KR20150018144A - 액정표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 어레이 기판에 콘택홀과 함께 갭유지수단인 갭유지홈 또는 갭유지홀을 포함하는 유기 보호층을 형성함으로써 컬러필터 기판의 백색 컬러필터 패턴에 의한 단차를 보상해주는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 추가 공정 없이 비용을 최소화하며 셀갭을 일정하게 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

액정표시장치 및 이의 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀갭 두께를 일정하게 유지할 수 있는 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display)분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화 및 저소비전력화의 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device:FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device:LCD) 및 유기발광다이오드(organic light emitting diode:OLED) 표시장치가 우수한 성능을 가지며 널리 사용되고 있는 추세에 있다.

여기서, 동화상 표시에 유리하고 콘트라스트비(contrast ratio)가 큰 특징을 보여 TV, 모니터 등에 활발하게 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD)는 액정의 광학적이방성(optical anisotropy)과 분극성질(polarization)에 의한 화상구현원리를 나타낸다.

이러한 액정표시장치는 나란한 두 기판(substrate) 사이로 액정층을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수 구성요소로 하며, 액정패널 내의 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율의 차이를 구현한다.

액정패널은 박막트랜지스터가 형성된 제1기판과 이와 마주하며 비표시영역을 가리는 블랙매트릭스와, 컬러를 구현하기 위한 컬러필터 패턴들을 포함한 컬러필터층이 형성된 제2기판 그리고, 제1기판과 제2기판 사이에 개재되는 액정층으로 이루어진다.

여기서, 컬러필터층에 있어서 종래에는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들이 반복되며 포함되었으나, 이와 같은 적색, 녹색 및 청색의 혼합에 의해 구현되는 백색의 화상은 휘도가 상대적으로 낮기 때문에 최근에는 고휘도를 구현하기 위해 백색 컬러필터 패턴을 추가로 포함하여 4컬러필터 패턴의 구조를 가지는 컬러필터층을 형성하는 추세에 있다.

이때, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴 각각은 컬러안료를 이용하여 형성되지만, 백색 컬러필터 패턴은 이에 해당되는 백색의 컬러안료를 제작할 수 없기 때문에 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴을 형성하는 컬러안료와는 다른 물질을 적용하여 형성하게 되며, 이로 인해 백색 컬러필터 패턴이 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들에 비해 높게 형성된다.

이러한 컬러필터층의 상부에는 표면을 평탄화시키기 위한 평탄화층이 형성되지만, 평탄화층에 의해서도 백색 컬러필터 패턴에 의한 단차를 없앨 수는 없다.

이러한 단차로 인해 셀갭(cell gap)이 균일하게 유지되지 못하며, 원하지 않는 영역이 표시영역에 표시되는 문제점이 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 백색 컬러필터 패턴이 적색, 녹색, 및 청색 컬러필터 패턴들에 비해 높게 형성됨에 따라 백색 컬러필터 패턴에 대응되는 셀갭이 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들에 대응되는 셀갭보다 좁게 형성되게 된다.

이와 같은 셀갭의 편차로 인해 표시영역에서 의도치 않은 세로선이 보이게 되는 문제점이 있다.

이에 따라, 백색 컬러필터 패턴에 의한 단차를 보상하며 셀갭을 일정하게 유지해 주기 위해 블랙매트릭스의 상부로 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들을 적층하는 제1방법, 컬러필터층의 상부로 고평탄화층을 형성하는 제2방법 또는 컬럼스페이서 형성 시 단차를 없애주는 제3방법을 적용하고 있으나, 제1방법의 경우 적층을 위한 공정이 늘어남과 동시에 재료비용이 증가하며 양산 적용이 힘든 문제점이 있고, 제2방법의 경우 액정표시장치가 대면적화되면서 재료비용이 증가되며 또한 평탄화를 하는데 한계가 있는 문제점이 있으며, 제3방법의 경우 고단가의 멀티톤 마스크를 필요로 하며 양산 적용이 힘든 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 비용과 공정을 최소화하면서 셀갭을 균일하게 유지할 수 있는 액정표시장치 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은, 제1 내지 제4단위화소가 정의된 제1기판과 제2기판을 준비하는 단계와; 상기 제1기판 상에 상기 제1 내지 제3단위화소 각각에 대응하는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴과, 상기 제4단위화소에 대응하며 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴에 비해 높게 형성되는 백색 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 제2기판 상에 상기 제1 및 제4 단위화소 각각에 대응하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 및 상기 박막트랜지스터의 상부에 상기 백색 컬러필터 패턴에 대응되어 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 수단인 갭유지수단을 포함하는 유기 보호층을 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 컬러필터층의 상부로 상기 백색 컬러필터 패턴에 대응하여 돌출부를 포함하는 오버코트층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 유기 보호층을 형성하는 단계는 감광성 유기물질을 도포하여 절연층을 형성하는 단계 및 상기 절연층 상부로 빛의 차단영역과 투과영역을 포함하는 노광마스크를 위치시킨 후 노광공정을 진행하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.

이때, 상기 투과영역을 상기 갭유지수단에 대응되도록 위치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 갭유지수단은 상기 돌출부와 동일한 두께를 가지는 갭유지홀인 것이 특징이다.

또는, 상기 유기 보호층을 형성하는 단계는 감광성 유기물질을 도포하여 절연층을 형성하는 단계 및 상기 절연층 상부로 빛의 차단영역과 투과영역 그리고 반투과영역을 포함하는 노광마스크를 위치시킨 후 노광공정을 진행하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.

이때, 상기 반투과영역을 상기 갭유지수단에 대응되도록 위치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 갭유지수단은 상기 돌출부와 동일한 두께를 가지는 갭유지홀인 것이 특징이다.

한편 본 발명에 따른 액정표시장치는, 제1 내지 제4단위화소를 포함하는 제1기판과; 상기 제1기판의 상부로 상기 제1 내지 제3단위화소 각각에 대응하여 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴과, 상기 제4단위화소에 대응하며 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴에 비해 높게 형성되는 백색 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층과; 상기 제1기판과 마주하며 상기 제1 내지 제4단위화소 각각에 대응되어 형성된 제1 내지 제4박막트랜지스터를 포함하는 제2기판과; 상기 제1 내지 제4박막트랜지스터의 상부에 형성되며 상기 백색 컬러필터 패턴에 대응되어 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 수단인 갭유지수단을 포함하는 유기 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 컬러필터층의 상부에 형성되며 상기 백색 컬러필터 패턴에 대응되는 위치에 돌출부를 포함하는 오버코트층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기 보호층의 하부에 무기절연물질로 형성된 무기 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 갭유지수단은 상기 돌출부와 동일한 두께로 형성되는 갭유지홀이고, 상기 갭유지홀은 상기 박막트랜지스터의 게이트 절연막을 노출시키는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 갭유지수단은 상기 돌출부와 동일한 두께로 형성되는 갭유지홈이고, 상기 갭유지홈은 상기 유기 보호층의 전면에서부터 상기 박막트랜지스터를 향하는 하부방향으로 형성된 홈인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정표시장치 및 이의 제조방법에 따르면, 유기 보호층을 형성하기 위해 노광을 진행할 시에 하프톤 노광마스크(또는 노멀 노광마스크)를 적용하여 백색 컬러필터 패턴에 대응되는 부분에 갭유지수단(갭유지홈, 갭유지홀)을 형성하여 백색 컬러필터 패턴에 의한 단차만큼을 보상해줌으로써 셀갭을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

이를 통해, 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 별도의 공정을 추가할 필요가 없게 되며 추가 공정에 따른 비용을 없애고 최소 공정과 비용으로 셀갭을 균일하게 유지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 3a 내지 도 3f은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조방법을 설명하기 위한 평면도.
도 4a 및 도 4d는 도 1의 어레이 기판의 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치에 대해 설명한다.

여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치는 적색, 녹색, 청색 및 백색의 4색 단위화소를 가진다. 이때, 4색 단위화소는 일렬로 배열될 수 있으며, 또는 서로 인접되도록 쿼드(quad) 타입으로 배열될 수 있다. 이하에서는 일렬로 배열되는 4색 단위화소의 액정표시장치를 예를 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시장치(100)는 서로 대향하는 컬러필터 기판(120)과 어레이 기판(130) 그리고 이들 사이에 개재되는 액정층(150)을 포함한다.

이때 도시하지는 않았지만, 컬러필터 기판(120)과 어레이 기판(130)의 이격된 사이 공간에 개재된 액정층(150)의 유출을 방지하기 위해 컬러필터 기판(120)과 어레이 기판(130) 사이의 최외곽 가장자리를 따라 인쇄되는 씰 패턴이 포함됨으로써 컬러필터 기판(120)과 어레이 기판(130)이 합착되어 액정패널을 이루게 된다

여기서, 상부기판이라고도 불리는 컬러필터 기판(120)은 제1투명기판(120a)과, 제1투명기판(120a) 상에 형성된 블랙매트릭스(123)와 컬러필터층(125)을 포함한다.

제1투명기판(120a)은 유리기판, 얇은 플렉시블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판에 해당될 수 있다. 이때, 플렉시블(flexible) 기판은 폴리 에테르 술폰(Polyethersulfone:PES), 폴리 에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate:PEN), 폴리 이미드(polyimide:PI), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리 카보네이트(polycarbonate:PC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

이러한 제1투명기판(120a) 상에는 각 단위화소의 경계에 형성되는 격자 형상의 블랙매트릭스(123)와, 이러한 블랙매트릭스(123)를 덮으며 각 단위화소에 대응하여 매트릭스 형상으로 배열되는 다수의 컬러필터 패턴들(125a, 125b, 125c, 125d)을 포함한 컬러필터층(125)이 포함된다.

그리고, 컬러필터층(125)의 전면에 걸쳐 평탄화층(127)이 형성된다.

평탄화층(127)은 컬러필터층(125)을 보호하며 컬터필터층(125)의 적색, 녹색, 청색 및 백색 컬러필터 패턴들(125a, 125b, 125c, 125d) 간의 단차를 보상하기 위해 무기절연물질 또는 유기절연물질을 도포함으로써 형성된다.

그러나, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들(125a, 125b, 125c)의 높이에 비해 백색 컬러필터 패턴(125d)의 높이가 현저히 높게 형성되기 때문에 평탄화층(127)을 통해서도 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들(125a, 125b, 125c)과 백색 컬러필터 패턴(125d) 간의 단차는 보상되지 못하게 된다.

이에 따라 평탄화층(127)은 백색 컬러필터 패턴(125d)에 대응되는 위치에 전면에서부터 게이트 전극(131)을 향하는 하부방향으로 제1두께(D1)로 돌출된 돌출부(128)를 가지게 된다.

이와 같은 평탄화층(127)의 돌출부(128)에 의해 어레이 기판(130)과 컬러필터 기판(120) 간에 개재되는 액정층(150)의 셀갭이 균일하게 유지되지 못하게 되는데, 이러한 돌출부(128)에 대응하여 본 발명에서는 어레이 기판(130)의 유기 보호층(143)에 제2두께(D2)로 형성된 갭유지홈(145)을 포함함으로써 백색 컬러필터 패턴(125d)에 의해 발생되는 단차가 보상되며 셀갭이 일정하게 유지되는 것이 특징이다. 이에 대해서는 차후에 상세히 설명한다.

이러한 구조를 가지는 컬러필터 기판(120)과 마주하며, 하부기판이라고도 불리는 어레이 기판(130)은 제2투명기판(130a)과, 제2투명기판(130a) 상에 형성된 어레이층을 포함한다.

제2투명기판(130a)은 유리기판, 얇은 플렉시블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판에 해당될 수 있다. 이때, 플렉시블(flexible) 기판은 폴리 에테르 술폰(Polyethersulfone:PES), 폴리 에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate:PEN), 폴리 이미드(polyimide:PI), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리 카보네이트(polycarbonate:PC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

어레이층을 보다 상세히 설명하면, 제2투명기판(130a) 상에는 소정간격 이격되어 평행하게 구성된 게이트 배선(미도시)과, 게이트 배선(미도시)과 교차하여 다수의 단위화소를 정의하는 데이터 배선(미도시)이 형성된다.

이때, 각 단위화소의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)의 교차지점에는 박막트랜지스터(thin film transistor:TFT, Tr)가 형성되고, 실질적으로 화상이 구현되는 표시영역에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(138)과 연결되는 화소전극(147)이 형성된다.

박막트랜지스터(Tr)는 게이트 배선(미도시)에서 연장된 게이트 전극(131)과, 게이트 전극(131)의 상부에 형성된 게이트 절연막(133)과, 게이트 절연막(133)의 상부에 형성된 반도체층(135)과, 반도체층(135)의 상부에 서로 마주보며 이격된 상태로 형성되는 소스 및 드레인 전극(137, 138)을 포함한다. 여기서, 반도체층(135)은 진성의 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(135a)과 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(135b)으로 구성될 수 있다.

이러한 박막트랜지스터(Tr)의 상부에는 무기 보호층(141) 및 유기 보호층(143)이 형성된다.

여기서, 무기 보호층(141)은 박막트랜지스터(Tr)을 보호하기 위한 것으로, 무기절연물질, 예를 들면 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어질 수 있고, 유기 보호층(143)은 표면을 평탄화하며 기생 캐패시턴스(parasitic capacitance)를 방지하기 위한 것으로, 감광성 유기물질, 예를 들어 포토아크릴(photo acryl)로 이루어질 수 있다. 이때, 감광성 유기물질은 자외선 흡수제(UV absorber) 및 라디칼 스케빈저(radical scavenger)를 포함할 수 있다. 이러한 감광성 유기물질은 노광마스크를 통한 노광 후 현상액에 대한 용해 특성에 따라 포지티브 타입(positive type) 및 네거티브 타입(negative type)으로 나뉘는데, 포지티브 타입에서는 노광된 부분의 용해도가 증가하여 현상 후 노광된 부분이 제거되는 반면, 네거티브 타입에서는 노광된 부분의 용해도가 감소하여 현상 후 노광되지 않은 부분이 제거되게 된다. 이에 대해서는 차후에 상세히 설명한다.

이러한 무기 보호층(141)과 유기 보호층(143)은 각 단위화소 별로 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(138)을 노출시키는 콘택홀(144)을 포함하고, 유기 보호층(143)은 이의 전면 내측에 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 갭유지홈(145)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 갭유지홈(145)은 유기 보호층(143)의 전면으로부터 게이트 전극(131)을 향하는 하부방향으로 제2두께(D2)로 형성된 홈으로, 컬러필터 기판(120)의 백색 컬러필터 패턴(125d)에 대응되는 위치에 형성됨으로써 백색 컬러필터 패턴(125d)이 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들(125a, 125b, 125c)에 비해 높게 형성됨에 따라 발생되는 셀갭 편차를 보상해 주며 셀갭이 균일하게 유지되도록 하는 역할을 한다.

이와 같은 갭유지홈(145)은 돌출부(128)에 대응되는 것으로, 돌출부(128)의 제1두께(D2)와 동일한 제2두께(D1)를 가지도록 형성됨으로써 셀갭이 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

이와 같이 콘택홀(144)과 갭유지홈(145)을 포함하는 유기 보호층(143)의 상부에는 단위화소마다 화소전극(147)이 형성되고, 화소전극(147)은 콘택홀(144)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(138)과 전기적으로 연결된다.

한편, 컬러필터 기판(120)과 어레이 기판(130)의 사이에는 컬럼 스페이서(129)가 형성될 수 있는데, 컬럼 스페이서(129)는 컬러필터 기판(120)과 어레이 기판(130) 간의 이격간격을 일정하게 유지시키는 역할을 한다.

이러한 컬럼 스페이서(129)는 통상적으로 컬러필터 기판(120)에 형성되지만, 이에 한정되지 않고 어레이 기판(130)에 형성될 수도 있다.

여기서, 도면에 도시하지는 않았지만 어레이 기판(130)에 화소전극(117)과 이와 이격된 공통전극이 함께 형성될 수 있는데, 공통전극은 화소전극과 동일한 층에 형성될 수 있으며 또는 절연막을 사이에 두고 서로 다른 층에 형성될 수도 있다. 이때, 공통전극과 화소전극이 서로 다른 층에 형성될 경우 서로 이격된 상태로 또는 일부분이 중첩되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 어레이 기판에 화소전극과 공통전극이 함께 형성되면, 화소전극과 공통전극 간의 수평전계에 의해 액정층의 액정분자들이 동작하는 IPS(In Plane switching) 모드의 액정표시장치에 해당된다.

또는, 공통전극은 컬러필터 기판 상에 형성될 수도 있다. 이와 같이 어레이 기판에 화소전극이 형성되고 컬러필터 기판에 공통전극이 형성되면, 화소전극과 공통전극 간의 수직전계에 의해 액정층의 액정분자들이 동작하는 TN(Twist Nematic) 모드의 액정표시장치에 해당된다.

이하에서는, 컬러필터 기판과 어레이 기판의 제조방법을 도면을 참조하여 설명하는데, 우선 컬러필터 기판을 설명한다.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이고, 도 3a 내지 도 3f은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조방법을 설명하기 위한 평면도이다. 여기서, 도 2a 내지 도 2f는 컬러필터 패턴들을 형성할 시에 가장자리가 블랙매트릭스와 서로 중첩되도록 도시한 것으로 도 1의 컬러필터 기판에 대응하고, 도 3a 내지 도 3f는 컬러필터 패턴들을 형성할 시에 블랙매트릭스와 컬러필터 패턴들이 서로 중첩되지 않는 것으로 컬러필터 기판의 다른 실시예를 도시한 것이다.

우선 도 2a 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1투명기판(120a) 상에 금속물질 또는 블랙 안료가 포함된 수지를 도포한 후 마스크 공정을 통하여 패터닝함으로써 각 단위화소의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(123)를 형성한다.

그리고, 블랙매트릭스(123)가 형성된 제1투명기판(120a) 상에 적색 레지스트(resist)를 스핀코팅(spin coating)장치 또는 바(bar) 코팅장치를 이용하여 전면에 도포하여 적색 레지스트층을 형성하고, 빛을 통과시키는 투과영역과 빛의 투과를 차단시키는 차단영역으로 구성된 노광마스크를 적색 레지스트층의 상부로 위치시킨 후, 노광(exposure)을 실시한다.

이어 노광된 적색 레지스트층을 현상하여, 도 2b 및 도 3b에 도시된 바와 같이 적색 컬러필터 패턴(125a)을 형성한다.

그리고, 적색 컬러필터 패턴(125a)을 형성한 방법과 동일하게 진행하여 도 2c 및 도 3c에 도시된 바와 같이 녹색 컬러필터 패턴(125b)를 형성하고, 이어 도 2d 및 도 3d에 도시된 바와 같이 청색 컬러필터 패턴(125c)을 형성한다.

다음으로 적색 컬러필터 패턴(125a)과, 녹색 컬러필터 패턴(125b) 및 청색 컬러필터 패턴(125c)이 형성된 제1투명기판(120a)의 전면에 투명한 유기 절연물질을 도포하여 백색 레지스트층을 형성하고, 노광마스크를 백색 레지스트층의 상부로 위치시킨 후, 노광(exposure)을 실시한다.

그리고 노광된 백색 레지스트층을 현상하여, 도 2e 및 도 3e에 도시된 바와 같이 백색 컬러필터 패턴(125d)을 형성한다. 이때, 백색 컬러필터 패턴(125d)은 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들(125a, 125b, 125c)에 비해, 일정 두께(D1)만큼 높게 형성되는데, 이는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴들(125a, 125b, 125c)을 형성하는 재료와 백색 컬러필터 패턴(125d)을 형성하는 재료가 서로 상이하기 때문이다.

이와 같이 각 단위화소에 대응되는 적색, 녹색, 청색 및 백색 컬러필터 패턴들이 순차적으로 반복 배열되는 컬러필터층(125)을 형성한 후, 이들의 상부로 유기 또는 무기 절연물질을 도포하여 기판 전면에 오버코트층(127)을 형성한다.

마지막으로 도 2f 및 도 3f에 도시된 바와 같이, 오버코트층(127)이 형성된 제1투명기판(120a) 전면에 투명한 유기절연물질을 도포한 후, 노광마스크에 의한 노광을 통해 컬럼 스페이서(129)를 형성한다. 이때, 컬럼 스페이서(129)는 백색 컬러필터 패턴과 동일한 물질로 형성될 수 있다.

도 4a 및 도 4d는 도 1의 어레이 기판의 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도이다.

우선 도 4a에 도시된 바와 같이 박막트랜지스터(Tr)를 형성한다.

이때, 박막트랜지스터(Tr)의 형성 공정을 설명하면, 제2투명기판(130a) 상의 전면에 제1금속층을 형성하고, 제1금속층을 선택적으로 식각함으로써 게이트 전극(131)을 형성하며, 게이트 전극(131)이 형성된 제2투명기판(130a) 전면에 절연물질로 게이트 절연막(133)을 형성한다. 그리고 게이트 절연막(133)이 형성된 제2투명기판(130a) 전면에 진성의 비정질 실리콘으로 이루어진 제1층과, 이의 상부로 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 제2층을 형성하고, 선택적으로 식각함으로써 액티브층(135a)과, 오믹 콘택층(135b)으로 이루어진 반도체층(135)을 형성한다.

이어 반도체층(135)이 형성된 제2투명기판(130a)의 전면에 제2금속층을 형성하고, 선택적으로 식각함으로써 일정간격 서로 이격된 소스 및 드레인 전극(137, 138)을 형성함으로써 박막트랜지스터(Tr)을 완성할 수 있다.

이러한 박막트랜지스터(Tr)가 형성된 제2투명기판(130a)의 전면에 무기절연물질로 무기 보호층(141)을 형성한다.

다음으로 도 4b에 도시된 바와 같이, 무기 보호층(141)의 위로 전면에 감광성 특성을 가지는 유기절연물질, 예를 들면 포토아크릴을 도포하여 절연층(143a)을 형성한 후, 절연층(143a)의 위로 빛의 차단영역(210)과 투과영역(220) 그리고 반투과영역(230)을 가지는 하프톤(halftone) 노광마스크(200)를 위치시킨다.

여기서, 절연층(143a)은 노광된 부분이 현상액에 의해 제거되는 포지티브형(positive type)이다.

하프톤 노광마스크(200)는 입사광을 차단시키는 차단영역(210)과, 입사광을 투과시키는 투과영역(220) 그리고 투과영역(220)의 광투과량의 10% 내지 90%, 보다 바람직하게는 30%의 입사광을 투과시키는 반투과영역(230)으로 이루어진다.

이때, 차단영역(210)은 외부로부터 입사되는 입사광을 차단시키기 위해 광 차단 물질, 예를 들면 크롬(Cr) 등과 같은 불투명 금속으로 이루어진다.

반투과영역(230)은 입사광 중 일부를 투과시키는 반 투과성 물질, 예를 들면 크롬 옥사이드로 구성되는 반투과막으로 이루어질 수 있으며, 또는 도면에 도시된 바와 같이 반투과막에 광 투과율을 조절하는 다수의 슬릿패턴(230a)이 일정간격 이격된 상태로 구비되도록 할 수도 있다. 즉, 다수의 슬릿패턴(230a)과 함께 반 투과성 물질의 종류를 달리 사용하여 광 투과율을 조절할 수 있다.

이에 따라, 하프톤 노광 마스크(200)의 반투과영역(230)은 추후 갭유지홈(145)이 형성될 부분에 대응하도록 위치시키며, 투과영역(220)은 절연층(143a)이 제거되어야 할 부분, 즉 추후 콘택홀(144)이 형성될 부분에 대응하도록 위치시키고, 나머지 부분에는 차광영역(210)을 위치시킨다.

이어 노광을 실시하고 노광된 절연층(143a)을 현상액에 노출시키는 현상 공정을 진행하면, 도 4c에 도시된 바와 같이 무기 보호층(141)의 상부로 콘택홀(144)과 갭유지홈(145)을 포함하는 유기 보호층(143)이 형성된다.

이때, 갭유지홈(145)의 일 단은 평탄하게 콘택홀(144)과 연결된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 갭유지홈(145)과 이와 가장 인접한 콘택홀(144)의 형성에 있어서 이들의 연결부분에 대응되는 하프톤 노광마스크(200)의 반투과영역(230)의 폭을 조절함으로써 갭유지홈(145)과 이와 가장 인접한 콘택홀(144)의 연결부분에 단차가 발생되지 않도록 한다. 즉, 하프톤 노광마스크(200)의 투과영역(220)과 반투과영역(230)의 연결부분에 반투과영역(230)의 슬릿패턴(230a)이 위치하도록 함으로써 갭유지홈(145)의 일 단은 돌출부에 비해 넓게 형성되게 된다. 이는 유기 보호층(143)의 상부로는 콘택홀(144)을 통해 드레인 전극(138)과 연결되는 화소전극(147)이 형성되기 때문이다. 만약, 이와 같이 하지 않을 경우 갭유지홈(145)과 이와 가장 인접한 콘택홀(144)의 연결부분에는 단차진 굴곡(산)이 형성되며, 이로 인해 화소전극(147) 또한 단차진 굴곡을 따라 단차지게 형성되어야 하는데, 유기 보호층(143)에 비해 비교적 얇게 형성되는 화소전극(147)을 단차지게 형성하기는 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 전술한 바와 같이 하프톤 노광마스크(200)의 반투과영역(230)의 일 단의 폭을 넓게 조절함으로써 갭유지홈(145)과 이와 가장 인접한 콘택홀(144)의 연결부분에 단차가 발생되지 않도록 하며, 화소전극(147)의 형성을 용이하도록 하는 것이다.

한편 도면에 도시하지는 않았지만, 레지스트층은 노광된 부분이 남게 되는 네가티브형(negative type)을 사용할 수도 있는데, 이 경우 노광마스크(200)의 반투과영역(230)은 추후 갭유지홈(145)이 형성될 부분에 대응하도록 위치시키고, 차단영역(210)은 절연층이 제거되어야 할 부분, 즉 추후 콘택홀(144)이 형성될 부분에 대응하도록 위치시키며, 나머지 부분에는 투과영역(220)을 위치시킨다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 컬러필터 기판(120)의 오버코트층(127)의 두께를 비교적 두꺼운 제3두께(미도시)로 형성함으로써 백색 컬러필터 패턴(125d)에 의한 단차를 일부분 보상하고, 나머지는 백색 컬러필터 패턴(125d)에 대응되는 위치에 갭유지홈(145)을 포함하는 유기 보호층(143)을 어레이 기판(130)에 형성함으로써 보상해주고 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만 위에서 설명한 방법과는 다른 방법으로써 어레이 기판에 갭유지수단으로써 갭유지홀을 포함하는 유기 보호층을 형성하여 백색 컬러필터 패턴에 의한 단차를 보상해줄 수도 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 컬러필터층이 형성된 제1투명기판의 전면에는 백색 컬러필터 패턴에 대응하여 제1두께보다 두꺼운 제5두께로 돌출된 돌출부를 포함하며 제3두께보다 얇은 제4두께로 형성되는 오버코트층이 형성된다. 그리고 무기 보호층이 형성된 제2투명기판의 전면에는 유기 보호층을 형성하기 위해 감광성 유기물질을 도포하여 절연층을 형성한 후, 절연층의 상부로 차단영역과 투과영역을 포함하는 노광마스크를 위치시킨다. 이때, 노광마스크의 투과영역은 절연층이 제거되어야 할 부분, 즉 추후 콘택홀과 갭유지홀이 형성될 부분에 대응하도록 위치시키고, 나머지 부분에는 차광영역을 위치시킨다. 이어 노광을 실시하고 현상공정을 진행하면, 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀과 게이트 절연막을 노출시키는 갭유지홀을 포함하는 유기 보호층을 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 갭유지홀은 유기 보호층의 전체 두께와 동일한 두께로 형성되게 된다. 이때, 갭유지홀과 이와 가장 인접된 콘택홀의 연결부분은, 이미 전술한 바와 같이 단차가 발생되지 않도록 투과영역의 일 단의 폭을 넓게 조절함이 바람직하다. 이와 같이, 일반적인 노광마스크를 적용하여 갭유지홀을 포함하는 유기 보호층을 형성함으로써 컬러필터 기판의 백색 컬러필터 패턴에 의한 단차를 보상하며 셀갭을 일정하게 유지해 줄 수도 있다. 이럴 경우, 백색 컬러필터 패턴에 의한 단차 일부분을 보상해주기 위해 컬러필터 기판의 오버코트층을 두꺼운 제3두께로 형성할 필요가 없이 제3두께보다 얇은 제4두께로 형성하면 되므로 재료비용을 줄일 수 있으며, 하프톤 노광마스크에 비해 저렴하고 제작이 손쉬운 노광마스크(노멀 노광마스크)를 적용할 수 있게 되므로 전체 액정표시장치의 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같은 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위 및 이와 균등한 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.

100: 액정표시장치 120: 컬러필터 기판
123: 블랙 매트릭스 125: 컬러필터층
125a: 적색 컬러필터 패턴 125b: 녹색 컬러필터 패턴
125c: 청색 컬러필터 패턴 125d: 백색 컬러필터 패턴
130: 어레이 기판 141: 무기 보호층
143: 유기 보호층 144: 콘택홀
145: 갭유지홈 200: 하프톤 노광마스크
210: 차단영역 220: 투과영역
230: 반투과영역

Claims (11)

1. 제1 내지 제4단위화소가 정의된 제1기판과 제2기판을 준비하는 단계와;
   상기 제1기판 상에 상기 제1 내지 제3단위화소 각각에 대응하는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴과, 상기 제4단위화소에 대응하며 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴에 비해 높게 형성되는 백색 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층을 형성하는 단계와;
   상기 제2기판 상에 상기 제1 및 제4 단위화소 각각에 대응하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 및
   상기 박막트랜지스터의 상부에 상기 백색 컬러필터 패턴에 대응되어 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 수단인 갭유지수단을 포함하는 유기 보호층을 형성하는 단계
   를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 컬러필터층의 상부로 상기 백색 컬러필터 패턴에 대응하여 돌출부를 포함하는 오버코트층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 유기 보호층을 형성하는 단계는
   감광성 유기물질을 도포하여 절연층을 형성하는 단계 및
   상기 절연층 상부로 빛의 차단영역과 투과영역을 포함하는 노광마스크를 위치시킨 후 노광공정을 진행하는 단계를 포함하는 것이 특징인 액정표시장치의 제조방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 투과영역을 상기 갭유지수단에 대응되도록 위치시키는 단계를 더 포함하고,
   상기 갭유지수단은 상기 돌출부와 동일한 두께를 가지는 갭유지홀인 것이 특징인 액정표시장치의 제조방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 유기 보호층을 형성하는 단계는
   감광성 유기물질을 도포하여 절연층을 형성하는 단계 및
   상기 절연층 상부로 빛의 차단영역과 투과영역 그리고 반투과영역을 포함하는 노광마스크를 위치시킨 후 노광공정을 진행하는 단계를 포함하는 것이 특징인 액정표시장치의 제조방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 반투과영역을 상기 갭유지수단에 대응되도록 위치시키는 단계를 더 포함하고,
   상기 갭유지수단은 상기 돌출부와 동일한 두께를 가지는 갭유지홀인 것이 특징인 액정표시장치의 제조방법.
   
7. 제1 내지 제4단위화소를 포함하는 제1기판과;
   상기 제1기판의 상부로 상기 제1 내지 제3단위화소 각각에 대응하여 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴과, 상기 제4단위화소에 대응하며 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴에 비해 높게 형성되는 백색 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층과;
   상기 제1기판과 마주하며 상기 제1 내지 제4단위화소 각각에 대응되어 형성된 제1 내지 제4박막트랜지스터를 포함하는 제2기판과;
   상기 제1 내지 제4박막트랜지스터의 상부에 형성되며 상기 백색 컬러필터 패턴에 대응되어 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 수단인 갭유지수단을 포함하는 유기 보호층을 포함하는 액정표시장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 컬러필터층의 상부에 형성되며 상기 백색 컬러필터 패턴에 대응되는 위치에 돌출부를 포함하는 오버코트층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 유기 보호층의 하부에 무기절연물질로 형성된 무기 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 갭유지수단은 상기 돌출부와 동일한 두께로 형성되는 갭유지홀이고,
    상기 갭유지홀은 상기 박막트랜지스터의 게이트 절연막을 노출시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 갭유지수단은 상기 돌출부와 동일한 두께로 형성되는 갭유지홈이고,
    상기 갭유지홈은 상기 유기 보호층의 전면에서부터 상기 박막트랜지스터를 향하는 하부방향으로 형성된 홈인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
    

Images