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KR101980773B1 - 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR101980773B1
KR101980773B1 KR1020130010962A KR20130010962A KR101980773B1 KR 101980773 B1 KR101980773 B1 KR 101980773B1 KR 1020130010962 A KR1020130010962 A KR 1020130010962A KR 20130010962 A KR20130010962 A KR 20130010962A KR 101980773 B1 KR101980773 B1 KR 101980773B1
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thin film
film transistor
color filter
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신승목
정재우
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 공정을 단순화할 수 있는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판은 기판 상에 화소 영역을 마련하도록 교차되게 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인과; 상기 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 박막트랜지스터와; 상기 화소 영역마다 형성되며 상기 박막트랜지스터와 중첩되는 영역에서 차광홀을 마련하는 컬러필터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 직접 접속되며 상기 컬러 필터 상에 형성되는 화소 전극과; 상기 화소 전극 및 상기 박막트랜지스터를 덮도록 형성된 보호막과; 상기 차광홀 내부의 상기 보호막 상에 형성되는 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스 및 상기 컬러 필터 간의 단차를 평탄화시키기 위한 평탄화층과; 상기 평탄화층 상에 형성되며, 상기 화소 전극과 프린지 전계를 형성하는 공통 전극과; 상기 평탄화층 상에 상기 블랙매트릭스와 중첩되게 형성되는 컬럼 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판 및 그 제조 방법{THIN FILM TRANSISTOR SUBSTRATE HAVING COLOR FILTER AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 공정을 단순화할 수 있는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 액정을 이용하여 영상을 표시하는 평판표시장치의 하나로써, 다른 디스플레이 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 구동전압 및 낮은 소비전력을 갖는 장점이 있어, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치는 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 박막트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판을 가지는 액정 표시 패널을 구비한다.
컬러 필터 기판은 상부 기판에 빛샘 방지를 위해 형성된 블랙매트릭스와, 컬러 구현을 위한 컬러 필터와, 그들 위에 액정 배향을 위해 형성된 상부 배향막으로 이루어진다.
박막트랜지스터 기판은 하부 기판에 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인들과, 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치 소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터와 접속된 화소 전극과, 화소 전극과 전계를 이루는 공통 전극과, 그들 위에 도포된 배향막으로 이루어진다. 여기서, 박막트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 비디오 신호를 화소 전극에 공급한다.
종래 컬러필터 기판과 박막트랜지스터 기판의 합착공정시 미스얼라인이 발생되면, 투과율이 감소하게 되며 표시 품위 얼룩이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 박막 트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판 각각은 다수의 마스크 공정을 필요로 함에 따라 제조 공정이 복잡하여 액정 패널 제조 단가 상승의 중요 원인이 되고 있다. 이에 따라, 최근에는 박막 트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판 형성시 필요한 마스크 공정수를 줄일 수 있는 기술이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 공정을 단순화할 수 있는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판은 기판 상에 화소 영역을 마련하도록 교차되게 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인과; 상기 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 박막트랜지스터와; 상기 화소 영역마다 형성되며 상기 박막트랜지스터와 중첩되는 영역에서 차광홀을 마련하는 컬러필터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 직접 접속되며 상기 컬러 필터 상에 형성되는 화소 전극과; 상기 화소 전극 및 상기 박막트랜지스터를 덮도록 형성된 보호막과; 상기 차광홀 내부의 상기 보호막 상에 형성되는 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스 및 상기 컬러 필터 간의 단차를 평탄화시키기 위한 평탄화층과; 상기 평탄화층 상에 형성되며, 상기 화소 전극과 프린지 전계를 형성하는 공통 전극과; 상기 평탄화층 상에 상기 블랙매트릭스와 중첩되게 형성되는 컬럼 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터는 다른 색을 구현하는 인접한 화소 영역의 컬러 필터와 상기 데이터 라인 상에서 중첩되는 것을 특징으로 한다.
상기 소스 전극과 접속되며 상기 화소 전극과 동일 물질로 동일층에 형성되는 투명 전극을 추가로 구비하며, 상기 투명 전극과 화소 전극은 상기 박막트랜지스터의 채널부를 사이에 두고 마주보는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조 방법은 기판 상에 화소 영역을 마련하도록 교차되게 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 화소 영역마다 상기 박막트랜지스터와 중첩되는 영역에서 차광홀을 마련하는 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 컬러 필터 상에 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 직접 접속되는 화소 전극을 형성하는 단계와; 상기 화소 전극 및 상기 박막트랜지스터를 덮도록 보호막을 형성하는 단계와; 상기 차광홀 내부의 상기 보호막 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스가 형성된 기판 상에 평탄화층을 형성하는 단계와; 상기 평탄화층 상에 상기 화소 전극과 프린지 전계를 형성하는 공통 전극을 형성하는 단계와; 상기 공통 전극이 형성된 기판 상에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평탄화층을 형성하는 단계는 상기 블랙매트릭스가 형성된 기판 전면 상에 상기 평탄화층을 제1 두께로 형성하는 단계와; 상기 평탄화층을 전면 식각하여 상기 평탄화층을 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는 상기 기판 상에 상기 게이트 라인과 접속되는 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상에 활성층 및 오믹접촉층으로 이루어진 반도체 패턴을 형성함과 아울러 상기 반도체 패턴 상에 일체화된 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 화소 전극을 형성하는 단계는 상기 컬러 필터가 형성된 기판 상에 투명 도전층을 전면 형성하는 단계와; 상기 투명 도전층과 상기 소스 및 드레인 전극을 동시에 패터닝하여 상기 소스 전극과 연결된 투명 전극과, 상기 드레인 전극과 연결된 화소 전극을 형성함과 동시에 상기 소스 및 드레인 전극을 분리하는 단계와; 상기 투명 전극, 화소 전극, 소스 및 드레인 전극을 마스크로 상기 오믹접촉층을 식각하여 상기 활성층을 노출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보호막은 150~230도의 온도에서 SiNx 또는 SiOx가 증착되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 총 10개의 마스크공정을 이용하여 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판을 형성할 수 있어 공정을 단순화할 수 있으며 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 종래의 유기 절연막 대신에 컬러필터를 이용하여 고해상도를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명은 상부 기판을 박형 유리자체만으로 형성할 수 있어 비용이 절감 및 개구율이 향상되며, 입체 영상 표시 장치의 시야각 확대된다. 또한, 본 발명은 드레인 전극과 화소전극이 컨택홀없이 직접 접속되므로 종래 컨택홀이 차지하는 면적만큼의 개구율을 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 하부 기판 상에 컬러필터를 형성하므로 하부 기판과 상부 기판 간의 합착 마진 및 관리가 용이해져 표시 품질 얼룩 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에서 선"Ⅰ-Ⅰ'"과, 선"Ⅱ-Ⅱ'"과, 선 "Ⅲ-Ⅲ'"를 따라 절취한 박막트랜지스터 기판을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 데이터 라인 상의 컬러 필터들을 상세히 설명하기 위한 단면도이다.
도 4은 도 2에 도시된 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판을 포함하는 액정 표시 패널을 나타내는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5j는 도 2에 도시된 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 컬러필터를 가지는 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판을 Ⅰ-Ⅰ'선과, Ⅱ-Ⅱ'선과, Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 컬러필터를 가지는 박막 트랜지스터 기판은 하부 기판(101) 위에 게이트 절연막(112)을 사이에 두고 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104), 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)의 교차부와 접속된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 접속된 화소 전극(122), 화소 영역에서 화소 전극(122)과 프린지 필드를 형성하도록 형성된 공통 전극(126), 공통 전극(126)과 접속된 공통 라인(138)과, 화소 영역에 형성되는 컬러 필터(130)와, 박막트랜지스터와 중첩되는 블랙매트릭스(132)와, 블랙 매트릭스(132) 상에 형성되어 셀갭을 마련하는 컬럼 스페이서(134)를 구비한다.
게이트 라인(102)은 게이트 패드(150)를 통해 게이트 드라이버(미도시)로부터의 스캔 신호를, 데이터 라인(104)은 데이터 패드(160)를 통해 데이터 드라이버(미도시)로부터의 비디오 신호를 공급한다. 이러한 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)은 게이트 절연막(112)을 사이에 두고 교차하여 각 화소 영역을 정의한다.
게이트 패드(150)는 게이트 라인(102)으로부터 연장되는 게이트 패드 하부 전극(152)과, 게이트 패드 하부 전극(152) 위에 접속된 게이트 패드 상부전극(154)으로 구성된다. 여기서, 게이트 패드 상부 전극(154)은 보호막(118)을 관통하는 게이트 컨택홀(156)를 통해 게이트 패드 하부 전극(152)과 접속된다.
데이터 패드(160)는 데이터 라인(104)으로부터 연장되는 데이터 패드 하부 전극(162)과, 데이터 패드 하부 전극(162) 상에 형성된 데이터 패드 중간 전극(168)과, 데이터 패드 중간 전극(168)과 접속된 데이터 패드 상부 전극(164)으로 구성된다. 여기서, 데이터 패드 상부 전극(164)은 보호막(118)을 관통하는 데이터 컨택홀(166) 내에 형성되어 데이터 패드 중간 전극(162)과 접속된다. 데이터 패드 중간 전극(168)은 데이터 패드 하부 전극(162) 상에 데이터 패드 하부 전극(162)과 동일 패턴으로 형성된다. 데이터 패드 하부 전극(162)과 하부 기판(101) 사이에는 게이트 절연 패턴(112), 활성층(114) 및 오믹접촉층(116)이 형성된다.
박막 트랜지스터는 게이트 라인(102)의 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인(104) 상의 비디오 신호가 화소 전극(122)에 충전되어 유지되게 한다. 이를 위하여, 박막 트랜지스터는 게이트 라인(102)과 접속된 게이트 전극(106), 데이터 라인(104)과 접속된 소스 전극(108), 소스 전극(108)과 마주하며 화소 전극(122)과 전속된 드레인 전극(110), 게이트 절연막(112)을 사이에 두고 게이트 라인(102)과 중첩되어 소스 전극(108)과 드레인 전극(110) 사이에 채널을 형성하는 활성층(114), 소스 전극(108) 및 드레인 전극(110)과의 오믹 접촉을 위하여 채널부를 제외한 활성층(114) 위에 형성된 오믹접촉층(116)을 구비한다. 그리고, 활성층(114) 및 오믹 접촉층(116)을 포함하는 반도체 패턴은 데이터 라인(104) 및 데이터 패드 하부 전극(162)과도 중첩되도록 형성된다. 한편, 소스 전극(108)은 화소 전극(122)과 동일 물질로 동일층에 형성되는 투명 전극(140)과 접속되며, 투명 전극(140)은 채널부를 사이에 두고 화소 전극(122)과 마주보도록 형성된다.
화소 전극(122)은 기판(101) 상에 판 형태로 형성되며, 컬러필터(130) 상에 투명 도전층으로 형성된다. 이 화소 전극(122)은 컬러필터(130)들 사이에 위치하는 차광홀(120)을 통해 노출된 드레인 전극(110)과 접속된다. 그리고, 화소 전극(122)은 각 화소 영역에서 보호막(118)을 사이에 두고 공통 전극(124)과 중첩되어 프린지 필드를 형성한다. 즉, 화소 전극(122)은 박막 트랜지스터를 통해 비디오 신호가 공급되면, 공통 전압이 공급된 공통 전극(124)과 프린지 필드를 형성하여 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이에서 수평 방향으로 배열된 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다. 그리고, 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 계조를 구현하게 된다.
한편, 화소 전극(122)은 한 층의 보호막(118)을 사이에 두고 공통 전극(124)과 중첩되므로 화소 전극(122)과 공통 전극(124) 간의 거리가 최소화되어 구동 전압을 줄일 수 있다.
공통 전극(124)은 각 화소 영역에 형성되며 공통 라인(138)과 접속된다. 이러한 공통 전극(124)의 슬릿(126)은 게이트 라인(102)과 나란한 각 화소영역의 중심라인을 기준으로 대칭되면서 경사진 사선 방향으로 형성된다. 이에 따라, 공통 전극(124)과 화소 전극(122) 사이에 형성된 프린지 전계에 의해 액정 분자들이 슬릿(126)을 기준으로 대칭적으로 배열됨으로써 멀티-도메인을 형성할 수 있어 시야각을 향상시킬 수 있다.
공통 라인(138)은 액정 구동을 위한 기준 전압, 즉 공통 전압을 각 공통 전극(128)에 공급한다. 공통 라인(138)은 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과 나란하게 형성된다. 이 공통 라인(138)은 공통 전극(124)과 동일 재질로 동일층에 형성되어 공통 전극(124)과 접속된다.
이러한 공통 라인(138)은 화소 전극(122)과 보호막(118)을 사이에 두고 중첩되어 제1 스토리지 캐패시터를 형성하며, 데이터 라인(104)과 게이트 절연막(112) 및 보호막(118)을 사이에 두고 중첩되어 제2 스토리지 캐패시터를 형성한다.
또한, 공통 라인(138)은 데이터 라인(104)에 공급되는 비디오 신호가 데이터 라인(104)과 화소 전극(122) 사이에 형성된 기생커패시턴스를 통해 공통 전극(124)으로 커플링되는 것을 차단한다. 이에 따라, 데이터 라인(104)의 비디오 신호에 따라 화소 전극(122)에 공급되는 비디오 신호의 왜곡을 최소화함으로써 크로스토크를 방지할 수 있다. 또한, 데이터 라인(104)과 화소 전극(122) 사이에는 상대적으로 두께가 두꺼운 컬러 필터(130)가 형성되므로 데이터 라인(104)과 화소 전극(122) 사이의 기생 커패시턴스를 줄일 수 있다.
R, G, B 컬러 필터(130)는 화소 영역 각각에 도트형태로 형성된다. 적색(R) 컬러 필터(130R)는 적색(R) 서브 화소 영역의 게이트 절연막(112) 상에 형성되어 적색(R)광을 출사하며, 녹색 컬러필터(130G)는 녹색(G) 서브 화소 영역의 게이트 절연막(112) 상에 형성되어 녹색(G)광을 출사하며, 청색 컬러 필터(130B)는 청색(B) 서브 화소 영역의 게이트 절연막(112) 상에 형성되어 청색(B)광을 출사한다. 이러한 컬러 필터(130)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 데이터 라인(104) 상에서 인접한 색의 컬러 필터(130)와 중첩되게 형성된다. 구체적으로, 도 2에 도시된 컬러 필터들(130)은 데이터 라인(104) 상에서 중첩된다. 도 3에 도시된 컬러 필터들(130)은 데이터 라인(104) 위와, 데이터 라인(104)과 화소 전극(122) 사이의 영역에서도 중첩된다.
이 경우, 데이터 라인(104)과 대응되는 영역에서의 컬러필터(R,130)와 컬러 필터(G,130) 간의 단차(약 0.3㎛)는 종래 상부 기판 상에 형성된 블랙매트릭스와 컬러 필터 간의 단차(약 1㎛)보다 줄일 수 있다. 이에 따라, 데이터 라인(104)과 대응되는 영역에서의 러빙불량 및 액정 배향 불균일을 방지할 수 있어 빛샘을 방지할 수 있다.
블랙매트릭스(132)는 보호막(118)을 사이에 두고 박막트랜지스터와 중첩되도록 차광홀(120) 내에 형성되어 박막트랜지스터의 채널 영역이 광에 노출되는 것을 방지한다. 한편, 블랙매트릭스(132)와 박막트랜지스터 사이에 위치하는 보호막(118)은 박막트랜지스터와 블랙매트릭스(132)가 접촉하게 되면 발생되는 박막트랜지스터의 누설 전류의 발생을 방지하는 역할을 한다.
스페이서(134)는 도 4에 도시된 바와 같이 하부 기판(101) 상의 블랙매트릭스(132)와 상부 기판(111) 사이에 형성되어 액정이 형성될 공간을 마련한다. 한편, 상부 기판(111)의 전면 상에는 투명 도전막으로 이루어진 정전기 방지막(136)이 형성되거나 어떠한 박막도 형성되지 않고 유리 자체로 이루어진다. 이러한, 상부 기판(111) 상에는 컬러필터 및 블랙매트릭스 등이 형성되지 않는다. 이에 따라, 컬러필터 및 블랙매트릭스와 상부 기판(111) 간의 열팽창계수 차이를 고려하지 않아도 되므로 상부 기판(111)은 박형 또는 염가의 유리로 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5j는 도 2에 도시된 컬러필터를 가지는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 본 발명에 따른 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조 방법은 도 1을 결부하여 설명하기로 한다.
도 5a를 참조하면, 제1 마스크 공정으로 하부 기판(101) 상에 게이트 라인(102), 게이트 전극(106), 및 게이트 패드 하부 전극(152)을 포함하는 제1 도전 패턴이 형성된다. 구체적으로, 하부 기판(101) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착 방법을 통해 게이트 금속층이 적층된다. 게이트 금속층으로는 Mo, Ti, Cu, AlNd, Al,Cr 또는 이들의 합금 등과 같이 금속 물질이 단일층으로 이용되거나, 이들을 이용한 다층 구조로 이용된다. 그런 다음, 제1 포토 마스크를 이용한 노광 공정과 현상 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 게이트 금속층을 패터닝함으로써 게이트 라인(102), 게이트 전극(106), 및 게이트 패드 하부 전극(152)을 포함하는 제1 도전 패턴이 형성된다.
도 5b를 참조하면, 제1 도전 패턴이 형성된 하부 기판(101) 상에 게이트 절연막(112)이 형성되고, 제2 마스크 공정으로 게이트 절연막(112) 위에 적층된 활성층(114) 및 오믹 접촉층(116)을 포함하는 반도체 패턴과, 데이터 라인(104), 소스 전극(108), 드레인 전극(110) 및 데이터 패드 하부 전극(162)을 포함하는 제2 도전 패턴이 형성된다.
구체적으로, 제1 도전 패턴이 형성된 하부 기판(101) 상에 PECVD 등의 증착 방법으로 게이트 절연막(112), 비정질 실리콘층, 불순물(n+ 또는 p+)이 도핑된 비정질 실리콘층이 순차적으로 형성되고, 그 위에 스퍼터링 등의 증착 방법으로 소스/드레인 금속층이 형성된다. 게이트 절연막(112)으로는 SiOx, SiNx 등과 같은 무기 절연 물질이 이용된다. 소스/드레인 금속층으로는 Mo, Ti, Cu, AlNd, Al, Cr 또는 이들의 합금과 같이 금속 물질이 단일층으로 이용되거나, 또는 이들을 이용하여 다층 구조로 이용된다. 그런 다음, 제2 포토 마스크를 이용한 노광 공정과 현상 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 비정질 실리콘층, 불순물(n+ 또는 p+)이 도핑된 비정질 실리콘층과 소스/드레인 금속층을 패터닝함으로써 게이트 절연막(112) 상에 활성층(114), 오믹 접촉층(116)을 반도체 패턴과, 데이터 라인(104), 일체화된 소스 전극(108) 및 드레인 전극(110), 데이터 패드 하부 전극(162)을 포함하는 제2 도전 패턴이 형성된다. 여기서, 제2 도전 패턴은 반도체 패턴과 동일 패턴으로 반도체 패턴 상에 형성된다.
도 5c를 참조하면, 제3 마스크 공정으로 제2 도전 패턴이 형성된 게이트 절연막(112) 상에 적색(R) 컬러필터(130)가 형성된다.
구체적으로, 제2 도전 패턴이 형성된 하부 기판(101)의 전면 상에 적색 감광성 수지가 도포된다. 그런 다음, 제3 포토 마스크를 이용한 노광 공정과 현상 공정을 통해 적색 감광성 수지가 패터닝됨으로써 적색(R) 컬러필터(130)가 형성된다.
도 5d를 참조하면, 제4 마스크 공정으로 적색(R) 컬러 필터(130)가 형성된 게이트 절연막(112) 상에 녹색(G) 컬러필터(130)가 형성된다.
구체적으로, 적색(R) 컬러필터(130)가 형성된 하부 기판(101) 상에 녹색 감광성 수지가 도포된다. 그런 다음, 제4 포토 마스크를 이용한 노광 공정과 현상 공정을 통해 녹색 감광성 수지가 패터닝됨으로써 녹색(G) 컬러 필터(130)가 형성된다.
도 5e를 참조하면, 제5 마스크 공정으로 녹색(G) 컬러 필터(130)가 형성된 게이트 절연막(112) 상에 청색(B) 컬러필터(130)가 형성된다.
구체적으로, 녹색(G) 컬러필터(130)가 형성된 하부 기판(101) 상에 청색 감광성 수지가 도포된다. 그런 다음, 제5 포토 마스크를 이용한 노광 공정과 현상 공정을 통해 청색 감광성 수지가 패터닝됨으로써 청색(B) 컬러 필터(130)가 형성된다.
한편, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 컬러 필터(130)는 해당 화소 영역에서 드레인 전극(110)의 측면 및 상부면과, 소스 전극(108)의 상부면과, 소스 및 드레인 전극(108,110)의 사이 영역을 노출시키는 차광홀(120)을 마련하도록 형성된다.
도 5f를 참조하면, 제6 마스크 공정으로 컬러 필터(130) 상에 화소 전극(122), 투명 전극(140) 및 데이터 패드 중간 전극(168)을 포함하는 제3 도전 패턴이 형성된다.
구체적으로, 컬러 필터(130)가 형성된 하부 기판(101) 상에 투명 도전층이 스퍼터링 등과 같은 증착 방법으로 형성된다. 투명 도전층으로는 ITO, TO, IZO, ITZO 등이 이용된다. 그 다음, 제6 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴을 마스크로 투명 도전층과, 일체화된 소스 및 드레인 전극 사이의 소스/드레인 금속층을 동시에 식각함으로써 화소 전극(122)과 투명 전극(140)이 형성됨과 아울러 소스 및 드레인 전극(108,110)이 분리된다. 화소 전극(122)은 컨택홀없이 드레인 전극(110)과 직접 접속되며, 투명 전극(140)은 차광홀(120)을 통해 노출된 소스 전극(108)과 접속된다. 데이터 패드 중간 전극(168)은 데이터 패드 하부 전극(162) 상에 데이터 패드 하부 전극(162)과 동일 패턴으로 형성되며, 데이터 패드 하부 전극(162)과 직접 접속된다.
그런 다음, 화소 전극(122), 투명 전극(140), 소스 및 드레인 전극(108,110)을 마스크로 이용한 건식 식각 공정을 통해 소스 및 드레인 전극(108,110) 사이로 노출된 오믹 접촉층(116)을 제거함으로써 채널 영역의 활성층(114)이 노출된다.
도 5g를 참조하면, 제3 도전 패턴이 형성된 하부 기판(101) 상에 보호막(118)이 형성된 다음, 제7 마스크 공정으로 보호막(118) 상에 블랙매트릭스(132)가 형성된다.
구체적으로, 제3 도전 패턴이 형성된 하부 기판(101) 전면 상에 PECVD 등의 증착방법을 통해 보호막(118)이 형성된다. 보호막(118)으로는 SiNx 또는 SiOx와 같은 무기 절연 물질이 이용된다. 여기서, 보호막(118)의 증착 공정시 발생되는 열에 의해 컬러필터의 승화(Fume) 등의 손상을 방지하기 위해 보호막(118)의 증착 공정은 저온에서 진행된다. 예를 들어, 보호막(118)은 150~230도의 저온에서 하부기판(101) 상에 증착된다. 그리고, 보호막(118) 위에 불투명 수지가 전면 도포된다. 그런 다음, 불투명 수지가 제7 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 공정으로 패터닝됨으로써 블랙매트릭스(132)가 형성된다.
도 5h를 참조하면, 제8 마스크 공정으로 블랙매트릭스(132)가 형성된 하부 기판(101) 상에 게이트 컨택홀(154) 및 데이터 컨택홀(164)을 가지는 평탄화층(118)이 형성된다.
구체적으로, 블랙매트릭스(132)가 형성된 하부 기판(101) 전면 상에 PAC 등과 같은 유기 절연 물질이 전면 도포됨으로써 평탄화층(128)이 형성된다. 이 때, 평탄화층(128)은 재료특성상 핀홀 등의 발생을 방지하고자 하부 기판(101) 상에 약 1~2㎛의 제1 두께로 두껍게 도포된다. 그런 다음, 평탄화층(128)을 마스크없이 전면 건식 식각함으로써 평탄화층(128)은 제1 두께보다 얇은 약 5000Å이하의 제2 두께를 가지게 된다.
이외에도 평탄화층(128)을 가용성 재질로 형성하면, 가용성 재질의 도포 및 경화 공정만으로도 평탄화층(128)이 약 5000Å이하의 두께로 형성될 수 있다. 구체적으로, 아크릴 계열의 물질을 포함하는 고형분과 용매를 혼합하여 점도가 낮은 코팅 용액을 마련한다. 이 코팅 용액을 블랙매트릭스(132)가 형성된 하부 기판(101) 전면 상에 제1 두께로 두껍게 도포한 후 경화하게 되면, 용매성분이 증발되어 평탄화층(128)은 제1 두께보다 얇은 약 5000Å이하의 제2 두께로 형성된다.
그런 다음, 제8 포토 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정 및 식각 공정으로 평탄화층(128), 보호막(118) 및 게이트 절연막(112)이 패터닝됨으로써 게이트 컨택홀(154) 및 데이터 컨택홀(164)이 형성된다. 여기서, 게이트 컨택홀(154)은 게이트 절연막(112), 보호막(118) 및 평탄화층(128)을 관통하여 게이트 패드 하부 전극(152)을 노출시킨다. 데이터 컨택홀(164)은 보호막(118) 및 평탄화층(128)을 관통하여 데이터 패드 중간 전극(168)을 노출시킨다.
도 5i를 참조하면, 제9 마스크 공정으로 평탄화층(128) 상에 슬릿(126)를 가지는 공통 전극(124), 공통 라인(138), 게이트 패드 상부 전극(156) 및 데이터 패드 상부 전극(166)를 포함하는 제4 도전 패턴이 형성된다.
구체적으로, 평탄화층(128) 상에 투명 도전층이 스퍼터링 등과 같은 증착 방법으로 형성된다. 투명 도전층으로는 제3 도전 패턴과 같은 ITO, TO, IZO, ITZO 등이 이용된다. 그 다음, 제9 포토 마스크를 이용한 포토리소 그래피 공정 및 식각 공정으로 투명 도전층이 패터닝됨으로써 공통 전극(124), 공통 라인(138), 게이트 패드 상부 전극(156) 및 데이터 패드 상부 전극(166)를 포함하는 제4 도전 패턴이 형성된다. 게이트 패드 상부 전극(156)은 게이트 컨택홀(154)을 통해 노출된 게이트 패드 하부 전극(152)과 접속되며, 데이터 패드 상부 전극(166)은 데이터 컨택홀(164)을 통해 노출된 데이터 패드 중간 전극(168)과 접속된다.
도 5j를 참조하면, 제10 마스크 공정으로 제4 도전 패턴이 형성된 하부 기판(101) 상에 컬럼 스페이서(134)가 형성된다.
구체적으로, 제4 도전 패턴이 형성된 하부 기판(101) 상에 투명 수지 또는 불투명 수지가 전면 도포된다. 그런 다음, 투명 수지 또는 불투명 수지가 제10 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 공정과 식각 공정으로 패터닝됨으로써 컬럼 스페이서(134)가 형성된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 컬러 필터를 가지는 박막트랜지스터 기판은 총 10개의 포토마스크를 이용하여 완성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
102 : 게이트 라인 104 : 데이터 라인
106 : 게이트 전극 108 : 소스 전극
110 : 드레인 전극 112 : 게이트 절연막
114 : 활성층 116 : 오믹 접촉층
118 : 보호막 122 : 화소 전극
124 : 공통 전극 126 : 슬릿
138 : 공통 라인

Claims (10)

  1. 기판 상에 화소 영역을 마련하도록 교차되게 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인과;
    상기 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 박막트랜지스터와;
    상기 화소 영역마다 형성되며 상기 박막트랜지스터와 중첩되는 영역에서 차광홀을 마련하는 컬러필터와;
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 직접 접속되며 상기 컬러 필터 상에 형성되는 화소 전극과;
    상기 화소 전극 및 상기 박막트랜지스터를 덮도록 형성된 보호막과;
    상기 차광홀 내부의 상기 보호막 상에 형성되는 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스 및 상기 컬러 필터 간의 단차를 평탄화시키기 위한 평탄화층과;
    상기 평탄화층 상에 형성되며, 상기 화소 전극과 프린지 전계를 형성하는 공통 전극과;
    상기 평탄화층 상에 상기 블랙매트릭스와 중첩되게 형성되는 컬럼 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 다른 색을 구현하는 인접한 화소 영역의 컬러 필터와 상기 데이터 라인 상에서 중첩되는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 전극과 접속되며 상기 화소 전극과 동일 물질로 동일층에 형성되는 투명 전극을 추가로 구비하며,
    상기 투명 전극과 화소 전극은 상기 박막트랜지스터의 채널부를 사이에 두고 마주보는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막은 150~230도의 온도에서 SiNx 또는 SiOx가 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판.
  5. 기판 상에 화소 영역을 마련하도록 교차되게 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 화소 영역마다 상기 박막트랜지스터와 중첩되는 영역에서 차광홀을 마련하는 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 컬러 필터 상에 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 직접 접속되는 화소 전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소 전극 및 상기 박막트랜지스터를 덮도록 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 차광홀 내부의 상기 보호막 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스가 형성된 기판 상에 평탄화층을 형성하는 단계와;
    상기 평탄화층 상에 상기 화소 전극과 프린지 전계를 형성하는 공통 전극을 형성하는 단계와;
    상기 공통 전극이 형성된 기판 상에 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 평탄화층을 형성하는 단계는
    상기 블랙매트릭스가 형성된 기판 전면 상에 상기 평탄화층을 제1 두께로 형성하는 단계와;
    상기 평탄화층을 전면 식각하여 상기 평탄화층을 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 다른 색을 구현하는 인접한 화소 영역의 컬러 필터와 상기 데이터 라인 상에서 중첩되는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는
    상기 기판 상에 상기 게이트 라인과 접속되는 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 절연막 상에 활성층 및 오믹접촉층으로 이루어진 반도체 패턴을 형성함과 아울러 상기 반도체 패턴 상에 일체화된 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 화소 전극을 형성하는 단계는
    상기 컬러 필터가 형성된 기판 상에 투명 도전층을 전면 형성하는 단계와;
    상기 투명 도전층과 상기 소스 및 드레인 전극을 동시에 패터닝하여 상기 소스 전극과 연결된 투명 전극과, 상기 드레인 전극과 연결된 화소 전극을 형성함과 동시에 상기 소스 및 드레인 전극을 분리하는 단계와;
    상기 투명 전극, 화소 전극, 소스 및 드레인 전극을 마스크로 상기 오믹접촉층을 식각하여 상기 활성층을 노출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 투명 전극과 화소 전극은 상기 박막트랜지스터의 채널을 사이에 두고 마주보는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 보호막은 150~230도의 온도에서 SiNx 또는 SiOx가 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터를 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조 방법.
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