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KR102454383B1 - 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치 - Google Patents

프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치 Download PDF

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KR102454383B1
KR102454383B1 KR1020150187541A KR20150187541A KR102454383B1 KR 102454383 B1 KR102454383 B1 KR 102454383B1 KR 1020150187541 A KR1020150187541 A KR 1020150187541A KR 20150187541 A KR20150187541 A KR 20150187541A KR 102454383 B1 KR102454383 B1 KR 102454383B1
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common
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contact hole
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권당
손정호
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치는, 기판, 게이트 패드, 게이트 절연막, 데이터 패드, 제1 보호막, 공통 패드, 보호 금속층, 제2 보호막, 게이트 콘택홀, 데이터 콘택홀 및 공통 콘택홀을 포함한다. 게이트 패드는 기판 위에 배치되며, 게이트 절연막이 게이트 패드를 덮는다. 데이터 패드는, 게이트 절연막 위에 배치되며, 제1 보호막이 데이터 패드를 덮는다. 공통 패드는, 제1 보호막 위에 배치되며, 보호 금속층이 공통 패드 위에 배치된다. 제2 보호막은, 공통 패드를 덮는다. 게이트 콘택홀이 게이트 패드의 일부를, 그리고 데이터 콘택홀이 데이터 패드의 일부를 노출하며, 공통 콘택홀이 보호 금속층 일부를 노출한다.

Description

프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치{Fringe Field Switching Type Liquid Crystal Dispaly}
본 발명은 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 화소 전극으로 사용하는 투명 도전 물질층을 다른 금속층과 연결하기 위해 노출함에 있어서, 발생하는 투명 도전층의 손실을 방지하는 구조를 갖는 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치에 관한 것이다.
표시장치 분야는 부피가 큰 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT)을 대체하는, 얇고 가벼우며 대면적이 가능한 평판 표시장치(Flat Panel Display Device: FPD)로 급속히 변화해 왔다. 평판 표시장치에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device: OLED), 그리고 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: ED) 등이 있다.
능동형으로 구동하는 액정 표시장치, 유기발광 표시장치 및 전기영동 표시장치의 경우, 매트릭스 방식으로 배열된 화소 영역 내에 할당된 박막 트랜지스터가 배치된 박막 트랜지스터 기판을 포함한다. 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD)는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시한다. 이러한 액정표시장치는 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계형과 수평 전계형으로 구분한다.
수직 전계형 액정표시장치는 상 하부 기판에 대향하게 배치된 화소 전극과 공통전극 사이에 형성되는 수직 전계에 의해 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정을 구동한다. 이러한 수직전계형 액정표시장치는 개구율이 큰 장점을 가지는 반면, 시야각이 90도 정도로 좁은 단점이 있다.
수평 전계형 액정표시장치는 하부 기판에 평행하게 배치된 화소 전극과 공통전극 사이에 수평 전계를 형성하여 인-플레인 스위치(In Plane Switching: IPS) 모드의 액정을 구동한다. 이러한 IPS 모드의 액정표시장치는 시야각이 160도 정도로 넓은 장점이 있으나, 개구율 및 투과율이 낮은 단점이 있다. 구체적으로 IPS 모드의 액정표시장치는 인 플레인 필드(In Plane Field)를 형성하기 위해서 공통전극과 화소전극간의 간격을 상부 기판과 하부 기판의 간격(셀 갭: Cell Gap)보다 넓게 형성하고, 적정한 세기의 전계를 얻기 위해서 공통전극과 화소 전극을 일정한 너비를 갖는 띠 형태로 형성한다. 이와 같은 IPS 모드의 화소 전극 및 공통전극 사이에는 기판과 거의 평행한 전계가 형성되지만, 일정 너비를 갖는 화소 전극 및 공통전극들 상부의 액정에는 전계가 형성되지 않는다. 즉, 화소 전극 및 공통전극 상부에 놓인 액정분자들은 구동되지 않고 초기 배열 상태를 유지한다. 초기상태를 유지하는 액정은 광을 투과시키지 못하여 개구율 및 투과율을 저하하는 요인이 된다.
이러한 IPS 모드의 액정표시장치의 단점을 개선하기 위해 프린지 필드(Fringe Field)에 의해 동작하는 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching: FFS) 방식의 액정표시장치가 제안되었다. FFS 타입의 액정표시장치는 각 화소 영역에 절연막을 사이에 둔 공통전극과 화소 전극을 구비하고, 그 공통전극과 화소 전극이 수직 방향으로 서로 중첩되거나, 중첩하지 않더라도 수평 방향으로의 이격 간격이 상부 기판과 하부 기판의 간격보다 좁게 형성하여 공통전극과 화소 전극 상부에 포물선 형태의 프린지 필드를 형성하도록 만든다. 프린지 필드에 의해 상 하부 기판 사이에 개재된 액정 분자들은 모두 동작함으로써 개구율 및 투과율이 향상된 결과를 얻을 수 있다.
프린지 필드 방식의 액정표시장치는 공통 전극과 화소 전극이 중첩되거나 상당히 가까운 위치에 배치되기 때문에 공통 전극과 화소 전극 사이에서 보조 용량이 형성된다. 따라서, IPS 모드와 달리 보조 용량을 형성하지 않아도 된다는 장점이 있다. 하지만, 대화면 표시장치를 프린지 필드 방식으로 구현할 경우, 화소의 크기가 커지고 따라서 보조 용량의 크기도 커지므로 이를 구동하기 위해서는 박막 트랜지스터가 커져야 한다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 박막 트랜지스터의 크기를 키우지 않고도 고용량 구동 특성을 갖는 금속 산화물 반도체 층을 갖는 박막 트랜지스터 기판이 응용되고 있다. 도 1은 종래의 프린지 필드 방식의 액정표시장치에 포함된 산화물 반도체 층을 갖는 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 절취선 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 금속 산화물 반도체 층을 갖는 박막 트랜지스터 기판은 하부 기판(SUB) 위에 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 교차하는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL), 그 교차 구조에 의해 정의된 각 화소 영역 내에 형성된 박막 트랜지스터(T)를 구비한다.
박막 트랜지스터(T)는 게이트 배선(GL)에서 분기한 게이트 전극(G), 데이터 배선(DL)에서 분기된 소스 전극(S), 소스 전극(S)과 대향하는 드레인 전극(D), 그리고 게이트 절연막(GI) 위에서 게이트 전극(G)과 중첩하면 소스 전극(S)과 드레인 전극(D) 사이에 채널을 형성하는 반도체 층(A)을 포함한다.
특히, 반도체 층(A)을 산화물 반도체 물질로 형성하는 경우, 높은 전하 이동도 특성에 의해 충전 용량이 큰 대면적 박막 트랜지스터 기판에 유리하다. 그러나 산화물 반도체 물질은 소자의 안정성을 확보하기 위해 상부 표면에 식각액으로부터 보호를 위한 에치 스토퍼(ES)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 소스 전극(S)과 드레인 전극(D) 사이의 분리된 부분을 통해 유입되는 식각액으로부터 반도체 층(A)을 보호하도록 에치 스토퍼(ES)를 형성하는 것이 바람직하다.
게이트 배선(GL)의 일측 단부에는 외부로부터 게이트 신호를 인가받기 위한 게이트 패드(GP)를 포함한다. 게이트 패드(GP)는 게이트 절연막(GI), 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)을 관통하는 게이트 패드 콘택홀(GPH)을 통해 게이트 패드 단자(GPT)와 접촉한다. 한편, 데이터 배선(DL)의 일측 단부에는 외부로부터 화소 신호를 인가받기 위한 데이터 패드(DP)를 포함한다. 데이터 패드(DP)는 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)을 관통하는 데이터 패드 콘택홀(DPH)을 통해 데이터 패드 단자(DPT)와 접촉한다.
화소 영역에는 프린지 필드를 형성하도록 제2 보호막(PA2)을 사이에 두고 형성된 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM)을 구비한다. 공통 전극(COM)은 게이트 배선(GL)과 나란하게 배열된 공통 배선(CL)과 접속된다. 공통 전극(COM)은 공통 배선(CL)을 통해 액정 구동을 위한 기준 전압(혹은 공통 전압)을 공급받는다.
공통 전극(COM)과 화소 전극(PXL)의 위치 및 모양은 설계 환경과 목적에 맞추어 다양하게 형성할 수 있다. 공통 전극(COM)은 일정한 기준 전압이 인가되는 반면, 화소 전극(PXL)은 구현하고자 하는 비디오 데이터에 따라 수시로 변화하는 전압 값이 인가된다. 따라서, 데이터 배선(DL)과 화소 전극(PXL) 사이에 기생 용량이 발생할 수 있다. 이러한 기생 용량으로 인해 화질에 문제를 야기할 수 있기 때문에, 공통 전극(COM)을 먼저 형성하고, 화소 전극(PXL)을 최상위층에 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 데이터 배선(DL) 및 박막 트랜지스터(T)를 덮는 제1 보호막(PA1) 위에 유전율이 낮은 유기물질을 두껍게 형성한 평탄화막(PAC)을 형성한 후에, 공통 전극(COM) 형성한다. 그리고 공통 전극(COM)을 덮는 제2 보호막(PA2)을 형성 한 후, 공통 전극(COM)과 중첩하는 화소 전극(PXL)을 제2 보호막(PA2) 위에 형성한다. 이러한 구조에서는 화소 전극(PXL)이 데이터 배선(DL)과 제1 보호막(PA1), 평탄화막(PAC), 그리고 제2 보호막(PA2)에 의해 이격되므로 데이터 배선(DL)과 화소 전극(PXL) 사이에 기생 용량을 줄일 수 있다.
공통 전극(COM)은 화소 영역의 형태에 대응하는 장방형으로 형성되고, 화소 전극(PXL)은 다수 개의 선분 형상으로 형성된다. 특히, 화소 전극(PXL)은 제2 보호막(PA2)을 사이에 두고 공통 전극(COM)과 수직 상으로 중첩하는 구조를 갖는다. 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM) 사이에서 프린지 필드가 형성되어 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이에서 수평 방향으로 배열된 액정분자들이 유전 이방성에 의해 회전한다. 그리고 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라져 계조를 구현한다.
패드들(GP, DP)은 이를 덮는 절연막들을 식각하여 노출되고, 노출된 패드들(GP, DP)은 화소 전극(PXL)을 형성할 때 사용하는 투명 도전 물질로 패드 단자(GPT, DPT)들을 형성한다. 또한, 공통 전극(COM)도 패드 영역부에서는 제2 보호막(PA2)을 패턴함으로써 노출된다.
패드 영역에서는 외부로부터 신호를 인가 받도록 하기 위해, 그 위를 덮는 절연막들을 패턴하여 노출하는 공정이 필요하다. 하지만, 앞에서 설명한 바와 같이, 패드들을 덮는 절연막들의 종류가 서로 다르다. 이로 인해 패드 단자에 문제가 발생할 수 있다. 이하, 도 3 및 4를 참조하여, 패드 부에서 발생할 수 있는 손상에 대해 상세히 설명한다. 도 3은 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치의 패드 부를 노출하는 콘택홀 형성하는 과정을 설명하는 단면도이다. 도 4는 도 3에서 의한 방식으로 절연막들을 식각한 결과 발생하는 패드부 손상을 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 프린지 필드 스위칭 액정 표시장치에서, 패드부에는 게이트 패드(GP), 데이터 패드(DP) 및 공통 패드(CP)가 배치되어 있다. 게이트 패드(GP)는 게이트 배선의 일측 끝단에 해당한다. 데이터 패드(DP)는 데이터 배선의 일측 끝단에 해당한다. 공통 패드(CP)는 공통 배선의 일측 끝단에 해당한다.
게이트 패드(GP) 위에는 게이트 절연막(GI), 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)이 적층되어 있다. 데이터 패드(DP) 위에는 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)이 적층되어 있다. 한편, 공통 패드(CP) 위에는 제2 보호막(PA2)만 덮고 있다. 게이트 패드(GP), 데이터 패드(DP) 및 공통 패드(CP)를 하나의 마스크 공정을 통해 동시에 노출하기 위해서는, 게이트 절연막(GI), 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)을 동시에 식각하여야 한다.
단일 마스크 공정에서, 게이트 패드(GP)부에서는 세 개의 절연막이 ① → ② → ③의 순서로 식각되어 게이트 콘택홀(GPH)을 형성한다. 동시에, 데이터 패드(DP)부에서는 두 개의 절연막이 ① → ②의 순서로 식각되어 데이터 콘택홀(DPH)이 형성된다. 이와 동시에, 공통 패드(CP)부에서는 하나의 절연막 ①이 식각되어 공통 콘택홀(CPH)을 형성한다.
공통 패드(CP)와 데이터 패드(DP)는 게이트 패드(GP)가 노출되는 동안 지속적으로 식각액에 노출된다. 데이터 패드(DP)는 구리와 같은 금속 물질을 포함하기 때문에 게이트 패드(GP)가 노출될 때까지 절연막의 식각액에 노출되더라도 손상을 받지 않는다. 하지만, 공통 패드(CP)의 경우, 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide) 혹은 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 도전 물질을 포함한다. 이들 투명 도전 물질은, 게이트 패드(GP)가 노출될 때까지 식각액에 노출되면, 쉽게 손상될 수 있다.
인듐-주석 산화물과 같은 투명 도전 물질층이 부분적으로 결정화되면서 그레인이 형성될 수 있다. 그레인의 경계부는 절연물질을 건식 식각하는 과정에서 사용하는 식각액에 취약하여 쉽게 식각되어 유실된다. 유실된 투명 도전 물질층의 하부의 제2 보호막(PA2) 역시 식각되어, 도 4에 도시한 바와 같이, 트렌치 형상의 손상이 발생한다. 이러한 손상은 전기적 신호를 인가함에 있어서, 불량을 야기하여, 화질 불량을 야기할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 여러 패드들을 노출하는 건식 식각 공정에 의해 식각물에 과다하게 노출되는 패드를 보호하는 구조를 갖는 액정 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 투명 도전 물질을 포함하는 패드 전극 위에 적층된 구리와 같은 저 저항 금속 물질을 포함하는 보호 금속층 사이의 계면 특성을 양호하게 유지하기 위한 구조를 갖는 액정 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치는, 기판, 게이트 패드, 게이트 절연막, 데이터 패드, 제1 보호막, 공통 패드, 보호 금속층, 제2 보호막, 게이트 콘택홀, 데이터 콘택홀 및 공통 콘택홀을 포함한다. 게이트 패드는 기판 위에 배치되며, 게이트 절연막이 게이트 패드를 덮는다. 데이터 패드는, 게이트 절연막 위에 배치되며, 제1 보호막이 데이터 패드를 덮는다. 공통 패드는, 제1 보호막 위에 배치되며, 보호 금속층이 공통 패드 위에 배치된다. 제2 보호막은, 공통 패드를 덮는다. 게이트 콘택홀이 게이트 패드의 일부를, 그리고 데이터 콘택홀이 데이터 패드의 일부를 노출하며, 공통 콘택홀이 보호 금속층 일부를 노출한다.
일례로, 보호 금속층은, 공통 패드 위에 서로 이격되어 배치된 다수 개의 단위 보호 금속층을 포함한다. 공통 콘택홀은, 다수 개의 단위 보호 금속층을 각각 노출하는 단위 공통 콘택홀 다수 개를 포함한다. 단위 보호 금속층은, 단위 공통 콘택홀보다 큰 크기를 갖는다.
일례로, 공통 패드는, 인듐-주석 산화물 및 인듐-아연 산화물 중 적어도 어느 하나를 구비하는 투명 도전 물질을 포함한다. 보호 금속층은, 구리 및 구리 합금 중 어느 하나로 이루어진 금속 물질을 포함한다.
본 발명에 의한, 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치는, 투명 도전 물질을 포함하는 패드 부 위에 적층된 보호 금속을 더 포함한다. 보호 금속층에 의해, 패드를 노출하는 식각 과정에서 식각물질로부터 패드 부의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 보호 금속층은 접촉 저항을 높이지 않는 최소 개구 면적을 갖는 콘택홀의 크기에 상응하는 크기를 갖는 다수 개의 단위 보호 금속층들이 배열된 구조를 갖는다. 그 결과, 구리와 같은 저 저항 금속으로 이루어진 보호 금속층과 투명 도전 물질로 이루어진 패드 부 사이의 계면 특성을 양호하게 유지할 수 있다. 서로 다른 도전 물질들이 적층될 경우, 특히 접촉 면적이 커질수록 계면 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 프린지 필드 방식의 액정표시장치에 포함된 박막 트랜지스터 기판을 나타내는 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 절취선 I-I'선을 따라 자른 단면도.
도 3은 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치의 패드 부를 노출하는 콘택홀 형성하는 과정을 설명하는 단면도.
도 4는 도 3에 의한 방식으로 절연막들을 식각한 결과 발생하는 패드부 손상을 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치의 패드 부를 노출하는 콘택홀 형성하는 과정을 설명하는 단면도.
도 6은 도 5에 의한 방식으로 절연막들을 식각한 결과, 손상이 발생하지 않은 패드 부의 구조를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치의 패드 부를 노출하는 콘택홀 형성하는 과정을 설명하는 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치의 패드 부 구조를 나타내는 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
이하의 설명에서는, 본 발명의 핵심 부분인 패드 부를 중심으로 설명한다. 표시 장치의 주요 부분인 표시 영역에 대한 설명이 필요할 경우, 종래 기술의 도면을 참조한다.
<제1 실시 예>
이하, 도 5 및 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치의 패드 부를 노출하는 콘택홀 형성하는 과정을 설명하는 단면도이다. 도 6은 도 5에 의한 방식으로 절연막들을 식각한 결과, 손상이 발생하지 않은 패드 부의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 프린지 필드 스위칭 액정 표시장치에서, 패드 부에는 게이트 패드(GP), 데이터 패드(DP) 및 공통 패드(CP)가 배치되어 있다. 게이트 패드(GP)는 게이트 배선(GL)의 일측 끝단에 해당한다. 게이트 패드(GP)는 게이트 배선(GL)과 동일한 금속 물질로 이루어진다. 데이터 패드(DP)는 데이터 배선(DL)의 일측 끝단에 해당한다. 데이터 패드(DP)는 데이터 배선(DL)과 동일한 금속 물질로 이루어진다.
공통 패드(CP)는 공통 배선(CL)의 일측 끝단에 해당한다. 공통 패드(CP)는 공통 배선(CL)과 동일한 물질로 이루어진다. 예를 들어, 공통 패드(CP)는 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide) 혹은 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide)과 같은 투명 도전 물질을 포함한다. 공통 패드(CP) 상층 표면 위에는 보호 금속층(M3)이 적층되어 있다. 보호 금속층(M3)은 공통 패드(CP)를 형성하는 투명 도전 물질층이 건식 식각물에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 금속 물질을 포함한다. 예를 들어, 게이트 패드(GP) 및/또는 데이터 패드(DP)에 적용하는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 혹은 이들 금속물의 합금 등을 포함할 수 있다.
공통 패드(CP)는 표시 영역에 배치되는 공통 전극(COM) 및 공통 배선(CL)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 공통 배선(CL)은 표시 패널 전체에 걸쳐 모든 화소 영역들을 연결하도록 연장된 구조를 가질 수 있다. 공통 배선(CL)에는 기저 전압이 인가되므로, 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide) 혹은 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide)과 같은 투명 도전 물질보다 저항이 낮은 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 공통 배선(CL)은 투명 도전 물질층 위에 구리와 같은 저 저항 금속층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 공통 패드(CP) 위에 적층되는 보호 금속층(M3)은 공통 배선(CL) 위에 적층되는 저 저항 금속층과 동일한 물질층일 수 있다.
게이트 패드(GP) 위에는 게이트 절연막(GI), 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)이 적층되어 있다. 데이터 패드(DP) 위에는 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)이 적층되어 있다. 한편, 공통 패드(CP) 및 보호 금속층(M3) 위에는 제2 보호막(PA2)만 덮고 있다. 게이트 패드(GP), 데이터 패드(DP) 및 공통 패드(CP)를 하나의 마스크 공정을 통해 동시에 노출하기 위해서는, 게이트 절연막(GI), 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)을 동시에 식각하여야 한다.
단일 마스크 공정에서, 게이트 패드(GP)부에서는 세 개의 절연막이 ① → ② → ③의 순서로 식각되어 게이트 콘택홀(GPH)을 형성한다. 동시에, 데이터 패드(DP)부에서는 두 개의 절연막이 ① → ②의 순서로 식각되어 데이터 콘택홀(DPH)이 형성된다. 이와 동시에, 공통 패드(CP)부에서는 하나의 절연막 ①이 식각되어 공통 콘택홀(CPH)을 형성한다.
건식 식각법으로 절연막들을 패턴함에 따라, 공통 패드(CP)와 데이터 패드(DP)는 게이트 패드(GP)가 노출되는 동안 지속적으로 식각액에 노출된다. 데이터 패드(DP)는 구리와 같은 금속 물질을 포함하기 때문에 게이트 패드(GP)가 노출될 때까지 식각액에 노출되더라도 손상을 받지 않는다. 또한, 공통 패드(CP)의 경우, 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide) 혹은 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 도전 물질 위에 구리(Cu)와 같은 금속층이 적층되어 있다. 따라서, 게이트 패드(GP)가 노출될 때까지 건식 식각 공정을 수행하더라도, 도 6에 도시한 바와 같이, 공통 패드(CP)는 보호 금속층(M3)에 의해 식각액으로부터 보호를 받을 수 있다.
<제2 실시 예>
제1 실시 예에서는, 설명의 편의성을 위해, 패드 부를 중심으로 설명하였다. 하지만, 이와 동일한 구성은 비 표시 영역에 여러 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 데이터 배선층과 공통 배선층을 이용하여 연결 및 신호 전달 배선 및/또는 전극을 형성하고, 이들을 노출한 후에 화소 전극층으로 이들을 연결할 수 있다.
이러한 부분에도, 노출되는 공통 전극층에 보호 금속층(M3)을 적층함으로써, 하부의 투명 도전 물질이 건식 식각 물질에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 하지만, 공통 패드와 동일한 구조를 갖되, 다른 목적으로 형성하는 전극 혹은 배선은 비 표시 영역에서 상당히 넓은 면적을 가질 수도 있다. 넓은 면적을 노출하는 경우, 투명 도전층 위에 적층된 보호 금속층(M3)의 면적도 넓어야 한다.
보호 금속층(M3)은 구리(Cu)와 같은 저 저항 금속 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 구리의 경우, 투명 도전 물질과의 계면 접촉에 문제가 발생할 수 있다. 이는, 구리 금속층과 투명 도전층의 박막 스트레스의 차이에 의한 것이다. 특히, 계면 불량은, 구리를 포함하는 보호 금속층(M3)의 면적이 넓어질 수록, 더 심하게 발생할 수 있다. 이하, 제2 실시 예에서는, 구리를 포함하는 보호 금속층(M3)을 투명 도전층 위에 적층함에 있어서, 박막 스트레스의 차이에 의한 계면 불량을 최소화할 수 있는 구조를 제공한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치의 패드 부를 노출하는 콘택홀 형성하는 과정을 설명하는 단면도이다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치의 패드 부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 프린지 필드 스위칭 액정 표시장치에서, 패드 부에는 게이트 패드(GP), 데이터 패드(DP) 및 공통 패드(CP)가 배치되어 있다. 게이트 패드(GP)는 게이트 배선(GL)의 일측 끝단에 해당한다. 게이트 패드(GP)는 게이트 배선(GL)과 동일한 금속 물질로 이루어진다. 데이터 패드(DP)는 데이터 배선(DL)의 일측 끝단에 해당한다. 데이터 패드(DP)는 데이터 배선(DL)과 동일한 금속 물질로 이루어진다.
공통 패드(CP)는 공통 배선(CL)의 일측 끝단에 해당한다. 공통 패드(CP)는 공통 배선(CL)과 동일한 물질로 이루어진다. 예를 들어, 공통 패드(CP)는 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide) 혹은 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide)과 같은 투명 도전 물질을 포함한다. 공통 패드(CP) 상층 표면 위에는 보호 금속층(M3)이 적층되어 있다. 보호 금속층(M3)은 공통 패드(CP)를 형성하는 투명 도전 물질층이 건식 식각물에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 금속 물질을 포함한다. 예를 들어, 게이트 패드(GP) 및/또는 데이터 패드(DP)에 적용하는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 혹은 이들 금속물의 합금 등을 포함할 수 있다.
공통 패드(CP)는 표시 영역에 배치되는 공통 전극(COM) 및 공통 배선(CL)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 공통 배선(CL)은 표시 패널 전체에 걸쳐 모든 화소 영역들을 연결하도록 연장된 구조를 가질 수 있다. 공통 배선(CL)에는 기저 전압이 인가되므로, 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide) 혹은 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide)과 같은 투명 도전 물질보다 저항이 낮은 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 공통 배선(CL)은 투명 도전 물질층 위에 구리와 같은 저 저항 금속층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 공통 패드(CP) 위에 적층되는 보호 금속층(M3)은 공통 배선(CL) 위에 적층되는 저 저항 금속층과 동일한 물질층일 수 있다.
제2 실시 예에서는, 공통 패드(CP)와 그 위에 적층되는 보호 금속층(M3) 사이의 계면 특성을 양호하게 유지하기 위한 구조를 제안한다. 예를 들어, 보호 금속층(M3)의 면적을 최소한의 크기로 하여, 다수 개의 보호 금속층(M3)들을 공통 패드(CP) 위에 나열한다. 그 결과, 단일 보호 금속층(M3)과 공통 패드(CP) 사이의 접촉 면적을 작게 유지함으로써, 접촉 계면이 들뜨거나 박리되는 것을 방지할 수 있다.
공통 패드(CP)와 접촉하는 보호 금속층(M3)의 면적을 어느 정도로 작게할 것인가에 대한 결정은 단순하게 임의적으로 결정할 수 있는 것은 아니다. 보호 금속층(M3)은 공통 패드 콘택홀(CPH)에 의해 노출되는 영역이다. 공통 패드 콘택홀(CPH)에 의해 노출된 보호 금속층(M3)의 면적은 이후에 적층되는 연결 금속층과의 전기적 접촉을 하는 부분이다. 따라서, 콘택홀을 최소 크기에 상응하는 크기를 갖는 것이 바람직하다. 콘택홀의 최소 크기는 콘택홀을 통해 접촉하는 두 도전층 사이에서 접촉 저항이 증가하지 않아야 한다는 조건을 만족하는 범위에서 최소한의 크기를 가져야 한다. 즉, 단위 보호 금속층(M3)의 크기는 최소 콘택홀의 크기에 상응하는 면적을 갖는 것이 바람직하다.
예를 들어, 공통 패드 콘택홀(CPH)의 최소 크기가 a㎛×b㎛일 경우, 단일 보호 금속층(M3)의 크기는 이보다 양측으로 5㎛정도 더 큰 크기를 가질 수 있다. 즉, 단일 보호 금속층(M3)은 (a+10)㎛×(b+10)㎛의 크기를 가질 수 있다. 여기서, 공통 패드 콘택홀(CPH)의 최소 크기는, 공통 패드(CP)에서 접촉 저항이 증가하지 않는 최소 콘택홀의 크기를 의미한다.
본 발명의 제2 실시 예에 의하면, 공통 패드(CP) 위에는 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 단위 보호 금속층(M3)들이 배치된다. 단위 보호 금속층(M3)의 크기는 최소 콘택홀의 크기에 대응하는 면적을 갖는다. 그 결과, 투명 도전 물질을 포함하는 공통 패드(CP)와 그 위에 적층되는 구리를 포함하는 보호 금속층(M3)들의 계면 특성을 양호하게 유지할 수 있다.
게이트 패드(GP) 위에는 게이트 절연막(GI), 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)이 적층되어 있다. 데이터 패드(DP) 위에는 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)이 적층되어 있다. 한편, 공통 패드(CP) 및 보호 금속층(M3) 위에는 제2 보호막(PA2)만 덮고 있다. 게이트 패드(GP), 데이터 패드(DP) 및 공통 패드(CP)를 하나의 마스크 공정을 통해 동시에 노출하기 위해서는, 게이트 절연막(GI), 제1 보호막(PA1) 및 제2 보호막(PA2)을 동시에 식각하여야 한다.
단일 마스크 공정에서, 게이트 패드(GP)부에서는 세 개의 절연막이 ① → ② → ③의 순서로 식각되어 게이트 콘택홀(GPH)을 형성한다. 동시에, 데이터 패드(DP)부에서는 두 개의 절연막이 ① → ②의 순서로 식각되어 데이터 콘택홀(DPH)이 형성된다. 이와 동시에, 공통 패드(CP)부에서는 하나의 절연막 ①이 식각되어 공통 콘택홀(CPH)을 형성한다.
건식 식각법으로 절연막들을 패턴함에 따라, 공통 패드(CP)와 데이터 패드(DP)는 게이트 패드(GP)가 노출되는 동안 지속적으로 식각액에 노출된다. 데이터 패드(DP)는 구리와 같은 금속 물질을 포함하기 때문에 게이트 패드(GP)가 노출될 때까지 식각액에 노출되더라도 손상을 받지 않는다. 또한, 공통 패드(CP)의 경우, 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide) 혹은 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 도전 물질 위에 구리(Cu)와 같은 금속층이 적층되어 있다. 따라서, 게이트 패드(GP)가 노출될 때까지 건식 식각 공정을 수행하더라도, 공통 패드(CP)는 보호 금속층(M3)에 의해 식각액으로부터 보호를 받을 수 있다.
콘택홀들이 형성된 제2 보호막(PA2) 위에 화소 전극(PXL)과 동일한 투명 도전 물질을 증착하고, 패턴하여, 패드 연결 단자들을 형성한다. 예를 들어, 게이트 패드 콘택홀(GPH)을 통해 게이트 패드 연결 단자(GPT)가 게이트 패드(GP)와 연결된다. 데이터 패드 콘택홀(DPH)을 통해 데이터 패드 연결 단자(DPT)가 데이터 패드(DP)와 연결된다. 또한, 공통 패드 콘택홀(CPH)을 통해 공통 패드 단자(CPT)가 공통 패드(CP)와 연결된다. 특히, 공통 패드 단자(CPT)는 다수 개의 공통 패드 콘택홀(CPH)들을 통해 노출된 다수 개의 보호 금속층(M3)와 접촉된다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 프린지 필드 스위칭 방식의 액정 표시장치에서는, 공통 패드(CP) 위에 적층된 보호 금속층(M3)에 의해 공통 패드(CP)의 표면이 손상되지 않는다. 또한, 보호 금속층(M3)은 최소 접촉 면적을 갖는 다수 개가 공통 패드(CP) 위에 분산 적층됨으로써, 계면에서 접촉 불량이 발생하지 않는다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
SUB: 기판 GP: 게이트 패드
GI: 게이트 절연막 DP: 데이터 패드
PA1: 제1 보호막 PA2: 제2 보호막
PAC: 평탄화 막 COM: 공통 전극
PXL: 화소 전극 CP: 공통 패드
M3: 보호 금속층 GPH: 게이트 패드 콘택홀
DPH: 데이터 패드 콘택홀 CPH: 공통 패드 콘택홀
T: 박막 트랜지스터 GL: 게이트 배선
DL: 데이터 배선 CL: 공통 배선
GPT: 게이트 패드 단자 DPT: 데이터 패드 단자
CPT: 공통 패드 단자

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 배치된 게이트 패드;
    상기 게이트 패드를 덮는 게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막 위에 배치된 데이터 패드;
    상기 데이터 패드를 덮는 제1 보호막;
    상기 제1 보호막 위에 배치된 공통 패드;
    상기 공통 패드 위에 배치된 보호 금속층;
    상기 공통 패드를 덮는 제2 보호막;
    상기 게이트 패드의 일부를 노출하는 게이트 콘택홀;
    상기 데이터 패드의 일부를 노출하는 데이터 콘택홀;
    상기 보호 금속층 일부를 노출하는 공통 콘택홀을 포함하고,
    상기 보호 금속층은,
    상기 공통 패드 위에 서로 이격되어 배치된 다수 개의 단위 보호 금속층을 포함하고,
    상기 공통 콘택홀은,
    다수 개의 상기 단위 보호 금속층을 각각 노출하는 단위 공통 콘택홀 다수 개를 포함하는 액정 표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 보호 금속층은,
    상기 단위 공통 콘택홀보다 큰 크기를 갖는 액정 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 패드는, 게이트 배선의 일측 단부에 배치되며,
    상기 데이터 패드는, 데이터 배선의 일측 단부에 배치되며,
    상기 공통 패드는, 공통 배선의 일측 단부에 배치되는 액정 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 패드는,
    인듐-주석 산화물 및 인듐-아연 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명 도전 물질로 이루어지며,
    상기 보호 금속층은,
    상기 투명 도전 물질보다 저항이 낮은 도전 물질을 더 포함하는 액정 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서
    상기 보호 금속층은,
    구리 및 구리 합금 중 어느 하나로 이루어진 금속 물질을 포함하는 액정 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드의 일부와 접촉하는 게이트 패드 단자;
    상기 데이터 콘택홀을 통해 상기 데이터 패드의 일부와 접촉하는 데이터 패드 단자; 그리고
    상기 공통 콘택홀을 통해 상기 보호 금속층 일부와 접촉하는 공통 패드 단자를 더 포함하는 액정 표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 보호막 위에 배치되며, 상기 공통 패드에 연결되는 공통 전극;
    상기 제2 보호막 위에 배치되며, 상기 공통 전극과 중첩하며, 다수 개의 선분 형상을 갖는 화소 전극을 더 포함하는 액정 표시장치.
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