KR20150019323A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20150019323A
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이정욱
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김민수
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Abstract

액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극 그리고 상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 액정 주입구를 갖는 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하고, 상기 미세 공간 사이에 위치하고 상기 박막 트랜지스터를 덮는 차광층이 형성되고, 상기 차광층은 보호층에 의해 덮여 있다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 이루어진다.
전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치 가운데 하나로 픽셀 단위로 캐비티(cavity)를 형성하고, 여기에 액정을 채워 디스플레이를 구현하는 기술이 개발되고 있다. 이 기술은 하판 위에 상판을 형성하는 것 대신에 유기 물질 등으로 희생층을 형성하고 상부에 지지 부재를 형성한 후에 희생층을 제거하고, 희생층 제거로 형성된 빈 공간에 액정 주입구를 통해 액정을 채워 디스플레이를 만드는 장치이다.
이러한 액정 표시 장치의 제조 과정에서 박막 트랜지스터의 리페어(Repair)를 위해 박막 트랜지스터 형성 영역에서 차광 부재가 오픈되어 있거나, 박막 트랜지스터 형성 이후에 차광 부재가 박막 트랜지스터 형성 영역을 덮는다. 하지만, 희생층을 제거하여 빈 공간을 형성하기 위한 애싱(Ashing)과 같은 후속 공정에서 차광 부재 등은 손상을 받을 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미세 공간을 형성하기 위한 후속 공정에 손상을 받지 않는 차광 부재를 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극 그리고 상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 액정 주입구를 갖는 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하고, 상기 미세 공간 사이에 위치하고 상기 박막 트랜지스터를 덮는 차광층이 형성되고, 상기 차광층은 보호층에 의해 덮여 있다.
상기 차광층은 상기 화소 전극 위에 위치할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극 사이에 위치하는 층간 절연막을 더 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터는 상기 층간 절연막에 형성된 접촉 구멍에 의해 연결될 수 있다.
상기 차광층은 상기 접촉 구멍을 덮을 수 있다.
상기 보호층은 상기 차광층보다 큰 폭을 가지면서 상기 차광층을 덮을 수 있다.
상기 차광층은 가로 방향으로 뻗어 있는 제1 차광층과 세로 방향으로 뻗어 있는 제2 차광층을 포함하고, 상기 제1 차광층은 게이트선에 중첩하고 상기 제2 차광층은 데이터선에 중첩할 수 있다.
상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 위치하는 유지 전극선을 더 포함하고, 상기 유지 전극선의 한쪽 가장자리는 상기 차광층의 한쪽 가장자리 대비하여 상기 화소 전극에 더 인접하여 위치할 수 있다.
상기 게이트선의 한쪽 가장자리는 상기 차광층의 한쪽 가장자리 대비하여 상기 화소 전극에 더 인접하여 위치할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 색필터를 더 포함할 수 있다.
상기 색필터와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 유기막을 더 포함할 수 있다.
상기 보호층은 질화 규소 또는 산화 규소를 포함할 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 루프층 위에 위치하고, 상기 액정 주입구를 덮는 캐핑막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 층간 절연막을 형성하는 단계, 상기 층간 절연막 위에 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 및 상기 층간 절연막 위에 차광층을 형성하는 단계, 상기 차광층 주변에 위치하고 화소 영역에 대응하는 부분에 제1 희생층을 형성하는 단계, 상기 제1 희생층 및 상기 차광층 위에 보호 물질층을 형성하는 단계, 상기 보호 물질층 위에 감광막을 형성하는 단계, 상기 기판에 광을 조사하여 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 보호 물질층을 패터닝하여 상기 차광층에 대응하는 보호층을 형성하는 단계, 상기 감광막 패턴 및 상기 제1 희생층을 제거하는 단계, 상기 화소 전극 위에 제2 희생층을 형성하는 단계, 상기 제2 희생층 위에 루프층을 형성하는 단계, 상기 제2 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 미세 공간(Microcavity)를 형성하는 단계 그리고 상기 미세 공간에 액정 물질을 주입하는 단계를 포함한다.
상기 감광막 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판에서 상기 차광층을 향하는 방향으로 광을 조사할 수 있다.
상기 감광막 패턴은 상기 화소 영역에 대응하는 부분에 위치하는 상기 감광막을 제거하여 형성될 수 있다.
상기 감광막은 포지티브 포토 레지스트를 포함할 수 있다.
상기 제1 희생층은 네거티브 포토 레지스트를 포함할 수 있다.
상기 층간 절연막에 형성된 접촉 구멍을 통해 상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극을 연결할 수 있다.
상기 차광층은 상기 박막 트랜지스터 및 상기 접촉 구멍을 덮도록 형성할 수 있다.
상기 차광층은 가로 방향으로 뻗어 있는 제1 차광층과 세로 방향으로 뻗어 있는 제2 차광층을 포함하도록 형성하고, 상기 제1 차광층은 게이트선에 중첩하고 상기 제2 차광층은 데이터선에 중첩할 수 있다.
상기 감광막은 포지티브 포토 레지스트로 형성할 수 있다.
상기 감광막 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판을 통해 조사되는 빛이 상기 차광층에 의해 차단되어 상기 감광막 패턴이 형성될 수 있다.
상기 차광층의 한쪽 가장자리는 상기 게이트선의 한쪽 가장자리 대비하여 상기 화소 전극으로부터 멀리 떨어져 위치하도록 형성할 수 있다.
상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 위치하는 유지 전극선을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 차광층의 한쪽 가장자리는 상기 유지 전극선의 한쪽 가장자리 대비하여 상기 화소 전극으로부터 멀리 떨어져 위치하도록 형성할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 색필터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 희생층과 상기 루프층 사이에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 루프층 위에 상기 액정 주입구를 덮도록 캐핑막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 미세 공간을 산소 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보호층을 형성하는 단계는 상기 보호층이 상기 차광층보다 큰 폭을 가지면서 상기 차광층을 덮도록 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 화소 전극 형성 이후에 형성된 차광층이 보호층에 의해 둘러싸인 구조를 가지기 때문에 미세 공간 형성을 위한 애싱(Ashing)과 같은 공정에서 차광층이 손상되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 4 내지 도 32는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.
도 33은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 34는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)이 위치한다. 게이트선(121)은 게이트 전극(124)을 포함한다. 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 게이트선(121a)과 실질적으로 수직하게 뻗은 한 쌍의 세로부(135a) 및 한 쌍의 세로부(135a)의 끝을 서로 연결하는 가로부(135b)를 포함한다. 유지 전극선의 세루부 및 가로부(135a, 135b)는 화소 전극(191)을 둘러싸는 구조를 가진다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140) 위에는 데이터선(171) 하부에 위치하는 반도체층(151), 소스/드레인 전극의 하부 및 박막 트랜지스터(Q)의 채널 부분에 위치하는 반도체층(154)이 형성되어 있다.
각 반도체층(151, 154) 위이며, 데이터선(171), 소스/드레인 전극의 사이에는 복수의 저항성 접촉 부재가 형성되어 있을 수 있는데, 도면에서는 생략되어 있다.
각 반도체층(151, 154) 및 게이트 절연막(140) 위에 소스 전극(173) 및 소스 전극(173)과 연결되는 데이터선(171), 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175)가 형성되어 있다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 박막 트랜지스터(Q)를 형성하며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층 부분(154)에 형성된다.
데이터 도전체(171, 173, 175) 및 노출된 반도체층(154) 부분 위에는 제1 층간 절연막(180a)이 형성되어 있다. 제1 층간 절연막(180a)은 질화 규소(SiNx)와 산화 규소(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다.
제1 층간 절연막(180a) 위에는 색필터(230)가 위치한다. 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다. 하지만, 적색, 녹색, 및 청색의 삼원색에 제한되지 않고, 청록색(cyan), 자홍색(magenta), 옐로(yellow), 화이트 계열의 색 중 하나를 표시할 수도 있다. 색필터(230)는 인접하는 화소마다 서로 다른 색을 표시하는 물질로 형성되어 있을 수 있다.
색필터(230) 위에는 이를 덮는 제2 층간 절연막(180b)이 형성되어 있다. 제2 층간 절연막(180b)은 질화 규소(SiNx)와 산화 규소(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다. 도 2의 단면도에서 도시된 바와 달리 색필터(230)가 위치하는 부분과 박막 트랜지스터(Q)가 위치하는 부분 사이에 단차가 발생된 경우에는 제2 층간 절연막(180b)을 유기 절연물을 포함하도록 하여 단차를 줄이거나 제거할 수 있다.
제2 층간 절연막(180b) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다. 색필터(230) 및 층간 절연막(180a, 180b)에는 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다.
화소 전극(191)은 전체적인 모양은 사각형이며 가로 줄기부(191a) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(191b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 가로 줄기부(191a)와 세로 줄기부(191b)에 의해 네 개의 부영역으로 나뉘어지며 각 부영역은 복수의 미세 가지부(191c)를 포함한다. 또한, 본 실시예에서 화소 전극(191)의 외곽을 둘러싸는 외곽 줄기부를 더 포함할 수 있다.
화소 전극(191)의 미세 가지부(191c)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부와 대략 40도 내지 45도의 각을 이룬다. 또한, 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부는 서로 직교할 수 있다. 또한, 미세 가지부의 폭은 점진적으로 넓어지거나 미세 가지부(191c)간의 간격이 다를 수 있다.
화소 전극(191)은 세로 줄기부(191b)의 하단에서 연결되고, 세로 줄기부(191b)보다 넓은 면적을 갖는 연장부(197)을 포함하고, 연장부(197)에서 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
지금까지 설명한 박막 트랜지스터(Q) 및 화소 전극(191)에 관한 설명은 하나의 예시이고, 측면 시인성을 향상시키기 위해 박막 트랜지스터 구조 및 화소 전극 디자인을 변형할 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 차광층(220a, 220b)이 위치한다. 차광층(220a, 220b)은 화상을 표시하는 영역에 대응하는 개구부를 가지는 격자 구조로 이루어져 있다. 차광층(220a, 220b)은 가로 방향으로 뻗으면서 게이트선(121)과 중첩하는 제1 차광층(220a)과 세로 방향을 따라 뻗으면서 데이터선(171)과 중첩하는 제2 차광층(220b)을 포함한다. 이에 대하여는 제조 방법 설명시 도시하기로 한다. 또한, 차광층(220a, 220b)은 빛이 투과하지 못하는 물질로 형성되어 있다. 차광층(220a, 220b)의 개구부에는 색필터(230)가 대응하여 위치한다.
본 실시예에서 차광층(220a, 220b) 위에 보호층(183)이 위치한다. 보호층(183)은 차광층(220a, 220b)보다 넓은 폭을 가지면서 차광층(220a, 220b)을 완전히 가리도록 덮는 것이 바람직하다. 보호층(183)은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 과정에서 차광층(220a, 220b) 또는 차광층(220a, 220b) 하단에 위치하는 색필터 등과 같은 층들이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 보호층(183)은 질화 규소 또는 산화 규소를 포함한다.
본 실시예에서 제1 차광층(220a)의 한쪽 가장자리와 그에 인접한 게이트선(121)의 한쪽 가장자리를 비교할 때, 게이트선(121)의 한쪽 가장자리가 그에 인접한 화소 전극(191)에 더 가깝게 위치할 수 있다. 이것은 제조 과정에서 게이트선(121) 또는 제1 차광층(220a)과 더불어 광 차단막의 역할을 할 수 있고, 공정 마진을 고려하여 보호층(183)이 제1 차광층(220a)을 완전히 덮도록 하기 위함이다.
동일한 이유에서 제2 차광층(220b)은 유지 전극선 세로부(135a)의 한쪽 가장자리는 그에 인접한 제2 차광층(220b)의 한쪽 가장자리와 비교할 때, 유지 전극선 세로부(135a)의 한쪽 가장자리가 그에 인접한 화소 전극(191)에 더 가깝게 위치하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 제1 차광층(220a)은 박막 트랜지스터(Q)의 제조 공정 진행 과정에서 불량이 발생한 경우에 박막 트랜지스터(Q)를 리페어(Repair)한 이후에 형성된 구조일 수 있다. 따라서, 제1 차광층(220a)은 박막 트랜지스터(Q)와 접촉 구멍(185)을 덮도록 형성한다. 제2 차광층(220b)도 제1 차광층(220a)을 형성할 때 함께 형성할 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 하부 배향막(11)이 형성되어 있고, 하부 배향막(11)은 수직 배향막일 수 있다. 하부 배향막(11)은 폴리 아믹산(Polyamic acid), 폴리 실록산(Polysiloxane) 또는 폴리 이미드(Polyimide) 등의 액정 배향막으로써 일반적으로 사용되는 물질들 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
하부 배향막(11)과 대향하는 부분에 상부 배향막(21)이 위치하고, 하부 배향막(11)과 상부 배향막(21) 사이에는 미세 공간(305)이 형성되어 있다. 미세 공간(305)에는 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질이 주입되어 있고, 미세 공간(305)은 액정 주입구(307)를 갖는다. 미세 공간(305)은 화소 전극(191)의 열 방향 다시 말해 세로 방향을 따라 형성될 수 있다. 본 실시예에서 배향막(11, 21)을 형성하는 배향 물질과 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질은 모관력(capillary force)을 이용하여 미세 공간(305)에 주입될 수 있다.
미세 공간(305)은 게이트선(121)과 중첩하는 부분에 위치하는 복수의 액정 주입구 형성 영역(307FP)에 의해 세로 방향으로 나누어지며, 또한 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향을 따라 복수개 형성되어 있다. 복수개 형성된 미세 공간(305) 각각은 화소 영역에 대응할 수 있고, 화소 영역은 화면을 표시하는 영역에 대응할 수 있다.
본 실시예에서 미세 공간(305)의 액정 주입구(307)를 통해 액정 물질을 주입하기 때문에 별도의 상부 기판을 형성하지 않고 액정 표시 장치를 형성할 수 있다.
상부 배향막(21) 위에는 공통 전극(270), 하부 절연층(350)이 위치한다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 인가 받고, 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)과 함께 전기장을 생성하여 두 전극 사이의 미세 공간(305)에 위치하는 액정 분자(310)가 기울어지는 방향을 결정한다. 공통 전극(270)은 화소 전극(191)과 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)된 후에도 인가된 전압을 유지한다. 하부 절연층(350)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 위에 형성되는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예로 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 하부에 형성되어 수평 전계 모드에 따른 액정 구동도 가능하다.
하부 절연층(350) 위에 루프층(Roof Layer; 360)이 위치한다. 루프층(360)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270)의 사이 공간인 미세 공간(305)이 형성될 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 루프층(360)은 실리콘 옥시카바이드(SiOC) 또는 포토 레지스트 또는 그 밖의 유기 물질을 포함할 수 있다. 루프층(360)이 실리콘 옥시카바이드(SiOC)를 포함하는 경우에는 화학 기상 증착법으로 형성할 수 있고, 포토 레지스트를 포함하는 경우에는 코팅법으로 형성할 수 있다. 실리콘 옥시카바이드(SiOC)는 화학 기상 증착법으로 형성할 수 있는 막 중에서 투과율이 높고, 막 스트레스도 적어 변형도 가지 않는 장점이 있다. 따라서, 본 실시예에서 루프층(360)을 실리콘 옥시카바이드(SiOC)로 형성하게 되면 빛이 잘 투과되도록 하며 안정적인 막을 형성할 수 있다.
루프층(360) 위에 상부 절연층(370)이 위치한다. 상부 절연층(370)은 루프층(360)의 상부면과 접촉할 수 있다. 상부 절연층(370)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성될 수 있다. 상부 절연층(370) 위에 캐핑막(390)이 위치한다. 캐핑막(390)은 상부 절연층(370)의 상부면 및 측면과 접촉하며, 캐핑막(390)은 액정 주입구 형성 영역(307FP)에 의해 노출된 미세 공간(305)의 액정 주입구(307)를 덮는다. 캐핑막(390)은 열경화성 수지, 실리콘 옥시카바이드(SiOC) 또는 그라핀(Graphene)으로 형성될 수 있다.
캐핑막(390)이 그라핀으로 형성되는 경우에 그라핀(Graphene)은 헬륨 등을 포함하는 가스에 대한 내투과성이 강한 특성을 갖기 때문에 액정 주입구(307)를 막는 캐핑막 역할을 할 수 있고, 탄소 결합으로 이루어진 물질이기 때문에 액정 물질과 접촉하더라도 액정 물질이 오염되지 않는다. 뿐만 아니라, 그라핀(Graphene)은 외부의 산소 및 수분에 대해 액정 물질을 보호하는 역할도 할 수 있다.
캐핑막(390) 위에 무기막 또는 유기막으로 형성된 오버코트막(미도시)이 위치할 수 있다. 오버코트막은 외부 충격으로부터 미세 공간(305)에 주입된 액정 분자(310)를 보호하고 막을 평탄화시키는 역할을 한다.
본 실시예에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 세로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 액정 주입구 형성 영역(307FP)이 형성되어 있다. 액정 주입구 형성 영역(307FP) 내에는 박막 트랜지스터(Q) 및 접촉 구멍(185)를 덮는 제1 차광층(220a)이 형성되어 있다. 제1 차광층(220a)은 외부광에 의한 박막 트랜지스터(Q)의 누설 전류를 감소시키고 반사광으로 인한 명암 대비비(Contrast Ratio) 감소를 방지하기 위해 빛을 차단할 수 있는 물질로 형성한다.
캐핑막(390)은 액정 주입구(307)뿐만 아니라 제1 차광층(220a)을 덮고, 미세 공간(305)과 제1 차광층(220a) 사이의 액정 주입구 형성 영역(307FP)을 채울 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 격벽 형성부(PWP)가 형성되어 있다. 격벽 형성부(PWP)는 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다. 또한, 격벽 형성부(PWP)는 제2 차광층(220b)과 대응하여 위치하고, 격벽 형성부(PWP)와 제2 차광층(220b) 사이에는 보호층(183), 공통 전극(270) 및 하부 절연층(350)은 위치한다. 격벽 형성부(PWP)는 루프층(360)이 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이를 채우고 있는 부분이다.
절연 기판(110)의 하부 및 상부 절연층(370)의 상부에는 편광판(도시하지 않음)이 위치하고 있다. 편광판은 편광을 생성하는 편광 소자와 내구성을 확보하기 위한 TAC(Tri-acetyl-cellulose)층을 포함할 수 있으며, 실시예에 따라서는 상부 편광판과 하부 편광판은 투과축의 방향이 수직 또는 평행할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 32를 참고하여, 앞에서 설명한 액정 표시 장치를 제조하는 일실시예에 대해 설명하기로 한다. 도 4 내지 도 32는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다. 도 5 및 도 6 각각은 도 4의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도 및 도 4의 절단선 VI-VI을 따라 자른 단면도이다. 도 8 및 도 9 각각은 도 7의 절단선 VIII-VIII을 따라 자른 단면도 및 도 7의 절단선 IX-IX를 따라 자른 단면도이다. 도 11 및 도 12 각각은 도 10의 절단선 XI-XI을 따라 자른 단면도 및 도 10의 절단선 XII-XII를 따라 자른 단면도이다. 도 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31은 도 10의 절단선 XI-XI를 따라 자른 단면도이고 도 10 내지 도 12의 제조 단계 이후의 공정 단계를 나타낸다. 도 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32는 도 10의 절단선 XII-XII를 따라 자른 단면도이고 도 10 내지 도 12의 제조 단계 이후의 공정 단계를 나타낸다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 기판(110) 위에 일반적으로 알려진 스위칭 소자를 형성하기 위해 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(121), 게이트선(121) 위에 게이트 절연막(140)을 형성하고, 게이트 절연막(140) 위에 반도체층(151, 154)을 형성하고, 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 형성한다. 이 때 소스 전극(173)과 연결된 데이터선(171)은 게이트선(121)과 교차하면서 세로 방향으로 뻗도록 형성할 수 있다.
소스 전극(173), 드레인 전극(175) 및 데이터선(171)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175) 및 노출된 반도체층(154) 부분 위에는 제1 층간 절연막(180a)을 형성한다.
제1 층간 절연막(180a) 위에 화소 영역에 대응하는 위치에 색필터(230)를 형성하고, 색필터(230)는 세로 방향으로 스트라이프 형태로 형성할 수 있다.
색필터(230) 위에 이를 덮는 제2 층간 절연막(180b)을 형성하고, 제1 층간 절연막(180a), 색필터(230) 및 제2 층간 절연막(180b)를 관통하는 접촉 구멍(185)을 형성한다.
도 7 내지 도 9를 참고하면, 제2 층간 절연막(180b) 위에 화소 전극(191)을 형성한다. 이 때, 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질을 도포한 후에 사진 식각 공정을 이용하여 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 실시예처럼 십자형 줄기부(191a, 191b) 및 미세 가지부(191c)를 포함하는 구조로 형성한다.
도 10 내지 도 12를 참고하면, 화소 전극(191) 및 제2 층간 절연막(180b) 위에 차광층(220a, 220b)을 형성한다. 차광층(220a, 220b)은 가로 방향을 따라 뻗어 있는 제1 차광층(220a)과 세로 방향을 따라 뻗어 있는 제2 차광층(220b)을 포함하도록 매트릭스 형태로 형성할 수 있다. 차광층(220a, 220b)은 화소 영역(PX)에 대응하는 부분에 개구부(221)를 가질 수 있다.
제1 차광층(220a)은 박막 트랜지스터(Q)와 접촉 구멍(185)을 덮도록 형성한다. 또한, 제2 차광층(220b)은 데이트선(171)을 중첩하도록 형성한다.
제1 차광층(220a)을 형성하는 단계 이전에 박막 트랜지스터(Q)의 불량이 발생된 경우에 박막 트랜지스터(Q) 리페어(Repair) 공정이 진행될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참고하면, 차광층(220a, 220b) 주변에 위치하는 화소 영역에 대응하는 부분에 제1 희생층(242)을 형성한다. 제1 희생층(242)은 후속 공정에서 발생하는 보호 물질층 패터닝 과정에서 화소 전극(191) 등의 층이 손상되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 제1 희생층(242)은 네거티브 포토 레지스트를 사용하여 형성할 수 있다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 제1 희생층(242)과 차광층(220a, 220b)을 덮도록 보호 물질층(183p)을 형성한다. 보호 물질층(183p)은 기판(110) 위의 대부분의 영역을 덮도록 형성할 수 있다. 보호 물질층(183p)은 질화 규소 또는 산화 규소를 포함할 수 있다.
도 17 및 도 18을 참고하면, 보호 물질층(183p) 위에 감광막(PR)을 도포한다. 감광막(PR)은 기판(110) 위에 대부분의 영역을 덮도록 형성할 수 있고, 포지티브 포토 레지스트로 형성할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참고하면, 기판(110) 아래에서 본 실시예에 따른 액정 표시 장치를 향하도록 광(LIGHT)을 조사한다. 기판(110)을 통과하여 입사된 광(LIGHT)은 감광막(PR)에 조사될 수 있다. 이 때, 차광층(220a, 220b)은 광 차단막으로 작용하여 차광층(220a, 220b) 위에 위치하는 감광막(PR)에는 광(LIGHT)이 조사되지 않는다.
이후, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 현상 공정에 의해 차광층(220a, 220b)에 의해 광 차단되지 않은 영역에 위치한 감광막(PR)은 제거되고, 차광층(220a, 220b) 위에 위치하는 감광막 패턴(PR1)이 형성된다. 감광막(PR)이 제거된 부분에서 보호 물질층(183p)은 외부로 노출된다.
이 때, 게이트선(121)의 한쪽 가장자리 또는 유지 전극선 세로부(135a)의 한쪽 가장자리가 인접한 화소 전극(191)에 차광층(220a, 220b)의 한쪽 가장자리 대비하여 더 가까이 위치하도록 형성함으로써, 감광막 패턴(PR1)이 차광층(220a, 220b)의 폭보다 넓은 폭을 가지면서 차광층(220a, 220b)을 덮을 수 있다. 따라서, 후속 공정에서 보호층(183)이 차광층(220a, 220b)을 완전히 덮도록 형성할 수 있다.
도 21 및 도 22를 참고하면, 감광막 패턴(PR1)을 마스크로 하여 보호 물질층(183p)을 패터닝한다. 이 때, 제1 희생층(242)은 외부로 노출된다.
도 23 및 도 24를 참고하면, 남아 있는 감광막 패턴(PR1)을 스트링 공정을 통해 제거한다. 보호층(183)은 차광층(220a, 220b)을 덮고 있는 형태이다.
도 25 및 도 26을 참고하면, 화소 전극(191) 위에 제2 희생층(300)을 형성한다. 제2 희생층(300)은 도 25에 도시한 바와 같이 보호층(183)을 오픈하면서 화소 영역에 대응하도록 형성할 수 있다. 또한, 도 26에 도시한 바와 같이 제2 희생층(300)은 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 오픈되도록 형성할 수 있다.
도 27 및 도 28을 참고하면, 제2 희생층(300) 위에 공통 전극(270), 하부 절연층(350), 루프층(360) 및 상부 절연층(370)을 형성한다. 이 때, 공통 전극(270), 하부 절연층(350) 및 루프층(360)은 데이터선(171)을 따라 오픈된 제2 희생층(300) 부분을 덮으며, 루프층(360)은 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 위치하는 격벽 형성부(PWP)를 형성할 수 있다.
도 29 및 도 30을 참고하면, 액정 주입구 형성 영역(307FP)을 통해 제2 희생층(300)을 산소(O2) 애싱(Ashing) 처리 또는 습식 식각법 등으로 제거한다. 이 때, 액정 주입구(307)를 갖는 미세 공간(305)이 형성된다. 미세 공간(305)은 희생층(300)이 제거되어 빈 공간 상태이다. 액정 주입구(307)는 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다.
이후, 산소(O2) 플라즈마 처리를 진행할 수 있다. 이것은 제2 희생층(300)이 완전히 제거되지 않고 남아 있는 경우 액정 배향 등을 방해하여 장치가 미동작하는 것을 방지하기 위한 것이다. 차광층(220a, 220b)이 액정 주입구 형성 영역(3307FP)에서 외부로 노출되어 있다면 제2 희생층(300) 제거 과정에서 차광층(220a, 220b)은 데미지(damage)를 입을 수 있다. 따라서, 차광층(220a)이 본래 역할인 박막 트랜지스터(Q) 및 접촉 구멍(185)을 가리지 못하게 되어 장치의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 보호층(183)이 차광층(220a, 220b)을 둘러싸는 구조이기 때문에 제2 희생층(300) 제거 과정에서 데미지를 입는 것이 방지된다.
도 31 및 도 32를 참고하면, 액정 주입구(307)를 통해 배향 물질을 주입하여 화소 전극(191) 및 공통 전극(270) 위에 배향막(11, 21)을 형성한다. 액정 주입구(307)를 통해 고형분과 용매를 포함하는 배향 물질이 주입한 후에 베이크 공정을 수행한다.
그 다음, 액정 주입구(307)를 통해 미세 공간(305)에 잉크젯 방법 등을 사용하여 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질을 주입한다.
이후, 상부 절연층(370) 위에 액정 주입구 형성 영역(307FP)을 채우면서 액정 주입구(307)를 덮도록 형성하면 도 2 및 도 3과 같은 구조를 형성할 수 있다.
도 33은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 33에서 설명하려는 실시예는 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 실시예와 대부분 동일하고, 다만 제2 층간 절연막(180b)과 화소 전극(180c) 사이에 위치하는 유기막(180c)을 더 포함하는 액정 표시 장치인 점에서 차이가 있다. 이처럼 유기막(180c)을 형성하여 하부 층에서 발생한 단차를 줄이거나 제거할 수 있다.
도 34는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 34는 앞에서 설명한 실시예들을 유연한 절연 기판(110)에 적용한 것을 나타낸다. 앞에서 설명한 실시예들을 살펴보면, 예를 들어 도 3을 다시 참고하면, 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향으로 이웃하는 미세 공간(305)사이에 격벽 형성부(PWP)와 같은 격벽 구조가 있기 때문에 절연 기판(110)이 휘더라도 발생하는 스트레스가 적고, 셀 갭(Cell Gap)이 변경되는 정도가 훨씬 감소할 수 있다. 또한, 절연 기판(110)을 유연한 물질로 형성하지 않고 유리와 같은 물질로 형성한 경우에서도 앞에서 설명한 실시예들은 격벽 구조를 갖기 때문에 외부에서 힘을 받더라도 셀 갭이 변하는 문제나 스트레스가 적을 수 있다.
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.
183 보호층 220a, 220b 차광층
300 제2 희생층 310 액정 분자
305 미세 공간(microcavity) 307 액정 주입구
350 하부 절연층 360 루프층
370 상부 절연층 390 캐핑막

Claims (30)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극 그리고
    상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 포함하고,
    상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 액정 주입구를 갖는 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하고,
    상기 미세 공간 사이에 위치하고 상기 박막 트랜지스터를 덮는 차광층이 형성되고,
    상기 차광층은 보호층에 의해 덮여 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 차광층은 상기 화소 전극 위에 위치하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극 사이에 위치하는 층간 절연막을 더 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터는 상기 층간 절연막에 형성된 접촉 구멍에 의해 연결되는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 차광층은 상기 접촉 구멍을 덮는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 보호층은 상기 차광층보다 큰 폭을 가지면서 상기 차광층을 덮고 있는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 차광층은 가로 방향으로 뻗어 있는 제1 차광층과 세로 방향으로 뻗어 있는 제2 차광층을 포함하고, 상기 제1 차광층은 게이트선에 중첩하고 상기 제2 차광층은 데이터선에 중첩하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 위치하는 유지 전극선을 더 포함하고, 상기 유지 전극선의 한쪽 가장자리는 상기 차광층의 한쪽 가장자리 대비하여 상기 화소 전극에 더 인접하여 위치하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 게이트선의 한쪽 가장자리는 상기 차광층의 한쪽 가장자리 대비하여 상기 화소 전극에 더 인접하여 위치하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 색필터와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 유기막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 보호층은 질화 규소 또는 산화 규소를 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 루프층 위에 위치하고, 상기 액정 주입구를 덮는 캐핑막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  14. 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 층간 절연막을 형성하는 단계,
    상기 층간 절연막 위에 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 및 상기 층간 절연막 위에 차광층을 형성하는 단계,
    상기 차광층 주변에 위치하고 화소 영역에 대응하는 부분에 제1 희생층을 형성하는 단계,
    상기 제1 희생층 및 상기 차광층 위에 보호 물질층을 형성하는 단계,
    상기 보호 물질층 위에 감광막을 형성하는 단계,
    상기 기판에 광을 조사하여 감광막 패턴을 형성하는 단계,
    상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 보호 물질층을 패터닝하여 상기 차광층에 대응하는 보호층을 형성하는 단계,
    상기 감광막 패턴 및 상기 제1 희생층을 제거하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 제2 희생층을 형성하는 단계,
    상기 제2 희생층 위에 루프층을 형성하는 단계,
    상기 제2 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 미세 공간(Microcavity)를 형성하는 단계 그리고
    상기 미세 공간에 액정 물질을 주입하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 감광막 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판에서 상기 차광층을 향하는 방향으로 광을 조사하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 감광막 패턴은 상기 화소 영역에 대응하는 부분에 위치하는 상기 감광막을 제거하여 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 감광막은 포지티브 포토 레지스트를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 제1 희생층은 네거티브 포토 레지스트를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제14항에서,
    상기 층간 절연막에 형성된 접촉 구멍을 통해 상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극을 연결하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 차광층은 상기 박막 트랜지스터 및 상기 접촉 구멍을 덮도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  21. 제14항에서,
    상기 차광층은 가로 방향으로 뻗어 있는 제1 차광층과 세로 방향으로 뻗어 있는 제2 차광층을 포함하도록 형성하고, 상기 제1 차광층은 게이트선에 중첩하고 상기 제2 차광층은 데이터선에 중첩하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  22. 제21항에서,
    상기 감광막은 포지티브 포토 레지스트로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  23. 제22항에서,
    상기 감광막 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판을 통해 조사되는 빛이 상기 차광층에 의해 차단되어 상기 감광막 패턴이 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  24. 제23항에서,
    상기 차광층의 한쪽 가장자리는 상기 게이트선의 한쪽 가장자리 대비하여 상기 화소 전극으로부터 멀리 떨어져 위치하도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  25. 제24항에서,
    상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 위치하는 유지 전극선을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 차광층의 한쪽 가장자리는 상기 유지 전극선의 한쪽 가장자리 대비하여 상기 화소 전극으로부터 멀리 떨어져 위치하도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  26. 제14항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 색필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  27. 제14항에서,
    상기 제2 희생층과 상기 루프층 사이에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  28. 제14항에서,
    상기 루프층 위에 상기 액정 주입구를 덮도록 캐핑막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  29. 제14항에서,
    상기 미세 공간을 산소 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  30. 제14항에서,
    상기 보호층을 형성하는 단계는 상기 보호층이 상기 차광층보다 큰 폭을 가지면서 상기 차광층을 덮도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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