KR20150135691A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은, 제 1 기판; 상기 제 1 기판 상에 형성된 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 정의하는 제 1 블랙 매트릭스; 상기 백색 서브화소 영역에 형성된 제 2 블랙 매트릭스; 상기 적색, 녹색 및 청색 서브화소에 형성된 컬러필터층; 및 상기 제 1, 2 블랙 매트릭스와 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층 상부에 형성된 절연층;을 포함하고, 상기 제 2 블랙 매트릭스 상면의 높이는 상기 제 1 블랙 매트릭스 상면의 높이 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은, 백색 서브화소 영역에 백색 컬러필터를 구비하지 않음에도, 적색, 녹색 및 청색 서브화소에 형성된 절연층과 백색 서브화소에 형성된 절연층의 단차를 개선한다. 또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은, 별도의 백색 수지 형성 및 포토리소그래피 공정의 추가 없이 백색 서브화소를 포함하는 제 1 기판을 형성하여 공정을 단순화하고, 비용을 절감할 수 있다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal display device and fabricating method of the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백색 서브화소에 발생하는 셀갭 불량을 개선할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다
TV, 모니터 등에 활발하게 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD)는 평행한 두 기판(substrate) 사이로 액정층을 주입하여 합착시킨 액정표시패널(liquid crystal panel)을 구성요소로 하며, 액정표시패널 내의 전계를 이용하여 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율을 조절함으로써 화상이 표시된다.
이를 위하여, 액정표시장치는 액정셀들이 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 액정표시패널과, 이 액정표시패널을 구동하기위한 구동회로를 구비하게 된다. 액정표시패널에는 액정셀들 각각에 전계를 인가하기 위한 화소전극들과 기준전극, 즉 공통전극이 마련되게 된다.
통상, 상기 화소전극은 하부 기판상에 복수의 게이트 라인과 데이터라인이 교차 배열되어 화소를 정의하고, 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 화소전극과 대응되게 연결된다.
상기 화소전극들 각각은 스위칭소자로 사용되는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)에 접속된다. 상기 화소전극은 박막트랜지스터를 통해 공급되는 데이터신호에 따라 공통전극과 함께 액정셀을 구동한다.
여기서 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 서브화소를 정의하는 데, 상기 서브화소는 가로방향으로 순차적 배열되는 수직 스트라이프(vertical stripe) 방식으로 구비되며 적색, 녹색 및 청색 3개의 서브화소가 하나의 화소(pixel)를 이룬다. 이 경우, 상기 R,G,B 서브 화소로 이루어진 하나의 화소는 백라이트에서 출사된 광량이 100%일 때 컬러필터를 통해 상부기판으로 출사되는 광량이 약 27~33%정도 밖에 되지 않아 액정표시장치의 휘도가 저하된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 3 개의 서브화소에 백색 서브화소(W) 를 부가하여 4개의 서브화소가 하나의 화소로 이루어지는 쿼드(quad) 방식을 이용한 액정표시장치가 제안되었다. 백색 서브화소는 백라이트 유닛에서 출사되는 광량이 100%일 때 컬러필터를 통해 상부기판으로 출사되는 광량이 85%이상으로 높다. 이에 따라, 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소로 이루어진 각 화소의 광출사량의 평균값이 상대적으로 높아져 액정표시장치의 휘도가 향상된다.
상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색 서브화소(W) 로 이용한 액정표시장치는 상기 백색 서브화소를 형성하기 위한 포토리소그래피 공정이 추가되어 제조 효율이 떨어진다. 이에, 상기 백색 서브화소에 대응하여 백색 수지를 사용하지 않고 비워두는 구조가 제안되었다. 이와 같은 경우 상기 백색 서브화소와 상기 적색, 녹색, 청색 서브화소의 단차가 발생하여 셀갭(cell gap)이 발생하게 되고 이로 인해 갭(gap)성 얼룩이 발생하게 되는 문제점이 있으므로 이를 해결할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 백색 서브화소 영역에 백색 컬러필터를 구비하지 않음에도, 적색, 녹색 및 청색 서브화소에 형성된 절연층과 백색 서브화소에 형성된 절연층의 단차를 개선한 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 백색 수지 형성 및 포토리소그래피 공정의 추가 없이 백색 서브화소를 포함하는 제 1 기판을 형성하여, 공정을 단순화하고, 비용을 절감할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 액정표시장치는, 제 1 기판; 상기 제 1 기판 상에 형성된 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 정의하는 제 1 블랙 매트릭스; 상기 백색 서브화소 영역에 형성된 제 2 블랙 매트릭스; 상기 적색, 녹색 및 청색 서브화소에 형성된 컬러필터층; 및 상기 제 1, 2 블랙 매트릭스와 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층 상부에 형성된 절연층;을 포함하고, 상기 제 2 블랙 매트릭스 상면의 높이는 상기 제 1 블랙 매트릭스 상면의 높이 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 액정표시장치 제조 방법은 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소가 정의된 기판 상에 상기 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소에 각각 대응하여 제 1, 2, 3 및 4 개구부를 갖는 제 1 블랙 매트릭스 및 상기 제 4 개구부 내에 제 2 블랙 매트릭스가 배치되는 단계; 상기 제 1, 2 및 3 개구부 각각에 대응하여 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 층을 형성하는 단계; 및 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층과 상기 제 1 및 제 2 블랙 매트릭스 상부에 절연층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 블랙 매트릭스의 높이는 상기 제 1 블랙 매트릭스의 높이 보다 크게 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은, 백색 서브화소 영역에 백색 컬러필터를 구비하지 않음에도, 적색, 녹색 및 청색 서브화소에 형성된 절연층과 백색 서브화소에 형성된 절연층의 단차를 개선하는 제 1 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은, 별도의 백색 수지 형성 및 포토리소그래피 공정의 추가 없이 백색 서브화소를 포함하는 제 1 기판을 형성하여, 공정을 단순화하고, 비용을 절감할 수 있는 제 2 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 어레이 기판을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 어레이 기판을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 어레이 기판을 도시한 도면이다.
도 5는 액정표시장치의 제 1 어레이 기판의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 블랙 매트릭스의 패턴 형태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 어레이 기판을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치의 제 1 어레이 기판(10)은 컬러필터 어레이 기판일 수 있다. 상기 제 1 어레이 기판(10)은 적색을 구현하는 적색 서브화소(R), 녹색을 구현하는 녹색 서브화소(G), 청색을 구현하는 청색 서브화소(B) 및 백색을 구현하는 백색 서브화소(W)를 포함한다.
또한, 상기 액정표시장치의 제 1 기판(100)은 상기 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소(R,G,B,W)를 정의하는 제 1 블랙 매트릭스(110)를 포함한다. 즉, 상기 제 1 블랙 매트릭스(110)는 적색, 녹색 및 청색 서브화소(R,G,B)에 대응하는 개구부를 포함한다.
상기 개구부에 대응하여 적색 컬러필터층(120a), 녹색 컬러필터층(120b) 및 청색 컬러필터층(120c)이 반복적으로 형성된다. 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(120a, 120b, 120c)의 두께는 서로 동일하게 형성될 수 있다.
그리고, 백색 서브화소(W) 에는 컬러필터층이 생략될 수 있다. 상기 백색 서브화소(W)에는 제 2 블랙 매트릭스(130)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 블랙 매트릭스(110), 상기 제 2 블랙 매트릭스(130), 적색 컬러필터층(120a), 녹색 컬러필터층(120b) 및 청색 컬러필터층(120c) 상에는 절연층(140)이 형성된다. 상기 절연층(140)은 오버코트층일 수 있다.
상기 제 2 블랙 매트릭스(130)는 상기 제 1 블랙 매트릭스(110)와 같은 물질로 형성될 수 있다. 여기서 상기 제 1 및 제 2 블랙 매트릭스(110,130)는 광학 밀도가 0.5/㎛ 내지 4.5/㎛인 재료로 형성될 수 있다. 상기 블랙 매트릭스의 광학 밀도는 인접하여 배치된 서로 다른 컬러간의 혼색을 방지하며, 상기 백색 서브화소(W)에서 백색의 휘도가 떨어지지 않을 수 있다.
또한, 평면도 상에서 상기 제 2 블랙 매트릭스(130)의 면적은 상기 백색 서브화소(W) 면적의 10% 내지 30%를 차지할 수 있다. 상기 제 2 블랙 매트릭스(130)가 10%보다 작은 면적으로 형성되는 경우, 추후 절연층(140)의 단차(A)가 충분히 줄여지지 않는 문제점이 있다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스(130)가 30%보다 큰 면적으로 형성되는 경우, 상기 제 2 블랙 매트릭스(130)로 인해 백색 서브화소(W)의 휘도가 감소하는 문제점이 있다.
상기 제 2 블랙 매트릭스의 상면(130a)의 높이는 상기 제 1 블랙 매트릭스의 상면(110a)의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 상기 상면의 높이는 상기 제 1 기판과 접한 면과 상기 제 1 기판과 접한 면의 대응하는 면까지의 길이로 정의한다.
또한, 상기 제 1 블랙 매트릭스의 상면(110a)의 높이는 제 1 블랙 매트릭스의 두께(h2)와 같을 수 있다. 그리고 상기 제 2 블랙 매트릭스의 상면(130a)의 높이는 제 2 블랙 매트릭스의 두께(h3)와 같을 수 있다. 상기 두께는 상면에서 저면까지의 길이로 정의한다.
상기 제 2 블랙 매트릭스의 두께(h3)는 상기 제 1 블랙 매트릭스의 두께(h2) 보다 두껍게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스의 두께(h3)는 상기 컬러필터층의 두께(h1)와 같거나 작게 형성될 수 있다.
이어서, 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(120a, 120b, 120c)과 상기 제 1 블랙 매트릭스(110) 및 2 블랙 매트릭스(130) 상에 절연층(140)이 형성된다. 상기 절연층(140)은 컬러필터층(120)이 형성된 액정표시장치의 제 1 기판(10)을 평탄화 하기 위해 형성되며, 투명한 유기 물질일 수 있다. 예를 들면 아크릴 계열의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(140)의 두께는 약 1 ㎛ 내지 4 ㎛일 수 있다. 상기 절연층(140)의 두께가 4 ㎛ 이하로 형성될 경우, 절연층으로 인해 액정표시장치의 휘도 저하 현상을 방지할 수 있다.
종래에는 백색 컬러필터층이 생략되는 경우, 적색, 녹색 및 청색 서브화소에 위치한 절연층과 백색 서브화소에 위치한 절연층의 단차가 크게 형성되었다. 이로 인해, 액정표시장치의 셀갭 불량 문제가 발생하였다.
반면에, 본 발명에 따른 액정표시장치는 상기 백색 서브화소(W)에 상기 제 2 블랙 매트릭스(130)를 형성하여 상기 적색, 녹색 및 청색 서브화소(R,G,B)에 위치한 절연층(140)과 백색 서브화소에 위치한 절연층(140) 사이의 단차(A)를 줄일 수 있다. 즉, 상기 컬러필터층(120)의 두께(h1)로 인한 단차(A)를 줄일 수 있다. 이 때, 상기 단차(A)는 0 이상 0.3 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 단차(A)가 0.3 ㎛ 이하일 경우, 액정표시장치의 셀갭 불량을 방지할 수 있다.
이어서, 상기 제 1 어레이 기판을 이용한 액정표시장치를 도 2을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 2을 참조하면, 액정표시장치(30)는 상기 제 1 어레이 기판(10), 제 2 어레이 기판(20) 및 상기 제 1 어레이 기판(10)과 제 2 어레이 기판(20) 사이에 개재되는 액정층(170)을 포함한다. 상기 제 2 어레이 기판(20)은 박막 트랜지스터를 포함하는 기판일 수 있다. 즉, 상기 제 2 어레이 기판(20)은 박막 트랜지스터 어레이 기판일 수 있다.
또한, 상기 액정표시장치(30)는 상기 제 2 어레이 기판(20)의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트 유닛(60)을 구비할 수 있다. 상기 백라이트 유닛(60)은 광원을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광원은 형광램프 또는 LED 일 수 있다.
이 때, 상기 제 2 기판(101) 상에는 다수의 게이트 배선과 상기 게이트 배선에 수직 교차하는 다수의 데이터 배선이 형성된다. 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선은 교차하여 화소영역을 정의할 수 있다.
이 때, 화소영역에는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 박막 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(211), 게이트 절연막(213), 반도체층(215), 소스 전극(217) 및 드레인 전극(219)으로 이루어진다.
예를 들면, 상기 게이트 전극(211)은 상기 제 2 기판(20)상에 형성된다. 상기 게이트 전극(211) 및 상기 제 2 기판(20)상에 상기 게이트 절연막(213)이 형성된다. 상기 게이트 전극(211) 및 상기 게이트 절연막(213) 상에는 상기 반도체층(215)이 형성된다. 상기 반도체층(215) 상에는 상기 소스 전극(217) 및 드레인 전극(219)가 서로 이격되어 형성된다.
상기 박막 트랜지스터(Tr)가 형성된 상기 제 2 기판(20) 전면에 보호막(216)이 형성된다. 상기 보호막(216)에는 상기 드레인 전극(219)을 노출하는 콘택홀(220)이 형성된다. 또한, 상기 보호막(216) 상에는 화소 전극(214)이 형성되고, 상기 화소 전극(214)은 상기 콘택홀(220)을 통해 상기 박막 트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(219)과 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 게이트 배선과 평행하게 상기 공통 배선이 더 형성될 수 있다. 또한, 상기 공통 배선과 연결되는 공통 전극(212)이 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(212)은 상기 게이트 전극(211)과 동일층에서 상기 화소 전극(214)와 교대로 배치되어 횡전계를 발생시킬 수 있다. 다만, 공통 전극(212)의 위치 및 형태는 이에 한정되지 않는다. 액정층(170)의 구동 방식에 따라, 상기 공통 전극(212)은 화소 영역 전면에 형성될 수도 있다. 또한, 상기 공통 전극(212)은 상기 제 1 어레이 기판(10)에서 상기 절연층(140) 상에 형성될 수도 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(101) 사이에는 두 기판(100,101) 간의 일정한 셀갭을 유지시키기 위한 스페이서가 더 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 기판(100)과 상기 액정층(170)의 경계에는 배향막이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 기판(101)과 상기 액정층(170)의 경계에는 배향막이 형성될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(101) 의 합착을 위해 씰패턴이 더 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 액정표시장치(10)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색 서브화소(W) 를 사용함으로써, 높은 백색 휘도를 얻을 수 있다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스(130)를 형성함으로써, 적색, 녹색 및 청색 서브화소(R,G,B) 상에 형성된 절연층(140)과 상기 백색 서브화소(W) 상에 형성된 절연층(140)의 단차(A)를 감소시킬 수 있다.
이하 도 3을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 어레이 기판을 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 어레이 기판을 도시한 도면이다. 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 액정표시장치에 대한 설명과 동일 유사한 부분에 대한 설명은 생략할 수 있다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 제 1 어레이 기판(40)은 상기 제 1 기판(102) 상에 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소(R,G,B,W)를 포함할 수 있다. 상기 적색, 녹색 및 청색 서브화소(R,G,B)에는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(121a,121b,121c)이 형성될 수 있다. 상기 컬러필터층(121a,121b,121c) 사이에 제 1 블랙 매트릭스(112)를 형성할 수 있다.
상기 백색 서브화소(W)에는 컬러필터 패턴(122)이 형성될 수 있다. 그리고 상기 백색 서브화소(W)에 형성된 컬러필터 패턴(122) 상에 제 2 블랙 매트릭스(136)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 컬러필터 패턴의 두께(h7)는 상기 컬러필터층의 두께(h6)와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 컬러필터 패턴(122)은 적색, 녹색 또는 청색 컬러필터 패턴일 수 있다. 상기 컬러필터 패턴(122)은 상기 적색 컬러필터층(121a), 녹색 컬러필터층(121b) 또는 청색 컬러필터층(121c)과 함께 형성될 수 있다.
상기 제 2 블랙 매트릭스(136)는 상기 제 1 블랙 매트릭스(112)와 같은 물질로 형성될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 블랙 매트릭스(112,136)는 광학 밀도가 0.5/㎛ 내지 4.5/㎛인 재료로 형성될 수 있다. 상기 블랙 매트릭스의 광학 밀도는 인접하여 배치된 서로 다른 컬러간의 혼색을 방지하며, 상기 백색 서브화소(W)에서 백색의 휘도가 떨어지지 않을 수 있다.
또한, 평면도 상에서 상기 컬러필터 패턴(122) 및 상기 제 2 블랙 매트릭스(136)의 면적은 상기 백색 서브화소(W) 면적의 10% 내지 30%를 차지할 수 있다. 상기 제 2 블랙 매트릭스(136)가 10%보다 작은 면적으로 형성되는 경우, 추후 절연층(141)의 단차를 충분히 줄일 수 없다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스(136)가 30%보다 큰 면적으로 형성되는 경우, 상기 제 2 블랙 매트릭스(136)로 인해 백색 서브화소(W)의 휘도가 감소하는 문제점이 있다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스 상면(136a)의 높이는 상기 제 1 블랙 매트릭스 상면(112a)의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스의 두께(h5)는 상기 제 1 블랙 매트릭스 두께(h4)와 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 백색 서브화소(W)에 형성된 상기 컬러필터 패턴의 두께(h7)와 상기 제 2 블랙 매트릭스의 두께(h5)의 합은 상기 컬러필터층의 두께(h6)보다 높을 수 있다.
이 후, 절연층(141)이 상기 제 1 기판(102)의 전면에 형성될 수 있다. 상기 절연층(141)은 상기 제 1 기판(102)을 평탄화 하기 위해 형성된다. 상기 절연층(141)은 절연 물질로 형성되며, 예를 들면 투명한 유기 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면 아크릴 계열의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 백색 서브화소(W) 상에 형성되는 절연물질의 양과 상기 적색, 녹색 및 청색 서브화소(R,G,B) 상에 형성되는 절연물질의 양은 동일할 수 있다. 즉, 상기 절연층(141)을 이루는 절연물질은 백색 서브화소(W) 상에 상기 컬러필터 패턴(122) 및 제 2 블랙 매트릭스(136)가 형성되지 않은 공간에 충진될 수 있다. 이로 인해, 상기 컬러필터 패턴(122)의 두께(h7)와 상기 제 2 블랙 매트릭스(136)의 두께(h5)의 합이 상기 컬러필터층(121)의 두께(h6)보다 높게 형성됨에도 불구하고, 상기 절연층(141)은 상기 제 1 기판(102)에서 평탄하게 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 제 1 어레이 기판(40)은 상기 백색 서브화소부(W)에 상기 컬러필터 패턴(122) 및 제 2 블랙 매트릭스(136)를 적용함으로써, 상기 절연층(141)은 상기 제 1 어레이 기판(40) 전면에 평탄하게 형성될 수 있다.
이하 도 4을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 어레이 기판을 설명한다. 도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 제 1 어레이 기판을 도시한 도면이다. 앞서 설명한 실시예들에 따른 액정표시장치에 대한 설명과 동일 유사한 부분에 대한 설명은 생략할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 어레이 기판(50)은 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소(R,G,B,W)를 갖는 COT(color filter on transistor)구조일 수 있다. 상기 제 1 어레이 기판(50)은 제 1 기판(103)상에 형성된 박막 트랜지스터(Tr)를 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(311), 게이트 절연막(313), 반도체층(315), 소스 전극(317) 및 드레인 전극(319)을 포함하여 형성된다. 예를 들면, 상기 제 1 기판(103) 상에 게이트 전극(311)이 형성되고, 상기 게이트 전극(311) 상에 게이트 절연막(313)이 상기 제 1 기판(103)의 전면에 형성될 수 있다. 이 후, 상기 게이트 전극(311) 및 게이트 절연막(313)에 중첩되도록 반도체층(315)이 형성된다. 그리고 상기 반도체층(315) 상에 서로 이격하여 소스 전극(317)과 드레인 전극(319)이 형성될 수 있다. 이 후, 상기 박막 트랜지스터(Tr) 및 상기 게이트 절연막(313) 상에 보호층(316)이 형성될 수 있다.
이 후, 상기 보호층(316) 상에 컬러필터층(123)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 박막 트랜지스터(Tr) 상에는 상기 제 1 기판(103) 하부로부터 오는 광을 차단시키기 위해서 제 1 블랙 매트릭스(113)를 형성할 수 있다. 이와 동시에 상기 백색 서브화소(W)에 제 2 블랙 매트릭스(137)를 형성할 수 있다. 상기 제 2 블랙 매트릭스(137)는 상기 제 1 블랙 매트릭스(113)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 2 블랙 매트릭스(137) 형태는 절연층(350)에 단차를 줄일 수 있는 형태이면 충분하다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스 상면(137a)의 높이는 상기 제 1 블랙 매트릭스 상면(113a)의 높이 보다 높게 형성될 수 있다.
이어서, 상기 제 1 블랙 매트릭스(113), 제 2 블랙 매트릭스(137) 및 컬러필터층(123) 상에 상기 절연층(350)을 형성할 수 있다. 상기 절연층(350)은 상기 드레인 전극(319)을 노출하는 콘택홀(320)을 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 드레인 전극(319)을 노출하기 위해 상기 컬러필터층(123) 또는 상기 제 1 블랙 매트릭스(113)를 식각할 수 있다.
상기 절연층(350) 상에 콘택홀(320)이 형성되면, 상기 제 1 기판(103)의 전 영역 상에 화소전극(314)을 형성할 수 있다. 상기 콘택홀(320)을 통해 상기 화소전극(314)은 상기 드레인 전극(319)과 접하도록 형성될 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 상기 액정표시장치는 상기 제 1 기판(103)과 이격하여 배치되는 제 2 기판을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 액정표시장치는 상기 제 1 기판(103)과 상기 제 2 기판 사이에 액정층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 기판(103) 또는 제 2 기판 상에는 공통전극이 더 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 액정표시장치(30)는 백색(W) 서브화소에 백색 수지 형성 공정을 생략하여 상기 백색 수지에 대한 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스(137)를 형성함으로써, 상기 적색, 녹색 및 청색 서브화소부(R,G,B) 상에 형성된 절연층(350)과 상기 백색 서브화소부(W) 상에 형성된 절연층(350)의 단차를 극복할 수 있다.
이어서, 제 2 블랙 매트릭스를 적용한 액정표시장치의 제 1 어레이 기판 제조방법을 도 5을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5(a) 내지 5(g)는 액정표시장치의 제 1 어레이 기판의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 먼저, 제 1 기판(100) 상에 블랙 수지물질(111)을 전면에 형성한다. 이 후, 상기 블랙 수지물질(111)의 패터닝을 위해 상기 블랙 수지물질(111) 상에 포토레지스트(150)를 형성한다. 이 때, 상기 포토레지스트(150)는 네거티브 포토레지스트일 수 있다. 상기 네거티브 포토레지스트는 광이 조사되면 경화되는 물질인 감광성 재료이다.
이어서, 상기 블랙 수지물질(111)은 제 1 마스크(160)에 의해 패터닝될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 마스크(160)는 하프톤 마스크일 수 있다.
상기 포토레지스트(150) 상에 제 1 마스크(160)를 씌우고 광을 조사한다. 상기 제 1 마스크(160)는 반투과부(160a), 투과부(160b) 및 차단부(160c)로 이루어지며, 상기 투과부(160b)는 광을 그대로 투과시키고, 상기 반투과부(160a)는 상기 투과부(B)에 비해 광을 적게 통과시키고, 상기 차단부(160c)는 광을 완전히 차단시킨다.
따라서, 상기 제 1 마스크(160)의 반투과부(160a)와 대향하는 포토레지스트(150)는 조사되는 광에 의해 반경화된다. 또한, 상기 제 1 마스크(160)의 투과부(160b)와 대향하는 포토레지스트(150)는 조사되는 광에 의해 경화된다.
이로 인해, 상기 제 1 마스크(160)의 반투과부(160a)와 대향하는 포토레지스트(150)는 추후 제 1 블랙 매트릭스 형성 영역에 단차가 낮은 제 1 포토레지스트 패턴(150a)으로 형성된다. 또한, 상기 제 1 마스크(160)의 투과부(160b)와 대향하는 포토레지스트(150)는 추후 제 2 블랙 매트릭스 형성 영역에 단차가 높은 포토레지스트 패턴(150b)으로 형성된다. 상기 제 1 마스크(160)의 차단부(160c)와 대향하는 포토레지스트(150)는 제거되어 상기 블랙 수지물질(111)을 노출시킨다.따라서, 상기 제 1 마스크(160)의 반투과부(160a)와 대응되는 영역에 형성된 제 1 포토레지스트 패턴(150a)은 상기 투과부(160b)와 대응되는 영역에 형성된 제 2 포토레지스트 패턴(150b)에 비해 얇게 형성된다.
상기 포토레지스트(150)는 포지티브 포토레지스트를 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 마스크(160)인 하프톤 마스크의 패턴을 반대로 제작해야 한다.
도 5c를 참조하면, 상기 노출된 블랙 수지물질(111)은 상기 제 1 포토레지스트 패턴(150a)과 제 2 포토레지스트 패턴(150b)을 마스크로 하여 식각한다. 상기 블랙 수지물질(111)을 식각되어 제 1 블랙 수지 패턴(111a) 및 제 2 블랙 수지 패턴(111b)으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 포토레지스트 패턴(150a) 하부에는 상기 제 1 블랙 수지 패턴(111a)이 형성되고, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(150b) 하부에는 상기 제 2 블랙 수지 패턴(111b)이 형성될 수 있다. 상기 블랙 수지 패턴(111b)은 제 2 블랙 매트릭스와 동일할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(150a)은 에슁(ashing)공정을 통해 제거될 수 있다. 이 때, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(150b)의 일부도 함께 제거되어 상기 제 2 포토레지스트 패턴(150b)보다 두께가 얇은 제 3 포토레지스트 패턴(150c)를 형성할 수 있다. 이로 인해, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(150a) 하부에 형성된 제 1 블랙 수지 패턴(111a)이 노출된다. 또한, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(150b) 하부에 형성된 제 2 블랙 수지 패턴(111b)은 제 3 포토레지스트 패턴(150c)으로 인해 노출되지 않는다. 즉, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(150c) 하부에는 제 2 블랙 수지 패턴(111b)이 배치되어 있다.
도 5e를 참조하면, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(150c)을 마스크로 하여, 상기 노출된 제 1 블랙 수지 패턴(111a)의 일부를 식각한다. 이로 인해, 상기 제 1 블랙 수지 패턴(111a)보다 단차가 낮은 제 1 블랙 매트릭스(110)를 형성할 수 있다.
상기 제 2 블랙 수지 패턴(111b) 상에 형성된 제 3 포토레지스트 패턴(150c)을 제거한다. 이를 통해, 상기 제 2 블랙 수지 패턴(111b)은 제 2 블랙 매트릭스(130)가 된다. 상기 제 2 블랙 매트릭스(130) 상면(130a)의 높이는 상기 제 1 블랙 매트릭스(110) 상면(110a)의 높이 보다 높게 형성될 수 있다.
도 5f를 참조하면, 상기 제 1 블랙 매트릭스 패턴(110)은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색 서브화소(W) 에 대응하는 개구부를 갖도록 서로 이격되어 형성된다. 이 때, 상기 제 2 블랙 매트릭스 패턴(130)은 상기 백색 서브화소(W)에 형성된다. 또한, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색 서브화소(W)에는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(120a,120b,120c)이 형성된다. 이 때, 상기 컬러필터층(120)은 평탄하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 컬러필터층(120)의 두께(h1)는 상기 제 2 블랙 매트릭스 두께(h3)와 같거나 높게 형성될 수 있다.
도 5g에 도시한 바와 같이, 상기 컬러필터층(120)과 상기 제 1 블랙 매트릭스(110)와 상기 제 2 블랙 매트릭스(130) 상에 절연층(140)이 형성된다. 여기서, 상기 절연층(140)의 두께는 약 1 ㎛ 내지 4 ㎛일 수 있다. 상기 절연층(140)의 두께가 4 ㎛ 이하로 형성될 경우, 절연층으로 인해 액정표시장치의 휘도 저하 현상을 방지할 수 있다. 이 때, 상기 컬러필터층(120) 상의 절연층과 상기 제 2 블랙 매트릭스(130) 상의 절연층의 단차(A)는 0.3 ㎛ 이하로 형성될 수 있다. 상기 단차가 0.3 ㎛ 이하일 경우, 상기 액정표시장치의 셀갭 불량을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 백색 서브화소(W)에 상기 제 2 블랙 매트릭스(130)를 형성함에도 마스크 공정의 추가가 없다. 이로 인해, 공정시간 및 생산 비용을 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 제 2 블랙 매트릭스 패턴으로 가능한 형태를 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 다만, 이에 한정되지 않고, 백색 서브화소에 형성되어 절연층의 단차를 줄일 수 있는 형태면 충분하다. 도 6a내지 도 6f는 본 발명의 제 2 블랙 매트릭스의 패턴 형태를 나타낸 도면이다.
도 6a를 참조하면, 제 2 블랙 매트릭스는 폐곡선 패턴을 포함할 수 있다. 상기 폐곡선의 형태는 도면에 한정되지 않고, 다양한 형태일 수 있다. 예를 들면, 원 또는 삼각형 등 다각형일 수 있다.
예를 들면, 상기 제 2 블랙 매트릭스는 제 1 폐곡선 패턴(131a) 내부에 배치되는 제 2 폐곡선 패턴(131b)을 포함하고, 상기 제 2 폐곡선 패턴(131b) 내부에 제 1 방향으로 연장된 방향으로 배치되는 직선 패턴(131c)을 포함하는 형태일 수 있다. 이 때, 상기 제 1 폐곡선(130b)의 일변에서 마주보는 타변까지의 거리는 상기 제 2 폐곡선(130c)의 일변에서 마주보는 타변까지의 거리보다 클 수 있다.
또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스는 하나의 폐곡선 패턴(131a)만 포함하여 이루어 질 수 있다. 또한, 상기 제 2 블랙 매트릭스는 제 1 폐곡선 패턴(131a) 내부에 배치되는 하나 이상의 제 2 폐곡선 패턴(131b)을 포함하는 형태일 수 있다. 즉, 상기 제 2 블랙 매트릭스는 도면에 한정되지 않고, 하나 이상의 폐곡선 패턴을 포함할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제 2 블랙 매트릭스는 일 방향으로 연장되는 패턴(132a)을 포함할 수 있다. 상기 패턴(132a)은 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 패턴(132a)은 상기 일 방향으로 1개 내지 5개로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 다수개의 패턴(132a) 사이의 거리(d1)는 다양하게 형성될 수 있다.
또한, 도면에는 직선 패턴(132a)만을 도시하였으나, 상기 제 2 블랙 매트릭스는 일 방향으로 연장된 곡선 패턴을 포함할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 제 2 블랙 매트릭스는 제 1 방향으로 연장되는 패턴(133a)과 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되는 패턴(133b)이 교차하는 형태를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 방향과 제 2 방향을 서로 수직한 방향일 수 있다.
상기 제 1 방향으로 연장되는 패턴(133a)은 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 방향으로 연장되는 패턴(133a)은 1개 내지 3개일 수 있다. 또한, 상기 제 2 방향으로 연장되는 패턴(133b)은 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 방향으로 연장되는 패턴(133b)은 1개 내지 3개 일 수 있다.
이 때, 상기 제 1 방향으로 연장된 방향으로 배치되어 있는 다수개의 패턴(133a)은 다양한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 방향으로 연장된 방향으로 배치되어 있는 다수개의 패턴(133b)은 다양한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 도면에는 직선인 패턴(133a,133b)만을 도시하였으나, 상기 제 2 블랙 매트릭스는 곡선 패턴을 포함할 수 있다.
도 6d를 참조하면, 제 2 블랙 매트릭스는 제 1 방향으로 연장되는 패턴(134a)과 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되는 패턴(134b)이 교차하고, 교차점이 비어있는 형태를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 방향과 제 2 방향을 서로 수직한 방향일 수 있다.
상기 제 1 방향으로 연장되는 패턴(134a)은 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 방향으로 연장되는 패턴(134a)은 1개 내지 3개일 수 있다. 또한, 상기 제 2 방향으로 연장되는 패턴(134b)은 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 방향으로 연장되는 패턴(134b)은 1개 내지 3개 일 수 있다.
이 때, 상기 제 1 방향으로 연장된 방향으로 배치되어 있는 다수개의 패턴(134a)은 다양한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 방향으로 연장된 방향으로 배치되어 있는 다수개의 패턴(134b)은 다양한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 도면에는 직선인 패턴(134a,134b)만을 도시하였으나, 상기 제 2 블랙 매트릭스는 곡선 패턴을 포함할 수 있다.
도 6e를 참조하면, 제 2 블랙 매트릭스는 바둑판 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 사각형 형태의 블랙 매트릭스 영역(135a)과 사각형 형태의 비어있는 영역(135b)이 상기 제 1 방향 및 제 2 방향으로 연장되는 방향으로 교대로 배치되어 있는 형태일 수 있다. 또한, 상기 블랙 매트릭스 영역(135a) 또는 상기 비어있는 영역(135b)은 도면에 한정되지 않고, 원 또는 삼각형 등 다각형 형태로 형성될 수 있다.
상기와 같이 형성된 상기 제 2 블랙 매트릭스는 평면도 상에서 상기 백색 서브화소(W) 면적의 10% 내지 30%를 차지할 수 있다. 이를 통해, 상기 백색 서브화소(W)에 제 2 블랙 매트릭스를 형성하더라도 휘도 및 개구율에 영향을 받지 않고, 절연층의 단차를 극복할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100: 제 1 기판 110: 제 1 블랙 매트릭스
120: 컬러필터층 120a: 적색 컬러필터층
120b: 녹색 컬러필터층 120c: 청색 컬러필터층
130: 제 2 블랙 매트릭스 140: 절연층

Claims (15)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 상에 형성된 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소를 정의하는 제 1 블랙 매트릭스;
    상기 백색 서브화소 영역에 형성된 제 2 블랙 매트릭스;
    상기 적색, 녹색 및 청색 서브화소에 형성된 컬러필터층; 및
    상기 제 1, 2 블랙 매트릭스와 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층 상에 형성된 절연층;을 포함하고,
    상기 제 2 블랙 매트릭스 상면의 높이는 상기 제 1 블랙 매트릭스 상면의 높이 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스의 두께는 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층의 두께와 같거나 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스 하부에 형성되는 컬러필터 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 블랙 매트릭스와 상기 제 2 블랙 매트릭스의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스의 면적은 상기 백색 서브화소부 면적의 10% 내지 30%를 차지하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스는 폐곡선 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스는 제 1 방향으로 연장되는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스는 제 1 방향으로 연장되는 패턴과, 상기 제 1 방향과 다른 방향인 제 2 방향으로 연장되는 패턴이 교차하는 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스는 제 1 방향으로 연장되는 패턴과, 제 2 방향으로 연장되는 패턴이 교차하고, 교차점이 비어있는 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층 상에 형성된 절연층과 상기 제 2 블랙 매트릭스 상에 형성된 절연층의 단차가 0.3 ㎛ 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스는 광학 밀도가 0.5/㎛ 내지 4.5/㎛인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 박막 트랜지스터가 형성된 제 2 기판을 더 포함하고,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 박막 트랜지스터 상에 상기 제 1 블랙 매트릭스, 제 2 블랙 매트릭스, 컬러필터층 및 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소가 정의된 기판 상에 상기 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브화소에 각각 대응하여 제 1, 2, 3 및 4 개구부를 갖는 제 1 블랙 매트릭스 및 상기 제 4 개구부 내에 제 2 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 제 1, 2 및 3 개구부 각각에 대응하여 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 층을 형성하는 단계; 및
    상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층과 상기 제 1 및 제 2 블랙 매트릭스 상부에 절연층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 2 블랙 매트릭스의 두께는 상기 제 1 블랙 매트릭스의 두께 보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 2 블랙 매트릭스는 하프톤 마스크를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
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