KR20160093140A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20160093140A
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이백희
노남석
박해일
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 배치되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 배치되어 있으며, 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 상기 화소 전극과 미세 공간을 사이에 두고 이격되도록 배치되어 있는 지붕층, 상기 미세 공간에 위치하는 액정층, 편광판, 그리고 복수 개의 퀀텀 로드가 배치되어 있는 퀀텀 로드층을 포함하고, 상기 편광판 및 상기 퀀텀 로드층 중 어느 하나는 상기 기판 아래에 배치되어 있고, 다른 하나는 상기 지붕층 위에 배치되어 있다.

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 배치되어 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.
일반적으로 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, 색 필터, 공통 전극 등이 형성될 수 있다. 경우에 따라 차광 부재, 색 필터, 공통 전극이 박막 트랜지스터 표시판에 형성될 수도 있다.
이러한 종래의 액정 표시 장치의 경우 두 장의 기판이 필수적으로 사용되고, 두 장의 기판 위에 각각의 구성 요소들을 형성함에 따라 표시 장치가 무겁고, 두꺼우며, 비용이 많이 들고, 공정 시간이 오래 걸리는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이에, 최근에는 하나의 기판 위에 다수의 미세 공간(micro cavity)을 형성하고 그 구조물 내부에 액정을 주입하여 액정 표시 장치를 제작하는 기술이 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하나의 기판을 포함하는 액정 표시 장치에서 편광판의 수를 줄이는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 배치되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 배치되어 있으며, 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 상기 화소 전극과 미세 공간을 사이에 두고 이격되도록 배치되어 있는 지붕층, 상기 미세 공간에 위치하는 액정층, 편광판, 그리고 복수 개의 퀀텀 로드가 배치되어 있는 퀀텀 로드층을 포함하고, 상기 편광판 및 상기 퀀텀 로드층 중 어느 하나는 상기 기판 아래에 배치되어 있고, 다른 하나는 상기 지붕층 위에 배치되어 있다.
상기 복수개의 퀀텀 로드는 상기 광을 백색광으로 변환하고, 상기 광을 선편광시킬 수 있다.
상기 퀀텀 로드층은 상기 지붕층 위에 배치되어 있고, 상기 편광판은 상기 기판 아래에 배치되어 있을 수 있다.
상기 퀀텀 로드층은 상기 복수 개의 퀀텀 로드를 포함하는 캐핑층이고, 상기 캐핑층은 상기 지붕층 위에 배치되어 있고, 상기 미세 공간을 밀봉할 수 있다.
광원으로부터 발광된 광은 상기 캐핑층을 투과한 후에 상기 액정층으로 입사될 수 있다.
상기 광은 자외선 또는 청색광일 수 있다.
상기 각 퀀텀 로드는 장축 및 단축을 포함하는 타원 형태 또는 막대 형태일 수 있다.
상기 각 퀀텀 로드는 장축이 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 배치되어 있을 수 있다.
상기 복수개의 퀀텀 로드에 의해 선편광된 상기 광의 편광 방향과 상기 편광판의 투과축은 서로 직교할 수 있다.
상기 퀀텀 로드층은 상기 기판의 아래에 배치되어 있고, 상기 편광판은 상기 지붕층 위에 배치되어 있을 수 있다.
광원으로부터 발광된 광은 상기 퀀텀 로드층을 투과한 후에 상기 액정층으로 입사될 수 있다.
상기 편광판과 상기 지붕층 사이에 배치되어 있으며, 상기 미세 공간을 밀봉하는 캐핑층을 더 포함하고, 상기 복수개의 퀀텀 로드에 의해 선편광된 상기 광의 편광 방향과 상기 편광판의 투과축은 서로 직교할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 기판을 포함하는 액정 표시 장치에서, 퀀텀 로드를 사용하여 광원으로부터 입사된 광을 선편광시킬 수 있으므로, 편광판의 수를 줄일 수 있다.
또한, 퀀텀 로드를 사용하여 광원으로부터 입사된 광을 백색광으로 변환시키므로, 색재현성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀 로드의 단면의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면의 일 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 유리 또는 플라스틱 등과 같은 재료로 만들어진 기판(110)을 포함한다. 기판(110)이 플라스틱으로 이루어진 경우는 플렉서블 기판일 수 있다.
기판(110) 위에 지붕층(360)에 의해 덮여 있는 미세 공간(305)이 배치되어 있다. 기판(110) 위에 복수의 지붕층(360)이 배치되어 있다. 행 방향으로 인접하는 지붕층(360)은 서로 접하고, 열 방향으로 인접하는 지붕층(360)은 서로 분리되어 있다. 하나의 지붕층(360) 아래에는 하나의 미세 공간(305)이 형성되어 있다.
미세 공간(305)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있으며, 열 방향으로 인접한 미세 공간(305)들 사이에는 격벽부(320)가 위치하고 있고, 행 방향으로 인접한 미세 공간(305)들 사이에는 주입구 형성 영역(트렌치(trench)로도 불림)(307FP)이 위치하고 있다.
행 방향으로 인접하는 지붕층(360) 사이에는 주입구 형성 영역(307FP)이 위치한다. 주입구 형성 영역(307FP)과 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 양측 가장자리에 형성되어 있다. 주입구(307)는 미세 공간(305)의 제1 및 제2 가장자리의 측면을 각각 노출시키도록 형성되고, 미세 공간(305)의 제1 가장자리의 측면과 제2 가장자리의 측면은 서로 마주본다.
각 지붕층(360)은 인접한 격벽부(320)들 사이에서 기판(110)으로부터 떨어지도록 형성되어, 미세 공간(305)을 형성한다. 즉, 지붕층(360)은 주입구(307)가 형성되어 있는 제1 가장자리 및 제2 가장자리의 측면을 제외한 나머지 측면들을 덮도록 형성되어 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 구조는 예시에 불과하며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 미세 공간(305), 주입구 형성 영역(307FP) 및 격벽부(320)의 배치 형태의 변경이 가능하고, 복수의 지붕층(360)이 주입구 형성 영역(307FP)에서 서로 연결될 수도 있으며, 각 지붕층(360)의 일부가 격벽부(320)에서 기판(110)으로부터 떨어지도록 형성되어 인접한 미세 공간(305)이 서로 연결될 수도 있다.
그러면, 도 2 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀 로드의 단면의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 매트릭스 형태로 배치되어 있는 복수의 화소 중 인접하는 네 개의 화소를 도시하고 있다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 유리 또는 플라스틱 등과 같은 투명한 절연체로 만들어진 기판(110) 위에 서로 분리되어 있는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)이 배치되어 있다.
게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 게이트선(121)은 게이트선(121)으로부터 돌출한 게이트 전극(124)을 포함한다. 여기서, 게이트 전극(124)의 돌출 형태는 변경이 가능하다.
유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 게이트선(121)과 대략 수직으로 뻗어 있는 한 쌍의 세로부(135a) 및 한 쌍의 세로부(135a)의 끝을 서로 연결하는 가로부(135b)를 포함할 수 있다. 유지 전극선(131)의 세로부 및 가로부(135a, 135b)는 이 후 설명하는 화소 전극(191)을 실질적으로 둘러쌀 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에 게이트 절연막(140)이 배치되어 있다. 게이트 절연막(140)은 질화 규소(SiNx), 산화 규소(SiOx) 등의 무기 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 절연막(140)은 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(140) 위에 반도체층(151)이 배치되어 있다. 반도체층(151)은 게이트 전극(124)과 중첩하는 돌출부(154)를 포함한다.
반도체층(151, 154)은 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon) 또는 금속 산화물(metal oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
반도체층(151) 위에 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)이 배치되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다. 소스 전극(173)은 게이트 전극(124)을 향해 돌출되어 있으며, 반도체층(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다. 드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며, 반도체층(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다. 드레인 전극(175)은 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주하고 있다.
반도체층(151)과 데이터선(171) 사이 및 반도체층(151)의 돌출부(154)와 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 사이에는 이들 사이의 접촉 저항을 낮추는 역할은 하는 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(도시하지 않음)가 배치될 수 있다. 이 때, 저항성 접촉 부재는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 등의 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 반도체층(151)이 금속 산화물로 이루어질 경우는 저항성 접촉 부재는 생략 가능하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체층(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(151)의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171), 드레인 전극(175), 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(151)의 돌출부(154) 및 게이트 절연막(140) 위에 제1 층간 절연막(180a)이 배치되어 있다. 제1 층간 절연막(180a)은 질화 규소(SiNx)와 산화 규소(SiOx) 등과 같은 무기 물질로 이루어질 수 있다.
제1 층간 절연막(180a) 위에 색필터(230), 가로 차광 부재(220a) 및 세로 차광 부재(220b)가 배치되어 있다.
가로 차광 부재(220a)는 게이트선(121)과 평행한 방향을 따라 배치되어 있고, 세로 차광 부재(220b)는 데이터선(171)과 평행한 방향을 따라 배치되어 있다. 가로 차광 부재(220a)와 세로 차광 부재(220b)는 서로 연결되어 화상을 표시하는 영역에 대응하는 개구부를 가지는 격자 구조로 이루어져 있으며, 빛이 투과하지 못하는 물질을 포함한다. 한편, 가로 차광 부재(220a) 및 세로 차광 부재(220b)는 후술하는 상부 절연층(370) 위에 형성될 수도 있다.
색필터(230)는 가로 차광 부재(220a)와 세로 차광 부재(220b)에 의한 개구부에 배치되어 있으며, 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 가로 방향으로 인접하는 화소마다 동일한 색을 표시하는 물질을 포함할 수 있고, 세로 방향으로 인접하는 화소마다 서로 다른 색을 표시하는 물질을 포함할 수 있다.
색필터(230), 가로 차광 부재(220a) 및 세로 차광 부재(220b)의 위에는 이를 덮는 제2 층간 절연막(180b)이 배치되어 있다. 제2 층간 절연막(180b)은 질화 규소(SiNx), 산화 규소(SiOx) 등과 같은 무기 물질 또는 유기 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 색필터(230)와 가로 차광 부재(220a) 및 세로 차광 부재(220b)의 두께 차이로 인하여 단차가 발생하는 경우에는 제2 층간 절연막(180b)을 유기 물질을 포함하도록 하여 단차를 줄이거나 단차를 제거할 수 있다.
가로 차광 부재(220a), 제1 및 제2 층간 절연막(180a, 180b)에는 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다.
제2 층간 절연막(180b) 위에 화소 전극(191)이 배치되어 있다. 화소 전극(191)은 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide) 또는 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다.
화소 전극(191)은 전체적인 모양이 대략 사각형일 수 있다. 화소 전극(191)은 가로 줄기부(191a) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(191b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함할 수 있다. 가로 줄기부(191a)와 세로 줄기부(191b)에 의해 네 개의 부영역으로 나뉘어지며 각 부영역은 복수의 미세 가지부(191c)를 포함할 수 있다. 또한, 화소 전극(191)은 외곽을 둘러싸는 외곽 줄기부를 더 포함할 수 있다.
화소 전극(191)의 미세 가지부(191c)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부(191a)와 대략 40도 내지 45도의 각을 이룰 수 있다. 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부(191c)는 서로 직교할 수 있다. 미세 가지부(191c)의 폭은 점진적으로 넓어지거나 미세 가지부(191c)간의 간격이 다를 수 있다.
화소 전극(191)은 세로 줄기부(191b)의 하단에서 연결되고 세로 줄기부(191b)보다 넓은 면적을 갖는 연장부(197)를 포함한다. 화소 전극(191)은 연장부(197)에서 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
전술한 박막 트랜지스터(Q) 및 화소 전극(191)에 관한 설명은 단지 하나의 예시이고, 예컨대 측면 시인성을 향상시키기 위해 박막 트랜지스터 구조 및 화소 전극 디자인을 변형할 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 화소 전극(191)으로부터 일정한 거리를 가지고 이격되어 있는 공통 전극(270)이 배치되어 있고, 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에는 미세 공간(microcavity, 305)이 배치되어 있다. 즉, 미세 공간(305)은 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 의해 둘러싸여 있다. 공통 전극(270)은 행 방향으로 배치되어 있고, 미세 공간(305) 위 및 격벽부(320) 부분에 배치되어 있다. 공통 전극(270)은 미세 공간(305)의 상부면과 측면을 덮도록 배치되어 있다.
공통 전극(270)은 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 공통 전극(270)에는 공통 전압을 인가 받고, 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)과 함께 전기장을 생성한다.
또한, 이에 한정되지 않고, 공통 전극(270)은 화소 전극(191)과 절연막을 사이에 두고 배치될 수도 있다. 이 때, 공통 전극(270)과 화소 전극(191) 사이에는 수평 전계가 형성되며, 미세 공간(305)은 공통 전극(270) 위에 배치될 수 있다.
화소 전극(191) 위 및 공통 전극(270) 아래에는 각각 하부 배향막(11) 및 상부 배향막(21)이 배치되어 있다.
하부 배향막(11) 및 상부 배향막(21)은 수직 배향막일 수 있다. 하부 배향막(11) 및 상부 배향막(21)은 폴리 아믹산(Polyamic acid), 폴리 실록산(Polysiloxane) 또는 폴리 이미드(Polyimide) 등의 액정 배향막으로써 일반적으로 사용되는 물질들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하부 배향막(11) 및 상부 배향막(21)은 미세 공간(305)의 가장자리의 측벽에서 서로 연결될 수 있다.
미세 공간(305)은 액정 분자(310)를 포함하는 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질을 주입하기 위한 주입구(307)를 갖는다. 미세 공간(305) 내에는 액정 분자(310)들로 이루어진 액정층이 배치되어 있다. 액정 분자(310)들은 음의 유전율 이방성을 가지며, 전계가 인가되지 않은 상태에서 기판(110)에 대해 수직한 방향으로 서 있을 수 있다. 즉, 액정 분자(310)의 수직 배향으로 배향될 수 있다. 액정 물질은 모세관력(capillary force)을 이용하여 주입구(307)를 통해 미세 공간(305)에 주입될 수 있다. 하부 및 상부 배향막(11, 21)을 형성하는 배향 물질도, 액정 물질의 주입 전에, 주입구(307)를 통해 미세 공간(305)에 주입될 수 있다. 이러한 미세 공간(305)의 폭과 넓이는 표시 장치의 크기 및 해상도에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 미세 공간(305)은 하나의 화소 영역, 인접하는 두 개의 화소 영역, 또는 인접하는 복수개의 화소 영역에 걸쳐 형성될 수도 있다.
본 실시예에서는 세로 방향으로 인접하는 미세 공간(305)의 마주보는 가장자리에 주입구(307)가 각각 형성되어 있는 것으로 도시하고 있지만, 마주보는 두 가장자리 중 어느 하나에만 주입구가 형성되어 있을 수 있다.
미세 공간(305)는 행렬 방향으로 복수 개 형성되어 있다. 이들 미세 공간(305)은 가로 방향(x축 방향)으로는 격벽부(320)에 의해 나뉘어질 수 있고, 세로 방향(y축 방향)으로는 주입구 형성 영역(307FP)에 의해 나뉘어질 수 있다. 다시 말해, 인접하는 격벽부(320)와 인접하는 주입구 형성 영역(307FP)에 의해 한정되는 영역에 하나의 미세 공간(305)이 배치되어 있을 수 있다. 주입구 형성 영역(307FP)은 미세 공간(305) 외부에 해당하는 주입구(307) 부근을 포함한다.
공통 전극(270) 위에 하부 절연층(350)이 배치되어 있다. 하부 절연층(350)은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx) 등의 무기 물질로 형성될 수 있다.
하부 절연층(350) 위에 지붕층(roof layer)(360)이 배치되어 있다. 지붕층(360)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270)의 사이 공간인 미세 공간(305)이 형성될 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 지붕층(360)은 포토레지스트(photoresist) 또는 그 밖의 유기 물질을 포함할 수 있다. 또한, 지붕층(360)은 색필터에 의해 형성될 수도 있다.
격벽부(320)는 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 위치하는데, 격벽부(320)에는 하부 절연층(350), 공통 전극(270) 및 지붕층(360)이 채워져 있다. 격벽부(320)는 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 배치될 수 있다. 격벽부(320)에 의해 기판(110)이 휘더라도 발생하는 스트레스가 적고, 셀 갭(cell gap)이 변화하는 정도가 훨씬 감소할 수 있다.
지붕층(360) 위에 상부 절연층(370)이 배치되어 있다. 상부 절연층(370)은 지붕층(360)의 상부면과 접촉할 수 있다. 상부 절연층(370)은 질화 규소(SiNx), 산화 규소(SiOx) 등과 같은 무기 물질로 형성될 수 있다. 상부 절연층(370)은 유기 물질로 이루어진 지붕층(360)을 보호하는 역할을 하며, 생략될 수도 있다.
상부 절연층(370) 위에 캐핑층(390)이 배치되어 있다. 캐핑층(390)은 세로 방향으로 인접하는 두 미세 공간(305) 사이의 공간에 해당하는 주입구 형성 영역(307FP)에도 위치하고, 주입구 형성 영역(307FP)에 의해 노출된 미세 공간(305)의 주입구(307)를 덮는다. 즉, 미세 공간(305)의 내부에 형성되어 있는 액정 분자(310)가 외부로 나오지 않도록 미세 공간(305)을 밀봉할 수 있다.
캐핑층(390)은 액상의 캐핑층 형성 물질을 코팅한 후 경화시켜 형성될 수 있다. 캐핑층(390)은 유기 물질 또는 무기 물질을 포함할 수도 있다. 상부 절연층(370)이 존재하지 않는 경우, 캐핑층(390)은 지붕층(360) 위에 위치한다.
캐핑층(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, 캐핑층(390)은 유기 물질로 이루어진 층과 무기 물질로 이루어진 층을 포함할 수 있다.
캐핑층(390)은 복수의 퀀텀 로드(quantum rod)(380)를 포함한다. 다시 말해, 캐핑층(390) 내에 퀀텀 로드(380)가 포함되어 있다. 퀀텀 로드(380)는 장축 및 단축을 가지는 타원 형태 또는 막대 형태일 수 있다. 퀀텀 로드(380)는 주입구(307) 주변을 포함하는 주입구 형성 영역(307FP)은 물론 상부 절연층(370) 위에도 존재한다.
퀀텀 로드(380)는 중심을 이루는 코어(core)(380a) 및 코어(380a)를 감싸는 쉘(shell)(380b)로 이루어져 있다. 코어(380a)는 타원 형태 또는 막대 형태일 수 있다. 코어(380a)는 CdSe, CdS,CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdSeTe, CdZnS, CdSeS, PbSe, PbS, PbTe, AgInZnS, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InZnP, InGaP, InGaN InAs 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택 된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 쉘(380b)은 CdS, CdSe, CdTe, CdO, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, InP, InS, GaP, GaN, GaO, InZnP, InGaP, InGaN, InZnSCdSe, PbS, TiO, SrSe 및 HgSe으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
이러한 퀀텀 로드(380)는 장축이 기판(110)의 표면에 대해 평행하게 배치되어 있다. 퀀텀 로드(380)와 캐핑층(390)을 형성하기 위한 액상의 캐핑층 형성 물질을 혼합하여 상부 절연층(370) 위에 코팅한 후 경화시켜 퀀텀 로드(380)를 포함하는 캐핑층(390)을 형성하게 된다. 이 때, 상부 절연층(370)에 요철 형상의 막을 형성하여 퀀텀 로드(380)의 장축이 기판(110)의 표면에 대해 평행하게 정렬할 수 있다. 또한, 퀀텀 로드(380)와 액상의 캐핑층 형성 물질을 혼합하여 상부 절연층(370) 위에 코팅한 후 러빙(rubbing)을 실시하여 퀀텀 로드(380)의 장축이 기판(110)의 표면에 대해 평행하게 정렬한 다음, 경화시킬 수 있다. 또한, 퀀텀 로드(380)와 액상의 캐핑층 형성 물질을 혼합하여 상부 절연층(370) 위에 코팅한 후 전압을 인가하여 퀀텀 로드(380)의 장축이 기판(110)의 표면에 대해 평행하게 정렬한 다음, 경화시킬 수 있다.
광원(도시하지 않음)으로부터 발광한 광은 캐핑층(390)으로 입사된다. 입사된 광은 캐핑층(390)에서 백색광으로 변환되어 캐핑층(390)의 하부로 입사된다. 여기서, 광원으로부터 발광한 광은 자외선 또는 청색광일 수 있다.
광원으로부터 자외선이 캐핑층(390)으로 입사되면, 캐핑층(390) 내부에 배치되어 있는 복수의 퀀텀 로드(380)에 자외선이 입사되고, 이에 복수의 퀀텀 로드(380)는 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 발광하게 된다. 그리고, 이들 광이 합해져서 선평광된 백색광이 캐핑층(390)의 하부에 위치한 액정층으로 입사된다.
또한, 광원으로부터 청색광이 캐핑층(390)으로 입사되면, 캐핑층(390) 내부에 배치되어 있는 복수의 퀀텀 로드(380)에 청색광이 입사되고, 이에 복수의 퀀텀 로드(380)는 각각 적색 및 녹색을 발광하게 된다. 그리고, 이들 광과 광원으로부터 입사된 청색광이 합해져서 선평광된 백색광이 캐핑층(390)의 하부에 위치한 액정층으로 입사된다.
기판(110)의 하부면에는 편광판(12)이 배치되어 있다. 캐핑층(390)의 내부의 퀀텀 로드(380)의 의해 선편광된 광의 편광 방향은 편광판(12)의 투과축과 서로 직교할 수 있다.
이와 같이, 캐핑층(390) 내에 배치되어 있는 복수개의 퀀텀 로드(380)가 광원으로부터 입사된 광을 선편광시키는 편광판의 역할을 하므로, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 편광판이 하나만 필요하게 된다.
또한, 퀀텀 로드(380)에 의해 백색광이 발광되므로, 색재현성이 향상된다.
한편, 다른 실시예에서는 퀀텀 로드(380)와 편광판(12)의 배치가 서로 바뀔 수도 있는데, 도 6 및 도 7을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 2에 따른 액정 표시 장치와 비교하여 퀀텀 로드(380)와 편광판(12)의 배치가 서로 반대이고, 나머지 구조는 동일하다. 이에 동일한 구조의 설명은 생략한다.
기판(110)의 하부에 편광층(15)이 배치되어 있다. 편광층(15)은 감광성 수지 및 복수개의 퀀덤 로드(380)를 포함한다. 다시 말해, 편광층(15)은 내부에 복수개의 퀀덤 로드(380)가 포함되어 있다. 퀀텀 로드(380)는 장축 및 단축을 가지는 타원 형태 또는 막대 형태일 수 있다.
이러한 퀀텀 로드(380)는 장축이 기판(110)의 표면에 대해 평행하게 배치되어 있다. 퀀텀 로드(380)와 감광성 수지를 혼합하여 기판(110) 아래에 코팅한 후 경화시켜 퀀텀 로드(380)를 포함하는 편광층(15)을 형성하게 된다. 이 때, 기판(110)과 편광층(15) 사이에 요철 형상의 막을 형성하여 퀀텀 로드(380)의 장축이 기판(110)의 표면에 대해 평행하게 정렬할 수 있다. 또한, 퀀텀 로드(380)와 감광성 수지를 혼합하여 기판(110) 아래에 코팅한 후 러빙(rubbing)을 실시하여 퀀텀 로드(380)의 장축이 기판(110)의 표면에 대해 평행하게 정렬한 다음, 경화시킬 수 있다. 또한, 퀀텀 로드(380)와 감광성 수지를 혼합하여 기판(110) 아래에 코팅한 후 전압을 인가하여 퀀텀 로드(380)의 장축이 기판(110)의 표면에 대해 평행하게 정렬한 다음, 경화시킬 수 있다.
광원(도시하지 않음)으로부터 발광된 광은 편광층(15)으로 입사된다. 입사된 광은 편광층(15)에서 백색광으로 변환되어 편광층(15)의 상부로 입사된다. 여기서, 광원으로부터 발광한 광은 자외선 또는 청색광일 수 있다.
광원으로부터 자외선이 편광층(15)으로 입사되면, 편광층(15) 내부에 배치되어 있는 복수의 퀀텀 로드(380)에 자외선이 입사되고, 이에 복수의 퀀텀 로드(380)는 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 발광하게 된다. 그리고, 이들 광이 합해져서 선평광된 백색광이 편광층(15)의 상부에 위치한 액정층으로 입사된다.
또한, 광원으로부터 청색광이 편광층(15)으로 입사되면, 편광층(15) 내부에 배치되어 있는 복수의 퀀텀 로드(380)에 청색광이 입사되고, 이에 복수의 퀀텀 로드(380)는 각각 적색 및 녹색을 발광하게 된다. 그리고, 이들 광과 광원으로부터 입사된 청색광이 합해져서 선평광된 백색광이 편광층(15)의 상부에 위치한 액정층으로 입사된다.
캐핑층(390) 위에 편광판(12)이 배치되어 있다. 편광층(15)의 내부의 퀀텀 로드(380)의 의해 선편광된 광의 편광 방향은 편광판(12)의 투과축과 서로 직교할 수 있다.
한편, 편광층(15)은 캐핑층(390) 위에 배치될 수도 있다. 이 경우, 편광판(12)은 기판(110)의 하부에 배치된다. 이 때, 광원으로부터 발광된 광은 편광층(15)에 입사된 후에 편광층(15) 아래에 배치된 액정층으로 입사된다.
여기서, 복수 개의 퀀텀 로드를 포함하는 편광층(15) 및 도 2의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 복수 개의 퀀텀 로드를 포함하는 캐핑층(390)은 퀀텀 로드층으로 지칭할 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.
12: 편광판 15: 편광층
110: 기판 121: 게이트선
124: 게이트 전극 151: 반도체층
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 191: 화소 전극
270: 공통 전극 305: 미세 공간
307: 주입구 307FP: 주입구 형성 영역
310: 액정 분자 320: 격벽부
360: 지붕층 380: 퀀텀 로드
390: 캐핑층

Claims (15)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 배치되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 배치되어 있으며, 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극,
    상기 화소 전극 위에 상기 화소 전극과 미세 공간을 사이에 두고 이격되도록 배치되어 있는 지붕층,
    상기 미세 공간에 위치하는 액정층,
    편광판, 그리고
    복수 개의 퀀텀 로드가 배치되어 있는 퀀텀 로드층을 포함하고,
    상기 편광판 및 상기 퀀텀 로드층 중 어느 하나는 상기 기판 아래에 배치되어 있고, 다른 하나는 상기 지붕층 위에 배치되어 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 복수개의 퀀텀 로드는 상기 광을 백색광으로 변환하고, 상기 광을 선편광시키는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 퀀텀 로드층은 상기 지붕층 위에 배치되어 있고,
    상기 편광판은 상기 기판 아래에 배치되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 퀀텀 로드층은 상기 복수 개의 퀀텀 로드를 포함하는 캐핑층이고,
    상기 캐핑층은 상기 지붕층 위에 배치되어 있고, 상기 미세 공간을 밀봉하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    광원으로부터 발광된 광은 상기 캐핑층을 투과한 후에 상기 액정층으로 입사되는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 광은 자외선 또는 청색광인 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 각 퀀텀 로드는 장축 및 단축을 포함하는 타원 형태 또는 막대 형태인 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 각 퀀텀 로드는 장축이 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 배치되어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 복수개의 퀀텀 로드에 의해 선편광된 상기 광의 편광 방향과 상기 편광판의 투과축은 서로 직교하는 액정 표시 장치.
  10. 제2항에서,
    상기 퀀텀 로드층은 상기 기판의 아래에 배치되어 있고,
    상기 편광판은 상기 지붕층 위에 배치되어 있는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    광원으로부터 발광된 광은 상기 퀀텀 로드층을 투과한 후에 상기 액정층으로 입사되는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 광은 자외선 또는 청색광인 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 각 퀀텀 로드는 장축 및 단축을 포함하는 타원 형태 또는 막대 형태인 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 각 퀀텀 로드는 장축이 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 배치되어 있는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 편광판과 상기 지붕층 사이에 배치되어 있으며, 상기 미세 공간을 밀봉하는 캐핑층을 더 포함하고,
    상기 복수개의 퀀텀 로드에 의해 선편광된 상기 광의 편광 방향과 상기 편광판의 투과축은 서로 직교하는 액정 표시 장치.
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