KR20160090454A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20160090454A
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윤해주
유키노리 아사카와
배광수
오민정
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 복수의 화소를 포함하는 절연 기판 위에 형성되는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 형성되며, 절연층을 사이에 두고 중첩하는 공통 전극 및 화소 전극, 상기 공통 전극 및 상기 화소 전극 위에 형성되고 복수의 행과 열을 포함하는 매트릭스 형태로 배치되어 있는 미세 공간, 상기 미세 공간을 채우고 있는 액정층, 상기 공통 전극 및 상기 화소 전극과 상기 미세 공간을 사이에 두고 이격되게 형성되는 지붕층, 상기 지붕층에 형성된 상기 미세 공간의 일부를 노출시키는 주입구, 및 열 방향으로 인접한 상기 미세 공간들 사이에 형성된 제1 골짜기 및 행 방향으로 인접한 상기 미세 공간들 사이에 형성된 제2 골짜기를 포함하고, 상기 제2 골짜기에 대응되는 위치에 상기 지붕층 위에 광학 부재가 형성되어 있는 표시 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 하나의 기판을 이용하여 표시 장치를 제조함으로써, 표시 장치의 무게, 두께, 비용 및 공정 시간을 줄일 수 있고, 광학 부재를 포함하여 빛의 전반사를 방지하여 배향 불량을 방지하고, 빛샘 현상을 개선할 수 있는 장점이 있다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한 장의 기판으로 형성되며, 광학 부재를 포함하는 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 이루어지며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치를 구성하는 두 장의 표시판은 박막 트랜지스터 표시판과 대향 표시판으로 이루어질 수 있다. 박막 트랜지스터 표시판에는 게이트 신호를 전송하는 게이트선과 데이터 신호를 전송하는 데이터선이 서로 교차하여 형성되고, 게이트선 및 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극 등이 형성될 수 있다. 대향 표시판에는 차광 부재, 색필터, 공통 전극 등이 형성될 수 있다. 경우에 따라 차광 부재, 색필터, 공통 전극이 박막 트랜지스터 표시판에 형성될 수도 있다.
그러나, 종래의 액정 표시 장치에서는 두 장의 기판이 필수적으로 사용되고, 두 장의 기판 위에 각각의 구성 요소들을 형성함으로써, 표시 장치가 무겁고, 두꺼우며, 비용이 많이 들고, 공정 시간이 오래 걸리는 등의 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하나의 기판을 이용하여 표시 장치를 제조함으로써, 무게, 두께, 비용 및 공정 시간을 줄일 수 있는 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 광학 부재를 포함하여 빛의 전반사를 방지하여 배향 불량을 방지하고, 빛샘 현상을 개선할 수 있는 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 화소를 포함하는 절연 기판 위에 형성되는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 형성되며, 절연층을 사이에 두고 중첩하는 공통 전극 및 화소 전극, 상기 공통 전극 및 상기 화소 전극 위에 형성되고 복수의 행과 열을 포함하는 매트릭스 형태로 배치되어 있는 미세 공간, 상기 미세 공간을 채우고 있는 액정층, 상기 공통 전극 및 상기 화소 전극과 상기 미세 공간을 사이에 두고 이격되게 형성되는 지붕층, 상기 지붕층에 형성된 상기 미세 공간의 일부를 노출시키는 주입구, 및 열 방향으로 인접한 상기 미세 공간들 사이에 형성된 제1 골짜기 및 행 방향으로 인접한 상기 미세 공간들 사이에 형성된 제2 골짜기를 포함하고, 상기 제2 골짜기에 대응되는 위치에 상기 지붕층 위에 광학 부재가 형성되어 있는 표시 장치를 제공한다.
상기 광학 부재는 반원 기둥 형태일 수 있다.
상기 광학 부재는 절연 기판 위로 볼록한 형태로 형성될 수 있다.
상기 광학 부재의 가장자리는 인접한 상기 미세 공간의 적어도 일부를 침범하면서 형성될 수 있다.
상기 광학 부재의 지름은 상기 제2 골짜기의 폭보다는 넓게 형성되지만, 제2 골짜기의 폭과 상기 미세 공간의 폭의 합보다는 좁게 형성될 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 지붕층과 동일한 층으로 형성될 수 있다.
상기 액정층에 포함되어 있는 액정 분자는 수평 배향 모드로 형성될 수 있다.
상기 미세 공간의 표면에 형성되어 있는 배향막을 더 포함하며, 상기 배향막은 수평 배향막일 수 있다.
상기 지붕층 위에 형성되며 상기 주입구를 덮으며 형성되는 덮개막을 더 포함할 수 있다.
상기 지붕층 아래에 형성된 제1 절연층, 상기 지붕층 위에 형성된 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 광학 부재는 절연 기판 위로 오목한 형태로 형성될 수 있다.
상기 광학 부재의 표면은 다면으로 형성된 다각형 형태로 형성되고, 상기 절연 기판 위로 볼록한 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 기판을 이용하여 표시 장치를 제조함으로써, 표시 장치의 무게, 두께, 비용 및 공정 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 광학 부재를 포함하여 빛의 전반사를 방지하여 배향 불량을 방지하고, 빛샘 현상을 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치의 화소를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 부재의 원리를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 부재의 원리를 도시한 도면이다.
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.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치에 대해 개략적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 자른 단면도이다.
우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치를 간략하게 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치는 유리 또는 플라스틱 등과 같은 재료로 만들어진 절연 기판(110) 및 절연 기판(110) 위에 형성된 지붕층(360)을 포함한다.
절연 기판(110) 위에는 지붕층(360)에 의해 덮여있는 미세 공간(305)이 형성되어 있다. 지붕층(360)은 행 방향으로 뻗어 있고, 하나의 지붕층(360) 아래에는 복수의 미세 공간(305)이 형성되어 있다.
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 영역이다.
인접한 화소(PX) 사이에는 게이트선의 연장 방향을 따라서 제1 골짜기(V1)가 위치하고 있고, 인접한 화소의 열 사이에는 제2 골짜기(V2)가 위치하고 있다.
즉, 미세 공간(305)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있으며, 열 방향으로 인접한 미세 공간(305)들 사이에는 제1 골짜기(V1)가 위치하고 있고, 행 방향으로 인접한 미세 공간(305)들 사이에는 제2 골짜기(V2)가 위치하고 있다.
지붕층(360)은 데이터선의 연장 방향으로 형성되어 있다. 이때, 제1 골짜기(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 제2 골짜기(V2) 사이에서 절연 기판(110)으로부터 떨어져 형성됨으로써, 공간(305)이 형성된다. 또한, 제2 골짜기(V2)에서 각 지붕층(360)은 절연 기판(110)에 부착되도록 형성됨으로써, 미세 공간(305)의 양 측면을 덮는다.
즉, 제2 골짜기(V2)에서 각 지붕층(360)은 미세 공간(305)의 양 측벽을 형성하는 지지 부재가 형성되어 미세 공간(305)을 지지할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 의한 표시 장치의 구조는 예시에 불과하며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 화소(PX), 제1 골짜기(V1), 및 제2 골짜기(V2)의 배치 형태의 변경이 가능하고, 지붕층(360)은 제1 골짜기(V1)에서 서로 연결될 수도 있으며, 각 지붕층(360)의 일부는 제2 골짜기(V2)에서 기판(110)으로부터 떨어져 형성됨으로써 인접한 미세 공간(305)이 서로 연결될 수도 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
먼저, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 절연 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 포함한다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 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.
게이트 도전체(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연층(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연층(140)은 물리적으로 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연층(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
반도체(154) 위에는 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재는 생략 가능하다.
반도체(154) 및 게이트 절연층(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171), 그리고 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 제1 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 서로 만나 V자 형태를 이룰 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에는 제1 굴곡부와 소정의 각도를 이루도록 굽어진 제2 굴곡부를 더 포함할 수 있다.
데이터선(171)의 제1 굴곡부는 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향과 90도를 이루는 세로 기준선과 약 7° 정도 이루도록 굽어 있을 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에 배치되어 있는 제2 굴곡부는 제1 굴곡부와 약 7° 내지 약 15° 정도 이루도록 더 굽어 있을 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 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 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 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 경우, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 다른 형태를 가질 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, 몰리브덴(합금) 하부막과 알루미늄(합금) 중간막과 몰리브덴(합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 이 외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연층(140), 그리고 반도체(154)의 노출된 부분 위에는 보호막(180)이 배치되어 있다. 보호막(180)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
보호막(180) 위에는 각 화소 영역(PX) 내에 색필터(230)가 형성되어 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다. 색필터(230)는 적색, 녹색, 및 청색의 삼원색에 한정되지 아니하고, 청록색(cyan), 자홍색(magenta), 옐로(yellow), 화이트 계열의 색 등을 표시할 수도 있다. 도시된 바와 달리 색필터(230)는 이웃하는 데이터선(171) 사이를 따라서 열 방향으로 길게 뻗을 수도 있다.
색필터(230) 위에는 유기막(240)이 배치되어 있다. 유기막(240)은 보호막(180)보다 두께가 두꺼우며, 평탄한 표면을 가질 수 있다.
유기막(240)은 복수의 화소가 위치하는 표시 영역에 위치하고, 게이트 패드부나 데이터 패드부 등이 형성되어 있는 주변 영역에는 위치하지 않을 수 있다. 또는 유기막(240)은 게이트 패드부나 데이터 패드부 등이 형성되어 있는 주변 영역에도 위치할 수 있다.
유기막(240), 색필터(230)와 보호막(180)은 접촉 구멍(184)을 가진다.
유기막(240) 위에는 공통 전극(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 면형일 수 있으며, 복수의 화소가 위치하는 표시 영역에 위치하고 게이트 패드부나 데이터 패드부 등이 형성되어 있는 주변 영역에는 위치하지 않는다.
공통 전극(270)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명한 도전층으로 이루어진다.
공통 전극(270) 위에는 층간 절연막(250)이 위치한다. 층간 절연막(250)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화산화물(SiOxNy) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 층간 절연막(250)은 유기 물질로 이루어진 색필터(230) 등을 보호하는 역할 및 공통 전극(270)과 화소 전극(191)을 절연하는 역할을 한다. 즉, 공통 전극(270)이 화소 전극(191)과 중첩되도록 형성되더라도 공통 전극(270) 위에는 층간 절연막(250)이 형성되어 있으므로, 공통 전극(270)과 화소 전극(191)이 서로 접촉되어 단락되는 것을 방지할 수 있다.
층간 절연막(250) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 제1 굴곡부 및 제2 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함한다.
화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 도전층으로 이루어진다.
화소 전극(191)은 유기막(240), 색필터(230)와 보호막(180)에 형성되어 있는 접촉 구멍(184)을 통해, 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고, 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에 배치되어 있는 기준 전압 인가부로부터 일정한 크기의 기준 전압을 인가 받는다.
이러한 인가 전압에 따라 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성하며, 두 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(310)의 액정 분자는 전기장의 방향과 평행한 방향으로 회전한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다.
화소 전극(191) 위에는 화소 전극(191)으로부터 일정한 거리를 가지고 이격되도록 제1 절연층(350)이 더 형성될 수 있다. 제1 절연층(350)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다.
화소 전극(191)과 제1 절연층(350) 사이에는 미세 공간(microcavity, 305)이 형성되어 있다. 즉, 미세 공간(305)은 화소 전극(191) 및 제1 절연층(350)에 의해 둘러싸여 있다. 미세 공간(305)의 폭과 넓이는 표시 장치의 크기 및 해상도에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 제1 배향막(11)이 형성되어 있다. 제1 배향막(11)은 화소 전극(191)에 의해 덮여 있지 않은 층간 절연막(250) 바로 위에도 형성될 수 있다.
제1 배향막(11)과 마주보고 있는 제1 절연층(350) 아래에는 제2 배향막(21)이 형성되어 있다.
제1 배향막(11)과 제2 배향막(21)은 수평 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 도 3에 도시된 바와 같이 화소(PX)의 가장자리에서 서로 연결될 수 있다.
화소 전극(191)과 제1 절연층(350) 사이에 위치한 미세 공간(305) 내에는 액정 분자(310)들로 이루어진 액정층이 형성되어 있다.
또한, 이웃하는 색필터(230) 사이의 영역에는 차광 부재(220)가 형성되며, 특히 도 2에 도시된 바와 같이 화소 전극(191) 및 화소 전극에 의해 커버되지 않은 층간 절연막(250) 위에 위치할 수 있다. 차광 부재(220)는 화소(PX)의 경계부와 박막 트랜지스터 위에 형성되어 빛샘을 방지할 수 있다.
차광 부재(220)는 게이트선(121)을 따라 뻗어 위아래로 확장되어 있으며 박막 트랜지스터 등이 위치하는 영역을 덮는 가로 차광 부재와 데이터선(171)을 따라 뻗어 있는 세로 차광 부재를 포함할 수 있다. 즉, 가로 차광 부재는 제1 골짜기(V1)에 형성되고, 세로 차광 부재(220)는 제2 골짜기(V2)에 형성될 수 있다. 색필터(230)와 차광 부재(220)는 일부 영역에서 서로 중첩될 수도 있다.
다음, 제1 절연층(350) 위에는 지붕층(360)이 형성되어 있다. 지붕층(360)은 유기 물질로 이루어질 수 있다. 지붕층(360)의 아래에는 미세 공간(305)이 형성되어 있고, 지붕층(360)은 경화 공정에 의해 단단해져 미세 공간(305)의 형상을 유지할 수 있다. 지붕층(360)은 화소 전극(191)과 미세 공간(305)을 사이에 두고 이격되도록 형성되어 있다.
지붕층(360)은 화소 행을 따라 각 화소(PX) 및 제2 골짜기(V2)에 형성되며, 제1 골짜기(V1)에는 형성되지 않는다. 제2 골짜기(V2)에서는 지붕층(360)의 아래에 미세 공간(305)이 형성되지 않는다. 따라서, 제2 골짜기(V2)에 위치하는 지붕층(360)의 두께가 화소 영역에 위치하는 지붕층(360)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있으며, 두꺼운 영역을 지지 부재로 지칭할 수 있다. 미세 공간(305)의 상부면 및 양측면은 지붕층(360)에 의해 덮여 있는 형태로 이루어지게 된다.
즉, 미세 공간(305)의 양측면은 지붕층(360)과 동일한 층으로 형성되어 있는 지지 부재에 의해 지지 될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치에서 지붕층(360)의 제2 골짜기(V2)에 형성되어 있는 지지 부재에 대응하는 부분에는 광학 부재(300)가 형성되어 있다.
광학 부재(300)는 절연 기판(110) 위로 볼록한 반원기둥 형태로 제2 골짜기(V2)에 형성되어 있는 지지 부재를 따라 지지 부재 상부에 연속되게 형성되어 있다. 광학 부재(300)의 가장자리는 인접한 미세 공간(305)의 적어도 일부를 침범하면서 형성되어 있다.
광학 부재(300)는 지붕층(360)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 위로 볼록한 반원 형태로 형성됨에 따라 외부에서 절연 기판(110)을 향해 들어오는 빛의 방향을 굴절시키는 역할을 할 수 있다.
일반적으로 한 장의 절연 기판(110)을 사용하는 표시 장치에서 액정 분자(310)들이 수직으로 배향되는 경우가 아닌 경우, 즉, 액정 분자(310)들을 수평으로 배향되는 경우에는 미세 공간(305) 및 미세 공간(305)을 덮고 있는 지붕층(360)의 구성으로 인해 배향막(11, 21)을 일방향으로 러빙(rubbing)하는 공정을 수행하기에 어렵다. 따라서, 한 장의 절연 기판(110)을 사용하며 액정 분자(310)들이 수평 배향된 표시 장치의 배향막(11, 21)을 배향하기 위해서는 UV 조사 등을 통해 배향막(11, 21)을 배향하는 광배향법을 사용한다.
미세 공간(305)은 일반적인 제조 공정에 따라 제조 시, 제2 골짜기(V2)에 인접한 미세 공간(305)의 측벽에는 경사진 구조가 형성될 수 있다. 이렇게 미세 공간(305) 측벽의 경사진 구조로 인하여 광배향 시 조사하는 UV의 광 경로가 변화되고, 결국 UV의 전반사가 발생하며, 이로 인해 미세 공간(305)의 측벽에 대응되는 부분의 배향막(11, 21)은 배향이 이루어지지 않을 수 있다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재(300)를 배치하여 광배향 시 조사되는 광 경로가 미세 공간(305)의 측벽에 수직으로 조사될 수 있도록 변화시켜 줌으로써 배향막(11, 21)의 배향 불량이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이 때, 광학 부재(300)의 지름이 너무 작아지거나, 너무 커지게 될 경우는 미세 공간(305)의 측벽부로 제대로 도달하지 않거나 광 경로의 변화를 주기 어려워 질 수 있다. 따라서, 광학 부재(300)의 지름은 제2 골짜기(V2)의 폭보다는 넓게 형성되지만, 제2 골짜기(V2)의 폭과 미세 공간(305)의 폭의 합보다는 좁게 형성될 수 있다.
광학 부재(300)에 따른 미세 공간(305) 측벽으로 조사되는 광 경로 변화에 대해서는 추후 상세하게 설명한다.
지붕층(360)에는 미세 공간(305)의 일부를 노출시키는 주입구(307)가 형성되어 있다. 주입구(307)가 형성되는 영역에 인접한 제1 절연층(350)은 지붕층(360)보다 돌출된 영역을 포함할 수 있다.
주입구(307)는 화소(PX)의 적어도 일 가장자리 이상에 형성될 수 있으며, 주입구(307)에 의해 미세 공간(305)이 노출되어 있으므로, 주입구(307)를 통해 미세 공간(305) 내부로 배향액 또는 액정 물질 등을 주입할 수 있다.
지붕층(360) 위에는 제2 절연층(370)이 더 형성될 수 있다. 제2 절연층(370)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 제2 절연층(370)은 지붕층(360)의 상부면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 제2 절연층(370)은 유기 물질로 이루어진 지붕층(360)을 보호하는 역할을 하며, 필요에 따라 생략될 수도 있다.
제2 절연층(370)은 도 2에 도시된 바와 같이 주입구(307)가 위치하는 영역에서 지붕층(360)에 비해 돌출된 제1 절연층(350)과 접촉할 수 있다. 또한, 제2 절연층(370)은 제1 절연층(350)과 접촉하는 영역 및 지붕층을 커버하는 영역 사이의 단차에 의해 계단형 단면을 가질 수 있다.
또한, 제2 절연층(370)은 제1 절연층(350)과 연결될 수 있다.
제2 절연층(370) 및 주입구(307) 위에는 덮개막(390)이 형성될 수 있다.
덮개막(390)은 미세 공간(305)의 일부를 외부로 노출시키는 주입구(307)를 덮도록 형성된다. 즉, 덮개막(390)은 미세 공간(305)의 내부에 형성되어 있는 액정 분자(310)가 외부로 나오지 않도록 미세 공간(305)을 밀봉할 수 있다. 덮개막(390)은 액정 분자(310)와 접촉하게 되므로, 액정 분자(310)와 반응하지 않는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 덮개막(390)은 페릴렌(parylene) 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 덮개막(390)은 위로 볼록한 형태의 광학 부재(300)를 평탄화하는 역할을 한다.
덮개막(390)은 이중막, 삼중막 등과 같이 다중막으로 이루어질 수도 있다. 이중막은 서로 다른 물질로 이루어진 두 개의 층으로 이루어질 수 있다. 삼중막은 세 개의 층으로 이루어지고, 서로 인접하는 층의 물질이 서로 다르다. 예를 들면, 덮개막(390)은 유기 절연 물질로 이루어진 층과 무기 절연 물질로 이루어진 층을 포함할 수 있다.
도시는 생략하였으나, 표시 장치의 상하부 면에는 편광판이 더 형성될 수 있다. 편광판은 제1 편광판 및 제2 편광판으로 이루어질 수 있다. 제1 편광판은 절연 기판(110)의 하부 면에 부착되고, 제2 편광판은 덮개막(390) 위에 부착될 수 있다.
다음으로, 도 4 및 도 5를 참고하여 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 표시 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 4에 도시된 본 발명의 제2 실시예 및 도 5에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시 장치는 앞서 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예와 비교하여, 광학 부재(300)의 형태만을 제외하고는 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시 장치의 광학 부재(301)는 절연 기판(110) 방향으로 오목한 반원 기둥 형태로 제2 골짜기(V2)에 형성된 지지 부재를 따라 연속되게 형성되어 있다. 광학 부재(301)의 가장자리는 인접한 미세 공간(305)의 적어도 일부를 침범하면서 형성되어 있다.
광학 부재(301)는 지붕층(360)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 절연 기판(110) 방향으로 오목한 반원 형태로 형성됨에 따라 외부에서 절연 기판(110)을 향해 들어오는 빛의 방향을 굴절시키는 역할을 할 수 있다.
이 때, 광학 부재(301)의 지름은 제2 골짜기(V2)의 폭보다는 넓게 형성되지만, 제2 골짜기(V2)의 폭과 미세 공간(305)의 폭의 합보다는 좁게 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시 장치의 광학 부재(302)는 절연 기판(110) 위로 볼록한 형태로 제2 골짜기(V2)에 형성된 지지 부재를 따라 연속되게 형성되어 있으나, 광학 부재(302)의 단면은 다면으로 형성된 다각형의 형태일 수 있으며, 전체적으로 최외곽부를 연결한 선은 반원 형태로 형성될 수 있다.
광학 부재(302)의 가장자리는 인접한 미세 공간(305)의 적어도 일부를 침범하면서 형성되어 있다.
광학 부재(302)는 지붕층(360)과 동일한 물질로 형성될 수 다.
이 때, 광학 부재(302)의 폭은 제2 골짜기(V2)에 형성된 지지 부재의 폭보다는 넓게 형성되지만, 제2 골짜기(V2)에 형성된 지지 부재의 폭과 미세 공간(305)의 폭의 합보다는 좁게 형성될 수 있다.
그러면, 이하에서는 도 6 및 도 7을 참고하여 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 표시 장치의 광학 부재(300, 301)의 원리에 대해서 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 부재의 원리를 도시한 도면이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 부재의 원리를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 7a를 참고하면, 미세 공간(305)의 측벽은 경사진 형태로 형성되어 있고, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 광학 부재(300, 301)는 인접한 미세 공간(305)의 측벽을 덮으며 위로 볼록한 형태 혹은 아래로 오목한 형태로 형성되어 있다.
다음으로, 도 6b 및 도 7b를 참고하면, 볼록 또는 오목한 형태의 광학 부재(300, 301)에서 빛의 입사 위치에 따라서 빛의 입사각의 변화가 발생할 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예 모두 광학 부재(300, 301)로 형성되어 이는 반원 형태의 중앙에서 바깥쪽으로 갈수록 입사각의 증가가 발생하며, 이에 따라 빛의 굴절이 일어나게 되며, 경사진 형태로 형성되어 있는 미세 공간(305)의 측벽에는 수직한 방향으로 빛이 입사될 수 있다.
따라서, 광학 부재(300, 301)에 의해 배향막(11, 21)의 광배향 시 배향이 되지 않는 부분이 없으며, 배향 품질이 개선될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 기판을 이용하여 표시 장치를 제조함으로써, 표시 장치의 무게, 두께, 비용 및 공정 시간을 줄일 수 있고, 광학 부재를 포함하여 빛의 전반사를 방지하여 배향 불량을 방지하고, 빛샘 현상을 개선할 수 있는 장점이 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: 기판 121: 게이트선
124: 게이트 전극 140: 게이트 절연층
154: 반도체 171: 데이터선
180: 보호막 191: 화소 전극
220: 차광 부재 230: 색필터
240: 유기막 250: 층간 절연막
270: 공통 전극 305: 미세 공간
307: 주입구 310: 액정 분자
350: 제1 절연층 360: 지붕층
370: 제2 절연층 390: 덮개막
300, 301, 302: 광학 부재

Claims (20)

  1. 복수의 화소를 포함하는 절연 기판 위에 형성되는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 형성되며, 절연층을 사이에 두고 중첩하는 공통 전극 및 화소 전극,
    상기 화소 전극마다 구분되는 미세 공간을 채우는 액정층, 및
    상기 미세 공간 위에 형성되며, 상기 미세 공간의 일부를 노출시키는 주입구 및 상기 미세 공간을 지지하는 지지 부재를 포함하는 지붕층, 및
    상기 지지 부재 위에 형성되어 있는 광학 부재를 포함하고,
    상기 주입구는 열 방향으로 인접한 상기 미세 공간들 사이에 형성되고,
    상기 지지 부재는 행 방향으로 인접한 상기 미세 공간들 사이에 형성되는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 광학 부재는 반원 기둥 형태인 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 광학 부재는 절연 기판 위로 볼록한 형태로 형성되어 있는 표시 장치
  4. 제3항에서,
    상기 광학 부재의 가장자리는 인접한 상기 미세 공간의 적어도 일부를 침범하면서 형성되어 있는 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 광학 부재의 지름은 상기 제2 골짜기의 폭보다는 넓게 형성되지만, 제2 골짜기의 폭과 상기 미세 공간의 폭의 합보다는 좁게 형성되어 있는 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 광학 부재는 상기 지붕층과 동일한 층으로 형성되어 있는 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 액정층에 포함되어 있는 액정 분자는 수평 배향 모드로 형성되어 있는 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 미세 공간의 표면에 형성되어 있는 배향막을 더 포함하며,
    상기 배향막은 수평 배향막인 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 지붕층 위에 형성되며 상기 주입구를 덮으며 형성되는 덮개막을 더 포함하는 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 지붕층 아래에 형성된 제1 절연층,
    상기 지붕층 위에 형성된 제2 절연층을 더 포함하는 표시 장치.
  11. 제2항에서,
    상기 광학 부재는 절연 기판 위로 오목한 형태로 형성되어 있는 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 광학 부재의 가장자리는 인접한 상기 미세 공간의 적어도 일부를 침범하면서 형성되어 있는 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 광학 부재의 지름은 상기 제2 골짜기의 폭보다는 넓게 형성되지만, 제2 골짜기의 폭과 상기 미세 공간의 폭의 합보다는 좁게 형성되어 있는 표시 장치.
  14. 제12항에서,
    상기 광학 부재는 상기 지붕층과 동일한 층으로 형성되어 있는 표시 장치.
  15. 제11항에서,
    상기 미세 공간의 표면에 형성되어 있는 배향막을 더 포함하며,
    상기 배향막은 수평 배향막인 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 지붕층 위에 형성되며 상기 주입구를 덮으며 형성되는 덮개막을 더 포함하는 표시 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 광학 부재의 표면은 다면으로 형성된 다각형 형태로 형성되고,
    상기 절연 기판 위로 볼록한 형태로 형성되어 있는 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 광학 부재의 가장자리는 인접한 상기 미세 공간의 적어도 일부를 침범하면서 형성되어 있는 표시 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 광학 부재의 지름은 상기 제2 골짜기의 폭보다는 넓게 형성되지만, 제2 골짜기의 폭과 상기 미세 공간의 폭의 합보다는 좁게 형성되어 있는 표시 장치.
  20. 제18항에서,
    상기 광학 부재는 상기 지붕층과 동일한 층으로 형성되어 있는 표시 장치.
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