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KR100510188B1 - 액정표시패널 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시패널 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100510188B1
KR100510188B1 KR10-2002-0087039A KR20020087039A KR100510188B1 KR 100510188 B1 KR100510188 B1 KR 100510188B1 KR 20020087039 A KR20020087039 A KR 20020087039A KR 100510188 B1 KR100510188 B1 KR 100510188B1
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전재홍
이윤복
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유홍석
이정재
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 블랙 매트릭스를 형성함과 아울러 스페이서를 패터닝하는 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 액정표시패널은 상부기판 위에 형성된 블랙 매트릭스와; 상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 영역마다 형성된 컬러필터와; 상기 블랙 매트릭스 위에 형성된 컬러층과; 상기 컬러필터 및 컬러층을 덮도록 형성되며 상기 컬러층과 함께 돌출되는 오버코트층과; 상기 컬러층과 중첩되며 오버코트층 위에 형성됨과 아울러 상기 컬러층 및 오버코트층과 함께 패턴 스페이서를 구성하는 유기막 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시패널 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Panel and Method of Fabricating the same}
본 발명은 액정표시패널에 관한 것으로, 특히 컬러층을 이용하여 스페이서를 패터닝하는 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정표시패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시장치는 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 액정표시패널과, 액정표시패널을 구동하기 위한 구동회로들을 포함하게 된다.
이러한 액정표시장치는 액정을 구동시키는 전계방향에 따라 수직방향 전계를 용하는 TN(Twisted Nematic)모드와 수평방향 전계를 이용하는 IPS(In plan Switch)모드로 대별된다.
TN모드는 상부기판에 대항하게 배치된 화소전극과 공통전극간의 수직전계에 의해 액정을 구동하는 모드로 개구율이 큰 장점을 가지는 반면에 시야각이 좁은 단점을 가진다. IPS모드는 하부기판상에 나란하게 배치된 화소전극,공통전극간의 수평전계에 의해 액정을 구동하는 모드로 시야각이 큰 장점이 있는 반면에 개구율이 작은 단점이 있다.
도 1은 종래 IPS모드의 액정표시패널을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, IPS모드의 액정표시패널은 상부기판(1) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(2), 컬러필터(6), 오버코트층(7), 스페이서(13), 상부 배향막(8)으로 구성되는 컬러필터 어레이 기판과, 하부기판(5)상에 형성된 박막 트랜지스터(이하"TFT" 라고 한다), 공통전극(4), 화소전극(9) 및 하부 배향막(10)으로 구성되는 박막 트랜지스터 어레이 기판과, 컬러필터 어레이 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판 사이의 내부공간에 주입되는 액정(도시되지 않음)을 구비한다.
컬러필터 어레이 기판에 있어서, 블랙 매트릭스(2)는 하부기판(5)의 TFT 영역과 도시하지 않은 게이트라인들 및 데이터라인들 영역과 중첩되게 형성되며 컬러필터(6)가 형성될 셀영역을 구획한다. 블랙 매트릭스(2)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다. 컬러필터(6)는 상기 블랙 매트릭스(2)에 의해 분리된 셀영역에 형성된다. 이 컬러필터(6)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 오보코트층(7)은 컬러필터를 덮도록 형성되어 상부기판(1)을 평탄화한다. 패턴 스페이서(13)는 상부기판(1)과 하부기판(5)사이에 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판에 있어서, TFT는 게이트라인(도시하지 않음)과 함께 하부기판(5)위에 형성되는 게이트전극(16)과, 이 게이트전극(16)과 게이트 절연막(129)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(126)과, 반도체층(126)을 사이에 두고 데이터라인(도시하지 않음)과 함께 형성되는 소스/드레인전극(128,130)을 구비한다. 이러한 TFT(17)는 게이트라인으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인으로부터 화소신호를 화소전극(9)에 공급한다. 화소전극(9)은 드레인 전극(130)에서 연장되어 한 화소내에 복수로 평행하게 배치된다. 공통전극(4)은 화소전극(9)과 교번되면서 평행하게 배치된다. 공통전극(4)은 액정구동시 기준이 되는 공통전압을 공급한다. 이 공통전압과 화소전극(9)에 공급되는 화소전압과의 수평전계에 의해 액정은 수평방향을 기준으로 회전하게 된다.
그리고, 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판에는 액정배향을 위한 상/하부 배향막(8,10)이 폴리이미드 등과 같은 배향물질을 도포한 후 러빙공정을 수행함으로써 형성된다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 컬러필터 어레이 기판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
먼저 상부기판(1)에 불투명 금속이 증착된 후 제1 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 불투명 물질이 패터닝됨으로써 도 2a에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스(2)가 형성된다.
블랙 매트릭스(2)가 형성된 상부기판 상에 적색수지(R)가 증착된 후 제2 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정, 식각공정 및 경화를 위한 베이킹(baking)에 의해 적색수지(R)가 패터닝됨으로써 도 2b에 도시된 바와 같이 적색 컬러필터(2R)가 형성된다.
적색 컬러필터(2R)가 형성된 상부기판상(1)에 녹색수지(G)가 증착된 후 제3 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정, 식각공정 및 베이킹에 의해 녹색수지(G)가 패터닝됨으로써 도 2c에 도시된 바와 같이 녹색컬러필터(2G)가 형성된다.
녹색 컬러필터(2G)가 형성된 상부기판(1)상에 청색수지(B)가 증착된 후 제4 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정, 식각공정 및 베이킹에 의해 청색수지(B)가 패터닝됨으로써 도 2d에 도시된 바와 같이 청색 컬러필터(2B)가 형성된다.
이렇게, 적, 녹, 청색 컬러필터(2R,2G,2B)가 형성된 상부기판(1)상에 오버코트 물질이 전면 증착됨으로써 도 2e에 도시된 바와 같이 오버코트층(7)이 형성한다
오버코트층(7)이 형성된 상부기판(1)상에 스페이서 물질이 증착된 후 제5 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 스페이서 물질이 패터닝됨으로써 도 2f에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스와 중첩되는 패턴 스페이서(13)가 형성된다.
이와 같이, 종래 IPS 모드의 액정표시패널은 블랙 매트릭스와 중첩되는 패턴 스페이서를 이용하여 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판 사이의 셀갭을 유지한다. 여기서, 블랙 매트릭스가 금속재질인 경우 박막 트랜지스터 어레이 기판의 화소전극과 수직전계를 발생시켜 화소전극과 공통전극 사이에 형성되는 수평전계를 간섭하게 되므로 그 금속재질이 이용되지 못하게 된다.
이로 인하여, 불투명 수지를 이용하여 블랙 매트릭스를 형성하고 있으나, 그 불투명 수지는 유기막으로 제조단가가 높고 수율이 나쁜 단점이 있다.
또한, 패턴 스페이서 형성으로 인하여 별도의 마스크 공정이 필요하여 컬러필터 어레이 기판의 제조 공정이 복잡하다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 컬러층을 이용하여 패턴 스페이서를 형성함으로써 공정수를 줄일 수 있는 액정표시패널 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 무기막 재료를 이용하여 블랙 매트릭스를 형성함으로써 제조단가를 낮추고 수율을 향상시킬 수 있는 액정표시패널 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널은 상부기판 위에 형성된 블랙 매트릭스와; 상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 영역마다 형성된 컬러필터와; 상기 블랙 매트릭스 위에 형성된 컬러층과; 상기 컬러필터 및 컬러층을 덮도록 형성되는 오버코트층과; 상기 컬러층 및 상기 컬러층 상에 형성된 오버코트층을 포함하는 패턴 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.상기 컬러층은 적색컬러층, 녹색컬러층, 청색컬러층 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다.상기 컬러층은 상기 블랙 매트릭스의 폭보다 작거나 같게 형성된 것을 특징으로 한다.상기 컬러층이 적어도 2개의 다른 컬러층을 구비하는 경우 다음 컬러층은 이전 컬러층의 폭 보다 작거나 같게 형성되는 것을 특징으로 한다.상기 컬러층과 중첩되는 오버코트층 위에 형성되고 상기 패턴 스페이서에 포함되는 유기막 패턴을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.상기 상부기판과 대면되게 위치하는 하부기판 상에 형성되는 게이트 라인과 데이터 라인의 교차구조로 마련된 영역마다 형성된 박막 트랜지스터 및 화소전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판과, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판에서 상기 블랙 매트릭스와 중첩되는 영역에 형성된 유기막 패턴을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.상기 오버코트층 위에 형성되어 상기 화소전극과 수직전계를 이루는 공통전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.상기 블랙 매트릭스는 금속 및 무기막 재질 중 적어도 어느 하나를 이용한 것을 특징으로 한다.상기 하부기판상에 형성되어 상기 화소전극과 수평전계를 이루는 공통전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.상기 블랙 매트릭스는 무기막 재질을 이용한 것을 특징으로 한다.본 발명에 따른 액정표시패널의 제조방법은 기판 위에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 영역마다 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스 위에 컬러층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 및 컬러층을 덮도록 오버코트층을 형성하는 단계와; 상기 컬러층 및 상기 컬러층 상에 형성된 오버코트층을 포함하는 패턴 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 컬러층은 적색컬러층, 녹색컬러층, 청색컬러층 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 컬러층은 상기 블랙 매트릭스의 폭 보다 작거나 같게 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 컬러층으로 적어도 2개의 다른 컬러층을 형성하는 경우 다음 컬러층은 이전 컬러층의 폭 보다 작거나 같게 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 패턴 스페이서의 오버코트층 위에 잉크젯 방식을 이용하여 유기막 패턴을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 상부기판과 대면되게 위치하는 하부기판상에 형성되는 게이트 라인과 데이터 라인의 교차구조로 마련된 영역마다 형성된 박막 트랜지스터 및 화소전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판을 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판에서 블랙 매트릭스와 대응되는 위치에 상기 패턴 스페이서에 포함되는 유기막 패턴을 잉크젯 방식으로 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 오버코트층 위에 형성되어 상기 화소전극과 수직전계를 이루는 공통전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 블랙 매트릭스는 금속 및 무기막 재질 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.상기 하부기판 상에 형성되어 상기 화소전극과 수평전계를 이루는 공통전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.상기 블랙 매트릭스는 무기막 재질을 이용하는 것을 특징으로 한다.상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.이하, 도 3 내지 도 6i을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IPS모드의 액정표시패널을 나타내는 단면도이다.
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도 3을 참조하면, IPS모드의 액정표시패널은 상부기판(101) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(102), 컬러필터(106), 컬러층(203), 오버코트층(107), 패턴 스페이서(113), 상부 배향막(108)으로 구성되는 컬러필터 어레이 기판과, 하부기판(105)상에 형성된 TFT, 공통전극(104), 화소전극(109) 및 하부 배향막(110)으로 구성되는 박막 트랜지스터 어레이 기판과, 컬러필터 어레이 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판 사이의 내부공간에 주입되는 액정(도시되지 않음)을 구비한다.
컬러필터 어레이 기판에 있어서, 블랙 매트릭스(102)는 하부기판(105)의 TFT 영역과 도시하지 않은 게이트라인들 및 데이터라인들 영역과 중첩되게 형성되며 컬러필터(106)가 형성될 셀영역을 구획한다. 블랙 매트릭스(102)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다. 컬러필터(106)는 블랙 매트릭스(102)에 의해 분리된 셀영역에 형성된다. 이 컬러필터(106)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 이러한 컬러필터와 함께 블랙 매트릭스(102)위에는 컬러층(103)이 형성된다. 여기서, 컬러층(103)은 R,G,B컬러층 중 적어도 하나의 컬러층(103)을 구비한다
오버코트층(overcoat layer)(107)은 컬러필터(106) 및 컬러층(103)을 덮도록 형성되어 컬러필터(106)를 보호하게 된다. 또한 오버코트층(107)은 블랙 매트릭스(102)와 컬러층(103)의 중첩부에서 돌출되어 패턴 스페이서(113)를 형성한다. 이 패턴 스페이서(113)는 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판사이에 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판에 있어서, 박막 트랜지스터는 게이트라인(도시하지 않음)과 함께 하부기판(105)위에 형성되는 게이트전극(116)과, 이 게이트전극(116)과 게이트 절연막(229)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(226)과, 반도체층(226)을 사이에 두고 데이터라인(도시하지 않음)과 함께 형성되는 소스/드레인전극(228,230)을 구비한다. 이러한 박막 트랜지스터는 게이트라인으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인으로부터 화소신호를 화소전극(109)에 공급한다. 화소전극(109)은 드레인 전극(230)에서 연장되어 한 화소내에 복수로 평행하게 배치된다. 공통전극(104)은 화소전극(109)과 교번되면서 평행하게 배치된다. 공통전극(104)은 액정구동시 기준이 되는 공통전압을 공급한다. 이 공통전압과 화소전극(109)에 공급되는 화소전압과의 수평전계에 의해 액정은 수평방향을 기준으로 회전하게 된다.
그리고, 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판에는 액정배향을 위한 상/하부 배향막(108,110)이 폴리이미드 등과 같은 배향물질을 도포한 후 러빙공정을 수행함으로써 형성된다.
한편, 도 3에서 TFT 어레이 기판에 형성된 공통전극이 컬러필터 어레이 기판의 오버코트층 대신 또는 그 위에 형성된 TN모드 액정표시패널에서도 상기 컬러층과 그위에 형성된 공통전극으로 구성된 패턴 스페이서를 형성할 수 있게 된다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 IPS모드 액정표시패널의 컬러필터 어레이 기판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 상부기판(101) 위에 무기막 물질(102a)이 증착되고 그 위에 포토레지스트(44)가 형성된다. 무기막 물질은(102a)은 비정질 카본 등이 이용된다. 포토레지스트(44)가 형성된 상부기판(101)상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 제1 마스크(57)가 정렬된다. 이어서, 제1 마스크(57)를 이용한 노광 및 현상공정을 포함하는 포토리쏘그래피공정에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 포토레지스트 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 포토레지스트 패턴(44)이 남게 된다. 그 다음, 포토레지스트 패턴(44)을 경화시킨 후 그를 마스크로 이용한 식각공정으로 하부의 무기막 물질(102a)층이 패터닝됨으로써 도 4b에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스(102)가 형성된다.
이어서, 도 4c를 참조하면, 블랙 매트릭스(102)가 패턴된 상부기판(101)상에 적색수지(R)가 전면 증착된다. 이 적색수지(R)가 증착된 상부기판(41)상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 제2 마스크(67)가 정렬된다. 이어서, 제2 마스크(67)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 적색수지는 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 적색수지 패턴이 남게 되어 도 4d에 도시된 바와 같이 적색 컬러필터(4R)와 블랙 매트릭스(42)위에 적색컬러층(40R)이 형성된다. 이 적색 컬러필터(4R)와 적색컬러층(40R)은 베이킹 공정에 의해 완성된다. 이때, 적색컬러층(40R)은 블랙 매트릭스(42)의 폭보다 작거나 같게 형성된다.
그 다음, 도 4e를 참조하면, 적색컬러필터(4R) 및 적색컬러층(40R)이 패턴된 상부기판(101)상에 녹색수지(G)가 전면 증착된다. 이 녹색수지(G)가 증착된 상부기판(101)상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 제3 마스크(77)가 정렬된다. 이어서, 제3 마스크(77)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 녹색수지는 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 녹색수지 패턴이 남게 되어 도 4f에 도시된 바와 같이 녹색 컬러필터(4G)와 블랙 매트릭스(102)위에 적색컬러층(40G)이 형성된다. 녹색 컬러필터(4G)와 적색컬러층(40G)은 베이킹 공정에 의해 완성된다. 이때, 녹색컬러층(40G)은 적색컬러층(40R)의 폭보다 작거나 같게 형성된다.
그리고, 도 4g를 참조하면, 녹색컬러필터(4G) 및 녹색컬러층(40G)이 패턴된 상부기판(41)상에 청색수지(B)가 전면 증착된다. 이 청색수지(B)가 증착된 상부기판(41)상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 제4 마스크(87)가 정렬된다. 이어서, 제4 마스크(87)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 청색수지(B)는 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 청색수지 패턴이 남게 되어 도 4h에 도시된 바와 같이 청색 컬러필터(4B)와 블랙 매트릭스(102)위에 청색컬러층(40B)이 형성된다. 청색 컬러필터(4B)와 청색컬러층(40B)은 베이킹 공정에 의해 완성된다. 이때, 청색컬러층(40B)은 녹색컬러층(40G)의 폭보다 작거나 같게 형성된다.
이어서, R,G,B 컬러필터(106)와 블랙 매트릭스상(102)에 컬러층(103)이 형성된 상부기판(101)상에 도 4i에 도시된 바와 같이 컬러필터(106)를 보호하는 오버코트층(overcoat layer)(107)이 형성된다. 여기서, 오버코트층(107)은 아크릴 재료 등의 감광성이든, 비감광성이든 관계없이 이용될 수 있다. 이 오버코트층(107)을 블랙 매트릭스(102)와 중첩되는 컬러층(106)과 함께 돌출되어 패턴 스페이서(113)를 형성한다. 이 패턴 스페이서(113)는 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판사이에 셀 갭을 유지하게 한다.
여기서, 오버코트층(107)은 스핀 코팅(spin coating)방식 또는 스핀리스 코팅(spinless coating)방식 등과 같은 증착 방법으로 증착된다. 특히, 스핀리스 코팅 방식을 이용하는 경우 오버코트층(107)의 두께를 조절하여 용이하게 패턴 스페이서(113)의 높이를 조절할수 있다. 여기서, 스핀리스 코팅 방식 이라 함은 기판을 회전시켜 균일하게 증착물을 증착시키는 스핀코팅과는 달리 기판이 고정되어 있고 슬릿 노즐이 기판위를 움직이면서 증착물질을 균일하게 증착시키는 코팅 방식이다. 예를 들어, 높이가 7㎛ 정도되는 패턴 스페이서를 필요로 하는 경우 R, G, B컬러층 중 하나 이상의 컬러층을 이용하여 4㎛ 정도의 컬러층을 형성하고 스핀리스 코팅 방식에 의해 오버코트층(107)의 두께를 3㎛ 정도로 조절하여 높이가 7㎛ 정도 되도록 패턴 스페이서를 형성하게 된다.
한편, TN모드 액정표시패널의 컬러필터 어레이 기판의 경우 상기 오버코트층 대신 또는 그 위에 공통전극을 형성한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 IPS모드의 액정표시패널을 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, IPS모드의 액정표시패널은 상부기판(201) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(202), 컬러필터(206), 컬러층(203), 오버코트층(207), 잉크젯 방식으로 형성된 유기막 패턴(215), 상부 배향막(208)으로 구성되는 컬러필터 어레이 기판과, 하부기판(205)상에 형성된 TFT, 공통전극(204), 화소전극(209) 및 하부 배향막(210)으로 구성되는 TFT 어레이 기판과, 컬러필터 어레이 기판 및 TFT 어레이 기판 사이의 내부공간에 주입되는 액정(도시되지 않음)을 구비한다.
컬러필터 어레이 기판에 있어서, 블랙 매트릭스(202)는 하부기판(205)의 TFT 영역과 도시하지 않은 게이트라인들 및 데이터라인들 영역과 중첩되게 형성되며 컬러필터(206)가 형성될 셀영역을 구획한다. 블랙 매트릭스(202)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트를 높이는 역할을 한다. 컬러필터(206)는 블랙 매트릭스(202)에 의해 분리된 셀영역에 형성된다. 이 컬러필터(206)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다.
오버코트층(overcoat layer)(207)은 컬러필터(206) 및 컬러층(203)을 덮도록 형성되어 컬러필터를 보호하게 된다.
유기막 패턴(215)은 잉크젯 방법을 통해 돌출된 오버코트층(207)에 형성되어 블랙 매트릭스(202)와 중첩되는 컬러층 및 오버코트층(207)과 함께 패턴 스페이서(213)를 형성한다. 이 패턴 스페이서(213)는 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판사이에 셀 갭을 유지하는 역할을 한다. 여기서, 잉크젯 방식을 이용하여 유기막 패턴(215)의 두께를 조절하여 용이하게 패턴 스페이서(113)의 높이를 조절할 수 있게 된다.
TFT 어레이 기판에 있어서, TFT는 게이트라인(도시하지 않음)과 함께 하부기판(205)위에 형성되는 게이트전극(216)과, 이 게이트전극(216)과 게이트 절연막(329)을 사이에 두고 중첩되는 반도체층(326)과, 반도체층(326)을 사이에 두고 데이터라인(도시하지 않음)과 함께 형성되는 소스/드레인전극(328,330)을 구비한다. 이러한 TFT는 게이트라인으로 부터의 스캔신호에 응답하여 데이터라인으로부터 화소신호를 화소전극(209)에 공급한다. 화소전극(209)은 드레인 전극(330)에서 연장되어 한 화소내에 복수로 평행하게 배치된다. 공통전극(204)은 화소전극(209)과 교번되면서 평행하게 배치된다. 공통전극(204)은 액정구동시 기준이 되는 공통전압을 공급한다. 이 공통전압과 화소전극(209)에 공급되는 화소전압과의 수평전계에 의해 액정은 수평방향을 기준으로 회전하게 된다.
그리고, 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판에서 액정배향을 위한 상/하부 배향막(218,210)이 폴리이미드 등과 같은 배향물질을 도포한 후 러빙공정을 수행함으로써 형성된다.
여기서, 유기막 패턴은 TFT 어레이 기판에서 블랙 매트릭스와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 한편, TN모드 액정표시패널의 컬러필터 어레이 기판의 경우 상기 오버코트층 대신 또는 그 위에 공통전극을 형성한다.
도 6a 내지 도 6i는 도 5에 도시된 IPS모드의 액정표시패널의 상판의 제조 방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이 상부기판(201) 위에 무기막 물질(202a)이 증착되고 그 위에 포토레지스트가 형성된다. 무기막 물질(202a)로써 예를 들어, 비정질 카본 등이 이용된다. 포토레지스트가 형성된 상부기판(201)상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 제1 마스크(157)가 정렬된다. 이어서, 제1 마스크(157)를 이용한 노광 및 현상공정을 포함하여 포토리쏘그래피 공정에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 포토레지스트 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 포토레지스트 패턴(114)이 남게 된다. 그 다음, 포토레지스트 패턴(114)을 경화시킨 후 그를 마스크로 이용한 식각공정으로 하부의 무기막 물질(202a)층이 패터닝됨으로써 도 6b에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스(202)가 형성된다.
이어서, 도 6c를 참조하면, 블랙 매트릭스(202)가 패턴된 상부기판(201)상에 적색수지(R)가 전면 증착된다. 이 적색수지(R)가 증착된 상부기판(201)상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 제2 마스크(167)가 정렬된다. 이어서, 제2 마스크(167)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 적색수지는 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 적색수지 패턴이 남게 되어 도 6d에 도시된 바와 같이 적색컬러필터(6R)와 블랙 매트릭스(202)위에 적색컬러층(60R)이 형성된다. 적색컬러필터(6R)와 적색컬러층(60R)은 베이킹 공정에 의해 완성된다. 이때, 적색컬러층(60R)은 블랙 매트릭스(202)의 폭보다 작거나 같게 형성된다.
그 다음, 도 6e를 참조하면, 적색컬러필터(6R) 및 적색컬러층(60R)이 패턴된 상부기판(201)상에 녹색수지(G)가 전면 증착된다. 이 녹색수지(G)가 증착된 상부기판(201)상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 제3 마스크(177)가 정렬된다. 이어서, 제3 마스크(177)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 녹색수지는 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 녹색수지 패턴이 남게 되어 도 6f에 도시된 바와 같이 녹색 컬러필터(6G)와 블랙 매트릭스(202)위에 녹색컬러층(60G)이 형성된다. 녹색컬러필터(6G)와 녹색컬러층(60G)은 베이킹 공정에 의해 완성된다. 이때, 녹색컬러층(60G)은 적색컬러층(60R)의 폭보다 작거나 같게 형성된다.
그리고, 도 6g를 참조하면, 녹색 컬러필터(6G) 및 녹색 컬러층(60G)이 패턴된 상부기판(201)상에 청색수지(B)가 전면 증착된다. 이 청색수지(B)가 증착된 상부기판(201)상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 제4 마스크(187)가 정렬된다. 이어서, 제4 마스크(187)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 청색수지는 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 청색수지 패턴이 남게 되어 도 6h에 도시된 바와 같이 청색컬러필터(6B)와 블랙 매트릭스(202)위에 청색컬러층(60B)이 형성된다. 청색컬러필터(6B)와 청색컬러층(60B)은 베이킹 공정에 의해 완성된다. 이때, 청색컬러층(60B)은 녹색컬러층(60G)의 폭보다 작거나 같게 형성된다.
이어서, R,G,B 컬러필터(206)와 블랙 매트릭스상(202)에 컬러층(203)가 형성된 상부기판(201)상에 도 6i에 도시된 바와 같이 컬러필터(206)를 보호하는 오버코트층(overcoat layer)(207) 및 잉크젯 방식을 이용한 유기막 패턴(215)이 형성된다.
오버코트층(207)은 아크릴 재료 등의 감광성이든, 비감광성이든 관계없이 이용되어 컬러필터(206) 및 컬러층(203)을 덮도록 형성되어 컬러필터를 보호하게 된다. 여기서, TN 모드 액정표시패널의 경우 오버코트층 대신 또는 그 위에 공통전극이 형성된다.
유기막 패턴(215)은 잉크젯 방법을 통해 돌출된 오버코트층(207)에 형성되어 블랙 매트릭스(202)와 중첩되는 컬러층(203) 및 오버코트층(207)과 함께 패턴 스페이서(213)를 형성한다. 이 패턴 스페이서(213)는 컬러필터 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판사이에 셀 갭을 유지하는 역할을 한다. 이 때에, 잉크젯 방식을 이용하여 유기막 패턴(215)의 두께를 조절하여 용이하게 패턴 스페이서(113)의 높이를 조절할 수 있게 된다. 예를 들어, 높이가 7㎛ 정도되는 패턴 스페이서를 필요로 하는 경우 R, G, B컬러층 중 적어도 하나의 컬러층과 스핀 코팅 방식 또는 스핀리스 코핑 방식 등과 같은 증착 방법을 이용하여 형성된 오버코트층을 이용하여 5㎛ 정도의 컬러층 및 오버코트층을 형성하고 돌출된 오버코트층(207)위에 잉크젯 방법을 통해 2㎛ 정도의 유기막 패턴을 형성하여 높이가 7㎛ 정도 되도록 패턴 스페이서를 형성하게 된다.
여기서, 잉크젯 방법을 이용한 유기막 패턴(215)은 박막 트랜지스터 어레이 기판위에 형성될 수 있다.
이와 같은 무기막 재질의 블랙 매트릭스와 컬러층, 오버코트층, 잉크젯 방식을 이용한 유기막을 이용하여 스페이서를 패턴하는 방식은 IPS 모드의 액정표시패널 뿐만 아니라 TN 모드의 액정표시패널, 나아가 ECB(Electrical Controlled Birefringence), VA(Vertical Alignment) 모드의 액정표시패널에도 용이하게 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널 및 그 제조방법은 무기막 재료를 이용한 블랙 매트리스를 형성함으로써 제조 단가를 낮추고 수율을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널 및 그 제조방법은 블랙 매트릭스와 중첩되는 컬러층 및 오버코트층(공통전극)을 이용하여 패턴 스페이서를 형성함으로써 그 패턴 스페이서를 위한 별도의 마스크 공정이 필요없음으로 제조 공정수를 줄여 제조 단가를 절감할 수 있다.
또한, 블랙 매트릭스와 중첩되는 컬러층 및 오버코트층(공통전극)과 그 위에 잉크젯 방식으로 형성되는 유기막 패턴을 이용하여 패턴 스페이서를 형성함으로써 별도의 마스크 공정이 필요없으므로 제조 공정 수를 줄여 제조 단가를 절감할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 종래 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 액정표시패널의 컬러필터 어레이 기판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 IPS모드의 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 4a 내지 도 4i는 도 3에 도시된 IPS모드의 액정표시패널의 컬러필터 어레이 기판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
도 5은 본 발명의 제2 실시예에 따른 IPS모드의 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 6a 내지 도 6i는 도 5에 도시된 IPS모드의 액정표시패널의 컬러필터 어레이 기판의 제조 방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1,101,201 : 상부기판 2, 102, 202 : 블랙 매트릭스
4, 104, 204 : 공통전극 5, 105, 205 : 하부기판
6, 106, 206 : 컬러필터 8, 10, 108, 110, 218, 318 : 배향막

Claims (20)

  1. 상부기판 위에 형성된 블랙 매트릭스와;
    상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 영역마다 형성된 컬러필터와;
    상기 블랙 매트릭스 위에 형성된 컬러층과;
    상기 컬러필터 및 컬러층을 덮도록 형성되며 상기 컬러층과 함께 돌출되는 오버코트층과;
    상기 컬러층과 중첩되며 오버코트층 위에 형성됨과 아울러 상기 컬러층 및 오버코트층과 함께 패턴 스페이서를 구성하는 유기막 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러층은 적색컬러층, 녹색컬러층, 청색컬러층 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러층은 상기 블랙 매트릭스의 폭보다 작거나 같게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러층이 적어도 2개의 다른 컬러층을 구비하는 경우
    다음 컬러층은 이전 컬러층의 폭 보다 작거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버코트층 위에 형성되어 상기 화소전극과 수직전계를 이루는 공통전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 금속 및 무기막 재질 중 적어도 어느 하나를 이용한 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부기판과 대향되는 하부기판 상에 형성되어 상기 화소전극과 수평전계를 이루는 공통전극을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 무기막 재질을 이용한 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  11. 기판 위에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 영역마다 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 블랙 매트릭스 위에 컬러층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터 및 컬러층을 덮도록 형성되며 상기 컬러층과 함께 돌출되는 오버코트층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러층과 중첩되는 오버코트층 위에 형성됨과 아울러 상기 컬러층 및 오버코트층과 함께 패턴 스페이서를 구성하는 유기막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 컬러층은 적색컬러층, 녹색컬러층, 청색컬러층 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 컬러층은 상기 블랙 매트릭스의 폭 보다 작거나 같게 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 컬러층으로 적어도 2개의 다른 컬러층을 형성하는 경우
    다음 컬러층은 이전 컬러층의 폭 보다 작거나 같게 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 오버코트층 위에 형성되어 상기 화소전극과 수직전계를 이루는 공통전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 금속 및 무기막 재질 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부기판과 대향되는 하부기판 상에 형성되어 상기 화소전극과 수평전계를 이루는 공통전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 무기막 재질을 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
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