KR100769435B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 배선의 부식이 방지되도록 한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 화소 영역 및 비화소 영역으로 이루어진 기판, 화소 영역 및 비화소 영역의 기판 상에 형성된 다수의 게이트 선 및 데이터 선, 비화소 영역의 기판 상에 형성되며 다수의 게이트 선 및 데이터 선에 각각 연결된 패드, 비화소 영역에 형성되며 패드의 일부분이 노출되도록 콘택홀이 형성된 절연막, 콘택홀을 통해 패드와 연결된 패드 전극, 비화소 영역에 형성되며 패드 전극을 포함하는 소정 부분이 노출되도록 개구부가 형성된 부식방지막을 포함한다. 절연층 상부에 유기물로 부식방지막을 형성함으로써 절연층을 통한 수분의 침투가 효과적으로 방지되어 고온 및 고습 분위기에서도 금속 배선의 부식이 방지된다.
금속 배선, 부식, 부식방지막, 유기물, 단차

Description

액정 표시 장치 {Liquid crystal display}
도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 종래의 액정 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도.
도 3은 도 2에 도시된 A 부분의 상세도.
도 4는 도 3에 도시된 B1-B2 부분을 절취한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도.
도 6은 도 5에 도시된 C 부분의 상세도.
도 7a 및 도 7c는 도 6에 도시된 D1-D2 부분을 절취한 단면도.
도 7b 및 도 7d는 도 6에 도시된 E1-E2 부분을 절취한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20, 100: 기판 11, 111: 게이트 선
12, 112: 데이터 선 12a, 112a: 데이터 패드
12b, 112b: 데이터 패드 전극 13, 130: 화소 영역
14, 114: 박막 트랜지스터 15, 115: 화소 전극
16, 23: 편광판 17, 117: 비화소 영역
18, 19, 118, 119: 절연층 19a, 119a: 콘택홀
21: 컬러필터 22: 공통전극
30: 액정층 40, 140: 게이트 구동부
50, 150: 데이터 구동부 51, 151: ACF
52, 152: 도전볼 53, 153: 범프
60, 70, 160, 170: 회로기판 180: 부식방지막
180a: 개구부
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 배선의 부식이 방지되도록 한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
정보통신 산업이 급격히 발달됨에 따라 표시 장치의 사용이 급증하고 있으며, 최근들어 저전력, 경량, 박형, 고해상도의 조건을 만족할 수 있는 표시 장치가 요구되고 있다. 이러한 요구에 발맞추어 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)나 유기발광 특성을 이용하는 표시 장치들이 개발되고 있다.
색 재현성이 우수하고 소비전력이 낮으며 박형으로 제작되는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display; TFT-LCD)는 현 재 가장 널리 사용되는 평판 표시 장치 중의 하나로서, 두 개의 기판 사이에 액정이 주입된 액정 패널, 액정 패널 하부에 위치되며 광원으로 이용되는 백 라이트 및 액정 패널을 구동시키기 위한 구동부로 구성된다.
도 1은 상기와 같이 구성되는 액정 표시 장치를 보다 상세히 설명하기 위한 사시도이다.
액정 패널은 대향하도록 배치된 두 개의 기판(10 및 20)과, 두 개의 기판(10 및 20) 사이에 개재된 액정층(30)으로 이루어지며, 기판(10)에 매트릭스 형태로 배열된 다수의 게이트 선(11)과 데이터 선(12)에 의해 화소 영역(13)이 정의된다.
게이트 선(11)과 데이터 선(12)이 교차되는 부분의 기판(10)에는 각 화소로 공급되는 신호를 제어하는 박막 트랜지스터(14) 및 박막 트랜지스터(14)와 연결된 화소전극(15)이 형성되고, 기판(20)에는 컬러필터(21) 및 공통전극(22)이 형성된다. 또한, 기판(10 및 20)의 배면에는 편광판(16 및 23)이 각각 형성되며, 편광판(16)의 하부에는 광원으로서 백 라이트(도시안됨)가 배치된다.
한편, 액정 패널의 화소 영역(13) 주변에는 액정 패널을 구동시키기 위한 구동부(LCD Drive IC; LDI)가 실장된다. 구동부는 주사 신호, 데이터 신호 등을 생성하는 부품들이 실장된 인쇄 회로 기판(PCB)과, 액정 패널로 신호를 제공하기 위한 구동회로를 포함하며, 외부로부터 제공되는 전기적 신호를 주사 신호 및 데이터 신호로 변환하여 게이트 선과 데이터 선으로 공급한다.
구동부는 액정 패널에 실장되는 방법에 따라 TCP(Tape Carrier Package)에 구동부를 실장하여 액정 패널의 패드에 연결하는 TAB(Tape Automated Bonding) 방 식과, 구동부를 직접 액정 패널의 패드에 부착하는 COG(hip On Glass) 방식 등으로 구분된다.
도 2는 구동부가 COG 방식으로 실장된 종래 액정 표시 장치의 개략적인 평면도이다.
도 1을 재참조하면, 기판(10)의 화소 영역(13) 상부에 기판(20)이 배치되고, 비화소 영역(17)의 기판(10)에는 게이트 선(11)으로 신호를 인가하기 위한 게이트 구동부(40) 및 데이터 선(12)으로 신호를 인가하기 위한 데이터 구동부(50)가 배치된다. 게이트 구동부(40) 및 데이터 구동부(50)에는 외부로부터 제공되는 회로기판(60 및 70)이 각각 연결된다.
도 3은 도 2에 도시된 A 부분의 상세도로서, 다수의 데이터 선(12)의 종단에는 데이터 패드(12a)가 형성되고, 데이터 패드(12a) 상에는 데이터 패드 전극(12b)이 형성된다. 또한, 데이터 패드 전극(12b) 상에는 ACF(Aanisotropic Conductive Film)(51)가 형성되며, ACF(51) 상부에는 데이터 구동부(50)가 배치된다. 도면에는 도시되지 않았지만, ACF(51)에는 다수의 도전볼이 포함되며, 열압착에 의해 도전볼이 깨짐으로써 데이터 구동부(50)가 데이터 패드 전극(12b)에 연결된다.
도 4는 도 3에 도시된 B1-B2 부분을 절취한 단면도이다.
기판(10) 상에 절연층(18)이 형성되고, 절연층(18) 상에 데이터 패드(12a)가 형성된다. 데이터 패드(12a)를 포함하는 전체 상부면에 절연층(19)이 형성되며, 절연층(19)에는 데이터 패드(12a)의 소정 부분이 노출되도록 콘택홀(19a)이 형성된다. 콘택홀(19a)을 포함하는 절연층(19) 상에는 데이터 패드(12a)와 연결되 는 데이터 패드 전극(12b)이 형성되고, 데이터 패드 전극(12b)을 포함하는 전체 상부면에는 도전볼(52)을 포함하는 ACF(51)가 형성된다.
또한, 데이터 패드 전극(12b) 상부에는 범프(Bump)(53)가 위치되며, 범프(53) 상부에는 데이터 구동부(50)가 위치된다. 열압착 공정으로 ACF(51) 표면에 위치하는 범프(53)를 압착하면 도전볼(52)이 깨짐으로써 데이터 구동부(50)가 데이터 패드 전극(12b)에 전기적으로 연결된다.
도 3 및 도 4를 통해 데이터 선(12)과 데이터 구동부(50)가 연결되는 부분만을 설명하였지만, 게이트 선(11)과 게이트 구동부(40)도 동일한 방식 및 구조로 연결되므로 설명을 생략한다.
상기와 같이 구성된 액정 패널에서 게이트 선(11)은 대개 저항값이 낮은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al)과 크롬(Cr)의 이중층으로 형성되며, 데이터 선(12)은 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)과 크롬(Cr)의 함금층으로 형성된다. 그러므로 게이트 선(11)과 데이터 선(12)이 금속으로 형성됨에 따라 온도 및 습도가 높아지면 쉽게 부식된다.
종래에는 게이트 선(11)과 데이터 선(12)이 공기중에 노출되지 않도록 하기 위해 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 2000 내지 5000Å 정도의 두께로 증착하여 절연층(19)을 형성하였다. 그러나 실리콘 나이트라이드(SiNx)의 내부에는 많은 미세 기공(micro pore)들이 존재하기 때문에 높은 온도 및 습도 분위기에서 수분이 쉽게 침투된다. 이와 같은 수분의 침투는 단차를 감소시키기 위해 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 얇게 형성할수록 심하게 나타난다. 그래서 이를 보완하기 위 해 액정 패널을 조립할 때 방습제를 도포하는 방법이 제안되었으나, 이러한 처리에도 불구하고 높은 온도 및 습도 조건에서 금속 배선의 부식은 계속적으로 발생되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 절연층을 통한 수분의 침투를 효과적으로 방지할 수 있도록 한 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 수분의 침투를 방지하기 위한 부식방지막의 형성에 따른 패드 영역에서의 단차를 최소화시켜 구동부와 게이트 선 및 데이터 선과의 연결 불량이 방지되도록 한 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 액정 표시 장치는 화소 영역 및 비화소 영역으로 이루어진 기판, 화소 영역 및 비화소 영역의 기판 상에 형성된 다수의 게이트 선 및 데이터 선, 비화소 영역의 기판 상에 형성되며 다수의 게이트 선 및 데이터 선에 각각 연결된 패드, 비화소 영역에 형성되며 패드의 일부분이 노출되도록 콘택홀이 형성된 절연막, 콘택홀을 통해 패드와 연결된 패드 전극, 비화소 영역에 형성되며 패드 전극을 포함하는 소정 부분이 노출되도록 개구부가 형성된 부식방지막을 포함한다.
상기 다수의 게이트 선 및 데이터 선과 상기 패드는 금속으로 형성되고, 상기 패드 전극은 투명전극 물질로 형성된다.
상기 부식방지막은 아크릴계 수지 등의 유기물로 형성되며, 7000 내지 20000Å의 두께로 형성된다.
또한, 상기 개구부의 내면이 상기 패드 전극으로부터 5 내지 15㎛의 거리로 이격되며, 상기 개구부 주변의 부식방지막이 나머지 부분의 부식방지막보다 얇게 형성된다. 이 때 상기 개구부 주변의 부식방지막의 두께는 7000 내지 10000Å이고, 상기 나머지 부분의 부식방지막의 두께는 10000 내지 20000Å이며, 상기 개구부 주변은 상기 패드 전극으로부터 40 내지 50㎛의 거리이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
기판(100)에 매트릭스 형태로 배열된 다수의 게이트 선(111)과 데이터 선(112)에 의해 화소 영역(113)이 정의된다. 게이트 선(111)과 데이터 선(112)이 교차되는 부분의 기판(100)에는 각 화소로 공급되는 신호를 제어하는 박막 트랜지스터(114) 및 박막 트랜지스터(114)와 연결된 화소전극(115)이 형성된다.
화소 영역(113) 주변에 위치하는 비화소 영역(117)의 기판(100)에는 게이트 선(111)으로 신호를 인가하기 위한 게이트 구동부(140) 및 데이터 선(112)으로 신호를 인가하기 위한 데이터 구동부(150)가 배치된다. 게이트 구동부(140) 및 데이터 구동부(150)에는 외부로부터 제공되는 회로기판(160 및 170)이 각각 연결된다.
게이트 구동부(140) 및 데이터 구동부(150)는 외부로부터 제공되는 전기적 신호를 주사 신호 및 데이터 신호로 변환하는 부품들이 실장된 인쇄 회로 기판(PCB)과, 주사 신호 및 데이터 신호를 게이트 선(111)과 데이터 선(112)으로 제공하기 위한 구동회로를 포함한다.
화소 영역(130)을 포함하는 기판(100)의 상부에는 기판(200)이 배치되고, 도면에는 도시되지 않았지만, 기판(100 및 200)의 사이에는 액정층이 삽입된다. 또한, 기판(200)에는 컬러필터 및 공통전극이 형성되고, 기판(100 및 200)의 배면에는 편광판이 각각 형성되며, 기판(100)의 하부에는 광원으로서 백 라이트가 배치된다.
게이트 선(111)과 데이터 선(112), 게이트 구동부(140) 및 데이터 구동부(150)의 개수는 구현하고자 하는 해상도에 따라 다양하게 변경이 가능하다.
도 6은 도 5에 도시된 C 부분의 상세도로서, 비화소 영역(117)의 기판(100)에는 다수의 데이터 선(112)의 종단과 연결되도록 데이터 패드(112a)가 형성되고, 데이터 패드(112a) 상부에는 데이터 패드(112a)와 연결되도록 데이터 패드 전극(112b)이 형성된다. 또한, 데이터 패드 전극(112b) 상부에는 ACF(151)가 형성되며, ACF(151) 상부에는 데이터 구동부(150)가 배치된다. 도면에는 도시되지 않았지만, ACF(151)에는 다수의 도전볼이 포함되며, 열압착에 의해 도전볼이 깨짐으로써 데이터 구동부(150)가 데이터 패드 전극(112b)에 연결된다.
또한, 데이터 패드 전극(112b)을 제외한 비화소 영역(117)의 전체 상부면에는 부식방지막(180)이 형성된다. 이 때 데이터 패드 전극(112b)은 부식방지막(180)에 형성된 개구부(180a)를 통해 노출된다. 개구부(180a)는 데이터 구동부(150)를 실장하기 위한 범프 형성 공정시의 정렬 오차를 고려하여 내면이 데이터 패드 전극(112b)과 일정 거리(L1) 예를 들어, 5 내지 15㎛ 정도 이격되도록 형성된다.
부식방지막(180)은 온도 및 습도의 차단 효과가 우수한 아크릴계 수지 등의 유기물로 형성되며, 7000 내지 20000Å 정도의 두께로 형성된다. 오버 코트(over coat) 또는 유기막으로 불리우는 유기물은 막질이 균일하고 투명하다. 또한, 플로우(flow) 특성이 양호하고 두껍게 코팅이 가능하기 때문에 화소 내의 기생 캐패시턴스 성분을 감소시키거나 단차를 완화시키기 위해 사용하기 적합하다.
도 7a 및 도 7c는 도 6에 도시된 D1-D2 부분을 절취한 단면도이고, 도 7b는 도 6에 도시된 E1-E2 부분을 절취한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 기판(100) 상에 절연층(118)이 형성되고, 절연층(118) 상에 데이터 패드(112a)가 형성된다. 게이트 선(111)과 게이트 패드 및 데이터 선(112)과 데이터 패드(112a)는 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 텅스텐(W)과 같은 금속이나, 이들 금속의 합금 또는 적층 구조로 형성된다. 예를 들어, 게이트 선(111)은 저항값이 낮은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al)과 크롬(Cr)의 이중층으로 형성되고, 데이터 선(112)은 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)과 크롬(Cr)의 함금층으로 형성될 수 있다.
데이터 패드(112a)를 포함하는 전체 상부면에는 절연층(119)이 형성되고, 절연층(119)에는 데이터 패드(112a)의 소정 부분이 노출되도록 콘택홀(119a)이 형성된다. 콘택홀(119a)을 포함하는 절연층(119) 상에는 데이터 패드(112a)와 연결되는 데이터 패드 전극(112b)이 형성된다. 게이트 패드 전극 및 데이터 패드 전극(112b)은 ITO, ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), PTO(Potassium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide) 등의 투명전극 물질로 형성된다.
그리고 상기 전체 구조 상부에 부식방지막(180)이 형성되며, 부식방지막(180)에 형성되는 개구부(180a)를 통해 데이터 패드 전극(112b)을 포함하는 소정 부분이 노출된다.
도 7c를 참조하면, 데이터 패드 전극(112b)을 포함하는 전체 상부면에는 도전볼(152)을 포함하는 ACF(151)가 형성된다. 그리고 데이터 패드 전극(112b) 상부에는 범프(153)가 위치되며, 범프(153) 상부에는 데이터 구동부(150)가 위치된다. 열압착 공정으로 ACF(151) 표면에 위치하는 범프(153)를 압착하면 도전볼(152)이 깨짐으로써 데이터 구동부(150)가 데이터 패드 전극(112b)에 전기적으로 연결된다.
도 6, 도 7a 내지 도 7c를 통해 데이터 선(112)과 데이터 구동부(150)가 연결되는 부분만을 설명하였지만, 게이트 선(111)과 게이트 구동부(140)도 동일한 방식 및 구조로 연결되므로 설명을 생략한다.
상기와 같이 게이트 전극 패드와 데이터 전극 패드(112b)를 형성한 후 게이 트 전극 패드와 데이터 전극 패드(112b)를 제외한 비화소 영역(117)의 절연층(119) 상에 부식방지막(180)을 형성함으로써 높은 온도 및 습도 조건에서도 절연층(119)을 통한 수분의 침투가 효과적으로 방지되어 게이트 선(111) 및 데이터 선(112)과 같은 금속 배선의 부식이 방지된다.
그러나 상기와 같은 구조는 부식방지막(180)의 두께로 인해 ACF(151)를 형성하는 과정에서 게이트 전극 패드와 데이터 전극 패드(112b) 부근에서 단차가 발생될 수 있다. 단차가 발생되면 데이터 구동부(150)를 데이터 패드 전극(112b)에 전기적으로 연결시키기 위한 열압착 과정에서 도전볼(152)이 균일하게 분산되지 않고 집중되는 현상이 발생되어 범프(153)와 데이터 패드 전극(112b)의 접촉이 불량해질 수 있다.
이러한 문제점을 방지하기 위해 본 발명은 도 7d에 도시된 바와 같이 ACF(151)가 형성되는 부분의 부식방지막(180)이 다른 부분보다 얇게 형성되도록 하여 단차의 발생이 최소화되도록 한다.
즉, 도 7d에 도시된 바와 같이 비화소 영역(117)의 전체 구조 상부에 부식방지막(180)을 형성한 후 개구부(180a)를 형성하는 식각 과정에서 데이터 패드 전극(112b)으로부터 소정 거리(L2) 내의 부식방지막(180)의 일부 두께를 식각하거나, 부식방지막(180)을 형성하는 과정에서 증착 두께를 조절하여 상기 거리(L2) 내의 부식방지막(180)의 두께를 얇게 조절할 수 있다. 또는, 부식방지막(180)을 이층 구조로 형성하되, 상기 거리(L2) 내의 부식방지막(180)은 일층 구조로 형성하여 두께를 얇게 만들 수 있다.
예를들어, 개구부(180a)와 상기 거리(L2) 사이에 형성되는 부식방지막(180)의 두께는 7000 내지 10000Å 정도가 되도록 하고, 나머지 부분의 부식방지막(180)의 두께는 10000 내지 20000Å 정도가 되도록 한다. 상기 거리(L2)는 ACF(151)가 형성되는 부분과 중첩되는 부분으로서, 예를 들어, 40 내지 50㎛ 정도가 되도록 한다.
이와 같이 단차를 감소시키기 위해 부식방지막(180)의 두께를 다르게 형성하는 경우에는 개구부(180a)의 크기를 보다 감소시켜 데이터 패드 전극(112b)의 노출을 최소화시킬 수 있다. 따라서 금속 배선의 노출이 최소화되므로 높은 부식 방지 효과를 얻게 된다.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 절연층 상부에 유기물로 부식방지막을 형성함으로써 절연층을 통한 수분의 침투가 효과적으로 방지되어 고온 및 고습 분위기하에 서도 금속 배선의 부식이 방지된다. 또한, 전극 패드 부분을 노출시키기 위한 개구부 주변의 부식방지막을 나머지 부분의 부식방지막보다 얇게 형성하여 부식방지막의 형성에 따른 패드 영역에서의 단차를 최소화시키므로써 구동부와 게이트 선 및 데이터 선과의 연결 불량이 방지된다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성된 화소 영역 및 비화소 영역,
    상기 화소 영역 및 비화소 영역의 상기 기판 상에 형성된 다수의 게이트 선 및 데이터 선,
    상기 비화소 영역의 상기 기판 상에 형성되며 상기 다수의 게이트 선 및 데이터 선에 각각 연결된 패드 영역,
    상기 비화소 영역에 형성되며 상기 패드 영역의 일부분이 노출되도록 콘택홀이 형성된 절연막,
    상기 콘택홀을 통해 상기 패드 영역과 연결된 패드 전극, 및
    상기 비화소 영역에 형성되며 상기 패드 전극을 포함하는 소정 부분이 노출되도록 개구부가 형성된 부식방지막을 포함하며,
    상기 개구부 주변의 부식방지막이 나머지 부분의 부식방지막보다 얇게 형성된 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 게이트 선 및 데이터 선과 상기 패드가 금속으로 형성된 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 패드 전극이 투명전극 물질로 형성된 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 부식방지막이 유기물로 형성된 액정 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유기물이 아크릴계 수지인 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 부식방지막이 7000 내지 20000Å의 두께로 형성된 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부의 내면이 상기 패드 전극으로부터 5 내지 15㎛의 거리로 이격된 액정 표시 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부 주변의 부식방지막의 두께는 7000 내지 10000Å이고, 상기 나머지 부분의 부식방지막의 두께는 10000 내지 20000Å인 액정 표시 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부 주변은 상기 패드 전극으로부터 40 내지 50㎛의 거리인 액정 표시 장치.
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