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KR101109978B1 - 고개구율 액정표시소자 - Google Patents

고개구율 액정표시소자 Download PDF

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KR101109978B1
KR101109978B1 KR1020040105113A KR20040105113A KR101109978B1 KR 101109978 B1 KR101109978 B1 KR 101109978B1 KR 1020040105113 A KR1020040105113 A KR 1020040105113A KR 20040105113 A KR20040105113 A KR 20040105113A KR 101109978 B1 KR101109978 B1 KR 101109978B1
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South Korea
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electrode
liquid crystal
crystal display
electric field
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박승렬
김동국
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 고개구율 횡전계방식 액정표시소자의 축적용량 형성방법에 관한 것으로, 본 발명의 횡전계방식 액정표시소자는 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판상에 종횡으로 배열되어 복수의 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인; 게이트전극, 반도체층 및 소스/드레인전극을 포함하며, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성되는 스위칭소자; 상기 게이트라인과 동일층에 형성되며, 제 1 스토리지 전극구조를 이루는 적어도 하나의 금속층; 상기 금속층와 중첩되어 제 1 스토리지 전극구조를 이루며, 제 1 축적용량을 발생시키는 제 1 스토리지전극; 상기 스위칭소자와 제 1 스토리지전극을 포함하는 상기 제 1 기판상의 전면에 적층되는 보호막; 상기 화소영역 내에서 상기 보호막의 상부에 교대로 배치되어 횡전계를 발생시키며, 적어도 하나가 그 하부에 제 1 스토리지 전극구조를 구비하는 공통전극 및 화소전극; 제 2 기판상에 형성된 컬러필터층; 및 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.
횡전계방식 액정표시소자, 고개구율, 축적용량, 보호막

Description

고개구율 액정표시소자{HIGH APERTURE RATIO LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 종래 횡전계방식 액정표시소자의 단위화소를 나타내는 도면.
도 2a는 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 단위화소를 나타내는 도면.
도 2b는 도 2a의 I-I'에 대한 단면을 나타내는 도면.
도 3a - 3b는 전극 구조에 따른 투과도 특성을 나타내는 그래프.
도 4a - 4c는 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 제작과정을 보여주는 공정평면도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
106a: 공통전극 107: 화소전극
104a: 공통라인 104b: 금속층
113a: 제 2 스토리지전극 113b: 제 1 스토리지전극
113c: 제 3 스토리지전극
본 발명은 횡전계방식 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 고개구율 횡전계방식 액정표시소자의 축적용량 형성방법에 관한 것이다.
고화질, 저전력의 평판표시소자(flat panel display device)로서 주로 액정표시소자가 사용되고 있다. 액정표시소자는 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판이 대향하여 균일한 간격을 갖도록 합착되며, 그 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 액정층이 형성된다.
박막트랜지스터 어레이 기판은 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 그 단위화소에는 박막트랜지스터, 화소전극 및 커패시터가 형성되고, 상기 컬러필터 기판은 상기 화소전극과 함께 액정층에 전계를 인가하는 공통전극과 실제 컬러를 구현하는 RGB 컬러필터 및 블랙매트릭스가 형성되어 있다.
한편, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판의 대향면에는 배향막이 형성되고, 러빙이 실시되어 상기 액정층이 일정한 방향으로 배열되도록 한다. 이때, 액정은 박막트랜지스터 어레이 기판의 단위 화소별로 형성된 화소전극과 컬러필터 기판의 전면에 형성된 공통전극 사이에 전계가 인가될 경우에 유전 이방성에 의해 회전함으로써, 단위화소별로 빛의 투과율을 조절하여 문자나 화상을 표시하게 된다. 그러나, 상기와 같은 트위스트 네마틱 모드(twisted nematic mode) 액정표시소자는 시야각이 좁다는 단점이 있다.
따라서, 액정분자를 기판과 거의 횡방향으로 배향하여 시야각 문제를 해결하는 횡전계방식 액정표시소자(In Plane Switching mode LCD)가 최근에 활발하게 연구되고 있다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시소자의 단위화소를 개략적으로 도시한 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 제 1 기판상에 금속층으로 이루어진 게이트라인(1) 및 데이타라인(3)이 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의한다. 실제의 액정표시소자에서는 n개의 게이트라인(1)과 m개의 데이타라인(3)이 교차하여 n×m개의 화소가 존재하지만, 도면에는 설명을 간단하게 하기 위해 단지 한 화소만을 나타내었다.
상기 게이트라인(1)과 데이타라인(3)의 교차점에는 게이트전극(1a), 반도체층(미도시) 및 소스/드레인전극(2a, 2b)으로 구성된 박막트랜지스터(thin film transistor;9)가 배치되어 있으며, 상기 게이트전극(1a) 및 소스/드레인전극(2a, 2b)은 각각 게이트라인(1) 및 데이타라인(3)에 접속된다.
화소영역 내에는 상기 게이트라인(1)과 평행하게 공통라인(4)이 배열되고, 액정분자를 스위칭 시키는 적어도 한쌍의 전극 즉, 공통전극(6)과 화소전극(7)이 데이터라인과 평행하게 절곡되어 배열되어 있다.
상기 공통전극(6)은 게이트라인(1)과 동시에 형성되어 공통라인(4)에 접속되며, 소스/드레인전극(2a, 2b)은 상기 게이트라인(1)에서 분리된 게이트전극(1a) 상에 서로 이격하여 형성되어, 박막트랜지스터(9)를 이룬다. 그리고, 상기 소스/드레인전극(2a, 2b)을 포함하는 기판 전체에 걸쳐서 보호막(미도시)이 형성되며, 화소전극(7)은 상기 보호막 상에 투명도전체로 형성되어, 상기 드레인전극(2b)과 컨택홀(11)을 통하여 접속된다.
또한, 상기 드레인전극(2b)으로부터 연장되어 형성된 스토리지전극(13)은 공통라인(4)과 게이트절연막(미도시)을 사이에 두고 중첩되어, 축적용량(Cst)를 형성한다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 제 2 기판에는 박막트랜지스터(9), 게이트라인(1) 및 데이타라인(3)의 상부로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스와 컬러를 구현하기 위한 컬러필터가 형성되어 있으며, 그 위에는 컬러필터를 평탄화하기 위한 오버코트막이 도포되어 있다. 그리고, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 대향면에는 액정의 초기 배향방향을 결정짓는 배향막이 도포되어 있다.
또한, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에는 상기 공통전극(6a, 6b) 및 화소전극(7)에 인가되는 전압에 의해 빛의 투과율을 조절하는 액정층이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 종래 횡전계방식 액정표시소자는 불투명금속으로 이루어진 공통전극(6a, 6b) 및 화소전극(7)이 동일 기판상에 배치되어 횡전계를 발생시키기 때문에 시야각을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
반면에, 횡전계방식 액정표시소자는 화면이 표시되는 화소영역 내에 공통전극(6a, 6b) 및 화소전극(7)이 배치되어 있기 때문에 상대적으로 개구율(aperture ratio)이 저하되고, 휘도가 떨어지는 문제점이 있었다.
상기 공통전극 및 화소전극을 모두 투명전극으로 형성하는 경우에도, 투명전극이 화이트 휘도의 증가에 영향을 미치는 영역은 상기 전극의 모서리 영역에 한정되며, 실질적으로 투명전극의 중앙영역은 개구율의 증가에 영향을 미치지 못하였 다.
또한, 상기 데이타라인(3)과 화소전극(7)간의 신호간섭에 의해 화소내에 횡전계가 정상적으로 형성되지 않기 때문에, 이를 해결하기 위해서 데이타라인(3)과 인접하는 영역에 공통전극(6b)을 배치하는데, 화소의 외곽에 배치된 공통전극(6b)은 데이타신호를 차단하는 쉴딩(shielding)라인으로써, 화소의 중앙부에 위치하는 공통전극(6a)에 비해 두껍게 형성되고, 이로 인해 액정표시소자의 개구율이 더욱 감소하게 되었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 횡전계를 발생시키는 전극의 하단에 스토리지전극을 형성하여 축적용량을 발생시킴으로써, 종래 비개구부였던 축적용량 형성영역의 면적을 감소시키고, 액정표시소자의 개구율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 이루기 위해, 본 발명의 횡전계방식 액정표시소자는 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판상에 종횡으로 배열되어 복수의 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인; 게이트전극, 반도체층 및 소스/드레인전극을 포함하며, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성되는 스위칭소자; 상기 게이트라인과 동일층에 형성되며, 제 1 스토리지 전극구조를 이루는 적어도 하나의 금속층; 상기 금속층과 중첩되어 제 1 스토리지 전극구조를 이루며, 제 1 축적용량을 발생시키는 제 1 스토리지전극; 상기 스위칭소자와 제 1 스토리지전극을 포함하는 상기 제 1 기판상의 전면에 적층되는 보호막; 상기 화소영역 내에서 상기 보호막의 상부에 교대로 배치되어 횡전계를 발생시키며, 적어도 하나가 그 하부에 제 1 스토리지 전극구조를 구비하는 공통전극 및 화소전극; 제 2 기판상에 형성된 컬러필터층; 및 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 횡전계방식 액정표시소자는 상기 게이트 전극과 동일층에 형성되며, 제 2 스토리지 전극구조를 이루는 공통라인, 및 상기 공통라인과 중첩되어 제 2 스토리지 전극구조를 이루며, 제 2 축적용량을 형성하는 제 2 스토리지전극을 추가로 포함하여 구성된다.
또한, 상기 횡전계방식 액정표시소자는 상기 제 1 스토리지전극으로부터 연장되어 형성되며, 이웃하는 화소의 게이트라인과 중첩되어 제 3 축적용량을 형성하는 제 3 스토리지전극 및 상기 공통라인의 일측 및 타측이 연장되어 형성되며, 상기 화소의 양쪽 외곽에 데이터라인과 평행하게 배치되어, 화소전극에 미치는 데이터신호를 차단하는 쉴딩라인(shielding line)을 추가로 포함하여 구성된다.
상기 보호막은 저유전율의 투명 유기 절연막으로 형성되며, 상기 공통전극 및 화소전극은 상기 보호막 상에 투명 전도성 물질로 형성된다. 이때, 상기 공통전극을 형성하는 투명 전도성 물질은 상기 게이트라인, 데이터라인, 박막트랜지스터 및 쉴딩라인 상부로 연장되어 일체로 형성된 투명도전체층을 이룬다.
또한, 상기 횡전계방식 액정표시소자는 상기 제 2 스토리지전극과 상기 화소전극의 일측을 전기적으로 연결하는 제 1 컨택홀 및 공통신호를 상기 공통전극에 전달하는 제 2 컨택홀을 추가로 포함하여 구성되는데, 이때, 제 2 컨택홀은 패드 단자부에 복수개 형성될 수 있다.
한편, 상기 공통전극 및 화소전극은 상기 게이트라인의 진행방향에 대하여 절곡된 구조이며, 상기 데이터라인은 공통전극 및 화소전극과 평행하게 절곡된 구조로 형성된다. 이때, 상기 공통전극 및 화소전극을 상기 게이트라인과 평행한 방향으로 배치한 후, 상기 데이터라인의 진행방향에 대하여 절곡된 구조로 형성할 수도 있다.
또한, 적어도 하나의 공통전극 및 화소전극 하단에는 형성되는 상기 제 1 스토리지전극 및 금속층의 폭은 그 상부의 공통전극 및 화소전극의 폭보다 좁게 형성된다.
한편, 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법은 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 상에 게이트라인, 공통라인 및 상기 공통라인으로부터 분리되어 연장된 금속층과 쉴딩라인을 형성하는 단계; 상기 게이트라인, 공통라인, 금속층 및 쉴딩라인을 포함하는 상기 제 1 기판 상 전면에 게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 소정 영역에 액티브층을 형성하는 단계; 상기 액티브층 위에 소스/드레인전극을 형성하고, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하며, 상기 금속층, 공통라인 및 게이트라인과 각각 중첩하는 제 1, 제 2, 제 3 스토리지전극을 형성하는 단계; 상기 소스/드레인전극, 데이터라인 및 제 1, 제 2, 제 3 스토리지전극의 상부에 저유전율의 투명 유기 절연물질로 형성된 보호막을 적층하는 단계; 상기 보호막 상에 제 1 컨 택홀 및 제 2 컨택홀을 형성하는 단계; 상기 보호막 상에 교대로 배치되어 횡전계를 형성하는 공통전극 및 화소전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하고, 그 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법은 상기 제 2 기판 상에 블랙매트릭스 및 컬러필터를 형성하는 단계를 추가로 포함하여 이루어진다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 공통전극 및 화소전극 하단에 제 1 축적용량을 형성하는 제 1 스토리지 전극구조를 형성함으로써, 종래 비개구부였던 제 2 스토리지 전극구조의 면적을 감소시키고, 액정표시소자의 개구율을 향상시킬 수 있다.
즉, 실질적으로 광차단영역이 되는 투명전극의 중앙부 하단에서 제 1 스토리지전극 및 금속층을 중첩시켜 제 1 축적용량을 형성함으로써, 종래에 제 2 축적용량만을 형성했던 경우에 비해 액정표시소자의 개구율의 하락없이 축적용량을 확보할 수 있는 것이다.
이하, 도면을 참조하여 상기한 바와 같은 본 발명에 대하여 좀더 상세히 설명하도록 한다.
도 2a 및 도 2b은 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 것으로, 도 2a는 평면도이고, 도 2b은 도 2a의 I-I'선에 대한 단면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자는 투명한 제 1 기판(110)상에 종횡으로 배열된 게이트라인(101) 및 데이타라인(103)에 의 해 화소영역이 정의되며, 상기 게이트라인(101)과 데이타라인(103)의 교차점에는 스위칭소자(109)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 스위칭소자(109)는 게이트라인(101)의 일부로 형성된 게이트전극(101a)과 상기 게이트전극(101a) 위에 형성된 반도체층(105) 및 상기 반도체층(105) 상에 소정간격 이격되어 배치된 소스/드레인전극(102a, 102b)으로 구성된다.
그리고, 화소 내에는 횡전계를 발생시키는 적어도 한 쌍의 공통전극(106a) 및 화소전극(107)이 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO) 또는 인듐-틴-징크-옥사이드(ITZO) 등 투명 전도성 물질로 형성되어 교대 배치되어 있으며, 상기 공통전극(106a) 및 화소전극(107)은 데이터라인(103)과 평행한 방향으로 배치되어 있다. 이때, 상기 공통전극(106a)을 형성하는 투명 전도성 물질은 상기 게이트라인(101), 데이터라인(103), 박막트랜지스터(109) 및 쉴딩라인(106b) 상부로 연장되어 일체로 이루어진 투명전도체층(106c)을 형성함으로써, 데이터라인(103)과 화소전극(107) 간 전계발생을 방지하고, 상기 게이트라인(101), 데이터라인(103), 박막트랜지스터(109) 및 쉴딩라인(106b) 영역의 상부로 빛의 누설이 발생되는 것을 방지한다.
상기 공통전극(106a) 및 화소전극(107)은 상기 게이트라인(101)의 길이방향을 기준으로 "〈" 형태의 절곡 구조를 가지며, 상기 데이터라인(103)은 상기 공통전극(106a) 및 화소전극(107)과 평행하게 "〈" 형태의 절곡 구조를 갖는다. 또한, 상기 공통전극(106a) 및 화소전극(107)과 데이터라인(103)은 "〉" 형태의 절곡 구조나 "－" 형태의 일자구조로 형성될 수도 있으며, 상기 공통전극(106a) 및 화소전극(107)이 상기 게이트라인(101)과 평행하게 배치되어, 상기 데이터라인(103)의 길 이방향에 대해 절곡된 구조로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 화소전극(107)은 제 1 컨택홀(111)을 통해 제 2 스토리지전극(113b)과 전기적으로 접속되며, 상기 공통전극(106a)은 제 2 컨택홀(미도시)을 통해 공통라인(104a)과 연결되어 공통신호를 인가받는다.
한편, 상기 제 2 스토리지전극(113b)의 하부에는 금속층의 공통라인(104a)이 형성되어, 게이트 절연막(115)을 사이에 두고 제 2 축적용량을 형성하는 제 2 스토리지 전극구조를 이룬다. 또한, 상기 공통라인(104a)의 일부는 상기 공통전극(106a)의 하단으로 연장되어 금속층(104b)을 형성하고, 상기 제 2 스토리지전극(113a)이 연장되어 형성된 제 1 스토리지전극(113b)과 중첩되어 제 1 축적용량을 형성하는 제 1 스토리지 전극구조를 이룬다. 이때, 상기 제 1 스토리지 전극구조와 그 상부의 공통전극(106a) 사이에는 유기 절연물질로 형성된 보호막(117)이 적층되어, 상기 공통전극(106a)과 그 하부 배선들(104b, 113b)과의 기생용량(parastic capicity)의 형성을 방지한다.
축적용량은 게이트전극(101a)에 게이트신호가 인가되는 동안 게이트전압을 충전한 후, 다음 게이트라인(101)의 구동시 화소전극에 데이터 전압이 공급되는 기간동안 충전된 전압을 유지시켜 화소전극의 전압 변동을 방지하는 역할을 하는 것으로, 축적용량이 증가하게 되면, 화소전극(107)의 전압 변동에 의한 플리커(flicker)를 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
한편, 제 1 스토리지 전극구조를 이루는 상기 금속층(104b) 및 제 1 스토리지전극(113b)은 그 상부에 형성되는 공통전극(106a)에 비해 그 폭이 좁게 형성되 어, 화면의 컨트라스트비가 우수해지면서도 휘도면에서 투명전극만을 사용할 때와 같이 유리하게 되는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a 및 도 3b는 전극 구조에 따른 투과도 특성을 나타내는 그래프로서, 표준블랙모드에서의 블랙휘도와 화이트휘도를 각각 나타내고 있다.
먼저, 도 3a는 공통전극 및 화소전극이 모두 투명전극이나 불투명전극으로 구성된 횡전계방식 액정표시장치의 투과도 특성을 나타내고 있다.
도면에 실선으로 도시된 그래프는 2-ITO 구조의 횡전계방식 액정표시소자의 투과도 특성을 나타내며, 점선으로 도시된 그래프는 화소전극 및 공통전극이 모두 불투명 물질로 이루어진 2-메탈 구조의 횡전계방식 액정표시소자의 투과도 특성을 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 2-ITO 구조에서는 공통전극(206) 및 화소전극(207)의 위치에 관계없이 전체 영역에서 완전한 블랙휘도를 나타내지 못하고 있으나, 2-메탈 구조에서는 전극이 불투명하기 때문에 상기 전극(206, 207)들의 위치에서 완전한 블랙휘도를 나타내고 있다. 또한, 상기 2-메탈 구조에서는 전극(206, 208)이 형성되어 있는 영역은 빛이 투과하지 못하여 상기 영역에서 화이트휘도가 0을 나타내는데 비해, 2-ITO 구조에서는 다소 빛이 투과하게 되어 도시된 바와 같은 투과도 특성을 나타내고 있다. 이와 같은 블랙휘도 및 화이트휘도의 투과도 특성에 따라 2-ITO 구조는 2-메탈 구조에 비해 개구율면에서 유리하다는 것을 알 수 있다.
한편, 도면에 도시된 WD는 2-ITO 구조에서의 투명전극이 화이트휘도 증가에 주로 영향을 미치는 영역을 나타내고 있는데, 상기 폭(WD) 이상의 투명전극 영역(즉, 투명전극의 중앙영역)은 휘도 증가에 영향을 미치지 못한다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 3b는 본 발명에 따라 투명전극(206a) 하부에 금속층(204b) 및 제 1 스토리지전극(213b)을 형성한 횡전계방식 액정표시장치의 투과도 특성을 나타내는 그래프로서, 도면에 도시된 바와 같이 블랙휘도는 불투명 전극 배선(204b, 213b)이 형성되어 있는 영역(즉, 상기 금속층(204b) 및 제 1 스토리지전극(213b)의 폭(WN)만큼)에서 투과도가 0을 나타내며, 화이트휘도는 전술한 2-ITO 구조의 화이트휘도와 그 폭(WN)을 제외하고는 동일한 형태를 나타내고 있다.
즉, 본 발명의 전극 구조는 2-ITO 구조에서의 휘도의 장점과 2-메탈 구조에서의 화면 컨트라스트비의 장점을 유지하면서도, 실질적으로 광차단영역이 되는 투명전극의 중앙부 하단에 제 1 축적용량을 형성함으로써, 종래에 제 2 축적용량만을 형성했던 경우에 비해 개구율의 하락없이 축적용량을 증가시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 2a의 제 1 스토리지전극(113b)은 이웃하는 화소의 게이트라인(101')의 상부로 연장되어 제 3 스토리지전극(113c)을 이루며, 상기 게이트라인(101')과 중첩되어 제 3 축적용량을 형성하는 제 3 스토리지 전극구조를 이룬다.
또한, 상기 공통라인(104a)은 그 일부가 쉴딩라인(106b)으로 분리되어 연장되는데, 상기 쉴딩라인(106b)은 상기 공통라인(104a)의 양끝단에서 화소의 외곽을 따라 데이터라인(103)과 평행하게 형성되어, 데이터신호를 차단함으로써 상기 데이 터라인(103)과 화소전극(107)간의 신호간섭을 방지한다. 이때, 화소의 외곽에 형성된 쉴딩라인(106b)은 데이터라인(103)과 화소전극(107) 간의 신호간섭을 차단하기 위해 화소의 중심에 형성되는 공통전극(106a) 보다 넓은 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
다음으로, 도 2b는 도 2a에 도시된 액정표시소자의 I-I'선에 따른 단면을 나타내는 예시도로서, 도 2a에 도시된 박막트랜지스터 어레이 기판과 상기 박막트랜지스터 어레이 기판에 대응하는 컬러필터 기판을 함께 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 투명한 유리기판(110) 위에는 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(101)과 데이터라인(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트라인(101)과 데이터라인(미도시)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터(109)가 형성되어 있다.
이때, 상기 박막 트랜지스터(109)는 게이트라인(101)에 연결된 게이트전극(101a), 데이터라인(103)에 연결된 소스전극(102a) 및 제 2 스토리지전극(113a)에 연결된 드레인전극(102b)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터(109)는 게이트전극(101a)과 소스/드레인전극(102a, 102b)의 절연을 위한 게이트절연막(115) 및 게이트전극(101a)에 공급되는 게이트전압에 의해 소스전극(102a)과 드레인전극(102b) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(105), 즉 채널층을 포함한다.
한편, 상기 화소영역 내에는 횡전계를 발생시키기 위한 공통전극(106a)과 화소전극(107)이 교대 배치되어 있으며, 상기 공통전극(106a)의 하부에는 보호막(117)을 사이에 두고 제 1 스토리지 전극구조가 형성되어 있으며, 상기 제 1 스토리지 전극구조는 금속층(104b) 및 제 1 스토리지전극(113b)이 게이트절연층(115)을 사이에 두고 중첩되어 형성된다.
상기 화소전극(107)은 제 2 스토리지전극(113a)으로부터 제 1 컨택홀(111)을 통해 데이터신호를 전송받으며, 게이트라인(101)의 상부에는 제 3 스토리지전극(113c)이 오버랩되어 형성됨으로써, 제 3 스토리지 전극구조를 형성한다.
또한, 상기 게이트라인(101) 및 박막트랜지스터(109)의 상부에는 상기 공통전극(106a)과 함께 일체형으로 이루어진 투명도전체층(106c)이 적층된다.
한편, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치는 박막트랜지스터 어레이 기판인 제 1 기판(110)과 컬러필터 기판인 제 2 기판(120) 및 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(150)으로 이루어져 있다.
이때, 상기 제 2 기판(120) 상에는 색상을 구현하는 서브컬러필터(적, 녹, 청)를 포함하는 컬러필터(121) 및 상기 서브컬러필터 사이를 구분하고 액정층(150)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(123)가 형성될 수 있으며, 상기 컬러필터(121)층은 제 1 기판(110) 상에 형성될 수도 있다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 횡전계방식 액정표시소자의 제조공정을 도면을 참고하여 설명하겠다.
도 4a～도 4c는 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 제조공정을 나타낸 공정평면도로서, 먼저, 도 4a 도시된 바와 같이, 투명한 제 1 기판(미도시)을 준비한 다음, 그 위에 Cu, Ti, Cr, Al, Mo, Ta, Al 합금과 같은 제 1 금속물질을 증착한다. 이후, 이를 패터닝하여 게이트라인(301), 게이트전극(301a) 및 공통라인(304a)을 형성하고, 상기 공통라인(304a)으로부터 연장되어 형성되는 금속층(304b) 및 쉴딩라인(306b)을 상기 게이트라인(301)에 수직한 방향으로 배치한다.
이후, 상기 게이트라인(301) 및 공통라인(304a)을 포함하는 기판 전면에 SiNx 또는 SiOx 등과 같은 무기물을 플라즈마 CVD 방법으로 증착하여 게이트절연막(미도시)을 형성한다.
그 다음, 도 4b도시된 바와 같이, 상기 게이트절연막(미도시) 상부에 비정질 실리콘, n+ 비정질 실리콘을 적층한 후, 이를 패터닝함으로써, 게이트전극(301a) 상에 반도체층(미도시)을 형성하고, 반도체층(미도시)을 포함하는 기판 전면에 Cu, Mo, Ta, Al, Cr, Ti, Al 합금과 같은 제 2 금속물질을 증착한 후, 이를 패터닝함으로써, 상기 게이트라인(301)과 수직으로 배치되며, 상기 게이트라인(301)과 함께 화소를 정의하는 데이터라인(303), 상기 반도체층(305) 상에 소정간격 이격하여 배치되는 소스/드레인전극(302a/302b)을 형성한다. 이때, 상기 드레인전극(302b)으로부터 연장되어 공통라인(316a)과 중첩됨으로써, 제 2 스토리지 전극구조를 형성하는 제 2 스토리지전극(313a)도 함께 형성한다. 이때, 상기 제 2 스토리지전극(313a)의 일측에서 연장되어 상기 금속층(304b)에 중첩되는 제 1 스토리지전극(313b) 및 게이트라인(301')에 중첩되어 제 3 축적용량을 형성하는 제 3 스토리지전극(313c)이 동시에 형성된다.
이후, 박막트랜지스터(309), 데이터라인(303) 및 제 1, 2, 3 스토리지전극(313b, 313a, 313c)을 포함하는 기판 전면에 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene) 이나 아크릴과 같은 저유전율의 투명 유기물질을 도포하여 보호막(미도시)을 형성한다.
이어서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(미도시)을 패터닝함으로써, 상기 제 2 스토리지전극(313a)의 일측을 노출시키는 제 1 컨택홀(311) 및 패드 단자부에서 공통신호를 인가하는 공통라인(304a)의 일부를 노출시키는 제 2 컨택홀(미도시)을 형성한다.
그 다음, 상기 보호막(미도시) 상부에 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명한 전도성 물질을 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써, 제 1 기판 상에 횡전계를 발생시키는 공통전극(306a) 및 화소전극(307)과 상기 공통전극(306a)으로부터 연장되어 게이트라인(301), 데이터라인(303), 박막트랜지스터(309) 및 쉴딩라인(306b)의 상부를 덮는 투명 도전체층(306c)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 개구율 향상 및 축적용량 확보를 꾀할 수 있는 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 요지는 저유전물질의 보호막 상부에 형성되는 전극의 하부 영역에 추가의 축적용량 형성영역을 배치함으로써, 종래 액정표시소자에서와 같은 축적용량을 확보하면서도, 개구율의 감소를 저하시킬 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 상기한 명세서의 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 제 1 스토리지 전극구조는 반드시 공통전극의 하부에 위치할 필요가 없으며, 화소전극 의 하부에서도 그 수에 제한없이 형성할 수도 있다. 이는 상기 공통전극 및 화소전극과 상기 제 1 스토리지 전극구조 사이에 저유전율의 보호막이 배치되어, 기생용량의 발생을 방지하기 때문에 가능하다. 또한, 횡전계를 발생시키는 상기 공통전극 및 화소전극은 투명 전도성 물질이 아닌 금속층으로 형성될 수 도 있을 것이다.
따라서, 상기한 명세서는 본 발명의 권리를 한정하지 않으며, 본 발명에 따른 권리범위는 후술될 특허청구범위에 의해 결정되어져야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자는 공통전극 혹은 화소전극의 하부에 추가의 제 1 스토리지 전극구조를 형성함으로써, 종래 비개구부인 제 2 스토리지 전극구조의 면적을 줄여, 액정표시소자의 개구율을 향상시키고, 화면의 휘도를 증가시킴으로써 화면 표시 품질을 높일수 있는 효과를 얻는다.

Claims (13)

  1. 서로 대향하는 제 1 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판상에 종횡으로 배열되어 복수의 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인;
    게이트전극, 반도체층 및 소스/드레인전극을 포함하며, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성되는 스위칭소자;
    상기 게이트라인과 동일층에 형성되며, 제 1 스토리지 전극구조를 이루는 적어도 하나의 금속층;
    상기 게이트라인과 동일층에 형성되며, 제 2 스토리지 전극구조를 이루는 공통라인;
    상기 공통라인의 일측 및 타측이 연장되어 형성되며, 상기 화소영역의 양쪽외곽에 상기 금속층 및 데이터라인과 평행하게 배치되어, 화소전극에 미치는 데이터신호를 차단하는 쉴딩라인(shielding line);
    상기 금속층과 중첩되어 제 1 스토리지 전극구조를 이루며, 제 1 축적용량을 발생시키는 제 1 스토리지전극;
    상기 공통라인과 중첩되어 제 2 스토리지 전극구조를 이루며, 제2 축적용량을 형성하는 제2 스토리지 전극;
    상기 스위칭소자와 제 1 스토리지전극을 포함하는 상기 제 1 기판상의 전면에 적층되는 보호막;
    상기 화소영역 내에서 상기 보호막의 상부에 교대로 배치되어 횡전계를 발생시키며, 적어도 하나가 그 하부에 제 1 스토리지 전극구조를 구비하는 공통전극 및 화소전극;
    제 2 기판상에 형성된 컬러필터층; 및
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하고,
    상기 공통전극은, 상기 게이트라인, 데이터라인, 박막트랜지스터 및 쉴딩라인의 상부로 연장됨을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은 투명 유기 절연막으로 형성됨을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 횡전계방식 액정표시소자는 상기 제 1 스토리지전극으로부터 연장되어 형성되며, 이웃하는 화소의 게이트라인과 중첩되어 제 3 축적용량을 형성하는 제 3 스토리지전극을 추가로 포함함을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO) 또는 인듐-틴-징크-옥사이드(ITZO) 등 투명 전도성 물질로 형성됨을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 불투명 금속층으로 형성됨을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 횡전계방식 액정표시소자는,
    상기 제 2 스토리지전극과 상기 화소전극의 일측을 전기적으로 연결하는 제 1 컨택홀; 및
    상기 공통라인의 전기적 신호를 상기 공통전극에 전달하는 제 2 컨택홀을 추가로 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 컨택홀은 패드 단자부에 형성됨을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스토리지전극 및 금속층의 폭은 그 상부의 공통전극 및 화소전극의 폭보다 좁게 형성됨을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 절곡된 구조인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 데이터라인은 공통전극 및 화소전극과 평행한 절곡 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
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