KR20080025552A - 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한액정표시패널 - Google Patents

박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한액정표시패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한 액정표시패널에 관한 것으로, 기판과, 기판 상에 일 방향으로 연장되어 형성된 게이트 라인과, 게이트 라인 상에 형성된 게이트 절연막과, 게이트 절연막 상에 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되어 형성된 데이터 라인과, 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 영역에 형성되는 박막 트랜지스터와, 데이터 라인과 박막 트랜지스터가 형성된 게이트 절연막 상에 형성된 컬러 필터 및 컬러 필터 상에 형성되며, 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함하며, 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터로 구성되며, 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 형성되는 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한 액정표시패널이 제공된다.
COA, 비틀린 네마틱, 노멀리 블랙 모드, 다중 셀 갭, 컬러 필터, 두께

Description

박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한 액정표시패널 {Thin film transistor substrate, method for manufacturing the same and liquid crystal display panel having the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널의 박막 트랜지스터 기판의 개략 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 Ⅰ-Ⅰ선 및 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 액정표시패널의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시패널의 단면도이다.
도 4a는 구치-테리(Gooch-Tarry) 등식에 의한 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 4b는 파장별 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 파장별 최소 투과 곡선을 각각 제1 최소 투과 지점 및 제2 최소 투과 지점에 맞추어 셀 갭을 조절한 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 액정표시패널의 빛샘 개선 현상을 나타낸 개념도이다.
도 8a 내지 도 8h는 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
101; 투명 절연성 기판 110; 게이트 전극
120; 블랙 매트릭스 130; 게이트 절연막
141; 활성층 143; 오믹 접촉층
151; 소스 전극 153; 드레인 전극
160; 컬러 필터 170; 콘택홀
180; 캡핑층 190; 화소 전극
201; 투명 절연성 기판 210; 공통 전극
300; 액정
본 발명은 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한 액정표시패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비틀린 네마틱 모드 중 노멀리 블랙 모드를 사용하는 액정표시패널에서 최소 블랙 휘도를 얻기 위하여, 박막 트랜지스터 기판 상에 컬러 필터가 배치되는 컬러 필터 온 어레이(COA; Color filter On Array) 구조에 단차를 주어 최소 블랙 휘도를 얻기 위한 구조를 갖는 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한 액정표시패널에 관한 것이다.
일반적으로 비틀린 네마틱(TN; Twisted Nematic)모드는 상하 편광판의 편광축이 수직 교차하는 구조로 되어, 전압이 인가되지 않은 비활성 상태에서 밝은 상태가 되는 노멀리 화이트(normally white) 모드와 상하 편광판의 편광축이 평행하게 배열되는 구조로 되어, 비활성 상태에서 어두운 상태가 되는 노멀리 블 랙(normally black) 모드로 구분된다.
노멀리 화이트 모드는 노멀리 블랙 모드에 비하여 상대적으로 셀 갭 변화에 따른 광 특성 변화에 둔감하며, 블랙 휘도가 우수한 특성을 보이므로, 콘트라스트비 측면에서 유리한 점이 있다. 그러나, 좁은 시야각과 색 변화가 심하고, 공정상에서 빛샘 발생 등의 고질적인 문제점을 안고 있다.
따라서, 노멀리 블랙 모드의 상대적인 단점인 블랙 휘도를 보상하기 위한 기술 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 컬러 필터 온 어레이 구조에 단차를 주어 비틀린 네마틱 모드의 액정 셀 내에서 다중 셀 갭을 형성함으로써, 노멀리 블랙 모드의 상대적인 단점인 블랙 휘도를 보상할 수 있는 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한 액정표시패널을 제공하기 위한 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 일 방향으로 연장되어 형성된 게이트 라인; 상기 게이트 라인 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되어 형성된 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 영역에 형성되는 박막 트랜지스터; 상기 데이터 라인과 박막 트랜지스터가 형성된 게이트 절연막 상에 형성된 컬러 필터; 및 상기 컬러 필터 상에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함하며, 상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터로 구성되며, 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판이 제공된다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 활성층, 오믹 접촉층 및 소스-드레인 전극을 포함한다.
상기 컬러 필터 중 상기 청색 컬러 필터가 가장 두껍게 형성되며, 상기 적색 컬러 필터가 가장 얇게 형성된다.
상기 컬러 필터와 상기 화소 전극 사이에 형성된 캡핑층을 더 포함한다.
상기 기판 상에 상기 데이터 라인과 동일한 방향으로 연장되어 형성된 블랙 매트릭스를 더 포함한다.
상기 블랙 매트릭스의 폭은 상기 데이터 라인의 폭 보다 넓게 형성된다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 일 방향으로 연장되어 형성된 게이트 라인; 상기 게이트 라인 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되어 형성된 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 영역에 형성되는 박막 트랜지스터; 상기 데이터 라인과 박막 트랜지스터가 형성된 게이트 절연막 상에 형성된 컬러 필터; 및 상기 컬러 필터 상에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함한 박막 트랜지스터 기판; 상기 박막 트랜지스터 기판에 대향되어 배치되며, 제2 기판 및 상기 제2 기판 상에 형성된 공통 전극으로 구성된 공통 전극 기판; 및 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 공통 전극 기판 사이에 주 입된 액정을 포함하며, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 공통 전극 기판 사이의 셀 갭은 소정 영역 별로 서로 상이한 크기를 갖는 다중 셀 갭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널이 제공된다.
상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터로 구성되며, 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 형성된다.
상기 컬러 필터 중 상기 청색 컬러 필터가 가장 두껍게 형성되며, 상기 적색 컬러 필터가 가장 얇게 형성된다.
상기 컬러 필터와 상기 화소 전극 사이에 형성된 캡핑층을 더 포함한다.
상기 기판 상에 상기 데이터 라인과 동일한 방향으로 연장되어 형성된 블랙 매트릭스를 더 포함한다.
상기 블랙 매트릭스의 폭은 상기 데이터 라인의 폭 보다 넓게 형성된다.
상기 액정은 비틀린 네마틱(twisted nematic) 모드인 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시패널은 상기 화소 전극과 공통 전극에 전압이 인가되지 않는 비활성 상태에서 어두운 상태가 되는 노멀리 블랙(normally black) 모드인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판 상에 일 방향으로 연장되며, 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 라인 상에 게이트 절연막, 활성층 및 오믹 접촉층을 순차적으로 형성한 후, 박막 트랜지스터의 활성 영역을 형성하는 단계; 상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되며, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한 데이터 라인을 형성하는 단계; 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터로 구성된 컬러 필터를 형성하되, 각 컬러 필터의 두께를 상이하게 형성하는 단계; 상기 드레인 전극의 일부가 노출되도록 상기 컬러 필터 상에 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 콘택홀을 통하여 상기 드레인 전극과 연결되도록, 상기 컬러 필터 상에 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판 제조 방법이 제공된다.
상기 컬러 필터를 형성하는 단계는 상기 컬러 필터 중 상기 청색 컬러 필터를 가장 두껍게 형성하며, 상기 적색 컬러 필터를 가장 얇게 형성하는 단계를 포함한다.
상기 컬러 필터를 형성하는 단계 후에, 상기 컬러 필터 상에 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 콘택홀을 형성하는 단계는 상기 캡핑층 및 상기 컬러 필터 상에 형성하는 단계를 포함한다.
상기 게이트 라인을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 데이터 라인과 동일한 방향으로 연장되는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상세한 설명에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분의 상 부에 또는 위에 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 바로 상부 또는 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널의 박막 트랜지스터 기판의 개략 평면도이다. 도 2a 및 도 2b는 Ⅰ-Ⅰ선 및 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 액정표시패널의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 액정표시패널은 박막 트랜지스터 기판(100), 박막 트랜지스터 기판(100)에 대향되어 배치된 공통 전극 기판(200) 및 그 사이에 주입된 액정(미도시)을 포함한다.
박막 트랜지스터 기판(100)은 투명 절연성 기판(101)과, 이러한 기판(101) 상에 일 방향으로 연장되어 형성되며, 게이트 전극(110)을 포함하는 게이트 라인(GL)과, 기판 상에 게이트 라인(GL)과 교차하는 방향 즉, 이하의 데이터 라인과 평행한 방향으로 연장되어 형성된 블랙 매트릭스(120)와, 게이트 라인(GL)과 블랙 매트릭스(120) 상에 형성되는 게이트 절연막(130)과, 이러한 게이트 절연막(130) 상에 게이트 라인(GL)과 교차하는 방향으로 연장되어 형성되며, 소스 전극(151)과 드레인 전극(153)을 포함하는 데이터 라인(DL)과, 이러한 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차 영역에 형성되며, 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 연결되고, 게이트 전극(110), 소스 전극(151) 및 드레인 전극(153)을 포함한 박막 트랜지스터와, 이러한 박막 트랜지스터와 데이터 라인(DL)이 형성된 게이트 절연막(130) 상에 형성되는 컬러 필터(160)와, 드레인 전극(153)의 일부를 노출시키도록 컬러 필터(160) 상에 형성된 콘택홀(170)과, 콘택홀(170)을 통하여 박막 트랜지스터의 드레인 전극(153)과 연결되도록, 컬러 필터(160) 상에 형성되는 화소 전극(190)을 포함한다.
이때, 컬러 필터(160)는 적색 컬러 필터(160r), 녹색 컬러 필터(160g) 및 청색 컬러 필터(160b)로 구성되며, 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 형성된다. 즉, 적색 컬러 필터(160r)의 두께(hR)는 가장 얇게, 녹색 컬러 필터(160g)의 두께(hG)는 중간 정도로, 청색 컬러 필터(160b)의 두께(hB)는 가장 두껍게 형성된다. 컬러 필터의 두께는 이하의 구치-테리 등식에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 각 컬러 필터의 두께를 상이하게 형성함으로써, 박막 트랜지스터 기판(100)과 공통 전극 기판(200) 사이의 셀 갭 크기는 영역 별로 상이한 크기를 갖게 되어, 양 기판 사이의 셀 갭은 다중 셀 갭으로 형성된다. 즉, 적색 컬러 필터(160r) 영역의 셀 갭(dR)이 가장 크며, 녹색 컬러 필터(160g) 영역의 셀 갭(dG)은 중간 정도이며, 청색 컬러 필터(160b) 영역의 셀 갭(dB)은 가장 작게 형성된다.
게이트 라인(GL)은 기판(101) 상에 가로 방향으로 연장되어 형성되며, 그 일 단에는 게이트 패드(미도시)가 형성된다. 블랙 매트릭스(120)는 게이트 라인(GL)과 동일 평면 상에 형성되며, 게이트 라인(GL)과 교차하는 방향으로 형성된다. 이때, 블랙 매트릭스(120)의 폭은 데이터 라인(DL)의 폭 보다 넓게 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
게이트 라인(GL)과 블랙 매트릭스(120) 상에는 게이트 절연막(130)이 형성되며, 게이트 절연막(130) 상에 활성층(141) 및 오믹 접촉층(143)이 형성된 후, 패터닝되어 활성 영역을 형성한다.
데이터 라인(DL)은 게이트 절연막(130)상에 세로 방향으로 형성되며, 그 일단에는 데이터 패드(미도시)가 형성된다. 상기에서 살펴본 박막 트랜지스터는 게이트 라인(GL)에 접속된 게이트 전극(110)과, 데이터 라인(DL)에 접속된 소스 전극(151)과, 화소 전극(190)에 접속된 드레인 전극(153)과, 게이트 전극(110)과 소스 전극(151) 및 드레인 전극(153) 사이에 순차적으로 형성된 게이트 절연막(130) 및 활성층(141)과, 활성층(141)의 적어도 일부 영역에 형성된 오믹 접촉층(143)을 포함하며, 이때, 오믹 접촉층(143)은 채널부를 제외한 활성층(141) 상에 형성될 수 있다.
박막 트랜지스터와 데이터 라인(DL)이 형성된 게이트 절연막(130) 상에는 적색 컬러 필터(160r), 녹색 컬러 필터(160g) 및 청색 컬러 필터(160b)로 구성된 컬러 필터(160)가 형성되며, 이때 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 형성된다.
이러한 컬러 필터(160) 상에는 드레인 전극(153)의 일부를 노출시키는 콘택홀(170)이 형성되며, 화소 전극(190)은 컬러 필터(160) 상에 형성되고, 콘택홀(170)을 통하여 박막 트랜지스터의 드레인 전극(153)과 연결된다. 이때, 화소 전극(190)은 투명 도전성 재료 예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어질 수 있다.
일반적으로 액정에 입사되는 광은 단일 파장의 광이 아닌 다양한 파장 즉, 적색, 녹색 및 청색 파장의 광이 중첩된 백색광이므로, 파장이 상이한 광들이 액정으로 입사하게 된다. 한편, 블랙 휘도가 최소가 되는 지점은 이하에서 살펴볼 구치-테리 등식에 의한 최소 투과 곡선에 의해 정해지는데, 이때, 적색, 녹색 및 청색 광은 파장이 상이하므로, 단일 셀 갭을 적용할 경우에는 파장별로 블랙 휘도가 최소가 되는 지점이 불일치하게 되어, 완전한 블랙이 아닌 컬러를 갖는 블랙이 된다. 따라서, 상기에서 살펴본 바와 같이, 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터의 두께를 상이하게 형성하여, 박막 트랜지스터 기판과 공통 전극 기판 사이의 셀 갭을 다중 셀 갭으로 형성하면, 광의 파장별로 블랙 휘도가 최소가 되는 지점을 일치시켜, 블랙 휘도를 개선할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시패널의 단면도이다. 도 3에 도시된 실시예에 따른 액정표시패널은 컬러 필터와 화소 전극 사이에 캡핑층이 형성된다는 점이 도 2에 도시된 실시예와 상이하며, 나머지 구성은 유사한 바, 이하에서는 상이한 구성을 위주로 설명한다.
도 3을 참조하면, 박막 트랜지스터 기판(100)은 투명 절연성 기판(101)과, 이러한 기판(101) 상에 일 방향으로 연장되어 형성되며, 게이트 전극(110)을 포함하는 게이트 라인(GL)과, 기판 상에 게이트 라인(GL)과 교차하는 방향 즉, 이하의 데이터 라인과 평행한 방향으로 연장되어 형성된 블랙 매트릭스(120)와, 게이트 라인(GL)과 블랙 매트릭스(120) 상에 형성되는 게이트 절연막(130)과, 이러한 게이트 절연막(130) 상에 게이트 라인(GL)과 교차하는 방향으로 연장되어 형성되며, 소스 전극(151)과 드레인 전극(153)을 포함하는 데이터 라인(DL)과, 이러한 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차 영역에 형성되며, 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 연결되고, 게이트 전극(110), 소스 전극(151) 및 드레인 전극(153)을 포 함한 박막 트랜지스터와, 이러한 박막 트랜지스터와 데이터 라인(DL)이 형성된 게이트 절연막(130) 상에 형성되는 컬러 필터(160)와, 컬러 필터(160) 상에 형성된 캡핑층(capping layer)(180)과, 드레인 전극(153)의 일부를 노출시키도록 컬러 필터(160) 및 캡핑층(180) 상에 형성된 콘택홀(170)과, 콘택홀(170)을 통하여 박막 트랜지스터의 드레인 전극(153)과 연결되도록, 캡핑층(180) 상에 형성되는 화소 전극(190)을 포함한다. 이때, 컬러 필터(160)는 적색 컬러 필터(160r), 녹색 컬러 필터(160g) 및 청색 컬러 필터(160b)로 구성되며, 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 형성된다.
상기 캡핑층(180)은 게이트 절연막(130)과 동일한 재료 예를 들면, 실리콘 질화물로 이루어질 수 있으며, 이러한 캡핑층(180)은 컬러 필터(160)의 성분이 액정(미도시) 내로 유입되는 것을 막아주며, 그 결과 잔상이 유발되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
도 4a는 구치-테리 등식에 의한 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 4b는 파장별 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4a에 도시된 최소 투과 곡선은 이하의 구치-테리 등식의 u 값을 변화시키면서 계산한 투과도를 나타낸 그래프이다.
Figure 112006067204054-PAT00001
구치-테리는 비틀린 네마틱 모드 중 노멀리 블랙 모드에서 비활성 상태의 광 투과도에 대해 상기와 같은 결과를 얻었다. 여기서, T는 편광되지 않은 단색광에 대한 투과도이며, u는 이하의 식 2와 같다.
Figure 112006067204054-PAT00002
여기서, Δn은 액정의 복굴절률, d는 셀 갭 및 λ는 파장을 나타낸다.
u가 증가함에 따라 액정은 선편광 상태에 근접해지기 때문에, 투과도가 감소하게 되어, u=
Figure 112006067204054-PAT00003
일 때, 제1 최소 투과 지점이 되며, u=
Figure 112006067204054-PAT00004
, u=
Figure 112006067204054-PAT00005
...일 때, 각각 제2 최소 투과 지점, 제3 최소 투과 지점 및 제n 최소 투과 지점이 된다.
예를 들어, 제1 최소 투과 지점 즉, u=
Figure 112006067204054-PAT00006
일 때, Δn은 0.09 ~ 0.1, λ=550nm라 가정하면, 셀 갭(d)은 대략 5㎛ 정도일 때, 투과도가 최소가 된다. 따라서, 상기에서 살펴본 구치-테리 등식을 사용하면, 비틀린 네마틱 모드 중 노멀리 블랙 모드의 비활성 상태에서 최소 투과 효율 즉, 블랙 휘도를 극대화할 수 있는 셀 갭의 크기를 계산할 수 있게 된다.
상기 도 4b에는 파장별 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프가 도시된다. 상기 도 4b를 참조하면, 일반적으로 액정에 입사되는 광은 단일 파장의 광이 아닌 다양한 파장 즉, 적색광, 녹색광 및 청색광이 중첩된 백색광이다. 이러한 적색광, 녹색광 및 청색광의 파장은 서로 상이하다 예를 들면, 적색광의 파장은 610nm이며, 녹 색광의 파장은 555nm이고, 청색광의 파장은 435nm로 서로 상이하다. 따라서, 도 4a에서 살펴본 바와 같이, 액정의 복굴절률을 0.09 ~ 0.1, 셀 갭을 대략 5㎛로 고정할 경우, 제1 최소 투과 지점 즉, u의 값은 광의 파장별로 차이가 발생하게 된다. 즉, 녹색광은 u=
Figure 112006067204054-PAT00007
이 되지만, 나머지 적색광 및 청색광은 녹색광과 파장이 차이가 나므로, u값이 변하게 된다. 따라서, 액정표시패널 내의 셀 갭의 크기를 동일하게 형성한 단일 셀 갭을 적용할 경우에는 파장별로 광의 투과도가 최소가 되는 지점이 불일치하게 되어, 완전한 블랙이 아닌 컬러를 갖는 블랙이 된다. 따라서, 파장별로 광의 투과도가 최소가 되는 지점을 일치시키기 위한 방안 중 하나는 본 발명의 기본 개념과 같이 액정표시패널의 셀 갭의 크기를 소정 영역별 즉, 파장 영역별로 상이하게 형성하는 것이다.
도 5 및 도 6은 파장별 최소 투과 곡선을 각각 제1 최소 투과 지점 및 제2 최소 투과 지점에 맞추어 셀 갭을 조절한 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제1 최소 투과 지점 즉, u=
Figure 112006067204054-PAT00008
에 맞추어 셀 갭을 조절한 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프이다. 이때, 액정의 복굴절률은 0.1로 가정할 때, 녹색광(예를 들면, 555nm의 파장을 갖는 광)을 출사하는 영역 즉, 녹색 컬러 필터 영역의 셀 갭(dG)은 대략 4.8㎛의 크기로 형성하며, 적색광(예를 들면, 610nm의 파장을 갖는 광)을 출사하는 영역 즉, 적색 컬러 필터 영역의 셀 갭(dR)은 대략 5.3㎛의 크기로 형성하며, 청색광(예를 들면, 435nm의 파장을 갖는 광)을 출사하는 영역 즉, 청색 컬러 필터 영역의 셀 갭(dB)은 대략 3.8㎛의 크기로 형성된다(도 2 참조). 상기에서 살펴본 셀 갭의 크기는 예로서 설명한 것으로 이에 제한되는 것 아니며, 액정의 복굴절률과 파장의 크기에 따라 변화될 수 있다.
도 6의 경우에는 제1 최소 투과 지점이 아니라, 제2 최소 투과 지점 즉, u=
Figure 112006067204054-PAT00009
에 맞추어 셀 갭을 조절한 최소 투과 곡선을 나타낸 그래프이다. 이때, 액정은 높은 복굴절률(예를 들면, 0.15 ~ 0.25)을 갖는 액정을 사용할 때, 녹색광(예를 들면, 555nm의 파장을 갖는 광)을 출사하는 영역 즉, 녹색 컬러 필터 영역의 셀 갭(dG)은 대략 7 ~ 10㎛의 크기로 형성되며, 적색 컬러 필터 영역의 셀 갭(dR)은 dG 보다 크게 형성되며, 청색 컬러 필터 영역의 셀 갭(dB)은 dG 보다 작게 형성된다.
이와 같이, 높은 복굴절률을 갖는 액정을 사용하여, 제2 최소 투과 지점에 맞추어 셀 갭을 조절하면, 셀 갭 변화에 따른 블랙 휘도의 변화가 매우 민감하게 반응하는 것을 예방할 수 있으며, 충분한 공정 마진을 확보할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 액정표시패널의 빛샘 개선 현상을 나타낸 개념도이다.
도 7을 참조하면, 박막 트랜지스터 기판(100)과 공통 전극 기판(200) 사이에는 양 기판의 셀 갭을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(350)가 배치된다. 이때, 컬럼 스페이서(350)는 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 형성된 블랙 매트릭스(120) 상부 영역에 형성된다.
한편, 외부 충격에 의해서 컬럼 스페이서(350)가 원래 위치에서 밀려나더라도 비틀린 네마틱 모드 중 노멀리 블랙 모드의 경우에는 전체 액정들이 블랙 상태로 유지되고 있기 때문에, 노멀리 화이트 모드의 경우와 같이 빛샘 현상이 발생하지 않게 된다.
또한, 블랙 매트릭스(120)를 박막 트랜지스터 기판(100) 상에 형성함으로써, 공통 전극 기판(200)의 공정을 최소할 수 있게 되며, 기판 합착 시, 블랙 매트릭스 오정렬로 인한 빛샘 문제를 예방할 수 있게 된다.
도 8a 내지 도 8h는 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정 단면도이다.
도 8a를 참조하면, 투명 절연성 기판(101) 상에 CVD법, PVD법 및 스퍼터링법 등을 이용한 증착 방법을 통해 제1 도전성 막을 형성한다. 이때, 제1 도전성 막으로는 Cr, MoW, Cr/Al, Cu, Al(Nd), Mo/Al, Mo/Al(Nd) 및 Cr/Al(Nd) 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 제1 도전성막은 다층막으로 형성할 수도 있다. 이후, 감광막을 도포한 다음, 제1 마스크(미도시)를 이용한 포토리소그라피 공정을 실시하여 제1 감광막 마스크 패턴(미도시)을 형성한다. 제1 감광막 마스크 패턴을 식각 마스크로 하는 식각공정을 실시하여 도 3a에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(110)을 포함한 게이트 라인(GL) 및 블랙 매트릭스(120)를 형성한다. 이후, 스트립 공정을 실시하여 제 1 감광막 마스크 패턴을 제거한다.
도 8b를 참조하면, 도 8a에 도시된 기판 상에 게이트 절연막(130), 활성층(141) 및 오믹 접촉층(143)을 순차적으로 형성한 다음, 제2 감광막 마스크 패턴(미도시)을 이용한 식각공정을 실시하여 박막 트랜지스터의 활성영역을 형성한다.
기판 상에 PECVD법, 스퍼터링법 등을 이용한 증착 방법을 통해 게이트 절연막(130)을 형성한다. 이때, 게이트 절연막(130)으로는 산화 실리콘 또는 질화 실리콘을 포함하는 무기 절연 물질을 사용할 수 있다. 게이트 절연막(130) 상에 상술한 증착 방법을 통해 활성층(141) 및 오믹 접촉층(143)을 순차적으로 형성한다. 활성층(141)으로는 비정질 실리콘층을 사용하고, 오믹 접촉층(143)으로는 실리사이드 또는 N형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘층을 사용한다. 이후, 오믹 접촉층(143) 상에 감광막을 도포한 다음, 제2 마스크(미도시)를 이용한 포토리소그라피 공정을 통해 제2 감광막 마스크 패턴(미도시)을 형성한다. 상기 제2 감광막 마스크 패턴을 식각 마스크로 하고, 게이트 절연막(130)을 식각 정지막으로 하는 식각 공정을 실시하여 오믹 접촉층(143) 및 활성층(141)을 제거하여 게이트 전극(110) 상부에 소정 형태의 활성영역(140)을 형성한다. 이후, 소정의 스트립 공정을 실시하여 잔류하는 제2 감광막 마스크 패턴을 제거한다.
도 8c를 참조하면, 박막 트랜지스터의 활성 영역이 형성된 기판 전면에 제2 도전성막을 형성한 다음, 이를 제3 감광막 마스크 패턴(미도시)을 이용한 식각공정을 실시하여 데이터 라인(DL)과, 소스 전극(151) 및 드레인 전극(153)을 형성한다.
기판 상에 제2 도전성막을 CVD법, PVD법 및 스퍼터링법 등을 이용한 증착 방법을 통해 제2 도전성 막을 형성한다. 이때, 제2 도전성막으로는 Mo, Al, Cr, Ti 중 적어도 하나의 금속 단일층 또는 다중층을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 제2 도전성막은 제1 도전성막과 동일한 물질을 사용할 수도 있다. 제2 도전성막 상에 감광막을 도포한 다음, 마스크를 이용한 리소그라피 공정을 실시하여 제3 감광막 마스크 패턴을 형성한다. 제3 감광막 마스크 패턴을 식각 마스크로 하는 식각공정을 실시하여 제2 도전성막을 식각한 다음, 제3 감광막 마스크 패턴을 제거한 후, 식각된 제2 도전성막을 식각마스크로 하는 식각을 실시하여 제2 도전성막 사이의 노출된 영역의 오믹 접촉층(143)을 제거하여 소스 전극(151)과 드레인 전극(153) 사이에는 활성층(141)으로 이루어진 채널을 형성한다.
상기 도 8d 내지 8g를 참조하면, 박막 트랜지스터와 데이터 라인(DL)이 형성된 기판 전면에 적색 컬러 필터(160r), 녹색 컬러 필터(160g) 및 청색 컬러 필터(160b)로 구성된 컬러 필터(160)를 형성하며, 이때 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 즉, 적색 컬러 필터의 두께(hR) < 녹색 컬러 필터의 두께(hG) < 청색 컬러 필터의 두께(hB)가 되도록 형성하고, 제 4 감광막 마스크 패턴를 이용한 식각공정을 통해 컬러 필터(160)의 일부를 제거하여 콘택홀(170)을 형성한다.
상기 도 8h를 참조하면, 컬러 필터(160) 상에 제 3 도전성막을 형성한 다음, 제 5 감광막 마스크 패턴(미도시)을 이용하여 제 3 도전성막을 패터닝하여 화소 전극(190)을 형성한다. 이때, 제 3 도전성막은 ITO나 IZO를 포함하는 투명 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판과 이의 제조 방법 및 이를 구비한 액정표시패널의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 컬러 필터 온 어레이 구조에 단차를 주어 비틀린 네마틱 모드의 액정 셀 내에서 다중 셀 갭을 형성함으로써, 노멀리 블랙 모드의 상대적인 단점인 블랙 휘도를 보상할 수 있게 된다. 그 결과, 노멀리 화이트 모드에 비하여, 광 시야각을 확보할 수 있게 되며, 또한 빛샘 문제도 해결되는 효과를 얻게 된다.
또한, 블랙 매트릭스를 박막 트랜지스터 기판 상에 형성함으로써, 공통 전극 기판의 공정을 최소할 수 있게 되며, 기판 합착 시, 블랙 매트릭스 오정렬로 인한 빛샘 문제를 예방할 수 있게 된다.

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 일 방향으로 연장되어 형성된 게이트 라인;
    상기 게이트 라인 상에 형성된 게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되어 형성된 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 영역에 형성되는 박막 트랜지스터;
    상기 데이터 라인과 박막 트랜지스터가 형성된 게이트 절연막 상에 형성된 컬러 필터; 및
    상기 컬러 필터 상에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함하며,
    상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터로 구성되며, 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 활성층, 오믹 접촉층 및 소스-드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터 중 상기 청색 컬러 필터가 가장 두껍게 형성되며, 상기 적색 컬러 필터가 가장 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터와 상기 화소 전극 사이에 형성된 캡핑층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 데이터 라인과 동일한 방향으로 연장되어 형성된 블랙 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스의 폭은 상기 데이터 라인의 폭 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  7. 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 일 방향으로 연장되어 형성된 게이트 라인; 상기 게이트 라인 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되어 형성된 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 영역에 형성되는 박막 트랜지스터; 상기 데이터 라인과 박막 트랜지스터가 형성된 게이트 절연막 상에 형성된 컬러 필터; 및 상기 컬러 필터 상에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 포함한 박막 트랜지스터 기판;
    상기 박막 트랜지스터 기판에 대향되어 배치되며, 제2 기판 및 상기 제2 기판 상에 형성된 공통 전극으로 구성된 공통 전극 기판; 및
    상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 공통 전극 기판 사이에 주입된 액정을 포함하며,
    상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 공통 전극 기판 사이의 셀 갭은 소정 영역 별로 서로 상이한 크기를 갖는 다중 셀 갭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터로 구성되며, 각 컬러 필터의 두께는 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컬러 필터 중 상기 청색 컬러 필터가 가장 두껍게 형성되며, 상기 적색 컬러 필터가 가장 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  10. 제7항에 있어서, 상기 컬러 필터와 상기 화소 전극 사이에 형성된 캡핑층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 데이터 라인과 동일한 방향으로 연장되어 형성된 블랙 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스의 폭은 상기 데이터 라인의 폭 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 액정은 비틀린 네마틱(twisted nematic) 모드인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 액정표시패널은 상기 화소 전극과 공통 전극에 전압이 인가되지 않는 비활성 상태에서 어두운 상태가 되는 노멀리 블랙(normally black) 모드인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  15. 기판 상에 일 방향으로 연장되며, 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 형성하는 단계;
    상기 게이트 라인 상에 게이트 절연막, 활성층 및 오믹 접촉층을 순차적으로 형성한 후, 박막 트랜지스터의 활성 영역을 형성하는 단계;
    상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되며, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한 데이터 라인을 형성하는 단계;
    적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터로 구성된 컬러 필터를 형성하되, 각 컬러 필터의 두께를 상이하게 형성하는 단계;
    상기 드레인 전극의 일부가 노출되도록 상기 컬러 필터 상에 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 콘택홀을 통하여 상기 드레인 전극과 연결되도록, 상기 컬러 필터 상에 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 컬러 필터를 형성하는 단계는,
    상기 컬러 필터 중 상기 청색 컬러 필터를 가장 두껍게 형성하며, 상기 적색 컬러 필터를 가장 얇게 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 컬러 필터를 형성하는 단계 후에, 상기 컬러 필터 상에 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 콘택홀을 형성하는 단계는 상기 캡핑층 및 상기 컬러 필터 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 게이트 라인을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 데이터 라인과 동일한 방향으로 연장되는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
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