KR20040055249A - 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치 - Google Patents

정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치에 관한 것으로, 상게하게는 정전기가 유입되는 박막 트랜지스터 어레이의 외곽부의 배선 폭을 얇게 형성하여 이 부분에서 정전기를 소멸시켜 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 투명 기판; 상기 투명 기판에 일방향으로 평행하게 배열한 복수개의 게이트 배선; 상기 투명 기판 외곽에 형성되어 공통 전압이 인가되는 공통전압 배선; 상기 투명 기판, 상기 게이트 배선 및 상기 공통전압 배선 상부에 상기 게이트 배선과 수직한 방향으로 평행하게 배열하고, 공통전압 배선과 중첩되는 부분은 게이트 배선과 중첩되는 부분보다 폭이 좁은 데이터 배선; 및 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차점에 형성된 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치를 제공한다.

Description

정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE FOR PREVENTING DAMAGE FROM ELECTROSTATIC CHARGE}
본 발명은 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치에 관한 것으로, 상게하게는 정전기가 유입되는 박막 트랜지스터 어레이의 외곽부의 배선 폭을 얇게 형성하여 이 부분에서 정전기를 소멸시켜 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 TFT) 기판과 컬러 필터(color filter) 기판이 액정층을 사이에 두고 합착되어 구성된다. 상기 TFT 기판에는 TFT 어레이(array)가 형성되어 있는데, TFT 어레이의 제조 공정은 박막(thin film) 증착, 사진(photolithography), 식각(etching) 및 세정(cleaning) 등의 단위 공정으로 이루어진다. 부도체인 유리를 기판으로 사용하고 반도체 물질인 실리콘을 유리 기판 표면에 박막 증착 방법으로 형성하고 이를 가공하여 TFT 등 반도체 소자를 만든다. TFT 어레이의 제조 공정은 상기의 단위 공정들을 사용하여 여러 종류의 박막을 증착하고 이를 가공하는 과정을 여러 차례 반복적으로 거친다.
액정표시장치에 사용되는 유리 기판은 절연체이기 때문에 TFT 어레이 제작 공정에서 발생되는 정전기가 유리 기판에 국소적으로 존재할 수 있다. 또한 TFT 기판을 취급하는 동안에도 정전기가 발생하여 유리 기판에 충전될 수 있다. 이러한 정전기는 종종 TFT 어레이에 손상을 주거나 정전기력에 의하여 유리 기판에 먼지입자 등이 쉽게 부착되어 TFT 어레이를 오염시켜 기판 불량을 유발한다. 이를 방지하기 위하여 TFT 어레이의 각 제조 설비와 제조 공정은 정전기 발생이 최소화되도록 조치되지만 TFT 어레이 설계에서는 이러한 정전기에 의한 손상을 예방할 수 있도록 설계되어야 한다.
도 1은 개략적인 TFT 기판을 도시한 평면도이다.
유리 기판(100) 상에 종횡으로 데이터 배선(110) 및 게이트 배선(120)이 배열하고 각 배선(110, 120)의 일단에는 패드(130)가 형성되어 있다. 상기 패드(130)에 드라이버 집적회로(미도시)가 부착되어 데이터 신호 및 게이트 신호가 인가된다. 데이터 배선(110) 및 게이트 배선(120)의 교차점에는 스위칭 소자의 역할을 하는 TFT(140)가 형성되어 액정층에 전압을 인가한다.
상기 데이터 배선(110), 게이트 배선(120) 및 TFT(140)는 설명한 바와 같이 박막 증착, 사진, 식각 공정을 반복하여 형성한다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
게이트 배선(120) 상부에 게이트 절연막(210), 소스와 드레인을 구성하는 반도체층(220) 및 데이터 배선(110)이 순차적으로 증착되고 패터닝(patterning)되어 있다.
도시된 바와 같이 각 박막은 TFT(140)를 제작하기 위하여 패터닝되기 때문에 박막은 단차를 가지고 증착된다. 따라서, 박막의 모든 부분에 대하여 두께가 일정하지 않게 된다. 도2의 B 부분과 같이 단차가 형성되는 부분은 다른 부분에 비해 두께가 얇게 증착된다.
TFT(140)는 정전기에 매우 취약하며 특히 게이트 절연막(210)은 유도된 정전기에 의해 쉽게 파괴된다.
또한, 도체인 게이트 배선(120) 및 데이터 배선(110)을 통해 정전기가 쉽게 유입된다. 데이터 배선(110)은 패터닝된 게이트 배선(120), 게이트 절연막(210) 및반도체층(220) 상부에 형성되므로 상기와 같이 얇게 증착되는 부분이 발생되고 이 부분은 정전기에 특히 취약하다. 데이터 배선(110)으로 정전기가 유입되어 얇게 증착된 데이터 배선(110)을 통과할 때 상기 부분이 단락(short)되거나 단선(open)되어 TFT가 동작하지 않게 되는 문제점이 자주 발생했었다.
따라서, 본 발명은 유입된 정전기가 실제 화면 표시 영역을 구성하는 TFT 어레이 내부로 유입되기 전에 TFT 어레이의 외곽에서 차단하여 TFT의 손상을 방지하는 것을 목적으로 한다.
기타 본 발명의 다른 목적 및 특징은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명할 것이다.
도 1은 개략적인 TFT 기판을 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 TFT 어레이를 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 C 부분을 확대하여 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 TFT 어레이를 도시한 평면도.
도 6은 정전 방지 회로의 일실시예를 나타내는 회로도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 투명 기판 110,310: 데이터 배선
120,320: 게이트 배선 130,330: 패드
140.340: TFT 210: 게이트 절연막
220: 반도체층 350: 공통전압 배선
370: 은 도트 500: 정전 방지 회로
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투명 기판; 상기 투명 기판에 일방향으로 평행하게 배열한 복수개의 게이트 배선; 상기 투명 기판 외곽에 형성되어 공통 전압이 인가되는 공통전압 배선; 상기 투명 기판, 상기 게이트 배선 및 상기 공통전압 배선 상부에 상기 게이트 배선과 수직한 방향으로 평행하게 배열하고, 공통전압 배선과 중첩되는 부분은 게이트 배선과 중첩되는 부분보다 폭이 좁은 데이터 배선; 및 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차점에 형성된 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치를 제공한다.
상기 게이트 배선은, 상기 공통전압 배선과 중첩되는 부분이 데이터 배선과중첩되는 부분보다 폭이 좁은 것이 바람직하다.
상기 게이트 배선 및 데이터 배선을 공통전압 배선과 연결하는 복수개의 정전방지 회로를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 데이터 배선 및 게이트 배선의 공통전극 배선과 중첩되는 부분의 폭은 4㎛ 이상 7㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 TFT 어레이를 도시한 평면도이다.
데이터 배선(310) 및 게이트 배선(320)이 종횡으로 배열되어 있고, 각 배선의 끝단에는 패드(330)가 형성되어 있다. 또한, TFT 어레이의 외곽에는 공통전압 배선(350)이 형성되어 은 도트(Ag dot; 370)를 통해 컬러 필터 기판의 공통 전극으로 공통 전압(Vcom)을 인가한다. 게이트 배선(320)과 데이터 배선(310)의 교차점에는 박막 트랜지스터(340)가 형성되어 액정층에 화소 전압을 인가한다.
공통전압 배선(350)이 형성된 영역은 컬러 필터 기판의 블랙 매트릭스에 가려져 실제 화면에는 나타나지 않는다. 따라서, 이 부분에는 TFT가 형성되지 않는다.
TFT 어레이에서 패드(330)가 형성된 부분에는 드라이버 집적회로(미도시)가 부착되기 때문에 이 부분으로는 정전기가 잘 유입되지 않고 패드(330)의 반대편으로 정전기가 주로 유입된다. 따라서, 종래에는 설명한 바와 같이 유입된 정전기가 TFT 어레이 내부로 침투해 TFT(340)를 파괴했었다.
도 4는 도 3의 C 부분을 확대하여 도시한 평면도이다.
데이터 배선(310)과 이를 가로지르는 공통전압 배선(350) 및 게이트 배선(320)이 도시되어 있다. 공통전압 배선(350)과 데이터 배선(310)의 교차점에는 TFT가 형성되지 않고, 게이트 배선(320)과 데이터 배선(310)의 교차점에 TFT가 형성된다. 220은 TFT의 채널(channel)을 구성하는 반도체층을 나타낸다. 이하 설명의 편의를 위해 공통전압 배선(350)과 데이터 배선(310)이 교차하는 부분을 공통전압 배선 교차부라 하겠다.
도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 공통전압 배선 교차부의 데이터 배선(310)의 폭을 다른 부분에 비하여 얇게 형성한다.
데이터 배선(310)으로 화살표 방향으로 정전기가 유입되면 상기 정전기는 TFT 어레이의 실제 화면 표시 영역으로 들어가기 전에 공통전압 배선 교차부를 지나게 된다. 공통전압 배선 교차부의 데이터 배선(310)의 폭은 다른 부분에 비해 얇게 형성되기 때문에 정전기는 이 부분을 파괴한 후 소멸한다. 즉, 유입되는 정전기의 에너지(energy)가 클 경우 정전기가 상기 중첩 부분을 통과하지 못하고 스파크(spark)를 발생하면서 상기 데이터 배선을 단선시키게 된다.
또한, 공통전압 배선(350)과 데이터 배선(310) 사이에는 게이트 절연막이 있어 하나의 캐패시터(capacitor)를 구성한다. 상기 캐패시터의 정전 용량(capacitance) C는 다음의 수학식 1에 따른다.
C=εS/d
ε은 게이트 절연막의 유전율, S는 교차하는 부분의 넓이, d는 공통전압 배선(350)과 데이터 배선(310) 사이의 거리를 의미한다.
본 발명의 실시예와 같이 데이터 배선(310)의 폭을 줄이게 되면 S가 작아져 정전 용량 C가 작아진다.
공통전압 배선(350)과 데이터 배선(310) 사이에 인가되는 전압 V는 다음의 수학식 2에 따른다.
V=Q/C
Q는 캐패시터에 충전되는 전하량이고 C는 캐패시터의 정전 용량을 의미한다.
본 발명의 실시예에서 C가 작아졌으므로 이에 반비례하는 V는 커진다.
따라서, 데이터 배선(310)으로 다량의 정전기 Q가 유입되면 공통전압 배선(350)과 데이터 배선(310) 사이에 고전압이 인가된다. 상기 고전압이 게이트 절연막의 절연 강도를 초과하면 게이트 절연막이 절연 파괴되어 공통전압 배선(350)과 게이트 배선(310)은 단락 상태가 된다.
따라서, 외부에서 정전기가 TFT 어레이 내로 유입되면 우선적으로 공통전압 배선 교차부를 지나게 되고, 이 때 설명한 바와 같이 상기 부분은 다른 부분에 비해 특히 약하므로 쉽게 파괴된다. 정전기는 공통전압 배선 교차부를 파괴시키는데 에너지를 소모하고 소멸하여 정전기의 TFT 어레이 내부로의 유입을 방지할 수 있다.
이상과 같이 정전기가 유입되어 공통전압 배선 교차부가 단락이나 단선 상태가 되어 손상되면 공통전압 배선(350)과 게이트 배선(320) 사이의 데이터배선(310)을 레이저(laser) 등으로 절단하여 실제 화면 표시 영역에 영향을 미치지 않도록 한다.
보통 데이터 배선(310)의 폭은 배선 저항을 고려하여 약 7㎛로 제작하는데 공통전압 배선 교차부의 데이터 배선(310)의 폭은 이보다 작아야 한다. 배선 저항 및 공정 마진을 고려하여 4㎛ 정도의 폭으로 제작하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 데이터 배선은 종래 데이터 배선의 제작에 사용되던 마스크의 패턴을 약간만 수정하면 제작할 수 있다.
데이터 배선이 많은 단차를 가지고 형성되기 때문에, 상기와 같은 구조는 데이터 배선에 형성할 때 최대의 효과를 거둘 수 있지만 이를 게이트 배선에도 적용할 수 있다. 즉, 공통전압 배선과 교차하는 게이트 배선의 폭을 얇게 형성하면 게이트 배선으로 유입되는 정전기로부터 실제 화면 표시 영역의 게이트 절연막이 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 TFT 어레이를 도시한 평면도이다.
기본적으로 제 1 실시예와 유사한 구성을 하고 있으나 게이트 배선(320) 및 데이터 배선(310)과 공통전압 배선(350)의 교차점에는 정전 방지 회로(500)가 추가로 형성된다. 상기 정전 방지 회로(500)는 스위치(switch)와 같은 역할을 하며 트랜지스터나 다이오드(diode)로 구성된다. 고전압이 인가될 때만 동작되어 연결된 두 배선을 단락시킨다.
정전 방지 회로(500)는 정전기가 TFT 어레이에 유입되었을 때 모든 게이트 배선(320) 및 데이터 배선(310)에 분산시킨다. 즉, 정전기가 게이트 배선(320) 및데이터 배선(310) 중 어느 한 배선에 유입되면 이와 연결된 정전 방지 회로(500)가 동작하여 정전기가 공통전압 배선(350)으로 유입되고, 또 이에 따라 공통전압 배선(350)에 연결된 각 배선의 정전 방지 회로(500)가 동작하여 각 배선으로 정전기가 분산된다. 분산된 정전기는 작은 에너지를 갖고 있고, 분산된 정전기로 인해 각 배선은 등전위를 형성하므로 TFT(340)가 파괴되지 않는다.
도 6은 정전 방지 회로의 일실시예를 나타내는 회로도이다. 이 정전 방지 회로는 트랜지스터로 구성되어 있으며 TFT 어레이와 함께 형성되어진다.
도시한 바와 같이 정전 방지 회로는 제 1 배선(601)에 연결된 제 1 게이트(603) 및 제 1 소스(604)와 제 1 드레인(605)으로 구성된 제 1 트랜지스터(TR1); 상기 제 1 드레인(605)에 연결된 제 2 게이트(606)와, 제 1 배선(601)에 연결된 제 2 소스(607) 및 제 2 배선(602)에 연결된 제 2 드레인(608)으로 구성된 제 2 트랜지스터(TR2); 상기 제 1 드레인(605)과 제 2 게이트(606) 접점에 연결된 제 3 소스(609), 제 2 배선(602)에 연결된 제 3 게이트(610) 및 제 3 드레인(611)으로 구성된 제 3 트랜지스터(TR3)로 구성되어 있다.
제 1 배선(601)은 게이트 배선이나 데이터 배선을 나타내고, 제 2 배선(602)은 공통전압 배선을 나타낸다.
제 1 배선(601)에 정전기에 의해 제 1 트랜지스터(TR1)의 문턱 전압 이상의 고전압이 인가되었을 경우 상기 제 1 트랜지스터(TR1)가 도통되면서 제 2 트랜지스터(TR2)를 도통시킨다. 따라서 제 1 배선(601)과 제 2 배선(602)이 도통되어 정전기가 분산되고 등전위를 이루게 된다.
제 2 배선(602)에 정전기에 의해 제 3 트랜지스터(TR3)의 문턱 전압 이상의 고전압이 인가되었을 경우, 상기 제 3 트랜지스터(TR3)가 도통되면서 제 2 트랜지스터(TR2)를 도통시킨다. 따라서, 제 2 배선(602)과 제 1 배선(601)이 도통되어 정전기가 분산되고 등전위를 이루게 된다.
그러나 제 1 배선(601) 또는 제 2 배선(602)에 정전기가 인가되지 않은 정상상태에서는 제 1 트랜지스터(TR1)와 제 3 트랜지스터(TR3)가 도통되지 않으므로, 극히 미세한 전류를 제외하면 제 1 배선과 제 2 배선은 절연상태를 유지하여 TFT 어레이에 전기적으로 영향을 주지 않는다.
상기와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 의한 데이터 배선 또는 게이트 배선의 구조에 제 2 실시예의 정전 방지 회로를 추가하여 구성하면 TFT 어레이를 정전기로부터 더욱 효과적으로 보호할 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 정전기가 TFT 어레이의 실제 화면 표시 영역으로 유입되기 전에 공통전압 배선이 형성된 영역에서 소멸시킴으로써 TFT를 보호할 수 있다.
둘째, 정전방지 회로를 게이트 배선 및 데이터 배선과 공통전압 배선 사이에형성하여 유입된 정전기를 게이트 배선 및 데이터 배선에 분산시킴으로써 정전기를 약화시켜 TFT를 보호할 수 있다.

Claims (5)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판에 일방향으로 평행하게 배열한 복수개의 게이트 배선;
    상기 투명 기판 외곽에 형성되어 공통 전압이 인가되는 공통전압 배선;
    상기 투명 기판, 상기 게이트 배선 및 상기 공통전압 배선 상부에 상기 게이트 배선과 수직한 방향으로 평행하게 배열하고, 공통전압 배선과 중첩되는 부분은 게이트 배선과 중첩되는 부분보다 폭이 좁은 데이터 배선; 및
    상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차점에 형성된 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 배선의 공통전극 배선과 중첩되는 부분의 폭은 4㎛ 이상 7㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 배선은,
    상기 공통전압 배선과 중첩되는 부분이 데이터 배선과 중첩되는 부분보다 폭이 좁은 것을 특징으로 하는 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 게이트 배선의 공통전극 배선과 중첩되는 부분의 폭은 4㎛ 이상 7㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선을 공통전압 배선과 연결하는 복수개의 정전 방지 회로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기로 인한 손상을 방지하는 액정표시장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100923116B1 (ko) * 2007-04-17 2009-10-22 베이징 보에 옵토일렉트로닉스 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 액정 디스플레이, 그 제조방법 및 복원방법
US8531617B2 (en) 2006-11-07 2013-09-10 Samsung Display Co., Ltd. Display device and method of manufacturing the same
KR101328014B1 (ko) * 2006-12-28 2013-11-13 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치용 어레이 기판
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