KR100205258B1 - 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판에서는 신호선이 주사선과 수직으로 교차하는 금속층 위에 배열된다. 주사선과 금속층의 교차점, 주사선 양측면에는 금속층을 양극산화하여 일정한 폭의 절연충이 형성되어 주사선과 금속층을 절연시킨다.
금속층은 신호선의 폭 보다 큰 폭으로, 화소영역의 화소전극 일부와 겹치도록 형성되어 신호선 근처로 누설되는 빛을 차단하는 차광층의 역할을 한다.

Description

액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판 및 그 제조방법
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 신호선 밑에 절연층이 형성된 금속층을 배열함으로써 신호선의 단차를 제거하여 신호선이 단선되거나 신호선의 에칭시 에칭액의 침투를 방지할 수 있는 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
텔레비젼이나 퍼스널컴퓨터의 표시장치에 주로 사용되고 있는 CRT(cathod ray tube)는 대면적의 화면을 만들 수 있다는 장점이 있지만, 이러한 대면적으로 화면을 만들기 위해서는 전자총(electron gun)과 발광물질이 도포된 스크린과의 거리가 일정 이상을 유지해야만 하기 때문에 그 부피가 커지는 문제가 있었다. 따라서, CRT는 현재 활발하게 연구되고 있는 벽걸이용 텔레비젼 등에 적용할 수 없을 뿐만 아니라, 근래에 주목받고 있는 휴대용 텔레비젼이나 노트북 컴퓨터 등과 같이 저전력을 필요로 하며 소형화를 요구하는 전자제품에도 적용할 수가 없었다.
이러한 표시장치의 요구에 부응하여 LOD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electroluminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)와 같은 여러 가지의 평판표시장치가 연구되고 있지만, 그 중에서도 LCD(액정표시소자)가 여러 가지의 단점에도 불구하고 화질이 우수하며 저전력을 사용한다는 점에서 근래에 가장 활발하게 연구되고 있다. 이러한 LCD로는 단순매트릭스(Passive Matrix) 구동방식 LCD와 액티브매트릭스(Active Matrix) 구동방식 LCD가 있는데, 이중에서도 AMLCD가 각각의 화소를 독립적으로 구동시킴으로써, 인접화소의 데이타신호에 의한 영향을 최소화시켜서 콘트라스트비(contrast ratio)를 높이면서 주사선수를 증가시킬 수 있기 때문에 근래의 LCD에 주로 사용되고 있다.
이러한 AMLCD에는 각 화소마다 형성되어 상기한 화소를 작동시키는 화소(pixel)구동용 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)와 상기한 화소구동용 박막트랜지스터를 작동하며 주사선(gate line)와 신호선(data line)에 신호를 인가하는 구동회로부가 형성되어 있다.
도 1은 종래 LCD의 평면도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 주사선(1) 및 신호선(2)은 매트릭스형상으로 배열되어 화소영역을 정의한다. 일반적인, 액정표시소자에서는 복수의 주사선(1) 및 신호선(2)이 종횡으로 배열되어 있지만, 도면에서는 설명의 편의를 위해 한 화소만을 나타낸다. 화소영역에는 화소전극(5)이 형성되어 있으며, 화소영역내의 주사선(1) 및 신호선(2)의 교차점에 TFT가 형성되어 있다. TFT의 게이트전극(3)은 주산선(1)에 연결되고 소스/드레인전극(4)은 신호선(2) 및 화소전극(5)에 연결되어, 구동회로부(도면표시하지 않음)로부터 인가되는 신호에 의해 TFT가 작동한다.
도 1(b)는 도 1(a)의 A-A'선 단면도로서, 도면부호10은 투명한 유리기판을 나타낸다. 유리기판(10) 위에는 주사선(1)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트절연층(7)이 형성되어 있다. 신호선(2)은 상기 게이트절연층(7)위에 주사선(1)과 교차하도록 형성되며, 신호선(2) 위에 보호층(9)이 형성되어 있다.
그러나, 상기한 구조의 액정표시소자에서는 도면에 나타낸 바와 같이 주사선(1)의 단차에 의해 게이트절연층(7) 및 신호선(2)이 파괴된다. 따라서, 신호선(2)의 에칭시 에칭액이 게이트절연층(7)의 틈으로 스며 들어 게이트전극(1)이 파손될 뿐만 아니라 신호선(2)이 단선되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 신호선 밑에 주사선과 동일한 높이의 금속층을 형성함으로써 단차에 의한 신호선의 단선 및 에칭시의 에칭액의 침투를 방지할 수 있는 액정표시소자의 박막트랜지스터 에레이기판 및 그제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 신호선 밑에 배열된 불투명한 금속층을 신호선의 폭 보다 크게, 화소적극의 일부와 겹치도록 형성하여 하여 신호선 근처로 빛이 누설되는 것을 방지함을써 개구율이 더욱 향상된 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판을 투명한 유리기판과, 상기한 기판 위에 배열된 게이트전극과 절연층 및 금속층과, 상기한 게이트전극과 절연층 및 금속층 위에 형성된 게이트절연층과, 상기한 게이트절연층 위에 배열된 신호선과, 상기한 주사선과 신호선의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기한 신호선 및 박막트랜지스터를 덮고 있는 보호층으로 구성된다. 주사선과 신호선에 의해 정의되는 화소영역의 보호층 위에 형성되는 화소전극은 보호층에 형성된 컨택트홀을 통해 박막트랜지스터의 소스/드레인전극에 접속된다.
금속층은 주사선의 형성과 동시에, 혹은 그 전이나 그 후에 형성할 수 있으며, 그 폭은 화소영역에 형성되는 화소전극과 겹치도록 신호선의 폭 보다 크게 하여 신호선 근처로 빛이 누설되는 것을 방지한다. 금속층과 주사선이 교차하는 지점의 주사선 양측면에 위치하는 절연층은 절연물질을 적층하거난 금속층을 양극산화하여 형성한다. 이 절연층은 주사선과 금속층이 단락되는 것을 방지한다.
제1a도는 종래 액정표시소자의 평면도.
제1b도는 1a도의 A-A'선 단면도.
제2a도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 평면도.
제2b도는 2a도의 B-B'선 단면도.
제3도는 2a도의 C-C'선 단면도.
* 도면부호의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 주사선 102 : 신호선
103 : 게이트전극 104 : 소스/드레인전극
105 : 화소전극 107 : 게이트절연층
109 : 보호층 110 : 기관
115 : 금속층 115a : 절연층
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2(a)는 본 발명에 따른 액정표시소자의 평면도로서, 종래기술에 나타낸 바와 같이 설명의 편의를 위해 한 화소만을 나타내었다. 종래의 액정표시소자와 마찬가지로 본 발명의 액정표시소자도 복수의 주사선(101) 및 신호선(102)이 매트릭스형상으로 배열되어 화소영역을 정의하여, 화소영역에는 UTI(indium tin oxide) 등과 같은 투명전극으로 이루어진 화소전극(105)이 형성되어 있다. 또한, 화소영역내의 주사선(101) 및 신호선(102)의 교차점에는 게이트전극(103)이 주사선(101)에 연결되고, 소스/드레인전극(104)이 신호선(102)에 연결되어 있는 박막트랜지스터가 형성되어 있으며, 신호선(102) 밑에는 금속층(115)과 일정한 폭의 절연층(115a)이 형성되어 있다.
도 2(b)는 도2(a)의 B-B'선 단면도이다. 도면에 나타낸 바와 같이 투명한 유기기판(110) 위에는 주사선(101), 금속층(115) 및 상기한 주사선(101)과 금속층(115)의 단락을 방지하는 절연층(115a)이 형성되어 있다. 주산선(101)은 Cr, Mo, Al 또는 Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링(sputtering)방법에 의해 적층한 후, 포토에칭(photoetching)하여 형성한다. 이때, 게이트전극(103) 역시 상기한 주사선(101)과 동일한 공정에 의해 형성된다. 또한, 금속층(115)도 주사선(101)과 동일한 물질로 동일한 공정에 의해 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 주사선(101)과 서로 수직으로 교차하도록 형성되지만, 다른 물질로 주사선(101) 형성공정 후에 또는 그 전에 형성하는 것도 물론 가능하다. 주사선(101)과 금속층(115)을 절연시키기 위한 절연층(115a)은 금속층(115)을 형성한 후에, 상기한 금속층(115)을 양극산화하여 형성할 수 있으며, 금속층(115)과는 별도로 절연물질을 적층함으로써 형성할 수 도 있다.
금속층(115)의 양극산화는 금속층(115)이 형성된 기판(110)을 전해액이 채워진 용기의 한쪽에 넣고 그 맞은편에 음극(cathode)인 대향전극을 배치한 후, 전원을 상기한 금속층(115)과 대향전극에 연결함으로써 실시된다. 이때, 금속층(115)의 양극산화되지 않은 영역, 즉 절연층(115a) 이외의 영역은 포토레지스터(photoresist)를 도포하여 산화되는 것을 방지한다. 금속층(115)과 대향전극에 전압이 인가되면, 전해액의 산화작용에 의해 금속층(115)이 전원이 연결된 쪽부터 서서히 산회되어 시간이 충분히 지남에 따라 금속층(115)이 완전히 산화된다.
주사선(101), 금속층(115) 및 절연층(115a) 위에는 플라즈마 CVD(plasma chemical vapor deposition)에 의해 SiNx나 SiO2등과같이 게이트절연층(107)이 적층되며, 그 위에 신호선(102)이 형성된다. 신호선(102)은 A1과 같은 금속을 적층한 후 포토에칭하여 형성하며, TFT의 소스/드레인전극(104)도 상기한 신호선(102)과 동시에 형성된다. 보호층(109)은 기판(110) 전체에 걸쳐서 TFT와 신호선(102) 위에 적층된다. 보호층(109) 위의 화소영역에는 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, ITO(indium tin oxide)와 같은 투명전극을 하고 포토에칭하여 화소전극(105)을 형성하는 데, 보호층(109)에는 도면표시하지 않은 컨택트홀(contact hole)이 형성되어 화소전극(105)이 상기한 컨택트홀을 통해 TFT의 소스/드레인전극(104)에 전기적으로 접속된다.
또한, 도면에는 비록 나타내지 않았지만, 박막트랜지스터의 게이트절연층(107)과 소스/드레인전극(104) 사이에는 비정질실리콘(a-Si) 등과 같은 반도체층이 적층되어 채널층이 형성된다.
본 발명의 TFT어레이기판은 도면에 나타낸 바와 같이 기판 위에 신호선(102) 영역에 주사선(101)과 거의 동일한 두께로 금속층(115)이 형성되어 있으므로, 주사선(102) 영역의 게이트절연층(107)이 편평하게 된다. 따라서, 이 편평한 영역에 형성되는 신호선(102)에 단선이 발생하지 않게 되며, 게이트절연층(107)이 파손도 방지되어 에칭시 에칭액이 게이트절연층(107)이 생긴 틈을 통해 게이트전극(103)으로 침투하여 게이트전극(103)이 파손되는 일을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에서는 신호선(102) 밑에 배열된 금속층(115)을 상기한 신호선(102)과 동일한 폭으로 형성하는 것도 가능하지만, 도 3에 나타낸 바와 같이 그 폭을 더 크게 하는 것도 가능하다.
일반적으로 LCD에서는 TFT 어레이기판의 뒷면(도면에서 기판의 아래쪽)에 부착된 백라이트(back light)로부터 빛이 입사되며, 이 빛이 주사선(101), 신호선(102) 및 TFT근처에서 누설되어 화질이 저하된다. 따라서, 빛이 누설되는 것을 방지하기 위해서 차광층, 즉 블랙매트릭스(black matrix)를 TFT어레이기판이나 컬러필터기판엔 형성할 필요가 있다. 차광층이 컬러필터기판에 형서오딘 경우에는 기판의 합착이 정밀하게 이루어지지 않으면, 차관층이 화소영역을 침범하게 되어 개구율이 저하된다. 또한, TFT어레이기판에 차관층이 형성되는 경우에도 기판위에 먼저 차광층을 형성한 후, 그 위에 TFT와 주사선 및 신호선을 배치하기 때문에 상기한 차광층의 단차에 의해 액정표시소장의 성능이 저하된다.
그러나, 도 3에 나타낸 바와 같이 금속층(115)의 폭을 신호선(102)의 폭 보다 더 크게, 더욱 바람직하게는 상기한 금속층(115)과 화소전극(105)이 서로 겹치도록 금속층(115)의 폭을 크게 하면, 불투명한 금속층(115)에 의해 상기한 신호선(102) 근처로 빛이 누설되는 것이 차단된다. 그러므로, 본 발명에 의해 제작된 LCD에서는 신호선(101)과 TFT근처로 누설되는 빛을 차단하기 위한 차광층만을 배치하면 된다. 따라서, 박막트랜지스터 어레이기판에 차광층이 배치되던 종래의 액정표시소자에 비해 차광층의 단차에 의한 성능이 저하를 감소할 수 있고, 컬러필터기판에 차광층이 배치된 경우에 비해 개구율이 훨씬 더 향상된다.
따라서, 본 발명에 따른 액정표시소장의 박막트랜지스터 어레이기판은 신호선 밑에 형성된 금속층에 의해 주사선의 단차에 의한 신호선의 단선이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 게이트절연층의 파손에 의한 액정표시소자의 성능저하를 방지할 수 있게 된다. 더욱이, 신호선 보다 더 큰 폭의 금속층이 차광층의 역할을 함으로써, 개구율이 향상됨과 동시에 액정표시소자의 성능저하를 방지할 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. 기판과; 상기한 기판 위에 배열된 복수의 주사선과; 기판 위에 상기한 주사선과 수직으로 교차하며 교차점의 주사선 양측면에 절연층을 포함하는 복수의 금속층과; 상기한 주사선, 금속층 및 절연층 위에 형성된 게이트절연층과; 상기한 게이트절연층을 사이에 두고 금속층 위에 배열된 신호선과; 상기한 주사선과 신호선의 교차점에 배치되어 게이트전극이 주사선에 접속되고 소스/드레인전극이 신호선에 접속된 박막트랜지스터와; 상기한 주사선, 신호선 및 박막트랜지스터 위의 기판 전체에 걸쳐서 적층된 보호층으로 구성된 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 주사선과 금속층이 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 주사선, 금속층 및 절연층의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 금속층의 폭이 신호선 양측면의 화소전극 간격 보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지시터 어레이기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 절연층이 양극산화층인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기한 보호층 위에 상기한 주사선과 신호선에 의해 한정되는 화소영역에 적층된 화소전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판.
  7. 기판 위에 복수의 주사선을 형성하는 단계와; 상기한 주사선과 수직으로 교차하는 금속층을 형성하는 단계와; 상기한 주사선과 신호선의 교차점의 주사선 양측면에 절연층을 형성하는 단계와; 상기한 기판 전체에 걸쳐서 게이트절연층을 형성하는 단계와; 상기한 게이트절연층 위에 신호선을 형성하는 단계와; 상기한 주사선 및 신호선에 의해 한정되는 화소영역내의 상기한 주사선과 신호선의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기한 주사선, 신호선, 박막트랜지스터 및 화소영역에 보호층을 형성하는 단계로 구성된 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기한 주사선 및 금속층이 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기한 주사선 및 금속층이 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지스터 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기한 절연층이 금속층을 양극산화하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지스터 제조방법.
  11. 상기한 화소영역내에 화소전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판 제조방법.
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