KR20050052802A - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는, 러빙불량에 의한 빛샘 현상을 방지하여 개구율을 높이고 화질을 개선할 수 있는 액정표시장치를 제공하기 위하여, 블랙매트릭스의 측면 경사면 중에서, 러빙 방향과 대응되는 방향에 위치하는 주요 경사면의 기울기를, 러빙 반대 방향과 대응되는 경사면의 기울기보다 낮게 형성함으로써, 러빙 불량에 의해 화소 영역에 빛샘 불량이 발생하는 것을 방지하여 개구율을 높이고, 화질을 개선할 수 있다.
특히, 블랙매트릭스가 형성된 기판 상에, 블랙매트릭스를 컬러별 경계부로 하여 컬러필터층을 형성하는 구조의 경우, 블랙매트릭스의 단차부에서의 셀갭 불균일로 인한 화질 저하 문제를 해결할 수 있고, 더욱이 일반적인 구조(컬러필터 소자와 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 소자)의 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터층 간의 단차가 낮아짐에 따라, 오버코트층의 형성두께의 최소화로, 투과율을 높일 수 있다.

Description

액정표시장치{Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 러빙 불량에 의한 빛샘 방지 구조 액정표시장 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 복굴절 특성을 이용하여 화상을 표현하는 것으로, 전계가 인가되면 액정의 배열이 달라지고 달라진 액정의 배열 방향에 따라 빛이 투과되는 특성 또한 달라진다.
일반적으로, 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격되어 상부 및 하부 기판(10, 30)이 대향하고 있고, 이 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.
상기 하부 기판(30) 상부에는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 서로 교차되어 있고, 이 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 교차되는 지점에 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소 영역(P)에는 박막트랜지스터(T)와 연결된 화소 전극(46)이 형성되어 있다.
도면으로 상세히 도시하지는 않았지만, 박막트랜지스터(T)는 게이트 전압을 인가받는 게이트 전극과, 데이터 전압을 인가받는 소스 및 드레인 전극과, 게이트 전압과 데이터 전압 차에 의해 전압의 온/오프를 조절하는 채널(ch ; channel)로 구성된다.
그리고, 상부 기판(10) 하부에는 컬러필터층(12), 공통 전극(16)이 차례대로 형성되어 있다.
도면으로 상세히 도시하지 않았지만, 컬러필터층(12)은 특정한 파장대의 빛만을 투과시키는 컬러필터와, 컬러필터의 경계부에 위치하여 액정의 배열이 제어되지 않는 영역상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스로 구성된다.
그리고, 상부 및 하부 기판(10, 30)의 각 외부면에는 편광축과 평행한 빛만을 투과시키는 상부 및 하부 편광판(52, 54)이 위치하고, 하부 편광판(54) 하부에는 별도의 광원인 백라이트(back light)가 배치되어 있다.
도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 상기 액정층과 접하는 두 기판면에는 배향막이 각각 형성되고, 액정층의 초기 배열을 유도하기 위해 배향막 표면은 일정 방향으로 러빙(rubbing) 처리된다.
이하, 도 2a, 2b는 종래의 액정표시장치용 컬러필터 기판의 러빙 공정에 대한 개략적인 공정 도면으로서, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 상기 도 2a의 절단선 "IIb-IIb"에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(60) 상에 화소 영역(P)을 오픈부(62)로 하는 블랙매트릭스(64)가 형성되어 있고, 블랙매트릭스(64) 상부에는 오픈부(62)별로 적, 녹, 청 컬러필터(66a, 66b, 66c)가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층(66)이 형성되어 있으며, 컬러필터층(66)을 덮는 영역에는 공통 전극(68), 배향막(70)이 차례대로 형성되어 있다.
상기 블랙매트릭스(64)는 크롬(Cr)계 물질 또는 수지(resin) 물질이 주로 이용되는데, 본 발명에서는 수지 물질로 이루어진 블랙매트릭스(64)의 패턴 구조에서의 문제점에 대해서 살펴본다.
수지 물질은 코팅 방식에 의해 형성되는 일종의 유기 물질이므로, 증착 방식에 의해 형성되는 크롬계 물질보다 두껍게 형성된다.
따라서, 수지 물질로 이루어진 블랙매트릭스(64)를 컬러별 경계부로 하는 컬러필터층(66)도 블랙매트릭스(64)와 중첩되는 영역에서 높은 단차를 가지게 된다.
한 예로, 도 2a에서는 우상좌하(右上左下)에서 45°방향으로 러빙처리를 하고, 동일 방향으로 러빙처리에 대해 도 2b에서와 같이 단면도로 살펴보면, 오른쪽에서 왼쪽으로 러빙처리됨에 있어서, 특히 화소 영역(P)과 인접하며, 러빙방향(r1)과 대응되는 경사면 영역(IIc)에서는 러빙 불량에 의한 빛샘 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
전술한 빛샘 현상은 블랙 화면 상태에서 심각한 화질 불량의 요인으로 작용된다.
참고로, 본 발명에서 언급하는 경사면이 가지는 경사각은 해당 기판면과 경사면이 이루는 예각을 지칭한다.
더욱이, 최근에는 합착 마진을 줄여 개구율을 높이기 위해, 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 소자와 컬러필터 소자를 동일 기판에 형성하는 구조가 제안되었는데, 이러한 구조에서는 박막트랜지스터부의 단차 증가로 인해 충분히 빛을 차단하기 위한 목적으로 블랙매트릭스를 좀 더 두껍게 형성하므로, 두께 증가에 따른 러빙 불량 또한 더욱 심각해진다.
이하, 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 소자와 컬러필터 소자가 동일 기판에 형성되는 구조의 액정표시장치 중에서, 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 컬러필터 소자를 형성하는 COT(color filter on TFT) 구조 액정표시장치에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a, 3b는 기존의 COT 구조 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 상기 도 3a의 절단선 "IIIb-IIIb"에 따라 절단된 단면도이다.
도시한 바와 같이, 서로 교차되게 게이트 배선(72) 및 데이터 배선(80)이 형성되어 있고, 게이트 배선(72) 및 데이터 배선(80)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 상기 게이트 배선(72) 및 데이터 배선(80)의 교차 영역은 화소 영역(P)으로 정의되고, 화소 영역(P)에는 적, 녹, 청 컬러필터(86a, 86c, 86c)가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층(86)이 형성되어 있다. 상기 적, 녹,청 컬러필터(86a, 86c, 86c)는 컬러별 경계부 즉, 비화소 영역에서 서로 중첩되게 형성되어 있다. 그리고, 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에 아일랜드 패턴 구조의 블랙매트릭스(88)가 형성되어 있고, 컬러필터층(86) 및 블랙매트릭스(88)를 덮는 영역에는 절연층(미도시)이 형성되어 있으며, 절연층(미도시) 상부에는 박막트랜지스터(T)와 연결되는 화소 전극(92)이 형성되어 있다.
도 3b에서는, 박막트랜지스터(T)가 형성된 기판(70) 상에 블랙매트릭스(88)를 형성함에 있어서, 블랙매트릭스(88)에 의한 기생 용량 발생을 최소화하기 위해, 상기 도 2a, b와 같은 일반적인 구조에서보다 블랙매트릭스(88)를 두껍게 형성할 수 있으므로, 블랙매트릭스(88)의 두께 증가에 따라 러빙방향(r1)이 우상좌하에서 45°방향일 경우, 영역 "IIIa"에서 화소 영역(P)에 러빙 불량에 의한 빛샘 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 러빙불량에 의한 빛샘 현상을 방지하여 개구율을 높이고 화질을 개선할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 블랙매트릭스의 측면 경사면 중에서, 러빙 방향과 대응되는 방향에 위치하는 주요 경사면의 기울기를, 러빙 반대 방향과 대응되는 경사면의 기울기보다 낮게 형성하고자 한다.
즉, 본 발명에서는 러빙 방향을 기준으로, 러빙 방향쪽 경사각과, 러빙 반대방향쪽 경사각의 크기를 서로 다르게 형성하고자 한다.
여기서, 러빙 방향쪽 경사각은, 러빙 방향과 대응되는 경사면과 해당 기판면이 이루는 예각으로 이루어진 경사각을 지칭한다. 예를 들어, 오른쪽에서 왼쪽으로 러빙처리시, 오른쪽 경사면과 기판면이 이루는 경사각을 러빙 방향쪽 경사각으로 지칭하고, 왼쪽 경사면과 기판면이 이루는 경사각을 러빙 반대방향쪽 경사각으로 지칭한다.
특히, 본 발명에 따른 액정표시장치용 블랙매트릭스는, 1) 컬러필터가 형성된 기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 경우, 블랙매트릭스는 컬러필터층과 적어도 5,000 Å의 단차를 가지고, 2) COT 구조에 적용시 박막트랜지스터를 덮는 영역에 아일랜드 패턴 구조로 형성되고, 3) 러빙반대방향과 대응되는 경사면에 의한 경사각이 60 ~ 80°의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 서로 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과, 상기 액정층과 접하는 제 1, 2 기판면에 형성된 배향막을 포함하고, 상기 배향막은 일정 방향으로 러빙처리되어 있는 액정표시장치에 있어서, 상기 제 2 기판 상에서 화면을 구현하는 화소 영역 이외의 영역에 형성되며, 상기 러빙 방향쪽 주요 경사면이 러빙 반대방향쪽 경사면보다 낮은 기울기를 가지고, 광차단성 수지(resin) 물질로 이루어진 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스에서 컬러별 경계부를 가지며, 상기 화소 영역별로 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 형성된 구조의 컬러필터층을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
상기 블랙매트릭스와 컬러필터층의 단차는 적어도 5,000 Å이고, 상기 블랙매트릭스는, 상기 화소 영역을 오픈부로 가지는 매트릭스 타입의 패턴 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 기판 상에는, 서로 교차되게 배치되는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 위치하는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 블랙매트릭스는, 상기 박막트랜지스터 형성부와 대응된 위치에서 아일랜드 패턴 구조로 형성되고, 상기 블랙매트릭스는 사각형 패턴 구조를 가지며, 상기 러빙 방향과 대응되는 제 1, 2 경사면과, 상기 러빙 반대방향과 대응되는 제 3, 4 경사면을 가지고, 상기 제 1, 2 경사면과 제 2 기판면 간의 예각으로 이루어진 제 1 경사각은, 상기 제 3, 4 경사면과 제 2 기판면 간의 예각으로 이루어진 제 2 경사각보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 블랙매트릭스는, 상기 박막트랜지스터 형성부를 덮는 영역을 포함하고, 상기 박막트랜지스터 형성부를 주요 경사면으로 하며, 상기 박막트랜지스터 형성부를 포함하여 러빙 방향과 대응되는 전체 경사면의 기울기가, 상기 러빙 반대방향과 대응된 경사면의 기울기보다 완만한 것을 특징으로 한다.
상기 블랙매트릭스를 이루는 광차단성 수지 물질은, 카본 파티클(carbon particle), 산화티탄(TiOx), 컬러 안료(color pigment) 중 적어도 어느 한가지 이상을 포함하는 물질에서 선택되고, 상기 러빙 반대방향쪽 경사면과 기판면 간의 예각으로 이루어진 경사각은 60 ~ 80°의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 서로 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과, 상기 액정층과 접하는 제 1, 2 기판면에 형성된 배향막을 포함하고, 상기 배향막은 일정 방향으로 러빙처리되어 있는 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차되게 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 영역에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터를 덮는 영역에 형성된 절연층과; 상기 절연층 상부의 박막트랜지스터를 덮는 영역에 아일랜드 패턴 구조로 형성되며, 상기 러빙 방향과 대응된 방향의 주요 경사면이, 상기 러빙 반대방향과 대응된 방향의 경사면보다 낮은 기울기를 가지고, 수지 물질로 이루어진 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스 상부에 위치하며, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
상기 블랙매트릭스는 사각형 패턴 구조를 가지고 있고, 상기 러빙 방향과 대응되는 제 1, 2 경사면은, 상기 러빙 반대방향과 대응되는 제 3, 4 경사면보다 낮은 기울기를 가지며, 상기 제 1, 2 경사면과 제 1 기판면 간의 예각으로 이루어진 제 1 경사각은, 상기 제 3, 4 경사면과 제 1 기판면 간의 예각으로 이루어진 제 2 경사각보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 블랙매트릭스와 화소 전극 사이에는, 상기 화소 영역별로 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층이 포함되고, 상기 절연층과 블랙매트릭스 사이에는, 상기 화소 영역별로 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층이 포함되며, 상기 컬러필터층은, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선부에서 서로 일정간격 중첩되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙매트릭스의 서로 다른 기울기를 가지는 경사면은, 슬릿부를 가지는 마스크를 이용한 회절 노광법을 이용하여 이루어지고, 상기 회절 노광법을 이용한 공정에서, 상기 슬릿부는 낮은 경사면을 가지는 블랙매트릭스 영역과 대응되게 배치되며, 상기 블랙매트릭스의 서로 다른 기울기를 가지는 경사면은, 반투과부를 가지는 하프톤(half tone) 마스크를 이용한 노광 공정을 통해 이루어지고, 상기 반투과부는 낮은 경사면을 가지는 블랙매트릭스 영역과 대응되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
-- 제 1 실시예 --
본 실시예는 일반적인 액정표시장치용 컬러필터 기판에 대한 실시예로서, 컬러필터와 블랙매트릭스의 단차가 적어도 5,000 Å인 경우에 해당된다.
도 4a, 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 일반적인 구조 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 4a는 평면도이고, 도 4b는 상기 도 4a의 절단선 "IVb-IVb"에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도이다.
도 4a는, 기판(110) 상에 화소 영역(P)을 오픈부(112)로 가지는 블랙매트릭스(114)가 형성되어 있고, 블랙매트릭스(114) 상부에는 오픈부(112) 영역별로 적, 녹, 청 컬러필터(116a, 116b, 116c)가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층(116)이 형성되어 있다. 도면으로 제시하지 않았지만, 상기 컬러필터층(116)을 덮는 영역에는 오버코트층, 공통 전극, 배향막이 차례대로 형성된다.
본 실시예에서, 러빙 방향(R1)이 우상좌하의 45°방향이라고 할 경우, 블랙매트릭스(114)의 러빙 방향쪽 경사면의 기울기가, 러빙 반대방향쪽 경사면의 기울기보다 완만한 것을 특징으로 하며, 하기 도 4b를 통해 좀 더 상세히 설명한다.
도 4b는, 기판(110) 상에 형성된 블랙매트릭스(114)는 러빙 방향(R1)쪽 제 1 경사각(θ1)과, 러빙 반대방향쪽 제 2 경사각(θ2)을 가지고 있다.
도면에서와 같이, 러빙 방향(R1)이 오른쪽에서 왼쪽일 경우, 블랙매트릭스(114)의 제 1 경사각(θ1)은 도면 상에서 오른쪽 경사각, 제 2 경사각(θ2)은 왼쪽 경사각에 해당된다.
그리고, 상기 블랙매트릭스(114) 상부에는, 블랙매트릭스(114)를 컬러별 경계부로 하여, 상기 오픈부(112) 영역에 적, 녹, 청 컬러필터(116a, 116b, 116c)가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층(116)이 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(114)와 컬러필터층(116)은 적어도 5,000 Å의 단차를 가지는 적층 구조를 가지고 있다.
그리고, 상기 컬러필터층(116)을 덮는 영역에는 오버코트층(118), 공통 전극(120), 배향막(122)이 차례대로 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 러빙 방향쪽 경사각을 러빙 반대방향쪽 경사각보다 완만하게 형성함에 따라, 기존의 구조보다 표면 평탄화를 위한 오버코트층에 대한 의존도를 낮출 수 있어, 오버코트층의 두께 절감으로 제품의 투과율을 높일 수 있다.
또한, 러빙불량에 의한 화소 영역에서의 빛샘 현상을 방지할 수 있는 장점을 가진다.
상기 블랙매트릭스를 이루는 물질은, 카본 파티클(carbon particle), 산화티탄(TiOx), 컬러 안료(color pigment) 중 적어도 어느 한가지 이상을 포함하는 수지 물질에서 선택된다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 블랙매트릭스 패턴 구조에 대한 도면으로서, 도 5a, 5b는 통상적인 매트릭스 타입 블랙매트릭스에 있어서, 러빙 방향을 우상좌하의 45°방향으로 했을 때, 러빙 방향쪽 제 1 내지 제 4 경사면이 있고, 러빙 반대방향쪽 제 5, 6 경사면이 있는 경우이고, 도 5c는 사각형의 아일랜드 패턴 구조 블랙매트릭스에 있어서, 러빙 방향쪽 제 1, 2 경사면이 있고, 러빙 반대방향쪽 제 3, 4 경사면이 있는 구조를 일 예로 하여 도시하였다.
도 5a는 러빙 방향(R1)쪽 제 1 내지 제 4 경사면(S1, S2, S3, S4)의 기울기가, 러빙 반대방향쪽 제 5, 6 경사면(S5, S6)의 기울기보다 완만한 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스(150)에 대해 도시하였고, 도 5b는 미도시한 대향 기판의 박막트랜지스터부와 대응되는 제 2, 3 경사면(S2, S3)을 선택적으로 완만한 블랙매트릭스(152)에 대한 예이고, 도 5c는 아일랜드 패턴 구조 블랙매트릭스(154)의 제 1, 2 경사면(S1, S2)을 완만하게 형성한 경우이다.
즉, 본 실시예에서는 박막트랜지스터부를 덮는 영역 상의 블랙매트릭스 형성부의 경사면 기울기 조절을 통해 서로 마주보는 경사각을 서로 다르게 형성하는 것을 주요 특징으로 한다.
-- 제 2 실시예 --
본 실시예는, COT 구조 액정표시장치용 블랙매트릭스 패턴 구조에 대한 실시예로서, 본 실시예에 따른 블랙매트릭스 패턴 구조는, 적, 녹, 청 컬러필터가 컬러별 경계부에서 서로 일정간격 중첩되게 위치하여, 배선 간 경계부에서 블랙매트릭스 패턴이 생략되고, 박막트랜지스터로의 광유입을 차단할 수 있도록 박막트랜지스터부만을 선택적으로 덮는 아일랜드 패턴 구조에 해당된다.
도 6a, 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 COT 구조 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 6a는 평면도이고, 도 6b는 상기 도 6a의 절단선 "VI-VI"에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(210) 상에 제 1 방향으로 게이트 배선(216)이 형성되어 있고, 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(226)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(216) 및 데이터 배선(226)이 교차되는 영역에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 배선(216) 및 데이터 배선(226)의 교차 영역으로 정의되는 화소 영역(P)에는, 컬러별 경계부에서 서로 중첩되게 위치하는 적, 녹, 청 컬러필터(232a, 232b, 232c)로 이루어진 컬러필터층(232)이 형성되어 있고, 컬러필터층(232) 상부의 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에는 아일랜드 패턴 구조의 블랙매트릭스(234)가 형성되어 있다.
그리고, 블랙매트릭스(234) 상부에는 박막트랜지스터(T)와 연결되는 화소 전극(242)이 형성되어 있다.
도면으로 상세히 제시되지 않았지만, 러빙 방향(R1)이 우상좌하 45°방향이라고 할 경우, 블랙매트릭스의 러빙 방향(R1)쪽 제 1, 2 경사면(SS1, SS2)의 기울기는, 러빙 반대방향쪽 제 3, 4 경사면(SS3, SS4)의 기울기보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
물론, 러빙 불량을 방지하기 위해서는 제 3, 4 경사면(SS3, SS4)의 기울기도 낮추는 것이 바람직하지만, 1) 상기 블랙매트릭스의 제 3, 4 경사면(SS3, SS4)은 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차되어 이루는 비화소 영역과 인접하기 때문에, 제 3, 4 경사면(SS3, SS4)에서 러빙불량이 발생하더라도 비화소 영역에 그 영향이 미치게 되므로, 화질 특성에 영향을 주지 않는다.
2) 더욱이, 제 3, 4 경사면(SS3, SS4)의 기울기를 낮추게 되면, 경사면에서의 러빙 불균일에 의한 영향력 범위가 넓어지므로, 오히려 인접한 화소 영역의 화질 특성에 악영향을 끼칠 수 있다.
결론적으로, 본 실시예에 따른 박막트랜지스터 차단용 아일랜드 패턴 구조의 블랙매트릭스는, 러빙방향쪽 경사면의 기울기를 선택적으로 낮추는 것으로 화소 영역에서 나타나는 빛샘 현상을 방지하여 개구율을 향상시킬 수 있다.
그러나, 본 발명은 블랙매트릭스를 사각형 구조로 한정하는 것은 아니고, 경우에 따라서는 다각형 구조 또는 원형 구조 등으로 형성할 수도 있으며, 모든 경우에서 러빙방향쪽 경사면이 러빙반대방향쪽 경사면보다 기울기를 낮추는 것을 주요 특징으로 한다.
도 6b는, 기판(210) 상에 게이트 전극(212)이 형성되어 있고, 게이트 전극(212)을 덮는 기판 전면에는 게이트 절연막(218)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(218) 상부의 게이트 전극(212)을 덮는 영역에는 반도체층(220)이 형성되어 있다. 본 실시예에 따른 반도체층(220)은 순수 비정질 실리콘 물질로 이루어진 액티브층(220a ; active layer)과, 불순물 비정질 실리콘 물질로 이루어진 오믹콘택층(220b ; ohmic contact layer)으로 이루어진다.
상기 반도체층(220)을 덮는 영역에는 서로 이격되게 소스 전극(222) 및 드레인 전극(224)이 형성되어 있고, 소스 전극(222)과 연결되어 데이터 배선(226)이 형성되어 있다.
상기 게이트 전극(212), 반도체층(220), 소스 전극(222), 드레인 전극(226)은 박막트랜지스터(T)를 이루고, 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에는 층간 절연막(230)이 형성되어 있으며, 층간 절연막(230) 상부에는 화소 영역(P) 단위로 적, 녹, 청 컬러필터(232a, 232b, 232c)가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층(232)이 형성되어 있고, 컬러필터층(232) 상부의 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에는 블랙매트릭스(234)가 형성되어 있다.
상기 컬러필터층(232)은, 화소 영역(P)별 컬러별 경계부에서 서로 중첩되게 위치하여, 배선부에 별도의 블랙매트릭스(234)가 생략된 구조를 가진다.
상기 블랙매트릭스(234) 및 컬러필터층(232)을 덮는 영역에는 보호층(238)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(218), 층간 절연막(230), 컬러필터층(232), 보호층(238)은 드레인 전극(224)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(240)을 가지고, 보호층(238) 상부에는 드레인 콘택홀(240)을 통해 드레인 전극(224)과 연결되는 화소 전극(242)이 형성되어 있다.
도면에서와 같이, 러빙 방향(R1)이 오른쪽에서 왼쪽 방향인 경우, 동일 수평면을 기준으로 상기 블랙매트릭스(234)의 오른쪽 경사면이 이루는 제 1 경사각(α1)은, 왼쪽 경사면이 이루는 제 2 경사각(α2)보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
한 예로, 상기 제 2 경사각(α2)의 범위를 통상적인 블랙매트릭스의 경사각인 60 ~ 80°로 했을 때, 상기 제 1 경사각(α1)은 적어도 60 ~ 80°보다 작은 값의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예와 같은 COT 구조에서는, 금속 패턴과 블랙매트릭스 간의 기생 용량 발생을 최소화하기 위해 형성 두께가 증가되므로, 블랙매트릭스의 단차에 의한 러빙 불량률이 커지게 되므로, 러빙방향을 고려하여 블랙매트릭스의 경사각을 선택적으로 조절함으로써, 빛샘 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 블랙매트릭스 패턴 구조를 포함하는 COT 구조 액정표시장치의 다양한 변형예에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
-- 제 3 실시예 --
본 실시예는, 상기 제 2 실시예에 따른 블랙매트릭스 패턴의 다양한 변형예에 대한 실시예로서, 대향 기판과, 두 기판 사이에 액정층이 개재된 구조를 기본으로 하여 도시하였다.
도 7 내지 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 COT 구조 액정표시장치에 대한 단면도로서, 설명의 편의상 박막트랜지스터부 및 화소부를 중심으로 도시하였다.
도 7은, 박막트랜지스터(T)가 형성된 제 1 기판(310) 상에, 박막트랜지스터(T)를 덮는 보호층(330)이 형성되어 있고, 보호층(330) 상부의 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에는 블랙매트릭스(332)가 형성되어 있으며, 블랙매트릭스(332) 상부의 화소 영역(P)에는 컬러필터층(334)이 형성되어 있다. 이때, 상기 컬러필터층(334)은 블랙매트릭스(332)와 일정간격 중첩되게 형성된다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(312), 반도체층(314), 소스 전극(316), 드레인 전극(318)으로 이루어지고, 상기 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에는 보호층(330)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(334) 및 보호층(330)은 드레인 전극(318)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(336)을 가지고, 컬러필터층(334) 상부에는 드레인 콘택홀(336)을 통해 드레인 전극(318)과 연결되는 화소 전극(338)이 형성되어 있으며, 화소 전극(338)을 덮는 영역에는 제 1 배향막(340)이 형성되어 있다.
상기 제 1 기판(310)과 대향되게 제 2 기판(350)이 배치되어 있고, 제 2 기판(350) 내부면에는 공통 전극(352), 제 2 배향막(354)이 차례대로 형성되어 있으며, 제 1, 2 배향막(340, 354) 사이에는 액정층(360)이 개재되어 있다.
도면 상에서, 러빙 방향이 오른쪽에서 왼쪽 방향일 경우, 동일 수평면을 기준으로 블랙매트릭스(332)의 오른쪽 경사면이 이루는 제 1 경사각(β1)은, 왼쪽 경사면이 이루는 제 2 경사각(β2)보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
도 8은, 상기 도 7과 구별되는 특징적인 구조를 중심으로 설명해보면, 박막트랜지스터(T), 보호층(372)이 형성된 제 1 기판(370) 상부의 화소 영역(P)별로 위치하며, 보호층(372)과 함께 드레인 전극(364)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(374)을 가지는 컬러필터층(376)이 형성되어 있고, 컬러필터층(376) 상부의 박막트랜지스터(T)를 덮는 위치에는 블랙매트릭스(378)가 형성되어 있고, 드레인 콘택홀(374)을 통해 드레인 전극(364)과 연결되어 화소 전극(382)이 형성되어 있다.
도면 상에서, 제 1 기판(370)의 러빙 방향(R1)이 오른쪽에서 왼쪽 방향일 경우, 블랙매트릭스(378)의 오른쪽 경사면이 이루는 제 1 경사각(γ1)은, 왼쪽 경사면이 이루는 제 2 경사각(γ1)보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 기판(370)과 대향되게 제 2 기판(390)이 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(370, 390) 사이에는 액정층(395)이 개재되어 있다.
도 9는, 박막트랜지스터(T), 보호층(420), 컬러필터층(422)이 형성된 제 1 기판(410) 상부의 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에 위치하며, 상기 제 1, 2 기판(410, 450) 상에 개재된 액정층(460)의 두께로 정의되는 셀갭(G1)에 대응되는 두께치(D1)를 포함하는 스페이서 겸용 블랙매트릭스(424)가 형성되어 있다.
도면 상에서, 제 1 기판(410)의 러빙 방향(R1)이 오른쪽에서 왼쪽 방향일 경우, 블랙매트릭스(424)의 오른쪽 경사면이 이루는 제 1 경사각(δ1)은, 왼쪽 경사면이 이루는 제 2 경사각(δ2)보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
특히, 본 도면에 따른 블랙매트릭스는 스페이서 겸용으로 이용됨에 따라, 다른 구조의 블랙매트릭스보다 형성두께치가 높은 값을 가지므로, 러빙 방향을 고려하여 경사면을 선택적으로 조절함에 따라, 화소 영역에서의 빛샘 현상을 효과적으로 최소화시킬 수 있다.
-- 제 4 실시예 --
본 실시예는, 상기 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 러빙 방향에 따라 서로 다른 경사각을 가지는 블랙매트릭스의 제조 공정에 대한 실시예이다.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 서로 다른 경사각을 가지는 블랙매트릭스 패턴의 제조 공정에 대한 공정 도면으로서, 블랙매트릭스가 형성된 기판 상에 컬러필터층을 형성하는 구조를 일 예로 하여 도시하였다.
도 10a는, 기판(470) 상에 블랙매트릭스 물질층(472)을 형성하는 단계와, 기판(470) 상에 마스크(474)를 배치하여 노광처리하는 단계이다.
상기 블랙매트릭스 물질은 카본 파티클(carbon particle), 산화티탄(TiOx), 컬러 안료(color pigment) 중 적어도 어느 한가지 이상을 포함하는 수지 물질에서 선택되며, 본 단계에서는 감광성을 가지는 수지 물질의 선택으로 별도의 감광성 물질없이 노광처리하며, 특히 노광된 부분이 패턴으로 남는 네가티브 타입 감광성 수지 물질을 이용한다.
본 실시예에서는, 블랙매트릭스의 오른쪽 경사각의 크기를 왼쪽 경사각의 크기보다 작게하는 것을 특징으로 하며, 이를 위하여 상기 마스크(474)는, 블랙매트릭스 형성부와 대응된 위치의 오픈부(474a)와, 도면 상에서 오픈부(474a)의 우측에 위치하는 슬릿부(474b)와, 오픈부(474a)와 슬릿부(474b) 이외의 영역에 위치하는 차단부(474c)로 이루어진다.
상기 슬릿부(474b)를 투과하는 빛의 노광량은, 오픈부(474a)보다는 작은 양으로 빛의 조사량을 조절하기 위한 영역에 해당된다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 슬릿부(474b)외에 반투과성 물질을 이용한 빛의 조사량을 조절하는 하프톤(half-tone) 마스크를 이용하여 공정을 진행할 수도 있다.
도 10b는, 노광공정을 거쳐 블랙매트릭스(476)로 패터닝(patterning)하는 단계이다. 상기 블랙매트릭스(476)는, 오른쪽 경사면이 왼쪽 경사면보다 완만하게 형성하여, 오른쪽 경사면이 가지는 예각인 제 1 경사각(ε1)이 왼쪽 경사면이 가지는 예각인 제 2 경사각(ε2)보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
도 10c는, 상기 블랙매트릭스(476)를 컬러별 경계부로 하는 컬러필터층(478)을 형성하는 단계로서, 상기 컬러필터층(478)은 상기 블랙매트릭스(476)의 양측부와 일정간격 중첩되게 형성되는데, 상기 블랙매트릭스(476)의 경우 오른쪽 경사면(SR)이 왼쪽 경사면(SL)보다 완만함에 따라, 오른쪽 블랙매트릭스(476)와 컬러필터층(478)간의 중첩부가 왼쪽 경우보다 완만하게 형성되어, 해당 영역에서의 러빙 불량을 감소시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 오른쪽에서 왼쪽 방향으로 러빙처리되고, 오른쪽 경사각이 왼쪽 경사각보다 작은 값을 가지는 일 예에 관한 것이나, 이외에도 러빙 방향쪽 경사각이 반대방향쪽 경사각보다 작은 값을 가지는 경우는 모두 포함하며, 특히 경사각이 작은 부분이 화소 영역과 인접한 영역에 해당되는 것을 특징으로 한다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예들로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경가능하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 블랙매트릭스 패턴 구조를 가지는 액정표시장치에 의하면, 러빙 방향쪽 (예를 들어, 오른쪽에서 왼쪽으로 러빙처리시, 오른쪽에 위치하는) 경사면의 기울기를, 러빙 반대방향쪽 경사면의 기울기보다 완만하게 형성하는 방법으로, 블랙매트릭스의 경사각을 선택적으로 낮춤으로써, 러빙 불량에 의해 화소 영역에 빛샘 불량이 발생하는 것을 방지하여 개구율을 높이고, 화질을 개선할 수 있다.
특히, 블랙매트릭스가 형성된 기판 상에, 블랙매트릭스를 컬러별 경계부로 하여 컬러필터층을 형성하는 구조의 경우, 블랙매트릭스의 단차부에서의 셀갭 불균일로 인한 화질 저하 문제를 해결할 수 있고, 더욱이 일반적인 구조(컬러필터 소자와 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 소자)의 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터층 간의 단차가 낮아짐에 따라, 오버코트층의 형성두께의 최소화로, 투과율을 높일 수 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 개략적인 사시도.
도 2a, 2b는 종래의 액정표시장치용 컬러필터 기판의 러빙 공정에 대한 개략적인 공정 도면으로서, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 상기 도 2a의 절단선 "IIb-IIb"에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도.
도 3a, 3b는 기존의 COT 구조 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 상기 도 3a의 절단선 "IIIb-IIIb"에 따라 절단된 단면도.
도 4a, 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 일반적인 구조 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 4a는 평면도이고, 도 4b는 상기 도 4a의 절단선 "IVb-IVb"에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 블랙매트릭스 패턴 구조에 대한 도면.
도 6a, 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 COT 구조 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 6a는 평면도이고, 도 6b는 상기 도 6a의 절단선 "VI-VI"에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도.
도 7 내지 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 COT 구조 액정표시장치에 대한 단면도.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 서로 다른 경사각을 가지는 블랙매트릭스 패턴의 제조 공정에 대한 공정 도면.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
210 : 기판 212 : 게이트 전극
218 : 게이트 절연막 220a, 220b : 액티브층, 오믹콘택층
220 : 반도체층 222 : 소스 전극
224 : 드레인 전극 230 : 층간절연막
232a, 232b : 적, 녹 컬러필터 234 : 블랙매트릭스
238 : 보호층 242 : 화소 전극
P : 화소 영역 T : 박막트랜지스터

Claims (19)

  1. 서로 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과, 상기 액정층과 접하는 제 1, 2 기판면에 형성된 배향막을 포함하고, 상기 배향막은 일정 방향으로 러빙처리되어 있는 액정표시장치에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에서 화면을 구현하는 화소 영역 이외의 영역에 형성되며, 상기 러빙 방향쪽 주요 경사면이 러빙 반대방향쪽 경사면보다 낮은 기울기를 가지고, 광차단성 수지(resin) 물질로 이루어진 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스에서 컬러별 경계부를 가지며, 상기 화소 영역별로 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 형성된 구조의 컬러필터층
    을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스와 컬러필터층의 단차는 적어도 5,000 Å인 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는, 상기 화소 영역을 오픈부로 가지는 매트릭스 타입의 패턴 구조를 가지는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에는, 서로 교차되게 배치되는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 위치하는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는, 상기 박막트랜지스터 형성부와 대응된 위치에서 아일랜드 패턴 구조로 형성되는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 사각형 패턴 구조를 가지며, 상기 러빙 방향과 대응되는 제 1, 2 경사면과, 상기 러빙 반대방향과 대응되는 제 3, 4 경사면을 가지고, 상기 제 1, 2 경사면과 제 2 기판면 간의 예각으로 이루어진 제 1 경사각은, 상기 제 3, 4 경사면과 제 2 기판면 간의 예각으로 이루어진 제 2 경사각보다 작은 값을 가지는 액정표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는, 상기 박막트랜지스터 형성부를 덮는 영역을 포함하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는, 상기 박막트랜지스터 형성부를 주요 경사면으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는, 상기 박막트랜지스터 형성부를 포함하여 러빙 방향과 대응되는 전체 경사면의 기울기가, 상기 러빙 반대방향과 대응된 경사면의 기울기보다 완만한 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스를 이루는 광차단성 수지 물질은, 카본 파티클(carbon particle), 산화티탄(TiOx), 컬러 안료(color pigment) 중 적어도 어느 한가지 이상을 포함하는 물질에서 선택되는 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 러빙 반대방향쪽 경사면과 기판면 간의 예각으로 이루어진 경사각은 60 ~ 80°의 범위에서 선택되는 액정표시장치.
  12. 서로 대향되게 배치된 제 1, 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과, 상기 액정층과 접하는 제 1, 2 기판면에 형성된 배향막을 포함하고, 상기 배향막은 일정 방향으로 러빙처리되어 있는 액정표시장치에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차되게 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 영역에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터를 덮는 영역에 형성된 절연층과;
    상기 절연층 상부의 박막트랜지스터를 덮는 영역에 아일랜드 패턴 구조로 형성되며, 상기 러빙 방향과 대응된 방향의 주요 경사면이, 상기 러빙 반대방향과 대응된 방향의 경사면보다 낮은 기울기를 가지고, 수지 물질로 이루어진 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스 상부에 위치하며, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소 전극
    을 포함하는 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 사각형 패턴 구조를 가지고 있고, 상기 러빙 방향과 대응되는 제 1, 2 경사면은, 상기 러빙 반대방향과 대응되는 제 3, 4 경사면보다 낮은 기울기를 가지는 액정표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 경사면과 제 1 기판면 간의 예각으로 이루어진 제 1 경사각은, 상기 제 3, 4 경사면과 제 1 기판면 간의 예각으로 이루어진 제 2 경사각보다 작은 값을 가지는 액정표시장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스와 화소 전극 사이에는, 상기 화소 영역별로 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층이 포함되는 액정표시장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연층과 블랙매트릭스 사이에는, 상기 화소 영역별로 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 배열된 구조의 컬러필터층이 포함되는 액정표시장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 컬러필터층은, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선부에서 서로 일정간격 중첩되게 형성되는 액정표시장치.
  18. 제 1 항 또는 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스의 서로 다른 기울기를 가지는 경사면은, 슬릿부를 가지는 마스크를 이용한 회절 노광법을 이용하여 이루어지고, 상기 회절 노광법을 이용한 공정에서, 상기 슬릿부는 낮은 경사면을 가지는 블랙매트릭스 영역과 대응되게 배치되는 액정표시장치.
  19. 제 1 항 또는 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스의 서로 다른 기울기를 가지는 경사면은, 반투과부를 가지는 하프톤(half tone) 마스크를 이용한 노광 공정을 통해 이루어지고, 상기 반투과부는 낮은 경사면을 가지는 블랙매트릭스 영역과 대응되게 배치되는 액정표시장치.
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