KR19990085237A - 평면 구동 방식의 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

투명한 절연 기판 위에 가로 방향의 게이트선, 게이트 전극, 및 게이트선의 끝에 게이트 패드로 이루어진 게이트 배선과 화소 영역 내에 다수의 공통 전극 및 이들을 연결하는 공통 전극선으로 이루어진 공통 배선이 형성되어 있다. 게이트 절연막을 통하여 절연된 게이트선과 교차하여 화소 영역을 정의하는 제1 데이터선, 소스/드레인 전극, 데이터 패드 및 공통 전극과 평행하게 일정한 간격으로 마주하는 화소 전극으로 이루어진 제1 데이터 배선이 형성되어 있다. 보호막에 형성되어 있는 접촉 창들을 통하여 제1 데이터선, 제1 데이터 패드 및 게이트 패드와 각각 연결되어 있는 제2 데이터선, 제2 데이터 패드 및 보조 게이트 패드로 이루어진 제2 데이터 배선이 형성되어 있다. 여기서, 제1 또는 제2 데이터선과 이에 인접한 공통 전극은 서로 중첩되어 화소 영역의 경계에서 누설되는 빛을 차단한다. 이렇게 이중으로 데이터선을 형성하면 이들의 단선을 방지할 수 있고, 제2 데이터선으로 누설되는 빛을 차단하는 경우에 이들 사이에는 보호막 및 게이트 절연막이 형성되어 있으므로 이들의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 패드부를 이중으로 형성하고 상부의 패드는 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 ITO로 형성하여 신뢰성을 확보할 수 있으며. 제1 또는 제2 데이터선과 공통 전극이 블랙 매트릭스의 기능을 대신하므로 개구율이 향상된다.

Description

평면 구동 방식의 액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 평면 구동 방식의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
현재 주로 사용되고 있는 액정 표시 장치로는 비틀린 네마틱(TN : twisted nematic) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다. 비틀린 네마틱 방식의 경우 두 기판에 각각 전극을 설치하고 액정 방향자가 90° 비틀리도록 배열한 다음 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하는 방식이다. 그러나, 이러한 방식의 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 문제점을 가지고 있어, 이를 대체하기 위한 평면 구동(IPS : in-plane switching) 방식의 액정 표시 장치가 개발되었다. 이에 대한 종래 기술은 미국 특허 제 5,598,285에 나타나 있다.
그러나, 상기 미국 특허 제 5,598,285에서 제시된 액정 표시 장치에는 다음과 같은 문제점들이 있다.
수평 전계를 인가하기 위한 두 전극, 즉 공통 전극과 화소 전극의 단차로 인하여 전극 위에 형성되는 배향막의 러빙이 불균일하여 이 부분에서 빛샘 현상이 나타나 대비비가 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
또한, 화소 전극에 전압을 인가하는 데이터선과 공통 전극 사이에 원하지 않는 전위차가 발생하게 되어, 이 부분에서 빛이 투과하게 되고 이러한 빛은 측면에서 직접적으로 보이게 되는데, 이것은 측면 크로스 토크(cross talk)로 나타나게 된다. 이러한 현상을 제거하기 위한 방법으로 화소 영역의 경계에 누설되는 빛을 차단하기 위해 형성되는 블랙 매트릭스(black matrix)를 넓히거나 공통 전극과 데이터선 사이의 간격을 좁히는 방법이 제시되고 있다. 그러나, 누설되는 빛을 완전히 차단하기는 어려우며, 블랙 매트릭스를 넓게 형성하는 경우에는 개구율이 저하되고 공통 전극과 데이터선의 간격을 좁히는 경우에는 두 배선이 빈번하게 단락되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 배선에 끝단에는 외부에 노출되어 신호를 전달받는 패드 부분이 있는데, 배선을 저저항의 알루미늄으로 형성하는 경우에는 노출되는 알루미늄이 쉽게 산화되어 이 부분에서 전기적인 접촉이 불량해지는 문제점을 가지고 있다.
본 발명에 과제는 평면 구동 방식의 액정 표시 장치에서 빛샘 현상을 제거하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 배선의 단선을 줄이고 데이터선과 공통 전극의 단락을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 과제는 개구율을 향상시키는 것이며, 패드 부분의 불량을 줄이는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치를 나타낸 배치도이고,
도 2는 도 1에서 II-II 선을 따라 도시한 단면도이고,
도 3은 도 1에서 박막 트랜지스터부인 III-III 선을 따라 도시한 단면도이고,
도 4 및 도 5는 도 1에서 게이트 패드 부분인 IV-IV 및 데이터 패드 부분인 V-V 선을 따라 각각 도시한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 구조를 도시한 배치도이고,
도 7은 도 6에서 VII-VII 부분을 도시한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 구조를 도시한 배치도이고,
도 9는 도 8에서 IX-IX 부분을 도시한 단면도이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 기판에는 투명한 절연 기판 위에 게이트선이 형성되어 있고, 게이트선과 제1 절연막을 통하여 절연되어 교차하는 제1 및 제2 데이터선이 형성되어 있다. 이때, 제1 및 제2 데이터선은 제2 절연막을 사이에 두고 나란히 형성되어 있으며, 이들은 제2 절연막에 형성되어 있는 제1 접촉 구멍을 통하여 서로 연결되어 있다. 또한, 게이트선과 데이터선의 교차로 정의되는 화소 영역에는 서로 일정한 간격을 두고 마주하는 공통 전극과 화소 전극이 형성되어 있으며, 제1 또는 제2 데이터선과 인접한 공통 전극은 제1 및 제2 절연막을 사이에 두고 제1 또는 제2 데이터선과 중첩되어 있다.
이러한 구조에서는 제1 또는 제2 데이터선과 이에 인접한 공통 전극은 서로 중첩되어 이 부분을 통과하는 빛을 차단하므로, 이 부분은 블랙 매트릭스의 역할을 대신한다.
또한, 서로 중첩하는 공통 전극과 제1 또는 제2 데이터선 사이에는 제1 및 제2 절연막이 형성되어 있어 이들의 단락은 감소되며, 제1 및 제2 데이터선으로 형성되어 이들의 단선이 줄어든다.
또한, 이러한 본 발명에 따른 액정 표시 장치에는 게이트선과 제1 및 제2 데이터선이 교차하는 부분에는 게이트선과 연결되어 있는 게이트 전극, 제1 또는 제2 데이터선과 연결되어 있는 소스 전극 및 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 또한, 제1 및 제2 데이터선의 끝에 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 데이터 패드는 제2 절연막에 형성되어 있는 제2 접촉 구멍을 통하여 연결되어 있으며, 게이트선의 끝에 연결되어 있는 게이트 패드에는 제3 접촉 구멍을 통하여 보조 게이트 패드가 연결되어 있다.
이때, 제1 및 제2 데이터 패드와 게이트 패드 및 보조 게이트 패드 중에서 상부에 형성되는 패드는 전기적인 접촉의 신뢰성을 확보하기 위해서 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 ITO로 형성하는 것이 좋다.
그러면, 본 발명에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 실시예에 대하여 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치를 나타낸 배치도이며, 도 2는 도 1에서 II-II 선을 따라 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1에서 박막 트랜지스터부인 III-III 선을 따라 도시한 단면도이다. 또한 도 4 및 도 5는 도 1에서 게이트 패드 부분인 IV-IV 및 데이터 패드 부분인 V-V 선을 따라 각각 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 5에 나타난 바와 같이, 하부의 투명한 절연 기판(100) 위에 가로 방향으로 게이트선(20)이 형성되어 있고, 게이트선(20)의 끝에는 게이트 패드(22)가 형성되어 있다. 게이트선(20)의 일부는 게이트 전극(21)이 된다. 게이트선(20)과 평행하게 공통 전극선(10)이 형성되어 있으며, 화소 영역 내에는 공통 전극선(10)과 연결되어 공통 전극선(10)으로부터 공통 신호를 전달받는 서로 평행한 다수의 공통 전극(11, 12)이 세로 방향으로 형성되어 있다. 여기서, 게이트 배선(20, 21, 22)용 및 공통 배선(10, 11, 12)용 금속으로는 여러 가지 도전 물질이 이용될 수 있으며 크롬, 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 등을 이용하거나, 이들 금속을 조합한 이중층으로 형성할 수도 있다.
게이트 배선(20, 21, 22)과 공통 배선(10, 11, 12) 위를 질화 규소 등으로 이루어진 게이트 절연막(30)이 덮고 있다.
게이트 전극(21) 위의 게이트 절연막(30) 위에는 비정질 규소로 이루어진 박막 트랜지스터의 반도체층(40)이 섬 모양으로 형성되어 있고, 비정질 규소층(40) 위에는 인(P) 등으로 고농도 도핑된 비정질 규소로 이루어진 저항 접촉층(51, 52)이 게이트 전극(21)을 중심으로 양쪽으로 형성되어 있다.
저항 접촉층(51, 52) 위에는 각각 금속으로 이루어진 소스 전극(61)과 드레인 전극(62)이 형성되어 있는데, 소스 전극(61)은 게이트 절연막(30) 위에 세로 방향으로 형성되어 있는 제1 데이터선(60)과 연결되어 있으며, 드레인 전극(62)은 화소 영역 내에 공통 전극(11)과 교대로 선형으로 형성되어 있는 화소 전극(65)과 연결되어 있다. 제1 데이터선(60)의 끝에는 외부로부터 화상 신호를 전달받는 데이터 패드(63)가 형성되어 있으며, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 제1 데이터선(60)은 이와 인접한 공통 전극(12)의 안쪽에 형성되어 있다.
이때, 제1 데이터 배선(60, 61, 62, 63, 65)은 크롬 혹은 알루미늄 합금 혹은 몰리브덴 혹은 몰리브덴 합금 등의 금속층으로 형성할 수 있으며, 약 500Å 또는 그 이하의 두께로 얇게 형성하는 것이 좋다. 왜냐하면, 화소 전극(65)으로 인한 층간의 단차를 줄여 러빙 공정에서 발생하는 배향의 불균일을 억제하여 빛샘 현상을 줄일 수 있기 때문이다.
여기서 게이트 전극(21), 게이트 절연막(30), 비정질 규소층(40), 저항 접촉층(51, 52), 소스 및 드레인 전극(61, 62)은 박막 트랜지스터를 이루며, 박막 트랜지스터와 나머지 제1 데이터 배선(60, 61, 62, 63, 65)을 덮는 보호막(70)이 질화 규소 등으로 형성되어 있다.
보호막(70)에는 제1 데이터선(60)과 데이터 패드(63)의 일부를 각각 노출시키는 접촉 구멍(71, 73)이 형성되어 있으며, 또한 게이트 절연막(30) 및 보호막(70)에는 게이트 패드(22)의 일부를 노출시키는 접촉 구멍(72)이 형성되어 있다.
보호막(70) 위에는 제1 데이터 배선(60, 63)과 같은 형태로 금속 패턴이 형성되어 있으며, 보호막(70)에 형성되어 있는 접촉 구멍(71, 73)을 통해 제1 데이터 배선(60, 63)과 연결되어 있는 제2 데이터 배선(80, 83)이 형성되어 있다. 또한 게이트 패드(22) 위에도 보호막(70)과 게이트 절연막(30)에 형성되어 있는 접촉 구멍(72)을 통해 게이트 패드(22)와 연결되어 있는 보조 게이트 패드(82)가 형성되어 있다. 여기서, 도 2에 나타난 바와 같이 제2 데이터 배선(80)의 양쪽 가장자리 부분은 이에 인접한 두 개의 공통 전극(12)과 각각 중첩되어 있다. 따라서, 제2 데이터선(80) 및 이에 인접한 공통 전극(12)은 이들과 인접한 부분에서 누설되는 빛을 차단하여 블랙 매트릭스의 역할을 대신한다. 또한, 도 2에서 보는 바와 같이 제2 데이터 배선(80)과 이에 인접한 공통 전극(12) 사이에는 보호막(70) 및 게이트 절연막(30)이 형성되어 있으므로 이들 사이에서 발생하는 단락은 현저하게 감소한다. 이때, 제2 데이터선(80, 82, 83)은 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 알루미늄 합금의 단일막 또는 이들로 이루어진 복수의 막으로 형성할 수 있다. 여기서, 제2 데이터 배선(80, 82, 83) 또한 패드부를 구성하게 되므로 패드부로서 신뢰성을 가질 수 있는 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 등으로 형성하는 것이 좋다. 또한, 제2 데이터 배선(80, 82, 83)은 화소 영역 이외의 부분으로 화소 전극(65)층에 비해 두께의 제한이 적으므로 2,000 - 2,500Å 정도로 보다 두껍게 형성하여 배선의 저항을 낮춘다.
여기서, 화소 영역은 게이트선(20)과 제1 및 제2 데이터선(60, 80)의 교차로 정의되는 영역이다.
한편, 상부의 투명한 절연 기판(200) 위에는 가로 방향으로 블랙 매트릭스(90)가 형성되어 있다. 여기서, 블랙 매트릭스(90)의 양쪽 가장자리 부분은 하부 기판(100)의 공통 전극선(10)과 중첩되도록 형성되어 있다.
이때, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 세로 방향의 블랙 매트릭스는 형성하지 않아도 되므로 화소 영역에서 가로 방향의 개구부가 증가하게 되어 개구율이 향상된다.
본 발명의 제1 실시예에서는 제2 데이터선(80)을 이용하여, 공통 전극(12)과 함께 누설되는 빛을 차단하고 게이트선(20)과 교차하는 부분에서 제1 데이터선(60)이 단차로 인하여 단선되는 것을 방지하도록 하였으나, 이러한 기능은 제1 데이터선을 제2 데이터선보다 넓게 형성하여 제1 데이터선에 부여할 수도 있다.
이때, 제1 데이터선 및 이에 인접한 공통 전극을 통하여 이들의 근처에서 누설되는 빛을 차단하는 경우에는, 제2 데이터 배선은 ITO(indium tin oxide)으로 형성할 수도 있다.
또한, 상기의 실시예와 달리, 제2 데이터선을 형성할 때 화소 전극 및 소스/드레인 전극을 형성할 수도 있다. 이 경우 화소 전극의 두께는 약 500Å 이하로 형성하는 것이 빛샘을 방지하기 위한 면에서 유리하다. 한편, 이렇게 하는 경우는 화소 전극을 형성하는 금속이 패드부를 형성하게 되므로 패드부로서 신뢰성을 가질 수 있는 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 ITO 등으로 화소 전극을 형성하는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서와는 달리, 제2 데이터 배선(80, 82, 83)으로 금속층을 밑에 두고 상층을 ITO로 형성하는 경우 패드로서의 접촉 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
다음은, 제2 실시예를 통하여 제1 데이터선이 공통 전극과 함께 누설되는 빛을 차단하고 데이터선의 단선을 방지하는 기능을 가지는 경우에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 구조를 도시한 배치도이며, 도 7은 도 6에서 VII-VII 부분을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에서 박막 트랜지스터부, 게이트 패드부, 데이터 패드부 및 상부의 투명한 기판은 제1 실시예와 유사하여 이에 대한 상세한 도면은 생략하기로 한다.
대부분의 구조는 제1 실시예와 유사하지만 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 제2 데이터선(80)이 제1 데이터선(60)보다 좁게 형성되어 있다. 여기서, 제1 데이터선(60)은 접촉 구멍(71)을 통하여 제2 데이터선(80)과 연결되어 있어 제2 데이터선(80)의 단선을 방지하는 제1 부분(66)과 화소 영역의 경계에서 공통 전극(12)과 누설되는 빛을 차단하는 제2 부분(64)으로 이루어져 있다. 도 7에서 보는 바와 같이, 제2 부분(64)은 다시 두 개의 광차단용 배선(64)으로 분리되어 있으며, 이들(64)의 안쪽 부분은 보호막(70)을 사이에 두고 제2 데이터선(80)과 중첩되어 있으며, 이들의 바깥 부분은 게이트 절연막(30)을 사이에 두고 공통 전극(12)과 중첩되어 있다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 구조는 제2 데이터선(80)과 공통 전극(12) 사이 양쪽에 두 개의 광차단용 배선(64)이 있으므로 기판(100)에 대하여 비스듬하게 입사하는 빛도 완전히 차단할 수 있어 측면 크로스 토크를 효율적으로 줄이는 장점을 가진다.
한편, 화소 영역의 경계 부분에서 누설되는 빛을 차단하기 위한 방법으로는 앞에서 설명한 바와 같이 두 개의 데이터선 중 하나를 넓은 폭으로 형성하여 광차단막으로 이용하는 방법이 있지만, 두 개의 공통 전극을 인접하게 형성하는 방법도 있다. 이는 본 발명의 제3 실시예를 통하여 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 구조를 도시한 배치도이며, 도 9는 도 8에서 IX-IX 부분을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예에서 박막 트랜지스터부, 게이트 패드부, 데이터 패드부 및 상부의 투명한 기판은 제1 실시예와 유사하여 이에 대한 상세한 도면은 생략하기로 한다.
대부분의 구조는 제2 실시예와 유사하지만 도 8에서 보는 바와 같이, 제1 데이터선(60)은 제2 데이터선(80)과 게이트선(20)이 중첩하는 부분에만 형성되어 있으며, 광차단용 배선은 존재하지 않는다. 또한, 도 8 및 도 9에서 보는 바와 같이 제2 데이터선(80)에 인접한 두 개의 공통 전극(12)이 본 발명의 제1 및 제2 실시예보다 넓은 폭으로 또는 서로 인접하게 형성되어 제2 데이터선(80)과 중첩되어 있다.
이러한 본 발명의 제3 실시예에 따른 구조는 제2 데이터선(80)과 공통 전극(12) 사이에 보호막(70) 및 게이트 절연막(30)이 형성되어 있으므로 제2 데이터선(80)과 공통 전극(12)이 단락되는 것을 완전히 차단할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 실시예에서와 같이, 제1 및 제2 데이터선을 형성함으로써 배선이 단선되는 것을 방지할 수 있고, 제1 또는 제2 데이터선과 이에 인접한 공통 전극 또는 광차단막을 중첩하도록 형성함으로써 빛샘 현상을 제거할 수 있어 개구율을 향상시킬 수 있다. 또한, 패드부에 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 데이터선과 공통 전극의 단락을 방지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 투명 기판 위에 서로 평행하게 형성되어 있는 다수의 게이트선,
    상기 게이트선과 절연되어 교차하며, 제1 절연막을 사이에 두고 나란히 형성되어 있으며 상기 제1 절연막의 제1 접촉 구멍을 통하여 서로 연결되어 있는 제1 및 제2 데이터선,
    상기 게이트선과 상기 제1 및 제2 데이터선의 교차로 정의되는 화소 영역에 다수로 형성되어 있으며, 상기 화소 영역의 경계에서는 상기 제1 또는 제2 데이터선과 중첩되어 있는 공통 전극,
    상기 화소 영역 내에 상기 공통 전극과 일정 간격을 두고 마주보고 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 게이트선, 제1 또는 제2 데이터선, 화소 전극에 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극이 각각 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 데이터선과 동일한 금속층으로 형성되어 있는 제1 데이터 패드, 및
    상기 제2 데이터선과 동일한 금속층으로 형성되어 있는 제2 데이터 패드를 더 포함하며,
    상기 제1 데이터 패드와 상기 제2 데이터 패드는 상기 제1 절연막의 제2 접촉 구멍을 통하여 서로 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 및 제2 데이터 패드 중 위쪽에 형성되어 있는 층은 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 ITO로 이루어진 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 및 제2 데이터 패드 중 위쪽에 형성되어 있는 층의 상부에 ITO로 이루어진 층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 게이트선의 끝에 형성되어 있는 게이트 패드, 및
    상기 제1 또는 제2 데이터선과 같은 금속층으로 이루어져 있으며 상기 제1 절연막에 형성되어 있는 제3 접촉 구멍을 통하여 상기 게이트 패드와 연결되어 있는 보조 게이트 패드를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 보조 게이트 패드는 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 ITO로 이루어진 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 보조 게이트 패드 위에 ITO로 이루어진 층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 또는 제2 데이터선 중 적어도 하나는 상기 화소 전극과 같은 층으로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 화소 전극의 두께는 500Å 이하인 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 공통 전극과 상기 제1 또는 제2 데이터선 사이에 제2 절연막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 공통 전극과 상기 제1 또는 제2 데이터선 사이에 상기 제1 및 제2 절연막이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 공통 전극과 상기 게이트선은 동일한 금속층으로 이루어진 액정 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 제1 또는 제2 데이터선 중 하나는 상기 게이트선과 교차하는 제1 부분과 상기 공통 전극과 중첩되어 있는 제2 부분으로 분리되어 있는 액정 표시 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 게이트선과 평행하게 형성되어 있으며 다수의 상기 공통 전극을 연결하는 공통 전극선을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 게이트선 및 상기 공통 전극선과 중첩되어 있는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 액정 표시 장치.
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