KR20070055870A - 표시 기판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치 - Google Patents

표시 기판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20070055870A
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Abstract

본 발명은 표시 기판의 제조 방법을 제공한다. 이 방법에 따르면, 먼저 기판 상에 차광막을 형성한다. 차광막을 패터닝하여 각 화소에 대응되는 개구부를 갖는 차광막 패턴을 형성한다. 개구부를 채우는 투명 절연막 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 투명 절연막 패턴은 잉크젯, 그라비어 인쇄 또는 롤 인쇄 방식으로 형성하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 기판 상에 단차를 해소함으로써, 표시 품질이 향상된 표시기판을 제공할 수 있다.
컬러 필터, 투명 절연막, 차광막, 광학적 보상 복굴절, 벤드

Description

표시 기판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치{Method of Fabricating Display Substrate And Liquid Crystal Display Device Using The Same}
도 1a 내지 도 3a는 종래기술에 따른 표시 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들;
도 1b 내지 도 3b는 종래기술에 따른 표시 기판의 제조 방법을 설명하기 위해 도 1a 내지 도 3a의 A-A 선을 따라 절단한 단면도들;
도 4a 내지 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 표시 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들;
도 4b 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 표시 기판의 제조 방법을 설명하기 위해 도 4a 내지 도 6a의 B-B 선을 따라 절단한 단면도들;
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도;
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위해 도 7a의 C-C 선을 따라 절단한 단면도.
본 발명은 표시 기판에 관한 것으로, 더 구체적으로 표시 기판의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 표시 기판이 사용된 액정 표시 장치에 관한 것이다.
영상을 표시하는 표시 장치로는 노트북 컴퓨터 모니터로 널리 쓰이는 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display), 대형 디지털 텔레비전으로 사용되는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP : Plasma Display Panel) 또는 휴대전화에 사용되는 유기 전계 발광 디스플레이(OELD : Organic Electro Luminescence Display) 등이 있다.
이러한 표시 장치들은 표시 기판을 포함한다. 표시 기판에는 화상을 나타내는 최소 단위인 단위 화소(unit pixel)가 정의되며, 단위 화소의 경계에는 차광막 패턴(black matrix pattern)이 형성된다. 이러한 차광막 패턴은 소정의 두께로 형성되어 빛의 투과를 차단하며, 단위 화소 이외의 영역에서 영상이 표시되지 않도록 한다.
종래에는 표시 기판에 컬러 필터(color filter)가 형성되어 색을 재현하였으나, 표시 기판의 원가를 낮추기 위해 근래에는 컬러 필터가 사용되지 않는 표시 장치(CLD : Color filterLess Display)를 구현하고 있다. 이와 같은 컬러 필터가 사용되지 않는 표시 장치는 보통 3색(RGB : Red, Green, Blue)의 컬러 필터를 대체하는 3색의 광원을 사용하게 된다. 3색의 광원을 사용함에 따라, 단위 화소의 크기도 증가하여 개구율이 증가하는 이점이 있다. 반면에 3색의 광원을 순차적으로 조사함에 따라 표시 장치의 응답 속도가 느려지는 단점도 있다.
따라서, 표시 장치의 개구율 및 응답 속도를 증가하기 위한 방법으로 컬러 필터가 사용되지 않는 표시 장치의 액정으로 광학적 보상 복굴절 방식(OCB : Optical Compensated Birefringence)의 액정이 사용되게 되었다.
도 1a 내지 도 3a는 종래기술에 따른 표시 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이고, 도 1b 내지 도 3b는 도 1a 내지 도 3a의 A-A 선을 따라 절단한 단면도들이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판(10)의 전면에 차광막(20)이 형성된다. 기판(10)은 투명한 절연 기판으로 유리 또는 플라스틱이 사용된다. 차광막(20)은 포토레지스트 성분의 유기막을 도포하여 형성된다.
차광막(20)은 포토 마스크(30)를 이용하여 노광한다. 포토 마스크(30)는 빛을 투과하는 투과 영역(31)과 투과하지 않는 불투과 영역(32)을 가지며, 포토 마스크(30)는 노광 후 차광막(20)에서 제거되는 부분이 투과 영역(31)에 대응되도록 차광막(20) 상에 배치된다. 노광시 투과 영역(31)을 통과한 빛(화살표로 표시됨)만이 차광막(20)으로 조사된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 노광된 기판(10)이 현상되어 차광막 패턴(20a)이 형성된다. 현상은 기판(10)을 현상액에 담그거나 또는 기판(10)에 현상액을 분사하는 방법으로 진행된다. 노광된 부분의 차광막(20)은 현상액에 의해 제거되며, 제거된 영역에는 개구부(25)가 형성된다. 개구부(25)는 화상이 표시될 수 있는 화소에 대응되며, 동일한 크기로 기판(10)에 규칙적으로 배치된다. 차광막 패턴(20a)은 화소의 경계 부분에 형성되어 화소 이외의 영역에서 빛이 투과되는 것을 차단한다.
그런데 차광막 패턴(20a)으로 인하여 단위 화소에 대응되는 영역인 개구부(25)와 차광막 패턴(20a)이 형성된 영역 사이에는 차광막 패턴(20a)의 두께에 해당하는 단차가 발생하게 된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기한 단차를 해소하기 위해 기판(10)의 전면에 개구부(25)를 채우기 위한 투명 절연막(30)이 형성된다. 투명 절연막(30)은 아크릴 수지(acryl resin)와 같은 유동성 물질을 사용할 수 있다.
구체적으로, 차광막 패턴(20a)이 대략 1.5μm의 두께로 형성되고, 기판의 평탄화를 위한 투명 절연막(30)이 1.3μm의 두께로 형성된 경우, 대략 0.5μm 정도의 단차가 감소될 수 있으나, 여전히 1μm 정도의 단차가 남게 된다. 따라서, 단차를 완전히 제거하려면 투명 절연막(30)이 매우 두껍게 형성되어야 하나, 두께가 두꺼울수록 재료나 도포 조건 등에 의해 공정의 균일성을 얻기 어려운 문제점이 있다.
이와 같이, 기판에 존재하는 단차는 향후 액정 표시 장치에서 액정을 감싸는 상하 기판 사이의 모폴로지(morphology) 차이에 의해 러빙(rubbing) 상태가 달라지면서 광학적 보상 복굴절 방식의 액정의 벤드 배향이 틀어지게 된다. 이에 따라, 액정 왜곡 현상이 일어남에 따라 액정 표시 장치의 표시 품질이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기판 상의 단차로 인해 유발되는 표시 품질의 저하를 방지할 수 있는 표시 기판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 표시 기판의 제조 방법을 제공한다. 이 방법에 따르면, 먼저 기판 상에 차광막을 형성한다. 차광막을 패터닝하여 각 화소에 대응되는 개구부를 갖는 차광막 패턴을 형성한다. 개구부를 채우는 투명 절연막 패턴을 형성하되, 투명 절연막 패턴은 잉크젯, 그라비어 인쇄 또는 롤 인쇄 방식으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
투명 절연막 패턴은 상기 차광막 패턴과 동일한 두께로 형성될 수 있다.
이러한 방법으로 제조되는 표시 기판을 이용한 액정 표시 장치를 제공한다. 이 액정 표시 장치는 제 1 기판, 제 2 기판 및 그 사이에 배열되는 액정, 제 1 기판에서 서로 교차하면서 화소를 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인, 제 2 기판에 형성되며, 화소에 대응되는 개구부를 갖는 차광막 패턴 및 차광막 패턴 상의 영역을 제외한 개구부를 채우는 투명 절연막 패턴으로 이루어지되, 투명 절연막 패턴은 차광막 패턴과 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
액정은 광학적 보상 복굴절 방식의 액정을 사용할 수 있다. 투명 절연막 패턴은 잉크젯, 그라비어 인쇄 또는 롤 인쇄 방식으로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 명확 성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다.
도 4a 내지 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 표시 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이고, 도 4b 내지 도 6b는 도 4a 내지 도 6a의 B-B 선을 따라 절단한 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 기판(110)의 전면에 차광막(120)이 형성된다. 기판(110)은 투명한 절연 기판으로 유리 또는 플라스틱이 사용될 수 있다. 차광막(120)은 포토레지스트 성분의 유기막을 도포하여 형성될 수 있다. 차광막(120)으로 크롬(Cr)을 이용한 금속막이 사용되기도 하였으나, 금속막은 상대적으로 높은 반사율을 갖기 때문에 투과율을 저하시키며 또한 공정 단가나 환경 오염의 측면에서 바람직하지 않다. 다만 유기막을 사용하는 경우, 유기막은 금속막에 비해 광밀도가 떨어지기 때문에 효과적인 차광을 위해 차광막(120)의 두께가 다소 두껍게 형성될 수 있다.
차광막(120)은 포토 마스크(130)를 이용하여 노광한다. 차광막(120)은 음화 타입(negative type)이나 양화 타입(positive type)이 모두 사용될 수 있으며, 여기서는 양화 타입의 차광막이 사용된 경우를 나타내고 있다. 포토 마스크(130)는 빛을 투과하는 투과 영역(131)과 투과하지 않는 불투과 영역(132)을 가지며, 포토 마스크(130)는 노광 후 차광막(120)에서 제거되는 부분이 투과 영역(131)에 대응되도록 차광막(120) 상에 배치된다. 노광시 투과 영역(131)을 통과한 빛(화살표로 표 시됨)만이 차광막(120)으로 조사될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 노광된 기판(110)이 현상되어 차광막 패턴(120a)이 형성된다. 현상은 기판(110)을 현상액에 담그거나 또는 기판(110)에 현상액을 분사하는 방법으로 진행될 수 있다. 노광된 부분의 차광막(120)은 현상액에 의해 제거될 수 있으며, 제거된 영역에는 개구부(125)가 형성된다. 개구부(125)는 화상이 표시될 수 있는 화소에 대응될 수 있으며, 동일한 크기로 기판(110)에 규칙적으로 배치될 수 있다. 차광막 패턴(120a)은 화소의 경계 부분에 형성되어 화소 이외의 영역에서 빛이 투과되는 것을 차단할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 차광막 패턴(120a)으로 한정된 기판(110) 상의 개구부(125)에 투명 절연막 패턴(130)이 형성된다. 투명 절연막 패턴(130)은 잉크젯, 그라비어 인쇄 또는 롤 인쇄 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 방식들로 개구부(125)를 채움으로써, 차광막 패턴(120a)과 같은 높낮이를 가지는 투명 절연막 패턴(130)이 형성될 수 있다.
상기한 방법으로 제조되는 표시 기판은 다양한 표시 장치에 사용될 수 있으며, 이하에서는 상기한 표시 기판이 사용된 액정 표시 장치에 대하여 살펴본다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도이고, 도 7b는 도 7a의 C-C 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 액정 표시 장치는 서로 마주보도록 합착되는 제 1 기판(210), 제 2 기판(310) 및 제 1 기판(210)과 제 2 기판(310) 사이에 개재되는 액정(도 7b의 400)을 포함한다. 제 1 기판(210)에는 동작에 필요한 신호를 전달하는 복 수개의 금속 배선(230 및 250)이 형성된다. 금속 배선(230 및 250)은 행 방향으로 신장된 게이트 라인(230)과 열 방향으로 신장된 데이터 라인(250)으로 이루어지며, 이들이 서로 교차하면서 화소를 정의한다. 각 화소는 독립적으로 구동되며, 이를 위해 각 화소마다 박막 트랜지스터(T)와 화소 전극(260)이 구비된다. 박막 트랜지스터(T)는 게이트 라인(230)이 연장된 게이트 전극(231), 데이터 라인(250)이 연장된 소오스 전극(251) 및 소오스 전극(251)과 대향되는 드레인 전극(252)을 포함한다. 드레인 전극(252)은 화소 전극(260)에 연결된다. 한편, 제 2 기판(310)에는 화소 전극(260)과 마주보도록 공통전극(340)이 구비된다.
액정 표시 장치가 동작할 때, 게이트 라인(230)으로 게이트 온(on) 신호가 인가되면 박막 트랜지스터(T)가 턴-온(turn-on)된다. 이때, 데이터 라인(250)으로는 화상 정보에 따른 데이터 신호가 전송되어 화소 전극(260)에 인가된다. 동시에 공통 전극(340)에 공통 전압이 인가되어, 액정에 전계가 작용하게 된다. 전계에 따라 액정의 배열 방향이 변경되며, 액정의 빛에 대한 투과율이 달라져서 데이터 신호에 따른 영상이 표시된다.
위와 같은 동작을 통하여 액정 표시 장치의 전체 화면에서 균일한 화질의 영상이 표시되려면, 제 1 기판(210)과 제 2 기판(310) 사이의 간격인 셀 갭(cell gap)이 일정하게 유지되어야 한다. 셀 갭은 제 1 기판(210) 또는 제 2 기판(310) 표면의 평탄도에 영향을 받게 된다. 본 발명의 액정 표시 장치에는 도 6a 및 도 6b와 같이 제조되는 표시 기판을 사용함으로써 제 2 기판(310)에서의 단차 발생을 최소화한다.
도 7b를 참조하면, 제 1 기판(210)과 제 2 기판(310) 사이에는 액정(400)이 배열된다. 액정(400)은 광학적 보상 복굴절 방식인 것을 사용할 수 있다.
설명의 편의상 제 1 기판(210)과 제 2 기판(310)에 대해 액정(400)이 배열된 방향을 '각 기판의 상측'이라 정의하기로 한다.
제 1 기판(210) 상에는 게이트 라인(250)을 절연시키는 게이트 절연막(220)이 형성된다. 게이트 절연막(220) 상의 소정 영역에는 데이터 라인(250)이 형성된다. 데이터 라인(250) 상에는 데이터 라인(250)을 절연시키며, 데이터 라인(250)이나 박막 트랜지스터(T)의 보호를 위한 보호막(240)이 형성된다. 보호막(240) 상에는 데이터 라인(250)을 기준으로 그 양측에 화소 전극(260)이 형성된다. 도시하지 않았지만, 제 1 기판(210)의 하부에는 3색의 광을 순차적으로 조사하는 백라이트 어셈블리(backlight assembly)가 구비된다. 따라서, 화소가 턴-온되는 단위 시간 동안 3색의 광이 순차적으로 조사되어 컬러를 구현할 수 있다.
제 2 기판(310) 상에는 화소와 대응되는 위치에 투명 절연막 패턴(330)이 형성되고, 화소의 경계에는 차광막 패턴(320)이 형성된다. 투명 절연막 패턴(330) 및 차광막 패턴(320) 상에는 공통 전극(340)이 형성된다. 투명 절연막 패턴(330)은 차광막 패턴(320)의 양쪽을 채우게 되며, 차광막 패턴(320)과 함께 제 2 기판(310)의 상부면을 평탄화한다.
상기한 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 표시 기판을 제조함과 아울러 제조된 표시 기판을 액정 표시 장치에 사용함으로써, 광학적 보상 복굴절 방식의 액정의 벤드 배향 틀어짐을 방지할 수 있다. 이에 따라, 개구율 향상을 위해 컬러 필 터가 사용되지 않는 액정 표시 장치의 응답 속도를 향상시킬 수 있는 표시 기판 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따르면 기판 상의 단차를 해소함으로써, 광학적 보상 복굴절 방식의 액정의 벤드 배향이 틀어지는 현상을 방지하여 표시 기판의 표시 품질을 향상시킬 수 있는 표시 기판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판 상에 차광막을 형성하는 단계;
    상기 차광막을 패터닝하여 각 화소에 대응되는 개구부를 갖는 차광막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 개구부를 채우는 투명 절연막 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 투명 절연막 패턴은 잉크젯, 그라비어 인쇄 또는 롤 인쇄 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 투명 절연막 패턴은 상기 차광막 패턴과 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
  3. 제 1 기판, 제 2 기판 및 그 사이에 배열되는 액정;
    상기 제 1 기판에서 서로 교차하면서 화소를 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인;
    상기 제 2 기판에 형성되며, 상기 화소에 대응되는 개구부를 갖는 차광막 패턴; 및
    상기 차광막 패턴 상의 영역을 제외한 상기 개구부를 채우는 투명 절연막 패턴으로 이루어지되, 상기 투명 절연막 패턴은 상기 차광막 패턴과 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 액정은 광학적 보상 복굴절 방식의 액정을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 투명 절연막 패턴은 잉크젯, 그라비어 인쇄 또는 롤 인쇄 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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