KR101795549B1 - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 화소영역이 정의된 기판 상에 일 방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 전기적으로 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성되며, 그 내부에 평면적으로 양측이 사각형 형태의 요부 및 철부가 구비된 다수의 제 1 개구부가 구비된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 형성된 보호층과; 상기 보호층 상부에 형성되고, 상기 각 화소전극에 대응하여 서로 이격하는 다수의 제 2 개구가 구비된 공통전극을 포함하며, 상기 다수의 각 제 2 개구는 상기 제 1 개구의 측면과 중첩하도록 배치된 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.

Description

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법{Array substrate for fringe field switching mode liquid crystal display device and method of fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개구율 및 투과율을 향상시키며 동시에 스토리지 커패시터 용량을 저감시킨 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
액정표시장치(liquid crystal display device: LCD)는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한 표시소자로, 휴대 전자기기의 표시부나, 컴퓨터의 모니터 또는 텔레비전 등에 널리 사용된다.
액정은 가늘고 긴 분자구조를 가지고 있어, 배향에 방향성을 가지며 전기장 내에 놓일 경우 그 크기 및 방향에 따라 분자배열 방향이 변화된다. 따라서, 액정표시장치는 전계생성전극이 각각 형성된 두 기판 사이에 액정층이 위치하는 액정패널을 포함하며, 두 전극 사이에 생성되는 전기장의 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고, 이에 따른 광 투과율을 변화시켜 여러 가지 화상을 표시한다.
일반적으로, 액정표시장치는 다수의 배선과 스위칭 소자 및 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 컬러필터 및 공통전극이 형성된 컬러필터 기판을 포함하며, 두 기판 사이의 액정분자는 화소전극과 공통전극 사이에 유도되는 전기장 즉, 기판에 대해 수직한 방향의 수직 전계에 의해 구동된다.
그러나, 수직 전계에 의해 액정을 구동하는 방식은 시야각 특성이 우수하지 못한 문제가 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 횡전계형 액정표시장치가 제안되었다. 횡전계형 액정표시장치에서는 화소전극과 공통전극이 동일 기판 상에 엇갈리게 형성되어, 두 전극 사이에 기판에 대해 평행한 방향의 수평 전계가 유도된다. 따라서, 액정분자는 수평 전계에 의해 구동되어, 기판에 대해 평행한 방향으로 움직이며, 이러한 횡전계형 액정표시장치는 향상된 시야각을 가진다.
하지만, 이러한 횡전계형 액정표시장치는 개구율 및 투과율이 낮은 단점이 있다.
따라서, 횡전계형 액정표시장치의 단점을 개선하기 위하여, 프린지 필드(fringe field)에 의해 액정을 구동하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(fringe field switching mode LCD)가 제안되었다.
도 1은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 일 방향을 따라 게이트 배선(43)이 형성되어 있으며, 게이트 배선(43)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선(51)이 형성되어 있다.
화소영역에는 게이트 배선(43) 및 데이터 배선(51)과 연결되는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(45)과, 액티브층(46a)과 오믹콘택층(46b)으로 이루어진 반도체층(46)과, 소스 전극(55) 및 드레인 전극(58)을 포함한다.
또한, 각 화소영역에는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(58)의 일끝단과 접촉하며 화소전극(60)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소전극(60)은 실질적으로 화소영역 전면에 대응하여 직사각형의 판(plate) 형태를 가진다.
상기 화소전극(60)과 보호층(미도시)을 개재하여 중첩하여 공통전극(75)이 형성되어 있으며, 이때, 상기 공통전극(75)은 화소영역(P) 내에 다수의 개구부(oa)를 가진다. 상기 공통전극(75)은 인접한 화소영역(P)으로 연장되어, 다수의 화소영역(P)을 포함하는 표시영역 전면에 대응하도록 형성되고 있다. 상기 공통전극(75)의 개구부(oa) 각각은 데이터 배선(51)과 평행한 바(bar) 형태를 이루고 있다.
전술한 평면 구성을 갖는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 단면을 도 2에 도시한다. 도 2는 도 1을 절단선 II-II를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(10) 상에 게이트 전극(45)과 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(30)이 상기 게이트 전극(45) 및 게이트 배선(미도시)을 덮고 있다. 상기 게이트 절연막(30) 상부에는 상기 게이트 전극(45)에 대응하여 액티브층(46a)이 형성되어 있으며, 상기 액티브층(46a) 위에 서로 이격하며 오믹콘택층(46b)이 형성되어 있다.
또한, 상기 오믹콘택층(46b) 상부에는 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(55, 58)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(30) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P을 정의하며 데이터 배선(51)이 형성되어 있으며, 상기 드레인 전극(58)의 일끝단과 접촉하며 화소전극(60)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소전극(60)은 각 화소영역(P)에 대응하는 형성되고 있다.
상기 화소전극(60) 상부에는 보호층(70)이 형성되어 있고, 그 위에 표시영역 전면에 공통전극(75)이 형성되어 있다. 이때, 상기 공통전극(75)은 상기 화소전극(60)에 대응하여 다수의 개구(op)가 구비되고 있으며, 서로 중첩하는 상기 공통전극(75)과 화소전극(60)은 스토리지 커패시터(storage capacitor)를 이룬다.
전술한 구조를 갖는 어레이 기판(10)을 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에서는, 상기 화소전극(60) 및 공통전극(75)에 전압이 인가될 경우, 중첩하는 화소전극(60)과 공통전극(75) 사이에 프린지 필드(Fringe field)가 형성된다. 따라서, 전극 위에 위치하는 액정분자까지도 모두 동작되므로 횡전계형 액정표시장치에 비해 향상된 투과율 및 개구율을 얻을 수 있다.
그런데, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에서는, 상기 화소전극(60)과 공통전극(75) 사이에 형성되는 스토리지 커패시터가 화소영역(P) 전체에 걸쳐 형성되므로, 횡전계형 액정표시장치에 비해 3배 내지 5배 정도 큰 용량(capacitance)을 가지게 된다.
스토리지 커패시터의 용량이 너무 클 경우, 충전 시간이 짧은 고해상도 모델이나, 고주파수 모델에서는 충전을 하기가 어렵다.
이를 개선하기 위해서는 게이트 배선(도 1의 43)이나 데이터 배선(51)의 선폭을 증가시켜 저항을 줄이거나, 또는 박막트랜지스터(Tr)의 채널 폭을 크게 해야 한다. 그러나 게이트 배선(도 1의 43) 및 데이터 배선(51)의 선폭을 증가시키거나 또는 패널 폭을 크게 하여 박막트랜지스터(Tr)의 면적을 증가시키는 경우 개구율이 감소됨으로서 투과율 및 휘도를 저감시키는 문제가 발생한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 대비 각 화소영역 내에 스토리지 커패시터의 용량을 감소시켜 충전 특성을 향상시키고, 나아가 개구율 및 투과율을 향상시킬 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 특성 상 서로 중첩하는 화소전극과 공통전극이 서로 다른 층에 형성됨으로써 공정 오차 특히 오버레이 쉬프트(overlay shift) 발생 시 투과율 변동 및 스토리지 커패시터 용량 변동을 최소화할 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은, 화소영역이 정의된 기판 상에 일 방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 전기적으로 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성되며, 그 내부에 평면적으로 양측이 사각형 형태의 요부 및 철부가 구비된 다수의 제 1 개구부가 구비된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 형성된 보호층과; 상기 보호층 상부에 형성되고, 상기 각 화소전극에 대응하여 서로 이격하는 다수의 제 2 개구가 구비된 공통전극을 포함하며, 상기 다수의 각 제 2 개구는 각각 상기 제 1 개구의 측면과 중첩하도록 배치된 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 개구의 양측면에 각각 구비된 요부 및 철부는 각각 동일한 크기 및 동일한 면적을 갖는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 개구에 구비된 요부 및 철부는 서로 마주하는 양측면에 각각 요부와 철부가 대응되도록 구성된 것이 특징이며, 이때, 상기 제 2 개구의 폭은 상기 제 1 개구에 구비된 요부의 깊이의 0.8배 내지 1.2배이며, 상기 제 2 개구간의 이격영역에 형성된 공통전극 핑거의 폭은 상기 제 2 개구의 폭의 0.8배 내지 1.2배인 것이 특징이다. 또한, 상기 요부의 깊이는 상기 제 1 개구 내에서 그 양측면에 구비되는 철부와 철부 사이의 이격간격의 0.5배 내지 1.5배인 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 배선과 데이터 배선 사이에는 게이트 절연막이 형성되며, 상기 화소전극은 상기 게이트 절연막 상에 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 화소전극과 공통전극은 투명 도전성 물질로 이루어지며, 상기 화소영역 내에 상기 보호층을 사이에 두고 서로 중첩하는 상기 화소전극과 공통전극은 스토리지 커패시터를 구성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 화소전극과 다수의 제 1 개구 및 제 2 개구는 상기 화소영역의 중앙부에서 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루는 것이 특징이며, 이때, 상기 데이터 배선은 상기 화소영역의 중앙부에서 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루는 것이 특징이다.
본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어서, 화소전극과 공통전극에 각각 개구부를 형성하여, 이들 두 전극 사이에 형성되는 스토리지 커패시터의 용량을 감소시킨다. 따라서, 충전 특성을 향상시킬 수 있으며, 게이트 및 데이터 배선의 폭과 박막트랜지스터의 크기를 감소시켜 개구율을 향상시킬 수 있다.
나아가 상기 화소영역에 구비되는 개구부는 그 형상이 레고 블럭과 같이 그 일측에 형성되는 부에 그 타측에 형성되는 철부가 정확히 합치되는 형태로 형성되며 상기 요부의 깊이 및 상기 철부의 폭이 상기 공통전극에 구비되는 개구의 폭과 비슷한 수준으로 형성됨으로써 각 화소영역 내에 화소전극과 공통전극의 중첩 영역을 감소시켜 스토리지 커패시터의 용량을 저감시킬 수 있다. 따라서, 충전 특성을 향상시킬 수 있으며, 동시에 개구율과 투과율을 향상시킬 수 있다.
또한, 화소전극에 그 일측에 형성되는 요부에 그 타측에 형성되는 철부가 정확히 합치되는 형태의 요철이 양측에 구비된 제 1 개구가 형성되고, 공통전극 내부에 바(bar) 형태의 제 2 개구가 형성됨으로써 서로 중첩하는 공통전극과 화소전극의 오버레이 쉬프트(overlay shift)에 의한 중첩 면적 변동 및 투과율 변동을 최소화하며, 액정표시장치의 대형화에 대응할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 2는 도 1을 절단선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 4는 도 3을 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 5a와 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어서 공통전극 또는 화소전극 형성 시 공정상의 오차로 인해 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생한 것을 각각 도시한 도면으로서 도 5a는 왼쪽으로 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생된 것을 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이며, 도 4는 도 3을 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 이때, 도 3에 있어서 제 2 공통전극은 기판 전면에 형성되므로 평면도 상에서는 도시되지 않지만 설명의 편의를 위해 각 화소영역의 경계에 점선으로 도시하여 도면부호 170을 부여하였다. 또한 각 화소영역에 있어서 화소전극 내부에 형성된 제 1 개구는 실선으로, 공통전극 내부에 형성된 제 2 개구는 점선으로 도시하였다.
우선, 도 3을 참조하면, 도시한 바와 같이, 일 방향으로 연장하며 다수의 게이트 배선(107)이 일정간격 이격하며 형성되어 있으며, 다수의 게이트 배선(107)과 게이트 절연막(미도시)을 사이에 두고 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 다수의 데이터 배선(130)이 형성되고 있다. 　　
상기 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(107) 및 데이터 배선(130)과 연결되며 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터(Tr)는 순차 적층된 형태로 게이트 전극(108)과, 게이트 절연막(미도시)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(미도시)으로 이루어진 반도체층(미도시)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)으로 구성되고 있다.
도면에 있어서, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 'U'자 모양의 채널을 가지는 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 채널 형태는 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)의 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(108)은 게이트 배선(107) 자체의 일부로 이루어지고 있음을 보이고 있지만, 상기 게이트 전극(108)은 상기 게이트 배선(107)에서 상기 화소영역(P) 내부로 분기하여 형성될 수도 있다.
다음, 본 발명에 있어 가장 특징적인 구성으로서 각 화소영역(P)에는 투명 도전성 물질로서 이루어지며, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 그 내부에 그 일측이 요부(143a)와 철부(143b)를 가지며 그 타측은 마치 레고 블럭과 같이 서로 정확히 합치되는 형태로 상기 일측의 요부(143a) 및 철부(143b)에 대응하여 각각 철부(143b)와 요부(143a)가 구비된 형태의 다수의 제 1 개구(oa1)를 갖는 화소전극(170)이 형성되고 있다.
조금 더 상세히 상기 제 1 개구(oa1)의 평면 형태에 대해 설명하면, 상기 각 제 1 개구(oa1)는 그 양측면에 요부(143a)와 철부(143b)는 마치 레고블럭처럼 완전 합치되도록 그 폭과 깊이가 동일한 크기를 갖는 것이 특징이며, 서로 대응되는 양측면에 있어 그 일측면에 요부(143a)가 배치되고 있으며 이와 대응하는 타측면에는 철부(143b)가 배치되는 것이 특징이다.
이때, 상기 요부(143a)의 깊이 및 상기 요부(143a)에 대응되는 철부(143b)의 폭(a)은 상기 제 1 개구(oa1) 내에서 그 양측면에 구비되는 철부(143b)와 철부(143b) 사이의 이격간격(b)의 0.5배 내지 1.5배 정도가 되는 것이 특징이다.
한편, 이렇게 화소전극(155) 내부에 다수의 제 1 개구(oa1)를 형성한 것은 각 화소영역(P) 내에 구성되는 스토리지 커패시터의 용량을 저감시키기 위함이며, 나아가 상기 다수의 제 1 개구(oa1)를 그 양측단이 직선을 이루는 바(bar) 형태로 형성하지 않고 요부(143a) 및 철부(143b)가 구성되도록 형성한 것은 제조 공정 오차에 의해 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생하더라도 스토리지 커패시터 용량 변화를 최소화함으로써 투과율 변동을 저감시키기 위함이다. 이러한 오버레이 쉬프트(overlay shift)에 따른 스토리지 커패시터 용량 변화를 최소화할 수 있는 것에 대해서는 추후 설명한다.
다음, 전술한 바와 같이 그 측단이 다수의 요부(143a)와 철부(143b)로 구성된 다수의 제 2 개구(oa2)를 구비한 화소전극(155)과 보호층(미도시)을 개재하며 중첩하며 공통전극(170)이 표시영역 전면에 형성되어 있다. 이때, 상기 공통전극(170)에는 각 화소영역(P)에 대응하여 그 측단이 곧은 직선을 이루는 바(bar) 형태를 갖는 다수의 제 2 개구(oa2)가 형성되어 있다.
상기 다수의 제 2 개구(oa2)는 상기 화소영역(P)에 구비된 다수의 제 1 개구(oa1)와 이와 인접한 화소전극(155)과 중첩하도록 형성되고 있으며, 상기 각 제 2 개구(oa2) 사이에 위치하는 바(bar) 형태의 공통전극(170) 핑거는 상기 제 2 개구(oa2) 양측단에 구비된 요부(143a) 및 철부(143b)와 중첩하도록 배치되고 있는 것이 특징이다.
즉, 제시된 도면을 참조하면, 상기 화소전극(155)에는 2개의 제 1 개구(oa1)가 형성됨으로서 각 제 1 개구(oa1)의 측단은 총 4개가 됨을 알 수 있으며, 이러한 경우 각 화소영역(P)에 대응하는 상기 공통전극(170) 내에 형성되는 제 2 개구(oa2)는 총 4개가 되며, 이러한 각 제 2 개구(oa2)는 각각 상기 제 1 개구(oa1) 각각의 측단과 중첩하도록 형성되며, 더불어 상기 제 2 개구(oa2) 사이에 위치하는 공통전극(170) 핑거 또한 그 일측 또는 타측이 상기 제 2 개구(oa2)부의 양측단의 요부(143a) 또는 철부(143b)와 중첩하도록 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 2 개구(oa2)의 폭(c)은 상기 제 1 개구(oa1)에 구비된 요부(143a)의 깊이(a) 또는 상기 요부(143a)와 대응되는 철부(143b)의 폭(a)의 0.8배 내지 1.2배 정도를 갖는 것이 바람직하며, 상기 제 2 개구(oa2)간의 이격영역에 형성된 공통전극(170) 핑거의 폭(d)은 상기 제 2 개구(oa2)의 폭(c)의 0.8배 내지 1.2배 정도가 되도록 형성하는 것이 특징이다.
이와 같이 상기 제 2 개구(oa2)의 폭(c)을 전술한 바와 같이 요부(143a)의 깊이(a) 또는 철부(143b)의 폭(a)의 0.8배 내지 1.2배가 되도록 형성한 것은 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생한 경우, 스토리지 커패시터 용량 변동을 최적화하기 위함이다. 상기 제 2 개구(oa2)의 폭(c)이 상기 요부(143a)의 깊이(a) 또는 철부(143b)의 폭(a)의 1.2배보다 커지는 경우, 상기 제 2 개구(oa2)를 상기 제 1 개구(oa1)의 측면에 대응되도록 배치하는 것이 힘들게 되며, 나아가 상기 제 1 개구(oa1) 사이에 위치하는 바(bar) 형태를 갖는 공통전극(170) 핑거의 폭(d)이 줄어들게 되어 적정한 프린지 필드 형성에 문제가 될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다.
한편, 상기 서로 중첩하는 화소전극(155)과 제 2 공통전극(170)은 이들 두 전극(155, 170) 사이에 개재된 보호층(미도시)과 더불어 스토리지 커패시터를 이룬다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은 상기 공통전극(170) 내부에 구비된 다수의 바(bar) 형태의 제 1 개구(oa1)와 화소전극(155) 및 공통전극(170)이 모두 곧은 직선의 바(bar) 형태 또는 직사각형 형태를 이루고 있는 것을 일례로 보이고 있다.
하지만, 그 변형예로서 도면으로 제시하지 않았지만, 상기 화소전극(155)과 상기화소전극(155) 내부에 구비된 그 양측이 요철구조를 갖는 다수의 제 2 개구(oa2)와 상기 공통전극(170) 내부에 구비된 다수의 바(bar) 형태의 제 2 개구(oa2)은 각 화소영역(P)의 중앙부를 가로지르는 상기 게이트 배선(도 3의 107)과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이룰 수도 있다. 이 경우 상기 데이터 배선(130) 또한 상기 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구성을 가짐으로써 표시영역 전체에 대해서는 지그재그 형태를 이룰 수도 있다.
이렇게 상기 공통전극(170) 내부에 구비된 다수의 바(bar) 형태의 제 2 개구(oa2)와 화소전극(155) 및 다수의 제 1 개구(oa1)가 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구성을 가짐으로서 각 화소영역(P)에는 이중의 도메인이 형성되며, 이러한 구성을 갖는 어레이 기판을 이용하여 액정표시장치를 방위각 변화에 따른 컬러 쉬프트 현상을 억제하는 효과를 갖는다.
이후에는 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 수직 구조에 대해 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은 베이스를 이루는 투명한 기판(101) 상에 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과 연결된 게이트 전극(108)이 형성되어 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 있어서는 개구율 향상을 위해 상기 게이트 전극(108)은 상기 게이트 배선(미도시) 자체의 일부로 이루어지는 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 게이트 전극(108)은 상기 게이트 배선(미도시)에서 분기한 형태로 상기 화소영역(P) 내부에 형성될 수도 있다.
한편, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(108)은 저저항 특성을 갖는 금속물질, 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄-네오듐(AlNd)과 같은 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi)과 같은 몰리브덴 합금 중 선택되는 하나로 이루어짐으로서 단일층 구조를 갖거나 또는 둘 이상의 물질로 이루어져 다중층 구조를 가질 수도 있다.
도면에 있어서는 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(108)이 단일 금속물질로 이루어짐으로써 단일층 구조를 이루고 있는 것을 일례로 도시하였다.
다음, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(108) 위로 상기 기판(101) 전면에 무기절연물질, 예를 들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 게이트 절연막(115)이 형성되어 있다.
상기 게이트 절연막(115) 위로 상기 게이트 전극(108)에 대응하여 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 서로 이격하는 오믹콘택층(120b)으로 구성된 반도체층(120)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 반도체층(120) 상부 더욱 정확히는 서로 이격하는 상기 오믹콘택층(120b) 상부에는 상기 액티브층(120a)의 중앙부를 노출시키도록 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다. 이때, 각 화소영역(P)의 경계에 순차 적층된 상기 게이트 전극(108)과 게이트 절연막(115)과 반도체층(120)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
또한, 상기 게이트 절연막(115) 상부에는 게이트 배선(미도시)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)이 형성되어 있다. 이때, 상기 데이터 배선(130)은 상기 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(133)과 연결되고 있다.
상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Moti) 및 크롬(Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어짐으로써 단일층 구조 또는 다중층 구조를 이룰 수 있다. 도면에서는 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 단일층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.
한편, 도면에 있어서 상기 데이터 배선(130)과 상기 게이트 절연막(115) 사이에 상기 데이터 배선(130)과 동일한 평면 형태를 가지며 완전 중첩하며 상기 액티브층(120a) 및 오믹콘택층(120b)을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 패턴(121a, 121b)을 포함하는 반도체 더미패턴(121)이 형성되어 있는 것을 일례로서 도시하고 있지만, 이는 제조 방법에 기인한 것으로 상기 반도체 더미패턴(121)은 생략될 수도 있다.
다음, 상기 각 화소영역(P) 내측에는 본 발명에 있어 가장 특징적인 구성으로서 상기 게이트 절연막(115) 위에 투명 도전성 물질 예를 들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지며, 그 측면이 사각형 형태의 요부(143a)와 철부(143b)로 이루어진 다수의 제 1 개구(oa1)를 갖는 화소전극(155)이 형성되어 있다. 이때, 상기 각 제 1 개구(oa1)는 그 양측면에 각각 서로 대응되는 요부(143a)와 철부(143b)는 마치 레고블럭처럼 완전 합치되도록 상기 철부(143b)의 폭(a) 또는 요부(143a)의 깊이(a)가 동일한 크기를 갖는 것이 특징이며, 서로 대응되는 양측면 있어 그 일측면에 요부(143a)가 배치되고 있으며 이와 대응하는 타측면에는 철부(143b)가 배치되는 것이 특징이다.
다음, 상기 화소전극(155)과 화소 연결패턴(156)과 공통전극(170)과 박막트랜지스터(Tr) 및 데이터 배선(130)을 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)로 이루어지거나, 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어진 보호층(160)이 표시영역 전면에 형성되어 있다.
다음, 상기 보호층(160) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 공통전극(170)이 표시영역 전체에 형성되어 있다. 이때, 상기 공통전극(170)은 상기 화소전극(155)에 대응하여 직선의 바(bar) 형태를 갖는 다수의 제 2 개구(oa2)가 이격하며 구비되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 2 개구(oa2)는 상기 제 1 개구(oa1) 양측단에 구성된 요부(143a) 또는 철부(143b)와 중첩하도록 배치되며, 상기 제 2 개구(oa2) 사이에 위치하는 공통전극(170)의 핑거 또한 양 측단 중 어느 하나의 측단이 상기 제 1 개구(oa1)의 요부(143a) 또는 철부(143b)와 중첩하도록 배치되고 있는 것이 특징이다.
이후에는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판이 공정상 오차에 의해 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생하는 경우 스토리지 커패시터의 용량 및 투과율의 변동이 방지되는 이유에 대해 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어서 공통전극(170) 또는 화소전극(155) 형성 시 공정상의 오차로 인해 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생한 것을 각각 도시한 도면으로서 도 5a는 왼쪽으로 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생된 것을 도시하였으며, 도 5b는 오른쪽으로 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생된 것을 도시하였다. 이때, 편의를 위해 서로 중첩 형성되는 화소전극(155)과 공통전극(170)만을 도시하였으며, 공통전극(170)에 구비되는 제 2 개구(oa2)부는 정상 설계치를 실선으로 표시였으며 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생되어 위치이동이 발생한 부분은 점선으로 도시하였다.
우선, 도 5a를 참조하면, 공정상의 오차에 의해 설계치 대비 왼쪽으로 소정간격 쉬프트되어 공통전극(170)이 형성된다 하더라도 상기 공통전극(170)과 화소전극(155)간의 중첩 면적의 변화가 거의 발생되지 않음을 알 수 있다.
즉, 상기 각 제 1 개구(oa1)의 양측면에 각각 요부(143a)와 철부(143b)가 구비됨으로써 상기 제 2 개구(oa2)가 왼쪽으로 쉬프트 된다하더라 상기 제 1 개구(oa1)의 일측면에 구비된 요부(143a)와의 중첩 면적이 줄어드는 반면 철부(143b)와의 중첩면적이 증가하며, 타측면에서는 반대로 요부(143a)와의 중첩 면적이 늘어나는 반면 철부(143b)와의 중첩면적이 감소함을 알 수 있다.
따라서, 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생된다 하더라도 실질적으로 상기 제 1 개구(oa1)와 제 2 개구(oa2)와의 중첩면적의 변동은 거의 발생되지 않음을 알 수 있다. 이에 의해 오버레이 쉬프트(overlay shift)가 발생된다 하더라도 각 화소영역(P) 내의 투과율 또한 거의 변동이 없음을 알 수 있다.
오버레이 쉬프트(overlay shift)에 의해 화소전극(155) 내에 구비된 제 1 개구(oa1)와 공통전극(170) 내에 구비된 제 2 개구(oa2)와의 중첩면적 변동이 발생하지 않는다는 것은, 상기 제 1 및 제 2 개구(oa1, oa2)를 제외한 화소전극(155)과 공통전극(170)간의 중첩면적 또한 변동이 없음을 의미하므로 실질적으로 오버레이 쉬프트(overlay shift)에 의해 각 화소영역(P) 내의 스토리지 커패시터 용량 변화 또한 발생되지 않음을 알 수 있다.
한편, 도 5b를 참조하면, 공정상의 오차에 의해 공통전극(170)이 설계치 대비 오른쪽으로 소정간격 쉬프트 되어 형성된다 하더라도 제 1 개구(oa1)의 양측면에 구비된 요부(143a) 및 철부(143b)에 의해 상기 공통전극(170)과 화소전극(155)간의 중첩 면적의 변화가 거의 발생되지 않음을 알 수 있으며, 이에 의해 스토리지 커패시터 용량 및 투과율의 변동이 거의 발생되지 않음을 알 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
101 : 어레이 기판 107 : 게이트 배선
108 : 게이트 전극 120 : 반도체층
130 : 데이터 배선 133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극 143a : (제 1 개구의)요부
143b : (제 1 개구의)철부 155 : 화소전극
170 : 공통전극 oa1 : 제 1 개구
oa2 : 제 2 개구 P : 화소영역
Tr : 박막트랜지스터

Claims (11)

  1. 화소영역이 정의된 기판 상에 일 방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과;
    상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 전기적으로 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성되며, 사각형 형상의 메인부와, 상기 메인부의 제 1 측에 구비된 다수의 제 1 철부와, 상기 제 1 측에 반대인 제 2 측에 상기 제 1 철부와 엇갈려 구비된 다수의 제 2 철부와, 상기 다수의 제 1 철부 사이 공간인 제 1 요부와, 상기 다수의 제 2 철부 사이 공간인 제 2 요부를 포함하는 다수의 제 1 개구가 구비된 화소전극과;
    상기 화소전극 위로 형성된 보호층과;
    상기 보호층 상부에 형성되고, 상기 각 화소전극에 대응하여 서로 이격하는 다수의 제 2 개구와 상기 제 2 개구 간의 이격영역인 핑거가 구비된 공통전극
    을 포함하며, 상기 다수의 각 제 2 개구는 각각 상기 제 1 개구의 측면과 중첩하도록 배치되고, 상기 제 1 철부와 상기 제 2 요부 각각의 에지는 상기 제 2 개구와 중첩하며 상기 제 1 개구의 연장방향을 따라 상기 제 1 철부 및 상기 제 2 요부에 인접하는 상기 제 1 요부 및 상기 제 2 철부 각각의 에지는 상기 핑거와 중첩하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 철부는 동일한 형상 및 동일한 면적을 갖는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 개구의 폭은 상기 제 1 및 제 2 요부 각각의 깊이의 0.8배 내지 1.2배인 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 핑거의 폭은 상기 제 2 개구의 폭의 0.8배 내지 1.2배인 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 요부의 깊이는 상기 제 1 철부 사이 이격간격 및 상기 제 2 철부 사이 이격간격 각각의 0.5배 내지 1.5배인 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 배선과 데이터 배선 사이에는 게이트 절연막이 형성되며, 상기 화소전극은 상기 게이트 절연막 상에 형성된 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극과 공통전극은 투명 도전성 물질로 이루어진 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소영역 내에 상기 보호층을 사이에 두고 서로 중첩하는 상기 화소전극과 공통전극은 스토리지 커패시터를 구성하는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극과 다수의 제 1 개구 및 제 2 개구는 상기 화소영역의 중앙부에서 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 데이터 배선은 상기 화소영역의 중앙부에서 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
KR1020100060791A 2010-06-25 2010-06-25 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법 KR101795549B1 (ko)

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