KR20060072786A - 반투과형 컬러필터 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투과영역의 색재현율을 높임과 아울러 반사영역의 휘도를 높힐 수 있는 반투과형 컬러필터 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반투과형 컬러필터 기판은 기판 상에 형성되며 반사영역과 투과영역을 가지는 화소영역을 구분하는 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스에 의해 마련된 화소영역의 투과영역에 형성되는 착색층과; 상기 화소영역의 반사영역에 형성되는 비착색층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

반투과형 컬러필터 기판 및 그 제조방법{Color Filter Substrate of Transflective Type And Fabricating Method Thereof}
도 1은 종래 반투과형 액정 표시 패널을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반투과형 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판을 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2에서 선"Ⅰ-Ⅰ'"를 따라 절취한 컬러필터 기판과 박막트랜지스터 어레이 기판을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에서 선"Ⅱ-Ⅱ'"를 따라 절취한 컬러필터 기판을 나타내는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 도 4에 도시된 컬러필터 기판의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1,101 : 기판 2,102 : 게이트라인
4,104 : 데이터라인 6,106 : 게이트전극
8,108 : 소스전극 10,110 : 드레인전극
12,112 : 게이트절연막 14,114 : 활성층
16,116 : 오믹접촉층 18,118,124,126 : 보호막
20,120 : 콘택홀 22,122 : 화소전극
42,142 : 컬러필터 46,146 : 공통전극
140 : 블랙매트릭스 144 : 평탄화층
본 발명은 반투과형 컬러필터 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 투과영역의 색재현율을 높임과 아울러 반사영역의 휘도를 높힐 수 있는 반투과형 컬러필터 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정 패널에 매트릭스 형태로 배열된 액정셀들 각각이 비디오 신호에 따라 광투과율을 조절하게 함으로써 화상을 표시하게 된다.
이러한 액정 표시 장치는 광원의 유무에 따라 투과형과 반사형으로 구분된다. 투과형 액정 표시 장치는 컬러필터 기판과 액정을 사이에 두고 대면하는 박막트랜지스터 어레이 기판의 배면에 설치되는 백라이트 유닛으로부터 입사되는 광을 표시면쪽으로 투과시켜 화상을 구현한다. 반사형 액정표시장치는 컬러필터 기판과 액정을 사이에 두고 대면하는 박막트랜지스터 어레이 기판에 형성된 반사판을 이용 하여 표시면 즉, 상부기판을 경유하여 하부기판으로 입사되는 외부광 또는 별도의 보조광을 표시면 쪽으로 반사시켜 화상을 구현하게 된다.
최근에는 투과형과 반사형의 장점을 가질 수 있는 반투과형 액정표시장치가 제안되었다. 이 반투과형 액정 표시 장치는 외부광이 충분하면 반사 모드로, 불충분하면 백라이트 유닛을 이용한 투과 모드로 동작하게 된다. 따라서, 반투과형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치보다 소비전력을 줄일 수 있으면서 반사형 액정표시장치와 달리 외부광의 제약을 받지 않게 된다.
도 1에 도시된 반투과형 액정 표시 패널은 박막트랜지스터 어레이가 형성된 박막트랜지스터 기판(60)과, 컬러필터 어레이가 형성된 컬러필터 기판(50)을 구비한다.
컬러필터 기판(60)에는 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스와, 칼러 구현을 위한 칼러 필터(42), 화소 전극과 수직전계를 이루는 공통전극(46)을 포함하는 컬러필터 어레이가 상부기판(11) 상에 형성된다.
박막트랜지스터 기판(50)에는 서로 교차되게 형성되는 게이트 라인 및 데이터라인과, 그들 교차부에 형성된 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터와 접속됨과 아울러 화소영역에 형성된 화소전극(22), 화소영역의 반사영역에 형성된 반사전극(30)을 포함하는 박막트랜지스터 어레이가 하부기판(1) 상에 형성된다.
반사전극(30)은 컬러필터 기판(50)을 통해 입사된 외부광을 컬러 필터 기판(50) 쪽으로 반사시킨다. 이 때, 반사전극 아래에 형성된 유기막의 표면이 엠보싱 형상을 갖게 되고, 그 위의 반사전극도 엠보싱 형상을 갖게 됨으로써 산란효과로 반사효율이 증대된다.
화소전극(22)은 박막트랜지스터를 통해 공급된 데이터 신호에 의해 공통전극(46)과 전위차를 발생시킨다. 이 전위차에 의해 액정이 회전하게 되며 반사영역과 투과영역 각각의 액정의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다.
이러한 반투과형 액정 표시 패널의 경우, 반사영역으로 입사된 반사광(RL)은 도 5에 도시된 바와 같이 액정층을 경유하여 반사전극(130)에서 반사되어 액정층을 경유하여 외부로 방출된다. 그리고, 투과영역으로 입사된 백라이트 유닛(40)의 투과광(TL)은 액정층을 투과하여 외부로 방출된다.
이 경우, 반사영역의 반사광(RL)은 컬러필터(42)를 2회 통과하는 반면에 투과영역의 투과광(TL)은 컬러필터(42)를 1회 통과하므로 반사영역과 투과영역에서 색차가 발생된다. 이 때, 반사영역의 컬러필터를 기준으로 화상을 구현하게 되면, 투과영역은 반사영역에 비해 색재현율이 저하된다. 이를 해결하기 위해 투과영역의 컬러필터를 기준으로 화상을 구현하게 되면, 투과부의 색재현율은 향상되지만 반사영역의 휘도는 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 투과영역의 색재현율을 높임과 아울러 반사영역의 휘도를 높힐 수 있는 반투과형 컬러필터 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반투과형 컬러필터 기판은 기판 상에 형성되며 반사영역과 투과영역을 가지는 화소영역을 구분하는 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스에 의해 마련된 화소영역의 투과영역에 형성되는 착색층과; 상기 화소영역의 반사영역에 형성되는 비착색층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반투과형 컬러필터 기판의 제조방법은 반사영역과 투과영역을 가지는 화소영역을 구분하는 블랙매트릭스를 기판 상에 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스에 의해 마련된 화소영역의 투과영역에 착색층을 형성하는 단계와; 상기 화소영역의 반사영역에 비착색층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 2 내지 도 5f를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 패널을 나타내는 평면도이며, 도 3은는 도 2에서 선"Ⅰ-Ⅰ'"를 따라 절단한 액정 표시 패널을 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 반투과형 액정 표시 패널은 박막트랜지스터 어레이가 형성된 박막트랜지스터 기판(160)과, 컬러필터 어레이가 형성된 컬러필터 기판(150)을 구비한다.
박막트랜지스터 기판(160)은 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과 접속된 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터와 접속되며 화소영역에 형성된 화소 전극(122)과, 화소영역의 반사영역에 형성된 반사전극(130)을 구비한다.
박막트랜지스터는 게이트라인(102)으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인(104)으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(122)에 공급한다. 이를 위해, 박막트랜지스터는 게이트 라인(102)과 접속된 게이트 전극(106), 데이터 라인(104)에 포함된 소스 전극(108), 제1 및 제2 보호막(118,138)을 관통하는 콘택홀(120)을 통해 화소 전극(122)과 접속된 드레인 전극(110), 게이트 전극(106)과 게이트 절연막(112)을 사이에 두고 중첩되면서 소스 전극(108)과 드레인 전극(110) 사이에 채널을 형성하는 활성층(114), 활성층(114)과 소스 전극(108) 및 드레인 전극(110)과의 오믹 접촉을 위한 오믹 접촉층(116)을 구비한다.
화소전극(122)은 데이터라인(104)과 게이트라인(102)의 교차로 마련된 화소영역에 위치하며 투과율이 높은 투명전도성물질로 이루어진다. 화소전극(122)은 하부기판(101) 전면에 도포되는 제2 보호막(138) 위에 형성되며, 콘택홀(120)을 통해 드레인전극(110)과 전기적으로 접속된다. 화소전극(122)은 박막트랜지스터를 통해 공급된 데이터 신호에 의해 공통전극(146)과 전위차를 발생시킨다. 이 전위차에 의해 액정이 회전하게 되며 반사영역과 투과영역 각각의 액정의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다.
반사전극(130)은 컬러 필터 기판(150)을 통해 입사되는 외부광을 컬러 필터 기판(150) 쪽으로 반사시킨다. 이 반사전극(130)은 그 하부에 엠보싱 표면을 갖도록 형성된 유기막(128)을 따라 엠보싱 형상을 갖게 됨으로써 산란효과로 반사효율이 증대된다. 이러한 반사전극(130)이 형성된 영역은 각 화소영역 중 반사영역이 되며, 반사전극(130)이 형성되지 않은 영역은 각 화소영역 중 투과영역이 된다.
이 반사영역과 투과영역에서 액정층을 경유하는 광 경로의 길이가 동일하도록 투과영역에 제1 보호막(118), 유기막(128) 및 제2 보호막(138)을 관통하는 투과홀(132)이 형성된다. 이 결과, 반사영역으로 입사된 반사광은 액정층을 경유하여 반사전극(130)에서 반사되어 액정층을 경유하여 외부로 방출된다. 그리고, 투과영역으로 입사된 백라이트 유닛(도시하지 않음)의 투과광은 액정층을 투과하여 외부로 방출된다. 이에 따라서, 반사영역과 투과영역에서의 광 경로의 길이가 동일하므로 액정표시장치의 반사모드와 투과모드의 투과효율이 같아진다.
컬러필터 기판(150)에는 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스(140)와, 칼러 구현을 위한 칼러 필터(142), 컬러 필터(142) 상에 형성된 평탄화층(144), 화소 전극(122)과 수직전계를 이루는 공통전극(146)을 포함하는 컬러필터 어레이가 상부기판(111) 상에 형성된다.
컬러 필터(142)는 블랙매트릭스(140)에 의해 마련된 화소영역에 형성된다. 이 컬러필터(142)는 화소영역의 반사영역에 개구부를 가지도록 투과영역에 형성된다. 이에 따라, 컬러필터(142)가 형성된 투과영역에서는 유채색의 화상을 구현할 수 있다.
평탄화층(144)은 컬러필터(142)가 형성된 상부기판(101)을 평탄화하기 위해 아크릴 수지 등의 투명한 유기 절연 물질로 형성된다. 이 평탄화층(144)은 도 4에 도시된 바와 같이 화소영역의 반사영역에 형성되어 백색 컬러필터(142W)의 역할을 한다. 반사영역에 형성되는 평탄화층(144)은 반사영역에 입사되어 출사되는 광이 컬러필터를 투과하지 않기 때문에 광량이 거의 저감되지 않는다. 즉, 종래 반사영 역에서 광투과율이 약 40%인 반면에 본 발명의 반사영역에서의 광투과율은 99%로 종래보다 향상된다. 또한, 종래 반사영역에서 반사율이 약 8%인 반면에 본 발명의 반사영역에서 반사율이 40%로 종래보다 약 5배 정도 향상된다. 이를 휘도로 환산하면, 종래 500LUX를 기준으로 종래에는 13[nit]인 반면에 본 발명은 65[nit]로 종래보다 향상된다. 이에 따라, 백색 컬러필터 역할을 하는 평탄화층(144)이 형성된 반사영역에서는 흑색 및 백색을 포함하는 무채색의 화상을 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 반투과형 컬러필터 기판은 유채색의 화상을 구현하는 투과영역과 무채색의 화상을 구현하는 반사영역을 포함한다. 유채색의 화상을 구현하는 투과영역은 반사영역에 비해 색재현율이 향상된다. 그리고, 무채색의 화상을 구현하는 반사영역은 투과영역에 비해 반사율이 높아져 고휘도를 구현할 수 있으므로 백라이트의 소비전류를 줄일 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 패널의 컬러필터 기판의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 상부기판(101) 상에 블랙매트릭스(140)가 형성된다.
상부기판(101) 상에 불투명층이 형성된다, 불투명층은 크롬 등의 불투명 금속층 또는 불투명 수지 등이 이용된다. 이 불투명층이 포토리소그래피공정과 식각공정으로 패터닝됨으로써 블랙 매트릭스(140)가 형성된다.
도 5b를 참조하면, 블랙매트릭스(140)가 형성된 상부기판(101) 상에 적색 컬러필터(142R)가 형성된다.
블랙매트릭스(140)가 형성된 상부기판(101) 상에 적색 수지층이 형성된다. 이 적색 수지층이 포토리소그래피공정으로 패터닝됨으로써 해당 화소영역의 투과영역에 적색 컬러필터(142R)가 형성된다.
도 5c를 참조하면, 적색 컬러필터(142R)가 형성된 상부기판(101) 상에 녹색 컬러필터(142G)가 형성된다.
적색 컬러필터(142R)가 형성된 상부기판(101) 상에 녹색 수지층이 형성된다. 이 녹색 수지층이 포토리소그래피공정으로 패터닝됨으로써 해당 화소영역의 투과영역에 녹색 컬러필터(142G)가 형성된다.
도 5d를 참조하면, 녹색 컬러필터(142G)가 형성된 상부기판(101) 상에 청색 컬러필터(142B)가 형성된다.
녹색 컬러필터(142G)가 형성된 상부기판(101) 상에 청색 수지층이 형성된다. 이 청색 수지층이 포토리소그래피공정으로 패터닝됨으로써 해당 화소영역의 투과영역에 청색 컬러필터(142B)가 형성된다.
도 5e를 참조하면, 청색 컬러필터(142B)가 형성된 상부기판(101) 상에 백색 컬러필터(142W)를 포함하는 평탄화층(144)이 형성된다.
청색 컬러필터(142B)가 형성된 상부기판(101) 상에 평탄화층(144)이 형성된다. 평탄화층은 아크릴 수지 등으로 형성된다. 이러한 평탄화층(144)은 화소영역의 반사영역에서 백색 컬러필터(142W)의 역할을 한다.
도 5f를 참조하면, 펑탄화층(144) 상에 공통전극(146)이 형성된다.
평탄화층(144) 상에 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 투명 도전층이 전면 증착됨으로써 공통전극(146)이 형성된다. 투명 도전층은 인듐 틴 옥사이드 등과 같 은 투명 도전성 물질이 이용된다.
한편, 본 발명에 따른 반투과형 컬러필터 기판은 노트북, TV, 모니터, 휴대용 정보 단말기(예를 들어, 휴대폰, PDA, 전자수첩) 등에 적용될 수 있다. 특히, 휴대폰, PDA 등에 적용되는 본 발명에 따른 반투과형 컬러필터 기판은 문자 데이터 등을 반사영역에 표시함으로써 고휘도의 구현과 백라이트의 소비전력 절감 등의 향상된 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반투과형 컬러필터 기판 및 그 제조방법은 유채색 및 무채색의 화상을 구현하는 투과영역과 무채색의 화상을 구현하는 반사영역을 포함한다. 유채색 및 무채색의 화상을 구현하는 투과영역은 반사영역에 비해 색재현율이 향상된다. 그리고, 무채색의 화상을 구현하는 반사영역은 투과영역에 비해 반사율이 높아져 고휘도를 구현할 수 있으므로 백라이트의 소비전류를 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (11)

  1. 기판 상에 형성되며 반사영역과 투과영역을 가지는 화소영역을 구분하는 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스에 의해 마련된 화소영역의 투과영역에 형성되는 착색층과;
    상기 화소영역의 반사영역에 형성되는 비착색층을 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 착색층은 상기 반사영역과 중첩되는 영역에 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비착색층은 상기 착색층과 상기 화소영역의 반사영역 상에 형성되는 평탄화층인 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 평탄화층은 아크릴 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판.
  5. 반사영역과 투과영역을 가지는 화소영역을 구분하는 블랙매트릭스와;
    상기 반사영역에서 무채색을 구현하고 상기 투과영역에서 유채색 및 무채색을 구현하도록 형성되는 컬러필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소영역의 투과영역에는 해당 화소영역 별로 적색, 녹색 및 청색 중 어느 한 색의 컬러필터가 형성되고,
    상기 화소영역의 반사영역에는 백색 컬러필터가 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 백색 컬러필터는 상기 컬러필터가 형성된 기판을 덮도록 형성된 평탄화층가 일체화되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판.
  8. 반사영역과 투과영역을 가지는 화소영역을 구분하는 블랙매트릭스를 기판 상에 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스에 의해 마련된 화소영역의 투과영역에 착색층을 형성하는 단계와;
    상기 화소영역의 반사영역에 비착색층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 착색층을 형성하는 단계는
    상기 반사영역과 중첩되는 영역에 개구부를 가지는 상기 착색층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 비착색층을 형성하는 단계는
    상기 착색층과 상기 화소영역의 반사영역 상에 평탄화층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 평탄화층은 아크릴 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 컬러필터 기판의 제조방법.
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