 3 도전층을 식각하여 화소 영역에 화소 전극(180)을 형성한다. 여기서, 제 3 도전층은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxid; ITO)이나 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide; IZO)을 포함하는 투명 도전 층을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 화소 전극(180)은 제 1 콘택홀(191)을 통해 드레인 전극(142)과 연결되고, 제 2 콘택홀(192)을 통해 게이트 절연막(131)을 사이에 두고 유지 전극 라인(120)과 유지 캐패시터를 이루게 된다.
상기한 실시 예에서는 보호막을 이중으로 형성하고, 친액성 특성을 갖는 보호막의 일부를 블랙 매트릭스 측면까지 형성함으로써 블랙 매트릭스의 상부면은 소액성 특성을 갖게 하고, 블랙 매트릭스의 측면은 친액성 특성을 갖도록 하여 블랙 매트릭스에 근접한 부분에도 컬러 필터가 단차없이 형성되도록 한다. 그러나, 상기 실시 예 이외에도 다양한 변형 예가 가능하다. 예를들어 보호막을 필요로 하는 두께로 단일층으로 형성하고, 블랙 매트릭스의 측면에만 친액성 막을 형성할 수도 있다. 이 경우 친액성 막은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 이용할 수 있는데, 보호막과 동일 물질로 형성할 수도 있다.
도 6 및 도 7은 소액성 블랙 매트릭스의 측면에 친액성 막을 형성하지 않는 종래의 경우와 친액성 막을 형성하는 본 발명의 경우 컬러 필터의 도포 형상을 나타낸 개략 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 종래의 경우에는 소액성 블랙 매트릭스와 컬러 필터 용액 사이에 젖음성이 좋지 않아 척력이 작용하여 컬러 필터 용액이 블랙 매트릭스에 밀착되어 도포되지 않기 때문에 컬러 필터의 중앙부의 두께(h1)와 블랙 매트릭스 인접 부분의 컬러 필터의 두께(h2)가 크게 차이나게 되고, 이로부터 단차가 발생된다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 경우에는 블랙 매트릭스(160) 상부면은 소액성 특성을 갖지만, 블랙 매트릭스(160)의 측면은 젖음성이 우수한 친액성의 제 2 보호막(151)이 형성되므로 컬러 필터 용액이 블랙 매트릭스(160) 측면에도 밀착 도포된다. 이로부터 도포되는 컬러 필터 용액은 컬러 필터의 중앙부와 블랙 매트릭스 인접 부분 모두에 균일하게 도포되고 단차가 발생되지 않는다. 또한, 본 발명은 친액성 제 2 보호막(152)으로 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막 등의 투명 무기 절연막을 사용하므로 하부 적층 구조를 안정적으로 보호할 수 있고, LCD를 제조하기 위한 기존 공정을 그대로 이용할 수 있다.
한편, 블랙 매트릭스의 측면에 친액성 막을 형성하는 본 발명은 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 상부 기판에 형성하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있는데, 그 예를 도 8 및 도 9를 이용하여 설명하기로 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인 및 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 절취한 상태의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 하부 기판(100)은 기판(101) 상에 서로 소정 간격 이격되어 일 방향으로 연장 형성되며 일부가 돌출되어 형성된 게이트 전극(111)을 포함하는 복수의 게이트 라인(110), 두 게이트 라인(110) 사이에 게이트 라인(110)과 평행하게 형성된 유지 전극 라인(120), 서로 소정 간격 이격되어 게이트 라인(110)과 교차되는 타 방향으로 연장 형성되며, 일부가 각각 돌출 및 이격되어 형성된 소오스 전극(141) 및 드레인 전극(142)을 포함하는 복수의 데이터 라인(140), 데이터 라인(140)을 포함한 전체 상부에 형성된 보호막(150), 보호막(150) 상부에 형성된 유기막(190), 데이터 라인 게이트 라인(110)과 데이터 라인(140)의 교차 영역으로 정의된 화소 영역에 형성된 화소 전극(180), 그리고 게이트 라인(110), 데이터 라인(140) 및 화소 전극(180)에 연결된 박막 트랜지스터(T)를 포함한다.
한편, 상부 기판(200)은 제 2 절연 기판(201) 상에 형성된 블랙 매트릭스(160), 블랙 매트릭스(160)의 측벽에 형성된 친액성 막(165), 블랙 매트릭스(160) 사이에 잉크젯 공정으로 형성된 컬러 필터(170), 그리고 전체 상부에 형성된 공통 전극(210)을 포함한다.
블랙 매트릭스(160)는 화소 영역 이외의 영역, 즉 게이트 라인(110), 데이터 라인(140) 및 박막 트랜지스터(T)에 대응되는 영역의 기판(201) 상부에 형성되어 화소 영역 이외의 영역으로 빛이 새는 것과 인접한 화소 영역들 사이의 광 간섭을 방지한다. 또한, 블랙 매트릭스(160)는 잉크젯 방식으로 형성하는 컬러 필터(170)의 격벽 역할을 하여 인접 화소 영역까지 컬러 필터 용액이 넘치는 것을 방지하기 위해 소액성 특성을 갖도록 한다. 블랙 매트릭스(160)는 불투명한 유기 물질을 이용하여 형성하는데, 예를들어 카본 블랙이나 티타늄 옥사이드 등의 검은색 안료가 첨가된 감광성 유기 물질로 형성한다. 또한, 블랙 매트릭스(160)는 주고리 또는 측쇄에 유기 실리콘을 가지는 물질을 첨가하여 소액성 특성을 갖도록 한다. 구체적으로 실록산(siloxane) 성분을 포함하는 실리콘 수지나 실리콘 고무, 그리고 불화 비닐리덴(vinylidene), 불화 비닐(vinyl), 삼 불화 에틸렌(ethylene) 등을 첨가하여 블랙 매트릭스(160)가 소액성 특성을 갖도록 한다.
친액성 막(165)은 소액성의 블랙 매트릭스(160)의 상부면을 제외한 블랙 매 트릭스(160)의 측면 및 기판(201) 상부에 형성될 수 있다. 친액성 막(165)은 산화 실리콘막, 질화 실리콘막 등의 투명한 무기 절연막으로 형성될 수 있다. 친액성 막(165)이 블랙 매트릭스(160)의 측면에는 형성되고 상부면에는 형성되지 않기 때문에 블랙 매트릭스(160)의 상부면은 소액성 특성을 갖고, 블랙 매트릭스(160)의 측면은 친액성 특성을 갖게 된다. 따라서, 컬러 필터 용액을 잉크젯 방식으로 도포하면 소액성 특성을 갖는 블랙 매트릭스(160)의 상부면에 의해 컬러 필터 용액의 넘침을 방지하고, 친액성 특성을 갖는 블랙 매트릭스(160)의 측면까지 컬러 필터(170)를 단차없이 형성할 수 있다. 한편, 친액성 막(165)을 블랙 매트릭스(160) 상부면에만 형성되지 않도록 하기 위해서는 예를들어 블랙 매트릭스(160)을 포함한 기판(201) 전체 상부에 친액성 막(165)을 형성한 후 블랙 매트릭스(160) 상부면을 노출시키는 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 블랙 매트릭스(160) 상부면의 친액성 막(165)을 제거한다.
컬러 필터(170)는 블랙 매트릭스(160) 사이의 화소 영역에 대응되는 영역에 형성되며, 화소 영역마다 적색, 녹색 및 청색 필터가 반복되어 형성된다. 또한, 컬러 필터(170)는 컬러 필터 고형분을 용매에 용해시켜 잉크젯 방식으로 형성되는데, 컬러 필터 고형분이 용해된 용액에 컬러 필터 고형분이 예를들어 10∼20wt% 정도 포함되도록 한다. 컬러 필터(180)는 광원으로부터 조사되어 액정층(미도시)을 통과한 빛에 색상을 부여하는 역할을 한다.
공통 전극(210)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전 물질로 형성된다. 공통 전극(210)은 하부 기판(100)의 화소 전극(190) 과 함께 액정층에 전압을 인가한다. 공통 전극(210)에는 절개 패턴(미도시)이 형성될 수도 있는데, 공통 전극(210)의 절개 패턴(미도시)은 화소 전극(190)의 절개 패턴(미도시)과 함께 액정층을 다수의 도메인으로 나누는 역할을 한다.
한편, 소액성 블랙 매트릭스 측면에 친액성 막을 형성하고 잉크젯 방식으로 컬러 필터를 형성하는 본 발명은 상기 실시 예에 국한되지 않고, 다양한 구조 및 방식의 LCD, 그리고 LCD 이외에 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 형성하는 표시 장치에 모두 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 4(a) 내지 도 4(g)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위해 도 2를 공정 순으로 도시한 단면도.
도 5(a) 내지 도 5(g)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위해 도 3을 공정 순으로 도시한 단면도.
도 6은 종래의 소액성 블랙 매트릭스 측면에 친액성 막을 형성하지 않을 경우 컬러 필터의 도포 형상을 나타낸 개략 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 소액성 블랙 매트릭스 측면에 친액성 막을 형성한 경우 컬러 필터의 도포 형상을 나타낸 개략 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치를 설명하기 위해 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치를 설명하기 위해 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 게이트 라인 120 : 유지 전극 라인
131 : 게이트 절연막 132 : 활성층
133 : 오믹 콘택층 140 : 데이터 라인
141 : 소오스 전극 142 : 드레인 전극
151 : 제 1 보호막 152 : 제 2 보호막
150 : 보호막 160 : 블랙 매트릭스
170 컬러 필터 180 : 화소 전극
210 : 공통 전극 165 : 친액성 막

Claims (15)

  1. 일 기판 상부에 일 방향으로 연장된 복수의 게이트 라인;
    상기 게이트 라인과 절연된 복수의 데이터 라인;
    상기 데이터 라인을 포함한 기판 상부에 형성된 제 1 보호막;
    상기 제 1 보호막 상부에 선택적으로 형성된 블랙 매트릭스;
    상기 블랙 매트릭스의 측면 및 상기 제 1 보호막 상부에 형성된 제 2 보호막;
    상기 블랙 매트릭스 사이에 형성된 컬러 필터; 및
    상기 컬러 필터 상부에 형성된 화소 전극을 포함하는 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 소액성 특성을 갖는 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 대응되는 영역에 형성되고, 상기 화소 전극이 형성되는 영역의 일부에 개구부를 갖도록 형성되는 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 라인으로부터 돌출되된 게이트 전극과, 상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극과 이격되는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 콘택홀을 통해 상기 화소 전극과 연결되는 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 콘택홀은 상기 블랙 매트릭스가 상기 콘택홀 주변에 잔류하여 형성되는 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 보호막은 친액성 특성을 갖는 투명 무기 물질로 형성된 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 보호막은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 이용하여 형성하는 표시 장치.
  8. 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스;
    상기 블랙 매트릭스 측면에 형성되며, 투명 무기 물질로 형성된 친액성 막; 및
    상기 블랙 매트릭스 사이의 상기 친액성 막 상에 형성된 컬러 필터를 포함하는 표시 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 기판 상부에 일 방향으로 연장 형성된 게이트 라인;
    상기 게이트 라인과 교차되는 방향으로 연장 형성된 데이터 라인;
    상기 데이터 라인을 포함한 전체 상부에 형성된 보호막; 및
    상기 컬러 필터 상부에 형성된 화소 전극을 더 포함하는 표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스 및 상기 컬러 필터를 포함한 전체 상부에 형성된 공통 전극을 더 포함하는 표시 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 친액성 막은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 포함하는 표시 장치.
  12. 기판 상부에 일 방향으로 연장되는 게이트 라인을 형성하는 단계;
    상기 게이트 라인과 절연되는 데이터 라인을 형성하는 단계;
    전체 상부면에 제 1 보호막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 보호막 상부에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스의 측면 및 상기 제 1 보호막 상부에 제 2 보호막을 형성하는 단계;
    상기 제 2 보호막 상부에 컬러 필터를 형성하는 단계; 및
    상기 컬러 필터 상부에 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 대응되는 영역, 상기 화소 전극이 형성되는 영역의 일부에 잔류시키는 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 보호막은 친액성 물질로 형성하는 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 친액성 물질은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막 을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
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