KR100840328B1 - 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는방법 - Google Patents

스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법에 관한 것으로 기판 위에 감광제를 도포하여 감광층을 형성하는 단계, 감광층 위에 제1 기둥 영역과 제1 돌기 영역을 한정하는 마스크 패턴을 가지는 광마스크를 배치하는 단계, 광마스크를 통하여 감광층을 제1차 노광하는 단계, 마스크 패턴이 감광층의 제2 기둥 영역 및 제2 돌기 영역을 한정하도록 광마스크를 소정 거리 이동하여 재배치하는 단계, 광마스크를 통하여 감광층을 제2차 노광하는 단계, 제1차 및 제2차 노광된 감광층을 현상하는 단계, 현상된 감광층을 열처리하는 단계를 포함하고, 제1 기둥 영역은 제2 기둥 영역과 부분적으로 중첩하고, 제1 돌기 영역은 제2 돌기 영역과 부분적으로 중첩한다.
액정 표시 장치, 돌기, 기둥

Description

스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법{A method of fabricating a pillar for spacer and a prominence for a division of domain simultaneously}
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따라 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따라 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
200 : 기판 201 : 감광층
281 : 돌기 320 : 기둥
본 발명은 도메인 분할용 돌기와 스페이서용 기둥을 동시에 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 블랙 매트릭스(black matrix : BM)를 포함하는 색필터와, 색필터 위에 투명한 기준 전극이 형성된 상부 기판과, 입력되는 주사 신호에 따라 화상 신호를 전달 또는 차단하는 스위칭 소자(Thin film transistor)를 포함하는 하부 기판으로 구성되며 이들 기판 사이에 액정이 충진되어 있다.
하부 기판과 상부 기판 사이에 채워지는 액정으로는 일반적으로 비틀린 네마틱(Twisted Nematic : 이하 TN 이라 함) 액정이 사용된다. TN 액정 분자들은 가늘고 긴 막대모양을 가지며 일정한 길이(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여있어 액정 분자의 장축의 배열 방위가 연속적으로 변화되는 비틀린 구조를 갖는다.
TN 액정을 이용한 액정 표시 장치에서는 입사한 편광빛이 분자의 장축과 단축의 배열에 따라 각기 다른 광시야각적 특성을 나타낸다. 액정 표시 장치의 시야각은 나선구조의 액정 분자들의 장축을 따라 형성되므로, 보는 각도에 따라 분자의 장축이 변하게 된다. 이러한 액정 표시 장치에서는 수평 방향에 대해서 대칭적인 시야각을 가지며 수직 방향에 대해서는 비대칭적인 시야각을 가지며, 특히 셀의 중심에서의 액정 경사 방위와 시야각이 일치하는 방향에서는 계조 반전(gray level)현상이 나타난다. 따라서 수평 방향의 시야각에 대해서는 광투과율이 비교적 대칭적으로 분포하지만 상하방향에 대해서는 광투과율이 비대칭적으로 분포하기 때문에 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되는 범위가 발생하여 시야각이 좁아지는 문제가 있다.
광시야각 특성을 갖는 액정 모드로는 수직 배향(Vertically aligned mode : 이하 VA라 칭함)모드 등이 있다. VA 모드는 도메인 분할을 통하여 액정을 대칭적으로 배열시킴으로써 광시야각을 얻기가 용이하고 빠른 응답 특성을 가진다. 이때, 도메인 분할 수단으로는 절개부 또는 유전체 돌기를 사용한다. 도메인 분할 수단으로 돌기 를 형성하는 경우에는 제조 공정을 단순화하기 위해 돌기와 하부 기판과 상부 기판 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서용 기둥을 하나의 공정으로 동시에 형성하는 것이 바람직하다.
기둥과 돌기를 동시에 형성하는 일반적인 방법으로는 감광막 흐름(PR flow)을 이용한 방법이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 기술에 따라 도메인 분할용 돌기 및 스페이서용 기둥을 동시에 형성하는 방법을 공정순서에 따라 도시한 도면이다. 도 1a 내지 도 1c는 색필터 기판(200) 위에 돌기와 기둥을 형성하는 경우이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 색필터 기판(200) 위에 감광층(201)을 형성한 후 감광층(201)에 돌기 및 기둥 영역(A, B)을 한정 마스크 패턴을 가지는 광마스크(MP1, MP2)를 배치한다. 돌기에 비해 기둥이 더 크고 높게 형성되어야 하므로 돌기보다 기둥의 광마스크(MP1)를 더 넓게 형성한다.
도 1b에 도시한 바와 같이 광마스크(MP1, MP2)를 통해 노광 및 현상하여 감광층 패턴(PR1, PR2)을 형성한다. 여기서 기둥 영역의 감광층 패턴(PR1)은 돌기 영역의 감광층 패턴(PR2) 보다 더 높게 패터닝된다.
이후 도 1c에 도시한 바와 같이 감광층 패턴(PR1, PR2)이 형성되어 있는 기판을 약 230도의 온도로 굽는다(bake). 이 과정에서 감광층 패턴(PR1, PR2)이 리플로(reflow)하여 높이가 좀 더 낮아지고 폭이 넓어지면서 돌기와 기둥이 형성된다. 그러나 이러한 방법으로 돌기 및 기둥을 형성할 경우 돌기의 상부의 경사가 크기 때문에 돌기 주위에 빛샘이 많이 발생한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로써 돌기와 기둥의 경사를 완만하게 하는 방법을 제공한다.
따라서 본 발명은 다수 회의 노광을 실시하여 동시에 서로 다른 높이를 가지는 기둥을 형성하는 방법이다.
구체적으로는, 기판 위에 감광제를 도포하여 감광층을 형성하는 단계, 감광층 위에 제1 기둥 영역과 제1 돌기 영역을 한정하는 마스크 패턴을 가지는 광마스크를 배치하는 단계, 광마스크를 통하여 감광층을 제1차 노광하는 단계, 마스크 패턴이 감광층의 제2 기둥 영역 및 제2 돌기 영역을 한정하도록 광마스크를 소정 거리 이동하여 재배치하는 단계, 광마스크를 통하여 감광층을 제2차 노광하는 단계, 제1차 및 제2차 노광된 감광층을 현상하는 단계, 현상된 감광층을 열처리하는 단계를 포함하고, 제1 기둥 영역은 제2 기둥 영역과 부분적으로 중첩하고, 제1 돌기 영역은 제2 돌기 영역과 부분적으로 중첩한다.
제1및 제2 기둥 영역은 제1 및 제2 돌기 영역에 비하여 넓게 하고, 제1차 노광과 제2차 노광은 동일한 시간동안 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 광마스크를 재배치하기 위하여 이동하는 소정 거리는 1~6um인 것이 바람직하다.
이하 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 설명하 는 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 경우 뿐 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.
이제 본 발명의 실시예에 따른 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저 도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 공정 순서에 따라 도시한 도면이다. 이하에서는 색필터 기판(200)에 양성 감광제를 사용하여 돌기와 기둥을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 색필터 기판(200) 위에 양성 감광제를 도포하여 감광층(201)을 형성한 후 돌기 영역(A) 및 기둥 영역(B)을 한정하는 마스크 패턴을 가지는 광마스크(MP1, MP2)를 배치한다. 광마스크(MP1, MP2)는 돌기 영역(A) 및 기둥 영역(B)과 대응되도록 배치되며, 광마스크(MP1, MP2)는 이동 거리 방향으로 돌기 영역 및 기둥 영역 보다 이동 거리(L) 만큼 작게 형성한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 광마스크(MP1, MP2)를 통해 감광층(201)을 제1차 노광하여 노광된 영역(C1)과 노광 되지 않은 영역(D1)을 형성한다. 노광 되지 않은 영역(D1)은 광마스크(MP1, MP2)와 대응되는 영역으로 제1 돌기 및 기둥 영역(A1, B1)이 된다.
이때는 형성하고자 하는 돌기 영역(A) 및 기둥영역(B)보다 광마스크(MP1, MP2)를 작게 형성하였기 때문에 돌기 영역(A) 및 기둥 영역(B)도 일부[이동 거리(L)만큼 적은 영역]만 노광된다. 예를 들어, 원래 형성하고자 하는 돌기의 이동 거리 방향으로의 폭 5um이고, 이동 거리가 1um라면 제1 노광된 영역(C1)은 이동 거리 방향으로의 폭(L)이 1um가 작은 4um만 노광되지 않고 남는다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 광마스크(MP1, MP2)를 소정 폭(L)만큼 이동하여 제2 기둥 영역(A2) 및 돌기 영역(B2)을 한정 한 후 제2차 노광한다. 이렇게 하면, 제1 노광된 영역(C1), 중복되어 노광되는 영역(C2), 제2차 노광에서 처음 노광되는 부분(C3), 제1차 및 제2차 노광에서 노광되지 않은 영역(D2)이 형성된다.
여기서 소정 폭(L)은 제1 기둥 영역(A1) 및 돌기 영역(B1)과 소정 폭(L)만큼 이동하여 형성되는 영역의 합이 형성하고자 하는 돌기 및 기둥 영역(A, B)이 되는 범위로 한다. 즉, 형성하고자 하는 돌기 및 기둥의 높이와 상부 경사등을 고려하여 1~6um 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.
노광기에 따라 광마스크를 이동할 수 없는 노광기의 경우 정렬키(align key)를 두개 형성하여야 한다. 이러한 경우 수um 정도를 이동하여 정렬키를 형성하기는 어려우므로 픽셀 사이즈+이동 거리에 정렬키를 형성하면, 위치를 이동하여 노광하는 것이 가능하다.
그리고 노광 시간은 1회 노광으로 감광층 전체를 광분해할 수 있는 시간의 1/2 시간 동안 노광을 한다. 예를 들어 1회 노광하여 감광층 전체를 광분해할 때 걸리는 시간이 6000ms였다면 본 발명에서는 제1 및 제2차 노광 시간은 각각 3000ms이 된다. 따라서 제1 및 제2 노광된 영역(C1, C3) 중 중첩된 영역(C2)은 감광층 전체를 광분해 할 수 있는 시간 동안 노광된다.
여기서는 2회에 걸친 노광으로 돌기 및 기둥을 형성하였으나, 더 많은 횟수의 노광을 실시할 수 있다. 만일 n회의 노광을 실시한다면 노광 시간은 1회 노광하여 감광층 전체를 광분해할 때 걸리는 시간을 n회로 분할하여 노광한다. 물론 다수 회 노광하더라도 제1 기둥 영역(A1) 및 돌기 영역(B1)과 다수 회 이동한 거리에 의해 형성되는 영역의 합은 기둥 영역(A)과 돌기 영역(B)과 동일하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 노광된 기판을 현상하여 감광층 패턴(PR1, PR2)을 형성한다. 이때 감광층 패턴(PR1, PR2)의 상부는 단차지게 형성된다. 다수 회의 노광을 했다면 단이 다수 개 형성된다.
이후 도 6에 도시한 바와 같이, 감광층 패턴(PR1, PR2)을 열처리 하여 리플로(reflow) 시킴으로써 돌기(281) 및 기둥(320)을 형성한다.
여기서 열처리는 돌기(281) 및 기둥(320)의 단차진 상부를 완만하게 하기 위한 것으로, 형성하고자 하는 상부의 경사에 따라 200~250도에서 30~90분의 범위에서 선택하여 굽는것이 바람직하다. 열처리로 인해 감광층 패턴(PR1, PR2)의 상부가 흘러 내려 경사를 이루게 되는데, 상부에 형성되어 있는 다수개의 단으로 인해서 감광층이 순차적으로 흘러 내리게 되므로 감광층 패턴(PR1, PR2)의 상부 경사가 완만하게 된다.
이상에서는 색필터 기판 위에 돌기 및 기둥을 형성하는 것을 예로 들어 설명하였으 나 본 발명은 색필터 기판이 아니더라도 감광층을 이용하여 돌기와 기둥을 형성하고자 하는 모든 기판에 적용 가능하다. 또 이상에서는 양성 감광제를 사용하여 돌기와 기둥을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였으나 음성 감광제를 사용하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 다만, 음성 감광제를 사용하는 경우에는 마스크 패턴을 양성 감광제를 사용할 때와는 반대로 형성하여야 한다.
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.
이상 기술된 바와 같이, 본 발명에 따르면 서로 다른 높이의 기둥을 동시에 형성할 수 있으므로, 이와 같은 방법을 액정 표시 장치에 적용한다면, 색필터 기판에 돌기 및 기둥을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서 돌기의 상부 경사를 완만하게 하고 돌기의 높이도 낮게 형성할 수 있어 C/R을 높여준다.
또한, 돌기 및 기둥의 높이 차이가 커져서 액정의 주입이 용이하며, 종래 공정에 비해 시간 및 공정의 증가 없이 종래의 장치를 이용하여 형성할 수 있다.

Claims (4)

  1. 기판 위에 감광제를 도포하여 감광층을 형성하는 단계,
    상기 감광층 위에 제1 기둥 영역과 제1 돌기 영역을 한정하는 마스크 패턴을 가지는 광마스크를 배치하는 단계,
    상기 광마스크를 통하여 상기 감광층을 제1차 노광하는 단계,
    상기 마스크 패턴이 상기 감광층의 제2 기둥 영역 및 제2 돌기 영역을 한정하도록 상기 광마스크를 소정 거리 이동하여 재배치하는 단계,
    상기 광마스크를 통하여 상기 감광층을 제2차 노광하는 단계,
    제1차 및 제2차 노광된 상기 감광층을 현상하는 단계,
    현상된 상기 감광층을 열처리하는 단계
    를 포함하고, 상기 제1 기둥 영역은 상기 제2 기둥 영역과 부분적으로 중첩하고, 상기 제1 돌기 영역은 상기 제2 돌기 영역과 부분적으로 중첩하는 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제1및 제2 기둥 영역은 상기 제1 및 제2 돌기 영역에 비하여 넓은 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제1차 노광과 상기 제2차 노광은 동일한 시간동안 이루어지는 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 광마스크를 재배치하기 위하여 이동하는 소정 거리는 1~6um인 스페이서용 기둥과 도메인 분할용 돌기를 동시에 형성하는 방법.
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