KR100759977B1 - 빛샘 방지 구조를 가지는 박막 트랜지스터 기판 - Google Patents
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Abstract
절연 기판 위에 가로 방향으로 게이트선과 유지 용량선이 형성되어 있고, 유지 용량선에는 세로 방향으로 유지 전극이 형성되어 있다. 게이트 절연막 위에는 채널부용 반도체층과 차광용 반도체층이 형성되어 있으며, 차광용 반도체층은 유지 전극과 중첩되어 있다. 채널부용 반도체층의 위에는 접촉층이 형성되어 있고, 접촉층의 위에는 소스 전극과 드레인 전극이 형성되어 있으며 소스 전극은 세로 방향으로 형성되어 있는 데이터선에 연결되어 있다. 데이터선 등의 위에는 보호막이 형성되어 있고, 보호막의 위에는 화소 전극이 형성되어 있다. 이렇게 하면, 데이터선 전위의 영향으로 인한 빛샘을 저감할 수 있다.
박막트랜지스터기판, 빛샘, 광반사, 차광용반도체
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 2는 도 1의 박막 트랜지스터 기판과 색 필터 기판을 결합하여 이루어진 액정 표시 장치의 단면도로써 도 1의 II-II'선에 대한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 빛샘이 감소되는 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 빛샘이 발생한 경우와 발생하지 않은 경우의 1계조에서의 각도에 따른 투과율 곡선을 나타내는 그래프이고,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치와 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치의 각도에 따른 빛의 반사율을 비교한 그래프이고,
도 6은 도 5의 그래프를 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치의 빛의 반사율을 기준(100%)으로 정규화한 그래프이고,
도 7a는 액정 표시 장치의 패널 내부와 외부에서의 광 경로의 각도 변화를 나타내는 개념도이고,
도 7b는 패널 외부에서의 광 경로 각도에 대응하는 패널 내부에서의 광 경로 각도를 나타내는 그래프이고,
도 8a, 도 9a 및 도 10a는 도 1에 나타낸 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 과정을 공정 순서에 따라 나타낸 도면이고,
도 8b, 도 9b 및 도 10b는 각각 도 8a의 VIIIb-VIIIb'선, 도 9a의 IXb-IXb'선 및 도 10a의 Xb-Xb'선에 대한 단면도이고,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 색 필터 기판의 배치도이고,
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로써 블랙 매트릭스와 색필터 선을 생략하고 도시한 것이고,
도 15는 XV-XV'선에 대한 단면도이고,
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 빛샘이 감소되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 기판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 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 장치가 우수한 화질을 가지기 위해서는 각 화소의 빛 투과량이 입력된 화상 신호에 의하여 정확하게 조절될 수 있어야 한다. 이를 위하여는 각 화소 전극과 공통 전극 사이에서 형성되는 전계가 주변의 영향을 받지 않고 개별적으로 조정될 수 있어야 한다. 그러나 화소 전극이 형성되어 있는 하부 기판에는 화상 신호를 공급하는 데이터선과 주사 신호를 공급하는 게이트선이 형성되어 있으며 이들 배선을 통하여 계속적으로 신호가 흐른다. 이들 배선을 타고 흐르는 전기 신호는 그 주변의 전계에 영향을 미친다. 이로 인하여 액정 분자의 배열이 변경되고 결국 원치 않는 빛의 투과가 발생하게 되며 이러한 현상을 빛샘이라고 한다. 이러한 빛샘을 방지하기 위하여 화소 영역의 경계를 블랙 매트릭스로 가리는 등의 방안을 마련하고 있으나 배선과 블랙 매트릭스 사이에서의 다중 반사로 인하여 여전히 빛샘이 존재한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 빛샘을 저감하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 차광용 반도체층을 데이터선 주위에 배치한다.
구체적으로는, 절연 기판, 상기 기판 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 게이트선과 상기 게이트선의 일부인 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선, 상기 게이트선과 나란한 유지 용량선과 상기 유지 용량선의 가지 형태로 형성되어 있는 다수의 유지 전극을 포함하는 유지 배선, 상기 게이트선 및 상기 유지 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 채널부 반도체층, 상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 상기 유지 전극 중 일부와 중첩되어 있는 차광용 반도체층, 상기 게이트선과 교차하고 있는 데이터선, 상기 데이터선에 연결되어 있으며 상기 채널부 반도체층 위에 걸쳐있는 소스 전극 및 상기 소스 전극에 대향하고 있고 상기 채널부 반도체층 위에 걸쳐 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선, 상기 데이터 배선을 덮고 있으며 상기 드레인 전극을 노출시키는 접촉구를 가지는 보호막, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 이루는 화소 영역 내에 형성되어 있으며 상기 드레인 전극과 상기 접촉구를 통하여 연결되어 있는 화소 전극을 포함하고, 상기 차광용 반도체층과 중첩하는 유지 전극은 상기 데이터선과 나란하게 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판을 마련한다.
이 때, 상기 차광용 반도체층은 상기 데이터선을 중심으로 하여 양측에 배치되어 있는 상기 유지 전극의 상부에 각각 배치되어 있을 수 있고, 상기 차광용 반도체층은 상기 데이터선 하부로부터 그 양측에 배치되어 있는 상기 유지 전극의 상부에까지 걸쳐 형성되어 있을 수 있으며, 상기 화소 전극은 수 개의 소부분으로 이 루어져 있고, 상기 소부분을 상기 유지 전극을 덮고 있는 제1류와 상기 유지 전극을 덮고 있지 않은 제2류로 구분할 때, 상기 차광용 반도체층은 상기 제2류와 인접하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유지 전극은 굴절되어 있어서 세로 부분과 가로 부분을 가지며, 상기 차광용 반도체층은 상기 유지 전극의 세로 부분과 중첩되어 있는 것이 바람직하고, 상기 데이터선과 적어도 일부가 중첩되어 있으며, 상기 데이터선을 따라 세로 방향으로 형성되어 있고, 상기 유지 전극의 세로 부분과 소정의 거리를 유지할 수 있도록 굴절되어 있는 데이터선부 반도체층을 더 포함할 수 있다.
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 기판의 배치도이고, 도 2는 도 1의 박막 트랜지스터 기판과 색 필터 기판을 결합하여 이루어진 액정 표시 장치의 단면도로써 도 1의 II-II'선에 대한 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 블랙 매트릭스(110), 색필터(120) 및 공통 전극(130) 등이 형성되어 있는 상부 기판(100), 박막 트랜지스터와 화소 전극(91) 등이 형성되어 있는 하부 기판(10) 및 상부 기판(100)과 하부 기판(10) 사이에 주입되어 있는 액정 물질(200)로 이루어진다.
먼저, 하부 기판(10)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
유리 등의 투명한 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선 (20)이 형성되어 있고, 게이트선과 나란하게 유지 용량선(30)이 형성되어 있다. 게이트선(20)에는 게이트 전극이(21) 돌기의 형태로 형성되어 있고, 유지 용량선 (30)에는 제1 및 제2 유지 전극(31, 34)이 가지의 형태로 연결되어 있다. 제1 유지 전극(31)과 제2 유지 전극(34)은 유지 용량선(30)에 직접 연결되어 세로 방향으로 형성되어 있고, 이들 두 유지 전극(31, 34)은 유지 전극 연결부(35)에 의하여 서로 연결되어 있다. 유지 전극 연결부(35)는 후술하는 데이터선(70)을 가로지르는 형태로 형성되어 있다. 게이트 배선(20, 21)과 유지 용량 배선(30, 31, 34, 35) 위에는 게이트 절연막(40)이 형성되어 있고, 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(40) 위에는 비정질 규소로 이루어진 채널부 반도체층(50)이 형성되어 있다. 또, 제1 및 제2 유지 전극(31, 34) 상부의 게이트 절연막(40) 위에는 차광용 반도체층(51, 54)이 제1 및 제2 유지 전극(31, 34)을 따라 세로로 길게 형성되어 있다. 채널부 반도체층(50)의 위에는 인 등의 N형 불순물로 고농도로 도핑된 비정질 규소로 이루어진 접촉층(61, 62)이 형성되어 있다. 양쪽 접촉층(61, 62)의 위에는 각각 소스 전극(71)과 드레인 전극(72)이 형성되어 있고, 소스 전극(71)은 게이트 절연막(40) 위에 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(70)에 연결되어 있다. 데이터 배선(70, 71, 72)의 위에는 드레인 전극(72)을 노출시키는 접촉구(81)를 가지는 보호막(80)이 형성되어 있고, 보호막(80)의 위에는 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극 (72)과 연결되어 있는 화소 전극(90)이 형성되어 있다. 화소 전극(90)은 ITO (indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진다.
이상과 같이, 제1 및 제2 유지 전극(31, 34) 위에 차광용 반도체층(31, 34) 을 형성해 두면, 데이터선(70) 주변에서 데이터선(70) 전위의 영향으로 인하여 발생하는 빛샘을 저감할 수 있다. 빛샘이 저감되는 이유에 대하여는 후술한다.
상부 기판(100)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
유리 등으로 이루어진 투명한 기판(100) 위에 크롬과 산화크롬의 이중층으로 이루어진 블랙 매트릭스(110)가 형성되어 있어서 화소 영역을 정의하고 있다. 각 화소 영역에는 적, 녹, 청색의 색필터(120)가 형성되어 있고, 색필터(120)의 위에는 투명한 도전체로 이루어진 공통 전극(130)이 기판(100) 전면에 형성되어 있다.
그러면 본 발명에 의하여 빛샘이 감소되는 원리를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 빛샘이 감소되는 원리를 설명하기 위하여 도 2의 데이터선(70) 주변을 개념화하여 나타낸 도면이다.
먼저, 빛샘의 발생 원인을 살펴본다.
모든 화소 행에 대하여 화상 신호를 순차적으로 공급해야 하므로 데이터선 (70)에는 계속적으로 화상 신호 전압이 인가된다. 그런데 이 화상 신호 전압으로 인하여 데이터선(70) 주변의 액정 분자의 배열이 변화하고, 액정층(200)을 통과하는 빛의 편광 방향이 변화하게 된다. 편광 방향이 변화한 빛은 그대로 통과할 경우 편광판에 의하여 차단되지 않고 액정 표시 장치의 화면을 통하여 방출되어 화질에 영향을 주게된다. 이러한 빛을 차단하기 위하여 블랙 매트릭스(110)를 데이터선(70) 주변을 덮도록 형성해 둔다. 그런데 블랙 매트릭스(110)에 의하여 빛의 일부가 반사되는 것이 문제이다. 도 3에서 차광용 반도체층(54)이 없다고 가정하면, θ2의 각도로 입사한 빛의 일부가 블랙 매트릭스(110)에 의하여 반사되고, 다시 제2 유지 전극(34)에 의하여 반사되어 블랙 매트릭스(110)로 가려지지 않은 부분을 통하여 방출된다.
그러나 도 3과 같이 차광용 반도체층(54)을 형성해 두면 블랙 매트릭스(110)에 의하여 빛이 일부가 반사되더라고 반도체층(54)이 이를 흡수하여 차단하게 된다. 반도체층(54)은 금속 박막인 유지 전극(34)에 비하여 빛의 반사율이 낮고 입사하는 대부분의 빛을 흡수하기 때문이다.
도 3에서, θ1의 각도로 입사하는 빛은 차광용 반도체층(54)이 있더라도 블랙 매트릭스(110)로 가려지지 않은 부분을 통하여 방출될 수 있으나, 이러한 각도로 입사하는 빛은 거의 없어서 빛샘에 크게 기여하지 않으므로 문제시되지 않는다.
도 4는 빛샘이 발생한 경우와 발생하지 않은 경우의 1계조에서의 각도에 따른 투과율 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 4를 보면, 빛샘이 있는 경우 1과 2 모두 한쪽 측면각에서만 빛샘이 나타나고 있다. 이는 박막 트랜지스터 기판 제작 과정에서 발생한 노광 마스크의 오정렬 때문에 빛샘이 한쪽으로만 치우친 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 빛샘이 심하게 발생한 경우에는 투과율이 약 20~30% 수준으로 나타난다. 이 정도의 투과율은 보는 사람이 충분히 인지할 수 있는 정도이다. 사람이 인지하지 못하는 수준은 약 5% 미만이다. 따라서, 도 4에서와 같은, 심한 수준의 빛샘은 1/5 이하로 감소시킬 필요가 있다. 또, 빛샘이 심하게 나타나는 각도는 20°에서 50°임을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치와 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치의 각도에 따른 빛의 반사율을 비교한 그래프이고, 도 6은 도 5의 그래프를 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치의 빛의 반사율을 기준(100%)으로 정규화한 그래프이다. 도 5와 도 6에서 측정 장비의 한계로 인하여 입사 각도가 25°이상인 부분에서만 측정하였다. 그러나 측정된 값을 바탕으로 25°이하의 부분도 추정이 가능하다.
도 5를 보면, 측정한 모든 각도에서 차광용 반도체층이 없는 경우(종래 기술)에 비하여 차광용 반도체층이 있는 경우(본 발명의 제1 실시예)가 빛의 반사율이 현저히 낮음을 알 수 있다. 도 6을 보면, 차광용 반도체층이 있는 경우(본 발명의 제1 실시예)의 빛의 반사율이 차광용 반도체층이 없는 경우(종래 기술)의 반사율의 약 30%에서 40% 정도임을 알 수 있다. 각도가 증가함에 따라 반사율의 비가 증가하는 것은 보호막과 반도체층의 계면에서의 반사가 증가하기 때문이다.
도 7a는 액정 표시 장치의 패널 내부와 외부에서의 광 경로의 각도 변화를 나타내는 개념도이고, 도 7b는 패널 외부에서의 광 경로 각도에 대응하는 패널 내부에서의 광 경로 각도를 나타내는 그래프이다.
도 7a에 나타낸 바와 같이, 광 경로 각도는 스넬의 법칙에 의하여 굴절되기 때문에 액정 패널의 외부와 내부에서 달라진다. 그런데 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 액정 패널의 외부에서 볼 때 빛샘이 문제되는 각도는 약 20°에서 50°사이이다. 이 각도를 액정 패널 내부에서의 각도로 환산하면 약 13°에서 31°사이가 된다(도 7b 참조). 이 범위는 도 6에서 네모 박스로 둘러싸인 부분이다. 도 6을 보면 이 범위 내에서는 차광용 반도체층이 있는 경우(본 발명의 제1 실시예)의 빛의 반사율이 차광용 반도체층이 없는 경우(종래 기술)의 반사율의 30% 내외로 감소된다. 따라서 유지 전극(31, 34) 위에 반도체층(51, 54)을 적용함으로써 25% 수준이던 빛샘을 약 7~8% 수준으로 감소시킬 수 있다.
그러면 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 박막 트랜지스터 기판(하부 기판)을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 8a, 도 9a 및 도 10a는 도 1에 나타낸 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 과정을 공정 순서에 따라 나타낸 도면이고, 도 8b, 도 9b 및 도 10b는 각각 도 8a의 VIIIb-VIIIb'선, 도 9a의 IXb-IXb'선 및 도 10a의 Xb-Xb'선에 대한 단면도이다.
우선, 도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 절연 기판(10) 위에 게이트 금속층을 적층하고 사진 식각하여 게이트 배선(20, 21) 및 유지 전극 배선(30, 31, 34, 35)을 형성한다. 이 때, 게이트 금속층은 크롬 등의 물리 화학적 특성이 우수한 물질과 알루미늄 등의 도전성이 우수한 물질의 이중층으로 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이, 게이트 배선(20, 21) 및 유지 전극 배선(30, 31, 34, 35) 위에 질화 규소, 비정질 규소, N형 불순물로 도핑된 비정 질 규소를 차례로 증착하여 게이트 절연막(40), 반도체층(50, 51, 54) 및 접촉층 (60)을 형성하고, 반도체층(50, 51, 54) 및 접촉층(60)을 함께 사진 식각하여 채널부 반도체층(50)과 차광용 반도체층(51, 54) 및 이들 위의 접촉층(60)을 패터닝한다.
도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 같이, 데이터 금속층을 적층하고 사진 식각하여 데이터 배선(70, 71, 72)을 형성한다. 이 때, 데이터 금속층은 크롬 등의 물리 화학적 특성이 우수한 물질과 알루미늄 등의 도전성이 우수한 물질의 이중층으로 형성하는 것이 바람직하다. 이어서, 데이터 배선(70, 71, 72)을 식각 차단층으로 하여 노출되어 있는 접촉층(60)을 식각하여 채널부 반도체층(50) 상부에서는 양쪽으로 분리된 접촉층(61, 62)을 형성하고 차광용 반도체층(51, 54) 상부에서는 접촉층(60)을 모두 제거한다.
다음, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 데이터 배선(70, 71, 72) 위에 질화 규소 등을 증착하거나 유기막을 도포하여 보호막(80)을 형성하고, 보호막(80)을 사진 식각하여 드레인 전극(72)을 노출시키는 접촉구(81)를 형성한다. 이어서, ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium tin oxide) 등의 투명 도전 물질을 증착하고 사진 식각하여 드레인 전극(72)과 연결되는 화소 전극(90)을 형성한다.
색필터 기판(상부 기판)을 제조하는 방법은 종래의 색필터 기판의 제조 방법과 동일하다. 즉, 절연 기판(100) 위에 크롬을 증착하고 사진 식각하여 블랙 매트릭스(110)를 형성하고, 각 색상의 안료가 포함된 감광성 유기 물질을 도포, 노광, 현상하는 과정을 되풀이하여 적, 녹, 청색의 색필터(120)를 형성한다. 이어서, 색 필터(120)위에 ITO 또는 IZO 등의 투명 도전 물질을 증착하여 공통 전극(130)을 형성한다. 여기서 블랙 매트릭스(110)는 크롬과 산화크롬의 이중층으로 형성하거나 유기 물질로 형성하여 광 반사를 더 한층 저감시킬 수도 있다. 그러나 블랙 매트릭스(110)를 이중층으로 형성하는 경우에는 공정이 추가되어야 하고 유기 물질은 가격이 비싸기 때문에 원가 상승의 요인이 된다. 따라서 본 발명에서와 같이 차광용 반도체층을 두는 경우에는 굳이 적용하지 않아도 무방하다.
본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이다.
제2 실시예는 데이터선이 단차로 인하여 단선되는 것을 방지하거나 기생 용량을 감소시키는 등의 목적을 위하여 데이터선의 아래에 반도체층을 남기는 경우에 있어서, 차광용 반도체층이 데이터선 하부의 반도체층과 붙는 것을 방지하기 위하여 마련된 것이다.
유리 등의 투명한 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선 (20)이 형성되어 있고, 게이트선과 나란하게 유지 용량선(30)이 형성되어 있다. 게이트선(20)에는 게이트 전극이(21) 돌기의 형태로 형성되어 있고, 유지 용량선 (30)에는 유지 전극(36, 37, 38, 32, 33)이 가지의 형태로 연결되어 있다. 유지 전극(36, 37, 38, 32, 33)은 유지 용량선(30)에 직접 연결되어 세로 방향으로 형성되어 있는 제1 세로부(36), 제1 세로부(36)에 연결되어 있고 가로 방향으로 형성되어 있는 제1 가로부(32), 제1 가로부(32)에 연결되어 있고 세로 방향으로 형성되어 있는 제2 세로부(36), 제2 세로부(36)에 연결되어 있고 가로 방향으로 형성되어 있는 제2 가로부(33) 및 제2 가로부(33)에 연결되어 있고 세로 방향으로 형성되어 있는 제3 세로부(36)로 이루어져 있다. 게이트 배선(20, 21)과 유지 용량 배선(30, 32, 33, 36, 37, 38)의 위에는 게이트 절연막(40)이 형성되어 있고, 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(40) 위에는 비정질 규소로 이루어진 채널부 반도체층(50)이 형성되어 있다. 또, 제1 내지 제3 유지 전극(36, 37, 38) 상부의 게이트 절연막(40) 위에는 차광용 반도체층(55, 56, 57)이 각각 제1 내지 제3 유지 전극(36, 37, 38)을 따라 세로로 길게 형성되어 있다. 또 채널부 반도체층(50)과 연결되어 있는 데이터선부 반도체층(58)이 세로 방향으로 길게 뻗어 있다. 여기서, 데이터선부 반도체층(58)은 차광용 반도체층(55, 56, 57)과 일정한 거리를 유지하기 위하여 부분적으로 굴절되어 있다. 반도체층(50) 및 데이터선부 반도체층 (58)의 위에는 인 등의 N형 불순물로 고농도로 도핑된 비정질 규소로 이루어진 접촉층(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 접촉층의 위에는 각각 소스 전극(71)과 드레인 전극(72)이 형성되어 있고, 소스 전극(71)은 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(70)에 연결되어 있다. 데이터선(70)은 데이터선부 반도체층(58) 위에 형성되어 있는 접촉층 위에 형성되어 있다. 데이터 배선(70, 71, 72)의 위에는 드레인 전극(72)을 노출시키는 접촉구(81)를 가지는 보호막(80)이 형성되어 있고, 보호막 (80)의 위에는 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극(72)과 연결되어 있는 화소 전극 (90)이 형성되어 있다. 화소 전극(90)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진다.
이와 같이 차광용 반도체층(55, 56, 57)을 형성해 두면, 데이터선(70) 주변에서 데이터선(70) 전위의 영향으로 인하여 발생하는 빛샘을 저감할 수 있고, 차광용 반도체층(55, 56, 57)이 데이터선부 반도체층(58)과 연결되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 색필터 기판의 배치도이고, 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로써 블랙 매트릭스와 색필터 선을 생략하고 도시한 것이고, 도 15는 XV-XV'선에 대한 단면도이다.
먼저, 도 12와 도 15를 참고로 하여 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판에 대하여 설명한다.
유리 등의 투명한 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선 (20)이 형성되어 있고, 게이트선(20)과 나란하게 유지 용량선(30)이 형성되어 있다. 게이트선(20)에는 게이트 전극이(21) 돌기의 형태로 형성되어 있고, 유지 용량선(30)에는 제1 내지 제4 유지 전극(31, 32, 33, 34)이 가지의 형태로 연결되어 있다. 제1 유지 전극(31)은 유지 용량선(30)에 직접 연결되어 세로 방향으로 형성 있고, 제2 유지 전극(32)과 제3 유지 전극(33)은 각각 제1 유지 전극(31)에 연결되어 가로 방향으로 뻗어 있다. 제4 유지 전극(34)은 제2 및 제3 유지 전극(32, 33)에 연결되어 세로 방향으로 뻗어 있다. 또 이웃하는 화소의 제1 유지 전극(31)과 제4 유지 전극(34)은 제1 및 제2 유지 전극 연결부(35, 36)에 의하여 서로 연결되어 있다. 게이트 배선(20, 21)과 유지 용량 배선(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36) 위에는 게이트 절연막(40)이 형성되어 있다. 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(40) 위에는 비정질 규소로 이루어진 채널부 반도체층(50)이 형성되어 있고, 이웃하는 두 화소의 제1 유지 전극(31)과 제4 유지 전극(34)의 사이에는 이들 두 유지 전극(31, 34)의 일부와 중첩되도록 차광용 반도체층(52)이 형성되어 있다. 반도체층(50, 52)의 위에는 인 등의 N형 불순물로 고농도로 도핑된 비정질 규소로 이루어진 접촉층(61, 62, 63)이 형성되어 있다. 접촉층(61, 62, 63)의 위에는 각각 소스 전극(71)과 드레인 전극(72) 및 데이터선(70)이 형성되어 있고, 소스 전극 (71)은 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(70)에 연결되어 있다. 데이터 배선(70, 71, 72)의 위에는 드레인 전극(72)을 노출시키는 접촉구(81)를 가지는 보호막(80)이 형성되어 있고, 보호막(80)의 위에는 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극(72)과 연결되어 있는 화소 전극(90)이 형성되어 있다. 화소 전극(90)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진다.
이 때, 화소 전극(90)은 제1 내지 제3 소부분(91, 92, 93)으로 분리되어 있으며 이들 소부분은 연결부(94, 95)를 통하여 서로 연결되어 되어 있다. 제1 소부분(91)은 두 게이트선(20)과 두 데이터선(70)의 교차에 의하여 정의되는 화소 영역의 하반면에 네 모서리가 잘려나간(이하 "모따기"라 한다.) 직사각형 모양으로 형성되어 있고, 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극(72)과 직접 연결되어 있다. 제2 및 제3 소부분(92, 93)은 화소 영역의 상반면에 역시 네 모서리가 잘려나간 직사각 형 모양으로 형성되어 있다. 제2 소부분(92)은 제1 소부분(91)과 제1 연결부(94)를 통하여 연결되어 있고, 제3 소부분(93)은 제2 소부분(92)과 제2 연결부(95)를 통하여 연결되어 있다. 이 때, 제1 소부분(91)과 제2 소부분(92)의 사이에는 제2 유지 전극(32)이 위치하고 제2 소부분(92)과 제3 소부분(93)의 사이에는 제3 유지 전극(33)이 위치하며, 제1 유지 전극(31)과 제4 유지 전극(34)은 화소 전극(90)과 데이터선(70) 사이에 위치한다. 제1 소부분(91)은 데이터선과 나란한 변이 게이트선과 나란한 변에 비하여 길고, 제2 소부분과 제3 소부분은 데이터선과 나란한 변이 게이트선과 나란한 변에 비하여 짧다. 이 때, 제2 및 제3 소부분(92, 93)은 제1 및 제4 유지 전극(31, 34)과 중첩되나 제1 소부분(91)은 제1 및 제4 유지 전극(31, 34)과 중첩되지 않는다. 또, 유지 용량선(30)은 게이트선(20)과 제3 소부분(93) 사이에 위치한다. 이 때, 유지 용량 배선(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36)에는 후술하는 색필터 기판의 공통 전극 전위가 인가되는 것이 보통이다.
이상과 같이, 데이터선과 화소 전극 사이 및 게이트선과 화소 전극 사이에 공통 전위가 인가되는 유지 용량선이나 유지 전극을 배치하면 데이터선 전위와 게이트선 전위가 화소 영역의 전계에 미치는 영향을 유지 용량선과 유지 전극이 차단하여 안정된 도메인을 형성할 수 있다.
다음, 도 13과 도 15를 참고로 하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터 기판에 대하여 설명한다.
유리 등으로 이루어진 투명한 기판(100) 위에 크롬으로 이루어진 블랙 매트릭스(110)가 형성되어 있어서 화소 영역을 정의하고 있다. 각 화소 영역에는 색필 터(120)가 형성되어 있고, 색필터(120)의 위에는 유기 절연 물질로 이루어진 오버코트막(140)이 형성되어 있으며, 오버코트막(140) 위에는 투명한 도전체로 이루어진 공통 전극(130)이 기판(100) 전면에 형성되어 있다. 이 때, 공통 전극(130)은 제1 내지 제3 개구부(410, 420, 430)를 가지고 있다. 제1 개구부(410)는 화소 영역의 하반부를 좌우로 양분하고 있고, 제2 개구부(420)와 제3 개구부(430)는 화소 영역의 상반부를 3분하고 있다. 각 개구부(410, 420, 430)의 양끝 부분은 점점 확장되어 이등변 삼각형 모양을 이루고 있다.
위에서 블랙 매트릭스는 크롬과 산화크롬의 이중층으로 형성하거나 유기 물질로 형성할 수도 있다.
그러면, 도 14와 도 15를 참고로 하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 12의 박막 트랜지스터 기판과 도 13의 색필터 기판을 정렬하여 결합하고, 두 기판 사이에 액정 물질을 주입하여 수직으로 배향하며, 두 개의 편광판을 두 기판의 외부에 그 편광축이 서로 직교하도록 배치하면 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치가 마련된다. 두 기판을 정렬하면 박막 트랜지스터 기판의 화소 전극(90)의 각 소부분(91, 92, 93)과 색필터 기판의 공통 전극(400)에 형성되어 있는 개구부(410, 420, 430)가 중첩하여 화소 영역을 다수의 도메인으로 분할한다. 이 때, 화소전극(90)의 각 소부분(91, 92, 93)은 두 개의 장변과 두 개의 단면으로 이루어지며, 각 소부분의 장변은 데이터선(70) 또는 게이트선(20)과 나란하고, 편광판의 편광축과는 45°를 이룬다. 여기서, 데이터선(70)이나 게이트선(20)과 인접 하여 화소전극의 각 소부분(91, 92, 93)의 장변이 위치하고 있는 경우에는 데이터선(70)과 장변 사이 및 게이트선(20)과 장변 사이에 유지 용량선(30)이나 유지 전극(31, 32, 33, 34)이 배치된다. 이 때, 유지 용량선(30)이나 유지 전극(31, 32, 33, 34)은 화소 전극(90)과 일부 중첩될 수 있다. 즉, 유지 용량선(30)이나 유지 전극(31, 32, 33, 34)은 도메인의 장변에 걸쳐있을 수 있다. 한편, 화소 전극의 각 소부분(91, 92, 93)의 단변 주변에는 유지 용량배선(30, 31, 32, 33, 34)이 배치되지 않거나, 배치되어 있는 경우에는 화소 전극(90)에 의하여 완전히 덮이거나 또는 화소 전극(90)으로부터 3㎛ 이상 멀리 떨어져 있다.
이상과 같이 데이터선 및 게이트선과 화소전극 소부분의 장변의 사이에 공통 전위가 인가되는 유지 배선을 배치하면 데이터선 전위와 게이트선 전위가 도메인 내부의 전계에 미치는 영향을 유지 배선이 차단함과 동시에 유지 배선에 인가되는 공통 전위가 도메인 내부의 프린지 필드(액정이 기울어지는 방향을 제어하기 위하여 의도적으로 형성하는 기울어진 전기장)를 강화하는 역할을 하여 안정된 도메인을 형성할 수 있다. 또, 화소 전극 소부분의 단변 주변에는 유지 용량선이나 유지 전극을 배치하지 않거나, 화소 전극으로 하여금 유지 배선을 덮거나(유지 배선이 도메인의 내부에 위치한다.) 또는 3㎛ 이상 멀리 떨어지도록 배치하여 유지 배선에 인가되는 공통 전위가 도메인 내부의 전계에 영향을 미치는 것을 방지한다. 이는 화소 전극 소부분의 장변 쪽에서와 달리 단변 쪽에서는 유지 배선의 공통 전위는 도메인 내부의 프린지 필드를 흩트리는 방향으로 작용하기 때문이다.
또, 차광용 반도체층(52)을 둠으로써 데이터선(70) 주변에서 데이터선(70) 전위의 영향으로 인하여 발생하는 빛샘을 저감할 수 있다. 이에 대하여 도 16을 참고로 하여 설명한다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 빛샘이 감소되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 보면, θ1 또는 θ2 어느 각도로 입사하더라고 데이터선(70) 주변에서 빛샘을 유발할 수 있는 빛은 차광용 반도체층(52)을 한번 통과하게 되어 있다. 차광용 반도체층(52)을 통과하는 과정에서 상당량의 빛이 흡수되어 차단된다. 따라서 빛샘이 감소한다.
이상에서는 비록, 이 발명의 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 이 발명은 위에서 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이 발명의 범위는 후술되는 특허 청구 범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.
데이터선과 인접한 배선의 상부에 차광용 반도체층을 형성해 둠으로써 데이터선 전위의 영향으로 인한 빛샘을 저감할 수 있다.
Claims (6)
- 절연 기판,상기 기판 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 게이트선과 상기 게이트선의 일부인 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선,상기 게이트선과 나란한 유지 용량선과 상기 유지 용량선의 가지 형태로 형성되어 있는 다수의 유지 전극을 포함하는 유지 배선,상기 게이트선 및 상기 유지 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 채널부 반도체층,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 상기 유지 전극 중 일부와 중첩되어 있는 차광용 반도체층,상기 게이트선과 교차하고 있는 데이터선, 상기 데이터선에 연결되어 있으며 상기 채널부 반도체층 위에 걸쳐있는 소스 전극 및 상기 소스 전극에 대향하고 있고 상기 채널부 반도체층 위에 걸쳐 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선,상기 데이터 배선을 덮고 있으며 상기 드레인 전극을 노출시키는 접촉구를 가지는 보호막,상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 이루는 화소 영역 내에 형성되어 있으며 상기 드레인 전극과 상기 접촉구를 통하여 연결되어 있는 화소 전극을 포함하고, 상기 차광용 반도체층과 중첩하는 유지 전극은 상기 데이터선과 나란하게 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 차광용 반도체층은 상기 데이터선을 중심으로 하여 양측에 배치되어 있는 상기 유지 전극의 상부에 각각 배치되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 차광용 반도체층은 상기 데이터선 하부로부터 그 양측에 배치되어 있는 상기 유지 전극의 상부에까지 걸쳐 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
- 제3항에서,상기 화소 전극은 수 개의 소부분으로 이루어져 있고, 상기 소부분을 상기 유지 전극을 덮고 있는 제1류와 상기 유지 전극을 덮고 있지 않은 제2류로 구분할 때, 상기 차광용 반도체층은 상기 제2류와 인접하고 있는 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 유지 전극은 굴절되어 있어서 세로 부분과 가로 부분을 가지며, 상기 차광용 반도체층은 상기 유지 전극의 세로 부분과 중첩되어 있는 박막 트랜지스터 기판.
- 제5항에서,상기 데이터선과 적어도 일부가 중첩되어 있으며, 상기 데이터선을 따라 세로 방향으로 형성되어 있고, 상기 유지 전극의 세로 부분과 소정의 거리를 유지할 수 있도록 굴절되어 있는 데이터선부 반도체층을 더 포함하는 박막 트랜지스터 기판.
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