KR20170037703A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20170037703A
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capping layer
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송대호
권정현
이광근
진유영
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판, 상기 기판 상에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 지붕층, 상기 화소 전극과 상기 지붕층 사이에 위치하고, 액정 물질을 포함하는 복수의 공간(microcavity)으로 형성된 액정층, 상기 지붕층 위에 위치하는 캐핑층, 및 상기 지붕층 및 상기 캐핑층 상에 복수의 색 변환 매개층을 포함하는 색 변환 패널을 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 복수의 공간 사이에 형성된 트렌치를 따라 위치하는 액정 표시 장치를 제공한다.

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 액정 표시 장치 및 이의 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 이루어진다.
전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치 가운데 하나로써, 픽셀에 복수의 미세 공간(micro cavity)을 형성하고, 여기에 액정을 채워 디스플레이를 구현하는 기술이 개발되고 있다. 종래의 액정 표시 장치에서는 두 장의 기판이 사용되었으나, 이 기술은 하나의 기판 위에 구성 요소들을 형성함으로써 장치의 무게, 두께 등을 줄일 수 있다.
미세 공간에 액정을 채우는 디스플레이를 형성하는 공정은 주입구를 통해 액정을 주입할 수 있고, 액정을 주입한 후에는 주입구를 막고, 소자 전체를 보호하기 위해 봉지 공정(Encapsulation)을 진행할 수 있다.
하지만, 이러한 액정 표시 장치는 편광판과 색필터에서 광 손실이 발생한다. 이러한 광 손실을 줄이고 고효율의 액정 표시 장치를 구현하기 위하여 색변환 재료를 포함하는 PL-액정 표시 장치(Photo-Luminescent LCD)가 제안되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 색 변환 패널의 혼색을 개선할 수 있고, 표시 장치의 구조를 단순화할 수 있는 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따르면, 기판, 상기 기판 상에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 지붕층, 상기 화소 전극과 상기 지붕층 사이에 위치하고, 액정 물질을 포함하는 복수의 공간(microcavity)으로 형성된 액정층, 상기 지붕층 위에 위치하는 캐핑층, 및 상기 지붕층 및 상기 캐핑층 상에 복수의 색 변환 매개층을 포함하는 색 변환 패널을 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 복수의 공간 사이에 형성된 트렌치를 따라 위치하는 액정 표시 장치를 제공한다.
상기 복수의 공간 사이에 형성되며, 상기 트렌치와 교차하는 격벽부를 더 포함하고, 상기 캐핑층은 복수의 공간 및 상기 격벽부에 대응되는 영역에서 오픈되어 있을 수 있다.
상기 캐핑층은 수용성 고분자 물질을 포함할 수 있다.
상기 캐핑층은 감광성 물질을 더 포함하여 포토 공정이 가능한 성질을 가질 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 위에서 상기 트렌치 및 상기 격벽부 중 적어도 어느 하나와 중첩되게 형성된 제1 차광 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 캐핑층은 차광 물질을 더 포함하며, 상기 차광 물질은 수용성 블랙 염료 또는 블랙 안료를 포함할 수 있다.
상기 캐핑층은 상기 격벽부에 대응하는 부분에 형성되고, 상기 캐핑층은 상기 복수의 공간과 중첩되는 부분에서는 오픈되어 있을 수 있다.
상기 복수의 색 변환 매개층 사이에서 상기 복수의 색 변환 매개층을 구획짓는 제2 차광 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 색 변환 매개층은 형광체 또는 퀀텀닷(quantum dot)을 포함할 수 있다.
상기 색 변환 매개층은 적색 색 변환 매개층 및 녹색 색 변환 매개층을 포함할 수 있다.
상기 색 변환 매개층은 상기 적색 색 변환 매개층 및 상기 녹색 색 변환 매개층과 동일한 층에 배치되어 있는 투명층 또는 청색 색 변환 매개층을 더 포함할 수 있다.
상기 지붕층 및 상기 캐핑층 상에 형성된 편광판을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 지붕층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 주입구가 형성된 복수의 공간을 형성하는 단계, 상기 주입구를 통해 상기 공간에 액정 물질을 주입하는 단계, 상기 지붕층 및 상기 주입구를 덮도록 상기 기판 전면에 캐핑 물질을 도포하는 단계, 상기 지붕층 위에 도포된 캐핑 물질을 제거하여 상기 복수의 공간 사이에 형성된 트렌치를 따라 위치하는 캐핑층을 형성하는 단계, 및 상기 캐핑층 및 상기 지붕층 위에 복수의 색 변환 매개층을 포함하는 색 변환 패널을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공한다.
상기 캐핑층을 형성하는 단계는, 상기 기판 위에 마스크를 배치하여 노광 및 현상 공정을 통해 형성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 캐핑층의 두께를 최소화하여 색변환 패널의 혼색을 개선할 수 있고, 표시 장치의 구조를 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 서로 인접한 복수의 화소에 대한 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 도 1의 II-II 선을 따라 자른 단면도를 순서대로 나타낸 것이다.
도 5, 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 도 1의 III-III 선을 따라 자른 단면도를 순서대로 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
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.
이하, 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 서로 인접한 복수의 화소에 대한 평면도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 자른 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 표시 패널(10), 색변환 패널(30)을 포함한다. 표시 패널(10) 위에 색변환 패널(30)이 위치할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 실시예에 따라 이들의 위치가 변경될 수도 있다.
먼저, 표시 패널(10)에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(10)은 편광판(22)을 포함할 수 있다. 편광판(22)은 필름 형태, 도포 형태, 부착 형태 등 다양한 방법으로 표시 패널(10)의 적어도 일면에 위치할 수 있다.
표시 패널(10)은 유리 또는 플라스틱 등과 같은 재질의 제1 절연 기판(110), 제1 절연 기판(110) 위에 지붕층(360)를 포함한다.
제1 절연 기판(110) 위에 복수의 화소(PX)가 위치한다. 복수의 화소(PX)는 복수의 화소 행과 복수의 화소 열을 포함하는 매트릭스 형태로 배치되어 있다. 일 화소(PX)는 일 화소 전극과 중첩하는 영역이며, 일례로써 제1 부화소(PXa) 및 제2 부화소(PXb)를 포함할 수 있다. 제1 부화소(PXa)는 제1 부화소 전극(191h)과 중첩하고, 제2 부화소(PXb)는 제2 부화소 전극(191l)과 중첩한다. 제1 부화소(PXa) 및 제2 부화소(PXb)는 데이터선 연장 방향인 상하 방향으로 배치될 수 있다.
제1 부화소(PXa)와 제2 부화소(PXb) 사이에는 게이트선의 연장 방향을 따라서 트렌치(V1)가 위치하고 있고, 인접한 화소 영역의 열 사이에는 격벽부(V2)가 위치하고 있다.
지붕층(360)은 데이터선의 연장 방향으로 형성되어 있다. 이때, 트렌치(V1)에서는 지붕층(360)이 제거되어 지붕층(360) 아래에 위치하는 구성 요소가 외부로 노출될 수 있도록 주입구(307)가 형성되어 있다.
각 지붕층(360)이 인접한 격벽부(V2) 사이에서 제1 절연 기판(110)으로부터 떨어져 형성됨으로써, 공간(305)이 형성된다. 또한, 격벽부(V2)는 가로 방향으로 이웃하는 공간(305) 사이에 위치한다. 격벽부(V2)는 가로 방향으로 이웃하는 공간(305) 사이의 이격 공간을 채우는 부분이다. 이러한 격벽부(V2)는 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 패널(10)의 구조는 예시에 불과하며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 화소(PX), 트렌치(V1), 및 격벽부(V2)의 배치 형태의 변경이 가능하고, 지붕층(360)은 트렌치(V1)에서 서로 연결될 수도 있으며, 각 지붕층(360)의 적어도 일부는 격벽부(V2)에서 터널 형태의 연결부를 포함하여 인접한 공간(305)이 서로 연결될 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121), 복수의 감압 게이트선(123) 및 복수의 유지 전극선(131)을 포함하는 복수의 게이트 도전체가 위치한다.
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 위치한다. 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 반도체층(154h), 제2 반도체층(154l), 및 제3 반도체층(154c)가 위치한다. 제1 반도체층(154h)는 제1 게이트 전극(124h) 위에 위치할 수 있고, 제2 반도체층(154l)는 제2 게이트 전극(124l) 위에 위치할 수 있으며, 제3 반도체층(154c)는 제3 게이트 전극(124c) 위에 위치할 수 있다. 제1 반도체층(154h)와 제2 반도체층(154l)는 서로 연결될 수 있고, 제2 반도체층(154l)와 제3 반도체층(154c)도 서로 연결될 수 있다. 또한, 제1 반도체층(154h)는 데이터선(171)의 아래까지 연장되어 형성될 수도 있다. 제1 내지 제3 반도체층(154h, 154l, 154c)는 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 금속 산화물(metal oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제1 내지 제3 반도체층(154h, 154l, 154c) 위에는 각각 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(도시하지 않음)가 더 위치할 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 반도체층(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 위치한다.
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 반도체층(154h)과 함께 제1 박막 트랜지스터(Qh)를 형성하고, 제2 게이트 전극(124l), 제2 소스 전극(173l), 및 제2 드레인 전극(175l)은 제2 반도체층(154l)과 함께 제2 박막 트랜지스터(Ql)를 형성하며, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 및 제3 드레인 전극(175c)은 제3 반도체층(154c)과 함께 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 형성한다.
제1 반도체층(154h), 제2 반도체층(154l), 및 제3 반도체층(154c)은 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 반도체층(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 반도체층(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 반도체층(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 반도체층(154h, 154l, 154c) 위에 제1 차광 부재(220) 및 보호층(180)이 위치한다.
보호층(180)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다.
제1 차광 부재(220)는 박막 트랜지스터가 위치하는 영역에 위치한다. 제1 차광 부재(220)는 화소(PX)의 경계부와 박막 트랜지스터 위에 위치하며 빛샘을 방지할 수 있다. 보호층(180)은 각 제1 부화소(PXa)와 제2 부화소(PXb)에 각각 위치하고, 제1 부화소(PXa)와 제2 부화소(PXb) 사이에는 제1 차광 부재(220)가 위치할 수 있다.
제1 차광 부재(220)는 게이트선(121) 및 감압 게이트선(123)의 연장 방향에 따라 뻗으면서 위아래로 확장되어 있다. 제1 차광 부재(220)는 제1 박막 트랜지스터(Qh), 제2 박막 트랜지스터(Ql) 및 제3 박막 트랜지스터(Qc) 등이 위치하는 영역을 덮거나 데이터선(171)을 따라 뻗어 있을 수 있다. 즉, 제1 차광 부재(220)는 트렌치(V1) 및 격벽부(V2)에 위치할 수 있다. 보호층(180)과 제1 차광 부재(220)는 일부 영역에서 서로 중첩될 수도 있다.
보호층(180) 및 제1 차광 부재(220)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.
보호층(180) 및 제1 차광 부재(220) 위에는 제1 절연층(240)이 위치하고, 제1 절연층(240) 위에 화소 전극(191)이 위치한다. 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(PX)의 위와 아래에 배치되어 데이터선 연장 방향으로 이웃하는 제1 부화소 전극(191h)과 제2 부화소 전극(191l)을 포함한다. 즉, 제1 부화소 전극(191h)과 제2 부화소 전극(191l)은 트렌치(V1)를 사이에 두고 분리되어 있으며, 제1 부화소 전극(191h)은 제1 부화소(PXa)에 위치하고, 제2 부화소 전극(191l)은 제2 부화소(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.
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 포함할 수 있다. 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 제2 절연층(250)이 위치하며, 화소 전극(191)으로부터 일정한 거리를 가지고 이격되도록 공통 전극(270)이 위치한다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에는 공간(microcavity, 305)이 형성되어 있다. 즉, 공간(305)은 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 의해 둘러싸여 있으며 일 화소마다 구분된다. 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.
제2 절연층(250) 위에는 제1 배향막(11)이 형성되어 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(PX)의 가장자리에서 서로 연결될 수 있다.
화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 위치한 공간(305) 내에는 액정 분자(31)들로 이루어진 액정층이 형성되어 있다. 액정 분자(31)들은 음의 유전율 이방성을 가지며, 전계가 인가되지 않은 상태에서 제1 절연 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 공간(305) 내에 위치한 액정 분자(31)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(31)의 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
공통 전극(270) 위에는 제3 절연층(340)이 위치한다. 제3 절연층(340)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 생략될 수도 있다.
제3 절연층(340) 위에 지붕층(360)이 위치하며, 지붕층(360)은 유기 물질로 이루어질 수 있다. 지붕층(360)의 아래에는 공간(305)이 형성되어 있고, 지붕층(360)는 경화 공정에 의해 단단해져 공간(305)의 형상을 유지할 수 있다. 즉, 지붕층(360)은 화소 전극(191)과 공간(305)을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있다.
지붕층(360)은 일 화소(PX)에서 데이터선의 연장 방향을 따라 각 화소(PX) 및 격벽부(V2)에 형성되며, 트렌치(V1)에는 형성되지 않는다. 즉, 지붕층(360)은 제1 부화소(PXa)와 제2 부화소(PXb) 사이에는 형성되지 않는다. 각 제1 부화소(PXa)와 제2 부화소(PXb)에서는 각 지붕층(360)의 아래에 공간(305)이 형성되어 있다. 격벽부(V2)에서는 지붕층(360)의 아래에 공간(305)이 형성되지 않으며, 제1 절연 기판(110)에 부착되도록 형성되어 있다. 따라서, 격벽부(V2)에 위치하는 지붕층(360)의 두께가 각 제1 부화소(PXa) 및 제2 부화소(PXb)에 위치하는 지붕층(360)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 공간(305)의 상부면 및 양측면은 지붕층(360)에 의해 덮여 있는 형태로 이루어지게 된다.
공통 전극(270), 제3 절연층(340) 및 지붕층(360)에는 공간(305)의 일부를 노출시키는 주입구(307)가 형성되어 있다. 주입구(307)는 제1 부화소(PXa)와 제2 부화소(PXb)의 가장자리에 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 즉, 주입구(307)는 제1 부화소(PXa)의 하측 변, 제2 부화소(PXb)의 상측 변에 대응하여 공간(305)의 측면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 주입구(307)에 의해 공간(305)이 노출되어 있으므로, 주입구(307)를 통해 공간(305) 내부로 배향액 또는 액정 물질 등을 주입할 수 있다.
다음으로, 트렌치(V1)에 캐핑층(390)이 위치하고, 트렌치(V1)에 의해 노출된 공간(305)의 주입구(307)를 덮는다. 캐핑층(390)은 공간(305)에 위치하는 액정 물질과 접촉할 수 있다. 구체적으로, 캐핑층(390)은 트렌치(V1)를 따라 연속적으로 위치하고, 화소에 대응하는 공간(305) 위에서 오픈될 수 있다.
본 실시예에 따른 캐핑층(390)은 수용성 고분자 물질, 감광성 물질 및 수분 경화형 접착제를 포함한다.
본 실시예에서 수용성 고분자 물질은 하기 화학식 1로 표현되는 폴리비닐 알코올일 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 수용성 고분자 물질은 메톡시폴리에틸렌 글리콜(Methoxypolyethylene Glycol), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol), 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(Poly(ethylene Glycol) diacrylate), 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Polyethylene Glycol dimethacrylate), 및 폴리비닐피로리돈(Polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 화학식 1에서 n은 반복 단위의 수를 나타내며 자연수일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
본 실시예에서 감광성 물질은 암모늄 다이크로메이트(Ammonium dichromate), 디아조 수지, 스티릴피리듐 그룹(Styrylpyridium group), 및 스틸바졸리움 그룹(Stilbazolium group) 중 적어도 하나를 포함할 있다. 캐핑층(390)은 이러한 감광성 물질을 포함하여 포토 공정이 가능한 성질을 가질 수 있다.
캐핑층(390) 및 지붕층(360) 위에는 편광판(22)이 위치하며, 편광판(22) 위에는 색변환 패널(30)이 위치한다.
이하, 색변환 패널(30)에 대해 상세하게 설명한다.
색변환 패널(30)은 제2 절연 기판(310), 복수의 상부 차광 부재(320), 복수의 적색 색 변환 매개층(330R), 복수의 녹색 색 변환 매개층(330G), 복수의 청색 색 변환 매개층(330B)을 포함한다.
색변환층(30)은 편광판(22) 상부면에 직접 접촉되어 있다.
각 제2 차광 부재(320)는 제1 차광 부재(220)와 중첩될 수 있다. 또한, 각 제2 차광 부재(320)는 적색 색 변환 매개층(330R), 녹색 색 변환 매개층(330G) 및 청색 색 변환 매개층(330B)이 배치되는 영역을 구획하며, 적색 색 변환 매개층(330R), 녹색 색 변환 매개층(330G) 및 청색 색 변환 매개층(330B)은 제2 차광 부재(320) 사이에 배치되어 있다.
적색 색 변환 매개층(330R)은 백라이트 어셈블리(도시하지 않음)에서 공급된 청색광을 적색으로 변환한다. 적색 색 변환 매개층(330R)은 적색 형광체로 이루어져 있으며, 적색 형광체로는 (Ca, Sr, Ba)S, (Ca, Sr, Ba)2Si5N8, 카즌(CaAlSiN3), CaMoO4, Eu2Si5N8 중 적어도 하나의 물질을 사용할 수 있다.
녹색 색 변환 매개층(330G)은 백라이트 어셈블리(도시하지 않음)에서 공급된 청색광을 녹색으로 변환한다. 녹색 색 변환 매개층(330G)은 녹색 형광체로 이루어져 있으며, 녹색 형광체로는 이트륨 알루미늄 가닛(yttrium aluminum garnet, YAG), (Ca, Sr, Ba)2SiO4, SrGa2S4, BAM, 알파 사이알론(α-SiAlON), 베타 사이알론(β-SiAlON), Ca3Sc2Si3O12, Tb3Al5O12, BaSiO4, CaAlSiON, (Sr1 - xBax)Si2O2N2 중 적어도 하나의 물질을 사용할 수 있다.
청색 색 변환 매개층(330B)은 청색 형광체로 이루어져 있으며, 청색 형광체로는 BaMgAl10O17, (Mg, Ca, Sr, Ba)5(PO4)3Cl, EuSi9Al19ON31, La1 -xCexAl(Si6 - zAlz)(N10 -zOz) 중 하나의 물질을 사용한다. 청색 형광체는 자외선을 공급 받아 청색을 발광하고, 확산시킨다.
또한, 적색 색 변환 매개층(330R), 녹색 색 변환 매개층(330G) 및 청색 색 변환 매개층(330B)은 크기에 따라 색이 변화하는 퀀텀닷(Quantum Dot)으로 이루어질 수 있다.
퀀텀닷(Quantum Dot)은 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이 때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 퀀텀닷이 다른 퀀텀닷을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
퀀텀닷은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있다. 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다.
또한, 퀀텀닷의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예와는 다르게, 청색 색 변환 매개층(330B)은 투명 폴리머로 이루어진 투명층일 수도 있다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 표시 패널(10) 상부의 캐핑층(390)이 트렌치(V1)에만 형성되고, 지붕층(360) 위에는 형성되지 않아 액정층과 색변환 패널(30) 사이의 거리를 가깝게 형성할 수 있다.
지붕층(360) 위에 캐핑층(390)이 형성되어 있는 경우, 액정층을 통과한 빛이 액정층과 색변환 패널(30) 사이에 형성된 캐핑층(390)의 두께만큼을 더 통과하게 되는데, 이로 인해 인접한 색 변환 매개층 사이에서 혼색이 발생할 수 있다. 따라서, 인접한 색 변환 매개층 사이의 혼색을 방지하기 위해 캐핑층(390) 위에, 제2 차광 부재(320)와 대응되는 위치에 추가적으로 차광 부재를 형성하는 등의 방법으로 혼색을 방지해야 한다.
하지만, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 표시 패널(10) 상부의 캐핑층(390)을 생략하고, 트렌치(V1)에만 형성하여 캐핑층(390)의 두께를 최소화하여 색변환 패널(30)에서 발할 수 있는 혼색을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 추가 차광 부재를 생략할 수 있어 구조나 공정 면에서 단순화할 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 17을 앞서 설명한 도 1과 함께 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 도 1의 II-II 선을 따라 자른 단면도를 순서대로 나타낸 것이고, 도 5, 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 도 1의 III-III 선을 따라 자른 단면도를 순서대로 나타낸 것이다.
먼저, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제1 절연 기판(110) 위에 일 방향으로 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 제1 절연 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.
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 반도체층(154h), 제2 반도체층(154l), 및 제3 반도체층(154c)을 형성한다. 제1 반도체층(154h)은 제1 게이트 전극(124h) 위에 위치하도록 형성하고, 제2 반도체층(154l)은 제2 게이트 전극(124l) 위에 위치하도록 형성하며, 제3 반도체층(154c)은 제3 게이트 전극(124c) 위에 위치하도록 형성할 수 있다.
이어, 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 반도체층(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 반도체층(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 반도체층(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 반도체층(154h, 154l, 154c) 위에 보호층(180) 및 제1 차광 부재(220)를 형성한다. 보호층(180)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다. 제1 차광 부재(220)는 트렌치(V1) 및 격벽부(V2)에 위치하게 형성할 수 있다.
이어, 보호층(180) 및 제1 차광 부재(220) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 제1 절연층(240)을 형성한다.
이어, 보호층(180), 제1 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(PXa) 내에 제1 부화소 전극(191h)을 형성하고, 제2 부화소(PXb) 내에 제2 부화소 전극(191l)을 형성한다. 제1 부화소 전극(191h)과 제2 부화소 전극(191l)은 트렌치(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, 화소 전극(191) 및 제1 절연층(240) 위에 제2 절연층(250)을 형성한다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 절연층(250) 위에 감광성 유기 물질을 도포하고, 포토 공정을 통해 희생층(300)을 형성한다.
희생층(300)은 복수의 화소 열을 따라 연결되도록 형성된다. 즉, 희생층(300)은 각 화소(PX)을 덮도록 형성되고, 제1 부화소(PXa)과 제2 부화소(PXb) 사이에 위치한 트렌치(V1)를 덮도록 형성된다.
이어, 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, 공통 전극(270) 위에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 제3 절연층(340)을 형성할 수 있다.
이어, 제3 절연층(340) 위에 유기 물질을 도포하고, 패터닝하여 지붕층(360)을 형성한다. 이때, 트렌치(V1)에 위치한 유기 물질이 제거되도록 패터닝할 수 있다. 이에 따라 지붕층(360)은 복수의 화소 행을 따라 연결되는 형태로 이루어지게 된다.
한편, 지붕층(360)은 트렌치(V1)에 위치하지 않도록 형성되는바, 트렌치(V1) 영역을 사이에 두고 이격된다. 이에 따라 트렌치(V1) 영역과 인접한 영역의 지붕층(360)은 경사지며 기울어진 면을 가지도록 형성될 수 있다.
이와 달리, 격벽부(V2)는 지붕층(360)이 가로 방향으로 이웃하는 공간(305) 사이의 이격 공간을 채우며, 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다.
다음 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 지붕층(360)을 마스크로 이용하여 제3 절연층(340) 및 공통 전극(270)을 패터닝한다. 먼저, 지붕층(360)을 마스크로 이용하여 제3 절연층(340)을 건식 식각한 후 공통 전극(270)을 습식 식각한다.
다음으로, 도 10 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 희생층(300)이 노출된 제1 절연 기판(110) 위에 현상액 또는 스트리퍼 용액 등을 공급하여 희생층(300)을 전면 제거하거나, 애싱(ashing) 공정을 이용하여 희생층(300)을 전면 제거한다.
희생층(300)이 제거되면, 희생층(300)이 위치하였던 자리에 공간(305)이 생긴다.
화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 공간(305)을 사이에 두고 서로 이격되고, 화소 전극(191)과 지붕층(360)은 공간(305)을 사이에 두고 서로 이격된다. 공통 전극(270)과 지붕층(360)은 공간(305)의 상부면과 양측면을 덮도록 형성된다.
지붕층(360), 제3 절연층(340) 및 공통 전극(270)이 제거된 부분을 통해 공간(305)은 외부로 노출되어 있으며, 이를 주입구(307)라 한다. 주입구(307)는 트렌치(V1)를 따라 형성되어 있다. 예를 들면, 주입구(307)는 제1 부화소(PXa)와 제2 부화소(PXb)의 가장자리에 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 즉, 주입구(307)는 제1 부화소(PXa)의 하측 변, 제2 부화소(PXb)의 상측 변에 대응하여 공간(305)의 측면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 이와 상이하게, 주입구(307)가 격벽부(V2)를 따라 형성되도록 할 수도 있다.
이어, 제1 절연 기판(110)에 열을 가하여 지붕층(360)을 경화시킨다. 지붕층(360)에 의해 공간(305)의 형상이 유지되도록 하기 위함이다.
이어, 스핀 코팅 방식 또는 잉크젯 방식으로 배향 물질이 포함되어 있는 배향액을 제1 절연 기판(110) 위에 떨어뜨리면, 배향액이 주입구(307)를 통해 공간(305) 내부로 주입된다. 배향액을 공간(305)의 내부로 주입한 후 경화 공정을 진행하면 용액 성분은 증발하고, 배향 물질이 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 공간(305)을 사이에 두고 마주보도록 형성되고, 화소(PX)의 가장자리에서는 서로 연결되도록 형성된다.
이때, 제1 및 제2 배향막(11, 21)은 공간(305)의 측면을 제외하고는 제1 절연 기판(110)에 대해 수직한 방향으로 배향이 이루어질 수 있다. 추가로 제1 및 제2 배향막(11, 21)에 UV를 조사하는 공정을 진행함으로써, 제1 절연 기판(110)에 대해 수평한 방향으로 배향이 이루어지도록 할 수도 있다.
이어, 잉크젯 방식 또는 디스펜싱 방식으로 액정 분자(31)들로 이루어진 액정 물질을 제1 절연 기판(110) 위에 떨어뜨리면, 액정 물질이 주입구(307)를 통해 공간(305) 내부로 주입된다.
트렌치(V1)를 따라 형성된 주입구(307)에 액정 물질을 떨어뜨리면 모세관력(capillary force)에 의해 액정 물질이 주입구(307)를 통과하여 공간(305) 내부로 들어가게 된다.
도 12 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 액정 물질이 공간(305) 내부로 주입된 후 트렌치(V1)를 덮도록 캐핑 물질(390m)을 제1 절연 기판(110) 전면에 도포한다. 여기서 사용되는 캐핑 물질(390m)은 앞서 설명한 캐핑층(390)에 포함되는 물질을 포함할 수 있다.
그 다음, 복수의 공간(305)에 대응하는 화소(PX)를 마스크(MASK)로 가리고 노광을 한다. 즉, 트렌치(V1)를 제외한 제1 절연 기판(110)의 전면을 마스크(MASK)로 가리고 노광을 할 수 있다.
그 후, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 마스크(MASK)를 제거하고 현상 공정을 통해 화소(PX)에 위치하는 캐핑 물질(390m)을 제거하여 트렌치(V1)를 따라 위치하는 캐핑층(390)을 형성한다.
본 실시예에서 노광시 빛을 받지 않는 부분이 제거되는 네거티브 포토 레지스트 형태로 패터닝을 한 것이다. 하지만, 이와 달리 캐핑 물질을 포지티브 포토 레지스트 성질을 갖는 물질로 형성할 수 있고, 이 경우에는 앞에서 설명한 마스크(MASK)의 역상인 마스크를 사용하여 패터닝을 진행할 수 있다.
그 후, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 표시 패널(10) 상에 편광판(22) 및 색변환 패널(30)을 위치시킴으로써 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 완성할 수 있다.
다음으로, 도 18을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 18에 도시한 본 발명의 일 실시예는 앞서 설명한 도 2의 실시예와 비교할 때, 캐핑층(390)의 성분 및 제1 차광 부재(220)의 존재 여부만을 제외하고는 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 캐핑층(390)은 차광 물질을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 차광 물질은 수용성 블랙 염료 또는 블랙 안료를 포함할 수 있다. 수용성 블랙 염료는 캐핑층(390)을 형성하는 캐핑 물질에 용해될 수 있고, 블랙 안료는 캐핑 물질 내에 분산된 형태로 존재할 수 있다.
본 실시예에 따른 수용성 블랙 염료는 2-나프탈렌설폰산(2-Naphthalenesulfonic acid), 트리소듐 6[(7-아미노-1-하이드록시-3-설포나토-2-나프틸)아조]-3-[[4-[[4-아미노-6(또는 7)-설포나토나프틸]아조]페닐]아조]-4-하이드록시나프탈렌-2-설포네이트(trisodium 6-[(7-amino-1-hydroxy-3-sulphonato-2-naphthyl)azo]-3-[[4-[[4-amino-6(or 7)-sulphonatonaphthyl]azo]phenyl]azo]-4-hydroxynaphthalene-2-sulphonate), 트리소듐 4-아미노-3-[[4-[[4-[(2-아미노-4-하이드록시페닐)아조]페닐]아미노]-3-설포나토페닐]아조]-5-하이드록시-6-(페닐아조)나프탈렌-2, 7-다이설포네이트(trisodium 4-amino-3-[[4-[[4-[(2-amino-4-hydroxyphenyl)azo]phenyl]amino]-3-sulphonatophenyl]azo]-5-hydroxy-6-(phenylazo)naphthalene-2, 7-disulphonate), 및 다이소듐 4-아미노-3, 6-비스[[4-[(2, 4-다이아미노페닐)아조]페닐]아조]-5-하이드록시나프탈렌-2, 7-다이설포네이트 2, 7-나프탈렌다이설폰산(disodium 4-amino-3, 6-bis[[4-[(2, 4-diaminophenyl)azo]phenyl]azo]-5-hydroxynaphthalene-2, 7-disulphonate 2, 7-naphthalenedisulfonic acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
캐핑층(390)이 차광 물질을 포함하여 빛샘을 차단하기 위한 차광 부재 역할을 할 수 있기 때문에, 캐핑층(390)이 형성된 트렌치(V1) 영역의 제1 차광 부재(220)는 생략할 수 있다.
도 19를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 19에 도시한 본 발명의 일 실시예는 앞서 설명한 도 18의 실시예와 비교할 때, 격벽부(V2)에서 지붕층(360)이 채워진 대신 차광 물질을 포함하는 캐핑층(390)이 채워진 것을 제외하고는 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
도 19를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 차광 물질을 포함하는 캐핑층(390)은 트렌치(V1) 뿐만 아니라, 격벽부(V2)에 대응되는 위치에도 형성될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 캐핑층(390)은 그물형으로서 트렌치(V1) 및 격벽부(V2) 모두에 형성되어, 공간(305)의 가장자리를 모두 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 캐핑층(390)이 차광 물질을 포함하여 빛샘을 차단하기 위한 차광 부재 역할을 할 수 있어, 캐핑층(390)이 형성된 트렌치(V1) 영역 및 격벽부(V2)에 대응되는 제1 차광 부재(220)는 생략될 수 있다.
그러면, 이하에서는 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 혼색의 개선 정도를 알아보기 위한 실험 결과에 대해서 설명한다.
표시 패널의 지붕층 및 색 변환 패널의 사이에서 형성되는 캐핑층의 두께에 따른 혼색 정도를 측정하기 위해서, 캐핑층의 두께를 다양하게 변경하면서 혼색 정도를 관찰하였다.
이에 따른 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
캐핑층+편광판 캐핑층 편광판 캐핑층 위 차광 부재 존재 유무 혼색 정도
110㎛ 50㎛ 60㎛ 무 2.6%
110㎛ 50㎛ 유 1.2%
75㎛ 15㎛ 무 1.5%
70㎛ 10㎛ 무 1.3%
65㎛ 5㎛ 무 1.2%
표 1에 나타난 바와 같이, 캐핑층의 두께가 50㎛ 일 때 혼색이 2.6%정도 발생하였으나, 캐핑층의 두께가 5㎛ 일 때는 혼색이 1.2% 정도로 개선된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 캐핑층의 두께가 5㎛ 일 때 혼색 정도가 캐핑층의 두께가 50㎛이면서 혼색을 방지하기 위해 캐핑층 위에 차광 부재를 형성했을 때의 혼색 정도와 유사한 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 캐핑층의 두께를 감소시킴으로써, 캐핑층 위에 형성되는 차광 부재를 생략할 수 있어 액정 표시 장치의 구조 및 제조 공정을 단순화할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 캐핑층의 두께를 최소화하여 색변환 패널의 혼색을 개선할 수 있고, 표시 장치의 구조를 단순화할 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.
11: 제1 배향막 21: 제2 배향막
110: 제1 절연 기판 121: 게이트선
124h: 제1 게이트 전극 124l: 제2 게이트 전극
124c: 제3 게이트 전극 131: 유지 전극선
140: 게이트 절연막 171: 데이터선
191: 화소 전극 191h: 제1 부화소 전극
191l: 제2 부화소 전극 220: 제1 차광 부재
390: 캐핑 물질 240: 제1 절연층
270: 공통 전극 300: 희생층
305: 공간 307: 주입구
31: 액정 분자 250: 제2 절연층
340: 제3 절연층 390: 덮개막
10: 표시 패널 30: 색 변환 패널
320: 제2 차광 부재 310: 제2 절연 기판
22: 편광판 330R, 330G, 330B: 적색, 녹색, 청색 색 변환 매개층

Claims (20)

  1. 기판,
    상기 기판 상에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극,
    상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 지붕층,
    상기 화소 전극과 상기 지붕층 사이에 위치하고, 액정 물질을 포함하는 복수의 공간(microcavity)으로 형성된 액정층,
    상기 지붕층 위에 위치하는 캐핑층, 및
    상기 지붕층 및 상기 캐핑층 상에 복수의 색 변환 매개층을 포함하는 색 변환 패널을 포함하며,
    상기 캐핑층은 상기 복수의 공간 사이에 형성된 트렌치를 따라 위치하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 공간 사이에 형성되며, 상기 트렌치와 교차하는 격벽부를 더 포함하고,
    상기 캐핑층은 복수의 공간 및 상기 격벽부에 대응되는 영역에서 오픈되어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 캐핑층은 수용성 고분자 물질을 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 캐핑층은 감광성 물질을 더 포함하여 포토 공정이 가능한 성질을 갖는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 박막 트랜지스터 위에서 상기 트렌치 및 상기 격벽부 중 적어도 어느 하나와 중첩되게 형성된 제1 차광 부재를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 캐핑층은 차광 물질을 더 포함하며,
    상기 차광 물질은 수용성 블랙 염료 또는 블랙 안료를 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 캐핑층은 상기 격벽부에 대응하는 부분에 형성되고,
    상기 캐핑층은 상기 복수의 공간과 중첩되는 부분에서는 오픈되어 있는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 색 변환 매개층 사이에서 상기 복수의 색 변환 매개층을 구획짓는 제2 차광 부재를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 색 변환 매개층은 형광체 또는 퀀텀닷(quantum dot)을 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 색 변환 매개층은 적색 색 변환 매개층 및 녹색 색 변환 매개층을 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 색 변환 매개층은 상기 적색 색 변환 매개층 및 상기 녹색 색 변환 매개층과 동일한 층에 배치되어 있는 투명층 또는 청색 색 변환 매개층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 지붕층 및 상기 캐핑층 상에 형성된 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 지붕층을 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 주입구가 형성된 복수의 공간을 형성하는 단계,
    상기 주입구를 통해 상기 공간에 액정 물질을 주입하는 단계,
    상기 지붕층 및 상기 주입구를 덮도록 상기 기판 전면에 캐핑 물질을 도포하는 단계,
    상기 지붕층 위에 도포된 캐핑 물질을 제거하여 상기 복수의 공간 사이에 형성된 트렌치를 따라 위치하는 캐핑층을 형성하는 단계, 및
    상기 캐핑층 및 상기 지붕층 위에 복수의 색 변환 매개층을 포함하는 색 변환 패널을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 캐핑 물질은 수용성 고분자 물질 및 감광성 물질을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 캐핑층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 위에 마스크를 배치하여 노광 및 현상 공정을 통해 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 캐핑층은 상기 복수의 공간에 대응되는 영역에서 오픈되어 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제14항에서,
    상기 지붕층은 상기 복수의 공간 사이에 형성되며, 상기 트렌치와 교차하는 격벽부를 더 포함하고,
    상기 박막 트랜지스터를 형성하는 단계 이 후에,
    상기 박막 트랜지스터 위에 상기 트렌치 및 상기 격벽부 중 적어도 어느 하나와 중첩되도록 제1 차광 부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 캐핑층을 상기 격벽부에 대응하는 위치에도 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제14항에서,
    상기 캐핑층은 차광 물질을 더 포함하며,
    상기 차광 물질은 수용성 블랙 염료 또는 블랙 안료를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제14항에서,
    상기 색 변환 매개층은 형광체 또는 퀀텀닷을 포함하며,
    상기 색 변환 매개층은 적색 색 변환 매개층, 녹색 색 변환 매개층 및 청색 색 변환 매개층을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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