KR100485625B1 - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개구율을 높일 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정표시소자는 기판 상에 형성되는 게이트라인과, 상기 게이트라인이 형성된 기판 상에 형성되는 게이트절연막과, 상기 게이트절연막 상에 상기 게이트라인과 일부 중첩되게 투명유기도전물질로 형성되는 스토리지전극과, 상기 스토리지전극을 노출시키는 콘택홀을 가지도록 상기 게이트절연막 상에 형성되는 보호층과, 상기 콘택홀을 통해 상기 스토리지전극과 전기적으로 접촉되는 화소전극을 구비한다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Device and Fabricating Method Thereof}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 개구율을 높일 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상의 액정표시소자는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시소자는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널과, 이 액정패널을 구동하기 위한 구동회로를 구비하게 된다. 액정패널에는 액정셀들 각각에 전계를 인가하기 위한 화소전극들과 공통전극이 마련되게 된다. 통상, 화소전극은 하부기판 상에 액정셀별로 형성되는 반면 공통전극은 상부기판의 전면에 일체화되어 형성되게 된다. 화소전극들 각각은 스위치 소자로 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 함)에 접속되게 된다. 화소전극은 TFT를 통해 공급되는 데이터신호에 따라 공통전극과 함께 액정셀을 구동한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 액정표시장치의 하부기판(1)은 데이터라인(4)과 게이트라인(2)의 교차부에 위치하는 TFT부(TP)와, TFT(TP)의 드레인전극(10)에 접속되는 화소전극(22)과, 화소전극(22)과 게이트라인(2)과의 중첩부분에 위치하는 스토리지 캐패시터부(SP)를 구비한다.
TFT부(TP)는 게이트라인(2)에 접속된 게이트전극(6), 데이터라인(4)에 접속된 소스전극(8) 및 드레인접촉홀(20)을 통해 화소전극(22)에 접속된 드레인전극(10)으로 이루어진다. 또한, TFT부(TP)는 게이트전극(6)에 공급되는 게이트전압에 의해 소스전극(8)과 드레인전극(10)간에 채널을 형성하기 위한 반도체층(14,16)을 더 구비한다. 이러한 TFT부(TP)는 게이트라인(2)으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인(4)으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(22)에 공급한다.
화소전극(22)은 데이터라인(4)과 게이트라인(2)에 의해 분할된 셀 영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명무기도전물질로 이루어진다. 이 화소전극(22)은 드레인접촉홀(20)을 경유하여 공급되는 데이터신호에 의해 상부기판(도시하지 않음)에 형성되는 공통전극(도시하지 않음)과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 하부기판(1)과 상부기판(도시하지 않음) 사이에 위치하는 액정은 유전율이방성에 의해 회전하게 된다. 이에 따라, 광원으로부터 화소전극(22)을 경유하여 공급되는 광을 상부기판 쪽으로 투과되게 한다.
스토리지 캐패시터부(SP)는 화소전극(22)의 전압변동을 억제하는 역할을 하게 된다. 이러한 스토리지 캐패시터부(SP)는 게이트라인(2)과, 게이트절연막(12)을 사이에 두고 스토리지전극(24)으로 형성된다. 이 스토리지전극(24)은 보호막(18) 상에 형성된 스토리지접촉홀(26)을 통해 화소전극(22)과 전기적으로 접속된다.
이러한 액정표시소자의 제조방법은 도 3a 내지 도 3e를 결부하여 설명하기로 한다.
먼저, 하부기판(1) 상에 게이트금속층을 증착한 후 패터닝함으로써 도 3a에 도시된 바와 같이 게이트라인(2) 및 게이트전극(6)이 형성된다. 게이트라인(2) 및 게이트전극(6)이 형성된 하부기판(1) 상에 제1 절연물질을 증착하여 게이트절연막(12)이 형성된다. 이 게이트절연막(12) 상에 제1 및 제2 반도체물질을 증착한 후 패터닝함으로써 도 3b에 도시된 바와 같이 활성층(14) 및 오믹접촉층(16)이 형성된다. 그런 다음, 게이트절연막(12) 상에 데이터금속층을 증착한 후 패터닝함으로써 도 3c에 도시된 바와 같이 스토리지전극(24), 소스전극(8) 및 드레인전극(10)이 형성된다. 이후, 제2 절연물질을 증착하여 도 3d에 도시된 바와 같이 보호층(18)을 형성한 후, 보호층(18)을 관통하는 드레인접촉홀(20) 및 스토리지접촉홀(26)이 형성된다. 보호층(18)이 형성된 하부기판(1) 상에 무기투명전도성물질을 증착한 후 패터닝함으로써 도 3e에 도시된 바와 같이 화소전극(22)이 형성된다.
이러한 액정표시소자가 대형화되어 갈수록 화소전압을 안정적으로 유지하기 위한 스토리지 캐패시터값(Cst)은 더 증대되어야 한다. 그러나, 스토리지 캐패시터값(Cst)을 증대시키기 위해서 스토리지 캐패시터값(Cst)에 비례하는 스토리지전극(24)의 면적을 넓히게 되면 화소전극(22)과 스토리지전극(24)의 중첩영역이 표시영역까지 넓어진다. 이 표시영역까지 금속으로 형성되는 스토리지전극(24)에 의해 표시영역과 스토리지전극(24)의 중첩영역(H)에서 빛이 투과되지 않으므로 개구율이 감소하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 스토리지전극(24)을 화소전극(22)과 동일한 투명무기도전물질인 ITO,TZO,ITZO 등으로 형성하게 된다. 그러나, 게이트절연막(12) 상에 무기물인 투명무기도전물질을 증착하기 위해서는 스퍼터(sputter)와 같은 고가의 진공장비가 필요로 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 개구율을 높일 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시소자는 기판 상에 형성되는 게이트라인과, 상기 게이트라인이 형성된 기판 상에 형성되는 게이트절연막과, 상기 게이트절연막 상에 상기 게이트라인과 일부 중첩되게 투명유기도전물질로 형성되는 스토리지전극과, 상기 스토리지전극을 노출시키는 콘택홀을 가지도록 상기 게이트절연막 상에 형성되는 보호층과, 상기 콘택홀을 통해 상기 스토리지전극과 전기적으로 접촉되는 화소전극을 구비한다.
상기 투명유기도전물질은 폴리에틸렌디옥시티오펜(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), 폴리아세틸렌(Polyacetylene), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리페니렌 설피드(Polyphenylene sulfide), 폴리페니렌 바이닐렌(Polyphenylene vinylene), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리푸란(polyfuran), 폴리이스티아나펜틸렌(polyisothianaphthene) 및 폴리틸렌 바이닐렌(Polythienylene vinylene) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시소자는 상기 게이트라인과 교차하는 데이터라인과; 상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차부에 형성되며 상기 화소전극과 접속되는 박막트랜지스터를 추가로 구비하며; 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트라인과 접속되는 게이트전극과; 상기 스토리지전극과 동일물질로 형성되는 소스 및 드레인전극과; 상기 소스 및 드레인전극 사이의 채널을 이루는 반도체층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법은 기판 상에 게이트라인을 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 게이트절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트절연막 상에 투명유기도전물질을 코팅한 후 패터닝하여 상기 게이트라인과 일부 중첩되는 스토리지전극을 형성하는 단계와, 상기 스토리지전극을 덮도록 보호층을 증착하고 패터닝하여 접촉홀을 형성하는 단계와, 상기 보호층 상에 상기 접촉홀을 통해 상기 스토리지전극과 전기적으로 접속되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시소자의 제조방법은 기판 상에 게이트라인에 접속되는 게이트전극을 형성하는 단계와, 게이트절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계와, 스토리지전극과 동일물질로 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 4 내지 도 7e을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 액정표시소자의 하부기판(31)은 데이터라인(34)과 게이트라인(32)의 교차부에 위치하는 TFT부(TP)와, TFT부(TP)의 드레인전극(40)에 접속되는 화소전극(52)과, 화소전극(52)과 이전단의 게이트라인(32)과 중첩부분에 위치하는 스토리지 캐패시터부(SP)를 구비한다.
TFT부(TP)는 게이트라인(32)에 접속된 게이트전극(36), 데이터라인(34)에 접속된 소스전극(38) 및 드레인접촉홀(50)을 통해 화소전극(52)에 접속된 드레인전극(40)으로 이루어진다. 또한, TFT부(TP)는 게이트전극(36)에 공급되는 게이트전압에 의해 소스전극(38)과 드레인전극(40)간에 채널을 형성하기 위한 반도체층(44,46)을 더 구비한다. 이러한 TFT부(TP)는 게이트라인(32)으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인(34)으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(52)에 공급한다.
화소전극(52)은 데이터라인(34)과 게이트라인(32)에 의해 분할된 셀 영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명무기도전물질로 이루어진다. 이 화소전극(52)은 드레인접촉홀(50)을 경유하여 공급되는 데이터신호에 의해 상부기판(도시하지 않음)에 형성되는 공통전극(도시하지 않음)과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 하부기판(31)과 상부기판(도시하지 않음) 사이에 위치하는 액정은 유전율이방성에 의해 회전하게 된다. 이에 따라, 광원으로부터 화소전극(52)을 경유하여 공급되는 광을 상부기판 쪽으로 투과되게 한다.
스토리지 캐패시터부(SP)는 화소전극(52)의 전압변동을 억제하는 역할을 하게 된다. 이러한 스토리지 캐패시터부(SP)는 게이트라인(32)과, 게이트절연막(42)을 사이에 두고 게이트라인(32)과 중첩되게 형성되는 스토리지전극(54)으로 이루어진다. 스토리지전극(54)은 보호막(48)에 형성된 스토리지접촉홀(56)을 통해 화소전극(52)과 전기적으로 접촉된다. 이러한 스토리지전극(54)은 도 6에 도시된 투명유기도전물질로 형성된다. 바람직하게는 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)으로 형성된다.
이러한 투명유기도전물질은 게이트절연막(42) 상에 스핀코팅방식으로 코팅한 후 패터닝함으로써 형성된다. 이에 따라, 고가의 진공장비가 불필요한다. 또한, 종래의 빛이 투과되지 못한 표시영역과 스토리지전극(54)의 중첩영역에서 스토리전극을 투명유기도전물질로 형성함으로써 빛이 투과되어 개구율을 높일 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 도 5에 도시된 액정표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 하부기판(31) 상에 스퍼터링(sputtering) 등의 증착방법으로 게이트금속층이 증착된다. 게이트금속층으로는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등이 형성된다. 이어서, 게이트금속층을 식각공정을 포함하는 포토리쏘그래피 공정으로 패터닝함으로써 게이트라인(32) 및 게이트전극(36)이 형성된다.
도 7b를 참조하면, 게이트라인(32) 및 게이트전극(36)이 형성된 기판(31) 상에 게이트절연막(42)이 형성된다. 게이트절연막(42)은 무기절연물질인 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)이 사용된다. 게이트절연막(42)상에는 제1 및 제2 반도체층이 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 연속 증착된다. 제1 반도체층은 불순물이 도핑되지 않은 비정질실리콘으로 형성되며, 제2 반도체층은 N형 또는 P형의 불순물이 도핑된 비정질실리콘으로 형성된다. 이어서, 제1 및 제2 반도체층이 건식식각(Dry Etching) 공정을 포함하는 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝됨으로써 활성층(44) 및 오믹접촉층(46)이 형성된다.
도 7c를 참조하면, 활성층(44) 및 오믹접촉층(46)이 형성된 게이트절연막(42) 상에 스핀코팅으로 데이터금속층이 코팅된다. 데이터금속층은 도 6에 도시된 투명유기도전물질로 이루어진다. 이어서, 데이터금속층은 식각 공정을 포함하는 포토리쏘그래피 공정으로 패터닝됨으로써 스토리지전극(54)과 소스전극(38) 및 드레인전극(40)이 형성된다. 그 다음, 소스전극(38)과 드레인전극(40) 사이로 노출된 오믹접촉층(46)이 건식식각 공정으로 제거되어 소스전극(38)과 드레인전극(40)을 분리시킨다. 오믹접촉층(46)이 일부 제거됨으로써 활성층(44)에서 소스 및 드레인전극(38,40)사이의 게이트전극(36)과 대응하는 부분은 채널이 된다.
도 7d를 참조하면, 스토리지전극(54), 소스 및 드레인전극(38,40)이 형성된 기판(31) 상에 보호막(48)이 형성된다. 보호막(48)의 재질로는 아크릴(Acryl)계 유기화합물, BCB(benzocyclobutene), PFCB(perfluorocyclobutane) 등의 유기 절연물질 또는 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx)등의 무기 절연물질 등이 이용된다. 보호막(48)이 건식식각 공정을 포함하는 포토리쏘그래피 공정으로 패터닝됨으로써 드레인전극(40)을 노출시키는 드레인접촉홀(50)과 스토리지전극(54)을 노출시키는 스토리지접촉홀(56)이 형성된다.
도 7e를 참조하면, 보호막(48) 상에 스퍼터링(sputtering) 등과 같은 증착방법으로 투명전극층이 형성된다. 투명전극층의 재질로는 인듐-틴-옥사이드(Indium-Tin-Oxide : ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium-Zinc-Oxide : IZO) 또는 인듐-틴-징크-옥사이드(Indium-Tin-Zinc-Oxide : ITZO)으로 사용된다. 이어서, 투명전극층이 식각공정을 포함하는 포토리쏘그래피 공정으로 패터닝됨으로써 화소전극(52)이 형성된다. 화소전극(52)은 보호막(48) 상에 형성된 드레인접촉홀(50)을 통해 드레인전극(40)과 접속되며, 스토리지접촉홀(56)을 통해 스토리지전극(54)과 접속된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법은 유기도전물질로 스토리지전극을 형성하게 된다. 유기도전물질로 형성된 스토리지전극과 중첩되는 화소전극에서 빛이 투과되므로 이 중첩영역까지 개구면적이 넓어져 개구율이 높아진다. 또한, 스토리지전극의 재료인 유기도전물질을 스핀코팅으로 증착함으로써 종래의 고가의 진공장비가 불필요하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 종래의 액정표시소자를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1에서 선 "A-A'"를 따라 절취한 액정표시소자를 나타내는 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 도 2에 도시된 액정표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시소자를 나타내는 평면도.
도 5는 도 4에서 선 "B-B'"를 따라 절취한 액정표시소자를 나타내는 단면도.
도 6은 도 6에 도시된 스토리지전극의 형성하는 물질을 나타내는 도면.
도 7a 내지 도 7e는 도 5에 도시된 액정표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1,31 : 하부기판 2,32 : 게이트라인
4,34 : 데이터라인 6,36 : 게이트전극
8,38 : 소스전극 10,40 : 드레인전극
12,42 : 게이트절연막 14,44 : 활성층
16,46 : 오믹접촉층 18,48 : 보호층
20,26,50,56 : 접촉홀 22,52 : 화소전극

Claims (6)

  1. 기판 상에 형성되는 게이트라인과,
    상기 게이트라인이 형성된 기판 상에 형성되는 게이트절연막과,
    상기 게이트절연막 상에 상기 게이트라인과 일부 중첩되게 투명유기도전물질로 형성되는 스토리지전극과,
    상기 스토리지전극을 노출시키는 콘택홀을 가지도록 상기 게이트절연막 상에 형성되는 보호층과,
    상기 콘택홀을 통해 상기 스토리지전극과 전기적으로 접촉되는 화소전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명유기도전물질은 폴리에틸렌디옥시티오펜(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), 폴리아세틸렌(Polyacetylene), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리페니렌 설피드(Polyphenylene sulfide), 폴리페니렌 바이닐렌(Polyphenylene vinylene), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리푸란(polyfuran), 폴리이스티아나펜틸렌(polyisothianaphthene) 및 폴리틸렌 바이닐렌(Polythienylene vinylene) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트라인과 교차하는 데이터라인과;
    상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차부에 형성되며 상기 화소전극과 접속되는 박막트랜지스터를 추가로 구비하며;
    상기 박막트랜지스터는
    상기 게이트라인과 접속되는 게이트전극과;
    상기 스토리지전극과 동일물질로 형성되는 소스 및 드레인전극과;
    상기 소스 및 드레인전극 사이의 채널을 이루는 반도체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 기판 상에 게이트라인을 형성하는 단계와,
    상기 기판 상에 게이트절연막을 형성하는 단계와,
    상기 게이트절연막 상에 투명유기도전물질을 코팅한 후 패터닝하여 상기 게이트라인과 일부 중첩되는 스토리지전극을 형성하는 단계와,
    상기 스토리지전극을 덮도록 보호층을 증착하고 패터닝하여 접촉홀을 형성하는 단계와,
    상기 보호층 상에 상기 접촉홀을 통해 상기 스토리지전극과 전기적으로 접속되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투명유기도전물질은 폴리에틸렌디옥시티오펜(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), 폴리아세틸렌(Polyacetylene), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리페니렌 설피드(Polyphenylene sulfide), 폴리페니렌 바이닐렌(Polyphenylene vinylene), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리푸란(polyfuran), 폴리이스티아나펜틸렌(polyisothianaphthene) 및 폴리틸렌 바이닐렌(Polythienylene vinylene) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 상에 게이트라인에 접속되는 게이트전극을 형성하는 단계와,
    상기 게이트절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계와,
    상기 스토리지전극과 동일물질로 데이터라인, 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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