KR20160129783A - 액정 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20160129783A
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electrode
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이일하
황지영
이승헌
오동현
김기환
서한민
박찬형
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 명세서는 액정 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

액정 디스플레이 장치 및 이의 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 명세서는 액정 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치는 최근 멀티 미디어 사회에서 사용되는 가장 중요한 디스플레이 장치로서, 휴대 전화로부터 컴퓨터용 모니터, 노트북, 텔레비전(Television)에 이르기까지 폭 넓게 이용되고 있다. 액정 디스플레이 장치로는 2장의 직교한 편광판 사이에 네마틱(Nematic) 액정을 트위스트(Twist) 배열시킨 액상 결정층을 개재시킨 다음, 전계를 기판에 대하여 수직인 방향에 걸리게 하는 TN 모드가 있다. 이러한 TN 모드 방식에서는 검은색 표시시 액정이 기판에 수직한 방향으로 배향하기 때문에, 경사진 시야각에서 액정 분자에 의한 복굴절이 발생하고 빛 누출이 일어난다.
이러한 TN 모드 방식의 시야각 문제를 해결하기 위해서, 하나의 기판 상에 두개의 전극을 형성하고 두 전극 사이에서 발생하는 횡전계로 액정의 방향자를 조절하는 IPS 모드(In-Plane Switching Mode)가 도입되었다. 즉, IPS 모드 방식은 면상 스위칭 액정 디스플레이 또는 횡전계방식 액정 디스플레이라고도 불리우며, 액정이 배치되는 셀 내에 전극을 같은 면상에 배치함으로써 액정이 수직방향으로 정렬되는 것이 아니라 전극의 횡방향 면에 평행하게 정렬되도록 한다.
다만, IPS 모드 방식의 경우, 화소 전극 및 공통 전극의 높은 광반사도에 의하여 고화질 구현이 곤란한 문제가 발생할 수 있다.
한국 공개공보: 10-2006-0130502
본 명세서는 액정 디스플레이 장치의 화소 내에 구비된 전극으로 인한 눈부심 현상을 제어하여, 고화질의 디스플레이 구현이 가능한 액정 디스플레이 장치 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는, 기판; 상기 기판 상에 서로 교차하여 구비되는 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 의하여 구획되는 복수의 화소 영역; 상기 화소 영역상에 각각 구비된 컬러필터층; 각각의 상기 컬러필터층의 동일 평면 상에 구비된 화소 전극 및 이에 대응하는 공통 전극; 상기 컬러 필터층, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 상에 구비된 액정 배향층; 및 상기 액정 배향층과 상기 화소 전극 사이 및 상기 액정 배향층과 상기 공통 전극 사이에 각각 구비된 광반사 저감층을 포함하고,
상기 광반사 저감층의 일면은 상기 화소 전극 또는 공통 전극에 접하고, 상기 광반사 저감층의 타면은 상기 액정 배향층에 접하며, 상기 광반사 저감층은 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 액정 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 서로 교차하여 복수의 화소 영역을 구획하는, 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인을 형성하는 단계; 각각의 상기 화소 영역 내에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계; 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 상에 광반사 저감층을 형성하는 단계; 및 상기 컬러필터층, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 상에 액정 배향층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 광반사 저감층의 일면은 상기 화소 전극 또는 공통 전극에 접하고, 상기 광반사 저감층의 타면은 상기 액정 배향층에 접하며, 상기 광반사 저감층은 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 제공한다.
[식 1]
Figure pat00001
식 1에 있어서, k는 광반사 저감층의 소멸계수를 의미하고, t는 광반사 저감층의 두께를 의미하며, λ는 빛의 파장을 의미한다.
본 명세서에 따른 액정 디스플레이 장치는 화소 전극 및 공통 전극에 의한 광반사율을 제어하여 고화질의 디스플레이 구현이 가능하다.
도 1은 본 명세서의 일 화소 영역의 예시를 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 소자의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1의 광반사저감층의 파장에 따른 n, k 값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 1의 MoTi층의 파장에 따른 n, k 값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1 과 비교예 1의 반사율을 비교한 것이다.
도 6은 실시예 13의 반사율을 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 14의 반사율을 나타낸 것이다.
도 8 및 9는 실시예 15에서 제조된 구조로 구현한 반사율 및 광학 상수 값을 나타낸 것이다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서, 디스플레이 장치란 TV나 컴퓨터용 모니터 등을 통틀어 일컫는 말로서, 화상을 형성하는 디스플레이 소자 및 디스플레이 소자를 지지하는 케이스를 포함한다.
종래의 디스플레이 장치에서는 빛의 반사, 빛샘 현상 등을 방지하기 위하여, 블랙 매트릭스(black matrix)가 적용되어 왔다. 최근에는, 컬러필터를 박막 트랜지스터와 함께 어레이 기판에 형성한 컬러필터 온 박막 트랜지스터(Color Filter on TFT Array, COT 또는 COA)라는 구조를 도입함으로써, 전술한 블랙 매트릭스를 사용하지 않는 구조가 개발되고 있다. 상기 블랙 매트릭스를 사용하지 않는 구조의 도입에 의하여, 디스플레이 장치의 투과율 향상, 휘도 향상, 백라이트 효율성 개선 등의 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 상기 블랙 매트릭스를 사용하지 않는 구조의 경우에는 디스플레이 장치 내에 포함되는 금속 전극이 노출될 수 있는 영역이 많아져서, 상기 금속 전극의 색상 및 반사 특성으로 인한 문제점이 발생하게 된다. 특히, 최근에는 디스플레이 장치가 대형화되고, 해상도가 증가하므로, 전술한 디스플레이 장치 내에 포함되는 금속 전극에 의한 반사, 색상 특성을 저감시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
이에 본 발명자들은, 금속과 같은 도전성층을 포함하는 디스플레이 장치에 있어서, 상기 도전성층의 시인성은 상기 도전성층에 의한 광반사 및 회절 특성이 주요한 영향을 미친다는 사실을 밝혀내었으며, 이를 개선하고자 하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치는 화소 전극 및 공통 전극과 액정 배향층 사이에 광반사 저감층을 도입하여, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극의 높은 반사도에 따른 시인성 저하를 크게 개선할 수 있다.
구체적으로, 상기 광반사 저감층은 흡광성을 가지기 때문에 화소 전극 및 공통 전극 자체로 입사되는 빛과 화소 전극 및 공통 전극으로부터 반사되는 빛의 양을 감소시킴으로써 화소 전극 및 공통 전극에 의한 광반사도를 낮출 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는, 기판; 상기 기판 상에 서로 교차하여 구비되는 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 의하여 구획되는 복수의 화소 영역; 상기 화소 영역상에 각각 구비된 컬러필터층; 각각의 상기 컬러필터층의 동일 평면 상에 구비된 화소 전극 및 이에 대응하는 공통 전극; 상기 컬러 필터층, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 상에 구비된 액정 배향층; 및 상기 액정 배향층과 상기 화소 전극 사이 및 상기 액정 배향층과 상기 공통 전극 사이에 각각 구비된 광반사 저감층을 포함하고,
상기 광반사 저감층의 일면은 상기 화소 전극 또는 공통 전극에 접하고, 상기 광반사 저감층의 타면은 상기 액정 배향층에 접하며, 상기 광반사 저감층은 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 액정 디스플레이 장치를 제공한다.
[식 1]
Figure pat00002
식 1에 있어서, k는 광반사 저감층의 소멸계수를 의미하고, t는 광반사 저감층의 두께를 의미하며, λ는 빛의 파장을 의미한다.
상기 광반사 저감층이 구비된 전극에 외부 광이 입사하는 경우, 상기 광반사 저감층의 표면에서 반사되는 1차 반사광이 존재하고, 상기 광반사 저감층을 통과하여 하부의 전극 표면에서 반사되는 2차 반사광이 존재한다.
상기 광반사 저감층은 상기 1차 반사광과 상기 2차 반사광의 소멸 간섭을 통하여 광반사도를 낮출 수 있다.
본 발명자들은 상기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 광반사 저감층을 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 접하여 구비하는 경우, 소멸 간섭을 통하여 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극의 광반사도를 획기적으로 낮추어 디스플레이의 높은 해상도를 구현할 수 있음을 밝혀내었다.
구체적으로, 상기 1차 반사광과 상기 2차 반사광이 180도의 위상 차이가 되어 소멸 간섭이 되는 조건은 하기 식 2와 같다.
[식 2]
Figure pat00003
상기 식 2에 있어서, t는 광반사 저감층의 두께를 의미하고, λ는 빛의 파장을 의미하며, n는 광반사 저감층의 굴절율을 의미한고, N은 1, 3, 5와 같은 임의의 홀수를 의미한다.
상기 소멸 간섭의 되는 조건에서의 1차 반사율은 하기 식 3과 같이 구해질 수 있다.
[식 3]
Figure pat00004
상기 식 3에 있어서, n은 광반사 저감층의 굴절율을 의미하고, k는 광반사 저감층의 소멸계수를 의미한다.
나아가, 상기 소멸 간섭의 되는 조건에서의 2차 반사율은 하기 식 4와 같이 구해질 수 있다.
[식 4]
Figure pat00005
상기 식 4에 있어서, Rmetal은 화소전극 또는 공통 전극 표면의 반사도를 의미하고, R1은 광반사 저감층에서의 1차 반사율을 의미하며, Io은 입사되는 빛의 세기를 의미하고, n은 광반사 저감층의 굴절율을 의미하며, k는 광반사 저감층의 소멸 계수를 의미하고, N은 N은 1, 3, 5와 같은 임의의 홀수를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 1차 반사율과 상기 2차 반사율의 차이의 절대값은 0.13 이상 0.42 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 λ는 550 ㎚ 일 수 있다. 즉, 550 ㎚ 파장의 빛일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층의 두께는 5 nm 이상 100 nm 이하, 더욱 바람직하게는 10 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층의 두께는 20 ㎚ 이상 60 ㎚ 이하일 수 있다.
상기 광반사 저감층의 두께가 10 ㎚ 미만인 경우, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극의 광반사도를 충분히 제어하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 광반사 저감층의 두께가 100 ㎚ 초과인 경우, 상기 광반사 저감층을 패턴화하기 곤란한 문제가 발생할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층의 소멸계수(k)는 550 ㎚파장의 빛에서 0.1 이상 2 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층의 소멸계수(k)는 550 ㎚파장의 빛에서 0.4 이상 2 이하일 수 있다.
상기 소멸계수가 상기 범위 내인 경우, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극의 광반사도를 효과적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 상기 액정 디스플레이 장치의 시인성이 더욱 더 개선될 수 있다.
상기 소멸계수는 당업계에 알려진 Ellipsometer 측정장비 등을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 소멸계수 k는 흡수계수(Absorption Coefficient)라고도 하며, 특정 파장에서 대상 물질이 빛을 얼마나 강하게 흡수하는지를 정의할 수 있는 척도가 될 수 있다. 이에 따라서 들어온 빛이 두께 t의 광반사 저감층을 지나며, k의 정도에 따라 1차 흡수가 일어나며, 하부의 전극층에 의하여 반사된 빛이 다시 두께 t의 광반사 저감층을 지나며 2차 흡수가 일어난 후 외부 반사가 일어나게 된다. 따라서, 광반사 저감층의 두께 및 흡수 계수의 값은 전체 반사율에 영향을 끼치는 중요한 인자로 작용하게 된다. 그러므로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층의 흡수계수 k와 두께 t의 일정 범위 내에서 광반사를 저감할 수 있는 영역을 식 1을 통하여 나타내었다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층의 굴절율(n)은 550 ㎚ 파장의 빛에서 2 이상 3 이하일 수 있다.
소멸계수(k)와 함께 굴절율(n)을 가지는 광반사 저감층의 재료에서 1차 반사가 일어나게 되는데 이때 1차 반사를 결정하는 주요 인자는 굴절율(n)과 흡수계수(k)이다. 따라서, 굴절율(n)과 흡수계수(k)는 서로 밀접한 관련을 가지고 있으며 상기 범위 내에서 그 효과가 극대화 될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층이 구비된 전극의 광반사도는 50% 이하, 더욱 바람직하게는 40 % 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 주재료로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물은 Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 금속으로부터 유래된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 구리 산화물, 구리 질화물 및 구리 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 구리-망간 산화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 구리-망간 산질화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 구리-니켈 산화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 구리-니켈 산질화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 몰리브데늄-티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 몰리브데늄-티타늄 산질화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 단일층으로 이루어질 수도 있고, 2층 이상의 복수층으로 이루어질 수도 있다. 상기 광반사 저감층은 무채색(無彩色) 계열의 색상을 띠는 것이 바람직하나 특별이 이에 한정되지는 않는다. 이 때, 무채색 계열의 색상이라 함은 물체의 표면에 입사(入射)하는 빛이 선택 흡수되지 않고, 각 성분의 파장(波長)에 대해 골고루 반사 흡수될 때에 나타나는 색을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 금속을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 광반사 저감층은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 포함되는 금속의 산화물, 질화물 또는 산질화물일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 광반사 저감층은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 주로 포함되는 금속의 산화물, 질화물 또는 산질화물을 주재료로 포함할 수 있다.
상기 화소 전극 및 공통 전극과 상기 광반사 저감층이 동일한 계열의 금속을 포함하는 경우, 동일한 에천트를 이용하여 일괄 에칭을 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다. 이 경우, 각각 패터닝하는 것에 비하여 공정 수를 줄이고, 에천트를 통일하여 높은 공정 효율을 달성할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 화소 영역의 예시를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1은 기판 상에 구비된 복수의 게이트 라인(101a, 101b)과 복수의 데이터라인(201a, 201b)에 의하여 구획되는 화소 영역을 빗금 영역으로 나타낸 것이다. 또한, 화소 영역 내에 게이트 라인(101b)과 데이터 라인(201a)에 전기적으로 연결된 박막트랜지스터(301)가 구비되어 각 화소 영역의 전기적 신호를 제어할 수 있다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 소자의 단면을 도시한 것이다. 구체적으로, 기판상에 게이트 전극(310), 반도체층(320), 소스 전극(330) 및 드레인 전극(340)으로 이루어진 박막 트랜지스터(301)가 구비되고, 게이트 전극과 연결된 게이트 라인(미도시)과 데이터 라인(201)에 의하여 화소 영역이 구획되고, 화소 영역 내에 각각 컬러필터층(510, 520)이 구비되며, 각 화소 영역 내의 컬러필터층(510, 520) 상에 공통 전극(601) 및 화소 전극(701)이 나란하게 구비된다. 나아가, 각각의 공통 전극(601)과 화소 전극(701) 상에 접하여 광반사 저감층(801)이 구비된 후, 액정 배향층(901)이 구비된다. 도 2는 액정 배향층(901) 상에 구비되는 액정층은 미도시 하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 각각 복수의 전도성 라인을 포함하고, 상기 화소 영역 내에서 상기 화소 전극과 상기 공통 전극은 서로 평행하게 구비될 수 있다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극은 각 화소 영역 내에 교대로 구비될 수 있다. 이에 따라, 각각의 화소 영역 내에서 수평 전계를 형성하여 액정 분자를 구동시킬 수 있다.
상기 공통 전극은 액정 구동을 위한 기준 전압인 공통 전압이 공급되며, 이에 따라, 화소 전압 신호가 공급된 화소 전극과 공통 전압이 공급된 공통전극 사이에는 수평 전계를 형성하여 수평 방향으로 배열된 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다. 그리고, 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광투과율이 달라지게 됨으로써 화상을 구현할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 컬러필터층의 중첩부 상에 구비될 수 있다.
상기 컬러필터층의 중첩부는 서로 다른 색상의 컬러필터가 접하는 영역을 의미할 수 있으며, 도 2에서 서로 다른 컬러필터층(510, 520)이 접하는 영역을 의미할 수 있다.
상기 컬러필터층의 중첩부 상에 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극이 구비되는 경우, 디스플레이 구동시 컬러필터층의 중첩부에서의 색혼합을 방지할 수 있는 장점이 있다.
각각의 화소 영역 내에 구비되는 컬러필터층은 적색, 녹색 또는 청색의 컬러필터층일 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 백색의 컬러필터층이 어느 하나의 화소 영역 내에 구비될 수 있다. 적색 컬러필터층, 녹색 컬러필터층, 청색의 컬러필터층, 백색의 컬러필터층은 각각 하나의 단위 화소를 이루고, 하나의 단위 화소는 상기 적색 컬러필터층, 녹색 컬러필터층 및 청색 컬러필터층를 투과하여 방출되는 색상의 빛을 통해 영상을 표시할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 또한 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 각각 연결되는 박막트랜지스터가 각각의 화소 영역의 일측에 포함된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 막막트랜지스터는 박막트랜지스터는 상기 게이트 라인으로부터 분기하는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 절연층을 개재하여 구비되는 반도체층을 구비한다. 나아가, 상기 반도체층은 오믹 컨택층을 개재하여 소스 전극 및 드레인 전극과 연결되고, 상기 소스 전극은 상기 데이터 라인과 연결된다.
상기 게이트 라인은 게이트 드라이버로부터의 스캔 신호를 공급하고, 상기 데이터 라인은 데이터 드라이버로부터의 비디오 신호를 공급한다.
본 명세서의 일 실시상태는, 상기 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 서로 교차하여 복수의 화소 영역을 구획하는, 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인을 형성하는 단계; 각각의 상기 화소 영역 내에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계; 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 상에 광반사 저감층을 형성하는 단계; 및 상기 컬러필터층, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 상에 액정 배향층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 광반사 저감층의 일면은 상기 화소 전극 또는 공통 전극에 접하고, 상기 광반사 저감층의 타면은 상기 액정 배향층에 접하며, 상기 광반사 저감층은 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 제공한다.
[식 1]
Figure pat00006
식 1에 있어서, k는 광반사 저감층의 소멸계수를 의미하고, t는 광반사 저감층의 두께를 의미하며, λ는 빛의 파장을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치의 각 구성 요소는 전술한 액정 디스플레이 장치의 구성 요소와 동일한 것이므로, 구제척인 설명은 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계와 상기 광반사 저감층을 형성하는 단계는 단일 패터닝 공정으로 수행되는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝 공정은 에칭 레지스트(Etching resist) 특성을 갖는 재료를 이용할 수 있다. 에칭 레지스트는 인쇄법, 포토리소그래피법, 포토그래피법, 건식 필름 레지스트 방법, 습식 레지스트 방법, 마스크를 이용한 방법 또는 레이저 전사, 예컨대, 열 전사 이미징(thermal transfer imaging) 등을 이용하여 레지스트 패턴을 형성할 수 있으며, 구체적으로, 건식 필름 레지스트 방법을 이용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 에칭 레지스트 패턴을 이용하여 상기 화소 전극, 공통 전극 및/또는 광반사 저감층을 에칭하여 패터닝하고, 상기 에칭 레지스트 패턴은 스트립(strip) 공정에 의해 쉽게 제거할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단일 패터닝 공정은 상기 컬러필터층 상에 상기 화소 전극 및 상기 공통전극의 재료를 이용하여 제1 층을 형성하고, 상기 전극층 상에 상기 광반사 저감층의 재료를 이용하여 제2 층을 형성한 후, 상기 제1 층 및 상기 제2 층을 동시에 패터닝하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 단일 패터닝 공정은 에칭액을 이용하여 상기 제1 층과 상기 제2 층을 일괄 에칭하는 것일 수 있다.
상기와 같은 제조방법을 이용하는 경우, 손쉬운 방법으로 화소 전극 및 공통 전극 상에 광반사 저감층을 형성할 수 있으며, 이에 따라 상기 화소 전극과 상기 공통 전극의 광반사도를 낮추어 고해상도의 액정 디스플레이 장치의 구현이 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
실시예 1
유리 (Glass) 기재 상에 MoTi (50:50 at%) 합금 타겟 (target)을 이용하여 스퍼터링 (sputtering) 방법에 의하여 두께 30 nm인 MoTi층을 형성하고, 그 상부에 MoTi (50:50 at%) 타겟을 이용하여 반응성 스퍼터링 (Reactive sputtering) 방법으로 두께 40 nm 인 MoTi 산질화물층을 형성하였다. 증착된 막의 반사율은 9.4 % 이었다.
광 흡수 계수 (k) 값을 얻기 위하여 유리 (Glass) 기재 상에 MoTi 산질화물 단일 층을 상기와 동일한 방법으로 형성하였다. 그 후 ellipsometer를 이용하여 굴절률 및 광 흡수 계수를 측정하였다. 380 ~ 1000 nm 파장에서의 n, k값은 도 3과 같으며, 550 nm 에서의 광 흡수 계수 값은 0.43 이다. 식 1에 대입하게 되면 0.031로 계산되었다.
실시예 2 내지 12
MoTi 산질화물층의 두께를 하기 표 1과 같이 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 실시예 2 내지 12의 경우 MacLeod program을 통하여 광학 시뮬레이션을 진행하였다. 실시예 1의 광학 상수 값을 프로그램 상에 대입하여 MoTi 산질화물층이 각각의 두께를 가질 경우 반사율 값을 얻었으며, 그 값을 식 1의 값과 반사율을 하기 표 1에 나타내었다.
MoTi 산질화물층 두께(nm) 식 1의 값 반사율(%)
실시예 2 5.5 0.0043 52
실시예 3 10 0.0078 46
실시예 4 15 0.0117 39
실시예 5 20 0.0156 31
실시예 6 25 0.0195 23
실시예 7 30 0.0235 18
실시예 8 35 0.0274 14
실시예 9 60 0.0469 17
실시예 10 70 0.0547 23
실시예 11 80 0.0625 27
실시예 12 100 0.078 31
비교예 1
유리 (Glass) 기재 상에 MoTi (50:50 at%) 합금 타겟 (target)을 이용하여 스퍼터링 (sputtering) 방법에 의하여 두께 30 nm인 MoTi층을 형성하였다. 증착된 막의 반사율은 52 % 이었다. 광 흡수 계수 (k) 값을 얻기 위하여 유리 (Glass) 기재 상에 MoTi 단일 층을 상기와 동일한 방법으로 형성하였다. 그 후 ellipsometer를 이용하여 굴절률 및 광 흡수 계수를 측정하였다. 380 ~ 1000 nm 파장에서의 n, k값은 도 4와 같으며, 550 nm 에서의 광 흡수 계수 값은 3.18 이다. 식 1에 대입하게 되면 0.23으로 계산되었다. 실시예 1과 비교예 1의 반사율을 비교한 그래프를 도 5에 나타내었다.
비교예 2
MoTi 산질화물층의 두께를 4 nm로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 식 1의 값은 0.003으로 계산되었다. 반사율은 53 %이었다.
실시예 13
유리(Glass) 기재 상에 Cu 단일 타겟(target)을 이용하여 직류 전원 스퍼터링(DC sputtering) 방법에 의하여 도전성층으로 두께 60nm인 Cu층을 형성하고, MoTi(50:50 at%) 합금 타겟(target)을 이용하여 반응성 직류 전원 스퍼터링(Reactive DC sputtering) 방법으로 두께 35nm인 MoTiaNxOy(0 < a ≤ 2, 0 < x ≤ 3, 0 < y ≤ 2)를 포함하는 광반사 저감층을 형성하였다. 파장에 따른 전반사율을 Solidspec 3700(UV-Vis spectrophotometer, Shimadzu社)를 사용하여 시뮬레이션측정하여 그 결과를 도 6에 나타내었다. 광반사 저감층의 식의 1의 값은 0.059이었다.
실시예 14
유리(Glass) 기재 상에 Cu 단일 타겟(target)을 이용하여 직류 전원 스퍼터링(DC sputtering) 방법에 의하여 제1 도전성층으로 두께 60nm인 Cu층을 형성하고, MoTi(50:50 at%) 합금 타겟(target)을 이용하여 직류 전원 스퍼터링(DC sputtering) 방법에 의하여 제2 도전성층으로 두께 20nm인 MoTi층을 형성하며, 동일한 타겟을 이용하여 반응성 직류 전원 스퍼터링(Reactive DC sputtering) 방법으로 두께 35nm인 MoTiaNxOy(0 < a ≤ 2, 0 < x ≤ 3, 0 < y ≤ 2)를 포함하는 광반사 저감층을 형성하였다. 파장에 따른 전반사율을 Solidspec 3700(UV-Vis spectrophotometer, Shimadzu社)를 사용하여 시뮬레이션측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 광반사 저감층의 식의 1의 값은 0.059이었다.
실시예 15
MoTi층 대신 Al을 증착한 Al층을 사용하고, 실시예 14의 경우 MoTi 산질화물 대신 알루미늄 산질화물(k=1.24)을 사용하여 두께 87nm로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이 때의 식 1의 값은 0.2 이고, 반사율은 ~ 28 % 이었다. 도 8 및 9는 본 구조로 구현한 반사율 및 광학 상수 값을 나타낸다.
상기 실시예들 및 비교예들의 실험결과를 통하여, 본원 청구범위에 기재된 구조에서 우수한 광반사 저감층의 효과를 나타낼 수 있음을 확인할 수 있었다.
101a, 101b: 게이트 라인
201, 201a, 201b: 데이터 라인
301: 박막트랜지스터
310: 게이트 전극
320: 반도체층
330: 소스 전극
340: 드레인 전극
401: 기판
510, 520: 컬러필터층
601: 공통 전극
701: 화소 전극
801: 광반사 저감층
901: 액정 배향층
1010, 1020, 1030: 절연층

Claims (15)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 서로 교차하여 구비되는 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 의하여 구획되는 복수의 화소 영역;
    상기 화소 영역상에 각각 구비된 컬러필터층;
    각각의 상기 컬러필터층의 동일 평면 상에 구비된 화소 전극 및 이에 대응하는 공통 전극;
    상기 컬러 필터층, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 상에 구비된 액정 배향층; 및
    상기 액정 배향층과 상기 화소 전극 사이 및 상기 액정 배향층과 상기 공통 전극 사이에 각각 구비된 광반사 저감층을 포함하고,
    상기 광반사 저감층의 일면은 상기 화소 전극 또는 공통 전극에 접하고, 상기 광반사 저감층의 타면은 상기 액정 배향층에 접하며,
    상기 광반사 저감층은 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 액정 디스플레이 장치:
    [식 1]
    Figure pat00007

    식 1에 있어서, k는 광반사 저감층의 소멸계수를 의미하고, t는 광반사 저감층의 두께를 의미하며, λ는 빛의 파장을 의미한다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광반사 저감층의 두께는 10 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 것인 액정 디스플레이 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광반사 저감층의 소멸계수(k)는 550 ㎚ 파장의 빛에서 0.1 이상 2 이하인 것인 액정 디스플레이 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광반사 저감층의 굴절율(n)은 550 ㎚ 파장의 빛에서 2 이상 3 이하인 것인 액정 디스플레이 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광반사 저감층이 구비된 전극의 광반사도는 40 50 % 이하인 것인 액정 디스플레이 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광반사 저감층은 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 액정 디스플레이 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물은 Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 금속으로부터 유래된 것인 액정 디스플레이 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 금속을 포함하는 것인 액정 디스플레이 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 광반사 저감층은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 포함되는 금속의 산화물, 질화물 또는 산질화물인 액정 디스플레이 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 각각 복수의 전도성 라인을 포함하고, 상기 화소 영역 내에서 상기 화소 전극과 상기 공통 전극은 서로 평행하게 구비되는 것인 액정 디스플레이 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 컬러필터층의 중첩부 상에 구비되는 것인 액정 디스플레이 장치.
  12. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 서로 교차하여 복수의 화소 영역을 구획하는, 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인을 형성하는 단계;
    각각의 상기 화소 영역 내에 컬러필터층을 형성하는 단계;
    상기 컬러필터층 상에 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계;
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 상에 광반사 저감층을 형성하는 단계; 및
    상기 컬러필터층, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 상에 액정 배향층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 광반사 저감층의 일면은 상기 화소 전극 또는 공통 전극에 접하고, 상기 광반사 저감층의 타면은 상기 액정 배향층에 접하며,
    상기 광반사 저감층은 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 액정 디스플레이 장치의 제조방법:
    [식 1]
    Figure pat00008

    식 1에 있어서, k는 광반사 저감층의 소멸계수를 의미하고, t는 광반사 저감층의 두께를 의미하며, λ는 빛의 파장을 의미한다.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계와 상기 광반사 저감층을 형성하는 단계는 단일 패터닝 공정으로 수행되는 것인 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 단일 패터닝 공정은 상기 컬러필터층 상에 상기 화소 전극 및 상기 공통전극의 재료를 이용하여 제1 층을 형성하고, 상기 전극층 상에 상기 광반사 저감층의 재료를 이용하여 제2 층을 형성한 후, 상기 제1 층 및 상기 제2 층을 동시에 패터닝하는 것인 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 단일 패터닝 공정은 에칭액을 이용하여 상기 제1 층과 상기 제2 층을 일괄 에칭하는 것인 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
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