KR20130006092A - 표시 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20130006092A
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Abstract

표시 기판은 컬러필터층, 차광부와 유지부를 포함하는 차광유지부재 및 상기 차광유지부재의 하부에 형성되는 하부 지지층을 포함한다. 상기 하부 지지층은 상기 유지부의 하부에 중첩되어 형성되므로, 상기 유지부의 상부에 발생하는 함몰현상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 하부 지지층은 상기 컬러필터층과 동일한 층에 형성되고, 동일한 재료를 포함하며, 동일 공정에 의하여 형성되므로 추가적인 공정이 필요 없게 된다. 따라서, 추가적인 공정 없이 차광유지부재의 함몰현상을 방지하여 액정셀의 셀갭을 균일하게 유지하여 표시품질을 향상시킬 수 있다.

Description

표시 기판 및 이의 제조 방법 {DISPLAY SUBSTRATE ANDMETHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 표시 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표시품질을 개선하기 위한 표시 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시 장치는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판에 대향하는 대향 기판, 및 상기 어레이 기판과 대향 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는데, 최근 어레이 기판 상에 컬러 필터가 형성된 컬러필터-어레이(COA: Color-filter On Array) 기판을 채용한 고투과율 구조의 액정표시 장치가 개발되고 있는데, 이 경우, 상기 COA 기판과 차광 부재가 형성된 대향 기판과의 결합 공정에서 얼라인 미스가 발생되는 것을 막기 위해 상기 COA 기판 상에 상기 차광 부재를 형성하는 BOA(Black matrix On Array) 기판이 개발되고 있으며, 차광 패턴과 기판과의 간격을 유지하는 유지 부재를 동일한 재료로 형성하는 차광유지부재(BCS, Black Column Spacer)가 개발되고 있다.
상기 차광유지부재는 차광부와 유지부로 형성된다. 상기 차광유지부재는 공정시에 높은 디파인(define)을 가질수록 기판을 눌렀을 때 복원되는 정도인 스미어 마진(smear margin)에 유리하게 된다. 따라서, 높은 디파인(define)을 갖기 위하여 상기 차광부와 유지부의 각도인 테이퍼 앵글(taper angle, θ)이 큰 것이 바람직하다. 상기 테이퍼 앵글(taper angle, θ)은 상기 차광유지부재의 구성요소의 변경으로 조절이 가능하다. 상기 차광유지부재는 일반적으로 폴리머(polymer)과 모노머(monomer)를 포함한다. 상기 모노머(monomer)에 대한 폴리머(polymer)의 비율이 낮을수록 높은 테이퍼 앵글(taper angle, θ)을 갖는 차광유지부재를 형성할 수 있다. 다만, 상기 폴리머(polymer)의 비율이 낮을수록, 차광유지부재를 형성하는 공정 중, 베이킹(baking) 공정에서 상기 차광유지부재의 유지부의 상부에 함몰이 발생하게 된다.
상기 유지부는 상부 기판과 하부기판을 지지하는 역할을 하기 때문에, 상기와 같이 차광유지부의 유지부 상부에 함몰이 발생하게 되면, 액정셀의 셀갭이 불균일해지고 이에 따라 화면상에 얼룩이 나타나게 되는 문제가 발생한다.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 액정셀의 셀갭을 균일하게 유지할 수 있는 표시 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 표시 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 표시 기판은 베이스 기판, 컬러필터층, 하부 지지층 및 차광유지부재를 포함한다. 상기 베이스 기판은 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인 및 스위칭 소자를 포함한다. 상기 컬러필터층은 상기 베이스 기판 상에 서로 인접하게 형성된다. 상기 하부 지지층은 상기 인접하는 상기 컬러필터층의 사이 및 상기 베이스 기판 상에 형성된다. 상기 차광유지부재는 상기 서로 인접하는 컬러필터층의 사이 및 상기 하부 지지층의 상부에 형성되며, 차광부 및 상기 하부 지지층과 중첩되고 상기 차광부로부터 돌출되는 유지부를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 표시 기판는 상기 컬러필터층의 상부에 형성되는 무기절연막 및 상기 무기절연막의 상부에 형성되는 화소 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 베이스 기판의 하부에서부터 상기 차광부까지의 높이는 상기 베이스 기판의 하부에서부터 상기 화소전극까지의 높이와 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 유지부의 상기 베이스 기판과 평행한 단면의 면적은 상기 베이스 기판에서 멀어질수록 감소할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 상기 하부 지지층의 상기 베이스 기판과 평행한 단면의 면적은 상기 베이스 기판에서 멀어질수록 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 베이스 기판과 평행한 상기 유지부의 단면 중 최소 면적을 갖는 단면은, 상기 베이스 기판과 평행한 상기 하부 지지층의 단면 중 최대 면적을 갖는 단면보다 크게 형성 될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 상기 유지부의 단면 중 최소 면적을 갖는 단면의 폭은 35m이고, 상기 하부 지지층의 단면 중 최대 면적을 갖는 단면의 폭은 10m 내지 15m로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 유지부의 측면과 상기 차광부의 상면 사이의 각도는 40ㅀ로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 컬러필터층과 상기 하부 지지층은 동일한 층으로부터 형성되며, 상기 컬러필터층과 하부 지지층의 두께가 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 표시 기판은 상기 베이스 기판 상에 형성된 상기 하부 지지층 및 컬러필터층 상에 형성되는 무기절연막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 표시 기판은 상기 무기절연막과 상기 차광유지부재 사이에 형성된 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 지지층 상에 형성된 보호층은 다른 영역에 형성된 보호층보다 높은 위치에 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 표시 기판의 제조 방법에서, 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인 및 스위칭 소자를 포함하는 베이스 기판을 형성한다. 상기 베이스 기판의 상부에 제1 감광막을 도포한다. 상기 1 감광막을 패터닝하여 서로 인접하는 컬러필터 및 상기 서로 인접하는 컬러필터 사이에 하부 지지층을 형성한다. 상기 베이스 기판의 상부에 차광부 및 상기 하부 지지층과 중첩되고 상기 차광부로부터 돌출되는 유지부를 포함하는 차광유지부재를 형성한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 컬러필터 및 하부 지지층을 형성하는 단계는, 상기 제1 감광막의 상부에 제1, 제2 및 제3 광투과부를 포함하는 마스크를 형성하는 단계, 상기 제1 감광막을 노광 및 현상하여 상기 제1, 제2 및 제3 광투과부를 제외한 부분의 제1 감광막을 제거하는 단계, 상기 제1 감광막을 베이킹하여, 상기 제2 광투과부에 대응되는 제1 감광막을 하부 지지층으로 형성하는 단계 및 상기 제1 및 3 광투과부에 대응되는 제1 감광막을 상기 컬러필터로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 차광유지부재를 형성하는 단계는, 상기 베이스 기판의 상부 및 상기 하부 지지층의 상부에 제2 감광막을 도포하는 단계, 상기 제2 감광막 상에 제1 노광영역 및 상기 제1 노광영역보다 광 투과율이 높은 2 노광영역을 포함하는 하프톤 마스트(half tone mask)를 형성하는 단계, 상기 제2 감광막을 노광 및 현상하여, 상기 제1 및 제2 노광영역들을 제외한 부분의 상기 제2 감광막을 제거하는 단계 및 상기 잔류된 제2 감광막을 베이킹하여, 상기 제1 노광영역에 대응되는 상기 제2 감광막을 상기 유지부로 형성하고 상기 제2 노광영역에 대응되는 상기 제2 감광막을 상기 차광부로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 감광막은 폴리머(polymer)와 모노머(monomer)를 4:5의 비율로 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 차광유지부재를 형성하기 전에, 상기 베이스 기판 상부, 상기 하부 지지층 상부 및 상기 컬러필터 상부에 무기절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 광투과부의 너비는 10m 내지 15m이고, 상기 제1 노광영역의 너비는 35m로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 하부 지지층 상에 형성되는 보호층의 높이를 다른 영역보다 높은 위치에 형성할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 높은 테이퍼 앵글(taper angle, θ)을 가짐과 동시에 차광유지부재의 유지부의 함몰 현상을 해결할 수 있다.
또한, 컬러필터를 형성하는 공정과 동시에 하부 지지층이 형성되어, 공정이 단순하며, 추가적인 재료가 필요하지 아니하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 차광유지부재 및 하부 지지층의 확대 단면도이다.
도 4a 내지 4g는 도 2에 도시된 제1 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 6a 및 6b는 도 5에 도시된 제1 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치는 제1 기판(100), 제2 기판(200) 및 액정층(300)을 포함한다.
상기 제1 기판(100)은 제1 베이스 기판(101) 상에 형성된 게이트 라인(GLn), 데이터 라인(DLm), 스토리지 라인(STL), 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3), 게이트 절연층(120), 액티브층(130), 패시베이션층(140), 컬러필터층(150), 무기절연막(160), 유기절연막(170), 화소전극(PE), 차광유지부재(190) 및 하부 지지층(193)을 포함한다.
제1 게이트 라인(GL1) 및 제2 게이트 라인(GL2)은 제1 방향(D1)으로 연장되고, 상기 제2 게이트 라인은 상기 제1 게이트 라인과 인접하게 배치된다. 상기 제1 데이터 라인(DL1) 및 제2 데이터 라인(DL2)은 상기 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 연장되고, 상기 제2 데이터 라인은 상기 제1 데이터 라인과 인접하게 배치된다.
상기 제1 스위칭 소자(SW1)는 상기 제1 게이트 라인(GL1)과 상기 제1 데이터 라인(DL1)이 교차하는 영역과 인접하게 배치된다. 상기 제1 스위칭 소자(SW1)는 상기 제1 및 제2 서브 화소 영역들 간의 경계 영역에 배치된다. 상기 제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 게이트 전극(GE1)이 상기 제1 게이트 라인(GL1)과 연결되고, 제1 소스 전극(SE1)이 제1 데이터 라인(DL1)과 연결되며, 상기 제1 서브 화소전극(PE1)은 제1 콘택홀(CNT1)를 통해 제1 드레인 전극(DE1)과 전기적으로 연결된다.
상기 제2 스위칭 소자(SW2)는 상기 제1 게이트 라인(GL1)과 상기 제1 데이터 라인(DL1)이 교차하는 영역과 인접하게 배치된다. 상기 제1 스위칭 소자(SW2)는 상기 제1 및 제2 서브 화소영역들 간의 경계 영역에 배치된다. 상기 제2 스위칭 소자(SW2)는 제2 게이트 전극(GE2)이 상기 제1 게이트 라인(GL1)과 연결되고, 제2 소스 전극(SE2)이 상기 제1 데이터 라인(DL1) 및 상기 제1 소스전극(SE2)과 연결되며, 상기 제2 서브 화소전극(PE2)은 제2 콘택홀(CNT2)를 통해 제2 드레인 전극(DE2)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 서브 화소전극(PE2)은 상기 제1 서브 화소영역과 인접한 상기 화소 영역의 제2 서브 화소영역에 배치된다.
상기 제3 스위칭 소자(SW3)는 상기 제2 게이트 라인(GL2)과 상기 제2 데이터 라인(DL2)이 교차하는 영역과 인접하게 배치된다. 상기 제3 스위칭 소자(SW3)는 상기 제1 및 제2 서브 화소영역들 간의 경계 영역에 배치된다. 상기 제3 스위칭 소자(SW3)는 제3 게이트 전극(GE3)이 상기 제2 게이트 라인(GL2)과 연결되고, 제3 소스 전극(SE3)이 상기 제1 데이터 라인(DL1) 및 상기 제2 드레인 전극(DE2)과 연결되며, 제3 드레인 전극(DE3)이 상기 스토리지 라인(STL)과 연결된다.
상기 스토리지 라인(STL)은 상기 제1 서브 화소전극(PE1)과 부분적으로 중첩되어 상기 제1 서브 화소영역을 둘러싸도록 배치된다. 상기 제1 서브 화소전극(PE1)과 상기 스토리지 라인(STL)사이에는 게이트 절연층(120) 및 패시베이션층(140)이 배치된다.
상기 제3 스위칭 소자(SW3)의 상기 제3 드레인 전극(DE3)은 다운 캐패시터(Cdown)의 제1 전극(125)과 연결되고, 상기 제1 전극(125)은 상기 스토리지 라인(STL)과 중첩된다. 상기 스토리지 라인(STL)은 상기 다운 캐패시터의 제2 전극으로 정의될 수 있다.
상기 제1 스위칭 소자(SW1) 및 상기 제2 스위칭 소자(SW2)는 상기 제1 게이트 라인(GL1)에 인가되는 제1 게이트 신호에 응답하여 턴-온 되고, 상기 제3 스위칭 소자(SW3)는 상기 제2 게이트 라인(GL2)에 인가되는 제2 게이트 신호에 응답하여 턴-온 된다. 결과적으로 상기 제3 스위칭 소자(SW3)가 턴-온 되면 상기 다운 커패시터(Cdown)는 상기 제2 서브 화소 전극에 의해 충전된 데이터 전압을 다운시킨다. 상기 제1 서브 화소전극(PE1)이 형성된 영역이 상기 표시 장치의 하이픽셀(HP)로 정의되고, 상기 제2 서브 화소전극(PE2)이 형성된 영역이 로우 픽셀(LP)로 정의될 수 있다.
상기 제1 서브 화소전극(PE1)은 제1 마이크로 전극(183a)을 포함하고, 상기 제1 마이크로 전극들(183a)은 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)으로 연장된 십자형의 제1 몸체부(181a)로부터 방사형으로 분기되어 형성될 수 있다. 상기 제2 서브 화소전극(PE2)는 제2 마이크로 전극(183b)을 포함하고, 상기 제2 마이크로 전극들(183b)는 십자형의 제2 몸체부(181b)로부터 방사형으로 분기되어 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2) 및 상기 제1 내지 제3 게이트 전극들(GE1, GE2, GE2)을 포함하는 게이트 패턴이 형성된 제1 베이스 기판(101) 상에 상기 게이트 절연층(120)이 형성된다. 상기 게이트 절연층(120)은 상기 게이트 패턴 및 스토리지 라인(STL)을 커버한다.
상기 게이트 절연층(120) 상에는 스위칭 소자(SW)의 전기적 통로인 액티브층(130)이 형성된다. 상기 액티브층(130)은 일례로, 비정질 실리콘(Amorphous Silicon, s-Si:H)으로 이루어진 반도체층 및 이온 도핑된 비정질 실리콘(n+ s-Si:H)으로 이루어진 오믹 콘택층이 적층된 구조로 형성된다.
상기 액티브층(130)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(110) 상에 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2), 제1 내지 제3 소스 전극들(SE1, SE2, SE3), 및 제1 내지 제3 드레인 전극들(DE1, DE2, DE3)을 포함하는 소스 패턴이 형성된다. 상기 소스 패턴이 형성된 상기 제1 베이스 기판(101) 상에 상기 패시베이션층(140)이 형성된다.
상기 패시베이션층(140)이 형성된 제1 베이스 기판(101) 상에 상기 컬러필터층(150) 및 상기 하부 지지층(193)이 형성된다. 상기 컬러필터층(150)는 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2), 및 제1 및 제 2 데이터 라인들(DL1, DL2)이 정의하는 제1 서브 화소영역 및 제 2 서브화소영역에 형성될 수 있다. 상기 컬러필터층(150)는 제1 컬러필터층, 제2 컬러필터층, 및 제3 컬러필터층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 컬러필터층(150)은 상기 제1 컬러필터층 내지 제3 컬러필터층은 서로 다른 컬러를 나타낸다. 상기 하부 지지층은 상기 제1 내지 제3 컬러필터층들의 사이에 형성되며, 상기 컬러필터층(150)과 동일한 층에 형성될 수 있다.
상기 컬러필터층(150)이 형성된 제1 베이스 기판(101) 상에 무기절연막(160)이 형성된다. 상기 무기절연막(120)은 일례로, 질화 실리콘(SiNx)으로 형성할 수 있다.
상기 제1 베이스 기판(101) 상의 각 화소영역의 경계영역 및 상기 제1 및 제2 서브화소 전극들(PE1, PE2)이 형성된 제1 및 제2 서브화소영역의 경계영역에 차광유지부재(190)이 형성된다. 상기 차광유지부재(190)는 상기 각각의 컬러필터층들(150)의 사이에 형성되어 상기 제1 기판(100)의 하부에서 제공되는 광이 상기 액정층(300)으로 제공되는 빛을 차단하는 차광부(191)와 상기 제1 기판(100)과 제2 기판(200)과의 간격을 유지하는 유지부(192)를 포함한다. 본 실시예에서는 유지부(192)의 단면을 상기 제1 베이스 기판(101)에 대하여 기울어진 두 개의 측면으로 형성되는 사다리꼴 모양으로 설명하였으나, 이에 한정되지 아니한다. 즉, 상기 유지부(192)의 단면은 원형, 사각형, 육각형, 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기 차광유지부재(190)의 하부에는 상기 하부 지지층(193)이 형성된다. 상기 하부 지지층(193)은 상기 유지부(192)의 하부에 상기 유지부(192)와 중첩되어 형성되고, 상기 유지부(192)를 지지한다. 따라서, 상기 유지부(192)의 형성 공정 중 베이킹(baking) 공정에서 상기 유지부(192)의 상부에 발생할 수 있는 함몰 현상을 방지할 수 있다. 상기 차광유지부재(190) 및 상기 하부 지지층(193)은 이하 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 제2 기판(200)은 제2 베이스 기판(201) 상에 형성된 공통전극(210)을 포함한다. 상기 공통전극(210)은 별도의 패터닝 공정 없이 상기 제2 베이스 기판(201)의 전면에 형성될 수 있다.
상기 액정층(300)은 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(200)사이에 개재된다. 상기 액정층(300)은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자를 포함하며 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 제1 및 제2 기판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있을 수 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치는 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 상에 형성된 제1 배향막(AL1) 및 제2 배향막(AL2)을 포함할 수 있다.
도 3은 차광유지부재 및 하부 지지층의 확대 단면도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 일반적으로 차광유지부재(190)의 유지부(193)는 상부너비(d1)과 상기 상부너비(d1) 보다는 큰 하부너비(d2)를 포함하는 사다리꼴 모양을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 상기 상부 및 하부너비들(d1, d2)의 차이로 인하여 상기 유지부(193)의 단면은 상기 베이스 기판(101)을 기준으로 기울어지는 측면을 포함한다. 상기 베이스 기판(101)과 상기 측면 사이의 각도를 테이퍼 앵글(taper angle, θ)이라고 하는데, 상기 제1 및 제2 기판들(100, 200) 사이의 간격유지를 정확하게 제어하기 위하여는 상기 테이퍼 앵글(taper angle, θ)이 큰 것이 유리하다. 즉, 상기 유지부(192)과 상기 차광부(191)의 구분이 분명한 것이 유리하다.
일반적으로 차광유지부재(190)는 차광재를 함유하는 감광성 유기물인 포토 레지스트를 패터닝하여 형성될 수 있다. 포토레지스트는 광중합 개시제, 폴리머(polymer), 모노머(monomer), 바인더(binder) 등을 포함할 수 있다. 상기 광중합 개시제로서, 예를 들어 빛을 받아 래디칼(radical)을 발생하시는 고감도이고 안정성이 우수한 트리아진(triazine)계 화합물을 사용할 수 있다. 모노머(monomer)는 광중합 개시제에 의해 발생된 래디칼(radical)에 의하여 중합 반응 개시 후 용재에 녹지 않게 된다. 바인더(binder)는 상온에서 액체 상태의 모노머(monomer)를 막의 형태로 유지시켜 현상액에 견디게 하고 안료 분산의 안정화 및 차광유지부재(190)의 내열성, 내광성, 내약품성 등의 신뢰성을 유지하는 역할을 한다.
상기 모노머(monomer)에 대한 폴리머(polymer)의 비율이 낮을수록 높은 테이퍼 앵글(taper angle, θ)을 갖는 차광유지부재(190)를 형성할 수 있다. 다만, 상기 폴리머(polymer)의 비율이 낮을수록, 차광유지부재(190)를 형성하는 공정 중, 베이킹 공정에서 상기 차광유지부재(190)의 유지부(192)의 상부에 함몰 발생이 증가하게 된다. 이를 방지하기 위한 하나의 방법으로 광감응제(phto-active sensitizer)의 일종인 포토레지스트 이니시에이트(photoresist initiate, PI) 또는 1,2-프로판디올 폴리메타크릴레이트(1,2-propanediol dimethacrylate, PDMA) 및 1, 1, 2-트리메틸올에탄 트리아크릴레이트 (1,1,1-trimethylolethane triacrylate, TMETA)와 같은 다기능성 단일체 등을 추가하여 감광성 물질의 강도를 높여 함몰 현상을 방지할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 상기 하부 지지층(193)을 상기 유지부(192)의 하부에 형성함으로써, 상기와 같은 경화를 위한 추가적인 첨가물을 포함하지 않고, 차광유지부재(190)가 상대적으로 낮은 비율의 폴리머(polymer)를 포함함과 동시에 높은 테이퍼 앵글(taper angle, θ)을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 추가적인 첨가물 없이도 상기 함몰 현상을 방지할 수 있다. 포토레지스트의 모노머(monomer)와 폴리머(polymer)가 비율 1:1로 포함되어 있는 경우에는 약 20의 테이퍼 앵글(taper angle, θ)을 포함하지만, 상기 모노머(monomer)와 폴리머(polymer)의 비율이 5:4인 경우에, 상기 테이퍼 앵글(taper angle, θ)의 값을 약 40로 향상시킬 수 있다.
상기 하부 지지층(193)의 단면은 상기 유지부(192)의 형성과 유사한 사다리꼴 모양을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 하부 지지층(193)의 단면은 원형, 사각형, 육각형, 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기 유지부(192)의 상부 너비(d1)가 약 35㎛일 때, 상기 하부 지지층(193)의 가장 넓은 너비(d3)는 약 10㎛ 내지 약 15㎛로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 하부 지지층(193)은 상기 컬러필터층(150)과 포토레지스트를 이용한 노광, 현상 및 베이킹(baking)공정을 통하여 동시에 형성된다. 따라서, 상기 컬러필터층(150)과 동일한 재료를 포함하며, 동일한 층에 형성되며, 높이 또한 실질적으로 동일하게 형성된다.
도 4a 내지 4f는 도 2에 도시된 제1 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2 및 도 4a를 참조하면, 상기 제1 베이스 기판(101)상에 게이트 패턴을 형성한다. 먼저 유리질의 상기 제1 베이스 기판(101)상에 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 게이트 금속을 증착하고, 사진-식각 공정에 의해 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2) 및 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2)로부터 돌출된 제1 및 제2 게이트 전극들(GE1, GE2)을 형성한다. 스토리지 라인(STL)은 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2)과 동일하게 상기 제1 베이스 기판(101)상에 동일한 재질로 형성된다.
상기 게이트 패턴이 형성된 제1 베이스 기판(101)상에 게이트 절연층(120)을 형성한다. 상기 게이트 절연층(120)은 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 방식을 통해 일례로, 질화 실리콘(SiNx) 내지 산화 실리콘(SiOx)과 같은 절연물질로 대략 3000Å 정도의 두께로 형성된다.
도 2 및 도 4b를 참조하면, 상기 게이트 절연층(120)이 형성된 제1 베이스 기판(101) 상에 액티브층(130) 제1 전극(125)을 순차적으로 적층한다. 상기 액티브층(130)은 비정질 실리콘(amorphous silicon, s-Si:H)으로 이루어진 반도체층 및 n+ 이온이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘(n+ s-Si:H)으로 이루어진 오믹 콘택층이 적층된 구조로 형성된다.
상기 제1 전극(125)가 형성된 제1 베이스 기판(101) 상에 패시베이션층(140)을 형성한다. 상기 패시베이션층(140)은 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD) 방식을 통해 질화 실리콘(SiNx)과 같은 절연 물질로 대략 1000Å 정도의 두께로 형성된다.
도 2 및 도 4c를 참조하면, 상기 패시베이션층(140)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(101) 상에 상기 컬러필터층(150) 및 상기 하부 지지층(193)이 형성된다. 상기 컬러필터층(150)은 화소영역과 대응하는 부분에 형성되고, 제1 컬러필터층, 제2 컬러필터층, 및 제3 컬러필터층을 포함할 수 있다. 상기 제1 컬러필터층 내지 상기 제3 컬러필터층은 서로 다른 컬러를 나타낸다. 상기 제1, 제2 및 제3 컬러필터층 순서로 제1 방향(D1)으로 각 화소영역에 배치될 수 있다. 상기 제1 컬러필터층 및 상기 제2 컬러필터 층 사이에 상기 하부 지지층(193)이 형성된다. 상기 하부 지지층(193)은 상기 컬러필터층과 동일한 재료를 포함하고, 동일한 높이로 형성된다.
구체적으로 상기 패시베이션층(140)이 형성된 제1 베이스 기판(101) 상에 제1 감광막을 도포한다. 일반적으로 상기 컬러필터(150)를 형성하는 제1 감광막은 빛에 노출된 부분의 결합구조가 그물코 구조로 경화되고 노출되지 아니하는 부분이 현상공정으로 인하여 제거되는 네거티브(negative) 감광막이 이용될 수 있다. 마스크를 이용하여 제1, 2 컬러필터층 및 상기 하부 지지층(193)이 형성될 영역 제1, 2, 3영역만을 노출시키고 노광을 실시한다. 상기 마스크(10)은 투명기판(11), 제1, 2 및 3 광투과부들(12, 13, 14) 및 상기 제1, 2 및 3 광투과부들(12, 13, 14)의 사이에 배치되는 제1 및 2차광부들(15, 16)을 포함한다. 상기 투명 기판(11)은 석영과 같은 투명한 물질로 이루어지며, 광을 투과시킨다. 상기 차광부(12)는 일례로써, 크롬(Cr)등의 금속물질로 형성된다. 상기 제1, 2 및 3 광투과부들(12, 13, 14)에 대응되는 상기 제1 감광막은 경화되고, 상기 제1 및 2 차광부들(15, 16)에 대응되는 제1 감광막은 경화되지 아니한다. 상기 제1 감광막을 염화칼륨(KOH) 등의 알칼리 용액을 이용한 현상과정을 통하여 상기 제1 및 2 차광부들(15, 16)에 대응되는 제1 감광막을 제거하여 감광막 패턴을 형성한다. 상기 제1 및 3 광투과부들(12, 14)에 대응되는 제1 감광막을 제1, 2, 3 색상(R, G, B) 중의 하나의 색으로 각각 염색한다. 상기 염색된 제1, 2 컬러필터층 영역 및 상기 하부 지지층(193) 영역의 감광막을 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도의 베이킹(baking)공정을 통하여 고착화하여 상기 컬러필터층(150) 및 상기 하부 지지층(193)을 형성한다. 상기 베이킹(backing) 공정 시에 상기 제1 감광막의 상부가 일부 녹아 내리게 되어 단면이 사다리꼴 모양을 포함하는 컬러필터층(150) 및 상기 하부 지지층(193이 형성될 수 있다.
즉, 상기 하부 지지층(193)은 상기 컬러필터층(150) 염색 단계를 제외하고, 하나의 마스크를 이용하여 상기 컬러필터층(150)과 동시에 형성되므로, 이를 형성하기 위한 추가적인 공정이 필요하지 아니하다. 본 실시예에서는 상기 컬러필터층(150) 및 상기 하부 지지층(193)을 형성하는 공정을 감광막을 도포하고 노광한 후 염색 및 베이킹(baking)하는 공정으로 설명하였으나. 안료 분산법 또는 전착법등을 사용하여 형성하여도 무방하다.
도 2 및 도 4d를 참조하면, 상기 컬러필터층(150) 및 상기 하부 지지층(193)의 상부에 상기 무기절연막(160)을 형성한다. 상기 무기절연막(120)은 일례로, 질화 실리콘(SiNx)으로 형성할 수 있다. 상기 무기절연막(160)이 형성된 제1 베이스 기판(101) 상에는 각 단위화소에 대응하는 상기 화소전극(180)이 형성된다. 상기 화소전극(180)은 일례로 투명한 도전성 물질로 이루어지며 상기 제1 및 제2 콘택홀(CNT1, CNT2)을 통해 드레인 전극(DE1, DE2)과 접촉하고, 상기 제3 콘택홀(CNT3)을 통해 스토리지 라인(STL)과 접촉한다. 상기 투명한 도전성 물질은 일례로, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide: IZO) 등으로 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 4e를 참조하면, 상기 무기절연막(160)의 상부 및 상기 컬러필터층(150)의 사이에 상기 차광부(191)과 상기 유지부(192)를 포함하는 차광유지부재(190)을 형성한다. 구체적으로 상기 무기절연막(160)의 상부 및 상기 컬러필터층(150)의 사이에 상기 제2 감광막을 도포한다. 상기 제2 감광막은 차광성을 위하여 금속크롬(Cr) 또는 흑색 수지를 포함하는 포토레지스트를 포함할 수 있다. 상기 제2 감광막의 상부에 하프톤 마스트(halftone mask)를 이용하여 형성한다. 상기 하프톤 마스크(half tone mask)는 투명기판(21), 제1 노광영역(22), 상기 제1 노광영역(22)의 양쪽으로 배치되는 제2 노광영역(23) 및 차광영역(24)을 포함한다. 상기 투명 기판(21)은 석영과 같은 투명한 물질로 이루어지며, 광을 투과시킨다. 상기 차광영역(24)은 일례로써, 크롬(Cr)등의 금속물질로 형성된다. 상기 제1 및 제2 노광영역들(22, 23)은 노광의 강도가 다르다. 즉, 제1 노광영역(22)의 강도는 상기 제2 노광영역(23)의 강도 보다 높도록 한다. 따라서, 상기 제1 노광영역(22)에 대응되는 제2 감광막은 유지부(192)가 형성되고, 상기 제2 노광영역(23)에 대응되는 제2 감광막은 차광부(191)가 형성된다.. 따라서, 상기 유지부(192)의 높이는 제1 및 제2 기판 사이의 간격을 유지하도록 하고, 상기 차광부(191)의 높이는 상기 화소전극(180), 무기절연막(160) 및 컬러필터층(150)의 높이와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 다만, 차광부(191)의 높이는 이에 한정되지 아니하고 이보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 상기 제1 노광영역(22)의 너비가 약 35m인 경우, 상기 제2 광투과부 (13)의 너비는 약 10m 내지 약 15m 이 될 수 있다.
염화칼륨(KOH)등의 알칼리 용매를 이용한 현상공정을 통하여 노광으로 인하여 경화되지 아니한 상기 제2 감광막을 제거한다. 제거되지 아니한 나머지 제2 감광막을 베이킹(baking) 공정을 통하여 상기 차광유지부재(190)을 형성한다. 상기 베이킹(baking) 공정 시에 제2 감광막의 상부가 일부 녹아 내리게 되어 단면이 사다리꼴 모양을 포함하는 유지부(191)가 형성될 수 있다.
상기 도 3에서 설명한 바와 같이 상기 차광유지부재(190)의 베이스 기판(101)과 상기 차광부(192) 사이의 각도는 클수록 유리하므로, 상기 차광유지부재(190)의 재료는 폴리머(polymer) 보다 단일체 분자의 비율이 클수록 유리하다. 따라서, 모노머(monomer)의 비율 대비 폴리머(polymer)의 비율이 ~ 이고, 상기 테이퍼 앵글(taper angle, θ)은 40ㅀ인 것이 바람직하다. 또한, 상기 유지부(192)의 상부 너비가 약 35㎛일 때, 상기 하부 지지층(193)의 가장 넓은 너비(d3)는 약 10㎛ 내지 15㎛로 형성하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 4f를 참조하면, 상기 유지부(192) 및 상기 화소전극(180) 상에 제1 배향막(AL1)을 형성한다. 상기 제1 배향막(AL1)은 상기 액정층(300)의 액정조성물이 상기 제1 기판(101)의 표면을 기준으로 수직한 수직방향으로 배열시킬 수 있다. 상기 제1 배향막(AL1)은 예를 들어, 폴리이미드계 화합물로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4g를 참조하면, 제2 베이스 기판(201), 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 형성된 공통전극(210) 및 상기 공통전극(210) 상에 형성되는 제2 배향막(AL2)을 포함하는 제2 기판(200)을 상기 제1 기판(100)과 결합하여 서로 대향되도록 배치한다. 상기 제2 배향막(AL2)은 상기 제1 배향막(AL1)과 대향하여 액정조성물을 수직방향으로 배열시킨다. 상기 제1 및 제2 기판들(100,200)사이에는 액정 조성물이 개재되어 액정층(300)을 형성한다. 상기 액정 조성물은 상기 제1 기판(100) 상에 상기 액정 조성물을 적하시킨 후, 상기 제2 기판(200)을 상기 제1 기판(100)과 결합시킴으로써 개재될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치는 유기절연막(170)을 제외하고, 도 2의 표시 장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
상기 무기절연막(160) 및 상기 하부 지지층(193)의 상부에 유기절연막(170)이 형성된다. 즉, 상기 제1 및 제2 게이트 라인들(GL1, GL2), 및 제1 및 제 2 데이터 라인들(DL1, DL2)이 정의하는 제1 서브 화소영역 및 제 2 서브화소영역의 경계영역에 유기절연막(170)이 형성된다. 상기 무기절연막(160)과 유기절연막(170)으로 인하여 차광유지부재(190)과 컬러필터층(150) 사이의 직접적인 접촉이 방지되며, 컬러필터층으로 유입될 수 있는 불순물 등을 방지하는 보호층 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 차광부(191)가 상기 컬러필터층(150)보다 낮게 형성되는 경우에 제1, 2 화소영역의 경계 사이에 형성된 차광부(191)에 의한 단차를 감소시켜 액정 퍼짐성 불량 발생을 억제하는 역할을 할 수 있다.
도 6a 및 6b는 도 5에 도시된 제1 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 도 2에 도시된 표시 장치의 제조 방법을 실질적으로 동일하게 포함한다. 따라서, 도 2에 도시된 표시 장치의 제조 법과 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
도 5, 4a 내지 4g 및 도 6a를 참조하면, 상기 무기절연막(160) 및 상기 하부 지지층(193)의 상부에 상기 유기절연막(170)을 형성한다. 상기 유기절연막(170)은 질화 실리콘(SiNx)과 같은 절연물질로 형성된다. 유기절연막(170)으로 인하여 컬러필터층으로 유입될 수 있는 불순물 등을 방지하는 보호층 역할을 하며, 또한, 상기 차광부(191)가 상기 컬러필터층(150)보다 낮게 형성되는 경우에 상기 차광부(191)에 의한 단차를 감소시켜 액정 퍼짐성 불량 발생을 억제하는 역할을 할 수 있다.
도 5, 4a 내지 4g 및 도 6b를 참조하면, 상기 제1, 제2 및 제3 콘택홀(CNT1, CNT2, CNT3)이 형성된 유기절연막(170)이 형성된 제1 베이스 기판(101) 상에는 각 단위화소에 대응하는 상기 화소전극(180)이 형성된다. 상기 화소전극(180)은 일례로 투명한 도전성 물질로 이루어진다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 제1 기판 200 : 제2 기판
120 : 게이트 절연층 130 : 액티브층
140 : 패시베이션층 150 : 컬러필터층
160 : 무기절연막 170 : 유기절연막
180 : 화소전극 190 : 차광유지부재
193 : 하부 지지층

Claims (19)

  1. 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인 및 스위칭 소자가 형성된 베이스 기판
    상기 베이스 기판 상에 서로 인접하게 형성된 컬러필터층
    서로 인접하는 상기 컬러필터층의 사이 및 상기 베이스 기판 상에 형성되는 하부 지지층 및
    상기 서로 인접하는 컬러필터층의 사이 및 상기 하부 지지층의 상부에 형성되며, 차광부 및 상기 하부 지지층과 중첩되고 상기 차광부로부터 돌출되는 유지부를 포함하는 차광유지부재를 포함하는 표시 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컬러필터층의 상부에 형성되는 무기절연막 및 상기 무기절연막의 상부에 형성되는 화소 전극을 더 포함하고,
    상기 베이스 기판의 하부에서부터 상기 차광부까지의 높이는 상기 베이스 기판의 하부에서부터 상기 화소전극까지의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  3. 제1항에서, 상기 유지부의 상기 베이스 기판과 평행한 단면의 면적은 상기 베이스 기판에서 멀어질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  4. 제3항에서, 상기 하부 지지층의 상기 베이스 기판과 평행한 단면의 면적은 상기 베이스 기판에서 멀어질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  5. 제4항에서, 상기 베이스 기판과 평행한 상기 유지부의 단면 중 최소 면적을 갖는 단면은, 상기 베이스 기판과 평행한 상기 하부 지지층의 단면 중 최대 면적을 갖는 단면보다 큰 것을 특징으로 하는 표시기판.
  6. 제5항에서, 상기 유지부의 단면 중 최소 면적을 갖는 단면의 폭은 35m이고, 상기 하부 지지층의 단면 중 최대 면적을 갖는 단면의 폭은 10m 내지 15m인 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  7. 제3항에 있어서, 상기 유지부의 측면과 상기 차광부의 상면 사이의 각도는 40ㅀ인 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 컬러필터층과 상기 하부 지지층은 동일한 층으로부터 형성되며, 상기 컬러필터층과 하부 지지층의 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 베이스 기판 상에 형성된 상기 하부 지지층 및 컬러필터층 상에 형성되는 무기절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  10. 제9항에 있어서, 상기 무기절연막과 상기 차광유지부재 사이에 형성된 보호층을 더 포함하며,
    상기 하부 지지층 상에 형성된 보호층은 다른 영역에 형성된 보호층보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  11. 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인 및 스위칭 소자를 포함하는 베이스 기판을 형성하는 단계
    상기 베이스 기판의 상부에 제1 감광막을 도포하는 단계
    상기 제1 감광막을 패터닝하여 서로 인접하는 컬러필터 및 상기 서로 인접하는 컬러필터 사이에 하부 지지층을 형성하는 단계 및
    상기 베이스 기판의 상부에 차광부 및 상기 하부 지지층과 중첩되고 상기 차광부로부터 돌출되는 유지부를 포함하는 차광유지부재를 형성하는 단계를 포함하는 표시 기판의 제조 방법.
  12. 제11항에서, 상기 컬러필터 및 하부 지지층을 형성하는 단계는,
    상기 제1 감광막의 상부에 제1, 제2 및 제3 광투과부들을 포함하는 마스크를 형성하는 단계
    상기 제1 감광막을 노광 및 현상하여 상기 제1, 제2 및 제3 광투과부들을 제외한 부분의 제1 감광막을 제거하는 단계
    상기 제1 감광막을 베이킹하여, 상기 제2 광투과부에 대응되는 제1 감광막을 하부 지지층으로 형성하는 단계 및
    상기 제1 및 3 광투과부들에 대응되는 제1 감광막을 상기 컬러필터로 형성하는 단계를 포함하는 표시 기판의 제조 방법.
  13. 제12항에서, 상기 컬러필터와 상기 하부 지지층의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  14. 제12항에서, 상기 차광유지부재를 형성하는 단계는,
    상기 베이스 기판의 상부 및 상기 하부 지지층의 상부에 제2 감광막을 도포하는 단계
    상기 제2 감광막 상에 제1 노광영역 및 상기 제1 노광영역보다 광 투과율이 높은 제2 노광영역을 포함하는 하프톤 마스크(half tone mask)를 형성하는 단계
    상기 제2 감광막을 노광 및 현상하여, 상기 제1 및 제2 노광영역들을 제외한 부분의 상기 제2 감광막을 제거하는 단계 및
    상기 잔류된 제2 감광막을 베이킹하여, 상기 제1 노광영역에 대응되는 상기 제2 감광막을 상기 유지부로 형성하고 상기 제2 노광영역에 대응되는 상기 제2 감광막을 상기 차광부로 형성하는 단계를 포함하는 표시 기판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 감광막은 폴리머(polymer)와 모노머(monomer)를 4:5의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제2 광투과부의 너비는 10m 내지 15m이고, 상기 제1 노광영역의 너비는 35m인 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 차광유지부재를 형성하기 전에, 상기 베이스 기판 상부, 상기 하부 지지층 상부 및 상기 컬러필터 상부에 무기절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 기판의 제조 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 차광유지부재를 형성하기 전에, 상기 베이스 기판 상부에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 기판의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 하부 지지층 상에 형성되는 보호층의 높이를 다른 영역보다 높은 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.




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