액정표시소자 및 그 제조방법 document_id A220623030301

본 발명은 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기절연막 구조 및 4 마스크 공정 적용시에 구조적으로 발생하는 TCP 리페어(tape carrier package repair) 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로, 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있기 때문에 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 액정표시장치는 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다. 현재에는 전술한 바 있는 박막트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다. 일반적인 액정표시패널은 여러 종류의 소자들이 형성된 두장의 기판이 서로 대응되게 배열되어 있고 상기 두 장의 기판사이에 액정층이 끼워진 형태로 구성되어 있다. 상기 액정표시패널에는 색상을 표현하는 컬러필터가 형성된 상부기판과 상기 액정층의 분자배열방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 회로가 내장된 하부기판으로 구성된다. 여기서, 상기 상부기판에는 색을 구현하는 컬러필터층이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층을 덮는 공통전극이 형성되어 있다. 상기 공통전극은 액정에 전압을 인가하는 한쪽 전극의 역할을 한다. 상기 하부기판은 스위치 역할을 하는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터로부터 신호를 인가받고 상기 액정으로 전압을 인가하는 다른 한쪽의 전극역할을 하는 화소전극으로 구성된다. 이때, 상기 화소전극이 형성된 부분을 화소영역이라고 한다. 그리고, 상기 상부기판과 하부기판사이에 형성되는 액정의 누설전류를 방지하기 위해 상기 상부기판과 하부기판의 가장자리에는 실란트(sealant)로 봉인되어 있다. 상기 하부기판에는 다수개의 박막트랜지스터와 함께 상기 다수개의 박막트랜지스터와 각각 연결된 다수개의 화소전극이 배열되어 있다. 상기와 같이 구성되는 종래기술에 따른 액정표시소자 구조에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 일반적인 액정표시소자의 일부 화소를 개략적으로 도시한 확대 평면도이다. 도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 액정표시장치용 어레이기판(11)에는 일방향으로 구성된 다수개의 게이트배선(13)과 상기 게이트배선(13)과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 다수의 데이터배선(21)이 형성되어 있다. 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(21)의 끝단에는 각각 외부신호를 인가받을 수 있는 게이트패드(13b)와 데이터패드(21c)가 소정면적으로 형성되어 있다. 여기서, 상기 게이트배선(13)은 상기 게이트패드(13b)와 연결되고, 상기 데이터배선(21)은 상기 데이터패드(21c)와 연결되어 있다. 상기 두 배선이 교차하는 지점에는 게이트전극(13a)과 소스전극(21a) 및 드레인전극(21b)과 액티브 채널로 구성되는 박막트랜지스터가 위치하여 상기 화소영역상에는 상기 드레인전극(21c)과 접속되는 화소전극(29)이 형성되어 있다. 여기서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 어레기판(11)과 일정간격만큼 이격되어 배치되는 컬러필터기판(미도시)에는 상기 각 화소영역마다 적, 녹, 청의 서브 컬러필터가 형성되며, 상기 각 서브컬러필터사이에는 불투명한 수지로 구성되는 블랙매트릭스(미도시) (black matrix)가 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(미도시)는 화소전극(29)이 위치하는 화소부에서는 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(21)과 상기 박막트랜지스터의 상부에 위치하며, 비표시영역인 상기 게이트 연결배선과 데이터 연결배선이 위치하는 영역에도 형성된다. 상기 구성으로 이루어진 종래기술에 따른 액정표시소자 제조방법에 대해 도 2a 내지 도 2j를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 2a 내지 도 2j는 종래기술에 따른 액정표시소자의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 공정단면도이다. 여기서, 상기 A-A 부는 게이트패드부의 단면을 보여 주기 위한 절단면이고, B-B 부는 데이터패드부의 단면을 보여 주기 위한 절단면이며, C-C 부는 게이트전극상의 소스/드레인전극의 단면을 보여 주기 위한 절단면이며, D-D 부는 화소전극부 단면을 보여 주기 위한 절단면이고, E-E 부는 캐패시터상부전극과 화소전극간 결합단면을 보여 주기 위한 절단면이며, F-F 부는 데이터배선 단면을 보여 주기 위한 절단면이다. 도 2a를 참조하면, 투명한 유리기판(11)상에 금속물질을 증착하고 이를 선택적으로 패터닝하여 게이트배선(미도시, 도 1의 13), 게이트전극(13a), 게이트패드 (13b) 및 캐패시터 하부전극(13c)을 형성한다. 그다음, 도 2b를 참조하면, 상기 게이트배선, 게이트전극(13a), 게이트전극 (13b) 및 캐패시터 하부전극(13c)을 포함한 유리기판(11)상에 게이트 절연물질을 증착하여 게이트절연막(15)을 형성한다. 이어서, 도 2c를 참조하면, 상기 게이트절연막(15)상에 비정질 실리콘을 증착하여 반도체층(17)을 형성한다. 그다음, 도 2d를 참조하면, 상기 반도체층(17)상에 소스/드레인전극과 데이터배선을 형성하기 위해 금속물질층(19)을 증착한다. 이어서, 도 2e를 참조하면, 상기 금속물질층(19)을 선택적으로 패터닝하여 데이터배선(미도시; 도 1의 21), 소스/드레인전극(21a, 21b), 데이터패드(21c) 및 캐패시터 상부전극(21d)을 형성한다. 이때, 상기 금속물질층(19) 패터닝시에 상기 반도체층(17)도 선택적으로 패터닝된다. 또한, 상기 드레인전극(21b)는 상기 캐패시터 상부전극(21d)와 동일 금속물질층으로 연결되어 있다. 그다음, 도 2f를 참조하면, 상기 데이터배선(21), 소스/드레인전극(21a, 21b) 및 캐패시터 상부전극(21d)을 포함한 유리기판(11) 전체에 절연물질을 증착하여 보호막(23)을 형성한다. 이어서, 도 2g를 참조하면, 상기 보호막(23)상에 감광성 물질인 포토아크릴층(25) (PAC; photo acryl coating)을 두껍게 도포한다. 이때, 상기 포토아크릴층 (25)은 자체가 감광성 물질이기 때문에 원하는 패턴을 형성하기 위해 별도의 감광물질을 도포하지 않아도 된다. 그다음, 도 2h를 참조하면, 패턴마스크(미도시)을 이용하여 상기 포토아크릴 층(25)을 선택적으로 건식각하여 상기 게이트패드(13b) 및 데이터패드(21c)상부의 보호막(23)일부와 상기 캐패시터 상부전극(21d)상부에 위치하는 보호막(23) 일부를 노출시키는 포토아크릴층패턴(25a)을 형성한다. 이어서, 도 2i를 참조하면, 상기 포토아크릴층패턴(25a)을 마스크로 상기 보호막(23), 데이터패드(21c) 및 캐패시터 상부전극(21d) 일부를 선택적으로 제거하여 상기 게이트패드(13b) 상부 및 데이터패드(21)하부의 게이트절연막(15) 일부와 상기 캐패시터 상부전극(21d)하부의 반도체층(17) 일부를 각각 노출시키는 제1, 2, 3 콘택홀(27a, 27b, 27c)을 형성한다. 그다음, 도 2j를 참조하면, 상기 제1, 2, 3 콘택홀(27a, 27b, 27c)을 포함한 상기 포토아크릴층패턴(25a)상부에 투명성 도전물질인 ITO층(미도시)를 증착한다. 이어서, 상기 ITO층을 선택적으로 패터닝하여 상기 제1, 2, 3 콘택홀(27a, 27b, 27c)을 통해 상기 게이트패드(13b), 데이터패드(21c), 캐패시터 상부전극 (21d)과 각각 전기적으로 접속되는 게이트패드단자(29a), 데이터패드단자 (29b), 화소전극(29)을 형성한다. 이때, 상기 화소전극(29) 형성후 TCP(tape carrier package) 리페어(repair) 진행시에 상기 게이트패드부(13b)와 데이터패드부(21c)에 포토아크릴층(25)이 존재하고 있어 화소전극을 구성하는 ITO층에 데미지가 발생하게 되므로 소자의 신뢰성이 떨어진다. 한편, 상기와 같이 제조되는 종래기술에 따른 액정표시소자의 한 화소부의 데이터패드부 구조에 대해 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 3a는 종래기술에 따른 액정표시소자의 한 화소부의 데이터패드부의 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 Ⅲb-Ⅲb선에 따른 확대단면도로서, ITO 금속라인이 데이터라인의 양측면과 접촉되는 구조를 나타내는 확대단면도이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 종래기술에 따른 액정표시소자의 데이터패드부는, 절연성 유리기판(11)상에 게이트절연막(15)이 형성되어 있고, 상기 게이트절연막(15)상에는 반도체층패턴(17)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층패턴(17)과 데이터패드(21c)를 포함한 유리기판(11)상에는 보호막(23)과 포토아크릴막패턴(25a)이 형성되어 있다. 또한, 상기 포토아크릴막패턴(25a)과 보호막(23)에는 상기 데이터패드(21c)아래의 반도체층패턴(17) 일부를 노출시키는 데이터패드콘택홀(27b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 데이터패드콘택홀(27b)은 상기 데이터패드(21c) 일부를 과도식각하여 형성된다. 그리고, 상기 포토아크릴막패턴(25a)상에는 상기 데이터패드콘택홀(27b)을 통해 상기 데이터패드(21c)의 측면과 접촉되는 데이터패드단자(29b)가 형성되어 있다. 상기와 같이 4 마스크공정과 함께 데이터패드부의 포토아크릴막을 적용하는 경우, TCP리페어시에 포토아크릴막이 제거되어 도 4에서와 같이 ITO 금속라인이 데미지(damage)를 받게 된다. 즉, 도 4에서와 같이, 데이터패드단자를 구성하는 ITO 금속층에 데미지 라인(damage line)이 나타남을 알 수 있다. 상기한 바와 같이 구성되는 종래기술에 따른 액정표시소자의 경우, 유기절연막 즉, 포토아크릴막을 사용하면서 4 마스크 공정이 가능하기 위해서는 TCP 리페어시 신뢰성 즉, 고온구동, 고온 고습 구동 불량을 해결해야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 패드부 즉, 패널과 TCP의 본딩부에 근본적으로 유기절연막(예를들어, 포토아크릴막)이 없어야 한다. 하지만, 유기절연막 즉, 포토아크릴막이 없을 경우에는 패드부의 금속이 건식각(dry etch)공정에서 노출되어 후속 공정진행시에 전식 불량이 예상된다. 상기와 같이, 종래기술에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다. 종래기술에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법은, 게이트패드부 및 데이터패드부에 포토아크릴막이 존재하고 있어 그만큼 단차를 갖게 되고, 이로 인해 TCP 리페어 진행시에 ITO 데미지를 입히게 되므로써 소자의 신뢰성에 불량을 초래한다. 특히, 종래기술에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법은 4 마스크공정과 함께 패드부에 포토아크릴막을 적용하기 때문에 TCP 리페어시에 포토아크릴막이 제거되므로써 ITO 금속의 데미지가 발생하게 된다.