KR100730495B1 - 횡전계 방식의 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 고휘도 및 광시야각을 가지는 횡전계 방식 액정표시장치에 관한 것이다.
종래에는 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판의 공통전극과 화소전극을 불투명 금속으로 형성하였기 때문에 저 개구율에 기인한 저 휘도의 문제와 컬러 시프트에 의한 색특성이 좋지 않는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위해, 본 발명은 상기 화소전극과 공통전극을 투명한 재질로 동일 평면상에 구성하는 동시에, 액정의 이상배열이 발생하는 영역만을 블랙매트릭스로 가려주어 액정패널의 휘도를 더욱 개선할 수 있다.

Description

횡전계 방식의 액정표시장치 및 그 제조방법{IPS mode Liquid crystal display device and method for fabricating the same}

도 1은 일반적인 액정 표시장치의 단면을 도시한 도면이고,

도 2는 일반적인 횡전계 방식(IPS) 액정 표시장치의 단면을 도시한 도면이고,

도 3a는 횡전계 방식의 액정 표시장치의 오프(off) 상태의 동작을 도 3b는 온(on) 상태의 동작을 도시한 도면이고,

도 4는 종래 횡전계 방식의 액정 표시장치의 평면을 도시한 도면이고,

도 5a 내지 도 5d는 도 4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ`를 따라 절단하여 공정순서에 따라 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 횡전계 방식 액정 표시장치용 어레이기판의 일부 화소를 도시한 평면도이고,

도 7은 본 발명의 제 1 실시에에 따라 형성된 어레이기판 중, 전경(disclination)이 발생하는 부분의 공통전극과 화소전극의 영역을 확대한 평면도이고,

도 8a 내지 도 8c는 도 7의 Ⅰ-Ⅰ`,Ⅱ-Ⅱ`,Ⅲ-Ⅲ`를 따라 절단하여 본 발명 의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,

도 9는 본 발명의 제 1 실시에에 따른 횡전계모드 액정표시장치의 개략적인 단면도이고,

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계모드 액정표시장치용 어레이기판의 일부 화소를 도시한 평면도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

113 : 게이트배선 115 : 데이터배선

121 : 게이트 전극 123 : 소스전극

125 : 드레인전극 127 : 소스/드레인 금속층

131 : 화소전극 133 : 공통전극

135 : 공통배선 145 : 블랙매트릭스

본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 포함하는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)의 제조방법 및 그 제조 방법에 따른 액정표시장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 일반적인 액정표시장치에 사용되고 있는 공통전극이 컬러필 터와 동시에 형성된 방식이 아닌, 박막 트랜지스터 배열기판 상에 화소전극과 공통전극이 동일 평면상에 형성된 횡전계 방식(In-Plane Switching : 이하 IPS 모드라 칭함)의 액정표시장치를 제조함에 있어서, IPS모드 액정 표시장치의 취약점인 휘도를 향상하는 방법을 제공한다.

일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 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 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

일반적으로 액정표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를 이하, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다

도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 블랙매트릭스(6)와 서브컬러필터(적, 녹, 청)(8)를 포함한 컬러필터(7)와 컬러필터 상에 투명한 공통전극(18)이 형성된 상부기판(5)과, 화소영역(P)과 화소영역 상에 형성된 화소전극(17)과 스위칭소자(T)를 포함한 어레이배선이 형성된 하부기판(22)으로 구성되며, 상기 상부기 판(5)과 하부기판(22) 사이에는 액정(14)이 충진되어 있다.

상기 하부기판(22)은 어레이기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를 교차하여 지나가는 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 형성된다.

상기 화소영역(P)은 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 교차하여 정의되는 영역이다. 상기 화소영역(P)상에 형성되는 화소전극(17)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 사용한다.

전술한 바와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 화소전극(17)상에 위치한 액정층(14)이 상기 박막트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배열되고, 상기 액정층의 배열정도에 따라 상기 액정층(14)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.

전술한 바와 같은 액정패널은 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상판의 공통전극이 접지역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정 셀의 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 액정표시장치는 횡전계에 의한 액정 구동방법으로 시야각 특성이 우수한 장점을 가지고 있다.

이하, 도 2를 참조하여 IPS 모드의 액정표시장치에 관해 상세히 설명한다.

기판(22)상에 화소전극(17)과 공통전극(18)이 동일 평면상에 형성되어 있다. 즉, 액정(14)은 상기 동일 기판(22)상에 상기 화소전극(17)과 공통전극(18)의 수평 전계(35)에 의해 작동한다. 상기 액정층(14) 상에는 컬러필터 기판(미도시)이 형성되어 있다.

도 3a 내지 도 3b는 IPS 모드에서 전압 온(on)/오프(off)시 액정의 상 변이 모습을 나타내는 도면이다.

도 3a는 화소전극(17)또는 공통전극(18)에 수평장의 전계(35)가 인가되지 않은 오프(off)상태로서, 액정의 상 변이가 일어나지 않고 있음을 보이고 있다. 예를 들어 두 전극(17, 18)의 수평 방향에서 기본적으로 45°틀어져있다.

도 3b는 상기 화소전극(17)과 공통전극(18)에 전압이 인가된 온(on) 상태에서의 액정의 상 변이를 도시한 도면으로, 도 3a의 오프 상태와 비교해서 45°정도로 뒤틀림 각을 가지고, 화소전극(17)과 공통전극(18)의 수평방향과 액정의 비틀림 방향이 일치함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 IPS 모드를 사용하는 액정표시장치는 동일 평면상에 화소전극과 공통전극이 모두 존재하기 때문에 횡전계(35)를 이용한다는 특징이 있다.

상기 IPS 모드의 장점으로는 광시야각이 가능하다는 것이다. 즉, 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 약 70°방향에서 가시 할 수 있다. 그리고, 일반적으로 사용되는 액정표시장치에 비해 제작 공정이 간단하고, 시야각에 따른 색의 이동이 적은 장점이 있다.

그러나, 공통 전극(17)과 화소전극(18)이 동일 기판 상에 존재하기 때문에 빛에 의한 투과율 및 개구율이 저하되는 단점이 있다. 또한, 구동전압에 의한 응답시간을 개선해야 하고, 셀갭(cell gap)의 정렬오차 마진(misalign margin)이 적기 때문에 상기 셀갭을 균일하게 해야 하는 단점이 있다.

즉, IPS 모드의 액정표시장치는 상기와 같은 장점과 단점이 있으므로 사용자의 사용 용도에 따라 선택해서 사용할 수 있다.

도 4는 종래의 IPS 모드 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 도시한 평면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 가로방향으로 게이트 배선(50)과 공통 배선(54)이 평행을 이루며 형성되어 있고, 세로방향으로 데이터 배선(60)이 상기 게이트 배선(50) 및 공통배선(54)과 수직을 이루며 형성되어 있다.

그리고, 상기 게이트 배선(50)의 일 측에는 게이트 전극(52)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(52) 부근의 상기 데이터 배선(60)에는 소스전극(62)이 상기 게이트 전극(52)과 소정면적 겹쳐져서 형성되어 있고, 상기 소스전극(62)과 갭을 두고 대응되는 위치에 드레인전극(64)이 형성되어 있다.

또한, 상기 공통배선(54)은 상기 공통배선(54)에서 분기된 다수개의 공통전극(54a)이 형성되어 있으며, 상기 드레인전극(64)에는 인출배선(66)이 연결되어 있고, 상기 인출배선(66)은 인출배선(66)에서 분기된 다수개의 화소전극(66a)이 형성되어 있다.

전술한 구성에서 상기 공통전극(54a)과 상기 화소전극(66a)은 서로 엇갈리게 구성되어 있다.

도 5a 내지 도 5d는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ`를 따라 절단하여 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,

도 5a는 기판(22) 상에 제 1 금속층으로 게이트 전극(52)과 공통전극(54a)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.

상기 제 1 금속층(52, 54a)은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속을 사용할 수 있다.

도 5b는 상기 제 1 금속층(52, 54a) 상에 게이트 절연막(70)과 액티브층(72)을 형성하는 단계를 도시하고 있다.

상기 게이트 절연막(70)은 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiO2)을 사용할 수 있으며, 상기 액티브층(72)은 도면에 도시되지는 않았지만, 비정질 실리콘과 불순물이 함유된 비정질 실리콘의 적층구조로 되어 있다.

도 5c는 상기 액티브층(72)상에 제 2 금속층으로 소스 및 드레인전극(62, 64)과 화소전극(66a)을 형성하는 단계를 도시하고 있다.

상기 소스 및 드레인전극(62, 64)은 상기 액티브층(72) 상에 형성되며, 상기 공통전극(66a)은 상기 게이트 절연막(70) 상에 평면적으로 상기 화소전극(54a)과 소정 간격(L) 이격되게 형성한다.

도 5d는 상기 제 2 금속층(62, 64, 66a)및 기판 전면에 걸쳐 보호막(74)을 형성하는 단계를 도시하고 있다.

상기 보호막(74)은 상기 액티브층(72)을 외부의 습기나 이물질로부터 보호하기 위한 목적으로 형성한다.

상술한바와 같이 IPS 모드 액정표시장치는 공통전극(54a)과 화소전극(66a)이 기판(22)에 동시에 형성된 구조로서, 시야각 향상에 큰 이점을 갖고 있다.

그러나, 상술한 IPS 모드의 액정 표시장치는 화소전극과 공통전극(66a, 54a)이 불투명 금속으로 이루어지기 때문에 개구율 및 휘도가 저하되는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 휘도가 향상된 IPS모드의 액정표시장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 횡전계 방식의 액정표시장치는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1 기판 상에 제 1 절연층을 사이에 두고 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 신호를 인가 받고, 게이트 전극, 상기 제 1 절연층, 액티브층, 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터와; 투명 도전물질로 형성되고, 상기 드레인전극과 접촉하여 상기 게이트배선과 평행한 일방향으로 구성한 제 1 화소전극과, 상기 제 1 화소전극에서 수직으로 분기하여 구성된 다수의 제 2 화소전극과; 상기 화소전극과 동일물질 동일 평면상에 형성되고, 상기 데이터배선과 절연층을 사이에 두고 소정간격 겹쳐져서 일 방향으로 형성되는 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기되어 상기 제 1 화소전극과 대향하는 방향의 게이트배선과 평행한 제 1 공통전극과, 상기 제 1 공통전극에서 수직으로 분기하고, 상기 다수의 제 2 화소전극과 엇갈려 구성되는 제 2 공통전극과; 상기 제 2 기판 상에 구성되고, 상기 공통배선과 상기 게이트배선의 상부에 위치하고, 상기 제 2 공통전극과 상기 제 1 화소전극과, 상기 제 2 화소전극과 상기 제 1 공통전극 사이의 영역 중 액정이 이상 배열하는 영역의 상부로 소정면적으로 돌출 연장된 블랙매트릭스와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함한다.

본 발명의 특징에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법은 어레이기판은 제 1, 2 기판을 준비하는 단계와; 상기 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 게이트 배선을 형성하는 단계와;

상기 게이트 배선과 제 1 절연층으로 절연되고, 상기 게이트 배선과 직교하며 제 2 방향으로 형성되어 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선에서 신호를 인가 받고, 게이트 전극, 상기 제 1 절연층, 액티브층, 소스 및 드레인전극으로 이루어진 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 드레인전극에 접촉하며 상기 화소영역에 구성되고, 상기 게이트배선과 평행한 제 1 화소전극과, 상기 제 1 화소전극에서 수직으로 분기하여 구성된 다수의 제 2 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 화소전극과 동일물질 동일 평면상에 형성되고, 상기 데이터배선과 절연층을 사이에 두고 소정간격 겹쳐져서 일 방향으로 형성되는 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기되어 상기 제 1 화소전극과 대향하는 방향의 게이트배선과 평행한 제 1 공통전극과, 상기 제 1 공통전극에서 수직으로 분기하고, 상기 다수의 제 2 화소전극과 엇갈려 구성되는 제 2 공통전극을 형 성하는 단계와; 상기 제 2 기판 상에 구성되고, 상기 공통배선과 상기 게이트배선의 상부에 위치하고, 상기 제 2 공통전극과 상기 제 1 화소전극과, 상기 제 2 화소전극과 상기 제 1 공통전극 사이의 영역 중 액정이 이상 배열하는 영역의 상부로 소정면적으로 돌출 연장된 블랙매트릭스를 형성하는 단계와 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 충진하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판은 상기 기판 상에 제 1 절연층을 사이에 두고 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 신호를 인가 받고, 게이트 전극, 상기 제 1 절연층, 액티브층, 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터와; 투명 도전물질로 형성되고, 상기 드레인전극에 접촉하며 상기 게이트배선과 평행한 방향으로 구성된 제 1 화소전극과, 상기 제 1 화소전극에서 수직으로 분기하여 구성된 다수의 제 2 화소전극과; 상기 화소전극과 동일물질 동일 평면상에 형성되고, 상기 데이터배선과 절연층을 사이에 두고 소정간격 겹쳐져서 일 방향으로 형성되는 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기되어 상기 제 1 화소전극과 대향하는 방향의 게이트배선과 평행한 제 1 공통전극과, 상기 제 1 공통전극에서 수직으로 분기하고, 상기 다수의 제 2 화소전극과 엇갈려 구성되는 제 2 공통전극과; 상기 제 1 공통전극과 상기 제 2 화소전극 끝단의 이격된 영역과, 상기 제 1 화소전극과 상기 제 2 공통전극 끝단의 이격된 영역을 차폐하는 블랙매트릭스를 포함하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명한다.

-- 제 1 실시예 --

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 IPS(In Plain Switching)방식 액정 표시장치용 어레이기판의 일부를 도시한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 횡(橫)방향으로 연장된 게이트배선(113)과 종(縱)방향으로 연장된 지그재그 형상의 데이터배선(115)이 교차하여 화소영역(P)을 정의하며, 상기 두 배선의 교차지점에는 게이트전극(121)과 액티브층(124)과 소스전극(123)및 드레인전극(125)으로 구성된 박막트랜지스터(T)가 위치한다.

상기 화소영역(P)을 정의하는 일부 게이트배선(113)의 상부에는 스토리지 캐패시터(storage capacitor)(C)를 구성한다.(즉, 본 발명에 따른 스토리지 캐패시터는 스토리지 온 게이트(storage on gate)구조이다.)

상기 화소영역(P)상에 화소전극(131)과 공통전극(133)을 상기 데이터배선(115)과 평행한 방향으로 구성한다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 화소전극(131)은 단일 화소영역(P)내에서, 상기드레인전극(125)과 접촉하여 일 방향으로 구성되는 제 1 화소전극(131a)과, 상기 제 1 화소전극(131a)에서 수직으로 분기하여 구성되는 지그재그 형상의 다수의 제 2 화소전극(131b)으로 구성된다.

이때, 상기 제 1 화소전극(131a)은 상기 게이트배선(113)과 이격하여 평행하게 구성한다.

상기 다수의 제 2 화소전극(131b)중 임의의 제 2 화소전극은 상기 스토리지 제 2 전극(127)과 접촉하여, 상기 게이트배선(113) 상부에 스토리지 캐패시터(C)를 구성한다.

상기 화소전극(131)을 패턴하는 동시에, 상기 화소전극(131)과 평행하게 엇갈려 구성되도록 공통전극(133)과, 이에 연장된 공통배선(135)을 형성한다.

상기 공통전극(133)은 상기 공통배선(135)에서 상기 게이트배선(113)과 평행하게 일 방향으로 연장되다가, 게이트배선(113)의 일부 상부에서 사각형상으로 평면적으로 우회하여 형성되는 제 1 공통전극(133a)과, 상기 제 1 공통전극(133a)에서 분기되어 상기 다수의 제 2 화소전극(131b)과 평행하게 엇갈려 구성되는 다수의 제 2 공통전극(133b)으로 구성된다.

이때, 상기 공통배선과 공통전극 및 화소전극(135,133,131)은 동일층에 투명한 도전성 금속을 증착하고 패턴하여 형성한다. 따라서, 개구율을 더욱 확보 할 수 있다.

이와 같은 구성 중, 상기 제 1 공통전극(133a)과 상기 제 1 화소전극(131a)에 각각 근접한 부분에서, 상기 공통전극(133)과 상기 화소전극(131)에 의해 분포되는 전계의 방향은 다른 부분과는 다른 전계분포를 보이며, 이 위치에서 액정의 이상 배향에 의한 전경(disclination)현상이 발생할 수 있다. 이하, 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.

도 7은 도 6의 K를 확대한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 상기 공통전극(133)과 화소전극(131)은 동일한 물질로 동일층에 구성되기 때문에 소정간격 이격하여 구성되며, 단락되는 부분이 발생하면 안된다.

따라서, 상기 제 1 화소전극(131a)과 제 2 공통전극(133b)의 끝단과, 상기 제 1 공통전극(133a)과 제 2 화소전극(도 6의 131b)의 끝단은, 상기 단락 마진(margin)을 고려하여 간격을 이격하여 구성해야만 한다.

그러나, 이와 같은 구성에 의해 상기 제 2 화소전극(미도시)의 끝단과 상기 제 1 공통전극(미도시)과, 상기 제 2 공통전극(133b)의 끝단과 제 1 화소전극(131a) 사이에 분포하는 전계는 화소부의 중앙에 분포하는 전계(140)의 분포와는 다른 방향으로 구성된다. 그리고, 상기 제 2 공통전극(133b)의 양측 모서리를 중심으로 각각 전계(142a, 142b)의 분포가 대칭적으로 구성된다.

액정은 액정의 대칭축과 상기 전계와 이루는 각이 작은 쪽으로 기울어지는 특성을 가짐으로, 상기 액정의 중앙에 구성되는 액정은 전계가 인가되면 모두 동일한 방향으로 기울어 지지만, 상기 제 2 화소전극 또는 제 2 공통전극(133b)의 양측 모서리에 위치한 액정(143a,143b)은 서로 반대(진한 화살표 방향)방향으로 배열된다.

따라서, 양측에 위치한 액정(143a,143b)중 한쪽(143a)은 상기 화소의 중앙부에 위치한 액정(143c)의 기울기와는 반대방향으로 기울어지는 결과가 된다.

이와 같이 액정이 이상 배열되는 부분은 빛의 투과특성이 다른 부분과 다르기 때문에 전경(Disclination)이 발생한다.

따라서, 본 발명에서는 상기 전경이 나타나는 부분만 빛을 차광하도록 상부기판(미도시)에 차광막(145)을 구성하였다.

상기 차광막(145)은 도 6에 도시한 바와 같이, 톱니형태로 구성하며, 상기 톱니형상 중 화소영역 방향으로 돌출된 부분(M)이 상기 전경이 발생하는 영역을 차폐하는 역할을 한다.

전술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 1 특징으로, 상기 공통전극(133)과 화소전극(131)을 모두 투명 도전성 금속을 사용하여 형성하여, 종래와는 달리 빛이 출사할 수 있는 면적이 종래에 비해 커지는 구조이므로 고 개구율(high aperture ratio) 및 이에 의한 고휘도(high brightness)특성을 얻을 수 있다.

또한, 동일한 물질을 사용하므로 동일층에 평행하게 구성할 수 있기 때문에 서로 다른 층에 두 번의 공정을 거쳐 구성하는 방법에 비해 공정오차가 없으며, 잔상(residual phase)의 원인이 되는 잔류 DC성분이 없다.

따라서, 상기 화소전극(131)과 공통전극(133)사이의 간격을 일정하게 구성할 수 있으므로 전체 화소에 대해 고른 횡전계 분포(lateral electric field distribution)를 얻을 수 있기 때문에 전계분포의 불균일에 의한 깜박임 현상인 플리커(flicker)현상을 방지 할 수 있다.

본 발명의 제 2 의 특징으로, 상기 공통전극(133)과 화소전극(131)을 지그재그 형상으로 구성하여 한 화소에 위치하는 액정이 모두 해당하는 한 방향으로 배향되지 않고 대칭성(symmetry)이 있는 방향으로 배향될 수 있도록 하여, 멀티 도메인(multi domain)을 유도할 수 있다.

전술한 바와 같이, 서로 대칭성을 가지는 멀티도메인 구조로 인해 액정의 복 굴절(birefringence)특성에 의한 이상 광을 서로 상쇄시켜 컬러 시프트(color shift)현상을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 제 3의 특징으로, 상기 화소전극(131)과 병렬로 연결되는 스토리지 커패시터(C)를 종래 처럼 상기 공통배선 상부에 구성하지 않고 게이트배선(113)의 상부에 구성하여, 상기 공통배선(135)의 배선폭을 줄일 수 있으므로 액정패널의 개구율을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제 4 특징은 본 발명의 구조에서, 상기 블랙매트릭스를 공통배선과 게이트배선의 영역에 넓게 구성하지 않고, 공통배선과 게이트배선의 상부에 구성하고, 액정이 이상배향 하는 부분에만 소정면적으로 돌출 연장하여 최소한의 면적으로 구성하였기 때문에 액정패널의 개구율을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 제조공정을 이하, 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명한다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 공정순서로서, 도 6의 Ⅰ-Ⅰ`,Ⅱ-Ⅱ`,Ⅲ-Ⅲ`를 따라 절단하여 공정순서에 따라 도시한 도면이다.

먼저, 도 8a에 도시한 바와 같이, 기판(111)상에 게이트배선(113)을 형성한다.

본 실시예에서는 상기 게이트배선(113)에서 연장하여 게이트전극(121)을 형성하지 않고, 상기 게이트배선(113)의 일부를 게이트전극(121)으로 사용하는 구조를 예를 들어 설명한다.

다음으로, 상기 게이트배선(113) 상부에 실리콘 질화막(SiNX)과 실리콘 산화막(SiO2)을 포함하는 무기 절연물질 그룹과, 경우에 따라서는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기 절연물질 그룹에서 선택된 하나를 증착 또는 도포하여 게이트 절연막(122)을 형성한다.

다음으로, 상기 게이트전극(게이트배선의 일부를 사용)(121) 상부의 게이트 절연막(122)상에 순수한 비정질 실리콘층(a-Si:H)으로 액티브층(active layer)(124)을 형성하고, 연속하여 불순물이 포함된 비정질 실리콘(n+ 또는 p+a-Si:H)으로 오믹콘택층(ohmic layer)(128)을 형성한다.

이때, 상기 오믹콘택층(128)은 상기 액티브층(124)의 표면에 n+또는 p+이온을 도핑( doping)하여 상기 액티브층(124)의 표면에 아주 얇게 형성할 수 도 있다.

다음으로, 도 8b에 도시한 바와 같이, 상기 오믹콘택층(128)이 형성된 기판(111)의 전면에 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)등이 포함된 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 데이터배선(115)과 상기 오믹콘택층(128)과 접촉하고 서로 소정간격 이격된 소스전극(123)과 드레인전극(125)을 형성한다.

상기 소스전극(123)은 상기 게이트배선(113)을 교차하여 지나는 부분의 데이터배선(115)에서 연장 형성한다. 이때, 상기 데이터배선(115)은 지그재그(ZIGZAG) 형상으로 구성한다.

동시에, 상기 화소영역(도 6의 P)을 정의하는 게이트배선(113)의 일부 상부에 아일랜드 형태의 소스.드레인 금속층(127)을 형성한다.

소스.드레인 금속층은 도 6에 나타난 스토리지 캐패시터의 제 2 전극으로서 기능을 한다.

연속하여, 상기 소스전극(123)과 드레인전극(125)사이의 오믹콘택층(128)을 제거한다.

다음으로, 상기 소스 및 드레인전극(123, 125)이 형성된 기판(111)의 전면에 전술한 바와 같은 절연물질을 증착 또는 도포하여 보호층(137)을 형성한다.

다음으로, 상기 드레인전극(125)과 상기 소스.드레인 금속층(127) 상부의 일부 보호층(137)을 식각하여 상기 드레인전극(125)과 상기 소스.드레인 금속층(127)을 노출하는 드레인 콘택홀(143)과 스토리지 콘택홀(145)을 형성한다.

다음으로, 도 8c에 도시한 바와 같이, 상기 보호층(137) 상부에 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide :ITO)와 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : IZO)등으로 구성된 투명 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 일측이 상기 드레인전극(125)과 접촉하고 타측이 상기 소스.드레인 금속층(127)과 접촉하는 화소전극(131a,131b)을 형성하고, 공통배선(135)과 공통전극(133b)을 형성한다.

이때, 상기 화소전극은 도 6에 전술한 바와 같이, 상기 게이트배선(113)과 소정간격 평행하게 이격되고 상기 드레인전극과 접촉하는 제 1 화소전극(131a)과 상기 제 1 화소전극에서 수직하게 지그재그 형상으로 분기된 다수의 제 2 화소전극(131b)으로 구성된다. 상기 공통전극은 상기 공통배선(135)에서 분기되어 상기 제 1 화소전극(131a)과 마주보는 일 측에 상기 게이트배선(113)과 평행하게 소정간격 이격된 제 1 공통전극(도 6의 133a)과, 상기 제 1 공통전극에서 수직하게 지그재그 형상으로 분기되며, 상기 제 2 화소전극(131b)과 소정간격 이격하여 엇갈려 구성된 다수의 제 2 공통전극(133b)으로 구성된다.

이때, 상기 데이터배선(115)의 상부에는 공통배선(135)과 공통전극(133b)이 소정간격 겹쳐 형성된다. 따라서, 상기 데이터배선(115)은 화소영역(P)의 경계에 위치하여 액정이 이상 배향되는 부분으로 출사하는 빛을 차폐하는 역할을 하게 된다.

따라서, 종래와 비교하여, 상기 이상 배향 영역을 차폐하기 위해 반드시 구성하였던 블랙매트릭스의 구성이 필요치 않게 되었다.

도 9에 도시한 바와 같이 상기 제 1 공통전극(133a)과 제 2 화소전극의 끝단(131b)과, 상기 제 1 화소전극(131a)과 상기 제 2 공통전극(133b)의 끝단의 사이에 발생하는 비정상적인 전계분포가 나타나는 영역에 대응하는 부분의 상부기판(100)에는 블랙매트릭스(145) 형성한다.

즉, 상기 게이트배선(도 6의 113)과 상기 제 1 공통전극(133a)을 커버하는 사각형상의 블랙매트릭스(145)에서 상부와 하부로 각각 돌출된 부분이 다수 형성되어, 상기 블랙매트릭스(145)의 상부와 하부가 불규칙한 톱니 형상이 된다.

이와 같이 구성하면, 상기 게이트배선과 공통배선과 전경이 나타나는 영역에 넓게 형성한 것 보다 개구율이 개선되는 구조이다.

그러나, 이와 같은 구조는 여전히 블랙매트릭스를 상기 게이트배선 상부에 형성하는 구조임으로, 상부기판과 하부기판의 합착마진을 고려한 설계가 필요하다.

이와 같은 제 1 실시예의 구조에서 더욱 개선된 구조를 이하 실시예 2를 예를 들어 설명한다.

-- 제 2 실시예 --

본 발명에 따른 제 2 실시예는 전술한 제 1 실시예의 구성보다 좀더 개선된 블랙매트릭스 구조를 나타낸다.

이하, 도 10을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 일부 화소를 도시한 개략적인 평면도이다.

도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(145)는 제 1 공통전극(133b)과 게이트배선(113)을 모두 덮지 않고, 상기 제 2 화소전극(131b)과 제 1 공통전극(133a)의 이격된 영역과, 상기 제 2 공통전극(133b)과 제 1 화소전극(131a)의 이격된 영역 중 화소의 중앙부에 위치한 액정의 배열방향과는 다른 방향성을 띄는 영역(I,H)을 상기 블랙매트릭스(145)로 가려주는 방법을 사용한다.

전술한 바와 같은 구성은 상기 블랙매트릭스가 게이트배선(113)과 제 1 공통전극(133b) 상부에 위치하는 구조가 아님으로, 상기 하부기판을 형성하는 공정 중 즉, 게이트배선(113)을 형성하는 공정이나 데이터배선(115)을 형성하는 공정 중 동일한 물질로 동시에 패턴하여 블랙매트릭스(145)를 형성할 수 있다.

이때, 상기 게이트배선(113) 또는 데이터배선(115)에서 연장하여 상기 블랙매트릭스(145)를 구성할 수 있고, 상기 게이트배선(113)과 데이터배선(115)과는 독 립적으로 구성할 수 도 있다.

이와 같이 구성하면, 상부기판에 블랙매트릭스가 구성되지 않은 구조임으로 상부기판과의 합착마진을 고려할 필요가 없으며, 상기 제 1 실시예에 비해 더욱더 개구율을 확보 할 수 있기 때문에 횡전계모드의 취약점이었던 휘도를 더욱더 개선할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예로 IPS 모드의 액정표시장치를 제작할 경우 다음과 같은 특징이 있다.

첫째, 화소전극과 공통전극을 실질적으로 투명한 도전성물질로 형성함으로써 개구율을 향상할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 개구율이 향상되어 백라이트에서 발생한 빛이 많이 투과함으로 휘도를 개선할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 공통전극과 화소전극을 동일 평면상에 동시에 구성하므로, 두 전극 간격을 일정하게 형성할 수 있고, 이에 따라 두 전극의 전계의 분포를 일정하게 할 수 있으므로 플리커 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 동일한 백라이트의 전력으로 휘도를 향상할 수 있기 때문에 백라이트의 소비전력을 낮출 수 있는 장점이 있다.

다섯째, 공통전극과 화소전극의 형상을 지그재그 형상으로 구성하여, 단일 화소영역에 액정의 대칭적인 배향성을 가지는 다수의 도메인을 구성할 수 있으므 로, 액정의 복굴절에 의한 빛을 보상 할 수 있으므로 컬러 시프트 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

여섯째, 상부기판에 구성되는 블랙매트릭스는 상기 공통배선과 게이트배선이 위치한 영역을 넓게 덮어 구성하지 않고, 상기 화소전극과 공통전극 사이에서 액정이 이상 배열하는 영역에 형성하여, 개구율을 더욱 확보할 수 있기 때문에 높은 콘트라스트비(contrast ratio)를 가지는 액정패널을 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 제 1, 2 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 제 1 절연층을 사이에 두고 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 신호를 인가 받고, 게이트 전극, 상기 제 1 절연층, 액티브층, 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터와;
    투명 도전물질로 형성되고, 상기 드레인전극과 접촉하여 상기 게이트배선과 평행한 일방향으로 구성한 제 1 화소전극과, 상기 제 1 화소전극에서 수직으로 분기하여 구성된 다수의 제 2 화소전극과;
    상기 화소전극과 동일물질 동일 평면상에 형성되고, 상기 데이터배선과 절연층을 사이에 두고 일부 겹쳐져서 일 방향으로 형성되는 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기되어 상기 제 1 화소전극과 대향하는 방향의 게이트배선과 평행하고 제 1 공통전극과, 상기 제 1 공통전극에서 수직으로 분기하고, 상기 다수의 제 2 화소전극과 엇갈려 구성되는 제 2 공통전극과;
    상기 제 2 기판 상에 구성되고, 상기 공통 배선과 상기 게이트배선의 상부에 위치하고, 상기 제 2 공통전극과 상기 제 1 화소전극과, 상기 제 2 화소전극과 상기 제 1 공통전극 사이의 영역 중 액정이 이상 배열하는 영역의 상부로 돌출 연장된 블랙매트릭스와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정층
    을 포함하는 횡전계 방식의 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명도전 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 구성된 그룹 중 선택된 하나인 횡전계 방식의 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터배선은 평면적으로 양측으로 근접한 공통배선과 공통전극에 동시에 겹쳐 형성되는 횡전계 방식의 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극과 공통배선은 지그재그 구조로 형성되는 횡전계 방식의 액정표시장치.
  5. 제 1, 2 기판을 준비하는 단계와;
    상기 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 게이트 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 제 1 절연층으로 절연되고, 상기 게이트 배선과 직교하며 제 2 방향으로 형성되어 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선에서 신호를 인가 받고, 게이트 전극, 상기 제 1 절연층, 액티브층, 소스 및 드레인전극으로 이루어진 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와;
    투명 도전물질로 형성되고, 상기 드레인전극에 접촉하며 상기 화소영역에 구성되고, 상기 게이트배선과 평행한 제 1 화소전극과, 상기 제 1 화소전극에서 수직으로 분기하여 구성된 다수의 제 2 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극과 동일물질 동일 평면상에 형성되고, 상기 데이터배선과 절연층을 사이에 두고 일부 겹쳐져서 일 방향으로 형성되는 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기되어 상기 제 1 화소전극과 대향하는 방향의 게이트배선과 평행한 제 1 공통전극과, 상기 제 1 공통전극에서 수직으로 분기하고, 상기 다수의 제 2 화소전극과 엇갈려 구성되는 제 2 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 기판 상에 구성되고, 상기 공통배선과 상기 게이트배선의 상부에 위치하고, 상기 제 2 공통전극과 상기 제 1 화소전극과, 상기 제 2 화소전극과 상기 제 1 공통전극 사이의 영역 중 액정이 이상 배열하는 영역의 상부로 돌출 연장된 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 충진하는 단계를
    포함하는 횡전계 방식의 액정표시장치 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 절연층은 유기물질로 형성하는 횡전계 방식의 액정 표시장치 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 유기물질은 BCB(benzocyclobutene), 아크릴로 구성된 그룹에서 선택된 하나인 횡전계 방식의 액정 표시장치제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 투명한 도전 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 구성된 그룹에서 선택된 하나로 형성한 횡전계 방식의 액정표시장치 제조방법.
  9. 기판과;
    상기 기판 상에 제 1 절연층을 사이에 두고 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 신호를 인가 받고, 게이트 전극, 상기 제 1 절연층, 액티브층, 소스 및 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터와;
    투명 도전물질로 형성되고, 상기 드레인전극에 접촉하며 상기 게이트배선과 평행한 방향으로 구성된 투명한 제 1 화소전극과, 상기 제 1 화소전극에서 수직으로 분기하여 구성된 다수의 투명한 제 2 화소전극과;
    상기 화소전극과 동일물질 동일 평면상에 형성되고, 상기 데이터배선과 절연층을 사이에 두고 일부 겹쳐져서 일 방향으로 형성되는 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기되어 상기 제 1 화소전극과 대향하는 방향의 게이트배선과 평행한 제 1 공통전극과, 상기 제 1 공통전극에서 수직으로 분기하고, 상기 다수의 제 2 화소전극과 엇갈려 구성되는 제 2 공통전극과;
    상기 제 1 공통전극과 상기 제 2 화소전극 끝단의 이격된 영역과, 상기 제 1 화소전극과 상기 제 2 공통전극 끝단의 이격된 영역을 차폐하는 블랙매트릭스
    를 포함하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 투명도전성 물질은 ITO와 IZO로 구성된 그룹 중 선택된 하나인 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 상기 게이트배선과 동일층 동일물질로 구성되는 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 상기 데이터배선과 동일층 동일물질로 구성되는 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 공통전극과 공통배선과 화소 전극과 데이터 배선은 지그재그 구조로 형성되는 횡전계 방식의 액정표시장치용 어레이기판.
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