KR20050015026A - 고개구율 컬러 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고개구율 컬러 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 고개구율 컬러 액정표시장치는, 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 하부기판과, 상기 하부기판에 대향 배치되며 상대전극을 구비한 상부기판, 및 상기 하부기판과 상부기판 사이에 개재된 액정층을 포함하며, 상기 박막트랜지스터와 화소전극 사이에는 COA(Color filter On Array) 구조를 갖도록 레드, 그린 및 블루의 컬러 레진층과 투명 레진층이 적층 개재되고, 상기 컬러 레진층에는 화소영역에 해당하는 부분에 다수개의 홀(Hole)이 구비된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 커플링 캐패시턴스를 줄이기 위해 컬러 레진층의 두께를 증가시키되 상기 컬러 레진층에 다수개의 홀을 형성해줌으로써 투과율 저하를 방지할 수 있으며, 이에 따라, 고개구율 COA 구조를 구현할 수 있다.

Description

고개구율 컬러 액정표시장치{High aperture ratio color liquid crystal display}

본 발명은 컬러 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 컬러 필터를 어레이 기판 상에 형성한 고개구율 컬러 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 경박단소하고 저전압구동 및 저전력소모라는 장점을 바탕으로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대신하여 개발되어져 왔다. 특히, 박막트랜지스터 액정표시장치(이하, TFT-LCD)는 CRT에 필적할만한 고화질화, 대형화 및 컬러화 등을 실현하였기 때문에 최근들어 노트북 PC 및 모니터 시장은 물론 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다.

이러한 TFT-LCD는 개략적으로 박막트랜지스터 및 화소전극이 구비된 하부기판과 컬러필터 및 상대전극이 구비된 상부기판이 액정층의 개재하에 합착되어진 구조를 갖는다.

한편, 이와 같은 TFT-LCD에 있어서, 고화질의 표시 화면을 얻기 위해서는 화소전극의 면적에 대한 실제 빛 투과 비율인 개구율의 향상이 우선적이다. 이에, 종래에는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 금속으로된 화소전극을 단위 화소영역 전체에 걸쳐 배치시키는 탑 ITO 구조가 제안되었고, 이와 더불어, 상부기판의 컬러필터를 하부기판에 배치시키는 COA(Color filter On Array) 구조가 제안되었다.

여기서, 고개구율 COA 구조를 구현하기 위해서는 데이터 라인과 화소전극 사이의 커플링 캐패시턴스(coupling capacitance)를 감소시켜야 한다. 이에 따라, 종래에는 데이터 라인과 화소전극 사이에 개재되는 컬러 레진층의 두께를 증가시켜 상기 커플링 캐패시턴스를 줄이고 있다.

그러나, 컬러 레진층의 두께를 증가시키면, 데이터 라인과 화소전극 사이의 커플링 캐패시턴스는 감소시킬 수 있을지 몰라도, 빛의 투과율이 감소하게 되어 고개구율을 구현할 수 없게 된다. 또한, 새로운 안료의 개발이 필요하며, 그에 대한 새로운 공정을 개발해야만 한다.

한편, 대한민국 특허출원 제99-7387호에 반사형 액정표시장치의 투과율을 높이기 위한 컬러필터 구조가 개시되어 있다. 이 특허에 따르면, 각 컬러 서브화소의 일부가 각 서브화소와 동일한 너비로 소정의 길이만큼 투명으로 형성되는 구조를 갖는다.

그러나, 이렇게 동일한 너비의 단순한 배분은 공정 마진이 부족한 치명적인 단점을 갖는다. 즉, 컬러레진 노광 공정 중에 발생하는 오정렬(misalign) 및 상하부기판들간의 합착시에 발생하는 오정렬 등에 의해 컬러필터의 투과율과 색재현성이 처음 디자인과 상이해지는 문제가 발생한다. 또한, 컬러 레진층 상의 투명 레진층 코팅시 넓은 면적을 덮어야 하기 때문에, 평탄도가 나빠지게 되어 셀 갭(Cell Gap) 차이가 유발된다.

결국, 종래의 기술로는 COA 구조의 고개구율 컬러 액정표시장치를 구현함에 어려움이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, COA 구조를 구현하면서 투과율 감소를 방지한 고개구율 컬러 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 하부기판과, 상기 하부기판에 대향 배치되며 상대전극을 구비한 상부기판, 및 상기 하부기판과 상부기판 사이에 개재된 액정층을 포함하며, 상기 박막트랜지스터와 화소전극 사이에는 COA 구조를 갖도록 레드, 그린 및 블루의 컬러 레진층과 투명 레진층이 적층 개재되고, 상기 컬러 레진층에는 화소영역에 해당하는 부분에 다수개의 홀(Hole)이 구비된 것을 특징으로 하는 고개구율 컬러 액정표시장치를 제공한다.

여기서, 상기 홀은 하나의 화소영역에 대응하는 부분에 적어도 하나 이상의 형태로 형성되며, 아울러, 노광장비의 해상도 이상의 크기로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 하부기판과, 상기 하부기판에 대향 배치되며 상대전극을 구비한 상부기판, 및 상기 하부기판과 상부기판 사이에 개재된 액정층을 포함하며, 상기 박막트랜지스터와 화소전극 사이에는 COA 구조를 갖도록 레드, 그린 및 블루의 컬러 레진층과 투명 레진층이 적층 개재되고, 상기 컬러 레진층에는 화소영역에 해당하는 부분에 다수개의 홈(groove)이 구비된 것을 특징으로 하는 고개구율 컬러 액정표시장치를 제공한다.

여기서, 상기 홈의 깊이는 그레이 톤 마스크(gray tone mask) 사용하여 조절하는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고개구율 컬러 액정표시장치를 설명하기 위한 도면들로서, 도 1은 그 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A′선에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B′선에 따른 단면도이다.

먼저, 자세하게 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 액정표시장치는 기본적으로 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 하부기판과 상대전극을 구비한 상부기판이 액정층의 개재하에 합착된 구조이다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시장치는 고개구율을 구현하기 위해 컬러필터를 상부기판이 아닌 하부기판에 배치한 COA 구조를 갖는다.

여기서, 본 발명에 따른 액정표시장치는 COA 구조를 구현하면서 빛의 투과율 저하를 방지하기 위해 데이터 라인과 화소전극 사이에 컬러 레진층 및 투명 레진층을 적층 개재시키되 화소영역에 해당하는 컬러 레진층 부분에 다수개의 홀(Hole)을 구비시킨다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)의 서브 화소영역에 형성된 각 컬러 레진층에 다수개의 홀(10b)이 형성된 구조를 갖는다. 이때, 상기 홀(10b)은 하나의 화소영역에서 적어도 하나 이상의 형태로 형성되고, 그리고, 상기 홀(10b)은 노광장비의 해상도 이상의 크기로 형성된다.

이 경우, 데이터 라인(6)과 화소전극(11)간의 커플링 캐패시턴스를 감소시키기 위해 상기 컬러 레진층의 두께를 증가시킴에 따라 투과율 저하가 초래되겠지만, 상기 컬러 레진층에 구비시킨 다수개의 홀(10b)을 통해 백색광이 투과되므로, 오히려 빛의 투과율은 증가하게 되며, 따라서, COA 구조에 따른 고개구율을 구현하면서도 투과율 또한 향상시킬 수 있게 된다.

도 1에서, 미설명된 도면부호 2는 게이트 라인을 나타낸다.

이와 같은 고개구율 컬러 액정표시장치의 제조방법은 다음과 같다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 유리기판(1) 상에 게이트용 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝하여 게이트 전극(2a)을 포함한 게이트 라인(2)을 형성한다. 그런다음, 상기 게이트 라인(2)을 덮도록 기판(1) 전면 상에 게이트절연막(3)과 비도핑된 비정질실리콘(이하, a-Si)막과 도핑된 비정질실리콘(이하, n+ a-Si)막을 차례로 증착한 후, 상기 n+ a-Si막과 a-Si막을 패터닝하여 액티브층(4)을 형성한다.

다음으로, 상기 액티브층(4)을 포함한 게이트절연막(3) 상에 소오스/드레인용 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝하여 소오스/드레인 전극(5)을 포함한 데이터 라인(6)을 형성한다. 그런다음, 상기 데이터 라인(6)을 포함한 기판의 전 영역 상에 보호막(7)을 도포한 후, 상기 보호막(7)을 식각하여 소오스/드레인 전극을 노출시키는 비아홀(도시안됨)을 형성한다.

이때, 이후에 형성되는 컬러 레진층이 보호막의 역할을 할 수 있으므로, 상기 보호막 도포 및 비아홀 형성을 위한 식각 공정은 생략 가능하며, 이에 따라, 공정 단순화를 이룰 수 있다.

계속해서, 상기 단계까지의 기판 결과물 상에, 예컨데, 레드(R) 컬러 레진을 3㎛ 정도로 두껍게 도포한다. 그런다음, 상기 레드 컬러 레진을 노광 및 현상하고, 이어서, 큐어링(curing)을 행하여 해당하는 서브 화소영역에 다수개의 홀(10b)을 구비한 레드의 컬러 레진층(8)을 형성한다. 이때, 상기 홀(10b)은 노광장비의 해상도 이상의 크기로 형성하며, 또한, 노광 장비의 오정렬에 의해 투과율이 영향을 받지 않도록 서브 화소영역의 가장자리에서 정렬 마진 이상의 거리에 형성한다. 게다가, 상기 홀(10b)은 투과율 및 색재현성을 조절하기 위해 그 크기, 모양 및 개수 등을 변경할 수 있다.

이어서, 자세하게 설명하지는 않겠지만, 그린 및 블루의 컬러 레진층도 상기와 동일 공정에 따라 해당하는 각 서브 화소영역에 각각 형성한다.

한편, 색섞임을 방지하기 위한 블랙매트릭스는 컬러 레진층들의 형성과는 별도로 수지 또는 금속으로 형성할 수 있으며, 또한, 상기한 컬러 레진층들의 적층을 통해 형성할 수도 있다.

다음으로, 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)의 컬러 레진층(8)에 의한 단차를 제거하기 위해 상기 컬러 레진층(8) 상에 투명 레진층(9)을 도포한 후, 이에 대한 패터닝을 행하고, 그런다음, 큐어링을 행한다. 이때, 상기 투명 레진층(9)은 다수개의 홀(10b)을 메우기 때문에 넓은 면적을 메우는 것 보다 평탄화가 용이하고, 두께 균일도 또한 우수하며, 그래서, 셀 갭 균일도가 우수하다.

그 다음, 상기 투명 레진층(9) 및 컬러 레진층(8)을 식각하여 소오스/드레인 전극(5)을 노출시키는 비아홀(10a)을 형성한다. 그런다음, 상기 비아홀(10a) 표면 및 투명 레진층(9) 상에 투명 금속막, 예컨데, ITO 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝하여 화소영역 전체에 걸쳐 배치되면서 상기 비아홀(10a)을 통해 소오스/드레인 전극(5)과 콘택되는 화소전극(11)을 형성하고, 이를 통해, 고개구율 COA 구조를 갖는 하부기판의 형성을 완성한다.

이후, 상기한 하부기판을 액정층의 개재하에 상대전극을 구비한 상부기판과 합착하여 본 발명에 따른 고개구율 컬러 액정표시장치를 완성한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고개구율 컬러 액정표시장치를 설명하기 위한 도 1의 B-B′선에 따른 단면도이다. 여기서, 도 3과 동일한 부분은 동일한 도면부호로 나타낸다.

도시된 바와 같이, 이 실시예에 있어서는 컬러 레진층(8)의 형성시 그레이 톤 마스크(gray tone mask)를 사용하여 화소영역에 해당하는 부분에 홀(Hole)이 아닌 홈(groove : 10c)을 형성한다.

이 경우, 투과율은 이전 실시예의 그것 보다 다소 떨어지기는 하나, 투명 레진층의 형성 후에 더 우수한 두께 균일도를 얻을 수 있으며, 이에 따라, 셀 갭을 더욱 균일하게 만들 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 컬러 레진층의 두께를 증가시키면서 상기 컬러 레진층에 다수개의 홀을 형성함으로써 커플링 캐패시턴스를 줄이면서 투과율 또한 증가시킬 수 있으며, 이에 따라, 고개구율 COA 구조를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 단순 배분이 아닌 화소 내부에 다수의 홀을 형성하기 때문에 오정렬에 의한 색재현성 및 투과율 변화가 없도록 할 수 있다.

아울러, 본 발명은 투명 레진층의 도포시 작은 홀들을 채우기 때문에 우수한 평탄도를 갖도록 할 수 있으며, 그래서, 셀 갭을 균일하게 유지시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수가 있고, 상기 실시예들을 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수가 있음은 명확하다. 따라서, 상기 기재 내용은 하기의 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 고개구율 컬러 액정표시장치의 단위 화소를 도시한 평면도.

도 2는 도 1의 A-A′선에 따른 단면도.

도 3은 도 1의 B-B′선에 따른 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 B-B′선에 따른 단면도.

* 도면의 주요 부분에 부호의 설명 *

1 : 유리기판 2 : 게이트 라인

2a : 게이트 전극 3 : 게이트절연막

4 : 액티브층 5 : 소오스/드레인 전극

6 : 데이터 라인 7 : 보호막

8 : 컬러 레진층 9 : 투명 레진층

10a : 비아홀 10b : 홀

10c : 홈 11 : 화소전극

Claims (5)

1. 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 하부기판과, 상기 하부기판에 대향 배치되며 상대전극을 구비한 상부기판, 및 상기 하부기판과 상부기판 사이에 개재된 액정층을 포함하며,

   상기 박막트랜지스터와 화소전극 사이에는 COA(Color filter On Array) 구조를 갖도록 레드, 그린 및 블루의 컬러 레진층과 투명 레진층이 적층 개재되고, 상기 컬러 레진층에는 화소영역에 해당하는 부분에 다수개의 홀(Hole)이 구비된 것을 특징으로 하는 고개구율 컬러 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 홀은 하나의 화소영역에 대응하는 부분에 적어도 하나 이상의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 고개구율 컬러 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 홀은 노광장비의 해상도 이상의 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 고개구율 컬러 액정표시장치.
4. 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 하부기판과, 상기 하부기판에 대향 배치되며 상대전극을 구비한 상부기판, 및 상기 하부기판과 상부기판 사이에 개재된 액정층을 포함하며,

   상기 박막트랜지스터와 화소전극 사이에는 COA(Color filter On Array) 구조를 갖도록 레드, 그린 및 블루의 컬러 레진층과 투명 레진층이 적층 개재되고, 상기 컬러 레진층에는 화소영역에 해당하는 부분에 다수개의 홈(groove)이 구비된 것을 특징으로 하는 고개구율 컬러 액정표시장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 홈의 깊이는 그레이 톤 마스크(gray tone mask) 사용하여 조절하는 것을 특징으로 하는 고개구율 컬러 액정표시장치.