횡전계방식 액정표시장치, 그 제조 방법 및 액정패널의구동방법 document_id A220623010114

본 발명은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조 방법, 그리고 액정패널의 구동방법에 관한 것이다. 최근, 계속해서 주목받고 있는 평판표시장치 중 하나인 액정표시장치는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 장치로서, 종래 음극선관(Cathod Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용되고 있다. 상기 액정표시장치는 액정의 성질과 패턴의 구조에 따라서 여러 가지 다양한 모드가 있다. 구체적으로, 액정 방향자가 90°트위스트(twist) 되도록 배열한 후 전압을 가하여 액정 방향자를 제어하는 TN 모드(Twisted Nematic Mode)와, 한 화소를 여러 도메인으로 나눠 각각의 도메인의 주시야각 방향을 달리하여 광시야각을 구현하는 멀티도메인 모드(Multi-Domain Mode)와, 보상필름을 기판 외주면에 부착하여 빛의 진행방향에 따른 빛의 위상변화를 보상하는 OCB 모드(Optically Compensated Birefringence Mode)와, 한 기판 상에 두개의 전극을 형성하여 액정의 방향자가 배향막의 나란한 평면에서 꼬이게 하는 횡전계방식(In-Plane Switching Mode)과, 네가티브형 액정과 수직배향막을 이용하여 액정 분자의 장축이 배향막 평면에 수직 배열되도록 하는 VA 모드(Vertical Alignment) 등 다양하다. 이중, 상기 횡전계방식 액정표시장치는 통상, 서로 대향 배치되어 그 사이에 액정층을 구비한 컬러필터 기판(이후 상부기판이라함)과 박막 어레이 기판(이후 하부 기판이라함)으로 구성된다. 즉, 상기 상부 기판에는 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 상에 색상을 구현하기 위한 R,G,B의 컬러필터층이 형성된다. 그리고, 상기 하부 기판에는 단위 화소를 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성된 스위칭소자와, 서로 엇갈리게 교차되어 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극이 형성된다. 이하, 도면을 참조하여 종래 기술의 횡전계방식 액정표시장치를 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래기술에 의한 횡전계방식 액정표시장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 단면도이다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 기판(11) 상에 수직으로 교차 배치되어 화소를 정의하는 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)과, 상기 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)의 교차 부위에 배치된 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 게이트 배선(12)과 평행하도록 화소 내에 배치된 공통배선(25)과, 상기 공통배선(25)에서 분기되어 상기 데이터 배선(15)에 평행하는 다수개의 공통전극(24)과, 상기 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극에 연결되어 상기 공통전극(24)사이에서 상기 공통전극과 평행하게 교차 배치된 다수개의 화소 전극(17)과, 상기 화소 전극(17)에서 연장 형성되어 공통 배선(25) 상부에 오버랩된 커패시터 전극(26)이 구비되어 있다. 상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선(12)에서 분기되는 게이트 전극(12a)과, 상기 게이트 전극(12a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(도시하지 않음)과, 상기 게이트 전극(12a) 상부의 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층(14)과, 상기 데이터 배선(15)에서 분기되어 상기 반도체층(14) 양 끝에 각각 형성되는 소스 전극(15a) 및 드레인 전극(15b)으로 구성된다. 그리고, 상기 화소 전극(17)은 드레인 콘택홀(19)을 통하여 상기 드레인 전극(15b)과 접속된다. 구체적으로, 상기 공통배선(25) 및 공통전극(24)은 일체형으로 형성되며, 상기 게이트 배선(12)과 동시에 형성되는데, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 등의 저저항 금속으로 형성한다. 그리고, 상기 화소전극(17)은 상기 공통전극(24)과 교번하도록 형성하는데, 상기 데이터 배선(15)과 동시에 형성할 수도 있고 서로 다른층에 형성할 수도 있다. 이 때, 상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)은 일직선 형태로 교차 형성되어도 무방하고 또는 지그재그(zigzag) 형태로 형성되어도 무방하다. 상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)을 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 뛰어난 투명도전성 금속을 재료로 사용하여 형성할 수도 있는데, 이러한 구조를 ITO-ITO 전극 횡전계방식 액정표시장치라 부르기도 한다. 상기 공통전극(24)과 화소전극(17) 사이에는 두 패턴을 분리하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 절연막이 더 구비되는데, 도 2의 13은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 등으로 형성된 게이트 절연막(13)이다. 이때, 상기와 같이 공통전극(24)을 먼저 형성하고 화소전극(17)을 이후에 형성하여 그 사이를 절연막으로써 분리하는 이외에, 상기 화소전극(17)을 먼저 형성하고 공통전극(24)을 이후에 형성하고 그 사이를 절연막으로써 분리하여도 되고, 절연막을 형성하지 않고 상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)을 동일층에 형성하여도 된다. 상기 화소전극(17)을 포함한 전면에는 각종 패턴을 보호하기 위한 보호막(16)이 더 구비된다. 한편, 상부 기판(21) 상에는 도 2에 도시된 바와 같이, 빛의 누설을 방지하는 블랙 매트릭스(22)가 있고, 상기 블랙 매트릭스(22) 사이에는 R,G,B의 컬러 레지스트로 이루어진 컬러필터층(23)이 있으며, 상기 컬러필터층(23) 상부에는 상기 컬러필터층(23)을 보호하고 컬러필터층(23)의 표면을 평탄화하기 위한 오버코트층(29)이 형성되어 있다. 이 때, 상기 블랙 매트릭스(23)는 화소 내의 공통전극(24) 중 양 끝쪽의 공통전극(24)의 상부에까지 연장 형성하여 화소 가장자리에서의 빛샘을 차단한다. 다만, 상기 공통전극(24) 중 화소 가장자리에 형성되는 공통전극(24)을 상기 데이터 배선(15)과 오버랩시켜 블랙 매트릭스(22)의 역할을 대신 수행하게 할 수 있다. 이 때, 공통전극(24)은 금속층과 같은 차광층으로 형성하여야 한다. 이러한 상기 횡전계방식 액정표시장치의 하부 기판(11)과 컬러필터 기판(21)은 접착특성을 가지는 씨일제(도시하지 않음)에 의해 대향 합착되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 두 기판 사이에는 액정층(31)이 형성된다. 이와같이 구성된 횡전계방식 액정표시장치는, 액정 분자(32)를 기판에 대해서 수평을 유지한 상태로 회전시키기 위하여 공통전극(24) 및 화소전극(17) 2개를 모두 동일한 기판 상에 형성하고, 상기 2개의 전극 사이에 전압을 걸어 기판에 대해서 수평방향의 전계를 일어나게 한다. 이 때문에, 시각방향에 대한 액정의 복굴절의 변화가 작아 종래의 TN방식 액정표시장치에 비해 시야각 특성이 월등하게 우수해지는 것이다. 도 3은 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 전압분포도이고, 도 4a 및 도 4b는 전압 무인가 및 인가시에서의 횡전계방식 액정표시장치의 평면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 공통전극(24)에 5V를 걸어주고 화소 전극(17)에 0V를 걸어주면 전극 바로 위의 부분에서는 등전위면이 전극에 평행하게 분포하고 두 전극 사이의 영역에서는 오히려 등전위면이 수직에 가깝도록 분포한다. 따라서, 전기장의 방향은 등전위면에 수직하므로, 공통전극(24)과 화소 전극(17) 사이에서는 수직전기장보다는 수평전기장이, 각 전극 상에서는 수평전기장보다는 수직전기장이, 그리고 전극 모서리 부분에서는 수평 및 수직전기장이 복합적으로 형성된다. 횡전계방식 액정표시장치는 이러한 전기장을 이용하여 액정분자의 배열을 조절한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 어느 한 편광판의 투과축과 동일한 방향으로 초기 배향된 액정분자(32)에 충분한 전압을 걸어주면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 액정분자(32)의 장축이 전기장에 나란하도록 배열된다. 만일, 액정의 유전율 이방성이 음이면 액정분자의 단축이 전기장에 나란하게 배열된다. 구체적으로, 대향 합착된 하부 기판 및 상부 기판의 외주면에 부착된 제 1 ,제 2 편광판은 그 투과축이 서로 직교하도록 배치하고, 하부기판 상에 형성된 배향막의 러빙방향은 어느 한 편광판의 투과축과 나란하게 함으로써 노멀리 블랙 모드(normally black mode)가 되게 한다. 즉, 전압을 인가하지 않으면, 액정분자(32)가 도 4a에 도시된 바와 같이 배열되어 블랙(black) 상태를 표시하고, 전압을 인가하면, 도 4b에 도시된 바와 같이 액정분자(32)가 전기장에 나란하게 배열되어 화이트(white) 상태를 표시한다. 그러나, 종래기술에 의한 횡전계방식 액정표시장치는 광시야각을 가진다는 장점이 있으나, 개인적인 이유로 컴퓨터를 사용할 경우, 이러한 장점이 인접한 사람들로부터 사생활을 침해받을 수 있다는 역기능을 초래하게 된다. 이에, 종래에는 보안 또는 사생활 보호를 위하여 시야각 제어를 위한 액정 패널을 메인 액정 패널 상에 더 부착하여 좌,우 시야각 방향의 블랙 상태에서 과도한 빛샘을 유발시킴으로써 협시야각을 구현하기도 하였으나, 이는 시야각 제어를 위한 액정 패널을 부가적으로 더 제작해야될 뿐만 아니라, 제품의 두께 및 무게가 두 배 이상으로 증가하게 되는 문제점이 있으며, 상기 시야제어를 위한 액정 패널과 메인 액정 패널을 부착시에 오정렬(misalign)이 발생할 수 있으며, 광시야각 모드로 사용시에는 백라이트에서 입사된 광이 상기 시야제어를 위한 액정 패널을 더 투과해야 하므로 전면 휘도가 현저히 저하될 수 있는 문제가 있다.