KR100719333B1 - 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동시에 반사 모드 및 투과 모드로 영상을 표시할 수 있는 박막트랜지스터 액정 표시 장치(TFT-LCD) 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치는 소오스/드레인 전극 및 데이타 배선과 화소 전극 투명층이 모두 투명 전극을 이용하여 함께 형성되며, 그 제조 방법은 절연 기판 상에 화소 셀의 스위칭 소자로 사용되는 박막트랜지스터의 게이트 전극 및 게이트 배선이 형성되고, 이어, 게이트 절연막이 형성된다. 이 게이트 절연막을 포함하는 기판 상에는 반도체막이 증착되며 상기 반도체막을 패터닝 하는 것에 의해 액티브 영역이 형성된다. 다음, 액티브 영역이 형성된 기판 상에 투명 도전막이 형성된다. 상기 투명 도전막을 패터닝 하는 것에 의해 소오스 전극, 화소 전극 투명층, 드레인 전극, 그리고 데이타 배선이 형성된다.

Description

반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치 및 그 제조 방법{A THIN FILM TRANSISTOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE CAPABLE OF DISPLAYING IMAGES IN BOTH REFLECTIVE AND TRANSMISSIVE MODES AND A METHOD FOR MANUFACTURING IT}
도 1은 본 발명에 따른 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치의 바람직한 실시예의 레이아웃을 보여주는 평면도; 그리고
도 2는 도 1에서 A-A' 선을 따라 절단된 면을 보여주는 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 기판
2: 게이트 전극
3: 게이트 절연막
4: 액티브 영역
5a: 소오스 전극
5b: 드레인 전극
6: 유기 절연막
7: 버퍼 도전막
8: 반사막
8a: 반사판
9: 컨택 또는 컨택 홀
10: 박막트랜지스터 액정 표시 장치
11: 게이트 배선
12: 화소 전극 투명층
13: 데이타 배선
본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 반사 모드 (Reflective Mode) 및 투과 모드(Transmissive Mode)에서 영상을 표시할 수 있는 박막트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor LCD)및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정(Liquid Crystal)은 전계(Electric Field)의 영향에 의해 배열 변화시켜 편광의 위상 변화를 조절할 수 있는 물질로서, 비누물과 같이 고체도 아니고 액체도 아닌 중간 상태의 물질이다. 이와 같은 액정을 이용한 액정 표시 장치들(LCD)은 자체적으로 발광하지 않기 때문에 외부 광원이 필요하다.
일반적으로, 소형 전자계산기 등에서 사용되는 대부분의 단색 LCD 장치에서는 반사판이 주변 광을 반사하는데 사용된다. 따라서, 이와 같은 LCD 장치들은 "반사형(Reflective Type) 장치"라고 불린다. 반면에, 휴대용 컴퓨터, LCD TV, 또는 다른 컬러 표시 장치들 대부분에서는 백-라이트(Back-light)가 사용되고 있으며, 이런 LCD 장치들은 통상 "투과형(Transmissive Type) 장치"라 불린다.
또, 차량 등에서는 반사-투과형(Reflective-Transmissive Type) 또는 반투과형(Semi-Transparent Type)의 LCD 장치가 사용되고 있다. 이 장치는 주변 광이 충분히 강할 때는 주로 반사 모드로 사용하고, 그렇지 않을 때는 백-라이트를 이용하는 투과 모드로 사용한다.
어두운 곳에서도 사용이 가능하도록 하는 종래 기술에는 다음과 같은 두가지가 있다.
그 첫째는 LCD 패널(Panel)의 뒷면에 반투과막을 형성하는 기술이다. 이 기술에서는 백-라이트의 빛이 반투과막을 투과한다. 또, 반투과막은 밝은 환경에서 빛을 반사하는 반사막으로서 기능한다. 그러나, 이런 LCD 표시 장치가, 반사형 모드에서 동작할 때, 반투과막의 위치로 인해, 다시 말해, 반투과막이 패널의 외부에 형성되어 있기 때문에 큰 시차(Parallax)가 발생하여 그것의 반사형 특성이 크게 떨어지는 문제점을 갖고 있다.
두번째 기술은 반사형 LCD 패널에 프론트-라이트(Front-light)를 부착하는 것이다. 이 기술에서는 반사형 패널을 어두운 곳에서도 볼 수 있도록 하기 위해 패널의 전방에 광원이 배치된다. 하지만, 프론트-라이트에 사용하는 도광판 등에 의해, 동작할 때 그 반사 특성이 크게 떨어지기 때문에 가시성(Visibility)이 떨어진다.
따라서, 본 발명은 위에 기술한 종래의 제반 문제점들을 해결하기 위해 창안 된 것으로, 본 발명의 일반적인 목적은 한 화소 전극에 반사 영역과 투과 영역이 병존하는 반사-투과형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 향상된 반사 및 투과 특성을 갖는 반사-투과형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 5 매의 마스크 만을 사용하여 한 화소 전극에 반사 영역과 투과 영역이 병존하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 박막트랜지스터 액정 표시 장치(TFT-LCD)는 실외와 같은 밝은 환경에서 반사형을 위주로 기능할 수 있고, 실내와 같은 어두운 환경에서는 백-라이트를 위주로 사용하는 투과형 표시 장치로 기능하게 된다.
이와 같은 특성을 갖는 본 발명의 반사-투과형 TFT-LCD 장치는 투명 기판상에 형성된 게이트 전극 및 게이트 배선을 포함하는 게이트 패턴, 상기 게이트 패턴 위로 적층된 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막을 개재하여 상기 게이트 전극 위로 형성된 반도체 액티브 패턴, 상기 액티브 패턴 위로 형성되며 투명 도전막으로 이루어진 소오스/드레인 전극, 데이타 라인 및 화소 전극 투명층 , 상기 투명 도전막 위로 형성되며 상기 드레인 전극 혹은 상기 화소 전극 투명층 일부의 위쪽에 홀을 가지는 보호막, 상기 보호막 위로 형성되며 상기 홀을 통해 상기 드레인 전극 혹은 상기 화소 전극 투명층과 연결되고, 버퍼 도전막 및 반사막을 포함하는 화소 전극 반사판을 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
반사판은 버퍼 도전막 위로 반사막이 겹쳐져서 이루어지고, 버퍼 도전막의 반사율을 반사막의 반사율보다 작다. 따라서, 반도체 액티브 패턴 상부에 구비된 반사판에서 반도체 액티브 패턴으로 반사되는 광의 양이 감소되므로 반도체 액티브 패턴의 전기적 특성이 변하는 것을 방지할 수 있다.
이때 드레인 전극 혹은 화소 전극 투명층을 이루는 투명 도전막이 인듐 산화물 계통의 화합물, 특히, ITO라면 반사층을 이루는 알미늄, 혹은, 알미늄 합금층과 접촉할 때 절연성의 알미늄 산화물이 생길 수 있으므로 반사층을 형성할 때 크롬이나 텅스텐 몰리브덴 합금 같은 버퍼 도전막을 개재시켜 이중층으로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 반사-투과형 TFT LCD 장치를 제조하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 절연 기판 상에 화소 셀의 스위칭 소자로 사용되는 트랜지스터의 게이트 전극 및 게이트 배선이 형성된다. 이어, 게이트 절연막이 형성되고, 상기 절연막 상에 반도체막이 증착되며 상기 반도체막을 패터닝 하는 것에 의해 액티브 영역이 형성된다. 다음, 상기 액티브 영역이 형성된 기판 상에 투명 도전막이 형성된다. 상기 투명 도전막을 패터닝 하는 것에 의해 소오스 전극, 화소 전극 투명층, 드레인 전극, 그리고 데이타 배선이 형성된다. 이때, 상기 투명 도전막으로서는 대개 ITO 및 IZO 중 하나가 사용된다. 이후, 상기 기판 상에, 유기 절연막 등의 보호막이 형성되고, 상기 드레인 전극이나 상기 화소 전극 투명층의 일부 표면이 드러나도록 컨택 홀이 형성된다. 다음, 상기 유기 절연막 상에 상기 컨택 홀을 통해 상기 드레인 전극이나 상기 화소 전극 투명층과 전기적으로 연결되는 반사판이 형성된다. 상기 반사판은 버퍼 도전막과 반사막의 이중막으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 버퍼 도전막은 대개 크롬(Cr) 및 몰리브덴 텅스텐(MoW) 중 하나에 의해 형성되고, 상기 반사막은 주로 알루미늄, 알루미늄 합금 중 하나에 의해 형성된다. 상기 버퍼 도전막은 Al 반사막이 상기 투명 화소 영역의 물질 즉, ITO 또는 IZO과 반 응하는 것을 막기 위한 완충막으로서 작용한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 반사-투과형 TFT-LCD는 저전력 소비가 요구되는 스틸 카메라(Still Camera)와 같은 오디오-비디오 장치들, 손바닥 만한 크기의 개인용 컴퓨터들(Hand-Held Personal Computers), 그리고 높은 가시성이 요구되는 차량 등에서 유용하게 사용될 수 있다.
(실시예)
다음에는 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LCD 장치의 구조 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반사-투과형 TFT-LCD 장치(10)의 바람직한 실시예의 레이아웃을 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 반사-투과형 TFT-LCD 장치(10)에서 A-A' 선을 따라 절단된 면을 펼친 경우를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 먼저, 유리 등과 같은 투명한 절연 기판(1) 상에 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 크롬과 알루미늄의 이중막, 탄탈륨(Ta) 등의 금속막을 1500 내지 3000(바람직하게는 약 2000)Å 정도의 두께로 형성한 후, 게이트 마스크(Gate Mask)를 사용하여 박막트랜지스터의 게이트 전극(2) 및 게이트 배선(11)을 패터닝 한다. 상기 트랜지스터는 화소 셀의 스위칭 소자로서 사용된다.
다음, 게이트 전극(2)이 형성된 기판의 전체 표면 상에, 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 등과 같은 게이트 절연막(3)을 약 2000Å 정도의 두께로 형성하고, 상기 절연막(3) 상에 액티브층으로서 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)층 2000 내지 3000Å과 오믹 콘택(Ohmic contact)층으로서 고농도 불순물(n+)이 도핑된 비정질 실리콘층을 차례로 증착한다. 그리고, 액티브 마스크를 사용하여 상기 오믹 콘택층과 액티브층을 패터닝 하는 것에 의해 액티브 영역(4)을 얻는다.
다음, 기판 상에 인듐 틴 옥사이드(Indum Tin Oxide:ITO), 인듐 징크 옥사이드(IZO) 등과 같은 투명 도전막(5)을 약 500 내지 3000Å 정도의 두께로 형성한 후, 소오스(Source)/드레인(Drain) 마스크를 사용하여 소오스 전극(5a), 화소 전극 투명층(12), 드레인 전극(5b), 그리고 데이타 배선(13)을 형성한다. 이때, 투명 도전막을 식각한 다음에 오믹 콘택층도 소오스/드레인 사이를 식각으로 제거하여 트랜지스터의 채널을 형성한다. 화소 전극 투명층(12)은 드레인 전극과 전기적으로 접속되며 적어도 화소부의 투명 영역을 포함하도록 형성된다. 본 발명에서는 투명 도전막(5)을 사용하여 소오스 전극(5a), 화소 전극 투명층(12), 드레인 전극(5b) 및 데이타 배선(13)을 형성하기 때문에 배선 저항을 줄이기 위해서 소오스/드레인 영역을 가능한 넓게 설계하는 것이 바람직하며, 용도는 소화면 LCD에 한정하는 것이 바람직하다.
소오스/드레인 전극들이 형성된 기판 상에, 아크릴 계 등과 같은 유기 절연막(6)을 1 내지 3㎛ 정도의 두께로 형성한다. 상기 유기 절연막(6)의 두께를 적절히 조절함으로써 반사형 특성 및 투과형 특성을 조절할 수 있다.
이어, 상기 유기 절연막(6)의 표면을 평탄화 한 후, 컨택(Contact) 마스크를 사용하는 노광 공정을 진행하여 상기 유기 절연막(6)을 부분적으로 제거하는 것에 의해 상기 화소 전극 투명층(12)의 일부 표면이 드러나도록 컨택 홀(9)을 형성한다. 이때, 집광을 위한 렌즈의 형성이 요구되는 경우에는 컨택 및 렌즈 마스크(1 마스크) 또는 컨택 마스크 및 렌즈 마스크(2 마스크)를 사용하여 상기 유기 절연막(6)의 상면에 렌즈 기능을 위한 굴곡을 형성할 수도 있다.
다음, 상기 유기 절연막(6) 상에 상기 컨택 홀(9)을 통해 상기 화소 전극 투명층과 전기적으로 연결되는 버퍼 도전막(7)을 약 1000Å 정도의 두께로 증착한 다음 그 위에 반사막(8)을 얇게 형성한다.
마지막으로, 반사판 마스크를 사용하여 상기 버퍼 도전막(7) 및 상기 반사막(8)을 패턴닝 함으로써 반사판(8a)을 형성한다. 반사판(8a)은 화소 전극의 일부로서 화소부의 반사 영역을 이루게 되며, 전기적으로 화소 전극 투명층(12)을 통해 드레인 전극(5b)과 연결된다. 상기 버퍼 도전막(7)으로서는 크롬(Cr) 또는 몰리브덴 텅스텐(MoW)이 사용되고, 상기 반사막(8)으로서는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등이 사용된다. 특히, 상기 버퍼 도전막(7)을 몰리브덴 텅스텐(MoW)으로 형성하는 경우, 몰리브덴 텅스텐(MoW) 및 알루미늄은 동일한 에칭 용액을 이용한 습식 식각법에 의해 식각되므로 상기 버퍼 도전막(7)과 상기 반사막(8)을 한꺼번에 식각할 수 있다. 따라서, 공정의 단순화가 가능하다. 상기 버퍼 도전막(7)은 반사판(8a)으로 사용되는 알루미늄 막이 투명 화소 영역의 물질(즉, ITO, IZO)과 반응하는 것을 막기 위한 완충막의 역할을 한다.
또한, 상기 버퍼 도전막(7)의 반사율은 반사막(8)의 반사율보다 작으므로 상기 절연 기판(1)의 후면으로부터 상기 액트브층(4)이 형성된 영역에 대응하는 반사층(8a) 측으로 입사되어 상기 버퍼 도전막(7)에 의해 상기 액티브층(4)으로 반사되는 광의 양은 상기 반사막(8)에 의해 반사되는 경우보다 감소된다. 따라서, 광에 민감한 액티브층(4)이 광과 반응하여 전기적 특성이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따라서 반사-투과형 TFT-LCD 장치를 제조함에 있어서, 유기 절연막의 두께를 적절히 조절함으로써 반사형 특성 및 투과형 특성을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 반사 영역과 투과 영역의 면적의 비를 적절히 조절함으로써 반사형 특성 및 투과형 특성을 조절할 수 있다는 것이 잘 이해될 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 소오스/드레인 전극들로서 투명 도전막을 사용하면 정해진 면적의 화소 영역에서 투과 영역을 면적을 최대로 확보할 수 있기 때문에 투과 특성이 향상된 다시 말해, 가시성의 뛰어난 반사-투과형 컬러 액정 표시 장치를 얻을 수 있다. 또, 본 발명에 따르면, 5 매의 마스크 만을 사용하여 한 화소 영역에 반사 영역과 투과 영역이 병존하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치를 제조하는 것이 가능하다.

Claims (10)

  1. 동시에 반사형 및 투과형으로 영상을 표시할 수 있는 박막트랜지스터 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 있어서:
    투명한 기판 상에 게이트 전극 및 게이트 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극 및 게이트 배선 위로 게이트 절연막을 형성하는 단계와:
    상기 절연막 상에 액티브층을 적층하고 패터닝 하는 것에 의해 액티브 영역을 형성하는 단계와;
    기판 상에 투명 도전막을 적층한 후, 소오스 전극, 화소 전극 투명층, 드레인 전극 및 데이타 배선을 패터닝을 통해 형성하는 단계와;
    기판 상에 보호막을 적층한 후, 상기 드레인 전극 혹은 화소 전극 투명층의 일부가 드러나도록 컨택 홀을 형성하는 단계 및;
    상기 컨택 홀을 통해 상기 드레인 전극 혹은 화소 전극 투명층과 전기적으로 연결되고, 버퍼 도전막 및 반사막을 포함하는 반사판을 상기 보호막상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체층을 적층하고 상기 액티브 영역을 패터닝하기 전에 오믹 콘택층을 형성하는 단계와;
    상기 소오스/드레인 전극을 식각 마스크로 상기 액티브 영역에서 상기 오믹 콘택층을 식각 제거하는 단계를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사- 투과형 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 투명 도전막은 인듐 산화물 계통의 화합물로 형성하고,
    상기 반사판은 버퍼 도전막과 반사막을 차례로 적층하고 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 버퍼 도전막의 반사율은 상기 반사막의 반사율보다 작은 것을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 버퍼 도전막은 크롬(Cr) 또는 몰리브덴 텅스텐(MoW)으로 형성하고, 상기 반사막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 투명 기판상에 형성된, 게이트 전극 및 게이트 배선을 포함하는 게이트 패턴,
    상기 게이트 패턴 위로 적층된 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막을 개재하여 상기 게이트 전극 위로 형성된 반도체 액티브 패턴,
    상기 액티브 패턴 위로 형성되며 투명 도전막으로 이루어진 소오스/드레인 전극, 데이타 라인 및 화소 전극 투명층,
    상기 투명 도전막 위로 형성되며 상기 드레인 전극 혹은 상기 화소 전극 투명층 일부의 위쪽에 홀을 가지는 보호막 및
    상기 보호막 위로 형성되며 상기 홀을 통해 상기 드레인 전극 혹은 상기 화소 전극 투명층과 연결되고, 버퍼 도전막 및 반사막을 포함하는 반사판을 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액티브 패턴과 상기 소오스/드레인 전극 사이에 오믹 콘택층이 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사판은 버퍼 도전막 위로 반사막이 겹쳐져서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 버퍼 도전막의 반사율은 상기 반사막의 반사율보다 작은 것을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 버퍼 도전막은 크롬(Cr) 또는 몰리브덴 텅스텐(MoW)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치.
KR1019990052707A 1999-11-25 1999-11-25 반사-투과형 박막트랜지스터 액정 표시 장치 및 그 제조방법 KR100719333B1 (ko)

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