KR100487899B1 - 반투과형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

반투과형 액정표시장치 및 그의 제조방법에 있어서, 알루미늄층과 같은 반사전극과 ITO막과 같은 투명전극이, 불균일한 표면을 갖는 유기막을 제공하는 화소전극을 형성하는 데 사용된다. 반사전극과 투명전극 사이의 전지효과를 효과적으로 억제하기 위하여, 유기막의 표면이 플라즈마처리되고 세정액으로 세정된다. 그런 후에, 투명전극이 형성되고, 알루미늄층과 몰리브덴층의 이중층전극과 같은 반사전극이 형성된다.

Description

반투과형 액정표시장치 및 그 제조방법{Semi-transmission type liquid-crystal display and fabrication method thereof}

본 발명은 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반투과형 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

액정 자체는 발광할 수 없기 때문에, 종래의 액정표시장치에서는 백라이트가 사용된다. 즉, 백라이트는 2개의 투명기판들과 그 사이에 봉지된 액정층으로 구성된 액정패널 뒤에 배치되고 백라이트로부터의 광의 일부분은 패널을 통과시키고 광의 다른 부분은 차단시킴으로써 문자들 또는 화상이 액정패널의 표면에 표시된다. 이 형태의 액정표시장치를 일반적으로 투과형 액정표시장치라고 한다.

이러한 투과형 액정표시장치에서, 형광관 또는 LED가 전력을 소비하는 백라이트의 광원으로서 사용된다. 전력소비의 문제를 해결하기 위하여, 휴대용 장치와 같은 전지 전원장치에 사용하기 위한 액정표시장치로서, 백라이트가 없으며 액정표시패널의 표면에 입사된 외부광이 반사기에 의해 반사되는 반사형 액정표시장치가 제안되었다.

이러한 반사형 액정표시장치는 백라이트가 없기 때문에 전력소비의 감소라는 점에서 유익하다. 그러나, 반사형 액정표시장치는 외부광이 없을 때는 사용될 수 없다. 즉, 주위광이 어두운 경우에, 반사기에 의해 반사되는 광밀도가 충분하지 않아서 시각성이 낮아진다.

투과형 액정표시장치와 반사형 액정표시장치의 결점들을 보완하기 위하여, JP2001-75091A에는, 외부광의 일부는 반사되고 백라이트로부터의 광의 일부는 액정패널을 통과하는 반투과형 액정표시장치가 제안되었다. 이 제안된 기술에서, 불균일한 구조를 갖는 투명절연층이 화소전극들의 하부층으로서 형성되고, 투명전극이 불균일절연층의 전체 표면에 형성되며 알루미늄반사전극들이 선택적으로 투명전극상에 증착된다. 특히, JP2001-75091A에서는, 투명전극의 평평한 영역들은 광투과영역들이 되므로, 반사전극은 불균일투명전극의 평평한 영역들이 아니라 불균일영역들에 증착된다고 제안되었다.

반사전극들을 선택적으로 증착하는 데에는 고도의 기술이 필요하다는 것을 알아야 할 것이다. 이러한 어려움에 더하여, 상당히 정밀한 배치기술도 필요하다. 때문에, 제안된 기술은 대량생산에 적용되기가 어렵다.

대량생산에 적용될 수 있는 방법, 즉 선택 증착 대신에 반사전극이 투명전극의 전체 표면에 증착된 다음 그 안에 개구부분들이 에칭에 의해 선택적으로 형성되는 방법이 고려되었지만, 이러한 경우에도 상당히 정밀한 위치기술이 여전히 요구된다.

에칭공정의 새로운 문제는, 패터닝단계에서 포토레지스트를 제거하기 위한 현상제가 전해제로서 작용하기 때문에, 전지반작용이 반사전극을 형성하는 알루미늄과 투명전극을 형성하는 ITO(Indium Tin Oxide) 사이에서 발생한다는 것이다. 즉, 반사전극이 투명전극상에 증착되어 형성될 때 알루미늄막에 남겨지는 핀홀과 같은 알루미늄막의 결점이 현재 기술로서는 불가피하기 때문에, 현상제가 핀홀 안으로 들어가면 전지반작용이 알루미늄막과 투명전극 사이에 발생하여, 알루미늄막뿐만 아니라 투명전극의 전식이 발생하고, 액정표시장치의 수율이 낮아지게 된다.

본 발명의 목적은, 그 제조 중에 위치정밀도를 완화시킬 수 있으며, 전지반작용의 제한을 용이하게 행할 수 있는 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치 및, 이 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치에서, 화소전극영역이 반사전극영역과 투명전극영역으로 나누어진다. 반사전극 및 투명전극은, 이 전극들의 하부층인 불균일절연막의 개질층의 표면에 직접 형성된다. TFT들과의 전기접속은, 투명전극의 재료보다 낮은 고유저항을 갖는 반사전극의 재료에 의해 실현되어, 하나의 화소전극 내의 반사전극 및 투명전극이 반사전극에 의해 등전위로 유지된다. 본 발명에서, 상기와 같이 화소전극영역은 반사전극영역과 투명전극영역으로 나누어지고, 반사전극과 투명전극이 불균일절연막의 개질층에 직접적으로 접촉하도록 형성된다. 반사전극과 투명전극은 불균일절연막상에 형성된 개질층에 직접 접촉하기 때문에, 불균일절연부재와 반사 및 투명전극들 사이에 긴밀접촉이 이루어질 수 있다. 특히, 투명전극과 반사전극이 형성되기 전에 개질층의 표면이 즉시 세정됨으로써, 그 위에 형성될 투명전극과 반사전극의 결정체가 개선되어, 제품수율이 개선된다.

도 1에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치 각 화소전극은 투명전극영역과 반사전극영역으로 나누어진다. 각 화소전극영역은 인접한 두개의 주사선들(15)과 인접한 두개의 데이터선들(16)에 의해 정해진다. 하나의 화소영역에는, 박막트랜지스터(TFT, 17)가 배치되고 반사전극(11)이 접촉홀(13)을 통하여 전류전극{예를 들면, 드레인전극(6)}에 접속된다. 지시번호 "14"는 투명전극(10)과 반사전극(11)의 중복부분을 가리킨다. 도 1에서, 중복부분(14)은 주사선(15)의 연장방향과 평행한 방향으로 연장된다. 투명전극(10) 및 반사전극(11)은 이 중복부분(14)에 의해 등전위가 유지된다.

화소전극의 구조는, 도 1의 A-A선을 따라 자른 단면도를 보여주는 도 2를 참조하여 좀더 상세하게 설명될 것이다. 게이트전극(2), 게이트절연막(3), 반도체층(4), 소스전극(5), 드레인전극(6) 및 패시베이션막(7)이 투명기판(1)에 형성되다. 화소전극상에 불균일을 형성하는 투명하부전극이 이 소자들 상에 형성된다. 하부층은, 레지스트를 형성할 수 있는 재료들인 제1투명유기막(8) 및 제2투명유기막(9)을 포함한다. 개질층(12)은, 제2유기막(9)을 프라즈마처리함으로써 제2유기막(9)의 표면에 형성된다. 투명전극(10) 및 반사전극(11)이 개질층(12)상에 형성된다. 반사전극(11)은 이하의 이유들 때문에 2층구조를 갖는다.

본 실시예에서, 투명전극(10)은 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되고, 불투명한 반사전극(11)은 몰리브덴(Mo)막(111) 및 알루미늄(Al)막(112)의 적층구조이다.

화소전극영역의 투명영역과 불투명영역은, 이들에 대응하는 각각의 불균일영역들을 형성하지 않고 전체 화소전극을 2개로 분리함으로써 마련되기 때문에, 투명전극과 반사전극을 형성하기 위한 리소그래피단계에서 정확도여유가 제공된다. 그러므로, 고정밀한 위치결정단계 없이 반투과형 액정표시장치의 TFT기판을 제조할 수 있다.

유기막(9)을 플라즈마처리하여 유기막(9)의 표면에 개질층(12)을 형성하는 이유는, 화소전극과 불균일절연부재 사이의 부착성을 개선시키기 위한 것이다. 일반적으로, 투명화소전극으로서 투명유기막상에 ITO막을 형성하는 것으로 투명유기막과 ITO막 사이의 부착성을 개선하는 기술이 JP H11-337973A에 개시되어 있다. 그러나, 개시된 기술은 투과형 액정표시장치에 적용되는 것이고, JP H11-337973A에는 불균일표면조건을 갖는 유기막의 설명 또는, 반사형 또는 반투과형 액정표시장치에의 적용에 대한 설명이 없다.

또한, 반사화소전극이 알루미늄막과 몰디브덴막을 포함하는 이유는, 알루미늄막과 ITO막 사이의 전지효과에 의해 ITO막의 부식을 피하기 위한 것으로, 몰리브덴막을 개재하여 알루미늄막과 ITO막 사이를 패터닝함으로써 이후의 레지스트형성단계에서 알루미늄막을 패터닝하기 위하여 레지스트를 현상할 때 그 사이의 전지효과가 억제될 수 있다. 더욱이, 알루미늄막과 ITO막의 적층은, 질산, 초산, 인산 및 물이 혼합된 하나의 에칭액을 사용하여 에칭될 수 있다는 이점이 있다. 이러한 기술은 JP H11-281993A에 개시되어 있다. 여기에는, ITO전극단자부의 형성에 대한 기재는 있지만, ITO화소전극과 반사화소전극의 형성에 대한 기재는 없다. 그러므로, JP H11-281993A에 개시된 기술을 본 발명에 적용하는 것은 본 발명의 지식없이는 불가능하다.

본 실시예에서, 주사선들(15)과 데이터선들(16)에 의해 정해진 화소영역의 화소전극은, 주사선의 연장방향과 평행하게 연장된 선에 의해 투명전극영역과 반사전극영역으로 나누어지고, 투명전극영역 및 반사전극영역은 세정액으로 세정된 표면개질층을 갖는 유기막 상에 형성된다.

이제, 본 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 제조하는 제조방법이 설명될 것이다.

먼저, 도 3에서와 같이, 게이트전극(2), 게이트절연막(3), 반도체층(4) 및 소스/드레인전극들(5 및 6)이, 유리 또는 플라스틱재료로 형성된 투명기판(1) 상에 형성된 다음, 패시베이션막(7)이 웨이퍼의 전체 표면에 형성되고, TFT의 드레인접촉홀(13)이 개구된다. 게이트전극(2) 및 소스/드레인전극들(5 및 6)은 크롬으로 형성될 수도 있고 게이트절연막(3)은 실리콘산화물로 형성될 수도 있다. 반도체층(4)은 비정질실리콘 또는 폴리실리콘으로 형성될 수도 있고 패시베이션막(7)은 실리콘질화물로 형성될 수도 있다.

그런 후, 감광 아크릴레지스트와 같은 제1투명유기막이 웨이퍼의 전체 표면에 도포되고, 소망의 모양으로 패터닝되고 소결되어, 도 4에서와 같이, 불균일한 두께(예를 들면, 웨이퍼의 전체 표면에 원기둥이 산재되어 있다)를 갖는 투명유기막(8)이 형성된다. 그런 후에, 감광 아크릴레지스트와 같은 제2투명유기막(9)이 유기막(8)의 전체 표면에 도포된다. 그 후, 드레인접촉홀(13)이 개구되고 유기층(9)이 소결되어 도 5에서와 같이 불균일한 두께를 갖는 제2투명유기막(9)이 형성된다.

일반적으로, 도 5에서와 같이, 불균일한 표면형성의 용이성 관점에서, 제1유기막(8)의 점도는 제2유기막(9)의 점도보다 높은 것이 바람직하다. 이하의 설명에서, "유기막"이라는 단어는 유기막들(8 및 9)을 의미한다.

다음으로, 도 6에서와 같이, 유기막(9)의 표면이, 예를 들면 헬륨가스의 유량은 100sccm, 압력은 20㎩ 및 파워밀도는 0.9W/㎠인 플라즈마처리 조건하에 놓인다.

그 다음, 도 7에서와 같이, 플라즈마처리에 의해 형성된 표면개질층(12)의 표면이 세정액으로 세정된다. 세정액으로서는, 순수 또는 알카리용액{TMAH(tetramethylammonium hydroxide) + 계면활성제}이 효과적이다. 오존수, 기능수 또는 산(acid)도 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 세정단계는 인라인(in-line)단계의 흐름라인(flow line)에 포함되고 알카리세정액으로 샤워된다.

세정단계에서 사용되는 세정장치가 자외선램프를 포함하지만, 전지효과는 자외선램프가 없어도 억제될 수 있다는 것을 알았다. 그러므로, 세정액을 사용하는 추가세정이 제품의 재생성을 향상시킨다.

세정된 웨이퍼는 건조단계를 통과한 후, 도 8에서와 같이, ITO막(10)은 웨이퍼의 전체 표면 상에 실온에서 스퍼터링법에 의해 형성된다. ITO막(10)은 도 9에서와 같이 마스크로서 레지스트를 이용하여 패터닝된 다음 투명전극영역(10)이 어닐 소결(anneal sintering)에 의해 형성된다. 어닐소결은, ITO막이 실온에서 스퍼터링될 때 ITO막의 저항을 줄이는 데 효과적이다.

그런 후에, 도 10에서와 같이, 몰리브덴막(111)과 알루미늄막(112)이, 접촉홀(13)에서 노출된 표면개질층부분과 ITO막상에 순서대로 형성되어 막들(111 및 112)의 알루미늄-몰리브덴적층층(11)이 형성된다. 그런 후에, 레지스트가 알루미늄-몰리브덴적층층(11)의 전체 표면에 형성된다. 도 11에서와 같이, 레지스트는 투명전극을 노출시키기 위한 레지스트패턴(18)을 형성하기 위하여 노출되고 현상된다.

그런 다음, 알루미늄-몰리브덴적층층(11)이 공지의 방법(예를 들면, 인산, 질산 및 초산의 혼합액을 이용한 에칭)으로 마스크로서 레지스트패턴(18)을 이용하여 에칭되어, 도 1 및 도 2에서 보여준 전극구조가 완성된다.

설명한 실시예에서, ITO막(10)이 실온에서 스퍼터링에 의해 형성된다. 그러나, ITO막(10)이 200℃에서 형성되면, 어닐링단계를 생략할 수 있다.

또한, 헬륨가스가 플라즈마처리에서 사용되면, 아르곤가스와 같은 다른 불활성 가스가 사용되는 경우와 비교하여, 처리조건의 최적화가 더욱 쉬워진다.

예를 들면, 알루미늄-몰리브덴적층층(11)의 하부 몰리브덴층(111)의 두께가 200㎚이고 상부 알루미늄층(112)의 두께는 100㎚이다. 본 실시예에서 ITO막(10)의 두께는 50㎚이다.

알루미늄층(112)은, 알루미늄과 네오디뮴(Nd)의 합금과 같이 알루미늄이 주성분으로서 포함된 합금으로 형성될 수 있다. 투명전극은 ITO 이외의 다른 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, IZO(Indium-Zinc Oxide)이 사용될 수 있다.

레지스트패턴(18)을 형성하는 현상단계에서, 알루미늄과 ITO막 사이에서 전지효과가 발견되지 않음을 확인하였다. 플라즈마처리 후 표면개질층(12)이 세정액으로 세정될 때 얻어질 수 있는 바람직한 효과에 대한 이유가 지금까지는 명확하기 않지만, 제품들은 높은 재생성을 얻질 수 있다는 것을 확인하였다.

설명된 실시예에서, 화소전극이 주사선(15)의 방향과 평행하게 연장된 선에 의해 나누어졌지만, 도 12에서와 같이, 화소전극이 데이터선(16)의 방향과 평행한 선에 의해 나누어질 수 있다.

또한, 복수의 투명전극들(10)과 복수의 반사전극들(11)이 도 13에서와 같이 교호적으로 배치되거나, 또는 투명전극들(10) 및 반사전극들(11)이 도 14에서와 같이 소위 체크모양으로 배치되도록, 화소전극을 2이상의 영역들로 나누는 것도 가능하다. 두 번째의 경우에, 백라이트가 사용될 때 투명영역들이 분산되어, 표시된 영상의 시각성이 개선된다.

도 13에서와 같이, 투명전극 또는 전극들(10)의 면적은 반사전극 또는 반사전극들(11)의 면적과 실질적으로 동일하거나 그 이상인 것이 바람직하다. 이것은, 이 분야들의 사용자가 영상의 선명함을 필요로 하지 않고 정보를 간단히 얻기 위하여는 표시된 영상을 보고, 선명한 영상을 보기 위하여는 방안에서 백라이트를 사용한다는 요구 때문이다.

앞서 설명한 바와 같이, 유기막상에 형성된 ITO막과 알루미늄막 사이에 몰리브덴막을 마련하는 것, ITO막의 형성 전에 유기막의 표면에 표면개질층을 형성하는 것 및 세정액을 사용하여 표면개질층을 세정하는 것으로써, 알루미늄패터닝마스크로서 사용된 레지스트의 현상단계에서 전지효과를 억제할 수 있어 제품의 재생성을 개선한다. 전지효과를 억제하는 이유는 지금까지 분명하지 않았지만, 앞으로는 분명해질 것이다. 플라즈마처리뿐만 아니라 세정액에 의해 유기막의 표면을 세정함으로써, 레지스트의 현상단계에서 알루미늄과 ITO 사이의 전지효과가 효과적으로 억제될 수 있다. 그러므로, 실질적인 어떤 변경도 필요 없이 종래의 반사형 액정표시장치의 제조방법을 사용할 수 있게 되어 신규한 방법의 개발비용을 실질적으로 절감시킨다.

상기와 같이, 본 발명에서는, 화소전극영역은 반사전극영역과 투명전극영역으로 나누어지고, 반사전극과 투명전극이 불균일절연막의 개질층에 직접적으로 접촉하도록 형성된다. 반사전극과 투명전극은 불균일절연막상에 형성된 개질층에 직접 접촉하기 때문에, 불균일절연부재와 반사 및 투명전극들 사이에 긴밀접촉이 이루어질 수 있다. 특히, 투명전극과 반사전극이 형성되기 전에 개질층의 표면이 즉시 세정됨으로써, 그 위에 형성될 투명전극과 반사전극의 결정체가 개선되어, 제품수율이 개선된다.

도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 TFT기판의 평면도;

도 2는 도 1의 A-A선을 따라 자른 단면도;

도 3 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 제조하는 공정도 중에 제조단계들을 보여주는 단면도들;

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 TFT기판의 평면도;

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 TFT기판의 평면도; 및

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 TFT기판의 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 투명전극막 11 : 반사전극막

15 : 주사선 16 : 데이터선

17 : 박막트랜지스터(TFT)

Claims (11)

1. 투명기판에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;

   상기 기판에 유기막을 형성하는 단계;

   상기 유기막의 플라즈마처리에 의해 상기 유기막의 표면에 표면개질층을 형성하는 단계;

   세정액을 사용하여 상기 표면개질층의 표면을 세정하는 단계;

   세정액으로 세정된 상기 표면개질층의 상기 표면에 투명전극막을 형성하는 단계;

   상기 투명전극막을 소망의 패턴으로 패터닝함으로써 상기 투명전극을 통하여 상기 개질층이 노출되는 단계;

   상기 투명전극을 통하여 노출된 상기 개질층의 상기 표면 및 상기 패터닝된 투명전극막의 상기 표면에 반사전극막을 형성하는 단계;

   상기 반사전극막의 전체 표면에 레지스트막을 형성하고 상기 레지스트막을 노출하여 상기 레지스트막을 현상함으로써 상기 반사전극막을 통하여 상기 투명전극막을 노출시키기 위한 개구부를 형성하기 위한 레지스트마스크를 형성하는 단계;

   상기 투명전극막이 상기 반사전극막의 상기 개구부를 통하여 노출되도록 상기 레지스트막을 사용하여 상기 반사전극막을 패터닝하는 단계: 및

   상기 레지스트마스크를 제거하는 단계를 포함하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 세정액은 알카리용액인 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마처리는 헬륨가스를 사용하여 수행되는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 반사전극은, 몰리브덴과 몰리브덴합금 중 적어도 하나로 이루어진 하부층과, 알루미늄과 알루미늄합금 중 적어도 하나로 이루어진 상부층을 포함하는 이중층구조를 갖는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 투명전극막은 200℃에서 형성된 ITO인 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 인접한 두개의 주사선들과 인접한 두개의 데이터선들에 의해 정해진 영역의 화소전극을 포함하고,

   상기 화소전극은, 상기 유기막의 세정된 상기 개질층상에 형성된 투명전극영역과 반사전극영역으로 나누어지는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 화소전극은, 상기 데이터선과 평행하게 연장된 선에 의해 상기 투명전극영역과 상기 반사전극영역으로 나누어지는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 화소전극은, 상기 주사선과 평행하게 연장된 선에 의해 상기 투명전극영역과 상기 반사전극영역으로 나누어지는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 화소전극은, 상기 데이터선과 평행하게 연장된 선들과 상기 주사선과 평행하게 연장된 선들에 의해 나누어져, 체크모양으로 배치된 복수의 상기 투명전극영역들과 상기 반사전극영역을 형성하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 투명전극영역의 면적은 상기 반사전극영역의 면적과 실질적으로 동일한 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 투명전극영역의 면적은 상기 반사전극영역의 면적보다 큰 반투과형 액정표시장치의 제조방법.