KR20070012084A - 컬러필터 기판과 이를 포함하는 액정표시패널 그리고이들의 제조방법 - Google Patents

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KR20070012084A
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손지원
최낙초
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 컬러필터 기판과 이를 포함하는 액정표시패널 그리고 이들의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 컬러필터 기판은 기판소재와, 상기 기판소재 상에 형성되어 있으며 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층과, 상기 제1영역에 형성되어 있으며 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴과, 상기 제2영역에 형성되어 있으며 상기 유기막 산구조 패턴과 동시에 형성된 컬럼스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 유기막 산구조 패턴과 컬럼스페이서가 동시에 형성되어 있으면서 유기막 산구조 패턴의 형상이 개선된 컬러필터 기판이 제공된다.

Description

컬러필터 기판과 이를 포함하는 액정표시패널 그리고 이들의 제조방법{COLOR FILTER SUBSTRATE, LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL HAVING THE SAME AND MAKING METHOD THEREFOR}
도 1은 본발명의 제1실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 액정표시패널의 단면도이고,
도 3a 내지 도 3g는 본발명의 제1실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이고,
도 4 내지 도 7은 각각 본발명의 제2실시예 내지 제5실시예에 따른 액정표시패널의 단면도이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
100 : 박막트랜지스터 기판 200 : 컬러필터 기판
211 : 제2기판소재 221 : 블랙매트릭스
231 : 컬러필터층 241 : 공통전극
251 : 유기막 산구조 패턴 255 : 컬럼 스페이서
300 : 액정층
본 발명은, 컬러필터 기판과 이를 포함하는 액정표시패널 그리고 이들의 제조방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 유기막 산구조 패턴과 컬럼스페이서가 동시에 형성된 컬러필터 기판과 이를 포함하는 액정표시패널 그리고 이들의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 박막트랜지스터가 형성되어 있는 박막트랜지스터 기판과 컬러필터층이 형성되어 있는 컬러필터 기판, 그리고 이들 사이에 액정층이 위치하고 있는 액정 표시 패널을 포함한다. 액정 표시 패널은 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판의 후면에는 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛이 위치할 수 있다. 백라이트 유닛에서 조사된 빛은 액정층의 배열상태에 따라 투과량이 조절된다.
액정 표시 패널은 박형, 소형, 저소비전력에는 유리하나, 대형화, 풀컬러(full color) 실현, 컨트라스트(contrast) 향상 및 광시야각 등에 있어서는 약점이 있다.
액정 표시 패널의 단점인 광시야각 보상을 위해 다중영역(multi-domain) 기술, 위상 보상 기술, IPS 모드, VA 모드, 광경로 조절 기술 등의 많은 연구가 이루어져 적용되어 오고 있다. 나아가, VA모드에 다중영역 기술 중 픽셀전극의 부분적 식각 슬릿 및 다른 기술들(예를 들어, 콜레스테릭 도펀트, 배향조절전극, 돌기 및 러빙과 같은 배향법 등)을 각각 결합한 PVA(patterned vertical alignment), SE(surrounding electrode), REFMH(ridge fringe field multidomain homeotropic), LFIVA(lateral field induced VA) 등도 개발되어 있다.
이중 PVA(patterned vertically aligned)모드는 VA모드 중 화소전극과 공통전극에 각각 절개패턴을 형성한 것을 가리킨다. 이들 절개패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정 분자들이 눕는 방향을 조절함으로써 시야각을 넓히는 방법이다.
그런데 절개패턴에 인접한 액정분자들은 전계의 영향이 강하기 때문에 배향이 결정되어 빠르게 재배열되지만, 절개패턴으로부터 멀리 위치하는 액정분자들은 절개패턴에 인접한 액정분자의 영향을 받아 재배열 되기 때문에 전체적으로 액정의 응답속도가 느린 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 공통전극에 절개패턴을 마련하지 않고 공통전극 상에 유기막 산구조 패턴을 형성하는 구조가 제안되었다. 이 구조에서는 유기막 산구조 패턴에 의하여 액정분자들이 소정의 선경사(pretilt)를 가지게 되며, 액정분자는 화소전극에 전압이 인가되면 신속하게 선경사에 의하여 결정된 방향으로 재배열되게 된다.
한편 컬러필터 기판과 박막트랜지스터 기판 사이의 셀갭을 일정하게 하기 위해 컬러필터 기판에는 컬럼스페이서가 형성된다. 그런데 유기막 산구조 패턴을 사용하는 구조에서는 유기막 산구조 패턴과 컬럼스페이서를 별도의 과정을 통해 형성하고 있어 생산성이 저하되는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 유기막 산구조 패턴과 컬럼스페이서가 동시에 형성되어 있으면서 유기막 산구조 패턴의 형상이 개선된 컬러필터 기판과 이를 포함하 는 액정표시패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유기막 산구조 패턴과 컬럼스페이서가 동시에 형성하면서 유기막 산구조 패턴의 형상을 개선할 수 있는 컬러필터 기판과 액정표시패널의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적은 기판소재와, 상기 기판소재 상에 형성되어 있으며 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층과, 상기 제1영역에 형성되어 있으며 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴과, 상기 제2영역에 형성되어 있으며 상기 유기막 산구조 패턴과 동시에 형성된 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 기판에 의하여 달성될 수 있다.
상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 2개의 부분층을 포함하며, 상기 제2영역에는 2개의 상기 부분층이 겹쳐져 있는 것이 바람직하다.
상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 3개의 부분층을 포함하며, 상기 제2영역에는 3개의 상기 부분층이 겹쳐져 있는 것이 바람직하다.
상기 제2영역에는 상기 기판소재와 상기 컬러필터층 사이에 블랙매트릭스가 개재되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유기막 산구조 패턴와 상기 컬러필터층 사이 및 상기 컬럼스테이서와 상기 컬러필터층 사이에 위치하는 공통전극을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유기막 산구조 패턴은 서로 분리되어 있는 것이 바람직하다.
상기 본발명의 목적은 박막트랜지스터가 형성되어 있는 박막트랜지스터 기판 과; 상기 박막트랜지스터 기판에 대향 배치되어 있으며, 기판소재와, 상기 기판소재 상에 형성되어 있으며 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층과, 상기 제1영역에 형성되어 있으며 상기 박막트랜지스터 기판을 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴과, 상기 제2영역에 형성되어 있으며 상기 유기막 산구조 패턴과 동일한 층으로 이루어진 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 기판과; 상기 박막트랜지스터 기판과 상기 컬러필터 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정표시패널에 의하여 달성될 수 있다.
상기 컬럼스페이서는 상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 것이 것이 바람직하다.
상기 박막트랜지스터 기판은 서로 절연교차하는 신호선을 더 포함하며, 상기 컬럼스페이서는 상기 신호선 상에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 2개의 부분층을 포함하며, 상기 제2영역에는 2개의 상기 부분층이 겹쳐져 있는 것이 바람직하다.
상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 3개의 부분층을 포함하며, 상기 제2영역에는 3개의 상기 부분층이 겹쳐져 있는 것이 바람직하다.
상기 제2영역에는 상기 기판소재와 상기 컬러필터층 사이에 블랙매트릭스가 개재되어 있는 것이 바람직하다.
상기 컬러필터 기판은 상기 유기막 산구조 패턴와 상기 컬러필터층 사이 및 상기 컬럼스페이서와 상기 컬러필터층 사이에 위치하는 공통전극을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유기막 산구조 패턴은 서로 분리되어 있는 것이 바람직하다.
상기 액정층은 VA(vertically aligned) 모드인 것이 바람직하다.
상기 박막트랜지스터 기판은 화소전극 절개패턴이 형성되어 있는 화소전극을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유기막 산구조패턴의 정상은 상기 화소전극 절개패턴에 대응하는 것이 바람직하다.
상기 화소전극 절개패턴은 'V'자 형상인 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 목적은 박막트랜지스터가 형성되어 있는 박막트랜지스터 기판과; 상기 박막트랜지스터 기판에 대향 배치되어 있으며, 기판소재와, 상기 기판소재 상에 형성되어 있으며 상기 박막트랜지스터 기판을 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴과, 상기 기판 소재 상에서 상기 유기막 산구조 패턴과 동일한 층으로 형성되어 있으며 상기 박막트랜지스터에 대응하여 위치하는 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 기판과; 상기 컬러필터 기판과 상기 박막트랜지스터 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정표시패널에 의하여 달성될 수 있다.
상기 유기막 산구조 패턴과 상기 기판소재의 사이 그리고 상기 컬럼스페이서와 상기 기판소재의 사이에 위치하는 컬러필터층을 더 포함하며, 상기 유기막 산구조 패턴이 위치한 제1영역의 상기 컬러필터층의 두께는 상기 컬럼스페이서가 위치한 제2영역의 상기 컬러필터층의 두께보다 작은 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 다른 목적은 기판소재 상에 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러필터층 상에 공통전 극을 형성하는 단계와, 상기 공통전극 상에 유기물질층을 형성하는 단계와, 상기 유기물질층을 패터닝하여 상기 제1영역에 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴을 형성하며, 상기 제2영역에 컬럼스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 컬러필터 기판의 제조방법에 의하여 달성될 수 있다.
상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 2개의 부분층을 포함하며, 상기 컬러필터층은 상기 제2영역에 2개의 상기 부분층이 겹쳐지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 3개의 부분층을 포함하며, 상기 컬러필터층은 상기 제2영역에 3개의 상기 부분층이 겹쳐지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 기판소재 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 블랙매트릭스는 상기 제2영역에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 유기막 산구조 패턴의 형성은 슬릿 패턴을 가지는 마스크를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 다른 목적은 기판소재 상에 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러필터층 상에 공통전극을 형성하는 단계와, 상기 공통전극 상에 유기물질층을 형성하는 단계와, 상기 유기물질층을 패터닝하여 상기 제1영역에 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴을 형성하며, 상기 제2영역에 컬럼스페이서를 형성하여 컬러필터 기판을 마련하는 단계와, 박막트랜지스터를 포함하는 박막트랜지스터 기판을 마련하는 단계와, 상기 컬러필터 기판과 상기 박막트랜지스터 기판을 부착하는 단계를 포함하는 액정표시패널의 제조방법에 의하여 달성된다.
상기 컬러필터 기판과 상기 박막트랜지스터 기판은 상기 컬럼스페이서와 상기 박막트랜지스터가 대응하도록 부착되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 다른 목적은 기판소재 상에 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러필터층 상부에 유기물질층을 형성하는 단계와, 상기 유기물질층을 패터닝하여 컬럼스페이서와 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴을 형성하여 컬러필터 기판을 마련하는 단계와, 박막트랜지스터를 포함하는 박막트랜지스터 기판을 마련하는 단계와, 상기 컬럼스페이서가 상기 박막트랜지스터에 대응하도록 상기 컬러필터 기판과 상기 박막트랜지스터 기판을 부착하는 단계를 포함하는 액정표시패널의 제조방법에 의하여 달성된다.
상기 유기막 산구조 패턴이 위치한 제1영역의 상기 컬러필터층의 두께는 상기 컬럼스페이서가 위치한 제2영역의 상기 컬러필터층의 두께보다 작은 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본발명을 더욱 상세히 설명하겠다.
상세한 설명에 앞서, 여러 실시예에 있어 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여하였다. 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하며 다른 실시예에서는 설명하지 않을 수 있다.
먼저 도 1과 도 2를 참조하여 제1실시예에 따른 액정표시패널에 대하여 설명한다. 도 1은 본발명의 제1실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 배치도이고 도 2 는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 액정표시패널의 단면도이다.
액정표시패널(1)은 서로 대향하는 박막트랜지스터 기판(100)과 컬러 필터 기판(200), 그리고 양 기판(100, 200) 사이에 위치하는 액정층(300)을 포함한다.
우선 박막트랜지스터 기판(100)을 보면 제1절연기판(111)위에 게이트 배선(121, 122)이 형성되어 있다. 게이트 배선(121, 122)은 금속 단일층 또는 다중층일 수 있다. 게이트 배선(121, 122)은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(121) 및 게이트선(121)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(T)의 게이트 전극(122)을 포함한다. 도시하지 않았지만 게이트 배선(121, 122)은 화소전극(161)과 중첩되어 저장 용량을 형성하는 공통전극선을 더 포함할 수 있다.
제1절연기판(111)위에는 질화규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(131)이 게이트 배선(121, 122)을 덮고 있다.
게이트 전극(122)의 게이트 절연막(131) 상부에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(132)이 형성되어 있으며, 반도체층(132)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 등의 물질로 만들어진 저항 접촉층(133)이 형성되어 있다. 저항 접촉층(133)은 게이트 전극(122)을 중심으로 2부분으로 나누어져 있다.
저항 접촉층(133) 및 게이트 절연막(131) 위에는 데이터 배선(141, 142, 143)이 형성되어 있다. 데이터 배선(141, 142, 143) 역시 금속층으로 이루어진 단일층 또는 다중층일 수 있다. 데이터 배선(141, 142, 143)은 세로방향으로 형성되어 게이트선(121)과 교차하여 화소를 형성하는 데이터선(141), 데이터선(141)의 분 지이며 저항 접촉층(133)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(142), 소스전극(142)과 분리되어 있으며 게이트 전극(122)을 중심으로 소스전극(142)의 반대쪽 저항 접촉층(133) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(143)을 포함한다.
데이터 배선(141, 142, 143) 및 이들이 가리지 않는 반도체층(132)의 상부에는 질화규소, PECVD 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F막 및 아크릴계 유기절연막 등으로 이루어진 보호막(151)이 형성되어 있다. 보호막(151)에는 드레인 전극(143)을 드러내는 접촉구(152)가 형성되어 있다.
보호막(134)의 상부에는 화소전극(161)이 형성되어 있다. 화소전극(161)은 통상 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명도전막으로 이루어진다.
화소전극(161)에는 대략 'V'자 형상의 화소전극 절개패턴(162)이 형성되어 있다. 화소전극 절개패턴(162)은 후술한 유기막 산구조 패턴(251)과 함께 액정층(300)을 다수의 도메인으로 분할하기 위해 형성되어 있는 것이다.
컬러필터 기판(200)을 보면 제2절연기판(211) 위에 블랙매트릭스(221)가 형성되어 있다. 블랙매트릭스(221)는 일반적으로 적색, 녹색 및 청색 필터 사이를 구분하며, 박막트랜지스터 기판(100)에 위치하는 박막트랜지스터(T)로의 직접적인 광조사를 차단하는 역할을 한다. 블랙매트릭스(221)는 통상 검은색 안료가 첨가된 감광성 유기물질로 이루어져 있다. 상기 검은색 안료로는 카본블랙이나 티타늄 옥사이드 등을 사용한다.
컬러필터층(231)은 블랙매트릭스(221)를 경계로 교대로 형성되어 있는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c)을 포함한다. 3개의 부분층(231a, 231b, 231c)은 각각 적색, 녹색, 청색 필터로 이루어져 있다. 컬러필터층(231)은 백라이트 유닛(도시하지 않음)으로부터 조사되어 액정층(300)을 통과한 빛에 색상을 부여하는 역할을 한다. 컬러필터층(231)은 통상 감광성 유기물질로 이루어져 있다.
컬러필터층(231)은 제1영역과 제1영역보다 높은 제2영역을 가진다. 제1영역에는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c) 중 어느 하나만이 위치하며, 제2영역에는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c) 중 2개가 겹쳐져 있다. 또한 제2영역에는 블랙매트릭스(221)도 위치하고 있어 제1영역과의 높이 차이를 더욱 크게 한다.
컬러필터층(231)의 상부에는 공통전극(241)이 형성되어 있다. 공통전극(241)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명도전막으로 이루어진다. 공통전극(241)은 박막트랜지스터 기판의 화소전극(161)과 함께 액정층(300)에 직접 전압을 인가한다. 공통전극(241)에는 절개패턴이 없으며 컬러필터층(231) 전체를 덮고 있다.
공통전극(241) 상에는 동시에 형성된 유기막 산구조 패턴(251)과 컬럼스페이서(255)가 마련되어 있다.
유기막 산구조 패턴(251)은 컬러필터층(231)의 제1영역 내에 위치하고 있다. 유기막 산구조 패턴(251)은 단면이 대략 삼각형이며 정상부분(A)과 경사부분(B)으로 이루어져 있으며, 각 유기막 산구조 패턴(251)은 이격 부분(C)으로 인해 서로 분리되어 있다. 유기막 산구조 패턴(251)의 정상부분(A)은 화소전극 절개패턴(162)에 대응되게 마련되어 있다.
유기막 산구조 패턴(251)에 의하여 액정층(300)의 액정분자들이 소정의 선경사(pretilt)를 가지게 되며, 액정분자는 화소전극(161)에 전압이 인가되면 신속하게 선경사에 의하여 결정된 방향으로 재배열되게 된다.
컬럼스페이서(255)는 유기막 산구조 패턴(251)과 동시에 형성되었으며 컬러필터층(231)의 제2영역 내에 위치하고 있다. 컬럼스페이서(255)은 양 기판(100, 200)간의 셀 갭을 유지하는 역할을 하며, 박막트랜지스터 기판(100)의 박막트랜지스터(T)에 대응하여 위치하고 있다.
박막트랜지스터 기판(100)과 컬러필터 기판(200)의 사이에 액정층(300)이 위치한다. 액정층(300)은 VA(vertically aligned)모드로서, 액정분자는 전압이 가해지지 않은 상태에서는 길이방향이 수직을 이루고 있다. 전압이 가해지면 액정분자는 유전율 이방성이 음이기 때문에 전기장에 대하여 수직방향으로 눕는다. 그런데 화소전극 절개패턴(162)과 유기막 산구조 패턴(251)이 형성되어 있지 않으면, 액정분자는 눕는 방위각이 결정되지 않아서 여러 방향으로 무질서하게 배열하게 되어, 배향방향이 다른 경계면에서 전경선(disclination line)이 생긴다. 화소전극 절개패턴(162)과 유기막 산구조 패턴(251)은 액정층(300)에 전압이 걸릴 때 프린지 필드를 만들어 액정 배향의 방위각을 결정해 준다. 또한 액정층(300)은 화소전극 절개패턴(162)과 유기막 산구조 패턴(251)의 배치에 따라 다중영역으로 나누어진다.
제1실시예에서 제1영역에 유기막 산구조 패턴(251)을 형성하고 제1영역보다 높은 제2영역에 컬럼스페이서(255)를 형성한 이유를 설명하면 다음과 같다.
먼저 유기막 산구조 패턴(251)과 컬럼스페이서(255)를 동시에 형성할 경우의 문제점을 설명한다.
유기막 산구조 패턴(251)의 정상부(A) 높이는 통상 1.2㎛정도이며 컬럼스페이서(255)의 높이는 원하는 셀갭에 따라 다르지만 통상 4㎛ 정도이다. 따라서 유기막 산구조 패턴(251)과 컬럼스페이서(255)를 동시에 형성할 경우 4㎛ 이상의 유기물질막을 노광 및 현상해야 한다. 노광시 유기막 산구조 패턴(251)의 제조를 위해 슬릿 패턴을 가진 마스크가 사용된다. 그런데 4㎛이상의 유기물질막으로부터 1.2㎛정도의 유기막 산구조 패턴(251)을 형성하기 위해서는 노광량을 증가시켜야 하기 때문에 슬릿 간의 간격이 커져 유기막 산구조 패턴(251)에 요철이 생기는 문제가 있다.
유기막 산구조 패턴(251)의 높이를 전체적으로 증가시키면 컬럼스페이서(255)와의 높이 차이가 줄어 노광량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 슬릿간격을 작게 할 수 있어 요철발생은 줄어든다. 하지만 두꺼운 유기막 산구조 패턴(251)에 의해 광효율이 감소하는 문제가 발생한다.
제1실시예에서는 제1영역에 유기막 산구조 패턴(251)을 형성하고 제1영역보다 높은 제2영역에 컬럼스페이서(255)를 형성하여 이러한 문제를 해결한다.
제1영역에는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c) 중 하나만이 위치하고 있다. 반면 제2영역에는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c) 중 2개가 겹쳐져 있으며 블랙 매트릭스(221)도 위치하고 있다.
블랙 매트릭스(221)의 두께(d1)는 통상 1.5㎛정도이고, 각 부분층(231a, 231b, 231c)의 높이(d2)는 통상 1.8㎛정도이다. 이에 따라 제2부분은 제1부분에 비 해 박막트랜지스터 기판(100)을 향해 약 3.3㎛정도 돌출되어 있다. 제1실시예에서는 돌출되어 있는 제2영역에 컬럼스페이서(255)를 형성하여 필요한 셀갭을 얻기 위한 컬럼스페이서(255)의 두께(d3)를 줄인다. 이에 따라 유기막 산구조 패턴(251)의 두께(d4)와 컬럼스페이서(255)의 두께(d3)의 차이가 감소한다.
컬럼스페이서(255)의 두께(d3)가 줄어들면 후술하는 컬러필터 기판(200)의 제조과정에서 유기막 산구조 패턴(251)과 컬럼스페이서(255)를 형성하기 위한 유기물질막의 두께를 줄일 수 있다. 유기물질막의 두께가 감소하면 유기막 산구조 패턴(251) 형성을 위한 노광량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 마스크의 슬릿 간격을 줄일 수 있으며 유기막 산구조 패턴(251)에 요철이 생기는 문제가 감소한다.
한편 컬럼스페이서(255)는 박막트랜지스터 기판(100)의 박막트랜지스터(T)에 접하고 있다. 박막트랜지스터(T)는 제1영역에 해당하는 화소영역과 달리 게이트 전극(122), 반도체층(132), 저항접촉층(133), 소스 전극(142), 드레인 전극(143) 등을 포함하고 있어 컬러필터 기판(200)을 향하여 돌출되어 있다. 박막트랜지스터(T)가 형성된 부분과 화소 영역 부분의 두께 차이(d5)는 대략 0.5㎛정도이며, 이에 의해 필요한 컬럼스페이서(255)의 두께(d3)는 더욱 감소된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조방법을 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 설명한다. 제1기판(100)은 통상의 방법으로 형성할 수 있으며 구체적인 설명은 생략한다.
먼저 도3a와 같이 제2기판소재(211)상에 블랙매트릭스(221)를 형성한다. 블랙매트릭스(221)를 형성하는 과정은 다음과 같다. 먼저 감광성 유기물질에 검은색 안료를 첨가하여 블랙매트릭스 감광액을 만든다. 검은색 안료로는 카본 블랙이나 티타늄 옥사이드를 사용할 수 있다. 블랙매트릭스 감광액을 제2기판소재(211)상에 도포하고 노광, 현상, 베이크하면 블랙매트릭스(221)가 완성된다.
이후 도 3b와 같이 블랙매트릭스(221) 사이에 적색을 가지는 제1부분층(231a)을 형성한다. 제1부분층(231a)의 제조는 적색 컬러필터 조성물을 도포, 노광, 현상, 베이크하여 이루어질 수 있다. 이 때 박막트랜지스터(T)를 가릴 블랙매트릭스(211) 상에 제1부분층(231a)이 위치하도록 하며 이 부분이 제2영역이 된다.
이후 도 3c와 같이 블랙매트릭스(221) 사이에 녹색을 가지는 제2부분층(231b)를 형성한다. 제2부분층(231b)는 제1영역에서는 제1부분층(231a)와 겹치지 않지만 제2영역에서는 제1부분층(231a)과 겹쳐지도록 한다.
이후 도 3d와 같이 블랙매트릭스(221) 사이에 제3부분층(231c)을 형성하여 컬러필터층(231)을 완성한다. 완성된 컬러필터층(231)을 보면 제1영역에서는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c) 중 어느 하나만 위치하며, 제2영역에서는 두 개가 겹쳐져 있다. 또한 제2영역에는 블랙매트릭스(221)도 위치하고 있다.
이후 도 3e에 도시한 바와 같이 컬러필터층(231) 상에 공통전극(241)을 형성한다. 공통전극(241)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질을 스퍼터링 방법에 의해 증착시켜 마련할 수 있다. 공통전극(241)은 별도의 패터닝 과정을 거치지 않는다.
이후 도 3f에 도시한 바와 같이 컬러필터층(231) 상에 유기물질층(250)을 형성하고 노광한다. 유기물질층(250)은 감광성이며 스핀 코팅 또는 노즐 코팅 방법으 로 마련될 수 있다. 유기물질층(250)의 두께(d6)는 컬럼스페이서(255)의 두께(d3)보다 크게 마련되는데 이는 현상과정에서의 두께 감소를 감안한 것이다.
유기물질층(250)의 노광에 사용되는 마스크(400)는 마스크 기판(411)과 광차단 패턴(421a, 421b)으로 이루어져 있다. 마스크 기판(411)은 쿼츠로 이루어질 수 있으며 광차단 패턴(421a, 421b)은 크롬층으로 이루어질 수 있다. 광차단 패턴(421a, 421b)을 살펴보면 다음과 같다.
컬럼스페이서(255)가 형성될 부분에 해당하는 광차단 패턴(421a)은 실질적으로 광을 100%차단할 수 있도록 마련되어 있다. 반면 유기막 산구조 패턴(251)이 형성될 부분에 해당하는 광차단 패턴(421b)은 슬릿으로 형성되어 있다. 광차단 패턴(421b)은 유기막 산구조 패턴(251)의 정상부분(A)에 해당하는 부분(D)에는 조밀하게 배치되어 있으며, 유기막 산구조 패턴(251)의 경사 부분(B)에 해당하는 부분(E)은 바깥쪽으로 갈수록 간격이 커지도록 배치되어 있다. 또한 유기막 산구조 패턴(251)의 이격부분(C)에 해당하는 부분(F)에는 광차단 패턴(421b)이 배치되어 있지 않다. 이와 같은 광차단 패턴(421b)에 의해 유기물질층(250)의 노광을 위한 자외선의 강도는 화살표로 표시한 바와 같이 D부분을 중심으로 바깥으로 갈수록 강해진다.
이 때 경사부분(B)에 해당하는 광차단 패턴(421b) 간의 간격(d7)이 커지면 형성되는 유기막 산구조 패턴(251)에 요철이 형성될 수 있다. 그러나 제1실시예에서는 컬럼스페이서(255)를 높이가 높은 제2영역에 형성시켜 컬럼스페이서(255)의 두께(d3)를 낮추어 유기물질층(250)의 두께(d6)를 감소시킬 수 있다. 따라서 유기 막 산구조 패턴(251)을 얻기 위한 노광량이 감소하며 슬릿 간의 간격(d7)을 작게 할 수 있다.
도 3g는 유기물질층(250)을 노광한 후 현상 과정을 거쳐 유기막 산구조 패턴(251)과 컬럼스페이서(255)를 완성한 상태를 나타낸다. 이로써 컬러필터기판(200)이 완성된다.
액정표시패널(1)의 제조과정을 설명하면 다음과 같다.
완성된 컬러필터기판(200)의 둘레를 따라 실런트를 도포한 후 액정층(300)을 적하(dropping)방식으로 형성한다. 이 후 박막트랜지스터 기판(100)과 컬러필터 기판(200)을 접합한 후 실런트를 경화시킨다. 이 때 컬러필터 기판(200)의 컬럼스페이서(255)가 박막트랜지스터 기판(100)의 박막트랜지스터(T)에 대응하도록 한다. 액정층(300)은 적하방식이 아닌 주입(filling)방식으로도 형성될 수 있다.
도 4 내지 도 7은 각각 본발명의 제2실시예 내지 제5실시예에 따른 액정표시패널의 단면도이다.
도 4에 도시한 제2실시예를 보면 컬럼스페이서(255)가 게이트선(121)의 상부에 위치한다. 컬럼스페이서(255)와 제2기판소재(211) 사이에는 블랙매트릭스(221)와 서로 겹쳐 있는 2개의 부분층(231a, 231c)이 위치하며, 컬럼스페이서(255)와 제1기판소재(111) 상에는 게이트선(121)이 위치하고 있다. 따라서 컬럼스페이서(255)의 두께(d8)를 감소시킬 수 있다.
도 5에 도시한 제3실시예를 보면 컬럼스페이서(255)와 제2기판소재(211) 사이에 컬러필터층(231)이 위치하고 있지 않다. 그러나 컬럼스페이서(255)와 제2기판 소재(211) 사이에는 블랙매트릭스(221)가 위치하며, 컬럼스페이서(255)와 제1기판소재(111) 상에는 박막트랜지스터(T)가 위치하고 있다. 따라서 컬럼스페이서(255)의 두께(d9)를 감소시킬 수 있다.
도 6에 도시한 제4실시예를 보면 컬럼스페이서(255)와 제2기판소재(211) 사이에 서로 겹쳐 있는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c)이 위치한다. 또한 컬럼스페이서(255)와 제1기판소재(111) 사이에는 박막트랜지스터(T)가 위치한다. 서로 겹쳐 있는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c)으로 인해 컬럼스페이서(255)의 두께(d10)는 제1실시예에 비하여 더욱 작아질 수 있다.
도 7에 도시한 제5실시예를 보면 블랙매트릭스가 형성되어 있지 않다. 대신 3개의 부분층(231a, 231b, 231c) 중 인접한 2개가 겹쳐져 블랙매트릭스 역할을 한다. 컬럼스페이서(255)와 제2기판소재(211) 사이에는 3개의 부분층(231a, 231b, 231c) 중 2개가 위치하며, 컬럼스페이서(255)와 제1기판소재(111) 사이에는 박막트랜지스터(T)가 위치한다. 이에 의해 컬럼스페이서(255)의 두께(d11)를 감소시킬 수 있다.
비록 본발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유기막 산구조 패턴과 컬럼스페 이서를 동시에 형성하면서도 유기막 산구조 패턴의 형상을 개선할 수 있는 컬러필터 기판과 이를 포함하는 액정표시패널이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면 유기막 산구조 패턴과 컬럼스페이서를 동시에 형성하면서도 유기막 산구조 패턴의 형상을 개선할 수 있는 컬러필터 기판과 액정표시패널의 제조방법이 제공된다.

Claims (30)

  1. 기판소재와;
    상기 기판소재 상에 형성되어 있으며 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층과;
    상기 제1영역에 형성되어 있으며 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴과;
    상기 제2영역에 형성되어 있으며 상기 유기막 산구조 패턴과 동시에 형성된 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 2개의 부분층을 포함하며,
    상기 제2영역에는 2개의 상기 부분층이 겹쳐져 있는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 3개의 부분층을 포함하며,
    상기 제2영역에는 3개의 상기 부분층이 겹쳐져 있는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2영역에는 상기 기판소재와 상기 컬러필터층 사이에 블랙매트릭스가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기막 산구조 패턴와 상기 컬러필터층 사이 및 상기 컬럼스테이서와 상기 컬러필터층 사이에 위치하는 공통전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기막 산구조 패턴은 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
  7. 박막트랜지스터가 형성되어 있는 박막트랜지스터 기판과;
    상기 박막트랜지스터 기판에 대향 배치되어 있으며, 기판소재와, 상기 기판소재 상에 형성되어 있으며 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층과, 상기 제1영역에 형성되어 있으며 상기 박막트랜지스터 기판을 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴과, 상기 제2영역에 형성되어 있으며 상기 유기막 산구조 패턴과 동일한 층으로 이루어진 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 기판과;
    상기 박막트랜지스터 기판과 상기 컬러필터 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컬럼스페이서는 상기 박막트랜지스터 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터 기판은 서로 절연교차하는 신호선을 더 포함하며,
    상기 컬럼스페이서는 상기 신호선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 2개의 부분층을 포함하며,
    상기 제2영역에는 2개의 상기 부분층이 겹쳐져 있는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 3개의 부분층을 포함하며,
    상기 제2영역에는 3개의 상기 부분층이 겹쳐져 있는 것을 특징으로 하는 액 정표시패널.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2영역에는 상기 기판소재와 상기 컬러필터층 사이에 블랙매트릭스가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 컬러필터 기판은 상기 유기막 산구조 패턴와 상기 컬러필터층 사이 및 상기 컬럼스페이서와 상기 컬러필터층 사이에 위치하는 공통전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 유기막 산구조 패턴은 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 액정층은 VA(vertically aligned) 모드인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터 기판은 화소전극 절개패턴이 형성되어 있는 화소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유기막 산구조패턴의 정상은 상기 화소전극 절개패턴에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 화소전극 절개패턴은 'V'자 형상인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  19. 박막트랜지스터가 형성되어 있는 박막트랜지스터 기판과;
    상기 박막트랜지스터 기판에 대향 배치되어 있으며, 기판소재와, 상기 기판소재 상에 형성되어 있으며 상기 박막트랜지스터 기판을 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴과, 상기 기판 소재 상에서 상기 유기막 산구조 패턴과 동일한 층으로 형성되어 있으며 상기 박막트랜지스터에 대응하여 위치하는 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 기판과;
    상기 컬러필터 기판과 상기 박막트랜지스터 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 유기막 산구조 패턴과 상기 기판소재의 사이 그리고 상기 컬럼스페이서와 상기 기판소재의 사이에 위치하는 컬러필터층을 더 포함하며,
    상기 유기막 산구조 패턴이 위치한 제1영역의 상기 컬러필터층의 두께는 상기 컬럼스페이서가 위치한 제2영역의 상기 컬러필터층의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  21. 기판소재 상에 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층 상에 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 공통전극 상에 유기물질층을 형성하는 단계와;
    상기 유기물질층을 패터닝하여 상기 제1영역에 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴을 형성하며, 상기 제2영역에 컬럼스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 2개의 부분층을 포함하며,
    상기 컬러필터층은 상기 제2영역에 2개의 상기 부분층이 겹쳐지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 서로 다른 색상을 가진 적어도 3개의 부분층을 포함하며,
    상기 컬러필터층은 상기 제2영역에 3개의 상기 부분층이 겹쳐지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 기판소재 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 블랙매트릭스는 상기 제2영역에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 유기막 산구조 패턴의 형성은 슬릿 패턴을 가지는 마스크를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  26. 기판소재 상에 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층 상에 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 공통전극 상에 유기물질층을 형성하는 단계와;
    상기 유기물질층을 패터닝하여 상기 제1영역에 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴을 형성하며, 상기 제2영역에 컬럼스페이서를 형성하여 컬러필터 기판을 마련하는 단계와;
    박막트랜지스터를 포함하는 박막트랜지스터 기판을 마련하는 단계와;
    상기 컬러필터 기판과 상기 박막트랜지스터 기판을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 컬러필터 기판과 상기 박막트랜지스터 기판은 상기 컬럼스페이서와 상기 박막트랜지스터가 대응하도록 부착되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  28. 기판소재 상에 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층 상부에 유기물질층을 형성하는 단계와;
    상기 유기물질층을 패터닝하여 컬럼스페이서와 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴을 형성하여 컬러필터 기판을 마련하는 단계와;
    박막트랜지스터를 포함하는 박막트랜지스터 기판을 마련하는 단계와;
    상기 컬럼스페이서가 상기 박막트랜지스터에 대응하도록 상기 컬러필터 기판과 상기 박막트랜지스터 기판을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 유기막 산구조 패턴이 위치한 제1영역의 상기 컬러필터층의 두께는 상 기 컬럼스페이서가 위치한 제2영역의 상기 컬러필터층의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
  30. 기판소재와;
    상기 기판소재 상에 형성되어 있으며 제1영역과 상기 제1영역보다 높은 제2영역을 가지는 컬러필터층과;
    상기 제1영역에 형성되어 있으며 상부를 향하여 돌출형성된 유기막 산구조 패턴과;
    상기 제2영역에 형성되어 있으며 상기 유기막 산구조 패턴과 동일한 재질을 갖는 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터 기판.
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