KR20080101237A - 박막 트랜지스터 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

박막 트랜지스터 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20080101237A
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허성권
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판은 절연 기판, 상기 절연 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 절연막, 상기 제1 절연막 상의 일부에 형성된 반사 전극 및 상기 제1 절연막의 일부 및 상기 반사 전극의 일부 위에 형성되는 투명 전극을 포함한다. 상기 투명 전극 면적 중 약 10% 내지 약 85%가 상기 반사 전극과 중첩한다. 또한 상기 반사 전극 면적 중 약 15% 내지 75%가 상기 투명 전극과 중첩한다. 반사 전극의 일부가 투명 전극과 중첩하므로 반사 전극 상에 투명 전극이 형성되지 않은 영역에서는 외부광이 투명 전극을 통과하지 않고 직접 반사되므로 반사 전극의 반사율이 높아진다.
Figure P1020070047734
액정 표시 장치, 반투과, 반사 전극

Description

박막 트랜지스터 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{THIN FILM TRANSISTOR SUBSTRATE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 3에 도시한 액정 표시 장치를 Ⅲ-Ⅲ' 선 및 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화소 전극의 구조를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 전극의 구조를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 전극의 구조를 도시한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3 : 액정층 81, 82 : 접촉 보조 부재
100 : 박막 트랜지스터 표시판 110 : 제1 절연 기판
121 : 게이트선 124 : 게이트 전극
131 : 유지 전극선 133 : 유지 전극
140 : 게이트 절연막 151, 154, 157 : 반도체
163, 165 : 저항성 접촉층 171 : 데이터선
173 : 소스 전극 175 : 드레인 전극
178 : 접촉 매개 부재 180 : 보호막
192 : 반사전극 194 : 투명전극
200 : 색필터 표시판 210 : 제2 절연 기판
220 : 차광 부재 230 : 색필터
250 : 덮개막 270 : 공통 전극
본 발명은 박막 트랜지스터 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극과 편광판이 구비된 한 쌍의 표시판 사이에 위치한 액정층을 포함한다. 전계 생성 전극은 액정층에 전계를 생성하고 이러한 전계의 세기가 변화함에 따라 액정 분자들의 배열이 변화한다. 예를 들면, 전계가 인가된 상태에서 액정층의 액정 분자들은 그 배열을 변화시켜 액정층을 지나는 빛의 편광을 변화시킨다. 편광판은 편광된 빛을 적절하게 차단 또는 투과시켜 밝고 어두운 영역을 만들어냄으로써 원하는 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 스스로 발광하지 못하는 수광형 표시 장치이므로 별개로 구비된 후광 장치(backlight unit)의 램프에서 나오는 빛을 액정층을 통과시키거나 자연광 등 외부에서 들어오는 빛을 액정층을 일단 통과시켰다가 다시 반사하여 액정층을 다시 통과시킨다. 전자의 경우를 투과형(transmissive) 액정 표시 장치라 하고 후자의 경우를 반사형(reflective) 액정 표시 장치라 하는데, 후자의 경우는 주로 중소형 표시 장치에 사용된다. 또한 환경에 따라 후광 장치를 사용하기도 하고 외부광을 사용하기도 하는 반투과형 또는 반사-투과형 액정 표시 장치가 개발되어 주로 중소형 표시 장치에 적용되고 있다.
반투과형 액정 표시 장치의 경우 각 화소에 투과 영역과 반사 영역을 두는데, 일반적으로 투과 영역에는 투명 전극이 형성되어 있고, 반사 영역에는 투명 전극과 반사 전극이 형성되어 있다.
이러한 반투과형 액정 표시 장치에서는 반사율과 잔상 문제가 중요한데, 요구되는 반사율과 잔상의 정도에 대한 스펙의 요구가 다양하며, 그때마다 전체적으로 다시 설계를 해야되므로, 스펙에 대한 대응이 매우 늦는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사율과 잔상에 대한 요구를 신속하게 대응할 수 박막 트랜지스터 기판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 이러한 박막트랜지스터 기판을 갖는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지 스터 기판은 절연 기판, 상기 절연 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 절연막, 상기 제1 절연막 상의 일부에 형성된 반사 전극 및 상기 제1 절연막의 일부 및 상기 반사 전극의 일부 위에 형성되는 투명 전극을 포함한다. 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적 중 10% 내지 85%이다. 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적의 10% 내지 20%이다. 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적의 40% 내지 50%이다. 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적의 75% 내지 85%이다. 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 15% 내지 75%이다. 상기 제1 절연막은 무기막 및 상기 무기막 상에 형성된 유기막을 포함한다. 상기 제1 절연막의 표면에는 요철이 형성되어 있을 수 있다. 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 반도체층, 상기 반도체층 상에 형성된 저항성 접촉층 및 상기 게이트 전극 및 상기 반도체층 사이에 개재된 게이트 절연막, 상기 저항성 접촉층과 접촉하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 상기 투명 전극은 상기 드레인 전극과 접촉한다. 상기 반사 전극에는 상기 드레인 전극을 노출시키는 접촉 구멍이 형성된다. 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판은 상기 게이트 전극에 신호를 전달하는 게이트 신호 전달부를 더 포함하며 상기 게이트 신호 전달부는 제1 도전층, 상기 제1 도전층 상에 형성되며 상기 제1 도전층의 일부를 노출하는 제2 절연막, 상기 제2 절연막 상에 형성되며 상기 제1 도전층과 접촉하는 제2 도전층, 상기 제2 도전층 상에 형성되며 상기 제2 도전층의 일부를 노출하는 제3 절연막, 상 기 제3 절연막 상에 형성되고 상기 제2 도전층과 접촉하는 제3 도전층을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판은 절연 기판, 상기 절연 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 절연막, 상기 절연막 상의 일부에 형성된 반사 전극 및 상기 절연막의 일부 및 상기 반사 전극의 일부 위에 형성되는 투명 전극을 포함하며 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 15% 내지 75%이다. 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 15% 내지 25%이다. 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 35% 내지 45%이다. 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 65% 내지 75%이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 절연막, 상기 제1 절연막 상의 일부에 형성된 반사 전극, 상기 제1 절연막의 일부 및 상기 반사 전극의 일부 위에 상기 반사 전극 면적의 15% 내지 25%와 중첩하며 형성되는 투명 전극, 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 상에 형성된 공통 전극 및 상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기 제2 절연 기판 상에 형성된 색필터층 및 상기 색필터층 상에 형성된 제2 절연막을 더 포함한다. 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하지 않는 영역에 대응하는 위치 중 적어도 일부에 상기 색필터층이 형성되지 않을 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.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치는 서로 마주보는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200), 그리고 이들 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
박막 트랜지스터 표시판(100)을 보면, 제1 절연 기판(110) 위에 스위칭 소자(도시하지 않음) 및 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 반사 전극(192) 및 투명전극(194)을 포함하며, 반사 전극(192)과 투명 전극(194)은 투명 전극(194)의 일부가 상기 반사 전극(194)의 일부와 오버랩된다.
공통 전극 표시판(200)을 보면, 제2 절연 기판(210) 위에 색필터(230) 및 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
반투과형 액정 표시 장치는 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA)으로 구획될 수 있다. 구체적으로는, 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200) 및 액정층(3) 등에서 반사 전극(192)이 존재하지 않고 투명 전극(194)만 형성된 부분 아래위에 위치하는 부분은 투과 영역(TA)이 되고, 반사 전극(192) 아래위에 위치하는 부분은 반사 영역(RA)이 된다. 투과 영역(TA)에서는 액정 표시 장치의 뒷면, 즉 백라이트 또는 프론트라이트 쪽에서 입사된 빛이 액정층(3)을 통과하여 앞면, 즉 공통 전극 표시판(200) 쪽으로 나옴으로써 영상을 표시하고, 반사 영역(RA)에서는 외부에서 들어온 빛이 액정층(3)으로 들어왔다가 반사 전극(192)에 의하여 반사되어 액정층(3)을 다시 통과하여 앞면으로 나옴으로써 영상을 표시한다.
색필터(230)에는 반사 영역(RA)에 빛구멍(240)이 형성되어 있어서 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에서의 빛이 색필터(230)를 통과하는 수효의 차이에 따른 색조의 차이를 보상할 수 있다.
또한 색필터(230)가 형성된 제2 절연기판 상부에 덮개막(250)이 형성된다. 상기 덮개막(250)은 투과영역(TA)와 반사영역(RA)에서 서로 다른 두께로 형성되며, 반사영역(RA)에만 형성될 수도 있다.
그러면 도 1에 도시한 액정 표시 장치의 구체적인 예에 대하여 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 3은 도 2의 액정 표시 장치를 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며, 도 4는 도 2의 액정 표시 장치를 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 2의 배치도에서는 편의상 박막 트랜지스터 기판만을 도시하고 공통 전극 기판의 구성 요소는 생략하였다. 먼저, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
도 2 내지 4를 참조하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 제1 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 위하여 면적이 넓은 게이트 패드부(129)를 포 함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 제1 절연 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 제1 절연 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 제1 절연 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 제1 절연 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 뻗는다. 각 유지 전극선(131)은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 두 게이트선(121) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극선(131)은 유지전극선(131)으로부터 아래위로 확장된 유지 전극(storage electrode)(133)을 포함한다. 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 제1 도전막(도시하지 않음) 및 제2 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 제1 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, 제2 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, 탄탈 륨, 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 제1 절연 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)이 형성된 제1 절연 기판(110) 위에는, 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer,140)이 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)을 덮도록 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 선형의 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection,154)를 포함하고, 돌출부(154)로부터 복수의 확장부(157)가 연장되어 있다. 선형 반도체(151)는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 부근에서 너비가 넓어져 이들을 폭넓게 덮고 있다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형의 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 만들어 지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(163)는 복수의 돌출부를 가지고 있으며, 이 돌출부와 섬형 저항성 접촉 부재는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(151, 154, 157)와 저항성 접촉 부재(163, 165)의 측면 역시 제1 절연 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171), 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175) 및 복수의 접촉 매개 부재(interconnection)(178)가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 J자형으로 굽은 복수의 소스 전극(source electrode,173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 데이터 패드부(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 제1 절연 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 제1 절연 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 마주한다. 각 드레인 전극(175)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 넓은 끝 부분은 유지 전극(133)과 중첩 하며, 막대형 끝 부분은 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(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 돌출부(154)에 형성된다.
접촉 매개 부재(178)는 게이트 절연막(140)의 제1 접촉 구멍(141)을 통하여 드러난 게이트 패드부(129)를 덮으며 게이트 패드부(129)와 접촉한다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 접촉 매개 부재(178)는 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. 일 실시예에서, 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)는 몰리브덴 단일막으로 형성될 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) 및 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 접촉 매개 부재(178) 또한 그 측면이 제1 절연 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(163, 165)는 그 아래의 반도체(151)와 그 위의 데이터 선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 대부분의 곳에서는 선형 반도체(151)가 데이터선(171)보다 좁지만, 앞서 설명하였듯이 게이트선(121)과 만나는 부분에서 너비가 넓어져 표면의 프로파일을 부드럽게 함으로써 데이터선(171)이 단선되는 것을 방지한다. 반도체(151)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), 접촉 매개 부재(178) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer,180)이 형성되어 있다. 일 실시예에서, 보호막(180)은 질화규소나 산화규소 따위의 무기 절연물로 만들어진 하부막(180p)과 유기 절연물로 만들어진 상부막(180q)을 포함한다. 상부 보호막(180q)은 4.0 이하의 유전 상수를 가지는 것이 바람직하고, 감광성(photosensitivity)을 가질 수도 있으며 그 표면에는 요철이 형성되어 있다. 또한 상부 보호막(180q)에는 하부 보호막(180p)의 일부를 드러내는 개구부가 형성되어 있다. 그러나 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어진 단일막 구조를 가질 수도 있다.
보호막(180)에는 데이터 패드부(179)와 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 제2 및 제3 접촉 구멍(contact hole; 182, 185)이 형성되어 있으며, 접촉 매개 부재(178)를 드러내는 복수의 제4 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode,191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant;81, 82)가 형성되어 있다.
각 화소 전극(191)은 상부 보호막(180q)의 요철을 따라 굴곡이 져 있고, 반사 전극(192) 및 그 위의 투명 전극(194)을 포함한다.
일 실시예에서, 반사 전극(192) 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어진다. 그러나 반사 전극(192)은 알루미늄, 은 또는 그 합금 등 저저항 반사성 상부막(도시하지 않음)과 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 ITO 또는 IZO와 접촉 특성이 좋은 하부막(도시하지 않음)의 이중막 구조를 가질 수 있다.
투명 전극(194)은 산화주석인듐(indium tin oxide, ITO) 또는 산화아연인듐(indium zinc oxide, IZO) 등의 투명한 도전 물질로 만들어진다. 일 실시예에서 투명 전극은 비정질 산화주석인듐을 포함한다. 비정질 산화주석인듐은 증착 공정 진행시 챔버에 수증기를 의도적으로 유입시켜 산화주석인듐에 비해 다량의 수산화기를 포함한다. 수산화기는 산화주석인듐 합금의 결정 주변에 위치하여 알루미늄 등의 반사성 물질과 접촉시 배터리 효과의 발생 가능성을 낮추어 준다.
반사 전극(192)은 보호막(180) 상의 일부에 형성되며, 투명 전극(194)은 보호막(180)의 일부 및 반사 전극(192)의 일부에 형성된다. 투명 전극(194)의 면적 중 약 10% 내지 약 85%가 반사 전극(192)과 중첩한다.
이러한 중첩 면적을 조절하면, 서로 트레이드오프(trade-off) 관계인 반사율과 잔상을 다양하게 조절할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 중첩 면적을 증가시키는 경우, 잔상은 줄일 수 있으나, 반사율이 저하된다. 반대로, 중첩 면적을 감소시키는 경우, 반사율은 향상시킬 수 있으나, 잔상 역시 증가된다. 따라서, 액정 표시장치의 스펙에 요구되는 조건에 따라 아래의 여러 가지 경우로 분리하여 박막 트랜지스터 표시판을 형성할 수 있다.
일 실시예에서 상기 반사 전극(192)과 중첩하는 투명 전극(194)의 면적은 투명 전극(194) 전체 면적의 약 75% 내지 약 85%이다. 도 3을 참조하면, 상기 반사 전극(192)과 중첩하는 투명 전극(194)의 면적은 투명 전극(194) 전체 면적의 약 80%이다. 이 경우에는 반사율은 저하되지만 잔상의 정도가 낮다.
다른 실시예에서 상기 반사 전극(192)과 중첩하는 투명 전극(194)의 면적은 투명 전극(194) 전체 면적의 약 40% 내지 약 50%이다. 예컨대, 상기 반사 전극(192)과 중첩하는 투명 전극(194)의 면적은 투명 전극(194) 전체 면적의 약 45%이다. 이 경우에는 반사율은 앞의 실시예에 비해 높으나, 잔상은 증가된다.
또 다른 실시예에서 상기 반사 전극(192)과 중첩하는 투명 전극(194)의 면적은 투명 전극(194) 전체 면적의 약 10% 내지 약 20%이다. 예컨대, 상기 반사 전극(192)과 중첩하는 투명 전극(194)의 면적은 투명 전극(194) 전체 면적의 약 15%이다. 이 경우에는 잔상의 정도가 크지만 반사율이 높다.
반사 전극(192)은 반사 전극(192)의 면적 중 약 15% 내지 약 75%가 투명 전극(194)과 중첩한다.
일 실시예에서 상기 투명 전극(194)과 중첩하는 반사 전극(192)의 면적은 반사 전극(192) 전체 면적의 약 65% 내지 약 75%이다. 도 3을 참조하면, 상기 투명 전극(194)과 중첩하는 반사 전극(192)의 면적은 반사 전극(192) 전체 면적의 약 70%이다.
다른 실시예에서 상기 투명 전극(194)과 중첩하는 반사 전극(192)의 면적은 반사 전극(192) 전체 면적의 약 35% 내지 약 45%이다. 예컨대, 상기 투명 전극(194)과 중첩하는 반사 전극(192)의 면적은 반사 전극(192) 전체 면적의 약 40%이다.
다른 실시예에서 상기 투명 전극(194)과 중첩하는 반사 전극(192)의 면적은 반사 전극(192) 전체 면적의 약 15% 내지 약 25%이다. 예컨대, 상기 투명 전극(194)과 중첩하는 반사 전극(192)의 면적은 반사 전극(192) 전체 면적의 약 20%이다.
일반적으로 반사 전극(192) 상에 투명 전극(194)이 형성되면 반사 전극(192)의 반사율이 낮아지게 된다. 본 발명에서는 반사 전극(192)의 약 15% 내지 약 75%가 투명 전극(194)과 중첩하게 되므로 상기 반사 전극(192) 상에 상기 투명 전극(194)이 형성되지 않은 영역에서는 외부광이 투명 전극(194)을 통과하지 않고 직접 반사되므로 반사 전극(192)의 반사율이 높아진다.
반사 전극(192)과 투명 전극(194)이 중첩하는 면적의 비율이 높아지면 반사 전극(192)에서 반사되는 외부광 중 투명 전극(194)을 투과하지 않는 외부광의 비율이 낮아지므로 반사율 향상의 효과가 적게 된다. 한편, 반사 전극(192)과 투명 전극(194)이 중첩하는 면적의 비율이 낮아지면 화소를 구현하는데 필요한 투명 전극(194)의 면적을 확보하기 어렵다. 따라서 투명 전극(194)을 일정 면적 이상 형성하면서 반사율을 향상시키는 범위에서 반사 전극(192)과 투명 전극(194)이 중첩하는 면적을 조절하면 된다.
반사 전극(192)에는 드레인 전극(175)을 노출시키는 제5 접촉 구멍(186)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 제3 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191) 및 이와 연결된 드레인 전극(175)은 유지 전극(133)을 비롯한 유지 전극선(131)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.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 제2 및 제3 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 접촉 매개 부재(178) 및 데이터 패드부(179)와 접촉하며 이들을 덮는다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 접촉 매개 부재(178) 및 데이터 패드부(179)와 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
접촉 매개 부재(178)는 알루미늄 계열 금속으로 만들어진 게이트 패드부(129)와 ITO 또는 IZO와 같은 물질로 만들어진 접촉 보조 부재(81)의 사이에 끼어서 알루미늄 계열 금속과 ITO 등 사이의 접촉 불량, 예를 들면 ITO에 의한 알루미늄의 부식 등이 일어나는 것을 방지한다.
다음으로 공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제2 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member,220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트 릭스(black matrix)라고도 하며, 화소 전극(191)과 마주하는 복수의 개구 영역을 정의하는 한편 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막아 준다.
제2 절연 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(color filter)(230)가 형성되어 있으며, 차광 부재(220)로 둘러싸인 개구 영역 내에 거의 다 들어가도록 배치되어 있다. 색필터(230)는 화소 전극(191)을 따라 세로 방향으로 길게 뻗어 띠(stripe) 형상을 이룰 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
각 색필터(230)에는 반사 영역(RA)에 빛구멍(240)이 형성되어 있어서 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에서의 빛이 색필터(230)를 통과하는 수효의 차이에 따른 색조의 차이를 보상할 수 있다. 일 실시예에서 빛구멍(240)의 크기는 녹색 색필터(230)에서 가장 크며, 청색 색필터(230)에서 가장 작다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat,250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)를 보호하고 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하며 평탄면을 제공한다.
덮개막(250)의 두께는 반사 영역(RA)에서보다 투과 영역(TA)에서 얇아서, 투과 영역(TA)에서의 셀 간격이 반사 영역(RA)에서의 셀 간격의 약 2배이다. 따라서 반사 영역(RA)과 투과 영역(TA)에서 액정층(3)을 통과하는 빛의 광로차에 의한 영향을 보상할 수 있다. 일 실시예에서 덮개막(250)은 반사 영역(RA)에만 형성될 수 있다.
덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO나 IZO 등의 투명한 도전 도전체로 만들어지는 것이 바람직하다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면 위에는 액정층(3)을 배향하기 위한 배향막(alignment layer)(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 하나 이상의 편광자(polarizer,도시하지 않음)가 구비되어 있다.
액정층(3)은 수직 배향 또는 수평 배향되어 있다.
액정 표시 장치는 또한 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 떠받쳐서 둘 사이에 간극(間隙)을 만드는 복수의 탄성 간격재(spacer,도시하지 않음)를 더 포함한다.
액정 표시 장치는 또한 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 결합하는 밀봉재(sealant,도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 밀봉재는 공통 전극 표시판(200)의 가장자리에 위치한다.
그러면 본 발명의 실시예에 따른 화소 전극(191)에 대하여 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화소 전극의 구조를 도시한 평면도이다. 도 5를 참고하면, 화소 전극(191)은 반사 전극(192) 및 투명 전극(194)을 포함한다. 투명 전극(194)은 보호막(미도시) 위에 형성된 A 영역, 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 D 영역 및 반사 전극(192)과 중첩하는 B 영역을 포함한다. 반사 전극(192)은 상부에 투명 전극(194)이 형성된 B 영역 및 상부에 투명 전극(194)이 형성되지 않은 C 영역을 포함한다. D 영역은 박막 트랜지스터의 드레인 전극이 투명 전극(194)과 전기적으로 연결되는 부분으로 반사 전극(192)은 D 영역만큼 개구 부를 갖는다. 일 실시예에서 반사 전극(192)의 면적 중 C 영역이 차지하는 비율은 약 30% 이고 B 영역이 차지하는 비율은 약 70%이다. 일 실시예에서 투명 전극(194)의 면적 중 투명 전극(194)이 반사전극(192)과 중첩하는 B 영역의 비율은 약 80%이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 전극의 구조를 도시한 평면도이다. 도 6을 참고하면, 화소 전극(191')은 반사 전극(192') 및 투명 전극(194')을 포함한다. 투명 전극(194')은 보호막(미도시) 위에 형성된 A'영역,박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 D'영역 및 반사 전극(192')과 중첩하는 B'영역을 포함한다. 반사 전극(192')은 상부에 투명 전극(194')이 형성된 B'영역 및 상부에 투명 전극(194')이 형성되지 않은 C'영역을 포함한다. D'영역은 박막 트랜지스터의 드레인 전극이 투명 전극(194')과 전기적으로 연결되는 부분으로 반사 전극(192')은 D'영역만큼 개구부를 갖는다. 일 실시예에서 반사 전극(192')의 면적 중 C'영역이 차지하는 비율은 약 60% 이고 B'영역이 차지하는 비율은 약 40%이다. 일 실시예에서 투명 전극(194')의 면적 중 투명 전극(194')이 반사전극(192')과 중첩하는 B'영역의 비율은 약 40%이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 전극의 구조를 도시한 평면도이다. 도 7을 참고하면, 화소 전극(191")은 반사 전극(192") 및 투명 전극(194")을 포함한다. 투명 전극(194")은 보호막(미도시) 위에 형성된 A" 영역, 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하는 D" 영역 및 반사 전극(192")과 중첩하는 B" 영역을 포함한다. 반사 전극(192")은 상부에 투명 전극(194")이 형성된 B" 영역 및 상부에 투명 전극(194")이 형성되지 않은 C" 영역을 포함한다. D" 영역은 박막 트랜지스터의 드레인 전극이 투명 전극(194")과 전기적으로 연결되는 부분으로 반사 전극(192")은 D" 영역만큼 개구부를 갖는다. 일 실시예에서 반사 전극(192")의 면적 중 C" 영역이 차지하는 비율은 약 80% 이고 B" 영역이 차지하는 비율은 약 20%이다. 일 실시예에서 투명 전극(194")의 면적 중 투명 전극(194")이 반사전극(192")과 중첩하는 B" 영역의 비율은 약 15%이다.
이상 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 화소 전극의 구조를 설명하였지만 본 발명에 따른 화소 전극의 상기 실시예에 한정되지 않으며 반사 전극과 중첩하는 투명 전극의 면적은 약 10% 내지 약 85% 범위에서 자유롭게 변형될 수 있다. 또한 반사 전극의 면적 중 투명 전극과 중첩하는 비율은 약 15% 내지 약 75% 범위에서 자유롭게 변형될 수 있다.
본 발명에 의하면, 투명 전극의 면적 중 일부가 반사 전극과 중첩한다. 이러한 중첩면적을 변경함으로써 요구되는 스펙에 따라 박막 트랜지스터 기판 및 액정표시장치를 신속하게 제조할 수 있다.
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 (19)

  1. 절연 기판;
    상기 절연 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터가 형성된 절연기판 상에 상기 박막 트랜지스터를 덮도록 형성된 제1 절연막;
    상기 제1 절연막 상의 일부에 형성된 반사 전극; 및
    상기 제1 절연막의 일부 및 상기 반사 전극의 일부 위에 형성되는 투명 전극을 포함하고, 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적 중 10% 내지 85%인 박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적의 10% 내지 20%인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적의 40% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적의 75% 내지 85%인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 15% 내지 75%인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 절연막은 무기막 및 상기 무기막 상에 형성된 유기막을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 절연막의 표면에는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는
    게이트 전극;
    반도체층;
    상기 반도체층 상에 형성된 저항성 접촉층;
    상기 게이트 전극 및 상기 반도체층 사이에 개재된 게이트 절연막; 및
    상기 저항성 접촉층과 접촉하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 투명 전극은 상기 드레인 전극과 접촉하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  10. 제8항에 있어서, 상기 반사 전극에는 상기 드레인 전극을 노출시키는 접촉 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 게이트 전극에 신호를 전달하는 게이트 신호 전달부를 더 포함하며 상기 게이트 신호 전달부는
    제1 도전층;
    상기 제1 도전층 상에 형성되며 상기 제1 도전층의 일부를 노출하는 제2 절연막;
    상기 제2 절연막 상에 형성되며 상기 제1 도전층과 접촉하는 제2 도전층;
    상기 제2 도전층 상에 형성되며 상기 제2 도전층의 일부를 노출하는 제3 절연막; 및
    상기 제3 절연막 상에 형성되고 상기 제2 도전층과 접촉하는 제3 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  12. 절연 기판;
    상기 절연 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터가 형성된 절연기판상에 상기 박막트랜지스터를 덮도록 형성된 절연막;
    상기 절연막 상의 일부에 형성된 반사 전극; 및
    상기 절연막의 일부 및 상기 반사 전극의 일부 위에 형성되는 투명 전극을 포함하며, 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 15% 내지 75% 인 박막 트랜지스터 기판.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 15% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  14. 제12항에 있어서, 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 35% 내지 45%인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  15. 제12항에 있어서, 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하는 면적은 상기 반사 전극 면적의 65% 내지 75%인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  16. 제1 절연기판;
    상기 제1 절연기판 상에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 절연막;
    상기 제1 절연막 상의 일부에 형성된 반사 전극;
    상기 제1 절연막의 일부 및 상기 반사 전극의 일부 위에 상기 반사 전극 면적의 15% 내지 25%와 중첩하며 형성되는 투명 전극;
    상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연기판;
    상기 제2 절연 기판 상에 형성된 공통 전극; 및
    상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 투명 전극이 상기 반사 전극과 중첩하는 면적은 상기 투명 전극 면적의 10% 내지 20%인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제2 절연 기판 상에 형성된 색필터층 및 상기 색필터층 상에 형성된 제2 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 반사 전극이 상기 투명 전극과 중첩하지 않는 영역에 대응하는 위치 중, 상기 제2 절연기판 상의 적어도 일부에 상기 색필터층이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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