KR20160044693A - 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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윤해주
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소 영역을 포함하는 절연 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하며, 절연층을 사이에 두고 중첩하는 공통 전극과 화소 전극, 상기 화소 전극과 미세 공간을 사이에 두고 이격되게 형성되며 지지 부재를 포함하는 지붕층, 및 상기 미세 공간을 채우고 있는 액정층을 포함하고, 상기 지붕층의 하부는 지붕층의 두께가 두꺼워 지는 골 및 지붕층의 두께가 얇아지는 마루가 반복되는 형상이다.

Description

표시 장치 및 이의 제조 방법{DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
발명은 표시 장치 및 이의 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, 지붕층에 그루브(groove)를 형성하여 액정의 동작 특성을 개선한 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 절연 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하며, 절연층을 사이에 두고 중첩하는 공통 전극과 화소 전극, 상기 화소 전극과 미세 공간을 사이에 두고 이격되게 형성되며 지지 부재를 포함하는 지붕층, 및 상기 미세 공간을 채우고 있는 액정층을 포함하고, 상기 지붕층의 하부는 지붕층의 두께가 두꺼워 지는 골 및 지붕층의 두께가 얇아지는 마루가 반복되는 형상일 수 있다.
상기 화소 영역은 데이터선 및 데이터선과 수직한 방향의 게이트선을 포함하고, 상기 화소 전극은 복수의 절개부를 가지고, 상기 화소 전극은 복수의 절개부에 의해 형성되는 복수의 가지 전극을 포함할 수 있다.
상기 마루와 골은 진행 방향은 상기 게이트선의 진행 방향과 나란하며, 상기 데이터선의 진행 방향과 나란한 임의의 직선에는 마루 또는 골만 대응할 수 있다.
상기 화소 가지 전극과 마주보는 위치에 지붕층의 골이 형성되며, 상기 화소 전극의 절개부와 마주보는 위치에 지붕층의 마루가 형성될 수 있다.
상기 화소 가지 전극과 마주보는 위치에 지붕층의 마루가 형성되며, 상기 화소 전극의 절개부와 마주보는 위치에 지붕층의 골이 형성될 수 있다.
상기 지붕층의 서로 인접한 마루와 마루 사이의 거리는 3.5 um 내지 4.5 um일 수 있다.
상기 지붕층의 마루와 골 사이의 세로 방향 거리는 0.5 um 내지 1.5um일 수 있다.
상기 미세 공간의 셀 갭은 3.8 um 내지 4.8 사이일 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 미세 공간의 일부를 노출하도록 상기 지붕층 일단에 위치하는 주입구, 상기 주입구를 덮도록 상기 지붕층 위에 형성되어 상기 미세 공간을 밀봉하는 덮개막을 포함하고, 상기 지지 부재는 상기 주입구와 마주하며, 상기 지붕층의 타단과 연결되어 상기 미세 공간에 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
상기 미세 공간의 상부는 상기 미세 공간의 두께가 얇아지는 골 및 두께가 두꺼워지는 마루가 반복되는 형상일 수 있다.
상기 지붕층의 상부는 그루브가 형성되지 않고 평평할 수 있다.
상기 지붕층의 두께가 두꺼워 지는 골 및 지붕층의 두께가 얇아지는 마루의 반복 주기가 짧아, 상기 데이터선과 나란한 방향으로 형성된 복수의 미세 홈이 형성된 것과 같이 보일 수 있다.
상기 지붕층의 상기 게이트선 방향의 단면에서, 상기 지붕층의 하부는 복수의 요철이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 색필터를 형성하는 단계, 상기 색필터 위에 공통 전극을 형성하는 단계, 상기 공통 전극 위에 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층 위에 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 상면이 패터닝된 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 하부 절연층을 형성하는 단계, 상기 하부 절연층 위에 유기 물질을 도포하고, 패터닝하여 지붕층 및 지지 부재를 형성하는 단계, 상기 희생층을 노출시키는 단계, 상기 노출된 희생층을 제거하여 상기 하부 절연층과 상기 화소 전극 사이에 미세 공간을 형성하는 단계, 및 상기 지붕층 위에 덮개막을 형성하여 상기 미세 공간을 밀봉하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계는 희생층의 두께가 얇아지는 골 및 두께가 두꺼워지는 마루가 반복되는 그루브 형상이 형성되도록 패터닝 할 수 있다.
상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계는 개구 영역 및 비개구 영역이 교대로 형성되어 있는 마스크를 이용하여 상기 희생층을 노광하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 절연층 위에 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계에서 형성된 상기 화소 전극은 복수의 절개부를 가지고, 상기 화소 전극은 복수의 절개부에 의해 형성되는 복수의 가지 전극을 포함할 수 있다.
상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계 이후, 상기 화소 가지 전극과 마주보는 위치에 희생층의 골이 형성되며, 상기 화소 전극의 절개부와 마주보는 위치에 희생층의 마루가 형성될 수 있다.
상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계 이후, 상기 화소 가지 전극과 마주보는 위치에 희생층의 마루가 형성되며, 상기 화소 전극의 절개부와 마주보는 위치에 희생층의 골이 형성될 수 있다.
상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계 이후 상기 희생층의 상면은 일정 방향으로 나란하게 형성된 복수의 미세 홈이 존재할 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, 표시 장치의 미세 공간 상부에 groove를 형성하여 액정에 대한 anchoring energy를 증가시키고, 잔상을 개선하였다. 또한, 그루브를 형성하는 대신 미세 공간의 셀갭을 기존에 비하여 증가시킴으로써, 그루브 형성으로 인한 투과율 감소를 예방하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 한 화소의 등가 회로도이다.
도 3은 III-III선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 단면도이다.
도 4는 IV-IV선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 단면도이다.
도 5는 V-V선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치를 단순화하여 도시한 것이다.
도 8은 본 발명 비교예에 따른 표시 장치에 대하여, 도 6 및 도 7과 동일한 단면을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명 비교예 및 실시예의 표시 장치에 대하여, 인가된 전압에 의한 투과도 특성을 평가한 이미지이다.
도 10은 도 9의 실험결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 11은 도 6과 같은 구조의 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치에서 셀갭을 다르게 하면서 전압에 따른 투과율을 측정한 이미지이다
도 12는 도 11의 실험결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 14 내지 도 26은 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치의, 제조 과정을 나타내는 공정 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 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대해 개략적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치는 유리 또는 플라스틱 등과 같은 재료로 만들어진 기판(110)을 포함한다.
기판(110) 위에는 지붕층(360)에 의해 덮여있는 미세 공간(305)이 형성되어 있다. 지붕층(360)은 행 방향으로 뻗어있고, 하나의 지붕층(360) 아래에는 복수의 미세 공간(305)이 형성되어 있다.
미세 공간(305)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있으며, 열 방향으로 인접한 미세 공간(305)들 사이에는 제1 골짜기(V1)가 위치하고 있고, 행 방향으로 인접한 미세 공간(305)들 사이에는 제2 골짜기(V2)가 위치하고 있다.
복수의 지붕층(360)은 제1 골짜기(V1)를 사이에 두고 분리되어 있다. 제1 골짜기(V1)와 접하는 부분에서 미세 공간(305)은 지붕층(360)에 의해 덮여있지 않고, 외부로 노출될 수 있다. 이를 주입구(307)라 한다. 주입구(307)는 미세 공간(305)의 일측 가장자리에 형성되어 있다.
각 지붕층(360)은 인접한 제2 골짜기(V2)들 사이에서 기판(110)으로부터 떨어지도록 형성되어, 미세 공간(305)을 형성한다. 즉, 지붕층(360)은 주입구(307)가 형성되어 있는 제1 가장자리의 측면을 제외한 나머지 측면들을 덮도록 형성되어 있다. 따라서, 지붕층(360)은 제1 가장자리 측면을 제외하고 삼면을 가지는 측벽 및 이를 덮는 윗면을 포함한다. 이때, 주입구(307)와 마주하는 가장자리에 위치하는 측면은 가로 지지 부재이며, 가로 지지 부재와 연결되어 측벽을 형성하는 가장자리에 위치하는 측면은 세로 지지 부재일 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 구조는 예시에 불과하며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 미세 공간(305), 제1 골짜기(V1), 및 제2 골짜기(V2)의 배치 형태의 변경이 가능하고, 복수의 지붕층(360)이 제1 골짜기(V1)에서 서로 연결될 수도 있으며, 각 지붕층(360)의 일부가 제2 골짜기(V2)에서 기판(110)으로부터 떨어지도록 형성되어 인접한 미세 공간(305)이 서로 연결될 수도 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 전극(124) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 도전체(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연층(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연층(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연층(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
반도체(154) 위에는 저항성 접촉 부재(미도시)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(미도시)는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(미도시)는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재는 생략 가능하다.
반도체(154) 및 게이트 절연층(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171), 그리고 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)은 액정 표시 장치의 최대 투과율을 얻기 위해서 굽어진 형상을 갖는 제1 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 서로 만나 V자 형태를 이룰 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에는 제1 굴곡부와 소정의 각도를 이루도록 굽어진 제2 굴곡부를 더 포함할 수 있다.
데이터선(171)의 제1 굴곡부는 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향과 90도를 이루는 세로 기준선과 약 7°정도 이루도록 굽어 있을 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에 배치되어 있는 제2 굴곡부는 제1 굴곡부와 약 7° 내지 약 15°정도 이루도록 더 굽어 있을 수 있다.
소스 전극(173)은 데이터선(171)의 일부이고, 데이터선(171)과 동일선 상에 배치된다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 일부와 나란하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 데이터선(171)과 동일선 상에 위치하는 소스 전극(173)과 데이터선(171)과 나란하게 뻗어 있는 드레인 전극(175)을 포함함으로써, 데이터 도전체가 차지하는 면적을 넓히지 않고도 박막 트랜지스터의 폭을 넓힐 수 있게 되고, 이에 따라 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 경우, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 다른 형태를 가질 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연층(140), 그리고 반도체(154)의 노출된 부분 위에는 보호막(180)이 배치되어 있다. 보호막(180)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 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.
색필터(230) 위에는 유기막(240)이 배치되어 있다. 유기막(240)은 보호막(180)보다 두께가 두꺼우며, 평탄한 표면을 가질 수 있다.
유기막(240)은 복수의 화소가 위치하는 표시 영역에 위치하고, 게이트 패드부나 데이터 패드부 등이 형성되어 있는 주변 영역에는 위치하지 않을 수 있다. 또는 유기막(240)은 게이트 패드부나 데이터 패드부 등이 형성되어 있는 주변 영역에도 위치할 수 있다.
유기막(240), 색필터(230)와 보호막(180)은 접촉 구멍(184)을 가진다.
유기막(240) 위에는 공통 전극(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 면형일 수 있으며, 복수의 화소가 위치하는 표시 영역에 위치하고 게이트 패드부나 데이터 패드부 등이 형성되어 있는 주변 영역에는 위치하지 않는다.
공통 전극(270)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 도전층으로 이루어진다.
공통 전극(270) 위에는 절연층(250)이 위치한다. 절연층(250)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 절연층(250)은 유기 물질로 이루어진 색필터(230) 등을 보호하는 역할 및 공통 전극(270)과 화소 전극(191)을 절연하는 역할을 한다. 즉, 공통 전극(270)이 화소 전극(191)과 중첩되도록 형성되더라도 공통 전극(270) 위에는 절연층(250)이 형성되어 있으므로, 공통 전극(270)과 화소 전극(191)이 서로 접촉되어 단락 되는 것을 방지할 수 있다.
절연층(250) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 제1 굴곡부 및 제2 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함한다.
화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 도전층으로 이루어진다.
화소 전극(191)은 유기막(240), 색필터(230)와 보호막(180)에 형성되어 있는 접촉 구멍(184)을 통해, 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고, 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에 배치되어 있는 기준 전압 인가부로부터 일정한 크기의 기준 전압을 인가 받는다.
이러한 인가 전압에 따라 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성하며, 두 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(310)의 액정 분자는 전기장의 방향과 평행한 방향으로 회전한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다.
화소 전극(191) 위에는 화소 전극(191)으로부터 일정한 거리를 가지고 이격되도록 하부 절연층(350)이 더 형성될 수 있다. 하부 절연층(350)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 절연층(350)은 일정 주기의 그루브(groove)를 갖는 형태로 형성되어 있다. 즉, 하부 절연층(350)은 일정 주기로 오목과 볼록을 반복하는 형태로 형성되어 있고, 이는 미세 공간의 윗면이 이러한 그루브를 갖도록 형성되었기 때문이다. 자세한 형상에 대하여는 후술한다.
즉, 화소 전극(191)과 하부 절연층(350) 사이에는 미세 공간(microcavity, 305)이 형성되어 있다. 미세 공간(305)은 화소 전극(191) 및 하부 절연층(350)에 의해 둘러싸여 있다. 미세 공간(305)의 폭과 넓이는 표시 장치의 크기 및 해상도에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이때 미세 공간은 하나의 화소의 가로 방향, 즉 게이트 선(121)의 진행방향과 나란한 방향으로 골과 마루가 반복되는 그루브 형태를 가지고 있다. 따라서, 도 1의 표시 장치를 세로 방향(III-III)선을 따라 잘라 도시한 도 3의 경우 이러한 미세 공간의 그루브가 나타나지 않는다.
그러나 도 1의 표시 장치를 가로 방향(V-V)을 따라 잘라 도시한 도 4 및 도 5의 경우 표시 장치의 미세 공간의 가로 방향으로 골과 마루가 반복되는 패턴이 형성되어 있다.
본 실시예에서, 미세 공간이 오목해지면서 미세 공간의 두께가 얇아지는 곡선 영역을 골(A), 미세 공간이 볼록해지면서 미세 공간의 두께가 두꺼워지는 곡선 영역을 마루(B)라고 지칭한다.
도 5는 도 1의 표시 장치를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 5를 참고로 하면, 본 발명의 미세 공간은 화소 전극(191)의 가지 전극이 형성된 위치에 대응하여 골과 마루가 반복되는 형태로 형성되어 있다.
이렇게 그루브가 형성된 미세 공간은 표시 장치의 약한 고정 에너지(anchoring energy)를 보상함으로써 액정의 동적 특성을 개선하게 된다. 이때 그루브의 형성 위치, 그루브의 길이 및 깊이는 실시예에 따라 다양하게 달라질 수 있다. 미세 공간 형상의 다양한 변형예 및 효과에 대하여는 후술한다.
이러한 미세 공간은 미세 공간의 제조 단계에서 도포되는 희생층을, 희생층 제거 전에 패턴된 마스크로 노광함으로써 형성할 수 있다. 미세 공간의 제조 공정에 대하여는 후술한다.
화소 전극(191) 위에는 제1 배향막(11)이 형성되어 있다. 제1 배향막(11)은 화소 전극(191)에 의해 덮여있지 않은 하부 절연층(250) 바로 위에도 형성될 수 있다.
제1 배향막(11)과 마주보도록 하부 절연층(350) 아래에는 제2 배향막(21)이 형성되어 있다.
이때, 하부 절연층의 형상이 골과 마루가 반복되는 그루브로 이루어져 있기 때문에, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제2 배향막 또한 골과 마루가 반복되는 모양으로 형성될 수 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 도 3에 도시된 바와 같이 화소 영역(PX)의 가장자리에서 서로 연결될 수 있다. 즉, 한번의 공정으로 제1 배향막 및 제2 배향막이 동시에 형성될 수 있으며, 편의상 제1 배향막 및 제2 배항막으로 구분하였으나 실제로는 연결된 하나의 배향막일 수 있다.
화소 전극(191)과 하부 절연층(350) 사이에 위치한 미세 공간(305) 내에는 액정 분자(310)들로 이루어진 액정층이 형성되어 있다.
또한, 이웃하는 색필터(230) 사이의 영역에는 차광 부재(220)가 형성되며, 특히 도 3에 도시된 바와 같이 화소 전극(191) 및 화소 전극에 의해 커버되지 않은 절연층(250) 위에 위치할 수 있다. 차광 부재(220)는 화소 영역(PX)의 경계부와 박막 트랜지스터 위에 형성되어 빛샘을 방지할 수 있다.
차광 부재(220)는 게이트선(121)을 따라 뻗어 위아래로 확장되어 있으며 박막 트랜지스터 등이 위치하는 영역을 덮는 가로 차광 부재와 데이터선(171)을 따라 뻗어 있는 세로 차광 부재를 포함할 수 있다. 즉, 가로 차광 부재는 제1 골짜기(V1)에 형성되고, 세로 차광 부재(220)는 제2 골짜기(V2)에 형성될 수 있다. 색필터(230)와 차광 부재(220)는 일부 영역에서 서로 중첩될 수도 있다.
다음, 하부 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. 지붕층(360)은 화소 전극(191)과 미세 공간(305)을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있다.
지붕층(360)은 미세 공간을 사이에 두고 화소 전극(191)과 이격되도록 형성되어 있으므로, 본 실시예에 따른 지붕층의 형상 또한 골과 마루가 반복되는 곡선 형태를 갖게 된다.
즉 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 미세 공간과 인접하고 있는 지붕층의 하부는 골과 마루가 반복되는 그루브가 형성되어 있다.
이때, 지붕층(360)이 기판쪽(=아래쪽)으로 볼록해지면서 두께가 두꺼워 지는 곡선 영역을 골, 지붕층이 위쪽으로 오목해지면서 지붕층의 두께가 얇아지는 영역을 마루라고 지칭한다. 구체적인 그루브의 형상 및 크기 등은 후술한다.
다만, 지붕층(360)의 상부는 그루브가 형성되지 않고 평탄하다. 따라서, 지붕층(360)위에 적층되는 층은 미세 공간(305)에 형성된 그루브의 영향을 받지 않는다. 지붕층(360)은 영역에 따라 두께가 상이하게 형성되며, 특히 화소 전극(191)위의 영역에서는 일정 주기로 두께가 두꺼워졌다 얇아졌다를 반복하게 된다.
지붕층(360)은 화소 행을 따라 각 화소 영역(PX) 및 제2 골짜기(V2)에 형성되며, 제1 골짜기(V1)에는 형성되지 않는다. 제2 골짜기(V2)에서는 지붕층(360)의 아래에 미세 공간(305)이 형성되지 않는다. 따라서, 제2 골짜기(V2)에 위치하는 지붕층(360)의 두께가 화소 영역에 위치하는 지붕층(360)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있으며, 상기 두꺼운 영역을 세로 지지 부재(367)로 지칭할 수 있다. 미세 공간(305)의 상부면 및 양측면은 지붕층(360)에 의해 덮여 있는 형태로 이루어지게 된다.
지붕층(360)에는 미세 공간(305)의 일부를 노출시키는 주입구(307)가 형성되어 있다. 주입구(307)가 형성되는 영역에 인접한 하부 절연층(350)은 지붕층(360) 보다 돌출된 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주입구(307)는 화소 영역(PX)의 일 가장자리에 형성될 수 있다. 예를 들면, 주입구(307)는 화소 영역(PX)의 하측 변에 대응하여 미세 공간(305)의 일면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 이와 반대로 화소 영역(PX)의 상측 변에 대응하여 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 주입구(307)의 형성 위치를 미세 공간(305)을 기준으로 살펴보면, 주입구(307)는 각각의 미세 공간(305)의 서로 마주보는 두 개의 가장자리 중 어느 하나에 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) 아래에는 주입구(307)와 마주하는 위치에 지지 부재(365)가 형성되어 있으며, 일례로써 가로 지지 부재(365)일 수 있다. 즉, 미세 공간(305)의 일 가장자리에 대응하여 주입구(307)가 형성된다면, 지지 부재(365)는 상기 일 가장자리에 대응하는 반대쪽 가장자리에 위치한다.
이하에서 "지지 부재(365)"는 주입구(307)와 마주하는 공간에 형성된 가로 지지 부재(365)를 지칭하는 것이며, 주입구(307)와 수직으로 형성되는 세로 지지 부재(367)는 별도로 설명한다.
지붕층(360)의 아래에는 미세 공간(305)이 형성되어 있으며, 미세 공간(305)의 입구에 해당하는 주입구(307)에서 지붕층(360)이 아래로 처지는 현상이 발생할 우려가 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치에서는 주입구(307)와 대응하는 위치에 형성된 지지 부재(365)가 지붕층(360)을 지지하게 되므로, 지붕층(360)의 처짐 현상을 방지할 수 있다.
지지 부재(365)는 서로 다른 두 개의 미세 공간(305)의 마주보는 가장자리 중 어느 하나에 각각 형성된다. 복수의 미세 공간(305)은 복수의 행과 복수의 열을 포함하는 매트릭스 형태로 배치되어 있다. 예를 들면, 미세 공간(305)은 사각 형상으로 이루어질 수 있으며, 첫 번째 행의 미세 공간(305)의 하측 가장자리와 두 번째 행의 미세 공간(305)의 상측 가장자리가 서로 마주보게 된다. 이때, 지지 부재(365)는 서로 마주 보는 첫 번째 행의 미세 공간(305)의 하측 가장자리와 두 번째 행의 미세 공간(305)의 상측 가장자리 중 어느 하나에 형성된다. 미세 공간(305)의 하측 가장자리에 형성되는 경우, 두번째 행의 미세 공간에도 하측 가장자리에서 형성되며, 반대의 경우도 마찬가지이다.
이때, 지지 부재(365)와 주입구(307)가 형성되는 위치는 상이하다. 즉, 주입구(307)가 미세 공간(305)의 윗변에 해당하는 가장자리에 형성되는 경우, 지지 부재(365)는 미세 공간(305)의 아랫변에 해당하는 가장자리에 형성된다. 반대의 경우도 마찬가지이다. 주입구(307)가 미세 공간(305)의 아랫변에 해당하는 가장자리에 형성되는 경우, 지지 부재(365)는 미세 공간의 윗변에 해당하는 가장자리에 형성된다. 한편, 주입구(307)가 형성되는 영역에서는 제2 절연막(250)이 지붕층(360)에 비해 돌출된 영역을 포함하나, 지지 부재(365)가 형성되는 영역에서는 지붕층(360)과 절연막(250)의 끝 단이 실질적으로 일치한다.
서로 다른 행에 위치한 미세 공간(305)들 사이에는 제1 골짜기(V1)가 형성되어 있다. 지지 부재(365)의 위치를 제1 골짜기(V1)를 기준으로 살펴보면, 지지 부재(365)는 제1 골짜기(V1)의 일측에 인접하여 형성되어 있다.
지지 부재(365)는 지붕층(360)과 연결되어 있으며, 지붕층(360)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 지지 부재(365)의 아래에는 하부 절연층(350)이 위치할 수 있다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 지지 부재(365)는 지붕층(360)과 상이한 물질로 이루어질 수 있고, 지지 부재(365)의 아래에 하부 절연층(350)이 위치하지 않을 수도 있다. 이때, 지지 부재(365)는 화소 전극(191) 바로 위에 형성될 수도 있다.
그러나, 이는 예시적인 것으로, 지지부재(365)는 생략될 수도 있다.
지붕층(360) 위에는 상부 절연층(370)이 더 형성될 수 있다. 상부 절연층(370)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상부 절연층(370)은 지붕층(360)의 상부면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 상부 절연층(370)은 유기 물질로 이루어진 지붕층(360)을 보호하는 역할을 하며, 필요에 따라 생략될 수도 있다.
상부 절연층(370)은 도 3에 도시된 바와 같이 주입구(307)가 위치하는 영역에서 지붕층(360)에 비해 돌출된 제2 절연막(350)과 접촉할 수 있다. 또한, 상부 절연층(370)은 제2 절연막(350)과 접촉하는 영역 및 지붕층을 커버하는 영역 사이의 단차에 의해 계단형 단면을 가질 수 있다.
또한, 상부 절연층(370)은 제2 절연막(350)과 연결될 수 있다. 상부 절연층(370)은 주입구(307)에 대응하는 반대 위치, 즉 지지 부재(365)가 위치하는 영역에서 제2 절연막(350)과 연결되거나 중첩될 수 있다.
상부 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. 이러한 덮개막의 윗면은 제1 골짜기 및 제2 골짜기에서도 패이지 않고 평형하게 형성될 수 있으며, 이러한 평평한 윗면에 편광판등이 부착될 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.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 미세 공간의 상부에 골과 마루가 반복되는 그루브가 형성됨으로써, 액정의 제어력 및 동적 특성을 강화하였다.
그러면 이하 도면을 참고로 하며 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 6 및 도 7은 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치를 단순화하여 도시한 것이다. 도 6 및 도 7은 도 5와 동일한 단면을 도시한 것으로, 설명의 편의를 위하여 도 5에서 지붕층(360), 미세 공간(305), 화소 전극(191), 절연막(250), 공통 전극(270) 및 기판(110)만을 도시하였다. 그러나 도 6 및 도 7에서 도시되지 않고 생략된 구성요소 또한 본 발명에 포함되는 것은 자명하다.
도 6을 참고로 하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 미세 공간의 골(A)이 형성된 위치가 화소 전극(191)의 가지 전극과 대응한다. 즉, 화소 전극(191)이 형성된 곳 위에 미세 공간의 골(A)이 형성되어 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 화소 전극(191)의 위에 미세 공간의 골(A)이 형성되어 있고, 따라서 화소 전극 위의 미세 공간의 폭이 좁다. 동시에, 화소 전극 위에는 지붕층의 골(A)이 형성되어, 지붕층의 두께가 두꺼워 진다.
화소 전극과 화소 전극 사이에는 미세 공간의 두께가 두꺼워지는 마루(B)가 형성되어 있다. 동시에, 화소 전극과 화소 전극 사이에는 지붕층의 마루(B)가 형성되어, 지붕층의 두께가 주변에 비하여 얇아지게 된다.
이때, 골(A)로부터 마루(B)까지의 거리 D1은 0.5 um 내지 1.5um 사이일 수 있다. 보다 바람직하게는, 골로부터 마루까지의 거리 D1은 1.0 um일 수 있다.
또한, 골과 골 사이의 거리, 즉 패턴이 반복되는 단위의 거리 D2는 3.5 um 내지 4.5 um일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, D2는 4.0 um 이다. 그러나 이는 화소 전극(191)의 배치 간격 및 크기에 따라 변형 가능함은 자명하다.
도 7은 본 발명 다른 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 것이다. 도 7을 참고로 하면, 도 7의 실시예에 따른 표시 장치는 미세 공간의 그루브가 도 6과는 상이하게 형성되어 있다. 즉, 도 6에서는 화소 전극(191)과 마주보는 위치에 미세 공간의 골(A)이 형성되어 있었으나, 도 7의 실시예에 따른 표시 장치는 화소 전극(191)과 마주보는 위치에 미세 공간의 마루(B)가 형성되어 있다.
즉 도 7을 참고하면, 화소 전극(191)과 대응하는 미세 공간의 폭이 넓은 마루(B)가 형성되어 있고, 화소 전극과 화소 전극 사이에는 미세 공간의 폭이 좁은 골(A)이 형성되어 있다.
도 6 및 도 7과 같이, 미세 공간의 상부가 마루와 골이 반복되는 그루브의 형태를 갖는 경우, 이러한 형상에 의해 마루와 골의 진행방향으로 추가적인 anchoring energy 가 형성된다. 이러한 추가적인 anchoring energy는 기존 광배향막의 낮은 anchoring energy에 의해 잔상이 발생하던 문제점을 해결하였다. 그러면 본 발명 비교예와 비교하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 효과에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명 비교예에 따른 표시 장치에 대하여, 도 6 및 도 7과 동일한 단면을 도시한 것이다.
도 8을 참고로 하면, 본 발명 비교예에 따른 표시 장치는 미세 공간의 상부 형상이 굴곡지지 않고 평평하다.
도 1 내지 도 8과 같이, 미세 공간이 형성되고 미세 공간 안에 액정이 존재하는 표시 장치의 경우 배향막(11.21)을 배향시키기 위하여 광배향법을 적용하고 있다. 이는, 구조상 미세 공간(305) 내부에 배향막(11, 21)이 형성되어야 하므로, 접촉 방식의 배향을 사용하기 어렵기 때문이다.
그러나 이러한 비접촉식 광배향법을 사용하여 배향막(11,21)을 배향시키는 경우, 액정을 배향시키기 위한 anchoring energy가 충분하지 않다.
따라서 도 8과 같은 구조의 표시 장치는, 액정 배향을 위한 에너지가 충분하지 않으므로, 액정 분자의 동적 특성이 나쁘고, 이는 잔상으로 시인되게 된다.
그러나 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 미세 공간 상부의 형상을 마루와 골이 반복되는 곡선 형태로 형성함으로써 추가적인 anchoring energy를 형성하였다. 마루과 골이 반복되는 형태로 인해, 그루브에 의한 추가적인 표면의 anchoring energy가 형성되고 이는 기존 표시 장치의 낮은 anchoring energy를 보상하게 된다. 따라서, 이렇게 미세 공간의 상부 형상의 변형으로 인해 액정 분자를 고정시키는 힘이 증가하게 되고, 이는 기존에 문제점으로 지적되었던 잔상 문제를 해결할 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 미세 공간의 셀 갭 D3가 3 um 내지 5 um 사이일 수 있다. 보다 바람직하게는, 미세 공간의 셀 갭 D3가 3.8 um 내지 4.8 um 사이일 수 있다.
도 8을 참고하면, 본 발명 비교예에 따른 표시 장치는 미세 공간의 셀 갭 D3가 약 3 um이다.
그러나 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치는, 본 발명 비교예와 유사한 셀갭을 유지하는 경우, 미세 공간 상부의 그루브 형성으로 인하여 투과율이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
도 9는 셀갭이 3 um로 동일한 본 발명 비교예(Ref) 및 각 실시예(No.2 , No.3)에 따른 표시 장치에 대하여, 인가된 전압에 의한 투과도 특성을 평가한 이미지이다.
도 10은 도 9의 실험결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10을 참고로 하면, 미세 공간의 상부에 그루브가 형성된 본 발명 실시예에 따른 표시 장치의 경우, 투과율이 약 30% 저하되는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명 실시예에 따른 표시 장치의 경우, 그루브 구조가 형성되면서 셀 갭이 감소되는 것과 동일한 효과가 일어났고, retardation이 감소하였기 때문이다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 미세 공간의 셀 갭을 1 um 내외로 증가시키면서 이러한 투과율 감소를 보상할 수 있다.
즉, 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치의 셀 갭은 3 um 보다 크다. 바람직하게는, 3.8 um 내지 4.8 um 사이일 수 있다.
도 11은 도 6과 같은 구조의 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치에서 셀갭을 다르게 하면서 전압에 따른 투과율을 측정한 이미지이다. 또한, 도 12는 도 11의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 11 및 도 12를 참고하면, 그루브가 형성된 표시 장치의 셀갭을 증가시킨 경우, 그루브가 형성되지 않은 표시 장치와 유사한 정도의 투과율을 유지함을 확인할 수 있었다. 즉, 셀갭을 4.8 um로 형성한 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치의 경우, 5V에서의 투과율이 0.25로, 도 10에 도시된 비교예의 투과율과 거의 차이가 없음을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치는, 미세 공간의 상부에 마루과 골이 반복되는 구조의 그루브를 형성함으로써 액정에 대한 anchoring energy를 증가시키고, 따라서 잔상을 개선하였다. 또한, 그루브를 형성하는 대신 미세 공간의 셀갭을 기존에 비하여 증가시킴으로써, 그루브 형성으로 인한 투과율 감소를 예방하였다.
그러면, 본 발명 다른 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 13은 본 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 따른 표시 장치는, 앞서 설명한 실시에에 의한 표시 장치와 상당 부분 유사하거나 동일하다. 유사한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다만, 도 13을 참고로 하면 본 실시예에 따른 표시 장치는, 미세 공간의 상부가 마루와 골이 반복되는 그루브 형태가 아니라, 복수의 스크래치가 형성된 형태라는 점에서 앞선 실시예와 구별된다.
즉 도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 미세 공간의 상부는, 좁은 간격을 갖는 복수의 홈이, 화소 전극의 연장방향으로 형성되어 있다. 따라서 표시 장치의 미세 공간의 단면은, 도 13에 도시된 것처럼 작은 요철이 무수하게 형성된 형태를 가지게 된다.
이러한 개별 요철(C) 또한, 앞선 실시예에 따른 표시 장치의 골(A)과 마루(B)와 동일한 기능 및 효과를 갖는다. 즉, 본 실시예에 따른 요철(C)은 액정에 가해지는 anchoring energy를 증가시키고, 본 실시예에 따른 표시 장치의 배향막의 낮은 배향력을 보완해준다. 따라서 잔상을 효과적으로 개선할 수 있다.
그러면, 이하 본 발명의 각 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 14와 같이, 절연 기판(110) 위에 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트선(121)을 형성하고, 게이트선(121) 위에 게이트 절연층(140)을 형성한다. 게이트 절연층(140) 위에 반도체(154), 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 형성한다. 데이터선(171)과 드레인 전극(175) 위에 보호막(180)을 형성한다.
이어, 보호막(180) 위의 각 화소 영역(PX) 내에 색필터(230)를 형성한다. 색필터(230)는 각 화소 영역(PX)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.
그 다음, 색필터(230) 위에 유기막(240) 및 공통 전극(270)을 형성하고, 공통 전극(270) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 절연층(250)을 형성한다.
이어, 보호막(180), 색필터(230) 및 절연층(250)을 식각하여 드레인 전극(175)의 일부가 노출되도록 접촉 구멍(184)을 형성한다.
이어, 절연층(250) 위에 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 물질을 증착한 후 패터닝하여 화소 영역(PX) 내에 화소 전극(191)을 형성한다. 화소 전극(191)은 접촉 구멍(184)을 통해 드레인 전극(175)과 연결되도록 형성한다.
이어, 도 16에 도시된 바와 같이 화소 전극(191) 및 절연층(250) 위에 위치하며, 각 화소 영역(PX)의 경계부 및 박막 트랜지스터 영역에 위치하는 차광 부재(220)를 형성한다. 즉, 제1 골짜기(V1)에 차광 부재(220)를 형성할 수 있다. 아울러, 각 화소 영역(PX)의 일측 가장자리에도 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.
다음, 도 17에 도시된 바와 같이 화소 전극 위에 감광성 유기 물질을 도포하고, 포토 공정을 통해 희생층(300)을 형성한다.
희생층(300)은 복수의 화소 열을 따라 연결되도록 형성된다. 즉, 희생층(300)은 각 화소 영역(PX)을 덮도록 형성되고, 제2 골짜기(V2)에 위치하는 감광성 유기 물질을 제거한다. 또한, 포토 공정을 통해 희생층(300)의 일부 영역을 제거하여 개구부(301)를 형성한다. 개구부(301)는 제1 골짜기(V1)에 인접하도록 형성할 수 있다. 개구부(301)의 형성에 의해 감광성 유기 물질 아래에 위치한 하부 절연층(250)이 노출된다.
도 15 내지 도 17은 도 3과 동일한 단면을 기준으로 제조 공정을 설명하였다. 그러나 이하에서는 설명의 편의를 위하여 도 5와 동일한 단면을 기준으로 제조 공정을 설명한다.
도 18은 도 17까지의 단계가 완료된 표시 장치에 대하여, 도 5와 동일한 단면을 도시한 것이다.
도 18을 참고하면, 공통 전극(191)위에 감광성 유기 물질이 패터닝되어 형성된 희생층(300)이 형성되어 있다.
이후, 도 19를 참고하면, 희생층(300)위에 패터닝된 마스크(700)를 이용하여 UV를 조사한다. 마스크의 개구 영역 및 비개구 영역은 형성하고자 하는 그루브의 모양에 따라 달라질 수 있다. 즉, 도 6과 같은 형태의 그루브를 형성하는 경우와 도 7과 같은 형태의 그루브를 형성하는 경우, 마스크의 개구 영역 및 비개구 영역은 서로 반대일 수 있다.
이때, 패터닝된 마스크와 희생층은 일정 거리를 두고 UV 노광 공정을 진행하여야 한다. 이는 UV 빛의 회절 효과가 나타나기 위해서는 일정 거리가 필요하기 때문이다.
도 20을 참고하면, 노광 후 UV 의 회절에 의하여 도 20에 도시된 바와 같이 희생층(300) 상부에 골(A)과 마루(B)가 반복되는 형태의 패턴이 형성되게 된다. 이러한 희생층(300)은 이후에 제거되어 미세 공간이 된다.
또는, 희생층 도 18의 단계 이후, 희생층 위에 패터닝된 마스크 정렬 및 노광 공정을 거치지 않고, 도 21에 도시된 바와 같이 희생층에 물리적으로 스크래치를 형성하는 공정을 진행할 수 있다. 도 21에서는 복수의 홈이 형성된 스크래쳐(750)로 희생층 상면을 물리적으로 긁는 방법을 도시하였으나, 희생층 위에 좁은 간격을 갖는 복수의 홈을 형성할 수 있는 방법이라면 제한되지 않는다.
이러한 공정을 통해, 도 22에 도시된 바와 같이 희생층 상부에 복수의 요철을 형성할 수도 있다. 이 공정을 거치는 경우, 완성되는 표시 장치는 도 13의 실시예에 따른 표시 장치가 된다.
다음, 도 23에 도시된 바와 같이 희생층(300) 위에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 무기 절연 물질로 하부 절연층(350)을 형성할 수 있다. 도 23부터는 다시 도 3과 동일한 단면을 기준으로 설명한다.
이어, 도 24에 도시된 바와 같이 하부 절연층(350) 위에 유기 물질로 지붕층(360)을 형성하고, 개구부(301) 내에는 지지 부재(365)를 형성한다. 지붕층(360)과 지지 부재(365)는 동일한 공정에서 동일한 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
지붕층(360)과 지지 부재(365)의 아래에는 하부 절연층(350)이 위치할 수 있다.
지지 부재(365)는 기둥 형상으로 이루어지며, 기판(110)의 상부면에서 바라본 지지 부재(365)의 평면 형상은 원형, 사각형, 및 삼각형 등의 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 지붕층(360)을 패터닝하여 제1 골짜기(V1) 에 위치하는 지붕층(360)을 제거할 수 있다. 이에 따라 지붕층(360)은 복수의 화소 행을 따라 연결되는 형태로 이루어지게 된다.
이어, 지붕층(360) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 상부 절연층(370)을 형성할 수 있다. 상부 절연층(370)은 패터닝된 지붕층(360) 위에 형성되므로 지붕층(360)의 측면을 덮어 보호할 수 있다.
다음, 도 26에 도시된 바와 같이, 상부 절연층(370), 하부 절연층(350)을 패터닝하여, 제1 골짜기(V1)에 위치하는 상부 절연층(370), 하부 절연층(350)을 제거한다.
이와 같이 패터닝함에 따라 제1 골짜기(V1)에 위치한 희생층(300)이 외부로 노출된다.
이어, 희생층(300)이 노출된 기판(110) 위에 현상액을 공급하여 희생층(300)을 전면 제거하거나, 애싱(ashing) 공정을 이용하여 희생층(300)을 전면 제거한다.
희생층(300)이 제거되면, 희생층(300)이 위치하였던 자리에 미세 공간(305)이 생긴다.
이때, 형성되는 미세 공간의 형상은, 앞서 패터닝된 희생층과 동일한 형상이 된다. 즉, 희생층이 상부에 골과 마루가 반복되는 그루브 형상인 경우, 미세 공간 또한 동일한 형상으로 형성된다. 마찬가지로, 희생층 상부에 스크래치가 형성된 경우, 미세 공간 또한 상부에 동일한 스크래치가 존재하는 형태로 형성된다. 도 27은 표시 장치의 세로 방향 단면이라 이러한 미세 공간의 형상이 잘 드러나지 않았으나, 각각의 경우 미세 공간의 형상은 도 6, 도 7 또는 도 13에 도시된 바와 같게 된다.
화소 전극(191)과 지붕층(360)은 미세 공간(305)을 사이에 두고 서로 이격된다. 지붕층(360)은 미세 공간(305)의 상부면, 양측면 및 주입구가 형성된 면의 반대면을 덮도록 형성된다.
지붕층(360) 이 제거된 부분을 통해 미세 공간(305)은 외부로 노출되어 있으며, 이를 주입구(307)라 한다. 주입구(307)는 제1 골짜기(V1)를 따라 형성되어 있다. 예를 들면, 주입구(307)는 화소 영역(PX)의 가장자리 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 즉, 주입구(307)는 화소 영역(PX)의 상측 가장자리 또는 하측 가장자리 중 어느 하나에 대응하여 미세 공간(305)의 측면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 이와 상이하게, 주입구(307)가 제2 골짜기(V2)를 따라 형성되도록 할 수도 있다.
이하에서 주입구(307)와 지지 부재(365)의 위치 관계에 대해 설명하면 다음과 같다.
지지 부재(365)는 주입구(307)에 인접하여 미세 공간(305) 내에 형성되어 있다. 하나의 미세 공간(305)에는 한 개의 주입구(307)가 형성될 수 있으며, 지지 부재(365)는 한 개의 주입구(307)가 형성된 위치에 대응하여 형성된다. 즉, 주입구(307)가 미세 공간의 하측 가장자리에 대응하여 형성되는 경우, 지지 부재(365)는 미세 공간의 상측 가장자리에 대응하여 형성될 수 있다.
이어, 기판(110)에 열을 가하여 지붕층(360)을 경화시킨다. 지붕층(360)에 의해 미세 공간(305)의 형상이 유지되도록 하기 위함이다.
도 27에 도시된 바와 같이, 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, 하부 절연층(350) 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.
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.
이때 본 발명 비교예에 따른 표시 장치의 경우, 광배향에 의한 배향막의 anchoring energy가 충분하지 않아 액정의 동적 특성이 감소하고, 잔상 문제가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명 실시예에 따른 표시 장치의 경우, 미세 공간의 상부를 골과 마루가 반복되는 그루브 형태로 형성하거나, 미세 공간의 상부에 복수의 스크래치를 형성함으로써 이러한 구조적 특성에 의한 추가 anchoring energy를 형성하였다. 따라서 광배향에 의한 낮은 액정 배향력을 보완해줄 수 있으며, 잔상을 개선할 수 있다.
이어, 상부 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
124: 게이트 전극 140: 게이트 절연층
154: 반도체 171: 데이터선
180: 보호막 191: 화소 전극
220: 차광 부재 230: 색필터
240: 절연층 250: 절연층
270: 공통 전극 300: 희생층
305: 미세 공간 307: 주입구
310: 액정 분자 350: 하부 절연층
360: 지붕층 365: 지지 부재
370: 상부 절연층 390: 덮개막
A: 골 B: 마루

Claims (20)

  1. 절연 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 위치하며, 절연층을 사이에 두고 중첩하는 공통 전극과 화소 전극,
    상기 화소 전극과 미세 공간을 사이에 두고 이격되게 형성되며 지지 부재를 포함하는 지붕층, 및
    상기 미세 공간을 채우고 있는 액정층을 포함하고,
    상기 지붕층의 하부는 지붕층의 두께가 두꺼워 지는 골 및 지붕층의 두께가 얇아지는 마루가 반복되는 형상인 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 화소 영역은 데이터선 및 데이터선과 수직한 방향의 게이트선을 포함하고,
    상기 화소 전극은 복수의 절개부를 가지고,
    상기 화소 전극은 복수의 절개부에 의해 형성되는 복수의 가지 전극을 포함하는 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 마루와 골은 진행 방향은 상기 게이트선의 진행 방향과 나란하며,
    상기 데이터선의 진행 방향과 나란한 임의의 직선에는 마루 또는 골만 대응하는 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 화소 가지 전극과 마주보는 위치에 지붕층의 골이 형성되며,
    상기 화소 전극의 절개부와 마주보는 위치에 지붕층의 마루가 형성되는 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 화소 가지 전극과 마주보는 위치에 지붕층의 마루가 형성되며,
    상기 화소 전극의 절개부와 마주보는 위치에 지붕층의 골이 형성되는 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 지붕층의 서로 인접한 마루와 마루 사이의 거리는 3.5 um 내지 4.5 um인 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 지붕층의 마루와 골 사이의 세로 방향 거리는 0.5 um 내지 1.5um인 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 미세 공간의 셀 갭은 3.8 um 내지 4.8 um 사이인 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 표시 장치는
    상기 미세 공간의 일부를 노출하도록 상기 지붕층 일단에 위치하는 주입구,
    상기 주입구를 덮도록 상기 지붕층 위에 형성되어 상기 미세 공간을 밀봉하는 덮개막을 포함하고,
    상기 지지 부재는 상기 주입구와 마주하며, 상기 지붕층의 타단과 연결되어 상기 미세 공간에 기둥 형상으로 형성되는 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 미세 공간의 상부는 상기 미세 공간의 두께가 얇아지는 골 및 두께가 두꺼워지는 마루가 반복되는 형상인 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 지붕층의 상부는 그루브가 형성되지 않고 평평한 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 지붕층의 두께가 두꺼워 지는 골 및 지붕층의 두께가 얇아지는 마루의 반복 주기가 짧아, 상기 데이터선과 나란한 방향으로 형성된 복수의 미세 홈이 형성된 것과 같이 보이는 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 지붕층의 상기 게이트선 방향의 단면에서,
    상기 지붕층의 하부는 복수의 요철이 형성된 표시 장치.
  14. 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 색필터를 형성하는 단계,
    상기 색필터 위에 공통 전극을 형성하는 단계,
    상기 공통 전극 위에 절연층을 형성하는 단계,
    상기 절연층 위에 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 상면이 패터닝된 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 하부 절연층을 형성하는 단계,
    상기 하부 절연층 위에 유기 물질을 도포하고, 패터닝하여 지붕층 및 지지 부재를 형성하는 단계,
    상기 희생층을 노출시키는 단계,
    상기 노출된 희생층을 제거하여 상기 하부 절연층과 상기 화소 전극 사이에 미세 공간을 형성하는 단계, 및
    상기 지붕층 위에 덮개막을 형성하여 상기 미세 공간을 밀봉하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계는 희생층의 두께가 얇아지는 골 및 두께가 두꺼워지는 마루가 반복되는 그루브 형상이 형성되도록 패터닝 하는 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계는 개구 영역 및 비개구 영역이 교대로 형성되어 있는 마스크를 이용하여 상기 희생층을 노광하는 방법으로 수행되는 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제15항에서,
    상기 절연층 위에 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계에서 형성된 상기 화소 전극은 복수의 절개부를 가지고,
    상기 화소 전극은 복수의 절개부에 의해 형성되는 복수의 가지 전극을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계 이후,
    상기 화소 가지 전극과 마주보는 위치에 희생층의 골이 형성되며,
    상기 화소 전극의 절개부와 마주보는 위치에 희생층의 마루가 형성되는 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제17항에서,
    상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계 이후,
    상기 화소 가지 전극과 마주보는 위치에 희생층의 마루가 형성되며,
    상기 화소 전극의 절개부와 마주보는 위치에 희생층의 골이 형성되는 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제14항에서,
    상기 희생층의 상면을 패터닝 하는 단계 이후
    상기 희생층의 상면은 일정 방향으로 나란하게 형성된 복수의 미세 홈이 존재하는 표시 장치의 제조 방법.
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