KR100816365B1 - 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법 - Google Patents

횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 횡전계방식 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 고개구율을 확보하는 동시에, 시야각에 따른 빛샘 현상이 발생하지 않는 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 어레이기판에 일 방향으로 구성되는 데이터 배선과, 상기 데이터 배선에 근접하여 평행하게 구성되었던 공통전극을 상기 데이터 배선과 겹쳐 구성한다.
이와 같이 하면, 상기 데이터 배선과 공통전극 사이에 이격된 공간이 존재하지 않기 때문에 이를 차폐하기 위한 블랙매트릭스를 상부기판에 별도로 설계할 필요가 없다.
따라서, 고개구율의 확보와 더불어 시야각에 따른 빛샘현상을 방지할 수 있으므로, 고 선명 고 화질을 구현하는 횡전계 방식 액정패널을 제작할 수 있다.

Description

횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법{An array substrate for In-Plane switching mode LCD and the method for fabricating the same}
도 1은 종래의 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ`를 따라 절단한 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 도시한 평면도이고,
도 4a 내지 도 4d는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ`, Ⅳ-Ⅳ`를 따라 절단하여, 본 발명의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
112 : 게이트 배선 114 : 게이트 전극
116 : 스토리지 배선 117 : 공통 전극
120 : 액티브층 124 : 데이터 배선
126 : 소스 전극 128 : 드레인 전극
130 : 화소전극 136 : 투명전극 패턴
본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 특히 고 개구율을 확보하고 시야각에 따른 빛샘 현상이 없는 횡전계 방식 액정표시장치(In-Plane Switching)용 어레이기판과 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다.
상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛이 임의로 변조되어 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이하, 도면을 참조하여 종래의 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 1은 종래의 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판에 구성되는 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판(10)은 소정간격 이격되어 평행하게 일 방향으로 구성된 다수의 게이트배선(12)과, 상기 게이트 배선 근접하여 평행하게 일 방향으로 구성된 스토리지 배선(16)과, 상기 두 배선과 교차하며 특히 게이트배선(12)과는 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(24)이 구성된다.
상기 게이트배선(12)과 데이터배선(24)의 교차지점에는 게이트 배선(12)의 일부인 게이트 전극(14)과 액티브층(20)과 소스 전극(26)및 드레인 전극(28)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 구성되며, 상기 소스 전극(26)은 상기 데이터배선(24)과 연결되고, 상기 게이트 전극(14)은 상기 게이트배선(12)과 연결된다.
상기 화소영역(P)의 상부에는 상기 드레인 전극(28)과 연결되는 화소전극(30)과, 상기 화소전극(30)과 평행하게 구성되고 상기 스토리지 배선(16)과 연결되는 공통전극(17)이 구성된다.
상기 화소전극(30)은 상기 드레인 전극(28)에서 연장된 연장부(30a)와 상기 연장부(30a)에서 수직하게 연장되고 서로 소정간격 이격된 다수의 수직부(30b)와, 상기 스토리지 배선(16)의 상부에서 상기 수직부(30b)를 하나로 연결하는 수평부(30c)로 구성된다.
상기 공통전극(17)은 상기 스토리지배선(16)에서 화소영역으로 수직하게 연장되고, 상기 화소전극의 수직부(30b)와 엇갈려 구성되는 다수의 수직부(17b)와, 상기 각 수직부(17b)를 하나로 연결하는 수평부(17a)로 구성된다.
상기 화소영역(P)에 구성되는 공통전극(17)의 수직부(17b)는 상기 데이터배 선(24)과 소정간격 이격 되도록 구성되었다.
또한, 상기 화소영역(P)과 회로적으로 병렬로 연결된 보조 용량부(C)가 구성되며, 상기 보조 용량부는 상기 화소영역(P)을 게이트배선(12)의 일부를 제 1 스토리지 전극으로 하고, 상기 제 1 스토리지 전극의 상부에 절연막(미도시)을 사이에 두고 위치한 화소전극의 수평부(30c)를 제 2 스토리지 전극으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 데이터 배선(24)과 공통전극(17)의 수직부(17b)는 소정간격 이격되어 구성되며, 상기 이격된 부분(S)은 전계의 이상(異狀)분포가 발생하여 액정분자가 정상적으로 동작하지 않는다.
전술한 바와 같이 액정이 정상적으로 동작하지 않는 영역에서는 빛샘 현상이 발생한다.
결과적으로, 상기 빛샘 현상이 발생하는 부분을 차폐하기 위해 상부기판에 블랙매트릭스를 형성하는 공정이 반드시 필요하다.
이하, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 상기 도 1의 Ⅱ-Ⅱ`를 따라 절단한 액정패널의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(24)을 중심으로 양측으로 공통전극(17b)이 형성된다.
이때, 종래에는 상기 데이터 배선(24)과 공통전극(17b)사이에 이격된 영역(S)이 존재하게 된다. 상기 이격된 영역(S)은 액정분자의 정상적인 동작이 이루어지지 않기 때문에 빛샘이 발생하는 영역이다.
따라서, 이를 차폐하기 위해 상기 상부기판(40)에 블랙매트릭스(42)를 형성 하여 설계하였다.
그러나, 상기 블랙매트릭스(42)는 빛샘을 차폐하는 역할을 하지만 공정 마진(processing margin)을 두고 설계하기 때문에 액정패널의 개구율을 잠식하는 문제가 있다.
블랙매트릭스를 형성할 때, 공정 마진을 두는 이유는 상기 상부기판(40)과 하부기판(10)사이에 합착 오차가 발생하였을 경우를 대비한 것이다.
따라서 공정 마진만큼 액정패널의 개구율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 상기 데이터 배선(24)과 공통전극(17b)사이의 이격된 영역(S)을 차폐하는 블랙매트릭스(42)를 구성하였음에도 불구하고, 관찰자의 시야각(K)에 따라 빛샘이 관찰되는 크로스토크(cross talk)문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 목적으로 안출된 것으로, 시야각에 따른 빛샘 현상을 방지하고 개구율을 개선하기 위한 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법을 제안한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판은 기판 상에 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선과, 이와는 소정간격 이격하여 구성된 스토리지 배선과; 상기 게이트배선과 스토리지 배선과 교차하 여 형성되며, 상기 게이트배선과는 화소영역을 정의하는 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 데이터배선의 교차지점에 위치하고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터와; 상기 드레인 전극에서 상기 화소영역으로 연장된 연장부와, 상기 연장부에서 수직하게 연장된 수직부와, 상기 수직부를 상기 스토리지 배선의 상부에서 하나로 연결하는 수평부로 구성된 화소전극과; 상기 스토리지배선에서 수직하게 연장되어 상기 화소전극의 수직부와 엇갈려 평행하게 구성되며, 상기 데이터 배선과 근접한 부분은 데이터 배선과 소정면적 겹쳐 구성되는 다수의 수직부와, 상기 수직부를 하나로 연결하는 수평부로 구성되는 공통전극과; 상기 화소전극의 수평부와 접촉하며, 상기 게이트 배선의 상부로 연장된 투명 전극 패턴을 포함한다.
상기 스토리지배선과 게이트배선은 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr)으로 구성된 도전성 금속그룹 중 선택된 하나로 구성한다.
상기 게이트 배선과 상기 화소전극의 수평부는 절연막을 사이에 두고 제 1 보조 용량부를 구성하고, 상기 화소전극의 수평부와 접촉하는 투명전극 패턴과 상기 게이트 배선은 절연막을 사이에 두고 제 2 보조 용량부를 구성한다.
본 발명의 특징에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법은 다수의 화소영역이 정의된 기판을 준비하는 단계와; 상기 화소영역의 일 측에 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선과, 이와는 소정간격 이격하여 구성된 스토리지 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 스토리지 배선과 교차하는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 데이터배선의 교차지점에 위치하고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 드레인 전극에서 상기 화소영역으로 연장된 연장부와, 상기 연장부에서 수직하게 연장된 수직부와, 상기 수직부를 상기 스토리지배선의 상부에서 하나로 연결하는 수평부로 구성된 화소전극을 형성하는 단계와;
상기 스토리지배선에서 수직하게 연장되고 상기 화소전극의 수직부와 엇갈려 평행하게 구성되며, 상기 데이터 배선과 소정면적 겹쳐 형성되는 다수의 수직부와, 상기 수직부를 하나로 연결하는 수평부로 구성된 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 화소전극의 수평부와 접촉하면서 상기 게이트 배선의 상부로 연장된 투명 전극 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
-- 실시예 --
본 발명의 특징은 데이터배선과 공통전극을 겹쳐 구성함으로써, 데이터배선과 공통전극 사이의 이격된 영역이 존재하지 않도록 하여, 개구율과 시야각에 따른 빛샘현상을 방지하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판(100)은 소정간격 이격되어 평행하게 일 방향으로 구성된 다수의 게이트배선(112)과 스토리지 배선(116)과, 상기 두 배선과 교차하며 게이트배선(112)과는 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(124)을 구성한다.
상기 게이트배선(112)과 데이터배선(124)의 교차지점에는 게이트 전극(114)과 반도체층(120)과 소스 전극(126) 및 드레인 전극(128)을 포함하는 박막트랜지스터(T)를 구성하며, 상기 소스 전극(126)은 상기 데이터배선(124)과 연결하고, 상기 게이트 전극(114)은 상기 게이트배선(112)과 연결한다.
이때, 상기 반도체층(120)에서 상기 소스 전극(126)과 데이터 배선(124)의 하부로 연장한 반도체라인(121)을 형성한다.
상기 반도체라인(121)은 데이터 배선(124)의 부착특성을 개선하기 위한 목적으로 형성한다.
상기 화소영역(P)의 상부에는 상기 드레인 전극(128)과 연결되는 화소전극(130)과, 상기 화소전극(130)과 평행하게 구성되고 상기 스토리지 배선(116)과 연결되는 공통전극(117)을 구성한다.
상기 화소전극(130)은 상기 드레인 전극(128)에서 연장된 연장부(130a)와 상기 연장부(130a)에서 수직하게 연장되고 서로 소정간격 이격된 다수의 수직부(130b)와, 상기 스토리지 배선(116)의 상부에서 상기 수직부(130b)를 하나로 연결하는 수평부(130c)로 구성한다.
상기 공통전극(117)은 상기 스토리지 배선(116)에서 수직방향으로 연장되고 상기 화소전극의 수직부(130b)와 엇갈려 구성되는 다수의 수직부(117b)와, 상기 각 수직부(117b)를 하나로 연결하는 수평부(117a)로 구성한다.
이때, 상기 공통전극의 수직부(117b)중 상기 데이터 배선(124)과 근접하게 구성되는 공통전극(117b)을 상기 데이터배선(124)과 겹쳐 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 화소전극의 수평부(130c)와 콘택홀(134)을 통해 접하는 동시에 상기 게이트 배선(112)의 상부로 연장 형성된 투명전극 패턴(136)을 형성한다.
이로 인해, 상기 스토리지 배선(116)을 제 1 스토리지 전극으로 하고 상기 화소전극의 수평부(130c)를 제 2 스토리지 전극으로 하는 제 1 용량부(C1)와, 상기 수평부(130c)와 접촉한 투명전극 패턴(136)을 제 1 스토리지 전극으로 하고 이와는 소정간격 겹쳐진 게이트 배선(112)의 일부를 제 2 스토리지 전극으로 하는 제 2 보조 용량부(C2)가 구성된다.
이하, 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법을 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ`,Ⅳ-Ⅳ`를 따라 절단하여, 본 발명의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
도 4a는 게이트배선 등을 패턴하는 제 1 마스크 공정과, 액티브층과 오믹콘택층을 패턴하는 제 2 마스크 공정을 통해 제작된 구성을 도시한 것으로, 기판(100)상에 알루미늄(Al), 알루미늄 네오디뮴(AlNd)과 같은 알루미늄 합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하여, 제 1 마스크 공정을 통해 게이트 전극(114)을 포함하는 게이트배선(112)과, 상기 게이트배선(112)과 소정간격 평행하게 이격된 스토리지배선(116)과, 상기 스토리지배선(116)에서 수직으로 돌출된 다수의 수직부(117b)와, 상기 다수의 수직부(117b)를 하나로 연결하는 수평부(117a)로 구성된 공통전극(117)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트배선(112)과 스토리지배선(116)등이 포함된 기판(100)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기 절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 게이트 절연막(118)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 절연막(118) 상부에 비정질 실리콘(a-Si:H)과 불순물이 포함된 비정질 실리콘(n+a-Si:H)을 증착하고 제 2 마스크 공정으로 패턴하여, 반도체층(120)과, 상기 반도체층에서 연장된 반도체 라인(121)을 형성한다.
상기 반도체층(120) 중 비정질 실리콘으로 형성된 층을 액티브층(120a)이라 하고, 불순물 비정질 실리콘으로 형성된 층을 오믹콘택층(120b)이라 한다.
도 4b는 제 3 마스크 공정을 도시한 도면으로, 상기 반도체층(120)과 반도체라인(121)이 형성된 기판(100)의 전면에 전술한 바와 같은 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 제 3 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 게이트배선(112)과 스토리지배선(116)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(124)과, 상기 데이터배선(124)에서 돌출 형성되고 상기 반도체층(120)의 일 측 상부에 겹쳐 구성되는 소스 전극(126)과 이와는 소정간격 이격된 드레인 전극(128)과, 상기 드레인 전극(128)에서 화소영역(P)으로 일 방향으로 연장된 연장부(130a)와 상기 연장부에서 수직하게 연장된 다수의 수직부(130b)와, 상기 다수의 수직부(130b)를 하나로 연결하는 수평부(130c)로 구성되는 화소전극(130)을 형성한다.
상기 화소전극의 수평부(130c)는 상기 스토리지 배선(116)의 상부에 형성한다.
이때, 상기 데이터 배선(124)은 근접하여 구성된 공통전극(117b)과 소정면적 겹쳐 형성한다.
또한, 상기 소스 전극(126)은 "U"자 형상으로 구성하고 드레인 전극(128)은 "l"자 형상으로 구성하여, 상기 소스 전극(126)이 상기 드레인 전극(128)을 감싸는 형상으로 구성한다.
이와 같이 하면, 상기 소스 전극(126)과 드레인 전극(128)사이의 이격된 거리인 채널길이는 짧아지는 반면 채널폭이 커지는 효과가 있기 때문에 캐리어의 이동도(mobility)가 빨라져 박막트랜지스터의 동작특성이 개선되는 효과가 있다.
전술한 공정에서, 상기 소스 전극(126)과 드레인 전극(128)을 마스크로 하여 상기 두 전극 사이에 노출된 오믹콘택층(120b)을 식각하여 액티브층(120a)을 노출한다.
도 4c는 제 4 마스크 공정으로, 상기 데이터배선(124)등이 형성된 기판(100)의 전면에 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)과 아크릴(Acryl)계 수지(resin)등이 포함된 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 보호막(132)을 형성한다.
또는, 산화 실리콘(SiOx)과 질화 실리콘(SiNx)을 포함하는 무기절연 물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 형성하여도 된다.
연속하여, 제 4 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 화소전극의 수평부(130c)의 일부를 노출하는 스토리지 콘택홀(134)을 형성한다.
도 4d는 제 5 마스크 공정으로, 상기 노출된 화소전극의 수평부(130c)와 접 촉하면서, 상기 스토리지 배선(116)과 근접한 게이트 배선(112)의 상부로 연장된 투명 전극 패턴(136)을 형성한다.
이와 같이 하면, 상기 스토리지 배선(116)과 상기 화소전극의 수평부(130c)가 각각 제 1 스토리지 전극과 제 2 스토리지 전극이 되는 제 1 보조 용량부(Storage capacitor)(C1)와, 상기 투명전극 패턴(136)과 상기 게이트 배선(112)의 일부가 제 1 스토리지 전극과 제 2 스토리지 전극이 되는 제 2 보조 용량부(Storage capacitor)(C2)가 구성된다.
전술한 바와 같은 공정으로 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판을 제작하게 되면, 데이터 배선과 공통전극 사이에 이격된 영역이 존재하지 않기 때문에 빛샘 현상이 발생하지 않는다.
따라서, 상기 빛샘현상을 차폐하기 위해 상부기판에 형성하였던 블랙매트릭스를 생략할 수 있다.
결과적으로, 액정패널을 제작하는 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있고, 상기 블랙매트릭스가 차지했던 영역만큼 개구율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 수직으로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 데이터배선의 교차지점에 위치하고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터와;
    상기 드레인 전극에서 상기 화소영역으로 연장된 연장부와, 상기 연장부에서 수직하게 연장된 다수의 화소수직부와, 상기 다수의 화소수직부를 하나로 연결하는 화소수평부로 구성된 화소전극과;
    상기 다수의 화소수직부와 엇갈려 평행하게 구성되며, 상기 데이터 배선과 소정면적 겹쳐 구성되는 다수의 공통수직부와, 상기 다수의 공통수직부를 하나로 연결하는 공통수평부로 구성되는 공통전극과;
    상기 화소수평부와 접촉하여, 상기 게이트 배선의 상부로 연장된 투명 전극 패턴
    을 포함하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 배선과 상기 화소수평부는 절연막을 사이에 두고 제 1 보조 용량부를 구성하고, 상기 화소수평부와 접촉하는 투명전극 패턴과 상기 게이트 배선은 절연막을 사이에 두고 제 2 보조 용량부를 구성하는 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 전극은 "U"자 형상이고 드레인 전극을 소정간격 이격하여 감싸는 형상으로 구성된 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브층은 상기 데이터 배선의 하부로 연장 형성된 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  5. 화소영역을 포함하는 기판 상에 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 연결된 게이트 전극과, 상기 화소영역 내에 서로 이격하는 다수의 공통수직부와 상기 공통수직부를 연결하는 공통수평부로 구성되는 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극 상부에 액티브층을 형성하는 단계와;
    상기 액티브층 상부에 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하고, 상기 다수의 공통수직부 중 어느 하나와 중첩하는 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 소스 및 드레인 전극 상부로, 상기 드레인전극에서 상기 화소영역으로 연장된 화소연장부와, 상기 화소연장부에서 연장되어 상기 공통수직부와 교대로 평행하게 배열되는 다수의 화소수직부와, 상기 다수의 화소수직부를 연결하는 화소수평부로 구성된 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소수평부와 접촉하여 상기 게이트 배선의 상부로 연장된 투명 전극 패턴을 형성하는 단계를
    포함하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 소스 전극은 "U"자 형상이고 드레인 전극을 소정간격 이격하여 감싸는 형상으로 형성한 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 액티브층은 상기 데이터 배선의 하부로 연장 형성된 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
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