KR101622184B1 - Method of fabricating color filter using surface plasmon and method of fabricating liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 표면 플라즈몬(surface plasmon)을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법은 금속막에 주기성을 갖는 파장이하(sub-wavelength)의 다수개의 홀(hole)로 이루어진 투과막 패턴을 형성하고 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 컬러를 구현함으로써 패널의 투과율을 향상시키는 것과 동시에 공정을 단순화하기 위한 것을 특징으로 한다.A color filter using a surface plasmon and a method of manufacturing a liquid crystal display according to the present invention are characterized by forming a transmissive film pattern composed of a plurality of sub-wavelength holes having a periodicity in a metal film, The present invention is characterized in that the transmittance of the panel is improved and the process is simplified at the same time by selectively transmitting only light of a specific wavelength using the plasmon phenomenon to realize color.
특히, 상기 본 발명의 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법은 금속막 하부에 상기 금속막의 산화물과 동일한 금속 산화물을 먼저 증착하고, 이후 투과막 패턴을 형성한 다음 산소(O2) 어닐링을 통해 상기 금속 산화물로 상기 투과막 패턴 내부를 공극 없이 채워줌으로써 표면 플라즈몬에 의한 투과광의 효율이 향상되는 동시에 상기 금속막의 기판에 대한 부착(adhesion)을 강화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.In particular, a manufacturing method of using a surface plasmon of the present invention, a color filter and a liquid crystal display device is the first deposition of the same metal oxide and the metal film, the oxide on the metal layer lower portion to form a subsequent transmission layer pattern, and then the oxygen (O 2) The efficiency of transmitted light by the surface plasmons is improved and the adhesion of the metal film to the substrate is enhanced by filling the inside of the transparent film pattern with the metal oxide through the annealing without voids.
표면 플라즈몬, 금속막, 금속 산화물, 산소 어닐링, 투과막 패턴 Surface plasmon, metal film, metal oxide, oxygen annealing, transmission film pattern
Description
본 발명은 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조의 컬러필터를 구비한 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a color filter using a surface plasmon and a method of manufacturing a liquid crystal display, and more particularly to a surface plasmon having a color filter of a three-dimensional pattern structure having a transparent film pattern selectively transmitting only light of a specific wavelength, And a method of manufacturing a liquid crystal display device.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, interest in information display has increased, and a demand for using portable information media has increased, and a light-weight flat panel display (FPD) that replaces a cathode ray tube (CRT) And research and commercialization are being carried out. Particularly, among such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD) is an apparatus for displaying an image using the optical anisotropy of a liquid crystal, and is excellent in resolution, color display and picture quality and is actively applied to a notebook or a desktop monitor have.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기 판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.The liquid crystal display comprises a color filter substrate, an array substrate, and a liquid crystal layer formed between the color filter substrate and the array substrate.
상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 다수의 마스크공정 즉, 포토리소그래피(photolithography)공정을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되어지고 있다.Since the manufacturing process of the liquid crystal display device basically requires a number of mask processes, that is, a photolithography process, a method of reducing the number of masks in terms of productivity is required.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a typical liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.As shown in the figure, the liquid crystal display comprises a
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(sub-pixel)(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역(P)을 정의하는 다수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.The
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The
이때, 합착시 정렬(align) 오차에 의한 빛샘불량을 방지하기 위해 블랙매트릭스의 선폭을 넓게 함으로써 정렬 마진(margin)을 확보하게 되는데, 그에 따라 패널의 개구율이 감소하게 된다.At this time, in order to prevent the defects of the light leakage due to the alignment error during the cementation, an alignment margin is secured by enlarging the line width of the black matrix, thereby decreasing the aperture ratio of the panel.
상기 액정표시장치에 사용되는 기존의 컬러필터는 염료 또는 안료를 이용하여 불필요한 색의 광은 흡수하여 소멸시키고 구현하고자 하는 색의 광만 투과시켜 컬러를 구현함에 따라 하나의 서브-화소를 기준으로 입사된 백색광에서 RGB 삼원색 중 한가지색만 투과시킴으로써 컬러필터층에서 투과율이 30%이상 되기 어렵다. 이러한 이유로 패널의 투과효율이 매우 낮아 백라이트에 의한 전력 소비가 증가하게 된다.Conventional color filters used in the liquid crystal display device absorb color and light of unnecessary colors by using dyes or pigments, and transmit only light of colors to be realized, thereby realizing colors. Therefore, It is difficult for the color filter layer to have a transmittance of 30% or more by transmitting only one of the RGB three primary colors in white light. For this reason, the transmission efficiency of the panel is so low that the power consumption by the backlight is increased.
도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도이다.Fig. 2 is an exemplary diagram schematically showing the transmission efficiency of a panel when a color filter using a general pigment dispersion method is used.
도면을 참조하면, 백라이트로부터 입사된 광은 편광판, TFT 어레이, 액정 및 컬러필터를 거치면서 광량이 줄어들게 됨에 따라 투과효율이 5%미만으로 감소하게 됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the light incident from the backlight is reduced in light amount through the polarizer, the TFT array, the liquid crystal, and the color filter, and the transmission efficiency is reduced to less than 5%.
이때, 상기 편광판, TFT 어레이 및 컬러필터는 각각 투과율이 40%, 45 ~ 55% 및 25%정도인 경우를 예를 들고 있다.At this time, the polarizing plate, the TFT array, and the color filter each have a transmittance of 40%, 45% to 55%, and 25%, respectively.
또한, 기존의 컬러필터는 각 원색별로 컬러 레지스트 도포, 노광, 현상 및 경화공정을 반복, 진행하여야 하기 때문에 공정이 복잡하고, 컬러필터 기판에 컬러필터를 제조하기 위해 TFT 공정라인과 별도로 컬러필터 공정라인을 운영해야 하므로 라인 투자비용이 증가하게 된다.In addition, since the conventional color filter must repeat the color resist coating, exposure, development and curing processes for each primary color, the process is complicated. In order to manufacture a color filter on a color filter substrate, a color filter process Line investment, which leads to an increase in line investment costs.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 기존의 염료 또는 안료를 이용하지 않고, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 투과효율이 향상된 컬러필터를 형성함으로써 개구율 및 패널의 투과율을 향상시킨 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a color filter using a surface plasmon which improves the aperture ratio and transmittance of a panel by forming a color filter having improved transmission efficiency by using surface plasmon phenomenon without using a conventional dye or pigment. And a manufacturing method of the liquid crystal display device.
본 발명의 다른 목적은 상기 표면 플라즈몬 컬러필터의 투과막 패턴 내부에 공극발생을 방지함으로써 표면 플라즈몬에 의한 투과광의 효율을 향상시킨 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a color filter using a surface plasmon and a manufacturing method of a liquid crystal display device, wherein the efficiency of transmitted light by the surface plasmon is improved by preventing the occurrence of voids in the transmissive film pattern of the surface plasmon color filter.
본 발명의 다른 목적은 금속막의 기판에 대한 부착을 강화하는 동시에 평탄화막을 대체할 수 있는 방안을 제시한 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a color filter and a liquid crystal display device using a surface plasmon, which is capable of enhancing adhesion of a metal film to a substrate and replacing a planarization film.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the following description of the invention and claims.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터의 제조방법은 기판 위에 금속 산화물로 이루어진 배리어층을 형성하는 단계, 상기 배리어층 위에 상기 금속으로 이루어진 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층을 선택적으로 패터닝하여 상기 금속으로 이루어진 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 형성하는 단계 및 산소 어닐링을 진행하여 상기 금속막 주위와 상기 투과막 패턴 내부를 상기 금속의 금속 산화물로 채우는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a color filter using surface plasmon comprising the steps of forming a barrier layer of a metal oxide on a substrate, forming a metal layer of the metal on the barrier layer, Forming a transparent film pattern composed of a plurality of holes having a periodicity in the metal film made of metal or less and a plurality of holes of a wavelength shorter than the wavelength of the transparent film pattern, and performing oxygen annealing to surround the metal film and the transparent film pattern, And filling it with an oxide.
본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 상기의 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 제 1 기판이나 제 2 기판에 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.The method of manufacturing a liquid crystal display of the present invention may include forming a color filter using the surface plasmon on the first substrate or the second substrate.
이때, 상기 금속의 금속 산화물과 동일한 물질로 상기 배리어층을 형성할 수 있다.
상기 금속으로 Al, Cu(Mg) 및 Ta를 사용하는 경우에는 상기 금속 산화물로는 Al2O3, MgO 및 Ta2O5를 사용할 수 있다.
상기 산소 어닐링은 상기 금속막이 노출된 상태에서 진행하며, 이때 생기는 금속 산화물이 상기 금속막 하부의 상기 배리어층과 동종의 유전체를 형성할 수 있다.
상기 산소 어닐링 공정 후에, 상기 기판 위에 상기 금속 산화물과 동일한 금속 산화물로 절연층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.At this time, the barrier layer may be formed of the same material as the metal oxide of the metal.
When Al, Cu (Mg), and Ta are used as the metal, Al2O3, MgO, and Ta2O5 may be used as the metal oxide.
The oxygen annealing proceeds in a state in which the metal film is exposed, and the metal oxide may form a dielectric of the same kind as the barrier layer under the metal film.
After the oxygen annealing process, forming an insulating layer on the substrate with the same metal oxide as the metal oxide.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법은 상, 하부 기판의 정렬이 불필요하여 정렬 마진 확보를 위한 개구율 감소문제를 해결할 수 있는 한편, 패널의 투과효율이 기존대비 약 3배정도 증가함에 따라 백라이트에 대한 전력 소비가 감소하게 되는 효과를 제공한다.As described above, the color filter using the surface plasmon and the manufacturing method of the liquid crystal display according to the present invention can solve the problem of decreasing the aperture ratio for ensuring the alignment margin since the alignment of the upper and lower substrates is unnecessary, The power consumption of the backlight is reduced by about three times as much as the conventional one.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법은 백라이트의 전력 소비가 감소함에 따라 다원색 화소를 구현할 수 있게 되어 고색재현의 화질을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.The color filter using the surface plasmon and the method of manufacturing the liquid crystal display according to the present invention can realize a multi-primary pixel as the power consumption of the backlight is reduced, thereby providing an image of high color reproduction.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법은 표면 플라즈몬 컬러필터의 투과막 패턴 내부에 공극발생을 방지함으로써 표면 플라즈몬에 의한 투과광의 효율 및 색재현성을 향상시킬 수 있게 되는 동시에 금속막의 기판에 대한 부착이 강화되는 효과를 제공한다. 그리고, 표면 플라즈몬 컬러필터를 절연층이 균일하게 덮음으로써 균일한 표면 플라즈몬 효과의 구현을 통해 표시품질이 향상되는 한편, 평탄화막을 형성하기 위한 추가적인 공정이 필요하지 않아 제조공정이 단순화되는 효과를 제공한다. 또한, 컬러필터 표면이 균일하게 평탄화 됨에 따라 상부에 소자구현이 용이한 효과를 제공한다.The color filter using the surface plasmon and the manufacturing method of the liquid crystal display according to the present invention can improve the efficiency and the color reproducibility of the transmitted light by the surface plasmon by preventing the generation of voids in the transmissive film pattern of the surface plasmon color filter And the adhesion of the metal film to the substrate is enhanced. By uniformly covering the surface plasmon color filter with the insulating layer, the display quality can be improved through the uniform surface plasmon effect, and an additional process for forming the planarization film is not necessary, thereby simplifying the manufacturing process . Further, as the surface of the color filter is uniformly planarized, it is easy to implement the device on the upper side.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a color filter using a surface plasmon and a manufacturing method of a liquid crystal display according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
기존의 어레이 기판의 개구율 개선을 통한 투과율 향상은 물리적 한계에 직면하고 있으며, 이에 따라 개구율 개선보다는 컬러필터의 제거를 통한 투과율 향상 으로 패러다임(paradigm)의 이동이 필요하다.The improvement of the transmissivity through the improvement of the aperture ratio of the existing array substrate is faced with the physical limitations, and therefore, it is necessary to shift the paradigm by improving the transmissivity by removing the color filter rather than improving the aperture ratio.
이를 위해 소정의 금속막에 특정 파장의 빛만이 선택적으로 투과되도록 투과막 패턴을 형성하여 빛을 필터링(filter)하는 방식이 제안되고 있으며, 이와 같은 표면 플라즈몬 현상을 이용한 컬러필터를 형성하여 적, 녹 및 청색의 빛을 투과시키는 컬러필터를 구현하고자 한다.For this purpose, a method of filtering light by forming a transparent film pattern so that only a specific wavelength of light is selectively transmitted through a predetermined metal film is proposed. A color filter using the surface plasmon phenomenon is formed, And a color filter transmitting blue light.
도 3a 및 도 3b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.FIGS. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view schematically showing the structure of a color filter according to the present invention, which is manufactured using a surface plasmon phenomenon.
도면을 참조하면, 소정의 금속막(152) 내에 일정한 주기(a)를 갖는 파장이하(sub-wavelength)의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(153)을 형성하게 되면, 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링(coupling)되면서 특정 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 얻을 수 있게 된다.Referring to FIG. 6, when a
예를 들어, 은 필름(silver film)에 일정한 주기(a)를 갖는 파장이하의 홀 패턴을 형성하게 되면 홀의 크기(d)와 주기(a)에 따라 선택된 적, 녹 및 청색의 특정 파장의 빛만이 투과됨으로써 RGB 색을 구현할 수 있게 되며, 빛의 투과는 홀 주변의 빛을 끌어들임에 따라 홀 면적보다 많은 양의 빛이 투과될 수 있게 된다.For example, when a hole pattern of a wavelength shorter than a predetermined period (a) is formed in a silver film, only light of a specific wavelength of red, green, and blue selected according to the hole size (d) and the period (a) So that the RGB color can be realized and the light transmission can transmit a larger amount of light than the hole area as the light around the hole is drawn.
참고로, 상기 플라즈몬이란 입사된 빛의 전기장에 의해 금속막 표면에 유도된 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말하는 것으로, 표면 플라즈몬은 플라즈몬이 금속막 표면에 국부적으로 존재하는 것을 말하며, 금속막과 유전체의 경계면을 따라 진행하는 전자기파에 해당한다.For reference, the plasmon refers to a pseudoparticle in which free electrons induced in the surface of a metal film are collectively vibrated by an electric field of incident light. The surface plasmon refers to a plasmon locally present on the surface of a metal film, And the electromagnetic wave propagating along the interface between the dielectric and the dielectric.
또한, 표면 플라즈몬 현상이란 나노 수준의 주기적인 홀 패턴을 갖는 금속막 표면에 빛이 입사할 경우 특정 파장의 빛과 금속막 표면의 자유전자가 공명을 일으켜 특정 파장의 빛을 형성하는 현상을 말하며, 입사된 빛에 의해 표면 플라즈몬을 형성할 수 있는 특정 파장의 빛만이 홀을 투과할 수 있으며 나머지 빛은 모두 금속막 표면에 의해 반사가 이루어진다.The surface plasmon phenomenon refers to a phenomenon in which light of a specific wavelength and free electrons on a metal film resonate to form light of a specific wavelength when light is incident on a metal film surface having a periodic hole pattern at a nano level, Only light of a specific wavelength capable of forming a surface plasmon by the incident light can pass through the hole, and all the remaining light is reflected by the metal film surface.
일반적으로 두꺼운 금속막은 입사광에 대해 비투과 성질을 가지며, 금속막에 형성된 홀의 크기가 입사광 파장보다 매우 작으면 투과광의 세기는 현저히 작게 된다. 그러나, 파장이하의 작은 홀이라도 금속막에 주기적으로 배열되면 표면 플라즈몬의 여기로 인해 광의 투과도가 크게 증폭되게 된다. 일반적으로 빛 또는 광자는 그 분산 곡선이 표면 플라즈몬의 분산 곡선과 교차되지 않는다. 따라서 광자를 표면 플라즈몬으로 직접 결합시키기 위해 일정한 주기를 가진 홀 패턴의 격자 구조를 금속막 표면에 형성하여 운동량 보존을 만족시킴으로써 표면 플라즈몬을 여기시키게 된다.In general, a thick metal film has a non-transmissive property with respect to incident light. If the size of the hole formed in the metal film is much smaller than the incident light wavelength, the intensity of transmitted light is remarkably small. However, even if a small hole having a wavelength or less is periodically arranged in the metal film, the transmittance of light is greatly amplified due to the excitation of the surface plasmon. In general, the light or photon does not have its dispersion curve intersecting the dispersion curve of the surface plasmon. Therefore, in order to directly couple the photons to the surface plasmons, a lattice structure of a hole pattern with a certain period is formed on the surface of the metal film to excite the surface plasmons by satisfying the momentum conservation.
이와 같은 특성을 이용하여 투과막 패턴, 구체적으로 홀의 주기와 크기, 그리고 금속막의 두께 등을 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 투과시키는 것이 가능하게 되는데, 주기가 a인 홀들에 의한 정사각형 배열 구조를 가진 금속막이 있을 때, 여기에 수직 입사하는 광에 의한 투과광의 중심 피크 파장, 즉 표면 플라즈몬 공명 파장은 다음의 수학식 1로부터 주어진다.By using such characteristics, it becomes possible to transmit light of a desired wavelength by controlling the transmissive film pattern, specifically, the period and size of holes and the thickness of the metal film. In this case, a metal having a square arrangement structure When there is a film, the center peak wavelength of the transmitted light due to the light incident perpendicularly thereto, that is, the surface plasmon resonance wavelength, is given by the following equation (1).
수학식 1 Equation 1
여기서, 은 금속의 유전 상수이고, 는 금속에 인접한 유전체 물질의 유전 상수이다. 즉, 투과막 패턴의 주기를 바꾸어 주거나 유전체 물질을 변화시킴으로써 표면 플라즈몬 현상에 의해 투과되는 피크 파장을 조절할 수 있다.here, Is the dielectric constant of the metal, Is the dielectric constant of the dielectric material adjacent to the metal. That is, it is possible to control the peak wavelength transmitted by the surface plasmon phenomenon by changing the period of the transmissive film pattern or changing the dielectric material.
이때, 상기 투과막 패턴의 홀은 단순한 원형뿐만 아니라 필요에 따라 타원, 사각형, 삼각형, 슬릿 등 다양한 형태로 변경할 수 있으며, 원형의 경우 크기, 즉 지름은 100 ~ 300nm이고 주기는 300 ~ 700nm범위를 가질 수 있다.In this case, the hole of the transmissive film pattern can be changed into various shapes such as an ellipse, a square, a triangle, and a slit as well as a simple circular shape. In case of a circular shape, a hole having a diameter of 100 to 300 nm and a period of 300 to 700 nm Lt; / RTI >
한편, 상기 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터의 금속막은 모든 면을 굴절률이 동일한 유전체로 덮어주는 것이 효율면에서 유리한데, 이는 표면 플라즈몬이 금속과 주변 유전체의 유전상수의 영향을 받으므로 2성분계를 형성해야 효율에 유리하기 때문이다.On the other hand, it is advantageous from the viewpoint of efficiency to cover all surfaces of the metal film of the color filter using the surface plasmon with a dielectric having the same refractive index because the surface plasmon is affected by the dielectric constant of the metal and the surrounding dielectric, This is because it is advantageous for efficiency.
이때, 주변 유전체들의 유전상수 값에 차이가 발생하거나 컬러필터의 투과막 패턴이 유전체로 완전히 채워지지 않아 패턴 내부에 공극이 발생하는 경우에는 피크파장의 이동(shift)으로 인한 혼색 등으로 디스플레이의 품질이 저하되게 된다.At this time, when the dielectric constant value of the peripheral dielectrics is different or when the transmissive film pattern of the color filter is not completely filled with the dielectric, voids are generated in the pattern, the color quality due to the shift of the peak wavelength, .
즉, 컬러필터의 투과막 패턴은 나노(nano) 사이즈로 내부에 유전체를 채워 넣어야 하나 좁은 공간으로 인해 공극(cavity)이 발생하게 된다. 이는 일반적으로 상기 컬러필터의 투과막 패턴 내부에 유전체를 채워 넣기 위해 컬러필터의 금속막 상부에 절연층을 증착할 때, 도 4와 같이 금속막의 상부와 모서리부에 먼저 절연층이 증착되게 되어 투과막 패턴의 내부 일부에 공극이 생기게 된다. 이러한 공극은 표면 플라즈몬의 형성시 금속막에 서로 다른 유전율 계면을 형성하게 됨에 따라 파장의 이동 또는 분리현상을 발생시키게 한다.That is, the transmissive film pattern of the color filter has to be filled with a dielectric material in a nano size but a cavity is created due to a narrow space. In general, when an insulating layer is deposited on the metal film of the color filter to fill the dielectric film in the transparent film pattern of the color filter, an insulating layer is first deposited on the upper and corner portions of the metal film as shown in FIG. 4, Voids are formed in the inner part of the film pattern. These pores create different dielectric constant interfaces in the metal film during the formation of surface plasmons, resulting in wavelength shift or separation phenomena.
도 5a 및 도 5b는 이종의 유전체로 인한 표면 플라즈몬의 피크이동 및 그에 따른 혼색을 설명하기 위한 그래프이다.5A and 5B are graphs for explaining the peak shift of surface plasmon due to heterogeneous dielectrics and the resulting color mixture.
도면에 도시된 바와 같이, 표면 플라즈몬에 의해 형성되는 피크파장은 금속과 유전체 물질의 유전상수 및 금속 결정의 격자상수에 의해 결정되게 되므로 컬러필터의 금속막 주위 유전체들의 유전상수 값이 일치해야만 하나의 예리한(sharp) 피크를 가진 원하는 파장(a)의 빛(A)만 나오게 되나, 컬러필터의 투과막 패턴, 예를 들어 홀 사이즈는 수백 nm로 미세하기 때문에 이런 홀 내에 유전체 물질을 채우는 것이 어려운 문제이다.As shown in the figure, the peak wavelength formed by the surface plasmon is determined by the dielectric constant of the metal and the dielectric material and the lattice constant of the metal crystal, so that the dielectric constant values of the dielectric materials around the metal film of the color filter must match, Only light (A) of a desired wavelength (a) having a sharp peak is emitted. However, since the transmissive film pattern of the color filter, for example, the hole size is as small as several hundred nm, to be.
예를 들어 컬러필터의 금속막 위에 하부 기판과 다른 유전상수를 가진 유전체가 형성되는 경우 원하는 파장(a)의 빛(A) 이외에 원하지 않은 파장(b)의 빛(B)이 생성되어 결과적으로 혼색의 파장(a')을 가진 빛(A')이 나오게 된다.For example, when a dielectric material having a dielectric constant different from that of the lower substrate is formed on a metal film of a color filter, light (B) of undesired wavelength (b) is generated in addition to light (A) of a desired wavelength (a) The light (A ') having the wavelength (a') of the wavelength?
또한, 상기 컬러필터 금속막 위에 하부 기판과 같은 유전상수를 가진 유전체가 형성되기는 하나, 컬러필터의 투과막 패턴이 유전체로 완전히 채워지지 않아 패턴 내부에 공극이 발생하는 경우에는 상기 공극으로 인한 작은 파장의 빛이 추가되어 색순도가 저하되기도 한다.In addition, although a dielectric having the same dielectric constant as that of the lower substrate is formed on the color filter metal film, when the transparent film pattern of the color filter is not completely filled with the dielectric and voids are generated in the pattern, Light is added to decrease the color purity.
특히, 기존의 증착방법은 물리기상증착(Physical Vapour Deposition; PVD)과 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition) 방식이 사용되는데, 두 방식 모두 하부층인 나노 구조물의 사이즈 및 테이퍼(taper)에 따라 증착 막의 모양이 영향을 받을 수 있다.Particularly, the conventional vapor deposition method uses Physical Vapor Deposition (PVD) and Chemical Vapor Deposition (Vapor Deposition). In both methods, the shape of the deposited film depends on the size and the taper of the lower nano structure Can be affected.
상기 증착 막은 하부층의 표면 형상을 따라서 막이 형성되나 하부 패턴의 각 도가 커지면 완전한 증착을 못하고 틈(공극)이 발생하게 되는데, 하부 패턴의 테이퍼가 90°에 가깝거나 그 이상인 경우 스텝커버리지(step coverage)가 좋지 못하여 막간에 공극이 발생하게 된다. 이 공극을 통해 화학물질 또는 공기가 침투하게 되면 하부층이 손상될 수 있으며, 나노 구조물에서는 상기 공극으로 인해 특성이 변화되거나 불량이 유발될 수 있다. 또한, 하부층의 형태를 따라서 증착 되기 때문에 후속 공정을 위해 평탄화가 필요한 경우 평탄화를 위한 추가 공정이 필요하게 된다.If the taper of the lower pattern is close to or more than 90 °, the step coverage may not be sufficient. However, if the taper of the lower pattern is close to or greater than 90 °, The air gap is generated between the films. When the chemical or air penetrates through the pores, the lower layer may be damaged, and in the nanostructure, the pores may change the properties or cause defects. In addition, because of the deposition of the underlying layer, additional processing for planarization is required when planarization is required for subsequent processing.
이를 해결하기 위해 본 발명의 실시예에서는 금속막 하부에 상기 금속막의 산화물과 동일한 금속 산화물, 예를 들어 표면 플라즈몬의 금속막으로 Cu(Mg) 합금을 이용할 때 상기 Cu(Mg)의 산화물과 동일한 산화마그네슘(MgO)을 먼저 증착하고, 이후 투과막 패턴을 형성한 다음 산소 어닐링을 진행하게 되면 상기 Cu(Mg)의 경계로 MgO가 형성되게 된다. 이때, 상기 MgO가 형성이 되면서 나노 사이즈의 투과막 패턴 내부를 공극 없이 채워줌으로써 표면 플라즈몬에 의한 투과광의 효율이 향상되는 동시에 상기 금속막의 기판에 대한 부착(adhesion)을 강화할 수 있게 된다.In order to solve this problem, in the embodiment of the present invention, when a metal oxide such as an oxide of the metal film below the metal film, for example, a Cu (Mg) alloy as a metal film of a surface plasmon is used, MgO is first deposited, and then a permeation film pattern is formed, followed by oxygen annealing, MgO is formed at the boundary of Cu (Mg). At this time, since the MgO is formed and filled in the nano-sized transparent film pattern without voids, the efficiency of transmitted light by the surface plasmon is improved and the adhesion of the metal film to the substrate can be enhanced.
상기 표면 플라즈몬 금속막으로 알루미늄(aluminium; Al), Cu(Mg) 및 탄탈(tantalum; Ta)을 사용할 수 있고, 이때 산화물 재료로는 Al2O3, MgO 및 Ta2O5이다.Aluminum (Al), Cu (Mg), and tantalum (Ta) can be used as the surface plasmon metal film, and Al 2 O 3 , MgO, and Ta 2 O 5 are used as the oxide materials.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 형성과정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.6A to 6E are sectional views sequentially illustrating a color filter forming process according to an embodiment of the present invention.
도 6a에 도시된 바와 같이, 금속막을 형성하기 전에 기판(110) 위에 상기 금속막의 산화물과 동일한 금속 산화물, 예를 들어 표면 플라즈몬의 금속막으로 Cu(Mg) 합금을 이용하는 경우 상기 Cu(Mg)의 산화물과 동일한 MgO를 증착하여 소정의 배리어층(111)을 형성한다.6A, when a Cu (Mg) alloy is used as the metal oxide of the metal film, for example, a metal film of the surface plasmon, on the
이때, 상기 금속 산화물은 금속이 산화될 때 생성되는 물질로 동일한 물질을 의미한다.In this case, the metal oxide is a material generated when the metal is oxidized, which means the same material.
여기서, 글라스로 이루어진 기판(110) 위에 직접 금속을 증착하는 경우에는 SiO2로 이루어진 글라스와 금속간 부착 약화로 막 들뜸 현상 등의 이상이 발생할 수 있어 본 발명의 실시예와 같이 금속막 하부에 배리어층(111)을 형성하게 되며, 이때 상기 배리어층(111)은 금속막의 산화물과 동일한 금속 산화물로 형성하게 된다.In the case of depositing a metal directly on the
이때, 상기 배리어층(111)은 유전체 내에서 표면 플라즈마 발생을 고려하여 100 ~ 1500Å의 두께로 증착할 수 있다.At this time, the
그리고, 상기 표면 플라즈몬 금속막으로 Al, Cu(Mg) 및 Ta을 사용하는 경우 상기 산화물 재료로는 각각 Al2O3, MgO 및 Ta2O5가 사용될 수 있다.When Al, Cu (Mg), and Ta are used as the surface plasmon metal film, Al 2 O 3 , MgO, and Ta 2 O 5 may be used as the oxide material, respectively.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 배리어층(111) 위에 1000 ~ 5000Å 두께로 금속층(120)을 형성한다. 이때, 상기 금속층(120)은 Al, Cu(Mg) 및 Ta 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.Next, as shown in FIG. 6B, a
다음으로, 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(120) 위에 소정 의 감광막패턴(170)을 형성한 후, 상기 감광막패턴(170)을 마스크로 그 하부의 금속층(120)을 선택적으로 패터닝함으로써 금속막(152) 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(153)이 형성됨에 따라 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 컬러를 구현하는 컬러필터(150)가 제작되게 된다.Next, as shown in FIGS. 6C and 6D, a
이때, 상기 투과막 패턴(153)의 홀은 일정한 주기를 가진 파장이하의 크기로 단순한 원형뿐만 아니라 필요에 따라 타원, 사각형, 삼각형, 슬릿 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.At this time, the holes of the
다음으로, 도 6e에 도시된 바와 같이, 금속막(152)이 노출된 상태에서 산소 어닐링을 진행하게 되면 금속 산화물이 형성되게 되는데, 이때 생기는 금속 산화물이 상기 금속막(152) 하부의 배리어층(111)과 동종의 유전체가 되므로 금속막(152) 주위 경계면에는 산화물이 둘러싸면서 표면 플라즈몬을 형성하는데 용이하게 된다. 또한, 금속 산화물이 나노 사이즈의 투과막 패턴(153) 내부를 채우게 되면서 SiO2와 같은 절연체로 상기 투과막 패턴(153)을 채우기 위한 별도의 공정이 필요 없게 되며, 증착할 때 문제가 되는 공극 발생을 방지할 수 있게 된다.Next, as shown in FIG. 6E, when oxygen annealing is performed in a state where the
이때, 상기 산소 어닐링은 PVD나 CVD 장비 내에서 300 ~ 500℃의 온도로 진행할 수 있으며, 상기 산소 어닐링 공정 이후 그 위에 동일한 금속 산화물, 예를 들어 MgO로 절연층(106)을 추가 형성할 수도 있다.At this time, the oxygen annealing may be performed at a temperature of 300 to 500 ° C. in a PVD or CVD apparatus, and after the oxygen annealing process, an insulating
참고로, 도 7 및 도 8은 산소 어닐링에 의한 금속 산화물 형성을 보여주는 사진으로써, Cu(Mg) 경계면에 상기 Cu(Mg)의 산화물인 MgO가 둘러싸여진 것을 알 수 있다.7 and 8 are photographs showing formation of metal oxides by oxygen annealing. It can be seen that MgO, which is an oxide of Cu (Mg), is surrounded on the Cu (Mg) interface.
이때, 상기 도 7은 500℃의 온도 및 10mTorr의 산소압력 하에서 30분 동안 어닐링을 진행한 결과를 나타내며, 상기 도 8은 750℃의 온도 및 진공 하에서 30분 동안 어닐링을 진행한 결과를 나타내고 있다.7 shows the results of annealing for 30 minutes at a temperature of 500 ° C. and an oxygen pressure of 10 mTorr. FIG. 8 shows annealing for 30 minutes at a temperature of 750 ° C. and a vacuum.
이와 같이 특정한 주기 및 크기를 갖는 홀 패턴을 금속막 내에 형성하여, 금속막에서 발생하는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 컬러필터로 사용하고, 이를 액정표시장치에 적용함으로써 컬러를 구현하게 된다.As described above, a hole pattern having a specific period and size is formed in a metal film and is used as a color filter by using a surface plasmon phenomenon generated in a metal film, and is applied to a liquid crystal display device to realize a color.
이때, 기존의 컬러필터는 상부 컬러필터 기판에 형성되었으나, 본 발명에서 제안하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 상부 컬러필터 기판에 국한되지 않고, 하부 어레이 기판 또는 기판 외부에 형성할 수 있다.In this case, the conventional color filter is formed on the upper color filter substrate, but the color filter using the surface plasmon suggested in the present invention is not limited to the upper color filter substrate, but can be formed on the lower array substrate or the substrate.
또한, 기존의 안료 또는 염료 형태의 컬러필터가 고온 공정이 불가능했던 것과 달리 금속막이 컬러필터 기능을 하기 때문에 금속막 위에 고온 공정을 통해 박막 트랜지스터를 제작하는 것이 가능하며, 컬러필터를 하부 어레이 기판에 형성함으로써 기존의 액정표시장치가 상부 컬러필터 기판과 하부 어레이 기판을 합착하기 위한 정렬 마진을 확보하기 위해 개구율을 감소시킬 수밖에 없었던 문제를 해결할 수 있다.In addition, it is possible to fabricate a thin film transistor through a high-temperature process on a metal film because the metal film functions as a color filter, unlike the conventional pigment or dye type color filter, It is possible to solve the problem that the conventional liquid crystal display device has to reduce the aperture ratio in order to secure an alignment margin for attaching the upper color filter substrate and the lower array substrate.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 설명의 편의를 위해 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용한다.9 and 10 are sectional views schematically showing a structure of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. For convenience of explanation, the same reference numerals are applied to substantially the same constituent elements.
이러한 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 액정표시장치에 구현하는 방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 상부 컬러필터 기판(105)에 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터(150)를 형성하는 방법이 있다.A method of implementing a color filter using such a surface plasmon in a liquid crystal display device is a method of forming a
이때, 얻을 수 있는 장점은 단일 금속막에 1-스텝(step) 공정으로 투과막 패턴을 형성하여 RGB를 구현하는 한편, 이를 상부 ITO 공통전극이나 배면 ITO로 대신 사용하도록 함으로써 공정이 간단하여 제조 비용을 절감할 수 있다는 것이다.At this time, the advantage that can be obtained is that a transmissive film pattern is formed by a one-step process on a single metal film to realize RGB, and it is used instead of the upper ITO common electrode or the rear ITO, Can be saved.
이와 같이 형성된 컬러필터 기판(105)은 컬럼 스페이서(160)에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(미도시)에 의해 어레이 기판(110)과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 어레이 기판(110)에는 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역을 정의하는 다수개의 게이트라인(미도시)과 데이터라인(미도시), 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역 위에 형성된 화소전극(118)이 형성되어 있다.The
이때, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인에 연결된 게이트전극(121), 상기 데이터라인에 연결된 소오스전극(122) 및 상기 화소전극(118)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123) 사이의 절연을 위한 제 1 절연막(115a) 및 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 사이에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브패턴(124)을 포함한다. 참고로, 도면부호 115b 및 125n은 각각 제 2 절연막 및 상기 액티브패턴(124)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(122, 123) 사이를 오믹-콘 택(ohmic contact)시키는 오믹-콘택층을 나타낸다.The thin film transistor includes a
한편, 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 금속막을 사용하기 때문에 고온 공정에도 손상을 입지 않는다는 장점이 있다. 이를 착안하여 어레이 기판에 컬러필터를 형성하는 방법을 생각할 수 있다.On the other hand, the color filter using the surface plasmon has the advantage that it is not damaged by the high temperature process because it uses the metal film. And a color filter is formed on the array substrate by drawing attention to this.
이때, 상기 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(150)는 도 10에 도시된 바와 같이 셀 내부, 즉 박막 트랜지스터 어레이 하부에 위치시킬 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았지만, 셀 외부 즉, 어레이 기판(110)의 외부 면에 형성하는 것도 가능하다.In this case, the
이 경우 상부 컬러필터 기판(105)에는 컬러필터와 블랙매트릭스를 제외한 공통전극(108)이 형성될 수 있으며, 상기 어레이 기판(110)에 형성된 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(150)는 플로팅(floating)되거나 접지(ground)될 수 있다.In this case, the
이와 같이 어레이 기판(110)에 컬러필터(150)를 형성할 경우 상부 컬러필터 기판(105)과 하부 어레이 기판(110)의 정렬을 위한 마진 확보가 불필요하여 패널 설계시 개구율을 추가로 확보할 수 있다는 장점이 있으며, 이로 인해 패널의 투과율을 향상시킬 수 있다. 패널 투과율이 향상되면 백라이트의 밝기를 감소시킬 수 있으므로 백라이트에 대한 전력 소비가 감소하게 되는 효과를 제공한다.When the
이와 같이 백라이트의 전력 소비가 감소함에 따라 다원색 화소를 구현할 수 있게 되어 고색재현의 화질을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.As the power consumption of the backlight is reduced as described above, it is possible to realize a multi-primary-color pixel, thereby providing an effect of obtaining a high-quality color reproduction image.
또한, 어레이 기판(110)에 컬러필터(150)를 형성하여 컬러필터 공정라인을 제거하는 경우 시설투자비와 건설비를 약 50%정도 절감할 수 있는 효과를 제공한 다.Further, when the
이하, 예를 들어 상기와 같은 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 어레이 기판에 형성한 경우의 액정표시장치 구조 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a structure of a liquid crystal display device and a manufacturing method thereof when a color filter using the surface plasmon is formed on an array substrate will be described in detail with reference to the drawings.
도 11은 상기 도 10에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도이다.11 is a plan view schematically showing a part of an array substrate of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
이때, 설명의 편의를 위해 좌측으로부터 청, 적 및 녹색에 해당하는 서브-컬러필터로 구성되는 하나의 화소를 예를 들어 나타내고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 삼원색 이상의 다원색을 구현하는 경우에도 적용할 수 있다.In this case, for convenience of explanation, one pixel composed of sub-color filters corresponding to blue, red and green is shown from the left for example. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can also be applied to a case of implementing multi-primary colors of three or more colors.
그리고, 상기 청, 적 및 녹색에 해당하는 서브-화소는 컬러필터의 구조, 즉 투과막 패턴의 홀의 크기 및 간격을 제외하고는 실질적으로 동일한 구성요소로 이루어져 있다.The sub-pixels corresponding to blue, red and green are substantially identical to each other except for the structure of the color filter, that is, the size and the interval of the holes of the transmissive film pattern.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 네마틱상의 액정분자를 기판에 대해 수직 방향으로 구동시키는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN)방식의 액정표시장치를 예를 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the liquid crystal display according to the embodiment of the present invention is exemplified by a twisted nematic (TN) liquid crystal display device that drives nematic liquid crystal molecules in a direction perpendicular to a substrate, But is not limited thereto.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판(110)에는 상기 어레이 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상 기 화소영역 내에는 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 컬러필터 기판(105)의 공통전극(108)과 함께 액정층을 구동시키는 화소전극(118)이 형성되어 있다.As shown in the drawing, a
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(116)의 일부를 구성하는 게이트전극(121), 상기 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 상기 화소전극(118)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123)의 절연을 위한 제 1 절연막(미도시) 및 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널을 형성하는 액티브패턴(미도시)을 포함한다.The thin film transistor includes a
이때, 상기 소오스전극(122)의 일부는 일 방향으로 연장되어 상기 데이터라인(117)의 일부를 구성하며, 상기 드레인전극(123)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 제 2 절연막(미도시)에 형성된 콘택홀(140)을 통해 상기 화소전극(118)에 전기적으로 접속하게 된다.A part of the
특히, 상기 어레이 기판(110) 위에는 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(150)가 위치하게 되는데, 상기 컬러필터(150)는 소정의 금속막(152) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(153)이 형성되어 있어 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링 되면서 각각 청, 적 및 녹색에 해당하는 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 얻을 수 있게 된다.Particularly, a
이때, 상기 투과막 패턴(153)은 게이트라인(116)과 데이터라인(117) 및 박막 트랜지스터가 위치하는 영역을 제외한 화소영역 내에 형성되게 된다.At this time, the
도 12a 내지 도 12f는 상기 도 10에 도시된 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이며, 도 13a 내지 도 13e는 상기 도 11에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.FIGS. 12A to 12F are sectional views sequentially showing the manufacturing process of the liquid crystal display device shown in FIG. 10, and FIGS. 13A to 13E are plan views sequentially showing the manufacturing process of the array substrate shown in FIG.
도 12a 및 도 13a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110) 위에 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(150)를 형성한다.12A and 13A, a
이때, 상기 컬러필터(150)는 소정의 금속막(152) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(153)이 형성되어 있어 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링 되면서 각각 청, 적 및 녹색에 해당하는 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 얻을 수 있게 된다.At this time, the
이때, 상기 투과막 패턴(153)이 홀은 일정한 주기를 가진 파장이하의 크기로 단순한 원형뿐만 아니라 필요에 따라 타원, 사각형, 삼각형, 슬릿 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.At this time, the hole pattern of the
특히, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 상기 컬러필터(150) 하부에는 상기 금속막(152)의 산화물과 동일한 금속 산화물로 이루어진 배리어층(111)이 형성되는 한편, 산소 어닐링을 통해 상기 금속 산화물로 상기 투과막 패턴(153) 내부를 공극 없이 채워줌으로써 표면 플라즈몬에 의한 투과광의 효율이 향상되는 동시에 상기 금속막(152)의 기판(111)에 대한 부착을 강화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.In particular, as described above, the
이때, 상기 금속막(152)은 Al, Cu(Mg) 및 Ta을 사용할 수 있고, 상기 배리어층(111)과 상기 투과막 패턴(153) 내부의 유전체 및 그 상부의 절연층(106)은 상기 금속막(152)의 산화물, 즉 Al2O3, MgO 및 Ta2O5로 이루어질 수 있다.In this case, the
이와 같이 형성된 상기 컬러필터(150)는 소정의 금속막(152) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(153)이 형성되어 RGB 컬러를 구현하게 된다.The
상기 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터(150)에서는 청색 컬러영역 내 청색 컬러용 투과막 패턴을 통해 청색 컬러가 선택 투과되고, 적색 컬러영역 내 적색 컬러용 투과막 패턴을 통해 적색 컬러가 선택 투과되며, 녹색 컬러영역 내 녹색 컬러용 투과막 패턴을 통해 녹색 컬러가 선택 투과됨으로써, RGB 컬러를 구현하게 된다.In the
다음으로, 도 12b 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(106)이 형성된 어레이 기판(110) 위에 게이트전극(121)과 게이트라인(116)을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 12B and 13B, the
이때, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116)은 제 1 도전막을 상기 어레이 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.At this time, the
여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 상기 저저항 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구 조로 형성할 수도 있다.Here, as the first conductive film, a low resistance opaque conductive material such as aluminum, aluminum alloy, tungsten, copper, chromium, molybdenum, or molybdenum alloy may be used. The first conductive film may be formed of a multilayer structure in which two or more low resistance conductive materials are stacked.
다음으로, 도 12c 및 도 13c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 1 절연막(115a), 비정질 실리콘 박막, n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 증착한 후, 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(124)을 형성하는 한편, 상기 제 2 도전막으로 이루어지며 상기 액티브패턴(124)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 12C and 13C, a first insulating
또한, 상기 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 2 도전막으로 이루어지며, 상기 게이트라인(116)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인(117)을 형성하게 된다.In addition, the
이때, 상기 액티브패턴(124) 상부에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 동일한 형태로 패터닝된 오믹-콘택층(125n)이 형성되게 된다.At this time, an
또한, 상기 데이터라인(117) 하부에는 각각 상기 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 데이터라인(117)과 실질적으로 동일한 형태로 패터닝된 비정질 실리콘 박막패턴(미도시) 및 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(미도시)이 형성되게 된다.An amorphous silicon thin film pattern (not shown) and an n + amorphous silicon thin film (not shown) formed of the amorphous silicon thin film and the n + amorphous silicon thin film and substantially patterned in the same manner as the
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123) 및 데이터라인(117)은 하프-톤 마스크 또는 회절마스크를 이용하여 한번의 마스크공정으로 동시에 형성할 수 있게 된다.Here, the
이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인을 구성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 크롬, 몰리브덴 및 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 상기 저저항 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.At this time, the second conductive layer may be formed of a low-resistance opaque conductive material such as aluminum, aluminum alloy, tungsten, copper, chromium, molybdenum and molybdenum alloy to form a source electrode, a drain electrode and a data line. The second conductive layer may be formed in a multi-layered structure in which two or more low-resistance conductive materials are stacked.
다음으로, 도 12d 및 도 13d에 도시된 바와 같이, 상기 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123) 및 데이터라인(117)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 2 절연막(115b)을 형성한 후, 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 2 절연막(115b)을 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)에 상기 드레인전극(123)의 일부를 노출시키는 콘택홀(140)을 형성한다.12D and 13D, a second insulating
여기서, 상기 제 2 절연막(115b)은 실리콘질화막이나 실리콘산화막과 같은 무기절연막으로 이루어질 수 있으며, 포토아크릴(photo acrylic)이나 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene; BCB)과 같은 유기절연막으로 이루어질 수도 있다.Here, the second insulating
다음으로, 도 12e 및 도 13e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 절연막(115b)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 3 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 콘택홀(140)을 통해 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 접속하는 화소전극(118)을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 12E and 13E, a third conductive layer is formed on the entire surface of the
이때, 상기 제 3 도전막은 화소전극을 구성하기 위해 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질을 포함한다.Here, the third conductive layer may include a transparent conductive material having a high transmittance such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) to form a pixel electrode.
이와 같이 제작된 상기 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판은 도 12f에 도시된 바와 같이 컬럼 스페이서(160)에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(미도시)에 의해 컬러필터 기판(105)과 대향하여 합착되게 된다.The array substrate according to the embodiment of the present invention manufactured as described above is formed by a sealant (not shown) formed on the periphery of the image display region in a state where a certain cell gap is maintained by the
이때, 상기 컬러필터 기판(105)에는 컬러필터와 블랙매트릭스를 제외한 공통전극(108)이 형성될 수 있다.At this time, the
상기 본 발명의 실시예는 액티브층으로 비정질 실리콘 박막을 이용한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브층으로 다결정 실리콘 박막을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 산화물 반도체를 이용한 산화물 박막 트랜지스터에도 적용된다.Although the amorphous silicon thin film transistor using the amorphous silicon thin film as the active layer is described as an example of the present invention, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to the polycrystalline silicon thin film using the polycrystalline silicon thin film as the active layer Transistor and an oxide thin film transistor using an oxide semiconductor.
또한, 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.In addition, the present invention can be applied not only to a liquid crystal display device but also to other display devices manufactured using thin film transistors, for example, organic electroluminescent display devices in which organic light emitting diodes (OLEDs) have.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.While a great many are described in the foregoing description, it should be construed as an example of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the claims.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.1 is an exploded perspective view schematically showing a structure of a general liquid crystal display device.
도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a color filter.
도 3a 및 도 3b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.FIGS. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view schematically showing a structure of a color filter according to the present invention, which is manufactured using a surface plasmon phenomenon. FIG.
도 4는 금속막 위에 절연층을 증착한 경우의 공극발생을 보여주는 사진.4 is a photograph showing the occurrence of voids when an insulating layer is deposited on a metal film.
도 5a 및 도 5b는 이종의 유전체로 인한 표면 플라즈몬의 피크이동 및 그에 따른 혼색을 설명하기 위한 그래프.5A and 5B are graphs for explaining the peak shift of surface plasmon due to heterogeneous dielectrics and the resulting color mixture.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 형성과정을 순차적으로 나타내는 단면도.6A to 6E are sectional views sequentially illustrating a color filter forming process according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8은 산소 어닐링에 의한 금속 산화물 형성을 보여주는 사진.Figures 7 and 8 are photographs showing metal oxide formation by oxygen annealing.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.9 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 다른 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.10 is a cross-sectional view schematically showing another structure of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
도 11은 상기 도 10에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.11 is a plan view schematically showing a part of an array substrate of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
도 12a 내지 도 12f는 상기 도 10에 도시된 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.12A to 12F are sectional views sequentially showing a manufacturing process of the liquid crystal display device shown in FIG. 10;
도 13a 내지 도 13e는 상기 도 11에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.FIGS. 13A to 13E are plan views sequentially showing the manufacturing steps of the array substrate shown in FIG. 11; FIG.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
105 : 컬러필터 기판 106 : 절연층105: color filter substrate 106: insulating layer
110 : 어레이 기판 111 : 배리어층110: array substrate 111: barrier layer
116 : 게이트라인 117 : 데이터라인116: gate line 117: data line
118 : 화소전극 121 : 게이트전극118: pixel electrode 121: gate electrode
122 : 소오스전극 123 : 드레인전극122: source electrode 123: drain electrode
150 : 컬러필터 152 : 금속막150: Color filter 152: Metal film
153 : 투과막 패턴153: Permeation film pattern
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