JP2005084416A - アクティブマトリクス基板およびそれを用いた表示装置 - Google Patents

アクティブマトリクス基板およびそれを用いた表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 半導体層の大きさや形状あるいはその形成位置にばらつきが発生しても各TFTのゲート・ドレイン間容量cgdの変化(ばらつき)を抑制することができ、高い表示特性を実現しうるアクティブマトリクス基板を提供する。
【解決手段】 ゲート電極11上に形成された半導体層5並びに該半導体層5に重畳するように形成された、ソース電極7およびドレイン電極6を備えたTFT13と、上記ドレイン電極6に接続された画素電極8とを有するアクティブマトリクス基板1であって、2本のソース電極7a・7bの間に挟まれたドレイン電極形成用領域が上記半導体層5の形成領域に対応して設けられ、該ドレイン電極形成用領域内に、ドレイン電極6が画素電極8との接続部から延び出している。
【選択図】 図2

Description

本発明は、例えば、液晶テレビ、液晶モニタ、ノートパソコン等の液晶表示装置あるいは有機EL等を用いる表示装置に供されるアクティブマトリクス型基板に関する。
液晶表示装置は、ノートパソコン、液晶モニタ、液晶テレビ等に応用されており、現在最も普及している平面薄型の表示装置である。一般的な液晶表示装置は、2つのガラス基板上に透明電極を配置し、この間に液晶層を挟み込んでいる。液晶層は上下2つの電極間に印加される電圧によって透過率が変化するため、任意の座標の電極に電圧を印加することによって所望の画像を表示することができる。
現在では、ノートパソコン、液晶TVなどカラー液晶表示装置を必要とする製品のほとんどが、TFT等のスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置を採用している。このアクティブマトリクス型の液晶表示装置には、直交する信号配線と走査配線との交点近傍にTFT等のスイッチング素子と画素電極とがマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板が用いられており、上記画素電極にTFT等のスイッチング素子を介して電圧を書き込むことによって画像を表示する。上記スイッチング素子を用いることで、液晶層に印加する電圧の制御が容易となる。これにより、表示装置のコントラストを高めたりあるいは階調表示色を増加させることが可能となり、スイッチング素子を用いないパッシブマトリクス型に比較して飛躍的に視認性を向上させることができる。
ここで、図10(a)・(b)および図11、図12に基づいて、従来のアクティブマトリクス基板(以下、第1従来技術と称する)について説明する。図10(a)は第1従来技術のアクティブマトリクス基板の構造を示す平面透過図、図10(b)は図10(a)中のE−E’線に沿う断面を示す説明図、図11および図12は図10(b)に示すアクティブマトリクス基板のTFT130(薄膜トランジスタ)を拡大して示す平面透過図である。
図10(a)・(b)に示すように、アクティブマトリクス基板101は、透明絶縁性基板100(図10(b)参照)上に、信号配線30、走査配線120、画素電極80、ゲート電極110、半導体層50、ドレイン電極60、ソース電極70を備えている。
ゲート電極110上には、ゲート絶縁膜40を介して半導体層50が設けられており、この半導体層50における信号配線30側の端部の上にn型半導体層20bが形成され、画素電極80側の端部の上には同じくn型半導体層20aが形成されている。このn型半導体層20a上にはドレイン電極60が形成され、n型半導体層20b上にはソース電極70が形成されており、3端子素子のTFT(薄膜トランジスタ)が構成されている。
図11に示すように、ドレイン電極60とソース電極70とは走査配線120の延伸方向に若干の間隔をおいて対向しており、ゲート電極110によりソース電極70とドレイン電極60との間の導通が制御される。例えば、ゲート電極110に電圧が印加されると、n型半導体層20aおよびn型半導体層20bを介して半導体層50にチャンネルが形成されて抵抗値が低下し、ドレイン電極60とソース電極70との間が導通する。
なお、ゲート電極110は走査配線120と接続され、ソース電極70は信号配線30に接続されており、ドレイン電極60は画素電極80に接続されている。なお、ドレイン電極60およびソース電極70並びに対向するドレイン電極60とソース電極70との間に露出する半導体層50の上には、これらを覆うように形成された層間絶縁膜95が設けられている。
ここで、ドレイン電極60の少なくとも一部分とソース電極70の少なくとも一部分とは、ゲート絶縁膜40および半導体層50を介して、ゲート電極110に重なっている(ゲート電極110上に位置する)必要があり、この半導体層50に重なる、ドレイン電極60とゲート電極110の重畳部分およびその近傍部分(cgd寄与領域)90の面積によってゲート・ドレイン間容量cgdが決定される。このゲート・ドレイン間容量cgdは液晶表示装置の表示特性に大きな影響を与える。
したがって、アクティブマトリクス基板101に形成される各TFTについて、上記cgd寄与領域90の面積の変化(バラツキ)を抑える必要があり、そのためには、ドレイン電極60とソース電極70とが形成された電極層およびゲート電極110が形成された電極層間の位置合わせ精度を±数μm以下に制御しなければならない(なお、実際の生産工程においては、露光装置の上記位置合わせ精度は±1μm以下である)。
さて、近年、インクジェットプリンティングを用いてアクティブマトリクス基板101を形成する動きが出ている。
このインクジェットプリンティングにおいては、フォトリソグラフィーを用いた従来の製法と異なり、液滴の着弾位置のずれや液滴の形状のばらつき等により、アライメントのずれだけでなくパターンの大きさや形状が変化することが考えられる。
例えば、半導体層50の形成工程でインクジェットプリンティングを用いてレジストパターンを形成すると、アライメントのずれだけでなくパターンの大きさや形状そのものが変化することによって、半導体層50に重なる、ドレイン電極60とゲート電極110との重畳部分およびその近傍部分(cgd寄与領域)90の面積が変化し、cgdが変化することが考えられる。これによってゲート・ドレイン間容量cgdが変化すると、液晶表示装置の表示特性に大きな影響がでることになる。
したがって、上記のようにインクジェットプリンティングを用いてアクティブマトリクス基板101を形成する場合には、アライメントのずれあるいはパターンの大きさや形状が変化した場合でも、cgd寄与領域90の面積があまり変化しないような構成が要求される。
しかしながら、上記の第1従来技術では、アライメントのずれが発生した場合に、cgd寄与領域90の面積が大きく変化してしまう。
例えば、図12に示すように、半導体層50の形状が変化(信号配線30に沿った方向に縮小した場合)した場合、cgd寄与領域90の面積は大きく変化する。
また、図11において、半導体層50の形成位置が、図中矢印で示すxだけソース電極70側にずれた場合、ドレイン電極60とゲート電極110との重畳部の面積のほぼ半分が減少することになり、また、図中矢印で示すyだけソース電極70側にずれた場合にはドレイン電極60とソース電極70間のチャンネル形成が不可能になり、液晶表示装置の表示特性に大きな影響がでることになる。
ここで、レイヤー間のアライメントずれを考慮し、そのマージンを拡げる構成としては、例えば、特許文献1に記載された構成(以下、第2従来技術と称する)がある。
図13(a)は第2従来技術のアクティブマトリクス基板101の構造を示す平面透過図、図13(b)は図13(a)中F−F’線に沿う断面を示す説明図、図14〜16は図13(a)に示すアクティブマトリクス基板101のTFT130(薄膜トランジスタ)を拡大して示す平面透過図である。なお、説明の便宜上、以下の説明においては、図10(a)(b)に示すアクティブマトリクス基板の構成と同一の機能を有する構成には、同一の部材番号を付して説明する。
第2従来技術が上記第1従来技術と異なる点は、ドレイン電極60の形状と半導体層50の形状(形成範囲)である。すなわち、ドレイン電極60は、図14に示すように、ソース電極70と対向する対向部60aおよびこの対向部60aと画素電極80とを結ぶ接続部60bを有し、この接続部60bの幅が上記対向部60aの幅より狭い、いわばT字形状に形成されている。また、半導体層50は、上記ソース電極70およびドレイン電極60の下部領域に、これらを取り囲むような形状、すなわち、ソース電極70とドレイン電極60の対向部60aとを取り囲む領域50aおよびドレイン電極60の接続部60bを取り囲む領域50bを有する形状に形成されている。
これにより、ゲート電極110、ドレイン電極60およびソース電極70をパターン形成する際に、写真製版装置のアライメントずれが発生しても、上記したドレイン電極60とゲート電極110との重なり面積の変化を、第1従来技術より小さくすることができる。
例えば、図14において、半導体層50の形成位置が、図中矢印で示すxだけソース電極70側にずれた場合、上記重なり面積は減少するものの、ドレイン電極60の接続部60bの幅が、その対向部60aより小さいため、第1従来技術の場合に比較するとその減少量は小さい。また、半導体層50が図中矢印で示すyだけソース電極70側にずれた場合にも、半導体層50が上記接続部60bを取り囲む領域50bを有するため、上記第1従来技術と異なりチャンネル形成は可能となる。
これにより、上記のアライメントずれが発生しても表示不良の発生を抑制することができる。
しかしながら、上記第2従来技術にも、半導体層50のパターンの大きさや形状が変化した場合には、上記ゲート・ドレイン間容量cgdの変化を抑制する効果がほとんどない。
例えば、図15に示すように、半導体層50の大きさが変化(信号配線30に沿った方向に縮小)した場合、あるいは、図16に示すように、半導体層50の形状が変化した(円形形状になった)場合、cgd寄与領域90の面積は大きく変化する。
特開2002−14371号公報(公開日:2002年1月18日)
以上のように、上記従来技術の構成では、例えばインクジェットプリンティングを用いてアクティブマトリクス基板を形成する場合のように、半導体層の大きさや形状が変化する場合にゲート・ドレイン間容量cgdの変化を抑制することができない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体層の大きさや形状に変化(ばらつき)が発生しても各TFTのゲート・ドレイン間容量cgdの変化(ばらつき)を抑制することができ、高い表示特性を実現しうるアクティブマトリクス基板を提供する点にある。
発明に係るアクティブマトリクス基板およびそれを用いた表示装置は、上記課題を解決するために、基板上に形成され、ゲート電極を備えた走査配線と、上記ゲート電極上に形成された半導体層並びに該半導体層に重畳するように形成された、ソース電極およびドレイン電極を備えた薄膜トランジスタと、上記ソース電極に接続され、上記走査配線と交差する信号配線と、上記ドレイン電極に接続された画素電極とを有するアクティブマトリクス基板であって、ソース電極によって囲まれた、又は複数のソース電極の間に挟まれたドレイン電極形成用領域が上記半導体層の形成領域に対応して設けられ、このドレイン電極形成用領域内に、上記ドレイン電極が画素電極との接続部から延び出していることを特徴としている。
また、本発明のアクティブマトリクス基板においては、上記ゲート電極は上記走査配線から上記半導体層の形成領域へ延設され、その始端部分と終端部分とが上記半導体層からはみ出していることが好ましい。
また、本発明のアクティブマトリクス基板においては、2本の帯状のソース電極によって挟まれたドレイン電極形成用領域を備え、該ドレイン電極形成用領域内のドレイン電極の形状が帯状であることが好ましい。
また、本発明のアクティブマトリクス基板においては、上記ドレイン電極形成用領域を囲むソース電極の形状は略英文字Cの形状を有していることが好ましい。
また、本発明のアクティブマトリクス基板においては、上記半導体層は円形に形成されていることが好ましい。
また、本発明の表示装置は、上記アクティブマトリクス基板を用いたことを特徴としている。
本発明に係るアクティブマトリクス基板は、以上のように、ソース電極によって囲まれた、又は複数のソース電極の間に挟まれたドレイン電極形成用領域が上記半導体層の形成領域に対応して設けられ、このドレイン電極形成用領域内に、上記ドレイン電極が画素電極との接続部から延び出している。
アクティブマトリクス基板は、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を用いて信号配線からのデータを画素電極に書き込むものである。すなわち、走査配線からの信号を受けたゲート電極によって半導体層にソース・ドレイン間チャンネルが形成され、信号配線からのデータ(電圧)がソース電極およびドレイン電極を介して画素電極に与えられる。
上記構成においては、画素電極との接続部から延び出したドレイン電極がソース電極によって囲まれた、又は複数のソース電極の間に挟まれたドレイン電極形成用領域内に達しており、ドレイン電極の周囲(あるいは両側)にソース電極が形成されている。そして、このソース電極およびドレイン電極と重畳するように半導体層が形成され、主として上記ドレイン電極の周囲(あるいは両側)に該当する領域にチャンネルが形成される。
したがって、ゲート電極とドレイン電極との重畳部分およびその近傍部分を半導体層に投射して得られる領域(半導体層に重なる、ドレイン電極とゲート電極との重畳部分およびその近傍部分)が上記従来技術に比較して小さくなるとともに半導体層のほぼ中央部分に位置することになり、半導体層の大きさや形状あるいはその形成位置にばらつきが発生しても、上記領域(cgd寄与領域)の面積の変化を回避できるかあるいは非常に小さくすることができる。
これにより、半導体層の形成精度に起因する各薄膜トランジスタのゲート・ドレイン間容量cgdの変化(ばらつき)を抑制することができ、ひいては高い表示特性を実現することができる。
なお、上記ドレイン電極は、画素電極との接続部から上記ドレイン電極形成用領域内へ延び出していればよく、上記接続部から真っ直ぐ延び出して上記ドレイン電極形成用領域に達していてもよいし、中途から曲がり、あるいは湾曲しつつ上記ドレイン電極形成用領域に達していても構わない。
また、本発明のアクティブマトリクス基板は、以上のように、上記ゲート電極は上記走査配線から半導体層の形成領域へ延設され、その始端部分と終端部分とが半導体層からはみ出していることが好ましい。
上記構成によれば、ゲート電極によって、下部領域にゲート電極が形成されていない領域がソース電極側(信号配線側)とドレイン電極側(画素電極側)とに分断された形となる。
それゆえ、例えばバックライト等によって上記領域(下部領域にゲート電極が形成されていない領域)に形成された半導体層が照射され、電気抵抗値が低下しても、ソース電極側(信号配線側)とドレイン電極側(画素電極側)との間にリーク電流が発生することを防止できる。これにより、画素電極の電位変化を抑制することができる。
なお、上記ゲート電極は走査配線から半導体層の形成領域へ延設されていればよく、例えば始端部分から終端部分へ帯状に延設された形状でも良いし、始端部分と終端部分とが帯状でそれらの間が円形であるような形状であっても良い。また、始端部分と終端部分との中途から曲がり終端部分へ向かうような形状であったり、始端部分から湾曲しつつ終端部分へ向かうような形状であっても構わない。
また、本発明のアクティブマトリクス基板は、以上のように、2本の帯状のソース電極によって挟まれたドレイン電極形成用領域を備え、該ドレイン電極形成用領域内のドレイン電極の形状が帯状であることが好ましい。
上記構成によれば、半導体層の形成領域に対応して設けられたドレイン電極形成用領域内のドレイン電極の形状が帯状となっている。このため、上記した従来技術の構成に比較してドレイン電極の幅(ドレイン電極の延伸方向と直交する方向の長さ)を狭くでき、半導体層の大きさや形状あるいはその形成位置にドレイン電極の延伸方向のばらつきが発生しても、上記領域(cgd寄与領域)の面積の変化を抑制することができる。
また、上記構成においては、ソース電極あるいはドレイン電極を帯状に延びた簡易な形状とすることが可能であり、電極形成(ソース電極あるいはドレイン電極のパターニング)が容易となる。
また、本発明のアクティブマトリクス基板は、以上のように、上記ドレイン電極形成用領域を囲むソース電極の形状は略英文字Cの形状であってもよい。
上記構成によれば、英文字Cの形状を有するソース電極によって囲まれたドレイン電極の周囲に、効率的にチャンネルを形成することができる。
これにより、ソース電極(ドレイン電極)および半導体層の形成領域を減少させることができ、薄膜トランジスタを小さく形成することができる。
また、本発明のアクティブマトリクス基板は、以上のように、上記半導体層を円形に形成してもよい。
上記構成によれば、インクジェットプリンティングの手法を用いて半導体層(半導体層のレジストパターン)を形成することが容易となる。
また、ドレイン電極形成用領域を囲むソース電極を円形形状(例えば、英文字Cの形状)に形成した場合には、最小限の面積の半導体層でもって上記ソース電極を取り囲むことができるため、例えば半導体層を四角形に形成する場合と比較してその形成領域を縮小させることができる。
本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
最初に、本実施形態におけるアクティブマトリクス基板の製造方法を図1(a)(b)に基づいて簡単に説明する。
ここで、図1(a)は本発明のアクティブマトリクス基板を示す平面透過図、図1(b)は図1(a)中A−A’線に沿う矢視断面を示す説明図である。
まず、透明絶縁性基板10(図1(b)参照)上にスパッタ法等によりTi,Ta等からなる金属膜を成膜後、フォトリソグラフィーを用いてパターニングし、走査配線12およびゲート電極11を形成する。
次に、プラズマCVD法等により、ゲート絶縁膜4と半導体層とn型半導体層を連続して堆積し、インクジェットプリンティングを用いてレジストパターンを形成後、エッチングによって半導体層を半導体層5にパターニングするとともに、n型半導体層をn型半導体層2a・2bにパターニングする。なお、このn型半導体層2a・2bおよび半導体層5の形成時のレジストパターン形成にはフォトリソグラフィーの手法を用いてもよい。
次に、ITO等の透明導電膜とTi,Ta等からなる金属膜を連続して成膜し、フォトリソグラフィーを用いてドレイン電極6、ソース電極7、信号配線3を形成後、再びフォトリソグラフィーを用いて画素電極8を形成する。
次に、ドレイン電極6やソース電極7を覆うように窒化シリコン等よりなる層間絶縁膜を成膜し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングすることにより、層間絶縁膜9を形成する。
これにより、アクティブマトリクス基板1が完成する。
そして、このアクティブマトリクス基板1と、透明電極(図示せず)およびカラーフィルタ等(図示せず)を有する対向電極基板、あるいは透明電極を有する対向電極基板との間に液晶を配置することにより本実施形態における液晶表示装置を構成することができる。
次に、アクティブマトリクス基板1の構成について、図1(a)(b)、図2、図3(a)・(b)、図4、図9を用いて説明する。
ここで、図2は図1(a)に示すアクティブマトリクス基板1のTFT(薄膜トランジスタ)13を拡大して示す平面透過図である。
図1(a)(b)に示すように、上記アクティブマトリクス基板1には、透明絶縁性基板10(基板、図1(b)参照)上に、信号配線3、走査配線12、画素電極8、ゲート電極11、半導体層5、ドレイン電極6、ソース電極7(7a・7b)、補助容量としてのCs(蓄積キャパシタ−)14が形成されている。
信号配線3および走査配線12はゲート絶縁膜4(図1(b)参照)を介して直交しており、その交差点近傍に、ゲート電極11、ドレイン電極6、ソース電極7を含む3端子素子のTFT13(薄膜トランジスタ)が形成されている。また、このTFT13に隣接して画素電極8が形成されており、該画素電極8はTFT13を間に挟んで信号配線3と対向する部分を有している。なお、TFT13のゲート電極11は、走査配線12が信号配線3の延伸方向に突き出した形状を有している。また、ドレイン電極6は、画素電極8と電気的に接続され、ソース電極7は信号配線3に電気的に接続されている。
アクティブマトリクス基板1はTFT13をスイッチング素子としており、走査配線12に与えられた信号(アドレス信号)により、信号配線3からのデータ(電圧)がソース電極7およびドレイン電極6を介して画素電極8に書き込まれる。
以下にTFT13の構造を説明する。なお、図1(b)は、図中点線Lより左側(信号配線3側)がソース電極7(7b)に沿った部分の断面を示し、図中点線L’より右側(上記画素電極8側)がドレイン電極6に沿った部分の断面を示している。
TFT13は、図1(b)に示すように、透明絶縁性基板10上にゲート電極11が形成され、その上にゲート絶縁膜4を介して半導体層5が形成されており、この半導体層5の上部にn型半導体層2a・2bが形成されている。このn型半導体層2a上にはドレイン電極6が形成され、n型半導体層2b上にはソース電極7が形成されており、このドレイン電極6、ソース電極7はそれぞれ画素電極8、信号配線3と接続している。また、ドレイン電極6およびソース電極7上には、これらを覆うように層間絶縁膜9が形成されている。
ここで、本実施形態で形成されるTFT13においては、図2に示すように1本のドレイン電極6が、画素電極8より走査配線12に沿う方向に延ばされ、細長い長方形形状(帯状)に形成されている。なお、該ドレイン電極6の先端部は、半導体層5の形成領域の中央部分を信号配線3側に越える位置まで達している。
一方、信号配線3からは、同じく走査配線12に沿う方向で、ドレイン電極6の延び出し方向とは逆方向に2本のソース電極7a・7bが引き出され、それぞれ細長い長方形形状(帯状)に形成されている。なお、該ソース電極7(7a・7b)の先端部は、半導体層5の形成領域の中央部分を画素電極8側に越える位置まで達している。
そして、このように信号配線3から半導体層5の形成領域へ細長い長方形形状(帯状)に延び出した2本のソース電極7a・7bの一部7a’・7b’の間(ドレイン電極形成用領域)内に、上記した画素電極8との接続部から延び出した細長い長方形形状(帯状)のドレイン電極6が位置している。
換言すれば、半導体層5の形成領域内において、このドレイン電極6の両側には、2本のソース電極7a・7bの一部7a’・7b’が形成されており、主にドレイン電極6とソース電極7a’との間がチャンネル領域15aとなり、主にドレイン電極6とソース電極7b’との間がチャンネル領域15bとなる。
そして、これらソース電極7の一部7a’・7b’およびチャンネル領域15a・15bを取り囲む(重畳する)ように、半導体層5が四角形形状にて形成されている。また、この半導体層5の下部層には、同じくソース電極7の一部7a’・7b’およびチャンネル領域15a・15bを取り囲む(重畳する)ように走査配線12から引き出されたゲート電極11が形成されている。
上記構成では、走査配線12に接続されたゲート電極11によって並列する2本のソース電極7a・7bとその間のドレイン電極6との間の導通が制御される。例えば、走査配線12を介してゲート電極11に電圧が印加されると、n型半導体層2a・2b(図1(b)参照)を介して半導体層5のチャンネル領域15a・15bにソース・ドレイン間チャンネルが形成され、ドレイン電極6とソース電極7との間が導通する。
本実施形態によれば、図2に示すように、ゲート電極11とドレイン電極6との重畳部分およびその近傍部分を半導体層5に投射して得られる領域6’(半導体層5に重なる、ドレイン電極6とゲート電極11との重畳部分およびその近傍部分)が上記した従来技術(図11・14参照)に比較して小さくなるとともに半導体層5の中央部に位置することになり、半導体層5の大きさや形状あるいはその形成位置が信号配線3に沿った方向(チャンネル方向)に変化しても上記領域(cgd寄与領域)6’の面積を大幅に抑制することができる。
また、走査配線12に沿った方向(チャンネル形成方向と直交する方向)に関しても、ドレイン電極6が半導体層5の形成領域内で帯状に形成されているため、従来技術の構成に比較してドレイン電極6の幅(信号配線3に沿った方向の長さ)を狭くでき、半導体層5の大きさや形状あるいはその形成位置が走査配線12に沿った方向に変化しても上記領域(cgd寄与領域)6’の面積の変化を抑制することができる。
以上から、本実施形態では、半導体層5の大きさや形状あるいはその形成位置が走査配線12に沿う方向および信号配線3に沿う方向のどちらに変化しても、上記cgd寄与領域の面積の変化を回避できるか、非常に小さくすることができる。
これにより、半導体層5の形成精度に起因する各薄膜トランジスタ13のゲート・ドレイン間容量cgdの変化(ばらつき)を抑制でき、高い表示特性を実現することができる。
また、上記ソース電極7(7a・7b)は、信号配線3から半導体層5の形成領域へ細長い長方形形状(帯状)に延び出した簡易な形状であるため、その形成(パターニング)が容易である。
なお、本実施形態においては、液晶表示等に用いられるバックライトからの照射光によって半導体層5の抵抗値が低下し、ドレイン電極6側とソース電極7側に意図しない電流(リーク電流)が流れてしまうことを防止するため、ゲート電極11によって、下部領域にゲート電極11が形成されていない領域をソース電極7側(信号配線3側)とドレイン電極6側(画素電極8側)とに分断することが好ましい。
本実施形態においては、図2に示すように、ゲート電極11は走査配線12から半導体層5の形成領域へ延設されており、ゲート電極11における走査配線12との接続部分(始端部分)11aおよびドレイン電極6を挟んで上記接続部分と対向するゲート電極11の先端部分(終端部分)11bが半導体層5からはみ出るように形成されており、上記領域(下部領域にゲート電極11が形成されていない領域)に該当するドレイン電極6側の半導体層5とソース電極7側の半導体層5とが分断されている。これにより、ドレイン電極6とソース電極7とのリークを防止し、画素電極8の電位変化を回避することができる。
本実施の形態記載の構造を有するアクティブマトリクス基板1および上記第1従来技術の構造を有するアクティブマトリクス基板101(図10(a)参照)を、半導体層5(50)の大きさおよび形成位置を意図的に変化させて作製した。すなわち、半導体層5(50)の1辺を設計値から±3μm変化させ、形成位置を設計値から±3μmあらゆる方向にずらせてアクティブマトリクス基板1および101を作成した。
この結果、第1従来技術の構造によって作製したアクティブマトリクス基板101を液晶表示装置にした結果、フリッカ現象が見られた。しかし、本実施形態を用いたアクティブマトリクス基板1を液晶表示装置にした場合、フリッカによる表示不良は上記の場合より大幅に減少した。
なお、本実施形態においては、2本のソース電極7を直接信号配線3に接続する構成に限定されない。例えば、図9に示すように、これら並列する2本のソース電極7を結ぶ、信号配線3に沿った接続部を形成し、該接続部と信号配線3とを結ぶような構成にすることもできる。
また、半導体層5の形状は、上記したような四角形(長方形)に限定されない。半導体層5のパターニング時に、インクジェットプリンティングを用いてレジストパターンを形成する場合、半導体層5の形状は四角形(長方形)より円形の方が形成しやすいことが考えられる。
そこで、本実施形態において、半導体層5を円形に形成した構成を図3(a)(b)および図4に示す。ここで、図3(a)は上記構成のアクティブマトリクス基板1の構造を示す平面透過図、図3(b)は図3(a)中B−B’線に沿う矢視断面を示す説明図、図4は図3(a)に示すアクティブマトリクス基板1のTFT(薄膜トランジスタ)13を拡大して示す平面透過図である。
なお、図3(b)においては、図中点線Lより左側(信号配線3側)がソース電極7(7b)に沿った部分の断面を示し、図中点線L’より右側(上記画素電極8側)がドレイン電極6に沿った部分の断面を示している。
この場合、図3(b)に示すように、TFT13の積層構造は上記した構成(図1((b)参照)と同じである。また、ソース電極7およびドレイン電極6の形状も上記した構成と同じである。すなわち、信号配線3から走査配線12に沿った方向に引き出された2本のソース電極7aと7bとの間(ドレイン電極形成用領域)に、画素電極8に接続する1本のドレイン電極6が形成され、各ソース電極7a・7bの一部7a’・7b’とドレイン電極6の間がそれぞれチャンネル領域15a・15bとなっており、これを取り囲むように、走査配線12から引き出されたゲート電極11が形成されている。
ここでは、該ゲート電極11上に、上記チャンネル領域15a・15bを取り囲むように半導体層5が円形形状に形成されている。
このように半導体層5を円形形状にすることで、半導体層5の形成工程において、インクジェットプリンティングを用いたレジストパターンの形成が容易となる。
この点、従来技術の構成おいては、半導体層5を円形に形成した場合(図16参照)、半導体層50の大きさの変化や位置ずれが発生すると、ゲート・ドレイン間容量cgdが大きく変化し、フリッカの原因となる。
しかし、本実施形態によれば、2本のソース電極7a・7bの間にドレイン電極6が形成され、ゲート電極11とドレイン電極6との重畳部分およびその近傍部分を半導体層5に投射して得られる領域6’が従来の構成に比較して小さくなるとともに円形の半導体層5の中央部に位置することになり、半導体層5の大きさや形状あるいはその形成位置がどのような方向に変化しても、ゲート・ドレイン間容量cgdの変化を大幅に抑制することが可能となる。
ここで、半導体層5のレジストパターン形成時にインクジェットプリンティングを用い、半導体層5が円形形状となるように、本実施形態および第1従来技術の構成を有するアクティブマトリクス基板1および101(図10(a)参照)を作製した。
ただし、半導体層5のレジストパターン形成時の条件は、液適量を3pl、塗布後の焼成条件を120°Cにて30minとした。その結果、第1従来技術の構成によって作製したアクティブマトリクス基板101を用いた液晶表示装置には、フリッカ現象が見られた。しかし、本実施形態を用いたアクティブマトリクス基板1を用いた液晶表示装置は、第1従来技術のアクティブマトリクス基板101を用いた液晶表示装置に比較してフリッカによる表示不良が大幅に減少した。
なお、本実施形態に係るTFT13のドレイン電極6・ソース電極7の構成は、TFT13のゲート電極11上のドレイン電極6を、ゲート電極11上のソース電極7によって囲みこむように形成し、かつ半導体層5を、ゲート電極上11のソース電極7およびドレイン電極6を囲みこむように形成している構成ともいえる。また、上記ソース電極7は、ドレイン電極6の両側に、該ドレイン電極6と対向する部分を有している構成ともいえる。
なお、本実施形態に係る構成は、液晶表示装置に限定して適用されるものではなく、例えば有機EL、無機ELを用いた表示装置においても適用可能であり、上記の効果と同様の効果を得ることができるものである。
つぎに、本発明の他の実施形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
まず、本実施形態におけるアクティブマトリクス基板1の製造方法は、上記した実施形態の場合と同様である。
次に、アクティブマトリクス基板1の構成について、図5(a)(b)、図6、図7(a)(b)、図8を用いて説明する。
ここで、図5(a)は本発明のアクティブマトリクス基板1を示す平面透過図、図5(b)は図5(a)中C−C’線に沿う断面を示す説明図、図6は図5(a)に示すアクティブマトリクス基板1のTFT(薄膜トランジスタ)13を拡大して示す平面透過図である。
図5(a)(b)、図6に示すように、上記アクティブマトリクス基板1には、透明絶縁性基板10(図5(b)参照)上に、信号配線3、走査配線12、画素電極8、ゲート電極11、半導体層5、ドレイン電極6、ソース電極7、Cs(蓄積キャパシタ−)14が形成されている。
信号配線3および走査配線12は交差しており、その交点近傍に、ゲート電極11、ドレイン電極6、ソース電極7を含む3端子素子のTFT13(薄膜トランジスタ)が形成され、このTFT13を挟んで信号配線3の反対側には画素(サブ画素)電極8が形成されている。すなわち、TFT13は走査配線12と信号配線3と画素電極8とによって囲まれた構成となっている。
このTFT13は、透明絶縁性基板10上にゲート電極11が形成され、その上にゲート絶縁膜40を介して半導体層5が長方形形状に形成されており、この半導体層5の上部にn型半導体層2a・2bが形成されている。このn型半導体層2a上にはドレイン電極6が形成され、n型半導体層2b上にはソース電極7が形成されており、このドレイン電極6、ソース電極7はそれぞれ画素電極8、信号配線3と接続している。また、ドレイン電極6およびソース電極7上には、これらを覆うように層間絶縁膜9が形成されている。
ここで、本実施形態で形成されるTFT13のドレイン電極6は、図6に示すように、画素電極8側から走査配線12に沿う方向に細長く延びた部分(長方形形状部分6c)と該長方形形状部分6cの端部に位置する円形部分6dとを有するマッチ棒のような形状に形成されている。
また、ソース電極7は、信号配線3側から画素電極8側に走査配線12に沿う方向に細長く延びた長方形形状の部分(細長の長方形形状部分7c)と、この端部から2方向に分かれ、それぞれが上記ドレイン電極6の円形部分をとり囲むように湾曲した部分(アルファベットのCの字形状部分7d)とを有する形状に形成されている。
すなわち、ソース電極7のCの字形状部分7dの内部(ソース電極7のCの字形状部分7dに囲まれたドレイン電極形成用領域)にドレイン電極6の円形部分6dが形成され、ドレイン電極6の長方形形状部分6cが、ソース電極7のCの字形状部分7dの欠損部を通ってその円形形状部6dと画素電極8とを結んでいるような構成である。また、ソース電極7のCの字形状部分7dを取り囲むように円形形状のゲート電極11が形成され、該ゲート電極11上には、同じくソース電極7のCの字形状部分7dを取り囲むように、四角形(長方形)形状の半導体層5が形成されている。なお、上記ゲート電極11は走査配線12に接続されている。
上記構成において、ゲート電極11によりソース電極7のCの字形状部分7dとドレイン電極6との間の導通が制御される。例えば、走査配線12を介してゲート電極11に電圧が印加されると、n型半導体層2a・2b(図5(b)参照)を介して半導体層5に、例えば、図中矢印15cや15dで示すような様々な方向のチャンネルが形成され、ドレイン電極6とソース電極7との間が導通する。
本実施形態によれば、図6に示すように、ゲート電極11とドレイン電極6との重畳部分およびその近傍部分を半導体層5に投射して得られる領域6’(半導体層5に重なる、ドレイン電極6とゲート電極11との重畳部分およびその近傍部分)が従来の構成に比較して小さくなるとともに半導体層5の中央部に位置することになり、半導体層5の大きさや形状あるいはその形成位置が変化しても上記領域(cgd寄与領域)6’の面積を大幅に抑制することができる。
さらに、ドレイン電極6の円形形状部分6dをソース電極7のCの字形状部分7dが取り囲んでいるため、ドレイン電極6の円形形状部6dの周囲に効率的にチャネルが形成され、TFT13のサイズを縮小することができる。
また、本実施形態においては、図6に示すように、上記ゲート電極11は走査配線12から半導体層5の形成領域へ延設され、ゲート電極11における走査配線12との接続部分(始端部分)11aおよびドレイン電極6を挟んで上記接続部分と対向するゲート電極11の先端部分(終端部分)11bが半導体層5からはみ出るように形成されており、下部領域にゲート電極11が形成されていない領域に該当するドレイン電極6側の半導体層5とソース電極7側の半導体層5とが分断されている。これにより、バックライト等からの照射光によって半導体層5の抵抗値が低下してもドレイン電極6とソース電極7とのリークがなく、画素電極8の電位変化を回避することができる。
本実施形態の構造を有するアクティブマトリクス基板1および上記第1従来技術の構造を有するアクティブマトリクス基板101(図10(a)参照)を、半導体層5(50)の大きさおよび形成位置を意図的に変化させて作製した。すなわち、半導体層5(50)の1辺を設計値から±3μm変化させ、形成位置を設計値から±3μmあらゆる方向にずらせてアクティブマトリクス基板1および101を作成した。
この結果、第1従来技術の構造によって作製したアクティブマトリクス基板101を液晶表示装置にした結果、フリッカ現象が見られた。しかし、本実施形態を用いたアクティブマトリクス基板1を液晶表示装置にした場合、フリッカによる表示不良は上記の場合より大幅に減少した。
さらに、第1従来技術の構造と比べてTFT13の領域を約10%縮小することができた。これは、ソース電極7を円形(英字C字形状)に形成することによってドレイン電極6の周囲を効率的にチャネル形成領域にすることができ、これによってソース電極7の形成領域および半導体層5の形成領域を縮小できたためである。
なお、上記したTFT13の構成は、TFT13のゲート電極11上のドレイン電極6を、ゲート電極11上のソース電極7によって囲みこむように形成し、かつ半導体層5を、ゲート電極上11のソース電極7およびドレイン電極6を囲みこむように形成している構成ともいえ、また、ソース電極7およびドレイン電極6のチャネルに接する部分が円形に形成されている構成ともいえる。
また、半導体層5の形状は、上記したような四角形(長方形)に限定されない。半導体層5のパターニング時に、インクジェットプリンティングを用いてレジストパターンを形成する場合、半導体層5の形状は四角形(長方形)より円形の方が形成しやすいことが考えられる。
そこで、本実施形態において、半導体層5を円形に形成した構成を図7(a)(b)および図8に示す。ここで、図7(a)は本実施形態のアクティブマトリクス基板1の構造を示す平面透過図、図7(b)は図7(a)中D−D’線に沿う断面を示す説明図、図8は図7(a)に示すアクティブマトリクス基板1のTFT(薄膜トランジスタ)13を拡大して示す平面透過図である。
この場合、上図に示すように、TFT13の積層構造は上記した構成と同じである。また、ソース電極7およびドレイン電極6の形状も上記した構成と同じである。すなわち、ソース電極7のCの字形状部分7dの内部にドレイン電極6の円形部分6dが形成され、ドレイン電極6の長方形形状部分6cが、ソース電極7のCの字形状部分7dの欠損部を通ってその円形形状部6dと画素電極8とを結んでいるような構成である。また、走査配線12から引き出されたゲート電極11は上記ソース電極7のCの字形状部分7dを取り囲むように円形に形成されている。
ここでは、ゲート電極11上に、ソース電極7のCの字形状部分7dを取り囲むように、半導体層5が円形形状に形成されている。
このように半導体層5を円形形状にすることで、半導体層5の形成工程において、インクジェットプリンティングを用いたレジストパターンの形成が容易となる。
この点、従来技術の構成おいては、半導体層5を円形に形成した場合(図16参照)、半導体層5の大きさの変化や位置ずれが発生すると、ゲート・ドレイン間容量cgdが大きく変化し、フリッカの原因となる。
しかし、本実施形態では、ソース電極7のCの字形状部分7dの内部にドレイン電極6の円形形状部分6dが形成され、ゲート電極11とドレイン電極6との重畳部分およびその近傍部分を半導体層5に投射して得られる領域6’が従来の構成に比較して小さくなるとともに円形の半導体層5の中央部に位置することになり、半導体層5の大きさや形状あるいはその形成位置がどのような方向に変化しても、ゲート・ドレイン間容量cgdの変化を大幅に抑制することができる。
ここで、半導体層5のレジストパターン形成時にインクジェットプリンティングを用い、半導体層5が円形形状となるように、本実施形態および第1従来技術の構成を有するアクティブマトリクス基板1および101(図10(a)参照)を作製した。
ただし、半導体層5のレジストパターン形成時の条件は、液適量を3pl、塗布後焼成の条件を120°Cで30minとした。その結果、第1従来技術の構成によって作製したアクティブマトリクス基板101を用いた液晶表示装置には、フリッカ現象が見られた。しかし、本実施形態を用いたアクティブマトリクス基板1を用いた液晶表示装置は、第1従来技術のアクティブマトリクス基板101を用いた液晶表示装置に比較してフリッカによる表示不良が大幅に減少した。
さらに、第1従来技術の構造と比べてTFT13の領域を約13%縮小することができた。これは、ソース電極7のCの字形状部分7dを円形の半導体層5が取り囲んでいるため、半導体層5の形成領域を、図6に示す構成より更に縮小できたためである。
また、本実施形態に係る構成は、液晶表示装置に限定して適用されるものではなく、例えば有機EL、無機ELを用いた表示装置においても適用可能であり、上記の効果と同様の効果を得ることができるものである。
なお、上記の実施形態におけるドレイン電極6、ソース電極7は、それぞれ、ドレインコンタクト、ソースコンタクトであってもかまわない。
また、上記の実施形態(本発明)のアクティブマトリクス基板1も、上記構成に限定されない。アクティブ素子(TFT13)や格子状配線(信号配線3や走査配線12)を、上部に設ける層間絶縁膜で覆い、該層間絶縁膜上に画素電極8を形成したような構成(例えば、配線(信号配線3や走査配線12)と画素電極(絵素電極)8との間に層間絶縁膜を配し、信号配線3や走査配線12の配線と画素電極8とを相関絶縁膜を介して別平面に形成したような構成)であってもよい。
また、上記の実施形態においては、画素電極8との接続部から延び出したドレイン電極6が中途から曲がり、あるいは湾曲しつつ上記ドレイン電極形成用領域(図2・4における、2本のソース電極7a・7bの一部7a’・7b’の間や図6・8における、ソース電極7のCの字形状部分7dの内側部分)に達していても構わない。
また、上記の実施形態においては、延設されたゲート電極11の始端部分(走査配線12との接続部分)11aと終端部分11bとが対向する構成に限定されない。例えば、上記終端部分11aと終端部分11bとの中途から曲がり終端部分11bへ向かうような形状であったり、始端部分11aから湾曲しつつ終端部分11bへ向かうような形状であっても構わない。
なお、上記した本発明の構成は、基板10上に複数の平行な走査配線12と、走査配線12と層間絶縁膜4を介し直交する複数の信号配線3と、前記走査配線12と前記信号配線3の交点近傍に位置する薄膜トランジスタ13と、該薄膜トランジスタ13のドレイン電極6と接続される画素電極8とからなるアクティブマトリクス基板1において、薄膜トランジスタ13のゲート電極11上のドレイン電極6を、ゲート電極11上のソ−スコンタクト7によって囲みこむごとく、且つ半導体層5はゲート電極11上のソースコンタクト7およびドレインコンタクト6を囲みこんで形成し、ソース・ドレイン間に存在する半導体は、ゲート電極11によってソース側とドレイン側に分断されている構成ともいえる。
また、上記した本発明の構成は、基板10上に形成され、ゲート電極11を備えた走査配線12と、上記ゲート電極11上に形成された半導体層5並びに該半導体層5に重畳するように形成された、ソース電極7およびドレイン電極6を備えた薄膜トランジスタ13と、上記ソース電極7に接続され、上記走査配線12と交差する信号配線3と、上記ドレイン電極6に接続された画素電極8とを有するアクティブマトリクス基板1であって、上記画素電極8より延ばされた上記ドレイン電極6の両側に、上記ソース電極7の一部が形成されている構成ともいえる。
また、上記した本発明の構成は、基板10上に形成され、ゲート電極11を備えた走査配線12と、上記ゲート電極11上に形成された半導体層5並びに該半導体層5に重畳するように形成された、ソース電極7およびドレイン電極6を備えた薄膜トランジスタ13と、上記ソース電極7に接続され、上記走査配線12と交差する信号配線3と、上記ドレイン電極6に接続された画素電極8とを有するアクティブマトリクス基板1であって、画素電極8との接続部分から半導体層5の形成領域へ帯状に延ばされたドレイン電極6の一部と、上記信号配線3から引き出されたソース電極7の一部とが並列関係にある構成ともいえる。
上記構成は、ドレイン電極6の一部とソース電極7の一部とを、電極形成面上においてドレイン電極6の延伸方向と直交する方向に並列するように形成し、それらの間に該当する領域にチャンネルを形成させるものである。
したがって、ゲート電極11とドレイン電極6との重畳部分およびその近傍部分を半導体層5に投射して得られる領域(半導体層5に重なる、ドレイン電極6とゲート電極11との重畳部分およびその近傍部分)が上記した従来技術に比較して小さくなるとともに半導体層5の中央部分に位置することになり、半導体層5の大きさや形状あるいはその形成位置にばらつきが発生しても、上記領域(cgd寄与領域)の面積の変化を回避できるかあるいは非常に小さくすることができる。
これにより、半導体層5の形成精度に起因する各薄膜トランジスタ13のゲート・ドレイン間容量cgdの変化(ばらつき)を抑制することができ、ひいては高い表示特性を実現することができる。
(a)は本発明のアクティブマトリクス基板の構成を示す平面透過図、 (b)は図1(a)中A−A’線に沿う矢視断面を示す説明図である。 図1(a)に示すアクティブマトリクス基板のTFTの構造を拡大して示す平面透過図である。 (a)は本発明のアクティブマトリクス基板の他の構成を示す平面透過図、 (b)は図3(a)中B−B’線に沿う矢視断面を示す説明図である。 図3(a)に示すアクティブマトリクス基板のTFTの構造を拡大して示す平面透過図である。 (a)は本発明のアクティブマトリクス基板の他の構成を示す平面透過図、 (b)は図5(a)中C−C’線に沿う断面を示す説明図である。 図5(a)に示すアクティブマトリクス基板のTFTの構造を拡大して示す平面透過図である。 (a)は本発明のアクティブマトリクス基板の他の構成を示す平面透過図、 (b)は図7(a)中D−D’線に沿う断面を示す説明図である。 図7(a)に示すアクティブマトリクス基板のTFTの構造を拡大して示す平面透過図である。 図1(a)に示すアクティブマトリクス基板におけるTFTの他の構成を示す模式的な平面透過図である。 (a)は第1従来技術のアクティブマトリクス基板の構成を示す平面透過図、 (b)は図10(a)中E−E’線に沿う断面を示す説明図である。 図10(a)に示すアクティブマトリクス基板のTFTの構造を拡大して示す平面透過図である。 図10(a)に示すアクティブマトリクス基板における半導体層の大きさの変化を説明する平面透過図である。 (a)は第2従来技術のアクティブマトリクス基板の構成を示す平面透過図、 (b)は図12(a)中F−F’線に沿う断面を示す説明図である。 図13(a)に示すアクティブマトリクス基板のTFTの構造を拡大して示す平面透過図である。 図13(a)に示すアクティブマトリクス基板における半導体層の大きさの変化を説明する平面透過図である。 図13(a)に示すアクティブマトリクス基板における半導体層の形状変化を説明する平面透過図である。
符号の説明
1 アクティブマトリクス基板
3 信号配線
5 半導体層
6 ドレイン電極
7 ソース電極
8 画素電極
10 透明絶縁性基板(基板)
11 ゲート電極
11a ゲート電極の始端部分
11b ゲート電極の終端部分
12 走査配線
13 TFT(薄膜トランジスタ)

Claims (6)

  1. 基板上に形成され、ゲート電極を備えた走査配線と、
    上記ゲート電極上に形成された半導体層並びに該半導体層に重畳するように形成された、ソース電極およびドレイン電極を備えた薄膜トランジスタと、
    上記ソース電極に接続され、上記走査配線と交差する信号配線と、
    上記ドレイン電極に接続された画素電極とを有するアクティブマトリクス基板であって、
    ソース電極によって囲まれた、又は複数のソース電極の間に挟まれたドレイン電極形成用領域が上記半導体層の形成領域に対応して設けられ、このドレイン電極形成用領域内に、上記ドレイン電極が画素電極との接続部から延び出していることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
  2. 上記ゲート電極は上記走査配線から上記半導体層の形成領域へ延設され、その始端部分と終端部分とが上記半導体層からはみ出していることを特徴とする請求項1に記載のアクティブマトリクス基板。
  3. 2本の帯状のソース電極によって挟まれたドレイン電極形成用領域を備え、該ドレイン電極形成用領域内のドレイン電極の形状が帯状であることを特徴とする請求項1または2に記載のアクティブマトリクス基板。
  4. 上記ドレイン電極形成用領域を囲むソース電極の形状は略英文字Cの形状を有していることを特徴とする請求項1または2に記載のアクティブマトリクス基板。
  5. 上記半導体層は円形に形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアクティブマトリクス基板。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のアクティブマトリクス基板を用いたことを特徴とする表示装置。
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