KR20160068112A - 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소 영역 및 박막 트랜지스터 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 상기 화소 영역 내에 형성되어 있는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 상기 화소 전극과 미세공간을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있는 컬러 필터층, 상기 박막 트랜지스터 영역에 형성되어 있는 연결 미세 공간 및 상기 미세공간 및 연결 미세 공간을 채우고 있는 액정을 포함하고, 동일한 열에 위치하는 화소 영역의 상기 미세 공간은, 상기 연결 미세 공간에 의하여 연결되어 있을 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.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소 영역 및 박막 트랜지스터 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 상기 화소 영역 내에 형성되어 있는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 상기 화소 전극과 미세공간을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있는 컬러 필터층, 상기 박막 트랜지스터 영역에 형성되어 있는 연결 미세 공간 및 상기 미세공간 및 연결 미세 공간을 채우고 있는 액정을 포함하고, 동일한 열에 위치하는 화소 영역의 상기 미세 공간은, 상기 연결 미세 공간에 의하여 연결되어 있다.
상기 복수의 화소 영역은 각각 상기 복수의 미세 공간을 포함하며, 상기 복수의 미세 공간은 게이트 선의 연장방향으로 형성된 제1 골짜기 및 데이터선의 연장 방향으로 형성된 제2 골짜기를 사이에 두고 각각 이격되어 있을 수 있다.
상기 연결 미세 공간은 상기 제1 골짜기에만 형성되어 있을 수 있다.
상기 연결 미세 공간의 제1 골짜기 방향으로의 폭은, 상기 미세 공간의 제1 골짜기 방향으로의 폭의 1/2 내지 1/4일 수 있다.
상기 연결 미세 공간과 연결되지 않은 상기 미세 공간의 측면에 주입구가 형성될 수 있다.
상기 미세 공간의 내부에 형성된 배향막을 포함할 수 있다.
상기 연결 미세 공간의 내부에 배향막 뭉침이 형성될 수 있다.
상기 컬러 필터층 하부에 공통 전극이 형성되어 있으며, 상기 공통 전극은 상기 화소 전극과 상기 미세 공간을 사이에 두고 이격되어 있을 수 있다.
상기 연결 미세 공간이 형성된 영역은 차광 부재가 형성되어 있을 수 있다.
상기 컬러 필터는 상기 미세 공간이 서로 연결된 화소의 열 방향으로 동일한 색의 컬러 필터가 형성되어 있고, 상기 미세 공간이 서로 연결되지 않은 행 방향으로 이웃한 화소와는 다른 색의 컬러 필터가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 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 단계에서 희생층은 기판의 열 방향으로 넓은 폭과 좁은 폭이 반복되고, 행 방향으로는 서로 분리되어 있도록 형성되며, 상기 희생층 위에 컬러 필터층을 형성하는 단계, 상기 컬러 필터 층을 패터닝하여 액정 주입구를 형성하고 상기 희생층을 노출시키는 단계, 상기 희생층을 제거하여 상기 화소 전극과 상기 컬러 필터층 사이에 미세 공간을 형성하고, 화소 전극이 형성되지 않은 영역에 연결 미세 공간을 형성하는 단계, 상기 미세 공간으로 배향막 물질을 주입하여 배향막을 형성하는 단계, 상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계, 및 상기 컬러 필터층 위에 덮개막을 형성하여 상기 미세 공간을 밀봉하는 단계를 포함하며, 동일한 열에 위치하는 화소 영역의 상기 미세 공간은, 상기 연결 미세 공간에 의하여 연결되어 있다.
상기 미세 공간은 게이트 선의 연장방향으로 형성된 제1 골짜기 및 데이터선의 연장 방향으로 형성된 제2 골짜기를 사이에 두고 각각 이격되어 있으며, 상기 연결 미세 공간은 상기 제1 골짜기에 형성되어 열 방향으로 이웃한 미세 공간을 연결할 수 있다.
상기 희생층의 넓은 영역의 폭은, 상기 희생층의 좁은 영역의 폭의 1/2 내지 1/4일 수 있다.
상기 상기 연결 미세 공간의 제1 골짜기 방향으로의 폭은, 상기 미세 공간의 제1 골짜기 방향으로의 폭의 1/2 내지 1/4일 수 있다.
상기 미세 공간으로 배향막 물질을 주입하여 배향막을 형성하는 단계에서 주입된 미세 공간에 주입된 배향막 물질은, 상기 연결 미세 공간 내부로도 흘러 들어갈 수 있다.
상기 미세 공간으로 배향막 물질을 주입하여 배향막을 형성하는 단계는 배향막 물질을 주입후 배향막 물질을 경화시키는 단계를 포함하며, 이때 상기 연결 미세 공간 내부에서 배향막 뭉침이 발생할 수 있다.
상기 희생층 위에 컬러 필터층을 형성하는 단계에서 컬러 필터는 열 방향으로 연결된 희생층 상부에 동일한 색상의 컬러 필터가 형성되며, 행 방향으로 이웃한 희생층 상부에는 서로 다른 색상의 컬러 필터가 형성될 수 있다.
상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계에서 액정 물질의 주입은 행렬 방향으로 배열된 미세 공간의 행 방향을 따라 이루어지며, 미세 공간 사이에 형성된 짝수행 또는 홀수 행에만 액정 물질이 떨어질 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 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치 및 그 제조 방법은 각 화소 영역의 열 방향으로 인접한 미세 공간을 연결 미세 공간에 의하여 연결함으로써, 미세 공간 상부에 위치하는 컬러 필터와 같은 구조물의 처짐을 방지하고, 배향막 뭉침을 연결 미세 공간 안으로 유도하였다.
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 5는 도 1의 V-V선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명 비교예에 따른 표시 장치의 배치도이다.
도 7은 도 6의 배치도를 VII-VII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명 비교예에 따른 표시 장치에서 액정 빠짐이 발생한 이미지이다.
도 9는 본 발명 비교예에 따른 표시 장치에서 액정 주입시 에어 버블이 발생한 이미지이다.
도 10, 도 12, 도 14, 도 16, 도 18, 도 21, 도 22, 도 23은 도 1의 표시 장치를 V-V선을 따라 잘라 도시한 면에 대한 공정 단면도이다.
도 11, 도 13, 도 15, 도 17, 도 19, 도 25, 도 27, 도 29는 도 1의 표시 장치를 XI-XI선을 따라 잘라 도시한 면에 대한 공정 단면도이다.
도 20은 기판 전체에서 희생층의 형성 형태를 도시한 것이다.
도 24, 도 26, 도 28, 도 30, 도 33, 도 36은 도 1의 표시 장치를 III-III선을 따라 잘라 도시한 면에 대한 공정 단면도이다.
도 31 및 도 32는 본 발명 실시예의 표시 장치의 제조 방법에서 배향액 도포 공정 및 배향막 건조 공정, 배향막의 뭉침 유도를 나타낸 그림이다.
도 34 및 도 35는 본 발명 실시예의 표시 장치의 제조 방법에서 액정 주입 공정을 나타낸 그림이다.
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 컬러필터(230)를 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.
컬러 필터(230)는 화소 행 및 화소 열 방향으로 형성되어 있다. 이때, 제1 골짜기(V1)에서는 컬러 필터(230)가 제거되어 컬러 필터(230) 아래에 위치하는 구성 요소가 외부로 노출될 수 있도록 주입구(307)가 형성되어 있다.
이때 화소 열 방향으로 형성된 컬러 필터(230)는 동일한 색상을 나타내며, 화소 행 방향으로는 서로 다른 색상을 나타내는 컬러 필터(230)가 형성되어 있을 수 있다. 즉 도 1에서 세로 방향으로 형성된 컬러 필터는 동일한 색을 나타내고, 제2 골짜기(V2)를 사이에 두고 가로 방향으로 인접하여 형성된 컬러 필터는 다른 색을 나타낼 수 있다. 이때 컬러필터는 차례대로 적, 녹, 청이 반복되어 배열될 수 있다.
각 컬러 필터 (230)는 인접한 제2 골짜기(V2) 사이에서 기판(110)으로부터 떨어져 형성됨으로써, 미세 공간(305)이 형성된다. 또한, 각 컬러 필터 (230)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 컬러 필터 (230)은 제1 골짜기(V1)에서 서로 연결될 수도 있다.
즉 도 1을 참고로 하면, 복수의 컬러 필터는 제1 골짜기(V1)에서 서로 연결되어 있다. 제1 골짜기(V1)에 기판으로부터 떨어져 형성된 컬러 필터(230)는 연결 미세 공간(306)을 형성한다. 연결 미세 공간(306)은 미세 공간(305)과 연결되어 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 5는 도 1의 V-V선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 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 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 영역(PX)의 경계부와 박막 트랜지스터 위에 형성되어 빛샘을 방지할 수 있다. 즉, 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.
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 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.
제1 골짜기(V1)에도 연결 미세 공간(306)이 형성되어 있다. 연결 미세 공간(306)의 폭은 미세 공간(305)의 폭보다 좁으며, 통상적으로 미세 공간(305)의 중앙에 위치한다. 연결 미세 공간(306)의 폭은 미세 공간(305)의 가로폭의 1/2 내지 1/4 크기일 수 있다.
도 3은 연결 미세 공간(306)을 포함시키지 않고 자른 단면이고, 도 4는 연결 미세 공간(306)을 포함시켜 자른 단면이다. 도 4를 참고로 하면 연결 미세 공간(306)은 제1 골짜기(V1) 양쪽에 위치하는 미세 공간(305)을 서로 연결해준다. 이후 설명하겠지만, 미세 공간에서 연결 미세 공간(305)과 연결되지 않은 부분에는 주입구가 형성되어 배향막 재료 및 액정이 주입되게 된다.
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 컬러 필터(230)가 형성되어 있다. 컬러 필터(230)의 아래에는 미세 공간(305) 및 연결 미세 공간(306)이 형성되어 있고, 미세 공간(305) 및 연결 미세 공간(306)의 형상을 유지할 수 있다. 즉, 컬러 필터(230)는 화소 전극(191)과 미세 공간(305)을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있다.
컬러 필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다. 컬러 필터(230)는 적색, 녹색, 및 청색의 삼원색에 한정되지 아니하고, 청록색(cyan), 자홍색(magenta), 옐로(yellow), 화이트 계열의 색 등을 표시할 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(230)는 이웃하는 데이터선(171) 사이를 따라서 열 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 이때 데이터선(171)을 사이에 두고 양쪽으로 다른 색의 컬러 필터(230)가 위치할 수 있다. 즉, 열 방향으로의 화소 영역마다 각각 적, 녹, 청의 컬러 필터(230)가 반복되어 존재할 수 있다.
컬러 필터(230)는 화소 행을 따라 각 화소 영역(PX) 및 제2 골짜기(V2)에 형성되며, 제1 골짜기(V1)에는 일부에만 형성된다. 즉, 컬러 필터(230)는 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb) 사이에서는 연결 미세 공간(306) 상부에만 형성된다. 각 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb)에서는 각 컬러 필터(230)의 아래에 미세 공간(305)이 형성되어 있다. 제2 골짜기(V2)에서는 컬러 필터(230) 의 아래에 미세 공간(305)이 형성되지 않으며, 기판(110)에 부착되도록 형성되어 있다. 미세 공간(305)의 상부면 및 양측면은 컬러 필터(360)에 의해 덮여 있는 형태로 이루어지게 된다.
공통 전극(270), 제2 절연층(350), 및 컬러 필터 (230)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.
미세 공간(305)는 연결 미세 공간(306)과 연결되어 있으므로, 미세 공간이 연결 미세 공간(306)과 연결되지 않은 쪽에만 주입구(307)가 형성되어 있다. 즉 도 1에 도시된 바와 같이 미세 공간(305)의 가운데에는 연결 미세 공간(306)이 위치하고 있고, 연결 미세 공간(306)의 양 쪽으로 미세 공간(305)에 주입구(307)가 형성되어 있다.
컬러 필터(230) 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 컬러 필터(230) 의 상부면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 제3 절연층(370)은 유기 물질로 이루어진 컬러 필터(230)를 보호하는 역할을 한다.
상기에서 컬러 필터(230) 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.
이와 같이 본 발명은 열 방향으로 인접한 미세 공간 사이에, 미세 공간(305)을 연결하는 연결 미세 공간(306)이 형성되어 있다. 즉 제1 골짜기에 형성된 연결 미세 공간(306)은 미세 공간(305)과 공간을 공유하게 되며, 이러한 연결 미세 공간(306)은 상부의 컬러 필터(230)가 처지지 않도록 처짐을 방지해주며, 연결 미세 공간(306) 내부에 배향막 뭉침을 유도함으로써 별도의 지지 부재 형성이 요구되지 않는다. 따라서 지지 부재 형성에 의한 개구율 감소 문제가 없다. 또한, 이후 자세히 설명하겠지만 액정 주입시 에어 버블이 발생하는 문제를 예방할 수 있다.
그러면 본 발명 비교예와 비교하여 본 발명 실시예에 따른 표시 장치의 컬러 필터(230) 처짐 방지 효과 및 배향막 뭉침 방지, 개구율 개선 효과에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명 비교예에 따른 표시 장치의 배치도이며, 도 7은 도 6의 배치도를 VI-VI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 6을 참고로 하면, 본 발명 비교예에 따른 표시 장치는 미세 공간의 주입구 부근에 지붕층의 처짐을 막기 위한 지지 부재(365)가 위치한다. 도 7을 참고로 하면 이러한 지지 부재(365)는 지붕층 물질 등으로 만들어 지며, 이러한 지지 부재(365)에 의해 미세 공간(305) 상부에 위치하는 지붕층(360)등의 구조물의 처짐을 방지할 수 있다. 또한 이러한 지지 부재(365)는 모세관력을 증가시키고, 지지 부재(365) 부근에서 배향막 뭉침 현상을 유도한다. 이러한 지지 부재(365)는 따라서 블랙 매트릭스(220)에 의해 차광되어야 하고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 제1 골짜기에 위치하는 블랙 매트릭스의 폭이 넓어지게 된다. 따라서 지지 부재(365)형성을 통해 지붕층(360) 처짐 방지 및 배향막 뭉침을 비시인 영역으로 유도할 수는 있으나, 개구율이 감소하는 문제가 존재한다.
또한, 이러한 본 발명 비교예에 따른 표시 장치의 경우 지지부재가 형성되지 않은 쪽의 미세 공간 주입구는 액정 빠짐 형상이 발생하게 된다. 도 8은 액정 빠짐이 발생한 본 발명 비교예에 따른 표시 장치의 이미지이다. 도 8을 참고로 하면, 액정이 빠져나간 영역이 하얗게 표시된 것을 확인할 수 있다. 이는 액정 주입 후, 세척 과정에서 지지부재가 존재하지 않는 쪽의 미세 공간 주입구는 오픈된 형태이므로, 그 부근의 미세 공간에 채워져 있던 액정이 같이 세척되어 제거되는 것이다.
또한 본 발명 비교예에 따른 표시 장치는 액정 주입시 에어 버블이 발생하는 문제점이 있다. 도 9는 본 발명 비교예에 따른 표시 장치에서 액정 주입시 에어 버블이 발생한 이미지이다.
액정은 미세 공간 사이에 위치하는 제1 골짜기에 떨어지게 되고, 이러한 액정은 미세 공간에 형성된 주입구를 통해 미세 공간 안으로 들어가게 된다. 이때, 미세 공간 안에 이미 존재하고 있던 공기가 빠져나가지 못하게 되어, 공간 안에 에어 버블의 형태로 존재하게 된다. 이러한 에어 버블은 도 9에 도시된 바와 같이 밝은색으로 시인되며 이는 표시 장치의 불량을 유발한다.
그러나 본 발명 실시예에 따른 표시 장치는 미세 공간(305) 사이에 위치하는 연결 미세 공간(306)이 본 발명 비교예의 지지 부재와 같은 기능을 수행한다. 즉 연결 미세 공간(306)이 미세 공간(305) 위에 위치하는 컬러 필터(230) 등과 같은 구조물을 지지해주어, 쳐짐을 방지하게 된다.
또한 연결 미세 공간(306)의 폭이 미세 공간(305)에 비해 좁기 때문에, 연결 미세 공간(306)의 모세관력이 미세 공간(305)에 비하여 크다. 따라서 배향막 주입시 배향막 뭉침이 연결 미세 공간(306) 내부에 유도된다. 연결 미세 공간(306)은 블랙 매트릭스(220)에 의해 차광되는 부분이므로, 배향막 뭉침을 효과적으로 유도하고 시인되지 않게 할 수 있다.
또한, 연결 미세 공간(306)이 형성되지 않은 미세 공간(305)의 양 측면은 제1 골짜기에 대하여 오픈되어 있다. 따라서 액정 주입시 주입되는 액정의 반대쪽에 존재하는 주입구를 통해 이미 미세 공간을 채우고 있던 공기가 빠져나가게 되고, 따라서 에어 버블이 형성되지 않게 된다.
그러면 이하 도 1 내지 도 5, 도 10 내지 도 35를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 10 내지 도 35는 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 공정 단면도 및 개략도이다.
도 10, 도 12, 도 14, 도 16, 도 18, 도 21, 도 22, 도 23은 도 1의 표시 장치를 V-V선을 따라 잘라 도시한 면에 대한 공정 단면도이다. 도 11, 도 13, 도 15, 도 17, 도 19, 도 25, 도 27, 도 29는 도 1의 표시 장치를 XI-XI선을 따라 잘라 도시한 면에 대한 공정 단면도이다. 즉 도 11, 도 13, 도 15, 도 17, 도 19, 도 25, 도 27, 도 29는 연결 미세 공간의 단면도이다.
도 24, 도 26, 도 28, 도 30은 도 1의 표시 장치를 III-III선을 따라 잘라 도시한 면에 대한 공정 단면도이다.
도 10에 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.
이때, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 골짜기에도 게이트 절연막이 형성된다.
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 12를 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.
이때, 도 13에 도시된 바와 같이 제1 골짜기에도 보호막(180)이 형성된다.
이어, 도 14를 참고하면 보호막(180) 위의 각 화소 영역(PX)의 경계부 및 박막 트랜지스터 위에 차광 부재(220)를 형성한다. 이때, 도 15에 도시된 와 같이 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb)의 사이에 위치하는 제1 골짜기(V1)에도 차광 부재(220)를 형성할 수 있다.
다음, 도 16을 참고하면 차광 부재(220) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 제1 절연층(240)을 형성한다. 이때 도 17에 도시된 바와 같이 제1 골짜기에도 제1 절연층(240)이 형성된다.
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.
다음, 도 18에 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)에도 일부를 덮도록 형성된다. 그러나 포토 공정의 의해 희생층은 제2 골짜기(V2) 위에서는 제거되어 존재하지 않는다.
즉, 희생층(300)은 복수의 화소 열을 따라 연결되도록 형성되며, 제1 골짜기에서는 희생층의 폭이 좁다. 도 19에 도시된 바와 같이, 제1 골짜기에 형성된 희생층의 폭은 화소 영역(PX)에 형성된 희생층의 폭보다 좁다. 이는 이후 희생층이 위치하던 공간이 각각 미세 공간 및 연결 미세 공간이 되기 때문이다. 즉, 화소 영역의 희생층의 폭은 제1 골짜기에 형성된 희생층의 폭의 2배 내지 4배일 수 있다.
도 20은 기판 전체에서 희생층의 형성 형태를 도시한 것이다. 도 20을 참고로 하면, 희생층을 열 방향으로 연결되도록 형성되어 있으며, 제1 골짜기에서는 그 폭이 좁아지고, 제2 골짜기에는 존재하지 않는다.
이어, 도 21에 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 22에 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 컬러 필터(230)를 형성한다. 이때 컬러 필터(230)는 각 제1 부화소 영역(PXa)과 제2 부화소 영역(PXb)에 형성하고, 제1 골짜기(V1)에는 좁은 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 화소 영역(PX)의 열 방향을 따라 동일한 색의 색필터(230)를 형성할 수 있다. 즉 복수의 화소 영역(PX)의 열 방향으로는 동일한 색필터가 형성되어 있으며, 행 방향으로는 RGB 세가지 색의 컬러 필터가 번갈아 형성될 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.
이때 제1 골짜기의 컬러 필터(230) 일부는 패터닝되어 있다. 즉, 제1 골짜기에서, 희생층(300)이 형성되지 않은 영역의 컬러 필터(230)는 제거되어 있다. 이때 패터닝된 컬러 필터(230) 영역은 후에 액정 주입구로 기능하게 된다.
다음 도 23에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(230) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 제3 절연층(370)을 형성할 수 있다. 제3 절연층(370)은 패터닝된 컬러 필터(230) 위에 형성되므로 컬러 필터(230)의 측면을 덮어 보호할 수 있다.
도 24는 도 23에 도시된 단계까지 제조된 표시 장치의 다른 단면을 도시한 것이다. 도 24는 제1 골짜기(V1) 영역을 가로지르는 영역, 즉 도 3과 동일한 단면으로 도시한 것이다. 도 23까지는 제2 골짜기(V2) 영역을 가로지르는 단면으로 도시하였으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 골짜기(V1) 영역을 가로지르는 단면으로 바꾸어 설명한다.
도 25를 참고로 하면, 제1 골짜기 상부에도 컬러 필터(230) 및 제3 절연층(370)이 적층되어 있다.
다음, 도 26을 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.
이때, 도 27을 참고로 하면 제1 골짜기에 적층된 구조물에서도 제3 절연층(370) 및 제2 절연층(350)을 패터닝 한다. 따라서 제1 골짜기에는 희생층 및 희생층(300) 상부의 제2 절연층(350), 제2 절연층 상부의 컬러 필터(230) 및 컬러 필터(230) 상부의 제3 절연층(370)이 차례로 존재하며, 희생층(300) 및 컬러 필터(230)의 양 측면은 각각 절연층 등에 의하여 보호되어 있다. 즉 희생층(300) 및 컬러 필터(230)가 제1 골짜기의 가로 방향에 대하여 노출되어 있지 않다.
다음, 도 28을 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.
이때, 화소 영역에 패터닝된 희생층(300)은 노출되어 있으므로 희생층이 제거되지만, 제1 골짜기에 패터닝된 희생층은 양 측면이 노출되어 있지 않다. 그러나 화소 영역의 희생층과 제1 골짜기의 희생층은 서로 연결되어 있으므로 제1 골짜기의 희생층 또한 제거된다. 따라서 도 29에 도시된 바와 같이 제1 골짜기의 희생층(300)이 위치하였던 자리에 연결 미세 공간(306)이 생긴다. 미세 공간(305)과 연결 미세 공간(306)이 희생층(300) 제거에 의하여 한번에 형성되므로, 미세 공간(305)과 연결 미세 공간(306)이 서로 연결되어 있는 것은 자명하다.
도 28에 도시된 바와 같이 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 미세 공간(305)을 사이에 두고 서로 이격되고, 화소 전극(191)과 컬러 필터(230)는 미세 공간(305)을 사이에 두고 서로 이격된다. 공통 전극(270)과 컬러 필터(230)는 미세 공간(305)의 상부면과 양측면을 덮도록 형성된다.
컬러 필터(230) 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 도 30을 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. 제1 배향막 및 제2 배향막을 분리하여 표현하였으나, 실제로 제1 배향막(11) 및 제2 배향막(21)은 서로 연결되어 구분이 어려울 수 있다.
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.
이때, 미세 공간(305)과 연결 미세 공간(306)이 연결되어 있기 때문에 미세 공간(305)에 형성된 주입구를 통해 주입된 배향액은 연결 미세 공간(306) 내부로도 들어가게 된다.
이때 연결 미세 공간(306)의 폭이 미세 공간(305)에 비하여 좁기 때문에 모세관력이 더 강하게 되고, 따라서 배향액의 경화시 배향막 뭉침은 연결 미세 공간(306) 내부에 유도된다. 즉 배향액이 경화되면서 일부 영역에서 배향막이 뭉치는 현상이 나타날 수 있는데 본원발명은 연결 미세 공간(306) 내부에 배향막 뭉침을 유도하여 이러한 문제를 해결하였다.
도 31 및 도 32는 본 발명 실시예의 표시 장치의 제조 방법에서 배향액 도포 공정 및 배향막 건조 공정, 배향막의 뭉침 유도를 나타낸 그림이다.
도 31을 참고로 하면, 배향액은 제1 골짜기에 떨어지게 되며, 제1 골짜기 전부에 떨어지는 것이 아니라 제1 골짜기를 한줄씩 건너뛰어 도포된다.
도포된 배향액은 미세 공간(305)에 형성된 주입구(307)를 통해 미세 공간(305) 및 이와 연결된 연결 미세 공간(306)을 채우게 된다.
도 32는 배향액이 채워진 미세 공간(305) 및 연결 미세 공간(306)에서 건조 과정을 도시한 것이다. 도 32(a)는 배향액이 채워진 미세 공간(305) 및 연결 미세 공간(306)을 도시한 것이고, 도 32(b) 내지 (d)는 배향액 건조과정을 나타낸 것이다. 도 32(b)를 참고로 하면, 배향액은 미세 공간(305)의 가장자리부터 건조되기 시작한다. 이후 도 32(c)에 도시된 바와 같이 점점 더 중앙영역으로 건조되기 시작하며, 이후 도 32(d)에 도시된 바와 같이 미세 공간(305)의 전 영역에서 건조된다. 그러나 도 32(d)에 도시된 것처럼, 연결 미세 공간(306)의 폭은 미세 공간(305)에 비하여 폭이 좁고, 따라서 모세관력이 강하기 때문에 배향액이 많이 들어가게 되고 건조시 뭉침 현상이 나타나게 된다. 즉 연결 미세 공간(306) 내부에 배향액 뭉침(13)이 발생한다. 이렇게 연결 미세 공간(306) 내부에 배향막 뭉침(13)이 발생하면, 미세 공간(305) 내부에는 배향막 뭉침이 발생하지 않는다. 따라서 배향막 뭉침에 의한 불량을 해결할 수 있다. 연결 미세 공간(306)은 블랙 매트릭스(220)에 의해 가려지는 영역이므로 배향막 뭉침(13)이 발생하더라도 표시 품질에 영향을 미치지 않는다.
이어, 도 33을 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 미세 공간(305)와 연결 미세 공간(306)이 연결되어 있으므로, 연결 미세 공간(306) 내부에도 액정이 존재하게 된다.
이때 앞서 설명한 바와 같이, 액정은 홀수 번째 또는 짝수 번째 주입구에만 선택적으로 떨어지므로, 액정 주입시 반대쪽 주입구를 통해 공기가 빠져나가게 된다. 따라서 에어 버블이 형성되지 않는다.
도 34 및 도 35는 본 발명 실시예의 표시 장치의 제조 방법에서 액정 주입 공정을 나타낸 그림이다.
도 34를 참고로 하면 액정 물질(310)은 액정 물질(310)은 제1 골짜기에 떨어지게 되며, 제1 골짜기 전부에 떨어지는 것이 아니라 제1 골짜기를 한줄씩 건너뛰어 도포된다. 즉 홀수 번째 제1 골짜기 또는 짝수 번째 제1 골짜기에만 선택적으로 떨어진다.
도 35는 액정 주입시 액정의 주입 과정을 단계적으로 도시한 것이다. 도 35에 도시된 바와 같이 주입된 액정은 서서히 반대쪽 주입구 쪽으로 확장되어 미세 공간(305)을 채우며, 이때 반대쪽 주입구에는 액정 물질이 떨어지지 않았으므로 반대쪽 주입구를 통해 처음에 미세 공간(305)에 채워져 있던 공기가 빠져나간다. 따라서 액정(310)은 공기를 반대쪽으로 밀어내면서 미세 공간(305)을 채울 수 있고, 미세 공간(305) 안에 에어 버블이 형성되지 않는다.
다음, 도 36에 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.
이상과 같이 본 발명 일 실시예에 따른 표시 장치는 각 화소 영역의 열 방향으로 인접한 미세 공간(305)을 연결 미세 공간(306)에 의하여 연결함으로써, 미세 공간 상부에 위치하는 컬러 필터(230)와 같은 구조물의 처짐을 방지하였다. 또한, 배향막 뭉침을 연결 미세 공간(306) 안으로 유도함으로써 표시 영역 내에 배향막 뭉침에 의한 불량을 해결하였다. 또한, 액정을 홀수번째 또는 짝수번째 주입구에만 주입함으로써 반대쪽 주입구로 공기가 빠져나가도록 하여, 액정 주입시 발생하던 에어 버블을 해결하였다.
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 306: 연결 미세 공간
307: 주입구 310: 액정 분자
350: 제2 절연층 370: 제3 절연층
390: 덮개막

Claims (18)

  1. 복수의 화소 영역 및 박막 트랜지스터 영역을 포함하는 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터에 연결되어 상기 화소 영역 내에 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 화소 전극 위에 상기 화소 전극과 미세공간을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있는 컬러 필터층,
    상기 박막 트랜지스터 영역에 형성되어 있는 연결 미세 공간 및
    상기 미세공간 및 연결 미세 공간을 채우고 있는 액정을 포함하고,
    동일한 열에 위치하는 화소 영역의 상기 미세 공간은, 상기 연결 미세 공간에 의하여 연결되어 있는 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 화소 영역은 각각 상기 복수의 미세 공간을 포함하며,
    상기 복수의 미세 공간은 게이트 선의 연장방향으로 형성된 제1 골짜기 및 데이터선의 연장 방향으로 형성된 제2 골짜기를 사이에 두고 각각 이격되어 있는 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 연결 미세 공간은 상기 제1 골짜기에만 형성되어 있는 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 연결 미세 공간의 제1 골짜기 방향으로의 폭은,
    상기 미세 공간의 제1 골짜기 방향으로의 폭의 1/2 내지 1/4인 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 연결 미세 공간과 연결되지 않은 상기 미세 공간의 측면에 주입구가 형성된 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 미세 공간의 내부에 형성된 배향막을 포함하는 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 연결 미세 공간의 내부에 배향막 뭉침이 형성된 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 컬러 필터층 하부에 공통 전극이 형성되어 있으며,
    상기 공통 전극은 상기 화소 전극과 상기 미세 공간을 사이에 두고 이격되어 있는 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 연결 미세 공간이 형성된 영역은 차광 부재가 형성되어 있는 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 컬러 필터는 상기 미세 공간이 서로 연결된 화소의 열 방향으로 동일한 색의 컬러 필터가 형성되어 있고,
    상기 미세 공간이 서로 연결되지 않은 행 방향으로 이웃한 화소와는 다른 색의 컬러 필터가 형성된 표시 장치.
  11. 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 단계에서 희생층은 기판의 열 방향으로 넓은 폭과 좁은 폭이 반복되고, 행 방향으로는 서로 분리되어 있도록 형성되며,
    상기 희생층 위에 컬러 필터층을 형성하는 단계,
    상기 컬러 필터 층을 패터닝하여 액정 주입구를 형성하고 상기 희생층을 노출시키는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 상기 화소 전극과 상기 컬러 필터층 사이에 미세 공간을 형성하고, 화소 전극이 형성되지 않은 영역에 연결 미세 공간을 형성하는 단계,
    상기 미세 공간으로 배향막 물질을 주입하여 배향막을 형성하는 단계,
    상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계, 및
    상기 컬러 필터층 위에 덮개막을 형성하여 상기 미세 공간을 밀봉하는 단계를 포함하며,
    동일한 열에 위치하는 화소 영역의 상기 미세 공간은, 상기 연결 미세 공간에 의하여 연결되어 있는 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 미세 공간은 게이트 선의 연장방향으로 형성된 제1 골짜기 및 데이터선의 연장 방향으로 형성된 제2 골짜기를 사이에 두고 각각 이격되어 있으며,
    상기 연결 미세 공간은 상기 제1 골짜기에 형성되어 열 방향으로 이웃한 미세 공간을 연결하는 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 희생층의 넓은 영역의 폭은, 상기 희생층의 좁은 영역의 폭의 1/2 내지 1/4인 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제12항에서,
    상기 상기 연결 미세 공간의 제1 골짜기 방향으로의 폭은,
    상기 미세 공간의 제1 골짜기 방향으로의 폭의 1/2 내지 1/4인 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제11항에서,
    상기 미세 공간으로 배향막 물질을 주입하여 배향막을 형성하는 단계에서 주입된 미세 공간에 주입된 배향막 물질은, 상기 연결 미세 공간 내부로도 흘러 들어가는 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 미세 공간으로 배향막 물질을 주입하여 배향막을 형성하는 단계는 배향막 물질을 주입후 배향막 물질을 경화시키는 단계를 포함하며,
    이때 상기 연결 미세 공간 내부에서 배향막 뭉침이 발생하는 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제11항에서,
    상기 희생층 위에 컬러 필터층을 형성하는 단계에서 컬러 필터는 열 방향으로 연결된 희생층 상부에 동일한 색상의 컬러 필터가 형성되며,
    행 방향으로 이웃한 희생층 상부에는 서로 다른 색상의 컬러 필터가 형성되는 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에서,
    상기 미세 공간으로 액정 물질을 주입하여 액정층을 형성하는 단계에서 액정 물질의 주입은 행렬 방향으로 배열된 미세 공간의 행 방향을 따라 이루어지며,
    미세 공간 사이에 형성된 짝수행 또는 홀수 행에만 액정 물질이 떨어지는 표시 장치의 제조 방법.
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