KR20050026667A - 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반사투과형 액정표시장치의 제조방법은 마스크수를 감소시켜 전체공정을 단순화하기 위한 것으로, 투과부와 반사부로 구분되는 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 데이터라인을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계; 상기 액티브층이 형성된 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막이 형성된 액티브층 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀이 형성된 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 콘택홀을 통해 소오스영역과 연결되며 제 2 콘택홀을 통해 데이터라인과 연결되는 소오스전극 및 상기 제 1 콘택홀을 통해 드레인영역과 연결되는 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 반사부에 반사전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 화소전극을 형성하는 단계 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.

Description

반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법{TRANS-REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 반사투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 데이터라인을 기판 최하층에 형성한 개선된 코플라나(coplanar) 구조의 박막 트랜지스터를 구비한 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
이 때, 일반적으로 사용되는 액정표시장치에서는 액정표시패널의 하부에 위치한 백라이트(backlight)라는 광원으로부터 방출되는 빛에 의해 영상을 표현하게 된다. 그러나, 실제로 상기 액정표시패널을 투과하여 나온 빛의 양은 백라이트에서 생성된 광의 약 7% 정도에 불과하므로 빛의 손실이 심하며, 그 결과 백라이트에 의한 전력 소모가 크다는 문제점이 있었다.
최근에는 이러한 전력 소모의 문제점을 해결하기 위해 백라이트를 사용하지 않는 반사형 액정표시장치가 연구되었다. 상기 반사형 액정표시장치는 영상을 표현하는 수단으로 자연광을 이용하므로 백라이트가 소모하는 전력량을 감소시키는 효과가 있기 때문에 휴대 상태에서 장시간 사용이 가능하다.
상기 반사형 액정표시장치는 기존의 투과형 액정표시장치와는 달리 화소영역에 불투명의 반사특성이 있는 물질을 사용하여 외부로부터 입사되는 광을 반사시켜 영상을 표현하게 된다.
그러나, 자연광 또는 인조 광원이 항상 존재하는 것은 아니기 때문에 반사형 액정표시장치는 자연광이 존재하는 낮이나 외부의 인조 광원이 존재하는 사무실 및 건물 내부에서만 사용이 가능하고 자연광이 존재하지 않는 어두운 환경에서는 상기 반사형 액정표시장치를 사용할 수 없게 되는 단점이 있다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 자연광을 사용하는 반사형 액정표시장치와 백라이트를 사용하는 투과형 액정표시장치의 장점을 결합한 반사투과형(trans-reflective) 액정표시장치가 활발하게 연구되고 있다. 상기 반사투과형 액정표시장치는 사용자의 의지에 따라 반사형과 투과형 모드로의 전환이 자유로우며, 백라이트의 빛과 외부의 자연광원 또는 인조광원을 모두 이용할 수 있어 주변환경에 제약을 받지 않으며 전력소비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이하, 일반적인 반사투과형 액정표시장치에 대해서 자세히 살펴본다.
도 1은 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로써, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 NxM개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 단지 한 화소만을 나타내었다.
도면에 도시된 바와 같이, 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판(10) 구조는 화소영역에 형성되어 있는 반사전극(18a)과 화소전극(18b)의 구성을 제외하고는 투과형 액정표시장치의 어레이 기판 구조와 실질적으로 동일하다. 즉, 상기 어레이 기판(10)은 화소영역 위에 형성된 반사전극(18a)과 화소전극(18b), 상기 기판(10) 위에 교차하여 배열된 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 그리고 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(20)로 이루어져 있다.
상기 박막 트랜지스터(20)는 게이트라인(16)에 연결된 게이트전극(21), 데이터라인(17)에 연결된 소오스전극(22) 및 반사전극(18a)과 화소전극(18b)에 연결된 드레인전극(23)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터(20)는 게이트전극(21)과 소오스/드레인전극(22, 23)의 절연을 위한 제 1 절연막(미도시)과 제 2 절연막(미도시), 상기 게이트전극(21)에 공급되는 게이트 전압에 의해 소오스전극(22)과 드레인전극(23) 간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층(24)을 포함한다.
이 때, 상기 제 1 절연막과 제 2 절연막에 형성된 제 1 콘택홀(40a)을 통해 상기 소오스전극(22)은 액티브층(24)의 소오스영역과 전기적으로 접속하며 상기 드레인전극(23)은 액티브층(24)의 드레인영역과 전기적으로 접속하게 된다. 또한, 상기 드레인전극(23) 위에는 제 2 콘택홀(40b)이 형성된 제 3 절연막(미도시)이 있어, 상기 제 2 콘택홀(40b)을 통해 상기 드레인전극(23)과 반사전극(18a) 및 화소전극(18b)이 전기적으로 접속되게 된다.
상기 화소영역은 게이트라인(16)과 데이터라인(17)이 교차하여 정의되는 영역으로 화상표시 영역을 의미하며 반사 모드의 구현을 위한 반사전극(18a)이 형성되어 있는 반사부와 투과 모드의 구현을 위한 화소전극(18b)이 형성되어 있는 투과부를 포함한다. 즉, 화소영역 내에 반사부와 투과부를 모두 형성하여 반사 모드에서는 외부로부터 입사된 빛이 상기 반사전극(18a)에 의해 반사되어 외부로 다시 방출되게 함으로써 화상을 구현하며, 투과 모드에서는 백라이트로부터 방출된 빛이 상기 화소전극(18b)을 통해 투과되게 함으로써 화상을 구현하게 된다.
이하, 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 종래의 반사투과형 액정표시장치의 제조공정을 자세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 I-I'선에 따른 제조공정을 나타내는 순서도로써, 도시되어 있는 박막 트랜지스터는 액티브층으로 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터로 게이트전극과 소오스전극 및 드레인전극이 상기 액티브층의 한쪽 평면에 함께 위치하는 일반적인 코플라나 구조로 되어있다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(10) 위에 실리콘산화막(SiO2)으로 구성되는 버퍼막(buffer layer)(11)을 형성한다.
이후, 상기 버퍼막(11) 위에 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층(24)을 형성한다. 상기 포토리소그래피 공정은 마스크에 그려진 패턴(pattern)을 박막이 증착된 기판 위에 전사시켜 원하는 패턴을 형성하는 일련의 공정으로 감광액 도포, 노광, 현상 공정으로 이루어져 있다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(24)이 형성된 기판(10) 전면에 제 1 절연막(15a)을 증착한 후 게이트전극(21)을 형성한다. 상기 게이트전극(21)은 제 1 절연막(15a)이 형성된 기판(10) 전면에 게이트메탈을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성하게 된다.
이 때, 상기 게이트 패턴을 마스크로 액티브층(24)의 소정영역에 고농도의 불순물 이온을 주입하여 p+ 또는 n+의 소오스/드레인영역(24a, 24b)을 형성한다.
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(21)이 형성된 기판 전면에 제 2 절연막(15b)을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 통해 상기 제 1 절연막(15a)과 제 2 절연막(15b)을 일부 제거하여 소오스/드레인영역(24a, 24b)과 소오스/드레인전극(22, 23)간의 전기적 접속을 위한 제 1 콘택홀(40a)을 형성한다.
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 도전성 금속을 기판(10) 전면에 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 1 콘택홀(40a)을 통해 소오스영역(24a)과 연결되는 소오스전극(22) 및 드레인영역(24b)과 연결되는 드레인전극(23)을 형성한다. 이 때, 상기 소오스전극(22)을 구성하는 도전성 금속의 일부가 일방향으로 연장되어 데이터라인(17)을 형성하게 된다.
다음으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10) 위에 아크릴(acryl)과 같은 유기절연막인 제 3 절연막(15c)을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 드레인전극(23)의 일부를 노출시키는 제 2 콘택홀(40b)을 형성한다.
이 때, 도시된 바와 같이, 상기 제 3 절연막(15c)의 표면은 반사 모드에서의 반사효율을 높이기 위해서 굴곡이 지도록 형성되어 있다.
다음으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 절연막(15c)이 형성된 기판(10) 전면에 반사율이 뛰어난 전도성 물질을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 반사부에 상기 제 2 콘택홀(40b)을 통해 드레인전극(23)과 연결되는 반사전극(18a)을 형성한다.
마지막으로, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10) 전면에 투과율이 뛰어난 투명 도전성 물질을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 반사전극(18a)이 형성되어 있는 반사부를 포함하여 화소영역 전체에 화소전극(18b)을 형성한다.
상기에 설명된 바와 같이 종래의 반사투과형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치에 비해 제조공정에 다수의 포토리소그래피 공정을 필요로 한다.
이와 같은 많은 수의 포토리소그래피 공정은 결과적으로 액정표시장치의 제조공정 및 비용을 증가시키는 문제점을 발생시키게 한다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 데이터라인을 기판 최하층에 형성한 개선된 코플라나 구조를 이용함으로써 마스크수를 감소시켜 제조공정 및 비용이 감소된 반사투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 소오스/드레인전극의 일부를 반사전극으로 구성하게 함으로써 제조비용이 감소된 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반사투과형 액정표시장치의 제조방법은 투과부와 반사부로 구분되는 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계, 상기 제 1 기판 위에 데이터라인을 형성하는 단계, 상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계, 상기 액티브층이 형성된 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1 절연막이 형성된 액티브층 위에 게이트전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 기판 위에 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀이 형성된 제 2 절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1 콘택홀을 통해 소오스영역과 연결되며 제 2 콘택홀을 통해 데이터라인과 연결되는 소오스전극 및 상기 제 1 콘택홀을 통해 드레인영역과 연결되는 드레인전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 기판의 반사부에 반사전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 기판 위에 화소전극을 형성하는 단계 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 액티브층을 형성하는 단계는 상기 제 1 기판 위에 버퍼막을 형성하는 단계, 상기 버퍼막이 형성된 기판 위에 비정질 실리콘을 증착하는 단계, 상기 비정질 실리콘을 결정화하는 단계 및 상기 결정화된 다결정 실리콘을 패터닝하여 액티브 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루질 수 있다.
또한, 게이트전극을 형성한 후 상기 게이트전극을 마스크로 상기 액티브 패턴의 소정 영역에 불순물 이온을 주입하여 소오스영역과 드레인영역을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 불순물 이온으로 인과 같은 5족 원소를 사용하여 P-타입 박막 트랜지스터를 형성할 수 있으며 붕소와 같은 3족 원소를 사용하여 N-타입 박막 트랜지스터를 형성할 수도 있다.
상기 반사전극은 드레인전극과 일체로 동시에 형성할 수 있으며, 상기 화소전극은 반사전극이 형성되어 있는 반사부와 투과부를 포함하는 화소영역 전체에 형성할 수 있다.
이 때, 상기 반사전극은 반사율이 뛰어난 불투명 도전 물질로 형성할 수 있으며, 상기 화소전극은 투과율이 뛰어난 투명 도전 물질로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 반사투과형 액정표시장치는 투과부와 반사부로 구분되는 제 1 기판과 제 2 기판, 상기 제 1 기판 위에 일방향으로 연장되어 형성된 데이터라인, 상기 데이터라인이 형성된 제 1 기판 위에 형성된 액티브층, 상기 제 1 기판 위에 형성된 게이트절연막, 상기 게이트절연막이 형성된 액티브층 위에 형성된 게이트전극 및 상기 데이터라인과 실질적으로 수직한 방향으로 형성된 게이트라인, 상기 제 1 기판 위에 형성되며, 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀이 형성된 보호층, 상기 보호층 위에 형성되며, 상기 제 1 콘택홀을 통해 액티브층의 소오스영역과 연결되며 제 2 콘택홀을 통해 데이터라인과 연결되는 소오스전극 및 상기 제 1 콘택홀을 통해 액티브층의 드레인영역과 연결되는 드레인전극, 상기 제 1 기판의 반사부에 형성되며, 상기 드레인전극과 일체로 형성된 반사전극, 상기 제 1 기판 위에 형성된 화소전극 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다.
이 때, 상기 게이트절연막 위에 형성되며, 상기 게이트라인과 소정간격을 두고 배열하는 스토리지 커패시터라인을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 스토리지 커패시터라인 중 화소영역의 반사부를 지나는 부분은 소정면적으로 확장되어 스토리지 커패시터 제 1 전극을 구성할 수 있으며, 상기 액티브층의 일부가 화소영역의 반사부로 연장하여 형성된 스토리지 커패시터 제 2 전극을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 스토리지 커패시터 제 1 전극과 스토리지 커패시터 제 2 전극의 일부가 중첩하여 게이트절연막을 사이에 두고 제 1 스토리지 커패시터를 형성하며, 상기 스토리지 커패시터 제 1 전극과 반사전극의 일부가 중첩하여 보호막을 사이에 두고 제 2 스토리지 커패시터를 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
자연광을 이용하는 반사형 액정표시장치와 백라이트를 이용하는 투과형 액정표시장치의 장점을 결합한 반사투과형 액정표시장치는 백라이트의 빛과 외부의 자연광원 또는 인조광원을 모두 이용할 수 있어 주변환경에 제약을 받지 않으며 전력소비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이 때, 상기 액정표시장치의 스위칭소자로는 일반적으로 박막 트랜지스터를 사용하며, 상기 박막 트랜지스터의 채널층으로 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 다결정 실리콘을 사용할 수 있다.
특히, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 전계 효과 이동도(field effect mobility)를 가지고 있어 구동 화소수를 결정하는 구동회로부의 동작 주파수를 향상시킬 수 있으며 이로 인한 표시장치의 고정세화가 용이해지는 장점이 있다. 또한, 화소부의 신호 전압의 충전 시간의 감소로 전달 신호의 왜곡이 줄어들어 화질 향상을 기대할 수 있다.
또한, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 구동 전압(∼25V)을 갖는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 10V 미만에서 구동이 가능하므로 전력 소모를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 일반적으로 코플라나 구조로 형성하게 되며, 이에 따라 박막 트랜지스터 제조에 많은 수의 마스크를 필요로 하는 단점이 있다. 특히, 반사투과형 액정표시장치는 종래의 투과형 액정표시장치에 비해 보다 많은 수의 포토리소그래피 공정을 필요로 한다.
이에 대해 본 발명에서는 데이터라인을 기판 최하층에 형성시키는 등 기존의 코플라나 구조를 개선하여 소오스/드레인전극과 소오스/드레인영역과의 전기적 접속을 위한 제 1 콘택홀 형성 공정 및 화소전극과 드레인전극과의 전기적 접속을 위한 제 2 콘택홀 형성 공정을 하나의 공정으로 할 수 있게 하였으며 한번의 절연막 형성 공정을 생략할 수 있게 하였다. 또한, 소오스/드레인전극의 일부를 반사전극으로 구성하게 하였다. 그 결과 포토리소그래피 공정의 감소에 따른 제조공정 및 비용 감소의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로써, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 NxM개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 단지 한 화소만을 나타내었다.
도면에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(110)은 화소영역 위에 형성된 반사전극(118a)과 화소전극(118b), 상기 기판(110) 위에 교차하여 배열된 게이트라인(116)과 데이터라인(117), 그리고 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터로 이루어져 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트라인(116)에 연결된 게이트전극(121), 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122a) 및 반사전극(118a)과 화소전극(118b)에 연결된 드레인전극(123a)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122a, 123a)의 절연을 위한 제 1 절연막(미도시)과 제 2 절연막(미도시), 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트 전압에 의해 소오스전극(122a)과 드레인전극(123a) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(124)을 포함한다.
이 때, 상기 제 1 절연막과 제 2 절연막에 형성된 제 1 콘택홀(140a)을 통해 상기 소오스전극(122a)의 일부는 액티브층(124)의 소오스영역과 전기적으로 접속하며 상기 드레인전극(123a)의 일부는 액티브층(124)의 드레인영역과 전기적으로 접속하게 된다. 또한, 상기 소오스전극(122a)의 다른 일부는 제 1 절연막과 제 2 절연막에 형성된 제 2 콘택홀(140b)을 통해 데이터라인(116)과 전기적으로 접속하는 연결라인(150a)을 구성하며, 상기 드레인전극(123a)의 다른 일부는 화소영역의 반사부 쪽으로 연장 형성되어 반사전극(118a)을 구성한다.
본 실시예와 같이 드레인전극을 구성하는 전도성 금속 물질을 화소영역 내로 연장하여 반사부의 반사전극을 형성하면 제조공정 및 비용을 감소시킬 수 있게 된다.
상기 화소영역은 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 교차하여 정의되는 영역으로 화상표시 영역을 의미하며 반사 모드의 구현을 위한 반사전극(118a)이 형성되어 있는 반사부와 투과 모드의 구현을 위한 화소전극(118b)이 형성되어 있는 투과부를 포함한다. 즉, 화소영역 내에 반사부와 투과부를 모두 형성하여 반사 모드에서는 외부로부터 입사된 빛이 상기 반사전극(118a)에 의해 반사되어 외부로 다시 방출되게 함으로써 화상을 구현하며, 투과 모드에서는 백라이트로부터 방출된 빛이 상기 화소전극(118b)을 통해 투과되게 함으로써 화상을 구현하게 된다.
이 때, 상기 화소영역에 형성된 반사전극(118a)은 빛의 반사율이 뛰어난 불투명 전도성 물질을 사용할 수 있으며, 화소전극(118b)은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO)와 같은 빛의 투과율이 뛰어난 투명 전도성 물질을 사용할 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 III-III'선에 따른 제조공정을 나타내는 순서도이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 위에 도전성 금속 물질로 데이터라인(117)을 형성한다. 즉, 본 실시예는 기판의 최하층에 데이터라인(117)을 형성한 개선된 코플라나 구조의 박막 트랜지스터를 제공한다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 위에 실리콘산화막(SiO2)으로 구성되는 버퍼막(111)을 형성한 후 상기 버퍼막(111) 위에 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층(124)을 형성한다. 상기 버퍼막(111)은 유리기판(110) 내에 존재하는 나트륨(natrium; Na) 등의 불순물이 공정 중에 상부 층으로 침투하는 것을 차단하는 역할을 한다.
이 때, 상기 액티브층(124)은 기판(110) 위에 비정질 실리콘 박막을 증착한 후 여러 가지 결정화 방식을 이용하여 형성할 수 있으며, 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 비정질 실리콘 박막은 여러 가지 방법으로 증착할 수 있으며, 상기 비정질 실리콘 박막을 증착하는 대표적인 방법으로는 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 방법과 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 방법이 있다.
이후, 상기 비정질 실리콘 박막 내에 존재하는 수소원자를 제거하기 위한 탈수소화(dehydrogenation) 공정을 진행한 뒤 결정화를 실시한다. 이 때, 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 일반적인 열처리 방법에는 크게 고상 결정화(Solid Phase Crystallization; SPC) 방법과 엑시머 레이저 어닐링(Eximer Laser Annealing; ELA) 방법이 있다.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(124)이 형성된 기판(110) 전면에 제 1 절연막(115a)을 증착한 후 몰리브덴(molybdenum; Mo) 또는 알루미늄(aluminum; Al) 합금 등으로 구성되는 게이트전극(121)을 형성한다.
상기 게이트전극(121) 형성 후에 액티브층(124)의 소정영역에 저항성 접촉층(ohmic contact layer)을 형성하기 위한 이온 주입 공정을 실시하여 소오스영역(124a)과 드레인영역(124b)을 형성한다. 이 때, 상기 게이트전극(121)은 액티브층(124)의 채널영역에 도펀트(dopant)가 침투하는 것을 방지하는 이온-스타퍼(ion stopper)의 역할을 하게 된다.
상기 액티브층(124)의 전기적 특성은 주입되는 도펀트의 종류에 따라 바뀌게 되며, 상기 주입되는 도펀트가 붕소(B) 등의 3족 원소에 해당하면 P-타입 박막 트랜지스터로 인(P) 등의 5족 원소에 해당하면 N-타입 박막 트랜지스터로 동작을 하게 된다.
이후, 상기 이온 주입 공정 후에 주입된 도펀트를 활성화하는 공정을 진행할 수도 있다.
다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)이 형성된 기판 전면에 제 2 절연막(115b)을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 통해 상기 제 1 절연막(115a)과 제 2 절연막(115b)을 일부 제거하여 소오스/드레인영역(124a, 124b)과 소오스/드레인전극(122a, 123a)간의 전기적 접속을 위한 제 1 콘택홀(140a) 및 소오스영역(124a)과 데이터라인(117)간의 전기적 접속을 위한 제 2 콘택홀(140b)을 형성한다.
이 때, 상기 제 2 절연막(115b)은 고개구율을 위한 벤조사이클로부텐(Benzocyclobutene; BCB) 또는 아크릴(Acryl)계 수지(resin)와 같은 투명 유기절연물질로 형성할 수 있으며, 반사부의 반사효율을 높이기 위해 상기 제 2 절연막(115b)의 표면을 굴곡이 지도록 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 4e에 도시된 바와 같이, 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴 등과 같은 도전성 금속 물질을 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 1 콘택홀(140a)을 통해 소오스영역(124a)과 연결되는 소오스전극(122a) 및 드레인영역(124b)과 연결되는 드레인전극(123a)을 형성한다. 이 때, 상기 소오스전극(122a)의 일부는 제 2 콘택홀(140b)을 통해 소오스영역(124a)과 데이터라인(117)을 전기적으로 접속시키는 연결라인(150a)을 구성한다.
또한, 상기 드레인전극(123a)의 일부는 화소영역의 반사부 쪽으로 연장 형성되어 반사전극(118a)을 구성한다.
마지막으로, 도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 인듐-틴-옥사이드 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO) 등과 같은 투과율이 뛰어난 투명 도전성 물질을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 반사전극(118a)이 형성되어 있는 반사부를 포함하여 화소영역 전체에 화소전극(118b)을 형성한다.
이 때, 상기 화소전극(118b)과 반사전극(118a)의 접촉에 의한 갈바니(galvanic) 현상이 발생하지 않도록 상기 화소전극(118b)은 반사전극(118a)이 형성되어 있는 영역 전체에 걸쳐서 형성할 수 있다. 참고로, 상기 갈바니 현상은 이종금속의 전기적 접촉에 의하여 활성전위를 갖는 금속의 부식이 촉진되는 현상을 의미한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 개선된 구조를 갖는 박막 트랜지스터의 제조공정은 종래의 박막 트랜지스터 제조공정에 비해 절연막 형성 공정이 한번 줄어들게 되며 제 1 콘택홀 형성 공정과 제 2 콘택홀 형성 공정을 하나의 공정으로 할 수 있게 되는 등 포토리소그래피 공정이 감소하게 된다. 그 결과 제조공정의 단순화에 따른 수율의 증가 및 제조비용의 감소 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예와 같이 소오스/드레인전극의 일부를 반사전극으로 구성하는 경우에는 기존의 반사투과형 액정표시장치에 비해 제조공정 및 비용이 더욱 감소하게 된다.
한편, 일반적으로 어레이 기판의 화소전극은 컬러필터 기판의 공통전극과 함께 액정 커패시터를 이루는데, 액정 커패시터에 인가된 전압은 다음 신호가 들어올 때까지 유지되지 못하고 누설되어 사라진다. 따라서, 인가된 전압을 유지하기 위해서는 스토리지 커패시터(storage capacitor)를 액정 커패시터에 연결해서 사용해야 한다.
이러한 스토리지 커패시터는 신호 유지 이외에도 계조(gray scale) 표시의 안정과 플리커(flicker) 및 잔상(afterimage) 감소 등의 효과를 가지며, 상기와 같은 스토리지 커패시터를 포함하는 반사투과형 액정표시장치에 대한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로써, 스토리지 커패시터를 포함하는 액정표시장치를 나타내고 있다.
이 때, 제 2 실시예는 도 3에 도시된 제 1 실시예의 액정표시장치와는 스토리지 커패시터를 제외하고는 동일한 구성으로 이루어져 있다. 따라서, 도 3에 도시된 액정표시장치와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고 단지 본 실시예에서 나타난 새로운 구성에 대해서만 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(210)은 화소영역 위에 형성된 반사전극(218a)과 화소전극(218b), 상기 기판(210) 위에 교차하여 배열된 게이트라인(216)과 데이터라인(217), 상기 게이트라인(216)과 소정간격을 두고 평행하게 배열된 스토리지 커패시터라인(270), 그리고 상기 게이트라인(216)과 데이터라인(217)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터로 이루어져 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트라인(216)에 연결된 게이트전극(221), 데이터라인(217)에 연결된 소오스전극(222a) 및 반사전극(218a)과 화소전극(218b)에 연결된 드레인전극(223a)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트전극(221)과 소오스/드레인전극(222a, 223a)의 절연을 위한 제 1 절연막(미도시)과 제 2 절연막(미도시), 상기 게이트전극(221)에 공급되는 게이트 전압에 의해 소오스전극(222a)과 드레인전극(223a) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(224)을 포함한다.
또한, 상기 액티브층(224)의 일부는 화소영역의 반사부로 연장 형성되어 스토리지 커패시터 제 2 전극(270b)을 구성하며, 상기 스토리지 커패시터라인(270) 중 화소영역의 반사부를 지나는 부분은 소정면적으로 확장되어 스토리지 커패시터 제 1 전극(270a)을 구성하게 된다.
이와 같이 구성된 스토리지 커패시터 제 1 전극(270a)과 스토리지 커패시터 제 2 전극(270b)의 중첩되는 부분은 제 1 절연막을 사이에 두고 제 1 스토리지 커패시터를 형성하며, 스토리지 커패시터 제 1 전극(270a)과 반사전극(218a)의 중첩되는 부분은 제 2 절연막을 사이에 두고 제 2 스토리지 커패시터를 형성하게 된다.
6a 내지 도 6f는 도 5에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 V-V'선에 따른 제조공정을 나타내는 순서도이다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(210) 위에 도전성 금속 물질로 데이터라인(217)을 형성한다.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(210) 위에 실리콘산화막(SiO2)으로 구성되는 버퍼막(211)을 형성한 후 상기 버퍼막(211) 위에 스토리지 커패시터 제 2 전극(270b)을 포함하는 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층(224)을 형성한다. 상기 스토리지 커패시터 제 2 전극(270b)은 포토리소그래피 공정을 이용하여 액티브층(224)의 소정영역에만 고농도 불순물 이온을 주입하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(224)과 스토리지 커패시터 제 2 전극(270b)이 형성된 기판(210) 전면에 제 1 절연막(215a)을 증착한 후, 상기 액티브층(224)의 채널영역 위에는 게이트전극(221)을 형성하며 스토리지 커패시터 제 2 전극(270b) 위에는 스토리지 커패시터 제 1 전극(270a)을 형성한다.
이 때, 상기 스토리지 커패시터 제 1 전극(270a)과 스토리지 커패시터 제 2 전극(270b)의 중첩된 부분은 제 1 절연막(215a)을 사이에 두고 제 1 스토리지 커패시터를 형성하게 된다.
이후, 상기 게이트 패턴을 마스크로 액티브층(224)의 소정영역에 고농도 불순물 이온을 주입하여 p+ 또는 n+의 소오스/드레인영역(224a, 224b)을 형성한다.
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)과 스토리지 커패시터 제 2 전극(270b)이 형성된 기판 전면에 제 2 절연막(215b)을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 통해 상기 제 1 절연막(215a)과 제 2 절연막(215b)을 일부 제거하여 소오스/드레인영역(224a, 224b)과 소오스/드레인전극(222a, 223a)간의 전기적 접속을 위한 제 1 콘택홀(240a) 및 소오스영역(224a)과 데이터라인(217)간의 전기적 접속을 위한 제 2 콘택홀(240b)을 형성한다.
다음으로, 도 6e에 도시된 바와 같이, 도전성 금속 물질을 기판(210) 전면에 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 1 콘택홀(240a)을 통해 소오스영역(224a)과 연결되는 소오스전극(222a) 및 드레인영역(224b)과 연결되는 드레인전극(223a)을 형성한다. 이 때, 상기 소오스전극(222a)의 일부는 제 2 콘택홀(240b)을 통해 소오스영역(224a)과 데이터라인(217)을 전기적으로 접속시키는 연결라인(250a)을 구성한다.
또한, 상기 드레인전극(223a)의 일부는 화소영역의 반사부 쪽으로 연장 형성되어 반사전극(218a)을 구성한다. 이 때, 상기 반사전극(218a)과 스토리지 커패시터 제 1 전극(270a)의 중첩된 부분은 제 2 절연막(215b)을 사이에 두고 제 2 스토리지 커패시터를 형성하게 된다.
마지막으로, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 기판(210) 전면에 투명 도전성 물질을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 반사전극(218a)이 형성되어 있는 반사부를 포함하여 화소영역 전체에 화소전극(218b)을 형성한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 반사부에 제 1 스토리지 커패시터와 제 2 스토리지 커패시터를 형성함으로써 충분한 보조용량을 가지게 되어 신호 유지 및 플리커와 잔상 감소 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치는 개선된 코플라나 구조를 이용함으로써 마스크수를 감소시켜 제조공정 및 비용이 절감되는 효과를 제공한다.
또한, 소오스/드레인전극의 일부를 반사전극으로 구성하게 함으로써 제조비용이 감소된 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공한다.
도 1은 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 2a 내지 도 2g는 도 1에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 I-I'선에 따른 제조공정을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 III-III'선에 따른 제조공정을 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 6a 내지 도 6f는 도 5에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 V-V'선에 따른 제조공정을 나타내는 순서도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
10,110,210 : 어레이 기판 16,116,216 : 게이트라인
17,117,217 : 데이터라인 18a,118a,218a : 반사전극
18b,118b,218b : 화소전극 21,121,221 : 게이트전극
22,122a,122b,222a,222b : 소오스전극
23,123a,123b,223a,223b : 드레인전극
24,124,224 : 액티브층 24a,124a,224a : 소오스영역
24b,124b,224b : 드레인영역 40a,140a,240a : 제 1 콘택홀
40b,140b,240b : 제 2 콘택홀 150a,150b,250a,250b : 연결전극
270a : 스토리지 커패시터 제 1 전극
270b : 스토리지 커패시터 제 2 전극

Claims (10)

  1. 투과부와 반사부로 구분되는 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 데이터라인을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 액티브층이 형성된 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연막이 형성된 액티브층 위에 게이트전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀이 형성된 제 2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 콘택홀을 통해 소오스영역과 연결되며 제 2 콘택홀을 통해 데이터라인과 연결되는 소오스전극 및 상기 제 1 콘택홀을 통해 드레인영역과 연결되는 드레인전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 반사부에 반사전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 화소전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액티브층을 형성하는 단계는
    상기 제 1 기판 위에 버퍼막을 형성하는 단계;
    상기 버퍼막이 형성된 기판 위에 비정질 실리콘을 증착하는 단계;
    상기 비정질 실리콘을 결정화하는 단계; 및
    상기 결정화된 다결정 실리콘을 패터닝하여 액티브 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 게이트전극을 형성한 후 상기 게이트전극을 마스크로 상기 액티브 패턴의 소정 영역에 불순물 이온을 주입하여 소오스영역과 드레인영역을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사전극은 드레인전극과 일체로 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 화소전극은 반사부와 투과부를 포함하는 화소영역 전체에 형성하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  6. 투과부와 반사부로 구분되는 제 1 기판과 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 위에 일방향으로 연장되어 형성된 데이터라인;
    상기 데이터라인이 형성된 제 1 기판 위에 형성된 액티브층;
    상기 제 1 기판 위에 형성된 게이트절연막;
    상기 게이트절연막이 형성된 액티브층 위에 형성된 게이트전극 및 상기 데이터라인과 실질적으로 수직한 방향으로 형성된 게이트라인;
    상기 제 1 기판 위에 형성되며, 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀이 형성된 보호층;
    상기 보호층 위에 형성되며, 상기 제 1 콘택홀을 통해 액티브층의 소오스영역과 연결되며 제 2 콘택홀을 통해 데이터라인과 연결되는 소오스전극 및 상기 제 1 콘택홀을 통해 액티브층의 드레인영역과 연결되는 드레인전극;
    상기 제 1 기판의 반사부에 형성되며, 상기 드레인전극과 일체로 형성된 반사전극;
    상기 제 1 기판 위에 형성된 화소전극; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 반사투과형 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 게이트절연막 위에 형성되며, 상기 게이트라인과 소정간격을 두고 배열하는 스토리지 커패시터라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 스토리지 커패시터라인 중 화소영역의 반사부를 지나는 부분은 소정면적으로 확장되어 스토리지 커패시터 제 1 전극을 구성하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 액티브층의 일부가 화소영역의 반사부로 연장하여 형성된 스토리지 커패시터 제 2 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 스토리지 커패시터 제 1 전극과 스토리지 커패시터 제 2 전극의 일부가 중첩하여 게이트절연막을 사이에 두고 제 1 스토리지 커패시터를 형성하며, 상기 스토리지 커패시터 제 1 전극과 반사전극의 일부가 중첩하여 보호막을 사이에 두고 제 2 스토리지 커패시터를 형성하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
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