KR101377456B1 - 표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치 - Google Patents

표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치가 개시되어 있다. 표시 기판은 박막 트랜지스터층, 컬러필터층 및 화소 전극을 포함한다. 박막 트랜지스터층은 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 각 화소마다 게이트 라인과 동일한 층에 형성된 스토리지 전극을 포함한다. 컬러필터층은 박막 트랜지스터층 상에 형성되며, 스토리지 전극에 대응하여 스토리지 전극보다 넓은 면적으로 형성된 스토리지용 홀을 포함한다. 화소 전극은 컬러필터층 상에 형성되며, 스토리지용 홀 영역에서 게이트 절연막을 사이에 두고 스토리지 전극과 스토리지 커패시터를 형성한다. 따라서, 저계조 영역에서의 색좌표 변화에 의한 컬러 쉬프트 문제를 해결할 수 있다.

Description

표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치{DISPLAY SUBSTRATE, METHOD OF MANUFACTURING THEREOF AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판을 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 기판을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 광차단막의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 기판을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 기판을 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 10은 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판의 제조 방법을 나타낸 공정도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 표시 기판 110 : 박막 트랜지스터층
111 : 게이트 절연막 SE : 스토리지 전극
120 : 보호막 130 : 컬러필터층
SEH : 스토리지용 홀 140 : 화소 전극
160 : 광차단막 170 : 컬럼 스페이서
300 : 대향 기판 320 : 공통 전극
330 : 블랙 매트릭스
본 발명은 표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 색좌표의 변화에 의한 컬러 쉬프트 문제를 해결할 수 있는 표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
영상을 표시하는 표시 장치 중의 하나인 액정표시장치는 표시 기판, 표시 기판과 대향하도록 결합된 대향 기판 및 두 기판 사이에 배치된 액정층을 포함한다.
일반적으로, 표시 기판은 다수의 화소들을 독립적으로 구동시키기 위하여 절연 기판 상에 형성된 신호 배선, 박막 트랜지스터 및 화소 전극 등을 포함하며, 대향 기판은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터들로 이루어진 컬러필터층, 및 화소 전극에 대향하는 공통 전극을 포함한다.
최근 들어, 표시 기판과 대향 기판간의 얼라인 미스로 인한 품질 저하를 방지하기 위하여, 표시 기판 상에 컬러필터층이 형성된 COA(Color filter On Array) 구조의 액정표시장치가 제안된 바 있다.
그러나, COA 구조의 액정표시장치의 계조별 색좌표의 변화를 살펴보면, 저계조로 갈수록 색좌표가 떨어지다가 특정 영역에서 급격히 올라가는 현상을 보이고 있다. 이와 같은 변화는 저계조로 표현되는 색상에서의 미세한 계조 변화부분의 컬러 쉬프트를 초래하여 부드러운 이미지의 표현을 어렵게 하는 문제점을 발생시킨다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 색좌표 변화에 의한 컬러 쉬프트 문제를 해결할 수 있는 표시 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 표시 기판의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 표시 기판을 갖는 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 표시 기판은 박막 트랜지스터층, 컬러필터층 및 화소 전극을 포함한다. 상기 박막 트랜지스터층은 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 각 화소마다 상기 게이트 라인과 동일한 층에 형성된 스토리지 전극을 포함한다. 상기 컬러필터층은 상기 박막 트랜지스터층 상에 형성되며, 상기 스토리지 전극에 대응하여 상기 스토리지 전극보다 넓은 면적으로 형성된 스토리지용 홀을 포함한다. 상기 화소 전극은 상기 컬러필터층 상에 형성되며, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 스토리지 전극과 스토리지 커패시터를 형성한다.
상기 컬러필터층은 각 화소에 대응되도록 형성되는 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터를 포함할 수 있다.
상기 표시 기판은 상기 데이터 라인과 동일한 층에 형성되며, 상기 스토리지용 홀의 가장자리와 상기 스토리지 전극의 가장자리 사이를 커버하는 광차단막을 더 포함할 수 있다.
상기 표시 기판은 상기 화소 전극 상에 형성되며, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 스토리지용 홀의 면적 이상의 면적으로 형성되는 컬럼 스페이서를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 컬럼 스페이서는 광의 투과를 차단하는 물질로 형성된다.
본 발명의 일 특징에 따른 표시 기판의 제조 방법에 따르면, 절연 기판 상에, 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 각 화소마다 상기 게이트 라인과 동일한 층에 형성된 스토리지 전극을 포함하는 박막 트랜지스터층을 형성한다. 이후, 상기 박막 트랜지스터층 상에, 상기 스토리지 전극에 대응하여 상기 스토리지 전극보다 넓은 면적으로 형성된 스토리지용 홀을 포함하는 컬러필터층을 형성한다. 이후, 상기 컬러필터층 상에, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 스토리지 전극과 스토리지 커패시터를 형성하는 화소 전극을 형성한다.
상기 컬러필터층을 형성하는 공정은 적색 컬러필터를 형성하는 공정, 녹색 컬러필터를 형성하는 공정 및 청색 컬러필터를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 이때, 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 형성하는 공정은 동일한 디자인의 마스크 또는 동일한 마스크를 통해 진행된다.
본 발명의 일 특징에 따른 표시 장치는 표시 기판, 상기 표시 기판과 대향하여 결합되며, 대향면에 공통 전극이 형성된 대향 기판, 및 상기 표시 기판과 상기 대향 기판 사이에 배치된 액정층을 포함한다. 상기 표시 기판은 박막 트랜지스터층, 컬러필터층 및 화소 전극을 포함한다. 상기 박막 트랜지스터층은 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 각 화소마다 상기 게이트 라인과 동일한 층에 형성된 스토리지 전극을 포함한다. 상기 컬러필터층은 상기 박막 트랜지스터층 상에 형성되며, 상기 스토리지 전극에 대응하여 상기 스토리지 전극보다 넓은 면적으로 형성된 스토리지용 홀을 포함한다. 상기 화소 전극은 상기 컬러필터층 상에 형성되며, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 스토리지 전극과 스토리지 커패시터를 형성한다.
이러한 표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치에 따르면, 저계조 영역에서의 색좌표 변화에 의한 컬러 쉬프트 문제를 해결할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판을 나타낸 평면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 기판(100)은 박막 트랜지스터층(110), 보호막(120), 컬러필터층(130) 및 화소 전극(140)을 포함한다.
박막 트랜지스터층(110)은 투명한 절연 기판(150) 상에 형성된다. 절연 기판(150)은 예를 들어, 유리 또는 플라스틱으로 형성된다.
박막 트랜지스터층(110)은 게이트 라인(GL), 게이트 절연막(111)을 통해 게이트 라인(GL)과 절연되어 교차하는 데이터 라인(DL), 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 연결된 박막 트랜지스터(TFT), 및 각 화소마다 게이트 라인(GL)과 동일한 층에 형성된 스토리지 전극(SE)을 포함한다.
게이트 라인(GL)은 절연 기판(150) 상에 형성되며, 예를 들어, 가로 방향으로 연장되도록 형성되어 각 화소의 상측 및 하측을 정의한다.
게이트 절연막(111)은 게이트 라인(GL)이 형성된 절연 기판(150) 상에 형성된다. 게이트 절연막(111)은 게이트 라인(GL) 및 스토리지 전극(SE)을 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx)으로 형성된다.
데이터 라인(DL)은 게이트 절연막(111) 상에 형성된다. 데이터 라인(DL)은 게이트 절연막(111)을 통해 게이트 라인(GL)과 절연되며, 예를 들어, 게이트 라인(GL)과 교차되는 세로 방향으로 연장되도록 형성되어 각 화소의 우측 및 좌측을 정의한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 연결되어 각 화소에 적어도 하나 이상이 형성된다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(GL)을 통해 인가되는 게이트 전압에 반응하여 데이터 라인(DL)을 통해 인가되는 데이터 전압을 화소 전극(140)에 인가한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(G), 액티브 패턴(A), 소오스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 포함할 수 있다.
게이트 전극(G)은 게이트 라인(GL)과 연결되며, 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 단자를 구성한다.
액티브 패턴(A)은 게이트 전극(G)의 위치에 대응하여 게이트 절연막(111) 상에 형성된다. 액티브 패턴(A)은 반도체층(112) 및 오믹 콘택층(113)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체층(112)은 비정질 실리콘(amorphous Silicon : 이하, a-Si)으로 이루어지며, 오믹 콘택층(113)은 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘(이하, n+a-Si)으로 이루어진다.
소오스 전극(S)은 액티브 패턴(A) 상에 형성되어 데이터 라인(DL)과 연결되며, 박막 트랜지스터(TFT)의 소오스 단자를 구성한다.
드레인 전극(D)은 액티브 패턴(A) 상에 소오스 전극(S)과 이격되도록 형성되어 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 단자를 구성한다. 드레인 전극(D)은 보호막(120) 및 컬러필터층(130)에 형성된 콘택 홀(CNT)을 통해 화소 전극(140)과 전기적으로 연결된다.
한편, 데이터 라인(DL), 소오스 전극(S), 드레인 전극(D) 및 액티브 패턴(A)은 동일한 식각 마스크를 통해 식각되므로, 액티브 패턴(A)의 외부 윤곽은 데이터 라인(DL), 소오스 전극(S) 및 드레인 전극(D)의 외부 윤곽과 실질적으로 일치되게 형성된다.
스토리지 전극(SE)은 각 화소마다 게이트 라인(GL)과 동일한 층에 동일한 물 질로 동시에 형성된다. 스토리지 전극(SE)은 예를 들어, 게이트 라인(GL)들 사이에서 게이트 라인(GL)들과 평행한 방향으로 연장되도록 형성된다.
스토리지 전극(SE)은 게이트 절연막(111) 및 보호막(120)을 사이에 두고 화소 전극(140)과 대향하여 스토리지 커패시터(Cst)를 형성한다. 예를 들어, 스토리지 전극(SE)에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 따라서, 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극(140)에 인가된 데이터 전압은 스토리지 커패시터(Cst)에 의해 한 프레임 동안 유지된다.
보호막(120)은 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 박막 트랜지스터(TFT) 및 스토리지 전극(SE)을 포함하는 박막 트랜지스터층(110) 상에 형성된다. 보호막(120)은 박막 트랜지스터층(110)을 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx)으로 형성된다.
컬러필터층(130)은 보호막(120) 상에 형성된다. 컬러필터층(130)은 감광성 유기 조성물에 색을 구현하기 위한 안료가 포함된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 컬러필터층(130)은 감광성 유기 조성물에 적색, 녹색 또는 청색의 안료가 각각 포함된 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들을 포함한다. 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들은 보호막(120) 상에 일정한 패턴을 갖도록 규칙적으로 형성된다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들은 각 화소에 한 색의 컬러필터가 대응되도록 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 교대로 배열된다.
컬러필터층(130)은 표시 기판(100)의 평탄화를 위하여 비교적 두꺼운 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 컬러필터층(130)은 약 2.5㎛ ~ 3.5㎛의 두 께로 형성된다. 이와 같이, 대향 기판에 형성되던 컬러필터층(130)을 표시 기판(100)에 형성함으로써, 표시 기판(100)의 평탄화를 위해 형성되던 유기절연막을 제거하여 투과율을 향상시키고 원가를 절감할 수 있다.
컬러필터층(130)은 스토리지 커패시터(Cst)의 정전 용량을 증가시키기 위하여, 스토리지 전극(SE)이 형성된 위치에 대응하여 형성되는 스토리지용 홀(SEH)을 포함한다. 스토리지용 홀(SEH)은 적색, 녹색 및 청색 컬러필터간의 스토리지 커패시터(Cst)의 차이를 제거하기 위하여 스토리지 전극(SE)의 면적보다 넓은 면적으로 형성된다.
일반적으로, 컬러필터층(130)을 형성할 때, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터는 동일 마스크를 사용하거나 동일 디자인의 마스크를 사용하여 형성된다. 이때, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터의 재료의 차이로 인해 두께, 유전율 및 스토리지용 홀(SEH)의 개구폭(CD) 등이 서로 다르게 형성된다. 예를 들어, 40인치 제품의 경우, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터간의 최대 두께 차이는 약 2000Å으로 나타났으며, 최대 개구폭(CD)의 차이는 약 3㎛로 나타났으며, 유전율은 약 3.3 ~ 3.5 범위 내에서 변동됨을 확인하였다.
이와 같은 적색, 녹색 및 청색 컬러필터간의 두께, 유전율 및 개구폭(CD)의 차이는 화소의 주요 성분인 액정 커패시터(Clc), 스토리지 커패시터(Cst) 및 기생 커패시터(Cgs)를 변화시킨다. 또한, 액정 커패시터(Clc), 스토리지 커패시터(Cst) 및 기생 커패시터(Cgs)의 변화에 따라, 각 화소의 킥백(kick back) 전압(Vkb)의 차이를 초래하게 된다.
이와 같은 킥백 전압(Vkb)의 차이는 공통 전압(Vcom)을 기준으로 정,부 극성으로 반전구동을 하는 제품의 특성상 계조 전압의 변화를 일으키게 되는데, 만약 적색, 녹색 및 청색 화소간의 킥백 전압(Vkb)의 차이가 발생되면, 저계조 영역에서 킥백 전압(Vkb)의 차이만큼, 전압-투과율(V-T) 곡선의 기울기도 커지게 되므로, 동일 전압의 화소 전압을 인가하더라도 저계조에서 적색, 녹색 및 청색 화소별 감마(gamma) 전압의 차이로 인해 저계조 영역에서 색좌표의 변화가 심하게 발생한다.
특히, 킥백 전압(Vkb)의 변화량은 스토리지 커패시터(Cst)의 편차에 가장 큰 영향을 받는다. 이때, 스토리지 커패시터(Cst)는 스토리지용 홀(SEH) 영역에서 스토리지 전극(SE)과 화소 전극(140)이 중첩되는 면적에 의해 결정되므로, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터간의 개구폭(CD)의 차이에 따라, 적색, 녹색 및 청색 화소의 스토리지 커패시터(Cst)의 차이가 발생하게 된다.
따라서, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들의 개구 면적을 스토리지 전극(SE)의 면적보다 넓게 형성함으로써, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들의 개구폭(CD)이 변화하더라도 스토리지 전극(SE)과 화소 전극(140)의 중첩되는 면적이 일정하게 유지되도록 하여 스토리지 커패시터(Cst)의 변화를 방지할 수 있다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 중에서 가장 작은 개구폭(CD)으로 형성되는 컬러필터의 개구폭(CD)을 적어도 스토리지 전극(SE)의 전극폭(SD)보다 크게 형성함으로써, 모든 컬러필터들의 개구 면적을 스토리지 전극(SE)의 면적보다 크게 형성할 수 있다.
이와 같이, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들의 개구폭(CD)을 스토리지 전 극(SE)의 전극폭(SD)보다 크게 형성함으로써, 모든 화소에서 스토리지용 홀(SEH)의 개구 면적은 스토리지 전극(SE)의 면적보다 크게 형성되나, 스토리지 전극(SE)과 화소 전극(140)의 중첩 면적은 동일하게 형성된다.
따라서, 적색, 녹색 및 청색 화소간의 스토리지 커패시터(Cst)의 편차를 최소화시킴으로써, 화소별 킥백 전압(Vkb)의 편차를 감소시키고, 저계조 영역에서의 색좌표 변화에 따른 컬러 쉬프트 문제를 해결할 수 있다.
화소 전극(140)은 각 화소에 대응되도록 컬러필터층(130) 상에 형성된다. 화소 전극(140)은 광이 투과할 수 있는 투명한 도전성 물질로 이루어진다. 예를 들어, 화소 전극(140)은 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성된다.
화소 전극(140)은 컬러필터층(130) 및 보호막(120)에 형성된 콘택홀(CNT)을 통해 드레인 전극(D)과 전기적으로 연결된다. 또한, 화소 전극(140)은 컬러필터층(130)의 스토리지용 홀(SEH) 영역에서, 보호막(120) 및 게이트 절연막(111)을 사이에 두고 스토리지 전극(SE)과 중첩되어 스토리지 커패시터(Cst)를 형성한다.
화소 전극(140)은 광시야각의 구현을 위하여 각 화소를 다수의 도메인으로 분할하기 위한 특정한 개구 패턴을 가질 수 있다. 또한, 화소 전극(140)은 서로 다른 전압이 인가되는 메인 전극 및 서브 전극으로 분할된 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 화소 전극(140)이 메인 전극과 서브 전극으로 분할될 경우, 각 화소에는 메인 전극 및 서브 전극과 각각 연결되는 2개의 박막 트랜지스터가 형성될 수 있다.
화소 전극(140)은 각 화소에 독립적으로 형성되므로, 인접한 화소들 사이가 개구되어 컬러필터층(130)이 노출될 수 있다. 컬러필터층(130)의 노출된 영역을 통해 불순물이 유출되어 액정을 오염시킬 수 있으므로, 컬러필터층(130)과 화소 전극(140) 사이에는 불순물 유출을 방지하기 위한 무기 절연막(미도시)이 더 형성될 수 있다.
한편, 스토리지용 홀(SEH)의 개구 면적을 스토리지 전극(SE)의 면적보다 크게 형성하면, 스토리지용 홀(SEH)의 가장자리와 스토리지 전극(SE)의 가장자리 사이를 통해 빛샘이 발생될 수 있다. 따라서, 표시 기판(100)은 스토리지용 홀(SEH)의 가장자리와 스토리지 전극(SE)의 가장자리 사이에서 발생되는 빛샘을 방지할 수 있는 수단을 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 기판을 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 광차단막의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 표시 기판(100)은 스토리지용 홀(SEH)의 가장자리와 스토리지 전극(SE)의 가장자리 사이에서 발생되는 빛샘을 방지하기 위한 광차단막(160)을 더 포함할 수 있다.
광차단막(160)은 각 화소마다 데이터 라인(DL)과 동일한 층에 동일한 물질로 동시에 형성된다. 광차단막(160)은 스토리지용 홀(SEH)의 가장자리와 스토리지 전극(SE)의 가장자리 사이를 커버한다. 광차단막(160)은 예를 들어, 스토리지 전극(SE)과 동일하게 게이트 라인(GL)과 평행한 방향으로 연장되어 스토리지 전 극(SE)의 상측 및 하측 가장자리를 커버한다. 한편, 광차단막(160)은 도 5에 도시된 바와 같이, 스토리지 전극(SE) 전체 가장자리를 감싸도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 광차단막(160)은 스토리지용 홀(SEH)의 가장자리와 스토리지 전극(SE)의 가장자리 사이에 형성되어 백라이트로부터 빛이 새는 것을 방지할 수 있다.
광차단막(160)은 데이터 라인(DL)과 이격되고, 게이트 절연막(111)을 통해 스토리지 전극(SE)과 절연되어 플로팅(floating) 상태를 유지한다. 이와 달리, 광차단막(160)은 양측에 배치된 데이터 라인(DL)들 중에서 하나의 데이터 라인(DL)과만 연결된 구조로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 기판을 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 표시 기판(100)은 화소 전극(140) 상에 형성되는 컬럼 스페이서(170)를 더 포함할 수 있다. 컬럼 스페이서(170)는 기본적으로, 표시 기판(100)과 대향 기판을 일정한 간격으로 유지시키기 위하여 표시 기판(100) 상에 형성된다.
또한, 컬럼 스페이서(170)는 스토리지용 홀(SEH)이 형성된 영역에서 스토리지용 홀(SEH)의 개구 면적 이상의 면적으로 형성되어 스토리지용 홀(SEH)의 가장자리와 스토리지 전극(SE)의 가장자리 사이에서 발생되는 빛샘을 방지할 수 있다. 이때, 컬럼 스페이서(170)는 광의 투과를 차단하는 물질로 형성된다. 예를 들어, 컬럼 스페이서(170)는 검은 색을 띄는 유기 블랙 매트릭스 물질로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 기판을 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 표시 기판(100)은 컬럼 스페이서(170) 및 광차단막(160)을 함께 포함할 수 있다.
컬럼 스페이서(170)는 도 7에 도시된 바와 같이, 스토리지용 홀(SEH) 영역에서 스토리지용 홀(SEH)의 면적 이상의 면적으로 형성되어 일차적으로 빛샘을 방지한다. 또한, 광차단막(160)은 데이터 라인(DL)과 동일한 층에서 컬럼 스페이서(170)의 가장자리에 형성되어 빛샘 방지 효과을 더욱 향상시킨다.
이하, 본 발명에 따른 표시 기판의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 8 및 도 10은 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판의 제조 방법을 나타낸 공정도들이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 절연 기판(150) 상에 게이트 라인(GL), 게이트 라인(GL)과 연결된 게이트 전극(G) 및 게이트 라인(GL)들 사이에 형성되는 스토리지 전극(SE)을 형성한다. 게이트 라인(GL), 게이트 전극(G) 및 스토리지 전극(SE)은 한번의 마스크 공정을 통해 동시에 형성된다.
다음 도 1 및 도 9를 참조하면, 게이트 라인(GL), 게이트 전극(G) 및 스토리지 전극(SE)이 형성된 절연 기판(150) 상에 게이트 절연막(111)을 형성한다.
이후, 게이트 절연막(111) 상에 반도체층(112)의 형성을 위한 a-Si층, 오믹 콘택층(113)의 형성을 위한 n+a-Si층 및 데이터용 금속막을 차례로 형성한 후, 슬릿(slit) 마스크 또는 하프톤(half tone) 마스크를 이용한 한번의 마스크 공정을 통해 액티브 패턴(A), 데이터 라인(DL), 데이터 라인(DL)과 연결된 소오스 전극(S) 및 소오스 전극(S)과 이격된 드레인 전극(D)을 형성한다. 이때, 데이터 라인(DL), 소오스 전극(S), 드레인 전극(D) 및 액티브 패턴(A)은 한번의 마스크 공정를 통해 식각되므로, 액티브 패턴(A)의 외부 윤곽은 데이터 라인(DL), 소오스 전극(S) 및 드레인 전극(D)의 외부 윤곽과 실질적으로 일치되게 형성된다. 이로써, 박막 트랜지스터층(110)의 제조가 완료된다.
한편, 데이터 라인(DL), 소오스 전극(S) 및 드레인 전극(D)의 형성과 동시에, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 스토리지 전극(SE)의 가장자리에서 발생되는 빛샘을 방지하기 위한 광차단막(160)을 더 형성할 수 있다.
다음 도 1 및 도 10을 참조하면, 박막 트랜지스터층(110)을 커버하도록 절연 기판(150) 상에 보호막(120)을 형성한다.
이후, 보호막(120) 상에, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 포함하는 컬러필터층(130)을 형성한다. 이때, 컬러필터층(130)에는 스토리지 커패시터(Cst)의 형성을 위하여, 스토리지 전극(SE)에 대응하여 스토리지용 홀(SEH)이 형성된다. 또한, 컬러필터층(130)에는 드레인 전극(D)을 노출시키기 위하여, 콘택 홀(CNT)이 형성된다.
적색, 녹색 및 청색 컬러필터들은 보호막(120) 상에 일정한 패턴을 갖도록 규칙적으로 형성된다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들은 각 화소에 한 색의 컬러필터가 대응되도록 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 교대로 배열되도록 형성된다.
이와 같은 구조의 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 형성하는 공정은 각각의 마스크 공정을 통해 진행된다. 이때, 제조 원가를 절감하기 위하여 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 형성하는 공정은 동일 마스크 또는 동일 디자인의 마스크를 사용하여 진행된다. 이로 인해, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터의 재료의 차이에 따라 두께, 유전율 및 스토리지용 홀(SEH)의 개구 면적 등이 서로 다르게 형성될 수 있다.
따라서, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들의 개구 면적을 스토리지 전극(SE)의 면적보다 넓게 형성하여, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들의 개구 면적이 변화하더라도 스토리지 전극(SE)과 화소 전극(140)의 중첩되는 면적이 일정하게 유지되도록 하여 스토리지 커패시터(Cst)의 변화를 방지할 수 있다.
이후, 보호막(120)에 드레인 전극(D)을 노출시키기 위한 콘택 홀(CNT)을 형성한다. 한편, 보호막(120)에 콘택 홀(CNT)을 형성하는 공정은 컬러필터층(130)을 형성하기 이전에 진행될 수 있다.
다음 도 2를 참조하면, 각 화소에 대응되도록 컬러필터층(130) 상에 화소 전극(140)을 형성한다. 화소 전극(140)은 컬러필터층(130) 및 보호막(120)에 형성된 콘택홀(CNT)을 통해 드레인 전극(D)과 전기적으로 연결된다. 또한, 화소 전극(140)은 컬러필터층(130)의 스토리지용 홀(SEH) 영역에서, 보호막(120) 및 게이트 절연막(111)을 사이에 두고 스토리지 전극(SE)과 중첩되어 스토리지 커패시터(Cst)를 형성한다.
이후, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 화소 전극(140) 상에, 스토리지 전극(SE)의 가장자리에서 발생되는 빛샘을 방지하기 위하여 스토리지 전극(SE)의 면적 이상의 면적으로 배치되며, 광의 투과를 차단하는 물질로 이루어진 컬럼 스페이 서(170)를 더 형성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 11을 참조하면, 표시 장치(200)는 표시 기판(100), 표시 기판(100)과 대향하여 결합되는 대향 기판(300) 및 표시 기판(100)과 대향 기판(300) 사이에 배치되는 액정층(400)을 포함한다.
표시 기판(100)은 도 1 내지 도 7에 도시된 것과 동일한 구조를 가질 수 있으므로, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
대향 기판(300)은 액정층(400)을 사이에 두고 표시 기판(100)과 대향하도록 결합된다. 대향 기판(300)은 표시 기판(100)과 대향하는 절연 기판(310)의 대향면에 형성된 공통 전극(320)을 포함한다. 공통 전극(320)은 광의 투과를 위하여 투명한 도전성 물질로 형성된다. 예를 들어, 공통 전극(320)은 화소 전극(140)과 동일한 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성된다. 공통 전극(320)에는 광시야각의 구현을 위한 개구 패턴이 형성될 수 있다.
대향 기판(300)은 블랙 매트릭스(330)를 더 포함할 수 있다. 블랙 매트릭스(330)는 스토리지용 홀(SEH)이 형성된 영역에 대응하여 스토리지용 홀(SEH)의 개구 면적보다 넓은 면적으로 형성된다. 따라서, 블랙 매트릭스(330)는 스토리지용 홀(SEH)의 가장자리와 스토리지 전극(SE)의 가장자리 사이에서 발생될 수 있는 빛샘을 방지한다. 한편, 블랙 매트릭스(330)는 화소들의 경계부에도 형성될 수 있 다.
액정층(400)은 이방성 굴절률, 이방성 유전율 등의 광학적, 전기적 특성을 갖는 액정들이 일정한 형태로 배열된 구조를 갖는다. 액정층(400)은 화소 전극(140)과 공통 전극(320) 사이에 형성되는 전계에 의하여 액정들의 배열이 변화되고, 액정들의 배열 변화에 따라서 통과하는 광의 투과율을 제어한다.
이와 같은 표시 기판, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치에 따르면, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터에 형성되는 스토리지용 홀의 개구 면적을 스토리지 전극의 면적보다 크게 형성하여 화소간의 스토리지 커패시터(Cst)의 편차를 최소화시킴으로써, 화소별 킥백 전압의 편차를 감소시키고, 저계조 영역에서의 색좌표 변화에 따른 컬러 쉬프트 문제를 해결할 수 있다.
또한, 스토리지용 홀의 가장자리와 스토리지 전극의 가장자리 사이에 광차단막을 형성하거나, 스토리지용 홀 영역에 스토리지용 홀보다 넓은 면적으로 광의 투과를 차단하는 컬럼 스페이서를 형성함으로써, 빛샘을 방지할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (25)

  1. 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 각 화소마다 상기 게이트 라인과 동일한 층에 형성된 스토리지 전극을 포함하는 박막 트랜지스터층;
    상기 박막 트랜지스터층 상에 형성되며, 상기 스토리지 전극에 대응하여 상기 스토리지 전극보다 넓은 면적으로 형성된 스토리지용 홀을 포함하는 컬러필터층;
    상기 컬러필터층 상에 형성되며, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 스토리지 전극과 스토리지 커패시터를 형성하는 화소 전극; 및
    상기 스토리지용 홀의 가장자리와 상기 스토리지 전극의 가장자리 사이를 커버하며, 상기 게이트 라인과 평행한 방향으로 연장되어 상기 스토리지 전극의 상측 및 하측 가장자리를 커버하며, 상기 데이터 라인과 동일한 물질을 포함하는 광차단막을 포함하며,
    상기 컬러필터 층은 각 화소에 대응되도록 형성되는 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터를 포함하고, 각각의 상기 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터에 형성된 상기 스토리지용 홀의 개구폭은 서로 다른 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 광차단막은 상기 데이터 라인과 동일한 층에 형성된 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광차단막은 플로팅 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극 상에 형성되며, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 스토리지용 홀의 면적 이상의 면적으로 형성되는 컬럼 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 광의 투과를 차단하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  8. 제7항에 있어서, 상기 데이터 라인과 동일한 층에 형성되며, 상기 컬럼 스페이서의 가장자리에 형성되는 광차단막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  9. 절연 기판 상에, 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 각 화소마다 상기 게이트 라인과 동일한 층에 형성된 스토리지 전극을 포함하는 박막 트랜지스터층을 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터층 상에, 상기 스토리지 전극에 대응하여 상기 스토리지 전극보다 넓은 면적으로 형성된 스토리지용 홀을 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계; 및
    상기 컬러필터층 상에, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 스토리지 전극과 스토리지 커패시터를 형성하는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 컬러필터층을 형성하는 단계는 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하고, 각각의 상기 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터에 형성된 상기 스토리지용 홀의 개구폭은 서로 다르고,
    상기 박막 트랜지스터층을 형성하는 단계는,
    상기 데이터 라인과 동일한 층에, 상기 스토리지용 홀의 가장자리와 상기 스토리지 전극의 가장자리 사이를 커버하며, 상기 게이트 라인과 평행한 방향으로 연장되어 상기 스토리지 전극의 상측 및 하측 가장자리를 커버하며, 상기 데이터 라인과 동일한 물질을 포함하는 광차단막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 각각 형성하는 단계는 동일한 디자인의 마스크를 통해 진행되는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서, 상기 화소 전극 상에, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 스토리지용 홀의 면적 이상의 면적으로 배치되는 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 광의 투과를 차단하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터층을 형성하는 단계는,
    상기 데이터 라인과 동일한 층에, 상기 컬럼 스페이서의 가장자리에 배치되는 광차단막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  16. 표시 기판;
    상기 표시 기판과 대향하여 결합되며, 대향면에 공통 전극이 형성된 대향 기판; 및
    상기 표시 기판과 상기 대향 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하며,
    상기 표시 기판은,
    게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 각 화소마다 상기 게이트 라인과 동일한 층에 형성된 스토리지 전극을 포함하는 박막 트랜지스터층,
    상기 박막 트랜지스터층 상에 형성되며, 상기 스토리지 전극에 대응하여 상기 스토리지 전극보다 넓은 면적으로 형성된 스토리지용 홀을 포함하는 컬러필터층, 및
    상기 컬러필터층 상에 형성되며, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 스토리지 전극과 스토리지 커패시터를 형성하는 화소 전극을 포함하며,
    상기 컬러필터층은 각 화소에 대응되도록 형성되는 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터를 포함하고, 각각의 상기 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터에 형성된 상기 스토리지용 홀의 개구폭은 서로 다르고,
    상기 표시 기판은,
    상기 데이터 라인과 동일한 층에 형성되며, 상기 스토리지용 홀의 가장자리와 상기 스토리지 전극의 가장자리 사이를 커버하며, 상기 게이트 라인과 평행한 방향으로 연장되어 상기 스토리지 전극의 상측 및 하측 가장자리를 커버하며, 상기 데이터 라인과 동일한 물질을 포함하는 광차단막을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서, 상기 표시 기판은 상기 화소 전극 상에 형성되며, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 스토리지용 홀의 면적 이상의 면적으로 형성되는 컬럼 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 광의 투과를 차단하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 표시 기판은 상기 데이터 라인과 동일한 층에 형성되며, 상기 컬럼 스페이서의 가장자리에 형성되는 광차단막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  21. 제16항에 있어서, 상기 대향 기판은 상기 스토리지용 홀에 대응하여 상기 스토리지용 홀의 면적보다 넓은 면적으로 형성되는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 표시 기판은 상기 데이터 라인과 동일한 층에 형성되며, 상기 블랙 매트릭스의 가장자리에 대응되도록 형성되는 광차단막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 표시 기판은 상기 화소 전극 상에 형성되며, 상기 스토리지용 홀 영역에서 상기 스토리지용 홀의 면적 이상의 면적으로 형성되는 컬럼 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 컬럼 스페이서는 광의 투과를 차단하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  25. 제23항에 있어서, 상기 표시 기판은 상기 데이터 라인과 동일한 층에 형성되며, 상기 컬럼 스페이서의 가장자리에 형성되는 광차단막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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