KR20130104674A - 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 픽셀의 투과율을 높일 수 있는 액정 디스플레이 장치와, 제조 공정에 필요한 마스크를 줄여 제조효율을 향상시킬 수 있는 액정 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 글래스 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터의 액티브와 직접 접속된 픽셀 전극; 상기 박막 트랜지스터 및 데이터 라인 상에 형성된 제1 보호층; 상기 픽셀 전극 및 제1 보호층을 덮도록 형성된 제2 보호층; 및 상기 제2 보호층 상에 형성된 공통 전극으로 구성된 하부 기판을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 글래스 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터의 액티브와 직접 접속된 픽셀 전극; 상기 박막 트랜지스터 및 데이터 라인 상에 형성된 제1 보호층; 상기 픽셀 전극 및 제1 보호층을 덮도록 형성된 제2 보호층; 및 상기 제2 보호층 상에 형성된 공통 전극으로 구성된 하부 기판을 포함한다.
Description
본 발명은 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 픽셀의 투과율을 높일 수 있는 액정 디스플레이 장치와, 제조 공정에 필요한 마스크를 줄여 제조효율을 향상시킬 수 있는 액정 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이 장치(Flat Panel Display apparatus)들 중에서 액정 디스플레이 장치는 양산 기술의 발전, 구동수단의 용이성, 저전력 소비, 고화질 및 대화면 구현의 장점으로 적용 분야가 확대되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액정 디스플레이 장치의 하부 기판(TFT 어레이 기판)을 나타내는 단면도이다.
도 1에서는 FFS(Fringe Field Switch) 모드의 하부 기판 구조를 나타내고 있으며, 상부 기판(컬러필터 어레이 기판) 및 액정층의 도시는 생략하였다. 도 1에서는 복수의 픽셀 중에서 하나의 픽셀을 나타내고 있다.
도 1을 참조하면, 액정 디스플레이 장치의 하부 기판에는 복수의 픽셀이 형성된다. 복수의 픽셀은 글래스 기판(10) 상에 교차하도록 형성된 복수의 데이터 라인(30)과 복수의 게이트 라인(미도시)에 의해 정의된다.
복수의 데이터 라인(30)과 복수의 게이트 라인이 교차되는 영역 마다 TFT(Thin Film Transistor)가 형성된다. 또한, 복수의 픽셀 각각은 픽셀 전극(90, pixel electrode) 및 공통 전극(60, common electrode)을 포함한다.
TFT는 게이트(20), 액티브(24), 소스(26), 드레인(28)을 포함한다. TFT의 게이트(20)는 게이트 라인과 함께 형성되고, 데이터 라인(30)을 형성할 때 TFT의 소스(26) 및 드레인(28)이 형성된다.
게이트(20)와 액티브(24) 사이에는 게이트 절연층(22, GI: gate insulator)이 형성된다. 게이트 절연층(22)은 질화 실리콘(silicon nitride, SiNx) 물질로, 4,000Å의 두께를 가지도록 형성된다.
TFT 및 데이터 라인(30)을 덮도록 기판 전면에 층간 절연층(40, ILD: interlayer dielectric)이 형성된다.
층간 절연층(40) 상부에는 제1 보호층(50, PAS1)이 형성된다. 여기서, 제1 보호층(50, PAS1)은 포토아크릴(PAC: photo acryl) 물질로, 2um의 두께를 가지도록 형성된다.
제1 보호층(50, PAS1) 상부 중에서 표시 영역에는 공통 전극(60)이 형성된다. 여기서, 공통 전극(60)은 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 형성된다.
제1 보호층(50, PAS1) 및 공통 전극(60)을 덮도록 질화 실리콘(silicon nitride, SiNx) 물질로 제2 보호층(70, PAS2)이 형성된다.
제2 보호층(70, PAS2) 상부 중 표시 영역에는 픽셀 전극(90)이 핑거(finger) 형태로 형성된다. 여기서, 픽셀 전극(90)은 ITO와 같은 투명 전도성 물질이 기판 전면에 증착된 후, 핑거 형상을 가지도록 패터닝 되어 형성된다.
픽셀 전극(90)과 TFT의 드레인(28)은 컨택홀(80)을 통해 컨택 되어, 데이터 라인(30)을 통해 입력되는 데이터 전압이 TFT를 경유하여 픽셀 영역에 공급된다.
상술한 구성을 포함하는 종래 기술에 따른 액정 디스플레이 장치는 층간 절연층(40), 제1 보호층(50, PAS1) 및 제2 보호층(70, PAS2)이 순차적으로 형성됨으로 픽셀 영역 즉, 픽셀 영역(개구부)의 절연막이 두껍게 형성된다.
특히, 픽셀 영역에서 제1 보호층(50, PAS1)이 포토아크릴(PAC: photo acryl) 물질로 2.0um의 두께를 가지도록 형성되어 투과율이 감소하게 되고, 이로 인해 표시품질이 떨어지는 문제점이 있다.
종래 기술에 따른 액정 디스플레이 장치는 소스(26)/드레인(28)과 픽셀 전극(90)이 서로 다른 레이어에 형성되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 7 마스크(Mask) 공정을 통해 제조가 이루어져 제조효율이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 하부 기판의 구조를 변경하여 공통 전극(60)을 픽셀 전극(90) 상부에 형성할 수 있지만, 데이터 라인(30)과 픽셀 전극(90)의 오버레이(overlay)에 의한 불량이 발생하여 픽셀 전극(90) 온-탑(on-top) 구조로만 설계가 제한되는 문제점이 있다.
또한, 픽셀 전극 온-탑(on-top) 구조는, TFT의 드레인(28)과 픽셀 전극(90)의 컨택(contact)을 위한 컨택홀(80)이 필수적으로 필요하고, 컨택홀(80) 부분을 가리기 위해 블랙 매트릭스(BM)의 사이즈가 증가하여 픽셀 영역의 개구율 및 투과율이 낮아지는 문제점이 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 하부 기판과 상부 기판 사이의 셀갭(cell gap)을 형성하기 위해 컬럼 스페이서(CS)가 형성되는데, 제조 공정 중 컬럼 스페이서의 변동에 의해 폴리이미드(PI: Polyimide)로 형성되는 배향막에 데미지(damage)가 발생될 수 있다.
배향막의 데미지에 따른 불량 영역을 가리기 위해 블랙 매트릭스(BM)의 사이즈가 증가하여 픽셀 영역의 개구율 및 투과율이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 픽셀 영역의 투과율을 높여 표시 품질을 향상시킬 수 있는 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하부 기판의 제조에 필요한 마스크(MASK)의 수를 줄여 제조효율을 향상시킬 수 있는 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하부 기판의 제조에 필요한 마스크(MASK)의 수를 줄여 제조비용을 줄일 수 있는 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, TFT와 데이터 라인 상부 영역에만 포토아크릴의 보호층을 형성하여 개구부의 투과율을 높일 수 있는 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 컬럼 스페이서의 변동에 따른 배향막의 데미지 발생을 방지할 수 있는 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 글래스 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터의 액티브와 직접 접속된 픽셀 전극; 상기 박막 트랜지스터 및 데이터 라인 상에 형성된 제1 보호층; 상기 픽셀 전극 및 제1 보호층을 덮도록 형성된 제2 보호층; 및 상기 제2 보호층 상에 형성된 공통 전극으로 구성된 하부 기판을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법은 글래스 기판 상에 게이트 라인, 데이터 라인 및 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 박막 트랜지스터의 액티브와 직접 접속되도록 픽셀 전극을 형성하는 단계; 상기 박막 트랜지스터 및 데이터 라인 상에 제1 보호층을 형성하는 단계; 상기 픽셀 전극 및 제1 보호층을 덮도록 제2 보호층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 보호층 상에 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법은 픽셀 영역의 투과율을 높여 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법은 제조 공정에 사용되는 마스크를 줄여 제조효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법은 제조 공정에 사용되는 마스크를 줄여 제조비용을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법은 TFT와 데이터 라인 상부 영역에만 포토아크릴(PAC)의 보호층을 형성하여 개구부의 투과율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법은 컬럼 스페이서의 변동에 따른 배향막의 데미지 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치와의 제조방법은 공통 전극 온-탑 구조를 적용하고, 소스/드레인과 픽셀 전극을 동일 레이어에 형성하여 컨택홀을 삭제시킬 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 특징 및 효과들 이외에도 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 효과들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 액정 디스플레이 장치의 하부 기판(TFT 어레이 기판)을 나타내는 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치를 나타내는 단면도.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 14는 픽셀 영역(개구부)에서 포토아크릴(PAC) 물질의 보호층을 삭제함에 따른 투과율 향상 효과를 나타내는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치를 나타내는 단면도.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 14는 픽셀 영역(개구부)에서 포토아크릴(PAC) 물질의 보호층을 삭제함에 따른 투과율 향상 효과를 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 어떤 구조물(전극, 라인, 레이어, 컨택)이 다른 구조물 '상부에 또는 상에', 및 '하부에 또는 아래에' 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
상기 '상부에 또는 상에' 및 '하부에 또는 아래에'라는 표현은 도면에 기초하여 본 발명의 액정 디스플레이 장치 및 이의 제조방법을 설명하기 위한 것이다. 따라서, 상기 '상부에 또는 상에' 및 '하부에 또는 아래에'라는 표현은 제조 공정 과정과 제조가 완료된 이후 액정 디스플레이 장치의 구성에서 서로 상이할 수 있다.
도면을 참조한 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 액정 디스플레이 장치는 액정층의 배열을 조절하는 방식에 따라 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 다양하게 개발되어 있다.
그 중에서, 상기 IPS 모드와 상기 FFS 모드는 하부 기판 상에 픽셀 전극과 공통 전극을 배치하여 상기 픽셀 전극과 공통 전극 사이의 전계에 의해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
상기 IPS 모드는 상기 픽셀 전극과 공통 전극을 평행하게 교대로 배열함으로써 양 전극 사이에서 횡 전계를 일으켜 액정층의 배열을 조절하는 방식이다. IPS 모드는 상기 픽셀 전극과 상기 공통 전극 상측 부분에서 액정층의 배열이 조절되지 않아 그 영역에서 광의 투과도가 저하되는 단점이 있다.
IPS 모드의 단점을 해결하기 위해 고안된 것이 상기 FFS 모드이다. 상기 FFS 모드는 상기 픽셀 전극과 상기 공통 전극을 절연층을 사이에 두고 이격되도록 형성시킨다.
이때, 하나의 전극은 판(plate) 형상 또는 패턴으로 구성하고 다른 하나의 전극은 핑거(finger) 형상으로 구성하여 양 전극 사이에서 발생되는 프린지 필드(Fringe Field)를 통해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
본 발명의 실시 예들에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 디스플레이 장치는 FFS 모드의 구조를 가진다. 그리고, TFT 어레이 기판(하부 기판)의 소재로 저온 다결정 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 이용할 수 있다.
도면을 참조한 설명에 앞서, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 액정 패널과, 상기 액정 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛(Back Light Unit) 및 구동 회로부를 포함하여 구성된다.
구동 회로부는 타이밍 컨트롤러(T-con), 데이터 드라이버(D-IC), 게이트 드라이버(G-IC), 백라이트 구동부, 구동 회로들에 구동 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다.
여기서, 상기 구동 회로부의 전체 또는 일부는 COG(Chip On Glass) 또는 COF(Chip On Flexible Printed Circuit, Chip On Film) 방식으로 액정 패널 상에 형성될 수 있다.
백라이트 유닛은 액정 패널에 조사되는 광을 생성하는 복수의 광원(LED 또는 CCFL)과 광 효율을 향상시키기 위한 복수의 광학 부재를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다. 도 3 및 도 4에서는 복수의 픽셀 중에서 하나의 픽셀들을 일 예로 도시하고 있고, 게이트 링크, 게이트 패드 및 데이터 패드 영역의 도시는 생략하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 복수의 픽셀이 형성된 하부 기판(100, TFT 어레이 기판)과 복수의 픽셀과 대응되도록 컬러필터(220)가 형성된 상부 기판(200, 컬러필터 어레이 기판)을 포함한다. 하부 기판(100)과 상부 기판(200)의 사이에는 소정 공간에는 액정(미도시)이 개재된다.
하부 기판(100)은 글래스 기판(110, glass substrate), 게이트 라인(미도시), 데이터 라인(130), 게이트 절연층(122, GI: gate insulator) 및 TFT를 포함한다. 도 3에서는 TFT가 바텀 게이트(bottom gate) 타입으로 형성된 것을 도시하고 있다.
또한, 하부 기판(100)은 픽셀 전극(140, Pixel electrode), 공통 전극(170, Vcom electrode), 제1 보호층(150, PAS1) 및 제2 보호층(160, PAS2)을 포함하여 구성된다.
복수의 픽셀은 글래스 기판(110) 상에 교차하도록 형성된 복수의 데이터 라인(130)과 복수의 게이트 라인(미도시)에 의해 정의된다. 복수의 데이터 라인(130)과 복수의 게이트 라인이 교차되는 영역 마다 TFT가 형성된다.
구체적으로, 글래스 기판(110) 상에 제1 방향으로 복수의 게이트 라인이 형성되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 복수의 데이터 라인(130)이 형성된다.
여기서, 게이트 라인과 데이터 라인(130)은 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti) 중 하나의 물질로 형성되거나, 상기 금속 물질들(Cu, Mo, Ti)의 합금이 적층된 구조로 형성될 수도 있다.
글래스 기판(110) 상에 TFT의 게이트(120)가 형성되고, 게이트(120) 상부에 게이트 절연층(122)이 형성된다. 액티브(124)는 게이트 절연층을 사이에 두고 게이트(120)와 중첩되도록 형성된다.
게이트 절연층(122)은 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx) 물질로, 4,000Å의 두께로 형성될 수 있다. 한편, 게이트 절연층(122)은 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 또는 MTO(Middle Temperature Oxide)를 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 증착하여 형성할 수도 있다.
액티브(124) 상부 및 픽셀 영역에는 ITO와 같은 투명 전도성 물질이 패터닝되어 드레인 및 픽셀 전극(140)이 형성된다. 이로써, TFT의 드레인과 픽셀 전극(140)이 직접 컨택(direct contact)된 구조로 형성된다. 게이트 절연층(122) 상에서, TFT와 픽셀 전극(140)은 동일 레이어에 형성된 구조를 가진다. 이때, 픽셀 전극(140)은 500Å의 두께로 형성된다.
액티브(124)의 일측 상부에는 전도성 메탈(예로서, 구리(Cu))로 소스(132)가 형성된다. 소스(132)와 액티브(124) 사이에는 드레인 및 픽셀 전극(140)을 형성할 때 도포된 투명 전도성 물질 층이 잔존할 수 있다. TFT의 드레인은 픽셀 전극(140)을 형성할 때 도포된 투명 전도성 물질로 형성된다.
TFT의 소스(132)와 드레인 사이에는 제2 보호층(160, PAS2)이 형성되어, 소스(132)와 드레인을 분리시킨다. 즉, 제2 보호층(160, PAS2)은 TFT의 액티브(124)와 직접 컨택되어 드레인으로 기능하는 픽셀 전극(140)과 TFT의 소스(132)를 절연 시킨다.
여기서, 액티브(124)는 비정질 실리콘(a-Si)과 N+ 도핑층으로 구성되거나, 또는 몰리브덴 티타늄(MoTi)과 N+ 도핑층으로 구성될 수 있다. TFT의 게이트(120)는 게이트 라인이 형성될 때 함께 형성된다. 게이트 절연층(122) 상에 제2 방향으로 데이터 라인(130)이 형성되는데, 데이터 라인(130)이 형성될 때 TFT의 소스(132)가 함께 형성된다.
소스(132)는 ITO와 구리(Cu)가 적층된 구조로 형성되는데, 액티브(124)에 N+ 불순물을 도핑(Doping)함으로써, 몰리브덴 티타늄/구리(MoTi/Cu) 금속의 적층 구조와 동등한 수준의 TFT 특성을 확보할 수 있다.
이와 같이, TFT의 소스(132)는 ITO의 같은 투명 전도성 물질층과, 구리(Cu)의 금속층이 적층된 구조를 가지도록 형성되고, 상기 액티브(124) 상에 형성된 픽셀 전극(140)이 TFT의 드레인으로 형성된 구조를 가진다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예로서, 공통 전극(170)에 공통 전압(Vcom)을 공급하기 위한 공통 전극 라인(Add Vcom Line)을 더 포함할 수 있다.
TFT의 소스(132)와 데이터 라인(130)을 덮도록 제1 보호층(150, PAS1)이 형성되고, 제1 보호층(150, PAS1)과 픽셀 전극(140)을 덮도록 제2 보호층(160, PAS2)이 형성된다.
여기서, 제1 보호층(150, PAS1)은 포토아크릴(PAC: photo acryl) 물질로 형성되며, 2.0um 두께를 가질 수 있다. 본 발명에서, 제1 보호층(150, PAS1)은 TFT와 데이터 라인의 상부에만 형성되고, 화상이 표시되는 픽셀 영역 즉, 개구부에는 형성되어 있지 않다.
이러한, 제1 보호층(150, PAS1)은 제조공정 중 포토아크릴 물질을 기판 전면에 증착시킨 후, 하프톤 마스크(HMT: half tone mask)를 이용한 포토리소그래피 및 에치 공정을 수행하여 픽셀 영역(개구부)에 형성된 포토아크릴 물질을 선택적으로 제거하여 형성할 수 있다.
제2 보호층(160, PAS2)은 질화 실리콘(silicon nitride, SiNx) 물질로, 6,000Å의 두께를 가지도록 형성된다.
다른 예로서, 제2 보호층(160, PAS2)은 실리콘(Si), 산소(O) 및 탄소(C)를 포함하는 가용성 물질(Soluble Material), 유기 규소 화합물, 실록산(siloxane) 또는 폴리오가노 실록산(polyorgano siloxane)으로 형성될 수도 있다.
제2 보호층(160, PAS2) 상부 중 픽셀 영역에는 ITO와 같은 투명 전도성 물질로 공통 전극(170)이 형성된다. 이때, 공통 전극(170)은 슬릿을 포함하거나, 또는 핑거 형상을 가지도록 형성된다. 제2 보호층(160, PAS2)을 사이에 두고 픽셀 전극(140)과 공통 전극(170)이 형성되어, 픽셀 전극(140)과 공통 전극(170) 사이에 프린지 필드가 형성되게 된다.
종래 기술의 액정 디스플레이 장치에서는 픽셀 영역(개구부)에 2.0umm의 두께로 포토아크릴(PAC) 물질의 보호층이 형성되어 있어 투과율이 감소하는 문제점이 있었다.
반면, 본 발명에서는 공통 전극(170)을 픽셀 전극(140) 상부에 형성하고, 픽셀 영역(개구부)에는 포토아크릴(PAC) 물질의 보호층을 형성하지 않아 픽셀 영역(개구부)의 투과율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 TFT와 픽셀 전극(140)이 동일 레이어에 형성되고, TFT의 드레인과 픽셀 전극(140)이 직접 컨택된 구조를 가진다.
따라서, 종래 기술에서 필수적 구성이었던, TFT의 드레인과 픽셀 전극의 컨택을 위한 컨택홀을 삭제하여 픽셀 영역의 면적을 증가시킬 수 있고, 차광층(BM)의 사이즈를 줄여 픽셀 영역의 개구율 및 투과율을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
이어서, 상부 기판(200)은 글래스 기판(210) 상에 형성된 R, G, B 컬러필터(220), 차광층(230), 오버코트층(240) 및 컬럼 스페이서(250)를 포함한다.
컬러필터(220)는 화상을 풀 컬러로 표시하기 위해 형성된 것으로, 하부 기판(100)의 픽셀들에 대응되도록 글래스 기판(210) 상에 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 컬러필터들이 형성된다.
차광층(230)은 레드, 그린, 블루의 컬러필터(220)를 투과한 색광의 혼색과 빛 샘을 방지하기 위한 것으로, 컬러필터들 사이마다 형성된다. 일 예로서, 차광층(230)은 빛이 투과하지 못하는 금속 재료 또는 안료를 이용하여 블랙 매트릭스(BM)로 형성될 수 있다.
컬러필터(220)와 차광층(230) 상부에는 오버코트층(240)이 형성되어 상부 기판(200)을 평탄화 시킨다.
오버코트층(240)의 상부 중에서 비 표시 영역에 컬럼 스페이서(250)가 형성된다. 컬럼 스페이서(250)는 하부 기판(100)에 형성된 TFT와 대응되는 위치에 형성되어, 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이의 셀 갭(cell gap)을 유지시킨다.
여기서, 컬럼 스페이서(250)는 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이의 셀 갭을 위한 갭 스페이서로 형성된 것이고, 도면에 도시하지 않았지만 눌림 스페이서가 더 형성될 수 있다.
이와 같이, 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이는 컬럼 스페이서(250)에 의해 일정한 셀갭이 유지되고, 셀갭에 따른 공간 내에 액정층이 형성되게 된다.
도 4를 참조하면, 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이의 셀갭(cell gap)을 형성하기 위해 컬럼 스페이서(250))가 형성되는데, 제조 공정 중 컬럼 스페이서(250)가 형성되는 위치가 변동될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 하부 기판(100) 상에서 제1 보호층(150, PAS1)이 TFT 및 데이터 라인 상부에만 형성되고, 픽셀 영역에는 형성되어 있지 않기 때문에 픽셀 영역과 다른 부분들 간에 단차가 형성된다. 따라서, 컬럼 스페이서(250)가 형성되는 위치가 픽셀 영역 쪽으로 변동되더라도 픽셀 영역에 폴리이미드(PI: Polyimide)로 형성되는 배향막에 데미지(damage)가 발생되지 않는다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 제조공정 중에 컬럼 스페이서(250)가 픽셀 영역 쪽으로 변동되어 형성되더라도, 컬럼 스페이서(250)에 의한 폴리이미드 배향막의 데미지가 방지되어 이로 인한 액정층의 비정상적인 배열 및 빛 디스플레이 불량을 방지할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 5 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 13에서는 복수의 픽셀 중에서 하나의 픽셀들을 일 예로 도시하고 있고, 게이트 링크, 게이트 패드 및 데이터 패드 영역의 도시는 생략하였다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 하부 기판(100)은 5 마스크 공정을 통해 제조될 수 있다. 5 마스크 공정 중에서, 픽셀 전극, TFT의 소스/드레인 및 제1 보호층(PAS1)을 형성하는 제3 마스크 공정에 하프톤 마스크(HTM)와 포지티브 포토아크릴(positive PAC)을 적용한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 글래스 기판(110) 상에 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti)이나, 상기 금속들의 합금을 증착시킨 후, 제1 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 습식 에치(wet etch) 공정을 수행하여 게이트 라인(미도시) 및 TFT의 게이트(120)를 형성한다.
이후, 게이트 라인 및 게이트(120)를 덮도록 글래스 기판(110) 전면에 게이트 절연층(122)을 형성한다.
여기서, 게이트 절연층(122)은 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx) 물질로, 4,000Å의 두께를 가지도록 형성한다. 한편, 게이트 절연층(122)은 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 또는 MTO(Middle Temperature Oxide)를 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 증착하여 형성할 수도 있다.
이어서, 도 7을 참조하면, 게이트 절연층(122) 상부 중에서 게이트(120)와 중첩되는 영역에 액티브(124)를 형성한다. 액티브(124)는 몰리브덴 티타늄(MoTi) 금속층과 N+ 도핑층 또는 P+ 도핑층으로 구성될 수 있다.
여기서, 게이트 절연층(122) 상에 비정질 실리콘(a-Si) 또는 몰리브덴 티타늄(MoTi)을 증착시킨 후, 제2 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 습식 에치 공정을 수행하여 비정질 실리콘(a-Si) 또는 몰리브덴 티타늄(MoTi) 금속층을 패터닝 한다. 이후, 건식 에치(dry etch) 공정을 수행하여 포토레지스트(PR)을 제거(strip)하여 액티브(124)를 형성한다.
이어서, 도 8을 참조하면, 픽셀 전극의 형성을 형성하기 위해, 글래스 기판 전면에 투명 전도성 물질(ITO)을 증착하여 투명 전극층을 형성한다.
이후, 데이터 라인 및 TFT의 소스를 형성하기 위해, 투명 전극층 상부에 금속(Metal) 물질을 증착하여 금속층을 형성한다.
이후, 글래스 기판(110) 전면에 포지티브 포토아크릴(positive PAC)을 도포한 후, 제3 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 에치 공정을 수행하여 제1 보호층(150, PAS1)을 형성한다.
이때, 제3 마스크는 하프톤 마스크(HTM)가 이용되고, 하프톤 마스크(HTM)를 통해 제1 보호층(150, PAS1)을 패터닝한다.
구체적으로, TFT의 소스 및 데이터 라인이 형성될 영역에는 제1 보호층(150, PAS1)을 3.0um의 두께로 형성한다.
한편, 픽셀 영역(개구부)의 제1 보호층(150, PAS1)은 두께를 1.0um로 감소시킨다.
그리고, TFT의 소스와 드레인을 분리시키기 위해 액티브(124)의 중앙부에 형성된 제1 보호층(150, PAS1)을 제거하고, 픽셀 전극과 데이터 라인을 분리시키기 위해 픽셀 영역의 끝부분에 형성된 제1 보호층(150, PAS1)을 제거한다.
이어서, 도 9를 참조하면, 게이트 절연층(122) 상에서 게이트 라인과 교차하도록 데이터 라인을 형성되는데, 데이터 라인을 형성할 때 TFT의 소스를 함께 형성한다.
구체적으로, 습식 에치(wet etch) 공정을 수행하여 제1 보호층(150, PAS1)이 형성되어 있는 부분의 투명 전극층 및 금속층은 잔존시키고, 제1 보호층(150, PAS1)이 제거된 부분의 투명 전극층 및 금속층은 제거시킨다.
이와 같이, 금속층의 패터닝을 통해 데이터 라인(130) 및 TFT의 소스(132)를 형성한다.
또한, 투명 금속층의 패터닝을 통해 픽셀 영역에 픽셀 전극(140)을 형성한다. 이때, 픽셀 전극(140)은 TFT의 액티브(124)와 직접 컨택(direct contact)된 구조로 형성된다. 픽셀 전극(140) 상에 잔존하는 금속층 패턴(134)은 후속 공정에서 제거된다.
이어서, 도 10을 참조하면, 제1 보호층(150, PAS1)을 경화(cure)시킨 후, 애싱(ashing) 공정을 수행하여 제1 보호층(150, PAS1)의 두께를 1.0um 감소시킨다.
이를 통해, 데이터 라인(130)의 상부 및 TFT의 소스(132) 상부에 3.0um의 두께로 형성되어 있던 제1 보호층(150, PAS1)의 두께는 2.0um로 감소된다. 그리고, 픽셀 전극(140) 상에 1.0um의 두께로 잔존하던 제1 보호층(150, PAS1)은 모두 제거된다.
이후, 습식 에치(wet etch) 공정을 픽셀 전극(140) 상부에 잔존하던 금속층 패턴(134)을 제거한다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치는 TFT의 드레인을 별도로 형성하지 않고, 픽셀 전극(140)을 액티브(124)에 직접 컨택시켜 ITO 전극을 드레인으로 기능시킨다.
이어서, 도 11을 참조하면, 글래스 기판(110) 전면에 절연물질을 증착시킨 후, 제4 마스크를 포토리소그래피 공정 및 에치 공정을 수행하여 제2 보호층(160, PAS2)을 형성한다. 이때, 도면에 도시하지 않았지만, 게이트 패드(G-Pad) 및 데이터 패드(D-Pad)가 형성된 패드 영역에서는 제2 보호층(160, PAS2)을 건식 에치(dry etch) 공정으로 제거하여 게이트 패드 및 데이터 패드를 노출시킨다.
여기서, 250℃ 이하의 저온으로 제2 보호층(160, PAS2)을 형성하며, 질화 실리콘(silicon nitride, SiNx) 물질로, 6,000Å의 두께를 가지도록 형성한다.
이어서, 도 12를 참조하면, 제2 보호층(160, PAS2) 상부에 투명 전도성 물질(예로서, ITO)를 도포하여 투명 전극층을 형성한 후, 제5 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 에치 공정을 수행하여 픽셀 전극(140)과 중첩되는 영역에 공통 전극(170)을 형성한다.
이때, 공통 전극(170)은 500Å의 두께로 형성되고, 투명 전극층에 슬릿을 형성하거나, 핑거 형상을 가지도록 패터닝하여 공통 전극(170)을 형성한다.
이를 통해, 제2 보호층(160, PAS2)을 사이에 두고 픽셀 전극(140)과 공통 전극(170)이 형성되어, 픽셀 전극(140)과 공통 전극(170) 사이에 프린지 필드가 형성되게 된다.
한편, 도면에 도시하지 않았지만, 제2 보호층(160, PAS2) 제거되어 노출된 게이트 패드 및 데이터 패드 상에는 컨택을 위한 투명 전극층이 형성된다.
이후, 도면에 도시하지 않았지만, 공통 전극(170) 상부에 폴리이미드(PI)로 배향막을 형성한다.
이어서, 도 13을 참조하면, 글래스 기판(210) 상에 R, G, B 컬러필터(220), 차광층(230), 오버코트층(240) 및 컬럼 스페이서(250)를 순차적으로 형성하여 상부 기판(200)을 제조한다.
여기서, 컬럼 스페이서(250)는 하부 기판(100)에 형성된 TFT와 대응되는 위치에 형성되어, 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이의 셀 갭(cell gap)을 유지시킨다. 이후, 하부 기판(100)과 상부 기판(200)을 합착시키고, 컬럼 스페이서(250)에 의해 마련된 셀 갭 공간에 액정층을 형성한다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법은 공통 전극(170)을 픽셀 전극(140) 상부에 형성하고, 픽셀 영역(개구부)에는 포토아크릴(PAC) 물질의 제1 보호층(150, PAS1)을 형성하지 않아 픽셀 영역(개구부)의 투과율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조방법은 TFT와 픽셀 전극(140)을 동일 레이어에 형성하고, 픽셀 전극(140)을 TFT의 액티브(124)와 직접 컨택시켰다. 이를 통해, 종래 기술에서 필수적 구성이었던 TFT의 드레인과 픽셀 전극의 컨택을 위한 컨택홀을 삭제하여 픽셀 영역의 면적을 증가시키고, 차광층(230M)의 사이즈를 줄여 픽셀 영역의 개구율 및 투과율을 높일 수 있다.
도 14는 픽셀 영역(개구부)에서 포토아크릴(PAC) 물질의 보호층을 삭제함에 따른 투과율 향상 효과를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 픽셀 영역에 포토아크릴 물질의 보호층 삭제한 경우와, 포토아크릴 물질의 보호층의 두께를 0.9um~2.0um까지 변화시키고 픽셀 영역의 투과율을 측정한 실험 결과를 나타내고 있다.
종래 기술에서는 픽셀 영역에 포토아크릴 물질의 보호층이 2.0um의 두께로 형성됨으로 인해 픽셀 영역의 투과율이 낮았으나, 상술한 본 발명의 액정 디스플레이 장치는 픽셀 영역에서 포토아크릴 물질의 보호층을 삭제하여 종래 기술대비 투과율을 11% 이상 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법은 5 마스크 제조공정을 통해 공통 전극 온-탑(Vcom on-top) 구조를 가지는 하부 기판을 형성하여, 종래 기술 대비 제조에 필요한 마스크의 개수 및 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 컬럼 스페이서(250)가 형성되는 위치가 픽셀 영역 쪽으로 변동되더라도 픽셀 영역(개구부)과 다른 부분들 간의 단차에 의해 픽셀 영역에 폴리이미드(PI: Polyimide)로 형성되는 배향막에 데미지(damage)가 발생되지 않는다. 이와 같이, 컬럼 스페이서(250)의 위치 변동에 의한 폴리이미드 배향막의 데미지를 방지하여, 액정층의 비정상적인 배열 및 빛 디스플레이 불량을 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 하부 기판 110: 글래스 기판
120: 게이트 122: 게이트 절연층
124: 액티브 130: 데이터 라인
132: 소스 134: 금속층 패턴
140: 투명 전극 150: 제1 보호층
160: 제2 보호층 170: 공통 전극
200: 상부 기판 210: 글래스 기판
220: 컬러필터 230: 차광층
240: 오버코트층 250: 컬럼 스페이서
HTM: 하프톤 마스크 CS: 컬럼 스페이서
120: 게이트 122: 게이트 절연층
124: 액티브 130: 데이터 라인
132: 소스 134: 금속층 패턴
140: 투명 전극 150: 제1 보호층
160: 제2 보호층 170: 공통 전극
200: 상부 기판 210: 글래스 기판
220: 컬러필터 230: 차광층
240: 오버코트층 250: 컬럼 스페이서
HTM: 하프톤 마스크 CS: 컬럼 스페이서
Claims (12)
- 글래스 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터;
상기 박막 트랜지스터의 액티브와 직접 접속된 픽셀 전극;
상기 박막 트랜지스터 및 데이터 라인 상에 형성된 제1 보호층;
상기 픽셀 전극 및 제1 보호층을 덮도록 형성된 제2 보호층; 및
상기 제2 보호층 상에 형성된 공통 전극으로 구성된 하부 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터와 상기 픽셀 전극은 동일 레이어에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 보호층은 포토아크릴 물질로 2.0um의 두께를 가지도록 형성되고,
상기 제2 보호층은 질화 실리콘으로 6,000Å의 두께를 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 보호층은 상기 박막 트랜지스터의 소스를 덮도록 형성되고,
상기 제2 보호층은 상기 박막 트랜지스터의 소스와 상기 픽셀 전극을 절연시키는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터의 소스는 투명 전도성 물질층과 금속층이 적층되어 형성되고, 상기 액티브 상의 픽셀 전극이 드레인으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
레드, 그린, 블루 컬러필터;
상기 레드, 그린, 블루 컬러필터 사이에 형성된 차광층; 및
상기 박막 트랜지스터와 대응되는 영역에 형성된 컬럼 스페이서로 구성된 상부 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치. - 글래스 기판 상에 게이트 라인, 데이터 라인 및 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
상기 박막 트랜지스터의 액티브와 직접 접속되도록 픽셀 전극을 형성하는 단계;
상기 박막 트랜지스터 및 데이터 라인 상에 제1 보호층을 형성하는 단계;
상기 픽셀 전극 및 제1 보호층을 덮도록 제2 보호층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 보호층 상에 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터를 형성하는 단계에 있어서,
상기 글래스 기판 상에 금속 물질을 증착시킨 후, 제1 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 에치 공정을 수행하여 상기 게이트를 형성하는 단계;
상기 게이트를 덮도록 게이트 절연층을 형성하는 단계;
상기 게이트 절연층 상에 비정질 실리콘(a-Si) 또는 몰리브덴 티타늄(MoTi) 금속을 증착시킨 후, 제2 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 에치 공정을 수행하여 상기 액티브를 형성하는 단계;
상기 게이트 절연층 및 액티브 상부에 투명 전극층과 금속층을 순차적으로 형성하고, 상기 금속층 상에 포토아크릴을 증착시키는 단계;
하프톤 마스크를 제3 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 에치 공정을 수행하여 픽셀 영역에 형성되었던 포토아크릴을 제거하는 단계;
상기 제1 보호층을 마스크로 상기 투명 전극층과 금속층에 에치공정을 수행하여 소스 및 상기 픽셀 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터와 픽셀 전극을 동일 레이어에 형성하고,
상기 픽셀 전극과 박막 트랜지스터의 액티브를 직접 컨택시키는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 픽셀 전극 및 제1 보호층을 덮도록 절연물질을 증착시킨 후, 제4 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 에치 공정을 수행하여 상기 제2 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제2 보호층 상에 투명 전도성 물질을 증측시킨 후, 제5 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 에치 공정을 수행하여 픽셀 전극과 중첩되도록 상기 공통 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 공통 전극 상에 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하고,
컬러필터, 차광층, 오버코트층 및 컬럼 스페이서가 형성된 상부 기판을 상기 하부 기판과 합착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 제조방법.
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| KR1020120026375A KR101962917B1 (ko) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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|---|---|
| KR20130104674A true KR20130104674A (ko) | 2013-09-25 |
| KR101962917B1 KR101962917B1 (ko) | 2019-03-27 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020120026375A KR101962917B1 (ko) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | 액정 디스플레이 장치와 이의 제조방법 |
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| KR (1) | KR101962917B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160025669A (ko) * | 2014-08-27 | 2016-03-09 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시 기판 및 그의 제조방법 |
| CN115202090A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-10-18 | 广州华星光电半导体显示技术有限公司 | 一种显示面板及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970008817B1 (en) * | 1993-12-27 | 1997-05-29 | Lg Electronics Inc | Thin film transistor manufacture |
| KR101001453B1 (ko) * | 2003-12-02 | 2010-12-14 | 엘지디스플레이 주식회사 | 박막트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조 방법 |
-
2012
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970008817B1 (en) * | 1993-12-27 | 1997-05-29 | Lg Electronics Inc | Thin film transistor manufacture |
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| CN115202090A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-10-18 | 广州华星光电半导体显示技术有限公司 | 一种显示面板及其制备方法 |
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|---|---|
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