KR20030090934A - 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치 및 그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상부 투명기판과 하부 투명기판 사이에 액정물질을 채워넣고 전계의 변화를 이용하여 상기 액정물질의 분자배열을 변화시켜 빛을 투과 또는 차단하여 디스플레이를 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치에 있어서,
하부 투명기판 상에 픽셀전극이 증착되고 상부 투명기판 상에 픽셀전극과 대향하는 대향전극이 증착되며,
하부 투명기판 상에 가로방향과 세로 방향으로 교차하여 형성되는 하부 공통전극과 하부 공통전극의 상부에 형성되는 보존용량 전극과 보존용량 전극의 상부에 형성되는 상부 공통전극으로 구성되고 하부공통전극과 보존용량 전극의 사이에 증착되는 제 1 절연막과 보존용량 전극과 상부공통전극의 사이에 증착되는 제 2 절연막을 구비하는 복수 개의 보존용량 캐패시터; 및 보존용량 캐패시터와 전기적으로 연결되어 액정물질에 전계의 변화를 가하는 복수 개의 박막트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하여 기생충전용량이 생기는 것을 방지한다.

Description

실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치 및 그 제조방법{THIN FILM TRANSISTOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH SHIELD STRUCTURE AND THE MAKING METHOD}
본 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 액정 표시장치의 보존용량을 증가하도록 하기 위한 보존용량 배선에 기생하는 기생 전기용량 또는 보존용량 배선의 주변의 배선이 보존용량전극의 전압에 영향을 주는 것을 막도록 공통전극에 의하여 보존용량전극을 보호하도록 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정 표시장치는 픽셀전극과 픽셀전극에 대향하는 대향전극이 형성되어 있는 두 장의 투명기판사이에 액정을 주입하고, 픽셀전극에 일정한 전압을 선택적으로 인가함으로써 액정의 분자 정렬을 선택적으로 변화시켜 빛을 차단 또는 투과하는 방식을 이용하는 디스플레이 장치이다. 복수 개 픽셀은 매트릭스 형태로 배열되고, 각 픽셀마다 빛을 투과 또는 차단이 개별적으로 이루어지도록 하여 디스플레이소자로 사용된다. 각 필셀에 전계의 변화를 주기 위하여 사용되는 스위칭 소자로는 박막트랜지스터가 대표적이다.
박막트랜지스터 액정 표시장치는 얇고 가벼우며 다른 평판 표시장치에 비해서 저전력을 소비하며 낮은 구동전압에 의해 구동되므로 다양한 전자장치에서 광범위하게 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 박막 트랜지스터 액정표시장치의 단면도를 나타내는 도이다.
박막 트랜지스터는 픽셀전극(1)이 증착되어 있는 투명기판 상에 수직방향으로 복수 개의 데이터 배선(4)과 수평방향으로 주사선의 역할을 하는 복수 개 게이트 배선(3)이 교차하는 곳에 위치되는 활성층(2)에 의해 형성되며, 스위칭 동작에 의하여 주사선을 선택하고 선택한 주사선에 위치하는 픽셀에 데이터 배선(4)을 통하여 입력되는 신호가 전달되도록 한다.
이러한 데이터 배선(4)을 통하여 인가되는 데이터 신호에 의해 충전된 전하는 다음 기입시간까지 유지되도록 하여야 하는데, 이를 위하여 박막트랜지스터에 보존용량 캐패시터(CS)를 연결하여 데이터 신호가 보존 용량 캐패시터(CS)에 보존되고, 박막 트랜지스터의 스위칭 동작에 의해 데이터 신호가 차단되면 보존 용량 캐패시터에 보존되어 있는 충전된 전하가 액정에 가해지도록 하여 디스플레이가 원할하게 이루어지도록 한다.
도 1에서 보존용량 캐패시터(CS)는 보존용량 전극(6)과 공통전극(5) 사이에 구비되는 절연층으로 형성된다. 보존용량 캐패시터(CS)의 한 쪽 전극을 이루는 공통전극(5)에는 고정전압이 유지되도록 바이어스 신호가 가해지고, 다른 쪽 전극을 이루는 보전용량 전극(6)에는 픽셀에 인가되는 데이터 신호에 따라 변동되는 전압이 가해지게 된다. 이러한 방식으로 가해지는 양 전압의 차이에 의해서 보존용량 캐패시터는 충전되게 된다.
이때 보존용량 캐패시터(CS)에 충전된 전하는 주위에 형성되는 기생전기 용량에 의해서 상호 영향을 미치게 되는 것으로 알려져 있다. 즉, 주변의 전압변동이 보존용량 캐패시터에 영향을 줄 수도 있고 혹은 보존용량 전극의 전압 변동이 주변 회로에 영향을 줄 수 있다. 특히 주변의 전압변동이 보존용량 캐패시터에 영향을 줄 경우는 디스플레이의 화질에 영향을 주므로, 이러한 기생 효과를 감소시킬 수 있는 구조를 갖는 액정디스플레이 소자가 필요하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 보존용량 캐패시터에 데이터 배선을 통하여 입력되는 데이터 신호이외의 신호가 충전되는 것을 방지하여 박막 트랜지스터 액정 표시장치에서 디스플레이하는 이미지가 정확히 표시되도록 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막 트랜시스터 액정 표시장치는, 상부 투명기판과 하부 투명기판 사이에 액정물질을 채워넣고 전계의 변화를 이용하여 상기 액정물질의 분자배열을 변화시켜 빛을 투과 또는 차단하여 디스플레이를 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치에 있어서,
하부 투명기판 상에 픽셀전극이 증착되고 상부 투명기판 상에 픽셀전극과 대향하는 대향전극이 증착되며,
하부 투명기판 상에 가로방향과 세로 방향으로 교차하여 형성되는 하부 공통전극과 하부 공통전극의 상부에 형성되는 보존용량 전극과 보존용량 전극의 상부에 형성되는 상부 공통전극으로 구성되고 하부공통전극과 보존용량 전극의 사이에 증착되는 제 1 절연막과 보존용량 전극과 상부공통전극의 사이에 증착되는 제 2 절연막을 구비하는 복수 개의 보존용량 캐패시터; 및 보존용량 캐패시터와 전기적으로 연결되어 액정물질에 전계의 변화를 가하는 복수 개의 박막트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하고,
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치 제조방법은,
상부 투명기판과 하부 투명기판 사이에 액정물질을 채워넣고 전계의 변화를 이용하여 상기 액정물질의 분자배열을 변화시켜 빛을 투과 또는 차단하여 디스플레이를 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치 제조방법에 있어서,
하부 투명기판 상에 가로 방향과 세로 방향으로 교차하여 하부 공통전극 배선을 형성하고 제 1 절연막을 증착하는 제 1 단계; 제 1 절연막이 증착되어 있는 하부 공통전극 배선 위에 보존용량 전극 배선을 하고 제 2 절연막을 증착하는 제 2 단계; 보존용량 전극 배선 상에 상부 공통전극을 형성하고 제 3 절연막을 증착하는 제 3 단계; 제 3 절연막 상부에 표면에 열산화막이 형성된 폴리실리콘을 패터닝하는 제 4단계; 폴리 실리콘의 상부에 게이트 배선을 형성하고 폴리 실리콘에 이온주입을 하여 소스전극과 드레인전극을 형성하며 그 상부에 제 4절연막을 증착하는 제 5단계; 액정표시장치의 데이터 신호가 입력되도록 하는 데이터선을 메탈전극 배선을 통하여 소스전극과 연결하며 드레인전극과 보존용량전극을 연결하는 제 6단계로 구비되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 박막 트랜지스터 액정표시장치의 단면도를 나타내는 도이다.
도 2내지 도 8은 본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 제조공정을 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 단면도를 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 보존용량 캐패시터의 등가회로도이다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하면서, 종래의 기술과 비교하여, 하기의 설명으로부터 좀더 명확하게 이해될 것이다.
도 2 내지 도 9은 본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막트랜지스터를 이용한 액정 표시장치를 제작하는 과정을 도시한 도이고 도 8은 본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막트랜지스터의 A-A'방향의 단면도를 도시한 도이다. 도 2 내지 도 9을 참조하여 설명하면,
도 9에 도시된 바와 같이 투명기판(10) 상에 형성되는 보존용량전극(20)의 상하부에 공통전극(15,25)을 형성한다. 보존용량전극(20)의 면적보다 상하부에 형성되는 공통전극(15,25)의 면적을 더 넓게하여 상부/하부 공통전극(15,25)이 보존용량 전극(20)을 완전히 차폐하도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 투명기판(10) 상에 보존용량전극의 하부에 위치하는 하부 공통전극(15)을 배선한다. 하부 공통전극(15)은 보존용량전극의 하부를 차폐하는 역할을 한다. 하부 공통전극(15)은 후속공정에 의해 생기는 온도에 의해 변화하지 않고 안정한 물질을 이용하여 형성하도록 하며 특히, 폴리실리콘 또는 텅스텐 실리사이드 등을 이용하여 하부 공통전극(15)을 형성한다.
그리고, 하부 공통전극(15)이 형성되어 있는 투명기판(10)의 상부에 제 1절연막(16)을 증착한다. 제 1절연막(16)의 재료로는 산화규소 등을 사용할 수 있다. 절연막을 증착하는 방법으로는 화학 기상 증착법(CVD:Chemical Vapor Deposion)을 사용하거나 또는 실리콘을 증착한 후에 고온열처리를 하여 산화막을 형성하는 열산화법을 사용할 수 있다.
제 1절연막(16)을 형성한 후에 도 3에 도시된 바와 같이 보존용량 전극(20)을 형성한다. 보존용량전극(20)도 하부공통전극(15)과 동일하게 텅스텐 실리사이드 등을 이용한다.
보존용량전극(20)을 형성한 후에 제 1 절연막을 증착한 방법과 동일한 방법으로 제 2절연막(17)을 투명기판(10)의 상부에 증착한다. 제 2절연막(17)을 증착한 후에 상부 공통전극(25)을 형성하고 그 위에 제 3절연막(18)을 증착한다.
상부 공통전극(25)과 하부 공통전극(15)에는 바이어스 전압이 걸려있다.
제 3절연막(18)을 증착한 후에 제 3절연막(18)의 상부를 CMP 공정 등의 평탄화 공정을 이용하여 상부를 평탄화한다. 따라서, 도 4의 A-A' 단면이 도 9에 도시된 바와 같이 보존용량전극(20)이 상부와 하부의 공통전극(15,25)에 의하여 전기적으로 차폐가 된다.
또한, 보존용량 전극 배선(20)과 상하부 공통전극 배선(15,25)은 도면에 도시된 바와 같이 각기 교차하도록 구성되는데 교차점에 폴리실리콘을 이용한 박막트랜지스터(30)가 형성되며 보존용량전극(20)이 박막트랜지스터(30)의 드레인 전극 (46)과 연결될 수 있도록 박막트랜지스터(30)가 형성되는 부분에는 상부 공통전극 (25)이 보존 용량전극(20)의 상부를 부분적으로 덮고 있도록 한다.
박막트랜지스터(30)는 비정질 실리콘을 증착한 후에 고상결정화 또는 레이져 결정화 등을 이용하여 폴리실리콘으로 변환한 후에 도 5에 도시된 바와 같은 형태로 패터닝을 하여 형성한다. 그리고, 폴리실리콘의 표면에 열산화공정을 이용하여 폴리실리콘의 표면에 열산화막이 형성되도록 하여 게이트 절연막을 형성한다.
게이트 절연막을 형성한 후에는 도 6에 도시된 바와 같이 가로방향으로 게이트 배선(35) 및 게이트 전극을 형성하도록 한다. 게이트 배선(35) 및 게이트 전극의 형성은 도핑된 폴리실리콘 등을 증착한 후에 패터닝을 하여 형성한다. 게이트 배선(35)을 형성한 후에 소스/드레인 영역에 이온을 주입하고 절연막 4를 증착한다.
그리고, 에칭공정을 통하여 절연막 4에 콘텍홀을 형성하여 콘텍홀을 통하여 박막트랜지스터의 소스/드레인 영역(45,50)에 메탈전극(40)이 접촉할 수 있도록 한다. 또한, 에칭공정과 메탈 전극(40)을 통하여 드레인 전극(50)과 보존용량 전극(20)이 연결되도록 한다.
또한, 절연막 5를 증착하고 에칭공정을 통하여 메탈 전극과 보존 용량 전극이 연결되는 컨텍홀(47)을 형성하며 메탈 전극과 픽셀전극이 접촉하도록 하여 액정 표시장치를 완성한다.
도 10은 본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 보존용량 캐패시터의 등가회로도이다. 도 10(a)는 도 10(b)로 전환하여 그릴 수 있다. 도 10을 참조하여 설명하면,
보존용량 전극(20)과 상부/하부 공통전극(15,25)으로 이루어지는 보존용량 캐패시터는 두 개의 캐패시터가 병렬로 연결되어 있는 구조를 가지므로 인해 동일 면적에 대응하는 보존용량이 증대 되는 것이다.
수학식 1에 의하면 2개의 캐패시터가 병렬로 연결되면 캐패시터의 용량은 병렬로 연결된 2개의 캐패시터의 면적의 합에 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서, 캐패시터가 병렬로 연결이 되면, 캐패시터가 하나가 있을때 보다 더 큰 용량을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 캐패시터의 면적을 늘리지 않고, 캐패시터를 병렬로 연결하여 보존용량을 크게할 수 있다.
본 발명에 따른 실드구조가 형성된 박막트랜지스터를 이용한 액정 표시장치에 의하면 보존용량 전극에 기타의 전기배선 등이 전기적으로 연결되어 전기배선과 보존용량 전극 사이에 전하가 충전되어 충전된 전하에 의해 생기는 기생충전용량에 의해 액정 표시장치의 액정에 전압이 인가되어 픽셀부분에서 원하지 않는 액정분자의 배열 변화가 생겨 이미지를 디스플레이하는데에 문제점이 발생하는 것을 방지하기 위하여 보존용량 전극의 상하로 공통전극을 형성하여 다른 전기배선과 보존용량 전극을 전기적으로 차폐하여 보존용량전극에 기생 충전 용량의 충전전하가 생기는 것을 방지하도록 하여 보존용량전극기생 충전용량을 줄일 수 있게 되었다.
또한, 두 개의 공통전극에 의하여 액정 표시장치의 보존용량이 동일한 면적에 비해 증가하여 픽셀의 크기를 더욱 작게 형성하여 고품위의 디스플레이 장치를 개발할 수 있게 되었다.
본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해 되어져야 한다.

Claims (7)

  1. 상부 투명기판과 하부 투명기판 사이에 액정물질을 주입하고 전계의 변화를 이용하여 상기 액정물질의 분자배열을 변화시켜 빛을 투과 또는 차단하여 디스플레이를 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치에 있어서,
    상기 하부 투명기판 상에 픽셀전극이 증착되고 상기 상부 투명기판 상에 상기 픽셀전극과 대향하는 대향전극이 증착되며,
    상기 하부 투명기판 상에 가로방향과 세로 방향으로 교차하여 형성되는 하부 공통전극과 상기 하부 공통전극의 상부에 형성되는 보존용량 전극과 상기 보존용량 전극의 상부에 형성되는 상부 공통전극으로 구성되고 상기 하부공통전극과 상기 보존용량 전극의 사이에 증착되는 제 1 절연막과 상기 보존용량 전극과 상기 상부공통전극의 사이에 증착되는 제 2 절연막을 구비하는 복수 개의 보존용량 캐패시터; 및
    상기 보존용량 캐패시터와 전기적으로 연결되어 상기 액정물질에 전계의 변화를 가하는 복수 개의 박막트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보존용량전극과 상기 상부/하부 공통전극은 텅스텐 실리사이드인것을특징으로 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보존용량 캐패시터는 상부/하부 공통전극과 보존용량 전극간에 병렬구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상부/하부 공통전극에 동일한 바이어스 전압이 걸리는 것을 특징으로 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치.
  5. 상부 투명기판과 하부 투명기판 사이에 액정물질을 채워넣고 전계의 변화를 이용하여 상기 액정물질의 분자배열을 변화시켜 빛을 투과 또는 차단하여 디스플레이를 하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치 제조방법에 있어서,
    하부 투명기판 상에 가로 방향과 세로 방향으로 교차하여 하부 공통전극 배선을 형성하고 제 1 절연막을 증착하는 제 1 단계;
    상기 제 1 절연막이 증착되어 있는 상기 하부 공통전극 배선 위에 보존용량전극 배선을 하고 제 2 절연막을 증착하는 제 2 단계;
    상기 보존용량 전극 배선 상에 상부 공통전극을 형성하고 제 3 절연막을 증착하는 제 3 단계;
    상기 제 3 절연막 상부에 표면에 열산화막이 형성된 폴리실리콘을 패터닝하는 제 4단계;
    상기 폴리 실리콘의 상부에 게이트 배선을 형성하고 상기 폴리 실리콘에 이온주입을 하여 소스전극과 드레인전극을 형성하며 그 상부에 제 4절연막을 증착하는 제 5단계;
    상기 액정표시장치의 데이터 신호가 입력되도록 하는 데이터선을 메탈전극 배선을 통하여 상기 소스전극과 연결하며 상기 드레인전극과 상기 보존용량전극을 연결하는 제 6단계로 구비되는 것을 특징으로 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 3단계에서 상기 제 3절연막을 상부를 평탄화하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 4단계에서 상기 폴리실리콘 표면을 열산화공정을 통하여 열산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 실드구조가 형성된 박막 트랜지스터 액정 표시장치 제조방법.
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