KR940006989B1 - 액티브매트릭스 표시장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

액티브매트릭스 표시장치
제1도는 본 발명에 의한 액티브매트릭스 표시장치에 사용된 액티브매트릭스기판의 부위를 표시한 평면도.
제2도는 제1도의 기판의 TFT단면을 확대한 평면도.
제3도는 제2도의 III-III선을 따라 취한 단면도.
제4도는 공지의 컬러액정표시장치에 사용된 공지의 액티브매트릭스기간의 선도.
제5도는 제4도의 액티브매트릭스기판을 확대한 부분평면도.
제6도는 제5도의 TFT단면의 확대스케일의 부분평면도.
제7도는 제6도의 VII-VII선을 따라 취한 단면도.
제8도를 제4도의 액티브매트릭스기판에 사용된 등가회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
55,54 : 픽셀전극 54a,54b : 케이트버스
55a,55b : 픽셀전극 51a,61a : TFT
본 발명은 일반적으로 액티브매트릭스 표시장치에 관한 것으로서 특히 액정과 같은 표시매체를 사용하고 엷은막 트랜지스터(thin film transistor : TFT라 한다)와 같은 스위칭소자를 사용하는 액티브매트릭스 표시장치에 관한 것이다. TFT는 통상적으로 스위칭소자로서 액티브매트릭스 표시장치로서 사용된다. 픽셀전극에 사용된 TFT는 픽셀간의 누화를 감소시키며 무한한 주사선을 허용한다. 따라서 액티브매트릭스 표시소자는 표시영상을 위하여 대용량을 가지며 단순매트릭스 표시소자보다도 더 정밀한 영상품질을 얻게 한다.
본 발명의 배경을 설명하기 위하여 제4도와 제5도를 참조한다. 게이트버스(4)는 하나의 게이트버스와 인접게이트버스간에 픽셀전극(5)을 삽입하여 액티브매트릭스기판상에 서로 병렬로 배열된다. 기수순서의 게이트버스는 4a로 표시하며 우수순서에 있는 게이트버스는 4b로 표시한다. 게이트버스(4a)에 연결된 픽셀전극은 5a로 표시하며 게이트버스(4b)에 연결된 픽셀전극은 5b로 표시한다. 제4도에 표시된 바와같이 게이트버스 5a와 5b와 평행하게 열로 배열된 픽셀전극 5a와 5b는 서로 정열되어 있다. 인접열의 픽셀전극은 게이트버스(4a, 4b)를 따라 각 픽셀전극의 절반측면에 의해 서로 배열되어 있다. 적,록,황색을 표시하는 삼각형으로 배열된 세개픽셀전극은 하나의 유니트를 구성한다. 소스버스(6)는 픽셀전극(5a, 5b)중에 지그재그형으로 배열된다. 픽셀전극(5a)은 게이트버스(4a)에 연결된 TFT(1a)와 게이트버스(4b)에 연결된 TFT(1b)를 포함하는 TFT(1)(제8도)에 연결된다. TFT(1a)는 직각에서 게이트버스(4a)로 부터 연장된 케이트전극(10a)에 형성된다. 픽셀전극(5a)은 TFT(1a)의 드레인전극(8a)에 연결되고 TFT(1a)의 소스전극(9a)는 소스버스(6)에 연결된다.
또한 TFT(1b)는 직각에서 게이트버스(4b)로 부터 연장된 게이트전극(10b)상에 형성된다. 픽셀전극(5b)은 드레인전극(8b)에 연결된다. TFT(1b)의 소스전극(9b)은 소스버스(6)에 연결된다. TFT(1a)의 케이트전극(10a)에 드레인전극(8a)의 위치와 TFT(1b)의 게이트전극(10b)에 드레인전극(8b)의 위치는 서로 게이트버스(4)의 연장을 따라 반대방향에 있다. 추가커패시터선(7)은 각 픽셀전극(5)에 연결된다. 각각 추가커패시터선(7)의 부품은 픽셀전극(5)의 추가커패시터전극으로 기능한다.
제4도에서 추가커패시터선(7)은 생략된다. 제6도와 제7도를 참조하여 TFT(1a,1b)등에 의해 나누어진 내부구성을 설명한다. TFT(1a,1b)의 단면형상은 서로 대칭적이다, 제7도에 표시된 바와같이 TFT(1a)는 유리기간(21)상에 패턴된 게이트전극(10a)과 게이트절연층(23)으로 전부 덮여진 양극 산화막층(22)을 가진다. 게이트절연층(23)상에는 채널층(24), 채널보호층(25), 접촉층(26), 소스금속층(19a)과 드레인금속층(18a)이 있다. 픽셀전극(5a)은 드레인금속층(18a)상에 ITO(Indium Tin Oxide)로서 형성된다. ITO층(27)은 픽셀전극(5a)이 형성될때 동시에 형성된다. 접촉층(26)과 드레인금속층(18a)은 소스전극(9a)를 구성하고 또한 접촉층(26)과 드레인금속층(18a)은 드레인전극(8a)을 구성한다.
제8도는 위에서 기술된 액티브매트릭스기판의 등가회로도이다. 이 액티브매트릭스기판의 TFT(1)는 픽셀전극(5)과 반대전극, 액정층, 픽셀전극(5)에 의해 구성된 추가커패시터(12), 케이트 절연층(23)과 추가커패시터선(7), 게이트전극(10a)(또는 10b)에 의해 구성된 기생용량(13)에 연결된다. 제6도에 표시된 바와같이 기생용량(13)은 게이트전극(10a)(또는 10b)와 드레인전극(8a)(또는 8b)의 중첩부위에 형성된다. 제6도에 표시된 바와같이 중첩부위는 X×W의 면적을 가지며 해칭으로 표시되어 있다. 드레인전극(8a)이 변위 위치에서 형성된다면 기생용량은 상이한 용량을 가진다.
위에서 기술된 바와같이 TFT(1a)의 게이트전극(10a)에 드레인전극(8a)의 위치와 TFT(1b)의 게이트전극(10b)에 드레인전극(8b)의 위치는 서로 게이트버스(4)의 연장을 따라 반대방향에 있다. TFT(1a,1b)의 드레인전극(8a,8b)은 패터닝에 의해 형성된다. 그들이 게이트버스(4)의 연장을 따라 소정위치로 부터 변위된 위치에서 형성된다면 TFT(1a)의 게이트전극(10a)과 드레인전극(8a)의 중첩부위의 면적은 TFT(1b)의 게이트전극(10b)과 드레인전극(8b)의 중첩부위의 면적과 상이할 것이다. 그 결과 TFT(1a)에 연결된 기생용량과 TFT(1b)에 연결된 기생용량은 값이 상이하게 된다. TFT(1)의 게이트전극(10)이 온일때 소스전극(9)로 부터 드레인전극(8)에 가해진 교류신호는 픽셀커패시터(11), 기생커패시터(13)과 추가커패시터(12)에 과도현상으로 가해진다. 일반적으로 TFT의 기생커패시터는 MOS-FET의 기생커패시터보다 더 커진다. 그 때문에 교류신호의 전압파형은 비대칭이 된다. 비대칭은 오프세트(off-set)DC전압성분을 발생시키므로 불필요한 프리커(flicker)를 발생시킨다. TFT의 기생용량으로 부터 나오는 프리커를 방지하기 위하여 통상적으로는 액정층의 반대측에 위치한 반대전극에 DC전압을 가하여 오프세트DC전압을 보상한다.
제4도와 제5도에 표시된 공지의 액티브매트릭스 표시장치에 있어서 기수순서에 있는 게이트버스(4a)에 연결된 TFT(1a)의 기생용량과 우수순서에 있는 게이트버스(4b)에 연결된 TFT(1b)의 기생용량은 크기에 있어서 상이하므로 반대전극에 가해진 전압은 TFT(1a)나 TFT(1b)의 어느하나의 기생용량을 보상만 할 수 있다. 그 결과 DC성분은 기생용량이 보상되지 않은 TFT(1)에 연결된 픽셀전극(5)에 가해진다. 표시소자는 프리커에 의해 좌우된다.
본 발명의 액티브매트릭스 표시장치는 상기의 여러가지의 선행기술의 단점과 불리한 점을 극복한다.
또한 본 발명은 한쌍의 절연기판, 그 한쌍의 절연기판의 하나의 내측에 매트릭스로 배열된 픽셀전극, 픽셀전극간에 배열된 게이트버스, 각 픽셀전극에 배치된 적어도 한쌍의 엷은막 트랜지스터, 게이트전극과 드레인전극을 포함하는 각각의 엷은막 트랜지스터를 포함한 것에 있어서 엷은막 트랜지스터 각 쌍의 게이트전극은 한쌍의 엷은막 트랜지스터간의 중심을 통과하는 중심면에 관하여 대칭형으로 형성되며 게이트전극은 게이트버스방향과 수직이며 또한 한쌍의 드레인전극은 중심면에 관해서 대칭형상으로 형성된다. 더 낳은 실시예에 있어서 게이트버스와 평행하게 열로 배열된 픽셀전극은 서로 정열되어 있고 그 인접열의 픽셀전극은 게이트버스를 따라 각 픽셀전극측의 반에 의해 각각 대체된다. 더 낳은 실시예에 있어서 픽셀전극은 그 사이에 지그재그형으로 배열된 소스버스에 연결된다.
따라서 여기에 기술한 본 발명은 TFT가 상이한 기생용량을 가지는 경우에도 프리커발생이 없는 액티브매트릭스 표시장치를 제공하는 목적을 가능케 한다. 픽셀전극은 한쌍이상의 TFT에 연결되며 게이트전극과 드레인전극을 가진 각 쌍의 TFT는 각각 TFT쌍간의 중심을 통과하는 중심면에 대해서 대칭형상으로 구성된다. 더우기 각 쌍의 TFT의 게이트전극은 게이트버스에 수직으로 위치한다. 이러한 구성은 드레인전극이 게이트버스방향에서 변위된 위치에서 패턴된다면 TFT의 하나가 게이트전극과 드레인전극의 증가된 중첩부위를 가지며 그에 있어서 다른 TFT가 그 감소된 중첩부위를 가지는 이점이 있다. 따라서 TFT의 기생용량은 드레인전극의 변위에 관계없이 일정하게 유지된다. 그래서 차별화된 기생용량 때문에 프리커가 없는 표시장치를 가지게 된다. 제1도에 있어서 복수픽셀전극(55)은 하나의 픽셀전극(55)과 그 다음간에 병렬로 삽입된 게이트버스(54)로서 절연된 기판위에 형성된다. 게이트버스(54)는 게이트버스(54a),(54b)를 포함하고 픽셀전극(55)은 게이트버스(54a)에 연결된 픽셀전극(55a)과 게이트버스(54b)에 연결된 픽셀전극(55b)를 포함한다.
위에서 언급된 바와같이 게이트버스(54a,54b)와 평행하게 각 열에 있는 픽셀전극(55a)(55b)은 제1도에 표시된 바와 같이 (54a,54b)를 따라 픽셀전극측의 일변의 폭치수의 반의 치수만큼 서로 어굿나게 된다. 소스버스(56)는 픽셀전극(55a)(55b)중에서 지그재그형태로 형성된다. TFT(51a,61a)는 게이트버스(54a)와 픽셀전극(55a)간에 제공된다. 또한 TFT(51b)(61b)는 게이트버스(54b)와 픽셀전극(55b)간에 제공된다. TFT(51b)(61b)는 거기에 직각의 게이트버스(54a)로 부터 연장된 게이트전극(57a)(67a)상에 형성된다. TFT(51a,61a)의 게이트전극(57a,67a), 드레인전극(58a,68a), 소스전극(59a)(69a)은 TFT(51a,61a)간의 중심에 위치한 중심면에 관해서 대칭적으로 형성된다. 픽셀전극(55a)은 TFT(51a,61a)의 드레인전극(58a,68a)에 연결된다. TFT(51a,61a)의 소스전극(59a,69a)은 소스버스(56)의 연장부(90a)에 연결된다.
또한 TFT(51b,61b)는 그곳에 직각인 게이트버스(54b)로부터 연장된 게이트전극(57b,67b)에 형성된다. TFT(51b,61b)의 게이트전극(57b,67b), 드레인전극(58b,68b), 소스전극(59b,69b)은 TFT(51b,61b)간의 중심에 위치한 중심면에 대하여 대칭적으로 형성된다. 픽셀전극(55b)은 TFT(51b,61b)의 드레인전극(58b,68b)에 연결된다. TFF(51b,61b)의 소스전극(59b,69b)은 소스버스(56)의 연장부(90b)에 연결된다. 추가커패시터선(91)은 픽셀전극(55a,55b)의 각각에 제공된다. 추가커패시터선(91)의 부분은 각 픽셀전극(55)에 대하여 추가커패시터전극으로 기능한다.
제2도와 제3도릍 참조하여 본 발명에 따른 액티브표시장치를 그것을 제조하는데 필요한 스텝순서에 따라 설명한다. 유리기판(71)은 3000Å의 두께를 가진 막이 Ta로서 형성되어 제조된다. Ta막은 게이트버스(54a,54b), 케이트전극(57a,57b,67a,67b), 추가커패시터선이 형성도록 포토리소그라피나 에칭에 의해 패턴된다. 그후 게이트버스(54a,54b), 게이트전극(57a,57b,67a,67b), 추가커패시터선(91)은 표면양극화에 좌우된다. 이러한 방법으로 이들 선과 전극은 Ta2O5양극화층(72)으로 덮혀진다. 그후 3000A 두께를 가진 게이트 절연층(73)은 상기의 앙극화층(72)의 전표면을 덮기 위하여 플라즈마 CVD방법으로 실리콘질화물(SiNx)로 형성된다. 또한, 상기의 게이트 절연층(73)은 300A의 두께를 갖고 후단에 채널층(74)을 만드는 순수 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon : a-si(i))층과 채널보호층(75)을 만드는 2000A의 두께를 갓는 실리콘질화물층으로 덮혀져 있다.
다음, n형 비정질 실리콘(a-Si(n+))층은, 후단에 접촉층(contact layer) (76) (86)을 형성하기 위하여, CVD방법으로 피복된다. 상기의 a-Si(i)층 및 a-Si(n+)층은 사진석판술 및 식각에 의해서 패턴이 형성된다. 이러한 방법으로 상기의 접촉층(76) (86)과 채널층(74)은 형성된다. 이 단계에서, 상기 접촉층(76)(86)은 상기의 채널층(74)위에 각각 접속되어 있다. 그후, 금속층은 스퍼터링에 의하여 3000Å의 두께를 갖는 Ti로 형성된다. 상기의 Ti층은 소오스버스(56), 연장부(90a)(90b), 소오스금속층(89a)(89b)(99a)(99b), 드레인금속층(88a)(88b)(98a)(98b)을 형성하기 위하여 사진석판술 및 식각에 의해 패턴이 형성된다. 이 상태에서, 상기의 접촉층(76)(86)을 위한 상기의 채널보호층(75)과 이 채널보호층(75)의 중앙부는 식각에 의해 제거된다. 상기의 접촉층(76)과 소오스 금속층(89a)은 상기의 소오스전극(59a)의 구성요소가 되었고, 그리고 상기의 접촉층(86)과 소오스금속층(99a)는 상기의 소오스금속층(69a)의 구성요소가 된다.
이와 마찬가지로, 상기의 접촉층(76)과 드레인금속층(88a)은 드레인전극(58a)의 구성요소가 되었고, 그리고 상기의 접촉층(86)과 드레인금속층(98a)은 상기의 드레인전극(68a)의 구성요소가 되었다. 그후, 1000Å의 두께를 갖는 ITO층은 스퍼터링에 의해서 형성된다. 상기의 ITO층은 픽셀전극(55a)(55b)을 형성하기 위하여 사진석판술 및 식각에 의해 패턴이 형성된다. 상기의 ITO층(77)은 소오스버스(56), 연장부(90a)(90b), 소오스금속층(89a)(89b)(99a)(99b), 드레인금속층(88a)(88b)(98a)(98b)위에 남게된다. 3000Å의 두께를 갖는 보호층(92)은 방위층(orientation 1ayer)(93)상에 부가하여 형성된 SiNx로 형성된다. 카운터기판(81)위에는 검은 띠(b1ack stripe)(82)와 칼라필터(83)이 형성되어 있고, 그리고 ITO의 카운터전극(84)과 방위층(85)은 상기의 검은 띠(82)와 칼라필터(83)위의 전체에 걸쳐서 형성되어 있다. 상기의 액정층(94)은 상기의 두 기판(71)(81) 사이에 형성되어 있다. 이러한 방법으로 액티브매트릭스 디스플레이 장치는 완료된다.
묘사된 상기의 실시예에 있어서, 기생커페시턴스는 제2도에 있어 빗금친 것으로 표시된 부분구체적으로, 상기의 게이트전극(57a)와 드레인전극(58a)의 중첩부분 A와, 상기의 게이트전극(67a)와 드레인전극(68a)의 중첩부분 B에 형성된다. 상기의 중첩부분 A의 영역 SA와 상기의 중첩부분 B의 영역 SB는 X×W의 크기를 갖는 것과 동일하다. 여기에서, X는 상기의 게이트버스(54)를 따라 중첩부분 A와 B의 보다 작은측면의 길이이고, W는 상기의 게이트버스(54)에 수직인 방향으로 중첩부분 A와 B의 보다 큰 측면의 길이이다.
2도에서 도시된 바와같이, 상기의 게이트전극(57a)와 (67a)는 TFT(51a) (61a) 사이의 중앙에 위치한 영상중앙평면의 대향측위에 대칭적으로 배치되어 있다. 각 게이트전극(57a)(57b)은 상기의 게이트버스(54)에 수직으로 되어 있다. 상기의 TFT(51a)(61a)의 드레인전극(58a)(68a)은 상기의 영상 중앙평면에 대하여 대칭적인 형태로 형성되어 있다. 이러한 배열은 상기의 드레인전극(58a)(68a)이 상기의 게이트버스(54)의 방향에서 소정위치로 부터 떨어져 있다하더라도 상기의 중첩부분 A와 B의 전 영역은 일정하게 남는다. 만일, 드레인전극(58a)(68a)이 게이트버스(54)를 따라 정상적인 위치로부터 제2도에서의 직선까지의 △X에 의해 떨어져 있다면, 상기의 중첩부분 A, B의 영역 SA, SB는 다음과 같이 계산된다.
SA= (X+△X) ×W
SB= (X-△X) ×W
그러므로, SA와 SB의 합은 2X×W이다. 이것은 전체영역이 상기의 드레인전극(58a)(68a)의 위치에서 어떠한 이탈도 발생하지 않는 것처럼 동일하게 유지하는 것을 의미한다. 상기의 실시예에 있어서, 한쌍의 TFT는 단일의 픽셀전극을 위해 제공된다. 그러나 TFT의 수는 한쌍으로 한정되는 것은 아니다. 더욱 많은 수의 TFT를 적용할 수 있는 것이다. 두개이상의 TFT쌍이 적용될 때, 게이트전극과 TFT 각 쌍의 드레인전극은 TFT의 각 쌍 사이에 있는 중앙을 통과하는 영상 중심면에 대하여 대칭적이다.
상기의 설명으로부터 분명한 바와같이, 각 픽셀전극은 게이트전극과 드레인전극을 포함하는 적어도 한쌍의 TFT로 구성하되, 상기의 게이트전극은 한쌍의 TFT 사이의 중앙을 통과하는 중심면에 대하여 대칭적인 형상으로 형성된다. 이러한 배열은 상기의 TFT의 기생커패시턴스가 상기 드레인전극의 가능한 이탈에 상관없이 일정하기 때문에, 상기의 디스플레이장치는 상이한 기생커페시턴스로 인한 프리커가 없이 유지된다. 공지의 고정세, 소형의 액티브매트릭스 디스플레이장치는 적은 수의 구경때문에 디스플레이특성이 감소되는 것은 상기의 설명으로부터 알게 된다. 상기의 광차폐층(light shield 1ayer)에 의해서 피복된 큰 영역을 갖는 디스플레이장치가 프로젝션형(projectioh type) 디스플레이장치용으로 사용될때, 상기의 광차폐층으로부터 발생되는 영상에서의 검은 점(b1ack spot)과 같은 또다른 문제가 발생한다.
본 발명의 범위와 정신에 위배되지 않는 한 여러변형예는 이 기술에 속하는 당업자에게 자명할 뿐만아니라 용이하게 발명해낼 수 있다. 따라서, 여기에 첨부된 청구범위는 앞서 설명된 것에 한정하지 않고, 상기의 청구범위는 이 발명에 내재되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 것을 포함하며, 아울러 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.

Claims (3)

  1. 한쌍의 절연기판과, 이 한쌍의 절연기판중 하나의 내측에 매트릭스로 배열된 픽셀전극과, 이 픽셀전극사이에 배열된 게이트버스와, 각 픽셀전극용으로 배치된 적어도 한쌍의 박막트랜지스터를 포함하는 표시장치에 있어서 상기의 각 박막트랜지스터는 게이트전극과 드레인전극을 포함하되, 각 쌍의 박막트랜지스터의 게이트전극이 상기의 한쌍의 박막트랜지스터 사이에 있는 중앙을 통과하는 중심면에 대하여 대칭적인 형상으로 형성되고, 상기의 게이트전극은 상기 게이트버스의 방향에 수직으로 있으며, 그리고 상기 쌍의 박막트랜지스터의 드레인전극은 상기의 중심면에 대하여 대칭적인 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액티브매트릭스 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기의 게이트버스와 평행하게 열로 배열된 픽셀전극은 서로 정열되어 있고, 그리고 그 인접열의 픽셀전극은 상기의 게이트버스를 따라 각 픽셀전극의 일변의 폭치수의 반의 치수만큼 서로 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 액티브매트릭스 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기의 픽셀전극은 그 사이에 지그재그형으로 배열된 소오스버스에 연결되는 것을 특징으로 하는 액티브매트릭스 표시장치.
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