KR101356618B1 - 컬러필터기판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

컬러필터기판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 액정표시장치 Download PDF

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신종석
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Abstract

본 발명은 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역이 정의되어 있는 기판과; 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역 각각에 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴을 포함하고, 상기 녹색 컬러필터패턴은 제 1 두께를 갖고 상기 청색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 가져 제 1 단차를 갖는 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 위치하며 상기 제 1 단차보다 작은 제 2 단차를 갖는 오버코트층과; 상기 청색 서브 화소영역에 대응하여 상기 오버코트층 상에 위치하며 제 3 두께를 가져 상기 오버코트층과 제 3 단차를 형성하는 수지 패턴을 포함하고, 상기 제 3 단차는 상기 제 3 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판을 제공한다.

Description

컬러필터기판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 액정표시장치{Color filter substrate, method of fabricating the same and liquid crystal display device including the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 서브 화소영역에서 셀갭의 두께 차이를 가져 향상된 투과율을 갖는 컬러필터기판과 이를 포함하는 액정표시장치 및, 추가적인 마스크 공정을 필요로 하지 않는 컬러필터기판의 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)형 액정표시장치(TFT-LCD)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
액정표시장치의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과 전기장 내에 놓일 경우에 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 화소전극과 공통전극이 형성된 어레이 기판(array substrate)과 컬러필터 기판(color filter substrate)을 합착시켜 구성된 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 이들 전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시하는 비발광 소자이다.
최근에는 특히 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)를 행렬 방식으로 배열하고 스위칭 소자를 각 화소에 배치시켜 독립적으로 제어하는 능동행렬방식(active matrix type)이 해상도 및 동영상 구현능력에서 뛰어나 주목받고 있는데, 이 같은 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 사용한 것이 잘 알려진 TFT-LCD(Thin Firm Transistor Liquid Crystal Display device) 이다.
좀 더 자세히, 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1에 나타낸 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 제 1 투명기판(12) 및 이의 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 박막 트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.
또한 이와 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 제 2 투명기판(22) 및 이의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 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(R), 녹(G), 청색(B) 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 적, 녹, 청색 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 마련되어 있다.
그리고 도면상에 명확하게 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제 등으로 봉함(封函)된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판이 부착된다.
더불어 액정패널 배면으로는 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 데이터 배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
이러한 액정표시장치에서는 공통전극(28)과 화소전극(18) 사이에 형성되는 수직한 전기장에 의해 액정이 구동되기 때문에, 시야각 특성에서 단점을 가지고 있다.
따라서, 시야각 특성이 우수한 횡전계형 액정표시장치 (in-plane switching mode LCD device) 또는 프린지 필드형 액정표시장치 (fringe field switching mode LCD device)가 제안되었다.
도 2는 종래 프린지 필드형 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이, 플린지 필드형 액정표시장치는 서로 마주보는 제 1 기판(50) 및 제 2 기판(70)과, 상기 제 1 기판(50) 및 상기 제 2 기판(70) 사이에 위치하는 액정층(80)을 포함한다.
상기 제 1 기판(50) 상에는 게이트 배선(미도시)이 일 방향을 따라 연장되어 형성되고, 상기 게이트 배선과 게이트 절연막(52)을 개재하여 교차함으로써 다수의 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)를 정의하는 데이터 배선(54)이 형성된다. 상기 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)은 영상 표시의 단위인 화소영역을 구성한다.
상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선(54)의 교차 지점에는 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)에 대응하여 스위칭 소자인 박막트랜지스터(미도시)가 위치한다. 예를 들어, 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 절연막(52) 하부에 위치하는 게이트 전극, 상기 게이트 절연막(52) 상의 반도체층, 상기 반도체층 상에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 게이트 전극과 상기 소스 전극 각각은 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선(54)에 연결된다.
또한, 상기 게이트 절연막(52) 상에는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극에 연결되는 화소전극(56)이 형성된다. 상기 화소전극(56)은 상기 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb) 각각에서 판 형상을 갖는다.
상기 박막트랜지스터와 상기 화소전극(56)을 덮으며 보호층(60)이 형성되고, 상기 보호층(60) 상에는 상기 화소전극(56)에 대응하여 적어도 하나의 개구(64)를 갖는 공통전극(62)이 형성된다.
한편, 상기 제 2 기판(70) 상에는 상기 데이터 배선(54) 및 상기 게이트 배선에 대응하여 위치하며 빛을 차단하는 블랙매트릭스(72)가 형성되고, 상기 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)에 대응하여 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터패턴(74a, 74b, 74c)로 구성되는 컬러필터층(74)이 형성된다. 또한, 상기 컬러필터층(74)을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(76)이 형성되며, 상기 오버코트층(76) 상에는 셀갭(d)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(90)가 형성된다.
상기 제 1 및 제 2 기판(50, 70) 사이에 형성된 액정층(80)의 액정분자는 상기 화소전극(56)과 상기 공통전극(62) 사이에 형성되는 프린지 필드에 의해 구동된다.
전술한 액정표시장치에 있어서, 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)의 셀갭(d)는 모두 동일하다. 즉 평탄한 표면을 갖는 보호층(60)과 오버코트층(76)에 의해 셀갭(d)이 정해져, 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)에서 동일한 셀갭(d)을 갖게 된다.
그런데, 이러한 액정표시장치에서 투과율의 한계가 발생하고 있다.
본 발명은 액정표시장치에서의 투과율을 향상시키고자 하며, 이에 의해 고품질의 영상을 구현하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역이 정의되어 있는 기판과; 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역 각각에 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴을 포함하고, 상기 녹색 컬러필터패턴은 제 1 두께를 갖고 상기 청색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 가져 제 1 단차를 갖는 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 위치하며 상기 제 1 단차보다 작은 제 2 단차를 갖는 오버코트층과; 상기 청색 서브 화소영역에 대응하여 상기 오버코트층 상에 위치하며 제 3 두께를 가져 상기 오버코트층과 제 3 단차를 형성하는 수지 패턴을 포함하고, 상기 제 3 단차는 상기 제 3 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판을 제공한다.
본 발명의 액정표시장치용 컬러필터기판에 있어서, 상기 제 3 단차는 0.2~0.3㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치용 컬러필터기판에 있어서, 상기 제 1 단차는 1.0~2.0㎛이고, 상기 제 2 단차는 0.5~1.0㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치용 컬러필터기판에 있어서, 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역의 경계에 형성되는 블랙매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치용 컬러필터기판에 있어서, 상기 오버코트층 상에 형성되는 기둥 형성의 컬럼 스페이서를 포함하고, 상기 수지 패턴은 상기 컬럼 스페이서와 동일물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치용 컬러필터기판에 있어서, 상기 적색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
다른 관점에서, 본 발명은 서로 마주하며 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역이 정의되어 있는 제 1 기판 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 상에 위치하며 동일한 두께를 갖는 제 1 절연막과; 상기 제 1 절연막 상에 위치하는 화소전극과; 상기 제 2 기판의 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역 각각에 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴을 포함하고, 상기 녹색 컬러필터패턴은 제 1 두께를 갖고 상기 청색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 가져 제 1 단차를 갖는 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 위치하며 상기 제 1 단차보다 작은 제 2 단차를 갖는 오버코트층과; 상기 청색 서브 화소영역에 대응하여 상기 오버코트층 상에 위치하며 제 3 두께를 가져 상기 오버코트층과 제 3 단차를 형성하는 수지 패턴과; 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판 상에 형성되는 공통전극과; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하고, 상기 제 3 단차는 상기 제 3 두께보다 작고, 상기 청색 서브 화송여역에서의 셀갭은 상기 녹색 서브 화소영역에서의 셀갭보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 액정표시장치에 있어서, 상기 제 3 단차는 0.2~0.3㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1 단차는 1.0~2.0㎛이고, 상기 제 2 단차는 0.5~1.0㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치에 있어서, 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역의 경계에 형성되는 블랙매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치에 있어서, 상기 오버코트층 상에 형성되는 기둥 형성의 컬럼 스페이서를 포함하고, 상기 수지 패턴은 상기 컬럼 스페이서와 동일물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치에 있어서, 상기 적색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치에 있어서, 상기 화소전극을 덮는 제 2 절연막을 포함하고, 상기 화소전극은 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역 각각에서 판 형상을 가지며, 상기 공통전극은 상기 제 2 절연막 상에 위치하며 상기 화소전극에 대응하여 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역이 정의되어 있는 기판 상에, 상기 적색 서브 화소영역에 대응하는 적색 컬러필터패턴과, 상기 녹색 서브 화소영역에 대응하며 제 1 두께를 갖는 녹색 컬러필터패턴과, 상기 청색 서브 화소영역에 대응하며 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 갖는 청색 컬러필터패턴을 포함하여 제 1 단차를 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 상에 유기절연물질을 도포하여 상기 제 1 단차보다 작은 제 2 단차를 갖는 오버코트층을 형성하는 단계와; 상기 청색 서브 화소영역에 대응하여 상기 오버코트층 상에 제 3 두께의 수지 패턴을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 수지 패턴은 상기 오버코트층과 상기 제 3 두께보다 작은 제 3 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법에 있어서, 상기 수지 패턴을 형성하는 단계는, 상기 오버코트층 상에 수지층을 형성하는 단계와; 상기 수지층에 대하여 마스크 공정을 진행함으로써, 상기 수지 패턴과 상기 수지 패턴보다 큰 두께를 갖는 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 단차는 1.0~2.0㎛이고, 상기 제 2 단차는 0.5~1.0㎛이며, 상기 제 3 단차는 0.2~0.3㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법에 있어서, 상기 컬러필터층의 형성 단계 이전에, 상기 제 2 기판 상에 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 적, 녹, 청 서브 화소영역이 서로 다른 셀갭을 갖고, 이러한 구성에 의해 액정표시장치의 투과율이 향상되는 장점을 갖는다.
또한, 적, 녹, 청 서브 화소영역이 서로 다른 셀갭을 가질 수 있는 컬러필터기판을 제공하는데 있어, 액정표시장치의 다른 특성에 영향을 주지 않고 마스크 공정 수의 증가도 수반하지 않는 제조 방법을 제공함으로써, 액정표시장치의 특성 향상 및 제조 원가의 절감 효과를 갖는다.
도 1은 종래 액정표시장치의 분해 사시도.
도 2는 종래 프린지 필드형 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 공정을 보여주는 단면도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
종래 액정표시장치에서 투과율의 한계는 서브 화소영역에서 동일한 셀갭을 갖기 때문에 발생한다.
즉, 적색, 녹색, 청색은 서로 다른 파장을 갖고, 특히 청색은 적색 및 녹색에 비해 짧은 파장을 갖는다. 그런데, 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역에서 동일한 셀갭을 갖기 때문에, 각 서브 화소영역의 파장 특성이 반영되지 않고 이에 의해 투과율의 한계가 발생하게 된다.
본 발명에서는, 파장이 짧은 청색 서브 화소영역에서의 셀갭을 적색 및 녹색 서브 화소영역에서의 셀갭보다 작게 하여 투과율을 향상시키고자 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역(Pr, Pg, Pr)가 정의되어 있는 제 1 기판(101)과, 상기 제 1 기판(101)과 마주하는 제 2 기판(160)과, 상기 제 1 기판(101) 및 상기 제 2 기판(160) 사이에 위치하는 액정층(180)을 포함한다.
상기 제 1 기판(101) 상에는 게이트 절연막(110)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(110) 상에는 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)의 경계를 따라 데이터 배선(120)이 형성되고, 각 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)에는 화소전극(130)이 형성되어 있다. 상기 화소전극(130)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO), 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다.
상기 데이터 배선(120)과 상기 화소전극(130) 상에는 보호층(140)이 형성되고, 상기 보호층(140) 상에는 상기 화소전극(130)에 대응하여 적어도 하나의 개구(152)를 갖는 공통전극(150)이 형성된다.
도시하지 않았으나, 상기 제 1 기판(101) 상에는 상기 데이터 배선(120)과 교차하여 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)을 정의하는 게이트 배선이 형성되고, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선(120)의 교차 지점에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된다.
예를 들어, 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 절연막(110) 하부에 위치하는 게이트 전극, 상기 게이트 절연막(110) 상의 반도체층, 상기 반도체층 상에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 게이트 전극과 상기 소스 전극 각각은 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선(120)에 연결되며, 상기 화소전극(130)은 상기 드레인 전극에 연결된다.
전술한 바와 같이, 박막트랜지스터, 게이트 절연막(110), 화소전극(130), 공통전극(150) 등이 형성되어 있는 제 1 기판(101)은 어레이 기판(array substrate)으로 통칭된다.
이때, 상기 게이트 절연막(110)은 상기 청색 서브 화소영역(Pb)과 이와 이웃한 상기 적색 서브 화소영역(Pr) 및 녹색 서브 화소영역(Pg)의 경계에서 단차를 갖는다. 즉, 상기 게이트 절연막(110)은 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서 제 1 두께(t1)를 갖고, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 상기 제 1 두께(t1)보다 큰 제 2 두께(t2)를 갖는다.
이와 같이, 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)과 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 두께 차이를 갖는 게이트 절연막(110)에 의해 그 상부의 보호층(140) 역시 단차를 갖게 된다. 즉, 상기 보호층(140)은 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서 상기 제 1 기판(101)으로부터 제 1 높이를 갖고, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 상기 제 1 기판(101)으로부터 상기 제 1 높이보다 큰 제 2 높이를 갖게 된다.
상기 제 1 기판(101)과 마주하는 제 2 기판(160)에는, 상기 데이터 배선(120) 및 상기 게이트 배선에 대응하여 위치하며 빛을 차단하는 블랙매트릭스(162)가 형성되고, 상기 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)에 대응하여 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터패턴(164a, 164b, 164c)로 구성되는 컬러필터층(164)이 형성된다. 또한, 상기 컬러필터층(164)을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(166)이 형성되며, 상기 오버코트층(166) 상에는 기둥 형상의 컬럼 스페이서(170)가 형성된다. 상기 컬럼 스페이서(170)은 데이터 배선(220)에 대응하여 형성될 수 있다. 이와 같이, 컬러필트층(164) 등이 형성되어 있는 제 2 기판(160)을 컬러필터기판(color filter substrate)으로 통칭한다.
상기 제 1 및 제 2 기판(101, 160), 즉 어레이 기판과 컬러필터 기판은 액정층(180)을 그 사이에 개재하여 합착되며, 컬럼 스페이서(170)에 의해 셀갭이 유지된다. 상기 액정층(180)의 액정분자는 상기 화소전극(130)과 상기 공통전극(150) 사이에 형성되는 프린지 필드에 의해 구동된다.
한편, 상기 어레이 기판에는 화소전극만이 형성되고 상기 공통전극은 상기 컬러필터 기판에 판 형태로 형성됨으로써, 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 수직 전계가 형성되며 이에 의해 액정분자가 구동될 수 있다. 또한, 상기 화소전극과 상기 공통전극이 모두 어레이 기판에 형성되며 교대로 배열되는 바 형상을 가져, 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 수평 전계가 형성되며 이에 의해 액정분자가 구동될 수도 있다.
이때, 상기 제 1 기판(101)에 형성된 상기 게이트 절연막(110)의 두께 차이에 의해 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서는 제 1 셀갭(d1)을 갖게 되며, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서는 상기 제 1 셀갭(d1)보다 작은 제 2 셀갭(d2)을 갖게 된다.
따라서, 청색 서브 화소영역(Pb)에서의 투과율 및 액정표시장치에서의 투과율이 증가된다.
그런데, 상기 게이트 절연막(110)이 두께 편차를 갖는 경우, 그 상부에 형성되는 금속 패턴의 균일도가 떨어지는 문제가 발생한다. 즉, 게이트 절연막(110) 상에 금속층을 형성하고 마스크 공정을 진행함으로써 데이터 배선(120) 등의 금속 배선을 형성하게 되는데, 게이트 절연막(110)의 두께 편차에 의해 마스크 공정에 이용되는 포토레지스트의 코팅 두께에 차이가 발생함으로써 금속 배선 또는 금속 패턴의 CD (critical dimension) 균일도가 저하된다. 또한, 게이트 절연막(110)에 단차를 형성하기 위해 마스크 공정이 추가로 필요하다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다. 제 1 실시예와 구별되는 차이점에 대해 주로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역(Pr, Pg, Pr)가 정의되어 있는 제 1 기판(201)과, 상기 제 1 기판(201)과 마주하는 제 2 기판(260)과, 상기 제 1 기판(201) 및 상기 제 2 기판(260) 사이에 위치하는 액정층(280)을 포함한다.
상기 제 1 기판(201) 상에는 게이트 절연막(210)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(210) 상에는 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)의 경계를 따라 데이터 배선(220)이 형성되고, 각 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)에는 화소전극(230)이 형성되어 있다.
상기 데이터 배선(220)과 상기 화소전극(230) 상에는 보호층(240)이 형성되고, 상기 보호층(240) 상에는 상기 화소전극(230)에 대응하여 적어도 하나의 개구(252)를 갖는 공통전극(250)이 형성된다.
도시하지 않았으나, 상기 제 1 기판(201) 상에는 상기 데이터 배선(220)과 교차하여 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)을 정의하는 게이트 배선이 형성되고, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선(220)의 교차 지점에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된다.
이때, 즉, 상기 보호층(240)은 상기 청색 서브 화소영역(Pb)과 이와 이웃한 상기 적색 서브 화소영역(Pr) 및 녹색 서브 화소영역(Pg)의 경계에서 단차를 갖는다. 즉, 상기 보호층(240)은 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서 상기 게이트 절연막(210)으로부터 제 3 두께(t3)를 갖고, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 상기 게이트 절연막(210)으로부터 상기 제 3 두께(t3)보다 큰 제 4 두께(t4)를 갖는다. 결과적으로, 상기 보호층(240)은 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서 상기 제 1 기판(201)으로부터 제 1 높이를 갖고, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 상기 제 1 기판(201)으로부터 상기 제 1 높이보다 큰 제 2 높이를 갖게 된다.
제 1 실시예에서는 게이트 절연막(도 3의 110)이 두께 차이를 갖는 것이 보여지고 있으나, 제 2 실시예에서는 보호층(240)이 두께 차이를 갖는다.
한편, 상기 제 1 기판(201)과 마주하는 제 2 기판(260)에는, 블랙매트릭스(262)가 형성되고, 상기 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)에 대응하여 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터패턴(264a, 264b, 264c)로 구성되는 컬러필터층(264)이 형성된다. 또한, 상기 컬러필터층(264)을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(266)이 형성되며, 상기 오버코트층(266) 상에는 컬럼 스페이서(270)가 형성된다.
상기 제 1 및 제 2 기판(201, 260), 즉 어레이 기판과 컬러필터 기판은 액정층(280)을 그 사이에 개재하여 합착되며, 컬럼 스페이서(270)에 의해 셀갭이 유지된다. 상기 액정층(280)의 액정분자는 상기 화소전극(230)과 상기 공통전극(250) 사이에 형성되는 프린지 필드에 의해 구동된다.
전술한 바와 같이, 화소전극과 공통전극이 서로 다른 기판에 형성되거나, 화소전극과 공통전극이 서로 교대로 배열되는 바 형상을 가질 수 있다.
이때, 상기 제 1 기판(201)에 형성된 상기 보호층(240)의 두께 차이에 의해 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서는 제 1 셀갭(d1)을 갖게 되며, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서는 상기 제 1 셀갭(d1)보다 작은 제 2 셀갭(d2)을 갖게 된다.
따라서, 청색 서브 화소영역(Pb)에서의 투과율 및 액정표시장치에서의 투과율이 증가된다.
그런데, 보호층(240)의 두께를 증가시키면 전압-투과율 커브(VT-curve)가 지연되어 동일 전압에서 투과율이 감소하게 된다. 즉, 셀갭 차이에 의해 투과율이 증가하게 되지만, VT-curve의 지연에 의해 투과율이 감소됨으로써, 전체적으로 투과율 개선효과는 발생하지 않는다. 또한, 보호층(240)에 단차를 형성하기 위해 마스크 공정이 추가로 필요하다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치는 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역(Pr, Pg, Pr)가 정의되어 있는 제 1 기판(301)과, 상기 제 1 기판(301)과 마주하는 제 2 기판(360)과, 상기 제 1 기판(301) 및 상기 제 2 기판(360) 사이에 위치하는 액정층(380)을 포함한다.
상기 제 1 기판(301) 상에는 게이트 절연막(310)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(310) 상에는 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)의 경계를 따라 데이터 배선(320)이 형성되고, 각 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)에는 화소전극(330)이 형성되어 있다.
상기 데이터 배선(320)과 상기 화소전극(330) 상에는 보호층(340)이 형성되고, 상기 보호층(340) 상에는 상기 화소전극(330)에 대응하여 적어도 하나의 개구(352)를 갖는 공통전극(350)이 형성된다.
도시하지 않았으나, 상기 제 1 기판(301) 상에는 상기 데이터 배선(320)과 교차하여 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)을 정의하는 게이트 배선이 형성되고, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선(320)의 교차 지점에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된다.
제 1 및 제 2 실시예와 달리, 제 3 실시예에 있어서 상기 게이트 절연막(310)과 상기 보호층(340) 모두는 두께 편차를 갖지 않는다.
한편, 상기 제 1 기판(301)과 마주하는 제 2 기판(360)에는, 블랙매트릭스(362)가 형성되고, 상기 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)에 대응하여 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터패턴(364a, 364b, 364c)로 구성되는 컬러필터층(364)이 형성된다. 또한, 상기 컬러필터층(364)을 덮으며 오버코트층(366)이 형성되며, 상기 오버코트층(366) 상에는 컬럼 스페이서(370)가 형성된다.
상기 제 1 및 제 2 기판(301, 360), 즉 어레이 기판과 컬러필터 기판은 액정층(380)을 그 사이에 개재하여 합착되며, 컬럼 스페이서(370)에 의해 셀갭이 유지된다. 상기 액정층(380)의 액정분자는 상기 화소전극(330)과 상기 공통전극(350) 사이에 형성되는 프린지 필드에 의해 구동된다.
이때, 상기 컬러필터층(364)는 상기 청색 서브 화소영역(Pb)과 이와 이웃한 상기 적색 서브 화소영역(Pr) 및 녹색 서브 화소영역(Pg)의 경계에서 단차를 갖는다. 즉, 상기 적색 및 녹색 컬러필터패턴(364a, 364b)는 제 5 두께(t5)를 갖고, 상기 청색 컬러필터패턴(364c)는 상기 제 5 두께(t5)보다 큰 제 6 두께(t6)를 갖는다.
이와 같이, 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)과 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 두께 차이를 갖는 컬러필터층(364)에 의해 그 상부의 오버코트층(366) 역시 단차를 갖게 된다. 즉, 상기 오버코트층(366)은 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서 상기 제 2 기판(301)으로부터 제 1 높이를 갖고, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 상기 제 2 기판(301)으로부터 상기 제 1 높이보다 큰 제 2 높이를 갖게 된다.
이와 같이, 상기 제 2 기판(301)에 형성된 상기 컬러필터층(364)의 두께 차이에 의해 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서는 제 1 셀갭(d1)을 갖게 되며, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서는 상기 제 1 셀갭(d1)보다 작은 제 2 셀갭(d2)을 갖게 된다.
따라서, 청색 서브 화소영역(Pb)에서의 투과율 및 액정표시장치에서의 투과율이 증가된다.
그런데, 청색 서브 화소영역(Pb)의 경계에서 두께 차이를 갖는 컬러필터층(364)에 의해 형성되는 오버코트층(366)의 슬로프(slope, A 부분)이 길이가 20 ㎛이상이 되고, 이와 같이 긴 슬로프에 의해서는 실질적으로 오버코트층(366)의 단차 확보가 어렵게 된다. 즉, 컬러필트층(364)이 단차를 갖지만, 오버코트층(366)의 단차가 완만하게 되어 목적하는 셀갭 차이를 얻을 수 없게 된다.
한편, 오버코트층(366)을 형성하지 않고, 컬러필터층(364)의 단차에 의해서만 셀갭을 조절할 수도 있다. 그러나, 오버코트층(366)을 생략할 경우, 컬러필터층(364)의 안료가 용출되어 상기 액정층(380)이 오염되는 문제가 발생하여 신뢰성 특성이 저하된다.
도 6는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다. 제 1 실시예와 구별되는 차이점에 대해 주로 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액정표시장치는 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역(Pr, Pg, Pr)가 정의되어 있는 제 1 기판(401)과, 상기 제 1 기판(401)과 마주하는 제 2 기판(460)과, 상기 제 1 기판(401) 및 상기 제 2 기판(460) 사이에 위치하는 액정층(480)을 포함한다.
상기 제 1 기판(401) 상에는 게이트 절연막(410)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(410) 상에는 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)의 경계를 따라 데이터 배선(420)이 형성되고, 각 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)에는 화소전극(430)이 형성되어 있다.
상기 데이터 배선(420)과 상기 화소전극(430) 상에는 보호층(440)이 형성되고, 상기 보호층(440) 상에는 상기 화소전극(430)에 대응하여 적어도 하나의 개구(452)를 갖는 공통전극(450)이 형성된다.
도시하지 않았으나, 상기 제 1 기판(401) 상에는 상기 데이터 배선(420)과 교차하여 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)을 정의하는 게이트 배선이 형성되고, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선(420)의 교차 지점에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된다.
제 3 실시예와 동일하게, 제 4 실시예에 있어서 상기 게이트 절연막(410)과 상기 보호층(440) 모두는 두께 편차를 갖지 않는다.
한편, 상기 제 1 기판(401)과 마주하는 제 2 기판(460)에는, 블랙매트릭스(462)가 형성되고, 상기 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)에 대응하여 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터패턴(464a, 464b, 464c)로 구성되는 컬러필터층(464)이 형성된다. 또한, 상기 컬러필터층(464)을 덮으며 오버코트층(466)이 형성되며, 상기 오버코트층(466) 상에는 컬럼 스페이서(470)가 형성된다.
또한, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에 대응하여 제 7 두께(t7)를 갖는 수지 패턴(472)이 형성된다. 상기 수지 패턴(472)은 컬럼 스페이서(470)와 동일한 물질로 형성될 수 있다.
즉, 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pb)에는 오버코트층(466)만이 형성되는 반면 상기 청색 서브 화소영역(Pr, Pb)에는 오버코트층(466) 상에 상기 수지 패턴(472)이 적층되기 때문에 컬러필터기판의 상부층은 단차를 갖게 된다.
상기 제 1 및 제 2 기판(401, 460), 즉 어레이 기판과 컬러필터 기판은 액정층(480)을 그 사이에 개재하여 합착되며, 컬럼 스페이서(470)에 의해 셀갭이 유지된다. 상기 액정층(480)의 액정분자는 상기 화소전극(430)과 상기 공통전극(450) 사이에 형성되는 프린지 필드에 의해 구동된다.
따라서, 상기 제 1 기판(401)과 상기 제 2 기판(460)이 합착된 경우, 상기 수지 패턴(472)에 의해 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pb)과 상기 청색 서브 화소영역(Pb) 사이에 셀갭 차이가 발생한다. 즉, 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pb)에서는 제 1 셀갭(d1)을 갖고 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서는 상기 제 1 셀갭(d1)보다 작은 제 2 셀갭(d2)을 갖게 됨으로써, 투과율을 향상시킬 수 있다.
한편, 투과율 향상을 위해 셀갭 차이는 약 0.2~0.3㎛이어야 한다. 즉, 일반적인 액정표시장치에서 셀갭은 약 2.5~5㎛이며 청색 서브 화소영역에서의 셀갭이 녹색 서브 화소영역에서의 셀갭보다 약 0.2~0.3㎛만큼 작아야 한다.
셀갭 차이가 이보다 작거나 큰 경우 셀갭 차이에 의한 투과율 상승이 현저히 저하된다.
그런데, 현재 코팅 기술에서 0.8㎛ 이하의 두께를 갖는 유기막 코팅 공정은 안정성을 확보할 수 없다. 따라서, 도 6의 제 4 실시예에 따라 셀갭 차이를 갖는 액정표시장치는 추가적인 마스크 공정 또는 액정 오염 등의 문제가 발생하지 않으나, 셀갭 차이가 원하는 범위보다 커지기 때문에 투과율 저하의 문제가 발생한다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치는 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역(Pr, Pg, Pr)가 정의되어 있는 제 1 기판(501)과, 상기 제 1 기판(501)과 마주하는 제 2 기판(560)과, 상기 제 1 기판(501) 및 상기 제 2 기판(560) 사이에 위치하는 액정층(580)을 포함한다.
상기 제 1 기판(501) 상에는 게이트 절연막(510)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(510) 상에는 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)의 경계를 따라 데이터 배선(520)이 형성되고, 각 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)에는 화소전극(530)이 형성되어 있다. 상기 화소전극(530)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO), 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다.
상기 데이터 배선(520)과 상기 화소전극(530) 상에는 보호층(540)이 형성되고, 상기 보호층(540) 상에는 상기 화소전극(530)에 대응하여 적어도 하나의 개구(552)를 갖는 공통전극(550)이 형성된다.
도시하지 않았으나, 상기 제 1 기판(501) 상에는 상기 데이터 배선(520)과 교차하여 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)을 정의하는 게이트 배선이 형성되고, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선(520)의 교차 지점에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된다.
제 3 및 제 4 실시예와 동일하게, 제 5 실시예에 있어서 상기 게이트 절연막(510)과 상기 보호층(540) 모두는 두께 편차를 갖지 않는다.
한편, 상기 제 1 기판(501)과 마주하는 제 2 기판(560)에는, 블랙매트릭스(562)가 형성되고, 상기 각 서브 화소영역(SPr, SPg, SPb)에 대응하여 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터패턴(564a, 564b, 564c)로 구성되는 컬러필터층(564)이 형성된다. 또한, 상기 컬러필터층(564)을 덮으며 오버코트층(566)이 형성되며, 상기 오버코트층(566) 상에는 컬럼 스페이서(570)와 수지 패턴(572)이 형성된다. 상기 블랙매트릭스(562)는 생략될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 기판(501, 560), 즉 어레이 기판과 컬러필터 기판은 액정층(580)을 그 사이에 개재하여 합착되며, 컬럼 스페이서(570)에 의해 셀갭이 유지된다. 상기 액정층(580)의 액정분자는 상기 화소전극(530)과 상기 공통전극(550) 사이에 형성되는 프린지 필드에 의해 구동된다.
이때, 상기 컬러필터층(564)는 상기 청색 서브 화소영역(Pb)과 이와 이웃한 상기 적색 서브 화소영역(Pr) 및 녹색 서브 화소영역(Pg)의 경계에서 단차를 갖는다. 즉, 상기 적색 및 녹색 컬러필터패턴(564a, 564b)는 제 8 두께(t8)를 갖고, 상기 청색 컬러필터패턴(564c)는 상기 제 8 두께(t8)보다 작은 제 9 두께(t9)를 갖는다. 다시 말해, 상기 컬러필터층(564)는 상기 청색 컬러필터패턴(564c)의 경계에서 단차를 갖는다. 상기 제 8 두께(t8)를 갖는 상기 적색 및 녹색 컬러필터패턴(564a, 564b)과 상기 제 9 두께(t9)를 갖는 상기 청색 컬러필터패턴(564c)은 제 1 단차(st1)를 갖는다. (st1=t8-t9) 상기 제 1 단차(st1)은 약 1.0~2.0㎛일 수 있다.
상기 오버코트층(566)은 단차를 갖는 컬러필터층(564) 상에 코팅되는데, 상기 컬러필터층(564)의 단차에 상기 오버코트층(566) 역시 단차를 갖게 된다.
그러나, 오버코트층(566)의 형성 시 작은 두께의 청색 컬러필터층(564c)으로 코팅되는 물질이 청색 컬러필터층(564c) 상부로 집중된다. 따라서, 포토-아크릴(photo-acryl) 등과 같이 점도를 갖는 유기절연물질을 코팅하여 형성되는 상기 오버코트층(566)은 상기 컬러필터층(564)의 제 1 단차(st1)보다 작은 제 2 단차(st2)를 갖게 된다.
즉, 상기 오버코트층(566)은 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)에서 제 10 두께(t10)를 갖고 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 상기 제 10 두께(t10)보다 큰 제 11 두께(t11)를 가지며, 상기 오버코트층(566)은 상기 컬러필터층(564)의 제 1 단차(st1)보다 작은 제 2 단차(st2)를 갖는다. (st2=t10-t11) 상기 제 2 단차(st2)은 약 0.5~1.0㎛일 수 있다.
또한, 상기 수지 패턴(572)은 상기 청색 서브 화소영역(Pb)의 상기 오버코트층(566) 상에 형성되며, 상기 컬럼 스페이서(570)와 동일층에 위치하고 동일물질로 이루어질 수 있다.
상기 수지 패턴(572)은 약 0.8~1.3㎛의 제 12 두께(t12)를 가지며 상기 오버코트층(566)의 제 2 단차(st2)를 보상하게 된다. 즉, 약 0.5~1.0㎛인 제 2 단차(st 2)를 갖는 오버코트층(566)의 단차부에 약 0.8~1.3㎛인 제 12 두께(t12)를 갖는 상기 수지 패턴(572)이 형성됨으로써, 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)의 오버코트층(566)과 상기 청색 서브 화소영역(Pb)의 상기 수지 패턴(572)은 약 0.2~0.3㎛인 제 3 단차(st 3)를 갖게 된다.
즉, 제 1 단차(st1)를 갖는 컬러필터층(564), 제 2 단차(st2)를 갖는 오버코트층(566) 및 제 12 두께(t12)를 갖는 수지 패턴(572)에 의해, 상기 컬러필터기판은 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)과 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 약 0.2~0.3㎛인 제 3 단차(st3)를 갖게 된다.
따라서, 상기 어레이 기판과 상기 컬러필터 기판이 합착되면, 상기 액정표시장치는 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pg)은 제 3 셀갭(d3)을 갖고 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 상기 제 3 셀갭(d3)보다 약 0.2~0.3㎛ 작은 제 4 셀갭(d4)를 갖게 된다.
이하, 도 8a 내지 8e를 참조하여, 도 7에 도시되어 있는 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 공정을 설명한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 각 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)의 경계에 블랙매트릭스(562)를 형성한다.
다음, 상기 블랙매트릭스(562)가 형성된 상기 제 2 기판(560) 상에 적색 레진을 도포하고 마스크 공정을 진행함으로써, 적색 화소영역(Pr)에 제 8 두께(t8)를 갖는 적색(R) 컬러필터패턴(564a)을 형성한다.
다음, 도 8b에 도시된 바와 같이, 녹색 레진을 도포하고 마스크 공정을 진행함으로써, 녹색 화소영역(Pg)에 제 8 두께(t8)를 갖는 녹색(G) 컬러필터패턴(564b)을 형성한다.
다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 청색 레진을 도포하고 마스크 공정을 진행함으로써, 청색 화소영역(Pb)에 상기 제 8 두께(t8)보다 작은 제 9 두께(t9)를 갖는 청색(B) 컬러필터패턴(564c)을 형성한다. 따라서, 컬러필터층(564)는 제 1 단차(st1)를 갖게 된다.
이때, 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴(564a, 564b, 564c)의 형성 순서에는 제한이 없다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴(564a, 564b, 564c)을 순차적으로 형성하면 된다.
다음, 도 8d에 도시된 바와 같이, 유기절연물질을 도포하여 오버코트층(566)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 상기 오버코트층(566)은 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에서 상기 적색 및 녹색 서브 화소영역(Pr, Pb)에서보다 큰 두께를 가지며 형성된다. (t11>t10) 따라서, 상기 오버코트층(566) 역시 단차(td2)를 갖지만 그 단차(st2)는 상기 컬러필터층(564)의 단차(st1)보다 작게 된다.
다음, 도 8e에 도시된 바와 같이, 투명 수지를 도포하고 마스크 공정을 진행함으로써, 상기 서브 화소영역(Pr, Pg, Pb)의 경계에 컬럼 스페이서(570)을 형성하고, 상기 청색 서브 화소영역(Pb)에 제 12 두께(t12)를 갖는 수지 패턴(572)을 형성함으로써, 컬러필터기판을 제조할 수 있다. 상기 마스크 공정은 하프톤 마스크 공정 또는 회절 노광 공정이며, 이에 의해 형성되는 컬럼 스페이서(570)와 수지 패턴(572)은 서로 다른 두께를 갖게 된다.
예를 들어, 수지층을 형성한 후 투과부, 차단부 및 반투과부를 갖는 노광 마스크를 이용하여 마스크 공정을 진행함으로써, 상기 투과부 또는 상기 차단부에 대응하여 컬럼 스페이서(570)를 형성하고 상기 반투과부에 대응하여 수지 패턴(572)을 형성할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 액정표시장치가 수직 전계에 의해 구동되는 경우, 오버코트층(566) 상에 공통전극을 형성한 후, 상기 컬럼 스페이서(570)와 상기 수지 패턴(572)을 형성한다.
또한, 상기 적색 컬러필터패턴(564a)이 상기 녹색 컬러필터패턴(564b)와 동일한 두께를 갖는 것이 보여지고 있으나, 적색은 녹색보다 긴 파장을 갖기 때문에 적색 컬러필터패턴(564a)의 두께를 감소시킴으로써 적색 서브 화소영역(Pr)에서의 셀갭을 녹색 서브 화소영역(Pg)에서의 셀갭보다 크게 할 수도 있다.
상기 수지 패턴(572)은 현재 코팅 기술로 가능한 약 0.8~1.3㎛의 두께를 갖지만, 상기 컬러필터층(564)과 상기 오버코트층(566)의 제 1 및 제 2 단차(st1, st2)에 의해 그 두께가 부분적으로 상쇄되어 컬러필터기판은 약 0.2~0.3㎛의 단차(st3)를 갖게 된다.
따라서, 컬러필터기판과 어레이 기판이 합착되면, 액정표시장치는 청색 화소영역에서 적색 및 녹색 화소영역보다 작은 셀갭을 가짐으로써 투과율이 향상된다.
즉, 셀갭 차이를 갖지 않는 액정표시장치와 비교하여, 화이트 색좌표를 고려하지 않는 경우에는 아래 표1에서와 같이 약 2.5%의 휘도 상승을 얻게 된다.
White color 색좌표 RGB multi cell-gap Transmittance
(0.310, 0.347) X 100%
(0.310, 0.345) O 102.5%
또한, 고정된 화이트 색좌표로 설계하는 경우, 아래 표2에서와 같이 약 4.6%의 휘도 상승을 얻게 된다.
White color 색좌표 RGB multi cell-gap Transmittance
(0.310, 0.320) X 100%
(0.310, 0.320) O 104.6%
또한, 수지 패턴(572)을 컬럼 스페이서(570)와 하나의 마스크 공정을 통해 형성함으로써, 추가 마스크 공정을 필요로 하지 않는다.
또한, 어레이 기판에는 두께 편차를 갖지 않는 평탄한 게이트 절연막과 보호층이 형성되기 때문에, 금속 배선 또는 금속 패턴의 CD 균일도 저하 및 VT-curve 지연에 의한 효율 저하의 문제는 발생하지 않는다.
또한, 오버코트층이 컬러필터층을 덮기 때문에, 컬러필터층에 의한 액정 오염 문제는 발생하지 않는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101, 201, 301, 401, 501 : 제 1 기판
110, 210, 310, 410, 510 : 게이트 절연막
130, 230, 330, 430, 530 : 화소전극
140, 240, 340, 440, 540 : 보호층
150, 250, 350, 450, 550 : 공통전극
160, 260, 360, 460, 560 : 제 2 기판
164a, 264a, 364a, 464a, 465a : 적색 컬러필터패턴
164b, 264b, 364b, 464b, 465b : 녹색 컬러필터패턴
164c, 264c, 364c, 464c, 465c : 청색 컬러필터패턴
166, 266, 366, 466, 566 : 오버코트층
472, 572: 수지 패턴

Claims (17)

  1. 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역이 정의되어 있는 기판과;
    상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역 각각에 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴을 포함하고, 상기 녹색 컬러필터패턴은 제 1 두께를 갖고 상기 청색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 가져 제 1 단차를 갖는 컬러필터층과;
    상기 컬러필터층 상에 위치하며 상기 제 1 단차보다 작은 제 2 단차를 갖는 오버코트층과;
    상기 청색 컬러필터패턴과 동일한 면적을 가지며 완전히 중첩하고 상기 오버코트층 상에 위치하며 제 3 두께를 가져 상기 오버코트층과 제 3 단차를 형성하는 수지 패턴을 포함하고,
    상기 제 3 단차는 상기 제 3 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 단차는 0.2~0.3㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 단차는 1.0~2.0㎛이고, 상기 제 2 단차는 0.5~1.0㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역의 경계에 형성되는 블랙매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버코트층 상에 형성되는 기둥 형성의 컬럼 스페이서를 포함하고, 상기 수지 패턴은 상기 컬럼 스페이서와 동일물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판.
  7. 서로 마주하며 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역이 정의되어 있는 제 1 기판 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 위치하며 동일한 두께를 갖는 제 1 절연막과;
    상기 제 1 절연막 상에 위치하는 화소전극과;
    상기 제 2 기판의 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역 각각에 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴을 포함하고, 상기 녹색 컬러필터패턴은 제 1 두께를 갖고 상기 청색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 가져 제 1 단차를 갖는 컬러필터층과;
    상기 컬러필터층 상에 위치하며 상기 제 1 단차보다 작은 제 2 단차를 갖는 오버코트층과;
    상기 청색 컬러필터패턴과 동일한 면적을 가지며 완전히 중첩하고 상기 오버코트층 상에 위치하며 제 3 두께를 가져 상기 오버코트층과 제 3 단차를 형성하는 수지 패턴과;
    상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판 상에 형성되는 공통전극과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하고,
    상기 제 3 단차는 상기 제 3 두께보다 작고, 상기 청색 서브 화소영역에서의 셀갭은 상기 녹색 서브 화소영역에서의 셀갭보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 단차는 0.2~0.3㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 단차는 1.0~2.0㎛이고, 상기 제 2 단차는 0.5~1.0㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 7 항에 있어서,
    상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역의 경계에 형성되는 블랙매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 오버코트층 상에 형성되는 기둥 형성의 컬럼 스페이서를 포함하고, 상기 수지 패턴은 상기 컬럼 스페이서와 동일물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 적색 컬러필터패턴은 상기 제 1 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 화소전극을 덮는 제 2 절연막을 포함하고,
    상기 화소전극은 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역 각각에서 판 형상을 가지며, 상기 공통전극은 상기 제 2 절연막 상에 위치하며 상기 화소전극에 대응하여 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역이 정의되어 있는 기판 상에, 상기 적색 서브 화소영역에 대응하는 적색 컬러필터패턴과, 상기 녹색 서브 화소영역에 대응하며 제 1 두께를 갖는 녹색 컬러필터패턴과, 상기 청색 서브 화소영역에 대응하며 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 갖는 청색 컬러필터패턴을 포함하여 제 1 단차를 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층 상에 유기절연물질을 도포하여 상기 제 1 단차보다 작은 제 2 단차를 갖는 오버코트층을 형성하는 단계와;
    상기 오버코트층 상에, 상기 컬러필터패턴과 동일한 면적을 가지며 완전히 중첩하고 제 3 두께를 갖는 수지 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 수지 패턴은 상기 오버코트층과 상기 제 3 두께보다 작은 제 3 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수지 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 오버코트층 상에 수지층을 형성하는 단계와;
    상기 수지층에 대하여 마스크 공정을 진행함으로써, 상기 수지 패턴과 상기 수지 패턴보다 큰 두께를 갖는 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 단차는 1.0~2.0㎛이고, 상기 제 2 단차는 0.5~1.0㎛이며, 상기 제 3 단차는 0.2~0.3㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 14 항에 있어서,
    상기 컬러필터층의 형성 단계 이전에, 상기 제 2 기판 상에 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법.
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