KR20130039076A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 기판 위에 도전성 물질을 포함하는 피식각층을 형성하는 단계, 상기 피식각층 위에 제1 마스크층을 형성하는 단계, 상기 제1 마스크층 위에 복수의 중합체를 포함하는 블록 공중합체 코팅막을 형성하는 단계, 상기 블록 공중합체 코팅막을 처리하여 규칙적으로 배열된 제1 폴리머 블록 및 제2 폴리머 블록을 포함하는 블록 공중합체 패턴층을 형성하는 단계, 상기 블록 공중합체 패턴층의 상기 제1 폴리머 블록 및 상기 제2 폴리머 블록 중 어느 하나를 제거하여 제2 마스크 패턴층을 형성하는 단계, 상기 제2 마스크 패턴층을 식각 마스크로 하여 상기 제1 마스크층을 식각하여 제1 마스크 패턴층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 마스크 패턴층을 식각 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하여 일정한 방향으로 연장되어 있는 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는 제1 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 미세 패턴을 가지는 표시판을 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 대향 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 액정 분자의 배향 방법에 따라 수직 배향 방식(vertically aligned mode, VA mode)의 액정 표시 장치, 비틀린 네마틱 방식(twisted nematic mode, TN mode)의 액정 표시 장치 등이 있다. 수직 배향 방식의 액정 표시 장치는 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 방식으로 액정 표시 장치의 대비비가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하다. 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치는 전기장을 인가하지 않을 때 두 표시판 사이에 채워진 액정층의 액정 분자들이 두 표시판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축 배열 방위가 연속적으로 변화되는 비틀린 구조를 가진다. 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치는 두 표시판에 형성된 전극 사이에 전기장을 형성하였을 때에는 액정 분자의 장축 배열 방위가 일정하게 전기장의 방향과 평행하게 배열되어 두 표시판에 대하여 수직한 구조를 가질 수 있다.
한편 액정 표시 장치는 액정층의 액정 분자들의 배열 방향에 따른 빛의 편광 변화를 빛의 투과율 변화로 나타내기 위해 적어도 하나의 편광판을 포함할 수 있다. 이러한 편광판은 액정 표시 장치의 두 표시판 바깥쪽에 부착되는데 그 가격이 비싸고 부착하는 별도의 공정이 필요한 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 편광판을 액정 표시 장치에 부착하지 않고 편광판 또는 편광 기능을 가지는 부재를 내장하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 액정 표시 장치의 투과율 등을 높이는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 액정 표시 장치의 제조 공정을 간단히 하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 기판 위에 도전성 물질을 포함하는 피식각층을 형성하는 단계, 상기 피식각층 위에 제1 마스크층을 형성하는 단계, 상기 제1 마스크층 위에 복수의 중합체를 포함하는 블록 공중합체 코팅막을 형성하는 단계, 상기 블록 공중합체 코팅막을 처리하여 규칙적으로 배열된 제1 폴리머 블록 및 제2 폴리머 블록을 포함하는 블록 공중합체 패턴층을 형성하는 단계, 상기 블록 공중합체 패턴층의 상기 제1 폴리머 블록 및 상기 제2 폴리머 블록 중 어느 하나를 제거하여 제2 마스크 패턴층을 형성하는 단계, 상기 제2 마스크 패턴층을 식각 마스크로 하여 상기 제1 마스크층을 식각하여 제1 마스크 패턴층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 마스크 패턴층을 식각 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하여 제1 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전극은 일정한 방향으로 연장되어 있으며 편광 기능을 가지는 복수의 제1 미세 패턴을 포함한다.
상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판을 마련하는 단계, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전극과 인접한 액정 분자는 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향에 평행한 방향으로 배향되어 있을 수 있다.
상기 제2 기판 위에 상기 제1 미세 패턴이 연장된 방향에 평행하거나 수직인 일정한 방향으로 연장되어 있으며 편광 기능을 가지는 복수의 제2 미세 패턴을 포함하는 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 전극과 인접한 액정 분자는 상기 제2 미세 패턴의 연장 방향에 평행한 방향으로 배향되어 있을 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 복수의 화소를 포함하고, 상기 복수의 화소 중 한 화소는 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하고, 상기 제1 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 상기 제2 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 서로 다를 수 있다.
상기 제1 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 상기 제2 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 서로 수직일 수 있다.
상기 복수의 제1 미세 패턴의 피치는 1000nm 이하일 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수평 배향막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 피식각층을 형성하기 전에 상기 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 그리고 상기 박막 트랜지스터 위에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있을 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수평 배향막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 빗각을 이루며 뻗는 복수의 미세 가지부를 더 포함하고, 상기 복수의 제1 미세 패턴은 하나의 미세 가지부로부터 일정한 방향으로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판을 마련하는 단계, 상기 제2 기판 위에 제2 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수직 배향막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전극을 형성하는 단계는 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향에 평행하거나 수직인 방향으로 연장되어 있는 복수의 제2 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 미세 패턴의 피치는 200nm 이하일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치로서, 상기 복수의 화소 중 한 화소는 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층, 상기 제1 기판 위에 위치하는 제1 전극, 그리고 상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 편광 기능을 가지는 복수의 제1 미세 패턴을 포함하고, 상기 한 화소는 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하며, 상기 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는 한 전극에 있어서, 상기 제1 도메인에서의 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 상기 제2 도메인에서의 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 다르다.
상기 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는 한 전극에 있어서, 상기 제1 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 상기 제2 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 서로 수직일 수 있다.
상기 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는 한 전극과 인접한 액정 분자는 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향에 평행한 방향으로 배향되어 있을 수 있다.
상기 복수의 제1 미세 패턴의 피치는 1000nm 이하일 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수평 배향막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층, 상기 제1 기판 위에 위치하며 제1 전압을 인가받는 제1 전극, 상기 제2 기판 위에 위치하며 제2 전압을 인가받는 제2 전극, 그리고 상기 제1 기판 위에 위치하며 제1 방향으로 뻗는 신호선을 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 제1 방향과 빗각을 이루며 뻗어 나가는 복수의 미세 가지부 및 하나의 미세 가지부로부터 일정한 방향으로 돌출되어 있으며 편광 기능을 가지는 복수의 제1 미세 패턴을 포함한다.
상기 제2 전극은 상기 제1 미세 패턴의 돌출 방향에 평행하거나 수직인 일정한 방향으로 있으며 편광 기능을 가지는 복수의 제2 미세 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수직 배향막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 액정 표시 장치의 제조 공정을 간단히할 수 있고, 액정 표시 장치의 투과율을 높일 수 있으며, 액정 표시 장치의 시야각 특성을 좋게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하부 표시판의 한 화소에 대한 평면도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 표시판의 한 화소에 대한 평면도이고,
도 3은 도 1의 하부 표시판과 도 2의 상부 표시판을 함께 도시한 평면도이고,
도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 사시도이고,
도 6은 도 5의 'C' 부분의 확대도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 사시도이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하부 표시판의 한 화소에 대한 평면도이고,
도 9는 도 8의 'D' 부분의 확대도이고,
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 표시판의 한 화소에 대한 평면도이고,
도 11은 도 8 내지 도 10의 액정 표시 장치를 XI-XI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 12, 도 13, 도 14, 도 15 및 도 16은 차례대로 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법의 각 단계를 나타낸 단면도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하부 표시판의 한 화소(PX)에 대한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 표시판의 한 화소(PX)에 대한 평면도이고, 도 3은 도 1의 하부 표시판과 도 2의 상부 표시판을 함께 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대해 설명하면, 절연 기판(110) 위에 게이트 신호를 전달하는 게이트선(gate line)(121)이 위치한다. 게이트선(121)은 제1 방향(D1)에 평행하게 뻗을 수 있으며 복수의 게이트 전극(124)을 포함한다. 게이트선(121) 위에는 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 위치하고, 게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어질 수 있는 반도체(154)가 위치한다. 각 반도체(154) 위에는 한 쌍의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 위치한다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 위치한다. 데이터선(171)은 제1 방향(D1)에 수직인 제2 방향(D2)에 평행하게 뻗을 수 있고 게이트선(121)과 교차할 수 있다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)을 포함한다. 드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이에 형성된다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 위치한다. 보호막(180)은 드레인 전극(175)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185)을 포함한다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 화소 전극(191)은 일정한 방향으로 연장되어 서로 실질적으로 평행한 복수의 미세 패턴(193)을 가진다. 미세 패턴(193) 사이의 개구부는 미세 슬릿(194)이라 한다.
미세 패턴(193)의 피치는 200nm 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 미세 패턴(193)의 폭 및 미세 슬릿(194)의 폭의 비는 대략 1:1일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 미세 패턴(193)의 폭은 100nm 이하일 수 있다. 화소 전극(191)의 두께는 10nm 이상 500nm 이하일 수 있다.
도 1을 참조하면, 화소 전극(191)의 미세 패턴(193) 또는 미세 슬릿(194)은 제2 방향(D2), 즉 데이터선(171)이 뻗은 방향에 실질적으로 평행할 수 있다. 그러나 이와 달리 미세 패턴(193) 또는 미세 슬릿(194)은 제1 방향(D1), 즉 게이트선(121)에 실질적으로 평행하게 연장되어 있거나 게이트선(121)과 빗각을 이룰 수도 있다.
화소 전극(191)의 미세 패턴(193)과 미세 슬릿(194)은 화소 전극(191)을 통과하는 광을 미세 패턴(193) 또는 미세 슬릿(194)의 연장 방향(도 1에서는 제2 방향(D2))에 수직인 방향인 제1 방향(D1)으로 편광시킬 수 있다. 즉, 화소 전극(191)의 미세 패턴(193)과 미세 슬릿(194)은 미세 패턴(193) 또는 미세 슬릿(194)의 연장 방향에 평행한 광은 반사하고 미세 패턴(193) 또는 미세 슬릿(194)의 연장 방향에 수직인 광은 투과시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴(193)을 가지는 화소 전극(191)은 편광 기능을 가지며 미세 패턴(193)의 연장 방향에 수직인 방향이 편광의 투과축이 될 수 있다. 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예에서는 화소 전극(191)의 편광판으로서의 투과축의 방향은 제1 방향(D1)이다.
화소 전극(191)의 편광 기능은 입사광의 파장과 미세 패턴(193)과 미세 슬릿(194)의 폭에 따라 달라질 수 있다. 가시 광선을 입사광으로 사용할 경우 가시 광선의 파장 범위가 대략 380nm 내지 700nm 이라고 하면 미세 슬릿(194)의 폭 또는 미세 패턴(193)의 폭은 200nm 이하로 정할 수 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
다음 상부 표시판(200)에 대하여 설명하면, 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 위치한다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막을 수 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191)과 마주하는 복수의 개구부(225)를 가질 수 있다. 또한 차광 부재(220)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터(Q)에 대응하는 부분을 포함할 수 있다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 위치할 수 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며 화소 전극(191) 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다. 색필터(230) 및 차광 부재(220) 중 적어도 하나는 하부 표시판(100)에 위치할 수도 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 위치하고, 덮개막(250) 위에는 대향 전극(270)이 위치한다. 대향 전극은 공통 전압(Vcom)을 전달할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 대향 전극(270)은 일정한 방향으로 연장되어 서로 실질적으로 평행한 복수의 미세 패턴(273)을 가지며, 미세 패턴(273) 사이의 개구부는 미세 슬릿(274)이라 한다. 대향 전극(270)의 미세 패턴(273) 및 미세 슬릿(274)의 연장 방향은 화소 전극(191)의 미세 패턴(193) 및 미세 슬릿(194)의 연장 방향에 수직일 수 있다. 그러나 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 달리 대향 전극(270)의 미세 패턴(273) 및 미세 슬릿(274)의 연장 방향은 화소 전극(191)의 미세 패턴(193) 및 미세 슬릿(194)의 연장 방향에 평행할 수도 있다.
미세 패턴(273)의 피치는 200nm 이하일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 미세 패턴(273)의 폭 및 미세 슬릿(274)의 폭의 비는 대략 1:1일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 미세 패턴(273)의 폭은 100nm 이하일 수 있고, 대향 전극(270)의 두께는 10nm 이상 500nm 이하일 수 있다.
대향 전극(270)의 미세 패턴(273)과 미세 슬릿(274)도 대향 전극(270)을 통과하는 광을 미세 패턴(273) 또는 미세 슬릿(274)의 연장 방향(도 2에서는 제1 방향(D1))에 수직인 방향(도 1에서는 제2 방향(D2))으로 편광시킬 수 있다. 즉, 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)과 미세 슬릿(274)은 미세 패턴(273) 또는 미세 슬릿(274)의 연장 방향에 평행한 광은 반사하고 미세 패턴(193) 또는 미세 슬릿(194)의 연장 방향에 수직인 광은 투과시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴(273)을 가지는 대향 전극(270)은 편광 기능을 가지며 미세 패턴(273)의 연장 방향에 수직인 방향이 편광의 투과축이 될 수 있다. 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예에서 대향 전극(270)의 투과축은 제2 방향(D2)일 수 있다.
대향 전극(270)의 편광 기능 역시 앞에서 설명한 화소 전극(191)과 마찬가지로 미세 패턴(273)과 미세 슬릿(274)의 폭에 따라 달라질 수 있다.
화소 전극(191) 및 대향 전극(270) 중 적어도 하나는 금속 또는 금속의 합금 등의 도전성 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 화소 전극(191) 및 대향 전극(270) 중 적어도 하나는 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 티타늄(Ti) 등의 금속 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있다.
본 실시예와 달리 화소 전극(191) 및 대향 전극(270) 중 하나는 미세 패턴을 가지지 않고 ITO, IZO 등의 투명 도전체 등으로 만들어질 수도 있다. 이 경우 미세 패턴을 가지지 않는 전극이 위치하는 표시판(100, 200)의 바깥쪽에 편광판이 부착되어 있을 수 있다. 예를 들어 화소 전극(191)이 미세 패턴(193)을 가져 편광 기능을 가지고 대향 전극(270)은 미세 패턴을 가지지 않아 편광 기능을 가지지 않을 때 상부 표시판(200)의 외부에는 편광판이 별도로 부착되어 있을 수 있다.
박막 트랜지스터(Q)의 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 전달받은 화소 전극(191)은 공통 전압을 인가 받은 대향 전극(270)과 함께 액정층(3)에 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(3)의 액정 분자(31)의 방향을 결정하고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절하여 영상을 표현할 수 있다. 전기장에 따라 결정되는 액정 분자(31)의 방향은 액정 분자(31)의 굴절률 이방성에 따라 달라질 수 있다. 액정 분자(31)가 양의 굴절률 이방성을 가질 경우 액정 분자(31)는 액정층(3)에 생성된 전기장의 방향에 대략 평행하게 배열될 수 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)에 인접한 액정 분자(31)들은 전기장이 없는 상태에서 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 평행하게 배향되어 있을 수 있다. 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에 위치하는 액정 분자(31)의 배열 구조는 한 표시판에서 다른 표시판에 이르기까지 나선상으로 비틀린 구조를 가질 수 있다. 이를 비틀린 네마틱 방식(twisted nematic mode, TN mode)이라 한다. 하부 표시판(100)을 통과하여 편광된 빛은 액정층(3)을 통과하면서 액정층(3)의 굴절률 이방성으로 인하여 위상 지연(phase retardation)이 발생하며 액정층(3)에 전기장이 생성되지 않았을 때 위상 지연이 대략 90°가 될 수 있다.
이러한 액정 분자(31)의 배향을 위해 하부 표시판(100)의 안쪽에 제1 배향막(11)이 도포되어 있을 수 있고 상부 표시판(200)의 안쪽에 제2 배향막(21)이 도포되어 있을 수 있다. 제1 배향막(11) 및 제2 배향막(21)은 액정 분자(31)를 표시판(100, 200)의 표면에 실질적으로 평행하게 하는 수평 배향막일 수 있다. 제1 배향막(11)의 배향 방향과 제2 배향막(21)의 배향 방향은 서로 수직이거나 평행일 수 있다. 이 경우, 하부 표시판(100)의 투과축 방향과 상부 표시판(200)의 투과축 방향이 서로 수직일 때 액정 표시 장치는 액정층(3)에 전기장이 없는 상태에서 화이트를 표시할 수 있고 이를 노멀리 화이트 모드(normally white mode)라 한다. 이와 달리 하부 표시판(100)의 투과축 방향과 상부 표시판(200)의 투과축 방향이 서로 평행일 때 액정 표시 장치는 액정층(3)에 전기장이 없는 상태에서 블랙을 표시할 수 있고 이를 노멀리 블랙 모드(normally black mode)라 한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 표시판(100, 200)의 표면에 인접한 액정 분자(31)는 인접한 화소 전극(191) 또는 대향 전극(270)의 미세 패턴(193, 273)의 요철에 의해 미세 패턴(193, 273)의 연장 방향을 따라 배향될 수 있다. 따라서 배향막(11, 21)에 대한 별도의 러빙(rubbing) 공정 없이 두 표시판(100, 200)의 표면에 인접한 액정 분자(31)의 배열 방향을 다르게 하여 액정 분자(31)를 비틀린 네마틱 모드로 배향할 수 있다. 따라서 액정 표시 장치의 제조 공정을 간단히 할 수 있다. 이 경우 배향막(11, 21) 중 적어도 하나를 생략할 수도 있다.
이와 같이 화소 전극(191) 또는 대향 전극(270)의 미세 패턴(193, 273)을 이용하여 액정 분자를 배향하는 경우 미세 패턴(193, 273)의 피치는 1000nm 이하일 수 있다. 이때 미세 패턴(193, 273)의 폭과 미세 패턴(193, 273) 사이의 갭의 비는 대략 1:1일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 하부 표시판(100) 또는 상부 표시판(200)에 별도의 편광판을 부착하지 않고 빛을 편광시킬 수 있으므로 제조 공정을 단순히 하고 제조 비용을 줄일 수 있으며 액정 표시 장치의 투과율을 높일 수 있다.
그러면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 사시도이고, 도 6은 도 5의 'C' 부분의 확대도이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 사시도이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 앞에서 설명한 도 1 내지 도 4에 도시한 액정 표시 장치와 대부분 동일하나 한 화소(PX)는 액정 분자(31)의 배열 구조가 서로 다른 두 개 이상의 도메인으로 나뉠 수 있다.
도 5에 도시한 실시예에 따르면 액정 표시 장치의 한 화소(PX)는 제1 도메인(A1)과 제2 도메인(A2)을 포함할 수 있다. 각 도메인(A1, A2)에서 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)의 편광축 방향과 표시판(100, 200)의 표면에 인접한 액정 분자(31)의 배향 방향은 서로 다를 수 있다. 또한 각 표시판(100, 200)에 있어서 서로 다른 도메인(A1, A2)의 편광축 방향과 표시판(100, 200)의 표면에 인접한 액정 분자(31)의 배향 방향은 서로 다를 수 있다.
구체적으로, 한 화소(PX)가 포함하는 복수의 도메인(A1, A2)은 화소 전극(191)의 미세 패턴(193) 또는 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 연장 방향을 서로 다르게 하여 형성할 수 있다. 예를 들어 서로 다른 도메인(A1, A2)에서 화소 전극(191)의 미세 패턴(193) 또는 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 연장 방향은 서로 수직일 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 하부 표시판(100)을 구체적으로 살펴보면, 제1 도메인(A1)에서 화소 전극(191)의 미세 패턴(193)의 연장 방향이 제2 방향(D2)인 경우 하부 표시판(100)의 표면에 인접한 액정 분자(31)는 미세 패턴(193)의 연장 방향에 평행하게 배향되어 제2 방향(D2)으로 배향될 수 있다. 이 경우 하부 표시판(100)의 제1 도메인(A1)을 통과한 빛의 편광 방향(P1)은 미세 패턴(193)의 연장 방향에 대략 수직인 제1 방향(D1)이 될 수 있다. 제2 도메인(A2)에서 화소 전극(191)의 미세 패턴(193)의 연장 방향은 제1 도메인(A1)에서와 다른 방향으로서 제1 방향(D1)일 수 있으며, 이 경우 하부 표시판(100)의 표면에 인접한 액정 분자(31)는 제1 방향(D1)으로 배향될 수 있다. 이 경우 하부 표시판(100)의 제2 도메인(A2)을 통과한 빛의 편광 방향(P2)은 제2 방향(D2)이 될 수 있다.
다음 상부 표시판(200)을 구체적으로 살펴보면, 제1 도메인(A1)에서 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 연장 방향은 제1 방향(D1)일 수 있다. 이 경우 상부 표시판(200)의 표면에 인접한 액정 분자(31)는 미세 패턴(273)의 연장 방향에 실질적으로 평행하게 배향될 수 있다. 상부 표시판(200)의 제1 도메인(A1)을 통과한 빛의 편광 방향(P3)은 미세 패턴(273)의 연장 방향에 대략 수직인 제2 방향(D2)이 될 수 있다. 제2 도메인(A2)에서 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 연장 방향은 제1 도메인(A1)에서와 다른 방향으로서 제2 방향(D2)일 수 있으며, 이 경우 상부 표시판(200)의 표면에 인접한 액정 분자(31)는 제2 방향(D2)으로 배향될 수 있다. 이 경우 상부 표시판(200)의 제2 도메인(A2)을 통과한 빛의 편광 방향(P4)은 제1 방향(D1)이 될 수 있다.
도 5에 도시한 바와 달리 같은 도메인(A1, A2)에서 마주하는 화소 전극(191)의 미세 패턴(193)의 연장 방향과 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 연장 방향은 서로 평행할 수도 있다.
이에 따라 액정 표시 장치의 액정층(3)의 액정 분자(31)는 비틀린 네마틱 구조를 가지면서 서로 다른 도메인(A1, A2)에서 액정 분자(31)의 배향 방향이 서로 다를 수 있다. 서로 다른 도메인(A1, A2)에서 액정 분자(31)의 배향 방향 사이의 각은 대략 90도일 수 있다.
이와 같이 한 화소(PX)에서 액정 분자(31)의 배향 방향이 서로 다른 복수의 도메인을 형성함으로써 기준 시야각을 넓히고 시인성을 좋게 할 수 있다.
다음, 도 7에 도시한 실시예는 도 5 및 도 6에 도시한 실시예와 대부분 동일하나, 한 화소(PX)가 제1 도메인(A1), 제2 도메인(A2), 제3 도메인(A3), 그리고 제4 도메인(A4)을 포함할 수 있다.
하부 표시판(100)을 구체적으로 살펴보면, 대각선 방향으로 이웃하는 제1 도메인(A1) 및 제4 도메인(A4)에서 화소 전극(191)의 미세 패턴(193)의 연장 방향이 제2 방향(D2)인 경우 하부 표시판(100)의 표면에 인접한 액정 분자(31)도 제2 방향(D2)으로 배향될 수 있다. 제1 및 제4 도메인(A1, A4)에서 하부 표시판(100)을 통과한 빛의 편광 방향(P1, P6)은 미세 패턴(193)의 연장 방향에 대략 수직인 제1 방향(D1)이 될 수 있다.
하부 표시판(100)에서 대각선 방향으로 이웃하는 제2 도메인(A2) 및 제3 도메인(A3)에서 화소 전극(191)의 미세 패턴(193)의 연장 방향은 제1 방향(D1)일 수 있으며, 이 경우 하부 표시판(100)의 표면에 인접한 액정 분자(31)는 제1 방향(D1)으로 배향될 수 있다. 제2 및 제3 도메인(A2, A3)에서 하부 표시판(100)을 통과한 빛의 편광 방향(P2, P5)은 미세 패턴(193)의 연장 방향에 대략 수직인 제2 방향(D2)이 될 수 있다.
다음 상부 표시판(200)을 구체적으로 살펴보면, 제1 도메인(A1) 및 제4 도메인(A4)에서 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 연장 방향은 하부 표시판(100)의 제1 및 제4 도메인(A1, A4)에서 화소 전극(191)의 미세 패턴(193)의 연장 방향에 대략 수직인 제1 방향(D1)일 수 있다. 이 경우 상부 표시판(200)의 표면에 인접한 액정 분자(31)도 제1 방향(D1)으로 배향될 수 있다. 제1 및 제4 도메인(A1, A4)을 통과한 빛의 편광 방향(P3, P8)은 미세 패턴(273)의 연장 방향에 대략 수직인 제2 방향(D2)이 될 수 있다.
상부 표시판(200)에서 제2 도메인(A2) 및 제3 도메인(A3)에서 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 연장 방향은 제2 방향(D2)일 수 있으며, 이 경우 상부 표시판(200)의 표면에 인접한 액정 분자(31)도 제2 방향(D2)으로 배향될 수 있다. 상부 표시판(200)의 제2 및 제3 도메인(A2, A3)을 통과한 빛의 편광 방향(P4, P7)은 제1 방향(D1)이 될 수 있다.
이와 달리 상부 표시판(200)의 각 도메인(A1, A2, A3, A4)에서의 미세 패턴(273)의 연장 방향은 반대가 될 수도 있다.
이와 같이 도 5 내지 도 7에 도시한 실시예에 따르면 액정 표시 장치의 액정층(3)은 비틀린 네마틱 구조를 가지면서 서로 다른 도메인에서 액정 분자(31)가 서로 다른 방향으로 배향되어 있을 수 있다. 이웃한 도메인에서 액정 분자(31)의 배향 방향의 차이는 대략 90도일 수 있다.
이와 같이 한 화소(PX)에서 액정 분자(31)의 배향 방향이 서로 다른 복수의 도메인을 형성함으로써 기준 시야각을 넓히고 시인성을 좋게 할 수 있다.
다음 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하부 표시판의 한 화소에 대한 평면도이고, 도 9는 도 8의 'D' 부분의 확대도이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 표시판의 한 화소에 대한 평면도이고, 도 11은 도 8 내지 도 10의 액정 표시 장치를 XI-XI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 앞에서 설명한 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예와 대부분 동일하며 차이점을 중심으로 설명한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대하여 설명하면, 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다. 각 게이트선(121)은 제1 방향(D1)으로 뻗을 수 있고 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 포함한다. 유지 전극선(131)은 게이트선(121)과 실질적으로 나란하게 뻗은 부분과 이에 연결된 복수의 고리부(135)를 포함할 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있고, 그 위에는 복수의 반도체(151b, 154a, 154b)가 형성되어 있고, 그 위에는 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(161b, 165b)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161b, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수 쌍의 데이터선(171a, 171b)과 복수 쌍의 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)이 형성되어 있다. 데이터선(171a, 171b)은 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 각각 뻗어 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 각각 마주하는 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)을 포함한다.
제1/제2 게이트 전극(124a/124b), 제1/제2 소스 전극(173a/173b) 및 제1/제2 드레인 전극(175a/175b)은 제1/제2 반도체(154a/154b)와 함께 제1/제2 박막 트랜지스터(Qa/Qb)를 이룬다.
데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 노출된 반도체(154a, 154b) 부분 위에는 하부 보호막(180a)이 형성되어 있고, 그 위에는 차광 부재(220)가 위치한다. 하부 보호막(180a) 및 차광 부재(220) 위에는 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 차광 부재(220) 및 색필터(230) 중 적어도 하나는 상부 표시판(200)에 위치할 수도 있다. 차광 부재(220) 및 색필터(230) 위에는 상부 보호막(180b)이 형성되어 있다. 상부 보호막(180b) 및 하부 보호막(180a)에는 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b)이 형성되어 있다.
상부 보호막(180b) 위에는 복수의 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 각 화소 전극(191)은 간극을 사이에 두고 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함할 수 있다.
제1 부화소 전극(191a)은 대략 십자 모양을 이루는 세로 줄기부(195a) 및 가로 줄기부(196a), 그리고 세로 줄기부(195a) 및 가로 줄기부(196a)로부터 바깥쪽으로 뻗어 나가는 복수의 미세 가지부(197a)를 포함한다. 미세 가지부(197a)는 게이트선(121) 또는 데이터선(171a, 171b)이 뻗은 방향과 빗각을 이룰 수 있다. 하나의 제1 부화소 전극(191a)은 서로 다른 방향으로 뻗어 나가는 적어도 두 개의 미세 가지부(197a)를 포함할 수 있다.
제2 부화소 전극(191b)도 대략 십자 모양을 이루는 세로 줄기부(195b) 및 가로 줄기부(196b), 세로 줄기부(195b) 및 가로 줄기부(196b)로부터 바깥쪽으로 뻗어 나가는 복수의 미세 가지부(197b), 그리고 제1 부화소 전극(191a)을 둘러싸는 연결부(198b)를 포함한다. 미세 가지부(197b)는 게이트선(121) 또는 데이터선(171a, 171b)이 뻗은 방향과 빗각을 이룰 수 있다. 하나의 제2 부화소 전극(191b)도 서로 다른 방향으로 뻗어 나가는 적어도 두 개의 미세 가지부(197b)를 포함할 수 있다.
도 8 내지 도 11을 참조하면 화소 전극(191)은 각 미세 가지부(197a, 197b)로부터 돌출된 복수의 미세 패턴(193a, 193b)을 포함한다. 본 실시예에서 미세 패턴(193a, 193b)의 길이는 이웃한 미세 가지부(197a, 197b) 사이의 거리보다 작을 수 있으며, 그 길이는 10ㅅm 이하, 더 구체적으로는 5.0ㅅm 이하일 수 있다. 미세 패턴(193a, 193b)은 이웃한 미세 가지부(197a, 197b) 중 어느 하나와 연결되어 있다. 미세 패턴(193a, 193b)은 미세 가지부(197a, 197b)로부터 제2 방향(D2)으로 돌출되어 있을 수 있고, 이와 달리 제1 방향(D1)으로 돌출될 수도 있다. 미세 패턴(193a, 193b)이 미세 가지부(197a, 197b)로부터 제2 방향(D2)으로 돌출되어 있을 때 미세 패턴(193a, 193b)은 도 9에 도시한 바와 같이 미세 가지부(197a, 197b)로부터 위쪽 방향으로 돌출될 수도 있고 이와 달리 아래쪽 방향으로 돌출될 수도 있다. 또한 미세 패턴(193a, 193b)이 미세 가지부(197a, 197b)로부터 돌출된 방향(연장 방향이라 함)은 한 화소(PX)에서 일정할 수도 있고 위치에 따라 다를 수도 있다.
미세 패턴(193a, 193b)은 통과하는 빛이 미세 패턴(193a, 193b)의 연장 방향으로 선편광되도록 할 수 있으며, 그 투과축은 미세 패턴(193a, 193b)의 연장 방향에 대략 수직이다. 이 밖에 미세 패턴(193a. 193b)의 크기, 기능 및 기타 특징은 앞에서 설명한 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예에서의 미세 패턴(193)과 동일할 수 있다.
다음 상부 표시판(200)에 대해 설명하면, 절연 기판(210) 위에 대향 전극(270)이 위치한다. 도 10을 참조하면, 대향 전극(270)은 서로 실질적으로 평행한 복수의 미세 패턴(273) 및 복수의 미세 패턴(273)을 연결하는 연결부(271)를 포함할 수 있다. 연결부(271)는 한 화소열을 따라 연장되어 있을 수도 있고, 한 화소(PX)의 미세 패턴(273)만을 연결할 수도 있다. 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 연장 방향은 제1 방향(D1)일 수 있으나 이와 달리 화소 전극(191)의 미세 패턴(193a, 193b)의 연장 방향에 실질적으로 평행할 수도 있다.
미세 패턴(273)은 통과하는 빛이 미세 패턴(273)의 연장 방향으로 선편광되도록 할 수 있으며, 그 투과축은 미세 패턴(273)의 연장 방향에 대략 수직이다. 이 밖에 본 실시예에 따른 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 특징은 앞에서 설명한 도 1 내지 도 4에 도시한 실시예의 미세 패턴(273)의 특징과 동일할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
액정층(3)의 액정 분자(31)들은 전기장이 없는 상태에서 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직으로 배향되어 있을 수 있다. 화소 전극(191)의 미세 패턴(193a, 193b)의 투과축과 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 투과축이 서로 수직일 때, 화소 전극(191)을 통과하여 편광된 빛은 전기장이 없는 액정층(3)을 그대로 통과한 후 대향 전극(270)에서 차단되어 블랙이 표시된다. 반면, 화소 전극(191)의 투과축과 대향 전극(270)의 미세 패턴(273)의 투과축이 서로 평행일 때 액정층(3)에 전기장이 없는 상태에서 화이트를 표시할 수 있다.
이러한 액정 분자(31)의 배향을 위해 하부 표시판(100)의 안쪽에 제1 배향막(11)이 도포되어 있고 상부 표시판(200)의 안쪽에 제2 배향막(21)이 도포되어 있을 수 있다. 제1 배향막(11) 및 제2 배향막(21)은 수직 배향막일 수 있다.
본 실시예에서도 화소 전극(191) 또는 대향 전극(270) 중 어느 하나는 미세 패턴을 가지지 않고, 대신 편광판을 표시판(100, 200)의 바깥쪽에 추가할 수도 있다.
그러면 도 12, 도 13, 도 14, 도 15 및 도 16을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 미세 패턴을 제조 방법에 대해 설명한다.
도 12, 도 13, 도 14, 도 15 및 도 16은 차례대로 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법의 각 단계를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 액정 표시 장치가 포함하는 미세 패턴의 제조 방법으로서, 형성하는 미세 패턴은 일반적인 사진 식각 공정에서 사용되는 광학 시스템의 해상 한계를 초월하는 미세 패턴일 수 있다. 예를 들어 본 실시예에 따라 제조되는 미세 패턴은 앞에서 설명한 화소 전극(191) 또는 대향 전극(270)의 미세 패턴(193, 193a, 193b, 273)일 수도 있고 기판 상에 형성되는 여러 신호선일 수도 있다.
아래 설명에서는 앞에서 설명한 도 1 내지 도 11에 도시한 실시예에서 화소 전극(191)의 미세 패턴(193, 193a, 193b)을 제조하는 방법을 예로 들어 설명하도록 한다.
먼저 앞에서 설명한 도 1 내지 도 11에 도시한 실시예에 따라, 하부 표시판(100)을 구성하는 절연 기판(110) 위에 게이트선(121), 게이트 절연막(140), 반도체(151b, 154, 154a, 154b), 저항성 접촉 부재(161b, 163, 165, 165b), 데이터선(171) 및 드레인 전극(175, 175a, 175b), 그리고 보호막(180, 180a)을 차례대로 형성한다. 도 8 내지 도 11에 도시한 실시예의 경우 보호막(180a) 위에 색필터(230), 차광 부재(220)를 및 상부 보호막(180b)을 더 형성할 수 있다. 또한 도 1 내지 도 5에 도시한 실시예의 경우 상부 표시판(200)을 구성하는 절연 기판(210) 위에 차광 부재(220), 색필터(230) 및 덮개막(250)을 형성할 수 있다. 다음, 하부 표시판(100)의 보호막(180) 또는 상부 보호막(180b) 위에 화소 전극(191)을 형성하고, 상부 표시판(200)의 기판(210) 위에 대향 전극(270)을 형성한다. 화소 전극(191) 또는 대향 전극(270)의 형성은 도 12 내지 도 16에 도시한 실시예에 따를 수 있다.
먼저 도 12를 참조하면, 도시하지는 않았으나 앞에서 설명한 복수의 박막이 형성된 기판(110) 위에 피식각층(190)을 형성한다. 피식각층(190)은 최종적으로 형성하고자 하는 미세 패턴의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어 피식각층(190)은 도전성 물질, 반도체 물질, 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다. 이때 피식각층(190)이 도 1 내지 도 11에 도시한 화소 전극(191)을 형성하고자 하는 경우 피식각층(190)은 도전성을 가지는 알루미늄 등의 금속으로 형성될 수 있다. 이 경우 피식각층(190)은 보호막(180, 180a, 180b)의 접촉 구멍(185, 185a, 185b)을 통해 하부의 박막 트랜지스터(Q, Qa, Qb)의 드레인 전극(175, 175a, 175b)과 연결되어 있을 수 있다. 피식각층(190)의 두께는 800ㅕ 이상1500ㅕ 이하일 수 있다.
이어서 피식각층(190) 위에 제1 마스크층(300)을 형성한다. 제1 마스크층(300)은 피식각층(190)가 산화되는 것을 방지할 수 있고 후속 공정의 식각 공정 시 피식각층(190)의 부식을 방지할 수 있다. 이를 위해 제1 마스크층(300)은 ITO, IZO 등의 전도성 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 피식각층(190)이 알루미늄 등의 금속으로 이루어진 경우 피식각층(190)과 제1 마스크층(300) 사이에는 둘의 전기적인 접촉 향상을 위해 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 등의 금속 또는 그 합금으로 이루어진 버퍼층(도시하지 않음)이 더 형성될 수 있다. 제1 마스크층(300)의 두께는 300ㅕ 이하일 수 있다.
이어서, 제1 마스크층(300) 위에 블록 공중합체 코팅막(block co-polymer coating layer)(310)을 형성한다. 블록 공중합체 코팅막(310)의 형성 전에 이미지층(도시하지 않음)을 더 형성할 수도 있다. 이미지층은 그 위에 형성될 블록 공중합체 코팅막(310)을 구성하는 각각의 단위 고분자 블록과 동일한 구조의 고분자 블록으로 이루어지는 무질서 블록 공중합체로 이루어질 수 있다.
블록 공중합체 코팅막(310)은 적어도 2개의 서로 다른 화학 구조를 가지는 반복 단위인 2개 이상의 중합체가 공유 결합된 블록 공중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 블록 공중합체 코팅막(310)은 2중 블록 공중합체(di-block co-polymer) 또는 3중 블록 공중합체(tri-block co-polymer)를 포함할 수 있다. 블록 공중합체는 약 수 천 ～ 수 백만, 예를 들면 약 3,000 ～ 2,000,000g/mol의 분자량을 가지는 선형 또는 분기형 고분자로 이루어질 수 있다.
블록 공중합체 코팅막(310)의 형성 전에 블록 공중합체 코팅막(310)을 여러 영역으로 나누는 가이드 패턴(도시하지 않음)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다음 도 13을 참조하면, 블록 공중합체 코팅막(310)에 열 또는 UV 등의 광의 조사와 같은 처리를 가하여 블록 공중합체 코팅막(310) 내의 블록 공중합체의 반복 단위들이 상분리를 통해 재배열되도록 한다. 그 결과 피식각층(190) 또는 이미지층 위에서 복수의 폴리머 블록들이 규칙적으로 배열되도록 자기조립된다. 도 13에 도시한 실시예에서는 블록 공중합체 코팅막(310)의 블록 공중합체의 반복 단위들이 재배열되어 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b)이 규칙적으로 배열되어 있는 블록 공중합체 패턴층(311)이 형성될 수 있다. 한 예로, 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b)은 각각 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)과 폴리스티렌(PS)로 이루어질 수 있다. 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b)은 교대로 배열되어 있을 수 있다.
블록 공중합체 패턴층(311)의 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b)의 크기는 제조하고자 하는 미세 패턴의 크기에 따를 수 있다. 본 실시예에서 블록 공중합체 패턴층(311)의 피치는 200nm 이하일 수 있고 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b)의 폭의 비는 대략 1:1일 수 있다. 형성될 미세 패턴으로 액정 분자를 배향하고자 하는 경우 블록 공중합체 패턴층(311)의 피치는 1000nm 이하일 수도 있다.
다음 도 14를 참조하면, 블록 공중합체 패턴층(311)의 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b) 중 어느 하나를 제거하여 제2 마스크 패턴층(312)을 형성한다. 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b) 중 어느 하나를 제거할 때 애싱(ashing) 공정 또는 건식 식각 공정을 이용할 수 있으며, 이 경우 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b)에 대한 애싱 속도 또는 식각 속도가 다른 기체를 사용할 수 있다. 예를 들어 제1 폴리머 블록(310a)과 제2 폴리머 블록(310b)이 각각 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)과 폴리스티렌(PS)로 이루어진 경우 산소를 포함하는 O2, CO, CO2 등, 질소 원자를 N2, NH3 등, 염소 원자를 포함하는 CLl2, HCl, BCl3, 브롬 원자를 포함하는 HBr, Br2 등의 식각 기체 또는 이들의 혼합 기체를 사용하거나 이러한 식각 기체에 아르곤(Ar), 헬류(He) 등의 기체를 추가하여 블록 공중합체 패턴층(311)을 애싱할 수 있다. 이때 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어진 제1 폴리머 블록(310a)이 폴리스티렌(PS)로 이루어진 제2 폴리머 블록(310b)보다 먼저 제거될 수 있다.
이와 같은 제2 마스크 패턴층(312)의 형성 방법은 이에 한정되지 않고 종래에 알려진 다양한 미세 패턴 형성 방법을 사용하여 형성될 수도 있다.
다음 도 15를 참조하면, 제2 마스크 패턴층(312)을 식각 마스크로 하여 제1 마스크층(300)을 식각하여 제1 마스크 패턴층(301)을 형성한다. 이때 제1 마스크층(300)은 건식 식각 또는 습식 식각을 사용하여 식각될 수 있다.
제1 마스크층(300)의 두께가 얇은 경우 제1 마스크층(300)을 식각할 때 하부의 피식각층(190)도 동시에 식각될 수 있다. 이 경우 제1 마스크층(300)은 그 하부의 피식각층(190)의 식각을 위한 식각 조건에 의해서도 용이하게 식각될 수 있다. 따라서 제1 마스크층(300)의 식각 속도보다 피식각층(190)의 식각 속도가 큰 것이 바람직하며, 피식각층(190)이 충분히 식각되기 전에 제1 마스크층(300)이 모두 제거되지 않도록 하기 위해 제1 마스크층(300)의 식각 속도보다 피식각층(190)의 식각 속도가 클수록 더 바람직하다.
다음 도 16을 참조하면, 제1 마스크 패턴층(301)을 식각 마스크로 하여 식각되지 않고 남아 있는 피식각층(190)을 식각하여 미세 패턴(193)을 형성한다. 피식각층(190)은 건식 식각 또는 습식 식각을 이용하여 식각될 수 있다. 피식각층(190)을 건식 식각할 경우 Cl2, BCl3, CHF3 등의 식각 기체 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 식각된 미세 패턴(193)의 측면이 기판(110) 면에 대해 이루는 각은 80도 이상 100도 이하일 수 있으며, 미세 패턴(193)이 효과적인 편광 기능을 가지기 위해서는 미세 패턴(193)의 측면이 기판(110) 면과 이루는 각이 90도에 가까울수록 바람직하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3: 액정층 11, 21: 배향막
31: 액정 분자 100: 하부 표시판
110, 210: 절연 기판 121: 게이트선
124, 124a, 124b: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 151b, 154, 154a, 154b: 반도체
161b, 163, 165, 165b: 저항성 접촉 부재
171, 171a, 171b: 데이터선 173, 173a, 173b: 소스 전극
175, 175a, 175b: 드레인 전극 180, 180a, 180b: 보호막
185, 185a, 185b: 접촉 구멍 190: 피식각층
191: 화소 전극 193, 193a, 193b: 미세 패턴
200: 상부 표시판 220: 차광 부재
230: 색필터 270: 대향 전극
300: 제1 마스크층 301: 제1 마스크 패턴층
310: 블록 공중합체 코팅막 312: 제2 마스크 패턴층

Claims (23)

  1. 제1 기판 위에 도전성 물질을 포함하는 피식각층을 형성하는 단계,
    상기 피식각층 위에 제1 마스크층을 형성하는 단계,
    상기 제1 마스크층 위에 복수의 중합체를 포함하는 블록 공중합체 코팅막을 형성하는 단계,
    상기 블록 공중합체 코팅막을 처리하여 규칙적으로 배열된 제1 폴리머 블록 및 제2 폴리머 블록을 포함하는 블록 공중합체 패턴층을 형성하는 단계,
    상기 블록 공중합체 패턴층의 상기 제1 폴리머 블록 및 상기 제2 폴리머 블록 중 어느 하나를 제거하여 제2 마스크 패턴층을 형성하는 단계,
    상기 제2 마스크 패턴층을 식각 마스크로 하여 상기 제1 마스크층을 식각하여 제1 마스크 패턴층을 형성하는 단계, 그리고
    상기 제1 마스크 패턴층을 식각 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하여 제1 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 전극은 일정한 방향으로 연장되어 있으며 편광 기능을 가지는 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는
    액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판을 마련하는 단계, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제1 전극과 인접한 액정 분자는 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향에 평행한 방향으로 배향되어 있는
    액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 기판 위에 상기 제1 미세 패턴이 연장된 방향에 평행하거나 수직인 일정한 방향으로 연장되어 있으며 편광 기능을 가지는 복수의 제2 미세 패턴을 포함하는 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 전극과 인접한 액정 분자는 상기 제2 미세 패턴의 연장 방향에 평행한 방향으로 배향되어 있는
    액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 액정 표시 장치는 복수의 화소를 포함하고,
    상기 복수의 화소 중 한 화소는 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하고,
    상기 제1 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 상기 제2 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 서로 다른
    액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 상기 제2 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 서로 수직인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 복수의 제1 미세 패턴의 피치는 1000nm 이하인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수평 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 피식각층을 형성하기 전에
    상기 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 그리고
    상기 박막 트랜지스터 위에 보호막을 형성하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는
    액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제3항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수평 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 액정 표시 장치는 복수의 화소를 포함하고,
    상기 복수의 화소 중 한 화소는 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하고,
    상기 제1 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 상기 제2 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 서로 다른
    액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에서,
    상기 피식각층을 형성하기 전에
    상기 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 그리고
    상기 박막 트랜지스터 위에 보호막을 형성하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는
    액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 빗각을 이루며 뻗는 복수의 미세 가지부를 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 미세 패턴은 하나의 미세 가지부로부터 일정한 방향으로 돌출되어 있는
    액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판을 마련하는 단계,
    상기 제2 기판 위에 제2 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하는 단계, 그리고
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수직 배향막을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 제2 전극을 형성하는 단계는 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향에 평행하거나 수직인 방향으로 연장되어 있는 복수의 제2 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 미세 패턴의 피치는 200nm 이하인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치에서,
    상기 복수의 화소 중 한 화소는
    서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층,
    상기 제1 기판 위에 위치하는 제1 전극, 그리고
    상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 편광 기능을 가지는 복수의 제1 미세 패턴을 포함하고,
    상기 한 화소는 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하며,
    상기 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는 한 전극에 있어서, 상기 제1 도메인에서의 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 상기 제2 도메인에서의 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 다른
    액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는 한 전극에 있어서, 상기 제1 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향과 상기 제2 도메인에서 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향은 서로 수직인 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는 한 전극과 인접한 액정 분자는 상기 제1 미세 패턴의 연장 방향에 평행한 방향으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 복수의 제1 미세 패턴의 피치는 1000nm 이하인 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수평 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  21. 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층,
    상기 제1 기판 위에 위치하며 제1 전압을 인가받는 제1 전극,
    상기 제2 기판 위에 위치하며 제2 전압을 인가받는 제2 전극, 그리고
    상기 제1 기판 위에 위치하며 제1 방향으로 뻗는 신호선
    을 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 제1 방향과 빗각을 이루며 뻗어 나가는 복수의 미세 가지부 및 하나의 미세 가지부로부터 일정한 방향으로 돌출되어 있으며 편광 기능을 가지는 복수의 제1 미세 패턴을 포함하는
    액정 표시 장치.
  22. 제21항에서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 미세 패턴의 돌출 방향에 평행하거나 수직인 일정한 방향으로 연장되어 있으며 편광 기능을 가지는 복수의 제2 미세 패턴을 포함하는 액정 표시 장치.
  23. 제22항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 위에 위치하는 수직 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
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