KR102590010B1 - 표면 플라즈몬을 이용한 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정표시장치에는 파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러영역과 입력되는 광을 차단하는 차광영역으로 구성되며, 컬러영역이 화소영역에 배치되고 차광영역이 박막트랜지스터 하부에 배치되는 금속막을 제공한다.

Description

표면 플라즈몬을 이용한 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING SURFACE PLASMON}

본 발명은 표면 플라즈몬을 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조의 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

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.

액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter)기판과 어레이(array)기판 및 상기 컬러필터기판과 어레이기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.

상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 다수의 마스크공정 즉, 포토리소그래피(photolithography)공정을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구된다.

이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터기판(5)과 어레이기판(10) 및 상기 컬러필터기판(5)과 어레이기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.

상기 컬러필터기판(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)와, 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.

상기 어레이기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수의 화소영역(P)을 정의하는 복수의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 컬러필터기판(5)과 어레이기판(10)은 화상표시영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(도면표시하지 않음)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터기판(5)과 어레이기판(10)의 합착은 상기 컬러필터기판(5) 또는 어레이기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.

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.

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 투과율이 30% 이상 되기 어렵다. 이러한 이유로 패널의 투과효율이 매우 낮아 백라이트에 의한 전력 소비가 증가하게 된다.

도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 백라이트로부터 입사된 광은 편광판, TFT 어레이, 액정 및 컬러필터를 거치면서 광량이 줄어들게 됨에 따라 투과효율이 5% 미만으로 감소하게 됨을 알 수 있다.

이때, 상기 편광판, TFT어레이 및 컬러필터는 각각 투과율이 40%, 45-55% 및 25% 정도인 경우를 예를 들고 있다.

또한, 기존의 컬러필터는 각 원색별로 컬러레지스트 도포, 노광, 현상 및 경화공정을 반복적으로 진행해야만 하기 때문에 공정이 복잡하게 된다. 더욱이, 컬러필터기판에 컬러필터를 제조하기 위해 TFT 공정라인과는 별도로 컬러필터 공정라인을 운영해야 하므로 라인 투자비용이 증가하게 되는 문제도 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 표면플라즈몬 현상을 이용하여 다수의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성된 금속막을 컬러필터층으로 구성하는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 금속막의 일부를 박막트랜지스터에 광이 조사되는 것을 차단하는 차광막으로 이용할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 투과막 패턴이 형성된 금속막을 공통전극으로 사용하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시장치에서는 파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러영역과 입력되는 광을 차단하는 차광영역으로 구성되며, 컬러영역이 화소영역에 배치되고 차광영역이 박막트랜지스터 하부에 배치되는 금속막을 제공한다.

또한, 파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하며, 상기 화소전극에 신호가 인가됨에 따라 화소전극과 전계를 형성하는 금속막을 제공한다.

상기 홀은 원형상, 사각형상 또는 삼각형상으로 이루어지며, 이때 원형상의 홀의 지름은 R 화소영역에서 130-270nm, G 화소영역에서 140-220nm, B 화소영역에서 105-170nm, 바람직하게는 R 화소영역에서 210-250nm, G 화소영역에서 160-200nm, B 화소영역에서 125-150nm이다.

또한, 상기 홀은 정삼각형 격자 형태로 배열되는데, 홀 사이의 간격은 R 화소영역에서 360-500nm, G 화소영역에서 270-360nm, B 화소영역에서 195-305nm, 바람직하게는 R 화소영역에서 390-470nm, G 화소영역에서 300-330nm, B 화소영역에서 225-275nm이다.

상기 금속막은 Ti, Al, Cr, Al 및 이들의 합금으로 이루어진 일군으로부터 선택된 물질로 구성되며, 그 두께는 20-300nm이다.

본 발명에서는 투과막패턴을 가진 금속막으로 컬러필터를 형성하므로, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.

첫째, 본 발명의 액정표시장치는 종래에 비해 투과율을 향상시킬 수 있게 된다.

컬러필터가 안료나 염료로 이루어진 종래 액정표시장치의 경우, 컬러필터에 조시되는 광은 상기 안료와 염료에 의해 흡수되어 컬러필터를 투과하는 광은 5%에 불과하다, 반면에, 본 발명과 같이 컬러필터가 금속막으로 이루어진 경우 광의 흡수가 발생하지 않으므로, 투과율이 증가하게 된다. 더욱이, 금속막의 투과막 패턴의 홀은 적, 녹 및 청색의 특정 파장의 광만이 투과할 뿐만 아니라 광의 투과시 홀 주변의 광을 끌어들이기 때문에, 실제 홀 면적보다 많은 양의 광이 투과될 수 있게 되므로, 투과율 및 휘도를 향상시킬 수 있게 된다.

둘째, 본 발명의 액정표시장치에서는 제조공정이 단순화되고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

본 발명에서는 컬러필터가 금속막으로 구성되므로 박막트랜지스터나 각종 전극을 형성하는 사진식각공정에 의해 컬러필터가 형성되므로 안료나 염료의 도포공정이 필요없게 된다.

더욱이, 본 발명에서는 상기 금속막이 차광막 또는 공통전극의 역할을 하므로, 이들의 구성 및 공정이 필요없게 되므로, 제조공정이 단순화되고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도.
도 3a 및 도 3b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 사각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 5a- 도 5c는 본 발명에 따른 삼각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 6a 및 도 6b는 표면 플라즈몬 현상을 이용한 본 발명에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치에 적용된 컬러필터의 구조를 나타내는 평면도.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

액정표시장치의 투과율 향상을 위한 노력은 다양한 방면으로 이루어지고 있다. 예를 들어, 박막트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인과 같이 화소영역 내에 배치되는 전극의 면적을 감소시켜 화소영역의 개구율을 증가시킴으로써 투과율을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 그러나, 이와 같이 화소영역의 구조를 개선하여 투과율을 향상시키는 것은 전체 화소영역의 면적중에서 박막트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인과 같은 구조물이 차지하는 영역이 매우 작기 때문에, 이들의 구조를 개선하여도 화소영역의 투과율을 향상시키는데에도 한계가 있었다.

본 발명에서는 편광판, 액정, 컬러필터와 같이 액정표시장치의 투과율을 제한하는 가장 중요한 요소중 하나를 개선함으로써 투과율을 획기적으로 향상시킨다. 특히, 본 발명에서는 컬러필터를 개선함으로써 액정표시장치의 투과율을 개선한다. 일반적으로 안료나 염료로 이루어지는 컬러필터는 투과율이 5%에 불과하기 때문에, 컬러필터를 광을 흡수하는 안료나 염료로 구성하지 않고 다른 물질로 구성하여 컬러필터에서의 광의 투과율을 일부만 향상시킬 수 있다면, 액정표시장치의 전체 투과율이 대폭적으로 향상될 수 있을 것이다.

이를 위해, 본 발명에서는 컬러필터로 금속막에 특정 파장의 빛만이 선택적으로 투과되도록 투과막패턴을 형성하여 빛을 필터링(filter)하는 방식이 제안되며, 이와 같은 표면 플라즈몬 현상을 이용한 컬러필터를 형성하여 적, 녹 및 청색의 빛을 투과시키는 컬러필터를 구현한다.

도 3a 및 도 3b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명에 따른 컬러필터의 구조를 개념적으로 나타내는 평면도 및 단면도로서, 상기 도면을 참조하여 표면 플라즈몬 현상을 이용한 컬러필터의 컬러구현방법을 설명한다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 소정의 금속막(152)에는 일정한 파장이하(sub-wavelength)의 크기로 일정한 주기(a)로 배치된 복수의 홀로 이루어진 투과막패턴(153)이 형성된다. 이러한 투과막패턴(153)에 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링(coupling)되어, 특정 파장의 광만이 상기 투과막패턴(153)을 투과하고 나머지 파장의 광은 모두 반사됨으로써 적, 녹 및 청색을 얻을 수 있게 된다.

여기서, 파장이하(sub-wavelength)라 함은 가시광선의 파장 이하의 파장을 의미하며, 특히 금속막(152)을 컬러필터에 적용하는 경우, 해당 하는 컬러의 파장 이하를 의미한다. 따라서, 이하에서 파장이라한 용어는 때로는 가사광선 파장이하를 의미하기도 하고 특정 컬러의 광을 투과하는 경우에는 해당 컬러의 파장이하를 의미한다

예를 들어, 은필름(silver film)에 파장 이하의 크기로 일정한 주기(a)로 배치된홀패턴을 형성하게 되면 홀의 크기(d)와 주기(a)에 따라 선택된 적, 녹 및 청색의 특정 파장의 광만이 투과됨으로써 RGB 색을 구현할 수 있게 된다. 이때, 광의 투과시 홀 주변의 광을 끌어들이기 때문에, 실제 홀 면적보다 많은 양의 광이 투과될 수 있게 된다.

참고로, 플라즈몬이란 입사된 광의 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.

또한, 표면플라즈몬 현상이란 나노 수준의 주기적인 홀패턴을 갖는 금속막 표면에 광이 입사할 경우 특정 파장의 광과 금속막 표면의 자유전자가 공명을 일으켜 특정 파장의 광을 형성하는 현상을 말하며, 입사된 광에 의해 표면 플라즈몬을 형성할 수 있는 특정 파장의 광만이 홀을 투과할 수 있으며 나머지 광은 모두 금속막 표면에 의해 반사가 이루어진다.

일반적으로 두꺼운 금속막은 입사광에 대해 비투과 성질을 가지며, 금속막에 형성된 홀의 크기가 입사광 파장보다 매우 작으면 투과광의 세기는 현저히 작게 된다. 그러나, 파장 이하의 작은 홀이라도 금속막에 주기적으로 배열되면, 표면플라즈몬의 여기로 인해 광의 투과도가 크게 증폭된다. 일반적으로 광 또는 광자는 그 분산곡선이 표면플라즈몬의 분산 곡선과 교차되지 않는다. 따라서 광자를 표면플라즈몬으로 직접 결합시키기 위해 일정한 주기를 가진 홀 패턴의 격자 구조를 금속막 표면에 형성하여 운동량 보존을 만족시킴으로써 표면플라즈몬을 여기시킬 수 있게 된다.

이와 같은 특성을 이용하여 투과막 패턴, 구체적으로 홀의 주기와 크기, 그리고 금속막의 두께 등을 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 투과시키는 것이 가능하게 되는데, 주기가 a인 홀들이 정사각형 배열로 형성된 금속막의 경우, 상기 홀에 수직으로 입사하는 광에 의한 투과광의 중심 피크파장, 즉 표면플라즈몬 공명파장은 다음의 수학식 1과 같이 된다.

여기서, ε_m은 금속의 유전 상수이고, ε_d는 금속에 인접한 유전체 물질의 유전 상수이다. 즉, 투과막 패턴의 주기를 바꾸어 주거나 유전체 물질을 변화시킴으로써 표면플라즈몬 현상에 의해 투과되는 피크파장을 조절할 수 있게 된다.

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 50nm ~ 10㎛이고 주기는 50 ~ 500nm범위를 가질 수 있다.

표면 플라즈몬 공명의 진폭 및 반치폭은 금속막 주변의 유전체 물질들의 굴절률 조건에 크게 의존한다. 금속막 상부 및 상기 금속막에 형성된 투과막 패턴을 채우는 유전체 물질의 굴절률이 기판의 굴절률과 일치하지 않을 때, 기판과 금속막 사이의 표면 플라즈몬 모드와 유전체 물질과 금속막 사이의 표면 플라즈몬 모드가 모두 발생함으로써 2개의 독특한 피크들이 투과 스펙트럼 그래프에서 나타나게 된다. 이때, 유전체 물질의 굴절률이 기판의 것보다 큰 경우 추가적인 피크가 장파장 대역에서 발생하는 반면 유전체 물질의 굴절률이 기판의 것보다 작은 경우 추가적인 피크가 단파장 대역에서 발생한다. 그러나, 금속막 주변의 유전체 물질들 사이에 굴절률 맞춤 조건이 이루어질 경우 하나의 표면 플라즈몬 공명을 금속막 영역에서 여기시키게 함으로써 가시광선 영역의 투과 스펙트럼에서 단색성이 우수한 한 개의 피크만 생기도록 만들 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 투과막 패턴 내부를 포함하는 금속막 상부에 기판의 굴절률과 동일하거나 실질적으로 동일한 유전체 물질로 절연층을 형성함으로써 표면플라즈몬에 의한 투과광의 효율 및 색재현성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 금속막 상부에 증착되는 절연층은 평탄화막을 대체할 수 있게 되어 공정이 단순해지게 된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 사각형 격자구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 각각 원형의 홀 및 사각형의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 가진 컬러필터의 일부를 개략적으로 나타내고 있다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 컬러필터(150a,150b)는 금속막(152a,152b)에 행과 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 크기를 가진 복수의 홀로 이루어진 투과막 패턴(153a,153b)이 형성되어 특정 파장의 광만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.

이때, 상기 본 발명에 따른 컬러필터(150a,150b)는 홀의 주기적인 배열이 사각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 홀내로 투과되는 광의 중심 피크파장은 주기 a에 비례한다. 또한, 투과광의 세기는 가장 인접한 홀의 수 또는 홀의 밀도에 비례하게 된다. 따라서, 투과광의 색순도 및 투과율을 향상시키기 위해서는 가장 인접한 홀의 밀도를 증가시키면 된다.

구체적으로, 상기 사각형 격자구조에서 중심 홀로부터 주기 a만큼 떨어진 최인접 홀의 개수는 4개이며, 이들은 중심 홀에 대해 수평 및 수직 방향을 따라 배열되어 있다. 그리고, 상기 중심 홀로부터 2번째로 가장 가까운 홀의 거리는 격자 주기의 1.414배가되며, 이들의 위치는 중심 홀에 대해 대각선 방향에 배열되어 있다.

기하학적으로 상기 사각형 격자형태는 가장 인접한 홀의 밀도가 삼각형 격자 형태보다 크지 않다. 예를 들어, 반지름 r의 원형의 홀로 투과막패턴(153a,153b)을 형성할 때, 사각형 격자의 단위 셀(unit cell) 당 개구/비개구 면적 비는 πr²/a²인 반면에, 삼각형 격자의 단위 셀 당 개구/비개구 면적 비는 1.15(πr²/a²)이다. 그러므로, 투과율 및 색재현성 측면에서 상기 사각형 격자 구조는 최적화 되어 있는 구조가 아님을 알 수 있다.

이와 같이 투과율과 색재현성을 향상시킬 수 있는 최적의 구조를 만들려면, 중심 홀로부터 가장 인접한 홀들의 밀도를 높여주는 구조를 선택해야만 하며, 이를 좀더 상세히 설명한다.

도 5a-도 5c는 본 발명에 따른 컬러필터의 다른 격자구조를 나타내는 도면으로, 이때의 격자구조는 삼각형 형상이다. 이때, 홀은 원형의 홀(도 5a)과 삼각형의 홀(도 5b) 및 사각형의 홀(도 5c)로 이루어진다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 컬러필터(250a-250c)는 금속막(252a-252c)에 행과 열 방향으로 파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 복수의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253a-253c)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.

이때, 상기 컬러필터(250a-250c)는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자형태를 이루는 것을 특징으로 한다. 즉, 컬러필터(250a-250c)는 상기 투과막 패턴(253a-253c)의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배이다.

상술한 바와 같이 투과막 패턴(253a-253c)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡비가 1 이상인 슬릿 중에서 어느 하나가 될 수 있다. 이때, 상기 종횡비는 주어진 도형이 형성하는 장축의 길이와 단축의 길이의 비로 정의된다.

또한, 상기 금속막(252a-252c)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 Mo, Ti, Al, Cr, Al 및 이들의 합금을 채용할 수 있다. 물론, 본 발명에서 상기 금속막(252a-252c)이 상기 재료에 한정되는 것이 아니라, Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Pd, Zn, Fe, 도핑된 반도체, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 풀러린(fullerene), 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 투과막 패턴(253a-253c)의 홀의 크기는 100nm ~ 300nm인 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홀의 크기는 50nm-10㎛의 값을 가질 수 있으며, 상기 홀의 주기는 50-500nm의 값을 가질 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 복수의 홀이 삼각형 격자구조로 배치된 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 이 구조의 컬러필터는 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 하며, 금속막(252) 내에 파장이하의 크기로 일정한 주기(a)로 배치된 복수의 홀들로 이루어진 투과막 패턴(253)을 형성하게 되면, 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링(coupling)되면서 특정 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 적, 녹 및 청색을 얻을 수 있게 된다.

상기의 구조로 형성된 컬러필터에서 기판의 하부 쪽에서 광이 입사되면, 상기 투과막 패턴(253)의 격자 주기에 의해 결정되는 특정한 파장의 빛만이 상기 기판을 투과하게 된다. 즉, 상기 투과막 패턴(253)의 격자 주기가 a일 때, 투과되는 빛의 중심 피크 파장은λ=1.65a로 설계할 수 있다. 동일 금속막(252)에서 상기 투과막 패턴(253)의 주기가 다른 다수개의 영역들로 분할시킬 수 있으며, 각 분할된 영역에서 각기 다른 파장의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다.

이때, 예를 들어 금속막(252)으로 150nm 두께의 알루미늄을 사용하는 경우 650nm의 중심 피크 파장을 가지는 적색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기(a)와 크기(d)는 각각 394nm 및 197nm정도로 하고, 550nm의 중심 피크 파장을 가지는 녹색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기(a)와 크기(d)는 각각 333nm 및 167nm정도로 할 수 있으며, 450nm의 중심 피크 파장을 가지는 청색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기(a)와 크기(d)는 각각 272nm 및 136nm정도로 할 수 있다.

그리고, 순도가 높은 색을 구현하기 위해서, 도시된 바와 같이, 각각의 파장에 대응하는 금속막(252)의 두께를 다르게 조절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 본 발명에서 제시한 삼각형 격자 구조는 사각형 격자 구조보다 최인접 홀의 수를 1.5배 증가시켜 주며, 홀의 형태가 원형인 경우에 개구/비개구의 면적 비율이 1.15배 크기 때문에 개구율을 15%이상 개선시킬 수 있다. 그 결과 우수한 단색성 및 투과율을 제공하는 풀 컬러필터의 구현이 가능하다. 또한, 동일한 금속막에서 투과막 패턴의 격자 주기를 변경시킴으로써 투과광의 중심 피크 파장을 조절할 수 있기 때문에 컬러필터의 색 제어가 용이한 이점이 있다.

이와 같이 특정한 주기 및 크기를 갖는 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 금속막 내에 형성하여, 금속막에서 발생하는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 컬러필터로 사용하고, 이를 액정표시장치에 적용함으로써 컬러를 구현하게 된다.

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.

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.

이하에서는 상기와 같은 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터가 실제 적용된 액정표시장치에 대하여 설명한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타내는 도면으로, 도 7은 평면도이고 도 8은 도 7의 A-A선 단면도이다.

이때, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 컬러필터는 금속막에 행과 열 방향으로 파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.

또한, 도면에서는 TN(TWisted Nematic)모드 액정표시장치가 예시되어 있지만, 본 발명의 액정표시장치가 TN모드 액정표시장치에 한정되는 것이 아니라 다양한 모드 액정표시장치에 적용 가능하다.

일반적으로 액정표시장치의 수직으로 교차되는 복수의 화소영역으로 구성되지만, 도면에서는 설명의 편의를 위해 R,G,B 화소영역만을 도시하였다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치는 복수의 게이트라인(216)과 데이터라인(217)에 의해 정의되는 복수의 R,G,B 화소영역을 포함하며, 각각의 R,G,B 화소영역내에는 박막트랜지스터(T)가 배치되어 있다.

상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트라인(216)에 연결되어 주사신호가 인가되는 게이트전극(221)과, 상기 게이트전극(221) 위에 형성되어 주사신호가 게이트전극(221)에 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(224)과, 상기 반도체층(224)위에 형성되어 데이터라인(217)을 통해 입력된 화상신호를 화소에 전달하는 소스전극(222) 및 드레인전극(223)으로 구성된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 화소영역 내에는 공통전극 및 화소전극이 배치되어 화상신호가 인가됨에 따라 전계가 형성된다.

화소영역내에는 컬러필터(250)가 배치된다. 상기 컬러필터(250)는 소정의 금속막(252) 내에 파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 복수의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253)으로 구성되어, 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링 되면서 각각 적, 녹 및 청색에 해당하는 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 얻을 수 있게 된다. 이때, 상기 금속막(252)은 화소영역 및 박막트랜지스터(T)의 하부 영역에 배치되며, 투과막 패턴(253)은 화소영역 내에 형성된다.

상술한 바와 같이, 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 컬러필터(250)는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자형태를 이루는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치에서는 컬러필터(250)가 상기 투과막 패턴(253)의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배이다.

또한, 상기 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡비가 1 이상인 슬릿 중에서 어느 하나가 될 수 있으며, 상기 금속막(252)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있다면 어떠한 물질도 가능하지만, Ti, Al, Cr, Al 및 이들의 합금으로 구성되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Pd, Zn, Fe, 도핑된 반도체, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 풀러린(fullerene), 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 투과막 패턴(253)의 홀의 크기는 R,G,B 화소영역에서 각각 다르게 형성되어, 투과도는 광의 파장대가 다르게 되는데, R 화소영역에서는 홀의 지름은 약 130-270nm, 바람직하게는 210-250nm이고, G 화소영역에서는 홀의 지름은 약 140-220nm, 바람직하게는 약 160-200nm이며, B 화소영역에서는 약 105-170nm, 바람직하게는 약 125-150nm이다. 또한, 홀 사이의 간격(a), 즉 정삼각형상의 격자구조에서 삼각형상의 한변의 길이는 R 화소영역에서 약 360-500nm, 바람직하게는 약 390-470nm이고 G 화소영역에서는 약 270-360nm, 바람직하게는 약 300-330nm이며, B 화소영역에서는 약 195-305nm, 바람직하게는 225-275nm이다.

그러나, 본 발명의 투과막 패턴이 상기와 같은 수치에만 한정되는 것이 아니라 경우에 따라 다른 수치로 형성될 수 있다.

도 8을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치를 좀더 자세히 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자에서는 R,G,B 화소 영역을 포함하는 제1기판(210) 위에 형성된 컬러필터(250)가 구비된다. 상기 컬러필터(250)는 소정의 금속막(252) 내에 파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 복수의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253)으로 구성되며, 이때 상기 금속막(252)은 Ti, Al, Cr, Al 및 이들의 합금을 약 20-300nm의 두께로 적층한 후, 식각하여 형성된다.

이때, R 화소영역에서는 홀의 지름은 약 130-270nm, 바람직하게는 210-250nm이고, G 화소영역에서는 홀의 지름은 약 140-220nm, 바람직하게는 약 160-200nm이며, B 화소영역에서는 약 105-170nm, 바람직하게는 약 125-150nm이다. 또한, 홀 사이의 간격(a), 즉 정삼각형상의 격자구조에서 삼각형상의 한변의 길이는 R 화소영역에서 약 360-500nm, 바람직하게는 약 390-470nm이고 G 화소영역에서는 약 270-360nm, 바람직하게는 약 300-330nm이며, B 화소영역에서는 약 195-305nm, 바람직하게는 225-275nm이다.

상기 컬러필터(250) 위에는 버퍼층(206)이 적층되고 그 위에 박막트랜지스터(T)가 배치된다. 상기 버퍼층(206)은 제1기판(210)과 동일한 재질의 물질, 예를 들면 SiO₂와 같은 절연물질로 형성되어, 표면플라즈몬을 이용한 컬러필터(250)가 금속막(252)과 버퍼층(206) 사이에 굴절률 맞춤 조건이 이루어져 색순도 및 투과율에 유리하게 된다.

상기 박막트랜지스터(T)는 상기 버퍼층(206) 위에 배치된 게이트전극(221)과, 상기 게이트전극(221)이 배치된 제1기판(210) 전체에 걸쳐 적층된 게이트절연층(215a)과, 상기 게이트절연층(215a) 위에 배치된 반도체층(224)과, 상기 반도체층(224) 위에 배치된 소스전극(222) 및 드레인전극(223)으로 이루어진다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 버퍼층(206)위에는 상기 게이트전극(221)과 전기적으로 접속되는 복수의 게이트라인이 배치되며 게이트절연층(215a) 위에는 복수의 데이터라인이 배치된다.

상기 박막트랜지스터(T)가 형성된 제1기판(210)에는 보호층(215b)이 적층된다. 이때, 상기 보호층(215b)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 형성되지만, 무기물질로 형성될 수도 있다. 또한, 도면에는 보호층(215b)이 단일층으로 이루어져 있지만, 상기 보호층(128)은 이층 이상의 이중의 층으로 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 보호층(215b)은 유기절연층/무기절연층 또는 무기절연층/유기절연층/무기절연층으로 구성되어 다른 층과의 계면특성을 향상시킴과 동시에 층을 평탄화할 수 있게 된다.

보호층(218) 위에는 화소전극(218)이 배치된다. 이때, 상기 보호층(215b)에는 컨택홀(contact hole)이 형성되어 상기 화소전극(218)이 상기 컨택홀을 통해 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(223)과 전기적으로 접속되어 외부의 화상신호가 박막트랜지스터(T)를 거쳐 화소전극(218)에 인가된다. 상기 화소전극(218)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 금속산화물로 이루어질 수 있다.

제2기판(205)에는 IT0나 IZ0와 같은 투명한 금소산화물로 이루어진 공통전극(208)이 되고 상기 제1기판(210) 및 제2기판(205) 사이에 액정층(270)이 구비된다. 화소전극(218)에 신호가 인가됨에 따라 화소전극(218)과 공통전극(208) 사이에 전계가 인가되어 액정층(270)의 액정분자가 상기 전계를 따라 배열됨으로써 화상이 구현된다.

또한, 제1기판(210) 및 제2기판(205) 사이에는 컬럼스페이서(260)가 배치되어 액정표시장치의 셀갭을 일정하게 유지하면, 제1기판(210) 및 제2기판(205)의 외곽영역에는 실재(도면표시하지 않음)가 구비되어 상기 제1기판(210) 및 제2기판(205)이 합착된다. 도면에서는 상기 컬럼스페이서(260)가 박막트랜지스(T) 위에 배치되지만, 상기 컬럼스페이서(260)는 R,G,B 화소영역 내 또는 게이트라인이나 데이터라인 상부에 배치될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치에서는 컬러필터(250)가 금속으로 이루어져 제1기판(210) 위에 배치된다. 종래 액정표시장치에서는 컬러필터가 안료 또는 염료도 이루어져 제2기판(205)에 배치되는데 반해, 본 발명에서는 컬러필터(250)가 금속막으로 제1기판(210)에 배치됨으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.

첫째, 본 발명의 액정표시장치는 종래에 비해 투과율을 향상시킬 수 있게 된다.

컬러필터가 안료나 염료로 이루어진 종래 액정표시장치의 경우, 컬러필터에 조시되는 광은 상기 안료와 염료에 의해 흡수되어 컬러필터를 투과하는 광은 5%에 불과하다, 반면에, 본 발명과 같이 컬러필터가 금속막으로 이루어진 경우 광의 흡수가 발생하지 않으므로, 투과율이 증가하게 된다.

더욱이, 금속막(252)의 투과막 패턴(253)의 홀은 적, 녹 및 청색의 특정 파장의 광만이 투과할 뿐만 아니라 광의 투과시 홀 주변의 광을 끌어들이기 때문에, 실제 홀 면적보다 많은 양의 광이 투과될 수 있게 되므로, 투과율 및 휘도를 향상시킬 수 있게 된다.

둘째, 본 발명의 액정표시장치에서는 제조공정이 단순화되고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

종래 액정표시장치에서는 컬러필터가 안료 또는 염료를 도포함으로써 형성되므로, 박막트랜지스터(T)나 각종 전극을 형성하는 사진식각공정(photo lithography process)와는 별개의 공정에 의해 컬러필터가 형성된다. 반면에, 본 발명에서는 컬러필터가 금속막으로 구성되므로 박막트랜지스터(T)나 각종 전극을 형성하는 사진식각공정에 의해 컬러필터가 형성되므로 안료나 염료의 도포공정이 필요없게 된다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터(250)의 금속막(252)은 박막트랜지스터(T)의 하부에 연장되어 배치된다. 일반적으로 박막트랜지스터의 반도체층(224)은 광이 조사됨에 따라 누설전류가 발생하여 오프전류의 증가와 같은 박막트랜지스터의 특성이 저하되므로, 이를 방지하기 위해서는 박막트랜지스터(T)의 하부에 광차단막(light shielding layer)를 구비하여 반도체층(224)으로 조사되는 광을 차단해야만 한다.

본 발명에서는 상기 광차단막을 컬러필터(250)의 금속막(252)으로 구성함으로써, 별도의 광차단막이 필요없이 박막트랜지스터(T)로 조사되는 광을 차단할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명이 제1실시예에 따른 액정표시소자의 컬러필터(250)의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터(250)의 금속막(252)은 R,G,B 화소영역의 하부영역에서 게이트라인측으로 연장되어 형성된다. 일반적으로 액정표시장치의 박막트랜지스터는 게이트라인의 상부 및 그 주변의 일부 영역에 형성되므로, 상기 금속막(252)도 해당 영역으로 연장되어 형성된다. 따라서, 이러한 구성의 경우, 별도의 광차단막 제조공정이 필요없게 되므로, 제조공정을 더욱 단순화하고 제조비용도 더욱 절감할 수 있게 된다.

한편, 광차단막의 관점에서는 컬러필터(250)시 광차단막을 형성하는 것이 아니라, 광차단막의 형성시 컬러필터를 형성하는 것이다. 즉, 광차단막을 형성하는데 사용되는 금속막의 형성시 상기 금속막을 화소영역 전체로 연장하고 상기 금속막에 복수의 홀을 형성하여 투과막패턴을 형성하는 것이다.

따라서, 이러한 관점에서 상기 컬러필터를 단순히 금속막이라고 칭하고, 상기 금속막이 박막트랜지스터로 입사되는 광을 차단하는 광차단영역(LS영역)과 투과막패턴이 형성되어 컬러를 구현하는 컬러필터영역(CF영역)으로 이루어진다고 간주할 수도 있을 것이다.

도면에서는 상기 컬러필터(250)가 R,G,B 화소영역 및 게이터라인의 일부 영역에 형성되고, R,G,B 화소영역 사이는 금속막(252)이 형성되지 않지만, 상기 컬러필터(250)가 R,G,B 화소영역 사이에도 형성되어 컬러필터(250)가 제1기판(210)에 전체적으로 하나의 컬러필터로 형성될 수도 있다. 이와 같이, 컬러필터(250)가 하나의 컬러필터로 형성되는 경우, 금속막(252)이 R,G,B 화소영역 사이에 배치되므로, 화소영역과 화소영역 사이를 구획하기 위한 별도의 블랙매트릭스가 필요없게 되어, 액정표시장치의 구조를 단순화할 수 있고 제조비용을 더욱 절감할 수 있게 된다. 이때, 일체화된 컬러필터(250)는 플로팅(floating)되거나 접지(ground)될 수 있다.

또한, 도면에서는 상기 광차단영역(LS영역)이 특정 형상으로 게이트라인과 화소영역의 일부 영역에 배치되지만, 광차단영역(LS영역)은 박막트랜지스터의 형상이나 위치(엄밀하게 말하면 반도체층의 형상이나 위치)에 따라 그 형상 및 위치가 결정된다. 예를 들어, 박막트랜지스터가 화소영역에만 형성되는 경우 광차단영역(LS영역) 역시 화소영역에만 형성되고 박막트랜지스터가 게이트라인 위에 형성되는 경우 광차단영역(LS영역) 역시 게이트라인 위에 형성된다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 이때, 도 8에 도시된 제1실시예와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하고 다른 구조에 대해서만 자세히 설명한다. 이때, 이 구조의 액정표시장치는 FFS(Finge Field Switching)모드 액정표시장치다.

도 10에 도시된 바와 같이, 이 구조의 액정표시장치는 R,G,B 화소영역을 포함하며, 각각의 화소영역에는 박막트랜지스터(T)가 구비된다. 상기 박막트랜지스터는(T)는 게이트라인에 연결되어 주사신호가 인가되는 게이트전극(321)과, 상기 게이트전극(321) 위에 형성되어 주사신호가 게이트전극(321)에 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(324)과, 상기 반도체층(324)위에 형성되어 데이터라인을 통해 입력된 화상신호를 화소에 전달하는 소스전극(322) 및 드레인전극(323)으로 구성된다.

R,G,B 화소영역의 게이트절연층(315a)에는 각각 화소전극(318)이 배치된다. 이때, 상기 화소전극(318)은 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(323)과 부분적으로 오버랩되어 상기 드레인전극(323)과 전기적으로 접속되어 외부의 화상신호가 상기 박막트랜지스터(T)를 통해 상기 화소전극(318)에 인가된다. 상기 화소전극(318)은 ITO나 IZO와 같은 투명한 금속 산화물질로 이루어질 수 있다.

상기 화소전극(318) 상부에는 보호층(315b)가 배치되며, 상기 보호층(315b) 위에 공통전극(308)이 형성된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 공통전극(308)은 외부로부터 공통전압이 인가되며, 화소전극(318)에 화상신호가 인가되는 경우 화소전극(318)과 함께 액정층(370)에 전계를 인가한다.

이때, 상기 공통전극(308)은 Mo, Ti, Cr, Al, Al합금을 주로 사용하며, 상기 공통전극(308)은 이들 금속의 단일층으로 형성될 수 있지만, 주로 복수의 층으로 구성된다. 상기 공통전극(308)이 Mo/Al/Mo 의 복수의 층으로 구성되는 경우, Mo의 두께는 30-70nm, Al의 두께는 100-200nm이다.

상기 공통전극(308)은 금속막(352)과 금속막(352) 내에 파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 복수의 홀로 이루어진 투과막 패턴(353)으로 구성된다. 따라서, 복수의 홀에 의해 공통전극(308)과 하부의 화소전극(318) 사이에는 제1기판(310)의 표면과 평행한 프린지필드(fringe field)가 형성되어, 액정층(370)의 액정분자가 상기 프린지필드를 따라 제1기판(310)의 표면과 평행하게 스위칭되어 액정층(370)을 투과하는 광의 투과율을 조절함으로써 화상을 구현한다.

또한, 상기 투과막 패턴(353)은 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링되면서 각각 적, 녹 및 청색에 해당하는 파장의 광만이 상기 투과막 패턴(353)을 투과하고 나머지 파장의 광은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 얻을 수 있게 된다.

상기 공통전극(308) 위에는 절연층(306)이 적층되는데, 상기 절연층(606)은 제1기판(310)과 동일한 재질의 물질, 예를 들면 SiO₂와 같은 절연물질로 형성되어, 표면플라즈몬을 이용한 공통전극(308)이 금속막(352)과 절연층(306) 사이에 굴절률 맞춤 조건이 이루어져 색순도 및 투과율에 유리하게 된다.

상술한 바와 같이, 상기 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치에서는 공통전극(308)이 액정층(370)에 전계를 인가하는 수단으로 사용될 뿐만 아니라 R,G,B 화소영역을 해당하는 파장대의 광만이 투과되도록 하여 컬러를 구현하는 수단으로도 사용된다. 따라서, 이 실시예의 FFS모드 액정표시장치에서는 컬러를 구현하기 위한 별도의 컬러필터(도면부호 350을 공통전극으로 간주하는 경우) 또는 공통전극(도면부호 350을 컬러필터로 간주하는 경우)을 형성할 필요가 없기 때문에, 제조공정이 단순화되고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

한편, 공통전극(308)(또는 컬러필터)의 투과막 패턴(353)에 배치되는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자형태를 이루어, 상기 투과막 패턴(353)의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치한다. 여기서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배이다.

또한, 상기 투과막 패턴(353)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡비가 1 이상인 슬릿 중에서 어느 하나가 될 수 있다.

또한, 상기 투과막 패턴(353)의 홀의 크기는 R,G,B 화소영역에서 각각 다르게 형성되어, 투과도는 광의 파장대가 다르게 되는데, R 화소영역에서는 홀의 지름은 약 130-270nm, 바람직하게는 210-250nm이고, G 화소영역에서는 홀의 지름은 약 140-220nm, 바람직하게는 약 160-200nm이며, B 화소영역에서는 약 105-170nm, 바람직하게는 약 125-150nm이다. 또한, 홀 사이의 간격(a), 즉 정삼각형상의 격자구조에서 삼각형상의 한변의 길이는 R 화소영역에서 약 360-500nm, 바람직하게는 약 390-470nm이고 G 화소영역에서는 약 270-360nm, 바람직하게는 약 300-330nm이며, B 화소영역에서는 약 195-305nm, 바람직하게는 225-275nm이다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 공통전극(308)은 제1기판(310) 전체에 걸쳐 배치된다. 또한, 도면에서는 컬러필터의 역할을 하는 공통전극(308)이 보호층(315b) 위에 배치되고 화소전극(318)이 게이트절연층(315a) 위에 배치되지만, 공통전극(308)이 게이트절연층(315a) 위에 배치되고 화소전극(318)이 보호층(315b) 위에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 보호층(315b)에 컨택홀이 형성되어 상기 화소전극(318)이 컨택홀을 통해 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(323)과 접속된다. 또한, 이 경우 컨택홀 주위의 공통전극(308)은 제거되어 상기 공통전극(308)이 화소전극(318)과 전기적으로 절연된다.

또한, 본 발명에서는 투과막패턴(353)이 화소전극(318)에 형성될 수 있다. 이때, 상기 화소전극(318)이 Mo, Ti, Cr, Al, Al합금의 단일층 또는 복수의 층으로 구성되고 복수의 홀이 형성되어 투과막패턴(353)이 형성되며, 공통전극(308)이 ITO나 IZO와 같은 투명한 금속산화물로 구성된다.

상술한 설명에서는 본 발명을 특정 구조로 설명하고 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 본 발명이 이러한 특정 구조에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 설명에는 액정표시장치가 예시되어 설명되고 있지만, 본 발명이 이러한 액정표시장치에만 한정되는 것이 아니라 유기전계발광 표시장치나 전기영동 표시장치와 같이 다른 표시장치에도 적용될 수 있을 것이다.

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.

105,110 : 기판 116 : 게이트라인
117 : 데이터라인 118 : 화소전극
121 : 게이트전극 122 : 소오스전극
123 : 드레인전극 150 : 컬러필터
152 : 금속막 153 : 투과막 패턴

Claims (12)

1. 복수의 R,G,B 화소영역을 포함하는 제1기판 및 제2기판;
   각각의 화소영역에 배치된 박막트랜지스터; 및
   파장이하의 크기로 일정한 주기로 배치된 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터영역과 입력되는 광을 차단하는 차광영역으로 구성되며, 컬러필터영역이 화소영역에 배치되고 차광영역이 박막트랜지스터 하부에 배치되는 금속막으로 구성되고,
   상기 금속막에 있는 상기 다수개의 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루고, 하나의 홀 주위에 인접하여 위치한 홀이 6개 배치된 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 화소영역내에 배치된 화소전극 및 공통전극을 추가로 포함하는 액정표시장치.
3. 복수의 R,G,B 화소영역을 포함하며, 서로 대향하는 합착되는 제1기판 및 제2기판;
   각각의 화소영역에 배치된 박막트랜지스터;
   상기 화소영역에 배치된 화소전극;
   상기 화소전극 상에 배치된 보호층; 및
   상기 보호층을 사이에 두고 상기 화소전극과 마주하도록 배치되어, 상기 화소전극에 신호가 인가됨에 따라 상기 화소전극과 전계를 형성하는 공통전극을 포함하고,
   상기 공통전극은 파장이하의 크기와 일정한 주기로 배치된 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하며,
   상기 공통전극에 형성된 상기 다수개의 홀의 크기는 상기 복수의 R,G,B 화소영역에서 각각 다르게 형성되며, R 화소영역에서 배치된 홀의 크기는 G 화소영역에 배치된 홀의 크기보다 크며, 상기 G 화소영역에 배치된 상기 홀의 크기는 B 화소영역에 배치된 홀의 크기보다 큰 액정표시장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 화소전극과 상기 공통전극은 상기 제1기판의 표면과 평행한 프린지필드를 형성하는 액정표시장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 홀은 원형상, 사각형상 또는 삼각형상으로 이루어진 액정표시장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 원형상의 홀의 지름은 상기 R 화소영역에서 130-270nm, 상기 G 화소영역에서 140-220nm, 상기 B 화소영역에서 105-170nm인 액정표시장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 원형상의 홀의 지름은 상기 R 화소영역에서 210-250nm, 상기 G 화소영역에서 160-200nm, 상기 B 화소영역에서 125-150nm인 액정표시장치.
8. 제3항에 있어서, 상기 홀은 정삼각형 격자 형태로 배열되는 액정표시장치.
9. 제3항에 있어서, 상기 다수개의 홀에 있어서 서로 인접한 홀 사이의 간격은 상기 R 화소영역에서 360-500nm, 상기 G 화소영역에서 270-360nm, 상기 B 화소영역에서 195-305nm인 액정표시장치.
10. 제3항에 있어서, 상기 다수개의 홀에 있어서 서로 인접한 홀 사이의 간격은 상기 R 화소영역에서 390-470nm, 상기 G 화소영역에서 300-330nm, 상기 B 화소영역에서 225-275nm인 액정표시장치.
11. 제3항에 있어서, 상기 공통전극의 두께는 20-300nm인 액정표시장치.
12. 제3항에 있어서, 상기 공통전극은 Ti, Al, Cr, Al 및 이들의 합금으로 이루어진 일군으로부터 선택된 물질로 구성된 액정표시장치.

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