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KR100995581B1 - 컬러필터기판, 이를 갖는 액정표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

컬러필터기판, 이를 갖는 액정표시장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR100995581B1
KR100995581B1 KR1020030067355A KR20030067355A KR100995581B1 KR 100995581 B1 KR100995581 B1 KR 100995581B1 KR 1020030067355 A KR1020030067355 A KR 1020030067355A KR 20030067355 A KR20030067355 A KR 20030067355A KR 100995581 B1 KR100995581 B1 KR 100995581B1
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South Korea
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안광진
박상우
김병주
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삼성전자주식회사
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Abstract

컬러필터기판에서, 컬러필터는 서로 다른 색으로 착색된 색화소로 이루어져 기판 상에 형성된다. 컬러필터에는 기판을 노출시키는 홀이 형성되고, 홀에 의해서 노출된 기판 상에는 홀에 의해서 노출된 기판과 컬러필터와의 단차를 감소시키는 평탄화막이 형성된다. 투명 전극은 컬러필터와 평탄화막 상에 구비된다. 따라서, 이와 같은 컬러필터기판을 채용하는 액정표시장치의 표시 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

컬러필터기판, 이를 갖는 액정표시장치 및 이의 제조방법{COLOR FILTER SUBSTRATE, LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터기판을 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 컬러필터의 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 컬러필터기판의 제조 공정을 나타낸 도면들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터기판을 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 컬러필터기판을 채용하는 반투과형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 컬러필터기판 110 : 기판
120 : 컬러필터 130, 170 : 평탄화막
140 : 공통 전극 200 : 어레이 기판
230 : 투과 전극 250 : 반사 전극
300 : 액정 400 : 반투과형 액정표시장치
본 발명은 컬러필터기판, 이를 갖는 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표시 특성을 향상시킬 수 있는 컬러필터기판, 이를 갖는 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
반투과형 액정표시장치는 외부 광량이 풍부한 곳에서는 외부광을 이용하는 반사모드에서 영상을 디스플레이하고, 외부 광량이 부족한 곳에서는 자체에 충전된 전기 에너지를 소모하여 생성된 내부광을 이용하는 투과모드에서 영상을 디스플레이 한다.
반투과형 액정표시장치는 어레이 기판, 어레이 기판과 마주하는 컬러필터기판 및 어레이 기판과 컬러필터기판과의 사이에 개재된 액정으로 이루어진 액정표시패널을 포함한다.
어레이 기판은 투명 전극 및 반사 전극을 구비한다. 여기서, 투명 전극 상에서 반사 전극이 형성된 영역은 반사 영역이고, 투명 전극 상에서 반사 전극이 형성되지 않은 영역은 투과 영역이다. 컬러필터기판은 R, G, B 색화소로 이루어진 컬러필터 및 공통 전극을 구비하고, 어레이 기판과 마주하여 결합한다.
이와 같은 반투과형 액정표시장치의 반사 모드에서 외부광은 제1 경로, 예컨대, 컬러필터 - 공통 전극 - 액정 - 반사 전극 - 액정 - 공통전극 - 컬러필터를 순차적으로 통과하는 경로, 를 거친다. 반면에, 투과 모드에서 내부광은 제2 경로, 예컨대, 화소 전극 - 액정 - 공통 전극 - 컬러필터를 순차적으로 통과하는 경로, 를 거친다.
상술한 바와 같이, 반사 모드에서는 외부광은 컬러필터를 2 번 통과하고, 투과 모드에서 내부광은 컬러필터를 1 번 통과하기 때문에, 반사 모드와 투과 모드에서 색재현성의 차이가 발생한다. 이러한 투과 모드와 반사 모드 사이에서 발생하는 색재현성의 차이는 액정표시장치의 표시 특성을 저하시키는 요인이 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 표시 특성을 향상시키기 위한 컬러필터기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기한 컬러필터기판을 갖는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 컬러필터기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 컬러필터기판은 제1 영역 및 상기 제1 영역과 인접하는 제2 영역으로 이루어진 기판, 서로 다른 색으로 착색되고 상기 기판을 노출시키는 홀이 형성된 다수의 색화소를 포함하는 컬러필터, 상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판 상에 구비되어 상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판과 상기 컬러필터와의 단차를 감소시키는 평탄화막, 및 상기 컬러필터와 상기 평탄화막 상에 구비된 투명 전극을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 액정표시장치는 제1 기판 상에 화소전극을 구비하는 어레이 기판, 상기 어레이 기판과 결합하는 컬러필터기판 및 상기 어레이 기판과 컬러필터기판과의 사이에 개재된 액정층으로 이루어진다.
상기 컬러필터기판은 제2 기판, 서로 다른 색으로 착색되고 상기 제2 기판을 노출시키는 홀이 형성된 다수의 색화소를 구비하는 컬러필터, 상기 홀에 의해서 노출된 상기 제2 기판 상에 구비되어 상기 홀에 의해서 노출된 상기 제2 기판과 상기 컬러필터와의 단차를 감소시키는 평탄화막, 및 상기 컬러필터와 상기 평탄화막 상에 구비된 공통 전극을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면 반사영역과 투과영역으로 정의되는 어레이 기판과 액정층을 사이에 두고 결합하는 컬러필터기판의 제조방법은, 서로 다른 색으로 착색된 다수의 색화소로 이루어진 컬러필터를 기판 상에 형성하는 단계, 상기 컬러필터를 패터닝하여 상기 컬러필터에 상기 반사영역과 대응하여 상기 기판의 일부를 노출시키는 홀을 형성하는 단계, 상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판과 상기 컬러필터 상에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막을 패터닝하여 상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판 상에 평탄화막을 형성하는 단계 및 상기 컬러필터와 상기 평탄화막 상에 구비된 투명 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이러한 컬러필터기판, 이를 갖는 액정표시장치 및 이의 제조방법에 따르면, 제1 영역과 제2 영역과의 사이에서 발생하는 색재현성의 차이를 감소시켜 컬러필터기판을 채용하는 액정표시장치의 표시 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 평탄화막은 홀에 의해서 노출된 기판과 컬러필터와의 사이에서 발생하는 단차가 제거함으로서 액정표시장치의 셀 갭을 균일하게 유지시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터기판을 구체적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 컬러필터의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터기판(100)은 기판(110) 상에 컬러필터(120), 평탄화막(130) 및 공통 전극(140)을 구비한다. 상기 컬러필터기판(100)은 제1 영역(A1) 및 상기 제1 영역(A1)과 인접한 제2 영역(A2)으로 구분된다.
상기 제1 영역(A1)에는 상기 공통 전극(140), 컬러필터(120) 및 기판(110)을 순차적으로 통과하는 제1 광이 공급되고, 상기 제2 영역(A2)에는 상기 기판(110), 컬러필터(120), 공통 전극(140), 컬러필터(120) 및 기판(110)을 순차적으로 통과하는 제2 광이 공급된다. 따라서, 상기 제1 영역(A1)에서 상기 제1 광은 상기 컬러필터(120)를 한번 통과하고, 상기 제2 영역(A2)에서 상기 제2 광은 상기 컬러필터(120)를 두 번 통과한다.
상기 컬러필터(120)는 적색으로 착색된 R(Red) 색화소, 녹색으로 착색된 G(Green) 색화소 및 청색으로 착색된 B(Blue) 색화소로 이루어진다. 상기 R, G, B 색화소 각각은 상기 제2 영역(A2) 내에서 상기 기판(110)을 노출시키는 홀(121)을 갖는다. 도 1 및 도 2에서는 상기 홀(121)이 상기 R, G, B 색화소 각각에 하나씩 구비되는 구조를 도시하였지만, 상기 R, G, B 색화소 각각에는 다수의 홀이 구비될 수도 있다.
상기 홀(121)에 의해서 노출된 상기 기판(110) 상에는 상기 평탄화막(130)이 형성된다. 상기 평탄화막(130)은 아크릴계 수지(acrylic resin)와 같은 감광성 유기 절연막으로 이루어져 상기 컬러필터(120)와 거의 동일한 높이로 적층된다. 따라서, 상기 평탄화막(130)은 상기 홀(121)에 의해서 노출된 상기 기판(110)과 상기 홀(121)에 인접하는 상기 컬러필터(120)와의 단차를 제거한다.
이후, 상기 컬러필터(120)와 상기 평탄화막(130) 상에는 상기 공통 전극(140)이 형성된다. 상기 공통 전극(140)은 투명성 도전 물질인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; 이하, ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide; 이하, IZO)로 이루어진다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 컬러필터기판의 제조 공정을 나타낸 도면들이다.
도 3a를 참조하면, 기판(110) 상에 R(red), G(Green), B(Blue) 색화소로 이루어진 컬러필터(120)를 형성한다. 상기 R, G, B 색화소 각각에는 상기 기판(110)을 노출시키기 위한 홀(121)이 형성된다. 따라서, 상기 제2 영역(A2) 내에 형성된 상기 R, G, B 색화소의 일부분이 상기 홀(121)에 의해서 제거된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터(120)와 상기 홀(121)에 의해서 노출된 상기 기판(110) 상에는 소정의 두께로 유기 절연막(150)이 형성된다. 상기 유기 절연막(150)의 표면은 상기 컬러필터(120)와 상기 기판(110)과의 단차로 인해서 불균일한 표면 구조를 갖는다.
이후, 도 3c를 참조하면, 상기 유기 절연막(150) 상에는 상기 평탄화막(130)에 대응하는 패턴이 형성된 마스크(160)가 배치된다. 상기 마스크(160)가 배치된 상태로 상기 유기 절연막(150)을 노광하는 노광 공정을 수행한 다음, 노광된 상기 유기 절연막(150)을 현상하면, 상기 기판(110) 상에는 상기 홀(121)에 대응하여 상기 평탄화막(130)이 형성된다.
이후 도 1을 참조하면, 상기 컬러필터(120)와 상기 평탄화막(130) 상에는 상기 공통 전극(140)이 형성된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터기판을 나타낸 단면도이다. 단, 도 4에서는 도 1에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하고 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터기판(100)에서 컬러필터(120)는 R, G, B 색화소로 이루어지고, 상기 각 색화소에는 상기 기판(110)을 노출시키는 홀(121)이 형성된다.
상기 평탄화막(170)은 상기 홀(171)에 의해서 노출된 상기 기판(110) 상에 적층된다. 상기 평탄화막(170)은 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)과 같은 무기 절연막으로 이루어진다. 상기 무기 절연막으로 이루어진 상기 평탄화막(170)의 두께는 상기 컬러필터(120)의 두께보다 작아서, 상기 평탄화막(170)과 상기 컬러필터(120)와의 사이에서도 단차가 발생한다. 그러나, 상기 평탄화막(170)과 상기 컬러필터(120)와의 단차는 상기 컬러필터(120)와 상기 기판(110)과의 단차보다 작다. 따라서, 상기 컬러필터기판(100)은 상기 평탄화막(170)에 의해서 완화된 단차를 가진다.
도 1 내지 도 4에서는 상기 R, G, B 색화소에 하나 이상의 홀을 형성하여 제1 및 제2 영역(A1, A2) 사이의 색재현성의 차이 및 각 색화소별 색시인성의 차이를 조절하는 구조를 도시하였다. 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 색재현성 및 색시인성의 차이는 상기 R, G, B 색화소의 두께를 조절하는 방법으로도 극복될 수 있다.
즉, 상기 제1 및 제2 영역(A1, A2) 사이의 색재현성의 차이는 상기 각 색화소의 두께를 상기 제2 영역(A2)보다 상기 제1 영역(A1)에서 증가시킴으로서 극복할 수 있다. 이때, 평탄화막은 상대적으로 두께가 얇은 상기 각 색화소의 제2 영역(A2) 상에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 평탄화막은 상기 제1 및 제2 영역(A1, A2) 사이에서 발생하는 상기 컬러필터의 단차가 제거할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 컬러필터기판을 채용하는 반투과형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 반투과형 액정표시장치(400)는 어레이 기판(200), 상기 어레이 기판(200)과 대향하여 구비되는 컬러필터기판(100) 및 상기 어레이 기판(200)과 상기 컬러필터기판(100)과의 사이에 개재된 액정(300)으로 이루어진다.
상기 어레이 기판(200)은 제1 기판(210) 상에 유기 절연막(230), 투과 전극(240) 및 반사 전극(250)을 구비하고, 반사 영역(RA)과 투과 영역(TA)으로 구분된다. 상기 제1 기판(210) 상에는 다수의 TFT(미도시)가 구비된다. 상기 유기 절연막(230)은 아크릴계 수지와 같은 감광성 물질로 이루어진다.
상기 유기 절연막(230)은 상기 다수의 TFT를 커버하고, 상기 투과 영역(TA)에 대응하여 상기 제1 기판(210)을 노출시키기 위하여 오픈된다. 또한, 상기 반사 영역(RA)에 대응하여 상기 유기 절연막(230)의 표면에는 다수의 요철(233)이 구비된다. 즉, 상기 유기 절연막(230)은 두께가 상대적으로 두꺼운 볼록부(233a)와 두께가 상대적으로 얇은 오목부(233b)로 이루어진 상기 다수의 요철(233)을 가진다.
상기 유기 절연막(230)과 오픈된 상기 제1 기판(210) 상에는 ITO 또는 IZO로 이루어진 상기 투과 전극(240)이 균일한 두께로 형성된다. 이후, 상기 투과 전극(240) 위로 상기 투과 전극(240)의 일부분을 노출시키기 위한 투과창(251)을 갖는 상기 반사 전극(250)이 균일한 두께로 형성된다. 상기 투과창(251)은 상기 투과 영역(TA)에 대응하여 형성된다.
따라서, 상기 반투과형 액정표시장치(400)는 상기 반사 영역(RA)과 투과 영역(TA)에서 서로 다른 셀 갭을 갖는다. 즉, 상기 투과 영역(TA)에서의 셀 갭은 상기 반사 영역(RA)에서의 셀 갭보다 약 2배 정도 크다.
여기서, 반사 영역(RA)에서의 샐 갭은 상기 컬러필터기판(100)의 공통 전극(140)과 상기 어레이 기판(200)의 반사 전극(250)과의 이격 거리이고, 상기 투과 영역(TA)에서의 셀 갭은 상기 공통 전극(140)과 투명 전극(240)과의 이격 거리이다.
이때, 상기 반사 전극(250)은 알루미늄-네오디뮴(AlNd)으로 이루어진 단일막 또는 알루미늄-네오디뮴(AlNd)과 몰디브덴 텅스텐(MoW)이 순차적으로 적층된 이중막 구조를 가질 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 상기 유기 절연막(230)에는 상기 TFT의 드레인 전극을 노출시키기 위한 콘택홀(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 유기 절연막(230)에 상기 콘택홀이 형성된 경우, 상기 투과 전극(240) 및 상기 반사 전극(250)은 상기 콘택홀을 통해 상기 TFT의 드레인 전극과 전기적으로 연결된다.
상기 반사 영역(RA)에서는 상기 상부기판(100)을 통해 입사된 외부광(L1)을 상기 반사 전극(250)에 의해서 반사하여 다시 상기 컬러필터기판(100)을 통해 외부로 출사시킴으로써 영상을 표시한다. 한편, 상기 투과 영역(TA)에서는 상기 어레이 기판(200)의 후면에 배치된 광원부(미도시)로부터 입사된 내부광(L2)을 상기 투과창(251)을 통해 출사시킴으로써 영상을 표시한다.
상기 컬러필터기판(100)은 제2 기판(110) 상에 컬러필터(120), 평탄화막(130) 및 공통 전극(140)을 구비한다.
상기 컬러필터(120)는 R, G, B 색화소로 이루어지고, 상기 각 색화소에는 상기 반사영역(RA)에 대응하여 상기 기판(110)을 노출시키는 홀(121)이 형성된다.
상기 평탄화막(130)은 반사 영역(RA)에서 발생되는 컬러필터(120)와 제2 기판(110)과의 단차를 제거하기 위하여 상기 홀(121)에 의해서 노출된 상기 기판(110)상에 적층된다. 이로써, 상기 액정표시장치(400)는 균일한 셀 갭을 가질 수 있다.
이와 같은 컬러필터기판, 이를 갖는 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 따르면, 컬러필터는 서로 다른 색으로 착색되고 반사 영역내에 기판을 노출시키는 홀이 형성된 다수의 색화소를 포함하고, 평탄화막은 상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판 상에 형성된다.
따라서, 투과 영역과 반사 영역과의 사이에서 발생하는 색재현성의 차이를 감소시켜 액정표시장치의 표시 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 평탄화막은 홀에 의해서 노출된 기판과 컬러필터와의 사이에서 발생하는 단차가 제거함으로서 액정표시장치의 셀 갭을 균일하게 유지시킬 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 투과 영역 및 상기 투과 영역과 인접하는 반사 영역으로 이루어진 기판;
    서로 다른 색으로 착색되고 상기 기판을 노출시키는 홀이 형성된 다수의 색화소를 포함하는 컬러필터;
    상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판 상에 구비되어 상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판과 상기 컬러필터와의 단차를 감소시키는 평탄화막; 및
    상기 컬러필터와 상기 평탄화막 상에 구비된 투명 전극을 포함하고,
    상기 평탄화막은 상기 투과 영역을 제외한 상기 반사 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투과 영역에는 상기 투명 전극 및 컬러필터를 순차적으로 통과하는 제1 광이 공급되고, 상기 반사 영역에는 상기 컬러필터, 투명 전극 및 컬러필터를 순차적으로 통과하는 제2 광이 공급되는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 홀은 상기 반사 영역에 대응하는 상기 기판의 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
  4. 투과 영역 및 반사 영역을 가지는 제1 기판 상에 화소전극을 구비하는 어레이 기판;
    제2 기판, 서로 다른 색으로 착색되고 상기 제2 기판을 노출시키는 홀이 형성된 다수의 색화소를 구비하는 컬러필터, 상기 홀에 의해서 노출된 상기 제2 기판 상에 구비되어 상기 홀에 의해서 노출된 상기 제2 기판과 상기 컬러필터와의 단차를 감소시키는 평탄화막, 및 상기 컬러필터와 상기 평탄화막 상에 구비된 공통 전극을 포함하는 컬러필터기판; 및
    상기 어레이 기판과 상기 컬러필터기판과의 사이에 개재된 액정층을 포함하고,
    상기 평탄화막은 상기 투과 영역을 제외한 상기 반사 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 화소전극은 투과 전극과 반사 전극으로 이루어져 상기 반사 영역과 상기 투과 영역을 정의하고,
    상기 홀은 상기 반사영역과 대응하는 상기 제2 기판의 일부를 노출시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 반사영역과 투과영역으로 정의되는 어레이 기판과 액정층을 사이에 두고 결합하는 컬러필터기판을 제조하는 방법에 있어서,
    서로 다른 색으로 착색된 다수의 색화소로 이루어진 컬러필터를 기판 상에 형성하는 단계;
    상기 컬러필터를 패터닝하여 상기 컬러필터에 상기 반사영역과 대응하는 상기 기판의 일부를 노출시키는 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판과 상기 컬러필터 상에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막을 패터닝하여 상기 홀에 의해서 노출된 상기 기판 상에 평탄화막을 형성하는 단계; 및
    상기 컬러필터와 상기 평탄화막 상에 구비된 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 평탄화막은 상기 투과영역을 제외한 상기 반사영역에 형성된 것을 특징으로 하는 컬러필터기판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 절연막은 유기 절연막인 것을 특징으로 하는 컬러필터기판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 절연막은 무기 절연막인 것을 특징으로 하는 컬러필터기판의 제조방법.
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