JP2008020530A - 電気光学装置、及びこれを備えた電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造プロセスの単純化を図り、しかも高品質な表示を行う。
【解決手段】電気光学装置は、ゲート電極3a及び3bを有するTFT30と、TFT30とコンタクトホール81を介して接続されたデータ線6aと、データ線6aと同一膜から形成され、下部容量電極71とコンタクトホール84を介して接続された中継層93と、データ線6aと同一膜から形成された出力線99とを備える。更に、出力線99とコンタクトホール811を介して接続された走査線11aと、開孔部812a及び812bが重なるように配置されることにより形成されたコンタクトホール812を介して出力線99と接続された走査線11bを備える。コンタクトホール81、コンタクトホール811及び開孔部812aは互いに同一工程によって開孔され、コンタクトホール84、開孔部812bは互いに同一工程によって開孔される。
【選択図】図12

Description

本発明は、例えば液晶装置等の電気光学装置、及び該電気光学装置を備えた、例えば液晶プロジェクタ等の電子機器の技術分野に関する。
この種の電気光学装置は、基板上に、画素電極と、該画素電極の選択的な駆動を行うための走査線、データ線、及び画素スイッチング用のTFT(Thin Film Transistor)とを備え、アクティブマトリクス駆動可能に構成される。また、高コントラスト化等を目的として、TFTと画素電極との間に蓄積容量が設けられることがある。以上の構成要素は基板上に高密度で作り込まれ、画素開口率の向上や装置の小型化が図られる。
一方、装置の消費電力の低減等を図るために、画素スイッチング用のTFTを、ゲートが半導体膜の例えば上下の両側に配置された構造、即ち、ダブルゲート或いはデュアルゲート構造を有するTFTとして構成する技術が開示されている(例えば特許文献1参照)。
特開2002−328617号公報
しかしながら、上述した技術によれば、高機能化或いは高性能化に伴って、基板上における積層構造が、基本的に複雑高度化している。このため、製造方法の複雑高度化、製造歩留まりの低下等を招くおそれがあるという技術的問題点がある。
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、製造プロセスの単純化を図るのに適しており、しかも高品質な表示を可能とする電気光学装置及びそのような電気光学装置を具備してなる電子機器を提供することを課題とする。
本発明の電気光学装置は上記課題を解決するために、基板上に、画素電極と、該画素電極と電気的に接続されており、(i)チャネル領域を有する半導体層と、(ii)前記半導体層よりも上層側に前記チャネル領域と重なるように形成された第1ゲート電極と、(iii)前記半導体層よりも下層側に前記チャネル領域と重なるように形成された第2ゲート電極とを有するトランジスタと、前記第1ゲート電極よりも上層側に形成されており、前記半導体層と第1コンタクトホールを介して接続されたデータ線と、前記半導体層及び前記画素電極と電気的に接続されており、蓄積容量を構成する画素電位側容量電極と、前記データ線と同一膜から形成されており、前記画素電位側容量電極と第2コンタクトホールを介して接続されると共に前記画素電極と電気的に接続された中継層と、前記第1及び第2ゲート電極に走査信号を供給するための走査線駆動回路と、前記データ線と同一膜から形成されており、前記走査線駆動回路から前記走査信号が出力される出力線と、前記第1ゲート電極と同一膜から形成されており、前記第1コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される第3コンタクトホール介して前記出力線と接続された第1走査線と、前記第2ゲート電極と同一膜から形成されており、前記出力線と、前記第1コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される第1開孔部と前記第2コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される第2開孔部とが互いに重なるように配置されることにより形成された第4コンタクトホールを介して接続された第2走査線とを備える。
本発明の電気光学装置によれば、例えばプロジェクタのライトバルブとしての液晶装置等の電気光学装置に用いられる。その動作時には、例えば、トランジスタに対して、走査線駆動回路から第1及び第2走査線を介して走査信号をその第1及び第2ゲート電極に供給しつつ、データ線を介して画像信号をそのソース領域に供給する。これにより、トランジスタにより画像信号に応じて、そのドレイン領域に接続された画素電極をスイッチング制御でき、アクティブマトリクス駆動による表示動作が可能となる。この際、蓄積容量によって、画素電極における電位保持特性が向上し、表示の高コントラスト化が可能となる。
ここで、例えば、走査線、データ線及びトランジスタは、基板上で平面的に見て、画素電極に対応する各画素の開口領域(即ち、各画素において、表示に実際に寄与する光が透過又は反射される領域)を囲む非開口領域内に配置されている。即ち、これらの走査線、データ線及びトランジスタは、表示の妨げとならないように、各画素の開口領域ではなく、非開口領域内に配置されている。
本発明では特に、トランジスタは、半導体層と、半導体層よりも例えばゲート絶縁膜を介して上層側に形成された第1ゲート電極と、半導体層よりも例えば下地絶縁膜を介して下層側に形成された第2ゲート電極とを有する。即ち、トランジスタは、ダブルゲート或いはデュアルゲート構造を有する。よって、半導体層のチャネル領域における上面側及び下面側の両方にチャネルを形成することができる。従って、仮に半導体層よりも上層側又は下層側の一方だけにゲート電極が形成される場合と比較して、トランジスタの動作時にチャネル領域に流れる電流、即ちオン電流を大きくすることができる。
本発明では、データ線は、第1ゲート電極よりも例えば第1層間絶縁膜を介して上層側に例えばアルミニウム等の低抵抗な金属等から形成される。データ線は、半導体層と、例えば第1層間絶縁膜及びゲート絶縁膜を貫通して開孔された第1コンタクトホールを介して電気的に接続される。
中継層は、データ線と同一膜から形成されている。ここで、本発明に係る「同一膜」とは、製造工程における同一機会に成膜される膜を意味し、同一種類の膜である。尚、「同一膜から形成される」とは、一枚の膜として連続して形成されることまでも要求する趣旨ではなく、基本的に、同一膜のうち相互に分断されている膜部分であれば足りる趣旨である。中継層は、蓄積容量を構成する画素電位側容量電極と画素電極とそれぞれ電気的に接続されている。即ち、中継層は、画素電位側容量電極及び画素電極間を電気的に中継接続する機能を有する。中継層は、例えば第2層間絶縁膜に開孔された第2コンタクトホールを介して接続される。
走査線駆動回路は、例えば複数の画素電極が配列された画素領域(或いは画素アレイ領域又は画像表示領域)の周辺に位置する周辺領域に配置される。走査線駆動回路は、走査信号を、データ線と同一膜から形成された出力線へ出力する。
第1走査線は、第1ゲート電極と同一膜から形成されており、典型的には、第1走査線及び第1ゲート電極は、一枚の膜として連続して形成されている。第1走査線は、走査線駆動回路の出力線と、例えば第1層間絶縁膜に開孔された第3コンタクトホールを介して接続される。第3コンタクトホールは、第1コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される。よって、製造プロセスの単純化を図ることができる。
第2走査線は、第2ゲート電極と同一膜から形成されており、典型的には、第2走査線及び第2ゲート電極は、一枚の膜として連続して形成されている。第2走査線は、半導体層よりも例えば下地絶縁膜を介して下層側に形成されるため、走査線駆動回路の出力線よりも、少なくとも例えば第1絶縁膜及び下地絶縁膜を介して下層側に配置されることになり、第1走査線と比較して、出力線からの層間距離が大きくなっている。
本発明では特に、第2走査線は、走査線駆動回路の出力線と、第1コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される第1開孔部と第2コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される第2開孔部とが互いに重なるように配置されることにより形成された第4コンタクトホールを介して接続される。即ち、第4コンタクトホールは、先ず、第2コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって第2開孔部を形成し、次に、第1コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって、第2開孔部に重ねて或いは第2開孔部の内側の底面に第1開孔部を形成することにより、形成される。よって、出力線及び第1走査線間、並びにデータ線及び半導体層間よりも層間距離が長い、出力線及び第2走査線間を接続する第4コンタクトホールを、データ線及び半導体層間を接続する第1コンタクトホールを開孔する工程と、中継層及び画素電位側容量電極を接続する第2コンタクトホールを開孔する工程とを利用して形成することができる。言い換えれば、第1及び第2コンタクトホールの各々を開孔するためのマスクとは別個に、第4コンタクトホールを開孔するための専用のマスクを設ける必要がない。従って、製造プロセスの単純化を図ることができる。
加えて、本発明では特に、上述したように、第1及び第2ゲート電極と夫々電気的に接続された第1及び第2走査線を備える、即ち、画素電極と電気的に接続されたトランジスタに走査信号を供給するための走査線は二重配線とされた冗長構造を有している。よって、仮に第1及び第2走査線のうち一方の走査線に断線等の不具合が生じてしまったとしても、他方の走査線によってトランジスタに走査信号を供給することができる。従って、トランジスタに走査信号を供給することができないために、例えば画像上に明瞭な輝点を生じてしまうなど、画像表示に悪影響を与えてしまうことを低減或いは防止できる。これにより、高品位な画像表示が可能となると共に装置の信頼性を高めることができる。
以上説明したように、本発明の電気光学装置によれば、画素電極と電気的に接続されたトランジスタのオン電流の大きくすると共に、該トランジスタに走査信号を確実に供給することができる。更に、走査線駆動回路の出力線と第2走査線とを接続するための第4コンタクトホールを製造工程の複雑化を招くことなく開孔することができる。
本発明の電気光学装置の一態様では、前記第2走査線は、遮光性の導電材料を含んでなる。
この態様によれば、第2走査線及び該第2走査線と同一膜からなる第2ゲート電極は、例えばタングステン(W)、チタン(Ti)、チタンナイトライド(TiN)等の高融点金属材料等の遮光性の導電材料からなる。第2走査線及び第2ゲート電極は、トランジスタよりも下層側に、トランジスタのチャネル領域に対向する領域を含むように配置されている。よって、第2走査線及び第2ゲート電極によって、基板における裏面反射や、複板式のプロジェクタ等で他の電気光学装置から発せられ合成光学系を突き抜けてくる光などの、戻り光に対してトランジスタのチャネル領域を殆ど或いは完全に遮光できる。即ち、第2走査線は、走査信号を供給する配線として機能すると共に戻り光に対するトランジスタの遮光膜として機能することが可能である。従って、装置の動作時に、トランジスタにおける光リーク電流は低減され、コントラスト比を向上させることができ、高品位の画像表示が可能となる。
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記半導体層は、前記チャネル領域の両側の各々に設けられたLDD領域を有し、前記第2走査線は、前記LDD領域に少なくとも部分的に重なる。
この態様では、半導体層のチャネル領域の両側には、LDD(Lightly Doped Drain)領域がそれぞれ設けられる、即ち、トランジスタはLDD構造を有する。LDD領域は、例えば画素における液晶の反転制御を行う際のオン電流の低下を抑制し、且つオフ電流を低減する目的で半導体層のうちチャネル領域の両側にミラー対称に設けられた領域であり、素地となる半導体層に不純物打ち込みによって不純物が打ち込まれた領域である。LDD領域は、不純物打ち込みによって電位勾配が生じており、光リーク電流が半導体層中の他の領域に比べて相対的に流れ易くなっている領域である。しかるに本態様によれば、第2走査線が、基板上で平面的に見て、LDD領域に少なくとも部分的に重なるので、第2走査線によって、上述したような戻り光に対してLDD領域を遮光できるため、LDD領域に生じる光リーク電流を低減できる。
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記第2走査線は、前記半導体層のソース領域及びドレイン領域と少なくとも部分的に重なる。
この態様によれば、第2走査線は、基板上で平面的に見て、ソース領域及びドレイン領域と少なくとも部分的に重なるので、第2走査線によって、上述したような戻り光に対してトランジスタを、より一層確実に、遮光できる。より具体的には、例えば、ソース領域及びドレイン領域の各々と隣接するLDD領域に対して、上述したような戻り光のうち斜めに入射される光を確実に遮光できる。よって、トランジスタにおける光リーク電流をより一層低減できる。
本発明の電気光学装置の他の態様では、前記第1開孔部は、前記第2開孔部が形成された後に、前記基板上で平面的に見て、前記第2開孔部の内側に形成される。
この態様によれば、画素電位側容量電極と中継層とを接続する第2コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって、所定位置に第2開孔部が形成された後に、データ線と半導体層とを接続する第1コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって、第2開孔部の内側に第1開孔部が形成される(より具体的には、第1開孔部は、第2開孔部の底面から第2走査線が露出するまで開孔されることになる)ことで、第4コンタクトホールが形成される。よって、出力線と第2走査線とを第4コンタクトホールによって確実に接続できる。
本発明の電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の電気光学装置(但し、その各種態様も含む)を具備する。
本発明の電子機器によれば、上述した本発明の電気光学装置を具備してなるので、高品質な画像表示を行うことが可能な、投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。また、本発明の電子機器として、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置、電子放出装置(Field Emission Display及びConduction Electron-Emitter Display)、これら電気泳動装置、電子放出装置を用いた表示装置を実現することも可能である。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。以下の実施形態では、本発明の電気光学装置の一例である駆動回路内蔵型のTFTアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例にとる。
<第1実施形態>
第1実施形態に係る液晶装置について、図1から図13を参照して説明する。
先ず、本実施形態に係る液晶装置の全体構成について、図1及び図2を参照して説明する。ここに図1は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す平面図であり、図2は、図1のH−H´線での断面図である。
図1及び図2において、本実施形態に係る液晶装置では、TFTアレイ基板10と対向基板20とが対向配置されている。TFTアレイ基板10と対向基板20との間に液晶層50が封入されており、TFTアレイ基板10と対向基板20とは、画像表示領域10aの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材52により相互に接着されている。
図1において、シール材52が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜53が、対向基板20側に設けられている。周辺領域のうち、シール材52が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路101及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられている。この一辺に沿ったシール領域よりも内側に、サンプリング回路7が額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。また、走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺(即ち、図1中で左右の辺)に沿ったシール領域の内側に、額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域10aの両側に設けられた二つの走査線駆動回路104間をつなぐため、TFTアレイ基板10の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜53に覆われるようにして複数の配線105が設けられている。また、TFTアレイ基板10上には、対向基板20の4つのコーナー部に対向する領域に、両基板間を上下導通材107で接続するための上下導通端子106が配置されている。これらにより、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的な導通をとることができる。
図2において、TFTアレイ基板10上には、画素スイッチング用のTFTや走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成される。画像表示領域10aには、画素スイッチング用のTFTや走査線、データ線等の配線の上層に画素電極9aが設けられている。他方、対向基板20におけるTFTアレイ基板10との対向面上に、遮光膜23が形成されている。そして、遮光膜23上に、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明材料からなる対向電極21が複数の画素電極9aと対向して形成される。また、液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。
尚、ここでは図示しないが、TFTアレイ基板10上には、データ線駆動回路101、走査線駆動回路104の他に、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路、検査用パターン等が形成されていてもよい。
次に、本実施形態に係る液晶装置の主要な構成について、図3及び図4を参照して説明する。ここに図3は、本実施形態に係る液晶装置の要部の構成を示すブロック図である。図4は、画素部の電気的構成を示すブロック図である。
図3において、本実施形態に係る液晶装置は、そのTFTアレイ基板10上の画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域に、走査線駆動回路104、データ線駆動回路101、サンプリング回路7等の駆動回路が形成されている。
図3に示すように、走査線駆動回路104には、外部回路から外部回路接続端子102を介してYクロック信号CLY(及び反転Yクロック信号CLY´)、Yスタートパルス信号、等の各種制御信号が供給される。走査線駆動回路104は、これらの信号に基づいて走査信号G1、…、Gmをこの順に順次生成して走査線11に出力する。但し、後述するように、走査線11は、走査線11a及び11bから構成されている。また、走査線駆動回路104には、外部回路接続端子102を介して走査線駆動回路104を駆動するための走査線駆動回路用電源VDDY及びVSSYや各種制御信号が供給される。尚、走査線駆動回路用電源VDDYの電位は、走査線駆動回路用電源VSSYの電位よりも高く設定されている。
図3において、データ線駆動回路101には、外部回路から外部回路接続端子102を介してXクロック信号及びXスタートパルスが供給される。データ線駆動回路101は、Xスタートパルスが入力されると、Xクロック信号に基づくタイミングで、サンプリング信号S1、…、Snを順次生成して出力する。また、データ線駆動回路101には、外部回路接続端子102を介してデータ線駆動回路101を駆動するためのデータ線駆動回路用電源VDDX及びVSSXや各種制御信号が供給される。尚、データ線駆動回路用電源VDDXの電位は、データ線駆動回路用電源VSSXの電位よりも高く設定されている。
サンプリング回路7は、Pチャネル型又はNチャネル型の片チャネル型TFT、若しくは相補型のTFTから構成されたサンプリングスイッチ7sを複数備えている。
図3において、本実施形態に係る液晶装置には、更に、そのTFTアレイ基板の中央を占める画像表示領域10aに、マトリクス状に配列された複数の画素部700が設けられている。
図4に示すように、画素部700は、画素スイッチング用のTFT30、液晶素子72及び蓄積容量70を備えている。
TFT30は、本発明に係る「トランジスタ」の一例であり、ソースがデータ線6aに電気的に接続され、ゲートが走査線11に電気的に接続され、ドレインが後述する液晶素子72の画素電極9aに電気的に接続されている。画素スイッチング用のTFT30は、走査線駆動回路104から供給される走査信号によってオンオフが切り換えられる。尚、後述するように、本実施形態では、画素スイッチング用のTFT30は、2つのゲート電極を有している、即ちダブルゲート構造を有している。
液晶素子72は、画素電極9a、対向電極21並びに画素電極9a及び対向電極21間に狭持された液晶から構成されている。液晶素子72において、データ線6a及び画素電極9aを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向電極21との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。ノーマリーホワイトモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加され、全体として電気光学装置からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射する。
蓄積容量70は、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9aと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に付加されている。
以上のような画素部700が、画像表示領域10aにマトリクス状に配列されているので、アクティブマトリクス駆動が可能となっている。
再び図3に示すように、画像信号は、6相にシリアル−パラレル展開された画像信号VID1〜VID6の夫々に対応して、6本のデータ線6aの組に対してグループ毎に供給されるよう構成されている。尚、画像信号の相展開数(即ち、シリアル−パラレル展開される画像信号の系列数)に関しては、6相に限られるものでなく、例えば、9相、12相、24相など、複数相に展開された画像信号が、その展開数に対応した数を一組としたデータ線6aの組に対して供給されるよう構成してもよい。また、シリアル−パラレル展開しないで、データ線6aに対して線順次に供給されるように構成してもよい。
次に、本実施形態に係る液晶装置の走査線駆動回路について、図5及び図6を参照して説明する。ここに図5は、走査線駆動回路の電気的構成を示す回路図である。図6は、走査線駆動回路に含まれる出力バッファの電気的構成を示す回路図である。
図5において、走査線駆動回路104は、シフトレジスタ240と複数の出力バッファ230から構成されている。
シフトレジスタ240は、複数のインバータ241及びNAND回路242から構成されており、Yクロック信号CLY及び反転Yクロック信号CLY´に基づいて、画素部700に画像信号を供給すべきタイミングで、転送信号を順次出力し、出力バッファ230に転送している。
出力バッファ230は、インバータ231、232及び233が直列に電気的に接続されている。出力バッファ230の入力端子は、シフトレジスタ240の出力端子に電気的に接続されており、出力バッファ230の入力端子には、シフトレジスタ240からの転送信号が入力される。出力バッファ230は、シフトレジスタ240から転送された転送信号に駆動能力を持たせる。駆動能力(言い換えれば、電流供給能力)を得た転送信号は、最終的には走査線駆動回路104から走査信号として走査線11を介して画素部700に供給される。このように、出力バッファ230は、複数段のインバータ231、232及び233から構成されることで、転送信号を、駆動能力増大、波形整形及びタイミング調整した後に、走査信号として出力する機能を有する。加えて、各走査信号のパルス幅に制限を加えることで、相前後して出力される走査信号間に隙間を空ける波形制限回路或いはイネーブル回路を、走査線駆動回路104内に設けることも可能である。更に、画像表示領域10aを複数に分割してなる個々の領域別に走査を行う、即ち領域走査方式による走査を行うように、走査信号の出力順番に変更を加える出力制御回路を、シフトレジスタ240と出力バッファ230との間又は出力バッファ230と走査線11との間に設けてもよい。
図6に詳細に示すように、インバータ231は、TFT231a及びTFT231bから構成されている。同様に、インバータ232は、TFT232a及び232bから構成されており、インバータ233はTFT233a及び233bから構成されている。出力バッファ230の入力端子は、TFT231a及びTFT231bのゲートに電気的に接続されている。出力バッファ230の出力線99は、TFT233a及びTFT233bのドレインに電気的に接続されている。更に、出力線99は、走査線11を構成する走査線11a及び11bの各々と電気的に接続されている。尚、出力線99は、本発明に係る「出力線」の一例である。
インバータ231、232及び233は、走査駆動回路用電源VDDY及びVSSYによって駆動される。よって、転送信号の電圧は、走査駆動回路用電源VDDY及びVSSYの電位間で遷移し、徐々に駆動能力を高められ、走査線駆動回路104から出力線99を介して走査信号G1、G1、…、Gm−1、Gmとして出力される。
次に、本実施形態に係る液晶装置の画素部の具体的な構成について、図7から図9を参照して説明する。ここに図7は、相隣接する複数の画素部の平面図である。図8は、図7のA−A´断面図である。図9は、半導体層よりも上層側及び下層側にそれぞれ形成された走査線のレイアウトを示す平面図である。尚、図7から図9では、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。図7から図9では、説明の便宜上画素電極9aより上側に位置する部分の図示を省略している。
図7において、画素電極9aは、TFTアレイ基板10上に、マトリクス状に複数設けられている。画素電極9aの縦横の境界にそれぞれ沿ってデータ線6a並びに走査線11(即ち、走査線11a及び11b)が設けられている。即ち、走査線11a及び11bはそれぞれ、X方向に沿って延びており、データ線6aは、走査線11a或いは11bと交差するように、Y方向に沿って延びている。走査線11a及びデータ線6aが互いに交差する個所の夫々には画素スイッチング用のTFT30が設けられている。
図7及び図8において、TFT30は、半導体層1a、ゲート電極3a及び3bを含んで構成されている。
半導体層1aは、例えばポリシリコンからなり、チャネル領域1a´、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1c、並びに高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eからなる。即ち、TFT30はLDD構造を有している。尚、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cは、本発明に係る「LDD領域」の一例である。低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1c、高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eは、例えばイオンプランテーション法等の不純物打ち込みによって半導体層1aに不純物を打ち込んでなる不純物領域である。このような不純物領域によれば、TFT30の非動作時において、ソース領域及びドレイン領域に流れるオフ電流を低減し、且つTFT30の動作時に流れるオン電流の低下を抑制できる。尚、TFT30は、LDD構造を有することが好ましいが、低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1cに不純物打ち込みを行わないオフセット構造であってもよいし、ゲート電極3aをマスクとして不純物を高濃度に打ち込んで高濃度ソース領域及び高濃度ドレイン領域を形成する自己整合型であってもよい。
図7及び図9に示すように、ゲート電極3aは、走査線11aの一部として形成されており、例えば導電性ポリシリコンから形成されている。走査線11aは、X方向に沿って延びる本線部分と共に、TFT30のチャネル領域1a´のうち該本線部分が重ならない領域と重なるようにY方向に沿って延在する部分を有している。このような走査線11aのうちチャネル領域11a´と重なる部分がゲート電極3aとして機能する。ゲート電極3a及び半導体層1a間は、ゲート絶縁膜2(より具体的には、2層の絶縁膜2a及び2b)によって絶縁されている。
図7及び図9に示すように、ゲート電極3bは、走査線11bの一部として形成されている。走査線11bは、平面的にみて、X方向に沿うように、ストライプ状にパターニングされた本線部11bxと、該本線部11bxからY方向に沿って延在する延在部11byを有している。このような走査線11bのうちチャネル領域1a´と重なる部分がゲート電極3bとして機能する。走査線11bは、TFT30のチャネル領域1a´、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1c、並びに高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eに対向する領域を含むように形成されている。走査線11b及び半導体層1a間は、下地絶縁膜12によって絶縁されている。下地絶縁層12は、走査線11bからTFT30を絶縁する機能の他、TFTアレイ基板10の全面に形成されることにより、TFTアレイ基板10の表面の研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等で画素スイッチング用のTFT30の特性の劣化を防止する機能を有する。
このように、本実施形態では特に、TFT30は、半導体層1aと、半導体層1aよりもゲート絶縁膜2を介して上層側に形成された走査線11aの一部として構成されるゲート電極3aと、半導体層1aよりも下地絶縁膜12を介して下層側に形成された走査線11bの一部として構成されるゲート電極3bとを有している。即ち、TFT30は、ダブルゲート構造を有している。よって、半導体層1aのチャネル領域1a´における上面側及び下面側の両方にチャネルを形成することができる。従って、仮に半導体層1aよりも上層側又は下層側の一方だけにゲート電極が形成される場合と比較して、TFT30のオン電流を大きくすることができる。
尚、本実施形態では、ゲート絶縁膜2の膜厚は、約50〜100nmであり、下地絶縁膜12の膜厚は、約400nm〜600nmである。TFT30のオン電流を大きくする観点からは、ゲート絶縁膜2及び下地絶縁膜12の膜厚は、より薄いほうが好ましい。但し、仮に、例えば、下地絶縁膜12の膜厚が、600nmよりも大きい場合であっても、ゲート電極3bをチャネル領域1a´と、平面的に見て少なくとも部分的に重なるように形成することで、TFT30のオン電流を大きくする効果を相応に得ることができる。
更に、本実施形態では特に、走査線11bは、例えばタングステン(W)、チタン(Ti)、チタンナイトライド(TiN)等の高融点金属材料等の遮光性の導電材料からなる。加えて、図9に示すように、走査線11bは、半導体層1aよりも下層側に、半導体層1aのチャネル領域1a´、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cに対向する領域を含むように配置されている。よって、走査線11bによって、TFTアレイ基板10における裏面反射や、複板式のプロジェクタ等で他の液晶装置から発せられ合成光学系を突き抜けてくる光などの、戻り光に対してTFT30のチャネル領域1a´を殆ど或いは完全に遮光できる。即ち、走査線11bは、走査信号を供給する配線として機能すると共に戻り光に対するTFT30の遮光膜として機能することが可能である。従って、液晶装置の動作時に、TFT30における光リーク電流は低減され、コントラスト比を向上させることができ、高品位の画像表示が可能となる。
図9に示すように、本実施形態では特に、走査線11bは、TFTアレイ基板10上で平面的に見て、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cに対向する領域を含むように形成されている。よって、走査線11bによって、上述したような戻り光に対して低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cを遮光できるため、低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cに生じる光リーク電流を低減できる。
加えて、図9において、本実施形態では特に、走査線11bは、TFTアレイ基板10上で平面的に見て、高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eと対向する領域を含むように形成されている。よって、走査線11bによって、上述したような戻り光に対してTFT30をより一層確実に遮光できる。より具体的には、例えば、高濃度ソース領域1d及び高濃度ドレイン領域1eの各々と隣接する低濃度ソース領域1b及び低濃度ドレイン領域1cに対して、上述したような戻り光のうち斜めに入射される光を確実に遮光できる。よって、TFT30における光リーク電流をより一層確実に低減できる。
本実施形態では特に、図7及び図8を参照して上述したように、ゲート電極3aを一部として含む走査線11aとゲート電極3bを一部として含む走査線11bとを備えている。即ち、TFT30に走査信号を供給するための走査線は、走査線11a及び11bからなる二重配線とされた冗長構造を有している。よって、仮に走査線11a及び11bのうち一方の走査線に断線等の不具合が生じてしまったとしても、他方の走査線によってTFT30に走査信号を供給することができる。従って、画素スイッチング用のTFT30に走査信号を供給することができないために、例えば画像上に明瞭な輝点が生じてしまうなど、画像表示に悪影響を与えてしまうことを低減或いは防止できる。これにより、高品位な画像表示が可能となると共に装置の信頼性を高めることができる。
図8において、TFTアレイ基板10上のTFT30よりも層間絶縁膜41を介して上層側には、蓄積容量70が設けられている。
蓄積容量70は、下部容量電極71及び上部容量電極300が誘電体膜75を介して対向配置されることにより形成されている。
上部容量電極300は、画素電極9aが配置された画像表示領域10aからその周囲に延設されている。上部容量電極300は、定電位源と電気的に接続され、固定電位に維持された固定電位側容量電極である。上部容量電極300は、例えばAl(アルミニウム)、Ag(銀)等の金属又は合金を含んだ非透明な金属膜から形成されており、TFT30を遮光する上側遮光膜(内蔵遮光膜)としても機能する。上部容量電極300は、例えば、Ti(チタン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)、Pd(パラジウム)等の高融点金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等から構成されていてもよい。
下部容量電極71は、TFT30の高濃度ドレイン領域1e及び画素電極9aに電気的に接続された画素電位側容量電極である。より具体的には、下部容量電極71は、コンタクトホール83を介して高濃度ドレイン領域1eと電気的に接続されると共に、本発明に係る「第2コンタクトホール」の一例としてのコンタクトホール84を介して中継層93に電気的に接続されている。更に、中継層93は、コンタクトホール85を介して画素電極9aに電気的に接続されている。即ち、下部容量電極71は、中継層93と共に高濃度ドレイン領域1e及び画素電極9a間の電気的な接続を中継する。下部容量電極71は、導電性のポリシリコンから形成されている。よって、蓄積容量70は、所謂MIS(Metal−Insulator−Semiconductor)構造を有している。尚、下部容量電極71は、画素電位側容量電極としての機能の他、上側遮光膜としての上部容量電極300とTFT30との間に配置される、光吸収層或いは遮光膜としての機能も有する。
誘電体膜75aは、例えばHTO(High Temperature Oxide)膜、LTO(Low Temperature Oxide)膜等の酸化シリコン膜、或いは窒化シリコン膜等から構成された単層構造、或いは多層構造を有している。
尚、下部容量電極71を、上部容量電極300と同様に金属膜から形成してもよい。即ち、蓄積容量70を、金属膜−誘電体膜(絶縁膜)−金属膜の3層構造を有する、所謂MIM(Metal−Insulator−Metal)構造を有するように形成してもよい。この場合には、ポリシリコン等を用いて下部容量電極71を構成する場合に比べて、液晶装置の駆動時に、当該液晶装置全体で消費される消費電力を低減でき、且つ各画素部における素子の高速動作が可能になる。
図8において、TFTアレイ基板10上の蓄積容量70よりも層間絶縁膜42を介して上層側には、データ線6a及び中継層93が設けられている。層間絶縁膜41及び層間絶縁膜42には、部分的に絶縁膜61が介在している。
データ線6aは、半導体層1aの高濃度ソース領域1dに、層間絶縁膜41、絶縁膜61及び層間絶縁膜42を貫通する、本発明に係る「第1コンタクトホール」の一例としてのコンタクトホール81を介して電気的に接続されている。データ線6a及びコンタクトホール81内部は、例えば、Al−Si−Cu、Al−Cu等のAl(アルミニウム)含有材料、又はAl単体、若しくはAl層とTiN層等との多層膜からなる。データ線6aは、TFT30を遮光する機能も有している。
中継層93は、層間絶縁膜42上においてデータ線6aと同層に形成されている。データ線6a及び中継層93は、例えば金属膜等の導電材料で構成される薄膜を層間絶縁膜42上に薄膜形成法を用いて形成しておき、当該薄膜を部分的に除去、即ちパターニングすることによって相互に離間させた状態で形成される。従って、データ線6a及び中継層93を同一工程で形成できるため、装置の製造プロセスを簡便にできる。
図8において、画素電極9aは、データ線6aよりも層間絶縁膜43を介して上層側に形成されている。画素電極9aは、下部容量電極71、コンタクトホール83、84及び85、並びに中継層93を介して半導体層1aの高濃度ドレイン領域1eに電気的に接続されている。コンタクトホール85は、層間絶縁層43を貫通するように形成された孔部の内壁にITO等の画素電極9aを構成する導電材料が成膜されることによって形成されている。画素電極9aの上側表面には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜が設けられている。
以上に説明した画素部の構成は、図7に示すように、各画素部に共通である。画像表示領域10a(図1参照)には、かかる画素部が周期的に形成されていることになる。他方、このような液晶装置では、画像表示領域10aの周囲に位置する周辺領域に、図1及び図2を参照して説明したように、走査線駆動回路104及びデータ線駆動回路101等の駆動回路が形成されている。
次に、本実施形態に係る液晶装置の走査線駆動回路に含まれる出力バッファの具体的な構成について、図6及び図10を参照して説明する。ここに図10は、走査線駆動回路に含まれる出力バッファの具体的な構成を示す平面図である。尚、図10では、出力バッファ230を構成するインバータ233の具体的な構成が示しているが、出力バッファ230を構成する他のインバータ231及び232(図6参照)についても概ね同様の構成である。ここでは、インバータ233の構成を中心に説明する。
図10において、インバータ233は、トランジスタ233a及び233bを備えている。トランジスタ233aを構成する半導体膜233aaは、上述した画素部700における半導体層1a(図8参照)と同一膜として形成されている。
トランジスタ233aのソース領域233asは、走査線駆動回路用電源VSSYを供給するための電源配線91sとコンタクトホール802を介して電気的に接続されている。電源配線91sは、上述した上部容量電極300(図8参照)と同一膜として形成されており、コンタクトホール802は、層間絶縁膜41及び絶縁膜61を貫通しつつ開孔されている。
トランジスタ233bのソース領域233bsは、走査線駆動回路用電源VDDYを供給するための電源配線91dとコンタクトホール804を介して電気的に接続されている。電源配線91dは、電源配線91sと同様に、上述した上部容量電極300と同一膜として形成されており、コンタクトホール804は、コンタクトホール802と同様に、層間絶縁膜41及び絶縁膜61を貫通しつつ開孔されている。
トランジスタ233aのドレイン領域233adは、出力線99とコンタクトホール801を介して電気的に接続されている。出力線99は、上述したデータ線6a(図8参照)と同一膜として形成されており、コンタクトホール801は、層間絶縁膜41、絶縁膜61及び層間絶縁膜42を貫通しつつ開孔されている。
トランジスタ233bのドレイン領域233bdは、トランジスタ233aのドレイン領域233adと同様に、出力線99とコンタクトホール803を介して電気的に接続されている。コンタクトホール803は、コンタクトホール801と同様に、層間絶縁膜41、絶縁膜61及び層間絶縁膜42を貫通しつつ開孔されている。よって、トランジスタ233aのドレイン領域233adとトランジスタ233bのドレイン領域233bdとは、コンタクトホール801、出力線99及びコンタクトホール803を介して電気的に接続されている。
トランジスタ233a及び233bのゲート電極としてゲート配線95が設けられている。ゲート配線95は、上述した画素部700における画素スイッチング用TFT30のゲート電極3a(図8参照)と同一膜から形成されている。尚、図6を参照して説明したように、ゲート配線95は、インバータ232の出力端と電気的に接続されている。更に、インバータ232のゲート配線は、インバータ231の出力端と電気的に接続されており、インバータ231のゲート配線は、シフトレジスタの出力端と電気的に接続されている。
次に、上述した出力バッファの出力線と走査線との間の接続に係る構成について、図10から図13を参照して説明する。ここに図11は、出力線及び走査線間の接続に係る構成を示す概念図である。図12は、出力線と半導体層よりも下層側の走査線との間を電気的に接続するコンタクトホールの具体的構成を、画素部の構成と比較して示す断面図である。図13は、出力線と半導体層よりも下層側の走査線との間を電気的に接続するコンタクトホールの製造プロセスを示す工程図である。尚、図11から図13では、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。図11では、説明の便宜上、出力線、走査線及びこれらを互いに電気的に接続するためのコンタクトホール以外の構成要素については省略してある。
図10及び図11において、出力線99は、走査線11aと、本発明に係る「第3コンタクトホール」の一例としてのコンタクトホール811を介して接続されている。上述したように、出力線99は、データ線6a(図8又は図12参照)と同一膜として形成されており、走査線11aはゲート電極3a(図8又は図12参照)を含んで形成されている。コンタクトホール811は、層間絶縁膜42、絶縁膜61及び層間絶縁膜41を貫通して開孔されている。
尚、コンタクトホール811は、コンタクトホール81(図8又は図12参照)を開孔する工程と同一工程によって開孔することで、製造プロセスの単純化を図ることができる。
更に、図10から図12において、出力線99は、走査線11bと、本発明に係る「第4コンタクトホール」の一例としてのコンタクトホール812を介して接続されている。
図11及び図12に示すように、本実施形態では特に、コンタクトホール812は、コンタクトホール81(図12参照)を開孔する工程と同一工程によって開孔される第1開孔部812aとコンタクトホール84を開孔する工程と同一工程によって開孔される第2開孔部812bとが互いに重なるように配置されることにより形成されている。
即ち、先ず、図13(a)に示すように、画像表示領域10aの周辺領域におけるコンタクトホール812を形成すべき領域に、コンタクトホール84を開孔する工程と同一工程によって、層間絶縁膜42、絶縁膜61及び層間絶縁膜41を開孔することで第2開孔部812bを形成する。次に、図13(b)に示すように、コンタクトホール81を開孔する工程と同一工程によって、第2開孔部812の内側の底面から走査線11bが露出するまで(即ち、層間絶縁膜41、絶縁膜2a及び下地絶縁膜12を貫通するまで)開孔することで第1開孔部812aを形成する。次に、図13(c)に示すように、出力線99を形成する工程(言い換えれば、データ線6aを形成する工程)と同一工程によって、第1開孔部812a及び第2開孔部812bの内壁に出力線99(或いはデータ線6a)を構成するアルミニウム含有材料等の導電材料を成膜することによって、コンタクトホール812を形成する。よって、コンタクトホール812を、データ線6a及び半導体層1a間を接続するコンタクトホール81を開孔する工程と出力線99及び走査線11b間を接続するコンタクトホール811を開孔する工程とを利用して形成することができる。言い換えれば、コンタクトホール81及び811の各々を開孔するためのマスクとは別個に、コンタクトホール812を開孔するための専用のマスクを設ける必要がない。従って、製造プロセスの単純化を図ることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る液晶装置によれば、画素スイッチング用のTFTのオン電流の大きくすると共に、該TFT30に走査信号を確実に供給することができる。更に、走査線駆動回路104の出力線99と走査線11bとを接続するためのコンタクトホール812を製造工程の単純化を図ることが可能である。
<電子機器>
次に、上述した電気光学装置である液晶装置を各種の電子機器に適用する場合について説明する。ここに図14は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。以下では、この液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタについて説明する。
図14に示されるように、プロジェクタ1100内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106及び2枚のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110B及び1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110B及び1110Gの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるR、G、Bの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム1112に3方向から入射される。このダイクロイックプリズム1112においては、R及びBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。従って、各色の画像が合成される結果、投射レンズ1114を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。
ここで、各液晶パネル1110R、1110B及び1110Gによる表示像について着目すると、液晶パネル1110Gによる表示像は、液晶パネル1110R、1110Bによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
尚、液晶パネル1110R、1110B及び1110Gには、ダイクロイックミラー1108によって、R、G、Bの各原色に対応する光が入射するので、カラーフィルタを設ける必要はない。
尚、図14を参照して説明した電子機器の他にも、モバイル型のパーソナルコンピュータや、携帯電話、液晶テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた装置等が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に適用可能なのは言うまでもない。
また本発明は、上述の実施形態で説明した液晶装置以外にも、シリコン基板上に素子を形成する反射型液晶装置(LCOS)、プラズマディスプレイ(PDP)、電界放出型ディスプレイ(FED、SED)、有機ELディスプレイ、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、電気泳動装置等にも適用可能である。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電気光学装置、及び該電気光学装置を備えてなる電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
第1実施形態に係る液晶装置の全体構成を示す平面図である。 図1のH−H´線断面図である。 第1実施形態に係る液晶装置の要部の構成を示すブロック図である。 画素部の電気的構成を示すブロック図である。 走査線駆動回路の電気的構成を示す回路図である。 走査線駆動回路に含まれる出力バッファの電気的構成を示す回路図である。 相隣接する複数の画素部の平面図である。 図7のA−A´断面図である。 半導体層よりも上層側及び下層側の走査線のレイアウトを示す平面図である。 走査線駆動回路に含まれる出力バッファの具体的な構成を示す平面図である。 出力線及び走査線間の接続に係る構成を示す概念図である。 出力線と半導体層よりも下層側の走査線との間を接続するコンタクトホールの構成を示す断面図である。 出力線と半導体層よりも下層側の走査線との間を接続するコンタクトホールの製造プロセスを示す工程図である。 電気光学装置を適用した電子機器の一例たるプロジェクタの構成を示す平面図である。
符号の説明
3a、3b…ゲート電極、6a…データ線、6…画像信号線、7…サンプリング回路、9a…画素電極、10…TFTアレイ基板、10a…画像表示領域、11、11a、11b…走査線、20…対向基板、21…対向電極、23…遮光膜、30…TFT、50…液晶層、52…シール材、53…額縁遮光膜、70…蓄積容量、81、83、84、85…コンタクトホール、99…出力線、101…データ線駆動回路、102…外部回路接続端子、104…走査線駆動回路、106…上下導通端子、107…上下導通材、230…出力バッファ、811、812…コンタクトホール、812a…第1開孔部、812b…第2開孔部

Claims (6)

  1. 基板上に、
    画素電極と、
    該画素電極と電気的に接続されており、(i)チャネル領域を有する半導体層と、(ii)前記半導体層よりも上層側に前記チャネル領域と重なるように形成された第1ゲート電極と、(iii)前記半導体層よりも下層側に前記チャネル領域と重なるように形成された第2ゲート電極とを有するトランジスタと、
    前記第1ゲート電極よりも上層側に形成されており、前記半導体層と第1コンタクトホールを介して接続されたデータ線と、
    前記半導体層及び前記画素電極と電気的に接続されており、蓄積容量を構成する画素電位側容量電極と、
    前記データ線と同一膜から形成されており、前記画素電位側容量電極と第2コンタクトホールを介して接続されると共に前記画素電極と電気的に接続された中継層と、
    前記第1及び第2ゲート電極に走査信号を供給するための走査線駆動回路と、
    前記データ線と同一膜から形成されており、前記走査線駆動回路から前記走査信号が出力される出力線と、
    前記第1ゲート電極と同一膜から形成されており、前記第1コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される第3コンタクトホールを介して前記出力線と接続された第1走査線と、
    前記第2ゲート電極と同一膜から形成されており、前記出力線と、前記第1コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される第1開孔部と前記第2コンタクトホールを開孔する工程と同一工程によって開孔される第2開孔部とが互いに重なるように配置されることにより形成された第4コンタクトホールを介して接続された第2走査線と
    を備えたことを特徴とする電気光学装置。
  2. 前記第2走査線は、遮光性の導電材料を含んでなることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
  3. 前記半導体層は、前記チャネル領域の両側の各々に設けられたLDD領域を有し、
    前記第2走査線は、前記LDD領域に少なくとも部分的に重なる
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電気光学装置。
  4. 前記第2走査線は、前記半導体層のソース領域及びドレイン領域と少なくとも部分的に重なることを特徴とする請求項3に記載の電気光学装置。
  5. 前記第1開孔部は、前記第2開孔部が形成された後に、前記基板上で平面的に見て、前記第2開孔部の内側に形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の電気光学装置を具備してなる電子機器。
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