KR20170068687A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판 위에 위치하는 제1 배향막, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층 그리고 상기 액정층과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 제2 배향막, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 적어도 하나의 배향막은 그 표면에 복수의 그루브를 갖고, 상기 그루브의 폭은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 갖는다.

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 널리 사용되고 있는 표시 장치 중 하나로서, 일반적으로 두 장의 기판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 이루어진다.
기판을 포함하는 표시판에 형성된 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 생성된 전기장의 영향을 받아 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다. 액정 분자들의 배향의 균일성 정도는 액정 표시 장치의 화질의 우수성을 결정짓는 가장 중요한 요소이다.
종래 액정을 배향시키는 통상적인 방법으로 유리 등의 기판에 폴리이미드와 같은 고분자막을 도포하고, 이 표면을 나일론, 코튼, 레이온이나 폴리에스테르 같은 섬유로 일정한 방향으로 문지르는 러빙(rubbing) 방법이 있다. 그러나, 러빙 방법은 섬유질과 고분자막이 마찰될 때 미세한 먼지나 정전기가 발생할 수 있고, 이것들은 액정 표시 장치 제조 시 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 액정 분자를 촘촘하고 균일하게 배향할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 배향막을 형성하는 단계 그리고 상기 배향막의 표면을 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 자기장 분위기에서 수행될 수 있다.
상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 배향막의 표면에 복수의 그루브를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속 미립자는 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위의 직경을 가질 수 있다.
상기 금속 미립자는 강자성 물질을 포함할 수 있다.
상기 금속 미립자는 철, 니켈, 코발트, 산화철, 산화 크롬, 및 페라이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 미립자는 절연 코팅될 수 있다.
상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 자기장을 생성하는 자기장 형성 부재가 러빙 방향을 따라 움직이는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자기장 형성 부재는 왕복 운동을 할 수 있다.
상기 액정 표시 장치의 제조 방법은 상기 기판 위에 배향막을 형성하는 단계는 제1 기판 위에 제1 배향막을 형성하는 단계 및 제2 기판 위에 제2 배향막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 배향막의 표면을 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 제1 배향막의 표면을 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계 및 상기 제2 배향막의 표면을 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계를 포함하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 마주보도록 배치하는 단계 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 액정 표시 장치의 제조 방법은 상기 기판 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 지붕층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 상기 하부 기판과 상기 지붕층 사이에 복수의 공간을 형성하는 단계, 상기 복수의 공간에 배향 물질을 주입하여 상기 배향막을 형성하는 단계 그리고 상기 복수의 공간에 액정 분자를 주입하여 액정층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 액정층을 형성하는 단계 이전에 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판 위에 위치하는 제1 배향막, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층 그리고 상기 액정층과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 제2 배향막, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 적어도 하나의 배향막은 그 표면에 복수의 그루브를 갖고, 상기 그루브의 폭은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 갖는다.
상기 그루브의 폭은 상기 액정층의 셀 갭과 같거나 작을 수 있다.
상기 제1 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭과 상기 제2 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭은 서로 다를 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 기판 위에 위치하는 제1 전극 그리고 상기 제1 전극과 절연층에 의해 이격되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판 위에 위치하는 제1 배향막, 상기 기판과 마주보는 지붕층, 상기 지붕층 위에 상기 제1 배향막과 마주 보는 방향으로 위치하는 제2 배향막, 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막 사이의 복수의 공간에 위치하는 액정층 그리고 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 적어도 하나의 배향막은 그 표면에 복수의 그루브를 가진다.
상기 그루브의 폭은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 가질 수 있다.
상기 복수의 그루브의 폭은 상기 액정층의 셀 갭과 같거나 작을 수 있다.
상기 제1 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭과 상기 제2 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭은 서로 다를 수 있다.
상기 제1 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭은 상기 제2 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭보다 클 수 있다.
상기 공간 중 서로 이웃하는 공간을 각각 지지하는 상기 지붕층 부분 사이에 트렌치가 형성되어 있고, 상기 트렌치에 금속 미립자가 위치할 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 지붕층 위에 위치하는 캐핑층을 더 포함하고, 상기 캐핑층은 상기 트렌치를 덮을 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 기판 위에 위치하는 공통 전극 그리고 상기 공통 전극과 절연층에 의해 이격되는 화소 전극을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액정 분자를 촘촘하고 균일하게 배향할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막을 포함하는 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치에서 하부 표시판을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 절단선 IV-IV를 따라 나타나는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법 중에서 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계를 나타내는 사시도 및 단면도들이다.
도 9는 종래의 액정 표시 장치에서 러빙포를 사용하여 러빙하는 단계를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10의 절단선 A-A를 따라 나타나는 단면도이다.
도 12는 도 10의 절단선 B-B를 따라 나타나는 단면도이다.
도 13은 도 12의 일부 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15 내지 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 수행하기 위한 제조 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 22는 도 10 내지 도 13의 실시예에 대한 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.
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.
또한, 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. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에"있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
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, "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 배향막을 포함하는 액정 표시 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 액정 표시 장치에서 하부 표시판을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판(110)과 제1 배향막(11)을 포함하는 하부 표시판(100), 제2 기판(210)과 제2 배향막(21)을 포함하는 상부 표시판(200), 및 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에 위치하는 액정층(3)을 포함한다. 액정층(3)은 액정 분자(310)를 포함한다.
제1 기판(110) 위에 제1 배향막(11)이 위치하고, 제2 기판(210)과 액정층(3) 사이에 제2 배향막(21)이 위치한다. 액정층(3)을 향하는 제1 배향막(11) 표면과 액정층(3)을 향하는 제2 배향막(21) 표면 중 적어도 하나는 복수의 그루브(13, 23)를 갖는다. 도 1에서는 제1 배향막(11)의 표면과 제2 배향막(21)의 표면 모두 그루브(13, 23)를 갖는 것으로 설명하였으나, 어느 한 배향막의 표면만 그루브를 가질 수도 있다.
제1, 2 배향막(11, 21) 표면에 형성된 그루브(13, 23)는 액정 분자(310)가 소정의 방향으로 수평 배향할 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 그루브(13, 23)는 제1 폭(w1)을 가질 수 있다. 제1 폭(w1)은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 가질 수 있다. 변형된 실시예에서는 제1 폭(w1)이 액정층(3)의 셀 갭과 동일하거나 그보다 작을 수 있다. 제1 배향막(11) 표면이 갖는 그루브(13)의 폭과 제2 배향막(21) 표면이 갖는 그루브(23)의 폭은 서로 다를 수 있다. 셀 갭은 액정층(3)의 두께 또는 높이를 말하거나 제1 배향막(11)과 제2 배향막(21) 사이의 간격을 말할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 그루브의 폭(w1)을 정의하는 방향을 제1 방향(D1), 제1방향(D1)과 교차하는 방향을 제2 방향(D2)으로 정의할 수 있다. 도 2에서 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)이 수직 교차하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)이 수직이 아닌 각도로 교차할 수도 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 복수의 그루브(13)는 제2 방향(D2)으로 실질적으로 나란하게 뻗을 수 있다. 도 2에서는 제1 배향막(11)의 표면이 갖는 그루브(13)만 도시하였으나, 제2 배향막(21)의 표면이 갖는 복수의 그루브(23) 또한 제2 방향(D2)으로 실질적으로 나란하게 뻗을 수 있다. 본 실시예에 따른 복수의 그루브(13)는 실질적으로 균일한 폭을 가질 수 있다.
이하에서는 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 배향막을 포함하는 액정 표시 장치에 대해 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 3의 절단선 IV-IV를 따라 나타나는 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이 위치하는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제1 기판(110) 위에 게이트선(121)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 전극(124) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트선(121) 위에는 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 위치한다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체층(154)이 위치한다. 반도체층(154)은 산화물 반도체로 형성될 수도 있다.
반도체층(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체층(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체층(154)이 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)은 액정 표시 장치의 최대 투과율을 얻기 위해서 굽어진 형상을 갖는 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 서로 만나 V자 형태를 이룰 수 있다.
소스 전극(173)은 데이터선(171)의 일부이고, 데이터선(171)과 동일선 상에 배치된다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 일부와 나란하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154) 부분에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 데이터선(171)과 동일선 상에 위치하는 소스 전극(173)과 데이터선(171)과 나란하게 뻗어 있는 드레인 전극(175)을 포함함으로써, 데이터 도전체가 차지하는 면적을 넓히지 않고도 박막 트랜지스터의 폭을 넓힐 수 있게 되고, 이에 따라 액정 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 티타늄 하부막과 구리의 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체층(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180a)이 배치되어 있다. 제1 보호막(180a)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(180a) 위에는 제2 보호막(180b)이 형성되어 있다. 제2 보호막(180b)은 유기 절연물로 이루어질 수 있다.
제2 보호막(180b)은 색필터일 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 제2 보호막(180b)은 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있으며, 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다. 도시하지는 않았지만, 색필터는 기본색 외에 기본색의 혼합색 또는 백색(white)을 표시하는 색필터를 더 포함할 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우에는 후술한 상부 표시판(200)에서 색필터(230)는 생략할 수 있다. 본 실시예와 달리 제2 보호막(180b)은 유기 절연 물질로 형성하고, 제1 보호막(180a)과 제2 보호막(180b) 사이에 색필터(미도시)를 형성할 수도 있다.
제2 보호막(180b) 위에는 공통 전극(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 면형(planar shape)으로서 실질적으로 제1 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에 배치되어 있는 개구부(138)를 가진다. 즉, 공통 전극(270)은 판 형태의 평면 형태를 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 절연층(180c)이 위치한다. 절연층(180c)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
절연층(180c) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함한다. 화소 전극(191)은 복수의 절개부(91)를 가지며, 이웃하는 절개부(91)에 사이에 위치하는 복수의 가지 전극(192)을 포함한다.
화소 전극(191)은 제1 전기장 생성 전극 또는 제1 전극이고, 공통 전극(270)은 제2 전기장 생성 전극 또는 제2 전극이다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 프린지 필드 등을 형성할 수 있다.
제1 보호막(180a), 제2 보호막(180b), 그리고 절연층(180c)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191)과 절연층(180c) 위에는 제1 배향막(11)이 위치한다. 제1 배향막(11)은 수평 배향막일 수 있다. 수평 배향막은 전기장을 걸지 않은 상태에서 액정 분자(310)를 배향막 위에 배향시키면 액정 분자(310)의 장축이 제1 기판(110)에 실질적으로 평행한 방향으로 눕게 할 수 있다.
본 실시예에서 제1 배향막(11)의 표면은 데이터선(171)이 뻗는 방향과 실질적으로 동일한 제2 방향(D2)으로 뻗어 있는 복수의 그루브(13)를 포함한다. 그루브(13)의 폭은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 갖거나 액정층(3)의 셀 갭과 동일하거나 그보다 작을 수 있다. 셀 갭은 액정층(3)의 두께 또는 높이를 말하거나 제1 배향막(11)과 제2 배향막(21) 사이의 간격을 말할 수 있다. 복수의 그루브(13)의 폭은 실질적으로 균일할 수 있다. 후술하는 금속 미립자를 사용하여 수의 그루브(13)를 형성하기 때문에 종래의 러빙포를 사용하여 복수의 그루브가 형성된 경우보다 균일한 그루브를 갖는 배향막 표면이 형성될 수 있다.
이하, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
상부 표시판(200)은 제1 기판(110)과 마주 보도록 위치하고, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제2 기판(210), 제2 기판(210)과 액정층(3) 사이에 위치하는 차광 부재(220)를 포함한다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
제1 기판(110)을 향하는 제2 기판(210)의 면에 복수의 색필터(230)가 위치한다. 하부 표시판(100)의 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 또는 하부 표시판(100)에 색필터를 형성한 경우에 상부 표시판(200)의 색필터(230)는 생략될 수 있다. 또한, 상부 표시판(200)의 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다.
제1 기판(110)을 향하는 색필터(230) 및 차광 부재(220)의 면에 덮개막(overcoat)(250)이 위치한다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250)과 액정층(3) 사이에 제2 배향막(21)이 위치한다. 제2 배향막(21)은 앞에서 설명한 제1 배향막(11)과 동일한 물질 및 방법으로 형성할 수 있다. 제1 기판(110)을 향하는 제2 배향막(21) 표면에 복수의 그루브(23)를 갖는다. 그루브(23)의 폭은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 갖거나 액정층(3)의 셀 갭과 동일하거나 그보다 작을 수 있다. 이 때, 제1 배향막(11) 표면이 갖는 그루브(13)의 폭과 제2 배향막(21) 표면이 갖는 그루브(23)의 폭은 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
본 실시예에서 액정층(3)은 음의 유전율 이방성 또는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(310)를 포함할 수 있다.
액정층(3)의 액정 분자(310)는 그 장축 방향이 표시판(100, 200)에 평행하게 배열될 수 있다.
화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고, 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 일정한 크기의 공통 전압을 인가 받는다.
전기장 생성 전극인 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성함으로써 두 전기장 생성 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(3)의 액정 분자들은 전기장의 방향과 수직하거나 평행한 방향으로 회전할 수 있다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다.
이처럼, 하나의 표시판(100) 위에 두 개의 전기장 생성 전극(191, 270)을 형성함으로써, 액정 표시 장치의 투과율을 높아지고, 광시야각을 구현할 수 있다.
도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 공통 전극(270)이 면형의 평면 형태를 가지고, 화소 전극(191)이 복수의 가지 전극을 가지지만, 변형 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는, 화소 전극(191)이 면형의 평면 형태를 가지고, 공통 전극(270)이 복수의 가지 전극을 가질 수도 있다.
본 기재는 두 개의 전기장 생성 전극이 제1 기판(110) 위에 절연층을 사이에 두고 중첩하며, 절연층 아래에 형성되어 있는 제1 전기장 생성 전극이 면형의 평면 형태를 가지고, 절연층 위에 형성되어 있는 제2 전기장 생성 전극이 복수의 가지 전극을 가지는 모든 다른 경우에 적용 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법 중에서 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계를 나타내는 사시도 및 단면도들이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 기판 위에 제1 배향막을 형성하는 단계를 포함한다(S1).
제1 기판 위에 제1 배향막을 형성하는 단계 이전에 앞에서 설명한 박막 트랜지스터를 포함하는 스위칭 소자 및 전기장 생성 전극 및 보호막 등을 형성할 수 있다. 제1 배향막을 형성하기 위해, 제1 기판 위에 액정 분자를 수평 배향하기 위한 배향 물질을 도포하고, 도포된 배향 물질을 베이크(bake)한다. 베이크하는 단계는 프리 베이크(pre bake)와 하드 베이크(hard bake)의 2 단계로 진행할 수 있다.
세정 등의 추가 공정을 진행할 수 있다.
이후, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 배향막 표면에 금속 미립자를 산포하는 단계를 포함한다(S2).
본 실시예에 따른 금속 미립자는 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위의 직경을 가질 수 있다. 또한, 본 실시예의 금속 미립자는 강자성 물질을 포함하고 그 예로 철, 니켈, 코발트, 산화철, 산화 크롬, 및 페리아트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 금속 미립자는 원형 또는 타원형일 수 있다. 본 실시예에서 금속 미립자의 외표면은 절연 코팅될 수 있다. 이것은 금속 미립자가 배향막 표면에 잔류하더라도 본 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구성하는 다른 구성 요소와 쇼트를 일으키지 않도록 한다. 본 기재에서 설명하는 강자성 물질은 외부 자기장이 없는 상태에서도 자화되는 물질의 자기적 성질을 가리킬 수 있다.
이후, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 금속 미립자를 사용하여 배향막 표면을 러빙하는 단계를 포함한다(S3).
도 6을 참고하면, 복수의 금속 미립자(15)가 제1 기판(110) 위에 위치하는 제1 배향막(11) 표면으로 힘이 가해진 상태에서 제2 방향(D2)을 따라 움직이면, 제1 배향막(11) 표면에 복수의 그루브(13)가 형성된다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 참고하여, 제1 배향막(11) 표면에 힘이 가해진 상태를 형성하기 위한 예시에 대해 설명하기로 한다.
도 7을 참고하면, 제1 배향막(11) 표면에 산포된 금속 미립자(15)는 제1 기판(110) 아래에 위치하는 자석의 이동에 따라 함께 움직인다. 다시 말해, 자석의 힘에 의해 금속 미립자(15)가 제1 배향막(11) 표면에 소정의 힘을 가한 상태로 제2 방향(D2)을 따라 움직이면서 도 6에서 도시한 복수의 그루브(13)가 형성된다. 이 때, 도 7에 도시한 것처럼, 금속 미립자(15)는 금속 입자(15a)와 금속 입자(15a)의 외표면을 둘러싸는 절연 코팅막(15b)을 포함한다.
여기서 사용하는 자석은 네오디뮴 자석 또는 사마륨 자석과 같이 정전기에 의해 발생하는 정전기적 인력보다 강한 자석을 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 실시예에 따른 금속 미립자는 자기장 분위기에서 러빙할 수 있고, 이러한 자기장 분위기를 형성하는 자기장 형성 부재는 자석 대신에 전자석을 사용할 수 있다.
도 8을 참고하면, 자석을 제2 방향(D2)과 반대 방향으로 이동하여 제1 배향막(11) 표면에 소정의 힘이 가해진 상태로 금속 미립자(15)가 원래 있던 위치로 움직인다. 이와 같은 왕복 운동을 통해 제1 배향막(11) 표면이 갖는 복수의 그루브(13)가 잘 형성될 수 있다. 다만, 자석의 왕복 운동 대신에 제2 방향(D2)으로만 자석을 이동하여 복수의 그루브(13)를 형성할 수도 있다. 다시 말해, 1회의 자석 이동과 2회의 자석 이동 사이에 자기장 분위기를 제거할 수 있고, 1회의 자석 이동 전에 금속 미립자(15)가 산포된 부분에 금속 미립자(15)를 추가적으로 산포할 수 있다.
도 9는 종래의 액정 표시 장치에서 러빙포를 사용하여 러빙하는 단계를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9를 참고하면, 종래에 사용하던 러빙포에 달려 있는 섬유 한 가닥의 크기는 20.00 마이크로미터 보다 크다. 러빙포의 섬유 한 가닥의 크기가 20.00 마이크로미터 이하로 형성하게 되면 러빙포에 달려 있는 섬유가 부러지기 쉽다. 부러진 섬유 가닥은 배향막 표면에 박혀 배향 불량을 발생시킨다.
이와 같이, 러빙포에 의해 러빙 과정을 대체하여 본 기재에 설명하는 실시예와 같이 입자 크기가 작은 금속 미립자를 사용하여 러빙하게 되면 보다 촘촘하고 균일한 배향막 표면을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 러빙포를 사용한 방법에서는 회전 롤러에 러빙포를 감아서 붙일 때 처음 붙이는 부분과 마지막 붙이는 부분 사이에 미세하게 틈이 생길 수 있다. 이러한 틈 때문에 러빙 시 편심 얼룩이 발생할 수 있다. 하지만, 본 실시예에 다른 금속 미립자를 사용하는 방법은 회전 롤링 방식이 아니기 때문에 편심 얼룩이 발생하지 않는다.
이하, 도 5를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제2 기판 위에 제2 배향막을 형성하는 단계(S4), 제2 배향막 표면에 금속 미립자를 산포하는 단계(S5)를 포함한다.
상기 제2 배향막을 형성하는 단계(S4)와 상기 금속 미립자를 산포하는 단계(S5)는 앞에서 설명한 내용이 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다. 다만, 금속 미립자가 산포되는 제2 기판면의 반대면에 형성되는 자기장에 세기에 따라 제2 배향막 표면에 형성되는 그루브의 직경은 제1 배향막 표면에 형성되는 그루브의 직경과 다를 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 11은 도 10의 절단선 A-A를 따라 나타나는 단면도이다. 도 12는 도 10의 절단선 B-B를 따라 나타나는 단면도이다. 도 13은 도 12의 일부 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 10 내지 도 12를 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 기판(310) 위에 게이트선(321)이 위치한다. 게이트선(321)은 게이트 전극(324) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트선(321)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(321)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트선(321) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(340)이 위치한다. 게이트 절연막(340)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다. 게이트 절연막(340) 위에는 데이터선(371) 하부에 위치하는 반도체층(351), 후술하는 소스/드레인 전극(373, 375)의 하부 및 박막 트랜지스터(Q)의 채널 부분에 위치하는 반도체층(354)이 위치한다. 반도체층(354)은 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어질 수 있고, 또는 산화물 반도체로 형성될 수 있다.
반도체층(354)과 소스/드레인 전극(373, 375)의 사이에는 복수의 저항성 접촉 부재가 위치할 수 있는데, 도면에서는 생략되어 있다.
반도체층(354) 및 게이트 절연막(340) 위에 데이터선(371), 데이터선(371)에 연결되는 소스 전극(373), 소스 전극(373)과 이격되어 위치하는 드레인 전극(375)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다. 데이터선(371)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(371)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(321)과 교차한다.
소스 전극(373)은 데이터선(371)의 일부이고, 데이터선(371)과 동일선 상에 배치된다. 드레인 전극(375)은 소스 전극(373)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(375)은 데이터선(371)의 일부와 나란하다. 이러한 소스 전극(373) 및 드레인 전극(375)의 구조는 변형될 수 있다.
게이트 전극(324), 소스 전극(373), 및 드레인 전극(375)은 반도체층(354)과 함께 박막 트랜지스터(Q)를 형성하며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(373)과 드레인 전극(375) 사이의 반도체층 부분에 형성된다.
데이터선(371)과 드레인 전극(375)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 티타늄의 하부막과 구리의 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다.
상기 데이터 도전체 및 노출된 반도체층(354) 부분 위에는 제1 보호층(380a)이 형성되어 있다. 제1 보호층(380a)은 질화 규소(SiNx)와 산화 규소(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다.
제1 보호층(380a) 위에는 색필터(430) 및 차광 부재(420a, 420b)가 형성되어 있다.
먼저, 차광 부재(420a, 420b)는 영상을 표시하는 영역에 대응하는 개구부를 가지는 격자 구조로 이루어져 있으며, 빛이 투과하지 못하는 물질로 형성되어 있다. 차광 부재(420a, 420b)의 개구부에는 색필터(430)가 형성되어 있다. 차광 부재(420a, 420b)는 게이트선(321)과 평행한 방향을 따라 형성된 가로 차광 부재(420a)와 데이트선(371)과 평행한 방향을 따라 형성된 세로 차광 부재(420b)를 포함한다. 하지만, 차광 부재(420a, 420b)의 구조는 변형될 수 있다. 가령, 세로 차광 부재(420b)는 생략되고 데이터선(371)이 차광 부재 역할을 할 수 있다. 또한, 가로 차광 부재(420a)는 후술하는 화소 전극(391)을 형성하고, 화소 전극(391) 위에 위치할 수 있다.
색필터(430)는 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(430)는 인접하는 화소마다 서로 다른 색을 표시하는 물질로 형성되어 있을 수 있다.
색필터(430) 및 차광 부재(420a, 420b)의 위에는 이를 덮는 제2 보호층(380b)이 형성되어 있다. 제2 보호층(380b)은 질화 규소(SiNx)와 산화 규소(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다. 도 11의 단면도에서 도시된 바와 달리 색필터(430)와 차광 부재(420a, 420b)의 두께 차이로 인하여 단차가 발생된 경우에는 제2 보호층(380b)을 유기 절연물을 포함하도록 하여 단차를 줄이거나 제거할 수 있다.
색필터(430), 차광 부재(420a, 420b) 및 보호층(380a, 380b)에는 드레인 전극(375)을 노출하는 접촉 구멍(385)이 형성되어 있다.
제2 보호층(380b) 위에는 공통 전극(470)이 위치한다. 공통 전극(470)은 면형(planar shape)으로서 기판(310) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(375) 주변을 포함하여 가로 차광 부재(420a)에 대응하는 영역에서 오픈될 수 있다. 즉, 공통 전극(470)은 오픈된 부분을 제외하고 화소 대부분을 덮는 통판 모양을 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(470)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(470) 위에는 층간 절연층(380c)이 위치한다. 층간 절연층(380c)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
층간 절연층(380c) 위에는 화소 전극(391)이 위치한다. 화소 전극(391)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다. 화소 전극(391)은 복수의 절개부(291)를 가지며, 이웃하는 절개부 사이에 위치하는 복수의 가지 전극(392)을 포함한다.
제1 보호층(380a), 제2 보호층(380b), 그리고 층간 절연층(380c)에는 드레인 전극(375)을 드러내는 접촉 구멍(385)이 형성되어 있다. 화소 전극(391)은 접촉 구멍(385)을 통해 드레인 전극(375)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(375)으로부터 전압을 인가 받는다.
공통 전극(470) 및 화소 전극(391)은 전기장 생성 전극이다. 화소 전극(391)과 공통 전극(470)은 수평 전계 및 수직 전계를 형성할 수 있다. 전기장 생성 전극인 화소 전극(391)과 공통 전극(470)은 전기장을 생성함으로써 두 전기장 생성 전극(391, 470) 위에 위치하는 액정 분자(310)는 전기장의 방향과 평행 또는 수직한 방향으로 회전한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(310)의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다.
도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 공통 전극(470)이 면형의 평면 형태를 가지고, 화소 전극(391)이 복수의 가지 전극(392)을 가지지만, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서, 화소 전극(391)이 면형의 평면 형태를 가지고, 공통 전극(470)이 복수의 가지 전극을 가질 수도 있다.
화소 전극(391) 위에는 제1 배향막(31)이 위치하고, 제1 배향막(31)과 마주 보는 제2 배향막(41)이 위치한다. 제1 배향막(31)과 제2 배향막(41) 사이에 복수의 공간(305)이 형성되어 있고, 복수의 공간(305)에 액정 분자(310)를 포함하는 액정층(3)이 위치한다.
이하에서는 도 13을 참고하여 본 실시예에 따른 제1, 2 배향막(31, 41)에 자세히 설명하기로 한다. 도 13은 도 12의 일부 영역(1000)을 확대하여 도시한 것이다.
도 13을 참고하면, 화소 전극(391)에 포함된 가지 전극(392) 위에 제1 배향막(31)이 위치한다. 하부 절연층(350)에 제1 배향막(31)을 향하여 위치하는 제2 배향막(41)이 위치하고, 제1 배향막(31)과 제2 배향막(41) 사이에 액정 분자(310)를 포함하는 액정층(3)이 위치한다.
액정층(3)을 향하는 제1 배향막(31) 표면과 액정층(3)을 향하는 제2 배향막(41) 표면 중 적어도 하나는 복수의 그루브(33, 43)를 갖는다.
제1, 2 배향막(31, 41) 표면에 형성된 그루브(33, 43)는 액정 분자(310)가 소정의 방향으로 수평 배향할 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 그루브(33, 43)는 제2 폭(w2)을 가질 수 있다. 제2 폭(w2)은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 가질 수 있다. 다만, 본 실시예에서 후술하는 제조 방법에서 설명하는 금속 미립자의 크기를 고려할 때, 제2 폭(w2)은 액정층(3)의 셀 갭과 동일하거나 그보다 작은 것이 바람직하다. 여기서, 셀 갭은 액정층(3)의 두께 또는 높이를 말하거나 제1 배향막(31)과 제2 배향막(41) 사이의 간격을 말할 수 있다. 다시 말해, 셀 갭은 제1 배향막(31)과 제2 배향막(41) 사이의 공간으로 이루어지는 미세 공간(305)의 두께 또는 높이를 말할 수도 있다.
도 13에서 제1 배향막(11) 표면이 갖는 그루브(13)의 폭과 제2 배향막(21) 표면이 갖는 그루브(23)의 폭이 서로 동일한 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 그 폭이 서로 다를 수 있다.
도 10 및 도 13을 참고하면, 그루브의 폭(w2)을 정의하는 방향을 제1 방향(D1), 제1방향(D1)과 교차하는 방향을 제2 방향(D2)으로 정의할 수 있다. 도 10에서 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)이 수직 교차하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)이 수직이 아닌 각도로 교차할 수도 있다.
다시 도 10 내지 도 12를 참고하면, 공간(305)의 일측 및 다른 일측에는 입구부(307)가 위치한다. 입구부(307)는 후술하는 캐핑층(390)으로 덮여 있고, 제조 공정 중에 모관력에 의해 배향 물질 및 액정 분자를 포함하는 액정 물질이 공간(305)으로 주입되는 입구에 해당하는 부분이다.
공간(305)은 화소 전극(391)의 열 방향 다시 말해 세로 방향을 따라 형성될 수 있다. 후술하는 지붕층(360)에는 복수의 트렌치(307FP)가 형성되어 있고, 이러한 트렌치(307FP)는 캐핑층(390)으로 덮일 수 있다. 트렌치(307FP)를 덮는 캐핑층(390)에 의해 세로 방향으로 이웃하는 공간(305)이 구분될 수 있다.
복수개 형성된 공간(305) 각각이 위치하는 부분은 화소 영역 하나 또는 둘에 대응하는 미세 공간(microcavity)일 수 있고, 또는 셋 이상에 대응할 수 있다. 화소 영역은 명암을 나타낼 수 있는 최소의 단위를 말한다.
제2 배향막(41) 위에는 하부 절연층(350)이 위치한다. 하부 절연층(350)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성될 수 있다.
하부 절연층(350) 위에 지붕층(Roof Layer; 360)이 위치한다. 지붕층(360)은 포토 레지스트 또는 그 밖의 유기 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(SiOX)과 같은 무기 물질로 형성된 무기 절연층일 수 있다. 이 때, 지붕층(360)은 2종류 이상의 무기막을 증착하여 형성할 수도 있다.
지붕층(360)은 액정층(3)이 위치하는 복수의 공간(305)의 모양이 변형되지 않도록 복수의 공간(305) 구조를 지지하는 역할을 한다. 지붕층(360)은 트렌치(307FP)를 제외하고 기판(310) 위에 전면적으로 위치할 수 있다.
지붕층(360) 위에 상부 절연층(370)이 위치한다. 상부 절연층(370)은 지붕층(360)의 상부면과 접촉할 수 있다. 상부 절연층(370)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성될 수 있다.
상부 절연층(370) 위에 캐핑층(390)이 위치한다. 캐핑층(390)은 유기 물질 또는 무기 물질을 포함한다. 구체적으로, 캐핑층(390)은 열경화성 수지, 실리콘 옥시카바이드(SiOC) 또는 그라핀(Graphene) 등으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 캐핑층(390)은 상부 절연층(370)의 상부면과 접촉할 수 있다. 캐핑층(390)은 상부 절연층(370) 상부뿐만 아니라 지붕층(360)의 트렌치(307FP)를 덮을 수 있다. 이 때, 캐핑층(390)은 액정 물질의 주입 이후에 트렌치(307FP)에 의해 노출된 공간(305)의 입구부(307)를 덮을 수 있다. 본 실시예에서는 지붕층(360)의 트렌치(307FP)에서 액정 물질이 제거된 것으로 도시하였으나, 공간(305)에 주입되고 남은 액정 물질이 트렌치(307FP)에 잔존할 수도 있다.
본 실시예에서는 도 12에 도시한 바와 같이, 제1 방향(D1)으로 이웃하는 공간(305) 사이에 격벽(360w)이 형성되어 있다. 격벽(360w)은 게이트선(321)이 뻗는 방향으로 서로 이웃하는 공간(305)을 구획한다. 격벽(360w)은 공간(305)을 지지하는 지붕층(360) 부분이 연장되어 서로 이웃하는 공간(305) 사이에 채워지는 지붕층(360)의 연장부일 수 있다. 격벽(360w)은 데이터선(371)이 뻗어 있는 방향 또는 제2 방향(D2)을 따라 형성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 15 내지 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 14를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 희생층을 형성하는 단계를 포함한다(S1).
보다 상세하게, 도 10 내지 도 12에 도시한 바와 같이 기판(310) 위에 일반적으로 알려진 스위칭 소자를 형성하기 위해 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(321), 게이트선(321) 위에 게이트 절연막(340)을 형성하고, 게이트 절연막(340) 위에 반도체층(354)을 형성하고, 소스 전극(373) 및 드레인 전극(375)을 형성한다. 이 때 소스 전극(373)과 연결된 데이터선(371)은 게이트선(321)과 교차하면서 세로 방향으로 뻗도록 형성할 수 있다.
소스 전극(373), 드레인 전극(375) 및 데이터선(371)을 포함하는 데이터 도전체 및 노출된 반도체층(354) 부분 위에는 제1 보호층(380a)을 형성한다.
제1 보호층(380a) 위에 색필터(430) 및 차광 부재(420a, 420b)를 형성하고, 그 위에 제2 보호층(380b)을 형성한다. 제2 보호층(380b) 위에 공통 전극(470)을 형성하고, 그 위에 층간 절연막(380c)을 형성한다. 제1 보호층(380a), 제2 보호층(380b), 및 층간 절연막(380c)을 관통하는 접촉 구멍(385)을 형성한다. 이후, 층간 절연막(380c) 위에 화소 전극(391)을 형성하고, 화소 전극(391)은 접촉 구멍(385)을 통해 드레인 전극(375)과 전기적, 물리적으로 연결될 수 있다.
이후, 화소 전극(391) 위에 희생층(300)을 형성한다. 이 때, 희생층(300)에는 제2 방향(D2)을 따라 오픈부(미도시)를 형성한다. 상기 오픈부는 후술하는 지붕층으로 덮여 격벽이 형성되는 부분이다. 희생층(300)은 포토 레지스트 또는 이를 제외한 유기 물질로 형성할 수 있다.
도 14 및 도 15를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 희생층(300) 위에 지붕층(360)을 형성하는 단계를 포함한다(S2).
지붕층(360)은 제1방향(D1)을 따라 일부 제거되어 트렌치(307FP)를 형성하고, 희생층(300)을 노출한다. 도시하지 않았으나, 지붕층(360)이 일부 제거되어 트렌치(307FP)를 형성하는 단계에서 지붕층(360) 아래 위치하는 하부 절연층(350), 공통 전극(470) 및 지붕층(360) 상부에 위치하는 상부 절연층(370)도 부분적으로 제거될 수 있다.
도 14 및 도 16을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 희생층(300)을 제거하여 기판(110)과 지붕층(360) 사이에 복수의 공간(305)을 형성하는 단계를 포함한다(S3).
트렌치(307FP)를 통해 희생층(300)을 산소(O2) 애싱(Ashing) 처리 또는 습식 식각법 등으로 제거한다. 이 때, 도 11에 도시한 바와 같은 입구부(307)를 갖는 복수의 공간(305)이 형성된다. 공간(305)은 희생층(300)이 제거되어 빈 공간 상태이다. 도 11의 입구부(307)는 제1 방향(D1)을 따라 형성될 수 있다.
도 14 및 도 17을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 복수의 공간(305)에 배향 물질을 주입하여 배향막(31, 41)을 형성하는 단계를 포함한다(S4).
구체적으로, 트렌치(307FP)를 통해 고형분과 용매를 포함하는 배향 물질을 주입한 후에 베이크 공정을 수행한다.
도 14, 도 18, 및 도 19를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 복수의 금속 미립자(15)를 사용하여 배향막(31, 41) 표면을 러빙하는 단계를 포함한다(S5).
도 18에서 트렌치(307FP)를 통해 복수의 금속 미립자(15)를 주입하여 복수의 공간(305)에 산포한다.
도 19에서 제1 배향막(31) 표면 및 제2 배향막(41) 표면에 산포된 금속 미립자(15)는 기판(310) 아래에 위치하는 자석의 이동에 따라 함께 움직인다. 다시 말해, 자석의 힘에 의해 금속 미립자(15)가 제1 배향막(31) 표면 및 제2 배향막(41) 표면에 소정의 힘이 가해진 상태로 제2 방향(D2)을 따라 움직이면서 도 13에서 도시한 복수의 그루브(33, 43)가 형성된다. 이 때, 도 19에 도시한 것처럼, 금속 미립자(15)는 금속 입자(15a)와 금속 입자(15a)의 외표면을 둘러싸는 절연 코팅막(15b)을 포함한다.
여기서 사용하는 자석은 네오디뮴 자석 또는 사마륨 자석과 같이 정전기에 의해 발생하는 정전기적 인력보다 강한 자석을 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 실시예에 따른 금속 미립자는 자기장 분위기에서 러빙할 수 있고, 이러한 자기장 분위기를 형성하기 위해 자석 대신에 전자석을 사용할 수 있다.
도 20을 참고하면, 자석을 제2 방향(D2)과 반대 방향으로 이동하여 제1 배향막(31) 표면 및 제2 배향막(41) 표면에 소정의 힘이 가해진 상태로 금속 미립자(15)가 원래 있던 위치로 움직인다. 이와 같은 왕복 운동을 통해 제1 배향막(31) 표면 및 제2 배향막(41) 표면이 갖는 도 13의 복수의 그루브(33, 43)가 잘 형성될 수 있다. 다만, 자석의 왕복 운동 대신에 제2 방향(D2)으로만 자석을 이동하여 복수의 그루브(33, 43)를 형성할 수도 있다. 다시 말해, 1회의 자석 이동과 2회의 자석 이동 사이에 자기장 분위기를 제거할 수 있고, 1회의 자석 이동 전에 금속 미립자(15)가 산포된 부분에 금속 미립자(15)를 추가적으로 산포할 수 있다.
본 실시예에 따른 자기장이 형성되는 부분에서 제1 배향막(31)보다 제2 배향막(41)이 멀리 떨어져 있어 그 힘이 제2 배향막(41)에 작게 미칠 수 있다. 따라서, 제1 배향막(31) 표면에 형성되는 그루브(33)의 폭은 제2 배향막(41) 표면에 형성되는 그루브(43)의 폭보다 클 수 있다.
도 14를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 복수의 공간(305)에 액정 분자를 포함하는 액정 물질을 주입하여 액정층(3)을 형성하는 단계를 포함한다(S6).
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 수행하기 위한 제조 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 21을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하기 위한 제조 장치는 스테이지를 중심으로 상부 영역과 하부 영역을 포함한다. 상부 영역은 상부 전원 공급 장치(2000), 위치 조절부(2800), 전자석(2900a), 입자 공급부(2300), 및 입자 산포 장치(2200)를 포함한다. 하부 영역은 하부 전원 공급 장치(3000), 평형 유지부(2700), 전자석(2900b), 및 왕복 운동 장치(2600)를 포함한다. 여기에 스테이지를 둘러싸는 컨베이어 벨트(2550) 및 이를 회전시키는 회전롤(2500)을 더 포함한다. 회전롤(2500)은 회전롤 컨트롤러(2100)에 의해 제어되어 회전할 수 있다.
제조 장치를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
배향막이 형성된 표시판을 스테이지 위에 이동한다. 컨베이어 벨트(2550) 및 회전롤(2500)은 표시판을 스테이지 위로 이동하게 한다. 입자 공급부(2300)에서 발생한 금속 미립자들이 입자 산포 장치(2200)로 주입되고, 전자석(2900a)에 의해 스테이지로 금속 미립자들이 떨어지는 것을 차단할 수 있다. 표시판이 스테이지 위로 이동하여 준비된 상태에서 상부 영역의 전자석(2900a)에 공급되던 전원이 차단되어 입자 산포 장치(2200)에 있던 복수의 금속 미립자들이 표시판 위에 산포될 수 있다. 전원 공급 장치(3000)에 의해 하부 영역의 전자석(2900b)에 자기장이 형성되고, 왕복 운동 장치(2600)에 의해 전자석(2900b)이 이동한다. 전자석(2900b)의 이동에 따라 금속 미립자가 표시판 위의 배향막 표면에 소정의 힘을 가한 상태로 움직인다. 왕복 운동 장치(2600)에 의해 금속 미립자의 러빙에 따른 그루브를 잘 형성할 수 있다.
상부 영역의 위치 조절부(2800)는 금속 미립자의 산포를 조절할 수 있고, 하부 영역의 평형 유지부(2700)는 균일한 그루브를 형성하기 위해 스테이지의 평형을 유지하는 역할을 할 수 있다.
도 22는 도 10 내지 도 13의 실시예에 대한 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 22에서 설명하는 실시예는 도 10 내지 도 13에서 설명한 실시예와 대부분 동일하다. 따라서, 동일한 구성 요소에 대해서는 설명을 생략하고 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
도 22를 참고하면, 캐핑층(390)으로 덮이는 트렌치(307FP) 부분에 금속 미립자(15)가 잔존한다. 금속 미립자(15)는 액정 분자(310)와 캐핑층(390)을 형성하는 물질이 접촉하여 액정 분자(310)가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 빛을 차단할 수 있는 물질로 금속 미립자(15)를 형성함으로써 박막 트랜지스터(Q)에 대응하는 부분을 가리기 위한 가로 차광 부재를 생략할 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, 31 제1 배향막 305 공간
21, 41 제2 배향막 13, 23, 33, 43 그루브
15 금속 미립자 360 지붕층

Claims (32)

  1. 기판 위에 배향막을 형성하는 단계 그리고
    상기 배향막의 표면을 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 자기장 분위기에서 수행되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 배향막의 표면에 복수의 그루브를 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 금속 미립자는 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위의 직경을 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 금속 미립자는 강자성 물질을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 금속 미립자는 철, 니켈, 코발트, 산화철, 산화 크롬, 및 페라이트 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제5항에서,
    상기 금속 미립자는 절연 코팅되어 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제2항에서,
    상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 자기장을 생성하는 자기장 형성 부재가 러빙 방향을 따라 움직이는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 자기장 형성 부재는 왕복 운동을 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 기판 위에 배향막을 형성하는 단계는 제1 기판 위에 제1 배향막을 형성하는 단계 및 제2 기판 위에 제2 배향막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 배향막의 표면을 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 제1 배향막의 표면을 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계 및 상기 제2 배향막의 표면을 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 마주보도록 배치하는 단계 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에서,
    상기 기판 위에 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 지붕층을 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 상기 하부 기판과 상기 지붕층 사이에 복수의 공간을 형성하는 단계,
    상기 복수의 공간에 배향 물질을 주입하여 상기 배향막을 형성하는 단계 그리고
    상기 복수의 공간에 액정 분자를 주입하여 액정층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 액정층을 형성하는 단계 이전에 수행되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 자기장 분위기에서 수행되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 배향막의 표면에 복수의 그루브를 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 금속 미립자의 직경은 상기 액정층의 셀 갭과 같거나 작은 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 금속 미립자는 강자성 물질을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 금속 미립자는 철, 니켈, 코발트, 산화철, 산화 크롬, 및 페라이트 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제15항에서,
    상기 금속 미립자는 절연 코팅되어 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에서,
    상기 복수의 금속 미립자를 사용하여 러빙하는 단계는 상기 자기장을 생성하는 자기장 형성 부재가 러빙 방향을 따라 움직이는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 자기장 형성 부재는 왕복 운동을 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제1 기판 위에 위치하는 제1 배향막,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층 그리고
    상기 액정층과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 제2 배향막,
    상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 적어도 하나의 배향막은 그 표면에 복수의 그루브를 갖고, 상기 그루브의 폭은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 갖는 액정 표시 장치.
  21. 제20항에서,
    상기 그루브의 폭은 상기 액정층의 셀 갭과 같거나 작은 액정 표시 장치.
  22. 제21항에서,
    상기 제1 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭과 상기 제2 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭은 서로 다른 액정 표시 장치.
  23. 제21항에서,
    상기 제1 기판 위에 위치하는 제1 전극 그리고
    상기 제1 전극과 절연층에 의해 이격되는 제2 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  24. 제20항에서,
    상기 그루브의 폭은 균일한 액정 표시 장치.
  25. 기판 위에 위치하는 제1 배향막,
    상기 기판과 마주보는 지붕층,
    상기 지붕층 위에 상기 제1 배향막과 마주 보는 방향으로 위치하는 제2 배향막,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막 사이의 복수의 공간에 위치하는 액정층 그리고
    상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막 중 적어도 하나의 배향막은 그 표면에 복수의 그루브를 갖는 액정 표시 장치.
  26. 제25항에서,
    상기 그루브의 폭은 0.05 마이크로미터 내지 20.00 마이크로미터 범위를 갖는 액정 표시 장치.
  27. 제25항에서,
    상기 복수의 그루브의 폭은 상기 액정층의 셀 갭과 같거나 작은 액정 표시 장치.
  28. 제25항에서,
    상기 제1 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭과 상기 제2 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭은 서로 다른 액정 표시 장치.
  29. 제28항에서,
    상기 제1 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭은 상기 제2 배향막 표면이 갖는 그루브의 폭보다 큰 액정 표시 장치.
  30. 제25항에서,
    상기 공간 중 서로 이웃하는 공간을 각각 지지하는 상기 지붕층 부분 사이에 트렌치가 형성되어 있고, 상기 트렌치에 금속 미립자가 위치하는 액정 표시 장치.
  31. 제30항에서,
    상기 지붕층 위에 위치하는 캐핑층을 더 포함하고,
    상기 캐핑층은 상기 트렌치를 덮는 액정 표시 장치.
  32. 제25항에서,
    상기 기판 위에 위치하는 공통 전극 그리고
    상기 공통 전극과 절연층에 의해 이격되는 화소 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
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