KR20090058368A - 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 나란하게 이격되어 형성된 공통배선과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 공통배선과 연결되며 상기 데이터 배선과 나란하게 상기 화소영역의 최외각에 형성된 최외각 공통전극과; 상기 최외각 공통전극 사이에 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 서로 이격하며 적어도 1개의 절곡부를 가지며 형성된 다수의 화소전극과; 상기 다수의 화소전극과 서로 교대로 이격하며 형성된 다수의 중앙부 공통전극을 포함하며, 상기 서로 이웃한 한 쌍의 상기 화소전극 및 상기 최외각 공통전극 또는 상기 화소전극과 상기 중앙부 공통전극에 있어 그 이격간격이 변하는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
횡전계, 액정표시장치, 강전계, 중전계, 약전계, 얼룩, 선폭, 개구율

Description

횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법{Array substrate for In-Plane switching mode liquid crystal display device and the method of fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로 특히, 선폭 변화에 기인한 얼룩 불량을 방지할 수 있는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 시야각 특성이 우수한 횡전계형 액정표시장치가 제안되었다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 컬러필터 기판인 상부기판(9)과 어레이 기판인 하부기판(10)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(9, 10)사이에는 액정층(11)이 개재되어 있다.
상기 하부기판(10)상에는 공통전극(17)과 화소전극(30)이 동일 평면상에 형성되어 있으며, 이때, 상기 액정층(11)은 상기 공통전극(17)과 화소전극(30)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
도 2a와 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도이다.
우선, 전압이 인가된 온(on)상태에서의 액정의 배열상태를 도시한 도 2a를 참조하면, 상기 공통전극(17) 및 화소전극(30)과 대응하는 위치의 액정(11a)의 상변이는 없지만 공통전극(17)과 화소전극(30)사이 구간에 위치한 액정(11b)은 이 공통전극(17)과 화소전극(30)사이에 전압이 인가됨으로써 형성되는 수평전계(L)에 의하여, 상기 수평전계(L)와 같은 방향으로 배열하게 된다. 즉, 상기 횡전계형 액정표시장치는 액정이 수평전계에 의해 이동하므로, 시야각이 넓어지는 특성을 띠게 된다.
그러므로, 상기 횡전계형 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우방향으로 약 80∼85o방향에서도 반전현상 없이 가시 할 수 있다.
다음, 도 2b를 참조하면, 상기 액정표시장치에 전압이 인가되지 않은 오프상태이므로 상기 공통전극과 화소전극 간에 수평전계가 형성되지 않으므로 액정층(11)의 배열 상태가 변하지 않는다.
도 3은 종래의 일반적인 횡전계형 액정표시장치용 기판에 있어, 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역을 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 일반적인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판(40)에는 소정간격 이격되어 평행하게 가로방향 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선(43)과, 상기 게이트 배선(43)에 근접하여 상기 게이트 배선(43)과 평행하게 구성된 공통배선(47)과, 상기 두 배선(43, 47)과 교차하며 특히 게이트 배선(43)과 는 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(60)이 구성되어 있다.
상기 게이트 배선(43)과 데이터 배선(60)의 교차지점에는 게이트 전극(45)과 반도체층(미도시)과 소스 드레인 전극(53, 55)으로 구성되는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 전극(53)은 상기 데이터 배선(60)에서 분기하고 있으며, 상기 게이트 전극(45)은 상기 게이트 배선(43)에서 분기하여 형성되고 있다.
또한, 상기 화소영역(P) 내에는 상기 드레인 전극(55)과 드레인 콘택홀(67)을 통해 연결된 다수의 화소전극(70a, 70b)과, 상기 화소전극(70a, 70b)과 평행하게 서로 교대하며 구성되고, 상기 공통배선(47)으로부터 분기한 다수의 공통전극(49a, 49b)이 형성되어 있다.
하지만, 전술한 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 구성은 시야각 변화에 따라 색반전 현상이 일어나는 문제가 있다. 따라서, 이를 해결하기 위해 하나의 화소영역 내에서 그 중앙부를 기준으로 상하로 대칭적으로 꺾인 구조를 가지며 서로 평행한 구조의 공통전극 및 화소전극을 구성하여 하나의 화소영역 내에 2개의 도메인을 구현하는 멀티 도메인 구조 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판에 제안되었다.
도 4는 종래의 멀티 도메인 구조 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 도 3에 제시된 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였다.
도시한 바와 같이, 하나의 화소영역(P) 내에서 다수의 화소전극(70a, 70b)과 공통전극(49a, 49b)이 그 상하가 대칭적으로 꺾인 구조를 갖는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판(40)의 경우, 상기 화소전극(70a, 70b) 및 공통전극(49a, 49b)과 나란하게 형성되는 데이터 배선(60) 또한 각 화소영역(P) 내에서 꺾인 구조를 가지며, 전체적으로 지그재그 형태를 갖게 된다. 이러한 화소 구조를 갖는 멀티 도메인 구조 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판(40)의 경우, 꺾인 구조의 화소전극(70a, 70b)과 공통전극(49a, 49b) 및 데이터 배선(60)을 형성해야 하는 바, 기판(40)의 상기 화소영역(P)의 시작부분과 제일 마지막 부분에서 상기 데이터 배선(60)의 꺾인 구조에 의해 유휴 면적이 발생함으로써 기판 이용률이 저감되고 있다. 또한, 하나의 화소영역(P) 내에서 상기 공통전극(49a, 49b)과 화소전극(70a, 70b)간의 일정한 이격간격을 갖도록 형성해야 하고, 이때 모델별, 해상도별로 서로 다른 화소영역(P) 크기를 갖게 되는 바, 이러한 화소영역(P) 내에 화소전극(70a, 70b) 및 공통전극(49a, 49b)간의 이격 간격을 결정하고 이를 최적으로 구현하는데 있어 화소전극(70a, 70b) 및 공통전극(49a, 49b) 자체의 폭과, 상기 결정된 폭에 의해 횡전계의 적절한 세기를 갖도록 하는 이격간격을 결정함에 있어 그 수치가 완벽하게 맞아 떨어지지 않게 되는 바, 이러한 차이가 나는 것을 최외각 공통전극(19a)의 폭을 적절히 가감함으로써 화소영역(P) 내에 화소전극(70a, 70b) 및 공통전극(49a, 49b)의 폭과 이에 의한 이격간격이 동일한 간격을 갖도록 하고 있다. 이 경우, 최외각 공통전극(49a)의 폭이 두껍게 형성될 수 있으며, 이 경우는 개구율이 저하되는 문제가 발생하게 됨을 알 수 있다.
따라서, 종래의 멀티 도메인 구조 횡전계형 액정표시장치는 기판(40)의 이용 률을 저하시키고, 구조 특성상 개구율 저하를 유발시키는 요인을 포함하고 있는 바, 설계 제약의 문제점이 있다.
또한, 종래의 멀티 도메인 구조 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판(40)은 하나의 화소영역(P) 내에서 동일한 폭을 갖도록 화소전극(70a, 70b)과 공통전극(49a, 49b)을 형성하게 되는 바, 제조 공정상의 오차 또는 패턴 불량 발생에 의해 상기 화소전극(70a, 70b) 또는 공통전극(49a, 49b)의 선폭이 수십 내지 수백개의 화소영역(P)에 대해 타영역 대비 두껍게 형성되는 경우, 상기 선폭이 달리 형성된 부분에서 횡전계 크기 변화에 의해 부분적으로 얼룩이 발생하고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 종래의 횡전계형 액정표시장치의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판의 유휴 면적 발생을 방지할 수 있는 동시에 오차 또는 패턴 불량에 의해 수십 또는 수 백개의 화소영역에 대해 선폭 크기를 달리하는 부분이 발생하더라도 얼룩이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 각 화소영역 내에서 화소 및 공통전극의 폭과 이들 두 전극의 이격간격 설계의 자유도를 높일 수 있는 횡전계형 액정표시장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
나아가 최외각 공통전극의 폭 조절 없이 최적의 횡전계 형성 조건을 갖도록 하는 구조를 제안함으로써 개구율을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판은, 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 나란하게 이격되어 형성된 공통배선과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 공통배선과 연결되며 상기 데이터 배선과 나란하게 상기 화소영역의 최외각에 형성된 최외각 공통전극과; 상기 최외각 공통전극 사이에 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 서로 이격하며 적어도 1개의 절곡부를 가지며 형성된 다수의 화소전극과; 상기 다수의 화소전극과 서로 교대로 이격하며 형성된 다수의 중앙부 공통전극을 포함하며, 상기 서로 이웃한 한 쌍의 상기 화소전극 및 상기 최외각 공통전극 또는 상기 화소전극과 상기 중앙부 공통전극에 있어 그 이격간격이 변하는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터 배선과 상기 최외각 공통전극은 각각 직선 형태로 형성된 것이 특징이다.
상기 다수의 중앙부 공통전극은, 적어도 1개의 절곡부를 가지며 형성된 것이 특징이며, 상기 다수의 중앙부 공통전극은, 이와 이웃한 화소전극과 그 이격간격의 중앙부를 기준으로 상기 데이터 배선과 나란한 가상의 선에 대해 선대칭 구조를 갖는 것이 특징이다.
상기 다수의 중앙부 공통전극은, 상기 최외각 전극과 나란하게 직선 형태를 갖는 것이 특징이다.
상기 공통배선과 최외각 공통전극 및 게이트 배선은 동일한 층에 동일 물질로 형성되며, 상기 다수의 중앙부 공통전극과 화소전극은 동일한 층에 동일한 물질로 형성된다.
상기 박막트랜지스터와 상기 데이터 배선 상부에는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과, 상기 공통배선을 노출시키는 다수의 공통콘택홀을 갖는 보호층이 더욱 형성되며, 이때, 상기 보호층 위로 상기 공통배선과 중첩하여 스토리지 커패시터를 이루며, 상기 다수의 화소전극과 연결되는 화소연결패턴을 포함하며, 상기 다수의 중앙부 공통전극은 상기 보호층 위에 형성되며, 상기 다수의 중앙부 공통전극 각각은 상기 다수의 공통콘택홀을 통해 상기 공통배선과 접촉하는 것이 특징이다. 또한, 상기 다수의 화소전극은 상기 보호층 위에 형성되며, 상기 다수의 화소전극과 연결된 상기 화소전극패턴은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법은, 화소영역이 정의된 기판 상에 일 방향으로 연장하는 게이트 배선과, 이와 이격하며 나란한 공통배선과, 상기 공통배선에서 상기 화소영역의 최외각으로 각각 분기하는 직선형태의 최외각 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 위로 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교 차하며 상기 최외각 공통배선과 나란하게 직선 형태를 갖는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 상기 박막트랜지스터 상부로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과 상기 공통배선을 일부 노출시키는 다수의 공통콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 적어도 1개의 절곡부를 가지며 서로 이격하는 다수의 화소전극과, 상기 다수의 공통콘택홀을 통해 상기 공통배선과 각각 접촉하며 상기 다수의 화소전극과 교대로 이격하는 다수의 중앙부 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 다수의 중앙부 공통전극은 적어도 1개의 절곡부를 갖도록 형성하는 것이 특징이며, 상기 다수의 중앙부 공통전극은 이와 이웃한 상기 화소전극과 그 이격간격의 중앙부에서 상기 데이터 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 선대칭을 이루도록 형성하는 것이 특징이다.
상기 다수의 중앙부 공통전극은 상기 최외각 공통전극과 나란하게 직선 형태로 형성하는 것이 특징이다.
상기 다수의 중앙부 공통전극과 화소전극을 형성하는 단계는, 상기 보호층 위로 상기 공통배선과 중첩하며 상기 다수의 화소전극과 연결되는 화소연결패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판은 하나의 화소영역 내에서 그 이격간격을 달리하여 강전계와 중전계와 약전계를 형성할 수 있도록 공통전극과 화소전극을 형성함으로써 패턴 불량 또는 오차에 의해 선폭을 달리하더라도 이에 의해 표시품질을 저하시키는 얼룩불량이 방지할 수 있는 효과가 있다.
화소전극과 공통전극은 지그재그 형태를 갖도록 형성하면서도 데이터 배선은 직선형태로 구성함으로써 기판 자체의 유휴영역 발생을 방지하여 기판 이용율을 향상시키는 효과가 있다.
하나의 화소영역 내에서 화소전극과 공통전극간의 이격간격이 달리 형성되는 구조가 되는 바, 최외각 공통전극의 폭을 조절함으로써 전극의 폭과 이격간격을 조절할 필요가 없는 바, 상기 최외각 공통전극의 폭 늘림에 의한 개구율 저하를 방지하는 효과가 있으며, 화소전극과 공통전극의 이격간격을 자유롭게 설계할 수 있는 바 설계 자유도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 최소한 화소전극이 화소영역 내에서 지그재그 형태로 구성됨으로써 4개의 도메인을 구성하게 되는 바, 시야각 변화에 따른 색반전 현상을 방지하는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치용 기판에 있어, 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역을 도시한 평면도이며, 도 6은 도 5를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 또한, 도 7은 도 5에 도시한 A영역을 확대 도시한 도면이다.
우선, 도 4를 참조하면, 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 상에 직선 형태로서 서로 교차하여 사각형 형태의 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)과 게이트 배선(105)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(105)과 이격하며 이와 이웃하여 나란하게 공통배선(108)이 형성되어 있다.
상기 게이트 배선(105)과 데이터 배선(130)의 교차지점에는 이들 두 배선(105, 130)과 연결되며, 그 하부로부터 게이트 전극(110), 게이트 절연막(미도시), 액티브층(120)과 서로 이격하는 오믹콘택층(미도시)을 포함하는 반도체층(미도시), 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(132, 135)으로 구성되는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
또한, 상기 화소영역(P) 내측으로 상기 직선 형태의 데이터 배선(130)과 이웃하며 이와 나란하게 최외각 공통전극(113)이 상기 공통배선(108)으로부터 분기하며 형성되어 있다.
상기 공통배선(108)에 대응하여 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(135)과 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉하며 화소연결패턴(150)이 형성되어 있으며, 이때 상기 서로 중첩하는 공통배선(108)과 상기 화소연결패턴(150)은 각각 스토리지 제 1 및 제 2 전극을 이루며, 이들 두 전극 사이에 게이트 절연막(미도시)과 보호층(미도시)을 개재하여 이를 유전체층으로 하여 스토리지 커패시터(StgC)를 이루고 있다. 상기 화소연결패턴(150)은 부분적으로 상기 공통배 선(108)과 중첩하는 일부가 제거되며 형성된 것이 특징이다.
한편, 상기 화소영역(P)에 있어서는 상기 최외각 공통전극(113) 내측으로 동일한 지그재그 형태를 갖는 다수의 화소전극(158)이 상기 화소연결패턴(150)으로부터 분기하며 서로 일정간격 이격하며 형성되어 있으며, 상기 다수의 지그재그 형태의 화소전극(158)과 이격하며 교대로 지그재그 형태를 갖는 다수의 중앙부 공통전극(155)이 형성되어 있다. 이때, 상기 지그재그 형상의 다수의 중앙부 공통전극(155)은 다수의 공통콘택홀(146)을 통해 상기 공통배선(108)과 연결되고 있는 것이 특징이다. 이때, 서로 교대하는 특성에 의해 각 화소영역(P) 내에 상기 다수의 화소전극(158)이 상기 다수의 중앙부 공통전극(155)보다는 1개 더 많이 형성되고 있으며, 상기 최외각 공통전극(113)과 이웃해서는 각각 지그재그 형태의 화소전극(158)이 구성되고 있는 것이 특징이다.
지그재그 형태를 갖는 다수의 화소전극(158)과 중앙부 공통전극(155)의 형태를 살펴보면, 이들 전극(158, 155)은 모두 최소 1개의 절곡부(b1, b2, b3, c1, c2, c3, e1, e2, e3)를 가지며, 서로 마주하는 화소전극(158)과 중앙부 공통전극(155)은 이들 두 전극(158, 155)간의 이격영역의 중앙부에 대해 상기 데이터 배선(130)과 나란한 가상의 선을 그었을 경우, 상기 가상의 선에 대해 서로 대칭적으로 형성되고 있는 것이 특징이다. 따라서, 상기 다수의 각 화소전극(158)과 이와 이웃한 중앙부 공통전극(155)은 일례로 그 끝단은 제 1 간격(d1) 이격하고 있으며, 상기 끝단으로부터 그 하부로 가장 이웃하여 위치한 제 1 절곡부(b1, c1)까지는 점진적으로 그 이격간격이 늘어나 상기 제 1 절곡부(b1, c1)간의 이격간격은 상기 제 1 간격(d1)보다 큰 제 2 간격(d2)을 가지고 있으며, 그 다음에 위치한 제 2 절곡부(b2, c2)까지는 점진적으로 다시 이격간격이 줄어들어, 상기 제 2 절곡부(b2, c2)간의 이격간격은 다시 상기 제 1 간격(d1)을 갖게되며, 이러한 구성이 순차 반복되도록 구성되고 있는 것이 특징이다. 이러한 구성에 의해 상기 화소전극(158)과 중앙부 공통전극(155) 전극간의 이격간격은 점진적으로 그 끝단에서 상기 제 1 절곡부(b1, c1)에 가까워질수록 커지다가, 상기 제 1 절곡부(b1, c1)를 지나면 상기 제 2 절곡부(b2, c2)에 이르기까지는 다시 점진적으로 작아지게 되며, 그 다음 절곡부(b3, c3)까지는 다시 점진적으로 커지는 것이 특징이다. 이는 일례를 보인 것이며, 다른예로서 상기 중앙부 공통전극(155)과 화소전극(158)의 끝단이 가장 큰 제 3 이격간격(d3)을 가질 수도 있으며, 제 1 절곡부(c1, e1)까지 그 이격간격이 작아지다 제 1 절곡부(c1, e1)간 이격간격이 상기 제 3 이격간격(d3) 보다 작은 제 4 이격간격(d4)을 갖게되며, 다시 그 하부로 그 이격간격이 점진적으로 상기 제 2 절곡부(c2, e2)까지는 다시 커지며 이러한 구성이 반복되는 구성을 가질 수도 있다.
또한, 최외각 공통전극(113)과 이와 이웃한 화소전극(158)도 비록 상기 최외각 전극(113)은 직선 형태를 가져 절곡부를 구성하지 않는 구성일지라도 이와 이웃한 화소전극(158)이 지그재그 형태를 갖는 바, 이들 두 전극(113, 158)간의 이격간격도 점진적으로 증가(또는 하락)했다가 상기 화소전극(158)의 절곡부를 기준으로 다시 점진적으로 줄어들(또는 늘어나)고 그 다음 절곡부에서 다시 증가(또는 하락)하게 됨을 알 수 있다.
따라서, 이러한 화소전극(158)과 공통전극(113, 155)의 구성에 의해, 도 7을 참조하면, 상기 화소전극(158)과 이와 이웃한 최외각 또는 중앙부 공통전극(113, 155)은 그 이격간격이 가장 작은 제 2 절곡부(b2, c2)가 위치한 부분에서는 강전계가, 그 이격간격이 가장 큰 제 1 절곡부(b1, c1)가 위치한 부분에서는 약전계가, 그리고 이들 두 절곡부((b2, c2), (b1, c1)) 사이의 영역에서는 상기 약전계보다는 크고 상기 강전계보다는 작은 중전계가 형성되게 되며, 이런 서로 다른 크기를 갖는 전계에 의해 액정이 구동하게 되며, 이러한 구조적 특징에 의해 하나의 화소영역(P)은 액정이 배열되는 방향을 달리하는 부분이 4곳이 되며, 이들 부분에서 서로 다른 도메인을 형성하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판은 4 도메인(D1, D2, D3, D4) 구조를 이루게 되는 것이 특징이다.
다중 도메인 구성에 의해 본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판을 이용한 횡전계형 액정표시장치의 경우, 색반전 현상을 방지할 수 있으며, 하나의 화소영역(P) 내에서 임의로 그 이격간격을 다르게 하는 구성을 갖는 바, 화소영역(P) 내에서 이격간격을 동일한 크기로 맞추어야 하는 설계적 제약은 무시할 수 있게 된다. 또한, 패턴 불량 또는 제조 장비의 오차로 인해 수 십에서 수백개의 화소영역(P)에 있어 화소전극(158) 또는 공통전극(113, 155)의 폭이 타영역 대비 큰 폭을 가지며 형성되었다 하더라도 본 발명의 경우는 화소영역(P) 자체에서 약전계에서 강전계까지 모두 형성되고 있는 바, 전계 크기의 조금 변한다 해도 각 화소영역(P) 내에서 해소되어 표시화면상에 얼룩으로 표시되지 않게 되므로 문제되지 않는다.
한편, 이러한 화소전극과 중앙부 공통전극의 형태는 변형될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 변형예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판에 있어, 하나의 화소영역을 도시한 도면이다. 그 외의 구성요소는 전술한 실시예의 평면도를 도시한 도 5와 동일하므로 나타내지 않았다. 또한 동일한 구성요소에 대해서는 실시예에 부여된 도면부호에 100을 더하여 부여하였다.
도시한 바와 같이, 실시예와 차별점이 있는 부분은 중앙부 공통전극(255)의 형태가 되고 있으며, 그 외의 구성요소는 동일한 형태를 갖는다. 본 발명의 변형예의 경우, 다수의 중앙부 공통전극(255)이 최외각 공통전극(213)과 같이 직선형태를 가지며, 이와 이웃한 화소전극(258)만이 1개 이상의 절곡부를 가지며 지그재그 형태로 형성된 것이 특징이다. 이러한 구성 역시 4개의 도메인을 구성하며, 상기 화소전극(258)과 이와 이웃한 최외각 공통전극(213) 및 중앙부 공통전극(255) 간의 이격간격이 상기 화소전극(258)의 절곡부를 중심으로 점진적으로 늘어났다가 줄어들었다 하는 구성을 갖게 됨을 알 수 있으며, 이러한 구성에 의해 강전계와 중전계 및 약전계가 하나의 화소영역(P)에 동시에 구현되도록 하고 있음을 알 수 있다. 그 외의 구성요소는 실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
이후에는 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 단면구조에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위해 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의한다. 이때 상기 실시예와 변형예의 단면구조는 동일하므로 실시예를 기준으로 도면부호를 부여하였으며 실시예를 기준으로 설명한다.
도시한 바와 같이, 기판(101) 상에 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)에서 이격하여 나란하게 공통배선(108)이 형성되어 있다. 이때, 상기 스위칭 영역(TrA)에 대응하여 상기 게이트 배선(미도시)으로부터 분기하여 게이트 전극(110)이 형성되고 있으며, 상기 공통배선(108)에서 분기하여 직선형태의 최외각 공통전극(113)이 형성되고 있다.
다음, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(110)과 상기 공통배선(108) 및 최외각 공통전극(113) 위로 전면에 게이트 절연막(117)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(117) 위로 상기 스위칭 영역(TrA)에는 액티브층(120)과 오믹콘택층(123)으로 이루어진 반도체층(125)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(125) 위로는 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(132, 135)이 형성되어 있다. 또한 상기 게이트 절연막(117) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하며, 상기 소스 전극(132)과 연결되며 상기 최외각 공통전극(113)과 이웃하여 이와 나란하게 직선 형태로서 데이터 배선(130)이 형성되어 있다.
다음, 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(132, 135) 위로 상기 공통배선(108) 일부를 노출시키는 다수의 공통콘택홀(146)과, 상기 드레인 전극(135)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다.
다음, 상기 다수의 공통콘택홀(146)과 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140) 위로 투명 도전성 물질로써 상기 공통배선(108)과 중첩하며 상기 다수의 공통콘택홀(146)이 형성되어야 할 부분에 대응해서는 제거된 것이 특징인 화소연결패턴(150)이 형성되어 있다. 이때 서로 중첩하는 상기 공통배선(108)과 상기 화소 연결패턴(150)은 이들 사이에 개재된 상기 게이트 절연막(117)과 보호층(140)을 유전체층으로 하여 스토리지 커패시터(StgC)를 이루고 있다.
또한, 각 화소영역(P)에는 상기 다수의 공통콘택홀(146)을 통해 상기 공통배선(108)과 접촉하며 서로 이격하고 1개 이상의 절곡부를 갖는 지그재그 형태의 다수의 중앙부 공통전극(155)이 형성되어 있으며, 상기 화소연결패턴(152)에서 분기하여 상기 다수의 중앙부 공통전극(155)과 교대하며, 1개 이상의 절곡부를 가지며 지그재그 형태를 갖는 다수의 화소전극(158)이 형성되어 있다. 이때 상기 다수의 각 화소전극(158)은, 평면도인 도 5를 참조하면, 그 평면 형태가 이와 이웃한 중앙부 공통전극(155)과 그 이격간격의 중앙을 기준으로 상기 데이터 배선(130)과 나란한 가상의 선에 대해 선대칭 구조를 갖는 것이 특징이다.
이후에는 전술한 구조를 갖는 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다. 변형예의 경우 단지 중앙부 공통전극의 평면 형태만을 실시예와 달리하므로 실시예와 동일한 제조 공정을 통해 이루어지게 되는 바, 실시예의 제조 방법만을 설명한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 단계별 공정 평면도이며, 도 10a 내지 10d는 도 5를 절단선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다.
우선, 도 9a와 도 10a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 상에 저저항 특성을 갖는 제 1 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형 성하고, 이를 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 게이트 배선(105)과, 상기 게이트 배선(105)에서 분기하는 게이트 전극(110)과, 상기 게이트 배선(105)과 나란하게 이격하여 동일 방향으로 연장하는 공통배선(108)과 상기 공통배선(108)에서 분기한 형태를 갖는 최외각 공통전극(113)을 형성한다.
다음, 도 9b와 도 10b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(105)과 게이트 전극(110)과 공통배선(108) 및 최외각 공통전극(113) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 게이트 절연막(117)을 형성한다.
이후 연속하여, 상기 게이트 절연막(117) 위로 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘 및 제 2 금속물질을 연속하여 증착하여 불순물 비정질 실리콘층층(미도시) 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)과 제 2 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 회절노광법 또는 하프톤 노광법 등을 이용한 마스크 공정을 진행함으로써 패터닝하여 상기 게이트 전극(110)에 대응하는 상기 게이트 절연막(117) 위로 상태의 비정질 실리콘의 액티브층(120)과 그 위로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹코택층(123)과 상기 오믹코택층(123) 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(132, 135)을 형성함으로써 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 완성한다.
동시에 상기 게이트 절연막(117) 위로 상기 게이트 배선(105)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 상기 소스 전극(132)과 연결되며 직선 형태를 갖는 데이터 배선(130)을 형성한다.
이 경우, 상기 제 2 금속층(미도시)과 하부의 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 동시에 패터닝하게 됨으로써 상기 데이터 배선(130) 하부에도 제 1 패턴(121)과 제 2 패턴(124)으로 구성된 반도체 패턴(126)이 형성되고 있음을 보이고 있으나, 상기 액티브층(120)과 오믹콘택층(123)을 포함하는 반도체층(125)과, 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(132, 135)을 이원화하여 2회의 일반적인 마스크 공정을 진행하여 각각 형성하는 경우, 즉 상기 게이트 절연막(117) 위로 순수 및 불순물의 비정질 실리콘을 우선 증착하고 패터닝하여 스위칭 영역(TrA)에 아일랜드 형태로 상기 반도체층(125)을 먼저 형성하고, 그 상부로 상기 소스 및 드레인 전극(132, 135)을 형성하는 경우 상기 소스 및 드레인 전극(132, 135) 하부에만 반도체층(125)이 형성되고 상기 데이터 배선(130) 하부에는 반도체패턴(126)이 형성되지 않도록 할 수도 있다.
다음, 도 9c와 도 10c에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(132, 135) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 기판(101) 전면에 보호층(140)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(135)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(143)과, 상기 공통배선(108) 일부를 이격하며 노출시키는 다수의 공통콘택홀(146)을 형성한다.
다음, 도 9d와 도 10d에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(143)과 다수의 공통콘택홀(146)이 형성된 보호층(140) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐- 틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성한 후, 이를 패터닝함으로써 상기 공통배선(108) 중 상기 다수의 공통콘택홀(146)이 형성된 부분을 제외한 영역과 중첩하며 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 드레인 전극(135)과 접촉하는 화소연결패턴(150)을 형성하고, 동시에 각 화소영역(P)에 상기 화소연결패턴(150)에서 분기하며 최소 1개의 절곡부를 가지며 지그재그 형태를 갖는 다수의 화소전극(158)을 형성한다. 동시에 상기 다수의 공통콘택홀(146)을 통해 상기 공통배선(108)과 접촉하며 상기 다수의 화소전극(158)과 교대하며 최소 1개의 절곡부를 가지며 지그재그 형태로써 상기 화소전극(158)과 선대칭 구조를 갖거나 또는 변형예의 경우 상기 최외각 공통전극(113)과 나란하게 직선 형태를 갖는 다수의 중앙부 공통전극(155)을 형성함으로써 본 발명의 실시예 또는 변형예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판(101)을 완성한다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a, 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도.
도 3은 종래의 일반적인 횡전계형 액정표시장치용 기판에 있어, 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역을 도시한 평면도.
도 4는 종래의 꺾인 구조를 갖는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치용 기판에 있어, 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역을 도시한 평면도.
도 6은 도 5를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 7은 도 5에 도시한 A영역을 확대 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 변형예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판에 있어, 하나의 화소영역 내에 구성된 화소전극과 최외각 및 중앙부 공통전극만을 간략히 도시한 도면.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 단계별 공정 평면도.
도 10a 내지 10d는 도 5를 절단선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
101 : 어레이 기판 105 : 게이트 배선
108 : 공통배선 110 : 게이트 전극
113 : 최외각 공통전극 130 : 데이터 배선
132 : 소스 전극 135 : 드레인 전극
143 : 드레인 콘택홀 146 : 공통콘택홀
155 : (지그재그 형태의) 중앙부 공통전극
158 : (지그재그 형태의) 화소전극
b1, c1, e1 : 제 1 절곡부 b2, c2, e2 : 제 2 절곡부
b3, c3, e3 : 제 3 절곡부 d1, d2, d3, d4 : 제 1, 2, 3, 4 이격간격
P : 화소영역 StgC : 스토리지 커패시터
Tr : 박막트랜지스터

Claims (16)

  1. 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 나란하게 이격되어 형성된 공통배선과;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 공통배선과 연결되며 상기 데이터 배선과 나란하게 상기 화소영역의 최외각에 형성된 최외각 공통전극과;
    상기 최외각 공통전극 사이에 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 서로 이격하며 적어도 1개의 절곡부를 가지며 형성된 다수의 화소전극과;
    상기 다수의 화소전극과 서로 교대로 이격하며 형성된 다수의 중앙부 공통전극
    을 포함하며, 상기 서로 이웃한 한 쌍의 상기 화소전극 및 상기 최외각 공통전극 또는 상기 화소전극과 상기 중앙부 공통전극에 있어 그 이격간격이 변하는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 배선과 상기 최외각 공통전극은 각각 직선 형태로 형성된 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극은, 적어도 1개의 절곡부를 가지며 형성된 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극은, 이와 이웃한 화소전극과 그 이격간격의 중앙부를 기준으로 상기 데이터 배선과 나란한 가상의 선에 대해 선대칭 구조를 갖는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극은, 상기 최외각 전극과 나란하게 직선 형태를 갖는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통배선과 최외각 공통전극 및 게이트 배선은 동일한 층에 동일 물질 로 형성된 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극과 화소전극은 동일한 층에 동일한 물질로 형성된 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터와 상기 데이터 배선 상부에는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과, 상기 공통배선을 노출시키는 다수의 공통콘택홀을 갖는 보호층이 더욱 형성된 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호층 위로 상기 공통배선과 중첩하여 스토리지 커패시터를 이루며, 상기 다수의 화소전극과 연결되는 화소연결패턴을 포함하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극은 상기 보호층 위에 형성되며,
    상기 다수의 중앙부 공통전극 각각은 상기 다수의 공통콘택홀을 통해 상기 공통배선과 접촉하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 화소전극은 상기 보호층 위에 형성되며, 상기 다수의 화소전극과 연결된 상기 화소전극패턴은 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판.
  12. 화소영역이 정의된 기판 상에 일 방향으로 연장하는 게이트 배선과, 이와 이격하며 나란한 공통배선과, 상기 공통배선에서 상기 화소영역의 최외각으로 각각 분기하는 직선형태의 최외각 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선 위로 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하며 상기 최외각 공통배선과 나란하게 직선 형태를 갖는 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 데이터 배선과 상기 박막트랜지스터 상부로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과 상기 공통배선을 일부 노출시키는 다수의 공통콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 적어도 1개의 절곡부를 가지며 서로 이격하는 다수의 화소전극과, 상기 다수의 공통콘택홀을 통해 상기 공통배선과 각각 접촉하며 상기 다수의 화소전극과 교대로 이격하는 다수의 중앙부 공통전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극은 적어도 1개의 절곡부를 갖도록 형성하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극은 이와 이웃한 상기 화소전극과 그 이격간격의 중앙부에서 상기 데이터 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 선대칭을 이루도록 형성하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극은 상기 최외각 공통전극과 나란하게 직선형태로 형성하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 중앙부 공통전극과 화소전극을 형성하는 단계는,
    상기 보호층 위로 상기 공통배선과 중첩하며 상기 다수의 화소전극과 연결되는 화소연결패턴을 형성하는 단계를 포함하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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