KR20100095048A - 금속 반사막을 갖는 액정변조기와 이를 이용한 박막트랜지스터 기판 검사장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 반사판을 쓴 액정변조기와 이를 이용한 TFT(Thin Film Transistor) 기판 검사장치에 관한 것이다. 액정변조기는 TFT 기판에서 20 ~ 50㎛ 두께의 공기층을 두고, 화소의 전압을 측정하여 불량 여부를 결정한다. 반사형 액정변조기에서는 특정 파장대의 빛을 반사시키는 유전체 반사막을 쓴다. 유전체 반사막은 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질을 교대로 증착하여 만드는데, 굴절률이 높은 물질로는 티탄늄 산화물(TiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3) 그리고 지르코늄 산화물(ZrO2) 등과 같이 금속산화물을 주로 쓴다. 그러나, 금속산화물은 내부에 있는 금속불순물로 인하여 표면저항이 낮아서, 등전위가 될 뿐만 아니라 액정에 걸린 전압이 빠른 시간에 평균화된다. 본 발명에서는 알루미늄과 같은 금속막을 화소전극보다 작은 단위 반사막의 배열 형태로 만들고, 각각의 단위 반사막은 전기적으로 단절된 특성을 띄게 하고, 또한 빛이 새어나가지 않도록 단위 반사막을 다중으로 적층하였다. 이러한 경우 반사막의 비저항을 유리와 같이 거의 절연체에 가깝게 구현하는 특성이 있고, 액정변조기의 성능을 높여, TFT 기판의 검사를 정확히 수행함으로 생산성 향상을 기대할 수 있다.
액정변조기, TFT, 검사장치, 표면저항, 반사막
Description
본 발명은 액정변조기(Liquid Crystal Modulator)와 이를 이용한 TFT(Thin Film Transistor) 기판 검사장치에 관한 것으로, 반사막의 표면 저항을 높여 측정의 정밀도를 높였다.
액정표시장치(LCD)는 영상을 표시하는 액정판, 액정판에 빛을 공급하는 백라이트 및 백라이트와 액정판에 전원을 공급하고 제어신호를 발생하는 구동부로 이루어진다. 액정판은 상판, 하판 및 이들 사이에 위치한 액정층으로 이루어진다. 액정층을 중심으로 서로 마주보는 상판과 하판의 표면에는 공통전극, 화소전극 및 복수개의 박막 트랜지스터(TFT ; Thin Film Transistor)가 형성되어 있다. 이들 전극과 TFT는 화면의 최소 단위로서, 화소를 이룬다. 구동부로부터 출력되는 신호에 의해서 TFT 배열이 동작하여 영상이 표시된다. 액정판이 영상을 표시하기 위해서는 각 화소를 이루는 전극들과 TFT가 정확하게 구동해야만 한다. 액정셀을 합착하기 전에 TFT 기판의 화소전극에 결함이 있는지 검사한다. 현재는 액정변조기를 이용하여 TFT 기판의 불량 여부를 검사하는 방법이 많이 쓰이고 있다.
도 1은 액정변조기의 사시도이다. 도 2는 도 1의 액정변조기의 분해도이다. 액정변조기는 크게 몸체(100)와 좌우 공기부양기(Air Plate, 300,400) 그리고 외부 광학헤드에 부착되는 프레임(200)으로 나눌 수 있다. 몸체에 먼저 공기부양기를 붙이고, 공기부양기가 붙은 몸체를 프레임에 넣어 조립한다. 공기부양기에 나오는 공기량을 조절하여 TFT 기판으로부터 액정변조기의 떨어진 높이를 조절한다.
도 3은 종래 액정변조기 몸체의 단면도이다. 액정변조기 몸체는 지지기판(7)의 한 면에는 편광판(8)을 붙이고 다른 한 면에는 액정셀(10)을 붙인다. 편광판은 자체에 접착제가 붙어 있는 것을 사용한다. 액정셀은 보통 빛이 투과되는 UV 접착제(6)를 써서 몸체에 부착한다. 액정셀의 아래기판(1)은 보통 두께가 40㎛ 이하로 만든다. 아래기판(1)과 액정(3) 사이에는 유전체 반사막(2)이 있다.
도 4는 액정변조기를 이용한 TFT 기판 검사장치의 개략도이다. TFT 기판의 유리기판(501) 위에 형성된 화소전극과 액정변조기의 공통전극 사이에 전압 V(B)를 걸어준다. TFT 기판에서 액정변조기는 일정 높이를 유지하고 있다. 도 5는 이러한 상태에서의 등가회로이다. 도 5에서 액정변조기의 아래기판(1)과 유전체 반사막(2)의 정전용량은 무시하였다. 액정층의 정전용량 C(LC)와 공기층의 정전용량 C(Air)은 직렬로 연결된 구조이다. 화소전극의 전압이 달라지면, 액정에 걸리는 전압이 달라지는데, 액정의 편광반사특성을 활용하여 화소전압을 잰다. TFT 기판 검사장치 는 소정의 빔을 생성하여 출력하는 광원(41)과, 광원으로부터 나온 빔의 방향을 달리하여 액정변조기(100)에 비춰주는 빔분할기(42), 그리고 액정변조기로부터 반사되어, 빔분할기(42)를 거친 빔을 모아주는 결상렌즈(43), 결상렌즈(43)로부터 모아진 빔의 강도를 재는 영상검출기(44)로 구성된다. 화소전극의 전압이 달라지면 액정을 지나는 빛의 편광반사특성이 달라져, 검광판을 지날 때 빛의 강도가 변한다. 이 빛을 영상검출부에서 전기적 신호로 바꾸어 화소전극의 불량 여부를 판단한다.
유전체 반사막은 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질을 교대로 적층하여 만든다. 굴절률과 두께의 곱이 반사하고자하는 주 파장에 1/4이 되도록 조절한다. 굴절률이 높은 물질로는 티탄늄 산화물(TiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3) 그리고 지르코늄 산화물(ZrO2)과 같은 금속산화물을 쓴다. 굴절률이 낮은 물질로는 규소산화물(SiO2)을 많이 쓴다. 그러나 금속산화물은 내부에 있는 금속불순물로 인하여 유전체 반사막의 표면저항이 낮아서, 액정에 걸린 전압이 반사막을 통하여 빠른 시간에 평균화된다. SiO, MgF2, MgO, SiO2 물질을 이용하여 유전체 반사막을 만들기도 하지만, 굴절률 차이가 작아서 두껍게 만들어야 하므로, 스트레스로 박막의 벗겨지거나 또는 경도가 낮아 흠집이 쉽게 생기는 문제가 있다. 유전체 반사막의 표면저항이 낮으면, 화소전극(502)의 전압으로부터 생기는 전기장이 유전체 반사막(2)에서 평균화되므로, 정확한 검사가 어렵다. 한 화소의 해당하는 액정층의 정전용량이 약 1pF이고, 10ms 정도의 유지시간을 가지려면, 표면저항이 10GΩ/㎠ 이상이 되는 재료를 선정해야 한다.
종래의 액정변조기는 유전체 반사막의 표면저항이 낮아 정밀한 검사가 어려웠다. 본 발명에서는 알루미늄과 같은 금속막을 이용하여, 표면저항이 문제가 되지 않으면서 반사막의 성질을 갖는 구조에 대한 것이다.
본 발명에서는 알루미늄과 같은 금속막을 화소전극보다 작은 단위 반사막의 배열 형태로 만들고, 각각의 단위 반사막은 전기적으로 단절된 특성을 띄게 하고, 또한 빛이 새어나가지 않도록 단위 반사막을 다중으로 적층하였다.
본 발명에서는 유전체 반사막(2)을 쓴 종래의 액정변조기에서의 비저항 문제가 되지 않으므로, 종래에 비하여 정밀하게 화소전극의 불량 여부를 판별할 수 있다. 본 발명에서는 반사막의 비저항을 유리와 같이 거의 절연체에 가깝게 구현하는 특성이 있고, 액정변조기의 성능을 높여, TFT 기판의 검사를 정확히 수행함으로 생산성 향상을 기대할 수 있다.
도 6은 본 발명의 액정변조기 몸체(600)의 단면도로, 지지기판(7)의 한쪽에 는 편광판(8)을 붙이고 다른 한 면에는 액정셀(10)을 붙인다. 편광판은 자체에 접착제가 붙어 있는 것을 사용한다. 액정셀은 보통 빛이 투과되는 UV 접착제(6)를 써서 몸체에 부착한다. 액정셀의 아래기판(1)은 보통 두께가 40㎛ 이하로 만든다. 아래기판에는 알루미늄과 같은 반사도가 높은 금속 반사판이 형성된다. 금속 반사판은 수많은 단위 반사막(12, 12')으로 이루어진 구조이다. 각각의 단위 반사막은 다른 단위 반사막과 전기적으로 차단된 구조(Open, Floating)이다. 도 7은 본 발명의 단위 반사막 모양의 한 예다. 단위 반사막은 가로(A)와 세로의 길이가 비슷한 정방형으로 만든다. 모서리 B부분을 잘라내어 인접 단위 화소와의 전기적 연결(Short)이 차단된 구조이다. 단위 반사막의 길이는 영상검출기의 단위 화소의 크기에 따라 달라진다. 단위 반사막의 영상이 검출기의 단위화소에 맺도록 크기를 조절한다. 영상이 1/6으로 축소되고, 영상검출기의 단위화소가 5㎛라면 단위 반사막의 세로와 가로는 30㎛ 정도로 한다. 모니터에 쓰이는 LCD의 화소가 대략 80㎛ × 240㎛인데, 한 화소에 단위 반사막이 10개 이상이 대응되게 한다. 단위 반사막의 크기는 대략 30㎛ 미만으로 만든다. 도 8은 본 발명의 단위 반사막 다수가 모인 모양이다. 단위 반사막이 하나씩 건너 뛰어 있는 모습이다. 도 8에서는 단위 반사막과 단위 반사막 사이에 빈 공간이 있는데, 이 부분에서는 빛이 투과되어 반사 효율이 떨어지므로 도 8과 같은 구조를 이중으로 두어 반사 효율을 높인다. 도 9는 본 발명의 이층 구조로 된 금속 반사막의 단면도이다. 각각의 단위 반사막은 절연막(11)으로 분리된 구조이다. 도 9의 구조는 포토 마스크 작업을 두 번 실행한 것이다. 단위 반사막(12)을 만들고, 이어 절연막(11)을 피막하고, 단위 반사막(12')을 만든다. 도 10 은 도 9를 평면에서 본 것이다. 빛이 투과되는 부분(13)이 있지만, 단위 반사막은 완전히 전기적으로 차단되어 있는 구조이다. 단위화소의 세로(A)를 15㎛로 두고, 모서리 절단 길이(B)를 3㎛로 두면, 전면적의 90% 이상이 반사면이다.
도 11은 본 발명의 액정변조기를 이용한 기판 검사장치의 개략도이다. 소정의 빔을 생성하여 출력하는 광원(41)과, 광원으로부터 나온 빔의 방향을 달리하여 액정변조기(100)에 비춰주는 빔분할기(42), 그리고 액정변조기의 금속 단위반사막(12, 12')으로부터 반사되어, 빔분할기(42)를 거친 빔을 모아주는 결상렌즈(43), 결상렌즈(43)로부터 모아진 빔의 강도를 재는 영상검출기(44)로 구성된다. 화소전극의 전압이 달라지면 액정을 지나는 빛의 편광반사특성이 달라져, 검광판을 지날 때 빛의 강도가 변한다. 이 빛을 영상검출부에서 전기적 신호로 바꾸어 화소전극의 불량 여부를 판단한다.
도 1은 액정변조기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 액정변조기의 분해도이다.
도 3은 종래 액정변조기 몸체의 단면도이다.
도 4는 종래의 액정변조기를 이용한 기판 검사장치의 개략도이다.
도 5은 액정변조기의 동작을 설명하는 등가회로도이다.
도 6은 본 발명의 액정변조기 몸체의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 단위 반사막 모양의 한 예다.
도 8은 본 발명의 단위 반사막 다수가 모인 모양이다.
도 9는 본 발명의 이층 구조로 된 금속 반사막의 단면도이다.
도 10은 도 9의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 액정변조기를 이용한 기판 검사장치의 개략도이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
1 : 액정셀 아래판 2 : 유전체 반사막 3 : 액정 4 : 공통전극
5 : 액정셀 위판 6 : 투명접착제 7: 지지기판 8 : 편광판
10 : 액정셀 11 : 절연막 12, 12' : 금속 단위 반사막
100 : 종래의 액정변조기 몸체
600 : 본 발명의 액정변조기 몸체
Claims (4)
- TFT 기판(500)의 화소전극(502)과 액정변조기의 공통전극(4) 사이에 전압을 걸어주고 액정층에 걸리는 전압을 재서 화소전극의 불량을 검사하기 위한 액정변조기에 있어서, 금속 단위 반사막(12)이 형성되어 있고, 금속 단위 반사막 사이에는 전기적으로 단절되는 것을 특징으로 하는 액정변조기.
- 제1항에 있어서,단위 반사막(12)이 다수 층(multi layer)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정변조기.
- 제1항에 있어서,단위 반사막의 세로(또는 가로) 길이(A)가 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정변조기.
- TFT 기판(500)의 화소전극(502)과 액정변조기의 공통전극(4) 사이에 전압을 걸어주고 액정층에 걸리는 전압을 재서 화소불량을 알아내는 TFT 기판 검사장치에 있어서, 액정변조기의 금속 단위 반사막(12,12')이 형성되어 있고, 인접 단위 반사막 사이에는 전기적으로 단절되는 것을 특징으로 하는 TFT 기판 검사장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |