KR20030075767A - 반투과형 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사 투과형 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것으로 유리 또는 플라스틱 기판 상에 게이트 전극과 소오스/드레인 전극 및 액티브층을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 및 화소 영역 전면에 보호막을 증착하는 단계와, 상기 보호막 상에 불투명한 금속막을 증착하는 단계와; 상기 불투명 금속막의 일부를 레이져를 통하여 제거함으로써 얼라인키를 노출시키는 단계와; 상기 금속막을 패터닝하여 반사막을 형성하는 단계와; 상기 반사막 상부전면에 절연막을 증착하는 단계와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극의 소정 부분이 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 노출된 드레인 전극 및 상기 절연막 상부에 ITO물질로 이루어진 화소전극을 형성하는 단계로 이루어진다.

Description

반투과형 액정표시장치의 제조방법{FABRICATION METHOD OF TRANSFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 불투명한 반사막을 증착한 후, 레이져를 이용하여 얼라인키를 노출시킴으로써, 공정수가 단순화된 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 통신 인프라의 확충에 의해, 컴퓨터 네트워크의 이용이 급속하게 확대하며, 필요한 정보를 언제든지, 어디에서도, 누구라도 이용할 수 있는 환경이 조성되어 왔다. 이에 이동성이 요구되는 개인용 정보 통신기기, 웹(web) 단말기, 및 휴대용 단말기 등과 같은 정보 통신기기 시장이 폭발적으로 증가함에 따라 무게가 가볍고 소비 전력이 작은 디스플레이에 대한 수요가 늘어나고 있다. 그리고, 종래와는 달리 숫자나 정해진 이미지의 온(on)/오프(off)만 수행하는 수준을 넘어서 정지 화상을 포함하는 다양한 정보를 표현할 수 있는 표시 소자를 요구하고 있다. 이와 같은 요청에 있어서, 칼라 화상 표시가 가능한 모빌 기기에 대한 수요가 급속하게 확대하고 있다. 모빌 기기에 요구되는 특징은, 가능한 한 박형, 경량, 저 소비 전력으로 장시간 사용이 가능한 것에 있다.
액정 표시 소자는 가볍고 박형이며 소비 전력이 적기 때문에 이와 같은 휴대용 정보 통신기기에 많이 적용되고 있으나, 일반적인 투과형 액정 표시 장치는 백라이트 장치가 필요로 하다. 따라서 이를 휴대용 정보기기 등의 표시 소자로 사용될 경우 백라이트의 소비 전력으로 휴대용 기기의 일회 충전 후 사용 시간이 단축될 뿐만 아니라 백라이트의 무게, 두께 등으로 인해 휴대성이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해 근래 제시되는 액정 표시 장치가 반사형 LCD 이다.
반사형 LCD는 주변광을 광원으로 사용하므로 전력 소모의 약 70% 이상을 차지하는 백라이트에 의한 전력 소모가 없고 백라이트에 의한 두께 및 무게 증가가 없다. 따라서, 매우 적은 전력으로 우수한 표시 품위를 가지는 정보 표시 소자를 실현할 수 있다. 또 모빌 기기에서는 그 성격상, 옥외에서의 사용 적응성이 중요하게 되지만, 종래의 투과형 LCD에서는 밝은 외부 환경 하에서 패널 표면의 반사에 의해 색대비가 저하되는 시인성에 문제가 있는 반면에, 반사형 LCD에서는 오히려 더욱 선명하게 보이는 특징이 있다.
그러나, 자연광 또는 인조 광원과 같은 주변광이 항상 존재하는 것이 아니기 때문에 반사형 LCD는 자연광이 존재하는 낮이나, 외부 인조광이 존재하는 사무실 및 건물 내부에서는 사용이 가능할지 모르나, 자연광이 존재하지 않는 야간에는 사용할 수 없게 된다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 반사형 액정 표시 장치와 투과형 표시 장치의 장점을 수용하면서 주,야간 동시에 사용할 수 있는 반투과형 액정 표시 장치가 개발되었다.
상기와 같은 반투과형 LCD는 도 1에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터(19)를 포함하는 하부 기판(11)과 칼라필터를 포함하는 상부 기판(12)이 서로 대향되도록 배치되고, 상기 하부 기판(11)과 상부 기판 사이(12)에는 액정(15a)이 주입된액정층(15)이 형성된다.
도면에 도시된 구조는 반투과형 LCD의 한 픽셀만을 나타낸 것이다. 실제 LCD는 이러한 픽셀이 다수개 모여 형성되지만, 이하에서는 설명의 편리를 위해 한 픽셀안을 기준하여 설명한다.
상기 하부 기판(11)에는 각 픽셀마다 배치되어 액정에 신호 전압을 인가하고 차단하는 박막트랜지스터(19)와, 상기 박막트랜지스터(19)를 보호하기 위한 보호막(25)과 상기 보호막(25) 위의 화소 영역에 형성된 반사막(20)과, 상기 반사막(20)에 형성된 투과홀(10)과, 상기 박막트랜지스터(19)를 통하여 인가된 신호 전압을 액정셀에 가해주는 화소 전극(30)과, 상기 반사막(20)과 화소 전극(30) 사이에 형성된 절연막(24)으로 구성되어 있으며 상기 보호막(25)은 BCB와 같은 유기막(22)을 사이에 두고 그 상,하부에 형성되며 SiN 또는 SiO와 같은 무기물질로 이루어진 무기절연막(21,23)으로 형성되어 있다.
그리고, 상기 보호막(25)에는 박막트랜지스터(19)의 드레인 전극을 소정 부분 노출시키는 컨택홀(14)이 형성되어 있으며, 이곳을 통해 상기 드레인 전극(6b)과 화소 전극(30)이 전기적으로 연결된다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(19)는 주사신호가 인가되는 게이트 전극(2)과, 상기 주사 신호에 대응하여 데이터 신호를 전송하는 반도체층(5a)과 반도체층(5a)의 양측 상부에 n+ 도핑된 오믹 접촉층(ohmic contact layer)(5b)으로 구성된 액티브층(5b)과, 상기 액티브층(5)과 게이트 전극(2)을 전기적으로 격리시켜주는 게이트 절연막(3)과, 액티브층(5)의 상부에 형성되어 데이터 신호를 인가하는 소오스전극(6a)과, 데이터 신호를 화소 전극에 인가하는 드레인 전극(6b)과, 소오스 전극(6a) 및 드레인 전극(6b)을 보호하는 보호막(25)으로 이루어져 있다. 그리고 드레인 전극(6b)은 컨택홀(14)을 통하여 화소 전극(30)과 전기적으로 연결되어 있다..
일반적으로, 상기한 바와 같은 액정표시장치를 제작하는데 있어서 패턴 형성을 위해 이루어지는 사진식각공정 중의 하나인 노광공정이 행해지게 되는데, 이때 기판에 형성된 얼라인 키를 기준으로 해서 패턴이 형성된 마스크의 얼라인(align)이 이루어지게 된다.
도 2는 기판에 형성된 얼라인키와 검사키를 도시한 평면도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 기판(13)의 가장자리에 얼라인키(40)가 형성되어 있으며, 기판의 액티브영역에는 여러개의 액정 패널(50)이 형성되어 있다.
상기 얼라인키(40)는 메탈로 이루어져 있으며, 게이트 전극이나 소오스/드레인 전극으로 형성될 수 있다. 상기 얼라인키(40)는 하부층의 패턴과 해당층의 정렬을 위해서 형성하는 것으로, 일반적으로 노광 장비가 얼라인키를 인식하는 방법은 FIA(Fine Image Alignment) 방법과 LSA(Laser Scan Alignment) 방법이 있다.
FIA(Fine Image Alignment) 방법은 얼라인키의 이미지를 직접 인식하는 것으로, 표면에 단차만 형성되면 얼라인키의 인식이 가능하기 때문에 얼라인키가 굳이 메탈이 아니어도 상관없다.
LSA(Laser Scan Alignment) 방법은 얼라인 키의 모양을 입사된 레이저 빛에 대한 반사도의 차이로 인식하는 방법으로, 메탈로 이루어진 얼라인키가 위치하는영역을 지나는 레이저 빛은 거의 반사하게 된다.
그러나, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 반사막(20) 형성을 위해서 평탄한 보호막 위에 불투명한 금속막을 증착한 후, 패턴이 형성된 마스크를 상기 기판에 얼라시켜야하는데 표면이 평탄하고, 반사막이 모두 불투명한 메탈로 이루어져 있지 때문에 두 가지 얼라인키 인식 방법을 사용할 수가 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 얼라인키(40)가 위치하는 영역에 증착된 불투명 반사막의 일부를 제거하여 얼라인키(40)가 인식될 수 있도록 해야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 통하여 종래 얼라인키를 드러내기 위한 반사막 형성 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3a내지 도 3e는 종래 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 대하여 도시한 수순단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(13) 상에 형성된 게이트 전극(2)과, 상기 게이트 전극(2) 및 기판 상부 전면에 형성된 게이트 절연막(3)과, 상기 게이트 전극(2)에 대응하는 게이트 절연막(3) 상부에 형성된 채널층과, 상기 채널층의 중심으로부터 소정간격 이격되어 형성된 소스/드레인 전극(6b)과, 상기 소스/드레인 전극(6b)과 채널층(5a) 사이에 형성된 오믹컨택층(5b)으로 이루어지는 박막트랜지터(19)와 얼라인키(40)를 형성하고, 상기 구조의 상부 전면에 무기막(21,23) 유기막(22)을 순차적으로 증착하여 보호막(25)을 형성한다.
그 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(25) 전면에 스퍼터링 방법을 이용하여 불투명한 금속막(20a)을 증착한다.
그 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 불투명 금속막(20a)에 의해서 가려진 얼라인키(40)가 인식될 수 있도록 얼라인키(40)가 형성된 영역을 포함한 그 주변 영역의 금속막(20a)의 일부를 제거한다.
이때, 상기 금속막(20a)의 일부분을 제거하기 위해서는 먼저, 금속막(20a) 위에 스핀 코팅(spin coating)또는 롤 코팅(roll coating)방법으로 포토레지스트막(60)을 고르게 코팅한 후, 빛에 대한 비투과영역이 선택적으로 형성된 마스크(61)로 상기 포토레지스트막(60)을 블로킹(blocking)한 다음 자외선(도면 상의 화살표)을 조사한다.
그 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 자외선이 조사된 결과물을 현상하여 금속막(20a) 위에 선택적으로 잔류하는 포토레지스트의 패턴을 형성한 다음, 식각 공정을 통하여 얼라인키(40)가 드러날 수 있도록 금속막(20a)의 일부분을 제거한 한 후, 포토레지스트를 제거한다.
그 다음, 도 3e에 도시한 바와 같이, 포토리소그래피 공정을 통하여 상기 금속막을 패터닝함으로써 투과홀(10)이 형성된 반사막(20)을 형성한 다음, 상기 반사막(20) 상부전면에 절연막(24)을 형성한다.
이 후, 상기 보호막(25) 및 절연막(24)의 일부를 제거하여 박막트랜지스터(19)의 드레인 전극이 일부분 노출되도록 콘택홀(14)을 형성한 다음, 화소 전극을 형성한다.
상술한 바와 같이 종래에는 포토리소그래피 공정을 통해 불투명한 반사막의 일부를 제거하여 얼라인키를 노출시킴으로써, 포토리소그래피 공정수 증가로 인하여 생산비 및 제품의 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 반사막 형성 후, 얼라인키를 드러내기 위해서 별도의 포토리소그래피 공정 대신 레이져를 이용하여 얼라인키가 노출되도록 반사막의 일부를 제거함으로써, 공정수를 줄이고 제조 비용을 절감 할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.
도 1은 일반적인 반사 투과형 액정 표시 장치의 개략도.
도 2는 기판에 얼라인키와 패널이 형성된 것을 도시한 평면도.
도 3a내지 도 3e는 종래 액정표시장치의 제조방법을 도시한 공정 수순도.
도 4a내지 도 4c는 본 발명에 따른 액정표시장채의 제조방법을 도시한 공정 수순도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
2: 게이트 전극3: 게이트 절연막
5:액티브층 6a: 소스 전극
6b: 드레인 전극14: 컨택홀
10: 투과홀20: 반사막
25: 보호막30: 화소 전극
40: 얼라인 키50: 페널
61: 마스크62:레이져
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반투과형 액정표시장치 제조 방법은 유리 또는 플라스틱 기판 상에 게이트 전극과 소오스/드레인 전극 및 액티브층을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 및 화소 영역 전면에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 상부 전면에 불투명한 금속막을 형성하는 단계와; 레이져를 이용하여 상기 금속막의 일부를 제거함으로써 얼라인키를 노출시키는 단계와; 상기 금속막을 패터닝하여 반사막을 형성하는 단계와; 상기 반사막 상부 전면에 절연막을 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극의 소정 부분이 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 노출된 드레인 전극 및 상기 절연막 상에 ITO물질로 이루어진 화소전극을 형성하는 단계로 이루어진다.
이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 반투과형 액정 표시 장치의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 4a내지 도 4d에 도시한 것은 본 발명에 따른 반사 투과형 액정 표시 장치의 공정 과정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 기판(11a) 상에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극(2) 및 기판(11a) 상부전면에 게이트 절연막(3)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(3) 상부에 비정질 실리콘층(5a)과 n+ 비정질 실리콘(5b)을 연속 증착한 다음 패터닝하여 액티브층(5)을 형성하고, 상기 구조의 상부 전면에 금속을 증착하고, 이를 패터닝하여 소스/드레인 전극(6b)을 형성함으로써 박막트랜지스터(19)를 한다. 이때, 상기 소스/드레인 전극 형성시 기판의 가장자리 부분에 얼라인키를 함께 형성한다.
그 다음, 상기 구조의 상부전면에 SiNx 또는 SiOx와 같은 제1무기막(21)과 BCB 또는 포토 아크릴과 같은 유기막(22), 그리고 SiNx 또는 SiOx와 같은 제2무기막(23)을 순차적으로 증착하여 보호막(25)을 형성한다.
상기 유기막(22)은 단차가 형성된 하부구조를 평탄화하고, 고개구율을 위해서 형성되는 것이며, 제2무기막(23)은 상기 유기막(22) 증착시 발생하는 스퍼터 장비 챔버의 오염을 방지하고, 이후에 형성되는 금속 물질과의 접착성을 향상시키기 위한 것이다.
그 다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(25) 상부전면에 반사 특성이 우수한 Al이나 혹은 AlNd와 같은 불투명 금속막을 증착한 다음, 레이져빔을 이용하여 얼라인키(40)가 형성된 영역 및 그 주변 영역을 제거하여 불투명한 금속막에 의해 가려졌던 얼라인키(40)를 노출시킨다.
실제로 실시해본 레이져는 1064nm의 파장의 IR(Infra Red) 레이져로서 최대 12mW의 파워를 가지며 있으며, 레이저의 파워는 조절이 가능하다.
실제 금속막을 제거하는데 이용된 레이져의 파워는 3∼8mW 범위이다.
상기와 같이 포토리소그래피 공정 대신 레이져를 이용하여 금속막의 일부를 제거하여 얼라인키를 노출시킴으로써, 공정시간 및 재료비를 절감할 수가 있다.
그리고, 상기 불투명한 금속막(20a)을 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝함으로써, 불투명한 금속막이 제거되어 빛이 투과되는 투과부와 불투명한 금속막이 남게되어 빛이 반사되는 반사부로 이루어지는 반사막(20)을 형성한다.
그 다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 구조의 상부 전면에 절연막(24)을 증착한 후, 패터닝하여 박막트랜지스터(19)의 드레인 전극(6b)의 일부를 노출시키는 컨택홀(14)을 형성한 다음, 상기 노출된 드레인 전극(6b)과 화소 영역 전면에 화소 전극(30)을 형성한다.
상기 절연막(24)은 기생 커패시턴스를 줄이기 위한 목적으로 형성하는 것으로, SiNx 또는 SiOx와 같은 무기물질을 사용하고, 상기 화소 전극(30)은 콘택홀(14)을 통하여 박막트랜지스터의 드레인 전극(6b)과 전기적으로 연결된다.
상기와 같은 본 발명의 반사 투과형 액정 표시 장치의 제조 방법은 불투명한 반사막 하부에 있는 얼라인 키를 드러내기 위한 방법에 있어서, 별도의 포토리소그래피 공정을 진행하기 않고, 얼라인키 영역을 차단하고 있는 영역의 금속막의 일부를 레이져를 이용하여 제거함으로써 , 재료비 절감 및 생산성에 기여할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반사층 금속막을 형성하는 단계에서 얼라인 키를 드러내기 위해서 반사막의 일부분을 제거해야 하는 경우, 포토리소그래피 공정을 진행하기 않고도, 레이져를 이용하여 상기 불투명한 금속막을 선택적으로 제거함으로써, 액정 표시 장치의 공정수를 줄이고, 재료비 절감 및 공정시간을 줄여 제품의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 박막트랜지스터 및 얼라인키가 형성된 기판을 준비는 단계와;
    상기 기판 상부전면에 보호막을 증착하는 단계와;
    상기 보호막 상부 전면에 불투명한 금속막을 증착하는 단계와;
    상기 얼라인키의 상부에 대응하는 불투명한 금속막의 일부를 레이져를 이용하여 제거함으로써 얼라인키를 노출시키는 단계와;
    상기 불투명한 금속막을 패터닝하여 반사막을 형성하는 단계와;
    상기 반사막 상부에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상에 화소전극을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반사막은 투과부와 반사부를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보호막은 SiN와 SiO와 같은 무기막을 형성한 후, 상기 무기막 상부에 BCB와 같은 유기막과 무기막을 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 1항 있어서, 상기 불투명한 금속막은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금(AlNd)과 같은 반사특성이 우수한 금속 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제 1항 있어서, 상기 레이져는 적외선(IR) 레이져임을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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