KR100806891B1 - 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에는, 가로 방향의 게이트선 및 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극을 포함하며, 화소 행에 게이트 신호를 전달하는 게이트 배선과 가로 방향의 유지 용량용 배선이 형성되어 있다. 이들을 덮는 게이트 절연막 위에는 반도체층과, 게이트선과 교차하는 데이터선, 데이터선에 연결되어 있으며 반도체층 상부에 형성되어 있는 소스 전극 및 게이트 전극을 중심으로 소스 전극과 마주하는 반도체층 상부에 형성되어 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다. 여기서, 데이터 배선과 동일한 층으로 형성되어 있으며, 드레인 전극으로부터 연장되어 유지 용량용 배선과 중첩되어 있는 유지 축전기용 도전체 패턴을 포함한다. 기판 상부에는 반도체층을 덮고 있으며, 드레인 전극을 드러내는 접촉 구멍을 가지는 절연막이 형성되어 있고, 절연막의 상부에는 화소 전극이 형성되어 있다. 특히, 게이트선은 이웃하는 화소 행의 화소 전극과 완전히 중첩되도록 배치되어 있다. 이때 투과형 모드 및 반사 투과 복합형 모드에서는 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극 사이에 유지 용량용 배선을 설치하는 것이 바람직하다.
디스클리네이션, 블랙 매트릭스, 킥백 전압, 플리커, 유지 용량
Description
도 1은 발명의 실시예에 따른 반사형 모드의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 배치도이다.
도 2는 도 1에서 II-II' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 투과형 모드의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 배치도이다.
도 4는 도 3에서 IV-IV' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 발명의 실시예에 따른 반사 투과 복합형 모드의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 배치도이다.
도 6은 도 5에서 VI-VI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 발명은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사형, 투과형, 반사 투과 복합형 모드의 액정 표시 장치에 사용되는 박막 트랜지스터 기판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
이러한 액정 표시 장치는 광원인 백라이트(backlight)에 의해 발광된 빛을 액정 패널에 투과시켜 화상을 표시하는 투과형 모드와 자연광을 포함하는 외부광을 액정 패널의 반사막에 반사시켜 화상을 표시하는 반사형 모드와 이 두 모드를 중첩시킨 반사 투과 복합형 모드로 나눌 수 있다.
여기서, 반사형 또는 반사 투과 복합형 모드의 액정 표시 장치는 반사율을 최대화하기 위해 화소 영역에 형성되어 있는 화소 전극을 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 배선과 중첩시키고, 박막 트랜지스터 상부에도 형성하여 반사판의 면적을 최대화하는 것이 일반적이다.
한편, 투과형 모드의 액정 표시 장치에 있어서는 이웃하는 화소 영역 사이에서 백라이트의 누설되는 빛을 차단하기 위해 배선 및 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 기판과 마주하는 기판에 화소영역이 개구부를 가지는 부분에 블랙 매트릭스(BM ; black matrix)를 형성하는데, 이때 개구율이 감소되는 것을 방지하기 위해 블랙 매트릭스를 최소의 폭으로 형성할 수 있도록 상기 반사형, 반사 투과 복합형 모드의 액정 표시 장치와 같이 투명 화소 전극을 데이터 배선 및 게이트 배선과 중첩시키고, 박막 트랜지스터의 상부에까지 확장하여 형성한다.
하지만, 이와 같이 데이터 배선, 게이트 배선 및 박막 트랜지스터 상부에 화 소 전극이 중첩되는 구조에서는 다음과 같은 문제점이 발생한다.
서로 이웃하는 화소 영역의 화소 전극 사이에 형성되어 있는 게이트선과 화소 전극 사이에는 횡전계가 형성되며, 이러한 횡전계로 인하여 액정 분자의 배열이 화소 전극의 가장자리 부분에서 반전되어 디스클리네이션(Disclination)이 발생한다. 이 디스클리네이션 라인은 화소 전극과 게이트 배선간의 전압차에 비례하여 화소 전극의 끝단으로부터 화소 전극의 안쪽으로 놓이게 된다.
이를 방지하기 위해 종래에는 게이트 배선과 화소 전극이 중첩하는 폭을 확장하여 디스클리네이션 라인이 게이트 배선 위에 오도록 설계하였지만, 실제로 양산에서는 공정 조건에 따라 디스클리네이션 라인이 변동되는 문제점이 있었다.
또한, 박막 트랜지스터가 온(ON) 상태로 된 경우에 액정 용량 및 축적 용량에 인가된 전압은 박막 트랜지스터가 오프(OFF) 상태로 된 후에도 계속 지속되어야하나, 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 소스 전극간의 기생 용량 때문에, 화소 전극에 인가된 전압은 왜곡이 생기게 된다. 이때 게이트 배선과 화소 전극간의 중첩으로 인해 발생하는 기생용량이 더 부가되어 화소 전극에 인가된 전압의 왜곡은 더욱 심하게 나타난다. 이때 왜곡된 전압을 킥백 전압이라 하며, 이는 게이트 배선이 온(ON)전압에서 오프(OFF)전압으로 변할 때 나타나는 것으로 그 크기는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
여기서, Clc는 액정 용량이고, Cgs는 게이트 전극과 소스 전극 사이의 기생 용량이며, Cgs'는 배선과 화소 전극간의 중첩으로 인해 발생하는 기생용량이다. dVg는 온전압과 오프전압의 차이다.
이러한 킥백 전압은 화소 전압을 낮추는 쪽으로 작용하며, 이로 인하여 발진구동을 통하여 화상을 표시하는 액정 표시 장치에서는 화면이 깜박거리는 플리커(Flicker)현상을 더욱 심화시킨다. 또한, 기판을 다수의 영역으로 분할하여 노광하는 사진 식각 공정으로 배선을 형성하는 분할 노광 방식에서는 분할 영역별로 밝기가 불균일하게 나타나는 스티치 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 반사형, 투과형 모드 및 반사 투과 복합형 모드의 액정 표시 장치에서 플리커 현상 및 스티치 현상을 최소화 할 수 있는 박막 트랜지스터 기판을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판에는 게이트선이 이웃하는 화소 행의 화소 전극과 완전히 중첩되어 있다.
더욱 상세하게, 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에는, 가로 방향으로 형성되어 주사 신호를 전달하는 게이트선 및 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선과 가로 방향의 유지 용량용 배선이 형성되어 있다. 이들을 덮는 게이트 절연막 위에는 게이트 전극과 중첩되어 형성되어 있는 반도체층과, 게이트 배선 및 유지 용량용 배선과 절연되어 교차하는 데이터선 및 데이터선에 연결되어 반도체층 상부에 형성되어 있는 소스 전극과, 게이 트 전극을 중심으로 소스 전극과 마주하는 반도체층 상부에 형성되어 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다. 여기서, 데이터 배선과 동일한 층으로 형성되어 있으며, 드레인 전극으로부터 연장되어 유지 용량용 배선과 중첩되어 있는 유지 축전기용 도전체 패턴을 포함할 수 있다. 기판 상부에는 이들을 덮고 있는 절연막 위에 화소 전극이 형성되어 있으며, 이 화소 전극은 이웃하는 화소 행의 화소에 주사 신호를 전달하는 게이트선과 완전히 중첩되어 있다.
한편, 백라이트를 포함하는 투과형 모드 및 반사 투과 복합형 모드의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에서는, 유지 용량용 배선을 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극 사이에 형성하는 것이 바람직하다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 반사형 모드의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 2는 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 II-II' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
절연 기판(10) 위에 게이트 배선 및 유지 용량용 배선이 가로 방향으로 뻗어 형성되어 있다.
게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 주사 신호를 전달하는 게이트선(22), 게 이트선(22)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26)을 포함하며, 외부로부터 주사신호를 전달받아 게이트선(22)으로 전달하기 위한 게이트 패드를 포함 할 수 있다.
유지 용량용 배선(28)은 가로 방향으로 뻗어있으며 상판의 공통 전극에 입력되는 공통 전극 전압 따위의 전압을 외부로부터 인가받아 후술할 화소 전극(92) 또는 유지 축전기용 도전체 패턴(64)과 중첩되어 화소의 전하 보존 능력을 향상시키는 유지 축전기를 이룬다.
게이트 배선(22, 26)과 유지 용량용 배선(28)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 단일층으로 형성될 수도 있지만, 다른 물질과 접촉 특성이 우수한 크롬 또는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 또는 탄탈륨 또는 티타늄의 도전막을 포함할 수 있다.
기판(10) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 게이트 배선(22, 26) 및 유지 용량용 배선(28)을 덮고 있다.
게이트 전극(26)의 게이트 절연막(30) 상부에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(40)이 형성되어 있으며, 반도체층(40)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항 접촉층(55, 56)이 각각 형성되어 있다.
저항 접촉층(55, 56) 및 게이트 절연막(30) 위에는 알루미늄 또는 은과 같은 저저항의 도전 물질로 이루어진 도전막을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선은 세로 방향으로 형성되어 게이트선(22)과 교차하는 데이터선(62), 데이터선(62)에 연결되어 저항 접촉층(55)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65), 소스 전극(65)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)에 대하여 소스 전극(65)의 반대쪽 저항 접촉층(56) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(66)을 포함한다. 또한, 데이터 배선은 드레인 전극(66)으로부터 연장되어 유지 용량용 배선(28)과 중첩되어 있는 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 포함하며, 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가받아 데이터선(62)으로 전달하는 데이터 패드를 포함할 수 있다.
데이터 배선(62, 64, 65, 66) 및 이들이 가리지 않는 반도체층(40) 상부에는 평탄화 특성이 우수한 유기 물질로 이루어진 유기 절연막(80)이 형성되어 있다. 이때, 유기 절연막(80)의 상부 면은 반사형 모드의 액정 표시 장치에서 반사 효율을 극대화하기 위해 요철 패턴으로 형성되어 있다.
여기서 유기 절연막(80)의 하부에는 질화 규소 등으로 이루어진 보호막이 더 형성될 수 있다.
유기 절연막(80)에는 드레인 전극(66)으로부터 연장된 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 드러내는 접촉 구멍(76)이 형성되어 있으며, 이들은 데이터 패드를 드러내는 접촉 구멍 및 게이트 절연막(30)과 함께 게이트 패드를 드러내는 접촉 구멍 등을 가질 수 있다.
유기 절연막(80)의 상부에는 접촉 구멍(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 연결되어 화소의 화소 전극으로 사용되며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 은 또는 은 합금, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 등과 같이 높은 반사율을 가지는 도전막으로 이루어진 반사막(921)이 형성되어 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판에서, 게이트 배선(22, 26)은 이웃하는 화소 행에 형성되어 있는 화소 전극(921)과 완전히 중첩되도록 배치되어 있다. 이렇게 하면 게이트 배선(22, 26)과 화소 전극(921) 사이에서 발생하는 횡전계를 최소화 할 수 있어, 액정 분자의 배열이 역전되는 것을 줄일 수 있어 디스클리네이션을 최소화 할 수 있다.
또, 게이트 배선(22, 26)이 주사 신호를 전달하여 구동하는 화소 행의 화소 전극과는 중첩되어 있지 않아 킥백 전압은 거의 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 소스 전극간 기생용량(Cgs) 값에 의해서만 나타난다. 그 크기는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
이를 통하여 화상이 깜박거리는 플리커 현상을 최소화할 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 제조하기 위해 다수의 영역으로 기판을 분할하여서 사진 식각 공정을 진행하는 분할 노광 방식을 적용하더라도, 게이트선이 주사 신호를 전달하여 구동하는 화소 행의 화소 전극과는 중첩되지 않고 이웃하는 화소 행의 화소 전극과 완전히 중첩됨으로, 분할 영역간의 경계면에서 배선의 오배치에 의한 분할 영역별로 밝기가 불균일하게 나타나는 스티치 현상을 해소할 수 있다.
한편, 반사형 모드의 액정 표시장치용 박막 트랜지스터 기판에서, 게이트 배선이 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극에 완전히 중첩시키도록 하였기 때문에 이웃하는 화소 행의 화소 전극 사이에는 절연막 및 기판만이 존재한다. 따라서, 백라이트가 있는 투과형 및 반사 투과 복합형 모드에서는 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극 사이에서 백라이트로부터의 빛이 그대로 통과되어 누설될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 하부기판(10)과 마주하는 대향기판의 화소 영역 사이에서 블랙 매트릭스를 형성한다. 이때, 두 기판의 정렬 오차를 고려하여 블랙 매트릭스는 넓은 폭으로 형성하는 것이 바람직하지만, 개구율이 감소되므로 블랙 매트릭스의 폭은 최소화하고, 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극 사이에 유지 용량용 배선을 형성할 수 있다. 이에 대하여 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 투과형 모드의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 4는 도 3에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 IV-IV' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
대부분의 구조는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 반사형 모드의 실시예와 동일하다. 하지만, 유지 용량용 배선(28)이 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극(922) 사이에 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(922)은 ITO, IZO 등의 투명 도전 물질로 되어 있다.
한편, 앞에서 설명한바와 같이 게이트선을 이웃하는 화소 행의 화소 전극과 중첩시키는 구조는 반사형 모드와 투과형 모드를 함께 가지는 반사 투과 복합형 모 드에도 적용할 수 있으며 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사 투과 복합형 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 6는 도 5에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 VI-VI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 반사형 모드 또는 투과형 모드의 실시예와 같이 게이트 배선(22, 26)은 이웃하는 화소 행에 형성되어 있는 화소 전극(921, 922)과 완전히 중첩되도록 형성되어 있으며, 더하여 유지 용량용 배선(28)이 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극(921, 922) 사이에 형성되어 있다.
하지만 화소 전극은 반사율을 가지는 도전 물질로 이루어진 반사막(921)과 투명한 도전 물질로 이루어진 투명막(922)을 포함하며, 이때 반사막(921)은 투명막(922)의 일부를 드러내는 개구부를 가진다.
투명막(922)은 ITO, IZO 등의 도전 물질로 형성되고, 반사막(921)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 은 또는 은 합금, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 등과 같이 높은 반사율을 가진 도전 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서는 게이트선이 이웃하는 화소 행의 화소 전극과 중첩되어 있어 화소 전극의 가장자리에서 형성되는 횡전계를 최소화하여 액정 분자의 배열이 반전되는 디스클리네이션을 줄일 수 있다. 또한 이를 통하여 킥백 전압의 원인이 되는 기생 용량을 최소화하여 화상이 깜박거리는 플리커 현상을 최소화 할 수 있다. 또한, 투과형 및 반사 투과 복합형 모드의 박막 트랜지스터 기판에서는 유지 용량용 배선을 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극 사이에 형성함으로 블랙 매트릭스 폭을 감소시킬 수 있어 개구율을 극대화 할 수 있다.
Claims (6)
- 절연 기판,상기 절연 기판 위에 가로 방향으로 형성되어 있으며, 주사 신호를 전달하는 게이트선 및 상기 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선,상기 절연 기판 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 유지 용량용 배선,상기 게이트 전극과 중첩되어 형성되어 있는 반도체층,상기 게이트 배선 및 상기 유지 용량용 배선과 절연되어 교차하는 데이터선 및 상기 데이터선에 연결되어 있으며 상기 반도체층 상부에 형성되어 있는 소스 전극 및 상기 게이트 전극을 중심으로 상기 소스 전극과 마주하는 상기 반도체층 상부에 형성되어 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선,이웃하는 화소 행의 화소에 상기 주사 신호를 전달하는 상기 게이트선이 완전히 중첩되어 있는 화소 전극을 포함하고,상기 데이터 배선은 드레인 전극으로부터 연장되어 상기 유지 용량용 배선과 중첩하는 유지 축전기용 도전체 패턴을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 유지 용량용 배선은 서로 이웃하는 화소 행의 화소 전극 사이에 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 삭제
- 제2항에서,상기 화소 전극은 반사율을 가지는 도전막으로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제2항에서,상기 화소 전극은 투명한 도전물질로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제2항에서,상기 화소 전극은 반사율을 가지는 도전 물질로 이루어진 반사막과 투명한 도전 물질로 이루어진 투명막을 포함하며, 상기 반사막은 투명막의 일부를 드러내는 개구부를 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
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