KR20080054600A - 박막 트랜지스터 표시판 - Google Patents

박막 트랜지스터 표시판 Download PDF

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KR20080054600A
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지안호
임지숙
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판, 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 유지 전극, 게이트선 및 유지 전극선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체, 반도체와 중첩하는 소스 전극을 포함하는 데이터선, 반도체와 중첩하며 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 데이터선 및 드레인 전극 위에 형성되어 있는 보호막, 보호막 위에 형성되어 있으며 제1 접촉 구멍을 통해서 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극, 그리고 보호막 위에 형성되어 있으며 제2 접촉 구멍을 통해서 유지 전극과 연결되어 있는 축전기용 도전체를 포함할 수 있다.
유지용량, 개구율, 박막트랜지스터

Description

박막 트랜지스터 표시판{THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 2는 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 III-III선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것으로 특히, 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것이다.
일반적인 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 화소 전극 및 공통 전극이 각각 구비된 하부 및 상부 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 하부 표시판의 화소 전극 은 행렬의 형태로 배열되어 있고 박막 트랜지스터(TFT) 등 스위칭 소자에 연결되어 한 행씩 차례로 데이터 전압을 인가 받는다. 공통 전극은 상부 표시판의 전면에 걸쳐 형성되어 있으며 공통 전압을 인가 받는다. 화소 전극과 공통 전극 및 그 사이의 액정층은 회로적으로 볼 때 액정 축전기를 이루며, 액정 축전기는 이에 연결된 스위칭 소자와 함께 화소를 이루는 기본 단위가 된다.
박막 트랜지스터 표시판에서 각 화소는 일정 기간 동안 일정한 전압을 유지해야 한다. 그래서 각 화소에는 전하를 축적할 수 있는 축전기capacitor)를 형성하여 비선택 기간에도 일정 기간 동안 표시할 수 있도록 하고 있다.
축전기는 유전체를 사이에 두고 두 전극이 마주하는 구조로 이루어는데 이러한 축전기가 충분한 유지 용량을 얻기 위해서는 두 전극의 중첩 면적을 증가시키거나 두 전극 사이의 간격을 가깝게 하여야 한다.
그러나 양 전극의 중첩 면적을 증가시키면 개구율이 감소한다.
따라서 본 발명의 기술적 과제는 액정 표시 장치의 개구율이 감소하지 않으면서도 충분한 유지 용량을 얻을 수 있는 박막 트랜지스터 표시판을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판, 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 유지 전극, 게이트선 및 유지 전극선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체, 반도 체와 중첩하는 소스 전극을 포함하는 데이터선, 반도체와 중첩하며 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 데이터선 및 드레인 전극 위에 형성되어 있는 보호막, 보호막 위에 형성되어 있으며 제1 접촉 구멍을 통해서 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극, 그리고 보호막 위에 형성되어 있으며 제2 접촉 구멍을 통해서 유지 전극과 연결되어 있는 축전기용 도전체를 포함할 수 있다.
축전기용 도전체는 유지 전극과 중첩할 수 있다.
드레인 전극은 축전기용 도전체 및 유지 전극과 중첩할 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 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 도 1 내지 도 4를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표 시판의 배치도이고, 도 2는 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 III-III선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 4는 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗어 있으며, 이로부터 갈라진 복수의 제1, 제2, 및 제3 유지 전극(133a, 133b, 133c) 집합을 포함한다. 유지 전극선(131) 각각은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 줄기선은 두 게이트선(121) 중 위쪽에 가깝다.
제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)은 유지 전극선(131)으로부터 세로 방향 으로 뻗으며 서로 마주한다. 제3 유지 전극(133c)은 유지 전극선(131)과 연결되지 않은 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)을 연결하며 다른 유지 전극(133a, 133b)에 비해서 폭이 넓다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 이 중 한 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 비저항(resistivity)이 낮은 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 만들어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 등으로 만들어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다.
그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 섬형 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 게이트 전극(124) 위에 위치한다.
반도체(154) 위에는 복수 쌍의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(163, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121), 유지 전극선(131)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 전압을 생성하는 데 이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주하며, 일부분이 확장되어 제3 유지 전극(133c)과 중첩한다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(163, 165)는 그 아래의 반도체(154)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(154) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 드레인 전극(175) 및 끝 부분(179)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(185, 182)이 형성되어 있고, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 제3 유지 전극(133c) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 노출하는 접촉 구멍(187, 182)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191), 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82) 및 복수의 축전기용 도전체(90)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
축전기용 도전체(90)는 접촉 구멍(187)을 통하여 제3 유지 전극(133c)과 연결되어 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 공통 전극 표시판의 공통 전극(common electrode)(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191)은 유지 전극선(131) 및 유지 전극(133a, 133b, 133c)과 중첩한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 유지 축전기(storage capacitor)라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 축전기용 도전체(90)를 유지 전극(133c)과 접촉 구멍(187)을 통해서 연결하고, 축전기용 도전체(90)와 유지 전극(133c) 사이에 드레인 전극(175)을 배치함으로써 축전기의 유지 용량을 증가시킬 수 있다.
즉, 축전기용 도전체(90)와 유지 전극(133c)는 동일한 전압이 인가되고, 드레인 전극(175)에는 데이터 전압이 인가되기 때문에 총 유지 용량은 축전기용 도전체(90)와 드레인 전극(175) 사이에 형성되는 유지 용량과 드레인 전극(175)과 유지 전극(133c) 사이에 형성되는 유지 용량의 합으로 이루어진다.
따라서 드레인 전극과 유지 전극만으로 유지 용량을 형성하는 종래에 비해서 유지 용량이 증가하므로, 종래와 동일한 유지 용량을 형성할 때 유지 용량을 형성하기 위한 전극의 중첩 면적을 감소시키더라도 종래와 동일한 유지 용량을 얻을 수 있어 개구율이 향상된다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 적은 면적으로도 충분한 유지 용량을 형성할 수 있어 개구율이 향상된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (3)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 유지 전극,
    상기 게이트선 및 유지 전극선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체,
    상기 반도체와 중첩하는 소스 전극을 포함하는 데이터선,
    상기 반도체와 중첩하며 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극,
    상기 데이터선 및 드레인 전극 위에 형성되어 있는 보호막,
    상기 보호막 위에 형성되어 있으며 제1 접촉 구멍을 통해서 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극, 그리고
    상기 보호막 위에 형성되어 있으며 제2 접촉 구멍을 통해서 상기 유지 전극과 연결되어 있는 축전기용 도전체
    를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 축전기용 도전체는 상기 유지 전극과 중첩하는 박막 트랜지스터 표시판.
  3. 제2항에서,
    상기 드레인 전극은 상기 축전기용 도전체 및 상기 유지 전극과 중첩하는 박막 트랜지스터 표시판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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