KR20100077979A - 액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 개시된 본 발명은 적색, 초록색, 화이트, 청색(R, G, W, B) 서브화소영역이 정의된 투명기판을 제공하는 단계; 상기 투명기판의 각 서브화소영역사이에 블랙매트릭스를 형성하고, 상기 투명기판의 화이트 화소영역에 더미패턴을 형성하는 단계; 상기 적색, 초록색, 청색 서브화소영역상에 각각 적색 칼라필터층, 초록색 칼라필터층, 청색 칼라필터층을 형성하고, 상기 화이트 서브화소영역의 더미패턴상에 칼라 바패턴을 형성하는 단계; 상기 적색, 초록색, 청색 칼라필터층 및 칼라 바패턴을 포함한 기판전면에 오버코트층을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
칼라필터층, 오버코트층, 더미패턴, 칼라 바패턴, 블랙매트릭스

Description

액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법{COLOR FILTER ARRAY OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 추가 공정없이 화이트(white) 화소부의 단차를 다른 화소부의 단차 수준과 유사하게 형성할 수 있는 액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판사이에 액정물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 구동하므로써 달라지는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.
액정표시장치는 다양한 형태로 제작되는데, 박막트랜지스터와 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(active matrix LCD: AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
한편, 종래에는 R, G, B 세개의 서브 화소에 W(white: 백색)의 서브 화소를 부가하여 네개의 서브화소가 하나의 화소를 이루도록 하는 쿼드(quad) 방식이 최근에 사용되고 있다.
이러한 기존이 쿼드 방식의 액정표시장치의 칼라어레이에 대해 도 1 및 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 쿼드 방식의 액정표시장치의 칼라 배열구조를 도시한 평면도이다.
종래기술에 따른 쿼드 방식의 액정표시장치의 칼라필터 어레이는, 도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 면적의 R, G, B, W (15, 17, 19, 21) 네개의 서브 화소가 하나의 화소를 이루고 있으며, 그와 같은 화소가 매트릭스(matrix) 형태로 행과 열 방향으로 배치된 구조로 구성되어 있다.
상기 구성으로 이루어진 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법에 대해 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 투명기판(11)상에 광차단물질층을 증착하고 이를 포토리소그라피공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 일정한 간격을 두고 블랙매트릭스(13)를 형성한다.
그다음, 상기 블랙매트릭스(13)를 포함한 투명기판(11)상에 적색안료(미도시)를 도포하고 이어 이를 포토리소그라피공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 적색 서브화소영역에 적색 칼라필터층(15; R)을 형성한다.
이어서, 상기 적색 칼라필터층(15; R)을 포함한 기판 전면에 초록색 안료(미도시)를 도포하고 이어 이를 포토리소그라피공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 초록색 서브화소영역에 초록색 칼라필터층(17; G)을 형성한다.
그다음, 상기 초록색 칼라필터층(17)을 포함한 기판 전면에 청색 안료(미도시)를 도포하고 이를 포토리소그라피공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 청색 서브화소영역에 청색 칼라필터층(21)을 형성한다. 이때, 상기 청색 칼라필터층(21)과 초록색 칼라필터층(17)사이에 정의되는 화이트 서브화소영역에는 화이트(white) 칼라필터층(19)이 마련된다. 또한, 상기 화이트 칼라필터층(19)는 별도의 노광공정이 필요없으며, 별도의 칼라필터가 존재하지 않는다.
이어서, 상기 청색 칼라필터층(21)을 포함한 기판 전면에 평탄화 특성이 우수한 절연물질을 증착하여 오버코트층(23)을 형성한다.
이상에서와 같이, 종래에는 오버코트층의 평탄도 특성을 증가시키기 위해서는 고형분 성분의 비율을 증가시켜야 하는데, 이럴 경우 패널의 돌기와 같은 불량을 유발시키는 펌(fume) 성분이 증가하게 된다.
더구나, 대형 인치에서는 픽셀 사이즈도 증가하기 때문에 오버코트층으로 도포해야 하는 화이트부의 화소면적도 증가하여 화이트부 단차가 더욱 낮아지는 경향을 갖는데.
그러나, 이러한 종래기술에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.
고평탄 오버코트층을 사용하여도 화이트 화소부와 인접 화소간의 단차(D) 차이가 크다. 각 패널 모델마다 다르나, 화이트 화소가 다른 칼라 화소대비 2000 15000 A정도 낮게 형성된다.
따라서, 이러한 단차 문제로 인해 러빙(Rubbing)이 제대로 이루어지지 않아 블랙 휘도가 상승하는 문제를 발생시키게 되고, 러빙포 교체 주기가 짧아지는 문제점을 갖는다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 추가 공정없이 화이트(white) 화소부의 단차를 다른 화소부의 단차 수준과 유사하게 형성할 수 있는 액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이는, 적색, 초록색, 화이트, 청색(R, G, W, B) 서브화소영역이 정의된 투명기판; 상기 투명기판의 각 서브화소영역사이에 형성된 블랙매트릭스; 상기 투명기판의 화이트 화소영역에 형성된 더미패턴; 상기 적색, 초록색, 청색 서브화소영역상에 형성된 적색 칼라필터층, 초록색 칼라필터층, 청색 칼라필터층; 상기 화이트 서브화소영역의 더미패턴상에 형성된 칼라 바패턴; 상기 적색, 초록색, 청색 칼라필터층 및 칼라 바패턴을 포함한 기판전면에 형성된 오버코트층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법은, 적색, 초록색, 화이트, 청색(R, G, W, B) 서브화소영역이 정의된 투명기판을 제공하는 단계; 상기 투명기판의 각 서브화소영역사이에 블랙매트릭스를 형성하고, 상기 투명기판의 화이트 화소영역에 더미패턴을 형성하는 단계; 상기 적색, 초록색, 청색 서브화소영역상에 각각 적색 칼라필터층, 초록색 칼라필터층, 청 색 칼라필터층을 형성하고, 상기 화이트 서브화소영역의 더미패턴상에 칼라 바패턴을 형성하는 단계; 상기 적색, 초록색, 청색 칼라필터층 및 칼라 바패턴을 포함한 기판전면에 오버코트층을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법은 화이트 화소부의 오버코트층하부에 블랙매트릭스을 이용한 더미패턴과 칼라필터를 이용한 바패턴을 중복 형성시켜 오버코트층이 충전되는 전체 부피를 최소화하여 인접 화소들의 단차와 유사하게 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 오버코트층을 형성하기 이전에 진행하는 공정으로서 별도의 추가 공정이 필요없으며, 기본 마스크 설계시에 더미패턴과 바 패턴을 반영하여 설계하면 되기 때문에 별도의 마스크공정이 필요없게 된다.
이하, 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 배열구조를 도시한 평면도이다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이는, 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 면적의 R(적색), G(초록색), B(청색), W(화이트) 네개의 서브 화소가 하나의 화소를 이루고 있으며, 그와 같은 화소가 매트릭스(matrix) 형태로 행과 열 방향으로 배치된 구조로 구성되어 있다. 또한, 상기 W(화이트) 서브 화소에는 칼라바패턴(111)이 마련되어 있다.
상기 배열로 구성되는 액정표시장치의 칼라필터 어레이 구조에 대해 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 3의 IV-IV선에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 단면도이다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이는, 도 4에 도시된 바와 같이, 투명기판(101)상에 적색, 초록색, 화이트, 청색(R, G, W, B) 서브화소영역이 정의되어 있다.
또한, 상기 투명기판(101)의 각 서브화소영역사이에 블랙매트릭스(103)가 형성되어 있으며, 상기 투명기판(101)의 화이트 서브 화소영역에 더미패턴(105)이 형성되어 있다. 이때, 상기 더미패턴(105)은 상기 블랙매트릭스(103)와 동일 물질로 구성되어 있으며, 그 폭은 블랙매트릭스(103)보다 작게 형성된다.
그리고, 상기 적색, 초록색, 청색 서브화소영역상에는 각각 적색 칼라필터층(107a), 초록색 칼라필터층(109a), 및 청색 칼라필터층(113a)이 형성되어 있으며, 상기 화이트 서브화소영역의 더미패턴(111)상에는 칼라 바패턴(111)이 형성되어 있다. 이때, 상기 칼라 바패턴(111)은 상기 적색, 초록색, 청색 칼라필터층(107a, 109a, 113a)중 어느 하나의 재질로 동일한 재질로 구성되며, 그 폭은 상기 더미패턴(105)의 폭보다 같거나 작게 형성된다.
또한, 상기 적색, 초록색, 청색 칼라필터층(107a, 109a, 113a) 및 칼라 바패 턴(111)을 포함한 기판전면에는 평탄화 특성이 우수한 재질로 구성된 오버코트층(115)이 형성되어 있다.
한편, 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법에 대해 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도면에는 도시하지 않았지만, 먼저 적색(R), 초록색(B), 화이트(W), 청색(B) 서브 화소영역이 정의된 투명기판(101)상에 화소지역을 제외한 부분으로 광이 투과되는 것을 방지하기 위해 불투명 물질층(미도시)을 형성한다.
그다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 불투명 물질층(미도시)상에 감광막(미도시)을 도포하고, 이를 노광마스크를 이용한 노광공정 및 현상공정을 통해 선택적으로 제거하여 감광막패턴(미도시)을 형성한다.
이어서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 감광막패턴(미도시)을 마스크로 상기 불투명 물질층을 선택적으로 식각하여 상기 적색(R), 초록색(B), 화이트(W), 청색(B) 서브 화소영역사이에 블랙매트릭스(103)와 함께 상기 화이트(W) 서브화소지역에 더미패턴(105)을 형성한다. 이때, 상기 더미패턴(105)은 상기 블랙매트릭스(103)의 폭보다 좁게 형성한다.
그다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 감광막패턴(미도시)을 제거한후 상기 블랙매트릭스(103) 및 더미패턴(105)을 포함한 투명기판(101) 전면에 적색 칼라수지층(107)을 도포한다. 이때, 상기 적색 칼라수지층의 주요 성분은 광중합 개시 제, 모노머, 바인더 등의 광중합형 감광성 조성물과 R/G/B 또는 이와 유사한 색상을 띄는 유기 안료로 구성된다.
이어서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 적색 칼라수지층(107)을 포토리소그라피공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 적색 서브화소영역에 적색 칼라필터층(107a)을 형성한다.
그다음, 상기 적색 칼라필터층(107a)을 포함한 투명기판(101) 전면에 초록색 칼라수지층(109)을 도포한다. 이때, 상기 초록색 칼라수지층의 주요 성분은 광중합 개시제, 모노머, 바인더 등의 광중합형 감광성 조성물과 R/G/B 또는 이와 유사한 색상을 띄는 유기 안료로 구성된다.
이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 초록색 칼라수지층(109)을 포토리소그라피공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 초록색 서브화소영역에 초록색 칼라필터층(109a)을 형성한다. 이때, 상기 초록색 칼라필터층(109a) 형성시에, 상기 화이트(W) 서브화소영역에 있는 더미패턴(105)상에도 칼라 바패턴(111)을 형성한다. 하지만, 상기 칼라 바패턴(111)은, 여기서는 초록색 칼라필터층(109a) 형성시에 형성하는 경우를 예로 들었지만, 적색 칼라필터층(107a) 또는 후속공정에서 형성될 청색 칼라필터층(113a) 형성시에 형성할 수도 있음을 밝혀 두기로 한다.
그다음, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 초록색 칼라필터층(109a)을 포함한 투명기판(101) 전면에 청색 칼라수지층(113)을 도포한다. 이때, 상기 청색 칼라수지층의 주요 성분은 광중합 개시제, 모노머, 바인더 등의 광중합형 감광성 조성물과 R/G/B 또는 이와 유사한 색상을 띄는 유기 안료로 구성된다.
이어서, 도 5f에 도시된 바와 같이, 상기 청색 칼라수지층(113)을 포토리소그라피공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 청색 서브화소영역에 청색 칼라필터층(113a)을 형성하므로써 적색, 초록색, 화이트, 청색 칼라필터층 제조를 완료한다.
그다음, 상기 청색 칼라수지층(113a)을 포함한 투명기판(101) 전면에 평탄도가 우수한 절연물질을 증착하여 오버코트층(115)을 형성한다. 이때, 상기 화이트 서브화소영역에 더미패턴(105)과 칼라 바패턴(111)의 적층구조가 형성되어 있어, 화이트 화소부의 오버코트층(115) 부분을 높게 형성할 수 있게 된다. 즉, 상기 화이트 서브화소영역에 더미패턴(105)과 칼라 바패턴(111)의 적층구조가 형성되어 있어, 별도의 추가 공정없이 화이트 화소부의 단차를 다른 칼라 화소부의 단차 수준과 유사하게 형성할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 및 그 제조방법은 화이트 화소부의 오버코트층하부에 블랙매트릭스를 이용한 더미패턴과 칼라필터를 이용한 바패턴을 적층하여 오버코트층이 충전되는 전체 부피를 최소화하여 인접 화소들의 단차와 유사하게 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 오버코트층을 형성하기 이전에 진행하는 공정으로서 별도의 추가 공정이 필요없으며, 기본 마스크 설계시에 더미패턴과 바 패턴을 반영하여 설계하면 되기 때문에 별도의 마스크공정이 필요없게 된다.
한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 배열구조를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호설명
101 : 투명기판 103 : 블랙매트릭스
105 : 더미패턴 107a : 적색 칼라필터층
109a : 초록색 칼라필터층 111 : 칼라 바패턴
113a : 청색 칼라필터층 115 : 오버코트층

Claims (10)

  1. 적색, 초록색, 화이트, 청색(R, G, W, B) 서브화소영역이 정의된 투명기판;
    상기 투명기판의 각 서브화소영역사이에 형성된 블랙매트릭스;
    상기 투명기판의 화이트 화소영역에 형성된 더미패턴;
    상기 적색, 초록색, 청색 서브화소영역상에 형성된 적색 칼라필터층, 초록색 칼라필터층, 청색 칼라필터층;
    상기 화이트 서브화소영역의 더미패턴상에 형성된 칼라 바패턴; 및
    상기 적색, 초록색, 청색 칼라필터층 및 칼라 바패턴을 포함한 기판전면에 형성된 오버코트층;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 더미패턴은 블랙매트릭스와 동일 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 칼라 바패턴은 적색, 초록색, 청색 칼라필터층중 어느 하나와 동일 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 더미패턴은 블랙매트릭스의 폭보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 칼라 바패턴은 더미패턴의 폭보다 같거나 좁은 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이.
  6. 적색, 초록색, 화이트, 청색(R, G, W, B) 서브화소영역이 정의된 투명기판을 제공하는 단계;
    상기 투명기판의 각 서브화소영역사이에 블랙매트릭스를 형성하고, 상기 투명기판의 화이트 화소영역에 더미패턴을 형성하는 단계;
    상기 적색, 초록색, 청색 서브화소영역상에 각각 적색 칼라필터층, 초록색 칼라필터층, 청색 칼라필터층을 형성하고, 상기 화이트 서브화소영역의 더미패턴상에 칼라 바패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 적색, 초록색, 청색 칼라필터층 및 칼라 바패턴을 포함한 기판전면에 오버코트층을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 더미패턴은 블랙매트릭스와 동일 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 칼라 바패턴은 적색, 초록색, 청색 칼라필터층중 어느 하나와 동일 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 더미패턴은 블랙매트릭스의 폭보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 칼라 바패턴은 더미패턴의 폭보다 같거나 좁은 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 어레이 제조방법.
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