KR100348994B1 - 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시장치 제조방법 및 그 제조방법에 따른 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일 방향으로 형성된 다수개의 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 직교하는 방향으로 형성된 다수개의 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 실질적으로 평행하게 연장된 공통배선과; 상기 데이터 배선과 동일한 방향으로 상기 공통배선으로부터 연장된 다수개의 공통전극과; 상기 공통전극과 실질적으로 평행하면서 상기 다수개의 공통배선과 엇갈리게 배열된 화소전극과; 상기 게이트 배선의 연장된 일단에 형성되며 불투명 금속과 인듐-틴-옥사이드(ITO)의 적층구조로 이루어진 게이트 패드와; 상기 데이터 배선의 연장된 일단에 형성된 데이터 패드와; 상기 게이트 패드의 상기 인듐-틴-옥사이드의 일부가 노출되도록 상기 게이트 패드의 상부에 형성된 보호막을 포함하는 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시장치에 관해 개시하고 있다.

Description

인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시장치 제조방법 및 그 제조방법에 따른 액정표시장치{IPS mode Liquid crystal display and method for fabricating the same}
본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 포함하는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)의 제조방법 및 그 제조 방법에 따른 액정 표시장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 일반적인 액정 표시장치에 사용되고 있는 공통전극이 컬러필터와 동시에 형성된 방식이 아닌, 박막 트랜지스터 배열기판 상에 화소전극과 공통전극이 동일 평면 상에 형성된 인 플랜 스위칭 방식(In-Plane Switching : 이하 IPS 모드라 칭함)의 액정 표시장치를 제조함에 있어서, 그 제조 공정수를 줄이는것에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 전술한 바 있는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정 표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목 받고 있다.
일반적으로 액정 표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
액정 패널(20)은 여러 종류의 소자들이 형성된 두 장의 기판(2, 4)이 서로 대응되게 붙어 있고, 상기 두 장의 기판(2, 4) 사이에 액정층(10)이 끼워진 형태로 위치하고 있다.
상기 액정 패널(20)에는 색상을 표현하는 컬러필터가 형성된 상부 기판(4)과 상기 액정층(10)의 분자 배열방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 회로가 내장된 하부 기판(2)으로 구성된다.
상기 상부 기판(4)은 색을 구현하는 컬러필터층(8)과, 상기 컬러필터층(8)을 덮는 공통전극(12)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(12)은 액정(10)에 전압을 인가하는 한쪽전극의 역할을 한다. 상기 하부 기판(2)은 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(S)와, 상기 박막 트랜지스터(S)로부터 신호를 인가받고 상기 액정(10)으로 전압을 인가하는 다른 한쪽의 전극역할을 하는 화소전극(14)으로 구성된다.
상기 화소전극(14)이 형성된 부분을 화소부(P)라고 한다.
그리고, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 사이에 주입되는 액정(10)의 누설을 방지하기 위해, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 가장자리에는 실란트(sealant : 6)로 봉인되어 있다.
상기 하부 기판(2)은 다수개의 박막 트랜지스터(S)와 상기 박막 트랜지스터와 각각 연결된 다수개의 화소전극(14)이 배열된다.
상술한 액정 표시장치는 상부 기판인 컬러필터 기판에 공통 전극이 형성된 구조이다. 즉, 상기 공통 전극이 상기 화소 전극과 수직으로 형성된 구조의 액정 표시장치는 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상판의 공통전극이 접지의 역할을 하게되어 정전기로 인한 액정셀의 파괴를 방지할 수 있다.
그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 갖고 있다. 따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새로운 기술이 제안되고 있다. 하기 기술될 내용은 수평장에 의한 액정 구동방법으로 시야각 특성이 우수한 장점을 갖고 있다.
이하, 도 2를 참조하여 IPS 모드의 액정 표시장치에 관해 상세히 설명한다.
기판(1) 상에 화소전극(34)과 공통전극(36)이 동일 평면 상에 형성되어 있다. 즉, 액정(10)은 상기 동일 기판(1) 상에 상기 화소전극(34)과 공통전극(36)의 수평 전계(35)에 의해 작동한다. 상기 액정층(10) 상에는 컬러필터 기판(32)이 형성되어 있다.
도 3a 내지 도 3b은 IPS 모드에서 전압 온/오프시 액정의 상 변위 모습을 나타내는 도면이다.
즉, 화소전극(34) 또는 공통 전극(36)에 수평장의 전계(35)가 인가되지 않은 상태에서는 액정의 상 변위가 일어나지 않고 있음을 보이고 있다. 예를 들어 두 전극(34, 36) 의 수평 방향에서 기본적으로 45°틀어져있다(도 3a).
도 3b는 상기 화소전극(34)과 공통 전극(36)에 전압이 인가되었을때 액정의 상 변위를 도시한 도면으로, 도 3a의 오프 상태와 비교해서 45°정도로 뒤틀림 각을 가짐을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 IPS 모드를 사용하는 액정 표시장치는 동일 평면 상에 화소전극과 공통전극이 모두 존재하기 때문에 평행장(35)을 이용한다는 특징이 있다.
또한, 컬러필터 기판에는 투명 전극이 사용되지 않으며, 상기 IPS 모드의 액정 표시장치에 사용되는 액정은 유전율 이방성의 네가티브 액정이다.
상기 IPS 모드의 장점으로는 광시야각이 가능하다는 것이다. 즉, 액정 표시장치를 정면에서 보았을때, 상/하/좌/우 방향으로 약 70°방향에서 가시할 수 있다. 그리고, 일반적으로 사용되는 액정 표시장치에 비해 제작 공정이 간단하고, 시야각에 따른 색의 이동이 적은 장점이 있다.
그러나, 공통 전극(36)과 화소전극(34)이 동일 기판 상에 존재하기 때문에하부광원(미도시) 빛에 의한 투과율 및 개구율이 저하되는 단점이 있다. 또한, 구동전압에 의한 응답시간을 개선해야하고, 셀갭의 미스-얼라인 마진이 적기 때문에 상기 셀갭을 균일하게해야 하는 단점이 있다.
상기와 같이 IPS 모드는 상기와 같은 장점과 단점이 있으며, 사용자의 사용 용도에 따라 선택해서 사용할 수 있다.
하기 기술될 내용은 상기 IPS 모드의 액정 표시장치의 제작 공정에 관한 것이다.
도 4는 종래의 IPS 모드 액정 표시장치의 평면도를 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이 가로방향으로 게이트 배선(50)과 공통배선(54)이 평행을 이루며 형성되어 있고, 세로방향으로 데이터 배선(60)이 상기 게이트 배선(50) 내지 공통배선(54)과 수직을 이루며 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 배선(50)의 일측에는 게이트 전극(52)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(52) 부근의 상기 데이터 배선(60)에는 소스 전극(62)이 상기 게이트 전극(52)과 소정면적 오버랩되게 형성되어 있고, 상기 소스 배선(62)과 대응되는 위치에 드레인 전극(64)이 형성되어 있다.
또한, 상기 공통배선(54)은 상기 공통배선(54)에서 분기된 다수개의 공통전극(54a)이 형성되어 있으며, 상기 드레인 전극(64)에는 인출배선(66)이 연결되어 있고, 상기 인출배선(66)은 인출배선(66)에서 분기된 다수개의 화소전극(66a)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(54a)과 상기 화소전극(66a)은 서로 엇갈리게 구성되어 있다.
상기 데이터 배선(60)의 가장자리에는 구동회로(미도시)와 접촉을 위한 데이터 패드(68)가 형성되어 있다. 상기 데이터 패드(68)는 도 5에서 자세히 설명한다.
도 5는 도 4의 절단선인 Ⅴ-Ⅴ를 따라 자른 단면을 도시한 단면도로써, 기판(1) 상에 게이트 절연막(70)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(70) 상에 데이터 배선(60)이 위치하고 있다. 상기 데이터 배선(60) 상에는 보호막(72)이 형성되고, 상기 데이터 배선(60) 상의 보호막(72)에 콘택홀(73)이 형성되며, 상기 보호막(72) 상에는 상기 콘택홀(73)과 접촉하는 데이터 패드(68)의 ITO층(67)이 형성되어 있다.
상술한 종래의 방식으로 IPS 모드를 제작하면 추가로 데이터 패드에 ITO를 증착하는 공정이 필요하게 된다.
상술한 방법에 의해 IPS 모드를 제작할 경우에는 데이터 패드부에 투명전극을 형성하지 않고, 데이터 배선을 이용하여 구동회로부와 접촉을 할 수 있으나, 패드부의 신뢰성 향상을 위해서는 투명전극을 사용하여 패드를 형성하여야 한다.
본 발명에서는 IPS 모드에서 투명전극을 사용하여 패드를 형성하는데 있어서, 제조공정을 줄이는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.
도 2는 일반적인 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 평면을 도시한 평면도.
도 3a 내지 도 3b는 일반적인 IPS 모드 액정 표시장치의 동작 나타내는 사시도.
도 4는 일반적인 IPS 모드의 액정 표시장치의 평면을 도시한 평면도.
도 5는 도 4의 데이터 패드 부분의 Ⅴ-Ⅴ의 절단선을 따라 자른 단면을 도시한 단면도.
도 6은 본발명에 따른 IPS 모드의 액정 표시장치의 평면을 도시한 평면도.
도 7a 내지 도 7d는 도 6의 절단선 Ⅶ-Ⅶ를 따라 자른 단면의 제작공정을 도시한 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 게이트 배선 110 : 데이터 배선
120 : 공통배선 122 : 공통전극
130 : 인출전극 132 : 화소전극
140 : 데이터 패드 142 : 게이트 패드
P : 화소영역 S : 박막 트랜지스터
150 : 절연막 154 : 보호막
상기와 같은 목적을 달성 하기위해 본 발명에서는 일 방향으로 형성된 다수개의 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 직교하는 방향으로 형성된 다수개의 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 실질적으로 평행하게 연장된 공통배선과; 상기 데이터 배선과 동일한 방향으로 상기 공통배선으로부터 연장된 다수개의 공통전극과; 상기 공통전극과 실질적으로 평행하면서 상기 다수개의 공통배선과 엇갈리게 배열된 화소전극과; 상기 게이트 배선의 연장된 일단에 형성되며 불투명 금속과 인듐-틴-옥사이드(ITO)의 적층구조로 이루어진 게이트 패드와; 상기 데이터 배선의 연장된 일단에 형성된 데이터 패드와; 상기 게이트 패드의 상기 인듐-틴-옥사이드의 일부가 노출되도록 상기 게이트 패드의 상부에 형성된 보호막을 포함하는 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시장치를 제공하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 IPS 모드의 액정 표시장치를 도시하고 있다. 상기 IPS 모드의 액정 표시장치에 관해서는 상술한 바 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이 화소부(P)는 공통배선(120)에서 분기된 다수개의 공통 전극(122)과 인출배선(130)에서 분기된 다수개의 화소전극(132)이 서로 엇갈리게 구성되어 있다. 그리고 상기 인출배선(130)에 신호를 인가하는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(S)가 게이트 배선(100)과 데이터 배선(110)이 교차하는 부근에 형성되어 있다. 또한, 상기 데이터 배선(110) 내지 게이트 배선(100)의 가장자리에는 게이트 및 데이터 패드(142, 140)가 형성되어 있다.
본 발명에서는 종래의 IPS 모드의 액정 표시장치의 제조방법을 그대로 사용하면서도 공정 수를 줄이는 방법에 관한 것이기 때문에 제조공정의 상세한 설명은 생략하고, 본 발명의 핵심적인 부분인 데이터 및 게이트 패드(140, 142) 부분에 관해 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6의 절단선 Ⅶ-Ⅶ으로 자른 단면을 도시한 공정도이다.
도 7a는 기판(1) 상에 게이트 배선(100)을 형성하는 단계이다. 상기 게이트 배선은 불투명 금속 전극(99)과 투명한 도전전극(98)의 적층 구조로 형성된다. 상기 불투명 금속 전극(99)은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 안티몬(Sb) 등의 금속이 사용되며, 상기 투명 도전전극(98)은 인듐-틴-옥사이드(ITO)가 사용된다.
도 7b는 절연물질 및 반도체 물질을 증착하는 단계를 도시하고 있다.
상기 게이트 배선(100)이 형성된 기판(1)의 전면에 걸쳐 절연막(150) 및 반도체 물질을 증착하고, 상기 반도체 물질을 패터닝하여 반도체층(152)을 형성한다. 상기 반도체층(152)은 스위칭 소자(미도시)의 액티브층으로 사용되는 물질과 동일하나, 추후 공정에서 생성될 데이터 배선을 보조하는 역할을 하게된다.
이후, 도 7c에 도시된 도면에서와 같이 상기 반도체층(152) 상부에 데이터 배선(110)을 형성한다. 상기 데이터 배선(110)은 상기 반도체층(152)을 덮는 형태로 형성되며, 상기 게이트 배선(100)과 동일하게 2중 구조로 형성된다. 즉, 불투명 금속 전극(111)과 투명한 도전전극(112)으로 데이터 배선(110)은 형성된다.
이후, 보호막(154)을 기판 전면에 걸쳐 증착하고, 패터닝하여 게이트패드(156) 및 데이터 패드(158)를 형성한다(도 7d 참조).
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따라 IPS 모드의 액정 표시장치를 제작할 경우, 별도로 게이트 및 데이터 패드 형성을 위한 추가공정이 필요하지 않게되어 작업 시간이 단축된다.
즉, 다시 설명하면 본 발명에 따른 IPS 모드의 액정 표시장치 제조방법은 게이트 및 데이터 배선 형성시 금속과 ITO의 2중 구조로 형성하기 때문에, 금속의 단일층으로된 배선 형성후에 ITO 패터닝 공정이 추가된 종래의 IPS 모드의 액정 표시장치 제조 방법에 비해 공정시간이 단축되는 장점이 있다.
또한, 금속과 ITO를 동시에 증착하고 패터닝하기 때문에 금속과 ITO의 접촉 저항이 작은 장점이 있다.
종래의 패드 단면을 도시한 도 5와 본 발명에 따른 패드부의 단면을 도시한 도 7d의 데이터 패드을 비교 했을때, 그 구조는 거의 비슷하나, 투명전극의 위치가 다름을 알 수 있다.
즉, 종래의 도 5에 도시된 패드의 단면에서는 보호막(72) 상에 ITO 전극이 형성되었으나, 본 발명에서는 보호막 하부에 형성되어 있다. 이는 ITO 전극과 금속전극을 동시에 패터닝한 결과이다.
상술한 본 발명의 실시예로 IPS 모드의 액정 표시장치를 제작할 경우 게이트 및 데이터 배선 형성시 금속과 ITO의 2중 구조로 형성하기 때문에, 단일 금속층으로 된 배선 형성후에 ITO 패터닝 공정이 추가된 종래의 IPS 모드의 액정 표시장치 제조 방법에 비해 공정시간이 단축되는 장점이 있다.
또한, 금속과 ITO를 동시에 증착하고 패터닝하기 때문에 접촉저항이 개선되어 패드부의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 일 방향으로 형성된 다수개의 게이트 배선과;
    상기 게이트 배선과 직교하는 방향으로 형성된 다수개의 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 실질적으로 평행하게 연장된 공통배선과;
    상기 데이터 배선과 동일한 방향으로 상기 공통배선으로부터 연장된 다수개의 공통전극과;
    상기 공통전극과 실질적으로 평행하면서 상기 다수개의 공통배선과 엇갈리게 배열된 화소전극과;
    상기 데이터 배선의 연장된 일단에 형성되며 불투명 금속과 인듐-틴-옥사이드(ITO)의 적층구조로 이루어진 데이터 패드와;
    상기 데이터 배선의 연장된 일단에 형성된 데이터 패드와;
    상기 데이터 패드의 상기 인듐-틴-옥사이드의 일부가 노출되도록 상기 데이터 패드의 상부에 형성된 보호막
    을 포함하는 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트 배선은 실질적으로 불투명 금속과 ITO의 적층구조인 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시장치.
  3. 청구항 1과 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불투명 금속은 크롬, 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 안티몬으로 구성된 집단에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트 패드는 불투명 금속과 인듐-틴-옥사이드의 적층구조이고, 상기 보호막은 상기 게이트 패드의 인듐-틴-옥사이드의 일부가 노출되도록 상기 게이트 패드를 덮는 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시장치.
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