KR20090056641A - 횡전계 방식의 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 횡전계 방식(In-Plane Switching : 이하, IPS라고 한다)의 액정표시장치 및 그 제조방법에 관해 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은 기판 상에 일 방향으로 연장되며 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 게이트배선이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 게이트 절연막 상에 액티브층을 형성하는 단계와; 액티브층을 가진 기판 상에 상기 게이트 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선을 형성하되, 상기 데이터배선은 일정간격으로 이격된 소오스 전극과 데이터 전극과 연결되는 단계와; 소오스전극 및 드레인 전극이 형성된 기판의 전면에 보호막을 형성하는 단계와; 보호막을 패터닝하여 상기 화소영역과 대응되는 부위에 적어도 하나 이상의 제 1 및 제 2단차보상용 홈을 형성하는 단계와; 제 1및 제 2단차보상용 홈들을 각각 매립하는 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

횡전계 방식의 액정표시장치 및 그 제조방법{IN-PLANE SWITCHING LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 러빙 공정 시 단차에 의한 러빙 데미지를 최소화하여 블랙 휘도의 품위를 개선시키고 콘트라스트비를 향상시킬 수 있는 횡전계 방식(In-Plane Switching : 이하, IPS라고 한다)의 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다. 그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다. 따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다. 여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 배선과, 상기 각 게이트 배선과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 배선과, 상기 각 게이트 배선과 데이터 배선이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 배선의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 배선의 신호를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.
그리고 제 2 유리 기판(컬러필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성되어 있다. 물론, 횡전계 방식의 액정표시장치에서는 공통전극이 제 1 유리 기판에 형성되어 있다.
이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 씨일재에 의해 합착되고 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다. 이때, 액정 주입 방법은 상기 실재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 용기에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 액정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.
한편, 상기와 같이 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다.
상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛이 임의로 변조되어 화상정보를 표현할 수 있다.
이러한 액정은 전기적인 특정분류에 따라 유전율 이방성이 양(+)인 포지티브 액정과 음(-)인 네거티브 액정으로 구분될 수 있으며, 유전율 이방성이 양인 액정분자는 전기장이 인가되는 방향으로 액정분자의 장축이 평행하게 배열하고, 유전율
이방성이 음인 액정분자는 전기장이 인가되는 방향과 액정분자의 장축이 수직하게 배열한다.
도 1은 일반적인 TN 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 하부기판(1) 및 상부기 판(2)과, 상기 하부기판(1)과 상부기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 하부기판(1)은 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 배선(4)이 배열되고, 상기 게이트 배선(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 배선(5)이 배열되며, 상기 게이트 배선(4)과 데이터 배선(5)이 교차하는 각 화소영역(P)에는 화소전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 배선(4)과 데이터 배선(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
그리고 상기 상부기판(2)은 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(8)과, 화상을 구현하기 위한 공통전극(9)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(4)으로부터 돌출된 게이트 전극과, 전면에 형성된 게이트 절연막(도면에는 도시되지 않음)과 상기 게이트 전극 상측의 게이트 절연막위에 형성된 액티브층과, 상기 데이터 배선(5)으로부터 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극에 대향되도록 드레인 전극을 구비하여 구성된다.
상기 화소전극(6)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속을 사용한다.
전술한 바와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 화소전극(6)상에 위치한 액정층(3)이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액 정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.
전술한 바와 같은 액정패널은 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상부기판(2)의 공통전극(9)이 접지역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정 셀의 파괴를 방지할 수 있다.
그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 갖고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새로운 기술 즉, 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치가 제안되고 있다.
도 2는 일반적인 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치를 나타낸 개략적인 단면도이다. 이하에서는 도 2를 참조하여 일반적인 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치에 대하여 개략적으로 설명하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 하부기판(11)상에 화소전극(12)과 공통전극(13)이 동일 평면상에 형성되어 있고, 상기 하부기판 (11)과 일정 공간을 갖고 합착된 상부기판(15) 사이에 형성된 액정층(14)은 상기 하부기판(11)상의 상기 화소전극(12)과 공통전극(13) 사이의 횡전계에 의해 작동한다.
도 3a 및 도 3b는 IPS 모드에서 전압 온(on)/오프(off)시 액정의 상 변이 모습을 나타내는 도면이다.
즉, 도 3a는 화소전극(12) 또는 공통전극(13)에 횡전계가 인가되지 않은 오프(off)상태로써, 액정층(14)의 상 변이가 일어나지 않음을 알 수 있다. 예를 들어 화소전극(12)과 공통전극(13)의 수평 방향에서 기본적으로 45°틀어져있다.
도 3b는 상기 화소전극(12)과 공통전극(13)에 횡전계가 인가된 온(on) 상태로써, 액정층(14)의 상 변이가 일어나고, 도 3a의 오프 상태와 비교해서 45°정도로 뒤틀림 각을 가지고, 화소전극(12)과 공통전극(13)의 수평방향과 액정의 비틀림 방향이 일치함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 IPS의 액정표시장치는 동일 평면상에 화소전극(12)과 공통전극(13)이 모두 존재한다.
이러한 상기 횡전계 방식 액정표시장치의 장점으로는 광시야각이 가능하다는 것이다. 즉, 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 약 70°방향에서 가시 할 수 있다. 여기에 부가하여, 횡전계 방식 액정표시장치는 일반적으로 사용되는 액정표시장치에 비해 제작 공정이 간단하고, 시야각에 따른 색의 이동이 적은 장점이 있다.
그러나, 상기한 장점을 가진 횡전계방식 액정표시장치는 공통전극(13)과 화소전극(12)이 동일 기판상에 존재하기 때문에 빛에 의한 투과율 및 개구율이 저하되는 단점이 있다. 또한, 구동전압에 의한 응답시간을 개선해야 하고, 셀 갭(cell gap)의 정렬오차 마진(misalign margin)이 작기 때문에 상기 셀 갭을 균일하게 해야 하는 단점도 있다.
따라서, 상기 횡전계 방식의 액정표시장치는 상기와 같은 장점과 단점이 있으므로 사용자의 사용 용도에 따라 선택해서 사용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 오프상태와 온 상태일 때 IPS의 액정표시장치의 동작 을 나타낸 사시도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 화소전극(12) 또는 공통전극(13)에 횡전계 전압이 인가되지 않았을 경우에는 액정분자 배열방향(16)은 초기 배향막(도시되지 않음)의 배열 방향과 동일한 방향으로 배열된다.
그리고 도 4b에 도시한 바와 같이, 화소전극(12)과 공통전극(13)에 횡전계 전압이 인가되었을 때 액정분자의 배열방향(16)은 전기장이 인가되는 방향(17)으로 배열함을 알 수 있다.
도 5는 종래 기술에 따른 횡전계 방식(IPS) 액정표시장치의 단위 화소의 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ'와 Ⅱ-Ⅱ'선을 자른 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 종래의 횡전계 방식의 액정표시장치는 투명한 하부기판(60)상에 화소영역을 정의하도록 수직 교차된 게이트배선(61)과 데이터 배선(64)이 있고, 상기 게이트 배선(61)과 데이터 배선(64)이 교차되는 영역에는 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 이때, 상기 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(61)의 일영역을 점유하고 있는 게이트 전극(61a)과, 게이트 전극(61a)을 포함한 하부기판(60) 전면에 형성된 게이트 절연막(62)과, 상기 게이트 전극(61a) 상측의 게이트 절연막(62) 위에 형성되는 액티브층(63)과, 상기 데이터 배선(64)으로부터 돌출되어 형성되는 소오스 전극(64a)과 상기 소오스 전극(64a)과 일정한 간격만큼 이격되어 형성된 드레인전극(64b)으로 구성된다.
또한, 상기 게이트 배선(61)과 동일층 상에 공통배선(61b)이 형성되는데, 이때 공통배선(61b)은 게이트 배선(61)과 평행하게 화소영역을 가로지르도록 형성되어 있다.
그리고, 상기 액티브층은 1500∼2500Å, 바람직하게는 2000Å두께로 형성되고, 상기 소오스전극 및 드레인전극을 포함한 데이터 배선은 2000∼3000Å, 바람직하게는 2500Å두께로 형성된다.
그리고, 상기 데이터 배선(64)을 포함한 하부기판(60) 전면에 보호막(65)이 형성되어 있고, 상기 드레인전극(64b)에 콘택홀(66)이 형성되어 있다. 이때, 보호막(65)은 실리콘질화막으로 형성되어 있다.
또한, 상기 화소영역과 대응되는 보호막(65) 상에는 공통전극(67)과 화소전극(68)이 일정간격을 갖고 평행하게 교대로 배열되어 있다.
이때 공통전극(67)은 데이터 배선(64)과 평행하게 한 화소영역에 복수개가 배열되어 있고, 상기 화소전극(68)은 콘택홀(66)을 통해 박막트랜지스터의 드레인전극(64b)과 연결되어 있다.
그리고 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기와 같이 구성된 하부기판에 대응되는 상부기판에는 색상을 구현하기 위해 화소영역에 대응되는 부분에 칼라필터층이 형성되어 있고, 상기 칼라필터층 사이의 구분과 광차단 역할을 하기 위해 블랙 매트릭스층이 형성되어 있다. 이때, 블랙 매트릭스층은 게이트 배선(61), 데이터 배선(64), 데이터 배선(64)과 인접한 공통전극(67)의 사이를 포함한 주변 영역 및 박막트랜지스터에 대응되는 부분에 형성되어 있다.
그리고 상기 공통전극(67)과 화소전극(68) 사이에 위치한 액정은 상기 공통전극(67)과 화소전극(68) 사이에 분포하는 횡전계에 의해 동일한 방향으로 배열되어 하나의 도메인을 이룬다.
상기에서 공통전극(67)과 화소전극(68)이 투명 도전막으로 형성되어 있으면 액정표시장치의 전체 휘도를 향상시킬 수 있다.
그러나, 상기에서와 같이 실리콘 질화막으로 형성된 보호막이 비교적 얇은 0.3㎛두께로 형성되어 있기 때문에 데이터 배선과 공통전극의 크로스 토크 및 기생 커패시턴스에 의한 화질 저하 문제도 발생된다.
따라서, 상기 데이터 배선과 공통전극의 크로스 토크 현상에 의한 화질 저하 문제를 보상하기 위해서, 보호막으로 포토 아크릴계 유기절연막을 2.5∼3.0㎛, 바람직하게는 2.7㎛두께로 비교적 두껍게 형성하여 사용하고 있다.
그러나, 상기 박막 트랜지스터와 대응되는 보호막 하부에는 액티브층 및 소오스전극, 드레인전극이 대략 5000Å두께로 두껍게 형성되어 있기 때문에, 상기 보호막으로 아크릴계 유기 절연막을 사용한다 하더라도, 상기 박막 트랜지스터와 대응되는 부위와 화소영역에 대응되는 부위 간에 단차가 발생된다. 이러한 단차가 발생된 보호막 상부에 다시 공통전극과 화소전극을 형성하게 되면, 러빙 공정 시 상기 단차에 의한 러빙 데미지를 주는 문제점이 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 화소영역과 대응되는 보호막 내에 각각의 단차보상용 홈들을 형성하고, 상기 홈들을 매립하는 화소전극 및 공통전극을 각각 형성함으로써, 러빙 데미지를 최소화할 수 있는 횡전계 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하려는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법은 기판 상에 일 방향으로 연장되며 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 게이트배선이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 게이트 절연막 상에 액티브층을 형성하는 단계와; 액티브층을 가진 기판 상에 상기 게이트 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선을 형성하되, 상기 데이터배선은 일정간격으로 이격된 소오스 전극과 데이터 전극과 연결되는 단계와; 소오스전극 및 드레인 전극이 형성된 기판의 전면에 보호막을 형성하는 단계와; 보호막을 패터닝하여 상기 화소영역과 대응되는 부위에 적어도 하나 이상의 제 1 및 제 2단차보상용 홈을 형성하는 단계와; 제 1및 제 2단차보상용 홈들을 각각 매립하는 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 게이트 배선 형성과 동시에, 상기 게이트 배선과 평행하게 이격된 공통배선 및 상기 공통배선에서 분기된 제 1 및 제 2 공통전극 연결패턴을 더 형성하는 것이 바람직하다.
상기 보호막에 상기 드레인전극을 노출하는 드레인 콘택홀을 더 형성하는 것
상기 화소전극은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 것이 바람직하다.
상기 보호막에 상기 제 2공통전극 연결패턴을 노출하는 콘택홀을 더 형성하는 것이 바람직하다.
상기 공통전극은 상기 콘택홀을 통해 상기 제 2공통전극 연결패턴과 연결되는 것
상기 보호막은 포토 아크릴계 유기 절연막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 보호막은 포토 아크릴계 유기 절연막 및 무기 절연막을 적층하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 무기 절연막은 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 화소전극을 가진 기판 위에 배향막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 제 1및 제 2단차보상용 홈은 상기 보호막을 건식 식각하여 형성하는 것
상기 건식 식각공정은 O2건식가스 및 SF6건식가스에 의해 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치는 기판 상에 형성되며, 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하며, 일정간격으로 이격된 소오스 전극과 데이터 전극과 연결되는 데이터 배선과;상기 게이트 배선과 동일 층에 형성되며, 상기 게이트 배선과 동일 방향으로 배치되는 공통배선과; 상기 공통배선에서 상기 데이터 배선과 동일한 방향으로 각각 분기하는 제 1 및 제 2 공통전극 연결패턴과; 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선 사이에 배치되는 게이트 절연막과; 상기 데이터 배선이 형성된 기판의 전면에 형성되며, 상대적으로 상기 화소영역에 단차가 형성된 보호막과; 상기 화소영역과 대응되는 보호막 내에 교대로 형성되는 적어도 하나 이상의 제 1 및 제 2단차보상용 홈과; 상기 제 1및 제 2단차보상용 홈들을 각각 매립하는 화소전극 및 공통전극을 포함한다.
상기 보호막에는 상기 드레인전극을 노출하는 드레인 콘택홀이 더 형성되고, 상기 화소전극은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 것이 바람직하다.
상기 보호막에는 상기 제 2공통전극 연결패턴을 노출하는 콘택홀을 더 형성되며, 상기 공통전극은 상기 콘택홀을 통해 상기 제 2공통전극 연결패턴과 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 화소영역과 대응되는 보호막 내에 각각의 단차보상용 홈들을 형성하고, 상기 홈들을 매립하는 화소전극 및 공통전극을 각각 형성하여 평탄화한다. 따라서, 본 발명은 러빙 공정 시 단차에 의한 러빙 데미지가 최소화되고, 이로써 블랙 휘도의 품위가 개선되고 콘트라스트비가 향상되는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 횡전계 액정표시장치 및 그 제조방법에 대해 자세하게 설명한다.
도 7은 종래 기술에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치의 단위 화소의 평면도이고, 도 8a 내지 도 8e는 도 7의 Ⅲ-Ⅲ'선과 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 자른 공정별 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는 투명한 하부기판(200)상에 화소영역을 정의하도록 수직 교차된 게이트 배선(202) 및 데이터 배선(220)이 있고, 상기 게이트 배선(202)과 데이터 배선(220)이 교차되는 영역에는 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 이때, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 배선(202)으로부터 돌출된 게이트 전극(104)과, 게이트 전극(104)을 포함한 하부기판(200) 전면에 형성된 게이트 절연막(210)과, 상기 게이트 전극(104)과 대응되는 게이트 절연막(210) 위에 형성되는 액티브층(212)과, 상기 데이터 배선(202)으로부터 돌출되어 형성되는 소오스 전극(216)과 상기 소오스 전극(216)과 일정한 간격만큼 이격되어 형성된 드레인전극(218)으로 구성된다.
또한, 상기 게이트 배선(202)과 동일층 상에 공통배선(206)이 형성되는데, 이때 공통배선(206)은 게이트 배선(202)과 평행하게 화소영역을 가로지르도록 형성되어 있다. 상기 공통배선(206)은 각 화소영역 별로 상기 공통배선(206)에서 분기되며, 추후 형성될 데이터 배선과 평행하게 제 1 및 제 2 공통전극 연결패턴(206a, 206b)을 포함한다. 이때, 상기 공통배선(206)과 제 1, 2공통전극 연결패턴(206a, 206b)에 공통전압이 원활하게 인가되도록 하기 위해 각 화소영역 간의 상기 제 1, 2 공통전극 연결패턴(206a, 206b)의 일끝단은 보조패턴(???)에 의해 서로 연결되도 록 형성되고 있다.
그리고 상기 데이터 배선(220)을 포함한 하부기판(200) 전면에는 보호막(222)이 형성되어 있다. 이때, 상기 박막 트랜지스터와 대응되는 보호막 하부에는 액티브층 및 소오스전극, 드레인전극이 대략 5000Å두께로 두껍게 형성되어 있기 때문에, 상기 보호막(222)은 박막 트랜지스터와 대응되는 부위와 화소영역에 대응되는 부위 간에 단차가 발생된다. 한편, 상기 보호막(222)은 포토 아크릴계 유기절연막의 단일 구조 또는 포토 아크릴계 유기 절연막과 무기 절연막의 이중 적층 구조가 이용될 수 있다. 여기서, 상기 무기 절연막으로는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 들 수 있다. 상기 보호막(222)은 상기 유기 절연막과 실리콘 절연막 적층 순서가 서로 바뀌어도 무관하다.
상기 보호막(222)에는, 단차를 보상하기 위해, 상기 화소영역과 대응되는 부위에 일정 간격을 갖고 평행하게 교대로 배열된 각각의 제 1단차보상용 홈들(222H1)(222H3)(222H5)과 제 2단차 보상용 홈들(222H2)(222H4)이 교대로 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1단차보상용 홈들(222H1)(222H3)(222H5)을 매립하는 공통전극들(208) 및 상기 제 2단차보상용 홈들(222H2)(222H4)을 매립하는 화소전극들(226)이 교대로 형성되어 있다. 이때, 상기 공통전극들(208) 및 화소전극들(226)로는 MoTi 등의 블랙 전극이 이용된다.
한편, 상기 보호막(222)에는 상기 제 1, 제 2단차보상용 홈들(222H1)(222H2)(222H3)(222H4)(222H5) 외에도 상기 드레인전극(218)을 노출하는 콘택홀이 더 형성되어 있다. 따라서, 상기 화소전극들(226)은 상기 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터의 드레인전극(64b)과 연결되어 있다.
그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기와 같이 구성된 하부기판에 대응되는 상부기판에는 색상을 구현하기 위해 화소영역에 대응되는 부분에 칼라필터층이 형성되어 있다.
이러한 구성을 가진 하부기판과 상부기판 사이에는 액정이 개재된다. 상기 공통전극(67)과 화소전극(68) 사이에 위치한 액정은 상기 공통전극(67)과 화소전극(68) 사이에 분포하는 횡전계에 의해 동일한 방향으로 배열되어 하나의 도메인을 이룬다.
이하에서는, 도 8a 내지 도 8e을 참고로 하여 상기 구성을 가진 본 발명에 따른 횡전계 액정표시소자를 제조하는 방법에 대해 알아본다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 스위칭 영역을 포함하는 다수의 화소 영역이 정의된 하부 기판(200)을 제공한다. 이어, 상기 기판 상에 제 1금속막을 증착 및 패터닝하여 게이트 전극 및 게이트 전극(204)과 연결되는 게이트 배선(202)을 형성한다. 이때, 상기 제 1금속막은 알루미늄(Al)과 알루미늄합금(AlNd), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti),크롬(Cr), 몰리텅스텐(MoW), 구리(Cu) 등을 포함하는 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나 또는 그 이상의 적층막으로 형성한다. 여기서, 상기 게이트전극(204)은 상기 게이트 배선(202)으로 부터 돌출된 연장부에 해당된다.
한편, 상기 게이트 배선(202)을 형성하는 동안, 동일 금속막인 제 1금속막을 패터닝하여 상기 게이트 배선(202)과 평행하게 이격된 위치에 공통 배선(206)도 형 성한다. 이때, 상기 공통배선(206)은 각 화소영역 별로 상기 공통배선(206)에서 분기되며, 추후 형성될 데이터 배선과 평행하게 제 1 및 제 2 공통전극 연결패턴(206a, 206b)을 포함하여 형성된다.
그 다음, 상기 공통배선(206)을 가진 기판 위에 게이트 절연막(210)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 절연막(210)은 실리콘 질화막(SiNX)과 실리콘 산화막(SiO2)을 포함하는 무기 절연물질 그룹 중 선택된 하나 또는 그 이상의 물질을 증착하여 형성한다.
이 후, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(210) 상에 비정질 실리콘막(a-Si:H)과 불순물을 포함하는 비정질 실리콘막(n+ 또는 p+a-Si:H)을 차례로 증착 및 패터닝하여 상기 게이트 전극(204)에 대응하는 부위에 액티브층(212)과 오믹 콘택층(214)을 형성한다. 이때, 상기 액티브층(212)은 1500∼2500Å, 바람직하게는 2000Å두께로 형성된다.
이어, 상기 액티브층(212)과 오믹 콘택층(214)이 형성된 기판(100)의 전면에 제 2금속막을 증착 및 패터닝하여 상기 오믹 콘택층(114)과 접촉하면서 이격된 소오스 전극(216)과 드레인 전극(218)과, 상기 소오스 전극(216)과 연결되고 상기 게이트 배선(202)과는 수직으로 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 배선(220)을 형성한다. 이때, 상기 제 2금속막은, 제 1금속막과 동일하게, 알루미늄(Al)과 알루미늄합금(AlNd), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti),크롬(Cr), 몰리텅스텐(MoW), 구리(Cu) 등을 포함하는 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나 또는 그 이상 의 적층막으로 형성한다. 또한, 상기 소오스전극(216) 및 드레인전극(218)을 포함한 데이터 배선(220)은 2000∼3000Å, 바람직하게는 2500Å두께로 형성된다.
그 다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 배선(220)을 가진 기판 전면에 보호막(222)을 형성한다. 이때, 상기 보호막(222)은 포토 아크릴계 유기 절연막의 단일 구조 또는 상기 포토 아크릴계 유기 절연막과 무기 절연막을 적층한 2중 적층구조로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 무기 절연막은 실리콘 질화막(SiNX)과 실리콘 산화막(SiO2)을 포함한다. 한편, 상기 유기 절연막과 무기 절연막은 적층 순서가 바뀌어도 무관하다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 슬릿 마스크를 이용하여 상기 보호막(222)을 O2가스 및 SF6가스 공급에 의해 건식 식각하여 상기 드레인 전극(218) 일부를 노출시키는 콘택홀과, 상기 화소영역과 대응되는 부위에 일정 간격을 갖고 평행하게 교대로 배열된 각각의 제 1단차보상용 홈들(222H1)(222H3)(222H5) 및 제 2단차 보상용 홈들(222H2)(222H4)을 형성한다. 이때, 상기 각각의 제 1단차보상용 홈들(222H1)(222H3)(222H5)과 제 2단차 보상용 홈들(222H2)(222H4)의 깊이는 형성하고자 하는 화소전극들 및 공통전극들의 두께와 동일하다. 또한, 상기 보호막(222)에는 상기 제 1, 제 2단차보상용 홈들(222H1)(222H2)(222H3)(222H4)(222H5) 외에도 하부의 게이트 절연막(116)까지 제거하여 상기 제 2공통전극 연결패턴(113b) 일부를 노출시키는 콘택홀(H1) 및 박막 트랜지스터의 드레인전극(218)을 노출하는 드레인 콘택홀(H2)이 더 형성된다.
상기 박막 트랜지스터와 대응되는 보호막(222) 하부에는 액티브층(212) 및 소오스전극(216), 드레인전극(218)이 대략 5000Å두께로 두껍게 형성되어 있기 때문에, 상기 보호막(222)은 박막 트랜지스터와 대응되는 부위와 화소영역에 대응되는 부위 간에 단차가 발생된다. 따라서, 상기 단차를 보상하기 위해, 본 발명에서는 보호막(222) 상부가 아닌 보호막 내에 공통전극들 및 화소전극들을 형성하려는 것이다.
도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 제 2단차보상용 홈들(222H1)(222H2)(222H3)(222H4)(222H5)을 가진 기판 위에 MoTi막 등의 블랙 전극막을 형성한다. 이어, 상기 블랙 전극막을 패터닝하여 상기 제 1단차보상용 홈들(222H1)(222H3)(222H5)을 매립하는 공통전극들(208) 및 상기 제 2단차보상용 홈들(222H2)(222H4)을 매립하는 화소전극들(226)을 형성한다. 이때, 상기 공통전극들(208)은 콘택홀(H1)을 덮어 상기 제 2공통전극 연결패턴(113b) 과 연결된다. 여기서, 상기 화소전극들(226)은 상기 보호막(222) 내에 형성된 드레인 콘택홀(H2)을 통해 박막 트랜지스터의 드레인전극(218)과 연결된다. 또한, 각각의 화소전극들(226)은 화소전극 연결패턴(227)에 의해 연결된다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 화소전극들(226) 및 공통전극들(208)을 포함한 하부기판(200)의 전면에 폴리이미드(polyimide)나 광배향성 물질로 이루어진 배향막을 형성한다. 여기서, 폴리이미드로 이루어진 배향막은 기계적인 러빙에 의해 배향방향이 결정되며, PVCN계 물질(polyvinylcinnamate based material)이나 폴리실록산계물질(polysiloxane based material)로 이루어진 광반응 성 물질은 자외선과 같은 광의 조사에 의해 배향방향이 결정된다. 이때, 배향방향은 광의 조사방향이나 조사되는 광의 성질, 즉 편광방향 등에 의해 결정된다.
이후, 블랙 매트릭스층과 칼라필터층과 오버코트층이 형성된 컬러 필터 어레이 기판인 상부기판을 준비한다. 이어, 상기 컬러 필터 기판인 상부기판과 박막 트랜지스터 배열 기판인 하부기판을 합착함으로써, 횡전계 방식 액정표시소자 제조를 완료한다. 여기서, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 상부기판의 전면에는 하부기판(90)과 동일한 물질의 배향막이 형성되어 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1은 일반적인 TN 액정표시장치의 일부를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 일반적인 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치를 나타낸 개략적인 단면도.
도 3a 및 도 3b는 IPS 모드에서 전압 온(on)/오프(off)시 액정의 상 변이 모습을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 각각 오프상태와 온 상태일 때 IPS의 액정표시장치의 동작을 나타낸 사시도.
도 5는 종래 기술에 따른 횡전계 방식(IPS) 액정표시장치의 단위 화소의 평면도.
도 6은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ'와 Ⅱ-Ⅱ'선을 자른 단면도.
도 7은 종래 기술에 따른 횡전계 방식(IPS)의 액정표시장치의 단위 화소의 평면도.
도 8a 내지 도 8e는 도 7의 Ⅲ-Ⅲ'선과 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 자른 공정별 단면도.

Claims (15)

  1. 기판 상에 일 방향으로 연장되며 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트배선이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 절연막 상에 액티브층을 형성하는 단계와;
    상기 액티브층을 가진 기판 상에 상기 게이트 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선을 형성하되, 상기 데이터배선은 일정간격으로 이격된 소오스 전극과 데이터 전극과 연결되는 단계와;
    상기 소오스전극 및 드레인 전극이 형성된 기판의 전면에 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 보호막을 패터닝하여 상기 화소영역과 대응되는 부위에 적어도 하나 이상의 제 1 및 제 2단차보상용 홈을 형성하는 단계와;
    상기 제 1및 제 2단차보상용 홈들을 각각 매립하는 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계를 포함하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 게이트 배선 형성과 동시에, 상기 게이트 배선과 평행하게 이격된 공통배선 및 상기 공통배선에서 분기된 제 1 및 제 2 공통전극 연결패턴을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보호막에 상기 드레인전극을 노출하는 드레인 콘택홀을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 보호막에 상기 제 2공통전극 연결패턴을 노출하는 콘택홀을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 공통전극은 상기 콘택홀을 통해 상기 제 2공통전극 연결패턴과 연결되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 보호막은 포토 아크릴계 유기 절연막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 보호막은 포토 아크릴계 유기 절연막 및 무기 절연막을 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 무기 절연막은 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 화소전극을 가진 기판 위에 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 제 1및 제 2단차보상용 홈은 상기 보호막을 건식 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 건식 식각공정은 O2건식가스 및 SF6건식가스에 의해 진행하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치의 제조방법.
  13. 기판 상에 형성되며, 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선과;
    상기 게이트 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하며, 일정간격으로 이격된 소오스 전극과 데이터 전극과 연결되는 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 동일 층에 형성되며, 상기 게이트 배선과 동일 방향으로 배치되는 공통배선과;
    상기 공통배선에서 상기 데이터 배선과 동일한 방향으로 각각 분기하는 제 1 및 제 2 공통전극 연결패턴과;
    상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선 사이에 배치되는 게이트 절연막과;
    상기 데이터 배선이 형성된 기판의 전면에 형성되며, 상대적으로 상기 화소영역에 단차가 형성된 보호막과;
    상기 화소영역과 대응되는 보호막 내에 교대로 형성되는 적어도 하나 이상의 제 1 및 제 2단차보상용 홈과;
    상기 제 1및 제 2단차보상용 홈들을 각각 매립하는 화소전극 및 공통전극을 포함하는 횡전계 방식 액정표시장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 보호막에는 상기 드레인전극을 노출하는 드레인 콘택홀이 더 형성되고, 상기 화소전극은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 보호막에는 상기 제 2공통전극 연결패턴을 노출하는 콘택홀을 더 형성되며, 상기 공통전극은 상기 콘택홀을 통해 상기 제 2공통전극 연결패턴과 연결되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
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KR20170064067A (ko) * 2015-11-30 2017-06-09 엘지디스플레이 주식회사 초고투과율을 갖는 수평 전계 액정 표시장치
CN108459445A (zh) * 2018-03-30 2018-08-28 上海天马微电子有限公司 一种液晶显示面板、显示装置及液晶显示面板的制备方法

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