KR101789236B1 - 박막 트랜지스터 및 평판 표시 장치 - Google Patents

박막 트랜지스터 및 평판 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 픽셀의 개구율을 늘리기 위한 것으로, 기판 위에 형성되고 일 방향으로 연장된 직선부를 포함하는 스캔 라인과, 상기 스캔 라인의 직선부와 중첩되고, 산화물 반도체로 형성되며, 직선상으로 순차 배열된 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고, 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선이 상기 직선부와 평행하도록 연장되는 활성층과, 상기 활성층과 스캔 라인의 사이에 개재되어 상기 스캔 라인과 활성층을 절연시키는 제1절연층과, 상기 제1영역과 콘택된 제1전극과, 상기 제3영역과 콘택된 제2전극을 포함하는 박막 트랜지스터 및 이를 포함하는 평판 표시 장치에 관한 것이다.

Description

박막 트랜지스터 및 평판 표시 장치{Thin film transistor and flat display device}
본 발명은 박막 트랜지스터 및 평판 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화물 반도체로 구비된 박막 트랜지스터 및 평판 표시 장치에 관한 것이다.
박막 트랜지스터는 유기 발광 표시장치나 액정 표시장치와 같은 평판 표시장치에서 각 픽셀의 스위칭 소자 혹은 구동 소자로서 다양하게 사용되고 있다.
이러한 박막트랜지스터의 활성층으로 결정화 공정이 필요 없고 비정질 상태라서 균일도가 좋은 산화물 반도체가 적용되고 있다. 특히 산화물 반도체는 투명 채널층을 구현할 수 있다.
이와 같은 산화물 반도체는 외부 광에 노출될 경우 광 누설 전류가 발생되어, 액정 표시장치와 같이 백라이트 유닛으로부터 필연적으로 빛이 조사되는 경우에는 게이트 전극에 의해 박막 트랜지스터를 가리는 게이트 블록(Gate Block)을 구현할 필요가 있었다.
그런데, 이러한 게이트 블록을 구성할 경우, 게이트 전극의 면적이 늘어난 만큼 픽셀의 개구율이 줄어들게 되어 고정세 구현이 어렵게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제 및 이를 포함한 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 픽셀의 개구율을 늘릴 수 있는 박막 트랜지스터 및 이를 구비한 평판 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 기판 위에 형성되고 일 방향으로 연장된 직선부를 포함하는 스캔 라인과, 상기 스캔 라인의 직선부와 중첩되고, 산화물 반도체로 형성되며, 직선상으로 순차 배열된 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고, 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선이 상기 직선부와 평행하도록 연장되는 활성층과, 상기 활성층과 스캔 라인의 사이에 개재되어 상기 스캔 라인과 활성층을 절연시키는 제1절연층과, 상기 제1영역과 콘택된 제1전극과, 상기 제3영역과 콘택된 제2전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제1절연층은 상기 스캔 라인을 덮고, 상기 활성층은 상기 제1절연층 위에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1전극 및 제2전극은 상기 제1절연층 및 활성층 위에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 제1전극 또는 제2전극의 폭과 대략 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인의 직선부의 폭보다 넓은 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인의 직선부의 폭과 대략 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 활성층은 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 징크 옥사이드로 구비될 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 목적을 달성하기 위하여, 기판 위에 형성되고 일 방향으로 연장된 직선부를 포함하는 스캔 라인과, 상기 스캔 라인의 직선부와 중첩되고, 산화물 반도체로 형성되며, 직선상으로 순차 배열된 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고, 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선이 상기 직선부와 평행하도록 연장되는 활성층과, 상기 활성층과 스캔 라인의 사이에 개재되어 상기 스캔 라인과 활성층을 절연시키는 제1절연층과, 상기 제1영역과 콘택된 제1전극과, 상기 제3영역과 콘택된 제2전극과, 상기 기판 위에 형성된 제1커패시터 전극과, 상기 제2전극과 연결되고 상기 제1커패시터 전극과 절연되도록 대향된 제2커패시터 전극과, 상기 제2전극 및 제2커패시터 전극과 연결된 픽셀 전극을 포함하는 평판 표시장치를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제2커패시터 전극과 픽셀 전극은 동일한 재료로 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1커패시터 전극은 상기 스캔 라인과 동일한 재료로 상기 스캔 라인과 같은 층에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1절연층은 상기 스캔 라인을 덮고, 상기 활성층은 상기 제1절연층 위에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1전극 및 제2전극은 상기 제1절연층 및 활성층 위에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 제1전극 또는 제2전극의 폭과 대략 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인의 직선부의 폭보다 넓은 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인의 직선부의 폭과 대략 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 활성층은 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 징크 옥사이드로 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 활성층을 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 징크 옥사이드로 구비함으로써, 직선부의 폭이 제1영역, 내지 제3영역을 연결한 가상의 선에 수직이 방향의 활성층의 폭보다 작게 될 수 있고 이에 따라 스캔 라인의 직선부와 제1전극 및 제2전극이 중첩되는 면적이 작아져, 스캔 라인의 직선부와 제1전극간의 기생 커패시턴스 및 스캔 라인의 직선부와 제2전극간의 기생 커패시턴스를 줄일 수 있다. 이는 결과적으로 커패시터의 면적을 줄일 수 있게 되고, 따라서 픽셀 전극에 의해 구현되는 투과 영역의 면적이 커패시터의 줄어든 면적만큼 넓어지는 효과를 갖게 되고, 이는 픽셀의 개구율 증가를 가져온다.
뿐만 아니라, 스캔 라인의 직선부 전체와 활성층의 길이방향, 즉, 제1영역, 제2영역 및 제3영역이 모두 중첩됨으로써 전술한 게이트 블록의 넓이를 최소화할 수 있어 그만큼 픽셀의 개구율을 향상시킬 수 있다.
이처럼 본 발명은 픽셀의 개구율을 향상시킴으로써, 화질 특성을 개선할 수 있고, 아울러 백라이트 유닛의 소비전류를 감소시켜, 백라이트 유닛에 사용되는 LED 개수를 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 표시장치의 일 화소를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평판 표시 장치를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도이다.
본 실시예의 평판 표시장치는 액정 표시장치의 일 픽셀이다. 그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 유기 발광 표시장치에도 적용 가능함을 물론이다.
먼저, 도 1 및 도 2에서 볼 때, 기판(10) 위에 스캔 라인(11)이 일 방향으로 연장된다. 이 스캔 라인(11)은 직선부(12)를 포함하는 데, 스캔 라인(11) 중에서도 이 직선부(12)만큼은 직선상으로 연장되어 있도록 한다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캔 라인(11)은 도면의 좌우방향으로 연장되어 있고, 직선부(12)는 스캔 라인(11)과 동일한 방향으로 직선상으로 연장되어 있다. 도 1과는 달리, 스캔 라인(11)은 다소 절곡된 부분을 포함할 수 있으며, 이 경우에도 적어도 직선부(12)만큼은 직선상으로 일방향으로 연장되는 것이 바람직하다.
이 스캔 라인(11)의 직선부(12)는 게이트 전극의 기능을 하게 된다.
다음으로 이 스캔 라인(11)을 덮도록 제1절연층(13)이 형성되어 있다. 제1절연층(13)은 유기물 또는 무기물의 절연물로 형성될 수 있는 데, 실리콘 옥사이드, 탄탈륨 옥사이드, 또는 알루미늄 옥사이드 등으로 형성될 수 있고, 이 외에도 아크릴과 같은 유기 절연물로 형성될 수도 있다.
제1절연층(13) 위에는 산화물 반도체로 형성된 활성층(14)이 구비된다.
상기 활성층(14)은 도 1에서 볼 수 있듯이 좌우 방향으로 길게 연장된 장방형의 구조를 취할 수 있다. 활성층(14)은 직선상으로 순차 배열된 제1영역(14a), 제2영역(14b) 및 제3영역(14c)을 포함한다. 이 때, 상기 제1영역(14a), 제2영역(14b) 및 제3영역(14c)의 중심을 연결한 가상의 선이 상기 직선부(12)와 평행하도록 연장된다.
상기 제1영역(14a)은 소스 영역이 되고, 제2영역(14b)은 채널 영역이 되며, 제3영역(14c)은 드레인 영역이 된다.
상기 활성층(14)으로는 예를 들면 G-I-Z-O층[ (In2O3)a(Ga2O3)b(ZnO)c층](a, b, c는 각각 a≥0, b≥0, c＞0의 조건을 만족시키는 실수)일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 활성층(14)을 광 누설 전류가적은 인듐 징크 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드를 사용할 수 있다.
채널 영역인 제2영역(14b)의 상부에는 에칭 스토퍼(15)가 형성되고, 제1영역(14a) 위로 제1전극(17), 제3영역(14c) 위로 제2전극(18)이 형성되어 활성층(14)과 제1전극(17) 및 제2전극(18)이 접하게 된다.
제1전극(17)의 일부 및 제2전극(18)의 일부는 각각 에칭 스토퍼(15)에까지 연장되어 있으며, 제1전극(17)과 활성층(14)의 사이 및 제2전극(18)과 활성층(14)의 사이에는 오믹 콘택층(19)이 더 개재될 수 있다.
상기 제1전극(17)은 데이터 라인(16)에 연결되어 있다.
이렇게 형성된 박막 트랜지스터를 제2절연층(20)이 덮는다. 제2절연층(20)은 유기물 또는 무기물의 절연물로 형성될 수 있는 데, 실리콘 옥사이드, 탄탈륨 옥사이드, 또는 알루미늄 옥사이드 등으로 형성될 수 있고, 이 외에도 아크릴과 같은 유기 절연물로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 기판(10) 위에는 상기 스캔 라인(11)과 동일한 재료에 의해 동일한 층 상에 제1커패시터 전극(22)이 형성된다. 이 제1커패시터 전극(22)은 커패시터 라인(22a)에 연결되어 있다.
그리고 제1절연층(13)의 상부에는 상기 제2전극(18)에 연결된 제2커패시터 전극(23)이 형성되어 제1커패시터 전극(22)과 함께 커패시터(25)를 구성한다.
제2커패시터 전극(23)은 픽셀 전극(24)과 연결되어 있는 데, 서로 일체로 형성될 수 있다.
픽셀 전극(24)은 백 라이이트 유닛의 빛이 투과할 수 있도록 투명 도전산화물로 형성되는 것이 바람직한 데, 인듐 옥사이드, 인듐 틴 옥사이드, 인듐 징크 옥사이드, 징크 옥사이드 등이 사용될 수 있다.
따라서, 상기 제2커패시터 전극(23) 및 픽셀 전극(24)은 상기 활성층(14)과 동시에 동일 물질로 형성될 수 있다.
상기 제2커패시터 전극(23)은 제2절연층(20)에 의해 덮일 수 있는 데, 제2절연층(20)은 픽셀 전극(24)에 대응되는 영역에서 개구(21)를 형성한다.
이처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 활성층(14)을 광 누설 전류가적은 인듐 징크 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드를 사용함으로써, 상기 직선부(12)의 폭이 전술한 상기 제1영역(14a), 제2영역(14b) 및 제3영역(14c)의 중심을 연결한 가상의 선에 수직이 방향의 활성층(14)의 폭보다 작게 될 수 있다. 그리고 이에 따라 스캔 라인(11)의 직선부(12)와 후술하는 제1전극(17) 및 제2전극(18)이 중첩되는 면적이 작아져, 스캔 라인(11)의 직선부(12)와 제1전극(17)간의 기생 커패시턴스 및 스캔 라인(11)의 직선부(12)와 제2전극(18)간의 기생 커패시턴스를 줄일 수 있다. 이는 결과적으로 도 1에서 볼 때, 커패시터(25)의 면적을 줄일 수 있게 되고, 따라서 픽셀 전극(24)에 의해 구현되는 투과 영역(T)의 면적이 커패시터(25)의 줄어든 면적만큼 넓어지는 효과를 갖게 되고, 이는 픽셀의 개구율 증가를 가져온다.
뿐만 아니라, 스캔 라인(11)의 직선부(12) 전체와 활성층(14)의 길이방향, 즉, 제1영역(14a), 제2영역(14b) 및 제3영역(14c)이 모두 중첩됨으로써 전술한 게이트 블록의 넓이를 최소화할 수 있어 그만큼 픽셀의 개구율을 향상시킬 수 있다.
이처럼 본 발명은 픽셀의 개구율을 향상시킴으로써, 화질 특성을 개선할 수 있고, 아울러 백라이트 유닛의 소비전류를 감소시켜, 백라이트 유닛에 사용되는 LED 개수를 줄일 수 있게 된다.
한편, 도 1에 도시된 실시예에서는 활성층(14)의 제1영역(14a), 제2영역(14b) 및 제3영역(14c)을 연결하는 방향의 장변 폭이 제1전극(17) 및 제2전극(18)에 대응되도록 충분히 넓은 것을 나타내었으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 도 3에서 볼 수 있듯이, 활성층(14)의 제1영역(14a), 제2영역(14b) 및 제3영역(14c)을 연결하는 방향의 장변 폭이 제1전극(17) 및 제2전극(18)보다 안쪽으로 위치하도록 할 수도 있다. 이 경우 제1전극(17) 및 제2전극(18)이 활성층(14)의 측면과도 콘택되므로 제1전극(17) 및 제2전극(18)과 활성층(14)의 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 평면도로서, 상기 활성층(14)의 상기 제1영역(14a) 내지 제3영역(14c)을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인(11)의 직선부(12)의 폭과 대략 동일한 것을 나타낸 것이다.
이 경우에는 상기 직선부(12)에 의해 활성층(14)이 모두 가려지기 때문에 활성층(14)으로 백라이트유닛의 빛이 유입되는 것을 방지할 수 있어, 광 누설 전류를 원천적으로 차단할 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 상기 활성층(14)의 상기 제1영역(14a) 내지 제3영역(14c)을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인(11)의 직선부(12)의 폭보다 약간 정도 넓게 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위해 도면 상으로 식별 가능하도록 한 것으로, 동일하거나 오히려 약간 정도는 좁게 될 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 기판 11: 스캔 라인
12: 직선부 13: 제1절연층
14: 활성층 14a: 제1영역
14b: 제2영역 14c: 제3영역
15: 에칭 스토퍼 16: 데이터 라인
17: 제1전극 18: 제2전극
19: 오믹 콘택층 20: 제2절연층
22: 제1커패시터 전극 23: 제2커패시터 전극
24: 픽셀 전극 25: 커패시터

Claims (16)

  1. 기판 위에 형성되고 제1 방향으로 연장된 직선부를 포함하는 스캔 라인;
    상기 스캔 라인의 직선부와 중첩되고, 산화물 반도체로 형성되며, 상기 제1 방향으로 순차 배열된 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고, 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선이 상기 직선부와 평행하도록 연장되는 활성층;
    상기 활성층과 스캔 라인의 사이에 개재되어 상기 스캔 라인과 활성층을 절연시키는 제1절연층;
    상기 제1영역과 콘택된 제1전극; 및
    상기 제3영역과 콘택된 제2전극;을 포함하고,
    상기 스캔 라인은 적어도 단일 픽셀 내에서 상기 제1 방향으로 연장되고,
    상기 스캔 라인의 직선부는, 상기 활성층의 제1영역 내지 제3영역을 포함하는 전체 길이에 걸쳐 연장 및 중첩되도록 구비되는 박막 트랜지스터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연층은 상기 스캔 라인을 덮고, 상기 활성층은 상기 제1절연층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1전극 및 제2전극은 상기 제1절연층 및 활성층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 제1전극 또는 제2전극의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인의 직선부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인의 직선부의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성층은 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 징크 옥사이드로 구비된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  8. 기판 위에 형성되고 제1방향으로 연장된 직선부를 포함하는 스캔 라인;
    상기 스캔 라인의 직선부와 중첩되고, 산화물 반도체로 형성되며, 상기 제1방향으로 순차 배열된 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고, 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선이 상기 직선부와 평행하도록 연장되는 활성층;
    상기 활성층과 스캔 라인의 사이에 개재되어 상기 스캔 라인과 활성층을 절연시키는 제1절연층;
    상기 제1영역과 콘택된 제1전극;
    상기 제3영역과 콘택된 제2전극;
    상기 기판 위에 형성된 제1커패시터 전극;
    상기 제2전극과 연결되고 상기 제1커패시터 전극과 절연되도록 대향된 제2커패시터 전극; 및
    상기 제2전극 및 제2커패시터 전극과 연결된 픽셀 전극;을 포함하고,
    상기 스캔 라인은 적어도 단일 픽셀 내에서 상기 제1방향으로 연장되고,
    상기 스캔 라인의 직선부는, 상기 활성층의 제1영역 내지 제3영역을 포함하는 전체 길이에 걸쳐 연장 및 중첩되도록 구비되는 평판 표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2커패시터 전극과 픽셀 전극은 동일한 재료로 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1커패시터 전극은 상기 스캔 라인과 동일한 재료로 상기 스캔 라인과 같은 층에 형성된 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1절연층은 상기 스캔 라인을 덮고, 상기 활성층은 상기 제1절연층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1전극 및 제2전극은 상기 제1절연층 및 활성층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 제1전극 또는 제2전극의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인의 직선부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 활성층의 상기 제1영역 내지 제3영역을 연결하는 가상의 선과 수직한 방향의 폭이 상기 스캔 라인의 직선부의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
  16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성층은 인듐 틴 옥사이드 또는 인듐 징크 옥사이드로 구비된 것을 특징으로 하는 평판 표시장치.
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