KR101951302B1 - 박막트랜지스터 및 이를 구비한 액정표시장치용 어레이 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 화소영역이 정의된 기판 상에 일 방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 연결된 게이트 전극과: 상기 게이트 전극 위로 전면에 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하며 형성된 데이터 배선과; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 반도체층과; 상기 반도체층 위로 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태로 함입부를 가지며 형성된 드레인 전극과, 상기 드레인 전극과 이격하며 상기 데이터 배선에서 분기하여 바(bar) 형태를 가지며 그 일 끝단이 상기 드레인 전극의 함입부에 삽입되며 형성된 소스 전극과; 상기 드레인 전극과 접촉하며 상기 각 화소영역에 형성된 화소전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판 및 박막트랜지스터를 제공한다.
Description
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 데이터 배선의 기생용량을 감소시켜 데이터 신호 지연 발생을 억제할 수 있는 박막트랜지스터 및 이를 구비한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
액정표시장치(liqudi crystal display device: LCD)는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한 표시소자로, 휴대 전자기기의 표시부나, 컴퓨터의 모니터 또는 텔레비전 등에 널리 사용된다.
액정은 가늘고 긴 분자구조를 가지고 있어, 배향에 방향성을 가지며 전기장 내에 놓일 경우 그 크기 및 방향에 따라 분자배열 방향이 변화된다. 따라서, 액정표시장치는 전계생성전극이 각각 형성된 두 기판 사이에 액정층이 위치하는 액정패널을 포함하며, 두 전극 사이에 생성되는 전기장의 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고, 이에 따른 광 투과율을 변화시켜 여러 가지 화상을 표시한다.
일반적으로, 액정표시장치는 다수의 배선과 스위칭 소자 및 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 컬러필터 및 공통전극이 형성된 컬러필터 기판을 포함하며, 두 기판 사이의 액정분자는 화소전극과 공통전극 사이에 유도되는 전기장, 즉, 기판에 대해 수직한 방향의 수직 전계에 의해 구동된다.
그러나, 수직 전계에 의해 액정을 구동하는 방식은 시야각 특성이 우수하지 못한 문제가 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 횡전계형 액정표시장치가 제안되었다. 횡전계형 액정표시장치에서는 화소전극과 공통전극이 동일 기판 상에 엇갈리게 형성되어, 두 전극 사이에 기판에 대해 평행한 방향의 수평 전계가 유도된다. 따라서, 액정분자는 수평 전계에 의해 구동되어, 기판에 대해 평행한 방향으로 움직이며, 이러한 횡전계형 액정표시장치는 향상된 시야각을 가진다.
하지만, 이러한 횡전계형 액정표시장치는 개구율 및 투과율이 낮은 단점이 있다.
따라서, 횡전계형 액정표시장치의 단점을 개선하기 위하여, 프린지 필드(fringe field)에 의해 액정을 구동하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(fringe field switching mode LCD)가 제안되었다.
도 1은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 일 방향을 따라 게이트 배선(43)이 형성되어 있으며, 게이트 배선(43)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선(51)이 형성되어 있다.
화소영역(P)에는 게이트 배선(43) 및 데이터 배선(51)과 연결되는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(45)과, 액티브층(48), 소스 전극(55), 그리고 드레인 전극(58)을 포함한다.
또한, 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)와 연결되는 화소전극(60)이 형성되어 있으며, 이때, 상기 화소전극(60)은 드레인 콘택홀(59)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(58)과 접촉하며, 실질적으로 각 화소영역(P) 대응하여 판(plate) 형태를 가진다.
상기 화소전극(60)과 중첩하여 공통전극(75)이 형성되어 있으며, 이러한 공통전극(75)은 각 화소영역(P) 내에 다수의 개구(op)를 갖는다. 상기 공통전극(75)은 인접한 화소영역(P)으로 연장되어, 다수의 화소영역(P)을 포함하는 표시영역 전면에 대응하도록 형성되고 있으며, 상기 공통전극(75)에 구비되는 다수의 개구(op) 각각은 데이터 배선(51)과 평행한 바(bar) 형태를 이룬다.
이러한 평면 구성을 갖는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 화소영역에 대한 단면을 도 2에 도시하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 기판(41) 상에 게이트 전극(미도시)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(46)이 게이트 전극(45)을 덮으며 전면에 형성되고 있다.
상기 게이트 전극(45) 상부의 게이트 절연막(46) 위에는 반도체층(미도시)이 형성되어 있으며, 이의 상부에는 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(미도시)이 형성되어 있다.
한편, 상기 게이트 절연막(46) 상부에는 데이터 배선(51)이 형성되어 있다. 또한, 상기 데이터 배선(51)과 소스 및 드레인 전극(미도시) 위에는 제 1 보호층(53)이 형성되어 있으며, 제 1 보호층(53)은 상기 드레인 전극(미도시)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)이 구비되고 있다.
또한, 상기 제 1 보호층(53) 위에는 투명 도전성 물질로 이루어진 화소전극(60)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소전극(60)은 실질적으로 화소영역에 대응하여 판 형태를 가지며, 상기 드레인 콘택홀(59)을 통해 드레인 전극(58)과 접촉하고 있다.
그리고, 상기 화소전극(60) 상부에는 제 2 보호층(70)이 형성되어 있고, 이의 상부에 공통전극(75)이 형성되어 있다. 이때, 상기 공통전극(75)은 상기 화소전극(60)에 대응하여 다수의 개구(op)를 가지며, 이러한 공통전극(75)은 상기 화소전극(60)과 중첩하여 스토리지 커패시터(storage capacitor)(StgC)를 형성한다.
이러한 구조를 갖는 어레이 기판(41)을 포함하는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에서는, 상기 화소전극(60) 및 공통전극(75)에 전압이 인가될 경우, 상기 화소전극(60)과 공통전극(75) 사이에 프린지 필드(Fringe field)가 형성된다.
따라서, 상기 공통전극 위에 위치하는 액정 분자까지도 모두 동작되므로, 횡전계형 액정표시장치에 비해 향상된 투과율 및 개구율을 얻을 수 있다.
그런데, 이러한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치는 상기 화소전극(60)과 공통전극(74) 사이에 형성되는 스토리지 커패시터(StgC)가 각 화소영역(P) 전체에 걸쳐 형성되므로, 횡전계형 액정표시장치에 비해 3 내지 5배 정도 큰 용량(capacitance)을 가지게 된다.
이렇게 스토리지 커패시터(StgC)의 용량이 너무 클 경우, 상대적으로 큰 충전시간을 필요로 하므로 충전 시간이 짧은 고해상도 모델, 대형 사이즈의 텔레비전용 모델, 또는 고주파수 모델에서는 충전을 하기가 어려운 문제가 발생하고 있으며, 이러한 큰 스토리지 커패시터는 기생용량으로 작용하여 플리커 또는 크로스토크를 발생시킴으로서 표시품질을 저하시키고 있는 실정이다.
따라서 이러한 구조적 특성을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 큰 커패시터 용량을 감안하여 화소 충전이 원활하게 이루어지도록 하기 위해서, 도 3(종래의 "U"자 형태의 채널을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 박막트랜지스터가 형성된 부분에 대한 평면도)에 도시한 바와같이, 박막트랜지스터(UTr)의 소스 전극(84)을 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 이루도록 하여 채널비를 증가시키는 방법이 제안되었다.
하지만, 도시한 바와같이, 박막트랜지스터(UTr)의 소스 전극(84)을 "U"자 형태 또는 회전한"U"자 형태를 이루도록 하여 "I"형 채널을 갖는 박막트랜지스터(도 1의 Tr) 대비 채널비를 증가시킬 경우, 박막트랜지스터(UTr) 자체의 기생용량 더욱 정확히는 게이트 전극(80)과 소스 전극(84)간의 중첩에 기인한 기생용량(Cgs)이 증가하게 되어 데이터 배선(80)의 기생용량 총량이 증가하여 데이터 배선(80)의 신호지연을 야기시키며 이로 인해 신호 왜곡 및 데이터 구동 IC(미도시)의 부하 증가로 구동 IC의 동작 한계를 초과하거나 또는 심한 열을 발생시키는 등의 문제를 야기시키고 있다.
더욱이, 상기 데이터 구동 IC(미도시) 저감을 위한 TRD(Triple rate drive) 구조 적용 시 데이터 배선에 3개의 화소영역에 대응하는 박막트랜지스터가 구비됨으로서 일반 구조의 3배수가 되므로 데이터 배선의 기생용량이 더욱 증가하여 전술한 문제를 더욱 심화시키고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 박막트랜지스터의 형태를 변경하여 게이트 전극과 소스 전극의 중첩에 의해 발생되는 기생용량을 저감시켜 데이터 배선의 신호지연 현상을 개선시키고 데이터 구동IC의 부하를 저감시킬 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은, 화소영역이 정의된 기판 상에 일 방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 연결된 게이트 전극과: 상기 게이트 전극 위로 전면에 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하며 형성된 데이터 배선과; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 반도체층과; 상기 반도체층 위로 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태로 함입부를 가지며 형성된 드레인 전극과, 상기 드레인 전극과 이격하며 상기 데이터 배선에서 분기하여 바(bar) 형태를 가지며 그 일 끝단이 상기 드레인 전극의 함입부에 삽입되며 형성된 소스 전극과; 상기 드레인 전극과 접촉하며 상기 각 화소영역에 형성된 화소전극을 포함한다.
이때, 상기 화소전극의 하부 또는 상부에 절연막을 개재하여 형성된 공통전극을 포함하며, 상기 화소전극 또는 공통전극에는 각 화소영역별로 바(bar) 형태를 가지며 일정간격 이격하는 다수의 제 1 개구가 형성된 것이 특징이다.
그리고, 상기 어레이 기판은, 상기 데이터 배선의 연장방향으로 이웃한 화소영역 사이에는 3개의 게이트 배선이 연속적으로 배치되며, 상기 게이트 배선이 연장하는 방향으로 연속된 3개의 화소영역을 하나의 그룹으로 하여 상기 그룹마다 하나의 데이터 배선이 형성되며, 상기 동일 그룹에 속한 3개의 화소영역은 각각 하나의 동일한 데이터 배선과 연결된 상기 소스 전극이 구비되며 상기 3개의 게이트 배선 각각과 연결된 상기 게이트 전극이 구비된 것이 특징이다.
또한, 상기 다수의 제 1 개구는 그 장축이 상기 데이터 배선이 연장하는 방향으로 배치되며, 상기 다수의 제 1 개구는 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 형태를 이루는 것이 특징이다.
그리고, 상기 다수의 제 1 개구는 그 장축이 상기 게이트 배선이 연장하는 방향으로 배치되며, 상기 게이트 배선과 제 1 각도를 이루며 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 각 화소영역의 상부와 하부에서 서로 반대 방향으로 비스듬이 배치된 것이 특징이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터는, 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 위로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 반도체층과; 상기 반도체층 위로 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태로 함입부를 가지며 형성된 드레인 전극과, 상기 드레인 전극과 이격하며 바(bar) 형태를 가지며 그 일 끝단이 상기 드레인 전극의 함입부에 삽입되며 형성된 소스 전극을 포함한다.
본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은, 채널비 향상을 위한 "U"자 형태의 채널 구조를 이루는 박막트랜지스터에 있어서, 데이터 배선과 연결된 소스 전극이 바 형태를 이루도록 하고, 상기 소스 전극과 이격하며 화소전극과 전기적으로 연결되는 드레인 전극을 "U"자 형태를 갖도록 하여 소스 전극과 게이트 전극이 중첩됨으로써 발생되는 소스 게이트간 기생용량을 최소화함으로써 데이터 배선에 발생되는 기생용량의 총량을 저감시켜 데이터 배선의 신호지연을 억제하는 효과가 있다.
나아가 데이터 배선에 발생되는 기생용량 총 량이 저감됨으로써 데이터 구동 드라이버 IC의 부하를 줄여 열 발생을 억제시키는 효과가 있다.
또한, 데이터 배선의 기생용량 저감에 의해 데이터 구동 드라이버 IC의 부하를 줄일 수 있으므로 대면적의 TV 모델에도 TRD 구조를 확장 적용시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 2는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 화소영역에 대한 단면도.
도 3은 종래의 "U"자 형태의 채널을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 박막트랜지스터가 형성된 부분에 대한 평면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 일부에 대한 평면도.
도 5는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 2는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 화소영역에 대한 단면도.
도 3은 종래의 "U"자 형태의 채널을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 박막트랜지스터가 형성된 부분에 대한 평면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 일부에 대한 평면도.
도 5는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 일부에 대한 평면도이다. 설명의 편의를 위해 각 화소영역 내에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 부분을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)에는 제 1 방향으로 연장하며 저저항 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 다수의 게이트 배선(105)이 형성되어 있으며, 상기 저저항 물질로 이루어지며 제 2 방향으로 연장함으로써 상기 다수의 각 게이트 배선(105)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터 배선(130)이 형성되고 있다.
상기 다수의 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(105) 및 데이터 배선(130)과 연결되며, 게이트 전극(108)과, 게이트 절연막(미도시)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(미도시)으로 이루어진 반도체층(미도시)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)으로 구성된 박막트랜지스터(Tr)가 형성되고 있다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 채널을 이루는 영역이 "U"자 형태 또는 회전한 'U'형태를 이루는 것이 특징이며, 이때, 본 발명의 가장 특징적인 구성으로서 데이터 배선(130)과 연결된 상기 소스 전극(133)은 상기 데이터 배선(130)에서 분기하여 곧은 직선의 바(bar) 형태를 이루고 있으며, 이러한 소스 전극(133)과 이격하여 형성되고 있는 드레인 전극(136)이 상기 바(bar) 형태를 갖는 소스 전극(133)과 마주하여 3개의 끝단을 가지고 형성되며 상기 3개의 끝단 중 2개의 끝단이 서로 이격하여 마주하는 형태 즉, "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 이루며, 나머지 하나의 끝단이 상기 서로 마주하는 "U"자 형태의 끝단과 연결되며 이와 반대측으로 연장 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 바(bar) 형태를 갖는 소스 전극(133)이 상기 2개의 끝단이 서로 마주하는 이격영역에 삽입 형성됨으로써 서로 마주하는 상기 소스 전극(133)과 드레인 전극(136)의 이격영역으로 노출되는 반도체층(120) 내의 영역으로 정의되는 채널영역이 "U"자 형태 또는 회전한"U"자 형태를 이루는 것이 특징이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은 박막트랜지스터(Tr)가 면적대비 채널비 효율을 극대화할 수 있는 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 이루면서도 상기 데이터 배선(130)과 연결되는 소스 전극(133)이 게이트 전극(105)과 중첩하는 면적이 줄어들게 됨을 알 수 있다.
따라서, 데이터 배선(130)에 연결된 소스 전극(133)에 발생되는 게이트 소스간 기생용량이 소스 전극(133)이 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 갖는 박막트랜지스터(도 3의 UTr)를 구비한 종래의 액정표시장치용 어레이 기판 대비 현저히 줄어들게 되므로 이러한 게이트 소스간 기생용량에 기인한 데이터 배선(130)의 신호 지연을 저감시키는 효과를 갖는다.
한편, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 경우, 소스 전극(133)과 게이트 전극(105)간의 중첩 영역이 줄어들게 되는 반면 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 갖는 드레인 전극(136) 특성상 상기 드레인 전극(136)과 게이트 전극(105)간에 발생되는 게이트 드레인간 기생용량(Cgd)은 상대적으로 증가한다.
이에 의해 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태의 채널을 갖는 동일한 면적을 갖는 박막트랜지스터(Tr)를 형성하는 경우, 실질적으로 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 게이트 전극(105)간에 발생되는 기생용량의 총 크기는 변화가 없다.
한편, 이러한 구성적 특징에 의해 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은 게이트 드레인간 기생용량(Cgd)은 증가한다. 하지만, 게이트 드레인간 기생용량(Cgd)은 데이터 배선(130)의 신호 지연을 야기시키는 요소가 아니므로 게이트 드레인간 기생용량(Cgd)에 의한 데이터 배선(130)의 신호지연에는 영향을 주지 않는다.
박막트랜지스터(Tr)의 오프 시 데이터 신호전압 인가에 의해 충전된 화소전압이 상기 게이트 드레인간 기생용량(Cgd)에 의해 소정량 전압강하가 발생되며 이렇게 전압 강하되는 변화량을 ΔVp(kick-back 전압 또는 feed-through 전압)이라 하며, 상기 게이트 드레인간 기생용량(Cgd)이 증가하면 이러한 ΔVp가 증가하게 된다.
이러한 ΔVp가 증가하게 되면 플리커 또는 수직 크로스토크가 발생되어 화상의 표시품질을 저하시키는 요인이 되고 있다.
한편, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 구조 특성 상 화소의 충전용량이 타 모드 예를들면 횡전계 모드 또는 트위스트 네마틱 모드 액정표시장치용 어레이 기판 대비 훨씬 크므로 드레인 전극이 "U"자 형태를 이룸으로써 바(bar) 형태를 갖는 드레인 전극 대비 면적이 증가하여 발생되는 ΔVp 대비 화소 충전용량이 현저히 크므로 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 특성상 이렇게 ΔVp이 소정량 증가한다 하여도 플리커 등을 증가시키는 요인이 되지 않는다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은 전술한 바와같이 "U"자 형태를 갖는 채널을 이루도록 박막트랜지스터(Tr)를 구성함에 있어 데이터 배선(130)과 연결된 소스 전극(133)을 바(bar) 형태를 이루도록 그리고 이와 이격하는 드레인 전극(136)을 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 이룬다 하더라도 ΔVp 증가에 의한 플리커 또는 수직 크로스토크 생은 거의 없으며, 데이터 배선(130)의 게이트 소스간 기생용량(Cgs)은 현저히 줄어들게 되어 데이터 배선(130)의 신호지연을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 전술한 바와같은 구성을 갖는 박막트랜지스터(Tr)를 구비한 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)중 서로 마주하는 2개의 끝단 이외의 제 3 끝단 상부 표면을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 접촉하며 각 화소영역(P)별로 화소전극(150)이 형성되고 있다.
이때, 상기 어레이 기판(101)에는 상기 화소전극(150)과 대응하여 다수의 바(bar) 형태를 갖는 제 1 개구(op1)와 상기 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 제 2 개구(op2)를 구비한 투명한 공통전극(170)이 절연물질로 이루어진 제 2 보호층(미도시)을 개재하여 더욱 구비되고 있다.
이때, 도면에 있어서는 상기 화소전극(150)이 하부에 그리고 제 2 보호층(미도시)을 개재하여 상기 화소전극(150) 상부에 공통전극(170)이 형성된 커먼 탑 구조(coommom top structure)를 이루는 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 화소전극(150)과 공통전극(170)은 서로 그 위치가 바꾸어 상기 화소전극(150)이 상기 공통전극(170) 상부에 위치하도록 형성될 수도 있다.
한편, 도면에 있어서는 상기 공통전극(170) 내부에 구비되는 다수의 바(bar) 형태를 갖는 제 1 개구(op2)는 각 화소영역(P) 내부에서 곧은 직선의 바(bar) 형태를 이루고 있음을 일례로 보이고 있지만, 상기 다수의 제 1 개구(op1)는 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 형태를 가짐으로써 하나의 화소영역(P) 내에 서로 다른 도메인 영역을 이루도록 형성될 수도 있다.
이렇게 하나의 화소영역(P) 내에서 다수의 바(bar) 형태의 제 1 개구(op1)가 방향을 달리하여 형성함으로써 이중 도메인을 구현한 것은 이를 구비한 액정표시장치에 있어 사용자의 시야각에 변화에 따른 색차를 억제하여 표시품질을 향상시키기 위함이다.
이후에는 이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 단면 구조에 대해 설명한다.
도 5는 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성된 부분을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은, 투명한 절연기판(101) 상에 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 중 선택되는 하나의 금속물질로써 제 1 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 이와 연결되어 스위칭 영역(TrA)에 게이트 전극(105)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(105) 위로 상기 기판(101) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로서 게이트 절연막(115)이 형성되어 있다.
상기 게이트 절연막(115) 위로 스위칭 영역(TrA)에 있어 상기 게이트 전극(105)에 대응하여 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(120) 상부로 서로 이격하며 전술한 바와같은 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태의 채널영역을 가지며 데이터 배선(130)에서 분기하는 소스 전극(133)이 곧은 직선의 바(bar) 형태를 이루며 드레인 전극(136)이 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 평면 구성을 갖는 소스 전극(133) 및 드레인 전극(136)이 형성되어 있다. 이때, 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136) 사이로는 상기 액티브층(120a)이 노출되고 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(115) 상부에는 상기 게이트 배선(105)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)이 제 2 방향으로 연장하며 형성되어 있다. 이때, 상기 데이터 배선(130) 하부에는 상기 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)을 이루는 동일한 물질로 제 1 및 제 2 반도체 패턴(121a, 121b)이 형성됨을 보이고 있지만, 이는 일례를 보인 것이며, 생략될 수도 있다.
한편, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(133)은 상기 데이터 배선(130)과 연결되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(130)과, 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 무기절연물질예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 중 선택되는 하나 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로서 기판(101) 전면에 제 1 보호층(140)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 보호층(140)은 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(150)이 형성되고 있다.
또한, 상기 드레인 콘택홀(150)이 구비된 상기 제 1 보호층(140) 위로 각 화소영역(P)별로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로써 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 접촉하며 판 형태의 화소전극(155)이 형성되어 있다. 이때, 단면 구조적인 변형예로서 상기 화소전극(155)은 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)과 직접 접촉하며, 상기 게이트 절연막(115) 상에 형성될 수도 있으며, 이 경우, 상기 드레인 콘택홀(143)을 갖는 상기 제 1 보호층(140)은 생략된다.
또한, 상기 화소전극(155) 위로 상기 무기절연물질 또는 상기 유기절연물질로써 기판(101) 전면에 제 2 보호층(160)이 형성되어 있으며, 상기 2 보호층(160) 위로 상기 투명도전성 물질로써 화소영역(P)들로 이루어진 표시영역 전면에 대해 판 형태의 공통전극(170)이 형성되어 있다. 이때, 상기 공통전극(170)은 각 화소영역(P)에 형성된 각 화소전극(155)에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 제 1 개구(op1)가 형성되고 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예의 경우, 도면에 있어서는 각 화소영역(P)별로 상기 공통전극(170) 내에 상기 바(bar) 형태의 제 1 개구(op1)가 서로 동일 간격으로 이격하며 2개 구성되어 있는 것으로 도시되고 있지만, 효율적인 프린지 필드 형성을 위해 상기 각 화소영역(P)에 대응되는 개구부(op)는 2개 내지 10개 정도의 범위 내에서 적당한 개수로 다양하게 변형되며 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)에서는 하나의 화소영역(P)에 하나의 데이터 배선(130)이 배치된 구성을 갖는 것을 일례로 보이고 있지만, 데이터 구동 IC 수를 줄이기 위해 데이터 배선을 2개 또는 3개의 화소영역에 하나씩 배치되며 대신 게이트 배선의 개수를 2배 내지 3배로 늘린 DRD(double rate drive) 또는 TRD(triple rate drive) 구조를 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에도 적용될 수 있음은 자명하다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 구성에 대해 간단히 도면없이 설명한다.
서로 교차하며 게이트 배선과 데이터 배선이 구비되고 있으며, 제 1 실시예와 차별점이 있는 부분은 상하로 서로 이웃하는 화소영역 사이에는 3개의 게이트 배선이 이격하며 형성되고 있다는 것과, 데이터 배선이 좌우로 이웃한 3개의 화소영역을 하나의 그룹으로 하여 각 그룹마다 하나씩 형성되고 있는 구성을 갖는 것이다.
따라서, 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 의해 둘러싸인 영역에는 실질적으로 하나의 그룹을 이루는 3개의 화소영역이 구비되고 있으며, 이들 3개의 화소영역에는 각각 상기 3개의 게이트 배선 중 어느 하나의 게이트 배선과 연결된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상부에 상기 게이트 전극에 대응하여 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 서로 이격하는 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층과, 상기 반도체층 상부에서 상기 데이터 배선과 연결된 바(bar) 형태의 소스 전극과 이와 이격하며 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 갖는 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터가 구비되고 있다.
이러한 각 화소영역과 각각 연결되는 박막트랜지스터는 전술한 제 1 실시예와 동일한 평면구성을 가지므로 그 설명은 생략한다.
한편, 각 화소영역에는 각 화소영역별로 판 형태의 화소전극이 형성되고 있으며, 상기 화소전극과 절연물질로 이루어진 보호층을 개재하여 공통전극이 구비되고 있다. 이때, 상기 공통전극 또는 화소전극 중 어느 하나의 전극에는 일정간격 이격하며 다수의 바(bar) 형태를 갖는 제 1 개구가 구비되고 있다.
이때, 상기 다수의 제 1 개구는 게이트 배선의 연장방향으로 그 장축을 갖는 형태를 이루며 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 소정의 각을 이루며 대칭적으로 비스듬한 형태를 이루거나, 또는 각 화소영역 내에서 동일한 일방향으로 형성될 수도 있으며, 또는 제 1 실시예와 동일하게 상기 데이터 배선과 나란한 방향으로 장축이 배열될 수도 있으며, 각 화소영역에서 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구성을 이룰 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은 하나의 데이터 배선에서 상기 게이트 배선이 연장한 방향으로 동일한 라인에 구비되는 연속된 3개의 화소영역으로 각각 분기하여 3개의 소스 전극이 형성되는 구성을 이룸으로서 하나의 데이터 배선에서 하나의 화소영역으로 분기하여 소스 전극이 형성되는 제 1 실시예 대비 하나의 데이터 배선에서 동일한 라인에 위치하는 화소영역으로 분기하는 소스 전극의 수가 3배가 되므로 최종적으로는 이러한 소스 전극의 수 증가로 인해 제 1 실시예 대비 데이터 배선에 3배 이상의 부하가 걸리게 됨을 알 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 TRD 구조 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어, 종래와 같이 소스 전극(도 3의 84)이 "U"자 또는 회전한 "U"자 형태를 이루는 경우, 게이트 소스간 기생용량(Cgs)은 현저히 증가하게 됨을 알 수 있다.
하지만, 전술한 바와같이, 상기 소스 전극을 상기 게이트 전극과 중첩하는 부분이 곧은 직선의 바(bar) 형태를 갖도록 형성하고, 드레인 전극을 "U"자 또는 회전한 "U"자 형태를 이루도록 하여 최종적으로 박막트랜지스터의 채널영역이 "U"자 또는 회전한 "U"자 형태를 이루도록 함으로써 데이터 배선에 영향을 주는 게이트 소스간 기생용량(Cgs)을 줄임으로써 상기 데이터 배선의 신호지연을 억제한 것이 특징이다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 TRD 구조 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은 그 이외의 구성요소는 전술한 제 1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 있어서는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)에 대해서면 일례로 보이고 있지만, 데이터 배선(130)에서 분기한 소스 전극(133)이 직선의 바(bar) 형태를 갖고, 이와 이격하는 드레인 전극(136)이 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 이루어 채널영역이 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터(Tr)는 각 화소영역(P)에 판 형태의 화소전극(미도시)만이 구비되는 트위스트 네마틱 모드 액정표시장치용 어레이 기판(미도시), 각 화소영역(P)에 나란하게 이격하며 서로 교대하는 바(bar) 형태의 화소전극(미도시)과 바(bar) 형태의 공통전극(미도시)이 구비되는 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판(미도시)에도 적용될 수 있음은 자명하다 할 것이며, 나아가 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
101 : 어레이 기판
103 : 게이트 배선
105 : 게이트 전극
120 : 반도체층
120a : 액티브층
120b : 오믹콘택층
130 : 데이터 배선
133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극
143 : 드레인 콘택홀
150 : 화소전극
170 : 공통전극
op1, op2 : 제 1 및 제 2 개구
P : 화소영역
Tr : 박막트랜지스터
103 : 게이트 배선
105 : 게이트 전극
120 : 반도체층
120a : 액티브층
120b : 오믹콘택층
130 : 데이터 배선
133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극
143 : 드레인 콘택홀
150 : 화소전극
170 : 공통전극
op1, op2 : 제 1 및 제 2 개구
P : 화소영역
Tr : 박막트랜지스터
Claims (6)
- 화소영역이 정의된 기판 상에 일 방향으로 연장하며 형성된 게이트 배선과;
상기 게이트 배선과 연결된 게이트 전극과;
상기 게이트 전극 위로 전면에 형성된 게이트 절연막과;
상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하며 형성된 데이터 배선과;
상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 반도체층과;
상기 반도체층 위로 3개의 끝단을 가지고 형성되며, 상기 3개의 끝단 중 2개의 끝단이 서로 이격하여 마주하는 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태로 함입부를 가지며 상기 게이트 전극과 중첩되고, 나머지 하나의 끝단이 상기 서로 이격하여 마주하는 “U”자 형태의 끝단과 연결되며 이와 반대측으로 연장 형성되고 상기 게이트 전극과 중첩되지 않는 드레인 전극과, 상기 드레인 전극과 이격하며 상기 데이터 배선에서 분기하여 바(bar) 형태를 가지며 그 일 끝단이 상기 드레인 전극의 함입부에 삽입되며 형성된 소스 전극과;
상기 드레인 전극과 접촉하며 상기 각 화소영역에 형성된 화소전극
을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항에 있어서,
상기 화소전극의 하부 또는 상부에 절연막을 개재하여 형성된 공통전극을 포함하며, 상기 화소전극 또는 공통전극에는 각 화소영역별로 바(bar) 형태를 가지며 일정간격 이격하는 다수의 제 1 개구가 형성된 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 어레이 기판은,
상기 데이터 배선의 연장방향으로 이웃한 화소영역 사이에는 3개의 게이트 배선이 연속적으로 배치되며, 상기 게이트 배선이 연장하는 방향으로 연속된 3개의 화소영역을 하나의 그룹으로 하여 상기 그룹마다 하나의 데이터 배선이 형성되며, 상기 동일 그룹에 속한 3개의 화소영역은 각각 하나의 동일한 데이터 배선과 연결된 상기 소스 전극이 구비되며 상기 3개의 게이트 배선 각각과 연결된 상기 게이트 전극이 구비된 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 2 항에 있어서,
상기 다수의 제 1 개구는 그 장축이 상기 데이터 배선이 연장하는 방향으로 배치되며, 상기 다수의 제 1 개구는 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 형태를 이루는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 2 항에 있어서,
상기 다수의 제 1 개구는 그 장축이 상기 게이트 배선이 연장하는 방향으로 배치되며, 상기 게이트 배선과 제 1 각도를 이루며 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 각 화소영역의 상부와 하부에서 서로 반대 방향으로 비스듬이 배치된 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 게이트 전극과:
상기 게이트 전극 위로 형성된 게이트 절연막과;
상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 반도체층과;
상기 반도체층 위로 3개의 끝단을 가지고 형성되며, 상기 3개의 끝단 중 2개의 끝단이 서로 이격하여 마주하는 "U"자 형태 또는 회전한 "U"자 형태로 함입부를 가지며 상기 게이트 전극과 중첩되고, 나머지 하나의 끝단이 상기 서로 이격하여 마주하는 “U”자 형태의 끝단과 연결되며 이와 반대측으로 연장 형성되고 상기 게이트 전극과 중첩되지 않는 드레인 전극과, 상기 드레인 전극과 이격하며 바(bar) 형태를 가지며 그 일 끝단이 상기 드레인 전극의 함입부에 삽입되며 형성된 소스 전극을 포함하는 박막트랜지스터.
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