KR20130019570A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마스크 수를 절감할 수 있는 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는, 수직 교차하는 게이트 배선과 데이터 배선이 정의하는 복수개의 화소 영역을 갖는 기판; 상기 기판 상에 형성되며, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터를 포함하는 상기 기판 전면에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 선택적으로 형성되며, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키도록 차례로 형성된 제 1, 제 2 절연막; 상기 제 2 절연막을 포함하는 상기 기판 전면에 형성되어, 상기 드레인 전극과 직접 접속하는 제 1 화소 전극; 상기 제 1 화소 전극 상에 형성된 R, G, B 컬러 필터; 상기 R, G, B 컬러 필터를 덮도록 상기 제 1 화소 전극 상에 형성된 제 2 화소 전극과, 상기 제 2 화소 전극 전면에 형성된 제 3 절연막; 상기 제 3 절연막 상에 형성되어, 상기 제 3 절연막을 사이에 두고 상기 제 2 화소 전극과 프린지 전계를 이루는 공통 전극; 및 인접한 상기 화소 영역을 구분하기 제 1, 제 2 화소 전극과 제 3 절연막을 선택적으로 제거하여 노출된 상기 제 2 절연막 상에 상기 박막 트랜지스터와 중첩되도록 형성된 컬럼 스페이서를 포함한다.
Description
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히, 마스크 수를 절감할 수 있는 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 액정 표시 장치가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이러한 액정 표시 장치는 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어진다.
컬러 필터 기판은 컬러 구현을 위한 컬러 필터, 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스 및 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이의 간격을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다. 그리고, 박막 트랜지스터 기판에는 데이터 신호가 개별적으로 공급되는 다수의 화소 전극이 매트릭스 형태로 형성된다. 또한 박막 트랜지스터 기판에는 다수의 화소 전극을 개별적으로 구동하기 위한 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터를 제어하는 게이트 배선 및 박막 트랜지스터에 데이터 신호를 공급하는 데이터 배선이 형성된다.
액정 표시 장치에서 가장 많이 사용되는 대표적인 구동 모드(Mode)는 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 후 전압을 가하여 액정 방향자를 제어하는 TN(Twisted Nematic) 모드와, 한 기판 상에 나란하게 배열된 화소 전극과 공통 전극 간의 수평 전계에 의해 액정이 구동되는 횡전계(In-Plane Switching) 모드 등이 있다.
횡전계 모드는 화소 전극과 공통 전극을 박막 트랜지스터 기판의 개구부에 서로 교번하도록 형성하여, 화소 전극과 공통 전극 사이에 발생하는 횡전계에 의해 액정이 배향되도록 한 것이다. 그런데, 횡전계 모드 액정 표시 장치는 시야각은 넓으나 개구율 및 투과율이 낮으므로, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 프린지 전계(Fringe Field Switching; FFS) 모드 액정 표시 장치가 제안되었다.
프린지 전계 모드 액정 표시 장치는 화소 영역에 통전극 형태의 공통 전극을 형성하고 공통 전극 상에 슬릿 형태로 복수개의 화소 전극을 형성하거나, 반대로 화소 전극을 통전극 형태로 형성하고 공통 전극을 복수개의 슬릿 형태로 형성함으로써, 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성되는 프린지 전계에 의해 액정 분자를 동작시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 일반적인 프린지 전계 모드 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a와 도 1b는 일반적인 프린지 전계 모드의 박막 트랜지스터 기판의 단면도로, 도 1a는 공통 전극이 최상위층에 형성된 것이며, 도 1b는 화소 전극이 최상위층에 형성된 것을 도시하였다.
도 1a를 참조하면, 일반적인 프린지 전계 모드 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법은 제 1 마스크를 이용해서 게이트 배선(미도시), 게이트 전극(10a), 게이트 패드 하부 전극(10b), 데이터 패드 하부 전극(10c) 및 공통 배선(미도시)을 형성하는 단계, 제 2 마스크를 이용해서 반도체층(130)을 형성하는 단계, 제 3 마스크를 이용해서 소스, 드레인 전극(14a, 14b)과 데이터 배선(DL)을 형성하는 단계, 제 4 마스크를 이용해서 화소 콘택홀, 게이트 콘택홀 및 데이터 콘택홀 포함하는 제 1, 제 2 보호막(15a, 15b)을 형성하는 단계를 포함한다.
그리고, 제 5 마스크를 이용하여 제 2 보호막(15b) 상에 형성되며 드레인 전극(14b)과 접속하는 화소 전극(16)을 형성하는 단계, 제 6 마스크를 이용하여 게이트 패드 하부 전극(10b)와 데이터 패드 하부 전극(10c)을 노출시키는 제 3 보호막(15c)을 형성하는 단계, 제 7 마스크를 이용하여 제 3 보호막(15c)을 사이에 두고 화소 전극(16)과 프린지 전계를 생성하는 공통 전극(18a)과 게이트 패드 하부 전극(10b)과 접속하는 게이트 패드 상부 전극(18b) 및 데이터 패드 하부 전극(10c)과 접속하는 데이터 패드 상부 전극(18c)을 형성하는 단계를 포함한다.
그리고, 도시하지는 않았지만, R, G, B 컬러 필터, 블랙 매트릭스 및 컬럼 스페이서를 포함하는 컬러 필터 기판을 제조하는 단계까지 포함하면, 일반적인 액정 표시 장치는 총 12개의 마스크를 이용하여 형성된다. 따라서, 공정이 복잡하고 제조 비용이 증가한다.
더욱이, 도 1b와 같이, 화소 전극(16)을 최상위층에 형성하는 경우, 제 1, 제 2 보호막(15a, 15b)을 제거하여 드레인 전극(14b)을 노출시킨 후, 노출된 드레인 전극(14b)을 덮도록 형성된 제 3 보호막(15c)을 제거하여 다시 한번 더 드레인 전극(14b)을 노출시켜야 하므로, 공통 전극(18a) 및 공통 전극(18a) 상부의 제 3 보호막(15c)의 노광량이 증가하고, 게이트 패드 하부 전극(10b)과 데이터 패드 하부 전극(10c) 역시 제 3 보호막(15c)의 노광량이 증가하여 수율이 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 9개의 마스크를 이용하여 제조할 수 있는 COT(Color Filter On TFT) 구조의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는, 수직 교차하는 게이트 배선과 데이터 배선이 정의하는 복수개의 화소 영역을 갖는 기판; 상기 기판 상에 형성되며, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터를 포함하는 상기 기판 전면에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 선택적으로 형성되며, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키도록 차례로 형성된 제 1, 제 2 절연막; 상기 제 2 절연막을 포함하는 상기 기판 전면에 형성되어, 상기 드레인 전극과 직접 접속하는 제 1 화소 전극; 상기 제 1 화소 전극 상에 형성된 R, G, B 컬러 필터; 상기 R, G, B 컬러 필터를 덮도록 상기 제 1 화소 전극 상에 형성된 제 2 화소 전극과, 상기 제 2 화소 전극 전면에 형성된 제 3 절연막; 상기 제 3 절연막 상에 형성되어, 상기 제 3 절연막을 사이에 두고 상기 제 2 화소 전극과 프린지 전계를 이루는 공통 전극; 및 인접한 상기 화소 영역을 구분하기 제 1, 제 2 화소 전극과 제 3 절연막을 선택적으로 제거하여 노출된 상기 제 2 절연막 상에 상기 박막 트랜지스터와 중첩되도록 형성된 컬럼 스페이서를 포함한다.
상기 컬럼 스페이서 또는 상기 제 2 절연막은 차광성의 물질로 형성된다.
상기 차광성의 물질은 카본, 산화 티타늄, 컬러 안료, 흑색 수지 중 선택된 하나 이상의 물질이다.
선택적으로 제거된 상기 제 1, 제 2 화소 전극의 측면은 언더 컷 형상을 갖는다.
상기 제 1, 제 2 절연막은 상기 데이터 배선 상에도 형성되고, 상기 공통 전극은 상기 데이터 배선에 대응되는 영역 상에도 형성된다.
또한, 동일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은, 1 마스크를 이용하여 기판 상에 게이트 배선과 게이트 전극을 형성하는 단계; 제 2 마스크를 이용하여 반도체층, 소스, 드레인 전극 및 데이터 배선을 형성하는 단계; 제 3 마스크를 이용하여 상기 드레인 전극을 노출시키도록 제 1, 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연막을 포함하는 상기 기판 전면에 드레인 전극과 직접 접속하는 제 1 화소 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 화소 전극 상에 각각 제 4, 제 5, 제 6 마스크를 이용하여 R, G, B 컬러 필터를 형성하는 단계; 상기 R, G, B 컬러 필터를 포함한 상기 제 1 전극 상에 제 2 화소 전극을 형성하는 단계; 상기 제 2 화소 전극 상에 제 3 절연막을 형성하고, 제 7 마스크를 이용하여, 상기 제 3 절연막과 제 1, 제 2 화소 전극을 선택적으로 제거하여 상기 제 2 절연막을 노출시키는 단계; 제 8 마스크를 이용하여 상기 제 3 절연막 상에 복수개의 슬릿 형태의 공통 전극을 형성하는 단계; 및 제 9 마스크를 이용하여 상기 반도체층과 대응되는 영역의 상기 제 3 절연막 상에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 컬럼 스페이서 또는 상기 제 2 절연막은 차광성의 물질로 형성한다.
상기 차광성의 물질은 카본, 산화 티타늄, 컬러 안료, 흑색 수지 중 선택된 하나 이상의 물질이다.
상기 제 2 절연막을 노출시키는 단계는 상기 제 3 절연막을 패터닝하는 단계 및 패터닝된 상기 제 3 절연막을 마스크로 이용하여 노출된 상기 제 1, 제 2 화소 전극의 측면이 언더 컷 형상을 가지도록 상기 제 1, 제 2 화소 전극을 패터닝하는 단계를 포함한다.
상기 공통 전극을 형성하는 단계는 상기 데이터 배선에 대응되는 영역 상에도 상기 공통 전극을 형성한다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 화소 전극과 드레인 전극이 화소 콘택홀 없이 직접 접촉하여, 접촉 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 화소 콘택홀 형성을 위한 공정을 제거하여 마스크 수를 절감할 수 있다.
둘째, 차광성의 컬럼 스페이서 또는 차광성의 제 2 절연막을 형성하여, 추가로 블랙 매트릭스를 형성하는 공정을 제거할 수 있으며, 소스, 드레인 전극과 반도체층을 하나의 마스크로 형성하여, 마스크 수를 절감할 수 있다.
셋째, 총 9개의 마스크를 이용하여 기판 상에 컬러 필터와 박막 트랜지스터를 동시에 형성하여 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 더욱이, 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판의 합착 마진을 감소시켜 개구율을 향상시킬 수 있다.
도 1a와 도 1b는 일반적인 프린지 전계 모드의 박막 트랜지스터 기판의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치의 단면도.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예의 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치의 단면도.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예의 액정 표시 장치의 단면도.
일반적으로, 액정 표시 장치는 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 화소 영역에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)와 화소 전극이 형성된 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터가 형성된 컬러 필터 기판이 서로 대향되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정층이 형성된다. 그런데, 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판이 합착될 때, 미스-얼라인(miss-align)에 의해 빛샘이 발생할 수 있다. 그리고, 이로 인해, 개구율이 현저히 떨어진다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 방지하기 위해 하나의 기판 상에 컬러 필터와 박막 트랜지스터를 동시에 형성하는 COT(Color Filter On TFT) 구조의 액정 표시 장치가 도입, 연구되고 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 상기와 같이 기판 상에 컬러 필터와 박막 트랜지스터를 동시에 형성하는 COT 구조로, 총 9개의 마스크를 이용하여 기판 상에 컬러 필터와 박막 트랜지스터를 동시에 형성하여 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 더욱이, 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판의 합착 마진을 감소시켜 개구율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 2와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치는, 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(DL)의 교차 영역에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)와, 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(140b)과 직접 접속하는 제 1 화소 전극(160a)과, 제 1 화소 전극(160a) 상에 형성된 R, G, B 컬러 필터(170a, 170b, 170c)와, R, G, B 컬러 필터170a, 170b, 170c)를 덮도록 제 1 화소 전극(160a) 상에 형성된 제 2 화소 전극(160b)과, 제 2 화소 전극(160b)과 프린지 전계를 형성하는 공통 전극(180a) 및 컬럼 스페이서(190)를 포함한다.
구체적으로, 기판(100) 상에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(DL)이 수직 교차하여 복수개의 화소 영역을 정의하고, 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(DL)이 교차하는 교차 영역에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다. 그리고, 게이트 배선(미도시)과 접속된 게이트 패드와, 데이터 배선(DL)과 접속된 데이터 패드를 포함하며, 도시하지는 않았으나, 공통 배선과 공통 배선과 접속된 공통 패드를 포함한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(110a), 소스 전극(140a), 드레인 전극(140b) 및 차례로 적층된 액티브층(130a)과 오믹 콘택층(130b)을 포함하는 반도체층(130)을 포함한다. 게이트 전극(110a)은 게이트 배선(미도시)으로부터의 스캔 신호가 공급되도록 게이트 배선(미도시)에서 돌출 형성될 수도 있고, 게이트 배선(미도시)의 일부 영역으로 정의될 수도 있다.
액티브층(130a)은 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 절연 물질로 형성된 게이트 절연막(120)을 사이에 두고 게이트 전극(110a)과 중첩된다. 그리고, 액티브층(130a) 상에 형성된 오믹 콘택층(130b)은 소스, 드레인 전극(140a, 140b)과 액티브층(130a) 사이의 전기 접촉 저항을 감소시키는 역할을 한다. 그리고, 소스, 드레인 전극(140a, 140b)의 이격된 구간에 대응되는 오믹 콘택층(130b)이 제거되어 채널이 형성된다.
소스 전극(140a)은 데이터 배선(DL)과 접속되어 데이터 배선(DL)의 화소 신호를 받으며, 드레인 전극(140b)은 채널을 사이에 두고 소스 전극(140a)과 마주하도록 형성된다. 그리고, 박막 트랜지스터(TFT)와 데이터 배선(DL)을 포함하는 게이트 절연막(120) 상에 선택적으로 형성된 제 1, 제 2 절연막(150a, 150b)은 드레인 전극(140b)을 노출시킨다.
차례로 적층된 제 1, 제 2 절연막(150a, 150b)은 게이트 배선(미도시), 데이터 배선(DL)과 같은 배선부에 대응하는 영역에도 형성되어 배선부 전체를 덮도록 형성되거나 배선부의 일부 영역을 노출시키도록 형성될 수 있으며, 도면에서는 데이터 배선(DL) 또한 덮도록 형성된 것을 도시하였다.
제 1 절연막(150a)은 SiNx 등과 같은 무기 절연막이며, 제 2 절연막(150b)은 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene; BCB), 스핀-온-글래스(Spin-On-Glass; SOG), 아크릴(acryl) 등과 같은 유기 절연막이며, 노출된 드레인 전극(140b)을 따라 제 2 절연막(150b) 전면에 제 1 화소 전극(160a)이 형성된다.
제 1 화소 전극(160a)은 틴 옥사이드(Tin Oxide: TO), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide: IZO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zinc Oxide: ITZO) 등과 같은 투명 전도성 물질로 통전극 형태로 형성된다. 그리고, 제 1, 제 2 절연막(150a, 150b)이 형성되지 않은 제 1 화소 전극(160a) 상에 R, G, B 컬러 필터(170a, 170b, 170c)가 형성된다.
그리고, R, G, B 컬러 필터(170a, 170b, 170c)를 덮도록 제 1 화소 전극(160a) 상에 제 2 화소 전극(160b)이 형성된다. 제 2 화소 전극(160b)은 제 1 화소 전극(160a)과 같이 투명 전도성 물질로 형성되어 적어도 한 곳 이상의 영역에서 제 1 화소 전극(160a)과 접속되며, 도면에서는 제 1 화소 전극(160a)과 제 2 화소 전극(160b)이 R, G, B 컬러 필터(170a, 170b, 170c)가 형성된 영역을 제외한 모든 영역에서 접속되는 것을 도시하였다.
그리고, SiNx, SiO2 등과 같은 무기 절연막으로 형성된 제 3 절연막(150c) 상에 형성된 복수개의 슬릿 형태의 공통 전극(180a)은 제 3 절연막(150c)을 사이에 두고 제 2 화소 전극(160b)과 프린지 전계를 형성한다. 프린지 필드에 의해 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하며, 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 화상이 구현된다.
특히, 제 3 절연막(150c), 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)은 전면에 형성되므로, 이를 선택적으로 제거하여 인접한 화소 영역을 구분한다. 이 때, 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)은 제 3 절연막(150c)에 비해 과식각되어, 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)의 가장자리에 언더 컷(Under Cut) 부분이 발생한다. 그리고, 노출된 제 2 절연막(150b)을 포함하여 박막 트랜지스터와 중첩되도록 제 3 절연막(150c) 상에 형성된 컬럼 스페이서(190)는 단일 높이 또는 이중 이상의 높이로 형성될 수 있다.
특히, 컬럼 스페이서(190)는 차광성의 물질로 형성되어 블랙 매트릭스를 따로 형성하지 않아도 된다. 구체적으로, 컬럼 스페이서(190)는 빛을 흡수하는 카본(Carbon), 산화 티타늄(TiOx), 컬러 안료(color pigment) 등을 포함하는 유기 물질 또는 블랙 계열의 유기 물질, 일 예로서 빛을 흡수하는 흑색 수지(black resin)로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 게이트 패드는 게이트 드라이버(미도시)로부터 스캔 신호를 게이트 배선(미도시)에 공급한다. 게이트 패드는 게이트 배선(미도시)과 접속된 게이트 패드 하부 전극(110b), 게이트 절연막(120), 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b), 제 3 절연막(150c)을 관통하는 게이트 콘택홀(120a)을 통해 게이트 패드 하부 전극(110b)과 접속된 게이트 패드 상부 전극(180b)을 포함한다.
또한, 데이터 패드는 데이터 드라이버(미도시)로부터의 화소 신호를 데이터 배선(DL)에 공급한다. 데이터 패드는 데이터 배선(DL)과 접속된 데이터 패드 하부 전극(110c)과, 게이트 절연막(120), 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b), 제 3 절연막(150c)을 관통하는 데이터 콘택홀(120b)을 통해 데이터 패드 하부 전극(110c)과 접속된 데이터 패드 상부 전극(180c)을 포함한다.
특히, 상술한 바와 같이, 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)은 제 3 절연막(150c)에 비해 과식각되어, 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)의 가장자리에 언더 컷(Under Cut) 부분이 발생하므로, 게이트 패드 상부 전극(180b)과 데이터 패드 상부 전극(180c)는 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)과 접속되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치의 제조 방법 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제 1 실시 예의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 3a와 같이, 제 1 마스크를 이용하여 기판(100) 상에 게이트 전극(110a), 게이트 배선(미도시), 게이트 패드 하부 전극(110b), 데이터 패드 하부 전극(110c) 및 공통 배선(미도시)을 형성한다. 구체적으로, 기판(100) 상에 스퍼터링(Sputtering) 방법 등의 증착 방법으로 금속층을 형성한 후, 금속층을 패터닝하여 게이트 전극(110a), 게이트 배선(미도시), 게이트 패드 하부 전극(110b), 데이터 패드 하부 전극(110c) 및 공통 배선(미도시)을 형성한다. 그리고, 게이트 전극(110a), 게이트 배선(미도시), 게이트 패드 하부 전극(110b), 데이터 패드 하부 전극(110c) 및 공통 배선(미도시)을 포함한 기판(100) 전면에 게이트 절연막(120)을 형성한다.
도 3b와 같이, 하프 톤(Half Tone) 마스크 또는 회절 노광 마스크인 제 2 마스크를 이용하여 게이트 절연막(120) 상에 액티브층(130a)과 오믹콘택층(130b)이 차례로 적층된 구조의 반도체층(130)을 형성하고, 데이터 배선(DL)과 일정 간격 이격된 소스, 드레인 전극(140a, 140b)을 형성한다. 상기와 같이, 반도체층(130)과 소스, 드레인 전극(140a, 140b)을 하나의 마스크를 이용하여 형성하여, 마스크 수를 1개 절감할 수 있다. 그리고, 소스, 드레인 전극(140a, 140b) 사이의 이격된 구간에 노출된 오믹 콘택층(130b)을 제거하여 채널을 형성한다.
이로써, 게이트 전극(110a), 반도체층, 소스, 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다. 한편, 데이터 패드 하부 전극(110c)은 데이터 배선(DL)과 동시에 형성될 수도 있으나, 도면에서는 데이터 패드 하부 전극(110c)이 게이트 배선(미도시)과 동시에 형성된 것을 도시하였으며, 이 경우, 데이터 패드 하부 전극과 데이터 배선(DL)을 접속시키기 위한 구성을 더 구비한다.
도 3c와 같이, 박막 트랜지스터(TFT)와 데이터 배선(DL)을 포함하는 게이트 절연막(120) 상에 차례로 제 1, 제 2 절연막(150a, 150b)을 형성한다. 그리고, 제 3 마스크를 이용하여 제 2 절연막(150b)을 패터닝하고, 패터닝된 제 2 절연막(150b)을 마스크로 이용하여 제 1 절연막(150a)을 패터닝하여 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(140b)을 노출시킨다.
제 1, 제 2 절연막(150a, 150b)은 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(140b)을 노출시킴과 동시에, 게이트 배선(미도시), 데이터 배선(DL)과 같은 배선 상에도 형성될 수 있으며, 배선 전체를 덮거나 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 도면에서는 제 1, 제 2 절연막(150a, 150b)이 데이터 배선(DL) 또한 덮도록 형성된 것을 도시하였다.
도 3d와 같이, 노출된 드레인 전극(140b)을 포함하는 제 2 절연막(150b) 전면에 제 1 화소 전극(160a)을 형성한다. 따라서, 드레인 전극(140b)과 제 1 화소 전극(160a)이 직접 접촉하므로, 접촉 특성이 향상될 뿐만 아니라 화소 콘택홀 형성을 위한 공정을 제거할 수 있다. 그리고, 제 4, 제 5, 제 6 마스크를 이용하여 제 1 화소 전극(160a) 상에 차례로 R, G, B 컬러 필터(170a, 170b, 170c)를 형성한다.
도 3e와 같이, R, G, B 컬러 필터(170a, 170b, 170c)를 포함하는 제 1 화소 전극(160a) 전면에 제 2 화소 전극(160b)을 형성한다. 이 때, 제 1 화소 전극(160a)과 제 2 화소 전극(160b)은 적어도 한 곳 이상의 영역에서 접속되며, 도면에서는 제 1 화소 전극(160a)과 제 2 화소 전극(160b)이 R, G, B 컬러 필터(170a, 170b, 170c)가 형성된 영역을 제외한 모든 영역에서 접속되는 것을 도시하였다.
그리고, 도 3f와 같이, 제 2 화소 전극(160b) 전면에 제 3 절연막(150c)을 형성하고, 인접한 화소 영역을 구분하기 위해 제 3 절연막(150c), 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)을 선택적으로 제거하여 제 2 절연막(150b)을 노출시킨다. 동시에 데이터 배선(DL)과 중첩되는 영역에도 공통 전극을 형성하기 위해, 데이터 배선(DL)에 대응되는 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)과 제 3 절연막(150c) 역시 제거한다. 이는, 데이터 배선(DL)을 사이에 두고 인접한 화소 영역 사이에서 전계가 형성되는 것을 방지하기 위함이다.
구체적으로, 제 7 마스크를 이용하여 제 2 화소 전극(160b) 전면에 형성된 제 3 절연막(150c)을 선택적으로 제거하고, 노출된 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)을 동시에 제거한다. 이 때, 에천트를 이용하는 습식 식각(Wet Etching) 방법으로 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)을 제거하며, 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)이 제 3 절연막(150c)에 비해 과식각되도록 하여 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b)의 가장자리에 언더 컷(Under Cut) 부분이 발생한다.
또한, 후술할 게이트 패드 상부 전극과 게이트 패드 하부 전극(110b) 및 데이터 패드 상부 전극과 데이터 패드 하부 전극(110c)을 전기적으로 접속시키기 위해, 게이트 패드 하부 전극(110b)과 데이터 패드 하부 전극(110c)에 대응되는 제 3 절연막(150c), 제 1, 제 2 화소 전극(160a, 160b) 역시 상기와 같은 방법으로 제거한다. 이 때, 게이트 패드 하부 전극(110b)과 데이터 패드 하부 전극(110c) 상에는 제 1, 제 2 절연막(150a, 150b)이 형성되지 않으므로, 게이트 패드 하부 전극(110b)과 데이터 패드 하부 전극(110c)은 외부로 노출된다.
그리고, 제 8 마스크를 이용하여 제 3 절연막(150c) 상에 공통 전극(180a)을 형성한다. 공통 전극(180a)은 제 3 절연막(150c)을 사이에 두고 제 2 화소 전극(160b)과 프린지 전계를 형성한다. 그리고, 공통 전극(180a)은 데이터 배선(DL)과 중첩되는 영역에도 형성된다. 동시에, 노출된 게이트 패드 하부 전극(110b)과 데이터 패드 하부 전극(110c)과 접속하는 게이트 패드 상부 전극(180b)과 데이터 패드 상부 전극(180c)을 형성한다.
마지막으로, 도 3g와 같이, 노출된 제 2 절연막(150b)을 포함하는 제 3 절연막(150c) 상에 제 9 마스크를 이용하여 컬럼 스페이서(190)를 형성한다. 특히, 차광성의 물질로 형성되는 컬럼 스페이서(190)는 박막 트랜지스터와 중첩되도록 형성되어 블랙 매트릭스를 형성하는 공정을 제거할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 총 9개의 마스크를 이용하여 COT 구조의 액정 표시 장치를 형성할 수 있다. 따라서, 마스크 수의 절감에 따른 제조 비용 절감 및 공정 단순화를 기대할 수 있다. 또한, 컬러 필터를 박막 트랜지스터와 같은 기판 상에 형성하여 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판의 합착 마진을 고려할 필요가 없으며, 개구율이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시 예의 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예의 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 4와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예의 액정 표시 장치는, 차광성의 물질로 제 2 절연막(150b)을 형성하는 것을 제외하고는 제 1 실시 예의 액정 표시 장치와 동일하다. 구체적으로, 제 2 절연막(150b)은 빛을 흡수하는 카본(Carbon), 산화 티타늄(TiOx), 컬러 안료(color pigment) 등을 포함하는 유기 물질 또는 블랙 계열의 유기 물질, 일 예로서 빛을 흡수하는 흑색 수지(black resin)로 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 반도체층(130)에 외부 광이 입사되면 누설 전류가 발생하여 박막 트랜지스터(TFT)의 신뢰성이 저하되므로, 제 2 절연막(150b)은 박막 트랜지스터 상부(TFT)와 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하며, 게이트 배선(미도시), 데이터 배선(DL)과 같은 배선부 상에도 형성되어 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 방지할 수 있다. 그리고, 이 경우 컬럼 스페이서(190)는 BCB(Benzocyclobutene), 포토 아크릴(photo acryl) 등의 유기 절연 물질 또는 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 등의 무기 절연 물질로 형성될 수 있으며, 단일 높이 또는 이중 이상의 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 제 2 실시 예의 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제 1 실시 예의 액정 표시 장치의 제조 방법과 동일하여 도시하지 않았다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은, 차광성의 컬럼 스페이서 또는 차광성의 제 2 절연막을 형성하여, 추가로 블랙 매트릭스를 형성하는 공정을 제거할 수 있으며, 소스, 드레인 전극과 반도체층을 하나의 마스크로 형성하여, 마스크 수를 절감할 수 있다. 따라서, 총 9개의 마스크를 이용하여 COT 구조의 액정 표시 장치를 형성함으로써, 마스크 수의 절감에 따른 제조 비용 절감 및 공정 단순화를 기대할 수 있다. 또한, 컬러 필터를 박막 트랜지스터와 같은 기판 상에 형성하여 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판의 합착 마진을 고려할 필요가 없으며, 개구율이 향상된다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
DL: 데이터 배선 100: 기판
110a: 게이트 전극 110b: 게이트 패드 하부 전극
110c: 데이터 패드 하부 전극 120: 게이트 절연막
120a: 게이트 콘택홀 120b: 데이터 콘택홀
130: 반도체층 130a: 액티브층
130b: 오믹 콘택층 140a: 소스 전극
140b: 드레인 전극 150a: 제 1 절연막
150b: 제 2 절연막 150c: 제 3 절연막
160a: 제 1 화소 전극 160b: 제 2 화소 전극
170a, 170b, 170c: R, G, B 컬러 필터 180a: 공통 전극
180b: 게이트 패드 상부 전극 180c: 데이터 패드 상부 전극
190: 컬럼 스페이서
110a: 게이트 전극 110b: 게이트 패드 하부 전극
110c: 데이터 패드 하부 전극 120: 게이트 절연막
120a: 게이트 콘택홀 120b: 데이터 콘택홀
130: 반도체층 130a: 액티브층
130b: 오믹 콘택층 140a: 소스 전극
140b: 드레인 전극 150a: 제 1 절연막
150b: 제 2 절연막 150c: 제 3 절연막
160a: 제 1 화소 전극 160b: 제 2 화소 전극
170a, 170b, 170c: R, G, B 컬러 필터 180a: 공통 전극
180b: 게이트 패드 상부 전극 180c: 데이터 패드 상부 전극
190: 컬럼 스페이서
Claims (10)
- 수직 교차하는 게이트 배선과 데이터 배선이 정의하는 복수개의 화소 영역을 갖는 기판;
상기 기판 상에 형성되며, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터;
상기 박막 트랜지스터를 포함하는 상기 기판 전면에 형성된 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상에 선택적으로 형성되며, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키도록 차례로 형성된 제 1, 제 2 절연막;
상기 제 2 절연막을 포함하는 상기 기판 전면에 형성되어, 상기 드레인 전극과 직접 접속하는 제 1 화소 전극;
상기 제 1 화소 전극 상에 형성된 R, G, B 컬러 필터;
상기 R, G, B 컬러 필터를 덮도록 상기 제 1 화소 전극 상에 형성된 제 2 화소 전극과, 상기 제 2 화소 전극 전면에 형성된 제 3 절연막;
상기 제 3 절연막 상에 형성되어, 상기 제 3 절연막을 사이에 두고 상기 제 2 화소 전극과 프린지 전계를 이루는 공통 전극; 및
인접한 상기 화소 영역을 구분하기 제 1, 제 2 화소 전극과 제 3 절연막을 선택적으로 제거하여 노출된 상기 제 2 절연막 상에 상기 박막 트랜지스터와 중첩되도록 형성된 컬럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 컬럼 스페이서 또는 상기 제 2 절연막은 차광성의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 차광성의 물질은 카본, 산화 티타늄, 컬러 안료, 흑색 수지 중 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치. - 제 1 항에 있어서,
선택적으로 제거된 상기 제 1, 제 2 화소 전극의 측면은 언더 컷 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 절연막은 상기 데이터 배선 상에도 형성되고, 상기 공통 전극은 상기 데이터 배선에 대응되는 영역 상에도 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치. - 제 1 마스크를 이용하여 기판 상에 게이트 배선과 게이트 전극을 형성하는 단계;
제 2 마스크를 이용하여 반도체층, 소스, 드레인 전극 및 데이터 배선을 형성하는 단계;
제 3 마스크를 이용하여 상기 드레인 전극을 노출시키도록 제 1, 제 2 절연막을 형성하는 단계;
상기 제 2 절연막을 포함하는 상기 기판 전면에 드레인 전극과 직접 접속하는 제 1 화소 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 화소 전극 상에 각각 제 4, 제 5, 제 6 마스크를 이용하여 R, G, B 컬러 필터를 형성하는 단계;
상기 R, G, B 컬러 필터를 포함한 상기 제 1 전극 상에 제 2 화소 전극을 형성하는 단계;
상기 제 2 화소 전극 상에 제 3 절연막을 형성하고, 제 7 마스크를 이용하여, 상기 제 3 절연막과 제 1, 제 2 화소 전극을 선택적으로 제거하여 상기 제 2 절연막을 노출시키는 단계;
제 8 마스크를 이용하여 상기 제 3 절연막 상에 복수개의 슬릿 형태의 공통 전극을 형성하는 단계; 및
제 9 마스크를 이용하여 상기 반도체층과 대응되는 영역의 상기 제 3 절연막 상에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 컬럼 스페이서 또는 상기 제 2 절연막은 차광성의 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 차광성의 물질은 카본, 산화 티타늄, 컬러 안료, 흑색 수지 중 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 절연막을 노출시키는 단계는 상기 제 3 절연막을 패터닝하는 단계; 및
패터닝된 상기 제 3 절연막을 마스크로 이용하여 노출된 상기 제 1, 제 2 화소 전극의 측면이 언더 컷 형상을 가지도록 상기 제 1, 제 2 화소 전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 공통 전극을 형성하는 단계는 상기 데이터 배선에 대응되는 영역 상에도 상기 공통 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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Applications Claiming Priority (1)
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Country Status (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150078309A (ko) * | 2013-12-30 | 2015-07-08 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시 장치 및 그 제조 방법 |
| US9477125B2 (en) | 2014-02-21 | 2016-10-25 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| JP2021043244A (ja) * | 2019-09-06 | 2021-03-18 | セイコーエプソン株式会社 | 電気光学装置および電子機器 |
-
2011
- 2011-08-17 KR KR1020110081601A patent/KR20130019570A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20150078309A (ko) * | 2013-12-30 | 2015-07-08 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시 장치 및 그 제조 방법 |
| US9377659B2 (en) | 2013-12-30 | 2016-06-28 | Samsung Display Co., Ltd. | Display device and manufacturing method thereof |
| US9477125B2 (en) | 2014-02-21 | 2016-10-25 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
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