KR20050113748A - 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 마스크를 저감하고 수평 전계에 의해 액정을 구동하는 횡전계방식(IPS:In Plane Switching Mode) 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 횡전계 방식 액정 표시 장치에서 회절 노광을 이용하여 화소 전극 및 채널을 형성함으로써 마스크 수를 저감한다.
따라서, 제품의 제조 비용을 절감하고 공정을 간소화하여 제조수율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법{In Plane Switching Mode Liquid Crystal Display device and the fabrication method}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 마스크를 저감하고 수평 전계에 의해 액정을 구동하는 횡전계방식(IPS:In Plane Switching Mode) 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화상 정보를 화면에 나타내는 디스플레이 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 CRT:Cathode Ray Tube)가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데, 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 있었다.
그리고, 오늘날에는 전자산업의 발달과 함께 TV 브라운관 등에 제한적으로 사용되었던 디스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 그 중 하나로 최근에 액정 표시 장치가 주목을 받고 있다.
상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)는 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
현재 주로 사용되고 있는 액정 표시 장치 중 하나로 트위스트 네마틱(TN : twisted nematic) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다. 상기 트위스트 네마틱 방식은 두 기판에 각각 전극을 설치하고 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 다음 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하는 방식이다.
그러나, 상기 TN방식(twisted nematic mode) 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 큰 단점이 있다.
그래서, 최근에 상기 협소한 시야각 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 새로운 방식을 채용한 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 상기 방식으로 횡전계방식(IPS:in-plane switching mode) 또는 OCB방식(optically compensated birefrigence mode) 등이 있다.
이 가운데 상기 횡전계방식 액정 표시 장치는 액정 분자를 기판에 대해서 수평을 유지한 상태로 구동시키기 위하여 2개의 전극을 동일한 기판 상에 형성하고, 상기 2개의 전극 사이에 전압을 인가하여 기판에 대해서 수평방향으로 전계를 발생시킨다. 즉, 액정 분자의 장축이 기판에 대하여 일어서지 않게 된다.
이 때문에, 시각방향에 대한 액정의 복굴절율의 변화가 작아 종래의 TN방식 액정 표시 장치에 비해 시야각 특성이 월등하게 우수하다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래 기술에 따른 횡전계방식 액정 표시 장치의 구조를 구체적으로 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정 표시 장치의 단면도이다.
일반적인 횡전계방식 액정 표시 장치는 제 1 기판(118)과 제 2 기판(119)을 대향 합착하여 상기 두 기판 사이에 액정층(130)을 주입하여 형성하는데, 먼저, 상기 제 1 기판(118) 상에 금속을 증착한 후 패터닝하여 복수개의 게이트 배선과, 상기 게이트 배선에서 분기되어 박막트랜지스터 위치에 게이트전극(109)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 전극(109)을 포함한 전면에 게이트 절연막(120)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(120) 상부에 액티브층(115a)과 오믹콘택층(115b)을 이루는 반도체층(115)을 형성한다.
그리고, 상기 게이트 절연막(120) 상부에 상기 게이트 배선과 매트릭스 구조를 이루도록 데이터 배선(110)을 형성한다.
이 때, 상기 데이터배선(110) 형성시, 박막트랜지스터의 소스/드레인 전극(116/117)을 동시에 형성한다.
그리고, 상기 게이트 배선에 평행하도록 공통배선과 공통전극(113)을 형성한다.
그리고, 상기와 같이 형성된 제 1 기판(118) 상의 전면에 보호막(128)을 형성시킨다.
이후, 상기 드레인 전극(117)과 전기적으로 연결되며 상기 데이터 배선(110)에 평행하도록 데이터전극(114)을 형성한다.
그리고, 상기와 같이 형성된 제 1 기판(118) 상의 전면에 제 1 배향막(129)을 형성한다.
한편, 상기 제 2 기판(119) 상에는 빛의 누설을 방지하는 블랙 매트릭스(121)을 형성하고, 상기 블랙 매트릭스(121) 사이에 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 칼라필터 패턴으로 이루어진 칼라필터층(122)을 형성한다.
그리고, 상기 컬러필터층 상부에는 표면을 평탄화하고 컬러필터층(122)을 보호하는 오버코트층(123)을 형성한다.
다음으로, 상기 오버코트층(123) 상부에 제 2 배향막(126)을 형성한다.
이와 같은 액정 표시 장치의 하부 기판인 어레이 기판은 박막을 증착하고 마스크를 이용하여 사진 식각하는 공정을 여러 번 반복함으로써 형성되는데, 통상적으로 마스크 수는 5장 내지 6장이 사용되고 있으며, 마스크의 수가 어레이 기판을 제조하는 공정수를 나타낸다. 사진 식각 공정에는 세정과 감광막의 도포, 노광 및 현상, 식각 등 여러 공정을 수반하고 있다.
따라서, 사진 식각 공정을 한번만 단축해도 제조 시간이 상당히 많이 줄어들고, 제조 비용을 감소시킬 수 있으며 불량 발생율이 적어지므로, 마스크 수를 줄여 어레이 기판을 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명은 횡전계방식 액정 표시 장치에서 회절 노광을 이용하여 화소 전극 및 채널을 형성함으로써 마스크 수를 저감하는 횡전계방식 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판은, 다수의 화소 영역이 정의된 기판과; 상기 화소 영역의 일측에 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선, 상기 게이트 배선과 소정 간격 이격하여 구성된 공통 배선과; 상기 공통 배선에서 연장되어 화소 영역에 형성되는 다수의 공통 전극과, 이와 엇갈려 구성된 다수의 화소 전극과; 상기 게이트 배선과 교차하며 게이트 절연막, 액티브층, 오믹 콘택층, 금속 패턴, 투명 전극 패턴이 적층되어 형성된 데이터 배선과; 상기 게이트 절연막, 액티브층, 오믹 콘택층, 금속 패턴, 투명 전극 패턴이 적층되어 형성된 데이터 패드 및 게이트 패드와; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 지점에 위치하고, 상기 게이트 배선에서 연장된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에서 상기 데이터 배선에서 연장되어 형성된 게이트 절연막, 액티브층 및 오믹 콘택층과, 상기 데이터 배선에서 연장되어 금속 패턴과 투명 전극 패턴이 적층되어 형성되는 소스 전극과, 이와 소정 간격 이격하여 형성되는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 게이트 패드는 상기 투명 전극 패턴이 금속 패턴과 접촉하도록 게이트 패드 콘택홀이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 드레인 전극과 연결되는 투명 전극 패턴은 상기 공통 전극 상으로 연장되어 스토리지 캐패시터를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 드레인 전극과 연결되는 투명 전극 패턴은 화소 전극과 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터 배선, 공통 전극, 화소 전극은 적어도 어느 하나가 지그재그(zigzag) 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터 배선, 공통 전극, 화소 전극은 스트라이프(stripe) 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법은, 다수의 화소 영역을 정의하는 기판 상에 게이트 배선, 공통 배선 및 공통 전극, 게이트 패드를 형성하는 단계와; 상기 기판 전면에 게이트 절연막, 액티브층, 오믹 콘택층, 금속 물질을 적층하여 데이터 배선 물질을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선 물질을 패터닝하여 상기 데이터 배선 물질이 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선 및 데이터 패드와, 상기 데이터 배선에서 연장되는 박막 트랜지스터 영역과, 상기 박막 트랜지스터 영역에서 연장되는 상기 공통 전극 및 공통 배선과, 상기 게이트 배선 및 게이트 콘택홀을 가지는 게이트 패드를 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선 물질 상에 투명한 도전성 물질을 형성하는 단계와; 상기 투명한 도전성 물질 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계와; 상기 포토 레지스트를 회절 노광하여 단차가 있는 포토 레지스트 패턴이 형성되는 단계와; 상기 투명한 도전성 물질을 식각하여 상기 데이터 배선과 박막 트랜지스터 영역 상에 투명 전극 패턴을 형성하고, 상기 박막 트랜지스터 영역과 연결되며 상기 공통 배선과 엇갈려 구성되는 화소 전극을 형성하는 단계와; 상기 투명 전극 패턴을 마스크로 하여 게이트 배선과 공통 배선에서 노출되는 금속 물질, 오믹 콘택층, 액티브층을 식각하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴을 식각하여 박막 트랜지스터 영역에서 투명 전극 패턴, 금속 물질, 오믹 콘택층을 제거하고 소스 전극 및 드레인 전극, 액티브층을 형성하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴을 제거하는 단계와; 상기 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계 이후에, 상기 게이트 패드와 데이터 패드는 AP 플라즈마(Atomospheric Pressure plasma) 또는 식각 용액을 이용한 디핑(dipping)방법에 의해서 보호막이 제거되어 오픈되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 전면에 형성되는 포토 레지스트 패턴은 박막 트랜지스터 영역에서 소정 영역의 두께가 다른 영역의 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판의 개략적인 구성을 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2의 평면도에서 A-A', B-B', C-C'로 단면하여 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판은 소정간격 이격되어 평행하게 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선(208)과, 상기 게이트 배선(208)에 근접하여 평행하게 일 방향으로 구성된 공통 배선(231)과, 상기 두 배선과 교차하며 특히 게이트 배선(208)과는 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(210)이 구성된다.
그리고, 상기 게이트 배선(208)이 연장되어 일단에 게이트 패드(202)가 형성되며, 상기 데이터 배선(210)이 연장되어 일단에 데이터 패드(203)가 형성된다.
이때, 상기 게이트 배선(208)은 Al, Cu, Ta, Ti, Mo, Mo 합금(alloy), Al 합금 등의 금속을 증착한 후 패터닝하여 형성한다.
상기 데이터 배선(210)은 액티브층(215a) 패턴과 Al, Cu, Ta, Ti, Mo, Mo 합금(alloy), Al 합금 등의 금속 패턴(216)과 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 전도성 물질로 이루어지는 투명 전극 패턴(233)이 적층되어 형성된다.
그리고, 상기 공통 배선(231)은 상기 게이트 배선(208) 물질과 동일한 물질로 형성된다.
상기 게이트 배선(208)과 데이터 배선(210)의 교차지점에는 게이트 전극(209)과 액티브층(215a)과 소스 전극(226)및 드레인 전극(227)을 포함하는 박막트랜지스터(TFT)가 구성되며, 상기 게이트 전극(209)은 상기 게이트 배선(208)과 연결된다.
그리고, 상기 소스 전극(226)은 상기 데이터 배선(210) 상에 형성된 투명 전극 패턴(233)과 상기 데이터 배선(210) 하에 형성된 액티브층(215a) 패턴이 게이트 전극(209) 상으로 연장되어 형성된다.
그리고, 상기 드레인 전극(227)은 상기 소스 전극(226)과 동일한 물질로 상기 소스 전극(226)과 마주하며 소정 이격하여 상기 게이트 전극(209) 상에서 형성된다.
이때, 상기 드레인 전극(227)은 화소 영역(P)으로 연장되며 상기 공통 배선 (231)상에 액티브층(215a) 패턴과 금속 패턴(216)과 투명 전극 패턴(233)이 중첩되어 스토리지 캐패시터(storage capacitor)를 형성한다.
그리고, 상기 화소 영역(P)에는 상기 게이트 배선(208)과 평행하게 형성된 공통 배선(231)에서 연장되어 연결되는 공통 전극(213)이 형성된다.
또한, 상기 화소 영역(P)의 상부에는 상기 드레인 전극(227)과 연결되는 화소 전극(214)이 형성된다.
이때, 상기 화소 전극(214)과 상기 공통 전극(213)은 상기 화소 영역(P)에서 서로 교차하며 구성된다.
상기 화소 전극(214)은 상기 드레인 전극(227)과 연결되어 서로 소정간격 이격된 다수의 수직부(214b)와, 상기 수직부(214b)를 하나로 연결하는 수평부(214a)로 구성된다.
상기 공통 전극(213)은 상기 공통 배선(231)에서 수직한 방향으로 연장되고, 상기 화소 전극(214)의 수직부(214b)와 엇갈려 구성되는 다수의 수직부(213b)와, 상기 각 수직부(213b)를 하나로 연결하는 수평부(213a)로 구성된다.
이때, 상기 공통 전극(213)에서 수평부(213a)는 공통 배선(231)으로 이어진다.
이때, 상기 공통 전극(213)의 수직부(213b)와 화소 전극(214)의 수직부(214b)는 지그재그(zigzag) 형상으로 구성되어 서로 엇갈려 구성되어 있다.
도시한 바와 같이, 상기 공통 전극(213)과 화소 전극(214)의 구성을 지그재그 형태의 꺽이는 구조로 형성하고, 한쪽 방향으로 배향 공정을 실행하면 주입된 액정에 인가되는 전기장의 방향을 변화시킬 수 있다.
상기 꺽임 각도는 액정층의 배향 방향에 대해 30도 이하 또는 60도 ~ 120도(90도 제외)로 설정될 수 있다.
이와 같은 전극의 형태는 액정의 배향특성이 서로 대칭성을 가지도록 한다.
그러므로, 한 화소에 위치하는 액정이 모두 해당하는 한 방향으로 배향되지 않고 다양한 방향으로 배향 될 수 있도록 하여, 한 화소에서 배향되는 액정의 배향방향을 다양하게 할 수 있는 멀티 도메인(multi domain)을 유도할 수 있다.
이때, 기본적으로 상기 데이터 배선(210), 화소 전극(214), 공통 전극(213) 중 적어도 어느 하나는 꺽이는 구조를 가지도록 형성하며, 상기 공통 전극(213) 및 화소 전극(214)과 함께 데이터 배선(210)도 지그재그 구조를 가지는 것이 가능하다.
또한, 상기 데이터 배선(210), 화소 전극(214), 공통 전극(213)은 모두 스트라이프(stripe) 형태의 구조를 가질 수도 있다.
도 3의 단면도를 참조하면, 횡전계 방식 액정 표시 장치는 기판(218) 상에 금속을 증착한 후 패터닝하여 복수개의 게이트 배선(208)과, 상기 게이트 배선(208)에서 분기되어 박막 트랜지스터(TFT) 위치에 게이트 전극(209) 및 상기 게이트 배선(208)에서 연장되어 일단에 게이트 패드(202)를 형성한다.
그리고, 상기 게이트 배선(208)과 동일한 물질로 상기 게이트 배선(208)에서 소정 간격 이격하여 평행하게 공통 배선(231)이 형성된다.
그리고, 상기 공통 배선(231)에 이어져 공통 전극(213)이 화소 영역(P)에 형성되는데, 상기 공통 전극(213)의 수평부(213a)에서 수직한 방향으로 형성되는 다수의 수직부(213b)로 이루어진다.
다음으로, 상기 게이트 배선(208)과 공통 배선(231)과 수직으로 교차하는 데이터 배선(210)을 형성한다.
이 때, 상기 데이터배선(210) 형성시, 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(226) 및 드레인 전극(227)을 동시에 형성한다.
그리고, 상기 게이트 배선(208)과 데이터 배선(210)의 교차점에서 상기 게이트 전극(209)의 상부에 구성된 액티브층(215a)과 소스 전극(226) 및 드레인 전극(227)을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT)가 구성된다.
상기 게이트 전극(209) 상부에는 게이트 절연막(220)이 형성되며, 상기 게이트 절연막(220) 상에 액티브층(215a)과 오믹 콘택층(215b)이 이루어진다.
이때, 상기 오믹 콘택층(215b)과 접촉하는 소스 전극(226)은 상기 데이터 배선(210)과 연결되며, 상기 오믹 콘택층(215b)과 접촉하는 드레인 전극(227)은 상기 소스 전극(226)과 소정 간격 이격하여 형성된다.
여기서, 상기 소스 및 드레인 전극(226, 227) 상에는 투명 전극 패턴(233)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 공통 배선(231) 상에는 공통 전극(213)과 게이트 절연막(220)을 사이에 두고 액티브층(215a) 패턴과 금속 패턴(216)과 투명 전극 패턴(233)이 적층되어 스토리지 캐패시터(storage capacitor)를 형성한다.
이때, 상기 투명 전극 패턴(233)은 상기 드레인 전극(227)과 연결되며, 상기 투명 전극 패턴(233)은 화소 전극(214)을 형성한다.
상기 투명 전극 패턴(233)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명한 전도성 물질로 이루어진다.
이와 같이, 상기 드레인 전극(227)과 연결되는 화소 전극(214)은 수평부(214a)와, 상기 수평부(214a)에서 연장된 수직부(214b)로 구성되며, 상기 화소 전극(214)의 수직부(214b)와 서로 교차하며 평행하게 구성되는 공통 전극(213)이 구성된다.
이때, 상기 데이터 배선(210)에서 연장되어 일단에 형성되는 데이터 패드(203)는 게이트 절연막 상에 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 패턴(216), 투명 전극 패턴(233)이 적층되어 형성된다.
그리고, 상기 게이트 전극(202) 상에는 게이트 절연막 상에 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 패턴(216), 투명 전극 패턴(233)이 적층되어 형성되며, 상기 투명 전극 패턴(233)은 게이트 전극(202)과 게이트 패드 콘택홀(242)을 통해서 접촉한다.
그리고, 최종적으로 상기 기판(218) 전면에 보호막(240)을 형성하고, 게이트 패드(202) 및 데이터 패드(203)는 패드 오픈(pad open)한다.
상기 보호막(240)은 유기막인 포토아크릴, BCB나 무기막인 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 일 실시예로서, 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
도 4a는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판에서 제 1 마스크를 이용한 공정을 보여주는 평면도이고, 도 4b는 도 4a에서 A-A', B-B', C-C'로 절단하여 보여주는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 마스크를 이용한 포토리소그래피(photolithography) 공정으로 기판(218) 상에 금속을 증착한 후 패터닝하여 복수개의 게이트 배선(208)과, 상기 게이트 배선(208)에서 분기되어 박막 트랜지스터(TFT) 위치에 게이트 전극(209)을 형성한다.
이때, 상기 게이트 배선(208)은 Al, Cu, Ta, Ti, Mo, Mo 합금(alloy), Al 합금 등의 금속을 증착한 후 패터닝하여 형성한다.
그리고, 상기 게이트 배선(208)에서 연장되어 일단에 게이트 패드(202)를 형성한다.
그리고, 상기 게이트 배선(208)과 동일한 물질로 상기 게이트 배선(208)에서 소정 간격 이격하여 평행하게 공통 배선(231)이 형성된다.
상기 공통 배선(231)과 이어져 공통 전극(213)이 형성되는데, 상기 공통 전극(213)은 상기 공통 배선(231)에서 연장되고, 다수의 수직부(213b)와, 상기 각 수직부(213b)를 하나로 연결하는 수평부(213a)로 구성된다.
이때, 상기 공통 전극(213)의 수직부(213b)는 지그재그(zigzag) 형상으로 구성된다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정으로 형성된 기판(218) 전면에 게이트 절연막(220), 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 물질(216a)을 차례로 적층한다.
상기 게이트 절연막(220)을 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx)등으로 이루어지며, 상기 금속 물질(216a)은 Al, Cu, Ta, Ti, Mo, Mo 합금(alloy), Al 합금 등으로 이루어진다.
도 5a는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판에서 제 2 마스크를 이용한 공정을 보여주는 평면도이고, 도 5b는 도 5a에서 A-A', B-B', C-C'로 절단하여 보여주는 단면도이다.
도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 제 2 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정으로, 기판(218) 상에 형성된 게이트 배선(208), 공통 배선(231)과 수직하게 교차하며 특히 게이트 배선(208)과는 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(210)이 형성된다.
그리고, 상기 데이터 배선(210)이 연장되어 일단에 데이터 패드(203)가 형성된다.
이때, 상기 기판(218) 상에 적층되어 있는 게이트 절연막(220), 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 물질(216a)을 일괄 식각하여 상기 데이터 배선(210) 및 데이터 패드(203)를 형성하게 된다.
따라서, 상기 데이터 배선(210)은 액티브층(215a) 패턴과 Al, Cu, Ta, Ti, Mo, Mo 합금(alloy), Al 합금 등의 금속 패턴(216)이 적층되어 형성된다.
그리고, 상기 데이터 배선(210)은 게이트 배선(208) 및 게이트 패드(202) 상으로 연장되어 형성되며, 상기 공통 배선(231) 상으로 연장되어 형성되어 스토리지 캐패시터를 형성한다.
이때, 상기 게이트 패드(202)에 게이트 패드 콘택홀(242)을 형성한다.
또한, 상기 데이터 배선(210)은 공통 배선(231)과 이어지는 공통 전극(213)상에 적층되어 형성되는데, 상기 공통 전극(213)의 수직부(213b)와 수평부(213a) 상에 게이트 절연막(220), 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 패턴(216)이 형성된다.
따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 배선(208)과 데이터 배선(210)이 교차하는 지점에는 게이트 전극(209) 상에 게이트 절연막(220), 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 패턴(216)이 순서대로 적층되어 패터닝된다.
그리고, 상기 공통 배선(231)과 이어지는 공통 전극(213)의 수평부(213a)에는 상기 게이트 절연막(220) 상에 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 패턴(216)이 순서대로 적층되어 패터닝됨으로써 스토리지 캐패시터를 형성한다.
그리고, 상기 데이터 패드(203) 및 게이트 패드(202)가 게이트 절연막(220) 상에 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 패턴(216)이 순서대로 적층되어 형성된다.
그리고, 상기 게이트 패드(202)에 게이트 패드 콘택홀(242)을 형성한다.
도 6은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판에서 제 3 마스크를 이용한 공정을 보여주는 평면도이고, 도 7a 내지 7d는 도 6에서 A-A', B-B', C-C'로 절단하여 보여주는 단면도이다.
도 6 및 7a에 도시된 바와 같이, 제 3 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정으로 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소 전극(214)을 형성한다.
여기서, 상기 제 3 마스크는 회절 마스크로서, 상기 회절 마스크는 광이 그대로 통과시키는 부분과 격자로 이루어져 광의 회절 및 소멸 현상을 이용하여 광을 일부만 통과시키는 부분과 광을 완전히 차단시키는 부분으로 이루어져 있다.
상기 제 2 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정으로 형성된 기판(218) 상에 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질을 도포하여 회절 노광을 이용하여 패터닝한다.
따라서, 상기 회절 노광에 의해 박막 트랜지스터(TFT)에서 채널이 형성될 부분은 얇고 데이터 배선(210)과 화소 전극(214)과 게이트, 데이터 패드(202, 203) 등의 부분은 두껍게 단차가 있는 포토 레지스트 패턴(280)이 남는다.
이후, 상기 회절 노광에 의해 형성된 포토 레지스트 패턴(280)을 마스크로 하여 습식 식각(wet etch)한다.
따라서, 상기 데이터 배선(210) 및 박막 트랜지스터 영역 상에 투명 전극 패턴(233)이 형성된다.
그리고, 상기 데이터 배선(210)은 연장되어 스토리지 캐패시터로 연결되며, 상기 스토리지 캐패시터 상에서 화소 전극(214)을 형성한다.
상기 화소 전극(214)은 다수의 수직부(214b)와, 상기 각 수직부(214b)를 하나로 연결하는 수평부(214a)로 구성되며, 상기 화소 전극(214)의 수직부(214b)는 상기 공통 전극(213)의 수직부(213b)와 교차하여 형성되며 지그재그(zigzag) 형상으로 구성된다.
그리고, 상기 투명 전극 패턴(233)은 게이트 패드(202) 및 상기 데이터 배선(202)에서 연장되는 데이터 패드(203) 상에도 형성되며, 상기 게이트 패드(202)와 게이트 패드 콘택홀(242)을 통해서 접촉된다.
여기서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트 패턴(280)을 마스크로 하여 식각하면, 상기 공통 전극(213) 상에 형성되어 있는 액티브층(215a), 오믹 콘택층(215b), 금속 패턴(216)은 건식 식각(dry etch)된다.
이와 같이 형성된 투명 전극 패턴(233)상에는 포토 레지스트 패턴이 형성되어 있으며, 상기 포토 레지스트 패턴(280)은 애쉬(ash) 공정을 거친 후에 이를 마스크로 하여 재 식각한다.
그러면, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 박막 트랜지스터(TFT) 영역의 채널 부분에 회절 노광에 의해 형성된 포토 레지스트 패턴(280)의 얇은 부분을 통하여 상기 투명 전극 패턴(233)과 금속 패턴(216)과 오믹 콘택층(215b)이 제거된다.
따라서, 상기 투명 전극 패턴(233)은 상기 게이트 전극(209) 상으로 소정 연장되어 소스 전극 패턴(233s)을 형성하며, 상기 소스 전극 패턴(233s)과 소정 이격하여 게이트 전극(209) 상에서 상기 드레인 전극 패턴(233d)을 형성한다.
이어서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 남아 있는 포토 레지스트 패턴(280)를 제거한다.
따라서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)에서 소스 및 드레인 전극(226, 227) 상에 상기 투명 전극 패턴(233)으로 이루어져 있는 소스 전극 패턴(233s)과 드레인 전극 패턴(233d)에 의해서 금속 패턴(216), 오믹 콘택층(215b)이 제거되어 소스 전극(226), 드레인 전극(227)과 액티브층(215a)으로 이루어지는 채널(channel)이 형성된다.
그리고, 도시된 바와 같이, 상기 기판(218) 전면에 보호막(240)을 형성한다.
상기 보호막(240)은 유기막인 포토아크릴, BCB나 무기막인 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성할 수 있다.
그리고, 최종적으로 상기 게이트 패드(202) 및 데이터 패드(203)는 패드 오픈(pad open)한다.
여기서, 상기 패드 오픈하는 방법으로는 건식 패드 오픈 방법과 습식 오픈 방법이 있다.
상기 건식 패드 오픈 방법으로는 AP 플라즈마(Atomospheric Pressure plasma)를 이용한 패드 오픈 방법으로 빔 타입(beam type)의 AP 플라즈마를 이용하여 기판 상의 패드 부분만을 선택적으로 스캐닝하여 패드 상의 보호막을 제거함으로써 패드를 오픈하는 방법과 바 타입(bar type)의 AP 플라즈마를 이용하여 패드 부분만을 선택적으로 오픈하는 방법이 있다.
그리고, 상기 습식 패드 오픈 방법으로는 액정 셀(cell) 합착 후에 패널의 모서리 부분에 형성되어 있는 패드부를 식각 용액(etchant)에 디핑(dipping)하여 보호막 또는 게이트 절연막과 같은 식각 대상 물질을 제거함으로써 패드를 오픈하는 방법이다.
이상 전술한 바와 같이, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 횡전계방식 액정 표시 장치용 어레이 기판에서 마스크를 저감하여 제조 비용을 절감하고 공정을 간소화하여 제조수율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판의 개략적인 구성을 보여주는 평면도.
도 3은 도 2의 평면도에서 A-A', B-B', C-C'로 단면하여 보여주는 단면도.
도 4a는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판에서 제 1 마스크를 이용한 공정을 보여주는 평면도.
도4b는 도 4a에서 A-A', B-B', C-C'로 절단하여 보여주는 단면도.
도 5a는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판에서 제 2 마스크를 이용한 공정을 보여주는 평면도.
도 5b는 도 5a에서 A-A', B-B', C-C'로 절단하여 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판에서 제 3 마스크를 이용한 공정을 보여주는 평면도.
도 7a 내지 7d는 도 6에서 A-A', B-B', C-C'로 절단하여 보여주는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
202 : 게이트 패드 203 : 데이터 패드
209 : 게이트 전극 210 : 데이터 배선
208 : 게이트 배선 213 : 공통 전극
214 : 화소 전극 215a : 액티브층
215b : 오믹 콘택층 216a : 금속 물질
216 : 금속 패턴 226 : 소스 전극
227 : 드레인 전극 218 : 기판
220 : 게이트 절연막 233 : 투명 전극 패턴
233s : 소스 전극 패턴 233d : 드레인 전극 패턴
240, 340 : 보호막 280 : 포토 레지스트 패턴

Claims (9)

  1. 다수의 화소 영역이 정의된 기판과;
    상기 화소 영역의 일측에 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선, 상기 게이트 배선과 소정 간격 이격하여 구성된 공통 배선과;
    상기 공통 배선에서 연장되어 화소 영역에 형성되는 다수의 공통 전극과, 이와 엇갈려 구성된 다수의 화소 전극과;
    상기 게이트 배선과 교차하며 게이트 절연막, 액티브층, 오믹 콘택층, 금속 패턴, 투명 전극 패턴이 적층되어 형성된 데이터 배선과;
    상기 게이트 절연막, 액티브층, 오믹 콘택층, 금속 패턴, 투명 전극 패턴이 적층되어 형성된 데이터 패드 및 게이트 패드와;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 지점에 위치하고, 상기 게이트 배선에서 연장된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에서 상기 데이터 배선에서 연장되어 형성된 게이트 절연막, 액티브층 및 오믹 콘택층과, 상기 데이터 배선에서 연장되어 금속 패턴과 투명 전극 패턴이 적층되어 형성되는 소스 전극과, 이와 소정 간격 이격하여 형성되는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트 패드는 상기 투명 전극 패턴이 금속 패턴과 접촉하도록 게이트 패드 콘택홀이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 드레인 전극과 연결되는 투명 전극 패턴은 상기 공통 전극 상으로 연장되어 스토리지 캐패시터를 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 드레인 전극과 연결되는 투명 전극 패턴은 화소 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 배선, 공통 전극, 화소 전극은 적어도 어느 하나가 지그재그(zigzag) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 배선, 공통 전극, 화소 전극은 스트라이프(stripe) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  7. 다수의 화소 영역을 정의하는 기판 상에 게이트 배선, 공통 배선 및 공통 전극, 게이트 패드를 형성하는 단계와;
    상기 기판 전면에 게이트 절연막, 액티브층, 오믹 콘택층, 금속 물질을 적층하여 데이터 배선 물질을 형성하는 단계와;
    상기 데이터 배선 물질을 패터닝하여 상기 데이터 배선 물질이 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선 및 데이터 패드와, 상기 데이터 배선에서 연장되는 박막 트랜지스터 영역과, 상기 박막 트랜지스터 영역에서 연장되는 상기 공통 전극 및 공통 배선과, 상기 게이트 배선 및 게이트 콘택홀을 가지는 게이트 패드를 형성하는 단계와;
    상기 데이터 배선 물질 상에 투명한 도전성 물질을 형성하는 단계와;
    상기 투명한 도전성 물질 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계와;
    상기 포토 레지스트를 회절 노광하여 단차가 있는 포토 레지스트 패턴이 형성되는 단계와;
    상기 투명한 도전성 물질을 식각하여 상기 데이터 배선과 박막 트랜지스터 영역 상에 투명 전극 패턴을 형성하고, 상기 박막 트랜지스터 영역과 연결되며 상기 공통 배선과 엇갈려 구성되는 화소 전극을 형성하는 단계와;
    상기 투명 전극 패턴을 마스크로 하여 게이트 배선과 공통 배선에서 노출되는 금속 물질, 오믹 콘택층, 액티브층을 식각하는 단계와;
    상기 포토 레지스트 패턴을 식각하여 박막 트랜지스터 영역에서 투명 전극 패턴, 금속 물질, 오믹 콘택층을 제거하고 소스 전극 및 드레인 전극, 액티브층을 형성하는 단계와;
    상기 포토 레지스트 패턴을 제거하는 단계와;
    상기 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계 이후에,
    상기 게이트 패드와 데이터 패드는 AP 플라즈마(Atomospheric Pressure plasma) 또는 식각 용액을 이용한 디핑(dipping)방법에 의해서 보호막이 제거되어 오픈되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 기판 전면에 형성되는 포토 레지스트 패턴은 박막 트랜지스터 영역에서 소정 영역의 두께가 다른 영역의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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