KR100458836B1 - 액정표시장치용박막트랜지스터기판 - Google Patents

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Abstract

IPS(in-plane switching) 모드 액정 표시 장치에 사용되는 박막 트랜지스터의 구조를 U자 모양의 소스 전극과 I자 모양의 드레인 전극을 갖는 형태로 형성한다. 이렇게 하면 소스/드레인 전극 하부의 실리콘층의 면적이 줄어들어 광누설 전류가 감소한다. 또한 전압이 인가된 상태에서 일정한 양의 전류가 흐를 수 있도록 하면서, 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 용량을 발생시키는 드레인 전극과 게이트 전극의 겹침 부분을 줄여 기생 용량이 작아지고 이에 따라 킥백 전압을 낮출 수 있다.

Description

액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판
이 발명은 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판에 관한 것이다.
최근 개발된 IPS(in-plane switching) 모드를 이용하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 기존의 비틀린 네마틱 액정을 사용한 박막 트랜지스터 액정 표시 장치와 달리 액정에 인가되는 전압이 기판을 중심으로 횡으로 인가된다는 특징이 있다. IPS 모드의 액정 표시 장치는 기존의 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 비해 시야각의 측면에서 많은 개선을 가져왔음은 주지의 사실이다.
그러나, IPS 모드에서는 개구율이 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 비해 2/3 수준으로 낮고, 대비비가 150 : 1 정도로 상대적으로 낮다는 문제점이 있다.
IPS 모드 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 주로 모니터용으로 사용되는데, 모니터용으로 사용되는 경우 200cd/m2 이상의 절대 휘도가 요구된다. 낮은 개구율 때문에 IPS 모드 액정 표시 장치는 비틀린 네마틱 장치에 비해 4배 이상 밝은 후면 광원이 필요하게 된다. 다만, 모니터용으로 사용되기 때문에 노트 PC와는 달리 소비 전력은 크게 문제가 되지 않으나, 박막 트랜지스터 기판에 입사되는 강한 빛에 대해 광누설 전류(photo induced leakage current)의 발생이 줄어들도록 하여야 한다.
또한 게이트와 드레인 사이의 기생 용량으로 인해 발생하는 킥백(kick-back) 전압은 깜박거림(flicker), 잔상 등의 문제점을 일으키는데, 통상적으로 IPS 모드 액정 표시 장치는 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 비해 높은 구동 전압을 필요로 하므로 킥백 전압 역시 높아지게 되어 위와 같은 문제점이 더욱 두드러지므로 이의 해결이 요구된다.
본 발명에서는 IPS 모드 액정 표시 장치에서 광누설 전류를 감소시키고 킥백 전압을 낮추고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 IPS 모드 액정 표시 장치에 사용되는 박막 트랜지스터의 구조를 U자 모양의 소스 전극과 I자 모양의 드레인 전극을 갖는 형태로 변경시킨다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IPS 모드 박막 트랜지스터 기판의 평면도이고, 도 2는 도 1의 박막 트랜지스터 부분의 확대도이다.
도 1과 도 2에 나타난 바와 같이, 가로 방향의 게이트선(1)과 세로 방향의 데이터선(2)이 서로 교차하도록 형성되어 있고, 각 게이트선(1)과 데이터선(2)의 교차에 의해 정의되는 화소의 표시부 안쪽에 서로 평행한 두 공통 전극선(30)이 가로로 형성되어 있다. 두 공통 전극선(30)을 연결하는 공통 전극(commom electrode)(3)과 화소 전극(sub-pixel data line)(4)이 서로 교대로 데이터선(2)과 평행하게 세로 방향으로 형성되어 있다. 화소 전극(4)은 공통 전극선(30)과 중첩되며 가로로 형성되어 있는 두 화소 전극선(40)에 연결되어 있으며, 두 화소 전극선(40) 중 하나는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(7)과 연결되어 있다.
그러면 이제 박막 트랜지스터의 구조를 상세히 설명한다.
박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트선(1)의 일부이고, 게이트 전극(1) 상부에는 비정질 규소층(5)이 형성되어 있다. 비정질 규소층(5)의 위에 소스 전극(6)과 드레인 전극(7)이 형성되어 있는데, 드레인 전극(7)은 종래의 드레인 전극보다 폭이 좁은 I자 모양으로 형성되어 있고, 소스 전극(6)은 U자 모양으로 형성되어 드레인 전극(7)을 둘러싸는 형태를 이루고 있다.
또한, 비정질 규소층(5)은 에치백(etchback)형의 박막 트랜지스터의 경우 2,000Å 이상의 두께로 형성하여야 하는데, 이는 비정질 규소층 상부에 형성되는 n+ 비정질 규소층을 식각할 때 비정질 규소층(5)이 함께 식각되기 때문이다. 에치백형의 박막 트랜지스터의 경우 비정질 규소층을 두껍게 형성하기 때문에 광누설 전류도 더 많이 발생하게 된다.
광누설 전류를 줄이기 위한 방법으로는 비정질 실리콘층에 유입되는 빛의 양을 줄이거나, 유입된 빛에 의한 누설 경로(leakage pass)를 멀리 하는 등의 방법이 있는데, 본 발명의 실시예에 따르면 소스/드레인 전극과 중첩되는 비정질 실리콘층의 면적을 줄임으로써 광누설 전류를 줄인다.
도 3a 및 도 3b에는 각각 종래 기술에 따른 박막 트랜지스터의 구조와 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조가 나타나 있다.
비정질 실리콘층의 가운데 부분은 게이트 전극에 의해 빛이 차단되므로 비정질 실리콘층이 빛을 받게 되는 부분은 게이트 전극 바깥으로 튀어나온 부분이다. 비정질 실리콘층이 빛을 받아 광누설 전류가 발생하면 이 광누설 전류는 접촉하고 있는 소스/드레인 전극을 통해 흐르게 된다. 따라서, 비정질 실리콘층과 접촉하고 있는 전극의 면적을 줄이면, 광누설 전류의 영향 역시 줄일 수 있다.
도 3a와 도 3b를 비교해 보면, 본 발명의 실시예에 따른 소스/드레인 전극 구조를 갖는 경우(도 3b), 소스/드레인 전극(6, 7)과 중첩되는 비정질 실리콘층(5)의 면적(A', B')이 종래 기술에 따른 경우(A, B)보다 줄어들게 되고 이에 따라 광누설 전류가 감소한다.
한편, 소스 전극으로부터 드레인 전극으로 흐르는 전류를 일정량 이상 확보하기 위해서는 전극 폭을 일정한 정도로 유지하는 것이 필요하다. 이는 전압이 인가되었을 때 흐르는 전류는 전극 폭 대 전극간 거리에 비례하기 때문이며, 따라서 전극 폭을 줄이는 데에는 한계가 있다. 본 발명에서는, 일정한 전류를 확보하면서 Cgd를 줄이기 위하여 소스 전극의 폭을 줄이되, 드레인 전극을 소스 전극을 둘러싸는 형태로 형성한다.
킥백(kick-back) 전압을 발생시키는 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 용량(Cgd)을 계산해 보면 다음과 같다. 이를 나타내기 위해 종래 기술에 따른 박막 트랜지스터의 구조와 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 도 4a 및 도 4b에 도시하였다.
종래 기술에 따른 박막 트랜지스터의 경우, 전극 폭(W)은 20㎛, 전극간 거리(L)는 5㎛로 하고, 스테퍼 오정렬(stepper misalign)을 고려하여 게이트 전극과 드레인 전극(7)이 중첩된 길이(C)를 2.5㎛ 정도로 할 경우, 중첩되는 면적은 2.5㎛ × 20㎛(중첩 길이 × 전극 폭) = 50 ㎛2 가 된다(도 4a).
한편, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 구조에서는 감광막의 현상이 가능한 최소 폭인 4㎛로 드레인 전극(7)을 형성할 경우 게이트 전극과 드레인 전극(7)의 중첩 길이(C')를 8㎛로 하더라도 중첩되는 면적은 8㎛ × 4㎛(중첩 길이 × 전극 폭) = 32 ㎛2 가 되어 종래 기술에 따른 경우보다 훨씬 줄어들게 된다(도 4b).
본 발명에서는 I자 모양의 드레인 전극과 U자 모양의 소스 전극을 갖는 박막 트랜지스터 구조를 이용함으로써 후면 광원으로부터의 빛의 입사에 의한 광누설 전류의 양을 줄이고, 게이트 전극과 드레인 전극간의 기생 용량을 줄여 킥백 전압을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IPS(in-plane switching) 모드 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 평면도이고,
도 2는 도 1의 박막 트랜지스터 부분의 확대도이고,
도 3a 및 도 4a는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 것이고,
도 3b 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 것이다.

Claims (7)

  1. 서로 평행한 다수의 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하며, 서로 평행한 다수의 데이터선,
    상기 게이트선과 상기 데이터선의 교차에 의해 정의되는 화소의 표시부 안쪽에 상기 데이터선과 평행하게 형성되어 있는 다수의 공통 전극,
    상기 공통 전극의 사이에 상기 공통 전극과 평행하게 형성되어 있는 다수의 화소 전극,
    상기 게이트선과 데이터선과의 교차 지점에 인접하여 형성되어 있으며 상기 게이트선의 분지인 게이트 전극,
    상기 게이트 전극의 상부에 형성되어 있는 비정질 규소층,
    상기 비정질 규소층의 상부에 형성되어 있으며 상기 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극,
    상기 비정질 규소층의 상부에 형성되어 있으며 상기 드레인 전극을 둘러싸는 형태의 소스 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 화소의 표시부 안쪽에 형성되어 있으며, 상기 다수의 공통 전극과 연결되어 있으며, 상기 게이트선과 평행한 두 개의 공통 전극선을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 공통 전극선과 중첩되도록 형성되어 있으며, 상기 다수의 화소 전극선과 연결되어 있는 두 화소 전극선을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 드레인 전극은 I자 모양인 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 소스 전극은 U자 모양인 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 소스 전극의 폭은 2㎛에서 10㎛ 사이인 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 드레인 전극의 폭은 2㎛에서 10㎛ 사이인 액정 표시 장치.
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