KR20050001710A - 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 - Google Patents

박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

우선, 절연 기판의 상부에 게이트 전극을 포함하는 게이트선을 형성한다. 이어, 게이트 절연막, 반도체층 및 저항성 접촉층을 차례로 형성한 다음, 도전막을 적층하고 패터닝하여 소스 전극을 가지는 데이터선, 드레인 전극 및 색 필터용 정렬 키를 형성한다. 이어, 기판의 상부에 안료를 포함하는 색 필터용 감광막을 도포하고, 색 필터용 정렬 키를 기준으로 색 필터용 마스크를 정렬한 다음 색 필터용 감광막을 노광 및 현상하여 청, 녹, 청의 색 필터를 순차적으로 형성한다. 이어, 보호막을 적층하고 패터닝하여 드레인 전극을 드러내는 접촉 구멍을 형성한 다음, 보호막의 상부에 IZO 또는 ITO를 적층한 다음 패터닝하여 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성한다.

Description

박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법{Method for manufacturing a thin film transistor array panel}
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 적, 녹, 청의 색 필터를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 전기장을 생성하는 전극을 가지고 있는 두 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 두 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
이러한 액정 표시 장치는 화소 전극과 적색(R:red), 녹색(G:green), 청색(B:blue)의 색 필터가 형성되어 있는 다수의 화소를 가지며, 배선을 통하여 인가되는 신호에 의하여 각 화소들이 구동되어 표시 동작이 이루어진다. 배선에는 주사 신호를 전달하는 게이트선(또는 주사 신호선), 화상 신호를 전달하는 데이터선(또는 화상 신호선)이 있으며, 각 화소는 하나의 게이트선 및 하나의 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며 이를 통하여 화소에 형성되어 있는 화소 전극에 전달되는 화상 신호가 제어된다.
일반적으로 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 표시판에는 게이트 신호 또는 스케닝 신호를 전달하는 게이트선, 화상 신호 또는 데이터 신호를 전달하는 데이터선, 화상 신호가 전달되는 화소 전극 및 게이트 신호를 통하여 각 화소의 화소 전극에 전달되는 화상 신호를 제어하는 박막 트랜지스터 등이 형성되어 있으며, 박막 트랜지스터 표시판과 마주하는 대향 표시판에는 다양한 색의 화상을 구현하기 위해각각의 화소에 배치되어 있는 적, 녹, 청의 색 필터가 형성되어 있다.
이러한 액정 표시 장치는 개구율을 확보하는 것이 중용한 과제인데, 두 표시판의 정렬 오차를 최소화하기 위해 적, 녹, 청의 색 필터를 박막 트랜지스터 표시판에 형성하는 기술이 개발되고 있다.
이때, 박막 트랜지스터 표시판을 제조하기 위해서는 박막을 형성하는 성막 공정, 원하는 모양의 박막을 패터닝하기 위한 마스크를 이용한 사진 식각 공정 등이 반복적으로 실시하는 것이 일반적인데, 사진 식각 공정으로 다층의 박막을 형성할 때 층간에 오정렬(misalign)이 발생하는 경우에는 표시 특성이 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 층간의 오정렬을 최소화할 수 있는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 제조하기 위한 기판을 영역을 구분하여 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1에서 하나의 패널 영역에 형성된 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치를 개략적으로 나타낸 배치도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조를 도시한 배치도이고,
도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 5a, 6a, 7a, 9a 및 도 10a는 도 3 및 도 4의 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 중간 과정에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 5b는 도 5a의 박막 트랜지스터 표시판을 Vb-Vb' 선을 따라 절단한 단도이고,
도 6b는 도 6a의 박막 트랜지스터 표시판을 VIb-VIb' 선을 따라 잘라 도시한 도면으로서 도 5b의 다음 단계를 도시한 단면도이고,
도 7b는 도 7a에서 VIIb-VIIb' 선을 따라 잘라 도시한 도면으로서 도 6b의 다음 단계를 도시한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서 색 필터 형성시 기판의 색 필터용 정렬 키와 색 필터용 마스크의 정렬 키의 정렬 배치를 도시한 배치도이고,
도 9b는 도 9a에서 IXb-IXb' 선을 따라 잘라 도시한 도면으로서 도 7b의 다음 단계를 도시한 단면도이고,
도 10b는 도 10a에서 Xb-Xb' 선을 따라 잘라 도시한 도면으로서 도 9b의 다음 단계를 도시한 단면도이고,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 12 및 도 13은 도 11에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XII-XII' 선 및 XIII-XIII'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 14a는 도 11 내지 도 13의 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 14b 및 14c는 각각 도 14a에서 XIVb-XIVb' 선 및 XIVc-XIVc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,
도 15a 및 15b는 각각 도 14a에서 XIVb-XIVb' 선 및 XIVc-XIVc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 14b 및 도 14c 다음 단계에서의 단면도이고,
도 16a는 도 15a 및 15b 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 16b 및 16c는 각각 도 16a에서 XVIb-XVIb' 선 및 XVIc-XVIc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,
도 17a, 18a, 19a와 도 17b, 18b, 19b는 각각 도 16a에서 XVIb-XVIb' 선 및 XVIc-XVIc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서 도 16b 및 16c 다음 단계들을 공정 순서에 따라 도시한 것이고,
도 20a는 도 19a 및 도 19b의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 20b 및 20c는 각각 도 20a에서 XXb-XXb' 선 및 XXc-XXc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 21a는 도 20a 내지 도 20c의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이며,
도 21b 및 21c는 각각 도 21a에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XXIb-XXIb' 선 및 XXIc-XXIc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 23은 도 22의 박막 트랜지스터 표시판을 XXIII-XXIII' 선을 따라 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는 데이터선과 동일한 층에 색 필터용 정렬(align ley)키를 형성하고, 이를 이용하여 마스크를 정렬하여 적, 녹, 청의 색 필터를 형성한다.
더욱 상세하게, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는, 기판 위에 게이트 전극을 가지는 게이트선을 형성하고, 게이트선을 덮는 게이트 절연막을 형성한다. 이어, 게이트 절연막 상부에 반도체층을 형성하고, 반도체층 상부에 저항성 접촉층를 형성하고, 저항성 접촉층과 접하는 소스 전극을 가지는 데이터선 및 드레인 전극을 형성한다. 이때, 데이터선과 동일한 층으로 색 필터용 정렬 키를 형성한다. 이어, 기판 상부에 색 필터용 감광막을 형성하고, 정렬 키를 기준으로 색 필터용 마스크를 정렬하고 색 필터용 감광막을 노광 및 현상하여 색 필터를 형성한다. 이어, 게이트선과 데이터선으로 정의되는 화소 영역에 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성한다.
화소 전극 하부에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 보호막은 드러난 반도체층을 덮는 제1 보호막 또는 색 필터를 덮는 제2 보호막 중 적어도 하나로 형성할 수 있으며, 제1 보호막은 질화 규소 또는 산화 규소로 형성하는 것이 바람직하고, 제2 보호막은 유기 절연 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
색 필터 형성 단계는 적, 녹, 청의 색 필터를 화소 영역에 순차적으로 형성하는데, 서로 이웃하는 화소 영역의 적, 녹, 청의 색 필터의 가장자리는 서로 중첩하여 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 반도체층, 저항성 접촉층 및 데이터선과 드레인 전극은 하나의 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 형성할 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.
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 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 제조하기 위한 기판을 영역을 구분하여 도시한 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 하나의 절연 기판에 동시에 여러 개의 액정 표시 장치용 표시판 영역이 만들어진다. 예를 들면, 도 1에서와 같이, 유리 기판(1) 하나에 6 개의 액정 표시 장치용 패널 영역(10, 20, 30, 40, 50. 60)이 만들어지며, 만들어지는 표시판이 박막 트랜지스터 표시판인 경우, 패널 영역(10, 20, 30, 40, 50, 60)은 다수의 화소로 이루어진 화면 표시부(11, 21, 31, 41, 51, 61)와 주변부(12, 22, 32, 42, 52, 62)를 포함한다. 화면 표시부(11, 21, 31, 41, 51, 61)에는 주로 박막 트랜지스터, 신호선, 화소 전극 및 적, 녹, 청의 색 필터 등이 행렬의 형태로 반복적으로 배치되어 있고, 주변부(12, 22, 32, 42, 52, 62)에는 구동 소자들과 연결되는 요소 즉, 신호선의 끝 부분과 기타 화소 전극과 마주하는 공통 전극에 전달되는 공통 신호를 외부로부터 전달받기 위한 공통 신호선 등이 배치된다.
그런데, 이러한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 방법에는 다층의 박막 패턴을 형성하기 위해 마스크를 이용한 여러 번의 사진 식각 공정으로 이루어진다. 이때, 다층의 박막은 층간에 정확한 정렬이 이루어져 형성되어야 하며, 층간의 정렬을 정확하게 하기 위해서는 불투명막으로 이루어진 정렬 키(align key)가 필요하며, 이러한 정렬 키는 기판(1)의 외곽부(70)에 배치된다.
도 2는 도 1에서 하나의 패널 영역에 형성된 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치를 개략적으로 나타낸 배치도이다.
도 2에서와 같이 선(1)으로 둘러싸인 화면 표시부에는 다수의 박막 트랜지스터(TFT)와 각각의 박막 트랜지스터(TFT)에 전기적으로 연결되어 있는 화소 전극(190)과 게이트선(121) 및 데이터선(171)을 포함하는 신호선 등이 형성되어 있다. 표시부 바깥의 주변부에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)과 데이터선(171)의 끝 부분이 배치되어 있다. 또한, 선(2)으로 둘러싸인 주변부의 바깥인 외곽부에는 데이터선(171)과 동일한 층으로 이루어져 있으며, 가로부(781)와 세로부(782)로 이루어진 정렬 키(178)가 형성되어 있다.
여기서, 정렬 키(178)는 제조 공정시에 박막 트랜지스터 표시판에 형성되어 있는 적, 녹, 청의 색 필터를 정렬하기 위해 사용한다.
이때, 정렬 키(178)는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판이 완성되어 패널 영역(10, 20, 30, 40, 50, 60)을 단위로 분리할 때에는 남아 있지 않을 수 있으나, 그 이전까지는 남아 있다.
본 발명의 실시예에서 정렬 키(178)는 완성된 표시판에는 남아 있지 않아 제조 방법에서만 설명하기로 한다.
우선, 본 발명의 제조 방법을 통하여 완성된 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 구조에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
절연 기판(110) 위에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선(gate line)(121)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 각 게이트선(121)의 일부는 복수의 게이트 전극(gate electrode)(123)을 이룬다. 또한 각 게이트선의 다른 일부는 아래 방향으로 돌출하여 복수의 확장부(expansion)(127)를 이룬다.
게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(211)과 그 위의 상부막(212)을 포함한다. 상부막(212)은 게이트 신호의 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속으로 이루어진다. 이와는 달리, 하부막(211)은 다른 물질, 특히 IZO(indium zinc oxide) 또는 ITO(indium tin oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질 , 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금[보기: 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금], 크롬(Cr) 등으로 이루어진다. 하부막(211)과 상부막(212)의 조합의 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을들 수 있다. 도 4에서 게이트 전극(124)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 241, 242로, 확장부(127)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 271, 272로, 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 291, 292로 표시되어 있다.
하부막(211, 241, 271, 291)과 상부막(212, 242, 272, 292)의 측면은 각각 경사져 있으며 그 경사각은 기판(110)의 표면에 대하여 약 30-80°이다.
게이트선(121) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 이로부터 복수의 돌출부(extension)(154)가 게이트 전극(123)을 향하여 뻗어 나와 있다. 또한 선형 반도체(151)는 게이트선(121)과 만나는 지점 부근에서 폭이 커져서 게이트선(121)의 넓은 면적을 덮고 있다.
반도체(151)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 선형 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 위치한다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 경사져 있으며 경사각은 30-80°이다.
저항 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 각각 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175) 및 복수의 유지 축전기용 도전체(storage capacitor conductor)(177)가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차하며 데이터 전압(data voltage)을 전달한다. 각 데이터선(171)에서 드레인 전극(175)을 향하여 뻗은 복수의 가지가 소스 전극(source electrode)(173)을 이룬다. 한 쌍의 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 서로 분리되어 있으며 게이트 전극(123)에 대하여 서로 반대쪽에 위치한다. 게이트 전극(123), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
유지 축전기용 도전체(177)는 게이트선(121)의 확장부(127)와 중첩되어 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177) 또한 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr) 따위의 하부막(711, 731, 751, 771, 791)과 그 위에 위치한 알루미늄 계열 금속인 상부막(712, 732, 752, 772, 792)으로 이루어진다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177)도 게이트선(121)과 마찬가지로 그 측면이 약 30-80°의 각도로 각각 경사져 있다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(151)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다. 선형 반도체(151)는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)에 가리지 않고 노출된 부분을 가지고 있으며, 대부분의 곳에서는 선형 반도체(151)의 폭이 데이터선(171)의 폭보다 작지만 앞서 설명했듯이 게이트선(121)과 만나는 부분에서 폭이 커져서 게이트선(121)과 데이터선(171) 사이의 절연을 강화한다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177)와 노출된 반도체(151) 부분의 위에는 질화 규소 또는 산화 규소로 이루어진 제1 보호막(801)이 형성되어 있다.
제1 보호막(801)의 상부에는 스트라이프 형상을 가지며, 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177) 상부에 개구부를 가지는 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)가 순차적으로 배열되어 있다. 색 필터(230R, 230G, 230B) 각각의 가장자리는 데이터선(171) 상부에서 서로 중첩되어 있는데, 가장자리 부분은 후속막의 스텝 커버리지(step coverage) 특성을 양호하게 유도하거나 표시판의 평탄화를 도모함으로써 액정의 오배열을 방지할 수 있도록 다른 부분보다 얇은 두께를 가지거나 테이퍼 구조를 가질 수 있으며, 서로 중첩하는 폭이 데이터선(171)을 완전히 덮도록 데이터선(171)의 폭보다 넓을 수도 있다.
여기서, 이웃하는 색 필터의 두 가장자리부가 중첩하고 있는 부분에는 두 가지의 색이 서로 중첩하기 때문에 블랙 상태에서 이 부분을 통하여 빛이 새는 것을적절히 차단시킬 수 있어서 광차단막으로서의 기능을 할 수 잇는 장점이 있다. 따라서, 흑백 대비비를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에서는 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 색 필터(230R, 230G, 230B)의 중첩 부분은 화소 사이에서 누설되는 빛을 차단하여 블랙 매트릭스의 기능을 대신한다.
색 필터(230R, 230G, 230B)가 형성되어 있는 제1 보호막(801)의 상부에는 평탄화 특성이 우수하며 감광성을 가지는 유기 물질, 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 따위로 이루어진 제2 보호막(802)이 형성되어 있다.
제1 및 제2 보호막(180)에는 드레인 전극(175), 유지 축전기용 도전체(177) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(185, 187, 182)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140)과 함께 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다. 한편, 색 필터(R, G, B)도 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177)를 드러내는 개구부를 가지는데, 도면에 나타난 바와 같이 색 필터(230R, 230G, 230B)도 개구부는 보호막(180)의 접촉구(185, 187)보다 큰데, 그렇지 않을 수도 있는데, 이 경우에는 계단 모양의 측벽을 이루어진다.
도면에서 나타난 바와 같이, 접촉 구멍(181, 185, 187, 182)은 게이트선(121)의 끝 부분(129), 드레인 전극(175), 유지 축전기용 도전체(177) 및데이터선(171)의 끝 부분(179)의 상부막(292, 752, 772, 792)을 드러내는데, 상부막(292, 752, 772, 792)이 제거되어 하부막(291, 751, 771, 791)을 드러낼 수도 있으며, 이에 더하여 접촉 구멍(181, 185, 187, 182)이 하부막(291, 751, 771, 791)의 가장자리 경계선 중 일부를 드러난 상태를 보여줄 수도 있다. 특히, 이후에 형성되는 ITO 또는 IZO의 도전막과 접촉 특성을 확보하기 위해서는 접촉 구멍(181, 185, 187, 183)에서는 알루미늄 계열의 도전막이 제거된 것이 바람직하다.
보호막(180) 위에는 IZO 또는 ITO로 이루어진 복수의 화소 전극(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있다.
화소 전극(190)은 접촉 구멍(185, 187)을 통하여 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177)와 각각 물리적·전기적으로 연결되어 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고 도전체(177)에 데이터 전압을 전달한다.
도 2를 다시 참고하면, 데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전압을 인가 받는 대향 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 표시판(100, 200) 사이의 액정층(300)의 액정 분자들을 재배열시킨다.
또한 앞서 설명한 것처럼, 화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 축전기(이하 “액정 축전기”라 함)를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기와 병렬로 연결된 다른 축전기를 두며 이를 유지 축전기라 한다. 유지 축전기는 화소 전극(190) 및 이와 이웃하는 게이트선(121)(이를 전단 게이트선이라 함)의 중첩 등으로 만들어지며, 유지 축전기의 정전 용량, 즉 유지 용량을 늘이기 위하여 게이트선(121)을 확장한 확장부(127)를 두어 중첩 면적을 크게 하는 한편, 화소 전극(190)과 연결되고 확장부(127)와 중첩되는 유지 축전기용 도전체(177)를 보호막(180) 아래에 두어 둘 사이의 거리를 가깝게 한다.
화소 전극(190)은 또한 이웃하는 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 중첩되어 개구율을 높이고 있으나, 중첩되지 않을 수도 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선의 끝 부분(129) 및 데이터선의 끝 부분(179)과 각각 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 각 끝 부분(129, 179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 화소 전극(190)의 재료로 투명한 도전성 폴리머(polymer) 등을 사용하며, 반사형(reflective) 액정 표시 장치의 경우 불투명한 반사성 금속을 사용하여도 무방하다. 이때, 접촉 보조 부재(81, 82)는 화소 전극(190)과 다른 물질, 특히 IZO 또는 ITO로 만들어질 수 있다.
그러면, 도 3 및 도 4에 도시한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 도 5a 내지 도 8b 및 도 3과 도 4를 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 5a, 도 6a, 도 7a, 도 9a 및 도 10a는 도 3 및 도 4에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법의 중간 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도로서 그 순서에 따라 나열한 것이고, 도 5b, 도 6b,도 7b, 도 9b 및 도 10a는 각각 도 5a, 도 6a, 도 7a, 도 9a 및 도 10a에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 Vb-Vb' 선, VIb-VIb' 선, VIIb-VIIb' 선, IXb-IXb' 선 및 Xb-Xb' 선을 따라 절단한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서 색 필터 형성시 기판의 색 필터용 정렬 키와 색 필터용 마스크의 정렬 키의 정렬 배치를 도시한 배치도다.
먼저, 투명한 유리 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 두 층의 금속막, 즉 하부 금속막과 상부 금속막을 스퍼터링(sputtering) 따위로 차례로 적층한다. 하부 금속막은 IZO 또는 ITO와의 접촉 특성이 우수한 금속, 예를 들면 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 크롬 등으로 이루어지며 500Å 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 상부 금속막은 알루미늄 계열 금속으로 이루어지며, 2,500Å 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
이어, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 상부 금속막과 하부 금속막을 차례로 패터닝하여 복수의 게이트 전극(124)과 복수의 확장부(127)를 포함하는 게이트선(121)을 형성한다.
이때, 사진 식각 공정에서 상부막(212, 272, 242) 및 하부막(211, 241, 271)의 패터닝은 서로 다른 식각 조건으로 이루어질 수 있으나, 예를 들면 이들이 알루미늄 계열 및 몰리브덴 계열인 경우에는 이들에 대해서 모두 측면 경사를 주면서 식각할 수 있는 알루미늄 식각액인 CH3COOH(8-15%)/HNO3(5-8%)/H3PO4(50-60%)/H2O(나머지)를 사용한 습식 식각으로 진행할 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(140), 진성 비정질 규소층(intrinsic amorphous silicon), 불순물 비정질 규소층(extrinsic amorphous silicon)의 삼층막을 연속하여 적층하고, 불순물 비정질 규소층과 진성 비정질 규소층을 사진식각하여 복수의 선형 불순물 반도체(164)와 복수의 돌출부(154)를 각각 포함하는 선형 진성 반도체(151)를 형성한다. 게이트 절연막(140)의 재료로는 질화규소가 좋으며 적층 온도는 250~500℃, 두께는 2,000∼5,000Å 정도인 것이 바람직하다.
다음, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 두 층의 금속막, 즉 하부 금속막과 상부 금속막을 스퍼터링(sputtering) 따위로 차례로 적층한다. 하부 금속막은 IZO 또는 ITO와의 접촉 특성이 우수한 금속, 예를 들면 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 크롬 등으로 이루어지며 500Å 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 상부 금속막은 알루미늄 계열 금속으로 이루어지며, 2,500Å 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 상부 금속막과 하부 금속막을 차례로 패터닝하여 복수의 소스 전극(173)을 가지는 복수의 데이터선(171), 복수의 드레인 전극(175) 및 복수의 유지 축전기용 도전체(177)를 형성한다. 이때, 이후에 색 필터를 형성할 때 사용하기 위한 색 필터용 정렬 키(178, 도 2 참조)를 함께 형성한다.
이어, 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 상부의 감광막을 제거하거나 그대로 둔 상태에서, 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177)로 덮이지 않고 노출된 불순물 반도체(164) 부분을 제거함으로써 복수의 돌출부(163)를 각각 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161)와 복수의 섬형저항성 접촉 부재(165)를 완성하는 한편, 그 아래의 진성 반도체(151) 부분을 노출시킨다. 이어, 진성 반도체(151) 부분의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라스마를 뒤이어 실시하는 것이 바람직하다.
이어, 절연 기판(110)의 상부에 질화 규소를 적층하여 제1 보호막(801)을 형성한 다음, 그 상부에 음성의 적색, 녹색 청색 안료 중 하나를 포함하는 색 필터용 감광막을 도포한다. 이때, 감광막은 광중합 개시제, 단량체(monomer), 결착제(binder) 등을 포함하는 광중합형 감광성 조성물과 적색, 녹색, 청색의 안료 중 하나를 포함하는 비수계 분산액을 도포하여 형성한다.
다음, 도 8에서 보는 바와 같이 기판(110)의 색 필터용 정렬 키(178)와 마스크의 정렬 키(55)를 이용하여 마스크를 정렬한 다음, 마스크를 이용하여 색 필터용 감광막을 노광하고 현상하고, 이어, 나머지 다른 두 안료를 포함하는 색필터용 감광막에 대해서도 순차적으로 도포하고 노광하고 현상하여 도 9a 및 도 9b에서 보는 바와 같이, 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)를 순차적으로 형성한다. 이때, 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)는 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177)를 드러내는 개구부를 가지는데, 그렇지 않은 경우에는 이후의 공정에서 패터닝할 수도 있다.
도 8에 도시한 정렬 키(178, 55)는 하나의 예만을 도시한 것이며, 이러한 정렬 키(178, 55)는 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)에 대하여 각각 배치할 수 있으며, 다양한 모양을 가질 수도 있다. 여기서, 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)의 가장자리 부분은 데이터선(171)의 상부에서 서로 중첩되도록 형성한다. 이때, 본 발명에 따른 실시예에서와 같이, 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)의 바로 하부 박막인 데이터선(171)과 동일한 층으로 색 필터용 정렬 키(178)를 형성하고, 이를 기준으로 색 필터용 마스크를 정렬하여 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)를 형성함으로써 정렬 오차를 최소화할 수 있으며, 이를 통하여 데이터선(171)의 폭을 최소화할 수 있다.
다음으로, 도 10a 및 도 10b에서 보는 바와 같이, 제2 보호막(802)을 적층하고 사진 식각 공정으로 제1 보호막(801) 및 게이트 절연막(140)과 함께 건식 식각 공정으로 패터닝하여 복수의 접촉 구멍(181, 185, 187, 182)을 형성한다. 접촉 구멍(182, 185, 187, 181)은 게이트선(121)의 끝 부분(129), 드레인 전극(175), 유지 축전기용 도전체(177) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 드러낸다. 이때, 접촉 구멍(181, 182, 185, 187)을 통하여 드러난 상부막(292, 752, 772, 792)을 제거하는 공정을 추가할 수 있다.
다음, 도 3 및 4에 도시한 바와 같이, IZO 또는 ITO막을 스퍼터링으로 적층하고 사진 식각하여 복수의 화소 전극(190)과 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)를 형성한다. 이때, IZO 또는 ITO의 스퍼터링 온도는 250℃ 이하인 것이 접촉 저항을 최소화하기 위해 바람직하다.
이후에는, 절연 기판(110)의 상부에 검은색 안료를 포함하는 유기 물질을 적층하고 패터닝하여 박막 트랜지스터의 상부에 기판 간격재(spacer)를 형성하는 공정을 추가할 수 있으며, 박막 트랜지스터 표시판이 완성된 후에 색 필터용 정렬 키(178)는 제거될 수 있다.
한편, 이러한 색 필터용 정렬 키(178)는 박막 트랜지스터 표시판과 이와 마주하는 대향 표시판을 정렬할 때 사용할 수 있다. 즉, 액정 표시 장치를 완성하기 위해서는 박막 트랜지스터 표시판과 대향 표시판을 정렬하여 결합한 다음, 이들 사이에 액정층을 형성하는데, 박막 트랜지스터 표시판과 대향 표시판을 정렬하기 위해서는 각각의 표시판에 형성되어 있는 정렬 키를 이용해야 한다. 이때, 색 필터용 정렬 키(178)와 대향 표시판에 형성되어 있는 정렬 키와 정렬하여 두 표시판을 정렬할 수 있다.
또한, 앞에서는 반도체층과 데이터선을 서로 다른 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 형성하는 제조 방법에 본 발명의 실시예를 적용하여 설명하였지만, 본 발명에 따른 다른 제조 방법은 제조 비용을 최소화하기 위하여 반도체층과 데이터선을 하나의 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서도 동일하게 적용할 수 있다. 이에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 11 내지 도 13을 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 단위 화소 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 12 및 도 13은 각각 도 11에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XII-XII' 선 및 XIII-XIII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 11 내지 도 13에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 층상 구조는 대개 도 3 및 도 4에 도시한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 층상 구조와 동일하다. 즉, 기판(110) 위에 복수의 게이트 전극(123)을 포함하는 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(140), 복수의 돌출부(154)를 포함하는 복수의 선형 반도체(151), 복수의 돌출부(163)를 각각 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 차례로 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 소스 전극(153)을 포함하는 복수의 데이터선(171), 복수의 드레인 전극(175), 복수의 유지 축전기용 도전체(177)가 형성되어 있고 그 위에 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 및/또는 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(182, 185, 187, 181)이 형성되어 있으며, 보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(190)과 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있다.
그러나 도 3 및 도 4에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 달리, 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 게이트선(121)에 확장부를 두는 대신 게이트선(121)과 동일한 층에 게이트선(121)과 전기적으로 분리된 복수의 유지 전극선(131)을 두어 드레인 전극(175)과 중첩시켜 유지 축전기를 만든다. 유지 전극선(131)은 공통 전압 따위의 미리 정해진 전압을 외부로부터 인가 받으며, 화소 전극(190)과 게이트선(121)의 중첩으로 발생하는 유지 용량이 충분할 경우 유지 전극선(131)은 생략할 수도 있으며, 화소의 개구율을 극대화하기 위해 화소 영역의 가장자리에 배치할 수도 있다.
반도체(151)는 박막 트랜지스터가 위치하는 돌출부(154)를 제외하면 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165,)와 실질적으로 동일한 평면 형태를 가지고 있다. 구체적으로는, 선형 반도체(151)는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165)의 아래에 존재하는 부분 외에도 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이에 이들에 가리지 않고 노출된 부분을 가지고 있다.
또한, 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금[보기: 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금]으로 이루어진 하부막(711,751), 알루미늄 또는 알루미늄 합금[보기: 알루미늄-네오디뮴(Nd)]으로 이루어진 상부막(712, 752)을 포함한다. 도 12 및 도 13에서 소스 전극(173) 및 데이터선의 끝 부분(179)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 731, 732, 791, 792로 표시되어 있다.
그러면, 도 11 내지 도 13의 구조를 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 도 14a 내지 도 20c 및 도 11 내지 도 13을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 14a는 도 11 내지 도 3에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법의 첫 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 14b 및 14c는 각각 도 14a에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XIVb-XIVb' 선 및 XIVc-XIVc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 15a 및 15b는 각각 도 14a에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XIVb-XIVb' 선 및 XIVc-XIVc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서 도 14b 및 도 14c 다음 단계에서의 도면이고, 도 16a는 도15a 및 15b 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 16b 및 16c는 각각 도 16a에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XVIb-XVIb' 선 및 XVIc-XVIc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 17a, 18a, 19a와 도 17b, 18b, 19b는 각각 도 16a에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XVIb-XVIb' 선 및 XVIc-XVIc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서 도 16b 및 16c 다음 단계들을 공정 순서에 따라 도시한 것이고, 도 20a는 도 19a 및 도 19b의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이며, 도 20b 및 20c는 각각 도 20a에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XXb-XXb' 선 및 XXc-XXc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 21a는 도 20a 내지 도 20c의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이며, 도 21b 및 21c는 각각 도 21a에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 XXIb-XXIb' 선 및 XXIc-XXIc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저, 도 14a 내지 14c에 도시한 바와 같이, 절연 기판(110) 위에 사진 식각 공정으로 복수의 게이트선(123)을 각각 포함하는 복수의 게이트선(121) 및 복수의 유지 전극선(131)을 형성한다. 게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 제1 실시예와 같이 각각 하부막(211, 241, 291, 311)과 상부막(212, 242, 292, 312)을 포함하지만, 단일막으로 형성할 수도 있다.
도 15a 및 15b에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(140), 진성 비정질 규소층(150), 불순물 비정질 규소층(160)을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 약 1,500 Å 내지 약 5,000 Å, 약 500 Å 내지 약 2,000 Å, 약 300 Å 내지 약 600 Å의 두께로 연속 증착한다. 이어 하부막(701)과 상부막(702)을 스퍼터링 따위의방법으로 연속하여 적층하여 도전체층(170)을 형성한 다음 그 위에 감광막(50)을 1 μm 내지 2 μm의 두께로 도포한다.
그 후, 광마스크(도시하지 않음)를 통하여 감광막(50)에 빛을 조사한 후 현상한다. 현상된 감광막의 두께는 위치에 따라 다른데, 도 16b 및 16c에서 감광막은 두께가 점점 작아지는 제1 내지 제3 부분으로 이루어진다. 영역(A)(이하 배선 영역 이라 함)에 위치한 제1 부분과 영역(C)(이하 채널 영역 이라 함)에 위치한 제2 부분은 각각 도면 부호 52와 54로 나타내었고 영역(B)(이하 기타 영역 이라 함)에 위치한 제3 부분에 대한 도면 부호는 부여하지 않았는데, 이는 제3 부분이 0의 두께를 가지고 있어 아래의 도전체층(170)이 드러나 있기 때문이다. 제1 부분(52)과 제2 부분(54)의 두께의 비는 후속 공정에서의 공정 조건에 따라 다르게 하되, 제2 부분(54)의 두께를 제1 부분(52)의 두께의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 4,000 Å 이하인 것이 좋다.
이와 같이, 위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있는데, 노광 마스크에 투명 영역(transparent area)과 차광 영역(light blocking area)뿐 아니라 반투명 영역(translucent area)을 두는 것이 그 예이다. 반투명 영역에는 슬릿(slit) 패턴, 격자 패턴(lattice pattern) 또는 투과율이 중간이거나 두께가 중간인 박막이 구비된다. 슬릿 패턴을 사용할 때에는, 슬릿의 폭이나 슬릿 사이의 간격이 사진 공정에 사용하는 노광기의 분해능(resolution)보다 작은 것이 바람직하다. 다른 예로는 리플로우가 가능한 감광막을 사용하는 것이다. 즉, 투명 영역과 차광 영역만을 지닌 통상의 마스크로 리플로우 가능한 감광막 패턴을 형성한 다음 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않은 영역으로 흘러내리도록 함으로써 얇은 부분을 형성한다.
적절한 공정 조건을 주면 감광막(52, 54)의 두께 차 때문에 하부 층들을 선택적으로 식각할 수 있다. 따라서 일련의 식각 단계를 통하여 도 16a에 도시한 바와 같은 복수의 소스 전극(173)을 각각 포함하는 복수의 데이터선(171), 복수의 드레인 전극(175)을 형성하고 복수의 돌출부(163)를 각각 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165), 그리고 복수의 돌출부(154)를 포함하는 복수의 선형 반도체(151)를 형성한다.
설명의 편의상, 배선 영역(A)에 위치한 도전체층(170), 불순물 비정질 규소층(160), 진성 비정질 규소층(150)의 부분을 제1 부분이라 하고, 채널 영역(C)에 위치한 도전체층(170), 불순물 비정질 규소층(160), 진성 비정질 규소층(150)의 부분을 제2 부분이라 하고, 기타 영역(B)에 위치한 도전체층(170), 불순물 비정질 규소층(160), 진성 비정질 규소층(150)의 부분을 제3 부분이라 하자.
이러한 구조를 형성하는 순서의 한 예는 다음과 같다.
(1) 기타 영역(B)에 위치한 도전체층(170), 불순물 비정질 규소층(160) 및 비정질 규소층(150)의 제3 부분 제거,
(2) 채널 영역에 위치한 감광막의 제2 부분(54) 제거,
(3) 채널 영역(C)에 위치한 도전체층(170) 및 불순물 비정질 규소층(160)의 제2 부분 제거, 그리고
(4) 배선 영역(A)에 위치한 감광막의 제1 부분(52) 제거.
이러한 순서의 다른 예는 다음과 같다.
(1) 기타 영역(B)에 위치한 도전체층(170)의 제3 부분 제거,
(2) 채널 영역(C)에 위치한 감광막의 제2 부분(54) 제거,
(3) 기타 영역(B)에 위치한 불순물 비정질 규소층(160) 및 비정질 규소층(150)의 제3 부분 제거,
(4) 채널 영역(C)에 위치한 도전체층(170)의 제2 부분 제거,
(5) 배선 영역(A)에 위치한 감광막의 제1 부분(52) 제거, 그리고
(6) 채널 영역(C)에 위치한 불순물 비정질 규소층(160)의 제2 부분 제거.
여기에서는 첫 번째 예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 17a 및 17b에 도시한 것처럼, 기타 영역(B)에 노출되어 있는 도전체층(170)의 상부막(702) 및 하부막(701)을 습식 또는 건식으로 식각하여 제거하여 하부의 불순물 비정질 규소층(160) 제3 부분을 노출시킨다. 알루미늄 계열의 도전막은 주로 습식 식각으로 진행하며, 몰리브덴 계열의 도전막을 습식 및 건식 식각을 선택적으로 진행할 수 있으며, 상부막(702) 및 하부막(701)의 삼층막 하나의 습식 식각 조건으로 패터닝할 수도 있다.
도면 부호 174는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)이 아직 붙어 있는 상태의 도전체이다. 건식 식각을 사용하는 경우에 감광막(52, 54)의 위 부분이 어느 정도의 두께로 깎여 나갈 수 있다.
이때, 제1 실시예와 동일하게 색 필터용 정렬 키(178, 도 2 및 도 8 참조)를 기판(110)의 외곽부에 형성한다.
도 18a 및 18b에 도시한 바와 같이, 기타 영역(B)에 위치한 불순물 비정질 규소층(160) 및 그 하부의 진성 비정질 규소층(150)의 제3 부분을 제거함과 더불어, 채널 영역(C)의 감광막 제2 부분(54)을 제거하여 아래의 도전체(174) 제2 부분을 노출시킨다. 감광막의 제2 부분(54)의 제거는 불순물 비정질 규소층(160) 및 진성 비정질 규소층(150)의 제3 부분의 제거와 동시에 하거나 따로 수행한다. 채널 영역(C)에 남아 있는 제2 부분(54)의 찌꺼기는 애싱(ashing)으로 제거한다.
이 단계에서 선형 진성 반도체(151)가 완성된다. 그리고 도면 부호 164는 선형 저항성 접촉 부재(161)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 아직 붙어 있는 상태에 있는 선형의 불순물 비정질 규소층(160)을 가리키며 이를 앞으로 (선형의) 불순물 반도체라 한다.
여기서, 도전체층(170)의 하부막(701)을 건식 식각으로 패터닝하는 경우에 그 하부의 불순물 비정질 규소층(160)과 진성 비정질 규소층(150)을 연속하여 건식 식각함으로써 제조 공정을 단순화 할 수 있으며, 이 경우에 동일한 식각 체임버에서 세 층(701, 160, 150)에 대한 건식 식각을 연속 수행하는 인 시튜(in-situ) 방법으로 행할 수도 있으며, 그렇지 않을 수도 있다.
다음, 도 19a 및 19b에 도시한 바와 같이 채널 영역(C)에 위치한 도전체(174) 및 선형의 불순물 반도체(164)의 제2 부분을 식각하여 제거한다. 또한 남아 있는 감광막 제1 부분(52)도 제거한다.
이때, 도 19b에 도시한 것처럼 채널 영역(C)에 위치한 선형 진성 반도체(151)의 돌출부(154) 위 부분이 제거되어 두께가 작아질 수도 있으며 감광막의 제1 부분(52)도 이때 어느 정도의 두께로 식각된다.
이렇게 하면, 도전체(174) 각각이 하나의 데이터선(171)과 복수의 드레인 전극(175)으로 분리되면서 완성되고, 불순물 반도체(164) 각각이 하나의 선형 저항성 접촉 부재(161)와 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)로 나뉘어 완성된다.
다음, 도 8에서 보는 바와 같이, 제1 실시예와 동일하게 색 필터용 감광막을을 형성하고, 기판(110)의 색 필터용 정렬 키(178)와 마스크의 정렬 키(55)를 이용하여 마스크를 정렬한 다음, 마스크를 이용하여 색 필터용 감광막을 노광하고 현상하고, 이어, 나머지 다른 두 안료를 포함하는 색필터용 감광막에 대해서도 순차적으로 도포하고 노광하고 현상하여 도 20a 및 도 20b에서 보는 바와 같이, 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)를 순차적으로 형성한다.
도 21a 내지 21c에 도시한 바와 같이, 보호막(180)을 게이트 절연막(140) 및 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)와 함께 사진 식각하여 복수의 접촉 구멍(181, 185, 182)을 형성한다. 물론, 본 실시예에서도 제1 실시예와 같이 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)의 상부에 보호막을 형성한 다음 접촉 구멍(181, 185, 182)을 형성할 수도 있다.
마지막으로, 도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 500 Å 내지 1,500 Å 두께의 IZO 또는 ITO층을 스퍼터링 방법으로 증착하고 사진 식각하여 복수의 화소 전극(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)를 형성한다. IZO층을 사용하는 경우의 식각은 (HNO3/(NH4)2Ce(NO3)6/H2O) 등 크롬용 식각액을 사용하는 습식 식각인 것이 바람직한데, 이 식각액은 알루미늄을 부식시키지 않기 때문에 데이터선(171),드레인 전극(175), 게이트선(121)에서 알루미늄 도전막이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165) 및 반도체(151)를 하나의 사진 공정으로 형성하므로 제조 공정을 단순화할 수 있다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 23은 도 22의 박막 트랜지스터 표시판을 XXIII-XXIII' 선을 따라 절단한 단면도이다.
절연 기판(110) 위에 가로 방향으로 게이트선(121)이 형성되어 있고, 게이트선(121)에 돌기의 형태로 게이트 전극(124)이 연결되어 있다. 게이트선(121)의 한쪽 끝부분(129)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다.
또 절연 기판(110) 위에는 유지 전극선(131)과 유지 전극(133)이 형성되어 있다. 유지 전극선(131)은 가로 방향으로 뻗어 있고 유지 전극(133)은 마름모꼴 또는 직사각형을 유지 전극선(131)에 대하여 45도 기울여 놓은 형태로 유지 전극선(131)에 연결되어 있다.
게이트선(121, 124, 129) 및 유지 전극 배선(131, 133)은 물리 화학적 특성이 우수한 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1층(211, 241, 291, 311, 331)과, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2층(212, 242, 292, 312, 332)의 이중층으로 형성되어 있다. 이들 게이트 배선(121, 129, 124) 및 유지 전극 배선(131, 133)은 필요에 따라서는 단일층으로 형성하거나 또는 3중층 이상으로 형성할 수도 있다.
게이트 배선(121, 124, 129) 및 유지 전극 배선(131, 133)의 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(151, 154)이 형성되어 있다.
반도체층(151, 154)의 위에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(161, 163, 165)이 형성되어 있다.
저항성 접촉층(161, 163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 데이터선(171)은 길게 뻗어 있으며 게이트선(121)과 교차하여 화소를 정의하며, 데이터선(171)의 분지이며 저항성 접촉층(163)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(173)을 가진다. 데이터선(171)의 한쪽 끝부분(179)은 외부 회로와 연결하기 위하여 폭이 확장되어 있다.
여기서, 데이터선(171)은 화소의 길이를 주기로 하여 반복적으로 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분이 나타나도록 형성되어 있다. 이 때, 데이터선(171)의 굽은 부분은 두 개의 직선 부분으로 이루어지며, 이들 두 개의 직선 부분 중 하나는 게이트선(121)에 대하여 45도를 이루고, 다른 한 부분은 게이트선(121)에 대하여 -45도를 이룬다. 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분에는 소스 전극(173)이 연결되어 있고, 이 부분이 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)의 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분의 길이의 비는 1:1내지 9:1 사이, 즉 데이터선(171) 중 굽은 부분이 차지하는 비율이 50%에서 90% 사이)이다.
따라서, 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 이루는 화소는 꺾인 띠 모양으로 형성된다.
또, 드레인 전극(175)은 화소 전극(190)과 연결되는 부분이 직사각형 모양으로 넓게 확장되어서 유지 전극(133)과 중첩하고 있다. 이와 같이, 드레인 전극(175)은 유지 전극(133)과 게이트 절연막(140)만을 사이에 두고 중첩함으로써 유지 용량을 형성한다.
데이터 배선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)가 순차적으로 형성되어 있으며, 그 상부에는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다. 여기서 보호막(180)은 감광성 유기 물질을 노광 및 현상하여 형성한다. 필요에 따라서는 보호막(180)을 감광성이 없는 유기 물질을 도포하고 사진 식각 공정을 통하여 형성할 수도 있으나 감광성 유기 물질로 보호막(180)을 형성하는 것에 비하여 형성 공정이 복잡해진다.
보호막(180)에는 드레인 전극을 드러내는 접촉구(185b)와 데이터선의 폭이 확장되어 있는 끝부분(179)을 드러내는 접촉구(182b)가 형성되어 있다. 또, 게이트선의 폭이 확장되어 있는 끝부분(129)을 드러내는 접촉구(181b)는 보호막(180)과 함께 게이트 절연막(140)을 관통하여 형성되어 있다.
이때, 이들 접촉구(181b, 182b, 185b)의 측벽(181a, 182a, 185a)은 기판 면에 대하여 30도에서 85도 사이의 완만한 경사를 가지거나, 계단형프로파일(profile)을 가진다.
또, 이들 접촉구(181b, 182b, 185b)는 각을 가지거나 원형의 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다.
한편, 보호막(180)은 질화 규소 또는 산화 규소 등의 무기 절연 물질로 형성할 수도 있다.
보호막(180) 위에는 접촉구(185b)를 통하여 드레인 전극(175)과 연결되어 있으며 화소의 모양을 따라 꺾인 띠 모양으로 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극(190)은 가장자리가 데이터선과 중첩할 정도로 넓게 형성되어 있어서 최대한의 개구율을 확보하고 있다.
또 보호막(180) 위에는 접촉구(181b, 182b)를 통하여 게이트선의 끝부분(129)과 데이터선의 끝부분(179)과 각각 연결되어 있는 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(190) 및 접촉 보조 부재(81, 82)는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어져 있다.
이러한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 제1 실시예와 동일하며, 데이터선(171)과 동일한 층으로 색 필터용 정렬 키(178, 도 8 참조)를 형성한 다음, 이를 기준으로 적, 녹, 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)를 형성하여 정렬 오차를 최소화할 수 있으며, 데이터선(171)의 폭을 최적으로 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법에서는 데이터선과 동일한 층으로 색 필터용 정렬 키를 형성하고, 이를 기준으로 적, 녹, 청의 색 필터를 형성함으로써 정렬 오차를 최소화할 수 있고, 이를 통하여 데이터선의 폭을 최적으로 형성할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판 위에 게이트 전극을 가지는 게이트선을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 게이트 절연막을 적층하는 단계,
    상기 게이트 절연막 상부에 반도체층을 형성하는 단계,
    상기 반도체층 상부에 저항성 접촉층를 형성하는 단계,
    상기 저항성 접촉층과 접하는 소스 전극을 가지는 데이터선 및 드레인 전극을 형성하는 단계,
    상기 데이터선과 동일한 층으로 색 필터용 정렬 키를 형성하는 단계,
    상기 기판 상부에 색 필터용 감광막을 형성하는 단계,
    상기 정렬 키를 기준으로 색 필터용 마스크 또는 상기 기판을 정렬하고 상기 색 필터용 감광막을 노광 및 현상하여 색 필터를 형성하는 단계,
    상기 게이트선과 상기 데이터선으로 정의되는 화소 영역에 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 화소 전극 하부에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 보호막은 드러난 상기 반도체층을 덮는 제1 보호막 또는 상기 색 필터를 덮는 제2 보호막 중 적어도 하나로 형성하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 보호막은 질화 규소 또는 산화 규소로 형성하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  5. 제3항에서,
    상기 제2 보호막은 유기 절연 물질로 형성하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 색 필터 형성 단계는 적, 녹, 청의 색 필터를 상기 화소 영역에 순차적으로 형성하는 단계를 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    서로 이웃하는 상기 화소 영역의 상기 적, 녹, 청의 색 필터의 가장자리는 서로 중첩하여 형성하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 반도체층, 상기 저항성 접촉층 및 상기 데이터선과 상기 드레인 전극은 하나의 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 형성하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  9. 게이트 전극을 가지는 게이트선, 반도체층, 소스 전극을 가지는 데이터선 및 드레인 전극, 데이터선과 동일한 층으로 이루어진 정렬 키, 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 표시판과 마주하는 대향 표시판을 형성하는 단계,
    상기 정렬 키를 이용하여 상기 박막 트랜지스터 표시판과 상기 대향 표시판을 정렬하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 표시판과 상기 대향 표시판을 결합하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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