KR20020069414A - 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판에는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선 및 게이트선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 포함한다. 데이터 배선은 세로 방향으로 형성되어 게이트선과 절연되어 교차하는 가로 방향의 데이터선, 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 소스 전극, 소스 전극과 분리되어 있으며 게이트 전극에 대하여 소스 전극의 반대쪽에 위치하는 드레인 전극을 포함한다. 또한, 각각의 화소에는 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 통하여 데이터 배선과 전기적으로 연결되어 있으며, 투명하거나 우수한 반사율을 가지는 물질로 이루어진 화소 전극이 형성되어 있다. 이때, 단위 화소는 데이터선을 중심으로 양쪽으로 배치되어 있으며, 게이트선은 화소의 상부 및 하부에 이중으로 배치되어 있다. 이때, 각각의 데이터선은 이들의 양쪽에 위치한 두 화소의 화소 전극과 서로 다른 박막 트랜지스터를 통하여 각각 연결되어 있으며, 화소의 상부 및 하부의 게이트선은 각각에 연결된 박막 트랜지스터를 데이터선을 중심으로 양쪽으로 배치되어 있는 화소의 화소 전극과 전기적으로 연결되어 있다.

Description

액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법{A THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 두 기판에 전극이 각각 형성되어 있고 전극에 인가되는 화소 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터를 가지고 있는 액정 표시 장치이다. 여기서, 박막 트랜지스터는 행렬의 형태로 배열되어 있는 다수의 화소에 각각 형성되는 것이 일반적이며, 각각의 화소에는 박막 트랜지스터의 제어에 따라 화상 신호가 전달되는 화소 전극이 각각 형성되어 있어 있다. 또한, 박막 트랜지스터 기판에는 게이트 구동 집적 회로의 출력 단자와 각각 연결되어 화소를 제어하기 위해 주사 신호를 공급하는 게이트선과 데이터 구동 집적 회로의 출력 단자와 각각 연결되어 화상 신호를 공급하며 게이트선과 교차하여 행렬의 화소를 정의하는 데이터선이 매트릭스 형태로 형성되어 있으며, 이러한 게이트선과 데이터선은 화소의 화소 전극과 박막 트랜지스터를 통하여 각각 연결되어 있다.
이때, 액정 표시 장치가 VGA(video graphics array)급인 경우에는 게이트선 수는 480인데 비해 데이터선 수는 1920으로 게이트선 수의 4배이며, WVGA(wide video graphics array)급인 경우에는 게이트선 수는 480인데 비해 데이터선 수는 2400으로 게이트선 수의 5배이다. 이는 액정 표시 장치를 구성함에 있어서 게이트 구동 집적 회로보다 4-5배의 데이터 구동 집적 회로가 사용된다는 것을 의미한다.
그러나, 이러한 액정 표시 장치를 제작함에 있어서, 시장에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 제조 비용을 최소화하는 것이 요구되는데, 게이트 구동 집적 회로보다 데이터 구동 집적 회로의 가격이 비싸기 때문에 데이터 구동 집적 회로의 수를 최소화하는 것이 필요하다.
한편, 표시 장치의 휘도를 향상시키기 위해서는 패널의 높은 개구율을 확보하는 것이 중요한 과제이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 최소의 제조 비용을 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 높은 개구율을 확보할 수 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 배치도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 등가 회로도이고,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 배치도이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 하나의 데이터선은 이와 이웃하는 양쪽 두 화소의 화소 전극과 전기적으로 연결되어 화상 신호를 전달하며, 각각의 화소는 서로 다른 게이트선과 연결되어 있다.
더욱 상세하게, 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에는 화소의 상부 및 하부에 가로 방향으로 각각 뻗어 주사 신호를 전달하는 이중의 게이트선과 이중의 상기 게이트선과 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트선과 절연되어 세로 방향으로 뻗어 상기 화소를 정의하며 서로 이웃하는 두 상기 화소마다 하나씩 형성되어 있는 데이터선, 데이터선에 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 박막 트랜지스터의 소스 전극, 소스 전극과 분리되어 게이트 전극을 중심으로 각각 소스 전극과 마주하는 제1 및 제2 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선이형성되어 있다. 이중의 게이트선 및 데이터선은 제1 및 제2 박막 트랜지스터를 통하여 연결되어 있는 화소 전극이 형성되어 있다.
이때, 상기 데이터 배선은 두 상기 화소의 중앙에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
화소 전극과 중첩되어 유지 용량을 형성하는 유지 배선을 더 포함하며, 이러한 유지 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 유지 전극선과 유지 전극선에 연결되어 있으며 세로 방향으로 형성되어 화소 전극의 가장자리 변 부분과 중첩되어 있는 유지 전극을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 데이터선은 이중으로 형성될 수 있으며, 이중의 데이터선은 연결부를 통하여 서로 연결되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 유지 배선은 가로 방향으로 뻗어 화소 전극과 중첩되어 있는 유지 전극선만으로 이루어질 수 있으며, 드레인 전극 및 화소 전극과 연결되어 있으며, 유지 전극선과 중첩되어 있는 유지 축전기용 도전체 패턴을 더 포함할 수 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조를 구체적으로 도시한 배치도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 등가 회로도이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에는, 저저항을 가지는 알루미늄 계열 금속, 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 또는 도전체를 포함하는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(22) 및 게이트선(22)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)의 게이트 전극(26)을 포함하며, 게이트 배선은 게이트선(22)의 끝에 연결되어 있어 게이트 구동 집적 회로로부터 게이트 신호를 인가받아 게이트선(22)으로 전달하는 게이트 패드를 포함할 수 있다. 데이터 배선은 세로 방향으로 형성되어 게이트선(22)과 절연되어 교차하는 가로 방향의 데이터선(62), 데이터선(62)과 연결되어 있는 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)의 소스 전극(65), 소스 전극(65)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)에 대하여 소스 전극(65)의 반대쪽에 위치하는 드레인 전극(66)을 포함하며, 데이터 배선은 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 데이터 구동 집적 회로로부터 화상 신호를 인가받아 데이터선(62)에 전달하는 데이터 패드를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 화소(P)에는 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)의 드레인 전극(66)을 통하여 데이터 배선(62, 65, 66)과 전기적으로 연결되어 있으며 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질 또는 우수한 반사율을 가지는 물질로 이루어진 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 이때, 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)는 채널이 형성되며, 게이트 전극(26), 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66)과 중첩되는 반도체층(40)을 포함하며, 화소 전극(82)은 게이트선(22)과 중첩되도록 형성할 수 있지만, 유지 용량이 부족한 경우에는 도면에서 보는 바와 같이 화소 전극(82)과 중첩되는 유지 용량 배선이 추가될 수도 있다. 유지 용량 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 유지 전극선(28)과 유지 전극선(28)에 연결되어 있으며, 각각의 화소(P)에서 세로 방향으로 형성되어 화소 전극(82)의 가장자리 변 부분과 중첩되어 있는 유지 전극(29)을 포함한다.
이러한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에서 단위 화소(P)는 데이터 배선(62, 65, 66)을 중심으로 양쪽으로 배치되어 있으며, 게이트 배선(22, 26)은 화소(P)의 상부 및 하부에 이중으로 배치되어 있다. 이때, 각각의 데이터선(62)은 이들의 양쪽에 위치한 두 화소(P)의 화소 전극(82)과 서로 다른 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)를 통하여 각각 연결되어 있으며, 화소(P)의 상부 및 하부의 게이트선(22)은 각각에 연결된 게이트 전극(26)을 포함하는 각각의 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)를 통하여 데이터선(62)을 중심으로 양쪽으로 배치되어 있는 화소(P)의 화소 전극(82)과 전기적으로 연결되어 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에서 화소의 배열이 m×n의 매트릭스 배열을 가진다고 할 때, 하나의 데이터선(62)에 대하여 두 개씩의 화소에 데이터 신호를 전달하므로 데이터선(62)의 수는 n/2로 감소하며, 게이트선(22)의 수는 두 배로 증가한다. 여기서, 게이트선(22) 및 데이터선(62)의 수는 총 배선의 수이며, 이는 게이트 및 데이터 구동 집적 회로의 출력 단자의 수를 의미한다. 이때, 앞에서 설명한 바와 같이, WVGA급의 액정 표시 장치의 게이트선 및 데이터선 수는 각각 480 및 2400으로 충 배선 수는 2880이다. 하지만, 본 발명과 같은 구조에서는 게이트선(22) 수는 두 배로 증가하여 960이며, 데이터선(62)의 수는 반으로 감소하여 1200이므로 총 배선의 수는 2160이 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 구조에서는 게이트선 및 데이터선의 총 배선 수를 종래의 기술과 비교하여 25% 정도 감소시킬 수 있다. 따라서, 구동 집적 회로의 총 수를 감소시킬 수 있으며, 특히, 고가의 데이터 구동 집적 회로의 수를 현저하게 감소시킬 수 있어 액정 표시 장치의 제조 비용을 최소화할 수 있다.
한편, 데이터선(62)을 두 화소를 단위로 하나씩 형성하므로 화소의 개구율을 향상시킬 수 있으며, 서로 이웃하는 두 데이터선(62) 사이의 화소 전극(82) 사이에 유지 전극(29)이 형성되어 있어, 화소 전극(82) 사이에서 발생하는 커플링 효과는 감소한다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서는, 우선 저저항을 가지는 알루미늄 계열 도전 물질을 기판의 상부에 적층하고 감광막을 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 게이트 배선(22, 26)을 형성한다. 이때, 게이트 배선(22, 26)은 알루미늄 계열의 도전 물질로 이루어진 단일막으로 형성할 수 있으며, 이러한 단일막을 포함하는 다층막으로 형성할 수 있다.
이어, 기판 위에 질화규소(SiNx) 따위의 절연 물질을 적층하여 게이트 배선(22, 26)을 덮는 게이트 절연막을 형성한다.
이어, 기판의 상부에 비정질 규소 등의 반도체와 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항 접촉층을 차례로 적층하고 패터닝하여 게이트 전극(26) 상부의 게이트 절연막(30) 위에 반도체층(40)을 형성한다. 이때, 반도체층(40)은 섬 모양이 아닌 다양한 모양을 가질 수 있다.
이어, 기판의 상부에 저저항을 가지는 알루미늄 계열 도전 물질을 기판의 상부에 적층하고 감광막을 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 데이터 배선(62, 65, 66)을 형성한다. 이때, 데이터 배선(62, 65, 66)은 알루미늄 계열의 도전 물질로 이루어진 단일막으로 형성할 수 있으며, 이러한 단일막을 포함하는 다층막으로 형성할 수 있다. 이어, 데이터 배선(62, 65, 66) 또는 이를 형성하기 위한 감광막 패턴을 마스크로 드러난 저항성 접촉층을 식각한다.
여기서, 반도체층(40)과 데이터 배선(62, 65, 66)은 부분적으로 다른 두께를 가지는 감광막 패턴을 이용한 한번의 사진 식각 공정으로 함께 형성할 수도 있다.
이어, 낮은 유전율을 가지며 평탄화 특성이 우수한 유기 물질 또는 질화 규소를 적층하여 반도체층(40)을 덮는 보호막을 형성한다. 이어, 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 보호막을 식각하여 이후의 화소 전극(82)과 연결되도록 드레인 전극(66)을 드러내는 접촉 구멍을 형성한다. 이때, 게이트 절연막도 함께 패터닝하여 데이터 패드 및 게이트 패드를 외부의 회로들과 연결되도록 이들을 드러내는 접촉 구멍도 함께 형성한다.
다음, 마지막으로 ITO 또는 IZO 등의 도전 물질을 적층하고 마스크를 이용한패터닝을 실시하여 보호막의 접촉 구멍을 통하여 드레인 전극(66)과 연결되는 화소 전극(82)을 형성한다. 이때, 게이트 패드(24) 및 데이터 패드(68)와 각각 연결되는 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 각각 형성할 수 있다.
다음은, 제1 실시예와 다르게, 반사형 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조를 개략적으로 도시한 배치도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 대부분의 구조를 제1 실시예의 구조와 동일하다.
하지만, 투과형에서와 달리 화소의 개구율을 고려하지 않아도 되므로 데이터선(62)이 이중으로 형성되어 있으며, 이들은 연결부(63)를 통하여 연결되어 있고, 유지 배선은 화소의 중앙을 가로 방향으로 가로지르는 유지 전극만(28)으로 이루어져 있다. 데이터 배선(62, 65, 66)과 동일한 층에는 유지 축전기용 도전체 패턴(68)이 형성되어 있으며, 드레인 전극(66)은 연장되어 유지 축전기용 도전체 패턴(68)과 연결되어 있다. 또한, 반사판으로 이용되며 보호막의 접촉 구멍을 통하여 유지 축전기용 도전체 패턴(68)과 전기적으로 연결되어 있는 화소 전극(82)은 게이트선(22) 및 데이터선(62)과 중첩되도록 형성되어 있다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 구조에서는 데이터선(62)이 이중으로 형성되어 있어 데이터선(62)의 단선을 방지할 수 있다.
이러한 반사형의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서는 서로 중첩되어 있는 게이트선(22) 및 데이터선(62)과 화소 전극(82) 사이에서 발생하는 커플링 효과를 최소화하기 위하여, 이들 사이에 개재되어 있는 보호막을 낮은 유전율을 가지는 유기 물질로 두껍게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 반사판(82)은 높은 반사율을 가지는 알루미늄 계열 또는 은 계열의 금속으로 형성하는 것이 바람직하며, 반사판(82)의 반사 효율을 향상시키기 위해 그 하부에 형성되는 보호막은 불규칙한 요철을 가지도록 형성한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 게이트선 및 데이터선을 포함하는 배선의 수를 줄여 게이트 및 데이터 구동 집적 회로의 수, 특히 높은 비용의 데이터 구동 집적 회로의 수를 줄임으로써 액정 표시 장치의 제조 비용을 최소화할 수 있다. 또한, 하나의 데이터선을 통하여 두 화소에 화상 신호를 전달함으로써 화소의 개구율을 극대화할 수 있다.

Claims (8)

  1. 화소의 상부 및 하부에 가로 방향으로 각각 뻗어 주사 신호를 전달하는 이중의 게이트선과 이중의 상기 게이트선과 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선,
    상기 게이트선과 절연되어 세로 방향으로 뻗어 있으며 서로 이웃하는 두 상기 화소마다 하나씩 형성되어 있는 데이터선, 상기 데이터선에 각각 연결되어 있는 상기 제1 및 제2 박막 트랜지스터의 소스 전극, 상기 소스 전극과 분리되어 상기 게이트 전극을 중심으로 각각 상기 소스 전극과 마주하는 상기 제1 및 제2 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선,
    상기 이중의 게이트선 및 상기 데이터선과 상기 제1 및 제2 박막 트랜지스터를 통하여 연결되어 있는 화소 전극
    을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에서,
    상기 데이터 배선은 두 상기 화소의 중앙에 배치되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제2항에서,
    상기 화소 전극과 중첩되어 유지 용량을 형성하는 유지 배선을 더 포함하는액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  4. 제3항에서,
    상기 유지 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 유지 전극선과 상기 유지 전극선에 연결되어 있으며 세로 방향으로 형성되어 상기 화소 전극의 가장자리 변 부분과 중첩되어 있는 유지 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  5. 제4항에서,
    상기 유지 전극은 서로 이웃하는 상기 화소의 상기 화소전극 사이의 간격을 가릴 수 있도록 설치되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  6. 제2항에서,
    상기 데이터선은 이중으로 형성되어 있으며, 이중의 상기 데이터선은 연결부를 통하여 서로 연결되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  7. 제6항에서,
    가로 방향으로 뻗어 있으며, 상기 화소 전극과 중첩되어 있는 유지 전극선을 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  8. 제7항에서,
    상기 드레인 전극 및 상기 화소 전극과 연결되어 있으며, 상기 유지 전극선과 중첩되어 있는 유지 축전기용 도전체 패턴을 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
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