JP2007334284A - 液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法 - Google Patents

液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法 Download PDF

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Abstract


【課題】本発明は、液晶表示装置用アレイ基板に係り、より詳しくは、有機半導体物質を半導体層とする液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明は、基板上に金属物質で構成されて、相互に離隔して形成された第1ソース電極及び第1ドレイン電極と;透明導電性物質で構成されて、前記第1ソース電極及び前記第1ドレイン電極の上部面を覆う第2ソース電極及び第2ドレイン電極と;前記第2ドレイン電極と接触する画素電極と;前記基板上に形成された有機半導体層と;前記基板上に形成されたゲート絶縁膜と;前記基板上に形成されたゲート電極とを含むことを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板を提供する。
【選択図】図4F

Description

本発明は、液晶表示装置用アレイ基板に係り、より詳しくは、有機半導体物質を半導体層とする液晶表示装置用アレイ基板及びその製造方法に関する。
近来、社会が本格的な情報化時代に入ることによって、各種の電気的信号情報を視覚的に表現するディスプレー分野が急速度に発展している。
最近、薄形化、軽量化、低消費電力化等の優れた性能を保有している薄膜トランジスタTFT型の液晶表示装置TFT-LCDが開発され、既存のブラウン管CRTに代替している。
液晶表示装置の画像表示原理は、液晶の光学的異方性と分極性質を利用する、液晶は、分子構造が細くて長く、配列に方向性を有する光学的異方性と、電場内に置かれる場合に、その大きさによって分子の配列方向が変化する分極性質を有する。
従って、液晶表示装置は、液晶層を間に、相互に向かい合う面に、各々画素電極と共通電極が形成されたアレイ基板とカラーフィルター基板を合着させて構成する液晶パネルを構成要素として、前記電極間の電場の変化によって液晶分子の配列方向を任意的に調節し、この時、変化される光の通過率を利用して多様な画像を表示する。
最近、特に、画像表現の基本単位である画素を行列方式に配列して、スイッチング素子を各画素に配置させて、独立的に制御する能動行列方式が解像度及び動画像表示能力に優れていることから注目を浴びているが、このようなスイッチング素子で薄膜トランジスタTFTを使用するのがTFT−LCDである。
より詳しくは、一般の液晶表示装置の分解斜視図である図1を参照して説明する。
図1に示したように、液晶表示装置は、相互に向かい合う第1基板12及び第2基板22と、両基板12、22間に介される液晶層30を含む。
第1基板12には、相互に交差して多数の画素領域Pを定義する複数のゲート配線14とデータ配線16が形成されており、ゲート配線14及びデータ配線16の交差地点には、薄膜トランジスタTが形成される。また、各画素領域Pには、薄膜トランジスタTに連結される画素電極18が形成される。
第1基板12と向かい合う第2基板22は、格子状のブラックマトリックス25、カラーフィルター層26、共通電極28を含む。ブラックマトリックス25は、第1基板12のゲート配線14、データ配線16、薄膜トランジスタT等の非表示領域に対応する。カラーフィルター層26は、ブラックマトリックス25の格子内に形成され各画素領域Pに対応して、赤色、緑色、青色のサブカラーフィルター26a、26b、26cを含む。また、ブラックマトリックス25とカラーフィルター層26の全面にかけて透明な共通電極28を備える。
図面には示してないが、液晶層30の漏洩を防ぐために、第1基板12及び第2基板22の端側に沿ってシールパターンが形成されており、第1基板12及び第2基板22と液晶層30間には、配向膜が形成される。また、第1基板12及び第2基板22の少なくとも一つの外部面には偏光板を備える。
また、第1基板12の背面には、バックライトアセンブリを備えて液晶層30に光を供給する。ゲート配線14に薄膜トランジスタTのオン(on)/オフ(off)信号が順にスキャン印加されると、選択された画素領域Pの画素電極18にデータ配線16の画像信号が伝達され、画素電極18と共通電極28間に垂直電界が形成される。垂直電界によって液晶分子の透過率が変化されて、これを利用して画像を表示する。
一方、このような液晶表示装置において、第1透明基板12及び第2透明基板22は、一般にガラス基板が使用されている。しかし、最近は、ラップトップコンピュータやPDAのような小型の携帯用端末機が幅広く普及されることによって、これに適用できるように、ガラスより軽量であると同時に、柔軟な特性があって、破損危険の少ないプラスチック基板を利用した液晶パネルが提案されている。
ところで、スイッチング素子である薄膜トランジスタTが形成されるアレイ基板の製造には、200℃以上の高温工程が多い。従って、耐熱性及び耐化学性がガラス基板より落ちるプラスチック基板を利用して前記アレイ基板を製造するには困難があって、上部基板を構成するカラーフィルター基板だけをプラスチック基板で製造して、下部基板のアレイ基板は、通常のガラス基板を利用して液晶表示装置を製造しているのが実情である。
特に、非晶質シリコン(a-Si)やポリシリコン(Poly-Si)を利用して200℃以下の低温工程によって半導体層を形成する場合、半導体体的特性が低下され、自体欠陷が多く、スイッチング素子としての役割を満足にできない問題がある。
このような問題を解決するために、200℃以下の低温工程で有機半導体物質を利用してプラスチック材質の基板上に有機半導体層を含む薄膜トランジスタを形成することが提案される。
以下、有機半導体物質を利用して200℃以下の低温工程で有機半導体層を形成する液晶表示装置陽アレイ基板の製造方法を説明する。
200℃以下の低温工程で薄膜トランジスタを含む画素を形成することにおいて、電極と配線を形成する金属物質と絶縁膜と保護膜等の形成は、低温蒸着またはコーティングの方法などを介して形成しても薄膜トランジスタの特性に別影響を与えないが、半導体層を一般の半導体物質であるシリコンを使用して低温工程により形成するようになれば、耐久構造が緻密ではなく電気伝導度等の重要特性が低下する問題が発生する。従って、これを克服しようとシリコンなどの従来の半導体物質の代わりに半導体特性を有した有機物質を利用して半導体層を形成している。
以下、図面を参照して、一例として従来の有機半導体物質を利用した有機半導体層を有する液晶表示装置用アレイ基板の製造方法を説明する。
図2は、従来の有機半導体物質を利用した有機半導体層を有する液晶表示装置用アレイ基板を製造する過程のうち、有機半導体物質を利用して有機半導体層及びゲート絶縁膜を形成する段階までを示した断面図である。
プラスチックまたはガラス材質の透明な絶縁基板51上に、大変高い仕事関数値を有する金(Au)を蒸着してパターニングし、相互に離隔するソース電極55及びドレイン電極57と、ソース電極57に連結されて、一方向に延長するデータ配線(図示せず)を形成する。
金(Au)で構成されるソース電極55及びドレイン電極57とデータ配線(図示せず)上に、透明導電性物質を蒸着してパターニングし、ドレイン電極57と接触する画素電極60を形成する。連続して、シャドーマスク(図示せず)を利用して有機半導体物質を蒸着したり、または液状の有機半導体物質を塗布したりすることによってソース電極55及びドレイン電極57と同時に接触して、これら両電極55、57の離隔領域に有機半導体層63を形成して、その上にゲート絶縁膜67を形成する。
この時、ソース電極55及びドレイン電極57とデータ配線(図示せずを金(Au)で形成するのは、金(Au)は、一般的な多くの金属物質のうちで仕事関数値が最も高い金属物質のうちの一つであって、電気抵抗が小さいからである。
より詳しく説明すると、一般にアレイ基板の配線形成に利用される金属物質、例えば、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等は、その仕事関数値が各々4.26eV、4.28eV、4.5eV程度の値を有する一方、金(Au)は、5.1eVの仕事関数値を有する。
200℃以下の低温工程によって行われるアレイ基板の製造において、半導体層を形成する有機半導体物質としては、ペンタセンまたはポリチオフェンが利用されている。このようなペンタセンまたはポリチオフェンと接触するソース電極及びドレイン電極を構成する金属物質との界面には、エネルギー障壁が存在するが、このようなエネルギー障壁は、ソース電極及びドレイン電極を構成する金属物質の仕事関数値に反比例する。
従って、金属物質のうち、仕事関数値が最も高い金属の一つである金(Au)でソース電極及びドレイン電極を形成することによって半導体層とソース電極及びドレイン電極との界面でのエネルギー障壁を低くして薄膜トランジスタの特性を向上させる。
しかし、高い仕事関数値によって半導体層との界面でエネルギー障壁の大きさを最大限に低めることができる金(Au)は、基板上に蒸着時、拡散が起き易くて、線幅が合わせ難い。また、金(Au)は、工程チェンバー内で基板に蒸着されるが、蒸着過程で基板以外に工程チェンバー内の内壁にも蒸着されて、工程チェンバーの内壁に蒸着された金(Au)が落ちて異物として作用することによって不良を発生させている実情である。さらに、金(Au)を使用することは、製造費用の上昇をもたらす。
本発明は、前述した問題を解決するために、価格が高くないながらも基板または他の物質との接着力が優れて、仕事関数値が比較的に高い導電性物質であるインジウムースズーオキサイド(ITO)を利用して有機半導体物質で構成された有機半導体層と接触するソース電極及びドレイン電極を形成する。これによって、製造工程的側面及び費用的側面で従来の金(Au)を利用することに比べて向上した效果を有するアレイ基板を提供することをその目的とする。
前述したような目的を達成するための有機半導体物質を利用した本発明の実施例による液晶表示装置用アレイ基板は、基板上に金属物質で構成されて、相互に離隔して形成された第1ソース電極及び第1ドレイン電極と;透明導電性物質で構成されて、前記第1ソース電極及び前記第1ドレイン電極の上部面を覆う第2ソース電極及び第2ドレイン電極と;前記第2ドレイン電極と接触する画素電極と;前記基板上に形成された有機半導体層と;前記基板上に形成されたゲート絶縁膜と;前記基板上に形成されたゲート電極とを含むことを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板を提供する。
前記第1ソース電極から延長して形成されて、前記第1ソース電極と同一物質で構成される第1データ配線と、前記第2ソース電極から延長して形成されて、前記第2ソース電極と同一物質で構成される第2データ配線とで構成されるデータ配線をさらに含む。
前記第2データ配線は、前記第1データ配線の上部面を覆う形状であって、また、前記第2データ配線は、前記第1データ配線の側面を覆う。
前記ゲート電極の上部に形成されて、前記ゲート配線を露出させるゲートコンタクトホールを有する第1保護層と;前記第1保護層の上部に形成されて、前記ゲートコンタクトホールを通じて前記ゲート電極と接触するゲート配線をさらに含む。
前記第1保護層は、前記画素電極を露出させる開口部をさらに含み、前記ゲート配線の上部に形成される第2保護層をさらに含む。
前記透明導電性物質は、インジウムースズーオキサイド(ITO)またはインジウムージンクーオキサイド(IZO)である。
前記画素電極は、前記第2ドレイン電極と同一層に同一物質で構成される。
前記金属物質は、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(AlNd)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、銅合金のうちから選択された一つで構成される。
前記有機半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極は、同一な形態であって、また、前記有機半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極の一端は、相互に一致する。
前記基板と前記有機半導体層間に形成されるバッファ層をさらに含む。
前記第2ソース電極及び前記第2ドレイン電極は、各々前記第1ソース電極と前記第1ドレイン電極の側面を覆う。
前記有機半導体層は、前記第2ソース電極及び前記第2ドレイン電極の上部に形成されて、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極は、前記有機半導体層の上部に連続して積層される。
前記ゲート電極は、モリブデン(Mo)またはクロム(Cr)で構成される。
また、本発明は、基板上に金属物質を利用して相互に離隔する第1ソース電極及び第1ドレイン電極を形成する段階と;前記第1ソース電極及び前記第1ドレイン電極の上部に、各々前記第1ソース電極と前記第1ドレイン電極の上部面を覆う形態の透明導電性物質で構成された第2ソース電極及び第2ドレイン電極を形成する段階と;前記第2ドレイン電極と接触する画素電極を形成する段階と;前記基板上に有機半導体層を形成する段階と;前記基板上にゲート絶縁膜を形成する段階と;前記基板上にゲート電極を形成する段階とを含むことを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板の製造方法を提供する。
前記第1ソース電極から延長して形成されて、前記第1ソース電極と同時に形成される第1データ配線を形成する段階と;前記第2ソース電極から延長して形成されて、前記第2ソース電極と同時に形成される第2データ配線を形成する段階をさらに含む。
前記第2データ配線は、前記第1データ配線の上部面を覆う形態で形成されて、また、前記第2データ配線は、前記第1データ配線の側面を覆う。
前記ゲート電極の上部に、前記ゲート電極を露出させるゲートコンタクトホールを有する第1保護層を形成する段階と;前記第1保護層の上部に、前記ゲートコンタクトホールを通じて前記ゲート電極と接触するゲート配線を形成する段階をさらに含む。
前記第1保護層を形成する段階は、前記第1保護層に前記画素電極を露出させる開口部を形成する段階をさらに含み、また、前記ゲート配線の上部に第2保護層を形成する段階をさらに含む。
前記画素電極は、前記第2ドレイン電極と同時に形成される。
前記有機半導体層の形成段階、前記ゲート絶縁膜の形成段階及び前記ゲート電極の形成段階は、一つのマスクを利用して行われる。
前記有機半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極の一端は、相互に一致する。
前記基板と前記有機半導体層間にバッファ層を形成する段階をさらに含む。
前記有機半導体層の形成段階以前に、前記ソース電極及びドレイン電極を含む基板を酸素(O)プラズマ処理する段階をさらに含む。
前記第2ソース電極及び前記第2ドレイン電極の形成段階は、前記第1ソース電極及び前記第1ドレイン電極の形成段階で利用されたマスクと同一なものを利用して行われる。
前記第2ソース電極及び前記第2ドレイン電極は、各々前記第1ソース電極と前記第1ドレイン電極の側面を覆う。
以下、図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。
本発明による有機半導体物質を利用した液晶表示装置用アレイ基板は、従来の配線で形成した金(Au)の代わりにインジウムースズーオキサイド(ITO)を利用して、有機半導体物質で構成された半導体層と接触するソース電極及びドレイン電極を形成する。これによって、線幅の具現の難しさ及び弱い接着力によって引き起こされる不良等を防いで、製造工程的側面での収率を向上させる。
また、高い貴金属系列の金(Au)を配線として使用しないことによって製造費用を節減して生産性を向上させる。
さらに、低抵抗金属物質とインジウムースズーオキサイド(ITO)の二重層構造であるデータ配線とソース電極及びドレイン電極を形成するのにおいて、低抵抗金属物質層がインジウムースズーオキサイドITO層を形成するためのエッチング液に露されないようにクラッド(clad)構造のデータ配線とソース電極及びドレイン電極を形成する。これによって、アンダーカット現象の発生による有機半導体層の切れ及び内部ボイド形成等による不良を防いで、さらには、薄膜トランジスタの特性低下を防ぐ。
図3Aないし図3Fは、本発明の実施例1による有機半導体層を備える液晶表示装置用アレイ基板のスイッチング素子を含む一つの画素領域の製造段階別の工程断面図である。この時、画素領域P内にスイッチング素子である薄膜トランジスタTrが形成される領域をスイッチング領域TrAと称する。
図面には示してないが、透明な絶縁特性を有する物質で構成された基板上に新水性を有して、基板との接着力が優れる有機物質を利用してバッファ層を形成する。基板は、ガラスまたはプラスチックで構成されて、有機物質は、酸化シリコンSiOである場合がある。バッファ層は、その上部に形成される半導体層と基板との接触特性を向上させて、半導体層が均一な厚さで形成するためである。この時、バッファ層は、必ず形成する必要はなく、基板の特性によって省略されることができる。
図3Aに示したように、基板101上に低抵抗金属物質、例えば、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(AlNd)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、銅合金のうちから選択される金属物質を200℃以下でスパッタリングして蒸着することによって第1金属層(図示せず)を形成し、第1金属層(図示せず)上に仕事関数値が比較的に高い透明導電性物質であるインジウムースズーオキサイド(ITO)を蒸着することによって透明導電性物質層(図示せず)を形成する。
以後、前記透明導電性物質層(図示せず)上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層(図示せず)を形成し、フォトレジスト層(図示せず)を露光マスクを利用した露光及び現像工程を行うことによってフォトレジストパターン181を形成した後、フォトレジストパターン181の外部に露出された透明導電性物質層(図示せず)及びその下部の第1金属層(図示せず)を連続してエッチングすることによって第1低抵抗金属パターン105a及び第2低抵抗金属パターン108aと第1透明導電性物質パターン105b及び第2透明導電性物質パターン108bを形成する。第1低抵抗金属パターン105aと第1透明導電性物質パターン105bは、ソース電極105を構成して、第2低抵抗金属パターン108aと第2透明導電性物質パターン108bは、ドレイン電極108を形成すると同時に、第2低抵抗金属パターン(図示せず)と第3透明導電性物質パターン(図示せず)で構成されるデータ配線(図示せず)を形成する。すなわち、ソース電極105及びドレイン電極108とデータ配線108は、二重層構造である。ソース電極105は、データ配線(図示せず)から延長されて、ソース電極105及びドレイン電極108は、相互に離隔して形成される。この時、基板101には、多数の画素領域Pと画素領域P内に形成されるスイッチング領域TrAが定義されており、ソース電極105及びドレイン電極108は、スイッチング領域TrAに形成される。
ここで、低抵抗金属物質で構成された下部層を各々第1データ配線(図示せず)と第1ソース電極105a及び第1ドレイン電極105bと称して、インジウムースズーオキサイド(ITO)で構成された上部層を各々第2データ配線(図示せず)と第2ソース電極105b及び第2ドレイン電極108bと称する。
105b及び第2ドレイン電極108bと105b及び第2ドレイン電極108bと第2データ配線(図示せず)の上部に残っているフォトレジストパターン(図3Aの181)をアッシングまたはストリップ(strip)工程によって除去する。
以後、第2データ配線(図示せず)と第2ソース電極105b及び第2ドレイン電極108b上に、全面に透明導電性物質、例えば、インジウムースズーオキサイド(ITO)またはインジウムージンクーオキサイド(IZO)を蒸着して、マスク工程を行いパターニングすることによって画素領域Pの内部にドレイン電極108の一端と接触する画素電極113を形成する。
画素電極113がインジウムージンクーオキサイド(IZO)で形成される場合、第2ソース電極105b及び第2ドレイン電極108bは、インジウムージンクーオキサイド(IZO)をパターニングするためのエッチング液に露出されても大きい影響はなく、影響を受けたとしても、エッチングの割合が異なるために、その影響は無視できる程度である。
また、画素電極113をインジウムースズーオキサイド(ITO)で形成する場合、第2ソース電極105b及び第2ドレイン電極108bと同一な物質層になる。しかし、第2ソース電極105b及び第2ドレイン電極108bを含み、その上部に形成される物質層の厚さ程度のみエッチングするようにエッチングの時間を調節することによって第2ソース電極105b及び第2ドレイン電極108bの損傷なしに画素電極113を形成することができる。
図3Cに示したように、データ配線(図示せず)とソース電極105及びドレイン電極108が形成された基板101に、酸素(O)プラズマ工程を行う。
酸素(O)プラズマ工程は、第2ソース電極105b及び第2ドレイン電極108bを構成するインジウムースズーオキサイド(ITO)の仕事関数値を上昇させるためである。このような酸素(O)プラズマ工程を行う前のインジウムースズーオキサイド(ITO)は、4.6eV程度の仕事関数値であるが、酸素(O)プラズマ工程を行うと、4.8eVないし4.9eV程度の仕事関数値になる。
図3Dに示したように、酸素Oプラズマ工程が行われたデータ配線(図示せず)とソース電極105及びドレイン電極108と、ドレイン電極108と接触して形成された画素電極113上に有機半導体物質層(図示せず)を形成する。有機半導体物質層(図示せず)は、液状の有機半導体物質、すなわち、特に移動度等が比較的優れる低分子有機半導体物質で構成される。液状の有機半導体物質は、液状のペンタセンまたはポリチオフェンであって、インクジェット装置、ノズルコーティング装置、バーコーティング装置、スリットコーティング装置、スピンコーティング装置またはプリンティング装置等を利用して塗布される。
以後、有機半導体物質層(図示せず)上に連続して有機絶縁物質、例えば、フルオロポリマーを塗布することによって全面にゲート絶縁物質層(図示せず)を形成する。
ゲート絶縁物質層(図示せず)上に、全面に乾式エッチングの容易な金属物質、例えば、モリブデン(Mo)またはクロム(Cr)を蒸着することによって第2金属層を形成する。
以後、第2金属層上にフォトレジストまたは感光性のポリビニルアルコールPVAまたはフォトアクリルを塗布して露光、現像することによって感光性パターン183を形成する。
感光性パターン183をエッチングマスクとして乾式エッチングを行うことによって感光性パターン183の外部に露出された第2金属層(図示せず)、その下部のゲート絶縁物質層(図示せず)、有機半導体物質層(図示せず)を同時に除去する。
従って、スイッチング領域TrAを除いた領域には、各々データ配線(図示せず)と画素電極113が露出される。また、スイッチング領域TrAには、ソース電極105及びドレイン電極108と接触するアイランド状の有機半導体パターン117、その上部にゲート絶縁膜120、ゲート電極125が形成される。この時、ソース電極105及びドレイン電極108、有機半導体層117、ゲート絶縁膜120、ゲート電極125は、スイッチング素子である薄膜トランジスタTを構成する。
図3Eに示したように、感光性パターン(図3Dの183)をアッシングして除去する。
有機絶縁物質、例えば、ベンゾシクロブテンBCB、フォトアクリル、PVAまたはフルオロポリマーを塗布して保護層130を形成する。または、感光性パターン(図3Dの183)がPVAまたはフォトアクリルで構成される場合、感光性パターン(図2Dの183)を除去しない状態で感光性パターン(図3Dの183)を構成する物質と同一な有機物質をさらに塗布して保護層130を形成することもできる。
以後、保護層130をパターニングすることによってゲート電極125の一部を露出させるゲートコンタクトホール133と画素電極133を露出させる開口部opを形成する。
図3Fに示したように、保護層130上にアルミニウム(Al)、アルミニウム合金(AlNd)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、銅合金のうちから選択される一つの金属物質を200℃ 以下でスパッタリングによって蒸着し、これをパターニングしてゲート配線135を形成することによって本発明の実施例1による液晶表示装置用アレイ基板101が完成される。
ゲート配線135は、ゲートコンタクトホール133を通じてゲート電極125と接触し、データ配線(図示せず)と交差して画素領域Pを定義する。
この時、図面には示してないが、ゲート配線135上に別途の保護層をさらに形成することもできる。
前述した実施例1の場合、有機半導体層と接触するソース電極及びドレイン電極を仕事関数値は高いが、高い金(Au)を比較的仕事関数値の高いインジウムースズーオキサイド(ITO)に代替して、抵抗特性を向上させるために低抵抗金属物質であるアルミニウム(Al)、アルミニウム合金(AlNd)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、銅合金のうちから選択された一つの物質をインジウムースズーオキサイド(ITO)の下部に位置させることによって二重層構造で形成している。
二重層構造のソース電極及びドレイン電極は、インジウムースズーオキサイド(ITO)で構成される第2ソース電極及び第2ドレイン電極と低抵抗金属物質で構成される第1ソース電極及び第2ドレイン電極が同時にパターニングされるが、この場合、上下の二つの層が正確に一つの段差を有するように形成するには限界がある。これは、第1ソース電極及び第1ドレイン電極が第2ソース電極及び第2ドレイン電極をパターニングするためのエッチング液及び画素電極をパターニングするためのエッチング液にも露出され、たとえ少量であっても過エッチングされるからである。
これにより、第1ソース電極及び第1ドレイン電極にアンダーカット現象が発生する可能性が多くて、この場合、その上部に形成される有機半導体層の切れが発生する。また、アンダーカットが発生した部分に空の空間が形成されることによって薄膜トランジスタの特性を低下させる問題が発生する。
従って、本発明の実施例2は、前述した実施例1の問題を改善する液晶表示装置用アレイ基板の製造方法を提案する。
図4Aないし図4Dは、本発明の実施例2による有機半導体層を備える液晶表示装置用アレイ基板のスイッチング素子を含む一つの画素領域の製造段階別の工程断面図である。
まず、図面には示してないが、透明な絶縁特性を有する物質で構成される基板、例えば、ガラスまたはプラスチック材質の基板上に新水性を有して、基板との接着力の優れる物質、例えば、酸化シリコンSiOを蒸着することによってバッファ層(図示せず)を形成する。これは、その上部に形成される有機半導体層(図示せず)と基板との接触特性を向上させて、有機半導体層(図示せず)が均一な厚さで形成されるようにするためである。この時、バッファ層(図示せず)は、必ず形成する必要はなく、基板の特性によって省略することができる。
図4Eに示したように、基板201上に低抵抗金属物質、例えば、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(AlNd)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、銅合金のうちから選択される金属物質を200℃以下でスパッタリングによって蒸着して、第1金属層(図示せず)を形成する。
以後、第1金属層上に第1フォトレジスト層(図示せず)を形成して、これを露光マスクを利用した露光工程と露光された第1フォトレジスト層(図示せず)を現像することによって第1フォトレジストパターン281を形成する。
第1フォトレジストパターン281の外部に露出された第1金属層(図示せず)をエッチングすることによって基板201のスイッチング領域TrA内に第1ソース電極205aと、第1ソース電極205aと所定間隔離隔する第1ドレイン電極208aを形成すると同時に、第1ソース電極に連結される第1データ配線(図示せず)を形成する。第1ソース電極205a及び第1ドレイン電極208aは、各々第1幅W1及び第2幅W2を有する。
図4Bに示したように、第1フォトレジストパターン(図4Aの281)をアッシングまたはストリップ工程によって除去する。
以後、第1データ配線(図示せず)と第1ソース電極205a及び第1ドレイン電極208a上に仕事関数値が比較的高いインジウムースズーオキサイド(ITO)を全面に蒸着して第1透明導電性物質層206を形成して、その上に第2フォトレジスト層(図示せず)を形成する。
第2フォトレジスト層(図示せず)を第1データ配線(図示せず)と第1ソース電極205a及び第1ドレイン電極208aを形成するために利用した露光マスクを利用して、露光してパターニングすることによって第1ソース電極205a及び第1ドレイン電極208aの上部に第2PRパターン283を形成する。露光の倍率や露光の焦点を調節することによって第1ソース電極205aの上部の第2PRパターン283は、第1幅W1より大きい第3幅W3を有して、第1ドレイン電極208aの上部の第2PRパターン283は、第2幅W2より大きい第4幅W4を有する。
この場合、第1及び第2データ配線(図示せず)、第1ソース電極205a及び第1ドレイン電極208a、第2ソース電極及び第2ドレイン電極(図示せず)は、同一なパターン形状であるために、同一な一つの露光マスクを利用して露光を行うことができる。
図4Cに示したように、第2フォトレジストパターン(図4Bの283)の外部に露出された第1透明導電性物質層(図4Bの206)を除去することによって第2ソース電極205b及び第2ドレイン電極208bを形成する。第2ソース電極205bは、第1ソース電極205aの上部面と側面を覆う形状である。第1ソース電極205aの下部には、基板201を備えるために、第1ソース電極205aは、基板201と第2ソース電極205bによって完全に密閉される。また、第2ドレイン電極208bは、第1ドレイン電極208aの上部面と側面を覆う形状である。第1ドレイン電極208aの下部には、基板201を備えるために、第1ドレイン電極208aは、基板201と第2ドレイン電極208bによって完全に密閉される。すなわち、第2ソース電極205b及び第2ドレイン電極208bは、クラッド構造であると同時に、第1データ配線(図示せず)の上部に第2データ配線(図示せず)を形成する。第2データ配線(図示せず)もクラッド構造であって、従って、第1データ配線(図示せず)は、第2データ配線(図示せず)と基板201によって密閉される。
この場合、第1データ配線(図示せず)と第1ソース電極205a及び第1ドレイン電極208aと第2データ配線(図示せず)と第2ソース電極205b及び第2ドレイン電極208bは、各々別に形成されることによって低抵抗金属物質で構成された第1データ配線(図示せず)と第1ソース電極205a及び第1ドレイン電極208aが第1透明導電性物質層(図4Bの206)をエッチングするためのエッチング液に露出されない。従って、アンダーカットは全然発生されないので、実施例1でのような問題は解決される。また、同一な露光マスクを利用するので、マスク製作による追加費用の発生がない長所がある。
第2フォトレジストパターン(図4Bの283)をアッシングまたはストリップ工程によって除去する。
以後、データ配線(図示せず)とソース電極205及びドレイン電極208が形成された基板201に、インジウムースズーオキサイド(ITO)またはインジウムージンクーオキサイド(IZO)を全面に蒸着して第2透明導電性物質層(図示せず)を形成する。第2透明導電性物質層(図示せず)をマスク工程によってパターニングして、画素領域Pの内部にドレイン電極208の一端と直接接触する形態の画素電極213を形成する。
ここで、画素電極213をインジウムースズーオキサイド(ITO)で形成する場合は、第2ソース電極205b及び第2ドレイン電極208bと同一な材質ではあるが、その厚さに差があるために、エッチング時間を調節して第2ソース電極205b及び第2ドレイン電極208bの損傷なしに第2透明導電性物質層(図示せず)を除去することができる。また、画素電極213をインジウムージンクーオキサイド(IZO)で形成する場合は、エッチング液の種類も異なり、エッチング液に対するエッチングの割合にも差があるために、第2ソース電極205b及び第2ドレイン電極208bが損傷される問題はない。
以後、データ配線(図示せず)とソース電極205及びドレイン電極208及び画素電極213が形成された基板201に酸素Oプラズマ工程を行う。この時、酸素(O)プラズマ工程を行う理由に対しては、実施例1で前述しているために省略する。
図4Dに示したように、酸素(O)プラズマ工程が行われたデータ配線(図示せず)とソース電極205及びドレイン電極208と、画素電極213上に有機半導体物質層(図示せず)を形成する。有機半導体物質層(図示せず)は、液状の有機半導体物質、すなわち、特に移動度等が比較的に優れる低分子有機半導体物質で構成される。液状の有機半導体物質は、液状のペンタセンまたはポリチオフェンであって、インクジェット装置、ノズルコーティング装置、バーコーティング装置、スリットコーティング装置、スピンコーティング装置またはプリンティング装置等を利用して塗布される。
以後、有機半導体物質層(図示せず)上に連続して有機絶縁物質、例えば、フルオロポリマーを塗布することによって全面にゲート絶縁物質層(図示せず)を形成する。
ゲート絶縁物質層(図示せず)上に、全面に乾式エッチングが容易な金属物質、例えば、モリブデン(Mo)またはクロム(Cr)を蒸着することによって第2金属層(図示せず)を形成する。
以後、第2金属層(図示せず)上にフォトレジストまたは感光性のPVAまたはフォトアクリルを塗布して露光、現像することによって感光性パターン183を形成する。
感光性パターン(図示せず)をエッチングマスクとして乾式エッチングを行うことによって感光性パターン(図示せず)の外部に露出された第2金属層(図示せず)、その下部のゲート絶縁物質層(図示せず)、有機半導体物質層(図示せず)を同時に除去する。
従って、スイッチング領域TrAを除いた領域には、各々データ配線(図示せず)と画素電極213が露出される。また、スイッチング領域TrAには、ソース電極205及びドレイン電極208と接触するアイランド状の有機半導体パターン217と、その上部にゲート絶縁膜220とゲート電極225が形成される。この時、ソース電極205及びドレイン電極208、有機半導体層217、ゲート絶縁膜220、ゲート電極225は、スイッチング素子である薄膜トランジスタTを構成する。
図4Eに示したように、感光性パターン(図示せず)をアッシングによって除去する。
有機絶縁物質、例えば、ベンゾシクロブテンBCB、フォトアクリル、PVAまたはフルオロポリマーを塗布して保護層230を形成する。または、感光性パターン(図示せず)がPVAまたはフォトアクリルで構成される場合、感光性パターン(図示せず)を除去してない状態で感光性パターン(図示せず)を構成する物質と同一な有機物質をさらに塗布して保護層230を形成することもできる。
以後、保護層230をパターニングすることによってゲート電極225の一部を露出させるゲートコンタクトホール233と画素電極233を露出させる開口部opを形成する。
図4Fに示したように、保護層230上にアルミニウム(Al)、アルミニウム合金(AlNd)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、銅合金のうちから選択される一つの金属物質を200℃ 以下でスパッタリングによって蒸着し、これをパターニングしてゲート配線235を形成することによって本発明の実施例2による液晶表示装置用アレイ基板201が完成される。ゲート配線235は、ゲートコンタクトホール233を通じてゲート電極225と接触して、データ配線(図示せず)と交差して画素領域Pを定義する。
この時、図面には示してないが、ゲート配線235上に別途の保護層をさらに形成することもできる。
本発明の実施例3は、画素電極をクラッド構造の第2データ配線、ソース電極及びドレイン電極を形成する段階で同時に形成することを除いては、前述した実施例2と同一な工程によって行われるために、差別点のある部分のみを説明する。
図5Aないし図5Dは、本発明の実施例3による有機半導体層を備えた液晶表示装置用アレイ基板のスイッチング素子を含む一つの画素領域の製造段階別の工程断面図である。
図5Aに示したように、低抵抗金属物質で構成される単一層の第1データ配線(図示せず)と第1ソース電極305a及び第1ドレイン電極308aを形成する。第1ソース電極305a及び第1ドレイン電極308aは、相互に離隔されて、各々第1幅W1及び第2幅W2を有する。
第1データ配線(図示せず)と第1ソース電極305a及び第1ドレイン電極308a上に、仕事関数値が比較的に高いインジウムースズーオキサイド(ITO)を全面に蒸着して透明導電性物質層306を形成し、その上にフォトレジスト層(図示せず)を形成する。
以後、露光マスク(図示せず)を利用して、フォトレジスト層(図示せず)を現像することによって透明導電性物質層306上に第1ないし第3フォトレジストパターン383a、383b、383cを形成する。この時、露光マスク(図示せず)は、第1データ配線(図示せず)、第1ソース電極305aと第1ドレイン電極308aを形成するために使用した露光マスク(図示せず)とは異なるのが使用されることができる。
第1フォトレジストパターン383a及び第2フォトレジストパターン383bは、各々第1ソース電極305a及び第1ドレイン電極308aに対応して形成され、第1ソース電極305aと第1ドレイン電極308a間に形成された透明導電性物質層306を露出させる。第3フォトレジストパターン383cは、画素電極が形成される領域、すなわち、画素領域Pに対応して形成される。また、図面には示してないが、第1データ配線の上部に第4フォトレジストパターンが形成される。
クラッド構造のソース電極及びドレイン電極を形成するために、第1フォトレジストパターン383aは、第1ソース電極305aの第1幅W1より大きい第3幅W3を有して、第2フォトレジストパターン383bは、第1ドレイン電極308aの第2幅W2より大きい第4幅W4を有する。また、第4フォトレジストパターン(図示せず)は、第1データ配線(図示せず)の幅より大きい幅で形成される。
図5Bに示したように、第1ないし第3フォトレジストパターン(図5Aの383a、383b、383c)の外部に露出された透明導電性物質層(図5Aの306)をエッチングして除去することによってクラッド構造を有して、相互に離隔する形態の第2ソース電極305b及び第2ドレイン電極308bを形成する。すなわち、第2ソース電極305bは、第1ソース電極305aの上部面及び側面を完全に覆う形態であって、第2ドレイン電極308bは、第1ドレイン電極308aの上部面及び側面を完全に覆うと同時に、第1データ配線(図示せず)の上部面及び側面を覆うクラッド構造の第2データ配線(図示せず)が形成される。また、画素領域Pには、第2ドレイン電極308bから延長された画素電極313が形成される。
前述した実施例1、2においては、画素電極が第2ドレイン電極の上部に段差を有して接触する形態で形成されているが、実施例3の場合、画素電極313と第2ソース電極305b及び第2ドレイン電極308bは、同一な工程によって形成される。すなわち、第2ドレイン電極308bが延長して形成され画素電極313を形成する形態になることを特徴とする。
以後、前述した実施例2と同一な工程を行う。すなわち、第2ソース電極305b及び第2ドレイン電極308bに、酸素(O)プラズマ工程を実施する段階が行われる。
図5Cに示したように、酸素(O)プラズマ処理された第2ソース電極305b及び第2ドレイン電極308b上に有機半導体層317、ゲート絶縁膜320、ゲート電極325を形成する。有機半導体層317、ゲート絶縁膜320、ゲート電極325は、同時にエッチングされ形成されて、従って、同一形状である。有機半導体層317、ゲート絶縁膜320、ゲート電極325の一端を相互に一致させる。
ゲート電極325を露出させるゲートコンタクトホール333と画素電極313を露出させる開口部opを有する第1保護層330を形成する。第1保護層330上にゲートコンタクトホール333を通じてゲート電極325と接触して、データ配線(図示せず)と交差して画素領域Pを定義するゲート配線(図示せず)を形成することによって実施例3による液晶表示装置用アレイ基板を完成する。この場合も、ゲート配線(図示せず)上に第2保護層(図示せず)をさらに形成することができる。
前述した実施例3では、第1データ配線(図示せず)と第1ソース電極305a及び第1ドレイン電極308aを形成する露光マスクと、第2データ配線(図示せず)と第2ソース電極305b及び第2ドレイン電極308bを形成する露光マスクは、相互に異なるものを利用した。しかし、画素電極313と第2データ配線(図示せず)、第2ソース電極305b及び第2ドレイン電極308bを一つの露光マスクを利用して同時に形成したので、製造に使用される露光マスクの個数は、実施例2と同一になる。従って、露光マスクによる追加的な費用が発生しない。
一般の液晶表示装置の分解斜視図である。 従来の有機半導体物質を利用した有機半導体層を有する液晶表示装置用アレイ基板を製造する過程のうち、有機半導体物質を利用して有機半導体層及びゲート絶縁膜を形成する段階までを示した断面図である。 本発明の実施例1による有機半導体層を備える液晶表示装置用アレイ基板のスイッチング素子を含む一つの画素領域の製造段階別の工程断面図である。 図3Aに続く製造工程を示す断面図である。 図3Bに続く製造工程を示す断面図である。 図3Cに続く製造工程を示す断面図である。 図3Dに続く製造工程を示す断面図である。 図3Eに続く製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例2による有機半導体層を備える液晶表示装置用アレイ基板のスイッチング素子を含む一つの画素領域の製造段階別の工程断面図である。 図4Aに続く製造工程を示す断面図である。 図4Bに続く製造工程を示す断面図である。 図4Cに続く製造工程を示す断面図である。 図4Dに続く製造工程を示す断面図である。 図4Eに続く製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例3による有機半導体層を備える液晶表示装置用アレイ基板のスイッチング素子を含む一つの画素領域の製造段階別の工程断面図である。 図5Aに続く製造工程を示す断面図である。 図5Bに続く製造工程を示す断面図である。
符号の説明
201:基板
205a:第1ソース電極
205b:第2ソース電極
208a:第1ドレイン電極
208b:第2ドレイン電極
213:画素電極
217:有機半導体層
220:ゲート絶縁膜
225:ゲート電極
230:保護層
233:ゲートコンタクトホール
235:ゲート配線
op:開口部
P:画素領域
TrA:スイッチング領域


Claims (30)

  1. 基板上に金属物質で構成されて、相互に離隔して形成された第1ソース電極及び第1ドレイン電極と;
    透明導電性物質で構成されて、前記第1ソース電極及び前記第1ドレイン電極の上部面を覆う第2ソース電極及び第2ドレイン電極と;
    前記第2ドレイン電極と接触する画素電極と;
    前記基板上に形成された有機半導体層と;
    前記基板上に形成されたゲート絶縁膜と;
    前記基板上に形成されたゲート電極とを含むことを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板。
  2. 前記第1ソース電極から延長して形成されて、前記第1ソース電極と同一物質で構成される第1データ配線と、前記第2ソース電極から延長して形成されて、前記第2ソース電極と同一物質で構成される第2データ配線とで構成されるデータ配線をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  3. 前記第2データ配線は、前記第1データ配線の上部面を覆う形状であることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  4. 前記第2データ配線は、前記第1データ配線の側面を覆うことを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  5. 前記ゲート電極の上部に形成されて、前記ゲート配線を露出させるゲートコンタクトホールを有する第1保護層と;
    前記第1保護層の上部に形成されて、前記ゲートコンタクトホールを通じて前記ゲート電極と接触するゲート配線をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  6. 前記第1保護層は、前記画素電極を露出させる開口部をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  7. 前記ゲート配線の上部に形成される第2保護層をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  8. 前記透明導電性物質は、インジウムースズーオキサイド(ITO)またはインジウムージンクーオキサイド(IZO)であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  9. 前記画素電極は、前記第2ドレイン電極と同一層に同一物質で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用アレイ基板。
  10. 前記金属物質は、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(AlNd)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、銅合金のうちから選択された一つで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用アレイ基板。
  11. 前記有機半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極は、同一な形態であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  12. 前記有機半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極の一端は、相互に一致することを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  13. 前記基板と前記有機半導体層間に形成されるバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  14. 前記第2ソース電極及び前記第2ドレイン電極は、各々前記第1ソース電極と前記第1ドレイン電極の側面を覆うことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレイ基板。
  15. 前記有機半導体層は、前記第2ソース電極及び前記第2ドレイン電極の上部に形成されて、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極は、前記有機半導体層の上部に連続して積層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用アレイ基板。
  16. 前記ゲート電極は、モリブデン(Mo)またはクロム(Cr)で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用アレイ基板。
  17. 基板上に金属物質を利用して相互に離隔する第1ソース電極及び第1ドレイン電極を形成する段階と;
    前記第1ソース電極及び前記第1ドレイン電極の上部に、各々前記第1ソース電極と前記第1ドレイン電極の上部面を覆う形態の透明導電性物質で構成される第2ソース電極及び第2ドレイン電極を形成する段階と;
    前記第2ドレイン電極と接触する画素電極を形成する段階と;
    前記基板上に有機半導体層を形成する段階と;
    前記基板上にゲート絶縁膜を形成する段階と;
    前記基板上にゲート電極を形成する段階とを含むことを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  18. 前記第1ソース電極から延長して形成されて、前記第1ソース電極と同時に形成される第1データ配線を形成する段階と;
    前記第2ソース電極から延長して形成されて、前記第2ソース電極と同時に形成される第2データ配線を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  19. 前記第2データ配線は、前記第1データ配線の上部面を覆う形態で形成されることを特徴とする請求項18に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  20. 前記第2データ配線は、前記第1データ配線の側面を覆うことを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  21. 前記ゲート電極の上部に、前記ゲート電極を露出させるゲートコンタクトホールを有する第1保護層を形成する段階と;
    前記第1保護層の上部に、前記ゲートコンタクトホールを通じて前記ゲート電極と接触するゲート配線を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  22. 前記第1保護層を形成する段階は、前記第1保護層に前記画素電極を露出させる開口部を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  23. 前記ゲート配線の上部に第2保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  24. 前記画素電極は、前記第2ドレイン電極と同時に形成されることを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  25. 前記有機半導体層の形成段階、前記ゲート絶縁膜の形成段階及び前記ゲート電極の形成段階は、一つのマスクを利用して行われることを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  26. 前記有機半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極の一端は、相互に一致することを特徴とする請求項25に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  27. 前記基板と前記有機半導体層間にバッファ層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  28. 前記有機半導体層の形成段階以前に、前記ソース電極及びドレイン電極を含む基板を酸素Oプラズマ処理する段階をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  29. 前記第2ソース電極及び前記第2ドレイン電極の形成段階は、前記第1ソース電極及び前記第1ドレイン電極の形成段階で利用されたマスクと同一なものを利用して行われることを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
  30. 前記第2ソース電極及び前記第2ドレイン電極は、各々前記第1ソース電極と前記第1ドレイン電極の側面を覆うことを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
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