KR100586244B1 - 액정표시장치및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명기판에 형성된 차광금속막의 블랙매트릭스와, 상기 블랙매트릭스를 포함하여 덮는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막 위에 매트릭스상으로 형성된 데이타버스라인 및 게이트버스라인과, 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인의 교차점 부분에 형성된 스위칭소자와, 상기 데이타버스라인와 게이트버스라인으로 둘러싸인 영역의 일부에 형성된 화소전극을 포함하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 상기 블랙매트릭스를 상기 화소전극의 가장자리 부분에서 부터 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인의 가장자리의 부분 까지의 영역 및 TFT가 가려지도록 각 화소마다 형성하는 공정과, 상기 블랙매트릭스를 상기 게이트버스라인과 접촉시키는 공정을 포함함으로써 상기 블랙매트릭스가 빛의 누설을 차단하는 목적외에 보조용량전극의 역할을 겸하도록 하였다.
따라서, 본 발명은 층간 절연막을 사이에 두고 블랙매트릭스와 화소전극이 중첩되는 부분을 이용하여 충분히 큰용량을 갖는 보조용량전극을 구성할 수 있고, 종래 액정표시장치의 게이트버스라인 내에 형성되는 보조용량전극의 면적만큼 개구율을 향상할 수 있다. 또한, TFT의 하층에 빛을 차단할 수 있는 블랙매트릭스가 형성됨으로써 TFT가 안정적인 특성을 갖도록 한다.

Description

액정표시장치 및 제조방법
본 발명은 목적은 빛의 누설이 생기는 영역을 활용하여 블랙매트릭스로 보조용량을 형성시켜 높은 콘트라스트와 고개구율을 얻을 수 있는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 층간의 절연막만을 사용하여 축적용량값을 높임으로써 충분한 보조용량의 역할을 수행할 수 있는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 TFT의 안정성이 향상된 액정표시장치를 제공하는데 있다.
최근 노트북 타입의 퍼스널 컴퓨터의 판매대수는 급속히 증가하고 있고, 이것에 맞추어 마이크로 프로세서의 고성능화, 디스플레이의 컬러화를 시작으로 하는 고성능화가 급속히 진행되고 있다. 또 휴대성을 보다 중시한 서브노트라고 부르는 형태의 노트북 컴퓨터의 수요도 증대하고 있고, 이들 용도에 적합한 디스플레이 디바이스가 요구되고 있다.
현재 노트북 컴퓨터용 디스플레이로서는, 흑백 및 컬러 액정표시장치(LCD)가 사용되고 있다. LCD는 저소비전력을 특징으로 하고 있고, 전지구동을 주로하는 노트북 PC용 디스플레이로서 최적이라고 말할 수 있으나, 상술한 PC의 고성능화가 진행함에 따라, 프로세서 등의 소비전력은 증가하는 쪽이고, 디스플레이를 포함한 각 부분의 저소비전력화가 강하게 요구되고 있다. 또 간편한 휴대성을 고려한 경우, 전지에 의한 사용시간이나 전지의 중량이 커다란 장애 요소로 되고, 이들을 개선하기 위해서도 저소비전력화가 필수불가결하다.
일반적으로 종래 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 기판과 기판이 대향하고 있고, 이 액정표시장치의 기판의 구조는 예를들어 도 1과 같은 것이 있다.
이 액정표시장치의 한쪽을 구성하는 기판은 투명기판 위에 게이트버스라인(17)과 데이타버스라인(15)이 서로 교차하도록 구성되고, 상기 게이트버스라인 및 데이타버스라인은 각각 TFT 8의 게이트전극 17a 및 소스전극 15a에 접촉되어 있다. TFT 8은 게이트버스라인 17 및 데이타버스라인 15에 둘러싸인 각 화소영역 안에 매트릭스상으로 구성되어 있고, TFT 8은 드레인전극 15b에는 화소영역마다 형성된 화소전극 4가 접촉되어 있다. 이 화소전극 4는 도 2(도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도)에 나타낸 것처럼 게이트절연막 23을 사이에 두고 게이트버스라인 17의 일부와 소정의 용량을 갖는 보조용량전극 12를 구성한다.
또한 도 3(도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도)에서 알 수 있는 것처럼 블랙매트릭스 38은 상판의 투명기판에 형성되며, 상기 블랙매트릭스는 하판의 투명기판에 형성된 화소전극과 중첩되게 형성된다.
상기와 같이 화소전극과 중첩되게 블랙매트릭스를 형성하는 것은 데이타버스라인 15 등의 단차로 인한 배향막의 러빙불량이 발생하는 부분 즉, 70부분에서 원하지 않는 빛 누설과 각 화소의 경계영역에서 원하지 않는 빛 누설을 방지하기 위한 것이다. 상기 도 2와 도 3의 설명되지 않은 부호 11은 투명기판, 23은 게이트절연막, 26은 보호막이다.
상기와 같이 구성되는 액정표시장치는 이미 상세히 언급한 것처럼 저소비전력을 도모하기 위하여 패널의 투과율을 향상시키는 방법 등이 연구되고 있다. 본 발명은 패널의 투과율을 향상시키는 액정표시장치의 제조방법으로써 특히, 개구율을 높이는 방법에 관한 것이다. 이러한 개구율을 향상시키기 위한 하나의 방법이 보조용량전극의 면적 축소이다.
그런데 종래의 액정표시장치의 보조용량전극은 도 1에서 보는 것처럼 게이트버스라인에 중첩되어 형성되기 때문에 이 보조용량전극이 중첩되는 폭만큼 게이트버스라인의 폭을 넓게 형성하여야 한다.
따라서 종래의 액정표시장치는 보조용량전극의 면적만큼 화소전극의 면적이 작아짐을 알수 있다. 상기 보조용량전극의 면적은 일반적으로 개구율의 9％ 정도를 차지한다.
본 발명은 최소한 9％의 개구율을 향상하기 위해서는 도 1에서 게이트버스라인과 중첩되게 형성되어 있는 보조용량전극 12를 제거하고, 이 보조용량전극 12가 제거된 면적만큼 게이트버스라인 17은 폭을 줄여야 한다.
그러나 상기 보조용량전극 12를 제거하면 다음과 같은 문제가 발생한다.
데이타버스라인 15에 소정의 전압을 공급하여 TFT 8을 온(ON) 상태로 하면 화소전극 전위를 데이타버스라인 15의 전위와 같은 레벨로할 수 있고, TFT을 오프(OFF)상태로 하면 화소전극의 전위를 그 상태로 유지하는 특성을 갖는 상기 TFT의 메커니즘을 이용하여 액정의 광학적 특성을 각 화소마다 제어한다. 그런데 상기 TFT 8을 오프 상태로 하였을 때 소스전극 15a와 드레인전극 15b 사이에는 완전한 절연상태로 보존되지 않고 비교적 큰 저항치를 갖는 저항소자가 형성되는 것과 등가 상태가 된다.
따라서 화소전극 4에 전하를 축적한 상태로 TFT 8을 오프 상태로 유지한다 하더라도 시정수의 시간특성에 의하여 화소전극 4의 축적전하는 서서히 없어지므로 액정표시장치의 표시품질은 현저히 떨어진다.
따라서 액정표시장치의 표시품질을 떨어뜨리지 않고 개구율을 향상시키는 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기 보조용량전극이 개구율에 영향을 미치지 않도록 형성할 필요가 있다.
보조용량전극이 개구율에 영향을 미치지 않는 본 발명의 액정표시장치의 평면도는 도 4와 같다. 도 4에서는 블랙매트릭스 138이 보조용량전극의 역할을 하고 있는데 이하에서 상세히 설명한다.
도 4에서 도전성 차광막으로 된 블랙매트릭스 138은 화소전극 104의 가장자리 부분에서 부터 상기 게이트버스라인 117 및 데이타버스라인 115의 가장자리 부분까지의 영역 및 TFT가 가려지도록 각 화소마다 형성되고, 상기 블럭매트릭스가 게이트버스라인과 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 블랙매트릭스 138과 게이트버스라인 117이 연결된 상태를 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단한 단면도인 도 5에서 잘 보여주고 있다. 상기 도 5에서 블랙매트릭스 138은 층간의 절연막 100에 콘택홀 200을 형성하여 게이트버스라인 117과 접촉된다.
본 발명의 액정표시장치는 상기와 같이 구성됨으로써 화소전극 104의 가장자리와 중첩되는 블랙매트릭스의 영역 즉, 도 4의 C만큼의 폭이 보조용량전극의 역할을 하는 특징을 갖는다. 물론 중첩부분 C는 보조용량전극의 역할을 하지 않는다고 하더라도 빛 누설을 방지하기 위하여 종래 기술에서 이미 언급한 것처럼 단연히 중첩되어야 하는 부분이다.
그러므로 본 발명을 적용하면 게이트버스라인에 중첩되게 형성된 보조용량전극을 제거하고, 그 제거된 면적만큼 게이트버스라인의 폭을 축소하여 화소전극의 면적을 더 크게 할 수 있다.
이상의 설명으로 이 분야에 지식이 있는 기술자라면 액정표시장치의 개구율에 영향을 미치지 않고 보조용량전극이 형성되었음을 이해하였을 것이다.
도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단한 단면도를 나타내는 도 5와, Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절단한 도 6, Ⅶ-Ⅶ선을 따라 절단한 도 7의 구조를 갖도록 하기 위하여 본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 차광금속막으로 된 블랙매트릭스 138을 각 픽셀마다 빛 누설 영역을 커버할 수 있도록 각각 고립된 소정의 패턴으로 형성하는 공정과, 상기 블랙매트릭스가 형성된 기판 위에 층간 절연막 100을 형성하는 공정과, 상기 층간 절연막 위에 콘택홀을 형성하는 공정과, 상기 층간 절연막 위에 상기 블랙매트릭스와 접촉되는 게이트버스라인 117 및 게이트전극 117a를 형성하는 공정과, 상기 게이트버스라인 및 게이트전극층 위에 게이트절연막(123)을 형성하는 공정과, 상기 게이트전극 부분의 게이트절연막 위에 반도체층 122을 형성하는 공정과, 상기 층간 절연막 위에 데이타버스라인 115를 형성하고, 데이타버스라인에서 분기하는 소스전극 115a 및 드레인전극 115b을 반도체층 일부와 접촉되도록 형성하는 공정과, 상기 드레인전극에 연결되는 화소전극 104의 가장자리 부분이 상기 블랙매트릭스와 겹치도록 형성하는 공정과, 기판 전면에 보호막 126을 형성하는 공정을 포함한다.
특히 게이트버스라인에 블랙매트릭스(도전성 차광막)를 연결시킴으로써 상기 블랙매트릭스가 각 픽셀의 보조용량전극의 역할을 겸하도록 하는 것이 본 발명의 핵심이다.
본 발명은 층간 절연막 위에 매트릭스상으로 형성된 데이타버스라인 및 게이트버스라인이 형성되어 있고, 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인의 교차점 부분에 TFT가 형성되어 있고, 상기 TFT에 연결된 화소전극이 상기 게이트버스라인 및 데이타버스라인으로 둘러싸인 영역의 일부에 형성된 액정표시장치에 있어서 상기 게이트버스라인 및 데이타버스라인과 화소전극과의 사이의 간격을 커버하고 TFT 부분을 보호하는 도전성 블랙매트릭스가 층간 절연막 아래에 각 픽셀마다 독립되어 형성되어 있고, 또한 상기 도전성 블랙매트릭스는 게이트버스라인에 연결되어 보조용량전극의 역할을 겸하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이러한 특징을 갖는 본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 먼저 투명기판 111 위에 Cr, W, Ti, Mo, Ti-W합금 등으로 된 금속막을 증착한 후 각 픽셀마다 고립되는 소정의 패턴모양이 되도록 에칭하여 차광막(블랙매트릭스) 138을 형성한다(도 8a).
이어서 SiNx, SiOx, 유기절연막 등으로 된 층간 절연막 100을 상기 차광막이 형성된 기판의 전면에 증착하여 형성한다(도 8b).
이어서 이 후에 형성되는 게이트버스라인의 패턴 영역의 층간 절연막에 콘택홀 200을 형성한다(도 5).
이어서 차광성 금속막을 상기 층간 절연막이 형성된 기판 위에 증착하고 소정의 패턴 모양으로 게이트버스라인 및 게이트전극 117a를 형성한다. 상기 게이트 버스라인의 양쪽 가장자리 부분은 각 픽셀에 형성된 블랙매트릭스 138의 일부와 중첩되어 빛 누설이 되지 않도록 형성되고, 게이트전극 117a는 블랙매트릭스 138의 영역안에 형성되도록 한다(도 4, 도 8c). 상기 게이트버스라인 및 게이트전극을 형성할 때 상기 콘택홀 200을 통하여 상기 블랙매트릭스는 연결된다.
이어서 SiNx, SiOx 등의 무기막으로 된 게이트절연막 123과 a-Si:H 등으로 된 반도체층 122와 n+ a-Si으로 된 오믹접촉층 125를 상기 게이트전극이 형성된 기판 위에 연속하여 적층되도록 증착하고, 소정의 패턴으로 에칭한다(도 8d). 상기 에칭에 의하여 스위칭소자인 TFT가 형성될 부분은 게이트절연막, 반도체층, 오믹접촉층이 적층된 형태로 남게되고, 게이트버스라인 위에는 게이트절연막만 남게된다.
이어서 ITO(Idium Tin Oxide)막 등으로 된 화소전극 104를 소정의 패턴으로 형성한다(도 8e). 상기 화소전극은 소스·드레인전극을 형성한 후에 형성할 수도 있다.
이어서 차광성 금속막을 상기 화소전극이 형성된 기판 위에 증착한 후 패터닝하여 데이타버스라인 115과 소스전극 115a와 드레인전극 115b를 형성하고, 상기 소스전극 및 드레인전극을 마스크로 하여 오믹접촉층 125의 중앙 부분을 에칭하여 양쪽으로 분리한다(도 8f). 상기 데이타버스라인은 각 픽셀에 형성된 블랙매트릭스 138의 일부와 중첩되어 빛 누설이 되지 않도록 형성된다. 또 상기 오믹접촉층을 에칭할 때 반도체층 122가 손상되지 않도록 하기 위하여 에치스토퍼층을 형성하는 경우도 있으나 본 실시예에서는 설명을 생략한다.
이어서 상기 소스 드레인전극이 형성된 기판 위에 SiNx, SiOx 등의 무기막으로 된 보호막 126을 형성한다(도 7).
상기와 같은 제조과정을 포함하는 본 발명의 액정표시장치는 도 6에서 처럼 화소전극 104와 블랙매트릭스 138이 층간 절연막 100을 사이에 두고 겹치는 면적 즉, A가 각각의 보조용량전극으로 기능하게 한다.
따라서, 본 발명의 실시예는 게이트버스라인에 중첩되어 보조용량전극이 형성된 도 2의 종래 구조에서 상기 보조용량전극의 면적만큼을 화소전극으로 이용할 수 있도록 상기 게이트버스라인의 폭을 축소할 수 있다.
층간 절연막 위에 매트릭스상으로 형성된 데이타버스라인 및 게이트버스라인이 형성되어 있고, 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인의 교차점 부분에 TFT가 형성되어 있고, 상기 TFT에 연결된 화소전극이 상기 게이트버스라인 및 데이타버스라인으로 둘러싸인 영역의 일부에 형성된 액정표시장치에 있어서 상기 게이트버스라인 및 데이타버스라인과 화소전극과의 사이의 간격을 커버하고 TFT부분을 보호하는 도전성 차광층(블랙매트릭스)이 층간 절연막 아래에 형성되어 있고, 또한 상기 도전성 차광층은 게이트버스라인에 연결되어 보조용량전극의 역할을 겸하는 액정표시장치를 구성함으로써 최소한 종래 수준의 화질을 보장하면서 개구율이 향상된 액정표시장치를 제공한다.
특히 본 발명의 TFT의 하층에 블랙매트릭스 138이 형성되기 때문에 빛 누설에 의한 TFT의 열화를 방지할 수 있고, TFT의 상층에 보호막 126이 형성됨으로써 TFT의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 평면도이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이고,
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 액정표시장치의 평면도이고,
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단한 단면도이고,
도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절단한 단면도이고,
도 7은 도 4의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 절단한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제조 공정도이다.

Claims (7)

  1. 투명기판에 블랙매트릭스를 형성하는 공정과, 상기 블랙매트릭스를 포함하여 덮는 층간 절연막을 형성하는 공정과, 상기 층간 절연막 상에 매트릭스 상으로 데이타버스라인 및 게이트버스라인과 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인의 교차점 부분에 스위칭 소자를 형성하고 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인으로 둘러싸인 영역에 화소전극을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 블랙매트릭스는 상기 화소전극의 가장자리 부분에서부터 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인의 가장자리의 부분 까지의 영역이 가려지도록 각 화소마다 형성되고, 상기 블랙매트릭스는 상기 화소전극과 보조용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서;
    상기 층간 절연막 위에 매트릭스상으로 형성된 데이타버스라인 및 게이트버스라인과, 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인의 교차점 부분에 형성된 스위칭 소자와, 상기 데이타버스라인과 게이트버스라인으로 둘러싸인 영역에 형성된 화소전극의 제조방법은
    (1) 상기 층간 절연막에 콘택홀을 형성하는 공정,
    (2) 상기 콘택홀을 통하여 상기 블랙매트릭스와 접촉되는 상기 게이트버스라인 및 게이트전극을 형성하는 공정,
    (3) 상기 게이트버스라인 및 게이트전극 위에만 게이트절연막을 형성하는 공정,
    (4) 상기 게이트전극 부분의 게이트절연막 위에 반도체층을 형성하는 공정,
    (5) 상기 층간 절연막 위에 상기 데이타버스라인을 형성하고, 상기 데이타버스라인에서 분기하는 소스전극 및 드레인전극을 상기 반도체층 일부와 접촉되도록 형성하는 공정,
    (6) 상기 드레인전극과 접촉되는 상기 화소전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
    상기 블랙매트릭스는 Cr, W, Ti, Mo, Ti-W합금 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
    상기 스위칭소자는 블랙매트릭스의 영역 안에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 층간 절연막 위에 매트릭스상으로 데이타버스라인 및 게이트버스라인이 형성되어 있고, 상기 데이타버스라인 및 게이트버스라인의 교차점 부분에 TFT가 형성되어 있고, 상기 데이타버스라인과 게이트버스라인으로 둘러싸인 영역에 상기 TFT와 연결된 화소전극이 형성되어 있고, 상기 층간 절연막 밑에 상기 화소전극의 가장자리 부분에서 부터 상기 게이트버스라인 및 데이타버스라인의 가장자리 부분까지의 영역 및 TFT가 가려지도록 블랙매트릭스가 형성되어 있고, 상기 블랙매트릭스는 상기 화소전극과 보조용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 청구항 5에 있어서;
    상기 블랙매트릭스는 상기 게이트버스라인과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서;
    상기 블랙매트릭스는 Cr, W, Ti, Mo, Ti-W합금 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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