KR100798315B1 - 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판에 형성된 배선들 또는 블랙 매트릭스를 따라 정렬되는 광굴절 수단이 구비되어 배선들 또는 블랙 매트릭스에 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시켜서, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 하는 기술에 관한 것이다.

Description

액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법{SUBSTRATE STRUCTURE OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND FABRICATING METHOD THEREOF}

도1은 일반적인 액정 표시장치의 단위 화소에 대한 평면도.

도2는 도1의 I-I'선을 따라 절단한 단위 화소의 단면을 보인 예시도.

도3은 일반적인 액정 패널의 광 투과 예를 간략히 보인 예시도.

도4는 종래의 액정표시장치에 있어서, 빛의 투과율이 향상된 액정 패널의 광투과 예를 간략히 보인 예시도.

도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예를 보인 예시도.

도6a 내지 도6f는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조 제조과정에 대한 일 예를 순차적으로 보인 예시도.

도7은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 구조가 적용된 액정 패널의 광투과 예를 간략히 보인 예시도.

도8은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 다른 예를 보인 예시도.

도9는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예를 보인 예시도.

도10은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 다른 예를 보인 예시도.

도11은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예를 보인 예시도.

도12a 내지 도12f는 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조 제조과정에 대한 일 예를 순차적으로 보인 예시도.

도13은 본 발명의 제3실시예에 따른 기판 구조가 적용된 액정 패널의 광투과 예를 간략히 보인 예시도.

도14는 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 다른 예를 보인 예시도.

도15는 본 발명의 제4실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예를 보인 예시도.

도16은 본 발명의 제4실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 다른 예를 보인 예시도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

110:제1기판 112:배선들

116:원통형 홈들 120:제2기판

121:블랙 매트릭스 130:액정층

본 발명은 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 액정 표시장치의 광투과 효율을 향상시키기에 적당하도록 한 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 액정 셀들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 액정 셀들의 광투과율을 조절함으로써, 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다.

따라서, 액정 표시장치는 화소 단위의 액정 셀들이 매트릭스 형태로 배열되는 액정 패널; 및 상기 액정 셀들을 구동하기 위한 드라이버 집적회로(integrated circuit : IC)가 구비된다.

상기 액정 패널은 서로 대향하는 컬러필터(color filter) 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판과, 그 컬러필터 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판의 이격 간격에 충진된 액정층으로 구성된다.

그리고, 상기 액정 패널의 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에는 데이터 드라이버 집적회로로부터 공급되는 데이터 신호를 액정 셀들에 전송하기 위한 다수의 데이터 라인들과, 게이트 드라이버 집적회로로부터 공급되는 주사신호를 액정 셀들에 전송하기 위한 다수의 게이트 라인들이 서로 직교하며, 이들 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차부마다 액정 셀들이 정의된다.

즉, 상기 게이트 드라이버 집적회로는 다수의 게이트라인에 순차적으로 주사신호를 공급함으로써 매트릭스 형태로 배열된 액정 셀들이 1개 라인씩 순차적으로 선택되도록 하고, 그 선택된 1개 라인의 액정 셀들에는 데이터 드라이버 집적회로로부터 데이터 신호가 공급된다.

한편, 상기 컬러필터 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판이 대향하는 내측 면에는 각각 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가한다. 이때, 화소전극은 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 액정 셀 별로 형성되는 반면에 공통전극은 컬러필터 기판의 전면에 일체화되어 형성된다. 따라서, 공통전극에 전압을 인가한 상태에서 화소전극에 인가되는 전압을 제어함으로써, 액정 셀들의 광투과율을 개별적으로 조절할 수 있게 된다.

이와같이 화소전극에 인가되는 전압을 액정 셀 별로 제어하기 위하여 각각의 액정 셀에는 스위칭 소자로 사용되는 박막 트랜지스터가 형성된다.

첨부한 도면을 참조하여 종래의 일반적인 액정 표시장치의 구성요소들을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도1은 일반적인 액정 표시장치의 단위 화소에 대한 평면도이다.

도1을 참조하면, 게이트 배선(4)이 기판 상에 일정하게 이격되어 행으로 배열되고, 데이터 배선(2)이 일정하게 이격되어 열로 배열된다. 즉, 게이트 배선(4)과 데이터 배선(2)은 매트릭스 형태로 배열된다. 여기서, 데이터 배선(2)과 게이트 배선(4)의 교차부 마다 단위 액정셀이 정의되며, 이러한 단위 액정셀은 박막 트랜지스터(TFT)와 화소전극(14)을 구비한다.

상기 게이트 배선(4)의 소정의 위치에서 연장되어 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(10)이 형성되고, 상기 데이터 배선(2)으로부터 연장되어 소스 전극(8)이 형성되며, 상기 게이트 전극(10)과 소스 전극(8)은 소정의 영역이 오버-랩(overlap)되어 있다.

그리고, 상기 게이트 전극(10)을 기준으로 소스 전극(8)과 대응하는 위치에 드레인 전극(12)이 형성되고, 상기 드레인 전극(12) 상에는 드레인 콘택홀(16)이 형성되며, 상기 드레인 콘택홀(16)을 통해 화소전극(14)이 드레인 전극(12)과 전기적으로 접촉된다.

상기 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 배선(4)을 통해 게이트 전극(10)에 공급되는 주사신호에 의해 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 사이에 도전 채널을 형성하기 위한 반도체층(도면상에 도시되지 않음)을 구비한다.

이와같이 박막 트랜지스터(TFT)가 게이트 배선(4)으로부터 공급되는 주사 신호에 응답하여 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 사이에 도전 채널을 형성함에 따라 데이터 배선(2)을 통해 소스 전극(8)으로 공급된 데이터 신호가 드레인 전극(12)에 전송되도록 한다.

상기 화소전극(14)은 광투과율이 높은 투명 ITO(indium tin oxide) 물질로 형성된다. 이러한, 상기 화소전극(14)은 드레인 전극(12)으로부터 공급되는 데이터 신호에 의해 컬러필터 기판에 형성되는 공통 투명전극(도면상에 도시되지 않음)과 함께 액정층에 전계를 발생시킨다.

이와같이 액정층에 전계가 인가되면, 액정은 유전 이방성에 의해 회전하여 백라이트로부터 공급되는 빛을 화소전극(14)을 통해 컬러필터 기판 쪽으로 투과시키며, 그 투과되는 빛의 양은 데이터 신호의 전압값에 의해 조절된다.

그리고, 스토리지 콘택홀(22)을 통해 화소전극(14)에 접속된 스토리지 전극(20)은 게이트 배선(4) 상에 증착되어 스토리지 커패시터(18)를 형성하며, 스토리지 전극(20)과 게이트 배선(4) 사이에는 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 형성과정에서 증착되는 게이트 절연막(도면상에 도시되지 않음)이 삽입되어 있다.

상기한 바와같은 스토리지 커패시터(18)는 게이트 배선(4)에 주사신호가 인가되는 박막 트랜지스터의 턴-온(turn-on) 기간 동안 주사신호의 전압값이 충전된 후, 박막 트랜지스터의 턴-오프(turn-off) 기간 동안 그 충전된 전압을 상기 화소전극(14)에 공급함으로써, 액정의 구동이 유지되도록 한다.

도2는 도1의 I-I'선을 따라 절단한 단위 화소의 단면을 보인 예시도로서, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 대향하여 합착되는 컬러필터 기판(60); 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50) 및 컬러필터 기판(60)을 일정하게 이격시키는 스페이서(70); 및 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 컬러필터 기판(60) 사이의 이격된 공간에 액정이 충진된 액정층(80)으로 구성된다.

상기 도2의 예시도를 참조하여 박막 트랜지스터(TFT)의 제조과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)의 상에 Mo, Al 또는 Cr과 같은 금속물질을 스퍼터링 방법으로 증착한 다음 제1마스크를 통해 패터닝하여 게이트 전극(10)을 형성한다.

그리고, 상기 게이트 전극(10)이 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판(50) 상에는 SiNx 등의 절연물질을 전면 증착하여 게이트 절연막(30)을 형성한다.

그리고, 상기 게이트 절연막(30) 상에는 비정질 실리콘(amorphous silicon)으로 이루어진 반도체층(32)과, 인(P)이 고농도로 도핑된 n+ 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹접촉층(Ohmic contact layer, 34)을 연속 증착한 다음 제2마스크를 통해 패터닝하여 박막 트랜지스터(TFT)의 액티브층(36)을 형성한다.

그리고, 상기 게이트 절연막(30)과 오믹접촉층(34) 상에 금속물질을 증착한 다음 제3마스크를 통해 패터닝하여 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)을 형성한다. 이때, 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)은 액티브층(36)의 상부에서 서로 대응하여 이격되도록 패터닝된다.

따라서, 상기 액티브층(36) 상부의 오믹접촉층(34)이 노출되는데, 상기 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)의 패터닝 과정에서 노출된 오믹접촉층(34)이 제거된다.

상기 오믹접촉층(34)이 제거됨에 따라 반도체층(32)이 노출되는데, 그 노출된 반도체층(32)은 박막 트랜지스터(TFT)의 채널영역으로 정의된다.

그리고, 상기 노출된 반도체층(32)을 포함하여 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 등이 형성된 게이트 절연막(30) 상에 화학 기상 증착(chemical vapor deposition : CVD) 방식을 통해 SiNx 재질의 보호막(passivation film, 38)을 전면 증착한다. 이때, 보호막(38)의 재료로는 주로 SiNx 등의 무기물질이 적용되었으며, 최근들어 액정 셀의 개구율을 향상시키기 위하여 BCB(benzocyclobutene), SOG(spin on glass) 또는 Acryl 등의 유전율이 낮은 유기물질이 사용되고 있다.

그리고, 상기 드레인 전극(12) 상의 보호막(38) 일부를 제4마스크를 통해 선 택적으로 식각하여 드레인 전극(12)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(16)을 형성한다.

그리고, 상기 보호막(38) 상에 투명 전극물질을 스퍼터링 증착한 다음 제5마스크를 통해 패터닝하여 화소전극(14)을 형성하되, 그 화소전극(14)이 상기 드레인 콘택홀(16)을 통해 드레인 전극(12)에 접속되도록 패터닝한다.

최종적으로, 상기한 바와같이 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된 결과물의 전면에 배향막(51)을 형성한 다음 러빙(rubbing)을 실시하고, 그 배향막(51)과 대응하는 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)의 반대면에 제1편광판(52)을 형성함으로써, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)의 제작을 완료한다. 이때, 러빙은 천을 균일한 압력과 속도로 배향막(51) 표면과 마찰시킴으로써, 배향막(51) 표면의 고분자 사슬이 일정한 방향으로 정렬되도록 하여 액정의 초기 배향방향을 결정하는 공정을 말한다.

한편, 상기 도2의 예시도를 참조하여 스토리지 커패시터 영역의 제조과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50) 상에 게이트 라인(4)을 패터닝하고, 그 상부에 게이트 절연막(30)을 형성한다.

그리고, 상기 게이트 절연막(30)의 상부에 스토리지 전극(20)을 패터닝한다. 이때, 스토리지 전극(20)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)을 패터닝하는 과정에서 형성된다.

상기 스토리지 전극(20)은 게이트 절연막(30)을 사이에 두고 게이트 라인(4)의 일부영역과 오버-랩되어 스토리지 커패시터(18)로 기능한다.

그리고, 상기 스토리지 전극(20)이 형성된 게이트 절연막(30) 상부에 보호막(38)을 형성한 다음 그 보호막(38)의 일부를 식각하여 스토리지 전극(20)의 일부를 노출시키는 스토리지 콘택홀(22)을 형성한다. 이때, 보호막(38)은 상기 박막 트랜지스터(TFT) 영역의 보호막(38)을 형성하는 과정에서 형성되고, 스토리지 콘택홀(22)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 콘택홀(16)을 형성하는 과정에서 형성된다.

그리고, 상기 보호막(38) 상에 화소전극(14)을 패터닝하며, 그 화소전극(14)이 상기 스토리지 콘택홀(22)을 통해 스토리지 전극(20)에 접속된다. 이때, 화소전극(14)은 상기 박막 트랜지스터(TFT) 영역에 형성되는 화소전극(14)의 패터닝 과정에서 형성된다.

한편, 상기 도2의 예시도를 참조하여 컬러필터 기판(60)의 제조과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 컬러필터 기판(60) 상에 블랙 매트릭스(black matrix, 62)를 일정한 간격으로 이격 도포한다.

그리고, 상기 블랙 매트릭스(62)가 형성된 컬러필터 기판(60)의 상부에 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터(63)를 형성하되, 그 컬러필터(63)가 상기 블랙 매트릭스(62) 상부의 소정 영역까지 확장되도록 한다.

그리고, 상기 블랙 매트릭스(62)를 포함한 컬러필터(63)의 상부전면에 금속물질을 형성한 다음 패터닝하여 공통전극(64)을 형성한다.

그리고, 상기 결과물의 상부전면에 배향막(65)을 형성한 다음 러빙을 실시하 고, 그 배향막(65)과 대응하는 컬러필터 기판(60)의 반대면에 제2편광판(66)을 형성함으로써, 컬러필터 기판(60)의 제작을 완료한다.

상기한 바와같이 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 컬러필터 기판(60)의 제작이 완료되면, 그 박막 트랜지스터 어레이 기판(50) 상에 실링재(도면상에 도시되지 않음)를 인쇄함과 아울러 상기 컬러필터 기판(60) 상에는 스페이서(70)를 산포한다. 이때, 제작자의 의도에 따라 박막 트랜지스터 어레이 기판(50) 상에 스페이서(70)를 산포하고, 컬러필터 기판(60) 상에 실링재를 인쇄할 수 있다.

그리고, 상기 실링재 인쇄 및 스페이서(70) 산포가 완료되면, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 컬러필터 기판(60)을 합착한다.

그리고, 상기 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 컬러필터 기판(60)을 단위 액정 패널로 절단한다. 이때, 단위 액정 패널로 절단하는 공정은 대면적의 유리기판에 다수개의 액정 패널을 동시에 형성한 후 개별 액정패널로 분리하는 작업이며, 이러한 절단 공정은 액정 표시장치의 수율 향상을 도모할 수 있다.

그리고, 상기 절단된 단위 액정 패널에 액정을 주입하고 그 주입구를 밀봉함으로써, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 컬러필터 기판(60)의 배향막(51,65)이 대향하여 이격된 공간에 액정이 충진된 액정층(80)을 형성한다. 이때, 초기 액정 표시장치의 제조과정에서는 다수개의 액정 패널에 액정을 주입한 다음 단위 액정 패널로 절단하였으나, 단위 액정 패널의 크기가 증가함에 따라 일률적인 액정 주입을 위한 공정 조절이 까다롭고, 액정 주입 불량으로 인한 제품의 생산성이 저하되어 단위 액정 패널로 절단한 다음 액정을 주입하는 방식이 사용되고 있다.

상기 단위 액정 패널은 수백 ㎠ 면적에 수 ㎛의 미세한 셀-갭(cell-gap)을 갖기 때문에 효과적으로 액정을 주입하기 위해서, 단위 액정 패널 내측과 외측의 압력차를 이용한 진공 주입법이 가장 일반적으로 사용된다.

상기한 바와같은 과정을 통해 제작된 액정 패널의 광 투과과정을 도1 및 도2를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 컬러필터 기판(60)의 전면에 일체화되어 형성된 공통전극(64)에 공통전극전압이 공급된다.

그리고, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)에 형성된 게이트 드라이버 집적회로(도면상에 도시되지 않음)에서 주사신호가 순차적으로 게이트 라인(4)에 공급된다. 따라서, 매트릭스 형태로 배열된 액정 셀들이 게이트 라인(4) 단위로 순차적으로 선택된다.

상기 선택된 게이트 라인(4)의 액정 셀들에 공급된 주사신호는 액정 셀들에 각각 구비된 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(10)에 인가되고, 따라서 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 사이에는 도전채널이 형성된다.

한편, 상기 선택된 게이트 라인(4)의 액정 셀들에는 데이터 드라이버 집적회로(도면상에 도시되지 않음)에서 데이터 라인(2)을 통해 데이터신호가 공급되고, 그 데이터신호는 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(8)에 인가된다.

따라서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(8)에 공급된 데이터신호는 주사신호가 인가되는 기간동안 도전채널을 통해 드레인 전극(12)에 공급되고, 그 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(12)에 공급된 데이터신호는 드레인 전극(12) 과 접속된 화소전극(14)에 공급됨으로써, 상기 컬러필터 기판(60)의 공통전극(64)에 공급된 공통 전극전압과 함께 액정을 구동시킨다.

그리고, 상기 화소전극(14)은 스토리지 콘택홀(22)을 통해 스토리지 전극(20)에 접속되므로, 화소전극(14)에 공급된 데이터신호는 주사신호가 인가되는 기간 동안 스토리지 전극(20)에 공급되어 스토리지 커패시터(18)에 충전된다.

상기 스토리지 커패시터(18)에 충전된 전압은 주사신호가 인가되지 않는 박막 트랜지스터(TFT)의 턴-오프 기간 동안 화소전극(14)에 공급됨으로써, 액정의 구동이 유지되도록 한다.

상술한 바와같이 컬러필터 기판(60)의 전면에 일체화되어 형성된 공통전극(64)에 공통전극전압이 인가되고, 박막 트랜지스터 어레이 기판(50) 상에 게이트 라인(4) 단위로 선택된 액정 셀들의 화소전극(14)에 데이터신호의 전압이 인가되므로, 상기 공통전극(64)과 화소전극(14)의 사이에 형성된 액정층(80)에 전계가 인가된다.

상기 액정층(80)에 전계가 인가되면, 액정은 유전 이방성에 의해 회전되어 백라이트에서 발광되는 빛을 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)으로부터 화소전극(14), 액정층(80), 그리고 공통전극(64)을 통해 컬러필터 기판(60) 쪽으로 투과시킨다. 이때, 화소전극(14)에 인가되는 데이터신호의 전압 크기에 따라 전계의 강약이 조절되며, 액정층(80)의 광투과율이 그 전계의 강약에 의해 조절된다.

상기 액정층(80)에 지속적으로 일정한 방향의 전계가 인가될 경우에는 액정이 열화된다. 따라서, 액정의 열화를 방지하기 위해서 데이터신호 전압값을 공통전 극(64)에 대해 양/음(positive/negative)이 반복되도록 인가하는데, 이와같은 구동방식을 반전 구동방식이라 한다.

이러한 액정 표시장치는 자체적으로 발광하지 못하고, 백라이트로부터 공급되는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하므로 빛의 투과율이 화질에 영향을 끼친다.

즉, 빛의 투과율이 우수한 제품의 경우에는 밝고, 선명한 화상을 표시할 수 있게 된다.

도3은 일반적인 액정 패널의 광 투과 예를 간략히 보인 예시도이다.

도3을 참조하면, 서로 대응하여 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판(50) 및 컬러필터 기판(60)과; 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 컬러필터 기판(60)의 이격 간격에 충진된 액정층(80)과; 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 컬러필터 기판(60)의 마주보는 내면에 서로 대응되게 패터닝된 배선들(53) 및 블랙 매트릭스(62)가 도시되어 있다.

따라서, 백라이트(도면상에 도시되지 않음)로부터 발광된 빛은 액정 패널의 화소영역을 투과하여 화상을 표시한다.

그런데, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(50) 상에 배선들(53)이 형성된 영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 반사되기 때문에 빛의 투과율을 저하시키는 요인이 된다.

따라서, 종래의 일반적인 액정 패널은 빛의 투과율이 우수하지 못한 단점이 있었다. 이와같은 단점을 극복하기 위해 빛의 투과율을 향상시키기 위한 액정 패널이 제안되었다.

도4는 종래의 액정표시장치에 있어서, 빛의 투과율이 향상된 액정 패널의 광투과 예를 간략히 보인 예시도로서, 상기 도3과 비교하여 마이크로 렌즈(90)가 추가로 구비된다.

상기 마이크로 렌즈(90)는 단위 화소 형태로 제작되고, 단위화소와 정렬되어 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)의 컬러필터 기판(60)과 마주보지 않는 면(즉, 배선들(53)이 형성되지 않는 백라이트와 마주보는 면)에 부착된다.

따라서, 상기 마이크로 렌즈(90)는 백라이트로부터 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)으로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속(光束, flux of light)이 향상되도록 한다.

특히, 상기 마이크로 렌즈(90)는 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)의 배선들(53)이 형성된 영역으로 입사되는 빛을 굴절시켜 액정 패널의 화소영역으로 입사될 수 있도록 함에 따라 빛의 이용효율이 향상되고, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상된다.

그러나, 상기한 바와같은 마이크로 렌즈(90)가 부착된 액정 패널은 별도로 마이크로 렌즈(90)를 단위 화소 형태로 제작한 다음 액정 패널의 단위화소와 정렬되도록 부착시킴에 따라 액정 패널의 생산성이 저하되고, 제품비용이 상승하게 된다.

또한, 액정 패널의 단위 화소 마다 부착되는 화소 형태의 마이크로 렌즈(90)가 액정 패널의 무게 및 두께를 증가시키는 요인으로 작용함에 따라 액정 표시장치의 경량화 및 슬림(slim)화에 대한 걸림돌이 되고 있다.

아울러, 백라이트로부터 발광된 빛이 액정 패널의 화소영역에서도 마이크로 렌즈(90)를 투과함에 따라 박막 트랜지스터 어레이 기판(50)과 마이크로 렌즈(90)의 상이한 재질로 인한 굴절률 차이가 발생하여 빛의 반사성분이 발생하게 되므로, 빛의 이용효율이 향상되는 정도에 비해 실질적으로 빛의 투과율은 향상되지 않는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 액정 패널의 광투과 효율을 향상시킬 수 있는 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 광투과 효율이 향상된 액정 패널의 경량화 및 슬림화가 가능한 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

먼저, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예는 평평한 제1표면과 제2표면이 구비되고, 빛의 투과영역과 차단영역이 정의된 기판; 상기 기판 제1표면의 빛의 차단영역에 패터닝된 배선들; 및 상기 기판의 제2표면에 상기 배선들을 따라 정렬된 광굴절 수단을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 액정 표시장치의 기판 제조방법에 대한 일 예는 기판의 제1표면 상에 배선들을 패터닝하는 공정; 상기 기판의 제2표면 상에 감광성 막(photosensitive film)을 형성한 다음 노광 및 현상하여 상기 배선들이 형성된 영역에 대응하는 기판의 제2표면을 선택적으로 노출시키는 감광성 막의 패턴을 형성하는 공정; 및 상기 감광성 막의 패턴을 통해 노출된 기판의 제2표면을 식각하여 광굴절 수단을 형성한 다음 상기 감광성 막의 패턴을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와같은 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예를 보인 예시도이다.

도5를 참조하면, 평평한 제1표면(111)과 제2표면(113)이 구비되고, 빛의 투과영역과 차단영역이 정의된 기판(110); 상기 기판(110) 제1표면(111)의 빛의 차단영역에 패터닝된 배선들(112); 및 상기 기판(110)의 제2표면(113) 상에 상기 배선들(112)의 길이방향을 따라 정렬된 원통형 홈들(116)로 구성된다.

도6a 내지 도6f는 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조 제조과정에 대한 일 예를 순차적으로 보인 예시도이다.

먼저, 도6a에 도시한 바와같이 기판(110)의 제1표면(111) 상에 배선들(112)을 패터닝한다. 이때, 기판(110)은 액정 표시장치의 박막 트랜지스터 어레이 기판이 적용되고, 배선들(112)이 패터닝된 제1표면(111)은 컬러필터 기판과 대향한다.

따라서, 전술한 도1의 평면도를 참조하면, 상기 기판(110)의 제1표면(111) 상에 패터닝된 배선들(112)은 수직교차하는 게이트 배선들과 데이터 배선들을 나타내며, 상기 기판(110)의 제1표면(111) 상에는 수직교차하는 게이트 배선들과 데이터 배선들의 교차부 마다 박막 트랜지스터를 구비한 단위 화소들이 정의되어 있음을 알 수 있다.

그리고, 도6b에 도시한 바와같이 상기 기판(110)의 제2표면(113) 상에 감광성 수지(photosensitive resin) 재질의 레지스트막(114)을 도포한다. 이때, 기판(110)의 제2표면(113)은 액정 표시장치의 컬러필터 기판과 대향하지 않고, 백라이트와 대향한다.

그리고, 도6c에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(114) 상에 빛의 투과영역과 차단영역이 패터닝된 마스크(115)를 통해 선택적으로 노광을 실시한다. 이때, 마스크(115) 상에 빛의 투과영역과 차단영역을 적절히 패터닝하여 레지스트막(114)의 노광되는 영역이 기판(110)의 제1표면(111) 상에 패터닝된 배선들(112)을 따라 정렬되며, 배선들(112)에 비해 좁은 폭을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

상기 도6c에서는 빛의 조사영역이 현상(development)에 의해 제거되는 포지티브 형(positive type) 레지스트막(114)을 적용할 경우에 빛의 투과영역과 차단영역이 적절히 패터닝된 마스크(115)를 통해 노광을 실시하고 있지만, 빛의 조사영역이 현상에 의해 잔류하는 네거티브 형(negative type) 레지스트막(114)을 적용할 경우에는 빛의 투과영역과 차단영역이 반대로 패터닝된 마스크(115)를 통해 노광을 실시하여야 한다.

그리고, 도6d에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(114)을 현상하여 상기 기판(110)의 제2표면(113)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막(114)의 패턴을 형성한다. 이때, 레지스트막(114)의 패턴에 의해 기판(110) 제2표면(113)의 선택적으로 노출된 영역은 상기 제1표면(111)에 패터닝된 배선들(112)을 따라 정렬되며, 배선들(112)에 비해 좁은 폭을 갖게 된다.

그리고, 도6e에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(114)의 패턴에 의해 상기 제2표면(113)의 선택적으로 노출된 영역을 식각하여 제1표면(111) 상에 패터닝된 배선들(112)과 정렬되는 원통형 홈들(116)을 형성한다. 이때, 제2표면(113)의 선택적으로 노출된 영역 뿐만 아니라 그 주변 영역에서도 레지스트막(114) 하부의 언더 컷(undercut) 식각이 진행될 수 있도록 습식 식각을 적용하고, 그 식각 조건을 적절히 조절하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 기판(110)의 제2표면(113)에 형성된 원통형 홈들(116)은 기판(110)의 제1표면(111)에 패터닝된 배선들(112)과 동일한 폭을 갖게 된다.

그리고, 도6f에 도시한 바와같이 상기 잔류하는 레지스트막(114)의 패턴을 제거한다.

한편, 도7은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 구조가 적용된 액정 패널의 광투과 예를 간략히 보인 예시도이다.

도7을 참조하면, 서로 대향하여 일정하게 이격되도록 합착된 제1기판(110) 및 제2기판(120); 상기 제1기판(110)과 제2기판(120)의 이격 간격에 충진된 액정층(130); 상기 제1기판(110)과 제2기판(120)의 대향하는 내면에 서로 마주보게 패터닝된 배선들(112) 및 블랙 매트릭스(121); 및 상기 제1기판(110)의 배선들(112)이 형성되지 않은 외면에 상기 배선들(112)들의 길이방향을 따라 정렬된 원통형 홈들(116)이 구비된다.

상기 제1,제2기판(110,120)은 액정 패널에서 서로 대향하여 합착되는 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판을 나타낸다.

상기 원통형 홈들(116)은 제1기판(110)의 제2기판(120)과 대향하지 않는 면(즉, 배선들(112)이 형성되지 않은 백라이트와 마주보는 면)에 형성되며, 더욱 상세히는 제1기판(110)의 제2기판(120)과 대향하는 면에 패터닝된 배선들(112)의 길이방향을 따라 형성된다.

따라서, 상기 원통형 홈들(116)은 백라이트로부터 제1기판(110)에 패터닝된 배선들(112)로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

한편, 상기 액정 패널의 화소영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 상기 원통형 홈들(116)을 투과하지 않고 제1기판(110)만을 투과하게 되므로, 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하여 왔던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상된다.

또한, 상기 원통형 홈들(116)은 제1기판(110)의 제2기판(120)과 대향하지 않는 면(즉, 배선들(112)이 형성되지 않은 백라이트와 마주보는 면)의 식각에 의해 형성되므로, 종래 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

도8은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 다른 예를 보인 예시도이다.

도8을 참조하면, 상기 도5와 비교하여 기판(110)의 제2표면(113) 상에 배선들(112)의 길이방향을 따라 정렬된 원통형 홈들(116) 대신에 쐐기형(wedge-shaped) 홈들(126)이 구비된다.

상기 쐐기형 홈들(126)은 상기 도6e의 식각과정에서 건식 식각을 적용하고, 그 식각 조건을 적절히 조절하여 형성할 수 있으며, 상기 도5에 도시된 원통형 홈들(116)과 마찬가지로 백라이트로부터 제1기판(110)에 패터닝된 배선들(112)로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

따라서, 상기 쐐기형 홈들(126)은 액정 패널의 화소영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 상기 쐐기형 홈들(126)을 투과하지 않고, 제1기판(110)만을 투과하게 되므로, 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하여 왔던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상된다.

또한, 상기 쐐기형 홈들(126)은 기판(110)의 제2표면(113)을 식각하여 형성함에 따라 종래 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

한편, 도9는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예를 보인 예시도이다.

도9를 참조하면, 서로 대향하여 일정하게 이격되도록 합착된 제1기판(110) 및 제2기판(120); 상기 제1기판(110)과 제2기판(120)의 이격 간격에 충진된 액정층(130); 상기 제1기판(110)과 제2기판(120)의 대향하는 내면에 서로 마주보게 패터닝된 배선들(112) 및 블랙 매트릭스(121); 및 상기 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 외면에 상기 블랙 매트릭스(121)를 따라 정렬된 원통형 홈들(136)이 구비된다.

상기 도9에 도시된 액정 표시장치의 기판 구조에서는 상기 도7과 비교하여 백라이트로부터 발광되는 빛이 제2기판(120), 액정층(130), 그리고 제1기판(110)을 순차적으로 투과하며, 그 이유는 통상 제1기판(110) 상에 패터닝되는 배선들(112)에 비해 제2기판(120) 상에 형성되는 블랙 매트릭스(121)의 폭이 넓기 때문에 도7에서와 같이 빛이 입사될 경우 블랙 매트릭스(121)에서 반사된 빛이 배선들(112)로 입사되는 것을 방지하기 위해서이다.

즉, 전술한 도1의 평면도를 참조하면, 상기 배선들(112)이 수직교차하는 교차부에는 박막 트랜지스터를 구비한 단위 화소가 정의된다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터의 채널영역은 통상 저온형성이 가능한 비정질 실리콘이 적용되는데, 그 비정질 실리콘에 빛이 입사될 경우에 누설전류가 발생하여 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 변동된다.

따라서, 상기 박막 트랜지스터의 전기적 특성변동을 방지하기 위하여 도9에 도시한 바와같이 빛이 제2기판(120), 액정층(130), 그리고 제1기판(110)을 순차적으로 투과하도록 구성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2실시예에서는 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 면에 원통형 홈들(136)이 형성되고, 그 제조과정은 상기 도6a 내지 도6f와 동일하며, 단지 제1기판(110) 대신에 제2기판(120)에 원통형 홈들(136)을 형성하게 된다.

상기 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 면에 형성된 원통형 홈들(136)은 백라이트로부터 제2기판(120)에 패터닝된 블랙 매트릭스(121)로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

한편, 상기 액정 패널의 화소영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 상기 원통형 홈들(136)을 투과하지 않고, 제2기판(120)만을 투과하게 되므로, 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하여 왔던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상된다.

또한, 상기 원통형 홈들(136)은 제2기판(120)의 제1기판(110)과 대향하지 않는 면(즉, 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 백라이트와 마주보는 면)의 식각에 의해 형성되므로, 종래 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

도10은 상기 본 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 다른 예를 보인 예시도이다.

도10을 참조하면, 상기 도9와 비교하여 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 백라이트와 마주보는 면에 블랙 매트릭스(121)를 따라 정렬된 원통형 홈들(136) 대신에 쐐기형 홈들(146)이 구비된다.

상기 쐐기형 홈들(146)은 상기 도9의 원통형 홈들(136)을 형성하기 위한 식 각과정에서 건식 식각을 적용하고, 그 식각 조건을 적절히 조절하여 형성할 수 있으며, 도9에 도시된 원통형 홈들(136)과 마찬가지로 백라이트로부터 제2기판(120)에 패터닝된 블랙 매트릭스(121)로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

따라서, 상기 쐐기형 홈들(146)은 액정 패널의 화소영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 상기 쐐기형 홈들(146)을 투과하지 않고, 제2기판(120)만을 투과하게 되므로, 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하여 왔던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상된다.

또한, 상기 쐐기형 홈들(146)은 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않는 면을 식각하여 형성함에 따라 종래 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

도11은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예를 보인 예시도이다.

도11을 참조하면, 평평한 제1표면(111)과 제2표면(113)이 구비되고, 빛의 투과영역과 차단영역이 정의된 기판(110); 상기 기판(110) 제1표면(111)의 빛의 차단영역에 패터닝된 배선들(112); 및 상기 기판(110)의 제2표면(113) 상에 상기 배선들(112)의 길이방향을 따라 정렬된 원통형 돌기들(156)로 구성된다.

도12a 내지 도12f는 상기 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조 제조과정에 대한 일 예를 순차적으로 보인 예시도이다.

먼저, 도12a에 도시한 바와같이 기판(110)의 제1표면(111) 상에 배선들(112)을 패터닝한다. 이때, 기판(110)은 액정 표시장치의 박막 트랜지스터 어레이 기판이 적용되고, 배선들(112)이 패터닝된 제1표면(111)은 컬러필터 기판과 대향한다.

따라서, 전술한 도1의 평면도를 참조하면, 상기 기판(110)의 제1표면(111) 상에 패터닝된 배선들(112)은 수직교차하는 게이트 배선들과 데이터 배선들을 나타내며, 상기 기판(110)의 제1표면(111) 상에는 수직교차하는 게이트 배선들과 데이터 배선들의 교차부 마다 박막 트랜지스터를 구비한 단위 화소들이 정의되어 있음을 알 수 있다.

그리고, 도12b에 도시한 바와같이 상기 기판(110)의 제2표면(113) 상에 감광성 수지(photosensitive resin) 재질의 레지스트막(124)을 도포한다. 이때, 기판(110)의 제2표면(113)은 액정 표시장치의 컬러필터 기판과 대향하지 않고, 백라이트와 대향한다.

그리고, 도12c에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(124) 상에 빛의 투과영역과 차단영역이 패터닝된 마스크(125)를 통해 선택적으로 노광을 실시한다. 이때, 마스크(125) 상에 빛의 투과영역과 차단영역을 적절히 패터닝하여 레지스트막(124)의 노광되지 않는 영역이 기판(110)의 제1표면(111) 상에 패터닝된 배선들(112)을 따라 정렬되며, 배선들(112)에 비해 넓은 폭을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

상기 도12c에서는 빛의 조사영역이 현상(development)에 의해 제거되는 포지티브 형(positive type) 레지스트막(124)을 적용할 경우에 빛의 투과영역과 차단영역이 적절히 패터닝된 마스크(125)를 통해 노광을 실시하고 있지만, 빛의 조사영역 이 현상에 의해 잔류하는 네거티브 형(negative type) 레지스트막(124)을 적용할 경우에는 빛의 투과영역과 차단영역이 반대로 패터닝된 마스크(125)를 통해 노광을 실시하여야 한다.

그리고, 도12d에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(124)을 현상하여 상기 기판(110)의 제2표면(113)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막(124)의 패턴을 형성한다. 이때, 레지스트막(124)의 패턴에 의해 기판(110) 제2표면(113)의 선택적으로 가려진 영역은 상기 제1표면(111)에 패터닝된 배선들(112)을 따라 정렬되며, 배선들(112)에 비해 넓은 폭을 갖게 된다.

그리고, 도12e에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(124)의 패턴에 의해 상기 제2표면(113)의 선택적으로 노출된 영역을 식각하여 제1표면(111) 상에 패터닝된 배선들(112)과 정렬되는 원통형 돌기들(156)을 형성한다. 이때, 제2표면(113)의 선택적으로 노출된 영역 뿐만 아니라 그 주변 영역에서도 레지스트막(124) 하부의 언더 컷(undercut) 식각이 진행될 수 있도록 식각 조건을 적절히 조절하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 기판(110)의 제2표면(113)에 형성된 원통형 돌기들(156)은 기판(110)의 제1표면(111)에 패터닝된 배선들(112)과 동일한 폭을 갖게 된다.

그리고, 도12f에 도시한 바와같이 상기 잔류하는 레지스트막(124)의 패턴을 제거한다.

한편, 도13은 본 발명의 제3실시예에 따른 기판 구조가 적용된 액정 패널의 광투과 예를 간략히 보인 예시도이다.

도13을 참조하면, 서로 대향하여 일정하게 이격되도록 합착된 제1기판(110) 및 제2기판(120); 상기 제1기판(110)과 제2기판(120)의 이격 간격에 충진된 액정층(130); 상기 제1기판(110)과 제2기판(120)의 대향하는 내면에 서로 마주보게 패터닝된 배선들(112) 및 블랙 매트릭스(121); 및 상기 제1기판(110)의 배선들(112)이 형성되지 않은 외면에 상기 배선들(112)의 길이방향을 따라 정렬된 원통형 돌기들(156)이 구비된다.

상기 제1,제2기판(110,120)은 액정 패널에서 서로 대향하여 합착되는 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판을 나타낸다.

상기 원통형 돌기들(156)은 제1기판(110)의 제2기판(120)과 대향하지 않는 면(즉, 배선들(112)이 형성되지 않은 백라이트와 마주보는 면)에 형성되며, 더욱 상세히는 제1기판(110)의 제2기판(120)과 대향하는 면에 패터닝된 배선들(112)의 길이방향을 따라 형성된다.

따라서, 상기 원통형 돌기들(156)은 백라이트로부터 제1기판(110)에 패터닝된 배선들(112)로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

한편, 상기 액정 패널의 화소영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 상기 원통형 돌기들(156)을 투과하지 않고 제1기판(110)만을 투과하게 되므로, 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하여 왔던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상된다.

또한, 상기 원통형 돌기들(156)은 제1기판(110)의 제2기판(120)과 대향하지 않는 면(즉, 배선들(112)이 형성되지 않은 백라이트와 마주보는 면)의 식각에 의해 형성되므로, 종래 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하게 형성 할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 제3실시예는 제1기판(110)의 제2표면(113)을 전체적으로 식각하면서 원통형 돌기들(156) 만을 선택적으로 잔류시킴에 따라 본 발명의 제1,제2실시예에 비해 액정 패널의 무게를 더욱 감소시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 제1,제2실시예에서는 기판의 표면으로부터 선택된 영역을 식각하여 홈을 형성함에 따라 기판 전체에서 식각되는 영역이 그다지 넓지 않지만, 본 발명의 제3실시예에서는 기판의 표면으로부터 기판을 전체적으로 식각하면서 선택된 영역만이 잔류하도록 하여 돌기들을 형성함에 따라 액정 패널의 무게를 대폭 감소시킬 수 있게 된다.

도14는 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 다른 예를 보인 예시도이다.

도14를 참조하면, 상기 도11과 비교하여 기판(110)의 제2표면(113) 상에 배선들(112)의 길이방향을 따라 정렬된 원통형 돌기들(156) 대신에 쐐기형 돌기들(166)이 구비된다.

상기 쐐기형 돌기들(166)은 상기 도12e의 식각과정에서 식각 조건을 적절히 조절하여 형성할 수 있으며, 상기 도13에 도시된 원통형 돌기들(156)과 마찬가지로 백라이트로부터 제1기판(110)에 패터닝된 배선들(112)로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

따라서, 상기 쐐기형 돌기들(166)은 액정 패널의 화소영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 상기 쐐기형 돌기들(166)을 투과하지 않고, 제1기판(110)만을 투과하게 되므로, 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하여 왔던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상된다.

또한, 상기 쐐기형 돌기들(166)은 기판(110)의 제2표면(113)을 식각하여 형성함에 따라 종래 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

특히, 상기 쐐기형 돌기들(166)은 도13에 도시된 원통형 돌기들(156)과 마찬가지로 제1기판(110)의 표면을 전체적으로 식각하면서 쐐기형 돌기들(166) 만을 선택적으로 잔류시킴에 따라 본 발명의 제1,제2실시예에 비해 액정 패널의 무게를 더욱 감소시킬 수 있다.

한편, 도15는 본 발명의 제4실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 일 예를 보인 예시도이다.

도15를 참조하면, 서로 대향하여 일정하게 이격되도록 합착된 제1기판(110) 및 제2기판(120); 상기 제1기판(110)과 제2기판(120)의 이격 간격에 충진된 액정층(130); 상기 제1기판(110)과 제2기판(120)의 대향하는 내면에 서로 마주보게 패터닝된 배선들(112) 및 블랙 매트릭스(121); 및 상기 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 외면에 상기 블랙 매트릭스(121)를 따라 정렬된 원통형 돌기들(176)이 구비된다.

상기 도15에 도시된 액정 표시장치의 기판 구조에서는 상기 도13과 비교하여 백라이트로부터 발광되는 빛이 도9와 동일하게 제2기판(120), 액정층(130), 그리고 제1기판(110)을 순차적으로 투과하며, 이와같은 구성을 취하는 이유는 도9를 참조하여 이미 상세히 설명한 바와같다.

본 발명의 제4실시예에서는 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 면에 원통형 돌기들(176)이 형성되고, 그 제조과정은 상기 도12a 내지 도12f와 동일하며, 단지 제1기판(110) 대신에 제2기판(120)에 원통형 돌기들(176)을 형성한다는 점만 다르다.

상기 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 면에 형성된 원통형 돌기들(176)은 백라이트로부터 제2기판(120)에 패터닝된 블랙 매트릭스(121)로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

한편, 상기 액정 패널의 화소영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 상기 원통형 돌기들(176)을 투과하지 않고, 제2기판(120)만을 투과하게 되므로, 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상된다.

또한, 상기 원통형 돌기들(176)은 제2기판(120)의 제1기판(110)과 대향하지 않는 면(즉, 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 백라이트와 마주보는 면)의 식각에 의해 형성되므로, 종래 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하 게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 제4실시예에 따라 상기 제2기판(120)에 형성된 원통형 돌기들(176)은 본 발명의 제3실시예에 따라 제1기판(110)에 형성된 원통형 돌기들(156) 및 쐐기형 돌기들(166)과 마찬가지로 제2기판(120)의 표면을 전체적으로 식각하면서 원통형 돌기들(176) 만을 선택적으로 잔류시킴에 따라 본 발명의 제1,제2실시예에 비해 액정 패널의 무게를 더욱 감소시킬 수 있다.

도16은 상기 본 발명의 제4실시예에 따른 액정 표시장치의 기판 구조에 대한 다른 예를 보인 예시도이다.

도16을 참조하면, 상기 도15와 비교하여 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않은 백라이트와 마주보는 면에 블랙 매트릭스(121)를 따라 정렬된 원통형 홈들(176) 대신에 쐐기형 홈들(186)이 구비된다.

상기 쐐기형 홈들(186)은 상기 도15의 원통형 홈들(176)을 형성하기 위한 식각과정에서 식각 조건을 적절히 조절하여 형성할 수 있으며, 도15에 도시된 원통형 홈들(176)과 마찬가지로 백라이트로부터 제2기판(120)에 패터닝된 블랙 매트릭스(121)로 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시킴으로써, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

따라서, 상기 쐐기형 홈들(186)은 액정 패널의 화소영역에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 상기 쐐기형 홈들(186)을 투과하지 않고, 제2기판(120)만을 투과하게 되므로, 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하여 왔던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상된다.

또한, 상기 쐐기형 홈들(186)은 제2기판(120)의 블랙 매트릭스(121)가 형성되지 않는 면을 식각하여 형성함에 따라 종래 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

특히, 상기 도16에 도시된 쐐기형 돌기들(186)은 도15에 도시된 원통형 돌기들(176)과 동일하게 제2기판(120)의 표면을 전체적으로 식각하면서 쐐기형 돌기들(186) 만을 선택적으로 잔류시킴에 따라 본 발명의 제1,제2실시예에 비해 액정 패널의 무게를 더욱 감소시킬 수 있다.

한편, 상기한 바와같은 본 발명의 실시예들에 따라 기판 상의 배선들이나 블랙 매트릭스에 정렬되도록 형성되는 광굴절 수단은 다음과 같이 제작될 수 있다.

먼저, 상기 기판 상에 배선들이나 블랙 매트릭스가 형성될 위치를 사전에 고려하여 광굴절 수단을 형성한 다음 배선들이나 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다.

또는, 상기 기판 상에 배선들이나 블랙 매트릭스를 형성한 다음 그 배선들이나 블랙 매트릭스에 정렬되도록 광굴절 수단을 형성할 수 있다.

또는, 상기 배선들이 형성된 제1기판과 블랙 매트릭스가 형성된 제2기판을 배선들과 블랙 매트릭스가 대향하도록 합착한 다음 상기 제1기판과 제2기판의 어느 한 외면에 상기 배선들 또는 블랙 매트릭스에 정렬되도록 광굴절 수단을 형성할 수 있다.

상술한 바와같은 본 발명의 실시예들에 따른 원통형 홈들과 원통형 돌기들은 기판의 표면으로부터 최대 깊이가 깊어질수록 액정 패널의 화소영역으로 굴절시키는 빛의 양을 증가시킨다.

즉, 상기 원통형 홈들과 원통형 돌기들을 반원 형태의 렌즈들(lenses)로 가정하면, 렌즈들의 반경은 선폭(L)의 절반(L/2)에 해당되므로, 실제 빛의 이득 변화량(△Pg)은 아래의 수학식1과 같은 근사식으로 나타낼 수 있다.

따라서, 광 투과량을 30%로 가정하면, 아래의 수학식2와 같이 70%의 광 손실량 중에서 25% 정도의 투과량이 발생한다.

결과적으로, 광 투과량은 30% + 25%가 되어 약 55%로 증가한다.

한편, 상기 배선들 또는 블랙 매트릭스에 입사되는 빛이 굴절되어 액정 패널의 유효화소를 통과할 수 있도록 원통형 홈들, 원통형 돌기들, 쐐기형 홈들, 그리고 쐐기형 돌기들은 곡면 반경이나, 깊이 등을 적절히 고려하여야 한다.

상기한 바와같은 본 발명에 의한 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법에 대한 실시예 들은 일반적인 투과형 액정 표시장치 뿐만 아니라 프로젝션 형(projection type)의 표시장치나 여타의 투과형 표시장치에 적용될 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명에 의한 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법은, 기판에 형성된 배선들 또는 블랙 매트릭스를 따라 정렬되는 광굴절 수단을 구비함으로써 배선들 또는 블랙 매트릭스에 입사되는 빛을 액정 패널의 화소영역으로 굴절시키는 효과가 있다.

따라서, 액정 패널의 화소영역을 투과하는 광속이 향상되도록 한다.

특히, 본 발명에 의한 광굴절 수단은 기판의 화소영역에 입사되는 빛은 투과되지 않고, 배선들 또는 블랙 매트릭스에 입사되는 빛을 반사시킴에 따라 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈와 기판의 굴절률 차이로 인해 빛의 반사성분이 발생하여 왔던 문제점을 해결할 수 있게 되어 실질적으로 빛의 투과율이 현저히 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 광굴절 수단은 기판 자체를 식각함으로써 형성되므로 종래의 액정표시장치에서 마이크로 렌즈를 부착시키는 방식에 비해 비교적 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정 패널의 무게 증가요인 및 제품비용 상승요인을 제거할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 제3,제4실시예에 따른 광굴절 수단은 기판의 표면을 전체적으로 식각하면서 광굴절 수단만을 선택적으로 잔류시킴에 따라 본 발명의 제1,제2실시예에 비해 액정 패널의 무게를 더욱 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 백라이트의 소비전력 및 열발생량을 증가시키지 않으면서도 빛의 투과도가 향상되는 액정 패널의 제작이 가능하다.

Claims (14)

1. 서로 대향하여 일정하게 이격되도록 합착된 제1기판 및 제2기판;

   상기 제1기판과 제2기판의 이격 간격에 충진된 액정층;

   상기 제1기판과 제2기판의 대향하는 내면에 패터닝된 배선들 및 블랙 매트릭스; 및

   상기 제1기판과 제2기판의 대향하지 않는 적어도 한 외면에 상기 배선들 또는 블랙 매트릭스에 대응되어 정렬되도록 형성된 광굴절 수단;

   을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광굴절 수단은 원통형 렌즈들(cylindrical lenses), 쐐기형(wedge-shaped) 홈들, 쐐기형 돌기들, 원통형 돌기들 및 원통형 홈들 중에 선택된 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 배선들은 액정 표시장치의 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 패터닝되는 게이트 배선들과 데이터 배선들인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 구조.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판은 박막트랜지스터 어레이 기판이며, 상기 제 2 기판은 컬러필터 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 기판 구조.
5. 배선들이 패터닝된 제1기판과 블랙 매트릭스가 패터닝된 제2기판이 일정하게 이격되어 대향하도록 합착하는 공정;

   상기 제1기판과 제2기판의 이격 간격에 액정을 충진하는 공정; 및

   상기 제1기판과 제2기판의 대향하지 않는 적어도 한 외면에 사진식각(photolithography)을 통해 상기 배선들 또는 블랙 매트릭스에 대응하는 광굴절 수단을 형성하는 공정;

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 광굴절 수단은 식각 조건에 따라 원통형 홈들, 원통형 돌기들, 쐐기형 홈들 및 쐐기형 돌기들 중에 선택된 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
7. 기판의 제1표면 상에 배선들을 패터닝하는 공정;

   상기 기판의 제2표면 상에 감광성 막을 형성한 다음 노광 및 현상하여 상기 배선들이 형성된 영역에 대응하는 기판의 제2표면을 선택적으로 노출시키는 감광성 막의 패턴을 형성하는 공정;

   상기 감광성 막의 패턴을 통해 노출된 기판의 제2표면을 식각하여 원통형 홈들이나 쐐기형 홈들을 형성한 다음 상기 감광성 막의 패턴을 제거하는 공정;

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 감광성 막의 노광 및 현상에 의해 형성되는 감광성 막의 패턴은 상기 배선들의 길이방향을 따라 정렬되고, 배선들의 폭에 비해 좁은 폭으로 기판의 제2표면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
9. 기판의 제1표면 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 공정;

   상기 기판의 제2표면 상에 감광성 막을 형성한 다음 노광 및 현상하여 상기 블랙 매트릭스가 형성된 영역에 대응하는 기판의 제2표면을 선택적으로 노출시키는 감광성 막의 패턴을 형성하는 공정;

   상기 감광성 막의 패턴을 통해 노출된 기판의 제2표면을 식각하여 원통형 홈들이나 쐐기형 홈들을 형성한 다음 상기 감광성 막의 패턴을 제거하는 공정;

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 감광성 막의 노광 및 현상에 의해 형성되는 감광성 막의 패턴은 상기 블랙 매트릭스를 따라 정렬되고, 블랙 매트릭스의 폭에 비해 좁은 폭으로 기판의 제2표면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
11. 기판의 제1표면 상에 배선들을 패터닝하는 공정;

    상기 기판의 제2표면 상에 감광성 막을 형성한 다음 노광 및 현상하여 상기 배선들이 형성된 영역에 대응하는 기판의 제2표면이 선택적으로 마스킹된 감광성 막의 패턴을 형성하는 공정;

    상기 감광성 막의 패턴을 통해 노출된 기판의 제2표면을 식각하여 원통형 돌기들이나 쐐기형 돌기들을 형성한 다음 상기 감광성 막의 패턴을 제거하는 공정;

    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 감광성 막의 노광 및 현상에 의해 형성되는 감광성 막의 패턴은 상기 배선들의 길이방향을 따라 정렬되고, 배선들의 폭에 비해 넓은 폭으로 기판의 제2표면을 마스킹하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
13. 기판의 제1표면 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 공정;

    상기 기판의 제2표면 상에 감광성 막을 형성한 다음 노광 및 현상하여 상기 블랙 매트릭스가 형성된 영역에 대응하는 기판의 제2표면이 선택적으로 마스킹된 감광성 막의 패턴을 형성하는 공정;

    상기 감광성 막의 패턴을 통해 노출된 기판의 제2표면을 식각하여 원통형 돌기들이나 쐐기형 돌기들을 형성한 다음 상기 감광성 막의 패턴을 제거하는 공정;

    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 감광성 막의 노광 및 현상에 의해 형성되는 감광성 막의 패턴은 상기 블랙 매트릭스를 따라 정렬되고, 블랙 매트릭스의 폭에 비해 넓은 폭으로 기판의 제2표면을 마스킹하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 기판 제조방법.

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