JP2001013520A - アクティブマトリックス型液晶表示装置 - Google Patents
アクティブマトリックス型液晶表示装置Info
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Abstract
して相対的に減少させ、従来よりも開口率の大きな液晶
表示装置を提供する。 【解決手段】液晶層3を挟持する1対の透明基板1、2
のうちの一方の透明基板上1に複数のゲートライン7、
7´と複数のソースライン13とを交差させてマトリッ
クス状に配設し、これらの各交点にTFT11が設けら
れている。TFT11には画素電極19が接続されてお
り、画素電極19毎に設けられた蓄積容量部Csは、絶
縁膜10を介して画素電極19に接続された上部電極1
5と下部電極とが対峙して構成されている。絶縁膜10
はTFT11のゲート絶縁膜8とは別個にに形成され、
絶縁膜10の膜厚を小さくする、および(又は)膜材料
の比誘電率を上げて単位面積当たりの容量を増すことに
より、蓄積容量部Csの面積を相対的に減少させる。
Description
る複数の画素電極ごとにスイッチング素子としての薄膜
トランジスタ(以下TFTと称する)と蓄積容量部が設
けられた、アクティブマトリックス型の液晶表示装置の
構造に関するものである。
示装置の構造を図7、図8を用いて説明する。図8は液
晶層下部のアレイ基板と称される部分の要部平面図であ
り、図7は、図8の7−7線に沿ったアレイ基板断面に
液晶層から上部を付加した全体の断面図となっている。
図7において、液晶層31が透明基板32と対向する透
明基板33との間に注入、封止され、さらに偏光板3
4、偏光板35が透明基板32、33の外側に積層され
ており、透明基板32に設けられた画素電極36と透明
基板33に形成された共通電極37とが対向している。
に、走査線として機能する互いに平行な複数のゲートラ
イン42と、これらのゲートライン42に直交する方向
に、信号線として機能する複数のソースライン40が配
線されている。
まれた矩形の領域には透明な画素電極36が配設されて
おり、両ラインの交差部近傍には画素電極36へのデー
タ信号電圧をオン、オフするスイッチング素子としての
TFT38が形成されている。またゲートライン42上
には、画素電極36の電荷を維持する蓄積容量部Csと
しての薄膜コンデンサが形成されている。
ン40から延びたソース電極40a、ドレイン電極4
1、ゲートライン42から延びたゲート電極42a、及
びゲート絶縁膜43から構成されている。ドレイン電極
41は層間絶縁膜44に設けたコンタクトホール45で
画素電極36と接続されており、画素電極36はコンタ
クトホール46で蓄積容量部Csの上部電極47と接続
されている。蓄積容量部Csは、透明基板32上のゲー
トライン42を下部電極とし、ゲート絶縁膜43を介し
て上部電極47が対向した構成となっている。
示装置では、複数のソースライン40の何れかにデータ
信号電圧を印荷し、且つ複数のゲートライン42の何れ
かに制御信号を与えると、両ラインに接続されたTFT
38が作動し、ドレイン電極41から画素電極36にデ
ータ信号電圧が印荷される。このようにしてマトリック
ス状に配列された画素電極36に接続されたTFT38
を駆動することにより、画面上に所望の表示パターンが
形成される。
縁膜43は蓄積容量部Csの容量を構成する絶縁膜とも
なっている。両膜が単一の工程で形成されることから製
造プロセスの簡略化の視点からは好ましい方法であり、
その膜厚は、より高い電圧のかかるTFT38でのゲー
ト絶縁膜43としての絶縁耐圧を満足するように決定さ
れていた。
は、Csの構成方法にもよるが、TFT38にかかる電
圧の1/2から1/4であり、絶縁耐圧から要求される
膜厚はTFT38のゲート絶縁膜43よりも小さくて良
い。即ち、従来例の蓄積容量部Csでのゲート絶縁膜4
3の膜厚は、絶縁耐圧の面からは、過剰な膜厚となって
いた。
駆動に必要な所定の電荷蓄積容量を、蓄積容量部Csを
構成する薄膜コンデンサの単位面積当たりの蓄積容量で
除して求められる。この単位面積当たりの蓄積容量は、
ゲート絶縁膜43の比誘電率と膜厚から一義的に決まる
ため、これを基に蓄積容量部Csの面積は決められてい
た。
ス型液晶表示装置では、その表示品位を向上させるため
には、光透過率、即ち開口率を大きくする必要がある。
高精細化にともなって画素サイズが小さくなると、蓄積
容量部Csの占める面積が相対的に大きくなり、その結
果開口率は低下する。これをバックライトの明るさで補
おうとすると消費電力が増加してしまうことになる。
面積を減らさなければならないが、従来構造では、蓄積
容量部Csの絶縁膜はTFT38のゲート絶縁膜43と
同一であり、その膜厚が主としてTFT38の耐圧で決
まってしまうため、蓄積容量部Csで独自に単位面積当
たりの容量を増すことができなかった。従って、蓄積容
量部Csの所定の容量を確保しながらその面積を減少さ
せるということができず、高精細化に伴って開口率が低
下してしまうという問題点があった。
積容量部の面積を画素電極の面積に対して相対的に減少
させ、開口率のより大きなアクティブマトリックス型液
晶表示装置を提供することにある。
リックス型液晶表示装置は、液晶層を挟持する1対の透
明基板のうちの一方の透明基板上に複数のゲートライン
と複数のソースラインとを交差させてマトリックス状に
配設し、これらの各交点に薄膜トランジスタを配置し、
これら薄膜トランジスタに接続されてなる画素電極ごと
に蓄積容量部が設けられ、該蓄積容量部の容量を構成す
る絶縁膜が、前記薄膜トランジスタを形成するゲート絶
縁膜とは異なる膜から形成され、前記蓄積容量部が、前
期画素電極に接続された上部電極と前記絶縁膜を介して
対峙する下部電極とから構成されたことを特徴としてい
る。これにより、蓄積容量部の単位面積当たりの容量を
TFTのゲート絶縁膜とは独立して設定することが可能
となり、その容量を増すことによって蓄積容量部の面積
を相対的に減少させることができる。
晶表示装置は、下部電極上の絶縁膜の平坦な領域にのみ
上部電極が形成されている。これにより、下部電極の周
縁部にできる絶縁膜の段差部での絶縁破壊が生じにくく
なるので、蓄積容量部に要求される絶縁耐圧に応じて絶
縁膜の膜厚をより薄く設定できることになり、蓄積容量
部の単位面積当たり容量をさらに増加させることにつな
がる。
液晶表示装置は、蓄積容量部の容量を構成する絶縁膜と
ゲート絶縁膜とが同一材料からなり、蓄積容量部での膜
厚がゲート絶縁膜の膜厚よりも小さいものである。これ
により、ゲート絶縁膜の製膜プロセスを絶縁膜の製膜に
利用でき、製造プロセスを複雑化することなく、蓄積容
量部の単位面積当たり容量を増して、その面積を相対的
に減少させることができる。
晶表示装置は、蓄積容量部の容量を構成する絶縁膜が、
ゲート絶縁膜よりも比誘電率の大きな材料からなるもの
である。これにより、蓄積容量部の単位面積当たりの容
量を増してその面積を相対的に減少させる効果を持つも
のである。
ックス型液晶表示装置の実施の形態を図面に基づき説明
する。図1、2は本発明の第1の実施形態を示すもので
ある。図2がアレイ基板部分の要部平面図であり、図1
は図2の1−1断面に液晶層から上部を付加した全体の
断面図である。図1、2において、ガラスからなる透明
な基板1と2の間に液晶相3が挟持されている。透明基
板1上にゲートライン7、7´およびゲート電極7aが
形成され、これらを覆うように膜厚が3000〜500
0Åのゲート絶縁膜8が形成されている。
どからなり、ゲートライン7´の上部ではCs用開口部
9が設けられている。ゲート絶縁膜8上には蓄積容量部
Csの容量を形成するための絶縁膜10が形成されてい
る。なお以下の説明においては、単に絶縁膜と称したと
きは蓄積容量部Csの絶縁膜を指し、その他の絶縁膜は
その機能を付加して、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜等と称
する。絶縁膜10は誘電率の高い材料、たとえばSiN
x、酸化タンタル(Ta2O5)などのタンタル酸化物
(TaOx)から構成されており、ゲート絶縁膜8より
も薄い膜厚で形成される。本実施形態ではゲート絶縁膜
8とおなじSiNxを採用しており、膜厚は蓄積容量部
Csの絶縁耐圧を確保するのに充分な500〜1500
Åの範囲が適当である。
縁膜10上に設けられており、アモルファスシリコン
(α−Si)などからなる半導体層12のチャネル形成
領域の両側に、ソースライン13から延びるソース電極
13aとドレインン電極14とが積層され形成されてい
る。この場合は、本来のゲート絶縁膜8に絶縁膜10を
重ねた2層がTFT11全体のゲート絶縁膜として機能
する。蓄積容量部Csは、下部電極としてのゲートライ
ン7´と上部電極15とが絶縁膜10を介して対峙して
構成されており、上部電極15は絶縁膜10の平坦な領
域にのみ形成されている。これにより、絶縁膜10の段
差部での絶縁破壊が起こりにくくなって膜厚を薄くする
ことができ、それに対応して蓄積容量部Csでの単位面
積当たりの容量が増加する。
a、ドレイン電極14及び上部電極15は、クロム(C
r)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)など
の金属からなる、膜厚1000〜3000Åの同一の膜
から形成することができる。第1の実施形態では蓄積容
量部Csの下部電極としてゲートライン7´を用いた
が、ゲートライン7´とは別に専用配線を設けて下部電
極としてもよい。
の高分子材料からなる膜厚1〜3μmの膜からなり、T
FT11、上部電極15及び絶縁膜10を覆って形成さ
れており、ドレイン電極14と上部電極15のそれぞれ
に至るコンタクトホール17、18が設けられている。
また層間絶縁膜16上には、インジウムスズ酸化物(I
TO)などからなる膜厚が500〜1500Åの画素電
極19が、コンタクトホール17、18を介してドレイ
ン電極14、上部電極15にそれぞれ接続されるように
形成されている。さらに透明基板2には、透明基板1と
対向する面にITOなどからなる共通電極4が形成され
ており、透明基板1、2の外面のそれぞれに偏光板5、
偏光板6が設けられている。
クス状に配置された複数のソースライン13と、ゲート
ライン7、7´との交差部の近傍に形成されている。ま
た蓄積容量部Csは、画素電極19に接続された上部電
極15と他の画素電極のTFT(図示省略)に接続され
たゲートライン7´とが絶縁膜10を介して重ねられて
形成されている。ここで、ゲートライン7´が蓄積容量
部Csの下部電極に相当する。
は、次のようにして形成する。まず、透明基板1上に、
複数のゲートライン7、7´とそこから延びてTFT1
1のゲート電極7aとなる金属膜を、Cr、Mo、Al
等の材料を用いて成膜し、エッチングによりパターニン
グする。次にTFT11のゲート絶縁膜8を成膜し、蓄
積容量部Csとなるゲートライン7´の上の部分をエッ
チングにより除去してCs用開口部9を形成する。ゲー
ト絶縁膜8をSiNxとする場合は一般的にCVDによ
る成膜法が用いられる。
縁膜10(本実施形態ではTFT11でゲート絶縁膜8
に積層され、ゲートを構成する膜の1部ともなる)を全
面に同時に成膜する。続いてTFT11のチャネル部と
なる半導体層12を形成する。その後、ソースライン1
3とそこから延びるソース電極13a、ドレイン電極1
4、蓄積容量部Csの上部電極15、を形成する金属膜
をスパッタ法により成膜した後パターニングして、TF
T11及び蓄積容量部Csが形成される。なお上部電極
15は、下部電極としてのゲートライン7´上にある絶
縁膜10の、平坦な領域にのみ形成する。
より層間絶縁膜16を形成し、コンタクトホール17、
18の部分をフォトリソグラフィの方法で除去した後、
画素電極19となる透明導電膜をスパッタ法により成膜
し、ついでエッチングによりパターニングして画素電極
19が形成される。画素電極19は、コンタクトホール
17でドレイン電極14と、コンタクトホール18で蓄
積容量部Csの上部電極15と接続される。
れに対向する、共通電極4の形成された透明基板2とを
貼り合わせ、両者の空隙部に液晶を注入、封止し、さら
に両側に偏光板5、6が積層されて、本発明の第1の実
施形態のアクティブマトリックス型液晶表示装置が完成
する。
sの絶縁膜10を従来例の1/3程度以下に薄くするこ
とができ、これに対応して単位面積当たり容量は増加し
ている。その結果、蓄積容量部Csの面積は画素電極1
9の面積と比較して相対的に減少し、従来例では約40
%が限界と言われていた開口率を55%に向上させるこ
とができた。
ス型液晶表示装置の第2の実施形態を示すものである。
図4がアレイ基板部分の要部平面図であり、図3は図4
の3−3断面に液晶層から上部を付加した断面図であ
る。本実施形態では、TFT11のゲート絶縁膜8の成
膜と、該膜のゲートライン7´の上部をエッチング除去
するまでは第1の実施形態の場合と同一である。次にT
FT11の半導体層12を形成し、その後、ソースライ
ン13とそこから延びるソース電極13a、ドレイン電
極14、蓄積容量部Csの下部電極の一部をなす補助電
極20、となる金属膜を成膜し、エッチングによりパタ
ーニングする。補助電極20は、ゲートライン7´上の
第1の絶縁膜8をエッチング除去したCs用開口部9か
ら露出したゲートライン7´に積層され、該ゲートライ
ン7´とともに蓄積容量部Csの下部電極を構成する。
膜10をTFT11を含む全域にわたって成膜し、ドレ
イン電極14へのコンタクトホール21の領域のみエッ
チングする。更に、第1の実施形態と同様の方法で層間
絶縁膜16を積層し、ドレイン電極14へのコンタクト
ホール17及び蓄積容量部Csとなる領域、即ち補助電
極20の上にある絶縁膜10の平坦な領域を、フォトリ
ソグラフィの方法で除去する。なお、この工程は、絶縁
膜10を形成後直ちに層間絶縁膜16を積層し、層間絶
縁膜16のコンタクトホール17、その後絶縁膜10の
コンタクトホール21の領域を順次エッチングしてもよ
い。
極15は、画素電極19と同じ透明導電膜だけで形成さ
れる。従って蓄積容量部Csの全域にわたって画素電極
19が形成されるとともに、絶縁膜10上の平坦な領域
に上部電極15が形成されるよう層間絶縁膜16を除去
しなければならない。その後透明導電膜を成膜し、画素
電極19、蓄積容量部Csの上部電極15をパターニン
グして同時に完成する。
の実施形態の場合と同様であるが、蓄積容量部Csの絶
縁膜10がTFT11の作用に影響するゲート絶縁膜を
構成する膜としては使われていないことが第1の実施形
態との相違点である。本構造の結果として、TFT11
の性能には全く影響を与えずに蓄積容量部の絶縁膜10
を選定することができる。例えば、単位面積当たりの容
量を増すため、SiNxよりも比誘電率の高い、TaO
x等の材料を採用することが比較的に容易になる。また
副次的な効果として、ゲートライン7、7´のかなりの
部分に補助電極20が積層されて肉厚となることによ
り、ゲートライン7、7´全体の配線抵抗が減少すると
いう効果も期待できる。
sの絶縁膜10としてゲート絶縁膜8に用いたSiNx
をそのまま用いることは何ら問題なく、その場合、好ま
しい膜厚は第1の実施形態の場合と同一である。他の膜
についても、特に記述はしていないが、第1の実施形態
の膜材料と膜厚は、第2の実施形態においても良好な結
果をもたらすことが期待される。
ス型液晶表示装置の第3の実施形態を示す。図6はアレ
イ基板部分の要部平面図、図5は図6中の5−5断面に
液晶層から上部を付加した断面図である。本実施形態に
おいても第2の実施形態の考えを踏襲し、蓄積容量部C
sの絶縁膜10はTFT11のゲート絶縁膜を構成する
膜としては用いない。半導体層12の形成までは、第2
の実施形態と同一のプロセスで製作される。
膜10を全面に成膜し、半導体層12の上部のソース電
極13a、ドレイン電極14のそれぞれに電気的に接続
される領域とチャネル部となる領域をエッチングにより
除去してコンタクトホール22を形成する。その後、ソ
ースライン13とそこから延びるソース電極13a、ド
レイン電極14、蓄積容量部Csの上部電極15、とな
る金属膜を全面に成膜し、エッチングによりパターニン
グする。なお上部電極15は、下部電極としてのゲート
ライン7´の上にある絶縁膜10の平坦な領域にのみ形
成される。この後の層間絶縁膜16の成膜とフォトリソ
グラフィの工程、及び透明導電膜の成膜とパターニング
による画素電極19の形成は第1の実施形態の場合と同
一である。
同様に蓄積容量部Csの絶縁膜10の選定の自由度が増
すと共に、TFT11のソース電極13a及びドレイン
電極14と、ゲート電極7a間の膜厚が絶縁膜10の膜
厚分だけ大きくなるため、絶縁耐圧性が向上するという
効果もある。前記第2、第3の実施形態においても、開
口率は第1の実施形態の場合とほぼ同じく55%程度ま
で向上させることができる。
と接続された上部電極、絶縁膜、および該絶縁膜を介し
て対峙する下部電極、とから構成されており、前記絶縁
膜はTFTのゲート絶縁膜とは異なる膜として形成され
ている。従って、ゲート絶縁膜とは独立して蓄積容量部
Csの容量を構成する絶縁膜の膜厚を小さくする、およ
び、(又は)膜材料の比誘電率をあげるという手段を取
ることができ、単位面積当たりの蓄積容量を増すことが
可能となる。その結果として、所定の電荷容量を維持す
るための蓄積容量部Csの面積を画素電極に対して相対
的に減少させることができ、高精細な液晶表示装置にお
いてもより大きな開口率を実現できる。
クス型液晶表示装置の断面図である。
のアレイ基板要部平面図である。
クス型液晶表示装置の断面図である。
のアレイ基板要部平面図である。
クス型液晶表示装置の断面図である。
のアレイ基板要部平面図である。
の断面図である。
のアレイ基板要部平面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 液晶層を挟持する1対の透明基板のうち
の一方の透明基板上に複数のゲートラインと複数のソー
スラインとを交差させてマトリックス状に配設し、これ
らの各交点に薄膜トランジスタを配置し、これら薄膜ト
ランジスタに接続されてなる画素電極ごとに蓄積容量部
が設けられ、該蓄積容量部の容量を構成する絶縁膜が、
前記薄膜トランジスタを形成するゲート絶縁膜とは異な
る膜から形成され、前記蓄積容量部が、前期画素電極に
接続された上部電極と前記絶縁膜を介して対峙する下部
電極とから構成されたことを特徴とするアクティブマト
リックス型液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記下部電極上の絶縁膜の平坦な領域に
のみ前記上部電極が形成されてなることを特徴とするア
クティブマトリックス型液晶表示装置。 - 【請求項3】 前期絶縁膜が前期ゲート絶縁膜と同一材
料からなり、前記絶縁膜の膜厚を前記ゲート絶縁膜の膜
厚よりも小さくしたことを特徴とする請求項1記載のア
クティブマトリックス型液晶表示装置。 - 【請求項4】 前記絶縁膜が、前記ゲート絶縁膜よりも
比誘電率の大きな材料からなる請求項1記載のアクティ
ブマトリックス型液晶表示装置。
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