JPH07199221A

JPH07199221A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07199221A
Application number: JP35019793A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakai; 豊中井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】ＴＦＴを並列に接続した冗長構造において、
不良ＴＦＴの検出を可能とし、開口率の低下を抑え、か
つＴＦＴ不良を完全に救済できる液晶表示装置を提供す
ること。【構成】マトリックス配置された画素電極１０５と、
これらの画素電極１０５と信号線１０６とを接続するＴ
ＦＴとを具備した液晶表示装置において、１画素に対し
て２つのＴＦＴ１０１，１０２が並列に設けられ、ＴＦ
Ｔ１０１の画素電極側はレーザ照射により切断可能な構
造１１２で、且つこの切断後に再接続可能な構造１０９
であり、ＴＦＴ１０２の画素電極側はレーザ照射により
切断可能な構造１１３であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係わ
り、特に１画素に対して複数の薄膜トランジスタを設け
た液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、従来のＣＲＴに代わる新しい表示
装置の開発が盛んに行われるようになってきた。その中
でも液晶表示装置は、薄型で低電力動作が可能であるた
め、家電，ＯＡ機器の市場での期待は大きいものがあ
る。従来、液晶表示装置は単純マトリクス方式が多かっ
たが、表示特性の優れたアクティブマトリクス方式の表
示装置が期待されている。中でも薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）をスイッチング素子に用いたものは小型テレビの
分野で市場を拡大しており、また１０〜２０インチサイ
ズやプロジェクションテレビなど大型化，高精細化を目
指した、有望な商品の開発が行われている。

【０００３】図６は、従来のＴＦＴアレイの平面構成図
を示すものである。走査線１０３はゲート電極と共通と
なっているが、ゲート電極は走査線１０３から引き出し
た形状でもよい。信号線１０６はＴＦＴ１０１のドレイ
ン電極１０７と接続されており、走査線１０３及び信号
線１０６の交差部は絶縁膜で絶縁されている。ＴＦＴ１
０１のソース電極１０８は画素電極１０５と接続されて
いる。ＴＦＴ１０１を構成する半導体膜はドレイン電極
１０７，ソース電極１０８と接続されており、ゲート電
極１０３とは絶縁膜で絶縁されている。１０４は補助容
量線であり、画素電極１０５とは絶縁膜で絶縁されてい
る。

【０００４】上記構成されたＴＦＴアレイに信号電圧と
走査電圧が与えられた場合、個々のＴＦＴは導通状態に
なり、画素電極１０５に信号電圧に相当した電圧が印加
される。走査電圧が与えられていない場合は、個々のＴ
ＦＴは非導通状態になり、画素電極１０５に印加された
電圧は保持される。

【０００５】このような液晶表示装置は、先に述べたよ
うに大型化，高精細化へと進んでおり、画素数の増加或
いは画素密度の増加を招き、結果として画素欠陥の発生
率が高まり、製造歩留まりが著しく低下することが大き
な問題となっている。この問題を解決する方法として、
レーザのような高エネルギービームを用いて画素欠陥を
修正する方法が提案されている。

【０００６】一つは、主にパターン形成時に発生するシ
ョート箇所を切断，修正する方法である。図７にリペア
の一例を示す。信号線のパターン形成不良により発生し
た信号線１０６と画素電極１０５のショート箇所７０１
に、アパーチャを通したビーム７０２を照射し、ショー
ト箇所７０１を切断する。もう一つは、絶縁膜を挟んで
上下に電極を対向させた部分にレーザを照射すること
で、上下の電極を電気的に接続する方法である。

【０００７】ところで、ＴＦＴに発生した不良を救済す
る手法として、ＴＦＴの冗長構造を採用することが考え
られる。ＴＦＴの冗長構造を用いて実現したＴＦＴアレ
イの例を図８に示す。これは、１画素当たり２個のＴＦ
Ｔを有した冗長構造である。通常状態では、ＴＦＴ１０
１とＴＦＴ１０２が電気的に並列に接続されており、両
方のＴＦＴが動作して信号が画素電極１０５に伝えられ
る。その結果、各々のＴＦＴの能力は、図６に示すよう
なＴＦＴ１個で画素を動作する場合の２分の１でよく、
各々ＴＦＴのサイズは図６に示す場合の約２分の１とな
る。そのため、開口率の低下は殆どない。

【０００８】もし、ＴＦＴ１０１が何らかの原因で正常
な動作をしない場合は、ＴＦＴのオン不良に対してはＴ
ＦＴの切断をしなくても効果があるが、ＴＦＴのオフ不
良に対しては効果がない。そこで、オフ不良に対しては
レーザ照射箇所１１０にレーザを照射して切断し、ＴＦ
Ｔ１０１を回路から切断する。この結果、ＴＦＴ１０２
だけでの動作となり、ＴＦＴの能力不足から通常状態の
画素とは若干表示状態が異なるが、表示上は殆ど問題が
なく、不良画素を救済することができる。ＴＦＴ１０２
が不良の場合も同様であり、ＴＦＴ１０２を何らかの手
段で画素から切断すればよい。

【０００９】ところが、上述の冗長構造は複数のＴＦＴ
を並列に接続したものであり、ある画素が不良である場
合、ＴＦＴ１０１，１０２のどちらが不良であるかを見
分けることは実質的には殆ど不可能である。不良ＴＦＴ
の切断において、不良ＴＦＴを正しく切断する確率は２
分の１しかなく、これでは冗長構造の効果が発揮されな
い。

【００１０】上述のＴＦＴに関する冗長構造の他に、図
９に示すように、通常状態では使用しない予備のＴＦＴ
９０１を予め待機させて置く方法も考えられる。この方
法は、通常の動作で使用するＴＦＴ１０１が不良の場
合、ＴＦＴ１０１をレーザ１１２の照射により電気的に
分離し、予備のＴＦＴ９０１を電気的接続手法を用いて
画素電極に接続する。予備のＴＦＴ９０１が不良でない
限り、不良ＴＦＴ１０１を正常動作する予備ＴＦＴ９０
１と切り換えることができ、画素を救済できる。しか
し、この方法では、予備のＴＦＴを各画素に配置するた
め開口率が低下するという大きな問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、ＴＦ
Ｔを並列に接続した冗長構造においては、開口率の低下
を抑えられるという点で優れているが、複数のＴＦＴの
中での不良ＴＦＴの検出が極めて難しく、そのためＴＦ
Ｔ不良を確実に救済することは困難であった。本発明
は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とす
るところは、ＴＦＴを並列に接続した冗長構造におい
て、開口率の低下を抑えつつ、不良ＴＦＴの検出を可能
としてＴＦＴ不良を確実に救済できる液晶表示装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、マトリックス配置された画素電極と、これらの画
素電極と信号線とを接続するＴＦＴとを具備した液晶表
示装置において、ＴＦＴは１画素に対して複数個並列に
設けられ、該複数のＴＦＴの全ては画素電極側又は信号
線側を切断可能な構造で、且つ該複数のＴＦＴのうち少
なくとも１つは画素電極側又は信号線側を切断後に再接
続可能な構造であることを特徴とする。

【００１３】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) １画素当たりにＴＦＴは２個であり、一方のＴＦＴ
には切断可能な構造と切断後に再接続可能な構造が付加
されており、他方のＴＦＴには切断可能な構造のみが付
加されている。 (2) １画素当たりにＴＦＴはｎ個であり、ｎ−１個のＴ
ＦＴには切断可能な構造と切断後に再接続可能な構造が
付加されており、１個のＴＦＴには切断可能な構造のみ
が付加されている。 (3) １画素当たりにＴＦＴはｎ個であり、１個のＴＦＴ
には切断可能な構造と切断後に再接続可能な構造が付加
されており、ｎ−１個のＴＦＴには切断可能な構造のみ
が付加されている。 (4) ＴＦＴの切断部分及び再接続部分は画素電極側であ
ること。 (5) ＴＦＴの切断可能な構造は、配線パターンが一部細
くなっており、レーザ照射により切断されるものである
こと。 (6) ＴＦＴの再接続可能な構造は、絶縁膜を挟んで上下
に配線が重なるように配置され、レーザ照射により上下
配線を接続するものであること。 (7) 複数のＴＦＴのうち任意のＴＦＴを切断可能な構造
を用いて切断し、切断したＴＦＴが正常な場合、該ＴＦ
Ｔを再接続可能な構造を用いて再接続すること。 (8) 複数のＴＦＴの不良の検出，切断及び再接続を、液
晶表示装置の点灯状態で行うこと。

【００１４】

【作用】本発明によれば、ＴＦＴのオフ不良が生じてい
ると思われる場合に、まず再接続可能な構造を有する方
のＴＦＴを最初に切断する。具体的には、ＴＦＴの画素
電極側又は信号線側の配線を切断する。切断したＴＦＴ
が不良の場合はこれで不良の救済ができるが、別のＴＦ
Ｔが不良の場合は救済できない。別のＴＦＴが不良の場
合は、切断したＴＦＴを再接続した後、別のＴＦＴを切
断する。これにより、不良ＴＦＴのみを切断することが
でき、不良ＴＦＴの救済が可能となる。

【００１５】つまり、１画素に対して並列に設けられた
複数のＴＦＴの全てに切断可能な構造を設け、一部に再
接続可能な構造を設けることにより、予めオフ不良のＴ
ＦＴが特定できない場合も、不良救済を確実に行うこと
ができる。そしてこの場合、予備のＴＦＴを予め待機さ
せて置く方法とは異なり、開口率の低下を招くこともな
い。従って、不良ＴＦＴの同定が可能な並列接続のＴＦ
Ｔ冗長構造を有し、かつ開口率の低下を抑えることがで
き、表示特性が良好かつ高歩留まりが得られる液晶表示
装置を実現することが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。（実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる液
晶表示装置（特にＴＦＴアレイ部）の１画素部分を示す
平面図である。

【００１７】洗浄されたガラス基板上にＭｏ−Ｔａ合金
を２５０ｎｍ成膜し、ゲート電極，ゲート線１０３，補
助容量線１０４及びレーザ接続部１０９の下部電極をパ
ターニングした。次いで、ゲート絶縁膜ＳｉＯを３５０
ｎｍ、ＳｉＮを５０ｎｍ、ａ−Ｓｉ膜を５０ｎｍ、エッ
チングストッパＳｉＮを２００ｎｍ連続成膜した後、エ
ッチングストッパをパターニングした。さらに、ソース
・ドレイン領域のオーミックコンタクト層である燐など
の不純物をドープしたｎ⁺型のａ−Ｓｉ膜を５０ｎｍ成
膜した後、ａ−Ｓｉ層を島状にパターニングした。さら
に、ＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、画素電極１０５を形成
した。

【００１８】次いで、ゲート電極の端子部分の上の第１
の絶縁膜であるＳｉＯをエッチング除去した。その後、
Ｍｏを１００ｎｍ、Ａｌを４００ｎｍ成膜し、信号線１
０６及びドレイン電極１０７、ソース電極１０８，１１
１を形成した。さらに、ドレイン電極１０７、ソース電
極１０８，１１１の金属をマスクとしてｎ⁺型のａ−Ｓ
ｉをエッチング除去してドレイン電極１０７とソース電
極１０８，１１１を電気的に分離し、アクティブマトリ
クス基板を形成する。最後にパッシベーション膜として
ＳｉＮを１５０ｎｍ成膜し、パターニングする。

【００１９】以上のようにして得られたアクティブマト
リクス基板は、図１に示すように１画素当たり２個のＴ
ＦＴが設けられている。ＴＦＴ１０１，１０２は電気的
に並列に接続されており、各々のＴＦＴの能力は１画素
に１個のＴＦＴを設けた場合の能力の半分でよい。従っ
て、ＴＦＴ１０１，１０２の大きさも１画素に１個のＴ
ＦＴを設けた場合の半分でよく、その結果、ＴＦＴに冗
長性を持たせたことによる開口率の低下は殆どない。

【００２０】画素がＴＦＴに起因する不良であることが
分かった場合、ＴＦＴ１０１，１０２のどちらが不良で
あるかは明確でない。しかし、両方のＴＦＴが不良であ
る確率は非常に低く、考慮する必要はない。そこで、ま
ず切断箇所１１２に絞りを通してレーザを照射してソー
ス電極１１１を切断し、ＴＦＴ１０１を画素電極１０５
から電気的に切り離す。切断箇所１１２からは電極膜が
飛散するため、切断箇所１１２はできるだけ少ない照射
回数で切断できるよう、断線の発生率が高くならない程
度に細くすることが好ましい。本実施例では、切断箇所
の幅を５μｍ程度にした結果、良好な切断が可能となっ
た。

【００２１】もし、ＴＦＴ１０１が不良であった場合、
不良ＴＦＴが切断されたので、リペアは終了する。ＴＦ
Ｔの能力は半分になるため、画素の輝度は正常画素に比
べて最大２〜３％低くなるが、この範囲では欠陥は人間
の眼に視認されないことが研究の結果判明した。ここ
で、輝度差が大きくなるようであれば、ＴＦＴの能力に
合わせて補助容量１０４や画素電極１０５の一部を除去
してＴＦＴの負荷を低減させてやればよい。

【００２２】もし、ＴＦＴ１０１が正常であり、ＴＦＴ
１０２が不良であった場合、間違ったＴＦＴを切断して
しまったので、ＴＦＴ１０１を画素電極１０５に再接続
する必要がある。そこで、まず切断箇所１１３に絞りを
通してレーザを照射してソース電極１０８を切断し、動
作不良であるＴＦＴ１０２を画素電極１０５から電気的
に切り離す。切断箇所１１３からは電極膜が飛散するた
め、切断箇所１１３はできるだけ少ない照射回数で切断
できるよう、断線の発生率が高くならない程度に細くす
ることが好ましい。本実施例では、切断箇所の幅を５μ
ｍ程度にした結果、良好な切断が可能となった。

【００２３】次いで、レーザ接続部１０９にレーザ１１
０を照射して電気的に接続することでＴＦＴ１０１を画
素電極１０５に再接続する。この結果、スイッチング動
作はＴＦＴ１０１で行われる。ＴＦＴ１０１とＴＦＴ１
０２の両方が不良となる確率は極めて低いため、この方
法によりＴＦＴに関する不良画素はほぼ１００％修復で
きる。

【００２４】ここで、上記の再接続のための構造は、図
２に示すように形成されている。即ち、基板２０５上の
一部に下部電極２０２が形成され、これを覆うように絶
縁膜２０３が形成され、絶縁膜２０３の上に上部電極２
０４が形成されている。つまり、上部電極２０４と下部
電極２０２とが、絶縁膜２０３を挟んで重なった構造と
なっている。そして、これらの上にパッシベーション膜
２０６が形成されている。

【００２５】図２に示すような構造において、基板２０
５の裏面からレーザ２０１を照射すると、まず下部電極
２０２がレーザのエネルギーを吸収し急激に加熱され、
液化或いは気化し体積が膨張する。その結果、絶縁膜２
０３或いは上部電極２０４が突き破られる。そのとき、
下部電極２０２の液相はレーザ照射によって発生した穴
の周囲に付着し、上部電極２０４と電気的コンタクトを
とる働きをする。その結果、上部電極２０４と下部電極
２０２は電気的に接続される。

【００２６】なお、以上述べたリペアは、アレイ基板の
裏面からレーザを照射して行うが、基板の表面からの照
射によってもリペアは可能である。つまり、液晶を対向
基板との間に挟持して点灯した状態で画素を検出した
後、画素の点灯状態を確認しながら、アレイ基板表面か
らのレーザ照射によるリペアが可能である。

【００２７】また、ソース電極１０８，１１１は２個の
ＴＦＴに対してほぼ対称である。このため、ＴＦＴ１０
１，１０２のどちらかを電気的に切り離した場合でも、
ゲート線１０３とソース電極１１１，１０８の間の寄生
容量はほぼ同じである。この寄生容量はトランジスタが
オフするときの画素電位のレベルシフトに影響する量で
あり、表示特性にも影響を与える。図１のようにソース
電極を対称にすることにより、ＴＦＴ１０１，１０２の
どちらを切り離してもゲートーソース電極間の寄生容量
に変化は無く、切断するＴＦＴによる表示特性の差異は
殆ど無くすことができる。

【００２８】（実施例２）図３は、本発明の第２の実施
例に係わる液晶表示装置の１画素構成を示す平面図であ
る。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。基本的な構造は図１と同じであ
るが、図１とは再接続部と切断部の位置関係を変えてい
る。

【００２９】製造工程は第１の実施例と同様であるの
で、ここでは省略する。本実施例のアクティブマトリク
ス基板も、図３に示すように１画素当たり２個のＴＦＴ
が設けられており、各々のＴＦＴの能力は１画素に１個
のＴＦＴを設けた場合の能力の半分でよく、ＴＦＴに冗
長性を持たせたことによる開口率の低下は殆どない。

【００３０】画素がＴＦＴに起因する不良であることが
分かった場合、ＴＦＴ１０１，１０２のどちらが不良で
あるかは明確でない。しかし、両方のＴＦＴが不良であ
る確率は非常に低く、考慮する必要はない。そこで、第
１の実施例と同様にして、まず切断箇所１１２に絞りを
通してレーザを照射してソース電極１１１を切断し、Ｔ
ＦＴ１０１を画素電極１０５から電気的に切り離す。も
し、ＴＦＴ１０１が不良であった場合、不良ＴＦＴが切
断されたので、リペアは終了する。

【００３１】もし、ＴＦＴ１０１が正常であり、ＴＦＴ
１０２が不良であった場合、間違ったＴＦＴを切断して
しまったので、ＴＦＴ１０１を画素電極１０５に再接続
する必要がある。そこで、まず切断箇所１１３に絞りを
通してレーザを照射してソース電極１０８を切断し、動
作不良であるＴＦＴ１０２を画素電極１０５から電気的
に切り離す。次いで、レーザ接続部１０９にレーザ１１
０を照射して電気的に接続することでＴＦＴ１０１を画
素電極１０５に再接続する。この結果、スイッチング動
作はＴＦＴ１０１で行われることになり、リペアは終了
する。

【００３２】また、本実施例では接続部の電極１０９の
ソース電極側端部にコンタクトホール３０１が形成され
ており、予めソース電極１１１と接続用電極１０９は接
続された構造となっている。このため、ＴＦＴ１０１を
再接続するときのレーザ照射回数は１回でよく、リペア
の成功確率は向上する。接続部の両端のレーザ照射部の
うち、一方にコンタクトホールを形成した構造は、図１
に示した実施例にも適用できる。さらに、接続部電極１
０９がゲート線１０３とパターン形成不良によりショー
トしていた場合も、ゲート線１０３の信号はソース電極
１１１を介して電極に伝わるため、この不良モードに対
しては切断箇所１１２をレーザで切断すればリペアでき
る。ゲート線−接続部電極間ショートとＴＦＴ１０２不
良が同一画素で起こる確率は極めて低いので問題はな
い。

【００３３】（実施例３）図４は、本発明の第３の実施
例に係わる液晶表示装置の１画素構成を示す平面図であ
る。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。基本的な構造は図２と同じであ
るが、図２とは接続部１０９両端のコンタクトホール４
０１とレーザ照射部１１０の位置を反対にしている。

【００３４】通常の工程では接続部電極１０９と画素電
極１０５の形成の間にコンタクトホール４０１を形成す
ることはできない。ところが図５に示すように、画素電
極１０５に穴の開いたパターンを形成しておき、それよ
り小さめに絶縁膜２０３にコンタクトホール４０１を形
成し、最後にコンタクトホール４０１を覆うように信号
線形成と同一プロセスで電極４０２を形成する。この構
造を用いることで、画素電極１０５と接続部電極１０９
の間の電気的接続を安定して得ることができるようにな
った。

【００３５】また、図３及び図４に示した構造は、接続
部電極１０９がゲート線に平行に位置している。また、
画素電極１０５の両端をゲート電極側に張り出した形に
している。この結果、ＴＦＴ１０１のソース電極１１１
を、ゲート電極１０３の近くに配置することができ、接
続部１０９などによる開口率の低下は殆どない。

【００３６】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、１画素当たりにＴＦＴ
を２個設けたが、これに限らず１画素当たりにＴＦＴを
３個以上設けるようにしてもよい。１画素当たりのＴＦ
Ｔをｎ個とした場合、ｎ−１個のＴＦＴには切断可能な
構造と切断後に再接続可能な構造を付加し、１個のＴＦ
Ｔには切断可能な構造のみを付加すればよい。この場
合、ＴＦＴの１つが不良としても、（ｎ−１）／ｎとい
う比較的大きな駆動能力を得ることができる。また、１
個のＴＦＴには切断可能な構造と切断後に再接続可能な
構造を付加し、ｎ−１個のＴＦＴには切断可能な構造の
みを付加してもよい。この場合、ＴＦＴの１つが不良と
すると１／ｎという小さな駆動能力になるが、再接続可
能な構造の数を少なくすることができる。

【００３７】また、実施例ではＴＦＴの画素電極側を切
断又は再接続するようにしたが、ＴＦＴの信号線側を切
断又は再接続する構成としてもよい。さらに、切断や再
接続に使用するレーザの代わりにはエネルギービームを
使用することができる。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、１
画素当たり複数の薄膜トランジスタを電気的に並列に配
置した冗長構造において、並列に設けられた複数のＴＦ
Ｔの全てに切断可能な構造を設け、一部に再接続可能な
構造を設けることにより、開口率の低下を抑えつつ、不
良ＴＦＴの検出を可能としてＴＦＴ不良を確実に救済で
きる液晶表示装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わる液晶表示装置の１画素部
分の構成を示す平面図。

【図２】レーザ接続部の１例を示す断面図。

【図３】第２の実施例に係わる液晶表示装置の１画素部
分の構成を示す平面図。

【図４】第３の実施例に係わる液晶表示装置の１画素部
分の構成を示す平面図。

【図５】第３の実施例におけるコンタクトホール部の構
成を示す断面図。

【図６】従来のＴＦＴアレイの１例を示す平面図。

【図７】従来のＴＦＴアレイのリペア手法の１例を示す
平面図。

【図８】従来のＴＦＴアレイの冗長構造の１例を示す平
面図。

【図９】従来のＴＦＴアレイの冗長構造の１例を示す平
面図。

【符号の説明】

１０１…第１のＴＦＴ１０２…第２のＴＦＴ１０３…ゲート線１０４…補助容量線１０５…画素電極１０６…信号線１０７…ドレイン電極１０８…第２のＴＦＴに対するソース電極１０９…レーザ接続部１１０…レーザ照射箇所１１１…第１のＴＦＴに対するソース電極１１２，１１３…レーザ切断箇所

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス配置された画素電極と、これ
らの画素電極と信号線とを接続する薄膜トランジスタと
を具備した液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタは１画素に対して複数個並列に設
けられ、該複数の薄膜トランジスタの全ては画素電極側
又は信号線側を切断可能な構造で、且つ該複数の薄膜ト
ランジスタのうち少なくとも１つは画素電極側又は信号
線側を切断後に再接続可能な構造であることを特徴とす
る液晶表示装置。