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KR20140115180A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20140115180A
KR20140115180A KR1020130029946A KR20130029946A KR20140115180A KR 20140115180 A KR20140115180 A KR 20140115180A KR 1020130029946 A KR1020130029946 A KR 1020130029946A KR 20130029946 A KR20130029946 A KR 20130029946A KR 20140115180 A KR20140115180 A KR 20140115180A
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KR
South Korea
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liquid crystal
electric field
formula
precursor material
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020130029946A
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English (en)
Inventor
송대호
이민우
박재철
김연태
이우재
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
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Publication date
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Priority to US14/013,260 priority patent/US20140285760A1/en
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Abstract

액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 전기장 생성 전극 그리고 상기 전기장 생성 전극 위에 위치하는 배향막을 포함하고, 상기 배향막은 적어도 2개의 서로 다른 종류의 전구체로부터 유도되는 자기조립단분자막(SAM)을 포함한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLSY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 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 기운데 NCD(Nano Crystal Display) 액정 표시 장치는 유기 물질 등으로 희생층을 형성하고 상부에 루프층(Roof layer)을 형성한 후에 희생층을 제거하고, 희생층 제거로 형성된 미세 공간(Microcavity)에 액정을 채워 디스플레이를 만드는 장치이다.
NCD(Nano Crystal Display) 액정 표시 장치의 제조 방법은 액정 분자를 정렬, 배향하기 위해, 액정을 주입하는 단계 이전에 배향액을 주입한 후 건조시키는 공정을 포함한다. 배향액을 건조하는 과정에서 배향액의 고형분이 뭉치는 현상이 발생하여 빛샘 현상 또는 투과율 저하 현상 등 문제가 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배향액의 고형분이 뭉치는 현상을 차단하는 새로운 배향막 성분을 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 전기장 생성 전극 그리고 상기 전기장 생성 전극 위에 위치하는 배향막을 포함하고, 상기 배향막은 적어도 2개의 서로 다른 종류의 전구체로부터 유도되는 자기조립단분자막(SAM)을 포함한다.
상기 자기조립단분자막은 하기 화학식 A로 표현되는 제1 전구체 물질과 하기 화학식 B로 표현되는 제2 전구체 물질이 혼합되어 유도될 수 있다.
Figure pat00001
화학식 A
Figure pat00002
화학식 B
여기서, R은 이중결합을 포함하는 작용기이고, n은 1 내지 30이며, X, Y는 각각 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다.
상기 제1 전구체 물질은 하기 화학식 1 내지 8로 표현되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.
Figure pat00003
화학식 1
Figure pat00004
화학식 2
Figure pat00005
화학식 3
Figure pat00006
화학식 4
Figure pat00007
화학식 5
Figure pat00008
화학식 6
Figure pat00009
화학식 7
Figure pat00010
화학식 8.
상기 제2 전구체 물질은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS) 및 옥타데실트리메톡시시란(octadecyltrimethoxysilane; OTMS) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 전기장 생성 전극 위에 위치하는 액정층을 더 포함하고, 상기 액정층은 액정 및 배향 중합체를 포함하고, 상기 배향 중합체는 상기 액정 및 배향 보조제를 광조사하여 형성할 수 있다.
상기 제1 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 선경사 성분이고, 상기 제2 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 수직 배향 성분일 수 있다.
상기 배향 보조제는 하기 화학식 9 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Figure pat00011
화학식 9
Figure pat00012
화학식 10
Figure pat00013
화학식 11
Figure pat00014
화학식 12
화학식 13
여기서, n은 0 내지 5이다.
상기 전기장 생성 전극은 복수의 미세 슬릿 전극을 포함할 수 있다.
상기 자기조립단분자막은 하기 화학식 C로 표현되는 제3 전구체 물질이 상기 제1 전구체 물질과 상기 제2 전구체 물질에 혼합되어 유도될 수 있다.
Figure pat00016
화학식 C
여기서, R은 메틸기 또는 이중결합을 포함하는 작용기이고, n, n1, m, m1은 각각 1 내지 30이며, A1, A2는 환구조이고, X는 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다.
상기 전기장 생성 전극은 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리된 표면을 가질 수 있다.
상기 전기장 생성 전극 아래에 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성된 제1 절연막을 더 포함할 수 있다.
상기 전기장 생성 전극은 복수의 미세 슬릿 전극을 포함하고, 상기 복수의 미세 슬릿 전극을 덮는 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성된 제2 절연막을 더 포함할 수 있다.
상기 전기장 생성 전극 위에 위치하는 액정을 포함하는 액정층을 더 포함하고, 상기 액정은 전계가 생성되지 않은 상태에서 수직 배향할 수 있다.
상기 전기장 생성 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 더 포함하고, 상기 전기장 생성 전극과 상기 루프층 사이에 액정 주입구를 갖는 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정을 포함하는 액정층을 형성할 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 기판 위에 전기장 생성 전극을 형성하는 단계, 상기 전기장 생성 전극 위에 배향막을 형성하는 단계, 상기 전기장 생성 전극 위에 액정과 배향 보조제를 포함하는 액정층을 형성하는 단계, 상기 액정층에 전계를 형성하는 단계 그리고 상기 액정 및 상기 배향 보조제를 광조사하여 배향 중합체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 배향막은 적어도 2개의 서로 다른 종류의 전구체로부터 유도되는 자기조립단분자막(SAM)을 포함할 수 있다.
상기 자기조립단분자막은 하기 화학식 A로 표현되는 제1 전구체 물질과 하기 화학식 B로 표현되는 제2 전구체 물질을 혼합하여 유도할 수 있다.
Figure pat00017
화학식 A
Figure pat00018
화학식 B
여기서, R은 이중결합을 포함하는 작용기이고, n은 1 내지 30이며, X, Y는 각각 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다.
상기 제1 전구체 물질은 하기 화학식 1 내지 8로 표현되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.
Figure pat00019
화학식 1
Figure pat00020
화학식 2
Figure pat00021
화학식 3
Figure pat00022
화학식 4
Figure pat00023
화학식 5
Figure pat00024
화학식 6
Figure pat00025
화학식 7
Figure pat00026
화학식 8.
상기 제2 전구체 물질은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS) 및 옥타데실트리메톡시시란(octadecyltrimethoxysilane; OTMS) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 제1 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 상기 액정의 선경사 성분이고, 상기 제2 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 상기 액정의 수직 배향 성분일 수 있다.
상기 액정층에 전계를 형성하는 단계 이전에 상기 배향막을 용매 세정(solvent rense)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자기조립단분자막은 하기 화학식 C로 표현되는 제3 전구체 물질을 상기 제1 전구체 물질과 상기 제2 전구체 물질에 혼합하여 유도할 수 있다.
Figure pat00027
화학식 C
여기서, R은 메틸기 또는 이중결합을 포함하는 작용기이고, n, n1, m, m1은 각각 1 내지 30이며, A1, A2는 환구조이고, X는 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다. 본 실시예에서 환구조는
Figure pat00028
또는
Figure pat00029
일 수 있다.
상기 전기장 생성 전극을 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전기장 생성 전극을 형성하는 단계 이전에 상기 기판 위에 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성된 제1 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전기장 생성 전극은 복수의 미세 슬릿 전극으로 형성하고, 상기 복수의 미세 슬릿 전극을 덮는 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성된 제2 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전계가 생성되지 않은 상태에서 수직 배향할 수 있다.
상기 전기장 생성 전극 위에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 위에 루프층을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 미세 공간(Microcavity)을 형성하는 단계 그리고 상기 미세 공간에 배향 물질 및 액정을 주입하여 상기 배향막 및 상기 액정층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 종래의 고형분을 포함한 배향액 대신에 자기조립단분자막으로 배향막을 형성하여 액정을 수직 배향할 수 있고, 서로 다른 종류의 자기조립단분자막을 혼합 사용하여 배향막을 형성함으로써 액정을 수직 배향함과 동시에 액정의 초기 배향을 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 P 영역에서 배향막이 형성되는 메커니즘을 간략히 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에 포함되는 배향막을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5의 절단선 VI-VI를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 5의 절단선 VII-VII를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 공간을 나타내는 사시도이다.
도 9 및 도 10은 도 6 및 도 7에서 설명한 실시예를 변형한 액정 표시 장치를 나타내기 위해 도 5의 절단선 VI-VI 및 VII-VII를 따라 각각 자른 단면도이다.
도 11A 및 도 11B는 본 발명의 일실시예에 따른 배향 보조제에 의해 액정의 선경사를 형성하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 12는 도 11B의 Q영역에서 배향막과 배향 보조제의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 P 영역에서 배향막이 형성되는 메커니즘을 간략히 설명하는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 게재되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)에는 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 기판(110) 위에 산화 규소 또는 질화 규소를 포함하는 절연막(180)이 위치한다. 절연막(180) 위에는 미세 슬릿 전극으로 형성된 화소 전극(191)이 위치한다. 도시하지 않았으나, 화소 전극(191)은 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리된 표면을 가질 수 있다. 이러한 처리에 의해 화소 전극(191) 표면은 OH기를 포함하여 후술하는 자기조립단분자막으로 형성된 배향막을 형성할 수 있다.
SC1 세정 처리란 미국 RCA사의 KERN에 의하여 만들어진 세정으로 널리 사용되고 있는 세정 방법을 말한다.
절연막(180)과 화소 전극(191) 위에 하부 배향막(11)이 위치한다.
상부 표시판(200)에는 투명한 절연 기판(210) 위에 공통 전극(270)이 전면에 형성되어 있다. 공통 전극(270) 위에 상부 배향막(21)이 위치한다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarization)(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다.
본 실시예에 따른 배향막(11, 21)은 적어도 2개의 서로 다른 종류의 전구체로부터 유도되는 자기조립단분자막(SAM)을 포함한다. 구체적으로, 본 실시예에서 자기조립단분자막은 하기 화학식 A로 표현되는 제1 전구체 물질과 하기 화학식 B로 표현되는 제2 전구체 물질이 혼합되어 유도될 수 있다.
Figure pat00030
화학식 A
Figure pat00031
화학식 B
여기서, R은 이중결합을 포함하는 작용기이고, n은 1 내지 30이며, X, Y는 각각 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다.
R은 비닐기(vinyl group), 아크릴레이트(acrylate), 또는 메타아크릴레이트(methacylate)일 수 있다.
본 실시예에서 제1 전구체 물질은 하기 화학식 1 내지 8로 표현되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.
Figure pat00032
화학식 1
Figure pat00033
화학식 2
Figure pat00034
화학식 3
Figure pat00035
화학식 4
Figure pat00036
화학식 5
Figure pat00037
화학식 6
Figure pat00038
화학식 7
Figure pat00039
화학식 8
본 실시예에서 제2 전구체 물질은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS) 및 옥타데실트리메톡시시란(octadecyltrimethoxysilane; OTMS) 중 적어도 하나일 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여 자기조립단분자막을 포함하는 배향막(11, 21)이 형성되는 메커니즘에 대해 간략히 설명하기로 한다.
도 2를 참고하면, 도 1의 P 영역에서 제2 전구체 물질이 옥타데실트리클로로실란(OTS)인 경우에 OH기가 형성되어 있는 기판 표면과 화학 반응하는 과정을 나타낸다.
1단계는 가수 분해 단계로, 옥타데실트리클로로실란은 물과 반응하여 OH기의 실란올(silanol) 중간체를 형성한다. 여기서, R은 알킬 체인일 수 있다.
2단계는 축합 반응 단계로, 실란올 중간체가 기판 표면의 OH기와 반응하면서 자기조립단분자막을 포함하는 배향막을 형성하고, 알킬 체인(R)이 액정(310)을 수직 배향하는 역할을 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에 포함되는 배향막을 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따라 서로 다른 종류의 전구체로부터 유도되는 자기조립단분자막을 포함하는 배향막을 나타낸다. 본 실시예에서는 제1 전구체 물질이 메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란(Methacryloxypropyltrimethoxysilane; MPS)이고, 제2 전구체 물질이 옥타데실트리클로로실란이다. 이와 같이 서로 다른 종류의 전구체 물질을 혼합하여 도 2에서 설명한 메커니즘과 같이 제1 단계 및 제2 단계를 따라 화학 반응하면 도 3에서 도시한 바와 같이 자기조립단분자막을 포함하는 배향막이 형성된다.
이하에서 본 실시예에 따른 하부 배향막(11) 형성 방법을 도 1을 다시 참조하여 간략하게 설명한다.
절연막(180) 또는 화소 전극(191) 상부면을 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리한다. 이러한 처리를 통해 화소 전극(191) 상부면에 OH기를 형성한다.
이후, 액상인 제1 전구체 물질 및 제2 전구체 물질을 에탄올, 헵탄 또는 헥산 등을 포함하는 용매에 희석하여 절연막(180) 또는 화소 전극(191) 위에 코팅한다. 이 때, 디핑 공정(dipping process), 스핀 코팅법(spin coating), 스프레이 코팅법(spray coating) 또는 잉크젯 프린팅법(inkjet printing)을 사용할 수 있다.
이후, 반응하지 않은 제1 전구체 물질 및 제2 전구체 물질을 용매 세정(solvent rinse)하여 제거할 수 있다. 용매 세정에서 사용되는 물질은 에탄올, 헵탄 또는 헥산 등을 포함할 수 있다.
그 다음, 대략 섭씨 110도 내지 섭씨 180도의 온도에서 10분 가량 경화시킨다.
이상에서는 하부 배향막(11)을 형성하는 방법을 설명하였으나, 상부 배향막(21)도 하부 배향막(11) 형성 방법과 동일하게 공통 전극(270) 상부면을 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리한 후에 전구체 물질을 혼합 코팅하여 배향막(21)을 형성할 수 있다.
종래의 폴리이미드 타입의 배향막은 일반적으로 고형분 성분과 용매를 코팅한 후에 대략 섭씨 200도 이상의 고온 및 장시간 베이크 공정을 진행해야 했고, 고형분이 특정 부분에 뭉쳐서 액정이 배향되지 않는 부분이 발생하였다. 하지만, 본 실시예에서는 종래와 달리 서로 다른 종류의 액상의 전구체 물질을 혼합하여 상대적으로 저온 공정이 가능하고, 공정 시간 단축이 가능하다. 또한, 고형분 성분 없이 배향막을 형성하기 때문에 뭉침 현상으로 인해 액정이 미배향되는 현상이 발생하지 않는다.
앞에서 설명한 실시예에서 자기조립단분자막은 하기 화학식 C로 표현되는 제3 전구체 물질이 제1 전구체 물질과 제2 전구체 물질에 혼합되어 유도될 수 있다.
Figure pat00040
화학식 C
여기서, R은 메틸기 또는 이중결합을 포함하는 작용기이고, n, n1, m, m1은 각각 1 내지 30이며, A1, A2는 환구조이고, X는 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다. 본 실시예에서 환구조는
Figure pat00041
또는
Figure pat00042
일 수 있다.
본 실시예에서 제3 전구체 물질이 제1 전구체 물질과 제2 전구체 물질에 혼합되어 자기조립단분자막을 형성하게 되면 제3 전구체 물질에 포함된 환구조로 인해 자기조립단분자막에 포함된 알킬 체인이 액정(310)을 고정하는 힘을 강화시킬 수 있다.
본 실시예에서 액정층(3)은 액정(310)뿐만 아니라 배향 중합체를 포함할 수 있다. 배향 중합체는 액정(310) 및 배향 보조제를 광조사하여 형성할 수 있다. 배향 중합체는 앞서 설명한 제1 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막과 반응하여 액정(310)의 선경사를 발생시킬 수 있다. 반면, 제2 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 말단에 길게 형성된 알킬 체인에 의해 액정(310)을 수직 배향하는 역할을 한다.
본 실시예에서 배향 보조제는 하기 화학식 9 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Figure pat00043
화학식 9
Figure pat00044
화학식 10
Figure pat00045
화학식 11
Figure pat00046
화학식 12
Figure pat00047
화학식 13
여기서, n은 0 내지 5이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참고하면, 도 1에서 설명한 실시예와 대부분 동일한 구성 요소를 갖고, 동일한 설명이 적용되나 절연막(180) 위에 화소 전극(191)을 덮는 제1 덮개막(182a)과 공통 전극(270)을 덮는 제2 덮개막(182b)이 형성되어 있다. 대신 도 1에서 설명한 화소 전극(191) 또는 공통 전극(270) 상부면을 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리하는 공정을 생략할 수 있다. 덮개막(182a, 182b)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성할 수 있고, 덮개막(182a, 182b) 표면에는 자연적으로 OH기가 형성되기 때문에 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리한 효과를 가질 수 있다.
본 실시예에서 덮개막(182a, 182b)을 화소 전극(191)과 공통 전극(270)을 각각 덮도록 형성하였으나, 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 중 어느 하나의 전극만 덮도록 덮개막을 형성하고, 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리하는 공정을 부가하는 것도 가능하다.
이하에서는 앞에서 설명한 실시예에 따른 배향막을 적용할 수 있는 액정 표시 장치를 보다 구체적인 예를 들어 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 6은 도 5의 절단선 VI-VI를 따라 자른 단면도이다. 도 7은 도 5의 절단선 VII-VII를 따라 자른 단면도이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 공간을 나타내는 사시도이다.
도 5 내지 도 7을 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 기판(110) 위에 박막 트랜지스터(Qa, Qb, Qc)가 위치한다.
박막 트랜지스터(Qa, Qb, Qc) 위에 색필터(230)가 위치하고, 이웃하는 색필터(230) 사이에 차광 부재(220)가 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7은 절단선 VI-VI와 절단선 VII-VII을 따라 자른 단면도이나, 도 6 및 도 7에서는 도 5에 나타나는 기판(110)과 색필터(230) 사이의 구성을 생략하였다. 실제로, 도 6 및 도 7은 기판(110)과 색필터(230) 사이에 박막 트랜지스터(Qa, Qb, Qc)의 구성 일부를 포함한다.
색필터(230)는 화소 전극(191)의 열 방향을 따라서 길게 뻗을 수 있다. 색필터(230)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.
서로 이웃하는 색필터(230)는 도 5에서 나타낸 가로 방향(D) 및 이와 교차하는 세로 방향을 따라 이격될 수 있다. 도 6에서는 가로 방향(D)을 따라 서로 이격되어 있는 색필터(230)를 나타내고, 도 7에서는 세로 방향을 따라 서로 이격되어 있는 색필터(230)을 나타낸다.
도 6을 참고하면, 가로 방향(D)을 따라 이격되어 있는 색필터(230) 사이에 세로 차광 부재(220b)가 위치한다. 세로 차광 부재(220b)는 이웃하는 색필터(230) 각각의 가장자리와 중첩하고 있으며, 세로 차광 부재(220b)가 색필터(230)의 양쪽 가장자리와 중첩하는 폭은 실질적으로 동일하다.
도 7을 참고하면, 세로 방향을 따라 이격되어 있는 색필터(230) 사이에 가로 차광 부재(220a)가 위치한다. 가로 차광 부재(220a)는 이웃하는 색필터(230) 각각의 가장자리와 중첩하고 있으며, 가로 차광 부재(220a)가 색필터(230)의 양쪽 가장자리와 중첩하는 폭은 실질적으로 동일하다.
여기서 설명한 것과 달리 차광 부재(220)는 이후 설명하는 미세 공간(305) 위에 위치할 수 있고, 이 때 색필터(230)는 세로 방향을 따라 연속적으로 형성되거나 서로 다른 색상을 표시하는 색필터가 가장자리에서 서로 중첩하면서 형성될 수도 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에 제1 보호막(170)이 위치한다. 제1 보호막(170)은 무기 물질 또는 유기 물질로 형성될 수 있고, 하부에 형성된 막들을 평탄화하는 역할을 할 수 있다.
제1 보호막(170) 위에 절연막(180)이 위치한다. 절연막(180)은 산화 규소 또는 질화 규소를 포함하고, 표면에 OH기를 가진다. 절연막(180) 위에 화소 전극(191)이 위치하며, 화소 전극(191)은 접촉 구멍(185a, 185b)을 통해 박막 트랜지스터(Qa, Qb)의 한 단자와 전기적으로 연결된다.
화소 전극(191) 위에는 하부 배향막(11)이 형성되어 있고 하부 배향막(11)은 수직 배향막일 수 있다. 하부 배향막(11)과 대향하는 부분에 상부 배향막(21)이 위치하고, 하부 배향막(11)과 상부 배향막(21) 사이에는 미세 공간(305)이 형성되어 있다.
본 실시예에서 하부 배향막(11)과 상부 배향막(21)은 적어도 2개의 서로 다른 종류의 전구체로부터 유도되는 자기조립단분자막(SAM)을 포함한다. 구체적으로, 본 실시예에서 자기조립단분자막은 하기 화학식 A로 표현되는 제1 전구체 물질과 하기 화학식 B로 표현되는 제2 전구체 물질이 혼합되어 유도될 수 있다.
Figure pat00048
화학식 A
Figure pat00049
화학식 B
여기서, R은 이중결합을 포함하는 작용기이고, n은 1 내지 30이며, X, Y는 각각 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다.
R은 비닐기(vinyl group), 아크릴레이트(acrylate), 또는 메타아크릴레이트(methacylate)일 수 있다.
본 실시예에서 제1 전구체 물질은 하기 화학식 1 내지 8로 표현되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있다.
Figure pat00050
화학식 1
Figure pat00051
화학식 2
Figure pat00052
화학식 3
Figure pat00053
화학식 4
Figure pat00054
화학식 5
화학식 6
Figure pat00056
화학식 7
Figure pat00057
화학식 8
본 실시예에서 제2 전구체 물질은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS) 및 옥타데실트리메톡시시란(octadecyltrimethoxysilane; OTMS) 중 적어도 하나일 수 있다.
본 실시예에서 자기조립단분자막은 하기 화학식 C로 표현되는 제3 전구체 물질이 제1 전구체 물질과 제2 전구체 물질에 혼합되어 유도될 수 있다.
Figure pat00058
화학식 C
여기서, R은 메틸기 또는 이중결합을 포함하는 작용기이고, n, n1, m, m1은 각각 1 내지 30이며, A1, A2는 환구조이고, X는 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다.
본 실시예에서 액정층(3)은 액정(310)뿐만 아니라 배향 중합체를 포함할 수 있다. 배향 중합체는 액정(310) 및 배향 보조제를 광조사하여 형성할 수 있다. 배향 중합체는 앞서 설명한 제1 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막과 반응하여 액정(310)의 선경사를 발생시킬 수 있다. 반면, 제2 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 말단에 길게 형성된 알킬 체인에 의해 액정(310)을 수직 배향하는 역할을 한다.
앞의 도 1 내지 도 3에서 설명한 배향막에 관한 설명은 본 실시예에 따른 배향막(11, 21)에도 대부분 적용 가능하다.
미세 공간(305)에는 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질이 주입되어 있고, 미세 공간(305)은 액정 주입구(307)를 갖는다. 미세 공간(305)은 화소 전극(191)의 열 방향 다시 말해 세로 방향을 따라 형성될 수 있다. 본 실시예에서 배향막(11, 21)을 형성하는 배향 물질과 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질은 모관력(capillary force)을 이용하여 미세 공간(305)에 주입될 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 격벽 형성부(PWP)가 위치한다.
본 실시예에서 하나의 미세 공간(305)의 양 가장자리에 각각 1개씩의 액정 주입구가 형성되어 있으나, 다른 실시예로 하나의 미세 공간(305)의 한쪽 가장자리에 액정 주입구가 하나만 형성될 수도 있다.
미세 공간(305) 위에 상부 배향막(21)이 위치하고, 상부 배향막(21) 위에 공통 전극(270) 및 하부 절연층(350)이 위치한다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 인가 받고, 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)과 함께 전기장을 생성하여 두 전극 사이의 미세 공간(305)에 위치하는 액정 분자(310)가 기울어지는 방향을 결정한다. 공통 전극(270)은 화소 전극(191)과 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)된 후에도 인가된 전압을 유지한다. 하부 절연층(350)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 위에 형성되는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예로 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 하부에 형성되어 수평 전계 모드에 따른 액정 구동도 가능하다.
하부 절연층(350) 위에 루프층(Roof Layer; 360)이 위치한다. 루프층(360)은 실리콘 옥시카바이드(SiOC) 또는 포토 레지스트 또는 그 밖의 유기 물질을 포함할 수 있다. 루프층(360)이 실리콘 옥시카바이드(SiOC)를 포함하는 경우에는 화학 기상 증착법으로 형성할 수 있고, 포토 레지스트를 포함하는 경우에는 코팅법으로 형성할 수 있다. 실리콘 옥시카바이드(SiOC)는 화학 기상 증착법으로 형성할 수 있는 막 중에서 투과율이 높고, 막 스트레스도 적어 변형도 가지 않는 장점이 있다. 따라서, 본 실시예에서 루프층(360)을 실리콘 옥시카바이드(SiOC)로 형성하게 되면 빛이 잘 투과되도록 하며 안정적인 막을 형성할 수 있다.
가로 차광 부재(220a) 위에는 미세 공간(305), 공통 전극(270), 하부 절연층(350) 및 루프층(360)을 관통하는 액정 주입구 형성 영역(307FR)이 형성되어 있다. 액정 주입구 형성 영역(307FR)은 이후 설명하는 캐핑막(390)으로 덮여 있다.
루프층(360) 위에 상부 절연층(370)이 위치한다. 상부 절연층(370)은 루프층(360)의 상부면 및 측벽과 접촉할 수 있다. 상부 절연층(370)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성될 수 있다. 상부 절연층(370) 위에 캐핑막(390)이 위치한다. 캐핑막(390)은 상부 절연층(370)의 상부면 및 측면과 접촉하며, 캐핑막(390)은 액정 주입구 형성 영역(307FR)에 의해 노출된 미세 공간(305)의 액정 주입구(307)를 덮는다. 캐핑막(390)은 열경화성 수지, 실리콘 옥시카바이드(SiOC) 또는 그라핀(Graphene)으로 형성될 수 있다.
캐핑막(390)이 그라핀으로 형성되는 경우에 그라핀(Graphene)은 헬륨 등을 포함하는 가스에 대한 내투과성이 강한 특성을 갖기 때문에 액정 주입구(307)를 막는 캐핑막 역할을 할 수 있고, 탄소 결합으로 이루어진 물질이기 때문에 액정 물질과 접촉하더라도 액정 물질이 오염되지 않는다. 뿐만 아니라, 그라핀(Graphene)은 외부의 산소 및 수분에 대해 액정 물질을 보호하는 역할도 할 수 있다.
캐핑막(390) 위에 무기막 또는 유기막으로 형성된 오버코트막(미도시)이 위치할 수 있다. 오버코트막은 외부 충격으로부터 미세 공간(305)에 주입된 액정 분자(310)를 보호하고 막을 평탄화시키는 역할을 한다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참고하여 미세 공간(305)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5 내지 도 8을 참고하면, 미세 공간(305)은 게이트선(121a)과 중첩하는 부분에 위치하는 복수의 액정 주입구 형성 영역(307FR)에 의해 세로 방향으로 나누어지며, 또한 게이트선(121a)이 뻗어 있는 방향(D)을 따라 복수개 형성되어 있다. 복수개 형성된 미세 공간(305) 각각은 화소 영역에 대응할 수 있고, 복수개 형성된 미세 공간(305) 집단이 열 방향으로 복수개 형성되어 있다. 여기서, 화소 영역은 화면을 표시하는 영역에 대응할 수 있다.
본 실시예에서는 2개의 부화소 전극(191a, 191b)이 게이트선(121a)을 사이에 두고 배치되어 있는 박막 트랜지스터 및 화소 전극 구조를 갖는다. 따라서, 미세 공간(305)은 세로 방향으로 서로 이웃하는 화소(PX)가 각각 가지는 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)이 하나의 미세 공간(305)에 대응할 수 있다. 하지만, 이러한 구조는 박막 트랜지스터 및 화소 전극 구조를 변경할 수 있기 때문에 하나의 화소(PX)에 미세 공간(305)이 대응하는 형태로 변형하는 것도 가능하다.
이 때, 미세 공간(305) 사이에 형성된 액정 주입구 형성 영역(307FP)는 게이트선(121a)이 뻗어 있는 방향(D)을 따라 위치할 수 있으며, 미세 공간(305)의 액정 주입구(307)는 액정 주입구 형성 영역(307FP)과 미세 공간(305)의 경계 부분에 대응하는 영역을 형성한다. 액정 주입구(307)는 액정 주입구 형성 영역(307FP)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성되어 있다. 그리고, 게이트선(121a)이 뻗어 있는 방향(D)으로 서로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 형성된 격벽 형성부(PWP)는 도 6에 나타낸 바와 같이 루프층(360)에 의해 덮일 수 있다. 본 실시예에서 격벽 형성부(PWP)에는 하부 절연층(350), 공통 전극(270), 상부 절연층(370) 및 루프층(360)이 채워져 있는데 이러한 구조물이 격벽(Partition Wall)을 형성함으로써 미세 공간(305)을 구획 또는 정의할 수 있다.
미세 공간(305)에 포함된 액정 주입구(307)는 상부 배향막(21)과 가로 차광 부재(220a) 사이의 높이를 갖거나, 상부 배향막(21)과 하부 배향막(11) 사이의 높이를 가질 수 있다.
본 실시예에서 액정 주입구 형성 영역(307FP)은 게이트선(121a)이 뻗어 있는 방향(D)을 따라 형성된 것으로 설명하였으나, 다른 실시예로 액정 주입구 형성 영역(307FP)은 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 복수개 형성될 수 있고, 복수개 형성된 미세 공간(305) 집단이 행 방향으로 복수개 형성될 수 있다. 액정 주입구(307)도 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성된 액정 주입구 형성 영역(307FP)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다.
본 실시예에서 미세 공간(305)의 액정 주입구(307)를 통해 액정 물질을 주입하기 때문에 별도의 상부 기판을 형성하지 않고 액정 표시 장치를 형성할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 다시 참조하여 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 7을 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121a), 복수의 감압 게이트선(121b) 및 복수의 유지 전극선(131)을 포함하는 복수의 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121a) 및 감압 게이트선(121b)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 게이트선(121a)은 위아래로 돌출한 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 포함하고, 감압 게이트선(121b)은 위로 돌출한 제3 게이트 전극(124c)을 포함한다. 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)은 서로 연결되어 하나의 돌출부를 이룬다.
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(121a)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(121a, 121b, 131) 위에는 게이트 절연막(미도시)이 형성되어 있다.
게이트 절연막 위에는 비정질 또는 결정질 규소 등으로 만들어질 수 있는 복수의 선형 반도체(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 선형 반도체는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 나와 있으며 서로 연결되어 있는 제1 및 제2 반도체(154a, 154b), 그리고 제3 게이트 전극(124c) 위에 위치하는 제3 반도체(154c)를 포함한다.
반도체(154a, 154b, 154c) 위에는 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 저항성 접촉 부재는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재 위에는 복수의 데이터선(171), 복수의 제1 드레인 전극(175a), 복수의 제2 드레인 전극(175b), 그리고 복수의 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121a) 및 감압 게이트선(121b)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 향하여 뻗으며 서로 연결되어 있는 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)을 포함한다.
제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b) 및 제3 드레인 전극(175c)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)의 막대형 끝 부분은 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)으로 일부 둘러싸여 있다. 제1 드레인 전극(175a)의 넓은 한 쪽 끝 부분은 다시 연장되어 U자 형태로 굽은 제3 드레인 전극(175c)을 이룬다. 제3 소스 전극(173c)의 넓은 끝 부분(177c)은 용량 전극(137)과 중첩하여 감압 축전기(Cstd)를 형성하며, 막대형 끝 부분은 제3 드레인 전극(175c)으로 일부 둘러싸여 있다.
제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a), 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 반도체(154a)와 함께 제1 박막 트랜지스터(Qa)를 형성하고, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b), 및 제2 드레인 전극(175b)은 제2 반도체(154b)와 함께 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 형성하며, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 및 제3 드레인 전극(175c)은 제3 반도체(154c)와 함께 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 형성한다.
제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b), 및 제3 반도체(154c)를 포함하는 선형 반도체는 소스 전극(173a, 173b, 173c)과 드레인 전극(175a, 175b, 175c) 사이의 채널 영역을 제외하고는 데이터 도전체(171, 173a, 173b, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
제1 반도체(154a)에는 제1 소스 전극(173a)과 제1 드레인 전극(175a) 사이에서 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있고, 제2 반도체(154b)에는 제2 소스 전극(173b)과 제2 드레인 전극(175b) 사이에서 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있으며, 제3 반도체(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, 173a, 173b, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분 위에는 질화 규소 또는 산화 규소 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있는 절연층(미도시)이 형성되어 있다.
절연층 위에는 색필터(230)가 위치할 수 있다. 색필터(230)는 제1 박막 트랜지스터(Qa), 제2 박막 트랜지스터(Qb) 및 제3 박막 트랜지스터(Qc) 등이 위치하는 곳을 제외한 대부분의 영역에 위치한다. 그러나, 이웃하는 데이터선(171) 사이를 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수도 있다. 본 실시예에서, 색필터(230)는 화소 전극(191) 하단에 형성되어 있으나, 공통 전극(270) 위에 형성될 수도 있다.
색필터(230)가 위치하지 않는 영역 및 색필터(230)의 일부분 위에는 차광 부재(220)가 위치한다. 차광 부재(220)는 게이트선(121a) 및 감압 게이트선(121b)을 따라 뻗어 위아래로 확장되어 있으며 제1 박막 트랜지스터(Qa), 제2 박막 트랜지스터(Qb) 및 제3 박막 트랜지스터(Qc) 등이 위치하는 영역을 덮는 가로 차광 부재(220a)와 데이터선(171)을 따라 뻗어 있는 세로 차광 부재(220b)를 포함한다.
차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
절연층, 차광 부재(220)에는 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b)이 형성되어 있다.
그리고, 색필터(230), 차광 부재(220) 위에는 제1 보호막(170) 및 절연막(180)이 형성되어 있다. 절연막(180) 위에는 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)을 포함하는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 게이트선(121a) 및 감압 게이트선(121b)을 사이에 두고 서로 분리되어 각각 위와 아래에 배치되어 열 방향으로 이웃한다. 제2 부화소 전극(191b)의 크기는 제1 부화소 전극(191a)의 크기보다 크며 대략 1배 내지 3배일 수 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b) 각각의 전체적인 모양은 사각형이며 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b) 각각은 가로 줄기부(193a, 193b), 가로 줄기부(193a, 193b)와 교차하는 세로 줄기부(192a, 192b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 각각 복수의 미세 가지부(194a, 194b), 부화소 전극(191a, 191b)의 가장자리 변에서 아래 또는 위로 돌출된 돌출부(197a, 197b)를 포함한다.
화소 전극(191)은 가로 줄기부(193a, 193b)와 세로 줄기부(192a, 192b)에 의해 4개의 부영역으로 나뉘어진다. 미세 가지부(194a, 194b)는 가로 줄기부(193a, 193b) 및 세로 줄기부(192a, 192b)로부터 비스듬하게 뻗어 있으며 그 뻗는 방향은 게이트선(121a, 121b) 또는 가로 줄기부(193a, 193b)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룰 수 있다. 또한 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부(194a, 194b)가 뻗어 있는 방향은 서로 직교할 수 있다.
본 실시예에서 제1 부화소 전극(191a)은 외곽을 둘러싸는 외곽 줄기부를 더 포함하고, 제2 부화소 전극(191b)은 상단 및 하단에 위치하는 가로부 및 제1 부화소 전극(191a)의 좌우에 위치하는 좌우 세로부(198)를 더 포함한다. 좌우 세로부(198)는 데이터선(171)과 제1 부화소 전극(191a) 사이의 용량성 결합, 즉 커플링을 방지할 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 하부 배향막(11), 미세 공간층(400), 상부 배향막(21), 공통 전극(270), 하부 절연층(350) 및 캐핑막(390) 등이 형성되어 있고, 이러한 구성 요소에 대한 설명은 앞에서 이미 한 바 생략하기로 한다.
지금까지 설명한 액정 표시 장치에 관한 설명은 측면 시인성을 향상하기 위한 시인성 구조의 한 예이고, 박막 트랜지스터의 구조 및 화소 전극 디자인은 본 실시예에서 설명한 구조에 한정되지 않고, 변형하여 본 발명의 일실시예에 따른 내용을 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배향막을 포함하는 액정 표시 장치와 관련하여 NCD(Nano Crystal Display) 액정 표시 장치에 적용하는 것으로 설명하였으나, NCD 액정 표시 장치에 한정되지 않고 하부 기판(110)에 대응하는 상부 기판을 포함하는 상부 표시판을 별도로 형성하고, 상부 표시판과 하부 표시판을 합착하는 액정 표시 장치의 다양한 형태의 기술에 본 실시예의 적용이 가능하다. 다만, NCD의 경우에는 액정 주입구를 통해 배향 물질을 주입 형성하여 배향막을 형성하기 때문에 종래의 고형분 뭉침 현상을 개선해야 하는 필요성이 좀 더 크다. 따라서, NCD에 본 실시예를 적용하는 것이 더 큰 의미가 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 미세 공간(305)을 형성하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6 및 도 7을 다시 참조하면, 화소 전극(191) 위에 포토 레지스트 등을 포함하는 물질로 희생층을 형성하고, 희생층을 노광/현상하거나 패터닝하여 세로 차광 부재(220b) 위에 격벽 형성부(PWP)를 형성한다. 격벽 형성부(PWP)는 가로 방향으로 서로 이웃하는 미세 공간(305)을 구획할 수 있다.
도 6을 참고하면, 희생층 위에 공통 전극(270) 및 하부 절연층(350)을 순차적으로 형성한다. 공통 전극(270)은 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체로 형성할 수 있고, 하부 절연층(350)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성할 수 있다. 하부 절연층(350) 위에 루프층(360)과 상부 절연층(370)을 차례로 형성한다. 본 실시예에 따른 루프층(360)은 앞에서 설명한 희생층(300)과 다른 물질로 형성할 수 있다. 상부 절연층(370)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성할 수 있다.
도 7을 참고하면, 상부 절연층(370)을 형성하기 이전에 루프층(360)을 패터닝하여 가로 차광 부재(220a)와 대응하는 부분의 하부 절연층(350)을 노출시키는 액정 주입구 형성 영역(307FP)을 형성할 수 있다. 이후 액정 주입구 형성 영역(307FP)에 대응하는 부분에 위치하는 상부 절연층(370), 하부 절연층(350) 및 공통 전극(270)을 차례로 패터닝하여 희생층(300)을 노출시키고, 액정 주입구 형성 영역(307FP)을 통해 희생층(300)을 산소(O2) 애싱(Ashing) 처리 또는 습식 식각법 등으로 제거한다. 이 때, 액정 주입구(307)를 갖는 미세 공간(305)이 형성된다. 미세 공간(305)은 희생층이 제거되어 빈 공간 상태이다.
액정 주입구(307)를 통해 배향 물질을 주입하여 화소 전극(191) 및 공통 전극(270) 위에 배향막(11, 21)을 형성한다.
그 다음, 액정 주입구(307)를 통해 미세 공간(305)에 잉크젯 방법 등을 사용하여 액정(310)을 포함하는 액정 물질을 주입한다.
실시예에 따라서는 액정(310)과 함께 배향 보조제를 주입하고, 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 전압을 인가한 상태, 즉 전계를 생성한 상태에서 액정 (310) 및 배향 보조제를 광조사한다. 이 때 배향 중합체가 형성될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 6 및 도 7에서 설명한 실시예를 변형한 액정 표시 장치를 나타내기 위해 도 5의 절단선 VI-VI 및 VII-VII를 따라 각각 자른 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 도 6 및 도 7에서 설명한 실시예와 대부분 동일한 구성 요소를 갖고, 동일한 설명이 적용되나 절연막(180) 위에 화소 전극(191)을 덮는 제1 덮개막(182a)과 공통 전극(270)을 덮는 제2 덮개막(182b)이 형성되어 있다. 대신 도 6 및 도 7에서 설명한 화소 전극(191) 또는 공통 전극(270) 상부면을 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리하는 공정을 생략할 수 있다. 덮개막(182a, 182b)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성할 수 있고, 덮개막(182a, 182b) 표면에는 자연적으로 OH기가 형성되기 때문에 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리한 효과를 가질 수 있다.
다만, 본 실시예에서 덮개막(182a, 182b)을 화소 전극(191)과 공통 전극(270)을 각각 덮도록 형성하였으나, 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 중 어느 하나의 전극만 덮도록 덮개막을 형성하고, 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리하는 공정을 부가하는 것도 가능하다.
도 11A 및 도 11B는 본 발명의 일실시예에 따른 배향 보조제에 의해 액정의 선경사를 형성하는 방법을 나타내는 개략도이다.
이와 관련하여 도 1과 함께 도 11A 및 도 11B를 참고하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 11A를 참고하면, 화소 전극(191) 및 공통 전극(270) 위에 배향막(11, 21)을 도포한다. 이후, 화소 전극(191)을 포함하는 하부 표시판(100)과 공통 전극(270)을 포함하는 상부 표시판(200)을 합착(assembly)하고, 그 사이에 액정(310) 및 배향 보조제(50)의 혼합물을 주입하여 액정층(3)을 형성한다. 그러나 액정층(3)은 하부 표시판(100) 또는 상부 표시판(200) 위에 액정(310) 및 배향 보조제(50)의 혼합물을 적하하는 방식으로 형성할 수도 있다.
이후, 화소 전극(191)과 공통 전극(270)에 전압을 인가한 상태에서 광(1)을 조사한다. 여기서, 광은 파장대가 대략 380nm 미만인 자외선 영역의 광에 해당한다.
도 11B를 참고하면, 자외선 영역의 광(1)이 배향 보조제(50)를 중합시켜 배향 중합체(50a)를 형성한다. 배향 중합체(50a)는 액정(310)의 선경사를 제어할 수 있다.
도 12는 도 11B의 Q영역에서 배향막과 배향 보조제의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 11B 및 도 12를 참고하면, 본 실시예에서 배향막(11, 21)은 말단부에 이중 결합을 포함하는 작용기가 존재하여 배향 보조제(50)와 화학 반응하여 배향 중합체(50a)를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 종래의 PI 배향막 성분 대신에 자기조립단분자막으로 배향막을 형성하는 것이나, 이에 한정되지 않고, 종래의 배향막에 포함되는 고형분 성분 함량을 줄이고, 앞서 설명한 본 실시예에 다른 자기조립단분자막 성분을 혼합하여 수직 배향을 형성함과 동시에 고형분 뭉침도 방지하는 배향막을 형성할 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.
3 액정층 11, 21 배향막
191 화소 전극 270 공통 전극
310 액정 305 미세 공간(microcavity)
307 액정 주입구 350 하부 절연층
360 루프층 370 상부 절연층
390 캐핑막

Claims (28)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되는 전기장 생성 전극 그리고
    상기 전기장 생성 전극 위에 위치하는 배향막을 포함하고,
    상기 배향막은 적어도 2개의 서로 다른 종류의 전구체로부터 유도되는 자기조립단분자막(SAM)을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 자기조립단분자막은 하기 화학식 A로 표현되는 제1 전구체 물질과 하기 화학식 B로 표현되는 제2 전구체 물질이 혼합되어 유도되는 액정 표시 장치:
    Figure pat00059
    화학식 A
    Figure pat00060
    화학식 B
    (R은 이중결합을 포함하는 작용기이고, n은 1 내지 30이며, X, Y는 각각 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다).
  3. 제2항에서,
    상기 제1 전구체 물질은 하기 화학식 1 내지 8로 표현되는 화합물 중 적어도 하나인 액정 표시 장치:
    Figure pat00061
    화학식 1
    Figure pat00062
    화학식 2
    Figure pat00063
    화학식 3
    Figure pat00064
    화학식 4
    Figure pat00065
    화학식 5
    Figure pat00066
    화학식 6
    Figure pat00067
    화학식 7
    Figure pat00068
    화학식 8.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 전구체 물질은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS) 및 옥타데실트리메톡시시란(octadecyltrimethoxysilane; OTMS) 중 적어도 하나인 액정 표시 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 전기장 생성 전극 위에 위치하는 액정층을 더 포함하고,
    상기 액정층은 액정 및 배향 중합체를 포함하고, 상기 배향 중합체는 상기 액정 및 배향 보조제를 광조사하여 형성하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 선경사 성분이고, 상기 제2 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 수직 배향 성분인 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 배향 보조제는 하기 화학식 9 내지 13으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치:

    Figure pat00069
    화학식 9
    Figure pat00070
    화학식 10
    Figure pat00071
    화학식 11
    Figure pat00072
    화학식 12
    Figure pat00073
    화학식 13
    (n은 0 내지 5이다).
  8. 제7항에서,
    상기 전기장 생성 전극은 복수의 미세 슬릿 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제2항에서,
    상기 자기조립단분자막은 하기 화학식 C로 표현되는 제3 전구체 물질이 상기 제1 전구체 물질과 상기 제2 전구체 물질에 혼합되어 유도되는 액정 표시 장치:
    Figure pat00074
    화학식 C
    (R은 메틸기 또는 이중결합을 포함하는 작용기이고, n, n1, m, m1은 각각 1 내지 30이며, A1, A2는 환구조이고, X는 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다).
  10. 제1항에서,
    상기 전기장 생성 전극은 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리된 표면을 갖는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 전기장 생성 전극 아래에 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성된 제1 절연막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 전기장 생성 전극은 복수의 미세 슬릿 전극을 포함하고,
    상기 복수의 미세 슬릿 전극을 덮는 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성된 제2 절연막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 전기장 생성 전극 위에 위치하는 액정을 포함하는 액정층을 더 포함하고,
    상기 액정은 전계가 생성되지 않은 상태에서 수직 배향하는 액정 표시 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 전기장 생성 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 더 포함하고,
    상기 전기장 생성 전극과 상기 루프층 사이에 액정 주입구를 갖는 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정을 포함하는 액정층을 형성하는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  16. 제1 기판 위에 전기장 생성 전극을 형성하는 단계,
    상기 전기장 생성 전극 위에 배향막을 형성하는 단계,
    상기 전기장 생성 전극 위에 액정과 배향 보조제를 포함하는 액정층을 형성하는 단계,
    상기 액정층에 전계를 형성하는 단계 그리고
    상기 액정 및 상기 배향 보조제를 광조사하여 배향 중합체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 배향막은 적어도 2개의 서로 다른 종류의 전구체로부터 유도되는 자기조립단분자막(SAM)을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 자기조립단분자막은 하기 화학식 A로 표현되는 제1 전구체 물질과 하기 화학식 B로 표현되는 제2 전구체 물질을 혼합하여 유도하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure pat00075
    화학식 A
    Figure pat00076
    화학식 B
    (R은 이중결합을 포함하는 작용기이고, n은 1 내지 30이며, X, Y는 각각 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다).
  18. 제17항에서,
    상기 제1 전구체 물질은 하기 화학식 1 내지 8로 표현되는 화합물 중 적어도 하나인 액정 표시 장치의 제조 방법:
    화학식 1
    Figure pat00078
    화학식 2
    Figure pat00079
    화학식 3
    Figure pat00080
    화학식 4
    Figure pat00081
    화학식 5
    Figure pat00082
    화학식 6
    Figure pat00083
    화학식 7
    Figure pat00084
    화학식 8.
  19. 제18항에서,
    상기 제2 전구체 물질은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS) 및 옥타데실트리메톡시시란(octadecyltrimethoxysilane; OTMS) 중 적어도 하나인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 제1 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 상기 액정의 선경사 성분이고, 상기 제2 전구체 물질에 의해 유도되는 자기조립단분자막은 상기 액정의 수직 배향 성분인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  21. 제20항에서,
    상기 액정층에 전계를 형성하는 단계 이전에 상기 배향막을 용매 세정(solvent rense)하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  22. 제17항에서,
    상기 자기조립단분자막은 하기 화학식 C로 표현되는 제3 전구체 물질을 상기 제1 전구체 물질과 상기 제2 전구체 물질에 혼합하여 유도하는 액정 표시 장치의 제조 방법:
    Figure pat00085
    화학식 C
    (R은 메틸기 또는 이중결합을 포함하는 작용기이고, n, n1, m, m1은 각각 1 내지 30이며, A1, A2는 환구조이고, X는 Cl, OCH3, 및 OC2H5 중 하나이다).
  23. 제16항에서,
    상기 전기장 생성 전극을 자외선 처리, 오존(O3) 처리 또는 SC1 세정 처리하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  24. 제16항에서,
    상기 전기장 생성 전극을 형성하는 단계 이전에 상기 기판 위에 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성된 제1 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  25. 제24항에서,
    상기 전기장 생성 전극은 복수의 미세 슬릿 전극으로 형성하고,
    상기 복수의 미세 슬릿 전극을 덮는 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 형성된 제2 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  26. 제16항에서,
    상기 전계가 생성되지 않은 상태에서 수직 배향하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  27. 제16항에서,
    상기 전기장 생성 전극 위에 희생층을 형성하는 단계,
    상기 희생층 위에 루프층을 형성하는 단계,
    상기 희생층을 제거하여 액정 주입구가 형성된 미세 공간(Microcavity)을 형성하는 단계 그리고
    상기 미세 공간에 배향 물질 및 액정을 주입하여 상기 배향막 및 상기 액정층을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  28. 제27항에서,
    상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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