KR20150018728A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20150018728A KR20130094943A KR20130094943A KR20150018728A KR 20150018728 A KR20150018728 A KR 20150018728A KR 20130094943 A KR20130094943 A KR 20130094943A KR 20130094943 A KR20130094943 A KR 20130094943A KR 20150018728 A KR20150018728 A KR 20150018728A
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백경민
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법이 제공된다.
일례로, 액정 표시 장치는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 상기 제1 전극과 절연되게 형성되며, 상기 제1 전극과의 사이에 캐비티를 정의하는 제2 전극; 상기 제2 전극 상에 형성되는 제1 보호층; 상기 제1 보호층 상에 형성되는 덮개층; 및 상기 캐비티 내에 주입되는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하며, 상기 제2 전극은 금속 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함하는 물질로 형성된다.

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 표시 장치 중 하나로서, 대향하는 2개의 전극(화소 전극 및 공통 전극)에 전압을 인가하여 그 사이에 개재된 액정층의 액정 분자들의 배열을 제어함으로써 투과되는 빛의 양을 조정하는 표시 장치이다.
통상적으로, 액정 표시 장치는 두 기판 사이에 액정층이 구비되도록 두 기판 사이의 간격을 유지하도록 형성된다. 이를 위해, 두 기판 사이에 스페이서가 형성된다. 그런데, 스페이서는 두 기판 중 하나의 기판과 접착제를 통해 접착되기 때문에, 액정 표시 장치의 제조 공정을 복잡하게 하고 비용을 증가시킬 수 있다.
한편, 액정 표시 장치의 제조 공정을 단순하게 하고 비용을 감소시키기 위해, 두 기판 사이에 형성되는 스페이서 대신 하나의 기판 상에 액정층이 형성되는 공간을 제공하는 캐비티를 포함하는 액정 표시 장치가 개발되고 있다.
캐비티는 하나의 기판 상에 희생층, 공통 전극, 보호층 및 덮개층이 형성된 이후 희생층이 제거됨으로써 형성될 수 있다. 캐비티는 내부에 액정을 주입시키기 위한 통로를 제공하기 위해 입구부를 가진다. 캐비티의 입구부는 캐비티의 내부에 액정을 주입시 오픈되며, 액정의 주입이 완료된 후에는 밀폐된다.
그런데, 캐비티를 포함하는 액정 표시 장치의 경우, 공통 전극 및 보호층의 형성 후 공통 전극 및 보호층의 스트레스가 후속 열공정에 의해 크게 변함으로 인해 공통 전극에 주름이 발생될 수 있다. 이러한 주름은 캐비티의 입구부를 변형시켜 원하는 크기를 가지는 액정층의 형성을 어렵게 만들 수 있다.
또한, 공통 전극은 통상적으로 인듐틴옥사이드(ITO)로 형성되는데, 이러한 공통 전극은 후속 열공정에 의해 부분적으로 결정화될 수 있다. 이 경우, 외부 배선과 연결시키기 위해 액정 표시 장치의 제조 공정 중 데이터 패드를 노출시키는 공정에서 데이터 패드 부분 주변에 위치하는 공통 전극의 일부가 에칭이 잘 되지 않아, 에칭되지 않은 공통 전극의 일부와 데이트 패드 간의 전기적인 쇼트(short)가 발생될 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 캐비티를 형성하여 액정층을 형성하는 경우에서, 공통 전극의 원활한 에칭을 통해 공통 전극과 데이터 패드의 전기적인 쇼트를 방지하고, 또한 캐비티의 입구부 변형을 감소시켜 원하는 크기를 가지는 액정층을 형성하게 할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 캐비티를 형성하여 액정층을 형성하는 경우에서, 공통 전극의 원활한 에칭을 통해 공통 전극과 데이터 패드의 전기적인 쇼트를 방지하고, 또한 캐비티의 입구부 변형을 감소시켜 원하는 크기를 가지는 액정층을 형성하게 할 수 있는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 상기 제1 전극과 절연되게 형성되며, 상기 제1 전극과의 사이에 캐비티를 정의하는 제2 전극; 상기 제2 전극 상에 형성되는 제1 보호층; 상기 제1 보호층 상에 형성되는 덮개층; 및 상기 캐비티 내에 주입되는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하며, 상기 제2 전극은 금속 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함한다.
상기 금속 산화물은 상기 금속 산화물과 산화 아연의 총 함량 대비 10 wt% 내지 90wt%의 함량을 가질 수 있다.
상기 금속 산화물은 In2O3, Ga2O3, Cr2O3, MnO, Ta2O5, SiO2, TiO2, ZrO2, BaO, Li2O, La2O3, Nd2O3, BeO, ThO2, Y2O3, CaO, Sc2O3, MgO, Sm2O3, Al2O3, UO2, CaO, B2O3, Na2O 및 Nb2O5 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가질 수 있다.
상기 제1 보호층은 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 제1 보호층은 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가질 수 있다.
상기 제1 보호층은 +1 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지는 인장 스트레스 막일 수 있다.
또한, 액정 표시 장치는 상기 덮개층 상에 형성되는 제2 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전극과 상기 제1 보호층의 초기 스트레스와 후기 스트레스 차이는 1 내지 10Mpa의 스트레스이며, 상기 초기 스트레스는 상기 제1 보호층이 형성된 후의 스트레스이며, 상기 후기 스트레스는 상기 덮개층이 형성되고 상기 제2 보호층이 형성된 후의 스트레스일 수 있다.
상기 제1 보호층은 1000Å 이상의 두께를 가질 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 제2 전극과 제1 보호층을 형성하는 단계; 상기 제1 보호층 상에 덮개층을 형성하는 단계; 상기 희생층을 제거하여 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 캐비티를 형성하는 단계; 및 상기 캐비티 내에 액정 분자를 주입하여 액정층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제2 전극을 금속 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함하는 물질로 형성한다.
상기 제1 보호층을 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있다.
상기 제2 전극을 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성할 수 있다.
상기 제1 보호층을 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성할 수 있다.
상기 제1 보호층을 +1 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지는 인장 스트레스 막이 되도록 형성할 수 있다.
또한, 액정 표시 장치의 제조 방법은 상기 덮개층 상에 제2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전극과 상기 제1 보호층의 초기 스트레스와 후기 스트레스 차이가 1 내지 10Mpa의 스트레스이고, 상기 초기 스트레스는 상기 제1 보호층이 형성된 후의 스트레스이며, 상기 후기 스트레스는 상기 덮개층이 형성되고 상기 제2 보호층이 형성된 후의 스트레스일 수 있다.
또한, 액정 표시 장치의 제조 방법은 상기 캐비티 내에 상기 액정 분자를 주입하기 전에 상기 제1 전극을 덮도록 상기 캐비티의 내벽을 따라 배향막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 캐비티 내에 상기 액정 분자를 주입하는 것은 상기 캐비티의 입구부를 통해 이루어지며, 또한 액정 표시 장치의 제조 방법은 상기 액정 분자의 주입 완료 후 상기 캐비티의 입구부를 밀폐하도록 상기 캐비티의 입구부에 실링막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 공통 전극을 금속 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함하는 물질로 형성함으로써, 후속 열공정으로 인한 공통 전극의 물성 변화를 방지하여 액정 표시 장치의 제조 공정 중 데이터 패드를 노출시키는 공정에서 공통 전극의 원활한 에칭을 가능하게 할 수 있다. 이에 따라, 공통 전극의 에칭이 잘 되지 않아 에칭되지 않은 공통 전극의 일부와 공통 패드 간에 발생하는 전기적인 쇼트가 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 공통 전극을 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성하고, 제1 보호층을 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성함으로써, 공통 전극과 제1 보호층의 초기 스트레스와 후속 열공정 후 공통 전극과 제1 보호층의 후기 스트레스의 차이를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 후속 열공정에 의해 공통 전극에 주름 발생이 최소화되어, 캐비티의 입구부 변형이 방지됨으로써 원하는 크기를 가지는 액정층의 형성이 가능해질 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단계별 단면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다. 먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법에 의해 제조된 표시 장치의 구조에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이고, 도 3은 도 1의 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 액정 표시 장치는 기판(110), 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 게이트 절연층(GIL), 박막트랜지스터(TFT), 절연층(120), 컬러 필터(CF), 블랙 매트릭스(BM), 제1 캡핑층(130), 화소 전극(PE; 또는 제1 전극이라 함), 공통 전극(CE; 또는 제2 전극이라 함), 제1 보호층(140), 배향막(150), 덮개층(160), 제2 보호층(170), 실링막(180) 및 제2 캡핑층(190)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 투명한 절연 기판일 수 있으며, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)에 의해 정의되는 복수의 화소 영역(PA)을 가질 수 있다.
게이트 라인(GL)은 기판(110) 상에 제1 방향으로 연장되게 형성되며, 게이트 신호를 전달한다. 게이트 라인(GL)의 일단에는 게이트 패드(GP)가 연결된다. 게이트 패드(GP) 상에는 게이트 패드 전극(GPE)이 형성될 수 있다. 게이트 패드 전극(GPE)은 화소 전극(PE)에 신호를 인가하기 위한 외부 배선을 연결하기 위한 컨택 전극이다.
데이터 라인(DL)은 기판(110)에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되게 형성되며, 게이트 라인(GL)과 절연되고 데이터 신호를 전달한다. 데이터 라인(DL)의 일단에는 데이터 패드(DP)가 연결된다. 데이터 패드(DP) 상에는 데이터 패드 전극(DPE)이 형성될 수 있다. 데이터 패드 전극(DPE)은 화소 전극(PE)에 신호를 인가하기 위한 외부 배선을 연결하기 위한 또 하나의 컨택 전극이다.
게이트 절연층(GIL)은 기판(110)의 표면에 형성되는 게이트 라인(GL), 및 게이트 패드(GP)를 커버하고, 절연 물질로 형성된다. 예를 들어, 게이트 절연층(GIL)은 실리콘 질화물이나, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 한편, 게이트 절연층(GIL) 상에는 데이터 라인(DL) 및 데이터 패드(DP)가 형성될 수 있다.
박막트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(GE), 반도체층(SM), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
게이트 전극(GE)은 평면상으로 게이트 라인(GL)으로부터 반도체층(SM) 측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 게이트 전극(GE)은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐틴징크옥사이드(ITZO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극(GE)은 상술한 물질로 구성된 제1 전극층과 후술하는 물질로 구성된 제2 전극층을 포함하는 2층 구조를 가질 수도 있다. 상기 제2 전극층은 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 티타늄(Ti)과 같은 금속이나, 적어도 하나의 상기 금속을 포함하는 합금일 수 있다.
반도체층(SM)은 게이트 절연층(GIL)을 사이에 두고 게이트 전극(GE) 상에 형성된다. 반도체층(SM)은 게이트 절연층(GIL) 상에 제공되는 활성층과 상기 활성층 상에 제공되는 오믹 컨택층을 포함할 수 있다. 한편, 반도체층(SM)은 데이터 라인(DL)과 게이트 절연층(GIL) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 반도체층(SM)은 데이터 패드(DP)와 게이트 절연층(GIL) 사이에도 형성될 수 있다.
소스 전극(SE)은 데이터 라인(DL)에서 돌출되어 형성되며, 평면상으로 게이트 전극(GE)의 적어도 일부와 중첩한다. 드레인 전극(DE)은 소스 전극(SE)으로부터 이격되게 형성되며, 평면상으로 게이트 전극(GE)의 적어도 일부와 중첩한다. 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 텅스텐, 크롬, 티타늄과 같은 금속이나, 적어도 하나의 상기 금속을 포함하는 합금일 수 있다. 여기서, 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE) 사이의 이격된 영역을 제외한 영역에서 반도체층(SM)의 일부와 중첩한다.
절연층(120)은 게이트 절연층(GIL) 상에 형성되며, 드레인 전극(DE), 게이트 패드(GP) 및 데이터 패드(DP)를 노출하는 관통홀들을 가질 수 있다. 절연층(120)은 예를 들어 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
컬러 필터(CF)는 절연층(120) 상에 각 화소 영역(PA)과 대응되게 형성된다. 컬러 필터(CF)는 액정층(LCL)을 투과하는 광에 색을 제공하기 위한 것으로, 적색 필터(R), 녹색 필터(G), 청색 필터 중 하나를 표시할 수 있다. 그러나, 컬러 필터(CF)는 상기 언급된 컬러의 필터로 한정되는 것은 아니다.
블랙 매트릭스(BM)는 절연층(120) 상에 각 화소 영역(PA)의 가장 자리에 형성될 수 있다. 즉, 블랙 매트릭스(BM)는 컬러 필터(CF)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 데이터 라인(DL) 및 박막 트랜지스터(TFT)와 중첩될 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 광차단 물질로 형성되어, 영상을 구현함에 있어 불필요한 광을 차단한다. 예를 들어, 블랙 매트릭스(BM)는 액정층(LCL)의 가장 자리에서 발생할 수 있는 액정층(LCL)의 이상 거동에 의한 빛샘이나, 컬러 필터(CF)의 가장자리에서 나타날 수 있는 혼색을 차단할 수 있다.
제1 캡핑층(130)은 컬러 필터(CF)와 블랙 매트릭스(BM) 상에 형성되며, 컬러 필터(CF)와 블랙 매트릭스(BM)를 평탄화하고 보호하는 역할을 할 수 있다. 제1 캡핑층(130)은 절연 물질로 형성될 수 있다.
화소 전극(PE)은 제1 캡핑층(130) 상에 각 화소 영역(PA)과 대응되게 형성되며, 드레인 전극(DE)과 연결된다. 화소 전극(PE)은 평면상에서 적어도 하나의 줄기부(PE1)와, 줄기부(PE1)로부터 돌출되어 형성된 복수의 가지부(PE2)와, 줄기부(PE1)와 드레인 전극(DE)을 연결하는 연결부(PE3)를 포함한다. 가지부들(PE2)은 서로 일정 간격 이격된다. 가지부들(PE2)은 소정 방향으로 평행하게 연장되도록 형성될 수 있다. 줄기부(PE1)와 가지부(PE2)는 도 1에 도시된 배열 형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 배열 형태를 가질 수 있다. 화소 전극(PE)은 투명한 도전성 물질, 예를 들어 인듐틴옥사이드(ITO)로 형성될 수 있다.
공통 전극(CE)은 제1 캡핑막(130) 상에 형성되며, 화소 전극(PE)과 절연되도록 화소 전극(PE) 상에서는 화소 전극(PE)과 이격되게 형성된다. 이에 따라 공통 전극(CE)과 화소 전극(PE) 사이에는 캐비티(CV)가 정의된다. 캐비티(CV)의 내부에는 액정 분자(LC)가 주입되어 액정층(LCL)이 형성된다. 여기서, 액정 분자(LC)의 주입은 캐비티(CV)의 오픈된 입구부(EN)를 통해 이루어질 수 있으며, 캐비티(CV)의 입구부(EN)는 기판(110)의 상기 제1 방향을 따라 형성되며, 게이트 라인(GL)과 중첩하는 부분에 위치한다.
공통 전극(CE)은 금속 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함하는 물질로 형성된다. 이는 상기 산화 아연이 후속 열공정, 예를 들어 덮개층(160)의 형성 공정에 포함된 베이킹 공정 및 제2 보호층(170)의 형성 공정에 포함된 베이킹 공정 등에 의해 공통 전극(CE)의 물성 변화를 일으키게 하지 않기 때문이다. 이에 따라, 공통 전극(CE)이 후속 열공정에 의해 부분적으로 결정화되지 않아, 외부 배선과 연결시키기 위해 액정 표시 장치의 제조 공정 중 데이터 패드를 노출시키는 공정에서 데이터 패드 부분 주변에 위치하는 공통 전극의 에칭이 잘 이루어질 수 있다. 따라서, 기존에 인듐틴옥사이드(ITO)로 형성되어 열 공정에 의해 물성 변화를 일으켜 부분적으로 결정화되는 공통 전극의 에칭이 잘 이루어지지 않아 데이터 패드와 공통 전극 간에 전기적인 쇼트가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
상기 금속 산화물은 In2O3, Ga2O3, Cr2O3, MnO, Ta2O5, SiO2, TiO2, ZrO2, BaO, Li2O, La2O3, Nd2O3, BeO, ThO2, Y2O3, CaO, Sc2O3, MgO, Sm2O3, Al2O3, UO2, CaO, B2O3, Na2O 및 Nb2O5 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물은 상기 금속 산화물과 산화 아연의 총 함량 대비 10wt% 내지 90wt%의 함량을 가질 수 있다.
또한, 공통 전극(CE)은 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성될 수 있다. 이는 공통 전극(CE)이 상기 스트레스 범위에 있을 때, 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후속 열공정 후 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 후기 스트레스의 차이가 1 내지 10Mpa의 스트레스로 작아지기 때문이다. 여기서, 상기 초기 스트레스는 제1 보호층(140)이 형성된 후의 스트레스이며, 상기 후기 스트레스는 덮개층(160)이 형성되고 제2 보호층(170)이 형성된 후의 스트레스일 수 있다. 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후기 스트레스의 차이가 작으면, 공통 전극(CE)에 주름 발생이 최소화되어 그 결과 캐비티(CV)의 입구부(EN) 변형이 방지될 수 있다. 여기서, 공통 전극(CE)의 -100 내지 +100Mpa의 스트레스는 공통 전극(CE)의 형성시 공정 조건, 예를 들어 파워, 압력 및 온도 등을 조절하여 형성될 수 있다.
또한, 공통 전극(CE)은 500Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 공통 전극(CE)의 두께는 액정 표시 장치의 구동시 요구되는 공통 전극(CE)의 저항값에 달라질 수 있다. 즉, 액정 표시 장치의 구동시 요구되는 공통 전극(CE)의 저항값이 낮을수록, 공통 전극(CE)의 두께가 증가될 수 있다.
제1 보호층(140)은 공통 전극(CE)의 전면에 형성되며, 공통 전극(CE)을 보호한다. 제1 보호층(140)은 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
또한, 제1 보호층(140)은 1000Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 이는 제1 보호층(140)이 공통 전극(CE)을 보호하는 기능을 충분히 높이기 위함이다.
또한, 제1 보호층(140)은 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성될 수 있다. 이는 제1 보호층(140)이 상기 스트레스 범위에 있을 때, 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후속 열공정 후 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 후기 스트레스의 차이가 1 내지 10Mpa의 스트레스로 작아지기 때문이다. 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후기 스트레스의 차이가 작으면, 공통 전극(CE)에 주름 발생이 최소화되며 그 결과 캐비티(CV)의 입구부(EN) 변형이 방지될 수 있다. 여기서, 제1 보호층(140)의 -100 내지 +100Mpa의 스트레스는 제1 보호층(140)의 형성시 공정 조건, 예를 들어 파워, 압력 및 온도 등을 조절하여 형성될 수 있다.
아래의 표 1은 공통 전극(CE)의 스트레스가 -100 내지 +100Mpa이고, 제1 보호층(140)의 스트레스가 -100 내지 +100Mpa 일때, 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후기 스트레스의 차이가 작음을 보여주는 실험 데이터이다. 표 1에서, 제1 열처리는 덮개층(160)의 형성시 열처리와 같으며, 제2 열처리는 제2 보호층(170)의 형성시 열처리와 같다.
Figure pat00001
표 1로부터, 공통 전극(CE)의 스트레스가 -100 내지 +100Mpa, 예를 들어 3.1Mpa이고, 제1 보호층(140)의 스트레스가 -100 내지 +100Mpa, 예를 들어 55Mpa일 때, 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후기 스트레스의 차이가 1 내지 10Mpa, 예를 들어9.5Mpa의 스트레스로 작음을 알 수 있다. 또한, 공통 전극(CE)의 스트레스가 예를 들어 -0.6Mpa이고, 제1 보호층(140)의 스트레스가 예를 들어 55Mpa일 때, 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후기 스트레스의 차이가 4.1Mpa로 작음을 알 수 있다. 여기서, 제1 보호층(140)이 +1 내지 +100Mpa, 예를 들어 55Mpa의 스트레스를 가지는 인장(Tensile) 스트레스막인 경우 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후기 스트레스의 차이를 최소화시킬 수 있음을 알 수 있다.
배향막(150)은 캐비티(CV)의 내벽을 따라 형성되며 화소 전극(PE)을 덮는다. 배향막(150)은 폴리아믹산(Polyamic acid), 폴리실록산(Polysiloxane) 또는 폴리이미드(Polyimide) 등의 액정 배향 물질로 형성될 수 있다.
덮개층(160)은 제1 보호층(140) 상에 형성되며, 액정 분자(LC)를 캐비티(CV)에 주입하기 위한 입구부(EN)와 대응되는 부분이 포토리소그래피 공정을 통해 제거되어 관통홀을 가진다. 덮개층(160)은 유기 물질로 형성될 수 있다.
제2 보호층(170)은 덮개층(160) 상에 형성되며, 액정 분자(LC)를 캐비티(CV)에 주입하기 위한 입구부(EN)와 대응되는 부분이 포토리소그래피 공정을 통해 제거되어 관통홀을 가진다. 제2 보호층(170)은 SiNx 등으로 형성될 수 있다.
실링막(180)은 캐비티(CV)의 입구부(EN)를 밀폐하도록 형성된다. 실링막(180)은 캐비티(CV) 내에 주입된 액정 분자(LC)와 반응하지 않는 실링 물질로 형성될 수 있다.
제2 캡핑층(190)은 제2 보호층(170) 상에 형성되며, 제2 보호층(170)과 제2 보호층(170)의 하부에 위치하는 다른 구성을 평탄화하며 보호하는 역할을 할 수 있다. 제2 캡핑층(190)은 절연 물질로 형성될 수 있다.
도시하진 않았지만, 액정 표시 장치는 제2 캡핑층(190) 상에 형성되는 봉지층을 더 포함할 수 있다. 상기 봉지층은 기존에 액정 표시 장치에서 박막트랜지스터가 형성되는 기판에 결합되는 또다른 기판을 생략시킬 수 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 액정 표시 장치에서는, 게이트 라인(GL)을 통해 제공되는 구동 신호에 응답하여 박막트랜지스터(TFT)가 턴-온된다. 박막 트랜지스터(TFT)가 턴-온되면, 데이터 라인(DL)을 통해 제공되는 화상 신호가 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극(PE)으로 제공된다. 이에 따라, 화소 전극(PE)과 공통 전극(DE) 사이에 전계가 형성되고, 상기 전계에 따라 액정층(LC)의 액정이 구동되며, 그 결과 영상이 표시된다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 공통 전극(CE)을 금속 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함하는 물질로 형성함으로써, 후속 열 공정에 의해 공통 전극(CE)의 물성 변화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 외부 배선과 연결시키기 위해 액정 표시 장치의 제조 공정 중 데이터 패드를 노출시키는 공정에서 데이터 패드 부분 주변에 위치하는 공통 전극의 에칭이 잘 이루어질 수 있다. 따라서, 기존에 인듐틴옥사이드(ITO)로 형성되어 열 공정에 의해 물성 변화를 일으켜 부분적으로 결정화되는 공통 전극의 에칭이 잘 이루어지지 않아 데이터 패드와 공통 전극 간에 전기적인 쇼트가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 공통 전극(CE)을 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성하고, 제1 보호층(140)을 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성함으로써, 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 초기 스트레스와 후속 열공정 후 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)의 후기 스트레스의 차이를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 후속 열공정에 의해 공통 전극(CE)에 주름 발생이 최소화될 수 있다. 따라서, 캐비티(CV)의 입구부(EN) 변형이 방지되어 원하는 크기를 가지는 액정층의 형성이 가능해질 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단계별 단면들이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 기판(110) 상에 화소 전극(PE)을 형성한다.
구체적으로, 기판(110) 위에 스퍼터링 공정 등을 통해 도전층을 형성하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하여, 게이트 라인(도 1의 GL)을 형성한다. 이때, 게이트 패드(도 1의 GP)와 게이트 전극(도 1의 GE)을 동시에 형성한다.
그리고, 게이트 패드(GP) 및 게이트 전극(GE)이 형성된 기판(110) 위에 플라즈마 가속 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 공정 등을 통해 게이트 절연층(GIL)을 형성한다.
그리고, 게이트 절연층(GIL) 위에 반도체 물질층과 도전층을 순차적으로 적층하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하여, 데이터 라인(DL), 데이터 라인(DL)에 연결되는 소스 전극(도 1의 SE), 소스 전극(도 1의 SE)과 이격되는 드레인 전극(도 1의 DE), 및 소스 전극(도 1의 SE)과 드레인 전극(도 1의 DE) 사이의 영역에 대응하는 영역에 형성되는 반도체층(SM)을 형성한다. 이때, 데이터 패드(도 1의 DP)를 동시에 형성한다. 여기서, 게이트 전극(도 1의 GE), 반도체층(SM), 소스 전극(도 1의 SE) 및 드레인 전극(도 1의 DE)은 박막트랜지스터(도 1의 TFT)를 구성한다.
그리고, 게이트 절연층(GIL) 상에 박막 트랜지스터(TFT)와 데이터 패드(DP)를 커버하도록 절연층(120)을 형성한다. 절연층(120)은 보호막으로서 플라즈마 가속 화학 기상 증착 공정을 통해 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.
그리고, 절연층(120) 상에서 화소 영역(도 1의 PA)과 대응되는 위치에 컬러 필터(CF)를 형성할 수 있다. 컬러 필러(CF)는 적색 컬러 필터(R), 녹색 컬러 필터(G) 및 청색 컬러 필터 중 하나일 수 있으며, 유기 고분자 물질을 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 형성되거나 잉크젯 공정 등을 통해 프린팅하여 형성될 수 있다.
그리고, 절연층(120) 상에 화소 영역(도 1의 PA)의 가장 자리와 대응되는 위치에 블랙 매트릭스(BM)를 형성할 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 광차단 물질을 포토 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 형성될 수 있다.
그리고, 컬러 필터(CF)와 블랙 매트릭스(BM) 상에 제1 캡핑층(130)을 형성한다. 제1 캡핑층(130)은 증착 방법 등을 통해 절연 물질로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 캡핑층(130) 상에서 화소 영역(도 1의 PA)과 대응되는 위치에 화소 전극(PE)을 형성한다. 화소 전극(PE)은 드레인 전극(도 1의 DE)과 연결된다. 화소 전극(PE)은 제1 캡핑층(130) 상에 투명한 도전성 물질층을 형성하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하면, 제1 캡핑층(130) 상에서 화소 영역(도 1의 PA)과 대응되는 위치에 희생층(SCR)을 형성한다. 희생층(SCR)은 화소 전극(PE)을 덮는다. 희생층(SCR)은 감광성 물질을 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하면, 희생층(SCR)이 형성된 제1 캡핑층(130) 상에 공통 전극(CE)과 제1 보호층(140)을 차례로 형성한다.
구체적으로, 공통 전극(CE)은 증착 공정 등을 통해 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 또한, 공통 전극(CE)은 공정 조건을 조절하여 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 공통 전극(CE)은 500Å 이상의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 공통 전극(CE)에 대한 설명은 앞에서 상세히 설명되었으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제1 보호층(140)은 증착 공정 등을 통해 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 제1 보호층(140)은 1000Å 이상의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 보호층(140)은 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성될 수 있으며, 더욱 유리하게는 +1 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지는 인장(Tensile) 스트레스막으로 형성될 수 있다. 제1 보호층(140)에 대한 설명은 앞에서 상세히 설명되었으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
이어서, 도 7을 참조하면 제1 보호층(140) 상에 덮개층(160)을 형성한다. 덮개층(160)은 유기 물질로 형성될 수 있으며, 이후에 희생층(SCR)을 제거하여 형성되는 캐비티(도 3의 CV)의 입구부(도 3의 EN)와 대응되는 영역에 관통홀을 가지도록 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 8을 참조하면, 덮개층(160) 상에 제2 보호층(170)을 형성한다. 제2 보호층(170)은 증착 공정 등을 통해 SiNx 등으로 형성될 수 있다.
이이서, 도 9를 참조하면, 제2 보호층(170), 제1 보호층(140), 공통 전극(CE) 중 캐비티(도 3의 CV)의 입구부(도 3의 EN)와 대응되는 영역을 포토리소그래피 공정을 통해 제거한다.
이어서, 도 10을 참조하면, 희생층(SCR)을 제거한다. 이에 따라, 액정 분자(LC)가 주입되는 공간인 캐비티(CV)가 형성되며, 액정 분자(LC)가 주입되는 통로인 캐비티(CV)의 입구부(EN)가 형성된다. 희생층(SCR)의 제거는 식각 공정 및 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.
그리고, 캐비티(CV)가 형성되면 캐비티(CV)의 내벽을 따라 배향막(150)을 형성한다. 이때, 배향막(150)은 화소 전극(PE)을 덮을 수 있다. 그리고, 배향막(150)이 형성되면, 캐비티(CV)의 내부에 액정 분자(LC)를 주입하여 액정층(LCL)을 형성한다.
이어서, 도 11을 참조하면, 캐비티(CV)의 입구부(EN)를 밀폐하는 실링막(180)을 형성한다. 실링막(180)은 캐비티(CV) 내에 주입된 액정 분자(LC)과 반응하지 않는 실링 물질로 형성될 수 있다.
이어서, 도 12를 참조하면, 제2 보호층(170) 상에 제2 캡핑층(190)을 형성한다. 제2 캡핑층(190)은 증착 방법 등을 통해 절연 물질로 형성될 수 있다.
도시하진 않았지만, 액정 표시 장치의 제조 방법은 제2 캡핑층(190) 상에 봉지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 봉지층은 기존에 액정 표시 장치에서 박막트랜지스터가 형성되는 기판에 결합되는 또다른 기판을 생략시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 기판 GL: 게이트 라인
DL: 데이터 라인 GIL: 게이트 절연층
TFT: 박막트랜지스터 120: 절연층
CF: 컬러 필터 BM: 블랙 매트릭스
130: 제1 캡핑층 PE: 화소 전극
CV: 캐비티 LC: 액정 분자
CE: 공통 전극 140: 제1 보호층
150: 배향막 160: 덮개층
170: 제2 보호층 180: 실링막
190: 제2 캡핑층

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 상기 제1 전극과 절연되게 형성되며, 상기 제1 전극과의 사이에 캐비티를 정의하는 제2 전극;
    상기 제2 전극 상에 형성되는 제1 보호층;
    상기 제1 보호층 상에 형성되는 덮개층; 및
    상기 캐비티 내에 주입되는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하며,
    상기 제2 전극은 금속 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함하는 물질로 형성되는 액정 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 상기 금속 산화물과 산화 아연의 총 함량 대비 10 wt% 내지 90wt%의 함량을 가지는 액정 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 In2O3, Ga2O3, Cr2O3, MnO, Ta2O5, SiO2, TiO2, ZrO2, BaO, Li2O, La2O3, Nd2O3, BeO, ThO2, Y2O3, CaO, Sc2O3, MgO, Sm2O3, Al2O3, UO2, CaO, B2O3, Na2O 및 Nb2O5 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지는 액정 표시 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 500Å 이상의 두께를 가지는 액정 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 보호층은 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성되는 액정 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 보호층은 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지는 액정 표시 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 보호층은 +1 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지는 인장 스트레스 막인 액정 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 덮개층 상에 형성되는 제2 보호층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 제1 보호층의 초기 스트레스와 후기 스트레스 차이는 1 내지 10Mpa의 스트레스이며,
    상기 초기 스트레스는 상기 제1 보호층이 형성된 후의 스트레스이며, 상기 후기 스트레스는 상기 덮개층이 형성되고 상기 제2 보호층이 형성된 후의 스트레스인 액정 표시 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 보호층은 1000Å 이상의 두께를 가지는 액정 표시 장치.
  12. 기판에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 제2 전극과 제1 보호층을 형성하는 단계;
    상기 제1 보호층 상에 덮개층을 형성하는 단계;
    상기 희생층을 제거하여 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 캐비티를 형성하는 단계; 및
    상기 캐비티 내에 액정 분자를 주입하여 액정층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 전극을 금속 산화물(Metal Oxide)과 산화 아연(ZnO)을 포함하는 물질로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 보호층을 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 전극을 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 보호층을 -100 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 보호층을 +1 내지 +100Mpa의 스트레스를 가지는 인장 스트레스 막이 되도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 덮개층 상에 제2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 제1 보호층의 초기 스트레스와 후기 스트레스 차이가 1 내지 10Mpa의 스트레스이고,
    상기 초기 스트레스는 상기 제1 보호층이 형성된 후의 스트레스이며, 상기 후기 스트레스는 상기 덮개층이 형성되고 상기 제2 보호층이 형성된 후의 스트레스인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제12 항에 있어서,
    상기 캐비티 내에 상기 액정 분자를 주입하기 전에 상기 제1 전극을 덮도록 상기 캐비티의 내벽을 따라 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제12 항에 있어서,
    상기 캐비티 내에 상기 액정 분자를 주입하는 것은 상기 캐비티의 입구부를 통해 이루어지며, 상기 액정 분자의 주입 완료 후 상기 캐비티의 입구부를 밀폐하도록 상기 캐비티의 입구부에 실링막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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