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KR102272422B1 - 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102272422B1
KR102272422B1 KR1020150006999A KR20150006999A KR102272422B1 KR 102272422 B1 KR102272422 B1 KR 102272422B1 KR 1020150006999 A KR1020150006999 A KR 1020150006999A KR 20150006999 A KR20150006999 A KR 20150006999A KR 102272422 B1 KR102272422 B1 KR 102272422B1
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판은 기판 상의 박막 트랜지스터 형성 영역에 위치하는 스위칭 소자 및 서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 스위칭 소자의 일부를 드러내는 컬러 필터층을 포함한다.

Description

박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법{THIN FILM TRANSISTOR SUBSTRATE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치 중에서도 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode) 액정 표시 장치가 대비비가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다.
이러한 수직 배향 모드 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위하여 하나의 화소에 액정의 배향 방향이 다른 복수의 도메인(domain)을 형성할 수 있다.
이와 같이 복수의 도메인을 형성하는 수단으로 전기장 생성 전극에 미세 슬릿 등의 절개부를 형성하거나 전기장 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 등의 방법을 사용한다. 이 방법은 절개부 또는 돌기의 가장자리(edge)와 이와 마주하는 전기장 생성 전극 사이에 형성되는 프린지 필드(fringe field)에 의해 액정이 프린지 필드에 수직하는 방향으로 배향됨으로써 복수의 도메인을 형성할 수 있다.
종래에는 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판의 합착 공정 시 미스 얼라인(miss alignment)이 발생되어, 투과율이 감소하게 되며 표시 품위 얼룩이 발생되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 박막 트랜지스터 기판에 대한 기술이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 투과율을 증가시키는 박막 트랜지스터 기판을 제공하는 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판은 기판 상에 박막 트랜지스터 형성 영역에 위치하는 스위칭 소자 및 서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 스위칭 소자의 일부를 드러내는 컬러 필터층를 포함한다.
기판 상의 표시 영역에 형성되고, 서로 다른 색에 대응하는 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 스위칭 소자의 일부와 접촉하는 화소 전극을 더 포함할 수 있다.
컬러 필터층은 표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터를 포함할 수 있다.
표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터의 색이 서로 다를 수 있다.
표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 적어도 하나의 컬러 필터의 색이 동일할 수 있다.
표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 일부의 두께가 서로 다를 수 있다.
복수의 컬러 필터는 서로 다른 마스크를 이용하는 공정을 통해 형성될 수 있다.
복수의 컬러 필터는 제1 컬러 필터 및 제2 컬러 필터를 포함하고, 제1 컬러 필터는 제1 방향으로 연장되고, 제2 컬러 필터는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장될 수 있다.
스위칭 소자는 입력 단자, 출력 단자 및 제어 단자를 포함하고, 스위칭 소자의 일부는 입력 단자 또는 출력 단자 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판 제조방법은 기판 상의 박막 트랜지스터 형성 영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계 및 서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 스위칭 소자의 일부를 드러내는 컬러 필터층을 형성하는 단계를 포함한다.
컬러 필터층 상부에 표시 영역에 대응하여, 서로 다른 색에 대응하는 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 스위칭 소자의 일부와 접촉하는 화소 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
컬러 필터층을 형성하는 단계는 표시 영역에 대응하는 컬러 필터를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터의 색이 서로 다를 수 있다.
표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 적어도 하나의 컬러 필터의 색이 동일 할 수 있다.
표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 일부의 두께가 서로 다를 수 있다.
컬러 필터층을 형성하는 단계는 제1 마스크 기판을 사용하여 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 제1 컬러 필터를 형성하는 단계 및 제2 마스크 기판을 사용하여 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 제2 컬러 필터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 컬러 필터와 제2 컬러 필터는 스위칭 소자의 일부의 주변에서 서로 중첩하도록 형성될 수 있다.
제1 컬러 필터는 제1 방향으로 연장되고, 제2 컬러 필터는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장될 수 있다.
스위칭 소자를 형성하는 단계는 스위칭 소자의 제어 단자를 형성하는 단계 및 스위칭 소자의 입력 단자 및 출력 단자를 형성하는 단계를 더 포함하고, 서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 드러나는 스위칭 소자의 일부는 입력 단자 또는 출력 단자 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 개구율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 하부 기판 상에 컬러 필터를 형성하므로 하부 기판과 상부 기판 간의 합착 마진(margin) 및 관리가 용이해져 표시품질 얼룩 불량을 방지할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 일 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 관련된 컬러 필터를 가지는 액정 표시 장치의 A-A'선을 따라 절취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 관련된 컬러 필터를 가지는 액정 표시 장치의 B-B'선을 따라 절취한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 관련된 컨택홀을 형성하기 위한 마스크의 임계 치수(critical dimension) 값과 컨택홀의 임계 치수 값을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
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 뿐만 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.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이제 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판은 복수의 화소와 복수의 신호선을 포함한다. 신호선은 게이트선, 데이터선, 분압 기준 전압선 및 유지 전압선 등을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판의 하나의 화소는 복수의 화소 전극 및 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 액정 표시 장치의 경우, 광시야각을 구현하기 위하여 하나의 화소에 액정의 배향 방향이 다른 복수의 도메인을 형성할 수 있다. 복수의 도메인을 형성하기 위해, 복수의 화소 전극(191a, 191b)이 하나의 화소 내에 형성될 수 있다.
스위칭 소자들(Q1, Q2)은 박막 트랜지스터 등의 소자로서, 각각 대응하는 신호선, 화소 전극(191a, 191b) 및 스위칭 소자(Q1, Q2)의 입출력단 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 스위칭 소자(Q1, Q2)는 신호선으로 인가되는 신호에 따라 온/오프될 수 있다. 스위칭 소자(Q1, Q2)의 동작에 따라 화소 전극(191a, 191b)으로 대응하는 전압이 인가될 수 있다.
이때, 스위칭 소자(Q1, Q2)의 입력단 또는 출력단과 화소 전극(191a, 191b)이 다른 층에 형성될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자(Q1, Q2)가 박막 트랜지스터로 구성되는 경우, 스위칭 소자(Q1, Q2)의 드레인이 형성된 층과 화소 전극(191a, 191b)이 형성되는 층은 다른 층으로 형성될 수 있다. 또한, 스위칭 소자(Q1, Q2)의 드레인이 형성된 층과 화소 전극(191a, 191b)이 형성되는 층 사이에는 컬러 필터층(color filter layer), 보호막 등이 형성될 수 있다.
따라서, 스위칭 소자(Q1, Q2)는 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)(contact hole)을 통해 화소 전극 등에 연결될 수 있다. 화소 전극과 스위칭 소자(Q1, Q2)의 입출력단이 연결되기 위해서는 스위칭 소자(Q1, Q2)의 상부에 형성되는 층에 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)이 형성되어, 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)을 통해 노출된 스위칭 소자(Q1, Q2)의 입력단 또는 출력단에 화소 전극이 직접 접속된다.
이때, 컬러 필터층은 스위칭 소자(Q1, Q2)의 입력단, 출력단을 노출시키는 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)이 마련되도록 형성될 수 있다. 컬러 필터층을 형성하기 위해서는 노광 공정 및 현상 공정이 수행될 수 있다. 컬러 필터층을 형성하는 공정은 광을 조사하여 수행되므로, 간섭에 의해, 공정 상 요구되는 크기의 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)을 마련하는데 어려움이 있다. 따라서, 광의 간섭을 감소시켜 공정 상 요구되는 크기의 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)이 형성되도록 컬러 필터층을 형성하는 방법이 필요하다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)을 가지는 컬러 필터층을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 복수의 화소에는 적색, 녹색, 청색 중 적어도 하나의 기본색을 표현하도록 컬러 필터가 형성될 수 있다.
그리고, 각각의 화소에는 적어도 하나의 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)이 형성될 수 있다. 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)은 적어도 둘 이상의 기본색에 대응하는 컬러 필터층으로 둘러싸여 형성될 수 있다.
컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f) 주변의 컬러 필터층은 하프톤 마스크(half-tone mask)에 의해 형성될 수 있다. 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f) 주변의 컬러 필터층은 일 방향의 스트라이프(stripe) 형태로 형성될 수 있다.
일례로, 제1 컬러 필터(230a)가 화소 전극(191a, 191b) 상부에 형성되는 화소에 위치하는 제1 컨택홀 (185a)은 하프톤 마스크로 형성되고, 제2 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(231b)와 하프톤 마스크로 형성되고, 제1 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제3 컬러 필터(231c)에 의해 둘러싸여 마련될 수 있다.
다른 예로, 제2 컬러 필터(230b)가 화소 전극 상부에 형성되는 화소에 위치하는 제3 컨택홀(185c)은 하프톤 마스크로 형성되고, 제1 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(231b)와 하프톤 마스크로 형성되고, 제2 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제1 컬러 필터(231a)에 의해 둘러싸여 마련될 수 있다.
또 다른 예로, 제3 컬러 필터(230c)가 화소 전극 상부에 형성되는 화소에 위치하는 제5 컨택홀(185e)은 하프톤 마스크로 형성되고, 제1 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(231b)와 하프톤 마스크로 형성되고, 제2 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제1 컬러 필터(231a)에 의해 둘러싸여 마련될 수 있다.
이때, 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)의 크기는 적어도 둘 이상의 기본색에 대응하는 컬러 필터층이 이격되어 형성되는 거리를 조절하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 컨택홀(185a)의 크기는 제1 컨택홀(185a) 주변의 제2 컬러 필터(231b)의 이격 거리(W1)와 제3 컬러 필터(231c)의 이격 거리(W2)를 조절하여 설계될 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하여, 컬러 필터층이 형성되는 박막 트랜지스터 기판을 포함하는 액정 표시 장치의 구조를 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 관련된 컬러 필터를 가지는 액정 표시 장치의 A-A'선을 따라 절취한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3) 및 표시판(100, 200) 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(도시하지 않음)를 포함한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(110) 위에 스위칭 소자(Q1)가 형성된다. 스위칭 소자(Q1)의 게이트 층(124)은 절연 기판(110) 위에 형성된다. 게이트 층(124) 위에는 게이트 절연막(140)이 위치한다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체(154)가 위치한다. 반도체(154) 위에는 복수의 저항성 접촉 부재(163, 165)가 위치한다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 층(173) 및 드레인 층(175)을 포함하는 데이터 도전체가 위치한다.
데이터 도전체 및 그 아래에 위치되어 있는 반도체 및 저항성 접촉 부재는 하나의 마스크를 이용하여 동시에 형성될 수 있다.
게이트 층(124), 소스 층(173) 및 드레인 층(175)은 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 층(173) 및 드레인 층(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
데이터 도전체(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 제1 보호막(180p)이 위치한다. 제1 보호막(180p)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제1 보호막(180p)은 컬러 필터의 안료가 노출된 반도체(154) 부분으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제1 보호막(180p) 위에는 제1 컬러 필터(230a), 제2 컬러 필터(230b) 및 제3 컬러 필터(230c)를 포함하는 컬러 필터층이 위치한다. 컬러 필터층의 두께는 대응하는 영역에 따라 변화할 수 있다.
예를 들어, 화소 전극에 대응하는 영역에는 제1 두께의 제1 컬러 필터(230a)가 위치할 수 있다. 그리고, 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)의 주변 영역에는 제1 두께 보다 얇은 제2 두께로 하프톤 마스크로 형성되는 제2 컬러 필터(231b) 및 제1 두께 보다 얇은 제3 두께로 하프톤 마스크로 형성되는 제3 컬러 필터(231c)가 위치할 수 있다.
이때, 제2 두께와 제3 두께는 대체적으로 동일할 수 있으며, 제2 두께의 제2 컬러 필터(231b)와 제3 두께의 제3 컬러 필터(231c)가 중첩하여 형성되는 컬러 필터층의 두께는 제1 두께의 제1 컬러 필터(230a)의 두께와 대체적으로 동일할 수 있다.
컬러 필터층 위에는 제2 보호막(180q)이 위치한다.
제2 보호막(180q)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제2 보호막(180q)은 컬러 필터가 들뜨는 것을 방지하고 컬러 필터로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.
제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 컨택 홀(185)이 위치한다.
제2 보호막(180q) 위에는 화소 전극(pixel electrode)이 위치한다. 각 화소 전극은 열 방향으로 이웃하는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함한다. 화소 전극은 ITO 및 IZO 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 화소 전극은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수도 있다.
제1 부화소 전극(191a)은 접촉 구멍(185)을 통하여 각각 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가받을 수 있다.
데이터 전압이 인가된 제1 부화소 전극(191a)은 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191a, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
화소 전극 위에는 하부 배향막(도시하지 않음)이 위치한다. 하부 배향막은 수직 배향막으로 이루어질 수 있고, 폴리 아믹산(Polyamic acid), 폴리 실록산(Polysiloxane), 폴리 이미드(Polyimide) 등의 배향 물질로 이루어질 수 있다.
이제 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
블랙 매트릭스(220)는 하부 표시판(100)의 트랜지스터(Q1) 그리고 접촉 구멍(185)이 위치하는 영역을 모두 덮도록 형성되어 있으며, 게이트선과 같은 방향으로 뻗어, 데이터선의 일부와 중첩하도록 위치된다. 블랙 매트릭스는 하나의 화소 영역의 양 옆에 위치하는 두 개의 데이터선과 적어도 일부 중첩하도록 위치하여, 데이터선과 게이트선 근처에서 발생할 수 있는 빛샘을 방지하고, 트랜지스터(Q1)가 위치하는 영역에서의 빛샘을 방지할 수 있다.
블랙 매트릭스(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다. 덮개막 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
공통 전극(270) 위에는 상부 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 상부 배향막은 수직 배향막일 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f) 주변에는 적어도 두 개의 기본색에 대응하는 컬러 필터가 하프톤 마스크를 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 제1 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판(100)을 제조하는 방법을 도시한 평면도이다. 스위칭 소자가 형성된 박막 트랜지스터 기판(100) 상에는 컬러 필터층이 형성될 수 있다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 제1 마스크 공정으로 제1 화소의 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 영역과 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 제1 컬러 필터(230a, 231a)가 형성된다.
구체적으로, 컬러 필터층을 형성하기 위해 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 도포된 컬러 수지를 영역별로 선택적으로 노광하기 위해, 마스크 기판에 컬러 수지를 제거하기 위한 투과 영역과, 컬러 수지를 남기는 영역에 대응되는 부분에는 차폐 영역을 구성한다.
제1 마스크 공정에서 사용되는 마스크 기판의 제1 화소의 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 부분은 차폐 영역으로 구성되고, 제2 화소 및 제3 화소 각각의 제1 부화소 전극(191c, 191e) 및 제2 부화소 전극(191d, 191f)에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다.
또한, 마스크 기판의 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부는 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 차폐 영역으로 구성된다.
제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부를 제외한 부분에는 슬릿 또는 반투과막을 형성하여 반투과 영역을 구성한다. 이때, 반투과 영역은 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태일 수 있다.
이하에서는 상기 반 투과영역에 슬릿 패턴(slit pattern)을 구성한 예를 설명한다. 슬릿 패턴은 입사하는 빛을 회절하도록 하여 시편에 입하되는 빛의 강도를 줄이는 기능을 한다. 반 투과 영역은 투과 영역에 비해 빛의 세기가 약 2/3정도로 낮추어져서 입사되는 영역이다.
다음으로, 박막 트랜지스터 기판(100)의 전면에 제1 컬러 필터(230a, 231a)를 형성하기 위한 제1 감광성 컬러 수지를 도포한다. 감광성 컬러 수지는 포지티브 특성을 가질 수 있으며, 빛을 받은 부분이 용제에 의해 녹아 없어지는 특성을 가진다.
제1 감광성 컬러 수지가 전면 도포된 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 상기에서 설명한 마스크 기판을 위치시키고 노광 공정과 현상 공정을 진행하게 되면, 제1 화소의 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 영역에 제1 컬러 필터(230a)가 형성된다.
그리고, 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역 중 일부를 제외한 부분에 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 제1 컬러 필터(231a)가 반 투과영역에 대응하는 두께로 형성될 수 있다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 제2 마스크 공정으로 제2 화소의 제1 부화소 전극(191c) 및 제2 부화소 전극(191d)에 대응하는 영역과 제1 화소 내지 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 제2 컬러 필터(230b, 231b)가 형성된다.
구체적으로, 제2 마스크 공정에서 사용되는 마스크 기판의 제2 화소의 제1 부화소 전극(191c) 및 제2 부화소 전극(191d)에 대응하는 부분은 차폐 영역으로 구성되고, 제1 화소 및 제3 화소 각각의 제1 부화소 전극(191a, 191e) 및 제2 부화소 전극(191b, 191f)에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다.
그리고, 마스크 기판의 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부는 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 차폐 영역으로 구성된다.
또한, 마스크 기판의 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부는 제1 방향으로 연장되는 차폐 영역으로 구성된다.
마스크 기판의 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부를 제외한 부분에는 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 반투과 영역을 구성한다. 마스크 기판의 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부를 제외한 부분에는 는 제1 방향으로 연장되고, 제2 방향으로 배열되는 반투과 영역을 구성한다.
다음으로, 박막 트랜지스터 기판(100)의 전면에 제2 컬러 필터(230b, 231b)를 형성하기 위한 제2 감광성 컬러 수지를 도포한다.
따라서, 제2 감광성 컬러 수지가 전면 도포된 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 상기에서 설명한 마스크 기판을 위치시키고 노광 공정과 현상 공정을 진행하게 되면, 제2 화소의 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 영역에 제2 컬러 필터(230b)가 형성된다.
그리고, 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역 중 일부를 제외한 부분에 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(231b)가 반 투과영역에 대응하는 두께로 형성될 수 있다.
또한, 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역 중 일부를 제외한 부분에 제1 방향으로 연장되고, 제2 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(231b)가 반 투과영역에 대응하는 두께로 형성될 수 있다.
도 4(c)에 도시된 바와 같이, 제3 마스크 공정으로 제3 화소의 제1 부화소 전극(191e) 및 제2 부화소 전극(191f)에 대응하는 영역과 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 제3 컬러 필터(230c, 231c)가 형성된다.
구체적으로, 제3 마스크 공정에서 사용되는 마스크 기판의 제3 화소의 제1 부화소 전극(191e) 및 제2 부화소 전극(191f)에 대응하는 부분은 차폐 영역으로 구성되고, 제1 화소 및 제2 화소 각각의 제1 부화소 전극(191a, 191c) 및 제2 부화소 전극(191b, 191d)에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다.
그리고, 마스크 기판의 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부는 제1 방향으로 연장되는 차폐 영역으로 구성되고, 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역은 투과 영역으로 구성된다.
마스크 기판의 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부를 제외한 부분에는 제1 방향으로 연장되고, 제2 방향으로 배열되는 반투과 영역을 구성한다.
다음으로, 박막 트랜지스터 기판(100)의 전면에 제3 컬러 필터(230c, 231c)를 형성하기 위한 제3 감광성 컬러 수지를 도포한다. 감광성 컬러 수지는 포지티브 특성을 가질 수 있으며, 빛을 받은 부분이 용제에 의해 녹아 없어지는 특성을 가진다.
따라서, 제3 감광성 컬러 수지가 전면 도포된 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 상기에서 설명한 마스크 기판을 위치시키고 노광 공정과 현상 공정을 진행하게 되면, 제3 화소의 제1 부화소 전극(191e) 및 제2 부화소 전극(191f)에 대응하는 영역에 제3 컬러 필터(230c)가 형성된다.
그리고, 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역 중 일부를 제외한 부분에 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 제3 컬러 필터(231c)가 반 투과영역에 대응하는 두께로 형성될 수 있다.
도 4(a) 내지 (c)에서 설명한 바와 같이, 제1 마스크 공정 및 제3 마스크 공정을 통해 각 화소의 화소 전극(191a, 191b, 191c, 191d, 191e, 191f)에 대응하는 영역에 컬러 필터(230a, 230b, 230c)가 형성되고, 각 화소의 스위칭 소자에 대응하는 영역에 컨택홀을 마련하는 컬러 필터(231a, 231b, 231c)가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따라 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)을 가지는 컬러 필터층을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판(100)을 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 복수의 화소에는 적색, 녹색, 청색 중 적어도 하나의 기본색을 표현하도록 컬러 필터가 형성될 수 있다.
그리고, 각각의 화소에는 적어도 하나의 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)이 형성될 수 있다. 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)은 적어도 둘 이상의 기본색에 대응하는 컬러 필터층으로 둘러싸여 형성될 수 있다.
일례로, 제1 컬러 필터(230a)가 화소 전극 상부에 형성되는 화소에 위치하는 제1 컨택홀(185a)은 제2 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(232b)와 제2 컬러 필터(230b)가 형성된 영역 사이에 제1 컨택홀(185a)이 마련되도록 형성되는 제3 컬러 필터(232c)에 의해 둘러싸여 마련될 수 있다.
다른 예로, 제2 컬러 필터(230b)가 화소 전극 상부에 형성되는 화소에 위치하는 제3 컨택홀(185c)은 제2 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제1 컬러 필터(232a)와 제1 컬러 필터(230a)가 형성된 영역 사이에 제3 컨택홀(185c)이 마련되도록 형성되는 제3 컬러 필터(232c)에 의해 둘러싸여 마련될 수 있다.
또 다른 예로, 제3 컬러 필터(230c)가 화소 전극 상부에 형성되는 화소에 위치하는 제5 컨택홀(185e)은 제2 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 제1 컬러 필터(232a)와 제1 컬러 필터(230a)가 형성된 영역 사이에 제5 컨택홀(185e)이 마련되도록 형성되는 제3 컬러 필터(232c)에 의해 둘러싸여 마련될 수 있다.
이때, 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)의 크기는 적어도 둘 이상의 기본색에 대응하는 컬러 필터층이 이격되어 형성되는 거리를 조절하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 컨택홀(185a)의 크기는 제1 컨택홀(185a) 주변의 제2 컬러 필터(232b)의 이격 거리(W3)와 제3 컬러 필터(232c)의 이격 거리(W4)를 조절하여 설계될 수 있다.
다음으로 도 6을 참조하여, 컬러 필터층이 형성되는 박막 트랜지스터 기판(100)을 포함하는 액정 표시 장치의 구조를 더욱 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 관련된 컬러 필터를 가지는 액정 표시 장치의 B-B'선을 따라 절취한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3) 및 표시판(100, 200) 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(도시하지 않음)를 포함한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(110) 위에 스위칭 소자(Q1)가 형성된다. 스위칭 소자(Q1)의 게이트 층(124)은 절연 기판(110) 위에 형성된다. 게이트 층(124) 위에는 게이트 절연막(140)이 위치한다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체(154)가 위치한다. 반도체(154) 위에는 복수의 저항성 접촉 부재(163, 165)가 위치한다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 층(173) 및 드레인 층(175)을 포함하는 데이터 도전체가 위치한다.
데이터 도전체 및 그 아래에 위치되어 있는 반도체 및 저항성 접촉 부재는 하나의 마스크를 이용하여 동시에 형성될 수 있다.
게이트 층(124), 소스 층(173) 및 드레인 층(175)은 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 층(173) 및 드레인 층(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
데이터 도전체(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 제1 보호막(180p)이 위치한다. 제1 보호막(180p)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제1 보호막(180p)은 컬러 필터의 안료가 노출된 반도체(154) 부분으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제1 보호막(180p) 위에는 제1 컬러 필터(230a), 제2 컬러 필터(230b) 및 제3 컬러 필터(230c)를 포함하는 컬러 필터층이 위치한다. 컬러 필터층의 두께는 대응하는 영역에 따라 변화할 수 있다.
예를 들어, 화소 전극에 대응하는 영역에는 제1 두께의 제1 컬러 필터(230a)가 위치할 수 있다. 그리고, 컨택홀(185a)의 주변 영역에는 제1 두께의 제2 컬러 필터(230b) 및 제1 두께의 제3 컬러 필터(230c)가 위치할 수 있다.
컬러 필터층 위에는 제2 보호막(180q)이 위치한다.
제2 보호막(180q)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제2 보호막(180q)은 컬러 필터가 들뜨는 것을 방지하고 컬러 필터로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.
제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 컨택 홀(185)이 위치한다.
제2 보호막(180q) 위에는 화소 전극(pixel electrode)이 위치한다. 각 화소 전극 열 방향으로 이웃하는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)(191b)을 포함한다. 화소 전극은 ITO 및 IZO 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 화소 전극은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수도 있다.
제1 부화소 전극(191a)은 접촉 구멍(185)을 통하여 각각 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가받을 수 있다.
데이터 전압이 인가된 제1 부화소 전극(191a)은 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191a, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
화소 전극 위에는 하부 배향막(도시하지 않음)이 위치한다. 하부 배향막은 수직 배향막으로 이루어질 수 있고, 폴리 아믹산(Polyamic acid), 폴리 실록산(Polysiloxane), 폴리 이미드(Polyimide) 등의 배향 물질로 이루어질 수 있다.
이제 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다.
블랙 매트릭스(220)는 하부 표시판(100)의 트랜지스터(Q1) 그리고 접촉 구멍(185)이 위치하는 영역을 모두 덮도록 형성되어 있으며, 게이트선과 같은 방향으로 뻗어, 데이터선의 일부와 중첩하도록 위치된다. 블랙 매트릭스는 하나의 화소 영역의 양 옆에 위치하는 두 개의 데이터선과 적어도 일부 중첩하도록 위치하여, 데이터선과 게이트선 근처에서 발생할 수 있는 빛샘을 방지하고, 트랜지스터(Q1)가 위치하는 영역에서의 빛샘을 방지할 수 있다.
블랙 매트릭스(220) 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다. 덮개막 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
공통 전극(270) 위에는 상부 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 상부 배향막은 수직 배향막일 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f) 주변에는 적어도 두 개의 기본색에 대응하는 컬러 필터가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하여 제2 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판(100)을 제조하는 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 관련된 박막 트랜지스터 기판(100)을 제조하는 방법을 도시한 평면도이다. 박막 트랜지스터 기판(100) 상에는 컬러 필터층이 형성될 수 있다.
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 제1 마스크 공정으로 제1 화소의 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 영역과 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 제1 컬러 필터(232a)가 형성된다.
구체적으로, 컬러 필터층을 형성하기 위해 박막 트랜지스터 기판 상에 도포된 컬러 수지를 영역별로 선택적으로 노광하기 위해, 마스크 기판에 컬러 수지를 제거하기 위한 투과 영역과, 컬러 수지를 남기는 영역에 대응되는 부분에는 차폐 영역을 구성한다.
제1 마스크 공정에서 사용되는 마스크 기판의 제1 화소의 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 부분은 차폐 영역으로 구성되고, 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다.
그리고, 제2 화소 및 제3 화소 각각의 제1 부화소 전극(191c, 191e) 및 제2 부화소 전극(191d, 191f)에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다.
또한, 마스크 기판의 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부는 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 차폐 영역으로 구성되고, 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부를 제외한 부분은 투과 영역으로 구성된다.
다음으로, 박막 트랜지스터 기판(100)의 전면에 제1 컬러 필터(230a, 232a)를 형성하기 위한 제1 감광성 컬러 수지를 도포한다. 감광성 컬러 수지는 포지티브 특성을 가질 수 있으며, 빛을 받은 부분이 용제에 의해 녹아 없어지는 특성을 가진다.
따라서, 제1 감광성 컬러 수지가 전면 도포된 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 상기에서 설명한 마스크 기판을 위치시키고 노광 공정과 현상 공정을 진행하게 되면, 제1 화소의 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 영역에 제1 컬러 필터(230a)가 형성된다. 그리고, 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역 중 일부를 제외한 부분에 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 제1 컬러 필터(232a)가 형성될 수 있다.
도 7(b)에 도시된 바와 같이, 제2 마스크 공정으로 제2 화소의 제1 부화소 전극(191c) 및 제2 부화소 전극(191d)에 대응하는 영역과 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 제2 컬러 필터(230b)가 형성된다.
구체적으로, 제2 마스크 공정에서 사용되는 마스크 기판의 제2 화소의 제1 부화소 전극(191c) 및 제2 부화소 전극(191d)에 대응하는 부분은 차폐 영역으로 구성되고, 스위칭 소자가 형성되는 영역에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다.
그리고, 제1 화소 및 제3 화소 각각의 제1 부화소 전극(191a, 191e) 및 제2 부화소 전극(191b, 191f)에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다. 제3 화소의 스위칭 소자가 형성되는 영역에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다.
또한, 마스크 기판의 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부는 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 차폐 영역으로 구성되고, 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부를 제외한 부분은 투과 영역으로 구성된다.
다음으로, 박막 트랜지스터 기판(100)의 전면에 제2 컬러 필터(230b, 232b)를 형성하기 위한 제2 감광성 컬러 수지를 도포한다. 감광성 컬러 수지는 포지티브 특성을 가질 수 있으며, 빛을 받은 부분이 용제에 의해 녹아 없어지는 특성을 가진다.
따라서, 제2 감광성 컬러 수지가 전면 도포된 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 상기에서 설명한 마스크 기판을 위치시키고 노광 공정과 현상 공정을 진행하게 되면, 제2 화소의 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 영역에 제2 컬러 필터(230b)가 형성된다.
그리고, 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역 중 일부를 제외한 부분에 제2 방향으로 연장되고 제1 방향으로 배열되는 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(232b)가 형성될 수 있다.
도 7(c)에 도시된 바와 같이, 제3 마스크 공정으로 제3 화소의 제1 부화소 전극(191e) 및 제2 부화소 전극(191f)에 대응하는 영역과 제1 화소 내지 제3 화소 각각의 스위칭 소자가 형성된 영역에 제3 컬러 필터(232c)가 형성된다.
구체적으로, 제3 마스크 공정에서 사용되는 마스크 기판의 제3 화소의 제1 부화소 전극(191e) 및 제2 부화소 전극(191f)에 대응하는 부분은 차폐 영역으로 구성되고, 제1 화소 및 제2 화소 각각의 제1 부화소 전극(191a, 191c) 및 제2 부화소 전극(191b, 191d)에 대응하는 부분은 투과 영역으로 구성된다.
그리고, 마스크 기판의 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부를 제외한 부분에는 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(232b)가 형성된 영역 사이에 컨택홀(185a, 185b)이 마련되도록 복수의 차폐 영역을 구성한다. 마스크 기판의 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역에 대응하는 부분 중 일부를 제외한 부분에는 스트라이프 형태의 제1 컬러 필터(232a)가 형성된 영역 사이에 컨택홀(185c, 185d, 185e, 185f)이 마련되도록 복수의 차폐 영역을 구성한다.
다음으로, 박막 트랜지스터 기판(100)의 전면에 제3 컬러 필터(230c, 232c)를 형성하기 위한 제3 감광성 컬러 수지를 도포한다. 감광성 컬러 수지는 포지티브 특성을 가질 수 있으며, 빛을 받은 부분이 용제에 의해 녹아 없어지는 특성을 가진다.
따라서, 제3 감광성 컬러 수지가 전면 도포된 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 상기에서 설명한 마스크 기판을 위치시키고 노광 공정과 현상 공정을 진행하게 되면, 제3 화소의 제1 부화소 전극(191e) 및 제2 부화소 전극(191f)에 대응하는 영역에 제3 컬러 필터(230c)가 형성된다.
그리고, 제1 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역 중 일부를 제외한 부분에는 스트라이프 형태의 제2 컬러 필터(232b)가 형성된 영역 사이에 컨택홀(185a, 185b)이 마련되도록 제3 컬러 필터(232c)가 형성된다. 제2 화소 및 제3 화소의 스위칭 소자가 형성된 영역 중 일부를 제외한 부분에는 스트라이프 형태의 제1 컬러 필터(232a)가 형성된 영역 사이에 컨택홀(185c, 185d, 185e, 185f)이 마련되도록 제3 컬러 필터(232c)가 형성된다.
도 7(a) 내지 (c)에서 설명한 바와 같이, 제1 마스크 공정 및 제3 마스크 공정을 통해 각 화소의 화소 전극(191a, 191b, 191c, 191d, 191e, 191f)에 대응하는 영역에 컬러 필터가 형성되고, 각 화소의 스위칭 소자에 대응하는 영역에 컨택홀(185a, 185b, 185c, 185d, 185e, 185f)을 마련하는 컬러 필터가 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 관련된 컨택홀을 형성하기 위한 마스크의 임계 치수(critical dimension) 값과 컨택홀의 임계 치수 값을 나타낸 그래프이다.
도 8의 그래프를 하기의 표 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112015004003153-pat00001
표 1 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 원형 또는 사각형의 컨택홀을 형성하기 위한 마스크의 임계 치수 값이 감소함(사각 음각, 원형음각)에 따라, 컨택홀의 임계 치수 값이 감소하는 비율이 증가한다. 컨택홀의 임계 치수 값이 감소하는 비율이 증가하는 이유는 컬러 필터 형성 공정에서 마스크를 이용한 노광 시 마스크의 컨택홀을 형성하기 위한 부분에 의해 광의 간섭이 발생하기 때문이다. 그러므로, 임계 치수 값이 작은 컨택홀을 형성하기 위한 마스크의 임계 치수 값을 설계하는 데 어려움이 있다.
이에 비해, 본 발명의 실시 예에 따라 컨택홀을 형성하는 경우(Space), 마스크의 임계 치수 값이 감소하는 경우에도, 컨택홀의 임계 치수 값이 감소하는 비율이 대체적으로 일정하다.
따라서, 본 발명의 실시 예는 광의 간섭 현상을 방지하여, 공정 상 요구되는 임계 치수 값이 작은 컨택홀을 형성할 수 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
Q1, Q2: 스위칭 소자(박막 트랜지스터)
110, 210: 기판 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 반도체
163, 165: 저항성 접촉 부재 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180p, 180q: 보호막
185: 컨택홀 191a, 191b: 부화소 전극
220: 차광 부재 230: 컬러 필터
270: 공통 전극

Claims (19)

  1. 기판 상의 박막 트랜지스터 영역에 위치하는 스위칭 소자; 및
    서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 컬러 필터층;
    을 포함하고,
    서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역은 복수의 측면을 갖고,
    제1 색상에 대응하는 제1 컬러 필터는 상기 복수의 측면 중 서로 마주하는 제1 및 제2 측면에 각각 위치하고,
    상기 제1 색상과 상이한 제2 색상에 대응하는 제2 컬러 필터는 상기 복수의 측면 중 서로 마주하는 제3 및 제4 측면에 각각 위치하는,
    박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 상의 표시 영역에 위치하며, 상기 서로 다른 색에 대응하는 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 상기 스위칭 소자의 일부와 접촉하는 화소 전극;
    을 더 포함하는 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은 상기 표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터를 포함하는 박막 트랜지스터 기판.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터의 색이 서로 다른 박막 트랜지스터 기판.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 적어도 하나의 컬러 필터의 색이 동일한 박막 트랜지스터 기판.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 일부의 두께가 서로 다른 박막 트랜지스터 기판.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 필터는 서로 다른 마스크를 이용하는 공정을 통해 형성되는 박막 트랜지스터 기판.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터는 제1 방향으로 연장되고, 상기 제2 컬러 필터는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 박막 트랜지스터 기판.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 입력 단자, 출력 단자 및 제어 단자를 포함하고, 상기 스위칭 소자의 일부는 상기 입력 단자 또는 상기 출력 단자 중 적어도 하나인 박막 트랜지스터 기판.
  10. 기판 상의 박막 트랜지스터 형성 영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계; 및
    서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 컬러 필터층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역은 복수의 측면을 갖고,
    제1 색상에 대응하는 제1 컬러 필터는 상기 복수의 측면 중 서로 마주하는 제1 및 제2 측면에 각각 위치하고,
    상기 제1 색상과 상이한 제2 색상에 대응하는 제2 컬러 필터는 상기 복수의 측면 중 서로 마주하는 제3 및 제4 측면에 각각 위치하는,
    박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 기판 상의 표시 영역에, 상기 서로 다른 색에 대응하는 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 상기 스위칭 소자의 일부와 접촉하는 화소 전극을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 컬러 필터층을 형성하는 단계는,
    상기 표시 영역에 대응하는 컬러 필터를 형성하는 단계;
    를 포함하는 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터의 색이 서로 다른 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 적어도 하나의 컬러 필터의 색이 동일한 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 표시 영역에 대응하여 형성되는 컬러 필터의 색과 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 복수의 컬러 필터 중 일부의 두께가 서로 다른 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 컬러 필터층을 형성하는 단계는,
    제1 마스크 기판을 사용하여 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 상기 제1 컬러 필터를 형성하는 단계; 및
    제2 마스크 기판을 사용하여 상기 스위칭 소자의 일부를 드러내는 상기 제2 컬러 필터를 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터와 상기 제2 컬러 필터는 상기 스위칭 소자의 일부의 주변에서 서로 중첩하도록 형성되는 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터는 제1 방향으로 연장되고, 상기 제2 컬러 필터는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
  19. 제10 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 형성하는 단계는,
    상기 스위칭 소자의 제어 단자를 형성하는 단계; 및
    상기 스위칭 소자의 입력 단자 및 출력 단자를 형성하는 단계;
    를 더 포함하고,
    서로 다른 색에 대응하는 복수의 컬러 필터에 둘러싸인 영역을 통해 드러나는 상기 스위칭 소자의 일부는 상기 입력 단자 또는 상기 출력 단자 중 적어도 하나인 박막 트랜지스터 기판 제조방법.
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