KR20150069879A - 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시에에 따른 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 제1 절연층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 위에 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 공통 전극을 형성하는 단계, 상기 공통 전극 위에 제2 절연층을 형성하는 단계, 상기 제2 절연층 위에 유기 물질을 도포하여 지붕층을 적층하는 단계, 상기 지붕층을 패터닝하여 액정 주입구를 형성하고 지붕층을 평탄화 하는 단계, 상기 희생층을 노출시키는 단계, 상기 희생층을 제거하여 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 미세 공간을 형성하는 단계, 상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계, 및 상기 지붕층 위에 덮개막을 형성하여 상기 미세 공간을 밀봉하는 단계를 포함한다. 본 발명의 제조 방법은 지붕층 도포 후 영역에 따라 투과도가 상이한 마스크를 이용하여 지붕층을 노광 및 식각함으로써, 하부 단차에 의해 평탄하게 형성되지 않은 지붕층을 평탄화할 수 있다.

Description

표시 장치 및 그 제조 방법{DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 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 이루어지며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치를 구성하는 두 장의 표시판은 박막 트랜지스터 표시판과 대향 표시판으로 이루어질 수 있다. 박막 트랜지스터 표시판에는 게이트 신호를 전송하는 게이트선과 데이터 신호를 전송하는 데이터선이 서로 교차하여 형성되고, 게이트선 및 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극 등이 형성될 수 있다. 대향 표시판에는 차광부재, 색필터, 공통 전극 등이 형성될 수 있다. 경우에 따라 차광 부재, 색필터, 공통 전극이 박막 트랜지스터 표시판에 형성될 수도 있다.
그러나, 종래의 액정 표시 장치에서는 두 장의 기판이 필수적으로 사용되고, 두 장의 기판 위에 각각의 구성 요소들을 형성함으로써, 표시 장치가 무겁고, 두꺼우며, 비용이 많이 들고, 공정 시간이 오래 걸리는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 하나의 기판을 이용하여 표시 장치를 제조함으로써, 무게, 두께, 비용 및 공정 시간을 줄일 수 있는 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 제조 공정에서 하부 단차에 의해 지붕층이 평탄하게 형성되지 않던 문제를 해결한 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 제조방법은 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 제1 절연층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 위에 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 공통 전극을 형성하는 단계, 상기 공통 전극 위에 제2 절연층을 형성하는 단계, 상기 제2 절연층 위에 유기 물질을 도포하여 지붕층을 적층하는 단계, 상기 지붕층을 패터닝하여 액정 주입구를 형성하고 지붕층을 평탄화 하는 단계, 상기 희생층을 노출시키는 단계, 상기 희생층을 제거하여 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 미세 공간을 형성하는 단계, 상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계, 및 상기 지붕층 위에 덮개막을 형성하여 상기 미세 공간을 밀봉하는 단계를 포함한다.
상기 희생층을 제거하여 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 미세 공간을 형성하는 단계, 및 상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계 사이에, 상기 미세 공간 내부로 배향 물질을 주입하고 경화하여, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 위에 배향막을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 지붕층을 패터닝하여 액정 주입구를 형성하고 지붕층을 평탄화 하는 단계는, 상기 액정 주입구를 먼저 형성한 후, 상기 지붕층을 평탄화 하거나, 또는 먼저 상기 지붕층을 평탄화 한 후, 상기 액정 주입구를 형성하거나, 또는 상기 지붕층 평탄화 및 상기 액정 주입구 형성이 동시에 수행될 수 있다.
상기 액정 주입구는 복수의 화소 행을 따라서 게이트선과 평행하게 형성될 수 있다.
상기 희생층은 복수의 화소 열을 따라 연결되도록 형성되며, 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부에서는 형성되지 않을 수 있다.
상기 지붕층을 평탄화 하는 단계는 상기 지붕층 위에 마스크를 위치시키는 단계, 상기 지붕층을 노광하는 단계, 및 상기 지붕층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 지붕층의 평탄화는 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층 및 화소 영역 위에 위치한 지붕층에서 이루어지며, 상기 액정 주입구가 형성된 영역에서는 수행되지 않을 수 있다.
상기 마스크는 하프톤 마스크 또는 슬릿일 수 있다.
상기 도포된 유기물질은 포지티브 감광 물질일 수 있다.
상기 마스크는 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부에서는 투과율이 낮으며, 화소 영역에서는 투과율이 높을 수 있다.
상기 지붕층을 식각하는 단계에서, 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부의 지붕층은, 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층에 비하여 적게 식각될 수 있다.
상기 지붕층을 식각하는 단계 후 상기 지붕층의 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 0.2 um 이하일 수 있다.
상기 지붕층을 식각하는 단계 후, 상기 지붕층의 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 존재하지 않아 평평할 수 있다.
상기 도포된 유기 물질은 네거티브 감광 물질일 수 있다.
상기 마스크는 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부에서는 투과율이 높으며, 화소 영역에서는 투과율이 낮을 수 있다.
상기 지붕층을 식각하는 단계에서 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부의 지붕층은, 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층에 비하여 적게 식각될 수 있다.
상기 지붕층 식각하는 단계 후, 상기 지붕층의 단차가 0.2 um 이하일 수 있다.
상기 지붕층을 식각하는 단계 후, 상기 지붕층의 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 존재하지 않아 평평할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소 행과 복수의 화소 열을 포함하는 매트릭스 형태로 배치되어 있는 복수의 화소 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 상기 화소 영역에 형성되어 있는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 상기 화소 전극과 미세 공간을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있는 공통 전극, 상기 공통 전극 위에 형성되어 있는 지붕층, 상기 미세 공간의 일부를 노출시키도록 상기 공통 전극 및 상기 지붕층에 형성되어 있는 액정 주입구, 상기 미세 공간을 채우고 있는 액정층, 및 상기 액정 주입구를 덮도록 상기 지붕층 위에 형성되어 상기 미세 공간을 밀봉하는 덮개막을 포함하고, 상기 지붕층은 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 0.2 um 이하일 수 있다.
상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 존재하지 않아 평평할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치 및 그 제조 방법은 하나의 기판을 이용하여 표시 장치를 제조함으로써, 무게, 두께, 비용 및 공정 시간을 줄일 수 있다.
또한, 지붕층 도포 후 영역에 따라 투과도가 상이한 마스크를 이용하여 지붕층을 노광 및 식각함으로써, 하부 단차에 의해 평탄하게 형성되지 않은 지붕층을 평탄화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 한 화소를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 1의 III-III선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 13은 실제 표시 장치에 지붕층을 도포한 다음, 그 높이를 측정하여 pinning 현상을 확인한 그래프이다.
도 14는 표시 장치의 지붕층이 포지티즈 감광 물질인 경우의 평탄화 공정을 도시한 것이다.
도 15는 표시 장치의 지붕층이 네거티브 감광 물질인 경우의 평탄화 공정을 도시한 것이다.
도 16 내지 도 22는 지붕층 평탄화 이후의 공정을 도시한 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 나타낸 평면도이고, 편의상 도 1에는 일부 구성 요소만 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치는 유리 또는 플라스틱 등과 같은 재료로 만들어진 기판(110), 기판(110) 위에 형성되어 있는 지붕층(360)을 포함한다.
기판(110)은 복수의 화소 영역(PX)을 포함한다. 복수의 화소 영역(PX)은 복수의 화소 행과 복수의 화소 열을 포함하는 매트릭스 형태로 배치되어 있다. 각 화소 영역(PX)은 제1 부화소 영역(PXa) 및 제2 부화소 영역(PXb)를 포함할 수 있다. 제1 부화소 영역(PXa) 및 제2 부화소 영역(PXb)은 상하로 배치될 수 있다.
제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb) 사이에는 화소 행 방향을 따라서 제1 골짜기(V1)가 위치하고 있고, 복수의 화소 열 사이에는 제2 골짜기(V2)가 위치하고 있다.
지붕층(360)은 화소 행 방향으로 형성되어 있다. 이때, 제1 골짜기(V1)에서는 지붕층(360)이 제거되어 지붕층(360) 아래에 위치하는 구성 요소가 외부로 노출될 수 있도록 주입구(307)가 형성되어 있다.
각 지붕층(360)은 인접한 제2 골짜기(V2) 사이에서 기판(110)으로부터 떨어져 형성됨으로써, 미세 공간(305)이 형성된다. 또한, 각 지붕층(360)은 제2 골짜기(V2)에서는 기판(110)에 부착되도록 형성됨으로써, 미세 공간(305)의 양 측면을 덮도록 한다.
상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 구조는 예시에 불과하며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 화소 영역(PX), 제1 골짜기(V1), 및 제2 골짜기(V2)의 배치 형태의 변경이 가능하고, 복수의 지붕층(360)은 제1 골짜기(V1)에서 서로 연결될 수도 있으며, 각 지붕층(360)의 일부는 제2 골짜기(V2)에서 기판(110)으로부터 떨어져 형성됨으로써 인접한 미세 공간(305)이 서로 연결될 수도 있다.
이어, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 한 화소에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 한 화소를 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 1의 III-III선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 1의 IV-IV선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121), 복수의 감압 게이트선(123) 및 복수의 유지 전극선(131)을 포함하는 복수의 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121) 및 감압 게이트선(123)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 게이트 도전체는 게이트선(121)으로부터 위아래로 돌출한 제1 게이트 전극(124h) 및 제2 게이트 전극(124l)을 더 포함하고, 감압 게이트선(123)으로부터 위로 돌출한 제3 게이트 전극(124c)을 더 포함한다. 제1 게이트 전극(124h) 및 제2 게이트 전극(124l)은 서로 연결되어 하나의 돌출부를 이룬다. 이때, 제1, 제2, 및 제3 게이트 전극(124h, 124l, 124c)의 돌출 형태는 변경이 가능하다.
유지 전극선(131)도 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 위 아래로 돌출한 유지 전극(129), 게이트선(121)과 실질적으로 수직하게 아래로 뻗은 한 쌍의 세로부(134) 및 한 쌍의 세로부(134)의 끝을 서로 연결하는 가로부(127)를 포함한다. 가로부(127)는 아래로 확장된 용량 전극(137)을 포함한다.
게이트 도전체(121, 123, 124h, 124l, 124c, 131) 위에는 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 절연막(140)은 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 제1 반도체(154h), 제2 반도체(154l), 및 제3 반도체(154c)가 형성되어 있다. 제1 반도체(154h)는 제1 게이트 전극(124h) 위에 위치할 수 있고, 제2 반도체(154l)는 제2 게이트 전극(124l) 위에 위치할 수 있으며, 제3 반도체(154c)는 제3 게이트 전극(124c) 위에 위치할 수 있다. 제1 반도체(154h)와 제2 반도체(154l)는 서로 연결될 수 있고, 제2 반도체(154l)와 제3 반도체(154c)도 서로 연결될 수 있다. 또한, 제1 반도체(154h)는 데이터선(171)의 아래까지 연장되어 형성될 수도 있다. 제1 내지 제3 반도체(154h, 154l, 154c)는 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 금속 산화물(metal oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제1 내지 제3 반도체(154h, 154l, 154c) 위에는 각각 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(도시하지 않음)가 더 형성될 수 있다. 저항성 접촉 부재는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
제1 내지 제3 반도체(154h, 154l, 154c) 위에는 데이터선(data line)(171), 제1 소스 전극(173h), 제2 소스 전극(173l), 제3 소스 전극(173c), 제1 드레인 전극(175h), 제2 드레인 전극(175l), 및 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 감압 게이트선(123)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 제1 게이트 전극(124h) 및 제2 게이트 전극(124l)을 향하여 뻗으며 서로 연결되어 있는 제1 소스 전극(173h) 및 제2 소스 전극(173l)을 포함한다.
제1 드레인 전극(175h), 제2 드레인 전극(175l) 및 제3 드레인 전극(175c)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 제1 드레인 전극(175h) 및 제2 드레인 전극(175l)의 막대형 끝 부분은 제1 소스 전극(173h) 및 제2 소스 전극(173l)으로 일부 둘러싸여 있다. 제2 드레인 전극(175l)의 넓은 한 쪽 끝 부분은 다시 연장되어 'U'자 형태로 굽은 제3 소스 전극(173c)을 이룬다. 제3 드레인 전극(175c)의 넓은 끝 부분(177c)은 용량 전극(137)과 중첩하여 감압 축전기(Cstd)를 이루며, 막대형 끝 부분은 제3 소스 전극(173c)으로 일부 둘러싸여 있다.
제1 게이트 전극(124h), 제1 소스 전극(173h), 및 제1 드레인 전극(175h)은 제1 반도체(154h)와 함께 제1 박막 트랜지스터(Qh)를 형성하고, 제2 게이트 전극(124l), 제2 소스 전극(173l), 및 제2 드레인 전극(175l)은 제2 반도체(154l)와 함께 제2 박막 트랜지스터(Ql)를 형성하며, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 및 제3 드레인 전극(175c)은 제3 반도체(154c)와 함께 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 형성한다.
제1 반도체(154h), 제2 반도체(154l), 및 제3 반도체(154c)는 서로 연결되어 선형으로 이루어질 수 있으며, 소스 전극(173h, 173l, 173c)과 드레인 전극(175h, 175l, 175c) 사이의 채널 영역을 제외하고는 데이터 도전체(171, 173h, 173l, 173c, 175h, 175l, 175c) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
제1 반도체(154h)에는 제1 소스 전극(173h)과 제1 드레인 전극(175h) 사이에서 제1 소스 전극(173h) 및 제1 드레인 전극(175h)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있고, 제2 반도체(154l)에는 제2 소스 전극(173l)과 제2 드레인 전극(175l) 사이에서 제2 소스 전극(173l) 및 제2 드레인 전극(175l)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있으며, 제3 반도체(154c)에는 제3 소스 전극(173c)과 제3 드레인 전극(175c) 사이에서 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터 도전체(171, 173h, 173l, 173c, 175h, 175l, 175c) 및 각 소스 전극(173h/173l/173c)과 각 드레인 전극(175h/175l/175c) 사이로 노출되어 있는 반도체(154h, 154l, 154c) 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다.
보호막(180) 위에는 각 화소 영역(PX) 내에 색필터(230)가 형성되어 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다. 색필터(230)는 적색, 녹색, 및 청색의 삼원색에 한정되지 아니하고, 청록색(cyan), 자홍색(magenta), 옐로(yellow), 화이트 계열의 색 등을 표시할 수도 있다. 도시된 바와 달리 색필터(230)는 이웃하는 데이터선(171) 사이를 따라서 열 방향으로 길게 뻗을 수도 있다.
이웃하는 색필터(230) 사이의 영역에는 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 영역(PX)의 경계부와 박막 트랜지스터 위에 형성되어 빛샘을 방지할 수 있다. 색필터(230)는 각 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb)에 형성되고, 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb) 사이에는 차광 부재(220)가 형성될 수 있다.
차광 부재(220)는 게이트선(121) 및 감압 게이트선(123)을 따라 뻗어 위아래로 확장되어 있으며 제1 박막 트랜지스터(Qh), 제2 박막 트랜지스터(Ql) 및 제3 박막 트랜지스터(Qc) 등이 위치하는 영역을 덮는 가로 차광 부재(220a)와 데이터선(171)을 따라 뻗어 있는 세로 차광 부재(220b)를 포함한다. 즉, 가로 차광 부재(220a)는 제1 골짜기(V1)에 형성되고, 세로 차광 부재(220b)는 제2 골짜기(V2)에 형성될 수 있다. 색필터(230)와 차광 부재(220)는 일부 영역에서 서로 중첩될 수도 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 제1 절연층(240)이 더 형성될 수 있다. 제1 절연층(240)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 제1 절연층(240)은 유기 물질로 이루어진 색필터(230) 및 차광 부재(220)를 보호하는 역할을 하며, 필요에 따라 생략될 수도 있다.
제1 절연층(240), 차광 부재(220), 보호막(180)에는 제1 드레인 전극(175h)의 넓은 끝 부분과 제2 드레인 전극(175l)의 넓은 끝 부분을 각각 드러내는 복수의 제1 접촉 구멍(185h) 및 복수의 제2 접촉 구멍(185l)이 형성되어 있다.
제1 절연층(240) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다.
화소 전극(191)은 게이트선(121) 및 감압 게이트선(123)을 사이에 두고 서로 분리되어, 게이트선(121) 및 감압 게이트선(123)을 중심으로 화소 영역(PX)의 위와 아래에 배치되어 열 방향으로 이웃하는 제1 부화소 전극(191h)과 제2 부화소 전극(191l)을 포함한다. 즉, 제1 부화소 전극(191h)과 제2 부화소 전극(191l)은 제1 골짜기(V1)를 사이에 두고 분리되어 있으며, 제1 부화소 전극(191h)은 제1 부화소 영역(PXa)에 위치하고, 제2 부화소 전극(191l)은 제2 부화소 영역(PXb)에 위치한다.
제1 부화소 전극(191h) 및 제2 부화소 전극(191l)은 제1 접촉 구멍(185h) 및 제2 접촉 구멍(185l)을 통하여 각기 제1 드레인 전극(175h) 및 제2 드레인 전극(175l)과 연결되어 있다. 따라서, 제1 박막 트랜지스터(Qh) 및 제2 박막 트랜지스터(Ql)가 온 상태일 때 제1 드레인 전극(175h) 및 제2 드레인 전극(175l)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
제1 부화소 전극(191h) 및 제2 부화소 전극(191l) 각각의 전체적인 모양은 사각형이며 제1 부화소 전극(191h) 및 제2 부화소 전극(191l) 각각은 가로 줄기부(193h, 193l), 가로 줄기부(193h, 193l)와 교차하는 세로 줄기부(192h, 192l)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한, 제1 부화소 전극(191h) 및 제2 부화소 전극(191l)은 각각 복수의 미세 가지부(194h, 194l), 부화소 전극(191h, 191l)의 가장자리 변에서 아래 또는 위로 돌출된 돌출부(197h, 197l)를 포함한다.
화소 전극(191)은 가로 줄기부(193h, 193l)와 세로 줄기부(192h, 192l)에 의해 4개의 부영역으로 나뉘어진다. 미세 가지부(194h, 194l)는 가로 줄기부(193h, 193l) 및 세로 줄기부(192h, 192l)로부터 비스듬하게 뻗어 있으며 그 뻗는 방향은 게이트선(121) 또는 가로 줄기부(193h, 193l)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룰 수 있다. 또한 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부(194h, 194l)가 뻗어 있는 방향은 서로 직교할 수 있다.
본 실시예에서 제1 부화소 전극(191h)은 외곽을 둘러싸는 외곽 줄기부를 더 포함하고, 제2 부화소 전극(191l)은 상단 및 하단에 위치하는 가로부 및 제1 부화소 전극(191h)의 좌우에 위치하는 좌우 세로부(198)를 더 포함한다. 좌우 세로부(198)는 데이터선(171)과 제1 부화소 전극(191h) 사이의 용량성 결합, 즉 커플링을 방지할 수 있다.
상기에서 설명한 화소 영역의 배치 형태, 박막 트랜지스터의 구조 및 화소 전극의 형상은 하나의 예에 불과하며, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 다양한 변형이 가능하다.
화소 전극(191) 위에는 화소 전극(191)으로부터 일정한 거리를 가지고 이격되도록 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에는 미세 공간(microcavity, 305)이 형성되어 있다. 즉, 미세 공간(305)은 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 의해 둘러싸여 있다. 미세 공간(305)의 폭과 넓이는 표시 장치의 크기 및 해상도에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
공통 전극(270)은 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 공통 전극(270)에는 일정한 전압이 인가될 수 있고, 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 형성될 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 제1 배향막(11)이 형성되어 있다. 제1 배향막(11)은 화소 전극(191)에 의해 덮여있지 않은 제1 절연층(240) 바로 위에도 형성될 수 있다.
제1 배향막(11)과 마주보도록 공통 전극(270) 아래에는 제2 배향막(21)이 형성되어 있다.
제1 배향막(11)과 제2 배향막(21)은 수직 배향막으로 이루어질 수 있고, 폴리 아믹산(Polyamic acid), 폴리 실록산(Polysiloxane), 폴리 이미드(Polyimide) 등의 배향 물질로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 배향막(11, 21)은 화소 영역(PX)의 가장자리에서 서로 연결될 수 있다.
화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 위치한 미세 공간(305) 내에는 액정 분자(310)들로 이루어진 액정층이 형성되어 있다. 액정 분자(310)들은 음의 유전율 이방성을 가지며, 전계가 인가되지 않은 상태에서 기판(110)에 수직한 방향으로 서 있을 수 있다. 즉, 수직 배향이 이루어질 수 있다.
데이터 전압이 인가된 제1 부화소 전극(191h) 및 제2 부화소 전극(191l)은 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 미세 공간(305) 내에 위치한 액정 분자(310)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(310)의 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
공통 전극(270) 위에는 제2 절연층(350)이 더 형성될 수 있다. 제2 절연층(350)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 생략될 수도 있다.
제2 절연층(350) 위에는 지붕층(360)이 형성되어 있다. 지붕층(360)은 유기 물질로 이루어질 수 있다. 지붕층(360)의 아래에는 미세 공간(305)이 형성되어 있고, 지붕층(360)은 경화 공정에 의해 단단해져 미세 공간(305)의 형상을 유지할 수 있다. 즉, 지붕층(360)은 화소 전극(191)과 미세 공간(305)을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있다.
지붕층(360)은 화소 행을 따라 각 화소 영역(PX) 및 제2 골짜기(V2)에 형성되며, 제1 골짜기(V1)에는 형성되지 않는다. 즉, 지붕층(360)은 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb) 사이에는 형성되지 않는다. 각 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb)에서는 각 지붕층(360)의 아래에 미세 공간(305)이 형성되어 있다. 제2 골짜기(V2)에서는 지붕층(360)의 아래에 미세 공간(305)이 형성되지 않으며, 기판(110)에 부착되도록 형성되어 있다. 따라서, 제2 골짜기(V2)에 위치하는 지붕층(360)의 두께가 각 제1 부화소 영역(PXa) 및 제2 부화소 영역(PXb)에 위치하는 지붕층(360)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 미세 공간(305)의 상부면 및 양측면은 지붕층(360)에 의해 덮여 있는 형태로 이루어지게 된다.
이때, 제2 골짜기(V2)에 위치에서의 지붕층을 포함한 전체 표시 장치의 두께와, 각 제1 부화소 영역(PXa) 및 제2 부화소 영역(PXb)에 위치에서의 지붕층을 포함한 전체 표시 장치의 두께가 일치할 수 있다. 즉, 제2 골짜기 위치에서의 지붕층의 두께가 제1 부화소 영역(PXa) 및 제2 부화소 영역(PXb)에 위치하는 지붕층(360)의 두께보다 두꺼우며, 상기 두께 증가량은 미세공간의 두께와 일치할 수 있다. 따라서 지붕층(360) 형성 후, 지붕층의 단면은 굴곡 없이 평평할 수 있다.
제1 부화소 영역(PXa) 및 제2 부화소 영역(PXb)에 위치한 지붕층과, 제2 골짜기(V2)에 위치한 지붕층의 단차는 0.2 um 이하일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 단차는 0.01 um 내지 0.1 um 사이일 수 있다.
이와 같은 평평한 지붕층은, 지붕층 형성후 별도의 선택적 노광공정을 통하여 형성된다. 구체적인 형성방법은 후술한다.
공통 전극(270), 제2 절연층(350), 및 지붕층(360)에는 미세 공간(305)의 일부를 노출시키는 주입구(307)가 형성되어 있다. 주입구(307)는 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb)의 가장자리에 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 즉, 주입구(307)는 제1 부화소 영역(PXa)의 하측 변, 제2 부화소 영역(PXb)의 상측 변에 대응하여 미세 공간(305)의 측면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 주입구(307)에 의해 미세 공간(305)이 노출되어 있으므로, 주입구(307)를 통해 미세 공간(305) 내부로 배향액 또는 액정 물질 등을 주입할 수 있다.
지붕층(360) 위에는 제3 절연층(370)이 더 형성될 수 있다. 제3 절연층(370)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 제3 절연층(370)은 지붕층(360)의 상부면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 제3 절연층(370)은 유기 물질로 이루어진 지붕층(360)을 보호하는 역할을 한다.
상기에서 지붕층(360) 위에 제3 절연층(370)이 형성되어 있는 구조에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 제3 절연층(370)은 생략될 수도 있다.
제3 절연층(370) 위에는 덮개막(390)이 형성될 수 있다. 덮개막(390)은 미세 공간(305)의 일부를 외부로 노출시키는 주입구(307)를 덮도록 형성된다. 즉, 덮개막(390)은 미세 공간(305)의 내부에 형성되어 있는 액정 분자(310)가 외부로 나오지 않도록 미세 공간(305)을 밀봉할 수 있다. 덮개막(390)은 액정 분자(310)과 접촉하게 되므로, 액정 분자(310)과 반응하지 않는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 덮개막(390)은 페릴렌(Parylene) 등으로 이루어질 수 있다.
덮개막(390)은 이중막, 삼중막 등과 같이 다중막으로 이루어질 수도 있다. 이중막은 서로 다른 물질로 이루어진 두 개의 층으로 이루어져 있다. 삼중막은 세 개의 층으로 이루어지고, 서로 인접하는 층의 물질이 서로 다르다. 예를 들면, 덮개막(390)은 유기 절연 물질로 이루어진 층과 무기 절연 물질로 이루어진 층을 포함할 수 있다.
도시는 생략하였으나, 표시 장치의 상하부 면에는 편광판이 더 형성될 수 있다. 편광판은 제1 편광판 및 제2 편광판으로 이루어질 수 있다. 제1 편광판은 기판(110)의 하부 면에 부착되고, 제2 편광판은 덮개막(390) 위에 부착될 수 있다.
다음으로, 도 5 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다. 아울러, 도 1 내지 도 4를 함께 참조하여 설명한다.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 도 5 내지 도 12에 도시된 단면은 도 4와 동일한 위치에서의 단면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 기판(110) 위에 일방향으로 뻗어있는 게이트선(121)과 감압 게이트선(123)을 형성하고, 게이트선(121)으로부터 돌출되는 제1 게이트 전극(124h), 제2 게이트 전극(124l), 및 제3 게이트 전극(124c)을 형성한다.
또한, 게이트선(121), 감압 게이트선(123), 및 제1 내지 제3 게이트 전극(124h, 124l, 124c)와 이격되도록 유지 전극선(131)을 함께 형성할 수 있다.
이어, 게이트선(121), 감압 게이트선(123), 제1 내지 제3 게이트 전극(124h, 124l, 124c), 및 유지 전극선(131)을 포함한 기판(110) 위의 전면에 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 무기 절연 물질을 이용하여 게이트 절연막(140)을 형성한다. 게이트 절연막(140)은 단일막 또는 다중막으로 형성할 수 있다.
이어, 게이트 절연막(140) 위에 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 금속 산화물(metal oxide) 등과 같은 반도체 물질을 증착한 후 이를 패터닝하여 제1 반도체(154h), 제2 반도체(154l), 및 제3 반도체(154c)를 형성한다. 제1 반도체(154h)는 제1 게이트 전극(124h) 위에 위치하도록 형성하고, 제2 반도체(154l)는 제2 게이트 전극(124l) 위에 위치하도록 형성하며, 제3 반도체(154c)는 제3 게이트 전극(124c) 위에 위치하도록 형성할 수 있다.
이어, 도 6을 참고하면 금속 물질을 증착한 후 이를 패터닝하여 타방향으로 뻗어있는 데이터선(171)을 형성한다. 금속 물질은 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다.
또한, 데이터선(171)으로부터 제1 게이트 전극(124h) 위로 돌출되는 제1 소스 전극(173h) 및 제1 소스 전극(173h)과 이격되는 제1 드레인 전극(175h)을 함께 형성한다. 또한, 제1 소스 전극(173h)과 연결되어 있는 제2 소스 전극(173l) 및 제2 소스 전극(173l)과 이격되는 제2 드레인 전극(175l)을 함께 형성한다. 또한, 제2 드레인 전극(175l)으로부터 연장되어 있는 제3 소스 전극(173c) 및 제3 소스 전극(173c)과 이격되는 제3 드레인 전극(175c)을 함께 형성한다.
반도체 물질과 금속 물질을 연속으로 증착한 후 이를 동시에 패터닝하여 제1 내지 제3 반도체(154h, 154l, 154c), 데이터선(171), 제1 내지 제3 소스 전극(173h, 173l, 173c), 및 제1 내지 제3 드레인 전극(175h, 175l, 175c)을 형성할 수도 있다. 이때, 제1 반도체(154h)는 데이터선(171)의 아래까지 연장되어 형성된다.
제1/제2/제3 게이트 전극(124h/124l/124c), 제1/제2/제3 소스 전극(173h/173l/173c), 및 제1/제2/제3 드레인 전극(175h/175l/175c)은 제1/제2/제3 반도체(154h/154l/154c)와 함께 각각 제1/제2/제3 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qh/Ql/Qc)를 구성한다.
이어, 데이터선(171), 제1 내지 제3 소스 전극(173h, 173l, 173c), 제1 내지 제3 드레인 전극(175h, 175l, 175c), 및 각 소스 전극(173h/173l/173c)과 각 드레인 전극(175h/175l/175c) 사이로 노출되어 있는 반도체(154h, 154l, 154c) 위에 보호막(180)을 형성한다. 보호막(180)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다.
이어, 도 7을 참고하면 보호막(180) 위의 각 화소 영역(PX) 내에 색필터(230)를 형성한다. 색필터(230)는 각 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb)에 형성하고, 제1 골짜기(V1)에는 형성하지 않을 수 있다. 또한, 복수의 화소 영역(PX)의 열 방향을 따라 동일한 색의 색필터(230)를 형성할 수 있다. 세 가지 색의 색필터(230)를 형성하는 경우 제1 색의 색필터(230)를 먼저 형성한 후 마스크를 쉬프트 시켜 제2 색의 색필터(230)를 형성할 수 있다. 이어, 제2 색의 색필터(230)를 형성한 후 마스크를 쉬프트시켜 제3 색의 색필터를 형성할 수 있다.
이어, 보호막(180) 위의 각 화소 영역(PX)의 경계부 및 박막 트랜지스터 위에 차광 부재(220)를 형성한다. 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb)의 사이에 위치하는 제1 골짜기(V1)에도 차광 부재(220)를 형성할 수 있다.
상기에서 색필터(230)를 형성한 후 차광 부재(220)를 형성하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 차광 부재(220)를 먼저 형성한 후 색필터(230)를 형성할 수도 있다.
이어, 도 8을 참고하면 색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 제1 절연층(240)을 형성한다.
이어, 보호막(180), 차광 부재(220), 및 제1 절연층(240)을 식각하여 제1 드레인 전극(175h)의 일부가 노출되도록 제1 접촉 구멍(185h)을 형성하고, 제2 드레인 전극(175l)의 일부가 노출되도록 제2 접촉 구멍(185l)을 형성한다.
이어, 제1 절연층(240) 위에 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 물질을 증착한 후 패터닝하여 제1 부화소 영역(PXa) 내에 제1 부화소 전극(191h)을 형성하고, 제2 부화소 영역(PXb) 내에 제2 부화소 전극(191l)을 형성한다. 제1 부화소 전극(191h)과 제2 부화소 전극(191l)은 제1 골짜기(V1)를 사이에 두고 분리되어 있다. 제1 부화소 전극(191h)은 제1 접촉 구멍(185h)을 통해 제1 드레인 전극(175h)과 연결되도록 형성하고, 제2 부화소 전극(191l)은 제2 접촉 구멍(185l)을 통해 제2 드레인 전극(175l)과 연결되도록 형성한다.
제1 부화소 전극(191h) 및 제2 부화소 전극(191l) 각각에 가로 줄기부(193h, 193l), 가로 줄기부(193h, 193l)와 교차하는 세로 줄기부(192h, 192l)를 형성한다. 또한, 가로 줄기부(193h, 193l) 및 세로 줄기부(192h, 192l)로부터 비스듬하게 뻗어있는 복수의 미세 가지부(194h, 194l)를 형성한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 화소 전극(191) 위에 감광성 유기 물질을 도포하고, 포토 공정을 통해 희생층(300)을 형성한다. 희생층(300)은 포지티브 감광 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
희생층(300)은 복수의 화소 열을 따라 연결되도록 형성된다. 즉, 희생층(300)은 각 화소 영역(PX)을 덮도록 형성되고, 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb) 사이에 위치한 제1 골짜기(V1)를 덮도록 형성된다. 그러나 포토 공정의 의해 희생층은 제2 골짜기(V2) 위에서는 제거되어 존재하지 않는다.
이어, 도 10에 도시된 바와 같이 희생층(300) 위에 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 물질을 증착하여 공통 전극(270)을 형성한다.
이어, 도 11에 도시된 바와 같이 공통 전극(270) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 제2 절연층(350)을 형성할 수 있다.
이어, 제2 절연층(350) 위에 유기 물질을 도포하고, 패터닝하여 지붕층(360)을 형성한다. 이때, 제1 골짜기(V1)에 위치한 유기 물질이 제거되도록 패터닝할 수 있다. 패터닝된 지붕층 영역은 후에 액정 주입구로 기능하게 된다. 이에 따라 지붕층(360)은 복수의 화소 행을 따라 연결되는 형태로 이루어지게 된다.
이때 제2 골짜기(V2)의 지붕층(360)은, 화소 영역에 비하여 높이가 더 낮게 형성되게 된다. 이는 제2 골짜기(V2)에는 희생층(300)이 존재하지 않으므로 화소 영역과의 단차가 존재하고, 상기 단차에 의해 지붕층(360) 도포시 평탄하게 형성되지 않고 상대적으로 낮게 형성되는 것이다. 이 현상을 Pinning 이라고 한다.
도 13은 실제 표시 장치에 지붕층을 도포한 다음, 그 높이를 측정하여 pinning 현상을 확인한 그래프이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 각 화소 영역의 가로 경계 부분, 즉 제2 골짜기(V2) 영역에서 표시 장치의 높이가 낮아지는 현상이 관측되었다.
따라서, 상기 단차를 제거하고 지붕층(360)을 평탄화 하기 위해 본 발명의 표시 장치의 제조방법은 지붕층 도포 후 지붕층 평탄화 공정을 추가로 포함한다.
지붕층은 포지티브 감광 물질이나 네거티브 감광 물질일 수 있다.
먼저, 지붕층이 포지티브 감광 물질인 경우에 대하여 설명한다. 도 14는 지붕층이 포지티즈 감광 물질인 경우의 평탄화 공정을 도시한 것이다.
도 14a를 참고하면, 지붕층이 포지티브 감광 물질인 경우 지붕층 상부에 하프톤 마스크(Half-tone mask) 또는 슬릿을 위치시킨다.
이때 하프톤 마스크는 제2 골짜기(V2) 영역에서의 투과율은 낮고, 화소 영역에서의 투과율은 높은 하프톤 마스크를 사용한다. 즉, 희생층이 존재하지 않는 영역 상부에서 마스크는 반투과이고, 미세 공간 영역 상부에서의 마스크는 투과성일 수 있다.
마찬가지로, 슬릿을 이용하는 경우 제2 골짜기(V2) 영역에서의 투과율이 낮고, 화소 영역에서의 투과율이 높은 슬릿을 사용한다. 즉, 희생층이 존재하지 않는 영역 상부에서 슬릿이 존재하지 않거나 적은 수로 존재하고, 미세 공간 영역 상부에서 슬릿은 다수로 존재할 수 있다.
도 14와 같이 하프톤 마스크 또는 슬릿을 지붕층 상부에 위치시킨 후, 포토 공정을 통하여 지붕층을 식각한다. 이때 제2 골짜기(V2) 영역은 상대적으로 적게 감광되었으므로 식각이 덜 일어난다. 반면, 화소 영역(Px)은 제2 골짜기 영역에 비하여 더 많이 감광되었으므로 식각이 더 많이 일어난다.
따라서 포토 공정에서 지붕층이 영역별로 상이한 식각이 일어나므로, 포토 공정 후 도 14b에 도시된 바와 같이 지붕층은 평탄해진다. 이때 지붕층은 제2 골짜기(V2) 영역과 화소 영역(Px)의 단차가 전혀 존재하지 않을 수 있다. 또는, 식각 정도에 따라 제2 골짜기(V2) 영역과 화소 영역(Px)의 단차가 일부 존재할 수 있으나, 상기 단차는 0.01 um 내지 0.2 um 사이일 수 있다.
이어서, 지붕층이 네거티브 감광 물질인 경우에 대하여 설명한다. 도 15는 지붕층이 네거티브 감광 물질인 경우의 평탄화 공정을 도시한 것이다.
도 15a를 참고하면, 지붕층이 네거티브 감광 물질인 경우 지붕층 상부에 하프톤 마스크 또는 슬릿을 위치시킨다.
이때 하프톤 마스크는 제2 골짜기(V2) 영역에서의 투과율은 높고, 화소 영역(Px)에서의 투과율은 낮은 하프톤 마스크를 사용한다. 즉, 희생층이 존재하지 않는 영역 상부에서 마스크는 투과이고, 미세 공간 영역 상부에서의 마스크는 반투과성일 수 있다.
마찬가지로, 슬릿을 이용하는 경우 제2 골짜기(V2) 영역에서의 투과율이 높고, 화소 영역에서의 투과율이 낮은 슬릿을 사용한다. 즉, 희생층이 존재하지 않는 영역 상부에서 슬릿이 다수로 존재하고, 미세 공간 영역 상부에서 슬릿은 존재하지 않거나 적은 수로 존재할 수 있다. 도 15와 같이 하프톤 마스크 또는 슬릿을 지붕층 상부에 위치시킨 후, 포토 공정을 통하여 지붕층을 식각한다. 이때 제2 골짜기(V2) 영역은 상대적으로 많이 감광되었으므로 식각에 대한 저항성이 강해진다. 따라서, 식각이 덜 일어난다. 반면 화소 영역(Px)은 제2 골짜기 영역에 비하여 적게 감광되었으므로 식각에 대한 저항성이 약하고, 식각이 더 많이 일어난다.
따라서 포토 공정에서 지붕층이 영역별로 상이한 식각이 일어나므로, 포토 공정 후 도 15b에 도시된 바와 같이 지붕층은 평탄해진다. 이때 지붕층은 제2 골짜기(V2) 영역과 화소 영역(Px)의 단차가 전혀 존재하지 않을 수 있다. 또는, 식각 정도에 따라 제2 골짜기(V2) 영역과 화소 영역(Px)의 단차가 일부 존재할 수 있으나, 상기 단차는 0.01 um 내지 0.2 um 사이일 수 있다.
본 실시예에서는 지붕층을 패터닝하여 액정 주입구를 형성한 후, 지붕층 평탄화 공정이 수행되는 순서로 설명하였다. 그러나 지붕층을 먼저 평탄화 한 후, 액정 주입구를 형성할 수도 있으며, 지붕층 평탄화 공정과 액정 주입구 형성 공정은 동시에 수행될 수도 있다.
도 16은 지붕층 평탄화 이후의 공정을 도시한 것이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 지붕층(360) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 제3 절연층(370)을 형성할 수 있다. 제3 절연층(370)은 패터닝된 지붕층(360) 위에 형성되므로 지붕층(360)의 측면을 덮어 보호할 수 있다.
도 17은, 도 16에 도시된 단계까지 제조된 표시 장치의 다른 단면을 도시한 것이다. 도 17은 제1 골짜기(V1) 영역을 가로지르는 영역, 즉 도 3과 동일한 단면으로 도시한 것이다. 도 16까지는 제2 골짜기(V2) 영역을 가로지르는 단면으로 도시하였으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 골짜기(V1) 영역을 가로지르는 단면으로 바꾸어 설명한다. 즉, 도 17 내지 도 22에 도시된 단면은 도 3과 동일한 위치에서의 단면이다.
다음, 도 18을 참고하면 제3 절연층(370), 제2 절연층(350) 및 공통 전극(270)을 패터닝하여, 제1 골짜기(V1)에 위치하는 제3 절연층(370), 제2 절연층(350) 및 공통 전극(270)을 제거한다. 제3 절연층(370), 제2 절연층(350) 및 공통 전극(270)을 패터닝함에 따라 제1 골짜기(V1)에 위치한 희생층(300)이 노출된다.
다음, 도 19를 참고하면 희생층(300)이 노출된 기판(110) 위에 산소 플라즈마를 공급하여 애싱하거나, 현상액을 공급하여 희생층(300)을 전면 제거한다. 희생층(300)이 제거되면, 희생층(300)이 위치하였던 자리에 미세 공간(305)이 생긴다.
화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 미세 공간(305)을 사이에 두고 서로 이격되고, 화소 전극(191)과 지붕층(360)은 미세 공간(305)을 사이에 두고 서로 이격된다. 공통 전극(270)과 지붕층(360)은 미세 공간(305)의 상부면과 양측면을 덮도록 형성된다.
지붕층(360) 및 공통 전극(270)이 제거된 부분을 통해 미세 공간(305)은 외부로 노출되어 있으며, 이를 액정 주입구(307)라 한다. 액정 주입구(307)는 제1 골짜기(V1)를 따라 형성되어 있다. 이와 달리 액정 주입구(307)가 제2 골짜기(V2)를 따라 형성되도록 할 수도 있다.
이어, 기판(110)에 열을 가하여 지붕층(360)을 경화시킨다. 이는 지붕층(360)에 의해 미세 공간(305)의 형상이 유지되도록 하기 위함이다.
이어, 도 20을 참고하면 스핀 코팅 방식 또는 잉크젯 방식으로 배향 물질이 포함되어 있는 배향액을 기판(110) 위에 떨어뜨리면, 배향액이 주입구(307)를 통해 미세 공간(305) 내부로 주입된다. 배향액을 미세 공간(305)의 내부로 주입한 후 경화 공정을 진행하면 용액 성분은 증발하고, 배향 물질이 미세 공간(305) 내부의 벽면에 남게 된다.
따라서, 화소 전극(191) 위에 제1 배향막(11)을 형성하고, 공통 전극(270) 아래에 제2 배향막(21)을 형성할 수 있다. 제1 배향막(11)과 제2 배향막(21)은 미세 공간(305)을 사이에 두고 마주보도록 형성되고, 화소 영역(PX)의 가장자리에서는 서로 연결되도록 형성된다.
이때, 제1 및 제2 배향막(11, 21)은 미세 공간(305)의 측면을 제외하고는 기판(110)에 대해 수직한 방향으로 배향이 이루어질 수 있다. 추가로 제1 및 제2 배향막(11, 21)에 UV를 조사하는 공정을 진행함으로써, 기판(110)에 대해 수평한 방향으로 배향이 이루어지도록 할 수도 있다.
이어, 도 21을 참고하면 잉크젯 방식 또는 디스펜싱 방식으로 액정 분자(310)들로 이루어진 액정 물질을 기판(110) 위에 떨어뜨리면, 액정 물질이 주입구(307)를 통해 미세 공간(305) 내부로 주입된다. 이때, 액정 물질을 홀수 번째 제1 골짜기(V1)를 따라 형성된 주입구(307)에는 떨어뜨리고, 짝수 번째 제1 골짜기(V1)를 따라 형성된 주입구(307)에는 떨어뜨리지 않을 수 있다. 이와 반대로, 액정 물질을 짝수 번째 제1 골짜기(V1)를 따라 형성된 주입구(307)에 떨어뜨리고, 홀수 번째 제1 골짜기(V1)를 따라 형성된 주입구(307)에는 떨어뜨리지 않을 수 있다.
홀수 번째 제1 골짜기(V1)를 따라 형성된 주입구(307)에 액정 물질을 떨어뜨리면 모세관력(capillary force)에 의해 액정 물질이 주입구(307)를 통과하여 미세 공간(305) 내부로 들어가게 된다. 이때, 짝수 번째 제1 골짜기(V1)를 따라 형성된 주입구(307)를 통해 미세 공간(305) 내부의 공기가 빠져나감으로써, 액정 물질이 미세 공간(305) 내부로 들어가게 된다.
또한, 액정 물질을 모든 주입구(307)에 떨어뜨릴 수도 있다. 즉, 액정 물질을 홀수 번째 제1 골짜기(V1)를 따라 형성된 주입구(307)와 짝수 번째 제1 골짜기(V1)를 따라 형성된 주입구(307)에 모두 떨어뜨릴 수도 있다.
도 22에 도시된 바와 같이. 제3 절연층(370) 위에 액정 분자(310)와 반응하지 않는 물질을 증착하여 덮개막(390)을 형성한다. 덮개막(390)은 미세 공간(305)이 외부로 노출되어 있는 주입구(307)를 덮도록 형성되어 미세 공간(305)을 밀봉한다.
이어, 도시는 생략하였으나, 표시 장치의 상하부 면에 편광판을 더 부착할 수 있다. 편광판은 제1 편광판과 제2 편광판으로 이루어질 수 있다. 기판(110)의 하부 면에 제1 편광판을 부착하고, 덮개막(390) 위에 제2 편광판을 부착할 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.
11: 제1 배향막 21: 제2 배향막
110: 기판
121: 게이트선 123: 감압 게이트선
124h: 제1 게이트 전극 124l: 제2 게이트 전극
124c: 제3 게이트 전극 131: 유지 전극선
140: 게이트 절연막 154h: 제1 반도체
154l: 제2 반도체 154c: 제3 반도체
171: 데이터선 173h: 제1 소스 전극
173l: 제2 소스 전극 173c: 제3 소스 전극
175h: 제1 드레인 전극 175l: 제2 드레인 전극
175c: 제3 드레인 전극 180: 보호막
191: 화소 전극 191h: 제1 부화소 전극
191l: 제2 부화소 전극 220: 차광 부재
230: 색필터 240: 제1 절연층
270: 공통 전극 300: 희생층
305: 미세 공간 307: 주입구
310: 액정 분자
350: 제2 절연층 360: 지붕층
370: 제3 절연층 390: 덮개막

Claims (20)

  1. 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 제1 절연층을 형성하는 단계,
    상기 제1 절연층 위에 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 공통 전극을 형성하는 단계,
    상기 공통 전극 위에 제2 절연층을 형성하는 단계,
    상기 제2 절연층 위에 유기 물질을 도포하여 지붕층을 적층하는 단계,
    상기 지붕층을 패터닝하여 액정 주입구를 형성하고 지붕층을 평탄화 하는 단계,
    상기 희생층을 노출시키는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 미세 공간을 형성하는 단계,
    상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계, 및
    상기 지붕층 위에 덮개막을 형성하여 상기 미세 공간을 밀봉하는 단계를 포함하는,
    표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 희생층을 제거하여 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 미세 공간을 형성하는 단계, 및
    상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계 사이에,
    상기 미세 공간 내부로 배향 물질을 주입하고 경화하여, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 위에 배향막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 지붕층을 패터닝하여 액정 주입구를 형성하고 지붕층을 평탄화 하는 단계는,
    상기 액정 주입구를 먼저 형성한 후, 상기 지붕층을 평탄화 하거나,
    또는 먼저 상기 지붕층을 평탄화 한 후, 상기 액정 주입구를 형성하거나,
    또는 상기 지붕층 평탄화 및 상기 액정 주입구 형성이 동시에 수행되는 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 액정 주입구는 복수의 화소 행을 따라서 게이트선과 평행하게 형성되는 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 희생층은 복수의 화소 열을 따라 연결되도록 형성되며,
    상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부에서는 형성되지 않은 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제4항에서,
    상기 지붕층을 평탄화 하는 단계는
    상기 지붕층 위에 마스크를 위치시키는 단계,
    상기 지붕층을 노광하는 단계, 및
    상기 지붕층을 식각하는 단계를 포함하는
    표시 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 지붕층의 평탄화는 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층 및 화소 영역 위에 위치한 지붕층에서 이루어지며,
    상기 액정 주입구가 형성된 영역에서는 수행되지 않는 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 마스크는 하프톤 마스크 또는 슬릿인 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 도포된 유기물질은 포지티브 감광 물질인 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 마스크는 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부에서는 투과율이 낮으며, 화소 영역에서는 투과율이 높은 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 지붕층을 식각하는 단계에서,
    상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부의 지붕층은, 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층에 비하여 적게 식각된 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 지붕층을 식각하는 단계 후
    상기 지붕층의 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 0.2 um 이하인 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 지붕층을 식각하는 단계 후,
    상기 지붕층의 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 존재하지 않아 평평한 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제8항에서,
    상기 도포된 유기 물질은 네거티브 감광 물질인 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 마스크는 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부에서는 투과율이 높으며, 화소 영역에서는 투과율이 낮은 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 지붕층을 식각하는 단계에서
    상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 제2 골짜기 상부의 지붕층은, 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층에 비하여 적게 식각된 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 지붕층 식각하는 단계 후,
    상기 지붕층의 단차가 0.2 um 이하인 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 지붕층을 식각하는 단계 후,
    상기 지붕층의 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 존재하지 않아 평평한 표시 장치의 제조 방법.
  19. 복수의 화소 행과 복수의 화소 열을 포함하는 매트릭스 형태로 배치되어 있는 복수의 화소 영역을 포함하는 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터에 연결되어 상기 화소 영역에 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 화소 전극 위에 상기 화소 전극과 미세 공간을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있는 공통 전극,
    상기 공통 전극 위에 형성되어 있는 지붕층,
    상기 미세 공간의 일부를 노출시키도록 상기 공통 전극 및 상기 지붕층에 형성되어 있는 액정 주입구,
    상기 미세 공간을 채우고 있는 액정층, 및
    상기 액정 주입구를 덮도록 상기 지붕층 위에 형성되어 상기 미세 공간을 밀봉하는 덮개막을 포함하고,
    상기 지붕층은 상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 0.2 um 이하인 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 복수의 화소 열 사이에 위치한 지붕층과 상기 화소 영역 위에 위치한 지붕층 사이의 단차가 존재하지 않아 평평한 표시 장치.
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US11985865B2 (en) 2020-09-08 2024-05-14 Samsung Display Co., Ltd. Display device including passivation layer with surface step and manufacturing method for the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112099020A (zh) * 2019-06-17 2020-12-18 乐金显示有限公司 超声传感器和显示装置
CN112099020B (zh) * 2019-06-17 2024-08-20 乐金显示有限公司 超声传感器和显示装置
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