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KR101890735B1 - 프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101890735B1
KR101890735B1 KR1020120101198A KR20120101198A KR101890735B1 KR 101890735 B1 KR101890735 B1 KR 101890735B1 KR 1020120101198 A KR1020120101198 A KR 1020120101198A KR 20120101198 A KR20120101198 A KR 20120101198A KR 101890735 B1 KR101890735 B1 KR 101890735B1
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Abstract

본 발명의 프린지 필드형(Fringe Field Switching; FFS) 액정표시장치 및 그 제조방법은 데이터라인 상부의 공통전극에 액정의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 슬릿을 형성함으로써 데이터라인의 신호지연을 최소화하는 동시에 빛샘 등의 화면 왜곡을 방지하기 위한 것으로, 제 1 기판 위에 형성되며, 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인; 상기 제 1 기판의 화소영역에 형성된 화소전극; 상기 화소전극이 형성된 제 1 기판 위에 형성된 보호막; 상기 보호막이 형성된 제 1 기판 위에 형성되며, 각각의 화소영역 내에서 다수의 제 1 슬릿을 가져 상기 화소전극과 함께 프린지 필드를 발생시키는 공통전극; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성되며, 초기 배향방향을 가지는 액정층; 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 상기 제 2 기판을 포함하며, 상기 데이터라인 상부의 공통전극은 상기 액정층의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 다수의 제 2 슬릿을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법{FRINGE FIELD SWITCHING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고해상도 및 광시야각을 구현할 수 있는 프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
이하, 도면을 참조하여 일반적인 액정표시장치에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(Black Matrix; BM)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.
이때, 상기 액정표시장치에 일반적으로 사용되는 구동방식으로 네마틱상의 액정분자를 기판에 대해 수직 방향으로 구동시키는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN)방식이 있으나, 상기 트위스티드 네마틱방식의 액정표시장치는 시야각이 90도 정도로 좁다는 단점을 가지고 있다. 이것은 액정분자의 굴절률 이방성(refractive anisotropy)에 기인하는 것으로 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 액정패널에 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직방향으로 배향되기 때문이다.
이에 액정분자를 기판에 대해 수평한 방향으로 구동시켜 시야각을 170도 이상으로 향상시킨 횡전계(In Plane Switching; IPS)방식 액정표시장치가 있으며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로써, 화소전극과 공통전극 사이에 형성되는 프린지 필드가 슬릿을 관통하여 화소영역 및 공통전극 상에 위치하는 액정분자를 구동시킴으로써 화상을 구현하는 프린지 필드형(Fringe Field Switching; FFS) 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내고 있다.
또한, 도 3은 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 상기 도 2에 도시된 어레이 기판의 A-A'선에 따라 절단한 단면을 예를 들어 나타내고 있다.
상기 프린지 필드형 액정표시장치는 액정분자가 수평으로 배향되어 있는 상태에서 화소전극과 공통전극을 통해 전계가 수평 및 수직 방향으로 발생하여 액정분자가 트위스트(twist)와 틸트(tilt)되어 구동되어 진다.
상기 도면들을 참조하면, 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판(10)에는 상기 투명한 어레이 기판(10) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(16)과 데이터라인(17)이 형성되어 있으며, 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(16)의 일부를 구성하는 게이트전극(21), 상기 데이터라인에 연결된 소오스전극(22) 및 화소전극(18)에 연결된 드레인전극(23)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(21)과 소오스/드레인전극(22, 23) 사이의 절연을 위한 게이트절연막(15a) 및 상기 게이트전극(21)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(22)과 드레인전극(23) 사이에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층(24)을 포함한다.
이때, 상기 액티브층(24)의 소오스/드레인영역은 오믹-콘택층(ohmic contact layer)(25n)을 통해 상기 소오스/드레인전극(22, 23)과 오믹-콘택을 형성하게 된다.
상기 화소영역 내에는 공통전극(8)과 화소전극(18)이 형성되어 있으며, 이때 상기 공통전극(8)은 박스 형태의 상기 화소전극(18)과 함께 프린지 필드를 발생시키기 위해 상기 공통전극(8) 내에 다수의 슬릿(8s)을 포함하고 있다.
참고로, 상기 도 3에 도시된 도면부호 15b는 보호막을 나타낸다.
도시하지 않았지만, 이와 같이 구성된 상기 어레이 기판(10)은 컬럼 스페이서에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 컬러필터 기판과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 컬러필터 기판에는 상기 박막 트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙 매트릭스와 적, 녹 및 청색의 컬러를 구현하는 컬러필터 및 오버코트층(overcoat layer)이 형성되어 있다.
상기의 프린지 필드형 액정표시장치는 시야각이 넓은 장점을 가지고 있으며, 공통전극(8)이 데이터라인(17) 상부에까지 형성되는 경우 블랙 매트릭스 영역의 축소가 가능하여 개구율이 향상되는 이점이 있다. 즉, 공통전극(8)으로 데이터라인(17)을 실드(shield)함에 따라 블랙 매트릭스의 사이즈를 최소화할 수 있어 화소영역의 개구율을 향상시킬 수 있게 된다.
다만, 이와 같이 공통전극(8)이 데이터라인(17) 상부에까지 형성되는 경우 상기 공통전극(8)과 데이터라인(17) 사이에 커패시턴스(capacitance)가 형성되어 RC 지연(delay)에 의한 데이터라인의 신호지연이 발생하여 소비전력이 상승하게 된다.
또한, 이러한 데이터라인의 신호지연은 프린지 필드형 액정표시장치를 고해상도 모델에 적용하는데 한계로 작용하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 고해상도 및 광시야각을 구현하기 위한 프린지 필드형 액정표시장치에 있어, 데이터라인의 신호지연을 최소화하도록 한 프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 프린지 필드형 액정표시장치의 제조방법은 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계; 상기 화소전극이 형성된 제 1 기판 위에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막이 형성된 제 1 기판 위에 형성되며, 각각의 화소영역 내에서 다수의 제 1 슬릿을 가져 상기 화소전극과 함께 프린지 필드를 발생시키는 공통전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 초기 배향방향을 가지는 액정층을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 데이터라인 상부의 공통전극은 상기 액정층의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 다수의 제 2 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 공통전극은 상기 제 1 기판 위에 단일패턴으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 화소전극은 상기 화소영역 내에 박스 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터라인 상부의 공통전극은 상기 공통전극 내에 상기 데이터라인을 따라 공통전극이 선택적으로 제거된 상기 다수의 제 2 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공통전극의 제 1 슬릿 및 데이터라인은 꺾임 구조를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 꺾임 구조를 가지는 공통전극의 제 1 슬릿 및 데이터라인은 상기 액정층의 초기 배향방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 프린지 필드형 액정표시장치는 제 1 기판 위에 형성되며, 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인; 상기 제 1 기판의 화소영역에 형성된 화소전극; 상기 화소전극이 형성된 제 1 기판 위에 형성된 보호막; 상기 보호막이 형성된 제 1 기판 위에 형성되며, 각각의 화소영역 내에서 다수의 제 1 슬릿을 가져 상기 화소전극과 함께 프린지 필드를 발생시키는 공통전극; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성되며, 초기 배향방향을 가지는 액정층; 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 상기 제 2 기판을 포함하며, 상기 데이터라인 상부의 공통전극은 상기 액정층의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 다수의 제 2 슬릿을 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 공통전극은 상기 제 1 기판 위에 단일패턴으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 화소전극은 상기 화소영역 내에 박스 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 데이터라인 상부의 공통전극은 상기 공통전극 내에 상기 데이터라인을 따라 공통전극이 선택적으로 제거된 상기 다수의 제 2 슬릿을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 공통전극의 제 1 슬릿 및 데이터라인은 꺾임 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 꺾임 구조를 가지는 공통전극의 제 1 슬릿 및 데이터라인은 상기 액정층의 초기 배향방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법은 데이터라인 상부의 공통전극에 슬릿을 형성하여 데이터라인과 공통전극 사이의 커패시턴스를 최소화하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 데이터라인의 신호지연을 최소화하여 소비전력을 감소시키는 효과를 제공한다.
또한, 상기 본 발명에 따른 프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법은 상기 공통전극의 슬릿을 액정의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 형성함에 따라 전계가 인가되더라도 액정의 틀어짐을 방지할 수 있어 빛샘 등의 화면 왜곡을 방지하는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 3은 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 8은 상기 도 6에 도시된 어레이 기판의 일부를 확대하여 나타내는 평면도.
도 9a 내지 도 9e는 상기 도 6에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.
도 10a 내지 도 10e는 상기 도 7에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 프린지 필드형 액정표시장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 화소전극과 공통전극 사이에 형성되는 프린지 필드가 슬릿을 관통하여 화소영역 및 화소전극 상에 위치하는 액정분자를 구동시킴으로써 화상을 구현하는 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내고 있다.
이때, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 하나의 화소를 예를 들어 나타내고 있다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 공통전극 및 화소전극이 꺾임 구조를 가지는 경우에는 액정분자가 2방향으로 배열되어 2-도메인(domain)을 형성함으로써 모노-도메인에 비해 시야각이 더욱 향상된다. 다만, 본 발명이 상기 2-도메인 구조의 프린지 필드형 액정표시장치에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 2-도메인 이상의 멀티-도메인(multi-domain) 구조의 프린지 필드형 액정표시장치에 적용 가능하다.
또한, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 상기 도 4에 도시된 어레이 기판의 B-B'선에 따라 절단한 단면을 예를 들어 나타내고 있다.
상기 도면들을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판(110)에는 상기 투명한 어레이 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 프린지 필드를 발생시켜 액정분자를 구동시키는 화소전극(118)과 다수의 슬릿(108s, 108s')을 가진 공통전극(108)이 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(116)의 일부를 구성하는 게이트전극(121), 상기 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 상기 화소전극(118)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123) 사이의 절연을 위한 게이트절연막(115a) 및 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(124)을 포함한다. 이때, 상기 도 4에는 상기 소오스전극(122)의 형태가 "U"자형으로 되어 있어 상기 액티브층(124)의 채널 형태가 "U"자형인 박막 트랜지스터를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브층(124)의 채널 형태에 관계없이 적용 가능하다.
이때, 상기 액티브층(124)의 소오스/드레인영역은 오믹-콘택층(125n)을 통해 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 오믹-콘택을 형성하게 된다.
그리고, 상기 소오스전극(122)의 일부는 일 방향으로 연장되어 상기 데이터라인(117)을 구성하며, 상기 드레인전극(123)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 상기 화소전극(118)에 전기적으로 접속하게 된다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 드레인전극(123)은 콘택홀을 통해 상기 화소전극(118)에 전기적으로 접속할 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 화소영역 내에는 프린지 필드를 발생시키기 위해 공통전극(108)과 화소전극(118)이 형성되어 있는데, 이때 상기 공통전극(108)은 화소부 전체에 걸쳐 단일패턴으로 형성되는 한편 각각의 화소영역 내에서 다수의 제 1 슬릿(108s)을 가지도록 형성되어 있으며, 상기 화소전극(118)은 화소영역 내에 박스 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치는 상기 데이터라인(117) 상부의 공통전극(108) 내에 상기 데이터라인(117)을 따라 공통전극(108)의 일부가 제거된 제 2 슬릿(108s')이 형성되어 기존 구조의 데이터라인(117)과 공통전극(108) 사이의 커패시턴스를 최소화하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 데이터라인의 신호지연을 최소화하여 소비전력을 감소시킬 수 있게 된다.
즉, 도전물질로 이루어진 상기 데이터라인(117)과 공통전극(108) 사이에 유전물질인 보호막(115b)이 존재하여 커패시턴스가 형성되게 되는데, 이를 개선하기 위해 본 발명의 제 1 실시예에서는 상기 공통전극(108)을 그 하부의 데이터라인(117)을 따라 제거하게 된다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예는 상기 공통전극(108)의 제 1, 제 2 슬릿(108s, 108s'), 화소전극(118) 및 데이터라인(117)을 꺾임 구조로 형성하여 액정분자의 구동방향이 대칭성을 가지는 멀티-도메인 구조를 형성함으로써, 액정의 복굴절(birefringence) 특성에 의한 이상 광을 서로 상쇄시켜 색전이(color shift) 현상을 최소화할 수 있다. 즉, 액정분자의 복굴절 특성에 의해 액정분자를 바라보는 시야에 따라서 색전이가 발생하게 되는데, 특히 액정분자의 단축방향으로는 옐로우 쉬프트(yellow shift)가 관찰되고, 장축방향으로는 블루 쉬프트(blue shift)가 관찰되게 된다. 따라서, 상기 액정분자의 단축과 장축이 적절하게 배치되는 경우 복굴절 값을 보상하여 색전이를 감소시킬 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치는 상기 데이터라인(117)을 따라 형성된 제 2 슬릿(108s')을 통해 상기 데이터라인(117)의 신호와 공통전극(108) 및 화소전극(118)간 왜곡된 전기장이 발생되어 암(dark) 상태에서 빛샘이 발생하거나 왜곡된 화상이 표시될 가능성이 있다.
이에 본 발명의 제 2 실시예에서는 상기 공통전극의 제 2 슬릿을 다수개로 분할하여 액정의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 형성함에 따라 전계가 인가되더라도 액정의 틀어짐을 방지할 수 있게 되는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
이때, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 하나의 화소를 예를 들어 나타내고 있다.
이때, 전술한 바와 같이 공통전극 및 화소전극이 꺾임 구조를 가지는 경우에는 액정분자가 2방향으로 배열되어 2-도메인을 형성함으로써 모노-도메인에 비해 시야각이 더욱 향상된다. 다만, 본 발명이 상기 2-도메인 구조의 프린지 필드형 액정표시장치에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 2-도메인 이상의 멀티-도메인 구조의 프린지 필드형 액정표시장치에 적용 가능하다.
또한, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 상기 도 6에 도시된 어레이 기판의 C-C'선에 따라 절단한 단면을 예를 들어 나타내고 있다.
도 8은 상기 도 6에 도시된 어레이 기판의 일부(P)를 확대하여 나타내는 평면도이다.
이때, 상기 도 6 내지 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치는 공통전극에 형성된 제 2 슬릿의 형태를 제외하고는 전술한 본 발명의 제 1 실시예의 구성과 실질적으로 동일한 구성으로 이루어져 있다.
즉, 상기 도면들을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판(210)에는 상기 투명한 어레이 기판(210) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(216)과 데이터라인(217)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(216)과 데이터라인(217)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 프린지 필드를 발생시켜 액정분자를 구동시키는 화소전극(218)과 다수의 슬릿(208s, 208s')을 가진 공통전극(208)이 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(216)의 일부를 구성하는 게이트전극(221), 상기 데이터라인(217)에 연결된 소오스전극(222) 및 상기 화소전극(218)에 연결된 드레인전극(223)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(221)과 소오스/드레인전극(222, 223) 사이의 절연을 위한 게이트절연막(215a) 및 상기 게이트전극(221)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(222)과 드레인전극(223) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(224)을 포함한다. 이때, 상기 도 6에는 상기 소오스전극(222)의 형태가 "U"자형으로 되어 있어 상기 액티브층(224)의 채널 형태가 "U"자형인 박막 트랜지스터를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브층(224)의 채널 형태에 관계없이 적용 가능하다.
이때, 상기 액티브층(224)의 소오스/드레인영역은 오믹-콘택층(225n)을 통해 상기 소오스/드레인전극(222, 223)과 오믹-콘택을 형성하게 된다.
그리고, 상기 소오스전극(222)의 일부는 일 방향으로 연장되어 상기 데이터라인(217)을 구성하며, 상기 드레인전극(223)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 상기 화소전극(218)에 전기적으로 접속하게 된다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 드레인전극(223)은 콘택홀을 통해 상기 화소전극(218)에 전기적으로 접속할 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 화소영역 내에는 프린지 필드를 발생시키기 위해 공통전극(208)과 화소전극(218)이 형성되어 있는데, 이때 상기 공통전극(208)은 화소부 전체에 걸쳐 단일패턴으로 형성되는 한편 각각의 화소영역 내에서 다수의 제 1 슬릿(208s)을 가지도록 형성되어 있으며, 상기 화소전극(218)은 화소영역 내에 박스 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치는 상기 데이터라인(217) 상부의 공통전극(208) 내에 상기 데이터라인(217)을 따라 공통전극(208)의 일부가 제거된 다수의 제 2 슬릿(208s')이 형성되어 기존 구조의 데이터라인(217)과 공통전극(208) 사이의 커패시턴스를 최소화하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 데이터라인의 신호지연을 최소화하여 소비전력을 감소시킬 수 있게 된다.
즉, 도전물질로 이루어진 상기 데이터라인(217)과 공통전극(208) 사이에 유전물질인 보호막(215b)이 존재하여 커패시턴스가 형성되게 되는데, 이를 개선하기 위해 본 발명의 제 2 실시예에서는 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하게 상기 공통전극(208)을 그 하부의 데이터라인(217)을 따라 제거하게 된다.
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예는 전술한 본 발명의 제 1 실시예와는 다르게 상기 공통전극(208)의 제 2 슬릿(208s')을 다수개로 분할하여 액정의 초기 배향방향(①)이나 러빙방향과 동일한 방향(③)으로 형성함에 따라 전계가 인가되더라도 액정이 특정 전계방향으로 배열할 수 없도록 하여 액정의 틀어짐을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다. 그 결과 빛샘 등의 화면 왜곡을 방지할 수 있게 된다. 즉, 액정의 초기 배향방향(①)과 공통전극(208)의 제 2 슬릿(208s')의 기울어진 방향(③)이 동일하면 전계가 인가되더라도 액정의 거동 방향성이 없기 때문에 액정이 구동하지 않게 된다. 만약에 액정의 초기 배향방향(①)과 제 2 슬릿(208s')의 기울어진 방향(③)이 다를 경우에는 전계가 인가되면 거동하는 액정이 존재하여 전계가 왜곡되게 된다.
참고로, 상기 제 2 슬릿(208s')의 기울어진 방향(③)은 제 2 슬릿(208s')의 측면이 이루는 방향이며, 상기 데이터라인(217) 및 제 1 슬릿(208s)은 액정의 초기 배향방향(①)에 대해 소정의 방향(②)으로 기울어지게 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예는 상기 공통전극(208)의 제 1 슬릿(208s), 화소전극(218) 및 데이터라인(217)을 꺾임 구조로 형성하여 액정분자의 구동방향이 대칭성을 가지는 멀티-도메인 구조를 형성함으로써, 액정의 복굴절특성에 의한 이상 광을 서로 상쇄시켜 색전이 현상을 최소화할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치의 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 9a 내지 도 9e는 상기 도 6에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이며, 도 10a 내지 도 10e는 상기 도 7에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
도 9a 및 도 10a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(210)에 게이트전극(221)과 게이트라인(216)을 형성한다.
이때, 상기 게이트전극(221)과 게이트라인(216)은 제 1 도전막을 상기 어레이 기판(210) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.
여기서, 상기 제 1 도전막은 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 및 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 상기 저저항 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9b 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)과 게이트라인(216)이 형성된 어레이 기판(210) 전면에 게이트절연막(215a)과 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막을 형성한다.
이후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(210)의 게이트전극(221) 상부에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브층(224)을 형성한다.
이때, 상기 액티브층(224) 위에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 액티브층(224)과 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(225)이 형성되게 된다.
다음으로, 도 9c 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(224)과 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(225)이 형성된 어레이 기판(210) 전면에 제 2 도전막을 형성한다.
이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인을 형성하기 위해 구리, 구리 합금, 알루미늄 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 상기 저저항 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수 있다.
이후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 통해 상기 n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 선택적으로 제거함으로써 상기 액티브층(224) 위에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 소오스전극(222)과 드레인전극(223)을 형성한다.
또한, 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 어레이 기판(210)에 상기 게이트라인(216)과 함께 화소영역을 정의하는 데이터라인(217)을 형성하게 된다.
이때, 상기 액티브층(224) 위에는 상기 액티브층(224)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(222, 223) 사이를 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층(225n)이 형성되게 된다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예는 상기 액티브층(224)과 오믹-콘택층(225n) 및 데이터 배선, 즉 상기 소오스전극(222)과 드레인전극(223) 및 데이터라인(217)을 2번의 마스크공정을 통해 형성한 경우를 예를 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 액티브층(224)과 오믹-콘택층(225n) 및 데이터 배선은 하프-톤 마스크(half tone mask) 또는 회절마스크를 이용하여 한번의 마스크공정으로 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 9d 및 도 10d에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(224)과 소오스/드레인전극(222, 223) 및 데이터라인(217)이 형성된 어레이 기판(210) 전면에 제 3 도전막을 형성한다.
이때, 상기 제 3 도전막은 화소전극을 형성하기 위해 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질로 형성할 수 있다.
이후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 통해 상기 제 3 도전막을 선택적으로 제거함으로써 상기 화소영역에 상기 제 3 도전막으로 이루어지며 상기 드레인전극(223)과 전기적으로 접속하는 화소전극(218)을 형성한다.
이때, 상기 제 4 마스크공정을 통해 상기 n+ 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 제거하여 상기 액티브층(224) 위에 상기 오믹-콘택층(225n)을 형성할 수도 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예는 데이터 배선을 형성한 후에 화소전극(218)을 형성한 경우를 예를 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 화소전극(218)을 형성한 후에 데이터 배선을 형성할 수도 있다.
이와 같이 화소전극(218)이 형성된 후에는 도 9e 및 도 10e에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(210) 전면에 보호막(215b)을 형성한다.
이때, 상기 보호막(215b)은 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2)과 같은 무기절연막으로 형성하거나 포토 아크릴과 같은 유기절연막으로 형성할 수 있다.
그리고, 상기 보호막(215b)이 형성된 어레이 기판(210) 전면에 제 4 도전막을 형성한다.
이때, 상기 제 4 도전막은 공통전극을 형성하기 위해 인듐-틴-옥사이드 또는 인듐-징크-옥사이드와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질로 형성할 수 있다.
이후, 포토리소그래피공정(제 5 마스크공정)을 통해 상기 제 4 도전막을 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(210)의 화소부에 상기 제 4 도전막으로 이루어진 공통전극(208)을 형성하게 된다.
이때, 상기 공통전극(208)은 화소부 전체에 걸쳐 단일패턴으로 형성되는 한편, 그 하부의 화소전극(218)과 함께 프린지 필드를 발생시키기 위해 각각의 화소영역 내에서 다수의 제 1 슬릿(208s)을 가지도록 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터라인(217) 상부의 공통전극(208)은 기존 구조의 데이터라인(217)과 공통전극(208) 사이의 커패시턴스를 최소화하기 위해 상기 데이터라인(217)을 따라 공통전극(208)의 일부가 제거된 다수의 제 2 슬릿(208s')을 가지도록 형성되어 있다.
특히, 상기 공통전극(208)의 제 2 슬릿(208s')은 빛샘 등의 화면 왜곡을 방지하기 위해 다수개로 분할하여 액정의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 형성하게 된다.
이후, 도시하지 않았지만, 이와 같이 구성된 상기 어레이 기판(210)은 컬럼 스페이서에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 컬러필터 기판과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 컬러필터 기판에는 상기 박막 트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙 매트릭스와 적, 녹 및 청색의 컬러를 구현하는 컬러필터 및 오버코트층이 형성되어 있다.
상기 본 발명의 제 1, 제 2 실시예에 따른 프린지 필드형 액정표시장치는 액티브층으로 비정질 실리콘 박막을 이용한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브층으로 다결정 실리콘 박막 및 산화물 반도체를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 산화물 박막 트랜지스터 등에도 적용된다.
또한, 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
108,208 : 공통전극 108s,208s, 108s'208s' : 슬릿
110,210 : 어레이 기판 116,216 : 게이트라인
117,217 : 데이터라인 118,218 : 화소전극
121,221 : 게이트전극 122,222 : 소오스전극
123,223 : 드레인전극 124,224 : 액티브층

Claims (12)

  1. 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 상기 화소전극을 덮는 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막 위에 공통전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 초기 배향방향을 가지는 액정층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며,
    상기 공통전극은
    각각의 화소영역 내에 배치되고 상기 화소전극과 함께 프린지 필드를 발생시키기 위한 다수의 제 1 슬릿과,
    상기 데이터라인과 중첩되고 상기 액정층의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 배치되는 다수의 제 2 슬릿을 포함하며,
    상기 다수의 제 2 슬릿은 상기 데이터라인과 상이한 방향으로 배치되는 프린지 필드형 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공통전극은 상기 제 1 기판 위에 단일패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프린지 필드형 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 화소영역 내에 박스 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 프린지 필드형 액정표시장치의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공통전극의 상기 다수의 제 1 슬릿 및 데이터라인은 꺾임 구조를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 프린지 필드형 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 꺾임 구조를 가지는 공통전극의 제 1 슬릿 및 데이터라인은 상기 액정층의 초기 배향방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 프린지 필드형 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 1 기판 위에 형성되며, 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인;
    상기 제 1 기판의 화소영역에 형성된 화소전극;
    상기 화소전극이 형성된 상기 제 1 기판 위에 형성되고 상기 화소전극을 덮는 보호막;
    상기 보호막 위에 형성되는 공통전극;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성되며, 초기 배향방향을 가지는 액정층; 및
    상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 상기 제 2 기판을 포함하며,
    상기 공통전극은
    각각의 화소영역 내에 배치되고 상기 화소전극과 함께 프린지 필드를 발생시키기 위한 다수의 제 1 슬릿과,
    상기 데이터라인과 중첩되고 상기 액정층의 초기 배향방향과 동일한 방향으로 배치되는 다수의 제 2 슬릿을 포함하며,
    상기 다수의 제 2 슬릿은 상기 데이터라인과 상이한 방향으로 배치되는 프린지 필드형 액정표시장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 화소영역 내에 박스 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 프린지 필드형 액정표시장치.
  10. 삭제
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 공통전극의 상기 다수의 제 1 슬릿 및 데이터라인은 꺾임 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 프린지 필드형 액정표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 꺾임 구조를 가지는 공통전극의 제 1 슬릿 및 데이터라인은 상기 액정층의 초기 배향방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 프린지 필드형 액정표시장치.
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