KR101053293B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 투과율을 향상시키면서, 반사투과형으로 구현할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 투명성 절연 기판 상에 금속막을 증착하고 식각하여 게이트 전극, 게이트 배선, 공통 배선을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 등이 형성된 절연 기판 상에 게이트 절연막, 반도체막 도포 공정과 금속막을 증착 공정을 차례대로 진행한 다음, 이를 식각하여 소스/드레인 전극, 데이터 배선, 스토리지 전극 및 채널층과 오믹콘택층으로된 액티브층을 형성하는 단계; 상기 소스/드레인 전극이 형성된 절연 기판 상에 보호막을 도포한 다음, 감광막을 도포하여 노광 및 현상하여 콘택홀을 형성하기 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 감광막 패턴을 따라 상기 보호막 상에 콘택홀을 형성한 다음, 감광막 패턴이 형성된 절연 기판의 전 영역 상에 반사 금속막을 증착한 다음, 리프트 오프 공정에 따라 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
액정표시장치, IPS, 반사투과형, 투과율, 전극

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING LCD}
도 1은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치에서 액정 분자가 배열되는 모습을 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태에 따른 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면.
도 4는 상기 도 3의 A-A'를 절단한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치 화소 구조를 도시한 도면.
도 6은 상기 도 5의 B-B'에 대응되는 횡정계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
201: 게이트 전극 203: 공통 배선
203a: 제 1 공통 전극 203b: 제 2 공통 전극
205a: 소스 전극 205b: 드레인 전극
207: 스토리지 전극 207a: 화소 전극
211: 게이트 배선 213: 데이터 배선
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액정표시장치의 투과율을 향상시키면서, 반사투과형으로 구현할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 현대사회가 정보 사회화로 변해 감에 따라 정보표시장치의 하나인 액정표시장치 모듈의 중요성이 점차로 증가되어 가고있다. 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 CRT(cathode ray tube)는 성능이나 가격적인 측면에서 많은 장점을 갖고 있지만, 소형화 또는 휴대성 측면에서 많은 단점을 갖고 있다.
이와 같이 CRT의 단점을 보안하기 위하여 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력및 저가격화를 실현할 수 액정표시장치가 개발되었다.
상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)는 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
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.
상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛이 임의로 변조되어 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정 표시 장치는 공통 전극이 형성된 컬러 필터 기판과 화소 전극이 형성된 어레이 기판과, 두 기판 사이에 충진된 액정으로 이루어지는데, 현재 주로 사용되고 있는 능동행렬 액정 표시 장치 중 하나로 트위스트 네마틱(TN : twisted nematic) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다. 상기 트위스트 네마틱 방식은 두 기판에 각각 전극을 설치하고 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 다음 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하는 방식이다.
그러나, 상기 TN방식(twisted nematic mode) 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 큰 단점이 있다.
그래서, 최근에 상기 협소한 시야각 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 새로운 방식을 채용한 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 상기 방식으로 횡전계 방식(IPS: In-plane switching mode) 또는 OCB방식(optically compensated birefrigence mode) 등이 있다.
이 가운데 상기 횡전계 방식 액정 표시 장치는 액정 분자를 기판에 대해서 수평을 유지한 상태로 구동시키기 위하여 2개의 전극을 동일한 기판 상에 형성하 고, 상기 2개의 전극 사이에 전압을 인가하여 기판에 대해서 수평방향으로 전계를 발생시킨다. 즉, 액정 분자의 장축이 기판에 대하여 일어서지 않게 된다.
이 때문에, 시각방향에 대한 액정의 복굴절율의 변화가 작아 종래의 TN방식 액정 표시 장치에 비해 시야각 특성이 월등하게 우수하다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래 기술에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치의 구조를 구체적으로 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치에서 액정 분자가 배열되는 모습을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 횡정계 방식 액정표시장치의 액정 패널은 컬러 필터가 형성된 컬러 필터 기판(10)과 박막 트랜지스터 어레이 기판(20) 사이에는 액정층(30)이 충진되어 있다.
이때, 박막 트랜지스터 어레이 기판(20) 상에는 공통 전극(22)과 화소 전극(24)이 동일 평면상에 수평적으로 형성되어 있고, 여기에 인가되는 전압에 따라 수평적 전기장(26)을 형성하게 되고, 이때 이러한 수평적 전기장(26) 사이에 액정 분자들은 수평으로 배열된다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 오프(off) 상태의 횡전계 방식 액정표시장치는 인가되는 전압이 없으므로 공통 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 수평적 전기장이 형성되지 않아, 액정 분자(32)의 상변이가 일어나지 않는다.
이때, 특히 원내의 도면은 횡전계 방식 액정표시장치의 간략한 평면도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이 공통 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 위치하는 액정 분자(32)들은 러빙 방향(R)에 따라 공통 전극(22)과 화소 전극(24)에 대해서 일정 정도 경사지게 위치하고 있다.
여기에 전압이 인가되어 공통 전극(22)과 화소 전극(24)사이에 수평적 자기장이 형성되면, 그 사이에 위치한 액정분자(32)가 회전력을 받아 회전하여 공통 전극(22)과 화소 전극(24)에 대칭이 되도록 회전하며, 상기 러빙 방향(R)은 공통 전극(22) 및 화소 전극(24)의 장축방향과 10~20°정도의 각을 이루고 있다.
도 2b는 상술한 두 개의 전극에 각각 전압이 인가된, 온(on) 상태인 횡전계 방식 액정표시장치의 액정의 상변이를 도시한 도면으로, 공통 전극(22) 및 화소 전극(24)과 대응하는 위치의 액정분자(32a)의 상변이는 없지만, 공통 전극(22)과 화소 전극(24) 사이 구간에 위치한 액정분자(32b)는 공통 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 전압이 인가됨으로써 형성되는 수평적 자기장(26)에 인해, 이러한 수평적 자기장(26)과 같은 방향으로 상변이가 이루어진다.
이러한 횡전계 방식 액정표시장치는 상술한 바와 같이, 액정이 수평적 자기장에 의해 구동하므로 횡전계 방식 액정표시장치를 통하여 표시된 화면을 사용자가가 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 약 80~85°방향까지 가시할 수 있는 시야각 특성을 가지고 있고, 또한 이러한 횡전계형 액정표시장치는 일반적으로 사용되는 액정표시장치에 비해 제작 공정이 간단하고, 시야각에 따란 색반전(color-shift)의 이동이 적은 장점이 있다.
도 3은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 액정표시장치의 어레이 기판과 컬러 필터 기판이 합착된 상태에서 상기 어레이 기판 상에 형성된 단위 화소 영역을 도시하였다.
여기서, 점선 처리된 120 영역은 컬러 필터 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스 영역을 나타낸다..
이하, 상기 어레이 기판 상에 형성된 단위 화소를 중심으로 설명한다.
상기 어레이 기판 상에 형성된 단위 화소는 구동신호를 인가하는 게이트 배선(111)과 데이터 신호를 인가하는 데이터 배선(113)이 수직으로 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하고 있다.
상기 단위 화소 영역 상에는 공통 신호를 인가하는 공통 배선(103)으로부터 스트라이프(stripe) 형태로 분기된 복수개의 공통 전극(103a)과, 상기 공통 배선(103)과 함께 스토리지 커패시턴스를 형성하는 스토리지 전극(107)으로부터 스트라이프(stripe) 형태로 분기된 복수개의 화소 전극(107a)이 소정의 간격을 두고, 교대로 배치되어 있다.
상기 게이트 배선(111)과 데이터 배선(113)이 수직으로 교차하는 영역 상에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT)가 배치되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 배선(111)으로부터 분기되는 게이트 전극(101)과, 상기 게이트 전극(101) 상부에 위치하면서, 상기 데이터 배선(113)으로 분기하는 소스 전극(105a)과, 상기 소스 전극(105a)에 대향하면서, 상기 화소 전극(107a)과 전기적으로 콘택되는 드레인 전극(105b)으로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 IPS 모드 액정표시장치는 상기 스트라이프(stripe) 구조를 갖는 화소 전극(107a)과 공통 전극(103a)이 교대로 하부 기판 상에 배치되어, 횡전계를 형성하고, 상기 화소 전극(107a)과 공통 전극(103a) 사이에 형성된 횡전계 방향에 따라 액정 분자가 배열되어 시야각이 우수한 화상을 디스플레이 한다.
도 4는 상기 도 3의 A-A'를 절단한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 어레이 기판은 하부 기판(100a) 상에 스위칭 소자인 TFT와 스트라이프(stripe) 구조를 갖는 화소 전극(107a) 및 공통 전극(103a)이 형성되어 있다.
상기 어레이 기판과 액정층(110)을 사이에 두고 합착된 컬러 필터 기판은 상부 기판(100b) 상에 블랙 매트릭스(120)와 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 컬러 필터(122a, 122b) 및 오버코트층(overcoat: 130)이 형성되어 있다.
상기 어레이 기판은 게이트 전극(101)을 형성하는 1 마스크 공정, 게이트 절연막(102)을 도포하고, 상기 게이트 절연막(102) 상에 채널층(104a)과 오믹 콘택층(104b)으로된 액티브층(104)을 형성하는 2 마스크 공정, 박막 트랜지스터의 소스/드레인 전극(105a, 105b)과 공통 전극(103a) 및 데이터 배선을 형성하는 3 마스크 공정, 제 1 보호막(109)을 도포하고 콘택홀을 형성하는 4 마스크 공정, 투명 금속막을 증착하고 식각하여 화소 전극(107a)을 형성한 다음, 상기 하부 기판(100a)의 전 영역 상에 제 2 보호막(109)을 도포하는 5 마스크 공정으로 이루어진다.
상기 하부 기판(100a) 상에 형성되는 스트라이프 구조의 화소 전극(pixel: 107a)과 공통 전극(Vcom: 103a)간의 거리는 약 10~12㎛이다.
일반적으로 횡전계 방식 액정표시장치에서는 포지티브(positive) 액정을 사용하는데, 상기 도 2a와 2b에서 설명한 바와 같이, 상기 화소 전극(107a)과 공통 전극(103a) 사이에 형성된 전계에 따라 상기 액정 분자들은 수평으로 배열되면서 상기 하부 기판(100a)을 통하여 진행하는 광의 투과율을 조절한다.
그리고 상기 화소 전극(107a)과 공통 전극(103a) 사이에 형성되는 전계에 의해서 투과율이 조절된 광은 상기 상부 기판(100b) 상에 형성된 레드, 그린, 블루 컬러 필터(122a, 122b)를 통과하면서 색을 구현한다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 횡전계 방식 액정표시장치는 전극 간의 간격을 넓히면 투과 특성이 좋아지지만, 이에 따라 전극 간에 인가되는 전압이 높아져서 소비 전력이 커지는 단점이 있다.
또한, 종래 기술에서는 화소 전극과 공통 전극 상부에 존재하는 액정은 전계에 의하여 움직이지 않기 때문에, 투과율 특성이 좋지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 액정표시장치의 마스크 공정을 줄이면서, 화소 전극과 공통 전극을 반사 금속으로 형성하고, 전극 간 거리를 줄임으로써, 반사투과형 액정표시장치를 구현할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법은,
투명성 절연 기판 상에 금속막을 증착하고 식각하여 게이트 전극, 게이트 배선, 공통 배선을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극 등이 형성된 절연 기판 상에 게이트 절연막, 반도체막 도포 공정과 금속막을 증착 공정을 차례대로 진행한 다음, 이를 식각하여 소스/드레인 전극, 데이터 배선, 스토리지 전극 및 채널층과 오믹콘택층으로된 액티브층을 형성하는 단계;
상기 소스/드레인 전극이 형성된 절연 기판 상에 보호막을 도포한 다음, 감광막을 도포하여 노광 및 현상하여 콘택홀을 형성하기 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 감광막 패턴을 따라 상기 보호막 상에 콘택홀을 형성한 다음, 감광막 패턴이 형성된 절연 기판의 전 영역 상에 반사 금속막을 증착한 다음, 리프트 오프 공정에 따라 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소스/드레인 전극, 데이터 배선, 스토리지 전극 및 채널층을 형성하는 단계에서는 회절 노광 공정을 사용하여 상기 소스/드레인 전극, 데이터 배선, 스토리지 전극 및 액티브층을 동시에 형성하고, 상기 화소 전극과 공통 전극에 사용하는 반사 금속은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 은(Ag), 은 합금(Ag-Alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 크롬(Cr), 크롬 합금(Cr-alloy)중 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공통 전극은 상기 공통 배선과 전기적으로 연결하는 제 1 공통 전극과 상기 화소 전극과 교대로 단위 화소 영역에 형성되는 제 2 공통 전극인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는,
기판;
상기 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하는 데이터 배선과 게이트 배선;
상기 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역 상에 배치되어 있는 스위칭 소자;
상기 게이트 배선과 대향되면서 평행하게 배치되어 있는 공통 배선;
상기 공통 배선으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되는 복수개의 공통 전극;
상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되면서 상기 공통 배선과 스토리지 커패시턴스를 형성하는 스토리지 전극; 및
상기 스토리지 전극으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되면서, 상기 복수개의 공통 전극과 교대로 번갈아 배치되는 복수개의 화소 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 화소 전극과 공통 전극 간 사이는 1~6㎛이고, 상기 공통 전극은 상기 화소 전극과 동일한 금속이며, 상기 화소 전극과 공통 전극은 광반사를 위한 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 은(Ag), 은 합금(Ag-Alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 크롬(Cr), 크롬 합금(Cr-alloy)중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 액정표시장치는,
제 1 기판;
상기 제 1 기판과 대향하는 합착된 제 2 기판;
상기 제 1 기판 상에 형성된 스위칭 소자;
상기 제 1 기판의 단위 화소 영역에 소정의 거리를 두고 교대로 배치되어 있는 복수개의 화소 전극과 공통 전극;
상기 제 2 기판 상에 광차단을 위하여 형성된 블랙 매트릭스;
상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 기판의 단위 화소 영역과 대응되도록 형성된 레드, 그린, 블루 컬러 필터들;
상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 기판의 단위 화소 영역과 대응되는 영역에 요철 형상을 구비한 오버코트층; 및
상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 게재된 액정층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 게재된 액정층은 포지티브 액정 또는 네가티브 액정이고, 상기 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 6㎛ 이하로 배치하여 투과율을 향상시키며, 상기 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 6㎛ 이하로 배치하여 낮은 구동 전압에 의해 구동되도록 하고, 상기 제 1 기판은 상기 화소 전극과 공통 전극이 배치된 영역을 반사 영역, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이를 투과 영역으로 하여 반사형 및 투과형으로 구동하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제 2 기판 상에 형성된 요철형 오버코트층은 볼록한 요철부와 상기 화소 전극 또는 공통 전극과 대응되도록 하고, 상기 오목한 요철부는 전극 사이와 대응되도록 하고, 상기 오버코트층의 오목한 요철부의 셀갭(2d)은 상기 오버 코트층의 볼록한 요철부의 셀갭(d)의 2배이며, 상기 제 1 기판의 투과 영역을 통과하는 광의 진행 경로와 반사 영역에서 반사되는 광의 경로는 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 액정표시장치의 마스크 공정을 줄이면서, 화소 전극과 공통 전극을 반사 금속으로 형성하고, 전극간 거리를 줄임으로써, 반사투과형 액정표시장치를 구현할 수 있다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 구동신호를 인가하는 게이트 배선(211)과 데이터 신호를 인가하는 데이터 배선(213)이 수직으로 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하고 있다.
여기서, 본 발명에서는 상기 데이터 배선(213)이 단위 화소 영역 내의 중심 영역에서 소정의 각도로 꺽임(절곡) 구조를 갖도록 형성하였는데, 이것은 액정 분자의 배향 방향이 상하 대칭을 이루도록 함으로써, 광시야각을 구현하기 위해서이다.
상기 단위 화소 영역 상에는 공통 신호를 인가하는 공통 배선(203)이 폐구조로 형성되어 있다. 그리고 상기 공통 배선(203)에는 제 1 공통 전극(203a)과 제 2 공통 전극(203b)이 형성되어 있는데, 상기 제 1 공통 전극(203a)은 단위 화소 영역을 중심으로 상기 데이터 배선(213)과 인접한 공통 배선(203)을 따라 전기적으로 콘택(contact)되어 있다.
상기 제 2 공통 전극(203b)은 상기 공통 배선(203)으로부터 분기되어 상기 단위 화소 영역에서 소정의 간격을 두면서 배치되어 있다.
그리고 상기 데이터 배선(213)과 게이트 배선(211)이 수직으로 교차하는 영역 상에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT)가 배치되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 배선(211)으로부터 분기되는 게이트 전극(201)과, 상기 게이트 전극(201) 상부에 위치하면서, 상기 데이터 배선(213)으로 분기하는 소스 전극(205a)과, 상기 소스 전극(205a)과 마주하는 영역에 드레인 전극(205b)으로 구성되어 있다.
상기 드레인 전극(205b)과 일체로 형성되는 스토리지 전극(207)은 상기 게이트 배선(211)으로부터 인접한 영역에 형성되어 있는 상기 공통 배선(203)과 오버랩되어 스토리지 커패시턴스를 형성한다.
그리고 상기 스토리지 전극(207)으로부터 단위 화소 영역으로 복수개의 화소 전극(207a)이 분기되어 상기 제 2 공통 전극(203b)과 교대로 단위 화소 영역 내에 배치되어 있다.
상기 화소 전극(207a)과 상기 제 1, 제 2 공통 전극(203a, 203b)와의 전극간 거리는 종래 기술과 달리 6㎛ 이하의 간격을 유지하도록 하여, 전극 상부에 위치하는 액정 분자들을 회전시켜 투과율을 향상시켰다.
그리고 상기 화소 전극(207a)과 제 1, 제 2 공통 전극(203a, 203b)을 모두 반사율이 높은 금속을 사용함으로써, 상기 화소 전극(207a)과 제 1, 제 2 공통 전극(203a, 203b) 사이 구간을 투과 영역으로 사용하고, 상기 화소 전극(207a), 제 1, 2 공통 전극(203a, 203b)을 반사 영역으로 사용하여 반사투과형 IPS 방식 액정표시장치를 구현할 수 있다.
상기 화소 전극(207a)과 제 1, 제 2 공통 전극(203a, 03b)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 은(Ag), 은 합금(Ag-Alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 크롬(Cr), 크롬 합금(Cr-alloy)을 사용한다.
그리고 본 발명에서 사용하는 액정은 포지티브(positive)와 네가티브(negative) 모두를 사용할 수 있으며, 전극 간 간격을 좁힘으로써 전극 상부에 존재하는 액정 분자들까지 회전시켜 광투과율을 향상시켰다.
도 6은 상기 도 5의 B-B'에 대응되는 횡정계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 어레이 기판 상에는 하부 기판(200a)과 스위칭 소자인 박막 트랜지스터, 화소 전극(207a)과 공통 배선(203) 및 제 1, 2 공통 전극(203a, 203b)이 형성되어 있다.
본 발명에서 적용되는 어레이 기판은 리프트 오프(lift-off) 공정을 적용하여 3마스크 공정에 의해 제조하였다.
따라서, 어레이 기판의 제조 공정을 간단히 살펴보면, 상기 투명성 절연 기판인 하부 기판(200a) 상에 게이트 금속막을 증착하고, 포토리소그라피(photolithography) 공정에 따라 금속막을 식각하여 게이트 배선, 게이트 전극(201), 공통 배선(203)을 형성한다.
그런 다음, 상기 게이트 전극(201)이 형성된 하부 기판(200a) 상에 게이트 절연막(202), 비정질 실리콘막, 도핑된 비정질 실리콘막 도포 공정 및 소스/드레인 금속막 증착 공정을 진행한 다음, 회절 노광 공정에 따라, 채널층(204), 오믹 콘택층(206), 소스/드레인 전극(205a, 205b), 데이터 배선, 스토리지 전극(207)을 동시에 형성한다.
이때, 화소 영역 상에 형성되어 있는 소스/드레인 금속막 및 비정질 실리콘막과 도핑된 비정질 실리콘막은 제거되고 게이트 절연막(202)만 존재하도록 한다.
상기 소스/드레인 전극(205a, 205b)이 형성된 하부 기판(200a) 상에 보호막을 도포하고, 이후 형성될 화소 전극과의 전기적 콘택을 위하여 상기 드레인 전극(205b)의 일부를 제거하는 콘택홀 공정을 진행한다.
이때, 단위 화소 영역 상의 화소 전극과 제 1, 제 2 공통 전극(203a, 203b)이 형성될 영역에 형성된 보호막(209) 및 게이트 절연막(202)을 제거하여 상기 하부 기판(200a)을 노출시킨다.
상기와 같이 보호막(209) 상에 콘택홀이 형성되면, 콘택홀 형성을 위하여 패터닝한 감광막 패턴을 제거하지 않고, 상기 하부 기판(200a)의 전 영역에 반사 금속막을 증착하고 포토 공정 없이 화소 전극(207a)을 형성하는 리프트 오프(lift- off) 공정을 진행한다.
상기 리프트 오프 공정에 따라 상기 보호막(209) 상에 패터닝된 감광막의 상부에 증착된 반사 금속은 에천트 용액의 침투에 의해 상기 감광막 패턴과 함께 제거되고, 화소 영역에는 화소 전극(207a)과 제 1, 2 공통 전극(203a, 203b)을 형성한다.
상기 화소 전극(207a)과 제 1, 2 공통 전극(203a, 203b)은 ITO와 같은 투명 금속을 사용할 수 있고, 본 발명에서와 같이 반사투과형 IPS 방식 액정표시장치를 제조하기 위해서는 모두 반사 금속을 사용한다.
상기 반사 금속은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 은(Ag), 은 합금(Ag-Alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 크롬(Cr), 크롬 합금(Cr-alloy)을 사용한다.
따라서, 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 보면 도 6에 도시된 바와 같이, 어레이 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터에 대응되는 컬러 필터 기판 상에는 광차단을 위한 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있고, 어레이 기판의 단위 화소 영역에 형성된 화소 전극(207a), 제 1, 제 2 공통 전극(203a, 203b)에 대응되는 컬러 필터 기판 상에는 레드(R), 그린(G), 블루(B)와 같은 컬러 필터(222a, 222b)가 형성되어 있다.
상기 어레이 기판의 단위 화소 영역 상에 형성되어 있는 화소 전극(207a)과 제 2 공통 전극(203b) 사이의 거리는 6㎛ 이하로 줄였고, 상기 화소 전극(207a)과 제 1, 2 공통 전극(203a, 203b)이 모두 상기 하부 기판(200a) 상에 형성되어 있다.
그리고 상기 화소 전극(207a)과 제 1, 제 2 공통 전극(203a, 203b)이 모두 반사 금속으로 형성되어 있으므로, 외부에서 인가되는 광을 반사시켜 반사형 액정표시장치로 구동할 수 있다.
뿐만 아니라 상기 화소 전극(207a)과 상기 제 1, 2 공통 전극(203a, 203b) 사이에 형성된 게이트 절연막(202)과 보호막(209)을 투과형 액정표시장치로 사용할 수 있다.
즉, 하나의 화소 영역에 반사 영역과 투과 영역으로 구분하여 반사투과형 횡전계 방식 액정표시장치로 사용할 수 있도록 하였다.
상기 도 6의 도면과 달리 도 7에서는 반사형과 투과형 액정표시장치로 사용할 경우에는 상기 하부 기판(200a) 하부로부터 진행하여 상기 상부 기판(200b)으로 진행하는 광이 액정층(210)을 진행한 거리(2d)와, 상기 상부 기판(200b) 외측으로부터 입사되는 광이 상기 어레이 기판 상에 형성된 화소 전극(207a) 및 제 1, 2 공통 전극에서 반사되어 진행하는 거리를 같게 하여 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시켰다.
따라서, 상기 컬러 필터 기판 상에 형성되는 오버 코트층(330)의 구조를 화소 전극(207a)과 제 1, 2 공통 전극(203a, 203b)에 대응되는 영역을 볼록한 요철을 형성하여 광 진행 거리를 d로 만들고, 게이트 절연막(202)과 보호막(209)이 적층된 영역에서는 오목한 요철 구조를 형성하여 광 진행 거리를 2d로 하여 반사광과 투과광의 진행 거리를 같게 하였다.
따라서, 본 발명에서는 화소 영역에 형성되는 전극간 거리를 좁히고, 사용하 는 액정을 네가티브 액정으로 함으로써, 전극 상부에서도 액정 분자들이 회전하여 투과율이 향상될 수 있도록 하였다.
아울러, 화소 영역에 형성되는 화소 전극 및 공통 전극들을 모두 반사율이 높은 금속으로 하여 반사 영역으로 사용하고, 전극간 적층되어 있는 절연층을 투광영역으로 사용함으로써, 반사투과형 IPS 방식 액정표시장치를 구현하였다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 액정표시장치의 마스크 공정을 줄이면서, 화소 전극과 공통 전극을 반사 금속으로 형성하고, 전극간 거리를 줄임으로써, 반사투과형 액정표시장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 외부광의 반사 경로와 내부광의 진행 경로를 같도록 함으로써, 콘트라스트비 개선 및 화질 개선을 하였다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 투명성 절연 기판 상에 금속막을 증착하고 식각하여 게이트 전극, 게이트 배선, 공통 배선을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극이 형성된 절연 기판 상에 게이트 절연막, 반도체막 도포 공정과 금속막 증착 공정을 차례대로 진행한 다음, 상기 반도체막 및 금속막을 식각하여 소스/드레인 전극, 데이터 배선, 스토리지 전극 및 채널층과 오믹콘택층으로된 액티브층을 동시에 형성하는 단계;
    상기 소스/드레인 전극이 형성된 절연 기판 상에 보호막을 도포한 다음, 감광막을 도포하여 노광 및 현상하여 콘택홀을 형성하기 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 따라 상기 보호막 상에 콘택홀을 형성한 다음, 감광막 패턴이 형성된 절연 기판의 전 영역 상에 반사 금속막을 증착한 다음, 리프트 오프 공정에 따라 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스/드레인 전극, 데이터 배선, 스토리지 전극 및 액티브층을 동시에 형성하는 단계에서는 회절 노광 공정을 사용하여 상기 소스/드레인 전극, 데이터 배선, 스토리지 전극 및 액티브층을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극에 사용하는 반사 금속은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 은(Ag), 은 합금(Ag-Alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 크롬(Cr), 크롬 합금(Cr-alloy)중 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 상기 공통 배선과 전기적으로 연결하는 제 1 공통 전극과 상기 화소 전극과 교대로 단위 화소 영역에 형성되는 제 2 공통 전극인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  5. 기판;
    상기 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하는 데이터 배선과 게이트 배선;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역 상에 배치되어 있는 스위칭 소자;
    상기 게이트 배선과 대향되면서 평행하게 배치되어 있는 공통 배선;
    상기 공통 배선으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되는 복수개의 공통 전극; 및
    상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되면서 상기 공통 배선과 스토리지 커패시턴스를 형성하는 스토리지 전극;
    상기 스토리지 전극으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되면서, 상기 복수개의 공통 전극과 교대로 번갈아 배치되는 복수개의 화소 전극;을 포함하고,
    상기 공통 전극과 화소 전극은 상기 기판과 직접 접촉되도록 형성되고, 상기 공통 전극과 화소 전극 사이에는 게이트 절연막과 보호막이 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 간 사이는 1~6㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 상기 화소 전극과 동일한 금속인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극은 광반사를 위한 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 은(Ag), 은 합금(Ag-Alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 크롬(Cr), 크롬 합금(Cr-alloy)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 대향하는 합착된 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 형성된 스위칭 소자;
    상기 제 1 기판의 단위 화소 영역에 소정의 거리를 두고 교대로 배치되어 있는 복수개의 화소 전극과 공통 전극;
    상기 제 2 기판 상에 광차단을 위하여 형성된 블랙 매트릭스;
    상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 기판의 단위 화소 영역과 대응되도록 형성된 레드, 그린, 블루 컬러 필터들;
    상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 기판의 단위 화소 영역과 대응되는 영역에 요철 형상을 구비한 오버코트층; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 개재된 액정층;을 포함하고,
    상기 공통 전극과 화소 전극은 상기 제 1 기판과 직접 접촉되도록 형성되고, 상기 공통 전극과 화소 전극 사이에는 게이트 절연막과 보호막이 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 개재된 액정층은 포지티브 액정 또는 네가티브 액정인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 6㎛ 이하로 배치하여 투과율을 향 상시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 6㎛ 이하로 배치하여 낮은 구동 전압에 의해 구동되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 상기 화소 전극과 공통 전극이 배치된 영역을 반사 영역, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이를 투과 영역으로 하여 반사형 및 투과형으로 구동하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에 형성된 요철형 오버코트층의 볼록한 요철부는 상기 화소 전극 또는 공통 전극과 대응되도록 하고, 상기 요철형 오버코트층의 오목한 요철부는 상기 화소전극과 공통전극 사이와 대응되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 요철형 오버코트층의 오목한 요철부의 셀갭(2d)은 상기 요철형 오버코트층의 볼록한 요철부의 셀갭(d)의 2배인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 투과 영역을 통과하는 광의 진행 거리와 반사 영역에서 반사되는 광의 진행 거리는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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CN102736334A (zh) * 2012-07-04 2012-10-17 信利半导体有限公司 一种半透广视角液晶显示器及其制作方法

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