KR100690312B1 - 액정표시장치용 어레이기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치용 어레이기판에 관한 것으로, 특히 어레이기판 제작공정 중 비표시영역인 어레이기판의 일측에 근접하여 형성되는 더미패턴을 어레기판에 형성되는 정전기방지 수단인 단락배선에 연결하여 등전위를 형성하도록 함으로써, 상기 더미패턴에서 발생하는 정전기에 의한 배선의 단선불량을 방지한 액정표시장치를 제작할 수 있다.

Description

액정표시장치용 어레이기판{Array substrate for Liquid crystal display device for fabricating thereof}

도 1은 일반적인 액정 표시장치를 도시한 분해 사시도이고,

도 2는 종래의 액정표시장치용 어레이기판의 일부 화소를 도시한 평면도이고,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ과 Ⅳ-Ⅳ를 절단한 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 일부 화소를 도시한 확대 평면도이고,

도 5a는 도 4의 일부를 개략적으로 도시한 확대 평면도이고,

도 5b는 도 5a의 Ⅴ-Ⅴ와 Ⅵ-Ⅵ를 절단하여 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

113 : 게이트배선 115 : 데이터배선

117 : 화소전극 128 : 소스전극

130 : 드레인전극 145 : 제 3 더미패턴

171 : 제 1 데이터 단락배선 173 : 제 2 데이터 단락배선

발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 액정표시장치용 어레이기판의 제작공정 중 기판의 외곽에 구성되는 금속재질의 더미패턴에서 발생하는 정전기에 의한 배선의 단선불량을 방지하기 위한 액정표시장치용 어레이기판의 구성에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.

따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.

현재에는 전술한 바 있는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정 표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

일반적으로 액정 표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 분해사시도이다

도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 블랙매트릭스(6)와 서브컬러필터(적, 녹, 청)(8)를 포함한 컬러필터(7)와 컬러필터 상에 투명한 공통전극(18)이 형성된 상부기판(5)과, 화소영역(P)과 화소영역 상에 형성된 화소전극(17)과 스위칭소자(T)를 포함한 어레이배선이 형성된 하부기판(22)으로 구성되며, 상기 상부기판(5)과 하부기판(22)사이에는 액정(14)이 충진되어 있다.

상기 하부기판(22)은 어레이기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를 교차하여 지나가는 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 형성된다.

상기 화소영역(P)은 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 교차하여 정의되는 영역이다. 상기 화소영역(P)상에 형성되는 화소전극(17)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 사용한다.

전술한 바와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 화소전극(17)상에 위치한 액정층(14)이 상기 박막트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층의 배향정도에 따라 상기 액정층(14)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.

상기 게이트배선(13)은 상기 박막트랜지스터(T)의 제 1 전극인 게이트전극(26)을 구동하는 펄스전압을 전달하며, 상기 데이터배선(15)은 상기 박막트랜지스터(T)의 제 2 전극인 소스전극을 구동하는 신호전압을 전달하는 수단이다.

이와 같이 구성되는 액정표시장치용 어레이기판은 다수의 물질을 공정순서에 따라 증착, 또는 도포한 후, 포토리소그라피(photolitho-graphy) 공정을 통해 원하는 패턴대로 식각되어 형성된다.

이때, 상기 식각과정은 도포된 물질에 따라 습식식각(wet etching) 또는 건식식각(dry etching)방법으로 진행되며, 상기 습식식각은 에칭용액에 의해 화학적으로 이루어지고, 상기 건식식각은 진공챔버내에서 전압에 의해 가속된 이온의 물리적인 충돌에의해 식각이 이루어진다.

이와 같은 방법 중 상기 건식식각 방법은 식각을 행하는 공정 중 기판에 국소적으로 충전된 전하에 의해 정전기가 발생하게 되며, 상기 정전기에 견디지 못하고 기판 상에 구성된 금속배선이 단선되는 불량을 유발하게 된다.

따라서, 상기 각 배선은 패턴과정에서 등전위를 형성하기 위해 단락배선 이라는 별도의 배선과 일체화하여 구성되며, 각 배선의 끝단에는 외부에서 상기 배선으로 유입되는 전하를 막기위해 정전기 회로가 구성된다.

이하, 도 2를 참조하여 자세히 설명한다.

도 2는 종래의 액정표시장치용 어레기판의 일부를 도시한 확대 평면도이다.

액정패널(22)은 표시영역과 비표시영역으로 구분할 수 있으며, 상기 표시영역은 다수의 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 교차하여 형성된다.

상기 두 배선은 교차하여 화소(P)를 정의하며, 두 배선의 교차지점에는 스위칭소자(T)가 구성된다.

상기 스위칭소자(T)는 전술한 바와 같이, 액티브채널층(55)과 게이트전극(26)과 소스전극(28)및 드레인전극(30)으로 구성되고, 상기 드레인전극(30)은 상기 화소(P)에 구성된 화소전극(17)과 전기적으로 접촉한다.

상기 게이트배선(13)과 데이터배선(15)은 공정 중 발생하는 정전기에 대비하기 위해, 정전기 방지회로와 연결되어 구성된다.

전술한 바와 같은 각 구성을 기판(22)상에 패턴하는 공정 중 상기 기판의 외곽부에는 소정면적을 가지는 금속재질인 더미패턴(제 1 더미패턴(41), 제 2 더미패턴(43), 제 3 더미패턴(45))이 구성된다.

상기 더미금속패턴은 상기 정전기 방지회로(제 1 정전기 방지회로(31), 제 2 정전기 방지회로(33), 제 3 정전기 방지회로(35), 제 4 정전기 방지회로(37), 제 5 정전기 방지회로(40)와 연결된다.

이와 같이, 정전기 방지회로를 사이에 두고 상기 더미패턴을 구성하게 되면 외부에서 발생하는 기생 전압성분이 상기 최외곽 패터인 제 3 더미패턴(45)으로부터 순차적으로 입력되어, 상기 제 1 더미패턴(41)에 도달할 즈음에는 상당한 전압강하 효과를 볼 수 있다.

또한, 상기 각 더미패턴은 기판의 외곽으로 출사하는 백라이트의 빛을 차폐(shield)하는 블랙매트릭스(black matrix : BM)의 기능을 동시에 수행한다.

이러한 구성을 가지는 어레이기판(22)의 제조공정 중 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(15)사이에는 절연막이 형성되며, 상기 데이터배선(15)상부에도 절연막인 보호층이 증착 또는 도포의 방법으로 형성된다.

이때, 일반적으로 상기 금속배선은 전술한 습식식각 방식으로 행해지나, 상 기 절연막인 보호층은 건식식각 방식으로 행해진다.

이하, 도 3을 참조하여 상기 제조공정을 간략히 설명한다.

(어레이기판을 제작하기 위해서는 공정단순화의 관점에서 4 마스크, 5 마스크 또는 기타의 공정순서로 제작될 수 있으며, 도 3은 5마스크 공정으로 제작된 어레이기판을 기준으로 설명하도록 한다.)

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ과 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 단면도이다.

(이하, 도 2의 구성과 함께 설명한다)

도시한 바와 같이, 기판(22)상에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 게이트전극(26)과 게이트배선(도 2의 13)과, 상기 기판(22)의 외곽인 비표시 영역에 서로 소정간격 이격된 제 1 더미패턴(41)과 제 2 더미패턴(43)과 제 3 더미패턴을(45) 형성한다.

다음으로, 상기 게이트전극(26) 등이 형성된 기판(22)의 전면에 절연물질을 증착 또는 도포하여 게이트절연막(51)을 형성한다.

다음으로, 상기 게이트전극(26) 상부에 아일랜드 형태로 적층된 액티브층(55)과 오믹콘택층(55`)을 형성한다.

상기 오믹콘택층(55)의 일측 상부에는 도전성 금속을 패턴하여 형성한 소스전극(28)과 이와는 소정간격 이격된 드레인전극(28)이 형성된다.

다음으로, 상기 드레인전극(30)등이 형성된 기판(22)의 상부에 절연층인 보호층(57)을 형성하고 식각하여, 상기 드레인전극(30) 상부에 드레인 콘택홀(59)을 형성한다.

다음으로, 상기 보호층(57)상부에 투명도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 콘택홀(59)을 통해 상기 드레인전극(28)과 전기적으로 접촉하고 상기 화소영역(도2의 P)상에 연장된 화소전극(17)을 형성한다.

상기 데이터배선(도 2의 15)의 끝단에는 제 1 정전기 방지회로(도 2의 31)가 부착되며, 상기 게이트배선(도 2의 13)과 상기 제 1 더미패턴(41)사이에는 제 2 정전기 방지회로(33)가 구성되며, 상기 제 1 더미패턴(41)과 상기 제 2 더미패턴(43) 사이에도 제 3 정전기 방지회로(35)가 구성된다.

또한 상기 제 2 더미패턴(43)과 상기 제 3 더미패턴(45)사이에도 제 4 정전기 방지회로(37)가 구성된다.

여기서, 상기 데이터배선(도 2의 15)과 게이트배선(도 2의 13)에 연결된 다수의 제 1 정전기 방지회로(31)와 제 2 정전기 방지회로(33)는 상기 제 1 정전기 방지회로 묶음배선(도 1의 61)과 제 2 정전기 방지회로 묶음배선(도 2의 63)에 각각 연결 형성된다.

상기 제 1 정전기 방지 회로 묶음배선(61)은 제 6 정전기 방지회로(39)에 의해 상기 제 3 더미패턴(45)과 연결 형성되고, 상기 제 2 정전기 방지회로묶음배선(63)은 상기 제 1 더미패턴(41)에 제 5 정전기 방지회로(40)를 사이에 두고 구성된다.

전술한 바와 같은 개략적인 공정을 통해 어레이기판이 구성되며, 이때 도시하지는 않았지만, 상기 게이트배선(도 2의 13)과 데이터배선(도 2의 15)은 홀수번째와 짝수번째로 나뉘어져 각각 단락배선(미도시)에 연장 형성된다.

전술한 공정에서 상기 보호층은 건식식각 되며, 이때 상기 더미패턴에 발생된 전하는 상기 각 정전기 방지회로에 의해 표시영역으로 입력되는 것이 방지된다.

따라서, 배선은 패널의 외곽에서 발생하는 정전기에 의해 영향을 받지 않는 구조이다.

그러나, 종종 상기 제 3 더미패턴(도 2의 45)에서 약 4-5KV의 큰값으로 정전기가 발생하며, 이때 발생한 정전기를 유발하는 전하는 상기 제 1 정전기 방지회로 묶음배선(도 2의 61)에 구성된 제 6 정전기 방지회로(39)와 상기 정전기 방지회로 묶음배선(61)과 연결된 각 제 1 정전기 방지회로(31)를 파괴하며, 상기 배선으로 입력된다.

결국, 상기 제 3 더미패턴에서 발생한 정전기에 의해 배선의 단선 또는 배선간의 단락불량을 유발하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 상기 어레이기판에 형성되는 제 3 더미패턴을 등전위배선인 단락배선에 연결하여 정전기 발생 시 등전위 상태가 되도록 하는 기판 구조를 제안하여, 상기 더미패턴에서 발생하는 정전기에 의한 배선의 단선불량이 발생하지 않는 어레이기판을 제작하는데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판은, 표시영역과 비표시영역으로 정의된 투명기판과; 상기 표시영역에 구성되고, 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선과; 상기 게이트배선과 상기 데이터배선의 교차점에 구성된 스위칭소자와; 상기 스위칭소자와 전기적으로 접촉하고, 상기 화소영역 상에 구성된 화소전극과; 상기 비표시영역의 일측에 서로 이격되어 구성되고, 홀수번째의 상기 데이터배선과 연결되는 제 1 데이터 단락배선과, 짝수번째의 상기 데이터배선과 연결되는 제 2 데이터 단락배선과; 상기 투명기판의 외곽에 설치되며, 백라이트의 빛을 차폐하기 위한 다수의 더미패턴 중 최외곽의 패턴이 상기 제 1 데이터 단락배선과 연장 형성된다.
상기 다수의 더미패턴은 상기 게이트배선과 동일층에 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 더미패턴은 서로 정전기 회로로 연결되어 구성된다.
상기 데이터배선은 상기 다수의 더미패턴과 정전기 회로로 연결된 것을 특징으로 한다.

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상기 화소전극은 ITO 또는 IZO의 투명도전성 금속인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

-- 실시예 --

본 발명의 실시예는 상기 더미패턴에서 발생하는 정전기에 의한 배선의 단선을 방지하고자 상기 더미패턴을 단락배선에 연결하여 등전위를 형성하도록 하는 구조를 제안한다.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 일부 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 상기 데이터배선(115)의 끝단에는 제 1 정전기 방지회로(131)가 구성되며, 상기 다수의 제 1 정전기 방지회로는 제 1 정전기 방지 회로묶음 배선(161)에 연결하며, 상기 제 1 정전기 방지회로 묶음배선(161)은 상기 제 3 더미패턴(145)과 제 4 정전기 방지회로(139)를 사이에 두고 연결형성 한다.

또한, 상기 게이트배선(113)의 끝단에는 제 2 정전기 방지회로(133)를 형성하며, 상기 제 2 정전기 방지회로는 제 2 정전기 방지 회로묶음배선(163)에 의해 연결 형성한다.

이때, 상기 제 2 정전기 방지 회로 묶음배선(163)은 상기 제 1 더미패턴(141)과 제 5 정전기 방지회로(140)를 사이에 두고 연결 형성한다.

상기 제 2 더미패턴(143)은 상기 제 1 더미패턴(141)과 상기 제 3 더미패턴(145)과 각각 제 3 정전기 방지회로(135)와 제 6 정전기 방지회로(137)를 사이에 두고 연결 형성한다.

이러한 구성에서, 상기 제 3 더미패턴(145)은 제 1 데이터 단락배선(171)에 연장 형성한다.

따라서, 기판(122)상에 구성되는 모든 금속패턴은 등전위를 형성하는 구조가 된다.

도 5a 와 도 5b본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 일부 화소를 개략적으로 도시한 평면도와 이를 Ⅵ-Ⅵ과 Ⅶ-Ⅶ을 따라 절단한 단면도이다.

먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 액정패널(122)을 게이트배선(113) 및 데이터배선(115)과 화소영역(P)으로 구성된 표시영역과 제 1 , 제 2, 제 3 더미패턴(도 5의 141, 도 5의 143, 145)으로 구성된 비표시 영역으로 구분한다.

상기 게이트배선(113)과 데이터배선(115)이 교차하는 영역에는 게이트전극(126)과 소스전극(128)및 드레인전극(130)으로 구성된 박막트랜지스터(T)를 형성하며, 상기 화소영역(P)상에는 상기 드레인전극(130)과 전기적으로 접촉하는 화소전극(117)을 형성한다.

여기서, 상기 데이터배선(115)은 홀수번째와 짝수번째로 나뉘어져 각각 단락배선(미도시)에 연결형성하고, 상기 데이터배선(115) 또한 홀수번째와 짝수번째로 나누어 각각 제 1 데이터 단락배선(171)과 제 2 데이터 단락배선(173)에 전기적으로 연결한다.

이하, 상기 더미패턴과 단락배선의 연결관계를 도 5b의 단면을 참조하여 설 명한다.

도 5b는 도 5a의 Ⅳ-Ⅳ와 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 단면도이다. (본 발명에 따른 공정은 4마스크공정을 예를 들어 설명한다.)

도시한 바와 같이, 기판에 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd)과 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr)등이 포함된 도전성금속 그룹 중 선택된 하나인 제 1 도전성 금속을 증착하고 패턴하여 게이트배선(113)과 게이트전극(126)과 상기 게이트배선(도 5a 113)의 끝단에서 소정면적으로 연장된 게이트패드(미도시)를 형성한다.

이와 동시에, 상기 게이트배선(113)과 평행하게 기판의 일측에 소정간격 이격된 제 1 데이터 단락배선(171)과 제 2 데이터 단락배선(173)을 형성하고, 상기 두 개의 데이터단락배선과 평행하지 않은 양측에 각각 제 1, 제 2 게이트 단락배선을 형성한다.

이와 동시에, 상기 기판(122)의 외곽에 제 1 더미패턴(도 4의 141)과 제 2 더미패턴(143)과 제 3 더미패턴(145)을 형성한다.

여기서, 상기 제 3 더미패턴(145)상기 제 1 데이터 단락배선(171)에 연장형성한다.

다음으로, 상기 게이트배선(도 5a의 113) 등이 형성된 기판(122)상에 게이트 절연층(51)과 비정질실리콘층과 불순물이 함유된 비정질실리콘층과 제 2 도전성 금속층을 적층한 후, 상기 제 2 도전성 금속층을 패턴하여 상기 게이트전극(126) 상부에 액티브채널(155)을 노출하고, 동시에 상기 게이트패드(미도시)와 제 1,제 2 데이터 단락배선(171, 173)과 상기 제 1, 제 2 게이트 단락배선(미도시) 상부중 나 중에 콘택홀이 형성될 부분의 일부 제 2 도전성 금속층을 식각한다.

다음으로, 상기 도전성 제 2 금속층이 패턴된 기판(122) 상에 절연물질을 증착 또는 도포하여 보호층(157)을 형성한다.

상기 보호층(157)과 그 하부의 비정질 실리콘층을 동시에 패턴하여 소스전극(128)과 드레인전극(130)과 상기 게이트배선(도 5b의 113)과 교차하여 화소영역(도 2의 P)을 정의하는 데이터배선(115)과, 상기 데이터배선(115)의 끝단에서 소정면적 연장된 데이터패드(175)를 형성한다.

이때, 상기 데이터패드(175)는 데이터패드의 일부와 그 상부의 비정질실리콘층과 보호층이 식각되어 데이터패드 콘택홀(174)이 형성되고 상기 게이트패드(미도시) 상부에는 게이트패드 콘택홀(미도시)과, 상기 데이터 단락배선(171) 상부에는 데이터 접촉홀(179)을 형성한다.

다음으로, 상기 보호층(157)이 패턴된 기판(122)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(indum-tin-oxide : ITO)와 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : ITO) 등의 투명 도전성금속을 증착하고 패턴하여, 상기 드레인전극(130)과 측면접촉하고 상기 화소영역 상에 구성된 화소전극(117)과, 상기 게이트패드 콘택홀(미도시)을 통해 상기 게이트패드(미도시)와 연결된 게이트패드 단자전극(미도시)과, 상기 데이터패드 콘택홀(174)과 데이터 접촉홀(179)에 동시에 충전되어 형성된 데이터패드 단자전극(177)을 형성한다.

전술한 바와 같은 공정을 통해, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있으며, 상기 제 3 더미패턴(145)이 상기 단락배선(171)에 연결되어 구성되므로 상기 더미패턴에서 정전기가 발생하여도 상기 단락배선을 통해 흐르게 되므로 등전위를 형성할 수 있다.

따라서, 상기 더미패턴에서 과도하게 발생하는 정전기에 의한 배선의 단선불량을 방지할 수 있는 구조이다.

본 실시예에서는 4 마스크로 제작되는 액정표시장치용 어레이기판의 제작방법을 예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예는 이와 유사한 방법으로 제작되는 어레이기판의 구성에 모두 적용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 기판의 외곽에 구성하는 더미패턴에서 발생하는 정전기에 의한 배선의 단선불량을 방지할 수 있는 구조이므로, 액정표시장치의 제품수율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 표시영역과 비표시영역으로 정의된 투명기판과;

   상기 표시영역에 구성되고, 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선과;

   상기 게이트배선과 상기 데이터배선의 교차점에 구성된 스위칭소자와;

   상기 스위칭소자와 전기적으로 접촉하고, 상기 화소영역 상에 구성된 화소전극과;

   상기 비표시영역의 일측에 서로 이격되어 구성되고, 홀수번째의 상기 데이터배선과 연결되는 제 1 데이터 단락배선과, 짝수번째의 상기 데이터배선과 연결되는 제 2 데이터 단락배선과;

   상기 투명기판의 외곽에 설치되며, 백라이트의 빛을 차폐하기 위한 다수의 더미패턴 중 최외곽의 패턴이 상기 제 1 데이터 단락배선과 연장 형성된 액정표시장치용 어레이기판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 더미패턴은 상기 게이트배선과 동일층에 구성되는 액정표시장치용 어레이기판.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 더미패턴의 각각은 정전기 회로로 연결된 액정표시장치용 어레이기판.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터배선은 상기 다수의 더미패턴과 정전기 회로로 연결된 액정표시장치용 어레이기판.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극은 ITO 또는 IZO의 투명도전성 금속인 액정표시장치용 어레이기판.

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