KR0182877B1 - 액정표시장치의 구조 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개구율을 향상시키면서 저반사율을 실현시키려는 것으로서, 공정을 단순화하고 액정에 미치는 영향도 최소화할 수 있는 액티브 매트릭스 픽셀 어레이 및 그 제조 방법으로, 기판 위에 게이트 라인 소오스 및 드레인을 포함하는 TFT와, TFT를 덮은 보호막 및 픽셀 전극을 형성하는 공정을 포함하는 액정표시장치를 제조하는 방법에 있어서, 기판에 TFT와 픽셀 전극을 형성한 후, 제1보호막을 형성하는 공정과, 제1보호막 위에 동일 형상의 블랙매트릭스패턴을 형성하는 공정과, 블랙 매트릭스 패턴을 완전히 덮도록 제2보호막을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.
Description
제1도 (a)는 종래의 블랙 레진을 이용하여 차광막패턴을 실현한 픽셀의 레이아웃도이고,
제1도의 (b)는 제1도의 I-I선 단면도이다.
제2도는 본 발명의 섀도우 마스크를 이용한 보호막 제조공정을 설명하기 위한 기판의 평면도이고,
제3도는 TFT 형성 부위의 일부 평면도이고,
제4도 (a)-(g)도는 공정단계별 단면도로서, 제4도 (a)-(g)도의 각 Ⅰ도는 데이터 패드부의 단면도이고, 각 Ⅱ도는 제3도의 A-A 단면도이고, 각 Ⅲ도는 제3도의 B-B 단면도이며, 각 Ⅳ도는 게이트 패드부의 단면도이다.
본 발명은 액정표시장치 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 박막트랜지스터를 이용하는 액정표시장치인 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)는 박막트랜지스터(TFT)와 화소전극이 배열되어 있는 하판(bottom plate)과, 색상을 나타내기 위한 칼라 필터(Color filter) 및 공통 전극이 형성된 상판(top plate), 그리고 이 상하 기판 사이에 액정이 주입되어 있으며, 두 유리 기판의 양쪽 면에는 가시광선(자연광)을 선편광시켜주는 편광판이 각각 부착되어 구성된다.
화소전극과 칼라 필터를 통과하는 빛만 통과되도록 기타의 빛은 차단하여야 하는데 이러한 목적으로 사용하는 차광막패턴(블랙메트릭스)이 칼라필터판(상판이라고도 한다)에 형성되었다.
그러나 최근에는 이 블랙메트릭스를 상판이 아닌 하판에 형성하는 방법이 제안되고 있다.
하판에 블랙메트릭스를 형성하는 기술은 제1도 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 안료 분산형의 검은 색 레진(Black Resin)을 이용하여 블랙메트릭스패턴을 형성하는 방법이다. 제1도의 (a)에는 블랙메트릭스의 일부분에 대한 평면도를 나타내고 제1도 (b)에는 제1도의 Ⅰ-Ⅰ 선단면도를 나타낸 것이다.
이 방법을 간단히 설명하면, 먼저 유리 기판(5)위에 게이트 전극(6)과 게이트 버스 라인(7) 패턴을 형성하는 동시에 화소전극이 형성될 영역의 가장자리에 보조용량 전극(20)도 게이트 전극 물질로 형성된다. 이 보조 용량 전극은 보조 용량을 위해 이용되기도 하지만 차광용 금속 배선의 역할을 하기도 한다.
다음으로 전면에 게이트절연막(9)을 형성하고, 반도체 층을 증착한 후 TFT 소자가 형성될 부분만 남기고 제거하여 반도체 패턴(10)을 형성한다.
그리고 도전 물질을 증착한 후, 소오스(12), 드레인 전극(12')과 데이터라인(13)을 패터닝하고, 투명도전층을 증착하고 패터닝하여 화소영역에 화소전극(18)을 형성한다. 소오스, 드레인 전극을 형성할 때, 드레인 전극(12')과 연결되는 보조 용량 전극을 화소전극 아래 부분에 TFT소자 부분에서 인접한 부분에 형성하여 보조 용량 전극(21)으로 기능을 하게 함과 동시에 차광용 금속 배선 역할도 하도록 하였다.
그리고 나서 보호막(16)을 선택적으로 형성하고, 이 보호막(16) 위에 차광용 금속 배선으로 차광할 수 없는 부분에 흑색 유기 재료 즉 블랙 레진(black resin)을 사용하여 블랙메트릭스패턴(15)을 형성한 3차원 하이브리드(hybrid) 구조이다.
백라이트에서 투사되는 빛이 차광용 금속 배선(20,21)과 흑색 유기 재료로 된 블랙메트릭스(black matrix)에 의하여 차광되고 화소전극 영역부위로만 통과된다.
이와 같은 공정으로 진행되는 선행 기술은 블랙 레진에서 흘러나오는 이물질이 액정을 오염시키는 문제점이 있고, 포토리소그래피 공정을 적용하여 보호막 형성 공정까지 완료한 후 추가적으로 다시 블랙 레진을 사용하여 패턴을 하게 됨으로써 공정이 길어지며, 어레이 부분 및 패드 부에 ITO 노출 부분이 생기게 되어 광차광막 패턴시 ITO 위에 블랙 레진의 잔사가 남게 되는 문제점이 발생된다.
본 발명의 목적은 개구율을 향상시키면서 저 반사율을 실현시키는 블랙 매트릭스를 가진 TFT판을 제조하는 방법에 있어서, 공정을 단순화하고 액정에 미치는 영향도 최소화할 수 있는 액정표시장치의 구조 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 기판과, 상기 기판 위에 형성된 게이트 라인, 소오스 및 드레인을 포함하는 TFT와, 상기 TFT 위에 형성된 제1 보호막과, 상기 제1보호막 위에 형성된 소정의 영역을 차광시키는 제1보호막과 동일 형상의 블랙매트릭스패턴과, 상기 블랙매트릭스패턴 위를 완전히 덮는 제2보호막과, 상기 TFT의 드레인 전극과 연결되는 픽셀 전극을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치의 구조이다.
블랙매트릭스패턴의 가장자리는 상기 픽셀 전극과 일부 중첩되도록 할 수 있다. 블랙매트릭스패턴은 검은 색 수지를 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 위에 게이트 라인 소오스 및 드레인을 포함하는 TFT와, TFT를 덮는 보호막 및 픽셀 전극을 형성하는 공정을 포함하는 액정표시장치를 제조하는 방법에 있어서, 기판에 TFT와 픽셀 전극을 형성한 후, 제1보호막을 형성하는 공정과, 제1보호막 위에 동일 형상의 블랙매트릭스패턴을 형성하는 공정과, 블랙 매트릭스 패턴을 완전히 덮도록 제2보호막을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치의 제조 방법이다.
블랙매트릭스 패턴 위에 제2보호막을 형성하는 공정은, 데이터 패드와 게이트 패드가 형성된 부위를 덮고 픽셀 형성 영역을 노출하는 섀도우 마스크를 이용하여 절연 물질을 증착하여 제2보호막을 형성할 수 있다.
본 발명을 도면을 참조하면서 설명한다.
제2도는 본 발명에 방법에서 공정시의 하판을 도시한 것이고, 제3도는 TFT 형성 부위의 일부 평면도이며, 제4도 (a)-(g)도는 공정단계별 단면도로서, 제4도 (a)-(g)도의 각 Ⅰ도는 데이터 패드부의 단면도이고, 각 Ⅱ도는 제3도의 4Ⅱ-4Ⅱ 단면도이고, 각 Ⅲ도는 제3도의 4Ⅲ-4Ⅲ 단면도이며, 각 Ⅳ도는 게이트 패드부의 단면도이다.
본 발명의 방법은 먼저 제2-4도에서 보인 바와 같이, 투명 기판(31) 위에 제1금속층을 형성하고 패터닝하여 게이트(GATE) 전극(32)과 게이트 버스 라인(32') 및 데이터 패드(32)를 형성한다. 제1금속층은 크롬이나 알루미늄 등과 같은 메탈을 증착하여 형성한다. 그리고, 제1금속층에 사진식각공정을 실시하여 패터닝하여 게이트(GATE) 전극(32)과 게이트 버스 라인(32') 및 데이터 패드(32)를 형성한다. (제4도(a))
이어서, 전면에 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)을 이용하여 단일 또는 이중의 제1절연막(33)을 형성하고, 제1절연막 위에 반도체등과 도핑된 반도체층을 연속으로 적층한 후, 사진 시각 공정을 실시하여 TFT 영역에 반도체층(34)과 도핑된 반도체층(35)의 패턴을 형성한다.(제4도(b))
그리고, 제1절연막을 선택적으로 사진식각공정을 실시하여 접촉홀을 데이터패드부와 게이트 패드부에 형성한다.(제4도(c))
이어서, ITO 등으로 투명도전층을 증착한 후 사진식각공정으로 픽셀 전극(30)을 형성하고, 데이터라인 끝부분과 게이트라인 끝부분에는 데이터패드(32)와 중첩되게 데이터패드 보강부(30)와 게이트패드 보강부(30')을 형성한다.(제4도(d))
그리고, 스피터 장비를 이용하여 제 2금속층을 전면에 증착한 후, 사진식각 공정을 실시하여 소스전극(37) 및 드레인 전극(36)과 데이터라인(37')을 형성한다. 이 때 제2 금속층의 재질은 Cr, Cr/Al, Cr/Al/Au, n+ a-Si:H,등을 사용하면 된다. 그리고, 이 소스(37) 및 드레인 전극(36)을 마스크로 이용하여 박막트랜지스터의 채널 부위가 되는 소스와 드레인 전극 사이의 불순물이 도핑된 반도체층(35)을 건식식각 방법으로 제거한다. 그러면 소스 및 드레인 전극(36)과 게이트 전극(32)이 형성되고, 소스 드레인 사이의 채넬부분까지 형성되어서 박막트랜지스터가 제작 완료된다.(제4도(e))
다음에는, 전면에 제1보호막(40)을 증착하고, 블랙 레진(Black Resin)을 코팅하고, 노광 및 현상 공정을 실시하여, 박막트랜지스터 영역과 데이터라인과 화소 사이에는 빛이 투과되지 않도록 블랙매트릭스패턴(41)을 형성한다.
블랙 레진은 포토레지스트 필름과 같이 감광성을 가지고 현상후에는 빛을 차단하는 성질을 가지는 수지로서, 섭씨 260℃까지는 내열성을 가지고 빛의 투과가 50%이하가 되는 재료를 사용하고 레진의 코팅은 두께를 약 1.5㎛ 이하가 되도록 하면 좋다. 제1보호막은 산화막 또는 질화막을 증착하면 된다. 그리고 이 블랙매트릭스패턴을 마스크로 하여 픽셀 전극과 데이터패드부(B)와 게이트패드부(B) 상에 있는 제1보호막(40)을 습식 또는 건식 식각한다.(제4도(f))
이렇게 한 후, 제2도에서 보인 바와 같이, 픽셀 형성 영역 A 만 노출시키고 패드 형성 영역 B와 기판(31)의 주변을 모두 가리는 섀도우 마스크(43)로 지금까지 공정이 진행된 기판을 덮고 제2보호막(42)을 증착한다. 제2보호막은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 질화막을 스퍼터링 장비를 사용하여 증착하면 된다.(제4도(g))
이후의 공정은 TFT LCD 제조를 위한 일반적인 공정을 실시하는데, 즉 배향막을 형성한다든지 액정을 밀봉한다든지 하는 공정을 실시하여 표시장치를 제작 완료한다.
이러한 공정으로 제작되는 TFT 판은 기판(31)위에 형성된 게이트 라인(32)과 소오스(37) 및 드레인(36)으로 이루어지는 TFT와, TFT 위에 형성된 제1 보호막(40)과, 제1보호막 위에 형성된 소정의 영역을 차광시키는 블랙매트릭스패턴(41)과 블랙매트릭스패턴 위를 덮는 제2보호막(42)과, TFT의 드레인 전극과 연결되는 픽셀 전극(30)을 포함하여 이루어진다. 블랙매트릭스패턴은 픽셀 전극 이외의 영역을 완전히 차광하도록 블랙매트릭스패턴의 가장자리는 상기 픽셀 전극과 일부 중첩되도록 패터닝되어있다.
이와 같은 공정으로 진행되는 본 발명에 의하면, 선행기술에 비하여 패시베이션 보호막 증착 후 기존 감광성 수지(PHOTORESIST)를 사용하지 않고 직접 블랙 레진을 사용하여 패턴을 하고 패드 및 픽셀부의 보호막을 식각함으로써 공정을 단순화 할 수 있다. 그리고 블랙 레진에서 흘러나오는 이물질이 액정을 오염시키는 것을 막기 위하여 2차 보호막을 증착하는 공정에서 드라이버 IC를 부착시키는 패드부분을 마스킹하여 증착하는 마스크를 사용하면 추가적인 공정없이 제작이 가능하다.
그래서 선행기술에서 포토리소그래피 공정을 적용하여 보호막 형성 공정까지 완료한 후 추가적으로 다시 블랙 레진을 사용하여 패턴을 하게 됨으로써 공정이 길어지며 어레이 부분 및 패드 부에 ITO 노출 부분이 생기게 되어 광차광막 패턴시 ITO 위에 블랙 레진의 잔사가 남게 되는 문제점이 해소되고, 블랙레진이 제1보호막(40)인 질화막과의 접촉밖에 없으므로 잔사가 남지 않는다.
또한 새도우 마스크를 사용하여 제2보호막인 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 증착하게 되면 별도의 포토공정 없이 패드부분의 노출을 실현할 수가 있어서 편리하다. 만약 제2보호막을 패턴닝하기위하여 포토공정을 추가하게 되면 블랙 레진이 리프트오프(lift-off)되어 패턴의 유실을 초래하게 되는 위험이 따른다.
Claims (9)
- 기판과, 상기 기판 위에 형성된 게이트 라인, 소오스 및 드레인을 포함하는 TFT와, 상기 TFT 위에 형성된 제1보호막과, 상기 제1보호막 위에 형성된 소정의 영역을 차광시키는 제1보호막과 동일 형상의 블랙매트릭스패턴과, 상기 블랙매트릭스패턴 위를 완전히 덮는 제2보호막과, 상기 TFT의 드레인 전극과 연결되는 픽셀 전극을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치의 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스패턴은 픽셀 전극 이외의 영역을 차광하도록 패터닝된 것이 특징인 액정표시장치의 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스패턴의 가장자리는 상기 픽셀 전극과 일부 중첩되는 것이 특징인 액정표시장치의 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스패턴은 검은 색 수지를 사용하여 형성된 것이 특징인 액정표시장치의 구조.
- 기판 위에 게이트 라인 소오스 및 드레인을 포함하는 TFT와, TFT를 덮는 보호막 및 픽셀 전극을 형성하는 공정을 포함하는 액정표시장치를 제조하는 방법에 있어서, 기판에 TFT와 픽셀 전극을 형성한 후, 제1보호막을 형성하는 공정과, 제1보호막 위에 상기 제1보호막과 동일 형상의 블랙매트릭스패턴을 형성하는 공정과, 블랙 매트릭스 패턴을 완전히 덮도록 제2보호막을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 패턴 형성 후, 상기 블랙매트릭스를 마스크로 사용하여 건식 또는 습식식각하는 공정을 부가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 블랙매트릭스패턴을 형성하는 공정은 블랙매트릭스패턴이 픽셀 전극 이외의 영역을 차광하도록 패터닝하는 것이 특징인 액정표시장치의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 패턴 위에 제2보호막을 형성하는 공정은, 패드부를 덮고 픽셀 형성 영역을 노출하는 섀도우 마스크를 이용하여 절연 물질을 증작하여 제2보호막을 형성하는 것이 특징인 액정표시장치의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 블랙매트릭스패턴을 형성하는 공정에서 블랙메트릭스패턴을 마스크로 하여 제1보호막을 식각하는 것이 특징인 액정표시장치의 제조 방법.
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