플렉서블 기판 및 이를 포함하는 표시 장치{FLEXIBLE SUBSTRATE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 플렉서블 기판 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

플렉서블 표시 장치는 종이처럼 접거나 구부릴 수 있으며 외곽 디자인이 자유롭고, 기판이 유연성을 가지고 있어 깨지지 않으며 휴대가 간편한 표시 장치로 정의하고 있다. 기술 수준에 따라 충격에 견딜 수 있는 수준의 러기드(rugged) 표시 장치, 휘어지거나 접어지고 일정 부분 디자인이 자유로운 벤더블(bendable) 또는 폴더블(foldable) 표시 장치, 두루마리 형태처럼 자유롭게 말 수 있는 롤러블(rollable) 표시 장치 등으로 구분할 수 있다.

플렉서블 표시 장치를 구현하기 위해서는 플렉서블 기판, 저온 공정용 유/무기 소재, 플렉서블 전자 소자, 보호막 및 차단막 기술, 그리고 패키징 기술 등이 복합적으로 필요하다. 이중에서 플렉서블 기판은 플렉서블 표시 장치의 성능, 신뢰성, 가격 등을 결정하는 가장 중요한 부품으로 인식되고 있다.

플렉서블 기판으로는 금속 호일(metal foil) 기판, 박형 유리(thin glass) 기판, 플라스틱 기판 등이 검토되고 있다. 이중 플라스틱 기판이 가공의 용이성, 저중량, 연속 공정의 적합성 등으로 인해 가장 적합한 소재로 주목 받고 있다. 표시 장치는 그러한 플라스틱 기판이 캐리어 기판 위에 형성되거나 부착된 상태로 플라스틱 기판 위에 각종 소자를 형성함으로써 제조된다. 그런데, 캐리어 기판과 플라스틱 기판 간의 열팽창계수(coefficient of thermal expansion, CTE)의 차이로 인해 플라스틱 기판의 휨(warpage)가 발행하고, 그 결과 플라스틱 기판 및 그 위에 형성되는 소자들에서 크랙(crack)이나 링클링(wrinkling) 등의 불량이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 플라스틱 기판의 휨 발생을 억제할 수 있는 플렉서블 기판 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치용 플렉서블 기판은, 플라스틱층; 및 상기 플라스틱층 내에 위치하며 상기 플라스틱층의 휨에 영향을 주는 두께 인자를 감소시키는 입자;를 포함한다.

상기 입자는 약 1 내지 약 10 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.

상기 입자는 상기 플라스틱층과 동일한 재료로 형성될 수 있다.

상기 입자는 코어 표면에 쉘이 코팅되어 있을 수 있다.

상기 코어는 플라스틱 재료로 형성되고 상기 쉘은 무기 재료로 형성될 수 있다.

상기 입자는 광 확산성 물질을 포함할 수 있다.

상기 플라스틱층은 복수의 층을 포함할 수 있고, 상기 입자는 상기 복수의 층 중 일부 층 내에만 위치할 수 있다.

상기 복수의 층 간의 계면에 패턴이 형성되어 있을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 플렉서블 기판; 상기 플렉서블 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터 위에 위치하는 화소 전극; 및 상기 화소 전극 위에 위치하는 전기 광학 활성층;을 포함한다. 상기 플렉서블 기판은, 플라스틱층; 및 상기 플라스틱층 내에 위치하며 상기 플라스틱층의 휨에 영향을 주는 두께 인자를 감소시키는 입자;를 포함한다.

상기 입자는 약 1 내지 약 10 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.

상기 입자는 상기 플라스틱층과 동일한 재료로 형성될 수 있다.

상기 입자는 코어 표면에 쉘이 코팅되어 있을 수 있다.

상기 코어는 플라스틱 재료로 형성되고 상기 쉘은 무기 재료로 형성될 수 있다.

상기 입자는 광 확산성 물질을 포함할 수 있다.

상기 플라스틱층은 복수의 층을 포함할 수 있고, 상기 입자는 상기 복수의 층 중 일부 층 내에만 위치할 수 있다.

상기 복수의 층 간의 계면에 패턴이 형성되어 있을 수 있다.

상기 전기 광학 활성층은 상기 화소 전극 위의 미세 공간 내에 위치하는 액정층일 수 있다.

상기 표시 장치는 상기 액정층 위에 위치하는 공통 전극 및 상기 공통 전극 위에 위치하는 지붕층을 더 포함할 수 있다.

상기 전기 광학 활성층은 유기 발광층일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라서, 플라스틱 기판에 분산되어 있는 입자가 플라스틱 기판의 휨에 영향을 주는 두께 인자를 줄여줌으로써, 표시 패널의 제조 시 플라스틱 기판의 휨 발생을 억제하거나 최소화할 수 있다. 이에 따라, 플라스틱 기판이나 그 위에 형성된 소자에서 크랙 등의 발생을 방지할 수 있으므로, 표시 장치의 파손이나 화질 불량을 방지할 수 있다. 그 밖에, 본 명세서 전반에 걸쳐 설명되거나 인식될 수 있는 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 기판의 단면도이다.
도 2는 플라스틱 기판의 두께에 따른 휨 시뮬레이션 데이터를 보여주는 그래프이다.
도 3 및 도 4은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 기판의 위치에 따른 두께를 보여주는 그래프 및 분포도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라스틱 기판의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 인접하는 네 개의 화소 영역을 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 8의 AA 선을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 도 9의 BB 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 과정을 보여주는 공정 단면도이다.

첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판 및 이를 포함하는 표시 장치, 그리고 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 기판의 단면도이다.

도 1에서 상측 도면은 캐리어 기판(1100) 위에 플렉서블 기판(110)이 위치하는 상태를 나타내고, 하측 도면은 플렉서블 기판(110)의 일부분을 확대하여 나타낸다. 플렉서블 기판(110) 위에는 표시 장치를 구성하는 박막 트랜지스터, 배선 등의 각종 소자와 절연층 등이 형성된다. 이러한 소자들을 플렉서블 기판(110) 위에 형성하는데 있어서 캐리어 기판(1100)이 사용된다. 즉, 캐리어 기판(1100)은 표시 장치의 구성 요소가 아닌, 표시 장치를 제조하는 과정에서 보조적으로 사용되는 플레이트(plate)이고, 예컨대 평평한 유리 기판이다.

공정 진행 면에서 기판의 강직성(rigidity)은 중요한 변수로 작용하는데, 공정 중에 기판의 휨 현상이 발생할 경우, 진공 장비의 사용이 원활하지 않고 이를 평탄화하도록 힘을 가하게 되면 박막 스트레스로 인해 막의 균열이 일어나는 원인이 된다. 따라서 유리와 같은 캐리어 기판(1100) 위에 플렉서블 기판(110)을 형성하거나 부착하여 공정을 진행한 후, 캐리어 기판(1100)은 소정 공정 후에 분리된다. 하지만, 공정 진행 시 캐리어 기판(1100)과 플렉서블 기판(110)은 서로 붙어 있기 때문에, 이들 기판의 열팽창계수 차이로 인해 캐리어 기판(1100)과 플렉서블 기판(110)이 휘게 된다. 휨(warpage)의 정도는 기판의 두께, 기판에 가해지는 공정 온도, 열팽창계수 차이 등에 따라 결정되며, 이들을 휨 영향 인자로 부를 수 있다. 예컨대, 고온에 노출 시 열팽창계수가 상대적으로 높은 기판이 좀더 인장되고 다시 상온에 노출 시 수축력이 가해지면서 기판의 휨이 발생한다. 그 결과, 플렉서블 기판(110)이나 그 위에 형성된 소자 및 층에서 크랙 등이 발생할 수 있다.

플렉서블 기판(110)은 투명한 절연성 물질인 플라스틱으로 형성된 플라스틱층(111) 및 플라스틱층(111) 내의 입자(10)를 포함한다.

플라스틱층(111)은 상대적으로 높은 내열성을 가진 폴리아미드(polyamide, Pa), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR) 등의 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 그 외에도, 플라스틱층(111)은 폴리에틸렌테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌에테르케톤(polyethylene ether ketone, PEEK) 등의 열가소성 반결정성 플라스틱(thermoplastic semicrystalline polymer), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌설포네이트(polyethylene sulfonate, PES) 등의 열가소성 무정형 플라스틱(thermoplastic amorphous polymer)으로 이루어질 수도 있다.

입자(10)는 플라스틱층(111) 내에 위치하고 있으며, 랜덤하게 분산되어 있을 수 있다. 입자(10)는 플라스틱층(111) 내부에 작용하는 응력(stress)의 해제점(release point)이 되며, 플라스틱층(111)의 휨에 영향을 주는 두께 인자(thickness factor)를 감소시킬 수 있다. 두께 인자에 대해서는 후술하기로 한다.

입자(10)는 예컨대 구형, 타원형의 비드(bead)이거나 가늘고 길쭉한 막대(rod)일 수 있지만, 그 밖에도 다양한 입체적 형상을 가질 수 있다. 플렉서블 기판(110)의 평탄화에 대한 입자(10)의 부정적인 영향이 최소화되도록, 입자(10)는 플라스틱층(111)의 두께보다 얇은 두께(비드인 경우 직경)를 갖는다. 입자(10)는 마이크로미터 단위의 두께, 예컨대 수 마이크로미터(예컨대 약 1 내지 약 10 마이크로미터)의 두께를 가질 수 있고, 플라스틱층(111)이 두꺼운 경우에는 수 십 마이크로미터의 두께를 가질 수도 있다. 입자(10)는 동일한 크기를 가질 수 있고, 두 가지 이상의 다양한 크기를 가질 수도 있다.

입자(10)는 플렉서블 기판(110)의 투과율이나 굴절률 같은 광학적 특성에 대한 영향이 최소화되도록, 플라스틱층(111)과 동일하거나 유사한 굴절률을 가진 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 재료가 동일하면 굴절률이 동일하므로, 입자(10)는 플라스틱층(11)의 플라스틱과 동일한 플라스틱으로 형성될 수 있다. 하지만 이 경우 플렉서블 기판(110)의 형성을 위한 플라스틱 용해 시 입자(10)도 용해될 수 있으므로, 입자(10)는 코어 표면에 쉘이 형성되어 있는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다. 코어 재료는 예컨대 플라스틱일 수 있고, 플라스틱층(111)과 동일한 재료로 형성될 수도 있다. 쉘은 예컨대 규소 산화물(SiOx), 규소 질화물(SiNx) 같은 투명한 무기 물질을 코어에 코팅하여 형성될 수 있다. 쉘은 단일막 또는 다중막일 수 있다. 다만, 코어-쉘 구조의 입자(10)는 코어 재료와 쉘(코팅층) 재료의 굴절률 차이로 인해 플렉서블 기판(110)의 굴절률에 영향을 줄 수 있는데, 쉘 재료로 규소 산화물이 굴절률 측면에서 좀더 유리할 수 있다. 입자(10)는 플라스틱 재료의 용매에 의해 용해되지 않는 하나의 재료로 형성될 수도 있다.

입자(10)로 인한 플렉서블 기판(110)의 광학적 특성에 대한 영향은 광이 플렉서블 기판(110)을 통과하는 표시 장치, 예컨대 백라이트를 사용하는 표시 장치(특히, 액정 표시 장치)나 배면 발광형 표시 장치(특히, 유기 발광 표시 장치), 투명 표시 장치 등에서 중요하게 고려될 수 있다. 하지만 예컨대 정면 발광형 표시 장치의 경우에는 입자(10)가 투명하지 않거나 플라스틱층(111)과 굴절률 차이가 크더라도 무방할 수 있다.

한편, 입자(10)는 특수한 기능을 가진 물질로 형성되어 플렉서블 기판(110)에 그러한 특수한 기능을 부여할 수 있다. 예컨대 입자(10)는 광을 확산시키는 재료나 구조로 형성될 수 있으며, 예컨대 전술한 코어-쉘 구조의 입자(10)는 코어 재료와 쉘 재료의 굴절률 차이를 이용하여 광을 확산시키는데 유리할 수 있다. 이 경우 플렉서블 기판(110)의 두께 인자를 감소시키는 것 외에 백라이트로부터의 광을 확산시키는데 소용될 수 있으며, 따라서 백라이트 광을 더욱 고르게 분포시키거나 백라이트 유닛의 일부 구성 요소(예컨대 확산판)을 대체할 수 있다. 다른 예로, 입자(10)는 편광 기능을 가지는 재료로 형성될 수 있고, 두 가지 이상의 복합 기능을 가지는 물질로 형성될 수도 있다.

플렉서블 기판(110)은 플라스틱의 특성에 따라 용매 캐스터 방법이나 연신 방법으로 형성될 수 있다. 용매 캐스터 방법은 용매에 플라스틱 및 첨가제를 혼합, 용해시켜 유동성을 확보하고 입자(10)를 혼합한 후, 이를 두께가 고정된 슬릿 다이(slit die)를 통과시키면서 용매를 휘발시켜 기판을 성형하는 방법일 수 있다. 이때, 플렉서블 기판(110)은 캐리어 기판(1100) 위에 입자(10)가 혼합된 플라스틱 용액을 도포 또는 코팅하고 경화시켜 형성될 수 있다. 연신 방법은 입자(10)가 혼합되어 있는 플라스틱의 용융 후 두 방향으로 연신하여 기판을 형성하는 방법일 수 있다.

이제 플렉서블 기판(110)에 포함된 입자(10)로 인해 기판의 휨 발생이 억제되는 원리를 도 2를 참고하여 설명한다.

도 2는 플라스틱 기판의 두께에 따른 휨 시뮬레이션 데이터를 보여주는 그래프이다.

플라스틱으로 이루어진 플렉서블 기판의 휨은 식 bh ³ /12에 비례한다. 여기서 b는 기판의 관성 모멘트, h는 기판의 두께를 나타낸다. 따라서 플라스틱 기판의 두께가 증가함에 따라 휨의 정도가 더욱 심하게 나타난다. 플렉서블 기판에 포함된 입자는 입자의 크기에 따라 플렉서블 기판의 휨에 영향을 주는 두께 인자를 감소시킨다. 예컨대, 입자를 포함하지 않는 폴리아미드 플렉서블 기판의 두께가 10 마이크로미터인 경우 휨이 약 480 마이크로미터이지만, 동일 두께의 플렉서블 기판이 3 마이크로미터의 입자를 포함할 경우 약 165 마이크로미터로, 5 마이크로미터의 입자를 포함할 경우 약 60 마이크로미터로, 7 마이크로미터의 입자를 포함할 경우 약 13 마이크로미터로 휨이 줄어들 수 있다. 따라서 입자의 크기나 플렉서블 기판 내 입자의 밀도에 따라 기판의 휨 감소를 유도할 수 있다.

한편, 플라스틱층에 포함된 입자는 플렉서블 기판의 균일도(uniformity)에 영향을 줄 수 있으며, 그 영향이 크면 표시 장치의 기판으로서 적합하지 않을 수 있다. 이에 대해서는 도 3 및 도 4를 참고하여 설명한다.

도 3 및 도 4은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 기판의 위치에 따른 두께를 보여주는 그래프 및 분포도이다.

실험은 폴리아미드에 수 마이크로미터 크기(최대 약 10 마이크로미터)의 비드를 혼합한 후 코팅하여 플라스틱 기판을 형성한 후 기판의 위치별 두께를 측정하였다. 결과는 코팅 균일도가 코팅층의 시작 부분인 단부(edge)에서 10 밀리미터 떨어진 영역에서는 6.06%, 15 밀리미터 떨어지는 영역에서는 5.35%로 나타났다. 따라서 플라스틱 기판의 두께보다 작은 크기의 입자를 혼합하여 플라스틱 기판을 형성 시, 코팅 균일도가 표시 장치의 기판으로서 적합한 것으로 고려될 수 있는 10% 이내임을 확인할 수 있다.

지금까지 플렉서블 기판이 단일층으로 형성되는 예에 대해서 설명하였다. 히지만 플렉서블 기판은 다중층으로 형성될 수 있으며, 그 중 일부 층에만 입자가 분포하도록 형성될 수 있고, 다양한 표면 패턴을 가지도록 형성될 수도 있다. 그러한 예를 도 5 내지 도 7을 참고하여 설명한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라스틱 기판의 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 플렉서블 기판(110)은 복수의 층(110a, 110b, 110c)을 포함한다. 도 5의 실시예의 경우 중간에 있는 층(110b)만 입자(10)를 포함하고, 도 6의 실시예의 경우 중간에 있는 층(110b)만 입자(10)를 포함하지 않는다. 이와 같이 플렉서블 기판(110)은 입자(10)를 포함하는 층과 포함하지 않는 층이 교차로 적층되어 구성될 수 있다. 3개의 층을 포함하는 것을 도시하고 있지만, 이것은 예시적인 것에 불과하며 2개 또는 4개 이상의 층을 포함할 수도 있다. 플렉서블 기판(110) 위에는 배리어층(barrier layer)이 형성될 수 있으며, 복수의 층(110a, 110b, 110c) 사이에도 선택적으로 배리어층이 형성될 수도 있다. 배리어층에 대해서는 후술한다.

도 7을 참고하면, 플렉서블 기판(110)은 복수의 층(110a, 110b)을 포함하고, 도 5 및 도 6의 실시예와 유사하게, 입자를 포함하지 않는 층(110a)과 포함하는 층(110b)이 교차로 적층되어 있다. 차이점으로는, 이들 층(110a, 110b) 간의 계면은 요철 패턴 같은 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 배리어층(115)은 복수의 층(110a, 110b) 사이에 형성될 수 있고, 플렉서블 기판(110) 위에 형성될 수도 있다.

이하에는 전술한 바와 같은 플렉서블 기판을 포함하는 표시 장치를 도 8 내지 도 10을 참고하여, 미세 공간 내에 전기 광학 활성층(electro-optical active layer)으로서 액정층이 형성되어 있는 액정 표시 장치를 예로 들어 설명한다. 하지만 본 발명은 이러한 액정 표시 장치에 제한되지 않으며, 플렉서블 기판 위에 전기 광학 활성층으로서 유기 발광층이 형성되어 있는 유기 발광 표시 장치 같은 다른 표시 장치에도 적용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 인접하는 네 개의 화소 영역을 나타내는 평면도이고, 도 9는 도 8의 AA 선을 따라 자른 단면도이고, 도 10은 도 9의 BB 선을 따라 자른 단면도이다.

도 8은 복수의 화소 영역 가운데 일부분인 2 X 2 화소 영역을 도시하고 있고, 액정 표시 장치는 이러한 화소 영역이 상하좌우로 반복 배열될 수 있다.

도 8 내지 도 10을 참고하면, 플라스틱 등으로 만들어진 플렉서블 기판(110) 위에 배리어층(115)이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 플렉서블 기판(110)은 플라스틱층(111)에 입자(10)가 분산되어 있고, 입자(10)는 플라스틱층(111)의 두께 인자를 감소시켜 휨 발생을 억제하는 역할을 할 수 있다.

유리 기판과 달리 플라스틱 기판은 표시 장치의 이미지 특성의 열화를 일으킬 수 있는 수분, 산소 등이 침입하기 쉬우므로, 이들의 침입을 방지하기 위한 배리어층(115)이 형성될 수 있다. 배리어층(115)은 단일층이나 다중층으로 형성될 수 있고, 무기 물질이나 유/무기 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 배리어층(115)은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), APCVD(atmospheric pressure CVD)법, LPCVD(low pressure CVD) 같은 방법으로 규소 산화물, 규소 질화물 등의 무기 물질을 증착하여 형성될 수 있다. 배리어층(115)을 보호하기 위해서 투명 고분자층으로 상부 코팅층(overcoat layer)(도시되지 않음)이 배리어층(115) 위에 형성될 수도 있다. 플렉서블 기판(110)이 다중층으로 형성되는 경우, 이들 층 사이에 배리어층(도시되지 않음)이 형성될 수도 있다.

배리어층(115) 위에는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 게이트 전극(124)을 포함한다. 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 게이트선(121)에 실질적으로 수직으로 뻗은 한 쌍의 세로부(135a) 및 한 쌍의 세로부(135a)의 끝을 서로 연결하는 가로부(135b)를 포함할 수 있고, 세로부(135a)와 가로부(135b)는 화소 전극(191)을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.

게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에 게이트 절연층(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연층(140) 위에는 데이터선(171) 하부에 위치하는 반도체층(151), 소스/드레인 전극의 하부 및 박막 트랜지스터(TFT)의 채널 부분에 위치하는 반도체층(154)이 형성되어 있다. 각 반도체층(151, 154)와 데이터선(171) 및 소스/드레인 전극의 사이에는 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(도시되지 않음)가 형성되어 있을 수 있다.

반도체층(151, 154) 및 게이트 절연층(140) 위에는 소스 전극(173) 및 소스 전극(173)과 연결되는 데이터선(171), 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175)가 형성되어 있다.

게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하며, 박막 트랜지스터(TFT)의 채널은 반도체층(154)의 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이에 있는 부분에 형성된다.

데이터 도전체(171, 173, 175) 및 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)에 의해 가리지 않고 노출된 반도체층(154) 부분 위에는 제1 보호층(180a)이 형성되어 있다. 제1 보호층(180a)은 규소 질화물, 규소 산화물 따위의 무기 물질을 포함할 수 있다.

제1 보호층(180a) 위에는 제2 보호층(180b) 및 제3 보호층(180c)이 위치할 수 있다. 제2 보호층(180b)은 유기 물질로 형성될 수 있고, 제3 보호층(180c)은 규소 질화물과 규소 산화물 따위의 무기 물질을 포함할 수 있다. 제1 보호층(180a), 제2 보호층(180b) 및 제3 보호층(180c) 중 하나 또는 두 개의 막이 생략될 수 있다.

제1 보호층(180a), 제2 보호층(180b) 및 제3 보호층(180c)을 관통하여 접촉 구멍(185)이 형성되어 있고, 이러한 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 제3 보호층(180c) 위에 위치하는 화소 전극(191)이 전기적, 물리적으로 연결될 수 있다. 이하에서는 화소 전극(191)의 한 예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

화소 전극(191)은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 등의 투명한 도전성 물질로 만들어질 수 있다. 화소 전극(191)은 전체적인 모양이 사각형이며 가로 줄기부(191a) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(191b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 가로 줄기부(191a)와 세로 줄기부(191b)에 의해 네 개의 부영역으로 나뉘어지며 각 부영역은 복수의 미세 가지부(191c)를 포함한다. 또한, 화소 전극(191)은 좌우 외곽에서 미세 가지부(191c)를 연결하는 외곽 줄기부(191d)를 더 포함할 수 있고, 외곽 줄기부(191d)는 화소 전극(191)의 상부 또는 하부까지 연장되어 위치할 수도 있다.

화소 전극(191)의 미세 가지부(191c)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부와 대략 40도 내지 45도의 각을 이룬다. 또한, 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부는 서로 직교할 수 있다. 또한, 미세 가지부의 폭은 점진적으로 넓어지거나 미세 가지부(191c) 간의 간격이 다를 수 있다.

화소 전극(191)은 세로 줄기부(191b)의 하단에서 연결되고, 세로 줄기부(191b)보다 넓은 면적을 갖는 연장부(197)를 포함하고, 연장부(197)에서 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.

지금까지 설명한 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소 전극(191)에 관한 설명은 하나의 예시이고, 측면 시인성 등을 향상시키기 위해 박막 트랜지스터 구조 및 화소 전극 디자인의 디자인이 다양하게 변경될 수 있다.

화소 전극(191) 위에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되는 영역을 덮도록 차광 부재(220)가 위치한다. 차광 부재(220)는 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있다. 차광 부재(220)는 빛을 차단할 수 있는 물질로 형성할 수 있다.

차광 부재(220) 위에 절연막(181)이 형성될 수 있고, 절연막(181)은 차광 부재(220)를 덮으며, 화소 전극(191) 위로 연장되어 형성될 수 있다. 절연막(181)은 규소 질화물 또는 규소 산화물로 형성할 수 있다.

화소 전극(191) 위에는 하부 배향막(11)이 형성되어 있고, 하부 배향막(11)은 수직 배향막일 수 있다. 하부 배향막(11)은 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리실록산(polysiloxane), 폴리이미드(polyimide) 등과 같이 액정 배향막에 일반적으로 사용되는 재료 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 하부 배향막(11)은 광 배향막일 수도 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. 미세 공간(305)에는 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질이 주입되어 액정층이 형성되어 있다. 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 있으며, 미세 공간(305)는 그러한 주입을 위한 입구부(307)를 포함한다. 한편, 하부 배향막(11)과 상부 배향막(21)은 위치에 따른 구별일 뿐이고, 서로 연결되어 있을 수 있으며, 이들은 동시에 형성될 수 있다.

미세 공간(305)은 게이트선(121)과 중첩하는 부분에 위치하는 복수의 트렌치 (trench)(307FP)에 의해 세로 방향으로 나누어짐으로써 복수의 미세 공간(305)을 형성하며, 복수의 미세 공간(305)은 화소 전극(191)의 열 방향, 즉 세로 방향을 따라 형성될 수 있다. 또한 이후에 설명하는 격벽부(320)에 의해 미세 공간(305)은 가로 방향으로 나누어짐으로써 복수의 미세 공간(305)을 형성하며, 복수의 미세 공간(305)은 화소 전극(191)의 행 방향 다시 말해 게이트선(121)이 뻗어 있는 가로 방향을 따라 형성될 수 있다. 복수 개 형성된 미세 공간(305) 각각은 하나 또는 둘 이상의 화소 영역에 대응할 수 있고, 화소 영역은 영상을 표시하는 영역에 대응할 수 있다.

상부 배향막(21) 위에는 공통 전극(270), 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. 따라서 화소 전극(191)과 공통 전극(270)을 전기장 생성 전극(field generating electrodes)이라고 한다. 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 규소 질화물 또는 규소 산화물로 형성될 수 있다.

한편, 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 상측에 형성되는 예가 도시되어 있지만, 다른 실시예로 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 하부에 형성되어 수평 전계 모드에 따른 액정 구동도 가능하다.

하부 절연층(350) 위에 지붕층(360)이 위치한다. 지붕층(360)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270)의 사이 공간인 미세 공간(305)이 형성될 수 있도록 지지하는 역할을 한다.

지붕층(360)은 포토레지스트(photoresist) 또는 그 밖의 유기 물질을 포함할 수 있다. 지붕층(360)은 색 필터로 형성될 수도 있다. 이 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 서로 다른 색상의 색 필터가 중첩하여 격벽부(320)를 형성할 수 있다. 격벽부(320)는 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 위치한다. 격벽부(320)는 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305)의 이격 공간을 채우는 부분이다. 격벽부(320)는 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있으며, 미세 공간(305)을 구획 또는 정의할 수 있다. 한편, 지붕층(360)은 무기 물질을 포함할 수도 있다.

지붕층(360) 위에는 상부 절연층(370)이 위치한다. 상부 절연층(370)은 규소 질화물 또는 규소 산화물로 형성될 수 있다.

상부 절연층(370) 위에 캐핑층(390)이 위치한다. 캐핑층(390)은 트렌치(307FP)에도 위치하고, 트렌치(307FP)에 의해 노출된 미세 공간(305)의 입구부(307)를 덮는다. 캐핑층(390)은 유기 물질 또는 무기 물질을 포함한다. 도면에서, 트렌치(307FP)에 액정 물질이 제거된 것으로 도시하였으나, 미세 공간(305)에 주입되고 남은 액정 물질이 트렌치(307FP)에 잔존할 수도 있다. 이 경우, 캐핑층(390)은 액정 물질과 접촉하여 액정 물질을 오염시킬 수 있으므로, 캐핑층(390)은 액정 물질과 반응하지 않은 패릴렌(parylene) 같은 물질로 이루어질 수 있다.

캐핑층(390) 위에는 외부의 수분, 산소 등이 침투하는 것을 막기 위한 배리어층(395)을 형성할 수 있다. 배리어층(395)은 전술한 플렉서블 기판(110) 위에 형성된 배리어층(115)와 같이 무기 물질이나 유기 물질로 형성될 수 있다.

이하에는 전술한 바와 같은 플렉서블 기판을 사용하여 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 도 11 내지 도 19를 참고하여 설명한다. 후술하는 방법은 제조 방법의 일 실시예로 다른 방식으로 변형 실시 가능하다.

도 11 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 과정을 보여주는 공정 단면도이다.

도 11 내지 도 19는 제조 공정을 중심으로 표시 장치를 도시하고 있으므로, 전술한 표시 장치에서 설명한 구성 요소가 단순하게 도시되거나 일부 구성 요소는 생략되어 있을 수 있고, 생략된 구성 요소는 도 8 내지 도 10을 참고하여 이해될 수 있다. 또한, 영상이 표시되는 표시 영역(DA)에 형성되는 화소와 표시 영역(DA) 주변에 형성되는 패드를 예로 들어 설명한다.

도 11을 참고하면, 캐리어 기판(1100) 위에 플렉서블 기판(110)을 형성한다. 플렉서블 기판(110)은 플라스틱 용액에 입자를 혼합한 후 슬릿 코터(slit coater)를 사용하여 캐리어 기판(1100) 위에 코팅한 후 경화시켜 형성될 수 있다. 따라서 형성된 플렉서블 기판(110)은 플라스틱층(111)에 입자(10)가 분산되어 있는 상태일 수 있다. 플렉서블 기판(110)는 마이크로미터 단위의 두께, 예컨대 수 내지 수십 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 실시예에 따라서, 미리 형성된 플렉서블 기판(110)이 캐리어 기판(1100)에 부착될 수도 있다.

캐리어 기판(1100)에 플렉서블 기판(110)이 부착되어 있는 상태로, 플렉서블 기판(110) 위에 배리어층(115)을 형성하고, 그 위에 표시 장치의 각종 신호를 전송하거나 제어하기 위한 소자 및 배선, 그리고 절연층과 보호층을 형성한다.

구체적으로 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하기 위해, 게이트 전극(124), 게이트 절연층(140), 반도체층(154), 오믹 콘택층(163, 165), 소스 및 드레인 전극(173, 175)를 형성한다. 게이트 전극(124)의 형성 시 게이트 신호의 전송을 위한 게이트선(도시되지 않음)도 형성되고, 소스 및 드레인 전극(173, 175)의 형성 시 데이터 신호의 전송을 위한 데이터선(도시되지 않음)도 형성된다. 소스 및 드레인 전극(173, 175), 데이터선 및 반도체층(154)의 노출부 위에는 제1 보호층(180a), 제2 보호층(180b) 및 제3 보호층(180c)을 형성한다. 이후, 제3 보호층(180c) 위에 화소 전극(191)을 형성하고, 화소 전극(191)은 제1, 제2 및 제3 보호층(180a, 180b, 180c)에 형성된 접촉 구멍을 통해 드레인 전극(175)과 전기적, 물리적으로 연결된다. 한편, 소스 및 드레인 전극(173, 175)의 형성 시 패드의 제1 도전체(70)가 형성될 수 있고, 화소 전극(191)의 형성 시 패드의 제2 도전체(90)가 형성될 수 있으며, 제2 도전체(90)는 제1 내지 제3 보호층(180a, 180b, 180c)에 형성된 접촉 구멍을 통해 제1 도전체(70)와 전기적, 물리적으로 연결될 수 있다.

도 13을 참고하면, 화소 전극(191) 위에 공통 전극(270)과 지붕층(360)을 형성하고, 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이의 미세 공간 내에 액정층(3)을 형성한다. 하나의 미세 공간은 하나의 화소 영역, 또는 복수의 화소 영역에 대응할 수 있고, 하나의 화소 영역의 일부에 대응할 수도 있다. 지붕층(360)은 색 필터나 그 밖의 유기 물질로 형성될 수 있고, 무기 물질로 형성될 수도 있다.

액정층(3)의 형성 과정에 대해서 좀더 구체적으로 설명하면, 우선 포토레지스트(photoresist) 같은 유기 물질을 도포하고 패터닝하여 희생층(도시되지 않음)을 형성한다. 희생층의 두께는 액정층(3)의 두께 즉, 셀 갭(cell gap)과 대략 동일할 수 있다. 희생층은 데이터선(도시되지 않음)과 대략 평행한 방향을 따라 제거될 수 있다. 그 위에 공통 전극(270), 하부 절연층(도시되지 않음) 및 지붕층(360)을 형성한다. 지붕층(360)은 이웃하는 화소 영역 사이에 대응하는 영역에서 게이트선(도시되지 않음)과 대략 평행한 방향을 따라 제거될 수 있고, 희생층이 제거된 영역에서 인접하는 미세 공간을 구획하는 격벽(partition wall)을 형성할 수 있다. 이후, 지붕층(360) 위에 상부 절연층(도시되지 않음)을 형성하고, 상부 절연층(370), 하부 절연층(350) 및 공통 전극(270)을 부분적으로 제거하여 희생층을 외부로 노출시킨다. 희생층을 산소(O ₂ ) 애싱(ashing) 처리, 습식 식각법 등으로 제거하면 주입구가 있는 미세 공간이 형성된다. 이후 주입구를 통해 미세 공간 내에 배향 물질을 주입하여 배향막(도시되지 않음)을 형성하고, 액정 물질을 주입하여 액정층(3)을 형성한다.

도 14를 참고하면, 지붕층(360)과 미세 공간의 주입구를 덮는 캐핑층(390)을 형성한다. 캐핑층(390) 위에는 배리어층(도시되지 않음)이 더 형성될 수도 있다.

도 15를 참고하면, 캐핑층(390) 위에 상부 편광자(411)가 예컨대 접착제와 롤러를 이용하여 부착된다. 그 후, 도 16 및 도 17을 참고하면, 캐리어 기판(1100) 쪽에 레이저를 조사하여 캐리어 기판(1100)과 플렉서블 기판(110) 간의 결합(bonding)을 끊거나 약화시킨 후 캐리어 기판(1100)이 분리된다. 캐리어 기판(1100)의 분리 시 박리 대전에 의한 정전기가 발생할 수 있으며, 정전기는 표시 장치의 소자를 손상시킬 수 있다. 정전기 발생을 방지하기 위해, 플렉서블 기판(110)은 플라스틱층(111)에 분산되어 있는 대전 방지제(도시되지 않음)를 포함하거나, 별도의 대전 방지층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 대전 방지제로는 예컨대 미립자 형태의 도전성 폴리머, 카본 블랙, 금속 등을 포함할 수 있다.

도 18을 참고하면, 캐리어 기판(1100)이 제거된 플렉서블 기판(110)의 표면에 접착제와 롤러를 사용하여 하부 편광자(412)를 부착한다. 도 19를 참고하면, 패드의 제2 도전체(90) 위에 연성회로기판(50)이 부착된다. 표시 장치를 제어하기 위한 신호를 발생시키는 구동 IC는 연성회로기판(50) 위에 또는 연성회로기판(50)을 통해 연결되는 별도의 인쇄회로기판에 실장될 수 있고, 패드 위에 직접 실장될 수도 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 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 입자 110: 플렉서블 기판
111: 플라스틱층 1100: 캐리어 기판
115: 배리어층 121: 게이트선
124: 게이트 전극 140: 게이트 절연층
151, 154: 반도체층 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
180a, 180b, 180c: 보호층 191: 화소 전극
270: 공통 전극 3: 액정층
305: 미세 공간 307: 입구부
360: 지붕층 390: 캐핑층