JP5893604B2 - Ｆｆｓ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置（Liquid Crystal Display Device）に関し、特に、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法に関する。
一般に、液晶表示装置の駆動原理は、液晶の光学的異方性と分極特性を利用するものである。前記液晶は細長い構造であるので分子配列に方向性を有し、人為的に前記液晶に電場を印加することで分子配列の方向を制御することができる。
つまり、前記液晶の分子配列の方向を任意に調節して前記液晶の分子配列を変化させると、光学的異方性により前記液晶の分子配列方向に光が屈折し、画像情報が表示される。
近年、薄膜トランジスタと前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とがマトリクス方式で配列されたアクティブマトリクス液晶表示装置（ＡＭ−ＬＣＤ（Active Matrix LCD）、以下液晶表示装置という）が、解像度及び動画表示能力に優れており、最も注目されている。
前記液晶表示装置は、共通電極が形成されたカラーフィルタ基板（すなわち、上部基板）と、画素電極が形成されたアレイ基板（すなわち、下部基板）と、上部基板と下部基板との間に充填された液晶とからなる。
このような液晶表示装置は、共通電極と画素電極が上下に印加される電場により液晶を駆動する方式であって、透過率や開口率などの特性に優れているという利点があるが、上下に印加される電場による液晶駆動は視野角特性に優れていないという欠点があった。
つまり、前記液晶の分子配列の方向を任意に調節して前記液晶の分子配列を変化させると、光学的異方性により前記液晶の分子配列方向に光が屈折し、画像情報が表示される。
近年、薄膜トランジスタと前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とがマトリクス方式で配列されたアクティブマトリクス液晶表示装置（ＡＭ−ＬＣＤ（Active Matrix LCD）、以下液晶表示装置という）が、解像度及び動画表示能力に優れており、最も注目されている。
前記液晶表示装置は、共通電極が形成されたカラーフィルタ基板（すなわち、上部基板）と、画素電極が形成されたアレイ基板（すなわち、下部基板）と、上部基板と下部基板との間に充填された液晶とからなる。
このような液晶表示装置は、共通電極と画素電極が上下に印加される電場により液晶を駆動する方式であって、透過率や開口率などの特性に優れているという利点があるが、上下に印加される電場による液晶駆動は視野角特性に優れていないという欠点があった。
よって、上記欠点を克服するために新たに提案された技術がＦＦＳ方式の液晶駆動方法であるが、このＦＦＳ方式の液晶駆動方法は、視野角特性に優れているという利点を有する。
以下、このような従来のＦＦＳ方式液晶表示装置について図５及び図６を参照して説明する。
図５は従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の概略平面図である。
図６は図５のＶＩa-ＶＩa, ＶＩb-ＶＩb線断面図であって従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の概略断面図である。
従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板１０は、図５及び図６に示すように、透明な絶縁基板１１上に一方向に延び、互いに平行に離隔した複数のゲート配線１４と、ゲート配線１４と交差し、その交差して形成される領域に画素領域を定義する複数のデータ配線２３と、ゲート配線１４とデータ配線２３との交差地点に設けられ、ゲート電極１３、アクティブ層１７、ソース電極２３ａ及びドレイン電極２３ｂを含む薄膜トランジスタＴとを含む。
絶縁基板１１の画素領域全面には、ゲート配線１４及びデータ配線２３と所定の間隔をおいて大面積の透明な画素電極２９が配置されており、画素電極２９の上部には、平坦化膜３１を介して分岐した透明な棒状の共通電極３５が複数配置されている。
図５は従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の概略平面図である。
図６は図５のＶＩa-ＶＩa, ＶＩb-ＶＩb線断面図であって従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の概略断面図である。
従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板１０は、図５及び図６に示すように、透明な絶縁基板１１上に一方向に延び、互いに平行に離隔した複数のゲート配線１４と、ゲート配線１４と交差し、その交差して形成される領域に画素領域を定義する複数のデータ配線２３と、ゲート配線１４とデータ配線２３との交差地点に設けられ、ゲート電極１３、アクティブ層１７、ソース電極２３ａ及びドレイン電極２３ｂを含む薄膜トランジスタＴとを含む。
絶縁基板１１の画素領域全面には、ゲート配線１４及びデータ配線２３と所定の間隔をおいて大面積の透明な画素電極２９が配置されており、画素電極２９の上部には、平坦化膜３１を介して分岐した透明な棒状の共通電極３５が複数配置されている。
また、画素電極２９は、ドレイン電極２３ｂに電気的に接続されている。
さらに、ゲート配線１４の一端にはゲートパッド１３ａが延設されており、ゲートパッド１３ａにはゲートパッド接続パターン３５ａが接続されている。同様に、データ配線２３の一端にはデータパッド１３ｂが延設されており、データパッド１３ｂにはデータパッド接続パターン３５ｂが接続されている。
上記構成によれば、データ信号が薄膜トランジスタＴを介して画素電極２９に供給されると、共通電圧が供給された共通電極３５と画素電極２９との間にフリンジフィールドが形成されることにより、絶縁基板１１と当該絶縁基板１１と貼り合わせられるカラーフィルタ基板（図示せず）との間に水平方向に配列された液晶分子が誘電異方性により回転し、液晶分子の回転の程度に応じて画素領域を透過する光透過率が変化することにより、階調が実現される。
さらに、ゲート配線１４の一端にはゲートパッド１３ａが延設されており、ゲートパッド１３ａにはゲートパッド接続パターン３５ａが接続されている。同様に、データ配線２３の一端にはデータパッド１３ｂが延設されており、データパッド１３ｂにはデータパッド接続パターン３５ｂが接続されている。
上記構成によれば、データ信号が薄膜トランジスタＴを介して画素電極２９に供給されると、共通電圧が供給された共通電極３５と画素電極２９との間にフリンジフィールドが形成されることにより、絶縁基板１１と当該絶縁基板１１と貼り合わせられるカラーフィルタ基板（図示せず）との間に水平方向に配列された液晶分子が誘電異方性により回転し、液晶分子の回転の程度に応じて画素領域を透過する光透過率が変化することにより、階調が実現される。
以下、上記構成の従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造時に用いられるマスク工程について図７を参照して概略的に説明する。
図７は従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造時に用いられるマスク工程を示すフローチャートである。
図７に示すように、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板のマスク工程は、絶縁基板１１上にゲート配線１４、ゲート電極１３、ゲートパッド１３ａ及びデータパッド１３ｂを形成する第１マスク工程５１と、ゲート電極１３の上部にアクティブ層１７を形成する第２マスク工程５２と、アクティブ層１７の上部に互いに離隔したソース電極２３ａ及びドレイン電極２３ｂ、並びにデータ配線２３を形成する第３マスク工程５３と、ドレイン電極２３ｂを露出するドレインコンタクトホール（図示せず）を形成する第４マスク工程５４と、前記ドレインコンタクトホールを介してドレイン電極２３ｂに電気的に接続される大面積の画素電極２９を形成する第５マスク工程５５と、ゲートパッド１３ａを露出するゲートパッドコンタクトホール（図示せず）及びデータパッド１３ｂを露出するデータパッドコンタクトホール（図示せず）を形成する第６マスク工程５６と、画素電極２９に対応する共通電極３５、ゲートパッド接続パターン３５ａ及びデータパッド接続パターン３５ｂを形成する第７マスク工程５７とからなる。
図７に示すように、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板のマスク工程は、絶縁基板１１上にゲート配線１４、ゲート電極１３、ゲートパッド１３ａ及びデータパッド１３ｂを形成する第１マスク工程５１と、ゲート電極１３の上部にアクティブ層１７を形成する第２マスク工程５２と、アクティブ層１７の上部に互いに離隔したソース電極２３ａ及びドレイン電極２３ｂ、並びにデータ配線２３を形成する第３マスク工程５３と、ドレイン電極２３ｂを露出するドレインコンタクトホール（図示せず）を形成する第４マスク工程５４と、前記ドレインコンタクトホールを介してドレイン電極２３ｂに電気的に接続される大面積の画素電極２９を形成する第５マスク工程５５と、ゲートパッド１３ａを露出するゲートパッドコンタクトホール（図示せず）及びデータパッド１３ｂを露出するデータパッドコンタクトホール（図示せず）を形成する第６マスク工程５６と、画素電極２９に対応する共通電極３５、ゲートパッド接続パターン３５ａ及びデータパッド接続パターン３５ｂを形成する第７マスク工程５７とからなる。
一方、このように７回のマスク工程で製造される従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造方法について図８Ａ〜図８Ｇを参照して概略的に説明する。
図８Ａ〜図８Ｇは従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造工程を示す断面図である。
まず、図８Ａに示すように、透明な絶縁基板１１上にスイッチング領域を含む複数の画素領域を定義し、スパッタリング法により絶縁基板１１上に第１金属導電層（図示せず）を蒸着し、その後フォトリソグラフィ技術を用いる第１マスク工程（図７のステップ５１参照）により前記第１金属導電層をパターニングし、ゲート配線（図５の符号１４参照）、前記ゲート配線から突出したゲート電極１３、外部駆動回路部に電気的に接続されるゲートパッド１３ａ及びデータパッド１３ｂを形成する。
まず、図８Ａに示すように、透明な絶縁基板１１上にスイッチング領域を含む複数の画素領域を定義し、スパッタリング法により絶縁基板１１上に第１金属導電層（図示せず）を蒸着し、その後フォトリソグラフィ技術を用いる第１マスク工程（図７のステップ５１参照）により前記第１金属導電層をパターニングし、ゲート配線（図５の符号１４参照）、前記ゲート配線から突出したゲート電極１３、外部駆動回路部に電気的に接続されるゲートパッド１３ａ及びデータパッド１３ｂを形成する。
次に、図８Ｂに示すように、ゲート電極１３を含む絶縁基板１１全面にゲート絶縁膜１５を蒸着し、その上に非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）（図示せず）と不純物を含む非晶質シリコン層（ｎ＋又はｐ＋）（図示せず）を順次蒸着する。
次に、図示していないが、フォトリソグラフィ技術を用いる第２マスク工程（図７のステップ５２参照）により前記不純物を含む非晶質シリコン層（ｎ＋又はｐ＋）と前記非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をパターニングし、アクティブ層１７とオーミックコンタクト層（図示せず）を形成する。
次に、図示していないが、フォトリソグラフィ技術を用いる第２マスク工程（図７のステップ５２参照）により前記不純物を含む非晶質シリコン層（ｎ＋又はｐ＋）と前記非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をパターニングし、アクティブ層１７とオーミックコンタクト層（図示せず）を形成する。
次に、図８Ｃに示すように、アクティブ層１７及びオーミックコンタクト層を含む絶縁基板１１全面に第２金属導電層（図示せず）を蒸着し、その後フォトリソグラフィ技術を用いる第３マスク工程（図７のステップ５３参照）により前記第２金属導電層を選択的にパターニングし、ゲート配線１３と垂直に交差するデータ配線２３、データ配線２３から延びたソース電極２３ａ及びドレイン電極２３ｂを形成する。
次に、図８Ｄに示すように、データ配線２３を含む絶縁基板１１全面にパッシベーション膜２５を蒸着し、その後フォトリソグラフィ技術を用いる第４マスク工程（図７のステップ５４参照）によりパッシベーション膜２５を選択的にパターニングし、ドレイン電極２３ｂを露出するドレインコンタクトホール２７、ゲートパッド１３ａを露出するゲートパッドコンタクトホール２７ａ、及びデータパッド１３ｂを露出するデータパッドコンタクトホール２７ｂを形成する。
次に、図８Ｅに示すように、ドレインコンタクトホール２７、ゲートパッドコンタクトホール２７ａ及びデータパッドコンタクトホール２７ｂを含むパッシベーション膜２５の上部に第１透明導電物質層（図示せず）を形成し、その後フォトリソグラフィ技術を用いる第５マスク工程（図７のステップ５５参照）により前記第１透明導電物質層を選択的にパターニングし、ドレイン電極２３ｂに電気的に接続される大面積の画素電極２９を形成する。
次に、図８Ｆに示すように、画素電極２９を含む絶縁基板１１全面に平坦化膜３１を形成し、その後フォトリソグラフィ技術を用いる第６マスク工程（図７のステップ５６参照）により平坦化膜３１をパターニングし、ゲートパッド１３ａを露出するゲートパッド開口部３３ａ及びデータパッド１３ｂを露出するデータパッド開口部３３ｂを形成する。
次に、図８Ｇに示すように、ゲートパッド開口部３３ａ及びデータパッド開口部３３ｂを含む平坦化膜３１上に第２透明導電物質層（図示せず）を形成し、その後フォトリソグラフィ技術を用いる第７マスク工程（図７のステップ５７参照）により前記第２透明導電物質層を選択的にパターニングし、画素電極２９に対応する複数の分岐した共通電極３５と共に、ゲートパッド１３ａに電気的に接続されるゲートパッド接続パターン３５ａ及びデータパッド１３ｂに電気的に接続されるデータパッド接続パターン３５ｂを形成する。これにより、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造工程が完了する。
次に、図示していないが、カラーフィルタ基板を製造する工程と、アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶層を形成する工程を行うことにより、ＦＦＳ方式液晶表示装置を製造する。
しかし、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法においては、ＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板を製造する際にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と画素電極を形成する工程とをそれぞれ別に行うため、全７回のマスク工程が必要であるので、それだけ製造工程が複雑になり、製造コストが増加する。
また、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法においては、既知の低電圧駆動のために最上層（トップ）に共通電極（Ｖｃｏｍ）を形成する構造を適用した場合、画素電極とデータ配線との重畳の程度に応じてキャパシタンス（Ｃｄｐ）が変化し、偶数／奇数不良が生じる。特に、画素電極とデータ配線との重畳により偶数／奇数不良が生じるため、低消費電力駆動方式では共通電極の最上層への適用が困難である。
さらに、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法においては、ドレイン電極と画素電極とを電気的に接続するためのドレインコンタクトホールを別途形成しなければならず、ドレインコンタクトホールを形成するための面積が必要であるので、透過率及び開口率が減少する。特に、ドレイン電極と画素電極とを電気的に接続するためのドレインコンタクトホールが必要であるので、それだけ開口面積が減少し、当該ドレインコンタクトホール形成領域を覆うためのブラックマトリクスがさらに必要であるので、それだけ開口面積がさらに減少する。
さらに、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法においては、平坦化膜が絶縁基板全面に形成されているので、それだけ開口部の透過率が減少する。
また、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法においては、既知の低電圧駆動のために最上層（トップ）に共通電極（Ｖｃｏｍ）を形成する構造を適用した場合、画素電極とデータ配線との重畳の程度に応じてキャパシタンス（Ｃｄｐ）が変化し、偶数／奇数不良が生じる。特に、画素電極とデータ配線との重畳により偶数／奇数不良が生じるため、低消費電力駆動方式では共通電極の最上層への適用が困難である。
さらに、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法においては、ドレイン電極と画素電極とを電気的に接続するためのドレインコンタクトホールを別途形成しなければならず、ドレインコンタクトホールを形成するための面積が必要であるので、透過率及び開口率が減少する。特に、ドレイン電極と画素電極とを電気的に接続するためのドレインコンタクトホールが必要であるので、それだけ開口面積が減少し、当該ドレインコンタクトホール形成領域を覆うためのブラックマトリクスがさらに必要であるので、それだけ開口面積がさらに減少する。
さらに、従来のＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法においては、平坦化膜が絶縁基板全面に形成されているので、それだけ開口部の透過率が減少する。
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、ＦＦＳ方式液晶表示装置を製造する際に、最上層に共通電極を形成する構造を適用できるように、画素電極とドレイン電極とを一度に形成してドレインコンタクトホール構造を省略することにより、開口率及び透過率を最大化することのできる、ＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板は、絶縁基板の一面に一方向に形成されたゲート配線と、前記ゲート配線から延びたゲート電極の上部に形成されたアクティブ層と、前記アクティブ層の上部一側に形成されたソース電極を有し、前記ゲート配線と交差して画素領域を定義するデータ配線と、前記ソース電極から離隔した前記アクティブ層の上部他側と前記絶縁基板の画素領域にわたって形成された大面積の画素電極と、前記データ配線及び前記ソース電極の上部に形成された平坦化膜と、前記平坦化膜を含む絶縁基板全面に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜の上部に形成され、前記画素電極及び前記データ配線とオーバーラップする共通電極とを含むことを特徴とする。
上記目的を達成するための本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造方法は、絶縁基板の一面に一方向にゲート配線、ゲートパッド及びデータパッドを形成する段階と、前記ゲート配線から延びたゲート電極の上部にアクティブ層を形成する段階と、前記ゲート配線と交差して画素領域を定義し、前記アクティブ層の上部一側に配置されるソース電極を含むデータ配線を形成する段階と、前記ソース電極から離隔した前記アクティブ層の上部他側と前記絶縁基板の画素領域にわたって大面積の画素電極を形成する段階と、前記データ配線及び前記ソース電極の上部に平坦化膜を形成する段階と、前記平坦化膜を含む絶縁基板全面にパッシベーション膜を形成する段階と、前記パッシベーション膜に前記ゲートパッドを露出するゲートパッドコンタクトホール及び前記データパッドを露出するデータパッドコンタクトホールを形成する段階と、前記パッシベーション膜の上部に前記画素電極及び前記データ配線とオーバーラップする共通電極を形成する段階とを含むことを特徴とする。
本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法によれば、ＦＦＳ方式液晶表示装置を製造する際に、最上層に共通電極を形成する構造を適用できるように、画素電極とドレイン電極とを一度に形成してドレインコンタクトホール構造を省略することにより、開口率及び透過率を最大化することができる。
また、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法によれば、ソース電極を含むデータ配線と画素電極とを同時に形成することができるので、それだけマスク数が低減され、ソース電極と画素電極との自己整合（self align）によりオーバーレイマージンがなくなるので、偶数／奇数不良が生じない。
さらに、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法によれば、平坦化膜が絶縁基板全面に形成されているのではなく、データ配線の上部にのみ存在するので、それだけ開口部の透過率が増加する。
以下、本発明の好ましい実施の形態によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の構造について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の概略平面図である。
図２は図１のＩＩa-ＩＩa, ＩＩb-ＩＩb線断面図であって本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の概略断面図である。
図１及び図２に示すように、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板１００は、絶縁基板１０１の一面に一方向に形成されたゲート配線１０４と、ゲート配線１０４から延びたゲート電極１０３の上部に形成されたアクティブ層１１０と、アクティブ層１１０の上部一側に形成されたソース電極１２３ａを有し、ゲート配線１０４と交差して画素領域を定義するデータ配線１２３と、ソース電極１２３ａから離隔したアクティブ層１１０の上部他側、及びゲート配線１０４とデータ配線１２３とが交差して形成される絶縁基板１０１の画素領域に形成された大面積の画素電極１１３ａと、データ配線１２３及びソース電極１２３ａの上部に形成された平坦化膜パターン１１７ａと、平坦化膜パターン１１７ａを含む絶縁基板１０１全面に形成されたパッシベーション膜１２５と、パッシベーション膜１２５の上部に形成され、画素電極１１３ａ及びデータ配線１２３とオーバーラップする共通電極１２９とを含む。
同図において、符号Ｔは薄膜トランジスタであり、薄膜トランジスタＴは、絶縁基板１０１上に形成されたゲート配線１０４から垂直方向に延びたゲート電極１０３と、ゲート電極１０３の上部に形成されたゲート絶縁膜１０５と、非晶質シリコン層パターン１０７ａ及びオーミックコンタクト層パターン１０９ａからなるアクティブ層１１０のチャネル領域だけ互いに離隔したソース電極１２３ａ及び画素電極１１３ａとからなる。ここで、画素電極１１３ａは、ドレイン電極の役割も果たす。つまり、本発明においては、ドレイン電極を形成するのではなく、ドレイン電極として画素電極１１３ａを用いる。
大面積の透明な画素電極１１３ａは、ゲート配線１０４とデータ配線１２３とが交差して形成される絶縁基板１０１の画素領域に配置されている。ここで、画素電極１１３ａは、透明導電物質層の単一層構造を有する。データ配線１２３は、透明導電物質層パターン１１３ｂと金属導電層パターン１１５ｂの積層構造を有し、ソース電極１２３ａは、透明導電物質層パターン１１３ｃと金属導電層パターン１１５ｃの積層構造を有する。ここで、ソース電極１２３ａは、データ配線１２３から延びている。
また、平坦化膜パターン１１７ａは、データ配線１２３及びソース電極１２３ａの上部にのみ形成されており、絶縁基板１０１の画素領域に配置された画素電極１１３ａを含むゲートパッド１０３ａ及びデータパッド１０３ｂの上方には形成されていない。つまり、平坦化膜パターン１１７ａは、絶縁基板１０１全面に形成されているのではなく、ソース電極１２３ａを含むデータ配線１２３の上部にのみ形成されているので、それだけ開口部の透過率が増加する。
さらに、共通電極１２９は複数に分岐しており、その分岐した複数の共通電極１２９は、パッシベーション膜１２５を介して画素電極１１３ａとオーバーラップしている。ここで、共通電極１２９は、データ配線１２３とオーバーラップしている。
よって、複数の共通電極１２９によっては液晶駆動のための基準電圧、すなわち共通電圧を各画素に供給する。共通電極１２９は、各画素領域でパッシベーション膜１２５を介して大面積の画素電極１１３ａと重なり、フリンジフィールドを形成する。
さらに、共通電極１２９を含む絶縁基板１０１全面には、下部配向膜（図示せず）が形成されている。
一方、図示していないが、薄膜トランジスタ基板である絶縁基板１０１と所定の間隔をおいて貼り合わせられるカラーフィルタ基板（図示せず）上には、画素領域を除く領域から光が透過することを遮断するためのブラックマトリクス（Black Matrix; BM）（図示せず）が形成されている。
また、前記カラーフィルタ基板の画素領域には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ層（図示せず）が形成されている。このとき、前記赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ層間の前記カラーフィルタ基板上には前記ブラックマトリクスが形成されている。
ここで、前記ブラックマトリクスは、前記カラーフィルタ基板と前記薄膜トランジスタ基板である絶縁基板１０１とを貼り合わせる際に、絶縁基板１０１の画素領域を除く領域、例えば薄膜トランジスタＴ、ゲート配線１０４及びデータ配線１２３の上部とオーバーラップするように配置される。本発明においては、画素電極１１３ａがドレイン電極の役割も果たすので、ドレインコンタクトホールを形成しなくてもよい。つまり、本発明においては、ドレインコンタクトホールを形成しないので、それだけ前記ブラックマトリクスが覆う領域が減少することにより、開口率及び透過率を最大化することができる。
さらに、前記カラーフィルタ層上には、液晶を一定方向に配列させる上部配向膜（図示せず）が形成されている。
よって、薄膜トランジスタＴを介して画素電極１１３ａにデータ信号が供給されると、共通電圧が供給された共通電極１２９と画素電極１１３ａとの間にフリンジフィールドが形成され、絶縁基板１０１と前記カラーフィルタ基板との間に水平方向に配列された液晶分子が誘電異方性により回転し、液晶分子の回転の程度に応じて画素領域を透過する光透過率が変化することにより、階調が実現される。
従って、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板によれば、ＦＦＳ方式液晶表示装置を製造する際に、最上層に共通電極を形成する構造を適用できるように、画素電極とドレイン電極とを一度に形成してドレインコンタクトホール構造を省略することにより、開口率及び透過率を最大化することができる。
また、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板によれば、平坦化膜が絶縁基板全面に形成されているのではなく、データ配線の上部にのみ存在するので、それだけ開口部の透過率が増加する。
以下、上記構成の本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造時に用いられるマスク工程について図３を参照して概略的に説明する。
図３は本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造時に用いられるマスク工程を示すフローチャートである。
図３に示すように、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板のマスク工程は、絶縁基板１０１上にゲート配線１０４、ゲート電極１０３、ゲートパッド１０３ａ及びデータパッド１０３ｂを形成する第１マスク工程１５１と、ゲート電極１０３の上部にアクティブ層１１０を形成する第２マスク工程１５３と、アクティブ層１１０の上部にソース電極１２３ａを含むデータ配線１２３を形成すると共に、ソース電極１２３ａから離隔するようにゲート配線１０４とデータ配線１２３とが交差して形成される画素領域に大面積の画素電極１１３ａを形成する第３マスク工程１５５と、ゲートパッド１０３ａを露出するゲートパッドコンタクトホール（図示せず、図４Ｉの１２７ａ参照）及びデータパッド１０３ｂを露出するデータパッドコンタクトホール（図示せず、図４Ｉの１２７ｂ参照）を形成する第４マスク工程１５７と、画素電極１１３ａに対応する共通電極１２９、ゲートパッド接続パターン１２９ａ及びデータパッド接続パターン１２９ｂを形成する第５マスク工程１５９とからなる。
以下、上記構成の本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造方法について図４Ａ〜図４Ｊを参照して説明する。
図４Ａ〜図４Ｊは本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造工程を示す断面図である。
まず、透明な絶縁基板１０１上にスイッチング領域を含む複数の画素領域を定義し、スパッタリング法により絶縁基板１０１上に第１金属導電層（図示せず）を蒸着する。ここで、前記第１金属導電層としては、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、モリブデンチタン（ＭｏＴｉ）、銅／モリブデンチタン（Ｃｕ／ＭｏＴｉ）を含む導電性金属群から選択される少なくとも１つを使用する。
その後、前記第１金属導電層の上部に透過率の高いフォトレジストを塗布して第１感光膜（図示せず）を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ技術を用いる第１マスク工程（図３のステップ１５１参照）により前記第１感光膜をパターニングし、第１感光膜パターン（図示せず）を形成する。
次に、図４Ａに示すように、前記第１感光膜パターンをエッチングマスクとして前記第１金属導電層を選択的にエッチングし、絶縁基板１０１上にゲート電極１０３、ゲートパッド１０３ａ及びデータパッド１０３ｂを形成する。ここで、ゲート電極１０３はゲート配線１０４から延びる。
次に、図４Ｂに示すように、前記第１感光膜パターンを除去し、ゲート電極１０３を含む絶縁基板１０１全面に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）又はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなるゲート絶縁膜１０５を形成する。
次に、図４Ｃに示すように、ゲート絶縁膜１０５の上部に非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）１０７及びオーミックコンタクト層１０９を順次積層する。ここで、オーミックコンタクト層１０９としては、モリブデンチタン（ＭｏＴｉ）又は不純物を含む非晶質シリコン層（ｎ＋又はｐ＋）を用いる。本発明においては、オーミックコンタクト層１０９としてモリブデンチタン（ＭｏＴｉ）を用いる場合を例に挙げて説明する。
その後、オーミックコンタクト層１０９の上部に透過率の高いフォトレジストを塗布して第２感光膜（図示せず）を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ技術を用いる第２マスク工程（図３のステップ１５３参照）により前記第２感光膜をパターニングし、第２感光膜パターン（図示せず）を形成する。
次に、図４Ｄに示すように、前記第２感光膜パターンをエッチングマスクとして非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）１０７及びオーミックコンタクト層１０９を選択的にエッチングし、非晶質シリコン層パターン１０７ａ及びオーミックコンタクト層パターン１０９ａからなるアクティブ層１１０を形成する。
次に、図４Ｅに示すように、前記第２感光膜パターンを除去し、スパッタリング法によりアクティブ層１１０を含む絶縁基板１０１全面に第１透明導電物質層１１３及び第２金属導電層１１５を順次蒸着する。ここで、第１透明導電物質層１１３としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）を含む群から選択される少なくとも１つを使用する。また、第２金属導電層１１５としては、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、モリブデンチタン（ＭｏＴｉ）、銅／モリブデンチタン（Ｃｕ／ＭｏＴｉ）を含む導電性金属群から選択される少なくとも１つを使用する。
その後、第２金属導電層１１５の上部に感光性を有する平坦化膜１１７を形成する。ここで、平坦化膜１１７としては、フォトアクリルを含む有機絶縁物質からいずれか１つを選択して使用する。
次いで、光遮断膜パターン１２０ａ及び半透過膜パターン１２０ｂを備えるハーフトーンマスク１２０を用いて平坦化膜１１７に紫外線を照射することで露光工程を行う。ここで、光遮断膜パターン１２０ａは、ソース電極を含むデータ配線形成領域に対応する平坦化膜１１７の上方に位置し、半透過膜パターン１２０ｂは、画素電極形成領域に対応する平坦化膜１１７の上方に位置する。一方、ハーフトーンマスク１２０の代わりに、光の回折効果を利用する回折マスク（例えば、スリットマスクなど）を用いてもよい。
次に、図４Ｆに示すように、前記露光工程が行われると、現像工程で平坦化膜１１７を選択的に除去し、ソース電極を含むデータ配線形成領域に対応する平坦化膜パターン１１７ａ、及び画素電極形成領域に対応するダミー平坦化膜パターン１１７ｂを形成する。このとき、平坦化膜パターン１１７ａは、光が透過しない状態であるので平坦化膜１１７の厚さをそのまま維持するが、ダミー平坦化膜パターン１１７ｂは、光の一部が透過して所定の厚さだけ除去される。つまり、ダミー平坦化膜パターン１１７ｂが平坦化膜パターン１１７ａより薄い。
次に、図４Ｇに示すように、平坦化膜パターン１１７ａ及びダミー平坦化膜パターン１１７ｂをエッチングマスクとして第２金属導電層１１５及び第１透明導電物質層１１３を選択的にエッチングし、平坦化膜パターン１１７ａの下部にデータ配線１２３及び当該データ配線１２３から延びたソース電極１２３ａを形成する。このとき、データ配線１２３は、第１透明導電物質層パターン１１３ｂと第２金属導電層パターン１１５ｂの積層構造を有し、ソース電極１２３ａは、第１透明導電物質層パターン１１３ｃと第２金属導電層パターン１１５ｃの積層構造を有する。また、平坦化膜パターン１１７ａは、ソース電極１２３ａを含むデータ配線１２３の上部にのみ形成されている。
次に、図４Ｈに示すように、平坦化膜パターン１１７ａ及びダミー平坦化膜パターン１１７ｂを硬化（キュア）処理し、その後アッシング工程を行ってダミー平坦化膜パターン１１７ｂ全体を除去することにより、その下部のダミー金属導電層パターン１１５ａを露出する。このとき、平坦化膜パターン１１７ａの一部も共に除去される。
次に、図４Ｉに示すように、露出したダミー金属導電層パターン１１５ａをウェットエッチング工程で除去し、絶縁基板１０１の画素領域に大面積の画素電極１１３ａを形成する。このとき、画素電極１１３ａは、ゲート配線１０４とデータ配線１２３とが交差して形成される画素領域に配置される。
その後、画素電極１１３ａを含む絶縁基板１０１全面に無機絶縁物質又は有機絶縁物質を蒸着してパッシベーション膜１２５を形成し、パッシベーション膜１２５の上部に透過率の高いフォトレジストを塗布して第３感光膜（図示せず）を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ技術を用いる第４マスク工程（図３のステップ１５７参照）により露光及び現像工程を行って前記第３感光膜を除去し、第３感光膜パターン（図示せず）を形成する。
次に、前記第３感光膜パターンをマスクとしてパッシベーション膜１２５及びその下部のゲート絶縁膜１０５を選択的にエッチングし、ゲートパッド１０３ａを露出するゲートパッドコンタクトホール１２７ａ、及びデータパッド１０３ｂを露出するデータパッドコンタクトホール１２７ｂを同時に形成する。
次に、前記第３感光膜パターンを除去し、ゲートパッドコンタクトホール１２７ａ及びデータパッドコンタクトホール１２７ｂを含む絶縁基板１０１全面にＤＣマグネトロンスパッタリング法で第２透明導電物質層（図示せず）を蒸着する。ここで、前記第２透明導電物質層としては、ＩＴＯやＩＺＯを含む透明な物質群から選択されるいずれかを使用する。
その後、前記第２透明導電物質層の上部に透過率の高いフォトレジストを塗布して第４感光膜（図示せず）を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ技術を用いる第５マスク工程（図３のステップ１５９参照）により露光及び現像工程を行って前記第４感光膜を除去し、第４感光膜パターン（図示せず）を形成する。
次に、図４Ｊに示すように、前記第４感光膜パターンをエッチングマスクとして前記第２透明導電物質層をエッチングし、互いに離隔して分岐した複数の共通電極１２９、並びにゲートパッドコンタクトホール１２７ａを介してゲートパッド１０３ａに電気的に接続されるゲートパッド接続パターン１２９ａ、及びデータパッドコンタクトホール１２７ｂを介してデータパッド１０３ｂに電気的に接続されるデータパッド接続パターン１２９ｂを同時に形成する。
次に、前記第４感光膜パターンを除去し、複数の共通電極１２９を含む絶縁基板１０１全面に下部配向膜（図示せず）を形成することにより、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板の製造工程を完了する。
一方、図示していないが、絶縁基板１０１と所定の間隔をおいて貼り合わせられるカラーフィルタ基板（図示せず）上には、画素領域を除く領域から光が透過することを遮断するためのブラックマトリクス（図示せず）を形成する。
次に、前記カラーフィルタ基板の画素領域に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ層（図示せず）を形成する。このとき、前記赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ層間の前記カラーフィルタ基板上には前記ブラックマトリクスが形成される。
ここで、前記ブラックマトリクスは、前記カラーフィルタ基板と前記薄膜トランジスタ基板である絶縁基板１０１とを貼り合わせる際に、絶縁基板１０１の画素領域を除く領域、例えば薄膜トランジスタＴ、ゲート配線１０４及びデータ配線１２３の上部とオーバーラップするように配置される。本発明においては、画素電極１１３ａがドレイン電極の役割も果たすので、ドレインコンタクトホールを形成しなくてもよい。つまり、本発明においては、ドレインコンタクトホールを形成しないので、それだけ前記ブラックマトリクスが覆う領域が減少することにより、開口率及び透過率を最大化することができる。
次に、図示していないが、前記カラーフィルタ層上に液晶を一定方向に配列させるための上部配向膜（図示せず）を形成することにより、カラーフィルタ基板の製造工程を完了する。
次に、図示していないが、絶縁基板１０１と前記カラーフィルタ基板との間に液晶層（図示せず）を形成することにより、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置を製造する。
これにより、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法によれば、ＦＦＳ方式液晶表示装置を製造する際に、最上層に共通電極を形成する構造を適用できるように、画素電極とドレイン電極とを一度に形成してドレインコンタクトホール構造を省略することにより、開口率及び透過率を最大化することができる。
また、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法によれば、ソース電極を含むデータ配線と画素電極とを同時に形成することができるので、それだけマスク数が低減され、ソース電極と画素電極との自己整合によりオーバーレイマージンがなくなるので、偶数／奇数不良が生じない。
さらに、本発明によるＦＦＳ方式液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法によれば、平坦化膜が絶縁基板全面に形成されているのではなく、データ配線の上部にのみ存在するので、それだけ開口部の透過率が増加する。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能であることを理解するであろう。
よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。
よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。
１０１ 絶縁基板
１０３ ゲート電極
１０３ａ ゲートパッド
１０３ｂ データパッド
１０５ ゲート絶縁膜
１０７ａ 非晶質シリコン層パターン
１０９ａ オーミックコンタクト層パターン
１１０ アクティブ層
１１３ａ 画素電極
１１７ａ 平坦化膜パターン
１２３ データ配線
１２３ａ ソース電極
１２５ パッシベーション膜
１２７ａ ゲートパッドコンタクトホール
１２７ｂ データパッドコンタクトホール
１２９ 共通電極
１２９ａ ゲートパッド接続パターン
１２９ｂ データパッド接続パターン
１０３ ゲート電極
１０３ａ ゲートパッド
１０３ｂ データパッド
１０５ ゲート絶縁膜
１０７ａ 非晶質シリコン層パターン
１０９ａ オーミックコンタクト層パターン
１１０ アクティブ層
１１３ａ 画素電極
１１７ａ 平坦化膜パターン
１２３ データ配線
１２３ａ ソース電極
１２５ パッシベーション膜
１２７ａ ゲートパッドコンタクトホール
１２７ｂ データパッドコンタクトホール
１２９ 共通電極
１２９ａ ゲートパッド接続パターン
１２９ｂ データパッド接続パターン
Claims (3)
- 絶縁基板の一面に一方向にゲート配線、ゲートパッド及びデータパッドを形成する段階と、
前記ゲート配線から延びたゲート電極の上部にアクティブ層を形成する段階と、
前記ゲート配線と交差して画素領域を定義し、前記アクティブ層の上部一側に配置されるソース電極を含むデータ配線を形成する段階と、
前記ソース電極から離隔した前記アクティブ層の上部他側と前記絶縁基板の画素領域にわたって大面積の画素電極であって、透明導電物質層の単一層構造を有する画素電極を形成する段階と、
前記データ配線及び前記ソース電極の上部に平坦化膜を形成する段階と、
前記平坦化膜を含む絶縁基板全面にパッシベーション膜を形成する段階と、
前記パッシベーション膜に前記ゲートパッドを露出するゲートパッドコンタクトホール及び前記データパッドを露出するデータパッドコンタクトホールを形成する段階と、
前記パッシベーション膜の上部に前記画素電極及び前記データ配線と重なる共通電極を形成する段階と
を含み、
前記平坦化膜は、前記データ配線及び前記ソース電極の上部にのみに、前記データ配線又は前記ソース電極に接して形成されていて、
前記ゲート電極、前記アクティブ層、前記ソース電極及びドレイン電極としての前記画素電極の一部分を含む薄膜トランジスタを形成し、
前記ゲート配線と交差して前記アクティブ層の上部一側に配置されるソース電極を含むデータ配線を形成する段階と、前記ソース電極から離隔した前記アクティブ層の上部他側と前記絶縁基板の画素領域にわたって大面積の画素電極を形成する段階とは、同一のマスク工程で行われ、
前記同一のマスク工程は、
前記アクティブ層を含む前記絶縁基板全面に透明導電物質層及び金属導電層を順次蒸着し、
前記金属導電層の上部に感光性を有する前記平坦化膜を形成し、
前記平坦化膜を選択的に除去し、前記ソース電極を含むデータ配線形成領域に対応する平坦化膜パターン及び画素電極形成領域に対応するダミー平坦化膜パターンを形成し、
前記平坦化膜パターン及び前記ダミー平坦化膜パターンをエッチングマスクとして前記金属導電層及び前記透明導電物質層を選択的にエッチングし、前記平坦化膜パターンの下部に前記ソース電極を含むデータ配線を形成し、
前記ダミー平坦化膜パターン全体を除去することにより、その下部のダミー金属導電層パターンを露出し、
露出した前記ダミー金属導電層パターンを除去し、前記絶縁基板の画素領域に大面積の前記画素電極を形成することを含むことを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。 - 前記平坦化膜は、感光性を有する有機絶縁物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
- 前記ソース電極及び前記データ配線は、透明導電物質層パターンと金属導電層パターンの積層構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
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