KR19990050745A - 액정 표시 장치용 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

투명한 유리 기판 위에 박막 트랜지스터와 유지 전극을 형성한 후, 유지 전극 상부의 게이트 절연막 위에 투명한 보조 전극을 형성한다. 다음, 기판의 전면에 보호막을 형성하고, 보호막 위에 유기 재료로 이루어진 블랙 매트릭스와 컬러 필터를 형성한다. 컬러 필터 위에는 접촉구를 통하여 보조 전극과 연결되고, 동시에 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 ITO 화소 전극을 형성한다.

Description

액정 표시 장치용 기판 및 그 제조 방법

이 발명은 액정 표시 장치용 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 박막 트랜지스터 기판에 함께 형성한 액정 표시 장치용 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

이제, 종래의 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

액정 표시 장치는 투명한 상판과 하판 사이에 액정이 주입되어 있는 구조를 가진다. 이 때, 상판의 하면에는 컬러 필터, 블랙 매트릭스 및 투명한 공통 전극이 차례로 형성되어 있고, 하판의 상면에는 박막 트랜지스터, 게이트선, 데이터선 및 유지 용량 전극이 형성되어 있고, 그 위에 질화규소로 이루어진 보호막이 기판 전면에 걸쳐 덮여 있고, 보호막 위에 ITO(indium-tin-oxide) 화소 전극이 형성되어 있다.

그런데 근래에는 높은 개구율을 얻기 위하여 화소 전극을 데이터선에 겹쳐질 정도로 넓게 형성하려는 경향이 있다. 그러나 이렇게 화소 전극을 데이터선에 겹치게 형성하게 되면, 화소 전극과 데이터선 사이에 기생 용량이 존재하게 된다. 이러한 기생 용량은 액정 표시 장치의 구동에 악영향을 끼치므로 감소시킬 필요가 있고, 이를 위해서 화소 전극 아래에 형성되는 보호막을, 유기 절연제를 사용하여 상당히 두껍게 형성한다. 이 때, 유기 절연막의 두께는 1㎛ 이상이 된다.

이러한 구조에서 두꺼운 유기 절연막은 빛의 투과율을 저하시키는 원인이 되며, 유지 용량 전극과 화소 전극 사이의 거리를 멀게 하므로 충분한 유지 용량을 얻기 위해서는 유지 용량 전극을 보다 넓게 형성하여야 하는데, 이는 개구율 감소의 원인으로 작용한다.

본 발명의 과제는 상기한 바와 같이 액정 표시 장치의 빛의 투과율을 향상시키는 것이다.

본 발명의 또 하나의 과제는 충분한 유지 용량을 확보하면서도 개구율을 높일 수 있는 방안을 마련하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 배치도이고,

도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ′선을 따라 절단한 단면도이고,

도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 박막 트랜지스터, 게이트선, 데이터선 및 유지 전극이 형성되어 있는 하판 위에 유지 용량을 보상해 주기 위한 ITO 보조 전극을 형성하고, 그 위에 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 형성한 후 컬러 필터 위에 화소 전극을 형성한다. 블랙 매트릭스와 컬러 필터는 화소 전극과 데이터선 사이의 기생 용량에 의한 신호의 간섭을 막아 주는 역할을 한다. 또, ITO 보조 전극이 유지 전극의 상부의 게이트 절연막 위에 형성되어 드레인 전극과 접촉되어 있으며, 접촉구를 통해 화소 전극과도 연결되어 있다. 이 ITO 보조 전극은 'ㄱ' 자 모양으로 형성되어 있다. 박막 트랜지스터와 투명한 보조 전극의 위에는 기판 전면에 걸쳐 보호막이 덮여 있다.

이러한 액정 표시 장치용 기판을 제조할 때에는 투명한 절연 기판 위에 게이트 배선 및 유지 용량 전극의 패턴을 형성하고, 그 위에 절연막을 적층한다. 절연막 위에 반도체층, 도핑된 비정질 규소층을 차례로 형성하고, 소스 및 드레인 전극 및 데이터 배선을 형성한 후, 유지 용량 전극 상부의 게이트 절연막 위에 투명한 보조 전극을 형성한다. 다시, 기판 전면에 보호막을 적층하고, 그 위에 블랙 매트릭스와 컬러 필터를 형성한다. 이 때, 블랙 매트릭스와 컬러 필터는 어느 쪽이 먼저 형성되어도 무방하다. 다음, 컬러 필터와 블랙 매트릭스 및 보호막을 식각하여 접촉구를 형성하고, 컬러 필터의 위에 ITO 화소 전극을 형성한다.

이제 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

먼저 존 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판 및 그 단면도인 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 기판에 대하여 설명한다.

유리 따위의 투명한 절연 기판(1) 위에 알루미늄 합금막 등으로 이루어져 있으며 외부로부터 주사 신호를 전달하는 게이트선(2) 및 게이트선(2)과 동일한 재질의 유지 전극선(3)이 가로로 형성되어 있으며, 게이트선(2)의 일부는 게이트 전극(21)이 된다. 그 위에는 기판(1)의 전면에 걸쳐 질화규소로 이루어진 게이트 절연막(4)이 적층되어 있다. 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(4) 위에는 비정질 규소층(5)이 형성되어 있고, 반도체층(5)의 위에는 게이트 전극(21)을 중심으로 하여 양편으로 n형 불순물로 고순도로 도핑된 비정질 규소층(71, 72)이 형성되어 있으며, 도핑된 비정질 규소층(71, 72)의 위에는 소스 전극(81) 및 드레인 전극(82)이 게이트 절연막(4) 위에까지 연장되어 형성되어 있다. 만약, 식각 차단형 박막 트랜지스터(etch stopper type TFT)라면 비정질 규소층(5)의 중앙 상부에 질화규소 등으로 이루어진 식각 차단층이 형성되고, 이 식각 차단층의 위에 도핑된 비정질 규소층(71, 72)이 형성될 것이다. 또한 게이트 절연막(4) 위에는 외부로부터 화상 신호를 전달하는 데이터선(13)과 데이터선(13)의 분지인 소스 전극(81)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(4) 위에는 또한 ITO(indium-tin-oxide) 등으로 이루어진 투명한 보조 전극(6)이 유지 전극선(3)과 중첩되도록 형성되어 있으며, 'ㄱ' 자형으로 구부러져 드레인 전극(82)과 연결되어 있다. 인접한 두 줄의 게이트선(2)과 인접한 두 줄의 데이터선(13)이 교차하여 생기는 사각형의 영역이 하나의 화소를 이룬다. 소스 및 드레인 전극(81, 82)과 투명한 보조 전극(6)과 데이터선(13)의 위에는 보호막(9)이 기판 전면에 걸쳐 적층되어 있다. 보호막(9)은 박막 트랜지스터 등이 오염되는 것을 막기 위한 것으로 질화규소 등으로 이루어진다. 박막 트랜지스터와 게이트선(2) 및 데이터선(13) 상부의 보호막(9) 위에는 블랙 매트릭스(10)가 박막 트랜지스터와 게이트선(2) 및 데이터선(13)을 충분히 덮을 수 있을 정도로 넓게 형성되어 있다. 보호막(9) 위의, 블랙 매트릭스(10)로 덮이지 아니한 부분에는 컬러 필터(11)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(10)로는 유기 물질을 사용한다. 컬러 필터(11)의 위에는 ITO 화소 전극(12)이 형성되어 있는데, 이 ITO 화소 전극(12)은 컬러 필터(11)와 블랙 매트릭스(10) 및 보호막(9)을 통과하여 뚫려 있는 접촉구(14)를 통해 투명한 보조 전극(6)과 접촉하고 있으며, 드레인 전극(82)과 전기적으로 연결되어 있다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치의 상판에는 공통 전극만이 형성되어 있고, 상판과 하판의 사이에 액정이 주입되어 있다.

이러한 구조를 취하면, 기생 용량의 제거를 위해 두껍게 형성하여야 할 보호막 상부의 유기 절연막을 컬러 필터(11)와 블랙 매트릭스(10)로 대체할 수 있어서 빛의 투과율을 향상시킬 수 있고, 화소 전극(12)과 연결되어 있는 투명한 보조 전극(6)이 유지 전극선(3)과 4000Å 정도의 매우 좁은 간격을 두고 위치하게 되므로 유지 용량이 증대된다.

이제, 상기한 바와 같은 구조의 하판을 제조하는 방법을 도 3a와 도 3b를 참고로 하여 설명한다. 도 3a와 도 3b는 도 1에서 절단선 Ⅱ-Ⅱ′의 단면을 도시한 것이다.

도 3a에 나타난 바와 같이, 기판(1) 위에 게이트 배선으로 사용될 알루미늄 합금 등의 금속을 증착하고 패터닝하여 게이트선(2) 및 유지 전극선(3)을 형성하고, 질화규소층을 적층하여 게이트 절연막(4)을 형성한다. 이어, 비정질 규소층, 도핑된 비정질 규소층을 차례로 적층한 다음 함께 패터닝하고, 금속을 적층하고 패터닝하여 소스 및 드레인 전극(81, 82)과 데이터선(13)을 형성하고, 소스 및 드레인 전극(81, 82) 및 데이터선(13)을 마스크로 도핑된 비정질 규소층을 식각한 다음, ITO층을 적층하고 패터닝하여 투명한 보조 전극(6)을 형성한다.

다음, 도 3b에 나타난 바와 같이, 기판 전면에 질화규소층을 적층하여 보호막(9)을 형성하고, 박막 트랜지스터와 게이트선(2) 및 데이터선(3)의 상부에 블랙 매트릭스(10)를 형성한다. 이어, 빨강, 파랑, 녹색의 컬러 필터층을 각 색깔별로, 적층하고 패터닝하는 과정을 반복하여 각 화소마다 필요한 한가지 색상의 컬러 필터(11)를 형성한다. 마지막으로, 도 2에 나타난 바와 같이, 컬러 필터(11), 블랙 매트릭스(10), 보호막(9)을 통과하여 보조 전극을 노출시키는 접촉구(14)를 뚫고, ITO를 적층하고 패터닝하여 ITO 화소 전극(12)을 형성한다.

만약, 식각 차단형 박막 트랜지스터를 형성한다면, 앞의 제조 과정중 비정질 규소층과 도핑된 비정질 규소층을 차례로 적층하는 단계를 다음과 같이 변경하여야 한다. 비정질 규소층을 적층한 후, 질화규소층을 적층하고 패터닝하여 식각 차단층을 형성하고, 도핑된 비정질 규소층을 적층한다. 나머지 제조 과정은 동일하다.

본 발명의 실시예에서와 같이 보조 전극을 형성하여 유지 용량을 보상하는 방법은 컬러 필터와 블랙 매트릭스가 박막 트랜지스터 기판에 형성되는 경우 외에도 다른 구조에도 적용 가능하다.

보호막 상부에 위치하던 유기 절연막을 생략할 수 있어서 빛의 투과율을 향상시킬 수 있고, 유지 전극과 화소 전극과 연결되어 있는 보조 전극간의 거리가 매우 좁혀지게 되어 유지 전극의 폭을 좁히더라도 필요한 유지 용량을 확보할 수 있으므로 개구율을 증가시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 투명한 절연 기판,

   상기 기판 위에 형성되어 있으며, 게이트 전극, 반도체층, 상기 게이트전극과 반도체층 사이에 형성되어 있으며 상기 게이트 전극과 반도체층을 절연시키는 게이트 절연막, 상기 반도체층과 각각 접촉되어 있는 소스 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터,

   상기 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트 절연막으로 덮여 있는 유지 전극,

   상기 게이트 절연막의 위에 형성되어 있고, 상기 유지 전극의 상부에 위치하는 보조 전극,

   상기 박막 트랜지스터와 상기 보조 전극을 덮고 있는 보호막,

   상기 보호막 위에 형성되어 있는 블랙 매트릭스와 컬러 필터,

   상기 컬러 필터 위에 형성되어 있고, 상기 보조 전극 및 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 기판.
2. 제1항에서,

   상기 보조 전극이 상기 블랙 매트릭스, 컬러 필터, 보호막에 형성되어 있는 접촉구를 통하여 화소 전극과 연결되어 있는 액정 표시 장치용 기판.
3. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 보조 전극은 ITO로 이루어져 있는 액정 표시 장치용 기판.
4. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 보호막은 질화규소(SiNx)로 이루어진 액정 표시 장치용 기판.
5. 투명한 절연 기판 위에 유지 전극과 게이트선을 형성하는 단계,

   게이트 절연막을 형성하는 단계,

   상기 게이트 절연막 위에 반도체층을 형성하는 단계,

   상기 반도체층과 접촉하도록 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계,

   상기 게이트 절연막 위의 유지 전극 상부에 보조 전극을 형성하는 단계,

   보호막을 형성하는 단계,

   상기 보호막 위에 블랙 매트릭스와 컬러 필터를 형성하는 단계,

   상기 컬러 필터와 상기 블랙 매트릭스와 상기 보호막을 뚫어 상기 보조 전극을 노출시키는 접촉구를 형성하는 단계,

   상기 컬러 필터의 위에 상기 접촉구를 통하여 상기 보조 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.
6. 제5항에서,

   상기 보조 전극은 ITO로 형성하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.
7. 제5항 또는 제6항에서,

   상기 보호막은 질화규소로 형성하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.