KR20080054540A - 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 상에 수직 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 제 1 데이터 라인과, 상기 화소영역의 상측과 하측에 게이트라인과 평행하게 형성되는 제 1, 제 2 공통라인과, 상기 게이트 라인에서 돌출되어 형성되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 대응되도록 형성되는 소스/드레인 전극과, 상기 소스/드레인 전극과 동일 물질로 상기 제 1 데이터 라인 하부에 형성되는 제 2 데이터 라인과, 상기 드레인 전극과 접촉하여 화소영역 내에 형성되는 화소전극과, 상기 화소전극과 동일 물질로 형성되고, 화소전극과 교번 위치되는 공통전극과, 상기 제 1 데이터 라인과 상기 제 2 데이터 라인을 동시에 접촉하는 콘택전극으로 구성됨을 특징으로 한다.
횡전계방식 액정표시장치, 화소전극, 보호막

Description

횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법{THE IN-PLANE SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
도 1은 종래기술에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 평면도
도 2는 종래기술의 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 횡전계방식 액정표시소자를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 평면도
도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 단면도
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 공정단면도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
200 : 하부 기판 210 : 게이트절연막
215a, 215b : 제 1, 제 2 데이터 라인 217 : 화소전극
222 : 게이트 전극 224 : 반도체층
226a, 226b : 제 1, 제 2 공통라인 228a, 228b : 소스/드레인전극
230 : 공통전극 233 : 보호막
229, 239, 249 : 콘택홀 240 : 콘택전극
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 화소전극과 동일한 투명 도전물질로 형성된 공통전극을 데이터라인에 오버랩시킴으로써, 개구율을 향상시킬 수 있는 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 계속해서 주목받고 있는 평판표시소자 중 하나인 액정표시소자는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 소자로서, 종래 음극선관(Cathod Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용하고 있다.
상기 액정표시소자는 액정의 성질과 패턴의 구조에 따라서 여러 가지 다양한 모드가 있다.
구체적으로, 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 후 전압을 가하여 액정 방향자를 제어하는 TN 모드(Twisted Nematic Mode)와, 한 화소를 여러 도메인으로 나눠 각각의 도메인의 주시야각 방향을 달리하여 광시야각을 구현하는 멀티도메인 모드(Multi-Domain Mode)와, 보상필름을 기판 외주면에 부착하여 빛의 진행방향에 따른 빛의 위상변화를 보상하는 OCB 모드(Optically Compensated Birefringence Mode)와, 한 기판 상에 두개의 전극을 형성하여 액정의 방향자가 배향막의 나란한 평면에서 꼬이게 하는 횡전계방식(In-Plane Switching Mode)과, 네가티브형 액정과 수직배향막을 이용하여 액정 분자의 장축이 배향막 평면에 수직 배열되도록 하는 VA 모드(Vertical Alignment) 등 다양하다.
이중, 상기 횡전계방식 액정표시소자는 통상, 서로 대향 배치되어 그 사이에 액정층을 구비한 컬러필터 어레이 기판과 박막트랜지스터 어레이 기판으로 구성된다.
즉, 상기 컬러필터 어레이 기판에는 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 상에 색상을 구현하기 위한 R,G,B의 컬러필터층이 형성된다.
그리고, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판에는 단위 화소를 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성된 스위칭소자와, 서로 엇갈리게 교차되어 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극이 형성된다.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술의 횡전계방식 액정표시소자를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선상의 단면도이다.
구체적으로, 횡전계방식 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이 기판(100)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일렬로 배치된 복수개의 게이트 라인(113)과 이에 수직 교차하는 복수개의 데이터 라인(115)에 의해 단위 화소가 정의되고, 상기 단위 화소에는 스위칭 역할을 하는 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 게이트 라인(113)에 평행하는 제 1 공통라인(120a)과, 상기 데이터 라인과 평행한 제 2 공통라인(120b)과, 상기 데이터 라인 상부에 형성되는 보호막(130)과, 제 1 콘택홀(119)에 의해 상기 공통라인(120)과 접속하여 외부 구동회로로부터 Vcom 신호를 전달받는 복수개의 공통전극(124)과, 박막트랜지스터의 드레인전극(128b)의 제 2 콘택홀(129)에 의해 상기 공통전극(124) 사이에 교번되도록 형성되며, 상기 공통전극(124)에 평행하여 횡전계를 형성하는 화소전극(117)으로 구성된다.
상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 라인(113)에서 분기되는 게이트 전극 (129)과, 상기 게이트 전극(129)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막 (110)과, 상기 게이트 전극(129) 상부의 게이트 절연막(110) 상에 형성된 반도체층(131)과, 상기 데이터 라인(115)에서 분기되어 상기 반도체층(131) 양 끝에 각각 형성되는 소스/드레인 전극 (128a, 128b)으로 구성된다.
이때, 데이터 라인(115)으로 흐르는 전압에 의해서 공통전극(124)과 화소전극(117) 사이의 횡전계가 간섭되는 현상을 차폐하기 위해 화소영역의 최외곽에 제 2 공통라인(120b)을 더 구비하는데, 이러한 제 2 공통라인(120b)은 상기 제 1 공통라인(120a)으로부터 연장되어 데이터 라인(115) 양측에 각각 형성된다. 즉, 화소영역의 최외곽에 위치하는 제 2 공통라인(120b)은 인접하는 화소전극(117)과의 사이에서 횡전계를 발생시킴과 동시에, 인접하는 데이터 라인(115)의 간섭을 차폐하는 역할을 수행한다.
또한, 데이터라인(115)과 제 2 공통라인(120b) 사이에서 전계왜곡에 의해 액정분자(도시되지 않음)가 무질서하게 배열된다.
이와같이, 액정분자의 배열이 무질서하게 되면 빛의 투과가 제어되지 않아 빛샘이 발생하는 문제점이 발생한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 컬러필터어레이 기판(140)상에 빛샘을 차광하기 위한 블랙 매트릭스(142)를 형성한다.
이와같이, 종래기술에 의한 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 블랙 매트릭스는 차광물질로 형성되어 그 면적을 넓히는 경우 소자의 개구율이 줄어듦으로, 소자의 개구부의 폭을 늘이는 데 한계가 있다.
또한, 최근 집적화 기술의 발달로 인하여 데이터 라인의 선폭이 줄어듦에 따라 저항이 증가하고 있는데, 통상적인 방법으로는 데이터 라인의 저항을 줄이는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 개구율을 향상시키고, 데이터 라인의 저항을 줄이고자 하는 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 횡전계방식 액정표시소자는 기판 상에 수직 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 제 1 데이터 라인과, 상기 화소영역의 상측과 하측에 게이트라인과 평행하게 형성되는 제 1, 제 2 공통라인과, 상기 게이트 라인에서 돌출되어 형성되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 대응되도록 형성되는 소스/드레인 전극과, 상기 소스/드레인 전극과 동일 물질로 상기 제 1 데이터 라인 하부에 형성되는 제 2 데이터 라인과, 상기 드레인 전극과 접촉하여 화소영역 내에 형성되는 화소전극과, 상기 화소전극과 동일 물질로 형성되고, 화소전극과 교번 위치되는 공통전극과, 상기 제 1 데이터 라인과 상기 제 2 데이터 라인을 동시에 접촉하는 콘택전극으로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법은 기판이 제공되는 단계와, 상기 기판 상에 일방향으로 배열되는 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 동일 물질로 형성되는 제 2 데이터 라인, 상기 게이트 라인에서 돌출되어 형성되는 게이트 전극 및 상기 게이트 라인과 평행하게 형성되는 제 1, 제 2 공통라인을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극이 포함된 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극에 대응되도록 게이트 절연막 상에 소스/드레인 전극을 형성하고, 상기 제 2 데이터라인과 대응되도록 상기 게이트 절연막 상에 제 1 데이터 라인을 형성하는 단계와, 상기 제 2 데이터 라인이 형성된 기판 상에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막을 패터닝하여, 상기 드레인전극을 노출하는 제 1 콘택홀, 제 1 데이터 라인 및 제 2 데이터 라인을 노출하는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀이 형성된 보호막 상에 도전물질을 형성한 후 패터닝하여, 상기 제 1 콘택홀에 화소전극을 형성하고, 제 2 콘택홀에 콘택전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 하부 기판(200)상에 일정한 간격을 갖고 일방향으로 형성되는 게이트 라인(213) 및 이에 돌출되는 게이트 전극(222)과, 상기 게이트 라인(213)과 수직으로 교차하도록 화소영역을 정의하는 제 1 데이터 라인(215a)과, 상기 게이트 전극과 대응되도록 형성되는 소스/드레인 전극
(228a/228b)과, 상기 소스/드레인 전극(228a/228b)과 동일 물질로 상기 제 1 데이터 라인(215a) 하부에 형성되는 제 2 데이터 라인(215b)과, 상기 드레인 전극
(228b)과 접촉하여 화소영역 내에 형성되는 화소전극(217)과, 상기 화소전극
(217)과 동일 물질로 형성되고, 화소전극(217)과 교번되어 형성되는 복수의 공통전극(230)을 포함하여 구성되어 있다.
그리고, 상기 화소영역의 상측과 하측에 게이트라인과 평행하게 형성되는 제 1, 제 2 공통라인(226a, 226b)과, 상기 제 1, 제 2 데이터 라인(215a, 215b)을 동시에 접촉하는 콘택전극(240)으로 구성되어 있다.
상기 제 1 데이터 라인(215a)의 폭은 제 2 데이터 라인(215b)의 폭 보다 작게 형성된다.
상기 공통전극(230)은 상기 제 2 데이터 라인(215b)에 오버랩되도록 형성된다.
또한, 상기 공통전극(230)은 상기 제 2 공통라인(226b)과 접촉 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공통전극(230) 및 화소전극(217)은 일정 각도로 절곡되어 구성되어 있다.
종래에는 게이트 라인(도 1의 113)과 평행한 제 1 공통라인(도 1의 120a)과, 데이터 라인(도 1의 115)과 평행한 제 2 공통라인(도 1의 120b)이 구비되었는데, 본 발명에서는 게이트 라인(213)과 평행한 제 1, 제 2 공통라인(226a,
226b)이 구비된다.
한편, 본 발명의 제 2 데이터 라인(215b)은 종래 제 2 공통라인(도 1의 120b)이 형성될 영역에 형성되어 제 1 데이터 라인(215a)과의 접촉으로 인해 저항을 감소시키게 된다.
상기 화소전극(217) 및 상기 공통전극(230)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 투명 도전물질로 형성된다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 하부 기판(200) 상에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 등의 저저항 금속 물질을 증착한다.
이어, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 금속 물질을 선택적으로 패터닝하여 게이트 전극(222)과 제 1 공통라인(226a) 및 제 2 데이터 라인(215b)을 형성한다.
이어, 상기 게이트 전극(222)과 제 1 공통라인(226a) 및 제 2 데이터 라인
(215b)이 형성된 결과물 상에 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘 산화물(SiOx)
등의 절연물질을 증착하여 게이트 절연막(210)을 형성한다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(222)과 대응되는 게이트 절연 막(210) 상에 반도체층(224)을 형성한다.
이어, 상기 게이트 전극(222)과 대응되도록 소스/드레인 전극(228a/228b)을 형성하고, 이와 동시에 상기 제 2 데이터 라인(215b)과 대응되는 게이트 절연막(210) 상에 제 1 데이터 라인(215a)을 형성한다.
여기서, 제 1 데이터 라인(215a)의 폭은 상기 제 2 데이터 라인(215b)의 폭 보다 작게 형성된다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 소스/드레인 전극(228a/228b) 및 제 1 데이터 라인(215b)이 형성된 결과물 상에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘산화물
(SiOx)과 같은 무기절연물질을 증착하거나, 또는 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴수지(Acryle Resin)와 같은 유기절연물질을 도포하여 보호막(233)을 형성한다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 포토 및 식각공정을 통하여 상기 보호막(233)을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극(228b)을 노출하도록 제 1 콘택홀(229)을 형성하고, 상기 제 1, 제 2 데이터 라인(215a, 215b)의 표면이 소정부분 노출되도록 제 2 콘택홀(239)을 형성한다.
이어, 상기 제 1, 제 2 콘택홀(229,239)이 형성된 보호막(233) 상에, 도전 물질을 증착 후 패터닝하여, 제 1 콘택홀(229)을 통해 상기 드레인 전극(228b)에 콘택되어 형성되는 화소전극(217)과, 제 2 콘택홀(239)를 통해 상기 제 1, 제 2 데이터 라인(215a, 215b)을 연결하는 콘택전극(240)을 형성한다.
또한, 상기 화소전극(217)과 교번 되도록 공통전극(230)을 형성한다.
상기 화소전극(217) 및 상기 공통전극(230)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide:ITZO)과 같은 투명 도전물질로 형성된다.
여기서, 상기 공통전극(230)은 제 2 데이터 라인(215b)에 오버랩되도록 형성되며, 상기 화소전극(217)과 동일층에 형성된다.
상기와 같이 형성된 하부 기판(200)과 대응하는 상부 기판(250)에는, 블랙매트릭스층 없이 형성된다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 상부 기판(250)상에는 실제 컬러를 구현하기 위한 R(Red), G(Green), B(Blue)로 구성된 컬러필터층이 형성되고, 상기 컬러필터층을 보호하고, 상부 기판을 평탄하게 하기 위한 오버코트층이 형성될 수도 있다. 그리고 하부 기판(200) 및 상부 기판(250) 사이에 액정층(도시하지 않음)이 형성되어 횡전계방식의 액정표시소자가 완성된다.
한편, 본 발명은 특정한 구조에만 한정되는 것이 아니다. 도 3에 도시된 공통전극 및 화소전극이 일정 각도로 절곡되어 형성된 구조뿐만 아니라, 공통전극 및 화소전극이 절곡되지 않은 구조의 횡전계방식의 액정표시소자에도 적용될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명이 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 화소내에 배지되는 공통전극을 화소전극과 같은 투명 도전물질로 형성 하므로써, 개구율을 향상시킬 수 있게 된다.
둘째, 공통전극을 데이터라인에 오버랩시킴으로써, 개구율을 향상시킬 수 있게 된다.
셋째, 데이터라인 하부에 게이트 라인과 동일 물질로 이루어진 데이터 라인을 더 형성함으로써, 데이터 라인의 저항을 줄일 수 있게 된다.
넷째, 제 1 데이터라인 및 제 2 데이터라인과 공통전극이 중첩 형성되어 블랙매트릭스 역할을 하므로, 보다 공정을 줄이는 효과를 가지게 된다.

Claims (8)

  1. 기판 상에 수직 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 제 1 데이터 라인;
    상기 화소영역의 상측과 하측에 게이트라인과 평행하게 형성되는 제 1, 제 2 공통라인;
    상기 게이트 라인에서 돌출되어 형성되는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극과 대응되도록 형성되는 소스/드레인 전극;
    상기 소스/드레인 전극과 동일 물질로 상기 제 1 데이터 라인 하부에 형성되는 제 2 데이터 라인;
    상기 드레인 전극과 접촉하여 화소영역 내에 형성되는 화소전극;
    상기 화소전극과 동일 물질로 형성되고, 화소전극과 교번 위치되는 공통전극;및
    상기 제 1 데이터 라인과 상기 제 2 데이터 라인을 동시에 접촉하는 콘택전극으로 구성됨을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 데이터 라인의 폭은 상기 제 2 데이터 라인의 폭 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극은 상기 제 2 데이터 라인에 오버랩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극은 상기 제 2 공통라인과 접촉 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  5. 기판이 제공되는 단계;
    상기 기판 상에 일방향으로 배열되는 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 동일 물질로 형성되는 제 2 데이터 라인, 상기 게이트 라인에서 돌출되어 형성되는 게이트 전극 및 상기 게이트 라인과 평행하게 형성되는 제 1, 제 2 공통라인을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극이 포함된 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극에 대응되도록 게이트 절연막 상에 소스/드레인 전극을 형성하고, 상기 제 2 데이터라인과 대응되도록 상기 게이트 절연막 상에 제 1 데이터 라인을 형성하는 단계;
    상기 제 2 데이터 라인이 형성된 기판 상에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막을 패터닝하여, 상기 드레인전극을 노출하는 제 1 콘택홀, 제 1 데이터 라인 및 제 2 데이터 라인을 노출하는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계;및
    상기 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀이 형성된 보호막 상에 도전물질을 형성한 후 패터닝하여, 상기 제 1 콘택홀에 화소전극을 형성하고, 제 2 콘택홀에 콘택전극을 형성하는 단계를 포함하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조방법
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보호막 패터닝 공정시 상기 제 2 공통라인을 노출하는 제 3 콘택홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 도전물질을 형성한 후 패터닝 공정시, 상기 제 3 콘택홀을 포함한 보호막 상에 도전 물질을 형성하여 상기 화소전극과 교번되는 공통전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 데이터 라인의 폭은 상기 제 2 데이터 라인의 폭보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
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