KR100695298B1 - 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
절연 기판 위에 게이트 배선과 차광용 배선을 형성하고, 게이트 배선 차광용 배선 위에 게이트 절연막, 반도체층, 접촉층 및 데이터 배선을 형성한 다음, 감광성 유기 절연 물질을 도포하고 노광 현상하여 적어도 돌기가 형성될 부분에서는 두껍고, 게이트 패드, 드레인 전극 및 데이터 패드를 드러내는 접촉 구멍이 형성될 부분에서는 두께가 없으며 보호 절연막이 형성될 부분에서는 얇은 두께를 가지도록 감광성 유기 절연막을 남기어 X자 모양의 돌기 패턴과 보호 절연막을 함께 형성한다. 이때, 보호 절연막과 돌기 패턴은 돌기 패턴의 중앙으로 기울어진 경사면을 가지도록 형성한다. 이어, 보호 절연막 및 돌기 패턴의 상부에 화소를 소 영역으로 분할하는 개구부를 가지는 화소 전극을 형성한다.
박막트랜지스터기판, 수직배향, 개구패턴, 돌기, 감광성유기막, 감광막
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 2와 도 3은 각각 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선과 Ⅲ-Ⅲ' 선에 대한 단면도이고,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정의 중간 단계에서의 기판의 배치도이고,
도 4b와 도 4c는 각각 도 4a의 Ⅳb-Ⅳb'선과 Ⅳc-Ⅳc' 선을 따라 절단한 단면도이고,
도 5a는 도 4a 내지 도 4c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,
도 5b와 도 5c는 각각 도 5a의 Ⅴb-Ⅴb' 선과 Ⅴc-Ⅴc' 선을 따라 절단한 단면도이고,
도 6a는 도 5a 내지 도 5c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,
도 6b와 도 6c는 각각 도 6a의 Ⅵb-Ⅵb' 선과 Ⅵc-Ⅵc' 선을 따라 절단한 단면도이고,
도 7a는 도 6a 내지 도 6c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,
도 7b와 도 7c는 각각 도 7a의 Ⅶb-Ⅶb' 선과 Ⅶc-Ⅶc' 선을 따라 절단한 단 면도이고,
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판을 사용한 액정 표시 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 박막 트랜지스터 기판에 관한 것으로서, 특히 화소 전극에 개구 패턴과 돌기를 형성하는 수직 배향 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 박막 트랜지스터 기판에 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.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하는 수직 배향 모드 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위한 수단으로는 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다. 이들 모두는 프린지 필드(fringe field)를 형성하여 액정의 기우는 방향을 다양한 방향, 바람직하게는 4방향으로 고르게 분산시킴으로써 광시야각을 확보하는 방법이다.
돌기를 형성하는 방법은, 화소 전극과 공통 전극 위 또는 아래에 각각 돌기를 형성하여 둠으로써 돌기에 의하여 왜곡되는 전기장을 이용하여 액정 분자의 눕는 방향을 조절하는 방식이다.
그러나 이러한 액정 표시 장치에 있어서는 화소 영역 내에서 의도하지 않은 액정 분자의 배열 반전이 발생하고, 이것은 화면상 텍스쳐로 나타나서 화질을 저하시키는 문제점으로 나타난다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 텍스쳐로 인하여 누설되는 빛을 차단하면서 시야각을 넓히기 위한 돌기를 가지는 액정 표시 장치용 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 감광성 유기 절연 물질을 사용하여 보호 절연막을 형성함과 동시에 돌기를 형성하되 보호 절연막과 돌기는 돌기의 중심에 대하여 동일한 방향의 경사면을 가지도록 형성하고, 화소 전극과 전기적으로 연결되는 차광막을 화소 전극의 둘레를 가리도록 형성한다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판에는, 절연 기판 위에 게이트선이 형성되어 있고, 게이트선을 덮는 게이트 절연막 위에는 게이트선과 일부가 중첩되어 있는 반도체층과 그 상부에 게이트선의 일부인 게이트 전극을 중심 으로 하여 양편으로 분리되어 있는 접촉층이 차례로 형성되어 있다. 또한, 접촉층의 양측 위에는 소스 전극 및 드레인 전극이 각각 형성되어 있고, 게이트 절연막 상부에는 소스 전극과 연결되어 있으며 게이트선과 교차하는 데이터선이 형성되어 있다. 적어도 소스 전극과 드레인 전극 사이의 반도체층을 덮고 있으며 데이터선과 게이트선이 교차하여 이루는 화소 영역에 돌기 패턴을 가지는 보호 절연막이 형성되어 있으며, 돌기 패턴 및 보호 절연막 위에는 드레인 전극과 연결되어 있고 개구부를 가지는 화소 전극이 형성되어 있다.
여기서, 보호 절연막은 감광성 유기 절연 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 보호 절연막과 돌기 패턴의 가장자리는 돌기 패턴의 중심으로 기우는 경사면을 가지는 것이 바람직하다.
게이트선과 동일한 층에는 돌기 패턴의 모양을 따라 형성되어 있는 제1 차광막을 포함하며, 보호막의 경사면을 따라 형성되어 있는 제2 차광막을 포함하는 차광용 배선을 형성할 수 있다. 이때, 화소 전극은 제2 차광막과 전기적으로 연결되어 있는 것이 바람직하며, 화소 전극의 가장자리 둘레는 제2 차광막의 경계선 안쪽에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이때, 경사면의 경사각은 50° 이하인 것이 좋다.
화소 전극의 개구부는 화소 전극을 다수의 소 영역으로 분리하며 돌기 패턴은 다수의 소 영역을 4영역으로 분할하는 모양을 가지는 것이 바람직하며, X자 모양을 가질 수 있다.
이러한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서는, 우선 절연 기판 위에 게이 트선, 게이트선에 연결되어 있는 게이트 패드, 게이트선의 일부인 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성한다. 이어, 게이트 배선 위에 게이트 절연막, 반도체층, 접촉층 및 데이터선, 데이터선과 연결되어 있는 소스 전극, 소스 전극과 대향하고 있는 드레인 전극 및 데이터선의 일단에 연결되어 있는 데이터 패드를 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 계속해서, 감광성 유기 절연 물질로 이루어진 보호 절연막과 돌기 패턴을 돌기 패턴의 중앙으로 기울어진 경사면을 가지도록 형성하고, 드레인 전극과 연결되며 개구부를 가지는 화소 전극을 형성한다.
보호 절연막과 돌기 패턴 형성하는 단계에서 게이트 패드, 데이터 패드 및 드레인 전극을 각각 노출시키는 제1 내지 제3 접촉 구명도 함께 형성하는 것이 좋으며, 게이트 배선 형성 단계에서, 돌기 패턴의 모양을 따른 제1 차광막과 화소 전극의 가장자리 둘레와 중첩하는 제2 차광막을 포함하는 차광용 배선을 형성할 수 있다.
보호 절연막과 돌기를 형성하는 단계에서는, 감광성 유기 절연막을 적층하고 부분에 따라 광투과율이 각각 다른 제1 부분, 제2 부분 및 제 3부분을 가지는 광마스크를 통하여 감광성 유기 절연막을 노광하고 현상하여 제1 두께를 가지는 돌기 패턴을 완성하고, 게이트 패드, 데이터 패드 및 드레인 전극의 상부에는 상기 유기 절연막을 제거하고, 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 가지는 보호 절연막을 형성한다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 2와 도 3은 각각 도 1의 II-II'선과 III-III'선에 대한 단면도이다.
먼저, 절연 기판(10) 위에 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속으로 만들어진 게이트 배선과 차광용 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(22), 게이트선(22)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 게이트 신호를 인가 받아 게이트선으로 전달하는 게이트 패드(24) 및 게이트선(22)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26)을 포함하며, 차광용 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 가로 차광막(28)과 세로 방향으로 뻗어 있는 세로 차광막(27)과 가로 차광막(28)에 의해 3등분으로 분할되어 있는 소 화소 영역에 각각 형성되어 있는 X자 모양의 차광막(29)을 포함하다. 이 때, 게이트 배선(22, 24, 26)과 차광용 배선(27, 28, 29)은 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 단일층으로 형성하는 경우에는 알루미늄(Al)이나 알루미늄(Al)-네오디뮴(Nd) 합금으로 만들고, 이중층으로 형성하는 경우에는 아래층은 알루미늄(Al)-네오디뮴(Nd) 합금으로 만들고, 위층은 몰리브덴(Mo)-텅스텐(W) 합금으로 만들 수 있다.
게이트 배선(22, 24, 26) 및 차광용 배선(27, 28, 29) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(40)이 형성되어 있다. 반도체층(40)은 게이트 전극(26)과 중첩되어 있으며, 도 1에서 보는 바와 같이 게이트선(22)과 이후에 형성되는 데이터선(62)과 교차하는 부분까지 연장되어 형성될 수 있다.
반도체층(40) 위에는 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 접촉층(55, 56)이 형성되어 있다. 접촉층(55, 56)은 게이트 전극(26)을 중심으로 하여 양쪽으로 분리되어 있다.
접촉층(55, 56) 및 게이트 절연막(30) 위에는 크롬(Cr)이나 몰리브덴-텅스텐 합금 따위로 이루어진 데이터 배선(62, 65, 66, 68)이 형성되어 있다. 데이터 배선(62, 65, 66, 68)은 세로 방향으로 형성되어 있으며 한쪽 접촉층(55) 위에 형성되어 있는 소스 전극(65)과 연결되어 있는 데이터선(62), 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드(68), 데이터선(62)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)에 대하여 소스 전극(65)의 반대쪽에 위치하는 접촉층(56) 위에 형성되어 있는 드레인 전극(66)을 포함한다. 이 때, 데이터 배선(62, 65, 66, 68)도 게이트 배선(22, 24, 26)과 마찬가지로 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 물론, 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 알루미늄 계열의 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하다
이상에서 설명한 게이트 배선(22, 24, 26), 유지 전극 배선(27, 28), 게이트 절연막(30), 반도체층(40), 접촉층(55, 56) 및 데이터 배선(62, 64, 65, 66)의 구 조는 이외에도 여러 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 게이트 배선(22, 24, 26)은 고리형 게이트 구조로 형성되고 이후에 형성되는 화소 전극(82)과 중첩되어 유지 용량을 형성하는 유지 전극 배선이 추가될 수도 있고, 접촉층(55, 56)은 데이터 배선(62, 65, 66, 68)과 동일한 형태로 형성될 수도 있으며, 반도체층(40)도 데이터 배선(62, 65, 66, 68)을 따라 세로로 길게 형성될 수도 있다.
데이터 배선(62, 65, 66, 68) 위에는 감광성을 가지는 유기 절연물지로 이루어진 보조 절연막(70)이 형성되어 있다. 보조 절연막(70)에는 드레인 전극(66) 및 데이터 패드(68)를 드러내는 접촉 구멍(72, 78)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(30)과 함께 게이트 패드(24)를 드러내는 접촉 구멍(74)이 형성되어 있다. 또한, 보호막(70) 및 게이트 절연막(30)에는 단위 화소의 가장자리, 상세하게는 차광용 배선(27, 28)의 바깥쪽 경계선을 드러내는 제1 개구부(77)와 단위 화소를 3등분으로 분할하는 두 개의 가로 차광막(28)을 드러내는 제2 개구부(75)가 형성되어 있다. 여기서, 보호막(70)은 도 2에서 보는 바와 같이, X자 모양의 차광막(29)의 모양을 따라 다른 부분보다 두껍게 형성되어 있는 돌기 패턴(76)을 가지고 있으며, 도 1에서 돌기 패턴(76)은 점선으로 표시한 부분이다. 여기서, 돌기 패턴(76)은 보호막(70)과 일체로 형성되어 있지만, 다른 층으로 형성할 수도 있다. 이때, 도 2에서 보는 바와 같이, 돌기 패턴(76)과 보호막(70)의 가장자리는 돌기 패턴(76)의 중심 쪽으로 향하는 경사면을 가지고 있다.
여기서, X자 모양의 차광막(29)은 돌기 패턴(76)의 모양을 따라 돌기 패턴(76)의 중앙 상부에 위치하며, 이 부분에서 액정 분자가 비정상적으로 배열됨 으로 인하여 빛이 새는 것을 차단하기 위한 것이다.
보호 절연막(70)은 적어도 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이의 채널부를 덮어 보호하는 역할을 하며, 본 실시예에 있어서는 채널부뿐만 아니라 드레인 전극(66)과 데이터 패드(64)의 일부를 제외한 데이터 배선(62, 64, 65, 66)을 모두 덮고 있다.
돌기 패턴(76)은 인접한 데이터선(62)과 게이트선(22)이 교차하여 이루는 영역인 화소 영역에 X자 모양 수 개가 세로로 연결되어 있는 형태로 배치되어 있다. 돌기 패턴(76)은 또한 상하 및 좌우 대칭을 이루고 있다.
보호막(70) 및 돌기 패턴(76) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 화소 전극(82)이 형성되어 있고, 게이트 패드(24)와 데이터 패드(68)의 위에는 화소 전극(82)과 동일한 물질로 이루어져 이들과 각각 연결되어 있는 보조 패드(84, 88)가 형성되어 있다.
화소 전극(82)은 접촉 구멍(72)을 통하여 노출되어 있는 드레인 전극(66)과 접촉하여 연결되어 있으며, 화소 전극(82)은 가로 방향으로 형성되어 있으며, 가로 방향의 차광막(28)의 상부에 위치하는 개구 패턴(85)을 가지고 있어서, 화소 전극(82)을 세 개의 소 영역으로 구획하고 있다. 또한 화소 전극(82)은 돌기 패턴(76)에 대하여도 상하 및 좌우로 대칭을 이루도록 배치되어 있어서 화소 전극(82)의 세 개의 소 영역은 돌기 패턴(76)에 의하여 각각 4등분으로 분할되어 있다. 또한, 화소 전극(82)은 보호 절연막(70)과 게이트 절연막(30)의 개구부(77)를 통하여 드러난 차광막(27, 28)의 상부에도 형성되어 있어 차광막(27, 28)과 전 기적으로 연결되어 있다. 이때, 화소 전극(82)의 가장자리 둘레는 차광막(27, 28)의 경계선 안쪽에 위치하도록 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 구조는 돌기 패턴(76)의 경사면과 동일한 방향으로 기울어진 경사면을 가지는 보호막(70)을 가지는 구조이며, 이러한 경사면을 통하여 액정 분자의 기우는 방향을 다양한 방향, 바람직하게는 4방향으로 고르게 분산시킴으로써 광시야각을 확보할 수 있는 구조이다. 이러한 구조에서는 액정 분자가 화소 영역 내에서 의도하지 않은 방향으로 배열하는 텍스쳐가 화소 전극(82)의 가장자리 둘레 부분과 돌기 패턴(76)의 중앙부에서 나타나지만 차광용 배선(27, 28, 29)을 이용하여 차단하여 누설되는 빛을 가릴 수 있다. 여기서, 화소 전극(82)의 가장자리 둘레 부분에서 발생하는 텍스쳐에 의해 누설되는 빛은 기판(10)과 마주하는 다른 기판(도시하지 않음)에 형성되어 있는 블랙 매트릭스를 이용하여 기릴 수도 있다. 텍스쳐가 나타나는 모양에 대해서는 이후에 구체적으로 설명하기로 한다.
보조 패드(84, 88)는 패드(24, 68)와 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 패드를 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.
여기에서는 화소 전극(82)의 재료의 예로 투명한 ITO나 IZO를 들었으나, 반사형 액정 표시 장치의 경우 불투명한 도전 물질을 사용하여도 무방하다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 대하여 도 4a 내지 도 7c와 앞서의 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상 세히 설명한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정의 중간 단계에서의 기판의 배치도이고, 도 4b와 도 4c는 각각 도 4a의 Ⅳb-Ⅳb'선과 Ⅳc-Ⅳc' 선을 따라 절단한 단면도이고, 도 5a는 도 4a 내지 도 4c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고, 도 5b와 도 5c는 각각 도 5a의 Ⅴb-Ⅴb' 선과 Ⅴc-Ⅴc' 선을 따라 절단한 단면도이고, 도 6a는 도 5a 내지 도 5c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고, 도 6b와 도 6c는 각각 도 6a의 Ⅵb-Ⅵb' 선과 Ⅵc-Ⅵc' 선을 따라 절단한 단면도이고, 도 7a는 도 6a 내지 도 6c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고, 도 7b와 도 7c는 각각 도 7a의 Ⅶb-Ⅶb' 선과 Ⅶc-Ⅶc' 선을 따라 절단한 단면도이다.
먼저, 도 4a 내지 4c에 도시한 바와 같이, 금속 따위의 도전체층을 스퍼터링 따위의 방법으로 1,000 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착하고 첫째 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 기판(10) 위에 게이트선(22), 게이트 패드(24) 및 게이트 전극(26)을 포함하는 게이트 배선과 가로 차광막(28)과 세로 차광막(27)과 소 화소 영역에 X자 모양의 차광막(29)을 포함하는 차광용 배선을 형성한다.
다음, 게이트 절연막(30), 비정질 규소층, 도핑된 비정질 규소층을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 1,500 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고 두 번째 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 반도체층(40)과 그 위의 도핑된 비정질 규소 패턴(50)을 형성한다.
이어서, 금속 따위의 도전체층을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착하고 세 번째 마스크를 사용한 사진 식각 공정으로 도전체층을 패터닝하여 데이터선(62), 데이터 패드(68), 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66)을 포함하는 데이터 배선을 형성한다.
이어, 데이터 배선(62, 65, 66, 68)으로 가리지 않는 도핑된 비정질 규소 패턴(50)을 식각하여 저항성 접촉층(55, 56)을 완성하고, 이들 사이의 반도체층(40)을 드러내어 반도체층(40)의 채널부를 형성한다.
이상에서 설명한 제조 과정은 일반적인 광마스크를 사용하여 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정을 설명한 것으로 하나의 예에 불과한 것이고, 이외에도 여러 다양한 방법으로 게이트 배선(22, 24, 26), 게이트 절연막(30), 반도체층(40), 접촉층(55, 56) 및 데이터 배선(62, 64, 65, 66)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 배선을 형성하고, 게이트 절연막, 반도체층, 접촉층 및 데이터 금속층을 연속으로 적층하고 아래에서 설명하는 것과 같은 광투과율을 3단계 이상으로 차등화 시킬 수 있는 광마스크를 사용하여 패터닝함으로써 게이트 절연막 패턴 또는 반도체층 패턴, 접촉층 패턴 및 데이터 배선을 동시에 형성하는 등의 방법도 가능하다.
다음, 감광성 수지(resin) 등의 감광성 유기 절연막을 도포하고 네 번째 마스크를 사용하여 패터닝함으로써 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 바와 같은 보호 절연막(70)과 돌기 패턴(76)을 함께 형성하며, 개구부(72, 74, 75, 77, 78)도 함께 형성한다. 이 때, 감광성 유기 절연막은 두께가 1.9㎛ 이상이 되도록 도포하는 것이 바람직하며, 감광성 유기 절연막은 박막 트랜지스터의 채널과 함께 데이터 배선(62, 65, 66, 68)을 보호하는 보호 절연막(70)으로 사용되어야 하므로 후속 공정에서 증착되는 ITO 등과 접착성이 좋고 ITO 등의 식각시 손상되지 않는 물질로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 돌기 패턴(76)과 개구부(72, 74, 85, 77, 78)를 가지는 보호 절연막(70)을 형성하기 위해서는 부분에 따라 두께가 다른 감광성 유기 절연막 패턴을 형성해야 한다. 이를 위해서는 앞에서 설명한 바와 같이 감광성 유기 절연막을 도포하고 부분에 따라 광투과량을 3단계 이상으로 차등화할 수 있는 광마스크를 이용하여 노광한다. 이 때, 광마스크는 투명한 기판과 광차단층으로 이루어지는데, 이러한 광차단층의 일부는 제거되어 있고, 또 일부에는 광투과량을 조절하기 위한 슬릿 패턴이 형성되어 있다. 이 때, 슬릿 패턴은 이들을 통과하거나 이들에 의해 차단된 빛에 의해 패턴이 형성되는 것을 방지하고 광투과량만을 조절하기 위해 노광 장비의 분해능보다 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 광마스크는 보호 절연막(70)과 돌기 패턴(76)이 형성될 부분에는 광차단층이 형성되어 있는 부분이 대응되고, 개구부(72, 74, 75, 77, 78)가 형성될 부분에는 광차단층이 제거되어 빛이 그대로 통과할 수 있는 부분이 대응되고, 나머지 부분에는 슬릿 패턴이 형성되어 있는 부분이 대응되도록 한다. 이때, 광마스크는 돌기 패턴(76)이 형성될 부분에만 광차단층을 가지며, 개구부(72, 74, 75, 77, 78)가 형성될 부분에는 광차단층이 제거되고, 나머지 부분에 슬릿 패턴을 가지도록 만들 수도 있다. 이러한 광마스크를 이용하여 감광성 유기 절연막(70)을 노광하면 부분에 따라 고분 자의 분해된 상태가 다르게 된다. 즉, 광차단층 제거된 부분을 통하여 빛에 노출된 부분은 슬릿이 형성되어 있는 부분을 통하여 빛에 노출된 부분보다 많은 고분자가 분해되고 광차단층으로 가려져 빛에 노출되지 않은 부분은 고분자가 거의 분해되지 않고 그대로 남아 있다. 이때, 슬릿이 형성되어 있는 부분을 통하여 빛에 노출된 부분의 고분자는 완전히 분해되는 것을 방지하기 위해 광차단층 제거된 부분을 통하여 빛에 노출된 부분의 고분자가 완전히 분해될 때까지만 노광 시간을 조절해야 한다. 이상에서는 양성의 감광성 유기 절연막을 사용한 경우에 대하여 설명하고 있으나 음성의 감광성 유기 절연막을 사용하는 것도 가능하며 이 경우에는 빛의 조사량을 본 실시예와는 반대로 하여야 한다. 또한 광마스크의 투과량 조절도 슬릿 패턴을 사용하지 않고 모자이크 패턴을 사용하거나 반투과막을 사용하여 이루어 질 수도 있다.
이상의 과정을 통하여 감광성 유기 절연막(70)을 현상하면, 도 7a 내지 7c에서 보는 바와 같이 돌기 패턴(76)과 개구부(72, 74, 85, 77, 78)를 가지는 보호 절연막(70)을 형성할 수 있다. 즉, 돌기(76)가 다른 부분보다 감광성 유기 절연막이 두껍게 남아 있고, 개구부(72, 74, 75, 77, 78)에는 감광성 유기 절연막이 제거되어 있으며, 나머지 부분에는 감광성 유기 절연막이 얇게 남아 있다.
이어, 보호 절연막(70) 및 돌기 패턴(76)을 식각 마스크로 하여 게이트 절연막(30)을 식각하여 접촉 구멍(74, 78. 72)에서 패드(24, 68)와 드레인 전극(66)을 노출시키고 개구부(75, 77)에서 게이트 절연막(30)을 제거한다. 이때는 건식 식각을 사용하는 것이 보통이며, 보호 절연막(70)의 일부도 제거되는데, 보호 절연막(70)이 식각되는 것을 최소화하는 식각 조건을 적용하는 것이 바람직하다. 이때, 애싱(ashing)을 추가로 실시하여 낮은 두께의 보호 절연막(70)을 완전히 제거하고 돌기 패턴(76)만을 남길 수도 있다. 이때, 돌기 패턴(76) 및 보호 절연막(70)의 가장자리 경사면의 각도는 액정 분자가 경사면을 따라 기우는 의존성을 고려하여 50°이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
마지막으로, ITO나 IZO 등의 도전 물질을 증착하고 다섯 번째 마스크를 사용하여 패터닝하여 개구 패턴(85)을 가지며 드레인 전극(66)과 연결되어 있는 화소 전극(91)과 각 패드(24, 68)를 덮고 있는 보조 패드(84, 88)를 형성한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에서는 접촉 구멍(74, 78)과 함께 돌기 패턴(76)을 함께 형성함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있다.
그러면 도면을 참고로 하여 이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에서와 같이 경사면을 가지는 돌기 패턴과 보호 절연막이 형성되어 있는 액정 표시 장치에서 텍스쳐가 발생하는 부분에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판을 사용한 액정 표시 장치의 구조를 나타낸 단면도이다. 여기서, 도 8a는 구동 전압이 인가되지 않은 오프 상태(off state)의 도면이고, 도 8b 내지 도 8e는 구동 전압이 인가된 온 상태(on state)의 도면으로 10㎳, 30㎳, 50㎳, 100㎳ 시간이 경과함에 따라 액정 분자를 배열하는 상태를 나타낸 것이다.
액정 표시 장치는 서로 마주하는 두 기판(10, 200), 이들 사이에 주입되어 있으며, 두 기판(10, 200) 면에 대하여 수직하게 배열되어 있는 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질층(300), 상하 기판(10, 200)의 바깥에 부착되어 있는 편광판(도시하지 않음)을 가진다. 여기서, 액정 물질층(300)은 음의 유전율 이방성을 가진다.
하부 기판(10)에는 화소 전극(82)과 함께 박막 트랜지스터가 형성되는 것이 보통이며, 화소 전극(82)과 동일한 전압이 인가되는 버퍼 전극(821)이 형성되어 있다. 대향 기판(200)에는 공통 전극(210)과 함께 컬러 필터(도시하지 않음)와 블랙 매트릭스(도시하지 않음) 등이 형성되는 것이 보통이다.
도 8a에서 보는 바와 같이, 구동 전압을 인가하지 않은 상태에서는 액정 분자의 대부분은 두 기판(10, 200) 면에 대하여 수직하게 배열되어 있으며 돌기 패턴(76)과 보호 절연막(70)의 경사면에서는 액정 분자(310)들이 경사면에 대하여 수직하게 배열된다. 여기서, 기판(10) 면에 대하여 돌기 패턴(76)과 보호 절연막(70)의 경사면이 이루는 경사각의 45° 정도이다.
도 8b 내지 도 8e에서 보는 바와 같이, 화소 전극(82)과 공통 전극(210)에 충분한 구동 전압을 인가하면, 시간이 경과함에 따라 액정 분자(310)들은 두 전극(82, 210) 사이에 형성된 전기장의 영향으로 재배열되며, 충분한 시간이 경과한 후에는 대부분의 액정 분자(310)들이 도 8e에서 보는 바와 같이 기판(10, 200) 면에 대하여 평행하게 배열된다. 하지만, 도 8b 및 도 도 8c에서 보는 바와 같이, 돌기 패턴(76)의 양쪽 경사면 근처에서는 양쪽 경사면에 수직한 방향으로 전기장이 형성되고, 돌기 패턴(76)의 상부 중앙에 위치한 액정 분자(310)들은 돌기 패턴(76)의 양쪽 경사면에 형성된 양쪽 전기장의 영향을 동시에 받게 되어 도 8e에서 보는 바와 같이 A 영역의 액정 분자(310)들은 대부분의 액정 분자(310)들과 다르게 기판(10, 200) 면에 대하여 거의 수직하게 또는 임의의 각을 가지면서 배열되어 텍스쳐로 나타난다. 또한, 버퍼 전극(821)의 상부의 액정 분자(310)들도 보호막(70)의 경사면을 따라 배열되어 있는 액정 분자(310)들의 배열과 버퍼 전극(821)의 바깥쪽 가장자리에 형성되는 전기장의 영향을 동시에 받게 되어 버퍼 전극(821)의 상부 중앙으로 기울어지도록 배열된다. 이러한 액정 분자(310)들의 배열에 따라 버퍼 전극(821)의 상부 중앙에 위치한 액정 분자들(310)은 도 8e에서 보는 바와 같이 대부분의 액정 분자(310)들과 다르게 기판(10, 200) 면에 대하여 거의 수직하게 또는 임의의 각을 가지면서 배열되어 텍스쳐로 나타난다.
이상과 같은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에서는, 감광성 유기 절연 물질을 사용하여 접촉 구멍을 가지는 보호 절연막을 형성함과 동시에 돌기 패턴을 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 돌기 패턴과 보호막의 경사면을 돌기 패턴의 중심에 대하여 동일한 방향을 가지도록 형성하여 광시야각을 구현할 수 있다. 또한, 차광용 배선을 화소 전극의 둘레를 가리도록 형성하고 돌기 패턴의 중앙을 가리도록 형성하여 텍스쳐로 인하여 누설되는 빛을 차단할 수 있다.
Claims (14)
- 절연 기판,상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,상기 게이트선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,상기 게이트 절연막 위의 형성되어 있으며 상기 게이트선과 일부가 중첩되어 있는 반도체층,상기 반도체층 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선의 일부인 게이트 전극을 중심으로 하여 양편으로 분리되어 있는 접촉층,상기 접촉층의 일측의 위에 형성되어 있는 소스 전극,상기 접촉층의 나머지 일측의 위에 형성되어 있는 드레인 전극,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있고 상기 게이트선과 교차하고 있으며 상기 소스 전극과 연결되어 있는 데이터선,적어도 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 반도체층을 덮고 있으며 상기 데이터선과 상기 게이트선으로 둘러싸인 영역에 배치되어 있는 돌기 패턴을 가지는 보호 절연막,상기 돌기 패턴 및 상기 보호 절연막 위에 형성되어 있으며 상기 드레인 전극과 연결되어 있고 개구부를 가지는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 보호 절연막은 감광성 유기 절연 물질로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 보호 절연막과 상기 돌기 패턴의 가장자리는 상기 돌기 패턴의 중심으로 기우는 경사면을 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 게이트선과 동일한 층에 상기 돌기 패턴의 모양을 따라 형성되어 있는 제1 차광막을 포함하는 차광용 배선을 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제4항에서,상기 차광용 배선은 상기 게이트선과 동일한 층에 상기 보호막의 상기 경사면을 따라 형성되어 있는 제2 차광막을 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제5항에서,상기 화소 전극은 상기 제2 차광막과 전기적으로 연결되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제5항에서,상기 화소 전극의 가장자리 둘레는 상기 제2 차광막의 경계선 안쪽에 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 경사면의 경사각은 50° 이하인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 개구부는 상기 화소 전극을 다수의 소 영역으로 분리하며 상기 돌기 패턴은 다수의 상기 소 영역을 4영역으로 분할하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제9항에서,상기 돌기 패턴은 X자 모양으로 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 절연 기판 위에 게이트선, 상기 게이트선에 연결되어 있는 게이트 패드, 상 기 게이트선의 일부인 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성하는 단계,상기 게이트 배선 위에 게이트 절연막, 반도체층, 접촉층 및 데이터선, 상기 데이터선과 연결되어 있는 소스 전극, 상기 소스 전극과 대향하고 있는 드레인 전극 및 상기 데이터선의 일단에 연결되어 있는 데이터 패드를 포함하는 데이터 배선을 형성하는 단계,감광성 유기 절연 물질로 이루어진 보호 절연막과 돌기 패턴을 상기 돌기 패턴의 중앙으로 기울어진 경사면을 가지도록 형성하는 단계,상기 드레인 전극과 연결되며 개구부를 가지는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제11항에서,상기 보호 절연막과 돌기 패턴 형성하는 단계에서 상기 게이트 패드, 데이터 패드 및 드레인 전극을 각각 노출시키는 제1 내지 제3 접촉 구명을 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제12항에서,상기 게이트 배선 형성 단계에서, 상기 돌기 패턴의 모양을 따른 제1 차광막과 상기 화소 전극의 가장자리 둘레와 중첩하는 제2 차광막을 포함하는 차광용 배선을 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제12항에서,상기 보호 절연막과 돌기를 형성하는 단계는감광성 유기 절연막을 적층하는 단계,상기 감광성 유기 절연막을 부분에 따라 광투과율이 각각 다른 제1 부분, 제2 부분 및 제 3부분을 가지는 광마스크를 통하여 노광하는 단계,상기 감광성 유기 절연막을 현상하여 제1 두께를 가지는 상기 돌기 패턴을 완성하고, 상기 게이트 패드, 데이터 패드 및 드레인 전극의 상부에는 상기 유기 절연막을 제거하고, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 가지는 보호 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
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