KR20050052842A - 액정 표시 장치의 어레이 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 공정을 단순화하는 고개구율의 액정 표시 장치의 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 고개구율 액정 표시 장치에서 보호막으로 감광성(Photo curable) 무기 절연막을 사용함으로써 소자의 제조 공정을 단순화시키고 제조 시간 및 제조 비용을 감소시키는 액정 표시 장치의 어레이 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

액정 표시 장치의 어레이 기판 및 그 제조 방법{An array substrate forLCD and the fabrication method thereof}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 공정을 단순화하는 고개구율의 액정 표시 장치의 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전자산업의 발달과 함께 TV 브라운관 등에 제한적으로 사용되었던 디스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력 및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 그 중 하나로 최근에 액정 표시 장치(LCD)가 주목을 받고 있다.
상기 액정 표시 장치는 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
또한, 상기 액정 표시 장치는 고휘도, 고콘트라스트, 저소비전력성 등이 우수한 특성을 가지므로 데스크탑 컴퓨터 모니터, 노트북 컴퓨터 모니터, TV 수상기, 차량 탑재용 TV 수상기, 네비게이션 등 광범위한 분야에서 활용되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을, 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
현재 액티브 매트릭스(active matrix) 타입인 박막 트랜지스터를 이용하는 TFT-LCD(Thin Firm Transistor-Liquid Crystal Display) 타입의 액정 표시 장치가 주로 사용되는 추세이다.
이러한 TFT-LCD는 그 용량이 증가함에 따라 배터리의 효율이 점점 둔화되고 있는데, 이러한 배터리의 효율 저하를 해결하기 위한 방법으로 액정 패널의 투과도를 향상시키는 방법이 사용되고 있다.
즉, 액정 패널의 투과도를 향상시키는 방법으로 액정 패널의 개구율을 향상시키는 방법과 고투과 편광판의 개발 및 고투과 칼라필터를 사용하는 방법 등이 있다. 이러한 방법 중 현재 액정패널의 개구율을 향상시키는 방법이 최근 활발하게 연구되는 추세이다.
종래의 TFT-LCD는 절연기판과, 절연기판 상에 크로스되어 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 형성된 박막 트랜지스터와, 박막 트랜지스터를 포함한 기판의 전면에 걸쳐 형성되는 보호막과, 데이터 라인과 게이트 라인과 오버랩되고 박막 트랜지스터와 콘택을 통해 접촉되도록 보호막 상에 형성되는 화소전극 등으로 구성된다.
여기에서, 종래 상기 층간 보호막은 액정패널의 개구율을 향상시키는 방법으로, 저유전 상수를 갖는 포토 네가티브(photo negative) 타입의 BCB(Benzocyclobutene) 유기 박막이 사용된다.
그러나, 상기 BCB 유기 박막은 박막 트랜지스터에서 소자 열화를 일으킬 수 있다.
따라서, 상기 박막 트랜지스터에서 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하기 위해서는 무기 절연막과 유기 절연막과 무기 절연막이 차례로 적층되어 있는 절연막(SiNx-BCB-SiNx)을 식각해야 한다.
도 1a 내지 도 1i는 종래 액정 표시 장치에서 콘택홀 형성하기 위하여 절연막을 식각하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 게이트 전극(도시되지 않음)을 형성한 후 SiNx와 같은 무기 절연막으로 이루어진 게이트 절연막(101)을 형성한다.
그리고, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(101) 상에 박막 트랜지스터가 형성된 후, SiNx와 같은 무기 절연막으로 이루어진 제 1 보호막(110)을 증착한다.
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 상기 제 1 보호막(110) 상에 유기 절연막인 BCB(benzocyclobutene)를 제 2 보호막(120)으로 증착한다.
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 보호막(120) 상에 SiNx와 같은 무기 절연막으로 이루어진 제 3 보호막(130)을 형성한다.
상기와 같이 무기 절연막(110), 유기 절연막(120), 무기 절연막(130)의 순서로 적층된 보호막(NBN 구조)에서 콘택홀을 형성하기 위하여 도 1e에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(140a)를 형성한다.
그리고, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트(140a) 상에 소정의 패턴을 가지는 마스크(150)를 씌우고 노광, 현상하면, 도 1g에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트 패턴(140b)이 형성된다.
이어서, 도 1h에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트 패턴(140b)을 마스크로 하여 건식 식각(dry etching)을 한다.
그러면, 도 1i에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트 패턴(140b)을 스트립(strip)하면 콘택홀이 완성된다.
그러나, 이와 같은 방법으로 NBN 구조의 절연막에 콘택홀을 형성하기 위해서는 총 8단계의 공정을 거쳐야하므로, 제조 공정 시간이 길어지는 문제점과 제조 공정이 복잡하고 공정 관리가 어려우며 생산 비용이 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명은 고개구율 액정 표시 장치에서 보호막으로 감광성(Photo curable) 무기 절연막을 사용함으로써 소자의 제조 공정을 단순화시키고 제조 시간 및 제조 비용을 감소시키는 액정 표시 장치의 어레이 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판은, 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 형성되는 게이트 배선 및 게이트 전극과;
상기 게이트 배선 상에 형성되는 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상에 형성되고, 상기 게이트 배선과 수직으로 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차점에 형성된 게이트 전극, 액티브층, 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터와; 상기 박막 트랜지스터를 포함하여 기판 전면에 형성되는 감광성(photo curable) 무기 절연 물질로 된 보호막과; 상기 보호막 상에 형성되는 화소 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 감광성 무기 절연 물질은 UV에 의해 경화되는 것을 특징으로 한다.
상기 감광성 무기 절연 물질은 무기물과 유기물이 혼합된 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극은 데이터 배선, 게이트 배선과 소정 오버-랩 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판의 제조 방법은, 기판 위에 게이트 배선 및 게이트 전극, 절연막, 액티브층 및 오믹콘택층, 데이터 배선 및 소오스 전극, 드레인 전극이 순차적으로 적층되는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터 상에 보호막인 감광성 무기 절연 물질을 형성하는 단계와; 상기 보호막 상에 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 보호막을 형성하는 단계는 상기 감광성 무기 절연 물질에 마스크를 씌워 노광하는 단계와; 상기 감광성 무기 절연 물질을 현상하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 보호막은 다수의 콘택홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극을 형성하는 단계에 있어서, 상기 화소 전극은 데이터 배선, 게이트 배선과 소정 오버-랩 되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판을 개략적으로 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2에서 박막 트랜지스터를 Ⅰ-Ⅰ'로 단면하여 보여주는 도면이고, 도 4는 도 2에서 Ⅱ-Ⅱ'로 단면하여 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치용 어레이 기판에서는 투명한 절연 기판(210) 위에 가로 방향을 가지는 게이트 배선(221)과, 게이트 배선(221)에서 연장된 게이트 전극(222)이 형성되어 있다.
상기 게이트 배선(221)과 게이트 전극(222) 상부에는 게이트 절연막(230)이 형성되어 있으며, 그 위에 액티브층(241)과 오믹 콘택층(251, 252)이 순차적으로 형성되어 있다.
그리고, 상기 오믹 콘택층(251, 252) 위에 게이트 배선(221)과 직교하는 데이터 배선(261), 데이터 배선(261)에서 연장된 소스 전극(262), 게이트 전극(222)을 중심으로 소스 전극(262)과 마주 대하고 있는 게이트 배선(221)과 중첩하는 캐패시터 전극(265)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 데이터 배선(261)과 소스 및 드레인 전극(262, 263), 그리고 캐패시터 전극(265)은 보호막(270)으로 덮여 있으며, 보호막(270)은 드레인 전극(263)과 캐패시터 전극(265)을 각각 드러내는 제 1 및 제 2 콘택홀(271, 272)을 가진다.
상기 게이트 배선(221)과 데이터 배선(261)이 교차하여 정의되는 화소 영역의 보호막(270) 상부에는 화소 전극(281)이 형성되어 있는데, 화소 전극(281)은 제 1 및 제 2 콘택홀(271, 272)을 통해 각각 드레인 전극(262) 및 캐패시터 전극(265)과 연결되어 있다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 화소 전극(281)이 데이터 배선(261)의 가장자리 일부와 오버-랩(over-lap)되어 있는데, 이는 유전율이 낮은 보호막을 적용하여 데이터 배선(261)과 화소 전극(281)의 오버 랩에 따른 상호 영향을 방지하여 고개구율을 구현하기 위한 것이다.
상기 화소 전극(281)은 게이트 배선(221)과 오버-랩 될 수도 있다.
여기서, 상기 보호막(270)은 감광성(photo curable) 무기 물질을 사용하며, 이는 UV에 민감한 유기물(negative 특성)을 혼합하여 만든 광반응 물질로써, 내열성과 패턴(pattern)성이 우수하며 유전율도 낮다.
이와 같은 감광성 무기 물질은 무기물과 유기물이 혼합되어 있으므로 물성은 무기물 특성을 나타내고 공정은 유기물 특성을 나타낸다.
따라서, 박막 트랜지스터 상에 형성되는 보호막(270)은 무기막 특성으로서 소자 열화가 발생하는 문제점이 없으며, 유기막 특성으로서 포토 레지스트의 증착 없이 UV 조사하여 홀을 형성할 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판에서 콘택홀을 형성하는 방법을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 투명한 기판(300) 상에 게이트 전극(도 2에서 222)이 형성되고, 게이트 절연막(301)이 증착된다.
이때, 상기 게이트 절연막(301)은 SiNx 등과 같은 무기 절연막을 사용한다.
그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(301) 상에 액티브층, 오믹 콘택층, 소스 전극, 드레인 전극으로 이루어지는 박막 트랜지스터가 형성되고, 상기 박막 트랜지스터 상에 보호막(310)이 형성된다.
상기 보호막(310)은 감광성 무기 절연막으로 이루어지며, 이는 UV에 민감한 유기물(negative 특성)을 혼합하여 만든 광반응 물질로써, 내열성과 패턴(pattern)성이 우수하며 유전율도 낮다.
이어서, 상기 감광성 무기 절연 물질로 이루어진 보호막(310)은 UV에 민감한 네가티브(negative)성이므로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 마스크(350)를 씌운 후 UV를 조사한다.
상기 보호막(310)은 롤 코팅(roll coating) 또는 스핀 코팅(spin coating)으로 수 ㎛로 형성한다.
상기 감광성 무기 절연 물질은 공정상에서 유기막 특성을 나타내기 때문에, UV가 조사된 부위는 경화된다.
그리고, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(310)을 현상하면, UV에 의해 경화된 부분만 남고 콘택홀(303)을 형성할 수 있다.
최종적으로, 게이트 절연막(301)을 식각해야 할 경우에, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 패터닝된 보호막(310)을 마스크로 하여 건식 식각(dry etching)한다.
이와 같은 공정에 의해서 고개구율 액정 표시 장치의 어레이 기판에서 무기 절연막을 형성할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판 및 그 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 액정 표시 장치의 어레이 기판에서 감광성 무기 절연 물질을 이용하여 소스 전극, 드레인 전극 상에 형성되는 보호막으로 사용함으로써 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1i는 종래 액정 표시 장치에서 콘택홀을 형성하기 위하여 절연막을 식각하는 공정을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판을 개략적으로 보여주는 평면도.
도 3은 도 2에서 박막 트랜지스터를 Ⅰ-Ⅰ'로 단면하여 보여주는 도면.
도 4는 도 2에서 Ⅱ-Ⅱ'로 단면하여 보여주는 도면.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판에서 콘택홀을 형성하는 방법을 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
210, 300 : 절연 기판
221 : 게이트 배선 222 : 게이트 전극
230, 301 : 게이트 절연막 241 : 액티브층
251, 252 : 오믹 콘택층 261 : 데이터 배선
262 : 소스 전극 263 : 드레인 전극
265 : 캐패시터 전극 281 : 화소 전극
270, 310 : 보호막 303 : 콘택홀
350 : 마스크(mask)

Claims (8)

  1. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 형성되는 게이트 배선 및 게이트 전극과;
    상기 게이트 배선 상에 형성되는 게이트 절연막과;
    상기 게이트 절연막 상에 형성되고, 상기 게이트 배선과 수직으로 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차점에 형성된 게이트 전극, 액티브층, 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터와;
    상기 박막 트랜지스터를 포함하여 기판 전면에 형성되는 감광성(photo curable) 무기 절연 물질로 된 보호막과;
    상기 보호막 상에 형성되는 화소 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 어레이 기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 감광성 무기 절연 물질은 UV에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 어레이 기판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 감광성 무기 절연 물질은 무기물과 유기물이 혼합된 물질인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 어레이 기판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화소 전극은 데이터 배선, 게이트 배선과 소정 오버-랩 되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 어레이 기판.
  5. 기판 위에 게이트 배선 및 게이트 전극, 절연막, 액티브층 및 오믹콘택층, 데이터 배선 및 소스 전극, 드레인 전극이 순차적으로 적층되는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 박막 트랜지스터 상에 보호막인 감광성 무기 절연 물질을 형성하는 단계와;
    상기 보호막 상에 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 어레이 기판의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 보호막을 형성하는 단계는 상기 감광성 무기 절연 물질에 마스크를 씌워 노광하는 단계와;
    상기 감광성 무기 절연 물질을 현상하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 어레이 기판의 제조 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 보호막은 다수의 콘택홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 어레이 기판의 제조 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 화소 전극은 데이터 배선, 게이트 배선과 소정 오버-랩 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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