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KR0171102B1 - 액정표시장치 구조 및 제조방법 - Google Patents

액정표시장치 구조 및 제조방법 Download PDF

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KR0171102B1
KR0171102B1 KR1019950026998A KR19950026998A KR0171102B1 KR 0171102 B1 KR0171102 B1 KR 0171102B1 KR 1019950026998 A KR1019950026998 A KR 1019950026998A KR 19950026998 A KR19950026998 A KR 19950026998A KR 0171102 B1 KR0171102 B1 KR 0171102B1
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KR
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black matrix
liquid crystal
matrix pattern
black
gate
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KR1019950026998A
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김정현
홍찬희
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구자홍
주식회사엘지전자
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Publication date
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Abstract

본 발명은 블랙매트릭스를 비전동성의 블랙레진으로 TFT 어레이 상에 형성하여 빛이 투과하는 개구부를 향상시켜 소비전력감소를 실현하고 저반사화를 통해 콘트래스트(contrast)비를 향상시키고 상판과 합착에 따른 오정렬(misalignment)를 방지하는 기술이다.
액티브매트릭스 액정표시장치 제작시 TFT array 상에서 블랙레진을 이용하여 빛이 투과하는 화소 부위를 제외한 영역에 블랙매트릭스(black matrix)를 형성한 후, 적어도 1층이상의 중간막을 형성하고, 그위에 액정배향막을 형성한다. 이 중간막은 스텝커버리지를 양호하게 하고, 동시에 블랙레진으로부터 액정으로의 불순물 확산을 방지한다. 그리고 이 중간막을 가짐으로써 블랙매트릭스의 두께에 의하여 받는 액정의 배향 영향을 덜 받게 되어서 디스플레이 화질의 향상도 가져온다. 본 발명의 하판 구조는 기판과, 기판위에 복수개의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인이 매트릭스 형태로 되어 있고, 각각의 버스라인 교차점에 게이트, 소오스, 드레인전극으로 된 복수개의 박막트랜지스터와, 각각의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인과 각각의 박막트랜지스터위에 형성되어 빛을 차광시키는 블랙매트릭스 패턴과, 블랙매트릭스 패턴위에 형성되고, 각각의 드레인전극에 콘택홀을 가지는 보호막과, 콘택홀을 통해 각각의 드레인전극과 연결되는 복수개의 화소전극을 포함하여 이루어진다.

Description

액정표시장치 구조 및 제조방법
제1도 a는 종래의 블랙 레진을 이용하여 차광막패턴을 실현한 픽셀의 레이아웃도이고,
제1도의 b는 제1도의 I-I선 단면도이다.
제2도는 본 발명 픽셀부분의 일부 레이아웃도이고,
제3도의 a, b, c, d, e, f, g, h도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며,
제4도의 a, b, c, d, e, f, g, h도는 제2도의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
본 발명은 액정표시장치 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 박막트랜지스터를 이용하는 액정 표시장치인 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)는 박막트랜지스터(TFT)와 화소전극이 배열되어 있는 하판(bottom plate)과, 색상을 나타내기 위한 칼라필터(Color filter) 및 공통전극이 형성된 상판(top plate), 그리고 이 상하 기판사이에 액정이 주입되어 있으며, 두 유리기판의 양쪽면에는 가시광선(자연광)을 선편광시켜주는 편광판이 각각 부착되어 구성된다.
화소전극과 칼라필터를 통과하는 빛만 통과되도록 기타의 빛은 차단하여야 하는데 이러한 목적으로 사용하는 차광막 패턴(블랙매트릭스)이 칼라필터판(상판이라고도 한다)에 형성되었다.
그러나 최근에는 이 블랙매트릭스를 상판이 아닌 하판에 형성하는 방법에 제안되고 있다.
하판에 블랙매트릭스를 형성하는 기술은 제1도 a 및 b에 도시된 바와 같은 안료분산형의 검은 색 레진(Black Resin)을 이용하여 블랙매트릭스패턴을 형성하는 방법이다. 제1도의 a에는 블랙매트릭스의 일부분에 대한 평면도를 나타내고 제1도 b에는 제1도의 I-I선 단면도를 나타낸 것이다.
이 방법을 간단히 설명하면, 먼저 유리기판(5)위에 게이트전극(6)과 게이트 버스라인(7) 패턴을 형성하는 동시에 화소전극이 형성될 영역의 가장자리에 보조용량전극(20)도 게이트전극 물질로 형성한다. 이 보조용량전극은 보조용량을 위해 이용되기도 하지만 차광용 금속배선의 역할을 하기도 한다.
다음으로 전면에 게이트절연막(9)을 형성하고, 반도체층을 증착한 후 TFT소자가 형성될 부분만 남기고 제거하여 반도체패턴(10)을 형성한다.
그리고 도전물질로 증착한 후, 소오스(12), 드레인전극(12')과 데이타라인(13)을 패터닝하고, 두명도전층을 증착하고 패터닝하여 화소영역에 화소전극(18)을 형성한다. 소오스, 드레인전극을 형성할 때, 드레인전극(12')과 연결되는 보조용량전극을 화소전극 영역 아래부분에 TFT소자 부분에서 인접한 부분에 형성하여 보조용량전극(21)으로 기능을 하게 함과 동시에 차광용 금속배선 역할도 하도록 하였다.
그리고 나서 보호막(16)을 선택적으로 형성하고, 이 보호막(16) 위에 차광용 금속배선으로 차광할 수 없는 부분에 흑색유기재료 즉 블랙레진(black resin)을 사용하여 블랙매트릭스 패턴(15)을 형성한 3차원 하이브리드(hybrid) 구조이다.
백라이트에서 투사되는 빛이 차광용 금속배선(20,21)과 흑색유기재료로 된 블랙매트릭스(black matrix)에 의하여 차광되고 화소전극 영역부위로만 통과된다.
이상 설명한 제안된 기술은 TFT 어레이상에 수지화된 블랙매트릭스를 형성함에 따라 상판에 형성된 크롬 블랙매트릭스(Cr black matrix)보다 반사율이 낮고 도전성이 없기 때문에 매우 바람직한 것이다.
그러나 차광성을 올리기 위해서는 수지막의 두께를 1.5㎛ 정도로 두껍게 해야 한다.
그렇게 하면 수지막 단부의 단차가 커져서 액정배향을 흐트러뜨리게 된다.
또 블랙수지는 보호막 위쪽에 위치하고 있어서, 액정과는 단지 배향막만을 사이에 두고 있어서, 이 수지가 알칼리 금속등의 불순물을 함유하고 있기 때문에 수지로부터 액정층으로 불순물 이온이 주입됨으로써 화질을 저하시킨다.
본 발명의 목적은 개구율을 향상시키고 저반사를 이루는 동시에 액정에 영향을 적게 미치도록 하여 고화질의 디스플레이를 제작하는데 있다.
본 발명은 블랙매트릭스를 비전도성의 블랙레진으로 TFT 어레이 상에 형성하여 빛이 투과하는 개구부를 향상시켜 소비전력감소를 실현하고 저반사화를 통해 콘트래스트(contrast)비를 향상시키고 상판과 합착에 따른 오정렬(misalignment)를 방지함으로써 공정수율을 증가시키려는 것이다.
액티브매트릭스 액정표시장치 제작시 TFT array 상에서 블랙레진을 이용하여 빛이 투과하는 화소 부위를 제외한 영역에 블랙매트릭스(black matrix)을 형성한 후, 적어도 1층이상의 중간막을 형성하고, 그위에 액정배향막을 형성한다. 이 중간막은 스텝커버리지를 양호하게 하고 동시에 블랙레진으로부터 액정으로의 불순물 확산을 방지한다. 그리고 이 중간막을 가짐으로써 블랙매트릭스의 두께에 의하여 받는 액정의 배향 영향을 덜 받게 되어서 디스플레이 화질의 향상도 가져온다.
본 발명의 하판 구조는 기판과, 상기 기판위에 복수개의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인이 매트릭스 형태로 되어 있고, 상기 각각의 버스라인 교차점에 게이트, 소오스, 드레인전극으로 된 복수개의 박막트랜지스터와, 상기 각각의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인과 상기 각각의 박막트랜지스터위에 흑색 유기 수지로 형성되어 빛을 차광시키는 블랙매트릭스 패턴과, 상기 블랙매트릭스 패턴위에 형성되고, 상기 각각의 드레인전극에 콘택홀을 가지는 보호막과, 상기 콘택홀을 통해 각각의 드레인전극과 연결되는 복수개의 화소전극을 포함하여 이루어진다.
블랙매트릭스 패턴은 화소전극 이외의 영역을 차광하도록 패터닝되는데, 화소전극 영역과 일부분 중첩되거나, 또 화소전극 영역과 TFT 영역 또는 TFT의 채널영역을 제외한 영역을 차광하도록 배열되어도 된다.
또 보호막과 화소전극 위에는 배향막이 형성된다.
블랙매트릭스 패턴은 두께가 1.5㎛ 이하로 만들고 260℃까지 내열설을 가지고 빛의 투과가 50% 이하이면 좋다.
본 발명의 제조방법은 기판 위에 복수개의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인이 매트릭스 형태로 이루어지고 상기 각각의 버스라인 교차점에 게이트, 소오스, 드레인전극으로 이루어지는 복수개의 박막트랜지스터와, 상기 각각의 드레인전극에 콘택홀을 가지는 보호막과, 상기 콘택홀을 통해 각각의 드레인전극에 연결되는 복수개의 화소전극을 형성하는 공정을 포함하는 액정표시장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 콘택홀을 가지는 보호막을 형성하는 공정이전에 상기 각각의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인과 박막트랜지스터 영역을 차광시키는 흑색 유기 수지로 된 블랙매트릭스 패턴을 형성한다.
제2도는 본 발명에 의하여 제조되는 하판의 픽셀부분의 일부 레이아웃을 도시한 것이고, 제3도의 a, b, c, d, e, f, g, h도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며, 제4도의 a, b, c, d, e, f, g, h도는 제2도의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다. 제2도에서의 미설명부호 37은 게이트버스라인, 38은 게이트전극, 40은 활성층, 43은 데이타라인, 47은 콘택홀, 48은 화소전극이다.
도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명의 제조방법은 먼저 제3도의 a 및 제4도의 a에 보인 단면도와 같이, 투명기판(31)위에 제1금속층을 형성하고 패터닝하여 게이트(GATE) 전극(38)과 게이트버스라인(도시되지 않음)을 형성한다. 이 제1금속층으로는 크롬이나 알루미늄 등과 같은 메탈을 증착하여 형성하고 사진식각공정을 실시하여 패터닝한다.
이 때 제3도의 b 및 제4도의 b에 보인 단면도와 같이, 형성된 게이트전극의 표면을 양극산화하여 양극산화층을 형성한다. 제1금속층이 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리(Mo), 몰리합금 등으로 구성할 경우 양극산화 공정을 하여 산화 절연막을 형성할 수도 있다.
이어서 제3도의 c도 및 제4도의 c에서 보인 바와 같이, 기판전면에 제1절연막(39)으로서 실리콘 산화막(SiOx)과 실리콘질화막(SiNx)을 이용하여 단일 또는 이중의 절연막을 형성하고, 제1절연막층위에 수소화된 비정질 반도체(a-Si:H)와 도핑된 비정질 반도체층을 연속으로 적층한 후, 사진식각공정과 건식식각공정을 실시하여 게이트전극(38) 부위와 게이트버스라인과 데이타버스라인이 교차할 부위에 비정질 반도체층(40)과 도핑된 비정질 반도체층(41)의 패턴을 형성한다.
이어서 스퍼터 장비를 이용하여 제2금속층을 증착한 후 사진식각공정과 습식식각공정을 실시하여, 제3도의 d도 및 제4도의 d도와 같이, 소스전극(42-2) 및 드레인 전극(42-1)과 데이타라인(43)을 동일 물질로 동시에 형성한다. 그리고 이 소스 및 드레인전극(42-2,42-1)을 마스크로 이용하여 박막트랜지스터의 채널 부위(44)가 되는 소스와 드레인전극 사이의 도핑된 비정질 반도체층을 건식식각방법으로 제거한다. 그러면 소스 및 드레인전극과 게이트전극이 형성되어서 박막트랜지스터가 완료된다. 이 때 제2금속층의 재질은 Cr, Cr/Al, Cr/AlAu, 중에서 적어도 하나를 사용하면 된다.
다음에는 제3도의 e도 및 제4도의 e도와 같이, 박막트랜지스터와 데이타 라인이 형성된 기판전면에 블랙레진(Black Resin)을 코팅하고 노광 및 현상공정을 실시하여 박막트랜지스터 영역과 데이타 라인과 화소 사이에 빛이 투과되지 않도록 블랙매트릭스 패턴(45)을 형성한다. 블랙 레진은 고감도의 네가(Negative)형 감광수지에 유기안료를 분산한 것으로써, 도전성이 없는 안료분산형 흑색유지재료이고, 260℃까지는 내열성을 가지고 빛의 투과가 50% 이하가 되는 재료를 사용하고 레진의 코팅은 두께를 약 1.5㎛ 이하로 형성한다.
이어서 블랙레진을 이용하여 블랙매트릭스 패턴을 형성한 후 제3도의 f도 및 제4도의 f도와 같이, TFT 어레이를 보호하기 위해 스퍼터 장비를 이용하여 보호막(실리콘 산화막(SiO2, 또는 실리콘질화막)(46)을 증착후 드레인전극과 화소가 연결될 수 있도록 보호막(46)을 패터닝하여 접촉홀(47)을 식각방법(건식,습식)을 이용하여 형성한다.
다음으로 제3도의 g도 및 제4도의 g도와 같이, 투명 도전층을 전면에 형성한 후 패터닝하여 화소전극(48)을 형성한다. 이 때 제2도에서 보인 바와 같이 블랙매트릭스 패턴과 화소전극사이에는 @로 표시된 부분만큼 오버랩시킨다.
이후의 공정은 일반적인 공정으로서 배향막을 형성하는 공정과, 액정을 밀봉하는 공정을 실시하여 액정표시장치를 완료한다.
제3도의 h도 및 제4도의 h도는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 이 실시예에서는 상기 실시예에서와 같이 제3도의 d도 및 제4도의 d도에서 설명한 공정까지를 실시한 후 절연막을 증착하고 TFT의 체널부위에만 절연막을 남기고 기타부분의 절연막은 식각하여 채널부위위에 무기질의 절연층(50)을 형성한다. 이후에는 제1실시예와 같이 공정을 진행한다.
상기와 같이 트랜지스터의 채널 영역 위에는 블랙레진을 제거하여 블랙레진으로부터 채널영역으로의 불순물 침투를 완전히 차단할 수 있다. 또다른 실시예로써 박막트랜지스터위의 블랙레진을 제거하여 박막트랜지스터와 화소전극 이외의 영역에만 블랙레진을 남기어서 블랙매트릭스 패턴을 형성하여도 된다.
제3도의 g 및 h도에서와 같이 화소전극(48)을 패터닝할 때 차광막인 블랙매트릭스 패턴(45)과 가장자리릉 일정한 부분 오버랩시킨다.
본 방법으로 제작된 액정표시장치는 기판(31)위에 형성된 복수개의 게이트버스라인 및 데이타버스라인이 매트릭스 형태로 되어 있고, 상기 각 버스라인 교차점에 형성된 게이트전극(38)과 소오스 및 드레인전극(42-1,42-2)으로 이루어지는 복수개의 TFT와, 상기 게이트버스라인 및 데이타버스라인과 TFT위에 형성된 소정의 영역을 선택적으로 차광시키는 블랙매트릭스 패턴(45)과 블랙매트릭스 패턴 위를 덮는 보호막(46)과, 복수개의 TFT의 드레인전극과 연결되는 복수개의 화소전극(48)을 포함하여 이루어진다.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 블랙매트릭스 패턴은 화소전극 이외의 영역을 차광할 수 있고, 상기 전면에 보호막(46)이 존재하므로 블랙매트릭스 패턴(유기물질의 검은색 수지)의 불순물이 액정으로 침투하는 것을 차단시킬 수 있다.
TFT 어레이에 블랙 레진으로 블랙매트릭스를 형성함에 따라 디스플레이 면에서 빛의 반사에 따른 화질 감소를 방지하고, 콘트래스트(Contrast)를 향상하며, 상판인 칼라필터(color filter)와 합착에 따른 미스얼라인(misalignment)을 방지함으로써 공정의 용이 및 생산 수율 증가를 기할 수 있다.
또한, 블랙매트릭스를 TFT 어레이에 형성함으로써 TFT 어레이의 개구율 향상에 의하여 소비전력을 감소할 수 있고 화질 향상도 기할 수 있다.

Claims (21)

  1. 상기 기판위에 복수개의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인이 매트릭스 형태로 되어 있고, 상기 각각의 버스라인 교차점에 게이트, 소오스, 드레인전극으로 된 복수개의 박막트랜지스터와, 상기 각각의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인과 상기 각각의 박막트랜지스터위에 흑색 유기 수지로 형성되어 빛을 차광시키는 블랙매트릭스 패턴과, 상기 블랙매트릭스 패턴위에 형성되고, 상기 각각의 드레인전극에 콘택홀을 가지는 보호막과, 상기 콘택홀을 통해 각각의 드레인전극과 연결되는 복수개의 화소전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 패턴은 화소전극 이외의 영역을 차광하도록 패터닝된 것이 특징인 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스패턴은 화소전극 이외의 영역을 차광하도록 패턴이 형성되되 화소전극 영역과 일부분 중첩되되도록 형성된 것이 특징인 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 TFT는, 기판상에 형성된 게이트전극과, 상기 게이트전극위에 형성된 절연막과 상기 절연막위에 형성된 반도체층 및 오믹콘택층과, 상기 반도체층에 형성된 소오스 및 드레인전극으로 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 데이타라인의 폭보다 블랙매트릭스 패턴의 폭이 더 넓은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제1항에 잇어서, 블랙매트릭스 패턴의 두께가 1.5㎛ 이하이고 260℃ 정도까지 내열성을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 박막트랜지스터의 채널부위인 소오스 및 드레인전극 사이에는 유기물질의 검은색 수지가 제거된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 블랙매트릭스 패턴위에 형성된 보호막은 무기재료의 절연막을 한층 이상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제1항에 있어서, TFT 채널부위인 소오스 및 드레인전극 사이에 무기재료의 절연막이 존재하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제1항에 있어서, 블랙매트릭스 패턴은 화소전극과 TFT 영역을 제외한 영역을 차광하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 기판 위에 복수개의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인 매트릭스 형태로 이루어지고 상기 각각의 버스라인 교차점에 게이트, 소오스, 드레인전극으로 이루어지는 복수개의 박막트랜지스터와, 상기 각각의 드레인전극에 콘택홀을 가지는 보호막과, 상기 콘택홀을 통해 각각의 드레인전극에 연결되는 복수개의 화소전극을 형성하는 공정을 포함하는 액정표시장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 콘택홀을 가지는 보호막을 형성하는 공정이전에 상기 각각의 게이트 버스라인 및 데이타 버스라인과 박막트랜지스터 영역을 차광시키는 흑색 유기 수지로 된 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 것이 특징인 액정표시장치 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 패턴은 화소전극 이외의 영역을 차광하도록 패턴이 형성되는 것이 특징인 액정표시장치 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 패턴은 화소전극 이외의 영역을 차광하도록 패턴이 형성되되 화소전극 영역과 일부분 중첩되도록 형성되는 것이 특징인 액정표시장치 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, TFT를 형성하는 공정은, 기판상에 게이트전극을 형성하는 단계, 상기 게이트전극 위에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막 위에 반도체층과 오믹콘택층을 형성하고 TFT 소자 부위만 남기고 오믹콘택층과 반도체층을 패터닝하는 단계, 상기 패터닝된 반도체층위에 소오스 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치 제조방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 패턴위에 보호막과 화소전극을 형성하는 공정후에 배향막을 형성하는 공정을 추가하는 것이 특징은 액정표시장치 제조방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 패턴은 블렉레진(검은색 수지)을 사용하여 형성하는 것이 특징인 액정표시장치 제조방법.
  17. 제5항에 있어서, 상기 데이타라인의 폭보다 블랙매트릭스 패턴의 폭이 더 넓게 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  18. 제5항에 있어서, 블랙매트릭스 패턴의 두께가 1.5㎛ 이하이고 260℃까지 내열성을 가지고 빛의 투과가 50% 이하가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  19. 제5항에 있어서, 박막트랜지스터의 채널부위인 소오스 및 드레인전극 사이에는 유기물질의 검은색수지를 제거한 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  20. 제5항에 있어서, 블랙매트릭스 패턴과 채널부위 사이에 무기재료의 절연막이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  21. 제11항에 있어서, 블랙매트릭스 패턴은 화소전극과 박막트랜지스터 영역을 제외한 기타의 영역을 차광시키도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
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