KR100857132B1 - 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시야각이 넓은 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치의 시야각을 넓게 하기 위해 공통 전극에 슬릿패턴을 형성하여 액정 분자의 배향 방향이 다른 영역을 형성하는 방법을 이용할 경우, 액정 표시 장치의 개구율이 저하되는 문제가 발생한다.

본 발명에서는 공통 전극에 슬릿패턴을 형성하여 공통 전극과 화소 전극 사이에 프린지 필드를 형성하는 액정 표시 장치에 있어서, 프린지 필드를 증가시키기 위한 부수 전극을 데이터 배선과 중첩하도록 형성하고 화소 전극을 부수 전극과 중첩하도록 함으로써, 부수 전극이 블랙 매트릭스의 역할을 하므로 블랙 매트릭스의 면적을 감소시킬 수 있어, 개구율을 높일 수 있다.

시야각, 개구율, 블랙 매트릭스, 유기절연막

Description

액정 표시 장치 및 그의 제조 방법{liquid crystal display devices and manufacturing method of the same}

도 1은 종래의 액정 표시 장치용 어레이 기판에 대한 평면도.

도 2는 종래의 액정 표시 장치용 컬러필터 기판에 대한 평면도.

도 3은 종래의 액정 표시 장치에 대한 단면도.

도 4는 종래의 다른 액정 표시 장치에 대한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에 대한 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 컬러필터 기판에 대한 평면도.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 단면도.

도 8a 내지 도 8c와 도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 과정을 도시한 단면도.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 단면도.

도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 단면도.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 다른 액정 표시 장치용 컬러필터 기판에 대한 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

131 : 제 1 기판 132 : 게이트 절연막

133 : 데이터 배선 134 : 제 1 보호층

135a : 제 1 부수 전극 135b : 제 2 부수 전극

136 : 제 2 보호층 137 : 화소 전극

141 : 제 2 기판 142 : 블랙 매트릭스

143a, 143b, 143c : 컬러필터 144 : 오버코트층

145 : 공통 전극 145a : 슬릿패턴

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시야각이 넓은 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.

액정 표시 장치는 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 현재 박막 트랜지스터 와 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

이러한 액정 표시 장치는 하부 기판에 화소 전극이 형성되어 있고 상부 기판에 공통 전극이 형성되어 있는 구조로, 두 전극 사이에 걸리는 기판에 수직한 방향의 전기장에 의해 액정 분자를 구동하는 방식이다.

그런데, 액정 표시 장치는 스스로 빛을 발하지 못하므로 별도의 광원이 필요하다. 따라서, 액정 표시 장치의 배면에 백라이트를 배치하여 이를 광원으로 이용하는데, 이러한 백라이트는 액정 표시 장치의 소비전력의 약 60% 이상을 차지한다. 액정 표시 장치의 휘도를 향상시키기 위해서는 백라이트의 밝기를 높여야 하지만 이는 전력의 소모가 매우 크기 때문에, 전력 소모를 줄이면서 휘도를 높이기 위해서는 액정 표시 장치의 개구율을 향상시켜야 한다.

개구율을 향상시키기 위해서는 블랙 매트릭스의 면적을 감소시켜야 하는데, 블랙 매트릭스의 면적은 어레이 기판과 백라이트 기판의 합착시 고려되는 합착 공정 마진 및 화소 전극과 데이터 배선 사이에 위치하는 액정 분자에 의한 빛의 누설을 막기 위한 조건에 의해 결정된다. 이에 따라, 블랙 매트릭스는 화소 전극의 가장자리를 일정 폭만큼 덮도록 형성된다.

최근, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene : 이하 BCB라고 한다)과 같은 저유전 물질을 보호층으로 사용함으로써, 액정 표시 장치의 개구율을 향상시킨 방법이 제시되었다.

이러한 종래의 액정 표시 장치에 대하여, 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

종래의 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 도 1 및 도 2에 각각 도시하였는데, 도 1은 종래의 액정 표시 장치용 어레이 기판에 대한 평면도이고, 도 2는 컬러필터 기판에 대한 평면도이다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 종래의 액정 표시 장치용 어레이 기판에서는 가로 방향으로 게이트 배선(11)이 형성되어 있고, 게이트 배선(11)에서 돌출된 게이트 전극(12)이 형성되어 있다. 이어, 세로 방향으로 데이터 배선(14)이 형성되어 게이트 배선(11)과 교차함으로써 화소 영역(P)을 정의하며, 데이터 배선(14)에서 연장된 소스 전극(15)과 소스 전극(15) 맞은 편의 드레인 전극(16)이 게이트 전극(12)과 중첩하고 있다. 소스 및 드레인 전극(15, 16)은 게이트 전극(12)과 함께 박막 트랜지스터(T)를 이루는데, 이 박막 트랜지스터(T)는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(13)을 포함한다.

다음, 화소 영역(P)에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(18)이 형성되어 있는데, 화소 전극(18)은 드레인 전극(16)과 일부 중첩하며, 화소 전극(18)과 드레인 전극(16)이 중첩하는 부분에는 콘택홀(17)이 형성되어 있다. 또한, 화소 전극(18)은 양측 가장자리가 데이터 배선(14)과 일부 중첩되어 있다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이 종래의 액정 표시 장치용 컬러필터 기판에서는 블랙 매트릭스(21)가 도 1의 화소 전극(18)에 대응하는 부분에 개구부(21a)를 가지고 기판 전면에 걸쳐 형성되어 있고, 적, 녹, 청의 색을 가지는 컬러필터(22a, 22b, 22c)가 하나의 색이 하나의 개구부(21a)와 대응하도록 형성되어 있다. 도시하지 않았지만, 컬러필터 기판은 기판 전면에 형성되어 있는 투명한 공통 전극을 포함한다.

이러한 어레이 기판과 컬러필터 기판을 배치하였을 때의 단면도를 도 3에 도시하였는데, 도 3은 도 1 및 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 단면에 해당한다.

도시한 바와 같이, 하부의 제 1 기판(31) 위에 게이트 절연막(32)이 형성되어 있고, 그 위에 데이터 배선(33)이 형성되어 있다. 데이터 배선(33) 상부에는 유기 물질로 이루어진 보호층(34)이 형성되어 데이터 배선(33)을 덮고 있다. 여기서, 보호층(34)은 BCB와 같이 유전율이 작은 유기 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 다음, 보호층(34) 상부에는 투명한 도전 물질로 이루어진 화소 전극(35)이 형성되어 있는데, 화소 전극(35)은 데이터 배선(33)과 일부 중첩되어 있다. 이때, 화소 전극(35)과 데이터 배선(33) 사이에 신호 간섭이 발생하지 않도록 한다.

이어, 화소 전극(35) 상부에는 화소 전극(35)과 일정 간격 이격된 제 2 기판(41)이 배치되어 있고, 제 2 기판(41) 하부에는 블랙 매트릭스(42)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(42)는 화소 전극(35) 이외의 부분에서 빛이 새는 것을 방지하기 위해 화소 전극(35)의 가장자리를 덮고 있다. 이때, 화소 전극(35)의 가장자리를 덮는 블랙 매트릭스(42)의 폭은 데이터 배선(33)과 화소 전극(35)의 중첩 폭(a)과 같을 수 있다. 다음, 블랙 매트릭스(42) 하부에는 적, 녹, 청의 컬러필터(43a, 43b, 43c)가 순차적으로 형성되어 있는데, 컬러필터(43a, 43b, 43c)는 하나의 색이 하나의 화소 전극(35)과 대응한다.

다음, 컬러필터(43a, 43b, 43c) 하부에는 컬러필터(43a, 43b, 43c)를 보호하고, 컬러필터(43a, 43b, 43c)로 인한 단차를 없애는 오버코트층(overcoat layer)(44)이 형성되어 있고, 그 하부에는 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(45)이 형성되어 있다.

다음, 화소 전극(35)과 공통 전극(45) 사이에는 액정층(50)이 위치한다.

이러한 액정 표시 장치에서는 보호층을 BCB와 같이 저유전상수를 가지는 유기 물질로 형성하므로, 화소 전극이 데이터 배선과 일부 중첩하더라도 신호의 간섭이 일어나지 않는다. 이때, 데이터 배선은 불투명한 금속 물질로 이루어져 빛을 차단하는 역할도 한다. 따라서, 블랙 매트릭스의 면적을 작게 할 수 있으므로, 액정 표시 장치의 개구율을 향상시킬 수 있다.

그러나, 액정 표시 장치는 시야각 특성이 우수하지 못한 문제를 갖고 있기 때문에, 이러한 단점을 극복하기 위해 다양한 방법이 제시되었다.

이 중에서 다중 영역 기술(multi-domain)을 이용한 액정 표시 장치의 단면도를 도 4에 도시하였다.

도시한 바와 같이, 제 1 기판(61) 위에 게이트 절연막(62)이 형성되어 있고, 그 위에 데이터 배선(63)이 형성되어 있다. 데이터 배선(63) 상부에는 BCB와 같은 유기 절연 물질로 이루어진 보호층(64)이 형성되어 있으며, 보호층(64) 상부에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(65)과 화소 전극(65) 양측에 일정 간격 이격되어 있는 부수 전극(66a, 66b)이 형성되어 있다. 여기서, 부수 전극(66a, 66b)은 도시하지 않았지만 화소 전극(65)을 둘러싸고 있는 형태로 이루어지며, 데이터 배 선(63)과 일부 중첩되어 있는데, 부수 전극(66a, 66b)과 데이터 배선(63) 사이에 신호 간섭이 발생하지 않도록 한다.

이어, 화소 전극(65)과 부수 전극(66a, 66b) 상부에는 일정 간격 이격되어 제 2 기판(71)이 배치되어 있고, 제 2 기판(71) 하부에는 블랙 매트릭스(72)가 형성되어 있는데, 블랙 매트릭스(72)는 부수 전극(66a, 66b) 및 화소 전극(65)의 가장자리를 덮고 있다. 다음, 블랙 매트릭스(72) 하부에는 적, 녹, 청의 컬러필터(73a, 73b, 73c)가 각각 형성되어 있으며, 그 하부에 오버코트층(74)이 형성되어 있다. 오버코트층(74) 하부에는 투명한 공통 전극(75)이 형성되어 있고, 공통 전극(75)은 화소 전극(65)과 대응하는 부분에 슬릿패턴(75a)을 가진다.

다음, 화소 전극(65)과 공통 전극(75) 사이에는 액정층(80)이 위치한다.

이러한 액정 표시 장치에서는 공통 전극(75)에 슬릿패턴(75a)이 형성되어 있어, 공통 전극(75)과 화소 전극(65)에 전압이 인가될 경우, 두 전극 사이에는 프린지 필드(fringe field)가 형성된다. 따라서, 슬릿패턴(75a)을 중심으로 액정층(80)의 액정 분자들이 서로 다른 배향 방향을 가지기 때문에, 러빙을 두 번이상 하지 않더라도 액정 분자의 배향 방향이 다른 두 영역을 형성할 수 있다.

여기서, 부수 전극(66a, 66b)은 프린지 필드를 강화시키는 역할을 하는데, 부수 전극(66a, 66b)은 화소 전극(65)과 같은 층에 형성되므로 단락(short)이 발생하는 것을 방지하기 위해, 화소 전극(65)과 부수 전극(66a, 66b) 사이의 폭(c) 및 두 부수 전극(66a, 66b) 간의 폭(d)은 적어도 4 ㎛ 이상이 되도록 한다. 이때, 부수 전극(66a, 66b)의 폭(e)은 약 5 ㎛ 정도로 형성할 수 있다. 따라서, 화소 전극(65)의 면적은 도 3보다 매우 작아지게 된다.

또한, 블랙 매트릭스(72)가 화소 전극(65)을 일부 덮고 있는데, 이때 화소 전극(65)을 덮는 블랙 매트릭스(72)의 폭은 합착 마진을 고려하여 약 5 ㎛ 정도로 하는 것이 좋기 때문에, 빛이 통과하는 화소 전극(65)의 면적은 더욱 작아진다.

따라서, 이러한 액정 표시 장치에서는 시야각을 향상시킬 수 있으나, 개구율이 크게 저하되는 문제가 생긴다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시야각이 넓고 개구율이 큰 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 제 1 기판 및 제 2 기판이 있고, 제 1 기판 상부에 게이트 절연막을 사이에 두고 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되어 있으며, 박막 트랜지스터가 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결되어 있다. 다음, 제 1 보호층이 게이트 배선, 게이트 절연막, 데이터 배선 및 박막 트랜지스터를 덮고 있으며, 제 1 보호층 상부의 화소 영역에는 부수 전극이 형성되어 있다. 이어, 부수 전극 상부에는 제 2 보호층이 형성되어 있으며, 제 2 보호층 상부에 화소 전극이 형성되어 있다. 다음, 제 2 기판 하부에 공통 전극이 형성되어 있고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층이 형성되어 있으며, 부수 전극은 데이터 배선 및 화소 전극과 일부 중첩한다.

여기서, 부수 전극은 불투명한 도전 물질로 이루어질 수 있으며, 부수 전극은 알루미늄이나 알루미늄 합금 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 제 1 보호층은 유기 절연막으로 이루어질 수 있고, 박막 트랜지스터와 제 1 보호층 사이에 무기 절연막을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에서 공통 전극은 슬릿패턴을 더 포함하는 것이 좋으며, 이때 슬릿패턴 상부에 블랙 매트릭스를 더 포함할 수도 있다.

부수 전극과 화소 전극은 스토리지 커패시터를 형성할 수도 있다.

삭제

본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서는 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하고, 제 1 기판 상부에 게이트 절연막 및 데이터 배선을 형성한다. 다음, 게이트 절연막 및 데이터 배선 상부에 제 1 보호층을 형성하고, 그 위에 부수 전극을 형성한다. 이어, 부수 전극 상부에 제 2 보호층을 형성하고, 제 2 보호층 상부에 화소 전극을 형성한다. 다음, 제 2 기판 상부에 블랙 매트릭스를 형성하고, 블랙 매트릭스 상부에 공통 전극을 형성한 후, 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 액정을 형성하며, 부수 전극은 화소 전극과 일부 중첩한다.

여기서, 제 1 보호층은 벤조사이클로부텐과 포토아크릴 중의 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.

본 발명은 데이터 배선을 형성하는 단계와 제 1 보호층을 형성하는 단계 사이에 무기 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 공통 전극은 슬릿패턴을 더 포함할 수 있으며, 이때 블랙 매트릭스를 형성하는 단계는 슬릿패턴 상부에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서, 부수 전극은 알루미늄이나 알루미늄 합금 중의 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 공통 전극에 슬릿패턴을 형성하여 공통 전극과 화소 전극 사이의 프린지 필드를 이용하는 액정 표시 장치에서, 시야각을 향상시킬 수 있으며 프린지 필드를 증가시키기 위한 부수 전극을 데이터 배선과 중첩하도록 형성하고 화소 전극을 부수 전극과 중첩하도록 형성함으로써, 블랙 매트릭스의 면적을 감소시킬 수 있어, 개구율을 높일 수 있다.

삭제

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 평면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 컬러필터 기판의 평면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에서는 가로 방향으로 금속으로 이루어진 게이트 배선(111)이 형성되어 있고, 게이트 배선(111)에서 돌출된 게이트 전극(112)이 형성되어 있다.

다음, 금속과 같은 도전 물질로 세로 방향을 가지는 데이터 배선(114)이 형성되어 있는데, 데이터 배선(114)은 게이트 배선(111)과 교차함으로써 화소 영역(P1)을 정의하고, 데이터 배선(114)에서 연장된 소스 전극(115)과 소스 전극(115) 맞은 편의 드레인 전극(116)이 게이트 전극(112)을 중심으로 마주 대하고 있다. 여기서, 게이트 전극(112)과 소스 및 드레인 전극(115, 116)은 박막 트랜지스터(T1)을 이룬다.

다음, 화소 영역(P1)에는 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide)와 같은 투명 도전 물질로 이루어지고, 드레인 전극(116)과 일부 중첩하는 화소 전극(118)이 형성되어 있는데, 화소 전극(118)은 게이트 배선(111) 및 데이터 배선(114)과 일정 간격 이격되어 있다. 한편, 드레인 전극(116)과 화소 전극(118)이 중첩하는 부분에는 콘택홀(119)이 형성되어 있다.

다음, 화소 전극(118)의 가장 자리와 중첩되어 있는 부수 전극(117a, 117b, 117c, 117d)이 화소 전극(118)을 둘러싸도록 형성되어 있는데, 부수 전극(117a, 117b, 117c, 117d)은 이웃하는 화소 영역의 부수 전극(117a, 117b, 117c, 117d)과 연결되어 있다. 또한, 세로 방향을 가지는 부수 전극의 제 1 및 제 2 부분(117a, 117b)은 화소 전극(118) 뿐만 아니라 데이터 배선(114)의 가장자리와도 각각 중첩되어 있다. 이러한 부수 전극(117a, 117b, 117c, 117d)은 불투명한 도전 물질로 이루어지며, 바람직하게는 비저항이 비교적 작은 알루미늄이나 알루미늄 합금, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo)과 같은 물질로 이루어질 수 있다.

다음, 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 상부 기판에는 개구부(121a)를 가지는 블랙 매트릭스(121)가 형성되어 있는데, 개구부(121a)는 화소 전극(도 5의 118)에 대응한다. 이어, 적, 녹, 청의 컬러필터(122a, 122b, 122c)가 하나의 색이 하나의 개구부(121a)와 대응하도록 형성되어 있다. 한편, 도시하지 않았지만, 기판 전면에는 투명한 공통 전극이 형성되어 있으며, 공통 전극은 개구부(121a) 내, 즉 화소 영역 내에 세로 방향으로 연장된 슬릿패턴(123a)을 가진다. 이 슬릿패턴(123a)은 하나의 화소 영역에 하나씩 형성되어 있다.

이러한 도 5 및 도 6의 기판을 배치시켜 형성한 액정 표시 장치의 단면을 도 7에 도시하였는데, 도 7은 도 5 및 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 자른 단면에 해당한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(131) 위에 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막으로 이루어진 게이트 절연막(132)이 형성되어 있고, 그 위에 데이터 배선(133)이 형성되어 있다. 데이터 배선(133)은 앞서 언급한 바와 같이 세로 방향으로 연장되어, 게이트 절연막(132) 하부에 형성된 가로 방향의 게이트 배선(도시하지 않음)과 교차함으로써 화소 영역을 이룬다.

다음, 데이터 배선(133) 상부에는 유기 물질로 이루어진 제 1 보호층(134)이 형성되어 있는데, 보호층(134)은 BCB와 같이 저유전상수를 가지는 유기 물질로 이루어지는 것이 좋다. 상기 보호층(134)은 포토 아크릴(photo-acryl)로 형성할 수도 있다.

다음, 보호층(134) 상부에 금속과 같은 도전 물질로 이루어지고, 데이터 배선(133)의 양측 가장자리와 각각 일부 중첩하는 부수 전극(135a, 135b)이 형성되어 있다. 도시하지 않았지만, 부수 전극(135a, 135b)은 화소 영역을 둘러싸도록 형성되어 있으며, 이웃하는 화소 영역의 부수 전극(135a, 135b)과 연결되어 있다. 이 때, 부수 전극(135a, 135b)은 신호 지연을 방지하기 위해 비저항이 비교적 작은 알루미늄이나 알루미늄 합금 물질로 이루어지는 것이 좋으며, 신호의 간섭을 방지하기 위해 데이터 배선(133)과 중첩되는 폭(g)은 약 3 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 부수 전극(135a, 135b)의 폭(h)은 약 7 내지 8 ㎛ 정도로 이루어질 수 있고, 부수 전극(135a, 135b) 사이의 간격(i)은 단락을 방지하기 위해 약 4 ㎛ 이상 떨어지도록 형성하는 것이 좋다.

다음, 제 1 및 제 2 부수 전극(135a, 135b) 위에는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막과 같은 무기 절연막으로 이루어진 제 2 보호층(136)이 형성되어 있고, 그 위에 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(137)이 형성되어 있다. 화소 전극(137)은 ITO와 같은 물질로 이루어질 수 있으며, 부수 전극(135a, 135b)과 중첩한다. 여기서, 화소 전극(137)이 부수 전극(135a, 135b)과 중첩하는 폭(j)은 충분한 프린지 필드를 형성하기 위해 약 4 ㎛ 이하로 형성하며, 바람직하게는 약 3 ㎛ 정도로 형성하는 것이 좋으며, 이때 화소전극(137)과 부수 전극(135a, 135b)이 중첩된 부분은 스토리지 커패시터(storage capacitor)를 이룬다.

다음, 화소 전극(137) 상부에 일정 간격 이격되도록 제 2 기판(141)이 배치되어 있고, 제 2 기판(141) 하부에는 블랙 매트릭스(142)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(142)는 화소 전극(137) 이외의 부분에서 빛이 새는 것을 방지하기 위해 화소 전극(137)을 드러내며, 화소 전극(137)의 가장자리를 일부 덮고 있다. 본 발명에서는 부수 전극(135a, 135b)이 불투명한 물질로 이루어지므로 화소 전극(137)의 가장자리에서 빛이 새는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 화소 전극(137)을 덮는 블랙 매트릭스(142)의 폭은 도시한 바와 같이 부수 전극(135a, 135b)과 화소 전극(137)이 중첩하는 폭(j)과 동일하게 할 수 있으며, 또는 그보다 작게 형성할 수도 있다.

이어, 블랙 매트릭스(142) 하부에는 적, 녹, 청의 컬러필터(143a, 143b, 143c)가 각각 형성되어 있고, 그 하부에 컬러필터(143a, 143b, 143c)를 보호하기 위한 오버코트층(144)이 형성되어 있다. 여기서, 오버코트층(144)은 생략할 수도 있다.

다음, 오버코트층(144) 하부에는 ITO와 같은 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(145)이 형성되어 있는데, 공통 전극(145)은 화소 전극(137)에 대응하는 부분, 바람직하게는 화소 전극(137)의 중앙에 대응하는 부분에 슬릿패턴(145a)을 가진다.

다음, 화소 전극(137)과 공통 전극(145) 사이에는 액정층(150)이 위치한다. 도시하지 않았지만, 화소 전극(137) 상부와 공통 전극(145) 하부에는 배향막이 각각 형성되어 있어 액정층(150)의 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정한다.

일반적으로 공통 전극 내에 슬릿패턴을 형성하는 다중 영역 방식에서는 유전율 이방성(Δε)이 음인 액정을 사용하여 수직 배향(vertical alignment) 모드를 이용할 수 있다. 본 발명에서는 액정 표시 장치에서 주로 이용하고 있는 비틀린 네마틱(twisted nematic) 액정을 이용한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 러빙 공정의 추가없이 즉, 배향분할을 위한 사진 식각 공정으로 인한 러빙 공정의 추가없이 액정 분자 배열이 다른 두 영역을 형성하여 시야각을 향상시킬 수 있는데, 이때 보호층을 유기 물질로 형성하고 불투명한 금속 물질로 이루어진 부수 전극을 데이터 배선과 중첩하도록 하며, 화소 전극을 부수 전극과 중첩하도록 한다. 따라서, 화소 전극의 면적을 더 크게 할 수 있으며, 부수 전극이 화소 전극 가장자리에서 빛이 새는 것을 방지하므로 화소 전극을 덮는 블랙 매트릭스의 면적을 작게 할 수 있어 개구율을 향상시킬 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 과정을 도 8a 내지 도 8c와 도 9a 내지 도 9c에 도시하였다. 도 8a 내지 도 8c는 어레이 기판의 제조 과정을 도시한 단면도이고, 도 9a 내지 도 9c는 컬러필터 기판의 제조 과정을 도시한 단면도이다.

먼저, 도 8a에 도시한 바와 같이 유리와 같이 투명한 제 1 기판(131) 위에 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막을 증착하여 게이트 절연막(132)을 형성한 후, 그 위에 금속과 같은 도전 물질을 증착하고 패터닝하여 데이터 배선(133)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연막(132) 하부에는 게이트 배선(도시하지 않음) 및 게이트 전극(도시하지 않음)이 형성되며, 게이트 절연막(132)과 데이터 배선(133) 사이에는 액티브층(도시하지 않음) 및 오믹 콘택층(도시하지 않음)이 형성되고, 데이터 배선(133) 형성시 소스 및 드레인 전극(도시하지 않음)이 함께 형성된다. 데이터 배선(133)은 게이트 배선과 교차하여 화소 영역을 정의한다.

다음, 도 8b에 도시한 바와 같이 데이터 배선(133) 상부에 BCB와 같은 유기 절연 물질을 도포하여 제 1 보호층(134)을 형성하고, 그 위에 알루미늄이나 알루미 늄 합금과 같은 금속 물질을 증착하고 패터닝하여 데이터 배선(133)과 일부 중첩하는 부수 전극(135a, 135b)을 형성한다. 도시하지 않았지만, 부수 전극(135a, 135b)은 화소 영역 내에서 화소 전극(137)을 둘러싸도록 형성되어 있다.

다음, 도 8c에 도시한 바와 같이 부수 전극(135a, 135b) 상부에 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막을 증착하여 제 2 보호층(136)을 형성하고, 그 위에 ITO와 같은 투명 도전 물질을 증착하고 패터닝하여 화소 전극(137)을 형성한다. 여기서, 화소 전극(137)은 부수 전극(135a, 135b)의 가장자리와 일부 중첩한다.

다음, 도 9a에 도시한 바와 같이 유리와 같이 투명한 제 2 기판(141) 위에 블랙 매트릭스(142)를 형성한다. 블랙 매트릭스(142)는 크롬과 같은 금속을 증착하고 패터닝하여 형성할 수 있으며, 또는 흑색 수지(black resin)를 이용하여 형성할 수도 있다.

이어, 도 9b에 도시한 바와 같이 블랙 매트릭스(142) 상부에 적, 녹, 청의 컬러필터(143a, 143b, 143c)를 각각 형성한다. 컬러필터(143a, 143b, 143c)는 안료 분산법이나 염색법, 인쇄법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

다음, 도 9c에 도시한 바와 같이 컬러필터(143a, 143b, 143c) 위에 오버코트층(144)을 형성하고, 그 위에 ITO와 같은 투명 도전 물질을 증착하여 공통 전극(145)을 형성한 후, 이를 패터닝하여 슬릿패턴(145a)을 형성한다. 여기서, 슬릿패턴(145a)은 컬러필터(143a, 143b, 143c)와 일대일 대응하도록 한다.

이와 같이 완성된 컬러필터 기판과 도 8c의 어레이 기판을 배치하고, 그 사이에 액정을 주입하여 도 7과 같은 액정 표시 장치를 완성한다. 상기 액정은 주입 방법이 아닌 합착 전 적어도 하나의 기판 위에 액정을 적하(dispensing)하는 방법으로 형성하여 기판을 합착할 수도 있다.

그런데, 앞선 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 전기장이 형성되었을 때, 공통 전극의 슬릿패턴이 형성된 부분에서 액정 분자들의 배열이 화소 영역 내의 다른 액정 분자들의 배열과 달라 빛이 샐 수가 있다.

따라서, 이러한 문제를 방지하기 위한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 10에 도시하였다. 여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 앞선 제 1 실시예와 동일한 구조를 가지므로 동일한 부분에 대해서 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 설명은 생략한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에서는 공통 전극(145)의 슬릿패턴(145a)과 대응하는 제 2 기판(141) 하부에 블랙 매트릭스(142a)를 더 포함한다.

여기서, 화소 전극(137)과 공통 전극(145)에 전압이 인가되었을 때, 화소 전극(137)과 공통 전극(145) 사이에는 프린지 필드가 형성되어 액정층(150)의 액정 분자는 슬릿패턴(145a)을 중심으로 대칭을 이루도록 배열된다. 따라서, 액정 분자의 배열 방향이 다른 두 영역이 형성되는데, 이때 슬릿패턴(145a)과 대응하는 부분의 액정 분자는 어느 영역과도 같은 배열을 가지지 않아 전경(disclination)이 발생한다. 그러나, 본 발명의 제 2 실시예에서는 슬릿패턴(145a)과 대응하는 부분에 블랙 매트릭스(142a)가 형성되어 있어, 이러한 전경을 차단할 수 있으므로 액정 표시 장치의 휘도를 높일 수 있다. 또한, 상기 블랙 매트릭스(142a)는 제 1 기판(131)의 데이터 배선(133) 형성시 상기 슬릿패턴(145a)에 대응하는 부분에 형성할 수도 있다.

한편, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에서는 데이터 배선 상부에 제 1 보호층이 형성되어 있어 박막 트랜지스터의 채널이 제 1 보호층과 접촉하게 된다. 여기서 제 1 보호층은 유기 물질로 이루어지는데, 박막 트랜지스터의 채널이 유기 물질과 접촉할 경우 박막 트랜지스터의 특성이 저하되는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 방지하기 위한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도를 도 11에 도시하였다. 본 발명의 제 3 실시예도 앞선 제 1 및 제 2 실시예와 거의 유사한 구조를 가지므로, 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에서는 데이터 배선(133)과 제 1 보호층(134) 사이에 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막과 같은 물질로 이루어진 무기 절연막(138)이 형성되어 있다. 여기서, 무기 절연막(138)은 데이터 배선(138)과 연결되어 있는 박막 트랜지스터(도시하지 않음)도 덮고 있다. 따라서, 박막 트랜지스터의 채널 상부에 무기 절연막(138)이 위치하고, 그 위에 유기 물질로 이루어진 제 1 보호층(134)이 형성되어 있으므로, 박막 트랜지스터의 채널이 유기 절연막과 직접 접촉하지 않기 때문에 박막 트랜지스터의 특성이 저하되는 것을 막을 수 있다.

이때, 제 2 실시예에서와 같이 제 1 기판(131) 또는 제 2 기판(141)에 슬릿패턴(145a)과 대응하는 부분에 블랙 매트릭스(142a)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에서는 시야각이 넓은 액정 표시 장치의 개구율을 향상시키면서, 박막 트랜지스터의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 앞선 제 1 내지 제 3 실시예에서는 공통 전극의 슬릿패턴이 데이터 배선과 나란한 방향을 가지도록 한 경우에 대해 설명하였으나, 다른 방향 및 모양을 가질 수 있다. 즉, 상기 슬릿패턴은 일자형, ×자형, +자형,

자형, 대각선형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

이러한 컬러필터 기판의 구조를 도 12 및 도 13에 도시하였다.

도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터 기판에서는 화소 영역에 개구부(221a)를 가지는 블랙 매트릭스(221)가 형성되어 있고, 개구부(221a)와 대응하는 적, 녹, 청의 컬러필터(222a, 222b, 222c)가 각각 형성되어 있다. 기판 전면에는 슬릿패턴(223a)을 가지는 공통 전극이 형성되어 있는데, 슬릿패턴(223a)은 하나의 화소 영역에 하나씩 형성되어 있다. 여기서, 슬릿패턴(223a)은 화소 영역의 우측 상부에서 좌측 하부로 연장되도록 형성되어 있어, 화소 영역을 두 개의 영역으로 나눈다.

다음, 도 13에 도시한 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컬러필터 기판에서는 슬릿패턴(323a)이 화소 영역의 좌측 상부에서 우측 하부로 연장되도록 형성되어 있다. 여기서, 도면부호 321은 블랙 매트릭스를 나타내며, 321a는 블랙 매트릭스의 개구부를 나타내고, 322a와 322b 및 322c는 컬러필터를 나타낸다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.

본 발명에서는 공통 전극에 슬릿패턴을 형성하여 공통 전극과 화소 전극 사이에 프린지 필드를 형성함으로써 액정 표시 장치의 시야각을 향상시키는데 있어서, 유기 절연막을 사용하여 프린지 필드를 증가시키기 위한 부수 전극이 데이터 배선과 중첩하도록 형성하고, 화소 전극을 부수 전극과 중첩하도록 형성함으로써, 블랙 매트릭스의 면적을 감소시킬 수 있어 개구율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 슬릿패턴에 대응하도록 블랙 매트릭스를 더 형성하여 빛이 새는 것을 방지함으로써, 휘도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 데이터 배선과 유기 절연막으로 이루어진 보호층 사이에 무기 절연막을 더 포함하여 보호층과 채널 부분이 접촉하지 않도록 함으로써, 박막 트랜지스터의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (18)

1. 제 1 기판 및 제 2 기판;

   상기 제 1 기판 상부에 형성되고, 게이트 절연막을 사이에 두고 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선;

   상기 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터;

   상기 게이트 배선, 게이트 절연막, 데이터 배선 및 상기 박막 트랜지스터를 덮고 있는 제 1 보호층;

   상기 제 1 보호층 상부에 형성되며 상기 화소영역을 둘러싸는 부수 전극;

   상기 부수 전극 상부에 형성되어 있는 제 2 보호층;

   상기 제 2 보호층 상부에 형성되는 화소 전극;

   상기 제 2 기판 하부에 형성되어 있는 공통 전극;

   상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성되어 있는 액정층

   을 포함하고, 상기 부수 전극은 상기 데이터 배선 및 상기 화소 전극과 일부 중첩함으로써, 상기 부수 전극은 상기 화소 전극과 가장자리 수직전계를 형성하는 액정 표시 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 부수 전극은 불투명한 도전 물질로 이루어진 액정 표시 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 부수 전극은 알루미늄이나 알루미늄 합금 중의 어느 하나로 이루어진 액정 표시 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 보호층은 유기 절연막으로 이루어진 액정 표시 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 박막 트랜지스터와 상기 제 1 보호층 사이에 무기 절연막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 공통 전극은 슬릿패턴을 더 포함하는 액정 표시 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 슬릿패턴 상부에 블랙 매트릭스를 더 포함하는 액정 표시 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 부수 전극과 상기 화소 전극은 스토리지 커패시터를 형성하는 액정 표시 장치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제

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