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KR101384625B1 - 액정표시장치용 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정표시장치용 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR101384625B1
KR101384625B1 KR1020070040148A KR20070040148A KR101384625B1 KR 101384625 B1 KR101384625 B1 KR 101384625B1 KR 1020070040148 A KR1020070040148 A KR 1020070040148A KR 20070040148 A KR20070040148 A KR 20070040148A KR 101384625 B1 KR101384625 B1 KR 101384625B1
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Abstract

본 발명에서는, 레이저 장치의 스테이지 상에 투명기판을 배치하는 단계와; 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단 영역을 상기 투명기판 내에 형성하기 위하여, 상기 투명 기판에 소정의 파워를 가지는 레이저 빔을 조사하는 단계와; 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역 각각에 위치하는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치용 기판 및 그 제조 방법{SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
도 1은 종래에 따른 액정표시장치에 대한 분해사시도.
도 2a 내지 2g는 종래의 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따라 도시한 단면도.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따라 도시한 단면도.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따라 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시장치에 대한 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 COT (color filter on thin film transistor) 구조 액정표시장치에 대한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 기판
115a, 115b, 115c: 적, 녹, 청 서브 컬러필터 (R, G, B sub-color filter)
115: 컬러필터층 120: 공통전극
LS: 광차단 영역
LT1, LT2, LT3: 제 1, 2, 3 광투과 영역
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 사진식각공정에 의한 블랙매트릭스없이 빛샘방지를 할 수 있는 광차단 영역 또는 광차단층을 포함하는 액정표시장치용 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 최근에, 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다. 이러한 액정표시장치 중에서도, 각 화소영역별로 전압의 온(on)/오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
도 1은 종래에 따른 액정표시장치에 대한 분해사시도이다. 도시한 바와 같이, 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 투명한 기판(12)의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막트랜지스 터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.또한, 상기 어레이 기판과 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 투명기판(22)의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 적, 녹 ,청색 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 구비되어 있다.
그리고, 도면상에 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제(sealant) 등으로 봉함(封函)된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판(미도시)이 구비되어 있다. 또한, 어레이 기판의 외측면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
전술한 구조를 갖는 일반적인 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해, 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하고 합착하는 셀 공정을 거쳐 완성되고 있으며, 이후에는 이러한 제조 공정 후 컬러필터 기판의 제조 공정에 대해 조금 더 도면을 참조하여 설명한다.
도 2a 내지 2g는 종래의 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따라 도시한 단면도이다.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(60)상에 크롬(Cr) 등을 포함하는 금속물질을 전면에 증착하여 블랙매트릭스 물질층(62)을 형성한 후, 그 위로 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(64)을 형성한다.
이후 상기 포토레지스트층(64) 상부로 빛의 투과영역(TA)과 차단영역(BA)을 갖는 노광 마스크(66)를 위치시킨 후, 상기 노광 마스크(66)를 통해 상기 포토레지스트층(64)에 노광을 실시한다.
다음, 도 2b에 도시한 바와같이, 상기 노광된 포토레지스트층(도 2a의 64)을 현상함으로써 상기 블랙매트릭스 물질층(62) 위로 블랙매트릭스가 형성될 부분에 대응하여 포토레지스트 패턴(68)을 형성한다.
다음, 도 2c에 도시한 바와같이, 상기 포토레지스트 패턴(68) 외부로 노출된 상기 블랙매트릭스층(도 2b의 62)을 식각하여 제거함으로써 제 1 내지 3 개구부(70a, 70b, 70c)를 갖는 블랙매트릭스(72)를 형성한다. 도면으로 제시하지 않았지만, 평면적으로 봤을 때, 상기 블랙매트릭스(72)는 격자형상을 가진다.
다음, 도 2d에 도시한 바와같이, 상기 블랙매트릭스(72) 상부에 남아있는 포 토레지스트 패턴(도 2c의 68a)을 스트립(strip)을 진행하여 제거하고, 상기 제 1 내지 제 3 개구부(70a, 70b, 70c)를 갖는 블랙매트릭스(72) 위로 적, 녹, 청색 중의 한 가지 색을 갖는 레지스트 예를들면 적색 레지스트(resist)를 전면에 도포하여 적색 레지스트층을 형성한다. 이후, 빛의 투과영역과 빛의 차단영역을 갖는 노광 마스크(미도시)를 상기 적색 레지스트층(미도시) 위로 위치시킨 후, 이를 통해 상기 적색 레지스트층(미도시)에 노광을 실시한 후, 상기 노광된 상기 적색 레지스트층(미도시)을 현상하면, 빛(UV광)이 조사된 영역에 대응하는 부분의 적색 레지스트층은 상기 현상 후 상기 기판(60) 상에 남게되고, 빛(UV광)이 상기 노광 마스크(미도시)의 차단영역에 의해 차단되어 조사되지 않은 부분의 적색 레지스트층(미도시)은 제거됨으로써 상기 제 1 개구부(70a)에 대응하여 적색 서브 컬러필터(red sub-color filter 74a)이 형성된다. 이때, 상기 적색 서브 컬러필터(74a)은 그 테두리부가 상기 블랙매트릭스(72)와 중첩되게 위치한다.
다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 적색 서브 컬러필터(74a)을 형성한 방법과 동일하게 진행하여 즉, 녹색 레지스트 및 청색 레지스트를 각각 도포하고 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 제 2, 3 개구부(70b, 70c)에 각각 녹색 및 청색 서브 컬러필터(green and blue sub-color filters; 74b, 74c)을 순차적으로 형성한다.
다음, 도 2f에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색의 서브 컬러필터(65a, 65b, 65c) 위로 수지물질을 증착함으로써 오버코트층(68)을 형성한다. 이는 상기 블랙매트릭스(72)와 중첩 형성된 부분의 적, 녹, 청 서브 컬러필터(74a, 74b, 74c) 이 개구부(70a, 70b, 70c)에 형성된 부분과 단차를 형성하기 때문에 이를 극복하여 평탄화된 표면을 갖도록 함으로써 최종적으로 그 표면에 단차가 발생되지 않는 평탄화된 공통전극을 형성시키기 위함이다.
다음, 도 2g에 도시한 바와같이, 상기 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(76) 위로 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 전면에 공통전극(78)을 형성함으로써 액정표시장치용 컬러필터 기판을 완성하게 된다.
하지만, 전술한 바와 같이 종래의 블랙매트릭스는 일반적으로 사진식각 공정에 의해 형성됨에 따라, 공정 시간 및 비용이 많이 소요되었다. 더욱이, 컬러필터와 블랙매트릭스를 동일 기판에 형성하는 경우에는, 적어도 4회의 사진식각 공정이 필요하고 이를 위해서는 4개의 노광 마스크가 필요하게 된다. 따라서, 이러한 사진시각 공정에 이용되는 노광 마스크는 그 가격이 고가이므로 컬러필터 기판의 제조에 노광 마스크를 많이 사용하게 되면 제조비용이 상승하게 되며, 제조 공정 또한 증가되는 바, 결과적으로 생산성을 저하시키게 된다.
또한, 블랙매트릭스가 가지는 단차에 의해 적, 녹, 청 서브 컬러필터(74a, 74b, 74c) 및 공통전극(78)의 단차를 없애기 위해 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터(74a, 74b, 74c)과 공통전극(78) 사이에 평탄한 표면을 갖도록 오버코트층(76)을 더욱 형성해야 하므로 공정 추가 및 재료비를 상승시키므로 더욱더 생산성을 저하시키는 문제가 발생하고 있다.
또한, 블랙매트릭스(72)를 형성하는 단계에서 완전히 제거되어 기판(60)을 노출시켜야 하는 부분에서 완전히 제거되지 않고 남게 됨으로써 흑점 불량을 야기될 수 있으므로 수율을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 단순화된 공정에 의해 제조된 광차단 수단을 이용해서 광누설을 방지하는 액정표시장치용 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
본 발명의 제 2 목적은, 마스크 수를 줄일 수 있는 액정표시장치용 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은, 흑점 불량을 방지함으로써 공정수율을 향상시킬 수 있는 액정표시장치용 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는, 레이저 장치의 스테이지 상에 투명기판을 배치하는 단계와; 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단 영역을 상기 투명기판 내에 형성하기 위하여, 상기 투명 기판에 소정의 파워를 가지는 레이저 빔을 조사하는 단계와; 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역 각각에 위치하는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청 서브컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법을 제공한다.
상기 레이저 빔을 조사하는 단계는 상기 기판을 기준으로 7,000mm/sec 내지 10,000mm/sec의 속도로 레이저 빔을 이동하는 단계를 포함하고, 상기 소정의 파워는 100 와트(Watt) 내지 200 와트인 것을 특징으로 하며, 상기 광차단 영역은 상기 투명 기판 두께의 5분의 1(1/5) 내지 3분의 1(1/3)두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 장치는 1064 나노미터(nm)의 파장을 가지는 레이저 빔을 생성하는 네오디뮴 야그(Neodymium - yttrium aluminum garnet; Nd-YAG) 레이저 장치인 것을 특징으로 하고, 상기 투명기판은 세슘(Cs), 알루미늄(Al), 루비듐(Rb) 그리고 나트륨(Na) 중 적어도 하나를 가지는 유리(glass)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 기판 상에 레진층을 형성하는 단계와; 레이저 장치의 스테이지 상에 기판을 배치하는 단계와; 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단 영역을 상기 레진층에 형성하기 위하여, 상기 투명 기판에 소정의 파워를 가지는 레이저 빔을 조사하는 단계와; 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역 각각에 위치하는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 장치는 1064 나노미터(nm)의 파장을 가지는 레이저 빔을 생성하는 네오디뮴 야그(Neodymium - yttrium aluminum garnet; Nd-YAG) 레이저 장치인 것을 특징으로 하고, 상기 레이저 빔을 조사하는 단계는 상기 기판을 기준으로 10,000mm/sec 내지 12,000mm/sec의 속도로 레이저 빔을 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 소정의 파워는 30 와트(Watt) 내지 100 와트인 것을 특징으로 한다.
상기 레진층은 카보네이트 폴리머(carbonate polymer), 폴리에스테르 레진(polyester resin), 그리고 흑색 착색제 화합물(black coloring agent compound)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 광차단 영역에 광차단층을 형성하기 위하여 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 있는 레진층 부분을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에서는, 투명 기판과; 상기 투명기판 내에서, 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단 영역과; 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 각각 위치하며, 서로 동일 두께를 가지는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층을 포함하는 액정표시장치용 기판을 제공한다.
상기 컬러필터층 상에 위치하는 공통 전극을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 광차단 영역은 상기 투명 기판 두께의 5분의 1(1/5) 내지 3분의 1(1/3)두께를 가지는 것을 특징으로 하며, 상기 투명기판은 세슘(Cs), 알루미늄(Al), 루비듐(Rb) 그리고 나트륨(Na) 중 적어도 하나를 가지는 유리(glass)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 특징에서는, 투명 기판과; 상기 투명기판 상에 위치하며, 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단층과; 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 각각 위치하며, 서로 동일 두께를 가지는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층을 포함함에 있어서, 상기 광차단층은 카보네이트 폴리머, 폴 리에스테르 레진, 그리고 흑색착색제 화합물을 포함하는 레진인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판을 제공한다.
본 발명의 제 5 특징에서는, 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대응되며 광차단 영역과 상기 광차단 영역에 의해 둘러싸이는 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 내포하는 제 2 기판과; 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 각각 대응되도록 상기 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판의 내부면에 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하며, 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 컬러필터층과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
상기 제 2 기판 상에 위치하는 공통 전극과; 상기 제 1 기판의 내부면 상에 위치하는 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터 각각에 대응하는 화소 전극과; 상기 공통 전극과 화소 전극 사이에 위치하며, 상기 광차단 영역에 대응하는 패턴드 스페이서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러필터층은 상기 제 2 기판과 공통 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 하고, 상기 컬러필터층은 상기 박막트랜지스터와 화소 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6 특징에서는, 제 1 기판 및 상기 제 1 기판과 대응되게 위치하는 제 2 기판과, 상기 제 2 기판 상의 내부면에, 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸고, 카보네이트 폴리머, 폴리에스테르 레진, 그리고 흑색착색제 화합물을 포 함하는 레진물질로 이루어진 광차단층과; 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 각각 대응되도록 상기 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판의 내부면에 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하며, 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 컬러필터층과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
상기 제 2 기판 상에 위치하는 공통 전극과; 상기 제 1 기판의 내부면 상에 위치하는 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터 각각에 대응하는 화소 전극과; 상기 공통 전극과 화소 전극 사이에 위치하며, 상기 광차단층에 대응하는 패턴드 스페이서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러필터층은 상기 제 2 기판과 공통 전극 사이에 위치하고, 상기 컬러필터층은 상기 박막트랜지스터와 상기 화소 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 기판은 네오디뮴 야그(Neodymium - yttrium aluminum garnet; Nd-YAG) 레이저 장치를 이용하여 기판 그 자체 또는 기판 상에 수지물질층을 도포한 후 상기 수지물질층에 대해 특정 파장의 레이저 빔을 조사하여 상기 조사된 부분을 변색시킴으로써 이를 블랙매트릭스로 대체하는 것에 특징이 있으며, 이러한 특성을 갖는 기판의 제조에 이용되는 네오디뮴 야그(Neodymium - yttrium aluminum garnet; Nd-YAG) 레이저 장치에 대해 설명한다.
본 발명에 이용되는 레이저 장치는 1,064nm 파장의 레이저 빔을 발생시키는 네오디뮴 야그 레이저 장치이다. 이러한 네오디뮴 야그 레이저는 빔이 Nd3+ 이온에 의하여 생성되는 고체상태의 레이저 소스인 레이저이며, 고증폭성을 가지고 있으며, 기계적인 성질과 온도 속성이 우수한 것이 특징이다.
본 발명에 이용되는 네오디뮴 야그(Neodymium - yttrium aluminum garnet; Nd-YAG) 레이저 장치는 100 와트(Watt) 내지 200 와트의 파워를 가지며 7,000mm/sec 내지 12,000mm/sec의 속도로서 레이저 빔을 조사함을 특징으로 한다. 이때 상기 속도는 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드 또는 기판이 놓여지는 스테이지의 이동 속도가 되며, CW(continuous wave) 방식의 레이저의 경우, 상기 레이저 헤드 또는 스테이지 속도에 따라 레이저 빔이 조사되는 시간이 달라짐으로써 최종적으로는 에너지 밀도가 결정되게 되는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 기판은 이러한 특성을 갖는 네오디뮴 야그 레이저빔을 파워 또는 조사거리 및 레이저 헤드(또는 스테이지)의 이동속도를 적절히 조절하여 투명한 유리 기판 또는 수지물질층에 조사 시 상기 유리기판 또는 수지물질층의 상기 레이저빔이 조사된 부분이 흑색으로 변색되어 마치 블랙매트릭스를 형성한 것과 동일한 효과를 갖는 특징이 있다.
이후에는 전술한 네오디뮴 야그 레이저 장치를 이용한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따라 도시한 단면도이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 세슘(Cs), 알루미늄(Al), 루비듐(Rb) 그리고 나트륨(Na) 중 하나의 성분을 포함하며 투명한 유리 기판(101) 위로 100와트(Watt) 내지 200와트 정도의 파워를 가지며, 1,064nm의 파장을 갖는 네오디뮴 야그 레이저 장치의 헤드(191)를 상기 기판(101)에 대해 10mm 내지 20mm 정도 떨어지도록 위치시키고 7,000mm/sec 내지 10,000mm/sec의 속도로서 움직이도록 하며 상기 기판(101) 표면에 레이저 빔을 조사한다.
이 경우, 상기 레이저 빔 조사 공정은, 상기 세슘(Cs), 알루미늄(Al), 루비듐(Rb) 그리고, 나트륨(Na) 중 하나의 성분을 포함하는 유리재질로 이루어진 기판(101)에는 상대적으로 큰 100 와트(Watt) 내지 200 와트의 파워를 갖는 레이저 빔이 조사되는 바, 상기 레이저 빔이 조사되는 부분에서 열이 많이 발생하게 되므로 상기 기판(101)이 놓여지게 되는 상기 레이저 장치(미도시)의 스테이지(미도시)는 냉각 시스템이 갖추어져 상기 유리재질의 기판(101)이 높은 열에 의해 변형되지 않도록 상기 기판(101)을 적절히 냉각시키며 레이저 빔(193) 조사를 진행하는 것이 바람직하다.
이때 통상적으로 블랙매트릭스는 어레이 기판상의 게이트 배선과 데이터 배선에 대응되도록 형성되는 바, 이와 동일한 형태로 변색되는 부분을 형성하기 위해 종래의 블랙매트릭스가 형성되는 부분에 대응하여 상기 레이저 헤드(191)를 일방향으로 왕복 운동을 하며 레이저 빔(193)을 온(on)/오프(off)함으로써 상기 기 판(101)에 대해 흑색으로 변색된 영역(이를 광차단 영역(LS)이라 칭함)이 형성된다. 이 경우, 레이저 빔(193)의 선폭(w1)은 5㎛ 이상 수 mm단위까지 선택적으로 변경할 수 있는 바, 적절히 5㎛ 내지 20㎛로 조절한 후, 상기 레이저 빔(193)의 조사를 진행함으로써 상기 기판(101) 표면을 포함하여 그 내부로 전술한 5㎛ 내지 20㎛ 정도의 폭을 갖는 검게 변색된 광차단 영역(LS)을 형성할 수 있다. 이는 상기 유리기판 내에 포함된 세슘(Cesium; Cs), 알루미늄(Aluminum; Al), 루비듐(Rubidium; Rb), 나트륨(Sodium: Na) 중 하나의 성분이 특정 파장대(1064nm) 및 파워(에너지 밀도)의 레이저 빔 조사에 의한 포톤(photon) 에너지 흡수에 의해 투명한 상태에서 검게 변색되는 특성을 이용한 것이다. 이때 상기 유리기판은 그 자체에 상기 세슘(Cs), 알루미늄(Al), 루비듐(Rb), 나트륨(Na) 성분 이외에 산소 원소의 비결합 쌍이 많이 존재하는 바, 레이저 빔 조사에 의해 에너지를 흡수함으로써 전자-정공쌍을 이루게 되며 이러한 구조적 특징에 의해 지속적인 에너지를 흡수할 수 있는 상태가 됨으로써 상기 세슘(Cs), 알루미늄(Al), 루비듐(Rb), 나트륨(Na) 성분이 충분히 검게 변색될 수 있는 상태를 조금 빠른 시간내에 이루도록 하는 것이 특징이다.
이 경우 레이저 빔(193)의 해상도 및 공정 오차와 기판(101)내에서의 열확산에 의해 실질적인 기판(101) 내의 상기 레이저 빔(193) 조사에 의해 형성된 광차단 영역(LS)의 폭(w2)은 상기 레이저 빔(193)의 선폭(w1) 대비 1㎛ 내지 2㎛정도 더 큰 폭을 가지며 형성되게 된다.
이때, 상기 기판(101)에 있어 레이저 빔(193)이 조사되지 않은 부분 즉 레이 저 빔(193)이 조사되어 검게 변한 광차단 영역(LS)에 의해 둘러싸인 부분은 설명의 편의를 위해 각각 제 1 내지 제 3 광투과 영역(LT1, LT2, LT3)이라 정의한다. 이 경우 상기 제 1 광투과 영역(LT1)은 추후 적색 서브 컬러필터(red sub-color filter)가 형성될 영역이고, 제 2 광투과 영역(LT2)은 녹색, 제 3 광투과 영역(LT3)은 청색 서브 컬러필터(blue sub-color filter)가 형성될 영역이 된다. 도면으로 제시하지 않았지만, 평면적으로 봤을 때, 상기 광차단 영역(LS)은 격자형상을 가진다.
이때, 본 발명에 있어서는 상기 광차단 영역(LS)은 상기 기판(101) 두께(t1) 전체에 대해 검은색을 갖도록 변색시키는 것이 아니라 상기 기판(101)의 상면을 기준으로 상기 기판(101) 두께(t1)의 1/5 내지 1/3 정도만이 변색되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 검게 변색되는 부분 즉 광차단 영역(LS)의 두께(t2)는 레이저 빔(193)의 세기 더욱 정확히는 레이저 장치(미도시)의 파워(100 와트(Watt) 내지 200 와트를 적절히 조절함으로써 조정될 수 있다.
한편 일례로써 전술한 레이저 장치(미도시)를 이용한 레이저 빔 조사 공정에 있어서, 조건 특히 상기 레이저 헤드(191)의 이동속도를 10,000mm/sec, 상기 레이저 빔의 선폭(w1)을 10㎛으로 조절한 경우 1개의 레이저 헤드(191)를 가지고 1m * 1m의 기판(101)에 대해 가로방향 및 세로방향으로 각각 100㎛ 및 200㎛ 간격으로 레이저 빔(193) 조사를 실시한다고 가정하면 대략 23분 내지 25분 정도의 시간이 소요되며, 이를 기판(101)상의 구역을 나누어 4개의 레이저 헤드 또는 6개의 레이저 헤드를 가지고 진행하게 되면 4분 내지 6분정도의 처리시간을 갖게 된다. 이는 종래의 크롬 등의 금속물질을 증착(수Å 내지 수십 Å/sec)하고, 노광, 현상, 식각 및 스트립(strip)을 진행하여 블랙매트릭스를 형성하는 공정시간(단위 공정 이외에 단위 공정 장비 간 이동 시간 등을 포함하여 최소 10분 이상 소요됨)대비 1/2 이하로 줄어들게 된다. 따라서 공정 시간을 단축하고 나아가 현상액, 식각액, 포토레지스트 등을 사용하지 않음으로써 재료비를 절감시키는 효과를 갖게 된다.
이 경우, 평탄한 표면을 갖는 기판(101) 자체가 변색되어 광차단 영역(LS)와 제 1 내지 제 3 광투과 영역(LT1, LT2, LT3)이 정의되며, 이때 상기 광차단 영역(LS)은 기판(101) 표면으로부터 내부로 형성되는 바, 단차가 발생되지 않으므로 추후 공정 진행에 의해 그 상부에 형성되는 물질층에 의한 단차 발생의 문제는 발생하지 않는 것이 본 발명의 가장 큰 특징적인 것이 된다.
다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 단차없이 레이저 빔(도 3a의 193) 조사에 의해 검게 변색되어 형성된 광차단 영역(LS)을 포함하는 기판(101) 위로 적색 레지스트를 도포하여 적색 레지스트층(미도시)을 형성하고, 이를 투과영역과 차단영역을 갖는 노광 마스크(미도시)를 이용하여 노광하고, 연속하여 상기 노광된 적색 레지스트층을 현상함으로써 상기 다수의 제 1 영역(110a)에 대해 적색 서브 컬러필터(115a)을 형성한다. 이때, 상기 적색 서브 컬러필터(115a)는 상기 제 1 영역(110a)을 둘러싸며 상기 기판(101) 자체에 형성된 상기 광차단 영역(LS)과 중첩하도록 형성하는 것이 바람직하며, 이때 본 발명의 특성상 상기 광차단 영역(LS)은 상기 기판(101) 자체의 내부에 형성되고 있기 때문에 단차를 발생시키지 않으므로 상기 적색 서브 컬러필터(115a)는 상기 광차단 영역(LS)과 중첩된 부분과 제 1 영 역(110a)에 형성된 부분이 모두 상기 기판(101) 면으로부터 동일한 높이(h2)를 가지며 형성되는 것이 특징이다.
상기 제 1 광투과 영역(LT1) 및 상기 광차단 영역(LS) 전역에 걸친 상기 적색 서브 컬러필터(115a)의 제 3 두께(TT3)는 실질적으로 균일한데, 왜냐하면 상기 광차단 영역(LS) 및 제 1 내지 3 광투과 영역(LT1, LT2, LT3)는 서로 평탄한 표면을 가지기 때문이다.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 적색 서브 컬러필터(115a) 위로 전면에 녹색 레지스트를 도포하고, 이를 상기 적색 서브 컬러필터(115a)을 형성한 것과 같이 동일한 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 다수의 제 2 광투과 영역(LT2)에 대해 녹색 서브 컬러필터(115b)을 형성한다.
이후, 청색 레지스트를 상기 적, 녹 서브 컬러필터(115a, 115b) 위로 전면에 도포한 후, 상기 적색 및 녹색 서브 컬러필터(115a, 115b)를 형성한 것과 같이 패터닝하여 상기 다수의 제 3 광투과 영역(LT3)에 대해 청색 서브 컬러필터(115c)를 형성한다.
상기 적, 녹, 청색 서브 컬러필터(115a, 115b, 115c)는 상기 광차단 영역(LS)의 상부에서 서로 소정간격 이격되어 있다.
다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색 서브 컬러필터(115a, 115b, 115c) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 평탄한 표면을 갖는 공통전극(120)을 형성함으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판(101)을 완성한다.
다른 방안으로, 패턴드 스페이서(미도시)는 상기 광차단 영역(LS) 상부의 공통전극 (120) 상에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 패턴드 스페이서는 상기 광차단 영역(LS) 상부에서 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene; BCB), 포토아크릴(photo acryl), 사이탑(cytop), 그리고 퍼플루오로사이클로부텐(perfluorocyclobutene; PFCB) 중 하나를 코팅 및 패터닝함으로써 형성될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같은 제조 방법에 의해 제조된 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판은 상기 기판 자체에 레이저 빔 조사를 실시함으로써 조사된 부분을 변색되도록 하여 광차단층을 형성하고 있는 것을 보이고 있으나, 이후에는 본 발명의 제 2 실시예로서 기판 자체가 아닌 수지물질층에 대해 파워가 비교적 약한 네오디뮴 야그 레이저 빔을 조사하여 단차를 최소화한 광차단층을 형성하는 것을 특징으로 한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법의 경우, 파워가 비교적 작은 네오디뮴 야그 레이저 장치를 통해 레이저 빔을 조사함으로써 조사된 부분에서 기판을 변형 시킬 정도의 열 발생이 없는 바, 기판을 올려놓는 스테이지에 냉각 장치를 구비하지 않고 레이저 빔 조사 공정 진행을 할 수 있는 것이 특징적인 것이다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정에 따라 도시한 단면도이다.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연기판((201)) 상에 수지층(205)을 형성한다. 상기 수지층(205)은, 카보네이트 폴리머(carbonate polymer), 폴리에스테르 레진(polyester resin), 그리고 흑색 착색제 화합물(black coloring agent compound)을 포함하는 수지물질로 이루어질 수 있다.
한 예로, 상기 수지층(205)은 두께는 3,000 옹스트롱(Å) 내지 1 미크론(micron)일 수 있다.
이후 상기 수지층(205)이 형성된 기판(201)을 네오디뮴 야그 레이저 장치(미도시)의 스테이지(미도시) 상에 위치시키고, 상기 수지층(205) 위로 20mm정도의 이격간격(h3)을 갖도록 레이저 빔(293)을 조사하는 레이저 헤드(291)를 위치시킨 후, 상기 레이저 헤드(291)를 10,000mm/sec 내지 12,000mm/sec의 속도로 직선 왕복 운동 이동시키며 상기 수지층(205)에 레이저 빔(293)을 조사한다.
이때, 상기 네오디뮴 야그 레이저 장치(미도시)는 60Hz정도의 주파수 및 30 와트(Watt) 내지 100 와트정도의 파워를 갖는 1064nm파장의 레이저 빔(293)을 발생시키는 것을 특징으로 하며, 이러한 특성을 갖는 네오디뮴 야그 레이저 장치(미도시)에서 발생한 레이저 빔(293)은 그 세기가 제 1 실시예에 따른 네오디뮴 야그 레이저 장치에서 발생하는 레이저 빔 대비 작음으로 조사되는 부분에 있어서의 열 발생이 적게 된다.
상기 레이저 빔(209)이 조사되어 흑색으로 변색된 수지층(205)을 제외한 나머지 영역의 수지층(205)은 기판으로부터 제거한다. 한 예로, 상기 레이저 빔(209)이 조사된 수지층(205)을 포함한 기판을 IPA(IsoPropylAlcohol) 용액 또는 알코올에 디핑(dipping)하는 것에 의해 상기 변색되지 않은 수지층(205) 만을 선택 적으로 제거할 수 있다.
상기 제거단계를 거쳐서, 흑색으로 변색된 수지층(205)으로 이루어진 광차단층(210)이 완성되며, 상기 수지층(205)이 제거된 영역은 상기 광차단층(210)의 제 1, 2, 3 오픈부(215a, 215b, 215c)를 이룬다. 도면으로 제시하지 않았지만, 평면적으로 봤을 때, 상기 광차단층(210)은 격자형상을 가진다.
상기 광차단층(210)을 이루는 두께는 기존의 크롬계 블랙매트릭스나 수지계 블랙매트릭스보다 훨씬 얇게 형성되기 때문에, 상기 제거단계를 거쳐 상기 오픈부와 광차단층(210) 간에 단차가 생긴다하더라도 기존보다 무시할 정도의 두께에 해당된다.
기존의 블랙매트릭스가 가지는 단차로 인한 문제는 블랙매트릭스와 중첩되는 컬러필터가 기판으로부터 높이가 오픈부에 형성되는 컬러필터의 기판으로부터의 높이보다 훨씬 높기 때문에, 점점 로우 셀갭(low-cel gap)구조 추세인 것을 감안했을 때 블랙매트릭스와 중첩되는 컬러필터의 높이로 인해 대향기판과 쇼트를 발생시킬 수 있는 문제점이 있었는데, 본 발명에 따른 블랙매트릭스는 컬러필터의 위치별 높이차에 거의 기여하지 않으므로 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 본 발명에 이용되는 상기 수지층(205)은 자체적으로 흑색 착색제 물질을 포함하기 때문에, 비교적 작은 세기(단위 면적당 에너지 밀도)를 갖는 레이저 빔(293)을 통해서도 유리와 비교하여 용이하게 변색되어 상기 광차단층(210)을 형성하게 되며, 이때 열 발생량도 상기 레이저 빔의 세기에 비례하여 작아지게 되는 것이 특징이다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 수지층(205) 위로 적색 레지스트를 도포하여 적색 레지스트층(미도시)을 형성하고, 이를 투과영역과 차단영역을 갖는 노광 마스크(미도시)를 이용하여 노광하고, 상기 노광된 적색 레지스트층(미도시)을 현상함으로써 상기 제 1 오픈부(215a) 및 이를 둘러싸는 광차단층(210) 일부와 중첩하도록 적색 서브 컬러필터(220a)를 형성한다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 적색 서브 컬러필터(220a) 위로 전면에 녹색 레지스트를 도포하고, 이를 상기 적색 서브 컬러필터(220a)를 형성한 것과 같이 동일한 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 다수의 제 2 오픈부(215b) 및 이를 둘러싼 광차단층(210) 일부에 대해 녹색 서브 컬러필터(220b)를 형성하고, 연속하여 청색 레지스트에 대해서도 동일한 공정을 진행하여 상기 다수의 제 3 오픈부(215c) 및 이를 둘러싼 광차단층(210)에 대해 청색 서브 컬러필터(220c)를 형성한다.
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색 서브 컬러필터(220a, 220b, 220c) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 전면에 평탄한 표면을 갖는 공통전극(225)을 형성함으로써 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판(201)을 완성한다. 이 단계에서, 상기 공통전극(225)는 실질적으로 평탄하고, 상기 기판(201)과 현저한 단차를 만들지 않는다. 따라서, 상기 컬러필터층(220)과 상기 공통 전극(225) 사이에 별도의 오버코트층은 필요없게 된다.
한편, 전술한 제 1, 2 실시예에 있어서는 공통전극까지만 형성한 것을 일례로써 보이고 있으나, 최근에는 액정표시장치의 액정층의 두께를 일정하게 하기 위 해 구성하는 스페이서를 컬러필터 기판 상에 패터닝하여 형성하고 있으며, 이를 본 발명에서도 적용할 수도 있다.
따라서, 이를 본 발명의 제 1, 2 실시예 적용하면, 상기 공통전극 위로 무색 투명한 수지물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB), 포토 아크릴(photo acryl), 사이토프(cytop), 퍼플루로사이클로부텐(perfluorocyclobutene ; PFCB) 중 하나를 도포하여 제 2 수지물질층을 형성하고 이를 패터닝함으로써 상기 광차단층에 대응하여 서로 일정간격 이격하며 일정한 높이를 갖는 기둥형태의 패턴드 스페이서를 더욱 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 어레이 기판(300)과 컬러필터 기판(400)은 서로 대향되고, 액정층(350)이 상기 어레이 기판(300)과 컬러필터 기판(400) 사이에 배치되어 있다. 상기 어레이 기판(300)은 제 1 투명기판(302)과, 상기 제 1 투명기판(302) 상에 위치하는 게이트 전극, 반도체층, 소스 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터(T)와 상기 박막트랜지스터(T)와 연결되는 화소 전극(318)을 포함한다. 구체적으로, 상기 게이트 전극(304)은 상기 제 1 투명 기판(302) 상에 위치하고, 게이트 절연막(306)은 상기 게이트 전극(304) 상에 위치하고, 상기 반도체층(308)은 상기 게이트 전극(304) 상부 상기 게이트 절연막(306) 상에 위치하며, 상기 소스 전극(310) 및 상기 소스 전극(310)과 이격되는 드레인 전극(312)은 상기 반도체층(308) 상에 위치한다. 더욱이, 데이터 배선은 상기 소스 전극(310)과 연결되고, 실질적으로 상기 소스 전극(310)은 상기 데이터 배선(314)으로부터 연장된다. 보호층(316)은 상기 소스 전극 및 드레인 전극(310, 312) 상에 형성되고, 상기 드레인 전극(312)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(318)을 가진다. 상기 화소 전극(320)은 상기 보호층(316) 상에 형성되고, 상기 드레인 콘택홀(318)을 통해 상기 드레인 전극(312)에 연결된다.
상기 컬러필터 기판(400)은 광차단 영역(LS)을 포함하는 제 2 투명 기판(402)과, 상기 제 1 내지 제 3 광투과영역(LT1, 미도시, LT3)에는 적, 녹, 청 서브 컬러필터(406a, 미도시, 406c)를 포함하는 컬러필터층(406)과, 상기 컬러필터층(406) 상에 위치하는 공통전극(408)을 포함한다. 실질적으로, 상기 화소 전극(320)은 적, 녹, 청 서브 컬러필터(406a, 미도시, 406c) 각각에 대응하도록 형성된다.
더욱이, 패턴드 스페이서(360)는 어레이 기판(300)과 컬러필터 기판(400) 사이에 위치하며, 상기 광차단 영역(LS)에 대응한다. 도면으로 제시하지 않았지만, 제 1, 2 배향막(미도시)은 어레이 기판(300)과 컬러필터 기판(400)의 내부에 형성되고, 상기 패턴드 스페이서 (360)에 접촉한다.
다른 대안으로, 상기 패턴드 스페이서(360)는 전술된 제 2 실시예에서 언급된 바와 같이 레진 물질로 이루어진 광차단층(210)이 형성된 컬러필터 기판(400)을 포함하는 액정표시장치에 적용될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 블랙매트릭스가 적용된 컬러필터와 어레이 소자가 동일 기판에 형성되는 구조의 액정표시장치에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 COT (color filter on thin film transistor) 구조 액정표시장치에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(500, 600)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 두 기판(500, 600) 사이에 액정층(550)이 개재되어 있는 구조에서, 제 1 기판(500) 상에는 게이트 전극(502), 반도체층(506), 소스 전극(508) 및 드레인 전극(510)으로 이루어진 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 소스 전극(508)과 연결되어 데이터 배선(512)이 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에는 제 1 보호층(514)이 형성되어 있으며, 제 1 보호층(514) 상부에는 컬러필터층(516)이 형성되어 있으며, 컬러필터층(516) 상부에는 제 2 보호층(518)이 형성되어 있다. 상기 컬러필터층(516)은 적, 녹, 청 서브 컬러필터(516a, 516b, 미도시)로 이루어지는데, 도면에서는 녹색 서브 컬러필터(516b) 영역을 중심으로 해서, 녹색 서브 컬러필터(516b)와 이와 인접한 적색 컬러필터(516a) 영역이 일예로 도시되어 있다. 그리고, 상기 제 1 보호층(514), 컬러필터층(516) 그리고, 상기 제 2 보호층(518)에는 상기 드레인 전극(510)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(520)을 이룬다. 상기 제 2 보호층(518) 상부에는 상기 드레인 콘택홀(520)을 통해 드레인 전극(510)과 연결되는 화소 전극(522)이 형성되어 있다.
또 하나의 기판인 제 2 기판(600)의 내부면에는 상기 박막트랜지스터(T) 및 데이터 배선(512)과 대응된 위치에서 블랙매트릭스 역할을 하는 광차단 영역(LS)이 정의되어 있고, 상기 광차단 영역(LS)은 상기 제 2 기판(600)의 일부 영역만을 레이저 빔 조사에 의해 흑색으로 변색시킨 영역에 해당된다. 상기 광차단 영역(LS) 의 형성방법에 대해서는 도 3a 내지 3d를 통해서 설명한 바 있다.
상기 광차단 영역(LS)을 포함하는 제 2 기판(600)의 내부면에는 공통 전극(602)이 형성되어 있고, 앞에서 언급했던 액정층(550)은 실질적으로 상기 화소 전극(522)과 공통 전극(602) 사이에 위치한다. 상기 액정층(550)의 두께는 셀갭(CG)에 대응되는 값을 가지며, 상기 셀갭(CG)과 대응된 값을 가지며 상기 화소 전극(522)과 공통 전극(602) 사이 구간의 광차단 영역(LS) 및 데이터 배선(512)과 대응된 위치에는 패턴드 스페이서 (560)가 형성되어 있다. 도 6에서, 상기 패턴드 스페이서(560)은 적색 서브 컬러필터(516a)와 녹색 서브컬러필터(516b) 사이 구간에 위치하지만, 상기 패턴드 스페이서 (560))의 위치는 상기 광차단 영역(LS)의 위치에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
이와 같이, 블랙매트릭스와 컬러필터가 서로 다른 기판에 형성되는 COT 구조에서도 본 발명에 따른 블랙매트릭스 및 그 제조방법을 적용하면 전체 공정의 단순화 및 비용 절감에 효과적일 수 있다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 블랙매트릭스와 컬러필터를 서로 다른 기판에 형성하는 또 하나의 구조로서 TOC 구조에도 본 발명에 따른 블랙매트릭스 및 그 제조방법을 적용할 수 있다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예들로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하시 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치용 기판 및 그 제조방법에 따르면, 기존의 사진식각 공정을 이용해 형성하는 블랙매트릭스를 이용하지 않고 레이저 빔으로 유리기판의 일부 영역을 흑색으로 변색시켜 광차단 영역으로 사용하거나 또는 흑색착색제를 포함하는 수지물질층을 도포한 후 일부 영역만을 레이저 빔으로 조사하여 흑색으로 변색시키고 그외 영역은 제거하여 광차단층으로 이용함에 따라 기존의 사진식각 공정을 이용한 블랙매트릭스보다 공정시간 및 비용을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, 컬러필터 기판에 적용되었을 때 컬러필터에 대한 사진식각 공정 만을 실시하면 되므로, 전체 사진식각 공정수를 줄일 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 블랙매트릭스로 이용되는 광차단 영역 또는 광차단층은 단차를 발생시키기 않거나 또는 단차가 거의 없기 때문에 별도의 오버코트층을 생략할 수 있으므로, 이와 관련된 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 블랙매트릭스로 이용되는 광차단 영역 또는 광차단층은 원하는 영역만을 선택적으로 흑색으로 변색시키기 때문에, 그외 영역은 광투과영역으로 사용하는 것이 무방하므로, 기존에서와 같이 제거되지 않고 남아서 흑점 불량을 발생시키는 일이 없으므로, 수율이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (25)

  1. 레이저 장치의 스테이지 상에 투명기판을 배치하는 단계와;
    상기 투명 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 투명기판의 일부를 흑색으로 변색시켜 제1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단 영역을 상기 투명기판 내에 형성하는 단계와;
    상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역 각각에 위치하는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 조사하는 단계는 상기 기판을 기준으로 7,000mm/sec 내지 10,000mm/sec의 속도로 레이저 빔을 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 파워는 100 와트(Watt) 내지 200 와트인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광차단 영역은 상기 투명 기판 두께의 5분의 1(1/5) 내지 3분의 1(1/3)두께를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 장치는 1064 나노미터(nm)의 파장을 가지는 레이저 빔을 생성하는 네오디뮴 야그(Neodymium - yttrium aluminum garnet; Nd-YAG) 레이저 장치인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명기판은 세슘(Cs), 알루미늄(Al), 루비듐(Rb) 그리고 나트륨(Na) 중 적어도 하나를 가지는 유리(glass)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  7. 투명 기판 상에 레진층을 형성하는 단계와;
    레이저 장치의 스테이지 상에 기판을 배치하는 단계와;
    상기 레진층에 레이저 빔을 조사하여 상기 레진층의 일부를 흑색으로 변색시켜 제1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단 영역을 상기 레진층 내에 형성하는 단계와;
    상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역 각각에 위치하는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 장치는 1064 나노미터(nm)의 파장을 가지는 레이저 빔을 생성하는 네오디뮴 야그(Neodymium - yttrium aluminum garnet; Nd-YAG) 레이저 장치인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 조사하는 단계는 상기 기판을 기준으로 10,000mm/sec 내지 12,000mm/sec의 속도로 레이저 빔을 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 파워는 30 와트(Watt) 내지 100 와트인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 레진층은 카보네이트 폴리머(carbonate polymer), 폴리에스테르 레진(polyester resin), 그리고 흑색 착색제 화합물(black coloring agent compound)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 광차단 영역에 광차단층을 형성하기 위하여 상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 있는 레진층 부분을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
  13. 투명 기판과;
    상기 투명기판 내부에 일부가 흑색으로 변색되어 형성되고, 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단 영역과;
    상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 각각 위치하며, 서로 동일 두께를 가지는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층
    을 포함하는 액정표시장치용 기판.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 컬러필터층 상에 위치하는 공통 전극을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 광차단 영역은 상기 투명 기판 두께의 5분의 1(1/5) 내지 3분의 1(1/3)두께를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 투명기판은 세슘(Cs), 알루미늄(Al), 루비듐(Rb) 그리고 나트륨(Na) 중 적어도 하나를 가지는 유리(glass)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판.
  17. 투명 기판과;
    상기 투명기판 상에 위치하며, 일부가 흑색으로 변색되어 형성되고, 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸는 광차단층과;
    상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 각각 위치하며, 서로 동일 두께를 가지는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하는 컬러필터층
    을 포함하고,
    상기 광차단층은 카보네이트 폴리머, 폴리에스테르 레진, 그리고 흑색착색제 화합물을 포함하는 레진인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판.
  18. 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대응되며, 일부가 흑색으로 변색되어 형성되는 광차단 영역과 상기 광차단 영역에 의해 둘러싸이는 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 포함하는 제 2 기판과;
    상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 각각 대응되도록 상기 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판의 내부면에 형성되는 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하며, 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 컬러필터층과;
    상기 제 1, 2 기판 사이에 위치하는 액정층
    을 포함하는 액정표시장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에 위치하는 공통 전극과;
    상기 제 1 기판의 내부면 상에 위치하는 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터 각각에 대응하는 화소 전극과;
    상기 공통 전극과 화소 전극 사이에 위치하며, 상기 광차단 영역에 대응하는 패턴드 스페이서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 상기 제 2 기판과 공통 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 상기 박막트랜지스터와 화소 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제 1 기판 및 상기 제 1 기판과 대응되게 위치하는 제 2 기판과,
    상기 제 2 기판 상의 내부면에 형성되고, 제 1 내지 제 3 광투과 영역을 둘러싸고, 카보네이트 폴리머, 폴리에스테르 레진, 그리고 흑색착색제 화합물을 포함하고, 일부가 흑색으로 변색된 레진물질로 이루어진 광차단층과;
    상기 제 1 내지 제 3 광투과 영역에 각각 대응되도록 상기 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판의 내부면에 적, 녹, 청 서브 컬러필터를 포함하며, 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 경계부들은 상기 광차단 영역에 대응하는 컬러필터층과;
    상기 제 1, 2 기판 사이에 위치하는 액정층
    을 포함하는 액정표시장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에 위치하는 공통 전극과;
    상기 제 1 기판의 내부면 상에 위치하는 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터 각각에 대응하는 화소 전극과;
    상기 공통 전극과 화소 전극 사이에 위치하며, 상기 광차단층에 대응하는 패턴드 스페이서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 상기 제 2 기판과 공통 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 상기 박막트랜지스터와 상기 화소 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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