KR101804952B1 - 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 박막 트랜지스터 및 그 제조방법은 게이트전극과 드레인전극의 폭을 투과부 쪽으로 확대하는 한편, 드레인전극 하부에 광 차단패턴을 형성하여 채널 근처의 빛을 막아줌으로써 고휘도 백라이트 사용에 따른 광 누설(photo leakage) 현상을 최소화하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은 웨이비 노이즈와 같은 불량을 방지할 수 있으며, 그 결과 제품의 품질이 향상되는 효과를 제공한다.

Description

박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법{THIN FILM TRANSISTOR ARRAY SUBSTRATE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고휘도 백라이트 사용에 따른 광 누설 현상을 최소화한 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 박막 트랜지스터 어레이(thin film transistor array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.
도 2는 일반적인 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정표시장치의 어레이 기판(10)에는 상기 어레이 기판(10) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(16)과 데이터라인(17)이 형성되어 있으며, 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(16)에 연결된 게이트전극(21), 상기 데이터라인(17)에 연결된 소오스전극(22) 및 화소전극(18)에 연결된 드레인전극(23)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(21)과 소오스/드레인전극(22, 23) 사이의 절연을 위한 게이트절연막(미도시) 및 상기 게이트전극(21)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(22)과 드레인전극(23) 사이에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층(24)을 포함한다.
이때, 상기 화소전극(18)은 보호막(미도시)에 형성된 콘택홀(40)을 통해 상기 드레인전극(23)과 전기적으로 접속하게 된다.
상기 박막 트랜지스터는 채널의 형태가 U자형인 U자형 박막 트랜지스터를 나타내고 있으며, 이 경우 U자형의 소오스전극(22) 내에 드레인전극(23)이 위치하여 U자형의 채널을 형성하게 된다.
상기 일반적인 액정표시장치의 어레이 기판(10)은 액티브층(24)의 채널로 향하는 백라이트 빛을 게이트전극(21)으로 차단하도록 설계되어 있으나, 액티브층(24)의 외측에 단차 보상을 위한 패턴(24')이 형성되어 있는 한편, 개구부를 확보하기 위해 드레인전극(123)의 폭을 최소화함에 따라 게이트전극(21)에서 벗어난 부분(L)으로 빛이 새어 들어가 광 누설전류(leakage current)를 발생시키고 있다.
즉, 상기 액티브층(24)을 구성하는 비정질 실리콘은 빛을 받으면 도체의 성질을 띄게 되며, 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하여 화상을 표시하기 때문에 기본적으로 상기 액티브층(24)은 게이트전극(21)으로 가려주게 된다. 하지만, 빛은 반사, 회절 및 간섭이라는 성질을 가지고 있어 게이트전극(21)으로 액티브층(24)을 가려주었다 하더라도 다소의 빛이 액티브층(24)에 전달되게 되고, 이로 인해 백라이트가 구동할 때와 구동하지 않을 때 사이에 박막 트랜지스터의 특성에 차이가 발생하게 된다.
특히, 고휘도 백라이트(~10,000nit 이상)는 소비전류를 감소시키기 위해 PWM(pulse width modulation)라는 신호를 통해 빠르게 온/오프를 반복하도록 되어있는데, 이때 온-구간과 오프-구간 사이에 박막 트랜지스터의 특성이 차이가 나게 되면, 구동시 띠 모양의 얼룩이 물결처럼 흐르는 웨이비 노이즈(wavy noise) 불량이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에서 필연적으로 발생하는 광 누설전류(leakage current)를 구조적으로 보완하도록 한 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 고휘도 백라이트를 사용하는 모델에서 PWM(pulse width modulation) 신호로 백라이트를 제어할 때 발생하는 웨이비 노이즈(wavy noise) 현상을 개선하도록 한 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 박막 트랜지스터 어레이 기판은 기판 위의 게이트전극과 게이트라인, 상기 게이트전극과 상기 게이트라인이 구비된 상기 기판 위의 게이트절연막, 상기 게이트전극 상부에 상기 게이트전극보다 좁은 폭을 가진 액티브층, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인 및 상기 액티브층 상부에 상기 데이터라인으로부터 연장된 소오스전극과 상기 화소영역으로 연장된 연장부를 구비한 드레인전극, 상기 소오스전극과, 상기 드레인전극 및 상기 데이터라인이 구비된 상기 기판 위의 보호막 및 상기 보호막 위의 상기 화소영역에 구비되어 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 게이트전극은, 그 폭이 상기 데이터라인 및 상기 화소영역 쪽으로 확대되어 상기 데이터라인 및 상기 화소전극과 일부 중첩되고, 상기 연장부는 그 상부의 상기 화소전극과 중첩될 수 있다.
이때, 상기 연장부 하부에 상기 게이트전극과 상기 게이트라인을 구성하는 불투명 도전물질로 이루어져 상기 연장부와 중첩하는 광 차단패턴을 추가로 포함할 수 있다.
이때, 상기 광 차단패턴은 상기 게이트전극 및 상기 게이트라인과 1㎛ ~ 4㎛의 간격을 가질 수 있다.
상기 드레인전극의 연장부는 상기 광 차단패턴 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 화소전극은, 상기 보호막에 구비된 콘택홀을 통해 상기 연장부를 포함하는 상기 드레인전극에 전기적으로 접속할 수 있다.
상기 소오스전극은 U자형을 가지며, 상기 U자형의 소오스전극 내에 상기 드레인전극이 위치하여 U자형의 채널을 구성할 수 있다.
본 발명의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법은 기판에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 단계, 상기 게이트전극과 상기 게이트라인이 형성된 상기 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트전극 상부에 상기 게이트전극보다 좁은 폭을 가진 액티브층을 형성하는 단계, 상기 기판 위에 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하고, 상기 액티브층 상부에 상기 데이터라인으로부터 연장된 소오스전극과 상기 화소영역으로 연장된 연장부를 구비한 드레인전극을 형성하는 단계, 상기 소오스전극과, 상기 드레인전극 및 상기 데이터라인이 형성된 상기 기판 위에 보호막을 형성하는 단계 및 상기 보호막 위의 상기 화소영역에 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 게이트전극은, 그 폭을 상기 데이터라인 및 상기 화소영역 쪽으로 확대하여 상기 데이터라인 및 상기 화소전극과 일부 중첩되도록 형성하고, 상기 연장부는 그 상부의 상기 화소전극과 중첩되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 게이트전극과 상기 게이트라인을 형성할 때, 상기 연장부 하부에 상기 연장부와 중첩되도록, 상기 게이트전극과 상기 게이트라인을 구성하는 불투명 도전물질로 광 차단패턴을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이때, 상기 화소영역에 형성된 광 차단패턴은 상기 게이트전극 및 게이트라인과 단락이 되지 않는 한도에서 상기 게이트전극 및 게이트라인과의 간격이 최소화되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 광 차단패턴은 상기 게이트전극 및 상기 게이트라인과 1㎛ ~ 4㎛의 간격을 가지도록 형성할 수 있다.
상기 액티브층은 상기 게이트전극의 외측으로 노출되는 부분이 없도록 형성할 수 있다.
상기 드레인전극의 연장부는 상기 광 차단패턴 상부에 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 연장부와 상기 광 차단패턴은 역 마름모꼴의 형태로 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법은 광 누설 현상을 최소화함으로써 웨이비 노이즈와 같은 불량을 방지할 수 있게 된다. 그 결과 제품의 품질이 향상되는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 일반적인 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 6은 상기 도 5에 도시된 어레이 기판의 A-A'선에 따른 단면을 개략적으로 나타내는 도면.
도 7a 내지 도 7e는 상기 도 5에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.
도 8a 내지 도 8e는 상기 도 6에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 9 및 도 10은 암 상태 및 백라이트 조사에 따른 박막 트랜지스터의 트랜스퍼(transfer) 특성을 나타내는 그래프.
도 11 및 도 12는 백라이트 조사에 따른 화소부의 광 누설 상태를 보여주는 사진.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 방식 액정표시장치를 예를 들어 나타내고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 횡전계(In Plane Switching; IPS) 방식 액정표시장치 및 프린지 필드형(Fringe Field Switching; TTS) 액정표시장치에도 적용 가능하다.
이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 화소부를 포함하는 하나의 화소를 나타내고 있으며, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 하나의 화소를 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판(110)에는 상기 어레이 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 컬러필터 기판(미도시)의 공통전극과 함께 액정분자를 구동시키는 화소전극(118)이 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(116)에 연결된 게이트전극(121), 상기 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 상기 화소전극(118)에 전기적으로 접속된 드레인전극(123)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123) 사이의 절연을 위한 게이트절연막(미도시) 및 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(124)을 포함한다.
이때, 상기 액티브층(124)의 소오스/드레인영역은 오믹-콘택층(미도시)을 통해 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 오믹-콘택을 형성하게 된다.
또한, 상기 소오스전극(122)의 일부는 일 방향으로 연장되어 상기 데이터라인(117)과 연결되며, 상기 드레인전극(123)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 보호막(미도시)에 형성된 콘택홀(140)을 통해 상기 화소전극(118)에 전기적으로 접속하게 된다.
그리고, 상기 박막 트랜지스터는 채널의 형태가 U자형인 U자형 박막 트랜지스터를 나타내고 있으며, 이 경우 U자형의 소오스전극(122) 내에 드레인전극(123)이 위치하여 U자형의 채널을 형성하게 된다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판(110)은 액티브층(124)의 채널로 향하는 백라이트 빛을 차단하기 위해, 기존의 게이트전극(121)의 바깥으로 나가는 액티브층(124)의 외측에 형성된 단차 보상패턴을 삭제하여 최소화된 아일랜드 형태를 형성하는 한편, 그 하부의 게이트전극(121)의 폭을 투과부 쪽으로 확대함으로써 액티브층(124)의 채널 근처의 빛을 막아 광 누설전류를 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 참고로, 상기 투과부는 게이트전극(121)과 드레인전극(123) 사이의 빛이 새는 부분을 의미한다.
현재 소형 모델에서는 한정된 투과율 안에서 높은 휘도를 얻기 위하여, 고휘도의 백라이트를 사용하는 추세이다. 전술한 바와 같이, 상기 고휘도 백라이트는 소비전류를 감소시키기 위해 PWM 신호를 통해 빠르게 온/오프를 반복하도록 되어있는데, 이때 온-구간과 오프-구간 사이에 박막 트랜지스터의 특성이 차이가 나게 되면, 구동시 띠 모양의 얼룩이 물결처럼 흐르는 웨이비 노이즈 불량이 발생하게 된다. 상기 웨이비 노이즈는 화상에 매우 쉽게 확인이 가능하여 제품의 품질을 저하시키는 주요한 요인이 되고 있다.
참고로, 박막 트랜지스터의 특성이 백라이트의 온/오프에 따라 변화하는 것은 빛의 유무에 따라 액티브층(124)을 구성하는 비정질 실리콘의 저항이 달라지기 때문이다. 다시 말해, 비정질 실리콘은 소량의 빛을 통하여서도 그 저항 값이 변화하게 되어 백라이트가 켜져있을 때가 꺼져있을 때보다 전자를 통과시키기 쉬운 상태가 된다. 이에 따라 게이트 신호가 오프(off)되어, 드레인전극(123)에 충전되어있는 전압이 유지되어야 하는 시점에서 누설 현상으로 소오스전극(122) 쪽으로 소량의 전자가 이동하게 된다. 이는 화소전극(118)에 인가된 전압에 화소별로 차이를 발생하게 되고, 이것이 화상에 색감 차로 보이는 웨이비 노이즈 현상으로 나타나게 된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 드레인전극의 폭을 투과부 쪽으로 확대하여 빛을 차단하도록 한 것을 제외하고는 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판과 동일한 구성으로 이루어져 있다.
이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 화소부를 포함하는 하나의 화소를 나타내고 있으며, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 하나의 화소를 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판(210)에는 상기 어레이 기판(210) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(216)과 데이터라인(217)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(216)과 데이터라인(217)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 컬러필터 기판(미도시)의 공통전극과 함께 액정분자를 구동시키는 화소전극(218)이 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(216)에 연결된 게이트전극(221), 상기 데이터라인(217)에 연결된 소오스전극(222) 및 상기 화소전극(218)에 전기적으로 접속된 드레인전극(223)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(221)과 소오스/드레인전극(222, 223) 사이의 절연을 위한 게이트절연막(미도시) 및 상기 게이트전극(221)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(222)과 드레인전극(223) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(224)을 포함한다.
이때, 상기 액티브층(224)의 소오스/드레인영역은 오믹-콘택층(미도시)을 통해 상기 소오스/드레인전극(222, 223)과 오믹-콘택을 형성하게 된다.
또한, 상기 소오스전극(222)의 일부는 일 방향으로 연장되어 상기 데이터라인(217)과 연결되며, 상기 드레인전극(223)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 보호막(미도시)에 형성된 콘택홀(240)을 통해 상기 화소전극(218)에 전기적으로 접속하게 된다.
그리고, 상기 박막 트랜지스터는 채널의 형태가 U자형인 U자형 박막 트랜지스터를 나타내고 있으며, 이 경우 U자형의 소오스전극(222) 내에 드레인전극(223)이 위치하여 U자형의 채널을 형성하게 된다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판(210)은 액티브층(224)의 채널로 향하는 백라이트 빛을 차단하기 위해, 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하게 게이트전극(221)의 바깥으로 나가는 액티브층(224)의 외측에 형성된 단차 보상패턴을 삭제하여 최소화된 아일랜드 형태를 형성하고, 그 하부의 게이트전극(221)의 폭을 투과부 쪽으로 확대하는 한편, 액티브층(224)에서 다소 떨어진 화소영역까지 드레인전극(223)의 폭을 확대함으로써 액티브층(224)의 채널 근처의 빛을 막아 광 누설전류를 보다 더 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 드레인전극(223)이 화소영역 쪽으로 확대된 부분은 연장부(223')를 구성하며, 상기 드레인전극(223)의 연장부(223')에 의해 액티브층(224)의 채널에 전달되는 광량을 매우 낮게 낮출 수 있어 화상에 문제가 없는 수준까지 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 드레인전극 하부에 게이트 금속으로 광 차단패턴을 형성한 것을 제외하고는 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판과 동일한 구성으로 이루어져 있다.
이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 화소부를 포함하는 하나의 화소를 나타내고 있으며, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 하나의 화소를 나타내고 있다.
도 6은 상기 도 5에 도시된 어레이 기판의 A-A'선에 따른 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 어레이 기판(310)에는 상기 어레이 기판(310) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(316)과 데이터라인(317)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(316)과 데이터라인(317)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 컬러필터 기판(미도시)의 공통전극과 함께 액정분자를 구동시키는 화소전극(318)이 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(316)에 연결된 게이트전극(321), 상기 데이터라인(317)에 연결된 소오스전극(322) 및 상기 화소전극(318)에 전기적으로 접속된 드레인전극(323)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(321)과 소오스/드레인전극(322, 323) 사이의 절연을 위한 게이트절연막(315a) 및 상기 게이트전극(321)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(322)과 드레인전극(323) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(324)을 포함한다.
이때, 상기 액티브층(324)의 소오스/드레인영역은 오믹-콘택층(325n)을 통해 상기 소오스/드레인전극(322, 323)과 오믹-콘택을 형성하게 된다.
또한, 상기 소오스전극(322)의 일부는 일 방향으로 연장되어 상기 데이터라인(317)과 연결되며, 상기 드레인전극(323)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 보호막(315b)에 형성된 콘택홀(340)을 통해 상기 화소전극(318)에 전기적으로 접속하게 된다.
그리고, 상기 박막 트랜지스터는 채널의 형태가 U자형인 U자형 박막 트랜지스터를 나타내고 있으며, 이 경우 U자형의 소오스전극(322) 내에 드레인전극(323)이 위치하여 U자형의 채널을 형성하게 된다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판(310)은 액티브층(324)의 채널로 향하는 백라이트 빛을 차단하기 위해, 전술한 본 발명의 제 2 실시예와 동일하게 게이트전극(321)의 바깥으로 나가는 액티브층(324)의 외측에 형성된 단차 보상패턴을 삭제하여 최소화된 아일랜드 형태를 형성하고, 그 하부의 게이트전극(321)의 폭을 투과부 쪽으로 확대하며 액티브층(324)에서 다소 떨어진 화소영역까지 드레인전극(323)의 폭을 확대하는 한편, 상기 드레인전극(323) 하부에 게이트 금속으로 광 차단패턴(321')을 형성함으로써 액티브층(324)의 채널 근처의 빛을 효과적으로 막아 광 누설전류를 최소화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 드레인전극(323)이 화소영역 쪽으로 확대된 부분은 연장부(323')를 구성하는데, 상기 연장부(323')를 포함하는 드레인전극(323)은 액티브층(324) 위에 위치하는 구성요소로써 본 발명의 제 3 실시예에서는 액티브층(324) 아래에서부터 백라이트 빛을 원천적으로 차단할 수 있는 게이트 금속의 광 차단패턴(321')을 형성함에 따라 액티브층(324)의 채널에 전달되는 빛을 이중으로 차단할 수 있어 보다 효과적으로 광 누설전류를 최소화할 수 있게 된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판의 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7a 내지 도 7e는 상기 도 5에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.
도 8a 내지 도 8e는 상기 도 6에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
도 7a 및 도 8a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(310)에 게이트전극(321)과 게이트라인(316)을 형성하며, 상기 어레이 기판(310)의 화소영역에 광 차단패턴(321')을 형성한다.
이때, 상기 게이트전극(321)과 게이트라인(316) 및 광 차단패턴(321')은 제 1 도전막을 상기 어레이 기판(210) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.
여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 및 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 상기 저저항 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수 있다.
이때, 상기 게이트전극(321)은 그 폭을 투과부, 즉 화소영역 쪽으로 확대하여 그 위에 형성될 액티브층이 하부의 백라이트 빛에 가려지도록 하며, 상기 화소영역에 형성된 광 차단패턴(321')은 상기 게이트전극(321) 및 게이트라인(316)과 단락이 되지 않은 한도에서 상기 게이트전극(321) 및 게이트라인(316)과의 간격이 최소화될 수 있도록 형성할 수 있다. 일 예로 상기 광 차단패턴(321')은 상기 게이트전극(321) 및 게이트라인(316)과 약 1㎛ ~ 4㎛의 간격을 가지도록 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7b 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(321)과 게이트라인(316) 및 광 차단패턴(321')이 형성된 어레이 기판(310) 전면에 게이트절연막(315a)과 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막을 형성한다.
이후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(310)의 화소부에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브층(324)을 형성한다.
이때, 상기 액티브층(324) 위에는 상기 액티브층(324)과 실질적으로 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(325)이 형성되게 된다.
상기 액티브층(324)은 외측에 형성된 단차 보상패턴이 삭제되어 최소화된 아일랜드 형태를 가지며, 그 하부의 게이트전극(321)보다 좁은 폭을 가지도록 패터닝되어 상기 게이트전극(321)의 외측으로 노출되는 부분이 없도록 할 수 있다.
다음으로, 도 7c 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(324)과 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(325)이 형성된 어레이 기판(310) 전면에 제 2 도전막을 형성한다.
이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인을 구성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 크롬, 몰리브덴 및 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제 3 도전막은 상기 저저항 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수 있다.
이후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 통해 상기 n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 선택적으로 제거함으로써 상기 액티브층(324) 상부에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 소오스전극(322)과 드레인전극(323)을 형성한다.
이때, 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 어레이 기판(310)의 데이터라인 영역에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 데이터라인(317)을 형성하는 한편, 상기 드레인전극(323)의 폭을 액티브층(324)에서 다소 떨어진 화소영역까지 확대하여 소정의 연장부(323')를 형성하게 된다.
이때, 도면에는 U자형의 소오스전극(322) 내에 드레인전극(323)이 위치하여 U자형의 채널을 형성함에 따라 U자형 박막 트랜지스터가 형성된 경우를 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 드레인전극(323)의 연장부(323')는 상기 광 차단패턴(321') 상부에 위치하게 되며, 전술한 바와 같이 상기 연장부(323')를 포함하는 드레인전극(323)은 액티브층(324) 위에 위치하는 구성요소이며, 상기 드레인전극(323)의 연장부(323') 하부에 게이트 금속의 상기 광 차단패턴(321')을 형성함에 따라 액티브층(324)의 채널에 전달되는 빛을 이중으로 차단할 수 있어 보다 효과적으로 광 누설전류를 최소화할 수 있게 된다. 이때, 도면에는 상기 드레인전극(323)의 연장부(323')와 광 차단패턴(321')이 역 마름모꼴의 형태를 가지는 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 액티브층(324) 상부에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 액티브층(324)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(322, 323) 사이를 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층(325n)이 형성되게 된다.
다음으로, 도 7d 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 소오스전극(322)과 연장부(323')를 포함하는 드레인전극(323) 및 데이터라인(317)이 형성된 어레이 기판(310) 전면에 보호막(315b)을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 연장부(323')를 포함하는 드레인전극(323)의 일부를 노출시키는 콘택홀(340)을 형성한다.
이때, 상기 보호막(315b)은 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2)과 같은 무기절연막으로 형성하거나, 포토 아크릴과 같은 유기절연막으로 형성할 수 있다.
그리고, 도 7e 및 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(315b)이 형성된 어레이 기판(310) 전면에 제 3 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 5 마스크공정)을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 콘택홀(340)을 통해 드레인전극(323)과 전기적으로 접속하는 화소전극(318)을 형성하게 된다.
이때, 상기 제 3 도전막은 화소전극(318)을 형성하기 위해 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질을 포함한다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예의 어레이 기판은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 컬러필터 기판과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 컬러필터 기판에는 상기 박막 트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스와 적, 녹 및 청색의 컬러를 구현하기 위한 컬러필터가 형성되어 있다.
이때, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판의 합착은 상기 컬러필터 기판 또는 어레이 기판에 형성된 합착키를 통해 이루어진다.
도 9 및 도 10은 암 상태 및 백라이트 조사에 따른 박막 트랜지스터의 트랜스퍼(transfer) 특성을 나타내는 그래프이다.
이때, 상기 도 9는 기존 구조의 박막 트랜지스터에 대한 트랜스퍼 특성을 나타내고 있으며, 도 10은 상기 본 발명의 박막 트랜지스터에 대한 트랜스퍼 특성을 예를 들어 나타내고 있다.
또한, 상기 도 9는 암(dark) 상태 및 500nit, 1000nit, 2000nit, 5000nit, 10000nit, 14000nit의 백라이트 빛이 조사된 상태에서의 트랜스퍼 특성을 나타내고 있다. 상기 도 10은 500nit, 1000nit, 5000nit, 10000nit, 14000nit의 백라이트 빛이 조사된 상태에서의 트랜스퍼 특성을 나타내고 있다.
상기 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 경우에 박막 트랜지스터의 오프-전류(off current)(IOFF)가 기존 구조에 비해 저감되는 것을 확인할 수 있으며, 오프-전류 특성이 개선됨에 따라 광 누설 현상이 감소할 것으로 판단된다.
즉, 기존 구조의 경우에는 휘도가 증가함에 따라 누설 전류가 증가하는 것을 알 수 있으나, 본 발명의 경우에는 휘도에 따른 누설 전류의 변화가 거의 없이 낮은 상태로 유지되고 있으며, 특히 고휘도 백라이트(~10,000nit 이상)의 빛이 조사된 상태에서도 오프-전류가 낮게 유지되고 있음을 알 수 있다.
도 11 및 도 12는 백라이트 조사에 따른 화소부의 광 누설 상태를 보여주는 사진으로써, 상기 도 11은 기존 구조의 박막 트랜지스터에 대한 화소부의 광 누설 상태를 보여주며, 상기 도 12는 본 발명의 박막 트랜지스터에 대한 화소부의 광 누설 상태를 보여주고 있다.
상기 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 경우에 백라이트 조사에 대한 박막 트랜지스터의 화소부에서의 빛 투과영역, 즉 투과부가 기존 구조에 비해 축소되고 있음을 확인할 수 있다. 이는 기존 구조에 비해 액티브층 근처의 투과부가 축소되었음을 알 수 있으며, 이에 따라 박막 트랜지스터의 성능이 향상되게 된다.
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예 모두에서 채널 및 패턴 형성에 문제가 없으며, 모든 패턴의 CD(critical dimension) 설계에서도 문제가 없음을 알 수 있었다. 특히, 상기 본 발명의 제 3 실시예의 경우에 웨이비 노이즈 현상이 매우 미약한 수준에서 보이거나, 보이지 않는 수준으로 크게 개선되었음을 알 수 있었다.
상기 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
110~310 : 어레이 기판 116~316 : 게이트라인
117~317 : 데이터라인 118~318 : 화소전극
121~321 : 게이트전극 122~322 : 소오스전극
123~323 : 드레인전극 124~324 : 액티브층
223',323' : 연장부 321' : 광 차단패턴

Claims (13)

  1. 기판에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 단계;
    상기 게이트전극과 상기 게이트라인이 형성된 상기 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계;
    상기 게이트전극 상부에 상기 게이트전극보다 좁은 폭을 가진 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 기판 위에 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하고, 상기 액티브층 상부에 상기 데이터라인으로부터 연장된 소오스전극과 상기 화소영역으로 연장된 연장부를 구비한 드레인전극을 형성하는 단계;
    상기 소오스전극과, 상기 드레인전극 및 상기 데이터라인이 형성된 상기 기판 위에 보호막을 형성하는 단계; 및
    상기 보호막 위의 상기 화소영역에 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 게이트전극은, 그 폭을 상기 데이터라인 및 상기 화소영역 쪽으로 확대하여 상기 데이터라인 및 상기 화소전극과 일부 중첩되도록 형성하고,
    상기 연장부는 그 상부의 상기 화소전극과 중첩되도록 형성하는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트전극과 상기 게이트라인을 형성할 때, 상기 연장부 하부에 상기 연장부와 중첩되도록, 상기 게이트전극과 상기 게이트라인을 구성하는 불투명 도전물질로 광 차단패턴을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 광 차단패턴은 상기 게이트전극 및 상기 게이트라인과 1㎛ ~ 4㎛의 간격을 가지도록 형성하는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 액티브층은 상기 게이트전극의 외측으로 노출되는 부분이 없도록 형성하는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 연장부와 상기 광 차단패턴은 역 마름모꼴의 형태로 형성하는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법.
  8. 기판 위의 게이트전극과 게이트라인;
    상기 게이트전극과 상기 게이트라인이 구비된 상기 기판 위의 게이트절연막;
    상기 게이트전극 상부에 상기 게이트전극보다 좁은 폭을 가진 액티브층;
    상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인 및 상기 액티브층 상부에 상기 데이터라인으로부터 연장된 소오스전극과 상기 화소영역으로 연장된 연장부를 구비한 드레인전극;
    상기 소오스전극과, 상기 드레인전극 및 상기 데이터라인이 구비된 상기 기판 위의 보호막; 및
    상기 보호막 위의 상기 화소영역에 구비되어 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 포함하며,
    상기 게이트전극은, 그 폭이 상기 데이터라인 및 상기 화소영역 쪽으로 확대되어 상기 데이터라인 및 상기 화소전극과 일부 중첩되고,
    상기 연장부는 그 상부의 상기 화소전극과 중첩되는 박막 트랜지스터 어레이 기판.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 연장부 하부에 상기 게이트전극과 상기 게이트라인을 구성하는 불투명 도전물질로 이루어져 상기 연장부와 중첩하는 광 차단패턴을 추가로 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 광 차단패턴은 상기 게이트전극 및 상기 게이트라인과 1㎛ ~ 4㎛의 간격을 가지는 박막 트랜지스터 어레이 기판.
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 화소전극은, 상기 보호막에 구비된 콘택홀을 통해 상기 연장부를 포함하는 상기 드레인전극에 전기적으로 접속하는 박막 트랜지스터 어레이 기판.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 소오스전극은 U자형을 가지며, 상기 U자형의 소오스전극 내에 상기 드레인전극이 위치하여 U자형의 채널을 구성하는 박막 트랜지스터 어레이 기판.
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