KR20150058661A - 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 트랜지스터 위에 위치하는 제1 보호층, 상기 제1 보호층 위에 위치하는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 위치하고, 상기 박막 트랜지스터를 덮는 차광층, 상기 차광층 위에 위치하는 제2 보호층 그리고 상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 주입구를 갖는 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하고, 상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층은 서로 다른 식각률을 갖는다.

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, 픽셀에 복수의 미세 공간(micro cavity)을 형성하고, 여기에 액정을 채워 디스플레이를 구현하는 기술이 개발되고 있다. 종래의 액정 표시 장치에서는 두 장의 기판이 사용되었으나, 이 기술은 하나의 기판 위에 구성 요소들을 형성함으로써 장치의 무게, 두께 등을 줄일 수 있다.
복수의 미세 공간을 형성하는 디스플레이를 형성하는 과정에서 박막 트랜지스터의 리페어(Repair)를 위해 박막 트랜지스터 형성 영역에서 차광 부재를 오픈시킬 수 있다. 이 때, 차광 부재가 오픈된 박막 트랜지스터 형성 영역에서 발생할 수 있는 빛샘 등을 방지하기 위해 화소 전극 형성 이후에 추가적인 차광층을 형성할 수 있다.
하지만, 미세 공간을 형성하기 위한 스트립(stripping)과 같은 후속 공정에서 앞서 언급한 추가적인 차광층은 손상을 받을 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 후속 공정에 의해 손상을 받지 않는 차광층을 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수의 미세 공간을 형성하는 액정 표시 장치에서 차광층을 캐핑하기 위한 보호층 식각시 발생하는 언더컷을 방지하는 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 제1 보호층, 상기 제1 보호층 위에 위치하는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 위치하고, 상기 박막 트랜지스터를 덮는 차광층, 상기 차광층 위에 위치하는 제2 보호층 그리고 상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 주입구를 갖는 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하고, 상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층은 서로 다른 식각률을 갖는다.
상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 보호층은 상기 제1 보호층에 대비하여 식각 선택비(Etch Selectivity)가 클 수 있다.
상기 제1 보호층은 규소 산화물(SiOx)을 포함하고, 상기 제2 보호층은 규소 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극 사이에 위치하는 층간 절연막을 더 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터는 상기 층간 절연막과 상기 제1 보호층을 관통하여 형성된 접촉 구멍에 의해 연결될 수 있다.
상기 제2 보호층은 상기 차광층보다 큰 폭을 가지면서 상기 차광층을 덮을 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 차광 부재를 더 포함하고, 상기 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터를 오픈하는 오픈부를 가질 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 색필터를 더 포함할 수 있다.
상기 루프층 위에 위치하고, 상기 주입구를 덮는 캐핑층을 더 포함할 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 제1 보호층을 형성하는 단계, 상기 제1 보호층 위에 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 상기 박막 트랜지스터를 덮도록 차광층을 형성하는 단계, 상기 차광층 위에 제2 보호층을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 루프층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 주입구가 형성된 복수의 미세 공간(Microcavity)을 형성하는 단계 그리고 상기 미세 공간에 액정 물질을 주입하는 단계를 포함하고, 상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층은 서로 다른 식각률을 갖는 물질로 형성한다.
상기 제2 보호층을 형성하는 단계는 상기 차광층을 덮도록 상기 화소 전극 위에 보호 물질층을 형성하는 단계 그리고 상기 보호 물질층을 패터닝하여 상기 차광층보다 폭이 넓은 상기 제2 보호층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 보호층은 상기 제1 보호층에 대비하여 식각 선택비(Etch Selectivity)가 크도록 형성할 수 있다.
상기 제1 보호층은 규소 산화물(SiOx)로 형성하고, 상기 제2 보호층은 규소 질화물(SiNx)로 형성할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극 사이에 층간 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터를 상기 층간 절연막과 상기 제1 보호층을 관통하여 형성된 접촉 구멍에 의해 연결할 수 있다.
상기 제2 보호층은 상기 차광층보다 큰 폭을 가지면서 상기 차광층을 덮도록 형성할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 차광 부재를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 차광 부재가 상기 박막 트랜지스터를 오픈하는 오픈부를 갖도록 형성할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 색필터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 루프층 위에 상기 주입구를 덮도록 캐핑층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 화소 전극 이후에 형성된 차광층을 보호층이 덮고 있어 미세 공간을 형성하기 위한 스트립 공정에서 차광층이 손상되지 않는다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 미세 공간을 형성하는 액정 표시 장치에서 화소 전극을 사이에 두고 위치하는 유기막을 캐핑하기 위한 보호층과 차광층을 캐핑하기 위한 보호층의 식각 선택비를 이용하여 차광층에 대한 보호층 식각시에 화소 전극의 언더컷이 발생하는 것을 방지할 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 1의 절단선 III-III를 따라 자른 단면도이다.
도 4 내지 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 21은 규소 산화물(SiOx)과 규소 질화물(SiNx)의 식각률(etch rate)과 식각 선택비(Etch Selectivity)를 나타내는 그래프이다.
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-III를 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 규소 질화물(SiNx)과 규소 산화물(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. 본 실시예에서 가로 차광 부재(220a)는 제조 공정 중에 박막 트랜지스터(Q)를 리페어(Repair)하기 위해 박막 트랜지스터(Q)에 대응하는 부분에서 오픈되어 있다. 다시 말해, 가로 차광 부재(220a)의 오픈부(OPN)는 박막 트랜지스터(Q)가 형성된 부분에 대응하는 영역을 포함하여 형성될 수 있다.
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(220a, 220b)의 위에는 이를 덮는 제2 층간 절연막(180b)이 형성되어 있다. 제2 층간 절연막(180b)은 규소 질화물(SiNx)과 규소 산화물(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다. 도 2의 단면도에서 도시된 바와 달리 색필터(230)와 차광 부재(220a, 220b)의 두께 차이로 인하여 단차가 발생된 경우에는 유기 절연물을 포함하도록 제2 층간 절연막(180b)을 형성하여 단차를 줄이거나 제거할 수 있다.
제2 층간 절연막(180b) 위에 제1 보호층(180c)이 위치한다. 제1 보호층(180c)은 제2 층간 절연막(180b)을 보호하기 위한 무기 물질로 형성될 수 있다. 제1 보호층(180c)은 규소 산화물(SiOx)로 형성할 수 있다.
층간 절연막(180a, 180b) 및 제1 보호층(180c)에는 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다.
제1 보호층(180c) 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 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 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.
본 실시예에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 세로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 주입구 형성 영역(307FP)이 형성되어 있다. 주입구 형성 영역(307FP) 내에서 박막 트랜지스터(Q) 및 접촉 구멍(185)을 덮는 차광층(220c)이 위치한다. 차광층(220c)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. 차광층(220c)은 유기 물질일 수 있다. 차광층(220c)은 차광 부재(220a, 220b)와 동일한 물질로 형성할 수 있다.
차광층(220c) 위에 제2 보호층(183)이 위치한다. 제2 보호층(183)은 제1 보호층(180c)과 다른 식각률을 갖는 물질을 포함한다. 제2 보호층(183)은 규소 질화물(SiNx)을 포함한다.
본 실시예에서 제2 보호층(183)은 상기 제1 보호층(180c)에 대비하여 식각 선택비(Etch Selectivity)가 크다. 다시 말해, 본 발명의 일실시예로 도 2에서 도시한 제2 보호층(183)을 형성하기 위한 패터닝 과정에서 사용하는 식각액에 대하여 제2 보호층(183)이 제1 보호층(180c) 대비하여 식각 선택비가 매우 높기 때문에 제1 보호층(180c)의 식각을 최소화하면서 식각하고 싶은 제2 보호층(183)을 선택적으로 식각할 수 있다. 따라서, 제2 보호층(183)을 형성하는 공정 중에 화소 전극(191) 아래에서 제1 보호층(180c)이 식각되어 언더컷이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하 도 21을 참고하여, 제1 보호층(180c)과 제2 보호층(183)의 식각 선택비에 대해 설명하기로 한다.
도 21은 규소 산화물(SiOx)과 규소 질화물(SiNx)의 식각률(etch rate)과 식각 선택비(Etch Selectivity)를 나타내는 그래프이다.
도 21을 참고하면, 규소 산화물(SiOx) 대비하여 규소 질화물(SiNx)의 식각률이 크고, 규소 질화물(SiNx) 대비하여 규소 산화물(SiOx)의 식각 선택비(Etch Selectivity)는 0.25이하이다. 도 21의 그래프에서 가로축은 공정 압력(단위 : mTorr)을 나타내고, 식각 가스는 SF6/O2를 사용하였다. 이처럼, 규소 산화물(SiOx)과 규소 질화물(SiNx)의 식각률의 차이가 커서 식각 대상 물질을 선택적으로 제거할 수 있다. 규소 산화물(SiOx)과 규소 질화물(SiNx)은 제1 보호층(180c)과 제2 보호층(183) 물질에 대한 하나의 예시이고, 식각률이 서로 다른 물질들의 조합으로 변형 가능하다.
다시 도 2를 참고하면, 제2 보호층(183)은 차광층(220c)보다 넓은 폭을 가지면서 차광층(220c)을 완전히 가리도록 덮는 것이 바람직하다. 제2 보호층(183)은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 과정에서 차광층(220c)이 손상되는 것을 방지할 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 복수의 미세 공간(305)이 형성되어 있다. 미세 공간(305)에는 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질이 주입되어 있고, 미세 공간(305)은 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 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 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 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(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 캐핑층(390)이 위치한다. 캐핑층(390)은 상부 절연층(370)의 상부면 및 측면과 접촉하며, 캐핑층(390)은 주입구 형성 영역(307FP)에 의해 노출된 미세 공간(305)의 주입구(307)를 덮는다. 캐핑층(390)은 열경화성 수지, 실리콘 옥시카바이드(SiOC) 또는 그라핀(Graphene)으로 형성될 수 있다.
캐핑층(390)이 그라핀으로 형성되는 경우에 그라핀(Graphene)은 헬륨 등을 포함하는 가스에 대한 내투과성이 강한 특성을 갖기 때문에 주입구(307)를 막는 캐핑층 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.
캐핑층(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.
캐핑층(390)은 주입구(307)뿐만 아니라 차광층(183)을 덮고, 미세 공간(305)과 차광층(183) 사이의 주입구 형성 영역(307FP)을 채울 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. 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.
기판(110)의 하부 및 캐핑층(390)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 20을 참고하여 앞에서 설명한 액정 표시 장치를 제조하는 일실시예에 대해 설명하기로 한다. 하기에 설명하는 실시예는 제조 방법의 일실시예로 다른 형태로 변형 실시 가능하다.
도 4 내지 도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 도 4, 5, 6, 7, 8, 9 10, 12, 14, 16, 18, 20은 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도를 순서대로 나타낸 것이다. 도 11, 13, 15, 19, 20은 도 1의 절단선 III-III를 따라 자른 단면도이다.
도 4를 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)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 포함하도록 형성한다.
이 때, 가로 차광 부재(220a)는 제조 과정에서 박막 트랜지스터(Q) 리페어(Repair)을 위해 박막 트랜지스터(Q)를 오픈하도록 형성한다.
색필터(230) 및 차광 부재(220a, 220b)의 위에 이를 덮는 제2 층간 절연막(180b) 및 제1 보호층(180c)을 형성하고, 제2 층간 절연막(180b) 및 제1 보호층(180c)은 화소 전극(191)과 드레인 전극(175)을 전기적, 물리적으로 연결하는 접촉 구멍(185)을 갖도록 형성한다.
도 5를 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 6을 참고하면, 화소 전극(191) 및 제1 보호층(180c) 위에 차광층(220c)을 형성한다. 차광층(220c)은 박막 트랜지스터(Q)와 접촉 구멍(185)을 덮도록 형성한다. 박막 트랜지스터(Q)의 불량이 발생된 경우에 차광층(220c)을 형성하는 단계 이전에 박막 트랜지스터(Q) 리페어(Repair) 공정이 진행될 수 있다.
도 7을 참고하면, 차광층(220c), 화소 전극(191) 및 제1 보호층(180c) 위에 보호 물질층(183p)을 형성한다. 보호 물질층(183p)은 규소 질화무(SiNx)과 같은 무기 물질로 형성할 수 있다.
도 8을 참고하면, 보호 물질층(183p) 위에 감광막 패턴(PR)을 형성한다. 감광막 패턴(PR)은 기판(110) 위에 박막 트랜지스터(Q) 및 접촉 구멍(185)을 덮도록 형성할 수 있고, 포지티브 포토 레지스트로 형성할 수 있다.
도 9를 참고하면, 감광막 패턴(PR)을 마스크로 하여 보호 물질층(183p)을 패터닝한다. 이 때, 박막 트랜지스터(Q) 및 접촉 구멍(185)을 덮는 제2 보호층(183)이 형성된다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 남아 있는 감광막 패턴(PR)을 스트립 공정을 통해 제거하고, 화소 전극(191) 및 제2 보호층(183) 위에 희생층(300)을 형성한다. 희생층(300)은 유기 물질로 형성할 수 있다. 희생층(300)에는 도 11에 도시한 바와 같이 데이터선(171)과 평행한 방향을 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 12 및 도 13을 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 세로 차광 부재(220b)에 대응하는 부분에 위치하는 오픈부(OPN)를 채우면서 격벽 형성부(PWP)를 형성한다.
도 14 및 도 15를 참고하면, 루프층(360) 및 노출된 하부 절연층(350) 위를 덮도록 상부 절연층(370)을 형성한다.
도 16을 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 제거하여 주입구 형성 영역(307FP)을 형성한다. 이 때, 희생층(300)이 노출된다.
도 16에서 루프층(360)의 측면을 덮고 있던 상부 절연층(370)이 제거되어 루프층(360)의 측면이 외부로 노출되도록 형성하였으나, 이에 한정되지 않고, 상부 절연층(370)이 루프층(360)의 측면을 덮는 구조를 갖도록 형성할 수도 있다.
도 17 및 도 18을 참고하면, 주입구 형성 영역(307FP)을 통해 노출된 희생층(300)을 산소(O2) 애싱(Ashing) 처리 또는 습식 식각법 등으로 제거한다. 이 때, 주입구(307)를 갖는 복수의 미세 공간(305)이 형성된다. 미세 공간(305)은 희생층(300)이 제거되어 빈 공간 상태이다. 주입구(307)는 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다. 희생층(300)이 차광층(220c)과 유사하거나 동일한 유기 물질로 형성되는 경우에 희생층(300)을 제거하는 과정에서 차광층(220c)이 손상을 받을 수 있다. 따라서, 차광층(220c)이 본래 역할인 박막 트랜지스터(Q) 및 접촉 구멍(185)을 가리지 못하게 되어 액정 표시 장치의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 차광층(220c)이 제2 보호층(183)으로 둘러싸여 있는 구조이기 때문에 희생층(300) 제거 과정에서 차광층(220c)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참고하면, 주입구(307)를 통해 고형분과 용매를 포함하는 배향 물질을 주입한 후에 베이크 공정을 수행하여 화소 전극(191) 및 공통 전극(270) 위에 배향막(11, 21)을 형성한다.
그 다음, 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 주입구 형성 영역(307FP)을 채우면서 주입구(307)를 덮도록 캐핑층(390)을 형성하면 도 2 및 도 3과 같은 구조를 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
310 액정 분자 305 미세 공간(microcavity)
307 주입구 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 제1 보호층,
    상기 제1 보호층 위에 위치하는 화소 전극,
    상기 화소 전극 위에 위치하고, 상기 박막 트랜지스터를 덮는 차광층,
    상기 차광층 위에 위치하는 제2 보호층 그리고
    상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 포함하고,
    상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 주입구를 갖는 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성하고,
    상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층은 서로 다른 식각률을 갖는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층은 서로 다른 물질을 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 보호층은 상기 제1 보호층에 대비하여 식각 선택비(Etch Selectivity)가 큰 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 보호층은 규소 산화물(SiOx)을 포함하고, 상기 제2 보호층은 규소 질화물(SiNx)을 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극 사이에 위치하는 층간 절연막을 더 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터는 상기 층간 절연막과 상기 제1 보호층을 관통하여 형성된 접촉 구멍에 의해 연결되는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 보호층은 상기 차광층보다 큰 폭을 가지면서 상기 차광층을 덮고 있는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 차광 부재를 더 포함하고, 상기 차광 부재는 상기 박막 트랜지스터를 오픈하는 오픈부를 갖는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 루프층 위에 위치하고, 상기 주입구를 덮는 캐핑층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 제1 보호층을 형성하는 단계,
    상기 제1 보호층 위에 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 상기 박막 트랜지스터를 덮도록 차광층을 형성하는 단계,
    상기 차광층 위에 제2 보호층을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 루프층을 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 주입구가 형성된 복수의 미세 공간(Microcavity)을 형성하는 단계 그리고
    상기 미세 공간에 액정 물질을 주입하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층은 서로 다른 식각률을 갖는 물질로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 보호층을 형성하는 단계는
    상기 차광층을 덮도록 상기 화소 전극 위에 보호 물질층을 형성하는 단계 그리고
    상기 보호 물질층을 패터닝하여 상기 차광층보다 폭이 넓은 상기 제2 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 제2 보호층은 상기 제1 보호층에 대비하여 식각 선택비(Etch Selectivity)가 크도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 보호층은 규소 산화물(SiOx)로 형성하고, 상기 제2 보호층은 규소 질화물(SiNx)로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극 사이에 층간 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터를 상기 층간 절연막과 상기 제1 보호층을 관통하여 형성된 접촉 구멍에 의해 연결하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 제2 보호층은 상기 차광층보다 큰 폭을 가지면서 상기 차광층을 덮도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 차광 부재를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 차광 부재가 상기 박막 트랜지스터를 오픈하는 오픈부를 갖도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 상기 층간 절연막 사이에 색필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제11항에서,
    상기 루프층 위에 상기 주입구를 덮도록 캐핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제11항에서,
    상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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