KR100458840B1 - 표시 장치의 수리부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 기판의 활성 영역의 내부 또는 둘레에서 신호선과 중첩하는 표시 장치의 수리부에 관한 것이다. 액정 표시 장치 수리부에서는 수리선과 데이터선이 중첩되는 면적을 좁은 폭으로 길게 형성되어 중첩되는 면적을 최소화함으로써, 수리선의 부하 용량이 현격히 감소된다. 따라서, 대형화 및 고정세화된 제품을 제작할 수 있다. 또한 좁은 폭의 중첩되는 면적에 여러 번의 레이저 가공이 가능하므로 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

표시장치의 수리부

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 기판의 활성 영역의 내부 또는 둘레에서 다수의 신호선과 중첩하는 표시 장치의 수리부에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판, 박막 트랜지스터 기판과 마주하는 컬러 필터 기판, 그리고 두 기판을 사이에 주입되어 있는 액정 물질로 이루어지며, 내부에 주입되어 있는 액정 물질의 전기 광학적 효과를 이용한 표시 장치이다.

이러한 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판 내에는 행렬의 형태로 형성되어 있는 박막 트랜지스터, 화소 전극이 형성되어 있으며, 각각의 화소를 제어하기 위해 주사 신호를 공급하는 게이트선과 화상 신호를 공급하는 데이터선이 매트릭스 형태로 형성되어 있다.

일반적으로 박막 트랜지스터 액정 표시 장치를 제조하는 공정에서 공정 수율을 감소시키는 불량의 원인으로 여러 가지를 들 수 있겠지만 데이터 구동 집적회로의 출력 단자로부터 각각의 박막 트랜지스터의 소스 단자로 연결되는 데이터 배선의 단선 결함(open defect)은 수율을 감소시키는 원인이 될 뿐 아니라 리페어를 하기 위해서는 많은 비용이 투입된다.

구체적으로 리페어를 하기 위해서는 여러 가지 방법이 있지만, 기판에서 표시 영역이 되는 활성 영역의 바깥쪽에 각각의 데이터 및 게이트 배선과 교차하는 리던던시(redundancy) 배선을 형성하여 각각의 데이터 및 게이트 배선에서 오픈이 발생할 경우에 리던던시 배선을 이용하여 활성 영역의 바깥쪽으로 우회하여 신호를 전달하는 방법이 있다.

일반적으로 앞에서 설명한 리던던시 배선을 리페어링이라고 한다.

그리고 다른 방법으로는 각각의 화소 영역에 데이터선의 이웃하는 부분에 형성된 리페어바를 이용하여 화소 영역의 내부에서 단선 결함이 발생한 부분만을 우회하여 신호를 전달하는 방법이 있다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 액정 표시 장치에 대하여 더욱 자세하게 알아보면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 평면도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판은 투명한 절연 기판(1)에 다수의 게이트선(3)이 가로 방향으로 형성되어 있고, 게이트선(3)과 교차하는 다수의 데이터선(5)이 세로 방향으로 형성되어 있다. 기판(1)의 중앙은 화면으로 표시되는 영역으로 활성 영역(Y)이라 한다. 기판(1)의 가장자리 좌측에는 게이트선(3)과 연결되어 있는 다수의 게이트 패드(7)가 형성되어 있고, 기판(1)의 가장자리 상부 및 하부에는 데이터선(5)과 연결되어 있는 데이터 패드(9)가 형성되어 있으며, 이 영역을 패드 영역(Z)이라 한다. 기판(1)의 가장자리 패드 영역(Z)에 의해 활성 영역(Z) 둘레에는 게이트선(3) 및 데이터선(5)과 교차하는 리페어링(11)이 형성되어 있고, 도 2는 도 1에서 A부분을 상세하게 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2에서 B부분에 대한 단면도이다.

도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 기판(1) 상부에 리페어링(11)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(13)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(13) 일부 위에는 리페어링(11)과 교차하는 데이터선(5)이 형성되어 있고, 그 위에는 기판(1)을 덮는 보호막(19)이 형성되어 있다.

도 4는 종래의 기술에 따른 다른 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4에서 C 부분을 상세하게 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에서 D 부분을 도시한 단면도이다.

도 4에 도시된 다른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 구조로서, 도 1에 도시된 구조와 대부분 동일하다.

다른 점은 짝수번째 데이터선(5)이 오픈되었을 경우에 수리하기 위한 짝수용 리페어링(11)과 홀수 번째 데이터선(5)이 오픈되었을 경우에 수리하기 위한 홀수용 리페어링(12)이 분리되어 있다.

그리고, 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 짝수용 리페어링(11)과 교차하는 홀수 번째 데이터선(5)의 폭이 다른 부분보다 좁게 형성되어 있으며, 홀수용 리페어링(11)과 교차하는 짝수 번째 데이터선(5)의 폭 또한 다른 폭보다 좁게 형성되어 있다. 이러한 이유는 교차하는 부분에서 형성되는 커패시터 용량을 최소화하기 위한 것이다. 또한 쇼트가 용이하게 이루어질 수 있도록 짝수용 리페어링(11)과 짝수 번째 데이터선(5)이 교차하는 부분과 홀수용 리페어링(12)과 홀수 번째 데이터선(5)이 교차하는 부분의 폭이 다른 부분보다 넓게 형성되어 있다.

이러한 종래의 액정 표시 장치에서는 데이터선(5)이 단선된 부분(

) 있을 경우에 단선된 데이터선(5)과 리페어링(11)이 교차하는 부분(

)을 각각 쇼프(short)시켜 단선된 데이터선(5)을 리페어링(11)으로 연결한다. 그리고, 발생하는 부하 용량을 최소화하기 위해 데이터선(5)과 리페어링(11)이 교차하는 부분(

) 중심으로 한쪽 부분(X)의 리페어링(11)을 각각 오프시킨다. 여기서, 데이터 신호의 전달 경로가 짧은 부분을 이용하도록 하고, 경로가 긴 부분의 리페어링(11)의 일부를 오픈시키도록 한다. 그러면 단선된 데이터선(3)과 리페어링(11)의 일부를 통하여 오픈된 데이터선(5)에 해당하는 데이터 신호가 전달된다.

이때, 쇼트 공정은 미세한 가공이 가능한 레이저를 사용하고, 이 레이저는 렌즈를 이용하여 집속시킴으로서 수 ㎛에서 수십 ㎛의 범위에서 가공이 가능하다.

도 5에서 보는 바와 같이, 신뢰도를 높이기 위해 두 부분을 쇼트시킨다. 그러면 안쪽 원(R1)의 내부에서는 금속들이 용융되고 증발되어 제거된다. 그리고 외부 원(R2)과 안쪽 원(R1) 사이의 영역에서는 데이터선(5)과 리페어링(12)의 접속이 이루어진다.

그러나, 이러한 종래의 액정 표시 장치에서는 양호한 접속 저항이 수십Ω이 되기 위해서는 R1의 직경이 5㎛ 이상이 필요하고, R2의 직경은 8㎛ 이상이 된다. 그리고 신뢰도로 인하여 두 부분에서 쇼트 가공이 이루어진다. 그리고 쇼트 가공의 오정렬(misalign)을 고려하고 가공 후에도 배선들이 끊어지지 않으려면 배선의 폭(L1)은 15㎛ 이상이 요구된다. 이로 인하여 데이터선(5)과 리페어링(11,12)의 교차면적이 225μ㎡가 되므로 리페어링의 부하 용량이 증대되어 고정세, 대면적을 가지는 액정 표시 장치에서는 리페어링의 사용이 적합하지 않다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 데이터선과 수리선이 중첩되는 면적을 좁고 길게 형성하여 수리선으로 인하여 발생하는 부하 용량을 최소화하고 활성 영역의 내부에서는 개구율을 증가시키는데 있다.

이러한 본 발명에 따른 평판 표시 장치의 신호선과 수리선이 중첩하는 수리부에서 수리선이 신호선의 양쪽 가장자리 부분에 최적의 폭으로 길게 각각 중첩되어 있다.

그리고 신호선과 수리선이 매개 도전막을 통하여 간접적으로 중첩되어 있는 경우도 신호선과 매개 도전막 및 수리선과 매개 도전막이 중첩되는 부분을 최적의 폭으로 길게 형성되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 평판 표시 장치의 수리부에서는 신호선, 수리선 또는 매개 도전막 사이에서 중첩되는 면적이 최소이므로 신호선과 수리선의 중첩으로 인하여 발생하는 부하 용량을 최소로 줄일 수 있게 된다. 그리고 중첩되는 면적의 폭이 최소이므로 신호선의 폭을 최소로 줄일 수 있다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 평판 표시 장치의 수리부의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.

우선, 레이저는 결맞음(coherent)이라는 특징으로 인하여 렌즈계(lens system)를 사용하여 수 ㎛ 이하로 광에너지를 집속시킬 수 있으며, 큰 전력 밀도를 가짐으로써 미세한 형상의 절단이나 단락을 가능하게 된다.

본 실시예에서, 박막 패턴의 가공에 사용되는 레이저는 YAG 레이저로서, 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

· 레이저 출력----------- 25mJ 이상

· 레이저 파장----------- 1.064㎛

· 펄스 폭--------------- 7nS 이하

· 빔 확산 폭------------- 1.2mrad

· 빔 직경--------------- 3mm

· 출력 조정 가능---------- 최대 출력의 10%∼100%

· 대물 렌즈의 배율 저절로 스포트 직경 2㎛까지 가능.

이러한 레이저를 이용하여 금속 면에 2㎛∼수십㎛의 직경을 가지는 스포트를 조사하면, 스포트를 받은 금속 면에서 일부는 반사로 인하여 에너지 손실이 발생하고 나머지 에너지가 금속 면에 흡수되어 열 에너지를 변환되고 금속층을 녹이게 되고, 녹은 금속층의 일부가 증발된다. 이때, 증발되는 스포트 면적의 가장자리에서 두 금속층의 접속이 발생한다.

이때의 특징으로는 펄스의 폭을 동일하게 하는 경우에 박막의 두께가 두꺼울수록 전력을 많이 필요하게 되며, 금속층의 종류에 따라 반사율 등의 차이로 인하여 요구되는 전력이 달라질 수 있다. 그러나, 50% 이상의 전력을 사용하게 되면 거의 모든 금속층의 두께가 100nm∼700nm의 범위에 이르기까지 양호한 가공이 가능하다.

여기서, 전력 및 두 금속층의 종류를 고정하고 금속 면에 2㎛∼20㎛까지의 직경을 가지는 스포트를 조사했을 경우에 두 금속층의 접속으로 인하여 발생하는 접속 저항의 차이는 거의 동일하다. 그 이유는, 두 금속층의 접속은 스포트의 가장자리에서 발생하며, 이러한 접속 면적은 액정 표시 장치에서 사용되는 충분한 전류를 통과시킬 수 있기 때문이다.

본 발명의 실시예에서는 레이저의 전력을 50%, 펄스의 폭을 5nS로 고정하고, 제1금속층(500)과 제2금속층(110)의 중첩을 질화막과 비정질 실리콘층의 절연막을 매개로 하여 2㎛폭으로 중첩되도록 하였다. 결과에서, 스포트의 크기를 2㎛으로 하는 경우에 수십 오옴(Ω) 이하의 양호한 접속 저항이 나타났으며, 실질적으로 레이저 쇼트 가공에 의한 직경이 스포트의 크기보다 2∼3㎛ 정도 확대되었다.

따라서, 두 금속층이 중첩되는 폭을 좁고 긴 형태로 하면 매우 작은 용량을 가지면서 양호한 레이저 접속이 가능하다는 것을 얻어냈다. 여기서 두 금속층이 중첩되는 면적의 폭은 5㎛이하로 범위에서, 바람직하게는 2㎛으로 하는 것이 중첩되는 면적을 최소화하고 레이저 가공을 실시하는데 가장 효과적이다.

또한 본 발명의 실시예에서 사용한 박막의 종류는 다음과 같다.

첫 번째, 제1금속층인 수리선은 저저항을 위하여 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금(Al arroy)을 사용하였으며, 그 상부 또는 하부에 Cr, Mo, Ta, Ti 등의 금속을 단일이나 두 가지 이상의 합금형태로 사용할 수 있다.

두 번째, 제2금속층인 데이터선(500)은 Cr, Mo, Ta, Ti 등의 금속을 단일이나 두 가지 이상의 합금형태로 사용하였으며, 저저항을 위하여 그 상부 또는 하부에 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금(Al alloy)을 사용할 수 있다.

도 7 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 수리부를 도시한 평면도이다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시 장치의 수리부를 도시한 것으로서, 앞에서 설명한 바와 같이, 수리선(110)은 레이저 쇼트 가공이 이루어지는 데이터선(500)의 양쪽 가장자리에서 최소의 폭(L0=2㎛)으로 길게 중첩되도록 형성하였다.

여기서, 수리선(110)의 저항을 증가시키지 않기 위하여 폭을 종래와 동일하게 L1(15㎛)로 하고, 데이터선(500)은 중첩되어 단차가 발생하는 부분에서 단락이 발생하는 것을 방지하기 위하여 선폭을 L2(10㎛)로 형성하였다. 그리고 수리선(110)이 절연막(도시하지 않음)의 하부에 있는 경우에는 단차로 인하여 단락이 발생하지 않으므로 데이터선(500)과 중첩되는 부분에서 최소의 폭(L3=6㎛)으로 형성하였다.

이러한 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시 장치에서 데이터선(500)과 수리선(110)이 중첩되는 총면적은 데이터선(500)의 양쪽 가장자리에서 중첩되는 면적(15*2*2=60μ㎡)과 가장자리 부분을 연결하는 면적(6*6=36μ㎡)을 합하여 96μ㎡가 된다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 제2, 제3실시예를 도시한 것으로서, 수리선(110)이 데이터선(500)의 양쪽 가장자리에서 더욱 길게 중첩되도록 형성하였다.

도 8에서 데이터선(500)과 수리선(110)이 중첩되는 총면적은 데이터선(500)의 양쪽 가장자리에서 중첩되는 면적(24*2*2=96μ㎡)과 가장자리 부분을 연결하는 면적(6*6=36μ㎡)을 합하여 132μ㎡가 된다.

도 9에서는 수리선(110)이 액정 표시 장치의 봉입재(도시하지 않음)의 내부에 형성되는 경우에 수리선(110)과 다른 기판의 공통 전극(도시하지 않음) 사이에서 발생하는 부하 용량을 고려한 경우이다. 이러한 경우에는 수리선(110)의 저저항을 유도하기 위하여 수리선(110)을 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하고 수리선(110)의 폭을 10㎛으로 형성하였다. 그리고, 데이터선(500)과 중첩되는 부분을 수리선(110)의 상부 및 하부로 길게 형성하였다.

여기서, 데이터선(500)과 수리선(110)이 중첩되는 총면적은 데이터선(500)의 양쪽 가장자리에서 중첩되는 면적(24*2*2=96μ㎡)과 가장자리 부분을 연결하는 면적(6*6*=36μ㎡)을 합하여 132μ㎡가 된다.

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시 장치의 수리부 구조를 도시한 것으로서, 수리선(110)의 부하 용량을 감소시키기 위하여 수리선(110)과 데이터선(500) 사이에 매개 도전막(200)을 개재시킨 구조이다. 이러한 구조에서는 매개 도전막(200)의 양단에 수리선(110) 및 데이터선(500)의 중첩으로 직렬 용량이 형성되므로 중첩되는 면적이 동일한 경우라도 부하 용량을 반이하로 줄일 수 있다.

이러한 경우에도 매개 도전막(200)과 수리선(110) 및 데이터선(500) 사이의 중첩되는 면적의 폭을 2㎛으로 좁고 길게 형성하고 매개 도전막의 폭을 9㎛으로 하면 중첩되는 총면적은 36μ㎡가 된다.

이러한 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 수리부에서 수리선(110), 데이터선(500) 또는 매개 도전막(200) 사이의 중첩되어 레이저 가공이 이루어지는 부분을 좁고 길게 형성하면 중첩되는 면적을 줄일 수도 있는 동시에, 레이저 가공을 여러번 실시할 수 있다.

도 11은 제4실시예에 따른 액정 표시 장치의 수리부 구조를 도시한 것으로서, 수리선(120) 하나의 화소를 단위로 형성되어 있는 경우를 도시한 것이다.

도11에서 보는 바와 같이, 화소 영역을 정의하는 다수의 게이트선(300)과 데이터선(500)이 서로 교차하여 형성되어 있다. 그리고, 하나의 화소 영역을 단위로 다수의 수리선(120)이 형성되어 있으며, 수리선(120)은 데이터선(500)과 평행하게 형성되어 있으며, 양단이 데이터선(500)이 중첩되어 있다.

이러한 구조에서, 데이터선(500)에 단선이 발생하는 경우에는 데이터선(500)과 수리선(120)이 중첩하는 수리부(E)를 레이저로 이용하여 쇼트시킨다. 그러면 단선된 데이터선(500)에 인가되는 신호는 우회하여 수리선(12)을 통하여 전달된다. 여기서, 데이터선(500)과 게이트선(300)이 중첩되는 부분에는 스위칭 소자(도시하지 않음)가 형성되어 있다.

이러한 경우에도 현재 데이터선(500)의 폭(L2)은 10㎛미만으로 형성하지만 개구율의 확보를 위해 그 폭은 좁아지고 있다. 따라서, 데이터선(500)과 수리선(120)이 중첩되어 있는 폭은 상당히 좁아지게 된다. 이때에도 앞에서 설명한 실시예에서 적용한 레이저 쇼트를 이용할 수 있다.

즉, 종래의 기술을 적용하면 오픈된 데이터선(500)을 수리하기 위해서는 수리부(E)의 폭(LO)을 넓게 형성해야하므로 데이터선(500)의 폭이 증가하게 된다. 따라서, 데이터선(500)과 게이트선(300)에 의해 정의되는 화소 영역은 좁아지게 되고, 결국 개구율이 감소하게 된다. 그러나, 본 발명에서 적용한 레이저 쇼트를 적용하면, 수리부(E)의 폭을 좁고 길게 형성할 수 있으므로, 데이터선(500)의 폭을 최적으로 형성할 수 있으므로 개구율을 감소하지 않는다.

따라서 본 발명에 따른 평판 표시 장치의 수리부 구조에서는 수리선과 신호선이 중첩되는 면적을 좁은 폭으로 길게 형성하여 중첩되는 면적을 최소화함으로써, 수리선의 부하 용량이 현격히 감소된다. 따라서, 대형화 및 고정세화된 제품을 제작할 수 있다. 또한 좁은 폭의 중첩되는 면적에 여러 번의 레이저 가공이 가능하므로 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 화소 영역의 개구율 감소를 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 평면도이고,

도 2는 도 1에서 수리부인 A 부분을 상세하게 도시한 평면도이고,

도 3은 도 2에서 B 부분에 대한 단면도이고,

도 4는 종래의 기술에 따른 다른 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 평면도이고,

도 5는 도 4에서 수리부인 C 부분을 상세하게 도시한 평면도이고,

도 6은 도 5에서 D 부분을 도시한 단면도이고,

도 7 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 수리부를 도시한 평면도이다.

Claims (12)

1. 기판 위에 제1방향으로 형성되어 있는 신호선,

   상기 신호선과 절연막을 매개로 하여 중첩되어 있으며, 다른 부분보다 상기 신호선과 중첩되는 부분이 좁은 폭으로 길게 형성되어 있는 수리선을 포함하는 표시 장치용 수리부.
2. 제1항에 있어서, 상기 신호선과 상기 수리선이 중첩되는 면적의 폭이 5㎛ 이하인 표시 장치용 수리부.
3. 제2항에 있어서, 상기 신호선과 상기 수리선이 중첩되는 면적의 폭은 2㎛인 표시 장치용 수리부.
4. 제1항에서, 상기 수리선 또는 신호선은 알루미늄층 또는 알루미늄 합금층으로 이루어진 표시 장치용 수리부.
5. 제4항에 있어서, 상기 수리선 또는 신호선은 상기 알루미늄층 또는 상기 알루미늄합금층의 상부 또는 하부에 단일막 또는 합금막으로 이루어진 금속층을 더 포함하는 표시 장치용 수리부.
6. 제5항에 있어서, 상기 금속층은 Cr, Mo, W, Ta, 또는 Ti로 이루어진 표시 장치용 수리부.
7. 기판 위에 제1방향으로 형성되어 있는 신호선,

   상기 기판 위에 제2방향으로 형성되어 있는 수리선,

   상기 신호선 및 상기 수리선과 절연막을 매개로 하여 양단이 중첩되어 있으며, 상기 신호선 및 상기 수리선과 중첩되는 부분이 좁은 폭으로 길게 형성되어 있는 매개 도전막을 포함하는 표시 장치용 수리부.
8. 제7항에 있어서, 상기 신호선 및 상기 수리선과 상기 매개 도전막이 중첩되는 면적의 폭이 5㎛ 이하인 표시 장치용 수리부.
9. 제8항에 있어서, 상기 중첩되는 면적의 폭은 2㎛인 표시 장치용 수리부.
10. 제7항에 있어서, 상기 수리선, 매개 도전막 또는 신호선은 알루미늄층 또는 알루미늄 합금층으로 이루어진 표시 장치용 수리부.
11. 제10항에서, 상기 수리선, 신호선 또는 매개 도전막은 상기 알루미늄층 또는 상기 알루미늄 합금층의 상부 또는 하부에 단일막 또는 합금막으로 이루어진 금속층을 더 포함하는 표시 장치용 수리부.
12. 제11항에 있어서, 상기 금속층은 Cr, Mo, W, Ta, 또는 Ti로 이루어진 표시 장치용 수리부.

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