KR100580385B1 - 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

투명한 절연 기판 위에 컬러 필터를 형성하고, 그 위에 유기 절연막으로 이루어진 보호막을 평탄하게 코팅한 다음, 보호막 위에 블랙 매트릭스를 형성하고, 블랙 매트릭스 위에 투명 전극을 일정한 모양으로 패터닝하여 공통 전극을 형성한다. 또는 투명 전극을 먼저 패터닝하여 형성한 후 그 위에 블랙 매트릭스를 형성할 수도 있다. 이와 같이 기판 위에 컬러 필터를 먼저 형성하고 컬러 필터 위에 보호막을 형성함으로써 투명 전극의 식각 과정에서 컬러 필터를 보호할 수 있고, 보호막 위에 금속 등으로 이루어진 블랙 매트릭스를 형성하고, 그 위에 공통 전극을 형성함으로써 공통 전극 저항을 낮출 수 있다.

Description

액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 그 제조 방법

본 발명은 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 양 기판 또는 한 기판의 내면에 전극을 가지고 있으며, 광학적 스위칭 매개체로서 두 전극 사이에 액정 물질층을 둔 표시 장치로서, 양 전극에 전위차를 주면 그 전위차로 인하여 액정 분자들이 재배열되고, 재배열된 액정 분자들이 빛을 산란시키거나 빛의 투과 특성을 변화시킨다.

종래의 액정 표시 장치의 한 예로서, 아래 위 두 기판의 내면에 각각 형성되어 있는 위 전극과 아래 전극 사이에 음의 유전율 이방성을 갖는 네마틱형 액정 물질이 삽입되어 있으며, 액정 분자들은 기판에 수직하게 배열되어 있는 수직 배향 비틀린 네마틱(VATN ; vertically aligned twisted nematic)액정 표시 장치를 들 수 있다. 이 액정 표시 장치에서는 아래 위 전극에 전압을 인가하여 전위차를 주면 양 기판에 수직한 전기장이 형성되고, 액정 분자의 장축 방향을 전기장의 방향과 수직하게 배열시키려는 토크(torque)(이 토크의 크기는 전기장의 세기에 의존함), 즉 유전율 이방성으로 인한 토크와 러빙 등의 배향 처리를 통하여 발생하며 액정 분자의 장축 방향을 특정한 방향을 향하도록 배열시키려는 탄성 토크가 평형을 이루도록 액정 분자들이 재배열된다.

한편, 이러한 표시 장치로 컬러 화상을 표시하기 위해서는 백색 광원을 사용하고, 액정 분자들의 배열을 변화시켜 빛의 투과 특성을 조절함과 동시에, 적, 녹, 청의 빛의 3원색 필터를 사용하여 가법 혼색을 한다. 이를 위해 통상 액정 표시 장치의 상판에 적, 녹, 청 3색의 컬러 필터를 형성하고, 컬러 필터 사이에는 누설광을 차단하기 위한 블랙 매트릭스를 형성하고, 그 위에 공통 전극을 형성한다.

도 1에 종래 기술에 따른 컬러 필터 기판의 단면도가 나타나 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 투명한 절연 기판(1) 위에 크롬 등으로 이루어진 블랙 매트릭스(2)가 형성되어 있고, 그 위에 적, 녹, 청색의 컬러 필터(3)가 형성되어 있다. 컬러 필터(3) 위에는 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(4)이 전면에 걸쳐 형성되어 있다. 이러한 종래 기술에 따른 컬러 필터 기판에서는 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(4)과 크롬으로 형성된 블랙 매트릭스(2)가 접촉하여 공통 전극(4)의 저항을 30 - 40Ω 정도로 낮게 할 수 있어 크로스톡(crosstalk) 등 구동 상의 불량을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

그런데, VATN 액정 표시 장치에서는 넓은 시야각을 얻기 위하여 상판의 공통 전극을 전면에 걸쳐 형성하지 않고, 여러 가지 방법으로 공통 전극(4)을 패터닝하는 방법이 많이 사용되고 있다. 이 경우, 공통 전극(4)을 패터닝하는 공정에서 그 아래쪽에 형성되어 있는 컬러 필터(3)가 손상을 입게 된다는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 도 2에 나타난 바와 같이, 공통 전극(4)과 컬러 필터(3) 사이에 보호막(5)을 형성하여 컬러 필터(3)의 손상을 막는 방법이 사용된다. 그러나, 이렇게 할 경우는 ITO막(4)이 크롬 등으로 이루어진 블랙 매트릭스(2)와 접촉하지 않고 유기 또는 무기 절연막 등으로 이루어진 보호막(5)과 접촉하게 되어 접촉 저항이 300 Ω 이상이 된다. 이렇게 되면 신호의 지연이 생기게 되고, 이는 크로스톡이나 깜박거림(flicker)과 같은 구동 상의 불량을 일으키는 원인이 된다.

본 발명의 목적은 액정 표시 장치의 컬러 필터가 손상되지 않도록 보호하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 액정 표시 장치의 상판에 형성되는 공통 전극의 저항을 낮추는 것이다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판에서는 투명한 절연 기판 위에 컬러 필터가 형성되어 있고, 그 위에 보호막이 덮여 있으며, 보호막 위에 블랙 매트릭스가 형성되어 있고, 그 위에 공통 전극이 형성되어 있다.

보호막은 유기 또는 무기 절연막으로 형성될 수 있으며, 공통 전극은 여러 가지 모양으로 패터닝되어 있을 수 있다.

이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 단면도가 나타나 있다.

도 3에 나타난 바와 같이, 투명한 절연 기판(10) 위에 적, 녹, 청색의 컬러 필터(30)가 각각 형성되어 있고, 컬러 필터(30) 위에 보호막(50)이 평탄하게 형성되어 있다. 보호막은 유기 절연막 등으로 이루어져 있다. 보호막(50) 위에 금속이나 유기막 등으로 이루어진 블랙 매트릭스(20)가 형성되어 있고, 그 위에 적당한 방법으로 패터닝된 투명한 공통 전극(40)이 형성되어 있다. 이 때 공통 전극(40)은 그 아래층에 형성되어 있는 블랙 매트릭스(20)와 접촉하고 있어 공통 전극의 저항을 낮출 수 있다.

이제 도 3에 나타난 바와 같은 컬러 필터 기판을 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 투명한 절연 기판(10) 위에 적, 녹, 청색의 컬러런트(colorant)를 각각 코팅하고 사진 식각하여 적, 녹, 청색의 컬러 필터(30)를 차례로 형성한다.

다음, 컬러 필터(30) 위에 평탄하게 보호막(50)을 형성한다. 이와 같이 보호막(50)을 평탄하게 형성하기 위하여는 BCB(benzo cyclo butene)등과 같이 유동성이 있는 유기 절연막을 회전 코팅하여 보호막(50)을 형성한다. 그러나, 통상 사용되는 질화 규소막 등의 무기 절연막을 보호막으로 사용하는 것도 가능하다.

보호막(50) 위에 금속이나 유기막 등을 적층하고 사진 식각하여 블랙 매트릭스(30)를 형성한다. 블랙 매트릭스(30)의 재료는 빛을 차단할 수 있는 재료는 어떤 것이든 가능하지만, 그 위에 형성될 투명 전극과의 접촉 저항을 낮추기 위해서 크롬 등을 쓰는 것이 적당하고, 알루미늄 등의 재료는 투명 전극과 전기 화학적 반응을 일으키므로 적당하지 않다. 이 때, 블랙 매트릭스(30)의 두께는 4,000 Å을 넘지 않는 것이 좋다.

다음, 블랙 매트릭스(30) 위에 ITO 등의 투명 도전 물질을 증착하고 패터닝하여 공통 전극(40)을 형성한다. 투명 전극의 두께는 200 - 1,500 Å 정도가 적당하다. 이와 같이 투명 전극를 패터닝하는 공정에서는 투명 전극(40)과 컬러 필터(20) 사이에 보호막(50)이 존재하므로 컬러 필터(20)가 손상되지 않는다.

투명 전극과 블랙 매트릭스를 형성하는 공정은 서로 바뀔 수도 있다. 본 발명의 제2 실시예에서는 보호막 위에 투명 전극을 먼저 형성하고, 그 위에 블랙 매트릭스를 형성하는 구조와 제조 방법을 개시한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 단면도이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 보호막(50) 위에 패터닝된 투명 전극(40)이 형성되어 있고, 그 위에 금속이나 유기막 등으로 이루어진 블랙 매트릭스(20)가 형성되어 있다. 나머지 구조는 도 3에 나타난 본 발명의 제1 실시예와 유사하다.

도 4에 나타난 컬러 필터 기판을 제조하기 위해서는 본 발명의 제1 실시예에서와 유사한 방법으로 기판(10) 위에 컬러 필터(30)와 보호막(50)을 형성한 후, 투명 도전 물질을 증착하고 패터닝하여 공통 전극(40)을 형성한다. 투명 전극의 두께는 제1 실시예에서와 유사하며 본 발명의 제2 실시예에서도 역시 투명 전극(40)과 컬러 필터(20) 사이에 보호막(50)이 존재하므로 컬러 필터(20)가 손상되지 않는다.

다음, 투명 전극(40) 위에 금속이나 유기막 등을 적층하고 사진 식각하여 블랙 매트릭스(30)를 형성한다. 블랙 매트릭스(30)의 재료와 두께 등은 본 발명의 제1 실시예를 따르는 것이 좋다.

본 발명의 실시예에서와 같이, 기판 위에 컬러 필터를 먼저 형성하고 컬러 필터 위에 보호막을 형성함으로써 투명 도전막의 식각 과정에서 컬러 필터를 보호할 수 있고, 보호막 위에 블랙 매트릭스를 형성하고, 그 위에 공통 전극을 형성함으로써 공통 전극 저항을 낮출 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 단면도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 다른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 단면도이고,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 단면도이고,

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 단면도이다.

Claims (6)

1. 투명한 절연 기판,

   상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 컬러 필터,

   상기 컬러 필터를 덮고 있는 보호막,

   상기 보호막 위에 형성되어 있는 블랙 매트릭스,

   상기 블랙 매트릭스 위에 형성되어 있으며 소정 모양으로 패터닝되어 있는 공통 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
2. 제1항에서,

   상기 보호막은 유기 절연막으로 이루어진 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
3. 제1항에서,

   상기 블랙 매트릭스는 크롬으로 이루어진 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
4. 기판 위에 컬러 필터를 형성하는 단계,

   상기 컬러 필터를 덮는 보호막을 형성하는 단계,

   상기 보호막 위에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계,

   상기 블랙 매트릭스 위에 공통 전극을 형성하는 단계,

   상기 공통 전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제조 방법.
5. 제4항에서,

   상기 보호막은 유기 절연막을 회전 코팅하여 형성하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제조 방법.
6. 제4항에서,

   상기 블랙 매트릭스는 크롬으로 형성하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제조 방법.