KR20090073772A - Array substrate of liquid crystal display device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 액정표시장치의 공정 단계의 단축을 통해 생산 수율을 개선하는 것에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.In general, the driving principle of the liquid crystal display device uses the optical anisotropy and polarization of the liquid crystal. Since the liquid crystal is thin and long in structure, the liquid crystal has directivity in the arrangement of molecules, and the direction of the molecular arrangement can be controlled by artificially applying an electric field to the liquid crystal.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.Accordingly, when the molecular arrangement direction of the liquid crystal is arbitrarily adjusted, the molecular arrangement of the liquid crystal is changed, and light is refracted in the molecular arrangement direction of the liquid crystal due to optical anisotropy to express image information.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD: AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.Currently, active matrix LCDs (AM-LCDs) in which thin film transistors and pixel electrodes connected to the thin film transistors are arranged in a matrix manner have attracted the most attention due to their excellent resolution and ability to implement video.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래에 따른 액정표시장치에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a liquid crystal display according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 단위 화소를 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.1 is a plan view illustrating a unit pixel of a conventional array substrate for a liquid crystal display device, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 1.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(10) 상의 일 방향으로 게이트 배선(20)과, 상기 게이트 배선(20)에서 연장된 게이트 전극(25)이 형성된다. 상기 게이트 배선(20)과 수직 교차하는 데이터 영역(D)에 대응하여 배리어 패턴(52)이 형성되는 바, 상기 배리어 패턴(52)은 전기적으로 절연된 아일랜드 형태로 설계된다.1 and 2, the
이때, 상기 게이트 배선(20)과 게이트 전극(25)과 배리어 패턴(52)은 동일층에서 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd) 및 크롬(Cr)과 같은 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나로 형성된다.In this case, the
상기 게이트 배선(20)과 게이트 전극(25)과 배리어 패턴(52) 상에는 산화 실리콘(SiO2)과 질화 실리콘(SiNx)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 게이트 절연막(45)이 형성된다.On the
상기 게이트 전극(25)과 중첩된 게이트 절연막(45) 상에는 액티브층(40)과 오믹 콘택층(41)이 차례로 적층 형성된다. 상기 액티브층(40)과 오믹 콘택층(41)은 반도체층(42)을 이룬다. 이때, 상기 액티브층(40)은 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)으로, 상기 오믹 콘택층(41)은 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+ a-Si:H)으로 각각 형성된다.The
상기 반도체층(42) 상에는 게이트 배선(20)과 수직 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(30)과, 상기 데이터 배선(30)에서 연장된 소스 전극(32)과, 상기 소스 전극(32)과 이격된 드레인 전극(34)이 형성된다. 상기 게이트 전극(25)과 반도체층(42)과 소스 및 드레인 전극(32, 34)을 포함하여 박막트랜지스터(T)라 한다.On the
상기 데이터 배선(30)과 소스 및 드레인 전극(32, 34) 상에는 드레인 전극(34)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(CH1)을 포함하는 보호막(55)이 형성된다. 상기 보호막(55)은 게이트 절연막(45)과 동일 물질로 구성되는 것이 일반적이다.A
상기 드레인 콘택홀(CH1)을 포함하는 보호막(55) 상에는 드레인 전극(34)과 접촉된 화소 전극(70)이 화소 영역(P)에 대응하여 구성된다.On the
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도로, 어레이 기판과 컬러필터 기판이 대향 합착된 상태를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.3 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ of FIG. 2 and illustrates a state in which an array substrate and a color filter substrate are opposed to each other, and will be described in detail with reference to this.
도시한 바와 같이, 표시 영역(AA)과 비표시 영역(NAA)으로 각각 구분된 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)이 대향 합착하고 있으며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 이격된 사이 공간에는 액정층(15)이 개재된다. 상기 컬러필터 및 어레이 기판(5, 10)과 액정층(15)은 액정 패널(90)을 이룬다. 상기 어레이 기판(10)의 이격된 배면에는 광원의 역할을 하는 백라이트 유닛(95)이 위치한다.As illustrated, the
상기 컬러필터 기판(5)의 투명 기판(1) 하부 면에는 비표시 영역(NAA)에 대응 구성된 블랙 매트릭스(12)와, 상기 블랙 매트릭스(12)를 경계로 순차적으로 패 턴된 적(R) 서브 컬러필터(미도시)와 녹(G) 서브 컬러필터(16b)와 청(B) 서브 컬러필터(16c)를 포함하는 컬러필터층(16)과, 상기 컬러필터층(16) 하부 전면에 대응된 공통 전극(85)과, 상기 공통 전극(85) 하부에서 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 간의 균일한 셀갭을 확보하기 위해 패턴된 컬럼 스페이서(미도시)와, 상기 컬럼 스페이서를 덮는 상부 배향막(18)이 차례로 위치한다.On the lower surface of the
일반적으로, 상기 컬럼 스페이서는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로, 게이트 배선(도 1의 20)과 대응된 위치에 형성된다.In general, the column spacer is selected from the group of organic insulating materials, and is formed at a position corresponding to the
한편, 상기 어레이 기판(10)의 투명 기판(2) 상부 면에는 전기적으로 절연된 배리어 패턴(52)과, 상기 배리어 패턴(52)을 덮는 게이트 절연막(45)과, 상기 게이트 절연막(45) 상의 데이터 영역(D)에 대응된 데이터 배선(30)과, 상기 데이터 배선(30) 상의 보호막(55)과, 상기 보호막(55) 상의 양측 화소 영역(P)에 각각 대응된 다수의 화소 전극(70)과, 상기 다수의 화소 전극(70) 상의 하부 배향막(19)이 차례로 위치한다.On the other hand, an upper surface of the
이때, 상기 컬러필터 기판(5)은 블랙 매트릭스(12)를 형성하는 제 1 마스크 공정 단계와, 상기 블랙 매트릭스(12) 상에 적(R) 서브 컬러필터를 형성하는 제 2 마스크 공정 단계와, 녹(G) 서브 컬러필터(16b)를 형성하는 제 3 마스크 공정 단계와, 청(B) 서브 컬러필터(16c)를 형성하는 제 4 마스크 공정 단계와, 공통 전극(85) 상의 컬럼 스페이서를 형성하는 제 5 마스크 공정 단계를 포함한다. 상기 공통 전극(85)은 컬러필터 기판(5)의 전면에 대응된 판상으로 설계되므로 마스크 패턴 공정을 필요로 하지 않게 된다.In this case, the
전술한 구성은 어레이 기판(10)에 구성된 배리어 패턴(52)이 데이터 배선(30)을 차폐하는 역할을 하는 데, 이러한 배리어 패턴(52)은 백라이트 유닛(95)으로부터 입사되는 정면의 빛은 완전히 차폐할 수 있는 장점이 있으나, 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(5) 자체의 두께 및 일정한 높이로 설계된 셀갭에 의해 측면으로부터 입사되는 빛을 완전히 차폐하는 데 한계가 있다.In the above-described configuration, the
이러한 이유로, 비표시 영역(NAA)에 대응하여 컬러필터 기판(5)에 블랙 매트릭스(12)를 설계하고 있다.For this reason, the
또한, 종래에 따른 어레이 기판에 구성된 게이트 배선과 게이트 전극은 주로 구리나 구리 합금 계열의 도전성 금속 물질로 제작하고 있으나, 구리나 구리 합금 계열의 물질은 기판과의 계면 간 접촉 특성이 나빠 증착 불량이 다발하고 있는 바, 이로 인해 표시 소자의 신뢰성이 저하되고 있는 상황이다.In addition, the gate wiring and the gate electrode formed in the array substrate according to the prior art are mainly made of a conductive metal material of copper or copper alloy series, but the copper or copper alloy series materials have poor contact characteristics between interfaces with the substrate, resulting in poor deposition. As a result, the reliability of the display element is deteriorated.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 액정표시장치의 제조 과정에서 마스크 공정 수의 단축을 통해 생산 수율을 개선하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to improve the production yield by shortening the number of mask processes in the manufacturing process of the liquid crystal display.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 기판과; 상기 기판 상의 일 방향으로 구성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 수직 교차 구성된 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 구성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터에 접촉된 화소 전극과; 상기 게이트 배선 하부에 대응하여 상기 게이트 배선의 폭 보다 넓은 폭으로 구성된 제 1 배리어 패턴과; 상기 데이터 배선과 중첩된 하부로 상기 데이터 배선의 폭 보다 넓은 폭으로 구성된 제 2 배리어 패턴을 포함한다.According to an aspect of the present invention, a liquid crystal display device includes: a substrate; A gate wiring formed in one direction on the substrate; A data line configured to vertically cross the gate line; A thin film transistor configured at an intersection point of the gate line and the data line; A pixel electrode in contact with the thin film transistor; A first barrier pattern configured to have a width wider than a width of the gate wiring corresponding to a lower portion of the gate wiring; And a second barrier pattern configured to have a width wider than the width of the data line below the data wire.
이때, 상기 게이트 배선 및 전극과 제 1 및 제 2 배리어 패턴은 동일층에 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 배리어 패턴은 몰리브덴과 몰리브덴 합금을 포함하는 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 제 1 및 제 2 배리어 패턴은 빛을 차폐하는 기능을 한다.In this case, the gate wiring, the electrode, and the first and second barrier patterns are formed on the same layer, and the first and second barrier patterns are selected from a group of conductive materials including molybdenum and molybdenum alloys. The first and second barrier patterns function to shield light.
또한, 상기 제 1 및 제 2 배리어 패턴은 상기 기판과 게이트 배선 및 전극의 계면 간 접촉 특성을 개선하는 기능을 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first and second barrier patterns may function to improve contact characteristics between interfaces between the substrate, the gate wiring, and the electrode.
상기 게이트 배선 및 전극은 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 크롬과 같은 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나로 구성된다.The gate wiring and the electrode are composed of one selected from the group of conductive metals such as copper, molybdenum, aluminum, aluminum alloy and chromium.
상기 화소 전극은 전단의 게이트 배선으로 연장 구성하여, 상기 전단의 게이트 배선을 제 1 전극으로 하고, 상기 제 1 전극과 중첩된 상기 화소 전극을 제 2 전극으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 전극의 중첩된 사이 공간에 개재된 절연막을 유전체층으로 하는 스토리지 커패시터가 구성된다.The pixel electrode extends with the gate wiring at the front end, the gate wiring at the front end as the first electrode, the pixel electrode overlapped with the first electrode as the second electrode, and the first and second electrodes. A storage capacitor is constituted by using an insulating film interposed in the overlapped interspace as a dielectric layer.
상기 어레이 기판과; 상기 어레이 기판과 대향 합착되며, 표시 영역과 비표시 영역으로 정의된 컬러필터 기판과; 상기 어레이 및 컬러필터 기판의 이격된 사 이 공간에 개재된 액정층과; 상기 컬러필터 기판과 이격된 배면에 위치하는 백라이트 유닛과; 상기 컬러필터 기판 상의 상기 비표시 영역을 경계로 차례로 패턴된 적, 녹, 청 서브 컬러필터와; 상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터 상의 공통 전극을 포함하는 액정표시장치가 구성된다.The array substrate; A color filter substrate opposed to the array substrate and defined as a display area and a non-display area; A liquid crystal layer interposed in spaced spaces between the array and the color filter substrate; A backlight unit positioned on a rear surface of the color filter substrate spaced apart from the back surface; Red, green, and blue sub color filters sequentially patterned on the non-display area on the color filter substrate; A liquid crystal display device including a common electrode on the red, green, and blue sub color filters is configured.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표장치용 어레이 기판의 제조방법은 기판 상의 일 방향으로 구성된 게이트 배선과 상기 게이트 배선에서 연장된 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 전극의 하부에 대응하여 상기 게이트 배선 및 전극의 폭 보다 넓은 폭을 갖는 제 1 배리어 패턴과, 상기 데이터 영역에 대응하여 아일랜드 형태로 패턴된 제 2 배리어 패턴을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 전극과 제 1 및 제 2 배리어 패턴이 형성된 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 배선과 수직 교차하는 데이터 배선과, 상기 데이터 배선에서 연장된 소스 전극과, 상기 소스 전극과 이격된 드레인 전극과, 상기 소스 및 드레인 전극 하부의 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 반도체층과 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선이 형성된 기판 상에 상기 드레인 전극의 일부가 노출된 보호막을 형성하는 단계와; 상기 보호막 상에 상기 드레인 전극과 접촉된 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device, the method including: forming a gate wiring formed in one direction on the substrate and a gate electrode extending from the gate wiring; Forming a first barrier pattern having a width wider than that of the gate wiring and the electrode corresponding to a lower portion of the gate wiring and the electrode, and a second barrier pattern patterned in an island shape corresponding to the data area; Forming a gate insulating film on the substrate on which the gate wiring and the electrode and the first and second barrier patterns are formed; Forming a data line perpendicular to the gate line, a source electrode extending from the data line, a drain electrode spaced apart from the source electrode, and a semiconductor layer under the source and drain electrodes on the gate insulating layer; ; Forming a protective film exposing a portion of the drain electrode on a substrate on which the semiconductor layer, the source and drain electrodes, and the data wiring are formed; Forming a pixel electrode in contact with the drain electrode on the passivation layer.
이때, 상기 제 1 및 제 2 배리어 패턴은 몰리브덴과 몰리브덴 합금을 포함하는 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 형성되고, 상기 게이트 배선 및 전극은 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 크롬과 같은 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나로 형성된다.In this case, the first and second barrier patterns are formed of one selected from the group of conductive materials including molybdenum and molybdenum alloy, and the gate wire and the electrode are selected from conductive metal groups such as copper, molybdenum, aluminum, aluminum alloy and chromium. It is formed as one.
상기 화소 전극은 전단의 게이트 배선으로 연장 구성하여, 상기 전단의 게이트 배선을 제 1 전극으로 하고, 상기 제 1 전극과 중첩된 상기 화소 전극을 제 2 전극으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 전극의 중첩된 사이 공간에 개재된 절연막을 유전체층으로 하는 스토리지 커패시터가 형성된다.The pixel electrode extends with the gate wiring at the front end, the gate wiring at the front end as the first electrode, the pixel electrode overlapped with the first electrode as the second electrode, and the first and second electrodes. A storage capacitor is formed which uses an insulating film interposed in the overlapped interspace as a dielectric layer.
본 발명에서는 첫째, 어레이 기판과 컬러필터 기판의 위치가 상반된 역 TFT 구조를 적용함으로써, 배리어 패턴으로 게이트 배선과 데이터 배선을 차폐 설계하는 것을 통해 블랙 매트릭스의 형성 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, first, by applying an inverted TFT structure in which the positions of the array substrate and the color filter substrate are opposite, the black matrix formation process can be omitted by shielding the gate wiring and the data wiring with a barrier pattern.
둘째, 기판과의 계면 간 접촉 특성이 좋은 배리어 패턴을 게이트 배선 및 전극 하부에 구성하는 것을 통해 게이트 배선 및 전극의 들뜸 불량을 개선할 수 있다.Second, the failure of lifting of the gate wiring and the electrode can be improved by forming a barrier pattern having good contact characteristics between interfaces with the substrate under the gate wiring and the electrode.
--- 실시예 ------ Example ---
본 발명은 어레이 기판과 컬러필터 기판의 위치가 상반된 역 TFT 구조로 액정표시장치를 제작하는 것을 통해 블랙 매트릭스 형성 공정을 삭제할 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the black matrix forming process can be eliminated by fabricating the liquid crystal display device with an inverted TFT structure in which the positions of the array substrate and the color filter substrate are opposite.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a liquid crystal display according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 단위 화소를 나타낸 평면도이다.4 is a plan view illustrating unit pixels of an array substrate for a liquid crystal display according to the present invention.
도시한 바와 같이, 기판(110) 상의 일 방향으로 게이트 배선(120)과, 상기 게이트 배선(120)에서 연장된 게이트 전극(125)을 구성한다. 상기 게이트 배선(120)과 수직 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)을 구성한다.As shown, the
상기 게이트 배선(120)과 중첩된 하부에 게이트 배선(120)의 폭 보다 넓은 폭으로 제 1 배리어 패턴(151)을 구성한다. 또한, 상기 데이터 배선(130)과 중첩된 하부에 데이터 배선(130)의 폭 보다 넓은 폭으로 제 2 배리어 패턴(152)을 구성하는 바, 상기 제 2 배리어 패턴(152)은 게이트 배선(120)과 이격 설계한다.The
즉, 상기 제 1 및 제 2 배리어 패턴(151, 152)은 데이터 배선(130)과 게이트 배선(120) 각각의 외부로 돌출 구성된다. 특히, 상기 제 1 배리어 패턴(151)은 기판(110)과 게이트 배선 및 전극(120, 125) 간의 접촉 특성을 향상시키는 기능을 한다.That is, the first and
상기 게이트 배선(120)과 데이터 배선(130)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)를 구성한다. 상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(125)과, 상기 게이트 전극(125)과 중첩된 상부에 구성된 반도체층(미도시)과, 상기 반도체층과 접촉되고 데이터 배선(130)에서 연장된 소스 전극(132)과, 상기 소스 전극(132)과 이격된 드레인 전극(134)을 포함한다.A thin film transistor T is formed at an intersection point of the
상기 반도체층은 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 액티브층(140)과, 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+ a-Si:H)으로 이루어진 오믹 콘택층(미도 시)을 포함한다. 상기 액티브층(140) 및 오믹 콘택층에서 각각 연장된 제 1 비정질 패턴(171) 및 제 2 비정질 패턴(미도시)은 데이터 배선(130) 하부로 연장 구성된다. 특히, 상기 제 1 비정질 패턴(171)은 데이터 배선(130)의 외부로 돌출 구성된다.The semiconductor layer includes an
상기 드레인 전극(134)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(CH2)을 통해 드레인 전극(134)과 접촉된 화소 전극(170)을 화소 영역(P)에 대응하여 구성한다.The
상기 화소 전극(170)은 전단의 게이트 배선(120)으로 연장 구성하여, 상기 전단의 게이트 배선(120)을 제 1 전극으로 하고, 상기 제 1 전극과 중첩된 화소 전극(170)을 제 2 전극으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 전극의 중첩된 사이 공간에 개재된 절연막을 유전체층으로 하는 스토리지 커패시터(Cst)를 구성한다.The
전술한 구성에서 특징적인 것은 데이터 배선과 게이트 배선의 중첩된 하부에 대응하여 제 1 및 제 2 배리어 패턴을 구성하는 것을 통해, 컬러필터 기판에 대응된 블랙 매트릭스의 형성 공정을 생략할 수 있게 되는 바, 이에 대해서는 후술하기로 한다.The characteristic feature of the above-described configuration is that by forming the first and second barrier patterns corresponding to the overlapped lower portions of the data lines and the gate lines, the process of forming the black matrix corresponding to the color filter substrate can be omitted. This will be described later.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은 4 마스크 공정으로 제작된다.The array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention is manufactured in a four mask process.
도 5a 내지 도 5h는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 절단하여 공정 순서에 따라 나타낸 공정 단면도로, 이를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.5A through 5H are cross-sectional views illustrating a process sequence by cutting along the line VV ′ of FIG. 4, which will be described in detail with reference to the drawings.
도 5a 내지 도 5e는 제 1 마스크 공정 단계를 나타낸 공정 단면도이다.5A through 5E are cross-sectional views illustrating a first mask process step.
도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(110) 상에 스위칭 영역(S), 화소 영역(P), 게이트 영역(G)과 데이터 영역(D)을 정의하는 단계를 진행한다.As shown in FIG. 5A, a step of defining a switching region S, a pixel region P, a gate region G, and a data region D is performed on the
상기 스위칭 영역(S)과 화소 영역(P)과 게이트 영역(G)과 데이터 영역(D)이 정의된 기판(110) 상에 몰리브덴 및 몰리브덴 합금을 포함하는 도전성 금속 물질 그룹 중 선택된 하나로 제 1 금속층(120a)을 형성한다. 연속하여, 상기 제 1 금속층(120a) 상에 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd) 및 크롬(Cr)과 같은 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나로 제 2 금속층(121a)을 형성한다.The first metal layer is selected from the group of conductive metal materials including molybdenum and molybdenum alloy on the
이때, 상기 제 1 금속층(120a)은 제 2 금속층(121a)과 기판(110)의 계면 간 접촉 특성을 개선하기 위한 목적으로 형성하게 된다. 특히, 상기 제 1 금속층(120a)은 제 2 금속층(121a)이 구리 및 구리 합금으로 형성될 경우, 기판(110)과의 접촉 불량으로 들뜸이 발생되는 것을 미연에 방지하는 기능을 한다.In this case, the
도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 금속층(120a)과 제 2 금속층(121a)이 형성된 기판(110) 상에 포토레지스트를 도포하여 감광층(180)을 형성한다. 다음으로, 상기 감광층(180)이 형성된 기판(110)과 이격된 상부에 투과부(T1), 반투과부(T2) 및 차단부(T3)로 구성된 하프톤 마스크(HTM)를 정렬하는 단계를 진행한다.As shown in FIG. 5B, a photoresist is formed on the
상기 하프톤 마스크(HTM)는 상기 반투과부(T2)에 반투명막을 형성하여 빛의 강도를 낮추거나 빛의 투과량을 낮추어 감광층(180)이 불완전 노광될 수 있도록 하는 기능을 한다. 이때, 상기 하프톤 마스크(HTM) 이외에 상기 반투과부(T2)에 슬릿 형상을 두어 빛의 투과량을 조절하는 슬릿 마스크가 이용될 수 있다.The halftone mask HTM forms a semi-transparent film on the transflective portion T2 to lower the intensity of light or to reduce the amount of light transmitted so that the
또한, 상기 차단부(T3)는 빛을 완전히 차단하는 기능을 하고, 상기 투과부(T1)는 빛을 투과시켜 빛에 노출된 감광층(180)의 화학적 변화로 완전 노광하는 기능을 한다.In addition, the blocking unit T3 functions to completely block light, and the transmitting unit T1 transmits light and completely exposes the light by chemical change of the
이때, 상기 스위칭 영역(S)의 일부에 대응하여 양측의 반투과부(T2) 사이에 차단부(T1), 상기 게이트 영역(G)에 대응하여 양측의 반투과부(T2) 사이에 차단부(T3), 상기 데이터 영역(D)에 대응하여 반투과부(T2), 그리고 이를 제외한 전 영역은 투과부(T1)가 위치하도록 한다.In this case, the blocking portion T1 is disposed between the semi-transparent portions T2 on both sides of the switching region S, and the blocking portion T3 is disposed between the semi-transparent portions T2 on both sides of the gate region G. ), The transflective portion T2 is disposed in the transflective portion T2 and all regions except for the transmissive portion T1 corresponding to the data region D. FIG.
다음으로, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 마스크(도 5b의 HTM) 상부에서 노광 및 현상 공정을 진행하여, 스위칭 영역(S)에 대응하여 양측으로는 두께가 절반 정도 낮아지고 중앙에서는 두께 변화가 없는 제 1 감광 패턴(182)과, 상기 게이트 영역(G)에 대응하여 양측으로는 두께가 절반 정도로 낮아지고 중앙에서는 두께 변화가 없는 제 2 감광 패턴(184)과, 상기 데이터 영역(D)에 대응하여 두께가 절반 정도로 낮아진 제 3 감광 패턴(186)을 각각 형성하고, 이를 제외한 전 영역에 대응된 감광층(도 5b의 180)은 모두 제거하여 그 하부의 제 2 금속층(도 5b의 121a)이 노출되도록 한다.Next, as shown in FIG. 5C, an exposure and development process is performed on the mask (HTM of FIG. 5B), and the thickness is reduced by about half on both sides corresponding to the switching region S and the thickness is changed on the center. The first
다음으로, 상기 제 1 내지 제 3 감광 패턴(182, 184, 186)을 마스크로 이용하고 상기 노출된 제 2 금속층과 상기 제 2 금속층 하부의 제 1 금속층(도 5b의 120a)을 차례로 패턴하여, 일 방향으로 게이트 배선(120)과 상기 게이트 배선(120)에서 연장된 게이트 전극(125)과 데이터 영역(D)에 대응하여 아일랜드 형태로 패턴된 배리어 금속 패턴(150a)을 각각 형성한다.Next, using the first to third
이때, 상기 게이트 배선 및 전극(120, 125)의 하부에는 게이트 배선 및 전극(120, 125)과 동일한 폭으로 패턴된 제 1 배리어 패턴(151)이 형성된다. 한편, 상기 배리어 금속 패턴(152a)은 제 1 금속 패턴(120b)과 제 2 금속 패턴(121b)이 차례로 적층된 상태이다.In this case, a
다음으로, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 감광 패턴(도 5c 182, 184, 186)을 애싱하는 단계를 진행하여, 상기 제 1 및 제 2 감광 패턴(182, 184)의 두께가 절반 정도로 낮아지도록 하고, 상기 제 3 감광 패턴은 모두 제거하여 그 하부의 제 2 금속 패턴(121b)이 노출되도록 한다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 감광 패턴(282, 284) 각각의 양측으로 게이트 배선 및 전극(120, 125)의 일부가 노출된다.Next, as illustrated in FIG. 5D, ashing of the first to third photosensitive patterns (FIGS.
도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 감광 패턴(도 5d의 182, 184)을 마스크로 이용하고 상기 노출된 제 2 금속 패턴(도 5d의 121b)과 게이트 배선 및 전극(120, 125)을 패턴하여, 데이터 영역(D)에 대응된 제 2 배리어 패턴(152)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 배선 및 전극(120, 125)의 일부가 제거되어 제 1 배리어 패턴(151)이 외부로 노출된다.As shown in FIG. 5E, the first and second photosensitive patterns (182 and 184 of FIG. 5D) are used as masks, and the exposed second metal patterns (121b of FIG. 5D), the gate wirings, and the
이러한 제 1 및 제 2 배리어 패턴(151, 152)은 게이트 배선(120)과 데이터 배선(130)의 중첩된 하부에서 백라이트 유닛(미도시)으로부터 입사되는 빛을 차폐하는 기능을 한다.The first and
다음으로, 상기 제 1 및 제 2 감광 패턴(도 5d의 182, 184)을 스트립 공정으로 제거하는 단계를 진행한다. 이를 통해, 제 1 마스크 공정 단계가 최종적으로 완료된다.Next, the first and second photosensitive patterns (182 and 184 of FIG. 5D) are removed by a strip process. In this way, the first mask process step is finally completed.
도 5f는 제 2 마스크 공정 단계를 나타낸 공정 단면도이다.5F is a process cross sectional view showing a second mask process step;
도 5f에 도시한 바와 같이, 게이트 배선(120)과 게이트 전극(125)과 제 1 및 제 2 배리어 패턴(151, 152)이 형성된 기판(110) 상에 산화 실리콘(SiO2)과 질화 실리콘(SiNx)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중에서 선택된 하나로 게이트 절연막(145)을 형성한다.As shown in FIG. 5F, silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (I) are formed on the
다음으로, 상기 게이트 절연막(145) 상에 게이트 배선(120)과 수직 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)과, 상기 데이터 배선(130)에서 연장된 소스 전극(132)과 상기 소스 전극(132)과 이격된 드레인 전극(134)을 형성한다. 이때, 상기 소스 및 드레인 전극(132, 134) 하부에는 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 액티브층(140)과, 불순물을 포함하는 비정질 실리콘층(n+ a-Si:H)으로 이루어진 오믹 콘택층(141)이 차례로 적층 형성된다. 상기 액티브층(140)과 오믹 콘택층(141)을 포함하여 반도체층(142)이라 한다.Next, a
또한, 상기 액티브층(140)과 오믹 콘택층(141)에서 각각 연장된 제 1 비정질 패턴(171) 및 제 2 비정질 패턴(172)은 데이터 배선(130) 하부로 연장 형성된다. 특히, 상기 제 1 비정질 패턴(171)은 데이터 배선(130)의 외부로 돌출 형성된다. 상기 게이트 전극(125)과 반도체층(142)과 소스 및 드레인 전극(132, 134)을 포함하여 박막트랜지스터(T)라 한다.In addition, the first
도 5g는 제 3 마스크 공정 단계를 나타낸 공정 단면도이다.5G is a process cross sectional view showing a third mask process step;
도 5g에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(130)과 박막트랜지스터(T)가 형성된 기판(110) 상에 상부 전면에 질화 실리콘(SiNx)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나, 또는 아크릴계 수지와 벤조사이클로부 텐(benzocyclobutene: BCB)을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 보호막(155)을 형성한다.As shown in FIG. 5G, an inorganic insulating material group including silicon nitride (SiNx) and silicon oxide (SiO 2 ) on an entire upper surface of the
다음으로, 상기 드레인 전극(134)에 대응된 보호막(155)을 패턴하여, 상기 드레인 전극(134)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(CH2)을 형성한다.Next, the
도 5h는 제 4 마스크 공정 단계를 나타낸 공정 단면도이다.5H is a process sectional view showing a fourth mask process step;
도 5h에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(CH2)을 포함하는 보호막(155) 상에 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명한 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 하나로 투명 금속층(미도시)을 형성하고 이를 패턴하여, 상기 드레인 전극(134)과 접촉된 화소 전극(170)을 화소 영역(P)에 대응하여 형성한다.As shown in FIG. 5H, one selected from a group of transparent conductive metals such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) is formed on the
상기 화소 전극(170)은 전단의 게이트 배선(120)과 중첩되도록 연장 구성하여, 상기 전단의 게이트 배선(120)을 제 1 전극으로 하고, 상기 제 1 전극과 중첩된 화소 전극(170)을 제 2 전극으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 전극의 중첩된 사이 공간에 개재된 게이트 절연막(145)과 보호막(155)을 유전체층으로 하는 스토리지 커패시터(Cst)를 형성한다.The
이상으로, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판을 4 마스크 공정으로 제작할 수 있다.As described above, the array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention can be produced by a four mask process.
전술한 4 마스크 공정으로 제작된 어레이 기판은 컬러필터 기판과 대향 합착하는 셀 공정 단계를 통해 액정 패널로 완성되는 바, 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.The array substrate manufactured by the aforementioned four mask process is completed as a liquid crystal panel through a cell process step of opposing the color filter substrate. Hereinafter, the liquid crystal display according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. do.
도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도로, 어레이 기판과 대향 합착된 컬러필터 기판을 함께 나타내고 있다.FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI 'of FIG. 4, and shows the color filter substrate bonded together with the array substrate.
도시한 바와 같이, 표시 영역(AA)과 비표시 영역(NAA)으로 각각 구분된 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)이 대향 합착하고 있으며, 상기 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)의 이격된 사이 공간에는 액정층(115)이 개재된다. 상기 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)과 액정층(115)은 액정 패널(190)을 이룬다. 상기 컬러필터(105)과 이격된 배면에는 광원의 역할을 하는 백라이트 유닛(195)이 위치한다.As illustrated, the
상기 어레이 기판(110)의 투명 기판(102) 하부 면의 데이터 영역(D)을 차폐하는 배리어 패턴(152)과, 상기 제 2 배리어 패턴(152)을 덮는 게이트 절연막(145)과, 상기 게이트 절연막(145) 하부의 데이터 영역(D)에 대응된 데이터 배선(130)과 제 1 및 제 2 비정질 패턴(171, 172)을 포함하는 반도체 패턴(173)과, 상기 데이터 배선(130)을 덮는 보호막(155)과, 상기 보호막(155) 하부의 양측 화소 영역(P)에 각각 구성된 다수의 화소 전극(170)과, 상기 다수의 화소 전극(170) 하부의 하부 배향막(119)이 차례로 위치한다.A
한편, 상기 컬러필터 기판(105)의 투명 기판(101) 상부 면에는 비표시 영역(NAA)을 경계로 순차적으로 패턴된 적(R) 서브 컬러필터(미도시)와 녹(G) 서브 컬러필터(116b)와 청(B) 서브 컬러필터(116c)를 포함하는 컬러필터층(116)과, 상기 컬러필터층(116) 상부 전면에 대응된 공통 전극(185)과, 상기 공통 전극(185) 상부에서 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105) 간의 균일한 셀갭을 확보하기 위해 패턴된 컬럼 스페이서(미도시)와, 상기 컬럼 스페이서를 덮는 상부 배향막(118)이 차례로 위치한다.On the other hand, the red (R) sub color filter (not shown) and the green (G) sub color filter sequentially patterned on the upper surface of the
일반적으로, 상기 컬럼 스페이서는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로, 게이트 배선(도 4의 120)과 대응된 위치에 형성된다.In general, the column spacer is selected from the group of organic insulating materials and is formed at a position corresponding to the gate wiring 120 (see FIG. 4).
전술한 구성은 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)의 위치가 상하 반전된 구조로 백라이트 유닛(195)으로부터 입사되는 빛이 컬러필터 기판(105)을 먼저 통과하게 된다.In the above-described configuration, since the positions of the
상세히 설명하면, 본 발명에서와 같이 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(105)의 위치가 상하 반전된 역 TFT 구조는 백라이트 유닛(195)으로부터 입사되는 빛이 적(미도시) 서브 컬러필터, 녹(G) 서브 컬러필터 및 청(B) 서브 컬러필터와 어레이 소자를 차례로 관통하여 영상을 구현하게 된다.In detail, the reverse TFT structure in which the positions of the
이때, 데이터 영역(D)을 차폐하는 제 2 배리어 패턴(152)이 상부에 위치하는 구조로 백라이트 유닛(95)으로부터 입사되는 정면과 좌우 측면으로부터 입사되는 빛을 완전히 차폐할 수 있게 된다.In this case, the
즉, 본 발명에서는 비표시 영역(NAA)에 대응된 제 1 배리어 패턴(도 4의 151)과 제 2 배리어 패턴(152)의 설계로 블랙 매트릭스(도 3의 12)를 설계하는 공정을 생략할 수 있는 장점을 갖는다.That is, in the present invention, a process of designing the black matrix (12 of FIG. 3) by designing the
따라서, 본 발명에서는 어레이 기판과 컬러필터 기판의 위치가 상반된 역 TFT 구조의 적용으로 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 생략할 수 있어 생산 수율을 개선할 수 있게 된다.Therefore, in the present invention, the step of forming a black matrix can be omitted by applying an inverted TFT structure in which the positions of the array substrate and the color filter substrate are opposite to each other, thereby improving production yield.
그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경 및 변형할 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.However, the present invention is not limited to the above embodiments, and it will be apparent that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and the spirit of the present invention.
도 1은 종래에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 단위 화소를 나타낸 평면도.1 is a plan view showing a unit pixel of a conventional array substrate for a liquid crystal display device.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 1.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line III-III ′ of FIG. 2.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 단위 화소를 나타낸 평면도.4 is a plan view showing unit pixels of an array substrate for a liquid crystal display according to the present invention;
도 5a 내지 도 5h는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 절단하여 공정 순서에 따라 나타낸 공정 단면도.5A to 5H are cross-sectional views taken along the line VV ′ of FIG. 4 and shown in a process sequence.
도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI 'of FIG. 4.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
110 : 기판 120 : 게이트 배선110: substrate 120: gate wiring
125 : 게이트 전극 130 : 데이터 배선125
132 : 소스 전극 134 : 드레인 전극132: source electrode 134: drain electrode
140 : 액티브층 151, 152 : 제 1 및 제 2 배리어 패턴140:
170 : 화소 전극 171 : 제 1 비정질 패턴170: pixel electrode 171: first amorphous pattern
CH2 : 드레인 콘택홀 Cst : 스토리지 커패시터CH2: Drain contact hole Cst: Storage capacitor
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KR20110100494A (en) * | 2010-03-04 | 2011-09-14 | 삼성전자주식회사 | Display apparatus |
KR20170030105A (en) * | 2015-09-08 | 2017-03-17 | 삼성디스플레이 주식회사 | Liquid crystal display device and manufacturing method thereof |
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2007
- 2007-12-31 KR KR1020070141817A patent/KR20090073772A/en not_active Application Discontinuation
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