KR20040104202A - 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20040104202A
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Abstract

본 발명은 휘도(brightness)를 향상시킬 수 있는 횡전계방식(In Plane Switching Mode) 액정표시소자에 관한 것으로, 서로 대향하는 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과; 상기 제1기판 상에 형성되며, 복수의 홀을 가지는 칼라필터와; 상기 칼라필터 상에 형성되며, 화소영역내에서 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극과; 상기 제1 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다.

Description

횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법{IN PLANE SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 휘도(brightness)를 향상시킬 수 있는 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고화질, 저전력의 평판 표시 소자(flat panel display device)로서 주로 사용되는 트위스트 네마틱모드(twisted nematic mode) 액정표시소자(liquid crystaldisplay device)는 시야각이 좁다는 단점이 있다. 이것은 액정분자의 굴절율 이방성(refractive anisotropy)에 기인하는 것으로, 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 액정패널(liquid crystal display panel)에 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직방향으로 배향되기 때문이다.
따라서, 액정분자를 기판과 거의 수평한 방향으로 배향하여 시야각 문제를 해결하는 횡전계방식 액정표시소자(In Plane Switching mode LCD)가 최근에 활발하게 연구되고 있다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시소자의 단위화소를 개략적으로 도시한 것으로, 도 1a는 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I'선의 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 투명한 제 1기판(10) 상에 게이트라인(1) 및 데이터라인(3)이 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의한다. 실제의 액정표시소자에서는 n개의 게이트라인(1)과 m개의 데이터라인(3)이 교차하여 n×m개의 화소가 존재하지만, 도면에는 설명을 간단하게 하기 위해 단지 한 화소만을 나타내었다.
상기 게이트라인(1)과 데이터라인(3)의 교차점에는 게이트전극(1a), 액티브층(5) 및 소스/드레인전극(2a,2b)으로 구성된 박막트랜지스터(thin film transistor;9)가 배치되어 있으며, 상기 게이트전극(1a) 및 소스/드레인전극(2a, 2b)은 각각 게이트라인(1) 및 데이터라인(3)에 접속된다. 또한, 게이트절연막(8)은 기판 전체에 걸쳐서 적층되어 있다.
화소영역 내에는 상기 게이트라인(1)과 평행하게 공통라인(4)이 배열되고, 액정분자를 스위칭 시키는 적어도 한쌍의 전극 즉, 공통전극(6)과 화소전극(7)이데이터라인(3)과 평행하게 배열되어 있다. 상기 공통전극(6)은 게이트라인(1)과 동시에 형성되어 공통라인(4)에 접속되며, 화소전극(7)은 소스/드레인전극(2a,2b)과 동시에 형성되어 박막트랜지스터(9)의 드레인전극(2b)과 접속된다. 그리고, 상기 소스/드레인전극(2a, 2b)을 포함하는 기판 전체에 걸쳐서 보호막(11)이 형성되어 있다. 또한, 상기 공통라인(4)과 중첩되어 형성되며, 화소전극(7)과 접속하는 화소전극라인(14)은 그 사이에 개재된 절연막(8)을 사이에 두고 스토리지커패시터를 형성한다.
또한, 제2기판(20)에는 박막트랜지스터(9), 게이트라인(1) 및 데이터라인(3)으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스(21)와 칼라를 구현하기 위한 칼라필터(23)가 형성되어 있으며, 그 위에는 칼라필터(23)를 평탄화하기 오버코트막(25)이 도포되어 있다. 그리고, 상기 제1기판(10) 및 제2기판(20)의 대향면에는 액정의 초기 배향방향을 결정짓는 배향막(12a,12b)이 도포되어 있다.
또한, 상기 제1기판(10) 및 제2기판(20) 사이에는 상기 공통전극(6) 및 화소전극(7)에 인가되는 전압에 의해 빛의 투과율을 조절하는 액정층(13)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 횡전계방식 액정표시소자에서 전압이 인가되지 않는 경우에는 액정층(13) 내에 액정분자가 제1 및 제2기판(10,20)의 대향면에 도포된 배향막의 배향방향을 따라 배향 되지만, 공통전극(6)과 화소전극(7) 사이에 전압이 인가되면 기판과 평행하게 스위칭되어, 상기 게이트라인(1)과 나란한 방향으로 배향된다.
상기한 바와 같이, 액정층(13)내의 액정 분자가 항상 동일한 평면(plane) 상에서 스위칭되기 때문에, 상하방향 및 좌우방향의 시야각 방향에서 계조표시(grey level)의 반전이 일어나지 않기 때문에 시야각을 향상시킬 수가 있다.
그러나, 상기한 구조의 종래 횡전계방식 액정표시소자는 화면이 표시되는 화소영역 내에 불투명한 금속으로 이루어진 공통전극(6) 및 화소전극(7)이 형성되어 있기 때문에 개구율(aperture ratio)이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 공통전극 및 화소전극을 투명한 물질로 형성함으로써, 개구율이 저하되는 문제를 해결하고 있으며, 도 2는 공통전극 및 화소전극이 투명한 물질로 이루어진 횡전계방식 액정표시소자의 단면도를 나타낸 것으로, 공통전극 및 화소전극을 제외한 모든 구성요소는 이전도면(도 1a)과 동일하며, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용한다.
도면에 도시된 바와 같이, 공통전극(6) 및 화소전극(7)은 보호막(11) 위에 형성되며, 상기 두 전극(공통전극, 화소전극)은 모두 투명한 전도성물질로 이루어진다. 상기 투명한 전도성물질로는 ITO(indium tin oxide)이 주로 사용된다.
상기한 바와 같이, 공통전극(6) 및 화소전극(7)이 투명한 전도성물질로 이루어진 경우, 화소영역의 개구영역(T1) 이외에 일정전압 이상에서 상기 두 전극(6,7)들의 에지영역(T2)에도 빛이 투과하기 때문에 실질적으로 빛이 투과하는 영역은 T3가 된다. 따라서, 이전도면(도1)에 비하여 개구율을 향상시킬 수가 있다.
도 3은 상기 공통전극(6) 및 화소전극(7)에 인가되는 전압에 따른 빛의 투과율을 나타낸 그래프이다.
그래프에 나타낸 바와 같이, 공통전극 및 화소전극에 인가되는 전압이 증가함에 따라 빛의 투과율은 선형적으로 증가하다가 전압이 계속해서 증가하게 되면, 투과율은 다시 떨어지게 된다. 이때, 최대투과율을 나타내는 전압값을 Vmax라 하면, 상기 Vmax 값은 액정분자가 배향막의 초기 배향방향과 45°를 이루는 지점으로, Vmax 이상의 전압이 인가되면 투과율이 떨어지게 된다.
그러나, 종래 개구율을 증가시켜 휘도를 향상시키기 위하여 공통전극 및 화소전극을 투명한 전도성물질로 형성하였으나, 상기 공통전극 및 화소전극을 투과한 빛이 다시 칼라필터를 투과하게 되므로, 상기 칼라필터에 흡수되는 빛 때문에 횡전계방식 액정표시소자의 휘도가 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 휘도 특히, 최대휘도를 향상시킬 수 있는 횡전계방식 액정표시소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 휘도를 향상시킬 수 있는 COT(color filter on thin film transistor) 구조의 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.S
기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.
도 1a는 일반적인 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 평면도.
도 1b는 도 1a에서 I-I'의 단면을 나타낸 단면도.
도 2는 종래 횡전계방식 액정표시소자의 단면을 나타낸 단면도.
도 3은 종래 횡전계방식 액정표시소자의 전압에 따른 광투과율을 나타낸 그래프.
도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 평면도.
도 4b는 도 4a에서 II-II'의 단면을 나타낸 단면도.
도 5는 지그재그 구조의 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명 및 종래의 횡전계방식 액정표시소자의 전압에 따른 광투과율을 나타낸 그래프.
도 7a는 2.5v의 전압을 인가할 때, 화면의 휘도를 나타낸 도면.
도 7b는 6v의 전압을 인가할 때, 화면의 휘도를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 횡전계방식 액정표시소자로써, 도 4a에서 III-III'의 대응영역을 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 도면.
도 10a ~ 도 10c는 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법을 나타낸 공정순서도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
101: 게이트라인 103: 데이터라인
104: 공통라인 106: 공통전극
107,207,307: 화소전극 109,209,309: 박막트랜지스터
114: 화소전극라인 113: 액정층
123,223,323: 칼라필터 125,225,325a: 오버코트막
130,230,330: 홀 121,221,321: 블랙매트릭스
T'1: 공통전극 및 화소전극 사이의 광투과영역
T'2: 공통전극 및 화소전극의 에지영역
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 대향하는 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과; 상기 제1기판 상에 형성되며, 복수의 홀을 가지는 칼라필터와; 상기 칼라필터 상에 형성되며, 화소영역내에서 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극과; 상기 제1 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다.
상기 공통전극 및 화소전극은 칼라필터의 홀 상부에 형성되어 있으며, 이들은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명한 전도성물질로 이루어져 있다. 그리고, 상기 칼라필터를 평탄화하기 위해 형성된 오버코트막을 추가로 포함한다.
또한, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에는 박막트랜지스터가 배치되어 있으며, 상기 박막트랜지스터는 게이트전극과; 상기 게이트전극 상에 형성된 액티브층과; 상기 액티브층 상에 형성된 소스 및 드레인전극을 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 제1 및 제2기판의 대향면에는 제1 및 제2배향막이 형성되어 있다.
또한, 본 발명은 서로 대향하는 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과; 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 배치된 스위칭소자와; 상기 제1기판 상에 형성되며, 복수의 홀을 가지는 칼라필터와; 상기 칼라필터 상에 형성되어, 칼라필터를 평탄화시키는 오버코트막과; 상기 홀 상에 형성되어 화소영역 내에 횡전계를 발생시키며, 투명한 전도성물질로 이루어진 공통전극 및 화소전극과; 상기 제1 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다.
상기 투명한 전도성물질은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어진다.
그리고, 상기 오버코트막은 박막트랜지스터 및 칼라필터를 포함하는 기판 전면에 형성되어 있으며, 상기 공통전극 및 화소전극은 오버코트막 위에 형성된다.
또한, 본 발명은 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판 상에 스위칭소자를 형성하는 단계와; 상기 기판 상에 복수의 홀을 가지는 칼라필터를 형성하는 단계와; 상기 스위칭소자 및 칼라필터 상부에 오버코트막을 도포하는 단계와; 상기 오버코트막 상에 공통전극 및 화소전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법을 제공한다.
상기 박막트랜지스터 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 추가로 포함하다. 그리고, 상기 블랙매트릭스는 블랙레진으로 형성한다.
또한, 상기 공통전극 및 화소전극은 칼라필터의 홀이 형성된 영역에 형성하고, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명한 전도성물질로 형성한다.
이하, 첨부한 도면을 통하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 것으로, 도 4a는 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1기판(110)에 게이트라인(101) 및 데이터라인(103)이 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하고, 상기 게이트라인(101)과평행하게 공통라인(104)이 배치되어 있으며, 상기 공통라인(104)과 중첩하는 화소전극라인(114)이 배치되어 있다. 여기에서, 상기 공통라인(104)과 화소전극라인(114)은 기판 전면에 절연막(미도시)을 사이에 두고 스토리지커패시터(Cst)를 형성한다. 또한, 상기 게이트라인(101)과 데이터라인(103)의 교차영역에는 게이트전극(101a), 액티브층(105) 및 소스/드레인전극(102a, 102b)으로 구성된 박막트랜지스터(thin film transistor;109)가 배치되어 있으며, 상기 게이트전극(101a) 및 소스전극(102a)은 각각 게이트라인(101) 및 데이터라인(103)에 접속되고, 상기 드레인전극(102b)은 상기 화소전극라인(114)으로부터 수직으로 분기된 화소전극(107)에 접속된다.
또한, 상기 화소영역에는 상기 공통라인(104) 및 화소전극라인(114)으로부터 수직으로 분기되어 화소내에서 횡전계를 발생시키는 화소전극(107) 및 공통전극(106)이 교대로 배치되어 있다. 이때, 공통전극(106)은 화소의 외곽에 배치되어 데이터라인(103)에 인가된 신호가 화소전극(107)에 미치는 영향을 효과적으로 차단시켜준다. 그리고, 각각의 공통전극(106)은 제1콘택홀(106a)을 통하여 공통라인(104)과 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 화소전극(107)은 제2콘택홀(107a)을 통하여 드레인전극(102b)과 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명한 전도성물질로 이루어져 있다.
또한, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 구조는 지그재그 형상도 적용가능하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 공통전극(106)과 화소전극(107)이 지그재그형상으로 이루어진 구조는 한 화소에 위치하는 액정이 모두 한 방향으로 배열되지 않고 서로다른 배향방향으로 배열되어 멀티도메인(multi domain)을 유도할 수도 있다. 즉, 멀티 도메인(multi domain) 구조로 인해 액정의 복굴절(birefringence) 특성에 의한 이상 광을 서로 상쇄시키기 때문에 칼라쉬프트(color shift) 현상을 최소화 할 수 있는 장점을 가진다. 이때, 데이터라인(103)도 공통전극(106) 및 화소전극(107)과 같이 지그재그 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 도 4a에는 도시되어 있지 않지만, 상기 제1기판과 대향하는 제2기판 상에는 칼라를 구현하는 칼라필터가 형성되어 있으며, 상기 칼라필터는 상기 공통전극 및 화소전극이 형성된 영역을 제외한 광투과영역에만 형성되어 있다. 즉, 상기 공통전극 및 화소전극이 형성된 영역에 분포되어 있는 액정분자들 중, 일정전압 이상이 인가되면 상기 두전극(공통전극, 화소전극)의 가장자리에 있는 액정분자들이 공통전극과 화소전극 사이에 형성되는 전계의 영향을 받아, 빛을 투과시키게 되는데, 이때, 투과된 빛은 칼라필터에 의해 흡수되는 빛이 없기 때문에 종래 칼라필터가 있는 경우에 비하여 휘도가 더욱 높다.
도 4b에 도시된 단면도를 통하여 상기와 같은 본 발명에 대하여 좀더 상세히 설명하도록 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 액정표시소자는 공통전극(106) 및 화소전극(107)이 형성된 제1기판(110)과 상기 제1기판(120)과 대향하며, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)을 제외한 광투과영역에 형성된 칼라필터(123)를 포함하는 제2기판(120) 및 그 사이에 형성된 액정층(113)으로 구성되어 있다.
상기 제1기판(110) 위에는 게이트절연막(108) 및 보호막(111)이 순차적으로 적층되어 있으며, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)은 보호막(111) 상에 형성된다.
그리고, 제2기판(120) 위에는 복수의 홀(130)을 가지는 칼라필터(123)와, 오버코트막(125)이 형성되어 있으며, 상기 오버코트막(125)은 칼라필터(123)를 평탄화하여 상기 홀(130) 때문에 발생되는 셀갭(cell gap;d)의 변화를 막기 위해서 형성된 것이다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 제1 및 제2기판(110,120)의 대향면에는 제1 및 제2배향막이 도포되어 있으며, 상기 배향막은 일정한 방향을 따라 러빙되어 있다. 상기 배향막의 러빙방향은 편광판과 평행하거나, 수직으로 이루어지며, 상기 제1배향막과 제2배향막의 러빙방향은 서로 수직한 방향을 이루고 있다. 따라서, 전압이 인가되지 않으면, 액정분자들은 러빙방향을 따라 배열되고, 화면은 블랙을 표시하게 된다.
또한, 공통전극(106) 및 화소전극(107)에 전압을 인가하게 되면, 이들 사이에 전계가 형성되고, 광투과영역(T'1)에 분포하는 액정분자(113)들은 상기 전계방향을 따라 배열하게 된다. 그리고, 공통전극(106)과 화소전극(107)에 인가되는 전압이 계속하여 증가하게 되면, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 에지영역(T'2)에도 전계가 발생되어 이 영역(T'2)에 분포하는 액정분자(113)들도 전계방향으로 배열되어, 광이 투과하게 된다. 그리고, 인가되는 전압이 증가할수록 T'2가 증가하게 된다.
일반적으로, 광투과율(T)은 아래의 [수학식 1]에 의해서 계산된다.
여기서,는 전압인가시 편광판과 액정분자의 광축이 이루는 각도를 나타내고, d는 셀갭, 그리고는 빛의 파장을 나타낸다.
상기 [수학식 1]에 의해서즉, 편광판과 액정분자의 광축이 이루는 각이 45°일때, 광투과율은 최대가 된다.
도 6은 상기 공통전극과 화소전극에 인가되는 전압에 따른 광투과율을 나타낸 것으로 점선은 종래의 광투과율을 나타낸 것이고, 실선은 본 발명에 따른 광투과율을 나타낸 것으로, 실제 광투과율은 공통전극과 화소전극 사이의 광투과영역(T'1)과 상기 공통전극과 화소전극의 에지영역(T'2) 합(T'3)으로 이루어진다.
그래프에 나타낸 바와 같이, 전압이 인가되지 않으면, 액정분자는 배향막의 러빙방향을 따라 배열되고, 상기 러빙방향이 편광판과 평행한 경우 블랙을 나타낸다. 그리고, 전압이 인가되면, 액정분자는 인가되는 전압의 세기에 따라 구동하게 되며, 인가되는 전압이 Vmax 일 때 액정분자의 광축이 편광판과 45°를 이루고 투과율은 최대가 된다. 인가전압 Vt는 공통전극(106) 및 화소전극(107)이 형성된 영역(T'2)에 전계를 발생시키기 시작하는 전압값으로, Vt 이하의 전압에서는 T'2에 분포하는 액정분자들이 구동하지 않기 때문에 종래의 투과율과 차이가 없다. 그러나, Vt이상의 전압이 인가되면, T'2에 분포하는 액정분자들이 구동함에 따라, 투과율은 계속해서 증가하며, 최대투과율도 종래에 비하여 △T 만큼 증가하게 된다. 이때, 종래와 본 발명의 최대투과율 차이 △T는 T'2에서 투과되는 빛이 칼라필터(123)를 투과하지 않고 홀(130)을 바로 통과하기 때문에 증가하는 것으로, 종래에는 이 영역에 칼라필터가 형성되어 있기 때문에 칼라필터에 흡수되는 빛으로 인하여 최대투과율이 더 이상 증가하지 못했다.
도 7a는 Vt 이하의 전압(2.5v)이 인가되었을 때, 화면상에 관찰되는 휘도를 나타낸 것이고, 도 7b는 Vt 이상의 전압(6.0v)이 인가될때 휘도를 각각 나타낸 것이다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, Vt 이하(2.5v)에서는 공통전극(106) 및 화소전극(107) 상에 분포하는 액정분자들이 구동하지 않기 때문에 공통전극(106) 및 화소전극(107)이 형성된 영역에는 블랙화면을 나타낸다.
이후, 도 7b에 도시된 바와 같이, 인가전압이 증가하여 Vt 이상(6.0v)에서는 공통전극(106) 및 화소전극(107) 사이의 광투과영역(T'1) 및 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 에지영역(T'2)에 분포하는 액정분자들이 구동하여 화이트화면을 나타낸다. 그러나, 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 중심부까지 전계가 미치지 않기 때문에 이 영역에서는 액정이 구동하지 않아 블랙화면을 나타낸다. 특히, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 에지영역(T'2)에 분포하는 액정분자들은 칼라필터 없이 바로 투과된 빛이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예는 공통전극 및 화소전극에 대응하는 제2기판에 칼라필터가 형성되어 있지 않기 때문에 이영역에서의 빛투과율을 증가시켜 휘도를 향상시킬 수 있는 장점을 가진다. 그러나, 화소전극 및 공통전극이 형성된 제1기판과 칼라필터가 형성된 제2기판 사이의 합착마진을 벗어나 칼라필터에 형성된 홀의 일부가 공통전극과 화소전극 사이의 광투과영역에 놓이게 되면, 이영역에 투과한 빛은 색상이 제대로 구현되지 않는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 특히 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 공통전극 및 화소전극이 형성된 제1기판 상에 칼라필터를 형성하여 휘도를 향상시킬 수 있는 COT(color filer on thin film transistor)구조의 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 것으로, 박막트랜지스터를 포함하는 화소영역의 단면을 나타낸 것이다. 참고로, 도 4a에서 III-III'의 단면부에 대응하는 영역을 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예는 박막트랜지스터(209), 칼라필터(223), 그리고 공통전극(206) 및 화소전극(207)을 포함하는 제1기판(210)과, 상기 제1기판(210)과 대향하는 제2기판(220) 및 그 사이에 형성된 액정층(213)으로 구성되어 있다.
상기 제1기판(110) 위에 형성된 박막트랜지스터(209)는 게이트전극(201a), 액티브층(205) 및 상기 액티브층(205) 상부에 형성된 소스/드레인전극(202a,202b)으로 구성되어 있으며, 상기 액티브층(205)과 소스/드레인전극(202a,202b)을 전기적으로 절연시키기 위한 게이트절연막(208)이 기판 전면에 걸쳐 형성되어 있다. 또한, 게이트절연막(208) 위에는 상기 게이트절연막(208)의 일부를 노출시키는 복수의 홀(230)을 가지는 칼라필터(223)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 칼라필터(223)를 포함하는 기판 전면에 기판을 평탄화시키는 오버코트막(225)이 형성되어 있다. 상기 오버코트막(225)은 유기막으로 이루어져 있으며, 상기 오버코트막(225) 위에는 공통전극(206) 및 화소전극(207)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(206) 및 화소전극(207)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명한 전도성물질로 이루어진다. 이때, 상기 공통전극(206) 및 화소전극(207)은 지그재그 구조도 가능하며, 상기 공통전극(206) 및 화소전극(207)과 함께 데이터라인(203)도 지그재그 구조도 가능하다. 또한, 상기 공통전극(206) 및 화소전극(207)은 상기 홀(230) 위에 형성되고, 상기 공통전극(206) 및 화소전극(207)을 투과하는 모든 빛은 홀(230)을 통해 투과된 빛으로, 칼라필터의 흡수로 인해 소실되는 빛이 거의 없다. 또한, 상기 박막트랜지스터(209) 및 데이터라인(203) 위에 빛샘을 차단하기 위한 블랙매트릭스(221)가 형성되어 있으며, 상기 제1기판 및 제2기판의 대향면에는 제1 및 제2배향막(미도시)이 도포되어 있다.
상기와 같은 COT(color filter on thin film transistor) 구조는 공통전극 및 화소전극이 위치하는 영역에 형성된 칼라필터를 제거하여 공통전극 및 화소전극을 투과하는 빛이 칼라필터에 의해 흡수되는 것을 막음으로써 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 칼라필터를 공통전극 및 화소전극과 동일한 기판에 형성하여 칼라필터가 공통전극과 화소전극 사이의 광투과영역을 벗어나지 않도록 함으로써, 원하는 색상을 구현할 수가 있다.
또한, 본 발명은 TOC(thin film transistor on color filter) 구조에도 동일하게 적용하여 동일한 효과를 얻을 수가 있다.
도 9는 본 발명의 제 3실시예로써, 칼라필터 위에 박막트랜지스터가 형성된 TOC(thin film transistor on color filter)를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 TOC 구조는 투명한 제1기판(310) 위에 복수의 홀(330)을 가지는 칼라필터(323)가 형성되고, 상기 칼라필터(323) 상에 박막트랜지스터(309)가 형성된 구조이다. 상기 박막트랜지스터(309)와 칼라필터(323) 사이에는 칼라필터(323)의 상부를 평탄화하기 위한 오버코트막(325a)이 개재도어 있으며, 상기 박막트랜지스터(309)를 포함하는 기판 전면에는 보호막(325b)이 도포되어 있다. 그리고, 상기 보호막(325b) 상에는 박막트랜지스터(309)의 드레인전극(302b)과 전기적으로 접속하는 화소전극(307)과, 상기 화소전극(307)과 함께 화소내에 횡전계를 발생시키는 공통전극(306)이 형성되어 있으며, 이들은 상기 칼라필터(323)가 제거된 홀(330) 상부영역에 배치된다. 그리고, 상기 공통전극(306) 및 화소전극(307)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO와 같은 투명한 전도성 물질로 형성된다. 아울러, 상기 박막트랜지스터(309) 상에는 빛샘을 방지하기 위한 블랙매트릭스(321)가 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(321)는 제1기판(310)과 대향하는 제2기판(320)에 형성될 수도 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 COT구조에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법을 나타낸 것이다.
먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이, 투명한 제1기판(210)을 준비한 다음, 그 상부에 게이트전극(201a), 게이트절연막(208), 액티브층(205) 및소스/드레인전극(202a,202b)을 순차적으로 형성하여 박막트랜지스터를 형성한다. 상기 소스/드레인전극(202a,202b) 형성시 데이터라인(203)도 함께 형성한다.
이후에, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 박막트랜지스터를 포함하는 기판(210) 전면에 블랙레진을 도포한 다음, 이를 패터닝하여 박막트랜지스터 및 데이터라인(203) 상부에 블랙매트릭스(221)를 형성한다. 이어서, 블랙매트릭스(221)가 형성된 기판(210)에 상에 칼라필터(223)를 형성한 후, 그 일부를 제거하여 게이트절연막(208)의 일부를 노출시키는 복수의 홀(230)을 형성한다. 이때, 상기 블랙매트릭스(221)와 칼라필터(223)의 형성공정은 서로 바뀔 수도 있다. 상기 칼라필터(223)는 안료분산법, 프린팅방법등을 사용하여 형성할 수 있으며, 프린팅방법을 사용할 경우, 미리 패터닝된 칼라필터(223)를 인쇄함으로써, 홀(230) 형성공정을 생략할 수도 있다.
그리고, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 칼라필터(223)가 형성된 기판(210) 전면에 유기물질을 도포하여 기판을 평탄화시키는 오버코트막(225)을 형성한다. 이후에, 상기 오버코트막(225) 위에 공통전극(206) 및 화소전극(207)을 형성한다. 이때, 상기 공통전극(206) 및 화소전극(207)은 홀(230)과 대응하는 영역에 형성하고, ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명한 전도성물질로 형성한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 공통전극 및 화소전극과 대응하는 칼라필터를 제거함으로써, 이 영역에서의 광투과율을 증가시켜 화면의 휘도를 향상시킬 수 있는 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다. 언급했던 바와 같이, 종래에는 공통전극및 화소전극을 투명한 전도성 물질로 형성하여 개구율을 높였으나, 공통전극 및 화소전극을 투과하는 빛이 칼라필터를 투과하면서 상기 칼라필터에 흡수되는 빛으로 인하여 휘도를 향상시키는데 한계가 있었다. 따라서, 본 발명에서는 상기 공통전극 및 화소전극 영역에 형성된 칼라필터를 제거하여 홀을 형성함으로써, 공통전극 및 화소전극에 투과한 빛이 칼라필터에 의해 흡수되는 것을 막아, 휘도를 향상시킬 수가 있다.
또한, 본 발명에서는 칼라필터를 공통전극 및 화소전극과 동일한 기판에 형성하여, 칼라필터가 공통전극과 화소전극 사이의 광투과영역을 벗어나지 않도록 함으로써, 원하는 색상을 구현할 수가 있다. 즉, 칼라필터와 공통전극 및 화소전극이 서로 다른 기판에 형성될 경우, 이들을 합착하는 과정에서 미스얼라인이 발생하여 홀의 일부가 상기 공통전극 및 화소전극 사이의 광투과영역에 놓이게 되면, 색상이 제대로 구현되지 않기 때문에 이를 방지하기 위하여 COT(color filter on thin film transistor) 또는 TOC(thin film transistor on color filter)구조를 적용한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 공통전극 및 화소전극을 투명한 전도성물질로 형성하고, 상기 공통전극 및 화소전극에 대응하는 칼라필터를 제거함으로써, 상기 공통전극 및 화소전극을 통해 투과하는 광투과율을 향상시켜, 휘도를 향상시킬 수가 있다.
또한, 본 발명은 칼라필터를 공통전극 및 화소전극과 동일한 기판에 형성함으로써, 칼라필터가 공통전극과 화소전극 사이의 광투과영역을 벗어나지 않도록하여, 원하는 색상을 구현할 수가 있다.

Claims (17)

  1. 서로 대향하는 제1 및 제2기판과;
    상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과;
    상기 제1기판 상에 형성되며, 복수의 홀을 가지는 칼라필터와;
    상기 칼라필터 상에 형성되며, 화소영역내에서 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극과;
    상기 제1 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된 횡전계방식 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 칼라필터의 홀 상부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 투명한 전도성물질로 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  4. 제3항에 있어서, 투명한 전도성물질은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 지그재그구조인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 칼라필터 상에 형성된 오버코트막을 추가로 포함하는 것을 특징하는 횡전계방식 액정표시소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 배치된 박막트랜지스터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 박막트랜지스터는,
    게이트전극과;
    상기 게이트전극 상에 형성된 액티브층과;
    상기 액티브층 상에 형성된 소스 및 드레인전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2기판의 대향면에 형성된 제1 및 제2배향막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  10. 투명한 기판을 준비하는 단계와;
    상기 기판 상에 스위칭소자를 형성하는 단계와;
    상기 기판 상에 복수의 홀을 가지는 칼라필터를 형성하는 단계와;
    상기 스위칭소자 및 칼라필터 상부에 오버코트을 도포하는 단계와;
    상기 오버코트막 상에 공통전극 및 화소전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 횡전계방식 액정표시소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 박막트랜지스터 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 블랙레진으로 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 투명한 전도성물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 투명한 전도성물질은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 칼라필터의 홀이 형성된 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
  16. 서로 대향하는 제1 및 제2기판과;
    상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과;
    상기 제1기판 상에 형성되며, 복수의 홀을 가지는 칼라필터와;
    상기 칼라필터 상에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터를 포함하는 기판 전면에 형성된 보호막과;
    상기 보호막 위에 형성되고 상기 칼라필터의 홀과 대응하는 영역 위치하며, 화소영역 내에서 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극과;
    상기 제1 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된 횡전계방식 액정표시소자.
  17. 제16항에 있어서, 상기 칼라필터와 박막트랜지스터 사이에 개재된 오버코트막을 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
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KR (1) KR20040104202A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8455870B2 (en) 2009-08-26 2013-06-04 Samsung Display Co., Ltd. Thin film transistor array panel and method of manufacturing the same
US9366899B2 (en) 2012-02-02 2016-06-14 Apple Inc. Display with color mixing prevention structures

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