KR101921163B1 - 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 상기 화소영역 내에 서로 이격하며 교대하며 이중층 구조를 갖는 다수의 화소전극 및 중앙부 공통전극과, 상기 데이터 배선과 중첩하며 상기 중앙부 공통전극과 동일한 이중층 구조를 가지며 형성된 도전패턴을 포함하는 제 1 기판과; 상기 화소영역에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 갖는 컬러필터층을 포함하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하며, 상기 각 화소영역의 경계에는 이웃한 서로 다른 색의 컬러필터 패턴이 중첩 형성됨으로써 블랙매트릭스의 역할을 하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법{In-Plane switching mode liquid crystal display device and method of fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로 특히, 외부광에 의한 반사율을 저감시켜 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio) 및 표시품질을 향상시키며, 마스크 공정수를 저감시킬 수 있는 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 구동된다. 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 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이러한 액정표시장치는 일반적으로 공통전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 공통전극과 화소전극이 모두 어레이 기판에 구비되어 횡전계에 의해 구동됨으로서 시야각 특성이 우수한 횡전계형 액정표시장치가 제안되었다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 횡전계형 액정표시장치는 컬러필터 기판인 상부기판(9)과 어레이 기판인 하부기판(10)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(9, 10)사이에는 액정층(11)이 개재되어 있다.
상기 하부기판(10)상에는 바(bar) 형태를 갖는 공통전극(17)과 화소전극(30)이 동일 평면상에 서로 교대하며 형성되어 있으며, 이때, 상기 액정층(11)은 상기 공통전극(17)과 화소전극(30)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
도 2a와 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도이다.
우선, 전압이 인가된 온(on)상태에서의 액정의 배열상태를 도시한 도 2a를 참조하면, 상기 공통전극(17) 및 화소전극(30)과 대응하는 위치의 액정(11a)의 상변이는 없지만 공통전극(17)과 화소전극(30)사이 구간에 위치한 액정(11b)은 이 공통전극(17)과 화소전극(30)사이에 전압이 인가됨으로써 형성되는 수평전계(L)에 의하여, 상기 수평전계(L)와 같은 방향으로 배열하게 된다. 즉, 상기 횡전계형 액정표시장치는 액정(11a, 11b)이 수평전계에 의해 동작하므로, 시야각이 넓어지는 특성을 띠게 된다.
그러므로, 상기 횡전계형 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우방향으로 약 80 내지 89도 방향에서도 반전현상 없이 가시 할 수 있다.
다음, 도 2b를 참조하면, 상기 액정표시장치에 전압이 인가되지 않은 오프(off)상태이므로 상기 공통전극(17)과 화소전극(30)간에 수평전계가 형성되지 않으므로 액정(11a, 11b)의 배열 상태가 변하지 않는다.
도 3은 종래의 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 있어 하나의 화소영역의 중앙부를 절단한 부분에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 일반적인 횡전계형 액정표시장치(95)는 어레이 기판(40)과 컬러필터 기판(70) 및 이들 두 기판(40, 70) 사이에 개재된 액정층(90)으로 구성되고 있다.
상기 어레이 기판(40)에는 소정간격 이격되어 평행하게 가로방향 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선(미도시)과, 상기 게이트 배선(미도시)에 근접하여 상기 게이트 배선(미도시)과 평행하게 구성된 공통배선(미도시)과, 상기 게이트 및 공통배선(미도시)과 교차하며, 특히 상기 게이트 배선(미도시)과는 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(50)이 게이트 절연막(48)을 사이에 두고 그 하부 및 상부로 구성되어 있다.
그리고, 상기 각 화소영역(P)에는 게이트 전극(미도시)과 반도체층(미도시)과 소스 및 드레인 전극(미도시)으로 구성되는 박막트랜지스터(미도시)가 형성되어 있으며, 상기 박막트랜지스터(미도시)를 덮으며 보호층(60)이 형성되고 있다.
또한, 상기 화소영역(P) 내에는 상기 보호층(60) 위로 상기 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 상기 드레인 전극(미도시)과 전기적으로 연결되며 바(bar) 형태의 다수의 화소전극(64)과, 이와 교대하며 상기 공통배선(미도시)으로부터 분기한 바(bar) 형태의 다수의 공통전극(62)이 형성되어 있다.
이때, 상기 보호층(48) 상부에 형성되는 바(bar) 형태의 상기 화소전극(64)과 공통전극(62)은 통상적으로 투명 도전성 물질 또는 불투명 금속물질의 단일층 구조로 이루어지고 있다.
이러한 구성을 갖는 어레이 기판(40)에 대응하여 컬러필터 기판(70)에는 각 화소영역(P)에 대응하여 블랙매트릭스(73)와 상기 블랙매트릭스(73)로 둘러싸인 영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(76a, 76b, 76c)이 순차 반복하는 형태로 컬러필터층(76)이 형성되어 있다.
그리고 상기 컬러필터층(76)을 덮으며 오버코트층(78)이 형성되어 있으며, 화소영역(P)의 경계에는 제 1 높이를 갖는 갭 형성용 스페이서(미도시)와 상기 제 1 높이보다 작은 제 2 높이를 갖는 눌림 방지용 스페이서(미도시)가 형성되고 있다.
하지만 이러한 구성을 갖는 종래의 횡전계형 액정표시장치(95)는 외부광에 노출 시 상기 공통전극(62)과 화소전극(64)에 의한 반사율이 60% 이상이 됨으로써 무지개 얼룩이 발생하며, 동시에 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio) 감소에 의해 표시품질이 저하되고 있는 실정이다.
또한, 컬러필터 기판(70)에 어레이 기판(40)과 상기 컬러필터 기판(70)의 합착 마진을 고려하여 블랙매트릭스(73)가 형성됨으로써 개구율이 저하되고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 종래의 횡전계형 액정표시장치의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 외부광에 의한 반사율을 저감시켜 무지개 얼룩의 발생을 억제하는 동시에 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시킴으로써 실내 및 실외 어디에서도 우수한 표시품질을 가지며, 개구율이 향상되며 마스크 수를 저감할 수 있는 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치는, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 상기 화소영역 내에 서로 이격하며 교대하며 이중층 구조를 갖는 다수의 화소전극 및 중앙부 공통전극과, 상기 데이터 배선과 중첩하며 상기 중앙부 공통전극과 동일한 이중층 구조를 가지며 형성된 도전패턴을 포함하는 제 1 기판과; 상기 화소영역에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 갖는 컬러필터층을 포함하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하며, 상기 각 화소영역의 경계에는 이웃한 서로 다른 색의 컬러필터 패턴이 중첩 형성됨으로써 블랙매트릭스의 역할을 하는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 기판에는, 상기 게이트 배선과 나란하게 형성된 공통배선과; 상기 각 화소영역에는 상기 게이트 배선과 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터와; 상기 각 화소영역에 공통배선에서 분기하여 상기 데이터 배선과 나란하게 이웃하여 형성된 최외각 공통전극이 형성되며, 상기 도전패턴은 상기 최외각 공통전극과도 중첩하며 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판에는, 상기 컬러필터층을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층과; 상기 오버코트층 상부로 제 1 높이를 가지며 일정간격 이격하는 기둥형태의 갭 형성용 스페이서와, 상기 제 1 높이 보다 낮은 제 2 높이를 가지며 일정간격 이격하는 기둥형태의 눌림 방지용 스페이서가 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 화소전극과 중앙부 공통전극은 각각 몰리티타늄으로 이루어지며 제 1 두께를 갖는 하부층과 투명 도전성 물질 또는 질화구리(CuNx)로 이루어지며 제 2 두께를 갖는 상부층의 이중층 구조를 가지며, 이때, 상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 알루미늄 도핑 징크-옥사이드(AZO) 중 어느 하나인 것이 특징이며, 상기 제 1 두께는 50 내지 250Å이며, 상기 제 2 두께는 250Å 내지 600Å인 것이 특징이다.
또한, 상기 공통배선은 제 1 스토리지 전극을 이루며, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제 1 스토리지 전극과 중첩하도록 형성됨으로서 제 2 스토리지 전극을 이루며, 순차 적층된 상기 제 1 스토리지 전극과 게이트 절연막과 제 2 스토리지 전극은 스토리지 커패시터를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 박막트랜지스터와 상기 스토리지 커패시터를 덮으며 포토아크릴로 이루어져 평탄한 표면을 갖는 보호층이 구비되며, 상기 화소전극과 상기 중앙부 공통전극은 상기 보호층 상에 형성된 것이 특징이다.
그리고, 상기 각 화소영역 내의 상기 보호층 상부에는, 상기 중앙부 공통전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조공통패턴과, 상기 화소전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조화소패턴이 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 서로 마주하며 형성된 것이 특징이다.
상기 보조공통배선과 상기 보조화소패턴은 상기 공통전극 및 화소전극과 동일하게 이중층 구조를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 보호층에는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과, 상기 최외각 공통전극의 일 끝단을 노출시키는 공통 콘택홀이 구비되며, 상기 보조화소패턴은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며, 상기 보조공통패턴은 상기 공통 콘택홀을 통해 상기 최외각 공통전극과 접촉하는 것이 특징이다.
그리고, 상기 데이터 배선과 상기 화소전극과 최외각 및 중앙부 공통전극은 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이룸으로써 각 화소영역이 이중 도메인을 이루는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법은, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 상기 화소영역 내에 서로 이격하며 교대하며 이중층 구조를 갖는 다수의 화소전극 및 중앙부 공통전극과, 상기 데이터 배선과 중첩하며 상기 중앙부 공통전극과 동일한 이중층 구조를 가지며 형성된 도전패턴을 포함하는 제 1 기판을 형성하는 단계와; 제 2 기판의 상기 화소영역에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 액정층을 개재하여 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 기판을 형성하는 단계는 상기 각 화소영역의 경계에 이웃한 서로 다른 색의 컬러필터 패턴을 중첩 형성하는 것이 특징이다.
이때, 상기 컬러필터층을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하는 단계와; 상기 오버코트층 위로 감광성 유기 물질층을 형성한 후 회절노광 또는 하프톤 노광 및 현상을 진행하여 각 화소영역의 경계에 제 1 높이를 가지며 일정간격 이격하는 기둥형태의 갭 형성용 스페이서와, 상기 제 1 높이 보다 낮은 제 2 높이를 가지며 일정간격 이격하는 기둥형태의 눌림 방지용 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 기판을 형성하는 단계는, 게이트 절연막을 사이에 두고 서로 교차하는 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하는 공통배선과 상기 공통배선에서 분기하며 상기 데이터 배선과 나란한 최외각 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 각 화소영역에 상기 게이트 배선과 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 위로 전면에 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 이중층 구조를 갖는 상기 다수의 화소전극 및 중앙부 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 화소전극과 중앙부 공통전극을 형성하는 단계는, 각 화소영역 내의 상기 보호층 상부에 상기 중앙부 공통전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조공통패턴과, 상기 화소전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조화소패턴을 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 서로 마주하도록 형성하는 것이 특징이다.
그리고, 상기 보호층을 형성하는 단계는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과, 상기 최외각 공통전극의 일 끝단을 노출시키는 공통 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 보조화소패턴은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며, 상기 보조공통패턴은 상기 공통 콘택홀을 통해 상기 최외각 공통전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 데이터 배선과 상기 화소전극과 최외각 및 중앙부 공통전극은 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이룸으로써 각 화소영역이 이중 도메인을 이루도록 형성하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치는 보호층 상부에 형성되는 바(bar) 형태를 갖는 공통전극과 화소전극을 불투명 금속물질과 투명 도전성 물질의 이중층 구조를 이루도록 함으로써 외부광에 의한 반사율을 39% 이하로 저감시킴으로써 무지개 얼룩 발생을 억제하는 동시에 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 컬러필터 기판에 블랙매트릭스가 생략됨으로써 재료비 저감 및 마스크 공정 수를 줄임으로서 공정 단순화 및 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
보호층이 평탄한 표면을 갖는 포토아크릴로 이루어짐으로써 눌림 방지용 스페이서의 끝단과 어레이 기판의 최상층에 위치하는 구성요소와의 이격간격의 편차가 거의 없어 터치시 휘도 불균일 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 데이터 배선과 이와 나란하게 형성되는 바(bar) 형태의 공통전극과 화소전극이 각 화소영역 내에서 상하로 꺾인 선대칭 구조를 이루도록 함으로써 이중 도메인을 구현하도록 하여 시야각 변화에 따른 색차를 억제하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a, 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도.
도 3은 종래의 일반적인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치에 있어, 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 5는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 6은 도 4를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 7a 내지 7f는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 어레이 기판의 제조 단계별 공정 단면도.
도 8a 내지 8f는 도 4를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 어레이 기판의 제조 단계별 공정 단면도
도 9a 내지 9f는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도.
도 10a 내지 10f는 도 4를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치에 있어, 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 평면도로서 어레이 기판을 위주로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치는
어레이 기판과 컬러필터 기판과 이들 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어지고 있다.
상기 어레이 기판(101)은 베이스를 이루는 유리 또는 플라스틱 재질의 투명한 절연기판(미도시) 상에 게이트 절연막(미도시)을 사이에 두고 그 하부 및 그 상부로 서로 종횡으로 연장되어 교차함으로서 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트 배선(103)과 데이터 배선(130)이 형성되어 있다.
또한, 상기 절연기판(미도시) 상에는 상기 게이트 배선(103)과 동일한 물질로 이루어지며 상기 게이트 배선(103)과 이격하며 각 화소영역(P)을 관통하며 공통배선(109)이 형성되어 있다.
또한, 상기 각 화소영역(P)에 있어 상기 게이트 배선(103)과 데이터 배선(130)의 교차하는 부근에는 이들 게이트 배선(103) 및 데이터 배선(130)과 연결되며 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 순차 적층된 형태의 게이트 전극(105), 게이트 절연막(미도시), 반도체층(미도시)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)으로 구성되고 있다.
한편, 상기 각 화소영역(P) 내부에는 상기 공통배선(109)이 형성된 동일한 층에 동일한 물질로 이루어지며 상기 공통배선(109)에서 분기한 형태로서 상기 데이터 배선(130)과 나란하게 최외각 공통전극(116)이 형성되고 있다.
또한, 각 화소영역(P) 내부에는 공통 콘택홀(146)을 통해 상기 최외각 공통전극(116)과 접촉하는 보조공통패턴(172)이 형성되어 있으며, 상기 보조공통패턴(172)에서 분기하여 상기 최외각 공통전극(216)과 나란하게 바(bar) 형태를 갖는 다수의 중앙부 공통전극(173)이 일정간격 이격하며 형성되어 있다.
이때, 상기 보조공통패턴(172)은 도시한 바와같이 각 화소영역(P)의 경계부에 상기 데이터 배선(130)과 이와 이웃하는 최외각 공통전극(116)에 대응하여 이들 구성요소와 중첩하도록 형성됨으로써 빛샘을 방지하는 블랙매트릭스의 역할을 하도록 형성될 수도 있으며, 또는 상기 데이터 배선(130)과 최외각 공통전극(116)에 대응해서 생략되며 각 화소영역(P)의 내부에만 형성될 수도 있다.
또한, 각 화소영역(P) 내부에는 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)과 연결되는 보조화소패턴(169)이 상기 공통배선(210)과 중첩하며 형성되어 있으며, 상기 보조화소패턴(169)에서 분기하여 바(bar) 형태를 갖는 다수의 화소전극(170)이 상기 최외각 공통전극(116)의 내측으로 상기 다수의 중앙부 공통전극(173)과 교대하며 형성되어 있다.
이때, 바(bar) 형태를 갖는 상기 최외각 및 중앙부 공통전극(116, 173)과 화소전극(170)은 각 화소영역(P)의 중앙부에 위치하는 상기 게이트 배선(103)과 나란한 가상의 기준선을 기준으로 대칭적으로 소정의 각도를 가지며 꺾여진 구성을 이룸으로써 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 이의 상부와 하부는 상기 공통전극(116, 173)과 화소전극(170)의 방향을 달리하여 형성됨으로써 서로 다른 도메인 영역을 이루는 것이 특징이다.
이렇게 하나의 화소영역(P) 내에서 공통전극(116, 173)과 화소전극(170)이 방향을 달리하여 형성함으로써 이중 도메인을 구현한 것은 사용자의 시야각에 변화에 따른 색차를 억제하여 표시품질을 향상시키기 위함이다.
한편, 이들 다수의 화소전극(170) 및 공통전극(116, 173)이 각 화소영역(P) 내에서 꺾인 구성을 가짐으로써 상기 데이터 배선(130) 또한 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구성을 갖는 것이 특징이다.
이때, 상기 데이터 배선(130)은 각 화소영역(P)별로 분리 형성된 것이 아니라 표시영역 전체에 대해 연결된 구성을 가지므로 상기 데이터 배선(130)은 표시영역에 있어서는 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 꺾인 지그재그 형태를 이루는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 경우, 상기 공통전극(116, 173)과 화소전극(170) 및 데이터 배선(130)이 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 꺾인 구성을 이룸으로써 이중 도메인 구조를 이루는 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 공통전극(116, 173)과 화소전극(170) 및 데이터 배선(130)은 반드시 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 꺾인 구조를 이룰 필요는 없으며, 직선 형태를 이룰 수도 있다.
각 화소영역(P) 내부에는 상기 공통배선(109)과 중첩하며 상기 드레인 전극(136)이 연장 형성됨으로써 게이트 절연막(미도시)을 사이에 두고 서로 중첩하는 상기 공통배선(109)과 상기 드레인 전극(136)이 각각 제 1 및 제 2 스토리지 전극(110, 138)을 이루고 있으며, 이들 제 1 및 제 2 스토리지 전극(110, 138)과 이들과 중첩하는 게이트 절연막(미도시)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이루고 있다.
이때, 본 발명에 있어서 가장 특징적인 것은, 상기 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된 보호층(미도시) 상부에 형성되고 있는 바(bar) 형태의 중앙부 공통전극(173)과 화소전극(170)이 외부광에 의한 반사율이 39% 이하의 수준이 되도록 하기 위해 이중층 구조를 이루는 것이 특징이다.
이 경우, 이중층 구조를 갖는 상기 화소전극(170) 및 중앙부 공통전극(173)에 있어서 각각의 하부층(미도시)은 몰리티타늄(MoTi)로 이루어지며, 각각의 상부층(미도시)은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 알루미늄 도핑 징크-옥사이드(AZO) 중 어느 하나 또는 불투명 금속물질인 질화구리(CuNx)로 이루어지고 있는 것이 특징이다.
또한 이러한 구성을 갖는 어레이 기판(102)의 상부에 위치하는 컬러필터 기판(181)에는 블랙매트릭스가 생략되며, 각 화소영역(P)에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 순차 반복하는 형태로 컬러필터층(185)이 구비되고 있으며, 이때 본 발명의 특징적인 것으로 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 형성되는 각 화소영역(P)의 경계에는 서로 다른 2색 이상의 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 중첩 형성됨으로써 어레이 기판(102)에 구비되는 도전패턴(175)과 더불어 블랙매트릭스로서의 역할을 하고 있는 것이 특징이다.
이러한 본 발명의 특징적인 구성은 단면 구조를 통해 더욱 잘 표현될 수 있으므로 이하 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 단면 구성에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이며, 도 6은 도 4를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의하며, 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되는 영역을 스토리지 영역(StgA)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치(100)는 서로 교대하며 이격하는 다수의 화소전극(170)과 중앙부 공통전극(173)이 구비된 어레이 기판(102)과 컬러필터층(185)이 구비된 컬러필터 기판(181) 및 액정층(195)을 포함하여 구성되고 있다.
우선 하부의 어레이 기판(102)에는 일방향으로 연장하는 게이트 배선(도 4의 103)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(도 3의 103)에서 이격하여 나란하게 공통배선(도 4의 109)이 형성되어 있다. 이때, 상기 스위칭 영역(TrA)에 대응하여 상기 게이트 배선(도 4의 103)은 그 자체로써 그 일부 영역이 게이트 전극(105)을 이루고 있다.
각 화소영역(P) 내부에는 상기 공통배선(도 4의 109)에서 분기하여 데이터 배선(130)과 인접하며 최외각 공통전극(116)이 형성되어 있으며, 상기 스토리지 영역(StgA)에는 상기 공통배선(도 4의 109) 자체로서 제 1 스토리지 전극(110)을 이루고 있다.
다음, 상기 게이트 배선(도 4의 103)과 게이트 전극(105)과 상기 공통배선(도 4의 109) 및 최외각 공통전극(116) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 게이트 절연막(118)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 절연막(118) 위로 상기 스위칭 영역(TrA)에는 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(120a)과 이의 상부에 위치하며 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 서로 이격하는 형태를 갖는 오믹콘택층(120b)으로 구성된 반도체층(120)이 형성되어 있다.
한편, 상기 게이트 절연막(118) 상부에는 상기 게이트 배선(도 4의 103)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)이 형성되어 있다. 이때, 상기 데이터 배선(130)의 하부에는 상기 반도체층(120)을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 패턴(121a, 121b)으로 이루어진 반도체패턴(121)이 형성되고 있지만, 이러한 반도체패턴(121)은 제조 공정에 기인한 것으로 생략될 수 있다.
한편, 상기 스위칭 영역(TrA)에는 상기 반도체층(120) 위로 상기 데이터 배선(130)에서 분기하여 소스 전극(133)이 형성되어 있으며, 상기 소스 전극(133)과 이격하며 드레인 전극(136)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 전극(133) 및 드레인 전극(136)은 서로 이격하는 오믹콘택층(120b)과 각각 접촉하고 있다.
상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(105)과 게이트 절연막(118)과 반도체층(120) 및 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
상기 스토리지 영역(StgA)에는 상기 게이트 절연막(118) 상부로 상기 제 1 스토리지 전극(110)에 대응하여 상기 드레인 전극(136)이 연장하여 형성됨으로써 제 2 스토리지 전극(138)을 이루고 있다. 이때, 상기 스토리지 영역(StgA)에 순차 적층된 상기 제 1 스토리지 전극(110)과 게이트 절연막(118)과 제 2 스토리지 전극(138)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이룬다.
다음, 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 제 2 스토리지 전극(138) 위로 유기절연물질 중 상대적으로 저유전율을 갖는 물질인 포토아크릴(photo acryl)로 이루어진 보호층(140)이 형성되어 있다.
이렇게 보호층(140)을 저유전율 특성을 갖는 포토아크릴로 형성하는 것은 상기 데이터 배선(130) 및 최외각 공통전극(116)의 상부에 형성되는 도전패턴(175)과의 중첩에 의해 발생되는 기생용량을 최소화하고, 상기 데이터 배선(130)과 이의 주변에 형성되는 상기 최외각 공통전극(116)에 의해 발생되는 원치 않는 전계의 영향을 최소화하기 위함이다.
한편, 이러한 저유전율을 갖는 포토아크릴로 이루어진 상기 보호층(140)에는 상기 최외각 공통전극(116)의 일 끝단을 노출시키는 공통 콘택홀(도 4의 146)과, 상기 드레인 전극(136) 더욱 정확히는 상기 드레인 전극(136)이 연장된 부분인 상기 제 2 스토리지 전극(138)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)이 형성되어 있다.
다음, 상기 공통 콘택홀(도 4의 146)과 드레인 콘택홀(143)이 구비된 상기 보호층(140) 위로 불투명 저저항 금속물질인 몰리티타늄(MoTi) 로 이루어진 하부층(미도시, 169a)과 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 알루미늄 도핑 징크-옥사이드(AZO) 중 어느 하나 또는 저반사 불투명 금속물질인 질화구리(CuNx)로써 이루어진 상부층(미도시, 169b)의 이중층 구조를 갖는 보조공통패턴(도 4의 172)과 보조화소패턴(169)이 서로 마주하는 형태로 형성되고 있다.
이때 상기 보조공통패턴(도 4의 172)은 상기 공통 콘택홀(도 4의 146)을 통해 상기 최외각 공통전극(116)과 접촉하고 있으며, 상기 보조화소패턴(169)은 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 연결된 상기 제 2 스토리지 전극(138)과 접촉하고 있다.
또한, 상기 보호층(140) 상부에는 상기 보조공통패턴(도 4의 172)에서 분기하는 형태로 상기 데이터 배선(130)과 이와 인접하는 최외각 공통전극(116)과 중첩하며 도전패턴(175)이 형성됨으로써 블랙매트릭스의 역할을 하고 있다.
또한 각 화소영역(P)에 있어 상기 보호층(140) 상부에는 상기 보조공통패턴(도 4의 172)에서 분기하며 이중층 구조를 갖는 바(bar) 형태의 다수의 중앙부 공통전극(173)이 상기 최외각 공통전극(116) 내측으로 일정간격 이격하며 형성되고 있다.
그리고, 각 화소영역(P)에는 상기 보조화소패턴(169)에서 분기하며 상기 최외각 공통전극(116) 내측으로 상기 바(bar) 형태의 다수의 중앙부 공통전극(173)과 교대하며 직선의 바(bar) 형태 또는 중앙부가 대칭적으로 꺾인 바(bar) 형태의 다수의 화소전극(170)이 형성되고 있다.
이때, 상기 다수의 화소전극(170)과 중앙부 공통전극(173) 또한 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어진 하부층(170a, 173a)과 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 알루미늄 도핑 징크-옥사이드(AZO) 중 어느 하나 또는 저반사 불투명 금속물질인 질화구리(CuNx)로써 이루어진 상부층(170b, 173b)으로 이루어진 이중층 구조를 갖는 것이 특징이다.
한편, 이중층 구조를 갖는 상기 화소전극(170)과 공통전극(173)에 있어서 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어진 각 하부층(170a, 173a)은 그 두께가 50 내지 250Å인 것이 바람직하며, 투명 도전성 물질 또는 질화구리(CuNx)로 이루어진 각 상부층(170b, 173b)은 그 두께가 250 내지 600Å인 것이 바람직하다.
하부층(170a, 173a)과 상부층(170b, 173b)이 전술한 바와같은 두께를 가지며 이중층 구조의 화소전극(170)과 중앙부 공통전극(173)을 이루는 경우, 이러한 구성을 갖는 화소전극(170)과 중앙부 공통전극(173)을 형성한 횡전계형 액정표시장치(100)는 외부광에 의한 반사율을 39% 이하로 저감시킬 수 있다.
비교예로서 300Å 정도의 두께를 갖는 몰리브덴 단일층 구조의 화소전극과 공통전극을 구비한 종래의 횡전계형 액정표시장치의 경우, 외부광에 대한 반사율은 66%가 되며 무지개 얼룩이 발생하여 외부광 하에서의 표시품질이 매우 저감됨을 알 수 있었다.
하지만, 전술한 바와같이 50 내지 250Å 정도의 두께를 갖는 몰리티타늄(MoTi)의 하부층(170a, 173a)과 250 내지 600Å 정도의 두께를 갖는 투명 도전성 물질 또는 질화구리(CuNx)의 상부층(170b, 173b)으로 이루어진 이중층 구조를 갖는 화소전극(170)과 중앙부 공통전극(173)이 형성된 어레이 기판(101)을 구비한 횡전계형 액정표시장치(100)의 경우, 외부광 하에서의 반사율은 평균적으로 39% 이하가 됨으로서 무지개 얼룩이 억제되며 외부광 하에서의 표시품질이 현저히 향상됨을 실험적으로 알 수 있었다.
이렇게 2가지 이상의 물질로 특정 두께를 가지며 이중층 구조의 물질층이 형성되는 경우, 각 물질층은 그 내부에서의 굴절율 차이를 가지며 이러한 굴절율 및 두께 차이에 의해 각 물질층의 표면에서 반사되는 빛은 상쇄간섭을 일으키게 되는 반-반사 코팅(Anti-Reflection Coating) 효과에 기인하여 최종적으로 반사되는 빛의 강도를 저감시킬 수 있는 것이다.
한편, 상부층이 질화구리(CuNx)로 이루어진 경우 전술한 반-반사 코팅의 효과는 없지만 그 자체로서 저반사 특성을 가지므로 외부광에 대해 39% 이하의 반사율을 갖는다. 이때, 이러한 질화구리(CuNx)로 이루어진 상부층 하부에 몰리티타늄의 하부층을 형성한 것은 질화구리(CuNx)와 보호층(140)의 접착특성이 매우 좋지 않으므로 이러한 접착특성을 향상시키기 위해 질화구리(CuNx)의 하부층을 형성한 것이다.
한편, 이러한 구성을 갖는 어레이 기판(102)에 대응하여 위치하는 컬러필터 기판(181)의 내측면에는 블랙매트릭스의 형성없이 각 화소영역(P)에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 순차 반복하는 형태로 컬러필터층(185)이 구비되고 있다.
이때 본 발명의 특징적인 것으로 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 형성되는 각 화소영역(P)의 경계에는 이웃한 화소영역(P)에 형성된 서로 다른 색의 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)이 중첩하여 즉, 각 화소영역(P)의 경계에는 적/녹색 컬러필터 패턴(185a, 185b), 적/청색 컬러필터 패턴(185a, 185c) 또는 녹/청색 컬러필터 패턴(185b, 185c)이 중첩하도록 형성됨으로서 어레이 기판(102)에 구비되는 도전패턴(175)과 더불어 블랙매트릭스로서의 역할을 하고 있는 것이 특징이다.
이러한 구성을 갖는 컬러필터층(185) 하부에는 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(187)이 형성되고 있으며, 화소영역(P)의 경계에는 기둥형태로 제 1 높이를 갖는 갭 형성용 스페이서(188)가 일정간격 이격하며 형성되고 있으며, 동시에 기둥 형태로서 상기 제 1 높이보다 작은 제 2 높이를 갖는 눌림 방지용 스페이서(189)가 일정간격 이격하며 형성되고 있다.
또한, 이러한 구성을 갖는 어레이 기판(102)과 컬러필터 기판(181) 사이에 액정층(195)이 재개되며 상기 갭 형성용 스페이서(188)의 끝단이 상기 어레이 기판(102)의 최상부에 위치하는 구성요소와 접촉하며 합착되고 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시에에 따른 횡전계형 액정표시장치(100)는 보호층(140) 상부에 형성되는 바(bar) 형태를 갖는 중앙부 공통전극(173)과 화소전극(170)을 불투명 금속물질과, 투명 도전성 물질 또는 질화구리(CuNx)의 이중층 구조를 이루도록 함으로써 외부광에 의한 반사율을 39% 이하로 저감시킴으로써 무지개 얼룩 발생을 억제하는 동시에 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 컬러필터 기판(181)에 블랙매트릭스가 생략됨으로써 재료비 저감 및 마스크 공정 수를 줄임으로서 공정 단순화 및 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 데이터 배선(130)과 이와 나란하게 형성되는 바(bar) 형태의 중앙부 공통전극(173)과 화소전극(170)이 각 화소영역(P) 내에서 상하로 꺾인 선대칭 구조를 이루도록 함으로써 이중 도메인을 구현하도록 하여 시야각 변화에 따른 색차를 억제하는 효과가 있다.
이후에는 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 7a 내지 7f는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 어레이 기판의 제조 단계별 공정 단면도이며, 도 8a 내지 8f는 도 4를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 어레이 기판의 제조 단계별 공정 단면도이다. 또한, 도 9a 내지 9f는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도이며, 도 10a 내지 10f는 도 4를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도이다. 설명의 편의를 위해 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의하며, 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되는 영역을 스토리지 영역(StgA)이라 정의한다.
우선 도 7a 및 도 8a에 도시한 바와같이, 투명한 절연기판(102) 상에 제 1 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 및 크롬(Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로서 제 1 금속층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)과 이와 이격하여 나란하게 연장하는 공통배선(미도시)과, 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되는 게이트 전극(105) 및 상기 공통배선(미도시)과 연결된 최외각 공통전극(116)을 형성한다.
다음, 상기 게이트 배선(미도시)과 공통배선(미도시)과 게이트 전극(103) 및 최외각 공통전극(116) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 게이트 절연막(118)을 전면에 형성한다.
다음, 도 7b와 도 8b에 도시한 바와같이, 상기 게이트 절연막(118) 위로 순수 비정질 실리콘층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘층(미도시)과 제 2 금속물질층(미도시)을 형성하고, 이들을 회절노광 또는 하프톤 노광을 포함하는 1회의 마스크 공정을 통해 동시에 패터닝하거나, 또는 2회의 마스크 공정을 실시하여 상기 제 2 금속층(미도시)과, 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 각각 패터닝함으로써 상기 화소영역(P) 내에 상기 게이트 전극(105)에 대응하여 순수 비정질 실리콘 액티브층(120a)과 상기 액티브층(120a) 위로 서로 소정간격 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 상기 오믹콘택층(120b) 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성한다.
이때, 이 단계에서 각 화소영역(P) 내의 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(110)과 게이트 절연막(118)과 반도체층(120)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
그리고, 동시에 상기 게이트 절연막(118) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)을 형성한다.
이때, 상기 드레인 전극(136)은 상기 공통배선(113)이 형성된 부분까지 연장 형성함으로써 상기 게이트 절연막(118)을 사이에 두고 서로 중첩하는 공통배선(미도시))과 드레인 전극(136)은 각각 제 1 및 제 2 스토리지 전극(110, 138)을 이루도록 함으로써 스토리지 영역(StgA)에 순차 적층된 상기 제 1 스토리지 전극(110)과 게이트 절연막(118)과 제 2 스토리지 전극(138)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이루도록 한다.
한편, 본 발명의 실시예의 경우, 제 2 금속층(미도시)과, 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 하프톤 노광 또는 회절노광을 포함하는 1회의 마스크 공정을 실시하여 형성한 것을 도시하였으며, 이러한 공정 특성 상 상기 데이터 배선(130) 하부에도 상기 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)을 이루는 동일한 물질로 제 1 및 제 2 패턴(121a, 121b)으로 이루어진 반도체패턴(121)이 형성되고 있음을 보이고 있다.
하지만, 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)에 대해 1회의 마스크 공정을 진행하여 우선적으로 패터닝하여 반도체층(120)을 형성하고, 이후 상기 반도체층(120) 상부에 제 2 금속층(alehtl)을 형성한 후 2회의 마스크 공정을 진행하여 패터닝하는 경우 상기 데이터 배선(130) 하부에 형성된 상기 반도체 패턴(121)은 생략된다.
다음, 도 7c와 도 8c에 도시한 바와같이, 상기 데이터 배선(130)과 박막트랜지스터(Tr) 위로 전면에 포토아크릴(photo acryl)을 도포하여 전면에 보호층(140)을 형성한다.
이후, 상기 보호층(140)에 대해 마스크 공정을 실시함으로써 상기 드레인 전극(136)과 연결된 제 2 스토리지 전극(138)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)과, 상기 최외각 공통전극(116)의 일끝단을 노출시키는 공통 콘택홀(미도시)을 형성한다.
다음, 도 7d와 도 8d에 도시한 바와같이, 상기 드레인 콘택홀(143)과 공통 콘택홀(미도시)을 갖는 상기 보호층(140) 위로 몰리티타늄(MoTi)을 증착함으로써 50 내지 500Å 정도의 제 1 두께를 갖는 몰리티타늄(MoTi)의 제 3 금속층(168a)을 형성하고, 연속하여 상기 제 3 금속층(168a) 상부에 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 알루미늄 도핑 징크-옥사이드(AZO) 중 어느 하나 또는 저반사 불투명 금속물질인 질화구리(CuNx)를 증착하여 200 내지 600Å의 제 2 두께를 갖는 제 4 금속층(168b)을 형성한다.
이후, 상기 제 4 금속층(168b) 상부로 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 노광기를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행함으로서 직선의 바(bar) 형태 또는 중앙부가 대칭적으로 꺾인 바(bar) 형태를 갖는 중앙부 공통전극(도 7f의 173)과 화소전극(도 7f의 170)이 형성되어야 부분에 대응하여 포토레지스트 패턴(191)을 형성한다.
이때, 상기 포토레지스트 패턴(191)은 상기 중앙부 공통전극(도 7f의 173)의 일끝단을 연결시키는 보조공통패턴(도 4의 172)과 상기 보조공통패턴(도 4의 172)에서 분기하여 상기 데이터 배선(130)과 최외각 공통전극(116)에 대응하는 도전패턴(도 8f의 175)과 상기 화소전극(도 7f의 170)의 일끝단을 연결시키는 보조화소패턴(도 7f의 169)이 형성되어야 할 부분에 대응해서도 형성한다.
다음, 도 7e와 도 8e에 도시한 바와같이, 상기 포토레지스트 패턴(191) 외부로 노출된 상기 제 4 금속층(도 7d의 168b)과 그 하부의 제 3 금속층(도 7d의 168a)의 식각을 진행한다.
이후, 이러한 식각이 완료되면, 7f와 도 8f에 도시한 바와같이, 상기 포토레지스트 패턴(도 7e의 191) 하부에는 이중층 구조의 화소전극(170)과 중앙부 공통전극(173)이 형성되며, 나아가 상기 화소전극(170)의 일끝단을 연결시키며 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 연결되는 보조화소패턴(169)과 상기 중앙부 공통전극(173)의 일끝단을 연결시키며 상기 공통콘택홀(미도시)을 통해 상기 최외각 공통전극(116)과 연결되는 보조공통패턴(도 4의 172)과, 상기 보조공통패턴도 4의 172)에서 분기한 형태의 도전패턴(175)이 형성된다.
이후, 이중층 구조를 갖는 상기 중앙부 공통전극(173)과 화소전극(170)과 보조화소패턴(169)과 보조공통패턴(도 4의 172) 및 도전패턴(175) 상부에 남아있는 포토레지스트 패턴(도 7e의 191)을 스트립을 진행하여 제거함으로써 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판(102)을 완성한다.
다음, 도 9a와 도 10a에 도시한 바와같이, 또 다른 투명한 절연기판(181) 상에 적색 레지스트를 도포하여 적색 레지스트층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정 즉 노광 및 현상을 진행함으로써 화소영역(P)에 대응하여 일정간격 이격하는 적색 컬러필터 패턴(185a)을 형성한다. 이때, 상기 적색 컬러필터 패턴(185a)은 이웃한 화소영역(P)과의 경계영역까지 연장 형성하는 것이 특징이다.
다음, 도 9b와 도 10b에 도시한 바와같이, 상기 적색 컬러필터 패턴(185a) 위로 전면에 녹색 레지스트를 도포하여 전면에 녹색 레지스트층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정 즉 노광 및 현상을 진행함으로써 상기 적색 컬러필터 패턴(185a)이 형성된 화소영역(P)과 이웃하는 화소영역(P)에 대응하여 녹색 컬러필터 패턴(185b)을 형성한다.
이때, 상기 녹색 컬러필터 패턴(185b)은 이웃한 화소영역(P)과의 경계영역까지 연장 형성함으로써 상기 적색 및 녹색 컬러필터 패턴(185a, 185b)이 형성되는 화소영역(P)간의 경계에는 상기 적색 및 녹색 컬러필터 패턴(185a, 185b)이 중첩하여 형성하는 것이 특징이다.
다음, 도 9c와 도 10c에 도시한 바와같이, 상기 적색 및 녹색 컬러필터 패턴(185a, 185b) 위로 전면에 청색 레지스트를 도포하여 전면에 청색 레지스트층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정 즉 노광 및 현상을 진행함으로써 상기 적색 및 청색 컬러필터 패턴(185a, 185b)이 형성된 화소영역(P) 사이에 위치하는 화소영역(P)에 대응하여 청색 컬러필터 패턴(185c)을 형성한다.
이때, 상기 청색 컬러필터 패턴(185c) 또한 이웃한 화소영역(P)과의 경계영역까지 연장 형성함으로써 각 화소영역(P)의 경계에는 적색 및 녹색 컬러필터 패턴(185a, 185b)이 중첩하거나, 적색 및 청색 컬러필터 패턴(185a, 185c)이 중첩하거나, 또는 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(185b, 185c)이 중첩 형성되도록 한다.
이렇게 2가지 색이 중첩 형성된 각 화소영역(P)의 경계는 이들 중첩 형성된 서로 다른 색의 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)에 의해 비정상적인 구성을 하는 빛의 일부가 차단되며, 더욱이 어레이 기판(미도시)의 화소영역(P) 경계에 구비된 도전패턴(미도시)에 의해서도 차단되므로 블랙매트릭스의 역할 수행을 할 수 있다.
다음, 도 9d와 도 10d에 도시한 바와같이, 상기 컬러필터층(185) 위로 투명한 유기물질을 도포함으로써 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(187)을 형성한다.
다음, 도 9e와 도 10e에 도시한 바와같이, 상기 오버코트층(187) 위로 빛을 받은 부분이 현상 시 남게되는 네가티브 타입 감광성 특성을 갖는 유기물질을 도포하여 유기물질층(186)을 형성한다.
이후 상기 유기 물질층(186) 위로 빛의 투과영역(TA)과 차단영역(BA) 그리고 빛량이 조절되는 반투과영역(HTA)을 갖는 노광 마스크(199)를 위치시킨 후, 이를 이용한 회절노광 또는 하프톤 노광을 실시한다.
다음, 도 9f와 도 10f에 도시한 바와같이, 노광된 상기 유기물질층(도 9e의 186)을 현상하면 상기 노광 마스크(도 9e의 199)의 투과영역(도 9e의 TA)에 대응된 부분에는 제 1 높이를 갖는 기둥 형태의 갭 형성용 스페이서(188)가 형성되고, 상기 노광 마스크(도 9e의 199)의 반투과영역(도 9e의 HTA)에 대응된 부분에는 상기 제 1 높이보다 작은 제 2 높이를 갖는 기둥형태의 눌림 방지용 스페이서(189)가 형성됨으로써 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 컬러필터 기판(181)을 완성한다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 적, 녹, 청색 상기 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)의 순으로 형성됨을 일례로 보이고 있지만, 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 185c)의 형성 순서는 자유롭게 변경될 수 있음은 자명한다.
다음, 도 5와 도 6을 참조하면, 전술한 바와같이 제조된 어레이 기판(102)과 컬러필터 기판(181)을 상기 화소전극(170)과 오버코트층(187)이 서로 마주하도록 위치시키고, 어느 하나의 기판의 가장자리에 씰패턴(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 씰패턴(미도시) 내측에 액정층(195)을 개재시킨 후 상기 갭 형성용 스페이서(188)의 끝단이 상기 어레이 기판(102)의 최상층에 위치하는 구성요소와 접촉하도록 두 기판(102, 181)을 합착함으로서 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치(100)를 완성한다.
이렇게 제조되는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치(100)는 컬러필터 기판(181)에 블랙매트릭스를 형성하지 않음으로서 블랙매트릭스 형성을 위한 1회의 마스크 공정을 생략할 수 있다. 따라서 재료비 저감 및 공정단순화를 통해 제조 비용을 저감시키는 효과를 갖는다.
또한, 보호층(140)이 평탄한 표면을 갖는 포토아크릴로 이루어짐으로써 눌림 방지용 스페이서(189)의 끝단과 어레이 기판(102)의 최상층에 위치하는 구성요소와의 이격간격의 편차가 거의 없어 터치 시 휘도 불균일 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
100 : 횡전계형 액정표시장치 102 : 어레이 기판
116 : 최외각 공통전극 118 : 게이트 절연막
121 : 반도체 패턴 121a, 121b : 제 1, 2 패턴
130 : 데이터 배선 140 : 보호층
170 : 화소전극
170a, 170b : (화소전극의)하부층 및 상부층
173 : 중앙부 공통전극
173a, 173b : (중앙부 공통전극의)하부층 및 상부층
175 : 도전패턴
175a, 175b : (도전패턴의)하부층 및 상부층
181 : 컬러필터 기판 185 : 컬러필터층
185a, 185b, 185c : 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴
187 : 오버코트층

Claims (18)

  1. 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 상기 화소영역 내에 서로 이격하며 교대하며 이중층 구조를 갖는 다수의 화소전극 및 중앙부 공통전극과, 상기 데이터 배선과 중첩하며 상기 중앙부 공통전극과 동일한 이중층 구조를 가지며 형성된 도전패턴을 포함하는 제 1 기판과;
    상기 화소영역에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 갖는 컬러필터층을 포함하는 제 2 기판과;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재된 액정층
    을 포함하며, 상기 각 화소영역의 경계에는 이웃한 서로 다른 색의 컬러필터 패턴이 중첩 형성됨으로써 블랙매트릭스의 역할을 하며,
    상기 제 1 기판에는, 상기 게이트 배선과 나란하게 형성된 공통배선과, 상기 각 화소영역에 상기 공통배선에서 분기하여 상기 데이터 배선과 나란하게 이웃하여 형성된 최외각 공통전극이 형성되며,
    상기 도전패턴은 상기 데이터배선과 함께 상기 데이터배선을 사이에 두고 양측으로 위치하는 최외각 공통전극을 완전히 덮어 위치하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에는,
    상기 각 화소영역에는 상기 게이트 배선과 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터가 구비되는 횡전계형 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판에는,
    상기 컬러필터층을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층과;
    상기 오버코트층 상부로 제 1 높이를 가지며 일정간격 이격하는 기둥형태의 갭 형성용 스페이서와, 상기 제 1 높이 보다 낮은 제 2 높이를 가지며 일정간격 이격하는 기둥형태의 눌림 방지용 스페이서가 형성된 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극과 중앙부 공통전극은 각각 몰리티타늄으로 이루어지며 제 1 두께를 갖는 하부층과 투명 도전성 물질 또는 질화구리(CuNx)로 이루어지며 제 2 두께를 갖는 상부층의 이중층 구조를 갖는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 4 항에 있어서,
    상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO), 알루미늄 도핑 징크-옥사이드(AZO) 중 어느 하나인 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 50 내지 250Å이며,
    상기 제 2 두께는 250Å 내지 600Å인 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 공통배선은 제 1 스토리지 전극을 이루며, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제 1 스토리지 전극과 중첩하도록 형성됨으로서 제 2 스토리지 전극을 이루며, 순차 적층된 상기 제 1 스토리지 전극과 게이트 절연막과 제 2 스토리지 전극은 스토리지 커패시터를 이루는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터와 상기 스토리지 커패시터를 덮으며 포토아크릴로 이루어져 평탄한 표면을 갖는 보호층이 구비되며, 상기 화소전극과 상기 중앙부 공통전극은 상기 보호층 상에 형성된 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 각 화소영역 내의 상기 보호층 상부에는, 상기 중앙부 공통전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조공통패턴과, 상기 화소전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조화소패턴이 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 서로 마주하며 형성된 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보조공통패턴과 상기 보조화소패턴은 상기 공통전극 및 상기 화소전극과 동일하게 이중층 구조를 이루는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 보호층에는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과, 상기 최외각 공통전극의 일 끝단을 노출시키는 공통 콘택홀이 구비되며,
    상기 보조화소패턴은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며, 상기 보조공통패턴은 상기 공통 콘택홀을 통해 상기 최외각 공통전극과 접촉하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 배선과 상기 화소전극과 최외각 및 중앙부 공통전극은 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이룸으로써 각 화소영역이 이중 도메인을 이루는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  13. 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 상기 화소영역 내에 서로 이격하며 교대하며 이중층 구조를 갖는 다수의 화소전극 및 중앙부 공통전극과, 상기 데이터 배선과 중첩하며 상기 중앙부 공통전극과 동일한 이중층 구조를 가지며 형성된 도전패턴을 포함하는 제 1 기판을 형성하는 단계와;
    제 2 기판의 상기 화소영역에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 액정층을 개재하여 합착하는 단계
    를 포함하며, 상기 제 2 기판을 형성하는 단계는 상기 각 화소영역의 경계에 이웃한 서로 다른 색의 컬러필터 패턴을 중첩 형성하며,
    상기 제 1 기판을 형성하는 단계에서, 상기 게이트배선과 나란하게 공통배선과,
    상기 각 화소영역에 상기 공통배선에서 분기하여 상기 데이터 배선과 나란하게 이웃하여 형성된 최외각 공통전극을 형성하는 단계를 더욱 포함하며,
    상기 도전패턴은 상기 데이터배선과 함께 상기 데이터배선을 사이에 두고 양측으로 위치하는 최외각 공통전극을 완전히 덮어 위치하도록 형성하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하는 단계와;
    상기 오버코트층 위로 감광성 유기 물질층을 형성한 후 회절노광 또는 하프톤 노광 및 현상을 진행하여 상기 각 화소영역의 경계에 제 1 높이를 가지며 일정간격 이격하는 기둥형태의 갭 형성용 스페이서와, 상기 제 1 높이 보다 낮은 제 2 높이를 가지며 일정간격 이격하는 기둥형태의 눌림 방지용 스페이서를 형성하는 단계
    를 포함하는 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 기판을 형성하는 단계는,
    상기 각 화소영역에 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터 위로 전면에 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 위로 이중층 구조를 갖는 상기 다수의 화소전극 및 상기 중앙부 공통전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 화소전극과 상기 중앙부 공통전극을 형성하는 단계는,
    상기 각 화소영역 내의 상기 보호층 상부에 상기 중앙부 공통전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조공통패턴과, 상기 화소전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조화소패턴을 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 서로 마주하도록 형성하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 보호층을 형성하는 단계는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과, 상기 최외각 공통전극의 일 끝단을 노출시키는 공통 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 보조화소패턴은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며, 상기 보조공통패턴은 상기 공통 콘택홀을 통해 상기 최외각 공통전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13 항에 있어서,
    상기 데이터 배선과 상기 화소전극과 상기 최외각 및 중앙부 공통전극은 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이룸으로써 상기 각 화소영역이 이중 도메인을 이루도록 형성하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
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