JP4636820B2 - 薄膜トランジスタ表示板及びこれを含む液晶表示装置の修理方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜トランジスタ表示板及びこれを含む液晶表示装置の修理方法に関し、さらに詳細には、単位画素に形成されている画素電極を通じて画像を表示する薄膜トランジスタ表示板及びこれを含む液晶表示装置の修理方法に関するものである。

一般に、液晶表示装置は、電極が形成されている二枚の基板の間に液晶を注入し、各々の電極に加える電圧の強さを調節して光の透過量を調節する構造からなっている。
このような液晶表示装置で、マトリックス配列を有する各々の単位画素には、透明な導電物質からなり、表示動作を行う画素電極が形成されている。このような画素電極は、配線を通じて印加される信号によって駆動されるが、配線には、互いに交差してマトリックス配列の単位画素領域を定義するゲート線及びデータ線があり、これらの信号線は、薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を通じて画素電極と連結されている。この時、スイッチング素子は、ゲート線からの走査信号により画素電極に伝達されるデータ線からの画像信号を制御する。また、各々の画素には画素電極及び蓄電器が形成され、画素電極に印加された画像信号を次の信号が印加されるまで維持する保持容量用配線が形成されている。

このような薄膜トランジスタを有する液晶表示装置を製造する工程において、製造コストを上昇させる大きな原因は画素不良（pixel defect）である。そのうち、画素が常に明るく表示されるホワイト不良（white defect）は目立ちやすいので、識別がほとんど不可能になるように、画素が常に暗く表示されるブラック不良（black defect）に変えて修理するのが好ましい。

ここで、ホワイト不良は、画素電極とスイッチング素子との接触不良やスイッチング素子の誤動作によって発生する。これは、初期には暗い状態を表示しているが、時間が経過すると画素電極から電流漏れが発生し、画素電圧が画素電極と対向する共通電極の共通電圧に接近することによって、ホワイト不良に変わる。また、ホワイト不良は、データ線と画素電極との間に導電物質が残留してこれらが電気的に短絡したり、画素電極と共通電極とが互いに短絡して発生する。

このようなホワイト不良をブラック不良に変えて修理する方法のうちの一つは、画素電極をこれと重畳するゲート線または維持電極線と短絡させてゲート信号が伝達されるようにする。この時、ゲート線は、隣接する画素行のスイッチング素子にゲート信号を伝達する。
しかし、不良を修理するためにレーザーを照射するには、互いに対向する二つの表示板のうちの薄膜トランジスタ表示板側からレーザーを照射しなければならないため、薄膜トランジスタ表示板に付着されているシャーシまたはバックライトを分離してから修理しなければならない不便さがある。

このような不便さを解消する方法として、薄膜トランジスタ表示板と対向する共通電極表示板側からレーザーを照射する方法があるが、この方法で修理を行う場合、共通電極表示板に形成されているカラーフィルター及びブラックマトリックスなどがレーザーによって損傷を受ける。これにより、共通電極に剥離現象が発生したり、共通電極と画素電極とが短絡して修理の信頼性を低下させる問題がある。

一方、製造工程時に誤整列によって開口率が減少するのを防止するために、カラーフィルターを薄膜トランジスタ表示板に配置する構造が開発された。
しかし、このような構造では、ホワイト不良を修理するためにレーザーを照射しても、カラーフィルターの厚さが厚すぎるために画素電極とゲート線または維持配線とを短絡させ難く、カラーフィルターが浮いてしまう現象が発生する。

本発明は、独立的に保持容量用配線を有する独立配線方式で、ホワイト不良を容易に修理することができる、薄膜トランジスタ表示板及びこれを含む液晶表示装置の修理方法を提供することにある。

前記のような課題を解決するための本発明による薄膜トランジスタ表示板及びこれを含む液晶表示装置の修理方法では、保護膜の接触孔を通じて画素電極と電気的に連結されているドレーン電極とこれと重畳している維持電極配線とを短絡させる。
このような修理方法が可能な本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板には、基板の上部にゲート電極を有するゲート線が形成されており、ゲート線から分離され、維持電極線及び前記維持電極線に連結されている維持電極を有する維持電極配線が形成されている。ゲート線及び保持容量用配線を覆うゲート絶縁膜の上部には半導体層が形成されており、ゲート線と交差し、一部が半導体層と接するソース電極を有するデータ線と、ゲート電極を中心にソース電極と対向し、ゲート絶縁膜を介在して維持電極と重畳するドレーン電極とが形成されている。また、ゲート絶縁膜の上部には、ゲート線及びデータ線で囲まれた画素領域に順に配置され、ドレーン電極を露出する開口部を有する赤、緑、青のカラーフィルターが形成され、基板の上部には、カラーフィルターを覆い、開口部と共にドレーン電極を露出する接触孔を有する保護膜が形成され、前記保護膜の上部には、接触孔を通じてドレーン電極と連結されている画素電極が形成されている。

半導体層は、データ線及び前記ドレーン電極の下部まで延長されることができ、ソース電極とドレーン電極との間を除く半導体層は、データ線及びドレーン電極と同一な平面形状を有することができる。
画素電極の周縁は、ゲート線及びデータ線と重畳しているのが好ましい。

本発明による液晶表示装置の修理方法において、画素電極に電気的に連結されているドレーン電極とこれと重畳している維持電極とを短絡させて画素を修理することによって、画素のホワイト不良を容易に修理することができ、修理の信頼度を向上させることができる。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。

以下、本発明の実施例による液晶表示装置の修理方法について、図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造について説明する。
図１は、本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図であり、図２は、図１の薄膜トランジスタ表示板を含む液晶表示装置の図１のII-II´線による断面図である。

本発明の第１実施例による液晶表示装置は、薄膜トランジスタ表示板１００、これと対向する対向表示板２００、これら１００、２００の間に形成されている液晶層３００を含む。
本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板１００は、下部絶縁基板１１０上にゲート信号を伝達する複数のゲート線１２１が形成されている。ゲート線１２１は、主に横方向にのびており、各ゲート線１２１の一部は、複数のゲート電極１２３をなす。

ゲート線１２１と同一な層には維持電極配線が形成されており、維持電極配線は、横方向にのびている維持電極線１３１、及び後に形成される画素電極１９０と電気的に連結されているドレーン電極１７５と重畳して維持蓄電器を構成する維持電極１３３を含む。画素電極１９０と共通電極２７０との間に電位値が形成されていない状態で画素が明るい色を表示するノーマリーホワイトモードでは、液晶を駆動するための最高の電圧、つまり液晶を駆動する際に共通電極と画素電極との間に形成される最高の電位値と同一かそれより高い電位値が形成されるように維持電極配線１３１、１３３に電圧を印加する。画素電極１９０と共通電極２７０との間に電位値が形成されていない状態で画素が暗い色を表示するノーマリーブラックモードでは、液晶を駆動するための最小のしきい電圧と同一かそれより低い電圧を維持電極配線１３１、１３３に印加する。通常、維持電極配線１３１、１３３には、絶縁基板１１０と対向する対向基板２００に形成されている共通電極２７０に伝達される共通電圧または薄膜トランジスタをオフ（off）させる時に伝達されるゲートオフ電圧が伝達される。

ゲート線１２１及び維持電極１３３は、物理的性質の異なる二つの膜、つまり、ゲート信号の遅延や電圧降下を減少させることができるように、比抵抗の低い金属、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などのアルミニウム系列の金属または銀や銀合金など銀系列の金属からなる上部膜１２１q、１３３qと、他の物質、特にＩＺＯ（indium zinc oxide）またはＩＴＯ（indium tin oxide）との接触特性の良い導電物質、例えばモリブデン（Mo）やモリブデン合金やクロム（Cr）などからなる下部膜１２１ｐ、１３３ｐとを含む。下部膜１２１p、１３３p及び上部膜１２１q、１３３qの組み合わせの例としては、クロム/アルミニウム-ネオジム（Nd）合金が挙げられる。

下部膜１２１p、１３３p及び上部膜１２１q、１３３qの側面は全体的にテーパ構造になっており、その傾斜角は基板１１０の表面に対して約３０-８０°の範囲である。
ゲート線１２１及び維持電極配線１３１、１３３上には、窒化ケイ素（SiNx）などからなるゲート絶縁膜１４０が形成されている。
ゲート絶縁膜１４０上には、水素化非晶質シリコンなどからなる複数の線状半導体１５１が形成されている。線状半導体１５１は、主に縦方向にのびており、そこから複数の突出部１５４がゲート電極１２３に向かってのびている。また、線状半導体１５１は、ゲート線１２１とぶつかる部分の付近で幅が大きくなり、ゲート線１２１の広い面積を覆っている。

半導体１５１の上部には、シリサイドまたはn型不純物が高濃度にドーピングされているn+水素化非晶質シリコンなどの物質からなる複数の線状及び島状抵抗性接触部材１６１、１６５が形成されている。線状接触部材１６１は、複数の突出部１６３を有し、この突出部１６３及び島状接触部材１６５は対をなして半導体１５１の突出部１５４上に位置する。ソース電極１７３とドレーン電極１７５との間を除く半導体層１６３，１６５は、データ線１７１及びドレーン電極１７５と同一な平面形状を有する
半導体１５１及び抵抗性接触部材１６１、１６５の側面も傾斜しており、傾斜角は３０-８０°である。

抵抗接触部材１６１、１６５及びゲート絶縁膜１４０上には、各々複数のデータ線１７１及び複数のドレーン電極１７５が形成されている。
データ線１７１は、主に縦方向にのびており、ゲート線１２１と交差してデータ電圧を伝達する。各データ線１７１からドレーン電極１７５に向かってのびた複数の分枝がソース電極１７３をなす。一対のソース電極１７３とドレーン電極１７５とは互いに分離されており、ゲート電極１２３に対して互いに反対側に位置する。ゲート電極１２３、ソース電極１７３及びドレーン電極１７５は、半導体１５１の突出部１５４と共に薄膜トランジスタをなし、薄膜トランジスタのチャンネルは、ソース電極１７３とドレーン電極１７５との間の突出部１５４に形成される。

ドレーン電極１７５は、維持電極１３３と重畳して保持容量を形成する維持蓄電器を構成する。
データ線１７１及びドレーン電極１７５もモリブデン（Mo）やモリブデン合金やクロム（Cr）などからなる下部膜、及びその上に位置したアルミニウム系列の金属からなる上部膜を含むことができる。

データ線１７１及びドレーン電極１７５も、ゲート線１２１と同様に、その側面が約３０-８０°の角度で各々傾斜している。
抵抗性接触部材１６１、１６５は、その下部の半導体１５１とその上部のデータ線１７１及びドレーン電極１７５との間にだけ存在して接触抵抗を低くする役割をする。線状半導体１５１は、ソース電極１７３とドレーン電極１７５との間をはじめとして、データ線１７１及びドレーン電極１７５によって覆われずに露出された部分を有しており、大部分で線状半導体１５１の幅がデータ線１７１の幅より小さいが、前記したようにゲート線１２１とぶつかる部分で幅が大きくなり、ゲート線１２１とデータ線１７１との間の絶縁を強化して、ゲート線１２１によって発生する段差を緩慢にする。

データ線１７１及びドレーン電極１７５と露出された半導体１５１との上部の画素には、ドレーン電極１７５を露出する開口部を有する赤、緑、青のカラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bが順に形成されている。ここで、赤、緑、青のカラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bは、縦方向にのびて線状からなって画素ごとに線状に順に配置されることができ、その境界は、データ線１７１の上部と一致して表示されているが、データ線１７１の上部で互いに重畳して画素領域の間から漏れる光を遮断する機能を有することができ、ゲート線及びデータ線の各々の端部１２９、１７９が配置されているパッド部には形成されていない。

図示されていないが、赤、緑、青のカラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bの下部には、少なくとも、露出された半導体を覆い、ケイ素または酸化ケイ素からなる絶縁膜が追加されることができる。
赤、緑、青のカラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bの上部には、平坦化特性が優れて感光性を有する有機物質、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）で形成されるa-Si:C:O、a-Si:O:Fなどの低誘電率絶縁物質、または無機物質である窒化ケイ素などからなる保護膜１８０が形成されている。

保護膜１８０には、ドレーン電極１７５及びデータ線１７１の端部１７９を各々露出する複数の接触孔１８３、１８２が形成されており、ゲート絶縁膜１４０と共にゲート線１２１の端部１２９を露出する複数の接触孔１８１が形成されている。この時、ドレーン電極１７５を露出する接触孔１８３の側壁及び赤、緑、青のカラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bの開口部の側壁は、緩やかな傾斜角を有する。また、ドレーン電極１７５を露出する保護膜１８０及びカラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bの側壁は、階段状であることもできる。

保護膜１８０上には、ＩＺＯまたはＩＴＯからなる複数の画素電極１９０及び複数の接触補助部材８１、８２が形成されている。
画素電極１９０は、接触孔１８３を通じてドレーン電極１７５と物理的・電気的に連結されており、ドレーン電極１７５からデータ電圧の印加を受ける。画素電極１９０の周縁は、ゲート線１２１及びデータ線１７１と重畳している、
データ電圧が印加された画素電極１９０は、共通電圧の印加を受ける対向表示板２００の共通電極２７０と共に電場を生成することにより、二つの表示板１００、２００の間に形成されている液晶層３００の液晶分子を再配列する。

また、前記したように、画素電極１９０及び共通電極は、蓄電器（以下、“液晶蓄電器”という）をなして、薄膜トランジスタがターンオフされた後でも印加された電圧を維持するが、電圧維持能力を強化するために、液晶蓄電器と並列に連結された他の蓄電器を設けることができる。これを維持蓄電器という。維持蓄電器は、画素電極１９０及びこれと隣接するゲート線１２１（これを前段ゲート線という）の重畳などからなり、維持蓄電器の静電容量、つまり保持容量を増やすために維持電極線１３１に連結された維持電極１３３を設け、画素電極１９０と連結されているドレーン電極１７５と重畳させてゲート絶縁膜１４０だけを介在させて距離を近くする。

また、画素電極１９０は、隣接するゲート線１２１及びデータ線１７１と重畳して開口率を向上させているが、重畳しないこともある。
接触補助部材８１、８２は、接触孔１８１、１８２を通じてゲート線の端部１２９及びデータ線の端部１７９と各々連結される。接触補助部材８１、８２は、ゲート線１２１及びデータ線１７１の各端部１２９、１７９と外部装置との接着性を補完し、これらを保護する役割をするもので、これらの適用は必須ではなく選択的である。

ゲート線１２１、データ線１７１、及びドレーン電極１７５を露出する保護膜１８０またはカラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bの側壁は、緩やかな傾斜角を有したり階段状であり、画素電極１９０及び接触補助部材９２、９７が大きな段差なしにスムーズに連結されている。
以上のような構造の本発明の第１実施例による薄膜トランジスタ表示板１００とこれと対向する対向表示板２００とを結合し、その間に液晶を注入して液晶層３００を形成すれば、本発明の第１実施例による液晶表示装置の基本パネルが形成される。

このような本発明の第１実施例による液晶表示装置で、任意の画素が常に明るく表示されるホワイト不良が発生する場合、不良が発生した画素電極１９０に対向する共通電極に共通電圧を印加して、画素の識別がほとんど不可能なブラック不良に修理する。
この時、本発明の実施例では、カラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bが薄膜トランジスタ表示板１００に形成されており、対向表示板２００側からレーザーを照射して不良が発生した画素を修理する。したがって、レーザーを照射するためにシャシーやバックライトを分離する必要がなく、簡単に修理を実施することができる。

また、本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板の修理方法では、前記したように、対向表示板２００側からレーザーを照射して不良が発生した画素を修理するが、ゲート絶縁膜１４０だけを介在して互いに重畳する保護膜１８０の接触孔１８３を通じてS地点にレーザーを照射してドレーン電極１７５と維持電極１３３とを短絡させ、D線に沿ってレーザーを照射してドレーン電極１７５の一部を薄膜トランジスタから断線させて修理する。ノーマリーブラックモードの液晶表示装置において、維持電極１３３と短絡した画素電極１９０には、液晶を駆動するための最小のしきい電圧と同一かそれより低い電圧が伝達され、画素電極１９０と共通電極２７０との間ではほとんど電位値が発生せず、画素は暗く表示されるブラック不良に変わる。また、ノーマリーホワイトモードでは、維持電極１３３を通じて画素電極１９０に液晶を駆動するための最高の電圧と同一かそれより高い電圧が伝達され、画素は暗く表示されるブラック不良に変わる。

このような本発明の実施例による修理方法では、接触孔１８３を通じてレーザーを照射することにより、カラーフィルタ及びブラックマトリックスなどが損傷を受けることなく、修理の信頼性が向上する。また、ホワイト不良を修理するためにレーザーを照射しても、ドレーン電極１７５と維持電極１３３との間にゲート絶縁膜１４０だけが介在しているため、修理が容易で、カラーフィルタが浮く現象は発生しない。

このような本発明の実施例による液晶表示装置の修理方法は、第１実施例と異なる構造を有する薄膜トランジスタ表示板を含む液晶表示装置にも同様に適用することができる。図９乃至図１１を参照して、具体的に説明する。
図３は、本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図４及び図５は、各々図３に示した薄膜トランジスタ表示板のIV-IV´線及びV-V´線による断面図である。

図３乃至図５のように、本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の層状構造は、図１及び図２に示した液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の層状構造とほぼ同一である。つまり、基板１１０上に複数のゲート電極１２３を含む複数のゲート線１２１が形成されており、その上にゲート絶縁膜１４０、複数の突出部１５４を含む複数の線状半導体１５１、複数の突出部１６３を各々含む複数の線状抵抗性接触部材１６１及び複数の島状抵抗性接触部材１６５が順に形成されている。抵抗性接触部材１６１、１６５及びゲート絶縁膜１４０上には、複数のソース電極１５３を含む複数のデータ線１７１、複数のドレーン電極１７５、複数の維持蓄電器用導電体１７７が形成されており、その上に保護膜１８０が形成されている。保護膜１８０及び/またはゲート絶縁膜１４０には、複数の接触孔１８１、１８２、１８３が形成されており、保護膜１８０上には、複数の画素電極１９０及び複数の接触補助部材８１、８２が形成されている。

しかし、図１及び図２に示した薄膜トランジスタ表示板とは異なって、本発明の第２実施例による薄膜トランジスタ表示板は、半導体１５１が、薄膜トランジスタが位置する突出部１５４を除いて、データ線１７１とドレーン電極１７５及びその下部の抵抗性接触部材１６１、１６５と実質的に同一な平面形状を有している。
このような第２実施例による薄膜トランジスタ表示板を含む液晶表示装置においても、ホワイト不良が発生する場合には、第１実施例と同様に、ホワイト不良をブラック不良に変えて修理する。

以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができる。

本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。 図１の薄膜トランジスタ表示板を含む液晶表示装置の図１のII-II´線による断面図である。 本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。 図３の薄膜トランジスタ表示板のIV-IV´線による断面図である。 図３の薄膜トランジスタ表示板のV-V´線による断面図である。

符号の説明

１００、２００ 表示板
１１０ 絶縁基板
１２１ ゲート線
１２３ ゲート電極
１３１、１３３ 維持電極配線
１４０ ゲート絶縁膜
１５１ 半導体
１６１、１６５ 抵抗性接触部材
１７１ データ線
１７３ ソース電極
１７５ ドレーン電極
１８０ 保護膜
１９０ 画素電極
２３０R、２３０G、２３０B カラーフィルター
２７０ 共通電極
３００ 液晶層

Claims (2)

1. ゲート電極を有するゲート線、前記ゲート線から分離され、維持電極線及び前記維持電極線に連結されている維持電極を有する維持電極配線、前記ゲート線及び前記維持電極配線を覆うゲート絶縁膜、前記ゲート電極の前記ゲート絶縁膜の上部に形成されている半導体層、前記ゲート線と交差し、ソース電極を有するデータ線、前記ゲート電極を中心に前記ソース電極と対向し、前記ゲート絶縁膜を介在して前記維持電極と重畳するドレーン電極、前記ドレーン電極を露出し前記維持電極とドレーン電極とが重畳する領域に形成される接触孔を有する保護膜の上部に形成され、前記接触孔を通じて前記ドレーン電極と連結されている画素電極を有する薄膜トランジスタ表示板を含む液晶表示装置の修理方法であって、
   前記接触孔を通じて前記レーザーを照射することにより前記ドレーン電極と前記維持電極とを短絡させる段階と、
   前記ドレーン電極の一部を断線させる段階と、
   を含む、液晶表示装置の修理方法。
2. 前記液晶表示装置は、前記薄膜トランジスタ表示板と対向し、前記画素電極と電圧差を形成して液晶を駆動する共通電極が形成されている対向表示板をさらに含み、
   前記短絡段階で、前記対向表示板側からレーザーを照射する、請求項１に記載の液晶表示装置の修理方法。
   

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