KR20080045879A - 표시 기판 및 이를 갖는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

투과율을 향상시킬 수 있는 표시 기판 및 이를 갖는 표시 장치가 개시되어 있다. 표시 기판은 박막 트랜지스터층, 보호막, 컬러필터층, 화소 전극 및 광차단막을 포함한다. 박막 트랜지스터층은 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 스토리지 전극을 포함한다. 보호막은 박막 트랜지스터층을 커버한다. 컬러필터층은 보호막 상에 형성된다. 화소 전극은 컬러필터층 상에 각 화소에 대응되도록 형성된다. 광차단막은 박막 트랜지스터층에 형성되며, 서로 인접한 화소 전극들 사이에 위치한다. 이와 같이, 표시 기판에 광차단막을 형성하여 광투과율을 향상시킬 수 있다.

Description

표시 기판 및 이를 갖는 표시 장치{DISPLAY SUBSTRATE AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시 기판의 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 표시 장치 200 : 표시 기판
210 : 박막 트랜지스터층 220 : 보호막
230 : 컬러필터층 240 : 화소 전극
250 : 광차단막 300 : 대향 기판
320 : 공통 전극 400 : 액정층
본 발명은 표시 기판 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광 투과율을 향상시킬 수 있는 표시 기판 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT) 기판, TFT 기판과 대향하도록 결합된 컬러필터(Color Filter) 기판 및 두 기판 사이에 배치된 액정층을 포함한다.
TFT 기판은 다수의 화소들을 독립적으로 구동시키기 위하여 절연 기판 상에 형성된 신호 배선, 박막 트랜지스터 및 화소 전극 등을 포함한다. 컬러필터 기판은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터들로 이루어진 컬러필터층, 컬리필터들의 경계부에 위치하는 광 차단막 및 화소 전극에 대향하는 공통 전극을 포함한다.
액정표시장치는 TFT 기판과 컬러필터 기판의 결합 정밀도에 따라 표시 품질에 상당한 영향을 받는다. TFT 기판과 컬러필터 기판의 결합시 얼라인 미스가 발생되면 액정표시장치의 표시 품질이 저하된다.
얼라인 미스로 인한 액정표시장치의 품질 저하를 방지하기 위하여, 최근에는 TFT 기판 상에 컬러필터층이 형성된 COA(Color filter On Array) 구조의 액정표시장치가 제안된 바 있다.
그러나, TFT 기판과 컬러필터 기판의 얼라인 미스를 고려할 때, 컬러필터 기판에 형성되는 블랙 매트릭스의 폭을 감소시키는 데에는 한계가 있으며, 이로 인해 광 투과율이 감소되는 문제가 발생된다. 또한, 블랙 매트릭스를 갖는 컬러필터 기판에는 평탄화를 위한 오버 코팅층이 형성되어야 하므로, 유기절연막으로 이루어진 오버 코팅층으로 인해 광 투과율이 더욱 감소되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 광 투과율의 감소 요인을 제거하여 광 투과율을 향상시킬 수 있는 표시 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 표시 기판을 갖는 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 표시 기판은 박막 트랜지스터층, 보호막, 컬러필터층, 화소 전극 및 광차단막을 포함한다. 상기 박막 트랜지스터층은 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 스토리지 전극을 포함한다. 상기 보호막은 상기 박막 트랜지스터층을 커버한다. 상기 컬러필터층은 상기 보호막 상에 형성된다. 상기 화소 전극은 상기 컬러필터층 상에 각 화소에 대응되도록 형성된다. 상기 광차단막은 상기 박막 트랜지스터층에 형성되며, 서로 인접한 상기 화소 전극들 사이에 위치한다.
상기 컬러필터층은 서로 다른 색을 갖는 컬러필터들을 포함하며, 상기 광차단막은 상기 컬러필터들의 경계부에 위치한다. 상기 컬러필터들의 경계부는 오목한 형상을 갖도록 형성된다.
본 발명의 일 특징에 따른 표시 장치는 표시 기판, 상기 표시 기판과 대향하여 결합되며 대향면에 공통 전극이 형성된 대향 기판 및 상기 표시 기판과 상기 대향 기판 사이에 배치된 액정층을 포함한다. 상기 표시 기판은 박막 트랜지스터층, 보호막, 컬러필터층, 화소 전극 및 광차단막을 포함한다. 상기 박막 트랜지스터층은 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 스토리지 전극을 포함한다. 상기 보호막은 상기 박막 트랜지스터층을 커버한다. 상기 컬러필터층은 상기 보호막 상에 형성된다. 상기 화소 전극은 상기 컬러필터층 상에 각 화소에 대응되도록 형성된다. 상기 광차단막은 상기 박막 트랜지스터층에 형성되며, 서로 인접한 상기 화소 전극들 사이에 위치한다.
이러한 표시 기판 및 이를 갖는 표시 장치에 따르면, 표시 기판에 광차단막을 형성하여 광투과율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 표시 기판의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 장치(100)는 표시 기판(200), 대향 기판(300) 및 액정층(400)을 포함한다.
표시 기판(200)은 박막 트랜지스터층(210), 보호막(220), 컬러필터층(230), 화소 전극(240) 및 광차단막(250)을 포함한다.
박막 트랜지스터층(210)은 투명한 절연 기판(260) 상에 형성된다. 절연 기판(260)은 예를 들어, 유리로 형성된다.
박막 트랜지스터층(210)은 게이트 라인(211), 게이트 절연막(212), 데이터 라인(213), 박막 트랜지스터(TFT) 및 스토리지 전극(214)을 포함한다.
게이트 라인(211)은 절연 기판(260) 상에 형성되며, 예를 들어, 가로 방향으로 연장되도록 형성된다.
게이트 절연막(212)은 게이트 라인(211)이 형성된 절연 기판(260) 상에 형성되어, 게이트 라인(211)을 커버한다. 게이트 절연막(212)은 예를 들어, 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)으로 이루어지며, 화학기상증착(Chemical Vapored Deposition : 이하, CVD) 공정을 통해 형성된다. 게이트 절연막(212)은 예를 들어, 약 3000Å ~ 4500Å의 두께로 형성된다.
데이터 라인(213)은 게이트 절연막(212)을 통해 게이트 라인(211)과 절연되며, 게이트 라인(211)과 교차되는 방향, 예를 들어, 세로 방향으로 연장되도록 형성된다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(211) 및 데이터 라인(213)과 연결되어 각 화소에 적어도 하나 이상이 형성된다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(211)을 통해 인가되는 게이트 전압에 반응하여 데이터 라인(213)을 통해 인가되는 데이터 전압을 화소 전극(240)에 인가한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(215), 액티브층(216), 소오스 전극(217) 및 드레인 전극(218)을 포함한다.
게이트 전극(215)은 게이트 라인(211)과 연결되며, 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 단자를 구성한다.
액티브층(216)은 게이트 전극(215)의 위치에 대응하여 게이트 절연막(212) 상에 형성된다. 액티브층(216)은 반도체층(216a) 및 오믹 콘택층(216b)을 포함한다. 예를 들어, 반도체층(216a)은 비정질 실리콘(amorphous Silicon : 이하, a-Si)으로 이루어지며, 오믹 콘택층(216b)은 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘(이하, n+a-Si)으로 이루어진다.
소오스 전극(217)은 액티브층(216) 상에 형성되어 데이터 라인(213)과 연결되며, 박막 트랜지스터(TFT)의 소오스 단자를 구성한다.
드레인 전극(218)은 액티브층(216) 상에 소오스 전극(217)과 이격되도록 형성되어 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 단자를 구성한다. 드레인 전극(218)은 보호막(220) 및 컬러필터층(230)에 형성된 콘택 홀(CNT)을 통해 화소 전극(240)과 전기적으로 연결된다.
소오스 전극(217)과 드레인 전극(218)은 액티브층(216) 상에 서로 이격되도록 배치되어 박막 트랜지스터(TFT)의 채널(channel)을 형성한다.
데이터 라인(213), 소오스 전극(217), 드레인 전극(218) 및 액티브층(216)은 동일한 식각 마스크를 통해 식각되므로, 액티브층(216)의 외부 윤곽은 데이터 라인(213), 소오스 전극(217) 및 드레인 전극(218)의 외부 윤곽과 실질적으로 일치되게 형성된다.
스토리지 전극(214)은 게이트 라인(211) 및 게이트 전극(215)과 동일한 층에 동일한 물질로 동시에 형성된다. 스토리지 전극(214)은 게이트 절연막(212), 보호막(220) 및 컬러필터층(230)을 사이에 두고 화소 전극(240)과 대향하여 스토리지 커패시터(Cst)를 형성한다. 이와 달리, 스토리지 전극(214)에 대응되는 컬러필터층(230) 영역에 홀을 형성함으로써, 스토리지 전극(214)과 화소 전극(240)간의 거리를 감소시켜 스토리지 켜패시터(Cst)를 증가시킬 수 있다. 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극(240)에 인가된 데이터 전압은 스토리지 커패시터(Cst)에 의해 한 프레임 동안 유지된다.
보호막(220)은 게이트 라인(211), 데이터 라인(213), 박막 트랜지스터(TFT) 및 스토리지 전극(214)을 포함하는 박막 트랜지스터층(210) 상에 형성된다. 보호막(220)은 박막 트랜지스터층(210)을 커버하여 보호 및 절연시킨다. 보호막(220)은 예를 들어, 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)으로 형성되며, 약 500Å ~ 2000Å의 두께로 형성된다.
컬러필터층(230)은 보호막(220) 상에 형성된다. 컬러필터층(230)은 감광성 유기 조성물에 색을 구현하기 위한 안료가 포함된 구조를 갖는다. 예를 들어, 컬러필터층(230)은 감광성 유기 조성물에 적색, 녹색 또는 청색의 안료가 각각 포함된 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들을 포함한다. 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들은 보호막(220) 상에 일정한 패턴을 갖도록 규칙적으로 형성된다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들 각각의 화소에 대응하여 순차적으로 배열된다.
컬러필터층(230)은 표시 기판(200)의 평탄화를 위하여 비교적 두꺼운 두께로 형성된다. 예를 들어, 컬러필터층(230)은 약 2.5㎛ ~ 3.5㎛의 두께로 형성된다.
이와 같이, 대향 기판(300)에 형성되던 컬러필터층(230)을 표시 기판(200)에 형성함으로써, 표시 기판(200)의 평탄화를 위해 형성되던 유기절연막을 제거하여 약 7% 정도의 투과율 향상과 원가 절감을 달성할 수 있다.
서로 다른 색을 갖는 컬러필터들의 경계부(232)는 오목한 형상을 갖도록 형성된다. 서로 다른 색을 갖는 컬러필터들이 경계부(232)에서 중첩되어 돌출부가 형성되는 경우에는 액정층(400)에 포함된 액정의 수직 배향력에 의해 돌출부에서 액정의 틸트(tilt)가 발생되며, 이러한 액정의 틸트가 인접부의 액정으로 전이되어 광차단막(250) 주변까지 영향을 끼쳐 빛샘이 발생될 수 있다. 따라서, 서로 다른 색의 컬러필터들이 중첩 부분에서 이격되도록 공정을 진행하여 돌출부가 아닌 오목한 모양으로 형성하면, 액정의 틸트가 전이되는 방향이 광차단막(250)의 주변부가 아닌 광차단막(250)의 중심부로 향하게 되어 광차단막(250)의 주변에서 빛샘이 발생되지 않게 된다.
화소 전극(240)은 각 화소에 대응되도록 컬러필터층(230) 상에 형성된다. 화소 전극(240)은 광이 투과할 수 있는 투명한 도전성 물질로 이루어진다. 예를 들어, 화소 전극(240)은 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성된다.
화소 전극(240)은 컬러필터층(230) 및 보호막(220)에 형성된 콘택홀(CNT)을 통해 드레인 전극(218)과 전기적으로 연결된다. 또한, 화소 전극(240)은 보호막(220) 및 게이트 절연막(212)을 사이에 두고 스토리지 전극(231)과 대향하여 스토리지 커패시터(Cst)를 형성한다.
화소 전극(240)은 투과율 향상을 위하여 데이터 라인(213)의 연장 방향을 따라 지그재그 형태로 형성된다. 이에 따라, 화소 전극(240)은 데이터 라인(213)과 중첩되게 형성된다.
화소 전극(240)은 광시야각의 구현을 위하여 특정한 개구 패턴을 가질 수 있다. 또한, 화소 전극(240)은 서로 다른 전압이 인가되는 메인 전극 및 서브 전극으로 분할된 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 화소 전극(240)이 메인 전극과 서브 전극으로 분할될 경우, 각 화소에는 메인 전극 및 서브 전극과 각각 연결되는 2개의 박막 트랜지스터가 형성될 수 있다.
한편, 화소 전극(240)은 각 화소에 독립적으로 형성되므로, 인접한 화소들 사이가 개구되어 컬러필터층(230)이 노출된다. 컬러필터층(230)의 노출된 영역을 통해 불순물이 유출되어 액정을 오염시킬 수 있으므로, 컬러필터층(230)과 화소 전극(240) 사이에는 불순물 유출을 방지하기 위한 무기 절연막(미도시)이 더 형성될 수 있다.
광차단막(250)은 서로 인접한 화소 전극(240)들 사이에 위치하도록 박막 트랜지스터층(210)에 형성된다. 따라서, 광차단막(250)은 각 화소의 경계부에 해당하는 컬러필터들의 경계부(232)에 위치하여 광 투과를 차단하고 대비비(contrast ratio)를 향상시킨다. 예를 들어, 화소 전극(240)간의 간격이 약 8㎛로 형성되면, 광차단막(250)은 약 10㎛ 이하의 폭으로 형성될 수 있다. 대향 기판(300)에 블랙 매트릭스가 형성되는 경우, 얼라인 미스를 고려하여 블랙 매트릭스의 폭을 약 12㎛로 형성하였으나, 블랙 매트릭스를 대신하여 표시 기판(200)에 광차단막(250)을 형성함으로써, 약 2%의 개구율을 향상시킬 수 있다. 또한, 표시 기판(200)과 대향 기판(300)의 얼라인 미스에 따른 좌우 도메인간의 광특성 편차가 발생하지 않아 시야각에 따른 표시 특성이 안정된다. 또한, 대향 기판(300)에 형성되던 블랙 매트릭스가 제거됨에 따라, 평탄화를 위해 사용되던 오버 코팅층을 제거할 수 있어, 추가적인 원가 절감 및 투과율 향상을 달성할 수 있다.
광차단막(250)은 게이트 라인(211) 및 스토리지 전극(214)과 동일한 층에 형 성된다. 이와 달리, 광차단막(250)은 데이터 라인(213)과 동일한 층에 형성될 수 있다.
광차단막(250)은 공통 전압이 인가되는 스토리지 전극(214)과 연결되어 있을 수 있다. 이와 달리, 광차단막(250)은 게이트 라인(211) 및 스토리지 전극(214)과 이격되어 플로팅 상태를 유지할 수 있다.
대향 기판(300)은 액정층(400)을 사이에 두고 표시 기판(200)과 대향하도록 결합된다. 대향 기판(300)은 표시 기판(200)과 대향하는 절연 기판(310)의 대향면에 형성된 공통 전극(320)을 포함한다. 공통 전극(320)은 광의 투과를 위하여 투명한 도전성 물질로 형성된다. 예를 들어, 공통 전극(320)은 화소 전극(240)과 동일한 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성된다. 공통 전극(320)에는 광시야각의 구현을 위한 개구 패턴이 형성될 수 있다.
액정층(400)은 이방성 굴절률, 이방성 유전율 등의 광학적, 전기적 특성을 갖는 액정들이 일정한 형태로 배열된 구조를 갖는다. 액정층(400)은 화소 전극(240)과 공통 전극(320) 사이에 형성되는 전계에 의하여 액정들의 배열이 변화되고, 액정들의 배열 변화에 따라서 통과하는 광의 투과율을 제어한다.
이와 같은 표시 기판 및 이를 갖는 표시 장치에 따르면, 대향 기판에 형성되던 블랙 매트릭스를 대신하여 표시 기판에 게이트 메탈 또는 데이터 메탈로 광차단막을 형성함으로써, 투과율을 향상시키고 원가를 절감할 수 있다.
또한, 대향 기판에 형성되던 블랙 매트릭스 및 오버 코팅층을 제거하여 추가적인 원가 절감 및 투과율 향상을 달성할 수 있다.
또한, 표시 기판에 형성되는 컬러필터들의 경계부를 오목한 형상으로 형성하여 광차단막 주변의 빛샘을 방지할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 스토리지 전극을 포함하는 박막 트랜지스터층;
    상기 박막 트랜지스터층을 커버하는 보호막;
    상기 보호막 상에 형성된 컬러필터층;
    상기 컬러필터층 상에 각 화소에 대응되도록 형성된 화소 전극; 및
    상기 박막 트랜지스터층에 형성되며, 서로 인접한 상기 화소 전극들 사이에 위치하는 광차단막을 포함하는 표시 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컬러필터층은 서로 다른 색을 갖는 컬러필터들을 포함하며, 상기 광차단막은 상기 컬러필터들의 경계부에 위치하는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컬러필터들의 경계부는 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  4. 제2항에 있어서, 상기 광차단막은 상기 게이트 라인 및 상기 스토리지 전극과 동일한 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광차단막은 공통전압이 인가되는 상기 스토리지 전극과 연결된 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  6. 제4항에 있어서, 상기 광차단막은 상기 게이트 라인 및 상기 스토리지 전극과 이격되어 플로팅 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 컬러필터층은 2.5㎛ ~ 3.5㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 데이터 라인의 연장 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 데이터 라인과 중첩되게 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 기판.
  10. 표시 기판;
    상기 표시 기판과 대향하여 결합되며, 대향면에 공통 전극이 형성된 대향 기판; 및
    상기 표시 기판과 상기 대향 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하며,
    상기 표시 기판은
    게이트 라인, 게이트 절연막을 통해 상기 게이트 라인과 절연되어 교차하는 데이터 라인, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터, 및 스토리지 전극을 포함하는 박막 트랜지스터층,
    상기 박막 트랜지스터층을 커버하는 보호막,
    상기 보호막 상에 형성된 컬러필터층,
    상기 컬러필터층 상에 각 화소에 대응되도록 형성된 화소 전극, 및
    상기 박막 트랜지스터층에 형성되며, 서로 인접한 상기 화소 전극들 사이에 위치하는 광차단막을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 데이터 라인의 연장 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되어 상기 데이터 라인과 중첩되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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