KR20110101775A

KR20110101775A - 액정 표시 장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110101775A
Application number: KR1020100021018A
Authority: KR
Inventors: 박경순; 박경민
Original assignee: 삼성모바일디스플레이주식회사
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-09-16
Also published as: TWI509318B; CN102193233B; JP5641899B2; TW201137452A; US20110222012A1; JP2011186430A; CN102193233A; US8599343B2; KR101097345B1

Abstract

액정 표시 장치와 그 제조방법이 개시된다. 개시된 액정 표시 장치는 광투과율이 서로 다른 제1투광부와 제2투광부를 구비한 하프톤 마스크를 준비하여 화소 영역에 상대적으로 광투과율이 높은 제1투광부가, 블랙매트릭스로 가려진 비화소 영역에 상대적으로 광투과율이 낮은 상기 제2투광부가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크를 설치하는 단계 및, 하프톤 마스크를 통해 화소 영역과 비화소 영역을 서로 다른 광량으로 노광시키며 액정층을 형성하는 단계를 통해 제조된다. 이렇게 하면 과도한 노광에 따른 아웃가싱 증가로 블랙매트릭스 주변에 얼룩이 발생하는 현상을 억제할 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조방법{An liquid crystal display device and the manufacturing method thereof}

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전극에 패턴을 형성하지 않고도 액정 도메인을 형성할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 각 화소 영역을 구동하기 위한 스위칭 소자들이 형성된 어레이 기판과, 상기 어레이 기판과 대향하는 대향 기판과, 상기 어레이 기판 및 대향 기판 사이에 개재되어 형성된 액정층을 포함한다. 상기 액정 표시 장치는 상기 액정층에 전압을 인가하여 광의 투과율을 제어하는 방식으로 화상을 표시한다.

한편, VA(Vertical Alignment) 모드 액정 표시 장치의 일종인 PVA 모드(Patterned Vertical Alignment mode) 액정 표시 장치는, 패터닝된 투명 전극을 이용하여 액정 분자들을 서로 다른 방향으로 배열시켜 액정 도메인을 형성함으로써 액정표시장치의 시야각을 향상시키는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 상기 PVA 모드의 액정표시장치를 제조하기 위해서는 상기 패터닝된 투명 전극을 형성하는 공정이 수반되어야 한다.

상기와 같이 액정표시장치의 액정 도메인을 형성하기 위해서는 투명전극을 패터닝하는 공정을 더 수행해야 하므로, 액정 표시 장치의 제조 공정 수가 증가한다. 또한, 어레이기판 및 대향기판의 어셈블리 공정에서 상기 어레이기판과 상기 대향기판의 미스 얼라인은, 상기 어레이기판의 화소 전극과 상기 대향기판의 공통 전극의 패턴들의 미스 얼라인으로 이어져서 정상적인 액정 도메인을 형성하지 못하게 되는 원인으로 작용한다.

따라서, 전극에 패턴을 형성하지 않고도 액정 도메인을 형성할 수 있는 방안 요구되는데, 이를 위해서는 액정층에 대한 자외선 노광의 빈도와 강도를 기존의 PVA모드 비해 증가시킬 필요가 있다. 그런데, 이렇게 되면 자외선에 장시간 노광된 유기막에서 가스가 빠져나와서 화면에 얼룩이 생길 수 있는데, 특히 화면의 테두리와 같이 블랙 매트릭스가 위치된 부근에서 가스가 빠져나오는 아웃가싱(outgasing) 현상이 심하게 발생된다. 그러므로, 액정 표시 장치의 제조공정을 간소화하기 위해서는 블랙 매트릭스 부근의 아웃가싱을 완화시킬 수 있는 대책이 필요하다.

본 발명의 실시예는 전극에 패턴을 형성하지 않고 액정 도메인을 형성할 수 있으면서도 블랙매트릭스 주변에 얼룩이 발생되는 현상을 억제할 수 있도록 개선된 액정 표시 장치 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 제조방법은, 화소 영역의 화소 전극을 포함하는 제1기판을 제조하는 단계; 상기 화소 전극과 대향하는 공통 전극 및 비화소 영역을 가리는 블랙매트릭스를 포함하는 제2기판을 제조하는 단계; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 실란트로 밀봉된 공간을 만들고 그 안에 액정 분자들을 포함하는 액정 조성물을 개재시키는 단계; 광투과율이 서로 다른 제1투광부와 제2투광부를 구비한 하프톤 마스크를 준비하여, 상기 화소 영역에 상대적으로 광투과율이 높은 상기 제1투광부가, 상기 블랙매트릭스로 가려진 상기 비화소 영역에 상대적으로 광투과율이 낮은 상기 제2투광부가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크를 설치하는 단계; 및, 상기 하프톤 마스크를 통해 상기 화소 영역과 상기 비화소 영역을 서로 다른광량으로 노광시키며 액정층을 형성하는 노광단계;를 포함한다.

상기 노광용 광은 상기 제1기판 측에서 상기 제2기판 측을 향해 조사되고, 상기 하프톤 마스크는 상기 제1기판 위에 설치될 수 있다.

상기 하프톤 마스크의 상기 제1투광부와 상기 제2투광부의 광투과율 차이는, 상기 블랙매트릭스에 의해 반사되어 상기 비화소영역 안으로 되돌아오는 반사광을 감안하여 상기 화소영역의 노광량과 균형을 이룰 수 있게 설정할 수 있다.

상기 제1기판은 상기 화소 영역의 액정 도메인을 형성하기 위한 함입 패턴이 구비된 도메인 형성층을 더 포함할 수 있고, 상기 액정 조성물은 상기 액정 분자들을 고정시키기 위한 반응성 메조겐 모노머들을 더 포함할 수 있다.

상기 노광단계는, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서 상기 액정 분자들 및 반응성 메조겐 모노머들에 광을 조사하여 액정층을 형성하는 전계노광단계와, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 상태에서 상기 액정 분자들 및 반응성 메조겐 모노머들에 광을 조사하여 액정층을 형성하는 비전계노광단계를 포함할 수 있다.

상기 전계노광단계에서는 6~7분 동안 10~15주울의 자외선을 조사하고, 상기 비전계노광단계에서는 50~60분 동안 15주울 이상의 자외선을 조사할 수 있다.

상기 실란트를 노광으로 경화시키는 실란트경화단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 실란트경화단계에서는 10~15초 동안 3~5주울의 자외선을 조사할 수 있다.

상기 노광단계 시 상기 메조겐 모너머들은 메조겐 폴리머들로 중합되고 상기액정 분자들은 상기 함입 패턴을 따라 액정 도메인을 형성하며 배열될 수 있다.

상기 공통 전극에는 액정 도메인을 형성하기 위한 패턴이 없을 수 있다.

상기 노광단계 시 상기 실란트 영역은 노광되지 않도록 차광시킬 수 있다.

상기 실란트는 상기 비화소 영역에 위치할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 화소 영역의 화소 전극을 포함하는 제1기판; 상기 화소 전극과 대향하는 공통 전극 및 비화소 영역을 가리는 광반사성 블랙매트릭스를 포함하는 제2기판; 및 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 실란트로 밀봉된 공간에 개재되고, 액정 도메인을 형성하는 액정 분자들을 갖는 액정층을 포함하며, 상기 액정층 형성을 위한 노광 시 상기 광반사성 블랙매트릭스의 광 반사 작용에 의해 상기 비화소 영역의 노광 정도가 증가되어, 상대적으로 적은 광량으로도 상기 화소 영역과 균일하게 노광된다.

상기 제1기판은 상기 화소 영역의 액정 도메인을 형성하기 위한 함입 패턴이 구비된 도메인 형성층을 더 포함할 수 있고, 상기 액정 조성물은 상기 액정 분자들을 고정시키는 반응성 메조겐 폴리머를 더 포함할 수 있다.

상기 공통 전극에는 상기 액정 도메인 형성을 위한 패턴이 없을 수 있다.

상기 블랙매트릭스는 크롬과 유기물 중 어느 한 재질을 포함할 수 있다.

상기 실란트는 상기 비화소 영역에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 아웃가싱에 의한 블랙매트릭스 주변의 얼룩 현상을 억제할 수 있으며, 공통 전극에 별도의 패턴을 형성하지 않고 액정 도메인을 형성할 수 있어서 패턴 얼라인의 부담도 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.
도 2a는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이고, 도 2b는 도 1의 II-II'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 2c는 도 2b에 도시된 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2b에 도시된 액정 표시 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2b에 도시된 액정 표시 장치의 제조 과정 중 노광단계를 설명하기 위한 단면도들이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 공통 전극에 패턴을 형성하지 않고도 액정 도메인을 형성할 수 있는 본 발명의 액정 표시 장치 구조에 대해 먼저 설명하고, 그 다음으로 그 구조를 만들기 위해 자외선 노광을 오랫동안 실시할 때 블랙매트릭스의 광반사에 의한 얼룩 발생을 억제할 수 있는 방안을 이어서 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다. 그리고, 도 2a는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이고, 도 2b는 도 1의 II-II'라인을 따라 절단한 단면도이다.

도 2a 및 도 2b에서의 액정층은, 화소 전극과 공통 전극 사이에 전압이 인가되지 않은 비전계의 액정 분자들 및 반응성 메조겐(Reactive Mosogen, RM)의 상태를 나타낸다.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치는 제1 기판(또는 어레이 기판;100), 제2 기판(또는 대향 기판;200) 및 액정층(300)을 포함한다.

상기 제1 기판(100)은 제1 베이스기판(110), 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2), 스토리지 라인(STL), 게이트 절연층(120), 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2), 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(SW), 패시베이션층(140), 도메인 형성층(150), 화소 전극(PE) 및 제1 배향막(AL1) 등을 포함한다.

상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2)은 상기 제1 베이스기판(110) 상에 제1방향(D1)을 따라 연장될 수 있다. 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2)은 서로 상기 제1방향(D1)과 다른 제2방향(D2)으로 평행하게 배열될 수 있다. 상기 제2 방향(D2)은 예를 들어, 상기 제1방향(D1)과 수직한 방향일 수 있다. 상기 스토리지 라인(STL)은 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2) 사이에 배치되고, 상기 제1방향(D1)을 따라 연장될 수 있다. 상기 게이트 절연층(120)은 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2)과 상기 스토리지 라인(STL)을 덮도록 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 상기 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2)은 상기 게이트 절연층(120) 상에 상기 제2방향(D2)을 따라 연장되고, 상기 제1방향(D1)으로 서로 평행하게 배열될 수 있다. 상기 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2)은 각각 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2) 및 상기 스토리지 라인(STL)과 교차할 수 있다. 상기 제1기판(100)은 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2)과 상기 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2)에 의해서 화소 영역(P)이 구획되고, 상기 화소 영역(P)에 상기 화소 전극(PE)이 형성될 수 있다.

상기 박막 트랜지스터(SW)는 상기 제1 게이트 라인(GL1)과 연결된 게이트 전극(GE), 상기 게이트 전극(GE)과 대응되도록 상기 게이트 절연층(120) 상에 형성된 액티브 패턴(AP), 상기 제1 데이터 라인(DL1)과 연결되고 상기 액티브 패턴(AP)과 중첩된 소스 전극(SE), 상기 소스 전극(SE)과 이격되고 상기 액티브 패턴(AP)과 중첩된 드레인 전극(DE), 및 상기 드레인 전극(DE)으로부터 연장되어 상기 화소 영역(P)으로 연장된 콘택 전극(CNT)을 포함할 수 있다. 상기 액티브 패턴(AP)은 상기 게이트 절연층(120) 상에 순차적으로 형성된 반도체층(130a) 및 오믹 콘택층(130b)을 포함할 수 있다. 상기 콘택 전극(CNT)은 상기 드레인 전극(DE)으로부터 연장되어 상기 스토리지 라인(STL)까지 연장되며, 그 스토리지 라인(STL)과 중첩되게 배치된다.

상기 패시베이션층(140)은 상기 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2), 상기 소스 전극(SE), 상기 드레인 전극(DE) 및 상기 콘택 전극(CNT)을 덮도록 상기 게이트 절연층(120) 상에 형성될 수 있다.

상기 도메인 형성층(150)은 상기 패시베이션층(140) 상에 형성될 수 있다. 상기 도메인 형성층(150)은 상기 제1 기판(100)을 평탄화시킬 수 있다. 상기 도메인 형성층(150)은, 상기 도메인 형성층(150)의 표면으로부터 하부 방향으로 함입되어 형성된 함입 패턴(152)을 포함한다. 상기 함입 패턴(152)은 상기 화소 영역(P)에 형성되고, 상기 화소 영역(P)의 액정 도메인을 형성할 수 있다. 상기 함입 패턴(152)은 도트형(dot type)으로 상기 도메인 형성층(150)에 형성될 수 있다. 상기 함입 패턴(152)은 상기 콘택 전극(CNT)과 대응되도록 상기 콘택 전극(CNT) 상에 형성될 수 있다. 상기 함입 패턴(152)은 상기 콘택 전극(CNT)의 일부를 노출시키는 도트형의 홀(hole)로 형성될 수 있다. 상기 함입 패턴(152)이 상기 홀 형상으로 형성되더라도, 상기 함입 패턴(152)의 하부에 형성된 상기 스토리지 라인(STL) 및 상기 콘택 전극(CNT)에 의해 상기 함입 패턴(152)이 형성된 영역의 빛샘을 방지할 수 있다. 상기 도메인 형성층(150)은 유기 물질 또는 무기 물질로 형성될 수 있다. 또는, 상기 도메인 형성층이 유기층 및 무기층을 모두 포함하고, 상기 유기층 또는 무기층에 상기 함입 패턴(152)이 형성될 수도 있다.

상기 화소 전극(PE)은 상기 화소 영역(P)의 상기 도메인 형성층(150) 상에 형성된다. 상기 화소 전극(PE)은 투명하고 도전성이 있는 물질로 형성될 수 있다. 상기 화소 전극(PE)은 상기 함입 패턴(152)을 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다. 상기 화소 전극(PE)은 상기 함입 패턴(152)을 통해 상기 콘택 전극(CNT)과 접촉함으로써 상기 박막 트랜지스터(SW)와 전기적으로 연결될 수 있다. 평면적으로 동일한 면적을 갖는 영역에 있어서, 상기 함입 패턴(152) 상의 상기 화소 전극(PE)의 면적이 상기 도메인 형성층(150)의 평평한 영역 상에 형성된 상기 화소 전극(PE)의 면적에 비해 상대적으로 넓다. 이에 따라, 상기 제1 기판(100)과 상기 제2 기판(200) 사이에 전계가 형성되는 경우, 상기 함입 패턴(152)과 인접한 영역의 전계의 세기가 상기 함입 패턴(152)이 형성되지 않은 상기 평평한 영역의 전계의 세기에 비해 상대적으로 클 수 있다.

상기 제1 배향막(AL1)은 상기 화소 전극(PE)을 포함하는 제1 기판(100)의 전면에 형성될 수 있다.

상기 제2 기판(200)은 상기 제1 기판(100)과 대향하는 제2 베이스 기판(210), 블랙 매트릭스(220), 제1, 제2 및 제3 컬러필터들(232, 234, 236), 오버 코팅층(240), 공통 전극(250) 및 제2 배향막(AL2)을 포함한다. 상기 제2 기판(200)은 상기 오버코팅층(240)을 포함하지 않을 수 있다.

상기 블랙 매트릭스(220)는 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2), 상기 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2) 및 상기 박막 트랜지스터(SW)가 형성된 비화소 영역과 대응하는 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 컬러필터들(232, 234, 236)은 상기 블랙 매트릭스(220)에 의해 구획되는 상기 제2 베이스 기판(210)의 영역들에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 화소 전극(PE)이 형성된 화소 영역(P)과 대응하는 영역의 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 상기 제1 컬러필터(232)가 형성될 수 있다. 상기 제1 컬러필터(232)의 상기 제1 방향(D1)에 상기 제2 컬러필터(234)가 형성될 수 있고, 상기 제1 컬러필터(232)의 상기 제1 방향(D1)의 반대 방향에 상기 제3 컬러필터(236)가 형성될 수 있다. 상기 오버 코팅층(240)은 상기 블랙 매트릭스(220) 및 상기 제1, 제2 및 제3 컬러필터들(232, 234, 236)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 형성되고, 상기 제2 기판(200)을 평탄화시킬 수 있다.

상기 공통 전극(250)은 상기 오버 코팅층(240) 상에 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(250)은 투명하고 도전성이 있는 물질로 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(250)은 별도의 패턴 없이 상기 제2 기판(200)의 전면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 함입 패턴(152)에 의해 전계의 세기를 변경할 수 있는 화소 전극(PE)과 패턴이 없는 (patternless) 상기 공통 전극(250)에 의해서, 상기 액정층(300)의 액정 도메인을 형성할 수 있다.

상기 제2 배향막(AL2)은 상기 공통 전극(250)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 형성되고, 상기 제2 기판(200)의 상기 제1 기판(100)을 향한 전면에 형성될 수 있다.

상기 액정층(300)은 상기 제1 기판(100)과 상기 제2 기판(200) 사이의 실란트(350;도 2a 참조)로 밀봉된 공간 안에 개재되고, 상기 액정 분자들(310) 및 반응성 메조겐(Reactive Mesogen) 폴리머(320, 이하 "RM 폴리머"로 지칭함)를 포함한다.

상기 액정 분자들(310)은 상기 화소 전극(PE)과 상기 공통 전극(250) 사이에 형성되는 전계에 의해 배열이 변경됨으로써 광의 투과율을 조절할 수 있다. 상기 액정 분자들(310)은 예를 들어, 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다.

상기 화소 전극(PE)과 상기 공통 전극(250) 사이에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1 기판(100) 및/또는 상기 제2 기판(200)과 인접한 액정 분자들(310)은, 상기 액정 분자들(310)의 장축이 상기 제1 베이스 기판(110) 및/또는 상기 제2 베이스 기판(210)의 표면을 기준으로 수직한 상태로 배열될 수 있다. 상기 함입 패턴(152)과 인접한 액정 분자들(310)의 장축은, 상기 합입 패턴(152)을 형성하는 상기 도메인 형성층(150)의 측벽의 표면을 기준으로, 상기 측벽의 표면과 수직한 방향으로 배열될 수 있다.

상기 RM 폴리머(320)는 상기 액정 분자들(310) 사이에 개재될 수 있다. RM폴리머(320)는 상기 화소 전극(PE) 및/또는 상기 공통 전극(250)과 인접한 액정 분자들(310) 사이에 개재될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 RM 폴리머(320)는 상기 제1 배향막(AL1)과 인접한 액정 분자들(310) 사이에 개재될 수 있다. 또한, 상기 RM 폴리머(320)는 상기 제2 배향막(AL2)과 인접한 액정 분자들(310) 사이에 개재될 수 있다.

상기 RM 폴리머(320)는 상기 화소 전극(PE)과 상기 공통 전극(250) 사이에 전계가 인가되지 않은 경우라도, 상기 제1 기판(100) 및/또는 상기 제2 기판(200)과 인접한 상기 액정 분자들(310)이 상기 제1 베이스 기판(110) 및/또는 상기 제2 베이스 기판(210)의 표면을 기준으로 프리틸트된 상태를 유지시킬 수 있다. 상기 RM 폴리머(320)는 액정 표시 장치를 제조하는 공정 중에서 자외선 노광에 의해 RM 모노머(330, 도 3e 참조)들이 RM 폴리머로 중합되어 형성될 수 있다.

도 2c는 도 2b에 도시된 표시 장치에 전압이 인가된 상태의 단면도이다.

도 2c를 참조하면, 상기 화소 전극(PE)과 상기 공통 전극(250) 사이에 전계가 형성된 경우, 상기 화소 영역(P) 내부에서의 상기 전계의 방향은 상기 제1 기판(100) 및/또는 상기 제2 기판(200)의 표면과 수직한 방향이다.

상기 화소 전극(PE)의 단부와 상기 공통 전극(250) 사이에서는 상기 전계의 방향이 휘어진다. 상기 화소 전극(PE)과 인접한 다른 화소 전극의 단부와 상기 공통 전극(250) 사이에서도 상기 전계의 방향이 휘어진다. 이에 따라, 서로 인접한 화소 전극(PE) 사이에서는 상기 액정 분자들(310)이 상기 공통 전극(250)의 서로 다른 지점을 향해 발산되도록 배열됨으로써 서로 인접한 화소 영역들(P) 사이에 액정 도메인이 분할될 수 있다.

상기 함입 패턴(152)과 인접한 영역의 전계 모양은, 상기 함입 패턴(152)의 측벽들에 의한 프리틸트로 인하여 상기 공통 전극(250)의 일 지점, 예를 들어 상기 함입 패턴(152)과 대응하는 영역의 상기 공통 전극(250)을 향해 수렴하는 형상을 갖는다.

도 3a 내지 도 3e는 도 2b에 도시된 액정 표시 장치의 제조과정을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3a 내지 도 3e에서는 표시 장치의 각 제조 공정에서의 도 1의 II-II'라인을 따라 절단한 단면도를 도시하였으나, 도 3a 내지 도 3e를 설명할 때, 각각 도 1, 도 2b 및 도 2c를 같이 참조하여 설명하기로 한다.

도 3a 내지 도 3c는 도 2b에 도시된 제1 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 3a를 참조하면, 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 게이트 금속층(미도시)을 형성하고, 상기 게이트 금속층을 사진 식각 공정을 통해 패터닝하여 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2), 상기 게이트 전극(GE) 및 상기 스토리지 라인(STL)을 포함하는 게이트 패턴을 형성한다.

상기 게이트 패턴이 형성된 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 상기 게이트 절연층(120)을 형성한다. 상기 게이트 절연층(120)을 형성하는 물질의 예로서는, 산화 실리콘, 질화 실리콘 등을 들 수 있다.

상기 게이트 절연층(120)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 상기 액티브 패턴(AP)을 형성한다. 상기 게이트 절연층(120) 상에 상기 반도체층(130a) 및 상기 오믹 콘택층(130b)을 순차적으로 형성할 수 있다. 상기 반도체층(130a)은 예를 들어, 비정질 실리콘을 포함하고, 상기 오믹 콘택층(130b)은 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.

상기 액티브 패턴(AP)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 데이터 금속층(미도시)을 형성하고, 상기 데이트 금속층을 사진 식각 공정을 통해 패터닝하여 상기 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2), 상기 소스 전극(SE), 상기 드레인 전극(DE) 및 상기 콘택 전극(CNT)을 포함하는 소스 패턴을 형성할 수 있다.

상기 소스 패턴이 형성된 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 상기 패시베이션층(140) 및 상기 도메인 형성층(150)을 순차적으로 형성한다. 상기 패시베이션층(140)을 형성하는 물질의 예로서는, 산화 실리콘, 질화 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 도메인 형성층(150)을 형성하는 물질의 예로서는, 포지티브형 포토레지스트 조성물 또는 네가티브형 포토레지스트 조성물 등의 유기 물질이나, 산화 실리콘, 질화 실리콘 등의 무기 물질을 들 수 있다.

도 3b를 참조하면, 상기 도메인 형성층(150)을 패터닝하여 상기 함입 패턴(152)을 형성한다. 상기 함입 패턴(152)은 상기 콘택 전극(CNT) 상에 형성될 수 있다. 상기 콘택 전극(CNT)은 상기 스토리지 라인(STL)과 중첩될 수 있다. 상기 함입 패턴(152)은 상기 콘택 전극(CNT) 상의 상기 패시베이션층(140)을 노출시키는 홀(hole) 형상으로 형성될 수 있다.

이어서, 상기 함입 패턴(152)을 통해 노출되는 상기 패시베이션층(140)을 제거하여 패시베이션 홀(142)을 형성한다. 상기 패시베이션 홀(142)은 상기 콘택 전극(CNT) 상에 형성된다. 상기 패시베이션 홀(142) 및 상기 함입 패턴(152)을 통해 상기 콘택 전극(CNT)의 일부가 노출될 수 있다.

도 3c를 참조하면, 상기 함입 패턴(152)이 형성된 상기 도메인 형성층(150)을 포함하는 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 투명 전극층(미도시)을 형성하고, 상기 투명 전극층을 패터닝하여 상기 화소 전극(PE)을 형성한다. 상기 투명 전극층을 형성하는 물질의 예로서는, 인듐 틴 옥사이드(Indium tin oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium zinc oxide, IZO) 등을 들 수 있다.

상기 화소 전극(PE)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 상기 제1 배향막(AL1)을 형성한다. 상기 제1 배향막(AL1)은 상기 액정 분자들(310)을 수직 배향할 수 있는 수직 배향 물질을 포함할 수 있다.

이에 따라, 상기 게이트 패턴, 상기 게이트 절연층(120), 상기 액티브 패턴(AP), 상기 소스 패턴, 상기 패시베이션층(140), 상기 함입 패턴(152)을 포함하는 상기 도메인 형성층(150), 상기 화소 전극(PE) 및 상기 제1 배향막(AL1)을 포함하는 본 실시예에 따른 상기 제1 기판(100)을 제조할 수 있다.

도 3d는 도 2b에 도시된 제2 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 3d를 참조하면, 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 상기 블랙 매트릭스(220)를 형성한다. 상기 블랙 매트릭스(220)는 유기 잉크를 분사하여 형성하거나, 금속층을 사진 식각 공정을 통해 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(220)는 이하에 설명될 칼라필터들(232,234,236) 사이와, 화면의 가장자리에 해당되는 테두리부에 형성된다.

상기 블랙 매트릭스(220)가 형성된 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 상기 제1, 제2 및 제3 컬러필터들(232, 234, 236)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제1 컬러필터(232)를 형성하고, 상기 제2 컬러필터(234)를 상기 제1 컬러필터(232)를 포함하는 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 형성하며, 상기 제3 컬러필터(236)를 상기 제1 및 제2 컬러필터들(232, 234)을 포함하는 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 형성할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 컬러필터들(232, 234, 236)은 컬러 포토레지스트층을 사진 식각 공정을 통해 패터닝하여 형성하거나, 컬러 잉크를 분사하여 형성할 수 있다.

상기 블랙 매트릭스(220) 및 상기 제1 내지 제3 컬러필터들(232, 234, 236)을 포함하는 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 상기 오버 코팅층(240)을 형성할 수 있다. 상기 오버 코팅층(240)을 형성하는 물질의 예로서는, 아크릴 수지를 들 수 있다.

상기 오버 코팅층(240)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 투명 전극층(미도시)을 형성함으로써, 상기 공통 전극(250)을 형성할 수 있다. 상기 공통 전극(250)은 상기 투명 전극층을 패터닝하는 공정없이 상기 제2 베이스 기판(210)의 전면을 커버하도록 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(250)을 형성하는 물질의 예로서는, ITO, IZO 등을 들 수 있다.

상기 공통 전극(250)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(210) 상에 상기 제2 배향막(AL2)을 형성할 수 있다. 상기 제2 배향막(AL2)은 상기 공통 전극(250)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(210)의 전면을 커버할 수 있다.

이에 따라, 상기 블랙 매트릭스(220), 상기 제1 내지 제3 컬러필터들(232, 234, 236), 상기 오버 코팅층(240), 상기 공통 전극(250) 및 상기 제2 배향막(AL2)을 포함하는 본 실시예에 따른 상기 제2 기판(200)을 제조할 수 있다.

도 3e는 도 2b에 도시된 액정층을 형성하는 노광단계를 설명하기 위한 단면도이다.

도 3e를 참조하면, 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(200)을 어셈블리한다. 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(200) 사이에는 상기 액정 분자들(310) 및 상기 RM 모노머(330)를 개재시킬 수 있다. 상기 액정 분자들(310) 및 상기 RM 모노머(330)는 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(200) 사이에서 랜덤하게 개재될 수 있다.

이어서, 상기 공통 전극(250)에 제1 전압(Vcom)을 인가하고, 상기 화소 전극(PE)에 상기 제1 전압(Vcom)과 다른 제2 전압(Vdata)을 인가한다. 상기 공통 전극(250)에 상기 제1 전압(Vcom)이 인가하고, 상기 화소 전극(PE)에 상기 제2 전압(Vdata)을 인가하면, 상기 화소 전극(PE)과 상기 공통 전극(250) 사이에 전계가 형성된다. 상기 전계가 형성되면, 상기 액정 분자들(310)은 그 장축이 상기 전계의 방향과 수직한 방향으로 기울어진다.

상기 제1 전압(Vcom)은 상기 제2 전압(Vdata)보다 높은 레벨을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전압(Vcom)은 약 0V일 수 있고, 상기 제2 전압(Vdata)은 음의 값을 가질 수 있다. 상기 제2 전압(Vdata)은, 예를 들어, 약 -5V일 수 있다.

상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(200) 사이에 전계가 형성되어 상기 액정 분자들(310)이 프리틸트된 상태에서, 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(200)에 광을 조사한다. 즉, 전계노광을 진행한다. 상기 광은 예를 들어, 자외선(ultra violet ray, UV)일 수 있다. 상기 광에 의해서, 상기 RM 모노머(330)가 광반응하고, 상기 RM 모노머(330)가 중합됨으로써 상기 액정 분자들(310) 사이에 개재된 상기 RM 폴리머(320)를 형성할 수 있다. 이어서, 전계를 인가하지 않는 비전계노광을 진행하여 액정 도메인이 완전히 자리잡게 한다. 이에 따라, 상기 제1 기판(100)과 상기 제2 기판(200) 사이에 개재된 본 실시예에 따른 상기 액정층(300)을 형성할 수 있다.

여기서, 전술한 바대로 상기 노광단계를 진행할 때 상기 블랙매트릭스(220)로 가려진 비화소 영역 주변에 얼룩이 발생될 수 있기 때문에, 이하에는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 노광 시 이러한 문제를 방지하기 위한 방안을 설명한다. 편의 상 도 1 내지 도 3e에서 설명한 액정 표시 장치의 구조를 간략화해서 도시하였다.

액정 표시 장치의 제조 중 노광은 상기한 전계노광단계와 비전계노광단계 및 실란트(350)를 경화시키는 실란트경화단계의 3회가 진행된다.

우선, 액정층(300)을 밀봉하는 실란트(350)를 경화시키는 노광이 먼저 진행된다. 액정 분자들(310)과 RM모노머(330; 도 3e 참조)를 실란트(350)로 밀봉된 공간에 주입하고 실란트(350)를 자외선 노광을 통해 먼저 경화시키는 것이다. 이때에는 도 4a에 도시된 바와 같이 실란트(350)가 형성된 영역에만 자외선이 조사되도록 나머지 영역은 자외선 차단 마스크(400)로 가린다. 물론, 실란트(350)가 형성된 영역도 비화소영역이다. 따라서, 이때에는 실란트(350) 부위만 노광되는 것이고, 약 10~15초간 3~5주울 정도의 자외선만 조사되는 것이므로 유기물의 아웃가싱(outgasing)에 의한 얼룩 문제는 별로 생기지 않는다.

그리고는, 액정층(300)의 액정 도메인을 형성하기 위해 전술한 바대로 전계노광단계와 무전계노광단계를 거치게 되는데, 이때 블랙매트릭스(220)가 배치된 비화소 영역에서 아웃가싱의 문제가 생길 수 있다. 그 이유는 블랙매트릭스(220)가 크롬이나 유기물과 같은 광반사성 재질을 포함하기 때문에, 노광 시 조사된 자외선이 이 블랙매트릭스(220)에 반사되어 비화소 영역 안으로 되돌아오기 때문이다. 따라서, 화소 영역과 동일한 광량을 조사하면 비화소 영역의 노광량이 상대적으로 많아지게 된다. 특히, 본 실시예와 같이 공통 전극(250)에 패턴을 만들지 않고 함입 패턴(152)으로 액정 도메인을 형성하는 구조에서는, 액정층 형성을 위한 노광 단계도 전계노광과 비전계노광의 두 단계이고 전체 노광 시간도 길어서 노광량이 많아지므로 아웃가싱이 더 심해질 수 있다. 상기 전계노광 시에는 수은램프를 광원으로 사용하여 6~7분간 10~15주울의 자외선을 조사하고, 상기 비전계노광 시에는 형광램프를 광원으로 사용하여 50~60분간 15주울 이상의 자외선을 조사한다.

따라서, 이를 해결하기 위해 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같은 하프톤 마스크(500)를 사용한다. 이 하프톤 마스크(500)는 블랙매트릭스(220)가 없는 화소 영역은 광을 그대로 투과시키는 제1투광부(510)로, 블랙매트릭스(220)가 있는 비화소 영역은 광을 절반 수준으로 투과시키는 제2투광부(520)를 구비하고 있다. 따라서, 이 하프톤 마스크(500)를 제1 기판(100) 위에 대고 자외선으로 노광을 시키면, 비화소 영역의 직접적인 노광량은 감소한다. 그러나, 상기 블랙매트릭스(220)가 자외선을 반사하여 비화소 영역 안으로 되돌려보내기 때문에 실질적인 노광량은 화소 영역과 비화소 영역이 비슷해진다. 따라서, 블랙매트릭스(220)의 광반사율을 감안해서 비화소 영역도 화소 영역과 비슷한 수준으로 노광되게 하여 아웃가싱을 줄이도록 하는 것이다. 예컨대, 노광에 사용되는 파장 300nm 이상의 자외선을 노광 조건에서 50% 정도를 반사하는 블랙매트릭스(220)라면, 제2투광부(520)의 광투과율을 그것을 감안하여 제1투광부(510) 보다 작게 설정한다. 그러면 결국 화소 영역과 비화소 영역의 노광 조건이 비슷해지게 되며, 비화소 영역에서 노광 과다로 인해 아웃가싱이 심해지는 현상도 억제된다.

그리고, 상기 전계노광단계 및 비전계노광단계를 수행할 때에는 노광 시간이 길어서 혹시 실란트(350)에서도 아웃가싱이 발생될 지 모르므로 상기 자외선 차단 마스크(400)로 실란트(350) 영역을 노광되지 않게 가려두는 것이 좋다.

그러므로 본 실시예에 따르면, 상기 공통 전극(250)에 별도의 패턴을 형성하지 않고 상기 도메인 형성층(150)의 상기 함입 패턴(152)에 의해 액정 도메인을 형성할 수 있으며, 아웃가싱에 의한 블랙매트릭스 주변의 얼룩 현상도 하프톤 마스크를 이용하여 억제할 수 있다.

또한, 상기 공통 전극(250)에 별도의 패턴이 없으므로, 상기 제1 기판(100)과 상기 제2 기판(200)의 미스 얼라인의 원인을 원척적으로 제거할 수 있고, 공통 전극(250)을 패터닝하기 위한 별도의 패터닝 공정을 생략함으로써 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100:제1 기판 110:제1 베이스기판
120:게이트 절연층 130a:반도체층
130b:오믹 콘택층 140:패시베이션층
150:도메인 형성층 152:함입 패턴
200:제2 기판 210:제2 베이스기판
220:블랙 매트릭스 232,234,236:제1,2,3컬러필터
240:오버 코팅층 250:공통 전극
300:액정층 310:액정 분자들
320:RM 폴리머 330:RM 모노머
400:자외선 차단 마스크 500:하프톤 마스크
510:제1투광부 520:제2투광부
GL:게이트 라인 DL:데이터 라인
STL:스토리지 라인 SW:박막 트랜지스터
PE:화소 전극 SE:소스 전극
DE:드레인 전극 CNT:콘택 전극
AL:배향막 AP:액티브 패턴

Claims

화소 영역의 화소 전극을 포함하는 제1기판을 제조하는 단계;
상기 화소 전극과 대향하는 공통 전극 및 비화소 영역을 가리는 블랙매트릭스를 포함하는 제2기판을 제조하는 단계;
상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 실란트로 밀봉된 공간을 만들고 그 안에 액정 분자들을 포함하는 액정 조성물을 개재시키는 단계;
광투과율이 서로 다른 제1투광부와 제2투광부를 구비한 하프톤 마스크를 준비하여, 상기 화소 영역에 상대적으로 광투과율이 높은 상기 제1투광부가, 상기 블랙매트릭스로 가려진 상기 비화소 영역에 상대적으로 광투과율이 낮은 상기 제2투광부가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크를 설치하는 단계; 및,
상기 하프톤 마스크를 통해 상기 화소 영역과 상기 비화소 영역을 서로 다른광량으로 노광시키며 액정층을 형성하는 노광단계;를 포함하는 액정 표시 장치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 노광용 광은 상기 제1기판 측에서 상기 제2기판 측을 향해 조사되고, 상기 하프톤 마스크는 상기 제1기판 위에 설치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 하프톤 마스크의 상기 제1투광부와 상기 제2투광부의 광투과율 차이는, 상기 블랙매트릭스에 의해 반사되어 상기 비화소영역 안으로 되돌아오는 반사광을 감안하여 상기 화소영역의 노광량과 균형을 이룰 수 있게 설정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1기판은 상기 화소 영역의 액정 도메인을 형성하기 위한 함입 패턴이 구비된 도메인 형성층을 더 포함하고, 상기 액정 조성물은 상기 액정 분자들을 고정시키기 위한 반응성 메조겐 모노머들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 노광단계는,
상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서, 상기 액정 분자들 및 반응성 메조겐 모노머들에 광을 조사하여 액정층을 형성하는 전계노광단계와,
상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 상태에서, 상기 액정 분자들 및 반응성 메조겐 모노머들에 광을 조사하여 액정층을 형성하는 비전계노광단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 전계노광단계에서는 6~7분 동안 10~15주울의 자외선을 조사하고,
상기 비전계노광단계에서는 50~60분 동안 15주울 이상의 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 실란트를 노광으로 경화시키는 실란트경화단계를 더 포함하며,
상기 실란트경화단계에서는 10~15초 동안 3~5주울의 자외선을 조사하는 것을특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 노광단계 시 상기 메조겐 모너머들은 메조겐 폴리머들로 중합되고 상기액정 분자들은 상기 함입 패턴을 따라 액정 도메인을 형성하며 배열되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 공통 전극에는 액정 도메인을 형성하기 위한 패턴이 없는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 노광단계 시 상기 실란트 영역은 노광되지 않도록 차광시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 실란트는 상기 비화소 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
화소 영역의 화소 전극을 포함하는 제1기판;
상기 화소 전극과 대향하는 공통 전극 및 비화소 영역을 가리는 광반사성 블랙매트릭스를 포함하는 제2기판; 및
상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 실란트로 밀봉된 공간에 개재되고, 액정 도메인을 형성하는 액정 분자들을 갖는 액정층을 포함하며,
상기 액정층 형성을 위한 노광 시 상기 광반사성 블랙매트릭스의 광 반사 작용에 의해 상기 비화소 영역의 노광 정도가 증가되어, 상대적으로 적은 광량으로도 상기 화소 영역과 균일하게 노광되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1기판은 상기 화소 영역의 액정 도메인을 형성하기 위한 함입 패턴이 구비된 도메인 형성층을 더 포함하고, 상기 액정 조성물은 상기 액정 분자들을 고정시키는 반응성 메조겐 폴리머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제13항에 있어서,
상기 공통 전극에는 상기 액정 도메인 형성을 위한 패턴이 없는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제12항에 있어서,
상기 블랙매트릭스는 크롬과 유기물 중 어느 한 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제12항에 있어서,
상기 실란트는 상기 비화소 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.