JP2007049198A

JP2007049198A - 表示装置

Info

Publication number: JP2007049198A
Application number: JP2006299976A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Otani; 久大谷; Jun Koyama; 潤小山
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2017-07-07
Also published as: JP4832256B2

Abstract

【課題】透過型のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、ブラックマトリクスと画素電極のコンタクト部とが接触してしまう問題を回避する。
【解決手段】ブラックマトリクスを構成する遮光材料を顔料を含有させ、遮光性を持たせた樹脂材料１１４でもって構成する。そしてこの樹脂材料に直接開口１１９を形成し、そこで画素電極１２０と薄膜トランジスタとのコンタクトを行わせる。こうすることにより、ブラックマトリクスを金属材料でもって構成していた場合における画素電極とブラックマトリクスとの接触の問題を解決することができる。
【選択図】図５

Description

本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイの構造に関する。

アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイが知られている。これは、マトリクス状に配置された各画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴと称される）を配置した構造を有している。

液晶ディスプレイには、反射型と透過型との２つの形式がある。一般に透過型の液晶ディスプレイにおいては、画素に周辺部の縁の領域における液晶の配向不良による表示のぼけを抑制するためにブラックマトリクス（ＢＭと称される）という遮蔽膜を配置する構成が必要とされる。

ブラックマトリクスには、画素に配置されるＴＦＴを遮蔽する役割もある。図６に示すのは、従来の透過型アクティブマトリクスディスプレイの画素部分の断面、特にＴＦＴが配置されている部分の断面である。

図６において、２００と２０２は樹脂膜である。樹脂膜を用いるのは、その表面を平坦にできるからである。

２０１がブラックマトリクスの一部である。図６においては、ブラックマトリクス２０１はＴＦＴを遮蔽する役割を有している。

２０４はコンタクト用の開口であり、ここでＩＴＯ電極２０３がＴＦＴのドレイン電極２０６に開口２０４を介してコンタクトしている。

ブラックマトリクスは遮光性を有する金属材料でもって構成されている。ブラックマトリクスは、画素電極２０３と接触してはいけないので、２０５で示す部分では、多少のマージンをもってパターンが形成されている。

この構成においては、ブラックマトリクス２０１と画素電極２０３との接触が問題となる。といって合わせマージンを大きくとると、ブラックマトリクスの遮光膜として機能が損なわれてしまう。

本明細書で開示する発明は、上述するブラックマトリクスと画素電極とが接触してしまう問題を解決することを課題とする。

本明細書で開示する発明の一つは、
薄膜トランジスタと、
該薄膜トランジスタに接続された画素電極と、
前記薄膜トランジスタと前記画素電極との間に形成された遮光性を有する樹脂材料でなる膜と、
を有し、
前記樹脂材料でなる膜には、
前記画素電極と前記薄膜トランジスタとを接続するための開口と、
画素に対応する領域に形成された開口と、
が形成されていることを特徴とするディスプレイである。

上記構成の具体的な例を図５に示す。図５には、薄膜トランジスタの不純物領域にドレイン電極１１０（容量を構成する一方の導電膜パターン）が接続され、さらにこの電極１１０に画素電極１２０が開口１１９において接続されている。

１１４が遮光性を有する樹脂膜であり、この樹脂膜に形成された開口１１９において、薄膜トランジスタの不純物領域にコンタクトした電極１１０に画素電極１２０がコンタクトしている。結果として、画素電極１２０は薄膜トランジスタの不純物領域に接続（電気的に接続）された状態となっている。

また、樹脂膜１１４には、薄膜トランジスタと画素電極１２０とを接続するための開口１１９の他に画素に対応する領域に形成した開口１１６（図３参照）が形成されている。

こうした構成を採用することで、図５（Ｂ）の１２２で示される部分において、画素電極１２０とブラックマトリクスとして機能する樹脂膜１１４との形成マージンやショートの問題に関する懸念を排除した透過型の液晶ディスプレイを得ることができる。

本明細書において画素というのは、表示に際してパネルを透過する光の光学変調に寄与する領域のことをいう。画面面積に対する画素の総面積の割合が開口率となる。画素とならない領域の例としては、配線、薄膜トランジスタの閉める領域、ブラックマトリクスによって遮蔽される領域を挙げることができる。

上記構成においては、図３に示されるように樹脂膜１１４に開口１１５を形成し、この部分に補助容量を形成する。また開口１１５は、ＴＦＴの上方（活性層の上方）に形成される。こうすることで、大容量の補助容量を形成することができ、しかも画素の開口率を低下させない構成とすることができる。

開口１１５は、薄膜トランジスタの活性層の少なくとも一部の領域に重なった領域に形成することが好ましい。そして、補助容量の他方の電極を構成する容量線１１７（図４参照）を薄膜トランジスタの活性層の大部分に重なるようにして形成することが好ましい。

ここでいう大部分というのは、面積比率で５０％以上、好ましくは７５％以上であることをいう。この面積比率が大きい方が開口率を高める上では好ましい。

このような構成とすることで、補助容量を形成した場合に問題となる開口率の低下を抑制することができる。

また、この構成では、薄膜トランジスタの不純物領域（ドレイン領域）１０４（図１参照）に接続されたドレイン電極１１０と容量線１１７との間の誘電体膜１１３を薄く、また誘電率の高い材料とすることができるので、高い容量を確保することができる。

以上の構成は、そのような構成を有するディスプレイを備えた装置としても有用なものとなる。即ち、高開口率であるが故に高い画質を備えたディスプレイを備えた携帯情報端末等の装置として構成も発明に含まれる。

本明細書で開示する発明を採用することにより、金属材料でなるＢＭと画素電極とが接触してしまう問題を解決することができる。また作製工程を簡略化することができる。

そして高い開口率を有し、しかも高い生産歩留りを有する透過型の液晶ディスプレイを得ることができる。

図５の１１４で示されるように層間絶縁膜の一部を遮光性の樹脂材料でもって構成する。この樹脂層１１４は図４に示されるように画素領域を取り囲むようにパターニングされ、ブラックマトリクスとして機能する。

この構成では、ブラックマトリクス１１４に直接開口を形成し、そこで画素電極１２０のコンタクトが形成される。こうすることで従来において必要とされていた画素電極のコンタクト用の開口部におけるブラックマトリクスとの位置合わせマージンを省くことができる。

また、従来技術において問題となっていた画素電極とブラックマトリクスとの接触によるショートの問題を懸念する必要がないものとすることができる。

図５に示す構成では、図３に示すようにブラックマトリクスとなるパターン１１４の画素電極が設けられる領域１１６と補助容量が設けられる領域１１５とでパターンが設けられていない構造となっている。

特に１１５で示される領域には、ブラックマトリクスを構成する樹脂材料が設けられておらず、この部分で補助容量が形成される構造となっている。この補助容量は、画素ＴＦＴの上部に形成される。

こういう構成を採用することで、透過型の液晶表示装置において、大きな容量を形成でき、しかも画素の開口率の低下を抑制したものとすることができる。

本実施例では、透過型のアクティブマトリクス型液晶パネルを構成するＴＦＴ基板側の作製工程を示す。

ＴＦＴ基板側というのは、アクティブマトリクス回路や周辺駆動回路が設けられた基板側のことである。

図１〜図５に本実施例の作製工程を示す。なお、各図において、上側の図の点線で切った断面が下側に示されている。

まず図１（Ｂ）に示すようにガラス基板１００上に結晶性珪素膜でなる活性層１０１を形成する。ここでは活性層１０１の膜厚を５０ｎｍとする。

なお、図１において図１（Ａ）のＡ−Ａ’で切った断面が図１（Ｂ）である。

ガラス基板は、その表面に酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜等の下地膜が成膜されているものを用いてもよい。また、基板としては、石英基板や絶縁膜が成膜された半導体基板を用いてもよい。（これら本明細書に開示する発明に利用できる基板を総称して絶縁表面を有する基板と称する）

結晶性珪素膜の作製方法としては以下のような例を挙げることができる。まず、非晶質珪素膜を減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。次にレーザー光の照射を行うことにより、この非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜とする。

結晶性珪素膜を得たら、それをパターニングして活性層のパターン１０１を形成する。

活性層パターン１０１を形成したら、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜１０２をプラズマＣＶＤ法により、１００ｎｍの厚さに成膜する。

さらにタングステンシリサイド材料を用いてゲイト電極１０３（ゲイト配線）を形成する。

ゲイト電極を構成する材料としては、各種シリサイド材料、アルミニウム、タンタル、さらにはそれらの膜の積層膜等を用いることができる。

ゲイト電極１０５を形成したら、ゲイト電極のパターンをマスクとして不純物イオンの注入を行う。

この工程は、以下の２種類の方法を用いることができる。

（１）イオン注入法と称される方法。これは、質量分離を行って、ドーパントの選別を行い、選別されたドーパント元素を加速注入する方法である。

（２）プラズマドーピング法と呼ばれる方法。これは、質量分離を行わなず、プラズマ中から引き出されたイオン化したドーパント元素を加速注入する方法。

このドーピング工程において、図１（Ａ）の活性層パターン１０１の露呈した領域にドーピングが行われる。

ここでは、Ｎチャネル型のＴＦＴを作製するためにＮ型を付与する不純物のドーピングを行う。ここではＮ型を付与する不純物として燐（Ｐ）を用いる。

もしＰチャネル型のＴＦＴを作製するのであれば、Ｐ型を付与する不純物のドーピングを行う。Ｐ型を付与する不純物としては、ボロン（Ｂ）を挙げることができる。

ドーピングが終了したらレーザー光の照射を行い、ドーパントの活性化と被ドーピング領域の結晶性の回復とを行う。

こうして図１（Ｂ）に示す状態を得る。この状態では、１０４と１０６の領域が不純物領域となる。特に１０４の領域がＴＦＴのドレイン領域となる。また、１０５の領域はチャネル領域となる。

図１（Ｂ）の状態を上面から見たものを図１（Ａ）に示す。

本実施例に示すＴＦＴは、ゲイト配線１０３が活性層１０１を３ヶ所で横切っている。このゲイト配線１０３が横切った部分の活性層の領域がチャネル領域となる。チャネル領域の一つは、図１（Ｂ）の１０５で示される領域である。

この構造では、活性層中にチャネル領域が３ヶ所設けられる。このような構造は、等価的に３つのＴＦＴが直列に接続されたものと見ることができる。

次に図２（Ｂ）に示すように層間絶縁膜として窒化珪素膜１０７を２００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。

そして、アクリル樹脂膜１０８をスピンコート法でもって成膜する。アクリル樹脂膜は表面が平坦化されるように成膜する。またその膜厚は、最小の部分で７００ｎｍとなるようにする。（図２（Ｂ））

次にコンタクトホール１０９を形成する。そして図示しない金属膜を成膜し、それをパターニングすることにより、１１０で示すパターンと１１１で示すパターンとを形成する。

パターン１１０と１１１とを構成する金属膜は、８０ｎｍ厚のチタン膜と４００ｎｍ厚のアルミニウム膜と８０ｎｍ厚のチタン膜とを積層したものを用いる。なお、各膜はスパッタ法で成膜する。

ここで、１１０のパターンは、ＴＦＴのドレイン領域にコンタクト用の開口１０９でコンタクトしたドレイン電極である。このパターン１１０は、後に補助容量の一方の電極として機能する。また、ＴＦＴを遮光する遮光膜としても機能する。

１１１のパターンは、ソース線であり、ＴＦＴのソース領域にコンタクト用の開口１１２でコンタクトしている。このソース線１１１に画素に供給する信号電圧が供給される。

ソース線１１１は、ゲイト線１０３と組となってアクティブマトリクス領域に格子状に配置される。

図２において、図２（Ａ）のＢ−Ｂ’で切った断面が図２（Ｂ）に示されている。

図２に示す状態を得たら、図３（Ｂ）に示すように窒化珪素膜１１３を５０ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。

さらに黒い顔料を含有させた図示しないアクリル樹脂膜を成膜する。そして、この樹脂膜をパターニングすることにより、図３の１１４で示すパターンを形成する。

樹脂膜パターン１１４は、ブラックマトリクスとして機能する樹脂膜である。この樹脂膜パターン１１４には、画素電極が形成される部分１１６と補助容量が形成される部分１１５に開口が形成され、その部分で窒化珪素膜１１３が露呈している。（その部分のパターンが抜かれている）

ブラックマトリクスとして機能する樹脂膜１１４は、後に形成される画素電極の周縁の縁に一部重なるように形成される。

次に図示しないチタン膜を４００ｎｍの厚さに成膜する。そしてその膜をパターニングすることにより、１１７で示すパターンを形成する。（図４）

この１１７で示すパターンは、容量線であり、ソース線１１１に平行に（形成される層が異なるが）形成される。そして各画素において、画素ＴＦＴのドレイン電極１１０を一方の電極とし、この容量線を他方の電極として、補助容量が形成される。この窒化珪素膜１１３がこの補助容量の誘電体膜となる。

図４の樹脂膜１１４に形成される開口部１１５において、ドレイン電極１１０と容量線パターン１１７とは、窒化珪素膜１１３を介して補助容量を形成している。

この補助容量は、ＴＦＴが設けられた領域上にほぼ重なって形成されるので、画素の開口率の低下を防ぐことができる。また、この補助容量によって画素ＴＦＴが遮光される構造となる。

なお、図４（Ａ）のＤ−Ｄ’で切った断面が図４（Ｂ）で示される。

次に図５に示されるように第２のアクリル樹脂膜１１８を成膜する。そして、開口１１９を形成し、さらに図示しないＩＴＯ膜を成膜する。そしてこのＩＴＯ膜をパターニングして、１２０及び１２１で示されるパターンを形成する。

１２０及び１２１のＩＴＯパターンは、図５（Ａ）に示されるように上下に隣合う画素電極のパターンである。ＩＴＯ以外には、一般に透明導電膜と称される透過性の導電膜を用いることができる。

なお、図５において、（Ａ）のＥ−Ｅ’で切った断面が図５（Ｂ）である。

本実施例では、図５（Ｂ）の１２２で示す部分において、画素電極１２０のコンタクト開口１１９がブラックマトリクスを構成する樹脂膜１１４に直接形成される構造となっている。

こうすることで、コンタクト部におけるブラックマトリクス１１４と画素電極１２０とを合わせマージン等を考慮する必要がないものとすることができる。

また、画素電極とブラックマトリクスとがショートしてしまうような問題もない。

本実施例では、透過型の液晶パネルでブラックマトリクスとして絶縁性の樹脂材料を用い、画素電極のコンタクト部の開口をこの樹脂材料に直接形成しているので、画素電極とＴＦＴとのコンタクト部における位置合わせマージンの問題や画素電極とブラックマトリクスとのショートの問題を回避することができる。

また、ブラックマトリクスを構成する樹脂膜に、
（１）画素電極のＴＦＴへのコンタクト用の開口
（２）画素電極部分に対応する領域の開口
（３）補助容量を形成するための開口
を形成することにより、透過型の液晶パネルとすることができる。

また、ＴＦＴの上方に重なるようにして補助容量を形成することで、画素の開口率を最大限高めることができる。即ち、補助容量を設けることで発生する画素の開口率の低下を抑制することができる。

本実施例は、実施例１に示す構成において、ＴＦＴの構造をボトムゲイト型とした場合の例を示す。

図７に本実施例の構造を示す。図７において、（Ａ）のＥ−Ｅ’で切った断面を（Ｂ）に示す。

図７において、図１と同じ符号が付与されている部分は、実施例１に示すものと同じである。

図７に示す構成で特徴とするのは、ＴＦＴをボトムゲイト型のものとした点である。

ボトムゲイト型のＴＦＴは、ゲイト電極７０３を覆ってゲイト絶縁膜７０２が設けられ、さらに一導電型とされた不純物領域７０２と７０４、さらにチャネル領域となる７０５が形成された活性層が設けられた構造を有している。

活性層のパターンは、実施例１に示したものと同様なものとなっている。即ち、図１の１０１で示すものであるような形状を有し、ゲイト線が３ヶ所で交差し、その部分でチャネル領域が形成されているような構造を有している。

本実施例においては、不純物領域を不純物イオンのドーピングによって形成したものとなっている。

本実施例では、発明を利用した装置の例を示す。図８（Ａ）に示すのは、携帯型の情報処理端末である。この情報処理端末は、本体２００１にアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクティブマトリクス型のＥＬディスプレイ、集積化回路、さらに外部から情報を取り込むためのカメラ部２００２を備えている。

カメラ部２００２には、受像部２００３と操作スイッチ２００４が配置されている。

情報処理端末は、今後益々その携帯性を向上させるために薄く、また軽くなるもと考えられている。

このような構成においては、アクティブマトリクス型のディスプレイ２００５が形成された基板上周辺駆動回路や演算回路や記憶回路がＴＦＴでもって集積化されることが好ましい。

さらに高微細な表示を明るい画面でしかも低消費電力で実現するため、より高い開口率を有したアクティブマトリクス型表示装置が必要とされる。

このような要求を満たす液晶表示装置として、他の実施例で示すような構成を採用することは有用である。

図８（Ｂ）に示すのは、ヘッドマウントディスプレイである。この装置は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ２１０２を本体２１０１に備えている。また、本体２１０１は、バンド２１０３で頭に装着できるようになっている。

図８（Ｃ）に示すのは、カーナビゲーション装置である。この装置は、本体２２０１に液晶表示装置２２０２と操作スイッチ２２０３を備え、アンテナ２２０４で受診した信号によって、地理情報等を表示する機能を有している。

図８（Ｄ）に示すのは、携帯電話である。この装置は、本体２３０１にアクティブマトリクス型の液晶表示装置２３０４、操作スイッチ２３０５、音声入力部２３０３、音声出力部２３０２、アンテナ２３０６を備えている。

また、最近は、（Ａ）に示す携帯型情報処理端末と（Ｄ）に示す携帯電話とを組み合わせたような構成も商品化されている。

図８（Ｅ）に示すのは、携帯型のビデオカメラである。これは、本体２４０１に受像部２４０６、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ２４０２、バッテリー２４０５を備えている。

ここでは、液晶表示装置としては、透過型のものを用いることとなる。

〔発明に関するその他の構成に関して〕
本明細書で開示する発明においては、ＴＦＴの形式として特に限定されるものではない。また、活性層を構成する半導体の種類やその結晶性に関しても特に限定されるものではない。

また、ＬＤＤ技術やオフセット技術、さらにはチャネルドーピング技術等の改良技術を備えたＴＦＴであってもよい。これは、必要に応じて適時選択することができる。

また本明細書で開示する発明は、透過型のアクティブマトリクス型液晶ディスプレイであれば利用することができ、周辺駆動回路が外付け型であるか内蔵型であるかは問われない。

発明を利用したアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの画素領域の作製工程を示す図。発明を利用したアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの画素領域の作製工程を示す図。発明を利用したアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの画素領域の作製工程を示す図。発明を利用したアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの画素領域の作製工程を示す図。発明を利用したアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの画素領域の作製工程を示す図。従来の技術におけるアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの画素領域を示す図。発明を利用したアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの画素領域の作製工程を示す図。発明を利用した装置の例を示す図。

符号の説明

１００ガラス基板
１０１活性層パターン
１０２ゲイト絶縁膜
１０３ゲイト電極（ゲイト配線）（活性層との交差部がゲイト電極）１０４不純物領域（導電型を付与された領域）
１０５チャネル領域
１０６不純物領域（導電型を付与された領域）
１０７窒化珪素膜（層間絶縁膜）
１０８アクリル樹脂膜（層間絶縁膜）
１０９コンタクト用の開口
１１０ドレイン電極（補助容量の一方の電極）
１１１ソース線
１１２ＴＦＴのソース領域とソース線とのコンタクト
１１３窒化珪素膜（補助容量の誘電体膜）
１１４顔料含有のアクリル樹脂膜でなるブラックマトリクス
１１５補助容量用の開口（アクリル樹脂膜に形成された開口）
１１６画素領域に形成された開口
１１７容量線（補助容量の他方の電極）
１１８アクリル樹脂膜（層間絶縁膜）
１１９画素電極のコンタクト用の開口
１２０画素電極
１２１画素電極
１２２コンタクト開口部

Claims

薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、
前記薄膜トランジスタと前記画素電極との間に形成された遮光性を有する樹脂材料でなる膜とを有し、
前記樹脂材料でなる膜には、前記画素電極と前記薄膜トランジスタとを接続するための開口と、画素に対応する領域に形成された開口とが形成されていることを特徴とするディスプレイ。