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KR100254870B1 - 액정 표시 장치의 칼라 필터 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치의 칼라 필터 구조 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100254870B1
KR100254870B1 KR1019970032702A KR19970032702A KR100254870B1 KR 100254870 B1 KR100254870 B1 KR 100254870B1 KR 1019970032702 A KR1019970032702 A KR 1019970032702A KR 19970032702 A KR19970032702 A KR 19970032702A KR 100254870 B1 KR100254870 B1 KR 100254870B1
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black matrix
color filter
common electrode
forming
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김웅권
박재용
임경남
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구본준
엘지.필립스 엘시디주식회사
론 위라하디락사
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Abstract

본 발명은 고 개구율용 칼라 필터 패널을 갖는 액정 표시 장치를 제조하는데 있어서, 칼라 필터 패널에 형성되는 공통 전극의 저항 값을 낮추어 수평 크로스토크를 줄이는 방법 및 그 구조에 관련된 것이다. 칼라 필터 패널에 형성되는 공통 전극은 일반적으로 보통 금속보다 저항이 높은 도전체인 ITO을 사용하므로 대면적 액정 패널의 경우 수평 크로스토크 문제가 심각한 화질 저하의 원인이 되었다. 그리고, 고 개구율을 위한 칼라 필터에서는 소스 배선에 대응하는 블랙 매트릭스가 칼라 필터들에 의해 덮이므로 공통 전극과 접촉되지 않는다. 따라서 공통 전극의 저항 값을 블랙 매트릭스와 접촉 시켜 줄일 수 있는 기회를 잃게 되었다. 본 발명에서는 블랙 매트릭스를 ITO보다 저항이 낮고 차광성이 좋은 금속을 사용하고, 저 저항 금속으로 상기 블랙 매트릭스와 ITO에 접촉되는 저 저항 블랙 매트릭스를 형성하여 공통 전극의 저항을 낮추었다. 따라서, 고 개구율 대형 액정 패널에서 발생하는 수평 크로스토크 문제를 해결할 수 있었다.

Description

액정 표시 장치의 칼라 필터 구조 및 그 제조 방법
본 발명은 기판 위에 행렬 배열 방식으로 배열된 박막 트랜지스터(혹은 Thin Film Transistor(TFT))와 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극을 갖는 액티브 패널을 포함하는 액정 표시 장치(또는 Active Matrix Liquid Crystal Display(AMLCD)), 이하 “액정 표시 장치”로 표기함)를 제조하는 방법 및 그 방법에 의한 액정 표시 장치에 구조에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 액정 표시 장치에서 사용하는 고 개구율용 칼라 필터 패널을 제조하는 방법 및 그 방법에 의한 고 개구율용 칼라 필터 패널의 구조에 관련된 것이다.
화상 정보를 화면에 나타내는 화면 표시 장치들 중에서 지금까지 많이 사용되던 브라운관 표시 장치(혹은 Cathode Ray Tube(CRT))는 얇고 가볍기 때문에 어느 장소에서든지 쉽게 사용할 수 있는 박막형 평판 표시 장치로 대체되고 있다. 특히, 액정 표시 장치는 표시 해상도가 다른 평판 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관의 것에 비할 만큼 반응 속도가 빠르기 때문에 가장 활발한 개발 연구가 이루어지고 있는 제품이다.
액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한 것이다. 구조가 가늘고 길기 때문에 분자 배열에 방향성과 북극성을 갖고 있는 액정 분자들에 인위적으로 전자기장을 인가하여 분자 배열 방향을 조절할 수 있다. 따라서, 배향 방향을 임의로 조절하면 액정의 광학적 이방성에 의하여 액정 분자의 배열 방향에 따라 빛을 투과 혹은 차단시킬 수 있게 되어 화면 표시 장치로 응용하게 된 것이다. 현재에는 박막 트랜지스터와 그것에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 매트릭스 액정 표시 장치가 뛰어나 화질과 자연 색상을 제공하기 때문에 가장 주목받고 있는 제품이다. 일반적인 액정 표시 장치의 구조를 자세히 살펴보면 다음과 같다. 이해를 돕기 위해 개략적인 액정 표시 장치의 확대도를 나타내는 제1도를 이용하여 설명한다.
액정 표시 장치는 여러 가지 소자들이 설치된 두 개의 패널이 대향하고 그 사이에 액정 층이 끼워진 형태를 갖고 있다. 액정 표시 장치의 한쪽 패널에는 색상을 구현하는 소자들이 구성되어 있다. 이를 흔히 “칼라 필터 패널”이라고 부른다. 칼라 필터 패널은 투명 기판(1a) 위에 행렬 배열 방식으로 설계된 화소의 위치를 따라 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 칼라 필터(3)가 순차적으로 배열되어 있다. 이들 칼라 필터 사이에는 차광 성질이 좋은 물질로 격자 모양의 블랙 매트릭스(5)가 형성되어 있다. 이것은 각 색상 사이에서 혼합 색이 나타나는 것을 방지한다. 그리고, 칼라 필터(3) 전체면 위에 공통 전극(7)이 형성되어 있다. 공통 전극(7)은 액정에 인가하는 전기장을 형성하는 한쪽 전극 역할을 한다.
액정 표시 장치의 다른 쪽 패널에는 액정을 구동하기 위한 전기장을 발생시키는 스위치 소자 및 배선들이 형성되어 있다. 이를 흔히 “액티브 패널”이라고 부른다. 액티브 패널은 투명 기판(1b) 위에 행렬 방식으로 설계된 화소의 위치를 따라 화소 전극(11)이 형성되어 있다. 화소 전극은 칼라 필터 패널에 형성된 공통전극과 마주보며 액정에 인가되는 전기장을 형성하는 다른 쪽 전극 역할을 한다. 화소 전극들의 수평 배열 방향을 따라 신호 배선(혹은 게이트 배선)(13)이 형성되어 있고, 수직 배열 방향을 따라서는 데이터 배선(혹은 소스 배선)(15)이 형성되어 있다. 그리고, 화소 전극의 한쪽 구석에는 화소 전극에 전기장 신호를 인가하는 박막 트랜지스터(17)가 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(17)의 게이트 전극(23)은 신호 배선(13)에 연결되어 있고(따라서, 신호 배선을 “게이트 배선”이라 부르기도 한다), 소스 전극(25)은 데이터 배선(15)에 연결되어 있다(따라서 데이터 배선을 “소스 배선”이라 부르기도 한다). 그리고, 박막 트랜지스터(17)의 드레인 전극(27)은 화소 전극(11)에 연결되어 있다. 그리고, 도면에 나타나지는 않았지만, 게이트 배선과 소스 배선의 끝단에는 외부에서 인가되는 전기 신호를 받아들이는 종단 단자(혹은 Terminal)인 게이트 패드와 소스 패드가 각각 형성되어 있다(제1도).
이렇게 만들어진 두 개의 패널이 일정 간격(이 간격을 “셀 갭(Cell Gap)” 이라 부른다)을 두고 대향하여 부착되고, 그 사이에 액정 물질이 채워진다. 그리고, 합착된 패널의 양쪽 바깥 면에 편광판을 부착하여 액정 표시 장치의 한 부분인 액정 패널이 완성된다.
이러한 액정 패널은 외부에서 인가되는 전기 신호를 액정 패널의 구성 방식에 따라 화상 정보로 전환하여 표시하게 된다. 액정 패널의 구성 상태를 등가 회로로 표시하면 제2(a)도와 같이 나타낼 수 있다. 또한 액정 패널을 구성하는 한 화소 부분에 해당하는 등가 회로는 제2(b)도와 같이 나타낼 수 있다. 여기에서 액정 충전 용량기(Capacitor)(31)에 충전된 전하량 CLC는 화소 전극(11)과 공통 전극(7) 사이에 형성되는 충전 용량(Capacitance)을 나타낸다. 이 도면들을 참조로 액정 패널의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.
수직 방향으로 나열된 복수개의 게이트 패드들을 통하여 게이트 배선(13)에 차례로 신호 전압이 인가된다. 즉, 제일 위에 있는 게이트 배선(13)에 첫 번째로 신호 전압이 인가되고, 그 다음에는 두 번째 게이트 배선에 다음에는 세 번째 게이트 배선에 하는 식으로 모두 N개의 게이트 배선에 순차적으로 신호 전압이 인가된다. 일반적으로 신호 전압은 2∼5V 정도의 전압을 갖으며, 인가 시간이 60∼65μsec 정도 되는 펄스 파형을 갖는다. 따라서 펄스 파형이 순차적으로 게이트 배선(13)에 인가되는 것이다. 이에 따라 해당 게이트 배선(13)에 연결된 게이트 전극(23)들에 모두 펄스 파형이 전달된다. 그 순간 해당 게이트 전극(23)에 연결된 박막 트랜지스터(17)가 ON 상태가 된다. 즉, 해당 게이트 배선(13)에 연결된 모든 박막 트랜지스터(17)들이 신호 전압이 인가 시간 동안 ON 상태가 된다.
이 시간 동안 소스 패드에 인가되어 소스 배선(15)을 따라 소스 전극(25)에 전달된 전기적인 화상 정보가 박막 트랜지스터(17)를 통하여 드레인 전극(27)에 인가된다. 그리고, 드레인 전극(27)에 인가된 화상 정보는 화소 전극(11)에 전달된다. 이 때, 전달되는 화상 신호는 전압 충전 값이 있는 전기적 신호와 전압 충전 값이 없는 전기적 신호 둘 중 어느 하나가 전달된다. 전압 충전 값이 있다는 것은 2∼5V 정도의 전압 신호가 인가되는 것을 의미하고, 전압 충전 값이 없다는 것은 0∼1V 정도의 전압 신호가 인가되는 것을 의미한다. 즉, 화소 전극(11)에 전달된 전압이 있는가(1의 상태 : 2∼5V 정도의 전압 신호) 아니면 없는가(0의 상태 : 0∼1V 정도의 전압 신호)를 나타낸다.
일단, 펄스 전기 신호 전압이 인가된 게이트 배선(13)에는 신호인가 후 다음 번 펄스 신호가 들어올 때까지는 신호 전압 값이 0V가 되어 해당 게이트 전극(23)들에 연결된 박막 트랜지스터(17)들은 OFF 상태가 된다. 이 기간 동안에는 화소 전극(11)에 인가된 전압 값이 고립되어 다음 게이트 전극(23)에 펄스 신호가 인가되어 다른 데이터 신호 값이 인가 될 때까지 현재의 데이터 신호 값이 유지된다.
그럼으로써, 화소 전극(11)과 공통 전극(7) 사이에 채워진 액정 층에 형성된 액정 충전 용량기(31)에 충전 값이 결정된다. 그리고, 이 충전된 값에 따라 해당 화소에 존재하는 액정 층에 전기장이 형성되는가 형성되지 않는가가 결정된다. 전기장이 형성되면, 액정의 배열 방향이 바뀌고, 전기장이 형성되지 않는다면, 액정의 배열 방향에 변화가 없게 된다. 이에 따라 액정 패널의 뒷부분에서 조사되는 후면광이 액정 층을 통과하거나 차단된다. 그럼으로써, 화상 정보가 액정 화면에 나타나게 된다.
이러한 구조와 작동 원리를 갖는 액정 표시 장치에서 게이트 배선, 소스 배선, 화소 전극, 그리고 공통 전극 등은 도전체를 사용한다. 그리고, 각 도전체들 사이의 절연을 유지하기 위해 산화 실리콘이나 질화 실리콘과 같은 절연 물질을 사용한다. 그러므로, 각 도전체의 고유 저항 값 R과 도전체들 사이에 있는 유전체로 형성된 충전 용량기에 충전된 전하 값 C에 의하여 다음 수학식 1과 같이 각 배선으로 신호 전달에 시간 지연(τdelay) 문제가 발생한다.
[수학식 1]
τdelay= R·C
특히, 다음 제2(c)도에서 나타낸 것과 같이, 소스 배선과 공통 전극 사이에서 불필요하게 형성되는 기생 정전 용량기(33)에 충전되는 기생 정전 용량(Parasitic Capacitance : CSC)과 공통 전극(7)의 고유 저항 RC에 의한 시간 지연으로 공통 전극(7)에 인가되는 전압 펄스 파형에 왜곡이 발생할 수 있다. 이 공통 전압의 왜곡에 의해 게이트 배선(13)에 게이트 신호가 입력될 때, 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(17)를 구동하는 신호 파형에 왜곡이 생겨 수평 크로스토크(Crosstalk)가 일어난다.
수평 크로스토크란 한 수평 화소 행이나 한 행의 표시 영역이 선택되어 화상 정보를 표시할 때에 인가되는 펄스 파형의 왜곡으로 특정 화소나 특정 표시 영역에 수평 방향으로 근접한 화소나 표시 영역에 화상 표시 값이 정상적으로 표시되지 않아 화질에 문제가 발생하는 것을 말한다. 예를 들어, 제3(a)도와 같이 화면 영역(41)이 배열된 액정 표시 장치에서, x번째 행에 해당하는 화면 영역(41)에 화상 정보를 표현할 때를 가정한다. 이 때, x번째 행의 화면 영역(41)을 ON 시키는 게이트 신호가 인가될 것이다. 그리고, 그 때 데이터 신호선에 인가된 화상 정보가 x번째 행의 화면 영역들(41)에 표시된다. 여기에서, 화상 정보 값이 왼쪽 영역부터 0, 0, 63, 0, 0, ...의 순으로 배정되었다면, 제3(a)도와 같은 상태로 표현될 것이다. 그러나, 공통 전극에 인가되는 전압 파형에 왜곡이 발생하면 박막 트랜지스터를 구동하는 신호 파형에 왜곡이 생겨 수평 방향을 따른 화상 정보 값이 0, α, 63, α, 0, ...과 같이 변형될 것이다(제3(b)도). 그 결과 액정 표시 장치의 수평 방향을 따라 화질에 변형이 일어난다.
앞에서 살펴보았듯이 액정 패널에서 발생하는 수평 크로스토크를 없애기 위해서는 수학식 1에서 알수 있듯이 공통 전극과 소스 배선 사이에서 발생하는 기생 정전 용량을 줄이거나, 공통 전극 자체의 저항 값을 줄여야 한다. 첫 번째로 기생 정전 용량은 소스 배선을 덮는 보호 절연막의 유전율과 소스 배선의 폭에 비례한다. 그러나. 이 값들은 통상적으로 사용되는 재료에 의해서 결정되므로 개서된 성질을 가진 재료의 선택으로 개량될 수도 있겠으나, 실제적인 제조 공정에서는 주로 구조적인 개량에 의해서 이 문제를 해결하려고 하였다. 두 번째로 공통 전극의 저항 값 역시 고유 값이기 때문에 역시 구조적인 개량을 통하여만 문제를 해결할 수 있다. 한 해결책으로 저 저항 물질을 공통 전극에 덧붙임으로써 두 개의 저항체가 병렬로 접속 되도록 하여 저항 값을 낮추는 방법이 있다. 그러기 위해서, 칼라 필터 사이에 형성되는 블랙 매트릭스를 크롬과 같이 차광능력이 뛰어난 금속 물질을 사용하고 공통 전극과 접촉시킴으로써 공통 전극의 저항 값을 낮출 수 있었다. 종래의 액정 패널에서 공통 전극이 형성되는 칼라 필터 패널의 구조 및 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다. 일반 칼라 필터의 평면도를 나타내는 제4도와 제4도의 절단선 V-V로 자른 단면으로 그 제조 과정을 나타내는 제5도를 참조하여 설명한다.
투명 유리 기판(1a) 위에 크롬과 같은 차광성이 좋은 금속 물질로 설계된 화소 사이에 블랙 매트릭스를 격자 형태로 형성한다. 이 때, 블랙 매트릭스는 게이트 배선과 소스 배선이 형성되는 위치와 일치하도록 형성한다. 그리고, 일반적으로 그 폭은 게이트 배선과 소스 배선 보다 약간 넓게 형성한다. 그러므로, 소스 배선에 대응하는 위치에 세로 방향 블랙 매트릭스(5a)가 형성되고, 게이트 배선에 대응하는 위치에 가로 방향 블랙 매트릭스(5b)가 형성된다(제5(a)도).
그리고, 붉은 색(R), 초록 색(G), 파란 색(B) 중 어느 한 색을 갖는 레진을 도포한다. 예를 들어 붉은 색을 갖는 레진을 도포하고, 패턴하여 복수개의 붉은 색 칼라 필터(3R)들이 일정 간격으로 나열되도록 형성한다(제5(b)도). 다음에 초록 색을 갖는 레진을 도포하고, 패턴하여 상기 붉은 색 칼라 필터(3R)들 옆에 초록 색 칼라 필터(3G)들을 형성한다(제5(c)도). 그리고, 파랑 색을 갖는 레진을 도포하고 패턴하여 초록 색 칼라 필터(3G)들과 붉은 색 칼라 필터(3R)들 사이에 파란색 칼라 필터(3B)들을 형성한다. 이 때, 각 칼라 필터들 사이에서 소스 배선을 따라 형성된 세로방향 블랙 매트릭스(5a)가 일부 노출되도록 형성한다. 게이트 배선을 따라 형성된 가로방향 블랙 매트릭스(5b)는 칼라 필터가 덮고 있다(제5(d)도).
그리고, 상기 칼라 필터(3R, 3G, 3B) 위에 ITO를 증착하여 공통 전극(7)을 형성한다(제5(e)도).
이러한 경우에 각 칼라 필터들 사이에 존재하는 소스 버스 배선의 위치에 맞추어 소스 배선 보다 넓은 폭으로 형성된 세로 방향 블랙 매트릭스로 인하여 액정 패널의 전력에 비해 표시되는 화면의 밝기 효율이 좋지 않게 된다. 즉, 블랙 매트릭스의 넓이가 크면 클수록 그 만큼 개구율이 저하된다. 그러므로, 화면의 밝기 효율이 좋은 화면을 만들기 위해서는 블랙 매트릭스의 넓이를 가급적 줄이는 것이 우선적으로 생각할 수 있다. 따라서, 고 개구율을 위한 칼라 필터 패널의 제조 방법은 일반적인 칼라 필터를 제조할 때와 동일하지만, 제6도와 제7도에서와 같이 그 구조가 조금 다르다. 일반적으로 고 개구율을 갖는 액정 패널에서는 칼라 필터 패널에 형성되는 블랙 매트릭스(5)의 너비를 액티브 기판에 형성되는 소스 배선의 너비보다 좁게 형성한다. 즉, 소스 배선을 따라 형성되는 세로 방향 블랙 매트릭스(5a)의 너비가 상당히 좁아지게 되고, 각 칼라 필터(3R, 3B, 3G)들이 경계 부분에서 약간씩 겹쳐지거나 맞닿게 되어 세로 방향 블랙 매트릭스(5a)가 칼라 필터(3R, 3B, 3G)들에 의해 덮혀진다(제7도).
앞에서 언급한 종래의 구조 중 일반 칼라 필터 패널에서는, 칼라 필터 사이에 소스 배선과 대응하여 형성된 세로 방향 블랙 매트릭스(5a)와 공통 전극(7)이 전기적으로 연결되어 있게 된다(제5(e)도). 따라서, 공통 전극의 저항 값(RC)은 다음 수학식 2에서 알 수 있듯이 ITO의 고유 저항(RITO)과 블랙 매트릭스의 저항(RBM)이 병렬로 연결된 결과가 되어 ITO의 고유 저항 값(RITO)보다 낮은 값을 갖는다. 따라서, 줄어든 저항만큼 수평 크로스토크가 감소하는 효과가 있었다.
[수학식 2]
RC= RITO·RBM/ (RITO+ RBM) < RITO
그리고, 고 개구율을 실현하기 위한 액정 패널에서는 문제가 달라지게 된다. 즉, 고 개구율을 실현하기 위한 칼라 필터 패널을 사용하는 경우 크로스토크 문제가 현저히 많이 발생되는 현상이 일어난다. 앞에서 살펴보았듯이 고 개구율을 위한 칼라 필터 패널의 경우 칼라 필터(3R, 3G, 3B) 위에 형성된 공통 전극(7)은 어느 블랙 매트릭스(5a, 5b)와도 접촉되지 않는다(제7도). 그 결과, 고 개구율을 위한 칼라 필터에서는 다음 수학식 3에서와 같이 공통 전극의 저항 값(RC)이 ITO의 고유 저항 값(RITO)과 동일하게 된다.
[수학식 3]
RC= RITO
그러므로, 고 개구율을 위한 칼라 필터 패널을 사용하는 액정 패널에서는 수평 크로스토크가 화질 저하에 상당히 큰 비중을 차지하게 된다.
본 발명의 목적은 고 개구율을 위한 칼라 필터 패널을 사용하는 액정 패널에서 발생하는 크로스토크 현상을 줄이는데 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해서 가장 우선적으로 생각할 수 있는 것은 앞에서도 언급하였듯이 칼라 필터 패널에 형성된 공통 전극의 저항을 낮추는 것이다.
제1도는 종래의 액정 표시 장치를 나타내는 사시도이다.
제2(a)도는 종래 액정 표시 장치의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
제2(b)도는 종래 액정 표시 장치에서 화소 하나의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
제2(c)도는 종래 액정 표시 장치의 등가 회로에서 소스 배선과 공통 전극 사이에서 기생 용량(Parasitic Capacitor)이 발생하는 것을 나타내는 회로도이다.
제3도는 수평 크로스토크가 발생할 때의 현상을 나타내는 도면이다.
제4도는 종래 액정 표시 장치에서 사용하는 일반 칼라 필터 패널을 나타내는 평면도이다.
제5도는 종래 액정 표시 장치에서 사용하는 일반 칼라 필터 패널을 제조하는 공정을 나타내는 단면도이다.
제6도는 종래 액정 표시 장치에서 사용하는 고 개구율용 칼라 필터 패널을 나타내는 평면도이다.
제7도는 종래 액정 표시 장치에서 사용하는 고 개구율용 칼라 필터 패널을 나타내는 단면도이다.
제8도는 본 발명에 의한 고 개구율용 칼라 필터 패널을 나타내는 평면도이다.
제9도는 본 발명의 첫 번째 실시예에 의한 고 개구율용 칼라 필터를 제조하는 과정을 나타내는 단면도들이다.
제10도는 본 발명의 두 번째 실시예에 의한 고 개구율용 칼라 필터를 제조하는 과정을 나타내는 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a, 101a : (칼라 필터 패널용) 기판 1b : (액티브 패널용) 기판
3, 103 : 칼라 필터 3R, 103R : 붉은 색 칼라 필터
3G, 103G : 초록 색 칼라 필터 3B, 103B : 파란 색 칼라 필터
5, 105 : 블랙 매트릭스 5a, 105b : 가로 방향 블랙 매트릭스
5b, 105a : 세로 방향 블랙 매트릭스 115 : 저 저항 블랙 매트릭스
7, 107 : 공통 전극 11, 111 : 화소 전극
13 : 게이트 배선 15 : 소스 배선
17 : 박막 트랜지스터 23 : 게이트 전극
25 : 소스 전극 31 : 액정 충전 용량기
33 : 기생 정전 용량기 41 : 화면 영역
본 발명에서는 고 개구율을 실현하는 칼라 필터 패널에 형성된 공통 전극의 저항을 줄이기 위해 다음과 같이 칼라 필터의 형성 방법 및 구조를 변경하여 공통 전극과 블랙 매트릭스를 전기적으로 연결 시켰다. 뿐만 아니라 저항이 낮은 금속으로 저 저항 블랙 매트릭스를 추가 형성하여 공통 전극의 저항 값을 최대로 낮추었다. 본 발명을 더욱 자세히 설명하기 위해 다음 실시 예를 통하여 자세히 살펴보겠다.
[실시예 1]
본 실시 예의 이해를 돕기 위해 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널을 나타내는 평면도인 제8도와 제8도에서 절단선 IX-IX로 제조 공정을 나타내는 단면도인 제9도를 참조로 설명한다. 우선 본 발명에 의한 고 개구율을 위한 칼라 필터 패널을 제조하기 위한 방법을 살펴보면 다음과 같다.
절연성 투명 유리 기판(101a) 위에 크롬과 같이 차광성이 높은 금속을 포함하는 물질을 증착한다. 사진 식각(Photo-Lithography) 법으로 상기 기판과 대향하게 되는 다른 기판에 형성되는 소스 배선에 대응하는 위치에 상기 소스 배선 보다 좁은 너비로 세로 방향 블랙 매트릭스(105a)를 형성한다. 그리고 게이트 배선이 형성되는 위치에 대응하는 위치에도 가로 방향 블랙 매트릭스(105b)를 형성한다. 결국, 상기 기판 위에 복수개의 각각 화소를 둘러싸는 사각형 테두리 형상이 연속하여 나열된 블랙 매트릭스가 형성된다(제9(a)도).
상기 기판 위에 붉은 색을 띤 레진을 도포하고, 패턴하여 일정 간격으로 배열된 복수개의 붉은 색 띠들을 형성한다. 즉, 상기 화소들 중 두 열씩을 사이에 두고 각 열 배열로 나열된 화소에 붉은 색 칼라 필터(103R)를 형성한다(제9(b)도).
다시 상기 기판 위에 초록 색을 띤 레진을 도포하고, 패턴하여 상기 붉은 색 세그먼트의 한쪽 옆에 인접한 복수 개의 초록 색 띠들을 형성한다. 즉, 상기 붉은 색 칼라 필터(103R)의 한쪽 옆에 나열된 열 배열의 화소에 초록 색 칼라 필터(103G)을 형성한다(제9(c)도).
또 다시 상기 기판 위에 파란 색을 띤 레진을 도포하고, 패턴하여 상기 붉은 색 띠와 초록 색 띠 사이에 복수 개의 파란 색 띠들을 형성한다. 즉, 상기 붉은 색 칼라 필터(103R)와 초록 색 칼라 필터(103G) 사이에 나열된 열 배열의 화소에 파란색 칼라 필터(103B)를 형성한다(제9(d)도).
그 다음에, 소스 배선 방향으로 형성된 세로 방향 블랙 매트릭스(105a) 위에서 칼라 필터들이(103R, 103G, 103B) 서로 겹쳐지거나 맞닿는 부분을 식각 하여 세로 방향 블랙 매트릭스(105a)를 노출시킨다(제9(e)도).
상기 칼라 필터들이 완성된 상기 기판 위에 블랙 매트릭스로 사용한 크롬보다도 낮은 저항 값을 갖는 알루미늄과 같은 금속을 증착하고, 패턴하여 상기 블랙 매트릭스(가로 방향 블랙 매트릭스(105b)와 세로 방향 블랙 매트릭스(105a))와 같은 위치, 같은 크기로 저 저항 블랙 매트릭스(115)를 형성한다. 이 때, 상기 저 저항 블랙 매트릭스(115)는 먼저 형성된 블랙 매트릭스들과 접촉된다(제9(f)도).
상기 저 저항 블랙 매트릭스(115)가 형성된 기판 위에 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착하여 공통 전극(107)을 형성한다. 그럼으로써, ITO는 저 저항 금속 물질을 포함하는 저 저항 블랙 매트릭스(115)와 블랙 매트릭스들(105a, 105b)과 전기적으로 접촉을 하게된다(제9(g)도).
상기 블랙 매트릭스(105a, 105b)의 저항 (RBM), 저 저항 블랙 매트릭스(115)의 저항(RLBM) 그리고, ITO의 저항(RITO)은 회로적인 연결로 보면, 병렬로 연결된 결과를 갖는다. 따라서, 공통 전극(107)의 저항 값(RC)은 다음 수학식 4와 같은 결과가 되어 ITO 고유 저항 값보다 낮은 값을 갖는다.
[수학식 4]
RC= RITO·RBM·RLBM/(RITO+ RBM+ RLBM) < RITO
[실시예 2]
블랙 매트릭스와 공통 전극을 전기적으로 접촉시키고, 저 저항 블랙 매트릭스를 추가 설치하여 공통 전극의 저항 값을 저하시키는 또 다른 방법으로 실시예 1에서, 공통 전극이 형성된 이 후에 저 저항 블랙 매트릭스를 형성할 수도 있다. 본 실시예의 이해를 돕기 위해 칼라 필터 패널의 평면도인 제8도에서 절단선 IX-IX으로 절단한 단면으로 제조 공정을 나타낸 제10도를 참조로 설명하면 다음과 같다.
실시예 1에서와 같이 절연성 투명 유리 기판(101a)에 크롬과 같이 차광성이 뛰어난 금속 물질로 블랙 매트릭스(105a, 105b)를 형성한다. 그리고, 마찬가지 방법으로 붉은 색, 초록 색, 파란 색을 띤 레진으로 칼라 필터(103R, 103G, 103B)를 형성한다. 그 다음에, 소스 배선 방향으로 형성된 세로 방향 매트릭스(105a) 위에서 칼라 필터들이(103R, 103G, 103B) 서로 겹쳐진 부분을 식각 하여 세로 방향 블랙 매트릭스(105a)를 노출시킨다. 여기가지는 실시예 1의 제9(e)도와 동일하다(제10(a)도).
그리고, 상기 칼라 필터들(103R, 103G, 103B) 위에 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착하여 공통 전극(107)을 형성한다. 이 때, 공통 전극(107)은 상기 세로 방향 블랙 매트릭스(105a)와 전기적으로 접촉하게 된다(제10(b)도).
상기 공통 전극(107) 위에 블랙 매트릭스로 사용한 크롬보다도 낮은 저항 값을 갖는 알루미늄과 같은 금속을 증착하고, 패턴하여 상기 블랙 매트릭스(가로 방향 블랙 매트릭스(105b)와 세로 방향 블랙 매트릭스(105a))와 같은 위치에 같은 크기로 저 저항 블랙 매트릭스(115)를 형성한다(제10(c)도).
그럼으로써, ITO는 저 저항 금속 물질을 포함하는 저 저항 블랙 매트릭스(115) 그리고, 블랙 매트릭스(105a, 105b)들과 전기적으로 접촉을 하게된다. 상기 블랙 매트릭스의 저항(RBM), 저 저항 블랙 매트릭스의 저항(RLBM) 그리고, ITO(RITO)의 저항은 회로적인 연결로 보면, 병렬로 연결된 결과를 갖는다. 따라서, 공통 전극(017)의 저항 값(RC)은 다음 수학식 4와 같은 결과가 되어 ITO 고유 저항 값보다 낮은 값을 갖는다.
[실시예 3]
본 발명의 또 다른 실시예로 가로 방향 블랙 매트릭스를 노출시키고, ITO와 저 저항 블랙 매트릭스를 전기적으로 접촉하도록 하는 방법이 있다. 이것은 상기 실시예 1과 2에 각각 적용시킬 수 있다. 여기에서는 실시예 1에서 가로 방향 블랙 매트릭스에 연결된 저 저항 블랙 매트릭스를 형성하는 과정을 설명한다. 실시예 2에 적용하는 경우는 자명하므로 중복 설명은 피하기로 한다. 본 실시예에 대한 이해를 돕기 위해 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널을 나타내는 평면도인 제11도와 제11도에서 절단선 XII-XII로 제조 공정을 나타내는 단면도인 제11도를 참조로 설명한다.
실시예 1에서와 같이 절연성 투명 유리 기판(101a)에 크롬과 같이 차광성이 뛰어난 금속 물질을 증착하고, 사진 식각(Photo-Lithography) 법으로 상기 기판과 대향하게되는 다른 기판에 형성되는 소스 배선에 대응하는 위치에 상기 소스 배선보다 좁은 너비로 세로 방향 블랙 매트릭스(105a)를 형성한다. 그리고, 게이트 배선이 형성되는 위치에 대응하는 위치에도 가로 방향 블랙 매트릭스(105b)를 형성한다(제12(a)도).
상기 기판 위에 붉은 색을 띤 레진을 도포하고, 패턴하여 일정 간격으로 배열된 복수개의 붉은 색 띠들을 형성한다. 즉, 상기 화소들 중 두 열씩을 사이에 두고 각 열 배열로 나열된 화소에 붉은 색 칼라 필터(103R)를 형성한다. 이 때, 붉은 색 칼라 필터(103R)는 세로 방향으로 연결된 띠 형태를 갖지 않고, 각 화소 단위로 분리되어 가로 방향 블랙 매트릭스(105b)가 노출된 형상을 갖도록 형성한다(제12(b)도).
다시 상기 기판 위에 초록 색을 띤 레진을 도포하고, 패턴하여 상기 붉은 색 세그먼트의 한쪽 옆에 근접한 복수 개의 초록 색 띠들을 형성한다. 즉, 상기 붉은 색 칼라 필터(103R)의 한쪽 옆에 나열된 열 배열의 화소에 초록 색 칼라 필터(103G)를 형성한다. 또한 초록 색 칼라 필터(103G)도 세로 방향으로 연결된 띠 형태를 갖지 않고, 각 화소 단위로 분리되어 가로 방향 블랙 매트릭스(105b)가 노출된 형상을 갖도록 형성한다(제12(c)도).
또 다시 상기 기판 위에 파란 색을 띤 레진을 도포하고, 패턴하여 상기 붉은 색 띠와 초록 색 띠 사이에 복수 개의 파란색 세그먼트들을 형성한다. 즉, 상기 붉은 색 칼라 필터(103R)과 초록 색 칼라 필터(103G) 사이에 나열된 열 배열의 화소에 파란 색 칼라 필터(103B)를 형성한다. 역시 파란 색 칼라 필터(103B)도 세로 방향으로 연결된 띠 형태를 갖지 않고, 각 화소 단위로 분리되어 가로 방향 블랙 매트릭스(105b)가 노출된 형상을 갖도록 형성한다(제12(d)도).
그 다음에 소스 배선 방향으로 형성된 세로 방향 블랙 매트릭스(105a) 위에서 칼라 필터들이(103R, 103G, 103B) 서로 겹쳐진 부분을 식각 하여 세로 방향 블랙 매트릭스(105a)를 노출시킨다(제12(e)도).
상기 칼라 필터들이(103R, 103G, 103B) 완성된 상기 기판 위에 블랙 매트릭스로 사용한 크롬보다도 낮은 저항 값을 갖는 금속을 증착하고, 패턴하여 상기 블랙 매트릭스(가로 방향 블랙 매트릭스(105b)와 세로 방향 블랙 매트릭스(105a))와 같은 위치에 같은 크기로 저 저항 블랙 매트릭스(115)를 형성한다. 이 때, 상기 저 저항 블랙 매트릭스(115)는 먼저 형성된 블랙 매트릭스들(105a, 105b)과 접촉된다(제12(f)도).
상기 저 저항 블랙 매트릭스(115)가 형성된 기판 위에 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착하여 공통 전극(107)을 형성한다. 그럼으로써, ITO는 저 저항 금속 물질을 포함하는 저 저항 블랙 매트릭스(115)와 블랙 매트릭스들(105a, 105b)과 전기적으로 접촉을 하게된다(제12(g)도).
상기 블랙 매트릭스의 저항(RBM), 저 저항 블랙 매트릭스의 저항(RLBM) 그리고, ITO(RITO)의 저항은 회로적인 연결로 보면, 병렬로 연결된 결과를 갖는다. 따라서, 공통 전극의 저항 값(RC)은 앞에서 언급한 수학식 4와 같은 결과가 되어 ITO 고유 저항 값보다 낮은 값을 갖는다.
[실시예 4]
본 실시 예에서는 실시예 3에서와 같이 가로 방향 블랙 매트릭스를 노출시키고, 저 저항 블랙 매트릭스와 ITO를 전기적으로 연결하는 또 다른 방법을 설명한다. 이것 역시 실시예 1과 2에서 모두 적용 가능하다. 본 실시예에서도 실시예 1에 적용한 경우만 설명하고, 실시예 2에 적용한 경우는 중복 설명이 되므로 생략하였다. 이해를 돕기 위해 액정 표시 3장치의 칼라 필터 패널을 나타내는 평면도인 제11도와 제11도에서 절단선 XII-XII로 제조 공정을 나타내는 단면도인 제13도를 참조로 설명한다.
실시예 1에서와 같이 절연성 투명 유리 기판(101a)에 크롬과 같이 차광성이 뛰어난 금속 물질로 블랙 매트릭스(105a, 105b)를 형성한다. 그리고, 마찬가지 방법으로 붉은 색, 초록 색, 파란 색을 띤 레진을 칼라 필터 층(103R, 103G, 103B)을 형성한다. 여기까지는 실시예 1의 제9(d)도까지와 동일하다(제13(a)도).
그 다음에, 소스 배선 방향으로 형성된 세로 방향 블랙 매트릭스(105a) 위에서 칼라 필터들이(103R, 103G, 103B) 서로 겹쳐진 부분을 식각 하여 세로 방향 블랙 매트릭스(105a)를 노출시킨다. 이 때, 가로 방향 블랙 매트릭스(105b)를 덮고 있는 칼라 필터도 같이 식각하여 가로 방향 블랙 매트릭스(105b)도 노출시킨다(제13(b)도).
상기 칼라 필터들이(103R, 103G, 103B) 완성된 상기 기판 위에 블랙 매트릭스(105a, 105b)로 사용한 크롬보다도 낮은 저항 값을 갖는 알루미늄과 같은 금속을 증착하고, 패턴하여 상기 블랙 매트릭스(가로 방향 블랙 매트릭스(105b)와 세로 방향 블랙 매트릭스(105a))와 같은 위치에 같은 크기로 저 저항 블랙 매트릭스(115)를 형성한다. 이 때, 상기 저 저항 블랙 매트릭스(115)는 먼저 형성된 블랙 매트릭스들과 접촉된다(제13(c)도).
상기 저 저항 블랙 매트릭스(115)가 형성된 기판 위에 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착하여 공통 전극(107)을 형성한다. 그럼으로써, ITO는 저 저항 금속 물질을 포함하는 저 저항 블랙 매트릭스(115) 그리고, 블랙 매트릭스들(105a, 105b)과 전기적으로 접촉을 하게된다(제13(d)도).
상기 블랙 매트릭스의 저항(RBM), 저 저항 블랙 매트릭스의 저항(RLBM) 그리고, ITO(RITO)의 저항은 회로적인 연결로 보면, 병렬로 연결된 결과를 갖는다. 따라서, 공통 전극의 저항 값(RC)은 앞에서 언급한 수학식 4와 같은 결과가 되어 ITO 고유 저항 값보다 낮은 값을 갖는다.
본 발명은 고 개구율용 칼라 필터 패널을 갖는 액정 표시 장치를 제조하는데 있어서, 칼라 필터 패널에 형성되는 공통 전극의 저항 값을 낮추어 수평 크로스토크를 줄이는 방법 및 그 구조에 관련된 것이다. 종래의 고 개구율을 위한 칼라 필터에서는 소스 배선에 대응하는 블랙 매트릭스가 칼라 필터들에 의해 덮이어 공통 전극과 접촉되지 않는다. 공통 전극은 일반적으로 보통 금속보다 저항이 높은 도전체인 ITO를 사용하므로 대면적 액정 패널의 경우 수평 크로스토크 문제가 심각한 화질 저하의 원인이 되었다. 본 발명에서는, 고 개구율을 실현하기 위한 칼라 필터 패널에서, 공통 전극의 저항을 낮추기 위해 블랙 매트릭스를 차광성이 좋은 금속 물질로 형성하고, 공통 전극으로 사용하는 ITO와 블랙 매트릭스를 연결 시켜 공통 전극의 저항을 낮추었다. 더욱이 공통 전극의 저항이 더 낮추기 위해서 저 저항 금속으로 상기 블랙 매트릭스와 동일한 크기로 동일한 위치에 공통 전극과 접촉하는 저 저항 블랙 매트릭스를 추가로 형성하였다. 결국, 일반적으로 금속 물질보다 고유 저항 값이 큰 ITO에 차광성이 좋은 금속 물질로 이루어진 블랙 매트릭스와 금속 중에서도 고유 저항 값이 낮은 물질로 이루어진 저 저항 블랙 매트릭스가 병렬로 연결됨으로써 공통 전극 전체의 저항 값을 낮추는 효과를 얻을 수 있었다. 따라서, 고 개구율 대면적 액정 패널에서 수평 크로스토크 문제를 해결할 수 있었다. 그럼으로써 선명하고 뛰어난 화질을 갖는 액정 패널을 제작할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 세로 방향으로 형성된 복수개의 소스 배선과 상기 소스 배선들에 절연되어 교차하는 복수개의 게이트 배선이 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 마주보게 배치된 제2기판 위에 세로 띠형으로 설계된 칼라 필터를 갖는 고 개구율용 칼라 필터 패널을 제조하는 방법에 있어서, 상기 제2기판 위에 금속 물질로 상기 소스 배선폭보다 좁게 복수개의 세로 방향으로 연장된 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 세로 방향 블랙 매트릭스 사이에 칼라 필터를 형성하는 단계와; 상기 칼라 필터를 형성한 후에 상기 세로 방향 블랙 매트릭스 위에서 서로 겹치고 맞붙은 칼라 필터들의 경계를 식각하여 상기 세로 방향 블랙 매트릭스를 노출시키는 단계와; 상기 칼라 필터 위에 상기 세로 방향 블랙 매트릭스와 같은 위치에 저 저항 금속으로 저 저항 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 칼라 필터를 형성하고, 상기 세로 방향 블랙 매트릭스를 노출한 후에, 도전 물질을 증착하여 공통 전극을 형성하는 단계를 먼저 수행하고; 상기 공통 전극 위에 저 저항 금속으로 상기 블랙 매트릭스들과 동일한 크기로 동일한 위치에 저 저항 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 나중에 수행하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 칼라 필터 제조 방법.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세로 방향 블랙 매트릭스들에 접속되어 있고, 가로 방향으로 연장되어 형성된 가로 방향 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 세로 방향 블랙 매트릭스들 사이에 상기 칼라 필터를 형성하는 단계에 있어서, 상기 칼라 필터는 상기 가로 방향 블랙 매트릭스를 기준으로 분리된 세그먼트 형태가 되도록 형성하고 상기 가로 방향 블랙 매트릭스가 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 칼라 필터를 형성한 후에 상기 블랙 매트릭스 중 세로 방향 블랙 매트릭스 위에서 서로 겹치고 맞붙은 칼라 필터들의 경계를 식각하여 세로 방향 블랙 매트릭스를 노출시키는 단계에서, 상기 가로 방향 블랙 매트릭스를 덮고 있는 칼라 필터들도 식각하여 상기 가로 방향 블랙 매트릭스가 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 저 저항 블랙 매트릭스가 형성된 기판 위에 도전 물질을 증착하여 상기 블랙 매트릭스들과 전기적으로 접촉하는 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 칼라 필터 제조 방법.
  6. 제1항 및 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스 사이에 칼라 필터를 형성하는 단계는 붉은 색 레진으로 상기 세로 띠 형 배열 중 세 열씩 묶은 그룹에서 특정 한 열에 붉은 색 칼라 필터를 형성하는 단계와; 상기 붉은 색 칼라 필터 열에 인접하는 한 열에 초록 색 칼라 필터를 형성하는 단계와; 상기 붉은 색과 초록 색 칼라 필터 열 사이에 위치하는 한 열에 파란 색 칼라 필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조 방법.
  7. 행렬 배열 방식으로 설계된 칼라 필터를 갖는 고 개구율용 칼라 필터 패널을 제조하는 방법에 있어서, 기판 위에 금속 물질로 복수개의 가로 방향으로 연장된 블랙 매트릭스와 복수개의 세로 방향으로 연장된 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스에서 세로 방향으로 연장된 블랙 매트릭스들 사이에 칼라 필터를 형성하는 단계와; 상기 칼라 필터를 형성한 후에 상기 블랙 매트릭스 중 세로 방향 블랙 매트릭스 위에서 서로 겹치고 맞붙은 칼라 필터들의 경계를 식각하여 세로 방향 블랙 매트릭스를 노출시키는 단계와; 상기 칼라 필터 위에 상기 세로 방향 블랙 매트릭스와 같은 위치에 저 저항 금속으로 저 저항 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널 제조 방법.
  8. 세로 방향으로 형성된 소스 배선과 상기 소스 배선에 절연되어 교차하는 게이트 배선이 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 마주보게 배치된 제2기판과, 상기 제2기판 위에 세로 방향 띠형으로 형성된 복수개의 칼라 필터와; 상기 칼라 필터 사이에 노출되고, 상기 소스 배선폭보다 좁게 형성된 세로 방향 블랙 매트릭스와; 상기 칼라 필터 위에서 상기 세로 방향 블랙 매트릭스와 접촉되면서, 상기 세로 방향 블랙 매트릭스와 동일한 위치에 형성된 저 저항 블랙 매트릭스와; 상기 칼라 필터 위에 상기 저 저항 블랙 매트릭스와 접촉되도록 형성된 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 개구율 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널.
  9. 제8항에 있어서, 상기 세로 방향 블랙 매트릭스에 접속되어 가로 방향으로 연장되고 노출하여 형성된 가로 방향 블랙 매트릭스와; 상기 가로 방향 블랙 매트릭스와 동일한 위치에 형성된 저 저항 블랙 매트릭스와; 상기 칼라 필터는 상기 세로 띠 형 칼라 필터에서 세 열씩 묶은 그룹 중 특정 열에 형성된 붉은 색 칼라 필터와; 상기 붉은 색 칼라 필터에 인접하는 열에 형성된 초록색 칼라 필터와; 상기 붉은 색 칼라 필터와 상기 초록 색 칼라 필터 사이에 위치하는 열에 형성된 파란색 칼라 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널.
  10. 제8항 및 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라 필터 위에 상기 블랙 매트릭스와 접촉된 공통 전극과; 상기 공통 전극 위에 상기 블랙 매트릭스와 동일한 위치에 형성된 저 저항 블랙 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 개구율 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널.
  11. 기판과; 상기 기판 위에 행렬 배열로 형성된 칼라 필터와; 상기 칼라 필터 사이에 노출되고, 각 칼라 필터를 둘러싸고 있는 블랙 매트릭스와; 상기 칼라 필터 위에서 상기 블랙 매트릭스와 접촉되면서, 상기 블랙 매트릭스와 동일한 크기로 동일한 위치에 형성된 저 저항 블랙 매트릭스와; 상기 칼라 필터 위에서 상기 저 저항 블랙 매트릭스와 접촉되도록 형성된 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 개구율 액정 표시 장치의 칼라 필터 패널.
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