JP2000258798A - 表示装置 - Google Patents

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JP2000258798A
JP2000258798A JP11058742A JP5874299A JP2000258798A JP 2000258798 A JP2000258798 A JP 2000258798A JP 11058742 A JP11058742 A JP 11058742A JP 5874299 A JP5874299 A JP 5874299A JP 2000258798 A JP2000258798 A JP 2000258798A
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gate electrode
electrode
film
tft
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Yasuo Segawa
泰生 瀬川
Keiichi Sano
景一 佐野
Kazuto Noritake
和人 則武
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜トランジスタの特性の変動をなくすとと
もに、開口率を向上させた表示装置を提供する。 【解決手段】 絶縁性基板１０上に、第１のゲート電極
１１、ゲート絶縁膜１２、第１のゲート電極１１上に設
けた半導体膜１３、及び層間絶縁膜１５を備えており、
その層間絶縁膜１５上であって少なくともチャネル１３
ｃ上方に第１のゲート電極１１に接続された第２のゲー
ト電極７０を備えた薄膜トランジスタを備えている。こ
の薄膜トランジスタのソースに接続された反射表示電極
１９が薄膜トランジスタの上方にまで延在させて設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」と称す
る。）をスイッチング素子として用いた表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、各種表示装置、例えばアクティブ
マトリクス方式の液晶表示装置（Liquid Crystal Displ
ay：以下、「ＬＣＤ」と称する。）の駆動ドライバ素子
あるいは画素駆動素子として多結晶シリコン膜を能動層
として用いたＴＦＴの開発が進められている。
【０００３】以下に、従来のＴＦＴを備えた反射型ＬＣ
Ｄについて説明する。反射型液晶表示装置は観察者側か
ら入射した光を反射表示電極にて反射させて表示を観察
する表示装置である。
【０００４】図８に従来の表示画素部のＴＦＴ平面図を
示し、図９に図８中のＥ−Ｅ線に沿ったＴＦＴを用いた
ＬＣＤの断面図を示す。
【０００５】図８に示すように、画素部のＴＦＴは、ゲ
ート信号を供給するゲート信号線５１と映像信号を供給
するドレイン信号線５２との交差点付近に設けられてお
り、そのソース１３ｓは反射表示電極１９に接続されて
いる。ＴＦＴ上には反射表示電極１９には形成されてい
ない。
【０００６】図９に従ってＴＦＴ及びＬＣＤの構造につ
いて説明する。
【０００７】石英ガラス、無アルカリガラス等からなる
絶縁性基板１０上に、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）などの高融点金属からなるゲート電極１１、ゲート
絶縁膜１２、及び多結晶シリコン膜からなる能動層１３
を順に形成する。
【０００８】その能動層１３には、ゲート電極１１上方
のチャネル１３ｃと、チャネル１３ｃの両側に、チャネ
ル１３ｃ上のストッパ絶縁膜１４をマスクにしてイオン
注入されて形成されるソース１３ｓ及びドレイン１３ｄ
が設けられている。
【０００９】そして、ゲート絶縁膜１２、能動層１３及
びストッパ絶縁膜１４上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ
膜及びＳｉＯ2膜が積層された層間絶縁膜１５を形成
し、ドレイン１３ｄに対応して設けたコンタクトホール
にＡｌ等の金属を充填してドレイン電極１６を形成す
る。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にす
る平坦化絶縁膜１７を形成する。そして、その平坦化絶
縁膜１７及び層間絶縁膜１５のソース１３ｓに対応した
位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホー
ルを介してソース１３ｓとコンタクトしたＡｌ等の反射
材料から成る反射表示電極１９を平坦化絶縁膜１７上に
形成する。そしてその反射表示電極１９上にポリイミド
等の有機樹脂からなり液晶２１を配向させる配向膜２０
を形成する。このとき反射表示電極１９はＴＦＴ上には
形成されていない。
【００１０】こうして作成されたＴＦＴを備えた絶縁性
基板１０と、この基板１０に対向した対向電極３１及び
配向膜３２を備えた対向電極基板３０とを周辺をシール
接着剤２３により接着し、形成された空隙に液晶２１を
充填する。そして、偏光板３３を両基板１０，３０の外
側に貼り付けてＬＣＤが完成する。
【００１１】ここで、図１０にＴＦＴの特性を示す。な
お、横軸にはゲート電圧Ｖｇｓを示し、縦軸にはドレイ
ン電流Ｉｄｓを示す。
【００１２】反射表示電極１９がＴＦＴのチャネルの上
方にないため、図１０中の実線で示すようにゲート電圧
Ｖｇｓが０Ｖのときにオフ電流が流れない特性を示す。
ところがＴＦＴの全面にまで反射表示電極が形成されて
いる場合には図１０中の破線のように変化してしまう。
【００１３】これは、チャネル１３ｃ上方に設けられた
反射表示電極１９には電圧が印加されるがその電圧によ
って生じる電界によって電荷が生じ、チャネル１３ｃに
対していわゆるバックチャネルが発生するためである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このＴＦＴ
をＬＣＤに用いた場合において、開口率を向上させるた
めにＴＦＴの上方にまで反射表示電極を延在させること
により、図１０に示すように、閾値電圧が減少する方向
に変化するとオフ電流が増加し、画素が常に輝く輝点欠
陥又は常に黒い滅点欠陥が発生することになり良好な表
示が得られないとともに、また各ＴＦＴにおいて閾値電
圧がばらつくことになると面内で均一な明るさの表示を
得ることができないという欠点があった。
【００１５】そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑み
て為されたものであり、ＴＦＴ上方の画素電極による電
界を遮蔽することによって、ＴＦＴの閾値電圧を安定さ
せて輝点等の欠点を低減し面内で均一な明るさの表示を
得ることができ、更に開口率を向上させた表示装置を提
供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の表示装置は、絶
縁性基板上に、第１のゲート電極、第１の絶縁膜、前記
第１のゲート電極上に設けチャネルを備えた半導体膜、
及び第２の絶縁膜を備えており、該第２の絶縁膜上であ
って少なくとも前記チャネル上方に前記第１のゲート電
極に接続された第２のゲート電極を備えた薄膜トランジ
スタを有する表示装置であって、前記半導体膜に形成さ
れたソースに接続された表示電極が前記薄膜トランジス
タの上方にまで延在させて設けられているものである。
【００１７】また、本発明は、前記表示電極が反射材料
から成る反射表示電極である表示装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の表示装置について
説明する。 ＜第１の実施の形態＞図１に本発明の表示画素部の平面
図を示し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿ったＬＣＤの断
面図を示し、図３に図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を
示す。
【００１９】図１に示すように、第１のゲート電極１１
を一部に有するゲート信号線５１とドレイン電極１６を
一部に有するドレイン信号線５２との交差点付近に、反
射材料から成る反射表示電極１９を接続したＴＦＴが設
けられている。その反射表示電極１９はＴＦＴの上にま
で延在して設けられている。
【００２０】図２に示すように、石英ガラス、無アルカ
リガラス等からなる絶縁性基板１０上に、Ｃｒ、Ｍｏ等
の高融点金属からなる第１のゲート電極１１、ＳｉＮ膜
及びＳｉＯ2膜から成るゲート絶縁膜１２及び多結晶シ
リコン膜からなる能動層１３を順に形成する。
【００２１】その能動層１３には、ゲート電極１１上方
のチャネル１３ｃと、そのチャネル１３ｃの両側にイオ
ン注入されて形成されたソース１３ｓ及びドレイン１３
ｄとが設けられている。
【００２２】チャネル１３ｃの上には、ソース１３ｓ及
びドレイン１３ｄを形成する際のイオン注入時にチャネ
ル１３ｃにイオンが入らないようにチャネル１３ｃを覆
うマスクとして機能するＳｉＯ2膜から成るストッパ絶
縁膜１４が設けられる。
【００２３】そして、ゲート絶縁膜１２、能動層１３及
びストッパ絶縁膜１４上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ
膜及びＳｉＯ2膜が積層された層間絶縁膜１５を形成す
る。この層間絶縁膜１５は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、またはア
クリル等の有機材料からなる有機膜の各単体、またはこ
れらのいずれかの組み合わせの多層体からなる。
【００２４】次に、その層間絶縁膜１５に設けたコンタ
クトホールにドレイン１３ｄに対応した位置にＡｌ単
体、あるいはＭｏ及びＡｌを順に積層するなどした金属
を充填してドレイン電極１６を形成する。このときドレ
イン電極１６の形成と同時にチャネル１３ｃの上方であ
って層間絶縁膜１５の上に第２のゲート電極７０を形成
する。即ち、Ａｌ単体、あるいはＭｏ及びＡｌを順に積
層するなどした金属からなる第２のゲート電極７０を形
成する。
【００２５】図３に示すように、層間絶縁膜１５上に設
けた第２のゲート電極７０は、ゲート絶縁膜１２及び層
間絶縁膜１５に設けられたコンタクトホール１８を介し
て、絶縁性基板１０上のゲート信号配線５１と接続され
ている。ドレイン信号線５２は層間絶縁膜１５の上に設
けられている。そして全面に例えば有機樹脂からなる平
坦化絶縁膜１７を形成する。
【００２６】図２に示すように、平坦化絶縁膜１７のソ
ース１３ｓに対応した位置にコンタクトホールを形成
し、ソース１３ｓにコンタクトしたＡｌ等の反射導電材
料から成りソース電極を兼ねた反射表示電極１９を形成
する。その上には液晶２１を配向させる配向膜２０を形
成する。
【００２７】こうして作製されたＴＦＴを備えた絶縁性
基板１０と、この基板１０に対向した対向電極３０及び
配向膜３２を備えた対向電極基板３０とを周辺をシール
接着剤２３により接着し、形成された空隙に液晶２１を
充填してＬＣＤが完成する。
【００２８】以上のように、第１のゲート電極１１と接
続されチャネル１３ｃの上方に設けた第２のゲート電極
７０を設けるとともに、ＴＦＴ上方にまで反射表示電極
１９を延在して設けることにより、層間絶縁膜表面への
不純物付着の防止ができ、それによって層間絶縁膜表面
への電荷の蓄積を防止できるとともに、閾値電圧の安定
したＴＦＴを得ることができ、輝点等の欠陥を低減し面
内で均一な明るさの表示が得られるとともに、更には開
口率の高いＬＣＤを得ることができる。
【００２９】なお、上述の実施の形態においては、第２
のゲート電極７０は層間絶縁膜１５の上に設けられてお
り、その幅もチャネル１３ｃ及びゲート電極１１の幅よ
りも小さく且つ第２のゲート電極７０はチャネル１３ｃ
及びゲート電極１１の端部と重畳しないように設けられ
ている場合だけでなく、図７（ａ）に示すようにゲート
電極１１の幅よりも広くしても良く、また図７（ｂ）に
示すようにダブルゲート構造である第１のゲート電極１
１の両方を第２のゲート電極で覆っても良い。
【００３０】また、第２のゲート電極７０は第１のゲー
ト電極１１を２つ備えたいわゆるダブルゲート構造にお
いて、いずれか一方の第１のゲート電極１１上に設けて
もよい。
【００３１】さらに、第２のゲート電極７０は層間絶縁
膜１５上のみならず、平坦化絶縁膜１７上に設けても層
間絶縁膜１５上に設けた場合と同様の効果を得ることが
できる。
【００３２】更にまた、第２のゲート電極７０と能動層
１３との間に設ける絶縁膜、例えば本実施形態の場合の
ストッパ絶縁膜１４、層間絶縁膜１５及び平坦化絶縁膜
１７が、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜若しくは有機膜の各単体か
らなっていても良く、または各膜を積層させた積層体か
らなっていても良い。 ＜第２の実施の形態＞図４に本発明を有機ＥＬ表示装置
に適用した場合の１表示画素を示す平面図を示し、図５
に図４中のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、図６に図４
中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
【００３３】図４に示すように、ゲート信号線５１とド
レイン信号線５２とに囲まれた領域に表示画素が形成さ
れている。両信号線の交点付近には第１のＴＦＴ３０が
備えられており、そのＴＦＴ３０のソース１３ｓは保持
容量電極線５４との間で容量をなす容量電極５５を兼ね
るとともに、第２のＴＦＴ４０のゲート４１に接続され
ている。第２のＴＦＴのソース４３ｓは有機ＥＬ素子６
０の陽極６１に接続され、他方のドレイン４３ｄは有機
ＥＬ素子を駆動する駆動電源線５３に接続されている。
【００３４】また、ＴＦＴの付近には、ゲート信号線５
１と並行に保持容量電極線５４が配置されている。この
保持容量電極線５４はクロム等から成っており、ゲート
絶縁膜１２を介してＴＦＴのソース１３ｓと接続された
容量電極５５との間で電荷を蓄積して容量を成してい
る。この保持容量は、第２のＴＦＴ４０のゲート電極４
１に印加される電圧を保持するために設けられている。
【００３５】このように有機ＥＬ素子６０及びＴＦＴ３
０，４０を備えた表示画素が基板１０上にマトリクス状
に配置されることにより有機ＥＬ表示装置が形成され
る。
【００３６】図５に示すように、有機ＥＬ表示装置は、
ガラスや合成樹脂などから成る基板又は導電性を有する
基板あるいは半導体基板等の基板１０上に、ＴＦＴ及び
有機ＥＬ素子を順に積層形成して成る。ただし、基板１
０として導電性を有する基板及び半導体基板を用いる場
合には、これらの基板１０上にＳｉＯ2やＳｉＮなどの
絶縁膜を形成した上にＴＦＴ及び有機ＥＬ表示素子を形
成する。
【００３７】本実施の形態においては、第１及び第２の
ＴＦＴ３０，４０ともに、ゲート電極を能動層１３の下
方に設けたいわゆるボトムゲート型のＴＦＴであり、能
動層として多結晶シリコン（Poly-Silicon、以下、「ｐ
−Ｓｉ」と称する。）膜を用いた場合を示す。またゲー
ト電極１１，４１がダブルゲート構造であるＴＦＴの場
合を示す。
【００３８】まず、スイッチング用のＴＦＴである第１
のＴＦＴ３０について説明する。
【００３９】図５に示すように、石英ガラス、無アルカ
リガラス等からなる絶縁性基板１０上に、クロム（Ｃ
ｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からなるゲ
ート電極１１を兼ねたゲート信号線５１及びＡｌから成
るドレイン信号線５２を備えており、有機ＥＬ素子の駆
動電源でありＡｌから成る駆動電源線５３を配置する。
【００４０】続いて、ゲート絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ
膜からなる能動層１３を順に形成し、その能動層１３に
は、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造が設
けられている。その外側にソース１３ｓ及びドレイン１
３ｄが設けられている。
【００４１】そして、ゲート絶縁膜１２、能動層１３及
びストッパ絶縁膜１４上の全面には、ＳｉＯ2膜、Ｓｉ
Ｎ膜及びＳｉＯ2膜の順に積層された層間絶縁膜１５を
設け、ドレイン１３ｄに対応して設けたコンタクトホー
ルにＡｌ等の金属を充填してドレイン電極１６を設け
る。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にす
る平坦化絶縁膜１７を設ける。
【００４２】次に、有機ＥＬ素子６０の駆動用のＴＦＴ
である第２のＴＦＴ４０について説明する。
【００４３】図６（ａ）に示すように、石英ガラス、無
アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、Ｃｒ、
Ｍｏなどの高融点金属からなるゲート電極４１を形成す
る。
【００４４】ゲート絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ膜からな
る能動層４３を順に形成する。
【００４５】その能動層４３には、ゲート電極４１上方
に真性又は実質的に真性であるチャネル４３ｃと、この
チャネル４３ｃの両側に、その両側にイオンドーピング
してソース１３ｓ及びドレイン１３ｄが設けられてい
る。
【００４６】そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層４３
上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順に
積層された層間絶縁膜１５を形成し、ドレイン４３ｄに
対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填
して駆動電源５０に接続された駆動電源線５３を形成す
る。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にす
る平坦化絶縁膜１７を形成する。そして、その平坦化絶
縁膜１７のドレイン４３ｄに対応した位置にコンタクト
ホールを形成し、このコンタクトホールを介して駆動電
源線５３とコンタクトしＡｌからなる駆動電源線５３を
形成する。このとき、同時にその駆動電源線５３の一部
をチャネル４３ｃ上に延在させて覆う導電体５６を形成
する。また、その平坦化絶縁膜１７のソース４３ｓに対
応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタク
トホールを介してソース１３ｓとコンタクトしたＩＴＯ
から成る透明電極、即ち有機ＥＬ素子の陽極６１を平坦
化絶縁膜１７上に形成する。
【００４７】有機ＥＬ素子１６０は、ＩＴＯ等の透明電
極から成る陽極６１、ＭＴＤＡＴＡ（4,4-bis(3-methyl
phenylphenylamino)biphenyl）から成る第１ホール輸送
層６２、ＴＰＤ（4,4,4-tris(3-methylphenylphenylami
no)triphenylanine）からなる第２ホール輸送層６３、
キナクリドン（Quinacridone）誘導体を含むＢｅｂｑ2
（10-ベンゾ〔ｈ〕キノリノール−ベリリウム錯体）か
ら成る発光層６４及びＢｅｂｑ2から成る電子輸送層か
らなる発光素子層６５、マグネシウム・インジウム合金
から成る陰極６６がこの順番で積層形成された構造であ
る。この陰極６６は、図７に示した有機ＥＬ表示装置を
形成する基板１０の全面、即ち紙面の全面に設けられて
いる。
【００４８】また有機ＥＬ素子は、陽極から注入された
ホールと、陰極から注入された電子とが発光層の内部で
再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子
が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から
光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介
して外部へ放出されて発光する。各有機ＥＬ素子から
は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色を発光する発
光層材料とすることにより各色を発光することができ
る。
【００４９】このように、第２のＴＦＴ４０のチャネル
４３ｃ上方に第２のゲート電極７０を形成することによ
り、陰極６６に印加される電圧による電界によって生じ
るバックチャネルを抑制することができる。即ち、陰極
の電位による電界やチャネル上部の膜質、膜厚等の変動
による影響を受けず、本来のＴＦＴ特性を保持すること
ができることになる。従って、陰極の電位による電界や
チャネル上部の膜質、膜厚等の変動等に起因する表示ム
ラを防止することができる。
【００５０】また、陽極６１を第２のＴＦＴ上にまで延
在して形成することにより、実質的な発光領域の面積、
即ち開口率を向上させることが可能となる。
【００５１】なお、上述の実施の形態においては、第２
のゲート電極７０は層間絶縁膜１５の上に設けられてお
り、その幅もチャネル１３ｃ及びゲート電極１１の幅よ
りも小さく且つ第２のゲート電極７０はチャネル１３ｃ
及びゲート電極１１の端部と重畳しないように設けられ
ている場合だけでなく、図７（ａ）に示すようにゲート
電極１１の幅よりも広くしても良く、また図７（ｂ）に
示すようにダブルゲート構造である第１ゲート電極１１
の両方を第２のゲート電極で覆っても良い。
【００５２】また、第２のゲート電極７０はゲート電極
１１を２つ備えたいわゆるダブルゲート構造において、
いずれか一方のゲート電極１１上に設けてもよい。
【００５３】さらに、第２のゲート電極７０は層間絶縁
膜１５上のみならず、平坦化絶縁膜１７上に設けても層
間絶縁膜１５上に設けた場合と同様の効果を得ることが
できる。
【００５４】更にまた、第２のゲート電極７０と能動層
１３との間に設ける絶縁膜、例えば本実施形態の場合の
ストッパ絶縁膜１４、層間絶縁膜１５及び平坦化絶縁膜
１７が、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜若しくは有機膜の各単体か
らなっていても良く、または各膜を積層させた積層体か
らなっていても良い。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、ＴＦＴの特性の変動を
なくすとともに、開口率を向上させた表示装置を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すＬＣＤの平面図で
ある。
【図２】本発明の第１実施形態を示すＬＣＤの断面図で
ある。
【図３】本発明の第１実施形態を示すＬＣＤの断面図で
ある。
【図４】本発明の第２実施形態を示す有機ＥＬの平面図
である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す有機ＥＬの断面図
である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す有機ＥＬの断面図
である。
【図７】従来のＴＦＴの平面図である。
【図８】従来のＬＣＤの平面図である。
【図９】従来のＬＣＤの断面図である。
【図１０】ＴＦＴの特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１０ 絶縁性基板 １１ 第１のゲート電極 １３ 能動層 １３ｓ、４３ｓ ソース １３ｄ、４３ｄ ドレイン １３ｃ、４３ｃ チャネル １４ ストッパ絶縁膜 １５ 層間絶縁膜 １７ 平坦化絶縁膜 １９ 反射表示電極 ２１ 液晶 ６１ 陽極 ７０ 第２のゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 則武 和人 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H091 FA14Y FB08 FC02 FC26 FD04 FD12 FD23 GA13 HA07 LA08 LA30 2H092 JA26 JA29 JA38 JA42 JA44 JA46 JB13 JB23 JB32 JB33 JB38 JB51 JB56 JB63 JB69 KA04 KA07 KA16 KA18 KB23 KB25 MA13 MA17 MA27 MA35 MA37 MA41 NA07 NA11 NA22 NA25 PA02 QA07

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁性基板上に、第１のゲート電極、第
    １の絶縁膜、前記第１のゲート電極上に設けチャネルを
    備えた半導体膜、及び第２の絶縁膜を備えており、該第
    ２の絶縁膜上であって少なくとも前記チャネル上方に前
    記第１のゲート電極に接続された第２のゲート電極を備
    えた薄膜トランジスタを有する表示装置であって、前記
    半導体膜に形成されたソースに接続された表示電極が前
    記薄膜トランジスタの上方にまで延在させて設けられて
    いることを特徴とする表示装置。
  2. 【請求項２】 前記表示電極は反射材料から成る反射表
    示電極であることを特徴とする請求項１に記載の表示装
    置。
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