KR101055191B1 - 압전소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 소자의 복굴절 특성을 이용하여 디스플레이 장치를 제작함으로써 액정 및 배향막을 형성하지 않고 하나의 기판만으로 소자를 형성하는 압전소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 디스플레이 장치는 기판 상에 종횡으로 배치되어 복수개의 단위 픽셀을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 두 배선의 교차 부위에 형성되는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터에 전기적으로 연결되어 단위 픽셀의 가장자리에 형성되는 화소전극과, 상기 화소전극 내측에 형성되는 PLZT층과, 상기 PLZT층을 제외한 나머지 영역에 적층되는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 노출된 PLZT층 상부에 형성된 컬러필터층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

압전소자, PZT, PLZT

Description

압전소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조방법{Display Device With Piezoelectric Material And Method For Fabricating The Same}

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 액정표시소자의 평면도.

도 3a 및 도 3b는 액정표시소자의 구동원리를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 평면도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 구동원리를 나타낸 단면도.

도 7a 내지 7f는 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 공정단면도.

도 8은 압전소자의 복굴절 광학 특성을 나타낸 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

111 : 제 1 기판 112 : 게이트 배선

112a : 게이트 전극 113 : 게이트 절연막

114 : 반도체층 115 : 데이터 배선

115a,115b : 소스/드레인 전극 116 : 보호막

117 : 화소전극 118 : 콘택홀

122 : PZT층 124 : PLZT층

132 : 블랙 매트릭스 134 : 컬러필터층

161, 162 : 제 1 ,제 2 편광판 190 : 오버코트층

본 발명은 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 압전소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래 음극선관(Cathode Ray Tube)의 대체수단으로서 주목받고 있는 평판표시소자 중 하나인 액정표시소자는, 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 소자로서 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용되고 있다.

이러한 액정표시소자는 제 1 기판인 컬러필터(color filter) 기판과 제 2 기판인 박막트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 기판이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정이 형성되는 구조를 가져, 액정의 배열 변화로 생기는 빛의 투과율의 차이를 이용하여 화상을 표시하는 방식으로 구동된다.

상기 액정으로는 주로 트위스티드 네마틱(TN: Twisted Nematic)을 사용하는데, 상기 트위스티드 네마틱 액정을 사용하기 위해서는 액정의 초기 배향을 제어하기 위한 배향막이 더 구비되어야 한다. 상기 배향막은 마주보는 기판 내측면에 형성되며, 서로 다른 방향으로 러빙처리된다.

그리고, 상기 두 기판의 외측면에는 편광판이 더 구비되는데, 상기 편광판의 투과축 방향을 조절하여 노멀리 블랙 모드(normally black mode, 이하 NB모드라 칭함) 또는 노멀리 화이트 모드(normally white mode, 이하 NW모드라 칭함)를 선택한다.

일예로, 90°TN LCD인 경우, 상,하 배향막을 90° 다르게 러빙하고, 액정층의 두께는 4∼8㎛, 피치는 60∼100㎛가 되도록 콜레스테릭 액정을 섞은 네마틱 액정을 제 1 ,제 2 기판 사이에 주입하여 형성하는데, 이 때 상기 제 1 ,제 2 기판 외측면에 부착되는 편광판의 투과축 방향을 조절하여 NB 모드 또는 NW 모드를 결정한다.

NB모드에서는 전압이 걸리지 않으면 화면이 어둡고, 문턱치 이상의 전압이 걸리면 화면이 밝은 상태가 된다. NW모드에서는 그 반대로 전압이 걸리지 않으면 화면이 밝고, 문턱치 이상의 전압이 걸리면 화면이 어두운 상태가 된다. 이와같은 원리를 이용하여 화상을 표시하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시소자를 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 액정표시소자의 평면도이며, 도 3a 및 도 3b는 액정표시소자의 구동원리를 나타낸 사시도이다.

상기 액정표시소자는 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 색상구현을 위한 컬러필터층(12)이 형성된 제 1 기판(1)과, 액정분자의 배열 방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 소자 즉, 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 제 2 기판(2)과, 상기 제 1 ,제 2 기판(1,2) 사이에 형성된 액정층(3)으로 구성된다.

상기 제 1 기판(1)에는 상기 컬러필터층(12) 외에 빛샘을 차단하는 블랙 매트릭스(11)와 액정층(3)에 전압을 인가하는 제 1 전극인 공통전극(13)이 더 형성되어 있다.

그리고, 상기 제 2 기판(2)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀(sub-pixel)을 정의하기 위해 게이트 배선(32)과 데이터 배선(35)이 서로 교차하여 배열되고, 상기 게이트 배선(32)과 데이터 배선(35)의 교차 부위에 박막트랜지스터(TFT)가 형성되며, 각 단위 픽셀에 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되어 액정층(3)에 전압을 인가하는 제 2 전극인 화소전극(22)이 형성되어 있다.

상기 제 2 기판(2)에는 상기 게이트 배선(32)과 평행한 스토리지 커패시터 전극(36)이 더 형성되어 박막트랜지스터의 턴오프 구간에서 액정층(3)에 충전된 전압을 유지시켜 기생용량에 의한 화질저하를 방지하는 역할을 한다.

이러한 상기 제 1 ,제 2 기판(1,2) 사이에는 두 기판의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(15)가 삽입되어 있고, 기판의 가장자리에는 액정이 외부로 흐르는 것을 방지하고 제 1 ,제 2 기판(1,2)을 완전히 접착시키기 위한 씨일제(sealant)(16)가 형성되어 있다.

이와 같은 액정 패널에 있어서, 액정 물질을 단순히 두 기판(1,2) 사이에 끼우는 것만으로는 원하는 분자 배열 상태를 얻을 수 없기 때문에 액정과 접하는 기 판 내벽에 전술한 바와 같이, 제 1 ,제 2 배향막(51,52)을 형성하는 것이 필수적이다.

상기 배향막 형성방법으로는, 기판 상에 인쇄도포법에 의해 유기 고분자의 박막을 형성하고 경화한 후, 액정 분자의 배향 방향을 제어하는 러빙(rubbing)법이 대표적이고, 러빙과 같은 물리적인 접촉을 피하고 먼지 등에 의한 정전기를 방지하기 위한 방법으로 광 배향법이 있는데, 이때에는 광 반응성이 있는 배향막을 사용하여야 한다.

이와같이, 배향막을 일정 방향으로 러빙하거나 편광된 자외선(UV:Ultraviolet)을 조사하여 액정의 초기 배향 방향을 결정한다.

한편, 상기 제 1 ,제 2 기판(1,2) 외측면에는 그 편광축이 서로 직교하도록 제 1 ,제 2 편광판(61,62)을 부착하는데, 상기 편광판은 일정한 방향의 투과광을 제공하고 투과광의 칼라색조를 변화시키기 위해서 필수적이고 중요한 부품이다.

구체적으로, 제 1 ,제 2 기판(1,2) 내측면에 형성되는 제 1 ,제 2 배향막을 수직한 방향으로 러빙처리하여 초기에 액정분자를 트위스트시킨다. 이 때, 배향막 표면에 근접해 있는 액정분자는 배향막의 러빙 방향과 동일한 방향으로 배열되므로 배향처리를 수직하게 함으로써 액정분자를 트위스트시킬 수 있다.

그리고, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 ,제 2 기판(1,2) 외측면에 부착되는 제 1 ,제 2 편광판(61,62)도 그 투과축이 서로 직교하도록 배치한다. 이 때, 제 1 ,제 2 편광판의 편광축 방향과 제 1 ,제 2 배향막의 러빙방향은 나란하게 한다.

따라서, 제 2 기판(2)에 수직으로 입사한 광은 제 2 편광판(62)에서 편광되 어 액정셀을 통과중에 액정분자(3)의 트위스트에 따라서 90° 회전하여 제 1 편광판(61)을 통과하여 화상을 표시하게 된다.

이와같은 소자에 일정값 이상의 전압을 인가하면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 공통전극과 화소전극 사이에 전기장이 형성되어 액정분자가 전기장 방향과 평행하게 재배열된다. 따라서, 제 2 편광판(62)에 대해 수직으로 입사하여 편광된 광은 액정셀을 평행하게 통과하여 제 1 편광판(61)을 투과하지 못하여 화상을 표시할 수 없게 된다. 이처럼 액정은 전압 인가에 따라 빛을 차단하는 셔터 역할을 수행하게 된다.

즉, 소자에 전압을 인가하지 않으면 액정분자(3)가, 도 3a에서와 같이 배열되어 화이트 상태를 표시하고, 소자에 문턱치 이상의 전압을 인가하면 도 3b에서와 같이, 액정분자(3)가 전기장에 나란하게 배열되어 블랙 상태를 표시한다. 이와같은 원리를 이용하여 화이트 바탕에 블랙을 표시하거나 또는 블랙 바탕에 화이트를 표시할 수 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 액정표시소자는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 액정을 적용하여 디스플레이 장치를 형성하는 경우, 액정을 초기 배열시키기 위한 배향막이 더 요구되는데, 배향막 형성공정 전후 단계에서 배향막이 오염되거나 배향 특성이 저하되어 공정 수율이 저하된다.

둘째, 각종 패턴이 형성되어 있는 두 기판을 씨일제에 의해 대향합착시키고 그 사이에 액정층을 형성하여 액정표시소자를 완성하는데, 일련의 다수 공정들이 번거롭고 복잡하며, 각 공정에서마다의 불량 위험으로 인한 소자의 성능 및 수율이 저하된다.

셋째, 액정분자가 갖는 점도 특성과 초기 배향 특성에 따라 시야각, 응답속도, 잔상, 빛샘 등의 문제가 발생하므로 디스플레이 장치의 화상품질이 저하된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 공정을 간소화하고 불량률을 낮추는 등 액정표시소자의 문제점을 극복하고 하나의 기판만으로 소자를 완성하는 압전소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스플레이 장치는 기판 상에 종횡으로 배치되어 복수개의 단위 픽셀을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 두 배선의 교차 부위에 형성되는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터에 전기적으로 연결되어 단위 픽셀의 가장자리에 형성되는 화소전극과, 상기 화소전극 내측에 형성되는 PLZT층과, 상기 PLZT층을 제외한 나머지 영역에 적층되는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 노출된 PLZT층 상부에 형성된 컬러필터층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스플레이 장치의 제조방법은 기판 상에 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하고, 그 교차 지점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 상에 상기 박막트랜지스터와 연결되어 단위 픽셀 가장자리에 위치 하도록 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 화소전극의 내측에 PLZT층을 형성하는 단계와, 상기 PLZT층이 노출되도록 기판 전면에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스 사이의 PLZT층 상에 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 기판 외측면 및 컬러필터층을 포함한 전면에 편광판을 각각 부착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명에 의한 디스플레이 장치는 액정을 대체할 복굴절 물질인 압전소자를 사용함을 특징으로 하는바, 화소의 개구부에 투명한 압전소자를 형성하여 빛의 차광 개폐를 조절한다.

상기 압전소자는 압력을 가하면 전류가 발생하고 반대로 전류를 공급하면 압력이 발생해 물체의 형태가 변하는 물질로서, PZT(Piezoelectric Lead Zirconate Titanates), PLZT(Piezoelectric Lead Lanthanum Zirconate Titanates) 등이 있다.

이들 PZT, PLZT 등의 압전소자용 재료로서는 일반적으로 납(Lead, Pb), 지르코늄(Zirconium, Zr), 티타늄(Titanium, Ti) 등을 함유하고, A 사이트는 Pb 등의 2가 이온, B 사이트는 Zr, Ti 등의 4가 이온으로 구성되는 ABO₃형 페로브스카이트(perovskite) 화합물(PbZrxTiyO3:x+y=1,x≥0,y≥0)이 사용되고 있다.

따라서, 액정을 사용하지 않음으로써, 액정을 초기 배열시키기 위한 배향막을 별도로 형성하지 않아도 되므로 그에 관련된 불량을 줄일 수 있고, 하나의 기판 상에 박막트랜지스터 어레이 및 컬러필터층을 동시에 형성하여 소자를 완성함으로 써 소자의 구조를 간소화하고 공정 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 액정표시소자의 고질적인 문제점인 시야각, 응답속도, 잔상, 빛샘 등을 극복할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 압전소자를 이용한 디스플레이 장치를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 평면도이다.

그리고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 구동원리를 나타낸 단면도이고, 도 7a 내지 7f는 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 공정단면도이며, 도 8은 압전소자의 복굴절 광학 특성을 나타낸 사시도이다.

본 발명에 의한 디스플레이 장치는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(111)상에 종횡으로 배치되어 복수개의 단위 픽셀을 정의하는 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(115)과, 상기 두 배선의 교차 부위에 형성되어 전압의 온/오프를 결정하는 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(115b)에 전기적으로 연결되어 단위 픽셀의 가장자리에 한정하여 형성되는 화소전극(117)과, 상기 화소전극(117) 내측에 형성되는 PLZT층(124)과, 상기 화소전극(117)과 PLZT층(124) 사이에 삽입되는 PZT층(122)과, 상기 PLZT층(124)을 제외한 나머지 영역에 형성되는 블랙 매트릭스(132)와, 상기 블랙 매트릭스(132) 사이에 노출된 PLZT층(124) 상부에 형성된 컬러필터층(134)으로 구성된다.

이 때, 상기 컬러필터층(134)과 블랙 매트릭스(132)의 단차를 완만하게 하고 표면을 평탄화하기 위해, 상기 컬러필터층(134) 상에 오버코트층(190)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 상기 기판(111)의 외측면과 컬러필터층(134)을 포함한 전면에는 각각 제 1 ,제 2 편광판(161,162)이 부착되어 편광된 광에 화상이 표시된다. 상기 제 1 ,제 2 편광판(161,162)의 배치 방향은 NB모드 또는 NW모드를 선택하느냐에 따라 달라질 것이다.

다만, 컬러필터층(134) 외측에 제 1 편광판(161)이 안정되게 부착되기 위해 상기 블랙 매트릭스(132)와 컬러필터층(134)의 단차가 동일하여야 한다. 따라서, 상기 컬러필터층(134)을 포함한 전면을 평탄화하기 위해 보호층을 더 구비할 수 있다. 상기 보호층은 투명한 유기 아크릴계 물질을 도포하여 형성하거나 또는 투명한 보호필름을 부착하여 형성할 수 있다.

그리고, 상기 박막트랜지스터(TFT)는 게이트 배선(112)으로부터 연장된 게이트 전극(112a)과, 게이트 전극(112a) 상에 형성된 게이트 절연막(113)과, 게이트 절연막(113) 상에 형성되는 반도체층(114)과, 상기 반도체층(114)상에 형성되는 소스 전극(115a) 및 드레인 전극(115b)으로 구성되며, 상기 박막트랜지스터(TFT)를 포함한 전면에는 보호막(116)이 더 구비된다.

또한, 상기 화소전극(117)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 단위 픽셀 가장자리에 형성되도록 한다. 이 때, 상기 화소전극(117)을 전단 게이트 배선의 소정부위에 오버랩시켜 스토리지 커패시터를 구성한다.

한편, 상기 PZT층(122)은 불투명한 층으로서 개구부에 형성되지 않도록 하고, 상기 화소전극(117)으로부터 전달되는 전압에 의해 발생한 일정한 압력을 상기 PLZT층(124)에 전달하기 위해 상기 화소전극(117)과 PLZT층(124) 사이에 삽입시켜 형성한다.

그리고, 상기 PLZT층(124)은 투명한 층으로서 개구부에 형성되도록 하고, 상기 PLZT층(124) 양 모서리에 형성되어 있는 PZT층(124)으로부터 전달된 압력에 의해 복굴절 특성이 바뀐다.

즉, 상기 PZT층(122) 및 PLZT층(124)에 의해 광이 복굴절되므로 액정셀이 요구되지 않는다.

이와같이, 본 발명에 의한 디스플레이 장치는 액정이 구성요소로서 요구되지 않으므로 하나의 기판을 사용하여 소자를 완성할 수 있고, 액정의 배열을 제어하기 위한 배향막도 요구되지 않는다.

이러한 디스플레이 장치의 경우, 화소전극(117)을 통해 PZT층(122)에 일정한 전압이 인가되면 PZT층(122)의 단축 방향으로 물리적 압력이 발생하게 되고, 이 압력은 PLZT층(124)에 전달되어 PLZT층(124)의 복굴절 특성을 변화시킨다.

이 때, 화소전극을 통해 PLZT층(124)에 직접적으로 전압을 인가하지 않고 PZT층(122)을 거치는 이유는, PLZT층(124)이 광 셔터 역할을 수행하기 위해서는 높은 전압이 필요하기 때문이다.

즉, PZT층(122)과 PLZT층(124)의 접합 구조를 적용함으로써 PZT층(122)의 저전압 장력을 PLZT층(124)에 일정 방향으로 인가하여 고전압에서만 나타나는 PLZT의 90°광회전 특성을 저전압에서 구현할 수 있게 된다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판(111)과 오버코트층(190) 외측면에는 제 1 ,제 2 편광판(161,162)이 각각 부착되는데, 그 편광축이 서로 직교하도록 하고, 상기 편광축들은 소자에 걸어주는 전기장에 대해 ±45°가 되도록 한다.

이러한 디스플레이 장치에 전압이 인가되지 않는 경우에는, 제 2 편광판(161)을 통해 입사된 편광이 PLZT층(124) 및 제 2 편광판(162)을 통과하지 못하므로 블랙 상태를 표시하게 된다.(도 6a 참고)

이와같은 소자에 일정값 이상의 전압을 인가하면, 화소전극(117)을 통해 PZT층(122)에 전압이 전달되어 PZT층의 단축 방향으로 물리적 압력이 발생하고, 이 압력에 의해 PLZT층(124)이 복굴적 특성이 변화되어 제 2 편광판(162)으로 입사된 편광이 90°회전하여 제 1 편광판(161)을 통과하여 화상을 표시하게 된다.(도 6b 및 도 8 참고)

화상은 편광이 투과된 컬러필터층의 색상에 따라 적색, 청색, 녹색을 표시하며, 모든 픽셀 전압이 온되었을 때 화이트 색상이 된다.

이는, 상기 PLZT계 물질이, 전기장 또는 압력과 동일한 방향의 광축을 갖는 광학 특성을 이용한 것으로, 상기 PLZT 계 물질의 광특성을 바꾸기 위해 높은 전압이 요구되므로, PLZT계 물질에 전기장을 직접적으로 걸어주지 않고, PZT계 물질을 통한 간접적인 압력을 주어 광축 방향을 바꾸는 것을 특징으로 한다.

상기의 디스플레이 장치의 제조방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(111) 상에 신호지연의 방지를 위해서 낮은 비저항을 가지는 저저항 금속을 증착한 후 패터닝하여 복수개의 게이트 배선(도 5의 112), 게이트 전극(112a)을 형성한다.

다음, 상기 게이트 배선(112)을 포함한 전면에 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등의 무기 절연물질을 통상, 플라즈마 강화형 화학 증기 증착(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착하여 게이트 절연막을 형성한 후, 상기 게이트 절연막을 포함한 전면에 비정질 실리콘(a-Si:H)을 고온에서 증착한 후 패터닝하여 게이트 전극(112a) 상부에 반도체층(114)을 형성한다.

계속하여, 상기 반도체층(114)을 포함한 전면에 저저항 금속을 증착한 후 패터닝하여 복수개의 데이터 배선(115) 및 소스/드레인 전극(115a,115b)을 형성한다.

이 때, 게이트 배선용 금속 및 데이터 배선용 금속은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : Aluminum Neodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등에서 선택하여 사용할 수 있다.

다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 배선(115)을 포함한 전면에 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴계 수지(acryl resin) 등의 유기절연물질을 도포하거나 또는 SiNx, SiOx 등의 무기절연물질을 증착하여 보호막(116)을 형성한다.

그리고, 상기 보호막(116)의 일부를 제거하여 상기 드레인 전극(115b)이 노출되는 콘택홀(118)을 형성한 후, 상기 보호막을 포함한 전면에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 상기 콘택홀(118)을 통해 드레인 전극(115b)에 전기적으로 연결되는 화소전극(117)을 형성한다.

이 때, 상기 화소전극(117)은 단위 픽셀 가장자리에 한정하여 형성하고, 전단 게이트 배선에 연장 형성하여 상기 전단 게이트 배선과 함께 스토리지 커패시터를 구성하도록 한다.

다음, 도 7c에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀의 양 가장자리에서 상기 데이터 배선과 평행하고 상기 화소전극(117)의 에지부분과 오버랩되도록 PZT층(122)을 형성한다. 상기 PZT층(122)은, 상기 화소전극(117)과 오버랩되는 부분에서, 화소전극(117)으로부터 소정의 전압을 인가받는다.

계속해서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀의 양 가장자리에 형성되어 있는 PZT층(122) 내측에 일체형인 PLZT층(124)을 형성한다. 상기 PLZT층(124)은 상기 PZT층(122)의 에지부분에 오버랩되어 PZT층(122)에서 발생된 압력을 전달받아 광학 복굴절 특성이 바뀐다.

이 때, 상기 PZT층(122) 및 PLZT층(124)은 졸-겔(sol-gel) 방법으로 형성하거나 또는 졸-겔 방법으로 형성된 타켓을 이용해 스퍼터 증착을 하여 형성할 수 있다.

구체적으로, 전자는 졸 상태의 PZT계 또는 PLZT계 물질을 5분동안 3000rpm으로 스핀 코팅하여 도포하고, 80℃의 전기 오븐에서 5분동안 건조한 후, 10분동안 350℃에서 열분해(pyrolysis)한 뒤, 20분동안 600℃에서 프리-어닐링(preannealing)한다. 상기의 과정을 수차례 반복한 후에는 1시간동안 700℃에서 어닐링하여 압전소자 필름을 완성한다. 이러한 졸-겔 방법은 넓은 면적에 적합하고 공정원가가 낮으며 정확한 성분조절이 가능하다는 등의 많은 장점이 있다.

그리고, 후자는 PZT계 또는 PLZT계 물질로 형성된 타켓을 기존의 스퍼터링 장치에 장착한 후, 타켓에 충격을 주어 PZT계 또는 PLZT계 물질이 기판 상에 증착하도록 하는 방법이다.

이후, 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 PLZT층(124)을 제외한 나머지 영역에 블랙 매트릭스(132)를 형성한다.

상기 블랙 매트릭스(132)는 광밀도(optical density) 3.5이상의 크롬산화물(CrOx) 또는 크롬(Cr) 등의 금속을 스퍼터링 방법으로 증착하거나 또는, 카본(carbon) 계통의 유기물질을 도포하고, 사진식각(photolithograpy) 기술로 패터닝하여 형성하며, 단위 픽셀 가장자리와 박막트랜지스터가 형성되는 영역에 상응되도록 형성하여 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 차광한다.

이어서, 상기 블랙 매트릭스(132) 사이로 노출된 PLZT층(124) 상에 일정한 순서를 가지고 R,G,B의 컬러필터층(134)을 형성한다.

한편, 상기 컬러필터층을 제조하는 방법은, 기판 상에 감광 물질인 컬러 레지스트를 도포하는 단계와, 도포된 상기 컬러 레지스트를 약간 높은 온도에서 가경화(soft-baking)하는 단계와, 가경화된 상기 컬러 레지스트 상에 포토 마스크를 씌운 후 포토 마스크에 형성된 패턴대로 컬러 레지스트를 노광하는 단계와, 노광된 컬러 레지스트를 현상하여 패터닝한 후 좀 더 높은 온도에서 완전 경화(hard- baking)하는 단계로 이루어진다.

상기 컬러필터층을 형성한 후에는, 상기 컬러필터층(134)을 포함한 전면의 단차가 일정해야 하므로, 그 표면에 오버코트층(190)을 더 형성할 수 있다. 상기 오버코트층(190)은 투명한 유기 아크릴계 물질을 도포한 후 노광 혹은 열경화하여 형성하거나 또는 라미네이션 필름과 같은 투명한 보호필름을 부착하여 형성한다.

마지막으로, 상기 기판(111)과 오버코트층(190) 외측면에 서로의 편광축이 수직하도록 제 1 ,제 2 편광판(161,162)을 각각 부착하여 디스플레이 장치를 완성한다.

이와 같이, 본 발명의 디스플레이 장치는 배향막 형성공정, 액정층 형성공정 및 두 기판을 합착시키기 위한 씨일제 인쇄 공정 및 스페이서 산포 공정 등이 제외되므로 공정이 매우 간소해진다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 디스플레이 장치 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 액정을 대체할 복굴절 물질인 압전 소자를 사용하여 디스플레이 장치를 제작함으로써 액정 및 배향막을 사용하지 않고 디스플레이 장치를 획득할 수 있 다.

둘째, 압전소자를 사용함으로써 하나의 기판 상에 TFT 어레이 패턴과 컬러필터층을 동시에 형성 가능하게 되므로 기존의 액정표시소자에 비해 원가가 절감되는 효과가 있고 공정시간이 단축된다.

셋째, 액정을 사용하지 않으므로 액정표시소자의 고질적인 시야각, 응답속도, 잔상, 빛샘 등의 문제들을 극복할 수 있다.

넷째, 액정을 사용하지 않음으로써, 액정을 초기 배열시키기 위한 배향막을 별도로 형성하지 않아도 되므로 그에 관련된 불량을 줄일 수 있다.

다섯째, 본 발명의 디스플레이 장치는 배향막 형성공정, 액정층 형성공정 및 두 기판을 합착시키기 위한 씨일제 인쇄 공정 및 스페이서 산포 공정 등이 제외되므로 공정이 매우 간소해진다.

Claims (10)

1. 기판 상에 종횡으로 배치되어 복수개의 단위 픽셀을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선;

   상기 두 배선의 교차 부위에 형성되는 박막트랜지스터;

   상기 박막트랜지스터에 전기적으로 연결되어 단위 픽셀의 가장자리에 형성되는 화소전극;

   상기 화소전극 내측의 상기 단위 픽셀 내부에 형성되는 PLZT층;

   상기 PLZT층을 제외한 나머지 영역에 적층되는 블랙 매트릭스;

   상기 블랙 매트릭스 사이에 노출된 PLZT층 상부에 형성된 컬러필터층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극과 PLZT층 사이에 PZT층이 더 삽입되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 PZT층은 상기 PLZT층 양 모서리에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극은 전단 게이트 배선 상부에 오버랩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 외측면 및 컬러필터층을 포함한 전면에 편광판이 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 보호층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
7. 기판 상에 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하고, 그 교차 지점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;

   상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 보호막을 형성하는 단계;

   상기 보호막 상에 상기 박막트랜지스터와 연결되어 단위 픽셀 가장자리에 위치하도록 화소전극을 형성하는 단계;

   상기 화소전극의 내측에 PLZT층을 형성하는 단계;

   상기 PLZT층이 노출되도록 기판 전면에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;

   상기 블랙 매트릭스 사이의 PLZT층 상에 컬러필터층을 형성하는 단계;

   상기 기판 외측면 및 컬러필터층을 포함한 전면에 편광판을 각각 부착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 디스플레이 장치의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 블랙 매트릭스는 유기절연물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 화소전극을 형성하는 단계 이후,

   상기 PLZT층의 양 모서리에 위치하도록 PZT층을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 PLZT층 및 PZT층은 졸-겔 방법을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.

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