KR20150047358A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20150047358A
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성우용
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삼성디스플레이 주식회사
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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 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극 그리고 상기 화소 전극과 마주보는 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 물질을 포함하고, 상기 복수의 미세 공간 사이에 트렌치가 형성되며, 상기 트렌치의 단부에 위치하는 버퍼 공간을 포함한다.

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 하나로써 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 루프층을 형성한 후에 희생층을 제거하고 희생층 제거로 형성된 빈 공간에 액정 주입구를 통해 액정 물질을 채워 디스플레이를 만드는 장치이다.
이러한 디스플레이 장치를 제조하는 과정에서 캐비티 내에 액정 물질이 주입되고 남은 액정 물질들이 발생할 수 있다. 이러한 잔류 액정 물질들이 루프층 위에 남아 있게 되면 장치 구동시에 빛샘을 일으킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 잔류 액정 물질에 의한 빛샘을 방지할 수 있는 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 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극 그리고 상기 화소 전극과 마주보는 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 물질을 포함하고, 상기 복수의 미세 공간 사이에 트렌치가 형성되며, 상기 트렌치의 단부에 위치하는 버퍼 공간을 포함한다.
상기 트렌치는 제1 폭을 갖고, 상기 버퍼 공간은 제2 폭을 가지며, 상기 제2 폭은 상기 제1 폭보다 넓을 수 있다.
상기 버퍼 공간은 상기 루프층으로 덮일 수 있다.
상기 버퍼 공간에는 잔류 액정 물질이 위치할 수 있다.
상기 버퍼 공간 위에 위치하는 상기 루프층에 에어홀(air hole)이 형성될 수 있다.
상기 루프층 위에 위치하는 캐핑층을 더 포함하고, 상기 캐핑층은 상기 트렌치 및 상기 에어홀을 덮을 수 있다.
상기 버퍼 공간은 표시 영역의 가장자리 한 변을 따라 복수개 형성되어 있고, 상기 복수개 형성된 버퍼 공간은 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 이격된 버퍼 공간 사이를 상기 루프층이 덮을 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극 및 하부 절연층을 더 포함하고, 상기 하부 절연층은 상기 공통 전극 위에 위치할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 데이터선과 연결되고, 상기 미세 공간 사이에 상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 격벽 형성부가 위치할 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 루프층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 복수의 미세 공간(Microcavity)과 버퍼 공간을 형성하는 단계, 상기 미세 공간에 배향 물질을 주입하는 단계 그리고 상기 복수의 미세 공간에 액정 물질을 주입하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 미세 공간 사이에 트렌치가 형성되며, 상기 버퍼 공간은 상기 트렌치의 단부에 형성한다.
상기 트렌치의 제1 폭 보다 상기 버퍼 공간의 제2 폭이 더 넓도록 형성할 수 있다.
상기 희생층 위에 상기 루프층을 형성하는 단계에서 상기 루프층이 상기 버퍼 공간을 덮도록 형성할 수 있다.
상기 액정 물질을 주입하는 단계는 상기 액정 물질을 상기 트렌치를 따라 드라핑(dropping)하는 단계를 포함하고, 상기 버퍼 공간에서부터 상기 액정 물질을 드라핑하기 시작할 수 있다.
상기 액정 물질을 상기 미세 공간에 주입하고 남은 잔류 액정 물질을 상기 버퍼 공간에 저장할 수 있다.
상기 루프층을 형성하는 단계는 상기 버퍼 공간의 일부에 대응하는 상기 루프층 부분에 에어홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 루프층 위에 위치하는 캐핑층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 캐핑층은 상기 트렌치 및 상기 에어홀을 덮도록 형성할 수 있다.
상기 버퍼 공간은 표시 영역의 가장자리 한 변을 따라 복수개 형성하고, 상기 복수개 형성된 버퍼 공간이 서로 이격되도록 형성할 수 있다.
상기 이격된 버퍼 공간 사이를 상기 루프층이 덮도록 형성할 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극 및 하부 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 하부 절연층은 상기 공통 전극 위에 위치하도록 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 미세 공간 사이에 형성된 트렌치의 가장자리에 잔류 액정 물질이 뭉칠 수 있는 버퍼 공간을 형성하여 잔류 액정 물질에 따른 빛샘을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에서 나타나는 복수의 화소 가운데 일부분을 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 2의 절단선 IV-IV를 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 1의 절단선 VI-VI을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 1의 절단선 VII-VII을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 1의 절단선 VIII-VIII을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 서로 이웃하는 버퍼 공간을 나타내는 단면도이다.
도 10a 내지 도 16c는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 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 "위"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 1에서 나타나는 복수의 화소 가운데 일부분을 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다. 도 4는 도 2의 절단선 IV-IV를 따라 자른 단면도이다. 도 5는 도 1의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도이다. 도 6은 도 1의 절단선 VI-VI을 따라 자른 단면도이다. 도 7은 도 1의 절단선 VII-VII을 따라 자른 단면도이다. 도 8은 도 1의 절단선 VIII-VIII을 따라 자른 단면도이다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 서로 이웃하는 버퍼 공간을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 표시 영역(DA)과 주변 영역(PA)을 포함하고, 도 1에서 도시한 바와 같이 표시 영역(DA)은 점선으로 표기한 사각형의 안쪽 부분을 나타내며, 주변 영역(PA)은 점선으로 표기한 사각형의 바깥쪽 부분을 나타낸다. 표시 영역(DA)은 실제 이미지를 출력하는 영역이며, 주변 영역(PA)은 패드부(600)가 위치하거나 구동부가 위치할 수 있다. 실제로, 도 1의 패드부(600)에서 패드는 주변 영역(PA)의 어느 한 변 또는 서로 마주보지 않는 두 변에 위치할 수 있다.
표시 영역(DA)에는 복수의 화소(PX)가 위치하고, 주변 영역(PA)에는 빛샘이 일어날 수 있는 부분을 덮는 차광층(221)이 위치한다. 후술하겠지만, 본 실시예에 따른 화소(PX)에는 미세 공간이 형성되어 있다. 차광층(221)은 표시 영역(DA)의 외곽에서 표시 영역(DA)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 차광층(221)은 표시 영역(DA)에 위치하는 차광 부재와 동일한 층, 동일한 물질로 형성될 수 있다. 차광층(221)은 외부 빛이 반사되어 시인되는 것을 차단하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서 화소(PX) 행 사이 또는 화소(PX)에 형성되어 있는 미세 공간 사이에 트렌치(307FP)가 형성되어 있다. 트렌치(307FP)는 도면상 가로 방향으로 길게 뻗어 있다. 트렌치(307FP)는 화소(PX) 행 사이에 복수개 형성될 수 있다. 트렌치(307FP)의 양 단부에는 트렌치(307FP)의 제1 폭(d1)보다 넓은 제2 폭(d2)을 갖는 버퍼 공간(315)이 위치한다. 복수의 트렌치(307PF) 각각의 단부에 버퍼 공간(315)이 위치하여 세로 방향으로 복수의 버퍼 공간(315)이 서로 이웃하면서 배열되어 있다. 서로 이웃하는 버퍼 공간(315)은 서로 이격되어 있다. 도시한 바와 다르게 트렌치(307FP)의 한쪽 끝단에만 버퍼 공간(315)이 형성될 수도 있다.
버퍼 공간(315)은 표시 영역(DA)의 가장자리 또는 주변 영역(PA)에 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참고하여, 표시 영역(DA)에 위치한 화소(PX)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다. 도 2는 도 1에서 나타나는 복수의 화소 가운데 일부분인 2 X 2 화소 부분(TP)을 나타낸다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 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(220a, 220b)가 형성되어 있다.
먼저, 차광 부재(220a, 220b)는 화상을 표시하는 영역에 대응하는 개구부를 가지는 격자 구조로 이루어져 있으며, 빛이 투과하지 못하는 물질로 형성되어 있다. 차광 부재(220a, 220b)의 개구부에는 색필터(230)가 형성되어 있다. 차광 부재(220a, 220b)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(2201, 220b)의 위에는 이를 덮는 제2 층간 절연막(180b)이 형성되어 있다. 제2 층간 절연막(180b)은 규소 질화물(SiNx)와 규소 산화물(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다.
색필터(230)와 차광 부재(220a, 220b)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(220a, 220b) 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 위치한다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 전체적인 모양이 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 복수개 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 트렌치(307FP)에 의해 세로 방향으로 나누어지며, 또한 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향을 따라 복수개 형성되어 있다. 복수개 형성된 미세 공간(305) 각각은 화소 영역 하나 또는 둘 이상에 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 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(SiOx)로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 캐핑층(390)은 트렌치(307FP)을 채우면서 트렌치(307FP)에 의해 노출된 미세 공간(305)의 액정 주입구(307)를 덮는다. 캐핑층(390)은 유기 물질 또는 무기 물질을 포함한다.
본 실시예에서는 도 4에 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. 본 실시예에서는 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.
이하에서는 도 1, 도 5, 도 6, 도7, 도 8 및 도 9를 참고하여, 본 발명의 일실시예에 따른 표시 영역(DA)의 가장자리 또는 주변 영역(PA)에 위치하는 버퍼 공간(315)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1, 도 5, 도 6, 도7, 도 8 및 도 9를 참고하면, 표시 영역(DA)의 최외곽에 위치하는 화소(PX)에 인접한 부분에 버퍼 공간(315)이 위치한다. 버퍼 공간(315)은 루프층(360)으로 덮여 있다. 버퍼 공간(315)의 루프층(360) 하단에는 하부 절연층(350)이 위치하고, 상단에는 상부 절연층(370)이 위치할 수 있다. 상부 절연층(370) 위에는 캐핑층(390)이 위치할 수 있다.
버퍼 공간(315)에는 잔류 액정 분자(310r)를 포함하는 잔류 액정 물질이 위치한다. 잔류 액정 물질은 미세 공간(305)을 채우고 남은 액정 물질일 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 8을 참고하면, 버퍼 공간(315) 위에 위치하는 하부 절연층(350), 루프층(360) 및 상부 절연층(370)을 관통하는 에어홀(330)이 형성되어 있다.
에어홀(330)은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정 중에 공기가 버퍼 공간(315) 밖으로 배출되면서 잔류 액정 물질이 버퍼 공간(315)으로 모이게 하고, 모여 있는 잔류 액정 물질이 넘쳐서 루프층(360) 위로 흘러 나가는 것을 방지한다.
버퍼 공간(315)은 표시 영역(DA)의 가장자리 또는 주변 영역(PA)의 한 변을 따라 복수개 형성되어 있고, 서로 이웃하는 버퍼 공간(315)은 이격되어 위치한다. 도 9는 도 7의 절단선을 연장하여 서로 이웃하는 버퍼 공간(315)을 자른 단면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 서로 이웃하는 버퍼 공간(315)은 제1 간격(t)을 가지고 이격되어 있다. 이웃하는 버퍼 공간(315)이 이격되어 배치될 수는 최소한의 마진만 가질 수 있다면 제1 간격(t)은 최소한으로 하는 것이 바람직하다. 제1 간격(t)을 최소한으로 하여 버퍼 공간(315)의 제2 폭(d2)을 최대로 할 수 있고, 버퍼 공간(315)의 제2 폭(d2)이 커질수록 후술하는 잔류 액정 분자(310r)를 포함하는 잔류 액정 물질을 버퍼 공간(315)으로 유도하기 쉽다.
버퍼 공간(315) 위에 위치하는 루프층(360)이 연장되어 서로 이격된 버퍼 공간(315) 사이를 채울 수 있다.
서로 이웃하는 버퍼 공간(315)이 연결되면 어느 한 버퍼 공간(315)이 더 많은 잔류 액정 물질을 유도할 수 있기 때문에 어떤 부분은 잔류 액정 물질이 넘치게 되고, 어떤 부분은 액정 물질이 미충전(not filled)되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 독립적으로 버퍼 공간(315)을 형성하는 것이 바람직하다.
도시하지 않았으나, 서로 이웃하는 버퍼 공간(315)의 제2 폭(d2)은 서로 다르게 형성할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 버퍼 공간(315)에 잔류 액정 물질이 모이게 되어 되어 잔류 액정 물질이 루프층(360) 위로 흘러 들어가 발생할 수 있는 빛샘을 방지할 수 있다.
이하에서는 도 10a 내지 도 16c를 참고하여 앞에서 설명한 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대한 일실시예를 설명하기로 한다. 하기에 설명하는 실시예는 제조 방법의 일실시예로 다른 형태로 변형 실시 가능하다.
도 10a 내지 도 16c는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들 및 평면도이다. 도 10a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a는 도 2의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도를 순서대로 나타낸 것이다. 도 10b, 12b, 13b, 15b, 16b는 도 2의 절단선 IV-IV를 따라 자른 단면도이다. 도 10c, 12c, 13c, 15c, 16c는 도 1의 절단선 VII-VII을 따라 자른 단면도이다. 도 12d, 13d, 14b, 15d는 도 1의 절단선 VIII-VIII을 따라 자른 단면도이다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서 희생층을 형성하는 단계를 나타내는 평면도이다.
도 2, 도 10a 및 도 10b를 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(220a, 220b)를 형성한다. 차광 부재(220a, 220b)를 형성할 때, 주변 영역(PA)에 위치하는 차광층(221)을 함께 형성할 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220a, 220b)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 형성하고, 화소 전극(191) 위에 희생층(300)을 형성한다. 희생층(300)에는 도 4에 도시한 바와 같이 데이터선(171)을 따라 오픈부(OPN)가 형성되어 있다. 오픈부(OPN)에는 이후 공정에서 공통 전극(270), 하부 절연층(350), 루프층(360) 및 상부 절연층(370)이 채워져 격벽 형성부(PWP)를 형성할 수 있다.
도 10c 및 도 11을 참고하면, 버퍼 공간(315)이 형성될 영역인 버퍼 공간(315) 예정 영역(315R)에도 희생층(300)이 형성된다. 희생층(300)은 유기 물질 등으로 형성할 수 있다. 이 때, 버퍼 공간(315R) 예정 영역(315R)의 제2 폭(d2)은 트렌치(307FP)가 형성될 영역인 트렌치 예정 영역(307FPR)의 제1 폭(d1)보다 넓게 형성할 수 있다.
도 12a 내지 도 12d를 참고하면, 희생층(300) 위에 공통 전극(270), 하부 절연층(350) 및 루프층(360)을 차례로 형성한다. 루프층(360)은 노광 및 현상 공정에 의해 세로 방향으로 이웃하는 화소 영역 사이에 위치하는 가로 차광 부재(220a)와 대응하는 영역에서 제거될 수 있다. 루프층(360)은 가로 차광 부재(220a)와 대응하는 영역에서 하부 절연층(350)을 외부로 노출시킨다. 이 때, 공통 전극(270), 하부 절연층(350) 및 루프층(360)은 도 12b에 도시한 바와 같이, 세로 차광 부재(220b) 위에 형성된 오픈부(OPN)를 채우면서 격벽 형성부(PWP)를 형성한다.
도 12c에 도시한 바와 같이, 제2 폭(d2)으로 형성된 버퍼 공간 예정 영역(315R)에 위치하는 희생층(300)을 덮도록 하부 절연층(350) 및 루프층(360)을 형성할 수 있다. 이 때, 이웃하는 버퍼 공간 예정 영역(315R)에 위치하는 희생층(300) 사이의 공간은 루프층(360)으로 덮일 수 있다.
도 12d에 도시한 바와 같이, 에어홀(330)이 형성될 영역인 에어홀 예정 영역(330R)에서 루프층(360)은 제거될 수 있다. 여기서, 희생층(300) 위에 위치하는 하부 절연층(350)이 외부로 노출된다.
도 13a 내지 도 13d를 참고하면, 루프층(360)과 노출된 하부 절연층(350) 위를 덮도록 상부 절연층(370)을 형성한다.
도 14a 및 도 14b를 참고하면, 상부 절연층(370), 하부 절연층(350) 및 공통 전극(270)을 건식 식각하여 상부 절연층(370), 하부 절연층(350) 및 공통 전극(270)이 부분적으로 제거됨으로써 트렌치(307FP) 및 에어홀(300)을 형성한다. 이 때, 희생층(300)이 외부로 노출된다.
도 15a 내지 도 15d를 참고하면, 트렌치(307FP) 및 에어홀(330)을 통해 희생층(300)을 산소(O2) 애싱(Ashing) 처리 또는 습식 식각법 등으로 제거한다. 이 때, 표시 영역(DA)에는 액정 주입구(307)를 갖는 미세 공간(305)이 형성되고, 표시 영역(DA)의 가장자리 또는 주변 영역(PA)에는 버퍼 공간(315)이 형성된다. 미세 공간(305) 및 버퍼 공간(315)은 희생층(300)이 제거되어 빈 공간 상태이다.
도 16a 내지 도 16c를 참고하면, 표시 영역(DA)에서 액정 주입구(307)를 통해 배향 물질을 주입하여 화소 전극(191) 및 공통 전극(270) 위에 배향막(11, 21)을 형성한다. 구체적으로, 액정 주입구(307)를 통해 고형분과 용매를 포함하는 배향 물질을 주입한 후에 베이크 공정을 수행한다.
그 다음, 트렌치(307FP)를 따라 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질을 잉크젯 방법 등을 사용하여 드라핑(dropping)할 수 있다. 트렌치(307FP)를 따라 드라핑(dropping)된 액정 물질은 모관력(capillary force)과 같은 힘에 의해 액정 주입구(307)를 통해 미세 공간(305)에 주입될 수 있다. 액정 물질은 버퍼 공간(315)을 시작점으로 하여 드라핑(dropping)을 시작할 수 있다.
이후, 상부 절연층(370) 위에 액정 주입구(307), 트렌치(307FP) 및 버퍼 공간(315)을 덮도록 캐핑층(390)을 형성하면 도 3 내지 도 9와 같은 액정 표시 장치를 형성할 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.
300 희생층 305 미세 공간(microcavity)
307 액정 주입구 307 트렌치
315 버퍼 공간 330 에어홀
350 하부 절연층 360 루프층
370 상부 절연층 390 캐핑층

Claims (20)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극 그리고
    상기 화소 전극과 마주보는 루프층을 포함하고,
    상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 물질을 포함하고,
    상기 복수의 미세 공간 사이에 트렌치가 형성되며, 상기 트렌치의 단부에 위치하는 버퍼 공간을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 트렌치는 제1 폭을 갖고, 상기 버퍼 공간은 제2 폭을 가지며, 상기 제2 폭은 상기 제1 폭보다 넓은 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 버퍼 공간은 상기 루프층으로 덮여 있는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 버퍼 공간에는 잔류 액정 물질이 위치하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 버퍼 공간 위에 위치하는 상기 루프층에 에어홀(air hole)이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 루프층 위에 위치하는 캐핑층을 더 포함하고, 상기 캐핑층은 상기 트렌치 및 상기 에어홀을 덮는 액정 표시 장치.
  7. 제4항에서,
    상기 버퍼 공간은 표시 영역의 가장자리 한 변을 따라 복수개 형성되어 있고, 상기 복수개 형성된 버퍼 공간은 서로 이격되어 위치하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 이격된 버퍼 공간 사이를 상기 루프층이 덮고 있는 액정 표시 장치.
  9. 제3항에서,
    상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극 및 하부 절연층을 더 포함하고,
    상기 하부 절연층은 상기 공통 전극 위에 위치하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 박막 트랜지스터는 데이터선과 연결되고, 상기 미세 공간 사이에 상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 격벽 형성부가 위치하는 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 루프층을 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 복수의 미세 공간(Microcavity)과 버퍼 공간을 형성하는 단계,
    상기 미세 공간에 배향 물질을 주입하는 단계 그리고
    상기 복수의 미세 공간에 액정 물질을 주입하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 미세 공간 사이에 트렌치가 형성되며, 상기 버퍼 공간은 상기 트렌치의 단부에 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 트렌치의 제1 폭 보다 상기 버퍼 공간의 제2 폭이 더 넓도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 희생층 위에 상기 루프층을 형성하는 단계에서 상기 루프층이 상기 버퍼 공간을 덮도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 액정 물질을 주입하는 단계는 상기 액정 물질을 상기 트렌치를 따라 드라핑(dropping)하는 단계를 포함하고,
    상기 버퍼 공간에서부터 상기 액정 물질을 드라핑하기 시작하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 액정 물질을 상기 미세 공간에 주입하고 남은 잔류 액정 물질을 상기 버퍼 공간에 저장하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제13항에서,
    상기 루프층을 형성하는 단계는 상기 버퍼 공간의 일부에 대응하는 상기 루프층 부분에 에어홀을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 루프층 위에 위치하는 캐핑층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 캐핑층은 상기 트렌치 및 상기 에어홀을 덮도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 버퍼 공간은 표시 영역의 가장자리 한 변을 따라 복수개 형성하고, 상기 복수개 형성된 버퍼 공간이 서로 이격되도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 이격된 버퍼 공간 사이를 상기 루프층이 덮도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극 및 하부 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 하부 절연층은 상기 공통 전극 위에 위치하도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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