KR20080038602A - 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법 및 이에 의해 제조된액정 표시 장치 - Google Patents

와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법 및 이에 의해 제조된액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 임프린트 리소그라피 공정을 이용한 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 액정 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 나노 인프린트 리소그라피 공정을 이용하여 와이어 그리드 편광 패턴을 형성하는 공정에서 스탬프와 감광막이 형성된 기판을 완전히 합착하지 않고 감광막에 소정 깊이의 리세스만이 형성되도록 일부 합착한 후 리세스에 절연막을 매립하고 이를 마스크로 식각 공정을 실시하여 와이어 그리드 편광 패턴을 형성한다.
따라서, 나노 스케일의 감광막 패터닝 공정의 마진을 크게 할 수 있어 대면적 기판 상에 균일한 선폭 및 간격을 갖는 와이어 그리드 편광 패턴을 형성할 수 있다.
와이어 그리드 편광 패턴, 나노 임프린트 리소그라피, 대면적 기판

Description

와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 액정 표시 장치{Method of manufacturing a wire grid polarizer and liquid crystal display manufactured by the same}
도 1(a) 내지 도 1(f)는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그라피 공정을 이용하여 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 기판을 이용하여 제조된 액정 표시 패널의 평면도.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 5(a) 내지 도 5(f)는 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그라피 공정을 이용하여 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 기판 상에 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.
도 6(a) 내지 도 6c)는 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그라피 공정을 이용하여 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 기판 상에 컬러 필터 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 11 : 금속층
12 : 반사 방지막 13 : 감광막
14 : 스탬프 15 : 리세스
16 : 절연막 20 : 와이어 그리드 편광 패턴
100 : 박막 트랜지스터 기판 200 : 컬러 필터 기판
300 : 액정 표시 패널 400 : 제 1 와이어 그리드 편광 패턴
500 : 제 2 와이어 그리드 편광 패턴
본 발명은 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 나노 임프린트 리소그라피(nano imprint lithograpy) 공정을 대면적 기판에 적용할 수 있는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 화소 전극이 형성된 박막 트랜지스터 기판과 공통 전극이 형성된 컬러 필터 기판, 그리고 이들 사이에 삽입된 액정층으로 구성되며, 화소 전극 및 공통 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액 정 분자들을 재배열시킴으로써 액정층에 투과되는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표시한다. 이러한 액정 표시 장치는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 광이 입사되어 화상을 형성한다. 이를 위하여 액정 표시 장치의 배면에는 백라이트 유닛이 설치되어 광을 조사한다.
백라이트 유닛으로부터 출사된 광은 액정 표시 패널에 그대로 입사되는 것이 아니라 편광판을 통해 편광 특성이 부여되어 입사된다. 따라서, 액정 표시 장치는 액정 분자의 광학적 이방성과 편광판의 편광 특성을 이용하여 화상을 표시하게 된다.
액정 표시 패널에 편광판을 설치하는 방법으로 근래에는 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer)이 개발되어 사용되고 있다. 와이어 그리드 편광판은 인간이 인지하는 가시 광선 영역인 적색, 녹색 및 청색 파장의 크기보가 작은 선폭 및 간격을 가진 스트라이프 패턴(Stripe Pattern)을 기판 또는 박막상에 형성함으로써 구현된다. 액정 표시 장치의 경우 이렇게 형성된 와이어 그리드 패턴에 백라이트 유닛으로부터 광이 입사되면, 광은 일반적인 특성상 진행 방향에 대하여 수평 및 수직 방향으로 진동하면서 진행하기 때문에 와이어 그리드 편광 패턴 사이의 공간과 평행하게 입사되는 광만 와이어 그리드 편광 패턴을 통과하게 된다. 이와 같은 방식으로 소정 기판 상부에 금속계 와이어 그리드 편광 패턴이 형성되어 있는 것이 와이어 그리드 편광판(Wire Grid Polarizer)이다.
와이어 그리드 편광판을 광학적으로 고반사율을 가진 알루미늄(Al)등과 같은 금속 재료를 이용하여 형성하면 백라이트 유닛으로부터 와이어 그리드 편광 패턴 사이의 공간에 대하여 수직 방향으로 입사되는 광은 와이어 그리드 편광 패턴 사이의 공간을 통과하지 못하고 반사되어 백라이트 유닛으로 재입사된다. 따라서, 와이어 그리드 편광판의 하부에 굴절율이 다른 위상 전이층, 예를들어 광 변환층(Anti-Reflective)을 형성하면 위상 전이층에서 위상이 변화하여 다시 와이어 그리드 편광판으로 입사되어 추가 편광이 일어나게 된다.
상기와 같은 광 리사이클(Recycle)이 지속적으로 발생하여 결국 편광 투과도를 향상시키는 듀얼 밝기 강화 필름(Dual Brightness Enhancement Film; DBEF)과 같은 효과를 가지게 되는 것이다. 광 리사이클이 기존의 복잡한 DBEF가 아닌 간단한 반사 방지 구조를 이용하여 구현할 수 있기 때문에 저가의 고편광 투과율의 편광판을 구현할 수 있는 것이다.
그러나, 이와 같은 와이어 그리드 편광판의 장점에도 불구하고 와이어 그리드 편광판은 근본적으로 50∼200㎚ 정도의 나노 스케일(Nano Scale)의 금속계 반사막이 패터닝 공정으로 형성되기 때문에 공정상의 한계를 극복하는 것이 실용화의 관건이다. 이를 위해 나노 스케일의 와이어 그리드 편광판은 나노 임프린트 리소그라피(Nano imprint Lithography) 공정을 이용하여 감광막 패턴을 형성한 후 이를 식각 마스크로 금속계 반사막을 식각하여 제조한다. 나노 임프린트 리소그라피 공정은 형성하고자 하는 패턴이 각인된 스탬프(stamp)와 감광막((Photo Resist)이 도포된 피착물을 상호 압착하여 감광막 패턴을 형성하는 공정이다. 이렇게 스탬프와 감광막의 물리적인 압착에 의해 패턴을 형성하는 나노 임프린트 리소그라피 공정은 기구적인 정밀도가 매우 중요하게 된다. 반도체 공정에 사용되는 웨이퍼와 같이 소형의 경우에는 기구적인 정밀도가 크게 중요하지 않더라도 액정 표시 장치와 같이 대면적 기판을 이용하는 경우에는 기구적인 정밀도가 공정 수율을 크게 좌우하게 된다. 따라서, 대면적 기판에 나노 스케일의 감광막 패턴을 형성하기 위해서는 기구적인 정밀도의 의존도를 낮추는 공정 마진을 확보해야만 실질적으로 실용화가 가능하다. 즉, 기존의 나노 임프린트 리소그라피 공정은 실리콘 웨이퍼와 같은 작은 사이즈의 기판에는 효과적으로 사용될 수 있는 방법이지만, 대면적 기판을 이용하는 와이어 그리드 편광판에 적용시 수율이 저하되고, 와이어 그리드 편광 패턴의 선폭 및 간격 등의 균일성이 저하되는 문제점이 발생한다. 또한, 와이어 그리드 편광 패턴의 불균일성에 의해 편광판의 편광 특성이 저하된다.
본 발명의 목적은 와이어 그리드 편광 패턴의 선폭 및 간격 등의 편차를 줄일 수 있어 편광판의 특성을 향상시킬 수 있는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 선폭 및 간격 등이 균일한 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 기판을 이용하여 액정 표시 패널을 제조하는 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법은 기판 상부에 반사층 및 감광막을 형성한 후 상기 감광막의 소정 영역에 소정의 간격 및 깊이로 리세스를 형성하는 단계; 상기 리세스에 절연막을 매립하는 단계; 상기 절연막을 식각 마스크로 상기 감광막 및 반사층을 식각한 후 상기 감광막을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 반사층은 알루미늄을 포함한 반사 물질을 이용하여 형성한다.
상기 반사층과 상기 감광막 사이에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 리세스는 소정의 패턴이 각인된 스탬프를 상기 감광막과 합착시킨 후 상기 감광막을 경화시켜 형성한다.
상기 리세스는 상기 감광막의 두께 대비 10 내지 50%의 깊이로 형성된다.
상기 리세스에 매립된 절연막은 상기 리세스가 매립되도록 전체 상부면에 절연막을 형성한 후 상기 절연막을 전면 식각하여 상기 감광막을 노출시켜 형성한다.
상기 감광막은 산소 플라즈마를 이용하여 식각하고, 상기 반사층은 BCl3, Cl2, SF6 및 O2의 혼합 플라즈마를 이용하여 식각한다.
본 발명의 일 양태에 따른 액정 표시 장치는 상부에 소정의 소자층이 형성된 상부 기판 및 하부 기판, 그리고 이들 사이에 개재된 액정층을 포함하고, 상기 상 부 기판 및 하부 기판 중 적어도 어느 하나의 기판의 표면 상에 소정의 선폭 및 간격으로 형성된 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하며, 상기 와이어 그리드 편광 패턴은 상기 기판 상에 반사층 및 감광막이 형성되고, 상기 감광막에 소정 깊이의 리세스가 형성된 후 상기 리세스에 절연막이 매립되고, 상기 절연막을 마스크로 상기 반사층을 식각하여 소정의 선폭 및 간격으로 형성된다.
본 발명의 다른 양태에 따른 액정 표시 장치는 제 1 기판상에 일 방향으로 연장된 게이트 라인, 이와 수직 방향으로 연장된 데이터 라인 및 이들에 의해 정의된 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 기판; 및 제 2 기판상에 상기 화소 영역 이외의 영역에 대응하여 형성된 블랙 매트릭스, 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 컬러 필터 및 공통 전극을 포함하는 컬러 필터 기판을 포함하고, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 중 적어도 어느 하나의 기판은 반사층 및 감광막이 형성되고, 상기 감광막에 소정 깊이의 리세스가 형성된 후 상기 리세스에 절연막이 매립되고, 상기 절연막을 마스크로 상기 반사층을 식각하여 소정의 선폭 및 간격으로 형성된 와이어 그리드 편광 패턴을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제 공되는 것이다.
도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상부에" 또는 "위에" 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1(a) 내지 도 1(f)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.
도 1(a)를 참조하면, 기판(10) 상부에 반사층(11), 반사 방지막(12) 및 감광막(13)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 기판(10)은 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판 또는 컬러 필터 기판에 적용하기 위한 것으로, 대면적 글래스 기판을 포함한다. 즉, 기판(10)은 박막 트랜지스터 기판 또는 컬러 필터 기판에 사용되는 글래스 기판일 수도 있고, 박막 트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판과는 별도의 투광성 베이스 기판일 수 있다. 또한, 반사층(11)은 와이어 그리드 편광 패턴을 형성하기 위한 것으로, 알루미늄을 포함하는 반사 물질을 이용하여 예컨데 150∼200㎚의 두께로 형성하며, 물질의 종류에 따라 DC 또는 RF 스퍼터링(Sputtering) 방법을 이용하여 형성한다. 그리고, 반사 방지막(12)은 스핀 코팅법 또는 그 밖의 코팅 방법을 이용하여 형성하며, 50∼70㎚의 두께로 형성한다. 제작하고자 하는 와이어 그리드 편광 패턴이 나노 스케일(Nano Scale)의 선폭을 갖기 때문에 반사 방지막(12)은 나노 임프린트 리소그라피(nano imprint lithograpy) 공정의 감광막(13)을 경화시키기 위한 광 노광 공정시 반사층(11)의 반사에 의한 노광 해상도의 저하를 방지를 위한 광 흡수층이다. 그리고, 감광막(13)은 UV 광에 의해 경화되는 물질을 이용하여 150∼200㎚의 두께로 형성하며, 스핀 코팅 또는 그 밖의 코팅 방법을 이용하여 형성한다.
도 1(b)를 참조하면, 반사층(11), 반사 방지막(12) 및 감광막(13)이 순차적으로 형성된 기판(10)을 나노 임프린트 리소그라피 장비에 로딩한다. 원하는 위치에 와이어 그리드 편광 패턴을 형성하기 위해 기판(10)과 와이어 그리드 편광 패턴이 각인된 스탬프(14)를 정렬한다. 그리고, 스탬프(14) 또는 기판(10)을 이동시켜 감광막(13)에 소정 깊이의 리세스(15)가 형성되도록 이들을 합착한다. 이때, 리세스(15)는 감광막(13)의 두께대비 약 10∼50%의 깊이로 형성하는 것이 바람직한데, 본 실시 예에서는 약 50㎚ 깊이의 리세스(15)가 형성되도록 한다. 즉, 리세스(15)의 깊이가 너무 얕으면 이후 공정에서 형성되는 절연막 두께를 충분히 확보하지 못하여 마스크로서의 역할이 감소되며, 리세스(15)의 깊이가 너무 깊으면 와이어 그리드 편광 패턴의 선폭 및 간격의 정밀한 제어가 어렵다. 스탬프(14)와 감광막(13)이 합착된 상태에서 UV 광 또는 열경화 방법으로 감광막(13)을 경화시킨다.
도 1(c)를 참조하면, 리세스(15)가 형성된 감광막(13)을 경화시킨 후 스탬프(14)와 감광막(13)을 분리한다. 리세스(15)가 형성된 감광막(13) 상부에 리세스(15)가 매립되도록 절연막(16)을 형성한다. 절연막(16)은 산화막 등을 스핀 코 팅 등의 증착 방법으로 형성하며, 리세스(15)가 매립되고 감광막(13) 표면으로부터 소정 두께, 예를들어 약 5㎚의 두께로 형성한다. 예컨데 절연막(16)으로 산화막을 형성하는 경우 SOG(Spin On Glass)막을 형성한 후 베이킹 처리하여 산화막을 형성한다.
도 1(d)를 참조하면, 절연막(16)이 형성된 기판(10)을 나노 임프린트 리소그라피 장비에서 언로딩한 후 건식 식각 장비에 로딩한다. 건식 식각 장비에서 CF4 플라즈마, CHF3 플라즈마 또는 SF6 플라즈마를 이용하여 절연막(16)을 전면 식각하여 감광막(13)이 노출되도록 한다.
도 1(e)를 참조하면, 동일 건식 식각 장비 또는 생산성을 고려하여 절연막(15)을 전면 식각하기 위한 건식 식각 장비와 병렬로 연결되는 다른 건식 식각 장비에서 산소 플라즈마를 이용하여 감광막(13)과 반사 방지막(12)을 식각한다. 즉, 절연막(15)을 마스크로 절연막(15)에 의해 노출되는 감광막(13)과 반사 방지막(12)을 식각하여 반사층(11)이 노출되도록 한다. 그리고, 계속하여 BCl3, Cl2, SF6 및 O2의 혼합 플라즈마를 이용하여 반사층(11)을 식각한다.
도 1(f)를 참조하면, 건식 식각 장비에서 기판(10)을 언로딩한 후 애싱(ashing) 장비에 로딩한다. 애싱 장비에서 산소 플라즈마를 이용하여 반사층(11) 상부에 잔류하는 반사 방지막(12), 감광막(13) 및 절연막(15)을 제거한다. 이에 따라 와이어 그리드 편광 패턴(20)이 기판(10) 상에 형성된다.
이처럼 제조된 와이어 그리드 편광 패턴은 스탬프로 감광막에 소정 깊이만 리세스하므로 공정 마진을 증가시킬 수 있고, 리세스가 매립되도록 형성된 절연막을 마스크로 하부막을 건식 식각하므로 하부막을 정밀하게 패터닝할 수 있다. 이에 의해 대면적 기판상에 균일한 선폭 및 간격을 갖는 나노 스케일의 와이어 그리드 편광 패턴을 정밀하고 정확하게 제어하여 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 대면적 기판을 이용하여 박막 트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판을 제조할 수 있는데, 이하에서는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 기판상에 제조된 박막 트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판으로 구성되는 액정 표시 패널과 이들의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 방법으로 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 액정 표시 패널의 평면도이고, 도 3은 도 1의 액정 표시 패널을 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이고, 도 4는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이다.
도 2, 도 3 및 도 4을 참조하면, 액정 표시 패널(300)은 서로 대향하는 박막 트랜지스터 기판(100)과 컬러 필터 기판(200), 그리고 이들 사이에 위치하는 액정층(미도시)을 포함한다. 또한, 액정 표시 패널(300)은 박막 트랜지스터 기판(100)의 제 1 절연 기판(110)의 전체 상부면에 형성되며 일 방향으로 형성된 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)과, 컬러 필터 기판(200)의 제 2 절연 기판(210)의 전체 상부면에 형성되며 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)과 수직한 방향으로 형성된 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)중 적어도 어느 하나를 더 포함한다.
박막 트랜지스터 기판(100)은 제 1 절연 기판(110) 상부에 일 방향으로 연장되는 다수의 게이트 라인(121)과, 게이트 라인(121)과 교차하는 다수의 데이터 라인(141)과, 게이트 라인(121)과 데이터 라인(141)에 의해 정의된 화소 영역에 형성된 화소 전극(151)과, 게이트 라인(121), 데이터 라인(141) 및 화소 전극(151)에 접속된 박막 트랜지스터(125)를 포함한다. 또한, 화소 영역에 소정의 폭 및 간격을 가지며, 일 방향으로 형성된 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)을 더 포함한다.
게이트 라인(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고, 게이트 라인(121)의 일부가 상부 또는 하부로 돌출되어 게이트 전극(122)을 이룬다.
데이터 라인(141)은 게이트 라인(121)과 수직으로 교차되도록 일 방향으로 연장되어 형성되며, 그 일부가 돌출되어 소오스 전극(142)을 이룬다. 또한, 데이터 라인(141) 형성시 소오스 전극(142)와 소정 간격 이격되어 드레인 전극(143)이 형성된다.
또한, 게이트 라인(121)은 알루미늄(Al), 네오디뮴(Nd), 은(Ag), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 게이트 라인(121)은 단일층 뿐 아니라 복수 금속층의 다중층으로 형성될 수 있다. 즉, 물리 화학적 특성이 우수한 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 등의 금속층과 비저항이 작은 알루미늄(Al) 계열 또는 은(Ag) 계열의 금속층을 포함하는 이중층으로 형성할 수도 있다. 또한, 상술한 데이터 라인(141) 및 소오스 전극(142) 그리고, 드레인 전극(143)도 상술한 금속으로 형성될 수 있고, 다중층으로 형성될 수도 있다.
박막 트랜지스터(125)는 게이트 라인(121)에 공급되는 신호에 응답하여 데이터 라인(141)에 공급되는 화소 신호가 화소 전극(151)에 충전되도록 한다. 따라서, 박막 트랜지스터(125)는 게이트 라인(121)에 접속된 게이트 전극(122)과, 데이터 라인(141)에 접속된 소오스 전극(142)과, 화소 전극(151)에 접속된 드레인 전극(143)과, 게이트 전극(122)과 소오스 전극(142) 및 드레인 전극(143) 사이에 순차적으로 형성된 게이트 절연막(131) 및 활성층(132)과, 활성층(132)의 적어도 일부에 형성된 오믹 접촉층(133)을 포함한다. 이때, 오믹 접촉층(133)은 채널부를 제외한 활성층(132) 상에 형성될 수 있다.
게이트 라인(121), 데이터 라인(141) 및 박막 트랜지스터(125)의 상부에는 보호막(144)이 형성되어 있다. 보호막(144)은 질화 실리콘 또는 산화 실리콘 등의 무기 물질로 형성될 수도 있고, 저유전율 유기 절연막으로 형성될 수도 있다. 물론 무기 절연막과 유기 절연막의 이중막으로 형성될 수도 있다.
화소 전극(151)은 게이트 라인(121)과 데이터 라인(141)에 의해 확정된 화소 영역의 기판(110)상에 형성되며, 드레인 전극(143)과 접속되어 있다.
제 1 와이어 그리드 패턴(400)은 도 1(a) 내지 도 1(f)를 이용하여 설명된 방법으로 기판(110) 상의 전체면에 형성되는데, 게이트 라인(121)을 기준으로 수직 방향, 수평 방향 또는 소정의 각도를 갖는 사선 방향으로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)은 화소 영역내에만 형성될 수도 있다.
한편, 박막 트랜지스터 기판(100)과 컬러 필터 기판(200) 사이에 위치하는 액정층(미도시)에 인가된 액정 전압을 안정적으로 유지하기 위하여 스토리지 캐패시터 라인(미도시)이 형성될 수 있는데, 예를들어 스토리지 캐패시터 라인(미도시)은 게이트 라인(121)이 형성될 때 게이트 라인(121)과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.
컬러 필터 기판(200)은 제 2 절연 기판(210) 상에 형성된 블랙 매트릭스(221)와, 컬러 필터(231)와, 오버 코트막(241)과, 공통 전극(251)을 포함한다. 또한, 기판(210) 전체 상부면에 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)을 더 포함한다. 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)은 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)과 수직한 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
블랙 매트릭스(221)는 화소 영역 이외의 영역에 형성되어 화소 영역 이외의 영역으로 빛이 새는 것과 인접한 화소 영역들 사이의 광 간섭을 방지한다. 즉, 블랙 매트릭스(221)는 박막 트랜지스터 기판(100)의 화소 전극(151)이 형성된 영역을 개방하는 개구부를 갖는다.
컬러 필터(231)는 블랙 매트릭스(221)를 경계로 하여 적색, 녹색 및 청색 필터가 반복되어 형성된다. 컬러 필터(231)는 광원으로부터 조사되어 액정층(미도시)을 통과한 빛에 색상을 부여하는 역할을 한다. 컬러 필터(231)는 감광성 유기 물질로 형성될 수 있다.
오버 코트막(241)은 컬러 필터(231)와 컬러 필터(231)가 덮고 있지 않은 블 랙 매트릭스(221)의 상부에 형성된다. 오버 코트막(241)은 컬러 필터(231)를 평탄화하면서, 컬러 필터(231)를 보호하는 역할과 상하부 도전층 사이를 절연하는 역할을 하며 아크릴계 에폭시 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
오버 코트막(241)의 상부에는 공통 전극(251)이 형성된다. 공통 전극(251)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전 물질로 이루어진다. 공통 전극(251)은 박막 트랜지스터 기판의 화소 전극(151)과 함께 액정층(미도시)에 전압을 인가한다.
제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)은 도 1(a) 내지 도 1(f)를 이용하여 설명된 방법으로 대면적의 제 2 기판(210) 전체 상부면에 형성되는데, 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(500)과 수직 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)은 화소 영역에만 형성될 수도 있다.
한편, 상기 실시 예에서는 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)이 형성되고, 컬러 필터 기판(200) 상에 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)이 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 제 1 및 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(400 및 500)중 어느 하나만을 형성할 수도 있다. 또한, 박막 트랜지스터 기판(100) 및 컬러 필터 기판(200)의 하부면에 와이어 그리드 편광 패턴으로부터 반사된 광을 와이어 그리드 편광 패턴으로 재입사시키기 위한 광 변환층이 더 형성된다. 광 변환층은 광 변환층이 형성된 필름(film)을 부착하여 형성할 수도 있고, 소정의 광 변환층을 박막 형태로 증착하여 형성할 수도 있다. 또 한, 박막 트랜지스터 기판(100) 및 컬러 필터 기판(200)의 하부면에는 각 기판을 보호하기 위한 보호 필름이 부착될 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 박막 트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판중 적어도 어느 하나의 기판 상에 와이어 그리드 편광 패턴을 형성한다. 와이어 그리드 편광 패턴은 편광 원리적으로 리사이클링 구조를 적용하기 때문에 박막 트랜지스터 기판의 화소 영역에 와이어 그리드 편광 패턴이 형성되어도 액정 표시 패널의 개구율을 감소시키지 않는다. 즉, 일정 편광 각도로 존재하는 와이어 그리드 편광 패턴 상에 광이 입사되는 경우 와이어 그리드 편광 패턴에 수평 방향으로 진동하는 광은 와이어 그리드 편광 패턴 사이의 공간을 통하여 투과된다. 그러나, 수직 방향으로 입사되는 광은 와이어 그리드 편광 패턴에 의해 통과하지 못하고 반사되어 기판 하부에 존재하는 광 변환층에서 되반사된 후 와이어 그리드 편광 패턴으로 재입사된다. 이렇게 반복적인 광 리사이클링(Recycling) 효과에 의하여 전체적으로 편광 광이 유도되기 때문에 액정 표시 패널의 화소 영역에 걸쳐 반사 금속 성분의 와이어 그리드 편광 패턴이 존재하여도 개구율이 감소되지는 않는다.
이하에서는 본 발명에 따른 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)이 형성된 기판(110) 상에 박막 트랜지스터 기판(100)을 제조하는 방법과 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)이 형성된 기판(210) 상에 컬러 필터 기판(200)을 제조하는 방법에 대해 설명하겠다.
도 5(a) 내지 도 5(f)는 본 발명에 따른 방법으로 제 1 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 기판 상에 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 5(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그라피 공정을 이용하여 형성된 소정의 선폭 및 간격을 갖는 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)이 형성된 기판(110) 상부에 절연막(120)을 형성한다. 여기서, 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)은 예를들어 게이트 라인(121)을 기준으로 게이트 라인(121)과 수평한 방향 또는 수직한 방향 또는 소정의 각도를 갖는 사선 방향으로 형성된다. 그리고, 절연막(120)은 예컨데 실리콘 산화막을 이용하여 형성한다.
도 5(b)를 참조하면, 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400) 및 절연막(120)이 형성된 기판(110) 상부에 제 1 도전층을 형성한 후 제 1 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 1 도전층을 패터닝한다. 이에 의해 게이트 전극(122)을 포함한 게이트 라인(121)이 형성된다. 그리고, 전체 상부면에 게이트 절연막(131)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연막(131)은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 포함하는 무기 절연막을 이용하여 형성한다. 이때, 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)은 나노 임프린트 리소그라피 공정 및 건식 식각 공정을 이용하여 제조된다.
도 5(c)를 참조하면, 전체 상부면에 활성층(132) 및 오믹 접촉층(133)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 활성층(132)으로는 비정질 실리콘층을 이용하고, 오믹 접촉층(133)으로는 실리사이드 또는 N형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘 층을 이용한다. 이후 제 2 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 게이트 전극(122)과 중첩되도록 활성층(132) 및 오믹 접촉층(133)을 패터닝한다.
도 5(d)를 참조하면, 전체 구조 상부에 제 2 도전층을 형성한 후 제 3 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 2 도전층을 패터닝한다. 이에 의해 소오스 전극(142) 및 드레인 전극(143)을 포함한 데이터 라인(141)이 형성된다. 이때, 소오스 전극(142) 및 드레인 전극(143)은 게이트 전극(122) 상부에서 소정 간격 이격되도록 형성되고, 이들에 의해 노출된 활성층(132)이 채널 영역이 된다. 여기서, 제 2 도전층으로는 금속 단일층 또는 다중층을 이용하는 것이 바람직하며, 제 2 도전층은 게이트 라인(121)을 형성하기 위한 제 1 도전층과 동일한 물질을 이용할 수도 있다.
도 5(e)를 참조하면, 전체 상부면에 보호막(144)을 형성한다. 보호막(144)은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막 등의 무기 절연막을 이용하여 형성하거나, BCB(Benzocyclobutane), 아크릴계 수지(acryl resine) 등의 유기 절연막을 이용하여 형성하며, 이들을 적층하여 형성할 수도 있다. 이후 제 3 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 보호막(144)의 소정 영역을 식각하여 드레인 전극(143)을 노출시키는 콘택홀(161)을 형성한다.
도 5(f)를 참조하면, 전체 구조 상부에 제 3 도전층을 형성한 후 제 4 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 3 도전층을 패터닝하여 화소 전극(151)을 형성한다. 여기서, 제 4 도전층은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO)이나 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide : IZO)을 포함하는 투명 도전층을 이용하는 것이 바람직하다.
도 6(a) 내지 도 6(c)는 본 발명의 본 발명에 따른 방법으로 제 2 와이어 그리드 편광 패턴이 형성된 기판 상에 컬러 필터 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 6(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그라피 공정을 이용하여 형성된 소정의 선폭 및 간격을 갖는 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)이 형성된 기판(210) 상부에 절연막(220)을 형성한다. 여기서, 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)은 제 1 와이어 그리드 편광 패턴(400)과 수직 방향으로 정렬되어 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 절연막(220)은 예컨데 실리콘 산화막을 이용하여 형성한다. 이때, 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500)은 나노 임프린트 리소그라피 공정 및 건식 식각 공정을 이용하여 제조된다.
도 6(b)를 참조하면, 제 2 와이어 그리드 편광 패턴(500) 및 절연막(220)이 형성된 기판(220)의 전체 상부면에 도전층을 형성한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 도전층을 패터닝하여 블랙 매트릭스(221)를 형성한다. 블랙 매트릭스(221)를 형성하기 위한 제 2 도전층은 크롬(Cr) 및 크롬 옥사이드(CrO)를 포함한다. 또한, 블랙 매트릭스(221)는 박막 트랜지스터 기판(100)의 게이트 라인(121), 데이터 라인(141) 및 박막 트랜지스터(125)에 대응하는 부분에 형성된다.
도 6(c)를 참조하면, 블랙 매트릭스(221)가 형성된 기판(210) 상부에 적, 녹, 청색 레지스트를 순차적으로 도포하고 패터닝하여 블랙 매트릭스(221) 사이에 순차적으로 배열되는 컬러 필터(231)를 형성한다. 그리고, 전체 상부면에 오버 코트막(241)을 형성한다. 오버 코트막(241)은 컬러 필터(231)를 평탄화하면서 컬러 필터(231)를 보호하는 역할 뿐만 아니라 도전성 물질로 형성된 블랙 매트릭스(221)와 공통 전극(251)을 전기적으로 절연한다. 또한, 오버 코트막(241)은 아크릴계 에폭시 재료를 이용하여 형성한다. 이후 전체 상부면에 ITO막 또는 IZO막을 포함하는 투명한 도전층을 형성하여 공통 전극(251)을 형성한다.
한편, 상기의 실시 예들에서는 박막 트랜지스터 기판(100)에 게이트 라인(121), 데이터 라인(141) 및 화소 전극(151)이 형성되고, 컬러 필터 기판(200)에 블랙 매트릭스(221), 컬러 필터(231) 및 공통 전극(251)이 형성되는 액정 표시 장치에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 다양한 액정 셀 구조 및 화소 형상에 모두 적용 가능하다. 예를들어 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 블랙 매트릭스(221)가 형성되는 경우, 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 컬러 필터(231)이 형성되는 경우 등을 포함하는 다양한 구조의 액정 표시 패널에 본 발명이 적용된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 나노 인프린트 리소그라피 공정을 이용하여 와이어 그리드 편광 패턴을 형성하는 공정에서 스탬프와 감광막이 형성된 기판을 완전히 합착하지 않고 감광막에 소정 깊이의 리세스만이 형성되도록 일부 합 착한 후 리세스에 절연막을 매립하고 이를 마스크로 식각 공정을 실시하여 와이어 그리드 편광 패턴을 형성한다.
따라서, 나노 스케일의 감광막 패터닝 공정의 마진을 크게 할 수 있어 액정 표시 패널을 형성하기 위한 대면적 기판 상에 균일한 선폭 및 간격을 갖는 와이어 그리드 편광 패턴을 형성할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상부에 반사층 및 감광막을 형성한 후 상기 감광막의 소정 영역에 소정의 간격 및 깊이로 리세스를 형성하는 단계;
    상기 리세스에 절연막을 매립하는 단계;
    상기 절연막을 식각 마스크로 상기 감광막 및 반사층을 식각한 후 상기 감광막을 제거하는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 알루미늄을 포함한 반사 물질을 이용하여 형성하는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층과 상기 감광막 사이에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 리세스는 소정의 패턴이 각인된 스탬프를 상기 감광막과 합착시킨 후 상기 감광막을 경화시켜 형성하는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 리세스는 상기 감광막의 두께 대비 10 내지 50%의 깊이로 형성되는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 리세스에 매립된 절연막은 상기 리세스가 매립되도록 전체 상부면에 절연막을 형성한 후 상기 절연막을 전면 식각하여 상기 감광막을 노출시켜 형성하는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 감광막은 산소 플라즈마를 이용하여 제거하는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 BCl3, Cl2, SF6 및 O2의 혼합 플라즈마를 이용하여 식각하는 와이어 그리드 편광 패턴의 제조 방법.
  9. 상부에 소정의 소자층이 형성된 상부 기판 및 하부 기판, 그리고 이들 사이 에 개재된 액정층을 포함하고,
    상기 상부 기판 및 하부 기판 중 적어도 어느 하나의 기판의 표면 상에 소정의 선폭 및 간격으로 형성된 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하며,
    상기 와이어 그리드 편광 패턴은 상기 기판 상에 반사층 및 감광막이 형성되고, 상기 감광막에 소정 깊이의 리세스가 형성된 후 상기 리세스에 절연막이 매립되고, 상기 절연막을 마스크로 상기 반사층을 식각하여 소정의 선폭 및 간격으로 형성되는 액정 표시 장치.
  10. 제 1 기판상에 일 방향으로 연장된 게이트 라인, 이와 수직 방향으로 연장된 데이터 라인 및 이들에 의해 정의된 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 기판; 및
    제 2 기판상에 상기 화소 영역 이외의 영역에 대응하여 형성된 블랙 매트릭스, 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 컬러 필터 및 공통 전극을 포함하는 컬러 필터 기판을 포함하고,
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 중 적어도 어느 하나의 기판은 반사층 및 감광막이 형성되고, 상기 감광막에 소정 깊이의 리세스가 형성된 후 상기 리세스에 절연막이 매립되고, 상기 절연막을 마스크로 상기 반사층을 식각하여 소정의 선폭 및 간격으로 형성된 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하는 액정 표시 장치.
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