KR20050105591A - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20050105591A
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Abstract

본 발명은 소자의 개구율을 향상시키기 위해 데이터 배선과 화소전극 사이의 공간에 전류가 인가되는 차광금속을 더 구비하는 액정표시소자에 있어서, 상기 데이터 배선이 오픈되는 경우 리페어에 의해 수율 감소를 방지하고자 하는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 상에 서로 수직 교차되어 서브-화소를 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 형성된 보호막과, 상기 보호막 상에 형성되어 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극과, 상기 데이터 배선의 일 모서리와 화소전극 사이에 형성되는 제 1 차광금속과, 상기 데이터 배선의 다른 모서리와 화소전극 사이에 형성되고 양 끝단이 상기 데이터 배선에 오버랩되는 제 2 차광금속을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Device And Method For Fabricating The Same}
본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 개구율을 높이고 기생 커패시턴스를 줄이기 위한 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판표시소자로서 최근 각광받고 있는 액정표시소자는 콘트라스트(contrast) 비가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 작다는 장점 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다.
특히, 얇은 두께로 제작될 수 있어 장차 벽걸이 TV와 같은 초박형(超薄形) 표시장치로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 무게가 가볍고, 전력소비도 CRT 브라운관에 비해 상당히 적어 배터리로 동작하는 노트북 컴퓨터의 디스플레이, 개인 휴대폰 단말기, TV, 항공용 모니터로 사용되는 등, 차세대 표시장치로서 각광을 받고 있다.
이와 같은 액정표시소자는 일반적으로 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 각 화소 영역에 박막트랜지스터, 화소전극, 스토리지 커패시터가 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판과, 컬러필터층과 공통전극이 형성된 컬러필터 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 구성되어, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시한다.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 액정표시소자 및 그 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 액정표시소자의 단면도이다.
먼저, 액정표시소자의 박막 어레이 기판(111)에는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일렬로 배치된 게이트 배선(112)과 상기 게이트 배선(112)에 수직으로 교차 배치되는 데이터 배선(115)에 의해 단위 화소가 정의되며, 상기 단위 화소 내에는 전압의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 박막트랜지스터(TFT)와, 빛을 투과시키는 영역으로 액정층에 신호전압을 걸어주는 화소전극(117)과, 레밸-쉬프트(Level-shift) 전압을 작게 하고 비선택 기간 동안에 화소정보를 유지해 주는 스토리지 커패시터가 구비되어 있다.
이 때, 상기 게이트 배선(112)과 데이터 배선(115) 사이에는 게이트절연막(113)이 더 구비되고, 상기 박막트랜지스터(TFT)와 화소전극(117) 사이에는 보호막(116)이 더 구비된다.
따라서, 상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선(112)에서 분기되는 게이트 전극(112a)과, 상기 게이트 전극(112a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(113)과, 상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층(114)과, 상기 데이터 배선(115)에서 분기되어 상기 반도체층(114) 양 끝에 각각 형성되는 소스 전극(115a) 및 드레인 전극(115b)으로 구성되며, 상기 드레인 전극(115b)은 상기 보호막(116)을 관통하여 상기 화소전극(117)에 연결되어 화소전극에 전압을 인가한다.
그리고, 스토리지 커패시터(Cst)는 상기 게이트 배선(112)과 동일층에 형성되어 상기 게이트 배선에 평행하는 커패시터 전극(126)과, 화소전극(117)과, 상기 커패시터 전극(126) 및 화소전극(117) 사이에 개재된 게이트 절연막(113) 및 보호막(116)으로 이루어져, 박막트랜지스터의 턴오프 구간동안 액정에 충전된 전하를 유지시켜준다.
상기 스토리지 커패시터(Cst)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 단위 화소 내부에 형성되기도 하지만, 게이트 배선의 소정 영역을 커패시터 전극으로 활용하여 게이트 배선 상부에 형성되기도 한다.
통상, 스토리지 커패시터는 서로 대향하는 커패시터 상,하부 전극 사이에 절연층이 형성되어 있는 구조를 가지는데, 상기 커패시터 전극(126)이 커패시터 하부전극 역할을 하고, 상기 게이트 절연막(113) 및 보호막(116)이 절연층의 역할을 하며, 상기 커패시터 전극(126)에 오버랩되는 화소전극(117)의 소정 영역이 커패시터 상부전극의 역할을 한다.
이 때, 상기 게이트 절연막(113)은 유전율이 7.5 정도의 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기재료를 사용하여 1500∼5000Å의 두께로 형성하고, 상기 보호막(116)은 3.4의 저유전율인 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴계 물질과 같은 유기재료를 사용하여 3∼5㎛ 정도 두께로 형성한다.
상기 보호막(116)으로 무기재료를 사용하여 형성가능하나, 유전율이 높아 서로 오버랩되는 게이트 배선층, 데이터 배선층, 화소전극 사이에 기생 커패시턴스(Parasitic Capacitance)가 발생한다는 단점이 있었다. 다만, 유기재료를 사용하는 경우 기생 커패시턴스는 낮출 수 있으나, 보호막(116)이 두꺼워지므로 단차에 의한 문제가 발생하고 더욱이, 소형 모바일 폰 모델에 대해서는 적용하기 어렵다.
이러한 기생 용량은 액정에 인가되는 교류전압에 대하여 직류 전압 오프셋(voltage offset), 즉 △Vp를 유발시키는데, 이러한 직류 전압 오프셋은 액정표시소자에 있어서, 화면의 깜빡임(flicker), 이미지 고착(image sticking), 화면 밝기의 뷸균일성 등의 좋지 않은 효과를 일으키게 된다.
한편, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판(111)에 대향하는 컬러필터 어레이 기판(121)에는 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터층(123)과, R,G,B 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 매트릭스(122)와, 액정층(131)에 전압을 인가하기 위한 공통 전극(124)으로 구성된다.
이 때, 상기 컬러필터층(123)은 통상적으로, R,G,B의 색소를 갖는 화소가 배열되는데, 각 서브-화소가 하나의 색소를 가지며, 각각 독립적으로 구동되고 이들의 조합에 의해 하나의 화소(pixel)의 색이 표시된다.
그리고, 상기 블랙 매트릭스(122)는 통상적으로, 서브-화소 가장자리와 TFT 어레이 기판의 박막트랜지스터가 형성되는 영역에 상응되도록 형성하여 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 차광하는 역할을 한다.
여기서, 상기 블랙 매트릭스(122)는 빛샘을 차광하기 위한 합착마진이 필요한데, 도 2에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(122)와 화소전극(117)이 5㎛ 정도 오버랩되도록 형성한다. 물론, 장비의 정도에 따라 합착 마진이 달라질 수 있다.
상기와 같이 구성된 액정표시소자는 비발광 소자이므로 광원인 백라이트(150)가 별도로 요구되는데, 백라이트(150)로부터 입사하는 광은, 도 2에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(122)와 화소전극(117)이 합착 마진(약 5㎛)을 가지고 오버랩되는 부분에서 차광되므로 그 영역만큼 개구율이 현저히 떨어진다.
즉, 상기와 같은 종래 기술에 의한 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 화소전극과 데이터 배선 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스에 의해 데이터 전압 레벨이 감소되는 소스 딜레이(source delay)가 발생되어 화상품질이 저하되고, 또한, 화소전극과 데이터 배선 사이에서 발생하는 빛샘을 차광하기 위해 블랙 매트릭스를 연장 형성하므로 개구율이 떨어지게 된다.
둘째, 화소전극과 데이터 배선 사이에 차광금속을 추가 형성하는 경우, 리페어 패턴을 형성하는 것이 용이하지 않아 데이터 배선이 오픈되는 경우 리페어가 실질적으로 불가능하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 데이터 배선을 따라 데이터 배선과 화소전극 사이에 차광금속을 추가 구비하여 개구율을 향상시키고자 하는 액정표시소자에 있어서, 상기 데이터 배선이 오픈되는 경우 리페어할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 기판 상에 서로 수직 교차되어 서브-화소를 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 형성된 보호막과, 상기 보호막 상에 형성되어 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극과, 상기 데이터 배선의 일 모서리와 화소전극 사이에 형성되는 제 1 차광금속과, 상기 데이터 배선의 다른 모서리와 화소전극 사이에 형성되고 양 끝단이 상기 데이터 배선에 오버랩되는 제 2 차광금속을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계와, 상기 게이트 배선과 수직하는 방향으로 제 1 차광금속을 형성하고, 상기 제 1 차광금속과 일체형으로 상기 제 1 차광금속에 평행하는 제 2 차광금속을 형성하는 단계와, 상기 게이트 배선을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 ,제 2 차광금속 사이에서 상기 게이트 배선과 교차하여 서브-화소를 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 지점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 데이터 배선을 포함한 전면에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 상의 서브-화소 내에 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 데이터 배선이 오픈된 경우, 상기 제 1 차광금속으로부터 제 2 차광금속을 단락시키고, 상기 제 2 차광금속의 양 끝단과 상기 데이터 배선을 웰딩하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 데이터 배선과 화소전극 사이에 차광금속을 구비하여 블랙 매트릭스에 의하지 않고도 화소전극 가장자리의 빛샘을 차광 가능하게 함으로써 개구율을 향상시키고자 하는 것으로, 상기 데이터 배선이 오픈되는 경우 상기 차광금속을 리페어 패턴으로 대체 사용 가능하도록 함에 특징이 있다.
구체적으로, 데이터 배선 양 모서리에 각가 형성되는 제 1 ,제 2 차광금속중, 상기 제 1 차광금속은 빛샘을 차광하는 역할만 수행하지만, 제 2 차광금속은 차광뿐만 아니라 데이터 배선이 오픈되는 경우 리페어 패턴의 역할도 수행하게 된다. 상기 제 2 차광금속을 리페어 패턴으로 사용하기 위해서는 연결부분을 단락시켜 독립된 패턴으로 만든 후, 상기 데이터 배선과 오버랩되는 부분을 웰딩하여 데이터 배선의 오픈을 리페어 하는 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 액정표시소자는 화소전극과 데이터 배선 사이에 발생하는 빛샘을 차광하기 위해 데이터 배선 양측에 제 1 ,제 2 차광금속을 각각 구비하는 것으로 본 출원인에 의해 기출원된 바 있다.(대한민국 특허출원 2004-21678호 참조)
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시소자는 절연막을 사이에 두고 서로 수직교차하여 서브-화소를 정의하는 게이트 배선(512) 및 데이터 배선(515)과, 상기 게이트 배선(512) 및 데이터 배선(515)의 교차 지점에서 게이트 전극(512a), 게이트 절연막(513), 반도체층(514), 소스/드레인 전극(515a,515b)이 적층되어 스위칭 역할을 하는 박막트랜지스터(TFT)와, 콘택홀(518)을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극(515b)과 전기적으로 연결되도록 서브-화소 내에 형성된 화소전극(517)과, 상기 화소전극(517)의 가장자리에서 발생하는 빛샘을 방지하기 위해 상기 데이터 배선(515)과 데이터 배선 양측에 인접한 화소전극(517) 사이에 형성되는 차광금속(532)으로 구성된다.
이 때, 상기 게이트 배선(512)과 평행하는 스토리지 배선(526)이 더 구비되며, 상기 스토리지 배선(526)은 상부에 오버랩된 화소전극(517)과 더불어 스토리지 커패시턴스를 발생시켜 액정에 충전된 전압을 일정하게 유지시켜 준다.
따라서, 상기 차광금속에 의해 빛샘이 차광되므로 블랙 매트릭스를 연장형성하지 않아도 되므로 블랙 매트릭스에 의한 개구율 저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 보호막은 유기절연물질로 형성하여도 무방하나, 차광금속(532)에 의해 기생 커패시턴스를 줄일 수 있으므로, 그 증착이 용이하고 그 두께가 얇아 단차에 의한 문제점이 없는 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기재료를 사용하여 형성한다.
또한, 상기 차광금속(532)은 상기 스토리지 배선(526)과 일체형으로 연결되어 Vcom 전압이 인가되는데, 상기 차광금속(532)에 의한 전계효과에 의해, 데이터 배선(515)과 화소전극(517) 사이에 형성되는 기생 커패시턴스 Cdp 수준이 기존에 대비하여 감소하게 된다.
그러나, 상기 차광금속(532)이 데이터 배선(515)과 화소전극(517) 사이에 구비되므로 데이터 배선 오픈을 리페어하기 위한 리페어 패턴을 형성하는 것이 용이하지 않게 되었다.
따라서, 본발명의 제 2 ,제 3 실시예에서는 상기 차광금속을 리페어 패턴으로도 대체 사용 가능하도록 그 구조를 설계함을 특징으로 한다.
제 2 실시예
이하에서, 상기 제 2 실시예를 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도이고, 도 5는 데이터 배선과 차광금속의 확대평면도이며, 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자의 공정단면도이다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 배선(615) 양 모서리에 오버랩되는 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)을 스토리지 배선(626)과 일체형으로 형성하되, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633) 각각을 별도로 스토리지 배선(626)으로부터 분지시키는 것이 아니라, 한부분에서 분지시킨 후 두 갈래로 분할 형성하여 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)을 데이터 배선(615) 양 모서리에 각각 오버랩되도록 함을 특징으로 한다.
이 때, 데이터 배선(615)이 오픈되는 경우, 상기 제 2 차광금속(633)을 단락시켜 리페어 패턴으로 대체 사용한다.
구체적으로, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자는, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 상에 일직선으로 형성된 복수개의 게이트 배선(612)과, 게이트 절연막에 의해 상기 게이트 배선(612)에 절연되며 수직 교차되어 서브-화소를 정의하는 복수개의 데이터 배선(615)과, 상기 게이트 배선(612) 및 데이터 배선(615)의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 박막트랜지스터(TFT)를 포함한 전면에 형성된 보호막과, 상기 보호막을 제거하여 형성한 콘택홀(618)을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극(615b)에 연결되는 화소전극(617)과, 상기 데이터 배선(615)의 일측 모서리와 화소전극(617) 사이에 형성되는 제 1 차광금속(632)과, 상기 데이터 배선(615)의 타측 모서리와 화소전극(617) 사이에 형성되고 양 끝단이 상기 데이터 배선(615)에 오버랩되도록 돌출된 형태를 가지는 ??자형의 제 2 차광금속(633)을 포함하여 구성된다.
상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선(612)에서 돌출되는 게이트 전극(612a)과, 상기 게이트 전극(612a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(도시하지 않음)과, 상기 게이트 전극(612a) 상부의 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층(614)과, 상기 데이터 배선(615)에서 돌출되어 상기 반도체층(614) 양 끝에 각각 형성되는 소스 전극(615a) 및 드레인 전극(615b)으로 구성된다.
그리고, 서브-화소내의 소정 부위에는 상기 게이트 배선(612)에 평행하는 스토리지 배선(626)이 더 형성되는데, 상기 스토리지 배선(626) 상부에는 절연막을 사이에 두고 상기 화소전극(617)이 연장 형성되어 스토리지 커패시턴스를 형성한다.
한편, 상기 제 2 차광금속(633)의 일 끝단은 상기 제 1 차광금속(632)에 일체형으로 연결되는데, 상기 제 1 차광금속(632)은 게이트 배선(612)에서 분기되어 게이트 신호를 인가받거나 또는 스토리지 배선(626)에서 분기되어 Vcom 전압을 인가받아 전계를 형성한다.
즉, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)에는 전계가 형성되어, 데이터 배선(615)과 화소전극(617) 사이에 형성되는 기생 커패시턴스 Cdp 수준이 기존에 대비하여 감소하게 되고, 결국 수직 크로스토크 문제 등이 개선되어 화질이 향상된다.
그리고, 상기 데이터 배선(615)이 오픈되는 경우에는, 상기 데이터 배선(615)에 부분적으로 오버랩되는 제 2 차광금속(633)이 리페어 패턴으로 활용되는데, 상기 제 2 차광금속(633)이 상기 제 1 차광금속(632)으로부터 단락되고, 상기 제 2 차광금속(633)의 양 끝단이 상기 데이터 배선(615)에 웰딩된다.
따라서, 데이터 배선(615)이 오픈되는 부분에서 흐르지 못하던 전압이 웰딩된 제 2 차광금속(633)을 따라 흘러 인접한 데이터 배선에 전달된다.
이와같이, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)은 데이터 배선과 화소전극 사이에 형성되어 해당영역에서 새어나오는 빛샘을 차광하고 기생 커패시턴스를 저하시키는 것은 물론, 리페어 패턴 역할도 동시에 수행한다. 따라서, 별도의 리페어 패턴이 요구되지 않는다.
이하에서, 상기 제 2 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 투명하고 절연내압이 높은 기판 상에 신호지연의 방지를 위해서 낮은 비저항을 가지는 저저항 금속 물질을 스퍼터링 방법으로 증착하고 포토식각기술로 패터닝하여 일렬로 배열된 게이트 배선(612)과, 상기 게이트 배선(612)으로부터 분기된 게이트 전극(512a)과, 상기 게이트 배선(612)에 평행하는 스토리지 배선(522)과, 상기 스토리지 배선(626)으로부터 분기되는 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)을 형성한다.
이 때, 상기 스토리지 배선은 화소 중간에 형성하여도 되고, 게이트 배선과 인접한 부분에 형성하여도 되며, 스토리지 배선을 추가로 형성하지 않고 전단 게이트 배선을 활용하여도 무방할 것이다. 다만, 어떠한 경우에라도 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)은 스토리지 배선 또는 게이트 배선에 일체형으로 연결되어 일정한 전압을 전달받는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)은 후공정에서 형성될 데이터 배선에 평행하도록 형성하되, 상기 제 2 차광금속(633)은 그 양 끝단을 돌출되도록 형성하여 상기 데이터 배선(615)과 보다 넓은 면적으로 오버랩되도록 한다. 즉, 제 1 차광금속(632)은 전단의 게이트 배선(612) 또는 스토리지 배선(626)에 연결되고, 상기 제 2 차광금속(633)은 그 양단이 데이터 배선(615)에 오버랩되고 그 중 어느 일단이 상기 제 1 차광금속(632)에 연결되어 전계를 인가받는다.
다음, 상기 게이트 전극(612a)을 포함한 전면에 절연 내압 특성이 좋은 무기 절연물질인 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 등을 플라즈마 강화형 화학 증기 증착 방법으로 증착하여 2000Å 두께의 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 비정질 실리콘(Amorphous Silicon;a-Si:H)을 SiH4 와 H2 혼합가스를 이용한 플라즈마 화학기상증착 방법으로 증착하고 패터닝하여 반도체층(614)을 형성한다.
다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층(614)을 포함한 전면에 저저항 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상기 게이트 배선(612)에 교차하여 서브-화소를 정의하는 데이터 배선(615)과, 상기 데이터 배선(615)에서 분기되어 상기 반도체층(614) 상에 위치하는 소스/드레인 전극(615b)을 형성한다.
이 때, 상기 데이터 배선(615)은 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633) 사이에 나란하게 형성되어 상기 데이터 배선의 가장자리에서 발생하는 빛샘이 차광되도록 한다. 따라서, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)은 상기 데이터 배선(615)의 모서리에 오버랩될 수 있다.
참고로, 상기 게이트 배선용 물질 및 데이터 배선용 물질은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : Aluminum Neodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 저저항 금속 물질로 형성한다.
이상의 액티브 영역의 게이트 전극(512a), 반도체층(514), 소스/드레인 전극(515a,515b)의 적층막이 박막트랜지스터(TFT)를 구성한다.
계속하여, 상기 박막트랜지스터(TFT)를 포함한 전면에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 등의 무기 절연물질을 증착하여 보호막을 형성한다.
이 때, 저유전율의 유기 절연물질을 사용하여 보호막을 형성하여도 무방하나, 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)에 의해 기생 커패시턴스를 줄일 수 있으므로, 유기재료로 보호막을 형성하는 대신에 그 증착이 용이하고 그 두께가 얇아 단차에 의한 문제점이 없는 무기재료를 사용하여 보호막을 형성한다.
다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 드레인 전극(615b) 상의 보호막을 제거하여 콘택홀(618)을 형성하고, 상기 보호막 상에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 화소전극(617)을 형성한다.
이 때, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)이 데이터 배선(615)과 화소전극(617) 사이에 위치할 수 있도록 화소전극을 형성한다. 다만, 화소전극 모서리에 발생하는 빛샘을 완전 차광하기 위해 상기 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)이 약간 오버랩되도록 형성한다.
이후, 라인 디펙트(line defect) 및 포인트 디펙트(point defect)등의 불량을 테스트하기 위해 자동 프로브장치를 통해 불량 좌표를 검출한다. 상기 불량 좌표 검출 방법은 한 라인씩 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 니들을 고정하고 외부 신호를 통해 전압을 인가한 다음 신호를 구동하지 못하는 좌표를 검출하는 방법을 사용한다.
이 때, 상기 데이터 배선(615)이 오픈(DLO : Data Line Open)되어 데이터 신호가 흐르지 않는 불량이 검출되면, 레이저 빔 기구를 사용하여 레이저 수리를 한다. 즉, 도 6d에 도시된 바와 같이, 제 1 차광금속(632)으로부터 상기 제 2 차광금속(633)을 단락(cutting, C1)시킨 후, 데이터 배선(615)과 제 2 차광금속(633)을 레이저 웰딩(W1,W2)하여 데이터 배선(615)에 흐르던 신호가 제 2 차광금속(633)을 통해 단락된 인접한 데이터 배선에 전달되게 한다.
데이터 배선의 리페어가 끝난 다음에는, 자동 프로브 장치를 사용하여 상기 점결함의 수리 성공 여부를 확인한다.
한편, 도시하지는 않았으나, 데이터 배선 오픈 불량이 해결된 박막 어레이 기판에는 액정층을 사이에 두고 컬러필터 기판이 대향합착되는데, 상기 컬러필터 기판 상에는 크롬산화물(CrOx), 크롬(Cr), 카본(carbon) 계통의 유기물질로 화소 가장자리와 박막트랜지스터 영역에 오버랩되도록 형성되어 빛샘을 방지하는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 R,G,B의 색상을 표현하는 컬러필터층과, 상기 컬러필터층 상부에 형성되어 화소전극과 더불어 액정을 제어하기 위한 전계를 형성하는 공통전극이 구비된다.
이 때, 상기 박막어레이 기판의 제 1 ,제 2 차광금속(632,633)에 의해 데이터 배선(615)과 화소전극(617) 사이의 빛샘이 완전차광되므로, 블랙 매트릭스의 면적을 넓게 형성하지 않아도 된다. 따라서, 블랙 매트릭스 크기에 의한 개구율 저하가 방지된다.
제 3 실시예
이하에서는, 제 3 실시예를 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도이고, 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시소자의 공정단면도이다.
상기 제 2 실시예의 스토리지 배선이 게이트 배선과 평행했던 것과 달리, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 스토리지 배선은 단위 화소를 사선으로 가로지르는 형태인 것을 특징으로 한다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 배선(715)의 일측 모서리와 화소전극(717) 사이에 형성되는 제 1 차광금속(732)과, 상기 데이터 배선(715)의 타측 모서리와 화소전극(717) 사이에 형성되고 양 끝단이 상기 데이터 배선(715)에 오버랩되도록 돌출된 형태를 가지는 ??자형의 제 2 차광금속(733)과, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(732,733)을 일체형으로 연결시키고 단위 화소를 사선으로 가로지르는 형태로 형성되어 스토리지 커패시턴스를 발생시키는 스토리지 배선(726)이 필수 구성요소로 구비된다.
따라서, 상기 스토리지 배선(726)으로부터 분기되어 있는 제 1 ,제 2 차광금속(732,733)에는 Vcom 전압이 흘러 전계가 형성된다.
그리고, 상기 스토리지 배선(726)은 화소전극(717)에 오버랩되어 스토리지 커패시턴스를 발생시키는데, 상기 화소전극(717)은 게이트 배선(712) 및 데이터 배선(715)에 의해 정의되는 단위 화소 내부에 형성되며, 박막트랜지스터의 드레인 전극(715b)에 접속된다.
이 때, 데이터 배선(715)이 오픈되는 경우, 상기 데이터 배선(715)에 부분적으로 오버랩되는 제 2 차광금속(733)이 리페어 패턴으로 활용되는데, 상기 제 2 차광금속(733)이 상기 스토리지 배선(726)으로부터 단락되고, 상기 제 2 차광금속(733)의 양 끝단이 상기 데이터 배선(715)에 웰딩된다.
따라서, 데이터 배선(715)이 오픈되는 부분에서 흐르지 못하던 전압이 웰딩된 제 2 차광금속(733)을 따라 흘러 인접한 데이터 배선에 전달된다.
이와같이, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(732,733)은 데이터 배선과 화소전극 사이에 형성되어 해당영역에서 새어나오는 빛샘을 차광하고 기생 커패시턴스를 저하시키는 것은 물론, 리페어 패턴 역할도 동시에 수행한다. 따라서, 별도의 리페어 패턴이 요구되지 않는다.
상기 액정표시소자의 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 기판 상에 비저항이 낮은 금속 물질을 증착하고 패터닝하여 일렬로 배열된 게이트 배선(712)과, 상기 게이트 배선(712)으로부터 분기된 게이트 전극(512a)과, 상기 게이트 배선(712)과 수직으로 이루는 제 1 차광금속(732)과, 상기 제 1 차광금속(732)과 평행하며 E자 패턴으로 형성되는 제 2 차광금속(733)과, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(732,733)의 일단을 연결시키는 스토리지 배선(522)을 형성한다.
이 때, 상기 스토리지 배선은 단위 화소를 사선 방향으로 가로지르는 형태로 형성된다.
다음, 상기 게이트 전극(712a)을 포함한 전면에 무기 절연물질을 증착하여 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 비정질 실리콘(Amorphous Silicon;a-Si:H)을 증착하고 패터닝하여 반도체층(도시하지 않음)을 형성한다.
다음, 도 8b에 도시된 바와 같이, 전면에 비저항이 낮은 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상기 게이트 배선(712)에 교차하여 서브-화소를 정의하는 데이터 배선(715)과, 상기 데이터 배선(715)에서 분기되어 상기 반도체층 상에 각각 오버랩되는 소스/드레인 전극(715b)을 형성한다.
이 때, 상기 데이터 배선(715)은 상기 제 1 ,제 2 차광금속(732,733) 사이에 나란하게 형성되어 상기 데이터 배선의 가장자리에서 발생하는 빛샘이 차광되도록 한다.
이상의 액티브 영역의 게이트 전극(512a), 반도체층(514), 소스/드레인 전극(515a,515b)의 적층막이 박막트랜지스터(TFT)를 구성한다.
계속하여, 상기 박막트랜지스터(TFT)를 포함한 전면에 아크릴계 물질, BCB 등의 유기절연물질을 도포하거나 또는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 등의 무기 절연물질을 증착하여 보호막을 형성한다.
다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 드레인 전극(715b) 상의 보호막을 제거하여 콘택홀(718)을 형성하고, 상기 보호막 상에 ITO 또는 IZO 등의 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 화소전극(717)을 형성한다.
이 때, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(732,733)이 데이터 배선(715)과 화소전극(717) 사이에 위치할 수 있도록 화소전극(717)을 형성한다. 다만, 상기 제 1 ,제 2 차광금속(732,733)을 상기 데이터 배선(715)과 화소전극(717) 모서리에 일부 오버랩되도록 형성하여, 화소전극(717)과 데이터 배선(715) 사이에 발생하는 빛샘을 완전 차광할 수 있다.
이후, 자동 프로브장치를 통해 불량 좌표를 검출한다. 이 때, 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 배선(715)이 오픈(DLO)되는 불량이 검출되면, 스토리지 배선(726)으로부터 상기 제 2 차광금속(733)을 단락(cutting, C1)시켜 독립된 패턴으로 만든 후, 데이터 배선(715)과 제 2 차광금속(733)을 레이저 웰딩(W1,W2)하여 데이터 배선(715)에 흐르던 신호가 제 2 차광금속(733)을 통해 단락된 인접한 데이터 배선에 전달되게 한다.
이와 같이, 본발명의 제 1 ,제 2 차광금속(732,733)은 데이터 배선(715)과 화소전극(717) 사이의 빛샘을 차광함과 동시에, 리페어 패턴으로 대체 사용되기도 한다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 상기 데이터 배선이 오픈되는 경우 상기 차광금속을 리페어 패턴으로 대체 사용가능하므로 별도의 리페어 패턴 공정없이도 데이터 배선의 오픈을 리페어할 수 있다.
둘째, 데이터 배선을 따라 데이터 배선과 화소전극 사이에 차광금속을 추가구비함으로써 빛샘을 방지함과 동시에 합착마진을 위한 블랙 매트릭스의 면적을 줄일 수 있어, 소자의 개구율이 향상된다.
셋째, 차광금속에 의한 전계효과에 의해, 데이터 배선과 화소전극 사이에 형성되는 기생 커패시턴스가 감소하게 되어 화상품질이 개선된다.
넷째, 기생 커패시턴스가 감소되는 효과에 의하여, 보호막으로 저유전율 특성의 유기재료를 사용하는 대신에, 실리콘질화물 등의 무기재료를 사용할 수 있게 된다. 따라서, 보호막을 형성하기 위한 공정이 용이해지고 단차가 낮아지며 BCB 관련 작업성 문제가 해결된다.
다섯째, 보호막으로 무기재료를 사용 가능하게 되므로, BCB층 제거에 따른 생산 비용이 저감된다.
여섯째, BCB적용을 위한 디자인 룰을 적용하지 않음으로써 설계마진이 확보되고, 보호막의 두께가 얇아져 컴팩한 액정표시소자의 구현이 가능해진다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 액정표시소자의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도.
도 5는 데이터 배선과 차광금속의 확대평면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자의 공정단면도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시소자의 공정단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
611 : 박막 어레이 기판 612 : 게이트 배선
612a : 게이트 전극 614 : 반도체층
615 : 데이터 배선 615a : 소스 전극
615b : 드레인 전극 617 : 화소전극
618 : 콘택홀 626 : 스토리지 배선
632,633 : 제 1 ,제 2 차광금속 DLO : 데이터 배선 오픈
W1,W2 : 웰딩 C1 : 단락

Claims (11)

  1. 기판 상에 서로 수직 교차되어 서브-화소를 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터;
    상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 형성된 보호막;
    상기 보호막 상에 형성되어 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극;
    상기 데이터 배선의 일 모서리와 화소전극 사이에 형성되는 제 1 차광금속;
    상기 데이터 배선의 다른 모서리와 화소전극 사이에 형성되고 양 끝단이 상기 데이터 배선에 오버랩되는 제 2 차광금속을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 차광금속은 상기 게이트 배선에서 분기되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브-화소 내에 스토리지 배선을 더 구비하고,
    상기 제 1 또는 제 2 차광금속은 상기 스토리지 배선에서 분기되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 차광금속은 상기 제 1 차광금속과 일체형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 배선 오픈시, 상기 제 2 차광금속은 상기 제 1 차광금속으로부터 단락되고, 상기 제 2 차광금속의 양 끝단이 상기 데이터 배선에 웰딩되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
    상기 게이트 배선과 수직하는 방향으로 제 1 차광금속을 형성하고, 상기 제 1 차광금속과 일체형으로 상기 제 1 차광금속에 평행하는 제 2 차광금속을 형성하는 단계;
    상기 게이트 배선을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 ,제 2 차광금속 사이에서 상기 게이트 배선과 교차하여 서브-화소를 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 지점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 데이터 배선을 포함한 전면에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막 상의 서브-화소 내에 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 데이터 배선이 오픈된 경우, 상기 제 1 차광금속으로부터 제 2 차광금속을 단락시키고, 상기 제 2 차광금속의 양 끝단과 상기 데이터 배선을 웰딩하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 차광금속의 양 끝단은 상기 데이터 배선과 오버랩되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 서브-화소 내에 스토리지 배선을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  9. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 차광금속은 상기 게이트 배선 또는 스토리지 배선과 일체형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호막은 무기절연물질을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 ,제 2 차광금속은 상기 데이터 배선 및 화소전극의 모서리에 오버랩되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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