KR20010106617A - liquid crystal display - Google Patents
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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.In the liquid crystal display device, a pixel electrode having a plurality of linear branches is formed on a lower substrate, and a black matrix that functions as a common electrode is formed on the upper substrate so as to alternate with the pixel electrode. A liquid crystal material having positive dielectric anisotropy is injected between the upper substrate and the lower substrate. In this way, the number of photo-etching steps can be simplified in the manufacturing process of the liquid crystal display device, the process can be simplified, the liquid crystal material having positive dielectric anisotropy can be used, and thus the cost can be reduced. Since it is formed in an inclined direction rather than vertically or horizontally, a fast response speed can be obtained by shortening a moving path of the liquid crystal.
Description
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device.
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.In general, a liquid crystal display device injects a liquid crystal material between an upper substrate on which a common electrode and a color filter are formed, and a lower substrate on which a thin film transistor and a pixel electrode are formed. By applying a different potential to form an electric field to change the arrangement of the liquid crystal molecules, and through this to control the light transmittance is a device that represents the image.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하는 방법이 유력시되고 있다.However, it is an important disadvantage that the liquid crystal display device has a narrow viewing angle. In order to overcome these disadvantages, various methods for widening the viewing angle have been developed. Among them, a method of aligning liquid crystal molecules vertically with respect to the upper and lower substrates and forming a constant opening pattern on the pixel electrode and the common electrode as the opposite electrode has been considered. .
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.In the conventional method of forming the opening pattern, an opening pattern is formed on the pixel electrode and the common electrode, and the viewing angle is widened by adjusting the direction in which the liquid crystal molecules lie down using a fringe field formed by the opening patterns. There is this.
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.However, in this case, since the common electrode made of indium tin oxide (ITO) formed on the color filter is patterned by using photolithography, a photolithography process is added.
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.In addition, the adhesion between the ITO deposited on the color filter by sputtering and the color filter resin is not good, so that the precision of the common electrode is inferior. In addition, there is a problem that damage occurs when the color filter is exposed during the etching of ITO, so in order to prevent it, a reliable organic insulating layer (overcoat layer) must be coated on the color filter. When the overcoat layer is formed, the common electrode may not directly contact a black matrix formed of chromium (Cr) or the like, thereby causing a problem such as an increase in resistance and severe flicker defects. In addition, since an opening pattern is formed in the common electrode, an increase in resistance of the common electrode is increased.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광시야각 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a wide viewing angle liquid crystal display device.
본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 광시야각 액정 표시 장치의 생산비용을 감소시키는 것이다.Another object of the present invention is to reduce the production cost of a wide viewing angle liquid crystal display.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,1 is a layout view of a liquid crystal display according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이고,FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II ′ of FIG. 1;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a liquid crystal display according to a third exemplary embodiment of the present invention.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 하부 기판의 화소 전극을 선형으로 형성하고, 상부 기판의 블랙 매트릭스를 공통 전극으로 사용한다.In order to solve this problem, in the present invention, the pixel electrode of the lower substrate is linearly formed, and the black matrix of the upper substrate is used as the common electrode.
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.Specifically, a gate line is formed in the horizontal direction on the first substrate, the data line is insulated from the gate line and intersects, and a pixel electrode having a plurality of pixel branch electrodes is formed in an area where the gate line and the data line cross each other. And a switching element for transmitting or blocking the image signal transmitted along the data line to the pixel electrode by the scan signal transmitted along the gate line. The 2nd board | substrate opposes a 1st board | substrate, and the black matrix to which a common potential is applied to the 2nd board | substrate is formed.
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.In this way, the number of photo-etching steps can be simplified in the manufacturing process of the liquid crystal display device, the process can be simplified, the liquid crystal material having positive dielectric anisotropy can be used, and thus the cost can be reduced. Since it is formed in an inclined direction rather than vertically or horizontally, a fast response speed can be obtained by shortening a moving path of the liquid crystal.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.Next, a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이다.1 is a layout view of a liquid crystal display according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II ′ of FIG. 1.
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.The liquid crystal display includes a lower substrate 100 in which thin film transistors are formed, an upper substrate 200 in which color filters are formed, and a liquid crystal layer 300 injected between the lower substrate 100 and the upper substrate 200. Is done.
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.The gate line 20 extends in the horizontal direction on the lower insulating substrate 100, and the gate electrode 21 is formed in the gate line 20 in the form of a protrusion. A gate insulating film 30 is formed on the gate wiring including the gate electrode 21 and the gate line 20. The semiconductor pattern 60, which functions as a channel portion of the thin film transistor, is formed on the gate insulating layer 30 on the gate electrode 21. On the semiconductor pattern 60, contact layer patterns (not shown) separated on both sides are formed. At this time, the semiconductor pattern 60 is made of amorphous silicon, and the contact layer pattern is made of amorphous silicon heavily doped with N-type impurities.
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 차단하는스위칭 소자이다. 스위칭 소자는 다결정 규소를 이용하여 형성할 수도 있다.The data line 40 extends in the vertical direction on the gate insulating film 30, and the source electrode 41 is formed on the data line 40 as a branch. The source electrode 41 extends over one contact layer pattern. A drain electrode 42 is formed on the other contact layer pattern, and the drain electrode is connected to the pixel electrode 50. The thin film transistor including the gate electrode 21, the semiconductor pattern 60, the contact layer pattern, the source electrode 41, the drain electrode 42, and the like may have a data line 40 according to a scan signal transmitted through the gate line 20. Is a switching element that transfers or blocks the image signal transmitted along the line) to the pixel electrode 50. The switching element may be formed using polycrystalline silicon.
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.The pixel electrode 50 includes a vertical branch portion 51, a horizontal branch portion 52, and a stem portion 53 connecting the branch portions 51 and 52 that are linearly formed. The widths of the branch portions 51 and 52 and the stem portion 53 of the pixel electrode 50 are between 3 μm and 10 μm, and about 4 μm is preferable in consideration of electrode resistance, driving voltage, and the like. The space | interval of the branch parts 51 and 52 is 5 micrometers-20 micrometers. The pixel electrode 50 is formed of the same material as the data line 40. Here, the shape of the pixel electrode 50 may be variously modified.
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.The passivation layer 70 is formed on the pixel electrode 50 and the data line 40. The passivation layer 70 protects the semiconductor pattern exposed between the source electrode 41 and the drain electrode 42.
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.The upper substrate 200 has a black matrix 210 formed of a single layer of chromium (Cr) or a double layer of chromium and chromium oxide (CrOx), and red, green, and blue color filters on the black matrix 210. 230 is formed. At this time, as shown in FIG. 1, the black matrix 210 has a plurality of branch portions so as to be alternately positioned with the branch portions 51 and 52 of the pixel electrode 50. When the liquid crystal display is driven, a common potential is applied to the black matrix 210 to form an electric field with the pixel electrode 50. The width of the branch portions of the black matrix 210 is formed between 3 μm and 10 μm.
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 배향하고 있다.A liquid crystal material having positive dielectric anisotropy is injected between the lower substrate 100 and the upper substrate 200 to form the liquid crystal layer 300. Here, vertical alignment layers (not shown) are formed on the upper and lower substrates 100 and 200 to vertically align the liquid crystal molecules.
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.FIG. 2 illustrates an equipotential line formed when a voltage is applied between the pixel electrode 50 and the black matrix 210 and an arrangement of liquid crystal molecules according to the same. The liquid crystal molecules are inclined in both directions with respect to the pixel electrode branch portions 51 and 52 and the black matrix branch portion to form different types of domains, thereby obtaining a wide viewing angle. In addition, since the direction of the electric field is formed in an inclined direction rather than vertical or horizontal with respect to the substrate surface, a fast response speed can be obtained by shortening the moving path of the liquid crystal.
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.In the liquid crystal display having such a structure, the common electrode of the upper substrate 200 is not formed separately, and the common electrode is replaced by the black matrix 210, so that the manufacturing process is considerably simpler than the conventional method of forming the opening pattern. In addition, since the pixel electrode 50 of the lower substrate 100 may be formed together in the data line 40 forming process, the number of photolithography processes may be reduced.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
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 블랙매트릭스(210)의 외곽선 밖으로 나오지 않도록 한다.The liquid crystal display according to the second embodiment is the same as the liquid crystal display according to the first embodiment except that the common electrode 27 is further formed on the lower substrate 100. The common electrode 27 is formed together with the gate line 20 on the same layer as the gate line 20, and is disposed to overlap the black matrix 210 of the upper substrate 200. In this case, the line width of the branch portion of the black matrix 210 is formed to be wider than the line width of the common electrode 27 so that the common electrode 27 may have the black matrix 210 even when an alignment error occurs when assembling the upper and lower plates 100 and 200. Do not come out of the outline.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 실시예에 비하여 전기장이 강하게 형성되므로 응답속도 측면에서 더 유리하다. 다만 개구율 측면에서는 불리할 수 있다.The liquid crystal display according to the second embodiment of the present invention is more advantageous in terms of response speed since the electric field is formed stronger than that of the first embodiment. However, it may be disadvantageous in terms of aperture ratio.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a liquid crystal display according to a third exemplary embodiment of the present invention.
제3 실시예는 상부 기판(200)을 제외하고 제1 실시예와 동일한 구조이다.The third embodiment has the same structure as the first embodiment except for the upper substrate 200.
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.As illustrated in FIG. 4, the upper substrate 200 has a color filter 230 formed on the substrate 200, a buffer layer 240 formed on the color filter 230, and a buffer layer 240 formed on the substrate 200. The black matrix 210 which also functions as a common electrode is formed. The planar arrangement of the black matrix 210 is the same as in the first embodiment. The buffer layer 240 may be omitted to prevent the color filter 230 from being damaged when the black matrix 210 is patterned. The black matrix 210 is formed of chromium or chromium oxide, and has better etching ability than indium tin oxide (ITO). Therefore, even if the buffer layer 240 is omitted, there is no risk that damage to the color filter 230 may occur in the process of etching ITO.
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.When the black matrix 210 serving as the common electrode is formed on the uppermost layer as in the third embodiment, since the intensity of the electric field applied to the liquid crystal layer is stronger than in the first embodiment, the response speed of the liquid crystal may be improved. In other words, the third embodiment can be driven even at a lower driving voltage than the first embodiment.
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.According to the present invention, the process can be simplified by reducing the number of photo-etching processes during the manufacturing process of the liquid crystal display device, and a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy can be used to reduce the cost, and the direction of the electric field is Since it is formed in an inclined direction rather than vertically or horizontally, a fast response speed can be obtained by shortening a moving path of the liquid crystal.
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