KR100266151B1 - 투과형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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마찌다 가쯔히꼬
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Abstract

본 발명의 투과형 액정 표시장치는 게이트 배선들, 소스 배선들, 및 각 게이트 배선 및 소스 배선의 교차부 근처에 각각 배치된 스위칭 소자들을 포함한다. 각 스위칭 소자의 게이트 전극은 게이트 배선에 접속되고, 스위칭 소자의 소스 전극은 소스 배선에 접속되며, 스위칭 소자의 드레인 전극은 전압을 액정층에 인가하는 화소 전극에 접속되어 있다. 여기서, 스위칭 소자, 게이트 배선 및 소스 배선의 상부에는 고투명도의 불소 수지로 이루어지는 층간 절연막이 형성되어 있으며, 투명 도전막으로 이루어진 화소 전극은 층간 절연막 상에 형성되어 있다.

Description

투과형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 어드레싱 소자로서 박막 트랜지스터(이하 TFT라 함)와 같은 스위칭 소자를 포함하며 컴퓨터, TV 세트 등의 디스플레이에 이용되는 투과형 액정 표시 장치, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
제16도는 액티브 매트릭스 기판을 구비한 종래의 투과형 액정 표시 장치의 회로도이다.
제16도를 참조하면, 액티브 매트릭스 기판은 매트릭스형으로 형성된 화소 전극(1) 및 각각의 화소 전극(1)에 접속된 스위칭 소자로서 이용되는 TFT(2)를 포함하고 있다. TFT(2)의 게이트 전극은 주사(게이트) 신호를 인가하는 게이트 배선(3)에 접속됨으로써 게이트 신호가 게이트 전극에 입력될 수 있어서 TFT(2)의 구동을 제어하게 한다. TFT(2)의 소스 전극은 이미지(데이타) 신호를 인가하는 소스 배선(4)에 접속됨으로써 데이타 신호가 TFT(2)가 구동되는 경우에 TFT(2)를 통해 대응하는 화소 전극(1)에 입력될 수 있다. 게이트 배선(3) 및 소스 배선(4)는 매트릭스형으로 배열된 화소 전극(1)의 주위를 통해 서로 직교차하도록 설치되어 있다.
TFT(2)의 드레인 전극(2)는 개개의 화소 전극(1) 및 부가 용량 배선(5)에 접속된다. 이 부가 용량 배선(5)의 대향 전극은 공통 배선(6)에 접속된다. 부가 용량 배선(5)는 액정층에 인가되는 전압을 유지하기 위해 사용된다. 부가 용량 배선은 액티브 매트릭스 기판 상에 제공되는 화소 전극과 대향 기판 상에 제공되는 대향 전극 사이에 샌드위치된 액정층을 포함하는 액정 용량 배선과 병렬로 제공된다.
제17도는 종래의 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 1 TFT 부분의 단면도이다. 제17도를 참조하면, 제16도에 도시된 게이트 배선(3)에 접속되는 게이트 배선(12)가 투명 절연 기판(11) 상에 형성된다. 게이트 전극(12)를 피복해서 게이트 절연막(13)이 형성된다. 반도체층(14)는 게이트 절연막(13)을 통해 게이트 전극(12)과 중첩되도록 게이트 절연막(13)상에 형성되어 있고, 채널 보호층(15)는 반도체층(14)의 중앙부 상에 형성된다. 소스 전극(16a) 및 드레인 전극(16b)로서의 n+-Si 층은 채널 보호층(15)의 양단과 반도체층(14)의 일부분을 피복하여 형성되어 그들이 채널 보호층(15)의 상부에서 서로 분리된다. 제16도에 도시된 소스 배선(4)가 될 금속층(17a)은 n+-Si 층들 중 하나로서 소스 전극(16a)과 중첩되여 형성된다. 금속층(17b)는 드레인 전극(16b)와 화소 전극(1)을 접속하도록 다른 n+-Si 층으로서 드레인 전극(16b)과 중첩되여 형성된다. 층간 절연막(18)은 TFT(2), 게이트 배선(3) 및 소스 배선(4)를 피복하며 형성된다.
투명 도전막은 화소 전극(1)을 형성하도록 층간 절연막(18)상에 형성된다. 투명 도전막은 층간 절연막(18)을 관통해 형성된 콘택트 홀(19)를 통해 TFT(2)의 드레인 전극(16b)와 접촉하는 금속층(17b)에 접속되어 있다.
그러므로, 층간 절연막(18)이 화소 전극(1)과 게이트 및 소스 배선(3 및 4)를 포함하는 하부층 사이에 형성되기 때문에, 화소 전극(1)을 배선(3 및 4)과 중첩시킬 수 있다. 이러한 구조는 예를 들면 일본국 특개소 58-172685에 기술되어 있다. 이 구조에 의해, 개구율(aperture ratio)를 증가시키고, 배선(3 및 4)에 의해 발생된 전계를 차폐하기 때문에 디스클리네이션(disclination)의 발생을 최소화할 수 있다.
종래에는 질화 실리콘(SiN)과 같은 무기 물질을 화학 증착법(CVD)에 의해 약 500mm 두께로 피착시킴으로써 층간 절연막(18)이 형성되었다.
상기 종래의 액정 표시 장치는 다음과 같은 단점이 있다.
SiNx, SiO2, TaOx 등으로 이루어지는 투명 절연막이 CVD 또는 스퍼터링에 의해 층간 절연막(18)상에 형성될 때 막의 표면은 하부 막, 즉 층간 절연막(18)의 표면 프로필(profile)을 직접 투영한다. 그러므로, 화소 전극(1)이 투명 절연막 상에 하부층이 화소 전극(1) 상에 형성되어 액정 분자의 배향에 불량을 야기하는 단차(step)를 갖는 경우 화소 전극(1) 상에는 100 내지 200nm의 단자가 형성된다.
다른 단점은 다음과 같다. 화소 전극(1)이 층간 절연막(18)을 통해 게이트 배선(3) 및 소스 배선(4)와 중첩하는 경우에, 화소 전극(1)과 게이트 배선(3) 사이 그리고 화소 전극(1)과 소스 배선(4) 사이의 캐패시턴스가 증가한다. 특히, 질화실리콘 등으로 이루어지는 무기막이 층간 절연막(18)로서 이용될 때, 이러한 재료의 유전 상수는 8만큼 크고, 막이 CVD 법에 의해 형성되기 때문에 최종 막의 두께는 약 500nm 정도 작다. 이러한 얇은 층간 절연막에 의해, 화소 전극(1)과 배선(3 및 4)사이의 캐패시턴스는 크다. 이것은 다음의 문제(1) 및 (2)를 야기한다. 또한, 질화실리콘 등으로 이루어진 더 두꺼운 무기막을 얻기 위해서는 제조 프로세스 시에 불필요하게 장시간을 요구한다.
(1) 화소 전극(1)이 소스 배선(4)와 중첩하는 경우에, 화소 전극(1)과 소스 배선(4) 사이의 캐패시턴스는 커진다. 이것은 신호 투과율을 증가시켜서 유지 기간 중에 화소 전극(1)에 유지되는 데이타 신호는 데이타 신호의 전위에 의해 요동한다. 결과적으로, 화소의 액정에 인가되는 유효 전압이 변동하고, 실제 디스플레이에 있어서 특히 종방향에서 인접 화소에 대하여 수직 크로스토크가 발생한다.
화소 전극(1)과 소스 배선(4) 사이의 캐패시턴스가 디스플레이 상에 나타나는 영향을 감소시키기 위해서 일본국 특개평 6-230422호에는 1 소스 배선마다 화소에 인가되는 데이타 신호의 극성을 반전시키는 방법을 제안하고 있다. 이 구동 방법은 인접 화소의 디스플레이(즉, 데이타 신호)가 서로 높게 상관되는 흑백 디스플레이 패널에 대하여 유효하다. 그러나, 화소 전극이 종 스트라이프 상으로 배열되는(칼라 디스플레이의 경우, 정방향 화소가 R, G, 및 B를 나타내는 3개의 종장(從長)의 장방형 화소로 분할되는) 통상의 노트북형 퍼스널 컴퓨터 등과 같은 칼라 디스플레이 패널에는 유효하지 않다. 1개의 소스 배선에 접속되는 화소의 디스플레이 칼라는 인접 소스 배선에 접속되는 화소의 디스플레이 칼라와 상이하다. 따라서, 상기 소스 배선마다 데이타 신호의 극성 반전 구동 방법은 흑백 디스플레이 경우에 유효할지라도, 일반적인 칼라 디스플레이에 대한 크로스토크의 저감에는 유효하지 않다.
(2) 화소 전극(1)이 화소 구동용 게이트 배선(3)과 중첩할 때, 화소 전극(1)과 게이트 배선(3) 사이의 캐패시턴스는 커지고, TFT(2)를 제어하는 스위칭 신호에 기인하여 화소로의 기입 전압의 피드스루(feedthrough)를 증가시킨다.
본 발명의 투과형 액정 표시장치는 게이트 배선들, 소스 배선들, 및 각 게이트 배선 및 소스 배선의 교차부 근처에 각각 배치된 스위칭 소자들을 포함한다. 각 스위칭 소자의 게이트 전극은 게이트 배선에 접속되고, 스위칭 소자의 소스 전극은 소스 배선에 접속되며, 스위칭 소자의 드레인 전극은 전압을 액정층에 인가하는 화소 전극에 접속되어 있으며, 스위칭 소자, 게이트 배선 및 소스 배선의 상부에는 고 투명도의 불소 수지로 이루어지는 층간 절연막이 형성되어 있다. 투명 도전막으로 이루어진 화소 전극은 층간 절연막 상에 형성되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 장치는 화소 전극과 드레인 전극을 접속하는 접속전극을 더 포함하며, 스위칭 소자, 게이트 배선, 소스 배선 및 접속 전극의 상부에는 층간 절연막이 형성되어 있다. 화소 전극은 층간 절연막 상에 형성되어 적어도 게이트 배선이나 소스 배선에 적어도 부분적으로 중첩되게 되며, 접속 전극 및 화소 전극은 층간 절연막을 관통해 형성된 콘택트홀을 통해 서로 접속된다.
본 발명의 한 실시예에서, 화소 전극, 및 소스 배선과 게이트 배선중의 적어도 한 배선은 선폭 방향으로 1㎛ 이상 서로 중첩된다.
본 발명의 한 실시예에서, 층간 절연막의 두께는 1.2㎛ 이상이다.
본 발명의 한 실시예에서, 접속 전극은 투명 도전막으로 이루어진다.
본 발명의 한 실시예에서, 장치는 액정층에 인가된 전압을 유지하는 부가 용량 배선을 더 포함하며, 부가 용량 배선 또는 게이트 배선의 전극 상에는 콘택트 홀이 형성되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 금속 질화물층은 콘택트 홀 하부에 형성되어 접속전극과 화소 전극을 접속한다.
본 발명의 한 실시예에서, 장치는 액정층에 인가된 전압을 유지하는 부가 용량 배선을 더 포함하며, 용량비는 식(1)과 같다.
[식 1]
용량비 = Csd / (Csd + Cls + Cs) ... (1)
용량비는 10% 또는 그 이하인데, 여기서 Csd는 화소 전극과 소스 배선 사이의 용량값을 나타내고, Cls는 중간 디스플레이 상태에서의 각 화소에 대응하는 액정부의 용량값을 나타내며, Cs는 각 화소의 부가 용량 배선의 용량값을 나타낸다.
본 발명의 한 실시예에서, 화소 전극의 형태는 소스 배선에 평행한 측면보다 긴 게이트 배선에 평행한 측면의 직사각형이다.
본 발명의 한 실시예에서, 장치는 매 수평 주사 기간 동안 극성이 반전한 데이타 신호를 소스 배선에 인가하고 스위칭 소자를 통해 화소 전극에 인가하는 구동 회로를 더 포함한다. 데이타 신호는 게이트 신호와의 비교시 위상차를 갖는다.
본 발명의 한 실시예에서, 장치는 액정층에 인가된 전압을 유지하는 부가 용량 배선을 더 포함하며, 부가 용량 배선은 부가 용량 배선 전극, 부가 용량 배선 대향 전극 및 이들 사이의 절연막을 포함하며, 부가 용량 배선 전극은 소스 배선이나 접속 전극의 하나로서 동일층에 형성되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 부가 용량 배선 대향 전극은 게이트 배선의 일부로 형성되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 화소 전극 및 부가 용량 배선 전극은 부가 용량 배선 전극 상에 형성된 콘택트 홀을 통해 접속되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 콘택트 홀은 부가 용량 배선 대향 전극 및 게이트 배선중의 하나 상에 형성되어 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 투과형 액정 표시장치를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 다수의 스위칭 소자를 기판상에 매트릭스 형상으로 형성하는 단계, 각 스위칭 소자의 게이트 전극에 접속된 게이트 배선 및 각 스위칭 소자의 소스 전극에 접속된 소스 배선을 서로 교차하도록 형성하는 단계, 스위칭 소자의 소스 전극에 접속된 투명 도전막으로 형성된 접속 전극을 형성하는 단계, 스위칭 소자, 게이트 배선, 소스 배선 및 접속선 상에 피복 방법으로 고투명도의 불소막을 형성하고 이 불소막을 패터닝하여 층간 절연막을 형성하며 층간 절연막을 관통해 접속 전극에 도달하는 콘택트 홀을 형성하는 단계, 및 각 화소 전극이 적어도 게이트 배선이나 소스 배선에 적어도 부분적으로 중첩되도록 층간 절연막 상에 그리고 콘택트 홀내에 투명 도전막으로 형성된 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 불소막의 패터닝은 에칭 마스크로서 불소막 상에 포토레지스트를 사용함으로써 불소막을 에칭하는 단계에 의해 수행된다.
본 발명의 한 실시예에서, 불소막의 패터닝은 실리콘을 함유하는 포토레지스트층을 불소막 상에 형성하는 단계, 포토레지스트층을 패터닝하는 단계, 및 에칭 마스크로서 패터닝된 포토레지스트층을 사용함으로써 불소막을 에칭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 불소막의 패터닝은 포토레지스트층을 불소막 상에 형성하는 단계; 실란 결합제를 포토레지스트층 상에 피복하여 결합제를 산화시키는 단계, 포토레지스트층을 패터닝하는 단계, 및 산화된 결합제로 피복된 포토레지스트층을 에칭 마스크로서 사용함으로써 불소막을 에칭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 에칭 단계는 적어도 CF4, CF3H, SF6중의 하나를 함유하는 에칭 가스를 사용하는 건식 에칭 단계이다.
본 발명의 한 실시예에서, 층간 절연막을 형성하는 불소 수지는 약 400nm 내지 약 800nm의 범위의 파장을 갖는 광에 대해 90% 이상의 광투과율을 가진다.
본 발명의 한 실시예에서, 불소막은 그 두께가 약 1.2㎛ 이상이다.
본 발명의 한 실시예에서, 이 방법은 불소막을 형성하기 전에 불소막이 형성될 기판 표면에 자외선을 조사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 이 방법은 불소막을 형성하기 전에 불소막이 형성될 기판 표면에 실란 결합제를 도포하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 불소막의 형성 재료는 실란 결합제를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 실란 결합제는 헥사메틸 디실라잔, 디메틸 디에톡시 실란, 및 n-부틸 트리메톡시 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 이 방법은 화소 전극을 형성하기 전에 층간 절연막의 표면을 산소 플라즈마로 탄화 처리하는 단게를 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 탄화 처리 단계는 콘택트 홀의 형성후 수행된다.
본 발명의 한 실시예에서, 층간 절연막은 열경화 재료를 포함하며 탄화 처리 단계전에 경화된다.
본 발명의 한 실시예에서, 층간 절연막의 탄화부의 두께는 약 100 내지 약 500nm의 범위에 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 화소 전극의 두께는 약 50nm 이상이다.
본 발명의 한 실시예에서, 이 방법은 불소막의 형성전에 불소막이 형성될 기판 표면 상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 여기에 설명된 본 발명은 액정 디스플레이의 개구비를 향상시키며, 액정 분자의 배향 왜곡을 최소화하며, 제조 공정을 단순화하기 위해 평면 화소 전극이 각 선들과 중첩하는 투과형 액정 표시장치를 제공하는 이점(1)을 가능하게 한다. 더욱이, 화소 전극들 사이의 정전용량, 및 크로스토크 같은 디스플레이 상에 나타나는 선들의 영향은 양호한 디스플레이를 얻도록 감소될 수 있다. 여기에 설명된 본 발명은 또한 이러한 투과형 액정 표시장치를 제조하는 방법을 제공하는 이점(2)을 가능하게 한다.
본 발명의 이들 및 여타 장점들은 첨부되는 도면을 참고로 하여 후술되는 상세한 설명에 의해 이 분야의 기술자들에게 명백할 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 실시예 1의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 1 화소 부분의 평면도.
제2도는 제1도의 A-A'를 따라 절취한 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 실시예 2의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 1 화소 부분의 평면도.
제4도는 제3도의 배선 B-B'를 따라 절취한 단면도.
제5도는 본 발명에 따른 실시예 3의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 일부 단면도.
제6도는 본 발명에 따른 실시예 4의 액티브 매트릭스 기판의 일부 단면도.
제7도는 실시예 5 및 6의 투과형 액정 표시 장치와 종래의 액정 표시 장치에 대한 액정 충전율 차와 용량비 간의 관계를 도시하는 그래프.
제8a도 및 제8b도는 실시예 5 및 6의 1H 반전 구동의 경우 및 종래의 필드 반전 구동의 경우 각각의 데이타 신호 파형도.
제9도는 실시예 5의 투과형 액정 표시 장치에 대한 액정 용량비 중첩 폭 간의 관계를 도시하는 그래프.
제10도는 본 발명에 따른 실시예 7의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 1 화소 부분의 평면도.
제11도는 제10도의 배선 C-C'를 따라 절취한 단면도.
제12도는 Cs-온-게이트 방식의 액정 표시 장치의 회로도.
제13도는 실시예 2의 구성을 제12도에 도시된 액정 표시 장치에 적용하여 얻어진 액티브 매트릭스 기판의 1 화소 부분의 평면도.
제14도는 본 발명에 다른 실시예 10의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 1 화소 부분의 평면도.
제15도는 제14도의 배선 D-D'를 따라 절취한 단면도.
제16도는 액티브 매트릭스 기판을 구비한 종래의 액정 표시 장치의 회로도.
제17도는 종래의 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 1 화소 부분의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 화소 전극 22 : 게이트 배선
23 : 소스 배선 24 : TFT
25 : 접속 전극 25a : 부가 용량 배선 전극
26 : 콘택트 홀 27 : 부가 용량 배선 대향 전극
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하겠다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명에 따른 실시예 1의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 1 화소 부분의 평면도이다.
제1도를 참조하면, 액티브 매트릭스 기판은 굵은 선내에 매트릭스상으로 배열된 복수의 화소 전극(21)을 포함하고 있다. 주사(게이트)신호를 인가하는 게이트 배선(22) 및 디스플레이(데이타)신호를 인가하는 소스 배선(23)은 화소 전극(21)에 주위를 통해 서로 직교차한다. 각각의 화소 전극(21)의 외주 부분이 게이트 배선(22)와 소스 배선(23)과 중첩한다. 대응하는 화소 전극(21)에 접속되는 스위칭 소자로서 작용하는 TFT(24)는 게이트 배선(22)와 소스 배선(23)의 교차부에 형성된다.
TFT(24)의 게이트 전극은 게이트 배선(22)에 접속되어 게이트 신호가 TFT(24)의 구동을 제어하도록 게이트 전극에 입력될 수 있다. TFT(24)의 소스 전극은 소스배선(23)에 접속되어 데이타 신호가 소스 전극에 입력될 수 있다. TFT(24)의 드레인 전극은 접속 전극(25) 및 콘택트 홀(26)을 통해 화소 전극(21)에 접속된다. 드레인 전극(24)도 또한 접속 전극(25)를 통해 부가 용량 배선(storage capacitor)[부가 용량 배선 전극(25a)]의 전극에 접속된다. 부가 용량 배선의 다른 전극인 부가 용량 배선 대향 전극(27)은 공통 배선[제16도에서의 소자(6)]에 접속된다.
제2도는 제1도의 배선 A-A'를 따라 절취한 액티브 매트릭스 기판의 단면도이다.
제2도를 참조하면, 제1도에 도시된 게이트 배선(22)에 접속되는 게이트 전극(32)는 투명 절연 기판(31) 상에 형성된다. 게이트 절연막(33)은 게이트 전극(32)를 피복하여 형성된다. 반도체층(34)는 게이트 절연막(33)을 통해 게이트 전극(32)를 중첩하도록 게이트 절연막(33) 상에 형성되고, 채널 보호층(35)는 반도체층(34)의 중앙부 상에 형성된다. 소스 전극(36a) 및 드레인 전극(36b)로서의 n+-Si층은 채널 보호층(35)의 양단부 및 반도체층(34)의 일부를 피복하여 형성되어 그들은 채널 보호층(35)의 일부에 의해 서로 분리된다. 제1도에 도시된 이중층 소스 배선(23)이 될 투명 도전막(37a) 및 금속층(37b)가 n+-Si층들 중 하나로서 소스 전극(36a)과 중첩하도록 형성된다. 투명 도전막(37a') 및 금속층(37b')는 다른 n+-Si층으로서의 드레인전극(36b)과 중첩하도록 형성된다. 투명 도전막(37a')는 드레인 전극(36b) 및 화소전극(21)과 접속하도록 연장하고, 또한 부가 용량 배선의 부가 용량 배선 전극(25a)에 접속되는 접속 전극(25)로서 작용한다. 층간 절연막(38)은 TFT(24), 게이트 배선(22), 소스 배선(23) 및 접속 전극(25)를 피복하여 형성된다.
투명 도전막은 화소 전극(21)을 구성하기 위해 층간 절연막(38) 상에 형성된다. 화소 전극(21)은 층간 절연막(38)과 접속 전극(25)인 투명 도전막(37a')를 통해 형성되는 콘택트 홀(26)을 경유해 TFT(24)의 드레인 전극(36b)에 접속된다. 표시장치의 우수한 휘도 특성을 유지하기 위해 층간 절연막(38)은 양호하게는 약 400nm 내지 800nm 범위의 파장의 광에 대해 90% 이상의 광 투과율을 갖는 재료로 이루어진다.
일례의 불소 수지는 불소 원자를 포함하는 산 무수물 또는 산 무수물과 함께 불소 원자를 포함하는 디아민을 사용함으로써 얻어지는 불소 폴리이미드를 포함한다. 또, 옥시디프탈 산 무수물, 및 설폰 그룹 및/또는 에테르 그룹을 갖는 비페닐테트라카르복실 산 무수물 또는 메타 치환의 방향성 디아민 같은 무수물은 불소 함유의 산 무수물 및 불소 함유 디아민과 함께 사용될 수 있다. 이들 폴리이미드 수지는 예컨대 후지따 등의 니또 기보, vol. 29, No. 1, pp. 20-28(1991)에 개시되어 있다. 상기 투명 및 무색의 불소 폴리이미드 수지 중에서 헥사플루오로프로필렌 그룹을 각각 가지는 산 무수물과 디아민 둘다를 함유하는 수지는 투명도가 매우 높다.
상기 불소 폴리이미드와는 상이한 불소 수지로서는 감광성 수지인 불소 아크릴 수지 같은 수지가 사용될 수도 있다. 불소 재료는 우수한 무색의 투명도를 가질 뿐만 아니라 저 유전 상수와 고 내열성을 갖는다.
특히, 상기 볼소 플리이미드는 예컨대 다음 화학식 (1) 내지 (3) 중의 하나에 의해 합성된다.
상기 구조의 액티브 매트릭스 기판은 다음과 같이 제조된다.
먼저, 게이트 전극(32), 게이트 절연막(34), 채널 보호층(35), 소스 전극(36a) 및 드레인 전극(36b)로서의 n+-Si 층이 유리 기판과 같은 투명 절연 기판(31) 상에 이 순서로 순차 형성된다. 이 막 형성 단계는 종래의 액티브 매트릭스 기판의 제조 방법과 동일하게 행해질 수 있다.
그 후, 소스 배선(23) 및 접속 전극(25)를 구성하는 투명 도전막(37a 및 37a') 및 금속층(37b 및 37b')가 스퍼터링에 의해 순차 형성되고, 소정 형상으로 패터닝된다.
불소 수지는 예컨데 스핀 코팅에 의해 그 결과의 기판에 도포되어 층간 절연막(38)을 형성하도록 2㎛ 두께로 경화된다. 그 결과의 수지층은 레지스트로 차폐되어 소정 패턴에 따라 노광된다. 레지스트의 일부가 예컨대 알카라인 용액으로 제거 되고 건식 에칭이 층간 절연막(38)을 통해 콘택트 홀(26)을 형성하도록 레지스트를 마스크로 사용하여 수행된다. 그 후, 잔여 레지스트를 제거한다. 건식 에칭은 정밀하며 원활한 콘택트 홀(28)이 형성되도록 하여 화소 전극(21)의 단선의 발생을 감소시킨다.
그 후, 투명 도전막은 스퍼터링에 의해 최종 기판 상에 형성되고 화소 전극(21)을 형성하기 위해 패터닝된다. 각각의 화소 전극(21)은 층간 절연막(38)을 관통해 형성되는 콘택트 홀(26)을 통해 TFT(24)의 드레인 전극(34b)와 접촉되는 대응하는 투명 도전막(37a')와 접속되어 있다. 이와 같은 방식으로 이 실시예의 액티브 매트릭스 기판이 제조된다.
이렇게 제조된 액티브 매트릭스 기판은 게이트 배선(22), 소스 배선(23) 및 TFT(24)를 포함하는 하부층 사이의 두꺼운 층간 절연막(38)과 화소 전극(21)을 포함하고 있다. 이 두꺼운 층간 절연막에 의해, 게이트 및 소스 배선(22 및 22) 및 TFT(24)에 대하여 화소 전극(21)을 중첩시킬 수 있다 또한 화소 전극(21)의 표면은 평탄화될 수 있다. 결과적으로, 이렇게 제조된 액티브 매트릭스 기판과 대향 매트릭스 사이에 액정이 끼워져 있는 액티브 매트릭스 기판과 대향 기판을 포함하는 투과형 액정 표시 장치가 구성될 때 이 장치의 개구율은 향상될 수 있다. 또한, 배선(22 및 23)에서 발생되는 전계가 차폐되기 때문에 디스클리네이션이 최소화될 수 있다.
층간 절연막(38)을 구성하는 불소 수지는 무기막의 유전 상수(질화실리콘의 유전 상수 8) 보다 낮은 2 내지 3의 유전 상수 및 고 투명도를 갖는다. 또한 스핀 코팅법이 이용되기 때문에, 2㎛m 정도 두께가 쉽게 얻어진다. 이것은 게이트 배선(22)와 화소 전극(21) 사이, 그리고 소스 배선(23)과 화소 전극(21) 사이의 캐패시턴스를 감소하여 시정수(신호 투과)를 낮게 한다. 결과적으로, 배선(22 및 23)과 화소 전극 사이의 캐패시턴스가 디스플레이에 나타낸 크로스토크와 같은 영향을 감소하여 양호하고 밝은 디스플레이가 얻어질 수 있다. 콘택트 홀(26)은 노광과 알칼리 현상에 의해 패터닝됨으로써 날카롭게 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다. 이것은 화소 전극(21)과 투명 도전막(37a') 사이의 접속을 보다 용이하게 한다.
층간 절연막(38)의 두께가 종래의 액정 표시장치의 것 보다 수 마이크로미터 정도 두껍기 때문에, 가능한 높은 투과율을 갖는 수지가 바람직하게 사용된다. 청색에 대한 인간의 눈의 시감도(visual sensitivity)가 녹색 및 적색의 것 보다 약간 낮다. 따라서, 막의 투과율은 녹색 및 적색 광의 것보다 청색광에 대하여 약간 낮아도 디스플레이 품위가 떨어지지는 않다. 층간 절연막(38)의 두께가 본 실시예에서 2㎛로 하였지만 2㎛로 제한되지 않는다. 층간 절연막의 두께는 막의 투과율 및 유전율에 따라 설정될 수 있다. 캐패시턴스를 감소시키기 위해, 막의 두께는 약 12㎛ 이상이 양호하고 약 15㎛ 이상도 또한 양호하다.
불소 함유 재료가 일반 유기 재료의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 가지므로 보다 얇은 막을 형성하는 것이 가능하다. 그 결과로, 소형의 콘택트 홀을 제조비용을 낮추면서 얻을 수 있다. 또, 동일한 이유로 에이징 테스트(예컨대 80℃에서)가 수행되는 경우에 예를 들어 TFT(24)와 화소 전극(21) 간의 전계에 의해 층간 절연막에 유도된 편광의 정도는 비교적 작다. 그 결과로, TFT 특성의 유동이 거의 없어서 고 신뢰성을 얻을 수 있다. 더구나, 불소 수지가 화학적 저항에 우수하기 때문에 보다 다양한 화학 제품이 제조 공정을 단순화하며 제조 비용을 줄이는 후자의 단계에 사용될 수 있다.
본 실시예에서 투명 도전막(37a')는 각각의 TFT(24)의 드레인 전극(36b)와 대응하는 화소 전극(21)을 접속하는 접속 전극(25)로서 형성된다. 이것은 다음과 같은 장점이 있다. 종래의 액티브 매트릭스 기판에서, 접속 전극은 금속층으로 이루어진다. 이러한 금속 접속 전극이 개구부 내에 형성될 때, 개구율이 저하된다. 이 문제점을 극복하기 위해서, 접속 전극은 종래에는 TFT 즉 TFT의 드레인 전극 위에 형성된다. 콘택트 홀이 TFT의 드레인 전극 및 화소 전극을 접속하도록 층간 절연막을 통해 상기 접속 전극 위에 형성된다. 그러나 종래의 구성에 의하면, 개구율을 향상시키기 위해 TFT를 소형화할 때, 예를 들어 콘택트 홀을 완전히 상기 TFT 위해 수용할 수 없다. 결과적으로, 개구율이 향상되지는 않는다. 층간 절연막의 두께가 수 마이크로미터인 경우에 화소 전극과 하부 접속 전극을 접속하기 위해서는 콘택트 홀이 테이퍼질 필요가 있고 대형 접속 전극이 TFT 영역에 요구된다. 예를 들면 콘택트 홀의 직경이 5㎛인 경우, 접속 전극의 크기가 테이퍼진 콘택트 홀 및 얼라인먼트 허용정도(alignment allowance)를 고려하여 약 14㎛ 정도 필요하다(층간 절연막의 두께는 유기 재료로 이루어진 층간 절연막의 두께보다 얇아질 수 있어서 그 크기는 보다 작아질 수 있다). 종래의 액티브 매트릭스 기판에서, 이 값 보다도 작은 사이즈의 TFT를 형성하면, 오버사이즈의 접속 전극이 개구율을 저하하는 새로운 문제점을 야기한다. 이에 대하여, 본 실시예의 액티브 매트릭스 기판에서는 접속 전극(25)가 투명 도전막(37a')로 형성되기 때문에 개구율의 저하의 문제점이 야기되지 않는다. 또한, 본 실시예에서, 접속 전극(25)가 연장하여 TFT의 드레인 전극(36b)와, 투명 도전막(37a')에 의해 형성된 부가 용량 배선 전극(25a)가 접속된다. 이 연장이 또한 투명 도전막(37a')에 의해 형성되기 때문에, 또한 개구율의 저하도 생기지 않는다.
본 실시예에서, 소스 배선(23)은 투명 도전층(37a) 및 금속층(37b)로 이루어진 이중층 구조이다. 금속층(37b)의 일부가 결손되는 경우에, 소스 배선(23)이 투명 도전막(37a)을 통해 전기적으로 도전되어 소스 배선(23)의 단선을 감소시킬 수 있다.
실리콘을 포함하는 포토레지스트가 불소 수지로 만들어진 층간 절연막의 패터닝을 위한 포트레지스트로 이용되는 것이 바람직하다. 상기 에칭시에는 건식 에칭이 보통 CF4, CF3H, SF6등을 함유하는 가스를 이용하여 실행된다. 그러나, 이 경우 포토레지스트와 층간 절연막이 모두 유기 수지이기 때문에, 이들 수지 사이의 선택비를 크게 하는 것이 어렵다. 이것은 이 예에서와 같이, 포토레지스트의 것과 거의 동일한 15μm 이상으로 큰 경우에 특히 틀림 없다. 이 재료는 충분히 다른 에칭률(즉, 선택도)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 불소 수지가 일반의 포토레지스트 재료(예컨대, 도쿄 오카 공업 주식회사에서 입수 가능한 OFR-800)와 결합하여 층간 절연막으로 사용될 때, 예를 들어 선택비는 약 1.5이다. 반대로, 이 예에서는 실리콘 함유 포토레지스트를 사용하여 약 20 이상의 불소 수지에 관련한 선택도를 얻을 수 있다. 따라서, 고 정밀도의 패터닝이 가능하다.
다른 방법으로서, 실리콘을 함유하지 않는 포토레지스트를 이용한 패터닝에 의해 층간 절연막을 형성할 때에, 실란 결합제(예를 들어, 헥사메틸 디실라잔)가 포토레지스트에 도포될 수 있고 실란 결합제층이 산소 플라즈마로 처리되어 산화 실리콘막을 형성하게 된다. 결과적으로, 포토레지스트상의 산화 실리콘막이 보호막으로 작용하기 때문에) 포토레지스트의 에칭률이 감소하게 된다. 이 방법은 포토레지스트를 함유하는 실리콘과 조합시켜 이용할 수 있다.
실리콘 원소를 이용하는 상기 방법에 의해 선택비를 향상시키는 방법을 CF4, CF3H, SF6를 함유하는 가스를 이용하는 건식 에칭시에 특히 효과적이다.
이렇게 형성된 층간 절연막(38)을 가지는 액티브 매트릭스 기판은 높은 개구율을 제공할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 2에서는 층간 절연막(38)을 형성하는 다른 방빕이 개시된다.
제3도는 본 발명에 따른 실시예 2의 투과형 액정 표시 징치의 액티브 매트릭스 기판의 1 화소부의 평면도이다. 제4도는 제3도의 선 B-B'의 단면도이다. 유사한 기능 및 효과를 가지는 성분은 제1도 및 제2도의 것과 동일한 참조 부호로 나타내고, 그 설명은 생략한다.
이 예의 액티브 매트릭스 기판에서는 각 콘택트 홀(26a)이 각 화소의 부가 용량 배선의 부가 용량 전극(25a)과 부가 용량 대향 전극(27)위에 형성되어 있다.
실시예 1에서 설명되고 있는 바와 같이, 부가 용량 전극(25a)은 TFT(24)의 드레인전극(36b)에 결합된 접속 전극(25)의 단부를 구성한다. 부기 용량 배선의 다른 전극, 즉 부가 용량 배선 대향 전극(27)은 도 16에서 나타낸 부가 용량 공통 배선(6)을 거쳐 대향 기판상에 형성된 대향 전극에 접속되어 있다. 다시 말해, 콘택트 홀(26a)은 광차폐 금속막으로 이루어진 부가 용량 공통 배선(6)위에 형성되어 있다.
이 실시예의 액티브 매트릭스 기판의 상기 구조는 다음의 이점을 갖는다.
층간 절연막(38)의 두께는 4.5㎛의 액정 셀의 두께와 비교해도 무시할 수 없는 크기인 2㎛ 정도이기 때문에, 액정 분자의 배향의 분산으로 인해 콘택트 홀(26a) 주위에 광 누출이 발생하게 된다. 콘택트 홀(26a)이 투과형 액정 표시 장치의 개구부에 형성되어 있는 경우, 광 누출로 인해 콘트라스트가 저하하게 된다. 한편, 이 실시예의 액티브 매트릭스 기판에서는 이 문제가 발생하지 않는데, 각 콘택트 홀(26a)이 광 차폐 금속막으로 구성된 부가 용량 공통 배선(6)의 단부로서 부가 용량 전극(27)과 부가 용량 대향 전극(27)위에 형성되어 있기 때문이다. 다시 말해, 콘택트 홀(26a)이 개구부에서가 아니라, 광 차폐 금속막으로 이루어진 부가 용량 공통 배선(6) 위에 형성되어 있는 한, 액정 분사의 배향의 분산으로 인한 콘택트 홀(26a) 주위에 발생할 수 있는 광 누출로 인해 콘트라스트가 저하하지 않는다. 이것은 또한 부가 용량 배선이 그 전극 중 하나로 인접 게이트 배선(22)의 일부를 사용하여 형성되는 경우에도 적용된다. 이 경우, 콘택트 홀(26a)은 광 차폐 게이트 배선(22) 위에 형성되고, 이로 인해 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있다.
이 예의 액티브 매트릭스 기판에서는 TFT(24)의 드레인 전극(36b)과 콘택트 홀(26a)을 접속하기 위한 접속 전극(25)은 투명 도전막(37a')으로 이루어진다. 따라서, 부가 용량 배선위에 콘택트 홀(26a)을 형성하는 것에 의해 개구율이 저하하지 않는다. 콘택트 홀(26a)의 크기는 다른 재료가 사용되는 경우에서 보다 불소 층간 절연막이 층간 절연막으로서 사용되는 경우에 더 작다.
콘택트 홀(26a) 아래에 형성된 부가 용량 대향 전극(27)이 광을 차폐하기 때문에, 액정 분자의 배향의 분산으로 인해 발생할 수 있는 광 누출은 디스플레이에 영향을 미치지 않는다. 콘택트 홀(26a)의 크기는 반드시 정밀한 것이 아니어서, 홀을 더 크게 더 원할하게 하는 것이 가능하다. 결과적으로, 층간 절연막(38)상에 형성된 화소 전극(21)은 콘택트 홀(26a)에 의해 절단되는 것이 아니라, 연속적이게 된다. 이것은 생산성을 향상시킨다.
[실시예 3]
제5도는 본 발명에 따른 실시예 4의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 부분 단면도이다. 유사한 기능 및 효과를 가지는 성분은 제1도 내지 제4도의 것과 동일한 참조 부호에 의해 나타내며, 그에 대한 설명은 생략한다.
이 실시예의 액티브 매트릭스 기판에서는 각 콘택트 홀(26b)이 부가 용량 공통 배선(6) 뒤에서 층간 절연막(38)을 통해 형성되어 있다. 금속 질화물층(41)은 각 콘택트 홀(26b) 아래의 투명 도전막(37a')의 일부상에 형성되어 있다.
이 실시예의 상기 액티브 매트릭스 기판의 구조는 다음의 점에서 이점이 있다.
층간 절연막(38)으로 사용되는 수지와 투명 도전막 또는 Ta와 Al 등의 금속으로 사용되는 ITO(산화 인듐 주석) 간의 밀착시에 몇가지 문제가 발생하게 된다. 예를 들어, 콘택트 홀(26b)의 형성 이후의 세정 공정에서, 세정액은 콘택트 홀로부터 수지와 밑에 놓인 투명 도전막 사이의 계면내로 침투하게 되어 투명한 도전막으로 부터 수직막이 벗겨지게 된다. 이 실시예의 액티브 매트릭스 기판에 따르면, 이 문제를 해결하기 위해서 수지와 밀착성이 양호한 TaN, AlN 등으로 만들어진 금속 질화물층(41)을 콘택트 홀아래의 투명한 도전막상에 형성한다. 따라서, 밀착시의 수지막의 벗겨짐과 그 외의 문제를 방지할 수 있다.
층간 절연막(38)을 구성하는 수지, 투명한 도전막(37a')을 구성하는 ITO류 및 Ta 및 Al 등의 금속과 양호하게 밀착되는 한, 어떠한 재료라도 금속 질화물층(41)으로 사용될 수 있다. 이러한 재료는 또한 투명한 도전막(37a') 및 화소 전극(21)을 전기적으로 접속하도록 도전성이어야만 한다.
[실시예 4]
제6도는 본 발명에 따른 실시예 4의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 부분 단면도이다. 이 액티브 매트릭스 기판은 실시예 2에 사용된 바와 같이 채널 보호층(35)을 갖지 않는다. 그 결과로, 제조 공정은 단순화될 수 있으며 재료 비용은 아주 감소될 수 있다.
[실시예 5]
실시예 5에서는 본 발명에 따른 투과형 액정 표시 장치를 구동하기 위한 방법이 설명된다.
본 발명에 따른 투과형 액정 표시 장치에서는, 각 화소 전극이 층간 절연막 거쳐 대응하는 배선에 중첩되어 있다. 화소 전극이 대응하는 배선과 중첩하지 않고 이들 사이에 갭이 형성되게 되면, 전계가 인가되지 않는 영역이 액정층에 형성되게 된다. 이 문제는 배선과 화소 전극을 중첩시켜 방지할 수 있다. 전계는 또한 인접 화소 전극의 경계에 대응하는 액정층 영역에 인가되지 않는다. 그러나, 이들 영역이서 발생할 수 있는 광 누출이 배선의 존재에 의해 차단될 수 있다. 이것은 액티브 매트릭스 기판과 대향 기판의 적층에서의 오차를 고려하여 대향 전극상에 블랙 마스크를 형성할 필요가 없게 된다. 이것은 개구율을 증진시킨다. 또한, 배선에 발생되는 전계가 차폐될 수 있기 때문에, 액정 분자의 배향의 분산을 최소화할 수 있다.
중첩 폭은 실제의 가공 공정의 변화를 고려하여 설정되어야 한다. 예를 들어, 약 10㎛ 이상이 바람직하다.
화소 전극이 상술한 바와 같이 소스 배선과 중첩할 때 화소 전극과 소스 배선 간의 용량으로 인해 크로스토크가 발생한다. 이것은 결과의 투과형 액정 표시 장치의 디스플레이 품질을 저하시킨다. 특히 화소가 수직 스트립 형상으로 구성되는 노트북형 퍼스널 컴퓨터에 사용되는 액정 패널에서는, 화소 전극과 소스 배선 사이의 용량에 의해 디스플레이가 크게 영향을 받는다. 이것은 다음의 이유에 의한 것으로 고려된다. (1) 화소 전극과 소스 배선 사이의 용량은, 수직 스트립 구조에서 화소 전극의 형상이 소스 배선을 따르는 측면을 주요 측면으로 가지고 있는 직사각형이기 때문에 비교적 크다. (2) 디스플레이 색상이 인접 화소 간에 다르기 때문에, 인접 소스 배선상에서 투과되는 신호 사이에 상관 관계가 적다. 따라서, 인접 소스 배선 간의 용량의 영향을 취소시킬 수 없다.
본 발명의 투과형 액정 표시 장치에 따르면, 유기 박막, 즉 불소 수지로 이루어지는 층간 절연막은 유전 상수가 아주 작아서 막 두께를 용이하게 더 두껍게 할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 화소 전극과 배선 간의 용량을 감소시킬 수 있다. 이 특성에 부가하여, 이 실시예의 투과형 액정 표시 장치를 구동하는 방법에 따르면, 화소 전극과 소스 배선 간의 용량의 영향이 감소되어 노트북 퍼스널 컴퓨터에서 발생하는 수직 크로스토크를 최소화한다.
이 실시예의 방법은 매 수평 주사 기간동안 데이타 신호의 극성을 반전시켜 투과형 액정 표시 장치를 구동시키는 것을 포함하고 있다(이후, 이 방법을 "1H 반전 구동"으로 언급함). 1H 반전 구동 방법에 의한 경우보다 나은 디스플레이는 투과형 액정 표시 징치가 예컨데 게이트 신호의 약 1/2 위상 만큼 게이트 신호의 위상으로 부터 소스 신호(즉, 데이타 신호)의 위상을 시프트함으로써 구동될 때 얻어질 수 있다. 그러나, 이 경우에 1H 반전이 설명된다.
제7도는 1H 반선 구동의 경우와 데이타 신호의 극성이 매 필드마다 반전되는 구동 방법의 경우에, 화소 전극과 소스 배선 간의 용량이 화소의 충전율에 미치는 영향을 나타낸다(이하, 이 방법은 "필드 반전 구동법"으로 언급) 제8a도 및 제8b도는 1H 반전 구동법과 필드 반전 구동법에 의해 각각 얻어지는 파형도이다.
제7도에서의 Y축은, 그레이 스케일이 일정하게 디스플레이될 때 그레이 스케일 디스플레이부의 액정층에 인가되는 전압의 실효값과 33%의 수직 점유시 블랙 윈도우 패턴이 그레이 스케일에 디스플레이될 때의 실효값과의 비율을 나타내는 충전율 차를 나타낸다. X축은 화소 전극과 소스 배선 간의 용량에 기인하는 화소 전극의 전압의 변동에 비례하는 용량비를 나타내는 것으로, 아래 식(1)으로 디스플레이 된다.
용량비 = Csd/(Csd + Cls + Cs) ... (1)
여기에서 Csd는 화소 전극과 소스 배선 간의 용량 값을 나타내고, C1s는 그레이 스케일 디스플레이에서 각 화소에 대응하는 액정부의 용량 값을 나타내고, Cs는 각 화소의 부가 용량 배선의 용량 값을 나타낸다. 그레이 스케일 디스플레이는 투과률이 50%일 때 성취되는 디스플레이이다.
제7도에서 나타낸 바와 같이, 이 실시예의 1H 반전 구동 방법에서, 화소 전극과 소스 배선 간의 용량이 액정층에 실제 인가되는 유효 전압에 미치는 영향은 용량 값이 동일할 때의 필드 반전 구동시 성취되는 것의 1/5 내지 1/10로 감소될 수 있다. 이것은, 1H 반전 구동 방법시에 데이타 신호의 극성이 1 필드 동안에 1 필드의 기간보다 충분히 짧은 주기로 반전된다. 이것은 양의 신호와 음의 신호가 서로 디스플레이에 미치는 영향을 소거시킬 수 있게 한다.
대각이 26㎝인 VGA 패널을 사용하여 디스플레이 시험이 행해진다. 이 시험으로부터, 충전율 차가 0.6% 이상일 때 크로스토크가 현저하게 되어 디스플레이의 질을 떨어뜨리는 것을 알 수 있다. 이것은 제7도에서의 점선의 곡선으로 나타내고 있다. 제7도의 곡선으로부터, 0.6% 이하의 충전율 차를 얻기 위해서는 용량비가 10% 이하이어야 하는 것을 알 수 있다.
제9도는 층간 절연막의 두께를 파라미터로 이용할 때 화소 전극과 소스 배선간의 중첩량과 화소 전극과 소스 배선 간의 용량 사이의 관계를 나타낸다. 대각이 26cm인 VGA 패널이 이 시험에서 사용된다. 이 시험에서, 실시예 1에서 사용되는 불소 수지(유전 상수 2)가 층간 절연막으로 사용된다. 처리의 정밀도를 고려하면, 화소 전극과 소스 배선간의 중첩 폭은 적어도 1㎛이어야 한다. 제7도 및 제9도로부터, 1㎛의 중첩 폭과 0.6% 이하의 충전율 차를 만족하기 위해서는 대량 생산 공정에서 발생하는 편차를 고려하여 층간 절연막의 두께는 1.2㎛ 이상, 양호하게는 1.5㎛이상 이어야 함을 알 수 있다.
따라서, 이 실시예의 1H 반전 구동 방법에 따르면, 화소 전극이 소스 배선에 중첩될 때 수직 크로스토크가 없는 양호한 디스플레이를 인접 소수 배선상의 신호의 극성을 반전시키지 않고 성취할 수 있다(소스 배선 반전 구동 방법). 따라서 이 방법은 노트북형 퍼스널 킴퓨터에 적용될 수 있다.
또한 도트 반전 구동 방법은 1H 반전 구동 방법에 의해 성취되는 것과 유사한 효과를 가진다. 도트 반전 구동 방법은, 대향 극성의 신호가 횡 방향으로 서로 인접하는 화소 전극으로 입력되며 또한 극성이 매 수평 주사 주기마다 반전되는 구동 방법이다. 소스 배선 반전 구동 방법은 용량비가 상기 경우에서와 같이 충분히 낮을 때 효과적이다. 또한 인접 신호가 서로 상관이 낮은 색상 디스플레이 동작에서도 화소 전극과 소스 배선간의 용량이 본 발명에 따라 충분히 감소되기 때문에, 색상 크로스토크를 억제할 수 있다.
[실시예 6]
실시예 6에서는 본 발명에 따른 투과형 액정 표시 장치를 구동하는 다른 방법이 설명된다. 이 방법에서는 액정층에 인가되는 전압의 극성이 매 수평 주사 기간 동안 반전되고, 동시에 대향 전극에 인가되는 신호는 소스 신호의 극성의 반전과 동기하여 교류에 의해 구동된다. 대향 전극의 AC 구동 방법은 소스 신호의 진폭을 최소화할 수 있다.
실시예 5에 도시된 제7도는 또한 대향 전극이 5V의 진폭으로 AC 구동될 때 얻어지는 곡선을 나타내고 있다. 제7도로부터 1H 반전 구동 방법이 이용되기 때문에, 충전율 차는 이 실시예의 대향 전극의 AC 구동 방법에 의하면 실시예 5에서 성취되는 것보다, 약 10%정도 더 크지만, 필드 반전 구동 방법의 경우와 비교하여 충분히 작게 될 수 있다. 결과적으로, 수직 크로스토크가 없는 양호한 디스플레이가 이전의 실시예에서와 같이 이 예의 구동 방법에서도 실현될 수 있다.
Cs-온-공통형의 투과형 액정 표시 장치가 상기 실시예에 사용되었어도 Cs-온-게이트형도 사용될 수 있다.
[실시예 7]
제10도는 실시예 7의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 1 화소부의 평면도이다.
이 실시예의 투과형 액정 표시 장치에서는, 평평한 각 회소 전극은 대응하는 배선과 중첩시킴으로써 액정 디스플레이의 개구율을 증진시키고, 액정 분자의 배향의 분산을 최소화시키며 가공 공정을 간단화한다. 또한, 화소 전극과 디스플레이상에 나타나는 배선 간의 용량의 크로스토크 등의 영향이 최소화되어 양호한 디스 플레이를 성취할 수 있다.
제10도를 참조하면, 액티브 매트릭스 기판은 매트릭스로 구성된 복수의 화소 전극(51)을 포함한다. 게이트 배선(52)과 소스 배선(53)은 서로 교차하도록 화소 전극(51)의 외주를 따라 설치되어 있다. 각 화소 전극(51)의 외주는 게이트 배선(52)과 소스 배선(53)에 중첩한다. 대응 화소 전극(51)에 접속되는 스위칭 소자로서의 TFT(54)는 게이트 배선(52)과 소스 배선(53)의 교차 부분에 형성된다. TFT(54)의 게이트 전극은 게이트 배선(52)에 접속되어 있어 게이트 신호가 TFT(54)의 구동을 제어하도록 게이트 전극에 입력된다. TFT(54)의 소스 전극은 소스 배선(53)에 접속되어 데이타 신호가 소스 전극에 입력될 수 있다. TFT(54)의 드레인 전극은 접속 전극(55)과 콘택트 홀(56)을 거쳐 부가 용량 배선의 전극인 부가 용량 배선 전극(55a)에 접속되어 있다. 부가 용량 배선의 다른 전극인 부가 용량 대향 전극(57)은 공통 배선에 접속되어 있다.
제11도는 제10도의 선 C-C'에서 본 액티브 매트릭스 기판의 단면도이다.
제11도를 참조하면, 제10도에 도시된 게이트 배선(52)에 접속된 게이트 전극(62)이 투명 절연 기판(61)상에 형성되어 있다. 게이트 절연막(63)은 게이트 전극(62)을 커버하여 형성된다. 반도체층(64)온 게이트 절연막(63)을 거쳐 게이트 전극(62)과 중첩되도록 게이트 절연막(63)상에 형성되어 있고, 채널 보호층(65)은 반도체층(64)의 중심부에 형성되어 있다. 소스 전극(66a)과 드레인 전극(66b)으로 이루어지는 n+-Si층이 채널 보호층(65)의 단부와 반도체층(64)의 일부를 커버하도록 형성되어, 채널 보호층(65)의 상부에서 서로 분리되어 있다. 제10도에서 나타낸 이중층 소스 배선(53)인 투명 도전막(67a)과 금속층(67b)이 n+-Si층중 하나인 소스 전극(66a)에 중첩되도록 형성되어 있다. 투명 도전막(67a')과 금속층(67b')은 다른 n+-Si인 다른 드레인 전극(66b)에 중첩되도록 형성되어 있다. 투명 도전막(67a')은 드레인 전극(66b)과 화소 전극(51)을 접속하도록 연장되며 또한 부가 용량 배선 전극(55a)에 접속된 접속 전극(55)로서 작용한다. 층간 절연막(68)은 TFT(54), 게이트 배선(52), 소스 배선(53) 및 접속 전극(55)를 커버하도록 형성된다. 층간 절연막(68)은 불소 수지로 이루어진다.
투명한 도전막은 층간 절연막(68)상에 형성되어 화소 전극(51)을 구성한다.
화소 전극(51)은 층간 절연막(68)과 접속 전극(55)인 투명 도전막(67a')을 통해 형성된 콘택트 홀(56)을 거쳐 TFT(54)의 드레인 전극(66b)에 접속되어 있다.
상기 구조를 가지는 액티브 매트릭스 기판은 다음과 같이 제조된다.
처음에, Ta, Al, Mo, W, Cr 등으로 이루어지는 게이트 전극(62), SiNx, SiO2, Ta2O5등으로 이루어지는 게이트 절연막(63), 반도체층(진성-Si)(64), SiNx, Ta2O5등으로 이루어지는 채널 보호층(65), 소스 전극(66a)과 드레인 전극(66b)으로 이루어지는 n+-Si층이 순서대로 유리 기판과 같은 투명 절연 기판(61)상에 순차 형성된다.
그 후에, 소스 배선(53)과 접속 전극(55)를 구성하는, 투명 도전막(67a, 67a') Ta, Alk, MoW, Cr 등으로 이루어지는 금속층(67b, 67b')이 스퍼터링에 의해 형성되어 소정의 형상으로 패터닝된다. 이 예에서는 이전의 실시예와 같이, 소스 배선(53)이 ITO의 투명 도전막(67a)과 금속막(67b)으로 이루어지는 이중층 구조로 되어 있다. 이 구조로서, 금속층(67b)의 일부에 홈이 있으면, 소스 배선(53)은 투명 도전막(67a)을 통해 도전 상태로 유지될 수 있어 소스 배선(53)의 단선을 적게 할 수가 있다.
스핀 코팅처리에 의해 예를 들어 2㎛의 두께로 결과의 구조체에 불소 수지가 도포되어 층간 절연막(68)을 형성한다. 층간 절연막(68)을 관통하는 콘택트 홀(56)은 포토리소그래피 방법에 의해 형성된다.
다음에, 투명 도전막은 스퍼터링에 의해 층간 절연막(68)과 콘택트 홀(56) 상에 형상되며 패터닝되어 화소 전극(51)을 형성한다. 따라서 각 화소 전극(51)은 층간 절연막(68)을 통해 형성된 콘택트 홀(56)을 거쳐 TFT(54)의 드레인 전극(66b)과 접속되어 있는 투명 도전막(67a')에 접속된다. 이렇게 하여, 이 실시예의 액티브 매트릭스 기판이 제조된다.
다음에, ITO가 스퍼터링에 의해 50 내지 150nm의 두께로 불소 수지 상에 피착되고, 화소 전극(51)을 형성하기 위해 패턴화된다. 50nm 이상의 두께를 갖는 각 화소 전극(51)으로서의 ITO 막은 제거용액으로서 사용된 화학제(즉, 디메틸 황화물)가 ITO 막의 표면의 갭으로부터 수지속으로 침투하는 것을 방지하고 수지가 화학제의 침투로 인해 팽창하는 것을 방지한다. 이와 같이 하여, 실시예 7의 액티브 매트릭스 기판이 제조된다.
따라서, 본 실시예에서는 이전의 예에서와 같이 층간 절연막(68)이 존재함으로써 소스 및 게이트 배선 부분을 제외한 디스플레이 패널의 모든 부분은 화소 개구 부분으로 사용될 수 있다. 결과로 나타나는 액정 표시 장치는 높은 투과율과 큰개구율을 갖게 된다.
또한, 층간 절연막(68)이 존재함으로써 화소 전극은 하부의 배선 및 스위칭 소자로 형성된 단계에 의한 영향없이 평탄하게 될 수 있다. 이는 화소 전극의 드레인 측의 단차에서 종래에 발견되는 단선의 발생을 방지하고, 그로 인해 결함이 있는 화소의 수를 감소시킨다. 단차로 인해 유발된 액정 분자의 배향의 교란도 역시 방지될 수 있다. 또한, 소스 배선(53)과 화소 전극(51)이 그 사이의 층간 절연막(68)으로 상호 격리되어 있기 때문에, 소스 배선(53)과 화소 전극(51) 간의 전기 누설로 인해 종래 유발되는 결함이 있는 화소의 수가 감소될 수 있다.
[실시예 8]
실시예 8에서는 층간 절연막(68) 및 도 10과 도 11에 도시되며 실시예 7에 서술된 하부의 막 간의 접착을 향상시키는 방법이 서술될 것이다.
하부 막을 갖는 층간 절연막(68)으로서 불소 수지의 접착은 하부 막의 재료에 의존하여 더 나쁠 수 있다. 이와 같은 경우, 본 실시예의 방법에 따라 하부의 막들, 즉 게이트 절연막(63), 채널 보호막(65), 소소 전극(66a), 드레인 전극(66b), 투명 도전막(67a, 67a') 및 금속막(67b, 67b')의 표면이, 표면을 거칠게 하기 위해 불소수지를 도포하기 전에 산소 분위기에서 M형 수은등(860 W)에서 나오는 자외선에 노출된다. 다음에 불소 수지로 만들어진 층간 절연막(68)이 하부 막의 거친 표면 위에 형성된다. 이 방법으로서, 불소 수지와 표면이 거칠게 된 하부막 간의 접착이 향상된다. 이로 인해 불소 수지로 만들어진 층간 절연막(68)과 하부막 간의 계면에서 발생하는 종래의 막의 벗겨짐 문제가 극복된다. 이 상태에서는 결과적으로 염화수소산과 ITO를 에칭하기 위한 철염화물의 혼합물과 같은 화학제가 계면속으로 침투하게 된다.
이와 같이 자외선으로 층간 절연막(68)을 형성하기 전에 기판 표면을 조사함으로써 층간 절연막(68)과 하부막 간의 접착이 향상된다. 결과로 나타나는 장치는 제조 공정 동안 추가적인 공정에도 불구하고 안정할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따라 접착을 향상시키기 위한 대안적인 방법은 수지로 코팅될 표면을 수지로 코팅하기 전에 실란 결합제로 처리하는 것이다. 실란 결합제로서, 헥사메틸 디실라잔, 디메틸 다이톡시 실란. n-부틸 트리메톡시 실란 등이 특히 접착의 향상에 효과적이다. 예를 들면 실란 질화막으로 접착하는 경우, 처리된 표면의 접착 강도가 실란 결합제로 처리되지 않은 표면의 그것과 비교하여 약 10% 향상한다.
이는 때때로 표면이 이와 같이 처리되지 않을 때 발생하는, 수지의 패턴이 수지의 크로스링크에 의해 생성된 내부 응력으로 인해 손상되는 문제는 실란 결합제로 처리함으로써 방지된다.
실란 결합제는 수지를 도포하기 전에 하부층에 화학제를 도포하는 대신에, 수지를 도포하기 이전에 수지에 혼합될 수 있다. 동일한 접착 효과가 이와 같은 방법으로 얻어질 수 있다. 특히 1wt%의 디메틸 다이톡시 실란이 불소 수지에 부가되었을 때, 질화 실리콘막(즉, 하부에 놓이는 층)과 수지의 접착 강도가 70%만큼 향상된다.
[실시예 9]
실시예 9에서는, 층간 절연막(68)과 실시예 7에 서술되며 도 10와 도 11에 도시된 그 위에 형성된 화소 전극 재료 간의 접착을 향상시키기 위한 방법이 서술될 것이다.
실시예 7에서 불소 수지로 만들어진 층간 절연막(68)을 형성한 후, 100 내지 500nm의 두께를 갖는 층간 절연막(68)의 표면 부분이 건식 에칭 장치를 사용하여 산소 플라즈마 분위기에서 탄화된다. 더 상세하게는, 불소 수지의 표면은 약 1.2KW의 RF전력, 약 800 mTorr의 압력, 약 300 sccm의 산소 유속, 70℃의 온도, 및 약 120초의 RF 인가 시간 조건하에서 평행 플레인형 플라즈마 에칭 장치를 사용하여 산소 플라즈마 분위기에서 탄화된다. 이 공정에 의해, 물과 이산화탄소는 산화 분해에 의해 불소 수지의 표면으로부터 해제되어 표면이 거칠게 된다.
다음에, ITO는 스퍼터링에 의해 약 50 내지 약 150nm의 두께로 거칠어진 불소 수지의 위에 피착되고, 화소 전극(51)을 형성하기 위해 패턴화된다. 이와 같이 하여, 액티브 매트릭스 기판이 제조된다.
이와 같이 탄화함으로써, 화소 전극(51)과 불소 수지로 만들어진 하부의 거친 층간 절연막(68)간의 접착이 크게 향상된다. 그 계면에서 어떠한 얇은 층으로의 갈라짐도 기판을 세정하기 위한 자외선의 인가로 인해 유발되지 않는다. 상기 효과는 불소 수지의 탄화된 표면 두께가 100nm 미만이었을 때에는 얻어지지 않았다.
이것이 500nm를 초과할 때, 불소 수지의 두께의 감소가 너무 커서 결과로 나타나는 불소 수지 두께의 편차가 증가하여, 디스플레이 결함을 유발하게 된다. 접착의 향상은 배럴형 및 RIE 형을 포함하는 임의 종류의 건식 에칭 장치를 사용하여 달성된다.
이와 같이, 화소 전극을 형성하기 전에 산소 플라즈마 분위기에서 층간 절연막(68)의 표면 부분을 탄화함으로써 층간 절연막(68)과 화소 전극 재료 간의 접착이 향상된다. 결과로 나타나는 장치는 제조 공정 동안 처리하는 것에 대해 보다 안정 할 수 있다. 또한, 탄화 처리는 콘택트 홀로부터의 잔류물을 제거하는데 효과적이다. 이는 콘택트 홀에 단선의 발생 가능성을 감소시킨다.
[실시예 10]
도 14는 본 발명에 따른 실시예 10의 투과형 액정 표시 장치의 액티브 매트릭스 기판의 평면도이다. 도 15는 도 14의 D-D'선을 따라 절취한 단면도이다. 유사한 기능과 효과를 갖는 구성요소는 도 1 및 도 2에서의 그것과 동일한 참조 부호가 부여되어 그 설명을 생략한다.
본 실시예의 액티브 매트릭스 기판에서, 각 TFT(24)와 이에 대응하는 화소 전극(21)간 및 각 저장 용량 배선 전극(25a)과 이에 대응하는 화소 전극(21) 간의 접속은 각각 개별적인 콘택트 홀(26a, 26b)을 거쳐 실시된다. 또한, 본 실시예에서 각 소스 배선(23)은 다층 구조로 만들어지더라도 단일 금속층으로 구성된다. 저장 용량 배선 전극(25a)은 이전 예에서와 같이 동일한 단계에서 소스 배선(23)의 그것과 동일한 재료로 형성된다. 두개의 콘택트 홀(26a, 26b)는 TFT의 드레인 전극(36b)과 저장 용량 배선(25a)에 각각 접속된 금속 전극(23b) 위에 형성된다. 즉, 금속 전극 위에 형성된 이들 콘택트 홀(26a, 26b)은 광-쉐이딩 성질(a light-shading property)을 갖는다.
상기 구조를 갖는 투과형 액정 표시 장치는 다음과 같은 점에서 장점이 있다.
층간 절연막(38)의 두께가 예를 들면 전형적인 두께인 4.5㎛의 액정층(셀 두께)에 충분히 상당할 수 있는 3㎛로 클 때, 광 누출이 액정 분자의 배향에서의 교란으로 인해 콘택트 홀(26a, 26b) 근처에 발생하는 경향이 있다. 만일 콘택트 홀(26a, 26b)이 투과형 액정 표시 장치의 개구 부분에 형성되면, 광 누출로 인해 콘트리스트 비가 낮아진다. 이와 대조적으로, 본 실시예의 액티브 매트릭스 기판은 저장 용량 배선 전극(25a)이 콘택트 홀(26b) 근방으로부터 광을 차단하고 금속 전극(23b)이 콘택트 홀(26a) 근방으로부터 광을 차단하기 때문에 이와 같은 문제가 없다. 개구비는 저장 용량 배선 전극(25a)으로부터 확장하지 않도록 저장 용량 배선 대향 전극(27)을 형성함으로써 더욱 증가될 수 있다. Cs-공통형이 본 예에서 사용되었지만, Cs-온-게이트 형도 역시 사용될 수 있다.
이와 같이, 상기 실시예 1 내지 10에서는 각 화소 전극이 대응하는 배선에 중복하여 액정 디스플레이의 개구비를 향상시켜 액정 분자의 배향에 있어서의 교란을 최소로 하며 제조 공정을 간단하게 한다. 또한 화소 전극과 디스플레이에 나타나는 크로스토크와 같은 배선들 간의 캐패시턴스의 영향이 최소로 되어 양호한 디스플레이를 달성한다. 이들 특징 이외에, 와이드 뷰잉각(a wide viewing angle)이 얻어질 수 있다.
와이드 뷰잉각은 다음과 같은 이유로 인해 얻어질 수 있다. (1) 화소 전극의 표면이 평탄하기 때문에 액정 분자의 배향이 교란되지 않는다. (2) 배선에 발생된 전계로 인해 어떠한 경사 배선도 발생되지 않는다. (3) 인접하는 개구 부분 간의 간격을 수 미크론 내지 십수 미크론의 범위로 하면서 층간 절연막(38)을 수 마이크로미터 두께로 함으로써 백라이트로부터의 불투명 광이 효과적으로 사용될 수 있다. 그리고(4) 콘트라스트가 크다(10.4-인치 SVGA에 대해 1:300 이상). 결국, 지체값(t6he retardation value)즉, 액정의 굴절지수 비등방성(△n) x 셀 두께(d)가 얻어질 수 있다. 이와 같은 지체값의 감소는 주로 본 빌명에 따라 셀 두께를 감소시킴으로써 얻어진다. 일반적으로, △n x d의 값이 감소함에 따라 뷰잉각은 증가하지만, 콘트라스트는 감소한다. 그러나 본 발명에 따르면, 화소 전극의 크기는 화소 전극과 이에 대응하는 배선 간에 종래에 제공된 마진을 제공함으로서 커진다. 예를 들면, 10.4" VGA에 대해 개구비는 65%에서 86%로 약 20포인트 증가되었고 역시 밝기는 1.5배 이상 증가되었다. 12.1" XGA에 대해서도 이와 유사하게, 개구비는 55%에서 80%로 크게 향상되었다. 그 이유는 다음과 같다. 종래 구조에서, 소스 배선 폭이 6㎛일 때, 소스 배선과 화소 전극간의 갭은 3㎛이고, 부착 마진은 5㎛이며, 예를 들면 인접하는 개구부분 간의 간격은 22㎛ 이상이 될 것을 필요로 한다. 이와 대조적으로, 각 화소 전극이 이에 대응하는 소스 배선과 중복하는 본 발명에 따르면, 인접하는 개구부분 간의 간격은 소스 배선 폭인 6㎛일 수 있다. 이와 같이, 전체 면적에 대해 개구 부분을 구성하지 않는 부분의 비율이 크게 감소될 수 있다.
실시예 2와 3은 저장 용량 배선(저장 용량 배선 전극)의 한 전극이 저장 용량 배선 공통 배선을 거쳐 대향 전극에 접속되어 있는 투과형 액정 표시 장치를 서술하였다. 상기 구조에 의해 달성된 동일한 효과가 역시 저장 용량 배선 전극으로서 인접하는 화소의 게이트 배선(22)을 사용하여 달성될 수 있다. 도 12와 13은 후자의 구조를 도시한다. 이와 같은 유형의 액정 표시 장치를 Cs-온-게이트형이라고 하는데, 여기서 각 화소 전극(21)은 저장 용량 배선(Cs)를 헝성하기 위해 직전 또는 직후의 게이트 배선(22)과 중복한다. 이 경우, 화소 전극(21)은 바람직하게는 대응하는 게이트 배선의 좀더 작은 부분과 중복하면서 직전 또는 직후의 게이트 배선의 좀더 큰 부분과 중복한다.
실시예 1 내지 10에서, 높은 투과율을 갖는 불소 수지는 스핀 코팅으로 도포되어 층간 절연막을 형성하기 위해 패턴화되고, 층간 절연막을 통해 콘택트 홀이 형성된다. 또한 불소 수지의 도포는 롤 코팅과 슬롯 코팅과 같은 스핀 코팅 이외의 방법으로 실시될 수 있다. 본 발명의 효과는 또한 이들 방법으로서 달성될 수 있다. 롤 코팅은 불균일 표면을 갖는 롤과 롤에 접하는 코팅될 기판의 표면을 갖는 벨트 사이에 기판을 통과시키는 방법이다. 결과로 나타나는 코팅의 두께는 불균일성의 정도에 의해 결정된다. 슬롯 코팅은 분출 슬롯 밑으로 기판을 통과시키는 방법이다. 결과로 나타나는 코팅의 두께는 분출 슬롯의 폭에 의해 결정된다.
실시예 8에서는, i선(파장 : 365nm), h선(파장 : 405nm), 및 일반적으로 노광 공정에 사용된 g선(파장 : 436nm) 중에서, 가장 짧은 파장을 갖는 i선이 사용된다. 이는 광복사 시간을 단축시키며, 실시예 8에서의 표면을 거칠게 하는데 있어서 매우 효과적이다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 층간 절연막이 존재함으로써 각 화소 전극이 대응하는 배선에 중복하도록 형성될 수 있다. 이는 개구비를 향상시키고 액정 분사의 배향에 있어서의 교란을 최소로 한다. 층간 절연막이 불소 수지 박막으로 구성되기 때문에 비유기 박막과 비교하여 그 유전 상수는 좀더 작고 그 두께는 용이하게 커질 수 있다. 이와 같이, 화소 전극과 배선들 간의 캐패시턴스가 감소될 수 있다. 결국, 화소 전극과 소스 배선간의 캐패시턴스로 인해 유발된 수직 크로스토크가 감소될 수 있고, 제조 공정에서의 편차는 물론 화소 전극과 게이트 배선 간의 캐패시턴스로 인한 화소에 대한 기록 전압의 인가가 감소될 수 있다.
층간 절연막의 형성에서, 불소 수지는 스핀 코팅, 롤 코팅 또는 슬롯 코팅 같은 코팅 방법에 의해 도포되어 경화된다. 그 후, 결과의 기판은 레지스트로 차폐되고 이 레지스트를 마스크로 사용하여 건식 에칭 공정을 수행한다. 이것은 CVD 방법과 비교하여 감소된 제조 비용으로 그리고 다른 수지와 비교하여 보다 나은 처리 정밀도로 고 개구율을 갖는 투과형 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 한다.
TFT의 드레인 전극과 화소 전극을 접속시키는 접속 전극은 투명 도전막을 사용하여 형성된다. 이는 개구비를 더욱 향상시킨다. 투명 도전막은 투명 도전막을 포함하는 이중층의 구조인 소스 배선과 동시에 형성될 수 있다. 이중 층 구조로서, 소스 배선에서의 단선이 방지될 수 있다.
각 콘택트 홀은 저장 용량 공통 배선 또는 게이트 배선(주사선) 위에 층간 절연막을 통해 형성된다. 이는 액정의 배향에 있어서의 교란으로 인해 발생될 수 있는 광 누출이 저장 용량 배선 부분에 의해 차단될 수 있기 때문에 콘트라스트 비를 향상시킨다. 다른 말로 표현하면, 광 누출은 발생되면 개구 부분이 아닌 광-쉐이딩 부분에서 발생된다.
금속 질화물 층은 층간 절연막을 통해 형성된 각각의 콘택트 홀 밑에 형성될 수 있다. 이는 층간 절연막과 하부막 간의 접착을 향상시킨다. 이와 같이, 결과로 나타나는 액정 표시 장치는 제조 공정에서의 부가 처리에 대해 안정하다.
각 화소 전극은 대응하는 소스 배선을 1㎛ 이상 중복할 수 있다. 이와 같은 중복으로, 개구비가 최소로 될 수 있다. 또한, 대응하는 배선에 대해 각 화소 전극의 처리 정밀도는 반드시 높은 필요는 없다. 그 이유는, 처리 정밀도가 낮더라도 화소 전극이 배선과 중복되는 한 광 누출이 중복하는 배선들에 의해 충분히 차단될 수 있기 때문이다.
층간 절연막의 두께를 12㎛(바람직하게는 15㎛ 이상)으로 함으로써 각 화소 전극에 대응하는 소스 배선간의 캐패시턴스는 충분히 작을 수 있다. 이는 화소 전극이 소스 배선을 1㎛ 이상 중복하더라도 시상수를 감소시킨다. 결국, 크로스토크와 같이 디스플레이 상에 나타나는 캐패시턴스의 영향이 감소될 수 있고 따라서 우수한 디스플레이가 제공될 수 있다.
화소 전극과 소스 배선간의 캐패시턴스가 충분히 감소되기 때문에 수직 크로스토크는 식 (1)으로 표현된 캐패시턴스 비율을 약 10% 미만으로 감소시킴으로써 더욱 줄어든다.
소스 배선으로부터 인가된 데이타 신호의 극성은 게이트 배선마다 반전될 수 있다. 이는 각 화소 전극과 수직 크로스토크와 같이 디스플레이 상에 나타나는 대응하는 소스 배선간의 캐패시턴스의 영향을 더욱 감소시킨다.
본 발명의 효과는 또한 화소 전극이 수직 스트립 형상으로 정렬되고 각 화소 전극은 소스 배선에 평행한 그 측면이 게이트 배선에 평행한 그 측면 보다, 긴 직사각 형상이다. 이는 노트북형 개인용 컴퓨터 등에 대해 수직 크로스토크가 없는 높은 개구비를 갖는 대형 액정 표시 장치를 달성하는 것을 가능하게 한다.
각 저장 용량 배선은 층간 절연막보다, 극히 얇은 절연막을 사용하여 형성된다. 결과로 나타나는 저장 용량 배선은 그 영역이 작으면서 큰 캐패시턴스를 가질 수 있다. 이는 개구비를 향상시킨다. 저장 용랑 배선 전극이 소스 배선(즉, 신호선)과 동시에 형성되기 때문에 공정 단계 수의 증가를 피할 수 있다.
소스 배선이 광-쉐이딩 도전막으로 구성될 때, 콘택트 홀 부분이 광으로부터 차단될 수 있다. 이는 이들 부분에서 발생하는 액징의 배향에 있어서의 교란을 감춘다. 이도 역시 개구비를 향상시킨다.
본 발명에 따라 층간 절연막이 탈색되므로, 배면광으로부터의 광량은 전력 소비를 절약하면서 감소시킬 수 있으며, 휘도는 배면광으로부터의 광량이 감소되지 않으면 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 층간 절연막은 비교적 두꺼우며 평탄하게 만들어질 수 있고, 화소 전극의 드레인측의 단선과 같은 하부 배선에 의해 형성된 단차로 유발된 종래의 고장이 극복된다. 액정의 배향에 있어서의 교란도 역시 방지될 수 있다. 화소 전극과 배선은 그들 사이에 형성된 층간 절연막에 의해 격리되어 있다. 이는 화소 전극과 배선들 간의 전기적 누출로 인한 결함이 있는 화소의 수를 크게 감소시켜, 생산 수율을 증가시키고 생산 비용을 감소시킨다.
층간 절연막 형성 이전의 기판의 표면은 자외선으로 복사될 수 있다. 이는 층간 절연막과 하부의 막 간의 접착을 향상시킨다. 따라서, 결과로 나타나는 액정 표시 장치는 제조 공정에서 부가적인 처리에 대해 안정할 수 있다.
층간 절연막의 표면은 화소 전극 재료막의 형성 이전에 산소 분위기에서 탄화될 수 있다. 이는 층간 절연막과 그 위에 형성된 화소 전극 재료막의 접착을 향상시킨다. 따라서, 결과로 나타나는 액정 표시 장치는 제조 공정에 있어서 부가적인 처리에 대해 안정할 수 있다.
50nm 이상의 두께를 갖는 화소 전극은 제거 용액으로 사용된 화학제가 막표면의 갭에서 수지 속으로 침투하는 것과 수지가 화학제의 침투로 인해 팽창하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
광 복사 시간은 가시 광선보다 높은 에너지를 갖는 i선(파장 : 365nm)을 사용함으로써 단축될 수 있다.
디스플레이의 개구비가 향상함에 따라 그 밝기도 향상된다. 따라서, 뷰잉각은 콘트라스트를 떨어뜨리지 않고 지체를 감소함으로써 넓어질 수 있다. 이는 대단히 넓은 뷰잉각의 달성을 가능하게 한다.
여러가지로 변형할 수 있으며 이와 같은 변형은 본 발명의 영역과 정신을 이탈하지 않으면서 본 기술분야의 숙련자에 의해 용이하게 실시될 수 있다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위의 영역은 여기에 서술된 설명에 한정되는 것이 아니라 폭 넓게 해석되어야 한다.

Claims (42)

  1. 투과형 액정 표시 장치에 있어서, 게이트 배선들, 소스 배선들, 및 상기 각각의 게이트 배선과 상기 각각의 소스 배선과의 교차부 근처에 각각 배치된 스위칭 소자들을 포함하며, 상기 스위칭 소자들 각각의 게이트 전극은 상기 게이트 배선에 접속되며, 상기 스위칭 소자의 소스 전극은 상기 소스 배선에 접속되며, 상기 스위칭 소자의 드레인 전극은 전압을 액정층에 인가하는 화소 전극에 접속되어 있으며, 상기 스위칭 소자, 상기 게이트 배선 및 상기 소스 배선의 상부에는, 약 400nm 내지 800nm 범위의 파장을 갖는 광에 대하여 90% 이상의 광 투과율을 가지며, 헥사 플루오르 프로필렌 그룹을 각각 가지는 산 무수물과 디아민 둘다를 함유하는 불소계 폴리이미드 또는 감광성 수지인 불소계 아크릴 수지로 이루어지며, 1.2㎛ 이상의 두께를 가지는 층간 절연막이 제공되고, 상기 층간 절연막 상에는 투명 도전막으로 이루어진 상기 화소 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극과 상기 드레인 전극을 접속하는 접속 전극을 더 포함하되, 상기 층간 절연막은 상기 스위칭 소자, 상기 게이트 배선, 상기 소스 배선 및 상기 접속 전극의 상부에 형성되며, 상기 화소 전극은 적어도 상기 게이트 배선이나 상기 소스 배선에 직어도 부분적으로 중첩되게 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 접속 전극 및 상기 화소 전극은 상기 층간 절연막을 관통해 형성된 콘택트홀을 통해 서로 접속되는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극, 및 상기 소스 배선과 상기 게이트 배선중의 적어도 한 배선은 선폭 방향으로 약 1㎛ 이상 서로 중첩된 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접속 전극은 투명 도전막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 액정층에 인가된 전압을 유지하기 위한 부가 용량 배선을 더 포함하며, 상기 콘택트 홀은 상기 부가 용량 배선의 전극 또는 상기 게이트 배선 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 콘택트 홀 하부에는 금속 질화물층이 형성되어 상기 접속 전극과 상기 화소 전극을 접속하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액정층에 인가된 전압을 유지하기 위한 부가 용량 배선을 더 포함하며, 다음식 (1)
    용량비 = Csd / (Csd + Cls + Cs) ... (1)
    에 의해서 표현되는 용량비는 10% 이하이며, 여기서 Csd는 상기 화소 전극과 상기 소스 배선 사이의 용량값을 나타내고, Cls는 중간 디스플레이 상태에서의 각 화소에 대응하는 액정부의 용량값을 나타내며, Cs는 각 화소의 상기 부가 용량 배선의 용량값을 나타내는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극의 형상은 상기 게이트 배선에 평행한 측면이 상기 소스 배선에 평행한 측면보다, 긴 직사각형인 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  9. 제1항에 있어서, 매 수평 주사 기간 마다 극성이 반전된 데이타 신호를 상기 소스 배선에 인가하는 구동 회로를 더 포함하되, 상기 데이타 신호는 상기 스위칭 소자를 통해 상기 화소 전극에 인가되며, 상기 데이타 신호는 게이트 신호와의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액정층에 인가된 전압을 유지하기 위한 부가 용량 배선을 더 포함하며, 상기 부가 용량 배선은 부가 용량 배선 전극, 부가 용량 배선 대향 전극 및 이들 사이의 절연막을 포함하며, 상기 부가 용량 배선 전극은 상기 소스 배선 또는 상기 접속 전극과 동일한 층에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 부가 용량 배선 대향 전극은 상기 게이트 배선의 일부로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 화소 전극 및 상기 부가 용량 배선 전극은 상기 부가 용량 배선 전극 상에 형성된 상기 콘택트 홀을 통해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  13. 제13항에 있어서, 상기 콘택트 홀은 상기 부가 용량 배선 대향 전극 또는 상기 게이트 배선 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시 장치.
  14. 투과형 액정 표시장치의 제조 방법에 있어서, 다수의 스위칭 소자를 기판상에 매트릭스 형상으로 형성하는 단계, 상기 각 스위칭 소자의 게이트 전극에 접속된 게이트 배선, 및 상기 스위칭 소자의 소스 전극에 접속된 소스 배선을 서로 교차하도록 형성하는 단계, 상기 스위칭 소자의 소스 전극에 접속된 투명 도전막으로 형성된 접속 전극을 형성하는 단계, 상기 스위칭 소자, 상기 게이트 배선, 상기 소스 배선 및 상기 접속선 상에서, 약 400nm 내지 800nm 범위의 파장을 갖는 광에 대해 90% 이상의 광 투과율, 및 12㎛ 이상의 두께를 가지며, 헥사 플루오르 프로필렌 그룹을 각각 가지는 산 무수물과 디아민 둘다를 함유하는 불소계 폴리이미드 또는 감광성 수지인 불소계 아크릴 수지로 이루어진 불소막을 피복 방법으로 형성하고, 상기 불소막을 패터닝해서 층간 절연막과 콘택트 홀을 형성하고 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 접속 전극에 도달하게 하는 단계, 및 상기 층간 절연막 상에 그리고 상기 콘택트 홀 내에 투명 도전막으로 형성된 화소 전극을 형성하여, 상기 각 화소 전극이 적어도 상기 게이트 배선이나 상기 소스 배선에 적어도 부분적으로 중첩되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 불소막의 패터닝은 상기 불소막 상의 포토레지스트를 에칭 마스크로서 사용함으로써 상기 불소막을 에칭하는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 불소막의 패터닝은, 실리콘을 함유하는 포토레지스트층을 상기 불소막 상에 형성하는 단계, 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 포토레지스트층을 에칭 마스크로서 사용함으로써 상기 불소막을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 불소막의 패터닝은, 포토레지스트층을 상기 불소막 상에 형성하는 단계, 실란 결합제를 상기 포트레지스트층 상에 피복하고 상기 결합제를 산화시키는 단계, 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 단계, 및 상기 산화된 결합제로 피복된 상기 패터닝된 프토레지스트층을 에칭 마스크로서 사용함으로써 상기 불소막을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 에칭 단계는 CF4, CF3H 및 SF6중의 적어도 하나를 함유하는 에칭 가스를 사용하는 건식 에칭 단계인 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 층간 절연막을 형성하는 상기 불소 수지는 약 400nm 내지 약 800nm의 범위의 파장을 갖는 광에 대해 90% 이상의 광투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 불소막을 형성하기 전에 상기 불소막이 형성될 기판표면에 자외선을 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 불소막을 형성하기 전에 상기 불소막이 형성될 기판 표면에 실란 결합제를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  22. 제14항에 있어서, 상기 불소막의 형성 재료는 실란 결합제를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 실란 결합제는 헥사메틸 디실라잔, 디메틸 디에톡시 실란, 및 n-부틸 트리메톡시 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  24. 제14항에 있어서, 상기 화소 전극을 형성하기 전에 상기 층간 절연막의 표면을 산소 플라즈마로 탄화 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 탄화 처리 단계는 콘택트 홀의 형성후 수행되는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 층간 절연막은 열경화 재료를 포함하며 상기 탄화 처리 단계전에 경화되는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 층간 절연막의 탄화부의 두께는 약 100 내지 약 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 화소 전극의 두께는 약 50nm 이상인 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  29. 제14항에 있어서, 상기 불소막의 형성전에 상기 불소막이 형성될 기판 표면상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치의 제조 방법.
  30. 투과형 액정 표시 장치에 있어서, 게이트 배선들, 소스 배선들, 및 상기 각각의 게이트 배선과 상기 각각의 소스 배선과의 교차부 근처에 각각 배치된 스위칭 소자들을 포함하며, 상기 스위칭 소자들 각각의 게이트 전극은 상기 게이트 배선에 접속되며, 상기 스위칭 소자의 소스 전극은 상기 소스 배선에 접속되며, 상기 스위칭 소자의 드레인 전극은 전압을 액정층에 인가하는 화소 전극에 접속되어 있으며, 상기 스위칭 소자, 상기 게이트 배선 및 상기 소스 배선의 상부에는, 헥사 플루오르 프로필렌 그룹을 각각 가지는 산 무수물과 디아민 둘다를 함유하는 불소계 폴리이미드 또는 감광성 수지인 불소계 아크릴 수지로 이루어지며, 12㎛ 이상의 두께를 가지는 층간 절연막이 형성되고, 적어도 상기 게이트 배선 또는 상기 소스 배선에 중첩하도록 상기 층간 절연막 상에는 투명 도전막으로 이루어진 상기 화소 전극이 제공되며, 상기 층간 절연막은 디스플레이 품질의 저하없이 선폭 방향으로 1㎛ 이상의 중첩 폭을 만족하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  31. 제30항에 있어서. 상기 화소 전극과 상기 드레인 전극을 접속하는 접속 전극을 더 포함하며, 상기 층간 절연막은 상기 스위칭 소자, 상기 게이트 배선, 상기 소스 배선 및 상기 접속 전극 상부에 제공되며, 상기 화소 전극은 적어도 상기 게이트 배선 또는 상기 소스 배선에 적어도 부분적으로 중첩되게 상기 층간 절연막 상에 형성되며, 상기 접속 전극 및 상기 화소 전극은 상기 층간 절연막을 관통해 형성된 콘택트 홀을 통해 서로 접속되는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시 장치.
  32. 제30항에 있어서, 상기 층간 절연막의 두께는 약 12㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시 장치.
  33. 제30항에 있어서, 상기 접속 전극은 투명 도전막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  34. 제31항에 있어서, 상기 액정층에 인가된 전압을 유지하기 위한 부가 용량 배선을 더 포함하되, 상기 콘택트 홀은 상기 부가 용량 배선의 전극 또는 상기 게이트 배선 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  35. 제31항에 있어서, 상기 콘택트 홀 하부에는 금속 질화물층이 형성되어 상기 접속 전극과 상기 화소 전극을 접속하는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  36. 제30항에 있어서, 상기 액정층에 인가된 전압을 유지하기 위한 부가 용량 배선을 더 포함하며, 다음식 (1)
    용랑비 = Csd / (Csd + Cls + Cs) ... (1)
    에 의해서 표현되는 용량비는 10% 이하이며, 여기서 Csd는 상기 화소 전극과 소스 배선 사이의 용량값을 나타내고, Cls는 중간 디스플레이 상태에서의 각 화소에 대응하는 액정부의 용량값을 나타내며, Cs는 각 화소의 상기 부가 용량 배선의 용량값을 나타내는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  37. 제30항에 았어서, 상기 화소 전극의 형상은 상기 게이트 배선에 평행한 측면이 상기 소스 배선에 평행한 측면보다 긴 직사각형인 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  38. 제30항에 있어서, 매 수평 주사 기간 마다 극성이 반전된 데이타 신호를 상기 소스 배선에 인가하는 구동 회로를 더 포함하되, 상기 데이타 신호는 상기 스위칭 소자를 통해 상기 화소 전극에 인가되며, 상기 데이타 신호는 게이트 신호와의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  39. 제30항에 있어서, 상기 액정층에 인가된 전압을 유지하기 위한 부가 용량 배선을 더 포함하며, 상기 부가 용량 배선은 부가 용량 배선 전극, 부가 용량 배선 대향 전극 및 이들 사이의 절연막을 포함하며, 상기 부가 용량 배선 전극은 상기 소스 배선 또는 상기 접속 전극과 동일층에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 부가 용량 배선 대향 전극은 상기 게이트 배선의 일부로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  41. 제40항에 있어서, 상기 화소 전극 및 상기 부가 용량 배선 전극은 상기 부가용량 배선 전극 상에 형성된 상기 콘택트 홀을 통해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
  42. 제39항에 있어서, 상기 콘택트 홀은 상기 부가 용량 배선 대향 전극 또는 상기 게이트 배선 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시장치.
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