횡전계 방식 액정표시장치용 어레이 기판과 그 제조방법 document_id A220517005110

본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로 특히, 얼룩현상이 없는 고화질의 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이 기판과 그 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로, 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다. 현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다. 상기 액정표시장치는 공통 전극이 형성된 컬러필터 기판(상부기판)과 화소 전극이 형성된 어레이기판(하부기판)과, 상부 및 하부기판 사이에 충진된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통 전극과 화소 전극이 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다. 그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다. 따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새로운 기술이 제안되고 있다. 하기 기술될 액정표시장치는 횡전계에 의한 액정 구동방법으로 시야각 특성이 우수한 장점을 갖고 있다. 이하, 도 1을 참조하여 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치에 관해 상세히 설명한다. 도 1은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 단면을 도시한 확대 단면도이다. 도시한 바와 같이, 종래에 따른 횡전계 방식 액정표시장치(B)는 컬러필터기판(B1)과 어레이기판(B2)이 대향하여 구성되며, 컬러필터기판및 어레이기판 (B1,B2)사이에는 액정층(LC)이 개재되어 있다. 상기 어레이기판(B2)은 투명한 절연 기판(50)에 정의된 다수의 화소(P1,P2)마다 박막트랜지스터(T)와 공통 전극(58)과 화소 전극(72)이 구성된다. 상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(52)과, 게이트 전극(52) 상부에 절연막(60)을 사이에 두고 구성된 반도체층(62)과, 반도체층(62)의 상부에 서로 이격하여 구성된 소스 및 드레인 전극(64,66)을 포함한다. 전술한 구성에서, 상기 공통 전극(58)과 화소 전극(72)은 동일 기판 상에 서로 평행하게 이격하여 구성된다. 그런데 일반적으로, 상기 공통 전극(58)은 상기 게이트 전극(52)과 동일층 동일물질로 구성되고, 상기 화소 전극(72)은 상기 소스 및 드레인 전극(64,66)과 동일층 동일물질로 구성되나, 개구율을 높이기 위해 도시한 바와 같이, 상기 화소 전극(72)은 투명한 전극으로 형성할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 화소(P1,P2)의 일 측을 따라 연장된 게이트 배선(미도시)과, 이와는 수직한 방향으로 연장된 데이터 배선(미도시)이 구성되고, 상기 공통 전극(58)에 전압을 인가하는 공통 배선(미도시)이 구성된다. 상기 컬러필터 기판(B1)은 투명한 절연 기판(30) 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)과 박막트랜지스터(T)에 대응하는 부분에 블랙매트릭스(32)가 구성되고, 상기 화소(P1,P2)에 대응하여 컬러필터(34a,34b)가 구성된다. 상기 액정층(LC)은 상기 공통 전극(58)과 화소 전극(72)의 수평전계(95)에 의해 동작된다. 이하, 도 2를 참조하여, 횡전계 방식 액정표시장치를 구성하는 어레이 기판의 구성을 설명한다.(도 1의 구성과 달리 화소전극과 공통 전극을 모두 투명한 도전성 재질로 형성하였을 경우를 예로 들어 설명한다.) 도 2는 종래에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이 기판의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.(도 1의 구성과는 달리 공통 전극과 화소 전극을 모두 투명전극으로 형성한 예를 설명한다.) 도시한 바와 같이, 기판(50)상에 일 방향으로 연장된 게이트 배선(54)과, 게이트 배선(54)과는 수직하게 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(68)이 구성된다. 또한, 상기 게이트 배선(54)과는 평행하게 이격하여 화소 영역(P)을 가로지르는 공통 배선(56)이 구성된다. 상기 게이트 배선(54)과 데이터 배선(68)의 교차지점에는 상기 게이트 배선(54)과 연결된 게이트 전극(52)과, 게이트 전극(52) 상부의 반도체층(62)과, 반도체층(62) 상부의 소스 전극(64)과 드레인 전극(66)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 구성된다. 상기, 화소 영역(P)에는 상기 공통 배선(56)과 접촉하면서 화소 영역(P)으로 수직하게 연장된 공통 전극(90)이 구성되고, 상기 드레인 전극(66)과 접촉하면서 상기 공통 전극(90)과 평행하게 이격된 위치로 연장된 화소 전극(92)이 구성된다. 그런데, 상기 화소 전극(92)과 공통 전극(90)을 투명한 도전성 재질을 사용하여 형성하게 되면 진공장비의 척(chuck)얼룩에 의해 CD편차(critical dimension)가 발생하는 문제가 있다. 이에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3a와 도 3b는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단하여, 공통 전극 및 화소 전극을 형성하기 위한 마스크 공정을 도시한 도면이다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 투명한 도전성 물질로 앞서 언급한 공통 전극(도 2의 90)과 화소 전극(도 2의 92)을 형성하는 공정은 먼저, 기판(50) 상에 게이트 절연막(GL)과 게이트 절연막(GL)의 상부에 데이터 배선(68)과 데이터 배선(68)의 상부에 보호막(PL)을 형성하고, 상기 보호막(PL)이 형성된 기판(50)의 전면에 대해 투명한 도전성 금속을 증착하여 금속층(96)을 형성한다. 다음으로, 상기 금속층(96)의 상부에는 포토레지스트(photoresist)를 도포하여 감광층(98)을 형성한다. 다음으로, 상기 감광층(98)의 이격된 상부에는 투과부(F1)와 차단부(F2)로 구성된 마스크(M)를 위치시키고, 상기 마스크의 상부로 빛(L)을 조사하여 하부의 감광층(98)을 노광하는 공정을 진행한다. 상기 차단부(F2)는 화소 전극과 공통 전극으로 패턴되는 부분에 대응하여 위치하도록 한다. 이때, 노광공정을 진행하기 위해 먼저, 상기 기판(50)을 금속재질의 척(chuck, CK)표면에 올려놓은 후 빛(L)을 조사하게 되는데 도시한 바와 같이, 조사된 빛(L)은 상기 마스크(M)와 감광층(98)과 투명한 재질의 절연막(GL,PL)을 통과하여 하부의 척(CK)에 의해 반사된다. 이때, 상기 반사된 빛(L)에 의해 상기 마스크(M)의 차단부(F2)에 대응하는 감광층의 일부가 노광되는 문제가 발생하게 된다. 이와 같은 경우, 상기 노광공정 후 현상공정을 진행하게 되면 도 3b에 도시한 바와 같이, 척(CK)이 위치한 영역에 대응하여 척에 의해 반사된 빛(L)이 닿았던 부분(K)의 공통 전극 및 화소 전극(90,92)은 원래의 설계치 보다는 작은 폭으로 패턴되었음을 알 수 있다. 따라서, 척이 위치했던 영역(K)과 그 외의 영역에 대응하여 형성된 공통 전극과 화소 전극의 폭이 다르게 패턴되는 불량이 발생하게 되며 이와 같은 불량을 보통은 CD(critical dimension)편차라 한다. 이러한 CD편차는 액정패널 전체에 얼룩을 유발하는 원인이 된다. 왜냐하면, CD편차가 발생한 영역과 그렇지 않은 영역 사이의 휘도차이가 얼룩으로 관찰되기 때문이며, 이를 앞서 언급한 바와 같이 척 얼룩이라 칭한다. 도 4는 종래의 제 2 예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이 기판의 단면을 도시한 도면이다. 도 4의 구성은 공통 전극(90)을 불투명한 전극으로 형성하고, 화소 전극(92)을 투명한 전극으로 형성하였을 경우를 도시한 도면으로, 앞서 언급한 바와 같이 화소 전극(92)을 형성하는 공정에서 척이 위치했던 부분(K)에서 CD편차가 발생하여 화소 전극(92)의 폭이 작게 패턴된 형상을 볼 수 있다. 상기 도 4에 제시한 구성은, 공통 전극을 형성할 때 게이트 배선과 동일한 공정에서 패턴하게 되는데, 게이트 배선( 및 데이터 배선)은 낮은 저항을 필요로 하기 때문에 저항이 낮은 금속을 사용함을 물론이지만 두껍게 형성하여 저항을 더욱 낮추도록 설계된다. 따라서, 상기 공통 전극 또한 필요이상으로 두껍게 형성되므로 단차가 심하게 존재하게 되며 이러한 문제로 인해 상기 척 얼룩 뿐 아니라 단차에 의한 얼룩이 발생하는 문제가 있다 이러한 단차에 의란 얼룩은 투명 전극으로 공통 전극과 화소 전극을 형성하였을 경우에도 나타나는 문제이다. 또한, 상기 공통 전극과 화소 전극을 투명한 전극으로 사용할 경우, 투명전극의 저항이 매우 높기 때문에 대형화면으로 갈수록 미세저항이 문제가 되므로 설계의 자유도가 떨어지는 결과가 된다.