KR20040084480A

KR20040084480A - 액정표시장치 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20040084480A
Application number: KR1020030019597A
Authority: KR
Inventors: 추교섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-06

Abstract

표시 특성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치가 개시된다. 액정표시장치는 하부 기판, 게이트 라인, 게이트 절연막, 보조 용량 캐패시터, 보호막, 데이터 라인, 보조 용량 콘택홀, 화소 전극, 상부 기판 및 액정층으로 완성된다. 보호막상에 형성되어 보조 용량 전극을 노출시키는 보조 용량 콘택홀을 갖고, 상부 기판은 상기 하부 기판과 대향하고 상기 보조 용량 콘택홀에 대응하는 위치에 구비되어 하부 기판과 일정한 간격을 유지하는 스페이서를 구비한다.

Description

액정표시장치 및 이의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는표시 특성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

PDA(personal digital assistance)제품뿐만 아니라 최근에는 휴대용 통신 장치(mobile phone)에 있어서도 터치 스크린(touch screen)이 사용되고 있다. 이와 같은 터치 스크린 패널(touch screen panel)이 올라가 있는 액정표시장치를 사용할 경우 상부에서 누를 때 누름에 의한 물결 현상이 나타나게 되는 데 이와 같은 현상은 사용자에게 디스플레이 불량으로 느껴질 수 있다.

현재 이 부분을 개선하기 위해 사용되고 있는 기술이 칼럼 스페이서를 사용하여 누름에 대한 저항성을 높여서 발생되는 물결 현상을 제어하는 것으로 널리 이용되고 있다. 그러나, 현재 사용되고 있는 기술은 일괄적인 디자인으로 고른 분포로 사용하고 있으나 패널 전체적을 보았을 때 칼럼 스페이서에 대한 효율적인 배분이라고 볼 수 없다. 즉, 동일한 힘을 가한 경우라도 그 부분의 재질에 따라 변형의 정도가 달라지기 때문이다.

리플(ripple) 불량의 원인을 액정 패널에 국부적인 힘이 가해질 때와 그 힘이 제거될 때 그리고 이러한 작용이 연속적으로 행해질때 생기는 액정의 출렁임이라고 할 수 있다.

따라서, 이러한 액정의 출렁임을 최대한으로 억제하기 위해 단위 화소당 칼럼 스페이서가 차지하는 면적을 늘려주면 억제 효과가 크다.

그러나 스페이서가 차지하는 면적을 어느 면적 이상으로 하게 되면 출렁임 억제 효과는 더 이상 증가하지 않는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 표시 특성을 향상시키기 위한 액정표시장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 액정표시장치의 제조 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 채용되는 하부기판을 나타낸 평면도이다.

도 2는 도 1의 하부기판을 채용한 액정표시장치를 Ⅰ-Ⅰ'선에 대해 자른 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

도 4a 내지 도 4f는 도 2에서 도시된 액정표시장치를 제조하는 과정을 나타내기 위한 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 절연 기판 110 : 게이트 전극

140 : 보조 용량 전극 210 : 소오스 전극

370 : 유기막 410 : 화소 전극

2000 : 액정표시장치 810 : 보조 용량 콘택홀

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 하부 기판, 상부 기판, 스페이서 및 액정층으로 이루어진다.

하부 기판은 절연 기판, 게이트 라인, 보조 용량 캐패시터, 보호막, 상기 절연 기판상에 제1 방향으로 연장되고, 게이트 전극이 분기된 게이트 라인, 데이터 라인, 보조 용량 콘택홀 및 화소 전극을 갖는다.

상기 보조 용량 캐패시터는 상기 게이트 라인을 덮는 게이트 절연막, 보조 충전기 역할을 하며 상기 게이트 절연막에 의해 이격되는 제1 보조 용량 전극 및 제2 보조 용량 전극으로 이루어지고, 상기 보호막은 상기 보조 용량 캐패시터를 덮는다.

상기 보조 용량 콘택홀은 상기 보호막에 형성되어 상기 제2 보조 용량 전극을 노출시키며, 상기 화소 전극은 상기 보호막상에 구비되어 상기 드레인 전극과 상기 제2 보조 용량 전극을 전기적으로 연결한다.

한편, 스페이서는 상기 하부 기판과 대향하고 상기 보조 용량 콘택홀에 대응하는 위치에 구비되어 상기 하부 기판과 일정한 간격을 유지한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 채용되는 하부기판을 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 하부기판을 채용한 투과형 액정표시장치를 Ⅰ-Ⅰ'선에 대해 자른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하부기판인 박막 트랜지스터 기판(1000)은 절연 기판(100)위에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW alloy), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta)등의 금속 또는 도전체로 이루어진 게이트 라인(131)과 보조 용량선(145)이 형성되어 있다.

본 발명의 실시예에 있어서는 보조 용량을 만드는 방법에 있어서 소위 전단 게이트 방식을 채용한다. 다시 말해, 게이트 라인(131)의 전단에 위치하는 인접한 게이트 라인을 제1 보조 용량 전극(storage electrode)(140)으로 하고 데이터 라인(230a)으로부터 분기된 제2 보조 용량 전극(230b)을 만들어 제1 보조 용량 전극(140)과 제2 보조 용량 전극(230b)의 축전기를 보조 용량으로 쓴다.

즉, 제1 보조 용량 전극(140)과 제2 보조 용량 전극(230b)은 상기 게이트 절연막(170)을 사이에 두고 액정 용량의 누설된 부분을 보충하는 용량 전하가 충전되어 보조 충전기 역할을 한다.

게이트 배선(131, 110)은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트 라인(131)과 게이트 라인(131)의 일부이면서 일정거리를 두고 각각 형성되어 있는 게이트 전극(110)을 포함한다. 보조 용량선(145)은 상판의 공통 전극 전압 따위의 전압을 외부로부터 인가받아 후술할 화소 전극 또는 보조 축전기용 도전체 패턴과 중첩되어 보조 축전기를 이룬다.

게이트 배선(131, 110) 및 보조 용량선(145)을 단일층으로 형성할 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성할 수도 있다. 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하며, 그 예로 Cr/Al(또는 Al 합금)의 이중층 또는 Al(또는 Al 합금)/Mo의 이중층을 들 수 있다.

게이트 배선(131, 110) 및 보조 용량선(145)은 질화 규소(SiN_x)따위로 이루어진 게이트 절연막(170)으로 덮여 있다.

상기 게이트 절연막(170)위에 반도체 층(320)을 형성하고 패터닝하여, 상기 게이트 전극(110)상부에 아일랜드 형태(Island type)의 액티브층(330)을 형성한다.

상기 액티브층(330)이 형성된 상기 게이트 절연막(170)위에 상기 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여, 상기 게이트 라인(131)의 방향과 상이한 방향의 상기 테이터 라인(230a)을 형성하고, 상기 데이터 라인(230a)으로부터 소정 면적으로 돌출 연장되어 일부분이 상기 액티브층(330)과 오버랩 되는 소오스/드레인 전극(210, 310)을 형성한다.

이때, 상기 게이트 전극(110)의 일부 영역과 상기 액티브층(330)의 일부 영역 및 상기 소오스/드레인 전극(210, 310)의 일부 영역이 오버랩 되며, 상기 데이터 라인(230a)은 상기 절연 기판(100)의 배면 방향에서 볼 때, 상기 게이트 라인(230b)과 수직 교차하게 형성된다.

상기 소오스/드레인 전극(210, 310)은 상기 게이트 전극(110)과 오버랩되는영역의 일부분을 식각하여 소오스 전극(210) 및 드레인 전극(310)을 형성함에 따라 박막 트랜지스터를 완성한다. 이때, 상기 소오스 전극(210)은 상기 데이터 라인(230a)과 연결되며, 상기 소오스 전극(210) 및 상기 소오스 전극(210)은 상기 데이터 라인(230a)과 연결되며, 상기 소오스 전극(210) 및 상기 드레인 전극(310)은 상기 식각한 영역만큼 소정 간격 이격된다.

상기 소오스 전극(210) 및 상기 드레인 전극(310)의 상부에는 벤조사이클로부텐(BenzocycloButane ; BCB)과 아크릴계 수지 등으로 형성된 유기막(370)을 적층한 후, 마스크 공정으로 상기 유기막을 패턴하여 드레인 콘택홀(710)과 보조 용량 콘택홀(810)을 형성한다. 드레인 콘택홀(710)은 상기 드레인 전극(310)의 표면 일부를 노출시킨다. 보조 용량 콘택홀(810)은 상기 보조 용량 전극(140)의 일부를 노출시킨다.

상기 드레인 콘택홀(710)과 보조 용량 콘택홀(810)이 형성된 드레인 전극(310) 및 상기 유기막(370)의 상부에는 상기 화소 전극(410)을 형성한다. 이 때, 상기 화소 전극(410)은 일반적으로 인접한 화소 영역과 절연하기 위해 상기 데이터 라인(230a)이 배치된 영역의 일부분을 식각한다.

상기 화소 전극(410)은 상기 하부 기판(5000)과 대향하여 결합하는 상부 기판(200) 및 상기 하부 기판(5000) 사이에 봉입되는 액정층(400)에 전압을 인가하며, 상기 하부 기판(5000)의 배면측으로부터 제공되는 광을 상기 액정층(400)에 전압을 제공하기 위해 일반적으로 투명한 전도성 재질의 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide ; ITO)를 사용한다.

한편, 상부 기판(200)과 하부 기판(5000)의 합착시, 일정한 셀 갭을 유지하기 위해서 스페이서를 채용하는데, 본 발명에서는 유기막(370)을 패터닝하여 스페이서를 형성하는 칼럼 스페이서(430a)를 채용한다.

칼럼 스페이서(430a)의 위치는 상기 보조 용량 콘택홀(810)이 형성된 위치와 대응되는 영역이고, 도 2에서 도시된 바와 같이 칼럼 스페이서(430a)와 상기 화소 전극(410)사이에는 유기막등의 어떠한 물질도 개재되지 않는다.

이와 같이, 칼럼 스페이서(430a)를 보조 용량 콘택홀(810)이 형성된 위치와 대응되는 영역에 구비하게 되면 개구율에 영향을 주지 않는다. 또한, 금속으로 이루어진 화소 전극(410)상에 칼럼 스페이서(430a)가 하부 기판(5000)이 상부 기판(200)쪽으로 눌리는 등 표시 품질이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다. 단, 도 3에서는 도 2에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하고, 그에 대한 설명은 생략한다.

도 1 및 3을 참조하면, 하부기판인 박막 트랜지스터 기판(1000)은 절연 기판(100)위에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW alloy), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta)등의 금속 또는 도전체로 이루어진 게이트 라인(131)과 보조 용량선(145)이 형성되어 있다.

마찬가지로, 본 발명의 실시예의 보조 용량을 만드는 방법에 있어서 소위 전단 게이트 방식을 채용한다.

다시 말해, 전단의 게이트 라인을 제1 보조 용량 전극(storageelectrode)(140)으로 하고 데이터 라인(230a)으로부터 분기된 제2 보조 용량 전극(230b)을 만들어 제1 보조 용량 전극(140)과 제2 보조 용량 전극(230b)의 축전기를 보조 용량으로 쓴다.

이와 같이, 칼럼 스페이서(430a)를 보조 용량 콘택홀(810)이 형성된 위치와 대응되는 영역에 구비하게 되면 개구율에 영향을 주지 않는다. 또한, 금속으로 이루어진 화소 전극(410)상에 칼럼 스페이서(430a)가 구비된 하부 기판(5000)이 상부 기판(200)쪽으로 눌리는 등 표시 품질이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

도 4a를 참조하면, 먼저 투명한 절연 기판(100)위에 알루미늄(Al) 혹은 알루미늄 합금 등을 증착하고, 제1 마스크 공정으로 패턴하여 보조 용량 전극(140)을형성한다. 상기 보조 용량 전극(140)은 후술할 전단의 게이트 전극에 해당하는 것으로 화소와 전단의 게이트 사이의 축전기를 보조 용량으로 쓴다.

도 4b를 참조하면, 상기 보조 용량 전극(140)이 형성된 기판위에 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 안티몬(Sb)과 같은 금속을 증착하고 제2 마스크 공정으로 패턴하여, 게이트 전극(110)을 형성한다. 그리고, 게이트 배선(131, 110)을 형성하는데 상기 게이트 배선(131, 110)은 상기 보조 용량 전극(140)을 완전히 덮는 형상으로 제작된다. 게이트 전극(110)은 상기 게이트 배선(131, 110)에서 분기되며 행렬 방식으로 나열된 화소의 한쪽 구석에 형성된다.

도 4c를 참조하면, 상기 게이트 전극(110)등이 형성된 기판 전면에 질화 실리콘 혹은 산화 실리콘과 같은 제1 무기 절연 물질과, 순수 아몰퍼스 실리콘과 같은 진성 반도체 물질과, 불순물이 첨가된 반도체 물질들을 연속으로 증착한다. 상기 제1 무기 절연 물질은 게이트 절연막(170)을 형성한다. 그리고, 제3 마스크 공정으로 패턴하여 반도체 층(320)과 액티브 층(330)을 형성한다.

도 4d를 참조하면, 상기 액티브 층(330)이 형성된 기판위에 크롬을 포함하는 금속을 증착하고, 제4 마스크 공정으로 패턴하여 소오스 전극(230), 드레인 전극(310), 보조 용량 전극(140) 그리고, 소오스 배선을 형성한다. 소오스 전극(230)은 상기 반도체 층(320)과 액티브 층(330)을 사이에 두고 상기 게이트 전극(110)의 한쪽 변과 수직으로 중첩되어 있다. 드레인 전극(310)을 마스크로 하여 밑에 있는 액티브 층(320)을 두 부분으로 분리 형성한다. 액티브 층(330)은 상기 소오스 전극(230), 소오스 배선 그리고, 드레인 전극(315)과 오믹 접촉을 이루고있다. 그리고, 데이터 라인으로부터 분기된 제2 보조 용량 전극(230b)을 형성하여 제1 보조 용량 전극(140)과 함께 상기 게이트 절연막(170)을 액정 용량의 누설된 부분을 보충하는 용량 전하가 충전되어 보조 충전기 역할을 한다.

도 4e를 참조하면, 상기 소오스 전극 등이 형성된 기판 전면에 벤조사이크로부텐(BenzocycloButane ; BCB)과 같은 유기 절연 물질을 도포하여 유기막(370)을 형성한다. 그리고, 제5 마스크 공정으로 상기 유기막(370)을 패턴하여 보조 용량 콘택홀(810)을 형성한다. 보조 용량 콘택홀(810)은 보조 용량 전극(140)의 표면 일부를 노출시킨다.

도 4f를 참조하면, 상기 유기막위에 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착하고, 제6 마스크 공정으로 패턴하여 화소 전극을 형성한다. 화소 전극(410)은 상기 드레인 콘택홀(710)을 통하여 드레인 전극(310)과 연결되고, 상기 보조 용량 콘택홀(800)을 통하여 상기 보조 용량 전극(140)과 연결된다. 그럼으로써, 화소 전극(410)에 유도된 전하량이 시간이 경과함에 따라 누설될 때, 보조 용량기에 충전된 보조 용량이 이를 보충하게 된다.

마지막으로 도 2에서 도시한 바와 같이, 칼럼 스페이서(430a)를 상기 보조 용량 콘택홀(800)이 형성된 위치와 대응되는 영역에 구비시키고, 칼럼 스페이서(430a)와 상기 화소 전극(410)사이에는 유기막등의 어떠한 물질도 개재시키기 않는다.

또는 도 3에서 도시한 바와 같이, 칼럼 스페이서(430b)를 상기 보조 용량 콘택홀(800)이 형성된 위치와 대응되는 영역, 즉 상기 보조 용량 콘택홀(800)의 입구에 구비시켜 상기 화소 전극(410)에 의해 지지되는 구조를 갖게 한다. 따라서, 상기 화소 전극(410)과 상기 칼럼 스페이서(430b)사이에는 유기막등의 어떠한 물질도 개재되지 않는다.

이와 같이, 칼럼 스페이서(430a, 430b)를 보조 용량 콘택홀(800)이 형성된 위치와 대응되는 영역에 구비하게 되면 개구율에 영향을 주지 않는다. 또한, 금속으로 이루어진 화소 전극(410)상에 칼럼 스페이서(430a)가 구비된 것이므로 하부 기판(5000)이 컬러 필터기판(200)쪽으로 눌리는 등 표시 품질이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 따르면, 보조 용량 콘택홀이 형성된 부분에 대응하여 칼럼 스페이서를 구비시킴으로써 액정표시장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

절연 기판, 상기 절연 기판상에 제1 방향으로 연장되고, 게이트 전극이 분기된 게이트 라인, 상기 게이트 라인을 덮는 게이트 절연막, 보조 충전기 역할을 하며 상기 게이트 절연막에 의해 이격되는 제1 보조 용량 전극 및 제2 보조 용량 전극으로 이루어진 보조 용량 캐패시터, 상기 보조 용량 캐패시터를 덮는 보호막, 상기 게이트 절연막과 상기 보호막과의 사이에서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되고, 소오스 전극과 드레인 전극이 분기된 데이터 라인, 상기 보호막에 형성되어 상기 제2 보조 용량 전극을 노출시키는 보조 용량 콘택홀, 상기 보호막상에 구비되어 상기 드레인 전극과 상기 제2 보조 용량 전극을 전기적으로 연결하는 화소 전극을 포함하는 하부 기판;

상기 하부 기판과 대향하고 상기 보조 용량 콘택홀에 대응하는 위치에 구비되어 상기 하부 기판과 일정한 간격을 유지하는 스페이서를 구비하는 상부 기판; 및

상기 하부기판 및 상부 기판과의 사이에 구비되는 액정층을 포함하는 것을 징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 화소전극은 인듐 틴 옥사이트 또는 인듐 징크 옥사이드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 보조용량 전극은 상기 게이트 라인의 전단에 위치하는 인접한 게이트 라인이고, 상기 제2 보조용량 전극은 상기 데이터 라인으로부터 분기된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
절연 기판상에 제1 보조 용량 전극을 형성하는 단계, 상기 절연 기판상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 보조 용량 전극 및 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트 절연막상에 상기 게이트 전극과 대응되는 영역에 반도체층을 형성하는 단계, 상기 반도체층위에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 절연막상에 상기 제1 보조 용량 전극과 대응되는 영역에 제2 보조 용량 전극을 형성하는 단계, 상기 보조용량 캐패시터를 덮는 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막상에 상기 제2 보조용량 전극을 노출시키는 보조용량 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 하부 기판을 구비하는 단계;

상기 하부 기판과 대향하여 결합하는 상부 기판을 구비하는 단계;

상기 보조용량 콘택홀에 대응하는 위치에 상기 하부 기판과 상기 상부 기판을 일정한 간격을 유지하도록 하는 스페이서를 형성하는 단계; 및

상기 하부기판 및 상부기판과의 사이에 액정층을 구비하는 단계를 포함하고,

상기 제1 보조용량 전극은 상기 게이트 라인의 전단에 위치하는 인접한 게이트 라인이고, 상기 제2 보조용량 전극은 상기 데이터 라인으로부터 분기된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.