KR20070037115A - 액정 표시 장치용 어레이 기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 블랙 매트릭스 온 어레이 구조를 갖는 액정 표시 장치에서 블랙 매트릭스가 형성된 영역을 활용하여 스토리지 커패시터를 확장함으로써, 개구부를 확보하면서 충전 용량을 증가시키기 위한 것으로, 투명 절연 기판, 투명 절연 기판의 전극 영역에 수평 방향 및 수직 방향의 교차 구조로 형성되어 픽셀들을 구분하는 게이트 라인 및 데이터 라인, 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 부위인 스위칭 영역에 위치하는 박막 트랜지스터, 투명 절연 기판의 표시 영역에 박막 트랜지스터와 전기적으로 접속되도록 형성되는 화소 전극, 투명 절연 기판 상에 전극 영역 및 스위칭 영역을 포함하는 영역에 형성된 블랙 매트릭스, 블랙 매트릭스와 대응하는 영역 중 데이터 라인과 화소 전극 사이의 투과 영역에 형성된 스토리지 커패시터를 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제공한다.
액정 표시 장치, 어레이 기판, 스토리지 커패시터

Description

액정 표시 장치용 어레이 기판{Array substrate for liquid crystal display}
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 다른 일부를 나타낸 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 투명 절연 기판 110: 게이트 라인
120: 데이터 라인 130: 화소 전극
140: 블랙 매트릭스 150: 스토리지 전극
P: 픽셀 TFT: 박막 트랜지스터
Cst: 스토리지 커패시터
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블랙 매트릭스 온 어레이(BOA; Black matrix on array) 구조를 갖는 액정 표시 장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 상부의 투명 절연 기판인 컬러 필터 기판과 하부의 투명 절연 기판인 어레이 기판 사이에 이방성 유전율을 갖는 액정 물질을 주입해 놓고, 액정 물질에 형성되는 전계의 세기를 조정하여 액정 물질의 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 투명 절연 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표현하는 표시 장치이다. 액정 표시 장치로는 어레이 기판 상의 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)가 주로 사용되고 있다.
일반적으로, 어레이 기판은 게이트 라인들과 데이터 라인들이 교차 구조로 배치되면서 픽셀들을 구분하고, 픽셀 별로 박막 트랜지스터, 화소 전극 등이 형성되는 구조를 갖는다.
최근에는, 이동도(mobility)가 커서 박막 트랜지스터에 사용되어 다양한 강점을 구현할 수 있는 폴리 실리콘이 각광받고 있는데, 소형에 주로 적용되는 고온 폴리 실리콘 박막 트랜지스터는 석영(Quartz) 기판을 사용하여 고온 공정을 적용하고, 중대형에 적합한 저온 폴리 실리콘 박막 트랜지스터(약 400℃ 이하의 온도에서 형성)는 유리 기판을 사용하여 기존의 비정질 실리콘을 사용하는 액정 표시 장치의 제조 라인에 적용 가능하다.
한편, 블랙 매트릭스 온 어레이(BOA; Black matrix on array) 구조는 컬러 필터 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 경우, 백라이트에서 방출되는 광원 중 사선 방향 등 일부 방향으로 진행하는 광원에 대해서는 빛샘을 차단하기 어렵고, 컬러 필터 기판과 어레이 기판의 합착 마진으로 인해 블랙 매트릭스의 선폭이 확장되면서 개구율이 저하되는 등의 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 블랙 매트릭스를 어레이 기판 상에 형성하는 구조이다. 이러한 구조에서는, 박막 매트릭스와 블랙 매트릭스 간의 중첩 갭(gap)이 좁아져 광누설 전류나 빛샘 등을 효과적으로 차단할 수 있다.
액정 표시 장치에 블랙 매트릭스 온 어레이 구조와 저온 폴리 실리콘 박막 트랜지스터를 적용하게 되면, 높은 이동도(mobility), 고주파 동작 특성, 낮은 누설 전류(leakage current), 빛샘의 효율적인 차단, 개구율 향상 등의 다양한 효과를 향유할 수 있다.
그러나, 이러한 경우, 화상을 안정화하는 스토리지 커패시터는 박막 트랜지스터나 게이트 라인과 인접하는 영역에 제한적으로 형성되는 것이 일반적이어서 고품질의 화상 구현에 필요한 풍부한 충전 용량을 확보할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 블랙 매트릭스 온 어레이 구조에서 블랙 매트릭스가 형성된 영역을 활용하여 스토리지 커패시터를 확장함으로써, 개구부를 확보하면서도 충전 용량을 증가시켜 고품질 화상을 구현하고, 제품 경쟁력을 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은 투명 절연 기판, 상기 투명 절연 기판의 전극 영역에 수평 방향 및 수직 방향의 교차 구조로 형성되어 픽셀들을 구분하는 게이트 라인 및 데이터 라인, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 부위인 스위칭 영역에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 투명 절연 기판의 표시 영역에 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 접속되도록 형성되는 화소 전극, 상기 투명 절연 기판 상에 상기 전극 영역 및 상기 스위칭 영역을 포함하는 영역에 형성된 블랙 매트릭스, 상기 블랙 매트릭스와 대응하는 영역 중 상기 데이터 라인과 상기 화소 전극 사이의 투과 영역에 형성된 스토리지 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스토리지 커패시터는 게이트 절연막을 사이에 두고 대향하는 금속막과 액티브막으로 이루어진 메탈 인슐레이터 실리콘(MIS; Metal Insulator Silicon) 구조로 형성된 것이 바람직하다.
상기 액티브막은 n형 불순물이 도핑되어 있는 n+ 폴리 실리콘으로 이루어진 것이 바람직하며, 1017 atoms/cm3 이상으로 도핑되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
상기 게이트 절연막은 두께가 900Å 이상 1100Å 이하인 것이 바람직하다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일부를 나타낸 단면도로서, 도 1의 Ι-Ι'의 단면을 도시하고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은 투명 절연 기판(100), 게이트 라인(110), 데이터 라인(120), 박막 트랜지스터(TFT), 화소 전극(130), 블랙 매트릭스(140), 스토리지 전극(150), 스토리지 커패시터(Cst) 등을 포함하도록 구성된다.
여기서, 화소 전극(130)이 형성되는 영역은 표시 영역, 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되는 영역은 스위칭 영역, 게이트 라인(110)과 데이터 라인(120)이 형성되는 영역은 전극 영역, 데이터 라인(120)과 화소 전극(130) 사이의 영역은 투과 영역으로 구분한다.
게이트 라인(110) 및 데이터 라인(120)은 투명 절연 기판(100)의 전극 영역에 수평 방향 및 수직 방향의 교차 구조로 형성되어 픽셀(P)들을 구분한다. 도 2는 여러 픽셀(P)들 중 두 픽셀이 인접하는 부분을 도시한 것이다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(110)과 데이터 라인(120)의 교차 부위인 스위칭 영역에 위치한다.
화소 전극(130)은 투명 절연 기판(100)의 표시 영역에 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 접속되도록 형성된다.
블랙 매트릭스(140)는 투명 절연 기판(100) 상에 전극 영역 및 스위칭 영역을 포함하는 영역에 형성되어 빛샘을 차단한다.
스토리지 커패시터(Cst)는 데이터 라인(120)과 화소 전극(130) 사이의 투과 영역에 형성된다.
여기서, 스토리지 커패시터(Cst)는 블랙 매트릭스(140)의 상부 영역 중 데이터 라인(120)과 화소 전극(130) 사이의 투과 영역과 대응하도록 형성되므로, 개구율에 영향을 미치지 않으면서 충전 용량을 확보할 수 있다.
스토리지 커패시터(Cst)는 도 2에 도시된 것처럼, 게이트 절연막(102)을 사이에 두고 대향하는 금속막(151)과 액티브막(ACT)으로 이루어진 메탈 인슐레이터 실리콘(MIS; Metal Insulator Silicon) 구조로 형성할 수 있다.
즉, 스토리지 전극(150)으로부터 투과 영역과 대응하도록 수직 방향으로 분기된 금속막(151)과 액티브막(ACT)를 두 전극으로 하여 형성되며, 스토리지 전극(150)을 이용한 다른 커패시터와 전기적으로 병렬 연결시키는 등의 방식으로 활용하여 충전 용량을 높일 수 있다.
여기서, 액티브막(ACT)은 도핑된 폴리 실리콘, 특히, n형 불순물이 1017 atoms/cm3 이상의 고농도로 도핑되어 있는 n+ 폴리 실리콘으로 이루어져 도체의 성질을 띄도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 게이트 절연막(102)이 두께가 1000Å 정도, 즉, 900Å 내지 1100Å 정도의 낮은 값을 갖도록 함으로써, 스토리지 커패시터(Cst)의 동작 특성을 향상시키고, 충전 용량을 증가시킬 수 있다.
블랙 매트릭스(140)는 버퍼층(101)으로 덮이고, 그 상부에는 게이트 절연막(102), 중간 절연막(ILD; Inter layer dielectric)(103), 무기 절연 물질이나 유기 절연 물질로 형성되는 보호막(104)이 차례로 적층된다.
도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 다른 일부를 나타낸 단면도로서, 도 1에 나타난 박막 트랜지스터(TFT)의 일례를 도시하고 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 저온 폴리 실리콘 박막 트랜지스터로서, 게이트 전극(G)이 액티브층(160)의 상부에 구성된 탑 게이트(Top gate) 방식을 채택하여, 액티브층(160)을 폴리 실리콘으로 형성하는 공정 중 가해지는 열에 의해 게이트 전극(G), 소스 전극(S), 드레인 전극(D) 등의 금속 전극들이 좋지 않은 영향을 받지 않도록 한다.
투명 절연 기판(100) 상에는 옥사이드 등으로 이루어지는 버퍼층(101)이 형성되고, 버퍼층(101)의 상부에 폴리 실리콘으로 이루어진 액티브층(160)이, 그 상부에 게이트 전극(G)이 형성된다.
액티브층(160)과 게이트 전극(G) 사이에는 게이트 절연막(102)이 형성된다.
여기서, 게이트 전극(G)은 액티브층(160) 중심부에 형성되는 액티브(Active) 영역에 대응하도록 구성하고, 양측의 오믹(Ohmic) 영역은 각각 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)이 접촉하도록 구성한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 버퍼층(101) 상에 액티브층(160)을 형성할 때 스토리지 커패시터(Cst)의 액티브막(ACT)을 함께 형성하고, 게이트 절연막(102)을 적층한 후, 게이트 전극(G)을 형성하면서 스토리지 전극(150)을 함께 형성하되, 스토리지 전극(150)을 확장하여 금속막(151)을 형성하는 방식을 적용하여 스토리지 커패시터(Cst)를 용이하게 형성할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은 블랙 매트릭스 온 어레이 구조에서 블랙 매트릭스가 형성된 영 역을 활용하여 스토리지 커패시터를 확장함으로써, 개구부를 확보하면서도 충전 용량을 증가시켜 고품질 화상을 구현하고, 제품 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 투명 절연 기판;
    상기 투명 절연 기판의 전극 영역에 수평 방향 및 수직 방향의 교차 구조로 형성되어 픽셀들을 구분하는 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 부위인 스위칭 영역에 위치하는 박막 트랜지스터;
    상기 투명 절연 기판의 표시 영역에 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 접속되도록 형성되는 화소 전극;
    상기 투명 절연 기판 상에 상기 전극 영역 및 상기 스위칭 영역을 포함하는 영역에 형성된 블랙 매트릭스; 및
    상기 블랙 매트릭스와 대응하는 영역 중 상기 데이터 라인과 상기 화소 전극 사이의 투과 영역에 형성된 스토리지 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스토리지 커패시터는,
    게이트 절연막을 사이에 두고 대향하는 금속막과 액티브막으로 이루어진 메탈 인슐레이터 실리콘(MIS; Metal Insulator Silicon) 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액티브막은,
    n형 불순물이 도핑되어 있는 n+ 폴리 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액티브막은,
    n형 불순물이 1017 atoms/cm3 이상으로 도핑되어 있는 n+ 폴리 실리콘인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은,
    두께가 900Å 이상 1100Å 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
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