KR100806801B1 - Thin film transistor array panel for liquid crystal display and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화소전극과 게이트 또는 데이터 라인을 중첩시킴으로써 고개구율을 실현하는 것을 목적으로 하며, 기판상에 형성된 복수개의 칼라필터층과; 상기 칼라필터층을 포함한 기판의 전면에 형성된 평탄화막과; 상기 평탄화막상에 서로 교차하도록 형성된 복수개의 데이터라인 및 복수의 게이트라인과; 상기 각 데이터 라인과 상기 각 데이터 라인이 교차하는 부근에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 복수개의 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터를 포함한 기판의 전면에 형성되며, 저유전율을 갖는 보호막과; 상기 각 박막트랜지스터에 각각 연결되도록 상기 보호막상에 형성된 복수개의 화소전극을 포함하여 구성되는 것이다.
고개구율, TOC, 칼라필터 온 티에프티
An object of the present invention is to realize a high opening ratio by superimposing a pixel electrode and a gate or a data line, and comprising: a plurality of color filter layers formed on a substrate; A planarization film formed on the entire surface of the substrate including the color filter layer; A plurality of data lines and a plurality of gate lines formed to cross each other on the planarization film; A thin film transistor formed near the intersection of each data line and each data line; A passivation layer formed on an entire surface of the substrate including the plurality of data lines, gate lines, and thin film transistors and having a low dielectric constant; And a plurality of pixel electrodes formed on the passivation layer so as to be connected to each of the thin film transistors.
High opening ratio, TOC, color filter on TFT
Description
도 1은 제 1 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조단면도.1 is a structural cross-sectional view of a liquid crystal display device according to a first prior art.
도 2는 제 2 종래 기술에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 구조단면도.2 is a structural cross-sectional view of an array substrate for a liquid crystal display device according to a second prior art.
도 3a는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 구조평면도.3A is a structural plan view of an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention;
도 3b는 도 3a의 A-A` 선에 따른 구조단면도.Figure 3b is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of Figure 3a.
도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.4A through 4B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
301 : 절연기판 302 : 블랙매트릭스301: insulated substrate 302: black matrix
303 : 칼라필터층 304 : 평탄화막(Over coat)303: color filter layer 304: overcoat
305 : 데이터라인 306 : 보호막305: data line 306: protective film
307 : 화소전극307: pixel electrode
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a display device, and more particularly, to an array substrate for a liquid crystal display device and a manufacturing method thereof.
일반적으로 노트북 모니터의 TFT-LCD 모듈의 소비전력 가운데 백라이트가 차지하는 비중은 60% 이상이다. 이러한 전력소모를 줄이려면 개구율을 키워야 한다. 개구율(Aperture Ratio)이란 전체 디스플레이 면적에 대한 액티브 콘트라스트 생성 면적의 비율을 의미하는 것으로, 표시에 기여하는 면적의 합, 액정 디스플레이 패널에서는 표시에 기여하지 않는 부분 이외, 또 ITO 화소전극 내에서 블랙매트릭스를 제외한 면적을 총화소면적으로 나누면 그 비율이 개구율로서 실제 광투과에 기여하는 유효 투과영역이 된다.Generally, backlight accounts for more than 60% of the power consumption of TFT-LCD modules in notebook monitors. To reduce this power consumption, the aperture ratio must be increased. Aperture Ratio refers to the ratio of the active contrast generation area to the total display area.It is the sum of the area contributing to the display and the black matrix in the ITO pixel electrode except for the portion not contributing to the display in the liquid crystal display panel. Dividing the area except for by the total pixel area, the ratio becomes the effective transmission area contributing to the actual light transmission as the aperture ratio.
개구율에 영향을 미치는 요소는 게이트배선과 데이터배선의 두께, 화소전극과 데이터배선 또는 게이트배선과의 간격, 블랙매트릭스와 화소전극의 중첩 간격, 저장 캐패시턴스, 박막트랜지스터의 면적 등이 있다.Factors affecting the aperture ratio include the thickness of the gate wiring and the data wiring, the distance between the pixel electrode and the data wiring or the gate wiring, the overlapping distance between the black matrix and the pixel electrode, the storage capacitance, and the area of the thin film transistor.
고개구율을 구현하기 위해서는 상기와 같은 요소들의 크기를 줄여야 하는데 다음과 같은 고려사항이 있다.In order to realize a high opening rate, the size of the above elements should be reduced.
데이터배선은 데이터배선의 단선(open) 및 마스크 정렬오차를, 게이트배선은 게이트배선의 딜레이(Delay)를, 화소전극과 데이터라인의 간격은 마스크 정렬오차, 두 전극의 단락(short), 액정의 전경(Disinclination)을 고려해야 하고, 화소전극과 게이트배선의 간격은 마스크 정렬오차 및 기생용량을, 블랙매트릭스와 화소전극의 중첩간격은 블랙매트릭스 식각 손실, 합착 여유, 화소전극의 정렬오차 등을 고려해야 하며, 저장 캐패시턴스는 문턱전압(Feed through)을, 박막트랜지스터 면적은 충전율을 제고해야 한다. The data wiring is the open and mask alignment error of the data wiring, the gate wiring is the delay of the gate wiring, the gap between the pixel electrode and the data line is the mask alignment error, the short circuit of the two electrodes, and the liquid crystal Distinlination should be taken into consideration, and the pixel electrode and gate wiring spacing should be considered for mask alignment error and parasitic capacitance, and the black matrix and pixel electrode overlap spacing should take into account black matrix etching loss, bonding margin, and pixel electrode alignment error. In addition, the storage capacitance should raise the threshold voltage and the thin film transistor area should increase the charge rate.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조를 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a liquid crystal display device according to the related art will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 제 1 종래 기술에 따른 액정표시장치의 구조단면도이다.1 is a structural cross-sectional view of a liquid crystal display device according to a first prior art.
제 1 종래 기술에 따른 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터(도시하지 않음)가 형성되어 있는 하부 기판(101a)과 칼라필터가 형성되어 있는 상부 기판(101b)으로 구성되며, 상기 하부 기판(101a)에는 게이트 절연막(102)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(102) 상에는 데이터라인(103)들이 패터닝되어 있다. 또 상기 데이터라인(103)을 포함한 하부 기판(101a)의 전면위로 실리콘 질화물 재질의 보호막(104)이 적층되어 있고, 상기 보호막(104) 상에는 일정 간격으로 ITO(Indium Tin Oxide) 재질의 화소전극(105)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, the liquid crystal display according to the first conventional technology includes a
상부 기판(101b)에는 하판에 형성되어 있는 복수개의 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터로의 빛의 투과를 막기 위한 블랙매트릭스층(106)이 일정 간격으로 패터닝되어 있으며, 상기 블랙매트릭스층(106) 사이의 공간에 색표현을 구현하는 R, G, B의 칼라필터층(107)이 형성되어 있다. 상기 칼라필터층(107) 상에 칼라필터층(107)의 보호 및 평탄화를 위한 평탄화막(108)을 형성하는 것도 가능하다. 상기 평탄화막 상에 ITO 재질의 공통전극(109)이 형성되어 있다. The
도 2는 제 2 종래기술에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 구조단면도이다.2 is a structural cross-sectional view of an array substrate for a liquid crystal display device according to a second prior art.
제 2 종래기술에 따른 액정표시장치용 어레이기판은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 기판(201)상에 일정 간격으로 블랙매트릭스층(202)이 형성되어 있고, 상기 블랙매트릭스층(202) 사이의 공간에 색표현을 구현하기 위한 R, G, B의 칼라필터층(203)이 형성되어 있으며, 상기 칼라필터층(203)을 포함한 하부 기판(201) 전면 위로 평탄화막(204)이 형성되어 있다. 또, 상기 평탄화막(204)상에는 복수개의 데이터라인(205), 게이트라인 및 박막트랜지스터(도시하지 않음)가 일련의 공정을 통해 형성되어 있다. 또한 상기 복수개의 데이터라인(205), 게이트라인 및 박막트랜지스터를 포함한 하부 기판(201)의 전면상에 보호막(206)이 형성되어 있다. 상기 보호막(206)상에는 상기 블랙매트릭스층(202)와 소정부분 중첩되도록 ITO재질의 화소전극(207)이 형성되어 있다. In the array substrate for a liquid crystal display device according to the second conventional technology, as shown in FIG. 2, a
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그러나 상기와 같은 종래 액정표시장치용 어레이기판 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the conventional method for manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device has the following problems.
제 1 및 제 2 종래기술에 따른 액정표시장치는 상하판의 합착불균일 또는 액정의 전경선(Disinclination)에 따른 게이트 또는 데이터 라인과 화소전극 사이의 빛샘을 방지하기 위해 게이트 또는 데이터 라인의 폭보다 넓은 블랙매트릭스를 설계해야 하여 개구율이 떨어지는 단점이 있었다.The liquid crystal display according to the first and second prior arts has a wider black than the width of the gate or data line in order to prevent light leakage between the gate or data line and the pixel electrode due to unevenness of the upper and lower plates or discontinuity of the liquid crystal. Since the matrix had to be designed, there was a disadvantage that the aperture ratio was lowered.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 블랙매트릭스층을 게이트라인 또는 데이터라인의 배선 폭보다 작게 설계하거나 없애 개구율을 향상시킨 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.Disclosure of Invention The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, which improves the aperture ratio by designing or eliminating the black matrix layer smaller than the wiring width of the gate line or data line. There is this.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치용 어레이기판은 기판상에 형성된 복수개의 칼라필터층과; 상기 칼라필터층을 포함한 기판의 전면에 형성된 평탄화막과; 상기 평탄화막상에 서로 교차하도록 형성된 복수개의 데이터라인 및 복수의 게이트라인과; 상기 각 데이터 라인과 상기 각 데이터 라인이 교차하는 부근에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 복수개의 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터를 포함한 기판의 전면에 형성되며, 저유전율을 갖는 보호막과; 상기 각 박막트랜지스터에 각각 연결되도록 상기 보호막상에 형성된 복수개의 화소전극을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법은, 기판상에 복수개의 칼라필터층을 형성하는 단계와; 상기 칼라필터층을 포함한 기판의 전면에 평탄화막을 형성하는 단계와; 상기 평탄화막상에 서로 교차하도록 복수개의 데이터라인 및 복수의 게이트라인을 형성하는 단계와; 상기 각 데이터 라인과 상기 각 데이터 라인이 교차하는 부근에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 복수개의 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터를 포함한 기판의 전면에 형성되며, 저유전율을 갖는 보호막을 형성하는 단계와; 상기 각 박막트랜지스터에 각각 연결되도록 상기 보호막상에 형성된 복수개의 화소전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.An array substrate for a liquid crystal display device of the present invention for achieving the above object comprises a plurality of color filter layers formed on the substrate; A planarization film formed on the entire surface of the substrate including the color filter layer; A plurality of data lines and a plurality of gate lines formed to cross each other on the planarization film; A thin film transistor formed near the intersection of each data line and each data line; A passivation layer formed on an entire surface of the substrate including the plurality of data lines, gate lines, and thin film transistors and having a low dielectric constant; And a plurality of pixel electrodes formed on the passivation layer so as to be connected to each of the thin film transistors.
In addition, the method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: forming a plurality of color filter layers on the substrate; Forming a planarization film on the entire surface of the substrate including the color filter layer; Forming a plurality of data lines and a plurality of gate lines on the planarization layer so as to cross each other; Forming a thin film transistor near the intersection of each data line and each data line; Forming a passivation layer having a low dielectric constant formed on an entire surface of the substrate including the plurality of data lines, gate lines, and thin film transistors; And forming a plurality of pixel electrodes formed on the passivation layer so as to be connected to each of the thin film transistors, respectively.
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이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 평면도이며, 도 3b는 도 3a의 A-A` 선에 따른 구조단면도이다.3A is a plan view of an array substrate for a liquid crystal display according to the present invention, and FIG. 3B is a structural cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 3A.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판을 살펴보면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 하부 기판(301)상에 일정 간격으로 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305) 보다 작은 폭을 갖는 블랙매트릭스층(302)이 형성되어 있고, 상기 블랙매트릭스층(302) 사이의 공간에 색표현을 구현하기 위한 R, G, B의 칼라필터층(303)이 형성되어 있으며, 상기 칼라필터층(303)을 포함한 하부 기판(301)의 전면 위로 평탄화막(304)이 형성되어 있다. 또, 상기 평탄화막(304)상에는 복수개의 데이터라인(305), 게이트라인(308) 및 박막트랜지스터(310)가 일련의 공정을 통해 형성되어 있다. 상기 복수개의 데이터라인(305), 게이트라인(308) 및 박막트랜지스터(310)를 포함한 하부 기판(301)의 전면상에 보호막(306)이 형성되어 있다. 상기 보호막(306)상에는 상기 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305)과 소정부분(d1, d2) 중첩되도록 ITO(Induim Tin Oxide)재질의 화소전극(307)이 형성되어 있다. Referring to the array substrate for a liquid crystal display according to the present invention, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
상기 블랙매트릭스층(302)은 없어도 무방하다.The
한편, 제 1 및 제 2 종래기술에 따른 액정표시장치에 있어서 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305)과 화소전극(307)을 중첩시키지 못한 이유는 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305)과 화소전극(307) 사이에 존재하는 기생용량 커패시터 때문이다. 종래에는 이 기생용량 커패시터를 감소시키기 위해 상기 열거한 각 구성요소간이 중첩되지 않도록 설계해 왔다.Meanwhile, in the liquid crystal display device according to the first and second prior arts, the
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판에 있어서, 상기 보호막(306)을 유전율이 낮은 유기절연막으로 대체함으로써, 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305)과 화소전극(307) 간의 기생용량이 작아지므로 화소전극(307)과 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305)을 중첩시키는 것이 가능하다.In the array substrate for a liquid crystal display according to the present invention, the parasitic capacitance between the
상기 화소전극(307)과 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305)의 중첩부분 즉, 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305) 좌우의 화소전극(307)과의 중첩부분은 비대칭 구조도 가능하다. 이때, 화소전극(307)과 게이트라인(308)(또는 데이터라인(305))간의 중첩부분(d1, d2)의 최소 두께는 액정의 전경(Disinclination)을 고려해야 한다.The overlapping portion of the
전경 라인(Disinclination Line)은 서로 반대의 방향자를 가지는 액정 영역 사이의 경계를 말하는 것으로, 화소전극(307) 끝부분에 있어서 액정의 배향 및 전계 효과에 의해 전경(Disinclination)이 유발되어 빛샘현상이 발생된다.The foreground line refers to a boundary between liquid crystal regions having opposite directors. At the end of the
도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.4A to 4B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, 하부 기판(301) 상에 일정간격으로 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305)의 폭보다 작은 블랙매트릭스층(302)을 형성시키고 상기 블랙매트릭스층(302) 사이의 공간에 색표현을 구현하기 위한 R, G, B의 칼라필터층(303)을 형성시킨다. 상기 블랙매트릭스층(302)는 형성시키지 않을 수도 있다.As shown in FIG. 4A, a
이어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 칼라필터층(303)을 포함한 하부 기판(301)의 전면 위로 상기 칼라필터층(303)를 보호하기 위한 평탄화막(Over Coat)(304)을 형성시킨다. 상기 평탄화막(304)의 재료는 BCB, HSQ, SSQ, MSSQ, POSS, FOx 등과 같은 스핀 코팅 후 큐어(Cure) 등에 의하여 물성이 단단해 지는 모든 유기화합물이 가능하다.Next, as shown in FIG. 4B, an
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 평탄화막(304)상에 일련의 공정으로 복수개의 데이터라인(305), 게이트라인(308) 및 박막트랜지스터(도시하지 않음)를 형성시킨다. 상기 일련의 공정은 박막트랜지스터(310)의 경우 게이트 전극의 형성, 게이트절연막의 적층, 반도체층 형성, 소스/드레인전극의 형성 등의 공정을 말한다. 상기 데이터라인(305)은 소스/드레인 전극과, 상기 게이트라인(308)은 상기 게이트전극과 동일 물질, 동일 공정이다.Next, as shown in FIG. 4C, a plurality of
도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 복수개의 데이터라인(305), 게이트라인(308) 및 박막트랜지스터(310)를 포함한 하부 기판(301)의 전면 위로 실리콘 질화물과 같은 절연물질을 적층시켜 보호막(306)을 형성시키고 상기 보호막(306)상에 상기 게이트라인(308) 또는 데이터라인(305)과 소정부분 중첩되게, ITO 재질의 투명도전막을 스퍼터링(Sputtering)법을 통해 증착한 후 패터닝하여 화소전극(307)을 형성시킨다.As shown in FIG. 4D, a
이후, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 칼라필터층(303) 및 박막트랜지스터(310)가 형성된 하부 기판(301)과 그에 대향되어 박막트랜지스터(도시하지 않음)로의 빛의 투과를 막기 위해 블랙매트릭스가 형성되어 있는 상부 기판(도시되지 않음)을 합착한 후 액정을 형성한 후 봉입하면 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 제조공정은 완료된다.Subsequently, although not shown in the drawings, a black matrix is formed to prevent light from being transmitted to the
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. As described above, the liquid crystal display array substrate of the present invention and its manufacturing method have the following effects.
유기절연재료를 보호막으로 사용함으로써 게이트 또는 데이터 라인과 화소전극을 중첩시키는 것을 가능하게 하여, 게이트 또는 데이터 라인의 하부에 형성되던 블랙매트릭스를 상기 두 라인의 폭보다 작게 설계하거나 없애 개구율 향상을 실현시킬 수 있는 장점이 있다.
By using an organic insulating material as a protective film, it is possible to superimpose the gate or data line and the pixel electrode, so that the aperture ratio improvement can be realized by designing or eliminating the black matrix formed below the gate or data line smaller than the width of the two lines. There are advantages to it.
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