KR100646782B1 - 개선된 수직 배향형 액정 표시 장치용 기판과 그 제조 방법 - Google Patents

개선된 수직 배향형 액정 표시 장치용 기판과 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

절연 기판 위에 게이트선이 가로 방향으로 형성되어 있고, 세로 방향으로 데이터선이 형성되어 있으며, 게이트선과 데이터선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선에 의하여 정의되는 화소 영역 내에는 화소 전극이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선은 게이트 절연막에 의하여 절연되어 있고, 데이터선 위에는 박막 트랜지스터의 채널부를 보호하는 보호막이 형성되어 있다. 이 때, 게이트 절연막과 보호막은 데이터선을 따라 형성되어 있고 화소 전극의 하부에서는 화소 전극을 상하 좌우로 4분할하는 모양으로 형성되어 있는 돌기 패턴을 제외한 부분에서는 제거되어 기판과 화소 전극이 직접 접촉되어 있다. 이렇게 하면, 추가되는 사진 식각 공정없이 광시야각이 확보된 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조할 수 있다. 또한 돌기의 크기를 차별화 함으로써 텍스쳐가 저감된 질 좋은 화상을 얻을 수 있다.
액정표시장치, 박막트랜지스터기판, 수직배향, 개구패턴, 돌기

Description

개선된 수직 배향형 액정 표시 장치용 기판과 그 제조 방법{A PANEL FOR AN ENHANCED VERTICALLY ALIGNMENT MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND A MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 화소의 모양을 간략화하여 나타낸 배치도이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 화소의 모양을 간략화하여 나타낸 배치도이고,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 화소의 모양을 간략화하여 나타낸 배치도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명은 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 관한 것으로써 특히 광시야각을 확보하기 위하여 화소 전극에 개구 패턴을 형성하고 돌기를 형성하는 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그 중에서도 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 대비비가 크고 광시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다.
수직 배향 모드 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위한 수단으로는 전극에 개구 패턴을 형성하는 방법[PVA(patterned vertically aligned) 모드]과 돌기를 형성하는 방법 등이 있다. 이들 모두는 프린지 필드(fringe field)를 형성하여 액정의 기우는 방향을 4방향으로 고르게 분산시킴으로써 광시야각을 확보하는 방법이다.
그러나 이러한 방법들은 새로 추가되는 공정이 있어서 비틀린 네마틱(twisted nematic) 액정 표시 장치에 비해 제조 공정이 복잡한 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광시야각을 확보한 수직 배향 모드 액정 표시 장치를 제조하는 공정을 단순화하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 게이트선, 데이터선, 게이트 절연막 및 보호막을 이용하여 크기가 다른 돌기를 형성한다.
구체적으로는, 절연 기판 위에 게이트선과 게이트선과 절연되어 교차하는 데이터선이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선은 게이트 절연막에 의하여 절연된다. 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극 및 채널부로써 기능하는 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있고, 적어도 소스 전극과 드레인 전극 사이의 반도체층을 덮고 있는 보호막이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선이 교차하여 이루는 영역으로 정의되는 화소 영역 내에 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극이 형성되어 있다. 이 때, 게이트 절연막과 보호막은 게이트선과 데이터선을 따라서 형성되어 있고 화소 전극 하부에서는 일정한 평면적 패턴을 이루는 부분을 제외하고는 제거되어 있다.
이러한 박막 트랜지스터 기판은 절연 기판 위에 게이트 배선을 형성하는 단계, 게이트 배선 위에 게이트 절연막, 반도체층 및 접촉층을 적층하는 단계, 접촉층 및 반도체층을 패터닝하여 반도체층 패턴과 접촉층 패턴을 형성하는 단계, 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 형성하는 단계, 노출되어 있는 접촉층 패턴을 식각하는 단계, 보호막을 적층하는 단계, 보호막과 게이트 절연막을 패터닝하여 게이트 배선과 데이터 배선을 따라 형성되는 제1 돌기부와 화소 영역 내부에 형성되는 제2 돌기부를 형성하는 단계, 제2 돌기부를 덮는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 공정을 통하여 제조한다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이다.
유리나 석영 등으로 이루어진 절연 기판(10)위에 가로 방향으로 게이트선(20)이 형성되어 있다. 게이트선(20)에는 가지의 형태로 게이트 전극(21)이 연결되어 있다.
게이트선(20)의 위에는 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(30)은 게이트선(20) 위를 포함하여 매트릭스(matrix) 형태로 형성되어 있고, 게이트 절연막(30)에 의하여 둘러싸인 각 화소 영역 안에는 당해 화소 영역을 상하 좌우의 4개의 소영역으로 분할하는 형태로 게이트 절연막(30) 패턴이 형성되어 있다. 제1 실시예에서는 화소 영역 내의 게이트 절연막(30) 패턴은 'Y'자 두 개를 거울상 대칭으로 연결해 놓은 형태이다.
게이트 절연막(30) 위에는 비정질 규소로 이루어진 반도체층(40)이 형성되어 있다. 반도체층(40)은 세로 방향으로 길게 형성되어 있고 게이트선(20)을 따라 형성되어 있는 가로 가지부를 가지고 있다. 이 때, 반도체층(40)은 각 열별로 분리되어 있다. 이것은 후술하는 각 데이터선(60)이 반도체층(40)을 통하여 이웃하는 데이터선과 단락되는 것을 방지하기 위함이다.
반도체층(40)의 위에는 후술하는 소스 전극(61) 및 드레인 전극(62)과 반도체층(40) 사이의 접촉 저항을 감소시키기 위한 접촉층(도시하지 않음)이 반도체층(40)을 따라 길게 형성되어 있다. 접촉층은 N형 불순물로 고농도로 도핑 된 비정질 규소로 형성된다.
접촉층의 위에는 데이터선(60)이 반도체층(40)을 따라 세로로 길게 형성되어 있다. 데이터선(60)에는 가지로서 소스 전극(61)이 연결되어 있다. 드레인 전극(62)은 소스 전극(61)과 일정한 간격을 두고 분리되어 대향하고 있다. 이때, 소스 전극(61)과 드레인 전극(62)이 대향하고 있는 위치는 게이트 전극(21)의 상부이다.
데이터선(60)의 위에는 소스 전극(61)과 드레인 전극(62) 사이의 반도체층(40)을 덮어 보호하기 위한 보호막(70)이 형성되어 있다. 보호막(70)은 게이트 절연막(30)과 동일한 평면적 패턴을 가진다. 따라서 게이트선(20)과 데이터선(60)을 따라 매트릭스형의 패턴과 화소 영역 내의 분할 패턴을 가진다.
보호막(70) 위에는 화소 전극(80)이 형성되어 있다. 화소 전극(80)은 드레인 전극(62)과 연결되어 있고, 화소 영역 내의 게이트 절연막(30)과 보호막(70)에 의하여 형성된 분할 패턴을 덮고 있다.
이렇게 하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 화소 전극(80)에 의하여 덮여 있으며 게이트 절연막(30)과 보호막(70)으로 이루어진 작은 돌기와 화소 전극(80) 둘레로 형성되어 있으며 게이트 절연막(30)과 보호막(70) 이외에 반도체층(40)과 게이트선(20) 금속층 또는 데이터선(60) 금속층을 더 포함하여 이루어진 큰 돌기를 가지는 박막 트랜지스터 기판을 구비할 수 있다.
그러면 도 6을 참고로 하여 본 발명의 효과를 살펴본다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
앞서 설명한 큰 돌기와 작은 돌기가 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판(10)이 하부에 놓여 있고, 이에 대향하여 상부 기판(100)이 배치되어 있다. 상부 기판(100)에는 공통 전극(110)이 전면에 형성되어 있다. 상부 기판(100)에는 이외에도 색 필터와 블랙 매트릭스가 형성되는 것이 일반적이나 도면의 단순화를 위하여 생략하였다. 두 기판(10, 100) 사이에는 액정 물질이 주입되어 액정층(200)을 이루고 있다. 이 때, 액정층(200)의 액정 분자는 장축이 상하 기판의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
그런데 돌기가 형성되어 있는 부분에서는 돌기로 인해 액정 분자가 기판(10, 100)에 대하여 수직으로 서지 않고 일정한 정도 기울어져 있게 된다. 이 때, 액정 분자가 기울어지는 방향은 돌기의 경사면에 대하여 수직을 이루려는 방향이 될 것이므로 인접한 두 돌기 사이에서 액정 분자의 기울어진 방향이 반대 방향으로 변하게 된다. 이 때, 두 돌기의 크기가 동일하다면 두 돌기의 영향이 동등할 것이므로 일정한 방향으로 기울어진 프린지 필드가 걸리더라도 액정 분자의 기울어지는 방향은 쉽게 일치되지 않는다. 따라서 텍스쳐가 발생한다. 그러나 본 발명에서와 같이 화소 전극(70)으로 덮이지 않은 돌기의 크기를 더 크게 형성하면 액정 분자들의 초기 배향 상태는 큰 돌기의 영향을 주로 받게 된다. 따라서, 액정 분자의 초기 배향 방향과 보다 수직에 가까운 방향인 프린지 필드에 의하여 기울어지는 방향이 쉽게 일치된다. 이렇게 되면 액정 분자의 기운 방향이 변경되는 부분(disclination)이 돌기의 상부에 고정된다. 따라서 텍스쳐가 감소한다.
화소 전극(80)과 돌기의 패턴은 여러 다양한 모양으로 변형될 수 있다. 이 러한 변형의 예를 도 3 내지 도 5를 참고로 하여 설명한다.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 화소의 모양을 간략화하여 나타낸 배치도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명이 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에서는 화소 전극[그림 (b)]은 직사각형 모양이다. 화소 전극으로 덮인 작은 돌기[그림 (c)]는 'Y'자 두 개가 연결된 형태로 형성되어 화소 전극을 상하 및 좌우 대칭으로 분할하고 있다. 화소 전극으로 덮이지 않은 돌기[그림 (d)]는 데이터선과 게이트선을 따라 형성되어 직사각형의 테두리만 가진다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 화소 전극[그림 (b)]은 모서리가 잘려나간 마름모 3개가 연결되어 있는 모양이고, 화소 전극으로 덮인 작은 돌기[그림 (c)]는 십자 모양 3개가 연결되어 있는 모양이며, 화소 전극으로 덮이지 않은 돌기[그림 (d)]는 게이트선과 데이터선을 따라 형성된 직사각형의 높은 테두리(B)에 화소 전극의 둘레를 따라 게이트 절연막과 보호막으로 형성된 낮은 부분(A)으로 이루어져 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 화소 전극[그림 (b)]은 직사각형에 직사각형을 상하로 4등분하는 직선형 개구부 3개가 형성되어 있는 모양이고, 화소 전극으로 덮인 작은 돌기[그림 (c)]는 개구부에 의하여 4등분된 화소 전극을 다시 4분할하도록 'X'자 모양 4개로 형성되어 있다. 화소 전극으로 덮이지 않은 큰 돌기[그림 (d)]는 게이트선과 데이터선을 따라 형성된 직사각형 테두리와 화소전극의 개구부를 통하여 드러나는 가로대 3개로 형성되어 있다. 이 때, 가로대 부분에도 테두리 부와 같이 반도체층과 게이트선 금속층 또는 데이터선 금속층을 형성하여 돌기를 높게 만든다.
그러면 이러한 구조의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 도 1과 도 2를 참고로 하여 설명한다.
먼저, 절연 기판(10) 위에 크롬 등의 게이트 금속층을 증착하고 제1 사진 식각 공정을 통하여 패터닝함으로써 게이트 전극(21)과 게이트선(20)을 포함하는 게이트 배선을 형성한다.
이어서, 게이트 절연막(30), 반도체층(40) 및 접촉층(50)을 차례로 증착하고 제2 사진 식각 공정을 통하여 접촉층(50)과 반도체층(40)을 패터닝함으로써 반도체층(40) 패턴과 접촉층(50) 패턴을 형성한다. 반도체층(40) 패턴과 접촉층(50) 패턴은 세로 방향으로 길게 형성되어 있고 게이트선을 따라 형성되어 있는 가로 가지부를 가진다. 반도체층(40) 패턴과 접촉층(50) 패턴은 세로로 길게 뻗은 각 열별로 분리되어 있다. 이 때, 게이트 절연막(30)은 질화규소(SiNx) 등으로 이루어지고, 반도체층(40)은 비정질 규소 등으로 이루어지며, 접촉층(50)은 인 등의 N형 불순물로 고농도로 도핑된 비정질 규소로 이루어진다.
접촉층(50) 위에 크롬 등의 데이터 금속층을 증착하고 제3 사진 식각 공정을 통하여 패터닝하여 소스 전극(61), 드레인 전극(62) 및 데이터선(60)을 포함하는 데이터 배선을 형성한다.
다음, 데이터 배선(60, 61, 62)으로 덮이지 않은 접촉층(50)을 식각하여 제거한다.
이어서, 질화규소 등으로 이루어진 보호막(70)을 증착하고 제4 사진 식각 공정을 통하여 보호막(70)과 게이트 절연막(30)을 패터닝하여 소스 전극(61)과 드레인 전극(62) 사이의 반도체층(40)과 함께 데이터선(60) 및 게이트선(20)을 덮는 보호막(70) 패턴과 그 하부의 게이트 절연막(30) 패턴을 형성한다. 이 때, 인접한 두 줄의 게이트선(20)과 데이터선(60)에 의하여 교차하는 영역인 화소 영역 내에서는 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같은 돌기가 형성되는 부분을 제외하고는 보호막(70)과 게이트 절연막(30)이 제거되어 기판(10)이 노출된다.
마지막으로 ITO(indium tin oxide) 등의 투명한 도전 물질을 증착하고 제5 사진 식각 공정을 통하여 패터닝하여 화소 전극(80)을 형성한다.
이상과 같이 추가되는 사진 식각 공정없이 광시야각이 확보된 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조할 수 있다. 또한 돌기의 크기를 차별화 함으로써 텍스쳐가 저감된 질 좋은 화상을 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 게이트선과 절연되어 교차하는 데이터선,
    상기 게이트선과 상기 데이터선을 절연시키는 게이트 절연막,
    상기 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 상기 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극, 상기 소스 전극과 분리되어 대향하고 있는 드레인 전극, 상기 게이트 전극과 절연되어 있고 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 연결되어 있으며 채널부로써 기능하는 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터,
    적어도 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이의 반도체층을 덮고 있는 보호막,
    상기 게이트선과 데이터선이 교차하여 이루는 영역으로 정의되는 화소 영역 내에 형성되어 있으며 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극
    을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 있어서,
    상기 게이트 절연막과 상기 보호막은 상기 게이트선과 상기 데이터선을 따라서 형성되어 있고 상기 화소 전극 하부에서는 일정한 평면적 패턴을 이루는 부분을 제외하고는 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에서,
    상기 반도체층은 상기 게이트선과 상기 데이터선을 따라 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 일정한 평면적 패턴은 상기 화소 전극을 상하 좌우의 4개의 영역으로 분할하는 모양인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 화소 전극은 일정한 개구 패턴을 가지며, 상기 일정한 평면적 패턴은 상기 개구 패턴에 의하여 분할된 화소 전극의 각 영역을 다시 4개의 소영역으로 분할하는 모양인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  5. 제4항에서,
    상기 화소 전극의 개구 패턴 부에는 상기 게이트 절연막과 상기 보호막을 포함하는 다중 층으로 형성된 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판,
  6. 제5항에서,
    상기 돌기를 형성하는 다중 층은 상기 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  7. 제6항에서,
    상기 돌기를 형성하는 다중 층은 상기 게이트선 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  8. 제6항에서,
    상기 돌기를 형성하는 다중 층은 상기 데이터선 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  9. 절연 기판 위에 게이트 배선을 형성하는 단계,
    상기 게이트 배선 위에 게이트 절연막, 반도체층 및 접촉층을 적층하는 단계,
    상기 접촉층 및 반도체층을 패터닝하여 반도체층 패턴과 접촉층 패턴을 형성하는 단계,
    소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 형성하는 단계,
    노출되어 있는 상기 접촉층 패턴을 식각하는 단계,
    보호막을 적층하는 단계,
    상기 보호막과 상기 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선을 따라 형성되는 제1 돌기부와 화소 영역 내부에 형성되는 제2 돌기부를 형성하는 단계,
    상기 제2 돌기부를 덮는 화소 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
KR1019990050046A 1999-11-11 1999-11-11 개선된 수직 배향형 액정 표시 장치용 기판과 그 제조 방법 KR100646782B1 (ko)

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