KR100904519B1 - 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컬러필터가 어레이 기판 상에 형성된 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치의 개구율을 향상시키기 위해 어레이 기판 상에 컬러필터를 형성하여 오정렬을 방지하기 위한 구조가 제시되었으며, 이 경우 블랙 매트릭스가 상부기판 위치한다.
본 발명에서는 상기 블랙 매트릭스를 이용하여 공정 추가 없이 공통전극을 어레이 기판인 하부기판에 형성함으로써 TOC 구조의 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판을 제공하는 것이다.
어레이 기판, TOC, 횡전계 방식, 블랙 매트릭스

Description

액정 표시 장치 및 그의 제조 방법{array substrate for liquid crystal display and fabricating method of the same}
도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 일반적인 TOC 구조 액정표시장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 TOC 구조 액정표시장치용 어레이 기판의 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 TOC 구조 액정표시장치용 어레이 기판의 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 도4의 제조 공정 단면도.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 컬러필터가 어레이 기판 상에 형성된 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정 표시 장치(liquid crystal display)가 활발하게 개발되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을, 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 장치의 하부 기판은 화소 전극에 신호를 인가하기 위한 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판으로 박막을 형성하고 사진 식각하는 공정을 반복함으로써 이루어지고, 상부 기판은 컬러 필터를 포함하는 기판으로 컬러 필터는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 배열되어 있으며, 안료분산법이나 염색법, 전착법 등의 방법으로 제작된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 일반적인 액정 표시 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 투명한 제 1 기판(11) 위에 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 게이트 전극(12)이 형성되어 있고, 그 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진 게이트 절연막(13)이 게이트 전극(12)을 덮고 있다. 게이트 전극(12) 상부의 게이트 절연막(13) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(14)이 형성되어 있으며, 그 위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어 진 오믹 콘택층(15a, 15b)이 형성되어 있다.
오믹 콘택층(15a, 15b) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 소스 및 드레인 전극(16a, 16b)이 형성되어 있는데, 소스 및 드레인 전극(16a, 16b)은 게이트 전극(12)과 함께 박막 트랜지스터(T)를 이룬다.
도시하지 않았지만, 게이트 전극(12)은 게이트 배선과 연결되어 있고, 소스 전극(16a)은 데이터 배선과 연결되어 있으며, 게이트 배선과 데이터 배선은 서로 직교하여 화소 영역을 정의한다.
이어, 소스 및 드레인 전극(16a, 16b) 위에는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(17)이 형성되어 있으며, 보호막(17)은 드레인 전극(16b)을 드러내는 콘택홀(17c)을 가진다.
보호막(17) 상부의 화소 영역에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(18) 형성되어 있고, 화소 전극(18)은 콘택홀(17c)을 통해 드레인 전극(16b)과 연결되어 있다.
한편, 제 1 기판(11) 상부에는 제 1 기판(11)과 일정 간격을 가지고 이격되어 있으며 투명한 제 2 기판(21)이 배치되어 있고, 제 2 기판(21)의 하부면에는 블랙 매트릭스(22)가 박막 트랜지스터(T)와 대응되는 위치에 형성되어 있는데, 도시하지 않았지만 블랙 매트릭스(22)는 화소 전극(18)과 대응하는 부분에 개구부를 가지고 기판 전면에 형성되어 있다. 이러한 블랙 매트릭스(22)는 화소 전극(18) 이외의 부분에서 빛이 새는 것을 방지하며, 또한 빛이 박막 트랜지스터(T)의 채널로 들어가는 것을 차단하여 광전류(photo current)가 발생하는 것을 방지한다. 블랙 매 트릭스(22) 하부에는 서로 다른 색을 구현하는 컬러 필터(23a, 23b)가 형성되어 있는데, 두 컬러 필터(23a, 23b)는 적, 녹, 청의 색이 순차적으로 반복되어 있으며, 하나의 색이 하나의 화소 영역에 대응된다. 컬러 필터(23a, 23b) 하부에는 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(24)이 형성되어 있다.
다음, 화소 전극(18)과 공통 전극(24) 사이에는 액정층(30)이 주입되어 있다.
이와 같은 액정 표시 장치는 어레이 기판과 컬러 필터 기판을 각각 형성하고 하부의 화소 전극과 상부의 컬러 필터가 일대일 대응되도록 배치하는 공정을 통해 형성되는데, 기판을 배치하는 과정에서 오정렬(misalign)이 발생하여 빛샘과 같은 불량이 생길 수 있다. 이를 방지하기 위해 상부 기판의 블랙 매트릭스 폭을 넓게 형성할 수 있는데, 이러한 경우 액정 표시 장치의 개구율이 낮아지게 된다.
따라서, 최근에는 컬러필터를 어레이 기판 상에 형성함으로써 액정 표시 장치의 오정렬을 방지하고, 블랙 매트릭스의 폭을 감소시켜 개구율을 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치의 구조가 제시되었는데, 컬러필터를 박막 트랜지스터 하부에 형성하는 구조를 박막 트랜지스터 온 컬러필터(thin film trnasistor on color filter : TOC) 구조라고 한다.
상기 TOC 구조 액정 표시장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치는 투명한 제 1 기판(111) 위에 컬러필터(112a, 112b)가 형성되어 있는데, 컬러필터(112a, 112b)는 적, 녹, 청의 세 가지 색이 순차적으로 반복되어 있다.
이어, 컬러필터(112) 상부에는 평탄화막(113)이 형성되어 있는데, 이 평탄화막 (113)은 컬러필터(112)를 보호하며, 컬러필터(112)가 형성된 기판을 평탄화하여 이후 공정을 안정적으로 진행하도록 하는 역할을 한다.
다음, 평탄화막(113) 상부에 금속과 같은 도전 물질로 게이트 전극(114)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(115)이 게이트 전극(114)을 덮고 있다. 도시하지 않았지만 게이트 전극(114)은 주사 신호를 전달하는 게이트 배선과 연결되어 있다.
게이트 전극(114) 상부의 게이트 절연막(115) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(116)이 형성되어 있으며, 그 위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(117a, 117b)이 형성되어 있다.
오믹 콘택층(117a, 117b) 상부에는 소스 및 드레인 전극(118a, 118b)이 형성되어 있는데, 소스 및 드레인 전극(118a, 118b)은 게이트 전극(114)을 중심으로 마주 대하고 있으며, 게이트 전극(114)과 함께 박막 트랜지스터(T1)을 이룬다. 여기서, 소스 전극(118a)은 화상 신호를 전달하며 게이트 배선과 직교하는 데이터 배선(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 데이터 배선과 게이트 배선은 화소 영역을 정의한다.
이어, 소스 및 드레인 전극(118a, 118b) 위에는 보호막(119)이 형성되어 있고, 보호막(119)은 드레인 전극(118b)을 드러내는 콘택홀(119c)을 가진다.
다음, 박막 트랜지스터(T1) 상부의 보호막(119) 위에는 불투명한 도전성 물질로 이루어진 블랙 매트릭스(120)가 형성되어 있으며, 화소 영역의 보호막(119) 상부에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(121)이 형성되어 있는데, 화소 전 극(121)은 콘택홀(119c)을 통해 드레인 전극(118b)과 연결되어 있다.
한편, 제 1 기판(111) 상부에는 제 1 기판(111)과 일정 간격을 가지고 이격되어 있으며 투명한 제 2 기판(131)이 배치되어 있고, 제 2 기판(131)의 안쪽면에는 ITO와 같은 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(132)이 형성되어 있다.
다음, 화소 전극(121)과 공통 전극(132) 사이에는 액정층(140)이 주입되어 있는데, 도시하지 않았지만 화소 전극(121)의 상부와 공통 전극(132)의 하부에는 각각 배향막이 형성되어 있어, 액정 분자의 초기 배열을 결정한다.
본 발명은 상기한 종래의 TOC 구조의 액정표시장치에 있어서 BM형성시 상기 BM을 이용하여 공통전극을 하부기판에 형성함으로써 TOC 구조의 횡전계 액정표시장치를 제공하는 것이다. 이때 TOC 액정 표시장치의 제조 공정에 있어서, 추가되는 공정없이 빛샘현상을 방지하기 위해 형성하는 BM 공정진행시 데이터 배선과 중첩되도록 공통배선을 형성하고, 상기 공통배선에서 분기하는 공통전극을 형성하는 횡전계 액정표시장치의 제조 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은, 절연기판과; 상기 절연기판 상에 적, 녹, 청색의 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 위에 평탄화막과;상기 평탄화막 위에 형성되며, 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 상기 화소영역에 형성된 박막 트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며, 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성된 보호막과; 상기 보호막 위로 투명 도전성 물질로 이루어지며 상기 데이터 배선과 중첩하며, 상기 박막 트랜지스터와 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며 형성된 화소전극 연결선과, 상기 화소전극 연결선에서 분기하며 일정간격 이격하며 형성된 다수의 화소전극과; 상기 보호막 위로 불투명한 도전성 물질로 상기 다수의 화소전극과 동일한 층에 상기 박막트랜지스터에 대응하여 형성된 블랙 매트릭스 패턴과; 상기 보호막 위로 블랙 매트릭스 패턴과 동일한 물질로 동일한 층에 형성되며 상기 데이터 배선과 중첩하며 형성된 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기하여 상기 다수의 화소전극과 교대하며 배치된 다수의 공통전극을 포함한다.
이때, 상기 블랙 매트릭스는 크롬과 몰리브덴, 티타늄 중의 어느 하나로 이루어진다.
본 발명에 의한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법은 기판 상부에 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 상부에 평탄화막을 형성하는 단계와; 상기 평탄화막 위에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 및 데이터 배선과, 상기 화소영역 내에 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 데이터 배선, 상기 박막 트랜지스터를 덮으며 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며 그 표면이 평탄한 보호막을 형성하는 단계와; 상기 보호막 위에 불투명 도전성 물질로 상기 박막 트랜지스터에 대응하여 블랙 매트릭스와, 상기 데이터 배선과 중첩하는 공통배선 및 상기 공통배선에서 분기하며 이격하는 다수의 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 보호막 상부로 상기 화소영역 내의 상기 다수의 공통전극이 형성된 동일한 층에 투명 도전성 물질로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 화소전극 연결선과, 상기 화소전극 연결선에서 분기하며 상기 다수의 공통전극과 서로 엇갈리게 배치하는 다수의 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.
도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 배선(210)이 형성되어 있고, 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(215)이 형성되어 있으며, 게이트 배선(210) 및 데이터 배선(215)이 교차하며 화소영역(P)을 정의한다.
상기 게이트 배선(215) 및 데이터 배선(210)이 교차되는 지점에는 박막 트랜지스터가 형성되어 있고, 박막 트랜지스터와 연결되어 화소전극(240)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(215)과 일부 중첩되며, 제 2 방향으로 공통배선(270)이 형성되어 있으며, 상기 공통배선(217)으로부터 분기하여 제 1 방향으로 공통전극(250)이 상기 화소전극(240)과 서로 엇갈려 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터에는, 상기 게이트 배선(210)에서 분기된 게이트 전극(208)과, 상기 데이터 배선(215)에서 분기된 소스 전극(220)과, 상기 소스 전극(220)과 일정간격 이격된 드레인 전극(225)으로 이루어진다.
상기 화소전극(240)은 전단 게이트 배선(210)과 일부 중첩되게 구성되며, 상기 화소전극(240)과 게이트 배선(210) 스토리지 캐패시터를 이루고 있다.
또한 박막 트랜지스터 부분은 블랙매트릭스로 덮혀 있어 빛샘현상을 방지한다.
도 4는 상기 도 3의 A-A'에 따라 절단한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 투명한 기판(200) 위에 컬러필터 패턴(202)이 형성되어 있다. 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 컬러필터(202)는 적, 녹, 청의 세 가지 색이 순차적으로 반복되어 형성되어 있다. 또한 상기 컬러필터 패턴(202) 상부에는 컬러필터 패턴(202)을 보호하며, 상기 컬러필터 패턴(202) 표면을 평탄화하여 이후 공정을 안정적으로 진행하기 위한 평탄화막(206)이 형성되어 있다. 그 상부에는 금속재질의 게이트 전극(212)이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(212) 위로 질화실리콘 또는 산화실리콘의 무기절연물질로 게이트 절연막(213)이 전면에 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(213) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(219a)이 형성되어 있으며, 그 위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(219)이 형성되어 있다. 또한, 상기 오믹콘택층(219b) 상부에는 소스 및 드레인 전극(220, 225)이 형성되어 있다. 또한, 화소영역에 있어 게이트 절연막(213) 위로 데이터 배선(215)이 형성되어 있다. 또한, 상기 소스 및 드레인 전극(220, 225) 위에는 보호막(230)이 형성되어 있고, 보호막(230)은 드레인 전극(225)을 드러내는 콘택홀(231)을 가진다.
다음, 박막 트랜지스터 상부의 보호막(230) 위에는 불투명한 도전성 물질로 이루어진 블랙 매트릭스(250)가 형성되어 있다. 또한 상기 보호막(230) 위에는 드레인 콘택홀(231)을 통해 드레인 전극(225)과 연결되어 있는 화소전극(240)이 형성되어 있다.
도 5a 내지 도 5d는 도4의 제조 공정에 따른 공정 단면도이다.
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이 투명한 절연 기판(200) 위에 컬러필터(202)를 형성한다. 컬러필터(202)는 안료분산법이나 염색법, 인쇄법 등으로 제작할 수 있는데, 이 중 안료분산법이 정교성이 뛰어나고 재현성이 좋아 널리 사용되고 있다.
이어, 상기 컬러필터(202) 상부에 평탄화막(206)을 형성하여 컬러필터(202)로 인한 단차를 없앤다.
다음으로 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 평탄화막(206) 위에 금속과 같은 도전 물질로 게이트 전극(212)을 형성한다. 이때, 게이트 전극(212)과 연결되고 제 1 방향을 가지는 게이트 배선(미도시)도 함께 형성된다.
다음으로 게이트 전극(212) 상부에 게이트 절연막(213)과 비정질 실리콘층 및 불순물이 도핑된 비정질 실리콘층을 차례로 증착한 후, 패터닝하여 액티브층(219a)과 불순물 반도체층(219b)을 형성하고, 금속물질을 스퍼터링 방법으로 증착하고 패터닝하여 반도체층(119) 상부에 소스 전극(220)과 드레인 전극(225)을 형성한다. 이어, 소스 전극(220)과 드레인 전극(225) 사이에 드러난 오믹콘택층(219b)을 식각하여 액티부층(219a)을 노출시킨다. 이때, 소스 전극(220)과 연결되고 제 2 방향으로 연장되어 게이트 배선(미도시)과 교차함으로써, 화소 영역을 정의하는 데이터 배선(215)도 함께 형성된다. 여기서, 소스 및 드레인 전극(220, 225)은 게이트 전극(212)과 함께 박막 트랜지스터를 이룬다.
다음으로 도 5c에 도시한 바와 같이, 소스 및 드레인 전극(220, 225) 상부에 유전율이 낮은 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 아크릴 계열의 유기 물질로 보호막(230)을 형성한 다음, 패터닝하여 드레인 전극(225)의 일부를 드러내는 드레인 콘택홀(231)을 형성한다.
다음으로 도 5d에 도시한 바와 같이, 금속물질을 증착하고 패터닝하여 박막 트랜지스터 상부에 블랙 매트릭스 패턴과 데이터 배선(215)과 중첩하는 공통배선(270)과 상기 공통배선(270)에서 제 2 방향으로 분기한 공통전극(250)을 형성한다. 이때, 블랙 매트릭스는 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo), 또는 티타늄(Ti) 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
다음으로 IZO, 또는 IZO와 같은 물질을 증착하고 패터닝하여 보호막(230) 상부의 화소 영역에 화소 전극(240)을 형성한다. 상기 화소전극(240)은 드레인 콘택홀(231)을 통해 드레인 전극(225)과 접촉한다.
이후, 이러한 어레이 기판을 ITO만 가지는 상부 기판과 합착한 다음, 액정을 주입하여 TOC 구조의 횡전계형 액정 표시 장치를 완성할 수 있다.
본 발명에서는 컬러필터를 하부의 어레이 기판 상에 형성하고 블랙 매트릭스를 어레이 기판 상부의 박막 트랜지스터 위에 형성하고 동시에 상기 블랙 매트릭스로써 공통배선과 상기 공통배선에서 분기하여 화소전극과 엇갈려 배치하는 공통전극을 형성함으로써 공정추가없이 TOC 구조의 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판을 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 절연기판과;
    상기 절연기판 상에 적, 녹, 청색의 컬러필터층과;
    상기 컬러필터층 위에 평탄화막과;
    상기 평탄화막 위에 형성되며, 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 상기 화소영역에 형성된 박막 트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며, 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성된 보호막과;
    상기 보호막 위로 투명 도전성 물질로 이루어지며 상기 데이터 배선과 중첩하며, 상기 박막 트랜지스터와 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며 형성된 화소전극 연결선과, 상기 화소전극 연결선에서 분기하며 일정간격 이격하며 형성된 다수의 화소전극과;
    상기 보호막 위로 불투명한 도전성 물질로 상기 다수의 화소전극과 동일한 층에 상기 박막트랜지스터에 대응하여 형성된 블랙 매트릭스 패턴과;
    상기 보호막 위로 블랙 매트릭스 패턴과 동일한 물질로 동일한 층에 형성되며 상기 데이터 배선과 중첩하며 형성된 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기하여 상기 다수의 화소전극과 교대하며 배치된 다수의 공통전극
    을 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 크롬과 몰리브덴, 티타늄 중의 어느 하나로 이루어진 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  3. 기판 상부에 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층 상부에 평탄화막을 형성하는 단계와;
    상기 평탄화막 위에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 및 데이터 배선과, 상기 화소영역 내에 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선, 상기 박막 트랜지스터를 덮으며 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며 그 표면이 평탄한 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 보호막 위에 불투명 도전성 물질로 상기 박막 트랜지스터에 대응하여 블랙 매트릭스와, 상기 데이터 배선과 중첩하는 공통배선 및 상기 공통배선에서 분기하며 이격하는 다수의 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 보호막 상부로 상기 화소영역 내의 상기 다수의 공통전극이 형성된 동일한 층에 투명 도전성 물질로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 화소전극 연결선과, 상기 화소전극 연결선에서 분기하며 상기 다수의 공통전극과 서로 엇갈리게 배치하는 다수의 화소전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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