KR100243721B1 - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR100243721B1
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마찌다 가쯔히꼬
샤프 가부시키가이샤
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Abstract

액정 표시 장치는 다수의 액정 구동용 능동 소자가 형성된 제1기판; 제1기판 상에 형성된 층간막 상에 순서대로 적층된 제1,제2 및 제3액정 셀; 및 평탄화막을 개재시켜 상기 제3액정 셀 상에 배치된 제2기판을 포함하되, 상기 제1, 제2 및 제3액정 셀 각각이 대향 전극, 액정층, 및 제1기판 상에 형성된 상기 액정 구동용 능동 소자중 대응하는 하나에 접속된 구동 전극을 가지며, 절연층에 의해 인접하는 액정 셀의 대향 전극 및 구동 전극으로부터 각각 전기적으로 분리된다. 3개의 액정 셀이 독립적으로 구동되므로, 액정 셀 내에 각각 능동 소자들이 제공되지 않기 때문에, 각 액정 셀 사이에 두꺼운 절연막을 형성할 필요가 없다. 또한, 액정 판넬의 두께가 화소 크기에 비해 상당히 박막화될 수 있으므로, 표시 장치를 비스듬히 본 경우에 발생할 수 있는 시차가 방지될 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 감색법(subtractive color method)을 사용하며, 워드 프로세서 및 노트북 퍼스널 컴퓨터와 같은 OA(사무 자동화) 시스템, 각종 영상 시스템, 게임 시스템 등에서 적절히 구현되는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에, 워드 프로세서, 랩탑 퍼스널 컴퓨터 및 "포켓 텔레비젼"이라 불리는 휴대용 TV 수상기에 대한 액정 표시 장치의 응용이 급속히 발전하고 있다.
종래에 액정 표시 장치는 TN(twisted nematic) 방식 및 STN(super-twisted nematic) 방식을 사용한다. TN 방식에서, 한 쌍의 편광판(polarizer) 사이에 배치된 액정 표시 소자는 광학 특성을 이용하여 단색(흑색 및 백색) 디스플레이를 실현한다. 특히, 액정 표시 소자는 전압 비인가시에는 나타나며 전압 인가시에 해소되는 액정의 광학 회전을 일으키는 광학 스위칭 특성을 이용한다.
컬러 디스플레이용의 각 화소는 일반적으로 예를 들어, 각각 미소 치수를 가진 적색, 청색 및 녹색 필터를 갖추고 있다. TN 모드의 상기 광학 스위칭 특성을 이용하여, 가색법(additive color method)을 사용하여 여러 색상 또는 모든 색상을 표시할 수 있다. 컬러 디스플레이는 일반적으로 가색법 또는 감색법에 의해 이루어진다. 현재 주요 가색법은 활성-매트릭스 어드레싱 또는 단순-매트릭스 어드레싱에 의해 구동된 컬러 액정 표시 장치에서 널리 사용된다.
그러한 액정 표시 장치에 의해 제기된 한가지 문제점은 수% 정도로 광 투과율이 낮다는 점이다. 광 투과율은 다음 관계식으로 나타낼 수 있다.
광 투과율=TFT 어레이의 개구율×액정 투과율×편광판 투과율×컬러 필터 투과율
현재 사용된 액정 표시 장치의 계수값은 통상 TFT 어레이의 개구율의 경우 60% 내지 70%; 액정 투과율의 경우 90% 내지 95%; 편광판 투과율의 경우 40%; 컬러 필터 투과율의 경우 30%가 사용된다. 이러한 값들에 기초하여 계산된 광 투과율은 6.5% 내지 8%이며, 이것은 대부분의 흑색 광이 효율적으로 사용되지 않는다는 것을 나타낸다. 소비 전력이 높은 백 라이트를 사용하지 않고 컬러 디스플레이를 실현하기란 어려우므로 액정 표시 장치에서 저 소비 전력성을 잃게된다.
반면에, 감색법을 이용하여 컬러 표시가 달성되는 경우, 3개의 액정 셀을 사용하면 컬러 필터를 사용할 필요가 없게 된다. 그 결과, 상기 관계식에서 컬러 필터 투과율은 주로 가색법보다 밝은 디스플레이를 제공하는 감색법의 경우의 해당부분이 소거된다. 그러므로, 감색법이 보다 양호하다.
도 17는 감색법을 사용하는 예시적 액정 표시 장치를 도시한다. 액정 표시장치(90)은 제1기판(7) 상에 형성된 층간막(15) 상에 교대로 하나씩 적층된 제1액정 셀(94a), 제2액정 셀(95a) 및 제3액정 셀(96a), 평탄화막(26), 블랙 매트릭스(28), 및 제2기판(10)을 포함하는 다층 구조를 가진다. 제1액정 셀(94a)은 층간막(15)상에 순서대로 적층되어 있는 액정 구동 소자(91), 액정 구동 소자(91)에 접속된 구동 전극(84), 액정층(94) 및 대향 전극(85)을 포함한다. 제2액정 셀(95a)은 기판(97), 기판(97)상에 순서대로 적층되어 있는 액정 구동 소자(92), 액정 구동 소자(92)에 접속된 구동 전극(86), 액정층(95) 및 대향 전극(87)을 포함한다. 제3액정 셀(96a)은 기판(98), 기판(98)상에 순서대로 적층되어 있는 액정 구동 소자(93), 액정 구동 소자(93)에 접속된 구동 전극(88) 및 대향 전극(89)를 포함한다. 상술한 3개의 액정층 각각은 게스트-호스트(GH)형과 같은 액정 재료를 포함하며, 각각 녹청색, 자홍색 및 노란색을 나타낸다. 따라서, 구성된 액정 표시장치(90)은 여러 색상 또는 모든 색상을 디스플레이할 수 있으며, 우찌다 다쯔오(Tatsuo Uchida) 편저 "차세대 액정 표시 기술" 공업조사회 172면에서 실증되었다.
그러나, GH형 액정 표시 장치는 3개의 액정 셀을 가지기 때문에, 글래스 기판 등은 각 액정층들 사이에 배치된다. 그리하여, 표시 장치를 경사지게 관찰하는 경우, 그 두께로 인해 3가지 색상에서 오프셋이 발생된다.
컬러 오프셋을 방지하기 위하여, 각 화소의 크기에 비해 기판의 두께를 상당히 박막화할 필요가 있다. 플라스틱막 기판을 사용하는 3개의 액정 셀이 교대로 하나씩 적층되는 경우, 예를 들어 저 열저항을 갖는 플라스틱막 상에 박막 트랜지스터(TFT)와 같은 소자를 형성하는 것은 제한된 처리 온도면에서 어렵다. 더우기, 액정층을 구동하는 TFT와 같은 능동 소자가 3개의 액정 셀들 각각에 형성되는 경우, 액정 셀을 생성하는데 필요한 공정수는 현재 필요한 공정수에 비해 거의 3배이며, 제조 비용 및 수율면에서 극히 불리하다.
이러한 단점을 해결하기 위해, 일본국 미심사 특허 공보 제6-337843호(1994)에서는 도 18에 도시된 바와 같은 액정 표시 패널(100)을 제안한다. 액정 패널(100)은 제1기판(108) 상에 형성된 다수의 액정 구동 소자(110) 상에 교대로 하나씩 적층된 다수의 액정 셀(101,102 및 103)을 포함한다. 액정 셀(101,102 및 103)은 각각 구동 전극(105,106 및 107) 및 액정층(111,112 및 113)을 구비하며, 제2기판(109) 상에만 형성된 대향 전극(104)를 공통 전극으로서 사용한다. 즉, 액정층(111,112 및 113)은 구동 전극(106 및 107)에 의해서만 서로 분리된다. 이러한 구조의 경우, 글래스 기판 또는 그 같은 것이 액정 셀들(101과 102) 사이 및 액정 셀들(102과 103) 사이에 삽입되지 않으므로, 글래스 기판의 두께로 인한 시차(parallax)의 발생을 방지한다. 그러나, 액정 표시 패널(100) 내에 액정층(111, 112 및 113)을 순차적으로 적층하면, 액정층(111,112 및 113)에 독립적으로 전계를 인가하기가 어려워진다. 이것은 구동될 액청층 내에서만 전계를 발생시키기 위해서는 그에 접속된 대응하는 액정 구동 소자(110)를 사용하여 전극(105,106 및 107)의 전위를 각각 제어하는 복잡한 구동 방법을 필요로 한다. 그 결과, 각각의 액정 구동 소자(110)를 개별적으로 제어하여야 하므로 전체 구동 전압이 증가된다. 이는 증가된 전압을 견딜 수 있는 구동 회로의 제공을 수반하게 되므로, 결과적으로 액정 표시 장치의 제조 비용을 증가시킨다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 액정 표시 장치는 제1기판 상에 형성된 다수의 액정 구동용 능동 소자, 상기 제1기판 상에 형성된 층간막 상에 순서대로 적층된 제1액정 셀, 제2액정 셀 및 제3액정 셀, 및 평탄화막을 개재시켜 제3액정 셀 상에 배치된 제2기판을 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3액정 셀은 각각 배향전극, 상기 제1기판 상에 형성된 액정 구동용 능동 소자들 중 대응하는 능동 소자에 접속된 액정층 및 구동 전극을 가지며, 각각은 인접한 액정 셀의 대향 전극 및 구동 전극으로부터 절연층에 의해 전기적으로 분리되며, 상기 제1, 제2 및 제3액정 셀의 액정층들 중 적어도 하나의 층은 고분자(polymer)로 분산되는 액정을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1기판 상에 다수의 액정 구동용 능동 소자를 형성하고, 액정 구동용 능동 소자를 포함하는 제1기판의 전 표면 상에 층간막을 형성하는 단계(1a); 제1액정 구동용 능동 소자, 제1액정층 및 제1대향 전극을 순서대로 층간막 상에 형성하여 제1액정 셀을 형성하는 단계(2a); 제2액정 구동용 능동 소자, 제2액정층 및 제2대향 전극을 절연층을 개재시켜 순서대로 제1액정 셀 상에 형성하여 제1액정 셀을 형성하는 단계(3a); 제2액정 구동용 능동소자에 접속된 제2구동 전극, 제2액정층 및 제2대향 전극을 구동 전극 절연막을 개재시켜 순서대로 제1액정 셀 상에 형성하여 제2액정 셀을 형성하는 단계(4a); 제3액정 구동용 능동 소자에 접속된 제3구동 전극, 제3액정층 및 제3대향 전극을 절연층을 개재시켜 순서대로 제2액정 셀 상에 형성하여 제3액정 셀을 형성한 후, 제3액정 셀 상에 평탄화막을 형성하고 이 평탄화막 상에 제2기판을 배치하는 단계(5a)를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1기판 상에 다수의 액정 구동용 능동 소자를 형성하고, 액정 구동용 능동 소자를 포함하는 제1기판의 전 표면 상에 층간막을 형성하는 단계(1b); 제3대향 전극, 제3액정층 및 제3구동 전극을 평탄화막을 개재시켜 순서대로 제2기판 상에 형성하는 단계(2b); 제2대향 전극, 제2액정층 및 제2구동 전극을 절연층을 개재시켜 순서대로 제3액정 셀 상에 형성하여 제2액정 셀을 형성하는 단계(3b); 제1대향 전극, 제1액정층 및 제1구동 전극을 절연층을 개재시켜 순서대로 제2액정 셀 상에 형성하여 제1액정 셀을 형성하는 단계(4b); 제1, 제2 및 제3구동 전극들이 각각 대응 액정 구동용 능동 소자들에 접속되도록 최종 제1 및 제2기판들을 결합하는 단계(5b)를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법이 제공된다.
제1도는 본 발명에 따른 예시적인 액정 표시 장치의 주요 부분을 도시한 개략 단면도.
제2도는 내부에 제공된 종배선을 설명하는 제1도의 액정 표시 장치의 주요 부분을 도시한 확대 개략 단면도.
제3도 내지 제8도는 제1도의 액정 표시 장치의 각 제조 방법을 도시한 개략 단면도.
제9도는 본 발명에 따른 다른 예시적 액정 표시 장치의 주요 부분을 도시한 개략 단면도.
제10도는 내부에 제공된 종배선을 설명하는 제9도의 액정 표시 장치의 주요 부분을 도시한 확대 개략 단면도.
제11도 내지 제16도는 제9도의 액정 표시 장치의 각 제조 방법을 도시한 개략단면도.
제17도는 감색법을 사용하는 종래 기술의 예시적 액정 표시 장치를 도시한 개략 단면도.
제18도는 종래 기술의 다른 예시적 액정 표시 장치를 도시한 개략 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1,2,3,59,62,65,111,112,113 : 액정층 4,5,6 : 능동 소자
7,10 : 기판 8,9 : 절연층
15 : 층간막 94a,95a,96a,101,102,103 : 액정 셀
91,92,93,110 : 액정 구동 소자 100 : 액정 패널
본 발명의 액정 표시 장치가 반사형 액정 표시 장치로서 구성되는 경우, 제1기판으로서 사용될 기판은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 공지된 불투명 절연기판 또는 실리콘, 글래스, 석영 및 플라스틱과 같은 투명 절연 기판을 사용할 수도 있다. 제1기판은 기판 상에 형성된 이산화실리콘 또는 SiN 등의 방수용(undercoating)막을 가질 수도 있다. 반면에, 본 발명의 액정 표시 장치가 투과형 액정 표시 장치로서 구성되는 경우, 양호하게는, 제1기판으로서 투명 절연 기판이 사용된다.
제1기판에는 다수의 액정 구동용 능동 소자가 형성된다. 사용될 액정 구동용 능동 소자는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT) 및 MIM(Metal Insulator Metal) 소자와 같은 비선형 저항 소자를 포함할 수도 있다. 반사형 액정 표시 장치의 경우, MOS 트랜지스터 등은 액정 구동용 능동 소자로서 사용될 수도 있다. 능동 소자의 재료 및 크기는 제조될 액정 표시 장치의 기능 또는 크기에 따라 적절히 결정될 수도 있다.
제1, 제2 및 제3액정 셀은 액정 구동용 능동 소자를 포함하는 제1기판 상에 형성된 층간막 상에 순서대로 적층된다. 절연막들은 전기적 분리를 위해 제1액정 셀과 제2액정 셀 사이 및 제2액정 셀과 제3액정 셀 사이에 각각 삽입된다. 층간막은 양호하게는, 약 0.1㎛ 내지 3㎛ 두께의 SiO2또는 SiN으로 형성된 단일층 또는 다층막이다. 사용될 절연막은 각각의 액정 셀들 사이의 용량이 최소이기만 하면 특별히 한정되지 않고, 비유전율이 최소인 재료로 형성될 수도 있다. 절연막용의 특정 재료는 예를 들어 메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탤레이트, 폴리스틸렌, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 등의 투명한 고분자 재료를 포함하며, 이들은 절연 기판용으로 사용될 수 있다. 절연막의 두께는 양호하게는, 약 10 내지 200㎛이다.
액정 셀들은 각각 구동 전극, 대향 전극 및 액정층을 가진다. 하나의 액정 셀의 구동 전극은 다른 액정 셀의 구동 전극 및 대향 전극으로부터 전기적으로 분리된다. 제1액정 셀의 구동 전극은 층간막 상에 형성되며, 제2 및 제2액정 셀들의 구동 전극은 절연층 상에 형성된다. 구동 전극들은 제1기판 상의 대응 액정 구동용 능동 소자에 각각 접속된다. 액정 구동 전극들은 각각 약 30nm 내지 500nm, 양호하게는 약 50nm 내지 200nm 두께의 In2O3, SnO2또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 재료로 형성된다. 반사형 액정 표시 장치의 경우, 제1액정 셀의 구동 전극은 양호하게는, 반사판으로서 기능하는 도전성 재료로 구성된다. 특히, 제1액정 셀의 구동 전극은 약 10nm 내지 1㎛, 더 양호하게는, 약 50nm 내지 500nm 두께의 알루미늄, 은, 백금, 니켈, 크롬 등으로 형성된다. 반사형 액정 표시 장치의 경우, 제1액정 셀의 구동 전극은 투명 도전성 재료로 형성된다. 그러나, 이 경우에 제1액정 구동용 전극과는 별도로 제1기판과 제1액정 셀 사이, 제1기판의 외측 상에, 또는 제1액정 셀의 구동 전극과 액정 층 사이에 상술한 도전성 재료의 반사판을 제공할 필요가 있다.
대향 전극은 구동 전극 및 기판의 표면에 대해 평행하게 구동 전극에 직교하여 연장된다. 대향 전극들은 양호하게는, 구동 전극과 실질적으로 동일한 두께의 상기 투명 도전성 재료로 각각 형성된다.
각각의 액정층용 액정 구성물은 양호하게는 아조계(azo-type), 앤트라키논계(anthraquinone-type), 디아조계(diazo-type), 아조메틴계(azomethine-type), 나프토키논계(naphthoquinone-type) 및 페릴렌계(perylene-type) 등의 상이한 색소들을 함유한다. 특히, 액정 구성물들은 양호하게는, 남색, 자홍색, 노란색 및 유사 2색 색소를 함유한다. 이 경우, 셀 간격(또는 각 액정층들의 두께)은 양호하게는, 약 3㎛ 내지 30㎛이다. 각 액정층용 액정 구성물은 동일하거나 상이한 액정 재료를 함유할 수도 있지만 상이한 색소를 함유한다. 그러나, 최소한 모든 액정 구성물은 양호하게는, 게스트-호스트형의 고분자로 분산된다. 고분자 분산형 액정은 고분자 매트릭스 내에 분산된 약 0.1㎛ 내지 20㎛크기의 입자들을 포함한다. 고분자 분산형 액정은 약 20wt% 내지 80wt%t(또는 vol%), 양호하게는 50wt% 내지 70wt%의 액정을 함유한다. 고분자 분산형 액정에 함유된 액정은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 시프 베이스(base)계, 아조(azo)계, 아족시(azoxy)계, 벤조에이트(benzonate)계, 바이페닐(biphenyl)계, 터페닐(terphenyl-type)계, 시클로헥실 카본네이트(cyclohexyl carbonate-type)계, 페닐시클로헥산(phenylcyclohexane-type)계, 피리미딘(pyrimidine-type)계 및 디옥산(dioxane-type)계 및 그 화합물 또는 페닐피리미딘(phenylpyrimidine)계와 같은 강유전성 액정을 포함할 수 있다. 고분자 매트릭스의 에에는 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 에폭시 수지 및 자외선 경화 알릴 수지가 포함된다. 액정중의 고분자 매트릭스는 양호하게는, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 , 부틸 아크릴레이트, 비닐 알콜 또는 메틸 메타크릴레이트의 단량체 또는 저중합체(oligomer)로 형성된다. 광 경화 개시제, 시랄(chiral) 도펀트, 표면 활성제 및 유사 첨가제는 액정 구성물 또는, 액정 구성물, 단량체 또는 조중합체의 화합물에 선택적으로 첨가될 수도 있다. 액정층내에 디크로익 색소 분자를 배향하기 위해, 액정 구성물은 액정이 색소 분자의 배향을 위한 전계 인가와 등방성인 온도(예를 들어, 약 80℃ 내지 120℃)로 유지하면서 고분자 매트릭스를 경화시키기 위해 자외선이 조사된다. 이러한 공정에서, 양호하게는 약 10분 내지 60분 동안 100kV/cm 내지 1000kV/cm의 전계를 인가한다.
고분자 분산형 액정이 사용되는 경우, 본 발명의 액정 표시 장치는 특별히 배향막을 구비할 필요는 없지만, 필요하다면 사용될 액정의 타입 및 특성에 따라 배향막이 형성될 수도 있다. 더우기, 단층 또는 다층으로 된 보호막 및/또는 절연막은 구동 전극 또는 대향 전극의 상측 또는 하측 상에 형성될 수도 있다. 배향막, 보호막 및 절연막은 증착, 스퍼터링, CVD, LPCVD, 용해-코팅 등에 의해 SiO2, SiN, Al2O3, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지 또는 포토레지스트 수지로 형성될 수도 있다. 대안적으로, 스핀-코팅, 딥-코팅, 스크린-프린팅, 롤-코팅 등에 의해 유기재료의 용액 또는 전구체(precursor) 용액을 인가한 후, 소정의 조건(가열, 광조사등)에서 인가된 재료를 경화시킴으로써 형성될 수도 있다. 배향막, 보호막 및 절연막의 두께는 특별히 제한되지 않고, 제조되는 액정 표시 장치의 크기, 액정층, 구동 전극 및 대향 전극의 두께 등에 따라 제어될 수 있다.
제1, 제2 및 제3대향 전극들은 제1기판 상의 대응 액정 구동용 능동 소자에 접속된다. 예를 들어, 층간막, 절연막 및 액정 셀을 통해 연장하는 입체 배선에 의해 그들 사이의 상호 접속이 이루어진다. 특히, 제1액정 셀의 대향 전극은 액정 구동용 능동 소자 상에 형성된 층간막을 통해 연장하는 입체 배선을 통하여 제1기판상의 대응 액정 구동용 능동 소자에 접속된다. 제2액정 셀의 대향 전극은 층간막, 제1액정 셀 및 절연막을 통해 연장하는 다른 입체 배선을 통하여 제1기판 상의 대응 액정 구동용 능동 소자에 접속된다. 제3구동 액정 셀의 대향 전극은 층간막, 제1액정 셀, 절연층, 제2액정 셀 및 절연층을 통해 연장하는 다른 입체 배선을 통하여 제1기판 상의 대응 액정 구동용 능동 소자에 접속된다. 입체 배선은 구동 전극 및 투명 대향 전극과 동일한 재료 또는 Al, Ni, Ti, Ta 또는 Ag와 같은 도전성 재료로 형성된다.
액정 표시 장치는 다음 방식으로 제조될 수 있다.
공정 (1a)은 제1기판 상에 다수의 액정 구동용 능동 소자를 형성하는 단계(a)를 포함한다. 액정 구동용 능동 소자를 형성하기 위해 공지된 방식이 사용된다. 예를 들어, 액정 구동용 능동 소자가 박막 트랜지스터인 경우 비정질 수소화 실리콘의 활성층을 형성한 후, 그 상부에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하고 이온 주입에 의해 소스/드레인 영역을 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 공정 (1a)는 CVD 또는 증착과 같은 공지된 방법에 의해 액정 구동용 능동 소자 상에 층간막을 형성하는 단계(b)를 포함하며, 양호하게는 각각의 액정 구동용 능동 소자상의 층간막 내에 접촉홀을 형성하는 단계(c)를 더 포함하되, 상기 접촉홀은 제1기판 상의 대응 액정 구동용 능동 소자에 각 액정 셀의 구동 전극을 접속하기 위해 입체 배선을 형성하도록 다음 단계에서 사용된다. 접촉홀들은 포토리소그래피 및 에칭 공정과 같은 공지된 방식에 의해 원하는 크기로 각각 형성된다.
공정 (2a)에서, 제1액정 셀이 층간막 상에 형성된다. 공정 (2a)은 구동 전극(제1구동 전극)을 형성하는 단계(a)를 포함한다. 구동 전극 형성의 경우, 구동 전극용 재료는 스퍼터링 또는 증착에 의해 층간막 상에 피착되며 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 원하는 형태로 패터닝된다. 이전 단계에서 접촉홀이 형성된 경우, 액정 구동용 능동 소자들(제1액정 구동용 능동 소자)중 대응 소자에 구동전극을 접속시키기 위해 입체 배선들 중 하나가 이 단에 설치되도록 구동 전극용 재료로 접촉홀들이 채워진다. 공정 (2a)은 양호하게는, 다른 액정 구동용 능동 소자들에 접속된 다른 입체 배선용의 적어도 2개의 전극 패드를 형성하는 단계(b)를 더 포함한다. 전극 패드는 동일한 재료를 사용하여 구동 전극의 형성과 동시에 형성될 수도 있다. 그렇지 않으면, 스퍼터링 또는 무전해 도금과 같은 공지된 방법으로 상이한 재료를 사용하여 구동 전극을 형성한 후 전극 패드가 형성될 수도 있다. 무전해 도금이 사용되면, 예를 들어 구동 전극 형성용으로 피착된 Al 재료 상에 NiSO4용액으로부터 Ni 막이 형성된다. 사용될 재료는 Al 및 Ni에만 한정되지 않고, Ti, Ta, Ag 등의 재료가 사용될 수도 있다. 공정 (2a)은 구동 전극 상에 절연막, 보호막 등을 선택적으로 형성한 후, 액정층(제1액정층)을 형성하는 단계(c)를 더 포함한다. 액정층의 형성 방법은 특별히 한정적이지 않고, 액정층 분리, 액정 이멀션(emulsion) 코팅 또는 액정 주입등의 공지된 방법이 사용될 수도 있다. 특히, 액정은 수용성 고분자에서 분산된 후, 바 코터 등을 이용하여 최종 분산이 구동 전극 상에 인가된다. 필요하다면, 고분자는 가열, 자외선 조사 또는 전자빔에 의해 고분자화된 후 건조된다. 공정 (2a)은 최종 액정층 상에 보호막 또는 절연막을 선택적으로 형성하고 대향 전극(제1대향 전극)을 형성하는 단계(d)를 더 포함한다. 대향 전극은 구동 전극과 실질적으로 동일한 방식으로 형성될 수도 있다. 공정 (2a)는 양호하게는, 제2 및 제3액정 셀의 구동 전극을 대응 액정 구동용 능동 소자에 접속하기 위해 제1액정 셀을 통해 연장하여 제1액정 셀의 대향 전극으로부터 분리되는 입체 배선용의 적어도 2개의 전극 패드를 형성하는 단계(e)를 더 포함한다. 전극 패드 형성의 경우, 대향 전극을 형성한 후, 산소 플라즈마에 대해 고 저항성을 나타내는 폴리실란 또는 디실라닐렌-π-전자계 고분자와 같은 절연 도료(resist)를 사용하는 습식 에칭, 건식 에칭 또는 산소 에싱 등의 공지된 방법에 의해 액정층이 에칭되어 관통 홀이 형성된 후 도전성 재료가 채워진다. 그렇지 않으면, 관통 홀은 대향 전극이 형성되기 전에 형성되어 대향 전극용 재료로 채워질 수도 있다.
공정 (3a)에서, 제2액정 셀은 절연층을 개재시켜 제1액정 셀 상에 형성된다. 공정 (3a)은 절연막을 형성하는 단계(a)를 포함한다. 절연막은 양호하게는, 상술된 바와 같은 투명 고분자 재료로 형성된다. 투명 고분자 재료는 클로로포름과 같은 용매에서 용해되며, 바 코터 등을 이용하여 고분자 용액이 제1액정 셀 상에 인가된 후, 50℃ 내지 200℃, 양호하게는 약 100℃의 온도에서 약 1분 내지 10분 동안 건조된다. 공정 (3a)은 공정 (2a)에서와 동일한 방법으로 절연층 상에 구동 전극(제2구동 전극)을 형성하는 단계(b)를 더 포함하며, 양호하게는, 제2 및 제3액정 셀과 제1기판 상의 대응 액정 구동용 능동 소자(제2액정 구동용 능동소자)을 접속하는데 사용될 입체 배선용의 적어도 2개의 전극 패드를 형성하는 단계(c)를 더 포함한다. 전극 패드는 구동 전극을 형성하기 전에, 습식 에칭, 건식 에칭 또는 산소 에싱과 같은 공지된 방법을 사용하여 절연막을 에칭함으로써 형성되어, 관통 홀을 형성하여 구동 전극용 재료로 채워질 수도 있다. 전극 패드는 동일한 재료를 사용하여 구동 전극의 형성과 동시에 형성될 수도 있다. 그렇지 않으면, 상이한 재료를 사용하여 구동 전극을 형성한 후 전극 패드가 형성될 수도 있다. 적어도 하나의 전극 패드는 제2액정 셀의 구동 전극에 접속되므로, 이전 단계에서 형성된 전극 패드를 통하여 제1기판 상의 대응 액정 구동용 능동 소자에 접속된다. 반면에, 다른 전극 패드는 제2액정 셀의 구동 전극으로부터 전기적으로 절연된다. 공정 (3a)은 절연막, 보호막 등을 선택적으로 형성한 후, 액정층(제2액정층)을 형성하는 단계(d)를 더 포함한다. 액정층은 상술된 바와 같은 방식으로 형성된다. 공정 (3a)은 액정층 상에 보호막 또는 절연막을 선택적으로 형성한 후, 그 상부에 대향 전극(제2대향 전극)을 형성하는 단계(e)를 더 포함한다. 대향 전극은 구동 전극과 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 공정 (3a)은 제1 및 제2액정 셀을 통해 연장하여 제1기판 상의 대응 액정 능동 소자와 제3액정 셀의 구동 전극을 접속하는 전극 패드를 형성하는 단계(f)를 더 포함한다. 전극 패드는 공정 (2a)에서와 동일한 방법으로 제2액정 셀의 대향 전극으로부터 분리되도록 형성될 수도 있다.
공정 (4a)은 공정 (3a)에서와 동일한 방법으로 절연층을 통해 제2액정 셀 상에 제3액정 셀용 구동 전극(제3구동 전극) 및 액정층을 형성하는 단계(a)를 포함한다. 이 단계에서, 양호하게는, 공정 (3a)에서와 실질적으로 동일한 방법으로 구동 전극에 접속된 입체 배선용의 전극 패드가 형성된다. 그 결과, 구동 전극은 이전 공정에서 형성된 전극 패드를 통하여 제1기판 상의 하나의 대응 액정 구동용 능동 소자(제3액정 구동용 능동 소자)에 접속된다. 공정 (4a)은 공정 (3a)에서와 동일한 방법으로 대향 전극(제3대향 전극)을 형성하여 제3액정 셀을 제조하며 그 상부에 평탄화막을 개재시켜 제2기판을 배치하는 단계(b)를 더 포함한다. 그렇지 않으면, 공정 (4a)은 평탄화막을 개재시켜 제2기판 상에 대향 전극(제3대향 전극)을 형성하여 제3액정 셀의 액정층(제3액정층)상에 최종 제2기판을 결합하는 단계(b')를 포함할 수도 있다. 이 때, 공지된 방식으로 제2기판과 평탄화막 사이에 블랙 매트릭스가 선택적으로 형성될 수도 있다. 평탄화막은 양호하게는, 약 0.5㎛ 내지 10㎛두께의 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등으로 형성된다.
상기 공정이 수행된 후, 각 액정 셀의 대향 전극들 사이의 배선이 설치되어 액정 구동용 능동 소자들이 구동 회로 상에 장착된다. 그리하여, 액정 표시 장치가 완료된다.
본 발명에 따른 다른 제조 방법에서, 공정 (1b)은 상술된 공정 (1a)에서와 동일한 방식으로 제1기판 상에 다수의 액정 구동용 능동 소자를 형성하며 액정 구동용 능동 소자를 포함하는 제1기판의 전표면 상에 층간막을 형성하는 단계를 포함한다. 이 때, 양호하게는, 공정 (1a)에서와 동일한 방식으로 층간막 내에 접촉홀이 형성된 후, 액정 구동용 능동 소자에 접속된 입체 배선에 사용되는 범프(bump)를 형성하기 위해 도전성 재료로 채워진다.
이러한 공정에서, 상부 기판을 제공한 후 역순으로 상기 제조 공정 단계를 수행하여 액정 표시 장치가 제조된다. 공정 (2b)에서, 평탄화막을 개재시켜 제2기판 상에 제3액정 셀이 형성된다. 평탄화막은 공정 (4a)(b')에서와 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 대향 전극(제3대향 전극), 액정층(제3액정층) 및 구동 전극(제3구동 전극)은 상술된 동일 방식으로 순서대로 평탄화막 상에 형성된다. 또한, 이 경우에 대향 전극 또는 구동 전극의 상층 및 하측 중 한 측 또는 양측 상에 단층 또는 다층의 보호막 또는 절연막이 형성된다.
공정 (3b)에서, 제2액정 셀 형성을 위해 절연층을 개재시켜 제3액정 셀의 구동 전극 상에 대향 전극(제2대향 전극), 액정층(제2액정층) 및 구동 전극(제2구동 전극)이 순서대로 형성된다. 이 공정에서, 상술된 것과 동일한 방식으로 절연막, 대향막, 액정층 및 구동 전극이 형성된다.
공정 (4b)에서, 제1액정 셀 형성을 위해 상기와 동일한 방식으로 절연층을 개재시켜 제2액정 셀의 구동 전극 상에 대향 전극(제1대향 전극), 액정층(제1액정층) 및 구동 전극(제1구동 전극)이 순서대로 형성된다. 액정 표시 장치가 반사형 액정 표시 장치로서 구성되는 경우, 양호하게는, 액정층과 구동 전극 사이에 절연막이 형성되며, 구동 전극의 한 면에 요철이 형성되도록 구동 전극과 접한 면에 요철이 있도록 절연막이 형성된다. 절연막 표면 상의 요철은 공지된 에칭 기술 등에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 요철은 양호하게는, 회절 또는 간섭에 기인하여 구동 전극 상에 반사된 광이 파장 특성을 발생하도록 불균일한 패턴을 갖게 된다.
공정 (2b), (3b) 및 (4b)에서, 전극 패드는 양호하게는, 상기 제조 방법의 공정 (2a), (3a) 및 (4a)에서와 실질적으로 동일한 방식으로 입체 배선용으로 형성된다.
공정 (5b)에서, 액정 구동용 능동 소자들이 대응 구동 전극에 접속되도록 최종 제1 및 제2기판이 서로 결합된다. 제1기판 상의 각각의 액정 구동용 능동 소자들에 대응하는 범프들이 이전 공정에서 형성된 경우, 범프들은 양호하게는, 이전 공정에서 형성된 전극 패드에 이방성 도전막을 통하여 접속된다. 따라서, 액정 구동용 능동 소자들은 전극 패드 및 범프를 통하여 제1, 제2 및 제3액정 셀들의 구동 전극에 각각 접속될 수 있다. 사용될 도전막은 약 3㎛ 내지 10㎛ 직경의 통상구형인 도전성 입자들을 함유하는 에폭시 수지, 페닐 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지 또는 폴리이미드 수지와 같은 열경화성 수지로 형성된다. 전극 패드 또는 구동 전극들은 약 100℃ 내지 200℃의 온도에서 약 10g 내지 50g의 압력을 가하여 범프에 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치가 투과형 액정 표시 장치로서 구성되는 경우, 제1기판의 액정 셀과 반대측의 표면 상에 백라이트, 반사막 등이 선택적으로 설치될 수도 있다.
이후, 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법의 실시예가 설명될 것이다.
[실시예 1]
도 1은 컬러 디스플레이용의 감색법을 사용하여 활성-매트릭스 어드레싱에 의해 구동되는 투과형 액정 표시 장치의 한 화소를 도시하는 단면도이다. 도 2는 본 장치의 수직 배선을 도시한다.
액정 표시 장치(47)은 제1글래스 기판, 및 각각의 액정층(후술될 것임)을 구동하기 위해 구동 전극과 대응하여 제1기판(7) 상에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)와 같은 액정 구동용 능동 소자(4,5 및 6)를 포함한다.
제1액정 셀(11)에서, 액정 구동용 TFT(4,5 및 6)을 피복하는 층간막(15)상에 구동 전극(14)가 형성되어 액정 구동용 TFT(4)에 접속된다. 제1액정층(1)이 구동 전극(14)상에 형성되며, 보호막(41), SiO2막(42) 및 대향 전극(17)이 제1액정층(1)상에 형성된다.
제2액정 셀(12)에서, 구동 전극(18)은 절연막(8) 및 SiO2막(43)을 개재시켜 대향 전극(17)상에 형성되어, 액정 구동용 TFT(5)에 접속된다. 제2액정층(2)는 구동 전극(18)상에 형성되며, 보호막(44), SiO2막(45) 및 대향막(19)는 제2액정층(2)상에 형성된다.
제3액정 셀(13)에서, 구동 전극(20)은 절연막(9) 및 SiO2막(46)을 개재시켜 대향 전극(19) 상에 형성되어 액정 구동용 TFT(6)에 접속된다. 제3액정층(3)은 구동 전극(20)상에 형성되며, 대향 전극(25)는 제3액정층(3) 상에 형성된다.
제2기판(10)은 평탄화막(26) 및 블랙 매트릭스(28)을 개재시켜 대향 전극(25)상에 배치된다.
제1, 제2 및 제3액정층(1,2 및 3)은 고분자 매트릭스 내에 분산된 마이크로캡슐형 게스트-호스트 액정을 함유한 액정 구성물을 포함하며, 각각 노란색, 자홍색 및 녹청색의 2색성 색소를 함유한다. 도광판(light guiding plate)(22) 및 반사막(23)은 액정 셀(13, 12 및 11)에 대해 제1기판(7)의 반대측에 배치되어 후면 광원(21)로부터의 광을 전송한다.
이후, 도 2을 참조하여 수직 배선이 상세히 설명될 것이다.
구동 전극(14)는 제1기판(7)상에 형성된 액정 구동용 TFT(4)에 직접 접속된다. 구동 전극(18)은 전극 패드(14a,33a 및 35a)를 통하여 액정 구동용 TFT(5)에 접속된다. 구동 전극(20)은 전극 패드(14b,33b,35b 및 36b)를 통하여 액정구동용 TFT(6)에 접속된다.
도 1 및 도 2에는 액정 구동용 TFT(4,5 및 6)의 구성이 도시되어 있지 않지만, TFT의 게이트 전극은 제1기판(7)상에 형성되며, 게이트 절연막을 개재시켜 게이트 전극 상에 활성층이 형성된다. 각각의 소스/드레인 전극은 활성 영역의 양단에 형성된다.
액정 표시 장치(47)은 다음 방식으로 제조된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 수소화물(a-Si:H)의 활성층을 각각 포함하는 TFT(4,5 및 6)는 공지된 기술에 의해 실리콘 이산화물의 방수막을 갖춘 코닝(Corning) #7059와 같은 소다 글래스의 투명 제1기판(7)상에 액정 구동용 능동 소자로서 형성된다. 그러므로, 약 500nm 두께의 SiO2막은 TFT(4,5 및 6)상에 층간막(15)로서 형성된다. 그 후, 층간막(15)의 원하는 영역 내에 접촉홀이 형성되며, 약 100nm 두께의 ITO막이 스퍼터링에 의해 접촉홀을 함유한 층간막(15)의 전표면 상에 형성된 후, 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패터닝되어, 접촉홀들 중 하나를 통하여 TFT(4)에 접속된 투명 구동 전극(14)를 형성하며 TFT(5 및 6)에 각각 접속된 전극 패드(14a 및 14b)를 형성한다.
그 후, 표면 활성액 TWEEN20(ICI 아메리카사 상용) 1g을 함유한 중합도(polymerization degree) 500 정도의 폴리비닐 알콜(PVA) 12%의 수용액 15g에 2색성 색소(남색, 자홍색 및 노란색 중 한 색상, 예를 들어, 일본 감광 색소 연구소 상용)를 3wt% 함유한 네매틱 액정 ZLI-3561-000(머크사 상용) 9g을 혼합한다. 최종 혼합물은 5000rpm으로 약 10분동안 교반되어 유화된다. 그 후, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및 아크릴로니트릴의 40g의 공중합체 라텍스[copolymer latex(수지 성분 25%를 함유함)]가 그 혼합물에 첨가된 후 1000rpm이하의 저속으로 교반된다.
그 후, 최종 혼합물은 잠시 동안 방치된 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 구동전극(14)가 형성된 제1기판(7)상에 바 코터(bar coater)를 이용하여 약 30㎛ 두께로 인가되어 약 60℃에서 1시간 동안 건조되어 액정층(1)을 형성한다. 건조 후 액정층(1)의 두께는 10㎛이다. 따라서, 얻어진 제1액정층(1) 상에 스핀 코터에 의해 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 폴리이미드 수지로 형성된 약 1㎛ 두께의 보호막(41)이 형성된다. LPCVD 기술(월간 Semiconductor World 1992. 4 p41에 기재됨)에 의해 FSi(OC2H5)3(플루오로트리에톡실란)을 사용하여 실온에서 약 100nm 두께의 SiO2막(42)이 보호막(41) 상에 형성된다.
그 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 스포토링에 의해 200nm 두께의 ITO막이 형성되어 통상 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패터닝되어 투명한 대향 전극(17)을 형성한다. SiO2막(42)는 통상 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 원하는 형태로 패터닝된다. 그 후, 패터닝된 SiO2막(42)를 마스크로서 사용하여 산소 에싱(ashing)에 의해, 보호막(41) 및 액정층(1) 내에 전극패드(14a 및 14b)로 연장하는 관통 홀이 형성된다.
그 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 관통 홀을 포함하는 SiO2막(42) 상의 원하는 영역 내에 Al막 또는 그 같은 막은 형성된다. Al막 상에는 NiSO4용액으로부터 Ni막이 형성되어 무전해 도금 기술(1989 SYMPOSIUM ON VLSI TECHNOLOGY 12-2)을 이용하여 전극 패드(33a 및 33b)를 형성한다. 따라서, 전극 패드(33a 및 33b)는 각각 전극 패드(14a 및 14b)를 통하여 TFT(5 및 6)에 접속된다.
그 후, 바 코터를 사용하여 대향 전극(17) 및 전극 패드(33a 및 33b)상에 폴리메틸렌 메타크릴레이트의 클로로포름 용액이 인가된 후 약 2분동안 100℃에서 건조되어 약 50㎛ 두께를 갖는 절연층(8)을 형성한다. 스퍼터링, LPCVD 등의 기술에 의해 절연막(8) 상에 100nm 두께의 SiO2막(43)이 형성된다.
그 후, 도 7에 도시된 바와 같이, 스퍼터링에 의해 SiO2막(43)의 전 표면 상에 약 200nm 두께의 ITO막이 형성되어 통상 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패터닝되어 구동 전극(18)을 형성한다. 그 후, SiO2막(43)은 통상 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 원하는 형태로 패터닝된다. 그 후, 패터닝된 SiO2막(43)을 마스크로서 사용하여 산소 에싱에 의해 절연층 내에 전극 패드(33a 및 33b)로 연장하는 관통 홀이 형성된다. 그 후, 상술된 것과 동일한 방식으로, 관통 홀을 포함하는 투명 전극(18) 상의 원하는 영역 내에 무전극 도금에 의해 전극 패드(35a 및 35b)가 형성된다. 따라서, 구동 전극(18)은 전극 패드(35a, 33a 및 14a)를 통하여 TFT(5)에 접속된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 자홍색 색소를 함유하는 제2액정층(2)가 상술된 방식으로 형성된 후, 보호막(44), SiO2막(45), 대향 전극(19) 및 전극 패드(34b)가 형성된다. 그 후, 상술된 방식으로 절연층(9), SiO2막(46), 구동 전극(20) 및 전극 패드(36b)가 형성된다. 따라서, 구동 전극(20)은 전극 패드(36b,34b,35b,33b 및 14b)를 통하여 TFT(6)에 접속된다. 그 후, 남색 색소를 함유한 제3액정층(3)이 상술된 방식으로 형성된다.
한편, 제1기판(7)과 동일한 재료이며, 제1기판의 대향부분으로서 제공되는 제2기판(10) 상에 블랙 매트릭스(28)가 형성된다. 에폭시 수지의 평탄화막(26)이 블랙 매트릭스(28) 상에 형성된 후, 투명한 대향 전극(25)가 평탄화막(26) 상에 형성된다. 최종 제2기판(10)은 제1, 제2 및 제3액정층(1, 2 및 3)이 형성된 제1기판(7)에 접속된다. 따라서, 도 1에 도시된 액정 표시 장치(47)이 완성된다. 액정 표시 장치(47)에서, TFT(4,5 및 6)은 각각 구동 회로 상에 드라이버 회로 상에 실장되며 대향 전극(17, 19 및 25)는 공통 배선(도시되지 않음)에 접속된다. 액정층에 대해 제1기판(7)의 반대측에 도광판(22), 반사막(23) 및 후면 광원(back light source)(21)이 제공된다.
액정층(1, 2 및 3)이 각각 노란색, 자홍색 및 남색에 대응하여 각각의 TFT(4,5 및 6)에 의해 독립적으로 구동되기 때문에 액정 표시 장치는 모든 색상을 디스플레이할 수 있다. 특히, TFT(6)으로부터의 신호는 전극 패드(14b, 33b, 35b, 34b 및 36b)를 통해 구동 전극(20)에 도달되어 액정층(3)을 구동한다. 또한, TFT(5)로부터의 신호는 전극 패드(14a,33a 및 35a)를 통해 구동 전극(18)에 도달되어 액정층(2)만을 구동하며, TFT(4)로부터의 신호는 구동 전극(14)에 직접 도달되어 액정층(1)만을 구동한다.
각 액정층(1,2 및 3)은 고분자 매트릭스 내에 분산된 미소캡슐형 GH 액정을 포함하기 때문에, 전계가 인가되지 않을때 청색-, 녹색- 및 적색-성분의 입사광이 각 액정층(1, 2 및 3)에 의해 흡수된다. 반면에, 액정층들 중 한 층으로 전계가 인가될 때, 전계가 인가된 액정층은 투과 상태로 변경된다. TFT(6)만이 온되고 TFT(4 및 5)가 오프되면, 예를 들어 액정층(3)만이 투과 상태로 변경되면, 액정층(2 및 1)은 각각 녹색- 및 청색-광 성분을 흡수한다. 따라서, 적색-광 성분만이 추출되어 적색을 디스플레이할 수 있다.
[실시예 2]
도 9는 컬러 디스플레이용 감색법을 사용하여 활성 매트릭스 어드레싱에 의해 구동되는 반사형 액정 표시 장치의 한 화소를 도시하는 단면도이다. 도 10은 본 장치의 수직 배선을 도시한다.
제1실시예와 마찬가지로, 액정 표시 장치(50)은 제1기판(7) 상에 형성된 액정 구동용 TFT(4,5 및 6)을 포함한다.
제1액정 셀(71)에서, 액정 구동용 TFT(4,5 및 6)상에 층간막(15) 및 이방성 도전막(56)을 개재시켜 구동 전극(57)이 형성되어 액정 구동용 TFT(4)에 접속된다. 구동 전극(57)은 산란성 반사판으로서 기능하며 제1기판(7)의 반대측 표면상에 기복을 갖는다. 구동 전극(57)상에 절연막(58), 보호막(55), 제1액정층(59) 및 대향 전극(60)이 순서대로 형성된다.
제2액정 셀(72)에서, 액정 구동용 TFT(5)에 접속된 구동 전극(61)은 SiO2막(54) 및 절연층(8)을 개재시켜 대향 전극(60)상에 형성된다. 구동 전극(61) 상에 보호막(53), 제2액정층(62) 및 대향 전극(63)이 순서대로 형성된다.
제3액정 셀(73)에서, 액정 구동용 TFT(6)에 접속된 구동 전극(64)는 SiO2막(52) 및 절연층(9)를 사이에 두고 대향 전극(63) 상에 형성된다. 구동 전극(64)상에 보호막(51), 제3액정층(65) 및 대향 전극(66)이 순서대로 형성된다.
평탄화막(26) 및 블랙 매트릭스(28)을 개재시켜 대향 전극(66) 상에 투명한 제2기판(10)이 제공된다.
제1실시예와 마찬가지로, 제1, 제2 및 제3액정층(59, 62 및 65)는 고분자 매트릭스 내에 분산된 미소캡슐형 게스트-호스트 액정을 함유한 액정 구성물을 포함하며, 각각 노란색, 자홍색 및 녹청색의 2색성 색소를 함유한다.
이후, 제10도를 참조하여 수직 배선이 상세히 기술될 것이다.
제1기판(7) 상의 범프(67c,67a 및 67b)는 각각 액정 구동용 TFT(4,5 및 6)에 접속된다. 액정 구동용 TFT(4)는 범프(67c)를 통하여 구동 전극(57)에 접속된다. 액정 구동용 TFT(5)는 범프(67a) 및 전극 패드(68a,69a 및 70a)를 통하여 구동 전극(61)에 접속된다. 액정 구동용 TFT(6)은 범프(67b) 및 전극 패드(68b,69b 및 70b)를 통하여 구동 전극(64)에 접속된다.
도 9 및 도 10에 도시된 액정 구동용 TFT(4,5 및 6)은 제1실시예와 동일한 구조로 형성된다.
액정 표시 장치(50)이 다음 방식으로 제조된다.
먼저, 제1실시예에서와 동일한 방식으로 액정 구동용 능동 소자로서 기능하는 TFT(4,5 및 6)이 제1기판(7)상에 형성된다. TFT(4,5 및 6)상에 층간막(15)이 형성되며, 층간막(15)내에 접촉 홀이 형성된다. 스퍼터링, 진공 증착 등의 기술에 의해 접촉홀을 포함하는 층간막(15)의 전표면 상에 1㎛ 두께의 Al 또는 Au 막이 형성된 후, 포토리소그래피 및 에칭 공정 또는 리프트-오프법에 의해 각각 TFT(4,5 및 6)에 접속된 범프(67c,67a 및 67b)로 형성된다.
그 후, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1실시예에서와 동일한 방식의 공지된 방법으로 제1기판(7)과 동일한 재료의 제2기판(10) 상에 블랙 매트릭스(28)이 형성된 후, 에폭시수지의 평탄화막(26)이 그 위에 형성된다. 또한, 스퍼터링에 의해 200nm두께의 ITO막이 평탄화막(26)의 전표면 상에 형성된 후, 원하는 형태로 패터닝되어 대향 전극(66)이 형성된다.
그 후, 대향 전극(66) 상에 제3액정층(65)이 형성된다. 본 실시예에 따른 액정층은 자외선 경화 수지 및 2색성 색소의 고분자 매트릭스 내에 분산된 GH 액정 입자를 각각 함유하는 액정 구성을 포함한다. 액정 입자 내에 함유되어 있지 않고 고분자 매트릭스 내에 남아 있는 2색성 색소의 분자는 고분자 매트릭스가 경화될 때, 일본국 미심사 특허 공보평 제5-002194호에 개제된 기술에 의해 배향되어, 광투과시 2색성 색소에 의해 광 흡수가 방지된다.
2W%의 p 형 2색성 색소(남색, 자홍색 및 노란색 중 하나, 예를 들어 일본 감광 색소 연구소에서 상용화된 노란 색소 G232)를 함유한 액정 재료(BDH에서 상용화된 E8) 1.6g이 부틸 아크릴레이트 및 아크릴올리고머(M-1200, 동아 합성 화학사에서 상용화)를 3:2의 중합비로 혼합물 0.4g에 참가된다. 그 후, 광 경화 개시제[머크사에서 상용화된 다로큐어(Darocure)1116]가 최종 혼합물에 첨가된 후, 분산을 위해 충분히 교반된다. 투명 전극(66)과 형성된 제2기판(10)에는 바 코터를 사용하여 10㎛ 두께로 액정 분산이 도포된다.
그 후, 액정 분자들이 배향되지 않도록 액정 코팅을 85℃의 온도로 유지하여 등방성 상태로 유지되어 액정 코팅을 가로질러 30분 동안 300kV/cm의 전계를 인가하여 p형 2색성 색소의 분자가 배향된다. 전계를 연속적으로 인가하면서 20mW/cm의 조도로 2분 동안 자외선을 조사하여 액정 코팅이 경화시킨다. 따라서, 액정층(65)이 형성된다.
실리콘 수지 또는 폴리이미드 수지의 보호막(51)이 액정층(65) 상에 형성된다. 그 후, 스퍼터링에 의해 200nm 두께의 ITO막이 보호막(51)상에 형성되어, 통상 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패터닝된 후 구동 전극(64)를 형성한다.
제1실시예와 동일한 방식으로 50㎛ 두께의 절연막(9)가 구동 전극(64)의 전표면 상에 형성된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 스퍼터링, LPCVD 등의 기술에 의해 100nm 두께의 SiO2막(52)가 절연층(9) 상에 형성된다. 제1실시예에서와 동일한 방식으로 SiO2막(52)상에 ITO막으로 대향 전극(63)이 형성된다. 그 후, 마스크를 형성하기 위해 SiO2막(52)가 패터닝되어, 구동 전극(64)로 연장하는 관통홀을 형성하기 위해 절연층(9)을 에칭하는데 사용된다. 그 후, 제1실시예에서와 동일한 방식으로 관통홀을 포함하는 SiO2막(52) 상의 영역 내에 전극 패드(81b)가 형성된다.
그 후, 도 13에 도시된 바와 같이, 자홍색 색소를 함유한 제2액정층(62)가 상술된 방식으로 구동 전극(63) 및 전극 패드(81b)상에 형성된 후, 그 위에 보호막(53)이 형성된다.
그 후, 도 14에서 도시된 바와 같이, 제1실시에에서와 동일한 방식으로 투명 구동 전극(61)이 보호막(53) 상에 형성된다. 그 후, 산소 플라즈마에 대해 저항성이 높은 감광성의 폴리실란 또는 디실라닐렌-π-전자계 고분자와 같은 포토레지스트 산소 에싱을 사용하여 액정층(65) 및 보호막(53)이 에칭되어 전극 패드(81b)로 연장하는 관통홀을 형성한다. 제1실시예에서와 동일한 방식으로 전극 패드(80b)가 관통홀 내에 형성된다. 그후, 제1실시예에서와 동일한 방식으로 절연층(8)이 형성된다.
그 후, 도 15에 도시된 바와 같이, 절연막(8)상에 SiO2막(54)가 형성되며, 제1실시예와 동일한 방식으로 SiO2막(54)상에 대향 전극(60)이 형성된다. 그후, 제1실시예와 동일한 방식으로, SiO2막(54)가 패터닝되어 전극 패드(80b) 및 구동 전극(61)로 각각 연장하는 관통홀을 형성하기 위해 절연층(8)을 에칭하는데 사용되는 마스크를 형성한다. 관통홀에서, 제1실시예에서와 동일한 방식으로 전극 패드(70b 및 70a)가 형성된다.
그 후, 도 16에 도시된 바와 같이, 제3 및 제2액정층(65 및 62)를 형성하기 위해 동일한 방식으로 제1액정층(59)이 형성된다. 그 후, 제1액정층(59) 상에 보호막(55)가 형성된 후, 제1액정층(59) 및 보호막(55) 내에 관통홀이 형성된다.
그 후, 각각의 관통홀 내에 전극 패드(69a 및 69b)가 형성된다. 전극 패드(69a 및 69b)를 포함하는 보호막(55)의 전표면 상에 투명 아크릴 수지로 절연막(58)이 형성된 후, 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 원하는 형태로 패터닝된다. 구동 전극이 형성될 영역에는 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 절연막(58)의 전표면 상에 기복이 형성된다. 절연막(58) 및 전극 패드(69a 및 69b)를 포함하는 보호막(55)의 전표면 상에 스퍼터링에 의해 Al막이 형성된 후, 통상 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 패터닝되어 산란성 반사판으로서 기능하는 구동 전극(57)을 형성하며, 전극 패드(69a 및 69b) 상에 도전층(68a 및 68b)를 각각 형성한다. 구동 전극(57)의 기복은 화소내에서 불규칙한 형태를 가지므로, 반사형 구동 전극(57) 상에 반사된 광은 회절 또는 간섭으로 인한 바이어스된 파장 특성이 나타나지 않는다.
따라서, 제3, 제2 및 제1액정층(65, 62 및 59)가 형성된 제2기판(10)은 도 10에 도시된 바와 같이 범프(67a,67b 및 67c)가 소정 위치에 배치되도록 이방성 도전막[도 9에서 참조번호(56)으로 표시됨)을 사용하여 선행 공정에서 형성된 능동소자가 있는 제1기판(7)에 함께 정합되도록 접속된다. 그리하여, 도 9에 도시된 액정 표시 장치(50)이 완성된다.
액정층(59, 62 및 65)이 각각 노란색, 자홍색 및 남색에 대응하여 제1실시예에서와 같이 각각의 TFT(4,5 및 6)에 의해 독립적으로 구동되기 때문에, 본 실시예에서 얻어진 액정 표시 장치는 또한 모든 컬러를 디스플레이할 수 있다. 액정층(59,62 및 65)이 각각 고분자 매트릭스 내에 분산된 GH 액정 입자를 포함하기 때문에, 전계가 인가되지 않을 때 적색-, 녹색- 및 청색-성분의 입사광이 각각의 액정층(59,62 및 65)에 의해 흡수된다. 또한, GH 액정 입자들에 의해 흡수되지 않은 산란 광은 고분자 매트릭스 내에 존재하는 2색성 색소에 의해 흡수된다. 반면에, 소정의 액정층에 전계가 인가되면, 액정층의 액정 부분은 투과 상태가 되며, 고분자 매트릭스 내의 2색성 색소의 분자들은 광을 흡수하지 못하도록 배향된다. 따라서, 전계가 인가된 액정층은 투과 상태로 변경된다. TFT(6)만이 온되면, TFT(4, 및 5)는 오프되며, 예를 들어, 액정층(65)만이 투과 상태로 변경되며, 액정층(62 및 59)은 각각 녹색- 및 적색-광 성분을 흡수한다. 따라서, 청색-광 성분만이 추출되어 청색을 디스플레이할 수 있다.
본 발명에 따르면, 액정 표시 장치는 제1기판 상에 형성된 다수의 액정 구동용 능동 소자 및 그 상부에 적층된 3개의 액정 셀을 가진다. 액정 셀들이 병렬로 접속되고 각각 제1기판 상의 대응 액정 구동용 능동 소자들에 접속되기 때문에, 감색법을 이용하여 컬러 디스플레이를 할 수 있도록 종래의 활성 매트릭스 구동 회로를 사용하여 액정 셀들을 독립적으로 구동할 수 있다. 게다가, 액정 셀 내에 각각 능동 소자들이 제공되지 않기 때문에, 글래스 기판과 유사한 강도를 갖는 두꺼운 절연막을 형성할 필요가 없다. 더욱이, 액정층들 중 적어도 하나가 고분자로 분산된 액정을 포함하기 때문에, 액정층들은 기판이 아닌 박막에 의해 서로 분리될 수 있다. 그 결과, 액정 판넬의 두께가 화소 크기에 비해 상당히 박막화될 수 있으므로, 표시 장치를 경사지게 관찰하는 경우 발생할 수도 있는 시차가 방지된다. 게다가, 상기 구동 공정을 수행하기 위한 특정 구동 회로를 제공 필요가 없다. 이러한 점은 제조 비용 상승을 억제한다. 더욱이, 액정 셀들의 각각의 액정층에 대해 상이한 색소를 함유한 액정 성분을 사용하면 종래의 컬러 필터를 사용하지 않고 전체 컬러의 디스플레이를 실현할 수 있다.
각각의 액정 셀들과 액정 구동용 능동 소자들간의 접속이 각각의 액정 셀을 통해 연장하는 입체 배선에 의해 이루어지므로, 화소 내의 배선에 의해 점유되는 영역이 감소되어 액정 표시 장치의 개구율이 높아진다.
본 발명의 액정 표시 장치는 반사판으로 기능하는 액정 구동 전극을 사용함으로써 반사형 액정 표시 장치로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 액정 표시장치는 제1기판의 하부에 설치된 후면 광원 및 투명한 액정 구동 전극을 사용하여 투과형 액정 구동 전극으로서 사용될 수 있다. 광의 이용 효율을 감소시키는 주요요인인 컬러 필터의 광 손실이 보상될 수 있을 뿐만 아니라, 후면 광에 의해 소비되는 전력이 상당히 감소된다. 따라서, 저 소비 전력의 신규한 구조의 투과형 액정 표시 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 전체 컬러 액정 표시 장치를 제조하는 방법에서, 액정 구동용 능동 소자들은 제1기판 상에만 형성된다. 그러므로, 각각의 액정 셀의 기판상에 액정 구동용 능동 소자를 형성하는 복잡한 제조 공정을 제거할 수 있다. 더우기, 액정 구동용 능동 소자들이 상술된 바와 같이 제1기판 상에만 형성되기 때문에, 이들 능동 소자를 구동하는 회로가 동일한 평면에 장착될 수 있으므로, 제조 공정 수를 감소시키고 제조 비용을 절감할 수 있다.

Claims (12)

  1. 액정 표시 장치에 있어서, 다수의 액정 구동용 능동 소자가 형성된 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 층간막 상에 순서대로 적층된 제1, 제2 및 제3액정 셀; 및 평탄화막을 개재시켜 상기 제3액정 셀 상에 배치된 제2기판을 포함하되, 상기 제1, 제2 및 제3액정 셀 각각이 대향 전극, 액정층, 및 상기 제1기판상에 형성된 상기 액정 구동용 능동 소자중 대응하는 능동 소자에 접속된 구동 전극을 가지며, 절연층에 의해 인접하는 액정 셀의 대향 전극 및 구동 전극으로부터 전기적으로 각각 분리되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3액정 셀의 액정층 중 적어도 하나의 액정층은 고분자(polymer)로 분산된 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3액정 셀 내의 상기 액정층들은 각각 상이한 색소를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2액정 셀의 상기 구동 전극 및 상기 제3액정 셀의 상기 구동 전극은 상기 제1액정 셀을 관통하는 입체 배선, 및 상기 제1 및 제2액정 셀을 관통하는 입체 배선을 통하여 상기 대응하는 액정 구동용 능동 소자에 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1액정 셀의 상기 구동 전극은 반사형 전극인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 구동 전극 및 상기 대향 전극은 투명 전극이며, 상기 액정 표시 장치는 상기 제1기판의 상기 액정 셀 반대측 상에 제공된 도광판(light guiding plate)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 제1기판상에 다수의 액정 구동용 능동 소자를 형성하고, 상기 액정구동용 능동 소자를 포함하는 상기 제1기판의 전 표면 상에 층간막을 형성하는 단계; (2a) 상기 제1기판 상에 형성된 제1액정 구동용 능동 소자에 접속된 제1구동 전극, 제1액정층 및 제1대향 전극을 이 순서대로 상기 층간막 상에 형성하여 제1액정 셀을 형성하는 단계; (3a) 상기 제1기판 상에 형성된 제2액정 구동용 능동 소자에 접속된 제2구동 전극, 제2액정층 및 제2대향 전극을 절연층을 개재시켜 이 순서대로 상기 제1액정 셀 상에 형성하여 제2액정 셀을 형성하는 단계; 및 (4a) 상기 제1기판 상에 형성된 제3액정 구동용 능동 소자에 접속된 제3구동 전극, 제3액정층 및 제3대향 전극을 절연층을 개재시켜 이 순서대로 상기 제2액정 셀 상에 형성하여 제3액정 셀을 형성한 후, 상기 제3액정 셀 상에 평탄화막을 형성하고 상기 평탄화막 상에 제2기판을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1액정 셀의 상기 제1구동 전극은 반사형 도전 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3구동 전극, 및 상기 제1, 제2 및 제3대향 전극은 투명 도전성 재료로 형성되며, 상기 방법은 상기 제1기판의 상기 제1액정 셀 반대측 상에 도광판을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, (1b) 제1기판 상에 다수의 액정 구동용 능동 소자를 형성하고, 상기 액정 구동용 능동 소자를 포함하는 상기 제1기판의 전 표면 상에 층간막을 형성하는 단계; (2b) 제3대향 전극, 제3액정층 및 제3구동 전극을 이 순서대로 제2기판상에 평탄화막을 개재시켜 형성하여 제3액정 셀을 형성하는 단계; (3b) 제2대향 전극, 제2액정층 및 제2구동 전극을 이 순서대로 상기 제3액정 셀 상에 절연층을 개재시켜 형성하여 제2액정 셀을 형성하는 단계; (4b) 제1대향 전극, 제1액정층 및 제1구동 전극을 이 순서대로 상기 제2액정 셀 상에 절연층을 개재시켜 형성하여 제1액정 셀을 형성하는 단계; 및 (5b) 상기 제1, 제2 및 제3구동 전극들이 각각 대응 액정 구동용 능동 소자들에 접속되도록 최종 제1 및 제2기판들을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1액정 셀의 상기 제1구동 전극은 반사형 도전 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3구동 전극, 및 상기 제1, 제2 및 제3대향 전극은 투명 도전성 재료로 형성되며, 상기 방법은 상기 제1기판의 상기 제1액정 셀 반대측 상에 도광판을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
KR1019960028110A 1995-07-13 1996-07-12 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 KR100243721B1 (ko)

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