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KR100313248B1 - 칼라필터 - Google Patents

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KR100313248B1
KR100313248B1 KR1019990057571A KR19990057571A KR100313248B1 KR 100313248 B1 KR100313248 B1 KR 100313248B1 KR 1019990057571 A KR1019990057571 A KR 1019990057571A KR 19990057571 A KR19990057571 A KR 19990057571A KR 100313248 B1 KR100313248 B1 KR 100313248B1
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light
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transparent substrate
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Abstract

본 발명은 칼라필터에 관한 것으로서 제 1 및 제 2 표면을 갖는 투명기판 상의 제 2 표면에 금속계 물질로 격자 형상으로 형성된 차광층과, 상기 투명기판의 상기 제 1 표면 상에 상기 차광층과 대응되지 않은 부분에 상기 차광층과 소정 부분 중첩되게 형성되어 각각 R, G 및 B의 색의 광을 투과시키는 제 1, 제 2 및 제 3 필터를 구비한다.
따라서, 차광층이 투명기판의 제 2 표면에 형성하여 표면의 모폴로지가 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 제 1 차광층과 제 2 차광층이 연속 증착 공정시 생성되는 박리성 파티클에 의해 제거되어 핀홀이 형성되어도 제 3 차광층에 의해 빛샘 현상이 방지되고, 제 1, 제 2 및 제 3 차광층이 금속 및 금속산화막으로 형성되므로 차광층과 투명기판의 접착 약화로 인한 얼룩 불량이 발생되는 것을 방지한다.

Description

칼라필터{Color Filter}
본 발명은 액정표시장치용 칼라필터에 관한 것으로서, 특히, 차광층을 투명기판의 배면에 형성하여 표면의 단차를 개선하여 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정표시장치와 IPS(In Plane Switching) 모드의 액정표시장치에 범용으로 사용할 수 있는 칼라필터에 관한 것이다.
액정표시장치는 게이트전극, 게이트절연막, 활성층, 오믹접촉층, 소오스 및 드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)로 이루어진 스위칭 소자와 화소(pixel) 전극이 형성된 하판과 칼라필터가 형성된 상판 사이에 주입된 액정으로 이루어진다.
상기에서 칼라필터는 투명기판에 R(Red), G(Green) 및 B(Blue)의 단위 필터들과, 이 단위 필터들 사이에 휘도 및 색순도 저하를 방지하는 차광층을 포함한다. 또한, 칼라필터는 액정표시장치의 모드에 따라 구성 차이가 나는 데, TN 모드에 사용되는 것은 단위 필터들 상에 공통전극이 형성되며, IPS 모드에 사용되는 것은 하판의 수평 전계에 원하지 않게 영향을 주는 것을 방지하기 위해 단위 필터들 상에 공통전극 대신에 보호막이 형성되며 차광층도 수지로만 형성된다. 또한, IPS 모드에 사용되는 칼라필터는 투명기판의 배면, 즉, 단위 필터들이 형성되지 않은 표면에 화면의 정전기를 제거하기 위한 투명한 접지전극이 형성된다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 TN 모드 액정표시장치용 칼라필터의 단면도이다.
종래 TN 모드 액정표시장치용 칼라필터는 투명기판(11) 상에 금속산화막으로 이루어진 제 1 차광층(13)과 금속막으로 이루어진 제 2 차광층(15)이 격자 형상을 가지며 적층되어 있다. 여기서, 제 1 차광층(13)은 금속산화막과 금속질화막의 2중막으로 형성될 수도 있다. 그리고, 투명기판(11) 상의 제 1 및 제 2 차광층(13)(15)이 형성되지 않은 부분에 R, G 및 B의 각각의 색의 광을 투과시키는 제 1, 제 2 및 제 3 필터(17a)(17b)(17c)가 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2 및 제 3 필터(17a)(17b)(17c)는 안료들이 분산된 아크릴 또는 폴리이미드계 수지로 형성되며, 혼색을 방지하기 위해 제 1 및 제 2 차광층(13)(15) 상에서 서로 분리되게 형성된다.
제 1, 제 2 및 제 3 필터(17a)(17b)(17c) 상에 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 등의 투명한 전도성 물질로 이루어진 공통전극(19)이 형성된다. 또한, 공통전극(19)은 제 1, 제 2 및 제 3 필터(17a)(17b)(17c)가 액정과 접촉되지 않도록 하여 손상되는 것을 방지하기도 한다.
도 2는 종래 기술의 다른 실시예에 따른 IPS 모드 액정표시장치용 칼라필터의 단면도이다.
종래 IPS 모드 액정표시장치용 칼라필터는 투명기판(21) 상에 전기적으로 절연인 검은색의 안료가 분산된 수지가 격자 형상을 갖는 차광층(23)이 형성되고, 이 차광층(23)이 형성되지 않은 부분에 R, G 및 B의 각각의 색의 광을 투과시키는 제 1, 제 2 및 제 3 필터(27a)(27b)(27c)가 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2 및 제 3 필터(27a)(27b)(27c)는 안료들이 분산된 아크릴 또는 폴리이미드계 수지로 형성되며, 혼색을 방지하기 위해 차광층(23) 상에서 서로 분리되게 형성된다. 상기에서 차광층(23)을 전도성 물질로 형성하는 경우에는 하판에서 발생되는 수평 전계가 이 전도성 물질에 의해 발생되는 유도 전계로 인해 구동 제어 상의 노이즈로 구동불량이 유발된다. 그러므로, 차광층(23)은 전기적으로 절연 특성을 갖는 수지로 형성되어야 한다.
제 1, 제 2 및 제 3 필터(27a)(27b)(27c) 상에 보호층(25)이 형성된다. 상기에서 보호층(25)은 제 1, 제 2 및 제 3 필터(27a)(27b)(27c)가 액정과 접촉되어 손상되는 것을 방지하는 것으로 폴리이미드 등의 투명하고 절연 특성을 갖는 물질로 형성된다.
투명기판(21)의 배면, 즉, 제 1, 제 2 및 제 3 필터(27a)(27b)(27c)가 형성되지 않은 표면 상에 접지전극(29)이 형성된다. 상기에서 접지전극(29)은 화면의 정전기를 제거하여 도메인(domain) 얼룩 발생을 방지하는 것으로 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : ITO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 등의 투명한 전도성 물질로 형성된다.
그러나, 종래 기술에 따른 칼라필터는 각각의 필터들이 차광층의 두께에 의해 중첩되는 부분에 단차가 발생되어 표면의 모폴로지(morphology)가 저하되는 문제점이 있었다. 또한, TN 모드용 칼라필터는 금속산화막과 금속막의 적층된 구조를 형성할 때 연속 성막 중 박리성 파티클(particle) 발생후 세정시 핀홀(pinhole)이 발생되어 빛샘 현상이 발생되는 문제점이 있었다. 그리고, IPS 모드용 칼라필터는 차광층이 수지로만 형성되고 이 차광층이 접지전극 형성 후에 형성되는 데, 투명기판 배면에 접지전극 형성시 반송 기구(롤러, 로봇핸드 등)와의 접촉에 의해 얼룩이 발생되거나 차광층과 투명기판의 접착을 약화시켜 얼룩 불량이 발생되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 차광층을 투명기판의 배면에 형성하여 표면의 모폴로지가 저하되는 것을 방지할 수 있는 칼라필터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 차광층에 발생되는 핀홀에 의한 빛샘 발생을 방지할 수 있는 칼라필터를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 차광층과 투명기판의 접착 약화로 인한 얼룩 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 칼라필터를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 TN 모드 액정표시장치용 칼라필터의 단면도
도 2는 종래 기술의 다른 실시예에 따른 IPS 모드 액정표시장치용 칼라필터의 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TN 모드 액정표시장치용 칼라필터의 단면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IPS 모드 액정표시장치용 칼라필터의 단면도
도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라필터의 제조 공정도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
31, 51 : 투명기판 33, 53 : 제 1 차광층
35, 55 : 제 2 차광층 37, 57 : 제 3 차광층
39a, 59a : 제 1 필터 39b, 59b : 제 2 필터
39c, 59c : 제 3 필터 41 : 공통전극
61 : 보호층
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 칼라필터는 제 1 및 제 2 표면을 갖는 투명기판 상의 제 2 표면에 금속계 물질로 격자 형상으로 형성된 차광층과, 상기 투명기판의 상기 제 1 표면 상에 상기 차광층과 대응되지 않은 부분에 상기 차광층과 소정 부분 중첩되게 형성되어 각각 R, G 및 B의 색의 광을 투과시키는 제 1, 제 2 및 제 3 필터를 구비한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TN 모드 액정표시장치용 칼라필터의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 칼라필터는 제 1 표면과 제 2 표면을 갖는 투명기판(31)의 제 2 표면 상에 제 1 및 제 2 차광층(33)(35)이 격자 형상을 가지며 적층되어 형성된다. 상기에서 제 1 차광층(33)은 크롬(Cr) 등의 금속으로 800Å 이상의 두께로 형성되며, 제 2 차광층(35)은 산화크롬(Cr2O3) 등의 금속산화막이 300∼1000Å 정도의 두께로 형성된다. 또한, 제 1 및 제 2 차광층(33,35)은 금속산화막과 금속질화막의 2중막으로 형성될 수도 있다. 제 1 차광층(33)과 제 2 차광층(35)은 각각의 표면에서 입사광이 반사되는 데, 이 제 1 차광층(33)과 제 2 차광층(35) 표면에서 반사되는 각각의 광은 소멸 간섭되어 광을 통과시키지 않게 된다.
투명기판(31)의 제 1 및 제 2 차광층(33)(35)이 형성된 제 2 표면과 반대하는 제 1 표면 상에 제 3 차광층(37)이 격자 형상으로 형성된다. 상기에서 제 3 차광층(37)은 제 1 및 제 2 차광층(33)(35)과 대응되는 부분에 산화크롬(Cr2O3) 등의금속산화막이 300∼700Å 정도의 두께로 형성된다. 그러므로, 제 3 차광층(37)은 제 1 및 제 2 차광층(33)(35)이 박리성 파티클에 의해 제거되어 핀홀이 형성되어도 빛샘 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
투명기판(31)의 제 1 표면 상의 제 3 차광층(37)이 형성되지 않은 부분에 R, G 및 B의 각각의 색의 광을 투과시키는 제 1, 제 2 및 제 3 필터(39a)(39b)(39c)가 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2 및 제 3 필터(39a)(39b)(39c)는 R, G 및 B의 안료들이 분산된 아크릴 또는 폴리이미드계 수지로 형성되며, 혼색을 방지하기 위해 제 3 차광층(37) 상에서 서로 분리되게 형성된다. 또한, 제 3 차광층(37)이 얇은 두께로 형성되므로 제 1, 제 2 및 제 3 필터(39a)(39b)(39c)는 이 제 3 차광층(37)과 중첩되는 부분의 단차가 감소되어 표면의 모폴로지(morphology)가 향상된다.
제 1, 제 2 및 제 3 필터(39a)(39b)(39c) 상에 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 등의 투명한 전도성 물질로 이루어진 공통전극(41)이 형성된다. 공통전극(41)은 하판(도시되지 않음)의 화소전극과 전압차를 주어 액정을 구동시키는 것으로, 이 공통전극(41)은 제 1, 제 2 및 제 3 필터(39a)(39b)(39c)가 액정과 접촉으로 인한 손상되는 것을 방지하기도 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IPS 모드 액정표시장치용 칼라필터의 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라필터는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라필터와 제 1, 제 2 및 제 3 필터(39a)(39b)(39c) 상에 공통전극(41) 대신에보호층(61)이 형성된 것을 제외하고는 거의 동일한 구조를 갖는다.
즉, 투명기판(51)의 제 2 표면 상에 제 1 차광층(53)과 제 2 차광층(55)이 격자 형상을 가지며 적층되어 형성되며, 제 2 표면과 반대하는 제 1 표면 상에 제 3 차광층(57)이 제 1 및 제 2 차광층(53)(55)과 대응되는 부분에 형성되고, 제 2 표면 상의 제 3 차광층(57)이 형성되지 않은 부분에 R, G 및 B의 각각의 색의 광을 투과시키는 제 1, 제 2 및 제 3 필터(59a)(59b)(59c)가 형성된다.
그리고, 제 1, 제 2 및 제 3 필터(59a)(59b)(59c) 상에 에폭시 수지 또는 아크릴 등의 투명한 절연물질로 보호층(61)이 형성된다. 상기에서 보호층(61)은 제 1, 제 2 및 제 3 필터(59a)(59b)(59c)가 액정과 접촉되는 것을 방지하여 손상되는 것을 방지한다.
상술한 구조에서 투명기판(51)의 제 1 표면 상에 도전 물질층이 존재하지 않으므로 하판(도시되지 않음)의 수평 전계에 원하지 않게 영향을 주는 것을 방지한다. 그리고, 투명기판(51)의 제 2 표면에 크롬(Cr) 등의 금속으로 형성된 제 1 차광층(53)은 화면의 정전기를 제거하기 위한 접지전극으로도 사용된다. 또한, 제 1 차광층(53)이 금속으로, 제 2 및 제 3 차광층(55)(57)이 금속산화물로 형성되므로 투명기판(51)과 접착력이 향상되어 얼룩 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라필터의 제조 공정도이다.
도 5a를 참조하면, 제 1 표면과 제 2 표면을 갖는 투명기판(31)의 제 2 표면 상에 격자 형상을 갖는 제 1 및 제 2 차광층(33)(35)을 형성한다. 상기에서 제 1및 제 2 차광층(33)(35)은 투명기판(31)의 제 2 표면 상에 크롬(Cr) 등의 금속과 산화크롬(Cr2O3) 혹은 산화크롬(Cr2O3)과 질화크롬(CrNyOx)의 2중막 등의 금속산화막 또는 금속질화막을 스퍼터링 등의 방법으로 각각 1000∼2000Å 정도의 두께와 300∼700Å 정도의 두께로 연속해서 증착하고 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하므로써 형성된다.
도 5b를 참조하면, 투명기판(31)의 제 1 표면 상에 제 1 및 제 2 차광층(33)(35)과 대응되는 제 3 차광층(37)을 형성한다. 상기에서 제 3 차광층(37)은 투명기판(31)의 제 1 표면 상에 산화크롬(Cr2O3) 등의 금속산화막을 스퍼터링 등의 방법으로 300∼1000Å 정도의 두께로 증착하고 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하므로써 형성된다. 이 때, 제 3 차광층(37)을 제 1 및 제 2 차광층(33)(35)과 대응되게 패터닝하여 형성한다. 상기에서 제 3 차광층(37)은 투명기판(31)의 제 2 표면에 형성된 제 1 및 제 2 차광층(33)(35)이 박리성 파티클에 의해 제거되어 핀홀이 형성되어도 빛샘 현상이 발생되는 것을 방지한다.
도 5c를 참조하면, 투명기판(31)의 제 1 표면 상의 소정 부분에 R, G 및 B 중 어느 하나 색의 광만을, 예를 들면, R의 색광만을 투과시키는 제 1 필터(39a)를 형성한다. 상기에서 제 1 필터(39a)는 투명기판(31)의 제 1 표면 상에 R색의 안료가 분산된 아크릴 또는 폴리이미드계 수지를 도포한 후 노광 및 현상하여 소정 부분에만 잔류하도록 패터닝하므로써 형성된다. 이 때, 제 1 필터(39a)를 제 3 차광층(37)의 소정 부분과 중첩되게 형성한다. 상기에서 제 3 차광층(37)이 얇은 두께로 형성되므로 제 1 필터(39a)는 제 3 차광층(37)과 중첩되는 부분의 단차가 감소되어 기존의 금속 또는 수지계열의 블랙 매트릭스(Black matrix) 막 형성시보다 표면의 모폴로지(morphology)가 향상된다.
도 5d를 참조하면, 투명기판(31)의 제 1 표면 상의 소정 부분에 제 1 필터(39a)를 형성하는 방법과 동일한 방법으로 제 2 및 제 3 필터(39b)(39c)를 연속해서 형성한다. 상기에서, 제 2 및 제 3 필터(39b)(39c)는 R, G 및 B 중 R 색의 광을 제외한 각각 G 및 B의 색광만을 투과시키도록 형성된다. 이 때에도, 제 3 차광층(37)이 얇은 두께를 가지므로 제 2 및 제 3 필터(39b)(39c)도 제 3 차광층(37)과 중첩되는 부분의 단차가 감소되어 표면의 모폴로지(morphology)가 향상된다.
제 1, 제 2 및 제 3 필터(39a)(39b)(39c) 상에 투명한 공통전극(41)을 형성한다. 상기에서 공통전극(41)은 제 1, 제 2 및 제 3 필터(39a)(39b)(39c) 상에 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 등의 투명한 전도성 물질을 스퍼터링 방법으로 증착하므로써 형성된다.
도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라필터의 제조방법은 투명기판(51)의 제 2 표면 상에 격자 형상을 갖는 제 1 및 제 2 차광층(53)(55)을 형성하고, 제 1 표면 상에 제 3 차광층(57)을 형성한 후 투명기판(51)의 제 1 표면 상의 제 1, 제 2 및 제 3 필터(59a)(59b)(59c)를 형성하는 것은 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라필터의 제조방법과 동일하다.
그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라필터의 제조방법은 일 실시예에따른 칼라필터의 제조방법과 달리 제 1, 제 2 및 제 3 필터(59a)(59b)(59c) 상에 에폭시 수지 또는 아크릴 등의 투명한 절연물질로 보호층(61)을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라필터의 제조방법에 있어서 제 1 차광층(53)이 금속으로, 제 2 및 제 3 차광층(55)(57)이 금속산화물로 형성되므로 투명기판(51)과 접착력이 향상되어 얼룩 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 칼라필터는 차광층이 투명기판의 제 2 표면에 형성하여 표면의 모폴로지가 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 제 1 차광층과 제 2 차광층이 연속 증착 공정시 생성되는 박리성 파티클에 의해 제거되어 핀홀이 형성되어도 제 3 차광층에 의해 빛샘 현상이 방지된다. 그리고, 제 1, 제 2 및 제 3 차광층이 금속 및 금속산화막으로 형성되므로 차광층과 투명기판의 접착 약화로 인한 얼룩 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 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 정하여져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 제 1 및 제 2 표면을 갖는 투명기판 상의 제 2 표면에 금속계 물질로 격자 형상으로 형성된 차광층과,
    상기 투명기판의 상기 제 1 표면 상에 상기 차광층과 대응되지 않은 부분에 상기 차광층과 소정 부분 중첩되게 형성되어 각각 R, G 및 B의 색의 광을 투과시키는 제 1, 제 2 및 제 3 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라필터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광층은 금속막으로 이루어진 제 1 차광층과 금속산화막 또는 금속질화막으로 이루어진 제 2 차광층의 적층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 칼라필터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 차광층은 크롬(Cr)이 800Å 이상의 두께 형성된 것을 특징으로 하는 칼라필터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 차광층은 산화크롬(Cr2O3) 및 질화크롬(CrNyOx)의 2중막이 300∼1000Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 칼라필터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명기판 상의 제 1 표면의 상기 차광층과 대응하는 부분에 금속계 물질로 격자 형상으로 형성된 제 3 차광층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라필터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 3 차광층은 산화크롬(Cr2O3)이 300∼1000Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 칼라필터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 필터는 각각의 안료들이 분산된 아크릴 또는 폴리이미드계 수지로 서로 분리되게 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라필터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 필터 상에 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO)으로 형성된 투명한 공통전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라필터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 필터 상에 에폭시 수지 또는 아크릴의 투명한 절연물질로 형성된 보호층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라필터.
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