액정표시장치 및 그 제조방법 document_id A220623034757

통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 상기 액정표시장치는 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 액티브 영역과 액티브 영역의 액정셀들을 구동하기 위한 구동회로들을 포함한다. 도 1은 종래의 액정표시장치를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 2는 도 1에서 선 'A-A'를 따라 절취한 액정표시장치를 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 액정표시장치는 상판(10)과 하판(20)이 대향하여 합착된 구조로 액정셀들이 위치하는 화상표시부(4)와, 상판(10)과 하판(20)의 외각을 따라 형성된 실런트(sealant ; 2)와, 실런트(2) 외각에 형성되며 상판(10)과 하판(20)을 전기적으로 접속시키는 도트(3)를 구비한다. 상기 화상표시부(4)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상판(10)과, 하판(20)과, 상판(10)과 하판(20) 사이에 형성된 스페이서(35)와, 상판(10), 하판(20) 및 스페이서(35)에 의해 마련된 내부공간에 주입되는 액정(도시되지 않음)이 구비된다. 상기 상판(10)은 상부기판(11) 및 상기 상부기판(11) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(20), 컬러필터(15), 공통전극(17) 및 상부 배향막(19)으로 구성된다. 또한, 상기 하판(20)은 하부기판(21)과 상기 하부기판(21) 상에 순차적으로 형성된 박막 트랜지스터(TFT), 화소전극(33) 및 하부 배향막(31)으로 구성된다. 상기 구성을 가진 상판(10) 구조에 대해 구체적으로 알아보면 다음과 같다. 상기 상부기판(11) 상에 블랙 매트릭스(20)가 배치된다. 상기 블랙 매트릭스(20)는 상부기판(11) 상에 매트릭스 형태로 형성되어 칼라필터(15)들이 형성되어질 다수의 셀영역들로 나눔과 아울러 인접 셀간의 광간섭을 방지하는 역할을 한다. 상기 블랙매트릭스(20)가 형성된 상부기판(11) 상에 적, 녹, 청 삼원색의 칼라필터(15)들이 순차적으로 형성된다. 이 경우, 삼원색의 칼라필터(15) 각각은 블랙매트릭스(13)가 형성된 상부기판(11)의 전면에 백색광원을 흡수하여 특정파장(적색, 녹색, 또는 청색)의 광만을 투과시키는 물질을 도포한 후 패터닝함으로써 형성된다. 상기 블랙 매트릭스(13) 및 칼라필터(15)가 형성된 상부기판(11) 상에 그라운드 전위가 공급되는 투명도전막인 공통전극(17)가 형성된다. 상기 공통전극(17)을 가진 상부기판(11)에는 상부 배향막(19)이 형성된다. 이때, 상기 상부 배향막(19)은 공통전극(17) 상에 폴리이미드를 도포함으로써 형성된다. 한편, 하판(20) 구조에 대해 구체적으로 알아보면 다음과 같다. 하부기판(21) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)가 배치된다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 액정셀의 구동을 스위칭하기 위한 것으로서, 게이트라인(도시하지 않음)에서 돌출된 게이트전극(25), 데이터라인(도시하지 않음)에서 돌출된 소스전극(28S) 및 드레인전극(28D)이 구비된다. 또한, 박막 트랜지스터(TFT)는 상기 게이트전극(25)에 공급되는 게이트전압에 의해 소스전극(28S)과 드레인전극(28D)간에 도통채널을 형성하기 위한 반도체층(26, 27)과, 상기 게이트전극(25)과 반도체층(26, 27) 사이에 배치되어 게이트전극(25)과 소스전극(28S) 및 드레인 전극(28D)의 절연을 위한 게이트절연막(23)이 더 구비된다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 가진 기판 전면에는 보호막(29)이 배치된다. 이때, 상기 보호막(29)은 상기 드레인전극(28D)을 노출하는 콘택홀(29H)이 구비되어 있다. 상기 보호막(29)을 가진 기판 상에는 상기 콘택홀(29H)을 덮어 드레인전극(28D)과 전기적으로 연결되는 화소전극(31)이 형성된다. 이때, 상기 화소전극(31)은 데이터라인과 게이트라인에 의해 분할된 셀영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명전도성물질로 이루어진다. 그리고, 상기 화소전극(31)이 형성된 하부기판(21) 상부에 배향막(33)이 형성된다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트라인으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(31)에 공급한다. 상기 박막 트랜지스터를 통해 공급되는 데이터신호와 공통전극(17)에 공급되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 의해 액정이 회전하게 되며 액정의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다. 이와 같은 구조를 가진 상판(10)의 상부기판(11) 혹은 하판(20)의 하부기판(21)의 가장자리에는 상기 실런트(2)와 상기 도트(3)를 형성한 후, 구형상의 스페이서(35)를 산포한다. 이후, 상판(10)과 하판(20)을 정위치시켜 합착한 후 액정을 주입하여 봉지함으로써 액정표시장치를 완성한다. 상기한 구성을 가진 액정표시장치에 있어서, 상기 게이트전극 및 게이트라인은 통상적으로 금속막을 포토리쏘그라피(photolithography) 방법을 적용하여 패터닝함으로써 형성된다. 그러나, 이러한 포토리쏘그라피 방법은 감광막을 스핀 코팅(spin coating)방식으로 도포하기 때문에 감광막 손실이 크고, 감광막 노광, 현상 및 제거하는 공정이 수반되어야 하므로 공정 시간이 길어질 뿐만 아니라 노광 공정이 진행됨에 따른 레이저(laser) 노광장비 등 장비 구입 비용이 상승되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 문제점을 해결하고자, 상기 포토리쏘그라피 방법 대신 프린팅 방법이 시도되었다. 여기서, 상기 프린팅 방법은 기판 표면의 원하는 부위에만 선택적으로 금속막을 직접 프린팅하는 것이다. 상술한 프린팅 방법을 적용하여 게이트 배선을 형성하는 방법에 대해 이하에서 자세하게 설명한다. 도 3a 내지 도 3e는 종래 프린팅 방법에 의해 액정표시장치의 게이트 배선을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 하부기판(31) 상에 하지막(33)을 형성한다. 이때, 상기 하지막(33)은 절연막 또는 금속막일 수 있다. 이어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 하지막(33)을 가진 기판 상부에 몰드 마스크(41)를 제공한다. 상기 몰드 마스크(41)는 게이트 배선 형성영역을 노출하는 소정의 소정의 패턴이 마련되어 있다. 구체적으로, 상기 몰드 마스크(41)는 상기 게이트 배선 형성영역과 대응되는 부위에 적어도 하나 이상의 오목부(41P)를 갖되, 실질적으로 연속적인 표면을 가지도록 형성된다. 그리고, 상기 몰드 마스크(41)는 상기 오목부(41P)들 및 오목부(41P)들 사이의 표면에 아로마틱-아민 화합물 계열의 자기조립 단분자막(43)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 자기조립 단분자막(43)은 주어진 기질의 표면에 자발적으로 입혀진 규칙적으로 잘 정렬된 유기 분자막으로서, 수 ㎛에서 수십㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 자기조립 단분자막(43)은 기질의 표면과 막을 이루게 되는 분자들 사이에 직접적인 화학 결합을 형성하여 매우 튼튼한 분자막을 만들 수 있고, 기질의 모양이나 크기에 구애를 받지 않아 대면적화에도 용이하고 복잡한 모양의 기질 위에서도 제조가 가능하다. 따라서, 상기 자기조립 단분자막(43)을 형성하는 물질은 액정 패널에 형성된 어떠한 구조물 표면에도 잘 부착되므로, 게이트 배선 표면에도 쉽게 형성 가능하다. 또한, 상기 자기조립 단분자막(43)은 하기 (Ⅰ)식의 구조를 가지며, 아로마틱-아민(aromatic-amine) 화합물 계열의 용액을 상기 몰드 마스크(41)에 코팅하고 나서 열처리나 자외선 처리를 실시하여 형성할 수 있다. --------(Ⅰ) 이때, 상기 (Ⅰ)식에서, X는 상기 기판 상부에 하지막으로 절연막이 형성될 경우 -SH, -COOH,-CN기일 수 있다. 또한, 상기 X는 상기 기판 상부에 하지막으로 금속막이 형성될 경우 -실란(silane)기일 수 있다. 한편, 상기 몰드 마스크(41)는 상기 자기조립 단분자막(43)을 형성하기 이전에 폴리디메틸실록산(PDMS)이 코팅처리될 수 있다. 그 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 몰드 마스크에 형성된 자기조립 단분자막을 상기 기판 위에 마이크로 콘택 프린팅(micro contact printing)한다. 이때, 상기 몰드 마스크의 표면에 형성된 상기 아로마틱-아민 화합물 계열의 자기조립 단분자막이 상기 기판 위에 전사됨으로써, 자기조립 단분자막 패턴(43P)이 형성된다. 이 후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 자기조립 단분자막 패턴(43P)을 가진 기판을 배스(bath)(47) 내에서 담금질 처리한다. 이때, 상기 배스(47) 내에는 팔라듐(Pd) 나노입자를 포함한 용액이 공급되어 있다. 여기서, 상기 팔라듐(Pd) 나노 입자는 상기 아민 그룹(--NH2)에 선택적으로 잘 흡착되는 특성을 가지고 있기 때문에 담금질 공정에 주로 사용된다. 즉, 상기 팔라듐(Pd) 나노 입자는 상기 자기조립 단분자막 패턴에만 흡착되고 상기 자기조립 단분자막 패턴(43P)들 사이의 하지막(33)에는 흡착되지 않는다. 따라서, 상기 담금질 공정 결과, 상기 자기조립 단분자막 패턴(43P) 위에 선택적으로 금속막(44)이 형성된다. 여기서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 자기조립 단분자막 패턴(43P) 및 금속막(44)은 게이트 배선(45)을 이룬다. 상술한 바와 같이, 종래 프린팅 방법을 적용하여 게이트 배선을 형성하는 경우에는 감광막을 사용하는데에 따른 제반 문제점들을 해결할 수는 있다. 그러나, 상기 담금질 공정을 통해 금속막을 형성하는 과정에서, 상기 자기조립 단분자막 패턴에 의해 노출된 하지막은 외부환경에 취약하여 이물이 발생되거나 원치않는 반응부산물이 흡착되는 문제점이 있다.