KR101009662B1 - 액정표시장치의 마스크 - Google Patents

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Abstract

채널영역의 수평부와 수직부와 사선부간의 임계치수(CD) 편차를 줄일 수 있는 액정표시장치의 마스크를 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 액정표시장치의 마스크는 수평, 수직, 사선부를 갖는 '⊂' 형상의 소오스전극을 정의하는 수평, 수직, 사선의 각을 갖는 '⊂' 형상의 제 1 차광막; 상기 '⊂' 형상의 제 1 차광막 내부로 삽입된 형상이며, 상기 소오스전극과 이격된 드레인전극을 정의하는 제 2 차광막; 및 상기 소오스전극과 드레인전극 사이에 채널 영역을 정의하며, 상기 제 1, 제 2 차광막 사이를 따라서 형성되고, 수평, 수직부의 임계치수 보다 사선부의 임계치수가 작은 슬릿(slit)으로 구성된다.
하프 톤 마스크, 임계치수, 채널영역, 슬릿, 차광막

Description

액정표시장치의 마스크{Mask of Liquid Crystal Display Device}
도 1은 일반적인 TN 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도
도 2는 일반적인 4마스크 액정표시장치의 단위 화소를 나타낸 평면도
도 3은 도 2의 소오스/드레인 및 채널영역에 대응되는 종래 기술에 따른 하프 톤 마스크를 확대한 도면
도 4는 도 3의 하프 톤 마스크를 이용하였을 경우 채널영역에 불량이 발생한 사진
도 5는 도 2의 소오스/드레인 및 채널영역에 대응되는 본 발명에 따른 하프 톤 마스크를 확대한 도면
도 6은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ', Ⅱ-Ⅱ'와 Ⅲ-Ⅲ' 선상을 자른 하프 톤 마스크의 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
51a : 제 1 차광막 51b : 제 2 차광막
51c : 슬릿
본 발명은 액정표시소자에 대한 것으로, 특히 채널영역의 수평부와 수직부와 사선부간의 임계치수(CD) 편차를 줄여서 수율을 향상시킬 수 있는 액정표시장치의 마스크에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.
따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고 품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.
그리고 제 2 유리 기판(컬러필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성되어 있다. 물론, 횡전계 방식의 액정표시장치에서는 공통전극이 제 1 유리 기판에 형성되어 있다.
이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 씨일재에 의해 합착되고 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.
이때, 액정 주입 방법은 상기 실재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 용기에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 액정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.
한편, 상기와 같이 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다.
상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛이 임의로 변조되어 화상정보를 표현할 수 있다.
이러한 액정은 전기적인 특정분류에 따라 유전율 이방성이 양(+)인 포지티브 액정과 음(-)인 네거티브 액정으로 구분될 수 있으며, 유전율 이방성이 양인 액정분자는 전기장이 인가되는 방향으로 액정분자의 장축이 평행하게 배열하고, 유전율 이방성이 음인 액정분자는 전기장이 인가되는 방향과 액정분자의 장축이 수직하게 배열한다.
도 1은 일반적인 TN 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 하부기판(1) 및 상부기판(2)과, 상기 하부기판(1)과 상부기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부기판(1)은 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(4)이 배열되고, 상기 게이트 라인(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(5)이 배열되며, 상기 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 각 화소영역(P)에는 화소전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
그리고 상기 상부기판(2)은 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(8)과, 화상을 구현하기 위한 공통전극(9)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 라인(4)으로부터 돌출된 게이트 전극과, 전면에 형성된 게이트 절연막(도면에는 도시되지 않음)과 상기 게이트 전극 상측의 게이트 절연막위에 형성된 액티브층과, 상기 데이터 라인(5)으로부터 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극에 대향되도록 드레인 전극을 구비하여 구성된다.
상기 화소전극(6)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속을 사용한다.
전술한 바와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 화소전극(6)상에 위치한 액정층(3)이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.
전술한 바와 같은 액정패널은 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상부기판(2)의 공통전극(9)이 접지역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정 셀의 파괴를 방지할 수 있다.
상기 구성을 갖는 액정표시장치는 마스크 수를 저감시키기 위해서 4마스크를 사용하여 구성하는데, 이하, 일반적인 4마스크에 따라 제조된 액정표시장치의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 일반적인 4마스크 액정표시장치의 단위 화소를 나타낸 평면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 투명한 하부기판(미도시) 상에 일정 간격을 갖고 일방향으로 평행하게 게이트라인(21)이 배열되어 있고, 상기 게이트라인(21)에서 일방향으로 게이트전극(21a)이 돌출 형성되고, 전단 게이트라인의 스토리지 커패시터 위치에 스토리지 하부전극(21b)이 게이트라인(21)과 일체형으로 형성되어 있다.
또한 도면에는 도시되지 않았지만, 게이트라인(21)의 끝단에는 게이트패드가 형성되어 있고, 데이터라인(24)의 끝단에는 데이터패드가 형성되어 있다.
그리고 게이트라인(21)과 게이트전극(21a) 및 스토리지 하부전극(21b)을 포함한 기판상에 상부층과 전기적으로 절연시키기 위한 게이트절연막(미도시)이 형성되어 있다.
그리고 상기 게이트라인(21)과 교차 형성되어 화소영역을 정의하는 데이터라인(24)이 있고, 상기 데이터라인(24)에서 일방향으로 돌출되며 수직,수평,사선부를 구비한 '⊂' 형상의 소오스전극(24a)이 있고, 상기 소오스전극(24a) 사이에 일정 간격 이격되어 배치된 드레인전극(24b)이 있다.
그리고, 상기 데이터라인(24)과 소오스전극(24a)과 드레인전극(24b)의 하부에 좀 더 넓은 폭을 갖고 액티브층(23)이 형성되어 있다. 그리고 채널영역을 제외한 액티브층(23)과 데이터라인(24), 액티브층(23)과 소오스전극(24a), 액티브층(23)과 드레인전극(24b)의 각 사이에는 도핑된 아몰퍼스 실리콘으로 구성된 오믹 콘택층(미도시)이 형성되어 있다.
상기 소오스전극(24a)의 구성에 의해서 채널영역은 수평부, 수직부, 사선부를 구비한 '⊂'형으로 구성되어서, 채널길이를 늘려줄 수 있다.
그리고 상기 스토리지 하부전극(21a)의 상측에 스토리지 상부전극(24c)이 형성되어 있다.
그리고 상기 드레인전극(24b)과 스토리지 상부전극(24c)에 각각 제 1, 제 2 콘택홀(25a, 25b)을 갖도록 하부기판에 패시브층(미도시)이 형성되어 있고, 상기 제 1, 제 2 콘택홀(25a,25b)을 통해서 상기 드레인전극(24b)과 스토리지 상부전극(24c)에 콘택되도록 화소영역에 화소전극(26)이 형성되어 있다.
이때 패시브층은 질화 실리콘(Si3N4) 또는 산화 실리콘(SiO2) 등의 무기 절연물질로 구성될 수도 있고, BCB 또는 포토 아크릴과 같은 유기절연막으로 구성될 수도 있다.
상기와 같이 구성된 액정표시장치는 제 1 마스크를 사용해서 게이트라인과 게이트전극을 형성하고, 제 2 마스크를 사용해서 데이터라인, 소오스/드레인전극 및 액티브층을 형성하고, 제 3 마스크를 사용해서 드레인전극 상부에 콘택홀을 형성하고, 제 4 마스크를 사용해서 화소전극을 형성한다.
상기에서와 같이 데이터라인, 소오스/드레인전극 및 채널영역을 구비한 액티브층은 1개의 마스크를 사용하여 형성하는데, 이를 위해서 하프 톤 마스크를 사용한다. 상기에서와 같이 4마스크로 액정표시장치를 제조할 때는, 하프 톤 마스크를 얼마나 균일하게 형성하는가 하는 것이 가장 큰 과제로 대두되고 있다.
이와 같이 균일한 하프 톤 마스크를 만들기 위해서는 하프 톤 마스크의 두께 비율을 작게 만드는 것이 최우선 과제이다. 이를 위해서 1채널내의 하프 톤 비율 최소화가 불가피한 사항이다.
이하, 데이터라인, 소오스/드레인전극 및 채널영역을 구비한 액티브층을 형성하기 위한 종래에 따른 하프 톤 마스크에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 도 2의 소오스/드레인 및 채널영역에 대응되는 종래 기술에 따른 하프 톤 마스크를 확대한 도면이고, 도 4는 도 3의 하프 톤 마스크를 이용하였을 경우 채널영역에 불량이 발생한 사진이다.
일반적으로 4마스크 액정표시장치는 채널영역을 확장해 주기 위해서 수직부, 수평부, 사선부를 구비한 '⊂'형으로 구성된 채널 구조를 채택하고 있다.
이에 의해서 종래의 하프 톤 마스크는 도 3에 도시한 바와 같이, '⊂' 형의 소오스전극과 그 사이에 일정 간격 이격된 드레인전극을 형성하기 위해서 그에 대응되는 상부에 수평, 수직, 사선의 각을 갖는 '⊂' 형상의 제 1 차광막(31a)과, 그 사이에 일정 간격 이격되어 배치된 제 2 차광막(31b)과, 제 1, 제 2 차광막(31a,31b) 사이를 따라서 연장 형성된 슬릿(slit)(31c)으로 구성된다.
이때 수평부, 수직부, 사선부의 각 부분이 균일한 폭을 가져야 차후에 소오스, 드레인 전극 사이에 균일한 채널영역이 형성된다.
그러나, 수평부, 수직부, 사선부가 설계상 동일한 슬릿 임계치수를 가졌다고하여도, 실제 마스크 제작 업체의 공정 능력에 의한 편차로 수평부/수직부/사선부간의 슬릿 임계치수는 편차를 가질 수밖에 없다.
특히, 동일한 수평부 간의 비율과 수직부 간의 비율은 대략 500Å이내 수준으로 양호하나, 수평부-수직부, 수평부-사선부, 수직부-사선부 간의 1채널내의 비율은 대략 2000Å이내 수준으로 비교적 크게 나타난다. 이와 같은 차이는 마스크 제작시 레이저 라이팅(writing) 방향에 따라 슬릿의 임계치수가 달라지기 때문인 것으로 알려져 있다.
특히, 사선부에서의 임계치수에 차이가 발생하기 쉬운데, 이와 같은 종래의 마스크로 소오스/드레인전극을 형성할 경우 도 4에 도시된 바와 같이 채널의 사선부로 소오스전극 또는 드레인전극이 돌출되는 불량이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 채널영역의 수평부와 수직부와 사선부간의 임계치수(CD) 편차를 줄여서 수율을 향상시킬 수 있는 액정표시장치의 마스크를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치의 마스크는 수평, 수직, 사선부를 갖는 '⊂' 형의 소오스전극과 그 사이에 일정 간격 이격된 드레인전극을 형성하기 위해서 그에 대응되는 상부에 수평, 수직, 사선의 각을 갖는 '⊂' 형상의 제 1 차광막과, 상기 제 1 차광막 사이에 일정 간격 이격되어 배치된 제 2 차광막과, 상기 제 1, 제 2 차광막 사이를 따라서 형성되며, 수평, 수직부의 임계치수 보다 사선부의 임계치수가 작게 설계된 슬릿(slit)으로 구성됨을 특징으 로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 마스크에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 2의 소오스/드레인 및 채널영역에 대응되는 본 발명에 따른 하프 톤 마스크를 확대한 도면이고, 도 6은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ', Ⅱ-Ⅱ'와 Ⅲ-Ⅲ' 선상을 자른 하프 톤 마스크의 단면도이다.
본 발명에 적용하기 위한 액정표시장치는 상술한 바와 같이, 도 2와 같이 구성되었고, 제 1 마스크를 사용해서 게이트라인과 게이트전극을 형성하고, 제 2 마스크를 사용해서 데이터라인, 소오스/드레인전극 및 액티브층을 형성하고, 제 3 마스크를 사용해서 드레인전극 상부에 콘택홀을 형성하고, 제 4 마스크를 사용해서 화소전극을 형성한다.
상기에서와 같이 데이터라인, 소오스/드레인전극 및 채널영역을 구비한 액티브층은 1개의 마스크를 사용하여 형성하는데, 이를 위해서 하프 톤 마스크를 사용한다.
상기에서와 같이 4마스크로 액정표시장치를 제조할 때는, 하프 톤 마스크를 얼마나 균일하게 형성하는가 하는 것이 가장 큰 과제로 대두되고 있다.
이와 같이 균일한 하프 톤 마스크를 만들기 위해서는 하프 톤 마스크의 두께 비율을 작게 만드는 것이 최우선 과제이다. 이를 위해서 1채널내의 하프 톤 비율 최소화가 불가피한 사항이다.
이에 의해서 본 발명에 따른 액정표시장치의 하프 톤 마스크는, 도 2, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이, 수평, 수직, 사선부를 갖는 '⊂' 형의 소오스전극(24a)과 그 사이에 일정 간격 이격된 드레인전극(24b)을 형성하기 위해서 그에 대응되는 상부에 수평, 수직, 사선의 각을 갖는 '⊂' 형상의 제 1 차광막(51a)과, 그 사이에 일정 간격 이격되어 배치된 제 2 차광막(51b)과, 제 1, 제 2 차광막(51a,51b) 사이를 따라서 연장 형성된 슬릿(slit)(51c)으로 구성된다.
이때 소오스/드레인전극(24a,24b) 사이에 수평부, 수직부, 사선부 각각이 균일한 채널영역을 형성하기 위해서, 본 발명에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 슬릿(51c)의 사선부의 임계치수를 상기 슬릿(51c)의 수평부와 수직부의 임계치수보다 작게 설계하였다.
예를 들어서, 상기 슬릿(51c)의 수평부, 수직부의 투과영역/차광영역/투과영역을 각각 1.3/1.4/1.3으로 설계하였다면, 슬릿(51c)의 사선부의 투과영역/차광영역/투과영역을 각각 1.3/1.3/1.1로 설계하면 된다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 사선부의 슬릿(51c)의 폭을 수평,수직부보다 좁게 설계하면 된다.
상기와 같이 하프 톤 마스크의 슬릿(51c)의 사선부의 폭을 좁게 설계하면, 이를 마스크로 수평,수직,사선부를 갖는 '⊂'자형의 채널을 갖도록 소오스/드레인전극 및 채널영역을 구비한 액티브층을 형성할 때, 채널영역의 사선부에서 소오스/드레인전극이 돌출되어 붙어버리거나 그 폭이 좁아지는 문제를 방지할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시장치의 마스크는 다음과 같은 효과가 있다.
하프 톤 마스크의 슬릿의 사선부의 임계치수를 수평,수직부의 임계치수보다 작게 설계하므로써, 소오스/드레인전극 사이에 균일한 폭을 갖는 채널영역을 형성하기에 용이하다. 이와 같은 하프 톤 마스크를 이용하면 4마스크 공정 수율을 향상시키기에 용이하다.

Claims (1)

  1. 수평, 수직, 사선부를 갖는 '⊂' 형상의 소오스전극을 정의하는 수평, 수직, 사선의 각을 갖는 '⊂' 형상의 제 1 차광막;
    상기 '⊂' 형상의 제 1 차광막 내부로 삽입된 형상이며, 상기 소오스전극과 이격된 드레인전극을 정의하는 제 2 차광막; 및
    상기 소오스전극과 드레인전극 사이에 채널 영역을 정의하며, 상기 제 1, 제 2 차광막 사이를 따라서 형성되고, 수평, 수직부의 임계치수 보다 사선부의 임계치수가 작은 슬릿(slit)으로 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치의 마스크.
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