KR100516053B1 - 평면 구동 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 위에 가로 방향으로 게이트선이 형성되어 있고 그 일부가 게이트 전극이 되며, 게이트선을 중심으로 분리된 공통 전극선이 세로 방향으로 형성되어 있다. 공통 전극선의 양쪽으로 다수의 공통 전극이 수직하게 연장되어 있으며, 그 위에는 공통 전극선을 드러내는 접촉구가 뚫린 절연막이 형성되어 있다. 절연막 위에는 비정질 규소층이 게이트 전극 위에 형성되어 있으며, 세로 방향으로 데이터선이 형성되어 있다. 게이트 전극을 중심으로 소스 전극 및 드레인 전극이 비정질 규소층의 양쪽 가장자리와 중첩되며, 소스 및 드레인 전극과 비정질 규소층 사이에는 도핑된 비정질 규소층이 형성된다. 드레인 전극으로부터 연장된 화소 전극선이 공통 전극선과 중첩되며, 화소 전극선으로부터 양쪽으로 연장된 다수의 화소 전극이 가로 방향으로 형성되어 있다. 또한, 데이터선을 중심으로 분리되어 있는 공통 전극선의 끝부분 및 데이터선과 중첩되는 연결 패턴이 접촉구를 통하여 공통 전극선과 연결되어 있다.

Description

평면 구동 액정 표시 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 평면 구동 방식(in-plane switching mode) 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 수직 크로스토크(crosstalk)를 방지하는 구조의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 크게 비틀린 네마틱(twisted nematic) 방식 액정 표시 장치와 평면 구동 방식 액정 표시 장치로 나뉜다. 비틀린 네마틱 방식은 서로 마주보고 있는 두 기판 중 하나의 투명 기판에 박막 트랜지스터, 화소 전극, 게이트선 및 데이터선 등이 형성되어 있고, 다른 하나의 투명 기판에 공통 전극이 형성되어 있어 기판에 대해 수직한 전계가 형성되는 액정 표시 장치로서, 구동 전압이 비교적 낮은 장점이 있지만, 시야각이 좁은 단점이 있다. 이와는 달리, 평면 구동 방식에서는 하나의 투명 기판 내에 화소 전극 및 공통 전극이 동시에 형성되어 있어서 기판에 평행한 전기장이 형성되기 때문에 시야각이 넓어진다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 기술에 따른 평면 구동 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 평면 구동 방식 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판에 대한 배치도이고, 도 2는 도 1의 II-II' 선, 즉 박막 트랜지스터에 대한 단면도이고, 도 3은 도 1의 III-III' 선에 대한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(100) 위에 가로 방향으로 게이트선(200)이 형성되어 있고, 게이트선(200)와 평행하게 제1 공통 전극선(301)이 형성되어 있다. 제1 공통 전극선(301)으로부터 수직하게 다수의 공통 전극(310)이 길게 연장되어 있으며, 공통 전극(310)의 끝은 제2 공통 전극선(302)에 연결되어 있다. 게이트선(200), 제1 및 제2 공통 전극선(301, 302) 및 공통 전극(310)을 게이트 절연막(400)이 덮고 있으며, 게이트 절연막(400) 위에는 게이트선(200)의 일부, 즉 게이트 전극(201) 위에 비정질 규소층(500)이 형성되어 있으며, 게이트선(200)이 연장된 부분이 비정질 규소층(500)과 일부 중첩되어 소스 전극(710)을 이룬다. 또한, 게이트 전극(201)을 중심으로 소스 전극(710)의 반대편에는 드레인 전극(720)이 비정질 규소층(500)과 겹치도록 형성되어 있다. 소스 및 드레인 전극(710, 720)과 비정질 규소층(500)의 사이에는 접촉 특성을 향상시키기 위한 도핑된 비정질 규소층(610, 620)이 형성되어 있다. 드레인 전극(720)이 제1 공통 전극선(301)을 따라 연장되어 화소 전극선(800)을 이루며, 이로부터 화소 전극(810)이 데이터선(700) 및 공통 전극(310)과 평행하게 연장되어 있다. 이때, 화소 전극(810)은 공통 전극(310)의 사이에 빗살 형태로 형성되어 있다.
이러한 박막 트랜지스터 기판(100)은 블랙 매트릭스(도시하지 않음)가 형성되어 있는 대향 기판과 마주보도록 조립되는데, 블랙 매트릭스는 화소와 화소의 경계, 즉 데이터선(700)의 위치에 대응된다. 두 기판 사이에는 액정 분자(LC)가 주입되며, 액정 분자(LC)는 화소 전극(810)과 공통 전극(310) 사이에서 발생하는 수평 전계에 의해 배열된다.
이러한 액정 표시 장치에 인가되는 신호를 대략적으로 살펴보자.
공통 전극(310)에는 늘 일정한 값의 전압이 공급되고, 데이터선(700)에는 프레임(frame)을 주기로하여 연속적으로 변하는 전압이 인가된다. 즉, 한 화소의 박막 트랜지스터가 열린 상태일때 화소 전극(810)에 화상 전압이 인가되고, 박막 트랜지스터가 닫히면 화소 전극(810)에 인가된 신호가 다시 박막 트랜지스터가 열릴 때까지 유지되며, 데이터선(700)에는 다음 화소 전극들을 동작시킬 다른 화상 전압이 연속적으로 변하며 인가된다.
박막 트랜지스터가 닫힌 상태에서, 데이터선(700)과 인접한 화소 전극(810) 사이에 의도되지 않은 전계가 발생하는데, 이는 화소 전극(810)에 인가되어 유지되고 있는 전압과 데이터선(700)에 인가되는 전압이 다르기 때문이며, 데이터선(700)의 신호 변화가 인접한 공통 전극(310)의 신호에도 영향을 미치기 때문이다. 이때, 데이터선(700)과 인접한 화소 전극(810) 및 공통 전극(310) 사이에서 발생하는 전기장은 데이터선(700)과 화소 전극(810)의 전압차가 클수록, 데이터선(700)과 공통 전극(310)이 대면하는 면적이 크고 간격이 가까울수록 커진다.
데이터선(700)과 공통 전극(310)이 나란히 형성되어 있는 이와같은 구조에서는 액정 분자(LC)들이 비틀리기에 충분한 전위차가 발생하므로, 데이터선(700)과 공통 전극(310) 및 화소 전극(810)의 사이에서 액정 분자(LC)의 이상 배열이 나타나며, 액정 분자(LC)의 이상 배열이 발생하면 화소가 오프(off)된 경우에도 빛이 누설되는 현상이 나타난다. 액정 분자(LC)의 이상 배열은 데이터선(700)을 따라 전 화소에 걸쳐 나타나므로, 노멀리 블랙(normally black) 상태의 화면상에 흰 줄이 생기는 수직 크로스토크(vertical crosstalk)가 발생한다.
또한, 게이트선(200)을 따라 상·하에 공통 전극선(301, 302)이 인접해 있기 때문에 게이트선(200)과 공통 전극선(301, 302) 사이에서의 단선 발생률이 높다.
본 발명은 액정 분자의 이상 배열을 줄여 화면상의 수직 크로스토크 현상을 줄이는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 게이트선 및 데이터선이 절연되어 서로 교차하며, 데이터선과 수직하게 다수의 공통 전극 및 다수의 화소 전극이 각각 형성되어 있다.
이때, 다수의 공통 전극을 하나로 연결하는 공통 전극선과 다수의 화소 전극을 하나로 연결하는 화소 전극선이 데이터선에 평행하게 형성되어 있을 수 있다.
여기에서, 공통 전극선이 공통 전극의 가운데를 가로지르는 것이 바람직하다. 이 경우 공통 전극선이 게이트선을 중심으로 분리되어 있어야 하며, 분리된 공통 전극선을 전기적으로 연결하는 연결 패턴이 형성되어 있어야 한다.
이러한 구조의 액정 표시 장치는 게이트선을 형성하는 단계에서 공통 전극선을 게이트선에 대해 분리되도록 형성하고, 데이터선 및 화소 전극을 형성하는 단계에서 분리되어 있는 공통 전극선을 연결하는 연결 패턴을 형성함으로써 제조된다.
이처럼, 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법은 데이터선에 수직하게 공통 전극 및 화소 전극을 형성함으로써 데이터선과 대면하는 화소 전극 및 공통 전극의 면적을 줄인다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기판 위에 가로 방향으로 게이트선(200)이 형성되어 있고, 게이트선(200)으로부터 게이트 전극(201)이 연장되어 있으며, 게이트선(200)을 중심으로 분리된 공통 전극선(303, 304)이 세로 방향으로 형성되어 있다. 공통 전극선(303, 304)의 양쪽으로 다수의 공통 전극(310)이 가로 방향으로 연장되어 있다.
그 위에 절연막(도시하지 않음)이 덮여 있으며, 공통 전극선(303, 304)을 드러내는 접촉구(C1, C2)가 형성되어 있다.
절연막 위에는 비정질 규소층(500)이 게이트 전극(201) 위에 형성되어 있으며, 세로 방향으로 데이터선(700)이 형성되어 있다. 데이터선(700)의 일부가 연장되어 게이트 전극(201) 위의 비정질 규소층(500)의 가장자리와 중첩되는 소스 전극(710)을 이루며, 게이트 전극(201)을 중심으로 소스 전극(710)의 반대편에는 드레인 전극(720)이 형성되어 있다. 소스 및 드레인 전극(710, 720)과 비정질 규소층(500) 사이에는 접촉 특성을 향상시키기 위한 도핑된 비정질 규소층(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
드레인 전극(720)으로부터 연장된 화소 전극선(830)이 공통 전극선(304)과 절연막을 매개로 중첩되어 있으며, 화소 전극선(830)으로부터 양쪽으로 연장된 다수의 화소 전극(810)이 가로 방향으로 형성되어 있다. 또한, 데이터선(200)을 중심으로 분리되어 있는 공통 전극선(303, 304)의 양단 및 데이터선(200)과 중첩되도록 형성되어 있는 연결 패턴(850)은 접촉구(C1, C2)를 통하여 공통 전극선(303, 304)와 연결되어 있다.
이러한 구조의 박막 트랜지스터 기판에서는 공통 전극(310) 및 화소 전극(810)이 데이터선(700)에 대해 수직으로 형성되어 있어서, 데이터선(700)과 대면하는 공통 전극(310)의 면적이 줄어든다. 그러므로, 데이터선(700)과 화소 전극(810)및 공통 전극(310) 사이에 형성되는 전위차가 액정 분자(LC)를 비틀 정도의 크기를 갖지 못하므로, 액정 분자(LC)의 이상 배열 또한 나타나지 않는다.
따라서, 액정 분자(LC)의 이상 배열에 의한 수직 크로스토크 현상도 줄어든다.
그러면, 이러한 구조의 액정 표시 장치의 제조 방법을 도 5a 내지 도 5d를 참고로 하여 다음에서 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 순서적으로 도시한 배치도이다.
먼저, 기판 위에 제1 금속막을 증착하고 패터닝하여 게이트선(200) 및 게이트 전극(201), 공통 전극선(303, 304) 및 공통 전극(310) 등의 제1 금속 패턴을 형성한다. 이때, 공통 전극선(303, 304)은 게이트선(200)을 중심으로 분리되도록 형성한다(도 5a 참조).
게이트 절연막(도시하지 않음)을 도포하고, 게이트 전극(201) 상부의 게이트 절연막 위에 비정질 규소층(500) 및 도핑된 비정질 규소층(도시하지 않음)을 차례로 형성한다.(도 5b 참조).
다음, 게이트 절연막의 일부를 식각하여 공통 전극선(303, 304)의 끝 부분을 드러내는 접촉구(C1, C2)를 형성한다(도 5c 참조).
마지막으로 제2 금속막을 적층하고 패터닝하여 데이터선(700), 소스 및 드레인 전극(710, 720), 화소 전극선(830) 및 화소 전극(810), 공통 전극선(303, 304)을 연결하기 위한 연결 패턴(850) 등의 제2 금속 패턴을 형성한다(도 5d 참조).
이러한 방법을 통해서 수직 크로스토크 현상을 줄일수 있는 구조의 액정 표시 장치를 구현할 수 있다. 또한, 게이트선(200)을 중심으로 공통 전극선(310)을 분리하며 수직으로 형성하기 때문에 두 선(200, 310) 사이의 단락 또한 줄일 수 있다.
제1 실시예와 마찬가지로 데이터선(700)과 화소 전극(810) 및 공통 전극(310)을 수직하게 형성하는 구조를 가지는 제2 및 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 다음에서 도 6 및 도 7을 참고로 하여 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 및 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 게이트선(200) 및 게이트 전극(201), 데이터선(700), 소스 및 드레인 전극(710, 720), 비정질 규소층(500) 게이트 절연막 등은 제1 실시예와 마찬가지의 구조로 형성되어 있다.
게이트선(200)과 평행하게 공통 전극선(300)이 형성되어 있고, 공통 전극선(300)으로부터 수직한 방향으로 보조 공통 전극선(300')이 뻗어 있으며, 보조 공통 전극선(300')으로부터 다수의 공통 전극(310)이 보조 공통 전극선(300')에 수직하게, 즉 데이터선(700)에 수직하게 연장되어 있다. 또한, 드레인 전극(720)으로부터 연장된 화소 전극선(800) 및 보조 화소 전극선(800')이 공통 전극선(300) 및 보조 공통 전극선(300')을 따라 평행하게 중첩하며, 다수의 화소 전극(810)이 화소 전극선(800)으로부터 데이터선(700)과 수직하게 연장되어 있다.
도 7에 도시한 제3 실시예는 제2 실시예와 유사한 구조를 가진다. 단, 화소 전극선(800)과 공통 전극선(300)이 서로 중첩되지 않으며, 게이트선(200)이 아닌 데이터선(700)에 평행하게 형성되어 있다는 점에 차이가 있다. 즉, 데이터선(700)과 평행하게 화소 전극선(800)과 공통 전극선(300)이 형성되어 있으며, 화소 전극선(800) 및 공통 전극선(300)으로부터 각각 수직하게 다수의 화소 전극(810) 및 공통 전극(310)이 연장되어 있다.
제1 실시예에서와 마찬가지로, 제2 및 제3 실시예에서는 화소 전극(810) 및 공통 전극(310)이 데이터선(700)과 수직하게 형성되어 있으므로, 그 효과는 제1 실시예와 동일하다.
이상에서와 같이, 본 발명에 의하면 액정 분자의 이상 배열에 의한 수직 크로스토크 현상이 줄고, 게이트선과 공통 전극선 사이의 단락 불량의 감소에 따라 생산성도 향상된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 2는 도 1의 II-II' 선, 즉 박막 트랜지스터에 대한 단면도이고,
도 3은 도 1의 III-III' 선에 대한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 5a 내지 도 5d는 제1 실시예의 제조 방법을 공정 순서에 따라 나타낸 배치도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 배치도이다.

Claims (7)

  1. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며, 절연막을 매개로하여 서로 교차하는 게이트선 및 데이터선,
    상기 데이터선과 평행하게 형성되어 있는 공통 전극선과 상기 공통 전극선으로부터 뻗어 나와 있으며, 상기 데이터선과 수직하게 형성되어 있는 다수의 공통 전극,
    상기 데이터선과 평행하게 형성되어 있는 화소 전극선과 상기 화소 전극선으로부터 뻗어 나와 있으며, 상기 데이터선과 수직하게 형성되어 있는 다수의 화소 전극을 포함하며,
    상기 화소 전극선과 상기 공통 전극선은 상호 중첩되어 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 공통 전극선은 상기 공통 전극의 가운데를 가로지르며 상기 게이트선을 중심으로 분리되어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 게이트선의 일부와 상기 절연막을 매개로 하여 중첩하며 상기 게이트선을 중심으로 양쪽에서 상기 공통 전극선과 연결되는 연결 패턴을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 절연막에는 상기 공통 전극선을 드러내는 접촉구가 뚫려 있으며 상기 연결 패턴은 상기 접촉구를 통해 상기 공통 전극선과 접촉되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 공통 전극선과 평행하는 보조 공통 전극선을 더 포함하며,
    상기 공통 전극선과 상기 보조 공통 전극선은 상기 공통 전극에 의하여 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  6. 기판 위에 제1 금속막을 적층하는 단계,
    상기 제1 금속막을 패터닝하여 게이트선 및 상기 게이트선을 중심으로 분리된 공통 전극선 및 공통 전극을 형성하는 단계,
    게이트 절연막을 적층하는 단계,
    상기 게이트 절연막을 식각하여 상기 공통 전극선의 일부를 드러내는 접촉구를 형성하는 단계,
    제2 금속막을 적층하는 단계,
    상기 제2 금속막을 패터닝하여 상기 접촉구를 통해 상기 공통 전극선을 연결하는 연결 패턴과 화소 전극선 및 화소 전극을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 공통 전극은 상기 공통 전극선으로부터 뻗어 나와 있고, 상기 화소 전극은 상기 화소 전극선으로부터 뻗어 나와 있으며,
    상기 화소 전극선과 상기 공통 전극선은 상호 중첩되어 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 게이트선의 일부와 상기 게이트 절연막을 매개로 중첩하는 반도체층을 형성하는 단계, 상기 제2 금속막을 패터닝하여 소스 및 드레인 전극 및 데이터선을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 공통 전극선과 상기 화소 전극선은 상기 데이터선에 평행하며, 상기 공통 전극과 상기 화소 전극은 상기 데이터선과 수직하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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