KR20160127246A - 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20160127246A
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박상일
김원태
최지연
홍석준
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 화소 영역, 제2 화소 영역 및 제3 화소 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보는 루프층 그리고 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 액정 물질이 채워진 복수의 미세 공간을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 루프층은 상기 제1 화소 영역 및 상기 제2 화소 영역에 대응하는 부분에 위치하는 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층을 포함하며, 상기 액정층 하부에 위치하는 제3 컬러 필터층을 포함하며, 상기 제3 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭은 상기 제1 화소 영역 및 상기 제2 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭 보다 작다.

Description

표시 장치 및 그 제조 방법{DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 표시 장치 및 그 제조 방법에 대한 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.
한편, 표시 장치에서 R, G, B 각 색필터 별로 빛의 투과율이 상이하여 각 서브 픽셀(sub pixel)마다 동일한 전압을 가하게 될 경우 투과율의 차이로 인한 액정 표시 장치 전체의 명암비 저하를 유발하였다. 이에, 각 색필터 별로 다른 투과율을 최종적으로 동일하게 조절해주기 위해서 전압을 각 색필터마다 상이하게 공급하여야 하며, 전압을 조절해주기 위한 별도의 전압 조절부를 구비하여야 했다.
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 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 컬러 필터의 위치 변경을 통해 별도의 마스크 추가 없이도 각 미세 공간의 두께를 화소 별로 상이하게 조절함으로써, 별도의 추가 공정이나 전압 조절부 없이도 색필터의 투과율 차이를 보정해주는 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 제1 화소 영역, 제2 화소 영역 및 제3 화소 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보는 루프층 그리고 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 액정 물질이 채워진 복수의 미세 공간을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 루프층은 상기 제1 화소 영역 및 상기 제2 화소 영역에 대응하는 부분에 위치하는 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층을 포함하며, 상기 액정층 하부에 위치하는 제3 컬러 필터층을 포함하며, 상기 제3 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭은 상기 제1 화소 영역 및 상기 제2 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭 보다 작다.
상기 제3 화소 영역은 블루 화소 영역이며, 상기 제3 컬러 필터는 블루 컬러 필터일 수 있다.
상기 제1 화소 영역은 적색 화소 영역으로, 상기 제1 컬러 필터는 적색 컬러 필터이고, 상기 제2 화소 영역은 녹색 화소 영역으로, 상기 제2 컬러 필터는 녹색 컬러 필터일 수 있다.
상기 미세 공간 위에 상기 화소 전극과 마주보고 형성된 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 화소 영역의 상기 공통 전극 위에는 하부 절연막 및 상부 절연막이 형성될 수 있다.
상기 서로 이웃하는 미세 공간 사이에 격벽부가 위치하고, 상기 격벽부는 공통 전극, 하부 절연막, 제1 컬러 필터 또는 제3 컬러 필터, 상부 절연막으로 채워질 수 있다.
상기 제1 컬러 필터층, 상기 제2 컬러 필터층 및 상기 상부 절연막 위에 형성된 캐핑층을 더 포함하고, 상기 복수의 미세 공간 사이에 트렌치가 형성되며, 상기 캐핑층은 상기 트렌치를 덮고 있을 수 있다.
상기 트렌치는 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선과 평행한 방향을 따라 뻗어 있을 수 있다.
상기 제3 화소 영역은 레드 화소 영역이며, 상기 제3 컬러 필터는 레드 컬러 필터일 수 있다.
상기 제3 화소 영역은 그린 화소 영역이며, 상기 제3 컬러 필터는 그린 컬러 필터일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는 제1 화소 영역, 제2 화소 영역 및 제3 화소 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보는 루프층 그리고 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 액정 물질이 채워진 복수의 미세 공간을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 루프층은 상기 제1 화소 영역에 대응하는 부분에 위치하는 제1 컬러 필터층을 포함하고, 상기 액정층 하부에 위치하는 제2 컬러 필터층 및 제3 컬러 필터층을 포함할 수 있다.
상기 제1 화소 영역 및 상기 제2 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭이, 상기 제2 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭보다 작을 수 있다.
상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터는 각각 적색, 청색, 녹색으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 복수의 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 복수의 박막 트랜지스터 중 일부 트랜지스터 위에 제1 컬러 필터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 희생층을 도포하고 패터닝 하는 단계, 상기 희생층 위에 제2 컬러 필터 및 제3 컬러 필터를 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 복수의 미세 공간(Microcavity)을 형성하는 단계, 상기 미세 공간에 배향 물질을 주입하는 단계 그리고 상기 복수의 미세 공간에 액정 물질을 주입하는 단계를 포함하며, 상기 제1 컬러 필터가 형성된 영역의 미세 공간의 셀 갭이, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터가 형성된 영역의 미세 공간의 셀 갭 보다 짧을 수 있다.
상기 제1 컬러 필터는 청색 컬러 필터이고, 상기 제2 컬러 필터는 녹색 컬러 필터, 상기 제3 컬러 필터는 적색 컬러 필터인 표시 장치일 수 있다.
상기 제1 컬러 필터를 형성하는 단계 이후, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선과 평행한 방향으로 차광 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계 이후, 상기 제1 컬러 필터가 형성된 영역과 형성되지 않은 영역의 높이가 다를 수 있다.
상기 화소 전극 위에 희생층을 도포하고 패터닝 하는 단계 이후, 상기 형성된 희생층의 두께가 상기 제1 컬러 필터가 형성된 영역에서 보다 얇고, 형성되지 않은 영역에서 보다 두꺼울 수 있다.
상기 제2 컬러 필터층 및 제3 컬러 필터층을 형성하는 단계 이전에, 상기 희생층 위에 공통 전극 및 하부 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 액정 주입구를 덮도록 상기 제2 컬러 필터층 및 제3 컬러 필터층 위에 캐핑층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 컬러 필터의 위치 변경을 통해 별도의 마스크 추가 없이도 각 미세 공간의 두께를 화소별로 상이하게 조절하였고, 따라서 컬러 필터의 색상별 투과율 차이를 보정하였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 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 4는 도 1의 절단선 IV-IV을 따라 자른 단면도이다.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도로, 도 5 내지 도 10, 도 12는 도 4와 동일한 단면을 도시한 것이고, 도 11 및 도 13은 도 2와 동일한 단면을 도시한 것이다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치에 대하여, 도 4와 동일한 단면을 단순화하여 나타낸 것이다.
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 장치 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 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 4는 도 1의 절단선 IV-IV을 따라 자른 단면도이다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 각각 레드, 블루, 그린을 나타내는 화소가 인접하여 번갈아 형성되어 있다. 도 2는 레드 화소(또는 그린화소)의 단면이고, 도 3은 블루 화소의 단면이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 기판(110) 위에 게이트선(121)이 및 유지 전극선(131)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 게이트 전극(124)을 포함한다. 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 게이트선(121)과 실질적으로 수직하게 뻗은 한 쌍의 세로부(135a) 및 한 쌍의 세로부(135a)의 끝을 서로 연결하는 가로부(135b)를 포함한다. 유지 전극(135a, 135b)은 화소 전극(191)을 둘러싸는 구조를 가진다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140) 위에는 데이터선(171) 하부에 위치하는 반도체층(151), 소스/드레인 전극의 하부 및 박막 트랜지스터(Q)의 채널 부분에 위치하는 반도체층(154)이 형성되어 있다.
각 반도체층(151, 154) 위이며, 데이터선(171), 소스/드레인 전극의 사이에는 복수의 저항성 접촉 부재가 형성되어 있을 수 있는데, 도면에서는 생략되어 있다.
각 반도체층(151, 154) 및 게이트 절연막(140) 위에 소스 전극(173) 및 소스 전극(173)과 연결되는 데이터선(171), 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175)가 형성되어 있다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 박막 트랜지스터(Q)를 형성하며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층 부분(154)에 형성된다.
데이터 도전체(171, 173, 175) 및 노출된 반도체층(154) 부분 위에는 제1 층간 절연막(180a)이 형성되어 있다. 제1 층간 절연막(180a)은 질화 규소(SiNx)와 산화 규소(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다.
다음, 도 1 및 도 3을 참고하면, 제1 층간 절연막(180a) 위에는 블루 색필터(230B)가 형성되어있다.
다만, 이러한 색필터(230B)는 블루 화소 영역에만 형성되어 있다. 즉, 블루 색필터(230B)는 인접한 세 화소중 하나의 화소 영역에만 형성되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 블루 색필터(230B)는 박막 트랜지스터 등이 형성된 주입구 형성 영역(307FP)에는 형성되어 있지 않고, 각 화소 영역에만 형성되어 있다.
다음, 블루 색필터(230B) 위에 제2 층간 절연막(180b)이 형성되어 있다. 이때 제2 층간 절연막(180b)은 레드, 블루, 그린 화소 전체에 형성된다.
다음, 제2 층간 절연막(180b)위에 화소 전극(191)이 형성되어 있다.
화소 전극(191)은 전체적인 모양이 사각형이며 가로 줄기부(191a) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(191b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 가로 줄기부(191a)와 세로 줄기부(191b)에 의해 네 개의 부영역으로 나뉘어지며 각 부영역은 복수의 미세 가지부(191c)를 포함한다. 또한, 본 실시예에서 화소 전극(191)의 외곽을 둘러싸는 외곽 줄기부를 더 포함할 수 있다.
화소 전극(191)의 미세 가지부(191c)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부와 대략 40도 내지 45도의 각을 이룬다. 또한, 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부는 서로 직교할 수 있다. 또한, 미세 가지부의 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 포함하고, 연장부(197)에서 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
지금까지 설명한 박막 트랜지스터(Q) 및 화소 전극(191)에 관한 설명은 하나의 예시이고, 측면 시인성을 향상시키기 위해 박막 트랜지스터 구조 및 화소 전극 디자인을 변형할 수 있다.
화소 전극(191) 일부 및 제2 층간 절연막(180b)위에차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재는 빛이 투과하지 못하는 물질로 형성되어 있다. 본 실시예에서 차광 부재는 게이트선(121)과 평행한 방향을 따라 가로 방향으로 형성되어 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 차광 부재(220)는 주입구 형성 영역(307FP)을 따라 게이트선과 평행한 방향으로 형성되어 있다.
블루 화소의 경우, 블루 색필터(230B)가 형성되지 않은 영역 위에 차광 부재(220)가 형성되어 있다.
본 실시에서는 데이터선(171)이 차광 부재의 역할을 하여 별도의 세로 차광 부재가 형성되지 않지만, 다른 실시예로써 데이터선과 평행한 방향을 따라 형성된 세로 차광 부재를 더 포함할 수도 있다.
도 2 및 도 3에서 차광부재가 형성된 후의 윗면이 평평한 것으로 도시하였으나, 실제 실시예에서는 제2 층간 절연막(180b)의 두께 및 차광 부재에 두께로 인해 윗면이 평평하지 않고 다소의 단차를 가질 수도 있다.
화소 전극(191) 위에는 하부 배향막(11)이 형성되어 있고, 하부 배향막(11)은 수직 배향막일 수 있다. 하부 배향막(11)은 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(11)과 대향하는 부분에 상부 배향막(21)이 위치하고, 하부 배향막(11)과 상부 배향막(21) 사이에는 미세 공간(305)이 형성되어 있다. 미세 공간(305)에는 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질이 주입되어 있고, 미세 공간(305)은 입구부(307)를 갖는다. 미세 공간(305)은 화소 전극(191)의 열 방향 다시 말해 세로 방향을 따라 형성될 수 있다. 본 실시예에서 배향막(11, 21)을 형성하는 배향 물질과 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질은 모관력(capillary force)을 이용하여 미세 공간(305)에 주입될 수 있다.
이때 도 4를 참고하면, 각 화소 별로 미세 공간의 크기가 다르다. 즉 도 4에 도시된 바와 같이 하부에 블루 색필터(230B)가 형성된 블루 화소 영역의 미세 공간의 셀 갭 D1이, 하부에 색필터가 형성되지 않은 레드 화소나 그린 화소의 미세 공간의 셀 갭 D2보다 좁다.
이는 도 4에 도시된 바와 같이, 블루 화소 영역에는 미세 공간 아래에 블루 색필터(230B)가 형성되어 있지만, 레드 화소나 그린 화소의 경우 미세 공간 위에 색필터가 형성되어 있기 때문이다.
이렇게 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 레드, 그린, 블루 화소 영역에서의 미세 공간의 높이가 상이하다.
일반적으로, 적색, 녹색 및 청색의 삼원색의 색필터는 각 필터마다 빛의 투과율이 상이하다. 따라서, 미세 공간(305)이 동일한 폭으로 형성된 경우, 투과율 차이에 의해 명암비 저하를 유발할 수 있다.
특히 블루 색필터의 경우, 이러한 투과율 차이가 다른 컬러에 비하여 현저하기 때문에 미세 공간(305)의 폭을 다른 컬러와 다르게 조절하는 것이 중요하다.
이에 일반적으로 이러한 각 색필터(230) 별로 상이한 투과율을 조절하고, 명암비 저하를 방지하기 위해서 각 색필터(230)마다 전압을 상이하게 조절하여 공급한다. 이를 위해서는, 각 색필터(230)에 공급되는 전압을 조절하기 위한 별도의 전압 조절부 형성이 요구된다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 블루 화소 영역에서만 블루 색필터를 미세 공간(305) 하부에 위치시킴으로써, 별도의 공정 추가 없이도 미세 공간(305)의 폭을 상이하게 하였고, 별도의 전압 조절부 없이도 각 색필터에서 빛의 투과율 차이를 보정할 수 있다.
미세 공간(305)은 게이트선(121)과 중첩하는 부분에 위치하는 복수의 트렌치(307FP)에 의해 세로 방향으로 나누어지며, 또한 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향을 따라 복수개 형성되어 있다. 복수개 형성된 미세 공간(305) 각각은 화소 영역 하나 또는 둘 이상에 대응할 수 있고, 화소 영역은 화면을 표시하는 영역에 대응할 수 있다.
상부 배향막(21) 위에는 공통 전극(270), 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 미세 공간(305)에 위치하는 액정 분자(310)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 발명의 일 실시예에서는 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 위에 형성되는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예로 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 하부에 형성되어 수평 전계 모드에 따른 액정 구동도 가능하다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참고하면, 하부 절연층(350) 위에 각각 레드 색필터(230R) 및 그린 색필터(230G)가 위치한다. 다만 블루 화소 영역의 하부 절연층(350)위에는 블루 색필터가 형성되어 있지 않다. 즉 레드 색필터(230R)는 레드 화소 영역 위에만 형성되어 있고, 그린 색필터(230G)는 그린 화소 영역 위에만 형성되어 있다.
이러한 컬러 각각 레드 색필터(230R) 및 그린 색필터(230G)는 화소 전극과(191)과 공통 전극(270)의 사이 공간인 미세 공간(305)이 그 모양을 유지할 수 있도록 하는 루프층 역할을 한다. 이때 레드 색필터(230R) 및 그린 색필터(230G)의 일부가 인접하는 화소 영역 사이의 채우면서 격벽부(PWP)를 형성한다.
레드 화소의 레드 색필터(230R), 및 그린 화소의 및 그린 색필터 및 블루 화소의 하부 절연층(350)위에 상부 절연층(370)이 위치한다. 상부 절연층(370)은 레드 색필터(230R), 그린 색필터(230G) 및 하부 절연층(350)의 상부면과 접촉할 수 있다. 상부 절연층(370)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성될 수 있다.
캐핑층(390)은 트렌치(307FP)를 채우면서 트렌치(307FP)에 의해 노출된 미세 공간(305)의 입구부(307)를 덮는다. 캐핑층(390)은 유기 물질 또는 무기 물질을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 격벽부(PWP)가 형성되어 있다. 격벽부(PWP)는 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있고, 컬러 필터(230R, 230G)가 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이를 채워 형성될 수 있다. 격벽부(PWP)에는 하부 절연층(350), 공통 전극(270), 상부 절연층(370)도 포함할 수 있다. 이러한 격벽부(PWP) 미세 공간(305)을 구획 또는 정의할 수 있다. 본 실시예에서는 미세 공간(305)사이에 격벽부(PWP)와 같은 격벽 구조가 있기 때문에 절연 기판(110)이 휘더라도 발생하는 스트레스가 적고, 셀 갭(Cell Gap)이 변경되는 정도가 훨씬 감소할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 블루 색필터가 미세 공간 하부에 형성되어 있고, 레드 색필터와 그린 색필터는 미세 공간 위에 형성되어 루프층과 같이 기능한다.
따라서 미세 공간 하부의 블루 컬러 필터에 의해 블루 화소 영역의 미세 공간의 셀 갭을 보다 낮게 형성할 수 있고, 각 컬러 필터의 투과율 차이에 의한 명암비 저하를 방지할 수 있다.
또한, 레드 색필터 및 그린 색필터, 하부 절연층 및 상부 절연층이 루프층과 같이 기능하기 ‹š문에, 별도의 루프층을 형성하는 단계를 생략할 수 있다.
또한, 블루 색 필터를 미세 공간 형성에 앞서 형성함으로써, 공정상 미세 공간의 크기 차이를 자연스럽게 유도하였으며, 따라서 각 화소별 미세 공간의 차이를 형성하기 위해 별도의 공정이 요구되지 않는다.
그러면, 이하 도 5 내지 도 13을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도이다. 도 5 내지 도 10, 도 12는 도 4와 동일한 단면을 도시한 것이고, 도 11 및 도 13은 도 2와 동일한 단면을 도시한 것이다.
먼저. 기판(110) 위에 일반적으로 알려진 스위칭 소자를 형성하기 위해 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(121), 게이트선(121) 위에 게이트 절연막(140)을 형성하고, 게이트 절연막(140) 위에 반도체층(151, 154)을 형성하고, 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 형성한다. 이 때 소스 전극(173)과 연결된 데이터선(171)은 게이트선(121)과 교차하면서 세로 방향으로 뻗도록 형성할 수 있다.
소스 전극(173), 드레인 전극(175) 및 데이터선(171)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175) 및 노출된 반도체층(154) 부분 위에는 제1 층간 절연막(180a)을 형성한다.
다음, 블루 화소 영역에만 먼저 블루 색필터(230B)를 형성한다. 이후 블루 색필터(230B) 위에 제2 층간 절연막(180b)을 형성한다. 이때 제2 층간 절연막은 블루 화소 영역뿐만 아니라, 레드 화소 영역 및 그린 화소 영역 전체에 형성된다.
제2 층간 절연막(180b)은 화소 전극(191)과 드레인 전극(175)을 전기적, 물리적으로 연결하는 접촉 구멍(185)을 갖도록 형성한다.
이후, 제2 층간 절연막(180b) 위에 화소 전극(191)을 형성한다.
다음, 도 5에 도시되지는 않았지만 화소 전극(191) 일부 및 제2 층간 절연막(180b)위에 차광 부재(220)를 형성한다. 차광 부재는 게이트선(121)과 평행한 방향을 따라 가로 방향으로 형성되어 있다. 또는 차광 부재는 필요에 따라서 데이터선(171)과 평행한 방향으로 형성되어 있는 세로 차광 부재를 더 포함할 수도 있다.
도 5를 참고하면, 블루 화소 영역에는 블루 컬러 필터(230B)가 형성되어 있기 때문에 다른 영역에 비하여 기판 하부로부터 화소 전극까지의 두께가 두껍다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이 화소 전극(191) 위에 희생층(300)을 형성한다.
이때 도 6에 도시된 바와 같이 희생층(300)은 하부 단차에도 불구하고 평평한 상부를 갖도록 형성된다. 이는 희생층(300) 물질의 도포 과정에서 자연스럽게 상부가 평평해 지는 것으로, 별도의 마스크 공정이나 평탄화 공정이 요구되지 않는다.
희생층이 도 6에 도시된 바와 같이 평평한 상면을 갖도록 형성되기 ‹š문에, 각 화소 영역(R, B, G)에서 희생층(300)의 두께는 서로 상이하다. 가장 높이 적층된 블루 화소 영역에서 희생층(300)의 두께가 가장 얇고, 레드 화소 및 그린 화소에서의 희생층(300)의 두께가 더 두껍다. 이러한 희생층(300)의 두께 차이에 의해 이후 미세 공간의 셀 갭이 달라지게 된다.
다음 희생층(300)을 패터닝 하여 도 7에 도시된 바와 같이 데이터선(171)과 평행한 오픈부(OPN)를 형성한다. 이후 공정에서 공통 전극(270), 하부 절연층(350), 컬러 필터층(230R, 230G) 및 상부 절연층(370)이 오픈부(OPN)에 채워져 격벽부(PWP)를 형성할 수 있다.
다음, 도 8에 도시된 바와 같이 희생층(300) 위에 공통 전극(270), 하부 절연층(350)을 차례로 형성한다.
다음, 도 9에 도시된 바와 같이 하부 절연층(350)위에 컬러 필터층을 형성한다. 이때 컬러 필터층은 레드 화소 영역 위에 레드 컬러 필터(230R)가 형성되고, 그린 화소 영역 위에 그린 컬러 필터(230G)가 형성된다.
이러한 컬러 필터층(230)은 트렌치(307FP)에서는 제거되어 있다.
즉, 컬러 필터층(230)은 트렌치(307FP)에서 하부 절연층(350)을 외부로 노출시킬 수 있다.
다만, 컬러 필터층(230)은 격벽부(PWP)의 일부를 채우면서, 공통 전극(270), 하부 절연층(350) 및 컬러 필터층(230)과 함께 격벽을 구성한다.
다음, 도 10에 도시된 바와 같이 컬러 필터층(360)과 노출된 하부 절연층(350) 위를 덮도록 상부 절연층(370)을 형성한다. 이때 레드 화소와 그린 화소 위에서는 컬러 필터층이 루프층과 같이 기능하지만, 블루 화소 위에서는 하부 절연층(350)과 상부 절연층(370)이 루프층과 같이 기능한다.
따라서 블루 화소 영역의 하부 절연층(350)과 상부 절연층(370)이 루프층과 같이 기능하기 위해서, 하부 절연층(350)과 상부 절연층(370)의 두께의 합은 6000옹스트롱(Å) 이상인 것이 바람직하다.
다음, 설명의 편의를 위하여 단면의 위치를 바꾸어 설명한다. 도 11을 참고하면, 상부 절연층(370), 하부 절연층(350) 및 공통 전극(270)을 건식 식각하여 상부 절연층(370), 하부 절연층(350) 및 공통 전극(270)이 부분적으로 제거됨으로써 트렌치(307FP)를 형성한다. 이 때, 상부 절연층(370)이 컬러 필터층(230R)의 측면을 덮는 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 컬러 필터층(230R)의 측면을 덮고 있던 상부 절연층(370)이 제거되어 컬러 필터층(230R) 의 측면이 외부로 노출되도록 할 수도 있다
다음, 트렌치(307FP)를 통해 희생층(300)을 산소(O2) 애싱(Ashing) 처리 또는 습식 식각법 등으로 제거한다. 이 때, 입구부(307)를 갖는 미세 공간(305)이 형성된다. 미세 공간(305)은 희생층(300)이 제거되어 빈 공간 상태이다.
이때, 미세 공간(305)의 폭은 블루 화소 영역과, 그린 화소 영역, 레드 화소 영역에서 상이하다. 이는 희생층(300)이 제거된 영역이 미세 공간(305)이 되기 때문이다. 즉, 앞선 단계에서 희생층(300)의 두께가 화소 영역별로 상이하였고, 따라서 미세 공간(305)의 두께 또한 영역 별로 상이하다.
다만, 블루 컬러 필터(230B)를 미세 공간 하부에 먼저 형성하는 공정으로 통해, 별도의 마스크 공정 없이도 자연스럽게 희생층(300)의 두께를 상이하게 형성하였다. 즉, 희생층의 두께 차이를 유도하기 위한 별도의 마스크 추가 없이도 미세 공간(305)의 두께를 다르게 형성할 수 있다.
그 다음, 입구부(307)를 통해 배향 물질을 주입하여 화소 전극(191) 및 공통 전극(270) 위에 배향막(11, 21)을 형성한다. 구체적으로, 입구부(307)를 통해 고형분과 용매를 포함하는 배향 물질을 주입한 후에 베이크 공정을 수행한다.
그 다음, 입구부(307)를 통해 미세 공간(305)에 잉크젯 방법 등을 사용하여 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질을 주입한다.
이후, 도 12 및 도 13을 참고하면, 상부 절연층(370) 위에 입구부(307) 및 트렌치(307FP)를 덮도록 캐핑층(390)을 형성한다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 및 이의 제조 방법은 블루 컬러 필터가 미세 공간 하부에 형성되어 있고, 레드 컬러 필터와 그린 컬러 필터는 미세 공간 위에 형성되어 루프층과 같이 기능한다.
따라서 미세 공간 하부의 블루 컬러 필터에 의해 블루 화소의 미세 공간의 셀갭이, 레드 화소나 그린 화소의 미세 공간의 셀갭 보다 낮게 형성된다. 따라서 컬러 필터의 투과율 차이에 의한 명암비 저하를 방지할 수 있다.
또한, 레드 컬러 필터 및 그린 컬러 필터가 루프층과 같이 기능하기 ‹š문에, 별도의 루프층을 형성하는 단계를 생략할 수 있다.
또한, 블루 화소의 미세 공간이 셀 갭을 낮게 형성하기 위하여 별도의 마스크 공정이 요구되지 않으며, 블루 컬러 필터를 미세 공간 하부에 먼저 형성함으로써, 자연스럽게 희생층의 두께 차이를 유도하여 제조하였는바 공정을 단순화하였다.
그럼 이하에서 도 14 내지 도 18을 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치에 대하여, 도 4와 동일한 단면을 단순화하여 나타낸 것이다. 즉 도 14 내지 도 18은 다른 실시예에 따른 표시 장치의 컬러 필터(230)와 미세 공간(305)을 간략히 도시하였다. 기타 구성요소는 앞서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 14 및 도 15를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는 블루 컬러 필터가 아니라 다른 컬러 필터가 미세 공간(305) 하부에 위치할 수 있다. 도 14를 참고로 하면, 레드 컬러 필터(230R)가 미세 공간(305) 하부에 위치되고, 블루 컬러 필터(230B) 및 그린 컬러 필터(230G)가 미세 공간 상부에 위치할 수 있다.
또는 도 15에 도시된 바와 같이 그린 컬러 필터(230G)가 미세 공간(305) 하부에 위치하고, 블루 컬러 필터(230B)와 레드 컬러 필터(230R)가 미세 공간(305) 상부에 위치할 수 있다.
또는 도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이 2개의 컬러 필터가 미세 공간(305)하부에 위치할 수 있다.
즉, 도 16에 도시된 바와 같이 블루 컬러 필터(230B) 및 레드 컬러 필터(230R)가 각각 미세 공간(305) 하부에 위치하고, 그린 컬러 필터(230G)가 미세 공간(305) 상부에 위치할 수 있다.
또는 도 17에 도시된 바와 같이 블루 컬러 필터(230B) 및 그린 컬러 필터(230G)가 각각 미세 공간(305) 하부에 위치하고, 레드 컬러 필터(230R)가 미세 공간(305) 상부에 위치할 수 있다.
또는 도 18에 도시된 바와 같이 레드 컬러 필터(230R) 및 그린 컬러 필터(230G)가 각각 미세 공간(305) 하부에 위치하고, 블루 컬러 필터(230B)가 미세 공간(305) 상부에 위치할 수 있다.
즉 각 컬러 필터로 사용되는 물질의 투과율 특성에 따라, 당업자는 도 14 내지 도 18에 예시적으로 도시된 바와 같이 컬러 필터의 위치를 자유롭게 변경하면서 각 컬러 필터에 대응하는 미세 공간의 폭 또한 자유롭게 조절 가능하다.
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, 21: 배향막 110: 기판
121: 게이트선 124: 게이트 전극
131: 유시 전극선 140: 게이트 절연막
151; 반도체층 171: 데이터선
185: 접촉 구멍 180a: 제1 층간 절연막
180b: 제2 층간 절연막 191: 화소 전극
220: 차광 부재 230: 컬러 필터
270: 공통 전극 300: 희생층
307: 입구부 310: 액정 분사
350: 하부 절연층 370: 상부 절연층
390: 캐핑층

Claims (20)

  1. 제1 화소 영역, 제2 화소 영역 및 제3 화소 영역을 포함하는 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극,
    상기 화소 전극과 마주보는 루프층 그리고
    상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 액정 물질이 채워진 복수의 미세 공간을 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 루프층은 상기 제1 화소 영역 및 상기 제2 화소 영역에 대응하는 부분에 위치하는 제1 컬러 필터층 및 제2 컬러 필터층을 포함하며,
    상기 액정층 하부에 위치하는 제3 컬러 필터층을 포함하며,
    상기 제3 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭은 상기 제1 화소 영역 및 상기 제2 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭 보다 작은 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제3 화소 영역은 블루 화소 영역이며, 상기 제3 컬러 필터는 블루 컬러 필터인 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 화소 영역은 적색 화소 영역으로, 상기 제1 컬러 필터는 적색 컬러 필터이고,
    상기 제2 화소 영역은 녹색 화소 영역으로, 상기 제2 컬러 필터는 녹색 컬러 필터인 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 미세 공간 위에 상기 화소 전극과 마주보고 형성된 공통 전극을 더 포함하는 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제3 화소 영역의 상기 공통 전극 위에는 하부 절연막 및 상부 절연막이 형성된 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 서로 이웃하는 미세 공간 사이에 격벽부가 위치하고,
    상기 격벽부는 공통 전극, 하부 절연막, 제1 컬러 필터 또는 제3 컬러 필터, 상부 절연막으로 채워진 표시 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 제1 컬러 필터층, 상기 제2 컬러 필터층 및 상기 상부 절연막 위에 형성된 캐핑층을 더 포함하고,
    상기 복수의 미세 공간 사이에 트렌치가 형성되며, 상기 캐핑층은 상기 트렌치를 덮고 있는 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 트렌치는 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선과 평행한 방향을 따라 뻗어 있는 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 제3 화소 영역은 레드 화소 영역이며, 상기 제3 컬러 필터는 레드 컬러 필터인 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 제3 화소 영역은 그린 화소 영역이며, 상기 제3 컬러 필터는 그린 컬러 필터인 표시 장치.
  11. 제1 화소 영역, 제2 화소 영역 및 제3 화소 영역을 포함하는 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극,
    상기 화소 전극과 마주보는 루프층 그리고
    상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 액정 물질이 채워진 복수의 미세 공간을 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 루프층은 상기 제1 화소 영역에 대응하는 부분에 위치하는 제1 컬러 필터층을 포함하고,
    상기 액정층 하부에 위치하는 제2 컬러 필터층 및 제3 컬러 필터층을 포함하는 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 제2 화소 영역 및 상기 제3 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭이, 상기 제1 화소 영역에 대응하는 미세 공간의 셀 갭보다 작은 표시 장치.
  13. 제11항에서,
    상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터는 각각 적색, 청색, 녹색으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 표시 장치.
  14. 기판 위에 복수의 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 복수의 박막 트랜지스터 중 일부 트랜지스터 위에 제1 컬러 필터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 희생층을 도포하고 패터닝 하는 단계,
    상기 희생층 위에 제2 컬러 필터 및 제3 컬러 필터를 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 복수의 미세 공간(Microcavity)을 형성하는 단계,
    상기 미세 공간에 배향 물질을 주입하는 단계 그리고
    상기 복수의 미세 공간에 액정 물질을 주입하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 컬러 필터가 형성된 영역의 미세 공간의 셀 갭이, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터가 형성된 영역의 미세 공간의 셀 갭 보다 짧은 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 컬러 필터는 청색 컬러 필터이고,
    상기 제2 컬러 필터는 녹색 컬러 필터, 상기 제3 컬러 필터는 적색 컬러 필터인 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 제1 컬러 필터를 형성하는 단계 이후, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선과 평행한 방향으로 차광 부재를 형성하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제14항에서,
    상기 박막 트랜지스터의 한 단자와 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계 이후,
    상기 제1 컬러 필터가 형성된 영역과 형성되지 않은 영역의 높이가 다른 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제14항에서,
    상기 화소 전극 위에 희생층을 도포하고 패터닝 하는 단계 이후,
    상기 형성된 희생층의 두께가 상기 제1 컬러 필터가 형성된 영역에서 보다 얇고, 형성되지 않은 영역에서 보다 두꺼운 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제14항에서,
    상기 제2 컬러 필터층 및 제3 컬러 필터층을 형성하는 단계 이전에, 상기 희생층 위에 공통 전극 및 하부 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제14항에서,
    상기 액정 주입구를 덮도록 상기 제2 컬러 필터층 및 제3 컬러 필터층 위에 캐핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.

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