KR100679519B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 하부 기판을 4장의 마스크로 제조하여 제조 비용을 감소시키고 생산성을 향상시키는데, 이때 높은 단차에 의해 발생할 수 있는 빛샘 문제를 방지하는 것이다.
4장의 마스크를 이용하여 액정 표시 장치의 하부 기판을 제조할 경우 여러 층의 막을 한꺼번에 식각하므로 스토리지 전극과 같은 부분에서는 단차가 높아지고 이에 따라 화소 전극과 스토리지 전극이 중첩되는 부분에서 전기장의 생성이 달라진다. 따라서, 액정 분자의 배열이 다르게 되고 빛이 새는 문제가 발생하는데, 이 부분에 대응하는 상부 기판의 블랙 매트릭스 폭을 넓게 형성하여 이를 차단하도록 한다.
4마스크, 스토리지 캐패시터, 빛샘

Description

액정 표시 장치{liquid crystal display}
도 1은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 평면도.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ´선을 따라 자른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판에 대한 평면도.
도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ´선을 따라 자른 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판을 제조하는 과정을 도시한 것으로서, 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ´선에 따른 공정도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 칼라 필터 기판에 대한 평면도.
도 7은 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ´선을 따라 자른 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판과 상부 기판을 배치한 평면도.
도 9는 도 8에서 Ⅸ-Ⅸ´선을 따라 자른 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
121 : 게이트 배선 130 : 게이트 절연막
145 : 반도체층 155 : 불순물 반도체층
165 : 스토리지 전극 175 : 보호층
181 : 화소 전극 210 : 블랙 매트릭스
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 액정 표시 장치의 제조 공정수를 감소시켜 생산 비용을 절감하는 데 있어서 빛이 새는 것을 방지하기 위한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 삽입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직임으로써 빛의 투과율에 따라 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 장치는 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 현재 박막 트랜지스터와 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이러한 액정 표시 장치는 하부 기판에 화소 전극이 형성되어 있고 상부 기판인 색 필터 기판에 공통 전극이 형성되어 있는 구조로, 상하로 걸리는 기판에 수직한 방향의 전기장에 의해 액정 분자를 구동하는 방식이다. 이는, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상판의 공통 전극이 접지 역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정셀의 파괴를 방지할 수 있다.
액정 표시 장치의 상부 기판은 화소 전극 이외의 부분과 화소 전극 주변부에서 액정 분자가 틸트됨으로써 발생하는 빛샘 현상을 막기 위해 블랙 매트릭스(black matrix)를 더 포함한다.
한편, 액정 표시 장치의 하부 기판은 박막을 증착하고 마스크를 이용하여 사진 식각하는 공정을 여러 번 반복함으로써 형성되는데, 통상적으로 마스크 수는 5장 내지 6장이 사용되고 있으며, 현재 4장의 마스크를 이용하여 하부 기판을 제작함으로써 생산 비용을 절감할 수 있는 방법이 알려져 사용되고 있다.
그런데, 4장의 마스크를 이용하여 하부 기판을 제작할 경우에는 여러 층의 막을 한꺼번에 식각하게 되므로 기존의 5장 내지 6장의 마스크를 이용한 경우보다 단차가 큰 부분이 생기게 된다.
이러한 4장의 마스크를 이용하여 제작한 액정 표시 장치의 일례로서 액정 표시 장치의 하부 기판과 그에 대응하는 상부 기판에 대한 평면도 및 단면도를 도 1 및 도 2에 각각 도시하였는데, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ´선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상부 기판에는 블랙 매트릭스만을 도시하였다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 액정 표시 장치의 하부 기판에서는 기판(10) 위에 절연되어 교차하는 게이트 배선(21)과 데이터 배선(61)이 형성되어 있고, 이들과 전기적으로 연결된 게이트 전극(22)과 소스 및 드레인 전극(62, 63)으로 이루어진 박막트랜지스터가 형성되어 있다. 게이트 배선(21) 상부에는 스토리지 전극(65)이 형성되어 있는데, 스토리지 전극(65)의 하부에는 순수 반도체층(45)과 불순물 반도체층(55)이 형성되어 있다. 데이터 배선(61)과 소스 및 드레인 전극(62, 63) 그리고 스토리지 전극(65) 상부에는 보호층(75)이 형성되어 있는데, 보호층(71, 75)은 이들과 거의 유사한 형태로 드레인 전극(63)과 스토리지 전극(65)의 측면을 드러낸다. 게이트 배선(21)과 데이터 배선(61)이 교차함으로써 정의되는 영역에는 투명한 화소 전극(81)이 형성되어 있으며, 화소 전극(81)은 드레인 전극(63) 및 스토리지 전극(65)과 중첩되어 측면 연결되어 있다.
한편, 상부 기판의 블랙 매트릭스(90)는 화소 전극(81) 이외의 부분과 박막트랜지스터(T)를 덮고 있어 화소 전극(81) 이외의 부분에서 빛이 새는 것을 방지하고 박막트랜지스터(T)로 빛이 들어가 누설 전류가 증가하는 것을 방지한다. 화소 전극(81) 가장자리에서 발생하는 빛샘 문제를 방지하기 위해 블랙 매트릭스(90)가 화소 전극(81)의 가장자리와 중첩되도록 형성하는 것이 좋은데, 블랙 매트릭스(90)로 덮는 부분이 넓어질수록 액정 표시 장치의 개구율이 떨어지므로 화소 전극(81)과 게이트 배선(21)이 중첩되는 부분에서는 블랙 매트릭스(90)가 화소 전극(81)의 가장자리와 중첩되지 않도록 형성되어 있다.
그런데, 도 2에 도시한 바와 같이 4장의 마스크를 이용하여 액정 표시 장치 의 하부 기판을 제작한 경우, 스토리지 전극(65)이 형성되어 있는 부분에서는 스토리지 전극(65) 상부의 보호층(75)과 하부의 불순물 반도체층(55) 및 순수 반도체층(45)까지 형성되어 있어 그 두께가 매우 두껍고, 화소 전극(81)은 스토리지 전극(65)과 접촉하기 위해 높은 단차를 가지고 중첩된다. 이와 같은 액정 표시 장치에서, 화소 전극(81)에 전압이 인가되면 이 근처에서 생성되는 전기장의 모양이 화소 전극(81) 내부와 달라지므로 이후 액정 분자의 배열 방향이 달라지게 되어 빛이 새는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 액정 표시 장치의 하부 기판을 4장의 마스크를 이용하여 제작함으로써 제조 비용을 절감하고 생산성을 향상시키는데 있어서 발생할 수 있는 빛샘 문제를 방지하는 것이다.
본 발명의 목적을 해결하기 위해 본 발명에서는 하부 기판의 스토리지 전극에 대응되는 상부 기판의 블랙 매트릭스 폭을 넓게 형성한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 서로 마주 대하고 있는 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판 상에서 서로 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선; 상기 게이트 배선의 상부에 형성되는 반도체층, 상기 반도체층 상의 스토리지 전극, 그리고 상기 스토리지 전극 상의 보호층; 상기 반도체층, 상기 스토리지 전극, 및 상기 보호층의 측면과 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선에 의해 정의되는 화소영역에 형성되는 화소전극; 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 전기적으로 연결되고 상기 화소 전극의 신호를 인가하는 스위칭 소자; 상기 제 2 기판 상에 형성되며, 상기 제 1 기판의 상기 화소영역 이외의 영역과 대응되고, 상기 스토리지 전극과 상기 화소전극의 중첩부에서 상기 화소전극의 방향으로 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 합착공차의 폭으로 확장되어 설치되는 블랙 매트릭스; 상기 제 2 기판 상의 공통전극; 및 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 주입되는 액정층;을 포함한다.
여기서, 합착 공차는 1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서는, 제 1 기판을 구비하는 단계; 상기 제 1 기판 상에 게이트 배선 및 게이트 전극을 형성하는 단계; 제 1 절연막, 순수 반도체층, 불순물 반도체층 및 금속층을 증착하는 단계; 박막트랜지스터의 채널에 해당하는 부분의 상기 금속층 및 불순물 반도체층을 패터닝하는 단계; 제 2 절연막을 증착하고 상기 제 2 절연막과 상기 금속층, 상기 불순물 반도체층 및 상기 순수 반도체층을 패터닝하여 보호층과 데이터 배선, 소스 및 드레인 전극, 스토리지 전극 그리고 오믹 콘택층 및 액티브층을 형성하는 단계; 상기 반도체층, 상기 스토리지 전극, 및 상기 보호층의 측면과 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선에 의해 정의되는 화소 영역에 화소 전극을 형성하는 단계; 제 2 기판을 구비하는 단계; 상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 기판의 상기 화소영역 이외의 영역과 대응되고, 상기 스토리지 전극과 상기 화소전극의 중첩부에서 상기 화소전극의 방향으로 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 합착공차의 폭으로 확장되는 블랙 매트릭스; 상기 제 2 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하고 액정층을 주입하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 액정 표시 장치의 하부 기판을 4장의 마스크로 제조함으로써 제조 비용을 줄이고 생산성을 향상시키며, 스토리지 전극에 대응하는 상부 기판의 블랙 매트릭스 폭을 넓게 형성하여 스토리지 전극 근처에서 빛이 새는 문제를 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 평면도이고, 도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ´선을 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(110) 위에 금속과 같은 도전 물질로 일 방향의 게이트 배선(121)과 게이트 배선(121)에서 연장된 게이트 전극(122)이 형성되어 있다.
게이트 배선(121) 상부에는 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등의 물질로 이루어진 게이트 절연막(130)이 형성되어 게이트 배선(121) 및 게이트 전극(122)을 덮고 있다.
이어, 게이트 전극(122)과 게이트 배선(121) 상부의 게이트 절연막(130) 위에는 비정질 실리콘과 같은 물질로 순수 반도체층(141, 145)이 각각 형성되어 있 고, 그 위에 불순물로 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 불순물 반도체층(151, 152, 155)이 형성되어 있다. 게이트 전극(122) 상부의 순수 반도체층(141)은 박막트랜지스터의 액티브층(141)이며, 액티브층(141) 상부의 불순물 반도체층(151, 152)은 오믹 접촉층(151, 152)으로서 이후 형성될 소스 및 드레인 전극(162, 163)과 액티브층(141)의 접촉 특성을 향상시킨다.
그 위에 금속과 같은 도전 물질로 게이트 배선(121)과 직교하는 데이터 배선(161), 데이터 배선(161)과 연결되어 있는 박막트랜지스터의 소스 전극(162), 그리고 게이트 전극(122)을 중심으로 소스 전극(162)과 마주 대하고 있는 드레인 전극(163)이 형성되어 있다. 한편, 데이터 배선(161)과 같은 물질로 게이트 배선(121)과 중첩되도록 스토리지 전극(165)이 형성되어 있어 게이트 배선(121)과 함께 스토리지 캐패시터를 이룬다.
데이터 배선(161)과 소스 및 드레인 전극(162, 163) 그리고 스토리지 전극(165) 상부에는 보호층(171, 175)이 각각 형성되어 있다.
여기서, 보호층(171, 175) 및 순수 반도체층(141, 145)은 박막트랜지스터의 채널부(C)를 제외하고는 데이터 배선(161)과 소스 및 드레인 전극(162, 163), 그리고 스토리지 전극(165)과 같은 모양을 가진다.
다음, 게이트 배선(121)과 데이터 배선(161)이 교차함으로써 정의되는 화소 영역에는 ITO(indium-tin-oxide)와 같은 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(181)이 형성되어 있는데, 화소 전극(181)은 드레인 전극(163)과 측면 접촉하고 있고, 스토리지 전극(165) 및 전단 게이트 배선(121)과 일부가 중첩되어 있으며 스토리지 전극(165)과도 측면 접촉을 한다.
도 5a 내지 도 5c와 앞서의 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 5a에 도시한 바와 같이 제1 마스크를 이용하여 투명 기판(110) 위에 일 방향의 게이트 배선(121) 및 게이트 배선(121)에서 연장된 게이트 전극(122)을 형성한다. 이때, 게이트 배선(121) 및 게이트 전극(122)은 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo) 또는 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금과 같은 물질로 형성할 수 있다.
이어, 도 5b에 도시한 바와 같이 게이트 절연막(130)과 비정질 실리콘층(140) 및 불순물로 도핑된 비정질 실리콘층(150)을 차례로 증착한 다음, 금속층(160)을 스퍼터링과 같은 방법으로 증착하고 제2 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 박막트랜지스터의 채널에 해당하는 부분의 금속층(160)과 불순물 실리콘층(150)을 제거한다.
다음, 도 5c에 도시한 바와 같이 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막으로 보호층을 증착한 다음, 제3 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 보호층, 금속층(160), 불순물 실리콘층(150) 및 비정질 실리콘층(140)을 패터닝하여 보호층(171, 175)과 데이터 배선(161), 소스 및 드레인 전극(162, 163), 스토리지 전극(165) 그리고 불순물 반도체층(151, 152, 155) 및 반도체층(141, 145)를 각각 형성한다.
이어, 도 4에 도시한 바와 같이 ITO와 같은 투명 도전 물질을 증착하고 제4 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 화소 전극(181)을 형성하는데, 화 소 전극(181)은 드레인 전극(163)과 일부 중첩되어 있고, 전단 게이트 배선(121) 및 스토리지 전극(165)과도 일부 중첩되어 있으며, 드레인 전극(163) 및 스토리지 전극(165)과 각각 측면 접촉되어 있다.
이와 같이 본 발명에서는 액정 표시 장치용 어레이 기판을 4장의 마스크를 이용하여 제조함으로써 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 기판에 대한 평면도이고, 도 7은 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ´선을 따라 자른 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 기판(200) 위에 크롬과 같은 금속 물질 또는 불투명 물질로 블랙 매트릭스(210)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(210)에 의해 정의되는 영역에는 블랙 매트릭스(210)와 중첩되도록 칼라 필터(220)가 형성되어 있다. 이어, 블랙 매트릭스(210) 및 칼라 필터(220) 상부에는 공통 전극(230)이 형성되어 있다.
이와 같이 형성되어 있는 액정 표시 장치의 하부 기판과 상부 기판을 마주 대하도록 배치시키는데 있어서, 칼라 필터(220)와 화소 전극(181)이 대응되도록 배치하는데, 이때 블랙 매트릭스(210)는 화소 전극(181) 이외의 부분을 덮게 된다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판과 상부 기판을 배치한 경우를 도 8 및 도 9에 도시하였다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 9는 도 8에서 Ⅸ-Ⅸ´선을 따라 자른 단면도이다. 여기서, 편의를 위해 상부 기판에서는 블랙 매트릭스(210)만을 도시하였다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 하부 기판의 스토리지 전극(165)과 대응되는 부분에서 상부 기판과 하부 기판의 합착 공차를 고려하여 스토리지 전극(165)과 화소 전극(181)이 중첩되는 쪽에 대응되는 상부 기판의 블랙 매트릭스(210)의 폭을 스토리지 전극(165)의 합착 공차만큼 더 넓게 형성함으로써 단차가 생긴 부분을 완전히 덮도록 한다. 이때, 합착 공차가 1 ㎛보다 작을 경우 단차가 생긴 부분을 완전히 덮지 못하여 빛이 샐 수 있으므로 합착 공차는 1 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
따라서, 스토리지 전극(165)과 화소 전극(181)이 접촉하는 부분에서 화소 전극(181)에 전압이 인가되었을때, 스토리지 전극(65)의 단차로 인해 전기장의 생성이 달라지고 이에 따라 액정 분자의 배열 방향이 달라지더라도 빛이 새는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 하부의 어레이 기판을 제조할 때 4장의 마스크를 사용하여 제조 공정을 감소시키고 생산 비용을 절감하는데 있어서, 상부 기판의 블랙 매트릭스에서 스토리지 캐패시터에 대응되는 부분의 폭을 더 넓게 형성하여 단차가 생긴 부분을 완전히 덮음으로써 빛이 새는 것을 방지한다.

Claims (3)

  1. 서로 마주 대하고 있는 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에서 서로 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선;
    상기 게이트 배선의 상부에 형성되는 반도체층, 상기 반도체층 상의 스토리지 전극, 그리고 상기 스토리지 전극 상의 보호층;
    상기 반도체층, 상기 스토리지 전극, 및 상기 보호층의 측면과 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선에 의해 정의되는 화소영역에 형성되는 화소전극;
    상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 전기적으로 연결되고 상기 화소 전극의 신호를 인가하는 스위칭 소자;
    상기 제 2 기판 상에 형성되며, 상기 제 1 기판의 상기 화소영역 이외의 영역과 대응되고, 상기 스토리지 전극과 상기 화소전극의 중첩부에서 상기 화소전극의 방향으로 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 합착공차의 폭으로 확장되어 설치되는 블랙 매트릭스;
    상기 제 2 기판 상의 공통전극; 및
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 주입되는 액정층;
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 합착 공차는 1 ㎛ 이상인 액정 표시 장치.
  3. 제 1 기판을 구비하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 게이트 배선 및 게이트 전극을 형성하는 단계;
    제 1 절연막, 순수 반도체층, 불순물 반도체층 및 금속층을 증착하는 단계;
    박막트랜지스터의 채널에 해당하는 부분의 상기 금속층 및 불순물 반도체층을 패터닝하는 단계;
    제 2 절연막을 증착하고 상기 제 2 절연막과 상기 금속층, 상기 불순물 반도체층 및 상기 순수 반도체층을 패터닝하여 보호층과 데이터 배선, 소스 및 드레인 전극, 스토리지 전극 그리고 오믹 콘택층 및 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 반도체층, 상기 스토리지 전극, 및 상기 보호층의 측면과 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선에 의해 정의되는 화소 영역에 화소 전극을 형성하는 단계;
    제 2 기판을 구비하는 단계;
    상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 기판의 상기 화소영역 이외의 영역과 대응되고, 상기 스토리지 전극과 상기 화소전극의 중첩부에서 상기 화소전극의 방향으로 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 합착공차의 폭으로 확장되는 블랙 매트릭스;
    상기 제 2 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하고 액정층을 주입하는 단계;
    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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