KR100720421B1 - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
액정 배열을 안정되게 하여 응답속도를 높임과 동시에, 고개구율을 갖는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 액정표시소자는 소정 간격을 두고 서로 대향되는 제1기판 및 제2기판과; 상기 제1기판상의 일영역이 드러나도록 경사면을 갖고 형성된 절연막과; 상기 제1기판상의 상기 절연막상에 일방향으로 형성된 게이트라인과; 상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 배열되어 화소영역을 정의하는 데이터라인과; 상기 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 게이트라인 또는 데이터라인과 동일층에 형성되고, 상기 절연막의 경사면에 형성된 공통보조전극과; 상기 제2기판 상에 형성된 칼라필터층과; 상기 칼라필터층을 포함한 제2기판상에 형성된 공통전극과; 상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극상의 일영역에 형성된 유전체돌기와; 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
공통보조전극, 화소전극, 유전체돌기, 액정, 게이트라인, 데이터라인
Description
도 1은 종래기술에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 확대 평면도
도 2는 도 1의 A-A'라인의 종래기술에 따른 액정표시소자의 구조 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 확대 평면도
도 4는 도 3의 B-B'라인의 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구조 단면도
도 5a 내지 도 5d는 도 3의 B-B'라인의 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도
도 6은 도 3의 C-C'라인의 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 구조 단면도
도 7a 내지 도 7d는 도 3의 C-C'라인의 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
40 : 상부기판 41 : 차광층
42 : 칼라필터층 43 : 공통전극
44 : 유전체돌기 45 : 액정층
50 : 하부기판 51 : 유기절연막
52 : 제1금속물질 52a : 게이트라인
52b, 54b : 공통보조전극 53 : 게이트절연막
54 : 제2금속물질 54a : 데이터라인
55 : 보호막 56 : 화소전극
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공통보조전극에 의한 전계의 분산을 방지하여 액정 배향을 안정화시킴과 동시에 고개구율을 확보하기 위한 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점차 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), 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 같은 액정표시소자가 여러 분야에서 화면 표시 장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시 장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 특징 및 장점과 배치되는 점이 많이 있다. 따라서, 액정표시소자가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시소자는 화상을 표시하는 액정패널과 상기 액정패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있다.
상기에서 액정표시소자는 소정간격을 두고 서로 대향되어 있는 하부기판과 상부기판 및 상기 양 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되어 있으며, 상기 양 기판 사이에 형성되는 전기장에 의해 액정층을 구동하고, 그 구동되는 액정층을 통해서 광투과도를 조절하여 화상을 표시한다.
이와 같은 액정표시소자로서 근래에 주로 사용되고 있는 액정표시소자는 트위스트네마틱(Twisted Nematic : TN) 액정표시소자로서, 상기 TN 액정표시소자는 시야각에 따라서 각 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 특성이 있다.
특히, 좌우 방향에서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만 상하 방향에서는 비대칭적으로 분포하여 계조반전(gray inversion)이 발생하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, VA 모드(Vertical Aligned mode)를 사 용하여 하나의 화소영역 내에서 액정구동을 다르게 하여 도메인을 분할함으로써 시야각에 따라 광투과도가 달라지는 것을 보상하는 방법이 제한되었다.
상기 VA 모드는 상부기판에 돌기나 전계유도창과, 하부기판에 공통보조전극(side electrode)을 사용하여 구성하였다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 시야각을 보상하기 위해 제안된 종래의 액정표시소자에 대해서 설명한다.
도 1은 종래의 액정표시소자의 단위화소의 확대 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'라인의 단면도이다.
도 1은 종래의 액정표시소자의 단위화소의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'라인의 단면도로서, 종래의 액정표시소자는 하부기판(1) 및 상부기판(10); 상기 하부기판(1) 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(2)과 데이터라인(4); 게이트라인(2)의 양측으로 돌출된 게이트전극(2a); 상기 게이트라인(2)을 포함한 하부기판(1) 상에 형성된 게이트절연막(미도시); 상기 게이트전극(2a) 상부의 상기 게이트절연막 상에 형성된 액티브영역(3); 상기 액티브영역과 동일층의 상기 화소영역 내에 형성된 화소전극(7); 상기 데이터라인(4)의 일측에서 액티브영역(3)의 일측과 오버랩되도록 돌출 형성된 소오스전극(4a); 소오스전극(4a)과 일정간격 격리되어 액티브영역(3)의 타측 및 화소전극(7)의 일영역상에 오버랩된 드레인전극(4b); 상기 화소전극(7)을 포함한 전면에 형성된 층간 보호막(6); 상기 화소전극(7)의 둘레와 오버랩 되도록 상기 층간 보호막(6)상에 형성된 공통보조전극(5); 상기 공통보조전극(5)을 포함한 하부기판(1)상에 형성된 제1배향막(8); 상기 상부기판(10) 위에 형성된 차광층(미도시); 상기 차광층상 및 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 칼라필터층(미도시); 상기 칼라필터층 위에 형성되며 그 내부에 'X'자 모양의 전계유도창(14)이 형성된 공통전극(13); 상기 공통전극(13)을 포함한 상부기판(10)상에 형성된 제2배향막(15) 및 상기 상, 하부기판(10, 1) 사이에 형성된 액정층(16)을 포함하여 구성된다.
이때 공통보조전극(5)은 이웃하는 화소의 공통 보조전극과 연결되어 있다.
즉, 이와 같은 종래의 액정표시소자는 하부기판(1) 상에 형성된 화소전극(7)과 상부기판(10) 상에 형성된 공통전극(13)에 전기장이 형성될 때, 상기 공통전극(13) 내부에 형성된 전계유도창(14)에 의해 도 1b의 화살표에서와 같이 프린지 필드(fringe field)가 형성되어, 상기 전계유도창(14)을 중심으로 양측 액정층의 액정분자가 상기 프린지 필드에 따라 서로 다른 배향을 함으로써 시야각을 보상하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 액정표시소자에 있어서, 화소전극(7)의 둘레에 형성되는 공통보조전극(5)은 빛이 투과할 수 없는 금속으로 형성되고, 또한 데이터배선(4)과 쇼트되는 것을 방지하기 위해서 데이터배선(4)과 일정간격을 두고 형성되게 되므로, 그 만큼 화소전극(7)의 폭이 줄어들어 개구율이 저하되게 되어 결국 휘도가 감소된다.
따라서, 제품에 적용하기 위해서는 백라이트 밝기를 높이는 등의 작업이 수행되어야 하나 이는 소비전력이 상승되게 되는 등의 문제점이 발생된다.
또한 상기의 예는 VA 모드 액정표시소자로 이 예를 TN에 적용할 경우에는 일 반적으로 화소의 가장자리 부분에 바깥으로 향하는 전기장 방향이 존재하게 되어 액정 배열이 불안정하다.
따라서 화소의 가장자리 영역에서 빛샘 현상이 발생하여 명암비가 감소할 수 있고, 또한 터치(touch)시에도 액정 배열이 불안정하여 작은 힘에도 얼룩이 쉽게 남고 응답속도도 느려서 원상회복이 되지 않는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 액정 배열을 안정되게 하여 응답속도를 높임과 동시에, 고개구율을 갖는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 소정 간격을 두고 서로 대향되는 제1기판 및 제2기판과; 상기 제1기판상의 일영역이 드러나도록 경사면을 갖고 형성된 절연막과; 상기 제1기판상의 상기 절연막상에 일방향으로 형성된 게이트라인과; 상기 게이트라인과 동일층에 형성되고, 상기 절연막의 경사면에 형성된 공통보조전극과; 상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 배열되어 화소영역을 정의하는 데이터라인과; 상기 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 제2기판 상에 형성된 칼라필터층과; 상기 칼라필터층을 포함한 제2기판상에 형성된 공통전극과; 상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극상의 일영역에 형성된 유전체돌기와; 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 공통보조전극은 상기 화소전극과 일정간격을 갖고, 상기 화소전극의 가장자리를 따라 오버랩되도록 구성된다.
그리고 상기 공통보조전극은 상기 게이트라인과 동일물질로 형성된다.
그리고 절연막은 벤조사이클로부텐(benzocyclobuten:BCB), 포토아크릴(photoacryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성하며, 유전체돌기는 상기 공통전극상에 상호 독립적으로 적어도 하나 이상 형성한다.
그리고 상기 공통보조전극은 게이트라인과 동일층에 형성되는 구조외에도 상기 데이타라인과 동일층에 형성할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 제1기판상의 일영역이 드러나도록 경사면을 갖는 절연막을 형성하는 단계; 상기 제1기판상의 상기 절연막상에 일방향으로 게이트라인을 형성함과 동시에 상기 절연막의 경사면에 공통보조전극을 형성하는 단계; 상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 배열되어 화소영역을 정의하도록 데이터라인을 형성하는 단계; 상기 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계; 상기 제1기판의 화소영역에 대응되는 제2기판 상에 칼라필터층을 형성하는 단계; 상기 칼라필터층을 포함한 상기 제2기판상에 공통전극을 형성하는 단계; 상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극상의 일영역에 유전체돌기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 구성을 갖는 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 제1기판상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막상에 일방향으로 게이트라인을 형성하는 단 계; 상기 게이트라인상에 게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 제1기판상의 일영역이 드러나며, 경사면을 갖도록 상기 게이트절연막과 절연막을 식각하는 단계; 상기 게이트절연막상에 상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 배열되어 화소영역을 정의하도록 데이터라인을 형성함과 동시에, 상기 절연막의 경사면에 공통보조전극을 형성하는 단계; 상기 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계; 상기 제1기판의 화소영역에 대응되는 제2기판 상에 칼라필터층을 형성하는 단계; 상기 칼라필터층을 포함한 상기 제2기판상에 공통전극을 형성하는 단계; 상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극상의 일영역에 유전체돌기를 형성하는 단계를 포함한다.
이때 공통보조전극은 상기 데이타라인과 동일물질로 형성한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명은 하부기판에 형성되는 공통보조전극(side electrode)의 효과를 살림과 동시에, 화소 가장자리 부분에서 액정 방향이 분산되지 않도록 안정화 시키기 위해서 공통보조전극을 경사지게 형성하는데 그 특징이 있는 것이다.
이때, 상기 공통보조전극은 게이트라인 또는 데이터라인과 동시에 형성될 수 있는데, 그 구조 및 제조방법을 실시예별로 나누어 설명하기로 한다.
제1실시예
본 발명의 제1실시예는 하부기판에 공통보조전극(side electrode)을 경사면에 경사지게 형성할 때, 게이트라인과 동시에 형성한 구조 및 방법에 관한 것이다.
먼저 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 확대 평면도이고, 도 4는 도 3의 B-B'라인의 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구조 단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자는 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이 일정간격을 갖고 대향하는 상부기판(40) 및 하부기판(50)과; 상기 하부기판(50)의 일영역이 드러나도록 경사를 갖고 형성된 유기절연막(51)과; 상기 하부기판(50)의 유기절연막(51)상에 일방향을 갖고 배열된 게이트라인(52a)과; 상기 게이트라인(52a) 위에 형성된 게이트절연막(53)과; 상기 게이트절연막(53)상에 형성되며 상기 게이트라인(52a)과 직교하도록 형성되어 화소영역을 정의하는 데이터라인(54a)과; 상기 데이터라인(54a) 위에 형성된 보호막(55)과; 상기 화소영역 내에 형성된 화소전극(56)과; 상기 게이트라인(52a)과 동일층에 형성되고 상기 유기절연막(51)의 경사면에 형성되며, 상기 화소전극(56)의 둘레와 오버랩 되도록 형성된 공통보조전극(52b)과; 상기 상부기판(40) 위에 상기 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차광하기 위해 형성된 차광층(41)과; 상기 차광층(41)상 및 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 칼라필터층(42)과; 상기 칼라필터층(42)을 포함한 상부기판(40) 전면에 형성된 공통전극(43)과; 상기 공통전극(43)의 화소영역 중앙 부분에 형성된 유전체돌기(44); 및 상기 상,하부기판(40, 50) 사이에 형성된 액정층(45)을 포함하여 구성된다. 상기에서 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 게이트라인(52a)과 데이터라인(54a)이 교차하는 부분에는 박막트랜지스터가 형성되어, 게이트라인(52a)의 신호에 의해 스위칭되어 데이터라인(54a)의 데이터 신호를 상기 화소전극(56)에 공급한다.
이와 같은 본 발명의 액정표시소자는 하부기판(50) 상에 형성된 화소전극(56)과 상부기판(10) 상에 형성된 공통전극(43)에 전기장이 형성될 때, 상 기 상부기판(40)에 형성된 유전체돌기(44)에 의해 도 4의 점선과 같은 프린지 필드(fringe field)가 형성되어, 상기 유전체돌기(44)을 중심으로 양측 액정층의 액정분자가 상기 프린지 필드에 따라 서로 다른 배향을 함으로써 시야각을 보상하게 된다.
이와 같은 유전체돌기(44)는 화소영역에서의 화면구성을 안정화시키며 균일한 화상을 표시할 수 있게 하는 기준점(single point)으로 작용하는 것으로, 상기 유전체돌기(44)로 인해 더욱 더 안정한 화면표시를 얻을 수 있다.
그리고 유전체돌기(44)는 상부기판(40)의 공통전극(43)상에 상호 독립적으로 적어도 하나 이상이 형성될 수 있다.
이와 같은 유전체돌기(44)은 액정층에 인가되는 전계를 다양하게 왜곡시켜 액정표시소자의 표시 안정화를 도모하고, 멀티도메인 효과를 가져온다.
그리고 도면에는 도시되지 않았지만 유전체돌기(44) 대신에 상기 공통전극(43)을 형성할 때, 여러 가지 형상으로 패터닝하여 홀(hole) 또는 슬릿(slit)과 같은 전계유도창을 형성하기도 한다. 이와 같은 전계유도창도 유전체 돌기와 같은 역할을 수행한다.
또한 상기에서 화소전극(56) 둘레에 오버랩 되도록 형성된 공통보조전극(52b)은 프린지 필드를 강화시켜 화소전극 둘레의 액정분자를 효율적으로 구동시켜줌과 동시에, 경사면에 경사지게 형성되므로 화소영역의 가장자리 부분에서의 액정이 바깥으로 향하지 않도록 액정 방향을 동일하게 할 수 있다.
이에 따라서 액정이 보다 빠른 시간 안에 안정되어 응답 시간을 개선시킬 수 있다.
이와 같이 공통보조전극(52b)을 경사지게 형성하면 프린지 필드를 강화시켜 화소전극 둘레의 액정분자를 효율적으로 구동시킬 수 있고, 또한 전계(electric field)가 제대로 작용하여 영향을 미칠 수 있는 영역이 넓어져서 고개구율을 갖는 액정표시소자를 구현할 수 있다.
상기에서 유기절연막(51)은 벤조사이클로부텐(benzocyclobuten:BCB), 포토아크릴(photoacryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하여 형성된 것이다.
다음에 상기와 같은 구성을 갖는 액정표시소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3의 B-B'라인의 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.
우선, 도 5a에 도시한 바와 같이 하부기판(50)상에 유기절연막(51)을 증착한 후에 하부기판(50)의 일영역이 드러나도록 유기절연막(51)을 경사식각한다. 이에 의해서 유기절연막(51)에 경사면이 형성된다.
이때 유기절연막(51)은 벤조사이클로부텐(benzocyclobuten:BCB), 포토아크릴(photoacryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하여 형성한다.
다음에 유기절연막(51)을 포함한 하부기판(50) 전면에 제1금속물질(52)을 스퍼터링 방법으로 형성한다.
이후에 도 5b에 도시한 바와 같이 제1금속물질(52)을 패터닝하여 일 끝단이 소정면적으로 넓게 구성되는 게이트패드(미도시)와 상기 게이트패드에서 일 방향으로 연장된 게이트라인(52a)과 상기 게이트라인(52a)에서 일 방향으로 돌출 형성된 게이트전극(미도시)을 형성한다.
상기 게이트라인(52a)을 형성함과 동시에 공통보조전극(52b)을 화소영역을 둘러싸도록 유기절연막(51)의 경사면에 형성한다.
이때 제1금속물질(52)은 Al, Mo, Cr, Ta 또는 Al합금 등과 같은 물질을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 게이트라인(52a)이 형성된 하부기판(50)의 전면에 게이트절연막(53)을 증착한다.
이때 게이트절연막(53)은 SiNX 또는 SiOX를 PECVD(Plasma Enhancement Chemical Vapor Deposition)방법으로 적층한 후 패터닝하여 형성하는데, 이 외에 개구율 향상을 위해BCB(BenzoCycloButene), 아크릴수지(acrylic resin), 또는 폴리이미드(polyimide) 화합물 등으로 형성할 수도 있다.
그리고 도면에는 도시되지 않았지만 액티브층(미도시)을 형성하기 위해 전면에 제1, 제2반도체층(아몰퍼스실리콘, 불순물 아몰퍼스실리콘)을 차례로 형성하고, 액티브층을 형성하기 위한 마스크를 이용해서 상기 제1, 제2반도체층을 패터닝하여, 상기 게이트전극 상부에 아일랜드형태로 식각된 액티브층(미도시)을 형성한다.
다음으로, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 액티브층이 형성된 하부기판(50)의 전면에 제2금속물질을 증착하고 패터닝하여, 상기 게이트라인과 교차하여 화소 영역을 정의하도록 일 방향으로 데이터라인(54a)(도 3참조)을 형성한다.
이때 제2금속물질은 Al, Mo, Cr, Ta 또는 Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링방법으로 형성할 수 있다.
그리고 도면에는 도시되지 않았지만 데이터라인(54a)을 형성함과 동시에, 데이터라인(54a) 끝단에 소오스패드와, 상기 데이터라인에서 상기 게이트전극의 일측 방향으로 돌출 연장된 소오스전극과, 소오스전극과는 소정간격 이격된 드레인전극(미도시)을 형성한다.
상기 제2금속물질을 패터닝할 때, 소오스전극과 드레인전극 사이의 상기 제2반도체층을 과도식각한다.
이후에 상기 데이터라인(54a)을 포함한 하부기판(50)의 전면에 보호막(55)을 형성한다.
이때 보호막(55)은 BCB(BenzoCycloButene), 아크릴수지(acrylic resin), 폴리이미드(polyimide) 화합물 또는 SiNX 또는 SiOX 등의 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
다음에, 도면에는 도시되지 않았지만 포토 마스크 공정으로 상기 보호막(55)을 식각하여 상기 드레인전극과 게이트패드와 소오스패드의 상부에 각각 제1, 제2, 제3콘택홀을 형성한다.
다음에 상기 제1, 제2, 제3콘택홀을 포함한 보호막(55) 상에 투명한 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여, 상기 제1콘택홀을 통해 드레인전극과 콘택되게 화소영역에는 화소전극(56)을 형성하고, 제2콘택홀 및 그에 인접한 보호막(55)상에는 상기 게이트패드와 콘택되게 게이트패드단자를 형성하고, 제3콘택홀 및 그에 인접한 보호막(55)상에는 상기 소오스패드와 콘택되게 소오스패드단자를 형성한다.
이때 화소전극(56)은 상기 유기절연막(51)의 경사면에 형성된 공통보조전극(52b)과 일부 오버랩되도록 형성한다.
상기에 설명한 바와 같이 하부기판(50)에 상기의 구성을 갖도록 형성함과 동시에 상부기판(40)에도 다음과 같은 구성을 형성한다.
즉, 즉, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상부기판(40)상에 차광물질을 증착하고, 상기 화소영역에 해당되는 부분을 선택적으로 제거하여 차광층(41)을 형성하고, R, G, B(Red, Green, Blue) 소자가 화소마다 반복되도록 컬러필터층(42)을 형성한다.
그 위에, 공통전극(43)을 화소전극(56)과 마찬가지로 ITO 등과 같은 투명전극으로 형성하며, 상기한 공통전극(43) 상에 감광성 물질을 적층한 후, 포토리소그래피(photolithography)로 패터닝하여 섬(island) 형상으로 유전체돌기(44)를 형성한다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만 유전체돌기(44) 대신에 상기 공통전극(43)을 형성할 때, 여러 가지 형상으로 패터닝하여 홀(hole) 또는 슬릿(slit)과 같은 전계유도창을 형성하기도 한다.
이어서, 상기 상부기판(40)과 하부기판(50) 사이에 액정을 주입하므로써 액정층(45)을 형성한다.
상기 액정층(45)을 구성하는 액정은 양 또는 음의 유전율 이방성을 가진 액정을 사용하며, 카이랄 도펀트를 포함하는 것도 가능하다.
그리고 상기 유전체돌기(44)는 상호 독립적으로 형성되어 액정층에 인가되는 전계를 왜곡시키도록 적어도 하나 이상의 섬 형상으로 이루어져 있다.
그리고, 그 구성 물질은 상기한 액정층의 유전율(dielectricconstant)과 동일하거나 작은 유전율을 가진 것이 좋으며, 3이하가 바람직하고, 포토아크릴(photoacrylate) 또는 BCB(BenzoCycloButene)와 같은 물질을 들 수 있다.
제2실시예
본 발명의 제2실시예는 하부기판에 공통보조전극(side electrode)을 경사면에 경사지게 형성할 때, 데이터라인과 동시에 형성한 구조 및 방법에 관한 것이다.
먼저 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 확대 평면도이고, 도 6은 도 3의 C-C'라인의 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 구조 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자는 도 3과 도 6에 도시한 바와 같이 일정간격을 갖고 대향하는 상부기판(40) 및 하부기판(50)과; 상기 하부기판(50)의 일영역이 드러나도록 경사를 갖고 형성된 유기절연막(51)과; 상기 하부기판(50)의 유기절연막(51)상에 일방향을 갖고 배열된 게이트라인(52a)과; 상기 게이트라인(52a) 위에 형성된 게이트절연막(53)과; 상기 게이트절연막(53)상에 형성되며 상기 게이트라인(52a)과 직교하도록 형성되어 화소영역을 정의하는 데이터라인(54a)과; 상기 데이터라인(54a) 위에 형성된 보호막(55)과; 상기 화소영역 내에 형성된 화소전극(56)과; 상기 데이터라인(54a)과 동일층에 형성되고 상기 유기절연막(51)의 경사면에 형성되며, 상기 화소전극(56)의 둘레와 오버랩 되도록 형성된 공통보조전극(54b)과; 상기 상부기판(40) 위에 상기 화소영역을 제외한 부분에서 빛을 차광하기 위해 형성된 차광층(41)과; 상기 차광층(41)상 및 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 칼라필터층(42)과; 상기 칼라필터층(42)을 포함한 상부기판(40) 전면에 형성된 공통전극(43)과; 상기 공통전극(43)의 일영역에 형성된 유전체돌기(44); 및 상기 상,하부기판(40, 50) 사이에 형성된 액정층(45)을 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명의 액정표시소자는 하부기판(50) 상에 형성된 화소전극(56)과 상부기판(10) 상에 형성된 공통전극(43)에 전기장이 형성될 때, 상기 상부기판(40)에 형성된 유전체돌기(44)에 의해 도 4의 점선과 같은 프린지 필드(fringe field)가 형성되어, 상기 유전체돌기(44)을 중심으로 양측 액정층의 액정분자가 상기 프린지 필드에 따라 서로 다른 배향을 함으로써 시야각을 보상하게 된다.
이와 같은 유전체돌기(44)는 화소영역에서의 화면구성을 안정화시키며 균일한 화상을 표시할 수 있게 하는 기준점(single point)으로 작용하는 것으로, 상기 유전체돌기(44)로 인해 더욱 더 안정한 화면표시를 얻을 수 있다.
그리고 유전체돌기(44)는 상부기판(40)의 공통전극(43)상에 상호 독립적으로 적어도 하나 이상이 형성될 수 있다.
이와 같은 유전체돌기(44)은 액정층에 인가되는 전계를 다양하게 왜곡시켜 액정표시소자의 표시 안정화를 도모하고, 멀티도메인 효과를 가져온다.
그리고 도면에는 도시되지 않았지만 유전체돌기(44) 대신에 상기 공통전극(43)을 형성할 때, 여러 가지 형상으로 패터닝하여 홀(hole) 또는 슬릿(slit)과 같은 전계유도창을 형성하기도 한다. 이와 같은 전계유도창은 유전체돌기와 같은 역할을 한다.
또한 상기에서 화소전극(56) 둘레에 오버랩 되도록 형성된 공통보조전극(54b)은 프린지 필드를 강화시켜 화소전극 둘레의 액정분자를 효율적으로 구동시켜줌과 동시에, 경사면에 경사지게 형성되므로, 화소영역의 가장자리 부분에서의 액정이 바깥으로 향하지 않도록 액정 방향을 동일하게 할 수 있다.
이에 따라서 액정이 보다 빠른 시간 안에 안정되어 응답 시간을 개선시킬 수 있다.
이와 같이 공통보조전극(54a)을 경사지게 형성하면 프린지 필드를 강화시켜 화소전극 둘레의 액정분자를 효율적으로 구동시킬 수 있고, 또한 전계(electric field)가 제대로 작용하여 영향을 미칠 수 있는 영역이 넓어져서 고개구율을 갖는 액정표시소자를 구현할 수 있다.
상기에서 유기절연막은 벤조사이클로부텐(benzocyclobuten:BCB), 포토아크릴(photoacryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하여 형성된 것이다.
다음에 상기와 같은 구성을 갖는 액정표시소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 7a 내지 도 7d는 도 3의 C-C'라인의 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표 시소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.
우선, 도 7a에 도시한 바와 같이 하부기판(50)상에 유기절연막(51)을 증착하고, 유기절연막(51)을 포함한 하부기판(50) 전면에 제1금속물질을 스퍼터링 방법으로 형성한다. 제1금속물질(52)은 Al, Mo, Cr, Ta 또는 Al합금 등과 같은 물질을 사용할 수 있다.
이후에 제1금속물질을 패터닝하여 일방향을 갖는 게이트라인(52a)(도 3 참조)을 형성한다.
도면에는 도시되지 않았지만, 상기 게이트라인(52a)을 형성함과 동시에 게이트라인(52a)의 일 끝단에 소정면적으로 넓게 구성되는 게이트패드와, 상기 게이트라인(52a)에서 일 방향으로 돌출 형성된 게이트전극을 형성한다.
다음에 상기 게이트라인(52a)이 형성된 하부기판(50)의 전면에 게이트절연막(53)을 증착한다.
이때 게이트절연막(53)은 SiNX 또는 SiOX를 PECVD(Plasma Enhancement Chemical Vapor Deposition)방법으로 적층한 후 패터닝하여 형성하는데, 이 외에 개구율 향상을 위해BCB(BenzoCycloButene), 아크릴수지(acrylic resin), 또는 폴리이미드(polyimide) 화합물 등으로 형성할 수도 있다.
이후에 하부기판(50)의 일영역이 드러나도록 게이트절연막(53)과 유기절연막(51)을 경사식각한다.
이에 의해서 유기절연막(51)에 경사면이 형성된다.
이때 유기절연막(51)은 벤조사이클로부텐(benzocyclobuten:BCB), 포토아크릴(photoacryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 사용한다.
그리고 도면에는 도시되지 않았지만 액티브층(미도시)을 형성하기 위해 전면에 제1, 제2반도체층(아몰퍼스실리콘, 불순물 아몰퍼스실리콘)을 차례로 형성하고, 액티브층을 형성하기 위한 마스크를 이용해서 상기 제1, 제2반도체층을 패터닝하여, 상기 게이트전극 상부에 아일랜드형태로 식각된 액티브층(미도시)을 형성한다.
이후에 도 7b에 도시한 바와 같이 상기 액티브층이 형성된 하부기판(50)의 전면에 제2금속물질(54)을 증착한다.
다음에 도 7c에 도시한 바와 같이 제2금속물질(54)을 패터닝하여, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하도록 일 방향을 갖는 데이터라인(54a)을 형성한다.
이때 제2금속물질(54)은 Al, Mo, Cr, Ta 또는 Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링방법으로 형성할 수 있다.
그리고 상기 데이타라인(54a)을 형성함과 동시에 공통보조전극(54b)을 화소영역을 둘러싸도록 유기절연막(51)의 경사면에 형성한다.
그리고 도면에는 도시되지 않았지만 데이터라인(54a)을 형성함과 동시에, 데이터라인(54a) 끝단에 소오스패드와, 상기 데이터라인(54a)에서 상기 게이트전극의 일측 방향으로 돌출 연장된 소오스전극과, 소오스전극과는 소정간격 이격된 드레인전극을 형성한다.
상기 제2금속물질을 패터닝할 때, 소오스전극과 드레인전극 사이의 상기 제2 반도체층을 과도식각한다.
이후에 상기 데이터라인(54a)을 포함한 하부기판(50)의 전면에 보호막(55)을 형성한다.
이때 보호막(55)은 BCB(BenzoCycloButene), 아크릴수지(acrylic resin), 폴리이미드(polyimide) 화합물 또는 SiNX 또는 SiOX 등의 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
다음에, 도면에는 도시되지 않았지만 포토 마스크 공정으로 상기 보호막(55)을 식각하여 상기 드레인전극과 게이트패드와 소오스패드의 상부에 각각 제1, 제2, 제3콘택홀을 형성한다.
다음에 상기 제1, 제2, 제3콘택홀을 포함한 보호막(55) 상에 투명한 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여, 상기 제1콘택홀을 통해 드레인전극과 콘택되게 화소영역에는 화소전극(56)을 형성하고, 제2콘택홀 및 그에 인접한 보호막(55)상에는 상기 게이트패드와 콘택되게 게이트패드단자를 형성하고, 제3콘택홀 및 그에 인접한 보호막(55)상에는 상기 소오스패드와 콘택되게 소오스패드단자를 형성한다.
이때 화소전극(56)은 상기 유기절연막(51)의 경사면에 형성된 공통보조전극(52b)과 일부 오버랩되도록 형성된다.
상기에 설명한 바와 같이 하부기판(50)에 상기의 구성을 갖도록 형성함과 동시에 상부기판(40)에도 다음과 같은 구성을 형성한다.
즉, 상부기판(40) 상에는 차광층(41)을 형성하고, R, G, B(Red, Green, Blue) 소자가 화소마다 반복되도록 컬러필터층(42)을 형성한다.
그 위에, 공통전극(43)을 화소전극(56)과 마찬가지로 ITO 등과 같은 투명전극으로 형성하며, 상기한 공통전극(43) 상에 감광성 물질을 적층한 후, 포토리소그래피(photolithography)로 패터닝하여 섬(island) 형상으로 유전체돌기(44)를 형성한다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만 유전체돌기(44) 대신에 상기 공통전극(43)을 형성할 때, 여러 가지 형상으로 패터닝하여 홀(hole) 또는 슬릿(slit)과 같은 전계유도창을 형성하기도 한다.
이어서, 상기 상부기판(40)과 하부기판(50) 사이에 액정을 주입하므로써 액정층(45)을 형성한다.
상기 액정층(45)을 구성하는 액정은 양 또는 음의 유전율 이방성을 가진 액정을 사용하며, 카이랄 도펀트를 포함하는 것도 가능하다.
그리고 상기 유전체돌기(44)는 상호 독립적으로 형성되어 액정층에 인가되는 전계를 왜곡시키도록 적어도 하나 이상의 섬 형상으로 이루어져 있다.
그리고, 그 구성 물질은 상기한 액정층의 유전율(dielectricconstant)과 동일하거나 작은 유전율을 가진 것이 좋으며, 3이하가 바람직하고, 포토아크릴(photoacrylate) 또는 BCB(BenzoCycloButene)와 같은 물질을 들 수 있다.
상기 공통보조전극은 게이트라인이나 데이터라인과 별개로 화소전극보다 위쪽에 별도로 형성할 수도 있다. 이때도 공통보조전극은 경사지게 형성한다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예로부터 당업자 라면 용이하게 도출할 수 있는 여러 가지 형태를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 공통보조전극을 경사지게 형성하므로써 화소 가장자리 부분에서 액정이 바깥으로 향하지 않도록 액정 방향을 동일하게 할 수 있기 때문에, 액정의 응답속도를 개선시킬 수 있다.
둘째, 공통보조전극을 경사지게 형성하면 프린지 필드를 강화시켜 화소전극 둘레의 액정분자를 효율적으로 구동시킬 수 있을 뿐만아니라, 또한 전계(electric field)가 제대로 작용하여 영향을 미칠 수 있는 영역이 넓어져서 고개구율을 갖는 액정표시소자를 구현할 수 있다.
셋째, 공통보조전극을 게이트라인 또는 데이터라인과 동시에 형성하므로 공정을 단순화시킬 수 있다.
Claims (15)
- 소정 간격을 두고 서로 대향되는 제1기판 및 제2기판과;상기 제1기판상의 일영역이 드러나도록 경사면을 갖고 형성된 절연막과;상기 제1기판상의 상기 절연막상에 일방향으로 형성된 게이트라인과;상기 게이트라인과 동일층에 형성되고, 상기 절연막의 경사면에 형성된 공통보조전극과,상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 배열되어 화소영역을 정의하는 데이터라인과;상기 공통보조전극과 오버랩되도록 상기 화소영역에 형성된 화소전극과;상기 제2기판 상에 형성된 칼라필터층과;상기 칼라필터층을 포함한 제2기판상에 형성된 공통전극과;상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극상의 일영역에 형성된 유전체돌기와;상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
- 소정 간격을 두고 서로 대향되는 제1기판 및 제2기판과;상기 제1기판상의 일영역이 드러나도록 경사면을 갖고 형성된 절연막과;상기 제1기판상의 상기 절연막상에 일방향으로 형성된 게이트라인과;상기 게이트라인 위에 형성된 게이트절연막과;상기 게이트절연막상에 형성되며 상기 게이트라인과 교차 배열되어 화소영역을 정의하는 데이터라인과;상기 데이터라인과 동일층에 형성되고, 상기 절연막의 경사면에 형성된 공통보조전극과,상기 공통보조전극과 오버랩되도록 상기 화소영역내에 형성된 화소전극과;상기 제2기판 상에 형성된 칼라필터층과;상기 칼라필터층을 포함한 제2기판상에 형성된 공통전극과;상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극상의 일영역에 형성된 유전체돌기와;상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 공통보조전극은 상기 화소전극과 일정간격을 갖고, 상기 화소전극의 가장자리를 따라 오버랩되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
- 제1항에 있어서,상기 공통보조전극은 상기 게이트라인과 동일물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
- 제2항에 있어서,상기 공통보조전극은 상기 데이터라인과 동일물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 절연막은 벤조사이클로부텐(benzocyclobuten:BCB), 포토아크릴(photoacryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 유전체돌기는 상기 공통전극상에 상호 독립적으로 적어도 하나 이상이 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
- 제1기판상의 일영역이 드러나도록 경사면을 갖는 절연막을 형성하는 단계;상기 제1기판상의 상기 절연막상에 일방향으로 게이트라인을 형성함과 동시에 상기 절연막의 경사면에 공통보조전극을 형성하는 단계;상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 배열되어 화소영역을 정의하도록 데이터라인을 형성하는 단계;상기 공통보조전극과 오버랩되도록 상기 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계;상기 제1기판의 화소영역에 대응되는 제2기판 상에 칼라필터층을 형성하는 단계;상기 칼라필터층을 포함한 상기 제2기판상에 공통전극을 형성하는 단계;상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극상의 일영역에 유전체돌기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
- 제1기판상에 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막상에 일방향으로 게이트라인을 형성하는 단계;상기 게이트라인상에 게이트절연막을 형성하는 단계;상기 제1기판상의 일영역이 드러나며, 경사면을 갖도록 상기 게이트절연막과 절연막을 식각하는 단계;상기 게이트절연막상에 상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 배열되어 화소영역을 정의하도록 데이터라인을 형성함과 동시에, 상기 절연막의 경사면에 공통보조전극을 형성하는 단계;상기 공통보조전극과 오버랩되도록 상기 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계;상기 제1기판의 화소영역에 대응되는 제2기판 상에 칼라필터층을 형성하는 단계;상기 칼라필터층을 포함한 상기 제2기판상에 공통전극을 형성하는 단계;상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극상의 일영역에 유전체돌기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,상기 절연막은 벤조사이클로부텐(benzocyclobuten:BCB), 포토아크릴(photoacryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 공통보조전극은 상기 게이트라인과 동일물질로 형성함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 공통보조전극은 상기 데이터라인과 동일물질로 형성함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,상기 공통보조전극은 상기 화소전극과 일정간격을 갖고, 상기 화소전극의 가장자리를 따라 오버랩되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 화소영역에 대응되는 상기 공통전극 내에 전계 유도창이 더 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 화소영역내에 대응되는 상기 공통전극내에 전계 유도창을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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