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KR20100040571A - 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20100040571A
KR20100040571A KR1020080099757A KR20080099757A KR20100040571A KR 20100040571 A KR20100040571 A KR 20100040571A KR 1020080099757 A KR1020080099757 A KR 1020080099757A KR 20080099757 A KR20080099757 A KR 20080099757A KR 20100040571 A KR20100040571 A KR 20100040571A
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protrusion
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Abstract

낮은 구동 전압으로 블루상 액정 분자를 구동할 수 있는 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법이 제공된다. 액정 표시 장치는, 제1 절연 기판과, 제1 절연 기판 상에 서로 이격되어 형성된 돌기 패턴과, 돌기 패턴 상에 형성되고 돌기 패턴 사이에 절개부가 형성된 화소 전극과, 화소 전극 상에 형성되며 돌기 패턴의 상면과 중첩되는 차광 패턴과, 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판과, 제1 절연 기판 및 제2 절연 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.
블루상 액정, 돌기 패턴, 유기막

Description

액정 표시 장치 및 그의 제조 방법{Liquid crystal display and method of fabricating the same}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 낮은 구동 전압으로 블루상 액정 분자를 구동할 수 있는 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
현대 사회가 고도로 정보화 되어감에 따라 표시 장치는 대형화 및 박형화에 대한 시장의 요구에 직면하고 있으며, 종래의 CRT 장치로는 이러한 요구를 충분히 만족시키지 못함에 따라 PDP(Plasma Display Panel) 장치, PALC(Plasma Address Liquid Crystal display panel) 장치, 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD) 장치, OLED(Organic Light Emitting Diode) 장치 등으로 대표되는 평판 표시 장치에 대한 수요가 폭발적으로 늘어나고 있다. 특히, 표시 장치는 화질이 선명하고 경량화, 박형화가 가능하여 각종 전자 기기에 널리 사용되고 있다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display: FPD) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전극에 전 압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하여 영상을 표시하는 장치이다.
이와 같은 액정 표시 장치는 액정 분자의 방향성으로 인하여, 다른 표시 장치에 비하여 시야각 특성이 좋지 않은 단점이 있다. 이와 같은 단점을 극복하기 위하여 블루상(blue phase) 액정 분자를 이용하는 액정 표시 장치가 개발되었다.
블루상 액정 분자를 이용하는 액정 표시 장치는 높은 응답 속도와 넓은 시약각을 갖고 있어 매우 유망한 표시 장치로 주목 받고 있다. 그러나 블루상 액정 분자를 이용하는 액정 표시 장치는 높은 구동 전압이 요구된다.
이와 같이 블루상 액정 분자를 이용하는 액정 표시 장치의 구동 전압을 낮추는 구조와 그러한 구조를 갖는 액정 표시 장치를 효율적으로 제조할 수 있는 제조 방법이 필요하게 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 낮은 구동 전압으로 블루상 액정 분자를 구동할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 낮은 구동 전압으로 블루상 액정 분자를 구동할 수 있는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 절연 기판과, 상기 제1 절연 기판 상에 서로 이격되어 형성된 돌기 패턴과, 상기 돌기 패턴 상에 형성되고 상기 돌기 패턴 사이에 절개부가 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극 상에 형성되며 상기 돌기 패턴의 상면과 중첩되는 차광 패턴과, 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판과, 상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.
상기 액정층은 전기장의 비인가시에 광학적 등방성을 유지하고, 전기장의 인 가시에 광학적 이방성을 유지하며, 인가되는 전기장의 강도에 따라 굴절률이 변화할 수 있다. 상기 액정층은 블루상(blue phase) 액정 분자를 포함할 수 있다. 상기 액정층은 액정 분자와 모노머가 중합되어 형성될 수 있다. 상기 절개부는 상기 차광 패턴을 마스크로 패터닝될 수 있다. 상기 차광 패턴은 상기 돌기 패턴의 상부 보다 넓게 형성될 수 있다. 상기 화소 전극은 상기 돌기 패턴의 상부에 형성된 상면, 및 상기 돌기 패턴의 측부에 형성된 측면을 포함할 수 있다. 상기 측면은 경사지게 형성될 수 있다. 상기 돌기 패턴은 높이가 3㎛ 이상일 수 있다. 상기 절개부는 폭이 3㎛ 이하일 수 있다. 상기 돌기 패턴은 일방향으로 나란히 형성될 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 절연 기판 상에 서로 이격된 돌기 패턴을 형성하는 단계와, 상기 돌기 패턴 상에 형성되고 상기 돌기 패턴 사이에 절개부가 형성된 화소 전극을 형성하는 단계와, 상기 화소 전극 상에 형성되며 상기 돌기 패턴의 상면과 중첩되는 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 돌기 패턴을 형성하는 단계는 상기 절연 기판 상에 돌기 형성용 유기 절연막을 형성하고, 상기 유기 절연막을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 상기 차광 패턴을 형성하는 단계는 상기 유기 절연막 상에 차광 패턴용 금속층을 형성하고 상기 차광 패턴용 금속층을 패터닝하여 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 유기 절연막과 차광 패턴용 금속층 사이에 제1 투명 전극층을 더 형성하며, 상기 제1 투명 전극층은 상기 차광 패턴용 금속층과 함께 패터닝될 수 있다. 상기 차광 패턴은 상기 돌기 패턴의 상부 보다 넓게 형성될 수 있다. 상기 돌기 패턴을 큐어링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 돌기 패턴을 큐어링하는 단계는 상기 돌기 패턴의 하부를 상부보다 두껍게 형성할 수 있다. 상기 화소 전극은 형성하는 단계는 상기 돌기 패턴 및 상기 차광 패턴 상에 제2 투명 전극층을 형성하고, 상기 제2 투명 전극층을 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 차광 패턴을 식각 마스크로 이방성 식각을 하여 상기 절개부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 3b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 II-II' 선으로 절단한 단면도이고, 도 3a는 블루상 액정 분자의 구조를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a의 블루상 액정 분자를 포함하는 액정층의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)는 게이트선(21), 데이터선(62), 화소 전극(131) 및 박막 트랜지스터(Q) 등을 포함하는 하부 표시판(2), 하부 표시판(2)에 대향하며 공통 전극(240) 및 컬러 필터(230) 등을 포함하는 상부 표시판(3), 및 하부 표시판(2)과 상부 표시판(3) 사이에 개재된 액정층(4)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(2)에 관하여 설명하면, 투명한 유리 등으로 이루어진 제1 절연 기판(10) 상에는 게이트선(21) 및 게이트 전극(22)이 형성되어 있다.
게이트선(21)은 주로 가로 방향으로 연장되어 게이트 신호를 전달한다. 이러한 게이트선(21)은 제1 절연 기판(10) 상에 다수개가 형성되며, 동일한 방향으로 서로 평행하게 배열된다. 각 게이트선(21)의 끝단에는 폭이 확장되어 있는 게이트 패드(미도시)가 형성되어 있다. 게이트 전극(22)은 게이트선(21)의 일부가 돌출되어 형성될 수 있다. 이와 같은 게이트선(21) 및 게이트 전극(22)을 게이트 배선이라 칭한다.
게이트 배선(21, 22)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 배선(21, 22)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이 중 한 도전막은 게이트 배선(21, 22)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 이루어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질과의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 구리(Cu) 상부막 및 몰리브덴-티타늄 하부막을 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 게이트 배선(21, 22)은 다양한 여러 가지 금속과 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트 절연막(30)은 질화 규소(SiNx) 등으로 이루어져, 게이트 배선(21, 22)과 후술하는 데이터 배선(62, 65, 66) 사이를 절연시키게 된다. 즉, 게이트 배선(21, 22)과, 데이터 배선(62, 65, 66)이 중첩되는 영역에는 게이트 배선(21, 22)과 데이터 배선(62, 65, 66) 사이에 게이트 절연막(30)이 개재된다.
이와 같은 게이트 절연막(30)은 콘택홀과 같이 게이트 배선(21, 22)과 직접 접촉을 하여 전기적으로 연결되어야 하는 부분을 제외하면, 제1 절연 기판(10)의 전면에 적층된다.
게이트 절연막(30) 상에는 수소화 비정질 규소 등으로 이루어진 반도체층(40)과 실리사이드 또는 n형 분순물이 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 규소 등으로 이루어진 저항성 접촉층(55, 56)이 형성되어 있다. 반도체층(40)은 박막 트랜지스터의 채널 영역을 형성한다. 채널 영역은 게이트 전극(22)과 중첩되어 있는 반도체층(40)에 의해 형성된다. 저항성 접촉층(55, 56)은 채널 영역을 제외하면 반도체층(40)과 실질적으로 동일한 패턴을 갖는다. 저항성 접촉층(55, 56)은 게이트 전극(22)과 중첩된 영역 상의 채널 영역을 사이에 두고 분리되어 형성된다. 이러한 저항성 접촉층(55, 56)은 반도체층(40) 상부에 형성된다.
한편, 반도체층(40)은 섬모양, 선형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서와 같이 섬모양으로 형성될 수 있다.
반도체층(40) 및 저항성 접촉층(55, 56)의 상부에는 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66)이 채널의 길이만큼 이격되어 배치되며, 반도체층(40)의 하부에는 게이트 전극(22)이 배치된다. 이와 같은 소스 전극(65), 드레인 전극(66), 게이트 전극(22) 및 반도체층(40)은 박막 트랜지스터를 형성하게 된다.
데이터선(62)은 주로 세로 방향으로 연장되어 게이트선(21)과 교차된다. 이러한 복수의 데이터선(62)과 복수의 게이트선(21)은 서로 격자형태로 배열되어 화소를 정의하게 된다.
각 화소는 게이트 전극(22), 소스 전극(65), 및 드레인 전극(66)을 삼단자로 갖는 박막 트랜지스터를 포함한다. 소스 전극(65)은 데이터선(62)의 일부가 돌출되어 형성될 수 있으며, 드레인 전극(66)은 채널 영역을 사이에 두고 소스 전극(65)과 분리되어 마주보고 배치된다. 드레인 전극(66)은 콘택홀(76)을 통하여 화소 전극(131)과 연결된다.
데이터선(62), 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66)은 동일한 공정에 의하여 동일한 재질로 형성될 수 있다. 데이터선(62) 및 소스 전극(63)은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
게이트 절연막(30) 및 박막 트랜지스터(Q) 상에 보호막(70)을 적층한다. 이와 같은 보호막(70)은 예를 들어, 산화 규소(SiOx), 산질화 규소(SiOxNy), 및 질화 규소(SiNx)일 수 있다.
보호막(70) 상에는 유기막 등으로 형성된 돌기 패턴(82)과 화소 전극(131)이 형성된다. 화소 전극(131)은 공통 전극(240)과 함께 전계를 형성하여 액정층(4)의 굴절율을 제어하는 역할을 한다. 이와 같은 화소 전극(131)은 돌기 패턴(82) 상에 형성된다.
돌기 패턴(82)은 보호막(70) 상에 형성되며, 상부 표시판(3)을 향하여 돌출되어 있다. 이와 같은 돌기 패턴(82)은 블루상 액정(410)을 구동하기 위한 구동 전압을 감소시키는 역할을 한다. 이와 같은 돌기 패턴(82)은 단면이 빗살무늬 형태를 갖도록 게이트선(21) 및 데이터선(62)에 비스듬히 기울어지도록 형성될 수 있다. 돌기 패턴(82)은 길이에 비해 폭이 현저하게 작도록 형성되며, 인접한 돌기 패턴(82)과 나란히 다수개가 형성될 수 있다.
한편, 돌기 패턴(82)의 형태는 게이트선(21) 및 데이터선(62)과 소정의 각도로 기울어진 형태에 한정될 것은 아니며, 게이트선(21)에 평행하게 형성되거나, 데이터선(62)에 평행한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 돌기 패턴(82)은 일부가 절곡 되어 'V'자 형태로 형성될 수 있다.
돌기 패턴(82)은 유기 절연막 또는 포토레지스트를 패터닝하여 형성할 수 있다. 이러한 돌기 패턴(82)은 높이가 3㎛ 이상으로 형성될 수 있다. 돌기 패턴(82)의 높이는 블루상 액정(410)을 구동하기 위한 구동 전압에 반비례하는 특성이 있어, 구동 전압을 충분히 낮추기 위해서는 돌기 패턴(82)의 높이를 3㎛ 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
돌기 패턴(82)은 하부가 상부 보다 두껍게 형성될 수 있다. 이와 같은 돌기 패턴(82)은 유기 절연막을 큐어링(curing)하는 단계에서 형성될 수 있다.
돌기 패턴(82)의 상부에는 화소 전극(131)이 형성된다. 화소 전극(131)은 절개부(133)를 사이에 두고 서로 이격되며, 돌기 패턴(82)의 상부 및 측부를 둘러싸는 형태로 형성된다. 화소 전극(131)은 공통 전극(240)과 함께 전계를 형성하여 액정층(4)의 굴절율을 변화시킨다. 이러한 화소 전극(131)은 상면(121)과 측면(126)을 포함한다. 화소 전극(131)은 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명 전극으로 형성될 수 있다.
돌기 패턴(82)은 보호막(70) 상부로 돌출된 구조로서, 종단면 형상이 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 돌기 패턴(82)의 상부 및 측부에는 화소 전극(131)이 둘러싸고 있다. 돌기 패턴(82)의 상부에는 화소 전극(131)의 상면(121)이 형성되어 있으며, 돌기 패턴(82)의 측부에는 화소 전극(131)의 측면(126)이 형성되어 있다. 이와 같은, 상면(121) 및 측면(126)은 돌기 패턴(82)을 완전히 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 화소 전극(131)의 측면(126)은 인접한 화소 전극(131) 의 측면(126)과 절개부(133)를 사이에 두고 이격되어 있다.
화소 전극(131)의 상면(121) 상에는 차광 패턴(101)이 형성되어 있다. 차광 패턴(101)은 백라이트(미도시)로부터 입사되는 빛을 차단하는 역할을 할 뿐만 아니라, 절개부(133)를 형성하기 위한 마스크로서 역할을 한다. 이와 같은 차광 패턴(101)은 금속층으로 형성될 수 있다.
차광 패턴(101)은 돌기 패턴(82)의 상부 또는 하부 보다 넓게 형성하는 것이 바람직하며, 화소 전극(131)의 상면(121)과 중첩되도록 형성될 수 있다. 이러한 차광 패턴(101)은 화소 전극(131)을 패터닝하여 절개부(133)를 형성하기 위한 마스크로 이용될 수 있기 때문에, 차광 패턴(101)과 절개부(133)는 서로 중첩되지 않도록 형성된다. 즉, 차광 패턴(101)의 경계선과 절개부(133)의 경계선은 실질적으로 일치할 수 있다. 절개부(133)의 간격은 3㎛ 이하로 형성될 수 있으며, 차광 패턴(101)과 인접한 차광 패턴(101) 사이의 간격도 3㎛ 이하로 형성될 수 있다. 여기서, 절개부(133)는 차광 패턴(101)을 식각 마스크로하여 건식 식각 방법으로 형성될 수 있다. 건식 식각 방법은 이방성을 갖게되어, 차광 패턴(101)과 중첩되는 부분은 식각되지 않으며, 차광 패턴(101)으로부터 노출되는 부분만 식각될 수 있다. 절개부(133)를 형성하는 방법에 관해서는 구체적으로 후술한다.
한편, 차광 패턴(101)은 백라이트로부터 입사되는 빛을 차단하게 되어, 빛샘을 방지할 수 있게 된다. 화면을 표시하기 위한 빛이 제어되는 부분은 돌기 패턴(82)과 돌기 패턴(82) 사이의 블루상 액정(410)이 될 수 있으며, 돌기 패턴(82)의 바로 위에 위치하는 블루상 액정(410)을 통과하는 빛은 차단될 수 있다.
화소 전극(131)은 연결 전극(132)에 의하여 서로 연결되고, 드레인 전극(66)과 콘택홀(76)을 통하여 접속된다. 연결 전극(132)은 게이트선(21) 및 데이터선(62)을 따라 형성되어 화소 전극(131)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 연결 전극(132)은 예시적인 것에 불과하며, 화소 전극(131)의 중간 부분을 연결하거나, 화소 전극(131)의 일단부만을 연결하는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 연결 전극(132)은 보호막(70) 상에 바로 형성될 수 있으며, 별도의 돌기 패턴 상에 형성될 수 있다.
상부 표시판(3)은 하부 표시판(2)에 대향하여 배치된다. 상부 표시판(3)은 블랙 매트릭스(220), 컬러 필터(230) 및 공통 전극(240)을 포함한다.
제2 절연 기판(210) 상에 빛샘을 방지하는 블랙 매트릭스(220)가 형성된다. 블랙 매트릭스(220)는 박막 트랜지스터(Q) 등과 중첩되도록 형성되며, 인접한 화소와의 경계부를 형성할 수 있다. 블랙 매트릭스(220) 사이의 화소 영역에는 컬러 필터(230)가 형성될 수 있으며, 블랙 매트릭스(220)와 컬러 필터(230) 상에는 공통 전극(240)이 형성된다. 공통 전극(240)은 제2 절연 기판(210)의 전면(全面)에 형성될 수 있다. 다만, 블랙 매트릭스(220), 컬러 필터(230) 및 공통 전극(240)이 제2 절연 기판(210)상에 형성되는 것을 예시에 불과한 것으로서, 필요에 따라 제1 절연 기판(10)에 형성될 수 있다.
이와 같은 상부 표시판(3)과 하부 표시판(2) 사이에는 액정층(4)이 개재된다.
이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 불루상 액정 분자를 포함하는 액정층에 관 하여 상세히 설명한다.
블루상 액정(410)은 키랄 네마틱상(chiral nematic phase)과 등방상(isotropic phase) 사이의 온도 영역에서 나타나는 액정상이다. 이와 같은 블루상 액정(410)을 포함하는 액정층(4)은 전기장의 비인가시에 광학정 등방성을 유지하고, 전기장의 인가시에 광학적 이방성을 유지하게 된다. 이러한 액정층(4)은 인가되는 전기장의 강도에 따라 굴절률이 변화하는 특성을 갖는다.
일반적인 액정은 전기장이 인가됨에 따라 액정 분자의 배열 방향이 변화하고, 이에 따라 특정 방향에서의 굴절률이 변하는 특성을 갖게된다. 이와 같은 일반적인 액정은 재료 자체의 굴절률에 변화가 발생되지는 않는다. 그러나, 블루상 액정(410)은 전기장이 인가되면 광학적 이방성을 갖게되며, 액정 분자 자체의 굴절률이 변화될 수 있다.
블루상 액정(410)은 액정 재료와 모노머 분자를 가교제와 함께 중합시켜 형성한 고분자 네크워크 구조를 갖고 있다. 이와 같은 방법으로 블루상이 발현되는 온도 범위를 확대시킬 수 있으며, 액정의 응답 속도를 증가시킬 수 있다. 여기서, 고분자 네트워크를 형성하는데 사용할 수 있는 모노머로서, 예를 들면, 아크릴로이드기, 메타크릴로이드기 등을 포함하는 아클리레이트계 모노머일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 블루상 액정(410)은 다수의 액정 분자(412)의 집합체로서, 액정 분자(412)가 X축 및 Y축을 따라 각각 비틀림 구조를 취하고 있다. 이와 같이 X축 및 Y축을 따라 비틀림 구조를 취하는 액정 분자(412)는 Z축을 따라 서로 직교한다. 이와 같은 구조를 이중 비틀림 실린더(double twist cylinder) 구조라 부른다. 이중 비틀림 실린더 구조를 형성하는 블루상 액정(410)은 Z축 방향을 축방향으로 하는 원기둥 형상을 이루게 된다. 액정 분자(412)는 이중 비틀림 실린더 구조 내에서 방향성을 갖게 된다.
원기둥 형상의 블루상 액정(410)은 도 3b에 도시된 바와 같이, 체심 입방(body centered cubic) 구조로 액정층(4)을 형성한다. 이와 같은 구조는 광학적으로 등방성을 유지하게 된다. 그러나, 전압이 인가되면, 인가된 전압의 크기에 따라 이방성 굴절률이 인가된 전압의 제곱에 비례하여 변하게 된다. 이와 같은 효과를 커 효과(kerr effect)라 한다.
블루상 액정(410)은 원칙적으로 광학적 등방성을 이루게 되나, 전압이 인가되면 고속으로 이방성을 이루게되어, 특정 방향의 투과율을 조절할 수 있게 된다. 이와 같은 블루상 액정(410)을 이용하면 높은 응답 속도와 함께 넓은 시야각을 갖는 표시 장치를 구현할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 과정을 설명한다. 도 4 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 단계별 단면도들이다.
먼저 도 4를 참조하면, 제1 절연 기판(10) 상에 게이트 선(도 1의 21 참조) 및 게이트 전극(22)을 형성한다. 구체적으로, 제1 절연 기판(10) 상에 게이트 도전층을 스퍼터링 등의 방식을 이용하여 적층한 후, 이를 사진 식각하여 게이트선(21) 및 게이트 전극(22)를 형성한다.
다음으로 도 5를 참조하면, 도 4의 결과물인 게이트 선(도 1의 21 참조) 및 게이트 전극(22) 상에 질화 규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(30)을 형성한다. 게이트 절연막(30)은 게이트선(21) 및 게이트 전극(22)을 포함하여 제1 절연 기판(10)의 전면에 형성될 수 있다.
게이트 절연막(30) 상에 수소화 비정질 규소 등으로 이루어진 제1 비정질 규소층, 및 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 규소 등으로 이루어진 제2 비정질 규소층을 차례로 적층한다. 제1 비정질 규소층 및 제2 비정질 규소층의 적층은 예를 들어, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 게이트 절연층, 제1 비정질 규소층, 제2 비정질 규소층을 사진 식각하여, 반도체층(40) 및 비정질 규소 패턴(50)을 형성한다. 구체적으로, 제1 비정질 규소층, 제2 비정질 규소층은 각 화소의 게이트 전극(22) 상에 액티브층을 형성하는 영역을 제외하고는 사진 식각하여 제거한다. 제1 비정질 규소층은 식각되어 반도체층(40)을 형성하며, 제2 비정질 규소층은 식각되어 비정질 규소 패턴(50)을 형성하게 된다.
제1 비정질 규소층 및 제2 비정질 규소층은 예를 들어 건식 식각으로 진행될 수 있으며, 반도체층(40) 및 비정질 규소 패턴(50)은 동시에 식각될 수 있으며, 때로는 각각 식각 될 수 있다.
다음으로 도 6을 참조하면, 도 5의 결과물인 게이트 절연막(30), 반도체층(40) 및 비정질 규소 패턴(도 5의 50 참조) 상에 데이터 도전층을 적층한다.
데이터 도전층을 사진 식각하여 소스 전극(65), 드레인 전극(66) 및 데이터 선(도 1의 62 참조)을 형성한다. 이때, 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66) 사이의 비정질 규소 패턴(50)을 식각하여 채널 영역을 형성할 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하면, 도 6의 결과물의 전면에 보호막용 물질을 적층한다. 보호막용 물질의 구성 물질은 예를 들어, 산화 규소(SiOx), 산질화 규소(SiOxNy), 및 질화 규소(SiNx)일 수 있다.
보호막용 물질을 식각하여 콘택홀(76)을 형성하여 보호막(70)을 형성한다. 이와 같은 보호막(70)은 제1 절연 기판(10) 상에 형성된 구조물을 전체적으로 평탄화시키는 역할을 할 수 있다.
다음으로 도 8을 참조하면, 도 7의 과정에서 형성된 보호막(70) 상에 일정한 두께로 유기 절연막(80)을 증착한다. 이때, 유기 절연막(80)은 적어도 3㎛ 이상의 높이로 증착하는 것이 바람직하다.
유기 절연막(80)은 별도의 노광 및 현상 공정없이 증착 후, 베이크(bake)만을 진행할 수 있다.
다음으로 도 9를 참조하면, 도 8의 과정에서 형성된 유기 절연막(80) 상에 제1 투명 전극층(90)을 형성한다. 여기서, 제1 투명 전극층(90)은 스퍼터링(sputtering) 방식으로 ITO 또는 IZO 등으로 형성될 수 있다.
다음으로 도 10을 참조하면, 도 9의 과정에서 형성된 제1 투명 전극층(90) 상에 차광 패턴용 금속층(95)를 형성한다. 차광 패턴용 금속층(95)은 스퍼터링 등의 방식으로 형성될 수 있으며, 불투명 재질인 금속층으로 형성될 수 있다.
다음으로 도 11을 참조하면, 도 10의 과정에서 형성된 차광 패턴용 금속 층(95) 상에 포토레지스트 패턴(110)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(110)은 차광 패턴(도 2의 101) 및 돌기 패턴(도 2의 82 참조)을 형성하기 위한 식각 마스크로서, 차광 패턴(101) 및 돌기 패턴(82)을 형성하기 위한 영역 상에 형성된다.
다음으로 도 12를 참조하면, 포토레지스트 패턴(110)을 식각 마스크로 제1 투명 전극층(90) 및 차광 패턴용 금속층(95)을 패터닝하여, 화소 전극용 패턴(91) 및 차광 패턴(101)을 형성한다.
이와 같은 제1 투명 전극층(90) 및 차광 패턴용 금속층(95)은 건식 식각 또는 습식 식각 방식을 이용할 수 있다.
다음으로 도 13을 참조하면, 도 12의 결과물 상에 애슁(ashing) 공정을 진행하여, 돌기 패턴(82)을 형성한다. 애슁 공정을 통해 유기 절연막(도 12의 80 참조)는 일부가 제거되어 돌기 패턴(82)을 형성하고, 포토레지스트 패턴(도 12의 101 참조)은 차광 패턴(101) 상에서 완전히 제거될 수 있다.
유기 절연막(80)은 큐어링(curing) 공정을 수행하지 않은 상태에서 애슁 공정을 수행하기 때문에 애슁이 빠르게 진행된다. 따라서, 돌기 패턴(82)은 차광 패턴(101) 및 화소 전극용 패턴(91)의 폭보다 좁은 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 애슁 공정이 진행된 다음에 형성된 돌기 패턴(82)은 상부와 하부의 폭이 실질적으로 동일한 형태로 형성될 수 있다.
다음으로, 돌기 패턴(82)에 큐어링 공정을 진행한다. 큐어링 공정은 고온으로 가열하거나 UV을 조사하는 방식으로 진행될 수 있다. 이와 같은 큐어링 공정은 유기물로 형성된 돌기 패턴(82)을 고형화시키기 위한 공정이다. 이때, 돌기 패 턴(82)은 폭이 좁고 높이가 높은 돌기의 형태로서, 큐어링이 진행되면서 일부의 유기물이 상부에서 하부로 유동함에 따라 돌기 패턴(82)의 상부의 폭과 하부의 폭이 다르게 형성될 수 있다. 즉, 돌기 패턴(82)의 하부의 폭이 상부의 폭보다 커지게 되며, 돌기 패턴(82)의 측면은 경사지게 형성될 수 있다.
이와 같은 돌기 패턴(82)은 측면이 경사지게 형성되며, 큐어링 공정이 완료됨에 따라 경화되어 강성을 갖게 된다.
다음으로 도 14를 참조하면, 도 13의 결과물인 돌기 패턴(82) 및 차광 패턴(101) 상에 제2 투명 전극층(120)을 형성한다. 제2 투명 전극층(120)은 보호막(70), 돌기 패턴(82) 및 차광 패턴(101) 상의 전면에 형성된다. 이때, 제2 투명 전극층(120)은 화소 전극용 패턴(도 13의 91 참조)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 화소 전극용 패턴(91)은 제2 투명 전극층(120)과 함께 일체로 형성될 수 있다.
이때, 제2 투명 전극층(120)은 차광 패턴(101)의 상부는 물론 돌기 패턴(82)의 측면을 모두 둘러싸도록 형성될 수 있다.
다음으로 도 15를 참조하면, 도 14의 결과물인 제2 투명 전극층(120)을 식각하여 화소 전극(131)을 형성한다. 이때, 제2 투명 전극층(120)은 이방성 식각을 할 수 있는 건식 식각(dry etch)을 할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 제2 투명 전극층(120)을 건식 식각 방식으로 패터닝을 하게 되면, 차광 패턴(101)의 상부에 존재하는 제2 투명 전극층(120)은 모두 식각된다. 또한, 차광 패턴(101)의 측부에 존재하던 제2 투명 전극층(120) 역시 노출되어 식각된다.
반면에, 차광 패턴(101)에 의해 보호되는 돌기 패턴(82)의 측부에 형성된 화소 전극(131)의 측면(126)은 식각되지 않고 남아있게 된다. 화소 전극(131)의 측면(126)은 차광 패턴(101)의 끝단 영역보다 내측으로 위치하게 됨에 따라, 상부에서 수직 방향으로 노출되지 않는 건식 식각 방식의 특성상 제거되지 않고 남아있게 된다.
이때, 돌기 패턴(82)과 인접한 돌기 패턴(82) 사이의 영역 중 차광 패턴(101)에 의해 가려지지 않고 노출되는 영역의 제2 투명 전극층(120)은 패터닝되어 절개부(133)를 형성하게 된다. 이와 같은 절개부(133)의 폭은 3㎛ 이하의 폭으로 형성될 수 있다. 따라서, 돌기 패턴(82)을 둘러싸는 형태로 형성된 화소 전극(131)은 돌기 패턴(82)의 상부에 형성된 상면(121)과 돌기 패턴(82)의 측부에 형성된 측면(126)을 포함하게 된다.
마지막으로 도 2를 참조하면, 도 15의 결과물인 하부 표시판(2)에 상부 표시판(3)을 대향하도록 배치하고 그 사이에 액정층(4)을 주입하여 액정 표시 장치를 완성한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 II-II' 선으로 절단한 단면도이다.
도 3a는 블루상 액정 분자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3b는 도 3a의 블루상 액정 분자를 포함하는 액정층의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 단계별 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 제1 절연 기판 21: 게이트선
22: 게이트 전극 30: 게이트 절연막
40: 반도체층 55, 56: 저항성 접촉층
62: 데이터선 65: 소스 전극
66: 드레인 전극 70: 보호막
76: 콘택홀 82: 돌기 패턴
101: 차광 패턴 131: 화소 전극
210: 제2 절연 기판 220: 블랙 매트릭스
230: 컬러 필터 240: 공통 전극
410: 블루상 액정

Claims (24)

  1. 제1 절연 기판;
    상기 제1 절연 기판 상에 서로 이격되어 형성된 돌기 패턴;
    상기 돌기 패턴 상에 형성되고 상기 돌기 패턴 사이에 절개부가 형성된 화소 전극;
    상기 화소 전극 상에 형성되며 상기 돌기 패턴의 상면과 중첩되는 차광 패턴;
    상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판; 및
    상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 전기장의 비인가시에 광학적 등방성을 유지하고, 전기장의 인가시에 광학적 이방성을 유지하며, 인가되는 전기장의 강도에 따라 굴절률이 변화하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액정층은 블루상(blue phase) 액정 분자를 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액정층은 액정 분자와 모노머가 중합되어 형성된 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절개부는 상기 차광 패턴을 마스크로 패터닝된 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차광 패턴은 상기 돌기 패턴의 상부 보다 넓게 형성된 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 돌기 패턴의 상부에 형성된 상면, 및 상기 돌기 패턴의 측부에 형성된 측면을 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측면은 경사지게 형성된 액정 표시 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 돌기 패턴은 높이가 3㎛ 이상인 액정 표시 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 절개부는 폭이 3㎛ 이하인 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 돌기 패턴은 일방향으로 나란히 형성된 액정 표시 장치.
  12. 절연 기판 상에 서로 이격된 돌기 패턴을 형성하는 단계;
    상기 돌기 패턴 상에 형성되고 상기 돌기 패턴 사이에 절개부가 형성된 화소 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 화소 전극 상에 형성되며 상기 돌기 패턴의 상면과 중첩되는 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 돌기 패턴을 형성하는 단계는 상기 절연 기판 상에 돌기 형성용 유기 절연막을 형성하고, 상기 유기 절연막을 패터닝하는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 차광 패턴을 형성하는 단계는 상기 유기 절연막 상에 차광 패턴용 금속층을 형성하고 상기 차광 패턴용 금속층을 패터닝하여 형성하는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유기 절연막과 차광 패턴용 금속층 사이에 제1 투명 전극층을 더 형성하며, 상기 제1 투명 전극층은 상기 차광 패턴용 금속층과 함께 패터닝되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 차광 패턴은 상기 돌기 패턴의 상부 보다 넓게 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 돌기 패턴을 큐어링하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 돌기 패턴을 큐어링하는 단계는 상기 돌기 패턴의 하부를 상부보다 두껍게 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 화소 전극은 형성하는 단계는 상기 돌기 패턴 및 상기 차광 패턴 상에 제2 투명 전극층을 형성하고,
    상기 제2 투명 전극층을 패터닝하여 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 차광 패턴을 식각 마스크로 이방성 식각을 하여 상기 절개부를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 이방성 식각은 건식 식각인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  22. 제12항에 있어서
    상기 액정 표시 장치는 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연기판; 및
    상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 사이에 개재된 액정층을 더 포함하되,
    상기 액정층은 전기장의 비인가시에 광학적 등방성을 유지하고, 전기장의 인가시에 광학적 이방성을 유지하며, 인가되는 전기장의 강도에 따라 굴절률이 변화하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 액정층은 블루상(blue phase) 액정 분자를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 액정층은 액정 분자와 모노머가 중합되어 형성된 액정 표시 장치의 제조 방법.
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