KR20090091250A - 액정표시장치용 어레이 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판 상에 일방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 게이트 절연막을 개재하며 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 전기적으로 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 데이터 배선과 박막트랜지스터를 덮으며 상기 기판 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 데이터 배선과 상기 박막트랜지스터에 대응하여 형성되며 일정한 크기를 갖는 전압이 인가되는 투명 도전성 패턴과; 상기 투명 도전성 패턴 위로 상기 기판 전면에 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 투명 도전성 패턴과 중첩하며 형성된 화소전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
프린지필드, 액정표시장치, 개구율, 기생용량, 투명도전성패턴
Description
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로 특히, 프린지 필드 효과를 가지며, 데이터 배선과 화소전극간의 기생용량(Cdp)을 최소화한 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 구동된다. 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 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표 시장치로 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 오프(off)상태이므로 상기 공통전극과 화소전극 간에 수평전계가 형성되지 않으므로 액정층(11)의 배열 상태가 변하지 않는다.
하지만 이러한 횡전계형 액정표시장치는 시야각을 향상시키는 장점을 갖지만 개구율 및 투과율이 낮은 단점을 갖는다.
따라서 이러한 횡전계형 액정표시장치의 단점을 개성하기 위하여 프린지 필드(Fringe field)에 의해 액정이 동작하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(fringe field switching mode LCD)가 제안되었다.
도 3은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판(41)은 투명한 절연기판(41) 상에 게이트 절연막(48)을 사이에 두고 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(53)이 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하고 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(53)의 교차지점 부근에 위치한 스위칭 영역(TrA)에는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(48) 위로는 각 화소영역(P)에 있어 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(58)과 접촉하며 다수의 개구부(미도시)를 갖는 화소전극(60)이 형성되어 있으며, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 화소전극(60) 상부로 무기절연물질로써 제 1 보호층(65) 및 제 2 보호층(70)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 및 제 2 보호층(65, 70) 위로는 투명 도전성 물질로써 화소영역(P)에 관계없이 연결되며 판 형태의 공통전극(75)이 형성되어 있다. 이때, 상기 판 형태의 공통전극(75)의 경우 각 화소영역(P)에 있어 박막트랜지스터(Tr)가 형성된 부분에 대해서는 제거될 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(41)은 상기 각 화소영역(P)별로 다수의 개구부(미도시)를 가지며 형성된 화소전극(60)과 상기 판형태의 공통전극(75)에 전압이 인가됨으로써 프린지 필드(Fringe field)를 형성하게 된다.
하지만, 전술한 구성을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(41)은 데이터 배선(53) 및 박막트랜지스터(Tr)와 화소전극(60)이 동일한 층, 즉 게이트 절연막(48) 상에 형성되고 있음으로 상기 데이터 배선(53)과 이와 인접한 화소전극(60)과 이들 두 구성요소 사이에 형성된 상기 제 1 보호층(65)에 의해 기생용량(Cdp)이 형성되고, 이렇게 발생된 기생용량(Cdp)에 의해 크로스토크(cross-talk)가 발생하여 화상 품질에 악영향을 미치고 있는 실정이다.
이러한 화소전극(60)과 데이터 배선(53)에 의해 발생하는 기생용량(Cdp)을 줄이기 위해 화소전극(60)과 데이터 배선(53)간의 이격간격을 더욱 넓게 형성할 수도 있지만 이 경우, 화소영역(P) 내의 화소전극(60)이 작아짐으로 인해 프린지 필드를 형성하는 영역이 작아지게 되어 결국 개구율을 저하시키는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 개구율 저하없이 화소전극과 데이터 배선에 의해 발생하는 기생용량을 최소화하여 크로스토크 발생을 억제함으로서 고 품위의 화상을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은, 기판 상에 일방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 게이트 절연막을 개재하며 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 전기적으로 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 데이터 배선과 박막트랜지스터를 덮으며 상기 기판 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 데이터 배선과 상기 박막트랜지스터에 대응하여 형성되며 일정한 크기를 갖는 전압이 인가되는 투명 도전성 패턴과; 상기 투명 도전성 패턴 위로 상기 기판 전면에 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 투명 도전성 패턴과 중첩하며 형성된 화소전극을 포함한다.
이때, 상기 화소전극 위로 기판 전면에 형성된 제 3 보호층과; 상기 제 3 보호층 위로 형성된 공통전극을 포함하며, 상기 화소전극 또는 상기 화소영역에 대응하는 공통전극 중 어느 하나의 전극은 바(bar) 형태의 다수의 개구부를 갖는 것이 특징이다.
상기 투명 도전성 패턴은 상기 데이터 배선과 완전히 중첩하며, 상기 데이터 배선의 폭보다 더 넓은 폭을 가지며 형성되며, 상기 화소전극은 그 양끝단이 상기 데이터 배선과 중첩하도록 형성된 것이 특징이다.
상기 화소전극과 투명 도전성 패턴과 공통전극은 투명 도전성 물질로 이루어진 것이 특징이다.
상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 배선과 중첩하며 형성됨으로써 상기 게이트 배선을 그 자체로 게이트 전극으로 이용하는 것이 특징이다.
상기 투명 도전성 패턴에는 상기 공통전극에 인가되는 동일한 공통전압이 인가되는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은 데이터 배선과 화소전극 사이에 발생할 수 있는 기생용량을 개구율 저하없이 저감시키는 효과가 있다.
또한, 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 게이트 배선 상에 중첩하여 형성하고, 나아가 프린지 필드를 형성하면서도 일정 전압이 인가되는 투명 도전성 패턴이 데이터 배선 및 화소전극과 중첩되도록 형성함으로써 개구율을 향상시키고, 나아가 휘도 특성을 향상시키는 효과를 갖는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이며, 도 5는 도 4를 절단선 V-V를 따라 절단한 부분의 단면도이며, 도 6은 도 4를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 다수의 화소영역으로 구성되어 화상을 표시하는 부분을 표시영역, 상기 표시영역 외측에 위치한 부분을 비표시영역, 그리고 각 화소영역에 있어 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성되는 부분을 스위칭 영역이라 정의한다.
우선, 도 4를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 평면 형태에 대해 설명한다.
도시한 바와 같이, 일방향으로 다수의 게이트 배선(105)이 연장하며 구성되어 있으며, 이러한 다수의 게이트 배선(105)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 다수의 데이터 배선(130)이 구성되고 있다.
또한 상기 다수의 화소영역(P) 각각에는 이를 정의한 상기 데이터 배선(130)및 게이트 배선(105)과 연결되며, 게이트 전극(미도시)과 게이트 절연막(미도시)과 반도체층(120)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 포함하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 이때, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 게이트 배선(105) 상에 상기 게이트 배선(105) 자체를 게이트 전극(미도시)으로 이용하여 형성되고 있는 것이 특징이다. 이러한 구성의 경우 각 화소영역(P)의 개구율을 향상시키게 된다.
또한, 본 발명의 가장 특징적인 부분으로 상기 다수의 화소영역(P) 각각에는 상기 박막트랜지스터(Tr)와 데이터 배선(130)과 완전히 중첩하며 상기 데이터 배선(130)보다는 넓은 폭을 갖는 투명 도전성 패턴(145)이 형성되어 있다. 이러한 투명 도전성 패턴(145)은 소정의 전압이 인가됨으로써 화소전극(155)과 데이터 배선(130)에 의해 발생하는 기생용량을 최소화시키는 역할을 하는 것이다. 이의 역할에 대해서는 추후 더 상세히 설명한다.
또한, 각 화소영역(P)에는 각각 이러한 투명 도전성 패턴(145)과 일부 중첩하며 드레인 콘택홀(150)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)과 전기적으로 연결되며 다수의 바(bar) 형태의 개구부(op)를 갖는 판 형태의 화소전 극(155)이 형성되어 있다.
또한, 상기 다수의 화소영역(P)이 형성된 표시영역 전면에는 각 화소영역(P)에 대응하여 상기 판 형태의 화소전극(155)과 중첩하며 공통전극(미도시)이 형성되고 있다.
한편, 도면에 있어서는 화소전극(155)에 대해 다수의 개구부(op)가 형성된 것을 보이고 있지만, 상기 판 형태의 화소전극(155)에 형성된 다수의 바(bar) 형태의 개구부(op)는 생략될 수 있으며, 이 경우, 상기 다수의 바 형태의 개구부(op)는 공통전극 중 각 화소영역(P)에 대응하는 영역에 형성되어도 무방하다. 즉, 다수의 바 형태의 개구부(op)는 화소전극(155) 또는 공통전극(미도시) 중 어느 하나에 대해 각 화소영역(P) 별로 형성되기만 하면 프린지 필드를 형성할 수 있는 바, 선택적으로 어느 하나의 전극에 형성할 수 있다. 본 발명에 있어서는 제 1 실시예의 경우 화소전극 내에 개구부가 형성되고 있는 것을, 제 2 실시예의 경우 공통전극 내에 개구부가 형성되고 있는 것을 보이고 있다.
이후에는 단면 구조를 도시한 도 5 및 6을 참조하여 좀 더 구체적으로 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 구조에 대해 설명한다.
도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 상에 저저항 특성을 갖는 금속물질예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 중 선택되는 하나의 금속물질로써 게이트 배선(미도시)과 이와 연결되어 각 화소영역(P)에 게이트 전극(108)이 형성되어 있다. 이때, 본 발명의 경우 개구율 향상을 위해 상기 게이 트 전극(108)은 상기 게이트 배선(미도시) 자체로 이루어짐을 특징으로 한다. 한편, 도면에 있어서는 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(108)은 단일층 구조인 것을 일례로 보이고 있으나, 변형예로서 이중층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다. 이중층 구조를 이루는 경우 하부층은 저저항 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 중 선택되는 하나의 금속물질로, 상부층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(108) 위로 기판(101) 전면에 무기절연물질로서 게이트 절연막(115)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(115) 위로 상기 게이트 전극(108)에 대응하여 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)을 포함하는 반도체층(120)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(120) 상부로 이격하며 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다. 이때, 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136) 사이로는 상기 반도체층(120) 중 액티브층(120a)이 노출되고 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(115) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하며, 데이터 배선(130)이 형성되어 있으며, 이는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(133)과 연결되어 있다. 이때, 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 데이터 배선(130)과 상기 게이트 절연막(115) 사이에는 상기 반도체층(120)을 구성하고 있는 동일한 반도체 물질로써 이중층 구조의 반도체 패턴(미도시)이 형성될 수도 있다. 이는 제조 방법에 기인한 것으로, 반도체층(120)과, 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 1회의 마스크 공정을 통해 동시 에 형성하는 경우는 상기 데이터 배선(130) 하부에 반도체 패턴(미도시)이 형성되게 되며, 반도체층(120)과, 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 서로 다른 마스크 공정을 통해 각각 형성하는 경우는 도시한 바와 같이 데이터 배선(130) 하부에 반도체 패턴은 형성되지 않는다.
한편, 상기 데이터 배선(130)과, 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 무기절연물질로 기판(101) 전면에 제 1 보호층(140)이 형성되어 있다. 이때 상기 제 1 보호층(140)은 그 하부에 위치한 박막트랜지스터(Tr)와 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)등 구성요소의 단차가 반영되어 그 표면이 실질적으로는 평탄하지 않도록 형성되지만, 도면의 간소화를 위해 상기 제 1 보호층(140)은 그 표면이 평탄한 형태를 갖도록 도시하였다.
다음, 상기 제 1 보호층(140) 위로 상기 데이터 배선(130)과는 완전히 중첩하며 상기 데이터 배선(130)의 폭보다 넓은 폭을 가지고, 박막트랜지스터(Tr)와도 중첩하며 투명 도전성 물질로써 투명 도전성 패턴(145)이 형성되어 있다. 이때, 상기 투명 도전 패턴(145)에는 소정의 전압이 인가되는 것이 특징이며, 나아가 공통전극(170)에 인가되는 공통전압과 동일한 전압이 인가되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 투명 도전성 패턴(145)은 상기 데이터 배선(130)보다 그 폭이 넓게 형성됨으로써 화소영역(P) 일부를 가리게 되지만 투명하므로 개구율에는 전혀 영향을 미치지 않는 것이 특징이다.
또한, 상기 투명 도전성 패턴(145) 위로 무기절연물질로 제 2 보호층(148)이 기판(101) 전면에 형성되고 있으며, 상기 제 2 보호층(148) 위로는 각 화소영역(P) 에 대응하여 투명 도전성 물질로써 다수의 바(bar) 형태의 개구부(op)를 구비한 판 형태의 화소전극(155)이 형성되어 있다. 이때, 상기 각 화소영역(P) 내의 화소전극(155)은 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 상기 제 1 및 제 2 보호층(140, 148) 내에 형성된 드레인 콘택홀(150)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 접촉하여 전기적으로 연결되고 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 화소전극(155)은 그 일끝단이 상기 투명 도전성 패턴(145)과 중첩하며 나아가 상기 데이터 배선(130)과도 중첩하도록 형성됨으로써 각 화소영역(P)의 개구율을 향상시키고 있는 것이 특징이다. 이렇게 상기 화소전극(155)이 데이터 배선(130)과 중첩하도록 형성될 수 있는 것은, 우선, 상기 화소전극(155)과, 데이터 배선(130)은 서로 다른 층에 형성되고 있으며, 나아가 상기 투명 도전성 패턴(145)에 의해 상기 화소전극(155)과 데이터 배선(130)이 중첩되더라도 중첩된 부분에 발생하는 기생용량(C1 + C2)은 종래대비 작은 값을 갖기 때문이다.
종래의 경우 화소전극과 데이터 배선이 동일한 층에 형성됨으로써 서로 접촉하지 않도록 이격하여 형성해야 하며, 이격영역에는 제 1 보호층이 채워지게 되는 바, 기생용량이 형성되는 구조가 된다. 하지만, 본 발명의 경우, 화소전극(155)과 데이터 배선(130)이 서로 다른 층에 형성됨으로써 절연됨으로 중첩하더라도 서로 직접 접촉되지 않는 구조가 되며, 또한 상기 투명 도전성 패턴(145)이 개재됨으로써 기생용량(C1 + C2)이 직렬 연결된 두 개로 나뉘게 되며, 상기 투명 도전성 패턴(145)에 특정 전압이 인가됨으로써 기생용량(C1 + C2)을 최소화하게 된다.
한편, 도면에 있어서는 각 화소영역(P)별로 상기 화소전극(155) 내에 상기 바(bar) 형태의 개구부(op)가 서로 동일 간격으로 이격하며 3개가 구성되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 효율적인 프린지 필드 형성을 위해 상기 개구부(op)는 2개 내지 10개 정도의 범위 내에서 적당한 개수로 형성될 수 있다.
다음, 상기 화소전극(155) 위로 무기절연물질 또는 유기절연물질로써 기판(101) 전면에 제 3 보호층(160)이 형성되어 있으며, 상기 3 보호층(160) 위로 투명도전성 물질로써 화소영역(P)들로 이루어진 표시영역 전면에 대해 판 형태의 공통전극(170)이 형성되어 있다.
한편, 상기 표시영역 외측의 비표시영역에는 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)의 일끝단이 위치하는 게이트 및 데이터 패드부(미도시)가 구성되고 있다. 상기 게이트 및 데이터 패드부(미도시)에는 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)과 각각 연결된 게이트 패드전극(미도시) 및 데이터 패드전극(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(170)에 공통전압 인가를 위해 상기 공통전극(170)과 연결된 공통 패드전극(미도시)이 형성되어 있다.
이때, 상기 게이트 패드전극(미도시)에 대해서는 이의 상부에 형성된 상기 게이트 절연막(115) 및 제 1,2,3 보호층(140, 148, 160)이 제거되어 게이트 패드 콘택홀(미도시)이 구비됨으로써 상기 게이트 패드전극(미도시)을 노출시키고 있으며, 상기 데이터 패드전극(미도시)에 대해서는 이의 상부에 형성된 제 1, 2, 3 보호층(140, 148, 160)이 제거되어 데이터 패드 콘택홀(미도시)이 구비됨으로써 상기 데이터 패드전극(미도시)을 노출시키고 있다.
또한, 상기 게이트 및 데이터 패드부(미도시)에 있어서는 상기 제 3 보호층 (160)위로 상기 게이트 및 데이터 패드전극(미도시)과 각각 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(미도시)을 통해 접촉하며 게이트 보조 패드전극(미도시) 및 데이터 보조 패드전극(미도시)이 상기 공통전극(170)을 이루는 동일한 물질로 형성되어 있다.
한편, 공통 패드전극(미도시)은 상기 게이트 패드부(미도시) 또는 데이터 패드부(미도시)에 위치하며, 상기 표시영역에 형성된 공통전극(170)이 배선형태로 연장하여 형성되고 있다.
또한, 본 발명의 특징적인 구성인 상기 투명 도전성 패턴(145)의 경우, 표시영역에 있어서는 상기 데이터 배선(130)과 중첩하여 형성되고 있지만, 비표시영역에 있어서는 절곡되어 상기 데이터 배선(130)과 중첩하지 않고, 그 일끝단이 모두 연결되고 있으며, 연결된 하나의 끝단이 게이트 또는 데이터 패드부(미도시)까지 연장되고 있으며, 상기 게이트 또는 데이터 패드부(미도시)까지 연장된 일끝단은 제 1 패드전극(미도시)을 이루며, 외부로부터 일정한 전압을 인가받을 수 있는 구조가 되고 있다. 이때, 상기 제 1 패드전극(미도시)은 이와 중첩하는 상기 제 2, 3 보호층(148, 160)이 제거되어 제 1 패드 콘택홀(미도시)이 구성됨으로써 노출되고 있으며, 공통전압이 인가되는 경우, 상기 공통전극(170)이 배선형태로 연장되어 상기 제 1 패드 콘택홀(미도시)을 통해 상기 제 1 패드전극(미도시)과 접촉하도록 구성되고 있다.
<제 2 실시예>
본 발명의 제 2 실시예에 따른 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치 용 어레이 기판의 경우, 그 평면구조는 도 4와 동일하며, 단지 그 단면구조가 전술한 제 1 실시예와 다른 구조가 된다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어서는 도 4에 나타낸 절단선이 위치한 동일한 부분을 각각 절단한 단면도인 도 7과 도 8를 참조하여 차별점이 있는 부분에 대해서만 간단히 설명한다. 이때 설명의 편의를 위해 도 4에 제시된 구성요소의 도면부호에 대해 100을 더하여 도면부호를 부여하였으며, 설명하지 않는 구성요소에 대해서는 제 1 실시예와 동일한 구성을 갖는다.
도면을 참조하면, 제 1 실시예와 차별적인 구성은, 화소전극(255)과 공통전극(270)에 있음을 알 수 있다.
제 1 실시예의 경우, 프린지 필드 형성을 위해 다수의 각 화소전극(도 5 및 6의 155)이 다수의 바(bar) 형태의 개구부(op)를 가지며 형성되고, 공통전극(도 5 및 6의 170)은 표시영역 전체에 대해 판형태를 갖는 구성이 되고 있다.
하지만, 제 2 실시예의 경우, 화소영역(P)별로 각각 분리 형성되는 화소전극(255)은 각 화소영역(P) 내에서 그 내부에 다수의 개구부 형성없이 각 화소영역(P)별로 분리된 판 형태를 가지며 형성되고 있으며, 공통전극(270)이 각 화소영역(P)에 대응되는 부분에 있어 다수의 바(bar) 형태를 갖는 개구부(op)를 형성하고 있는 것이 특징이다. 이때, 도면에 있어서는 각 화소영역(P)별로 이에 대응하는 상기 공통전극(270) 영역 내에 상기 바(bar) 형태의 개구부(op)가 서로 동일 간격으로 이격하며 3개씩 구성되어 있지만, 이는 일례를 보인 것이며, 효율적인 프린지 필드 형성을 위해 상기 각 화소영역(P)에 대응하는 부분에서의 개구부(op)는 2개 내지 10개 정도의 범위 내에서 적당한 개수로 형성될 수 있음은 자명하다.
그 외의 구성은 전술한 제 1 실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
<제조 방법>
이후에는 전술한 구조적 특징을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대해 간단히 도 4, 5, 6을 참조하여 설명한다. 제 2 실시예의 경우 그 제조방법은 다수의 개구부를 공통전극에 형성하는 것만을 달리하고 실질적으로 제 1 실시예와 동일하므로 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법만을 설명한다. 이때 설명의 편의상 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의한다.
우선, 투명한 절연기판(101) 상에 저저항 특성을 갖는 제 1 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금 중 선택된 물질을 전면에 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 포토레지스트의 도포, 포토 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 상기 제 1 금속층(미도시)의 식각 및 포토레지스트의 스트립(strip) 등의 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 상기 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 다수의 게이트 배선(105)과 각 화소영역(P)에 상기 게이트 배선(105)과 연결된 게이트 전극(108)을 형성한다. 이때, 게이트 패드부(미도시)에 있어서는 상기 게이트 배선(105)의 일끝단과 연결되며 게이트 패드전극(미도시)을 형성한다.
한편, 도면에 있어서는 상기 게이트 배선(105)과 게이트 전극(108)은 단일층으로 구성된 것을 보이고 있으나, 두 가지 금속물질 예를들면 알루미늄 합금(AlNd) 및 몰리브덴(Mo)이 각각 하부층과 상부층을 이루도록 하여 이중층 구조를 갖도록 형성할 수도 있다.
다음, 상기 게이트 배선(105) 및 게이트 전극(108) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 기판(101) 전면에 게이트 절연막(115)을 형성하고, 연속하여 상기 게이트 절연막(115) 상부로 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘을 순차적으로 증착함으로써 순수 비정질 실리콘 물질층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘 물질층(미도시)을 형성하고 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 스위칭 영역(TrA)에 있어 상기 게이트 전극(108)에 대응하여 액티브층(120a)과, 그 상부로 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 위로 제 2 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금 중 하나를 증착함으로써 제 2 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 게이트 배선(105)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터 배선(130)을 형성하고, 동시에 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어서는 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 상에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전 극(133, 136)을 형성한다. 이때, 데이터 패드부(미도시)에 있어서는 상기 데이터 배선(130)의 일끝단과 연결되는 데이트 패드전극(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136) 사이로 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 제거함으로써 상기 액티브층(120a)을 노출시키며, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 하부로 오믹콘택층(120b)을 형성한다. 이때, 상기 액티브층(120a)과 서로 이격하는 오믹콘택층(120b)은 반도체층(120)을 이루게 되며, 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 게이트 전극(108), 게이트 절연막(115), 반도체층(120), 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
한편, 변형예로서 상기 반도체층(120)과 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 1회의 마스크 공정을 진행하여 형성될 수도 있다. 즉, 상기 불순물 비정질 실리콘 물질층(미도시) 형성 후 이를 패터닝하지 않고, 그 상부로 상기 제 2 금속층(미도시)을 형성한다. 이후, 마스크 공정 더욱 정확히는 회절노광 또는 하프톤 노광을 실시할 수 있는 반투과영역을 포함하는 노광 마스크를 이용한 마스크 공정을 진행하여 상기 제 2 금속층(미도시)과 그 하부의 불순물 및 순수 비정질 실리콘 물질층(미도시)을 식각하여 제거함으로써 상기 게이트 절연막(115) 상부로 상기 게이트 배선(105)과 교차하며, 순수 및 불순물 비정질 실리콘 물질로 이루어진 이중층 구조의 반도체 패턴(미도시)을 포함하는 데이터 배선(130)을 형성하고, 동시에 스위칭 영역(TrA)에 있어서는 상기 게이트 절연막(115) 위로 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 그 상부로 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘 택층(120b)의 반도체층(120)을 형성하고, 그 상부로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 데이터 배선 하부(130)에도 이중층 구조의 반도체 패턴(미도시)이 형성되게 된다.
다음, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 데이터 배선(130) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제 1 보호층(140)을 형성하고, 상기 제 1 보호층(140) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 데이터 배선(130)과 각 화소영역(P) 내의 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 투명 도전성 패턴(145)을 형성한다. 이때, 상기 투명 도전성 패턴(145)은 데이터 배선(130)과 중첩하도록 형성되고 있으며, 나아가 이들 끝단은 도면에 나타나지 않았지만 비표시영역에서 모두 연결되고 있으므로 각 화소영역(P)간에는 전기적으로 연결되게 된다.
한편, 상기 투명 도전성 패턴(145)은 비표시영역에 있어서는 상기 다수의 데이터 배선(130)과 중첩되는 부분이 절곡되어 그 일끝단이 모두 연결되도록 하며, 상기 연결된 부분에서 배선형태로 분기하여 상기 게이트 또는 데이터 패드부(미도시)까지 연장함으로써 제 1 패드전극(미도시)을 이루도록 형성한다.
다음, 상기 투명 도전성 패턴(145) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제 2 보호층(148)을 형성하고, 연속하여 스위칭 영역(TrA)에 있어 상기 제 2 보호층(148) 및 그 하부의 제 1 보호 층(140)을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(150)을 형성한다.
다음, 상기 드레인 콘택홀(150)이 형성된 제 2 보호층(148) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고 이를 패터닝함으로써 각 화소영역(P)별로 상기 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(150)을 통해 접촉하며, 바(bar) 형태의 다수의 개구부(op)를 갖는 판 형태의 화소전극(155)을 형성한다. 제 2 실시예의 경우는 상기 다수의 개구부(op)없이 판형태의 화소전극(도 7 및 8의 255)을 각 화소영역(P)별로 형성한다.
이때, 상기 화소전극(155)의 양끝단은 상기 투명 도전성 패턴(145)과 중첩하며, 나아가 상기 데이터 배선(130)과 중첩하도록 형성하는 것이 개구율 향상 측면에서 바람직하다.
다음, 상기 다수의 화소전극(155) 위로 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하거나 또는 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 도포함으로써 제 3 보호층(160)을 형성한다.
이후, 상기 제 3 보호층(160)을 포함하여 하부의 제 2 및 1 보호층(148, 140)과 게이트 절연막(115)을 제거함으로써 게이트 패드부(미도시)에 있어서는 게이트 패드전극(미도시)을 노출시키는 게이트 패드 콘택홀(미도시)을 형성하고, 동시에 데이터 패드부(미도시)에 있어서는 제 3,2,1 보호층(160, 148, 140)을 제거함 으로써 상기 데이트 패드전극(미도시)을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀(미도시)을 형성하고, 나아가 게이트 또는 데이터 패드부(미도시) 중 어느 하나의 영역에 상기 투명 도전성 패턴(145)과 연결된 제 1 패드전극(미도시)을 노출시키는 제 1 패드 콘택홀(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(미도시)과 제 1 패드 콘택홀(미도시)이 형성된 제 3 보호층(160) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 표시영역 전면에 판 형태의 공통전극(170)을 형성하고, 게이트 및 데이터 패드부(미도시)에 있어서는 상기 게이트 패드 콘택홀(미도시)을 통해 상기 게이트 패드전극(미도시)과 접촉하는 게이트 보조 패드전극(미도시)과, 상기 데이터 패드 콘택홀(미도시)을 통해 상기 데이터 패드전극(미도시)과 접촉하는 데이터 보조 패드전극(미도시)과, 상기 1 패드 콘택홀(미도시)을 통해 상기 제 1 패드전극(미도시)과 접촉하는 제 1 보조 패드전극(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 투명 도전성 패턴(145)에 공통전압을 인가하는 경우, 상기 제 1 보조 패드전극(미도시)은 생략될 수 있으며, 상기 공통전극(170)을 배선형태로 연장하여 상기 제 1 패드 콘택홀(미도시)을 통해 상기 제 1 패드전극(미도시)과 접촉하도록 형성할 수도 있다.
한편, 제 2 실시예의 경우, 상기 공통전극(도 7 및 8의 270) 형성 시 각 화소영역(P)에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 개구부(op)를 갖도록 형성함으로써 하부의 판 형태의 화소전극(도 7 및 8의 255)과 더불어 프린지 필드를 형성하는 어레이 기판(도 7 및 8의 201)을 이루도록 할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
일례로 공통전극을 제외한 게이트 및 데이터 배선과 박막트랜지스터와 화소전극을 구성요소로 하는 TN모드 액정표시장치용 어레이 기판에 대해서도 적용이 가능하다. 이러한 TN모드 액정표시장치용 어레이 기판은 전술한 제 1 및 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어, 제 3 보호층과 공통전극을 제외한 구성요소로 이루어지며, 이때 화소전극은 다수의 개구부 없이 판형태를 갖도록 함으로써 형성할 수 있다.
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 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 5는 도 4를 절단선 V-V를 따라 절단한 부분의 단면도.
도 6은 도 4를 절단선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 부분의 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시에에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역을 도 4에 도시한 절단선 Ⅴ-Ⅴ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시에에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역을 도 4에 도시한 절단선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
101 : (어레이)기판 115 : 게이트 절연막
130 : 데이터 배선 140 : 제 1 보호층
145 : 투명 도전성 패턴 148 : 제 2 보호층
155 : 화소전극 160 : 제 3 보호층
170 : 공통전극
C1, C2 : 기생용량 op :(바(bar) 형태의)개구부
P : 화소영역
Claims (8)
- 기판 상에 일방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과;상기 게이트 배선과 게이트 절연막을 개재하며 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과;상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 전기적으로 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;상기 데이터 배선과 박막트랜지스터를 덮으며 상기 기판 전면에 형성된 제 1 보호층과;상기 제 1 보호층 위로 상기 데이터 배선과 상기 박막트랜지스터에 대응하여 형성되며 일정한 크기를 갖는 전압이 인가되는 투명 도전성 패턴과;상기 투명 도전성 패턴 위로 상기 기판 전면에 형성된 제 2 보호층과;상기 제 2 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 투명 도전성 패턴과 중첩하며 형성된 화소전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 화소전극 위로 기판 전면에 형성된 제 3 보호층과;상기 제 3 보호층 위로 형성된 공통전극을 포함하며, 상기 화소전극 또는 상기 화소영역에 대응하는 공통전극 중 어느 하나의 전극은 바(bar) 형태의 다수의 개구부를 갖는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 투명 도전성 패턴은 상기 데이터 배선과 완전히 중첩하며, 상기 데이터 배선의 폭보다 더 넓은 폭을 가지며 형성된 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 3 항에 있어서,상기 화소전극은 그 양끝단이 상기 데이터 배선과 중첩하도록 형성된 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항 있어서,상기 화소전극과 투명 도전성 패턴은 투명 도전성 물질로 이루어진 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 2 항 있어서,상기 화소전극과 투명 도전성 패턴과 공통전극은 투명 도전성 물질로 이루어진 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 배선과 중첩하며 형성됨으로써 상기 게이트 배선을 그 자체로 게이트 전극으로 이용하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 2 항에 있어서,상기 투명 도전성 패턴에는 상기 공통전극에 인가되는 동일한 공통전압이 인가되는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
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| KR (1) | KR20090091250A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130060603A (ko) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | 엘지디스플레이 주식회사 | 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판 |
| US9547209B2 (en) | 2013-07-02 | 2017-01-17 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid crystalline display with enhanced display quality thereof and a method for manufacturing the same |
| CN107608116A (zh) * | 2015-04-01 | 2018-01-19 | 上海天马微电子有限公司 | 阵列基板、触控显示面板和触控显示装置 |
-
2008
- 2008-02-23 KR KR1020080016542A patent/KR20090091250A/ko not_active Application Discontinuation
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