KR100507271B1 - 고개구율 및 고투과율 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

고개구율 및 고투과율 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 하부 기판; 하부 기판상에 소정 방향으로 연장된 게이트 버스 라인; 상기 게이트 버스 라인과 교차되도록 하부 기판상에 배치되어 단위 화소를 한정하는 데이타 버스 라인; 상기 게이트 버스 라인과 데이타 버스 라인의 교차부에 각각 배치된 박막 트랜지스터; 상기 단위 화소 공간에 각각 배치되는 카운터 전극; 상기 카운터 전극과 콘택되고, 상기 데이타 버스 라인과 동일 물질로 형성되며, 상기 데이타 버스 라인과 평행하게 연장되는 공통 신호선; 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되며, 상기 카운터 전극 상에 오버랩되고, 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 형성하는 화소 전극; 및 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 개재되는 보호막을 포함하며, 상기 화소 전극과 카운터 전극은 투명한 물질로 형성되며, 상기 데이타 버스 라인은 알루미늄 계열의 금속막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치 및 그 제조방법{LCD having high aperture ratio and high transmittance and method for manufacturing the same}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고개구율 및 고투과울 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치(Fringe Field switching mode LCD)는 일반적인 IPS 모드 액정 표시 장치의 낮은 개구율 및 투과율을 개선시키기 위하여 제안된 것으로, 이에 대하여 대한민국 특허출원 제98-9243호로 출원되었다.
이러한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 카운터 전극과 화소 전극을 투명 전도체로 형성하면서, 카운터 전극과 화소 전극과의 간격을 상하 기판 사이의 간격보다 좁게 형성하여, 카운터 전극과 화소 전극 상부에 프린지 필드(fringe filed)가 형성되도록 한다.
이러한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치가 도 1에 도시되어 있다.
도면을 참조하여, 하부 기판(1) 상에는 게이트 버스 라인(3) 및 데이터 버스 라인(7)이 교차 배열되어, 단위 화소를 한정하고, 게이트 버스 라인(3)과 데이터 버스 라인(7)의 교차점 부근에는 박막 트랜지스터(TFT)가 배치된다.
카운터 전극(2)은 투명한 도전체로서, 단위 화소별로 형성되고, 사각 플레이트 형상을 갖는다. 이러한 카운터 전극(2)은 공통 신호선(30)과 콘택되어, 지속적으로 공통 신호를 인가받는다. 공통 신호선(30)은 게이트 버스 라인(3)과 평행하면서 카운터 전극(2)의 소정 부분과 콘택되는 제 1 부분(30a)과, 제 1 부분(30a)으로 부터 데이타 버스 라인(7)과 평행하게 연장되면서 카운터 전극(2)과 데이타 버스 라인(7) 사이에 각각 배치되는 제 2 부분(30b)을 포함한다. 이때, 제 2 부분(30b)은 데이타 버스 라인(7)과는 절연된다.
화소 전극(9)은 카운터 전극(5)과 오버랩되도록, 단위 화소 공간 각각에 형성된다. 화소 전극(9)는 데이타 버스 라인(7)과 평행하면서 등간격으로 형성된 빗살부(9a)와, 빗살부(9a)의 일단을 연결하면서 박막 트랜지스터(TFT)의 소정 부분과콘택되는 바(9b)를 포함한다. 여기서, 카운터 전극(5)과 화소 전극(9)은 게이트 절연막(도시되지 않음)을 사이에 두고 절연되어 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 하부 기판(1)과 대향하는 상부 기판은 화소 전극(9)과 카운터 전극(5)과의 거리 보다 큰 폭으로 대향,대치된다.
이러한 구성을 갖는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 다음과 같이 형성된다.
여기서, 도 2a는 도 1의 a-a'선으로 절단하여 나타낸 단면도이고, 도 2b는 도 1의 b-b'선으로 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여, 기판(1) 상부에 투명한 도전막을 증착한다음, 소정 형태로 패터닝하여, 카운터 전극(2)을 형성한다. 그다음, 게이트 버스 라인용 금속막, 예를들어, MoW 금속막을 증착한다음, 소정 부분 패터닝하여, 게이트, 버스 라인(3)과, 카운터 전극(2)과 콘택되도록 공통 전극(30a)을 형성한다. 그후, 실리콘 질산화막으로 된 제 1 게이트 절연막(4a)과, 실리콘 질화막으로 된 제 2 게이트 절연막(4b)을 순차적으로 적층한다음, 제 2 게이트 절연막(4b) 상부에 비정질 실리콘층과 도핑된 반도체층을 형성한다. 그후, 도핑된 반도체층, 비정질 실리콘층 및 제 2 게이트 절연막(4b)을 소정 부분 패터닝하여, 오믹 콘택층(6)과 채널층(5)을 형성한다. 그후, 기판 결과물 상부에 금속막을 증착한다음, 소정 부분 패터닝하여, 소오스, 드레인 전극(7a,7b) 및 데이타 버스 라인을 형성한다. 그 다음, 소오스, 드레인 전극(7a,7b)이 형성된 기판 결과물 상부에 보호막(8)을 증착한다음, 드레인 전극(7b)의 소정 부분이 노출되도록, 보호막(8)을 식각한다. 이어서, 노출된 드레인 전극(7b)과 콘택되도록, 보호막(8) 상부에 화소 전극(9)을 형성한다.
이와같은 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는, 카운터 전극(2)과 화소 전극(9) 사이에 전계가 형성되면, 카운터 전극(2)과 화소 전극(9) 사이의 거리가 상하부 기판 간의 거리가 크므로, 두 전극 사이에는 수직 성분을 포함하는 프린지 필드(fringe field)가 형성된다. 이 프린지 필드는 카운터 전극(2) 및 화소 전극(9) 상부에 전역에 미치게 되어, 전극 상부에 있는 액정 분자들은 모두 동작시킨다. 이에따라, 고개구율 및 고투과율을 실현할 수 있다.
그러나, 상기한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점을 갖는다.
먼저, 종래의 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 카운터 전극(2)과 화소 전극(9) 사이에 제 1 게이트 절연막(4a)과 패시베이션막(8)이 적층되어 있다. 이로 인하여, 전극 사이의 거리가 증가되어, 보조 캐패시턴스가 저하될 뿐만 아니라, 전계가 걸리는 경로차가 서로 달라서, 잔상과 같은 문제점이 발생되며, 전계의 세기가 약해져서, 구동 전압이 상승하게 된다.
또한, 상기한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 공통 신호선(9)은 스토리지 온 커먼(storage on common) 방식으로 게이트 버스 라인과 동일한 물질로 형성된다. 이때, 게이트 버스 라인 물질은 MoW으로 Al 계열의 금속막에 비하여 저항이 높다. 이에따라, 공통 신호선(9)은 공통 신호가 원활히 전달되도록 하기 위하여, 비교적 넓은 폭이 요구되는데, 이때, 공통 신호선(9)이 불투명 금속막으로 형성되고 단위 화소 공간내에 형성되므로, 개구율을 잠식하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 다른 방법으로, 카운터 전극을 게이트 절연막상에 형성하고, 화소 전극을 보호막상에 형성하면서 비아홀을 통하여 소오스 전극과 콘택되도록 하는 기술이 제안되었다.
이 방법에 따르면, 카운터 전극과 화소 전극 사이의 거리는 줄일 수 있었으나, 공통 신호선은 여전히 게이트 버스 라인 물질로 형성되어, 면적을 줄일 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 카운터 전극과 화소 전극간의 거리를 줄이면서, 개구율을 더 확보할 수 있는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일견지에 따르면, 하부 기판; 하부 기판상에 소정 방향으로 연장된 게이트 버스 라인; 상기 게이트 버스 라인과 교차되도록 하부 기판상에 배치되어 단위 화소를 한정하는 데이타 버스 라인; 상기 게이트 버스 라인과 데이타 버스 라인의 교차부에 각각 배치된 박막 트랜지스터; 상기 단위 화소 공간에 각각 배치되는 카운터 전극; 상기 카운터 전극과 콘택되고, 상기 데이타 버스 라인과 동일 물질로 형성되며, 상기 데이타 버스 라인과 평행하게 연장되는 공통 신호선; 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되며, 상기 카운터 전극 상에 오버랩되고, 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 형성하는 화소 전극; 및 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 개재되는 보호막을 포함하며, 상기 화소 전극과 카운터 전극은 투명한 물질로 형성되며, 상기 데이타 버스 라인은 알루미늄 계열의 금속막을 포함한다. 여기서, 데이타 버스 라인은 Mo/Al/Mo 또는 Mo/AlNd/Mo 금속막으로 형성된다.
또한, 본 발명의 다른 견지에 의하면, 하부 기판 상부에 금속막을 증착한다음, 소정 부분 패터닝하여, 게이트 버스 라인을 형성하는 단계와, 상기 하부 기판 상부에 게이트 절연막과 비정질 실리콘층 및 도핑된 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 도핑된 반도체층 및 비정질 실리콘층을 소정 부분 패터닝하여 채널층을 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막 및 채널층 상부에 제 1 ITO막을 증착하고, 상기 채널층의 일측에 존재하도록 소정 부분 패터닝하여, 카운터 전극을 형성하는 단계와, 상기 결과물 상부에 금속막을 증착하고, 상기 게이트 버스 라인과 교차하도록 소정 부분 패터닝하여 데이타 버스 라인을 형성하고, 동시에, 상기 채널층과 소정 부분과 오버랩되도록 소오스, 및 드레인 전극을 형성하면서, 상기 카운터 전극과 콘택되도록 공통 신호선을 형성하는 단계와, 상기 데이타 버스 라인 및 카운터 전극이 형성된 기판 결과물 상부에 보호막을 증착하는 단계와, 상기 드레인 전극이 노출되도록 보호막을 식각하는 단계, 및 상기 노출된 드레인 전극과 콘택되도록 보호막 상부에 제 2 ITO막을 증착하고, 소정 부분 패터닝하여 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 데이타 버스 라인은 Mo/Al/Mo 또는 Mo/AlNd/Mo막인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 카운터 전극과 화소 전극 사이에 보호막만을 두어, 카운터 전극과 화소 전극사이의 거리를 감축시킨다. 이에따라, 카운터 전극과 화소 전극 사이의 전계 경로 및 화소 전극과 카운터 전극간의 전계 경로가 동일해져서, 잔상의 문제점이 발생되지 않는다. 또한, 보조 용량 캐패시턴스가 증대되고, 전계 세기도 커져서, 소비 전력이 감소된다.
또한, 공통 신호선을 게이트 버스 라인 보다 전도성이 우수한 데이타 버스 라인과 동일 물질로 형성하여, 종래의 공통 신호선 보다 선폭을 줄일 수 있다. 이에따라, 개구율을 향상시킬 수 있다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 3을 참조하여, 하부 기판(20) 상부에 게이트 버스 라인(21)이 도면의 x 방향으로 연장되고, 데이터 버스 라인(26)은 게이트 버스 라인(21)과 실질적으로 수직인 y 방향으로 연장되어, 직사각형 형태의 단위 화소 공간이 한정된다. 이때, 게이트 버스 라인(21)은 종래와 마찬가지로 MoW 금속막으로 형성되고, 데이타 버스 라인(26)은 Mo/Al/Mo 금속막으로 형성된다. 이때, 게이트 버스 라인(21)은 구조물 중 초기에 형성되어, 후속 공정의 영향을 많이 받으므로, 알루미늄 보다는 전도성이 떨어지지만, 후속 공정에도 영향을 덜 받는 MoW 금속막으로 형성되고, 데이타 버스 라인(26)은 구조물 상부에 형성되므로 후속 공정의 영향이 덜 미치므로, 전도성이 우수한 Mo/Al/Mo 금속막으로 형성된다.
게이트 버스 라인(21)과 데이터 버스 라인(26)의 교차점 부근에는 박막 트랜지스터(TFT)가 각각 배치된다. 여기서, 게이트 버스 라인(12)과 데이타 버스 라인(14)는 공지된 바와 같이, 게이트 절연막(도시되지 않음)에 의하여 절연된다.
카운터 전극(25)은 투명한 물질로 단위 화소 공간에 플레이트(plate) 형태로 형성된다.
카운터 전극(25) 상부에는 카운터 전극(25)과 콘택되면서, 데이타 버스 라인(26)과 평행하게 연장되며, 상기 단위 화소를 종단하는 공통 신호선(260)이 형성된다. 이때, 공통 신호선(260)은 알루미늄 계열의 금속막을 포함하는 데이타 버스 라인(26)과 동일한 물질로 형성되므로, 종래의 공통 신호선(260)보다는 전도 특성이 우수하다. 이에따라, 종래보다 공통 신호선(260)의 선폭을 줄일 수 있다. 따라서, 단위 화소 공간내에 형성되는 금속막의 면적이 감소되므로, 개구율이 증대된다. 또한, 공통 신호선(260)을 데이타 버스 라인(26)과 평행하게 형성하는 것은, 공통 신호선(260)과 데이타 버스 라인(26)간의 쇼트를 방지하기 위함이다.
카운터 전극(25)과 오버랩되도록, 카운터 전극(25) 상부에 화소 전극(28)이 형성된다. 이때, 화소 전극(28)은 데이타 버스 라인(26)과 평행하게 연장된 다수의 빗살부(28a)와, 빗살부(28a)의 일단들을 연결시키면서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)와 접속되는 바(28b)를 포함한다. 이때, 화소 전극(28)은 공통 신호선(260) 상부에 배치된다.
여기서, 본 실시예에서의 카운터 전극(25)과 화소 전극(28)은 두 전극들 사이에 프린지 필드가 형성되도록, 투명한 물질로 형성되고, 둘 사이의 간격이 셀갭(상하 기판간의 거리)보다 좁게 형성하고, 각 선폭은 프린지 필드에 의하여 전극(25,28) 상부의 대부분의 액정 분자들이 충분히 움직일 수 있을 정도로 한다.
이와같은 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 다음과 같이 형성된다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 기판(20) 상부에 MoW막을 증착한다음, 소정 부분 패터닝하여, 게이트, 버스 라인(21)을 형성한다. 그후, 실리콘 질산화막으로 된 게이트 절연막(22)을 증착한다음, 게이트 절연막(22) 상부에 비정질 실리콘층(도시되지 않음)과 도핑된 반도체층(도시되지 않음)을 형성한다. 그후, 도핑된 반도체층, 비정질 실리콘층을 소정 부분 패터닝하여, 오믹 콘택층(도시되지 않음)과 채널층(23)을 형성한다. 그후, 기판 결과물 상부에 제 1 ITO막을 증착한다음, 플레이트 형상으로 패터닝하여, 카운터 전극(25)을 형성한다. 그 다음, 전도성이 높은 알루미늄 계열의 금속막, 예를들어 Mo/Al/Mo 또는 Mo/AlNd/Mo 금속막을 증착한다음, 소정 부분 패터닝하여, 소오스, 드레인 전극(26a,26b) 및 데이타 버스 라인(26)을 형성한다. 이때, 데이타 버스 라인(26)의 형성과 동시에, 카운터 전극(25)과 콘택되도록 카운터 전극(25) 상부에 공통 신호선(260)을 형성한다.
그후, 하부 기판(20)의 결과물 상부에 보호막(27)을 증착한다. 그후, 박막 트랜지스터의 드레인 전극(26b)이 노출되도록, 보호막(27)을 소정 부분 식각한다. 그후, 보호막(27) 상부에 노출된 드레인 전극(26b)과 콘택되도록 제 2 ITO막을 증착한다. 그후, 제 2 ITO막을 소정 부분 패터닝하여, 화소 전극(28a)을 형성한다.
이와같은 본 발명의 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는, 카운터 전극(25)이 게이트 절연막(22) 상부에 형성되고, 카운터 전극(25) 상부에 보호막(27) 및 화소 전극(28)이 형성되어, 카운터 전극(25)과 화소 전극(28)간의 거리를 감소시킬 수 있다.
또한, 데이타 버스 라인(26)과 동일한 물질로 공통 신호선(26)을 형성하므로써, 종래의 공통 신호선 보다 전도성이 개선되어, 그 선폭을 줄일 수 있다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 카운터 전극과 화소 전극 사이에 보호막만을 두어, 카운터 전극과 화소 전극사이의 거리를 감축시킨다. 이에따라, 카운터 전극과 화소 전극 사이의 전계 경로 및 화소 전극과 카운터 전극간의 전계 경로가 동일해져서, 잔상의 문제점이 발생되지 않는다. 또한, 보조 용량 캐패시턴스가 증대되고, 전계 세기도 커져서, 소비 전력이 감소된다.
또한, 공통 신호선을 게이트 버스 라인 보다 전도성이 우수한 데이타 버스 라인과 동일 물질로 형성하여, 종래의 공통 신호선 보다 선폭을 줄일 수 있다. 이에따라, 개구율을 향상시킬 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 평면도.
도 2a는 도 1의 a-a'선으로 절단하여 나타낸 단면도.
도 2b는 도 1의 b-b'선으로 절단하여 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 평면도.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
20 - 하부 기판 21 - 게이트 버스 라인
22 - 게이트 절연막 23 - 채널층
25 - 카운터 전극 26 - 데이타 버스 라인
26a - 소오스 전극 26b - 드레인 전극
27 - 보호막 28 - 화소 전극
260 - 공통 신호선

Claims (6)

  1. 하부 기판;
    하부 기판상에 소정 방향으로 연장된 게이트 버스 라인;
    상기 게이트 버스 라인과 교차되도록 하부 기판상에 배치되어 단위 화소를 한정하는 데이타 버스 라인;
    상기 게이트 버스 라인과 데이타 버스 라인의 교차부에 각각 배치된 박막 트랜지스터;
    상기 단위 화소 공간에 각각 배치되는 카운터 전극;
    상기 카운터 전극과 콘택되고, 상기 데이타 버스 라인과 동일 물질로 형성되며, 상기 데이타 버스 라인과 평행하게 연장되는 공통 신호선;
    상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되며, 상기 카운터 전극 상에 오버랩되고, 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 형성하는 화소 전극; 및
    상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 개재되는 보호막을 포함하며,
    상기 화소 전극과 카운터 전극은 투명한 물질로 형성되며,
    상기 데이타 버스 라인은 알루미늄 계열의 금속막을 포함하는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이타 버스 라인은 Mo/Al/Mo 또는 Mo/AlNd/Mo 금속막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 전극은 플레이트 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 데이타 버스 라인과 평행한 수개의 빗살부와, 상기 빗살부간을 연결하면서 상기 박막 트랜지스터와 접속되는 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  5. 하부 기판 상부에 금속막을 증착한다음, 소정 부분 패터닝하여, 게이트 버스 라인을 형성하는 단계;
    상기 하부 기판 상부에 게이트 절연막과 비정질 실리콘층 및 도핑된 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 도핑된 반도체층 및 비정질 실리콘층을 소정 부분 패터닝하여 채널층을 형성하는 단계;
    상기 게이트 절연막 및 채널층 상부에 제 1 ITO막을 증착하고, 상기 채널층의 일측에 존재하도록 소정 부분 패터닝하여, 카운터 전극을 형성하는 단계;
    상기 결과물 상부에 금속막을 증착하고, 상기 게이트 버스 라인과 교차하도록 소정 부분 패터닝하여 데이타 버스 라인을 형성하고, 동시에, 상기 채널층과 소정 부분과 오버랩되도록 소오스, 및 드레인 전극을 형성하면서, 상기 카운터 전극과 콘택되도록 공통 신호선을 형성하는 단계;
    상기 데이타 버스 라인 및 카운터 전극이 형성된 기판 결과물 상부에 보호막을 증착하는 단계;
    상기 드레인 전극이 노출되도록 보호막을 식각하는 단계; 및
    상기 노출된 드레인 전극과 콘택되도록 보호막 상부에 제 2 ITO막을 증착하고, 소정 부분 패터닝하여 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 데이타 버스 라인은 Mo/Al/Mo 또는 Mo/AlNd/Mo막인 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 제조방법.
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