JP5683874B2 - 薄膜トランジスタアレイパネル及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、開口率の減少なしにカラムスペーサ部を光遮断する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）は、現在、最も幅広く使用されている平板表示装置（ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）の一つであって、画素電極と共通電極など電界生成電極（ｆｉｅｌｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）が形成される二枚の表示板（ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）と、その間に挿入される液晶層とを含んでいる。液晶表示装置は、電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、これを通じて液晶層の液晶分子の方向を決定して、入射光の偏光を制御することによって映像を表示している。

垂直配向方式（ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；ＶＡ）などのノーマリブラックモード（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｂｌａｃｋ ｍｏｄｅ）においては、二つの表示板の間に電圧差がゼロとなる場合、ブラック画面が実現される。

液晶表示装置の二つの表示板は、薄膜トランジスタアレイパネル（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｒｒａｙ ｐａｎｅｌ）と共通電極基板２００などによって構成されている。

薄膜トランジスタアレイパネルの上には、ゲート配線及びデータ配線などの信号線、透明画素電極などが形成されている。また、薄膜トランジスタアレイパネルの上には、ゲート配線またはデータ配線と同一の物質で共通電圧配線が形成されている。

共通電極基板の上には、カラーフィルタ層または光遮断ブラックマトリックス層が形成され、カラーフィルタ層または光遮断ブラックマトリックス層の上には透明共通電極が形成され、透明共通電極には薄膜トランジスタアレイパネル上の共通電圧配線と同一の電圧が印加される。

また、薄膜トランジスタアレイパネルと共通電極基板との間にはセルギャップを維持するためのカラムスペーサ（ｃｏｌｕｍｎ ｓｐａｃｅｒ）が配置される。ところが、カラムスペーサ周辺では液晶配向が乱れるようになって光漏れが発生し、その周辺でテクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｅ）が形成されて画質不良を招く恐れがある。これを防止するために、カラムスペーサ領域に光遮断のためのブラックマトリックスやゲート配線などの不透明膜を形成している。

韓国公開特許第２００６−０１０６３３３号公報 韓国登録特許第１０−０４８９２８２号公報

しかし、カラムスペーサ領域に形成されたブラックマトリックスやゲート配線などの不透明膜は、画素の開口率を減少させて、透過率を落とす要因となっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、開口率の減少なしにカラムスペーサ領域の光を遮断する液晶表示装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、第１絶縁基板と第２絶縁基板との間の電圧差がゼロの場合、画面がブラック状態となるノーマリブラックモードであり、両絶縁基板の間にカラムスペーサが位置し、カラムスペーサが位置する領域は両絶縁基板間の電圧差がゼロとなるように、カラムスペーサが第１絶縁基板上に形成された共通電圧導電体パターン及び第２絶縁基板上に形成された共通電極と接触する。

このような液晶表示装置は、第１絶縁基板上に形成された共通電圧導電体パターンと、前記共通電圧導電体パターンのすぐ上に形成されたカラムスペーサとを含み、第１絶縁基板と対向する第２絶縁基板上には共通電極が形成され、カラムスペーサが第２絶縁基板の共通電極と接触するノーマリブラックモードであってもよい。

または、このような液晶表示装置は、第２絶縁基板上の共通電極上に形成されたカラムスペーサが、第２絶縁基板と対向する第１絶縁基板上に形成された共通電圧導電体パターンと接触するノーマリブラックモードであってもよい。

共通電圧導電体パターンは透明なものであってもよい。

共通電圧導電体パターンとゲート配線及びデータ配線などの不透明金属配線との間には、有機膜またはカラーフィルタなどを形成してもよい。

前記共通電圧導電体パターンの広さは前記カラムスペーサの底面が占める領域より広くしてもよい。

前記カラムスペーサの底面が占める領域は不透明金属配線と重ならない部分を含んでもよい。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、両絶縁基板の電圧差がゼロの場合、画面がブラック状態となるノーマリブラックモードの表示装置において、第１絶縁基板上に同一の電圧が印加される共通電圧導電体パターンを形成し、前記共通電圧導電体パターンのすぐ上にカラムスペーサを形成し、第１絶縁基板と対向する第２絶縁基板上には第１絶縁基板上の共通電圧配線と同一の電圧が印加される共通電極を形成し、カラムスペーサが第２絶縁基板の共通電極と接触してもよい。

したがって、カラムスペーサは第１絶縁基板上の共通電圧導電体パターンと第２絶縁基板上の共通電極との間に位置し、カラムスペーサの上部と下部には常に同一の電圧が印加されるので、カラムスペーサの底面が占める領域はノーマリブラックモードの表示装置で常に画面がブラック状態を実現するようになり、これによって別途の光遮断パターンを不要にしてもよい。

また、共通電圧が印加される共通電圧導電体パターンは、第１絶縁基板上の配向膜のすぐ下に位置する画素電極と同一の透明電極で形成して、共通電圧導電体パターンがカラムスペーサを通じて共通電極と導通することで、第１絶縁基板の共通電圧導電体パターンと第２絶縁基板の共通電極との間に電圧差が発生するのを防止する。

共通電圧導電体パターンは、カラムスペーサ全体を覆うために、カラムスペーサの底面が占める領域より大きく形成することが好ましい。

この時、共通電圧導電体パターンとゲート配線及びデータ配線などの不透明金属配線との間には、有機膜またはカラーフィルタなどの低誘電率膜を形成して、共通電圧導電体パターンと不透明金属配線とが重なるようにして、共通電圧導電体パターンの大きさが大きくなっても、これによる開口率の減少がないようにすることが好ましい。

このように、電圧を印加してカラムスペーサの底面が占める領域を常にブラック状態とするので、カラムスペーサの底面が占める領域には不透明金属配線が重ならなくてもよい。

または、カラムスペーサの底面が占める領域に不透明金属配線が重なる場合においても、カラムスペーサの底面が占める領域と重なる不透明金属配線の大きさがカラムスペーサの底面が占める領域より小さくてもよい。

本発明によれば、開口率の減少なしにカラムスペーサ領域の光を遮断する液晶表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を示す配置図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置を示す配置図である。 図４のＶ−Ｖ’線に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置を示す配置図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ’線に沿った断面図である。

添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明が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。本発明は種々の異なる実施形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって同一または類似する構成要素に対しては同一の符号が付されている。また、広く知られている公知技術の場合、その具体的な説明は省略する。

図面において、種々の層及び領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。層、膜、領域、パネルなどの部分が他の部分の“上に”あるというとき、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるという時には、中間に他の部分がないことを意味する。反対に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“下に”あるという時、これは他の部分の“下に”ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の“すぐ下に”あるという時には、中間に他の部分がないことを意味する。

また、本発明の実施形態において、第１絶縁基板の最上層と第２絶縁基板の最上層に設けられた配向膜は考慮しなかった。したがって、“共通電圧導電体パターンまたは共通電極と接触するという時には、実際には共通電圧導電体パターンまたは共通電極の上に設けられた配向膜と接触する”ということを意味しうる。

以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置用の薄膜トランジスタアレイパネルについて、図１〜図３を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を示す概念図である。

液晶表示装置は、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥなど電界生成電極（ｆｉｅｌｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）が形成されている二枚の表示板１００、２００及びその間に挿入されている液晶層（図示せず）を含む。液晶表示装置は、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥなど電界生成電極に電圧を印加して、液晶層に電界を生成し、これを通じて液晶層の液晶分子の方向を決定して入射光の偏光を制御することによって、映像を表示する。

垂直配向方式（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ；ＶＡ）モードなどのノーマリブラックモード（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｂｌａｃｋ ｍｏｄｅ）の液晶表示装置においては、二つの表示板の間の電圧差がゼロとなる場合、ブラック画面が実現される。

液晶表示装置の二つの表示板は、薄膜トランジスタアレイパネル１００と共通電極基板２００などで構成されている。

薄膜トランジスタアレイパネル１００の上には、ゲート配線ＧＬ及びデータ配線ＤＬなどの信号線と、透明画素電極ＰＥなどが形成され、ゲート配線ＧＬまたはデータ配線ＤＬと同一の物質で共通電圧配線ＳＬが形成されている。

共通電極基板の上には、カラーフィルタＣＦまたはブラックマトリックス（図示せず）が形成され、カラーフィルタまたは光遮断ブラックマトリックスの上には透明共通電極ＣＥが形成され、透明共通電極ＣＥには薄膜トランジスタアレイパネル１００の上の共通電圧配線ＳＬと同一の電圧が印加される。

また、薄膜トランジスタアレイパネル１００と共通電極基板２００との間にはセルギャップを維持するためのカラムスペーサ（図示せず）が配置される。

次に、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタアレイパネル１００について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を示す配置図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った断面図である。

まず、薄膜トランジスタアレイパネル１００について説明する。

薄膜トランジスタアレイパネル１００は、絶縁基板１１０、絶縁基板１１０の上にゲート配線３００と共通電圧配線３０１、３０２が形成されている。ゲート配線３００の形成時に共通電圧配線３０１、３０２を同時に形成するが、このとき、次の工程で形成されるカラムスペーサ３１１の周辺を覆うために配線の幅を広く形成する必要がない。

ゲート配線３００と共通電圧配線３０１、３０２の上には第１絶縁膜３０３が形成され、第１絶縁膜３０３の上にはアモルファスシリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）などからなる半導体層３０４が形成されている。半導体層３０４の上にはｎ型不純物でドーピングされたアモルファスシリコンなどからなるオーミックコンタクト（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）層３１６が形成されている。オーミックコンタクト層３１６の上には金属からなるデータ線、ソース電極、ドレイン電極３２２、３２３、及び降圧電極３２４を含むデータ配線３０５が形成されている。データ配線３０５の上には第２絶縁膜３０６が形成され、第２絶縁膜３０６の上には第３絶縁膜３０７が形成されている。第１絶縁膜３０３と第２絶縁膜３０６は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの無機物質で形成してもよく、第３絶縁膜３０７は有機物質で形成してもよい。第１絶縁膜３０３、第２絶縁膜３０６、及び第３絶縁膜３０７は、共通電圧配線３０２を露出するコンタクトホール３０８を有し、第２絶縁膜３０６と第３絶縁膜３０７は二つのドレイン電極３２２、３２３を露出するコンタクトホール３１７、３１８を有する。

第３絶縁膜３０７の上には透明な導電物質からなる画素電極３０９、３１９と共通電圧導電体パターン３１０が形成されている。共通電圧導電体パターン３１０はコンタクトホール３１８を通じて共通電圧配線３０２と電気的に接続され、二つの画素電極３０９、３１９はそれぞれコンタクトホール３１７、３１８を通じて二つのドレイン電極３２２、３２３と電気的に接続されている。

共通電圧導電体パターン３１０の上にはカラムスペーサ３１１が形成されている。カラムスペーサ３１１は有機物質で形成してもよい。ここで、共通電圧導電体パターン３１０はカラムスペーサ領域全体を覆うために、カラムスペーサ３１１の底面より広く形成してもよい。

カラムスペーサ領域とは、カラムスペーサの底面が占める領域を意味する。

カラムスペーサ３１１が位置した領域には不透明金属配線が配置されていないか、または配置されてもカラムスペーサ３１１と重なる不透明金属配線の広さをカラムスペーサの領域より小さくしてもよい。

この時、共通電圧導電体パターン３１０と、ゲート配線３００及びデータ配線３０５などの不透明金属配線との間には、有機膜またはカラーフィルタ層などの低誘電率膜を形成して、共通電圧導電体パターン３１０と不透明金属配線が重なるように、共通電圧導電体パターン３１０の大きさが大きくなっても、これによる開口率の減少がないようにする。

次に、共通電極基板２００について説明する。

共通電極基板２００は、絶縁基板１０１、絶縁基板１０１の上に順次に形成されているカラーフィルタ３１２、オーバーコート層３１３、及び共通電極３１４を含む。

共通電極基板２００と薄膜トランジスタアレイパネル１００とを整列して結合した状態で、カラムスペーサ３１１は共通電極基板２００と薄膜トランジスタアレイパネル１００の間の間隔を維持する。

以上のように、カラムスペーサ３１１の上部及び下部に同一の電圧が印加される共通電極３１４と共通電圧導電体パターン３１０とを形成すれば、カラムスペーサ３１１周辺の液晶分子が垂直配向状態を維持してブラック状態が維持される。これによって、カラムスペーサ３１１を通過する光の偏光が変化しないので、直交に配置された上下偏光板によって全て遮断されて、ブラック状態が維持される。

以上、説明したように、一つの画素に同一の第１薄膜トランジスタが接続されている二つの画素電極３０９、３１９を配置して、二つの画素電極３０９、３１９に一定の電圧差を形成するために、一つの画素電極３０９に第２薄膜トランジスタを通じて降圧電極３２４を接続した構造の薄膜トランジスタアレイパネル１００に共通電圧導電体パターン３１０を適用した場合について説明したが、他の構造の薄膜トランジスタアレイパネル１００にも共通電圧導電体パターン３１０を適用してもよい。以下、多様に変形する実施形態の中で２つを説明する。

図４は、本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置を示す配置図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ’線に沿った断面図である。

絶縁基板１１０の上にゲート配線３００と共通電圧配線３０２が形成されている。共通電圧配線３０２は隣接した二つのゲート配線３００から等間隔に位置し、幅が拡張された部分を有する。

ゲート配線３００と共通電圧配線３０２の上には第１絶縁膜３０３が形成され、第１絶縁膜３０３の上にはアモルファスシリコンなどからなる半導体層３０４が形成されている。半導体層３０４の上にはｎ型不純物でドーピングされたアモルファスシリコンなどからなるオーミックコンタクト層３１６が形成されている。オーミックコンタクト層３１６の上には金属からなるデータ線、ソース電極、及びドレイン電極３２２を含むデータ配線３０５が形成されている。データ配線３０５の上には第２絶縁膜３０６が形成され、第２絶縁膜３０６の上には第３絶縁膜３０７が形成されている。第１絶縁膜３０３と第２絶縁膜３０６は窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの無機物質で形成してもよく、第３絶縁膜３０７は有機物質で形成してもよい。第２絶縁膜３０６と第３絶縁膜３０７はドレイン電極３２２を露出するコンタクトホール３１７を有する。

第３絶縁膜３０７の上には透明な導電物質からなる画素電極３０９と共通電圧導電体パターン３１０が形成されている。画素電極３０９はコンタクトホール３１７を通じてドレイン電極３２２と電気的に接続され、共通電圧配線３０２を中心として対称をなす切開部を有する。共通電圧導電体パターン３１０はデータ線に沿って延長され、共通電圧配線３０２の幅が拡張された部分と重なる突出部を含む。共通電圧導電体パターン３１０は画面表示領域を逸脱した周辺領域にまで延長されており、周辺領域に形成されている配線や駆動回路を通じて共通電圧配線３０２と同一の電圧が印加されるように配線されている。

共通電極基板２００は、絶縁基板１０１、絶縁基板１０１の上に順次形成されるカラーフィルタ３１２、オーバーコート層３１３、及び共通電極３１４を含み、共通電極３１４のすぐ上にはカラムスペーサ３１１が形成されている。カラムスペーサ３１１は薄膜トランジスタアレイパネル上に形成された共通電圧導電体パターン３１０と接触するように配置されている。

図６は、本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置を示す配置図であり、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ’線に沿った断面図である。

絶縁基板１１０の上にはゲート配線３００と共通電圧配線３０２が形成されている。共通電圧配線３０２は隣接した二つのゲート配線３００から等間隔に位置し、上下に延びて画素電極３０９のデータ線と隣接した辺と重なる枝部（ｂｒａｎｃｈ ｐａｒｔ）を有する。

ゲート配線３００と共通電圧配線３０２の上には第１絶縁膜３０３が形成され、第１絶縁膜３０３の上にはアモルファスシリコンなどからなる半導体層（図示せず）が形成されている。半導体層の上にはｎ型不純物でドーピングされたアモルファスシリコンなどからなるオーミックコンタクト層が形成されている。オーミックコンタクト層の上には金属からなるデータ線、ソース電極、及びドレイン電極３２２を含むデータ配線３０５が形成されている。データ配線３０５の上には第２絶縁膜３０６が形成され、第２絶縁膜３０６の上には第３絶縁膜３０７が形成されている。第１絶縁膜３０３と第２絶縁膜３０６には、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの無機物質で形成してもよく、第３絶縁膜３０７は有機物質で形成してもよい。第１絶縁膜３０３、第２絶縁膜３０６、及び第３絶縁膜３０７は共通電圧配線３０２を露出するコンタクトホール３０８を有し、第２絶縁膜３０６と第３絶縁膜３０７はドレイン電極３２２を露出するコンタクトホール３１７を有する。

第３絶縁膜３０７の上には透明な導電物質からなる画素電極３０９と共通電圧導電体パターン３１０が形成されている。画素電極３０９はコンタクトホール３１７を通じてドレイン電極３２２と電気的に接続されており、共通電圧配線３０２を中心として対称をなす切開部を有する。共通電圧導電体パターン３１０は共通電圧配線３０２と重なる位置に島型に形成され、コンタクトホール３１８を通じて共通電圧配線３０２と電気的に接続されている。したがって、共通電圧導電体パターン３１０には共通電圧配線３０２と同一の電圧が印加される。

共通電圧導電体パターン３１０のすぐ上には有機物質からなるカラムスペーサ３１１が形成されている。

共通電極基板は、絶縁基板１０１と、その上に順次に形成されているカラーフィルタ３１２、オーバーコート層３１３、及び共通電極３１４を含む。

本発明の単純な変形や変更は、この分野の通常の知識を有する者によって容易に実施でき、このような変形や変更は全て本発明の領域に含まれるものとみなされる。

１００ 薄膜トランジスタアレイパネル
１０１ 絶縁基板
２００ 共通電極基板
３０１、３０２ 共通電圧配線
３０３、３０６、３０７ 第１、２、３絶縁膜
３０９、３１９ 画素電極
３１０ 共通電圧導電体パターン
３１７、３１８ コンタクトホール
３１２ カラーフィルタ
３１３ オーバーコート
３１４ 共通電極
３２２、３２３ ドレイン電極

Claims (6)

1. 共通電圧導電体パターンを含む第１絶縁基板と、
   共通電極を含む第２絶縁基板と、
   前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板との間の間隔を維持して、前記共通電圧導電体パターン及び前記共通電極と重なる位置に、前記共通電圧導電体パターン及び前記共通電極上の配向膜と接して配置されるカラムスペーサと、を含み、
   前記共通電圧導電体パターンの広さは前記カラムスペーサの底面が占める領域より広く、前記共通電圧導電体パターンと前記共通電極には同一の電圧が印加され、前記カラムスペーサの底面が占める領域は不透明金属配線と重ならない部分を含み、ノーマリブラックモードであることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記共通電圧導電体パターンは透明であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記不透明金属配線はゲート配線及びデータ配線を含み、前記共通電圧導電体パターンと前記ゲート配線及び前記データ配線との間には有機膜またはカラーフィルタが配置されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記ゲート配線と同一層に形成される共通電極配線と、をさらに含み、
   前記有機膜またはカラーフィルタは前記共通電極配線を露出するコンタクトホールを有し、前記共通電圧導電体パターンは前記コンタクトホールを通じて前記共通電極配線と電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記不透明金属配線はゲート配線及び前記データ配線を含み、前記共通電圧導電体パターンと前記ゲート配線及び前記データ配線との間には有機膜またはカラーフィルタが配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記ゲート配線と同一層に形成される共通電極配線と、をさらに含み、
   前記有機膜またはカラーフィルタは前記共通電極配線を露出するコンタクトホールを有し、前記共通電圧導電体パターンは前記コンタクトホールを通じて前記共通電極配線と電気的に接続されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。

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