KR20070103810A - 유기 반도체물질을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판 및그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 상에 일방향으로 형성된 데이터 배선과; 상기 데이터 배선에서 분기한 소스 전극과, 상기 소스 전극과 이격하여 형성된 드레인 전극과; 상기 드레인 전극과 접촉하며 형성된 화소전극과; 상기 소스 및 드레인 전극의 서로 마주보는 끝단 상부로 이들 두 전극의 이격영역에 형성된 유기 반도체층과; 상기 유기 반도체층 위로 상기 유기 반도체층과 동일 형태로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상부로 상기 유기 반도체층과 동일 형태로 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 상부로 상기 게이트 전극 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 가지며 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 상부로 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공한다.
유기 박막트랜지스터, 탑 게이트, 액상 유기 반도체, 코팅
Description
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.
도 2는 종래의 유기 반도체 물질을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판을 제조하는 과정 중, 쉐도우 마스크를 이용하여 이베퍼레이션(evaporation)을 진행함으로써 반도체층을 형성하는 것을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 반도체층을 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역을 도시한 평면도.
도 4는 도 3을 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 반도체층을 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역을 도시한 평면도.
도 6은 도 5를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 7은 도 5를 절단선 Ⅶ-Ⅶ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 8a 내지 8f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 반도체물질을 이용하여 액정표시장치용 어레이 기판을 제조하는 방법을 도시한 제조 단면도로서 도 5를 절 단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 공정별 단면도.
9a 내지 9f는 도 5를 절단선 Ⅶ-Ⅶ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 공정별 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
201 :기판 205 : 데이터 배선
210 : 소스 전극 213 : 드레인 전극
217 : 화소전극 225 : 유기 반도체층
230 : 게이트 절연막 235 : 게이트 전극
240 : 제 1 보호층 243 : 게이트 콘택홀
250 : 게이트 배선
op : 오픈부 P : 화소영역
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 유기 반도체 물질을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특 히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)형 액정표시장치(TFT-LCD)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
액정표시장치의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과 전기장 내에 놓일 경우에 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 화소전극과 공통전극이 형성된 어레이 기판(array substrate)과 컬러필터 기판(color filter substrate)을 합착시켜 구성된 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 이들 전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시하는 비발광 소자이다.
최근에는 특히 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)를 행렬 방식으로 배열하고 스위칭 소자를 각 화소에 배치시켜 독립적으로 제어하는 능동행렬방식(active matrix type)이 해상도 및 동영상 구현능력에서 뛰어나 주목받고 있는데, 이 같은 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 사용한 것이 잘 알려진 TFT-LCD(Thin Firm Transistor Liquid Crystal Display device) 이다.
좀 더 자세히, 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1에 나타낸 바와 같이 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 제 1 투명기판(12) 및 이의 상 면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막 트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.
또한 이와 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 제 2 투명기판(22) 및 이의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막 트랜지스터(T) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 적, 녹 ,청색 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 마련되어 있다.
그리고 도면상에 명확하게 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제 등으로 봉함(封函)된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판이 부착된다.
더불어 액정패널 배면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트배선(14)으로 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이 에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
한편, 이 같은 액정표시장치에 있어 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)의 모체가 되는 제 1 및 제 2 절연기판(12, 22)은 전통적으로 유리 기판이 사용되었지만, 최근 들어 노트북이나 PDA(personal digital assistant)와 같은 소형의 휴대용 단말기가 널리 보급됨에 따라 이들에 적용 가능하도록 유리보다 가볍고 경량임과 동시에 유연한 특성을 지니고 있어 파손위험이 적은 플라스틱 기판을 이용한 액정패널이 소개된 바 있다.
하지만, 플라스틱 기판을 이용한 액정패널은 액정표시장치의 제조 특성상 특히 스위칭 소자인 박막 트랜지스터가 형성되는 어레이 기판의 제조에는 200℃ 이상의 고온을 필요로 하는 고온 공정이 많아 내열성 및 내화학성이 유리기판 보다 떨어지는 플라스틱 기판으로 상기 어레이 기판을 제조하는 데에는 어려움이 있어, 상부기판을 이루는 컬러필터 기판만을 플라스틱 기판으로 제조하고 하부기판인 어레이 기판은 통상적인 유리 기판을 이용하여 액정표시장치를 제조하고 있는 실정이다.
이러한 문제를 해결하고자 최근에는 저분자 유기 반도체 물질 등을 이용하여 200℃ 이하의 저온 공정을 진행하여 박막트랜지스터를 형성하는 것을 특징으로 하는 어레이 기판을 제조 하는 기술이 제안되었다.
이후에는 200℃이하의 저온 공정을 진행되는 유기 반도체 물질을 이용한 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
200℃ 이하의 저온 공정으로 박막 트랜지스터를 포함하는 화소를 형성함에 있어서, 전극과 배선을 이루는 금속물질과 절연막과 보호층등의 형성은 저온 증착 또는 코팅의 방법등을 통해 형성하여도 박막 트랜지스터의 특성에 별 영향을 주지 않지만, 채널을 형성하는 반도체층을 일반적인 반도체 물질인 비정질 실리콘을 사용하여 저온 공정에 의해 형성하게 되면, 내구 구조가 치밀하지 못하여 전기 전도도 등의 중요 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 이를 극복하고자 비정질 실리콘 등의 종래의 반도체 물질 대신 반도체 특성을 가진 유기 물질을 이용하여 반도체층을 형성하는 것이 제안되고 있다. 이하 도면을 참조하여 종래의 저분자 유기 반도체 물질을 이용한 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2는 종래의 액정표시장치용 어레이 기판을 제조하는 과정 중, 저분자 유기 반도체 물질을 쉐도우 마스크를 이용하여 이베퍼레이션(evaporation)을 진행함으로써 반도체층을 형성하는 것을 도시한 도면이다.
우선, 절연기판(50) 상에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 게이트 배선(미도시)을 포함하여 게이트 전극(53)을 형성하고, 연속하여 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(53) 위로 전면에 유기절연물질을 코팅하여 게이트 절연막(57)을 전면에 형성한다.
다음, 저분자 유기 반도체물질을 쉐도우 마스크(shadow mask)(62)를 이용한 이베퍼레이션(evaporation)법을 이용하여 상기 게이트 전극(53)과 중첩하도록 각 화소마다 분리된 반도체층(60)을 형성한다. 상기 절연 기판을 유리재질로 이루어진 것을 이용할 경우는 실리콘 더욱 정확히는 SiH4를 CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 증착하고 마스크를 이용하여 패터닝함으로써 형성하였지만, 통상적으로 분말 형태인 저분자 유기 반도체 물질의 특성 상 전술한 CVD법에 의한 증착이 어렵고 또한 이를 패터닝 하는데 있어서, 통상의 포토레지스트를 이용한 사진식각법에 의한 진행을 할 경우, 수분 및 알카리(또는 산)성분을 함유하는 상기 포토레지스트와 접촉하게 되거나 또는 포토레지스트를 현상 또는 제거하기 위해 알카리 또는 산 성분을 포함하는 현상액이나 스트립액에 노출됨으로써 그 특성 저하 등이 발생하는 문제로 도시한 바와 같은 패터닝 된 쉐도우 마스크(shadow mask)(62)를 이용하여 이베퍼레이션(evaporation)법에 의해 형성되고 있다.
하지만, 전술한 쉐도우 마스크(shadow mask)(62)를 이용한 이베퍼레이션(evaporation)에 의한 유기 반도체 물질 패턴 형성은 패턴 간 간격(w2) 및 패턴 자체 크기(w1)의 제한을 갖게 되므로 고정세 구조를 갖는 고해상도 제품을 실현하기 위해서는 문제가 되고 있다.
전술한 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 안출된 것으로 쉐도우 마스크 없이 제조함으로써 고정세의 액정표시장치를 제공하며 동시에 유기 반도체층의 화학 약품에 의한 손상없이 박막트랜지스터 및 어레이 기판을 제조하는 것을 그 목적으 로 하고 있다.
또한, 나아가 소자 특성을 향상시킬 수 있는 구조의 저분자 유기 반도체 물질을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 유기 반도체물질을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판은 기판 상에 일방향으로 형성된 데이터 배선과; 상기 데이터 배선에서 분기한 소스 전극과, 상기 소스 전극과 이격하여 형성된 드레인 전극과; 상기 드레인 전극과 접촉하며 형성된 화소전극과; 상기 소스 및 드레인 전극의 서로 마주보는 끝단 상부로 이들 두 전극의 이격영역에 형성된 유기 반도체층과; 상기 유기 반도체층 위로 상기 유기 반도체층과 동일 형태로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상부로 상기 유기 반도체층과 동일 형태로 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 상부로 상기 게이트 전극 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 가지며 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 상부로 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선을 포함한다.
이때, 상기 게이트 전극은 건식식각이 용이한 금속물질로 이루어진 것이 특징이며, 상기 건식식각이 용이한 금속물질은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 상기 몰리브덴(Mo)과 크롬(Cr)의 합금인 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트 배선은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 금(Au) 중에서 선택되는 금속물질로 이루어진 것이 특징이며, 상기 제 1 보호층에는 상기 화소전극을 노출시키는 오픈부가 더욱 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 배선 상부에는 제 2 보호층이 더욱 형성될 수 있으며, 또한 상기 동일 형태를 갖는 유기 반도체층과 게이트 절연막과 게이트 전극은 각 끝단이 일치하도록 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 절연막과 제 1 보호층은 모두 유기 절연물질로 이루어진 것이 특징이며, 상기 게이트 배선과 상기 화소전극은 상기 제 1 보호층을 사이에 두고 서로 일부가 중첩하며 형성됨으로써 스토리지 커패시터를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 반도체물질을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법은 기판 상에 일방향으로 형성된 데이터 배선과, 상기 데이터 배선에서 분기한 소스 전극과, 상기 소스 전극과 이격하여 형성된 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 드레인 전극의 일 끝단부와 접촉하며 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 서로 마주하는 소스 및 드레인 전극 상부 및 이들 두 전극의 이격영역에 순차적으로 동일한 형태로써 유기 반도체층과, 게이트 절연막과, 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 및 데이터 배선 위로 상기 게이트 전극 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 갖는 제 1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 동일한 형태로써 유기 반도체층과, 게이트 절연막과, 게이트 전극을 형성하는 단계는, 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극 및 화소전극 상부로 전면에 순차적으로 유기 반도체물질층과, 게이트 절연물질층과, 제 1 금속층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 금속층 위로 상기 서로 마주하는 소스 및 드레인 전극 상부 및 이들 두 전극의 이격영역에 대응하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 제 1 금속층과 그 하부의 게이트 절연물질층과 유기 반도체층을 건식식각을 진행하여 제거하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 유기 반도체물질층은 액상의 유기 반도체물질을 잉크젯(ink jet) 장치, 노즐(nozzle) 코팅장치, 바(bar) 코팅장치, 슬릿(slit) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치 중 하나의 장치를 이용하여 도포함으로써 형성하는 것이 특징이며, 또한 상기 제 1 금속층은 건식식각이 용이한 금속물질인 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들 두 금속의 합금 중에서 선택되는 물질로 형성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 보호층을 형성하는 단계는, 상기 게이트 콘택홀 형성과 동시에 상기 화소전극을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계를 더욱 포함하며, 상기 게이트 배선은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 또는 금(Au) 중에서 선택되는 금속물질로 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 절연막과 제 1 보호층은 유기 절연물질로 전면에 도포된 후, 패터닝되어 형성되는 것이 특징이며, 상기 제 1 보호층은 감광성의 유기 절연물질로 이루어져 패터닝 시, 그 상부에 포토레지스트 패턴 형성없이 노광 및 현상되어 형성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 배선은 상기 화소전극과 그 일부가 중첩하도록 형성함으로써 스토리지 커패시터를 이루도록 하는 것이 특징이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
<제 1 실시예>
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 반도체 물질을 이용한 어레이 기판의 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 평면도이며, 도 4는 도 3을 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 단면도이다.
우선 도 3을 참조하면, 도시한 바와 같이, 기판(101)상에 일방향으로 게이트 배선(133)이 연장 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(133)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(105)이 형성되어 있다.
또한 이들 두 배선(133, 105)의 교차지점에는 상기 데이터 배선(105)에서 분기한 형태로 소스 전극(110)이 형성되어 있으며, 상기 소스 전극(110)과 이격하며 드레인 전극(113)이 형성되어 있으며, 상기 소스 전극(110)과 드레인 전극(113)을 포함하여 상기 두 전극(110, 113)의 이격영역을 덮으며 상기 게이트 배선(133)에서 분기한 게이트 전극(135)이 형성되어 있다.
이때, 도면에서는 잘 나타나지 않았지만, 상기 게이트 전극(135) 및 게이트 배선(133) 하부에는 유기 반도체물질로 이루어진 반도체층이 형성되어 있으며, 상기 드레인 전극(113)과 연결되며 각 화소영역(P)별로 독립된 화소전극(117)이 형성 되어 있다.
이때, 상기 화소전극(117)은 그 끝단 일부가 전단의 게이트 배선(133)과 중첩 형성됨으로써 상기 중첩된 게이트 배선(133) 및 화소전극(117)이 스토리지 커패시터(StgC)를 형성하고 있다.
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판의 단면 구조에 대해 설명한다.
도시한 바와 같이, 기판(101)상에 데이터 배선(105)과, 상기 데이트 배선(105)과 동일한 금속물질로써 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(110, 113)이 형성되어 있으며, 이때, 상기 소스 전극(110)은 상기 데이터 배선(105)과 연결되며 형성되고 있다.
또한, 상기 드레인 전극(113) 및 노출된 기판(101) 상에 상기 드레인 전극(113)의 일부와 직접 접촉하며 상기 각 화소영역(P)별로 패터닝된 형태로 화소전극(117)이 형성되어 있다.
다음, 상기 서로 이격한 소스 및 드레인 전극(110, 113) 상부로 유기 반도체물질로 이루어진 유기 반도체층(125)이 형성되어 있으며, 상기 유기 반도체층(125) 상부로 유기 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(130)과 그 상부로 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들 두 금속의 합금 등 건식식각이 가능한 금속물질로 이루어진 게이트 전극(135)이 형성되어 있으며, 도면에는 나타나지 않았지만 상기 게이트 전극(135)과 동일한 층에 동일한 적층구조를 가지며 상기 데이터 배선(105)과 교차하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 유기 반도체층(125)과 게이트 절연막(130)과 게이트 전극(135) 및 게이트 배선(미도시)은 동일한 형태를 갖는 것이 특징이다.
다음, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(135)위로 상기 화소전극(117)을 노출시키는 형태를 가지며 유기 절연물질로 이루어진 보호층(140)이 형성되어 있다.
전술한 구조에 갖는 유기 반도체 물질을 이용한 유기 반도체층(125)을 갖는 어레이 기판(101)은 게이트 전극(135)을 상기 유기 반도체층(125)보다 상부에 위치시키는 탑 게이트(top gate) 구조로서 구현함으로써 유기 반도체층(125)과 게이트 전극(135)의 일괄 식각이 가능하도록 한 것에 특징이 있으며, 이렇게 유기 반도체층(125)과 그 상부의 게이트 절연막(130)과 그 상부에 위치한 게이트 전극(135) 및 게이트 배선(미도시)을 동시에 건식 방법에 의해 일괄 식각함으로써 상기 유기 반도체층(125)이 에칭액 등에 노출되지 않게 되므로 손상을 받지 않으면서도 실질적으로 마스크 공정에 의해 패터닝되는 바, 고정세 구조가 가능하게 됨을 알 수 있다.
하지만, 전술한 제 1 실시예에 따른 어레이 기판(101)은 유기 반도체층(125)이 게이트 전극(135) 이외에 상기 게이트 전극(135)과 연결된 게이트 배선(미도시) 하부에도 존재하게 되는 바, 이웃한 화소영역(P)간에 상기 유기 반도체층(125)을 타고 소량의 전류가 흐르게 됨으로써 구동 특성이 저하되는 문제가 있으며, 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(135)을 형성하는 금속물질이 건식식각이 가능한 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)으로 형성되는 바, 일반적으로 저저항 특성을 가져 게이트 배선을 형성하는데 많이 이용되는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu) 또는 구리합금 등으로 이루어진 배선 대비 저항 특성이 저하되어 신호 지연 등의 문제가 발생할 가능성이 있다.
따라서 이러한 제 1 실시예의 문제를 해결한 것을 특징으로 하는 어레이 기판을 제 2 실시예를 통해 제시한다.
<제 2 실시예>
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 반도체 물질을 이용한 어레이 기판의 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 평면도이며, 도 6 및 도 7은 도 5를 각각 절단선 Ⅵ-Ⅵ, Ⅶ-Ⅶ을 따라 절단한 단면도이다.
우선 평면도인 도 5를 참조하면 도시한 바와 같이, 플렉서블한 특성을 갖는 플라스틱, 유리 등의 물질로 이루어진 기판(201) 상에 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 게이트 배선(250)과 데이터 배선(205)이 형성되어 있으며, 이들 두 배선(250, 205)의 교차지점에는 상기 데이터 배선(205)에서 분기한 형태로 소스 전극(210)이, 그리고 상기 소스 전극(210)과 이격하며 드레인 전극(213)이 형성되어 있다.
또한, 상기 소스 전극(210)과 드레인 전극(213)을 포함하여 상기 두 전극(210, 213)의 이격영역을 덮으며 게이트 전극(235)이 형성되어 있으며, 이때, 상기 게이트 전극(235)은 상기 게이트 배선(250)과 게이트 콘택홀(243)을 통해 전기적으로 연결되며 형성되어 있다.
이러한 구조는 전술한 제 1 실시예와 차별적인 구조가 됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예는 게이트 전극(235)과 게이트 배선(250)을 서로 이원화하여 서로 다른 층에 형성함을 특징으로 하고 있으며, 상기 게이트 전극(235)에 대응하는 부분에 대해서만 유기 반도체층(미도시)을 형성함으로써 제 1 실시예와는 달리 게이트 배선(250) 하부에는 유기 반도체층(미도시)이 형성되지 않는 바, 상기 유기 반도체층(미도시)을 통한 이웃한 화소영역(P)간의 전류 통전에 의한 특성 저하는 발생하지 않는 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 전극(235) 하부에는 도면에 나타나지는 않았지만 유기 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(미도시)과, 유기 반도체물질로 이루어진 반도체층(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 드레인 전극(213)과 연결되며 각 화소영역(P)별로 독립된 화소전극(217)이 전단의 게이트 배선(250)과 중첩하며 형성되어 있다. 따라서, 상기 중첩하는 전단의 게이트 배선(250)과 화소전극(217)은 각각 제 1, 2 스토리지 전극(도 5에는 미도시하였으나 도 6에 있어서 218, 251)을 형성함으로써 스토리지 커패시터(StgC)를 형성하고 있다.
다음, 도 6과 7을 참조하여 제 2 실시예에 따른 어레이 기판의 단면 구조에 대해 설명한다.
도시한 바와 같이, 기판(201)상에 데이터 배선(205)이 일방향으로 연장하여 형성되어 있으며, 상기 데이트 배선(205)과 동일한 금속물질로써 동일한 층에 상기 데이터 배선(205)에서 분기한 소스 전극(210) 및 상기 소스 전극(210)에서 소정간격 이격하며 드레인 전극(213)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(205)과 소스 및 드레인 전극(210, 213) 외부로 노출된 기판(201) 상에 상기 드레인 전극(213)의 일부와 직접 접촉하며 상기 각 화소영역(P)별로 패터닝된 형태로 화소전극(217)이 형성되어 있다.
다음, 상기 서로 이격한 소스 및 드레인 전극(210, 213) 상부로 아일랜드 형상으로 유기 반도체물질로 이루어진 유기 반도체층(225)이 형성되어 있으며, 상기 유기 반도체층(225) 상부로 유기 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(230)과 그 상부로 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)또는 이들 두 금속의 합금 등 건식식각이 가능한 금속물질로 이루어진 게이트 전극(235)이 형성되어 있다. 이때, 상기 유기 반도체층(225)과 게이트 절연막(230)과 게이트 전극(235)은 동일한 형태를 갖는 것이 특징이다.
다음, 상기 게이트 전극(235) 위로 전면에 유기 절연물질로 이루어지며 상기 게이트 전극(235) 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀(243)을 구비하며 상기 화소전극(217)을 노출시키는 형태를 가지며 보호층(240)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(240) 상부로 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 구리(Cu) 또는 구리합금 등의 비교적 저저항 특성을 갖는 금속물질로 상기 게이트 콘택홀(243)을 통해 상기 게이트 전극(235)과 연결되며 상기 데이터 배선(205)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 게이트 배선(250)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 배선(250)은 그 일부가 상기 화소전극(217)과 중첩하도록 형성됨으로써 중첩한 상기 화소전극(217)이 제 1 스토리지 전극(218), 그리고 중첩한 게이트 배선(250)은 제 2 스토리지 전극(251)을 이루며, 이들 제 1, 2 스토리지 전극(218, 251) 사이에 형성된 보호층(240)을 유전체층으로하여 스토리지 커패시터(StgC)를 형성하고 있다.
전술한 제 2 실시예에 따른 유기 반도체층을 갖는 액정표시장치용 어레이 기판(201)은 게이트 전극(235)을 상기 유기 반도체층(225)보다 상부에 위치시키는 탑 게이트 구조(top gate)로서 구현함으로써 상기 유기 반도체층(225)과 게이트 전극(235)의 일괄 식각을 가능하도록 한 것에 특징이 있으며, 이렇게 유기 반도체층(225)과 그 상부의 게이트 절연막(230)과 그 상부에 위치한 게이트 전극(235)을 동시에 건식 방법에 의해 일괄 식각함으로써 상기 유기 반도체층(220)이 에칭액 등에 노출되지 않게 되므로 손상을 받지 않으면서도 실질적으로 마스크 공정에 의해 패터닝되는 바, 고정세 구조가 가능하게 되며, 나아가 게이트 전극(235)과 게이트 배선(250)을 이원화하여 서로 다른 층에 형성함으로써 상기 게이트 배선(250)을 이루는 금속물질의 선택을 폭을 넓게하며, 특히 저저항 금속물질로 형성함으로써 신호지연 등의 문제 발생을 방지하는 특징을 갖는다.
다음, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 반도체층을 갖는 어레이 기판의 제조방법에 대해 설명한다.
도 8a 내지 8f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 반도체물질을 이용하여 액정표시장치용 어레이 기판을 제조하는 방법을 도시한 제조 단면도로서 도 5를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 공정별 단면도이며, 9a 내지 9f는 도 5를 절단선 Ⅶ-Ⅶ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 공정별 단면도이다.
도 8a 및 9a에 도시한 바와 같이, 플렉서블한 특성을 갖는 플라스틱, 유리 또는 절연층으로 코팅된 금속물질로 이루어진 절연 기판(101) 상에 제 1 금속물질 을 200℃이하의 저온 공정에서 스퍼터링(sputtering)을 진행하여 전면에 증착함으로써 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 일반적인 감광성 물질인 포토레지스트를 상기 증착된 제 1 금속층(미도시) 위로 도포하고, 빛이 통과하는 투과영역과 빛이 통과하지 않는 차단영역을 갖는 마스크(미도시)를 이용하여 상기 포토레지스트를 노광 및 현상함으로써 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴(미도시) 외부로 노출된 상기 제 1 금속층(미도시)을 식각함으로써 일방향으로 연장하는 데이터 배선(205)과 상기 데이터 배선(205)에서 분기한 소스 전극(210)과 상기 소스 전극(210)과 소정간격 이격하여 드레인 전극(213)을 형성한다.
다음, 도 8b 및 9b에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(205)과 소스 및 드레인 전극(210, 213)이 형성된 기판(201) 상에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고 마스크 공정을 진행함으로써 상기 드레인 전극(213)과 접촉하며 각 화소영역(P)별로 독립된 형태의 화소전극(217)을 형성한다.
다음, 도 8c 및 9c에 도시한 바와 같이, 상기 화소전극(217) 위로 전면에 액상의 유기 반도체 물질 예를들면 액상의 펜타신(pentacene), 폴리사이오펜(polythiophene)을 잉크젯 장치, 노즐(nozzle) 코팅 장치, 바(bar) 코팅 장치, 슬릿(slit) 코팅장치 또는 스핀(spin) 코팅장치 등을 이용하여 전면에 소정의 두께로써 코팅함으로써 유기 반도체물질층(224)을 형성하고, 연속하여 상기 기판(201) 전면에 형성된 유기 반도체물질층(224) 위로 유기 절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 PVA(poly vinyl alcohol)를 도포함으로써 전면에 게이트 절 연물질층(229)을 형성한다.
다음, 상기 유기 반도체물질층(224) 위로 전면에 형성된 게이트 절연물질층(229) 위로 건식식각이 가능한 금속물질 예를들면 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들 두 금속의 합금을 증착함으로써 제 2 금속층(234)을 형성한다.
다음, 도 8d 및 9d에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 금속층(도 8c 및 9c의 234) 위로 포토레지스트를 도포하고 마스크 공정을 진행함으로써 각 화소영역(P)별로 아일랜드 형상의 포토레지스트 패턴(293)을 형성한다. 이후, 상기 포토레지스트 패턴(293)을 식각 마스크로 하여 건식식각을 진행함으로써 상기 포토레지스트 패턴(293) 외부로 노출된 제 2 금속층(도 8c 및 9c의 234)과 더불어 그 하부의 게이트 절연물질층(도 8c 및 9c의 229)과 유기 반도체물질층(도 8c 및 9c의 224)을 제거함으로써 상기 소스 및 드레인 전극(210, 213)과 동시에 접촉하며 이들 두 전극(210, 213) 사이의 이격영역에 각 화소영역(P)별로 아일랜드 형상으로 패턴된 유기 반도체층(225)과 그 상부로 상기 유기 반도체층(225)을 덮는 게이트 절연막(230)과, 상기 게이트 절연막(230) 상부로 게이트 전극(235)을 형성한다.
이때, 건식식각에 의해 각 화소영역(P)에 있어서는 상기 포토레지스트 패턴(293) 외부로 노출된 영역에 있어서 제 2 금속층(도 8c 및 9c의 234), 게이트 절연물질층(도 8c 및 9c의 229), 유기 반도체물질층(도 8c 및 9c의 224)이 모두 제거되는 바, 상기 데이터 배선(205)과 화소전극(217) 또한 노출된 상태가 된다.
다음, 도 8e 및 9e에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극(235) 상부에 남아있는 포토레지스트 패턴(도 8d 및 9d의 293)을 애싱(ashing)함으로써 제거한다. 이 후 상기 아일랜드 형태로 패턴된 게이트 전극(235)과 그 하부의 게이트 절연막(230)과 유기 반도체층(225)이 형성된 기판(201)상에 유기 절연물질인 포토아크릴(photo acryl) 또는 PVA(poly vinyl acohol)를 도포함으로써 전면에 보호층(240)을 형성하고, 이후 상기 보호층(240)을 마스크 공정을 진행함으로써 상기 게이트 전극(235) 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀(243)을 형성하고 동시에 상기 각 화소영역(P)내의 상기 화소전극(217)을 각각 노출시키는 오픈부(op)를 형성한다. 이렇게 상기 화소전극을 노출시키도록 오픈부(op)를 보호층(240) 내에 형성하는 것은, 이러한 구조를 갖는 어레이 기판(201)을 이용하여 액정표시장치(미도시)를 완성하게 되면 상기 화소전극(217) 상부로는 액정층(미도시)이 구성되는데, 상기 보호층(240)이 상기 화소전극(217) 위로 적층된 형태를 이루게 되는 바 상기 화소전극(217)과 공통전극(미도시)에 의해 형성되는 전계가 조금이라도 약화되므로 구동전압을 높게 가져가야 하므로 전력소비가 증가되므로 이러한 문제를 방지하기 위함이다. 하지만, 반드시 상기 보호층내에 오픈부를 형성할 필요는 없으며, 변형예로써 상기 각 화소영역(P)내의 화소전극(217)은 보호층이 적층된 상태가 되도록 하여 즉, 오픈부를 형성하지 않음으로써 공기중에 노출시키지 않도록 형성할 수도 있다.
한편, 도면에는 나타내지 않았지만, 상기 데이터 배선(205)의 끝단부에 있어서도 상기 데이터 배선(205)을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀(미도시)을 상기 보호층(240) 내에 형성한다.
이때, 상기 보호층(240)이 전술한 바와 같은 감광성 유기물질인 포토아크릴(photo acryl) 또는 PVA(poly vinyl alcohol)로 이루어진 경우, 포토레지스트를 도포하고 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하지 않고, 상기 보호층(240)에 직접 마스크를 통한 노광을 실시하고 현상함으로써 상기 보호층(240) 내에 상기 게이트 전극(235)을 노출시키는 게이트 콘택홀(243)과 오픈부(op) 및 데이터 패드 콘택홀(미도시)을 형성하게 된다.
하지만, 상기 보호층(240)의 형성은 감광성의 유기 절연물질에 한정되지 않고, 비감광성의 유기 절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB)을 이용하여 형성할 수도 있으며, 이 경우, 일반적인 배선 등의 패터닝과 마찬가지고 상기 보호층 위로 포토레지스트층을 형성하고 이를 노광 현상함으로써 포토레지스트 패턴을 형성하고 이를 이용하여 게이트 콘택홀을 형성한 후 제거하여도 무방하다.
식각액 등의 알카리 또는 산 등에 매우 취약한 구조를 갖는 유기 반도체층(225)의 경우, 상기 보호층(240)에 의해 덮혀진 상태가 되며, 단지 게이트 전극(235)의 상부 일부에 대해서만 식각액에 노출되는 구조가 되므로 습식식각을 실시하여도 상기 유기 반도체층(225)이 상기 식각액에 노출되지 않는 바, 손상되지 않으며, 더욱이 비감광성의 유기물질로 이루어진 경우, 건식식각을 이용할 수도 있는 바, 이는 식각액이 필요없게 되어 더욱더 식각액에 노출되지 않는 바, 상기 유기 반도체층(235)의 손상 문제는 문제되지 않는다.
다음, 도 8f 및 9f에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 콘택홀(243)을 갖는 보호층(240) 위로 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 또는 금(Au) 중에서 선택되는 금속물질을 전면에 증착하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 게이트 콘택홀(243) 을 통해 상기 게이트 전극(235)과 접촉하며 동시에 상기 데이터 배선(205)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(250)을 형성함으로써 어레이 기판(201)을 완성한다.
이때, 상기 게이트 배선(250)은 화소전극(217)과 일부 중첩되도록 형성함으로써 상기 중첩된 화소전극(218)과 게이트 배선(251)이 각각 제 1 및 제 2 스토리지 전극(218, 251)을 이루도록 하며 이들 두 전극(218, 251) 사이에 형성된 상기 보호층(240)이 유전체층 역할을 하게됨으로써 스토리지 커패시터(StgC)를 이루도록 형성한다.
한편, 변형예로서 상기 노출된 게이트 배선(250)을 보호하기 위해 상기 게이트 배선(250) 위로 제 2 보호층(미도시)을 더욱 형성할 수도 있으며, 이 경우, 상기 제 2 보호층(미도시)은 상기 데이터 배선(205) 끝단부에 있어서는 상기 먼저 형성된 데이터 패드 콘택홀(미도시)과 연결되어 상기 데이터 배선(205) 끝단을 노출시키도록, 그리고 상기 게이트 배선(250) 끝단 또한 노출시키도록 형성해야 한다.
본 발명에 의한 액상의 유기 반도체물질을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판은 수분 및 약액(산성 또는 알카리 성분을 갖는 현상액 또는 식각액)에 취약한 유기 반도체물질을 이용하여 손상되는 일 없이 마스크 공정을 진행하여 각 화소영역에 반도체층을 형성함으로써 고정세 구조를 갖는 어레이 기판을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 효과가 있으며, 나아가, 상기 유기 반도체층의 밑면이 소스 및 드레인 전극의 표면과 접촉하도록 하는 구조의 박막트랜지스터 구조를 제안함으로써 소자 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 게이트 전극과 게이트 배선을 이원화하여 서로 다른 층에 형성함으로써 저저항 금속물질을 이용하여 형성된 게이트 배선에 의해 신호지연 등을 방지하며, 동시에 게이트 전극 하부에만 유기 반도체층이 형성됨으로써 이웃한 화소에의 기생전류 발생에 의한 특성저하를 방지하는 효과가 있다.
Claims (18)
- 기판 상에 일방향으로 형성된 데이터 배선과;상기 데이터 배선에서 분기한 소스 전극과, 상기 소스 전극과 이격하여 형성된 드레인 전극과;상기 드레인 전극과 접촉하며 형성된 화소전극과;상기 소스 및 드레인 전극의 서로 마주보는 끝단 상부로 이들 두 전극의 이격영역에 형성된 유기 반도체층과;상기 유기 반도체층 위로 상기 유기 반도체층과 동일 형태로 형성된 게이트 절연막과;상기 게이트 절연막 상부로 상기 유기 반도체층과 동일 형태로 형성된 게이트 전극과;상기 게이트 전극 상부로 상기 게이트 전극 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 가지며 형성된 제 1 보호층과;상기 제 1 보호층 상부로 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 전극은 건식식각이 용이한 금속물질로 이루어진 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 2 항에 있어서,상기 건식식각이 용이한 금속물질은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 상기 몰리브덴(Mo)과 크롬(Cr)의 합금인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 배선은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 금(Au) 중에서 선택되는 금속물질로 이루어진 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 보호층에는 상기 화소전극을 노출시키는 오픈부가 더욱 형성된 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 배선 상부에는 제 2 보호층이 더욱 형성된 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 동일 형태를 갖는 유기 반도체층과 게이트 절연막과 게이트 전극은 각 끝단이 일치하도록 형성된 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 절연막과 제 1 보호층은 모두 유기 절연물질로 이루어진 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 배선과 상기 화소전극은 상기 제 1 보호층을 사이에 두고 서로 일부가 중첩하며 형성됨으로써 스토리지 커패시터를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판.
- 기판 상에 일방향으로 형성된 데이터 배선과, 상기 데이터 배선에서 분기한 소스 전극과, 상기 소스 전극과 이격하여 형성된 드레인 전극을 형성하는 단계와;상기 드레인 전극의 일 끝단부와 접촉하며 화소전극을 형성하는 단계와;상기 서로 마주하는 소스 및 드레인 전극 상부 및 이들 두 전극의 이격영역에 순차적으로 동일한 형태로써 유기 반도체층과, 게이트 절연막과, 게이트 전극을 형성하는 단계와;상기 게이트 전극 및 데이터 배선 위로 상기 게이트 전극 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 갖는 제 1 보호층을 형성하는 단계와;상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 동일한 형태로써 유기 반도체층과, 게이트 절연막과, 게이트 전극을 형성하는 단계는상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극 및 화소전극 상부로 전면에 순차적으로 유기 반도체물질층과, 게이트 절연물질층과, 제 1 금속층을 형성하는 단계와;상기 제 1 금속층 위로 상기 서로 마주하는 소스 및 드레인 전극 상부 및 이 들 두 전극의 이격영역에 대응하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;상기 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 제 1 금속층과 그 하부의 게이트 절연물질층과 유기 반도체층을 건식식각을 진행하여 제거하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 유기 반도체물질층은 액상의 유기 반도체물질을 잉크젯(ink jet) 장치, 노즐(nozzle) 코팅장치, 바(bar) 코팅장치, 슬릿(slit) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치 중 하나의 장치를 이용하여 도포함으로써 형성하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 1 금속층은 건식식각이 용이한 금속물질인 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들 두 금속의 합금 중에서 선택되는 물질로 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 보호층을 형성하는 단계는상기 게이트 콘택홀 형성과 동시에 상기 화소전극을 노출시키는 오픈부를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 게이트 배선은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 또는 금(Au) 중에서 선택되는 금속물질로 형성하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 게이트 절연막과 제 1 보호층은 유기 절연물질로 전면에 도포된 후, 패터닝되어 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 1 보호층은 감광성의 유기 절연물질로 이루어져 패터닝 시, 그 상부에 포토레지스트 패턴 형성없이 노광 및 현상되어 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 게이트 배선은 상기 화소전극과 그 일부가 중첩하도록 형성함으로써 스토리지 커패시터를 이루도록 하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
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