KR100924750B1 - LCD and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 탑게이트형 박막트랜지스터를 포함하는 COT 액정표시장치 및 그 제조방법에 의하면, COT 구조에 의해 합착마진을 최소화하여 개구율을 높일 수 있고, 폴리실리콘 박막트랜지스터 이용을 통해 상부 기판에 별도의 블랙매트릭스 패턴을 생략할 수 있으며, 보호층겸용으로 블랙매트릭스를 형성하기 때문에 공정 단순화를 통해 고개구율 구조를 용이하게 적용할 수 있어 생산수율을 높일 수 있는 장점을 가진다.
According to the COT liquid crystal display including the top gate type thin film transistor according to the present invention and a method of manufacturing the same, by minimizing the bonding margin by the COT structure can increase the aperture ratio, and using a polysilicon thin film transistor to separate the upper substrate The black matrix pattern can be omitted, and since the black matrix is formed as a protective layer, a high opening ratio structure can be easily applied through the process simplification, thereby increasing the production yield.
Description
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면. 1 is a view schematically showing a general liquid crystal display device.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1. FIG.
도 3은 기존의 탑게이트형 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 단면도. 3 is a cross-sectional view of an array substrate for a liquid crystal display device including a conventional top gate type thin film transistor.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 COT 액정표시장치용 기판에 대한 단면도. 4 is a cross-sectional view of a substrate for a COT liquid crystal display device in a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 COT 액정표시장치에 대한 제조공정을 단계별로 나타낸 공정흐름도.
FIG. 5 is a process flowchart showing step by step a manufacturing process for a COT liquid crystal display according to a second embodiment of the present invention; FIG.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawing>
110 : 기판 112 : 버퍼층110
114 : 반도체층 116 : 제 1 캐패시터 전극114: semiconductor layer 116: first capacitor electrode
118 : 게이트 절연막 120 : 게이트 전극118 gate
122 : 제 2 캐패시터 전극 124 : 층간 절연막122: second capacitor electrode 124: interlayer insulating film
126a, 126b, 126c : 제 1, 2, 3 콘택홀 126a, 126b, 126c: 1st, 2nd, 3rd contact hole
128 : 소스 전극 130 : 드레인 전극128: source electrode 130: drain electrode
132 : 보조 캐패시터 전극 134 : 데이터 배선132: auxiliary capacitor electrode 134: data wiring
136 : 블랙매트릭스 137 : 오픈부136: black matrix 137: open
138 : 제 1 투명 도전층 140 : 컬러필터층138: first transparent conductive layer 140: color filter layer
142 : 제 2 투명 도전층 144 : 화소 전극 142: second transparent conductive layer 144: pixel electrode
Va, Vb, Vc : 액티브 영역, 소스 영역, 드레인 영역 Va, Vb, Vc: active region, source region, drain region
VIa, VIb : 제 1, 2 영역 VIa, VIb: 1st, 2nd region
VII : 데이터 배선과 블랙매트릭스의 중첩 영역 VII: Data Wiring and Black Matrix Overlap Area
CST : 스토리지 캐패시턴스 P : 화소 영역C ST : Storage capacitance P: Pixel area
T : 박막트랜지스터
T: thin film transistor
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 컬러필터층을 동시에 형성하는 구조의 COT(Color Filter on Thin Film Transistor)구조 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 복굴절 특성을 이용하여 화상을 표현하는 것으로, 전계가 인가되면 액정의 배열이 달라지고 달라진 액정의 배열 방향에 따라 빛이 투과되는 특성 또한 달라진다.In general, a liquid crystal display device displays an image by using optical anisotropy and birefringence characteristics of liquid crystal molecules. When an electric field is applied, the alignment of liquid crystals is changed, and the characteristics of light transmission vary according to the arrangement direction of the changed liquid crystals.
일반적으로, 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.In general, a liquid crystal display device is formed by arranging two substrates on which electric field generating electrodes are formed so that the surfaces on which the two electrodes are formed face each other, injecting a liquid crystal material between the two substrates, and then applying a voltage to the two electrodes. By moving the liquid crystal molecules by the electric field is a device that represents the image by the transmittance of light that varies accordingly.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a general liquid crystal display device.
도시한 바와 같이, 일반적인 컬러 액정표시장치(11)는 서브 컬러필터(8)와 각 서브 컬러필터(8)사이에 구성된 블랙매트릭스(6)를 포함하는 컬러필터(7)와 상기 컬러필터(8)의 상부에 증착된 공통전극(18)이 형성된 상부기판(5)과, 화소영역(P)이 정의되고 화소영역에는 화소전극(17)과 스위칭소자(T)가 구성되며, 화소영역(P)의 주변으로 어레이배선이 형성된 하부기판(22)과, 상부기판(5)과 하부기판(22) 사이에는 액정(14)이 충진되어 있다.As shown, a general color liquid
상기 하부기판(22)은 어레이기판(array substrate)이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터(TFT)를 교차하여 지나가는 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 형성된다.The
이때, 상기 화소영역(P)은 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 교차하여 정의되는 영역이며, 상기 화소영역(P)상에는 전술한 바와 같이 투명한 화소전극(17)이 형성된다.
In this case, the pixel area P is an area defined by the
상기 화소전극(17)은 ITO(indium-tin-oxide)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성금속을 사용한다. The
상기 화소전극(17)과 병렬로 연결된 스토리지 캐패시터(CST)가 게이트 배선(13)의 상부에 구성되며, 스토리지 캐패시터(CST)의 제 1 전극으로 게이트 배선(13)의 일부를 사용하고, 제 2 전극으로 소스 및 드레인 전극과 동일층 동일물질로 형성된 아일랜드 형상의 소스/드레인 금속층(30)을 사용한다.A storage capacitor C ST connected in parallel with the
이때, 상기 소스/드레인 금속층(30)은 화소전극(17)과 접촉되어 화소전극의 신호를 받도록 구성된다. In this case, the source /
전술한 바와 같이 상부 컬러필터 기판(5)과 하부 어레이기판(22)을 합착하여액정패널을 제작하는 경우에는, 컬러필터 기판(5)과 어레이기판(22)의 합착 오차에 의한 빛샘 불량 등이 발생할 확률이 매우 높다.As described above, when the upper
이하, 도 2를 참조하여 설명한다.A description with reference to FIG. 2 is as follows.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
앞서 설명한 바와 같이, 어레이기판인 제 1 기판(22)과 컬러필터 기판인 제 2 기판(5)이 이격되어 구성되고, 제 1 및 제 2 기판(22,5)의 사이에는 액정층(14)이 위치한다.As described above, the
제 1 기판(22)의 상부에는 게이트 전극(32)과 액티브층(34)과 소스 전극(36)과 드레인 전극(38)을 포함하는 박막트랜지스터(T)와, 상기 박막트랜지스터(T)의 상부에는 이를 보호하는 보호막(40)이 구성된다.A thin film transistor T including a
화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(38)과 접촉하는 투명 화소전극(17)이 구성되고, 화소전극(17)과 병렬로 연결된 스토리지 캐패시터(CST)가 게이트 배선(13)의 상부에 구성된다.In the pixel region P, a
상기 제 2 기판(5)에는 상기 게이트 배선(13)과 데이터 배선(15)과 박막트랜지스터(T)에 대응하여 블랙매트릭스(6)가 구성되고, 제 1 기판(22)의 화소영역(P)에 대응하여 컬러필터(8)가 구성된다.A
이때, 일반적인 제 1 기판(22)의 구성은 수직 크로스토크(cross talk)를 방지하기 위해 데이터 배선(15)과 화소 전극(17)을 일정 간격(IIIa) 이격 하여 구성하게 되고, 게이트 배선(13)과 화소 전극 또한 일정간격(IIIb) 이격하여 구성하게 된다.In this case, the general
데이터 배선(15) 및 게이트 배선(13)과 화소 전극(17) 사이의 이격된 공간(A,B)은 빛샘 현상이 발생하는 영역이기 때문에, 제 2 기판(5)에 구성한 블랙 매트릭스(black matrix)(6)가 이 부분을 가려주는 역할을 하게 된다.Since the spaces A and B spaced apart between the
또한, 상기 박막트랜지스터(T)의 상부에 구성된 블랙매트릭스(6)는 외부에서 조사된 빛이 보호막(40)을 지나 액티브층(34)에 영향을 주지 않도록 하기 위해 빛을 차단하는 역할을 하게 된다.In addition, the
그런데, 상기 제 1 기판(5)과 제 2 기판(22)을 합착하는 공정 중 합착 오차(misalign)가 발생하는 경우가 있는데, 이를 감안하여 상기 블랙매트릭스(6)를 설계할 때 일정한 값의 마진(margin)을 두고 설계하기 때문에 그 만큼 개구율이 저하된다.However, a misalignment may occur during the process of bonding the
또한, 마진을 넘어선 합착오차가 발생할 경우, 빛샘 영역(IIIa, IIIb)이 블랙매트릭스(6)에 모두 가려지지 않는 빛샘 불량이 발생하는 경우가 종종 있다.In addition, when the bonding error beyond the margin occurs, there is often a case of light leakage defects in which the light leakage regions IIIa and IIIb are not covered by the
이러한 경우에는 상기 빛샘이 외부로 나타나기 때문에 화질이 저하되는 문제가 있다.
In this case, since the light leakage appears outside, there is a problem that the image quality is deteriorated.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 합착 마진을 최소화하여 투과율을 높일 수 있는 구조의 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device having a structure that can minimize the bonding margin to increase the transmittance.
이를 위하여, 본 발명에서는 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 컬러필터 소자를 함께 형성하는 방식의 COT 액정표시장치를 제공하고자 한다. To this end, the present invention is to provide a COT liquid crystal display device of a method of forming a color filter element on a substrate on which a thin film transistor is formed.
본 발명의 또 다른 목적에서는, 공정단순화 구조를 가지는 COT 액정표시장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a COT liquid crystal display device having a process simplification structure.
이를 위하여, 본 발명에서는 폴리실리콘(p-Si)으로 이루어진 반도체층 상에 게이트 전극을 형성하고, 게이트 전극을 마스크로 이용하여 반도체층의 노출된 양측을 불순물처리하고, 상기 반도체층의 불순물처리된 영역과 접촉되게 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 제조 공정에 의해 이루어지는 탑게이트형 박막트랜지스터 구조 어레이 소자를 포함하며, 특히 상기 탑게이트형 박막트랜지스터용 보호층을 별도로 형성하지 않고, 컬러필터 소자의 블랙매트릭스를 광차단 패턴 겸용 보호층으로 형성하는 방법으로 공정을 단순화하고자 한다. To this end, in the present invention, a gate electrode is formed on a semiconductor layer made of polysilicon (p-Si), an impurity treatment is performed on both exposed sides of the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and the impurity treatment of the semiconductor layer is performed. A top gate type thin film transistor structure array element formed by a manufacturing process of forming a source electrode and a drain electrode in contact with a region, and in particular, the black layer of the color filter element without separately forming a protective layer for the top gate type thin film transistor. It is intended to simplify the process by forming the matrix as a protective layer combined with a light blocking pattern.
이하, 도 3은 기존의 탑게이트형 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an array substrate for a liquid crystal display device including a conventional top gate type thin film transistor.
도시한 바와 같이, 기판(50) 상에 버퍼층(52)이 형성되어 있고, 버퍼층(52) 상부에는 반도체층(54) 및 제 1 캐패시터 전극(56)이 서로 이격되게 위치하고 있으며, 반도체층(54)은 액티브 영역(IIIa)과, 액티브 영역(IIIa)의 주변부에 위치하는 소스 영역(IIIb) 및 드레인 영역(IIIc)으로 이루어져 있고, 제 1 캐패시터 전극(56)에는 제 1 영역(IVa)과 제 1 영역(IVa)의 양측에 제 2 영역(IVb)이 정의되어 있으며, 실질적으로 제 1 영역(IVa)은 액티브 영역에 해당된다. As illustrated, a
상기 반도체층(54)을 이루는 물질은 폴리실리콘 물질에서 선택되며, 소스 영역(IIIb) 및 드레인 영역(IIIc) 그리고, 제 2 영역(IVb)은 불순물 처리된 영역에 해당된다. The material constituting the
상기 반도체층(54) 및 제 1 캐패시터 전극(56)을 덮는 영역에는 게이트 절연막(58)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(58) 상부의 액티브 영역(IIIa)을 덮는 위치에 게이트 전극(60)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(58) 상부의 제 1 영역(IVa)을 덮는 위치에는 제 2 캐패시터 전극(62)이 형성되어 있다. A
상기 게이트 전극(60) 및 제 2 캐패시터 전극(62)을 덮는 위치에는 층간 절연막(64)이 형성되어 있고, 층간 절연막(64) 및 게이트 절연막(58)에는 반도체층(54)의 소스 영역(IIIb) 및 드레인 영역(IIIa) 그리고, 제 1 캐패시터 전극(56)의 어느 한 제 2 영역(IVb)을 노출시키는 콘택홀이 각각 형성되어 있다. An interlayer insulating
설명의 편의상, 상기 반도체층(54)의 소스 영역(IIIb)을 노출시키는 콘택홀을 제 1 콘택홀(66a), 드레인 영역(IIIc)을 노출시키는 것은 제 2 콘택홀(66b), 제 2 영역(IVb)을 노출시키는 것을 제 3 콘택홀(66c)로 명칭한다. For convenience of description, exposing the
상기 제 1 내지 3 콘택홀(66a, 66b, 66c)을 포함하는 층간 절연막(64) 상부에는 제 1 콘택홀(66a)을 통해 소스 영역(IIIb)과 연결되는 소스 전극(68) 및 제 2 콘택홀(66b)을 통해 드레인 영역(IIIc)과 연결되는 드레인 전극(70)이 형성되어 있고, 제 3 콘택홀(66c)을 통해 제 2 영역(IVb)과 연결되는 보조 캐패시터 전극(72)이 형성되어 있다. The
그리고, 상기 소스 전극(68)과 연결되어 데이터 배선(69)이 형성되어 있다. The
상기 소스 전극(68) 및 드레인 전극(70) 그리고, 보조 캐패시터 전극(72)을 덮는 위치에 형성되며, 드레인 전극(70) 및 보조 캐패시터 전극(72)을 노출시키는 위치에서 드레인 콘택홀(74) 및 캐패시터 콘택홀(76)을 가지는 보호층(78)이 형성되어 있고, 보호층(78) 상부에는 드레인 콘택홀(74) 및 캐패시터 콘택홀(76)을 통해 드레인 전극(70) 및 보조 캐패시터 전극(72)과 연결되는 화소 전극(80)이 형성되어 있다. The
상기 반도체층(54), 게이트 전극(60), 소스 전극(68) 및 드레인 전극(70)은 박막트랜지스터(T)를 이루고, 상기 보조 캐패시터 전극(72)을 통해 전압인가에 따라 전도성을 띠는 제 1 캐패시터 전극(56)과 제 2 캐패시터 전극(62)이 중첩되는 영역은 게이트 절연막(58)이 개재된 상태에서 스토리지 캐패시턴스(CST)를 이룬다. The
본 발명에서는, 이러한 기존의 탑게이트형 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 COT 구조로 형성함에 따라 공정 단순화를 꾀하고자 한 다. In the present invention, to simplify the process by forming a liquid crystal display array substrate including a conventional top-gate thin film transistor in a COT structure.
좀 더 상세히 설명하면, COT 액정표시장치에 탑게이트형 박막트랜지스터 구조를 적용하며, 이때 개구율 향상 및 보호층 목적으로 이용되는 유기 절연막을 대신하여 블랙매트릭스를 이용함으로써, COT 구조가 가지는 합착 마진 최소화 및 개구율 증가 에 공정 단순화 효과를 추가로 가질 수 있게 된다.
In more detail, a top gate type thin film transistor structure is applied to a COT liquid crystal display, and at this time, by using a black matrix instead of an organic insulating layer used for improving the aperture ratio and a protective layer, the bonding margin of the COT structure is minimized and In addition to increasing the aperture ratio, it is possible to have an additional process simplification effect.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는, 기판 상에 형성된 폴리실리콘(p-Si)으로 이루어진 반도체층과; 상기 반도체층의 중앙부를 덮는 영역에 형성된 게이트 전극 및 상기 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선과; 상기 게이트 전극 상부에서, 상기 반도체층의 양측부와 연결된 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 상기 소스 전극과 연결되고, 상기 게이트 배선과 교차되게 형성되는 데이터 배선과; 상기 반도체층과 동일 물질로 이루어지며, 서로 이격되게 형성된 제 1 캐패시터 전극과; 상기 제 1 캐패시터 전극의 중앙부와 중첩되게 상기 게이트 전극과 동일 물질로 이루어진 제 2 캐패시터 전극과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역을 이루고, 상기 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극은 박막트랜지스터를 이루며, 상기 화소 영역별 경계부 및 박막트랜지스터를 덮는 위치에 형성되고, 상기 화소 영역과 대응된 위치에서 오픈부를 가지는 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스를 덮는 영역에 형성되며, 상기 드레인 전극과 연결되는 제 1 투명 도전층과; 상기 제 1 투명 도전층 상부에서, 상기 블랙매트릭스를 컬러별 경계부로 하여, 상기 오픈부에 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상부에서 화소 영역별로 형성되며, 상기 제 1 투명 도전층 및 상기 제 1 투명 도전층과 연결되는 제 2 투명 도전층으로 이루어진 화소 전극을 포함하며, 상기 제 1 투명 도전층과 연결되는 보조 캐패시터 전극을 포함하는 COT 액정표시장치용 기판을 제공한다.
상기 화소 전극은 이웃하는 데이터 배선과 일정간격 중첩되게 형성되며, 상기 블랙매트릭스는 데이터 배선을 덮는 영역을 포함하여 형성되며, 상기 블랙매트릭스를 이루는 물질은 블랙레진에서 선택된다.
또한, 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 연결되는 반도체층 영역은 불순물 처리된 영역에 해당되며, 상기 반도체층과 게이트 전극 사이에는 게이트 절연막이 개재되어 있고, 상기 게이트 전극과 소스 전극 및 드레인 전극 사이에는 층간 절연막이 개재되어 있으며, 상기 층간 절연막 및 게이트 절연막에는 반도체층의 양측부를 노출시키는 콘택홀이 형성된다.
이때, 상기 제 1 캐패시터 전극은 상기 반도체층과 동일 물질로 이루어지며, 상기 제 2 캐패시터 전극은 상기 게이트 절연막 상부에서 상기 게이트 전극과 동일 물질로 이루어지며, 상기 보조 캐패시터 전극은 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 동일 물질로 상기 제 1 캐패시터 전극의 일측부와 연결되며, 상기 제 1, 2 캐패시터 전극의 중첩 영역은 스토리지 캐패시턴스를 이룬다.
또한, 본 발명의 제 2 특징은 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상부에 폴리실리콘 물질로 이루어진 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 반도체층과 이격되게 제 1 캐패시터 전극을 형성하는 단계와; 상기 반도체층 상부에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상부에서 반도체층 중앙부와 중첩되는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 제 1 캐패시터 전극의 중앙부에 위치하는 제 2 캐패시터 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 및 게이트 배선을 덮는 영역에 층간 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 및 층간 절연막에, 상기 반도체층의 양측부를 일부 노출시키는 제 1, 2 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 층간 절연막 상부에서, 상기 제 1, 2 콘택홀을 통해 반도체층과 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 상기 소스 전극과 연결되며, 상기 게이트 배선과 교차되는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 제 1 캐패시터 전극의 일측부와 연결되는 보조 캐패시터 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역으로 정의되고, 상기 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극은 박막트랜지스터를 이루며, 상기 화소 영역별 경계부 및 박막트랜지스터를 덮는 영역에 위치하고, 상기 화소 영역을 오픈부로 가지는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스를 덮는 영역에서, 상기 드레인 전극과 연결되는 제 1 투명 도전층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 투명 도전층 상부에서, 상기 블랙매트릭스를 컬러별 경계부로 하여, 상기 오픈부에 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 상부에, 상기 제 1 투명 도전층과 연결되는 제 2 투명 도전층을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 2 투명 도전층을 화소 영역별로 패터닝(patterning)하여 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 투명 도전층은 상기 보조 캐패시터 전극과 연결되는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 2 캐패시터 전극의 중첩 영역은 스토리지 캐패시턴스를 이루는 것을 특징으로 하는 COT 액정표시장치용 기판의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 반도체층을 이루는 폴리실리콘 물질은, 비정질 실리콘 물질을 이용한 결정화 공정을 통해 이루어지며, 상기 화소 전극은 이웃하는 데이터 배선과 일정간격 중첩되게 형성되며, 상기 블랙매트릭스는 데이터 배선을 덮는 영역을 포함하여 형성된다.
또한, 상기 게이트 전극 형성단계에서는, 상기 게이트 전극을 마스크로 이용하여, 노출된 반도체층의 양측부를 불순물처리하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, in a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor layer comprising polysilicon (p-Si) formed on a substrate; A gate electrode formed in a region covering a central portion of the semiconductor layer and a gate wiring connected to the gate electrode; A source electrode and a drain electrode connected to both sides of the semiconductor layer on the gate electrode, and a data line connected to the source electrode and intersecting the gate line; A first capacitor electrode formed of the same material as the semiconductor layer and spaced apart from each other; A second capacitor electrode made of the same material as the gate electrode so as to overlap with a central portion of the first capacitor electrode; A region where the gate line and the data line cross each other forms a pixel region, and the semiconductor layer, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode form a thin film transistor, and are formed at positions covering the boundary portion and the thin film transistor for each pixel region. A black matrix having an open portion at a position corresponding to the pixel region; A first transparent conductive layer formed in an area covering the black matrix and connected to the drain electrode; A color filter layer formed over the first transparent conductive layer and formed on the open part using the black matrix as a color boundary part; A pixel electrode formed on each of the pixel regions on the color filter layer, the pixel electrode including a first transparent conductive layer and a second transparent conductive layer connected to the first transparent conductive layer, and connected to the first transparent conductive layer Provided is a substrate for a COT liquid crystal display device including a capacitor electrode.
The pixel electrode is formed to overlap a neighboring data line at a predetermined interval, and the black matrix is formed to include a region covering the data line, and the material forming the black matrix is selected from the black resin.
In addition, the semiconductor layer region connected to the source electrode and the drain electrode corresponds to an impurity treated region, a gate insulating layer is interposed between the semiconductor layer and the gate electrode, and an interlayer is interposed between the gate electrode and the source electrode and the drain electrode. An insulating film is interposed, and contact holes exposing both sides of the semiconductor layer are formed in the interlayer insulating film and the gate insulating film.
In this case, the first capacitor electrode is made of the same material as the semiconductor layer, the second capacitor electrode is made of the same material as the gate electrode on the gate insulating film, the auxiliary capacitor electrode is the source electrode and the drain electrode The same material as is connected to one side of the first capacitor electrode, the overlapping region of the first and second capacitor electrode forms a storage capacitance.
In addition, a second aspect of the invention provides a method for forming a buffer layer on a substrate; Forming a semiconductor layer made of a polysilicon material on the buffer layer; Forming a first capacitor electrode spaced apart from the semiconductor layer; Forming a gate insulating film on the semiconductor layer; Forming a gate electrode overlapping the center portion of the semiconductor layer on the gate insulating layer and a gate wiring connected to the gate electrode; Forming a second capacitor electrode positioned at a central portion of the first capacitor electrode; Forming an interlayer insulating film in a region covering the gate electrode and the gate wiring; Forming first and second contact holes in the gate insulating film and the interlayer insulating film to partially expose both sides of the semiconductor layer; Forming a source electrode and a drain electrode connected to the semiconductor layer through the first and second contact holes, and a data line connected to the source electrode and intersecting the gate line on the interlayer insulating layer; Forming an auxiliary capacitor electrode connected to one side of the first capacitor electrode; A region where the gate line and the data line cross each other is defined as a pixel area, and the semiconductor layer, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode form a thin film transistor, and are located in an area covering the boundary portion and the thin film transistor for each pixel area. Forming a black matrix having a pixel area as an open part; Forming a first transparent conductive layer connected to the drain electrode in a region covering the black matrix; Forming a color filter layer on the open portion, using the black matrix as a color-specific boundary portion on the first transparent conductive layer; Forming a second transparent conductive layer connected to the first transparent conductive layer on the color filter layer, and patterning the first and second transparent conductive layers for each pixel region to form a pixel electrode And the first transparent conductive layer is connected to the auxiliary capacitor electrode, and wherein overlapping regions of the first and second capacitor electrodes form a storage capacitance. To provide.
In this case, the polysilicon material constituting the semiconductor layer is formed through a crystallization process using an amorphous silicon material, and the pixel electrode is formed to overlap with a neighboring data line at a predetermined interval, and the black matrix covers an area covering the data line. It is formed to include.
In the forming of the gate electrode, impurity treatment may be performed on both sides of the exposed semiconductor layer using the gate electrode as a mask.
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본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 어레이 기판에 컬러필터를 함께 형성하는 COT 구조 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
또한, 본 발명에서는 탑게이트형 박막트랜지스터를 가지는 어레이 기판 상에 컬러필터를 형성하는 것을 주요 특징으로 하며, 이때 블랙매트릭스를 박막트랜지스터용 보호층 겸용으로 이용함에 따라, 블랙매트릭스가 비화소 영역 상의 빛을 차단하는 광차단 역할 이외에도 개구율 향상 구조를 위해 이용되는 유기 절연막 기능을 겸함에 따라 개구율 향상구조를 제공할 수 있다.
In addition, the present invention is characterized in that the color filter is formed on the array substrate having a top gate type thin film transistor, wherein the black matrix is used as a protective layer for the thin film transistor, so that the black matrix is light on the non-pixel region. In addition to the light blocking role of blocking the function of the organic insulating film used for the aperture ratio improving structure, the aperture ratio improving structure can be provided.
-- 제 1 실시예 --First Embodiment
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 COT 액정표시장치용 기판에 대한 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a substrate for a COT liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이, 기판(110) 상에 버퍼층(112)이 형성되어 있고, 버퍼층(112) 상부에는 반도체층(114) 및 제 1 캐패시터 전극(116)이 서로 이격되게 위치하고 있으며, 반도체층(114)은 액티브 영역(Va)과, 액티브 영역(Va)의 주변부에 위치하는 소스 영역(Vb) 및 드레인 영역(Vc)으로 이루어져 있고, 제 1 캐패시터 전극(116)에는 제 1 영역(VIa)과 제 1 영역(VIa)의 양측에는 제 2 영역(VIb)이 각각 정의되어 있으며, 실질적으로 제 1 영역(VIa)은 액티브 영역에 해당된다. As illustrated, a
상기 반도체층(114)을 이루는 물질은 폴리실리콘 물질에서 선택되며, 소스 영역(Vb) 및 드레인 영역(Vc) 그리고, 제 2 영역(VIb)은 불순물 처리된 영역에 해당된다. The material constituting the
상기 반도체층(114) 및 제 1 캐패시터 전극(116)을 덮는 영역에는 게이트 절연막(118)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(118) 상부의 액티브 영역(Va)을 덮는 위치에 게이트 전극(120)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(118) 상부의 제 1 영역(VIa)을 덮는 위치에는 제 2 캐패시터 전극(122)이 형성되어 있다. A
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 게이트 전극(120)과 연결되어 게이트 배선이 형성된다. Although not shown in the drawings, a gate wiring is formed in connection with the
상기 게이트 전극(120) 및 제 2 캐패시터 전극(122)을 덮는 위치에는 층간 절연막(124)이 형성되어 있고, 층간 절연막(124) 및 게이트 절연막(118)에는 반도체층(114)의 소스 영역(Vb) 및 드레인 영역(Vc) 그리고, 제 1 캐패시터 전극(116)의 어느 한 제 2 영역(VIb)을 노출시키는 콘택홀이 각각 형성되어 있다. An interlayer insulating
설명의 편의상, 상기 반도체층(114)의 소스 영역(Vb)을 노출시키는 콘택홀을 제 1 콘택홀(126a), 드레인 영역(Vc)을 노출시키는 것은 제 2 콘택홀(126b), 제 2 영역(VIb)을 노출시키는 콘택홀은 제 3 콘택홀(126c)로 명칭한다. For convenience of description, exposing the
상기 제 1 내지 3 콘택홀(126a, 126b, 126c)을 포함하는 층간 절연막(124) 상부에는 제 1 콘택홀(126a)을 통해 소스 영역(Vb)과 연결되는 소스 전극(128) 및 제 2 콘택홀(126b)을 통해 드레인 영역(Vc)과 연결되는 드레인 전극(130)이 형성되어 있고, 제 3 콘택홀(126c)을 통해 제 2 영역(VIb)과 연결되는 보조 캐패시터 전극(132)이 형성되어 있다. The
그리고, 소스 전극(128)과 연결되어 데이터 배선(134)이 형성되어 있으며, 도면으로 제시하지는 않았지만 상기 데이터 배선(134)은 게이트 배선과 교차되게 형성되어 화소 영역(P)을 정의한다. The
상기 반도체층(114), 게이트 전극(120), 소스 전극(128) 및 드레인 전극(130)은 박막트랜지스터(T)를 이루며, 상기 박막트랜지스터(T) 상부에는 데이터 배선(134)부를 덮는 영역에 블랙매트릭스(136)가 형성되어 있다. The
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 블랙매트릭스(136)는 화소 영역(P)별 경계부를 두르는 위치에서, 오픈부(137)를 가지는 일체형 패턴으로 형성된다. Although not shown in the drawing, the
그리고, 상기 블랙매트릭스(136)를 덮는 기판 전면에는 제 1 투명 도전층(138)이 형성되어 있고, 블랙매트릭스(136)를 컬러별 경계부로 하여 오픈부(137)에 컬러필터(140)가 형성되어 있다. The first transparent
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 컬러필터(140)는 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 형성되어 이루어진다. Although not shown in the drawings, the
그리고, 상기 보조 캐패시터 전극(132)을 통해 제 1 투명도전층(138)과 전기 적으로 연결된 제 1 캐패시터 전극(116)과 제 2 캐패시터 전극(122)과 게이트 절연막(118)이 개재된 상태에서 스토리지 캐패시턴스(CST)를 이룬다. The
도면 상에서는, 제 1 캐패시터 전극(116)의 제 1 영역(VIa)부에서 스토리지 캐패시턴스(CST)를 가지는 것을 알 수 있다. In the drawing, it can be seen that the storage capacitor C ST is provided in the first region VIa of the
상기 컬러필터(140)를 덮는 영역에 제 2 투명 도전층(142)이 형성되어 있고, 화소 영역(P)별로 패터닝된 제 1, 2 투명 도전층(138, 142)은 화소 전극(144)을 이룬다. The second transparent
이러한 본 발명에 따른 탑게이트형 박막트랜지스터를 포함하는 COT 액정표시장치에서는, 폴리실리콘 박막트랜지스터를 이용하기 때문에 역스태거드형 구조를 이루는 비정질 실리콘 박막트랜지스터와 다르게 빛 유입에 따른 광누설 전류에 의한 특성 저하가 상대적으로 적으므로 박막트랜지스터부에 추가적인 블랙매트릭스 공정을 생략할 수 있다. In the COT liquid crystal display device including the top gate thin film transistor according to the present invention, since the polysilicon thin film transistor is used, unlike the amorphous silicon thin film transistor having an inverse staggered structure, the characteristic degradation due to light leakage current due to light inflow is reduced. Because of the relatively low, the additional black matrix process can be omitted.
그러나, 본 발명에 따른 블랙매트릭스(136)는 데이터 배선(134)을 덮는 영역(VII)에 위치하도록 하여, 화소 전극(144)과 데이터 배선(134) 간의 기생 용량(parasitic capacitance) 발생을 최소화시키도록 하는 것이 중요하다.
However, the
-- 제 2 실시예 --Second Embodiment
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 COT 액정표시장치에 대한 제조공정을 단계별로 나타낸 공정흐름도이다. 5 is a process flowchart showing step by step a manufacturing process for a COT liquid crystal display according to a second embodiment of the present invention.
ST1은 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와, 버퍼층 상부에 폴리실리콘 물질을 이용하여 반도체층 및 제 1 캐패시터 전극을 형성하는 단계이다. ST1 is a step of forming a buffer layer on a substrate and forming a semiconductor layer and a first capacitor electrode by using a polysilicon material on the buffer layer.
상기 반도체층은 중앙부의 액티브 영역과, 양측의 소스 영역 및 드레인 영역으로 구성되고, 제 1 캐패시터 전극에는 중앙부의 제 1 영역과, 제 1 영역 양측의 제 2 영역으로 구성된다. The semiconductor layer includes an active region in the center portion, source and drain regions on both sides, and a first capacitor electrode includes a first region in the center portion and a second region on both sides of the first region.
한 예로, 상기 버퍼층 및 비정질 실리콘 물질을 연속으로 증착한 다음, 탈수소(dehydrogenation) 과정을 거쳐 레이저 결정화, 열결정화 등을 통해 폴리실리콘으로 형성할 수 있다. For example, the buffer layer and the amorphous silicon material may be continuously deposited, and then may be formed of polysilicon through laser crystallization and thermal crystallization through a dehydrogenation process.
상기 폴리실리콘은 높은 이동도 특성을 가지기 때문에, 광누설 전류에 의한 스위칭 특성 저하를 최소화할 수 있으므로, 상부 기판에 별도의 블랙매트릭스 패턴을 생략할 수 있다. Since the polysilicon has a high mobility characteristic, it is possible to minimize the deterioration of switching characteristics due to the light leakage current, so that a separate black matrix pattern may be omitted from the upper substrate.
ST2는, 상기 반도체층 및 제 1 캐패시터 전극을 덮는 영역에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 게이트 절연막 상부에 위치하며, 액티브 영역을 덮는 위치의 게이트 전극 및 제 1 캐패시터 전극을 덮는 위치에 제 2 캐패시터 전극을 형성하는 단계를 포함한다. In step ST2, a gate insulating film is formed in a region covering the semiconductor layer and the first capacitor electrode, and a second capacitor is positioned above the gate insulating film and covers the gate electrode and the first capacitor electrode at a position covering the active region. Forming an electrode.
이 단계에서는, 상기 게이트 전극 및 제 1 캐패시터 전극을 마스크로 이용하여, 노출된 반도체층의 소스 영역 및 드레인 영역 그리고, 제 2 캐패시터 전극의 제 2 영역을 p형 이온 또는 n형 이온으로 불순물처리하는 단계를 포함한다. In this step, using the gate electrode and the first capacitor electrode as a mask, the source region and the drain region of the exposed semiconductor layer and the second region of the second capacitor electrode are impurity treated with p-type ions or n-type ions. Steps.
ST3는, 상기 게이트 전극 및 제 1 캐패시터 전극을 덮는 영역에 위치하며, 상기 반도체층의 소스 영역 및 드레인 영역을 노출시키는 제 1, 2 콘택홀 및 제 1 캐패시터 전극의 어느 한 제 2 영역을 노출시키는 제 3 콘택홀을 가지는 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막 상부에서 제 1, 2 콘택홀을 통해 반도체층의 소스 영역 및 드레인 영역과 접촉되는 소스 전극 및 드레인 전극과, 제 3 콘택홀을 통해 제 1 캐패시터 전극의 제 2 영역과 접촉되는 보조 캐패시터 전극을 형성하는 단계이다. The ST3 is positioned in a region covering the gate electrode and the first capacitor electrode, and exposes the first and second contact holes and the second region of the first capacitor electrode to expose the source region and the drain region of the semiconductor layer. Forming an interlayer insulating film having a third contact hole, a source electrode and a drain electrode contacting the source and drain regions of the semiconductor layer through the first and second contact holes on the interlayer insulating film, and a third contact hole; Forming the auxiliary capacitor electrode in contact with the second region of the first capacitor electrode through.
이 단계에서는, 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 보조 캐패시터 전극을 형성하기 전에, 노출된 반도체층 및 제 1 캐패시터 전극 영역을 수소화(hydrogenation)처리하는 단계를 포함한다. This step includes a step of hydrogenating the exposed semiconductor layer and the first capacitor electrode region before forming the source electrode and the drain electrode and the auxiliary capacitor electrode.
상기 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극은 박막트랜지스터를 이룬다. The semiconductor layer, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode form a thin film transistor.
그리고, 전술한 게이트 전극과 연결되어 제 1 방향으로 게이트 배선이 형성되고, 상기 소스 전극과 연결되며, 제 1 방향으로 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선이 형성되고, 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역으로 정의된다. In addition, a gate wiring is formed in a first direction by being connected to the aforementioned gate electrode, a data wiring is formed in a second direction which is connected with the source electrode, and is crossed in a first direction, and the gate wiring and the data wiring are crossed. An area is defined as a pixel area.
ST4는, 상기 화소 영역별 경계부 및 박막트랜지스터를 덮는 영역에 블랙매트릭스를 형성하는 단계이다. 이 단계에서 블랙매트릭스는 화소 영역을 오픈부로 하는 일체형 패턴으로 형성된다. ST4 is a step of forming a black matrix in an area covering the boundary portion and the thin film transistor for each pixel region. In this step, the black matrix is formed in an integrated pattern with the pixel area as an open portion.
특히, 상기 블랙매트릭스는 데이터 배선을 완전히 덮는 영역에 형성되는 것이 바람직하다. In particular, the black matrix is preferably formed in an area completely covering the data line.
상기 블랙매트릭스를 이루는 물질은 절연물질에서 선택되며, 바람직하게는 블랙 레진으로 하는 것이다. The material constituting the black matrix is selected from an insulating material, preferably black resin.
ST5는, 상기 블랙매트릭스를 덮는 기판 전면에 박막으로 제 1 투명 도전층을 형성하는 단계이고, ST6은 제 1 투명 도전층 상부에서 블랙매트릭스를 컬러별 경계부로 하여 오픈부별로 적, 녹, 청 컬러필터를 차례대로 형성하여 컬러필터층을 완성하는 단계이고, ST7은 컬러필터층 상부 전면에 제 2 투명 도전층을 형성한 다음, 패터닝 공정을 통해 화소 영역별로 제 1, 2 투명 도전층으로 이루어진 화소 전극을 형성하는 단계이다. ST5 is a step of forming a first transparent conductive layer as a thin film on the entire surface of the substrate covering the black matrix, ST6 is a red, green, blue color for each open part by using a black matrix as a color boundary on the first transparent conductive layer. The color filter layer is formed by sequentially forming the filters, and in step ST7, a second transparent conductive layer is formed on the entire upper surface of the color filter layer, and then a pixel electrode including the first and second transparent conductive layers is formed for each pixel region through a patterning process. Forming.
이 단계에서, 상기 화소 전극은 이웃하는 데이터 배선과 일정간격 이격되게 형성할 수 있으며, 데이터 배선과 화소 전극간 사이에 위치하는 전술한 블랙매트릭스에 의해 두 금속 물질간의 기생용량의 최소화가 가능하다. In this step, the pixel electrode may be formed to be spaced apart from a neighboring data line by a predetermined distance, and the parasitic capacitance between the two metal materials may be minimized by the aforementioned black matrix positioned between the data line and the pixel electrode.
즉, 본 발명에서는 기존의 고개구율 구조와 다르게 블랙매트릭스를 고개구율 구조용 보호층 겸용으로 이용함에 따라 공정 단순화를 실현할 수 있다.
That is, in the present invention, unlike the existing high-opening structure, the process can be simplified by using the black matrix as a protective layer for the high-opening structure.
이와 같이, 본 발명에 따른 탑게이트형 박막트랜지스터를 포함하는 COT 액정표시장치 및 그 제조방법에 의하면, COT 구조에 의해 합착마진을 최소화하여 개구율을 높일 수 있고, 폴리실리콘 박막트랜지스터 이용을 통해 상부 기판에 별도의 블랙매트릭스 패턴을 생략할 수 있으며, 보호층겸용으로 블랙매트릭스를 형성하기 때문에 공정 단순화를 통해 고개구율 구조를 용이하게 적용할 수 있어 생산수율을 높일 수 있다. As described above, according to the COT liquid crystal display device including the top gate type thin film transistor according to the present invention and a method of manufacturing the same, the COT structure minimizes the bonding margin to increase the aperture ratio, and by using the polysilicon thin film transistor, The separate black matrix pattern can be omitted, and since the black matrix is formed as a protective layer, a high opening ratio structure can be easily applied through the process simplification, thereby increasing the production yield.
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