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KR100607519B1 - 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100607519B1
KR100607519B1 KR1020040036977A KR20040036977A KR100607519B1 KR 100607519 B1 KR100607519 B1 KR 100607519B1 KR 1020040036977 A KR1020040036977 A KR 1020040036977A KR 20040036977 A KR20040036977 A KR 20040036977A KR 100607519 B1 KR100607519 B1 KR 100607519B1
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 블랙매트릭스없이 신호라인에서의 외부광 반사율을 감소시킴과 아울러 외부광에 의한 박막트랜지스터의 오동작을 방지할 수 있는 칼라필터를 구비한 박막트랜지스터 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판은 게이트라인과; 상기 게이트라인과 게이트절연막을 사이에 두고 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인과; 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인의 교차부에 위치하는 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 접속되며 상기 화소영역에 형성되는 화소전극 및; 상기 화소전극과 중첩되게 형성되며 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인 중 어느 하나와 나란한 방향의 스트라이프형태로 형성되는 칼라 필터를 구비한다.

Description

칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법{Thin Film Transistor Substrate With Color Filter And Method For Fabricating The Same}
도 1은 종래의 칼라 필터를 갖는 박막 트랜지스터 기판을 부분적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 2에 도시된 박막 트랜지스터 기판을 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판을 부분적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 박막 트랜지스터 기판을 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 5a는 화소영역의 가장자리에 위치하는 콘택홀의 제조공정을 나타내며, 도 5b는 화소영역의 중앙부에 위치하는 콘택홀의 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판에서 박막트랜지스터 및 신호라인까지 형성된 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판에서 보호막까지 형성된 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판에서 칼라 필터까지 형성된 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판에서 평탄화층까지 형성된 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판에서 투명도전패턴까지 형성된 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판을 부분적으로 나타낸 평면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 박막 트랜지스터 기판을 ⅩⅡ-ⅩⅡ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판의 광차단부의 다른 형태를 나타낸 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판을 부분적으로 나타낸 평면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 박막 트랜지스터 기판을 ⅩⅤ-ⅩⅤ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 스토리지캐패시터의 일 실시 예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 스토리지캐패시터의 다른 실시 예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1,101 : 기판 2,102 : 게이트라인
4,104 : 데이터라인 6,106 : 게이트전극
8,108 : 소스전극 10,110 : 드레인전극
12,112 : 게이트절연막 14,114 : 활성층
16,116 : 오믹접촉층 18,118 : 보호막
20,120,124,174,176,184,186 : 콘택홀 22,122 : 화소전극
30,130 : 박막트랜지스터 32 : 블랙매트릭스
34,134 : 칼라 필터 132,162,188 : 오목부
160 : 광차단부 170 : 스토리지라인
172,182 : 스토리지전극
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 블랙매트릭스없이 신호라인에서의 외부광 반사율을 감소시킴과 아울러 외부광에 의한 박막트랜지스터의 오동작을 방지할 수 있는 칼라 필터를 구비한 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여 액정 표시 장치는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정 패널과, 액정 패널을 구동하기 위한 구동 회로를 구비한다.
일반적으로, 액정 패널은 서로 대향하는 박막 트랜지스터 기판 및 칼라 필터 기판과, 두 기판 사이에 주입된 액정과, 두 기판 사이의 셀갭을 유지시키는 스페이서를 구비한다.
박막 트랜지스터 기판은 게이트 라인과 데이터 라인의 교차로 정의된 액정셀 영역마다 형성된 화소 전극, 게이트 라인 및 데이터 라인과 화소 전극 사이에 접속된 박막 트랜지스터, 다수의 절연막, 그들 위에 도포된 배향막으로 구성된다.
칼라 필터 기판은 액정셀 단위로 형성된 칼라 필터, 칼라 필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스, 액정에 공통적으로 기준 전압을 공급하는 공통 전극, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.
이러한 박막 트랜지스터 기판과 칼라 필터 기판을 합착하여 액정을 주입 및 봉입하여 액정 패널을 완성하거나, 두 기판 중 어느 하나에 액정을 형성한 다음 합착하여 액정 패널을 완성하게 된다. 이때, 칼라 필터 기판의 칼라 필터가 박막 트랜지스터 기판의 화소 전극과 일대일로 대응되도록 두 기판을 정렬시켜 합착하게 된다. 그런데, 두 기판의 정렬이 바르지 못한 경우 빛샘 불량이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여, 칼라 필터 기판의 블랙 매트릭스 폭을 넓게 형성하는 방안이 있으나, 이는 개구율 저하를 초래한다.
따라서, 최근에는 칼라 필터를 박막 트랜지스터 기판에 형성하는 칼라 필터 온 박막 트랜지스터(Color Filter On Thin Film Transistor; COT) 구조가 제안되어졌다.
도 1 및 도 2를 참조하면, COT 기판은 게이트 라인(2) 및 데이터 라인(4)과 박막 트랜지스터(30) 및 보호막(18)을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와; 그 박막 트랜지스터 어레이 위에 형성된 칼라 필터(R, G, B)(34) 및 블랙 매트릭스(32)와, 평탄화층(52)을 사이에 두고 칼라 필터(R, G, B)와 중첩되는 화소 전극(22)을 구비한다.
게이트 라인(2)과 데이터 라인(4)은 기판(1) 위에서 게이트 절연막(12)을 사이에 두고 교차하는 구조로 형성되어 화소 영역을 정의한다.
박막 트랜지스터(30)는 게이트 라인(2)에 접속된 게이트 전극(6), 데이터 라인(4)에 접속된 소스 전극(8), 소스 전극(8)과 마주하는 드레인 전극(10)을 구비한다. 그리고, 박막 트랜지스터(30)는 게이트 전극(6)과 게이트 절연막(12)을 사이에 두고 중첩되어 소스 전극(8)과 드레인 전극(10) 사이에 채널을 형성하는 활성층(14), 그 활성층(14)과 소스 및 드레인 전극(8,10)과의 콘택 저항을 줄이기 위한 오믹 접촉층(16)을 구비한다.
보호막(18)은 박막 트랜지스터(30)와 데이터 라인(4)을 덮도록 게이트 절연막(12) 위에 형성된다.
R, G, B 칼라 필터(34)는 화소 영역별로 구분되도록 도트형으로 보호막(18) 위에 형성된다. 이 경우, 칼라 필터(34)는 게이트 라인(2) 및 데이터 라인(4)과 중첩되지 않도록 이격되거나 부분적으로 중첩되게 형성된다.
블랙 매트릭스(32)는 칼라 필터(34)가 형성된 보호막(18) 상에 게이트 라인(2) 및 데이터 라인(4)을 따라 인접한 칼라 필터(34)에 걸치도록 형성됨과 아울러 박막 트랜지스터(30)와 중첩되게 형성된다. 이러한 블랙 매트릭스(32)는 칼라 필터들(34) 사이를 빛샘, 외부광 반사, 그리고 박막 트랜지스터(30)의 채널부가 외부광에 노출됨으로 인한 광 누설 전류 등을 방지하게 된다.
칼라 필터(34) 및 블랙 매트릭스(32) 위에는 유기 절연물로 이루어진 평탄화층(52)이 형성된다. 평탄화층(52)은 칼라 필터(34)와 블랙 매트릭스(32)의 단차를 보상하여 평탄한 표면을 제공하고, 그 칼라 필터(34) 및 블랙 매트릭스(32)로부터의 불순물이 액정으로 유입되는 것을 방지한다.
화소 전극(22)은 평탄화층(52) 위에서 칼라 필터(34)와 중첩되도록 각 화소 영역에 독립적으로 형성된다. 그리고, 화소 전극(22)은 평탄화층(52), 칼라 필터(34), 보호막(18)을 관통하는 콘택홀(20)을 통해 노출된 드레인 전극(10)과 접속된다.
이와 같이, 종래의 COT 기판은 화소 전극(22)과 드레인 전극(10)과의 접속을 위해 칼라 필터(34)를 관통하는 콘택홀(20)을 구비하여야만 한다. 그러나, 칼라 필터(34)는 노광된 부분이 패턴으로 남게 되는 네가티브(Negative) 특성을 가지므로 칼라 필터(34) 내에 미세한 콘택홀(20)을 형성하는 것은 어려운 실정이다. 이 를 해결하기 위해, 콘택홀(20)을 칼라 필터(34)가 형성되지 않은 게이트라인(2)과 중첩되는 영역에 형성한다. 이 경우, 콘택홀(20)은 보호막(18)을 패터닝하는 마스크공정과 평탄화층(52)을 패터닝하는 마스크공정만으로 형성되므로 미세한 콘택홀을 형성할 수 있다.
그러나, 칼라 필터(34)는 게이트라인(2)을 사이에 두고 이격되어 형성되므로 외부로부터 입사된 외부광은 게이트라인(2)에서 반사될 확률이 높아진다. 이러한 외부광의 반사율을 감소시키기 위해, 칼라 필터(34)들 사이에 게이트라인(2)과 중첩되는 영역에 블랙매트릭스(32)가 형성된다. 또한, 블랙매트릭스(32)는 외부광에 의해 박막트랜지스터의 채널부가 활성화되어 누설전류가 발생되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 그러나, 블랙매트릭스를 형성하기 위해서는 마스크공정이 추가적으로 필요하므로 공정수가 증가하여 생산성 저하 및 제조 원가 상승이 초래된다.
따라서, 본 발명의 목적은 블랙매트릭스없이 신호라인에서의 외부광 반사율을 감소시킬 수 있는 칼라필터를 구비한 박막트랜지스터 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부광에 의한 박막트랜지스터의 오동작을 방지할 수 있는 칼라필터를 구비한 박막트랜지스터 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 마스크공정수를 줄일 수 있는 칼라필터를 구비한 박막트랜지스터 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판은 게이트라인과; 상기 게이트라인과 게이트절연막을 사이에 두고 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인과; 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인의 교차부에 위치하는 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 접속되며 상기 화소영역에 형성되는 화소전극 및; 상기 화소전극과 중첩되게 형성되며 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인 중 어느 하나와 나란한 방향의 스트라이프형태로 형성되는 칼라 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 칼라 필터는 상기 화소전극 및 상기 게이트라인과 중첩되게 형성되며 상기 데이터라인과 나란한 방향의 스트라이프형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 박막트랜지스터는 상기 게이트라인과 접속된 게이트전극과; 상기 데이터라인과 접속된 소스전극과; 상기 화소전극과 접속되는 접속영역이 상기 화소영역의 가장자리에 위치하는 드레인전극 및; 상기 소스 및 상기 드레인전극 사이의 채널부를 이루는 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 칼라 필터는 상기 드레인전극과 상기 화소전극의 접속영역이 노출되도록 상기 칼라 필터의 일측단에서 중앙부로 오목하게 들어간 오목부 및; 인접한 화소영역에 위치하는 상기 박막트랜지스터의 채널부를 덮도록 상기 칼라 필터의 일측단에서 상기 인접한 화소영역으로 볼록하게 돌출된 볼록부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 중 적어도 어느 하나 상에는 적어도 두 개의 칼라 필터가 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 중 적어도 어느 하나 상에는 적색 및 청색 칼라 필터가 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법은 게이트라인과, 상기 게이트라인과 게이트절연막을 사이에 두고 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인과, 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인의 교차부에 위치하는 박막트랜지스터를 기판 상에 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 보호막을 형성하는 단계와; 상기 보호막 상에 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인 중 어느 하나와 나란한 방향의 스트라이프형태로 칼라 필터를 형성하는 단계 및; 상기 칼라 필터 상부에 상기 박막트랜지스터와 접속되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 칼라 필터를 형성하는 단계는 상기 보호막 상에 상기 게이트라인과 중첩되도록 상기 데이터라인과 나란한 방향의 스트라이프형태로 상기 칼라 필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 게이트라인과, 상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터를 기판 상에 형성하는 단계는 상기 기판 상에 게이트라인 및, 상기 게이트라인과 접속된 상기 박막트랜지스터의 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트라인 및 게이트전극이 형성된 기판 상에 상기 게이트절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 반도체층이 형성된 상기 게이트절연막 상에 상기 데이터라인과, 상기 데이터라인과 접속된 소스전극 및, 상기 화소전극과 접속될 접속영역이 상기 화소영역의 가장자리에 위치하는 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 칼라 필터를 형성하는 단계는 상기 드레인전극과 상기 화소전극의 접속영역이 노출되도록 상기 칼라 필터의 일측단에서 중앙부로 오목하게 들어간 오목부 및, 인접한 화소영역에 위치하는 상기 박막트랜지스터의 채널부를 덮도록 상기 칼라 필터의 일측단에서 상기 인접한 화소영역으로 볼록하게 돌출된 볼록부 중 적어도 어느 하나를 가지는 상기 칼라 필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 중 적어도 어느 하나 상에는 적어도 두 개의 칼라 필터가 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 중 적어도 어느 하나 상에는 적색 및 청색 칼라 필터가 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법은 상기 박막트랜지스터를 덮도록 상기 게이트절연막 상에 상기 드레인전극의 접속영역을 노출시키는 제1 콘택홀을 가지는 보호막을 형성하는 단계와; 상기 칼라 필터를 덮도록 상기 보호막 상에 상기 드레인전극의 접속영역을 노출시키는 제2 콘택홀을 가지는 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 3 내지 도 17b를 참조하여 상세하 게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 COT기판을 나타내는 평면도이며, 도 4는 도 3에서 선"Ⅳ-Ⅳ'"를 따라 절취한 COT기판을 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 COT 기판은 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과 박막 트랜지스터(130) 및 보호막(118)을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와; 그 박막 트랜지스터 어레이 위에 형성된 칼라 필터(R, G, B)(134)와, 평탄화층(152)을 사이에 두고 칼라 필터(R, G, B)(134)와 중첩되는 화소 전극(122)을 구비한다.
게이트 라인(102)과 데이터 라인(104)은 기판(101) 위에서 게이트 절연막(112)을 사이에 두고 교차하는 구조로 형성되어 화소 영역을 정의한다.
박막 트랜지스터(130)는 게이트 라인(102)에 포함된 게이트 전극, 데이터 라인(104)에 접속된 소스 전극(108), 소스 전극(108)과 마주하는 드레인 전극(110)을 구비한다. 그리고, 박막 트랜지스터(130)는 게이트 전극(106)과 게이트 절연막(112)을 사이에 두고 중첩되어 소스 전극(108)과 드레인 전극(110) 사이에 채널을 형성하는 활성층(114), 그 활성층(114)과 소스 및 드레인 전극(108,110)과의 콘택 저항을 줄이기 위한 오믹 접촉층(116)을 구비한다.
보호막(118)은 박막 트랜지스터(130)와 데이터 라인(104)을 덮도록 게이트 절연막(112) 위에 형성된다. 이 보호막(118)은 박막 트랜지스터(130)의 드레인전극(110)을 노출시키며 화소영역의 가장자리에 위치하는 제1 화소콘택홀(124)을 가지도록 형성된다.
R, G, B 칼라 필터(134)는 동일한 색을 구현하는 화소영역의 보호막(118) 상 에 스트라이프(stripe)형태로 형성된다. 이 스트라이프 형태의 칼라필터(134)는 게이트라인(102)과 중첩되게 형성되므로 외부에서 입사되어 게이트라인(102)에서 반사되는 광을 흡수하게 된다. 이 칼라필터(134)에 의해 게이트라인(102)에서 반사율이 약 90% 이상 감소하게 되므로 게이트라인(102)과 중첩되는 별도의 블랙매트릭스가 불필요하다.
또한, 데이터라인(104)과 중첩되는 보호막(118) 상에 서로 다른 색을 구현하는 적어도 두 층의 칼라 필터(134)가 적층된다. 이 경우, 데이터라인(104)과 중첩되는 보호막(118) 상에 적어도 두 층 적층된 칼라필터(134)는 빛샘방지 및 외부광을 흡수하는 블랙매트릭스 역할을 하게 된다. 이에 따라, 데이터라인(104)과 중첩되는 별도의 블랙매트릭스가 불필요하므로 전체 마스크공정수가 줄어들어 생산성이 향상되고 제조원가를 줄일 수 있다.
또한, 칼라 필터(134)는 화소영역의 가장자리에 위치하는 제1 화소콘택홀(120)과 보호막(118)의 평면을 일부 노출시키는 오목부(132)를 가지도록 형성된다. 이 오목부(132)를 가지는 칼라 필터(134)는 종래와 같이 칼라 필터의 중심부에 홀을 가지는 칼라필터에 비해 패턴 형성이 용이하다. 이를 도 5a 및 도 5b를 결부하여 설명하기로 한다. 여기서, 도 5a 및 도 5b에는 R,G 및 B 중 어느 한 색의 칼라 필터를 형성하기 위한 포토마스크가 도시되어 있다.
도 5a에 도시된 포토 마스크(200)는 칼라필터의 오목부(132)와 대응되는 영역에 노광부에 의해 3면이 둘러싸인 차단부를 구비한다. 도 5b에 도시된 포토마스크(210)는 칼라 필터의 중심부에 위치할 홀과 대응되는 영역에 노광부에 의해 4면 이 둘러싸인 차단부를 구비한다. 이 경우, 도 5a에 도시된 포토마스크(200)는 노광부와 인접한 차단부의 3면에서 광산란현상이 일어나는 반면에 도 5b에 도시된 포토마스크(210)는 노광부에 의해 차단부가 둘러싸여 있으므로 차단부의 4면에서 광산란현상이 일어나게 된다. 이에 따라, 도 5b에 도시된 포토마스크에 의해 형성되는 칼라 필터(134)는 도 5a에 도시된 포토마스크에 의해 형성된 칼라 필터에 비해 홀이 형성될 영역에 잔막(136)이 남기 쉽다. 이와 같이, 화소영역의 가장자리에 오목부(132)를 가지는 칼라 필터(134)는 중심부에 홀을 가지는 칼라 필터에 비해 패턴형성이 용이하다.
칼라 필터(134) 위에는 유기 절연물로 이루어진 평탄화층(152)이 형성된다. 평탄화층(152)은 칼라 필터(134)들 간의 단차를 보상하여 평탄한 표면을 제공하고, 그 칼라 필터(134)로부터의 불순물이 액정으로 유입되는 것을 방지한다. 이 평탄화층(152)은 제1 화소콘택홀(124) 및 칼라 필터의 오목부(132)보다 좁은 폭을 가지며 드레인전극(110)을 노출시키는 제2 화소콘택홀(120)을 가지도록 형성된다.
화소 전극(122)은 평탄화층(152) 위에서 칼라 필터(134)와 중첩되도록 각 화소 영역에 독립적으로 형성된다. 그리고, 화소 전극(122)은 보호막(118) 및 평탄화층(152)을 각각 관통하는 제1 및 제2 화소콘택홀(124,120)을 통해 노출된 드레인 전극(110)과 접속된다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 COT 기판은 화소영역의 가장자리에 오목부를 가지는 스트라이프형태의 칼라필터를 구비한다. 이 스트라이프형태의 칼라필터에 의해 별도의 블랙매트릭스 없이도 게이트라인에서의 외부광 반사율이 90%이상 감소한다. 이에 따라, 블랙매트릭스 형성을 위한 마스크공정이 줄어들어 생산성이 향상되고 제조비용이 저감된다. 또한, 화소영역의 가장자리에 위치하는 오목부를 가지는 칼라 필터는 화소영역의 중심부에 위치하는 홀을 가지는 칼라필터에 비해 광산란현상이 줄어들어 패턴형성이 용이하다.
도 6a 내지 도 10b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 COT 기판의 제조 방법을 순차적으로 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들을 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 기판(101) 위에는 게이트라인(102), 데이터라인(104) 및 박막트랜지스터(130)가 형성된다.
구체적으로, 기판(101) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착 방법을 통해 게이트 금속층이 형성된다. 게이트 금속층으로는 Al, AlNd, Cr, MoW, Cr/Al, Cu, Al(Nd), Mo/Al, Mo/Al(Nd), Cr/Al(Nd)이 이용된다. 게이트 금속층은 제1 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정과 식각 공정으로 게이트 금속층이 패터닝된다. 이에 따라, 게이트 라인(102)을 포함하는 게이트 금속 패턴이 형성된다.
게이트 금속 패턴이 형성된 기판(101) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착 방법을 통해 게이트 절연막(112)이 형성된다. 게이트 절연막(112)의 재료로는 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기 절연 물질이 이용된다.
게이트 절연막(112) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착 방법을 통해 반도체층, 즉 비정질 실리콘층 및 n+ 비정질 실리콘층이 적층된다. 이러한 반도체층은 제2 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정과 식각 공정으로 패터닝됨으로써 활성층(114) 및 오믹 컨택층(116)을 포함하는 반도체 패턴이 형성된다.
반도체 패턴이 형성된 게이트 절연막(112) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착 방법을 통해 소스/드레인 금속층이 형성된다. 소스/드레인 금속층으로는 Cr, MoW, Cr/Al, Cu, Al(Nd), Mo/Al, Mo/Al(Nd), Cr/Al(Nd) 등이 이용된다. 소스/드레인 금속층은 제3 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정과 식각 공정으로 패터닝된다. 이에 따라, 게이트 라인(102)과 교차하는 데이터 라인(104), 데이터 라인(104)으로부터 돌출된 소스 전극(108), 소스 전극(108)과 마주하는 드레인 전극(110)을 포함하는 데이터 금속 패턴이 형성된다. 그리고, 소스 전극(108) 및 드레인 전극(110)을 마스크로 하여 그 사이로 노출된 오믹 접촉층(116)을 제거하여 활성층(114)을 노출시킨다.
한편, 전술한 반도체 패턴 및 소스/드레인 금속 패턴은 부분 투과(회절 노광 또는 반투과) 마스크를 이용하는 경우 하나의 마스크 공정으로 형성할 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제4 마스크 공정으로 드레인전극(110)을 노출시키는 제1 화소 콘택홀(124)을 가지는 보호막(118)이 형성된다.
구체적으로, 소스/드레인 금속 패턴이 형성된 게이트 절연막(112) 상에 보호막(118)이 형성된다. 보호막(118)은 소스/드레인 금속 패턴이 형성된 게이트 절연막(112) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착 방법을 통해 형성된다. 보호막(118)의 재료로는 게이트 절연막(112)과 같은 무기 절연 물질이나, 유기 절연 물질이 이용된다. 보호막(118)은 제4 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정과 식각 공정으로 패터닝된다. 이에 따라, 보호막(118)을 관통하여 드레인전극(110)을 노출시키는 제1 화소 콘택홀(124)이 형성된다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제5 내지 제7 마스크 공정으로 화소영역 각각에 R, G, B 칼라 필터(134)가 순차적으로 형성된다.
구체적으로, 보호막(118)이 형성된 기판(101) 상에 적색 안료가 분산된 포토레지스트가 도포되어 제5 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정으로 현상됨으로써 제1 화소콘택홀(124) 및 보호막(118)의 일부 표면을 노출시키는 오목부(132)를 가지는 R 칼라 필터가 스트라이프형태로 형성된다. 그리고, 제6 및 제7 마스크 공정을 상기와 같이 반복함으로써 제1 화소콘택홀(124) 및 보호막(118)의 일부 표면을 노출시키는 오목부(132)를 가지는 G, B 칼라 필터(134)가 스트라이프형태로 형성된다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제8 마스크 공정으로 드레인전극을 노출시키는 제2 화소콘택홀(120)을 가지는 평탄화층(152)이 형성된다.
구체적으로, 평탄화층(152)은 칼라 필터(132)가 형성된 기판(101) 상에 스핀 코팅(Spin Coating) 또는 스핀리스 코팅(Spinless Coating) 등의 방법으로 형성된다. 평탄화층(152)은 제8 마스크를 이용한 포토리소그래피공정과 식각공정으로 패터닝된다. 이에 따라, 드레인전극(110)을 노출시키는 제2 화소콘택홀(124)이 형성된다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제9 마스크 공정으로 화소 전극(122)을 포함하는 투명 도전 패턴이 형성된다.
구체적으로, 평탄화층(152)이 형성된 기판(101) 상에 투명 도전막이 PECVD, 스퍼터링 등의 증착 방법을 통해 형성된다. 투명 도전막으로는 인듐 주석 산화물 (Indium Tin Oxide : 이하, ITO)이나 주석 산화물(Tin Oxide : 이하, TO) 또는 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide : 이하, IZO) 등이 이용된다. 투명 도전막은 제9 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정과 식각 공정으로 패터닝된다. 이에 따라, 칼라 필터(134)와 중첩되는 화소 전극(122)을 포함하는 투명 도전 패턴이 형성된다. 이에 따라, 화소 전극(122)은 칼라 필터의 오목부(132)와 대응되는 영역에서 드레인전극(110)과 제1 및 제2 화소콘택홀(124,120)을 통해 접촉된다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 COT기판의 박막트랜지스터(130)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 게이트라인과 중첩되게 형성된 경우를 예로 들어 설명하였지만 이경우 이외에도 제1 화소콘택홀에 의해 노출된 드레인전극이 화소영역의 가장자리에 위치하는 모든 박막트랜지스터에 적용될 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 COT 기판을 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 11 및 도 12에 도시된 COT 기판은 TFT와 중첩되는 영역에 칼라 필터의 볼록부(160)를 구비하는 것을 제외하고는 도 3 및 도 4에 도시된 COT기판과 동일한 구성요소들을 구비하므로, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
칼라 필터의 볼록부(160a)는 도 11에 도시된 바와 같이 인접한 화소영역에서 돌출되어 해당 화소영역의 TFT(130)의 채널부와 중첩되도록 형성된다. 또는 도 13에 도시된 바와 같이 해당 화소영역의 TFT(130)의 채널부와 중첩되도록 도트 형태로 형성된다.
이러한 칼라 필터의 볼록부(160a)와 해당 화소영역의 칼라 필터(160b)가 순 차적으로 적층되어 광차단부(160)로 이용된다. 이 광차단부(160)는 상기와 같이 적어도 두 층의 칼라 필터가 순차적으로 적층되어 TFT(130)의 채널부를 외부광으로부터 차단시킴으로써 TFT(130)의 채널부가 노출되어 누설전류가 발생되는 것을 방지하게 된다. 이러한 광차단부(160)는 R 칼라필터와 B 칼라필터가 적층되어 형성된 경우 효율이 가장 크다. 이는 G 칼라필터의 광투과 파장은 R, B 칼라필터의 투과 파장과 일부 중첩되므로 G 칼라필터와, R 또는 B 칼라필터로 이루어진 볼록부는 두 칼라 필터의 중첩되는 광투과파장대에서 광이 투과되므로 외부광의 차단률이 낮아진다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 COT 기판을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 COT 기판은 도 3 및 도 4에 도시된 COT 기판과 대비하여, TFT와 중첩되는 광차단부(160)를 추가로 구비하는 것을 제외하고는 동일한 구성요소들을 구비하므로, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
R, G, B 칼라 필터(134)는 동일한 색을 구현하는 화소영역의 보호막(118) 상에 스트라이프(stripe)형태으로 형성된다. 이 칼라 필터(134)는 화소영역의 가장자리에 위치하는 화소콘택홀(120,124)을 노출시키는 오목부(132)를 가지도록 형성된다.
이 스트라이프 형태의 칼라필터(134)는 게이트라인(102)과 중첩되게 형성되므로 외부에서 입사되어 게이트라인(102)에서 반사되는 광을 흡수하게 된다. 이 칼라필터(134)에 의해 게이트라인(102)에서 반사율이 약 90% 이상 감소하게 되므로 별도의 게이트라인(102)과 중첩되는 블랙매트릭스가 불필요하다.
광차단부(160)는 TFT(130)의 채널부와 중첩되도록 적어도 두 층의 칼라 필터(160a,160b)가 순차적으로 적층되어 예를 들어, 칼라 필터의 볼록부(160a)와 해당 화소영역의 칼라 필터(160b)가 순차적으로 적층되어 형성된다. 이 광차단부(160)는 TFT(130)의 채널부를 외부광으로부터 차단시킴으로써 TFT(130)의 채널부가 노출되어 누설전류가 발생되는 것을 방지하게 된다.
한편, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 COT 기판은 도 3, 도 11 및 도 14에 도시된 TFT이외에도 화소영역의 가장자리에 위치하는 화소콘택홀에 의해 노출되는 드레인전극을 가지는 TFT라면 어느 것이라도 이용될 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 COT 기판의 스토리지캐패시터를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 16a 및 도 16b에 도시된 스토리지캐패시터(Cst)는 게이트라인(102)과 나란한 방향으로 화소영역을 가로지르도록 형성된 스토리지라인(170)과, 그 스토리지라인(170)과 게이트절연막(112)을 사이에 두고 중첩되는 스토리지전극(172)과, 그 스토리지전극(172)과 제1 및 제2 스토리지콘택홀(176,174)을 통해 접속되는 화소전극(122)으로 이루어진다. 이 때, 제1 스토리지 콘택홀(176)은 보호막(118)을 관통하여 스토리지전극(172)을 노출시키며 화소영역의 가장자리에 위치하게 된다. 제2 스토리지 콘택홀(174)은 평탄화층(152)을 관통하여 스토리지전극(172)을 노출시키며 화소영역의 가장자리에 위치하게 된다.
한편, 스토리지 캐패시터(Cst)과 대응되는 영역에 형성되는 칼라 필터(134) 는 화소영역의 가장자리에 위치하는 제1 스토리지 콘택홀(176)과 보호막(118)의 일부 표면을 노출시키는 제2 오목부(162)를 가지도록 형성된다.
도 17a 및 도 17b에 도시된 스토리지캐패시터(Cst)는 이전단 게이트라인(102)과, 그 게이트라인(102)과 게이트절연막(112)을 사이에 두고 중첩되는 스토리지전극(182)과, 그 스토리지전극(182)과 제1 및 제2 스토리지 콘택홀(186,184)을 통해 접속되는 화소전극(122)으로 이루어진다. 이 때, 제1 및 제2 스토리지 콘택홀(186,184)은 화소 콘택홀(124,120)과 인접되게 화소영역의 가장자리에 위치하게 된다. 제1 스토리지 콘택홀(186)은 보호막(118)을 관통하여 스토리지전극(182)을 노출시킨다. 제2 스토리지 콘택홀(184)은 평탄화층(152)을 관통하여 스토리지전극(182)을 노출시킨다.
한편, 스토리지 캐패시터(Cst)과 대응되는 영역에 형성되는 칼라 필터(134)는 화소영역의 가장자리에 위치하는 제1 스토리지 콘택홀(186) 및 보호막(118)의 일부 표면을 노출시키는 제2 오목부(188)를 가지도록 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 COT 기판 및 그 제조 방법은 오목부 및 볼록부 중 적어도 어느 하나를 가지는 스트라이프형태의 칼라 필터를 구비함으로써 블랙매트릭스없이도 게이트라인에서의 외부광 반사율을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 블랙매트릭스를 형성하지 않아도 되므로 마스크공정수를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 COT 기판 및 그 제조방법은 칼라 필터의 볼록부에 의 해 TFT 채널부를 덮도록 형성됨으로써 외부광에 의해 채널부가 노출되는 것을 방지하여 누설전류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (13)

  1. 게이트라인과;
    상기 게이트라인과 게이트절연막을 사이에 두고 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인과;
    상기 게이트라인 및 상기 데이터라인의 교차부에 위치하는 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터와 접속되며 상기 화소영역에 형성되는 화소전극 및;
    상기 화소전극과 중첩되게 형성되며 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인 중 어느 하나와 나란한 방향의 스트라이프형태로 형성되는 칼라 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼라 필터는 상기 화소전극 및 상기 게이트라인과 중첩되게 형성되며 상기 데이터라인과 나란한 방향의 스트라이프형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는
    상기 게이트라인과 접속된 게이트전극과;
    상기 데이터라인과 접속된 소스전극과;
    상기 화소전극과 접속되는 접속영역이 상기 화소영역의 가장자리에 위치하는 드레인전극 및;
    상기 소스 전극 및 상기 드레인전극 사이의 채널부를 이루는 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 칼라 필터는
    상기 드레인전극과 상기 화소전극의 접속영역이 노출되도록 상기 칼라 필터의 일측단에서 중앙부로 오목하게 들어간 오목부 및;
    인접한 화소영역에 위치하는 상기 박막트랜지스터의 채널부를 덮도록 상기 칼라 필터의 일측단에서 상기 인접한 화소영역으로 볼록하게 돌출된 볼록부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 중 적어도 어느 하나 상에는 적어도 두 개의 칼라 필터가 적층되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 중 적어도 어느 하나 상에는 적색 및 청색 칼라 필터가 적층되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판.
  7. 게이트라인과, 상기 게이트라인과 게이트절연막을 사이에 두고 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인과, 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인의 교차부에 위치하는 박막트랜지스터를 기판 상에 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 보호막 상에 상기 게이트라인 및 상기 데이터라인 중 어느 하나와 나란한 방향의 스트라이프형태로 칼라 필터를 형성하는 단계 및;
    상기 칼라 필터 상부에 상기 박막트랜지스터와 접속되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 칼라 필터를 형성하는 단계는
    상기 보호막 상에 상기 게이트라인과 중첩되도록 상기 데이터라인과 나란한 방향의 스트라이프형태로 상기 칼라 필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 게이트라인과, 상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터를 기판 상에 형성하는 단계는
    상기 기판 상에 상기 게이트라인 및, 상기 게이트라인과 접속된 상기 박막트랜지스터의 게이트전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트라인 및 상기 게이트전극이 형성된 기판 상에 상기 게이트절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계 및;
    상기 반도체층이 형성된 상기 게이트절연막 상에 상기 데이터라인과, 상기 데이터라인과 접속된 소스전극 및, 상기 화소전극과 접속될 접속영역이 상기 화소영역의 가장자리에 위치하는 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 칼라 필터를 형성하는 단계는
    상기 드레인전극과 상기 화소전극의 접속영역이 노출되도록 상기 칼라 필터의 일측단에서 중앙부로 오목하게 들어간 오목부 및, 인접한 화소영역에 위치하는 상기 박막트랜지스터의 채널부를 덮도록 상기 칼라 필터의 일측단에서 상기 인접한 화소영역으로 볼록하게 돌출된 볼록부 중 적어도 어느 하나를 가지는 상기 칼라 필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 중 적어도 어느 하나 상에는 적어도 두 개의 칼라 필터가 적층되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터라인 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 중 적어도 어느 하나 상에는 적색 및 청색 칼라 필터가 적층되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터를 덮도록 상기 게이트절연막 상에 상기 드레인전극의 접속영역을 노출시키는 제1 콘택홀을 가지는 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 칼라 필터를 덮도록 상기 보호막 상에 상기 드레인전극의 접속영역을 노출시키는 제2 콘택홀을 가지는 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터를 구비한 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
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