KR100705621B1 - 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법 - Google Patents

프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법에 대해 개시한다.
개시된 본 발명은 평면상에서 보았을 때 하부기판 상에 상호 평행하고 하부기판의 표면으로부터 돌출된 빗살 형상의 보호막 및 각 보호막 상에 화소 전극을 형성하는 단계, 하부기판과 마주보는 상부기판 중 화소 전극들의 빗살 형상들 사이와 대응하는 부분에 빗살 형태의 오버코팅막 및 각 오버코팅막 상에 공통 전극을 형성하는 단계 및 상부기판 및 상기 하부 기판의 사이에 액정을 배치하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명에서는 하부기판에서 ITO막 형성 공정을 1단계 줄이고 상부기판에 공통전극을 형성시킴으로써, 하부기판의 전극 공정을 1단계 생략되어 마스크 수 및 공정수가 감소된다.
또한, 본 발명에서는 액정의 전계를 기존과 대비하여 수평 필드이면서 수직 필드도 동일하게 인가하여 구동 전계를 강화하여 동일한 특성을 확보할 수 있으며, 응답속도가 빨라지는 이점이 있다.

Description

프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법{method for fabricating fringe field switching liquid crystal display}
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 평면도 및 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 평면도 및 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 구동 다이어그램(diagram) 및 투과율을 나타낸 도면.
본 발명은 액정표시장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하부 기판 상에 형성되는 ITO막구조를 변경시켜 마스크 수 및 공정 수를 줄이고 액정 전계를 변경시킬 수 있는 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법에 관한 것이다.
IPS(In-plane switching) 모드의 액정 표시 장치는, TN(twisted nematic) 액정 표시 장치의 시야각 특성을 보상하기 위하여, 일본국 히다찌사에서 개발한 횡전 계 구동용 액정 표시 장치이다. 그러나, 이러한 IPS 모드 액정 표시 장치는 개구율 및 투과율 특성이 낮다는 단점을 갖는다.
이와같은 IPS 모드 액정 표시 장치의 낮은 개구율 및 투과율을 개선시키기 위하여 종래에는 프린지 필드(Fringe field) 구동 액정 표시 장치(이하, FFS모드 액정 표시 장치)가 제안되었다.
이러한 FFS 모드 액정 표시 장치는 상하 기판과, 상하 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층과, 액정 분자를 구동시키고 투명 전도체로 형성되며 하부 기판에 형성되는 공통 전극과 화소 전극을 포함한다. 여기서, 공통 전극과 화소 전극과의 간격이 상하 기판 사이의 간격보다 좁고, 카운터 전극과 화소 전극은 그 상부에 프린지 필드(fringe filed)가 인가될 수 있도록 좁은 폭을 갖는다.
이러한 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 개략적인 구성이 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.
도 1및 도 2는 종래 기술에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 평면도 및 단면도이다.
종래 기술에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 기판(1) 상부에 제 1ITO(Indium Tin Oxide)막을 형성한 다음, 1차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 제 1ITO막을 식각하여 공통전극(2)을 형성한다. 이어, 상기 공통전극(2)을 포함한 기판 전면에 제 1불투명 금속막을 형성한 다음, 2차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 제 1불투명 금속 막을 식각하여 게이트 전극(미도시)을 형성한다. 그런 다음, 상기 결과의 기판 전면에 게이트 절연막(4)을 증착하고 나서, 상기 게이트 절연막(4) 위에 채널용 비정질 실리콘막(미도시) 및 불순물이 도핑된 비정질 실리콘막(미도시)을 적층한다. 이 후, 3차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 불순물이 도핑된 실리콘막 및 채널용 비정질 실리콘막을 식각하여 액티브 패턴(미도시)을 형성한다.
이어, 상기 구조 전면에 제 2불투명 금속막을 형성한 다음, 4차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 제 2불투명 금속막을 식각하여 소오스/드레인 전극(5)(6)을 형성한다.
그런 다음, 소오스/드레인 전극(5)(6)을 포함한 기판 전면에 보호막(7)을 형성한 다음, 5차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 보호막을 식각하여 소오스전극(5)을 소정 부분 노출시키는 콘택홀(c1)을 형성한다. 이 후, 상기 보호막(8) 상부에 제 2ITO막을 형성하고 나서 6차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 제 2ITO막을 식각하여 콘택홀(c1)을 통해 소오스전극(5)과 연결되는 화소전극(9)을 형성한다. 이때, 상기 화소전극(9)은 공통전극(2)과 중첩되며 빗살 형태로 제작된다.
한편, 상기 하부 기판(1)과 대향되는 상부 기판(10)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 컬러필터(11) 및 오버코팅막(12)을 차례로 형성한다. 이때, 컬러필터(11)가 형성되는 상부 기판(10)의 이면에 제 3ITO막(13)을 형성시켜 정전기를 제거한다.
또한, 상기 하부기판(1)과 상부 기판(10) 사이에 수개의 액정분자를 포함하는 액정층(미도시)을 개재시킨다.
이러한 구성을 갖는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 다음과 같이 동작한다.
공통 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되지 않으면, 액정층 내의 액정 분자는 수평 배향막의 러빙축과 나란하게 일률적으로 배열된다.
한편, 공통 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되면, 공통 전극과 화소 전극 사이의 거리, 즉, 게이트 절연막의 두께 보다 상하부 기판 간의 거리가 크므로, 두 전극 사이에 수직 성분을 포함하는 프린지 필드가 형성된다. 이 프린지 필드는 공통 전극 및 화소 전극 상부에 전역에 미치게 되어, 전극 상부에 있는 액정 분자들은 모두 동작시켜 화소전극 방향에 수직하게 배열된다. 이에따라, 고개구율 및 고투과율을 실현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 기술은 하부 기판 제작에 있어 제 1ITO막인 공통 전극과 제 2ITO막인 화소전극에 의해 공통전압 및 데이터 전위가 제어되어 왔다.
그러나, 종래의 기술에서는 상기 구조의 하부 기판 제작 시 마스크 수 및 포토 공정 수가 6회 실시됨에 따라 전체 공정이 복잡해지고, 또한 컬러필터가 형성된 상부 기판의 이면에 정전기 제거용 제 3ITO막이 형성됨에 따라 공정이 불안정하고, 생산 단가 상승 및 스크래치(scratch) 등에 의한 불량율 상승 등의 문제점이 있었다.
또한, 공통전극과 화소전극 간의 중첩영역이 매우 넓어 장시간 전기적 동작에 의한 게이트 절연막 등의 열화로 잔상이 나쁜 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 하부 기판 상에 형성되는 ITO막을 기존의 2개에서 1개로 줄이고, 나머지 1개의 ITO막인 공통전극을 상부기판에 적용시킴으로써, 마스크 수 및 공정 수를 줄이고 액정 전계를 변경할 수 있는 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법은 평면상에서 보았을 때 하부기판 상에 상호 평행하고 하부기판의 표면으로부터 돌출된 빗살 형상의 보호막 및 각 보호막 상에 화소 전극을 형성하는 단계, 하부기판과 마주보는 상부기판 중 화소 전극들의 빗살 형상들 사이와 대응하는 부분에 빗살 형태의 오버코팅막 및 각 오버코팅막 상에 공통 전극을 형성하는 단계 및 하부기판 및 상부기판 사이에 액정을 배치하는 단계를 포함한다.
상기 상부기판 및 상기 하부기판 사이의 간격은 4㎛ 이하가 되도록 한다.
상기 공통전극들 사이의 간격은 상기 화소전극들 사이의 간격과 같거나, 2㎛ 이내의 편차를 갖고, 상기 상부기판의 공통전극과 상기 하부기판의 화소 전극 사이의 간격은 상기 상부기판의 공통 전극들 사이의 간격 및 하부기판의 화소전극들 사이의 간격과 같거나, 상기 상부기판의 공통 전극들 사이의 간격의 1/2 이내이거나, 상부기판의 공통 전극들 사이의 간격 및 하부기판의 화소전극들 사이의 간격의 2배 이내로 제작한다.
삭제
삭제
(실시예)
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 평면도 및 단면도이다. 이하에서 도 3 및 도 4를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법을 알아본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법은, 먼저, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 기판(20) 상부에 제 1불투명 금속막을 형성한 다음, 1차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 제 1불투명 금속막을 식각하여 게이트 전극(미도시)을 형성한다. 이어, 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 게이트 절연막(미도시)을 증착하고 나서, 상기 게이트 절연막 위에 채널용 비정질 실리콘막(미도시) 및 불순물이 도핑된 비정질 실리콘막(미도시)을 적층한다. 이 후, 2차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 불순물이 도핑된 실리콘막 및 채널용 비정질 실리콘막을 식각하여 액티브 패턴(미도시)을 형성한다.
이어, 상기 구조 전면에 제 2불투명 금속막을 형성한 다음, 3차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 제 2불투명 금속막을 식각하여 소오스/드레인 전극(25)(26) 및 데이타라인(27)을 형성한다.
그런 다음, 소오스/드레인 전극(26)(25) 및 데이타라인(27)을 포함한 기판 전면에 보호막(28)을 형성한 다음, 4차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 보호막(28)을 식각하여 드레인전극(25)을 소정 부분 노출시키는 콘택홀(c2)을 형성한다. 이 후, 상기 보호막(28) 상부에 제 1ITO막을 형성하고 나서 5차 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 제 1ITO막을 식각하여 콘택홀(c2)을 통해 드레인전극(25)과 연결되는 화소전극(29)을 형성한다. 이때, 상기 보호막(28) 및 화소전극(29)은 빗살 형태(29a)로 제작된다.
한편, 상기 하부 기판(20)과 대향되는 상부 기판(30)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 컬러필터(31) 및 오버코팅막(32)을 차례로 형성한다. 이어, 상기 오버코팅막(32) 위에 제 2ITO막을 형성하고 나서 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 오버코팅막 및 제 2ITO막을 식각하여 빗살 형태(33a)의 오버코팅막(32) 및 공통 전극(33)을 형성한다. 이때, 상기 공통전극(33)은 화소 전극(19)들의 빗살 형상들 사이, 즉, 하부 기판(20)의 화소전극(29)과 화소전극 사이에 배열되도록 패터닝된다. 또한, 상기 상부기판(30) 및 하부기판(20) 간의 간격은 4㎛ 이하가 되도록 함으로서, 횡전계장에는 무리없게 구성된다.
도 4에서, W는 상부기판(30)의 공통전극(33) 폭(width)을, D1은 상부기판의 공통 전극 간의 간격(distance)을 각각 나타낸 것이다. 또한, D2는 하부기판의 화소전극 간의 간격을, D3는 상부기판(30)의 공통전극(33) 및 하부기판(20)의 화소전극(29) 간의 간격을, d1은 하부기판과 상부기판(30)의 공통 전극(33)과의 셀간격을, d2는 상부기판(30)과 하부기판(20)의 화소전극(29) 간의 셀간격을 각각 나타낸 것이다.
상기 공통전극(33) 간의 간격(D1)은 화소전극 간의 간격(D2)와 같거나, 2㎛이내에서 크거나 작게 제작하며, 또한, 상부기판(30)의 공통전극(22)과 하부기판(20)의 화소 전극(29) 간의 간격(D3)은 D1,D2와 같거나 D1,D2간격의 1/2 이내로 작거나, 2×D1, 2×D2 이내에서 크게 제작한다.
상기 하부기판(20)과 상부 기판(30) 사이에 수개의 액정분자를 포함하는 액정층(미도시)을 개재한다. 여기서, 액정층 내에 포함된 액정분자는 하부기판(20) 및 상부기판(30) 각각에 배치된 수평배향막의 러빙축에 의해 일률적으로 배열되어 있다. 상기 하부기판(20)과 상부기판(30)의 러빙축은 서로 일치하며, 상기 러빙축은 빗살 형태의 화소 전극(29) 및 공통전극(33)과 평행하거나 화소 전극(29) 및 공통전극(33)에 대해 일정 기울기로 기울어지게 형성된다. 바람직하게, 액정층 내에는 도 4에 도시된 바와 같이 화소 전극(29) 및 공통전극(33) 사이에 발생되는 전계의 방향과 액정의 장축이 일치하도록 액정이 배열된다.
상기 방법에 의해 제작된 프린지 필드 구동 액정표시장치는 다음과 같이 동작한다.
삭제
공통 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되지 않으면, 도 4에 도시된 바와 같이 액정층 내의 액정 분자는 수평 배향막의 러빙축과 동일한 방향으로 일률적으로 배열된다. 이때, 프린지 필드 액정표시장치는 다크(Dark)가 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 구동 다이어그램(diagram) 및 투과율을 나타낸 도면으로서, D2와 D1이 조합되었을 경우, 상부기판(30)의 공통전극(33) 및 하부기판(20)의 화소전극(29) 간의 간격인 D3가 고정되었을 때 구동 전압에 따른 투과율을 보인 것이다.
삭제
한편, 공통 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 공통 전극과 화소 전극 사이의 거리가 크므로, 두 전극 사이에 수직 성분을 포함하는 프린지 필드가 형성된다. 이때, 액정 분자는 화소전극(29) 및 공통전극(33)에 의한 전계 방향을 따라 움직인다. 이를 좀더 상세히 설명하면, 평면상태에서 보았을 때 액정분자는 화소전극(29) 및 공통전극(22)과 수직이 되도록 배열되는데, 액정분자는 도 4에 도시된 바와 같이 화소전극(29)의 가장자리에서 화소전극(29)의 가장자리와 마주보는 공통전극(22)의 가장자리 방향으로 기울어지게 배열된다. 이와 같이 공통 전극(22)과 화소 전극 사이에 전계가 형성될 경우 액정분자가 소정의 기울기를 가지고 수직으로 배열되는 이유는 액정에 수평 필드와 함께 수직 필드도 동일하게 인가되기 때문이다. 그리고, 공통 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되면 프린지 필드 액정표시장치는 화이트(white)가 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 액정의 전계를 기존과 대비하여 수평 필드이면서 수직 필드도 동일하게 인가하여 구동 전계를 강화하여 동일한 특성을 확보할 수 있다.
삭제
본 발명에 따르면, 하부기판에서 ITO막 형성 공정을 1단계 줄이고 상부기판에 공통전극을 형성시킴으로써, 하부기판의 전극 공정을 1단계 생략되어 마스크 수 및 공정수가 감소된다. 또한, 액정 전계를 액정에 수평 필드이면서 수직 필드도 동일하게 인가하여, 응답속도가 빨라진다.
이상에서와 같이, 본 발명에서는 하부기판에서 ITO막 형성 공정을 1단계 줄이고 상부기판에 공통전극을 형성시킴으로써, 하부기판의 전극 공정을 1단계 생략되어 마스크 수 및 공정수가 감소된다.
또한, 본 발명에서는 액정의 전계를 기존과 대비하여 수평 필드이면서 수직 필드를 동일하게 인가함에 따라 구동 전계를 강화하여 액정 편광 효율을 확보할 수 있으며, 응답속도가 빨라지는 이점이 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 수평배향막의 러빙축, 빗살과 액정 배향 관계 및 전압 인가 전/후와 화이드/다크 관계 등은 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (3)

  1. 평면상에서 보았을 때 하부기판 상에 상호 평행하고 상기 하부기판의 표면으로부터 돌출된 빗살 형상의 보호막 및 상기 각 보호막 상에 화소 전극을 형성하는 단계;
    상기 하부기판과 마주보는 상부기판 중 상기 화소 전극들의 빗살 형상들 사이와 대응하는 부분에 빗살 형태의 오버코팅막 및 상기 각 오버코팅막 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 상부기판 및 상기 하부 기판의 사이에 액정을 배치하는 단계를 포함하되, 상기 상부기판의 공통전극과 상기 하부기판의 화소 전극 사이의 간격은 상기 상부기판의 공통 전극들 사이의 간격 및 하부기판의 화소전극들 사이의 간격과 같거나, 상기 상부기판의 공통 전극들 사이의 간격의 1/2 이내이거나, 상부기판의 공통 전극들 사이의 간격 및 하부기판의 화소전극들 사이의 간격의 2배 이내로 제작하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상부기판 및 상기 하부기판 사이의 간격은 4㎛ 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 공통전극들 사이의 간격은 상기 화소전극들 사이의 간격과 같거나, 2㎛ 이내의 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치의 제조 방법.
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