KR100875187B1 - 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

패턴 쉬프트 현상이 발생하더라도 데이터라인과 화소전극간의 수직 커패시턴스 변화를 최소화하여 척의 세로선 얼룩이 발생하는 것을 방지하기에 알맞은 액정표시소자를 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 교차 배치되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인과; 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부분에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 데이터라인을 중심으로 상기 데이터라인의 좌,우측으로 돌출되어 지그재그 형상을 갖도록 상기 게이트라인의 상측에 형성된 액티브층과; 상기 화소영역에 형성된 화소전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
진공척, 액티브층, 지그재그

Description

액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 진공척 및 그 상부에 안착된 유리기판을 나타낸 평면도
도 2는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 단위 화소의 확대평면도
도 3a와 도 3b는 종래 기술에 따른 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선상의 구조 단면도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 확대평면도
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'선상의 구조 단면도
도 6은 본 발명에 따른 도 4의 Ⅲ-Ⅲ'선상의 구조 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
41 : 하부기판 42 : 게이트라인
42a : 게이트전극 43 : 게이트절연막
44 : 액티브층 45 : 데이터라인
46 : 보호막 47 : 화소전극
본 발명은 액정표시소자에 대한 것으로, 특히 포토 공정시 척(Chuck) 형상에 의한 패턴 왜곡과, 수직 커패시턴스의 변화에 의해 척의 세로선 불량이 발생하는 것을 방지하기에 알맞은 액정표시소자에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점차 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시 장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시 장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 특징 및 장점과 배치되는 점이 많이 있다.
따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시장치는 화상을 표시하는 액정패널과 상기 액정패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있다.
상기에서 액정패널은 복수개의 픽셀 영역이 매트릭스 형태로 배열되고 각 픽셀마다 하나의 박막트랜지스터와 하나의 화소전극이 배열되어 있는 하부기판과, 색상을 나타내기 위한 칼라필터 및 공통전극이 구성된 상부기판과, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 충진된 액정층으로 구성되어 있다.
그리고 상기 상,하부기판의 양쪽면에는 가시광선(자연광)을 선편광 시켜주는 편광판이 각각 부착되어 있다.
여기서, 상기 하부기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트배선과, 상기 각 게이트배선과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터배선과, 상기 각 게이트배선과 데이터배선이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소전극과, 상기 게이트배선의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터배선의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막트랜지스터가 형성된다.
그리고 상부기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R,G,B 칼라필터층과 화상을 구현하기 위한 공통전극이 형성된다.
또한, 이와 같이 형성된 상부기판과 하부기판은 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고, 씨일재(sealant)에 의해 합착된다. 그리고 씨일재 내부의 공간에 액정이 형성된다.
이와 같은 구조를 갖는 액정표시장치를 제조할 때 하나의 유리기판에 하나의 액정 패널을 형성하는 것이 아니라, 유리기판의 크기 및 액정패널의 사이즈에 따라 하나의 대형 기판에 복수개의 액정 패널을 동시에 형성한다.
상기와 같이 구성된 액정표시장치는 화소 단위를 이루는 액정셀의 형성 공정을 동반하는 패널 상부기판 및 하부기판의 제조공정과, 액정 배향을 위한 배향막의 형성 및 러빙(Rubbing) 공정과, 상부기판 및 하부기판의 합착 공정과, 합착된 상,하부기판 사이에 액정을 주입하고 봉지 하는 공정 등의 여러 과정을 거쳐 완성되게 된다.
여기에서 하부기판의 제조공정은 기판 상에 전극 물질, 반도체층 및 절연막의 도포와 에칭 작업을 통한 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 'TFT'라 함)부의 형성과 기타 전극부를 형성하는 과정을 포함한다.
액정 주입 및 봉지 공정을 거친 다음 상, 하부기판의 양쪽 면에 편광판이 부착되어 액정패널이 완성된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 종래의 액정표시소자에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 액정표시소자를 제조하기 위한 진공척 및 그 상부에 안착된 유리기판을 나타낸 평면도이다.
그리고 도 2는 종래 기술에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 확대평면도이고, 도 3a와 도 3b는 종래 기술에 따른 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선상의 구조 단면도이다.
종래 기술에 따른 액정표시소자를 제조하기 위한 진공척은 도 1에 도시한 바와 같이 금속 재질로 구성되며 유리기판(10)이 안착되도록 복수개의 돌출부를 갖고 구성된 지지부(11)와, 유리기판(10)이 진공척의 지지부(11)상에 안착되도록 고정시 키기 위해서 상기 돌출된 지지부(11) 사이에 형성된 진공라인(Vacuum line)(12)으로 구성된다.
이때 지지부(11)는 사각 테두리 모양의 돌출부가 일정간격을 갖고 척의 가장자리에서 중심부까지 반복하여 형성되어 있는 것으로, 유리기판(10)은 진공척의 돌출된 지지부(11)에 안착되어 있다.
이때 유리기판(10)은 하부기판을 나타낸 것으로, 일측 가장자리에는 게이트패드가 형성되고, 이에 수직한 다른측 가장자리는 소오스패드가 형성된다.
이하, 상기의 진공척을 사용하여 제조한 종래 기술에 따른 액정표시소자의 구성에 대하여 살펴보고자 한다.
종래의 액정표시소자는 도 2와 도 3a에 도시한 바와 같이 하부기판(31) 상에 일방향으로 연장된 게이트라인(32)이 있고, 게이트라인(32)과 교차하여 화소영역을 정의하며 일방향으로 연장된 데이터라인(35)이 있다.
그리고 상기 데이터라인(35)에서 돌출되어 소오스전극(35a)이 형성되어 있고, 상기 소오스전극(35a)과 소정 간격 이격되어 드레인전극(35b)이 형성되어 있다.
이때 소오스전극(35a)은 '⊂' 형상의 홈을 갖도록 돌출되어 있고, 상기 드레인전극(35b)은 상기 '⊂' 형상의 홈 안쪽에 상기 소오스전극(35a)과 소정간격 이격되어 있으며, 상기 소오스전극(35a)과 드레인전극(35b) 사이에 액티브 채널이 '⊂' 형상으로 형성되어 있다.
그리고 상기 게이트라인(32)의 일측으로 게이트전극(32a)이 돌출되어 있고, 상기 게이트라인(32)을 포함한 하부기판(31) 상에 게이트절연막(33)이 형성되어 있다.
상기 게이트전극(32a) 상부와, 데이터라인(35), 소오스전극(35a) 및 드레인전극(35b) 하부의 게이트절연막(33) 상에 액티브층(34)이 형성되어 있다.
이때 액티브층(34)은 데이터라인(35), 소오스전극(35a) 및 드레인전극(35b)보다 좁은 폭으로 형성되고, 비정질 실리콘층(34a)과 n+ 비정질 실리콘층(34b)이 적층되어 구성된다.
그리고 스토리지 커패시터 형성영역의 전단 게이트라인이 스토리지 하부전극 역할을 하고, 그 상측의 게이트절연막상에 스토리지 상부전극이 섬형상으로 구성되어 있다.
이때 스토리지 상부전극은 액티브층과 데이터라인을 형성할 때 섬 형상으로 적층 형성된 것이다.
그리고 데이터라인(35)을 포함한 하부기판(31) 전면에 보호막(36)이 형성되어 있고, 보호막(36)은 드레인전극(35b)과 스토리지 상부전극의 일영역상에 콘택홀을 갖고 있다.
그리고 화소영역에 투명 화소전극(37)이 형성되어 있는데, 이때 화소전극(37)은 상기 콘택홀을 통해 드레인전극(35b) 및 스토리지 상부전극과 콘택되어 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 액정표시소자를 도 1의 진공척을 이용하여 제조할 때, 진공척의 지지부(11)가 굴곡을 갖고 형성되어 있기 때문에, 그 상부에 안착된 유리기판(특히, 하부기판)이 굴곡을 갖게 되고, 이와 같은 굴곡에 의해서 포토 공정시 빛이 왜곡되어 원하는 패턴을 형성하지 못하게 된다.
특히, 데이터라인(35) 및 액티브층(34)을 패터닝할 때 각 공정 스텝별 패턴 쉬프트(shift) 현상에 의해서, 도 3b에 도시한 바와 같이 화소전극(37)과 오버랩되는 보호막(36)의 두께가 변화되어 오버랩되는 수직 커패시턴스에 차이가 발생된다.
다시말해서 도 3a에서 액티브층(34)과 화소전극(37)이 오버랩되는 두께가 t1이고, 데이터라인(35)과 화소전극(37)이 오버랩되는 두께가 t2일 때, 진공척을 이용한 포토 공정으로 데이터라인(35)과 액티브층(34)을 패터닝할 때, 패턴 쉬프트 현상이 발생하면 도 3b에 도시한 바와 같이 액티브층(34)과 화소전극(37)이 오버랩되는 두께가 t1에서 t1'로 커질 수 있고, 또한 데이터라인(35)과 화소전극(37)의 오버랩되는 면적도 줄어들거나 늘어날 수 있다.
이와 같이 진공척을 이용하여 포토 공정을 진행할 때 패턴 쉬프트(shift) 현상이 발생하면, 데이터라인과 화소전극이 오버랩되는 면적 및 오버랩되는 수직 두께가 변화되어 Cdp 편차가 증가하고, 이로 인해서 척 세로선 얼룩이 심화되는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 패턴 쉬프트 현상이 발생하더라도 데이터라인과 화소전극간의 수직 커패시턴스 변화를 최소화하여 척의 세로선 얼룩이 발생하는 것을 방지하기에 알맞은 액정표시소자를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 교차 배치되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인과; 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부분에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 데이터라인을 중심으로 상기 데이터라인의 좌,우측으로 돌출되어 지그재그 형상을 갖도록 상기 게이트라인의 상측에 형성된 액티브층과; 상기 화소영역에 형성된 화소전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명은 진공척의 형상에 의해서 포토공정시 패턴 왜곡이 발생하더라도 Cdp 편차 및 휘도 차이가 발생하지 않도록 하여 척의 세로선 얼룩을 개선하기 위한 구성에 관한 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 확대평면도이다.
그리고 도 5는 본 발명에 따른 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'선상의 구조 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 도 4의 Ⅲ-Ⅲ'선상의 구조 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정표시소자는 도 4에 도시한 바와 같이 하부기판(41) 상에 일방향으로 연장된 게이트라인(42)이 있고, 게이트라인(42)과 교차하여 화소영역을 정의하며 일방향으로 연장된 데이터라인(45)이 있다.
그리고 상기 데이터라인(45)의 일측에서 돌출된 소오스전극(45a)이 있고, 상 기 소오스전극(45a)과 소정 간격 이격된 드레인전극(45b)이 있다.
이때 소오스전극(45a)은 '⊂' 형상의 홈을 갖도록 돌출되어 있고, 상기 드레인전극(45b)은 상기 '⊂' 형상의 홈 안쪽에 상기 소오스전극(45a)과 소정간격 이격되어 있으며, 상기 소오스전극(45a)과 드레인전극(45b) 사이에 액티브 채널이 '⊂' 형상으로 형성되어 있다.
그리고 상기 게이트라인(42)의 일측으로 게이트전극(42a)이 돌출되어 있고, 상기 게이트라인(42)을 포함한 하부기판(41) 상에 게이트절연막(43)이 형성되어 있다.
상기 게이트전극(42a) 상부와, 데이터라인(45), 소오스전극(45a) 및 드레인전극(45b) 하부의 게이트절연막(43) 상에 액티브층(44)이 형성되어 있다.
이때 액티브층(44)은 데이터라인(45), 소오스전극(45a) 및 드레인전극(45b)보다 좁은 폭으로 형성되고, 비정질 실리콘층(44a)과 n+ 비정질 실리콘층(44b)이 적층되어 구성된다.
또한, 데이터라인(45) 방향으로 형성된 액티브층(44)은 데이터라인(45)을 중심으로 지그재그 형상을 갖도록 형성되어 있다.
좀 더 자세하게, 액티브층(44)은 데이터라인(45)을 중심으로 데이터라인(45)의 좌측과 우측으로 번갈아 가며 돌출되어 있는 것으로, 이때 좌,우측으로 돌출된 폭과 길이가 서로 같다.
예를 들어, 액티브층(44)의 폭이 대략 4㎛라면 데이터라인(45)으로 돌출되는 폭은 좌,우 각각 1㎛정도로 하고, 돌출되는 액티브층(44) 사이의 간격과, 화소영역 상,하에서 액티브층(44)이 돌출되기 전까지의 간격은 대략 10㎛ 정도가 되게 구성할 수 있다.
상기에서와 같이 게이트라인(42)과 데이터라인(45)의 교차부분에는 게이트전극(42a)과 소오스전극(45a), 드레인전극(45b)과 게이트절연막(43)과 액티브층(44)이 구비된 박막트랜지스터가 형성되어 있다.
그리고 스토리지 커패시터 형성영역의 전단 게이트라인이 스토리지 하부전극 역할을 하고, 그 상측의 게이트절연막(43)상에 스토리지 상부전극이 섬형상으로 구성되어 있다.
이때 스토리지 상부전극은 액티브층과 데이터라인을 형성할 때 섬 형상으로 적층 형성된 것이다.
그리고 데이터라인(45)을 포함한 하부기판(41) 전면에 보호막(46)이 형성되어 있고, 보호막(46)은 드레인전극(45b)과 스토리지 상부전극의 일영역상에 콘택홀을 갖고 있으며, 표면이 평탄화 되어 있다.
이때 보호막(46)은 질화 실리콘(Si3N4) 또는 산화 실리콘(SiO2) 등의 무기 절연물질, 또는 아크릴(Acryl)계 유기화합물, 테프론(Teflon), BCB(benzocyclobuten), 사이토프(Cytop) 또는 PFCB(Perfluorocyclobutane) 등의 유기물질 중에서 적어도 하나로 형성되어 있다.
그리고 화소영역에 투명 화소전극(47)이 형성되어 있는데, 이때 화소전극(47)은 상기 콘택홀을 통해 드레인전극(45b) 및 스토리지 상부전극과 콘택되어 있다.
도 4, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 액티브층(44)을 데이터라인(45)을 중심으로 좌측과 우측으로 번갈아 가며 돌출되도록 지그재그 형상으로 구성하면, 액티브층(44)이 좌측 또는 우측으로 쉬프트 되더라도 데이터라인(45)과 화소전극(47)이 오버랩되는 면적의 변화 및 보호막(46)의 두께 변화('t3'와 't4')에 따른 수직 커패시턴스의 평균적인 변화를 최소화시킬 수 있다.
예를 들어 좌측으로 쉬프트 되더라도, 우측으로 돌출된 액티브층에 의해서 어느정도 좌측 쉬프트에 의한 수직 커패시턴스 변화를 보상해줄 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예로부터 당업자라면 용이하게 도출할 수 있는 여러 가지 형태를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자는 다음과 같은 효과가 있다.
데이터라인을 중심으로 액티브층을 좌측과 우측으로 돌출되도록 지그재그로 형성하면, 패턴 쉬프트 현상이 발생하더라고 데이터라인과 화소전극이 오버랩되는 면적의 변화 및 보호막의 두께 변화에 따른 수직 커패시턴스의 변화를 최소화 시킬 수 있다.
이에 따라서 척 세로선 얼룩 문제가 발생하는 것을 어느정도 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 교차 배치되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인과;
    상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부분에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 데이터라인을 중심으로 상기 데이터라인의 좌,우측으로 돌출되어 지그재그 형상을 갖도록 상기 게이트라인의 상측에 형성된 액티브층과;
    상기 화소영역에 형성된 화소전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 기판상에 상기 게이트 라인의 일측에 돌출되어 형성된 게이트전극과;
    상기 기판 전면에 형성된 게이트 절연막과;
    상기 데이터라인으로부터 돌출된 소오스전극과;
    상기 소오스전극과 이격되며 상기 액티브층의 일영역과 오버랩된 드레인 전극과;
    상기 게이트전극 상부와, 상기 데이터라인, 소오스전극 및 드레인전극 하부의 게이트절연막 상에 형성된 액티브층으로 구성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소오스전극은 '⊂' 형상의 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 드레인전극은 상기 '⊂' 형상의 홈 안쪽에 상기 소오스전극과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터라인의 좌,우측으로 돌출된 상기 액티브층의 길이와 폭은 서로 같은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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KR20020056705A (ko) * 2000-12-29 2002-07-10 주식회사 현대 디스플레이 테크놀로지 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법

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