KR20050091291A - 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 횡전계방식 액정표시장치는 화면의 대비비(contrast ratio) 및 휘도를 향상시키기 위한 것으로, 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판에 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인; 상기 화소영역에 교대로 배치되어 수평 전계를 발생시키며, 적어도 하나가 이중층 이상의 구조를 가지는 공통전극 및 화소전극; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다.

Description

횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조방법{IN PLANE SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}
본 발명은 횡전계(In Plan Switching; IPS)방식 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 공통전극과 화소전극을 투명전극과 불투명전극의 이중층으로 형성시킨 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
이때, 상기 액정표시장치에 일반적으로 사용되는 구동방식으로 네마틱상의 액정분자를 기판에 대해 수직 방향으로 구동시키는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN)방식이 있으나, 상기 방식의 액정표시장치는 시야각이 90도 정도로 좁다는 단점을 가지고 있다. 이것은 액정분자의 굴절률 이방성(refractive anisotropy)에 기인하는 것으로 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 액정표시패널에 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직방향으로 배향되기 때문이다.
이에 액정분자를 기판에 대해 수평한 방향으로 구동시켜 시야각을 170도 이상으로 향상시킨 횡전계방식이 있으며, 이를 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로써, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 NxM개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 단지 한 화소만을 나타내었다.
도면에 도시된 바와 같이, 투명한 유리기판(10) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(16)과 데이터라인(17)이 형성되어 있으며, 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(20)가 형성되어 있다.
이때, 상기 박막 트랜지스터(20)는 게이트라인(16)에 연결된 게이트전극(21), 데이터라인(17)에 연결된 소오스전극(22) 및 화소전극라인(18L)에 연결된 드레인전극(23)으로 구성된다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 박막 트랜지스터(20)는 게이트전극(21)과 소오스/드레인전극(22, 23)의 절연을 위한 절연막 및 게이트전극(21)에 공급되는 게이트전압에 의해 소오스전극(22)과 드레인전극(23) 간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층, 즉 채널층을 포함한다.
한편, 상기 화소영역 내에는 횡전계를 발생시키기 위한 공통전극(8)과 화소전극(18)이 데이터라인(17)의 길이방향으로 교대로 배치되어 있다. 이때, 상기 화소전극(18)은 드레인전극(23)과 연결된 화소전극라인(18L)과 제 1 콘택홀(40A)을 통해 전기적으로 접속하며, 상기 공통전극(8)은 게이트라인(16)과 평행하게 배치된 공통전극라인(8L)과 제 2 콘택홀(40B)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 상기 공통전극(8)과 화소전극(18)은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO)와 같은 투명한 도전물질로 동일한 평면상에 형성되어 있다.
한편, 상기와 같이 화소전극 및 공통전극이 모두 투명전극으로 형성되는 2ITO 구조의 횡전계방식 액정표시장치는 화상표시 영역인 화소영역 내에 전극들이 모두 투명전극으로 형성되므로 개구율이 증가하며, 또한 상기 두 종류의 전극이 동일층에 형성되므로 전극 간격이 균일하게 형성되어 CD(critical dimension) 균일성 확보에 따른 응답속도 및 잔상에 유리하다는 장점이 있다.
그러나, 이러한 2ITO 구조의 횡전계방식 액정표시장치의 경우, 전술한 바와 같이 전극들이 모두 투명한 물질로 이루어져 표준블랙모드(normally black mode)에서 완전한 블랙휘도를 나타내지 않아 화면의 대비비(contrast ration)면에서 불리하다는 단점을 가지고 있다.
한편, 액정표시패널 제작에 있어서 패널이 대형화할 수록, 전극들의 저항이 화질에 영향을 미치게 되는데, 전극의 재질을 바꾸거나 기존 설계에서 구조를 조금 바꾸는 것으로는 상기 저항문제를 해결하기에는 어렵다. 특히, 2ITO 구조의 횡전계방식 액정표시장치는 상기 투명전극의 저항이 크게 문제가 되는데, 전극의 저항을 낮추기 위해 전극의 두께를 높이게되면, 상기 전극에 의한 단차에 의해 액정분자 거동에 이상이 생기고, 빛샘 등의 화질 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 공통전극과 화소전극을 투명전극과 불투명전극의 이중층으로 형성시켜 저항을 낮추는 동시에 화면의 대비비를 향상시킨 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 횡전계방식 액정표시장치는 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판, 상기 제 1 기판에 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인, 상기 화소영역에 교대로 배치되어 수평 전계를 발생시키며, 적어도 하나가 이중층 이상의 구조를 가지는 공통전극 및 화소전극 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다.
이때, 상기 이중층 구조의 공통전극 또는 화소전극은 투명전극을 하부층에 구성하고 그 상부에 불투명전극을 구성할 수 있으며, 또는 불투명전극을 하부층에 구성하고 그 상부에 투명전극을 구성할 수도 있다.
이때, 상기 불투명전극은 투명전극에 비해 그 폭이 좁은 것을 특징으로 하며, 상기 불투명전극은 투명전극에 있어서 화이트휘도 증가에 영향을 미치는 상기 투명전극의 에지영역을 제외하는 폭을 가지도록 구성할 수 있다.
한편, 상기 화소전극과 제 1 콘택홀을 통해 전기적으로 접속하는 화소전극라인을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 화소영역에 게이트라인 방향으로 배치되어 제 2 콘택홀을 통해 상기 공통전극과 전기적으로 접속하는 공통전극라인을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법은 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계, 상기 제 1 기판 위에 게이트전극 및 게이트라인을 형성하는 단계, 상기 기판 전면에 제 1 절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1 기판의 소정 영역에 액티브층을 형성하는 단계, 상기 액티브층 위에 소오스/드레인전극을 형성하고, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계, 상기 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계, 상기 제 2 절연막 위에 교대로 배치되어 수평 전계를 형성하며, 적어도 하나가 이중층 구조를 가지는 공통전극 및 화소전극을 형성하는 단계, 상기 기판 전면에 제 3 절연막을 형성하는 단계 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 공통전극 및 화소전극을 형성하는 단계는 상기 제 2 절연막 위에 차례대로 제 1 도전성 금속층 및 제 2 도전성 금속층을 형성하는 단계, 포토리소그래피공정을 이용하여 상기 제 2 도전성 금속층을 선택 식각하여 제 2 폭을 가지는 제 2 공통전극 및 제 2 화소전극을 형성하는 단계 및 상기 제 1 도전성 금속층을 선택 식각하여 제 1 폭을 가지는 제 1 공통전극 및 제 1 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1 도전성 금속층을 투명한 도전성물질로 형성하고 제 2 도전성 금속층을 불투명한 도전성물질로 형성하는 경우에는, 상기 제 1 공통전극 및 제 1 화소전극은 상기 제 2 공통전극 및 제 2 화소전극의 폭보다 넓도록 형성할 수 있다.
또는, 상기 제 1 도전성 금속층을 불투명한 도전성물질로 형성하고 제 2 도전성 금속층을 투명한 도전성물질로 형성하는 경우에는, 상기 제 1 공통전극 및 제 1 화소전극은 상기 제 2 공통전극 및 제 2 화소전극의 폭보다 좁도록 형성할 수 있다.
이때, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드 또는 인듐-틴-징크-옥사이드와 같은 투명한 도전성물질로 형성하고, 상기 불투명전극은 몰리브덴, 알루미늄, 알루미늄-네오디미늄, 구리, 크롬, 텅스텐, 티타늄 또는 이들의 합금 또는 이들의 다층으로 구성된 불투명한 도전성물질로 형성할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조방법을 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로써, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 NxM개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 단지 한 화소만을 나타내었다.
도면에 도시된 바와 같이, 투명한 유리기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 형성되어 있으며, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터(120)가 형성되어 있다.
이때, 상기 박막 트랜지스터(120)는 게이트라인(116)에 연결된 게이트전극(121), 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 화소전극라인(118L)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성된다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 박막 트랜지스터(120)는 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123)의 절연을 위한 절연막 및 게이트전극(121)에 공급되는 게이트전압에 의해 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층, 즉 채널층을 포함한다.
한편, 상기 화소영역 내에는 횡전계를 발생시키기 위한 이중층의 공통전극(108A, 108B)과 화소전극(118A, 118B)이 교대로 배치되어 있다. 이때, 상기 화소전극(118A, 118B)은 드레인전극(123)과 연결된 화소전극라인(118L)과 제 1 콘택홀(140A)을 통해 전기적으로 접속하며, 상기 공통전극(108A, 108B)은 게이트라인(116)과 평행하게 배치된 공통전극라인(108L)과 제 2 콘택홀(140B)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
이때, 도면에는 상기 공통전극(108A, 108B)과 화소전극(118A, 118B)이 모두 이중층의 도전성물질로 구성되어 있는 것을 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 공통전극(108A, 108B)과 화소전극(118A, 118B)이 모두 이중층 이상의 도전성물질로 구성되거나 상기 공통전극(108A, 108B) 또는 화소전극(118A, 118B) 중 하나의 전극만 이중층(또는, 이중층 이상)의 도전성물질로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 공통전극(108A, 108B)과 화소전극(118A, 118B)을 구성하는 도전성물질 중 적어도 한 종류는 불투명한 물질로 구성될 수 있으며, 적어도 한 종류는 표면이 노출되어도 산화가 잘 되지 않는 인듐-틴-옥사이드와 같은 투명한 도전성물질로 구성될 수 있다. 이때, 상기 이중층 이상의 도전성물질 중 적어도 한 종류는 화소전극 또는 공통전극으로 쓰기에 비저항(specific resistance)이 충분히 낮은 도전성물질로 구성할 수 있다.
한편, 도면에는 하부에 위치하는 제 1 공통전극(108A) 및 제 1 화소전극(118A)으로 투명전극을 사용하고 그 상부에 제 2 공통전극(108B) 및 제 2 화소전극(118B)으로 불투명전극을 사용하며, 상기 불투명전극(108B, 118B)은 투명전극(108A, 118A)보다 그 폭이 더 좁게 형성된 이중층 구조를 예를 들어 나타내고 있으나, 전술한 바와 같이 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 구성되는 이중층 구조의 공통전극(108A, 108B)과 화소전극(118A, 118B)을 상기 액정표시장치의 단면을 통해 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 도 2에 도시된 액정표시장치의 IIa-IIa'선에 따른 단면을 나타내는 예시도로써, 도 2에 도시된 어레이 기판과 상기 어레이 기판에 대응하는 컬러필터 기판을 함께 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 액정표시장치는 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110) 및 상기 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(110) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(150)으로 이루어져 있다.
이때, 상기 컬러필터 기판(105) 상부에는 색상을 구현하는 서브컬러필터(적, 녹, 청)를 포함하는 컬러필터(107) 및 상기 서브컬러필터 사이를 구분하고 액정층(150)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(106)가 형성되어 있다.
또한, 상기 어레이 기판(110) 상부에는 제 1 절연막(115A)이 상기 기판(110) 전면에 형성되어 있으며, 상기 제 1 절연막(115A) 위에 데이터라인(117)이 상기 컬러필터 기판(105)의 블랙매트릭스(106) 영역에 대응하는 위치에 형성되어 있다.
그리고, 상기 데이터라인(117)을 포함하여 제 1 절연막(115A) 위에는 제 2 절연막(115B)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 절연막(115B) 위의 화상표시 영역에는 본 실시예의 이중층 구조의 공통전극(108A, 108B)과 화소전극(118A, 118B)이 교대로 배치되어 있다. 또한, 상기 공통전극(108A, 108B)과 화소전극(118A, 118B) 위에는 기판(110) 전면에 걸쳐 제 3 절연막(115C)이 형성되어 있다.
이때, 상기 공통전극(108A, 108B)과 화소전극(118A, 118B)은 투명한 도전성물질로 이루어진 하부전극인 제 1 전극(108A, 118A)과 불투명한 도전성물질로 이루어진 상부전극인 제 2 전극(108B, 118B)의 이중층으로 구성되며, 상기 제 2 전극(108B, 118B)은 상기 제 1 전극(108A, 118A)에 비해 그 폭이 좁게 형성되어 있어 화면의 대비비 및 휘도면에서 유리한데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b는 전극 구조에 따른 투과도 특성을 나타내는 그래프로써, 표준블랙모드에서의 블랙휘도와 화이트휘도를 각각 나타내고 있다.
먼저, 도 4a는 공통전극 및 화소전극이 모두 투명전극이나 불투명전극으로 구성된 횡전계방식 액정표시장치의 투과도 특성을 나타내고 있다.
즉, 도면에 실선으로 도시된 그래프는 전술한 2ITO 구조의 횡전계방식 액정표시장치의 투과도 특성을 나타내며, 점선으로 도시된 그래프는 화소전극 및 공통전극이 모두 불투명물질로 이루어진 2메탈 구조의 횡전계방식 액정표시장치의 투과도 특성을 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 2ITO 구조에서는 공통전극(8) 및 화소전극(18)이 위치하는지 여부에 관계없이 전체 영역에서 완전한 블랙휘도를 나타내지 못하고 있으나, 2메탈 구조에서는 전극(8, 18)이 불투명하기 때문에 상기 전극(8, 18)들의 위치에서 완전한 블랙휘도를 나타내고 있다.
또한, 상기 2메탈 구조에서는 전극(8, 18)이 형성되어 있는 영역은 빛이 투과하지 못하여 상기 영역에서 화이트휘도가 0을 나타내는데 비해, 2ITO 구조에서는 다소 빛이 투과하게 되어 도시된 바와 같은 투과도 특성을 나타내고 있다.
이와 같은 블랙휘도 및 화이트휘도의 투과도 특성에 따라 2ITO 구조는 2메탈 구조에 비해 휘도면에서 유리하다는 것을 알 수 있다.
한편, 화면의 대비비는 화면상에서 상이 얼마나 뚜렷하게 보이는지를 가름하는 척도로써 휘도의 차가 클수록 잘 보이게 되며, 상기 대비비는 패널의 정면 중앙에서 화이트휘도의 값을 블랙 상태에서의 휘도로 나눈 값으로 정의한다.
이때, 블랙 상태에서의 휘도는 화이트 상태에서의 휘도보다 적은 값을 가지기 때문에 상기 대비비의 값은 주로 블랙휘도에 의하여 영향을 많이 받게 되며, 그 결과 2ITO 구조는 2메탈 구조에 비해 대비비면에서 불리하게 된다.
한편, 도면에 도시된 WD는 2ITO 구조에서의 투명전극이 화이트휘도 증가에 주로 영향을 미치는 영역을 나타내고 있으며, 상기 폭(WD) 이상의 투명전극 영역(즉, 투명전극의 중앙영역)은 휘도 증가에 영향을 미치지 못한다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 4b는 본 발명의 이중층 전극 구조의 횡전계방식 액정표시장치의 투과도 특성을 나타내는 그래프로써, 도시된 바와 같이 블랙휘도는 불투명전극(108B, 118B)이 형성되어 있는 영역(즉, 상기 불투명전극(108B, 118B)의 폭(WN)만큼)에서 투과도가 0을 나타내며, 화이트휘도는 전술한 2메탈 구조의 화이트휘도와 그 폭(WN)을 제외하고는 동일한 형태를 나타내고 있다.
즉, 본 발명의 이중층 전극 구조는 2ITO 구조의 휘도면의 장점과 2메탈 구조의 화면 대비비면의 장점을 모두 가지도록 투명전극(108A, 118A)과 불투명전극(108B, 118B)의 이중층 구조로 구성하며, 특히 상기 불투명전극(108B, 118B)을 투명전극(108A, 118A)에 비해 그 폭(WN)이 좁도록 형성한다. 이는 2ITO 구조의 장점인 화이트휘도 증가는 투명전극(108A, 118A)의 가장자리로부터 소정의 폭(즉, WD)까지의 영역에서만 영향을 미치므로 상기 폭(WD) 이상의 중앙 영역에는 화면 대비비 향상을 위한 불투명전극(108B, 118B)을 구성하게 된다.
이와 같이 본 발명의 이중층 전극 구조는 공통전극 및 화소전극을 투명전극과 불투명전극의 이중층으로 동일층에 형성함에 따라 전술한 2ITO 구조의 횡전계방식 액정표시장치의 장점과 함께 화면 대비비 및 휘도가 향상되는 효과를 제공한다.
또한, 불투명전극의 추가로 상기 2ITO 구조에서 발생되는 척(chuck)얼룩 불량을 방지할 수 있게 된다. 여기서, 상기 척얼룩은 투명전극 패터닝을 위한 감광막 노광공정에서 기판을 고정시키는 금속 재질의 척 부분에 노광된 광이 반사되어 패터닝에 영향을 주게됨으로 인해, 상기 척이 위치하는 투명전극패턴에 척 자국이 보이는 얼룩이 발생하는 불량을 말한다.
또한, 전술한 2ITO 구조에 비해 저항이 낮은 불투명전극의 추가로 전극부 저항이 감소하는 장점을 가지며, 이에 따라 전극부의 두께를 얇게 가져갈 수 있게 되어 단차에 따른 화질 불량을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 이중층 구조의 횡전계방식 액정표시장치의 제조공정을 도 5 및 도 6을 통해 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5d는 도 2에 도시된 어레이 기판의 IIa-IIa'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 예시도로써, 하부전극으로 투명한 도전성물질을 사용하고 상부전극으로 불투명한 도전성물질을 사용하여 이중층을 구성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
또한, 도 6a 내지 도 6e는 도 2에 도시된 IIb-IIb'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 예시도로써, 스위칭소자인 박막 트랜지스터의 제조공정을 나타내고 있다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 위에 제 1 절연막(115A)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 절연막(115A)은 게이트절연막으로써, 도 6a에 도시된 바와 같이 상기 기판(110) 위에 게이트전극(121)을 형성한 후 상기 게이트전극(121)을 포함하여 기판(110) 전면에 형성되게 된다.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 절연막(115A)이 형성된 기판(110) 전면에 차례대로 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막을 증착한 후 포토리소그래피공정을 이용하여 상기 n+ 비정질 실리콘 박막 및 비정질 실리콘 박막을 패터닝함으로써 소자영역에 액티브패턴(124)을 형성한다. 이때, 상기 n+ 비정질 실리콘 박막 역시 패터닝되어 후술할 소오스/드레인전극과 상기 액티브패턴(124)의 소오스/드레인영역과의 오믹-콘택층(ohmic contact layer)(125)을 형성하게 된다.
그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토리소그래피공정을 이용하여 상기 도전성 금속물질을 패터닝함으로써 소자영역에 소오스전극(122) 및 드레인전극(123)을 형성한다. 이후, 상기 소오스/드레인전극(122, 123)을 마스크로 사용하여 채널부의 오믹-콘택층(125)을 제거함으로써 액티브패턴(124)이 노출되게 한다.
이때, 상기 소오스전극(122)의 일부는 연장되어 데이터라인(117)을 구성하며, 상기 드레인전극(123)의 일부는 화소영역으로 연장되어 화소전극라인(118L)을 구성한다.
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 제 2 절연막(115B)을 증착한 후, 포토리소그래피공정을 이용하여 상기 제 2 절연막(115B)의 일부를 제거함으로써 상기 화소전극라인(118L)의 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀(140A)을 형성한다.
상기와 같이 소자영역에 박막 트랜지스터를 형성한 후, 횡전계를 발생시키기 위한 이중층의 전극을 형성하기 위해 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 2 절연막(115B)이 형성되어 있는 기판 전면에 차례대로 제 1 도전성 금속층(130A) 및 제 2 도전성 금속층(130B)을 형성한다.
이때, 본 실시예에서는 상기 제 1 도전성 금속층(130A)으로 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO) 또는 인듐-틴-징크-옥사이드(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO) 등과 같은 투명한 도전성물질을 이용하였고, 상기 제 2 도전성 금속층(130B)으로 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄-네오디미늄(AlNd), 구리(Cu), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금 또는 이들의 다층으로 구성된 불투명한 도전성물질을 이용하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 제 1 도전성 금속층(130A) 및 제 2 도전성 금속층(130B)을 서로 바꾸어 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 5c 및 도 6e에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피공정을 이용하여 상기 제 2 도전성 금속층(130B) 및 제 1 도전성 금속층(130A)을 패터닝함으로써 화소영역에 교대로 배치되도록 공통전극(108A, 108B) 및 화소전극(118A, 118B)을 형성한다.
이때, 상기 공통전극(108A, 108B) 및 화소전극(118A, 118B)은 도전성물질의 이중층으로 구성되는데, 하부층으로 각각 제 1 공통전극(108A) 및 제 1 화소전극(118A)이 구성되며, 상부층으로는 각각 제 2 공통전극(108B) 및 제 2 화소전극(118B)이 구성되어 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 제 1 공통전극(108A) 및 제 1 화소전극(118A)은 투명한 도전성물질로 구성되고 상기 제 2 공통전극(108B) 및 제 2 화소전극(118B)은 불투명한 도전성물질로 구성되며, 상기 제 2 전극(108B, 118B)은 화면의 대비비 및 휘도를 동시에 향상시키기 위해서 상기 제 1 전극(108A, 118A)에 비해 그 폭(WN)을 좁게 형성한다. 즉, 상기 불투명한 제 2 전극(108B, 118B)의 폭(WN)이 투명한 제 1 전극(108A, 118A)의 폭(WT)보다 좁도록 패터닝하는데, 상기 제 1 전극(108A, 118A)과 제 2 전극(108B, 118B)의 폭 간격(WD)이 투명전극, 즉 상기 제 1 전극(108A, 118A)에서 화이트휘도 증가에 영향을 미치는 폭(WD)이 되도록 구성할 수 있다.
이때, 상기 이중층의 공통전극(108A, 108B) 및 화소전극(118A, 118B)의 총 두께는 저항을 고려하여 최대한 낮은 두께가 되도록 구성할 수 있는데, 이때 상기 투명한 제 1 전극(108A, 118A)은 그 두께를 100∼2000Å정도로 가져갈 수 있으며, 상기 불투명한 제 2 전극(108B, 118B)은 상기 투명전극(108A, 118A)의 중앙영역에서의 이상(異常) 광을 차단하도록 그 두께를 100∼3000Å정도로 가져갈 수 있다.
한편, 상기 화소전극(118A, 118B)의 일 끝단은 제 1 콘택홀(140A)을 통해 화소전극라인(118L)에 전기적으로 접속하여 화소전압을 공급받으며, 상기 공통전극(108A, 108B)의 일 끝단은 제 2 콘택홀(140B)을 통해 공통전극라인(108L)에 전기적으로 접속하여 공통전압을 공급받게 된다.
다음으로, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 공통전극(108A, 108B) 및 화소전극(118A, 118B)을 포함하는 기판(110) 전면에 평탄화막인 제 3 절연막(115C)을 형성한다.
이와 같이 본 실시예에서는 공통전극 및 화소전극으로 투명전극 및 불투명전극의 이중층 구조로 구성하였으나, 불투명전극의 폭이 투명전극의 폭보다 좁기만 하면 이중층 이상으로 구성하여도 무방하다. 또한, 상기 공통전극 또는 화소전극 중 하나의 전극만을 이중층 또는 이중층 이상으로 구성할 수도 있다.
또한, 이중층 이상의 도전성물질로 구성된 상기 공통전극 및 화소전극은 동일한 공정에서 적층되고 패터닝 되는데, 이와 같이 동일층에 동시에 형성되므로 상기 전극들 사이에 균일한 간격이 형성되어 화질에 유리하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 하부전극인 제 1 전극으로 투명전극을 사용하고 상부전극인 제 2 전극으로 불투명전극을 사용한 것을 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 하부전극으로 불투명전극을 사용하고 상부전극으로 투명전극을 사용할 수도 있으며 이를 다음의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도이며, 도 7b는 도 7a에 도시된 어레이 기판의 VII-VII'선에 따른 단면을 나타내는 예시도이다.
이때, 본 실시예는 도 2에 도시된 제 1 실시예의 어레이 기판과는 공통전극과 화소전극의 구성만을 제외하고는 동일한 구성으로 이루어져 있다. 따라서, 도 2에 도시된 어레이 기판과 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고 단지 공통전극과 화소전극의 구성에 대해서만 설명한다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 투명한 유리기판(210) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(216)과 데이터라인(217)이 형성되어 있으며, 상기 게이트라인(216)과 데이터라인(217)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터(220)가 형성되어 있다.
한편, 상기 화소영역 내에는 횡전계를 발생시키기 위한 이중층의 공통전극(208A, 208B)과 화소전극(218A, 218B)이 교대로 배치되어 있다. 이때, 상기 화소전극(218A, 218B)은 드레인전극(223)과 연결된 화소전극라인(218L)과 제 1 콘택홀(240A)을 통해 전기적으로 접속하며, 상기 공통전극(208A, 208B)은 게이트라인(216)과 평행하게 배치된 공통전극라인(208L)과 제 2 콘택홀(240B)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
이때, 상기 공통전극(208A, 208B)과 화소전극(218A, 218B)은 하부에 위치하는 제 1 공통전극(208A) 및 제 1 화소전극(218A)으로 불투명전극을 사용하고 그 상부에 제 2 공통전극(208B) 및 제 2 화소전극(218B)으로 투명전극을 사용한 이중층 구조로 형성할 수 있으며, 상기 불투명전극(208A, 218A)은 투명전극(208B, 218B)보다 그 폭이 더 좁도록 형성할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 이중층 구조의 공통전극(208A, 208B)과 화소전극(218A, 218B)을 상기 어레이 기판의 단면을 통해 자세히 살펴보면 다음과 같다.
즉, 도 7b에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(210)의 상부에는 제 1 절연막(215A)이 상기 기판(210) 전면에 형성되어 있으며, 상기 제 1 절연막(215A) 위에 데이터라인(217)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 데이터라인(217)을 포함하여 제 1 절연막(215A) 위에는 제 2 절연막(215B)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 절연막(215B) 위의 화상표시 영역에는 본 실시예의 이중층 구조의 공통전극(208A, 208B)과 화소전극(218A, 218B)이 교대로 배치되어 있다. 또한, 상기 공통전극(208A, 208B)과 화소전극(218A, 218B) 위에는 기판(210) 전체에 걸쳐 제 3 절연막(215C)이 형성되어 있다.
이때, 상기 공통전극(208A, 208B)과 화소전극(218A, 218B)은 불투명한 도전성물질로 이루어진 하부전극인 제 1 전극(208A, 218A)과 투명한 도전성물질로 이루어진 상부전극인 제 2 전극(208B, 218B)의 이중층으로 구성되며, 상기 제 1 전극(208A, 218A)은 상기 제 2 전극(208B, 218B)에 비해 그 폭이 좁게 형성되어 전술한 제 1 실시예의 구성과 동일한 효과를 제공한다.
한편, 본 발명은 상기 제 1 실시예 또는 제 2 실시예의 공통전극 및 화소전극의 구조에 지그재그 형상을 적용할 수도 있으며, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 화소영역 내에 횡전계를 발생시키기 위한 이중층의 공통전극(308A, 308B)과 화소전극(318A, 318B)이 교대로 배치되어 있다.
이때, 하부에 위치하는 제 1 공통전극(308A) 및 제 1 화소전극(318A)으로 투명전극을 사용하고 그 상부에 제 2 공통전극(308B) 및 제 2 화소전극(318B)으로 불투명전극을 사용하며, 상기 불투명전극(308B, 318B)이 투명전극(308A, 318A)보다 그 폭이 더 좁게 형성한 이중층 구조를 가진다.
한편, 상기 공통전극(308A, 308B)과 화소전극(318A, 318B)은 지그재그(또는, 헤링본(herringbone))구조로 이루어져 있는데, 이와 같이 공통전극(308A, 308B)과 화소전극(318A, 318B)의 지그재그 형상으로 이루어진 구조는 한 화소에 위치하는 액정이 모두 한 방향으로 배열되지 않고 서로 다른 방향으로 배열되게 함으로써 멀티도메인(multi domain)을 유도할 수 있게 된다. 즉, 멀티도메인 구조로 인해 액정의 복굴절(birefringence) 특성에 의한 이상 광을 서로 상쇄시키기 때문에 칼라쉬프트(color shift) 현상을 최소화 할 수 있는 장점을 가진다. 이때, 상기 지그재그 구조의 구부러진 각도는 액정의 배향방향에 대해 1∼30도 정도로 할 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치는 투명전극과 불투명전극의 이중층 구조로 공통전극 및 화소전극을 형성함으로써 화면의 대비비 및 휘도를 동시에 개선하여 화질이 향상되는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 횡전계방식 액정표시장치는 불투명전극을 추가적으로 구성함으로써 2ITO 구조에서 발생하는 척얼룩을 방지하여 화질을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 공통전극 및 화소전극의 저항이 낮아져서 상기 전극들의 두께를 얇게 가져갈 수 있게 되므로, 이에 따라 상기 전극들에 의한 단차가 낮아져 빛샘 등의 화질저하를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 3은 도 2에 도시된 액정표시장치의 IIa-IIa'선에 따른 단면을 나타내는 예시도.
도 4a 및 도 4b는 전극 구조에 따른 투과도 특성을 나타내는 그래프.
도 5a 내지 도 5d는 도 2에 도시된 어레이 기판의 IIa-IIa'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 예시도.
도 6a 내지 도 6e는 도 2에 도시된 IIb-IIb'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 예시도.
도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 7b는 도 7a에 도시된 어레이 기판의 VII-VII'선에 따른 단면을 나타내는 예시도.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
110,210,310 : 어레이 기판 108A,208A,308A : 제 1 공통전극
108B,208B,308B : 제 2 공통전극 108L,208L,308L : 공통전극라인
116,216,316 : 게이트라인 117,217,317 : 데이터라인
118A,218A,318A : 제 1 화소전극 118B,218B,318B : 제 2 화소전극
118L,218L,318L : 화소전극라인 140A,240A,340A : 제 1 콘택홀
140B,240B,340B : 제 2 콘택홀

Claims (13)

  1. 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판에 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인;
    상기 화소영역에 교대로 배치되어 수평 전계를 발생시키며, 적어도 하나가 이중층 이상의 구조를 가지는 공통전극 및 화소전극; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 횡전계방식 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이중층 구조의 공통전극 또는 화소전극은 투명전극을 하부층에 구성하고 그 상부에 불투명전극을 구성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이중층 구조의 공통전극 또는 화소전극은 불투명전극을 하부층에 구성하고 그 상부에 투명전극을 구성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 불투명전극은 투명전극에 비해 그 폭이 좁은 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 불투명전극은 투명전극에 있어서 화이트휘도 증가에 영향을 미치는 상기 투명전극의 에지영역을 제외하는 폭을 가지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 지그재그 형태인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 화소전극과 제 1 콘택홀을 통해 전기적으로 접속하는 화소전극라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 화소영역에 게이트라인 방향으로 배치되어 제 2 콘택홀을 통해 상기 공통전극과 전기적으로 접속하는 공통전극라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  9. 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 게이트전극 및 게이트라인을 형성하는 단계;
    상기 기판 전면에 제 1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 소정 영역에 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 액티브층 위에 소오스/드레인전극을 형성하고, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계;
    상기 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 2 절연막 위에 교대로 배치되어 수평 전계를 형성하며, 적어도 하나가 이중층 구조를 가지는 공통전극 및 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 기판 전면에 제 3 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극을 형성하는 단계는
    상기 제 2 절연막 위에 차례대로 제 1 도전성 금속층 및 제 2 도전성 금속층을 형성하는 단계;
    포토리소그래피공정을 이용하여 상기 제 2 도전성 금속층을 선택 식각하여 제 2 폭을 가지는 제 2 공통전극 및 제 2 화소전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 도전성 금속층을 선택 식각하여 제 1 폭을 가지는 제 1 공통전극 및 제 1 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 도전성 금속층을 투명한 도전성물질로 형성하고 제 2 도전성 금속층을 불투명한 도전성물질로 형성하는 경우에는, 상기 제 1 공통전극 및 제 1 화소전극은 상기 제 2 공통전극 및 제 2 화소전극의 폭보다 넓도록 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 도전성 금속층을 불투명한 도전성물질로 형성하고 제 2 도전성 금속층을 투명한 도전성물질로 형성하는 경우에는, 상기 제 1 공통전극 및 제 1 화소전극은 상기 제 2 공통전극 및 제 2 화소전극의 폭보다 좁도록 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드 또는 인듐-틴-징크-옥사이드와 같은 투명한 도전성물질로 형성하고, 상기 불투명전극은 몰리브덴, 알루미늄, 알루미늄-네오디미늄, 구리, 크롬, 텅스텐, 티타늄 또는 이들의 합금 또는 이들의 다층으로 구성된 불투명한 도전성물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법.
KR1020040016641A 2004-03-11 2004-03-11 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조방법 KR20050091291A (ko)

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