KR20130043532A - 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법 - Google Patents

에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 개시된 발명은 기판의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트배선; 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선; 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터; 상기 기판의 화소 영역에 형성된 화소전극; 상기 화소전극과 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되고, 상기 박막트랜지스터과 화소전극을 각각 노출시키는 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 구비한 패시베이션막; 및 상기 패시베이션막 상에 형성되어 상기 화소전극과 대응되며 서로 이격된 다수의 공통전극과, 상기 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 통해 상기 화소전극 및 박막트랜지스터를 전기적으로 접속시켜 주는 화소전극 연결패턴을 포함하여 구성된다.

Description

에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법{ARRAY SUBSTRATE FOR FRINGE FIELD SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FFS (Fringe Field Switching) 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정표시장치(AM-LCD: Active Matrix LCD, 이하 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판(즉, 상부기판)과 화소전극이 형성된 어레이기판(즉, 하부기판)과, 상부기판 및 하부기판 사이에 충진된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점이 있다. 따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새롭게 제안된 기술이 횡전계에 의한 액정 구동방법인데, 이 횡전계에 의한 액정 구동방법은 시야각 특성이 우수한 장점을 가지고 있다.
이러한 장점을 지니고 있는 기존의 횡전계 방식 액정표시장치에 대해 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도로서, 종래기술에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 단면도이다.
종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판은, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 기판(11) 상에 일 방향으로 연장되고 서로 평행하게 이격된 다수의 게이트배선(13)과; 상기 게이트배선(13)과 교차하고, 이 교차하여 이루는 지역에 화소영역을 정의하는 다수의 데이터배선(23)과; 상기 게이트배선 (13)과 데이터배선(23)의 교차지점에 마련되고, 게이트전극(13a)과 액티브층(19)과 소스전극(23a) 및 드레인전극(23b)을 포함하는 박막트랜지스터(T)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 화소영역의 전면에는 상기 게이트배선(13) 및 데이터배선(23)과 이격된 공간을 두고 대면적의 투명한 공통전극(15)이 배치되어 있으며, 상기 공통전극(15) 상부에는 게이트절연막(17)과 보호막(25)을 사이에 두고 다수의 막대 형상의 투명한 화소전극(29)들이 배치되어 있다.
그리고, 상기 화소전극(29)은 상기 드레인전극(23b)과 전기적으로 연결되어 있다.
더욱이, 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(23)의 각 일단에는 게이트패드 (13b)와 데이터패드(23)가 연장되어 형성되어 있으며, 이 게이트패드(13b)와 데이터패드(23)는 게이트패드 연결패턴(29a)과 데이터패드 연결패턴(29b)에 접속되어 있다.
상기 구성에 따르면, 데이터 신호가 박막트랜지스터(T)를 거쳐 화소전극 (29)에 공급되면, 공통전압이 공급된 공통전극(15)과 화소전극들(29) 사이에 프린지 필드(fringe field)를 형성하여 박막트랜지스터 기판과 칼라필터기판(미도시) 사이에서 수평 방향으로 배열된 액정분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다. 그리고, 액정분자들이 회전 정도에 따라 화소영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 계조를 구현하게 된다.
상기 구성으로 이루어지는 종래기술에 따른 프린지 필드 방식 액정표시장치 제조방법에 대해 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3a 내지 3g는 종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치의 제조 공정 단면도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 투명성 절연기판(11) 상에 스위칭 영역을 포함하는 다수의 화소영역이 정의하고, 상기 투명성 절연기판(11) 상에 제1 도전 금속층(미도시)을 스퍼터링 방법에 의해 증착한 후, 포토리소 그라피 기술을 이용한 제1 마스크 공정을 통해 상기 제1 도전 금속층(미도시)을 패터닝하여 게이트배선(13)과 이 게이트배선(13)으로 부터 돌출된 게이트전극(13a), 외부 구동회로부와 전기적으로 접속되는 게이트패드(13b)를 형성한다.
그 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 배선(13)을 포함한 기판 전면에 투명한 도전 물질층(미도시)을 증착한 후, 제2 마스크 공정에 의해 상기 투명한 도전 물질층(미도시)을 선택적으로 패터닝하여 대면적의 투명한 공통전극(15)을 형성한다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 공통전극(15)을 포함한 기판 전면에 게이트절연막(17)을 증착한 후, 그 위에 비정질실리콘층(a-Si:H)(미도시)과 불순물이 포함된 비정질실리콘층(n+ 또는 p+)(미도시)을 차례로 증착한다.
그 다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 제3 마스크 공정에 의해 상기 불순물이 포함된 비정질실리콘층(n+ 또는 p+)(미도시)과 비정질실리콘층(a-Si:H)(미도시)을 패터닝하여 액티브층(19)과 오믹콘택층(21)을 형성한다.
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(19)과 오믹콘택층(21)을 포함한 기판 전면에 제2 도전 금속층(미도시)을 증착한 후, 제4 마스크공정을 통해 이를 선택적으로 패터닝하여 상기 게이트배선(13)과 수직되게 교차하는 데이터배선 (23)과, 이 데이터배선(23)으로부터 연장된 소스전극(23a)과 드레인전극 (23b)와 함께 상기 데이터배선(23)으로부터 연장되어 외부 구동회로부와 접속되는 데이터패드(23c)를 형성한다.
그 다음, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 데이터배선(23)을 포함한 기판 전면에 패시베이션막(25)을 증착한다.
이어서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 제5 마스크공정을 통해 상기 패시베이션막 (25)을 선택적으로 패터닝하여 상기 드레인전극(23b)을 노출시키는 드레인 콘택홀 (27a), 상기 게이트패드(13b)와 데이터패드(23c)를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 (27b)과 데이터패드 콘택홀(27c)을 형성한다.
이어서, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 상기 드레인전극(23b)을 노출시키는 드레인 콘택홀 (27a), 상기 게이트패드(13b)와 데이터패드(23c)를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 (27b) 및 데이터패드 콘택홀(27c)을 포함한 패시베이션막(25) 상부에 투명한 도전물질층(미도시)을 형성한 후, 제6 마스크 공정을 통해 상기 투명한 도전 물질층(미도시)을 선택적으로 패터닝하여, 상기 드레인전극(23b)과 접속되고 다수의 막대 형상의 화소전극(29)과 상기 게이트패드(13b)와 연결되는 게이트패드 연결패턴(29a) 및 상기 데이터패드(23c)와 연결되는 데이터패드 연결패턴 (29b)을 형성한다.
이렇게 하여, 종래기술에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조공정을 완료하게 된다.
이후에, 도면에는 도시하지 않았지만, 컬러필터 기판 제조공정과 함께 어레이기판과 컬러필터 기판 사이에 액정층을 충진하는 공정을 수행함으로써 에프에프에스 방식 액정표시장치를 제조하게 된다.
그러나, 종래기술에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치에 따르면, 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조시에 6회에 걸친 마스크 공정이 실시되기 때문에 마스크 공정에 소요되는 비용이 증가되고, 그로 인해 제조 공정시간이 증가됨으로 인해 제조비용이 증가하게 되는 문제점이 있다. 특히, 기존의 에프에프에스(FFS; Fringe Field Switching) 방식 액정표시장치에서, 게이트배선과 공통배선을 형성하기 위해 각각 별개의 마스크를 사용해야 하고, 액티브층과 소스전극 및 드레인전극도 각각 별개의 마스크를 사용해야 하기 때문에 그만큼 마스크 공정 수가 증가하게 된다.
또한, 종래기술에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치는, 공통전극이 기판 하부에 배치되고, 화소전극이 기판 상부에 배치되는 구조를 적용함으로 인해, 데이터배선 상부를 차단시켜 주는 별도의 구조가 존재하지 않게 됨으로써 상기 데이터배선 상부를 가려 주기 위해 상부기판, 즉 칼라필터 기판상에 형성되는 블랙매트릭스(black matrix)를 그만큼 넓게 형성해야 한다.
따라서, 이렇게 데이터배선 상부를 가려 주기 위해 블랙매트릭스의 선폭을 넓게 형성해 주게 되면, 그만큼 개구 영역이 줄어들게 됨으로써 투과율이 감소하게 된다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조시에 마스크 공정 수를 줄이고, 공통전극을 기판 상부에 배치하여 데이터배선 상부를 가리도록 함으로써 상기 데이터배선 상부에 대응하는 블랙매트릭스의 선폭을 최소화하여 투과율을 극대화시킬 수 있는 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판은 기판의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트배선; 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선; 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터; 상기 기판의 화소 영역에 형성된 화소전극; 상기 화소전극과 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되고, 상기 박막트랜지스터과 화소전극을 각각 노출시키는 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 구비한 패시베이션막; 상기 패시베이션막 상에 형성되어 상기 화소전극 및 데이터배선과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극과, 상기 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 통해 상기 화소전극 및 박막트랜지스터를 전기적으로 접속시켜 주는 화소전극 연결패턴;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법은, 기판의 일면에 일 방향으로 게이트배선을 형성하는 단계; 상기 기판의 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선과, 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 박막트랜지스터과 화소전극을 포함한 기판 전면에 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 패시베이션막에 상기 박막트랜지스터와 화소전극을 각각 노출시키는 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 패시베이션막 상에 상기 화소전극 및 데이터배선과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극과, 상기 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 통해 상기 화소전극 및 박막트랜지스터과 전기적으로 접속되는 화소전극 연결패턴을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법에 따르면, 다음과 같은 효과들이 있다.
본 발명에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조시에, 게이트배선과 화소전극을 하나의 마스크를 이용하여 형성하고, 액티브층과 소스전극 및 드레인전극을 하나의 마스크를 이용하여 형성할 수 있어, 기존의 6회 마스크 공정 대신에 4회 마스크 공정으로 에프에프에스 방식 액정표시장치 제조가 가능하게 됨으로써 마스크 비용이 감소되며, 그로 인해 제조 공정 시간이 단축되어 제조비용이 절감된다.
또한, 본 발명에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조시에, 공통전극을 기판 상부에 배치하여 공통전극 일부가 데이터배선 상부를 가려 주도록 함으로써, 상기 데이터배선과 대응하는 블랙매트릭스(BM; black matrix)의 선폭을 최소화시킬 수 있으므로 투과율을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도로서, 종래기술에 따른 에프에프에스 (FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 3g는 종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 제조 공정 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 에프에프에스 (FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 단면도이다.
도 6a 내지 6q는 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 제조 공정 단면도이다.
이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이 기판에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 에프에프에스 (FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 단면도이다.
본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 절연기판(101)의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트배선(106a)과; 상기 게이트 배선(106a)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선(117a)과; 상기 게이트배선(106a)과 데이터배선(117a)의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터(T)와; 상기 절연기판의 화소 영역에 형성된 대면적의 화소전극(103a)과; 상기 화소전극(103a)과 박막트랜지스터(T)를 포함한 기판 전면에 형성되고, 상기 박막트랜지스터(T)과 화소전극(103a)을 각각 노출시키는 드레인 콘택홀(127a)과 화소전극 콘택홀(127b)을 구비한 패시베이션막(125)과; 상기 패시베이션막(125) 상에 형성되어 상기 화소전극(103a) 및 데이터배선(117a)과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극(129a)과, 상기 드레인 콘택홀(127a)과 화소전극 콘택홀(127b)을 통해 상기 화소전극(103a) 및 박막트랜지스터(T)를 전기적으로 접속시켜 주는 화소전극 연결패턴(129c)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 절연기판(101), 즉 박막트랜지스터 기판의 화소영역 전면에는 상기 게이트배선(106a)과 데이터배선(117a)과 이격된 공간을 두고 대면적의 투명한 화소전극(103a)이 배치되어 있으며, 상기 화소전극(103a) 상측에는 게이트절연막(111)과 패시베이션막(123)을 사이에 두고 서로 일정간격만큼 이격되게 다수의 막대 형상의 투명한 공통전극(129a, 129b)들이 배치되어 있다.
이때, 상기 공통전극(129a)은 상기 화소영역에 배치된 대면적의 화소전극(129a)과 오버랩되어 있으며, 상기 공통전극(129b)은 상기 데이터배선(117a)과 오버랩되어 있다. 상기 공통전극(129b)의 선폭은 상기 데이터배선(117a)의 선폭과 동일하거나 넓게 형성된다. 따라서, 상기 다수의 공통전극(103b)으로는 액정 구동을 위한 기준 전압, 즉 공통전압을 각 화소에 공급한다. 상기 공통전극(129a, 129b)은 각 화소 영역에서 게이트절연막(111)과 보호막(123)을 사이에 두고 상기 대면적의 화소전극(103a)과 중첩되어 프린지 필드(fringe field)를 형성한다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 박막트랜지스터(T)는 절연기판(101) 상에 형성된 게이트배선(106a)으로부터 수직방향으로 연장된 게이트전극(106b)과 이 게이트전극(106b) 상부에 형성된 게이트절연막(111)과 액티브층(113a) 및 오믹콘택층(115a)과 함께 상기 액티브층(113a)의 채널영역만큼 서로 이격된 소스전극(117b) 및 드레인전극(117c)으로 이루어진다.
그리고, 상기 화소전극(103a)은 상기 화소전극 연결패턴(129c)에 의해 상기 드레인 콘택홀(127a) 하부의 상기 드레인전극(117c)과 전기적으로 접속된다.
더욱이, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 다수의 공통전극(129a, 129b)을 포함한 기판 전면에는 하부 배향막(미도시)이 형성되어 있다.
한편, 상기 박막트랜지스터 기판, 즉 절연기판(101)과 서로 이격되어 합착되는 칼라필터 기판(141) 상에는 화소영역을 제외한 지역으로 광이 투과되는 것을 차단시켜 주기 위한 블랙매트릭스(BM; black matrix)(143)이 형성되어 있다.
또한, 상기 칼라필터 기판(141)의 화소영역에는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 색상의 칼라필터층(145)들이 형성되어 있다. 이때, 상기 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 색상의 칼라필터층(145)들 사이의 칼라필터 기판(141)에는 상기 블랙매트릭스(143)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 칼라필터 기판(141)과 박막트랜지스터 기판인 절연기판(101)의 합착시에, 상기 블랙매트릭스(143)는 상기 절연기판(101)의 화소영역을 제외한 지역, 예를 들어 박막트랜지스터(T), 게이트배선(106a) 및 데이터배선(117a) 상부와 오버랩되게 배치된다. 이때, 상기 데이터배선(117a)와 오버랩되는 블랙매트릭스(117b)의 선폭은 상기 데이터배선(117a)과 동일하거나 좁게 형성될 수도 있다. 특히, 상기 데이터배선(117a) 상부에는 공통전극(129b)이 덮여 있어 광을 어느 정도 차단해 주는 역할을 하기 때문에, 상기 블랙매트릭스(117b)를 상기 데이터배선(117a) 상부를 완전히 오버랩되지 않도록 형성해도 무방하다. 즉, 기존에는 데이터배선 상부를 공통전극으로 차단(shield)시켜 주지 못했기 때문에 그만큼 데이터배선을 차단시켜 주기 위해 블랙매트릭스의 선폭을 넓게 형성해야만 했으나, 본 발명에서는 데이터배선(117a) 상부를 공통전극(129b)으로 차단(shield)시킬 수 있어, 블랙매트릭스(143)의 선폭을 넓게 형성하지 않아도 됨으로써 그만큼 투과율을 극대화시킬 수 있게 된다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 칼라필터층(145) 상에는 액정을 일정한 방향으로 배열되도록 하는 상부 배향막(미도시)이 형성되어 있다.
이렇게 하여, 상기 박막트랜지스터(T)를 통해 화소전극(103a)에 데이터 신호가 공급되면, 공통전압이 공급된 공통전극(129a, 129b)과 화소전극(103a) 사이에 프린지 필드(fringe field)가 형성되어, 절연기판(101)과 칼라필터기판(141) 사이에서 수평 방향으로 배열된 액정분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 됨으로써, 액정분자들이 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 계조를 구현하게 된다.
상기 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법에 대해 도 6a 내지 도 6q를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6a 내지 6q는 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 제조 공정 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 상에 스위칭 영역을 포함하는 다수의 화소영역이 정의하고, 상기 절연기판(101) 상에 제1 투명 도전물질층 (103)과 제1 도전성 금속층(105)을 스퍼터링 방법에 의해 차례로 증착한다. 이때, 상기 제1 투명 도전물질층(103)으로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함한 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 사용한다. 또한, 상기 제1 도전성 금속층(205)으로는, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 구리 (Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬 (Cr), 티타늄(Ti), 몰리텅스텐(MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 사용한다.
그 다음, 상기 제1 도전성 금속층(105) 상부에 투과율이 높은 포토레지스트 (photo-resist)를 도포하여 제1 감광막(107)을 형성한다.
이어서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 광차단부(109a)와 반투과부(109b) 및 투과부(109c)로 이루어진 제1 회절마스크(109)를 이용하여 상기 제1 감광막(107)에 노광공정을 진행한다.
이때, 상기 제1 회절마스크(109)의 광차단부(109a)는 게이트배선과 게이트전극 및 게이트패드 형성 지역과 대응하는 상기 제1 감광막(107) 상측에 위치하며, 상기 제1 회절마스크(109)의 반투과부(109b)는 화소전극 형성 지역과 대응하는 상기 제1 감광막 (107) 상측에 위치한다.
또한, 상기 제1 회절마스크(109) 대신에 광의 회절 효과를 이용하는 마스크, 예를 들어 하프톤 마스크(Half-ton mask) 또는 기타 다른 마스크를 사용할 수도 있다.
그 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 노광 공정을 진행한 다음 현상공정을 통해 상기 제1 감광막(107)을 선택적으로 제거하여 게이트배선과 게이트전극 및 게이트패드 형성 지역과 대응하는 제1 패턴부(107a)과, 화소전극 형성 지역과 대응하는 제2 패턴부(107b)를 형성한다.
이때, 상기 제1 패턴부(107a)는 광이 투과되지 않은 상태이기 때문에 제1 감광막(107) 두께를 그대로 유지하고 있지만, 상기 제2 패턴부(107b)은 광의 일부가 투과되어 일정 두께만큼 제거된다. 즉, 상기 제1 패턴부(107b)는 상기 제2 패턴부 (107a)보다 얇은 두께를 갖는다.
이어서, 상기 제1 감광막의 제1 패턴부(107a) 및 제2 패턴부(107b)를 마스크로 상기 제1 도전성 금속층(105) 및 제1 투명 도전물질층(103)을 패터닝하여 게이트배선(106a), 이 게이트배선(106a)으로부터 돌출된 게이트전극(106b)과 게이트패드(106d) 및 화소전극(103a)을 형성한다.
이때, 상기 제1 도전 금속층(105) 및 제1 투명 도전물질층(103)의 패터닝시에 상기 화소전극(103a) 상에 더미 도전 금속층 패턴(105b)도 함께 형성된다.
또한, 상기 화소전극(103a)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 화소영역의 전면에 상기 게이트배선(106a) 및 데이터배선(미도시, 117a)과 이격되어 배치되어 있다.
그 다음, 도 6d에 도시된 바와 같이, 에싱(ashing) 공정을 실시하여 상기 게이트배선(106a)과 게이트전극(106b) 및 게이트패드(106d) 상의 제1 패턴부(107a) 일부와 함께 상기 더미 도전금속층 패턴(105c) 상의 제2 패턴부(107b)를 제거하여, 상기 더미 도전 금속층패턴(105b)을 노출시킨다.
이어서, 도 6e에 도시된 바와 같이, 에싱 공정에 의해 두께 일부가 식각된 제1 패턴부(107a)를 차단막으로 하여 상기 노출된 더미 도전 금속층패턴(106c)을 제거하여, 상기 화소전극(103a)을 노출시킨다.
그 다음, 상기 게이트배선(106a)과 게이트전극(106b) 및 게이트패드(106d) 상의 제1 패턴부(107a)를 제거한다.
이어서, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 남아 있는 제1 패턴부(107a)를 제거한 후, 상기 화소전극(103a)을 포함한 기판 전면에 질화실리콘(SiNx) 또는 실리콘산화막(SiO2)으로 이루어진 게이트절연막(111)을 형성하고, 상기 게이트절연막 (111) 상에 비정질실리콘 층(a-Si:H)(113)과 불순물이 포함된 비정질실리콘층(n+ 또는 p+)(115) 및 제2 도전 금속층(117)를 차례로 적층한다.
이때, 상기 비정질실리콘 층(a-Si:H)(113)과 불순물이 포함된 비정질실리콘층(n+ 또는 p+) (115)은 화학기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition method)으로 증착하고, 상기 제2 도전 금속층(117)은 스퍼터링 방법으로 증착한다.
여기서는, 상기 증착 방법으로 화학기상 증착법, 스퍼터링 방법에 대해서만 기재하고 있지만, 필요에 따라서는 기타 다른 증착 방법을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 제2 도전 금속층(117)으로는, 알루미늄 (Al), 텅스텐(W), 구리 (Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리텅스텐 (MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄(Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 사용한다.
그 다음, 도 6g에 도시된 바와 같이, 상기 제2 도전 금속층(117) 상부에 투과율이 높은 포토레지스트 (photo-resist)를 도포하여 제2 감광막(119)을 형성한다.
이어서, 광차단부(121a)와 반투과부(121b) 및 투과부(121c)로 이루어진 제2 회절마스크(121)를 이용하여 상기 제2 감광막(119)에 노광 공정을 진행한다.
이때, 상기 제1 회절마스크(121)의 광차단부(121a)는 데이터배선, 소스전극 및 드레인전극 형성 지역과 함께 데이터패드 형성 지역과 대응하는 상기 제2 감광막(119) 상측에 위치하며, 상기 제2 회절마스크(121)의 반투과부(121b)는 박막트랜지스터의 채널 형성 지역과 대응하는 상기 제2 감광막(119) 상측에 위치한다.
또한, 상기 제2 회절마스크(121) 대신에 광의 회절 효과를 이용하는 마스크, 예를 들어 하프톤 마스크(Half-ton mask) 또는 기타 다른 마스크를 사용할 수도 있다.
이어서, 도 6h에 도시된 바와 같이, 상기 노광 공정을 진행한 다음 현상공정을 통해 상기 제2 감광막(119)을 식각하여 데이터배선, 소스전극 및 드레인전극 형성지역과 대응하는 제1 패턴부(119a)와 채널 형성지역과 대응하는 제2 패턴부 (119b)를 형성한다.
이때, 상기 제1 패턴부(119a)는 광이 투과되지 않은 상태이기 때문에 제2 감광막(119) 두께를 그대로 유지하고 있지만, 상기 제2 패턴부(119b)는 광의 일부가 투과되므로 일정 두께만큼 제거된다. 즉, 상기 제2 패턴부(119b)는 상기 제1 패턴부(119a)에 비해 얇은 두께를 갖는다.
그 다음, 상기 제1 패턴부(119a)와 제2 패턴부(119b)를 마스크로 상기 제2 도전 금속층(117), 불순물이 포함된 비정질실리콘층(115) 및 비정질실리콘층(113)을 순차적으로 패터닝하여 상기 게이트배선(106a)과 수직으로 교차하는 데이터배선 (106a) 및 데이터패드(106b)와 함께, 상기 게이트전극(105c)에 대응하는 게이트절연막(111) 상부에 액티브층(113a)과 오믹콘택층(115a)을 형성한다.
이어서, 6i에 도시된 바와 같이, 에싱(ashing) 공정을 통해 상기 소스전극 및 드레인전극 형성지역과 대응하는 제1 패턴부(119a) 일부 두께와 함께 상기 채널 형성지역과 대응하는 제2 패턴부(119b)를 완전히 제거한다. 이때, 상기 채널영역 상부에 오버랩되는 제2 도전 금속층(117) 상면이 외부로 노출된다.
그 다음, 상기 두께 일부가 제거된 제1 패턴부(119a)를 마스크로 상기 제2 도전 금속층(117)의 노출된 부분을 식각하여 서로 이격된 소스전극(117c) 및 드레인전극(117d)을 각각 형성한다. 이때, 상기 채널영역 상부에 있는 오믹콘택층 (115a) 부위가 외부로 노출된다.
이어서, 도 6j에 도시된 바와 같이, 상기 소스전극(117c) 및 드레인전극 (117d) 사이에 노출된 오믹콘택층(115a)도 식각하여 서로 이격시킨다. 이때, 상기 식각된 오믹콘택층(115a) 하부에 있는 액티브층(113a)에는 채널영역이 형성된다.
그 다음, 도 6k에 도시된 바와 같이, 상기 제2 감광막의 제1 패턴부(119a)를 제거한 다음, 기판 전면에 무기 절연물질 또는 유기 절연물질을 증착하여 패시베이션막(passivation(123)을 형성하고, 이어 상기 패시베이션막(123) 상부에 투과율이 높은 포토레지스트 (photo-resist)를 도포하여 제3 감광막(125)을 형성한다.
이어서, 도 6l에 도시된 바와 같이, 노광마스크(미도시)를 이용한 포토리소그라피 공정기술에 의해 노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제3 감광막(125)을 제거하여 제3 감광막패턴(125a)을 형성한다.
그 다음, 도 6m에 도시된 바와 같이, 제3 감광막패턴(125a)을 마스크로 상기 패시베이션막(123)과 그 하부의 게이트절연막(111)을 선택적으로 식각하여 상기 드레인전극(117d)을 노출시키는 드레인 콘택홀(127a)과, 상기 화소전극(103a)을 노출시키는 화소전극 콘택홀(127b)을 형성한다. 이때, 상기 게이트패드(106d)를 노출시키는 게이트패드 콘택홀(127c)과 데이터패드(117b)를 노출시키는 데이터패드 콘택홀(127d)도 동시에 형성된다.
이어서, 도 6n에 도시된 바와 같이, 상기 제3 감광막패턴(125a)을 제거하고, 상기 드레인 콘택홀(127a)과 화소전극 콘택홀(127b)을 포함한 패시베이션막(123) 상부에 제2 투명 도전물질층(129)을 DC 마그네트론 스퍼터링법(magnetron sputtering)으로 증착한다. 이때, 상기 제2 투명 도전물질층(129)으로는 ITO (Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함한 투명한 물질 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 사용한다.
그 다음, 상기 제2 투명 도전물질층(129) 상부에 투과율이 높은 포토레지스트(photo-resist)를 도포하여 제4 감광막(131)을 형성한다.
이어서, 도 6o에 도시된 바와 같이, 노광마스크(미도시)를 이용한 포토리소그라피 공정기술에 의해 노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제4 감광막(131)을 제거함으로써 제4 감광막패턴(131a)을 형성한다.
그 다음, 도 6p에 도시된 바와 같이, 상기 제4 감광막패턴(131a)을 마스크로 상기 제2 투명 도전물질층(129)을 식각하여, 서로 이격된 다수의 공통전극(129a, 129b)과 함께 상기 드레인 콘택홀(127a)과 화소전극 콘택홀(123a)을 통해 상기 화소전극(103b)과 상기 드레인전극(117d)을 전기적으로 연결시켜 주는 화소전극 연결패턴(129c)을 동시에 형성한다. 이때, 상기 다수의 공통전극(129a, 129b)과 화소전극 연결패턴(129c) 형성시에, 상기 게이트패드 콘택홀(127c)과 데이터패드 콘택홀 (127d)을 통해 상기 게이트패드(106d) 및 데이터패드(117b)에 연결되는 게이트패드 연결패턴(129d)과 데이터패드 연결패턴(129e)도 동시에 형성한다.
이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제4 감광막패턴(131a)을 제거하고, 상기 다수의 공통전극(129a, 129b)을 포함한 기판 전면에 하부 배향막(미도시)을 형성함으로써, 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이 기판 제조공정을 완료하게 된다.
그 다음, 도 6q에 도시된 바와 같이, 상기 박막트랜지스터 기판, 즉 절연기판(101)과 서로 이격되어 합착되는 칼라필터 기판(141) 상에 화소영역을 제외한 지역으로 광이 투과되는 것을 차단시켜 주기 위해 블랙매트릭스(BM; black matrix) (143)를 형성한다.
이어서, 상기 칼라필터 기판(141)의 화소영역에 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 색상의 칼라필터층(145)을 형성한다. 이때, 상기 적색(Red), 녹색 (Green), 청색(Blue) 색상의 칼라필터층들(145) 사이의 칼라필터 기판(141)에는 상기 블랙매트릭스(143)가 위치한다.
이때, 상기 블랙매트릭스(143)는, 상기 칼라필터 기판(141)과 박막트랜지스터 기판인 절연기판(101)의 합착시에, 상기 절연기판(101)의 화소영역을 제외한 지역, 예를 들어 박막트랜지스터(T), 게이트배선(106a) 및 데이터배선(117a) 상부와 오버랩되게 배치한다. 특히, 상기 데이터배선(117a) 상부에는 공통전극(129b)이 덮여 있어 광을 어느 정도 차단해 주는 역할을 하기 때문에, 상기 블랙매트릭스(117b)를 상기 데이터배선(117a) 상부를 완전히 오버랩되지 않도록 형성해도 무방하다. 즉, 기존에는 데이터배선 상부를 공통전극으로 차단(shield)시켜 주지 못했기 때문에 그만큼 데이터배선을 차단시켜 주기 위해 블랙매트릭스의 선폭을 넓게 형성해야만 했으나, 본 발명에서는 데이터배선(117a) 상부를 공통전극(129b)으로 차단(shield)시킬 수 있어, 블랙매트릭스(143)의 선폭을 넓게 형성하지 않아도 됨으로써 그만큼 투과율을 극대화시킬 수 있게 된다.
그 다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 칼라필터층(145) 상에는 액정을 일정한 방향으로 배열시켜 주기 위해 상부 배향막(미도시)을 형성함으로써 컬러필터 어레이기판을 제조하는 공정을 완료한다.
이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 절연기판(101)과 컬러필터 기판(141) 사이에 액정층(151)을 형성함으로써 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치를 제조하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조시에, 게이트배선과 화소전극을 하나의 마스크를 이용하여 형성하고, 액티브층과 소스전극 및 드레인전극을 하나의 마스크를 이용하여 형성할 수 있어, 기존의 6회 마스크 공정 대신에 4회 마스크 공정으로 에프에프에스 방식 액정표시장치 제조가 가능하게 됨으로써 마스크 비용이 감소되며, 그로 인해 제조 공정 시간이 단축되어 제조비용이 절감된다.
또한, 본 발명에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조시에, 공통전극을 기판 상부에 배치하여 공통전극 일부가 데이터배선 상부를 가려 주도록 함으로써, 상기 데이터배선과 대응하는 블랙매트릭스(BM; black matrix)의 선폭을 최소화시킬 수 있으므로 투과율을 극대화시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
101: 절연기판 103a: 화소전극
103b: 게이트전극 106a: 게이트배선
106b: 게이트전극 106c: 게이트패드
109: 제1 회절마스크 111: 게이트절연막
113a: 액티브층 115a: 오믹콘택층
117a: 데이터배선 117b: 데이터패드
117c: 소스전극 117d: 드레인전극
121: 제2 회절마스크 123: 패시베이션막
127a: 드레인 콘택홀 127b: 화소전극 콘택홀
127c: 게이트패드 콘택홀 127d: 데이터패드 콘택홀
129a, 129b: 공통전극 129c: 화소전극 연결패턴
129d: 게이트패드 연결패턴 129e: 데이터패드 연결패턴
141: 칼라필터 기판 143: 블랙매트릭스
145: 칼라필터층 151: 액정층

Claims (9)

  1. 기판의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트배선;
    상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선;
    상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터;
    상기 기판의 화소 영역에 형성된 화소전극;
    상기 화소전극과 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되고, 상기 박막트랜지스터과 화소전극을 각각 노출시키는 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 구비한 패시베이션막; 및
    상기 패시베이션막 상에 형성되어 상기 화소전극과 대응되며 서로 이격된 다수의 공통전극과, 상기 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 통해 상기 화소전극 및 박막트랜지스터를 전기적으로 접속시켜 주는 화소전극 연결패턴을 포함하여 구성되는 액정표시장치용 어레이기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공통전극은 상기 데이터배선 상부에 오버랩되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 게이트배선은 투명 도전물질층과 불투명 도전금속층의 이중막 구조이며, 상기 화소전극은 투명 도전물질층의 단일막 구조인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판.
  4. 기판의 일면에 일 방향으로 게이트배선을 형성하는 단계;
    상기 기판의 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선과, 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막트랜지스터과 화소전극을 포함한 기판 전면에 패시베이션막을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션막에 상기 박막트랜지스터와 화소전극을 각각 노출시키는 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 패시베이션막 상에 상기 화소전극과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극과, 상기 드레인 콘택홀과 화소전극 콘택홀을 통해 상기 화소전극 및 박막트랜지스터과 전기적으로 접속되는 화소전극 연결패턴을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 게이트배선과 화소전극은 하나의 회절 마스크를 이용한 마스크 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 게이트배선은 투명 도전물질층과 불투명 도전금속층의 이중막 구조이며, 상기 화소전극은 투명 도전물질층의 단일막 구조인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 공통전극은 상기 데이터배선 상부에 오버랩되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 데이터배선과 박막트랜지스터는 하나의 회절마스크를 이용한 마스크 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 데이터배선과 박막트랜지스터를 형성하는 단계는,
    상기 게이트배선이 형성된 기판 전면에 게이트절연막, 비정질실리콘층, 불순물이 함유된 비정질실리콘층 및 도전 금속층 그리고 감광막을 차례로 적층하는 공정과;
    회절마스크를 이용한 마스크 공정을 통해 상기 감광막을 노광 및 현상하여 제1 두께와 이 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 감광막 패턴을 형성하는 공정과;
    상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 도전 금속층, 불순물이 함유된 비정질 실리콘층 및 비정질실리콘층을 차례로 식각하여 데이터배선, 소스전극 및 드레인전극 형성용 도전금속층패턴, 오믹콘택층 및 액티브층을 형성하는 공정과;
    에싱 공정을 통해 상기 감광막패턴을 선택적으로 제거하여, 상기 제2 두께를 갖는 감광막패턴 부위를 제거하여 채널영역 상부의 오믹콘택층 상부를 노출시키는 공정과;
    상기 오믹콘택층의 노출된 부분을 제거하여 서로 이격된 소스전극 및 드레인전극을 형성하고, 남아 있는 감광막패턴을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.














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