KR20120050170A - 어레이 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치를 이용하여 블랙매트릭스 형성용 잉크를 인쇄함으로써 상기 화소전극 위로 상기 화소영역의 경계에 그 측면이 상기 기판의 표면과 30도 이하의 경사각을 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법과 이를 통해 제조된 어레이 기판 및 액정표시장치를 제공한다.
Description
본 발명은 어레이 기판에 관한 것으로, 더욱 상세히는 오프(off)-셋(set) 인쇄 장치 장치를 이용하여 블랙매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정표시장치(liquid crystal display)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 상기 전극이 형성되어 있는 면을 마주보도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정을 주입한 후, 합착함으로써 각 기판에 형성된 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
좀 더 자세히, 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1을 참조하여 그 구성에 대해 설명하면, 도시한 바와 같이, 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 제 1 투명기판(12) 및 이의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막 트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.
또한 이와 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 제 2 투명기판(22) 및 이의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 둘러싸는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자형태의 블랙매트릭스(25) 내측으로 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 마련되어 있다.
그리고 도면상에 명확하게 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제 등으로 봉함된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판이 부착된다.
더불어 액정패널 배면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(Tr)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터 배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 액정표시장치는 수회의 마스크 공정을 진행하여 제조되고 있다.
즉, 어레이 기판에는 박막트랜지스터와 게이트 및 데이터 배선 및 화소전극을 형성해야 하며, 컬러필터 기판에는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴과 블랙매트릭스를 형성해야 한다.
이러한 구성요소들은 특정 형태를 가지므로 패터닝이 되어야 한다. 이때, 특정 형태를 갖도록 패터닝을 하기 위해서 마스크 공정을 진행하고 있다.
마스크 공정이라 함을 포토리소그래피 공정을 의미하며 패터닝하기 위한 물질층을 기판 상에 형성한 후, 그 상부에 감광성 특성을 갖는 포토레지스트층의 형성, 빛의 투과영역과 차단영역을 갖는 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트층의 현상, 현상되고 남은 포토레지스트 패턴을 이용한 상기 물질층의 식각, 포토레지스트 패턴의 스트립 등 일련의 복잡한 단위공정을 포함한다.
1회의 마스크 공정을 진행하기 위해서는 각 단위 공정 진행을 위한 단위 공정 장비와 각 단위 공정 진행을 위한 재료를 필요로 하며 나아가 각 단위 공정 장비를 통한 각 공정 진행 시간이 필요로 되고 있다.
그러므로 마스크 공정은 전술한 바와 같이 다수의 단위공정을 진행해야 하므로 마스크 공정을 많이 진행할수록 액정표시장치의 제조 비용을 상승시키며, 단위 시간당 제조 시간을 상승시키는 요인이 되고 있다.
통상적으로 어레이 기판은 5마스크 또는 4마스크 공정에 의해 제조되고 있으며, 컬러필터 기판의 경우 4마스크 공정에 의해 제조되고 있다.
따라서, 액정표시장치의 각 제조사들은 액정표시장치의 제조 비용 저감 및 생산성 향상을 위해 많은 노력을 하고 있으며, 특히 액정표시장치의 마스크 공정수 저감을 위해 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.
하지만, 액정표시장치를 구성하는 구성요소 중 하나인 블랙매트릭스의 경우, 여전히 마스크 공정을 통해 형성되고 있으므로 종래의 액정표시장치는 여전히 제조 공정에 있어서 단위 시간당 생산성 향상 및 비용저감을 위해 추가적인 마스크 공정 저감이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 종래의 액정표시장치에 있어서, 상기 어레이 기판(40)에 대응하여 상부의 컬러필터 기판에는 블랙매트릭스가 형성되고 있는데, 상기 블랙매트릭스는 상기 어레이 기판(40)의 데이터 배선(60)과 게이트 배선(43) 및 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 형성되고 있다.
이 경우, 상기 블랙매트릭스는 상기 어레이 기판(40)과 컬러필터 기판을 합착 시 합착 오차를 감안하여 실제 필요한 폭에서 상기 오차범위를 더욱 더한 크기의 폭을 갖도록 형성되고 있는 실정이며, 이로 인해 개구율을 감소시키는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 블랙매트릭스를 마스크 공정 진행없이 형성함으로써 공정을 단순화하고, 제조 시간을 단축하며 나아가 제조 비용을 저감시키는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 컬러필터 기판과 어레이 기판의 합착 마진을 줄여 개구율을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 어레이 기판의 제조 방법은, 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치를 이용하여 블랙매트릭스 형성용 잉크를 인쇄함으로써 상기 화소전극 위로 상기 화소영역의 경계에 그 측면이 상기 기판의 표면과 30도 이하의 경사각을 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 블랙매트릭스를 형성하는 단계는, 상기 오프(off)-셋(set) 인쇄장치의 상기 스테이지 상에 상기 화소전극이 형성된 기판을 안착시키는 단계와; 상기 블랭킷 전면에 액체 상태의 상기 블랙매트릭스 형성용 잉크를 코팅하여 겔(gel) 상태의 블랙 잉크층을 형성하는 단계와; 오프(off) 인쇄를 진행하여 상기 겔(gel) 상태를 이룬 상기 블랙 잉크층과 상기 클리체와 접촉하도록 하여 일부를 전사시킴으로써 상기 블랭킷 상에 특정 형태를 갖는 블랙 잉크패턴만이 남도록 하는 단계와; 셋(set) 인쇄를 진행하여 상기 블랭킷 상에 남아있는 블랙 잉크패턴을 상기 기판 상에 전사시키는 단계와; 상기 블랙 잉크패턴을 소성시키는 단계를 포함한다.
상기 블랙매트릭스 형성용 잉크는 상기 블랭킷에 코팅시에는 액체 상태를 유지하고, 상기 블랭킷에서 상기 클리체 또는 상기 기판에 전사시키는 오프(off)-셋(set) 인쇄 시에는 겔(gel) 상태를 유지하는 것이 특징이다.
또한, 상기 기판 상에 상기 게이트 배선과 나란한 공통배선과, 상기 공통배선에서 각 화소영역 내부로 분기한 최외각 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 데이터 배선 사이에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 박막트랜지스터와 상기 화소전극 사이에 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과 상기 공통배선을 노출시키는 공통 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 보호층 위로 상기 화소영역 내부에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 상기 화소전극과, 상기 공통 콘택홀을 통해 상기 공통배선과 접촉하며 상기 화소전극과 교대하는 중앙부 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 블랙매트릭스 위로 배향막을 형성하는 단계와; 상기 배향막에 러빙 장치를 이용하여 러빙을 실시하는 단계를 포함하며, 상기 블랙매트릭스는 0.5㎛ 내지 5㎛의 두께를 가지며, 광학밀도가 1 내지 5인 것이 특징이다.
본 발명에 따른 어레이 기판은, 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 화소전극과; 상기 보호층 위로 상기 화소영역의 경계에 오프-셋 인쇄장치를 통해 블랙매트릭스 형성용 잉크를 인쇄하여 형성됨으로써 상기 기판면과 30도 이하의 경사각을 이루는 측면을 가지며 형성된 블랙매트릭스를 포함한다.
이때, 상기 블랙매트릭스 위로 형성된 러빙 처리된 배향막을 포함하며, 상기 블랙매트릭스는 0.5㎛ 내지 5㎛의 두께를 가지며, 광학밀도가 1 내지 5인 것이 특징이다.
또한, 상기 기판 상에 상기 게이트 배선과 나란하게 형성된 공통배선과; 상기 공통배선에서 각 화소영역 내부로 분기한 최외각 공통전극과; 상기 게이트 배선과 공통배선 및 최외각 공통전극을 덮으며 상기 데이터 배선 하부에 형성된 게이트 절연막과; 상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 상기 화소전극과 교대하며 형성된 중앙부 공통전극을 포함한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 서로 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 포획되는 영역을 화소영역(P)이라 정의하며, 화소영역(P) 내에 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(TrA), 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되는 영역을 스토리지 영역(StgA)이라 정의하였다. 본 발명은 어레이 기판에 특징이 있으므로 어레이 기판의 제조 단계를 위주로 설명하였으며, 특히 화소전극과 공통전극이 모두 어레이 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명하였다.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 상에 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi) 및 크롬(Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 전면에 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립(strip) 등 일련의 단위공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 스위칭 영역(TrA)에 있어서는 상기 게이트 배선(미도시)과 연결된 게이트 전극(106)을 형성한다. 동시에 상기 투명한 기판(101) 상에 상기 게이트 배선(103)에서 소정간격 이격하여 나란하게 연장하는 공통배선(미도시)을 형성하고, 각 화소영역(P) 내부의 최외각에 상기 공통배선(미도시)에서 분기한 형태로 최외각 공통전극(111)을 형성한다.
이때, 도면에서는 일례로 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(106)과 공통배선(미도시) 및 최외각 공통전극(111)이 단일층 구조를 갖는 것을 도시하였지만, 다중층 구조를 이룰 수도 있다.
다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(106)과 공통배선(미도시) 및 최외각 공통전극(111) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 상기 기판(101) 전면에 게이트 절연막(117)을 형성한다.
이후, 상기 게이트 절연막(117) 위로 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘을 증착하여 순수 및 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 형성하고, 연속하여 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 위로 제 2 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi) 및 크롬(Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 전면에 증착하여 제 2 금속층(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 제 2 금속층(미도시)과 그 하부의 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 마스크 공정을 실시하여 패터닝함으로써 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(135)을 형성하고, 동시에 상기 스위칭 영역(TrA)에는 상기 게이트 전극(106)에 대응하여 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 이의 상부로 서로 이격하는 형태로써 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 상기 각각의 오믹콘택층(120b) 상부로 서로 이격하는 형태로 소스 및 드레인 전극(138, 141)을 형성한다. 이때, 상기 소스 전극(138)과 상기 데이터 배선(135)은 연결되도록 형성하며, 상기 드레인 전극(141)은 상기 스토리지 영역(StgA)까지 연장하여 공통배선(미도시)과 상기 화소영역(P) 내에서 중첩하도록 형성함으로써 서로 중첩하는 공통배선(미도시)과 드레인 전극(141)이 각각 제 1 및 제 2 스토리지 전극(114, 143)을 이루도록 한다. 이때, 서로 중첩하는 상기 제 1 및 제 스토리지 전극(114, 143)과, 이들 두 전극(114, 143) 사이에 개재된 상기 게이트 절연막(117)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이룬다.
한편, 도면에 있어서는 상기 데이터 배선(135) 및 상기 제 2 스토리지 전극(143) 하부에 상기 액티브층(120a)을 이루는 순수 비정질 실리콘의 제 1 패턴(121a)과, 상기 오미콘택층(120b)을 이루는 불순물 비정질 실리콘의 제 2 패턴(121b)으로 이루어진 반도체 패턴(121)이 상기 데이터 배선(135)과 제 2 스토리지 전극(143)과 동일한 형태로써 구성됨을 보이고 있지만, 이는 일례로 보인 것이며, 상기 데이터 배선(135)과 제 2 스토리지 전극(143) 하부에 구비된 상기 반도체 패턴(121)을 생략될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 소스 및 드레인 전극(138, 141)을 포함하여 데이터 배선(135)을 상기 반도체층(120)과 1회의 마스크 공정을 통해 형성하기 때문에 상기 데이터 배선(135) 및 제 2 스토리지 전극(143) 하부에 반도체 패턴(121)이 형성된 것이며, 상기 반도체층(120)과, 소스 및 드레인 전극(138, 14113)과 데이터 배선(135)을 각각 이원화하여 2회의 마스크 공정을 진행하여 형성하는 경우, 상기 데이터 배선(135)과 제 2 스토리지 전극(143) 하부에는 반도체 패턴(121)이 형성되지 않게 된다.
한편, 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(106)과, 게이트 절연막(117)과, 반도체층(120)과, 소스 및 드레인 전극(138, 141)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(135)과 소스 및 드레인 전극(138, 141) 상부로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하거나, 또는 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(phot acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)를 도포함으로써 보호층(147)을 형성한다. 이후, 상기 보호층(147) 및 그 하부에 위치하는 게이트 절연막(117)을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(141)과 연결된 제 2 스토리지 전극(143)을 노출시키는 드레인 콘택홀(165)과, 상기 공통배선(미도시)을 노출시키는 공통 콘택홀(미도시)을 형성한다.
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 보호층(147) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성하거나, 또는 제 3 금속물질 예를들면 몰리브덴(Mo) 또는 몰리티타늄(MoTi)을 증착함으로써 제 3 금속층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 투명 도전성 물질층(미도시) 또는 제 3 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 각 화소영역(P) 내에 상기 드레인 콘택홀(165)을 통해 상기 드레인 전극(141)과 접촉하는 다수의 바(bar) 형태의 화소전극(170)을 형성하고, 동시에 상기 공통 콘택홀(미도시)을 통해 상기 공통배선(미도시)과 접촉하며, 상기 다수의 바(bar) 형태의 화소전극(170)과 교대하는 다수의 바(bar) 형태의 중앙부 공통전극(173)을 형성한다.
한편, 본 발명에 실시예에서는 횡전계형 어레이 기판을 제조 방법을 일례로 설명하기 있기에 각 화소영역(P) 내에 서로 교대하는 형태로 다수의 바(bar) 형태의 화소전극(170)과 공통전극(173)이 형성됨을 보이고 있지만, 화소전극만이 어레이 기판에 형성되고 공통전극이 컬러필터 기판에 구비되는 TN모드 액정표시장치의 경우는 상기 보호층에 공통배선을 노출시키는 공통 콘택홀을 형성할 필요가 없으며, 나아가 상기 바(bar) 형태의 공통전극은 형성하지 않으며, 상기 화소전극 또한 각 화소영역(P) 내에 판 형태를 갖도록 형성할 수도 있다.
다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 본 발명에 있어서 가장 특징적인 것으로, 기판(도 2d의 101)이 안착되는 스테이지(210)와, 블랭킷(205)으로 덮인 인쇄롤(203)과, 인쇄롤(203) 상의 블랭킷(205)에 블랙매트릭스 형성용 잉크를 공급하여 코팅하는 잉크 공급 슬릿(204)과, 클리체(도 2f의 207)로 구성된 롤 인쇄 장치(102)의 상기 스테이지(210) 상에 상기 화소전극(도 2d의 170)과 공통전극(도 2d의 173)이 형성된 기판(도 2d의 101)을 안착시킨다.
이후, 상기 잉크 공급 슬릿(104)을 통해 상기 인쇄롤(103)의 최외각에 구성된 블랭킷(105)에 블랙매트릭스 형성용 잉크를 적정량 드롭하며, 동시에 상기 인쇄롤(103)을 일방향으로 회전시킴으로써 상기 블랭킷(105) 전면에 잉크를 일정 두께로 코팅하여 블랙 잉크층(175)을 형성한다.
여기서, 본 발명에 따른 어레이 기판의 제조에 이용되는 블랙매트릭스 형성용 잉크에 대해 간단히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 제조에 이용되는 블랙매트릭스 형성용 잉크는 유기안료와 바인더와 열가교성 모노머와 100℃이상의 고비점을 갖는 프린팅 용제와, 100℃미만의 저비점을 갖는 캐리어 용제 및 소량의 첨가제로 구성됨을 특징으로 한다.
이러한 성분 구성을 갖는 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크는 오프-셋 인쇄에 이용되는 인쇄장치(도 2e의 202) 내에서 인쇄 롤(도 2e의 203)을 최외측을 감싸고 있는 블랭킷(도 2e의 205)에 코팅시에는 점성을 갖는 액체 상태를 유지하고, 상기 블랭킷(도 2e의 205) 상에서 소정의 시간이 지난 후부터 클리체(도 2f의 207) 또는 기판(101) 상에 인쇄를 진행하는 시간을 포함하여 경화공정을 진행하기 전(통상 30초 내지 60초)까지는 겔(gel) 상태를 유지하는 특성을 갖는 것이 특징이다.
또한, 상기 전도성 잉크는 그 표면 에너지가 인쇄 롤(도 2e의 203)에 구비된 블랭킷(도 2e의 205)의 표면 에너지 보다는 크고, 클리체(도 2f의 207) 또는 기판(101)의 표면 에너지 보다는 작은 범위를 갖는 것이 특징이다.
통상적으로 블랭킷(도 2e의 205)은 실리콘 러버 재질 일례로 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어짐으로써 그 표면에너지가 20mJ/㎡ 보다 작은 값을 가지며, 상기 클리체(도 2f의 207) 또는 기판(101)은 통상 금속재질, 유리, 플라스틱 재질로 이루어짐으로서 그 표면에너지는 50mJ/㎡보다는 큰 값을 가지므로, 상기 블랙매트릭스 형성용 잉크는 그 표면 에너지가 20mJ/㎡ 내지 50mJ/㎡의 범위를 가지며, 가장 바람직하게는 25mJ/㎡ 내지 40mJ/㎡의 범위를 갖는 것이 특징이다. 상기 블랙매트릭스 형성용 잉크의 표면 에너지가 블랭킷(도 2e의 205)의 표면에너지 보다 작게 되거나, 또는 클리체(도 2f의 207) 또는 기판(101)의 표면에너지보다 크게 되면 전사 특성이 현격히 줄어들게 되어 블랭킷(도 2e의 205)에서 클리체(도 2f의 207)로 또는 블랭킷(도 2e의 205)에서 기판(101) 표면으로 전사가 이루어지지 않게 되거나, 또는 균일한 전사가 이루어지지 않을 수 있으므로 본 발명에 있어서는 이러한 전사 불량을 발생을 억제하고자 전술한 바와 같은 범위의 표면 에너지를 갖는 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이용한 것이다.
다음, 도 2f에 도시한 바와 같이, 블랭킷(105) 전면에 블랙 잉크층(175)이 형성된 상기 인쇄롤(103)을 상기 클리체(207)의 일끝단과 접촉한 상태에서 일방향으로 상기 클리체(207)를 이동하는 동시에 상기 인쇄롤(203)을 상기 클리체(207)의 이동속도에 맞게 회전함으로써 상기 블랭킷(205) 상의 블랙 잉크층(175) 중 일부를 제거하여 패터닝된 형태를 이루도록 한다. 이렇게 클리체(207)와 인쇄롤(203)이 접촉하도록 하여 블랭킷(205) 상의 전면에 코팅된 블랙 잉크층(175)을 특정 형태로 패터닝하는 하는 것을 오프(off) 인쇄이라 한다.
한편, 상기 클리체(207)는 그 표면이 볼록부(207a)와 오목부(207b)로 나뉘며, 볼록부(207a)에 대응하여 상기 블랭킷(205) 상에 코팅된 도전성 잉크층(175)이 접촉함으로써 상기 블랭킷(205)에서 상기 클리체(207)의 볼록부(207a)로 상기 블랙 잉크층(206)이 전사되게 되며, 이러한 오프(off) 인쇄에 의해 상기 클리체(207)의 오목부(207b)에 대응하는 부분만이 상기 인쇄롤(203)의 블랭킷(205) 상에 남게 됨으로써 특정 형태로 패터닝된 상태의 제 1 블랙 패턴(178)을 이루게 된다.
본 발명에 이용되는 클리체(207)의 경우, 추후 기판(도 2d의 101) 상에 형성되어야 할 격자형태의 블랙매트릭스가 형성되어야 할 형태대로 상기 오목부(207b)가 패터닝된 형태를 이루는 것이 특징이다.
한편, 본 발명에 이용되는 블랙매트릭스 형성용 잉크는 특정 중량% 비로 혼합된 프린팅 솔벤트 및 캐리어 솔벤트와 유기안료와 바인더와 열가교성 모노머와 첨가제로 구성됨으로써 그 표면 에너지가 상기 블랭킷(205)의 표면 에너지보다 크고, 클리체(107) 및 기판(101)의 표면에너지 보다 작은 25mJ/㎡ 내지 40mJ/㎡의 범위를 갖는다.
따라서, 블랭킷(205) 상의 전면에 코팅된 후에는 겔(gel) 상태를 유지하는 특성에 의해 상기 블랙 잉크층(175)이 클리체(207)의 볼록부(207a)와 접촉이 이루지게 되면 상기 블랭킷(205)에서 상기 클리체(207)로 전사가 거의 불량없이 이루어지게 되는 것이 특징이다.
다음, 도 2g에 도시한 바와 같이, 오프(off) 인쇄를 진행하여 상기 블랭킷(205) 표면에 패터닝 된 상태로 남아있는 상기 제 1 블랙패턴(178)이 구비된 상기 인쇄롤(203)을 상기 스테이지(210) 상에 안착된 기판(101)의 일끝단과 접촉시킨 상태에서 상기 스테이지(210)를 일방향으로 이동시킴과 동시에 상기 인쇄롤(203)을 일방향으로 회전시킴으로써 상기 블랭킷(205) 상에 남아있는 상기 제 1 블랙패턴(178)을 상기 기판(101) 상에 전사시킨다. 이때, 상기 블랭킷(205) 상의 제 1 블랙패턴(208)은 여전히 겔(gel) 상태를 유지함으로써 상기 기판(201) 표면으로의 전사가 불량없이 이루어지게 되는 것이 특징이다. 이렇게 오프(off) 인쇄 공정을 통해 블랭킷(205) 상에 형성된 제 1 블랙패턴(178)을 기판(101)상으로 전사시키는 단계를 셋(set) 인쇄라 한다.
상기 셋(set) 인쇄 공정 진행에 의해 상기 기판(101) 상에는 상기 인쇄롤(203) 상의 블랭킷(205)에 형성된 상기 제 1 블랙패턴(178)이 전사됨으로써 일방향으로 연장하며 일정간격 이격하는 형태로 겔(gel) 상태의 제 2 블랙패턴(179)이 형성된다.
한편, 상기 제 2 블랙패턴(179)은 인쇄장치(202)를 이용한 오프-셋 인쇄에 의해 기판(101) 상에 형성됨으로써 오프-셋 인쇄 특성에 의해 자연적으로 측단 부분이 상기 기판(101) 표면과 이루는 각도가 30도 이하가 되는 것이 특징이다.
통상적으로 마스크 공정을 이용한 패터닝에 의해 블랙매트릭스를 형성하는 경우, 기판 표면과 블랙매트릭스 측단이 이루는 각도는 통상 60도 내지 80도 정도가 된다.
비교예로서 마스크 공정 진행에 의해 패터닝 됨으로써 측단이 기판(101)면과 60도 이상의 가파른 경사를 갖는 블랙매트릭스를 어레이 기판에 형성하는 경우, 이의 하부에 구성되는 구성요소에 의한 단차와 더불어 블랙매트릭스 자체가 이루는 단차에 의해 추후 배향막 형성 후 진행되는 러빙 공정 진행 시 러빙 포를 손상시켜 배향막 표면에서 배향 불량을 초래하게 된다.
즉, 블랙매트릭스가 형성된 부분과 형성되지 않은 부분간의 단차에 의해 어레이 기판 자체에 형성되는 구성요소에 의한 단차와 더불어 깊은 골을 형성한다. 이에 의해 상기 골이 형성된 부분에의 러빙 진행 시 러빙포 상기 블랙매트릭스의 측단과 접촉하게 되며, 이 경우 패터닝 특성상 측단이 60도 이상 매우 가파른 경사를 이루게 됨으로써 고속으로 회전하는 러빙 포의 포털이 가파른 경사를 갖는 블랙매트릭스 측단 모서리 부분과 접촉하게 됨으로써 포털에 충격이 가해지게 되어 손상되며, 이에 의해 손상된 부분의 포털과의 접촉에 의해 배향막 표면에 배향이 원활히 이루어지지 않음으로써 배향 불량을 초래하게 된다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따라 오프-셋 인쇄에 의해 어레이 기판(101)에 형성되는 상기 제 2 블랙패턴(179)은 기판(101)면에 대해서 30도 이하의 경사각(θ)를 갖는 측단을 형성하게 되며, 이러한 제 2 블랙패턴(179)은 추후 경화공정 진행 후에는 블랙매트릭스(도 2i의 180)를 이루게 되며, 이러한 블랙매트릭스(도 2i의 180)는 그 측단이 30도 이하의 원만한 경사각(θ)를 갖게 됨으로써 러빙 진행 시 러빙 포에 손상을 입히지 않는 구조를 이룬다.
따라서, 원만한 러빙이 진행될 수 있으므로 배향 불량 등은 발생되지 않으므로 제조 수율을 향상시킬 수 있으며, 블랙매트릭스(도 2i의 180) 형성을 위한 1회의 마스크 공정을 진행하지 않음으로써 공정 및 제조 시간을 단축하며, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
다음, 도 2h 및 도 2i에 도시한 바와 같이, 상기 겔(gel) 상태의 제 2 블랙패턴(도 2g의 179)이 형성된 기판(101)을 퍼나스(furnace) 또는 오븐(oven) 등의 소성장치(291)의 내부에 위치시킨 후, 300℃ 내지 370℃ 정도의 온도 분위기에서 1분 내지 20분간 노출시키는 경화 공정을 진행한다.
이러한 경화 공정 진행에 의해 상기 겔(gel) 상태의 제 2 블랙패턴(도 2g의 179)을 경화시킴으로서 각 화소영역(P)에 대응하여 개구를 가지며 화소영역(P)의 경계에 위치하는 격자형태의 블랙매트릭스(180)를 이루도록 한다.
상기 블랙매트릭스(180)는 가장 두꺼운 부분의 두께가 0.5㎛ 내지 5㎛ 정도가 되도록 형성하는 것이 특징이며, 이때, 상기 블랙매트릭스(180)는 광학밀도(optical density)가 1 내지 5인 것이 특징이다.
한편, 전술한 바와 같이 블랙매트릭스(180)가 어레이 기판(101) 상에 형성됨으로써 컬러필터 기판(미도시)과의 합착 시 기판 간 틀어짐에 의해 블랙매트릭스(180)가 게이트 및 데이터 배선(미도시, 135)에 대응하여 틀어지는 등의 합착 마진을 필요로 하지 않으므로 각 화소영역(P)의 개구율을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.
개구율 측정 결과, 본 발명에 따른 어레이 기판(101)을 구비한 액정표시장치가 블랙매트릭스가 컬러필터 기판에 형성된 종래의 액정표시장치 대비 4.3% 정도 개구율이 향상되었음을 알 수 있었다.
이후, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 블랙매트리스(180) 위로 표시영역 전면에 배향막(미도시)을 형성하고, 상기 배향막(미도시)에 대해 러빙 공정을 진행함으로써 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판(101)을 완성한다.
다음, 도면에 나타내지 않았지만, 또 다른 투명한 기판 상에 적색 레지스트를 도포하여 적색 레지스트층을 형성하고, 상기 적색 레지스트층 위로 차단영역과 투과영역의 일정한 패턴을 갖는 노광 마스크를 위치시킨 후 노광 공정을 실시하고, 노광된 적색 컬러 레지스트층을 현상함으로써 일정한 간격을 가지며 이격하는 적색 컬러필터 패턴을 형성한다.
다음, 상기 적색 컬러필터 패턴을 형성한 방법과 동일하게 녹색 및 청색 레지스트에 대해서도 진행하여 일정간격 이격하는 녹색 및 청색 컬러필터 패턴을 형성함으로써 최종적으로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴이 순차적으로 반복하는 컬러필터층을 형성한다.
다음, 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴으로 구성된 상기 컬러필터층 위로 무색 투명한 레진을 전면에 도포하여 오버코트층을 형성함으로써 컬러필터 기판을 완성한다. 이때, 상기 오버코트층은 컬러필터층을 보호하고, 표면을 평탄화하기 위해 형성하는 것이다.
한편, 상기 컬러필터 기판은 상기 컬러필터층 위로 상기 오버코트층을 형성하는 것 대신에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전면에 증착하여 투명전극(미도시)을 형성함으로써 완성할 수도 있다.
실시예에서와 같이, 상기 컬러필터층 상에 오버코트층을 형성하는 것은 공통전극(111, 173)과 화소전극(170)이 모두 박막트랜지스터(Tr)가 구비된 어레이 기판(101)에 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정표시장치의 컬러필터 기판을 제조하기 위함이며, 상기 오버코트층 대신에 상기 컬러필터층 위로 투명전극을 형성하는 것은 화소전극만이 어레이 기판에 구비된 일반적인 TN모드 액정표시장치의 컬러필터 기판을 형성하기 위함이다.
이후, 상기 오버코트층 위로 배향막을 형성하고, 러빙공정을 실시함으로써 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판을 완성한다.
다음, 전술한 바와같이 제조가 완료된 어레이 기판(101)과 컬러필터 기판(미도시)을 구성요소가 형성된 면이 서로 마주하도록 위치시키고, 각 컬러필터 패턴의 경계가 어레이 기판(101) 상에 위치한 블랙매트릭스(180) 상에 위치하도록 정렬을 실시한 후 킨 후, 이들 두 기판(101, 미도시) 사이에 액정층(미도시)을 개재하고, 두 기판(101, 미도시)의 가장자리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성한 후, 합착함으로써 본 발명에 따른 액정표시장치(미도시)를 완성한다.
본 발명은 전술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : (어레이)기판 106 : 게이트 전극
111 : 최외각 공통전극 114 : 제 1 스토리지 전극
117 : 게이트 절연막 120 : 반도체층
120a : 액티브층 120b : 오믹콘택층
120 : 반도체 패턴 121a, 121b : 제 1 및 제 2 패턴
135 : 데이터 배선 138 : 소스 전극
141 : 드레인 전극 147 : 보호층
165 : 드레인 콘택홀 170 : 화소전극
173 : 중앙부 공통전극 180 : 블랙매트릭스
111 : 최외각 공통전극 114 : 제 1 스토리지 전극
117 : 게이트 절연막 120 : 반도체층
120a : 액티브층 120b : 오믹콘택층
120 : 반도체 패턴 121a, 121b : 제 1 및 제 2 패턴
135 : 데이터 배선 138 : 소스 전극
141 : 드레인 전극 147 : 보호층
165 : 드레인 콘택홀 170 : 화소전극
173 : 중앙부 공통전극 180 : 블랙매트릭스
Claims (12)
- 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극을 형성하는 단계와;
상기 기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치를 이용하여 블랙매트릭스 형성용 잉크를 인쇄함으로써 상기 화소전극 위로 상기 화소영역의 경계에 그 측면이 상기 기판의 표면과 30도 이하의 경사각을 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계
를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 블랙매트릭스를 형성하는 단계는,
상기 오프(off)-셋(set) 인쇄장치의 상기 스테이지 상에 상기 화소전극이 형성된 기판을 안착시키는 단계와;
상기 블랭킷 전면에 액체 상태의 상기 블랙매트릭스 형성용 잉크를 코팅하여 겔(gel) 상태의 블랙 잉크층을 형성하는 단계와;
오프(off) 인쇄를 진행하여 상기 겔(gel) 상태를 이룬 상기 블랙 잉크층과 상기 클리체와 접촉하도록 하여 일부를 전사시킴으로써 상기 블랭킷 상에 특정 형태를 갖는 블랙 잉크패턴만이 남도록 하는 단계와;
셋(set) 인쇄를 진행하여 상기 블랭킷 상에 남아있는 블랙 잉크패턴을 상기 기판 상에 전사시키는 단계와;
상기 블랙 잉크패턴을 소성시키는 단계
를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 블랙매트릭스 형성용 잉크는 상기 블랭킷에 코팅시에는 액체 상태를 유지하고, 상기 블랭킷에서 상기 클리체 또는 상기 기판에 전사시키는 오프(off)-셋(set) 인쇄 시에는 겔(gel) 상태를 유지하는 것이 특징인 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 게이트 배선과 나란한 공통배선과, 상기 공통배선에서 각 화소영역 내부로 분기한 최외각 공통전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 배선과 데이터 배선 사이에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 박막트랜지스터와 상기 화소전극 사이에 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과 상기 공통배선을 노출시키는 공통 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 보호층 위로 상기 화소영역 내부에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 상기 화소전극과, 상기 공통 콘택홀을 통해 상기 공통배선과 접촉하며 상기 화소전극과 교대하는 중앙부 공통전극을 형성하는 단계
를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 블랙매트릭스 위로 배향막을 형성하는 단계와;
상기 배향막에 러빙 장치를 이용하여 러빙을 실시하는 단계
를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 블랙매트릭스는 0.5㎛ 내지 5㎛의 두께를 가지며, 광학밀도가 1 내지 5인 것이 특징인 어레이 기판의 제조 방법.
- 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과;
상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터와;
상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과;
상기 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 화소전극과;
상기 보호층 위로 상기 화소영역의 경계에 오프-셋 인쇄장치를 통해 블랙매트릭스 형성용 잉크를 인쇄하여 형성됨으로써 상기 기판면과 30도 이하의 경사각을 이루는 측면을 가지며 형성된 블랙매트릭스
를 포함하는 어레이 기판.
- 제 8 항에 있어서,
상기 블랙매트릭스 위로 형성된 러빙 처리된 배향막을 포함하는 것이 특징인 어레이 기판.
- 제 8 항에 있어서,
상기 블랙매트릭스는 0.5㎛ 내지 5㎛의 두께를 가지며, 광학밀도가 1 내지 5인 것이 특징인 어레이 기판.
- 제 8 항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 게이트 배선과 나란하게 형성된 공통배선과;
상기 공통배선에서 각 화소영역 내부로 분기한 최외각 공통전극과;
상기 게이트 배선과 공통배선 및 최외각 공통전극을 덮으며 상기 데이터 배선 하부에 형성된 게이트 절연막과;
상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 상기 화소전극과 교대하며 형성된 중앙부 공통전극
을 포함하는 어레이 기판.
- 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 기재된 어레이 기판과;
상기 어레이 기판과 대면되며, 그 내측면에 상기 화소영역에 대응하여 형성된 컬러필터층을 구비한 컬러필터 기판
을 포함하는 액정표시장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100111548A KR20120050170A (ko) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | 어레이 기판 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100111548A KR20120050170A (ko) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | 어레이 기판 및 이의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120050170A true KR20120050170A (ko) | 2012-05-18 |
Family
ID=46267722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100111548A KR20120050170A (ko) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | 어레이 기판 및 이의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120050170A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114253021A (zh) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板及其制备方法、显示装置 |
-
2010
- 2010-11-10 KR KR1020100111548A patent/KR20120050170A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114253021A (zh) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板及其制备方法、显示装置 |
| CN114253021B (zh) * | 2020-09-22 | 2023-11-21 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板及其制备方法、显示装置 |
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