KR20150020909A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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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 트랜지스터의 한 단자와 연결되는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 하부 절연층 그리고 상기 하부 절연층 위에 위치하는 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 하부 절연층 사이에 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 물질을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 화소 전극과 대응하는 제1 화소 영역이 정의되고, 상기 제1 화소 영역과 이웃하는 제2 화소 영역, 상기 제1 화소 영역과 이웃하는 제3 화소 영역이 정의되며, 상기 제2 화소 영역과 상기 제3 화소 영역은 상기 제1 화소 영역을 기준으로 서로 반대측에 위치하고, 상기 제1 화소 영역과 상기 제2 화소 영역 사이에 제1 그루브가 형성되고, 상기 제1 화소 영역과 상기 제3 화소 영역 사이에 제2 그루브가 형성되어 있으며, 상기 제1 그루브는 상기 루프층에 덮여 있고, 상기 제2 그루브는 상기 루프층에 대해 오픈되어 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 액정층에 포함된 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 기술이다.
여기서, 액정을 주입한 후에는 코팅 재료 등으로 액정 주입구를 캐핑할 수 있다. 하지만, 액정 주입구를 막는 캐핑 물질 등은 액정과 접촉하게 되어 액정의 오염을 일으키는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 액정 오염을 최소화하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 하부 절연층 그리고 상기 하부 절연층 위에 위치하는 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 하부 절연층 사이에 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 물질을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 화소 전극과 대응하는 제1 화소 영역이 정의되고, 상기 제1 화소 영역과 이웃하는 제2 화소 영역, 상기 제1 화소 영역과 이웃하는 제3 화소 영역이 정의되며, 상기 제2 화소 영역과 상기 제3 화소 영역은 상기 제1 화소 영역을 기준으로 서로 반대측에 위치하고, 상기 제1 화소 영역과 상기 제2 화소 영역 사이에 제1 그루브가 형성되고, 상기 제1 화소 영역과 상기 제3 화소 영역 사이에 제2 그루브가 형성되어 있으며, 상기 제1 그루브는 상기 루프층에 덮여 있고, 상기 제2 그루브는 상기 루프층에 대해 오픈되어 있다.
상기 루프층 위에 위치하는 오버코트층을 더 포함하고, 상기 제1 그루브는 상기 액정 물질을 포함하고, 상기 제2 그루브는 상기 오버코트층이 채워질 수 있다.
상기 제1 그루브의 단부는 액정 주입구를 형성하고, 상기 액정 주입구는 캐핑 물질로 막힐 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 화소 전극 사이 및 상기 미세 공간과 상기 하부 절연층 사이 중 적어도 하나에 배향막이 위치할 수 있다.
상기 제2 그루브와 인접한 상기 미세 공간의 가장자리 부분은 배향 물질로 형성된 격벽이 형성될 수 있다.
상기 격벽은 상기 제2 그루브와 상기 미세 공간을 차단할 수 있다.
상기 격벽에 대응하는 상기 루프층의 두께는 상기 미세 공간에 대응하는 상기 루프층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 하부 절연층 사이에 위치하는 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 기판 위에 위치하는 차광 부재를 더 포함하고, 상기 제1 그루브와 상기 제2 그루브는 상기 차광 부재가 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다.
상기 미세 공간은 복수개 형성되고, 상기 복수개의 미세 공간 가운데 상기 제1 그루브 또는 상기 제2 그루브가 뻗어 있는 방향과 평행한 방향으로 서로 이웃하는 미세 공간 사이에 위치하는 격벽 형성부를 더 포함하고, 상기 격벽 형성부는 상기 루프층으로 채워질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 하부 절연층을 형성하는 단계, 상기 하부 절연층 위에 루프층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 제1 그루브와 제2 그루브 사이에 미세 공간을 형성하는 단계, 상기 제1 그루브의 단부에 형성된 액정 주입구를 통해 액정 물질을 주입하는 단계 그리고 상기 액정 주입구를 캐핑하는 단계를 포함하고, 상기 제1 그루브는 상기 루프층에 덮여 있고, 상기 제2 그루브는 상기 루프층에 대해 오픈되도록 형성한다.
상기 희생층을 형성하는 단계는 서로 교차하는 제1 희생층과 제2 희생층을 형성하고, 상기 제1 희생층은 상기 제1 그루브가 형성되는 영역에 형성되고, 상기 제2 희생층 사이에는 트렌치가 형성될 수 있다.
상기 희생층을 형성하는 단계는 상기 제2 희생층에 함몰부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 루프층을 형성하는 단계는 상기 화소 전극 위에 상기 제1 희생층을 덮고, 상기 제2 그루브가 형성되는 영역은 오픈되도록 상기 루프층을 형성할 수 있다.
상기 제2 그루브가 형성되는 영역에서 상기 루프층의 오픈된 폭은 상기 함몰부의 폭보다 작을 수 있다.
상기 제2 그루브에 통해 희생층 제거 약액을 주입하여 상기 희생층을 제거할 수 있다.
상기 미세 공간에 배향 물질을 주입하는 단계 그리고 상기 배향 물질을 건조하는 단계를 더 포함하고, 상기 배향 물질이 건조되고 남은 고형분이 상기 제2 그루브와 인접한 상기 미세 공간의 가장자리 부분에서 격벽을 형성할 수 있다.
상기 액정 주입구를 통해 주입된 상기 액정 물질은 상기 제1 그루브에서 상기 미세 공간으로 들어갈 수 있다.
상기 액정 물질을 주입하는 단계는 진공 상태에서 수행할 수 있다.
상기 루프층 위에 오버코트층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 오버코트층은 상기 제2 그루브를 채울 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 액정이 주입되는 그루브를 형성하고 그루브의 단부를 통해 액정을 주입한 후 캐핑함으로써 액정 적하 불량으로 인한 잔류 액정 발생을 방지하고, 캐핑 물질과 액정의 접촉 가능성을 줄여 액정 오염을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 3의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 실시예에서 루프층의 배치를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 1 및 도 4의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도이다.
도 6 내지 도 30은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 사시도 및 단면도들이다.
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 3의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)이 및 유지 전극선(131)이 형성되어 있다. 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 전극(135a, 135b)은 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) 및 차광 부재(220)가 형성되어 있다.
먼저, 차광 부재(220)는 화상을 표시하는 영역에 대응하는 개구부를 가지는 격자 구조로 이루어져 있으며, 빛이 투과하지 못하는 물질로 형성되어 있다. 차광 부재(220)의 개구부에는 색필터(230)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 게이트선(121)과 평행한 방향을 따라 형성된 가로 차광 부재(220a)와 데이트선(171)과 평행한 방향을 따라 형성된 세로 차광 부재(220b)를 포함한다.
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) 및 차광 부재(220)의 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)와 차광 부재(220)의 두께 차이로 인하여 단차가 발생된 경우에는 제2 층간 절연막(180b)을 유기 절연물을 포함하도록 하여 단차를 줄이거나 제거할 수 있다.
색필터(230), 차광 부재(220) 및 층간 절연막(180a, 180b)에는 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다.
제2 층간 절연막(180b) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 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)를 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 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.
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 포토 레지스트 또는 그 밖의 유기 물질을 포함할 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.
본 실시예에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 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 있고, 루프층(360)에 의해 덮일 수 있다. 격벽 형성부(PWP)에는 하부 절연층(350), 공통 전극(270), 상부 절연층(370) 및 루프층(360)이 채워져 있는데 이러한 구조물이 격벽(Partition Wall)을 형성함으로써 미세 공간(305)을 구획 또는 정의할 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참고하여, 본 실시예에서의 루프층 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 실시예에서 루프층의 배치를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 5는 도 1 및 도 4의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 제1 화소 영역(PX1)은 제2 화소 영역(PX2)과 제3 화소 영역(PX3)과 이웃하고, 제1 화소 영역(PX1)과 제2 화소 영역(PX2) 사이에 제1 그루브(GRV1), 제1 화소 영역(PX1)과 제3 화소 영역(PX3) 사이에 제2 그루브(GRV2)가 형성되어 있다.
여기서, 루프층(360)은 제1 그루브(GRV1)를 덮으면서 제1 화소 영역(PX1)과 제2 화소 영역(PX2)에 걸쳐서 형성되어 있고, 제2 그루브(GRV2)를 오픈하면서 제1 화소 영역(PX1)과 제3 화소 영역(PX3)에 걸쳐서 형성되어 있다.
도 4에 도시한 화소 영역 구조는 본 실시예에서 상하좌우로 반복되는 패턴을 가질 수 있고, 화소 영역 사이에 위치하는 그루브는 2개당 하나꼴로 루프층(360)에 의해 덮일 수 있다.
상부 절연층(370) 위에 무기막 또는 유기막으로 형성된 오버코트층(390)이 위치한다. 본 실시예에서 오버코트층(390)은 상부 절연층(370)의 상부면 및 측면과 접촉한다. 오버코트층(390)은 외부 충격으로부터 미세 공간(305)에 주입된 액정 물질(310)를 보호하고 막을 평탄화시키는 역할을 한다.
제1 그루브(GRV1)와 제2 그루브(GRV2)는 가로 차광 부재(220a)와 평행한 방향을 따라 형성될 수 있고, 제1 그루브(GRV1)에는 액정 물질(310)이 채워져 있고, 제2 그루브(GRV2)에는 오버코트층(390)으로 덮일 수 있다. 본 실시예에서 제2 그루브(GRV2)에 인접한 미세 공간(305)의 가장자리 부분에는 배향막(11, 21)을 형성할 때 건조되고 남은 고형분들이 뭉쳐서 형성된 격벽(16)이 위치한다. 격벽(16)은 액정층에 포함된 액정 물질(310)이 오버코트층(390)과 맞닿아 액정 오염이 발생하는 것을 방지한다.
본 실시예에서 제1 그루브(GRV1)의 단부에는 액정 주입구(도 24, 27, 30에서 도시)가 형성되어 있고, 액정 주입구를 통해 제1 그루브(GRV1) 내로 주입된 액정 물질(310)들은 모관력(Capillary force)에 의해 미세 공간(305)으로 들어가서 화소 영역 내에 액정층을 형성한다.
격벽(16)과 대응하는 부분에 위치하는 루프층(360)의 두께는 상대적으로 미세 공간(305)에 대응하는 루프층(360)의 두께보다 두껍게 형성되어 있다. 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이 미세 공간(305) 가장자리 부분에서 루프층(360)은 아래로 돌출된 돌출부(SP)를 포함한다. 이러한 구조 때문에 배향막(11, 21)을 형성하기 위해 미세 공간(305) 내로 주입된 배향 물질이 건조되면서 남은 고형분이 상대적으로 좁은 미세 공간(305)의 가장자리에 뭉치게 된다. 이처럼 고형분이 뭉쳐서 형성된 격벽(16)은 제2 그루브(GRV2)와 미세 공간(305)을 차단한다. 본 실시예에서는 격벽(16)을 형성하기 위한 방법으로 루프층(360)의 돌출된 구조를 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 모관력이 미세 공간(305)의 가장자리를 향해 작용하도록 미세 공간(305)의 가장자리 부분의 단면적을 상대적으로 작게 형성하는 구조를 만들 수 있는 다양한 방법이 적용될 수 있다.
본 실시예에서 액정 주입구(도 24, 27, 30에 도시)는 캐핑 물질(도 30에 도시)에 의해 덮여 있다.
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.
도 6 내지 도 30은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 사시도 및 단면도들이다. 도 6, 도 10, 도 13, 도 16, 도 19, 도 21, 도 24, 도 27, 도 30은 도 4에 도시한 화소 영역 구조가 상하좌우로 반복되는 패턴을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 사시도이다.
도 7, 도 9, 도 11, 도 14, 도 17, 도 20, 도 22, 도 25, 도 28은 도 1의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도를 공정 순서에 따라 나타낸 것이고, 도 8, 도 12, 도 15, 도 18, 도 23, 도 26, 도 29는 도 1의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도를 공정 순서에 따라 나타낸 것이다.
도 6은 기판 위에 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 형성한 박막 트랜지스터 표시판(100) 위에 형성된 희생층(300)을 나타낸 사시도이다. 도 7은 도 6의 절단선 VII-VII를 따라 자른 단면도이고, 도 8은 도 6의 절단선 VIII-VIII를 따라 자른 단면도이다.
도 1, 도 2, 도 6 내지 도 8을 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) 사이에 차광 부재(220)를 형성한다.
색필터(230) 및 차광 부재(220)의 위에 이를 덮는 제2 층간 절연막(180b)을 형성하고, 제2 층간 절연막(180b)은 화소 전극(191)과 드레인 전극(175)을 전기적, 물리적으로 연결하는 접촉 구멍(185)을 갖도록 형성한다.
이후, 제2 층간 절연막(180b) 위에 화소 전극(191)을 형성하여 박막트 트랜지스터 및 화소 전극(191)을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판(100)을 형성한다. 도 6에 도시한 바와 같이 화소 전극(191)을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판(100) 위에 희생층(300)을 형성한다. 희생층(300)은 게이트선(121)과 평행한 방향을 따라 위치하는 제1 희생층(300a)과 데이터선(171)과 평행한 방향을 따라 화소 영역에 대응하도록 위치하는 제2 희생층(300b)을 포함한다. 제2 희생층(300b) 사이에는 트렌치(302)가 형성되어 있고, 트렌치(302)는 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성되어 있다.
도 9를 참고하면, 희생층(300)의 상부면에 함몰부(RP)를 형성한다. 함몰부(RP)는 제1 화소 영역(PX1)과 제3 화소 영역(PX3) 사이에 제2 희생층(300b)의 상부면에 형성한다.
도 10 내지 도 12를 참고하면, 희생층(300) 위에 공통 전극(270) 및 하부 절연층(350)을 차례로 형성한다. 이 때, 공통 전극(270) 및 하부 절연층(350)은 함몰부(RP)와 트렌치(302)를 덮는다.
도 13 내지 도 15를 참고하면, 하부 절연층(350) 위에 루프층(360)을 형성한다. 루프층(360)은 노광 및 현상 공정에 의해 세로 방향으로 이웃하는 화소 영역 사이에 위치하는 가로 차광 부재(220a)와 대응하는 영역 가운데 제1 희생층(300a)이 형성되지 않은 부분에서 제거될 수 있다. 다시 말해, 도 13 및 도 14에서 도시한 바와 같이 제1 화소 영역(PX1)과 제2 화소 영역(PX1) 사이에 위치하는 제1 희생층(300a) 위의 루프층(360)은 제거되지 않고, 제1 화소 영역(PX1)과 제3 화소 영역(PX3) 사이에 위치하는 루프층(360) 부분은 제거될 수 있다. 이 때, 루프층(360)이 제거되어 하부 절연층(350)의 상부면이 외부로 노출된다. 여기서, 루프층(360)은 함몰부(RP)에 대응하는 부분에서 제거될 수 있고, 제거된 루프층(360)의 폭은 함몰부(RP)의 폭보다 작을 수 있다.
함몰부(RP)의 양 가장자리를 루프층(360)이 덮으면서 도 14에서 도시한 바와 같이 돌출부(SP)를 형성한다.
도 15에 도시한 바와 같이 루프층(360)은 트렌치(302)를 덮는 공통 전극(270) 및 하부 절연층(350)을 덮으면서 격벽 형성부(PWP)를 형성한다.
도 16 내지 도 18을 참고하면, 루프층(360) 위에 상부 절연층(370)을 형성한다. 상부 절연층(370)은 제거된 루프층(360)을 덮도록 형성할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참고하면, 상부 절연층(370), 하부 절연층(350) 및 공통 전극(270)을 패터닝하여 제1 화소 영역(PX1)과 제3 화소 영역(PX3) 사이에 위치하는 희생층(300)을 노출한다. 희생층(300)을 노출하는 제1 화소 영역(PX1)과 제3 화소 영역(PX3) 사이에 해당하는 부분은 약액 주입구(SE)를 형성한다.
도 21 내지 도 23을 참고하면, 약액 주입구(SE)를 통해 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 상태가 된다. 이 때, 도 21에 도시한 바와 같이 박막 트랜지스터 표시판(100) 가장자리에 액정 주입구(307)이 형성되고, 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향을 따라 제1 그루브(GRV1) 및 제2 그루브(GRV2)가 형성된다. 액정 주입구(307)는 제1 그루브(GRV1)의 단부에 형성된다.
도 24 내지 도 26을 참고하면, 약액 주입구(SE)를 통해 고형분과 용매를 포함하는 배향 물질을 주입한 후에 베이크 공정을 수행한다. 제2 그루브(GRV2)에서 모관력에 의해 배향 물질이 미세 공간(305)으로 들어가고, 건조가 되면서 하부 배향막(11) 및 상부 배향막(21)을 형성한다. 건조되고 남은 고형분은 루프층(360)의 돌출부(SP)가 위치하는 미세 공간(305)의 가장자리로 이동한다. 미세 공간(305)의 가장자리에서 고형분이 뭉쳐서 격벽(16)을 형성한다. 격벽(16)은 서로 이웃하는 제1 화소 영역(PX1)과 제2 화소 영역(PX2)에서 액정 물질이 이탈하지 않도록 한다.
도 27 내지 도 29를 참고하면, 제1 그루브(GRV1)의 단부에 형성된 액정 주입구(307)를 통해 디스펜서 장비 등을 이용하여 액정 물질을 공급할 수 있다. 도시하지 않았으나, 제1 그루브(GRV1)의 단부 반대편에 위치하는 또 다른 제1 그루브(GRV1)의 단부에서도 함께 액정 물질을 공급할 수도 있다. 이 때, 모관력(capillary force)를 증가시키기 위해 진공 상태에서 액정 공급을 수행할 수 있다.
액정 물질은 제1 그루브(GRV1)를 따라 주입되고, 모관력에 의해 도 27에 도시한 바와 같이 화살표 방향을 따라 미세 공간(305)으로 들어간다. 미세 공간(305)으로 주입된 액정 물질(310)은 액정층을 형성하고, 제1 그루브(GRV1)에도 액정 물질(310)이 존재할 수 있다.
도 30을 참고하면, 도 28의 격벽(16)과 같이 액정 물질(310)을 가두어 두기 위해 제1 그루브(GRV1)의 단부를 캐핑 물질(410)을 사용하여 덮는다.
다른 실시예로 도 6에 도시한 화소 영역 중에서 캐핑 물질과 직접 닿는 최외곽 화소 영역은 실제 화면을 표시하는 영역으로 구성하지 않고 단순히 더미 패턴의 화소 영역으로 사용함으로써 액정 오염 가능성을 더욱 줄일 수 있다.
본 실시예에서 제1 그루브(GRV1)의 단부만 캐핑 물질을 사용하여 덮기 때문에 액정 물질(310)과 접촉할 가능성이 적어진다. 또한, 적하 방식이 아닌 점에서 액정 적하 불량이 발생하지 않는다.
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.
300 희생층 310 액정 물질
305 미세 공간(microcavity) 307 액정 주입구
350 하부 절연층 360 루프층
370 상부 절연층 390 오버코트층

Claims (20)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되는 화소 전극,
    상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 하부 절연층 그리고
    상기 하부 절연층 위에 위치하는 루프층을 포함하고,
    상기 화소 전극과 상기 하부 절연층 사이에 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 물질을 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 화소 전극과 대응하는 제1 화소 영역이 정의되고, 상기 제1 화소 영역과 이웃하는 제2 화소 영역, 상기 제1 화소 영역과 이웃하는 제3 화소 영역이 정의되며, 상기 제2 화소 영역과 상기 제3 화소 영역은 상기 제1 화소 영역을 기준으로 서로 반대측에 위치하고,
    상기 제1 화소 영역과 상기 제2 화소 영역 사이에 제1 그루브가 형성되고, 상기 제1 화소 영역과 상기 제3 화소 영역 사이에 제2 그루브가 형성되어 있으며, 상기 제1 그루브는 상기 루프층에 덮여 있고, 상기 제2 그루브는 상기 루프층에 대해 오픈되어 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 루프층 위에 위치하는 오버코트층을 더 포함하고, 상기 제1 그루브는 상기 액정 물질을 포함하고, 상기 제2 그루브는 상기 오버코트층이 채워져 있는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 그루브의 단부는 액정 주입구를 형성하고, 상기 액정 주입구는 캐핑 물질로 막혀 있는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 미세 공간과 상기 화소 전극 사이 및 상기 미세 공간과 상기 하부 절연층 사이 중 적어도 하나에 배향막이 위치하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 그루브와 인접한 상기 미세 공간의 가장자리 부분은 배향 물질로 형성된 격벽이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 격벽은 상기 제2 그루브와 상기 미세 공간을 차단하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 격벽에 대응하는 상기 루프층의 두께는 상기 미세 공간에 대응하는 상기 루프층의 두께보다 두꺼운 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 미세 공간과 상기 하부 절연층 사이에 위치하는 공통 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 기판 위에 위치하는 차광 부재를 더 포함하고, 상기 제1 그루브와 상기 제2 그루브는 상기 차광 부재가 뻗어 있는 방향을 따라 형성되는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 미세 공간은 복수개 형성되고, 상기 복수개의 미세 공간 가운데 상기 제1 그루브 또는 상기 제2 그루브가 뻗어 있는 방향과 평행한 방향으로 서로 이웃하는 미세 공간 사이에 위치하는 격벽 형성부를 더 포함하고,
    상기 격벽 형성부는 상기 루프층으로 채워져 있는 액정 표시 장치.
  11. 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 하부 절연층을 형성하는 단계,
    상기 하부 절연층 위에 루프층을 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 제1 그루브와 제2 그루브 사이에 미세 공간을 형성하는 단계,
    상기 제1 그루브의 단부에 형성된 액정 주입구를 통해 액정 물질을 주입하는 단계 그리고
    상기 액정 주입구를 캐핑하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 그루브는 상기 루프층에 덮여 있고, 상기 제2 그루브는 상기 루프층에 대해 오픈되도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 희생층을 형성하는 단계는 서로 교차하는 제1 희생층과 제2 희생층을 형성하고, 상기 제1 희생층은 상기 제1 그루브가 형성되는 영역에 형성되고, 상기 제2 희생층 사이에는 트렌치가 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 희생층을 형성하는 단계는 상기 제2 희생층에 함몰부를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 루프층을 형성하는 단계는 상기 화소 전극 위에 상기 제1 희생층을 덮고, 상기 제2 그루브가 형성되는 영역이 오픈되도록 상기 루프층을 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 그루브가 형성되는 영역에서 상기 루프층의 오픈된 폭은 상기 함몰부의 폭보다 작은 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 제2 그루브에 통해 희생층 제거 약액을 주입하여 상기 희생층을 제거하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 미세 공간에 배향 물질을 주입하는 단계 그리고
    상기 배향 물질을 건조하는 단계를 더 포함하고,
    상기 배향 물질이 건조되고 남은 고형분이 상기 제2 그루브와 인접한 상기 미세 공간의 가장자리 부분에서 격벽을 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에서,
    상기 액정 주입구를 통해 주입된 상기 액정 물질은 상기 제1 그루브에서 상기 미세 공간으로 들어가는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 액정 물질을 주입하는 단계는 진공 상태에서 수행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 루프층 위에 오버코트층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 오버코트층은 상기 제2 그루브를 채우는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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