KR101291911B1 - 수평 전계형 액정표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 정전기에 의해 발생되는 화상 왜곡현상을 방지할 수 있는 수평 전계형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 수평 전계형 액정표시장치는 하부기판; 하부기판에 서로 나란하게 형성되어 수평전계를 이루는 공통전극 및 화소전극; 기저전압원과 접속되는 전극 패드를 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판, 하부기판과 대면하면서 평행하게 형성된 상부기판; 상부기판 상에 형성된 컬러필터; 상부기판의 배면에 형성되고 패널에 발생하는 정전기를 외부로 방전시키기 위한 정전기 방지 패턴, 정전기 방지 패턴과 전극 패드를 전기적으로 연결하는 접지대를 구비한다.

Description

수평 전계형 액정표시장치 및 그 제조 방법{Liquid Crystal Display Apparatus of Horizontal Electronic Field Applying Type and Fabricating Method Thereof}
도 1은 종래의 수직 전계형 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 2는 종래의 수평 전계형 액정표시패널을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 수평 전계형 액정표시장치를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 수평 전계형 액정표시장치의 컬러필터 어레이 기판을 나타내는 평면도.
도 5은 도 4에 도시된 I-I'를 절단한 것에 대한 단면도.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 따른 수평 전계형 액정표시장치의 컬러필터 어레이 기판 제조방법을 나타내는 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2,22,31 : 상부기판 4,24,31 : 하부기판
11,21 : 실재 13,23,47 : 액정
6,26,44 : 공통전극 8,28,49 : 화소전극
33 : 절연막 32 : 블랙 매트릭스
38 : 정전기 방지 패턴 39 : 접지대
45 : 전도 패턴
본 발명은 수평 전계를 이용하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 외부 정전기에 의해 발생되는 화상 왜곡현상을 방지할 수 있는 수평 전계형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 액정표시장치는 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계형과 수평 전계형으로 구분된다.
도 1 및 도 2를 참고하여 수직 전계형 액정표시장치 및 수평 전계형 액정표시장치에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 수직 전계형 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 수평 전계형 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 수직 전계형 액정표시장치는 컬러필터(도시하지 않음)와 공통전극(6)이 형성된 상부기판(2)과, 박막트랜지스터(도시하지 않음)와 화소전극(8)이 형성된 하부기판(4) 및 상부기판(2)과 하부기판 사이에 배향된 액 정(13)을 구비한다.
수직 전계형 액정표시장치는 이처럼 서로 대향되게 배치된 공통전극(6)과 화소전극(8) 사이에 형성되는 수직 전계에 의해 TN(Twisted Nemastic) 모드의 액정을 구동하게 된다.
그리고, 상부기판(2)과 하부기판(4)은 실재(11)에 의해 합착되고, 상부기판(1)의 공통전극(6)은 접지전극(13)에 의해 접지된다. 이처럼 공통전극(6)과 접지전극(15)은 접지상태를 유지하여, 액정표시장치에 정전기가 발생할 경우 빠르게 중화된다.
한편, 수평 전계형 액정표시장치는 도 2에서와 같이, 컬러필터(도시하지 않음)가 형성된 상부기판(22)과, 박막트랜지스터가 형성된 하부기판(24) 및 두 기판(22,24) 사이에 마련된 액정공간에 충진된 액정(23)을 구비한다. 수평 전계형 액정표시장치는 공통전극(26)과 화소전극(28)에 인가되는 수평전계에 의해 인 플레인 스위치(In Plane Switch; IPS) 모드의 액정을 구동하게 된다.
이와 같이 수평 전계형 액정표시장치는 도 1에 도시된 수직 전계형 액정표시장치와는 달리 상부기판(22)에 전극이 존재하지 않으므로 상부기판(22)에 유도되는 외부 정전기를 방전시키지 못한다. 이에 따라, 상대적으로 약한 외부 정전기에도 손상을 입어 액정 분자들의 배열 방향이 바뀌어 화상이 왜곡되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 외부 정전기를 효율적으로 방전시켜서 화상 왜곡 현상을 개선할 수 있는 수평 전계형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 수평 전계형 액정표시장치는 하부기판; 하부기판에 서로 나란하게 형성되어 수평전계를 이루는 공통전극 및 화소전극; 기저전압원과 접속되는 전극 패드를 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판, 하부기판과 대면하면서 평행하게 형성된 상부기판; 상부기판 상에 형성된 컬러필터; 상부기판의 배면에 형성되고 패널에 발생하는 정전기를 외부로 방전시키기 위한 정전기 방지 패턴, 정전기 방지 패턴과 전극 패드를 전기적으로 연결하는 접지대를 구비한다.
컬러필터 어레이 기판은 각각의 화소 영역 사이에 형성된 블랙매트릭스와; 상기 컬러필터 상에 형성되는 평탄화층을 구비하고, 정전기 방지 패턴은 평탄화층 위에서 블랙매트릭스와 동일한 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 정전기 방지 패턴은 투명 전도성 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 박막트랜지스터 어레이 기판은 하부기판 상에 형성되는 게이트 라인과; 게이트 라인과 평행하게 형성된 공통 라인과; 게이트 라인 및 공통 라인과 절연되게 교차하는 데이터 라인과; 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와; 화소 영역에 형성되고 공통 라인과 접속된 공통 전극과; 박막 트랜지스터와 접속되고 화소 영역에 공통 전극과 수평 전계를 이루는 화소 전극을 포함한다.
이러한 본 발명의 수평 전계형 액정표시장치를 제조하는 방법에 있어서 컬러필터 어레이 기판을 제조하는 방법은 상부기판의 배면상에 절연막 및 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 절연막 위에 블랙매트릭스에 의해 정의된 영역에 각각 삼원색 중 하나의 컬러필터를 형성하는 단계와; 컬러필터를 덮도록 평탄화층을 형성하는 단계와; 평탄화층 위에 패널에서 발생하는 정전기를 외부로 방전하기 위한 정전기 방지 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
정전기 방지 패턴은 평탄화층 전면에 투명전도성 물질을 도포하는 단계와; 블랙매트릭스가 형성된 위치에 한해서 투명전도성 물질이 남도록 패터닝하는 것이 바람직하다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러날 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 3 내지 도 6g를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수평 전계형 액정표시장치를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면 본 발명에 의한 수평 전계형 액정표시장치는 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판(60) 및 컬러 필터 어레이 기판(50)을 구비한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판(60)은 하부기판(41) 상에 교차되게 형성된 게이트 라인(42) 및 데이터 라인(43)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(48)와, 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 수평 전계를 이루도록 형성된 화소 전극(49) 및 공통 전극(44)과, 공통 전극(44)과 접속된 공통 라인(46)을 구비한다.
게이트라인(42)은 게이트 드라이브 집적회로(도시하지 않음)와 접속되는 게이트 패드를 통해 박막트랜지스터(48)의 게이트전극에 게이트신호를 공급한다. 데이터라인(43)은 데이터 드라이브 집적회로가 실장된 데이터 TCP와 접속되는 데이터 패드와 접속되며, 데이터 드라이브 집적회로에서 생성된 화소신호를 박막트랜지스터(48)의 드레인전극을 통해 화소전극(49)에 공급한다.
박막 트랜지스터(48)는 게이트 라인(42)의 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인의 화소 신호가 화소 전극(49)에 충전되어 유지되게 한다. 이를 위하여, 박막 트랜지스터(48)는 게이트 라인(42)에 접속된 게이트 전극과, 데이터 라인(43)에 접속된 소스 전극과, 화소 전극(49)에 접속된 드레인 전극을 구비한다.
화소 전극(49)은 박막 트랜지스터(48)와 접속되며 공통전극(44)과 나란하게 화소 영역에 형성된다. 공통 전극(44)은 공통 라인(46)과 접속되어 화소 영역에 형성된다.
이에 따라, 박막 트랜지스터(48)를 통해 화소 신호가 공급된 화소 전극(49)과 공통 라인(46)을 통해 기준 전압이 공급된 공통 전극(44) 사이에는 수평 전계가 형성된다. 이러한 수평 전계에 의해 박막 트랜지스터 어레이 기판(60)과 컬러 필터 어레이 기판(50) 사이에서 수평 방향으로 배열된 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다. 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 화상을 구현하게 된다.
컬러 필터 어레이 기판(50)은 컬러 구현을 위한 컬러 필터(34) 및 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스(32)와, 상부기판(31)을 평탄화하기 위한 평탄화층(36) 및 정전기를 외부로 방전하기 위한 정전기 방지 패턴(38)으로 구성된다.
블랙매트릭스(32)는 절연막(33)에 외부 신호에 대한 수평 전계 왜곡을 방지하기 위해 수지물질로 형성된다. 그리고 블랙매트릭스(32)는 매트릭스 형태로 형성되어 컬러필터(34)들이 형성되어질 다수의 셀영역들로 나눔과 아울러 인접 셀간의 광간섭을 방지하는 역할을 하게 된다.
컬러필터(34)는 블랙매트릭스(32)에 의해 정의된 화소영역에 형성되어 적색, 녹색 및 청색 색상을 구현하고, 이러한 각각의 화소영역을 통과한 삼원색 빛의 조합을 통하여 풀컬러를 구현한다.
평탄화층(36)은 유기절연물질로 형성되어 컬러필터(34)에 의해 단차진 상부기판(31)을 평탄화한다.
평탄화층(36)에는 도전성의 정전기 방지 패턴(38)이 형성된다. 특히, 정전기 방지 패턴(38)은 컬러필터 어레이 기판의 셀 단위를 나타내는 평면도인 도 4와 I-I' 의 단면을 나타내는 도 5에서 보는 바와 같이 블랙 매트릭스가 형성된 위치에 정의되어 패터닝된다. 이처럼 정전기 방지 패턴(38)이 블랙 매트릭스가 형성된 위치에 한해서 형성되는 것은 블랙 매트릭스가 전계 형성에 영향을 주지 않기 때문이다. 즉, 컬러필터 어레이 기판 전면에 도전성의 정전기 방지 패턴(38)을 형성할 경우 박막트랜지스터 기판의 화소전극과 공통전극을 통해 형성되는 수평 전계에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 또한 본 발명에 따른 정전기 방지 패턴(38)은 표시면인 셀 영역에는 형성되지 않기 때문에 빛의 투과율을 저하시키지 않아서 휘도 저하를 방지한다.
정전기 방지 패턴(38)은 투명성 전도성 물질, 예컨대 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide ; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide ; IZO) 및 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zinc Oxide ; ITZO) 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 정전기 방지 패턴(38)은 전도성의 접지대(39)를 통하여 외부의 기저전압원(GND)과 접속된다. 이를 위해 박막트랜지스터 어레이 기판(60)에는 전압 패드(45)가 형성되어 접지대(39)와 기저전압원(GND,도시하지 않음)을 연결한다. 즉, 정전기가 발생할 경우 정전기 방지 패턴(38)을 통해 접지대(39)와 전압 패드(45)를 경유하여 기저전압원(GND)으로 방출된다. 이에 따라, 정전기에 의해 전계가 불안해지는 것을 방지하여 구동을 안정하게 할 수 있기 때문에, 표시면에서 얼룩이나 잔상이 발생하는 것을 방지한다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 의한 액정표시장치에 있어서 컬러필터 어레이 기판을 형성하는 것을 나타내는 단면도이다.
본 발명에 의한 컬러필터 어레이 기판을 형성하기 위해서는 먼저 도 6a에서와 같이 상부기판(31)의 배면상에 절연막(33) 및 불투명 수지(32a)를 순차적으로 형성한다. 이어서 불투명 수지를 패터닝하여 도 5b와 같은 블랙매트릭스(32)를 형 성한다. 이러한 공정은 사진/식각 공정을 이용하여 행해질 수 있다.
블랙매트릭스(32)가 형성된 절연막(33)위에 블랙매트릭스(32)를 덮도록 적색 컬러필터 물질을 형성한 다음에 패터닝하여 도 5c와 같은 적색 컬러필터(134R)를 형성한다. 이러한 방법으로 도 5d와 같이, 녹색 및 청색 컬러필터(134G,134B)를 형성한다.
컬러필터(134)를 형성한 다음에는, 컬러필터(134)의 단차로 인해서 컬러필터어레이 기판이 평평하지 않은 것을 보상하기 위해 도 6e와 같이 평탄화층(36)을 형성한다. 평탄화층(36)은 절연막을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 평탄화층(36)에는 도 6f와 같이 투명전도성 물질(38a), 예를 들어 ITO, IZO 및 ITZO 중 적어도 어느 하나를 전면 증착한다. 이러한 투명 전도성 물질(38a)은 정전기 방지 패턴을 형성하기 위한 것으로 도 6g와 같이 패터닝을 하여 정전기 방지 패턴(38)을 형성한다. 이때, 정전기 방지 패턴(38)은 평면상에서 블랙 매트릭스(32)와 동일한 위치, 또는 블랙 매트릭스(32)가 패터닝 된 근처에서 형성된다.
이렇게 형성된 컬러필터 어레이 기판에서 정전기 방지 패턴(38)은 박막트랜지스터 기판의 일측에 형성된 전도 패턴과 접지대를 통하여 접속된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 정전기 방지 패턴이 컬러필터 어레이 기판의 배면에 형성되는 것을 나타내고 있지만, 정전기 방지 패턴은 표시면인 컬러필터 어레이 기판의 상면에 형성될 수도 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수평 전계형 액정표시장치에 의하면 상부기판에 형성된 정전기 방지 패턴을 통하여 패널에 정전기가 발생시 외부로 방전시킬 수 있다. 이에 따라 정전기에 의해 수평 전계가 왜곡되는 것을 방지하여 구동의 안정화를 이룰 수 있다. 특히, 정전기 방지 패턴은 블랙 매트릭스 위치에 한해서 패터닝 됨에 따라 전계 형성에 영향을 주지 않고, 개구율을 저하시키지도 않는다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (7)

  1. 하부기판과; 상기 하부기판에 서로 나란하게 형성되어 수평전계를 이루는 공통전극 및 화소전극과; 기저전압원과 접속되는 전극 패드를 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판과,
    상기 하부기판과 대면하면서 평행하게 형성된 상부기판과; 상기 상부기판 상에 형성된 컬러필터와; 상기 상부기판의 배면에 형성되고, 패널에 발생하는 정전기를 외부로 방전시키기 위한 정전기 방지 패턴을 구비하는 컬러필터 어레이 기판과,
    상기 정전기 방지 패턴과 상기 전극 패드를 전기적으로 연결하는 접지대를 구비하고,
    상기 컬러필터 어레이 기판은 각각의 화소 영역 사이에 형성된 블랙매트릭스와; 상기 컬러필터 상에 형성되는 평탄화층을 구비하며,
    상기 정전기 방지 패턴은 상기 평탄화층 위에서 상기 블랙매트릭스에 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 수평 전계형 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전기 방지 패턴은 투명 전도성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 수평 전계형 액정표시장치.
  4. 제 1 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터 어레이 기판은
    상기 하부기판 상에 형성되는 게이트 라인과;
    상기 게이트 라인과 평행하게 형성된 공통 라인과;
    상기 게이트 라인 및 공통 라인과 절연되게 교차하는 데이터 라인과;
    상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와;
    상기 교차부에 형성되고 상기 공통 라인과 접속된 공통 전극과;
    상기 박막 트랜지스터와 접속되고 상기 교차부에 상기 공통 전극과 수평 전계를 이루는 화소 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 전계형 액정표시장치.
  5. 하부기판에 화소전극 및 공통전극이 형성되는 수평 전계형 액정표시장치를 제조하는 방법에 있어서,
    컬러필터 어레이 기판의 제조 방법은
    상부기판에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스에 의해 정의된 영역에 각각 삼원색 중 하나의 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터를 덮도록 평탄화층을 형성하는 단계와;
    상기 평탄화층 위에 패널에서 발생하는 정전기를 외부로 방전하기 위한 정전기 방지 패턴을 형성하는 단계를 포함하고;
    상기 정전기 방지 패턴을 형성하는 단계는
    상기 평탄화층 전면에 투명전도성 물질을 형성하는 단계와
    상기 블랙매트릭스와 대응된 위치에 형성되고, 상기 투명전도성 물질이 남도록 패터닝하는 것을 특징으로 하는 수평 전계형 액정표시장치 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 투명전도성 물질은 ITO, IZO, ITZO 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수평 전계형 액정표시장치의 제조 방법.
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