KR20040008831A - 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈 어레이가 부착된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 투명한 상부기판과 투명한 하부기판 사이에 액정이 주입되고 하부기판의 상부에 픽셀영역에 이미지 신호와 스위칭 신호를 전달하는 배선부가 형성되며 픽셀영역에서 빛을 차단 또는 투사하여 이미지를 디스플레이하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이에 있어서, 하부기판은 복수 개의 렌즈 홈이 매트릭스 형태로 형성되도록 식각된 투명기판; 및 투명기판 상에 소정의 두께로 증착된 투명 절연막으로 구성되며, 투명기판의 오목한 홈과 투명 절연막으로 구성되는 복수 개의 마이크로 렌즈로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하여 하부기판에 마이크로 렌즈 어레이를 형성하고, 하부기판의 상부에 배선을 하여 픽셀이 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 부분에 위치하도록 하여 픽셀에 빛이 집중할 수 있도록 하여 액정 디스플레이의 실질적인 개구율을 높여 밝기가 더 밝아지도록 한다.

Description

박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법{TFT-LCD AND THE MAKING PROCESS}

본 발명은 마이크로 렌즈 어레이가 부착된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 픽셀에 빛을 집중시키는 마이크로 렌즈 어레이를 액정 디스플레이의 하부기판에 형성하여 마이크로 렌즈 어레이의 정렬을 쉽게 할 수 있도록 하여 마이크로 렌즈 어레이를 이용하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.

액정 디스플레이는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 픽셀에서 빛을 투과 또는 차단하여 이미지를 디스플레이를 한다. 이러한 액정 디스플레이는 여러 개의 픽셀로 구성되며 XGA급의 경우에는 1024×768의 열과 행을 가지는 픽셀수를 가지고 있다. 그리고, 각 픽셀에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 연결되어 있으며 가로와 세로로 이미지에 대한 데이터 신호와 주사신호가 입력되는 배선이 교차한다.이러한 배선의 교차점에 박막트랜지스터가 위치하여 박막트랜지스터의 스위칭동작에 의해 액정에 전계를 가하여 빛을 투과 또는 차단한다.

픽셀은 빛이 투과되는 광투과영역이고 배선과 박막트랜지스터는 빛을 차단하는 광차단영역이다. 액정 디스플레이에서 광차단 영역과 광투과 영역의 비를 개구율이라 하는데, 개구율이 높은 액정 디스플레이는 이미지가 밝게 디스플레이되도록 한다.

따라서, 액정 디스플레이에 더 많은 양의 빛이 통과하여 개구율을 높이기 위하여 일반적으로 액정 디스플레이의 상부기판에 마이크로 렌즈 어레이를 부착하여 조사되는 빛이 마이크로 렌즈에 의해 굴절되어 광차단 영역에서 벗어나서 광투과영역으로 통과하도록 한다. 따라서, 더 많은 양의 빛이 픽셀을 통과하게 되어 실질적으로 개구율이 증가하게 된다.

하지만 종래 기술에 의한 마이크로 렌즈 어레이가 부착된 박막트랜지스터 액정 디스플레이는 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 복수 개의 마이크로 렌즈의 크기와 액정 디스플레이의 각 픽셀의 크기는 매우 작아 상부기판에 마이크로 렌즈 어레이를 부착하는 과정은 매우 정밀한 작업을 필요로 한다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이를 상부기판에 부착하는 과정에서 마이크로 렌즈 어레이가 손상될 우려가 매우 크게 되며 마이크로 렌즈 어레이가 손상되면 다시 마이크로 렌즈 어레이를 제작하여야 한다.

따라서, 상기와 같은 이유로 마이크로 렌즈 어레이를 부착하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는 제작과정에서 많은 비용과 시간이 소모되며 불필요한 자원의 낭비가 생기게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 하부기판에 마이크로 렌즈 어레이를 형성하고, 하부기판의 상부에 배선을 하여 픽셀이 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 부분에 위치하도록 하여 픽셀에 빛이 집중할 수 있도록 하여 액정 디스플레이의 실질적인 개구율을 높여 밝기가 더 밝아지도록 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 투명한 상부기판과 투명한 하부기판 사이에 액정이 주입되고 하부기판의 상부에 픽셀영역에 이미지 신호와 스위칭 신호를 전달하는 배선부가 형성되며 픽셀영역에서 빛을 차단 또는 투사하여 이미지를 디스플레이하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이에 있어서, 하부기판은 복수 개의 렌즈 홈이 매트릭스 형태로 형성되도록 식각된 투명기판; 및 투명기판 상에 소정의 두께로 증착된 투명 절연막으로 구성되며, 투명기판의 렌즈 홈과 투명 절연막으로 구성되는 복수 개의 마이크로 렌즈로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하고,

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 제조방법은, 투명한 상부기판과 투명한 하부기판 사이에 액정이 주입되고 하부기판의 상부에 픽셀영역에 이미지 신호와 스위칭 신호를 전달하는 배선부가 형성되며 픽셀영역에서 빛을 차단 또는 투사하여 이미지를 디스플레이하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 제조방법에 있어서, 투명기판에 포토레지스터를 증착하고 패터닝하여 투명기판에 포토레지스터가 부착되는 제 1단계; 투명기판을 에칭을 하여 투명기판에 일정한 크기의 렌즈 홈이 생성되도록 식각하는 제 2단계; 및 식각된 투명기판의 상부에 투명 절연막을 증착하고 투명 절연막의 상부를 평탄화하여 하부기판을 형성하는 제 3단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1내지 도 5는 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 제조공정의 일실시례를 나타내는 도이다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하면서, 종래의 기술과 비교하여, 하기의 설명으로부터 좀더 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 제조공정의 일실시례를 나타내는 도이다. 도 1을 참조하여 설명하면,

제 1단계(ST 100): 투명기판(10) 상에 포토레지스터(11)를 증착하기 위하여 포토레지스터 노광기(Stepper)를 이용하여 포토레지스터(11)의 패턴을 형성하고, 리플로우(REFLOW)를 하여 투명기판 상에 도 2와 같이 포토레지스터(11)가 형성되도록 한다. 포토레지스터(11)의 패턴 형성을 위한 마스크 설계시 투명기판(10)은 후속 공정을 진행하는 과정에서 수축된다. 따라서, 포토레지스터(11)의 패턴은 마이크로 렌즈의 크기보다 수축률을 고려하여 좀 더 크게 형성되도록 한다. 그리고, 투명기판(10)으로는 고온 폴리 박막 트랜지스터 액정 디스플레이인 경우에는 석영기판을 사용하는 것이 바람직하다.

제 2단계(ST 110): 포토레지스터(11)가 부착되어 있는 투명기판(10)을 옥사이드 드라이 에칭을 시도하면 포토레지스터(11)와 옥사이드가 동시에 에칭되면서 투명기판(10)의 상부에 도 3에 도시된 바와 같은 오목한 곡면(12)이 형성된다.

제 3단계(ST 120): 오목한 곡면(12)이 형성된 투명기판(10)의 상부에 일정한 두께로 투명 절연막(13)을 증착한다. 투명 절연막(13)의 두께는 투명기판(10) 상의 오목한 곡면(12)에 의해 결정되는 오목한 곡면(12)에 의해 생성되는 마이크로 렌즈의 초점거리에 따라 결정되도록 하며, 초점거리가 길면 투명 절연막(13)의 두께를 두껍게 하고 초점거리가 짧으면 투명 절연막(13)의 두께를 얇게 증착한다.

투명 절연막(13)은 먼저 하나의 투명 절연막 층을 증착하여 오목한 곡면(12)이 투명절연막에 의해 채워지도록 한 후에 그 상부를 평탄화시키고 다시 투명 절연막을 덮어 마이크로 렌즈 어레이가 형성되도록 한다. 그리고 마이크로 렌즈의 촛점거리에 따라 두꺼운 투명 절연막(13)을 사용하는 경우는 복수 개의 층으로 투명 절연막(13)을 증착하도록 한다.

투명 절연막(13)이 투명기판(10)의 상부에 증착되어 도 4에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 하부기판을 형성한다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 위치에 투명 절연막(13)을 증착하는 방법으로 일반적으로 기상화학 증착법을 사용한다.

하지만, 기상화학 증착법은 증착속도가 느린 단점이 있어, 수십 마이크로의 두께를 갖는 절연막을 증착하기 위해 화염가수분해 증착법(FHD:Flame Hydrolysis deposition)을 이용하여 증착하는 것이 바람직하다. 화염가수분해 증착법은 기상화학 증착법에 비해 빠른 증착 속도를 얻을 수 있다.

또한, SiO₂산화막에 TiO₂, GeO₂, P₂O₅등의 첨가물을 첨가하여 투명 절연막의 굴절률을 변화시킬 수 있어 마이크로 렌즈의 굴절률을 증가시켜 광차단 영역으로 조사될 빛이 더 큰 각도를 갖고 굴절되도록 하여 더 많은 양의 빛이 광차단 영역으로 조사될 수 있도록 한다.

순수한 SiO₂산화막의 굴절률을 n₀라하고 첨가물이 들어갔을 경우의 굴절률을 n이라고 할 때 굴절률의 증가는 수학식 1을 따른다.

delta(%)=100×(n-n₀)/n

GeO₂첨가의 경우에는 굴절률이 최대 3.5%, P₂O₅첨가의 경우는 굴절률이 최대 1.2%까지 증가된다.

그리고, 투명 절연막(13)을 복수 개의 층으로 형성하는 경우에 각 투명 절연막층이 증착된 후에 필요에 따라서 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 등의 방법을 이용하여 표면을 연마하여 각 층의 표면을 더욱 평탄하게 하여 후속의 반도체 공정을 더욱 안정적으로 처리할 수 있다.

제 4단계(ST 130): 투명기판(10)과 투명 절연막(13)으로 구성된 하부기판 상에 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 위치에 따라 투명한 절연막과 불투명한 도전층을 순서대로 증착하고 패터닝하여 박막트랜지스터, 스토리지 캐패시터 및 광투과 영역을 형성하고, 광투과 영역의 상부에 픽셀전극을 형성한다. 박막 트랜지스터와스토리지 캐패시터는 병렬로 연결하고 박막트랜지스터의 드레인전극과 픽셀전극을 연결하여 박막트랜지스터를 통과한 신호가 픽셀전극에 도달할 수 있도록 한다.

그리고, 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 마이크로 렌즈에 의해 박막트랜지스터와 스토리지 캐패시터로 조사되는 빛이 광투과 영역으로 굴절될 수 있도록 한다.

제 5단계(ST 140): 하부기판의 픽셀 전극과 대향하는 대향 전극이 증착되어 있는 상부기판을 하부기판과 일정한 셀갭을 유지하도록 합착을 한 후에 액정을 주입하여 도 5에 도시된 바와 같이 액정 디스플레이의 광원이 하부기판쪽에서 상부기판 쪽으로 빛을 투사하여 스크린에 투사되어 이미지가 스크린에 디스플레이가 될 수 있게 한다.

따라서, 하부기판에 마이크로 렌즈 어레이가 부착되어 있으므로, 광원에서 투사되는 빛이 먼저 하부기판에 입사한 후에 하부기판에 형성되어 있는 마이크로 렌즈 어레이에 의해 액정 디스플레이의 광차단 영역(15)에 조사되는 빛이 픽셀영역으로 굴절된다. 그리고, 픽셀영역으로 굴절된 빛은 액정의 분자배열에 따라 통과 또는 차단되어 이미지를 형성하고 상부기판(20)을 통과한 후에 스크린에 투사되어 스크린에 이미지가 디스플레이될 수 있도록 한다.

또한, 위의 상기 과정에서 에칭조건을 조절하여 투명기판을 식각하는 과정에서, 에칭이 등방성 에칭이 되면 수직방향으로 에칭되어 측면에칭이 진행되어 투명기판의 상부가 식각되어 아래로 오목한 형태되고, 에칭이 방향성을 갖게되면, 즉수직방향으로 에칭 방향성을 가질 때는, 포토레지스터의 모양을 따라 식각되어 투명기판의 상부가 위로 볼록한 형태를 갖게 된다. 따라서, 투명기판의 상부가 오목한 상태로 식각되어 있는 상태에서 그 상부에 절연막을 증착하고 절연막의 상부를 평탄화하면 오목한 형태의 마이크로 렌즈 어레이가 부착된 하부기판을 완성할 수 있으며, 투명기판의 상부가 볼록한 상태로 식각되어 있는 상태에서 그 상부에 절연막을 증착하고 절연막의 상부를 평탄화하면 볼록한 형태의 마이크로 렌즈 어레이가 부착된 하부기판을 완성할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이가 부착된 액정 디스플레이 및 그 제조방법에 의하면, 마이크로 렌즈 어레이를 부착하여 광차단영역에 투사되는 빛을 픽셀영역으로 굴절되도록 하여 액정 디스플레이의 개구율을 높일 수 있게 된다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이를 하부기판에 형성한 후에 마이크로 렌즈 어레이의 밀도와 마이크로 렌즈 어레이의 상부에 적층되는 물질의 밀도에 따라 액정 디스플레이의 픽셀영역을 광차단 영역에 조사되는 빛을 굴절시켜 픽셀영역으로 조사되도록 픽셀영역의 위치를 정하도록 하여 별도로 마이크로 렌즈 어레이의 부착공정이 필요하지 않게 된다.

따라서, 공정의 단순화가 이루어질 수 있게 되며, 마이크로 렌즈 어레이 부착공정에서 마이크로 렌즈 어레이의 부착이 부정확하게 되어 마이크로 렌즈 어레이를 붙인 효과가 반감되는 일이 없으며, 마이크로 렌즈 어레이가 파손될 염려가 없어 재료의 손실이 적어지며 제작 단가가 떨어지게 된다.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해 되어져야 한다.

Claims (16)

1. 투명한 상부기판과 투명한 하부기판 사이에 액정이 주입되고 상기 하부기판의 상부에 상기 픽셀영역에 이미지 신호와 스위칭 신호를 전달하는 배선부가 형성되며 상기 픽셀영역에서 빛을 차단 또는 투사하여 이미지를 디스플레이하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이에 있어서,

   상기 하부기판은 복수 개의 렌즈 홈이 매트릭스 형태로 형성되도록 식각된 투명기판; 및

   상기 투명기판 상에 소정의 두께로 증착된 투명 절연막으로 구성되며,

   상기 투명기판의 상기 렌즈 홈과 상기 투명 절연막으로 구성되는 복수 개의 마이크로 렌즈로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정 디스플레이.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 렌즈 홈은 오목한 형태인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 렌즈 홈은 볼록한 형태인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 투명 절연막은 복수 개의 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 투명 절연막은 불순물이 첨가된 산화막인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정 디스플레이.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 불순물은 TiO₂, GeO₂, P₂O₅중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로 렌즈가 상기 픽셀 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
8. 제 1항에 있어서,

   빛을 조사하는 광원이 상기 하부기판에서 상기 상부기판 쪽으로 빛이 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정 디스플레이.
9. 투명한 상부기판과 투명한 하부기판 사이에 액정이 주입되고 상기 하부기판의 상부에 상기 픽셀영역에 이미지 신호와 스위칭 신호를 전달하는 배선부가 형성되며 상기 픽셀영역에서 빛을 차단 또는 투사하여 이미지를 디스플레이하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 제조방법에 있어서,

   투명기판에 포토레지스터를 증착하고 패터닝하여 상기 투명기판에 상기 포토레지스터가 부착되는 제 1단계;

   상기 투명기판을 에칭을 하여 상기 투명기판에 일정한 크기의 렌즈 홈이 생성되도록 식각하는 제 2단계; 및

   상기 식각된 투명기판의 상부에 투명 절연막을 증착하고 상기 투명 절연막의 상부를 평탄화하여 하부기판을 형성하는 제 3단계를 구비하는 것을 특징으로 하는박막 트랜지스터 액정 디스플레이 제조방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 제 3단계에서 상기 투명 절연막을 복수 개의 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 제조방법.
11. 제 9항 또는 제 10항에 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 3단계에서 상기 투명 절연막을 화염 가수분해 증착법을 이용하여 절연막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 제조방법.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 제 3단계에서 상기 투명 절연막에 TiO₂, GeO₂, P₂O₅중 어느 하나를 첨가하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 제조방법.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 제 1단계에서 상기 포토레지스터는 리플로우하여 상기 투명기판에 부착되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
14. 제 9항에 있어서,

    상기 투명기판의 수축률에 따라, 상기 포토레지스터는 상기 렌즈 홈의 크기가 상기 수축률을 고려하여 마이크로 렌즈의 크기보다 크게 형성되도록 패터닝되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
15. 제 9항에 있어서,

    상기 제 3단계 후 CMP 공정을 이용하여 상기 투명 절연막을 평탄화 시키는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정 디스플레이.
16. 제 9항에 있어서,

    상기 제 3단계 후에 상기 렌즈 홈의 위치에 따라 상기 픽셀영역의 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.