VA-mode LCD pixel 구조에서의 수소화된 비정질 실리콘과 산화물 반도체의 안정성에 관한 연구

Abstract

액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 현존하는 평판 디스플레이 형태 중 가장 널리 보급되어 있으며, 디지털 방송, 고해상도 화상 플레이어 시대 등의 개막으로, 앞으로도 그 성장성은 무한하다고 할 수 있다. 이중 VA-Mode액정을 적용한 제품은 대비 비(CR)가 다른 액정에 비해 월등한 관계로, TV 제품 및 고성능 모니터 제품에 사용되고 있다. 하지만, 근본적으로 수직전계에 의한 액정 지연현상을 이용하는 VA-Mode액정 표시 장치는 최근 부각되고 있는 측면시야각에서의 시인성이 문제가 되어, 대부분의 제조회사들에선 화소전극을 주 화소와 부 화소로 나누어 각자 고유의 방법으로 서로 다른 액정 지연을 적용해 이 문제를 개선하는 작업들을 진행하고 있다. 이중 Charge sharing 캐패시턴스를 이용하는 방법은, 주 화소의 게이트에 의한 충전과 하단의 게이트가 열릴 때 부 화소는 캐패시턴스에 의해 화소전극의 전압 강하가 이루어져 서로 다른 액정 지연으로 밝기를 다르게 하는 방법이다.

본 연구는, Charge sharing 캐패시턴스가 메탈-절연막-반도체-메탈로 이루어져 있는 MIS 캐패시턴스일 때의 장기 구동에 의한 화질 변화를 예측 및 검증하는 소자의 안정성에 관련된 내용이다.

반도체 소자로는 대부분의 제조회사에서 적용중인 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)과 최근 가장 각광받고 있는 차세대 반도체 소자인 산화물 반도체(IGZO)를 대상으로 실험을 하였다.

실험 조건으로는 액정표시 장치의 실제 구동상태와 동일한 온도, 광량, 주기시간, 바이어스 전압에서 MIS 캐패시턴스의 바이어스 스트레스를 진행하였으며, 기존에 보고된 실험 보다 더욱 장시간(144Hr)에서 진행하여, 짧은 시간 실험의 예측이 아닌 실제 진행시간에서의 데이터를 얻는데 주력을 하였다.

진행 결과로는 비정질 실리콘의 경우 144Hr에서 약 (+)2V 정도의 C-V curve 이동을 보여, 기존의 이론인 낮은 게이트 전압에서의 전위 생성에 의해 (+)방향으로, curve의 이동이 발생한다는 것을 알 수 있었고, 이정도 양의 이동은 화질에 큰 영향을 주지 않는 다는 것을 증명하였다. 산화물 반도체의 경우는 3가지 시료를 실험에 이용하였고, 이중 가장 향상된 성능을 보인 조건에선 수소화된 비정질 실리콘대비 약 150% 증가하는 특성 이동을 보여, 아직은 비정질 실리콘 대비 결과가 좋지 않았다.

결과적으로, 수소화된 비정질 실리콘의 안정성 수준은 MIS 캐패시턴스 구조 적용이 가능함을 보였으며, 산화물 반도체의 경우 현재까지는 안정성이 비교적 떨어지나, 그 수준이 수소화된 비정질 실리콘에 많이 근접한 수준이며, 향상된 게이트 절연막 및 계면 상태가 이루어 질 경우 그 가능성을 확인 하였다.; ABSTRACT The stability of oxide semiconductor and hydrogenated amorphous silicon in the pixel structure of VA-mode LCD Park, Min Wook Dept. of Information Display Engineering The Graduate School Hanyang University

This research is related to the stability of backplanes to predict and verify changes in picture quality due to long drive when the charge sharing capacitance is MIS capacitance composed of metal, insulator, semiconductor and metal. Experiments were performed for semiconductor elements such as hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H) used by most makers and next-generation oxide semiconductors(IGZO) most highlighted recently. As a condition of experiments, the bias stress of MIS capacitance was processed at the same temperature, lightness, signal period and bias voltage as the actual drive condition of liquid crystal display for a longer time(144Hr) than previously reported experiments, by focusing on obtaining data at a actual progress time, not a prediction of experiments for a short time. The result of progress showed movement in the C-V curve by about (+)2V in 144 hours in case of amorphous silicon to indicate that movement in the curve takes place in the (+) direction via the state creation at low Gave voltage according to the existing theory, and to verify that movement of this quantity gives no big influence on picture quality. The experiment used 3 samples of oxide semiconductors, the best condition sample of which showed a 150% increase in property movement as compared to the hydrogenated amorphous silicon to indicate that its result was not better than amorphous silicon yet. As a result, the stability level of the hydrogenated amorphous silicon showed that it is possible to use a MIS capacitance structure, and the stability of the oxide semiconductor is low so far, but its level is much closer to that of the hydrogenated amorphous silicon, and the possibility of realizing an improved insulator and an interface condition was confirmed.