JP2007140458A - 液晶表示装置アレイ基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ストレージキャパシタの面積を減らしても、容量を維持するようにした液晶表示装置のアレイ基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に形成される複数のゲート配線９０及びゲート配線９０に交差するように複数形成されるデータ配線９２と、ゲート配線９０及びデータ配線９２の交差部に形成される薄膜トランジスタＴと、ゲート配線９０に平行に形成されるストレージキャパシタ第１電極１３０と、薄膜トランジスタＴのドレイン電極１１６と電気的に接触されて第１電極１３０領域上に形成されるストレージキャパシタ第２電極１３６を含む画素電極と、ゲート配線９０の所定領域及びデータ配線９２と薄膜トランジスタＴが形成される領域に対応するように前記基板上に形成されるブラックマトリックス９５と、が含まれる。
【選択図】図２

Description

本発明は液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に、ストレージキャパシタの面積を減らしながらも容量を維持するようにした液晶表示装置アレイ基板及びその製造方法に関する。

一般に、画像情報を画面に示す画面表示装置の中で、ブラウン管表示装置（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）が、今まで最も多く使われてきたが、これは表示面積に比べて装置自体の体積が大きくて重いため、その使用に多くの不便さがあった。

これによって、表示面積が大きくても、厚さが薄くてどの場所でも容易に使うことができる薄膜型平板表示装置が開発されており、ますますブラウン管表示装置に代替されている。特に、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）は、表示解像度が他の異なる平板表示装置よりすぐれており、動画像を具現するとき、その品質はブラウン管より反応速度が早い特性を示している。

公知のように、液晶表示装置の駆動原理は、液晶の光学的異方性と分極性質とを利用したものである。液晶は、構造が細くて長いので、分子配列に方向性と分極性とを持っている液晶分子に人為的に電磁気場を印加して分子配列方向を調節することができる。

よって、配向方向を任意に調節することで、液晶の光学的異方性によって液晶分子の配列方向に沿って光を透過あるいは遮断させることができ、色相及び映像を表示することができるようになる。

そして、アクティブマトリックス型液晶表示装置は、マトリックス形態に配列された各画素に非扇形特性を持ったアクティブ素子を付加し、この素子のスイッチング特性を利用して各画素の動作を制御し、液晶の電気光学效果を通じてメモリ機能を具現したものである。

一方、このようなアクティブマトリックス型液晶表示装置は、表示されるイメージの均一性（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を確保するためにデータ配線を通じて入力された信号電圧を次の入力時まで一定時間の間維持させる必要があり、このために液晶セルと平行にストレージキャパシタを形成させる。

そして、液晶表示装置で形成されるストレージキャパシタは、充電のための電極を使う方式によってオンコマン（ｏｎ ｃｏｍｍｏｎ）方式とオンゲート（ｏｎ ｇａｔｅ）方式に区分される。

これらの方式を比べると、オンゲート方式は、ｎ−１番目の走査線の一部をｎ番目画素の充電電極で使う方式で、開口率の減少の程度が少なく、ＮＷ方式（Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｗｈｉｔｅ Ｍｏｏｄ）で点欠陷発生の時、目立つことなく、歩留まりが良い反面、走査信号時間が長くなるという短所がある。

そして、オンコマン方式は、充電電極を別に配線して使う方式で、走査信号時間が短い反面、開口率の減少の程度が大きく、ＮＷ方式で点欠陷発生の時、目立ち、歩留まりが良くないという短所がある。

以後、図１を参照して従来のオンコマン方式のストレージキャパシタに対して簡単に説明する。

図１は、従来の液晶表示装置に形成されるオンコマン方式のストレージキャパシタが形成された液晶表示装置のアレイ基板を概略的に示した図面である。

図１を参照すれば、オンコマン方式のストレージキャパシタが形成された液晶表示装置のアレイ基板は、下板である絶縁基板上に複数のゲート配線９，１９とデータ配線１０，２０が交差して交差部を形成している。

任意のデータ配線、例えばデータ配線（信号線）１０、および任意のゲート配線、例えばゲート配線（走査線）１９が交差する交差部には、データ配線１０と同一配線であるソース電極１１及びドレイン電極１２と、ゲート配線１９と同一配線であるゲート電極１４と、半導体層１３とを具備する薄膜トランジスタＴＦＴが形成されている。

また、画素電極１５が走査線１９及び信号線１０と一定の間隔を置いてドレイン電極１２に連結されて形成されている。そして、ストレージキャパシタの第１電極１６が前記ゲート配線１９と平行に位置するが、画素電極１５を横切って形成されている。

このような構成を持つオンコマン方式のストレージキャパシタは、ストレージキャパシタの第２電極である画素電極１５と、ゲート電極１４と同一物質で形成されるストレージキャパシタの第２電極１６との間に電荷を蓄電させるようになる。この時、前記ストレージキャパシタに蓄電される静電容量（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）は、公知のように蓄電される静電容量の大きさはＣ＝ε＊Ａ／ｄによってあらわすことができる。ここで、Ｃは静電容量（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）、εは誘電定数、Ａは電極の面積、ｄは電極間の距離を示す。

しかし、このような従来のオンコマン方式のストレージキャパシタを具備する場合、画素領域の中で前記ストレージキャパシタが具備された領域に対してはバックライト背面光が透過されず、全体的に開口率が減少するという問題がある。

また、液晶表示装置に表示されるイメージの均一性を確保するためには、前記ストレージキャパシタによって蓄電される静電容量は大きいことが要求されが、上述で説明した従来のストレージキャパシタは、静電容量を増やすために面積を広げると、開口率が減少し、これによって前面輝度が全体的に減少するという短所がある。

一方、前記従来の液晶表示装置のアレイ基板及びその製造方法に関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１がある。
大韓民国特許出願公開第２００１／０８７４５６号明細書

したがって、本発明は、オンコマン方式のストレージキャパシタが具備される液晶表示装置において、ストレージキャパシタの第１電極を透明導電性金属で形成し、データ配線とゲート配線との所定領域及び薄膜トランジスタが形成された領域に対応する基板の一面にブラックマトリックスを形成してバックライト背面光による薄膜トランジスタの誤動作を防止し、これを通じて液晶表示装置の開口率の減少なしにストレージキャパシタの静電容量を増加させるようにする液晶表示装置アレイ基板及びその製造方法を提供することにその目的がある。

前記目的を果たすために本発明の実施形態による液晶表示装置アレイ基板は、基板上に形成される複数のゲート配線及び前記ゲート配線に交差するように複数形成されるデータ配線と、前記ゲート配線及び前記データ配線の交差部に形成される薄膜トランジスタと、前記ゲート配線に平行に形成されるストレージキャパシタの第１電極と、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と電気的に接触されて前記第１電極領域上に形成されるストレージキャパシタの第２電極を含む画素電極と、前記ゲート配線の所定領域及び前記データ配線と前記薄膜トランジスタとが形成される領域に対応するように前記基板上に形成されるブラックマトリックスとが含まれて構成されることを特徴とする。

また、本発明による液晶表示装置アレイ基板の製造方法は、基板上の特定領域にブラックマトリックスが形成される段階と、複数のゲート配線と、薄膜トランジスタのゲート電極及び前記ゲート配線に平行なストレージキャパシタの第１電極が形成される段階と、前記ゲート配線及び前記ストレージキャパシタの第１電極上に絶縁膜が形成される段階と、前記絶縁膜上に複数のゲート配線と交差する複数のデータ配線及び薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極が形成される段階と、前記データ配線及びソース電極、及びドレイン電極上に保護層が形成される段階と、前記保護層上のコンタクトホールを通じて前記薄膜トランジスタのドレイン電極と電気的に接触されて、前記ストレージキャパシタの第１電極領域と一部重畳されるように形成される画素電極が形成される段階とが含まれることを特徴とする。

このような本発明によれば、ストレージキャパシタの第１電極を透明導電性金属で形成し、データ配線とゲート配線の所定領域及び薄膜トランジスタが形成された領域に対応する基板の一面にブラックマトリックスを形成してバックライト背面光による薄膜トランジスタの誤動作を防止し、これを通じて液晶表示装置の開口率の減少なしにストレージキャパシタの静電容量を増加させる効果がある。

また、これを通じてゲート電極に印加されるゲート信号と画素電極の間のカップリング現象によって発生される画素電圧の電圧ひずみ（ｋｉｃｋ ｂａｃｋ ｖｏｌｔａｇｅ）を減少させることができ、液晶表示装置の駆動部分においても自由度を増加させることができるという効果が得られる。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態をより詳しく説明する。

図２は、本発明の実施形態による液晶表示装置のアレイ基板の平面図、図３は、図２の特定部分Ｉ−Ｉ′に対する断面図である。

図示されたように本発明の実施形態による液晶表示装置のアレイ基板は、第１基板１００上にお互いに交差して形成されたゲート配線９０及びデータ配線９２によって画定される画素領域Ｐと画素領域Ｐ上に形成された画素電極１２０と、薄膜トランジスタＴと、ストレージキャパシタＣｓｔとを含んで構成される。

また、データ配線９２及びゲート配線９０の所定領域と、薄膜トランジスタＴが形成される領域に対応する第１基板１００の面上にバックライト背面光が透過されないようにするブラックマトリックス９５が形成されることを特徴とする。

なお、添付された図面には図示されていないが、本発明による液晶表示装置は、各画素領域Ｐに対応する領域に形成されるカラーフィルタと、前記カラーフィルタの間、及び薄膜トランジスタＴとストレージキャパシタＣｓｔとの所定部分に対応する領域に形成されるブラックマトリックスと、前記カラーフィルタとブラックマトリックス上に透明な共通電極が形成された第２基板と、第１基板１００と前記第２基板の間に充填される液晶とがさらに含まれて構成される。

スイッチング素子である薄膜トランジスタＴは、マトリックス形態（ｍａｔｒｉｘ ｔｙｐｅ）で、各画素領域Ｐの一側に位置し、このような複数の薄膜トランジスタを交差して通り過ぎるゲート配線９０とデータ配線９２とが形成される。画素領域Ｐは、ゲート配線９０とデータ配線９２とが交差して画定される領域である。画素領域Ｐ上に形成される画素電極１２０は、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）のように光の透過率が比較的すぐれた透明導電性金属を使用する。

このような液晶表示装置は、画素電極１２０上に位置した液晶層が薄膜トランジスタＴから印加された信号によって配向され、前記液晶層の配向の程度によって前記液晶層を透過する光の量を調節する方式で画像を表現することができる。

ゲート配線９０は、薄膜トランジスタＴの第１電極であるゲート電極１１０を駆動するパルス電圧を伝達し、データ配線９２は、薄膜トランジスタＴの第２電極であるソース電極１１４を駆動する信号電圧を伝達する。

薄膜トランジスタＴは、ゲート電極１１０と、ソース電極１１４と、ドレイン電極１１６と、アクティブ層（ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）１１２とで構成され、ソース電極１１４は、データ配線９２と連結されて、ゲート電極１１０は、データ配線９２と交差して画素領域Ｐを画定するゲート配線９０と連結されるように構成される。

すなわち、ゲート電極１１０に所定のパルス電圧が印加されれば、アクティブ層１１２が活性化され、このため、ドレイン電極１１６は下部のアクティブ層１１２を経由して所定間隔離隔されたソース電極１１４を通じてソース電極１１４と連結されたデータ配線９２からの信号電圧の伝達を受けるようになる。ドレイン電極１１６は、コンタクトホール１１７を通じて画素電極１２０と電気的に連結され、結果的に前記信号電圧は、画素電極１２０に印加される。

また、図２及び図３を参照すれば、ゲート配線９０と平行にストレージキャパシタの第１電極１３０が形成され、絶縁層及びストレージキャパシタの第２電極１３６に使用される画素電極１２０が第１電極１３０上に順次形成されてストレージキャパシタＣｓｔを成す。この時、前記絶縁層は、ゲート絶縁膜１３２及び／または保護層１４０になることが可能である。

本発明の場合、ゲート配線９０及び第１電極１３０が透明導電性金属で形成されることを特徴とし、このため、ゲート配線９０の所定領域及びデータ配線９２と薄膜トランジスタＴが形成される領域に対応する第１基板１００の面上にバックライト背面光が透過されないようにするブラックマトリックス９５が形成されることを特徴とする。

すなわち、本発明は、ストレージキャパシタの第１電極１３０が透明導電性金属で形成されて、また、ストレージキャパシタの第２電極１３６を画素電極１２０として使用することで、ストレージキャパシタが形成された画素領域が開口領域に活用されて開口率が減少する問題を解消できるようになる。

なお、ゲート配線９０及び第１電極１３０として既存の有色金属でない透明導電性金属を使用することで、配線抵抗が増加されうるが、モバイル機器などに適用される液晶表示装置の場合、配線抵抗の増加は大きく問題にならないので本発明の適用が好ましい。

また、本発明によれば、ストレージキャパシタの第１電極１３０が透明導電性金属で形成されることで、その面積を広げるのに開口率の減少を考慮する必要がなく、結果的にストレージキャパシタの第１電極１３０および第２電極１３６の面積が増加するので、ストレージキャパシタの静電容量をさらに増加させることができる。

また、前記のようにストレージキャパシタを構成することで、ゲート電極に印加されるゲート信号と画素電極との間のカップリング現象によって発生される画素電圧の電圧ひずみ（ｋｉｃｋ ｂａｃｋ ｖｏｌｔａｇｅ）を減少させることができ、液晶表示装置の駆動部分においても自由度を増加させられるという効果を得るようになる。

前記のように構成される液晶表示装置のアレイ基板は、蒸着工程、フォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：以下「フォト」と称する）工程、及びエッチング工程などによって順次形成される。ここで、前記フォト工程は、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏ ｒｅｓｉｓｔ：ＰＲ）が光を受ければ化学反応を起こして性質が変化する原理を利用し、得ようとするパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）のマスクを使って光を選択的にＰＲに照射することで、マスクのパターンと同じパターンを形成させる工程である。このようなフォト工程は、一般写真のフィルムにあたるフォトレジストを塗布するＰＲ塗布工程、マスクを利用して選択的に光を照射する露光工程、次に現像液を利用して光を受けた部分のＰＲをとり除いてパターンを形成させる現像工程で構成される。

図４ａないし図４ｄは、本発明の実施形態による液晶表示装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。

まず、図４ａを参照すれば、絶縁基板上にブラックマトリックスで使われる物質を前面に形成し、これをマスクを利用してパターンし、現像することで、後ほど形成されるデータ配線及びゲート配線の所定領域と薄膜トランジスタ領域とにブラックマトリックス９５を形成する。

次に、図４ｂに示されたように所定の金属をブラックマトリックス９５が所定領域形成された基板１００前面に蒸着してマスクを利用してパターンし、現像することで、ゲート配線９０、ゲート電極１１０、及びストレージキャパシタの第１電極１３０を形成する。

なお、上述で説明したように、本発明の場合、前記所定の金属はＩＴＯまたはＩＺＯのような透明導電性金属を使うことを特徴とする。

次に、図４ｃに示されたようにゲート配線９０などが形成された基板１００上にゲート絶縁膜１３２と、非晶質半導体層（シリコン層）と不純物が含有された非晶質半導体層（シリコン層）と導電性金属層を蒸着し、フォト工程及びエッチング工程を通じてゲートライン９０と交差して画素領域を画定するデータライン９２と、データライン９２から垂直に所定面積で突出形成されたソース電極１１４と、これと所定間隔離隔されたドレイン電極１１６を形成する。

その次に、前記パターンされた金属層をエッチング防止膜にして露出した不純物非晶質シリコン層をエッチングし、ソース電極１１４とドレイン電極１１６上に前記非晶質シリコン層が露出されるようにすることで、アクティブ層１１２を具現し、これを通じてゲート電極１１０、ソース電極１１４、ドレイン電極１１６、及びアクティブ層１１２が構成される薄膜トランジスタＴが形成される。

次に、図４ｄに示されたように、データライン９２などが形成された基板上に絶縁物質で保護層１４０を形成した後にパターンし、ドレイン電極１１６上部にコンタクトホール１１７を形成し、コンタクトホール１１７を通じてドレイン電極１１６と接触する画素電極１２０を形成する。

この時、画素電極１２０は、上述で説明したゲート配線９０のように透明導電性金属を形成し、画素領域Ｐ内に形成されるもので、第１電極１３０と重畳される領域に形成される画素電極１２０は、ストレージキャパシタＣｓｔの第２電極１３６として使われる。

すなわち、画素電極１２０は、コンタクトホール１１７を通じてドレイン電極１１６と電気的に接続するようになって薄膜トランジスタＴを通じて流入される信号電圧の印加を受けるのみならず、第１電極１３０と所定領域重畳されるように形成されてストレージキャパシタの第２電極１３６として使われるのである。

結果的に本発明によれば、ストレージキャパシタの第１電極１３０が透明導電性金属で形成されることで、その面積を広げるのに開口率減少の側面を考慮する必要がなく、ストレージキャパシタの第１電極１３０および第２電極１３６の面積が増加するのでストレージキャパシタの静電容量をさらに増加させることができる。

以上、添付した図面を参照して本発明について詳細に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができる。

従来の液晶表示装置に形成されるオンコマン方式のストレージキャパシタが形成された液晶表示装置のアレイ基板を概略的に示した図面である。 本発明の実施形態による液晶表示装置のアレイ基板の平面図である。 図２の特定部分Ｉ−Ｉ′に対する断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。

符号の説明

９０ ゲート配線、
９２ データ配線、
９５ ブラックマトリックス、
１００ 第１基板、
１１０ ゲート電極、
１１２ アクティブ層、
１１４ ソース電極、
１１６ ドレイン電極、
１２０ 画素電極、
１３０ 第１電極、
１３２ 絶縁膜、
１３６ 第２電極。

Claims (10)

1. 基板上に形成される複数のゲート配線及び前記ゲート配線に交差するように複数形成されるデータ配線と、
   前記ゲート配線及び前記データ配線の交差部に形成される薄膜トランジスタと、
   前記ゲート配線に平行に形成されるストレージキャパシタの第１電極と、
   前記薄膜トランジスタのドレイン電極と電気的に接触されて前記第１電極領域上に形成されるストレージキャパシタの第２電極を含む画素電極と、
   前記ゲート配線の所定領域及び前記データ配線と前記薄膜トランジスタとが形成される領域に対応するように前記基板上に形成されるブラックマトリックスと、
   が含まれて構成されることを特徴とする液晶表示装置アレイ基板。
2. 前記ストレージキャパシタの第１電極及び前記画素電極は、
   透明導電性金属で形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置アレイ基板。
3. 前記ストレージキャパシタの第１電極は、
   前記ゲート配線を形成する物質と同一物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置アレイ基板。
4. 前記ストレージキャパシタの第１電極は、
   前記ゲート配線と同じ層に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置アレイ基板。
5. 前記ストレージキャパシタの第１電極及びストレージキャパシタの第２電極の間には絶縁層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置アレイ基板。
6. 前記絶縁層は、
   ゲート絶縁膜及び／または保護膜であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置アレイ基板。
7. 前記薄膜トランジスタＴは、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極とアクティブ層で構成され、
   前記ソース電極は、前記データ配線と連結されて、
   前記ゲート電極は、前記データ配線と交差して前記画素領域を画定する前記ゲート配線と連結されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置アレイ基板。
8. 基板上の特定領域にブラックマトリックスが形成される段階と、
   複数のゲート配線と、薄膜トランジスタのゲート電極、及び前記ゲート配線に平行なストレージキャパシタの第１電極が形成される段階と、
   前記ゲート配線及び前記ストレージキャパシタの第１電極上に絶縁膜が形成される段階と、
   前記絶縁膜上に複数のゲート配線と交差する複数のデータ配線及び薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極が形成される段階と、
   前記データ配線、ソース電極、及びドレイン電極上に保護層が形成される段階と、
   前記保護層上のコンタクトホールを通じて前記薄膜トランジスタのドレイン電極と電気的に接触され、前記ストレージキャパシタの第１電極の領域と一部重畳されるように形成される画素電極が形成される段階と、
   が含まれることを特徴とする液晶表示装置アレイ基板の製造方法。
9. 前記基板上の特定領域は、
   前記ゲート配線の所定領域及びデータ配線と薄膜トランジスタとが形成される部分に対応する領域であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置アレイ基板の製造方法。
10. 前記ストレージキャパシタの第１電極及び前記画素電極は、
    透明導電性金属で形成されることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置アレイ基板の製造方法。

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