JP3952389B2 - 液晶表示装置用アレー基板及びその製造方法 - Google Patents

液晶表示装置用アレー基板及びその製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関し、特に反射モードと透過モードを選択的に用いることができる反射透過型液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は自ら光を発しないので別途光源が必要である。したがって、一般的に液晶パネル後面にバックライトを配置してバックライトから出る光を液晶パネルに入射させ、液晶分子の配列により光の量を調節することで画像を表示する。このとき、液晶表示装置の電界生成電極は透明導電物質で形成されていなければならず、二基板も透明基板でならなければならない。
【0003】
このような液晶表示装置を透過型液晶表示装置という。透過型液晶表示装置はバックライトのような人為的な背面光源を用いるので暗い外部環境でも明るい画像を具現できるが、バックライトによる電力消費が大きいという短所がある。
【0004】
このような短所を補完するために反射型液晶表示装置が提案された。反射型液晶表示装置は外部の自然光や人造光を反射、液晶分子の配列によって光の透過率を調節する形態であるため、透過型液晶表示装置に比べて電力消費が少ない。
【0005】
前記アレー基板に形成される薄膜トランジスタ(TFT)のアクティブチャネルに関しても考慮が必要である。
【0006】
すなわち、前記アクティブチャネルを構成するアクティブ層は、一般的に非晶質シリコン(a−Si:H)で形成され、前記アクティブチャネルに直接光が入射すると、光によってシリコン表面に位置する水素とシリコンの結合が切れながら自由電子が発生し、このような電子の流れは即漏れ電流になる。
【0007】
このように自然に発生した前記漏れ電流は、薄膜トランジスタの作動不良を誘発する。
【0008】
したがって、前記薄膜トランジスタのアクティブチャネルを遮る必要がある。
【0009】
一般的に、前記アクティブチャネルを遮る手段として、前記アクティブチャネルに対応する上部基板にブラックマトリックスを構成する構造が一般的である。
【0010】
しかし、このような構成は、ブラックマトリックスとこれに対応するアクティブチャネルの整列誤差を勘案して薄膜トランジスタ領域の全体をカバーする形状で構成する。
【0011】
このような構成は、画素領域の開口率を落とす問題がある。
【0012】
したがって、過去には前記開口率を減少させずに薄膜トランジスタに漏れ電流が発生しないようにする方法が複数提案された。
【0013】
以下、図1は従来の第1例による反射型液晶表示装置用アレー基板の一部を概略的に示した断面図である。
【0014】
図示したように、絶縁基板1の上部にゲート電極4とアクティブ層8とソース電極12及びドレーン電極14で構成された薄膜トランジスタが配設される。
【0015】
薄膜トランジスタの上部には、ベンゾシクロブテン(BCB)とアクリル系樹脂等を含む透明な有機絶縁物質グループと、窒化シリコン(SiN)と酸化シリコン(SiO)を含む有機絶縁物質グループのいずれかを塗布または蒸着して形成した保護膜16が構成される。
【0016】
前記保護膜16には、エッチングされて下部に配設されたドレーン電極14の一部を露出するためのコンタクトホール18が構成される。
【0017】
前記保護膜16の上部には、前記コンタクトホール18を通して前記ドレーン電極14と接触する反射電極20が配設される。
【0018】
前記反射電極20は、電極と反射板の役割を同時にする。
【0019】
図示したように、従来の第1例は、前記反射電極20を前記薄膜トランジスタの上部まで延ばして構成することを特徴とする。
【0020】
前記薄膜トランジスタTの上部に延びた反射電極20は、入射した光から前記ソース電極12とドレーン電極14間に露出したアクティブチャネルCHを遮蔽すると同時に、薄膜トランジスタの上部まで反射領域を広げるために開口率を増やすことにより、輝度を高めることができる。
【0021】
しかし、このような構成により、前記反射電極20に電圧が印加される際に前記反射電極20がもう一つのゲート電極のように作動するために、二重ゲート現像が発生して薄膜トランジスタが誤動作する。
【0022】
このような問題を解決するための構造が米国特許第5500750号に開示された。
【0023】
以下、図2は従来技術による第2例による反射型液晶表示装置用アレー基板の一部を概略的に示した断面図である。ここで、図1と同一な構成要素には図1と同一な番号を用いる。
【0024】
図示したように、前記米国特許に開示された従来技術による第2例の構造は、薄膜トランジスタのチャネルCHを光から遮蔽するために、反射電極20とは別に電気的で独立的なアイランド状の金属層22を前記薄膜トランジスタの上部に配設する。
【0025】
しかし、前述したような従来技術による第2例の場合、現在の露光技術では、前記ドレーン電極14と接触する反射電極20と、前記光からアクティブチャネルCHを遮蔽する金属層22との離隔距離は最小4μm以上になる。
【0026】
したがって、アクティブチャネルCHを遮る最小限の必要領域の周囲に4μm幅の領域を駆動させることができなくなるので、開口率が減る問題がある。
【0027】
一方、このような反射型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置に比べて電力消耗が少ない反面、外部光を利用するために場所と天気に制約がある。すなわち、暗い環境では使用が難しいという問題がある。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような問題を解決するために、本発明は、前記反射電極を電気的にフローティングさせて反射板で用い、別の透明電極により画素領域を駆動する反射透過型液晶表示装置用アレー基板の構造を提案する。
【0029】
このような構成で、本発明は漏れ電流によるスイッチング素子の作動不良を防止し、開口率を改善して液晶パネルの効率を改善することを目的にする。
【0030】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明による液晶表示装置用アレー基板は、基板と;前記基板上に形成されてチャネル、ゲート電極、ソース及びドレーン電極を有する薄膜トランジスタと;前記薄膜トランジスタ上部に形成されて前記ドレーン電極を露出するための第1コンタクトホールを有する第1保護層と;前記第1保護層上部に形成されて前記薄膜トランジスタを覆い、前記第1コンタクトホールに対応する開口部を有する反射板と;前記反射板上部に形成されて前記開口部を貫通する第2コンタクトホールを有する第2保護層と;前記第2保護層上部に形成されて、前記ソース電極とドレーン電極とを覆い、前記薄膜トランジスタ上にホールを有して前記第1及び第2コンタクトホールを通して前記薄膜トランジスタのドレーン電極と連結される透明電極を含む。
【0031】
一方、本発明による液晶表示装置用アレー基板の製造方法は、基板上にゲート配線とゲート電極を形成する段階と;前記ゲート配線とゲート電極上部にゲート絶縁膜を形成する段階と;前記ゲート絶縁膜上にアクティブ層を形成する段階と;前記アクティブ層上部にオーミックコンタクト層を形成する段階と;前記オーミックコンタクト層上部にデータ配線、ソース及びドレーン電極を形成する段階と;前記データ配線とソース及びドレーン電極上部に前記ドレーン電極を露出するための第1コンタクトホールを有する第1保護層を形成する段階と;前記第1保護層上部に前記第1コンタクトホールに対応する開口部を有する反射板を形成する段階と;前記反射板上部に前記開口部を貫通する第2コンタクトホールを有する第2保護層を形成する段階と;前記第2保護層上部に前記第1及び第2コンタクトホールを通して前記ドレーン電極と連結され前記ソース電極とドレーン電極とを覆う透明電極を形成する段階を含み、ここで前記ソース及びドレーン電極間のアクティブ層は薄膜トランジスタのチャネルとなり、前記反射板は前記薄膜トランジスタのチャネルを覆い、前記透明電極は前記薄膜トランジスタのチャネル上部にホールを有する。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら本発明による実施例を説明する。
【0033】
最近、反射モードと透過モードを必要によって適切に選択して用いることができる装置として、反射及び透過兼用液晶表示装置が提案された。このような反射透過型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の機能を同時に有したものであって、バックライトと外部の自然光源または人造光源をすべて利用することができるため、周辺環境の制約を受けないで電力消費を減らすことができるという長所がある。
【0034】
以下、添付の図面を参照しながら本発明による反射透過型液晶表示装置用アレー基板について詳細に説明する。
【0035】
まず、図3は本発明の第1実施例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板の一部を概略的に示した平面図であり、図4は図3のIV−IVに沿って切断した断面図である。
【0036】
図3と図4に示したように、基板100上にゲート電極102とゲート配線104が形成されている。ゲート配線104は横方向に延びており、ゲート電極102はゲート配線104に連結されている。ゲート絶縁膜106がゲート電極102とゲート配線104を覆っており、アクティブ層108がゲート絶縁膜106上に形成されている。アクティブ層108上にはドーピングされた非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト層110が形成されている。次に、ソース電極112とドレーン電極114がオーミックコンタクト層110上に形成されている。ソース電極112はデータ配線116と連結されており、データ配線116は縦方向に延びてゲート配線104と交差し、画素領域Pを定義する。ここで、オーミックコンタクト層110はアクティブ層108とソース及びドレーン電極112、114間の接触抵抗を低める役割をする。一方、ゲート電極102とソース電極112、そしてドレーン電極114は薄膜トランジスタTをなし、ソース及びドレーン電極112、114間に露出したアクティブ層108は薄膜トランジスタTのチャネルCHになる。
【0037】
続いて、第1保護層118がソース電極112とドレーン電極114及びデータ配線116を覆っている。第1保護層118はゲート絶縁膜106と一緒に基板100の一部を露出させための第1透過ホール122を有する。第1透過ホール122は透過モードと反射モードの輝度を同一にするためのものであって、第1保護層118にのみ形成されうる。ここで、第1保護層118はベンゾシクロブテン(benzocyclobutene:BCB)やアクリル系樹脂から形成することができる。
【0038】
次に、反射板126が第1保護層118上に形成されている。反射板126は薄膜トランジスタTを覆っており、ドレーン電極114上部の開口部126bと第1透過ホール122に対応する第2透過ホール126aを有する。反射板126はアルミニウム(Al)のように光をよく反射する物質で形成される。次に、反射板126上には第2保護層128が形成されている。第2保護層128はドレーン電極114を露出させるための開口部126bを貫通するコンタクトホール128aを有する。続いて、透明電極130が第2保護層128上部の画素領域Pに形成されており、透明電極130はコンタクトホール128aを通してドレーン電極114と連結される。ここで、透明電極130は薄膜トランジスタT上部にホール130aを有しており、薄膜トランジスタTを覆わない。特に、透明電極130は薄膜トランジスタTのチャネル領域CHを覆わない。このとき、反射板126は透明電極130と連結されていないために、反射板126にはいかなる電荷も生成されない。
【0039】
透明電極130が薄膜トランジスタTを覆う場合、透明電極130に電圧が印加されると透明電極130と薄膜トランジスタT間には電界が形成される。このような場合に形成された電界を図5に示した。
【0040】
図示したように、ドレーン電極114と接触してドレーン電圧が直接印加される透明電極130が前記電気的にフローティングされた反射板126の上部に形成されるならば、前記透明電極130に印加された電圧によって前記反射板126の表面に電荷が誘導され、その結果前記透明電極130と反射板126間、そして前記反射板126とその下部のドレーン電極114間には電界E、Fが各々形成される。したがって、このような電界E、Fによってゲート電極102に電圧が印加されなくても、前記ソース及びドレーン電極112、114間にチャネルCHが形成されて漏れ電流が発生する。
【0041】
これを防止するために、反射板126は、アクティブ層を覆いながら前記透明電極130が前記アクティブ層108の上部には無いようにする。そうすると、開口率が改善され、同時に漏れ電流による薄膜トランジスタの作動不良が発生しない反射透過型液晶表示装置用アレー基板を製作することができる。
【0042】
以下、図6Aないし図6Dを参照しながら本発明による反射透過型液晶表示装置用アレー基板の製造工程を説明する。
【0043】
まず、図6Aに示したように、基板100上にゲート電極102と、前記ゲート電極102と電気的に連結されたゲート配線104を形成する。ゲート電極102とゲート配線104は、アルミニウム、アルミニウム合金(AlNd)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)等の単一金属や、アルミニウム/クロム(またはモリブデン)等の二重金属層構造とすることができる。このようなゲート電極102物質は液晶表示装置の作動に重要であるため、RCディレイを小さくするために抵抗が小さなアルミニウムが主流であるが、純粹アルミニウムは化学的に耐蝕性が弱く、後続の高温工程でヒロック形成による配線欠陥問題を引き起こすので、アルミニウム配線の場合は前述したように合金の形態で使用されるか、積層構造が適用される。
【0044】
次に、前記ゲート配線104とゲート電極102が形成された基板100上に窒化シリコン(SiN)と酸化シリコン(SiO)等を含む無機絶縁物質または場合によってはベンゾシクロブテンとアクリル系樹脂等が含まれた有機絶縁物質のいずれかを蒸着または塗布してゲート絶縁膜106を形成する。
【0045】
続いて、前記ゲート絶縁膜106上に非晶質シリコン(a−Si:H)で形成されたアクティブ層108と不純物が含まれた非晶質シリコン(n+a−Si:H)で形成された不純物半導体層110aを順に形成する。
【0046】
次に、図6Bに示したように、不純物半導体層(図6Aの110a)上にソース電極112とドレーン電極114そしてデータ配線116を形成し、あらわれた不純物半導体層(図6Aの110a)をエッチングしてオーミックコンタクト層110を完成する。ここで、データ配線116はゲート配線104と交差して画素領域Pを定義し、ソース電極112はデータ配線116に連結される。ソース及びドレーン電極112、114とデータ配線116は、ゲート電極102と同一物質で形成することができる。ソース及びドレーン電極112、114間に露出したアクティブ層108は、薄膜トランジスタTのチャネルCHになる。続いて、前記データ配線116とソース及びドレーン電極112、114上に第1保護層118を形成する。第1保護層118は前記ドレーン電極114を露出する第1コンタクトホール118aを有し、またゲート絶縁膜106にも開口して基板100を露出させる第1透過ホール122を有する。第1透過ホール122は反射領域と透過領域における液晶層の厚さを同一にすることによって、液晶表示装置の輝度を均一にする。第1保護層118はBCBとアクリル樹脂などの有機物質で形成することができ、またはシリコン窒化膜やシリコン酸化膜のような無機物質で形成することもできる。
【0047】
次に、図6Cに示したように、第1保護層118上部に反射板126を形成する。反射板126はアルミニウムやアルミニウム合金のように反射率が優れた物質を利用することが望ましい。反射板126はドレーン電極114上部に開口部126bを有し、第1透過ホール122に対応する第2透過ホール126aを有する。前記反射板126は前記アクティブチャネルCHを覆う構造で形成する。
【0048】
次に、図6Dに示したように、前記反射板126上部に有機絶縁物質または無機絶縁物質を塗布するか蒸着して第2保護層128を形成し、その上に透明電極130を形成する。第2保護層128は開口部126bを通してドレーン電極を露出させる第2コンタクトホール128aを有するが、コンタクトホール120、128aは、第2コンタクトホール128a形成時に一緒に形成することができる。透明電極130は、薄膜トランジスタT上、特に、チャネルCH上には形成されない。透明電極130はインジウム−スズ−オキサイド(indium−tin−oxide:ITO)やインジウム−酸化亜鉛(indium−zinc−oxide:IZO)のような透明導電物質で形成される。このとき、反射板126は透明電極130と電気的に分離されている。
【0049】
図4では、透明電極130が基板100と接触するように第1透過ホール122を形成したが、図7に示したように、本発明の第2実施例ではこれと異なるように形成する。すなわち、本発明の第2実施例では、第2保護層128を透明電極130と基板100間に配置することにより、透明電極130が基板100と接触しない。また、第2保護層128と基板100間にはゲート絶縁膜106を配置する場合もある。
【0050】
一方、上述の第1及び第2実施例では反射透過型液晶表示装置用アレー基板について説明したが、このような構造は反射型液晶表示装置にも適用することができる。図8と図9に示したように、本発明の第3実施例では薄膜トランジスタTと距離を置いて配設された第1透過ホールと第2透過ホールが除去されている。すなわち、反射板226を基板200全面に形成し、その上に形成された透明電極230によって液晶分子(図示せず)が作動する。このとき、反射板226は薄膜トランジスタTのチャネルCHを覆って光漏れ電流の発生を防止し、透明電極230は薄膜トランジスタT上にホール230aを有しており、寄生容量が発生することを防止できる。ここで、反射板226と透明電極230は電気的に分離されている。
【0051】
【発明の効果】
したがって、本発明により反射透過型液晶表示装置用アレー基板を製作すると、前記薄膜トランジスタ領域を反射領域で構成することができるので、開口率をさらに確保することができる。
【0052】
また前記アクティブチャネルに漏れ電流が発生しないので、薄膜トランジスタの作動不良を防止でき、それにより液晶パネルの収率を改善することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術の第1例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板の一部を示した断面図である。
【図2】従来技術の第2例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板の一部を示した断面図である。
【図3】本発明の第1実施例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板の一部を示した平面図である。
【図4】図3のIV−IVに沿って切った断面図である。
【図5】透明電極が薄膜トランジスタを覆う場合に生成した電界を示す。
【図6A】本発明の第1実施例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板を製造する過程を示した断面図である。
【図6B】本発明の第1実施例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板を製造する過程を示した断面図である。
【図6C】本発明の第1実施例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板を製造する過程を示した断面図である。
【図6D】本発明の第1実施例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板を製造する過程を示した断面図である。
【図7】本発明の第2実施例による反射透過型液晶表示装置用アレー基板の断面図である。
【図8】本発明の第3実施例による液晶表示装置用アレー基板の平面図である。
【図9】図8のIX−IX線に沿って切った断面図である。
【符号の説明】
100: 絶縁基板
102: ゲート電極
108: アクティブ層
110: オーミックコンタクト層
112: ソース電極
114: ドレーン電極
118: 第1保護層
128a: 第2コンタクトホール
122: 第1透過ホール
126: 反射板
128: 第2保護層
130: 透明電極

Claims (17)

  1. 基板と;
    前記基板上に形成されてチャネル、ゲート電極、ソース電極及びドレーン電極を有する薄膜トランジスタと;
    前記薄膜トランジスタ上部に形成されて、前記ドレーン電極を露出させるための第1コンタクトホールを有する第1保護層と;
    前記第1保護層上部に形成されて前記薄膜トランジスタを覆い、前記第1コンタクトホールに対応する開口部を有する反射板と;
    前記反射板上部に形成されて前記開口部を貫通する第2コンタクトホールを有する第2保護層と;
    前記第2保護層上部に形成されて、前記ソース電極とドレーン電極とを覆い、前記薄膜トランジスタのチャネル上にホールを有し、前記第1及び第2コンタクトホールを通して前記薄膜トランジスタのドレーン電極と連結される透明電極を含むことを特徴とする液晶表示装置用アレー基板。
  2. 前記反射板と第1保護層は、各々第1及び第2透過ホールを含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  3. 前記基板上部に前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  4. 前記第2保護層は、前記第1及び第2透過ホールに対応する第3透過ホールを有することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  5. 前記透明電極は、前記透過ホールを通して前記基板と接触することを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  6. 前記反射板は、前記透明電極と電気的に分離されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  7. 前記反射板は、アルミニウム又はアルミニウムとネオジム(AlNd)の合金からなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  8. 前記第1保護層は、ベンゾシクロブテン又はアクリル樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  9. 交差して前記薄膜トランジスタのゲート電極及びドレーン電極に電気的に連結されているゲート配線とデータ配線をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  10. 第2保護層は、無機絶縁物質からなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用アレー基板。
  11. 基板上にゲート配線とゲート電極を形成する段階と;
    前記ゲート配線とゲート電極上部にゲート絶縁膜を形成する段階と;
    前記ゲート絶縁膜上にアクティブ層を形成する段階と;
    前記アクティブ層上部にオーミックコンタクト層を形成する段階と;
    前記オーミックコンタクト層上部にデータ配線、ソース及びドレーン電極を形成する段階と;
    前記データ配線とソース及びドレーン電極上部に前記ドレーン電極を露出するための第1コンタクトホールを有する第1保護層を形成する段階と;
    前記第1保護層上部に前記第1コンタクトホールに対応する開口部を有する反射板を形成する段階と;
    前記反射板上部に前記開口部を貫通する第2コンタクトホールを有する第2保護層を形成する段階と;
    前記第2保護層上部に前記第1及び第2コンタクトホールを通して前記ドレーン電極と連結され前記ソース電極とドレーン電極とを覆う透明電極を形成する段階とを含み、
    前記ソース及びドレーン電極間のアクティブ層は、薄膜トランジスタのチャネルとなり、前記反射板は前記薄膜トランジスタのチャネルを覆い、前記透明電極は前記薄膜トランジスタのチャネル上部にホールを有することを特徴とする液晶表示装置用アレー基板の製造方法。
  12. 前記反射板と前記第1保護層は、各々第1及び第2透過ホールを有することを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置用アレー基板の製造方法。
  13. 前記第2保護層は、前記第1及び第2透過ホールに対応する第3透過ホールを有することを特徴とする請求項12に記載の液晶表示装置用アレー基板の製造方法。
  14. 前記透明電極は、前記透過ホールを通して前記基板と接触することを特徴とする請求項13に記載の液晶表示装置用アレー基板の製造方法。
  15. 前記反射板は、前記透明電極と電気的で分離されていることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置用アレー基板の製造方法。
  16. 前記反射板は、アルミニウム又はアルミニウムとネオジム(AlNd)の合金で形成することを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置用アレー基板の製造方法。
  17. 前記第1保護層は、ベンゾシクロブテン又はアクリル樹脂で形成することを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置用アレー基板。
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