KR100628273B1

KR100628273B1 - 횡전계 방식의 액정표시장치 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100628273B1
Application number: KR1020040076998A
Authority: KR
Inventors: 이현규; 백승한
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-09-27
Also published as: KR20060028016A

Abstract

대조비(Contrast Ratio:CR) 특성 확보와 공정 수율 및 생산비 절약에 유리한 횡전계 방식의 액정표시장치 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치는 화소영역이 정의되어 있고, 횡전계 구동하도록 공통전극과 화소전극을 구비하고 있는 하부기판과; 상기 화소영역에 대응되는 부분을 제외한 영역에 금속/수지막이 적층 구성된 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층과, 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 컬러 필터층과, 상기 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층과 상기 컬러 필터층을 포함한 전면에 오버 코트층을 구비하고, 상기 하부기판과 일정 공간을 갖고 합착된 상부기판과; 상기 상,하부기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된 것을 특징으로 한다.

블랙 매트릭스층, 칼라필터층, 횡전계

Description

횡전계 방식의 액정표시장치 및 그의 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE OF IN-PLANE SWITCHING AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

도 1은 일반적인 TN 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도

도 2는 일반적인 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치를 나타낸 개략적인 단면도

도 3a 및 도 3b는 IPS 모드에서 전압 온(on)/오프(off)시 액정의 상 변이 모습을 나타내는 도면

도 4a 및 도 4b는 각각 오프상태와 온 상태일 때 IPS 모드 액정표시장치의 동작을 나타낸 사시도

도 5는 종래 기술에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치의 개략적 구조 단면도

도 6a 내지 도 6d는 종래 기술에 따른 횡전계 방식의 액정표시장치의 상부기판의 제조방법을 나타낸 공정 단면도

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치의 개략적 구조 단면도

도 8a 내지 도 8h는 본 발명에 따른 횡전계 방식의 액정표시장치의 상부기판의 제조방법을 나타낸 공정 단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

70 : 하부기판 71 : 공통전극

72 : 게이트절연막 73 : 데이터라인

74 : 보호막 75 : 화소전극

80 : 상부기판 81 : 금속물질

81a : 제 1 블랙 매트릭스층 82a : 제 2 블랙 매트릭스층

83 : R 착색감재

83a, 83b, 83c : B, G, R 칼라필터층 84 : 오버 코트층

100 : 투명 도전막

본 발명은 액정표시장치에 대한 것으로, 특히 대조비(Contrast Ratio:CR) 특성 확보 및 공정 수율 및 생산비 절약에 유리한 횡전계 방식의 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.

따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.

이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.

그리고 제 2 유리 기판(컬러필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성되어 있다. 물론, 횡전계 방식의 액정표시장치에서는 공통전극이 제 1 유리 기판에 형성되어 있다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 씨일재에 의해 합착되고 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.

이때, 액정 주입 방법은 상기 씨일재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 용기에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 액정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.

한편, 상기와 같이 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다.

상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.

따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛이 임의로 변조되어 화상정보를 표현할 수 있다.

이러한 액정은 전기적인 특정분류에 따라 유전율 이방성이 양(+)인 포지티브 액정과 음(-)인 네거티브 액정으로 구분될 수 있으며, 유전율 이방성이 양인 액정분자는 전기장이 인가되는 방향으로 액정분자의 장축이 평행하게 배열하고, 유전율 이방성이 음인 액정분자는 전기장이 인가되는 방향과 액정분자의 장축이 수직하게 배열한다.

도 1은 일반적인 TN 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 하부기판(1) 및 상부기판(2)과, 상기 하부기판(1)과 상부기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부기판(1)은 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(4)이 배열되고, 상기 게이트 라인(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(5)이 배열되며, 상기 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 각 화소영역(P)에는 화소전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.

그리고 상기 상부기판(2)은 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(8)과, 화상을 구현하기 위한 공통전극(9)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 라인(4)으로부터 돌출된 게이트 전극과, 전면에 형성된 게이트 절연막(도면에는 도시되지 않음)과 상기 게이 트 전극 상측의 게이트 절연막위에 형성된 액티브층과, 상기 데이터 라인(5)으로부터 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극에 대향되도록 드레인 전극을 구비하여 구성된다.

상기 화소전극(6)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속을 사용한다.

전술한 바와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 화소전극(6)상에 위치한 액정층(3)이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.

전술한 바와 같은 액정패널은 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상부기판(2)의 공통전극(9)이 접지역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정 셀의 파괴를 방지할 수 있다.

그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 갖고 있다.

따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새로운 기술 즉, 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치가 제안되고 있다.

이하에서는 일반적인 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치에 대하여 개략적으로 설명하기로 한다.

도 2는 일반적인 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치를 나타낸 개략적인 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 하부기판(11)상에 화소전극(12)과 공통전극(13)이 동일 평면상에 형성되어 있고, 상기 하부기판(11)과 일정 공간을 갖고 합착된 상부기판(15) 사이에 형성된 액정층(14)은 상기 하부기판(11)상의 상기 화소전극(12)과 공통전극(13) 사이의 횡전계에 의해 작동한다.

도 3a 및 도 3b는 IPS 모드에서 전압 온(on)/오프(off)시 액정의 상 변이 모습을 나타내는 도면이다.

즉, 도 3a는 화소전극(12) 또는 공통전극(13)에 횡전계가 인가되지 않은 오프(off)상태로써, 액정층(14)의 상 변이가 일어나지 않음을 알 수 있다. 예를 들어 화소전극(12)과 공통전극(13)의 수평 방향에서 기본적으로 45°틀어져있다.

도 3b는 상기 화소전극(12)과 공통전극(13)에 횡전계가 인가된 온(on) 상태로써, 액정층(14)의 상 변이가 일어나고, 도 3a의 오프 상태와 비교해서 45°정도로 뒤틀림 각을 가지고, 화소전극(12)과 공통전극(13)의 수평방향과 액정의 비틀림 방향이 일치함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 IPS의 액정표시장치는 동일 평면상에 화소전극(12)과 공통전극(13)이 모두 존재한다.

상기 횡전계 방식의 장점으로는 광시야각이 가능하다는 것이다.

즉, 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 약 70°방향에서 가시 할 수 있다.

그리고, 일반적으로 사용되는 액정표시장치에 비해 제작 공정이 간단하고, 시야각에 따른 색의 이동이 적은 장점이 있다.

그러나, 공통전극(13)과 화소전극(12)이 동일 기판상에 존재하기 때문에 빛에 의한 투과율 및 개구율이 저하되는 단점이 있다.

또한, 구동전압에 의한 응답시간을 개선해야 하고, 셀 갭(cell gap)의 정렬오차 마진(misalign margin)이 작기 때문에 상기 셀 갭을 균일하게 해야 하는 단점이 있다.

즉, 횡전계 방식의 액정표시장치는 상기와 같은 장점과 단점이 있으므로 사용자의 사용 용도에 따라 선택해서 사용할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 각각 오프상태와 온 상태일 때 IPS의 액정표시장치의 동작을 나타낸 사시도이다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 화소전극(12) 또는 공통전극(13)에 횡전계 전압이 인가되지 않았을 경우에는 액정분자 배열방향(16)은 초기 배향막(도시되지 않음)의 배열 방향과 동일한 방향으로 배열된다.

그리고 도 4b에 도시한 바와 같이, 화소전극(12)과 공통전극(13)에 횡전계 전압이 인가되었을 때 액정분자의 배열방향(16)은 전기장이 인가되는 방향(17)으로 배열함을 알 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치 및 그의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 5는 종래 기술에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치의 개략적 구조 단면도이고, 도 6a 내지 도 6d는 종래 기술에 따른 횡전계 방식의 액정표시장치의 상부기판의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

종래 기술에 따른 횡전계 방식의 액정표시장치는 도 5에 도시한 바와 같이, 하부기판(50) 및 상부기판(60)과, 상기 하부기판(50)과 상부기판(60) 사이에 주입된 액정층(40)으로 구성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부기판(50)은 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인이 배열되고, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(53)이 배열되며, 상기 게이트 라인과 데이터 라인(53)이 교차하는 각 화소영역(P)에는 공통전극(51)과 화소전극(55)이 교번으로 형성되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인(53)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.

상기 도 5에서는 공통전극(51)이 게이트라인과 동일층에 형성되고, 화소전극(55)은 보호막(56) 상부에 형성되어 횡전계 구동하는 구성을 일예로 도시하였다.

그리고 상기 상부기판(60)은 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(61)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(62)과, 상기 블랙 매트릭스층(61)과 R,G,B 컬러 필터층(62)을 포함한 상부기판(60) 전면에 오버 코트층(63)이 형성되어 있다.

상기에서 블랙 매트릭스층(61)은 유기막인 수지(resin)로 구성되어 있고, R,G,B 칼라 필터층(62)은 상기 블랙 매트릭스층(61)의 양단에 오버랩되어 있다.

상기 오버 코트층(63)은 수지로 구성된 블랙 매트릭스층(61)에 의해 전체적으로 평탄성이 떨어지는 것을 방지하기 위해서 형성된 것이다.

상기 구성을 갖는 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법은 도 6a에 도시한 바와 같이, 상부기판(60)의 배면에 스퍼터링 공정으로 ITO로 구성된 투명 도전막(41)을 형성한다.

그리고 도 6b에 도시한 바와 같이, 상부기판(60)상에 수지를 코팅한 후, 노광 및 현상 공정으로 일영역에만 남도록 패터닝해서 블랙 매트릭스층(61)을 형성한다. 이때 블랙 매트릭스층(61)은 하부기판의 화소영역에 대응하는 영역을 제외하고 형성된다.

이후에 도 6c에 도시한 바와 같이, 상부기판(60)상에 R 착색감재를 도포하고 노광 및 현상 공정을 통해서 소정의 화소영역에 R 칼라필터층(62a)을 형성하고, 이후에 G 착색감재를 도포하고 노광 및 현상 공정으로 소정의 화소영역에 G 칼라필터층(62b)을 형성하며, 다음에 B 착색감재를 도포하고 노광 및 현상 공정으로 소정의 화소영역에 B 칼라필터층(62c)을 형성한다.

상기와 같이 R,G,B 칼라필터층(62a, 62b, 62c)은 각각 도포공정→노광공정→현상공정을 통해 차례로 형성한다.

상기 R,G,B 칼라필터층(62a, 62b, 62c)의 형성방법은 안료 분사법 중 착색감재법을 예를 들어 설명하였으나, 기타 염료를 사용한 포토 및 인쇄공정이나 안료를 사용한 인쇄법과 전착법과 전사법중 어느 한 방법을 사용하여 형성할 수도 있다.

다음에 도 6d에 도시한 바와 같이, 상부기판(60)의 전면에 오버 코트층(63)을 코팅한다.

상술한 종래의 횡전계 방식의 액정표시장치 및 그 제조방법은 다음과 같은 문제가 있다.

보통 블랙 매트릭스층의 광밀도는 3.5~4.0이 되야 빛을 차단시키는 역할을 충실하게 할 수 있는데, 상기 블랙 매트릭스층(61)을 수지로 구성할 경우에는 1.2㎛의 두께로 증착하더라도 수지의 광밀도(OD)가 3.3~3.5로 낮기 때문에 빛을 완전히 차단시키지 못한다. 이에 따라서 대조비를 확보하는데 한계가 있다.

또한, 상기 블랙 매트릭스층(61)의 광밀도(OD)를 높게 하기 위해서 수지를 두껍게 형성할 경우에는 블랙 매트릭스층(61)의 양단에 오버랩된 칼라필터층에 단차가 발생하여 전체적으로 평탄성이 떨어지게 되고, 이에 따라서 액정층의 두께가 불균일해지기 때문에 그 증착 두께를 두껍게 하여 광밀도를 높이는 방법은 한계가 있다.

또한, 블랙 매트릭스층을 수지로 구성할 경우, 패턴 형성시 핀홀 불량이 발생하게 되는데, 이에 따라서 수율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 대조비(Contrast Ratio:CR) 특성 확보와 공정 수율 및 생산비 절약에 유리한 횡전계 방식의 액정표시장치 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치는 화소영역이 정의되어 있고, 횡전계 구동하도록 공통전극과 화소전극을 구비하고 있는 하부기판과; 상기 화소영역에 대응되는 부분을 제외한 영역에 금속/수지막이 적층 구성된 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층과, 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 컬러 필터층과, 상기 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층과 상기 컬러 필터층을 포함한 전면에 오버 코트층을 구비하고, 상기 하부기판과 일정 공간을 갖고 합착된 상부기판과; 상기 상,하부기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 블랙 매트릭스층 Fe, Fe+FeOx, Cr, Cr+CrOx 또는 CrOx+Cr+CrOx의 금속물질로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 하부기판에는 교차 배열되어 상기 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 상기 각 화소영역에 교번으로 형성된 상기 공통전극 및 상기 화소전극과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 형성된 박막 트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치의 제조방법은 화소영역이 정의된 일정 공간을 갖고 합착된 상, 하부기판으로 구성된 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 상기 화소영역을 제외한 상기 상부기판 상부에 금속/수지막이 적층된 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계; 상기 화소영역에 대응되는 상부기판상에 B,G,R 칼라필터층을 차례로 형성하는 단계; 상기 상부기판의 전면에 오버 코트층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

상기 상부기판의 배면에 투명 도전막을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층의 형성은 상기 상부기판(80)상에 스퍼터링 공정으로 금속 물질을 증착하는 단계, 상기 금속물질상에 수지막을 도포하는 단계, 상기 수직막을 노광 및 현상하여 상기 제 2 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계, 상기 제 2 블랙 매트릭스층을 마스크로 상기 금속물질을 식각하여 상기 제 2 블랙 매트릭스층 하부에 상기 제 1 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

상기 금속물질은 Fe, Fe+FeOx, Cr, Cr+CrOx 또는 CrOx+Cr+CrOx로 구성함을 특징으로 한다.

상기 B,G,R 칼라필터층의 형성은 상기 상부기판상에 B 착색감재를 코팅하고 노광 및 현상 공정으로 소정의 화소영역에 B 칼라필터층을 형성하는 단계, 상기 상부기판상에 G 착색감재를 코팅하고 노광 및 현상 공정으로 소정의 화소영역에 G 칼라필터층을 형성하는 단계, 상기 B, G 칼라필터층을 포함한 상기 상부기판상에 R 착색감재를 코팅하고 배면 노광하는 단계, 상기 R 착색감재를 현상하여 소정의 화소영역에 R 칼라필터층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치의 개략적 구조 단면도이고, 도 8a 내지 도 8h는 본 발명에 따른 횡전계 방식의 액정표시장치의 상부기판의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치는 도 7에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 하부기판(70) 및 상부기판(80)과, 상기 하부기판(70)과 상부기판(80) 사이에 주입된 액정층(90)으로 구성되어 있다. 그리고 상기 상부기판(80)의 배면에는 정전기 방지를 위해 투명 도전막(100)이 형성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부기판(70)은 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인이 배열되고, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(73)이 배열되며, 상기 게이트 라인과 데이터 라인(73)이 교차하는 각 화소영역(P)에는 공통전극(71)과 화소전극(75)이 교번으로 형성되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인(73)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.

상기 도 7에서는 공통전극(71)이 게이트라인과 동일층에 형성되고, 화소전극(75)은 보호막(76) 상부에 형성되어 횡전계 구동하는 구성을 일예로 도시하였다.

그러나 상기의 구성예 외에도 횡전계 방식으로 구동하는 다른 여러 가지 구성을 모두 적용시킬 수 있다.

그리고 상기 상부기판(80)에는 상기 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 적층 형성된 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층(81a, 82a)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 B,G,R 컬러 필터층(83a, 83b, 83c)과, 상기 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층(81a, 82a)과 B,G,R 컬러 필터층(83a, 83b, 83c)을 포함한 상부기판(80) 전면에 오버 코트층(84)이 형성되어 있다.

상기에서 제 1 블랙 매트릭스층(81a)은 금속물질로 구성되어 있고, 상기 금속물질은 Fe, Fe+FeOx, Cr, Cr+CrOx 또는 CrOx+Cr+CrOx로 구성되어 있다.

그리고 제 2 블랙 매트릭스층(82a)는 수지막으로 구성되어 있다.

즉, 블랙 매트릭스층은 금속과 수지가 적층 구성되어 이중의 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층(81a, 82a)을 이루게 된다.

상기에서 횡전계 방식의 액정표시장치는 하부기판(70)에 공통전극과 화소전극이 형성되어 있고 이들 사이에 횡전계가 형성되어 구동하는 것이기 때문에, 블랙 매트릭스층을 금속물질로 형성하면 횡전계 구동에 방해가 된다. 따라서 통상적으로는 상부기판(80)에 금속 물질만으로 블랙 매트릭스층을 형성하지는 않는다.

상기와 같이 수지로 구성된 제 2 블랙 매트릭스층(82a) 하부에 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)이 구성되어 있으면, 종래에 수지만으로 블랙 매트릭스층이 구성되어 있을 때 보다 그 증착 두께를 얇게 하여도 광밀도(Optical density)를 높게 할 수 있으므로 빛을 효과적으로 차단시킬 수 있다.

다음에, 상기 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

이하에서는 사이에 액정이 충진된 상,하부기판(80, 70) 중, 상부기판(80)의 제조방법에 대하여 기술하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법은, 도 8a에 도시한 바와 같이, 상부기판(80)의 배면에 스퍼터링 공정으로 투명 도전막(100)을 형성한다. 이때 투명 도전막(100)은 정전기 방지를 위해 형성한 것으로 ITO, IZO 또는 ITZO로 구성할 수 있다.

그리고 도 8b에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 공정으로 상부기판(80)상에 금 속 물질(81)을 증착한다.

상기 금속물질(81)은 Fe, Fe+FeOx, Cr, Cr+CrOx 또는 CrOx+Cr+CrOx로 구성할 수 있다.

이후에, 도 8c에 도시한 바와 같이, 금속물질(81)상에 수지막을 도포하고, 노광 및 현상 공정으로 일영역에만 남도록 수지막을 선택적으로 패터닝하여 제 2 블랙 매트릭스층(82a)을 형성한다.

다음에 도 8d에 도시한 바와 같이, 선택적으로 패터닝된 제 2 블랙 매트릭스층(82a)을 마스크로 금속물질(81)을 식각하여 일영역에 제 1 블랙 매트릭스층(81a)을 형성한다. 상기 공정에 의해서 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층(81a, 82a)은 적층 형성된다.

이때 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층(81a)은 하부기판의 화소영역에 대응되는 영역을 제외한 영역에 형성된다.

상기 공정에 의해서 금속과 수지가 적층된 이중 구조의 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층(81a, 81b)이 형성된다.

상기에서 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)은 수지막을 패터닝하여 형성한 제 2 블랙 매트릭스층(82a)을 마스크로 하여 식각됨으로, 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)은 별도의 마스크 없이 형성이 가능하다.

또한, 수지로 구성된 제 2 블랙 매트릭스층(82a) 하부에 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)을 구성시키면 수지막만으로 블랙 매트릭스층을 구성할 때보다 그 증착 두께를 줄일 수도 있고, 광밀도(Optical Density)도 크게 할 수 있 다.

이후에 도 8e에 도시한 바와 같이, 하부기판의 각 화소영역에 대응되는 상부기판(80)상에 각각 코팅공정→노광공정→현상공정을 통해 B, G 칼라필터층(83a, 83b)을 차례로 형성한다.

예를 들어서, 상부기판(80)상에 B 착색감재를 코팅하고 노광 및 현상 공정으로 소정의 화소영역에 B 칼라필터층(83a)을 형성하며, 다음에 G 착색감재를 코팅하고 노광 및 현상 공정으로 소정의 화소영역에 G 칼라필터층(83b)을 형성한다.

상기와 같이 B, G 칼라필터층(83a, 83b)은 각각 코팅공정→노광공정→현상공정을 통해 형성한 것으로, 상기 B, G 칼라필터층(83a, 83b)의 형성방법은 안료 분사법 중 착색감재법을 예를 들어 설명하였으나, 염료를 사용한 포토 또는 인쇄공정, 안료를 사용한 인쇄법, 전착법 또는 전사법중 어느 한 방법을 사용하여 형성할 수도 있다.

다음에 도 8f에 도시한 바와 같이, B, G 칼라필터층(83a, 83b)을 포함한 상부기판(80)상에 R 착색감재(83)를 코팅하고 배면 노광공정을 진행한다.

이후에 현상하여 도 8g에 도시한 바와 같이, 소정의 화소영역에 R 칼라필터층(83c)을 형성한다. 상기 배면 노광시에는 별도의 마스크가 필요하지 않다.

상기에서 칼라필터층은 3개의 포토 마스크를 사용하여 R→G→B 순으로 형성할 수도 있으나, 1개의 마스크를 줄이기 위해서 상기와 같이 배면 노광을 사용한다.

일반적으로 UV 광원은 단파장이므로 Red〈 Green〈 Blue 순으로 흡수가 잘된 다. 따라서 Blue, Green 칼라필터층을 먼저 형성한 후, Red 칼라필터층을 형성하면 배면 노광 공정을 보다 효과적으로 사용할 수 있게 된다.

이후에, 도 8h에 도시한 바와 같이, 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층(81a, 82a)과 B,G,R 칼라필터층(83a, 83b, 83c)을 포함한 상부기판(80)의 전면에 오버코트층(84)을 증착한다.

상기에서 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)은 수지막을 패터닝하여 형성한 제 2 블랙 매트릭스층(82a)을 마스크로 하여 식각하는 것으로, 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)은 별도의 마스크 없이 형성이 가능하다.

또한, 수지로 구성된 제 2 블랙 매트릭스층(82a) 하부에 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)을 구성시키면, 수지막으로 구성된 제 2 블랙 매트릭스층(82a)은 수지막으로만 블랙 매트릭스층을 구성할 때보다 그 증착 두께를 줄일 수 있다.

또한, 수지막으로 구성된 제 2 블랙 매트릭스층(82a) 하부에 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)을 구성함으로써 광밀도(Optical Density)를 종래보다 크게 할 수 있다.

상기와 같이 수지로 구성된 제 2 블랙 매트릭스층(82a) 하부에 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층(81a)을 형성하면, 종래에 수지만으로 블랙 매트릭스층을 형성할 때 핀홀(pin hole) 발생에 따른 불량 문제를 해결하여 수율 향상 효과를 기대할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니 하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

상기와 같은 본 발명의 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 수지막으로 구성된 제 2 블랙 매트릭스층 하부에 광밀도(Optical density:OD)가 높은 금속 물질로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층이 구성되어 있으므로 높은 대조비(CR) 특성을 확보할 수 있다.

둘째, 수지로 구성된 제 2 블랙 매트릭스층 하부에 금속으로 구성된 제 1 블랙 매트릭스층을 형성하면, 종래에 수지만으로 블랙 매트릭스층을 형성할 때 핀홀(pin hole) 발생에 따른 불량 문제를 해결하여 수율 향상 효과를 기대할 수 있다.

셋째, R 칼라필터층 형성시 배면 노광을 이용할 수 있으므로 포토 공정을 줄여서 생산비를 절약할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

하부기판에 화소영역이 정의되어 있고, 상기 하부기판의 각 화소영역에 공통전극과 화소전극이 구비되어 있는 횡전계 방식 액정표시장치에 있어서,

상기 화소영역에 대응되는 부분을 제외한 영역에 금속/수지막이 적층 구성된 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층과, 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 컬러 필터층과, 상기 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층과 상기 컬러 필터층을 포함한 전면에 오버 코트층을 구비하고, 상기 하부기판과 일정 공간을 갖고 합착된 상부기판과;

상기 상,하부기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된 것을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 블랙 매트릭스층은 Fe, Fe+FeOx, Cr, Cr+CrOx 또는 CrOx+Cr+CrOx의 금속물질로 구성됨을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 하부기판에는 교차 배열되어 상기 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과,

상기 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 상기 각 화소영역에 교번으로 형성된 상기 공통전극 및 상기 화소전극과,

상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 형성된 박막 트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정표시장치.
화소영역이 정의된 일정 공간을 갖고 합착된 상, 하부기판으로 구성된 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법에 있어서,

상기 화소영역을 제외한 상기 상부기판 상부에 금속/수지막이 적층된 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계;

상기 화소영역에 대응되는 상부기판상에 B,G,R 칼라필터층을 차례로 형성하는 단계;

상기 상부기판의 전면에 오버 코트층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 상부기판의 배면에 투명 도전막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 제 1, 제 2 블랙 매트릭스층의 형성은 상기 상부기판(80)상에 스퍼터링 공정으로 금속 물질을 증착하는 단계,

상기 금속물질상에 수지막을 도포하는 단계,

상기 수직막을 노광 및 현상하여 상기 제 2 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계,

상기 제 2 블랙 매트릭스층을 마스크로 상기 금속물질을 식각하여 상기 제 2 블랙 매트릭스층 하부에 상기 제 1 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법.
제 6 항에 있어서,

상기 금속물질은 Fe, Fe+FeOx, Cr, Cr+CrOx 또는 CrOx+Cr+CrOx로 구성함을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 B,G,R 칼라필터층의 형성은 상기 상부기판상에 B 착색감재를 코팅하고 노광 및 현상 공정으로 소정의 화소영역에 B 칼라필터층을 형성하는 단계,

상기 상부기판상에 G 착색감재를 코팅하고 노광 및 현상 공정으로 소정의 화소영역에 G 칼라필터층을 형성하는 단계,

상기 B, G 칼라필터층을 포함한 상기 상부기판상에 R 착색감재를 코팅하고 배면 노광하는 단계,

상기 R 착색감재를 현상하여 소정의 화소영역에 R 칼라필터층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정표시장치의 제조방법.