JP2008009430A - アレイ基板及びその製造方法、並びにそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】アレイ基板及びその製造方法、並びにそれを備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明のアレイ基板は、IPP方式を利用して製造できる。第1モールドを利用してゲートライン、ゲート電極及び共通ラインが形成され、基板上にゲート絶縁膜と第1平坦膜が形成され、第2モールドを利用して半導体層が形成され、第2平坦膜上に第2平坦膜が形成され、第3モールドを利用してデータライン及びソース/ドレイン電極が形成され、第4モールドを利用して形成されたコンタクトホールを有する保護膜が形成され、第5モールドを利用して画素電極が形成される。
【選択図】図2b

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、さらに詳細には、簡単かつ低廉であり、高解像度のパターンを有するアレイ基板及びその製造方法、並びにそれを備えた液晶表示装置に関する。
最近、半導体素子及び表示装置を製造するためのパターニング技術に対する関心が高まっている。このようなパターニング技術は、半導体素子及び表示装置の小型化、高集積化及び量産性に大きな影響を及ぼす。すなわち、パターニング技術が複雑になるほど、量産性が低下し、かつ、不良率が高まることになる。
従来のパターニング技術は、光に反応するフォトレジストレジン(photoresist resin)を利用したフォトリソグラフィ(photo lithography)方式が主に用いられた。
図1a〜図1Eは、従来のフォトリソグラフィ方式を利用して金属パターンを形成する方法を説明するための工程断面図である。
図1aに示すように、基板10上に金属物質を蒸着して金属膜(metal film)20aを形成する。
次に、前記金属膜20a上にフォトレジストレジンを形成して、感光性膜(photoresest film)90を形成する。
図1bに示すように、前記感光性膜90上に前記マスクMを位置させた後、光を照射する。
図1cに示すように、前記マスクMを通過した光に照射された前記感光性膜90から硬化領域90aが形成される。
前記基板10を現像して、硬化領域90aを除いた感光性膜90を除去する。したがって、硬化領域90aを有する感光性パターンが形成される。
図1dに示すように、前記感光性パターンをマスクとしてエッチング工程を行う。
図1eに示すように、エッチング工程後に前記感光性パターンをストリップすることによって、前記基板10上に金属パターン20を形成する。
従来のフォトリソグラフィ方式は、1つの金属パターンを形成するために、蒸着工程、露光工程、現像工程、エッチング工程及びストリップ工程などのような5つの工程が必要なため、工程が複雑になるという問題がある。
また、従来のフォトリソグラフィ方式は、光を照射するための光ソースを有する露光装置が必要である。しかしながら、このような露光装置は、かなり高価なので、このような露光装置を利用してパターンを形成する場合、工程費用が増加するという問題がある。
その上、従来のフォトリソグラフィ方式は、光を利用して感光パターンを形成する。しかし、露光装置の限界によって光が回折して、このような回折光により感光パターンが精密に形成されなくなる。これにより、このような感光パターンにより形成された金属パターンも精密にパターンされなくなるため、高解像度のパターンを得ることができないという問題がある。また、このように精密でないパターンにより歩留まりがかなり低下するという問題がある。
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、非露光工程を利用してパターニングをすることにより、簡素かつ低廉に微細パターンを形成することができるアレイ基板及びその製造方法、並びにそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、非露光工程を利用してパターニングをすることにより、高解像度のパターンを得ることができ、歩留まりが向上することができるアレイ基板及びその製造方法、並びにそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
上記の目的を達成すべく、本発明の第1の実施形態によれば、アレイ基板は、基板上に第1方向に配置されたゲートラインと、前記ゲートラインから伸びたゲート電極と、前記ゲートラインを含む前記基板上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の第1領域上に配置された第1平坦膜と、前記ゲート絶縁膜の第2領域及び前記第1平坦膜上に配置された半導体層と、前記第1平坦膜上に配置された第2平坦膜と、データラインと、前記データラインから伸び、前記半導体層及び前記第2平坦膜上に配置されたソース電極と、前記ソース電極から離間し、前記半導体層及び前記第2平坦膜上に配置されたドレイン電極と、前記第2平坦膜、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記半導体層上に配置された保護膜と、前記第1コンタクトホールを介して前記ドレイン電極と電気的に接続し、前記保護膜上に配置された画素電極と、を含む。
また、本発明の第2の実施形態によれば、液晶表示装置は、カラーフィルタ基板と、基板上に第1方向に配置されたゲートラインと、前記ゲートラインから伸びたゲート電極と、前記ゲートラインを含む前記基板上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の第1領域上に配置された第1平坦膜と、前記ゲート絶縁膜の第2領域及び前記第1平坦膜上に配置された半導体層と、前記第1平坦膜上に配置された第2平坦膜と、データラインと、前記データラインから伸び、前記半導体層及び前記第2平坦膜上に配置されたソース電極と、前記ソース電極から離間し、前記半導体層及び前記第2平坦膜上に配置されたドレイン電極と、前記第2平坦膜、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記半導体層上に配置された保護膜と、前記第1コンタクトホールを介して前記ドレイン電極と電気的に接続し、前記保護膜上に配置された画素電極と、を含むアレイ基板と、前記カラーフィルタ基板と前記アレイ基板との間に介在される液晶層と、を含む。
また、本発明の第3の実施形態によれば、アレイ基板の製造方法は、第1モールドを利用して、基板上にゲートライン、ゲート電極及び共通ラインを形成するステップと、前記ゲートライン、前記ゲート電極及び前記共通ラインを含む前記基板上にゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜の第1領域上に第1平坦膜を形成するステップと、第2モールドを利用して、前記ゲート絶縁膜の第2領域上に半導体層を形成するステップと、前記第1平坦膜上に第2平坦膜を形成するステップと、第3モールドを利用して、第2平坦膜上にデータライン、前記半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、第4モールドを利用して、第1及び第2コンタクトホールを有する保護膜を形成するステップと、第5モールドを利用して、前記保護膜上に前記第1コンタクトホールを介して前記ドレイン電極に電気的に接続した画素電極を形成するステップと、を含む。
本発明は、IPP方式を利用してより精密なパターンを有するアレイ基板と液晶表示装置を製造することができる。
本発明は、フォトリソグラフィ方式を使用しないことで、工程費用を顕著に減らすことができ、かつ工数が減って工程が単純になりえる。
本発明は、モールドを利用してそのまま基板にパターンを転写させることによって、高解像度のパターンを得ることができ、かつ、歩留まりを向上させることができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態に係るアレイ基板及び表示装置を説明する。
本発明の液晶表示装置用アレイ基板は、IPP(in−plane printing)方式を利用して製造され得る。IPP方式は、光を利用する既存のフォトリソグラフィ方式とは異なり、光を利用しない非露光工程によりパターンを形成する。
例えば、基板上に金属膜を形成し、その上にエッチングレジスト膜(etching resist film)を形成した後、予め凹凸にパターンされたモールドを前記エッチングレジスト膜に接触させて、エッチングレジスト膜とモールドとの間の表面エネルギーの差により発生した反発力とモールドの凹部パターンにエッチングレジスト膜が引き込まれる毛細管現象(capillary force)を利用して、前記モールドの凹凸パターンが前記エッチングレジスト膜に転写される。すなわち、モールドの凹部パターンに対応したエッチングレジストパターンが形成され得る。
このように、IPP方式を利用することによって、工程が単純になり、費用が低減され得る。また、モールドの凹凸パターンがそのまま基板に転写されるので、高解像度を有するパターンが形成され、歩留まりが顕著に向上することができる。
以下では、このようなIPP方式を利用して製造されたアレイ基板を説明する。以下では、IPP方式を利用したアレイ基板として、IPSモード(in−plane switching mode)アレイ基板を例に上げて説明しているが、これに限定されず、TNモード(twisted nematic)を含む多様なモードのアレイ基板に適用され得る。また、本発明は、アレイ基板に限定されず、IPP方式を利用してカラーフィルタ基板を製造することもできる。
図2aは、本発明に係るアレイ基板を示す平面図であり、図2bは、図2aにおけるA−A´線、B−B´線及びC−C´線断面図である。
図2a及び図2bに示すように、基板110上に第1方向に沿ってゲートライン112が配置され、前記ゲートライン112から伸びたゲート電極114が配置される。前記ゲートライン112と平行に共通ライン115が配置される。前記共通ライン115は、前記ゲートライン112と同一の平面上に配置され得る。
前記ゲートライン112、前記ゲート電極114及び前記共通ライン115は、IPP方式を利用して同時に形成され得る。
前記ゲートライン112を含む基板110上にゲート絶縁膜116が形成される。前記ゲート絶縁膜116は、シリコンナイトライド(SiN)のような無機絶縁物質又はBCB(benzocyclobutene)のような有機絶縁物質からなることができる。
IPP方式を利用してパターンを形成するためには、基板110上に形成されたパターン形成物質が平面上に配置されなければならない。これはIPP方式に用いられたモールドが平行な面を有するのに起因する。
前記ゲート絶縁膜116は、前記ゲートライン112、前記ゲート電極114及び前記共通ライン115により段差が形成され、このような段差により非均一な平面が発生する。
したがって、前記ゲートライン112、前記ゲート電極114、及び前記共通ライン115に対応するゲート絶縁膜116を除いた前記ゲート絶縁膜116上に、第1平坦膜120が配置される。前記第1平坦膜120の上部表面は、前記ゲートライン112、前記ゲート電極114、及び前記共通ライン115に対応したゲート絶縁膜116の上部表面と一致するように配置される。したがって、前記ゲートライン112、前記ゲート電極114、及び前記共通ライン115に対応するゲート絶縁膜116と前記第1平坦膜120により均一な平面が維持される。
前記第1平坦膜120は、前記ゲート絶縁膜116と同じ絶縁物質からなるか、又は異なる絶縁物質からなることができる。
前記第1平坦膜120を含む基板110上に前記ゲート電極114に対応した前記ゲート絶縁膜116上にアクティブ層とオーム接触層を含む半導体層118が配置される。
前記半導体層118は、前記ゲート絶縁膜116上にのみ形成されるので、半導体層118が形成された領域と半導体層118が形成されない領域との間に前記半導体層118により段差が発生する。
したがって、前記半導体層118を除いた第1平坦膜120上に、第2平坦膜122が配置される。前記第2平坦膜122の上部表面は、前記半導体層118の上部表面と一致するように配置される。したがって、前記半導体層118と前記第2平坦膜122により均一な平面が維持される。
前記第2平坦膜122は、前記ゲート絶縁膜116と同じ絶縁物質からなるか、又は異なる絶縁物質からなることができる。前記第2平坦膜122は、シリコンナイトライド(SiN)のような無機絶縁物質又はBCB(benzocyclobutene)のような有機絶縁物質からなることができる。
前記第2平坦膜122を含む基板110上にデータライン124が配置され、前記データライン124から延設されたソース電極126aが配置され、前記ソース電極126aと離間するドレイン電極126bが配置される。前記データライン124は、前記ゲートライン112と交差する第2方向に沿って配置され得る。前記ゲートライン112と前記データライン124との交差により、画素領域が画定され得る。
前記データライン124、前記ソース電極126a、及び前記ドレイン電極126bは、IPP方式を利用して同時に形成され得る。
したがって、前記ゲート電極114、前記半導体層118、前記ソース電極126a、及び前記ドレイン電極126bで構成された薄膜トランジスタ128が形成され得る。
前記データライン124を含む基板110上に保護膜130が配置される。前記保護膜130は、シリコンナイトライド(SiN)のような無機絶縁物質又はBCB(benzocyclobutene)のような有機絶縁物質からなることができる。
前記保護膜130は、前記データライン124、前記ソース電極126a及び前記ドレイン電極126bに比べて、通常極めて厚く形成されるので、前記データライン124、前記ソース電極126a、及び前記ドレイン電極126bにより前記保護膜130に段差が発生しない。したがって、前記データライン124、前記ソース電極126a及び前記ドレイン電極126bの周辺にいかなる平坦膜も形成する必要がない。
前記保護膜130には、IPP方式を利用して、前記ドレイン電極126bが露出した第1コンタクトホール132aと、前記共通ライン115が露出した第2コンタクトホール132bとが形成される。
前記第1コンタクトホール132aを介して前記ドレイン電極126aと電気的に接続した画素電極134が配置され、前記画素電極134から延長して形成された複数の画素電極棒(bar)134a、134b、134cが配置される。また、前記第2コンタクトホール132bを介して前記共通ライン115と電気的に接続した共通電極136が配置され、前記共通電極136から延設された複数の共通電極棒136a、136b、136c、136dが配置される。前記画素電極棒134a、134b、134cと前記共通電極棒136a、136b、136c、136dとは、互いに交互に形成され得る。
前記画素電極134、前記画素電極棒134a、134b、134c、前記共通電極136及び前記共通電極棒136a、136b、136c、136dは、IPP方式を利用して同時に形成され得る。
以上の説明では、共通電極136と共通電極棒136a、136b、136c、136dが画素電極134と画素電極棒134a、134b、134cと同時に同一の平面上に形成される。
しかし、本発明のIPSモードアレイ基板は、共通電極136と共通電極棒136a、136b、136c、136dが画素電極134と画素電極棒134a、134b、134cと異なる層に形成されることもできる。
例えば、共通ライン115を形成する時、前記共通ラインに一体に形成された共通電極と前記共通電極から延長して形成された共通電極棒が同時に形成され得る。このような場合、前記保護膜130上には、画素電極134と画素電極棒134a、134b、134cのみが配置される。
したがって、本発明は、フォトリソグラフィ方式ではないIPP方式を利用してアレイ基板を製造することによって、工程が単純になり、露光装置を使用しないことにより工程費用が顕著に低減され、モールドを利用して直接基板にパターンを転写することで、高解像度のパターンを得ることができ、歩留まりを向上させることができる。
図3a乃至図19aは、本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図であり、図3b乃至図19bは、図3a乃至図19aの平面図である。
本発明は、非露光工程によりパターンを形成できるIPP方式を利用してアレイ基板を製造する。前記IPP方式は、凹凸のパターンを有するモールドの接触により、反発力と毛細管現象を利用してモールドの凹部パターンへパネル物質を移動させて、所望のパターンを形成する方式である。
図3a及び図3bに示すように、アレイ基板を製造するために、まず基板110の全面に第1金属膜111を蒸着する。
前記第1金属膜111は、導電性を有する金属物質からなることができる。前記第1金属膜111は、スパッタリング(Sputtering)または化学気相蒸着法(CVD)を利用して蒸着され得る。
前記第1金属膜111にエッチングレジスト物質を塗布して、第1ER層190aを形成する。
前記第1ER層190aは、パターン形成のためのマスク物質であって、polyethylene glycol、hexandiol diacylate、1,4−butanediol diglycidyl etherのうちの何れか一つの物質からなることができる。これらの物質の表面エネルギーは、約33〜40mJ/cmである。
図4a及び図4bに示すように、第1ER(etching resist)層190a上に凹凸パターンを有する第1モールド300aが位置する。
前記第1モールド300aは、表面エネルギーが約20mJ/cmを有するPDMS(polydimethylsiloxane)からなることができる。したがって、前記第1モールド300aと前記第1ER層190aとの間には、約13〜20mJ/cmの表面エネルギー差が発生する。したがって、前記第1モールド300aが前記第1ER層190aに接触する場合、前記第1ER層190aは、前記第1モールド300aに対して反発する反発力が発生するようになる。また、前記第1モールド300aが前記第1ER層190aに接触する場合、前記第1モールド300aの凸部パターンに対応した第1ER層190aが前記第1モールド300aの凹部パターンへ移動する毛細管現象が発生する。このような毛細管現象は、前記第1モールド300aの凹部パターンの幅や厚さまたは前記第1ER層190aの厚さにより影響を多く受けるようになるので、予めテストなどにより前記第1モールド300aの幅や厚さまたは前記第1ER層190aの厚さが最適化される必要がある。
前記第1モールド300aの材料は、他のポリマーをモールディングするときに接着されないように、界面自由エネルギーが低く、かつ成形加工が容易な材料を使用することが好ましく、耐久性の強い弾性体であることが好ましい。このような第1モールド300aの材料には、上述のPDMSが好ましい。
前記第1モールド300aは、マスターモールドから製造され得る。例えば、マスターモールドに所定のパターンを有するレジストパターンを形成し、その上にモールド物質、例えばPDMSを形成し、このようなPDMSを硬化させた後、硬化されたPDMSをマスターモールドから分離して、前記第1モールド300aが製造され得る。
前記第1モールド300aを前記第1ER層190aに接触させる場合、前記第1モールド300aと前記第1ER層190aとの間の反発力と毛細管現象により、前記第1モールド300aの凸部パターンに対応した第1ER層190aが前記第1モールド300aの凹部パターンへ移動する。したがって、前記第1モールド300aの凸部パターンに対応した第1ER層190aの全てが前記第1モールド300aの凹部パターンへ移動して、前記第1モールド300aの凸部パターンの底面が前記第1金属膜111に接触される。一方、前記第1モールド300aの凹部パターンには、第1モールド300aの凹部パターンに対応した第1ER層190aと前記第1モールド300aの凸部パターンから移動した第1ER層190aとが加えられて、図5a及び図5bに示すように、第1ERパターン190bが形成される。
前記第1モールド300aのパターンの厚さは、前記第1ER層190aの厚さより少なくとも厚く形成され得る。これにより、第1モールド300aの凹部パターンに第1モールド300aの凹部パターンに対応した第1ER層190aと前記第1モールド300aの凸部パターンから移動した第1ER層190aとが加えられて、第1ERパターン190bが形成され得る。
以後、前記第1ERパターン190bは、液体から固体に作るために硬化させる。硬化工程は、熱硬化又は光硬化を利用できる。
前記硬化過程を経た後、前記第1モールド300aを基板110から脱着させる。
したがって、前記基板110上に第1ERパターン190bが形成される。
図6a及び図6bに示すように、前記第1ERパターン190bをエッチングマスクとして前記第1金属膜111をパターニングして、ゲートライン112、前記ゲートライン112から伸びたゲート電極114及び前記ゲートライン112と平行した共通ライン115を形成する。パターニング後、前記第1ERパターン190bはストリップされる。
前記ゲートライン112を含む基板110上にゲート絶縁膜116を形成する。前記ゲート絶縁膜116は、シリコンナイトライド(SiN)のような無機絶縁物質又はBCB(benzocyclobutene)のような有機絶縁物質からなることができる。
前記ゲート絶縁膜116は、一定の厚さに形成され得る。このとき、前記ゲートライン112、ゲート電極114及び共通ライン115により前記ゲート絶縁膜116に第1段差138が発生する。
このように第1段差が発生する場合、IPP方式を利用できない。すなわち、IPP方式は、平面上においてのみ可能である。したがって、このような第1段差138を補償して、ゲート絶縁膜116が平面を有するようにしなければならない。
図7a及び図7bに示すように、ゲート絶縁膜116の全面上に前記第1段差138を補償するために平坦膜210を形成する。
前記平坦膜210は、前記ゲート絶縁膜116と同じ絶縁物質からなるか、又は異なる絶縁物質からなることができる。
前記平坦膜210は、誘電率の低い絶縁物質からなることが好ましい。平坦膜210を低い誘電物質から形成することによって、寄生容量を減らすことができるという効果がある。
ゲート絶縁膜116の全面に平坦膜210が形成されることによって、前記各ライン112、114、115に対応したゲート絶縁膜116上にも平坦膜210が形成されて、前記ゲート絶縁膜116が露出しなくなる。
したがって、アッシング(ashing)工程を行って前記ゲート絶縁膜116が露出するように前記各ライン112、114、115に対応したゲート絶縁膜116上の平坦膜212を除去することによって、前記ゲート絶縁膜116と同一の高さを有する第1平坦膜120が形成される。
したがって、前記ゲート絶縁膜116と第1平坦膜120が同一の高さを有することによって、前記ゲート絶縁膜116による第1段差138は除去され得る。結局、前記各ライン112、114、115に対応したゲート絶縁膜116と前記第1平坦膜120により同一の高さを有する平面が維持される。
図8a及び図8bに示すように、前記第1平坦膜120を含む基板110上に半導体物質124aを形成し、その上にエッチングレジスト物質を塗布して、第2ER層190cを形成する。前記第2ER層190cは、前記第1ER層190aと同一の物質から形成できる。前記半導体物質124aは、非晶質シリコンまたはポリシリコンであるアクティブ物質と非晶質シリコンまたはポリシリコンに不純物が含まれたオーム接触物質を含むことができる。
前記第2ER層190cは、パターン形成のためのマスク物質であって、polyethylene glycol、hexandiol diacylate、1,4−butanediol diglycidyl etherのうちの何れか一つの物質からなることができる。
図9a及び図9bに示すように、前記第2ER層190c上に凹凸パターンを有する第2モールド300chが位置する。前記第2モールド300chは、マスターモールドから製造され、上述の第1モールド300aの製造方法により容易に理解され得る。
前記第2モールド300chが前記第2ER層190cに接触される場合、上述した反発力と毛細管現象により、前記第2モールド300chの凸部パターンに対応した第2ER層190cが前記第2モールド300chの凹部パターンへ移動されて、第2ERパターン190chが形成される。
以後、図10a及び図10bに示すように、熱硬化又は光硬化により前記第2ERパターン190chを硬化させた後、前記第2モールド300chを前記基板110から脱着させる。
前記第2モールド300chのパターンの厚さは、前記第2ER層190cの厚さより少なくとも厚く形成され得る。これにより、第2モールド300chの凹部パターンに第2モールド300chの凹部パターンに対応した第2ER層190cと前記第2モールド300chの凸部パターンから移動した第2ER層190cとが加えられて、第2ERパターン190chが形成され得る。
図11a及び図11bに示すように、前記第2ERパターン190chをエッチングマスクとしてエッチング工程を行って、前記半導体物質142aをパターニングして半導体層118を形成する。前記半導体層118は、前記ゲート電極114に対応したゲート絶縁層116上に形成され得る。パターニング後、前記第2ERパターン190chは、ストリップされる。
前記半導体層118により第2段差148が発生する。
したがって、前記第2段差148を補償するために、前記半導体層118を含む前記第1平坦膜120上に平坦膜220を形成する。
前記第2平坦膜220は、シリコンナイトライド(SiN)のような無機絶縁物質又はBCB(benzocyclobutene)のような有機絶縁物質からなることができる。
前記平坦膜220は、誘電率の低い絶縁物質からなることが好ましい。平坦膜220を低い誘電物質から形成することによって、寄生容量を減らすことができるという効果がある。
半導体層118上に平坦膜220が形成されることによって、前記半導体層118が露出しなくなる。通常、半導体層118上には、後述するソース電極とドレイン電極とが接触して形成されるべきであるが、平坦膜220によりソース電極とドレイン電極とが前記半導体層118上に接触形成されることができなくなる。
アッシング(ashing)工程を行って前記半導体層118が露出するように前記半導体層118上の平坦膜222を除去することによって、前記半導体層118と同一の高さを有する第2平坦膜122が形成される。
したがって、前記半導体層118と第2平坦膜122が同一の高さを有することによって、前記半導体層118による第2段差148は除去され得る。結局、前記半導体層118と前記第2平坦膜122により同じ高さを有する平面が維持される。
前記第2平坦膜122は、前記第1平坦膜120と同一の物質から形成されたり異なる物質から形成され得る。
図12a及び図12bに示すように、第2平坦膜122を含む基板110上に第2金属膜150Mを形成し、その上にエッチングレジスト物質を塗布して第3ER層190dを形成する。
前記第2金属膜150Mは、導電性を有する金属物質からなることができる。前記第2金属膜150Mは、スパッタリングまたは化学気相蒸着法(CVD)を利用して蒸着できる。
前記第3ER層190dは、パターン形成のためのマスク物質であって、polyethylene glycol、hexandiol diacylate、1,4−butanediol diglycidyl etherのうちの何れか一つの物質からなることができる。
次に、前記第3ER層190d上に凹凸パターンを有する第3モールド300bを接触させる。
前記第3モールド300bはマスターモールドから製造され、上述の第1モールド300aの製造方法により容易に理解され得る。
前記第3モールド300bが前記第3ER層190dに接触される場合、上述の反発力と毛細管現象により、前記第3モールド300bの凸部パターンに対応した第3ER層190dが前記第3モールド300bの凹部パターンへ移動されて、第3ERパターン190eが形成される。
以後、図13a及び図13bに示すように、熱硬化又は光硬化により前記第3ERパターン190eを硬化させた後、前記第3モールド300bを前記基板110から脱着させる。
前記第3モールド300bのパターンの厚さは、前記第3ER層190dの厚さより少なくとも厚く形成され得る。これにより、第3モールド300bの凹部パターンに第3モールド300bの凹部パターンに対応した第3ER層190dと前記第3モールド300bの凸部パターンから移動した第3ER層190dとが加えられて、第3ERパターン190eが形成され得る。
次に、前記第3ERパターン190eをエッチングマスクとして前記第2金属膜150Mをパターニングして、図14a及び図14bに示すように、ゲートライン112と交差するデータライン124、前記データライン124から伸びたソース電極126a及び前記ソース電極126aから離間したドレイン電極126bが形成される。パターニング後、前記第3ERパターン190eはストリップされる。
これにより、ゲート電極114、半導体層118、ソース電極126a、及びドレイン電極126bで構成された薄膜トランジスタが形成され得る。
図15a及び図15bに示すように、データライン124を含む基板110上に保護膜130を形成する。前記保護膜130は、シリコンナイトライド(SiN)のような無機絶縁物質又はBCB(benzocyclobutene)のような有機絶縁物質からなることができる。
通常保護膜130は極めて厚く形成されるので、保護膜130の上部表面が平面を維持する。したがって、データライン124、ソース電極126a及びドレイン電極126bにより保護膜130に段差が発生しなくなるので、段差を補償するための別途の平坦膜を形成する必要はなくなる。
前記保護膜130上に凹凸パターンを有する第4モールド300cを接触させる場合、前記第4モールド300cの凹部パターンに対応した保護膜130が前記第4モールド300cの凹部パターンへ移動されて、前記第4モールド300cの凸部パターンが前記ドレイン電極126b又は前記共通ライン115の上部表面に接触される。言い換えれば、前記第4モールド300cの凸部パターンに対応した保護膜は全て除去されて、図16a及び図16bに示すように、前記ドレイン電極126bが露出した第1コンタクトホール132aと前記共通ライン115が露出した第2コンタクトホール132bが形成される。
前記保護膜130は、有機または無機物質からなっているから、別途のERパターンを形成せずに、第4モールド300cを利用して、前記保護膜130上に第1及び第2コンタクトホール132a、132bを形成することができる。
ここで、注意すべき点は、前記第1及び第2コンタクトホール132a、132bは露出対象が互いに異なる層に存在するので、前記第2コンタクトホール132bは、前記第1コンタクトホール132aと同時に形成されないという点である。
したがって、前記第4モールド300cを利用して、前記保護膜130に前記ドレイン電極126bが露出した第1コンタクトホール132aは形成されるが、前記共通ライン115が露出した第2コンタクトホール132bは形成されない。前記第2コンタクトホール132bの代りに前記保護膜130上に所定のホールが形成され得る。次に、ドライエッチング工程を行って、前記ホールを介して前記共通ライン115が露出するように、前記第1及び第2平坦膜120、122がパターニングされる。これにより、前記第2コンタクトホール132bが形成され得る。
以後、熱硬化又は光硬化により前記保護膜130を硬化させた後、前記第4モールド300cを前記保護膜130から脱着させる。
図17a及び図17bに示すように、前記保護膜130上に透明な導電膜170Mを形成する。前記透明な導電膜170Mは、ITO又はIZOであり得る。
前記透明な導電膜170M上にエッチングレジスト物質を塗布して、第4ER層190fを形成する。
前記第4ER層190fは、パターン形成のためのマスク物質であって、polyethylene glycol、hexandiol diacylate、1,4−butanediol diglycidyl etherのうちの何れか一つの物質からなることができる。
前記第4ER層190f上に凹凸パターンを有する第5モールド300dを接触させる場合、上述した反発力と毛細管現象により前記第5モールド300dの凸部パターンに対応した第4ER層190fが前記第5モールド300dの凹部パターンへ移動して、第4ERパターン190gが形成される。
以後、図18a及び図18bに示すように、熱硬化又は光硬化により前記第4ERパターン190gを硬化させた後、前記第5モールド300dを前記基板110から脱着させる。
前記第5モールド300dのパターンの厚さは、前記第4ER層190fの厚さより少なくとも厚く形成され得る。これにより、第5モールド300dの凹部パターンに第5モールド300dの凹部パターンに対応した第4ER層190fと前記第5モールド300dの凸部パターンから移動した第4ER層190fとが加えられて、第4ERパターン190gが形成され得る。
次に、前記第4ERパターン190gをエッチングマスクとして前記透明な導電膜170Mをパターニングして、図19a及び図19bに示すように、第1コンタクトホール132aを介して前記ドレイン電極126bに電気的に接続した画素電極134、前記画素電極134から伸びた複数の画素電極棒134a、134b、134c、前記第2コンタクトホール132bを介して前記共通ライン115に電気的に接続した共通電極136及び前記共通電極136から伸びた複数の共通電極棒136a、136b、136c、136dが形成される。パターニング後、前記第4ERパターン190gはストリップされる。前記画素電極バー134a、134b、134cと前記共通電極バー136a、136b、136c、136dとは互いに交互に形成され得る。
本発明は、モールドを利用して精密にERパターンを形成し、このようなERパターンを利用して所望のパターンを精密に形成できる。したがって、従来、フォトリソグラフィ方式によりパターンを形成する場合、光の回折によりフォトレジストパターンにエラーが発生して、精密なパターンを形成できないという問題がある。しかし、本発明は、モールドを利用してそのまま転写してERパターンを形成することによって、より精密にERパターンを形成でき、高解像度のパターンを形成できる。
また、本発明は、高価の露光装置を利用するフォトリソグラフィ方式の代りにマスターモールドから容易に陽刻/陰刻パターンを有するモールドを形成して、このようなモールドでERパターンを形成することによって、工程費用が顕著に減少され得る。
その上、本発明は、フォトリソグラフィ方式による場合、露光工程と現像工程によりフォトレジストパターンを形成する代わりに、モールドを利用して単一工程によりERパターンを形成することによって、工数を減らして工程が単純になり得る。
図20は、本発明に係る液晶表示装置の断面図である。
本発明の液晶表示装置は、アレイ基板100、前記アレイ基板100に対向配置されたカラーフィルタ基板400及び前記アレイ基板100と前記カラーフィルタ基板400との間に介在される液晶層450を含む。
前記アレイ基板100は、図3a〜図19bにより製造され得るので、詳細な説明は省略する。
前記カラーフィルタ基板400は、基板410上に画素領域ごとにカラーフィルタ層420が形成され、各カラーフィルタ層420の間に光を吸収して透過させないブラックマトリックス層430が形成され得る。
前記アレイ基板100とカラーフィルタ基板400は、シールパターンを利用して合着され、前記アレイ基板100とカラーフィルタ基板400との間に液晶層450が注入されることによって、液晶表示装置が製造できる。これは液晶注入方式に限定される。万一、液晶積荷方式の場合、前記アレイ基板100と前記カラーフィルタ基板400のうちの何れか一つの基板上に液晶層を積荷させた後、シールパターンを利用して前記アレイ基板100とカラーフィルタ基板400とを合着させることができる。
従来のフォトリソグラフィ方式を利用して金属パターンを形成する方法を説明するための工程断面図である。 従来のフォトリソグラフィ方式を利用して金属パターンを形成する方法を説明するための工程断面図である。 従来のフォトリソグラフィ方式を利用して金属パターンを形成する方法を説明するための工程断面図である。 従来のフォトリソグラフィ方式を利用して金属パターンを形成する方法を説明するための工程断面図である。 従来のフォトリソグラフィ方式を利用して金属パターンを形成する方法を説明するための工程断面図である。 本発明に係るアレイ基板を示す平面図である。 図2aにおけるA−A´線、B−B´線及びC−C´線断面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図3aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図4aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図5aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図6aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図7aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図8aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図9aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図10aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図11aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図12aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図13aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図14aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図15aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図16aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図17aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図18aの平面図である。 本発明に係るアレイ基板の製造工程を説明するために示す断面図である。 図19aの平面図である。 本発明に係る液晶表示装置の断面図である。
符号の説明
110 基板
112 ゲートライン
114 ゲート電極
115 共通ライン
116 ゲート絶縁膜
120 第1平坦膜
118 半導体層
122 第2平坦膜
124 データライン
126a ソース電極
126b ドレイン電極
128 薄膜トランジスタ
130 保護膜
132a 第1コンタクトホール
132b 第2コンタクトホール
134 画素電極
134a、134b、134c 画素電極棒
136 共通電極
136a、136b、136c、136d 共通電極棒

Claims (50)

  1. 基板上に第1方向に配置されたゲートラインと、
    前記ゲートラインから伸びたゲート電極と、
    前記ゲートラインを含む前記基板上に配置されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜の第1領域上に配置された第1平坦膜と、
    前記ゲート絶縁膜の第2領域及び前記第1平坦膜上に配置された半導体層と、
    前記第1平坦膜上に配置された第2平坦膜と、
    データラインと、
    前記データラインから伸び、前記半導体層及び前記第2平坦膜上に配置されたソース電極と、
    前記ソース電極から離間し、前記半導体層及び前記第2平坦膜上に配置されたドレイン電極と、
    前記第2平坦膜、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記半導体層上に配置された保護膜と、
    前記第1コンタクトホールを介して前記ドレイン電極と電気的に接続し、前記保護膜上に配置された画素電極と、を含むことを特徴とするアレイ基板。
  2. 前記第1平坦膜は、前記ゲートラインに対応する前記ゲート絶縁膜の前記第1領域の上部面と同じ高さを有することを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  3. 前記第2平坦膜は、前記半導体層の上部面と同じ高さを有することを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  4. 前記データラインは、前記第1方向に交差する第2方向に前記第2平坦膜上に配置されることを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  5. 前記半導体層は、前記第1平坦膜の上部面に重なることを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  6. 前記第1平坦膜は、前記ゲート絶縁膜と異なる物質を含むことを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  7. 前記第1平坦膜は、前記ゲート絶縁膜と同じ物質を含むことを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  8. 前記第2平坦膜は、前記ゲート絶縁膜と異なる物質を含むことを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  9. 前記第2平坦膜は、前記ゲート絶縁膜と同じ物質を含むことを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  10. 前記画素電極は、前記画素電極から伸びた複数の画素電極棒を含むことを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  11. 前記ゲートラインに平行に配置された共通ラインと、
    第2コンタクトホールを介して前記共通ラインと電気的に接続し、前記保護膜上に配置された共通電極をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  12. 前記共通電極は、前記共通電極から伸びた複数の共通電極棒を含むことを特徴とする請求項11に記載のアレイ基板。
  13. 前記第1平坦膜は、有機絶縁物質及び無機絶縁物質のうちの何れか一つで形成されることを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  14. 前記第2平坦膜は、有機絶縁物質及び無機絶縁物質のうちの何れか一つで形成されることを特徴とする請求項1に記載のアレイ基板。
  15. カラーフィルタ基板と、
    基板上に第1方向に配置されたゲートラインと、前記ゲートラインから伸びたゲート電極と、前記ゲートラインを含む前記基板上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の第1領域上に配置された第1平坦膜と、前記ゲート絶縁膜の第2領域及び前記第1平坦膜上に配置された半導体層と、前記第1平坦膜上に配置された第2平坦膜と、データラインと、前記データラインから伸び、前記半導体層及び前記第2平坦膜上に配置されたソース電極と、前記ソース電極から離隔し、前記半導体層及び前記第2平坦膜上に配置されたドレイン電極と、前記第2平坦膜、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記半導体層上に配置された保護膜と、前記第1コンタクトホールを介して前記ドレイン電極と電気的に接続し、前記保護膜上に配置された画素電極と、を含むアレイ基板と、
    前記カラーフィルタ基板と前記アレイ基板との間に介在される液晶層と、を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  16. 第1モールドを利用して、基板上にゲートライン、ゲート電極及び共通ラインを形成するステップと、
    前記ゲートライン、前記ゲート電極及び前記共通ラインを含む前記基板上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
    前記ゲート絶縁膜の第1領域上に第1平坦膜を形成するステップと、
    第2モールドを利用して、前記ゲート絶縁膜の第2領域上に半導体層を形成するステップと、
    前記第1平坦膜上に第2平坦膜を形成するステップと、
    第3モールドを利用して、第2平坦膜上にデータライン、前記半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、
    第4モールドを利用して、第1及び第2コンタクトホールを有する保護膜を形成するステップと、
    第5モールドを利用して、前記保護膜上に前記第1コンタクトホールを介して前記ドレイン電極に電気的に接続した画素電極を形成するステップと、を含むことを特徴とするアレイ基板の製造方法。
  17. 前記第1平坦膜を形成するステップは、
    前記ゲート絶縁膜上に第1物質を蒸着するステップと、
    前記ゲート絶縁膜の前記第2領域が露出するように、前記第1物質を平坦化するステップと、を含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  18. 前記第2平坦膜を形成するステップは、
    前記第1平坦膜及び前記半導体層上に第2物質を蒸着するステップと、
    前記半導体層が露出するように、前記第2物質を平坦化するステップと、を含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  19. 前記ゲートライン、前記ゲート電極、及び前記共通ラインを形成するステップは、in−plane printing工程を利用することを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  20. 前記半導体層を形成するステップは、in−plane printing工程を利用することを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  21. 前記データライン、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極を形成するステップは、in−plane printing工程を利用することを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  22. 前記第5モールドを利用して、前記保護膜上に前記第2コンタクトホールを介して前記共通ラインと電気的に接続した共通電極を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  23. 前記共通電極は、前記共通電極から伸びた複数の共通電極棒を含むことを特徴とする請求項22に記載のアレイ基板の製造方法。
  24. 前記保護膜上に前記画素電極及び前記共通電極を形成するステップは、in−plane printing工程を利用することを特徴とする請求項22に記載のアレイ基板の製造方法。
  25. 前記共通電極を形成するステップは、
    前記保護膜上に透明な導電物質を形成するステップと、
    前記第5モールドを利用して、前記透明な導電物質上に第4エッチングレジストパターンを形成するステップと、
    前記第4エッチングレジストパターンを利用して、前記透明な導電物質をパターニングするステップと、を含むことを特徴とする請求項22に記載のアレイ基板の製造方法。
  26. 前記画素電極は、前記画素電極から伸びた複数の画素電極棒を含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  27. 前記第1及び第2コンタクトホールを有する前記保護膜を形成するステップは、in−plane printing工程を利用することを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  28. 前記第1平坦膜は、有機絶縁物質及び無機絶縁物質のうちの何れか一つで形成されることを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  29. 前記第1平坦膜は、前記ゲート絶縁膜と同じ物質から形成されることを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  30. 前記第1平坦膜は、前記ゲート絶縁膜と異なる物質から形成されることを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  31. 前記第2平坦膜は、前記第1平坦膜と同じ物質から形成されることを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  32. 前記第2平坦膜は、前記第1平坦膜と異なる物質から形成されることを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  33. 前記ゲートライン、前記ゲート電極、及び前記共通ラインを形成するステップは、
    前記基板上に第1金属膜を形成するステップと、
    第1モールドを利用して、前記第1金属膜上に第1エッチングレジストパターンを形成するステップと、
    前記第1エッチングレジストパターンを利用して、第1金属膜をパターニングするステップと、を含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  34. 前記第1モールドのパターンの厚さは、前記第1エッチングレジストパターンの厚さより大きいことを特徴とする請求項33に記載のアレイ基板の製造方法。
  35. 前記第1エッチングレジストパターンは、前記第1モールドより大きい表面エネルギーを有するレジスト物質から形成されることを特徴とする請求項33に記載のアレイ基板の製造方法。
  36. 前記レジスト物質は、polyethylene glycol、hexandiol diacylate、及び1,4−butanediol diglycidyl etherのうちの何れか一つを含むことを特徴とする請求項35に記載のアレイ基板の製造方法。
  37. 前記半導体層を形成するステップは、
    前記ゲート絶縁膜及び前記第1平坦膜上に半導体物質を形成するステップと、
    前記第2モールドを利用して、前記半導体物質上に第2エッチングレジストパターンを形成するステップと、
    前記第2エッチングレジストパターンを利用して、前記半導体物質をパターニングするステップと、を含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  38. 前記第2モールドのパターンの厚さは、前記第2エッチングレジストパターンの厚さより大きいことを特徴とする請求項37に記載のアレイ基板の製造方法。
  39. 前記第2エッチングレジストパターンは、前記第2モールドより大きい表面エネルギーを有するレジスト物質から形成されることを特徴とする請求項37に記載のアレイ基板の製造方法。
  40. 前記レジスト物質は、polyethylene glycol、hexandiol diacylate、及び1,4−butanediol diglycidyl etherのうちの何れか一つを含むことを特徴とする請求項39に記載のアレイ基板の製造方法。
  41. 前記データライン、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成するステップは、
    前記半導体層及び前記第2平坦膜上に第2金属膜を形成するステップと、
    前記第3モールドを利用して、前記第2金属膜上に第3エッチングレジストパターンを形成するステップと、
    前記第3エッチングレジストパターンを利用して、第2金属膜をパターニングするステップと、を含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  42. 前記第3モールドのパターンの厚さは、前記第3エッチングレジストパターンの厚さより大きいことを特徴とする請求項41に記載のアレイ基板の製造方法。
  43. 前記第3エッチングレジストパターンは、前記第3モールドより大きい表面エネルギーを有するレジスト物質から形成されることを特徴とする請求項41に記載のアレイ基板の製造方法。
  44. 前記レジスト物質は、polyethylene glycol、hexandiol diacylate、及び1,4−butanediol diglycidyl etherのうちの何れか一つを含むことを特徴とする請求項43に記載のアレイ基板の製造方法。
  45. 前記第1及び第2コンタクトホールを有する前記保護膜を形成するステップは、
    前記第2平坦膜上に絶縁物質を形成するステップと、
    前記第4モールドを利用して、前記ドレイン電極が露出した前記第1コンタクトホールと所定のホールを形成するステップと、
    前記ホールを介して前記第1及び第2平坦膜をパターニングして、前記共通ラインが露出した前記第2コンタクトホールを形成するステップと、を含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  46. 前記画素電極を形成するステップは、
    前記保護膜上に透明な導電物質を形成するステップと、
    前記第5モールドを利用して、前記透明な導電物質上に第4エッチングレジストパターンを形成するステップと、
    前記第4エッチングレジストパターンを利用して、前記透明な導電物質をパターニングするステップと、を含むことを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
  47. 前記第5モールドのパターンの厚さは、前記第4エッチングレジストパターンの厚さより大きいことを特徴とする請求項46に記載のアレイ基板の製造方法。
  48. 前記第4エッチングレジストパターンは、前記第5モールドより大きい表面エネルギーを有するレジスト物質から形成されることを特徴とする請求項46に記載のアレイ基板の製造方法。
  49. 前記レジスト物質は、polyethylene glycol、hexandiol diacylate、及び1,4−butanediol diglycidyl etherのうちの何れか一つを含むことを特徴とする請求項48に記載のアレイ基板の製造方法。
  50. 前記第1平坦膜は、前記ゲートライン、前記ゲート電極及び前記共通ラインに対応しない前記ゲート絶縁膜の前記第1領域上に形成されることを特徴とする請求項16に記載のアレイ基板の製造方法。
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