KR20030057029A - 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, 미세 화소를 구현하기 위한 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명을 요약하면, 스토리지 배선의 폭을 줄이는 대신, 상기 스토리지 배선에서 화소영역으로 수직하게 연장된 수직부를 화소전극의 수직부 하부에 형성한다.
이와 같은 구성은, 상기 스토리지 배선 폭을 줄일 수 있기 때문에 개구율을 개선할 수 있는 동시에, 스토리지 배선의 상부에 구성된 보조 용량부를 줄이는 대신, 화소 영역에 제 2 보조 용량부를 더욱 형성할 수 있으므로, 충분한 스토리지 용량을 확보할 수 있어, 고 개구율과 고화질을 가지는 횡전계 방식 액정표시장치를 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}
본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로 특히, 미세 화소를 구현하기 위한 횡전계 방식(In-Plane Switching mode) 액정표시장치용 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 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 1은 종래의 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판(10)은 소정간격 이격 되어 평행하게 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선(12)과 스토리지 배선(16)과, 상기 두 배선과 교차하며 특히 게이트 배선(12)과는 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(24)이 구성된다.
상기 게이트 배선(12)과 데이터 배선(24)의 교차지점에는, 상기 게이트 배선(12)과 연결된 게이트 전극(14)과, 상기 게이트 전극(14)의 상부에 구성된 액티브층(20)과 소스 전극(26)및 드레인 전극(28)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 구성되며, 상기 소스 전극(26)은 상기 데이터 배선(24)과 연결된다.
상기 화소영역(P)에는 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 스토리지 배선(16)의 상부에 구성된 수평부(30a)와, 상기 수평부에서 상기 드레인 전극(28)으로 연장된 수직부(30b)로 구성된다.
상기 공통전극(17)은 상기 스토리지배선(16)에서 화소영역(P)의 일측 데이터 배선(24)에 근접하여 연장된 제 1 수직부(17a)와, 화소영역(P)의 타측 데이터 배선과 근접한 제 2 수직부(17b)로 구성된다.
또한, 상기 화소영역(P)과 회로적으로 병렬로 연결된 보조 용량부(C)가 구성되며, 상기 보조 용량부(C)는 상기 화소영역(P)을 정의하는 스토리지배선(16)의 일부를 제 1 스토리지 전극으로 하고, 상기 제 1 스토리지 전극의 상부에 게이트 절연막(미도시)을 사이에 두고 위치한 화소전극의 수평부를(30a)을 제 2 스토리지 전극으로 한다.
전술한 구성은 상기 스토리지 배선의 상부에 보조 용량부(C)를 구성하기 때문에, 충분한 보조용량을 확보하고 스토리지 배선(16)에 흐르는 신호의 흐름을 원활히 하기 위한 목적으로 배선 폭(W)을 크게 설계하였다.
이하, 도 2a 내지 도2c를 참조하여, 종래의 어레이기판 제조공정을 제작하기 위한 공정을 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ`와 Ⅲ-Ⅲ`를 따라 절단하여, 종래의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에 알루미늄(Al), 알루미늄 네오디뮴(AlNd)과 같은 알루미늄 합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패터닝하여, 게이트 전극(14)을 포함하는 게이트 배선(도 1의 12)과, 상기 게이트 배선과 소정간격 평행하게 이격된 스토리지배선(16)과, 상기 스토리지배선(16)에서 연장된 공통전극의 다수의 수직부(17b)가 구성된다.
다음으로, 상기 게이트 배선(도 1의 12)과 스토리지배선(16) 등이 포함된 기판(10)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)을 증착하여, 제 1 절연막인 게이트 절연막(18)을 형성한다.
다음으로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 절연막(18) 상부에 비정질 실리콘(a-Si:H)과 불순물이 포함된 비정질 실리콘(n+a-Si:H)을 증착하고 패턴하여, 액티브층(20)과 오믹콘택층(22)을 형성한다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 액티브층(20)과 오믹 콘택층(22)이 형성된 기판(10)의 전면에 전술한 바와 같은 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 게이트 배선(도 1의 12)과 스토리지배선(16)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(24)과, 상기 데이터 배선(24)에서 돌출 형성되고 상기 오믹 콘택층(122)의 일측 상부에 겹쳐 구성되는 소스 전극(26)을 구성한다.
동시에, 상기 스토리지 배선(16)의 상부에 구성된 수평부(30a)와, 수평부의 양측에서 각각 화소영역(P)으로 연장된 수직부(30b)로 구성되며, 수직부의 일 끝단은 상기 오믹 콘택층(22)의 상부로 연장된 드레인 전극(28)을 구성한다.
전술한 공정에서, 상기 스토리지 배선(16)의 일부를 제 1 전극으로 하고, 상기 화소전극의 수평부(30a)를 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터(C)가 구성된다.
전술한 바와 같은 공정으로 종래 기술에 따른 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.
그러나, 전술한 구성은 스토리지 배선의 상부에만 보조 용량을 형성하기 때문에, 상기 스토리지 배선의 폭을 넓게 설계하였다.
이러한 경우는 상기 스토리지 배선에 의한 개구율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 목적으로 안출된 것으로, 상기 스토리지 배선의 폭을 작게 설계하는 대신, 화소영역의 일측에 새로운 보조용량부를 설계한다.
도 1은 종래의 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ`와 Ⅲ-Ⅲ`를 따라 절단하여, 종래의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,
도 3은 본 발명의 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`와 Ⅴ-Ⅴ`를 따라 절단하여, 본 발명의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 투명한 절연기판 112 : 게이트 배선
116 : 스토리지배선 117 : 공통 전극
120 : 액티브층 124 : 데이터 배선
126 : 소스 전극 128 : 드레인 전극
130 : 화소전극 C1,C2: 보조 용량부
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판은 다수의 화소영역이 정의된 기판과; 상기 화소 영역의 일측을 따라 일 방향으로 형성된 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 소정간격 이격된 스토리지 배선과; 상기 게이트 배선 및 스토리지 배선과 교차하는 데이터 배선과; 상기 스토리지 배선에서 화소영역으로 수직하게 연장된 다수의 수직부로 구성된 공통전극과; 상기 스토리지 배선의 상부에 일 방향으로 구성된 수평부와, 상기 수평부에서 화소영역으로 수직하게 연장되고, 상기 데이터 배선과 근접하여 상기 공통전극의 수직부와 겹쳐 형성되는 다수의 수직부를 포함하는 화소전극과; 상기 게이트 배선과 데이터배선의 교차지점에 위치하고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 포함한다.
상기 화소전극의 수직부와 겹쳐 형성되는 상기 공통전극의 수직부는 화소전극의 폭보다 6㎛이상의 큰 폭으로 구성한다.
상기 화소전극의 임의의 수직부의 끝단은 상기 드레인 전극의 기능을 한다.
상기 스토리지 배선과 화소전극의 수평부는 절연막을 사이에 두고 제 1 보조 용량부를 구성하고, 상기 공통전극의 수직부와 이와 겹쳐지는 화소전극의 수직부는 절연막을 사이에 두고 제 2 보조 용량부를 구성한다.
본 발명의 특징에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법은 기판에 다수의 화소영역을 정의하는 단계와; 상기 화소 영역의 일측을 따라 일 방향으로 형성된 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 소정간격 이격된 스토리지 배선과, 스토리지 배선에서 상기 화소영역으로 수직하게 연장된 다수의 수직부로 구성된 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 스토리지 배선과 교차하는 데이터 배선과, 상기 스토리지 배선의 상부에 일 방향으로 구성된 수평부와, 상기 수평부에서 화소영역으로 수직하게 연장되고, 상기 데이터 배선과 근접하여 상기 공통전극의 수직부와 겹쳐 형성되는 다수의 수직부를 포함하는 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 데이터배선의 교차지점에 구성되고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
-- 실시예 --
본 발명은 스토리지 배선 폭을 기존에 비해 작은 값으로 설계하여 제 1 보조 용량부를 줄이는 대신, 화소영역에 제 2 보조 용량부를 더욱 설계하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판에 구성된 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판(100)은 소정간격 이격되어 평행하게 일 방향으로 구성된 다수의 게이트 배선(112)과 스토리지 배선(116)과, 상기 두 배선과 교차하며 특히, 게이트 배선(112)과는 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(124)을 구성한다.
상기 게이트 배선(112)과 데이터 배선(124)의 교차지점에는 게이트 전극(114)과 액티브층(120)과 소스 전극(126) 및 드레인 전극(128)을 포함하는 박막트랜지스터(T)를 구성하며, 상기 소스 전극(126)은 상기 데이터 배선(124)과 연결하고, 상기 게이트 전극(114)은 상기 게이트 배선(112)과 연결한다.
상기 화소영역(P)에는 상기 드레인 전극(128)과 연결되는 화소전극(130)과, 화소전극(130)과 평행하게 구성되고 상기 스토리지 배선(116)과 연결되는 공통전극(117)을 구성한다.
상기 공통전극(117)은 상기 스토리지 배선(116)에서 화소영역으로 연장된 제 1 수직부(117a)와 제 2 수직부(117b)로 구성한다.
이때, 상기 제 2 수직부(117b)는 상기 제 1 수직부(117a)보다 넓은 면적으로 구성한다.
상기 화소전극(130)은 상기 스토리지 배선(116)의 상부에 구성된 수평부(130a)와, 수평부(130a)에서 화소영역(P)으로 연장된 제 1 수직부(130b)와 제 2 수직부(130c)로 구성한다.
전술한 공통전극(117)과 화소전극(130)의 구성에서, 상기 화소전극의 제 1 수직부(130b)는 상기 공통전극의 제 1 수직부(117a)와 제 2 수직부(117b) 사이에 소정간격 이격되어 형성되며, 상기 화소전극의 제 2 수직부(130c)는 상기 공통전극의 제 2 수직부(117b)의 상부에 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 공통전극의 제 2 수직부(117b)는 상기 화소전극의 제 2 수직부(130c)보다 큰 폭으로 구성하여, 바람직하게는 상기 화소전극의 제 2 수직부(130c)의 폭보다 양측으로 약 3㎛ 더 큰 폭으로 설계한다.
물론, 상기 공통전극의 제 1 수직부(117a)와, 상기 화소전극의 제 2 수직부(130c)와 상기 공통전극의 제 2 수직부(117b)의 이격거리(R2)는 동일하게 설계한다.
상기 화소전극의 제 2 수직부(130c)는 화소전극의 역할이 아닌 상기 공통전극의 제 2 수직부(117b)와 함께 보조 용량부(C2)를 구성하는 캐패시터 전극으로 사용한다.
전술한 구성에서, 상기 화소전극의 제 1 수직부(130b)와 제 2 수직부(130c)는 동일층에 평행하게 구성된 형상이지만, 상기 두 전극 사이의 이격 거리(R3)는 전계가 분포할 수 있는 이격 거리(R2)보다 3㎛이상 더 큰 값으로 설계하였기 때문에, 상기 화소전극의 제 1 수직부(130b)는 상기 화소전극의 제 2 수직부(130c)와는 서로 신호의 영향을 받지 않다.
따라서, 상기 화소영역(P)에서 발생하는 횡전계는 상기 공통전극의 제 1 , 제 2 수직부(117a,b)와, 두 전극 사이에 위치한 화소전극의 제 1 수직부(130b)사이에 분포하게 된다.
전술한 바와 같은 구성은 상기 스토리지 배선의 폭이 줄어든 만큼 개구율이 개선되고, 충분한 보조용량을 확보할 수 있는 구조이기 때문에 고화질을 구현할 수 있다.
이하, 도 4a 내지 4c를 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법을 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`와 Ⅴ-Ⅴ`를 따라 절단하여, 본 발명의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 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, 게이트 전극(114)을 포함하는 게이트 배선(도 3의 112)과, 상기 게이트 배선과 소정간격 평행하게 이격된 스토리지배선(116)과, 상기 스토리지배선(116)에서 수직으로 연장된 공통전극(117)을 형성한다.
상기 공통전극은 제 1 수직부(도 4의 117a)와 제 2 수직부(117b)로 구성되며, 상기 제 2 수직부(117b)는 제 1 수직부의 폭 K에 비해 6㎛이상 큰 폭으로 설계하고, 상기 스토리지 배선(116)은 기존의 폭(W)에 비해 α만큼 작은 폭으로 설계한다.
다음으로, 상기 상기 게이트 배선(112)과 스토리지배선(116) 등이 포함된 기판(100)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 게이트 절연막(118)을 형성한다.
다음으로, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 절연막(118) 상부에 비정질 실리콘(a-Si:H)과 불순물이 포함된 비정질 실리콘(n+a-Si:H)을 증착하고 패턴하여, 액티브층(120)과 오믹 콘택층(122)을 형성한다.
다음으로, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 액티브층(120)과 오믹 콘택층(122)이 형성된 기판(100)의 전면에 전술한 바와 같은 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 게이트 배선(112)과 스토리지배선(116)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(124)과, 상기 데이터 배선(124)에서 돌출 형성되고 상기 액티브층(120)의 일측 상부에 겹쳐 구성되는 소스 전극(126)을 형성한다.
동시에, 상기 스토리지 배선(116)의 상부에 일 방향으로 구성된 수평부(130a)와, 상기 수평부(130a)에서 화소영역(P)으로 연장된 제 1 수직부(130b)와, 상기 공통전극의 제 2 수직부(117b)상부로 연장된 제 2 수직부(130c)로 구성된 화소전극을 형성한다.
공통전극의 제 2 수직부(117b)의 폭은 상기 화소전극의 제 2 수직부(130c)에 비해 큰 값을 가지도록 설계한다.
이때, 상기 화소전극의 제 1 수직부(130b)에서 상기 오믹 콘택층(122)으로 연장된 부분이 드레인 전극(128)이다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판은 스토리지 배선폭을 작게 구성하여 개구율을 개선하는 동시에, 충분한 보조용량을 확보할 수 있기 때문에 고화질을 가지는 액정패널을 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 다수의 화소영역이 정의된 기판과;
    상기 화소영역의 일측을 따라 일 방향으로 형성된 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 소정간격 이격된 스토리지 배선과;
    상기 게이트 배선 및 스토리지 배선과 교차하는 데이터 배선과;
    상기 스토리지 배선에서 화소영역으로 수직하게 연장된 다수의 수직부로 구성된 공통전극과;
    상기 스토리지 배선의 상부에 일 방향으로 구성된 수평부와, 상기 수평부에서 화소영역으로 수직하게 연장되고, 상기 데이터 배선과 근접하여 상기 공통전극의 수직부와 겹쳐 형성되는 다수의 수직부를 포함하는 화소전극과;
    상기 게이트 배선과 데이터배선의 교차지점에 위치하고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터
    를 포함하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극의 수직부와 겹쳐 형성되는 상기 공통전극의 수직부는 화소전극의 폭보다 6㎛이상의 큰 폭으로 구성된 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극의 임의의 수직부의 끝단은 상기 드레인 전극과 연결되는 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토리지 배선과 화소전극의 수평부는 절연막을 사이에 두고 제 1 보조 용량부를 구성하고, 상기 공통전극의 수직부와 이와 겹쳐지는 화소전극의 수직부는 절연막을 사이에 두고 제 2 보조 용량부를 구성하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  5. 기판에 다수의 화소영역을 정의하는 단계와;
    상기 화소영역의 일측을 따라 일 방향으로 형성된 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 소정간격 이격된 스토리지 배선과, 상기 스토리지 배선에서 상기 화소영역으로 수직하게 연장된 다수의 수직부로 구성된 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선 및 스토리지 배선과 교차하는 데이터 배선과, 상기 스토리지 배선의 상부에 일 방향으로 구성된 수평부와, 상기 수평부에서 화소영역으로 수직하게 연장되고, 상기 데이터 배선과 근접하여 상기 공통전극의 수직부와 겹쳐 형성되는 다수의 수직부를 포함하는 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 데이터배선의 교차지점에 형성되고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계
    를 포함하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소전극의 수직부와 겹쳐지는 공통전극의 수직부는 화소전극의 폭 보다 6㎛이상의 큰 폭으로 형성되는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소전극의 임의의 수직부의 끝단은 상기 드레인 전극과 연결되어 형성된 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 스토리지 배선과 화소전극의 수평부는 절연막을 사이에 두고 제 1 보조 용량부를 구성하고, 상기 공통전극의 수직부와 이와 겹쳐지는 화소전극의 수직부는절연막을 사이에 두고 제 2 보조 용량부를 구성하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
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