KR101018756B1

KR101018756B1 - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR101018756B1
Application number: KR1020030031628A
Authority: KR
Inventors: 백승수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2011-03-04
Also published as: CN101290939A; KR20040099596A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 게이트 전극을 가지는 게이트선, 이후의 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 전극, 게이트선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층, 반도체층 위에 형성되어 있으며 굽은 부분과 게이트선과 직교하는 부분을 가지는 데이터선, 게이트 전극 상부에서 소스 전극과 각각 대향하고 있는 드레인 전극, 반도체층을 덮는 보호막, 보호막 위에 형성되어 있으며 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있고 데이터선과 인접한 변이 데이터선을 따라 굽어져 있는 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판과 화소 전극과 마주하여 액정 용량을 형성하며, 드레인 전극 또는 유지 전극에 대응하는 부분에 개구부를 가지는 공통 전극이 형성되어 있는 공통 전극 표시판을 가진다.

액정표시장치, 액정용량, 충전율, 개구율

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고,

도 3 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,

도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이고,

도 5는 도 4의 V-V'선 및 V'-V''선에 대한 단면도이고,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,

도 7은 도 6의 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치를 도 6의 VII-VII'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,

도 8은 도 6의 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치를 도 6의 VIII-VIII'선 및 VIII'-VIII''선에 대한 단면도이고,

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,

도 10은 도 9의 액정 표시 장치를 X-X' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,

도 12는 도 11의 액정 표시 장치를 XII-XII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,

도 14 및 도 15는 도 13의 액정 표시 장치를 XIV-XIV' 및 XV-XV' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,

도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,

도 17은 도 16의 액정 표시 장치를 XVII-XVII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 색 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 표시판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 표시판과 이들 사이에 형성되어 있는 액정 물질층을 포함하고, 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키 고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.

그런데 이러한 액정 표시 장치의 크기가 대형화될수록 즉, 화소 크기가 커질수록 공통 전극과 화소 전극 사이에 형성되는 액정 용량은 화소의 피치(pitch)의 제곱에 비례하여 급격하게 커지게 된다. 액정 용량이 증가하면 화소의 충전율이 떨어지고 응답 속도에도 영향을 미치게 되는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해 유지 용량을 확보해야 한다. 하지만, 유지 용량을 확보하기 위해서는 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 전극의 면적을 넓게 확보해야 하는데, 유지 전극을 면적이 넓게 확보하는 경우에는 화소의 개구율이 감소하는 문제점이 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대형화되더라도 액정 용량을 최적화하여 화소의 개구율을 확보할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 화소의 개구율에 기여하지 않는 불투명 부분, 즉 드레인 전극 또는 유지 전극에 대응하는 공통 전극에 개구부가 형성되어 있다.

더욱 상세하게, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 주사 신호를 전달하는 게이트선, 게이트선과 절연되어 교차하는 데이터선, 게이트선과 데이터선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 화소 전극, 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 데이터선의 일부로 연결된 소스 전극 및 화소 전극에 연결되어 있는 드레인 전 극을 포함하는 박막 트랜지스터, 화소 전극과 중첩되어 유지 용량을 형성하는 유지 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판과 박막 트랜지스터 표시판과 마주하며, 화소 전극과 중첩되어 액정 용량을 형성하며, 유지 전극 또는 드레인 전극과 중첩되는 부분에 개구부를 가지는 공통 전극이 형성되어 있는 공통 전극 표시판을 포함한다.

데이터선은 화소의 길이를 단위로 하여 반복적으로 나타나는 굽은 부분과 게이트선과 교차하는 부분을 가질 수 있으며, 데이터선의 굽은 부분은 2개의 직선 부분을 포함하고, 2개의 직선 부분 중 하나는 게이트선에 대하여 실질적으로 45도를 이루고 나머지 하나는 게이트선에 대하여 실질적으로 -45도를 이루는 것이 바람직하다.

화소 전극은 화소에서 데이터선의 굽은 모양을 따라 패터닝되어 있고, 화소 전극의 가장자리는 화소에서 데이터선과 중첩하는 것이 바람직하다.

이러한 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판 또는 공통 전극 표시판에 형성되어 있으며 데이터선에 의하여 구분되어 있는 화소 열을 따라 적색, 녹색 및 청색 색필터로 이루어진 색필터를 더 포함한다.

또한, 박막 트랜지스터 표시판과 공통 전극 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층을 더 포함하며, 액정층에 포함되어 있는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며 상기 액정의 그 장축이 두 상기 표시판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 것이 바람직하다.

이때, 공통 전극과 화소 전극은 액정층의 액정 분자를 분할 배향하는 화소 분할 수단을 가지는 것이 바람직하며, 화소 분할 수단은 절개부 또는 돌기일 수 있다.

박막 트랜지스터 표시판은 게이트 전극과 소스 및 드레인 전극 사이에 형성되어 있는 반도체층을 더 포함하며, 반도체층은 데이터선의 하부까지 연장될 수 있으며, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 채널부를 제외한 반도체층은 데이터선과 드레인 전극과 동일한 패턴을 가질 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 3 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이고, 도 5는 도 3의 V-V'선 및 V'-V''선에 대한 단면도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 4에서 보는 바와 같이 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 형성되어 있고 그에 포함되어 있는 액정 분자(310)의 장축이 이들 표시판(100, 200)에 대하여 거의 수직으로 배향되어 있는 액정층(300)으로 이루어진다.

먼저, 도 1, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

절연 기판(110) 위에 가로 방향으로 게이트선(121)이 형성되어 있고, 게이트선(121)에 돌기의 형태로 게이트 전극(123)이 연결되어 있다. 게이트선(121)의 한쪽 끝 부분(125)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다.

또 절연 기판(110) 위에는 유지 전극선(131)과 유지 전극(133)이 형성되어 있다. 유지 전극선(131)은 가로 방향으로 뻗어 있고 유지 전극(133)은 마름모꼴 또는 직사각형을 유지 전극선(131)에 대하여 45도 기울여 놓은 형태로 유지 전극선(131)에 연결되어 있다.

게이트선(121, 123, 125) 및 유지 전극선(131, 133)은 물리 화학적 특성이 우수한 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1층(201)과, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2층(202)의 이중층으로 형성되어 있다. 이들 게이트선(121, 123, 125) 및 유지 전극선(131, 133)은 필요에 따라서는 단일층으로 형성하거나 또는 3중층 이상으로 형성할 수도 있다.

게이트선(121, 123, 125) 및 유지 전극선(131, 133)의 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(151, 154)이 형성되어 있다. 반도체층(151, 154)은 박막 트랜지스터의 채널을 형성하는 채널부 반도체층(154)과 데이터선(171) 아래에 위치하는 데이터선부 반도체층(151)을 포함한다.

반도체층(151, 154)의 위에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(161, 163, 165)이 형성되어 있다. 저항성 접촉층(161, 163, 165)도 데이터선 아래에 위치하는 데이터선부 접촉층(161)과 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 아래에 각각 위치하는 소스부 접촉층(163)과 드레인부 접촉층(165)으로 이루어져 있다.

저항성 접촉층(161, 163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 데이터선(171)은 길게 뻗어 있으며 게이트선(121)과 교차하여 화소를 정의하고, 데이터선(171)은 분지의 형태를 가지며 저항성 접촉층(163)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(173)을 가지며, 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 분리되어 있으며 게이트 전극(123)에 대하여 소스 전극(173)의 반대쪽 저항성 접촉층(165) 상부에 위치한다. 데이터선(171)의 한쪽 끝 부분(179)은 외부 회로와 연결하기 위하여 폭이 확장되어 있다.

여기서, 데이터선(171)은 화소의 길이를 주기로 하여 반복적으로 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분이 나타나도록 형성되어 있다. 이 때, 데이터선(171)의 굽은 부분은 두 개의 직선 부분으로 이루어지며, 이들 두 개의 직선 부분 중 하나는 게이트선(121)에 대하여 45도를 이루고, 다른 한 부분은 게이트선(121)에 대하여 -45도를 이룬다. 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분에는 소스 전극(173)이 연결되어 있고, 이 부분이 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다.

이 때, 데이터선(171)의 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분의 길이의 비는 1:1 내지 9:1 사이(즉, 데이터선(171) 중 굽은 부분이 차지하는 비율이 50%에서 90% 사이)인 것이 바람직하다.

따라서, 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 이루는 화소는 꺾인 띠 모양으로 형성된다.

또, 드레인 전극(175)은 화소 전극(190)과 연결되는 부분이 직사각형 모양으로 넓게 확장되어서 유지 전극(133)과 중첩하고 있다. 이와 같이, 드레인 전극(175)은 유지 전극(133)과 게이트 절연막(140)만을 사이에 두고 중첩함으로써 유지 용량을 형성한다.

데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다. 여기서 보호막(180)은 감광성 유기 물질을 노광 및 현상하여 형성한다. 필요에 따라서는 보호막(180)을 감광성이 없는 유기 물질을 도포하고 사진 식각 공정을 통하여 형성할 수도 있으나 감광성 유기 물질로 보호막(180)을 형성하는 것에 비하여 형성 공정이 복잡해진다. 한편, 보호막(180) 은 드러난 반도체층(154)을 덮으며, 질화 규소 등의 무기 절연 물질로 이루어진 절연막이 더 포함할 수 있다.

보호막(180)에는 드레인 전극을 드러내는 접촉구(181b)와 데이터선의 폭이 확장되어 있는 끝 부분(179)을 드러내는 접촉구(183b)가 형성되어 있다. 또, 게이트선의 폭이 확장되어 있는 끝 부분(179)을 드러내는 접촉구(182b)는 보호막(180)과 함께 게이트 절연막(140)을 관통하여 형성되어 있다.

이때, 이들 접촉구(181b, 182b, 183b)의 측벽(181a, 182a, 183a)은 기판 면에 대하여 30도에서 85도 사이의 완만한 경사를 가지거나, 계단형 프로파일(profile)을 가진다.

또, 이들 접촉구(181b, 182b, 183b)는 각을 가지거나 원형의 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다.

보호막(180) 위에는 접촉구(181b)를 통하여 드레인 전극(175)과 연결되어 있으며 화소의 모양을 따라 꺾인 띠 모양으로 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극(190)은 가장자리가 데이터선과 중첩할 정도로 넓게 형성되어 있어서 최대한의 개구율을 확보하고 있다.

또 보호막(180) 위에는 접촉구(182b, 183b)를 통하여 게이트선의 끝 부분(125)과 데이터선의 끝 부분(179)과 각각 연결되어 있는 접촉 보조 부재(95, 97)가 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(190) 및 접촉 보조 부재(95, 97)는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어져 있다.

이제, 도 2, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 공통 전극 표시판에 대하여 설명한다.

유리 등의 투명한 절연 물질로 이루어진 상부 기판(210)의 아래 면에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220)와 적, 녹, 청색의 색필터(230)가 형성되어 있고, 색필터(230) 위에는 유기 물질로 이루어진 오버코트막(250)이 형성되어 있다. 오버코트막(250)의 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있으며 절개부(271)를 가지는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 이때, 공통 전극(270)은 불투명한 부분, 즉 드레인 전극(175) 또는 유지 전극(133)에 대응하는 부분에 개구부(279)를 가진다. 공통 전극(270)의 개구부(279)는 절개부(271)와 연결되어 있으나 그렇지 않을 수도 있다.

이와 같이 구조에서는 공통 전극(270)이 개구부(279)를 가지고 있어 화소의 크기가 커지더라도 화소 전극(190)과 연결되어 있는 드레인 전극(175)과 유지 전극(133) 사이에서 형성되는 유지 용량은 그대로 유지한 상태에서 화소 전극(190)과 공통 전극(270) 사이에 형성되는 액정 용량을 줄일 수 있다. 따라서, 화소의 충전율을 향상시킬 수 있고, 유지 용량과 액정 용량의 비율을 충분히 확보할 수 있으며, 유지 전극의 면적을 넓히지 않아도 되므로 화소의 개구율을 확보할 수 있다. 또한, 유지 용량과 액정 용량의 비율을 확보한 경우에는 액정 용량이 감소한 만큼 유지 용량을 줄일 수 있으므로 유지 전극(133)의 면적을 최소화할 수 있어 화소의 개구율을 향상시킬 수 있으며, 화소의 액정 용량과 유지 용량이 감소하여 화소의 충전율을 향상된다.

이 때, 절개부(271)는 도메인 규제 수단으로서 작용하며 그 폭은 9㎛에서 12㎛ 사이인 것이 바람직하다. 만약 도메인 규제 수단으로 절개부(271) 대신 유기물 돌기를 형성하는 경우에는 폭을 5㎛에서 10㎛ 사이로 하는 것이 바람직하다.

여기서 블랙 매트릭스(220)는 데이터선(171)의 굽은 부분에 대응하는 선형 부분과 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분 및 박막 트랜지스터 부분에 대응하는 삼각형 부분을 포함한다.

색필터(230)는 블랙 매트릭스(220)에 의하여 구획되는 화소 열을 따라 세로로 길게 형성되어 있고 화소의 모양을 따라 주기적으로 구부러져 있다.

공통 전극(270)의 절개부(271) 역시 구부러져 있어서 굽은 화소를 좌우로 양분하는 모양으로 형성되어 있다. 또, 절개부(271)의 양단은 한번 더 구부러져서 한쪽 끝은 게이트선(121)과 나란하고 다른 한쪽 끝은 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분과 나란하다.

이상과 같은 구조의 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 결합하고 그 사이에 액정층(300)을 형성하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 기본 패널이 이루어진다.

액정층(300)에 포함되어 있는 액정 분자(310)는 화소 전극(190)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자가 하부 기판(110)과 상부 기판(210)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 음의 유전율 이방성을 가진다. 하부 기판(110)과 상부 기판(210)은 화소 전극(190)이 색필터(230)와 대응하여 정확하게 중첩되도록 정렬된다. 이렇게 하면, 화소는 절개부(271)에 의 하여 복수의 도메인으로 분할된다. 이 때, 화소는 절개부(271)에 의하여 좌우로 양분되나, 화소의 꺾인 부분을 중심으로 하여 상하에서 액정의 배향 방향이 서로 달라서 4종류의 도메인으로 분할된다.

이 때, 도메인의 두 장변간 거리, 즉 도메인의 폭은 10㎛에서 30㎛ 사이인 것이 바람직하다.

또, 하나의 화소에 포함되는 상기 도메인의 수는 화소의 크기가 100㎛ X 300㎛ 미만이면 4개이고, 100㎛ X 300㎛ 이상이면 4개 또는 8개인 것이 바람직하다.

액정 표시 장치는 이러한 기본 패널 양측에 편광판(12, 22), 백라이트, 보상판 등의 요소들을 배치하여 이루어진다. 이 때 편광판(12, 22)은 기본 패널 양측에 각각 하나씩 배치되며 그 투과축은 게이트선(121)에 대하여 둘 중 하나는 나란하고 나머지 하나는 수직을 이루도록 배치한다.

이상과 같은 구조로 액정 표시 장치를 형성하면 액정에 전계가 인가되었을 때 각 도메인 내의 액정이 도메인의 장변에 대하여 수직을 이루는 방향으로 기울어지게 된다. 그런데 이 방향은 데이터선(171)에 대하여 수직을 이루는 방향이므로 데이터선(171)을 사이에 두고 인접하는 두 화소 전극(190) 사이에서 형성되는 측방향 전계에 의하여 액정이 기울어지는 방향과 일치하는 것으로서 측방향 전계가 각 도메인의 액정 배향을 도와주게 된다.

액정 표시 장치는 데이터선(171) 양측에 위치하는 화소 전극에 극성이 반대인 전압을 인가하는 점반전 구동, 열반전 구동, 2점 반전 구동 등의 반전 구동 방법을 일반적으로 사용하므로 측방향 전계는 거의 항상 발생하고 그 방향은 도메인 의 액정 배향을 돕는 방향이 된다.

또한, 편광판의 투과축을 게이트선(121)에 대하여 수직 또는 나란한 방향으로 배치하므로 편광판을 저렴하게 제조할 수 있으면서도 모든 도메인에서 액정의 배향 방향이 편광판의 투과축과 45도를 이루게 되어 최고 휘도를 얻을 수 있다.

다만, 데이터선(171)이 구부러지므로 배선의 길이가 증가하게 되는데, 데이터선(171)에서 굽은 부분이 50%를 차지할 경우 배선의 길이는 약 20% 증가하게 된다. 데이터선(171)의 길이가 증가할 경우 배선의 저항과 부하가 증가하게 되어 신호 왜곡이 증가하는 문제점이 있다. 그러나 초고개구율 구조에서는 데이터선(171)의 폭을 충분히 넓게 형성할 수 있고, 두꺼운 유기물 보호막(180)을 사용하므로 배선의 부하도 충분히 작아서 데이터선(171)의 길이 증가에 따른 신호 왜곡 문제는 무시할 수 있다.

한편, 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 각각은 액정 분자(310)를 배향하기 위한 배향막(11, 21)을 포함하고 있다. 이때, 배향막(11, 21)은 액정 분자(310)를 수직으로 배향하기 위한 특성을 가지고 있으며, 그렇지 않을 수도 있다.

이러한 구조의 액정 표시 장치에 있어서 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 방법에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 하부 절연 기판(110) 상부에 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1 금속층(201)과 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2 금속층(202)을 스퍼터링 따위의 방법으로 연속 적층하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 건 식 또는 습식 식각하여, 게이트선(121, 123, 125)과 유지 전극선(131, 133)을 형성한다.

다음, 게이트 절연막(140), 수소화 비정질 규소층 및 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소층을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 2,000 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 도핑된 비정질 규소층과 비정질 규소층을 차례로 패터닝하여 채널부가 연결되어 있는 저항성 접촉층과 비정질 규소층(151, 154)을 형성한다.

이어, Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1 금속층(701)과, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2 금속층(702) 따위의 도전체층을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착한 다음 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 데이터선(171, 173, 179) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.

이어, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)으로 가려지지 않은 저항성 접촉층을 식각하여 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154)을 드러내고 양쪽으로 분리된 저항성 접촉층(163, 165)을 형성한다.

이어, 감광성 유기 절연 물질을 도포하여 보호막(180)을 형성하고, 슬릿 부분을 가지는 광마스크를 통하여 노광하고 현상하여 접촉구(181b, 182b, 183b)를 형성한다.

이 때, 광마스크의 슬릿 부분은 접촉구(181b, 182b, 183b)의 접촉구 측벽(181a, 182a, 183a)의 경사를 완만하게 하거나 계단형 프로파일을 가지도록 하기 위한 부분으로 접촉구의 측벽(181a, 182a, 183a)이 될 부분에 대응하도록 배치한다.

이와 같이 슬릿 부분을 가지는 광마스크를 통하여 보호막(180)을 노광하면 보호막(180)의 접촉구(181b, 182b, 183b)가 될 부분은 모두 감광되고 접촉구의 측벽(181a, 182a, 183a)이 될 부분은 부분적으로 감광된다. 감광되었다 함은 빛에 의하여 폴리머가 분해된 것을 의미한다.

이어서, 보호막(180)을 현상하면 계단 모양의 측벽(181a, 182a, 183a)을 가지는 접촉구(181b, 182b, 183b)를 형성할 수 있다.

다음, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 접촉구(181b, 182b, 183b)를 통해 노출되어 있는 배선의 제2 금속층(202, 702)을 식각하여 제거하고, ITO 또는 IZO를 400 Å 내지 500 Å 두께로 증착하고 사진 식각하여 화소 전극(190)과 접촉 보조 부재(95, 97)를 형성한다.

이러한 방법은 각각의 층을 다른 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하는 제조 방법이지만, 서로 다른 층을 하나의 마스크를 이용해서도 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 제조할 수 있다. 이에 대하여 도 6 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 7은 도 6의 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치를 도 6의 VII-VII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 8은 도 6의 VIII-VIII'선 및 VIII'- VIII''선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판은 데이터선과 반도체층을 하나의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝한 것으로서 제1 실시의 박막 트랜지스터 표시판에 비하여 다음과 같은 특징을 가진다. 여기서, 공통 전극 표시판(200)의 구조는 동일하여 도 7에만 도시하였다.

데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 아래에 이와 실질적으로 동일한 패턴으로 접촉층(161, 163, 165, 169)이 형성되어 있고, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 채널부가 연결되어 있는 것을 제외하고 비정질 규소층(151, 154, 159)도 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 실질적으로 동일한 패턴을 가진다.

그러면 이러한 구조적 특징을 가지는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 개략적으로 설명한다.

이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 반도체층(151, 154, 159)은 하나의 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝한다. 이때, 감광막 패턴은 두께가 서로 다른 제1 부분과 제2부분을 포함하는데, 제2 부분은 박막 트랜지스터의 채널 영역에 위치하며, 제1 부분은 데이터선 및 드레인 전극 영역에 위치하며, 제2 부분은 제1 부분보다 얇은 두께를 가진다. 여기서, 제1 및 제2 부분은 반도체층(151, 154, 159)을 패터닝하기 위한 식각 마스크로 사용되며, 제1 부분은 데이터선 및 드레인 전극을 패터닝하기 위한 식각 마스크로 사용된다. 이와 같이, 위치에 따라 감광막 패턴의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있는데, 예를 들면 광마스크에 투명 영역(transparent area) 및 차광 영역(light blocking area) 외에 반투명 영역(translucent area)을 두는 방법이 있다. 반투명 영역에는 슬릿(slit) 패턴, 격자 패턴(lattice pattern) 또는 투과율이 중간이거나 두께가 중간인 박막이 구비된다. 슬릿 패턴을 사용할 때에는, 슬릿의 폭이나 슬릿 사이의 간격이 사진 공정에 사용하는 노광기의 분해능(resolution)보다 작은 것이 바람직하다. 다른 예로는 리플로우가 가능한 감광막을 사용하는 것이다. 즉, 투명 영역과 차광 영역만을 지닌 통상의 마스크로 리플로우 가능한 감광막 패턴을 형성한 다음 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않은 영역으로 흘러내리도록 함으로써 얇은 부분을 형성하는 것이다.

위의 제1 및 제2 실시예에서는 공통 전극에 하나의 화소 분할 수단만을 가지고 있으나, 액정 표시 장치가 대형화됨에 따라 공통 전극은 둘 이상의 액정 분할 수단을 가질 수 있으며, 이에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 10은 도 9의 액정 표시 장치를 X-X' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조 대부분은 도 3 및 도 6과 동일하다

제1 및 제2 실시예와 달리, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 화소는 두 개의 부 화소(Pa, Pb)로 이루어져 있으며, 화소 전극(190)은 데이터 선(171)의 모양을 따라 절개부(191)를 통하여 두 부분으로 나뉘어 부 화소(Pa, Pb)에 배치되어 있다. 또한, 공통 전극(270)에는 두 부 화소(Pa, Pb)의 액정 분자(310)들을 각각 분할 배향하는 두 개의 절개부(271a, 271b)가 데이터선(171)의 모양을 따라 형성되어 있다.

또, 드레인 전극(175) 및 유지 전극(133)은 화소의 모양을 따라 평행사변형을 취하고 있고, 드레인 전극(175) 또는 유지 전극(133)과 중첩되어 있는 공통 전극(270)에는 개구부(279)가 형성되어 있다. 이러한 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 및 제2 실시예에 따른 효과를 가진다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서 두 개의 부화소(Pa, Pb)는 데이터선(171)을 중심으로 양쪽에 배치될 수도 있다.

또한, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에서는 데이터선(171)과 화소 전극(190)이 굴곡되어 있으며 화소 전극(190)과 공통 전극(270)이 데이터선(171)의 모양을 따라 분할 배향 수단을 가지는 구조에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 실시예는 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 데이터선(171) 및 화소 전극(190)은 굴곡도지 않은 모양을 가질 수 있으며, 화소 분할 배향 수단인 절개부는 다양한 형태를 취할 수 있다.

본 발명의 제1 내지 제3 실시예에서는 액정 분자(310)에 대하여 수직으로 배향하는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에 대해서만 설명하였지만, 공통 전극에 개구부를 형성하는 구조는 액정 분자는 양의 유전율 이방성을 가지며 기판에 대하여 평행하게 배열되어 있으며 하부 표시판에서 상부 표시판에 이르기까지 연속적으 로 나선형으로 비틀려 배향된 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치에도 적용할 수 있으며, 이에 대하여 구체적으로 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 12는 도 11의 액정 표시 장치를 XII-XII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

우선, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 11 및 도 12에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판(100)에는, 하부 절연 기판(110) 위에는 낮은 비저항을 가지는 알루미늄 또는 은 또는 금 또는 구리 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속 박막을 포함하는 다수의 게이트선(121)이 형성되어 있다. 이때, 다른 부부보다 넓은 폭을 가지는 게이트선(121)의 일부는 이후에 형성되는 화소 전극(190)과 연결되어 있는 유지 축전기용 도전체(177)와 중첩되어 유지 축전기를 이루며, 여기서의 유지 용량이 충분하지 않은 경우에는 게이트선(121)으로부터 분리되어 있는 유지 전극선이 추가될 수 있다.

저항성 접촉 부재(161, 163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차하는 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 게이트선(121)과 같이 저저항을 가지는 알루미늄 또는 은, 금, 구리 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속 박막을 포함한다. 또한, 데이터선(171)과 동일한 층에는 이후의 화소 전극(190)과 전기적으로 연결되어 있으며 앞에서 설명한 바와 같이 게이트선(121) 과 중첩하는 유지 축전기용 도전체(177)가 형성되어 있다.

데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 이들이 가리지 않는 반도체(150) 상부에는 질화 규소 또는 평탄화 특성이 우수한 유기 물질 또는 4.0 이하의 유전율을 가지며 화학 기상 증착으로 적층된 무기 물질로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다.

보호막(180)에는 드레인 전극(175) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 각각 드러내는 접촉 구멍(185, 189)이 각각 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140)과 함께 게이트선(121)의 끝 부분(125)을 드러내는 접촉 구멍(182)이 형성되어 있다.

보호막(180) 상부에는 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 전기적으로 연결되어 있으며 게이트선(121)과 데이터선(171)으로 둘러싸인 화소 영역에 위치하는 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 또한, 보호막(180) 위에는 접촉 구멍(182, 189)을 통하여 각각 게이트선(121)의 끝 부분(125) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결되어 있는 게이트 접촉 보조 부재(95) 및 데이터 접촉 보조 부재(97)가 형성되어 있다. 여기서, 투명 전극(190)과 접촉 보조 부재(95, 97)는 투명한 도전 물질인 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등으로 이루어져 있다.

한편, 박막 트랜지스터 표시판(100)과 마주하는 공통 전극 표시판(200)에 형성되어 있는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 이때 공통 전극(270) 중에서 유지 축전기의 한 전극으로 사용되는 전단의 게이트선(121) 또는 유지 축전기용 도전체(177)에 대응하는 부분에는 개구부(279)가 형성되어 있다. 여기서, 전단의 게이트선(121)은 전단에 배치되어 있는 화소 행에 게이트 신호를 전달하는 게이트선(121)이다.

이러한 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치에서도 화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 화소 분할 수단을 가질 수 있으며, 액정 물질층(300)은 제1 내지 제4 실시예와 같이 수직 배향 모드를 이용할 수도 있다.

이어, 제2 실시예와 같이 제조 비용을 줄이기 위해 중간 두께를 가지는 부분을 포함하는 감광막 패턴을 이용하여 서로 다른 층을 하나의 감광막 패턴으로 함께 패터닝한 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 구조에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 14 및 도 15는 도 13의 액정 표시 장치를 XIV-XIV' 및 XV-XV' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 13 내지 도 15에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조는 대개 도 11 및 도 12에 도시한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조와 동일하다.

그러나 도 11 및 도 12에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 달리, 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 절연 기판(110) 위에 형성되어 있는 복수의 유지 전극선(131)을 포함하며, 게이트선(121)에는 확장부가 존재하지 않는다. 유지 전극선(131)은 게이트선(121)과 동일한 물질로 만들어지고, 게이트선(121)과 거의 평행하며 게이트선(121)으로부터 전기적으로 분리되어 있다. 화소 전극(190)과 게 이트선(121)의 중첩으로 발생하는 유지 용량이 충분할 경우 유지 전극선(131)은 생략할 수도 있다.

또한, 복수의 선형 반도체(151, 154) 및 복수의 저항성 접촉 부재(161, 163, 165)가 구비되어 있는데, 선형 반도체(151, 154)는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 박막 트랜지스터의 채널부를 제외하면 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)과 거의 동일한 평면 모양이다. 즉, 채널 영역(C)에서 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 서로 분리되어 있으나, 선형 반도체(171)는 이곳에서 끊어지지 않고 연결되어 박막 트랜지스터의 채널을 이룬다. 저항성 접촉 부재(161, 163, 165)는 각각 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 실질적으로 동일한 모양을 가진다.

여기에서는 화소 전극(190)의 재료의 예로 투명한 IZO를 들었으나, 투명한 도전성 폴리머(polymer) 등으로 형성할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 공통 전극의 구조는 박막 트랜지스터 어레이 위에 색 필터가 형성되어 있는 COA(color filter on array) 박막 트랜지스터 표시판의 구조에서도 동일하게 적용할 수 있다. 이에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 17은 도 16의 액정 표시 장치를 XVII-XVII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

대부분의 구조는 도 11 및 도 12와 대개 동일하다.

하지만, 보호막(180) 하부에는 드레인 전극(175)과 유지 축전기용 도전체(177)를 드러내는 개구부(C1, C2)를 가지는 적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)가 세로 방향으로 형성되어 있다. 여기서, 적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)의 경계는 데이터선(171) 상부에서 일치하여 도시되어 있지만, 데이터선(171) 상부에서 서로 중첩되어 화소 영역 사이에서 누설되는 빛을 차단하는 기능을 가질 수 있으며, 게이트선 및 데이터선 각각의 끝 부분(125, 179)이 배치되어 있는 패드부에서는 형성되어 있지 않다.

청, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B) 상부의 보호막(180)은 게이트 절연막(140)과 함께 게이트선의 끝 부분(125), 데이터선의 끝 부분(179) 및 드레인 전극(175)을 드러내는 접촉 구멍(182, 183, 181)을 가지고 있다. 이때, 드레인 전극(175) 및 유지 축전기용 도전체(177)를 드러내는 접촉 구멍(181, 187)은 컬러 필터(R, G, B)의 개구부(C1, C2) 안쪽에 위치한다. 하지만, 접촉 구멍(181, 187)에서 컬러 필터(R, G, B)의 개구부(C1, C2) 경계선이 드러날 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 화소 전극과 공통 전극에 형성하는 개구부의 배치는 여러 다양한 변형이 있을 수 있으며, 개구부를 형성하는 대신 돌기를 두고 배향막의 경사만을 따라 액정 분자를 분할 배향하는 등의 변형도 가능하다.

이상과 같이, 이와 같이 구조에서는 공통 전극이 개구부를 가지고 있어 화소의 크기가 커지더라도 유지 용량은 그대로 유지한 상태에서 액정 용량을 줄일 수 있다. 따라서, 화소의 충전율을 향상시킬 수 있고, 유지 용량과 액정 용량의 비율을 충분히 확보할 수 있으며, 유지 전극의 면적을 넓히지 않아도 되므로 화소의 개구율을 확보할 수 있다. 액정 용량이 감소한 만큼 유지 용량을 줄일 수 있으므로 화소의 개구율을 향상시킬 수 있으며, 화소의 충전율을 향상시킬 수 있다.

Claims

주사 신호를 전달하는 게이트선,

상기 게이트선과 절연되어 교차하는 데이터선,

상기 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 상기 데이터선의 일부로 연결된 소스 전극과 상기 소스 전극과 분리되어 있는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터,

상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극,

상기 화소 전극과 중첩되어 유지 용량을 형성하는 유지 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판,

상기 박막 트랜지스터 표시판과 마주하며, 상기 화소 전극과 중첩되어 액정 용량을 형성하며, 상기 유지 전극 또는 상기 드레인 전극과 중첩되는 부분에 개구부를 가지는 공통 전극이 형성되어 있는 공통 전극 표시판,

상기 박막 트랜지스터 표시판과 상기 공통 전극 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층,

상기 공통 전극과 상기 화소 전극은 상기 액정층의 액정 분자를 분할 배향하는 화소 분할 수단

을 가지고,

상기 개구부의 경계선은 상기 드레인 전극의 경계선 또는 상기 유지 전극의 경계선 내에 위치하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 데이터선은 상기 화소 전극의 세로변을 단위로 하여 반복적으로 나타나는 굽은 부분과 상기 게이트선과 교차하는 부분을 가지는 액정 표시 장치
제2항에서,

상기 데이터선의 굽은 부분은 2개의 직선 부분을 포함하고, 상기 2개의 직선 부분 중 하나는 상기 게이트선에 대하여 실질적으로 45도를 이루고 나머지 하나는 상기 게이트선에 대하여 실질적으로 -45도를 이루는 액정 표시 장치.
제2항에서,

상기 화소 전극은 상기 데이터선의 굽은 모양을 따라 패터닝되어 있는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 화소 전극의 가장자리는 상기 데이터선과 중첩하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 박막 트랜지스터 표시판 또는 공통 전극 표시판에 형성되어 있으며 상기 데이터선에 의하여 구분되어 있는 화소 열을 따라 적색, 녹색 및 청색 색필터로 이루어진 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 액정층에 포함되어 있는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며 상기 액정의 그 장축이 두 상기 표시판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
삭제
제1항에서,

상기 화소 분할 수단은 절개부 또는 돌기인 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 박막 트랜지스터 표시판은 상기 게이트 전극과 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 형성되어 있는 반도체층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제10항에서,

상기 반도체층은 상기 데이터선의 하부까지 연장되어 있는 액정 표시 장치.
제11항에서,

상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 채널부를 제외한 상기 반도체층은 상기 데이터선과 상기 드레인 전극과 동일한 패턴을 가지는 액정 표시 장치.