KR101263496B1

KR101263496B1 - 컬러필터기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101263496B1
Application number: KR1020050056853A
Authority: KR
Inventors: 문태웅; 박성일; 박광순; 김홍재; 김태만
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2013-05-13
Also published as: US8173334B2; US20070002218A1; KR20070001390A; CN100426013C; CN1892261A; JP2007011325A

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 표시영역중 가장자리 영역에서 발생되는 밝음 불량을 개선한 컬러필터기판 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계; 상기 블랙매트릭스가 형성된 기판 상에 순차적으로 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하는 단계; 를 포함하며 상기 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하는 단계에서는 두께가 서로 다른 제 1 적색, 녹색, 청색 컬러필터층과, 제 2 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 컬러필터기판에 형성되는 컬러필터층의 두께를 다양하게 형성함으로써, 투과되는 광량을 조절하여 밝음 불량을 개선한 효과가 있다.

LCD, 컬러필터층, 밝음 불량, 두께, 투과율

Description

컬러필터기판 및 그 제조방법{COLOR FILTER SUBSTRUCTURE AND METHOD FOR COLOR FILTER SUBSTRUCTURE}

도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 종래 기술에 따른 컬러필터기판을 도시한 평면도.

도 3은 상기 도 2의 절단선Ⅰ-Ⅰ'의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 컬러필터기판을 도시한 평면도.

도 5a는 상기 도 4의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도.

도 5b는 상기 도 4의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'의 단면도.

도 5c는 상기 도 4의 절단선 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도.

도 5d는 상기 도 4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ'의 단면도.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 컬러필터기판에서 밝음 불량을 개선하기 위하여 형성된 다양한 컬러필터층의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터기판을 도시한 평면도.

도 8a는 상기 도 8의 절단선 Ⅵ-Ⅵ'의 단면도.

도 8b는 상기 도 8의 절단선 Ⅶ-Ⅶ'의 단면도.

도 8c는 상기 도 8의 절단선 Ⅷ-Ⅷ'의 단면도.

도 8d는 상기 도 8의 절단선 Ⅸ-Ⅸ'의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

130,230: 절연기판 135a,235a: 제 1 적색 컬러필터층

135b,235b: 제 2 적색 컬러필터층 136a,236a: 제 1 녹색 컬러필터층

136b,236b: 제 2 녹색 컬러필터층 137a,237a: 제 1 청색 컬러필터층

137b,237b: 제 2 청색 컬러필터층

본 발명은 액정표시장치의 표시영역중 가장자리 영역에서 발생되는 밝음 불량을 개선한 컬러필터기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현대사회가 정보 사회화로 변해 감에 따라 정보표시장치의 하나인 액정표시장치 모듈의 중요성이 점차로 증가되어 가고 있다. 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 CRT(cathode ray tube)는 성능이나 가격적인 측면에서 많은 장점들을 갖고 있지만, 소형화 또는 휴대성 측면에서 많은 단점을 갖고 있다.

반면에 액정표시장치는 소형화, 경량화, 박형화, 저 전력소비화 등의 장점이 있어 상기 CRT의 단점을 극복할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정표시장치의 구조는 크게 컬러필터기판(22)과 TFT기판(21) 및 액정층(17)으로 구분되는데, 상기 컬러필터기판(22)은 제 1 절연기판(20) 상에 크롬(Cr) 또는 수지로된 블랙 매트릭스(BM: black matrix, 13)가 형성되어 있고, 상기 블랙 매트릭스(13)가 형성된 격자 공간에 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러 필터층(15)이 형성되어 있다.

그리고 상기 제 1 절연기판(20) 상의 전 영역에는 투명 금속으로 형성된 공통전극(11)이 배치되어 있다.

상기 컬러필터기판(22)과 대응되는 상기 TFT기판(21)은 제 2 절연기판(10) 상에 다수개의 게이트 배선(1)과 데이터 배선(3)이 교차되어 단위 화소 영역을 정의하고, 상기 단위 화소 영역 상에 스위칭 동작을 하는 TFT(5)와 화소전극(9)이 배치되어 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 액정표시장치는 상기 제 2 절연기판(10)의 화소 전극(9)과 상기 제 1 절연기판(20)의 공통전극(11) 사이에 발생되는 전계에 의하여 액정층(17)의 액정 분자들을 회전시켜 광원의 투과율을 조절한다.

상기 액정층(17)에서 투과율이 조절된 광은 상기 컬러필터기판(22) 상에 형성된 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러 필터층(15)을 통과하면서 화상을 디스플레이하는 방식으로 이루어진다.

도 2는 종래 기술에 따른 컬러필터기판을 도시한 평면도이고, 도 3은 상기 도 2의 절단선Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 액정표시장치의 컬러필터기판의 구조가 도시되어 있다.

상기 컬러필터기판은 크롬 또는 불투명 수지로된 블랙 매트릭스(BM 영역)가 격자 형태로 형성되어 있고, 격자 형상을 하고 있는 상기 블랙 매트릭스 사이에 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러 레진(color resin)으로 형성된 적, 녹, 청 컬러필터층들이 형성되어 있다.

도 3을 참조하면, 절연기판(30) 상에 격자 형태로 블랙 매트릭스(31)가 형성되어 있고, 상기 블랙 매트릭스(31) 사이에 적, 녹, 청 컬러 필터층(35a, 35b, 35c)이 형성되어 있다.

그리고 상기 적, 녹, 청 컬러필터층들(35a, 35b, 35c)의 두께는 모두 동일하게 형성되어 있는데, 일반적으로 상기 컬러필터기판의 모든 컬러필터층들은 이와 같이 동일한 두께로 형성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 컬러필터기판은 여러가지 원인에 의해서 가장자리 둘레 영역이 다른 영역보다 훨씬 밝게 보이는 밝음 불량이 발생된다.

이와 같은 밝음 불량의 원인은 다양하다.

첫째, 컬러필터기판에서 밝음 불량이 발생되는 컬러필터층에 대응되는 TFT기판의 화소전극들은 대부분 가장자리 둘레에 배치되어 있기 때문에 다른 화소전극들과 달리 인접한 화소전극들이 존재하지 않는다.

그래서, 상기 TFT기판의 가장자리 둘레 영역에 형성되어 있는 화소전극들과 가장자리 둘레 내측에 형성되어 있는 화소전극들에서 발생되는 전계 형태가 달라져 밝음 불량이 발생된다.

둘째, 상기 TFT기판 또는 컬러필터기판에 형성하는 배향막 배향 불량 또는 액정 배향 불량으로 인하여 디스플레이되는 가장자리 영역에서 밝음 불량이 발생된 다.

세째, 스토리지 온 게이트(storage on gate) 방식의 액정표시장치에서는 어레이기판의 첫번째 게이트 라인에 형성된 화소전극들은 오버랩되는 전단 게이트 라인이 존재하지 않는다.

그래서 첫번째 게이트 라인의 화소전극들과 오버랩될 수 있도록 더미 게이트 라인(dummy gate line)을 형성하는데, 상기 더미 게이트 라인에는 일정한 크기의 게이트 로우 전압(Vgl)이 인가되어 상기 첫번째 게이트 라인에 대응되는 화소전극들에 스토리지 커패시턴스(storage capacitance)가 형성된다.

하지만, 첫번째 게이트 라인 이후의 화소전극들은 이전 게이트 라인(N-1 번째)에 인가되는 펄스 전압과 화소 전극(N번째 게이트 라인)과의 사이에서 스토리지 커패시턴스가 발생된다.

이와 같이, 첫번째 게이트 라인에 대응되는 화소전극들의 스토리지 커패시턴스와, 다른 화소전극들의 스토리지 커패시턴스 차이로 인하여 밝음 불량이 발생된다.

네째, 상기 TFT기판에 형성된 다수개의 데이터 라인들 중 첫 단과 마지막 단의 데이터 라인은 다른 데이터 라인과 달리 인접한 영역에 화소전극 배열들이 존재하지 않는 비대칭구조이다. 그래서 상기 첫단과 마지막단 데이터 라인과 화소전극들 사이에서 발생되는 Cdp값이 다른 데이터 라인과 화소전극과의 Cdp 값과 다른 값을 갖게된다.

상기 Cdp 값은 각각의 화소전극에서 형성되는 스토리지 커패시턴스값에 영향 을 주기 때문에 첫단과 마지막단의 데이터 라인 영역에서 밝음 불량이 발생된다.

상기와 같은 원인에 의해서 발생되는 밝음 불량은 결과적으로 액정표시장치의 화면 품위를 저하시키는 원인이 되고 있다.

본 발명은, 컬러필터기판에 형성되는 컬러필터층의 두께를 다양하게 형성함으로써, 투과되는 광량을 조절하여 밝음 불량을 개선한 컬러필터기판 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터기판 제조방법은,

기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계;

상기 블랙매트릭스가 형성된 절연기판 상에 순차적으로 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하는 단계;

를 포함하며 상기 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하는 단계에서는 두께가 서로 다른 제 1 적색, 녹색, 청색 컬러필터층과, 제 2 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터기판 제조방법은,

기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계;

를 포함하며 밝음 불량이 발생하는 영역에는 두께가 두꺼운 제 1 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하고, 밝음 불량이 발생하지 않는 영역에는 제 1 적색, 녹색, 청색 컬러필터층보다 두께가 얇은 제 2 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 컬러필터기판은,

기판;

상기 기판 상에 형성된 블랙매트릭스;

상기 기판 상에 형성된 컬러필터층;을

포함하며 상기 컬러필터층들은 제 1 투과영역과 제 2 투과영역으로 구분되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 컬러필터기판은,

기판;

상기 기판 상에 형성된 블랙매트릭스;

상기 기판 상에 형성된 컬러필터층;을

포함하며 상기 컬러필터층들은 밝음 불량을 개선하기 위한 제 1 투과영역과 제 2 투과영역으로 구분되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 컬러필터기판에 형성되는 컬러필터층의 두께를 다양하게 형성함으로써, 투과되는 광량을 조절하여 밝음 불량을 개선하였다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 컬러필터기판을 도시한 평면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 컬러필터기판은 투명성 절연기판 상에 격자 형태로 블랙 매트릭스(Black Matrix: BM 영역)가 형성되어 있고, 상기 블랙 매트릭스의 사이에 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터층이 교대로 형성되어 있다.

본 발명에서는 컬러필터기판의 형성되는 컬러필터층의 두께를 조절하여 종래기술에서와 같이 컬러필터기판의 가장자리 둘레에 발생되던 밝음 불량을 개선하였다.

즉, 도면에 도시된 점선 영역은 밝음 불량이 발생되는 영역이기 때문에 본 발명에서는 이 영역의 컬러필터층들의 두께를 다른 영역에 형성되는 컬러필터층들의 두께보다 두껍게 형성하였다.

그래서, 상기 컬러필터기판의 가장자리 영역으로 투과되는 광은 두껍게 형성된 컬러필터층을 통과하기 때문에 다른 컬러필터층을 통과하는 광보다 휘도가 낮아져서 밝음 불량이 발생되지 않는다.

이하, 본 발명의 컬러필터기판에 형성된 컬러필터층의 구조를 중심으로 상세히 설명한다.

도 5a는 상기 도 4의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 도 4의 컬러필터기판에 표시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 형성된 청색(B) 컬러필터층들은 모두 동시에 형성되지만, 가장자리 영역의 컬러필터층과 그 이외의 컬러필터층의 두께가 서로 다르게 형성되어 있다.

그래서 밝음 불량이 발생되는 영역(도 4의 점선 영역)에서 형성된 제 1 청색 컬러필터층(137a)의 두께가 그외의 영역에 형성된 제 2 청색 컬러필터층(137b)의 두께보다 두껍게 형성되어 있다.

그리고 상기 제 1 청색 컬러필터층(137a)과 제 2 청색 컬러필터층(137b)들은 상기 절연기판(130) 상에 형성된 블랙 매트릭스(131) 사이에 각각 형성되어 있다.

상기 절단선 Ⅱ-Ⅱ' 영역은 모두 청색(B) 컬러필터층들(137a, 137b)이 형성되는 영역이기 때문에 상기 청색 컬러필터층들(137a, 137b)은 상기 블랙 매트릭스(131)가 형성된 절연기판(130) 상에 청색 컬러레진을 형성한 다음, 한번의 마스크 공정에 의해 형성된다.

이때, 상기 컬러필터기판의 가장자리(도 4의 점선 영역)에 위치하는 제 1 청색 컬러필터층(137a)은 밝음 불량을 개선하기 위하여 밝음 불량이 발생하지 않는 영역에 형성된 제 2 청색 컬러필터층(137b)들보다 두껍게 형성한다.

따라서, 상기와 같이 절연기판(130) 상에는 청색 컬러레진을 형성할 때, 상기 절연기판(130)의 전 영역에 밝음 불량을 개선할 수 있는 제 1 청색 컬러필터층(137a)의 두께로 형성한다.

그런 다음, 하프톤 마스크를 사용하여 가장자리 영역(도 4의 점선 영역)의 컬러레진과 그 이외 영역의 컬러레진에 서로 다른 광량으로 노광 공정을 진행하여 상기 제 1 청색 컬러필터층(137a)이 제 2 청색 컬러필터층(137b)보다 두껍게 패터닝되도록 한다.

상기 제 1 청색 컬러필터층(137a)과 제 2 청색 컬러필터층(137b)의 두께를 비교하기 위해서 도면에 점선으로 상기 제 2 청색 컬러필터층(137b)의 두께를 표시 하였다.

보다 상세하게는, 밝음 불량을 개선시키기 위해서 두껍게 형성되는 컬러필터층 영역은 하프톤 마스크중 완전투과영역에 대응시키고, 밝음 불량 개선과 관계없는 컬러필터층 영역은 하프톤 마스크중 반투과영역에 대응시키며, 컬러필터층이 형성되지 않는 영역은 완전비투과영역(도 4의 BM 영역)에 대응시켜 노광 공정을 진행한다.

왜냐하면, 일반적으로 컬러레진은 네가티브(negative) 성질을 갖고 있으므로, 노광 공정에 의해 빛을 받은 부분은 남아 있고, 빛이 받지 않은 부분은 제거되기 때문이다.

따라서, 포지티브(positive) 성질을 갖는 경우에는 네가티브 성질과 반대로 노광 공정을 진행하여 두께가 서로 다른 컬러필터층을 형성한다.

상기에서 사용되는 하프톤 마스크는 슬릿(slit) 마스크, MoSi 페이스 시프트(phase shift) 마스크, CrOx 페이스 시프트(phase shift) 마스크를 사용한다.

상기 슬릿 마스크는 빛의 회절 현상을 이용하여 투과량을 조절하는 마스크이고, 상기 MoSi 페이스 시프트(phase shift) 마스크는 단층 또는 이층 구조의 마스크로써, 투과율 조절층 또는 투과율 조절층과 위상 시프트층으로 구성되어 있어 투과량을 조절하는 마스크이다.

상기 CrOx 페이스 시프트(phase shift) 마스크도 상기 MoSi 페이스 시프트(phase shift) 마스크와 마찬가지로 단층 또는 이층 구조의 마스크 구조를 하고 있고, 투과율 조절층 또는 투과율 조절층과 위상 시프트층으로 구성되어 있어 투과량 을 조절하는 마스크이다.

상기에서 제시한 하프톤 마스크들은 공지된 기술이기 때문에 상세한 마스크 구조와 기능 설명은 생략한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 하프톤 마스크를 이용하여 노광 공정이 완료되면, 현상 공정을 진행하고, 경화 공정(curing)을 진행하여 두께가 서로 다른 제 1 청색 컬러필터층(137a)과 제 2 청색 컬러필터층(137b)을 형성한다.

상기 청색 컬러필터층(137a, 137b)중에서 도 4의 점선 영역(밝음 불량 개선 영역)에 대응하는 제 1 청색 컬러필터층(137a)은 하프톤 마스크의 완전투과영역에 대응되기 때문에 두께가 최초 절연기판(130) 상에 형성한 컬러레진의 두께와 같다.

그리고 도 4의 점선 영역이외의 제 2 청색 컬러필터층(137b)은 하프톤 마스크의 반투과영역에 대응되기 때문에 컬러필터레진의 일부가 제거되어 상기 제 1 청색 컬러필터층(137a)의 두께보다 얇게 형성된다.

마지막으로 하프톤 마스크의 완전비투과영역에 대응되는 영역의 컬러레진은 노광후, 현상 공정에서 모두 제거된다.

이와 같이, 밝음 불량이 발생되는 영역의 컬러필터층 두께를 다른 영역에 형성된 컬러필터층 두께보다 두껍게 형성함으로써, 밝음 불량이 발생되는 영역에서 투과되는 광량을 줄여 밝음 불량을 개선하였다.

상기에서 설명한 방법을 적용하여 형성된 컬러필터기판중 도 4의 Ⅲ-Ⅲ', Ⅳ-Ⅳ', Ⅴ-Ⅴ' 선을 영역의 구조는 다음과 같다.

도 5b는 상기 도 4의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'의 단면도이고, 도 5c는 상기 도 4의 절 단선 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도이며, 도 5d는 상기 도 4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ'의 단면도이다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 도 4의 컬러필터기판의 밝음 불량 개선 영역(점선 영역)에서는 상기 도 5a에서 설명한 바와 같이 두께가 상대적으로 두꺼운 제 1 적, 녹, 청색 컬러필터층(135a, 136a, 137a)가 형성되어 있다.

상기 제 1 적, 녹, 청색 컬러필터층(135a, 136a, 137a)의 두께와 다른 영역에 형성되는 제 2 적, 녹, 청색 컬러필터층(135b, 136b, 137b)의 두께를 비교할 수 있도록 상기 제 2 적, 녹, 청색 컬러필터층(135b, 136b, 137b)의 두께를 점선으로 표시하였다.

따라서, 밝음 불량이 발생되지 않은 영역(점선 영역외)에는 상대적으로 두께가 얇은 제 2 적, 녹, 청색 컬러필터층들이 각각 형성된다.(이후 설명할 도 5c, 도5d 참조)

도 4의 Ⅲ-Ⅲ' 영역은 컬러필터기판의 상측 가장자리 영역(첫번째 게이트 라인에 대응하는 화소영역)이므로 밝음 불량이 발생되는 영역이다. 그래서, 모든 컬러필터층들의 두께가 밝음 불량이 발생되지 않는 영역(점선 이외의 영역)에 형성되는 컬러필터층들의 두께보다 두꺼운 구조로 형성된다.

따라서, 상기 제 1 적, 녹, 청색 컬러필터층(135a, 136a, 137a)의 제조 공정을 설명하면 먼저, 절연기판(130) 상에 블랙 매트릭스(131)를 형성한 다음, 적색 컬러레진을 상기 절연기판(130)의 전 영역 상에 형성한다.

상기 절연기판(130)의 전영역 상에 밝음 불량을 개선할 수 있을 정도의 두께로 컬러레진을 형성하고, 이를 상기 도 5a에서 설명한 하프톤 마스크를 사용하여 밝음 불량이 발생되는 영역과 그외의 영역에서 서로 다른 두께의 컬러필터층을 형성한다.

따라서, 적색 컬러필터층도 밝음 불량을 개선할 수 있을 정도로 두껍게 형성되는 제 1 적색 컬러필터층(135a)과 두께가 얇은 제 2 적색 컬러필터층(도 5의 135b)을 동시에 형성한다.

이와 같은 방식으로 녹색 컬러필터층과 청색 컬러필터층을 각각 형성하여 밝음 불량이 발생되는 영역에서는 두께가 두꺼운 제 1 녹색 컬러필터층(136a)과 제 1 청색 컬러필터층(137a)을 형성하고, 밝음 불량이 발생되지 않은 영역에서는 두께가 얇은 제 2 녹색 컬러필터층(도 5c의 136b)과 제 2 청색 컬러필터층(도 5d의 137b)을 형성한다.

도 5c와 도 5d에서도 하프톤 마스크 공정을 적용하여 밝음 불량이 발생되는 점선 영역에서는 각각 두께가 두꺼운 제 1 청색 컬러필터층(137a)과 제 1 적색 컬러필터층(135a)이 형성된다.

그리고 밝음 불량이 발생되지 않은 점선 이외의 영역에서는 상기 제 1 적색 컬러필터층(135a)과 제 1 청색 컬러필터층(137a)의 두께보다 얇은 제 2 적색 컬러필터층(135b)과 제 2 녹색 컬러필터층(136b) 및 제 2 청색 컬러필터층(137b)이 형성된다.

이와 같이 본 발명에서는 밝음 불량이 발생되는 영역에서는 투과되는 광량을 줄이기 위하여 두꺼운 컬러필터층을 형성함으로써, 화면 품위를 개선하였다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 컬러필터기판에서 밝음 불량을 개선하기 위하 여 형성된 다양한 컬러필터층의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 6a는 밝음 불량을 개선하기 위하여 하나의 컬러필터층 전체의 두께를 다른 컬러필터층의 두께보다 두껍게 형성한 구조이다.

즉, 상기 도 5a 내지 도 5d에서 설명한 바와 같이, 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 중심으로 밝음 불량이 발생되는 영역에 형성되는 컬러필터층은 전체가 두껍게 형성되고(h1), 밝음 불량이 발생되지 않은 영역에 형성되는 컬러필터층은 전체가 얇게 형성된다(h2).

이와 같이, 컬러필터층 단위로 두께가 구분되는 경우에는 하프톤 마스크의 완전투과영역과 반투과영역도 컬러필터층 단위로 구분된다.

하지만, 도 6b에 도시된 바와 같이, 하나의 컬러필터층내에서 서로 다른 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 이와 같이 하나의 컬러필터층 내에서 서로 다른 두께를 갖도록 컬러필터층을 형성할 경우에는 하프톤 마스크의 완전투과영역과 반투과영역이 하나의 컬러필터층을 기준으로 구분된다.

예를 들어 두께가 h1 영역에서는 하프톤 마스크의 완전투과영역에 대응하고, h2의 두께에서는 반투과영역에 대응한다.

이와 같이, 하나의 컬러필터층에 대해서 서로 다른 두께를 갖도록 하면, h1 영역으로 투과되는 광과, h2 영역으로 투과되는 광이 서로 다르지만, 하나의 컬러필터층의 크기는 매우 작기 때문에 전체적으로 일정한 투과율을 갖는 값을 갖게 된다.

즉, 하나의 컬러필터층 전체가 h2의 두께(얇은)를 갖는 경우보다 낮은 휘도 를 갖고, 단위 컬러필터층 전체가 h1의 두께(두꺼운)를 갖는 경우보다는 높은 휘도를 갖게되어 투과되는 광량을 조절할 수 있게 된다.

따라서, 도 6b에서는 수평 기준선을 중심으로 상측에 형성되는 컬러필터층의 두께를 h1으로 형성하고, 하측에 형성되는 컬러필터층의 두께를 h2로 형성하였다.

같은 방식과 원리를 이용하여, 도 6c와 도 6d에서도 수직한 기준선을 중심으로 좌측에 h1 또는 h2의 두께를 갖는 컬러필터층을 형성하고, 수직한 기준선을 중심으로 우측에 h2 또는 h1의 두께를 갖는 컬러필터층을 형성하였다.

도면에서는 더 도시하지 않았지만, 하나의 컬러필터층에서 서로 다른 두께를 갖는 컬러필터층을 형성하여 휘도를 조절할 수 있기 때문에 이와 같은 원리를 기초로 하여 컬러필터층 소정의 중심 영역을 두껍게 또는 얇게 형성하고 중심을 기준으로 둘레를 따라 얇게 또는 두껍게 형성할 수 있다.(중심의 수평 기준선을 절단하면 요청 형상이 나타나는 구조)

또한, 컬러필터층의 두께를 상이하게 하는 방식을 적용하여 단위 컬러필터층의 전영역을 요철 구조를 갖도록 형성하여 휘도를 조절할 수 있다. 물론 이와 같이 하나의 컬러필터층에서 여러번의 서로 다른 두께를 갖는 컬러필터층을 형성하기 위해서는 하나의 컬러필터층과 대응되는 영역에 완전투과영역과 반투과영역이 다수개 형성된 하프톤 마스크를 사용한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터기판을 도시한 평면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 컬러필터기판은 격자 형태로 형성된 블랙 매트릭스(Black Matrix: BM) 사이에 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터층이 교대로 형성되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 디스플레이되는 엑티브 영역의 가장자리중 첫번째 게이트 라인부터 2개 이상의 게이트 라인, 첫번째 데이터 라인부터 2개 이상의 데이터 라인 및 마지막 열 데이터 라인부터 이전 2개 이상의 데이터 라인들에 대응되는 화소 영역에서 밝음 불량이 발생되는 경우에 이를 개선하기 위한 실시예이다.

즉, 밝음 불량을 개선하기 위하여 컬러필터층의 두께를 두껍게 형성하는 영역을 넓혔다. 본 발명의 다른 실시예에서는 도 4와 같이 컬러필터기판의 가장자리 둘레를 따라 하나의 데이터 라인과 게이트 라인에 형성되는 컬러필터층들의 두께를 두껍게 형성하지 않고, 각각 2개 이상의 데이터 라인과 게이트 라인에 대한 컬러필터층들의 두께를 두껍게 형성한다.

도 8 이하에서는 TFT 기판의 가장자리 2개의 데이터 라인과 2개 게이트 라인에 대응하는 화소전극들과 서로 대향하는 컬러필터기판의 컬러 필터층들 두께를 두껍게 형성하는 실시예를 중심으로 설명하지만, 2개 이상의 데이터 라인과 게이트 라인의 화소전극들과 대향하는 컬러필터층들에 동일하게 적용할 수 있다.

따라서, 도 4와 달리 밝음 불량이 발생되는 영역을 점선으로 표시한 영역은 첫번째 게이트 라인과 두번째 게이트 라인에 대응되는 화소전극들, 첫번째 데이터 라인과 두번째 데이터 라인에 대응되는 화소전극들, 그리고 마지막 데이터 라인과 그 이전 데이터 라인에 대응되는 화소 전극들에 대응하는 컬러필터층 영역이다.

즉, 컬러필터기판의 가장자리 둘레를 따라 두개의 데이터 라인과 두개의 게 이트 라인의 화소전극들에 대응하는 컬러필터층들의 두께를 두껍게 형성하고, 그 이외의 영역의 컬러필터층들은 일반적인 두께의 컬러필터층으로 형성하였다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 밝음 불량의 범위가 넓은 경우에도 블랙매트릭스 영역의 확장 없이 밝음 불량을 개선할 수 있다. 따라서, 화소 영역의 개구율을 줄이지 않고, 밝음 불량을 개선할 수 있다.

도 8a는 상기 도 7의 절단선 Ⅵ-Ⅵ'의 단면도이다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 도 7의 컬러필터기판에 표시된 Ⅵ-Ⅵ'를 따라 형성된 청색(B) 컬러필터층들(237a, 237b)은 모두 동시에 형성되지만, 서로 다른 두께로 형성되어 있다.

그래서 밝음 불량이 발생되는 영역(도 7의 점선 영역)에서 형성된 두개의 제 1 청색 컬러필터층(237a)의 두께가 그외의 영역(도 7의 점선 영역외)에 형성된 제 2 청색 컬러필터층(237b)의 두께보다 두껍게 형성되어 있다.

상기 절단선 Ⅵ-Ⅵ' 영역은 모두 청색(B) 컬러필터층들(237a, 237b)이 형성되는 영역이기 때문에 상기 청색 컬러필터층들(237a, 237b)은 상기 블랙 매트릭스(231)가 형성된 절연기판(230) 상에 청색 컬러레진을 형성한 다음, 한번의 마스크 공정에 의해 형성된다.

상기 제 1 청색 컬러필터층(237a)이 형성되는 영역은 밝음 불량을 제거하기 위하여 상기 제 2 청색 컬러필터층(237b)보다 두껍게 형성되어 있기 때문에 상기 마스크 공정에서 사용되는 마스크는 앞에서 설명한 하프톤 마스크를 사용한다.

상기 절연기판(230) 상에 블랙 매트릭스(231)가 형성되면, 적색, 녹색, 청색 컬러레진을 순차적으로 형성한 다음, 하프톤 마스크를 사용하여 컬러필터층을 형성하는데, 여기서는 청색 컬러필터층 형성 공정을 중심으로 설명한다.

따라서, 상기 블랙 매트릭스(231)가 형성된 절연기판(230) 상에 청색 컬러레진을 형성하는데, 청색 컬러레진의 두께는 상기 제 1 청색 컬러필터층(237a)의 두께 정도로 두껍게 형성한다.

그러므로 상기 절연기판(230) 상에 형성되는 청색 컬러레진의 두께는 밝음 불량을 제거하기 위한 두께인 상기 제 1 청색 컬러필터층(237a)의 두께로 형성된다.

그런 다음, 하프톤 마스크를 이용하여 상기 제 1 청색 컬러필터층(237a)이 형성되는 도 7의 점선 영역은 완전 노광 영역에 대응시키고, 밝음 불량이 발생되지 않은 도 7의 점선 영역 이외의 컬러필터 형성 영역은 반투과영역에 대응시키고, 상기 블랙매트릭스(231) 형성 영역은 비투과영역에 대응시켜 노광 공정을 진행한다.

그런 다음, 현상 공정과 소성 공정을 진행하여 제 1 청색 컬러필터층(237a)과 제 2 청색 컬러필터층(237b)을 동시에 형성한다.

따라서, 본 발명에서는 밝음 불량이 발생되는 영역에 형성되는 제 1 청색 컬러필터층(237a)들은 다른 컬러필터층들 보다 두껍게 형성되기 때문에 광투과율이 낮아져 밝음 불량이 제거된다.

상기 제 1 청색 컬러필터층(237a)의 두께와 구조는 도 6a 내지 도 6d에서 설명한 것과 같이 다양하게 형성할 수 있다. 그러므로 하프톤 마스크의 완전노광영역과 반투과영역을 조절하여 하나의 컬러필터층 내에서 서로 다른 두께를 갖는 컬러 필터층 도는 하나의 컬러필터층 전체의 두께를 다른 컬러필터층보다 두껍께 형성할 수 있다.

이하, 컬러필터층의 상세한 구조는 도 6a 내지 도 6d과 설명을 참조하고, 자세한 설명은 생략한다.

도 8b는 상기 도 7의 절단선 Ⅶ-Ⅶ'의 단면도이고, 도 8c는 상기 도 7의 절단선 Ⅷ-Ⅷ'의 단면도이고, 도 8d는 상기 도 7의 절단선 Ⅸ-Ⅸ'의 단면도이다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 도 7의 절단선 Ⅶ-Ⅶ'의 영역에는 밝음 불량이 발생되는 점선 영역에서의 제 1 적색 컬러필터층(235a), 제 1 녹색 컬러필터층(235b) 및 제 1 청색 컬러필터층(235c)들이 도시되어 있다.

점선 부분은 제 2 적색 컬러필터층(235b), 제 2 녹색 컬러필터층(236b), 제 2 청색 컬러필터층(237b)의 두께를 비교할 수 있도록 도시하였다.

상기 절연기판(230) 상에 블랙매트릭스(231)가 형성되면, 적색 컬러레진을 상기 절연기판(230)의 전 영역 상에 형성한 다음, 하프톤 마스크 공정을 진행하여 제 1 적색 컬러필터층(235a)과 제 2 적색 컬러필터층(235b)을 형성한다.

이와 같은, 하프톤 마스크 공정은 녹색 컬러필터층(236a, 236b) 및 청색 컬러필터층(237a, 237b) 형성시에도 동일한 공정을 반복하여 형성한다.

도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 도 7의 절단선 Ⅷ-Ⅷ'의 영역은 제 2 적색 컬러필터층(235b)과 제 1 녹색 컬러필터층(236a) 및 제 1 청색 컬러필터층(237a)이 순차로 형성되어 있다.

도 8d는 상기 도 7의 절단선 Ⅸ-Ⅸ'의 영역은 제 1 적색 컬러필터층(235a)과 제 1 녹색 컬러필터층(236a) 및 제 2 청색 컬러 필터층(237b)이 순차로 형성되어 있다.

이와 같이, 밝음 불량이 발생되는 영역이 넓을 경우에는 두께가 두꺼운 컬러필터층의 열과 행수를 늘려 밝음 불량을 개선할 수 있다.

본 발명에서는 첫번째 게이트 라인과 첫번째 데이터 라인과 마지막 데이터 라인에 대응되는 컬러필터층들, 첫번째와 두번째 게이트 라인과 첫번째와 두번째 데이터 라인과 마지막 열의 두개의 데이터 라인에 대응되는 컬러필터층의 두께를 하프톤 마스크를 이용하여 두껍게 형성하여 밝음 불량을 개선하였다.

하지만, 이와 같이 상기 설명에 한정되지 않고, 밝음 불량이 발생되는 다수개의 게이트 라인과 다수개의 데이터 라인에 대응되는 컬러필터층들의 두께를 두껍게 형성하여 밝음 불량을 제거할 수 있을 것이다.

그리고 컬러필터기판의 가장자리 영역을 중심으로 밝음 불량이 발생될 경우뿐만 아니라, TFT기판의 화소 구조 또는 시분할 구조의 TFT기판 등의 구조적 특성때문에 디스플레이 영역의 중심부 또는 특정부에서 밝음 불량이 발생할 경우에는 해당 컬러필터층의 두께를 다른 컬러필터층의 두께보다 두껍게 형성하여 밝음 불량을 제거할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 하프톤 마스크를 이용하여 컬러필터층을 형성할 때 밝음 불량이 발생되는 영역과 그렇지 않은 영역의 노광량 차이를 두어 두께가 서로 다른 컬러필터층을 형성하여 투과율을 조절한 것이기 때문에 가장자리 영역뿐 아니라 중심 영역의 컬러필터층들도 두께를 조절하여 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 TFT 기판의 구조적 차이 또는 컬러필터기판의 구조적 차이 또는 액정 배향 차이 등으로 밝음 불량이 발생할 경우 하프톤 마스크를 이용하여 밝음 불량 발생 영역과 밝음 불량이 발생되지 않은 영역의 컬러필터층의 두께를 다르게 형성하여 밝음 불량을 개선하였다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 컬러필터기판에 형성되는 컬러필터층의 두께를 다양하게 형성함으로써, 투과되는 광량을 조절하여 밝음 불량을 개선한 효과가 있다.

또한, 컬러필터층의 두께는 하프톤 마스크를 사용함으로써, 한번의 공정으로 서로 다른 두께의 컬러필터층을 형성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims

기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계;

상기 블랙매트릭스가 형성된 절연기판 상에 순차적으로 적색, 녹색, 청색 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하는 컬러필터기판 제조방법에 있어서,

상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층은,

상기 컬러필터기판의 가장자리 둘레를 따라 밝음 불량이 발생되는 영역과 대응되는 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층과, 상기 컬러필터기판의 가장자리 둘레 내측으로 밝음 불량이 발생되지 않는 제 2 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층으로 구분하고,

상기 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층은,

상기 컬러필터기판의 가장자리와 접해있는 제 1 영역과 상기 컬러필터기판의 내측과 접해있는 제 2 영역으로 구분하고,

상기 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들의 제 1 영역의 두께는 하프톤 마스크 공정을 이용하여 상기 제 2 영역의 두께보다 두껍게 형성하고, 상기 제 1 영역의 광투과율은 제 2 영역의 광투과율보다 낮은 투과율을 갖도록 형성하고,

상기 제 2 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들의 두께는 상기 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들의 제 1 영역의 두께보다 얇게 형성하고, 상기 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들의 제 1 영역의 광투과율은 제 2 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들보다 낮은 투과율을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판 제조방법.
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제 1 항에 있어서, 상기 제 1 적색, 녹색, 청색 컬러필터층과 상기 제 2 적색, 녹색, 청색 컬러필터층은 상기 하프톤 마스크에 의해 조절된 노광량으로 서로 다른 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 밝음 불량이 발생하는 영역은 액정표시장치의 디스플레이영역의 가장자리 둘레와 대응하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판 제조방법.
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기판;

상기 기판 상에 형성된 블랙매트릭스; 및

상기 기판 상에 형성된 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들을 포함하는 컬러필터기판을 포함하고,

상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층은,

상기 컬러필터기판의 가장자리 둘레를 따라 밝음 불량이 발생되는 영역과 대응되는 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층과, 상기 컬러필터기판의 가장자리 둘레 내측으로 밝음 불량이 발생되지 않는 제 2 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층으로 구분하고,

상기 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층은,

상기 컬러필터기판의 가장자리 둘레와 접해있는 제 1 영역과 상기 컬러필터기판의 내측과 접해있는 제 2 영역으로 구분하고,

상기 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들의 제 1 영역의 두께는 하프톤 마스크 공정을 이용하여 상기 제 2 영역의 두께보다 두껍게 형성하고, 상기 제 1 영역의 광투과율은 제 2 영역의 광투과율보다 낮은 투과율을 갖도록 형성하고,

상기 제 2 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들의 두께는 상기 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들의 제 1 영역의 두께보다 얇게 형성하고, 상기 제 1 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들의 제 1 영역의 광투과율은 제 2 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층들보다 낮은 투과율을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
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