KR100777691B1

KR100777691B1 - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100777691B1
Application number: KR1020000027453A
Authority: KR
Inventors: 송장근; 김재훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2007-11-21
Also published as: KR20010106617A

Abstract

액정 표시 장치에 있어서, 하부 기판에 다수의 선형 가지를 가지는 화소 전극이 형성되어 있고, 상부 기판에 공통 전극의 기능을 겸하는 블랙 매트릭스가 화소 전극과 교대로 위치하도록 형성되어 있다. 상부 기판과 하부 기판의 사이에는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질이 주입되어 있다. 이렇게 하면, 액정 표시 장치의 제조 공정 중 사진 식각 횟수를 감소시켜 공정을 단순화할 수 있고, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 사용할 수 있어서 원가를 절감할 수 있으며, 전기장의 방향이 기판 면에 대하여 수직이나 수평이 아닌 기울어진 방향으로 형성되기 때문에 액정의 이동 경로를 짧게 하여 빠른 응답속도를 얻을 수 있다.

액정표시장치, 블랙매트릭스, 공통전위, 화소전극, 사진식각횟수

Description

액정 표시 장치{liquid crystal display}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이고,

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 색필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.

그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서 도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하는 방법이 유력시되고 있다.

종래의 개구 패턴을 형성하는 방법으로는 화소 전극과 공통 전극에 각각 개구 패턴을 형성하여 이들 개구 패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정 분자들이 눕는 방향을 조절함으로써 시야각을 넓히는 방법이 있다.

그러나 이 경우에는 컬러 필터 위에 형성되어 있는 ITO(indium tin oxide)로 이루어진 공통 전극을 사진 식각(photolithography) 공정을 사용하여 패터닝(patterning)해야 하므로 사진 식각 공정이 추가된다.

또 컬러 필터 위에 스퍼터링(sputtering)으로 증착된 ITO와 컬러 필터 수지(resin)와의 접착력이 좋지 않아서 공통 전극의 식각에 있어서 정밀도가 떨어진다. 또 ITO 식각시 컬러 필터가 노출되면서 손상을 입는 문제가 있어서 이를 방지하기 위하여는 컬러 필터 위에 신뢰성 있는 유기 절연막(오버코트막)을 코팅(coating)해야 하는데 이 오버코트막의 가격이 비싼 문제점이 있다. 오버코트막을 형성하면 공통 전극이 크롬(Cr) 등으로 형성되는 블랙 매트릭스(black matrix)와 직접 접촉하지 못하므로 저항이 증가하여 플리커(flicker) 불량이 심해지는 등의 문제도 발생한다. 또한, 공통 전극에 개구 패턴이 형성되므로 공통 전극의 저항 증가가 가중된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광시야각 액정 표시 장치를 제공하 는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 광시야각 액정 표시 장치의 생산비용을 감소시키는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 하부 기판의 화소 전극을 선형으로 형성하고, 상부 기판의 블랙 매트릭스를 공통 전극으로 사용한다.

구체적으로는, 제1 기판 위에 가로 방향으로 게이트선이 형성되어 있고, 데이터선이 게이트선과 절연되어 교차하고 있으며, 다수의 화소 가지 전극을 가지는 화소 전극이 게이트선과 데이터선이 교차하여 이루는 영역에 형성되어 있고, 게이트선을 따라 전달되는 주사 신호에 의하여 데이터선을 따라 전달되는 화상 신호를 화소 전극에 전달 또는 차단하는 스위칭 소자가 형성되어 있다. 제2 기판이 제1 기판과 대향하고 있고, 제2 기판에 공통 전위가 인가되는 블랙 매트릭스가 형성되어 있다.

이렇게 하면, 액정 표시 장치의 제조 공정 중 사진 식각 횟수를 감소시켜 공정을 단순화할 수 있고, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 사용할 수 있어서 원가를 절감할 수 있으며, 전기장의 방향이 기판 면에 대하여 수직이나 수평이 아닌 기울어진 방향으로 형성되기 때문에 액정의 이동 경로를 짧게 하여 빠른 응답속도를 얻을 수 있다.

그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이다.

액정 표시 장치는 크게 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 하부 기판(100), 색필터가 형성되어 있는 상부 기판(200) 및 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이에 주입되어 있는 액정층(300)으로 이루어진다.

하부의 절연 기판(100) 위에 가로 방향으로 게이트선(20)이 뻗어 있고 게이트선(20)에는 돌기의 형태로 게이트 전극(21)이 형성되어 있다. 게이트 전극(21)과 게이트선(20)을 포함하는 게이트 배선 위에는 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다. 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(30) 위에는 박막 트랜지스터의 채널부로 기능하는 반도체 패턴(60)이 형성되어 있다. 반도체 패턴(60)의 위에는 양편으로 분리되어 있는 접촉층 패턴(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 이 때, 반도체 패턴(60)은 비정질 규소로 이루어져 있고, 접촉층 패턴은 N형 불순물로 고농도로 도핑된 비정질 규소로 이루어져 있다.

게이트 절연막(30) 위에는 데이터선(40)이 세로 방향으로 뻗어 있고, 데이터선(40)에는 분지로서 소스 전극(41)이 형성되어 있다. 소스 전극(41)은 한쪽 접촉층 패턴 위에까지 연장되어 있다. 다른 한쪽 접촉층 패턴 위에는 드레인 전극(42) 형성되어 있고, 드레인 전극은 화소 전극(50)과 연결되어 있다. 게이트 전극(21), 반도체 패턴(60), 접촉층 패턴, 소스 전극(41) 및 드레인 전극(42) 등으로 이루어진 박막 트랜지스터는 게이트선(20)을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 데이터선(40)을 따라 전달되는 화상 신호를 화소 전극(50)에 전달 또는 차단하는 스위칭 소자이다. 스위칭 소자는 다결정 규소를 이용하여 형성할 수도 있다.

화소 전극(50)은 선형으로 형성되어 있는 세로 방향 가지부(51)와 가로 방향 가지부(52) 및 이들 가지부(51, 52)를 연결하는 줄기부(53)로 이루어져 있다. 화소 전극(50)의 가지부(51, 52)와 줄기부(53)의 폭은 3㎛~10㎛ 사이이며, 전극 저항과 구동 전압 등을 고려할 때 약 4㎛ 내외가 바람직하다. 가지부(51, 52)의 간격은 5㎛~20㎛이다. 화소 전극(50)은 데이터선(40)과 동일한 물질로 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(50)의 모양은 다양한 변형이 가능하다.

화소 전극(50) 및 데이터선(40)의 위에는 보호막(70)이 형성되어 있다. 보호막(70)은 소스 전극(41)과 드레인 전극(42) 사이에 노출되어 있는 반도체 패턴을 보호하는 역할을 한다.

상부 기판(200)에는 크롬(Cr) 단일층이나 크롬과 산화크롬(CrOx)의 이중층으로 이루어져 있는 블랙 매트릭스(210)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(210) 위에는 적, 녹, 청색의 색필터(230)가 형성되어 있다. 이 때, 블랙 매트릭스(210)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 화소 전극(50)의 가지부(51, 52)와 교대로 위치하도록 다수의 가지부를 가지고 있다. 액정 표시 장치의 구동시 블랙 매트릭스(210)에는 공통 전위가 인가되어 화소 전극(50)과의 사이에서 전기장을 형성하게 된다. 블랙 매트릭스(210)의 가지부의 폭은 3㎛~10㎛ 사이로 형성한다.

하부 기판(100)과 상부 기판(200)의 사이에는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질이 주입되어 액정층(300)을 형성하고 있다. 여기서, 상하 기판(100, 200)에는 수직 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있어서 액정 분자들을 수직 배향 하고 있다.

도 2에는 화소 전극(50)과 블랙 매트릭스(210) 사이에 전압이 인가된 경우에 형성되는 등전위선과 그에 따른 액정 분자의 배열이 도시되어 있다. 액정 분자들은 화소 전극 가지부(51, 52)와 블랙 매트릭스 가지부를 중심으로 하여 양쪽에서 기울어지는 방향이 반대로 되어 서로 다른 종류의 도메인을 형성함으로써 광시야각이 얻어진다. 또, 전기장의 방향이 기판 면에 대하여 수직이나 수평이 아닌 기울어진 방향으로 형성되기 때문에 액정의 이동 경로를 짧게 하여 빠른 응답속도를 얻을 수 있다.

이와 같은 구조의 액정 표시 장치에서는 상부 기판(200)의 공통 전극을 따로 형성하지 않고 블랙 매트릭스(210)로 공통 전극을 대신하므로 종래의 개구 패턴을 형성하는 방식에 비하여 제조 공정이 상당히 단순해진다. 또한 하부 기판(100)의 화소 전극(50)도 데이터선(40) 형성 공정에서 함께 형성할 수 있기 때문에 사진 식각 공정 수가 감소한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판(100)에 공통 전극(27)이 더 형성되어 있는 점을 제외하고는 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치와 동일하다. 공통 전극(27)은 게이트선(20)과 같은 층에 게이트선(20)과 함께 형성되며, 상부 기판(200)의 블랙 매트릭스(210)와 중첩되도록 배치된다. 이 때, 블랙 매트릭스(210) 가지부의 선폭은 공통 전극(27)의 선폭보다 일정한 정도 넓게 형성하여 상하판(100, 200) 조립시에 정렬 오차가 발생하더라도 공통 전극(27)이 블랙 매트릭스(210)의 외곽선 밖으로 나오지 않도록 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 실시예에 비하여 전기장이 강하게 형성되므로 응답속도 측면에서 더 유리하다. 다만 개구율 측면에서는 불리할 수 있다.

제3 실시예는 상부 기판(200)을 제외하고 제1 실시예와 동일한 구조이다.

상부 기판(200)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기판(200) 위에 먼저 색필터(230)가 형성되어 있고, 색필터(230) 위에 버퍼층(240)이 형성되어 있으며, 버퍼층(240) 위에 공통 전극 기능을 겸하는 블랙 매트릭스(210)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(210)의 평면적 배치는 제1 실시예와 마찬가지이다. 버퍼층(240)은 블랙 매트릭스(210)를 패터닝(patterning)할 때 색필터(230)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로 생략될 수도 있다. 블랙 매트릭스(210)는 크롬이나 산화크롬으로 형성되는 것으로 ITO(indium tin oxide)에 비하여 식각성이 우수하다. 따라서 버퍼층(240)을 생략하더라도 ITO를 식각하는 과정에서 색필터(230)가 손상되는 정도의 손상이 발생할 우려는 없다.

제3 실시예와 같이 공통 전극 역할을 하는 블랙 매트릭스(210)가 가장 상층부에 형성되면 액정층에 가해지는 전기장의 세기가 제1 실시예에 비하여 강해지기 때문에 액정의 응답속도를 향상시킬 수 있다. 또 달리 보면 제3 실시예는 제1 실시예에 비하여 낮은 구동 전압으로도 구동할 수 있다.

본 발명에 따르면 액정 표시 장치의 제조 공정 중 사진 식각 횟수를 감소시켜 공정을 단순화할 수 있고, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 사용할 수 있어서 원가를 절감할 수 있으며, 전기장의 방향이 기판 면에 대하여 수직이나 수평이 아닌 기울어진 방향으로 형성되기 때문에 액정의 이동 경로를 짧게 하여 빠른 응답속도를 얻을 수 있다.

Claims

투명한 제1 기판,

상기 제1 기판 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 게이트선,

상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선,

상기 게이트선과 동일한 층에 형성되어 있으며, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 구획하는 영역 내에 형성되어 있는 다수의 공통 전극,

상기 게이트선과 상기 데이터선이 구획하는 영역에 형성되어 있으며, 상기 공통 전극 사이에 존재하고, 다수의 화소 가지 전극을 가지는 화소 전극,

상기 게이트선을 따라 전달되는 주사 신호에 의하여 상기 데이터선을 따라 전달되는 화상 신호를 상기 화소 전극에 전달 또는 차단하는 스위칭 소자,

상기 제1 기판과 대향하는 투명한 제2 기판,

상기 제2 기판 위에 존재하며, 상기 공통 전극과 대응하는 위치에 형성되어 있고, 크롬(Cr) 단일층 또는 크롬을 포함하는 다층 구조로 이루어져 공통 전위가 인가되는 블랙 매트릭스

를 포함하는 액정 표시 장치.
삭제
제1항에서,

상기 블랙 매트릭스는 상기 공통 가지 전극과 대응하는 가지부를 가지는 액정 표시 장치.
제3항에서,

상기 블랙 매트릭스 가지부는 상기 공통 가지 전극보다 폭이 넓은 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제2 기판의 상기 블랙 매트릭스 위에 형성되어 있는 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제2 기판과 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 있는 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
제6항에서,

상기 색필터와 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성되어 있는 버퍼층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
삭제
제1항에서,

상기 블랙 매트릭스는 상기 화소 가지 전극과 교대로 배치되어 있는 다수의 가지부를 가지는 액정 표시 장치.
제9항에서,

상기 블랙 매트릭스의 가지부의 폭은 3㎛~10㎛ 사이인 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 주입되어 있으며 양의 유전율 이방성을 가지는 액정층을 더 포함하고, 상기 액정층의 액정 분자는 상기 상하 기판에 대하여 수직 배향되어 있는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 화소 가지 전극의 폭은 3㎛~10㎛ 사이인 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 다층 구조의 블랙 매트릭스는 크롬과 산화크롬의 2중층으로 이루어져 있는 액정 표시 장치.