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KR102075818B1 - 컬러 혼합 방지 구조체를 구비한 디스플레이 - Google Patents

컬러 혼합 방지 구조체를 구비한 디스플레이 Download PDF

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KR102075818B1
KR102075818B1 KR1020157035543A KR20157035543A KR102075818B1 KR 102075818 B1 KR102075818 B1 KR 102075818B1 KR 1020157035543 A KR1020157035543 A KR 1020157035543A KR 20157035543 A KR20157035543 A KR 20157035543A KR 102075818 B1 KR102075818 B1 KR 102075818B1
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Abstract

컬러 필터 층을 구비한 디스플레이가 제공될 수 있다. 디스플레이는 박막 트랜지스터 층, 및 컬러 필터 층과 박막 트랜지스터 층 사이에 개재된 액정 재료의 층을 가질 수 있다. 컬러 필터 층은 투명 기판 상에 컬러 필터 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 컬러 필터 요소들은 착색된 포토레지스트로 형성될 수 있다. 무기 층은 컬러 필터 요소들 상에 퇴적될 수 있다. 흑색 포토레지스트로 형성된 블랙 매트릭스와 같은 불투명 매트릭스는 무기 층 상에 형성될 수 있다. 컬러 포토레지스트 컬러 필터 요소들은 직사각형일 수 있고 직사각형 어레이 내에 투명 기판 상에 배열될 수 있다. 블랙 매트릭스는 직사각형 개구들의 어레이를 포함할 수 있다. 블랙 매트릭스의 개구들 각각은 컬러 필터 요소들 중 대응하는 컬러 필터 요소와 정렬될 수 있다.

Description

컬러 혼합 방지 구조체를 구비한 디스플레이{DISPLAY WITH COLOR MIXING PREVENTION STRUCTURES}
본원은 일반적으로 디스플레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컬러 필터 층들을 구비한 디스플레이에 관한 것이다.
컴퓨터 및 핸드헬드 전자 디바이스와 같은 전자 디바이스는 액정 디스플레이와 같은 디스플레이를 구비한다. 액정 디스플레이는 통상적으로 링 형상의 비활성 영역에 의해 둘러싸인 직사각형 중앙 활성 영역을 갖는다. 활성 영역 내의 디스플레이 픽셀들의 어레이는 사용자에게 이미지들을 표시하는 것에 사용된다. 적색, 청색 및 녹색 컬러 필터 요소들과 같은 컬러 필터 요소들의 어레이로 형성된 컬러 필터 층은 컬러 이미지들을 표시하기 위한 능력을 디스플레이에 제공하는 데 사용된다. 컬러 필터 층은 불투명한 가장자리를 형성하기 위하여 비활성 영역에서 블랙 마스크를 포함하며 활성 영역에서 그리드 형상의 블랙 매트릭스를 포함한다.
현대의 디스플레이들에서, 점점더 미세한 피치들을 갖는 컬러 필터 요소들의 어레이들을 형성하는 성향이 있다. 이러한 디스플레이들에서 상이한 컬러들의 디스플레이 픽셀들 사이에 상대적으로 가까운 근접도에 기인하여, 하나의 컬러의 픽셀들로부터의 광이 다른 컬러의 픽셀들과 연관된 컬러 필터 요소들을 통과하는 원하지 않는 컬러 혼합 효과에 대한 가능성이 있다. 때때로 컬러 유실(color washout)로 지칭되는 컬러 혼합은, 사용자에게 컬러 이미지들을 정확하게 보여주기 위한 디스플레이의 능력을 감소시킨다.
그러므로, 컬러 필터 요소들의 어레이들을 갖는 디스플레이들에서 컬러 유실을 감소시킬 수 있는 것이 바람직할 것이다.
컬러 필터 층 및 박막 트랜지스터 층을 구비한 액정 디스플레이가 제공될 수 있다. 컬러 필터 층은 컬러 필터 요소 구조체들로 덮인 유리 기판을 가질 수 있다. 박막 트랜지스터 층은 박막 트랜지스터 회로로 덮인 유리 기판을 가질 수 있다. 액정 재료의 층은 컬러 필터 층과 박막 트랜지스터 층 사이에 개재될 수 있다. 상부 및 하부 편광기 층들은 컬러 필터 층 및 박막 트랜지스터 층 위 아래에 형성될 수 있다.
디스플레이는 디스플레이 픽셀들의 어레이를 갖는 활성 영역을 가질 수 있다. 비활성 영역은 활성 영역을 둘러쌀 수 있다. 블랙 마스크 구조체는 비활성 영역에 형성될 수 있다. 직사각형 개구들의 어레이를 형성하는 그리드 형상을 갖는 블랙 매트릭스는 활성 영역에 형성될 수 있다. 컬러 필터 층은 블랙 매트릭스의 직사각형 개구들과 중첩하는 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터 요소들의 어레이를 가질 수 있다.
컬러 필터 요소들은 착색된 포토레지스트로 형성될 수 있다. 무기 버퍼 층은 컬러 필터 요소들 상에 퇴적되어, 블랙 매트릭스 재료와 착색된 포토레지스트 사이의 접착을 방지할 수 있다. 블랙 매트릭스는 무기 층 상에 흑색 포토레지스트의 층을 퇴적하고 흑색 포토레지스트의 직사각형 부분들의 어레이를 제거함으로써 형성되어 활성 영역에서 직사각형 개구들의 어레이를 형성할 수 있다.
추가의 특징, 그의 특성 및 다양한 이점이 첨부 도면 및 바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명으로부터 더 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이가 제공될 수 있는 유형의 전자 디바이스의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 내의 디스플레이 픽셀들의 예시적인 어레이의 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 디스플레이의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이를 위한 컬러 필터 층의 일부분의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 컬러 필터 층 구조체들이 어떻게 형성될 수 있는지를 도시하는 디스플레이의 일부분의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 블랭킷(blanket) 적색 층으로 코팅된 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 적색 컬러 필터 요소들의 어레이를 형성하기 위한 적색 층의 패터닝 후에 도 6의 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 패턴화된 적색 컬러 필터 요소들 위에 녹색 층의 퇴적 후에 도 7의 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 녹색 컬러 필터 요소들의 어레이를 형성하기 위한 녹색 층의 패터닝 후에 도 8의 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 패턴화된 적색 및 녹색 컬러 필터 요소들 위에 청색 층의 퇴적 후에 도 9의 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 청색 컬러 필터 요소들의 어레이를 형성하기 위하여 청색 층의 패터닝 후에 도 10의 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터 요소들 위에 무기 버퍼 층의 퇴적 후에 도 11의 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 흑색 층의 퇴적 후에 도 12의 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 컬러 필터 요소 어레이의 컬러 필터 요소들을 분리하는 블랙 매트릭스 구조체를 형성하기 위한 흑색 층의 패터닝 후에 도 13의 컬러 필터 층 기판의 측단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 14의 구조체 위에 평탄화 층을 퇴적함으로써 형성된 예시적인 컬러 필터 층의 측단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이를 형성하는 것에 사용될 수 있는 장비를 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이를 형성하는 것에 포함되는 예시적인 단계들의 흐름도이다.
디스플레이가 구비될 수 있는 유형의 예시적인 전자 디바이스가 도 1에 도시된다. 도 1의 예시적인 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스는, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화기, 미디어 재생기, 다른 핸드헬드 및 휴대용 전자 디바이스, 더 작은 디바이스들, 예컨대 손목 시계형 디바이스, 펜던트형 디바이스, 헤드폰 및 이어피스(earpiece) 디바이스, 다른 착용가능하고 초소형인 디바이스, 또는 다른 전자 장비일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 저장 및 처리 회로(18), 그리고 입출력 회로(12)를 포함할 수 있다. 저장 및 처리 회로(18)는 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적 프로그램가능 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예컨대, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등과 같은 저장소를 포함할 수 있다. 저장 및 처리 회로(18) 내의 처리 회로는 디바이스(10)의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이 처리 회로는 하나 이상의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 응용 주문형 집적 회로 등에 기초할 수 있다.
입출력 회로(12)는 사용자 및 환경으로부터의 입력을 수신하는 데 사용될 수 있고 사용자들 및 외부 장비에 출력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 입출력 회로(12)는 입출력 디바이스들(16), 예컨대 버튼, 조이스틱, 클릭휠, 스크롤링 휠, 터치 패드, 키 패드, 키보드, 마이크로폰, 카메라, 버튼, 스피커, 상태 표시자, 광원, 오디오 잭 및 다른 오디오 포트 컴포넌트, 디지털 데이터 포트 디바이스, 광 센서, 모션 센서(가속도계), 커패시턴스 센서, 근접 센서, 무선 및 유선 통신 회로 등을 포함할 수 있다. 입출력 회로(12)는 또한 디스플레이(14)와 같은 디스플레이들을 포함할 수 있다. 디스플레이(14)는 터치 스크린 디스플레이일 수 있거나, 터치 입력에 불감한 디스플레이일 수 있다. 터치 스크린 디스플레이의 예들은 용량성 터치 센서 전극들의 어레이들을 갖는 디스플레이를 포함한다. 다른 유형들의 터치 센서 어레이들은 원한다면 디스플레이(14) 내에 통합될 수 있다.
디스플레이(14)는 도 2의 디스플레이 픽셀들(20)과 같은 디스플레이 픽셀들의 어레이를 갖는 액정 디스플레이일 수 있다. 각 픽셀(20)은 박막 트랜지스터 회로와 같은 회로, 전극들, 및 액정 층의 대응 부분에 인가되는 전계를 제어하기 위한 저장 커패시터를 가질 수 있다. 게이트 라인(G) 및 데이터 라인(D)은 디스플레이 픽셀들(20)에 디스플레이 제어 신호들을 분배하는 것에 사용될 수 있다.
디스플레이(14)의 측단면도가 도 3에 도시된다. 백라이트 유닛(22)은 형광 전구 또는 발광 다이오드들의 어레이에 기초할 수 있다. 백라이트 유닛(22)은 Z 방향으로 디스플레이(14)의 디스플레이 층들을 통해 수직으로 이동하는 백라이트(24)를 생성할 수 있다.
디스플레이(14)는 하부 편광기(26) 및 상부 편광기(46)를 포함한다. 디스플레이 픽셀들(20)은 액정 층(34)에 인가된 전계를 제어하는 전극들 및 다른 박막 트랜지스터 회로를 포함한다. 전계를 제어함으로써, 액정 층은 광이 액정 층(34)을 통과하는 동안 각각의 디스플레이 픽셀에서 광(24)의 편광을 제어함으로써, 각 픽셀(20)의 밝기를 제어할 수 있다.
액정 층(34)은 박막 트랜지스터 층(32)과 컬러 필터 층(44) 사이에 개재된다. 박막 트랜지스터 층(32)은 유리 기판(28)과 같은 투명 기판 및 박막 트랜지스터 회로(30)의 층(예컨대, 폴리실리콘 및/또는 비정질 실리콘 트랜지스터, 픽셀 전극, 게이트 라인 및 데이터 라인 등)을 포함한다.
컬러 필터 층(44)은 유리 기판(42)과 같은 투명 기판을 포함한다. 디스플레이(14)는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 때때로 활성 영역(AA)으로 지칭되는 직사각형 중앙 영역은 디스플레이 픽셀들(20)의 직사각형 어레이를 포함할 수 있고 사용자에게 이미지들을 표시하는 데 사용될 수 있다. 때때로 비활성 영역(IA)으로 지칭되는 직사각형 링 형상의 비활성 가장자리 영역은 활성 영역(AA)으로 둘러싸일 수 있다. 비활성 가장자리 영역의 좌측은 도 3의 디스플레이(14)의 측단면도에 도시된다.
컬러 필터 층(44)은 기판(42) 상에 컬러 필터 구조체들(36)의 층을 포함할 수 있다. 비활성 영역(IA)에서, 컬러 필터 구조체들(36)은 블랙 마스크로 지칭되는 불투명 가장자리를 형성하는 블랙 마스킹 재료(38)와 같은 불투명 마스킹 재료의 스트립을 포함할 수 있다. 활성 영역(AA)에서, 컬러 필터 구조체들(36)은 컬러 필터 요소들(40)의 어레이를 포함할 수 있다. 블랙 마스킹 재료(38) 및 컬러 필터 요소들(40)을 형성하는 것에 사용되는 재료들은 폴리머들일 수 있다(즉, 카본 블랙 또는 금속 착체와 같은 흑색 재료 또는 재료(38)를 위한 다른 흑색 포토레지스트, 및 컬러 필터 요소들(40)을 위한 착색된 안료 또는 염료로 형성된 적색, 녹색 및 청색 포토레지스트와 같은 착색된 포토레지스트를 포함하는 포토레지스트).
도 4는 컬러 필터 층(44) 내의 컬러 필터 층 구조체들(36)의 예시적인 부분의 평면도이다. 비활성 영역(IA)에서, 블랙 마스킹 재료(38)는 블랙 마스크(38IA)와 같은 불투명 가장자리 구조체를 형성하는 것에 사용될 수 있다. 활성 영역(AA)에서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 필터 요소들과 같은 컬러 필터 요소들(40)은 요소들의 행들 및 열들을 갖는 어레이로 구조화될 수 있다. 블랙 마스킹 재료(38)의 부분들은 인접한 픽셀들 사이에서 색번짐(color bleeding)을 감소시키는 것을 돕기 위하여 개별 컬러 필터 요소들 사이에 불투명 그리드를 형성하는 것에 사용될 수 있다. 블랙 마스킹 재료(38)를 사용하여 형성된 불투명 그리드는 때때로 블랙 매트릭스 또는 불투명 매트릭스로 지칭될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(38AA)는 각각이 개별 컬러 필터 요소(40)에 의해 중첩되는 일련의 직사각형 개구들을 갖는 그리드를 형성할 수 있다(즉, 각 컬러 필터 요소는, 개별 컬러가 그 컬러 필터 요소를 통과하는 광에 전달되도록 직사각형 개구들 중 각각의 개구와 정렬되고 따라서 그와 중첩한다).
디스플레이(14)의 일부분의 측단면도는 도 5에 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 액정 층(34)은 컬러 필터 층(44)과 박막 트랜지스터 층(32) 사이에 개재될 수 있다. 상부 편광기(46)는 컬러 필터 층(42) 상에 형성될 수 있다. 하부 편광기(26)는 박막 트랜지스터 층(32)의 하부 표면 상에 형성될 수 있다. 다른 층들은 원한다면 디스플레이(14) 내로 통합될 수 있다(예를 들면, 반사방지 코팅 층들, 얼룩 방지(anti-smudge) 층들, 차폐 층들 등).
박막 트랜지스터 층(32)은 유리 기판(28) 상에 금속 디스플레이 픽셀 전극들(30E)을 포함할 수 있다. 전극들(30E)은 디스플레이 픽셀들(20)과 연관되고, 액정 층(34)의 연관된 중첩 부분에 조정 가능한 전계를 인가하는 것에 사용된다.
블랙(불투명) 매트릭스(38AA)는 블랙 마스킹 재료(38)와 같은 불투명 재료의 그리드로 형성될 수 있다. 투명한 오버코트 층(56)은 적색 컬러 필터 요소들(40R), 녹색 컬러 요소들(40G) 및 청색 컬러 필터 요소들(40B)과 같은 컬러 필터 요소들 위에 그리고 블랙 매트릭스(38AA) 위에 도포될 수 있고 평탄화 층으로서 기능할 수 있다. 박막 트랜지스터 회로는 박막 트랜지스터 층(32) 내에 박막 트랜지스터 기판(28) 상에 형성될 수 있다. 박막 트랜지스터 회로는 디스플레이(14) 내의 디스플레이 픽셀들을 위한 전극들을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전극들은 적색 픽셀들 내의 적색 픽셀 전극들(30E-R), 녹색 픽셀들 내의 녹색 픽셀 전극들(30E-G) 및 청색 픽셀들 내의 청색 픽셀 전극들(30E-B)을 포함할 수 있다. 적색 픽셀 전극들(30E-R)은 대응하는 적색 컬러 필터 요소들(40R)과 정렬되고, 녹색 픽셀 전극들(30E-G)은 대응하는 녹색 컬러 필터 요소들(40G)과 정렬되며, 청색 픽셀 전극들(30E-B)은 대응하는 청색 컬러 필터 요소들(40B)과 정렬된다.
전극들과 컬러 필터 요소들 사이의 오정렬에 기인하여/하거나 백라이트 유닛(22)으로부터의 축외(off-axis)(비수직) 백라이트(24)의 존재에 기인하여, 컬러 필터 요소들의 어레이들을 갖는 액정 디스플레이들에서 원하지 않는 컬러 유실에 대한 가능성이 있다. 컬러 유실은 "ON" 픽셀(예컨대, 도 5의 예에서 녹색 픽셀)을 통과하고 있는 예시적인 광선(50G)과 같은 백라이트 광선이 그 연관된 컬러 필터 요소를 통과하지 않지만 오히려 상이하게 착색된 인접 픽셀의 컬러 필터 요소를 통과하는 경우 발생한다.
도 5의 예에서, 녹색 픽셀 전극(30E-G)의 부근에서 "ON" 액정 재료를 통과하는 백라이트 유닛(22)으로부터의 백색 광의 광선들은 백라이트에 녹색 컬러를 전달하기 위해 전극(30E-G)과 연관된 녹색 컬러 필터 요소(40G)를 통과해야만 하고, 따라서 관찰자(60)가 정확한 컬러(즉, 본 예에서 녹색)가 되는 것처럼 광을 관찰할 것이다. 오정렬 및/또는 축외 전파에 기인하여, 광선(50G)은 도 5에 도시된 바와 같이 적색 픽셀(40R)을 잠재적으로 통과할 수 있고, 이는 녹색 이미지 데이터가 적색으로 잘못 나타나는 컬러 유실 상태를 초래한다. 다른 컬러들의 인접한 픽셀들 사이의 컬러 유실(컬러 혼합)이 또한 가능하다. 인접한 적색 컬러 필터 요소를 잠재적으로 통과하는 광을 생성하기 위한 ON 녹색 픽셀의 사용은 컬러 유실 문제를 예시한다.
컬러 유실에 기인한 이미지 저하에 대한 가능성을 최소화하기 위하여, 블랙 매트릭스(38AA)를 만드는 구조체들은 증가된 두께(높이)(H)가 제공될 수 있다. 주어진 디스플레이에 사용되는 두께는 처리 문제를 초래할 수 있는 과도한 두께를 피하면서 컬러 유실을 최소화하도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 디스플레이(14)의 활성 영역에서 블랙 매트릭스(38AA)의 두께(H)는 (예로서) 50 nm 내지 10,000 nm일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(38AA)가 충분히 두꺼운 경우, 예시적인 부분(60)과 같은 블랙 매트릭스(38AA)의 부분들은 인터셉트되고 따라서 도 5의 예시적인 광선(50G)과 같은 잘못된 광선들을 차단할 것이다. 블랙 매트릭스(38AA)의 부분(60)으로 광선(50G)을 차단함으로써, 광선(50G)은 적색 컬러 필터 요소(40R)의 부분(52)을 통과하는 것을 방지하고 이에 따라 컬러 혼합을 감소시킬 것이다.
컬러 필터 층(44)에서 유리 기판(42)의 하부 표면으로부터 충분히 돌출하는 블랙 매트릭스 구조체들을 생성하기 위하여, 유리 기판(42) 상에 컬러 필터 요소들(40)의 어레이를 형성한 후에 블랙 매트릭스(38AA)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 방식에서, 블랙 매트릭스(38AA)의 최외측 표면들은 컬러 필터 요소들(40)의 노출된 표면들보다 더 바깥쪽으로 돌출할 수 있다(이는 두꺼울 필요는 없다). 이러한 유형의 접근을 사용하여 컬러 필터 층(44)을 형성하는 것에 포함되는 다양한 단계들 동안 컬러 필터 층 구조체들의 측단면도는 도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13, 도 14, 및 도 15에 도시된다.
우선, 블랭킷 적색 필터 층(40RB)과 같은 컬러 필터 층은 도 6에 도시된 바와 같이, 컬러 필터 기판(42) 상에 퇴적될 수 있다. 적색 컬러 필터 층(40RB)은 적색 포토레지스트와 같은 광형상화 가능한 폴리머(photoimageable polymer)로 형성될 수 있다. 염색, 안료, 또는 다른 재료들은 적색 컬러와 같은 컬러들을 컬러 필터 요소들에 전달하는 것에 사용될 수 있다. 층(40RB)은 예를 들면 적색 염색 또는 적색 안료를 포함하는 포토레지스트로 형성될 수 있다.
포토리소그래피 패터닝은 도 7에 도시된 바와 같이, 적색 컬러 필터 요소들(40R)(즉, 적색 포토레지스트 컬러 필터 요소들)을 형성하기 위하여 적색 포토레지스트 층(40RB)을 패터닝하는 데 사용될 수 있다.
적색 컬러 필터 요소들(40R)의 형성 후에, 녹색 포토레지스트(40GB)와 같은 녹색 광형상화 가능한 재료의 블랭킷 층은 도 8에 도시된 바와 같이 컬러 필터 층 기판(42)의 표면 상에 퇴적될 수 있다. 녹색 포토레지스트 층(40GB)은 적색 컬러 필터 요소들을 덮을 수 있다.
녹색 포토레지스트 층(40GB)의 퇴적 후에, 녹색 포토레지스트 층(40GB)은 도 9에 도시된 바와 같이, 녹색 컬러 필터 요소들(40G)의 어레이를 형성하기 위하여 패터닝될 수 있다.
도 10은 녹색 컬러 필터 요소들(40G)이 형성된 후에, 청색 포토레지스트 층(40BB)과 같은 청색 광형상화 가능한 재료의 블랭킷 층이 어떻게 기판(42) 상에 퇴적될 수 있는지를 도시한다. 청색 포토레지스트 층(40BB)은 적색 컬러 필터 요소들(40R) 및 녹색 컬러 필터 요소들(40G)을 덮을 수 있다.
포토리소그래피 패터닝은 청색 포토레지스트 층(40BB)을 패터닝하는 데 사용하여 청색 컬러 필터 요소들(40B)을 형성할 수 있으며, 이는 도 11에 도시되는 바와 같다. 적색 컬러 필터 요소들(40R), 녹색 컬러 필터 요소들(40G) 및 청색 컬러 필터 요소들(40B)은 컬러 필터 요소들(40)의 직사각형 어레이로 배열될 수 있으며, 이는 도 4에 도시되는 바와 같다.
기판(42) 상에 컬러 필터 요소들의 어레이의 형성 후에, 버퍼 층(70)은 퇴적될 수 있으며, 이는 도 12에 도시되는 바와 같다. 버퍼 층(70)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물과 같은 무기 재료, 실리콘, 산소 및/또는 질소 등을 포함하는 다른 무기 물질, 또는 후속적으로 퇴적되는 블랙 마스킹 재료가 컬러 필터 요소들(40R, 40G, 40B)의 착색된 포토레지스트와 상호작용하는 것을 방지하는 것을 돕는 다른 물질로 형성될 수 있다. 버퍼 층은 (예로서) 40 옹스트롬 내지 5000 옹스트롬의 범위에서 두께를 가질 수 있다. 40 내지 5000 옹스트롬보다 많거나 적은 두께는 또한 원한다면 사용될 수 있다. 무기 층(70)은 컬러 필터 요소들(40)의 표면들을 덮는 블랭킷 막으로서 퇴적될 수 있다(예를 들면, 스퍼터링 또는 다른 퇴적 기법들을 사용함으로써).
블랙 마스킹 재료(38)는 카본 블랙, 금속 화합물, 또는 마스킹 재료(38)가 가시 광에 대해 불투명이 되게 하는 다른 재료를 포함하는 포토레지스트와 같은 재료로 형성될 수 있다. 마스킹 재료(38)가 컬러 필터 요소들(40)(즉, 포토레지스트)의 재료와 유사하거나 동일한 포토레지스트와 같은 재료로 형성되는 시나리오에서, 화학적 결합들이 컬러 필터 요소들과 마스킹 재료(38) 사이에 형성될 수 있다는 가능성이 있다. 이는 포토리소그래피 패터닝을 사용하여 컬러 필터 요소들로부터 퇴적된 마스킹 재료를 완전히 제거하는 것이 어렵거나 불가능하게 만들 수 있다. 블랙 매트릭스 형성 후에 컬러 필터 요소들 상에 남아있는 블랙 마스킹 재료 잔여물은 디스플레이가 원하지 않게 흐릿하게 나타나도록 컬러 필터 요소들을 통과하고 있는 광을 산란시키고 흡수함으로써 디스플레이 성능을 저하시킬 수 있다.
도 12의 무기 버퍼 층(70)과 같은 무기 버퍼 층으로 컬러 필터 요소들(40)의 표면들을 덮음으로써, 컬러 필터 요소들(40) 상에 잔여물을 형성하기 위한 블랙 마스킹 층 재료의 성향은 감소될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 블랙 마스킹 층 재료(38)는 버퍼 층(70)을 덮으며 밑에 있는 컬러 필터 요소들(40R, 40G, 40B)의 어레이를 덮는 블랭킷 층의 형태로 퇴적될 수 있다. 버퍼 층(70)은 포토리소그래피 패터닝 동안 층(38)의 부분들의 완전한(잔여물 없음) 제거를 용이하게 하기 위해 각 컬러 필터 요소의 표면들과 블랙 마스킹 재료 층(38) 사이에 개재된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 블랙 마스킹 재료(38)는 영역들(72) 내에서 제거되어, 컬러 필터 요소들(40R, 40G, 40B)의 표면들의 중앙 직사각형 부분들(72)을 노출시키고 이에 의해 블랙 매트릭스(38AA)를 형성할 수 있다. 층(38)의 흑색 유기 포토레지스트 재료는 무기 버퍼 층(70)과 충분히 상호작용하지 않고, 따라서 포토레지스트의 패터닝 동안, 포토레지스트는 어떠한 포토레지스트 잔여물도 남기지 않으면서 영역들(72)로부터 완전히 제거될 수 있다(즉, 포토레지스트의 직사각형 부분들은 무기 버퍼 층(70) 상에 포토레지스트 잔여물이 없는 직사각형 개구들을 생성하기 위해 제거될 수 있다).
도 14의 그리드 형상의 블랙 매트릭스(38AA)를 형성하기 위한 블랙 마스킹 층(38)의 패터닝에 이어서, 오버코트 층(56)과 같은 투명한 유기 오버코트 층은 컬러 필터 기판(42) 상의 컬러 필터 요소들(40R, 40G, 40B) 위에, 버퍼 층(70) 위에, 그리고 블랙 매트릭스(38AA) 위에 퇴적될 수 있다. 오버코트 층(56)은 투명한 폴리머와 같은 재료로 형성될 수 있고 평탄화 층으로서 기능할 수 있다.
디스플레이(14)를 형성하기 위한 예시적인 장비가 도 16에 도시된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 코팅 기구 및 포토리소그래피 패터닝 기구(80) 또는 다른 제조 장비는 디스플레이(14)의 기판 층들 상에 재료의 블랭킷 층들을 퇴적하는 것에 사용될 수 있고, 컬러 필터 요소들, 버퍼 층 재료, 불투명 매트릭스 재료, 박막 트랜지스터 전극들 및 다른 박막 트랜지스터 회로 등을 형성하기 위하여 퇴적된 층들을 패터닝하는 것에 사용될 수 있다.
기구들(80)은 유리 또는 플라스틱의 층들과 같은 기판 층들을 수신할 수 있고, 기판 층들의 상부 상에 재료의 층들을 퇴적하고 패터닝할 수 있다. 예를 들면, 기구들(80)은 컬러 필터 기판(42) 상에 패턴화된 코팅 층들을 퇴적하여 컬러 필터 층(44)을 형성할 수 있고, 박막 트랜지스터 기판(28) 상에 전극들 및 다른 회로를 위한 패턴화된 층들을 퇴적하여 박막 트랜지스터 층(32)을 형성할 수 있다.
조립 장비(82)는, 컬러 필터 층(44) 및 박막 트랜지스터 층(32)과 같은 디스플레이 층들, 및 디스플레이(14)를 형성하기 위한 다른 구조체들(예컨대, 액정 재료, 편광기 등)을 조립하기 위한 컴퓨터 제어 포지셔너 및/또는 수동 작동형 장비를 포함할 수 있다.
디스플레이(14)를 형성하는 것에 포함되는 예시적인 단계들은 도 17에 도시된다.
단계(84)에서, 도 16의 기구들(80)과 같은 장비는 컬러 필터 기판(42) 위에 컬러 필터 요소들(40)을 패터닝하는 데 사용될 수 있다. 컬러 필터 요소들(40)은 적색, 녹색 및 청색 포토레지스트와 같은 착색된 포토레지스트를 퇴적하고 포토리소그래피식으로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 컬러 필터 요소들은 컬러 필터 기판(42)의 표면 상에 어레이 패턴으로 배열될 수 있다.
단계(86)에서, 기구들(80)과 같은 장비는 컬러 필터 요소들 위에 후속적으로 퇴적되는 블랙 마스킹 재료의 제거를 용이하게 하는 층을 퇴적하는 데 사용될 수 있다. 특히, 기구들(80)은 무기 버퍼 층(70)과 같은 무기 재료로 형성된 버퍼 층을 퇴적할 수 있다. 버퍼 층(70)은 컬러 필터 층 기판의 표면 상의 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터 요소들을 덮을 수 있다. 버퍼 층(70)의 무기 재료는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 포토레지스트와의 화학적 결합을 견디는 다른 재료일 수 있다.
단계(88)에서, 기구들(80)과 같은 제조 장비는 흑색 포토레지스트와 같은 불투명 마스킹 재료를 퇴적하는 데 사용될 수 있다. 흑색 포토레지스트 또는 다른 블랙 마스킹 재료는 컬러 필터 층 기판(42)의 표면 상에 무기 버퍼 층(70) 상에 블랭킷 막으로서 퇴적될 수 있다. 흑색 포토레지스트의 퇴적 시에, 흑색 포토레지스트는 무기 버퍼 층 아래에 놓이는 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터 요소들을 덮을 수 있다. 흑색 포토레지스트 퇴적에 이어서, 버퍼 층은 컬러 필터 요소들과 흑색 포토레지스트 사이에 개재되어 흑색 포토레지스트가 컬러 필터 요소들에 접착하는 것을, 그리고 디스플레이 성능을 저하시킬 수 있는 흑색 포토레지스트 잔여물을 남기는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다. 흑색 포토레지스트는 포토리소그래피 패터닝 기술들을 사용하여 패터닝되어 블랙 매트릭스(38AA)를 형성할 수 있다. 포토리소그래피 패터닝 기술들은 컬러 필터 요소들과 중첩하는 영역들(예컨대, 도 14의 영역들(72) 참조)에서 흑색 포토레지스트의 부분들을 제거한다. 버퍼 층(70)의 존재 때문에, 영역들(72) 내의 흑색 포토레지스트는 디스플레이 성능을 저하시킬 수 있는 흑색 포토레지스트 잔여물을 남기지 않으면서 깨끗하게 제거될 수 있다.
단계(90)에서, 평탄화 오버코트 층(56)은 블랙 매트릭스(38AA), 및 컬러 필터 기판(42)의 표면 상의 다른 구조체들 위에 퇴적되어 컬러 필터 층(44)을 형성할 수 있다.
단계(92)에서, 컬러 필터 층(44)은 박막 트랜지스터 층(32)과 같은 다른 디스플레이 구조체들과 함께 조립되어 디스플레이(14)를 형성할 수 있다.
전술한 사항은 단지 본 발명의 원리를 예시하는 것이며, 본 발명의 범주 및 기술적 사상으로부터 벗어남이 없이 다양한 수정들이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이루어질 수 있다. 상기 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (23)

  1. 박막 트랜지스터 층;
    컬러 필터 층 기판;
    상기 박막 트랜지스터 층과 상기 컬러 필터 층 기판 사이에 개재된 액정 재료의 층;
    블랙 매트릭스 - 상기 블랙 매트릭스는 개구들과 최소 두께를 갖는 제1 부분들 및 최대 두께를 갖는 제2 부분들을 가짐 -;
    상기 컬러 필터 층 기판 상의 컬러 필터 요소들의 어레이 - 상기 컬러 필터 요소들 각각은 상기 개구들 중 각각의 개구와 정렬되고 상기 블랙 매트릭스의 상기 최소 두께 및 상기 최대 두께보다 작은 두께를 갖고, 상기 블랙 매트릭스는 컬러 유실(color washout)을 초래하는 잘못된 광선들을 차단하기 위한 증가된 두께를 가지며, 상기 블랙 매트릭스의 상기 제2 부분들 각각은 상기 컬러 필터 요소들 중 하나와 중첩함 -;
    상기 컬러 필터 요소들의 어레이와 상기 블랙 매트릭스 사이에 개재된 버퍼 층 - 상기 버퍼 층의 부분들은 상기 컬러 필터 층 기판과 직접 접촉함 -; 및
    상기 어레이 내의 적어도 두 개의 인접한 컬러 필터 요소들 위로 연장되는 평면(planar surface)을 형성하는 평탄화 층(planarization layer)을 포함하고,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 평탄화 층과 상기 컬러 필터 층 기판 사이에 개재되는, 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 버퍼 층은 무기 버퍼 층을 포함하는, 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 무기 버퍼 층은 40 옹스트롬 내지 4000 옹스트롬의 두께를 갖는, 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 무기 버퍼 층 상에 흑색 포토레지스트를 포함하는, 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 컬러 필터 요소들의 어레이는 착색된 포토레지스트를 포함하는, 디스플레이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 착색된 포토레지스트는 적색 포토레지스트, 녹색 포토레지스트 및 청색 포토레지스트를 포함하는, 디스플레이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 흑색 포토레지스트를 포함하고, 상기 컬러 필터 요소들의 어레이는 적색 컬러 필터 요소들, 녹색 컬러 필터 요소들 및 청색 컬러 필터 요소들을 포함하는 포토레지스트 컬러 필터 요소들의 직사각형 어레이를 포함하며, 상기 버퍼 층은 상기 흑색 포토레지스트와 상기 포토레지스트 컬러 필터 요소들 사이에 개재된 무기 층을 포함하는, 디스플레이.
  8. 플레인(plane) 내에 있는 투명 디스플레이 기판;
    상기 투명 디스플레이 기판 상에 개구들을 갖는 불투명 포토레지스트 매트릭스 - 상기 불투명 포토레지스트 매트릭스는 최소 두께를 갖는 제1 부분들 및 최대 두께를 갖는 제2 부분들을 가짐 -;
    상기 투명 디스플레이 기판 상의 상이한 컬러들의 컬러 필터 요소들의 어레이 - 상기 컬러 필터 요소들 각각은 상기 개구들 중 각각의 개구와 정렬되고 상기 불투명 포토레지스트 매트릭스의 상기 최소 두께 및 상기 최대 두께보다 작은 두께를 갖고, 상기 불투명 포토레지스트 매트릭스는 컬러 유실을 초래하는 잘못된 광선들을 차단하기 위한 증가된 두께를 가지며, 상기 불투명 포토레지스트 매트릭스의 상기 제2 부분들 각각은 상기 컬러 필터 요소들 중 하나와 중첩함 -; 및
    상기 투명 디스플레이 기판 상의 무기 층 - 상기 무기 층은, 상기 컬러 필터 요소들의 어레이에 직접 접촉하고 상기 컬러 필터 요소들의 어레이를 덮는 제1 평면 부분들과 상기 투명 디스플레이 기판과 직접 접촉하는 제2 평면 부분들을 갖고, 상기 무기 층은 상기 불투명 포토레지스트 매트릭스와 상기 컬러 필터 요소들의 어레이 사이에 개재됨 -
    을 포함하고,
    상기 플레인에 평행한 제1 축이 상기 불투명 포토레지스트 매트릭스 및 상기 컬러 필터 요소들 둘 다를 통하여 연장되고, 상기 플레인에 수직하는 제2 축이 상기 불투명 포토레지스트 매트릭스와 상기 컬러 필터 요소들 둘 다를 통하여 연장되는, 디스플레이.
  9. 제8항에 있어서, 상기 무기 층은 실리콘을 포함하는, 디스플레이.
  10. 제9항에 있어서, 상기 무기 층은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 형성되는, 디스플레이.
  11. 제8항에 있어서, 상기 불투명 포토레지스트는 흑색 포토레지스트를 포함하는, 디스플레이.
  12. 제11항에 있어서, 상기 컬러 필터 요소들은 적색 포토레지스트 요소들, 녹색 포토레지스트 요소들 및 청색 포토레지스트 요소들을 포함하는, 디스플레이.
  13. 제12항에 있어서,
    전극들을 갖는 박막 트랜지스터 층; 및
    상기 박막 트랜지스터 층과 상기 컬러 필터 요소들의 어레이 사이에 액정 층을 더 포함하는, 디스플레이.
  14. 디스플레이를 형성하는 방법으로서,
    플레인 내에 있는 컬러 필터 층 기판 상에 컬러 필터 요소들의 어레이를 형성하는 단계 - 상기 컬러 필터 요소들 각각은 두께를 가짐 -;
    상기 컬러 필터 요소들의 어레이 위에 무기 버퍼 층을 퇴적하는 단계 - 상기 무기 버퍼 층의 제1 부분들은 상기 컬러 필터 요소들과 접촉하고 상기 무기 버퍼 층의 제2 부분들은 상기 컬러 필터 층 기판에 접촉함 -; 및
    상기 무기 버퍼 층 위에 불투명 매트릭스를 형성하는 단계 - 상기 불투명 매트릭스는 최소 두께를 갖는 제1 부분들 및 최대 두께를 갖는 제2 부분들을 갖고 상기 제1 부분들 및 상기 제2 부분들은 모두 상기 컬러 필터 요소들의 두께보다 크며, 상기 불투명 매트릭스는 컬러 유실을 초래하는 잘못된 광선들을 차단하기 위한 증가된 두께를 가지며, 상기 불투명 매트릭스는 상기 컬러 필터 요소들 중 각각의 컬러 필터 요소와 각각 정렬되는 개구들을 포함하고, 상기 불투명 매트릭스의 제2 부분들 각각은 상기 컬러 필터 요소들 중 하나와 중첩하고, 상기 무기 버퍼 층은 상기 개구들을 가로질러 연속적으로 연장되고, 상기 플레인에 평행한 제1 축이 상기 불투명 매트릭스 및 상기 컬러 필터 요소들 둘 다를 통하여 연장되고, 상기 플레인과 수직하는 제2 축이 상기 불투명 매트릭스와 상기 컬러 필터 요소들 둘 다를 통하여 연장됨 -
    를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 컬러 필터 요소들의 어레이를 형성하는 단계는 착색된 포토레지스트 요소들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 불투명 매트릭스를 형성하는 단계는 흑색 포토레지스트 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 착색된 포토레지스트 요소들을 형성하는 단계는 직사각형 적색 포토레지스트 요소들을 형성하는 단계, 직사각형 청색 포토레지스트 요소들을 형성하는 단계 및 직사각형 녹색 포토레지스트 요소들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 무기 버퍼 층을 형성하는 단계는, 실리콘 산화물 층 및 실리콘 질화물 층으로 구성된 군으로부터 선택된 무기 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 불투명 매트릭스를 형성하는 단계는 흑색 포토레지스트를 패터닝하여 직사각형 개구들을 갖는 그리드를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 컬러 필터 요소들의 어레이 내의 각 컬러 필터 요소는 상기 직사각형 개구들 중 각각의 직사각형 개구와 중첩하는, 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 불투명 매트릭스의 상기 개구들은 직사각형 개구들을 포함하고, 상기 불투명 매트릭스를 형성하는 단계는,
    상기 무기 버퍼 층 상에 흑색 포토레지스트의 층을 퇴적하는 단계; 및
    상기 무기 버퍼 층으로부터 상기 흑색 포토레지스트의 직사각형 부분들을 제거하여, 상기 무기 버퍼 층 상에 흑색 포토레지스트 잔여물이 없는 상기 직사각형 개구들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 불투명 매트릭스 위에 평탄화 층을 퇴적하는 단계를 더 포함하고, 상기 불투명 매트릭스는 상기 컬러 필터 층 기판과 상기 평탄화 층 사이에 개재되는, 방법.
  22. 제8항에 있어서,
    평탄화 층을 더 포함하고, 상기 불투명 포토레지스트 매트릭스는 상기 평탄화 층과 상기 무기 층 사이에 개재되는, 디스플레이.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터 요소들의 어레이는 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러 필터 층 기판 사이에 개재되는, 디스플레이.
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