KR20120013725A - 표시 기판 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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KR20120013725A
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신우정
곽상기
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삼성전자주식회사
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Abstract

표시 기판 및 이를 포함하는 표시 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판은, 차광 영역 및 화소 영역이 정의된 기판; 및 상기 기판 상의 상기 차광 영역에 배치되고, 컬럼 스페이서 및 컬럼 스페이서 이외의 주변부를 갖는 블랙 매트릭스 층을 포함하고, 단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스층의 상기 주변부 면적은 11% 이하이다.

Description

표시 기판 및 이를 포함하는 표시 장치{Display substrate and display device comprising the same}
본 발명은 표시 기판 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 개재되어 있는 액정층으로 이루어지는 표시 패널을 포함하여 영상을 표시하는 장치이다.
이러한 표시 패널에 포함되는 두 장의 표시 기판 중 하나의 기판에는 복수의 화소 전극이 매트릭스(matrix) 형태로 배열되고 이들 화소 전극에 인가되는 전압을 스위칭하기 위한 복수의 박막 트랜지스터가 형성되어 있고, 다른 하나의 기판에는 공통 전극이 형성되어 있다. 이 화소 전극과 공통 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 액정층의 액정이 배열되어 영상이 표시되는 것이다.
한편, 액정 표시 장치는 자체적으로 발광하지 못하는 비발광성 소자이기 때문에, 표시 패널로 광을 공급하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 더 포함한다. 상기 표시 패널은 상기 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 외부로 통과시키는 투광 영역과, 반대로 상기 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 외부로 통과시키지 않는 차광 영역을 갖는다. 여기서, 전술한 화소 전극이 배치된 영역은 투광 영역이 되고, 그외의 영역 예컨대 박막 트랜지스터가 배치된 영역은 차광 영역이 된다.
상기 차광 영역의 형성을 위하여 표시 패널을 구성하는 두 장의 표시 기판 중 어느 하나에는 블랙 매트릭스(black matrix)가 배치된다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 블랙 매트릭스용 물질층의 노광 정도를 조절하여 블랙 매트릭스층과 컬럼 스페이서를 동시에 형성하면서, 액정 적하 공정에서 발생하는 점 얼룩(이하, 적하 얼룩)을 감소시킬 수 있는 표시 기판 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판은, 차광 영역 및 화소 영역이 정의된 기판; 및 상기 기판 상의 상기 차광 영역에 배치되고, 컬럼 스페이서 및 컬럼 스페이서 이외의 주변부를 갖는 블랙 매트릭스 층을 포함하고, 단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스층의 상기 주변부 면적은 11% 이하이다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 제1 기판과, 제1 기판과 대향하는 제2 기판과, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하는 표시 장치로서, 차광 영역 및 화소 영역이 정의된 제1 기판; 상기 제1 기판의 차광 영역 및 화소 영역에 각각 대응하는 차광 영역 및 화소 영역이 정의된 제2 기판; 상기 제1 기판 상의 차광 영역 또는 상기 제2 기판 상의 차광 영역 중 어느 하나에 배치되고, 컬럼 스페이서 및 컬럼 스페이서 이외의 주변부를 갖는 블랙 매트릭스 층을 포함하고, 단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스층의 상기 주변부 면적은 11% 이하이다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절단한 표시 기판의 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 도 1 및 도 2의 표시 기판의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7e는 블랙 매트릭스층 면적에 따른 적하 얼룩 수준을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 기판의 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 표시 기판 및 이를 포함하는 표시 장치를 설명한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판을 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절단한 표시 기판의 단면도이다. 본 실시예의 표시 기판은, 표시 패널을 구성하는 두 장의 기판 중 화소 전극 및 박막 트랜지스터가 형성되는 기판이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 기판(100)은 절연 기판(10) 상에 배치되고 게이트 전극(24), 소스/드레인 전극(65, 66) 및 반도체층(42)을 포함하여 구성되는 박막 트랜지스터(Q)와, 이 박막 트랜지스터(Q)에 의하여 스위칭되는 화소 전극(82)을 포함한다.
구체적으로는, 절연 기판(10)은 소다석회유리(soda lime glass) 또는 보로 실리케이트 유리 등의 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있고, 이 절연 기판(10)에는 단위 화소와 이 단위 화소에 연결되는 박막 트랜지스터를 포함하는 화소부(110)가 정의된다. 본 도면에서는 하나의 화소부(110)만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(10)에는 복수개의 화소부(110)가 매트릭스 형태로 배열되어 정의될 수 있다.
여기서, 화소부(110)는 차광 영역(112) 및 화소 영역(114)을 포함한다. 차광 영역(112)은 표시 기판(100)의 아래에 배치되는 백라이트 유닛(미도시됨)에서 공급되는 광이 표시 기판(100)의 외부로 통과되는 것을 방지하는 영역이고, 화소 영역(114)은 상기 백라이트 유닛에서 공급되는 광이 표시 기판(100)의 외부로 통과될 수 있는 영역을 의미한다. 본 실시예의 표시 기판(100)에 포함되는 박막 트랜지스터(Q) 및 화소 전극(82)은 이러한 차광 영역(112) 및 화소 영역(114)에 각각 배치된다.
절연 기판(10) 상에는 게이트 신호를 전달하는 게이트 배선(22, 24)이 배치된다. 게이트 배선(22, 24)은 일 방향, 예를 들어 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(22)과, 게이트선(22)으로부터 돌출되어 돌기 형태로 형성된 게이트 전극(24)을 포함한다. 게이트 전극(24)은 후술하는 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66)과 함께 박막 트랜지스터(Q)의 삼단자를 구성한다.
본 도면에는 도시되지 않았으나, 절연 기판(10) 상에는 화소 전극(82)과 스토리지 캐패시터를 형성하기 위한 스토리지 배선(미도시됨)이 추가적으로 형성될 수도 있다. 이 스토리지 배선은 게이트 배선(22, 24)과 함께 형성되는 것으로서 게이트 배선(22, 24)과 동일한 층에 배치되고 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
게이트 배선(22, 24)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등으로 이루어질 수 있다. 또한 게이트 배선(22, 24)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(미도시)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이 중 한 도전막은 게이트 배선(22, 24)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(low resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막, 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막 및 티타늄 하부막과 구리 상부막을 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 게이트 배선(22, 24)은 다양한 여러 가지 금속과 도전체로 만들어질 수 있다.
절연 기판(10) 및 게이트 배선(22, 24) 상에는 게이트 절연막(30)이 배치된다. 게이트 절연막(30)은 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다. 또는 게이트 절연막(30)은 산화 알루미늄, 산화 티타늄, 산화 탄탈륨 또는 산화 지르코늄을 포함할 수 있다.
게이트 절연막(30) 상에는 박막 트랜지스터(Q)의 채널 형성을 위한 반도체층(42)이 배치되며, 이러한 반도체층(42)은 적어도 게이트 전극(24)과 중첩되도록 배치된다. 반도체층(42)은 비정질 실리콘(amorphous Silicon: 이하, a-Si)으로 이루어지거나 또는 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn) 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 산화물 반도체(oxide semiconductor)로 이루어 질 수 있다.
반도체층(42) 상에는 오믹 콘택층(55, 56)이 배치된다. 오믹 콘택층(55, 56)은 후술할 소스/드레인 전극(65, 66)과 반도체층(42) 사이의 접촉 특성을 개선시키는 역할을 한다. 여기서, 오믹 콘택층(55, 56)은 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘(이하, n+ a-Si)으로 이루어질 수 있다. 만약, 소스/드레인 전극(65, 66)과 반도체층(42) 간의 접촉 특성이 충분히 확보된다면, 본 실시예의 오믹 콘택층(55, 56)은 생략될 수도 있다.
오믹 콘택층(55, 56) 및 게이트 절연층(30) 상에는 데이터 배선(62, 65, 66)이 배치된다. 데이터 배선(62, 65, 66)은 게이트선(22)과 교차하는 방향 예컨대, 세로 방향으로 형성되어 게이트선(22)과 함께 화소를 정의하는 데이터선(62)과, 데이터선(62)으로부터 분지되어 반도체층(42)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65)과, 소스 전극(65)과 이격되고 게이트 전극(24) 또는 박막 트랜지스터(Q)의 채널 영역을 중심으로 소스 전극(65)과 대향하도록 반도체층(42)의 상부에 형성되는 드레인 전극(66)을 포함한다. 여기서, 드레인 전극(42)은 반도체층(42) 상부에서 화소 전극(82)의 아래까지 연장될 수 있다.
데이터 배선(62, 65, 66)이 형성된 결과물의 전체 구조 상부에는 보호막(71)이 배치된다. 보호막(71)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 감광성(photosensitivity)의 유기물 또는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 등을 포함하는 단일막 또는 다중막 구조를 가질 수 있다. 보호막(71)에는 드레인 전극(66)의 일부 예컨대 화소 전극(82)의 아래에 배치되는 드레인 전극(66)의 단부를 드러내는 콘택홀(79)이 형성되어 있다.
보호막(71) 상에는 콘택홀(79)을 통하여 드레인 전극(66)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(82)이 배치된다. 화소 전극(82)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도전체로 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이 화소 전극(82)은 화소 영역(114)에 배치된다.
또한, 보호막(72) 상에는 블랙 매트릭스 층(91)이 배치된다. 이 블랙 매트릭스 층(91)은 차광 영역(112)에 배치되어 백라이트 유닛(미도시됨)으로부터 공급되는 광이 차광 영역(112)에서 표시 기판(100)의 외부로 통과되는 것을 방지하는 역할을 하며, 또한 외부로부터의 광이 박막 트랜지스터(Q)에 조사되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이와 같이 블랙 매트릭스층(91)은 차광 영역(112)에 배치되기 때문에, 화소 영역(114)에 배치되는 화소 전극(82)과는 중첩되지 않는다.
블랙 매트릭스 층(91)은 자신으로부터 돌출된 컬럼 스페이서(93)를 포함한다. 다시 말하면, 블랙 매트릭스 층(91) 중에서 주변에 비하여 돌출된 부분이 컬럼 스페이서(93)가 되는 것이다. 컬럼 스페이서(93)는 표시 기판(100)과 이에 대향하는 다른 표시 기판(미도시됨) 사이의 간격을 유지하여 액정이 원활히 주입되게 하는 역할을 한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 블랙 매트릭스 층(91) 중에서 컬럼 스페이서(93)가 형성된 부분을 제외한 부분으로써 상대적으로 컬럼 스페이서(93)에 비하여 두께가 작은 부분을 주변부라 하고 도면부호 A로 표시하기로 한다.
이러한 컬럼 스페이서(93)를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)은 네가티브 또는 포지티브 포토레지스트와 검은색 안료를 포함할 수 있다.
또한, 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A)의 두께는 보호막(71) 상부의 화소 전극(82)의 두께와 유사하며, 그에 따라 컬럼 스페이서(93)가 형성된 부분을 제외하고는 차광 영역(112)과 화소 영역(114) 사이에 단차가 거의 발생하지 않는다.
한편, 위와 같이 돌출된 부분(즉, 컬럼 스페이서(93))과 그 외의 주변부(A)을 갖는 블랙 매트릭스 층(91)을 형성하기 위해서는, 보호막(71) 상에 블랙 매트릭스용 물질층을 형성한 후 노광 공정을 수행하되, 광의 통과량이 서로 다른 영역을 갖는 마스크(미도시됨)를 이용하여 상기 노광 공정을 수행한다. 즉, 노광 공정의 마스크는 광이 완전히 통과하는 개구 영역과 개구 영역에 비하여 광의 통과량이 상대적으로 작은 슬릿 영역을 포함하며, 상기 개구 영역은 블랙 매트릭스용 물질층 중 컬럼 스페이서(93)가 형성될 부분에 대응하도록 배치되고, 상기 슬릿 영역은 블랙 매트릭스용 물질층 중 컬럼 스페이서(93)가 형성되지 않을 부분 즉, 주변부(A)에 대응하도록 배치된다. 이러한 마스크를 이용하여 노광을 수행하면, 마스크의 개구 영역을 통과한 광은 대응하는 블랙 매트릭스용 물질층을 경화시키고, 마스크의 슬릿 영역을 통과한 광은 대응하는 블랙 매트릭스용 물질층을 경화시키되 개구 영역을 통과한 광에 비하여 상대적으로 대응하는 블랙 매트릭스용 물질층을 덜 경화시킨다. 따라서, 후속하는 현상 공정 후에는, 개구 영역에 대응하는 블랙 매트릭스용 물질층은 슬릿 영역에 대응하는 블랙 매트릭스용 물질층에 비해 잔류량이 많아서 결국 블랙 매트릭스 층(91)은 상대적으로 돌출된 컬럼 스페이서(93)와 그 외의 주변부(A)을 갖게 되는 것이다.
그런데, 상기 노광 공정시 광이 완전히 통과하지 않는 영역 즉, 마스크의 슬릿 영역의 블랙 매트릭스용 물질층에서는 오염 물질(예컨대, 포토레지스트에 포함되는 광초기제(Photo-initiator)에 의한 유기 오염 물질 등)이 방출될 수 있으며, 이 오염 물질은 액정 적하 공정시 발생하는 적하 얼룩의 원인이 된다.
그러나, 상기 마스크의 슬릿 영역은 오염 물질 발생 원인이 됨에도 불구하고 필수적이다. 만약 마스크에 슬릿 영역이 존재하지 않는다면 블랙 매트릭스 층의 전체 두께가 증가하여 차광 영역(112)과 화소 영역(114) 사이의 단차, 특히 차광 영역(112)과 화소 영역(114)의 경계부의 단차가 증가하고, 그에 따라 화소 영역(114)의 모서리에 텍스쳐(texture)가 유발되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 노광 공정시 광이 완전히 통과하지 않는 영역인 마스크의 슬릿 영역의 면적 즉, 블랙 매트릭스 층(91) 중에서 주변부(A)의 면적을 단위 화소 면적 대비 적정 수준으로 감소시킴으로써 적하 얼룩을 감소시키고자 한다. 여기서, 단위 화소 면적이라 함은, 디스플레이 화면을 전체 화소 수로 나누었을 때 나오는 면적으로서, 본 실시예의 화소부(110) 면적과 유사할 수 있으나 차이가 있을 수도 있다. 또한, 또한 여기서, 면적이라 함은 소정 층의 높낮이를 고려하지 않은 평면 상의 면적을 의미하며, 이하에서 면적은 이와 같은 평면 면적을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
블랙 매트릭스 층(91) 중에서 주변부(A)의 면적을 적정 수준으로 감소시키는 방법 중 하나는, 컬럼 스페이서(93)를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)의 전체 면적을 감소시키는 것이다. 블랙 매트릭스 층(91)의 전체 면적을 감소시키면 당연히 블랙 매트릭스 층(91) 중에서 주변부(A)의 면적 또한 감소될 수 있다.
또한, 블랙 매트릭스 층(91) 중에서 주변부(A)의 면적을 적정 수준으로 감소시키는 방법 중 다른 하나는, 컬럼 스페이서(93)가 차지하는 면적을 증가시키는 것이다. 컬럼 스페이서(93)가 차지하는 면적이 증가되면 상대적으로 블랙 매트릭스 층(91) 중 주변부(A)의 면적이 감소될 수 있다.
상기 두 가지 방법은 별개로 수행될 수도 있고 또는 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 컬럼 스페이서(93)가 차지하는 면적을 유지하거나 또는 증가시킨 상태에서 블랙 매트릭스 층(91)의 전체 면적을 감소시킬 수 있다. 또는 블랙 매트릭스 층(91)의 전체 면적을 유지하거나 또는 감소시킨 상태에서 컬럼 스페이서(93)가 차지하는 면적을 증가시킬 수도 있다.
상기 두 가지 방법에 대하여는 이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 도 3 내지 도 6은 도 1 및 도 2의 표시 기판의 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, 특히 도 3 및 도 4는 블랙 매트릭스 층의 전체 면적이 감소된 경우를 설명하기 위한 도면이고 도 5 및 도 6은 컬럼 스페이서가 차지하는 면적이 증가한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에서 컬럼 스페이서(93)를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)(도 3에서는 컬럼 스페이서(93) 형성 부분을 제외하고 회색 음영으로 표시됨)은 차광 영역(112) 전체를 덮지 않도록 형성되어 블랙 매트릭스 층(91)의 전체 면적 감소를 가능하게 하고 결과적으로, 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A) 면적 감소가 가능하다. 여기서, 블랙 매트릭스 층(91) 중에서 면적 감소를 위하여 제거가 가능한 부분은 차광이 요구되는 패턴을 제외한 부분이다. 구체적으로는, 블랙 매트릭스 층(91)은 적어도 차광이 요구되는 패턴(예컨대, 박막 트랜지스터(Q))은 덮으면서 자신의 면적 감소를 위하여 차광 영역(112) 중 차광이 요구되는 패턴을 제외한 나머지의 적어도 일부를 덮지 않도록 형성될 수 있다. 예컨대, 본 도면에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스 층(91)은 박막 트랜지스터(Q)를 덮으면서, 가로 방향으로 폭이 축소되어 데이터선(62) 일부를 덮지 않도록 형성되거나 또는 세로 방향으로 폭이 축소되어 게이트선(22) 일부를 덮지 않도록 형성될 수 있다. 그러나, 본 도면에 도시된 것 외에도, 블랙 매트릭스 층(91)은 적어도 차광이 요구되는 패턴은 덮으면서 주변부(A) 면적이 적정 수준을 만족시키는 범위에서 다양한 형상을 가질 수 있다.
또는, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 컬럼 스페이서(93)의 면적을 증가시켜 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A)(도 5에서 회색 음영으로 표시됨)의 면적을 감소시킬 수 있다. 여기서, 차광 영역(112)과 화소 영역(114) 사이의 단차, 특히 차광 영역(112)과 화소 영역(114)의 경계부의 단차 발생을 방지하기 위하여 적어도 화소 영역(114)과 인접한 영역에는 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A)가 배치되게 할 수 있다. 본 도면에 도시된 것 외에도, 컬럼 스페이서(93)는 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A) 면적이 적정 수준을 만족시키는 범위에서 다양한 형상 및 면적을 가질 수 있다.
전술한 도 1 내지 도 6에서 설명한 실시예들에서, 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A) 면적이 적정 수준이라는 것은, 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A) 면적이 11%이하임을 나타낸다. 즉, 아래의 [식 1]이 만족될 수 있다.
[식 1]
주변부(A) 면적/단위 화소 면적≤0.11
위와 같이 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A) 면적이 11% 이하인 경우 양호한 수준의 적하 얼룩 특성을 획득할 수 있으며, 이는 이하의 도 7a 내지 도 7e에 잘 나타나 있다.
도 7a 내지 도 7e는 블랙 매트릭스층의 주변부 면적에 따른 적하 얼룩 수준을 나타내는 도면이다.
구체적으로는, 도 7a는 46˝ FHD LCD에서 블랙 매트릭스층이 차광 영역 전체를 덮도록 형성되고, 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층의 주변부 면적이 14.6%인 경우를 나타내고 있다. 도 7b는 상기 도 7a의 경우 적하 얼룩 수준을 나타내고 있다.
도 7c는 46˝ FHD LCD에서 블랙 매트릭스층이 차광 영역의 일부를 드러내도록 형성되고, 특히 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층의 주변부 면적이 10.0%가 되도록 블랙 매트릭스층의 전체 면적을 감소시킨 경우를 나타내고 있다. 도 7d는 상기 도 7c의 경우 적하 얼룩 수준을 나타내고 있다.
도 7b 및 도 7d를 참고하면, 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층의 주변부 면적이 10% 정도로 감소한 경우에는, 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층의 주변부 면적이 14,6%인 경우에 비하여 평균 적하 얼룩 수준이 감소하며, 특히 높은 수준의 적하 얼룩은 발생하지 않음을 알 수 있다.
또한, 도 7e는 52˝ FHD LCD에서 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층의 주변부 면적이 10.9%인 경우의 적하 얼룩 수준을 나타낸다. 이 경우, 평균 적하 얼룩 수준은 0.9 정도로서 낮은 편이며, 특히 높은 수준의 적하 얼룩이 발생하지 않음은 전술한 도 7d의 경우와 마찬가지이다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도로서, 일례로서 전술한 도 1 및 도 2의 표시 기판을 포함하는 표시 장치를 도시하고 있으나, 도 1 및 도 2의 표시 기판 대신 도 3 및 도 4의 표시 기판 또는 도 5 및 도 6의 표시 기판을 포함하는 표시 장치일 수도 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 액정 표시 장치로서, 도 1 및 도 2의 표시 기판(100), 제2 표시 기판(200), 및 액정층(300)을 포함한다.
여기서, 표시 기판(100)에 대하여는 전술하였으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 표시 기판(100)은 도 3 및 도 4의 표시 기판(100) 또는 도 5 및 도 6의 표시 기판(100)일 수도 있다.
제2 표시 기판(200)은 표시 기판(100)과 대향하며 화소 전극과 마주보는 공통 전극(미도시됨)을 포함한다. 여기서, 공통 전극은 ITO 또는 IZO 등과 같은 투명한 도전체로 형성될 수 있다. 또한, 제2 표시 기판(200)에는 제1 표시 기판(100)에 정의된 차광 영역(112) 및 화소 영역(114)이 동일하게 정의되어 있다.
액정층(300)은 표시 기판(100)과 제2 표시 기판(200) 사이에 개재되며, 표시 기판(100)의 화소 전극(82)과 제2 표시 기판(200)의 공통 전극에 인가되는 전압에 따라 투과율이 조절된다. 본 실시예에서 액정층(300)은 리액티브 메조겐(RM: Reactive Mesogen)을 포함하는 액정으로 이루어질 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서는 컬럼 스페이서(93)를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)이 화소 전극(82)과 박막 트랜지스터(Q)가 형성되는 표시 기판(100)에 배치되는 경우를 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예에서는 컬럼 스페이서(93)를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)이 화소 전극, 박막 트랜지스터 등이 형성되는 표시 기판(예컨대, 도 8의 표시 기판(100))과 대향하는 다른 표시 기판(예컨대, 도 8의 제2 표시 기판(200))에 배치될 수도 있다. 이를 이하의 도 9를 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치는 액정 표시 장치로서, 제1 표시 기판(1000), 제2 표시 기판(2000), 및 액정층(3000)을 포함한다.
여기서, 제1 표시 기판(1000)은 도 2, 도 4 또는 도 6의 표시 기판(100)에서 컬럼 스페이서(93)를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)이 생략된 구조와 실질적으로 동일하다.
제2 표시 기판(2000)에는 제1 표시 기판(100)에 정의된 차광 영역(112) 및 화소 영역(114)이 동일하게 정의되어 있다. 이러한 제2 표시 기판(2000)은 자신의 상부에 형성되고 컬럼 스페이서(930)를 포함하는 블랙 매트릭스층(910)을 갖는다 여기서, 컬럼 스페이서(930)를 포함하는 블랙 매트릭스 층(910)은 제2 표시 기판(2000) 상에 형성되어 있음을 제외하고는 전술한 실시예들의 컬럼 스페이서(93) 및 이를 포함하는 블랙 매트릭스층(91)과 동일하다. 즉, 컬럼 스페이서(930) 및 이를 포함하는 블랙 매트릭스 층(910)은 도 2의 표시 기판(100)에 형성된 컬럼 스페이서(93) 및 이를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)과 대향하도록 배치될 수 있다. 본 도면에는 도시되지 않았으나, 컬럼 스페이서(930) 및 이를 포함하는 블랙 매트릭스 층(910)은 도 4의 표시 기판(100)에 형성된 컬럼 스페이서(93) 및 이를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)과 대향하도록 배치되거나 또는 도 6의 표시 기판(100)에 형성된 컬럼 스페이서(93) 및 이를 포함하는 블랙 매트릭스 층(91)과 대향하도록 배치될 수도 있다. 따라서, 본 실시예에서와 같이, 컬럼 스페이서(930) 및 이를 포함하는 블랙 매트릭스 층(910)이 제2 표시 기판(2000)에 배치되는 경우에도, 제1 표시 기판(100)에 배치되는 경우와 마찬가지로 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스층(910)의 주변부 면적은 11% 이하로 조절될 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서는 차광 영역(112)에 하나의 박막 트랜지스터(Q)가 배치되고 화소 영역(114)에 하나의 화소 전극(82)이 배치된 경우를 설명하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도시하지는 않았으나, 차광 영역(112)에는 둘 이상의 박막 트랜지스터나 화소 제어에 요구되는 다른 패턴들이 배치될 수 있고, 화소 영역(114)에는 둘 이상으로 구분되어 별개의 전압이 인가되는 둘 이상의 부화소 전극이 배치될 수도 있다. 이러한 경우에도 박막 트랜지스터나 화소 제어에 요구되는 다른 패턴들이 차광 요구 패턴이라면, 차광 영역(112)의 블랙 매트릭스층(91)은 적어도 차광 요구 패턴을 덮으면서 차광 영역(112)의 적어도 일부를 덮지 않도록 형성되어 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A) 면적을 감소시킬 수 있다. 또는, 차광 영역(112)에 배치되는 패턴, 화소 영역(114)에 배치되는 화소 전극 구조 등과 무관하게, 블랙 매트릭스층(91)의 컬럼 스페이서(930의 면적을 증가시킴으로써 단위 화소 면적에 대한 블랙 매트릭스 층(91)의 주변부(A) 면적을 감소시킬 수도 있다.
나아가, 화소 영역(114)에 배치되는 화소 전극(예컨대, 도 1의 화소 전극(82))의 형상 역시 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 도 10을 참조하면, 표시 기판(100′)은 화소 전극(84, 85)을 제외하고는 도 1의 표시 기판(100)과 실질적으로 동일한 구조를 갖고, 도 10의 화소 전극(84, 85)은 화소 영역(114)의 외곽을 향하도록 사선으로 형성된 다수의 미세 전극(84)과, 미세 전극(84) 사이에 배치된 다수의 미세 슬릿(85)으로 이루어질 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 22: 게이트 선
24: 게이트 전극 30: 게이트 절연층
42: 반도체층 55, 56: 오믹 콘택층
62: 데이터선 65: 소스 전극
66: 드레인 전극 71: 보호막
82: 화소 전극 91: 블랙 매트릭스 층
93: 컬럼 스페이서

Claims (19)

  1. 차광 영역 및 화소 영역이 정의된 기판; 및
    상기 기판 상의 상기 차광 영역에 배치되고, 컬럼 스페이서 및 컬럼 스페이서 이외의 주변부를 갖는 블랙 매트릭스 층을 포함하고,
    단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스층의 상기 주변부 면적은 11% 이하인 표시 기판.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스 층의 상기 주변부 면적은, 상기 블랙 매트릭스 층의 전체 면적을 감소시킴으로써 조절되는, 표시 기판.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스 층의 상기 주변부 면적은, 상기 컬럼 스페이서의 면적을 증가시킴으로써 조절되는, 표시 기판.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 상의 상기 화소 영역에 배치되는 화소 전극을 더 포함하는 표시 기판.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 기판 상의 상기 차광 영역에 배치되는 차광 요구 패턴; 및
    상기 차광 요구 패턴 및 상기 기판 상에 형성되는 절연층을 더 포함하고,
    상기 화소 전극 및 상기 블랙 매트릭스 층은, 상기 절연층 상부에 형성되는 표시 기판.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 층은 적어도 상기 차광 요구 패턴을 덮으면서 상기 차광 요구 패턴을 제외한 나머지 영역 중 적어도 일부를 덮지 않는 표시 기판.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 차광 요구 패턴은, 상기 화소 전극을 제어하는 박막 트랜지스터를 포함하는 표시 기판.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 층의 상기 주변부는 상기 화소 영역과 인접한 부분에 배치되는 표시 기판.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 화소 전극은, 상기 화소 영역의 외각을 향하는 다수의 미세 전극과 상기 미세 전극 사이에 배치된 다수의 미세 슬릿을 포함하는, 표시 기판.
  10. 제1 기판과, 제1 기판과 대향하는 제2 기판과, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하는 표시 장치로서,
    차광 영역 및 화소 영역이 정의된 제1 기판;
    상기 제1 기판의 차광 영역 및 화소 영역에 각각 대응하는 차광 영역 및 화소 영역이 정의된 제2 기판;
    상기 제1 기판 상의 차광 영역 또는 상기 제2 기판 상의 차광 영역 중 어느 하나에 배치되고, 컬럼 스페이서 및 컬럼 스페이서 이외의 주변부를 갖는 블랙 매트릭스 층을 포함하고,
    단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스층의 상기 주변부 면적은 11% 이하인 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스 층의 상기 주변부 면적은, 블랙 매트릭스 층의 전체 면적을 감소시킴으로써 조절되는, 표시 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 단위 화소 면적에 대한 상기 블랙 매트릭스 층의 상기 주변부 면적은, 컬럼 스페이서의 면적을 증가시킴으로써 조절되는, 표시 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 기판 상의 화소 영역에 배치되는 화소 전극을 더 포함하는 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 기판 상의 차광 영역에 배치되는 차광 요구 패턴; 및
    상기 차광 요구 패턴 및 상기 제1 기판 상에 형성되는 절연층을 더 포함하고,
    상기 화소 전극은 및 상기 블랙 매트릭스 층은, 상기 절연층 상부에 형성되는 표시 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 층은 적어도 상기 차광 요구 패턴을 덮으면서 상기 차광 요구 패턴을 제외한 나머지 영역 중 적어도 일부를 덮지 않는 표시 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 차광 요구 패턴은, 상기 화소 전극을 제어하는 박막 트랜지스터를 포함하는 표시 장치.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 층의 상기 주변부는 상기 화소 영역과 인접한 부분에 배치되는 표시 장치.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 화소 전극은, 상기 화소 영역의 외각을 향하는 다수의 미세 전극과 상기 미세 전극 사이에 배치된 다수의 미세 슬릿을 포함하는, 표시 장치.
  19. 제10 항에 있어서,
    상기 액정층은, 리액티브 메조겐(RM: Reactive Mesogen)을 포함하는 액정으로 이루어지는, 표시 장치.
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