JP2005134904A - 薄膜ダイオード表示板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトを薄膜ダイオード表示板側に配置してもオフ電流が増加しないようにする。
【解決手段】薄膜ダイオード表示板は、絶縁基板１１０上に形成されているブラックマトリクス２２０及びカラーフィルタ２３０、カラーフィルタ上に形成されている第１及び第２走査信号線、カラーフィルタ上に形成されている画素電極１９０、カラーフィルタ上に形成され第１走査信号線と画素電極を接続する第１ＭＩＭダイオード、カラーフィルタ上に形成され第２走査信号線と画素電極を接続する第２ＭＩＭダイオード（１２４、１４２、１５０、１９２）を含む。バックライトを表示板側に配置しても、その光がカラーフィルタ２３０によって遮断されて薄膜ダイオードのチャネル絶縁膜１５０に影響を与えないため、薄膜ダイオードのオフ電流を低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スイッチング素子にＭＩＭ（Metal Insulator Metal）ダイオードを用いる薄膜ダイオード表示板及びその製造方法に関し、より詳細には、ＤＳＤ（Dual Select Diode）方式の液晶表示装置用表示板及びその製造方法に関する。

液晶表示装置は、現在最も広く用いられている平板表示装置の一つであって、電界生成電極が形成されている二枚の表示板とその間に挿入されている液晶層からなる。二つの電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、電場の強度を変化させて液晶層の液晶分子を再配列することにより、透過する光の透過率を調節して画像を表示する。

このような液晶表示装置によって様々な色の画像を表示するためには、マトリクス方式で配列されている複数の画素をスイッチング素子に利用して選択的に駆動する。これをアクティブマトリクス方式の液晶表示装置と言う。この時、スイッチング素子は、代表的に薄膜トランジスタとダイオードに区分するが、ダイオードはＭＩＭダイオードを主に用いる。

このようなＭＩＭダイオードを用いる液晶表示装置は、２つの金属薄膜の間に数十ナノメートルの膜厚の絶縁膜を挿入したＭＩＭダイオードの電気的非線形性を利用し画像を表示する構造であって、３端子型の薄膜トランジスタに対して２端子を有し、構造や製造工程が簡単で、薄膜トランジスタよりも安価に製造できるという特徴がある。ところが、ダイオードをスイッチング素子に用いる場合、極性によって印加される電圧が変化する非対称性のため、コントラストや画質の均一性に問題点が発生する。

このような問題点を解決するために、二つのダイオードを対称に画素電極に接続し、二つのダイオードを通じて互いに逆の極性を有する信号を印加して画素を駆動する二重選択ダイオード（ＤＳＤ:Dual Select Diode）方式が開発された。
ＤＳＤ方式の液晶表示装置は、互いに逆の極性を有する信号を画素電極に印加して、画質の均一性を向上し、階調を均一に制御することができ、コントラスト比を向上し、画素の応答速度を向上することができるので、薄膜トランジスタを利用した液晶表示装置に近い高解像度の画像表示が実現できる。

従来ＤＳＤ方式液晶表示装置の薄膜ダイオード表示板において、ITOなどからなる透明電極層が基板の最下部に形成され、金属配線層が最上部に形成される。ところが、このような構造を採用する場合、バックライト光が透明電極層を通じてダイオードを構成する高密度ケイ素の窒化ケイ素層（Si-rich SiNx）を活性化してオフ電流（Ioff）が増加する問題点があるので、バックライトをカラーフィルタ表示板側に配置して、薄膜ダイオード表示板の方向から表示画面を照明するようにしている。しかし、この場合でも、外部光による影響を排除できず、金属配線による光反射に起因してコントラストが低下する問題点が発生する。
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、バックライト光を薄膜ダイオード表示板側に配置してもオフ電流が増加しないＤＳＤ方式の液晶表示装置用表示板及びその製造方法を提供することに目的がある。

前記目的を達成するために本発明では、次のような薄膜ダイオード表示板を提供する。すなわち、絶縁基板、前記絶縁基板上に形成されているカラーフィルタ、前記カラーフィルタ上に形成されている第１及び第２走査信号線、前記カラーフィルタ上に形成されている画素電極、前記カラーフィルタ上に形成され、前記第１走査信号線と前記画素電極を接続する第１ＭＩＭダイオード、前記カラーフィルタ上に形成され、前記第２走査信号線と前記画素電極を接続する第２のＭＩＭダイオードを含む薄膜ダイオード表示板を提供する。

この時、前記絶縁基板と前記カラーフィルタの間に形成されているブラックマトリクスをさらに含むことができ、前記ブラックマトリクスの少なくとも一部は、前記第１及び第２のＭＩＭダイオードが形成されている領域と重畳する領域に形成されていることが好ましい。なお、前記ブラックマトリクスは、有機物質を主成分にして構成できる。
または、前記カラーフィルタは、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタからなり、隣接する二つのカラーフィルタは互いに所定領域で重畳されて形成できる。ここで、前記隣接する二つのカラーフィルタが重畳する所定領域は、少なくとも前記第１及び第２のＭＩＭダイオードが形成されている領域と重畳する領域を包含するのが良い。

前記カラーフィルタと前記第１及び第２走査信号線及び前記画素電極の間に形成されている層間絶縁膜をさらに含むことができ、前記層間絶縁膜は有機絶縁物質からなることが好ましい。
前記第１ＭＩＭダイオードは、前記第１走査信号線に接続されている第１引入電極、前記画素電極に接続されている第１接触部、前記第１引入電極と前記第１接触部を覆っているチャネル絶縁膜及び前記チャネル絶縁膜の上に形成され、前記第１引入電極及び前記第１接触部とに重畳する第１浮遊電極からなり、前記第２ＭＩＭダイオードは、前記第２走査信号線に接続されている第２引入電極、前記画素電極に接続されている第２接触部、前記第２引入電極と前記第２接触部を覆っているチャネル絶縁膜及び前記チャネル絶縁膜の上に形成され、前記第２引入電極及び前記第２接触部とに重畳する第２浮遊電極からなることができる。

このような構造の薄膜ダイオード表示板は、絶縁基板上にカラーフィルタを形成するステップ、前記カラーフィルタ上に層間絶縁膜を形成するステップ、前記層間絶縁膜上に第１及び第２走査信号線と画素電極を形成するステップ、前記第１及び第２走査信号線と画素電極の上にチャネル絶縁膜を形成するステップ、前記チャネル絶縁膜上に第１及び第２浮遊電極を形成するステップを含む方法によって製造される。
この時、前記カラーフィルタを形成するステップ以前に、前記絶縁基板上にブラックマトリクスを形成するステップをさらに含むことができる。

本発明のような構造の液晶表示装置によすれば、バックライトを薄膜ダイオード表示板側に配置してもバックライト光がブラックマトリクス２２０によって遮断され、ＭＩＭダイオードを形成する部分のチャネル絶縁膜には影響を与えない。したがって、ダイオードのオフ電流（Ioff）を十分に少なく維持できる。
また、カラーフィルタを画素電極のような基板に形成するので、アセンブリ工程における上下表示板の整列のための努力が節減できる。
更に、ブラックマトリクスを画素電極のような基板に形成するので、アセンブリ工程で発生しうる上下表示板の整列誤差を考慮して余裕を持って広く形成していたブラックマトリクスの幅を減少することができる。これにより、液晶表示装置の開口率が向上する。

添付した図面を参照して、本発明の実施例に対し、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できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態で実現できて、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、添付した図面を参照して本発明による好ましい一実施例を詳細に説明する。

図１は本発明の実施例による液晶表示装置の切開斜視図である。
図１に示すように、本発明の第１実施例による液晶表示装置は、下部表示板（薄膜ダイオード表示板）１００と、これと対向する上部表示板（対向表示板）２００、及び下部表示板１００と上部表示板２００との間に注入されて、表示板の面に対して垂直配向されている液晶分子を含む液晶層３からなる。
この時、下部表示板１００には、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ２３０と、これらの各カラーフィルタ２３０と対応する画素電極１９０が形成されている。必要によって、カラーフィルタのない白色画素領域を形成しても良い。なお、下部表示板１００には、このような画素電極１９０と互いに逆の極性を有する信号を伝達する二重の走査信号線１２１、１２２などが形成されており、スイッチング素子としてＭＩＭダイオードD１、D２が形成されている。
そして、上部表示板２００には、画素電極１９０と対向して液晶分子を駆動するための電界を形成し、二重の走査信号線１２１、１２２と交差して画素領域を画定するデータ電極線２７０が形成されている。

以下、本発明の第１実施例による液晶表示装置の構造に対してより詳細に検討する。
図２は本発明の第１実施例による液晶表示装置の配置図である。
図２に示すように、本発明の実施例による液晶表示装置は、マトリクス状に配列されている赤色画素（R）、緑色画素（G）及び青色画素（B）が形成され、同じ色の画素が画素列単位で配列されている。例えば、行方向には赤色画素、緑色画素及び青色画素が順次配列され、列方向には同じ色の画素のみが配列されている。即ち、赤色、緑色及び青色の画素が画素列単位で配列されるストライプ状構造である。ここで、赤色、緑色及び青色画素の配列順番は、前記したものに限定されず様々な変形がありうる。また、白色画素を追加することもできる。
このような本発明の第１実施例による画素配列構造では、行方向に順次に配列されている赤色、緑色及び青色の画素が、画像を表示するための基本単位である“ドット”として用いられる。ここで、ドットを構成する画素の面積は互いに同一である。

このような本発明の第１実施例による液晶表示装置における下部表示板の構成についてより詳細に説明する。
図３は図２のIII-III´線による断面図である。
図２及び図３に示すように、ガラス等の透明な絶縁物質からなる絶縁基板１１０上に、クロムと酸化クロムの二重層若しくはクロム単一層からなるブラックマトリクス２２０が形成されている。この時、ブラックマトリクス２２０は、有機物質で形成することもできる。有機物質でブラックマトリクスを形成すれば、基板１１０が受けるストレスが減って、プラスチックなどを基板１１０に用いる可撓性の平板表示装置に有用である。

ブラックマトリクスは、ＭＩＭダイオードが形成される領域と画素の間の境界部分に位置する。
ブラックマトリクス２２０の上には、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタ２３０がストライプ状に形成されている。
カラーフィルタ２３０の上には、樹脂などの有機物質からなる層間絶縁膜１６０が形成されている。層間絶縁膜１６０は、窒化ケイ素や酸化ケイ素などの無機絶縁物で形成することもできるが、平坦化のためには、有機物質で形成する方がより望ましい。

層間絶縁膜１６０の上には、ITO（indium tin oxide）やIZO（indium zinc oxide）などの透明な導電物質からなる画素電極１９０が形成されている。この時、画素電極１９０は各々、これらの上部及び下部に横方向に各々のびている第１及び第２走査信号線１２１、１２２と、二つのＭＩＭダイオードD１、D２を通じて電気的に接続されている。ここで、画素電極１９０は、反射型液晶表示装置の場合、透明な物質の代わりに、反射特性が優れたアルミニウムまたは銀等の物質で形成することもできる。
より詳細には、本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板には、層間絶縁膜１６０上に第１及び第２接触部１９１、１９２を有する画素電極１９０が形成されている。

また、層間絶縁膜１６０上に走査信号またはゲート信号を伝達する第１及び第２走査信号線１２１、１２２が画素領域の上部及び下部に主に横方向にのびている。それぞれの第１及び第２走査信号線１２１、１２２は、枝状の第１及び第２引入電極１２３、１２４を有する。第１及び第２引入電極１２３、１２４は、第１及び第２走査信号線１２１、１２２の横方向にのびている本線から互いに対向する方向にのびており、画素電極１９０の第１及び第２接触部１９１、１９２と所定間隔を置いて隣接するように形成されている。

ここで、第１及び第２走査信号線１２１、１２２は、画素電極１９０と同じ物質で形成されるのが工程単純化のために望ましいが、配線抵抗減少などの別の目的を優先する場合には、画素電極と異なる物質で形成することもできる。その際には、Al、Cr、Ta、Moやこれらの合金などを用いて第１及び第２走査信号線１２１、１２２を形成することができる。
第１及び第２走査信号線１２１、１２２の上には、窒化ケイ素などからなるチャネル絶縁膜１５０が形成されている。この時、チャネル絶縁膜１５０は、第１引入電極１２３と第１接触部１９１上部、及び第２引入電極１２４と第２接触部１９２上部にのみ局地的に形成し、その他の部分からは除去することもできる。
チャネル絶縁膜１５０上には、第１引入電極１２３及び第１接触部１９１と重畳する第１浮遊電極１４１と、第２引入電極１２４及び第２接触部１９２と重畳する第２浮遊電極１４２が形成されている。

本発明の実施例による液晶表示装置の上部表示板２００は、絶縁基板２１０とその下面に形成されているデータ電極線２７０から構成される。データ電極線２７０は、ITOまたはIZOなどの透明な導電物質で形成されている。データ電極線２７０は、画素電極１９０と液晶層３を介在して対向することによって液晶容量を形成する。

本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板において、チャネル絶縁膜１５０とこれを介在して形成されている第１浮遊電極１４１と第１引入電極１２３及び第１接触部１９１が、第１ＭＩＭダイオードD１を構成し、チャネル絶縁膜１５０とこれを介在して形成されている第２浮遊電極１４２と第２引入電極１２４及び第２接触部１９２が、第２ＭＩＭダイオードD２を構成する。このような第１及び第２ＭＩＭダイオードは、チャネル絶縁膜１５０が極めて非線形な電流-電圧特性を有していて、第１及び第２走査信号線１２１、１２２を通じて臨界電圧以上の電圧が印加される場合のみにチャネルが開かれて当該画素電極１９０に電荷が充電され、データ電極線２７０（図１参照）との間に所定の電圧が形成される。一方、信号が伝達されない場合には、ＭＩＭダイオードの抵抗が大きくて画素電極１９０が浮遊状態に置かれることになり、画素電極１９０に充電された電荷は孤立する。したがって、画素電極１９０とデータ電極線の間の電圧は、これら二つの導電体と液晶層からなる液晶容量に次の駆動電圧が印加されるまでに保存される。

以上のような構造に液晶表示装置を製造すれば、バックライトを薄膜ダイオード表示板１００側に配置しても、バックライト光がブラックマトリクス２２０によって遮断され、ＭＩＭダイオードを形成する部分のチャネル絶縁膜１５０には影響を与えない。よって、ダイオードのオフ電流（Ioff）を十分に少なく維持できる。
また、カラーフィルタ２３０を画素電極１９０のような基板１１０に形成するので、アセンブリ工程で上下表示板１００、２００を整列するための努力が節減できる。
なお、ブラックマトリクス２２０を画素電極１９０のような基板１１０に形成するので、アセンブリ工程で発生しうる上下表示板１００、２００の整列誤差を考慮し余裕を持って広く形成していたブラックマトリクス２２０の幅を減少することができる。これにより、液晶表示装置の開口率が向上する。

以下、このような構造の液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板を製造する方法について図３を参照して説明する。
まず、絶縁基板１１０上にクロムと酸化クロムの二重層若しくはクロム単一層を蒸着するか又は黒色有機薄膜を塗布しフォトエッチングしてブラックマトリクス２２０を形成する。
感光性有機物質でブラックマトリクス２２０を形成する場合には、露光と現像工程のみでブラックマトリクス２２０が形成できる。
次に、ブラックマトリクス上に、赤色顔料が含まれた感光剤を塗布し、露光及び現像して赤色カラーフィルタ２３０Rを形成する。緑色カラーフィルタ２３０G及び青色カラーフィルタ２３０Bも、顔料が含まれた感光剤の塗布、露光、現像工程を繰り返すことによって形成される。
その次に、カラーフィルタ２３０上に有機物質を塗布するか若しくは窒化ケイ素または酸化ケイ素などを蒸着して層間絶縁膜１６０を形成する。
層間絶縁膜１６０上に、ITOまたはIZOなどの透明な導電物質を蒸着しフォトエッチングして、第１及び第２走査信号線１２１、１２２及び画素電極１９０を形成する。

第１及び第２走査信号線１２１、１２２を画素電極１９０と異なる物質で形成する際には、別途のフォトエッチング工程を施す必要がある。そして、反射型液晶表示装置に用いるための薄膜ダイオード表示板であれば、第１及び第２走査信号線１２１、１２２と画素電極１９０を、アルミニウムや銀等の反射特性が優れた金属で形成する。
次に、第１及び第２走査信号線１２１、１２２及び画素電極１９０上に窒化ケイ素を蒸着してチャネル絶縁膜１５０を形成する。必要によっては、チャネル絶縁膜１５０を写真エッチングして、第１引入電極１２３と第１接触部１９１上部、及び第２引入電極１２４と第２接触部１９１の上部のみに局地的に残しても良い。
次に、Moなどの金属を蒸着し写真エッチングして第１及び第２浮遊電極１４１、１４２を形成する。

本発明の第２実施例による液晶表示装置について説明する。
図４は本発明の第２実施例による薄膜ダイオード表示板を適用した液晶表示装置の断面図である。
第２実施例に対しては、第１実施例と比較して特徴となる差異点についてのみ説明する。
図４に示すように、ブラックマトリクスが省略され、絶縁基板１１０上に直ちにカラーフィルタ２３０が形成されている。
この時、カラーフィルタ２３０は、隣接するもの同士の一部が重畳している。隣接するカラーフィルタ２３０が重畳する領域で殆どの光がカラーフィルタ２３０によって吸収されて、カラーフィルタ２３０を透過する光はほとんどない。したがって、この領域がブラックマトリクスの代わりになる。結局、第１実施例で、ブラックマトリクス（図３の２２０）が形成されている領域にカラーフィルタ２３０を重畳させることで、ブラックマトリクスの代わりをするのが第２実施例の特徴である。

第２実施例による薄膜ダイオード表示板を製造する方法は、既に説明した第１実施例による薄膜ダイオード表示板を製造する方法において、ブラックマトリクスを形成する工程を省略し、カラーフィルタ２３０を形成する工程で隣接する二つのカラーフィルタを所定領域重畳させてパターニングすれば良い。
したがって、第２実施例のような構造に液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板を製造すれば、第１実施例の効果に加えてブラックマトリクス形成工程が省略され、製造工程が単純化する効果がある。

本発明は、添付した図面に示される実施例を参照して説明したが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野の通常の知識を有する者であればこれによる様々な変形及び均等な他の実施例が可能であることが理解できるであろう。よって、本発明の真の技術的保護範囲は添付された特許請求の範囲の技術的思想によって規定されるべきである。

本発明の一実施例による、薄膜ダイオード表示板を適用した液晶表示装置の切開斜視図である。 本発明の第１実施例による薄膜ダイオード表示板を適用した液晶表示装置の配置図である。 図２に示すIII-III´線による断面図である。 本発明の第２実施例による薄膜ダイオード表示板を適用した液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１００ 薄膜ダイオード表示板
２００ 対向表示板
２３０ カラーフィルタ
１９０ 画素電極
１２１、１２２ 走査信号線
D１、D２ ＭＩＭダイオード
２７０ データ電極線
１１０ 絶縁基板
２２０ ブラックマトリクス
１６０ 層間絶縁膜
１９１、１９２ 接触部
１２３、１２４ 引入電極
１５０ チャネル絶縁膜
１４１、１４２ 浮遊電極

Claims (11)

1. 絶縁基板、
   前記絶縁基板上に形成されているカラーフィルタ、
   前記カラーフィルタ上に形成されている第１走査信号線及び第２走査信号線、
   前記カラーフィルタ上に形成されている画素電極、
   前記カラーフィルタ上に形成され、前記第１走査信号線と前記画素電極を接続する第１ＭＩＭダイオード、及び
   前記カラーフィルタ上に形成され、前記第２走査信号線と前記画素電極を接続する第２ＭＩＭダイオード、
   を含む薄膜ダイオード表示板。
2. 前記絶縁基板と前記カラーフィルタの間に形成されているブラックマトリクスをさらに含む、請求項１に記載の薄膜ダイオード表示板。
3. 前記ブラックマトリクスの少なくとも一部は、前記第１及び第２ＭＩＭダイオードが形成されている領域と重畳する領域に形成されている、請求項２に記載の薄膜ダイオード表示板。
4. 前記ブラックマトリクスは有機物質を主成分にして構成されている、請求項２に記載の薄膜ダイオード表示板。
5. 前記カラーフィルタは赤色、緑色及び青色のカラーフィルタからなり、隣接する二つのカラーフィルタは互いに所定領域で重畳する、請求項１に記載の薄膜ダイオード表示板。
6. 前記隣接する二つのカラーフィルタが重畳する所定領域は、少なくとも前記第１及び第２ＭＩＭダイオードが形成されている領域と重畳する領域を包含する、請求項５に記載の薄膜ダイオード表示板。
7. 前記カラーフィルタと前記第１及び第２走査信号線及び前記画素電極の間に形成されている層間絶縁膜をさらに含む、請求項１に記載の薄膜ダイオード表示板。
8. 前記層間絶縁膜は有機絶縁物質で形成されている、請求項７に記載の薄膜ダイオード表示板。
9. 前記第１ＭＩＭダイオードは、前記第１走査信号線に接続されている第１引入電極、前記画素電極に接続されている第１接触部、前記第１引入電極と前記第１接触部を覆っているチャネル絶縁膜、及び前記チャネル絶縁膜上に形成され、前記第１引入電極及び前記第１接触部とに重畳している第１浮遊電極で構成され、
   前記第２ＭＩＭダイオードは、前記第２走査信号線に接続されている第２引入電極、前記画素電極に接続されている第２接触部、前記第２引入電極と前記第２接触部を覆っているチャネル絶縁膜、及び前記チャネル絶縁膜上に形成され、前記第２引入電極及び前記第２接触部とに重畳している第２浮遊電極で構成される、
   請求項１に記載の薄膜ダイオード表示板。
10. 絶縁基板上にカラーフィルタを形成するステップ、
    前記カラーフィルタ上に層間絶縁膜を形成するステップ、
    前記層間絶縁膜上に第１及び第２走査信号線と画素電極を形成するステップ、
    前記第１及び第２走査信号線と画素電極上にチャネル絶縁膜を形成するステップ、及び
    前記チャネル絶縁膜上に第１及び第２浮遊電極を形成するステップ、
    を含む薄膜ダイオード表示板の製造方法。
11. 前記カラーフィルタを形成するステップ以前に前記絶縁基板上にブラックマトリクスを形成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の薄膜ダイオード表示板の製造方法。

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