KR102016567B1 - 컬러 필터층을 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 구비하는 평판 표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컬러 필터층을 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 구비하는 보더리스 평판 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 평판 표시장치는, 매트릭스 배열 방식으로 화소 영역이 정의된 표시 영역과, 상기 표시 영역 주변에 배치된 비 표시 영역으로 구획된 하부 기판; 상기 화소 영역에 배치된 스위칭 소자 및 상기 화소 영역에 형성된 컬러 필터; 상기 비 표시 영역에 형성된 구동 소자; 그리고 상기 비 표시 영역에 형성되어 상기 구동 소자를 덮는 차광보호층을 구비하는 하부 패널을 포함한다. 본 발명은 비 표시 영역과 표시 영역이 시각적으로 구분되지 않아 보더리스 평판 표시패널의 품질을 유지할 수 있다.

Description

컬러 필터층을 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 구비하는 평판 표시장치 및 그 제조 방법{FLAT PANEL DISPLAY INCLUDING THIN FILM TRANSISTOR SUBSTRATE HAVING COLOR FILTER LAYER AND MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 컬러 필터층을 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 구비하는 보더리스(borderless) 평판 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 컬러 필터층을 박막 트랜지스터 기판에 형성한 구조에서 표시 영역과 비 표시 영역 사이에서 발생하는 반사율의 차이를 극소화하여 보더리스를 구현한 평판 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시한다. 이러한 액정 표시장치는 액정을 구동하는 전계의 방향에 따라 수직 전계형과 수평 전계형으로 대별된다.
수직 전계형 액정 표시장치는 상부 기판 상에 형성된 공통 전극과 하부 기판 상에 형성된 화소 전극이 서로 대향 하도록 배치되어 이들 사이에 형성되는 수직 전계에 의해 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정을 구동한다. 이러한 수직 전계형 액정 표시장치는 개구율이 큰 장점을 가지는 반면 시야각이 90도 정도 좁은 단점을 가진다.
수평 전계형 액정 표시장치는 하부 기판에 나란하게 배치된 화소 전극과 공통 전극 간의 수평 전계에 의해 인 플레인 스위칭(In Plane Switching: IPS) 모드로 액정을 구동한다. 이러한 수평 전계형 액정 표시장치는 시야각이 170도 정도로 넓은 장점을 가진다. 반면에 수평 전계형 액정표시장치는 수직 전계형 액정 표시장치보다 개구율이 떨어지는 단점이 있다.
현재 대부분의 액정표시장치는 박막 트랜지스터가 매트릭스 배열을 이루는 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터가 형성되는 컬러 필터 기판을 합착한 후, 그 사이에 액정 층을 개재하는 구조를 갖는다. 박막 트랜지스터 기판에 형성되는 화소 영역과 컬러 필터 기판에 형성되는 화소 영역이 서로 완전히 중첩되도록 합착하여야 한다. 이 합착 정렬 과정에서 오차 발생을 줄이기 위해 박막 트랜지스터 기판에 컬러 필터층을 형성하기도 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치는 박막 트랜지스터와 컬러 필터가 하나씩 할당된 화소 영역들이 매트릭스 배열로 형성되는 하부 패널(LP), 상기 화소 영역들 사이에 대응하도록 배치된 블랙 컬럼 스페이서들이 형성된 상부 패널(UP), 그리고, 하부 패널과 상부 패널 사이에 개재되는 액정 층(LC)을 포함한다.
하부 패널(LP)은 투명 유리와 같은 재질로 만든 하부 기판(SL)과 그 위에 형성된 표시소자들을 포함한다. 하부 기판(SL)은, 기판의 중심부를 차지하며 화상 데이터를 표시하는 표시 영역(DA)과 표시 영역(DA)을 둘러싸는 비 표시 영역(NA)으로 구분된다. 표시 영역(DA)에는 화소 영역이 매트릭스 방식으로 정의된다. 각 화소 영역에는 박막 트랜지스터(T), 박막 트랜지스터(T)에 연결된 화소 전극(PXL) 그리고 색상을 구현하기 위한 컬러 필터(CF)가 하나씩 할당된다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 하부 기판(SL) 위에서 매트릭스 방식으로 정의된 화소 영역의 일측 모서리에 박막 트랜지스터(T)가 형성된다. 그 위에는 박막 트랜지스터(T)를 보호하기 위한 제1 보호막(PAC)이 도포된다. 제1 보호막(PAC) 위에서 화소 영역 대부분을 차지하는 컬러 필터(CF)가 형성된다. 컬러 필터(CF)는 이웃하는 화소 영역들 각각에 적색 컬러 필터(CFR), 녹색 컬러 필터(CFG) 그리고 청색 컬러 필터(CFB)가 교대로 배치되는 것이 바람직하다.
컬러 필터들(CF) 위에는 제2 보호막(PAS)이 도포된다. 제2 보호막(PAS) 위의 화소 영역 내에는 박막 트랜지스터(T)와 연결되는 화소 전극(PXL)이 형성된다. 수평 전계 방식의 경우, 화소 전극(PXL)은 다수 개의 선분 모양이 일정 간격으로 평행하게 배열된 빗살 구조를 갖는다. 그리고 공통 전극(COM)이 화소 영역 내에서 다수 개의 선분 모양이 일정 간격으로 평행하게 배열된 빗살 구조를 가지면서 화소 전극(PXL)과 교대로 배치된다.
한편, 상부 패널(UP)은 투명 유리와 같은 재질로 만든 상부 기판(SU)을 포함한다. 상부 기판(SU)의 일측 표면 위에는 하부 기판(SL)과 마찬가지로 표시 영역(DA)과 비 표시 영역(NA)으로 구분된다. 비 표시 영역(NA) 전체에는 블랙 컬럼 스페이서(BCS)가 형성된다. 또한, 표시 영역(DA) 내에서도 하부 기판(SL)에서 정의된 화소 영역들 사이의 경계부에 블랙 컬럼 스페이서(BCS)가 형성될 수 있다. 특히, 컬러 필터(CF)들 사이에 배치되도록 형성하는 것이 바람직하다.
하부 패널(LP)의 비 표시 영역(NA)에는 표시 영역(DA)에 형성되는 표시 소자들을 구동하기 위한 구동 소자(GIP)가 형성될 수 있다. 구동 소자(GIP)는 박막 트랜지스터를 포함하는데, 이를 보호하기 위해서 상부 패널(UP)의 비 표시 영역(NA) 전체에 블랙 컬럼 스페이서(BCS)를 형성하는 것이 바람직하다.
이 후, 액정 층(LC)을 사이에 두고, 상부 패널(UP)의 블랙 컬럼 스페이서(BCS)가 형성된 면과 하부 패널(LP)의 표시 소자들이 형성된 면이 서로 대향 하도록 합착하여, 평판 표시장치가 완성된다. 블랙 컬럼 스페이서(BCS)는 상부 기판(SU)과 하부 기판(SL) 사이의 합착 간격을 일정하게 유지하는 스페이서 기능을 수행함과 동시에, 컬러 필터(CF)들 사이에서 블랙 매트릭스 기능을 수행한다.
상기와 같이 컬러 필터(CF)가 박막 트랜지스터(T)와 함께 하부 기판(SL)에 형성되는 경우, 컬러 필터(CF)가 하부 기판(SL)에 정의된 화소 영역 내에서 형성되기 때문에, 컬러 필터(CF)와 화소 영역이 정확하게 일치되는 장점이 있다. 또한, 상부 패널(UP)에는 블랙 컬럼 스페이서(BCS)만 형성하면 되기 때문에, 상부 패널(UP)의 제조 공정이 극소화된다.
반면에, 평판 표시장치의 외부에서 유입된 빛이 반사될 때, 표시 영역(DA)과 비 표시 영역(NA) 사이에서의 반사율의 차이로 인해 표시 패널의 가장자리부, 일명 보더(border) 영역이 두드러져 보이는 문제가 발생한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 표시 영역(DA)에는 컬러 필터(CF)의 상층에 형성되는 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM)에 의해 외부 빛이 반사되는 반면, 비 표시 영역(NA)에는 블랙 컬럼 스페이서(BCS)에 의해 외부 빛이 거의 반사되지 않는다. 특히, 화소 전극(PXL)의 전기적 저항성을 낮추기 위해 구리(Cu)와 같은 금속을 사용하는 경우, 표시 영역(DA)의 반사율은 13.4% 정도이며, 구리로 인해 약간 누렇게 보일 수 있다. 하지만, 비 표시 영역(NA)에서는 빛 반사율이 0%에 가까울 정도이다. 따라서, 비 표시 영역(NA)이 표시 영역(DA)에 비해서 유달리 검게 도드라져 보이기 때문에 테두리 부가 안 보이는 (일명, 보더리스: borderless) 표시장치를 구현하는 데 장애가 된다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술에서 발생하는 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로서, 컬러 필터가 박막 트랜지스터와 함께 형성된 평판 표시장치에서 테두리 부가 도드라져 보이지 않는 컬러 필터 층을 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 표시 영역과 비 표시 영역의 빛 반사도 차이가 5% 이내인 컬러 필터를 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 구비한 평판 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 평판 표시장치는, 매트릭스 배열 방식으로 화소 영역이 정의된 표시 영역과, 상기 표시 영역 주변에 배치된 비 표시 영역으로 구획된 하부 기판; 상기 화소 영역에 배치된 스위칭 소자 및 상기 화소 영역에 형성된 컬러 필터; 상기 비 표시 영역에 형성된 구동 소자; 그리고 상기 비 표시 영역에 형성되어 상기 구동 소자를 덮는 차광보호층을 구비하는 하부 패널을 포함한다.
상기 하부 기판의 상기 표시 영역 및 상기 비 표시 영역과 대응하도록 구획된 상부 기판, 그리고 상기 상부 기판의 일측면 상에서 상기 비 표시 영역에 배치된 투명 컬럼 스페이서를 포함하는 상부 패널; 그리고 상기 하부 패널과 상기 상부 패널 사이에 개재된 액정 층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차광보호층은 상기 컬러 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 청색 컬러 필터 그리고 녹색 컬러 필터 중 선택된 어느 하나를 포함하며; 상기 차광보호층은 상기 적색 컬러 필터, 상기 청색 컬러 필터 그리고 상기 녹색 컬러 필터 중 선택된 적어도 2개의 컬러 필터들이 적층된 것을 특징으로 한다.
상기 스위칭 소자 및 상기 구동 소자를 덮으며 상기 컬러 필터와 상기 차광보호층 아래에 형성된 제1 보호막; 상기 컬러 필터, 상기 차광보호층 및 상기 스위칭 소자를 덮는 제2 보호막; 그리고 상기 제2 보호막 위에 형성되며 상기 스위칭 소자와 연결되는 화소 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 평판 표시장치 제조 방법은, 하부 기판을, 매트릭스 배열 방식으로 화소 영역이 배치될 표시 영역과, 상기 표시 영역 주변에 배치될 비 표시 영역으로 구획하는 단계; 상기 화소 영역에는 스위칭 소자를 그리고 상기 비 표시 영역에는 구동 소자를 형성하는 단계; 상기 화소 영역에는 컬러 필터를 그리고 상기 비 표시 영역에는 상기 구동 소자를 덮는 차광보호층을 형성하는 단계; 그리고 상기 화소 영역에는 상기 컬러 필터와 중첩하는 화소 전극을 형성하는 단계를 구비하는 하부 패널을 형성하는 단계를 포함한다.
상부 기판을, 상기 하부 기판의 상기 표시 영역 및 상기 비 표시 영역과 대응하도록 구획하는 단계; 그리고 상기 상부 기판의 상기 비 표시 영역에 투명 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 구비하는 상부 패널을 형성하는 단계; 그리고 액정 층을 사이에 두고 상기 상부 패널과 상기 하부 패널을 합착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차광보호층을 형성하는 단계는, 상기 컬러 필터로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 청색 컬러 필터 그리고 녹색 컬러 필터 중 선택된 어느 하나를 상기 화소 영역에 배치하도록 형성하며; 상기 차광보호층은 상기 적색 컬러 필터, 상기 청색 컬러 필터 그리고 상기 녹색 컬러 필터 중 선택된 적어도 2개의 컬러 필터들을 적층하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위칭 소자 및 상기 구동 소자를 형성한 후, 상기 스위칭 소자와 상기 구동 소자를 덮으며, 상기 컬러 필터 및 상기 차광보호층 아래에 배치되는 제1 보호막을 형성하는 단계; 상기 컬러 필터, 상기 차광보호층, 상기 스위칭 소자 및 상기 구동 소자를 덮는 제2 보호막을 형성하는 단계; 그리고 상기 제2 보호막 위에서 상기 컬러 필터와 중첩되며 상기 스위칭 소자와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 컬러 필터를 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 구비한 평판 표시장치는, 비 표시 영역에 형성된 구동 소자를 보호하기 위해 적어도 2층 이상 적층된 컬러 필터 층을 포함한다. 따라서, 표시 영역과 비 표시 영역에서의 외부 빛 반사율의 차이를 5% 이내로 줄일 수 있다. 그 결과, 비 표시 영역과 표시 영역이 시각적으로 구분되지 않아 보더리스 평판 표시패널의 품질을 유지할 수 있다. 또한, 스페이서를 투명한 재질로 사용하더라도 구동 소자들을 외부 빛으로부터 충분히 보호할 수 있다. 또한, 비 표시 영역을 보호하기 위해 별도의 추가 공정이 필요하지 않고, 컬러 필터 형성에 사용하는 패턴만 변경하면 되기 때문에 제조 비용의 증가나 공정의 복잡성이 발생하지 않는다.
도 1은 종래 기술에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 3a 내지 3j는 본 발명의 실시 예에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치를 제조하는 과정을 나타내는 단면도들.
이하, 첨부한 도면 도 2와 도 3a 내지 3j를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치는 박막 트랜지스터와 컬러 필터가 하나씩 할당된 화소 영역들이 매트릭스 배열로 형성되는 하부 패널(LP), 상기 화소 영역들 사이에 대응하도록 배치된 투명 컬럼 스페이서들이 형성된 상부 패널(UP), 그리고, 하부 패널과 상부 패널 사이에 개재되는 액정 층(LC)을 포함한다.
하부 패널(LP)은 투명 유리와 같은 재질로 만든 하부 기판(SL)과 그 위에 형성된 표시소자들을 포함한다. 하부 기판(SL)은, 기판의 중심부를 차지하며 화상 데이터를 표시하는 표시 영역(DA)과 표시 영역(DA)을 둘러싸는 비 표시 영역(NA)으로 구분된다. 비 표시 영역(NA)은 표시 영역(DA)의 적어도 어느 한 변을 차지한다. 예를 들어, 표시 영역(DA) 일측변을 차지할 수도 있고, 이웃하는 두 개의 변을, 혹은 표시 영역(DA)을 완전히 둘러싸는 네 개의 변을 차지할 수도 있다. 표시 영역(DA)에는 화소 영역이 매트릭스 방식으로 정의된다. 각 화소 영역에는 박막 트랜지스터(T), 박막 트랜지스터(T)에 연결된 화소 전극(PXL) 그리고, 색상을 구현하기 위한 컬러 필터(CF)가 하나씩 할당된다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 하부 기판(SL) 위에서 가로 방향으로 진행하는 게이트 배선과 세로 방향으로 진행하는 데이터 배선에 의해 매트릭스 배열을 갖는 화소 영역이 정의된다. 화소 영역의 일측 모서리에는 박막 트랜지스터(T)가 형성된다. 박막 트랜지스터(T)는 게이트 배선에서 분기된 게이트 전극(G), 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 게이트 전극(G)과 중첩하는 반도체 채널 층(A), 반도체 채널 층(A)의 일측에 접촉하며 데이터 배선에서 분기된 소스 전극(S) 그리고 반도체 채널 층(A)의 타측에 접촉하며 소스 전극(S)과 일정거리 이격하여 대향하는 드레인 전극(D)을 포함한다. 박막 트랜지스터(T) 위에는 이를 보호하기 위한 제1 보호막(PAC)이 도포된다. 제1 보호막(PAC) 위에는, 화소 영역 대부분을 차지하는 컬러 필터(CF)가 형성된다. 컬러 필터(CF)는 이웃하는 화소 영역들 각각에 적색 컬러 필터(CFR), 녹색 컬러 필터(CFG) 그리고 청색 컬러 필터(CFB)가 교대로 배치되는 것이 바람직하다.
컬러 필터들(CF) 위에는 제2 보호막(PAS)이 도포된다. 제2 보호막(PAS) 위의 화소 영역 내에는 제1 보호막(PAC) 및 제2 보호막(PAS)을 관통하여 박막 트랜지스터(T)와 연결되는 화소 전극(PXL)이 형성된다. 수평 전계 방식의 경우, 화소 전극(PXL)은 다수 개의 선분 모양이 일정 간격으로 평행하게 배열된 빗살 구조를 갖는다. 그리고 공통 전극(COM)이 화소 영역 내에서 다수 개의 선분 모양이 일정 간격으로 평행하게 배열된 빗살 구조를 가지면서 화소 전극(PXL)과 교대로 배치된다.
한편, 상부 패널(UP)은 투명 유리와 같은 재질로 만든 상부 기판(SU)을 포함한다. 상부 기판(SU)은 하부 기판(SL)과 마찬가지로 표시 영역(DA)과 비 표시 영역(NA)로 구분된다. 상기 기판(SU)의 일측 표면 위에서, 비 표시 영역(NA) 전체에는 투명 컬럼 스페이서(CS)가 형성된다. 또한, 표시 영역(DA) 내에서도 하부 기판(SL)에서 정의된 화소 영역들 사이의 경계부 중에서 필요한 부분에도 투명 컬럼 스페이서(CS)가 형성될 수 있다. 특히, 컬러 필터(CF)들 사이의 게이트 배선 혹은 데이터 배선이 위치하는 비 개구 영역에 배치되도록 형성하는 것이 바람직하다.
하부 패널(LP)의 비 표시 영역(NA)에는 표시 영역(DA)에 형성되는 표시 소자들을 구동하기 위한 구동 소자(GIP)가 형성될 수 있다. 구동 소자(GIP)는 박막 트랜지스터를 포함한다. 즉, 하부 패널(LP)의 표시 영역(DA)에는 액정 층(LC)의 온-오프 상태를 구동하는 스위칭 소자로 사용하기 위한 박막 트랜지스터(T)가 형성되며, 비 표시 영역(NA)에는 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 소자로 사용하기 위한 박막 트랜지스터(T)가 형성된다. 특히, 구동 소자(GIP)용 박막 트랜지스터를 외부에서 유입되는 빛으로부터 보호하기 위해서 하부 패널(LP)의 비 표시 영역(NA) 전체를 덮도록 적어도 2개 층 이상의 컬러 필터(CF)를 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 컬러 필터(CF)들을 형성하는 과정이, 적색 컬러 필터(CFR), 청색 컬러 필터(CFB), 그리고 녹색 컬러 필터(CFG)의 순서로 형성하는 경우, 적색 컬러 필터(CFR)와 청색 컬러 필터(CFB)를 차례로 형성하는 것이 바람직하다.
이 후, 액정 층(LC)을 사이에 두고, 상부 패널(UP)의 투명 컬럼 스페이서(CS)가 형성된 면과 하부 패널(LP)의 표시 소자들이 형성된 면이 서로 대향하도록 합착하여, 평판 표시장치가 완성된다. 투명 컬럼 스페이서(CS)는 상부 기판(SU)과 하부 기판(SL) 사이의 합착 간격을 일정하게 유지하는 스페이서 기능을 수행한다.
상기와 같이 컬러 필터(CF)가 박막 트랜지스터(T)와 함께 하부 기판(SL)에 형성되는 경우, 컬러 필터(CF)가 하부 기판(SL)에 정의된 화소 영역 내에서 형성되기 때문에, 컬러 필터(CF)와 화소 영역이 정확하게 일치된다. 그리고 비 표시 영역(NA)에 형성된 구동 소자(GIP) 상부에는 2개의 컬러 필터(CF)가 적층된 차광보호층(PL)을 형성함으로써 외부에서 침투하는 빛으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 완성된 평판 표시장치의 외부에서 유입된 빛이 반사될 때, 표시 영역(DA)과 비 표시 영역(NA) 사이에서의 반사율의 차이가 5% 이내로 시각적으로 구분하기가 사실상 어렵다. 따라서, 표시 패널의 가장자리부인 보더(border) 영역이 시각적으로 두드러져 보이는 않는다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 표시 영역(DA)에서는 컬러 필터(CF)의 상층에 형성되는 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM)에 의해 입사된 빛의 양(100%) 중에서 약 13.4%가 반사된다. 한편, 비 표시 영역(NA)에서는 적층된 적색 컬러 필터(CFR)와 청색 컬러 필터(CFB)를 포함하는 차광보호층(PL)에 의해 입사된 빛의 양(100%) 중에서 약 ~10% 정도가 반사된다. 따라서, 표시 영역(DA)과 비 표시 영역(NA) 사이에서의 빛 반사율의 차이는 5% 이내로 차이가 거의 없다. 그 결과, 종래 기술에서 발생했던 비 표시 영역(NA)이 표시 영역(DA) 둘레에서 유달리 검게 도드라져 보이는 시각적 불량이 발생하지 않는다.
이하, 도 3a 내지 3j를 더 참조하여, 본 발명에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치를 제조하는 방법의 바람직한 실시 예를 설명한다. 도 3a 내지 3j는 본 발명의 실시 예에 의한 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치를 제조하는 과정을 나타내는 단면도들이다.
하부 패널(LP)용 투명한 하부 기판(SL)을 준비한다. 하부 기판(SL)을 표시 영역(DA)과 비 표시 영역(NA)으로 구획한다. 기판(SL) 위에 게이트 금속 물질을 도포하고 제1 마스크로 패턴하여 게이트 물질을 형성한다. 게이트 물질에는 기판(SL)의 가로 방향으로 진행하는 게이트 배선, 게이트 배선에서 분기하는 게이트 전극(G)을 포함한다. 표시 영역(DA)에는 화상 데이터를 표시하기 위한 표시 소자용 게이트 전극(G)이, 그리고 비 표시 영역(DA)에는 구동 소자용 게이트 전극(G)이 형성될 수 있다. (도 3a)
게이트 전극(G)이 형성된 기판(SL) 표면 전체 면에 질화 실리콘(SiNx) 혹은 산화 실리콘(SiOx)을 도포하여 게이트 절연막(GI)을 형성한다. (도 3b)
게이트 절연막(GI) 위에 반도체 물질을 전면 도포하고, 제2 마스크로 패턴하여 게이트 전극(G)과 중첩하는 반도체 채널 층(A)을 형성한다. (도 3c)
반도체 채널 층(A)이 형성된 기판(SL) 표면 전체에 소스-드레인 전극물질을 도포하고 제3 마스크로 패턴하여 소스-드레인 물질을 형성하여 박막 트랜지스터(T)를 완성한다. 소스-드레인 물질에는 기판(SL)의 세로 방향으로 진행하는 데이터 배선, 데이터 배선에서 분기하여 반도체 채널 층(A)의 일측면과 접촉하는 소스 전극(S), 그리고 소스 전극(S)과 일정 거리 이격하여 반도체 채널 층(A)의 타측면과 접촉하는 드레인 전극(D)을 포함한다. 표시 영역(DA)에는 화상 데이터를 표시하기 위한 표시 소자용 박막 트랜지스터(T)가, 그리고 비 표시 영역(DA)에는 구동 소자(GIP)용 박막 트랜지스터(T)가 형성될 수 있다. (도 3d)
경우에 따라서는, 게이트 전극(G)을 형성한 후, 기판(SL) 위에 절연물질, 반도체 물질 그리고 소스-드레인 전극 물질을 연속으로 도포하고, 하나의 마스크로 반도체 물질과 소스-드레인 전극 물질을 패턴하여 박막 트랜지스터(T)를 완성할 수도 있다. 이 경우에 제2 마스크와 제3 마스크는 하나의 마스크로 대체할 수 있다.
박막 트랜지스터(T)가 완성된 기판(SL) 표면 전체 면에 무기 절연물질 혹은 유기 절연물질을 도포하여 제1 보호막(PAC)을 형성한다. (도 3e)
제1 보호막(PAC) 위에, 적색 안료를 도포하고 제4 마스크로 패턴하여, 적색 컬러 필터(CFR)를 형성한다. 적색 컬러 필터(CFR)는 적색을 표시하고자 하는 화소 영역 내에 선별적으로 형성한다. 또한, 비 표시 영역(NA) 전체 상부에도 적색 컬러 필터(CFR)를 형성하는 것이 바람직하다.
그 후에, 청색 안료를 도포하고 제5 마스크로 패턴하여, 청색 컬러 필터(CFB)를 형성한다. 청색 컬러 필터(CFB)는 청색을 표시하고자 하는 화소 영역 내에 선별적으로 형성한다. 또한, 비 표시 영역(NA) 전체 상부에 형성된 적색 컬러 필터(CFR) 위에도 청색 컬러 필터(CFB)를 적층하여 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 구동 소자(GIP)의 박막 트랜지스터(T)를 보호하기 위한 보호층(PL)이 형성된다.
마지막으로, 녹색 안료를 도포하고 제6 마스크로 패턴하여, 녹색 컬러 필터(CFG)를 형성한다. 녹색 컬러 필터(CFG)는 녹색을 표시하고자 하는 화소 영역 내에 선별적으로 형성한다. 비 표시 영역(NA)에는 녹색 컬러 필터(CFG)를 추가로 형성하지 않는 것이 바람직하다. (도 3f)
만일 비 표시 영역(NA)에 적색, 청색 및 녹색 컬러 필터가 모두 형성된다면, 삼원색의 혼합으로 거의 흑색에 가까운 채도를 갖는다. 이럴 경우, 외부에서 입사한 빛이 거의 반사되지 않으므로, 비 표시 영역(NA)이 검게 도드라져 보일 수 있다. 따라서, 비 표시 영역(NA)에 형성되는 보호층(PL)은 적색 컬러 필터(CFR), 청색 컬러 필터(CFB) 그리고 녹색 컬러 필터(CFG) 중 선택된 2개의 컬러 필터들을 적층하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 적색 컬러 필터(CFR)와 청색 컬러 필터(CFB)를, 또는 청색 컬러 필터(CFB)와 녹색 컬러 필터(CFG)를, 아니면 적색 컬러 필터(CFR)와 녹색 컬러 필터(CFG)를 적층하여 형성할 수 있다. 본 실시 예에서 여러 조합으로 실험한 결과, 시인성 측면에서 가장 좋은 조합은 적색 컬러 필터(CFR)와 청색 컬러 필터(CFB)를 적층하는 것이었다.
비 표시 영역(NA)에 세 가지 컬러 필터들 중에서 어느 하나만 형성하는 것을 생각할 수도 있는데, 이 경우에는 외부의 빛이 컬러 필터를 투과하여 구동 소자(GIP)용 박막 트랜지스터(T)의 특성에 영향을 줄 가능성이 커 바람직하지 않았다.
컬러 필터들(CFR, CFB, CFG)이 형성된 기판(SL) 전체 표면 위에 무기 절연물질 혹은 유기 절연물질을 도포하여 제2 보호막(PAS)을 형성한다. 그리고 제7 마스크로 제2 보호막(PAS)와 제2 보호막(PAC)을 동시에 패턴하여 드레인 전극(D)의 일부를 노출한다. (도 3g)
제2 보호막(PAS) 위에 ITO(Indium Tin Oxide) 혹은 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 도전 물질을 도포하고 제8 마스크로 패턴하여 드레인 전극(D)과 접촉하는 화소 전극(PXL)을 형성한다. 또한, 수평 전계 방식의 경우, 화소 전극(PXL)과 대향하는 공통 전극(COM)을 더 형성한다. 화소 전극(PXL) 및 공통 전극(COM)은, 전기적 저항성질을 개선하기 위해, 질화 구리(CuNx) 혹은 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)을 더 포함할 수도 있다. 이로써, 하부 패널(LP)을 완성한다. (도 3h)
상부 패널(UP)용 투명 상부 기판(SU)을 준비한다. 상부 기판(SU)을 표시 영역(DA)과 비 표시 영역(NA)으로 구획한다. 상부 기판(SU)의 일측면 위에 투명한 유기물질로 컬럼 스페이서(CS)를 형성한다. 컬럼 스페이서(CS)는 상부 기판(SU)과 하부 기판(SL)의 합착 간격을 일정하게 유지하기 위한 것으로, 비 표시 영역(NA) 전체에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 패널의 중심부에서도 합착 간격을 일정하게 유지하도록 하기 위해서는, 표시 영역(DA)에도 컬럼 스페이서(CS)를 추가로 형성하는 것이 바람직하다. 이때에는 표시 영역(DA) 중에서도 비 개구부인 게이트 배선 혹은 데이터 배선이 배치된 부분 혹은 박막 트랜지스터(T)가 배치된 부분에 형성하는 것이 바람직하다. (도 3i)
상부 패널(UP)에서 컬럼 스페이서(CS)가 형성된 표면과 하부 패널(LP)에서 박막 트랜지스터(T) 및 컬러 필터(CF)가 형성된 표면이 서로 마주보도록 합착한다. 특히, 상부 패널(UP)과 하부 패널(LP) 사이에는 액정 층(LC)이 개입되도록 합착한다. 이로써 컬러 필터 층이 박막 트랜지스터 기판에 형성된 수평 전계형 액정표시장치를 완성한다. (도 3j)
이상 본 발명의 실시 예에 의하면, 구동 소자(GIP)를 보호하기 위해 비 표시 영역(NA)에는 2개의 컬러 필터들이 적층되어 차광보호층(PL)을 형성한다. 특히, 이 적층된 컬러 필터들은 추가 공정이 필요한 것이 아니고, 표시 영역(DA)에서 형성되는 컬러 필터를 형성하는 과정에서 함께 만들어진다. 따라서, 추가 공정이나 비용을 필요로 하지 않는다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
UP: 상부 패널 LP: 하부 패널
SU: 상부 기판 SL: 하부 기판
NA: 비 표시 영역 DA: 표시 영역
GIP: 구동 소자 T: 박막 트랜지스터
G: 게이트 전극 A: 반도체 채널 층
S: 소스 전극 D: 드레인 전극
GI: 게이트 절연막 PAC: 제1 보호막
PAS: 제2 보호막 PXL: 화소 전극
COM: 공통 전극 CF: 컬러 필터
CFR: 적색 컬러 필터 CFB: 청색 컬러 필터
CFG: 녹색 컬러 필터 BCS: 블랙 컬럼 스페이서
CS: 투명 컬럼 스페이서 LC: 액정 층
PL: 차광보호층

Claims (11)

  1. 하부 패널, 상부 패널, 및 상기 하부 패널과 상기 상부 패널 사이에 개재된 액정층을 포함하고,
    상기 하부 패널은,
    매트릭스 배열 방식으로 화소 영역이 정의된 표시 영역과, 상기 표시 영역 주변에 배치된 비 표시 영역으로 구획된 하부 기판;
    상기 화소 영역에 배치된 스위칭 소자 및 상기 화소 영역에 형성된 컬러 필터;
    상기 비 표시 영역에 형성된 구동 소자; 및
    상기 비 표시 영역에 형성되어 상기 구동 소자를 덮는 차광보호층을 포함하고,
    상기 상부 패널은,
    상기 하부 기판의 상기 표시 영역 및 상기 비 표시 영역과 대응하도록 구획된 상부 기판; 및
    상기 상부 기판의 일측면 상에서 상기 비 표시 영역에 배치된 투명 컬럼 스페이서를 포함하며,
    상기 차광 보호층은,
    상기 비표시 영역에서, 상기 구동 소자와 상기 투명 컬럼 스페이서 사이에 개재되어, 상기 구동 소자와 상기 투명 컬럼 스페이서와 중첩 배치되는, 평판 표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광보호층은 상기 컬러 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 청색 컬러 필터 그리고 녹색 컬러 필터 중 선택된 어느 하나를 포함하며;
    상기 차광보호층은 상기 적색 컬러 필터, 상기 청색 컬러 필터 그리고 상기 녹색 컬러 필터 중 선택된 적어도 2개의 컬러 필터들이 적층된 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 패널은,
    상기 스위칭 소자 및 상기 구동 소자를 덮으며 상기 컬러 필터와 상기 차광보호층 아래에 형성된 제1 보호막;
    상기 컬러 필터, 상기 차광보호층 및 상기 스위칭 소자를 덮는 제2 보호막; 그리고
    상기 제2 보호막 위에 형성되며 상기 스위칭 소자와 연결되는 화소 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  6. 하부 패널을 형성하는 단계;
    상부 패널을 형성하는 단계; 및
    액정 층을 사이에 두고 상기 상부 패널과 상기 하부 패널을 합착하는 단계를 포함하고,
    상기 하부 패널을 형성하는 단계는,
    하부 기판을, 매트릭스 배열 방식으로 화소 영역이 배치될 표시 영역과, 상기 표시 영역 주변에 배치될 비 표시 영역으로 구획하는 단계;
    상기 화소 영역에는 스위칭 소자를 그리고 상기 비 표시 영역에는 구동 소자를 형성하는 단계;
    상기 화소 영역에는 컬러 필터를 그리고 상기 비 표시 영역에는 상기 구동 소자를 덮는 차광보호층을 형성하는 단계; 및
    상기 화소 영역에는 상기 컬러 필터와 중첩하는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 상부 패널을 형성하는 단계는,
    상부 기판을, 상기 하부 기판의 상기 표시 영역 및 상기 비 표시 영역과 대응하도록 구획하는 단계; 및
    상기 상부 기판의 상기 비 표시 영역에 투명 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 차광 보호층은,
    상기 비표시 영역에서, 상기 구동 소자와 상기 투명 컬럼 스페이서 사이에 개재되어, 상기 구동 소자와 상기 투명 컬럼 스페이서와 중첩 배치되는, 평판 표시장치 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 차광보호층을 형성하는 단계는, 상기 컬러 필터로 형성하는 것을 특징으로 하는 평판 표시장치 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 청색 컬러 필터 그리고 녹색 컬러 필터 중 선택된 어느 하나를 상기 화소 영역에 배치하도록 형성하며;
    상기 차광보호층은 상기 적색 컬러 필터, 상기 청색 컬러 필터 그리고 상기 녹색 컬러 필터 중 선택된 적어도 2개의 컬러 필터들을 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 평판 표시장치 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 패널을 형성하는 단계는,
    상기 스위칭 소자 및 상기 구동 소자를 형성한 후, 상기 스위칭 소자와 상기 구동 소자를 덮으며, 상기 컬러 필터 및 상기 차광보호층 아래에 배치되는 제1 보호막을 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터, 상기 차광보호층, 상기 스위칭 소자 및 상기 구동 소자를 덮는 제2 보호막을 형성하는 단계; 그리고
    상기 제2 보호막 위에서 상기 컬러 필터와 중첩되며 상기 스위칭 소자와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 표시장치 제조 방법.

  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 패널은,
    상기 스위칭 소자와 연결되는 화소 전극을 포함하고,
    상기 표시 영역에서 상기 화소 전극에 의한 빛 반사율과, 상기 비 표시 영역에서 상기 차광보호층에 의한 빛 반사율의 차이는 5% 이내로 설정되는, 평판 표시장치.
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