KR20160119305A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20160119305A
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한은희
변호연
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보며 위치하고, 제1 컬러 필터층으로 형성된 제1 루프층, 상기 제1 루프층 위에 위치하는 캐핑층 그리고 상기 캐핑층 위에 위치하고, 제2 컬러 필터층으로 형성된 제2 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 제1 루프층 사이에 복수의 제1 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 복수의 제1 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 제1 액정층을 형성하고, 상기 제2 루프층과 상기 제2 루프층 위에 위치하는 제2 기판 사이에 복수의 제2 미세 공간을 포함한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 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, 색 필터, 공통 전극 등이 형성될 수 있다. 경우에 따라 차광 부재, 색 필터, 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 발명이 해결하고자 하는 과제는 얇은 두께를 갖고 해상도가 향상된 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보며 위치하고, 제1 컬러 필터층으로 형성된 제1 루프층, 상기 제1 루프층 위에 위치하는 캐핑층 그리고 상기 캐핑층 위에 위치하고, 제2 컬러 필터층으로 형성된 제2 루프층을 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 제1 루프층 사이에 복수의 제1 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 복수의 제1 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 제1 액정층을 형성하고, 상기 제2 루프층과 상기 제2 루프층 위에 위치하는 제2 기판 사이에 복수의 제2 미세 공간을 포함한다.
상기 제1 미세 공간과 상기 제2 미세 공간은 서로 어긋나게 배치될 수 있다.
상기 제1 컬러 필터층은 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선 방향을 따라 서로 이웃하는 제1 화소, 제2 화소 및 제3 화소를 포함하고, 상기 제2 컬러 필터층은 제4 화소, 제5 화소, 제6 화소를 포함할 수 있다.
상기 복수의 화소는 청록색 화소, 황색 화소, 마젠타색 화소 중 어느 하나이며, 상기 제1 화소와 상기 제6 화소, 상기 제2 화소와 상기 제4 화소 및 상기 제3 화소와 상기 제5 화소는 서로 동일한 색 화소를 가질 수 있다.
상기 복수의 화소는 행렬로 배열되고, 상기 제2 컬러 필터층은 상기 제1 컬러 필터층의 행렬 방향에 대해 모두 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치될 수 있다.
상기 복수의 화소는 행렬로 배열되고, 상기 제2 컬러 필터층은 상기 제1 컬러 필터층의 행 방향에 대해 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치될 수 있다.
상기 제1 미세 공간과 상기 제2 미세 공간은 화소 영역에 대응하는 복수의 영역을 포함하고, 상기 복수의 영역 사이에 위치하는 차광 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 제2 액정층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 컬러 필터층은 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선 방향을 따라 서로 이웃하는 제1 화소, 제2 화소 및 제3 화소를 포함하고, 상기 제2 컬러 필터층은 제4 화소, 제5 화소, 제6 화소를 포함할 수 있다.
상기 복수의 화소는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 중 어느 하나이며, 상기 제1 화소와 상기 제4 화소, 상기 제2 화소와 상기 제5 화소 및 상기 제3 화소와 상기 제6 화소는 서로 동일한 색 화소를 가질 수 있다.
상기 복수의 화소는 행렬로 배열되고, 상기 제2 컬러 필터층은 상기 제1 컬러 필터층의 열 방향에 대해 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 제1 컬러 필터로 형성된 제1 루프층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 제1 미세 공간(Microcavity)을 형성하는 단계 그리고 상기 미세 공간에 액정 물질을 주입하여 제1 액정층을 형성하는 단계, 상기 제1 컬러 필터 위에 제1 캐핑층을 형성하는 단계를 포함하는 제1 액정 표시 장치를 제조하는 단계 그리고, 제2 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 제2 컬러 필터로 형성된 제1 루프층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 제2 미세 공간을 형성하는 단계 그리고 상기 미세 공간에 액정 물질을 주입하여 제2 액정층을 형성하는 단계, 상기 제2 컬러 필터 위에 제2 캐핑층을 형성하는 단계를 포함하는 제2 액정 표시 장치를 제조하는 단계 및 상기 제1 캐핑층과 상기 제2 캐핑층을 접착하는 단계를 포함한다.
상기 제1 미세 공간과 상기 제2 미세 공간은 서로 어긋나게 배치될 수 있다.
상기 제1 컬러 필터층은 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선 방향을 따라 서로 이웃하는 제1 화소, 제2 화소 및 제3 화소를 포함하고, 상기 제2 컬러 필터층은 제4 화소, 제5 화소, 제6 화소를 포함할 수 있다.
상기 복수의 화소는 청록색 화소, 황색 화소, 마젠타색 화소 중 어느 하나이며, 상기 제1 화소와 상기 제6 화소, 상기 제2 화소와 상기 제4 화소 및 상기 제3 화소와 상기 제5 화소는 서로 동일한 색 화소를 가질 수 있다.
상기 복수의 화소는 행렬로 배열되고, 상기 제2 컬러 필터층은 상기 제1 컬러 필터층의 행렬 방향에 대해 모두 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치될 수 있다.
상기 제1 미세 공간과 상기 제2 미세 공간은 화소 영역에 대응하는 복수의 영역을 포함하고, 상기 복수의 영역 사이에 위치하는 차광 부재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 상부 표시판을 갖지 않는 2개의 액정 표시 장치를 접합함으로써, 두께 및 무게의 증가를 줄이면서도 복수의 컬러 필터층으로 인해 고해상도 구현이 가능한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층의 배치를 나타낸 그림이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
먼저 하부 표시판인 제1 기판(110)에 대해 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한다. 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 제1 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 게이트선(121)으로부터 돌출한 복수의 게이트 전극(124)을 포함한다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 게이트선(121)으로부터 돌출한 복수의 게이트 전극(124)을 포함한다.
게이트선(121) 및 게이트 전극(124)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 게이트선(121) 및 게이트 전극(124)이 단일막으로 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 이중막 또는 삼중막 형태 등으로 형성될 수 있다.
이중막 구조를 갖는 경우, 게이트선(121) 및 게이트 전극(124)은 하부막 및 상부막으로 형성될 수 있고, 하부막은 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 크롬 합금, 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 탄탈늄(Ta), 탄탈늄 합금, 망간(Mn), 망간 합금으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상부막은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. 삼중막 구조의 경우, 서로 물리적 성질이 다른 막들이 조합되어 형성될 수 있다.
게이트선(121) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체층(151)이 형성되어 있다. 반도체층(151)은 주로 세로 방향으로 뻗으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection; 154)를 포함한다.
반도체층(151) 위에는 소스 전극(173) 각각과 연결되어 있는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 U자 형상을 가지는 복수의 소스 전극(173)과 연결되어 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있고 소스 전극(173)의 U자 형상의 가운데에서 상부를 향하여 연장되어 있다. 이러한 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 형상은 하나의 예시이며 다양하게 변형될 수 있다.
데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 배선층(171, 173, 175)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 단일막으로 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 이중막 또는 삼중막 형태 등으로 형성될 수 있다.
이중막 구조를 갖는 경우, 데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 하부막 및 상부막으로 형성될 수 있고, 하부막은 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 크롬 합금, 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 탄탈늄(Ta), 탄탈늄 합금, 망간(Mn), 망간 합금으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있고, 상부막은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어진 일군에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. 삼중막 구조의 경우, 서로 물리적 성질이 다른 막들이 조합되어 형성될 수 있다.
반도체층의 돌출부(154)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이에 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다. 반도체층의 돌출부(154)의 노출된 부분을 제외하고 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)과 실질적으로 동일한 평면 패턴을 가진다. 다시 말해, 데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 측벽들은 이들 아래에 있는 반도체층의 측벽들과 실질적으로 동일하게 정렬될 수 있다. 이러한 패턴을 형성하는 것은 데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 배선층(171, 173, 175)과 반도체층을 동일한 마스크를 사용하기 때문이다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체층(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체층의 돌출부(154) 부분 위에는 보호막(180)이 위치한다. 보호막(180)은 질화 규소나 산화 규소 따위의 무기 절연물, 유기 절연물, 저유전율 절연물 따위로 만들어진다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 보호막(180)을 관통하는 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적ㅇ전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체로 만들어질 수 있다.
도시하지 않았지만, 화소 전극(191)은 복수의 소전극으로 이루어지거나 미세 슬릿 전극으로 형성될 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 하부 배향막(미도시)이 형성될 수 있고, 이는 수직 배향막일 수 있다. 하부 배향막은 폴리 아믹산(Polyamic acid), 폴리 실록산(Polysiloxane) 또는 폴리 이미드(Polyimide) 등의 액정 배향막으로써 일반적으로 사용되는 물질들 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
하부 배향막 위에는 제1 미세 공간(305a)이 위치한다. 제1 미세 공간(305a)에는 액정 분자(3)를 포함하는 액정 물질이 주입되어 있고, 제1 미세 공간(305a)은 제1 액정 주입구(307a)를 갖는다. 제1 미세 공간(305a)은 화소 전극(191)의 열 방향을 따라 형성될 수 있다. 본 실시예에서 액정 물질은 모관력(capillary force)을 이용하여 제1 미세 공간(305a)에 주입되고, 액정 물질이 주입된 제1 미세 공간(305a)은 제1 액정층을 형성한다.
제1 미세 공간(305a)의 복수의 영역은 세로 방향을 따라 위치하고, 제1 액정 주입구(307a)도 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다.
제1 미세 공간(305a) 위에는 상부 배향막(미도시)이 위치할 수 있고, 상부 배향막 위에는 공통 전극(270) 및 하부 절연층(350)이 위치한다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 인가 받고, 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)과 함께 전기장을 생성하여 두 전극 사이의 제1 미세 공간(305a)에 위치하는 액정 분자(3)가 기울어지는 방향을 결정한다. 공통 전극(270)은 화소 전극(191)과 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)된 후에도 인가된 전압을 유지한다. 하부 절연층(350)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 공통 전극(270)이 제1 미세 공간(305a) 위에 형성되는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예로 공통 전극(270)이 제1 미세 공간(305a) 하부에 형성되어 수평 전계 모드에 따른 액정 구동도 가능하다.
도 2에 도시한 바와 같이 제1 미세 공간(305a)은 가로 방향을 따라서도 복수의 영역으로 나누어질 수 있다. 제1 미세 공간(305a)은 공통 전극(270)과 하부 절연층(350)으로 둘러싸여 있는 구조이고, 게이트선이 뻗어 있는 방향을 따라 서로 이웃하는 복수의 제1 미세 공간(305a) 사이에 차광 부재(220)가 위치한다. 이때, 차광 부재(220)는 제1 미세 공간(305a) 높이에 대해 1/3 정도의 높이로 형성할 수 있다.
차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다. 여기서, 차광 부재(220)는 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성되어 있는 부분과, 도 3에 도시한 바와 같이 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성되어 있는 부분을 포함한다. 또한, 차광 부재(220)는 실질적으로 화소 영역을 제외한 부분에 위치한다.
공통 전극(270) 및 하부 절연층(350) 위에는 제1 컬러 필터층(C, Y, M)이 위치한다. 본 실시예에서 제1컬러 필터(C, Y, M)는 제1 루프층이고, 제1 미세 공간(305a)을 외부 압력에 대해 보호하는 역할을 할 수 있다. 제1 컬러 필터층(C, Y, M)은 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선(121) 방향을 따라 제1 화소(230C), 제2 화소(230Y) 및 제3 화소(230M)를 포함한다.
상세하게는, 도 2에 도시된 제1 화소(230C), 제2 화소(230Y) 및 제3 화소(230M)는 청록색(cyan), 황색(yellow), 자홍색(magenta)이다.
제1 컬러 필터층(C, Y, M) 위에는 상부 절연층(370)이 위치한다. 상부 절연층(370)은 제1 컬러 필터층(C, Y, M) 및 차광부재(220) 위를 덮을 수 있다.
상부 절연층(370) 위에 제1 캐핑층(390a)이 위치한다. 제1 캐핑층(390a)은 노출될 수 있는 미세 공간(305)의 제1 액정 주입구(307a)를 덮고, 열경화성 수지, 실리콘 옥시카바이드(SiOC) 또는 그라핀(Graphene) 등으로 형성될 수 있다.
이하, 제2 기판(210)에 대해 설명한다.
제1 캐핑층(390a) 위에는 제2 캐핑층(390b)이 위치한다. 제2 캐핑층(390b)은 제1 캐핑층(390a)과 동일한 물질 또는 상이한 물질로 형성할 수 있다.
제2 캐핑층(390b) 위에는 상부 절연층(370) 및 제2 컬러 필터층(Y, M, C)이 순차적으로 위치한다. 본 실시예에서 제2 컬러 필터층(Y, M, C)은 제2 루프층이고, 제2 미세 공간(305b)을 외부 압력에 대해 보호하는 역할을 할 수 있다.
제2 컬러 필터층(Y, M, C)은 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선(121) 방향을 따라 제4 화소(230Y), 제5 화소(230M) 및 제6 화소(230C)를 포함한다.
상세하게는, 도 2에 도시된 제4 화소(230Y), 제5 화소(230M) 및 제6 화소(230C)는 각각), 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta)이다.
본 발명의 일 실시예에서 제2 컬러 필터층은 제1 컬러 필터층에 대해 행렬 방향에 대해 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치된다. 이러한 복수의 컬러 필터층을 포함하는 액정 표시 장치의 경우, 최종적으로 녹색, 청색 및 적색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있게 된다. 최종적으로 구현하고자 하는 색에 따라 제1 화소, 제2 화소 및 제3화소와 제4화소, 제5화소, 제 6화소의 색 배치를 달리할 수 있다. 제1 컬러 필터층과 제2 컬러 필터층이 어긋나게 배치된 간격은 앞에서 설명한 1/2 화소 간격에 제한하지 않고 변형 실시 가능하다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층의 배치를 나타낸 도면이다.
우선 도 4를 참고하면, 제1 컬러 필터층을 갖는 제1 액정 표시 장치(10) 및 제2 컬러 필터층을 갖는 제2 액정 표시 장치(20)는 행렬 방향에 대해 1/2 화소 간격만큼의 오프셋(offset)을 두어 어긋나게 배치되어 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 하나의 컬러 필터층을 포함하는 종래 액정 표시 장치의 해상도 대비 최대 4배의 해상도를 갖는 효과를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 각각 제1 컬러 필터층을 갖는 제1 액정 표시 장치(10) 및 제2 컬러 필터층을 갖는 제2 액정 표시 장치(20)는 행렬 방향에 대해 1/2 화소 간격만큼의 오프셋(offset)을 두어 어긋나게 형성되어 있다. 이로써, 각각 행렬 방향에 대해 최대 2배 향상된 해상도 구현이 가능한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 6에서와 같이 열 방향에 대해 해상도 증가를 구현하는 경우에는 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층을 녹색, 청색 및 적색의 삼원색 중 하나로 구성하여 형성할 수 있다.
도 6과 같은 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층의 배치를 갖는 경우의 액정 표시 장치의 단면도는 도 7에 도시되어 있다. 이는 앞서 설명한 실시예에 따른 액정 표시 장치와 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층의 배치상 차이를 제외하고는 동일한 구성 및 효과를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 필드 시퀀셜 컬러(FSC) 구동방식을 적용할 수 있다.
이 경우, 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층 없이 제1 미세공간 및 제2 미세공간을 행렬 방향에 대해 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치한다.
필드 시퀀셜 컬러(FIELD SEQUENTIAL COLOR; 이하 'FSC'라 함) 구동방식은 컬러를 표시함에 있어, 컬러 필터(color filter)를 사용하지 않고, 3원색(적색, 녹색, 청색)의 LED를 순차적으로 구동시킴으로써, 사람의 눈에 의한 잔상 효과를 이용하여 혼합된 컬러를 표시할 수 있는 구동방법이다. 보다 상세히 설명하면, 패널 상의 일 프레임 표시시간을 적색, 녹색, 청색의 3개의 시간으로 나누고, 시간상의 간격을 두면서 순차적으로 각각의 백 라이트(back light)를 비추게 된다. 이러한 LED를 사용하는 백 라이트부를 통해 필드 시퀀셜 컬러(FSC) 구동방식을 제안하여 보다 좋은 화질을 얻을 수 있다.
제2 컬러 필터층 상에는 공통 전극(270), 하부 절연층(350) 및 제2 미세 공간(305b)이 순차적으로 위치한다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 인가 받고, 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)과 함께 전기장을 생성하여 두 전극 사이의 제2 미세 공간(305b)에 위치하는 액정 분자(3)가 기울어지는 방향을 결정한다. 공통 전극(270)은 화소 전극(191)과 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
제2 미세 공간(305b)에는 액정 분자(3)를 포함하는 액정 물질이 주입되어 있고, 제2 미세 공간(305b)은 제2 액정 주입구(307b)를 갖는다. 제2 미세 공간(305b)은 화소 전극(191)의 열 방향을 따라 제2 미세 공간(305b)에 주입되고, 액정 물질이 주입된 제2 미세 공간(305b)은 제2 액정층을 형성한다.
제2 미세 공간(305b)의 복수의 영역은 세로 방향을 따라 위치하고, 제2 액정 주입구(307b)도 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 U자 형상을 가지는 복수의 소스 전극(173)과 연결되어 있다.
소스 전극(173) 각각과 연결되어 있는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)상에는 반도체층(151)이 형성되어 있다. 반도체층(151)은 주로 세로 방향으로 뻗으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection; 154)를 포함한다.
반도체층(151) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 제2 기판(210)이 형성되어 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 컬러 필터층과 제2 컬러 필터층의 배치를 제외하면 캐핑층(390a, 390b)를 중심으로 동일한 기술구성이 대칭적으로 형성될 수 있다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 8을 참고하면, 제1 기판(110) 위에 박막 트랜지스터(미도시)를 형성한 후에 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되는 화소 전극(191)을 형성한다. 화소 전극(191) 위에 희생층(300)을 형성한다.
희생층(300)을 노광/현상하거나 패터닝하여 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 보호막(180)이 일부 노출된다. 이 때, 희생층(300)은 게이트선(121)이 뻗는 방향을 따라 복수의 영역으로 나누어질 수 있다.
도 9를 참고하면, 희생층(300) 및 노출된 보호막(180)을 덮도록 공통 전극(270) 및 하부 절연층(350)을 순차적으로 형성한다. 공통 전극(270)은 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체로 형성할 수 있고, 하부 절연층(350)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성할 수 있다.
도 10를 참고하면, 게이트선(121)이 뻗는 방향을 따라 서로 이웃하는 희생층(300) 사이에 차광 부재(220)를 형성한다. 이때, 차광 부재(220)는 희생층(300) 높이에 대해 1/3 정도의 높이로 형성할 수 있다.
도 11을 참고하면, 공통 전극(270) 상에 제1 컬러 필터층(C, Y, M)을 형성한다. 제1 컬러 필터층(C, Y, M) 및 차광부재(220)를 덮도록 제1 컬러 필터층 위에 상부 절연층(370)을 형성한다.
도 2, 도 3 및 도 12를 참고하면, 액정 주입구(307)를 통해 희생층(300)을 산소(O2) 애싱(Ashing) 처리 또는 습식 식각법 등으로 제거하여 제1 미세 공간(305a)을 형성한다. 제1 미세 공간(305a)은 희생층(300)이 제거되어 빈 공간 상태이다. 이후, 제1 액정 주입구(307a)를 통해 배향막(미도시)을 형성한다. 액정 주입구(307)를 통해 고형분과 용매를 포함하는 배향 물질이 주입한 후에 베이크 공정을 수행한다.
그 다음, 액정 주입구(307)를 통해 미세 공간(305)에 잉크젯 방법 등을 사용하여 액정 분자(3)를 포함하는 액정 물질을 주입한다.
이후 도 2 및 도 3에서와 같이, 제1 미세 공간들 사이를 덮으면서 제1 컬러 필터층 위에 제1 캐핑층(390a)을 형성함으로써 제1 미세 공간(305a)의 액정 주입구(307a)를 덮는 도 12에 도시된 제1 액정 표시 장치(10)를 형성할 수 있다.
앞서 설명한 제조 방법에 따라 또 하나의 제2 액정 표시 장치(20)를 형성한다. 제2 액정 표시 장치(20)는 제1 액정 표시 장치(10)의 제1 컬러 필터층과 1/2 화소 간격만큼 오프셋을 두어 어긋나게 배치된 제2 컬러 필터층을 갖는 점을 제외하고 동일한 구조를 갖는다.
제2 액정 표시 장치(20)는 제1 액정 표시 장치(10)의 제1 캐핑층(390a)과 동일한 물질로 형성된 제2 캐핑층(390b)을 형성함으로써 이들의 접착을 통해 도 2 및 도 3과 같은 액정 표시 장치를 형성할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 별도의 상부 표시판을 갖지 않고 형성된 2개의 액정 표시 장치를 접합함으로써, 두께 및 무게의 증가를 줄이면서도 복수의 컬러 필터층으로 인해 고해상도 구현이 가능한 액정 표시 장치를 제공할 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.

Claims (17)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극,
    상기 화소 전극과 마주보며 위치하고, 제1 컬러 필터층으로 형성된 제1 루프층,
    상기 제1 루프층 위에 위치하는 캐핑층 그리고
    상기 캐핑층 위에 위치하고, 제2 컬러 필터층으로 형성된 제2 루프층을 포함하고,
    상기 화소 전극과 상기 제1 루프층 사이에 복수의 제1 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 복수의 제1 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 제1 액정층을 형성하고,
    상기 제2 루프층과 상기 제2 루프층 위에 위치하는 제2 기판 사이에 복수의 제2 미세 공간이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 미세 공간과 상기 제2 미세 공간은 서로 어긋나게 배치되는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 컬러 필터층은 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선 방향을 따라 서로 이웃하는 제1 화소, 제2 화소 및 제3 화소를 포함하고,
    상기 제2 컬러 필터층은 제4 화소, 제5 화소, 제6 화소를 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 복수의 화소는 청록색 화소, 황색 화소, 마젠타색 화소 중 어느 하나이며,
    상기 제1 화소와 상기 제6 화소, 상기 제2 화소와 상기 제4 화소 및 상기 제3 화소와 상기 제5 화소는 서로 동일한 색 화소를 갖는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 복수의 화소는 행렬로 배열되고,
    상기 제2 컬러 필터층은 상기 제1 컬러 필터층의 행렬 방향에 대해 모두 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치되는 액정 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 복수의 화소는 행렬로 배열되고,
    상기 제2 컬러 필터층은 상기 제1 컬러 필터층의 행 방향에 대해 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치되는 액정 표시 장치.
  7. 제4항에서,
    상기 제1 미세 공간과 상기 제2 미세 공간은 화소 영역에 대응하는 복수의 영역을 포함하고,
    상기 복수의 영역 사이에 위치하는 차광 부재를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 복수의 제2 미세 공간은 액정 분자를 포함하는 제2 액정층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 컬러 필터층은 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선 방향을 따라 서로 이웃하는 제1 화소, 제2 화소 및 제3 화소를 포함하고,
    상기 제2 컬러 필터층은 제4 화소, 제5 화소, 제6 화소를 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 복수의 화소는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 중 어느 하나이며, 상기 제1 화소와 상기 제4 화소, 상기 제2 화소와 상기 제5 화소 및 상기 제3 화소와 상기 제6 화소는 서로 동일한 색 화소를 갖는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 복수의 화소는 행렬로 배열되고,
    상기 제2 컬러 필터층은 상기 제1 컬러 필터층의 열 방향에 대해 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치되는 액정 표시 장치.
  12. 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 제1 컬러 필터로 형성된 제1 루프층을 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 제1 미세 공간(Microcavity)을 형성하는 단계 그리고
    상기 미세 공간에 액정 물질을 주입하여 제1 액정층을 형성하는 단계,
    상기 제1 컬러 필터 위에 제1 캐핑층을 형성하는 단계를 포함하는 제1 액정 표시 장치를 제조하는 단계 그리고,
    제2 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 제2 컬러 필터로 형성된 제1 루프층을 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 제2 미세 공간을 형성하는 단계 그리고
    상기 미세 공간에 액정 물질을 주입하여 제2 액정층을 형성하는 단계,
    상기 제2 컬러 필터 위에 제2 캐핑층을 형성하는 단계를 포함하는 제2 액정 표시 장치를 제조하는 단계 그리고,
    상기 제1 캐핑층과 상기 제2 캐핑층을 접착하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 미세 공간과 상기 제2 미세 공간은 서로 어긋나게 배치되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 컬러 필터층은 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선 방향을 따라 서로 이웃하는 제1 화소, 제2 화소 및 제3 화소를 포함하고,
    상기 제2 컬러 필터층은 제4 화소, 제5 화소, 제6 화소를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 복수의 화소는 청록색 화소, 황색 화소, 마젠타색 화소 중 어느 하나이며,
    상기 제1 화소와 상기 제6 화소, 상기 제2 화소와 상기 제4 화소 및 상기 제3 화소와 상기 제5 화소는 서로 동일한 색 화소를 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 복수의 화소는 행렬로 배열되고,
    상기 제2 컬러 필터층은 상기 제1 컬러 필터층의 행렬 방향에 대해 모두 1/2 화소 간격만큼 어긋나게 배치되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 미세 공간과 상기 제2 미세 공간은 화소 영역에 대응하는 복수의 영역을 포함하고,
    상기 복수의 영역 사이에 위치하는 차광 부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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