KR20070072179A - Method for fabricating liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도1 is a plan view showing a part of an array substrate of a general transverse electric field type liquid crystal display device
도 2는 본 발명의 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도2 is a plan view showing a part of an array substrate of a liquid crystal display of the present invention.
도 3a ~ 도 3i는 본 발명의 따른 TFT 배열기판의 제조공정을 나타내는 공정단면도3A to 3I are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a TFT array substrate according to the present invention.
※※도면의 주요부분에 대한 부호 설명※※※※ Description of symbols on the main parts of the drawings ※※
112: 롤러 114: 클리체로부터 형성된 레지스트112: roller 114: resist formed from cliché
116: 유리기판에 접촉한 레지스트 118: 금속층116: resist in contact with the glass substrate 118: metal layer
120: 유리기판 122: 게이트 전극120: glass substrate 122: gate electrode
124: 공통전극 126: 게이트 절연막124: common electrode 126: gate insulating film
128a: 1차 식각 후의 액티브 층 128b: 2차 후의 액티브 층128a: active layer after
130a: 1차 식각 후의 도전층 130b: 2차 식각 후의 도전층130a: conductive layer after
132: 투명전극 132a: 1차 식각 후의 투명전극132:
134: 포토 레지스트 134a: 회절노광 후의 포토레지스트134:
134b: 애싱 후의 포토레지스트134b: photoresist after ashing
본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는 IPS(In Plane Switching) 및 FFS(Fringe Field Switching)방식의 액정표시장치에 있어 박막 트랜지스터 배열(Thin Film Transistor-array: TFT-array)기판의 제조방법에 관련된 것으로, 그 제조방법은 프린팅(printing) 방식을 이용하여 제작하되, 투명전극을 증착하고 난 후의 기판상에 회절 마스크를 적용하여 소오스/드레인 전극 및 화소전극을 형성하고자 하는 것과 관련된다.The present invention relates to a method of manufacturing a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor array (TFT-array) substrate in an IPS (In Plane Switching) and FFS (Fringe Field Switching) type liquid crystal display device. It is manufactured by using a printing method, and relates to forming a source / drain electrode and a pixel electrode by applying a diffraction mask on a substrate after depositing a transparent electrode.
최근 들어, 정보 디스플레이에 대한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량의 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, with increasing interest in information displays and increasing demands for using portable information carriers, lightweight flat panel displays, which replace the conventional display device, the cathode ray tube (CRT); The research and commercialization of FPD) is focused on. In particular, the liquid crystal display (LCD) of the flat panel display device is an image representing the image using the optical anisotropy of the liquid crystal, is excellent in resolution, color display and image quality, and is actively applied to notebooks or desktop monitors have.
이때, 상기 액정표시장치에 일반적으로 사용되는 구동방식으로 네마틱상의 액정분자를 기판에 대해 수직 방향으로 구동시키는 TN(Twisted Nematic)방식이 있으나, 상기 방식의 액정표시장치는 시야각이 90도 정도로 좁다는 단점을 가지고 있다. 이것은 액정분자의 굴절률 이방성(refractive anisotropy)에 기인하는 것으로 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 액정표시패널에 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직방향으로 배향되기 때문이다.At this time, a driving method generally used in the liquid crystal display device is a twisted nematic (TN) method for driving nematic liquid crystal molecules in a vertical direction with respect to a substrate, but the liquid crystal display device of the method has a narrow viewing angle of about 90 degrees. Has its drawbacks. This is due to the refractive anisotropy of the liquid crystal molecules because the liquid crystal molecules oriented horizontally with the substrate are oriented almost perpendicular to the substrate when a voltage is applied to the liquid crystal display panel.
반면, 이와는 대조적으로 IPS 방식은 수평한 방향으로 구동시켜 시야각을 170도 이상으로 향상시킨 것으로서, 이하에서는 이에 대하여 구체적으로 살펴 보고자 한다.On the other hand, in contrast, the IPS scheme is driven in a horizontal direction to improve the viewing angle to 170 degrees or more, and will be described in detail below.
도 1은 일반적인 IPS 방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로서, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트 라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 N×M개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 단지 한 화소만을 나타내었다.FIG. 1 is a plan view showing a part of an array substrate of a general IPS type liquid crystal display device. In an actual liquid crystal display device, N gate lines and M data lines cross each other to provide N × M pixels. Only one pixel is shown in the figure.
도면에 도시된 바와 같이, 투명한 유리기판(10) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인(16)과 데이터 라인(17)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 라인(16)과 데이터 라인(17)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터(20)가 형성되어 있다. As shown in the drawing, a
이때, 상기 박막 트랜지스터(20)는 게이트 라인(16)에 연결된 게이트 전극(21), 데이터 라인(17)에 연결된 소오스 전극(22) 및 화소전극 라인(18L)에 연결된 드레인전극(23)으로 구성된다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 박막 트랜지스터(20)는 게이트 전극(21)과 소오스/드레인 전극(22, 23)의 절연을 위한 절연막 및 게이트 전극(21)에 공급되는 게이트 전압에 의해 소오스 전극(22)과 드레인 전극(23) 간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층, 즉 채널층을 포함한다.In this case, the
한편, 상기 화소영역 내에는 횡전계를 발생시키기 위한 공통전극(8)과 화소 전극(18)이 데이터 라인(17)의 길이방향으로 교대로 배치되어 있다. 이때, 상기 화소전극(18)은 드레인 전극(23)과 연결된 화소전극 라인(18L)과 제1 콘택홀(40A)을 통해 전기적으로 접속하며, 상기 공통전극(8)은 게이트 라인(16)과 평행하게 배치된 공통전극 라인(8L)과 제2 콘택홀(40B)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.In the pixel region, the
또한, 상기 공통전극(8)과 화소전극(18)은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO)와 같은 투명한 도전물질로 동일한 평면상에 형성되어 있다. In addition, the
한편, 상기와 같이 화소전극 및 공통전극이 모두 투명전극으로 형성되는 2-ITO 구조의 IPS 방식 액정표시장치는 화상표시 영역인 화소영역 내에 전극들이 모두 투명전극으로 형성되므로 개구율이 증가하며, 또한 상기 두 종류의 전극이 동일층에 형성되므로 전극 간격이 균일하게 형성되어 CD(critical dimension) 균일성 확보에 따른 응답속도 및 잔상에 유리하다는 장점이 있다.On the other hand, as described above, the IPS type liquid crystal display device having a 2-ITO structure in which both the pixel electrode and the common electrode are formed as transparent electrodes has an aperture ratio which is increased since the electrodes are all formed as transparent electrodes in the pixel region which is an image display area. Since two kinds of electrodes are formed on the same layer, the electrode gap is uniformly formed, which is advantageous in that response speed and afterimages are obtained according to securing CD (critical dimension) uniformity.
그러나, 데이터 배선과 게이트 배선과의 기생용량의 편차나 화소전극과의 오배열에 의한 변동량이 제거되지 않아, 여전한 혼선(cross talk) 및 휘도 향상이 이루어지지 않았다. 그로 인해, 상기의 문제점들은 특히 IPS 모드와 같은 광시야각 구조를 필요로 하는 대면적 TV 모델을 위해서는 크게 도움이 되지 않는다. However, variations in parasitic capacitance between the data wirings and the gate wirings and variations due to misalignment between the pixel electrodes are not eliminated, and still no cross talk and luminance improvement are achieved. As a result, the above problems are not particularly helpful for large area TV models that require wide viewing angle structures such as IPS mode.
따라서, 본 발명은 종래의 전체 공정 중 가장 미세한 패턴인 화소 전극의 패턴형성을 회절노광에 의한 포토공정을 사용함으로써, 상기의 문제점들을 개선하고자 하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems by using a photo process by diffraction exposure to form a pattern of a pixel electrode, which is the finest pattern among all the conventional processes.
본 발명에 따른 IPS 및 FFS 방식의 박막 트랜지스터 액정표시장치의 구성은 제1 기판을 제공하는 단계; 제2 기판을 제공하는 단계; 상기 제2 기판상에 게이트 전극 및 공통전극 형성하는 단계; 상기 제2 기판상에 도전층 및 액티브 층을 형성하는 단계; 상기 제2 기판상에 투명전극을 증착하는 단계; 상기 제2 기판상에 회절 마스크를 적용하여 소오스/드레인 전극 및 화소전극을 형성하는 단계 및 상기 제1 기판과 제2 기판을 합착한 후 액정을 주입하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The configuration of the thin film transistor liquid crystal display device of the IPS and FFS method according to the present invention comprises the steps of providing a first substrate; Providing a second substrate; Forming a gate electrode and a common electrode on the second substrate; Forming a conductive layer and an active layer on the second substrate; Depositing a transparent electrode on the second substrate; Forming a source / drain electrode and a pixel electrode by applying a diffraction mask on the second substrate; and injecting a liquid crystal after bonding the first substrate and the second substrate to each other.
우선, 도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예로서 IPS 방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도이다. 도면을 참조하면, TFT부는 본 발명에 따른 데이터배선(130b)과 게이트배선의 교차부에 형성되며 액정셀을 구동하는 화소전극(미표기)과 접속된다. 데이터배선은 TFT 반도체층의 소스영역과 접속되고 드레인전극(미표기)은 상기 반도체 층의 드레인영역과 접속되며, 게이트배선은 돌출된 게이트 전극(122) 및 공통전극(미표기)을 가진다. 화소전극은 게이트 전극(122)과 동일층에 형성된 공통전극과 반응하여 전계를 형성한다. 2 is a plan view showing a part of an array substrate of an IPS type liquid crystal display device as a first embodiment according to the present invention. Referring to the drawings, the TFT portion is formed at the intersection of the
그러면, 그 전체공정에 대하여 도 2의 절단면을 기초로 구체적으로 도 3a ~ 도 3i의 도면을 참조하여 기술하고자 한다. 우선적으로, 게이트 전극 및 공통전극이 형성되기 위해서는 도 3a에서도 볼 수 있는 바와 같이 실질적으로 롤러(112)와 클리체(미도시)의 상호작용이 전제되어야 한다. 다시 말해, 상기 롤러(112)를 클리체와 접촉시켜 상호작용을 하면 롤러상에 레지스트 패턴(114)이 남게 된다. 상기 과정을 통해 형성된 롤러상의 레지스트 패턴을 다시 금속막(118)이 증착되어 있는 기판(120)상에 회전시킴으로써 상기 롤러상의 레지스트 패턴(116)을 기판(120)상으로 재인쇄시킨다. Next, the entire process will be described with reference to the drawings of FIGS. 3A to 3I based on the cut surface of FIG. 2. First, in order to form the gate electrode and the common electrode, as shown in FIG. 3A, the interaction between the
여기에서, 롤러의 크기는 기판보다 작기 때문에 상기의 과정을 여러 번 반복하여 전체 기판상에 레지스트 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진다. 특히, 상기 레지스트 패턴의 형성과정은 방향성을 갖는 것을 그 특징으로 하기 때문에 게이트 전극 및 게이트 배선을 위한 레지스트 패턴은 상기 게이트 배선과 수평한 방향으로 크게 회전시키고, 상기 라인과 수직한 방향으로는 작게 회전시킨다는 것에 주목할 필요가 있다. Here, since the size of the roller is smaller than the substrate, the above process is repeated several times to form a resist pattern on the entire substrate. In particular, since the process of forming the resist pattern is characterized in that it has a directionality, the resist pattern for the gate electrode and the gate wiring is largely rotated in a direction horizontal to the gate wiring, and smaller in the direction perpendicular to the line It is worth noting that it is.
그런 다음, 식각(etching) 공정을 통해 도 3b에 나타내고 있는 바와 같이 게이트 전극(122)과 공통전극(124)을 형성한다. 이어 상기 게이트 전극(122) 및공통전극(124)이 형성된 기판(120)상에 게이트 절연막(126), 액티브 층 및 도전막을 순차적으로 증착한다. Thereafter, the
그 후, 상기의 결과물에 또다시 박막 트랜지스터가 형성될 영역상에 상기 롤러 인쇄방법과 동일한 방식으로 다른 형태의 포토 레지스트를 패터닝한다(미도시). 여기에서도 마찬가지로 상기 롤러의 인쇄방법에 따른 레지스트의 패터닝 과정은 상기 게이트 전극(122) 및 공통전극(124)의 형성과정과 방향성이 동일하다. 다시 말해, 데이터 배선(130a)과 수평한 방향으로는 롤러의 회전을 크게 하고, 상기 라인과 수직한 방향은 롤러의 회전을 작게 하는 것을 특징으로 한다. Thereafter, another type of photoresist is patterned on the region where the thin film transistor is to be formed again in the same manner as the roller printing method (not shown). Here again, the patterning process of the resist according to the printing method of the roller has the same orientation as the process of forming the
이어, 도 3c에 나타낸 바와 같이 상기 레지스트의 패터닝에 따라 도전막과 액티브 층에 식각을 가하여 1차 식각된 도전막(130a)과 액티브 층(128a)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 3C, the conductive layer and the active layer are etched according to the patterning of the resist to form the primary-etched
그 다음으로, 도면에는 별도로 나타내지 않았지만 상기 결과물에 상기와 동일한 롤러 인쇄방법을 통해 레지스트를 상기 기판상에 프린팅하여, 게이트 패드부의 전기적 접촉을 위한 콘택홀(미도시)을 형성한다.Next, although not separately shown in the drawings, a resist is printed on the substrate through the same roller printing method as described above to form a contact hole (not shown) for electrical contact with the gate pad part.
그리고 마지막으로, 상기 콘택홀(미도시)이 형성된 기판상에 도 3d에서와 같이 ITO 또는 IZO 등으로 이루어진 투명전극(132)을 증착하고, 그 상기 투명전극상에 포토 레지스트(134)를 도포한 다음, 도 3e에 나타낸 바와 같이 마스크의 회절 노광을 사용한 후속 세부 공정을 통하여 화소 전극을 형성한다. 특히, 여기에서는 종래의 포토공정과 동일한 방법으로 레지스트를 도포한다는 사실에 주목할 필요가 있다.Finally, a
그러면, 구체적으로 본 발명의 핵심인 회절 노광을 사용한 화소전극의 형성 과정에 대하여 기술하고자 한다. 도 3e에 나타낸 바와 같이, 상기 투명전극(132)이 증착된 기판상에 포토 레지스트(134)가 도포되어 있고, 회절 노광을 사용하여 도 3f에서와 같이 양쪽 외곽부, 즉 UV빔에 노광된 부분의 레지스트는 제거하고, 소오스/드레인 및 화소전극이 형성되는 부분은 레지스트가 그대로 잔존하며, 또한 채널이 형성될 부위는 회절 노광에 의하여 레지스트가 반만 남아 있게 된다. Next, a process of forming a pixel electrode using diffraction exposure, which is the core of the present invention, will be described in detail. As shown in FIG. 3E, a
그런 다음, 도 3g에서와 같이 레지스트가 잔존하는 부분을 제외한 나머지 부분에 식각을 가하여 우선적으로 형성된 투명전극(132a), 이어 데이터 배선의 사이드 부와 소오스/드레인 층 및 액티브 층의 사이드 부에 약간의 식각이 더 이루어져 형성된 소오스/드레인 층(130b) 및 액티브층(128b)이 형성된다. 이를 본 발명에서는 '2차 식각'이라 부르고 있다. Then, as shown in FIG. 3G, a portion of the
그 결과, 상기 마스크의 사용을 통한 회절 노광으로 인해 식각공정 단계에서 데이터 배선과 화소전극이 투명전극 형성단계에서 동시에 형성(define)되므로, 오배열(misalignment)에 의한 변동량(309)을 제거하여 종래의 문제가 되었던 휘도의 문제를 해결할 수 있다.As a result, since the data line and the pixel electrode are simultaneously formed in the transparent electrode forming step in the etching process step due to the diffraction exposure through the use of the mask, the variation amount 309 due to misalignment is eliminated. This solves the problem of luminance, which has been a problem.
그 후, 도 3h에 나타낸 바와 같이 계속해서 채널이 형성될 부위에 남아있는 잔여 레지스트의 애싱(ashing)과 상기 채널이 형성될 부위의 투명 전극 및 소오스/드레인 층의 식각을 하게 된다. Thereafter, as shown in FIG. 3H, ashing of the remaining resist remaining at the site where the channel is to be formed and etching of the transparent electrode and the source / drain layer at the site where the channel is to be formed are performed.
상기의 식각 공정을 통해 소오스/드레인 전극(130b, 미표기)의 형성과 관계된 채널 층이 오픈되고, 그 결과 소오스와 드레인 전극(130b, 미표기)은 전기적으로 분리되며, 결국 채널 층을 통해서만 전기적으로 연결되는 구조를 하게 된다. 도 3i는 상기의 결과를 나타내는 것으로서, 소오스와 드레인 전극이 분리된 모습을 잘 보여주고 있다. Through the etching process, the channel layer related to the formation of the source /
그리고, 마지막으로 소오스/드레인 전극의 형성부 및 데이터 라인부에 남아있는 레지스트(134b)를 박리(strip)함으로써, 결국 본 발명에서의 핵심인 회절 노광의 사용공정은 마무리되게 된다. Finally, by stripping off the resist 134b remaining in the formation portion and data line portion of the source / drain electrode, the process of using diffraction exposure, which is the core of the present invention, is finished.
사실, 이에 더해서 도면에는 별도로 나타내고 있지 않지만 IPS 및 FFS 방식을 사용한 TFT 어레이 기판은 상기 기판상에 배향막 증착과 러빙이 있게 된다. 그 다음 상판인 컬러필터기판과의 합착을 하게 되고, 이어 두 기판 사이에 주입된 액 정을 포함해 LCD 패널을 형성하게 되는 것이다.In fact, in addition to this, although not separately shown in the drawings, the TFT array substrate using the IPS and FFS schemes has alignment film deposition and rubbing on the substrate. Then, the upper panel is bonded to the color filter substrate, and then the LCD panel is formed including the liquid crystal injected between the two substrates.
따라서, 종래의 광 누설(leakage)을 감소시키기 위하여 필요했던 게이트와 소오스/드레인(혹은 액티브층)간 마진 및 채널 형성을 위해 필요했던 소오스/드레인과 화소 전극간 마진이 본 공정에 따른 게이트와 화소 전극간 마진으로 확보 가능하게 됨으로써, 그 결과 이러한 마진의 확보는 개구부를 더 넓게 설계할 수 있도록 만든다.Therefore, the margin between the gate and the source / drain (or active layer) and the source / drain and the pixel electrode margin required for the channel formation, which are necessary for reducing the conventional light leakage, are the gate and the pixel according to the present process. Being able to secure with inter-electrode margins, as a result, securing such margins makes it possible to design the openings wider.
또한, 상기와 같은 결과 본 발명은 화소 전극층의 포토 공정을 이용하여 데이터 라인과 게이트 배선과의 기생용량의 편차를 없애게 되어 혼선(cross talk) 문제를 개선할 수 있고, 또한 화소전극과의 오배열에 의한 변동량을 제거하여 화질이 개선된 패널특성을 구현할 수 있게 된다. As a result, the present invention eliminates the variation of parasitic capacitance between the data line and the gate wiring by using the photolithography process of the pixel electrode layer, thereby improving the cross talk problem. By eliminating the variation due to the arrangement, it is possible to realize a panel characteristic with improved image quality.
결국, 상기의 과정은 특히 IPS 모드와 같은 광시야각 구조가 필요한 대면적 TV 모델을 위해서 요구되고, 또한 이러한 구조는 가장 미세한 패턴인 화소 부분을 포토층으로 이용하는 것이 유리하게 된다. As a result, the above process is particularly required for a large area TV model that requires a wide viewing angle structure such as IPS mode, and this structure also advantageously uses the pixel portion, which is the finest pattern, as the photo layer.
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