KR102349592B1 - 박막트랜지스터, 어레이 기판 및 이를 포함하는 반사형 표시장치 - Google Patents

박막트랜지스터, 어레이 기판 및 이를 포함하는 반사형 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 게이트 전극과; 상기 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상에서 상기 게이트 전극에 대응되는 p+층과; 상기 p+층을 덮는 반도체층과; 상기 반도체층 상에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터, 이를 포함하는 어레이 기판 및 반사형 표시장치를 제공한다.

Description

박막트랜지스터, 어레이 기판 및 이를 포함하는 반사형 표시장치{Thin film transistor, Array substrate and Reflective display device including the same}
본 발명은 반사형 표시장치에 관한 것으로, 특히 응답속도가 향상된 박막트랜지스터 및 어레이 기판과 이를 포함하여 우수한 표시품질을 갖는 반사형 표시장치에 관한 것이다.
사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 유기발광다이오드표시장치(organic light emitting diode display device : OELD) 등과 같은 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이와 같은 표시장치는 그 내부에 광원을 필요로 한다. 예를 들어, 액정표시장치는 액정패널 하부에 백라이트 유닛을 배치하고 백라이트 유닛으로부터의 빛에 대한 액정패널의 투과율을 조절함으로써 영상을 구현하게 된다.
그러나, 백라이트 유닛의 구동을 위해 소비 전력이 증가하는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해 반사형 표시장치가 제안되었다.
도 1은 종래 반사형 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반사형 표시장치(10)는 다수의 화소영역이 정의된 제 1 기판(10), 제 1 기판(10)과 마주하는 제 2 기판(80)과, 제 1 및 제 2 기판(10, 80) 사이에 위치하는 반사전극(40), 컬러필터층(42), 전기변색층(60), 전해질층(70), 카운터 전극(84) 및 투명 전극(82)을 포함한다. 제 1 및 제 2 기판(10, 80) 각각은 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
또한, 각 화소영역을 구동하기 위한 박막트랜지스터(Tr)가 반사전극(40)에 연결되며 상기 제 1 기판(10) 상에 위치한다.
보다 구체적으로, 제 1 기판(10) 상에 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 교차하여 화소영역을 정의하고, 박막트랜지스터(Tr)는 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결된다.
박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(12), 반도체층(20), 소스 전극(30), 드레인 전극(32)을 포함한다. 이때, 게이트 전극(12)과 반도체층(20) 사이에는 게이트 절연막(14)이 위치한다. 게이트 절연막(14)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(12)은 게이트 배선에 연결되고, 소스 전극(30)은 데이터 배선에 연결된다. 게이트 전극(12), 소스 전극(30), 드레인 전극(32) 각각은 알루미늄, 구리와 같은 저저항 금속물질로 이루어질 수 있다.
반도체층(20)은 게이트 절연막(14) 상에 위치하며 게이트 전극(12)과 중첩한다. 반도체층(20)은 산화물 반도체 물질로 이루어진다. 이와 달리, 반도체층(20)은 순수 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon)으로 이루어지는 액티브층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘(impurity-doped amorphous silicon)으로 이루어지는 오믹콘택층(미도시)의 적층 구조를 가질 수도 있다.
소스 전극(30)과 드레인 전극(32)은 서로 이격하며 반도체층(20) 상에 위치한다.
박막트랜지스터(Tr)를 덮고 드레인 전극(32)을 노출하는 드레인 콘택홀(36)을 갖는 보호층(34)이 형성된다.
예를 들어, 보호층(34)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 이루어질 수 있다. 또한, 보호층(34)과 소스 및 드레인 전극(30, 32) 사이에는 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어지는 절연층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
반사전극(40)은 드레인 콘택홀(36)을 통해 드레인 전극(32)에 연결되며 보호층(34) 상에 형성된다.
박막트랜지스터(Tr), 반사전극(40)이 형성된 제 1 기판(10)은 반사형 표시장치(1)의 어레이 기판을 구성한다.
어레이 기판은 반사전극(40) 상에 위치하는 컬러필터층(42)을 더 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나, 컬러필터층(42)은 적색, 녹색 및 청색 화소영역 각각에 대응하여 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴을 포함한다.
또한, 어레이 기판은 컬러필터층(42) 상에 위치하는 전기변색층(60)을 더 포함할 수 있다. 전기변색층(60)은 전기변색입자(62, electrochromic particle, ECP)를 포함한다. 예를 들어, 전기변색입자(62)는 코어(미도시)와 코어를 덮고 전기변색물질로 이루어지는 쉘(미도시)의 구조를 갖는다.
전기변색입자(62)는 전압에 따라 광 흡수 정도를 달리하여, 전기변색층(60)이 투명 또는 차광 특성을 갖게 한다.
전기변색층(60) 상에는 전해질층(70)이 위치한다. 예를 들어, 전해질층(70)은 고체 전해질로 이루어질 수 있다.
전기변색층(60) 상에는 투명 전극(82)과 카운터 전극(84)이 형성된 제 2 기판(80)이 위치한다.
투명 전극(82)은 ITO 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 카운터 전극(84)은 투명 전극(82)과 전해질층(70) 사이에 위치한다. 카운터 전극(84)은 전기변색입자(62)에서의 산화-환원 반응이 원활하게 일어나도록 하기 위해 형성된다.
이와 같은 구조의 반사형 표시장치(1)에서는, 전압 인가에 따른 전기변색입자(62)의 광흡수 정도(또는 투과도) 변화와 반사전극(40)에서의 반사에 의해 영상을 구현하게 된다.
그런데, 종래 반사형 표시장치는 응답속도가 느려 표시장치의 표시품질이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은, 전기변색입자를 이용하는 반사형 표시장치에서의 낮은 응답속도 문제를 해결하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 게이트 절연막과 반도체층 사이에 위치하는 p+층을 포함하는 박막트랜지스터를 제공한다.
또한, 본 발명은 박막트랜지스터를 포함하여 구성되는 어레이 기판과 반사형 표시장치를 제공한다.
본 발명의 박막트랜지스터는 게이트 절연막과 액티브층 사이에 위치하는 p+층을 포함하며 이에 따라 박막트랜지스터의 온-전류(on-current)가 증가한다.
또한, p+층에는 소스 전극에서 드레인 전극 방향, 즉 채널 방향으로 연장되는 홈이 형성됨으로써 박막트랜지스터의 온-전류가 더욱 증가한다.
이에 따라, 상기 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 기판에서, 반사전극의 충전비(charging ratio)가 향상된다. 또한, 상기 어레이 기판을 포함하는 반사형 표시장치의 응답 속도가 증가하며 표시품질이 향상된다.
도 1은 종래 반사형 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사형 표시장치의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 절단선 III-III에 대한 개략적인 단면도이다.
도 4a는 종래 박막트랜지스터에서 전류 분포의 시뮬레이션 결과이고, 도 4b는 본 발명에 따른 박막트랜지스터에서 전류 분포의 시뮬레이션 결과이다.
도 5a 및 도 5b는 박막트랜지스터의 온-전류 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 반사형 표시장치의 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 6의 절단선 VII-VII에 대한 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 6의 절단선 VIII-VIII에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1에서 보여지는 바와 같이, 전기변색입자를 이용하는 반사형 표시장치(1)에 일반적인 액정표시장치의 박막트랜지스터가 이용되고 있다.
그런데, 전압 구동 방식인 액정표시장치와 달리 반사형 표시장치는 전류 구동 방식이며, 이에 따라 일반적인 박막트랜지스터를 이용하는 경우 전기변색입자에 충분한 전류가 공급되지 못하고 반사형 표시장치가 충분한 응답속도를 구현할 수 없다.
이에 따라, 반사형 표시장치의 표시 품질 저하 문제가 발생한다.
이와 같은 문제의 해결을 위해, 본 발명은, 게이트 전극과; 상기 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상에서 상기 게이트 전극에 대응되는 p+층과; 상기 p+층을 덮는 반도체층과; 상기 반도체층 상에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 제공한다.
본 발명의 박막트랜지스터에 있어서, 상기 반도체층은 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 n+층을 포함하며, 상기 액티브층은 상기 p+층과 상기 n+층 사이에 위치한다.
본 발명의 박막트랜지스터에 있어서, 상기 p+층은 400Å보다 작은 두께를 갖는다.
본 발명의 박막트랜지스터에 있어서, 상기 p+층은 100Å~300Å의 두께를 갖는다.
본 발명의 박막트랜지스터에 있어서, 상기 p+층은 상기 반도체층보다 작은 면적을 갖는다.
상기 p+층은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 연결하는 방향을 따라 연장되는 홈을 갖는다.
본 발명의 박막트랜지스터에 있어서, 상기 홈의 길이는 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 간 거리와 같거나 이보다 크다.
다른 관점에서, 본 발명은, 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 위치하는 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선에 연결되는 전술한 박막트랜지스터와; 상기 드레인 전극에 연결되는 반사전극을 포함하는 어레이 기판을 제공한다.
본 발명의 어레이 기판은, 상기 반사전극 상에 위치하는 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 위치하는 전기변색층을 더 포함한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은, 전술한 어레이 기판과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 전기변색층과 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 전해질층과; 상기 전해질층과 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 투명 전극과; 상기 투명 전극과 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 카운터 전극을 포함하는 반사형 표시장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사형 표시장치의 개략적인 평면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사형 표시장치(100)는 제 1 기판(101)과, 제 1 방향으로 연장되는 게이트 배선(112)과, 제 2 방향으로 연장되어 게이트 배선(112)과 교차함으로써 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)과, 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(130)에 연결된 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 반사전극(140)이 구비된 어레이 기판을 포함한다.
도시하지 않았으나, 반사형 표시장치(100)는 반사전극(140) 상에 위치하는 컬러필터층과, 컬러필터층 상에 위치하는 전기변색층과, 제 1 기판과 마주하며 투명 전극과 카운터 전극이 형성된 제 2 기판과, 전기변색층과 카운터 전극 사이에 위치하는 전해질층을 더 포함한다.
박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(104)과, 게이트 절연막(미도시)과, p+층(110)과, 반도체층(120)과, 소스 전극(132)과, 드레인 전극(134)을 포함한다. 이때, 게이트 전극(104)은 게이트 배선(102)에 연결되고, 소스 전극(132)은 데이터 배선(130)에 연결된다. 예를 들어, 게이트 전극(104)은 게이트 배선(102)에서 연장되고, 소스 전극(132)은 데이터 배선(130)에서 연장될 수 있다.
도 2에서 소스 전극(132)이 바 형상인 것이 보여지고 있으나, 소스 전극(132)은 "U" 형상을 가질 수도 있다.
p+층(110)은 게이트 절연막 상에 위치하며 게이트 전극(104)에 대응되고, 반도체층(120)은 p+층(110) 상에 위치한다. 즉, p+층(110)은 게이트 절연막과 반도체층(120) 사이에 위치한다. p+층(110)은 소스 전극(132)와 드레인 전극(134) 간 사이 영역보다 큰 면적을 가질 수 있고, 반도체층(120)보다 작은 면적을 가지며 이와 완전히 중첩할 수 있다.
반도체층(120)은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있고, p+층(110)은 비정질 실리콘에 p형 불순물이 도핑되어 이루어질 수 있다. 예를 들어 p형 불순물은 붕소, 알루미늄, 갈륨 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
반도체층(120)은 순수 비정질 실리콘의 액티브층(미도시)과 n형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘의 n+층(미도시)을 포함할 수 있고, 이때, 액티브층은 p+층(110)과 n+층 사이에 위치한다.
p+층(110)은 게이트 절연막과 액티브층 사이에서 정공에 대한 버퍼층 역할을 한다. 즉, p형 불순물이 도핑된 p+층(110)의 표면에 정공이 쌓이게 되고, 이에 따라 게이트 전극(104)에 전압이 인가되면 전자를 당기는 힘이 증가된다. 따라서, 유도되는 전자의 양이 증가하며 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류가 증가한다.
소스 전극(132)과 드레인 전극(134)은 반도체층(120) 상에서 서로 이격되어 위치한다. n+층은 소스 및 드레인 전극(132, 134) 각각과 액티브층 사이에 위치하여 이들이 오믹 콘택되도록 한다.
반사전극(140)은 화소영역(P)에 위치하며 드레인 콘택홀(138)을 통해 드레인 전극(134)에 연결되고, 데이터 배선(130)을 통해 공급되는 신호가 반사전극(140)에 인가된다.
전압 구동 방식의 표시장치, 예를 들어 액정표시장치와 달리 전기변색층과 전해질층을 포함하는 반사형 표시장치는 전류 구동 방식이다. 즉, 전류 구동에 의해 전기변색층이 온/오프된다. 전기변색층의 전기변색입자는 전류가 흐르게 되면 특정 시간 동안 그 상태가 유지되는 쌍안정(bi-stable) 특성을 갖기 때문에, 박막트랜지스터의 오프-전류(off-current) 특성은 전기변색층을 포함하는 반사형 표시장치에서 중요한 요소가 아니며 박막트랜지스터의 온-전류 특성이 중요한 요소이다.
즉, 박막트랜지스터의 온-전류를 높여 전류가 전기변색입자에 효율적으로 인가되어야 전기변색입자의 투과 특성이 순조롭게 조절되어 반사형 표시장치의 응답 속도가 증가한다.
본 발명에서는, 게이트 절연막과 반도체층 사이에 p형 불순물이 도핑된 p+층(110)이 구성되며 이에 따라 박막트랜지스터의 온-전류가 증가하며 이에 따라 반사형 표시장치의 응답속도가 향상된다.
도 3은 도 2의 절단선 III-III에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(101) 상에 박막트랜지스터(Tr)가 위치한다.
구체적으로, 제 1 기판(101) 상에 게이트 전극(104)이 형성된다. 게이트 전극(104)은 게이트 배선(도 2의 102)에 연결된다. 예를 들어, 게이트 배선(102)과 게이트 전극(104)은 알루미늄, 구리와 같은 저저항 금속물질로 이루어질 수 있다.
게이트 배선(102)과 게이트 전극(104)을 덮으며 제 1 기판(101) 전면(全面)에 게이트 절연막(106)이 형성된다. 예를 들어, 게이트 절연막(106)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(106) 상에는 게이트 전극(104)에 대응되는 p+층(110)이 형성된다. 즉, p+층(110)은 게이트 전극(104)과 중첩한다.
p+층(110)은 비정질 실리콘에 p형 불순물이 도핑되어 형성된다. 예를 들어, n형 불순물은 붕소, 알루미늄, 갈륨 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
p+층(110)은 그 표면에 정공이 축적되도록 충분한 두께를 갖는 것이 바람직하며, 예를 들어 반도체층(120)을 이루는 n+층(120b)보다 큰 두께를 가질 수 있다. 그러나, p+층(110)의 두께가 너무 크면 p+층(110)이 전자 이동에 대한 배리어 역할을 하게 되어 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류가 감소하게 된다. 예를 들어, p+층(110)은 400Å보다 작은 두께를 갖고, 바람직하게는 100Å~300Å의 두께를 가질 수 있다.
반도체층(120)은 p+층(110) 상에 위치하며 게이트 전극(104)에 대응된다. 반도체층(120)은 순수 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon)으로 이루어지는 액티브층(120a)과 n형 불순물이 도핑된 n+층(120b)을 포함할 수 있다. 이때, 액티브층(120a)은 p+층(110)과 n+층(120b) 사이에 위치한다.
전술한 바와 같이, p+층(110)은 반도체층(120)보다 작은 면적을 가지며 이와 완전히 중첩될 수 있다. 만약, p+층(110)이 반도체층(120)과 동일하거나 이보다 큰 면적을 갖는 경우, p+층(110)에 의해 반도체층(120)의 단차가 증가하고 반도체층(120) 상에 형성되는 소스 전극(132)과 드레인 전극(134)의 단선 문제가 발생할 수 있다.
소스 전극(132)은 데이터 배선(도 2의 130)에 연결되며 반도체층(120) 상에 위치한다. 드레인 전극(134)은 소스 전극(132)과 이격하며 반도체층(120) 상에 위치한다. 예를 들어, 데이터 배선(130), 소스 전극(132), 드레인 전극(134)은 알루미늄, 구리와 같은 저저항 금속물질로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(104), 반도체층(120), 소스 전극(132), 드레인 전극(134)은 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다.
전술한 바와 같이, p+층(110)은 게이트 절연막(106)과 액티브층(120a) 사이에서 정공에 대한 버퍼층 역할을 한다. 즉, p형 불순물이 도핑된 p+층(110)의 표면에 정공이 쌓이게 되고, 이에 따라 게이트 전극(104)에 전압이 인가되면 전자를 당기는 힘이 증가된다. 따라서, 유도되는 전자의 양이 증가하며 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류가 증가한다.
즉, 종래 박막트랜지스터와 본 발명의 박막트랜지스터에서 전류 분포의 시뮬레이션 결과인 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 액티브층과 게이트 절연막(GI) 사이에 p+층이 형성됨으로써 전류 양이 크게 증가하였다.
U형상의 소스 전극과 막대 형상의 드레인 전극 구조의 박막트랜지스터에서, p+층이 없는 종래 박막트랜지스터(Ref)와, 본 발명에서와 같이 p+층을 포함하는 박막트랜지스터(Ex1, Ex2, Ex3)의 구동 특성을 측정하여 도 5a 및 도 5b에 도시하였고 충전(charging) 특성을 아래 표1에 기재하였다. ("Vp"는 반사전극의 전압, Vkb는 박막트랜지스터의 킥백(kickback) 전압이다.)
[표1]
Figure 112017073834399-pat00001
도 5a, 도 5b, 표1에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 박막트랜지스터(도 3의 Tr)는 게이트 절연막(106)과 반도체층(120) 사이에 위치하는 p+층(도 3의 110)을 포함함으로써, 충전비(charging ratio)가 증가한다. 즉, 박막트랜지스터의 온-전류 특성이 향상된다.
더욱이, p+층(110)의 두께가 증가하면 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류가 증가하지만, 그 두께가 너무 크면 전류 흐름의 배리어 역할을 하게 되어 온-전류 특성이 감소하게 된다. 예를 들어, p+층은 400Å보다 작은 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 100Å~300Å의 두께를 가질 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 박막트랜지스터(Tr)를 덮고 드레인 전극(134)을 노출하는 드레인 콘택홀(138)을 갖는 보호층(136)이 형성된다.
예를 들어, 보호층(136)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 이루어질 수 있다. 또한, 보호층(136)과 소스 및 드레인 전극(132, 134) 사이에는 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어지는 절연층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
반사전극(140)은 드레인 콘택홀(138)을 통해 드레인 전극(134)에 연결되며 보호층(136) 상에 형성된다. 예를 들어, 반사전극(140)은 알루미늄과 같이 반사율이 높은 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
이와 달리, 반사전극(140)은 투명 도전성 물질층과 반사층을 포함하는 다중층 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 반사전극(140)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO)층, 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금층, ITO층의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
반사전극(140) 상에 컬러필터층(150)이 형성된다. 도시하지 않았으나, 컬러필터층(150)은 각 화소영역에 대응하여 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴을 포함한다.
컬러필터층(150) 상에는 전기변색입자(162, electrochromic particle)를 포함하는 전기변색층(160)이 형성된다. 예를 들어, 전기변색입자(162)는 코어(미도시)와 코어를 덮고 전기변색물질로 이루어지는 쉘(미도시)의 구조를 갖는다.
예를 들어, 코어는 In2O3, SnO2, ZnO, ITO, ATO, IZO, TiO2 중에서 선택되는 투명 도전성 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 쉘은 전압에 따라 광 흡수 정도를 달리하여, 전기변색입자(162)가 투명 또는 차광 특성을 갖게 한다. 예를 들어, 쉘은 피리딘(pyridine) 유도체로 형성될 수 있다, 그러나, 코어와 쉘의 물질은 이에 한정되지 않는다.
전기변색층(160) 상에는 전해질층(170)이 위치한다. 예를 들어, 전해질층(170)은 이온 전도체인 이온성 염과, 가소제와, 고분자 바인더를 포함하는 고체 전해질일 수 있다. 이온성 염은 리튬(Li) 염일 수 있다.
전기변색층(160) 상에는 투명 전극(182)과 카운터 전극(184)이 형성된 제 2 기판(180)이 위치한다. 제 2 기판(180)은 대향 기판으로 지칭될 수 있다.
투명 전극(182)은 ITO 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
카운터 전극(184)은 투명 전극(182)과 전해질층(170) 사이에 위치한다. 카운터 전극(184)은 전기변색입자(162)에서의 산화-환원 반응이 원활하게 일어나도록 하기 위해 형성된다. 예를 들어, 카운터 전극(184)은 PEDOT, 페로센 화합물(예를 들어 Polyvinyl ferocene), 트리페닐 아민, 다이페닐 아민, 페녹사진계 고분자와 같은 도전성 고분자 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이와 같은 구조의 반사형 표시장치(100)에서는, 전압 인가에 따른 전기변색입자(162)의 광흡수 정도(또는 투과도) 변화와 반사전극(140)에서의 반사에 의해 영상을 구현하게 된다.
예를 들어, 반사전극(140)과 투명전극(182)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 전기변색 입자(162)는 투명한 상태를 갖고, 외부의 빛이 반사전극(140)에 의해 반사되어 컬러필터층(142)을 통과하면서 컬러영상을 표시하게 된다. 한편, 반사전극(140)과 투명전극(182)에 전압이 인가된 상태에서 전기변색 입자(162)는 불투명한 상태를 가져 외부 빛을 흡수함으로써, 반사형 표시장치(100)는 블랙 상태가 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사형 표시장치(100)에서는 게이트 절연막(106)과 반도체층(120) 사이에 위치하는 p+층(110)에 의해 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류가 증가하여 전기변색층(160)으로의 전류 공급이 원활해진다. 따라서, 반사형 표시장치(100)의 응답속도가 높아지고 표시품질이 향상된다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 반사형 표시장치의 개략적인 평면도이고, 도 7은 도 6의 절단선 VII-VII에 대한 개략적인 단면도이며, 도 8은 도 6의 절단선 VIII-VIII에 대한 개략적인 단면도이다. 도 7 및 도 8에는 박막트랜지스터의 일부 구성만이 도시되었다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사형 표시장치(200)는 제 1 기판(201)과, 제 1 방향으로 연장되는 게이트 배선(212)과, 제 2 방향으로 연장되어 게이트 배선(212)과 교차함으로써 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(230)과, 게이트 배선(212) 및 데이터 배선(230)에 연결된 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 반사전극(240)이 구비된 어레이 기판과, 제 2 기판(201)과 마주하고 투명 전극(282)과 카운터 전극(284)이 형성된 제 2 기판(280)과, 반사전극(140)과 카운터 전극(284) 사이에 배치되는 컬러필터층(250), 전기변색층(160) 및 전해질층(170)을 포함한다.
박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(204)과, 게이트 절연막(206)과, p+층(210)과, 반도체층(220)과, 소스 전극(232)과, 드레인 전극(234)을 포함한다. 이때, 게이트 전극(204)은 게이트 배선(202)에 연결되고, 소스 전극(232)은 데이터 배선(230)에 연결된다. 예를 들어, 게이트 전극(204)은 게이트 배선(202)에서 연장되고, 소스 전극(232)은 데이터 배선(230)에서 연장될 수 있다.
게이트 절연막(206)은 게이트 전극(204)을 덮고, p+층(210)은 게이트 절연막 상에 위치하며 게이트 전극(204)에 대응된다. 또한, 반도체층(220)은 p+층(210) 상에 위치하며 게이트 전극(204) 및 p+층(210)에 대응된다. 즉, p+층(210)은 게이트 절연막과 반도체층(220) 사이에 위치한다. p+층(210)은 소스 전극(232)와 드레인 전극(234) 간 사이 영역보다 큰 면적을 가질 수 있고, 반도체층(220)보다 작은 면적을 가지며 이와 완전히 중첩할 수 있다.
이때, p+층(210)에는 홈(212)이 형성된다. 즉, p+층(210)은 평탄하지 않은 상부면을 갖는다. 홈(212)은 일 방향으로 연장될 수 있다. 도 8에서 p+층(210)은 물결 형상의 상부면을 갖는 것이 보여지고 있으나, 그 형상은 한정되지 않는다. 예를 들어, p+층(210)의 상부면은 프리즘 형상을 가질 수도 있다.
p+층(210)은 비정질 실리콘에 p형 불순물이 도핑되어 형성된다. 예를 들어, n형 불순물은 붕소, 알루미늄, 갈륨 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
p+층(210)은 그 표면에 정공이 축적되도록 충분한 두께를 갖는 것이 바람직하며, 예를 들어 반도체층(220)을 이루는 n+층(220b)보다 큰 두께를 가질 수 있다. 그러나, p+층(210)의 두께가 너무 크면 p+층(210)이 전자 이동에 대한 배리어 역할을 하게 되어 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류가 감소하게 된다. 예를 들어, p+층(210)의 두께(홈(212)이 형성되지 않은 부분)는 400Å보다 작을 수 있고, 바람직하게는 100Å~300Å의 범위일 수 있다.
반도체층(220)은 순수 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon)으로 이루어지는 액티브층(220a)과 n형 불순물이 도핑된 n+층(220b)을 포함할 수 있다. 이때, 액티브층(220a)은 p+층(210)과 n+층(220b) 사이에 위치한다.
반도체층(220)은 p+층(210)의 홈(212)을 덮으며 형성되기 때문에, 반도체층(220), 즉 액티브층(220a)의 하부면에는 홈(212)과 평행하게 연장된 홈(212) 또는 돌출부가 형성된다.
전술한 바와 같이, p+층(210)은 반도체층(220)보다 작은 면적을 가지며 이와 완전히 중첩될 수 있다. 만약, p+층(210)이 반도체층(220)과 동일하거나 이보다 큰 면적을 갖는 경우, p+층(210)에 의해 반도체층(220)의 단차가 증가하고 반도체층(220) 상에 형성되는 소스 전극(232)과 드레인 전극(234)의 단선 문제가 발생할 수 있다.
소스 전극(232)은 데이터 배선(230)에 연결되며 반도체층(220) 상에 위치한다. 드레인 전극(234)은 소스 전극(232)과 이격하며 반도체층(220) 상에 위치한다. 예를 들어, 데이터 배선(230), 소스 전극(232), 드레인 전극(234)은 알루미늄, 구리와 같은 저저항 금속물질로 이루어질 수 있다.
p+층(210)에 형성되는 홈(212)은 소스 전극(232)과 데이터 배선(230)을 연결하는 방향을 따라 연장된다. 이에 따라, 홈(212)은 전류 흐름의 가이드 역할을 할 수 있으며, 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류 특성이 더욱 향상된다. 만약, 홈(212)이 소스 전극(232)과 데이터 배선(230)을 연결하는 방향에 수직하게 연장되는 경우 홈(212)에 의한 요철은 전류 흐름을 방해하게 될 수 있고, 홈(212)에 의해 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류 특성이 감소할 수 있다.
홈(212)은 소스 전극(232)과 드레인 전극(234) 하부에 형성될 수 있다. 즉, 홈(212)의 길이는 소스 전극(232)과 드레인 전극(234) 사이 거리보다 클 수 있다. 이와 달리, 홈(212)에 의한 단차를 없애기 위해, 홈(212)의 길이는 소스 전극(232)과 드레인 전극(234) 사이 거리와 실질적으로 동일하여 소스 전극(232)과 드레인 전극(234) 사이에만 형성될 수도 있다.
게이트 전극(204), 반도체층(220), 소스 전극(232), 드레인 전극(234)은 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다.
박막트랜지스터(Tr)를 덮고 드레인 전극(234)을 노출하는 드레인 콘택홀(238)을 갖는 보호층(236)이 형성된다.
예를 들어, 보호층(236)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 이루어질 수 있다. 또한, 보호층(236)과 소스 및 드레인 전극(232, 234) 사이에는 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어지는 절연층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
반사전극(240)은 드레인 콘택홀(238)을 통해 드레인 전극(234)에 연결되며 보호층(236) 상에 형성된다. 예를 들어, 반사전극(240)은 알루미늄과 같이 반사율이 높은 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
이와 달리, 반사전극(240)은 투명 도전성 물질층과 반사층을 포함하는 다중층 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 반사전극(240)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO)층, 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금층, ITO층의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
반사전극(240) 상에 컬러필터층(250)이 형성된다. 도시하지 않았으나, 컬러필터층(250)은 각 화소영역에 대응하여 적색, 녹색 및 청색 컬러필터패턴을 포함한다.
컬러필터층(250) 상에는 전기변색입자(262, electrochromic particle)를 포함하는 전기변색층(260)이 형성된다. 예를 들어, 전기변색입자(262)는 코어(미도시)와 코어를 덮고 전기변색물질로 이루어지는 쉘(미도시)의 구조를 갖는다.
예를 들어, 코어는 In2O3, SnO2, ZnO, ITO, ATO, IZO, TiO2 중에서 선택되는 투명 도전성 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 쉘은 전압에 따라 광 흡수 정도를 달리하여, 전기변색입자(262)가 투명 또는 차광 특성을 갖게 한다. 예를 들어, 쉘은 피리딘(pyridine) 유도체로 형성될 수 있다, 그러나, 코어와 쉘의 물질은 이에 한정되지 않는다.
전기변색층(260) 상에는 전해질층(270)이 위치한다. 예를 들어, 전해질층(270)은 이온 전도체인 이온성 염과, 가소제와, 고분자 바인더를 포함하는 고체 전해질일 수 있다. 이온성 염은 리튬(Li) 염일 수 있다.
전기변색층(260) 상에는 투명 전극(282)과 카운터 전극(284)이 형성된 제 2 기판(280)이 위치한다. 제 2 기판(280)은 대향 기판으로 지칭될 수 있다.
투명 전극(282)은 ITO 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
카운터 전극(284)은 투명 전극(282)과 전해질층(270) 사이에 위치한다. 카운터 전극(284)은 전기변색입자(262)에서의 산화-환원 반응이 원활하게 일어나도록 하기 위해 형성된다. 예를 들어, 카운터 전극(284)은 PEDOT, 페로센 화합물(예를 들어 Polyvinyl ferocene), 트리페닐 아민, 다이페닐 아민, 페녹사진계 고분자와 같은 도전성 고분자 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이와 같은 구조의 반사형 표시장치(200)에서는, 전압 인가에 따른 전기변색입자(262)의 광흡수 정도(또는 투과도) 변화와 반사전극(240)에서의 반사에 의해 영상을 구현하게 된다.
예를 들어, 반사전극(240)과 투명전극(282)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 전기변색 입자(262)는 투명한 상태를 갖고, 외부의 빛이 반사전극(240)에 의해 반사되어 컬러필터층(242)을 통과하면서 컬러영상을 표시하게 된다. 한편, 반사전극(240)과 투명전극(282)에 전압이 인가된 상태에서 전기변색 입자(262)는 불투명한 상태를 가져 외부 빛을 흡수함으로써, 반사형 표시장치(200)는 블랙 상태가 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사형 표시장치(200)에서는 게이트 절연막(206)과 반도체층(220) 사이에 위치하는 p+층(210)에 의해 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류가 증가하여 전기변색층(260)으로의 전류 공급이 원활해진다.
또한, p+층(210)이 소스 전극(232)과 드레인 전극(234)을 연결하는 방향을 따라 연장된 홈(212)을 포함함으로써, 박막트랜지스터(Tr)의 온-전류가 더욱 증가한다.
따라서, 반사형 표시장치(200)의 응답속도가 높아지고 표시품질이 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200: 반사형 표시장치 101, 201: 제 1 기판
102, 202: 게이트 배선 104, 204: 게이트 전극
106, 206: 게이트 절연막 110, 210: p+층
120, 220: 반도체층 120a, 220a: 액티브층
120b, 220b: n+층 132, 232: 소스 전극
134, 234: 드레인 전극 140, 240: 반사전극
150, 250: 컬러필터층 160, 260: 전기변색층
162, 262: 전기변색입자 170, 270: 전해질층
180, 280: 제 2 기판 182, 282: 투명전극
184: 카운터전극 212: 홈

Claims (11)

  1. 게이트 전극과;
    상기 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막과;
    상기 게이트 절연막 상에서 상기 게이트 전극에 대응되는 p+층과;
    상기 p+층을 덮는 반도체층과;
    상기 반도체층 상에서 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
    상기 p+층은 표면에 다수의 홈을 갖는 박막트랜지스터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체층은 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 n+층을 포함하며, 상기 액티브층은 상기 p+층과 상기 n+층 사이에 위치하는 박막트랜지스터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 p+층은 400Å보다 작은 두께를 갖는 박막트랜지스터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 p+층은 100Å~300Å의 두께를 갖는 박막트랜지스터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 p+층은 상기 반도체층보다 작은 면적을 갖는 박막트랜지스터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 홈 각각은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 연결하는 방향을 따라 연장되는 박막트랜지스터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 홈 각각의 길이는 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 간 거리와 같거나 이보다 큰 박막트랜지스터.
  8. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 위치하는 게이트 배선과;
    상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선에 연결되는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 박막트랜지스터와;
    상기 드레인 전극에 연결되는 반사전극을 포함하는 어레이 기판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사전극 상에 위치하는 컬러필터층과;
    상기 컬러필터층 상에 위치하는 전기변색층을 더 포함하는 어레이 기판.
  10. 제 9 항의 어레이 기판과;
    상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과;
    상기 전기변색층과 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 전해질층과;
    상기 전해질층과 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 투명 전극과;
    상기 투명 전극과 상기 전해질층 사이에 위치하는 카운터 전극
    을 포함하는 반사형 표시장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 p+층의 두께는 상기 n+층의 두께보다 큰 박막트랜지스터.
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