KR20040099746A - 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 게이트 전극을 가지는 게이트선, 이후의 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 전극, 게이트선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층, 반도체층 위에 형성되어 있으며 굽은 부분과 게이트선과 직교하는 부분을 가지는 데이터선, 게이트 전극 상부에서 소스 전극과 각각 대향하고 있는 드레인 전극, 반도체층을 덮는 보호막, 보호막 위에 형성되어 있으며 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있고 데이터선과 인접한 변이 데이터선을 따라 굽어져 있는 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판과 화소 전극과 마주하여 액정 용량을 형성하는 공통 전극이 형성되어 있는 공통 전극 표시판을 가진다. 이때, 유지 용량은 유지 전극과 드레인 전극의 중첩으로 형성되며, 이들은 화소 또는 데이터선의 굽은 모양을 따라 굽은 형태를 가진다.

Description

박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE PANEL}
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 색 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 절개 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다.
그런데 돌기나 절개 패턴을 형성하는 방법에서는 돌기나 절개 패턴 부분으로 인하여 개구율이 떨어진다. 이를 보완하기 위하여 화소 전극을 최대한 넓게 형성하는 초고개구율 구조를 고안하였으나, 이러한 초고개구율 구조는 인접한 화소 전극 사이의 거리가 매우 가까워서 화소 전극 사이에 형성되는 측방향전기장(lateral field)이 강하게 형성된다. 따라서 화소 전극 가장자리에 위치하는 액정들이 이 측방향 전기장에 영향을 받아 배향이 흐트러지고, 이로 인하여 텍스쳐나 빛샘이 발생하게 된다. 특히 데이터선과 공통 전극 사이의 커플링은 그 둘 사이에 위치하는 액정 분자를 구동하여 데이터선 주변에서의 빛샘을 유발함으로써 화질을 저하시키는데, 이러한 빛샘을 차단하기 위하여 블랙 매트릭스를 넓게 형성해야 하기 때문에 개구율을 저하시키는 원인이 된다.
한편, 액정 표시 장치가 대형화됨에 따라 화소의 크기도 커지게 되며, 이에 따라 각각의 화소에 형성되는 액정 용량이나 유지 용량을 형성하기 위한 전극의 면적이나, 돌기나 절개 패턴의 폭을 넓혀야 한다. 하지만, 전극의 면적을 일정 수준 이상으로 넓히는 경우에는 휘도가 저하되거나 응답 속도가 떨어지는 문제점이 발생하며, 돌기나 절개 패턴의 폭은 개구율을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 액정 표시 장치가 대향화 되더라도 전극의 크기가 돌기나 절개 패턴의 모양을 용이하게 조절할 수 있는 화소 구조를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 안정한 다중 도메인을 형성하는 박막 트랜지스터 표시판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 대형화되더라도 용이하게 설계할 수 있는 화소를 가지는 박막 트랜지스터 표시판을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 3 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이고,
도 5는 도 4의 V-V'선 및 V'-V''선에 대한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 7은 도 6의 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치를 도 6의 VII-VII'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 8은 도 6의 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치를 도 6의 VIII-VIII'선 및 VIII'-VIII''선에 대한 단면도이고,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,
도 10은 도 9의 액정 표시 장치를 X-X' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 화소를 정의하는 데이터선이굽은 부분을 포함하고 있으며, 유지 용량을 형성하는 드레인 전극 또는 유지 전극과 액정 분자를 분할 배향하는 화소 분할 수단이 화소의 굽은 형태를 따라 형성되어 있다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에는, 절연 기판 위에 게이트 전극을 포함하는 게이트선이 형성되어 있고, 절연 기판 위에는 게이트선과 절연되어 교차하는 부분과 굽은 부분을 포함하는 데이터선이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선이 교차하여 정의하는 화소에는 화소 전극이 형성되어 있으며, 각각의 화소에는 게이트 전극, 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극 및 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 화소 전극 또는 드레인 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 전극이 형성되어 있다. 이때, 데이터선의 굽은 부분과 게이트선과 교차하는 부분은 화소의 길이를 단위로 하여 반복적으로 나타나며, 드레인 전극 또는 유지 전극의 일부는 적어도 화소에서 굽은 부분의 모양을 따라 연장되어 있다.
데이터선의 굽은 부분은 2개의 직선 부분을 포함하고, 2개의 직선 부분 중 하나는 게이트선에 대하여 실질적으로 45도를 이루고 나머지 하나는 게이트선에 대하여 실질적으로 -45도를 이루는 것이 바람직하다.
이때, 드레인 전극과 유지 전극은 서로 중첩하여 유지 용량을 형성하고, 화소 전극은 화소에서 데이터선의 굽은 모양을 따라 패터닝되어 있고, 화소 전극의 가장자리는 화소에서 데이터선과 중첩하는 것이 바람직하다.
화소는 둘 이상의 부화소로 나뉘어져 있으며, 화소 전극은 절개부를 통하여부화소로 각각 분리되어 있을 수 있다.
게이트 전극과 소스 및 드레인 전극 사이에 형성되어 있는 반도체층을 더 포함할 수 있으며, 반도체층은 데이터선의 하부까지 연장되어 있을 수 있으며, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 채널부를 제외한 반도체층은 데이터선과 드레인 전극과 동일한 패턴을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 이러한 박막 트랜지스터 표시판과 박막 트랜지스터 표시판과 마주하며 화소 전극과 마주하는 공통 전극을 형성되어 있는 공통 전극 표시판을 가진다.
박막 트랜지스터 표시판 또는 공통 전극 표시판에 형성되어 있으며 데이터선에 의하여 구분되어 있는 화소 열을 따라 형성되어 있는 적색, 녹색 및 청색 색필터로 이루어진 색필터를 더 포함하는 것이 바람직하며, 박막 트랜지스터 표시판과 공통 전극 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층에 포함된 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며 액정의 그 장축이 두 상기 표시판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 것이 바람직하다.
공통 전극과 상기 화소 전극은 액정층의 액정 분자를 분할 배향하는 화소 분할 수단을 가지는 것이 바람직하며, 화소 분할 수단은 절개부 또는 돌기인 것이 바람직한데, 화소 분할 수단은 데이터선의 모양을 따라 굽은 형태를 가지며, 드레인 전극 또는 유지 전극과 중첩될 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 3 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이고, 도 5는 도 3의 V-V'선 및 V'-V''선에 대한 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 4에서 보는 바와 같이 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 형성되어 있고 그에 포함되어 있는 액정 분자(310)의 장축이 이들 표시판(100, 200)에 대하여 거의 수직으로 배향되어 있는 액정층(300)으로 이루어진다.
먼저, 도 1, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
절연 기판(110) 위에 가로 방향으로 게이트선(121)이 형성되어 있고, 게이트선(121)은 돌기의 형태로 이루어진 게이트 전극(123)을 포함한다. 게이트선(121)의 한쪽 끝 부분(125)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다.
또 절연 기판(110) 위에는 유지 전극선(131)과 유지 전극(133)이 형성되어 있다. 유지 전극선(131)은 화소의 중앙을 가로질러 가로 방향으로 뻗어 있고 유지 전극(133)은 굽은 화소 모양을 따라 세로 방향으로 뻗어 있는데, 유지 전극선(131)에 대하여 일부분은 45도로 굽어 있고, 나머지 일부분은 -45도로 굽어 있는 형태로 유지 전극선(131)에 연결되어 있다.
게이트선(121, 123, 125) 및 유지 전극 배선(131, 133)은 물리 화학적 특성이 우수한 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1층(201)과, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2층(202)의 이중층으로 형성되어 있다. 이들 게이트선(121, 123, 125) 및 유지 전극 배선(131, 133)은 필요에 따라서는 단일층으로 형성하거나 또는 3중층 이상으로 형성할 수도 있다.
게이트선(121, 123, 125) 및 유지 전극 배선(131, 133)의 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 선형의 반도체층(151, 154)이 형성되어 있다. 선형의 반도체층(151, 154)은 박막 트랜지스터의 채널을 형성하는 채널부 반도체층(154)과 데이터선(171) 아래에 위치하는 데이터선부 반도체층(151)을 포함한다.
선형의 반도체층(151, 154)의 위에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 선형의 저항성 접촉 부재 및 섬형의 저항성 접촉 부재가 형성되어 있다. 선형의 저항성 접촉 부재는 데이터선 아래에 위치하는 데이터선부 접촉 부재(161)와 소스 전극(173) 아래에 위치하는 소스부 접촉 부재(163)를 포함하고, 섬형의 접촉 부재는 드레인 전극(175) 아래에 위치하는 드레인부 접촉 부재(165)로 이루어져 있다.
저항성 접촉 부재(161, 163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 데이터선(171)은 길게 뻗어 있으며 게이트선(121)과 교차하여 화소를 정의하고, 데이터선(171)은 분지의 형태를 가지며 저항성 접촉 부재(163)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(173)을 가지며, 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 분리되어 있으며 게이트 전극(123)에 대하여 소스 전극(173)의 반대쪽 저항성 접촉 부재(165) 상부에 위치한다. 데이터선(171)의 한쪽 끝 부분(179)은 외부 회로와 연결하기 위하여 폭이 확장되어 있다.
여기서, 데이터선(171)은 화소의 길이를 주기로 하여 반복적으로 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분이 나타나도록 형성되어 있다. 이 때, 데이터선(171)의 굽은 부분은 두 개의 직선 부분으로 이루어지며, 이들 두 개의 직선 부분 중 하나는 게이트선(121)에 대하여 45도를 이루고, 다른 한 부분은 게이트선(121)에 대하여 -45도를 이룬다. 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분에는 소스 전극(173)이 연결되어 있고, 이 부분이 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)의 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분의 길이의 비는 1:1 내지 9:1 사이(즉, 데이터선(171) 중 굽은 부분이 차지하는 비율이 50%에서 90% 사이)인 것이 바람직하다.
따라서, 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 이루는 화소는 꺾인 띠 모양으로 형성된다.
또, 드레인 전극(175)은 화소의 굽은 모양을 따라 세로 방향으로 형성되어 유지 전극(133)과 중첩하고 있다. 이와 같이, 드레인 전극(175)은 유지 전극(133)과 게이트 절연막(140)만을 사이에 두고 중첩함으로써 유지 용량을 형성한다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다. 여기서 보호막(180)은 감광성 유기 물질을 노광 및 현상하여 형성한다. 필요에 따라서는 보호막(180)을 감광성이 없는 유기 물질을 도포하고 사진 식각 공정을 통하여 형성할 수도 있으나 감광성 유기 물질로 보호막(180)을 형성하는 것에 비하여 형성 공정이 복잡해진다. 한편, 보호막(180)은 드러난 반도체층(154)을 덮으며, 질화 규소 등의 무기 절연 물질로 이루어진 절연막이 더 포함할 수 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극을 드러내는 접촉구(181)와 데이터선의 폭이 확장되어 있는 끝 부분(179)을 드러내는 접촉구(183)가 형성되어 있다. 또, 게이트선의 폭이 확장되어 있는 끝 부분(179)을 드러내는 접촉구(182)는 보호막(180)과 함께 게이트 절연막(140)을 관통하여 형성되어 있다.
이때, 이들 접촉구(181, 182, 183)의 측벽은 기판 면에 대하여 30도에서 85도 사이의 완만한 경사를 가지거나, 계단형 프로파일(profile)을 가진다.
또, 이들 접촉구(181, 182, 183)는 각을 가지거나 원형의 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다.
보호막(180) 위에는 접촉구(181)를 통하여 드레인 전극(175)과 연결되어 있으며 화소의 모양을 따라 꺾인 띠 모양으로 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극(190)은 가장자리가 데이터선과 중첩할 정도로 넓게 형성되어 있어서 최대한의 개구율을 확보하고 있다.
또 보호막(180) 위에는 접촉구(182, 183)를 통하여 게이트선의 끝 부분(125)과 데이터선의 끝 부분(179)과 각각 연결되어 있는 접촉 보조 부재(95, 97)가 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(190) 및 접촉 보조 부재(95, 97)는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어져 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에서 서로 중첩하여 유지 용량을 유지 전극(133)과 드레인 전극(175)은 화소의 변을 따라 굽은 형태를 취하고 있어, 대형화의 액정 표시 장치용 표시판을 설계할 때 유지 용량을 확보한 상태에서 화소의 크기를 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 전극(133, 175)의 면적을 용이하게 변경할 수 있으며, 일정 수준 이상으로 넓히더라도 휘도가 저하되거나 응답 속도가 떨어지지 문제점을 해결할 수 있고 개구율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이제, 도 2, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 공통 전극 표시판에 대하여 설명한다.
유리 등의 투명한 절연 물질로 이루어진 상부 기판(210)의 아래 면에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220)와 화소에 순차적으로 배열되어 있는 적, 녹, 청색의 색필터(230)가 형성되어 있고, 색필터(230) 위에는 유기 물질로 이루어진 오버코트막(250)이 형성되어 있다. 오버코트막(250)의 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있으며 절개부(271)를 가지는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 이때, 절개부(271)는 화소가 굽은 모양을 따라 굽은 형태를 취하고 있다.
이 때, 절개부(271)는 도메인 규제 수단으로서 작용하며 그 폭은 9㎛에서 12㎛ 사이인 것이 바람직하다. 만약 도메인 규제 수단으로 절개부(271) 대신 유기물 돌기를 형성하는 경우에는 폭을 5㎛에서 10㎛ 사이로 하는 것이 바람직하다.
여기서 블랙 매트릭스(220)는 데이터선(171)의 굽은 부분에 대응하는 선형 부분과 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분 및 박막 트랜지스터 부분에 대응하는 삼각형 부분을 포함한다.
색필터(230)는 블랙 매트릭스(220)에 의하여 구획되는 화소 열을 따라 세로로 길게 형성되어 있고 화소의 모양을 따라 주기적으로 구부러져 있다.
공통 전극(270)의 절개부(271) 역시 구부러져 있어서 굽은 화소를 좌우로 양분하는 모양으로 형성되어 있다. 또, 절개부(271)의 양단은 한번 더 구부러져서 한쪽 끝은 게이트선(121)과 나란하고 다른 한쪽 끝은 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분과 나란하다.
이상과 같은 구조의 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 결합하고 그 사이에 액정층(300)을 형성하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 기본 패널이 이루어진다.
액정층(300)에 포함되어 있는 액정 분자(310)는 화소 전극(190)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자가 하부 기판(110)과 상부 기판(210)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 음의 유전율 이방성을 가진다. 하부 기판(110)과 상부 기판(210)은 화소 전극(190)이 색필터(230)와 대응하여 정확하게 중첩되도록 정렬된다. 이렇게 하면, 화소는 절개부(271)에 의하여 복수의 도메인으로 분할된다. 이 때, 화소는 절개부(271)에 의하여 좌우로 양분되나, 화소의 꺾인 부분을 중심으로 하여 상하에서 액정의 배향 방향이 서로 달라서 4종류의 도메인으로 분할된다.
이 때, 도메인의 두 장변간 거리, 즉 도메인의 폭은 10㎛에서 30㎛ 사이인 것이 바람직하다.
또, 하나의 화소에 포함되는 상기 도메인의 수는 화소의 크기가 100㎛ X 300㎛ 미만이면 4개이고, 100㎛ X 300㎛ 이상이면 4개 또는 8개인 것이 바람직하다.
액정 표시 장치는 이러한 기본 패널 양측에 편광판(12, 22), 백라이트, 보상판 등의 요소들을 배치하여 이루어진다. 이 때 편광판(12, 22)은 기본 패널 양측에 각각 하나씩 배치되며 그 투과축은 게이트선(121)에 대하여 둘 중 하나는 나란하고 나머지 하나는 수직을 이루도록 배치한다.
이상과 같은 구조로 액정 표시 장치를 형성하면 액정에 전계가 인가되었을때 각 도메인 내의 액정이 도메인의 장변에 대하여 수직을 이루는 방향으로 기울어지게 된다. 그런데 이 방향은 데이터선(171)에 대하여 수직을 이루는 방향이므로 데이터선(171)을 사이에 두고 인접하는 두 화소 전극(190) 사이에서 형성되는 측방향 전계에 의하여 액정이 기울어지는 방향과 일치하는 것으로서 측방향 전계가 각 도메인의 액정 배향을 도와주게 된다.
액정 표시 장치는 데이터선(171) 양측에 위치하는 화소 전극에 극성이 반대인 전압을 인가하는 점반전 구동, 열반전 구동, 2점 반전 구동 등의 반전 구동 방법을 일반적으로 사용하므로 측방향 전계는 거의 항상 발생하고 그 방향은 도메인의 액정 배향을 돕는 방향이 된다.
또한, 편광판의 투과축을 게이트선(121)에 대하여 수직 또는 나란한 방향으로 배치하므로 편광판을 저렴하게 제조할 수 있으면서도 모든 도메인에서 액정의 배향 방향이 편광판의 투과축과 45도를 이루게 되어 최고 휘도를 얻을 수 있다.
다만, 데이터선(171)이 구부러지므로 배선의 길이가 증가하게 되는데, 데이터선(171)에서 굽은 부분이 50%를 차지할 경우 배선의 길이는 약 20% 증가하게 된다. 데이터선(171)의 길이가 증가할 경우 배선의 저항과 부하가 증가하게 되어 신호 왜곡이 증가하는 문제점이 있다. 그러나 초고개구율 구조에서는 데이터선(171)의 폭을 충분히 넓게 형성할 수 있고, 두꺼운 유기물 보호막(180)을 사용하므로 배선의 부하도 충분히 작아서 데이터선(171)의 길이 증가에 따른 신호 왜곡 문제는 무시할 수 있다.
한편, 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 각각은 액정분자(310)를 배향하기 위한 배향막(11, 12)을 포함하고 있다. 이때, 배향막(11, 12)은 액정 분자(310)를 수직으로 배향하기 위한 특성을 가지고 있으며, 그렇지 않을 수도 있다.
이러한 구조의 액정 표시 장치에 있어서 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 방법에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 하부 절연 기판(110) 상부에 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1 금속층(201)과 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2 금속층(202)을 스퍼터링 따위의 방법으로 연속 적층하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 건식 또는 습식 식각하여, 게이트선(121, 123, 125)과 유지 전극 배선(131, 133)을 형성한다.
다음, 게이트 절연막(140), 수소화 비정질 규소층 및 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소층을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 2,000 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 도핑된 비정질 규소층과 비정질 규소층을 차례로 패터닝하여 채널부가 연결되어 있는 저항성 접촉층과 비정질 규소층(151, 154)을 형성한다.
이어, Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1 금속층(701)과, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2 금속층(702) 따위의 도전체층을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착한 다음 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 데이터선(171, 173, 179) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.
이어, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)으로 가려지지 않은 저항성 접촉층을 식각하여 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154)을 드러내고 양쪽으로 분리된 저항성 접촉 부재(163, 165)를 형성한다.
이어, 감광성 유기 절연 물질을 도포하여 보호막(180)을 형성하고, 슬릿 부분을 가지는 광마스크를 통하여 노광하고 현상하여 접촉구(181, 182, 183)를 형성한다.
이 때, 광마스크의 슬릿 부분은 접촉구(181, 182, 183)의 접촉구 측벽의 경사를 완만하게 하거나 계단형 프로파일을 가지도록 하기 위한 부분으로 접촉구의 측벽이 될 부분에 대응하도록 배치한다.
이와 같이 슬릿 부분을 가지는 광마스크를 통하여 보호막(180)을 노광하면 보호막(180)의 접촉구(181, 182, 183)가 될 부분은 모두 감광되고 접촉구의 측벽이 될 부분은 부분적으로 감광된다. 감광되었다 함은 빛에 의하여 폴리머가 분해된 것을 의미한다.
이어서, 보호막(180)을 현상하면 계단 모양의 측벽을 가지는 접촉구(181, 182, 183)를 형성할 수 있다.
다음, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 접촉구(181, 182, 183)를 통해 노출되어 있는 배선의 제2 금속층(202, 702)을 식각하여 제거하고, ITO 또는 IZO를 400 Å 내지 500 Å 두께로 증착하고 사진 식각하여 화소 전극(190)과 접촉 보조 부재(95, 97)를 형성한다.
이러한 방법은 각각의 층을 다른 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하는 제조 방법이지만, 서로 다른 층을 하나의 마스크를 이용해서도 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 제조할 수 있다. 이에 대하여 도 6 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 7은 도 6의 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치를 도 6의 VII-VII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 8은 도 6의 VIII-VIII'선 및 VIII'-VIII''선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판은 데이터선과 반도체층을 하나의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝한 것으로서 제1 실시의 박막 트랜지스터 표시판에 비하여 다음과 같은 특징을 가진다. 여기서, 공통 전극 표시판(200)의 구조는 동일하여 도 7에만 도시하였다.
데이터선(171, 173, 179) 및 드레인 전극(175) 아래에 이와 실질적으로 동일한 패턴으로 접촉 부재(161, 163, 165)가 형성되어 있고, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 채널부가 연결되어 있는 것을 제외하고 비정질 규소층(151, 154, 159)도 데이터선 및 드레인 전극과 실질적으로 동일한 패턴을 가진다.
그러면 이러한 구조적 특징을 가지는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 개략적으로 설명한다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 반도체층(151, 154, 159)은 하나의 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝한다. 이때, 감광막 패턴은 두께가 서로 다른 제1 부분과 제2부분을 포함하는데, 제2 부분은 박막 트랜지스터의 채널 영역에 위치하며, 제1 부분은 데이터선 및 드레인 전극 영역에 위치하며, 제2 부분은 제1 부분보다 얇은 두께를 가진다. 여기서, 제1 및 제2 부분은 반도체층(151, 154, 159)을 패터닝하기 위한 식각 마스크로 사용되며, 제1 부분은 데이터선 및 드레인 전극을 패터닝하기 위한 식각 마스크로 사용된다. 이와 같이, 위치에 따라 감광막 패턴의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있는데, 예를 들면 광마스크에 투명 영역(transparent area) 및 차광 영역(light blocking area) 외에 반투명 영역(translucent area)을 두는 방법이 있다. 반투명 영역에는 슬릿(slit) 패턴, 격자 패턴(lattice pattern) 또는 투과율이 중간이거나 두께가 중간인 박막이 구비된다. 슬릿 패턴을 사용할 때에는, 슬릿의 폭이나 슬릿 사이의 간격이 사진 공정에 사용하는 노광기의 분해능(resolution)보다 작은 것이 바람직하다. 다른 예로는 리플로우가 가능한 감광막을 사용하는 것이다. 즉, 투명 영역과 차광 영역만을 지닌 통상의 마스크로 리플로우 가능한 감광막 패턴을 형성한 다음 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않은 영역으로 흘러내리도록 함으로써 얇은 부분을 형성하는 것이다.
위의 제1 및 제2 실시예에서는 공통 전극에 하나의 화소 분할 수단만을 가지고 있으나, 액정 표시 장치가 대형화됨에 따라 공통 전극은 둘 이상의 액정 분할 수단을 가질 수 있으며, 색필터를 박막 트랜지스터 표시판 상부에 배치할 수도 있다. 이에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 10은 도 9의 액정 표시 장치를 X-X' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조 대부분은 도 3 및 도 6과 동일하다
제1 및 제2 실시예와 달리, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 화소는 두 개의 부 화소(Pa, Pb)로 이루어져 있으며, 화소 전극(190)은 데이터선(171)의 모양을 따라 절개부(191)를 통하여 두 부분으로 나뉘어 부 화소(Pa, Pb)에 배치되어 있다. 또한, 공통 전극(270)에는 두 부 화소(Pa, Pb)의 액정 분자(310)들을 각각 분할 배향하는 두 개의 절개부(271a, 271b)가 데이터선(171)의 모양을 따라 형성되어 있다.
또, 드레인 전극(175) 및 유지 전극(133)은 화소의 모양을 따라 굽은 형태를 최하고 있는데, 유지 전극선(131)은 화소의 가장자리에 배치되어 가로 방향으로 뻗어 있다.
이때, 드레인 전극(175) 및 유지 전극(133)은 부화소(Pa, Pb) 중 오른쪽에 위치하는 부화소(Pb)에 배치할 수도 있으며, 두 부화소(Pa, Pb)의 중앙에 배치할 수도 있다. 또한, 이들(175, 133)은 두 부화소(Pa, Pb) 모두에 배치할 수 있으며, 화소의 중앙부까지만 연장하여 형성될 수 있다.
또한, 보호막(180) 하부에는 드레인 전극(175)을 드러내는 접촉구(181)를 가지는 적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)가 세로 방향으로 형성되어 있다. 여기서,적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)의 경계는 데이터선(171) 상부에서 일치하여 도시되어 있지만, 데이터선(171) 상부에서 서로 중첩되어 화소 영역 사이에서 누설되는 빛을 차단하는 기능을 가질 수 있으며, 게이트선 및 데이터선 각각의 끝 부분(125, 179)이 배치되어 있는 패드부에서는 형성되어 있지 않다.
이러한 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치도 제1 및 제2 실시예에 따른 효과를 동일한 효과를 가진다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서 두 개의 부화소(Pa, Pb)는 데이터선(171)을 중심으로 양쪽에 박막 트랜지스터와 함께 배치될 수도 있다.
또한, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에서는 데이터선(171)과 화소 전극(190)이 굴곡되어 있으며 화소 전극(190)과 공통 전극(270)이 데이터선(171)의 모양을 따라 분할 배향 수단을 가지는 구조에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 실시예는 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 데이터선(171) 및 화소 전극(190)은 굴곡도지 않은 모양을 가질 수 있으며, 화소 분할 배향 수단인 절개부는 다양한 형태를 취할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에서는 액정 분자(310)에 대하여 수직으로 배향하는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에 대해서만 설명하였지만, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 양의 유전율 이방성을 가지며 기판에 대하여 평행하게 배열되어 있으며 하부 표시판에서 상부 표시판에 이르기까지 연속적으로 나선형으로 비틀려 배향된 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 화소 전극과 공통 전극에 형성하는 개구부의 배치는 여러 다양한 변형이 있을 수 있으며, 개구부를 형성하는 대신 돌기를 두고 배향막의 경사만을 따라 액정 분자를 분할 배향하는 등의 변형도 가능하다.
이상과 같이, 화소 분할 수단이나, 유지 전극 또는 드레인 전극은 화소의 모양을 따라 굽은 형태로 구성함으로써 대형화의 액정 표시 장치용 표시판을 설계할 때 휘도 또는 응답 속도 또는 개구율을 확보하면서 전극의 면적 또는 화소 분할 수단의 간격 또는 폭을 용이하게 변경하면서 화소의 크기를 용이하게 조절할 수 있다.

Claims (17)

  1. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며, 게이트 전극을 포함하는 게이트선,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며, 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 부분과 굽은 부분을 포함하는 데이터선,
    상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 정의하는 상기 화소마다 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 게이트 전극, 상기 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터
    상기 화소 전극 또는 상기 드레인 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 전극
    를 포함하고,
    상기 데이터선의 굽은 부분과 상기 게이트선과 교차하는 부분은 상기 화소의 길이를 단위로 하여 반복적으로 나타나며, 상기 드레인 전극 또는 상기 유지 전극의 일부는 적어도 상기 화소에서 상기 굽은 부분의 모양을 따라 연장되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 데이터선의 굽은 부분은 2개의 직선 부분을 포함하고, 상기 2개의 직선부분 중 하나는 상기 게이트선에 대하여 실질적으로 45도를 이루고 나머지 하나는 상기 게이트선에 대하여 실질적으로 -45도를 이루는 박막 트랜지스터 표시판.
  3. 제1항에서,
    상기 드레인 전극과 상기 유지 전극은 서로 중첩하는 박막 트랜지스터 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 박막 트랜지스터의 소스 전극은 상기 데이터선의 뻗은 부분에 연결되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  5. 제1항에서,
    상기 화소 전극은 상기 화소에서 상기 데이터선의 굽은 모양을 따라 패터닝되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  6. 제1항에서,
    상기 화소 전극의 가장자리는 상기 화소에서 상기 데이터선과 중첩하는 박막 트랜지스터 표시판.
  7. 제1항에서,
    상기 화소는 둘 이상의 부화소로 나뉘어져 있으며, 상기 화소 전극은 절개부를 통하여 상기 부화소로 각각 분리되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  8. 제1항에서,
    상기 게이트 전극과 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 형성되어 있는 반도체층을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  9. 제8항에서,
    상기 반도체층은 상기 데이터선의 하부까지 연장되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  10. 제9항에서,
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 채널부를 제외한 상기 반도체층은 상기 데이터선과 상기 드레인 전극과 동일한 패턴을 가지는 박막 트랜지스터 표시판.
  11. 제1항의 상기 박막 트랜지스터 표시판,
    상기 박막 트랜지스터 표시판과 마주하며, 상기 화소 전극과 마주하는 공통 전극을 형성되어 있는 공통 전극 표시판
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 박막 트랜지스터 표시판 또는 공통 전극 표시판에 형성되어 있으며 상기 데이터선에 의하여 구분되어 있는 화소 열을 따라 형성되어 있는 적색, 녹색 및 청색 색필터로 이루어진 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 제10항에서,
    상기 박막 트랜지스터 표시판과 상기 공통 전극 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층을 더 포함하며,
    상기 액정층에 포함되어 있는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며 상기 액정의 그 장축이 두 상기 표시판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
  14. 제10항에서,
    상기 공통 전극과 상기 화소 전극은 상기 액정층의 액정 분자를 분할 배향하는 화소 분할 수단을 가지는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 화소 분할 수단은 절개부 또는 돌기인 액정 표시 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 화소 분할 수단은 상기 데이터선의 모양을 따라 굽은 형태로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 화소 분할 수단은 상기 드레인 전극 또는 상기 유지 전극과 중첩되어 있는 액정 표시 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8035588B2 (en) 2004-03-03 2011-10-11 Hannstar Display Corp. Liquid crystal display panel with auxiliary line disposed between boundary data line and pixel electrode and driving method thereof

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US8035588B2 (en) 2004-03-03 2011-10-11 Hannstar Display Corp. Liquid crystal display panel with auxiliary line disposed between boundary data line and pixel electrode and driving method thereof

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KR100992121B1 (ko) 2010-11-04

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