KR20110048878A - 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 마이크로 셔터(micro shutter) 표시장치 및 그 제조방법은 마이크로 셔터를 이용한 표시장치에 있어서, 표면 플라즈몬(surface plasmon) 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조를 컬러필터에 적용하는 한편, 상기 컬러필터의 금속막을 플로팅(floating)전극으로 사용함으로써 제조비용 및 장비투자비용을 절감하기 위한 것으로, 소정의 금속막에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 투과막 패턴이 형성되어 컬러를 구현하는 한편, 상기 금속막에 어드레스 신호가 인가되어 플로팅전극으로 활용되는 컬러필터를 기판 위에 형성하는 단계; 상기 컬러필터가 형성된 기판 위에 박막 트랜지스터와 다수개의 어드레스 전극을 형성하는 단계; 및 상기 박막 트랜지스터가 형성된 기판 위에 도전성 박막 형태로 형성되되, 상기 컬러필터의 금속막과의 정전기력에 의해 개폐되는 다수개의 마이크로 셔터를 형성하는 단계를 포함한다.

마이크로 셔터, 표면 플라즈몬, 금속막, 투과막 패턴, 플로팅전극

Description

마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법{MICRO SHUTTER DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 셔터를 이용한 표시장치에 있어서, 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조의 컬러필터를 구비한 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.

상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.

이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.

상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.

또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러 필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.

이때, 합착시 정렬(align) 오차에 의한 빛샘불량을 방지하기 위해 블랙매트릭스의 선폭을 넓게 함으로써 정렬 마진(margin)을 확보하게 되는데, 그에 따라 패널의 개구율이 감소하게 된다.

또한, 상기 액정표시장치는 응답속도가 늦다는 단점이 있다.

특히, 상기 액정표시장치를 포함하는 컬러 표시장치에 사용되는 기존의 컬러필터는 염료 또는 안료를 이용하여 불필요한 색의 광은 흡수하여 소멸시키고 구현하고자 하는 색의 광만 투과시켜 컬러를 구현함에 따라 하나의 서브-화소를 기준으로 입사된 백색광에서 RGB 삼원색 중 한가지색만 투과시킴으로써 투과율이 30%이상 되기 어렵다. 이러한 이유로 패널의 투과효율이 매우 낮아 백라이트에 의한 전력 소비가 증가하게 된다.

도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도이다.

도면을 참조하면, 백라이트로부터 입사된 광은 편광판, TFT 어레이, 액정 및 컬러필터를 거치면서 광량이 줄어들게 됨에 따라 투과효율이 5%미만으로 감소하게 됨을 알 수 있다.

이때, 상기 편광판, TFT 어레이 및 컬러필터는 각각 투과율이 ~40%, 45~55% 및 ~25%정도인 경우를 예를 들고 있다.

또한, 기존의 컬러필터는 각 원색별로 컬러 레지스트 도포, 노광, 현상 및 경화공정을 반복, 진행하여야 하기 때문에 공정이 복잡하고, 컬러필터 기판에 컬러 필터와 공통전극 및 블랙매트릭스를 제조하기 위해 TFT 공정라인과 별도로 컬러필터 공정라인을 운영해야 하므로 라인 투자비용이 증가하게 된다.

따라서, 이러한 액정표시장치를 포함한 기존의 평판표시장치의 단점을 보완할 새로운 방식의 표시장치의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 기존의 염료 또는 안료를 이용하지 않고, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 투과효율이 향상된 컬러필터를 형성함으로써 개구율 및 패널의 투과율을 향상시킨 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 컬러필터를 마이크로 셔터가 형성된 단일 기판에 형성하는 한편, 상기 컬러필터의 금속막을 플로팅전극으로 활용함으로써 제조공정을 단순화시킨 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 마이크로 셔터 표시장치는 기판 위에 형성되며, 소정의 금속막에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 투과막 패턴이 형성되어 컬러를 구현하는 한편, 상기 금속막에 어드레스 신호가 인가되어 플로팅전극으로 활용되는 컬러필터; 상기 컬러필터가 형성된 기판 위에 형성된 박막 트랜지스터와 다수개의 어드레스 전극; 및 상기 박막 트랜지스터가 형성된 기판 위에 도전성 박막 형태로 형성되며, 상기 컬러필터의 금속막과의 정전기력에 의해 개폐되는 다수개의 마이크로 셔터를 포함한다.

본 발명의 마이크로 셔터 표시장치의 제조방법은 소정의 금속막에 일정한 주 기를 갖는 파장이하의 투과막 패턴이 형성되어 컬러를 구현하는 한편, 상기 금속막에 어드레스 신호가 인가되어 플로팅전극으로 활용되는 컬러필터를 기판 위에 형성하는 단계; 상기 컬러필터가 형성된 기판 위에 박막 트랜지스터와 다수개의 어드레스 전극을 형성하는 단계; 및 상기 박막 트랜지스터가 형성된 기판 위에 도전성 박막 형태로 형성되되, 상기 컬러필터의 금속막과의 정전기력에 의해 개폐되는 다수개의 마이크로 셔터를 형성하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법은 단일 기판의 표시장치를 구현함으로써 상, 하부 기판의 정렬이 불필요하여 정렬 마진 확보를 위한 개구율 감소문제를 해결할 수 있는 한편, 패널의 투과효율이 기존대비 약 3배정도 증가함에 따라 백라이트에 대한 전력 소비가 감소하게 되는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법은 단일 기판의 사용으로 표시장치의 무게가 약 30%정도 감소하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법은 제조공정의 단순화 및 부품제거를 통해 제조원가를 절감하는 한편, 컬러필터 공정라인을 제거할 수 있어 시설투자비와 건설비를 약 50%정도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 기존의 평판표시장치의 단점을 보완할 새로운 방식의 표시장치로 마이크로 셔터 표시장치를 제안하고 있으며, 특히 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조를 컬러필터에 적용하는 한편, 상기 컬러필터의 금속막을 마이크로 셔터 표시장치의 플로팅전극으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 셔터 표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 마이크로 셔터 표시장치는 하부의 플로팅전극과 상부의 금속 셔터간의 정전기 유도를 통해 하부 백라이트로부터 입사되는 입사광을 단위 화소별로 투과시키거나 차단하여 화면표시를 구현하게 된다.

이때, 상기 마이크로 셔터는 낮은 전압에서 구동하기 위해 롤 형태(roll shape)로 말린 구조 또는 만곡 형태(curved shape)를 가지면서 열 공정에 의한 금속간 또는 폴리머와 금속간의 경우와 같이 두 물질의 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion) 차이를 이용하여 형성하게 된다.

이와 같은 마이크로 셔터 표시장치는 롤 형태를 갖는 구조적인 장점에 의해 커다란 변위(變位)의 움직임을 가지면서 원상태로 돌아오게 하는 강한 복원력을 가진다. 뿐만 아니라 낮은 구동 전압을 가지면서 인가된 전압에 빠른 응답 속도를 갖는 아주 커다란 장점을 가지고 있다.

한편, 기존의 어레이 기판의 개구율 개선을 통한 투과율 향상은 물리적 한계에 직면하고 있으며, 이에 따라 개구율 개선보다는 컬러필터의 제거를 통한 투과율 향상으로 패러다임(paradigm)의 이동이 필요하다.

이를 위해 금속막에 특정 파장의 빛만이 선택적으로 투과되도록 투과막 패턴을 형성하여 빛을 필터링(filter)하는 방식이 제안되고 있으며, 이와 같은 표면 플라즈몬 현상을 이용한 금속막 컬러필터를 형성하여 적, 녹 및 청색의 빛을 투과시키는 컬러필터를 구현하고자 한다.

도 4a 및 도 4b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.

도면을 참조하면, 소정의 금속막(152)에 일정한 주기(L)를 갖는 파장이하(sub-wavelength)의 투과막 패턴(153)을 형성하게 되면, 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링(coupling)되면서 특정 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 얻을 수 있게 된다.

예를 들어, 은 필름(silver film)에 일정한 주기(L)를 갖는 파장이하의 홀 패턴을 형성하게 되면 홀의 크기(d)와 주기(L)에 따라 선택된 적, 녹 및 청색의 특정 파장의 빛만이 투과됨으로써 RGB 색을 구현할 수 있게 되며, 빛의 투과는 홀 주변의 빛을 끌어들임에 따라 홀 면적보다 많은 양의 빛이 투과될 수 있게 된다.

그리고, 순도가 높은 색을 구현하기 위해서 홀의 크기(d)와 주기(L) 및 배열을 제어할 수 있으며, 또한 도시된 바와 같이, 각각의 파장에 대응하는 금속막 패턴(152)의 두께를 다르게 조절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

참고로, 상기 플라즈몬이란 입사된 빛의 전기장에 의해 금속 표면에 유도된 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말하는 것으로, 표면 플라즈몬은 플라즈몬이 금속 표면에 국부적으로 존재하는 것을 말하며, 금속과 유전체의 경계면을 따라 진행하는 전자기파에 해당한다.

또한, 표면 플라즈몬 현상이란 나노 수준의 주기적인 홀 패턴을 갖는 금속 표면에 빛이 입사할 경우 특정 파장의 빛과 금속 표면의 자유전자가 공명을 일으켜 특정 파장의 빛을 형성하는 현상을 말하며, 입사된 빛에 의해 표면 플라즈몬을 형성할 수 있는 특정 파장의 빛만이 홀을 투과할 수 있으며 나머지 빛은 모두 금속 표면에 의해 반사가 이루어진다.

이와 같은 특성을 이용하여 투과막 패턴의 주기를 조절하여 원하는 빛만을 투과시킴으로써 백색광으로부터 다원색의 색을 분리할 수 있다. 이때, 투과되는 빛은 격자 주기, 즉 투과막 패턴 간격의 약 1.7~2배에 해당하는 파장을 갖게 된다. 따라서, 투과막 패턴의 주기를 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 투과시키는 것이 가능하다.

이때, 상기 투과막 패턴은 홀과 같은 단순한 원형뿐만 아니라 필요에 따라 타원, 사각형, 삼각형, 슬릿 등 다양한 형태로 변경할 수 있으며, 홀의 경우 크기, 즉 지름은 100~300nm이고 간격은 300~700nm범위를 가질 수 있다. 이때, 436nm의 파장을 가지는 청색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 간격과 크기는 각각 300nm 및 155nm정도로 하고, 538nm의 파장을 가지는 녹색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 간격과 크기는 각각 450nm 및 180nm정도로 할 수 있으며, 627nm의 파장을 가지는 적색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 간격과 크기는 각각 550nm 및 225nm정도로 할 수 있다.

이와 같이 특정한 주기 및 크기를 갖는 홀 패턴을 금속막에 형성하여, 금속막에서 발생하는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 컬러필터로 사용하고, 이를 본 발명의 마이크로 셔터 표시장치에 적용함으로써 컬러를 구현하게 된다.

이때, 기존의 컬러필터는 상부 컬러필터 기판에 형성되었으나, 본 발명에서 제안하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 상부 컬러필터 기판이 아닌 하부 어레이 기판에 형성할 수 있게 된다.

즉, 기존의 안료 또는 염료 형태의 컬러필터가 고온 공정이 불가능했던 것과 달리 금속막이 컬러필터 기능을 하기 때문에 금속막 위에 고온 공정을 통해 박막 트랜지스터를 제작하는 것이 가능하며, 컬러필터를 하부 어레이 기판에 형성함으로써 기존의 표시장치가 상부 컬러필터 기판과 하부 어레이 기판을 합착하기 위한 정렬 마진을 확보하기 위해 개구율을 감소시킬 수밖에 없었던 문제를 해결할 수 있다.

특히, 본 발명에서와 같이 단일 기판에 구동부 및 컬러필터를 함께 형성하는 한편, 상기 컬러필터의 금속막을 마이크로 셔터 표시장치의 플로팅전극으로 활용함으로써 공정을 간소화하거나 심지어 상부 컬러필터 기판을 제거할 수 있는 기술로 확장될 수 있어 그 파급효과가 크다.

즉, 전술한 바와 같이 마이크로 셔터 표시장치는 하부의 플로팅전극과 상부의 금속 셔터간의 정전기 유도를 통해 빛을 투과시키거나 차단하여 화면표시를 구현한다. 이때, 투과형의 경우 하부의 플로팅전극은 빛의 투과를 위해 투명전극을 활용해야 한다. 상기 투명전극의 재료는 희소금속으로 재료비용이 다른 금속재료에 비해 상당히 높아서 제조비용의 증가를 발생시키며, 높은 저항으로 인해 신호지연을 발생시켜 화면의 품질을 저하시키게 된다.

또한, 상기 마이크로 셔터 표시장치는 백라이트에서 입사된 빛의 투과량을 조절하여 화면의 계조를 표시하지만, 여러 가지 색상을 구현하기 위해서는 상부 기판에 컬러필터를 적용하여야 한다.

이와 같이 컬러필터를 별도의 기판에 제작하여 상, 하부 2개의 기판을 접합하게 되면 표시장치의 무게가 증가하게 되고, 또한 별도의 컬러필터 제작을 위한 장비투자비용 및 재료비용의 증가를 발생시킨다.

이에 본 발명의 마이크로 셔터 표시장치는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 컬러필터를 구현하는 한편, 상기 컬러필터를 어레이 기판에 형성하여 컬러필터의 금속막을 마이크로 셔터 표시장치의 플로팅전극으로 활용함으로써 컬러필터를 형성하기 위한 공정시간, 재료, 마스크 및 장비투자비용을 감소시켜 제조비용을 절감하게 된다.

또한, 상기와 같이 단일 기판에 구동부와 컬러필터를 집적함으로써 표시장치의 경량화 및 슬림(slim)화를 구현할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 셔터 표시장치의 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 어레이 기판의 일부를 개략적으로 나타내고 있다. 또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 셔터 표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

이때, 상기 도 5는 전압이 인가되지 않아 마이크로 셔터가 열려있는 상태의 어레이 기판을 예를 들어 나타내고 있다.

이때, 설명의 편의를 위해 상기 도 5의 좌측으로부터 청, 적 및 녹색에 해당하는 서브-컬러필터로 구성되는 하나의 화소를 예를 들어 나타내고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 삼원색 이상의 다원색을 구현하는 경우에도 적용할 수 있다.

그리고, 상기 청, 적 및 녹색에 해당하는 서브-화소는 컬러필터의 구조, 즉 투과막 패턴의 크기 및 간격을 제외하고는 실질적으로 동일한 구성요소로 이루어져 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판(110)에는 플로팅전극 역할을 하는 금속막(152)과 상기 금속막(150)에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 크기로 형성된 투과막 패턴(153)으로 이루어져 컬러를 구현하는 컬러필터(150)가 형성되어 있다. 그리고, 그 위에 소정의 절연층(106)이 형성될 수 있으며, 상기 절연층(106) 위에는 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성될 수 있으며, 상기 컬러필터(150)의 금속막(152)과 대향하는 상기 어레이 기판(110) 상부에는 다수개의 어드레스 전극(165) 및 일측이 상기 어드레스 전극(165)에 연결되고 다른 일측이 상기 어레이 기판(110)에 대하여 오목한 형상을 갖는 도전성 박막 형태의 다수개의 마이크로 셔터(160)가 형성된다. 이러한 마이크로 셔터(160)는 도시된 반 원형뿐만 아니라 U자형이나 반타원형 중 하나의 모양을 가질 수 있다.

이와 같이 상기 컬러필터(150)의 금속막(152)은 화소부 전체에 걸쳐 박스형태로 형성되어 상기 마이크로 셔터(160)의 대향전극인 플로팅전극으로 활용하게 되며, 상기 금속막(152) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 투과막 패턴(153)이 형성되어 있어 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링 되면서 각각 청, 적 및 녹색에 해당하는 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 구현하는 컬러필터(150)를 구성하게 된다.

이때, 전술한 바와 같이 436nm의 파장을 가지는 청색의 빛이 투과되기 위해서는 투과막 패턴(153), 예를 들어 홀의 간격과 크기는 각각 300nm 및 155nm정도로 하고, 627nm의 파장을 가지는 적색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 간격과 크기는 각각 550nm 및 225nm정도로 할 수 있으며, 538nm의 파장을 가지는 녹색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 간격과 크기는 각각 450nm 및 180nm정도로 할 수 있다.

상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(116)의 일부를 구성하는 게이트전극(121), 상기 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 상기 마이크로 셔터(160)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123)의 절연을 위한 절연막(115) 및 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널을 형성하는 액티브패턴(124)을 포함한다. 이때, 도면에는 소오스전극(122)의 형태가 "U"자형으로 되어 있어 채널의 형태가 "U"자형인 박막 트랜지스터를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 박막 트랜지스터의 채널 형태에 관계없이 적용 가능하다.

상기 컬러필터(150)의 금속막(152)과 마이크로 셔터(160) 사이에는 절연막(115)과 절연층(106)이 형성되어 상기 컬러필터(150)의 금속막(152)과 마이크로 셔터(160)는 서로 절연되어 있다.

또한, 상기 마이크로 셔터(160)는 절연막(115) 위에 형성된 어드레스 전극(165)과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 어드레스 전극(165)을 통하여 전압을 인가 받는다. 또한, 상기 어드레스 전극(165)은 개폐할 때 상기 어드레스 전극(165)과 연결된 부분은 고정되어 있으며, 그 외의 부분이 개폐되도록 형성되어 있다.

그리고, 상기 다수개의 어드레스 전극(165)은 화소영역 내에 위에서 아래로 지그재그 형태로 배열되어 있으며, 상기 다수개의 어드레스 전극(165)에 연결되도록 상기 다수개의 마이크로 셔터(160)가 상기 화소영역 내에 위에서 아래로 배열되어 있다. 다만, 본 발명이 상기 어드레스 전극(165)과 마이크로 셔터(160)의 배열방법에 한정되는 것은 아니며, 전압의 인가에 따라 차례대로 마이크로 셔터(160)가 개폐되어 다양한 계조를 표현할 수 있기만 하면 된다.

이때, 상기 마이크로 셔터(160)는 하부 백라이트(미도시)로부터 입사된 빛을 차단하는 한편 정전기력에 의해 개폐되기 적합한 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 열리거나 닫힐 수 있도록 서로 다른 팽창계수를 가지는 복수개의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 마이크로 셔터(160)는 알루미늄, 몰리브덴, 구리나 금 등과 같이 전도성이 있는 금속물질로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 셔터 표시장치는 하나의 하부 플로팅전극, 즉 금속막(152)과 다수개의 마이크로 셔터(160)로 이루어진 마이크로 셔터 어레이에 전압을 인가하게 되면, 정전기력에 의해 전압의 크기에 따라 해당하는 마이크로 셔터(160)가 상기 어드레스 전극(165)에 부분적으로 겹쳐지면서(partially overlapping) 펴지게 되어 백라이트 광원의 빛을 반사하면서 차단하게 된다. 그리고, 그 반대의 경우에 있어서는 해당하는 마이크로 셔터(160)가 원래의 모양을 유지하므로 빛을 투과하게 된다.

이와 같이 형성된 어레이 기판은 상기 마이크로 셔터의 구동을 위한 공간확보를 위해 플라스틱 기판이나 투명 필름으로 합착하여 표시장치를 완성하게 된다.

이와 같이 어레이 기판에 컬러필터를 형성할 경우 상부 기판과 하부 어레이 기판의 정렬을 위한 마진 확보가 불필요하여 패널 설계시 개구율을 추가로 확보할 수 있다는 장점이 있으며, 이로 인해 패널의 투과율을 기존대비 약 3배정도 향상시킬 수 있다. 패널 투과율이 향상되면 백라이트의 밝기를 감소시킬 수 있으므로 백라이트에 대한 전력 소비가 감소하게 되는 효과를 제공한다.

또한, 어레이 기판에 컬러필터를 형성하고 상기 컬러필터의 금속막을 플로팅전극으로 활용함으로써 제조공정의 단순화 및 부품제거를 통해 제조원가를 절감하는 한편, 컬러필터 공정라인을 제거할 수 있어 시설투자비와 건설비를 약 50%정도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 단일 기판의 사용으로 표시장치의 무게가 약 30%정도 감소하는 효과를 제공한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 셔터 표시장치의 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 7a 내지 도 7d는 상기 도 5에 도시된 마이크로 셔터 표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.

또한, 도 8a 내지 도 8e는 상기 도 6에 도시된 마이크로 셔터 표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.

도 7a 및 도 8a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110)에 표면 플라즈몬을 이용한 소정의 컬러필터(150)를 형성한다.

이때, 상기 컬러필터(150)는 소정의 금속막(152)에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 투과막 패턴(153)이 형성되어 RGB 컬러를 구현하게 되는데, 상기 투과막 패턴(153)은 빛의 투과성이 우수하고 광학적 성질이 우수한 투명한 고분자, SOG(spin on glass), 유기 또는 무기물질 등을 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 금속막(152)의 재질로는 예를 들어 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금, 은, 크롬 등을 사용할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 상기 컬러필터(150)의 금속막(152)은 소정의 어드레스 신호가 인가되어 마이크로 셔터 표시장치의 플로팅전극으로 활용하게 된다.

그리고, 상기 상기 컬러필터(150)는 예를 들어 소프트 몰딩(soft molding), 모세관력 리소그래피(capillary force lithography), 리지플렉스 몰드를 이용한 고분자막전이 패터닝 방법, UV 경화성 고분자를 이용한 패터닝 방법 등을 이용하여 소정의 투과막 패턴(153)을 형성하며, 이후 금속막 증착 및 평탄화 공정 등을 수행함으로써 상기 투과막 패턴(153) 내부에 소정의 금속막(152)을 형성하는 방식으로 형성할 수 있다. 다만, 본 발명이 상기 컬러필터(150)의 형성방법에 한정되는 것은 아니다.

상기 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터(150)에서는 적색 컬러영역 내 적색 컬러용 투과막 패턴을 통해 적색 컬러가 선택 투과되고, 녹색 컬러영역 내 녹색 컬러용 투과막 패턴을 통해 녹색 컬러가 선택 투과되며, 청색 컬러영역 내 청색 컬러용 투과막 패턴을 통해 청색 컬러가 선택 투과됨으로써, RGB 컬러를 구현하게 된다.

이때, 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터(150)에서는 적, 녹, 및 청색 서브-화소에 해당하는 부분의 투과막 패턴, 즉 홀 패턴의 크기를 다르게 하였을 뿐만 아니라 투과효율을 높여주기 위하여 금속막의 두께도 다르게 구현하였다. 즉, 적색 컬러영역에 상대적으로 두꺼운 적색 컬러용 투과막 패턴을 형성하고, 녹색 컬러영역에 적색 컬러용 투과막 패턴의 두께보다 적어도 작은 두께를 갖는 녹색 컬러용 투과막 패턴을 형성하며, 청색 컬러영역에 상대적으로 가장 작은 두께를 갖는 청색 컬러용 투과막 패턴을 형성한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이때, 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(150)의 금속막(152)은 모든 면을 굴절률이 동일한 절연막으로 덮어주는 것이 효율에 유리하므로 유리기판 위에 컬러필 터(150)를 형성하는 경우 그 위에 유리기판과 동일한 절연층(SiO₂ 등)(106)을 형성하는 것이 적절하다. 이는 표면 플라즈몬이 금속과 주변 절연막의 유전상수의 영향을 받으므로 2성분계를 형성해야 효율에 유리하기 때문이다.

다음으로, 도 7b 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(106)이 형성된 어레이 기판(110) 위에 게이트전극(121)과 게이트라인(116)을 형성한다.

이때, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116)은 제 1 도전막을 상기 어레이 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.

여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo), 몰리브덴 합금(Mo alloy) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 상기 저저항 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.

다음으로, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 1 절연막(115a), 비정질 실리콘 박막, n+ 비정질 실리콘 박막을 증착한 후, 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(124)을 형성한다.

이때, 상기 액티브패턴(124) 상부에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루 어지며 상기 액티브패턴(124)과 실질적으로 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125')이 형성되게 된다.

다음으로, 도 7c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 액티브패턴(124)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 2 도전막을 증착한 후, 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 제 2 도전막으로 이루어지며 상기 액티브패턴(124)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성한다.

또한, 상기 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 2 도전막으로 이루어지며, 상기 게이트라인(116)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인(117)을 형성하게 된다.

또한, 상기 화소영역 내에는 상기 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 2 도전막으로 이루어지며, 위에서 아래로 지그재그 형태로 배열되도록 다수개의 어드레스 전극(165)을 형성하게 된다.

이때, 상기 액티브패턴(124) 상부에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 동일한 형태로 패터닝된 오믹-콘택층(125n)이 형성되게 된다.

이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인을 구성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 크롬, 몰리브덴 및 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 상기 저저항 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 액티브패턴(124) 및 소오스/드레인전극(122, 123)과 데이터라인(117)과 어드레스 전극(165)은 2번의 마스크공정을 통해 형성한 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하프-톤 마스크 또는 회절마스크를 이용함으로써 한번의 마스크공정으로 동시에 형성할 수도 있다.

다음으로, 도 7d 및 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123)과 데이터라인(117) 및 어드레스 전극(165)이 형성된 어레이 기판(110) 위에 도전성 박막 형태의 다수개의 마이크로 셔터(160)를 형성한다.

상기 마이크로 셔터(160)는 상기 컬러필터(150)의 금속막(152)과의 정전기력에 의해 개폐되며, 정전기력에 따라서 상기 마이크로 셔터(160)가 열리는 정도가 조절되어 투과되는 빛의 양을 조절하여 화상을 구현하게 된다.

이때, 상기 마이크로 셔터(160)는 일측이 상기 어드레스 전극(165)에 연결되고 다른 일측이 상기 어레이 기판(110)에 대하여 오목한 형상을 갖도록 형성될 수 있는데, 이러한 마이크로 셔터(160)는 도시된 반원형뿐만 아니라 U자형이나 반타원형 중 하나의 모양을 가질 수 있다. 상기 어드레스 전극(165)은 상기 마이크로 셔터(160)를 고정시키며, 상기 마이크로 셔터(160)로 신호를 인가하는 역할을 하게 된다.

또한, 전술한 바와 같이 상기 다수개의 마이크로 셔터(160)는 일측이 상기 다수개의 어드레스 전극(165)에 연결된 상태에서 상기 화소영역 내에 위에서 아래 로 배열되어 있다. 다만, 본 발명이 상기 어드레스 전극(165)과 마이크로 셔터(160)의 배열방법에 한정되는 것은 아니다.

상기 마이크로 셔터(160)는 하부 백라이트로부터 입사된 빛을 차단하는 한편 정전기력에 의해 개폐되기 적합한 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 열리거나 닫힐 수 있도록 서로 다른 팽창계수를 가지는 복수개의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 마이크로 셔터(160)는 알루미늄, 몰리브덴, 구리나 금 등과 같이 전도성이 있는 금속물질로 이루어질 수 있다.

상기 본 발명의 실시예는 액티브패턴으로 비정질 실리콘 박막을 이용한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 상기 액티브패턴으로 다결정 실리콘 박막을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에도 적용된다.

또한, 상기 본 발명의 실시예는 상기 박막 트랜지스터와 같은 스위칭 소자를 통해 마이크로 셔터에 신호를 인가하는 구조를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.

도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 셔터 표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 예시도.

도 4a 및 도 4b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 셔터 표시장치의 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 셔터 표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 7a 내지 도 7d는 상기 도 5에 도시된 마이크로 셔터 표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.

도 8a 내지 도 8e는 상기 도 6에 도시된 마이크로 셔터 표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 어레이 기판 106 : 절연층

116 : 게이트라인 117 : 데이터라인

118 : 화소전극 121 : 게이트전극

122 : 소오스전극 123 : 드레인전극

150 : 컬러필터 152 : 금속막

153 : 투과막 패턴 160 : 마이크로 셔터

165 : 어드레스 전극

Claims (14)

1. 소정의 금속막에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 투과막 패턴이 형성되어 컬러를 구현하는 한편, 상기 금속막에 어드레스 신호가 인가되어 플로팅전극으로 활용되는 컬러필터를 기판 위에 형성하는 단계;

   상기 컬러필터가 형성된 기판 위에 박막 트랜지스터와 다수개의 어드레스 전극을 형성하는 단계; 및

   상기 박막 트랜지스터가 형성된 기판 위에 도전성 박막 형태로 형성되되, 상기 컬러필터의 금속막과의 정전기력에 의해 개폐되는 다수개의 마이크로 셔터를 형성하는 단계를 포함하는 마이크로 셔터 표시장치의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 셔터는 상기 컬러필터의 금속막과의 정전기력에 따라서 열리는 정도가 조절되어 투과되는 빛의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 어드레스 전극은 화소영역 내에서 위에서 아래로 지그재그 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 다수개의 마이크로 셔터는 일측이 상기 다수개의 어드레스 전극에 연결된 상태에서 상기 화소영역 내에 위에서 아래로 배열되도록 형 성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치의 제조방법.
5. 기판 위에 형성되며, 소정의 금속막에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 투과막 패턴이 형성되어 컬러를 구현하는 한편, 상기 금속막에 어드레스 신호가 인가되어 플로팅전극으로 활용되는 컬러필터;

   상기 컬러필터가 형성된 기판 위에 형성된 박막 트랜지스터와 다수개의 어드레스 전극; 및

   상기 박막 트랜지스터가 형성된 기판 위에 도전성 박막 형태로 형성되며, 상기 컬러필터의 금속막과의 정전기력에 의해 개폐되는 다수개의 마이크로 셔터를 포함하는 마이크로 셔터 표시장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 셔터는 상기 컬러필터의 금속막과의 정전기력에 따라서 열리는 정도가 조절되어 투과되는 빛의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치.
7. 제 7 항에 있어서, 상기 컬러필터의 금속막과 상기 마이크로 셔터를 절연시키는 절연막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 셔터는 일측이 상기 어드레스 전극에 연결되고 다른 일측이 상기 기판에 대하여 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마 이크로 셔터 표시장치.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 셔터는 U자형, 반원형, 반타원형 등의 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치.
10. 제 5 항에 있어서, 상기 어드레스 전극은 화소영역 내에서 위에서 아래로 지그재그 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 다수개의 마이크로 셔터는 일측이 상기 다수개의 어드레스 전극에 연결된 상태에서 상기 화소영역 내에 위에서 아래로 배열되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치.
12. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 셔터와 금속막은 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 금 등과 같이 전도성이 있는 금속물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치.
13. 제 5 항에 있어서, 상기 컬러필터 위에 상기 기판을 구성하는 물질로 형성된 절연층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치.
14. 제 5 항에 있어서, 상기 컬러필터는 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛만을 선택 투과시키는 서로 다른 크기의 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 표시장치.

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