しかしながら、上述したようなコンタクトホールの構成によれば、非開口領域の一部が、コンタクトホールの配置を確保するためだけに形成されるため、各画素で開口領域の大きさが制約され、開口率の低下を招き、画像表示の品質が劣化するという問題点がある。
よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、アクティブマトリクス方式で駆動される液晶装置等の電気光学装置であって、開口率を高めることが可能な電気光学装置に用いられる電気光学装置用基板、及びそのような電気光学装置用基板を備えた電気光学装置、並びに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用基板は上記課題を解決するために、基板と、前記基板上で互いに交差して延びる複数のデータ線及び複数の走査線と、前記データ線及び前記走査線の交差に対応して設けられた画素毎に備えられると共に前記データ線より上層側に配置され、前記画素毎の開口領域、及び相隣接する前記開口領域を互いに隔てる非開口領域の一部に連続的に形成された画素電極と、前記データ線より下層側であって前記走査線より上層側に配置され、(i)前記走査線が延びる第1の方向に沿ったチャネル長を有するチャネル領域と、(ii)前記データ線に電気的に接続されたデータ線側ソースドレイン領域と、(iii)前記画素電極に電気的に接続された画素電極側ソースドレイン領域とを有する半導体層を含むトランジスタと、前記トランジスタより上層側であって前記データ線より下層側に配置され、前記画素電極及び前記画素電位側ソースドレイン領域と電気的に接続された画素電位側電極、誘電体膜及び固定電位側電極が下層側から順に積層されてなる容量素子と、前記トランジスタより上層側であって前記データ線より下層側に配置されると共に前記データ線が延びる第2の方向に沿って配線され、前記固定電位側電極に固定電位を供給する容量線とを備え、前記画素電位側電極は、前記基板上で平面的に見て、前記画素電極のうち前記非開口領域に形成された一部と重なるように、前記固定電位側電極より前記第1の方向に沿って張り出すと共に、前記画素電極と電気的に接続される張出部分を有する。
本発明の電気光学装置用基板を用いた電気光学装置によれば、その動作時には、例えば、データ線から画素電極への画像信号の供給が制御され、所謂アクティブマトリクス方式による画像表示が可能となる。より具体的には、各画素は、トランジスタのゲート電極に走査線より走査信号が供給されることにより選択状態となり、トランジスタの半導体層において、データ線側ソースドレイン領域がデータ線と互いに電気的に接続され且つ画素電極側ソースドレイン領域が画素電極と互いに電気的に接続されることにより、トランジスタを介して、画素電極にデータ線より画像信号が供給される。
ここで、基板上では、各画素において、第1の方向(即ち、走査線が延びる方向)及びこれに交差する第2の方向(即ち、データ線が延びる方向)の各々に沿って非開口領域が配置されると共に、相隣接する画素における各々の開口領域は、非開口領域によって互いに隔てられて配置される。即ち、各開口領域は、非開口領域の縁によって区画された領域として各画素において規定されている。
本発明に係る「開口領域」とは、実質的に電気光学装置における表示光が出射可能な画素内の領域であり、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料からなる画素電極が形成され、光が透過可能な領域であって、透過率の変更に応じて、電気光学装置において、液晶等の電気光学物質を抜けてきた出射光の階調を変化させることが可能となる領域である。言い換えれば、「開口領域」とは、画素に集光される光を透過させない、或いは光透過率が透明電極に比べて相対的に小さい配線、遮光膜、及び各種素子等の遮光体で遮られることがない領域を意味する。他方、本発明に係る「非開口領域」とは、電気光学装置における表示に寄与する光が透過しない領域を意味し、例えば画素内に非透明な配線或いは電極、若しくは各種素子等の遮光体が配設されている領域を意味する。更に、「開口率」とは、開口領域及び非開口領域を加えた画素のサイズにおける開口領域の割合を意味する。
各画素において、画素電極は、開口領域に配置され、データ線及び走査線の交差に対応して、基板上において表示領域となるべき領域にマトリクス状に複数設けられている。また、各画素で、データ線及び走査線、トランジスタ、及び容量素子は、基板上で画素電極より下層側において、非開口領域に配置される。そして、基板上の表示領域において、各画素を構成するデータ線及び走査線、トランジスタ及び容量素子等の各種構成要素が、少なくとも部分的に遮光性の導電膜により形成され、このような導電膜によって非開口領域が少なくとも部分的に規定される。
また、各画素では、基板上において、走査線より上層側に、トランジスタが配置され、トランジスタより上層側には、容量素子、データ線がこの順に下層側から順次配置される。そして、好ましくは容量素子及びデータ線の各々が、基板上で平面的に見て、トランジスタの半導体層の少なくとも一部に対して重なるように配置されることにより、これら容量素子及びデータ線によって、半導体層に対してそれよりも上層側から入射される光を遮光することが可能となり、半導体層に入射される光の量を低減することができる。
本発明では、容量素子及びデータ線のいずれか一方のみでなく、両方によって光を遮光することが可能なため、一方のみにより遮光する構成と比較して、トランジスタの半導体層において、光リーク電流の発生をより確実に低減することができる。
ここに、容量素子を構成する画素電位側電極は、画素電極及び半導体層の画素電極側ソースドレイン領域の各々に電気的に接続されることにより、半導体層及び画素電極間の電気的接続を中継することが可能なように形成される。このような構成によれば、トランジスタを介して画素電極に供給される画像信号が、容量素子の画素電位側電極にも供給されることにより、容量素子を画素電極の電位を一時的に保持する保持容量として機能させることができる。これにより、各画素で画素電極を画像信号に応じた電位に保持する保持特性を向上させることが可能となる。
他方、容量素子を構成する固定電位側電極には、容量線が電気的に接続される。容量線は、データ線に対応する画素に共通の配線として、データ線と共に第2の方向に沿って形成され、これらの画素の各々に配置される容量素子の固定電位側電極に電気的に接続される。そして、容量線が所定電位に固定されることにより、固定電位側電極を所定電位とし、容量素子では、画素電位側電極における画像信号に応じた電位と、固定電位側電極における所定電位との電位差に応じた適当な電荷量を蓄積することができる。尚、「所定電位」とは、画像信号電位の変化或いは画像データによらず予め定められた電位を意味し、例えば、時間軸に対して完全に一定電位に固定された固定電位であってもよいし、時間軸に対して一定期間ずつ一定電位に固定された固定電位(例えば、一定期間毎に基準電位に対して反転する反転電位)であってもよい。
本発明では特に、トランジスタを構成する半導体層は、第1の方向に沿ったチャネル長を有する。言い換えれば、半導体層は、走査線が延びる第1の方向に沿って形成され、データ線側ソースドレイン領域及び画素電極側ソースドレイン領域が第1の方向に沿って配置される。よって、データ線及びデータ線側ソースドレイン領域の電気的な接続は、第2の方向に沿って配線された容量線を避ける位置で行うことができる。
他方、各画素では、開口領域における光抜けを防止するために、画素電極は開口領域から連続して非開口領域の一部に形成される。そして、容量線の配置方向(即ち、第2の方向)に対して、容量素子の画素電位側電極における張出部分は、基板上で平面的に見て固定電位側電極よりも第1の方向に沿って張り出して、画素電極のうち非開口領域に形成された一部と重なるように形成される。言い換えれば、画素電位側電極における張出部分は、固定電位側電極のうち第1の方向に沿って形成される部分よりも、第1の方向に沿って長く延びるように形成され、固定電位側電極と重ならない部分を有しており、該重ならない部分において画素電極のうち非開口領域に形成された一部と重なる。このような張出部分が画素電極と電気的に接続されることにより、画素電位側電極及び画素電極間の電気的接続も、第2の方向に沿って配線された容量線を避ける位置で行うことができる。
ここで、仮に、画素電極、データ線、走査線、トランジスタ及び容量素子について、基板面に垂直な上下方向で、基板上の配置順序及び電気的接続、更にはデータ線及び走査線の各々の配線方向を本発明と同様の構成としたまま、トランジスタをデータ線と同方向(即ち、第2の方向)に沿って形成する場合には、容量線及び容量素子については以下のように構成する必要がある。即ち、画素の構成を複雑化するのを防止すべく、データ線及びデータ線側ソースドレイン領域との電気的な接続を第2の方向に沿う位置で行うために、基板上で、上下方向でデータ線及びトランジスタ間において、容量線を第1の方向に沿って配線させる必要があると共に、容量素子の画素電位側電極及び画素電極間の電気的接続についてもデータ線の配置を避けるために、第1の方向に沿う位置で行う必要がある。よって、この場合には、各画素では、第1の方向において、非開口領域の基板面に沿う方向での幅を大きくしたり、或いは、画素電位側電極及び画素電極間の電気的接続に係る位置を確保するためのみに、非開口領域の一部を平面的に見て開口領域に対して凸状に張り出して形成したりして、容量線と、画素電位側電極及び画素電極間の電気的接続に係る位置が重複するのを回避する必要が生じる。
これに対して、本発明によれば、トランジスタを第1の方向に沿って配置させることで、データ線及びデータ線側ソースドレイン領域との電気的な接続を避けて容量線をデータ線と同方向の第2の方向に沿って配線させる構成を可能とし、容量素子及び画素電極間の電気的接続を、容量線を避ける位置で行うことを実現できる。よって、第1の方向における非開口領域の幅を大きくする等の設計変更を行わなくても、容量素子及び画素電極間を層間絶縁する層間絶縁膜にこれら両者間の電気的接続を行うためのコンタクトホールを、そのサイズを変更することなしに容易に開孔することが可能となる。
よって、以上説明したような本発明に係る電気光学装置用基板によれば、各画素で、開口領域のサイズをより大きく確保することが可能となり、アクティブマトリクス駆動による駆動時に光リーク電流の発生を防止しつつ開口率を向上させることができる。
本発明の電気光学装置用基板の一の態様では、前記データ線及び前記容量素子は、前記半導体層の少なくとも一部に重なる。
この態様によれば、容量素子及びデータ線の両方によって半導体層に対して入射する光を遮光することができる。よって、容量素子及びデータ線の一方のみによって遮光する構成と比較して、トランジスタにおける光リーク電流の発生をより確実に低減できる。
本発明の電気光学装置用基板の他の態様では、前記トランジスタは、前記半導体層より上層側に配置され、前記第2の方向に沿って形成されたゲート電極を有し、前記走査線は、前記第1の方向に沿う本線部分と、前記ゲート電極と重なるように前記本線部分から前記第2の方向に沿って延在すると共に前記ゲート電極に電気的に接続されたコンタクト部分を有する。
この態様によれば、第2の方向に沿って延在するコンタクト部分によって、半導体層の上層側に例えばゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、半導体層の下層側に形成された走査線の本線部分とを容易に電気的に接続することができる。これにより、各画素で、トランジスタをトップゲート構造により形成できる。
本発明の電気光学装置用基板の他の態様では、前記容量線は、前記固定電位側電極と一体的に形成される。
この態様によれば、電気光学装置用基板の製造時に、容量線及び固定電位側電極を、同一膜から一体的に形成できる。よって、電気光学装置用基板の製造プロセスにおける製造工程を簡略化し、その他製造コストの低減化等、製造上の利益を得ることが可能となる。尚、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。
本発明の電気光学装置用基板の他の態様では、前記チャネル領域及び前記データ線側ソースドレイン領域間に形成された第1の接合領域と、前記チャネル領域及び前記画素電極側ソースドレイン領域間に形成された第2の接合領域とを有し、前記容量素子は、少なくとも前記第2の接合領域と重なる。
この態様によれば、第1の接合領域は、チャネル領域とデータ線側ソースドレイン領域との接合部に形成される領域であり、第2の接合領域は、チャネル領域と画素電極側ソースドレイン領域との接合部に形成される領域である。即ち、第1及び第2の接合領域は、例えば、トランジスタが例えばNPN型或いはPNP型トランジスタ(即ち、Nチャネル型或いはPチャネル型トランジスタ)として形成された場合におけるPN接合領域や、トランジスタがLDD構造を有する場合におけるLDD領域(即ち、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に不純物を打ち込んでなる不純物領域)を意味する。
ここで、本願発明者の研究によれば、経験的に、トランジスタの動作時に、第2の接合領域では、第1の接合領域に比べて光リーク電流が相対的に発生しやすい傾向にある。本態様では、容量素子の一部によって、半導体層の第2の接合領域に入射する光をより確実に遮光することにより、半導体層の第2接合領域に入射する光の量をより低減することが可能となる。その結果、より効果的にトランジスタにおける光リーク電流の発生を低減することが可能となる。
上述した、容量素子が半導体層の第2の接合領域と重なる態様では、前記第2の接合領域は、LDD領域であるように構成してもよい。
この場合には、トランジスタは、LDD構造を有する。よって、トランジスタの非動作時において、データ線側ソースドレイン領域及び画素電極側ソースドレイン領域に流れるオフ電流を低減し、且つトランジスタの動作時に流れるオン電流の低下を抑制できる。
本発明の電気光学装置用基板の他の態様では、前記容量素子は、前記トランジスタの直上に配置される。
この態様によれば、基板上の積層構造における上下方向で、容量素子及びトランジスタ間において、半導体層に対して、上下方向と異なる方向である斜め方向から入射する光の量を、容量素子により遮光することで、より低減することができる。即ち、この態様では、基板上の上下方向で容量素子及びトランジスタ間を1層以上あけて、互いに連続しない順番で容量素子及びトランジスタを下層側から順次配置する場合と比較して、容量素子及びトランジスタ間の上下方向の距離を小さくすることができ、その分上下方向(即ち、基板面に対して垂直をなす方向)とは異なる、上下方向に対して大きな角度をなす斜め方向から半導体層に入射する光をより確実に容量素子によって遮ることができる。
本発明の電気光学装置用基板の他の態様では、前記画素電位側電極は、半導体膜から形成され、前記固定電位側電極は、金属膜から形成される。
この態様によれば、容量素子は、金属膜−誘電体膜(絶縁膜)−半導体膜が積層されてなる、所謂MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造を有する。このような構成によれば、容量素子を、金属膜−誘電体膜(絶縁膜)−金属膜が積層されてなる、所謂MIM(Metal-Insulator-Metal)構造により形成する場合と比較して、安価な製造装置により容易に作製することが可能となり、その結果、電気光学装置用基板の製造に要する製造コストを低減することができる。
また、固定電位側電極が、既に説明したように容量線と一体的に形成される場合には、容量線も固定電位側電極と同一の金属膜から形成されるため、容量線における電気的な抵抗を低抵抗とすることが可能となる。
尚、本発明に係る「半導体膜」とは、ポリシリコン等の半導体材料により形成される導電膜を意味し、本発明に係る「金属膜」とは、例えばアルミニウム等の比較的低抵抗な導電材料を含んで形成される単層の導電膜、又はこのような導電膜を含んで形成される多層膜を意味する。
本発明の電気光学装置は上記課題を解決するために、上述した本発明の電気光学装置用基板(但し、その各種態様も含む)を備える。
本発明の電気光学装置によれば、上述した本発明に係る電気光学装置用基板を備えているため、表示性能に優れた電気光学装置を提供することができる。
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を具備する。
本発明の電子機器によれば、上述した本発明に係る電気光学装置を具備してなるので、高品質な表示を行うことが可能な、投射型表示装置、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、本発明に係る電子機器として、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置等も実現することが可能である。
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。
以下図面を参照しながら、本発明に係る電気光学装置用基板及び電気光学装置、並びに電子機器の各実施形態を説明する。尚、本実施形態では、電気光学装置の一例として、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挙げる。
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、TFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た液晶装置の平面図であり、図2は、図1のH−H´線断面図である。
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が封入されている。TFTアレイ基板10と対向基板20とは、複数の画素が設けられる画像表示領域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。
シール材52は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてTFTアレイ基板10上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材52中には、TFTアレイ基板10と対向基板20との間隔(即ち、基板間ギャップ)を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材(図示せず)が散布されている。本実施形態に係る液晶装置は、プロジェクタのライトバルブ用として小型で拡大表示を行うのに適している。
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。但し、このような額縁遮光膜53の一部又は全部は、TFTアレイ基板10側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。
TFTアレイ基板10上において画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域のうち、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。走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺に沿い、且つ、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。
対向基板20上の4つのコーナー部には、両基板間の電気的な上下導通を行うための上下導通材106が配置されている。他方、TFTアレイ基板10側にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子(図示省略)が設けられている。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形成された後の画素電極9a上に、配向膜(図示せず)が形成されている。尚、本実施形態では、画素スイッチング素子はTFTのほか、各種トランジスタ或いはTFD等により構成されてもよい。他方、対向基板20上には、対向電極21の他、格子状又はストライプ状の遮光膜23、更には最上層部分に配向膜(図示せず)が形成されている。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。
TFTアレイ基板10は例えば石英基板、ガラス基板、シリコン基板等の透明基板である。対向基板20もTFTアレイ基板10と同様に例えば透明基板である。
TFTアレイ基板10上には、画素電極9aが設けられており、その上側には、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。例えば、画素電極9aはITO膜などの透明導電膜からなり、配向膜は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。
対向基板20上には、例えばその全面に亘って対向電極21が設けられており、その下側には、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。対向電極21は例えば、ITO膜などの透明導電膜からなる。配向膜は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。
対向基板20上には、格子状又はストライプ状の遮光膜23を設けるようにしてもよい。このような構成を採ることで、後述するTFTアレイ基板10側のデータ線や走査線、或いはその他、蓄積容量等の各種構成要素を構成する、遮光性の材料により形成された各種導電膜と併せ、TFTアレイ基板10側からの入射光の、TFT30のチャネル領域1a´ないしその周辺への侵入を、より確実に阻止することができる。
このように構成され、画素電極9aと対向電極21とが対面するように配置されたTFTアレイ基板10と対向基板20との間には、液晶層50が形成される。液晶層50は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜により所定の配向状態をとる。そして、液晶装置の駆動時、夫々に電圧が印加されることで、画素電極9aと対向電極21との間には液晶保持容量が形成される。
尚、図1及び図2に示したTFTアレイ基板10上には、これらのデータ線駆動回路101、走査線駆動回路104等の駆動回路に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。
次に、本実施形態に係る液晶装置の画素部の電気的な接続構成について、図3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画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。
図3において、TFTアレイ基板10上の画像表示領域10aには、データ線6a及び走査線11aが縦横に配線されている。即ち、データ線6aは、本発明に係る「第2の方向」としてのY方向に沿って配線され、走査線11aは、本発明に係る「第1の方向」としてのX方向に沿って配線されている。データ線6a及び走査線3aの交差に夫々対応して画像表示領域10aにおいてマトリクス状に形成された複数の画素には夫々、画素電極9a及び本発明に係る「トランジスタ」の一例としてのTFT30が形成されている。TFT30は、画素電極9aに電気的に接続されており、液晶装置の動作時に画素電極9aをスイッチング制御する。画像信号が供給されるデータ線6aは、後述するようにTFT30の半導体層におけるデータ線側ソースドレイン領域に電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。
TFT30のゲート電極3aには走査線11aが電気的に接続されており、液晶装置は、所定のタイミングで、走査線11aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9aは、後述するようにTFT30の画素電極側ソースドレイン領域に電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線6aから供給される画像信号S1、S2、…、Snが所定のタイミングで書き込まれる。画素電極9aを介して電気光学物質の一例としての液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、対向基板20に形成された対向電極21との間で一定期間保持される。
液晶層50を構成する液晶は、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、全体として液晶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される。
ここで保持された画像信号がリークすることを防ぐために、画素電極9aと対向電極21との間に形成される液晶容量と並列に、本発明に係る「容量素子」の一例である蓄積容量70aが電気的に接続されている。蓄積容量70aは、画像信号の供給に応じて各画素電極9aの電位を一時的に保持する保持容量として機能する。蓄積容量70aによれば、画素電極9aにおける電位保持特性が向上し、コントラスト向上やフリッカの低減といった表示特性の向上が可能となる。尚、本実施形態では、蓄積容量70aを構成する一対の容量電極のうちの一の電極と一体的に形成される容量線300は、その構成について詳細な説明は後述するが、図3に示すように、データ線6aと同方向(同図中Y方向)に沿って配線される。
次に、上述の動作を実現する画素部の具体的な構成について、図3に加えて図4及び図5を参照して説明する。ここに図4は、相隣接する複数の画素部の平面図である。図5は、図4のA−A´線断面図である。尚、図4及び図5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。この点については、後述する図6についても同様である。また、図4及び図5では、液晶装置において、TFTアレイ基板10側における画素の主要な構成のみについて示してあり、以下ではこの構成について特に詳細に説明する。
図4或いは図3に示すように、TFTアレイ基板10上の画像表示領域10aは、画素電極9aが夫々設けられた複数の画素によって構成されている。
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及び走査線11aが設けられている。走査線11aは、図3又は図4中X方向に沿って延びており、データ線6aは、走査線11aと交差するように、同図中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各々には画素スイッチング用のTFT30が設けられている。
各画素において、TFTアレイ基板10上では、図4中X及びY方向の各々に沿って非開口領域が配置されると共に、相隣接する画素における各々の開口領域は、非開口領域によって互いに隔てられて配置される。そして、走査線11a、データ線6a、蓄積容量70a及びTFT30は、TFTアレイ基板10上で平面的に見て、画素電極9aが配置される各画素の開口領域を規定する非開口領域内に配置されている。本実施形態では、非開口領域は、図2に示す対向基板20側の遮光膜23と共に、TFTアレイ基板10側において、走査線11aやデータ線6a、蓄積容量70a等を構成する導電膜によって、対向基板20及びTFTアレイ基板10の各々の側で規定される。
図4及び図5において、TFTアレイ基板10上において、TFT30より下層側に下地絶縁膜12を介して配置される第1層目には走査線11aが形成される。走査線11aは、図4中X方向において非開口領域を規定する本線部分11aa、及び各画素において本線部分11aaと連続的に形成され、同図中Y方向に沿って延在させて形成され、TFT30のゲート電極3aと電気的に接続されるコンタクト部分11abを有する。そして、このような走査線11aの構成によれば、TFTアレイ基板10側から装置内に入射する戻り光からTFT30のチャネル領域1a´及びその周辺を遮光する下側遮光膜として走査線11aを機能させることが可能となる。走査線11aは、例えば、チタン(Ti)、クロム(Cr)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)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なる。
下地絶縁膜12は、走査線11aからTFT30を層間絶縁する機能の他、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TFT30の特性の劣化を防止する機能を有する。
また、TFTアレイ基板10上において、下地絶縁膜12より上層側の第2層目にはTFT30が形成され、TFT30は、半導体層1aと、走査線11aと電気的に接続されるゲート電極3aとを備えている。
本実施形態では、TFT30は、図4に示すように走査線11aの本線部分11aaと同方向(即ち、X方向)に沿って形成され、例えばポリシリコンからなる半導体層1aを有する。半導体層1aは、図4中X方向に沿って配置された、データ線側ソースドレイン領域1d及び画素電極線側ソースドレイン領域1eを有すると共に、X方向において、データ線側ソースドレイン領域1d及び画素電極線側ソースドレイン領域1e間にはチャネル領域1a´が配置され、更には、チャネル領域1a´及びデータ線側ソースドレイン領域1d間にはデータ線側LDD領域1bが配置されると共に、チャネル領域1a´及び画素電極側ソースドレイン領域1e間には画素電極側LDD領域1cが配置される。尚、データ線側LDD領域1bは、本発明に係る「第1の接合領域」の一例であり、画素電極側LDD領域1cは、本発明に係る「第2の接合領域」の一例である。
データ線側LDD領域1b、画素電極側LDD領域1c、データ線側ソースドレイン領域1d及び画素電極線側ソースドレイン領域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。データ線側LDD領域1b及び画素電極側LDD領域1cはそれぞれ、データ線側ソースドレイン領域1d及び画素電極線側ソースドレイン領域1eよりも不純物の少ない低濃度な不純物領域として形成される。このような不純物領域によれば、TFT30の非動作時において、データ線側ソースドレイン領域1d及び画素電極側ソースドレイン領域1e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、データ線側LDD領域1b、画素電極側LDD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、ゲート電極をマスクとして不純物を高濃度に打ち込んでデータ線側ソースドレイン領域及び画素電極線側ソースドレイン領域を形成する自己整合型であってもよい。
ここに、図4及び図5に示すように、第1層目に配置される走査線11aにおいて、コンタクト部分11abは、TFTアレイ基板10上で平面的に見て、図4中Y方向に沿うゲート電極3aと重なるように配置されている。下地絶縁膜12において、これらゲート電極3a及びコンタクト部分11abと基板上で平面的に見て重なる位置に開孔されるコンタクトホール32hを介して、ゲート電極3aはコンタクト部分11abと電気的に接続される。尚、TFT30のゲート電極3aは、例えば導電性ポリシリコンから形成され、ゲート電極3a及び半導体層1a間は、図5中、TFTアレイ基板10の基板面に対して垂直をなす上下方向で、ゲート絶縁膜2によって電気的に絶縁されている。
よって、本実施形態では、TFT30を各画素でトップゲート構造により形成すると共に、TFT30と、それよりも下層側に配置される走査線11aとの電気的接続を簡易な構成により行うことが可能となる。
図5において、TFTアレイ基板10上のTFT30よりも層間絶縁膜41を介して上層側の第3層目には、蓄積容量70aが設けられている。蓄積容量70aは、TFTアレイ基板10上において下層側から順次積層された下部容量電極71m及び上部容量電極300が誘電体膜75aを介して対向配置されることにより形成されている。
下部容量電極71mは、例えばポリシリコン等の半導体層で形成され、TFT30の画素電極線側ソースドレイン領域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71mは、コンタクトホール85aを介してこのコンタクトホール85a内で画素電極9aに電気的に接続されると共に画素電極側ソースドレイン領域1eにコンタクトホール83aを介して電気的に接続されており、画素電極線側ソースドレイン領域1e及び画素電極9a間の電気的な接続を中継する。尚、下部容量電極71mは、図4又は図5に示すように、上部容量電極300より図4中X方向に沿って張り出して形成された張出部分71maを有しており、この張出部分71maにおいて、該部分71maと平面的に見て重なるように配置されるコンタクトホール85aを介して画素電極9aと電気的に接続される。このような構成によれば、TFT30を介して画素電極9aに供給される画像信号が、下部容量電極71mにも供給され、蓄積容量70aを上述したように保持容量として機能させることが可能となる。
他方、上部容量電極300は、一のデータ線6aに対応する各画素に配置される蓄積容量70aにおいて、下部容量電極71mと対をなす電極として形成されると共に、好ましくは、図3及び図4においてY方向に沿って配線され、データ線6aに対応する画素に共通の容量線と一体的に形成される。容量線300は、その構成について詳細な図示を省略するが、TFTアレイ基板10上において、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。よって、各画素において、蓄積容量70aでは、下部容量電極71mにおける画像信号に応じた電位、及び上部容量電極300における所定電位との電位差に応じた適当な電荷量を蓄積することができる。また、このように、上部容量電極300をこれに対応する容量線と一体的に形成することにより、容量線及び上部容量電極を、同一膜により同一機会に一体的に形成できる。よって、液晶装置の製造プロセスにおける製造工程を簡略化し、その他製造コストの低減化等、製造上の利益を得ることが可能となる。
上部容量電極300は、例えばAl(アルミニウム)、Ag(銀)等の金属を含んで形成される。このように上部容量電極300を非透明な金属膜により形成することで、上部容量電極300をTFT30を遮光する上側遮光膜(或いは、内蔵遮光膜)としても機能させることができ、且つ容量線における電気的な抵抗を低抵抗とすることが可能となる。
また、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。
従って、蓄積容量70aは、金属膜−誘電体膜(絶縁膜)−半導体膜の3層構造を有する、所謂MIS構造を有している。尚、本実施形態では、蓄積容量70aを、金属膜−誘電体膜(絶縁膜)−金属膜が積層されてなる、所謂MIM構造により形成するようにしてもよい。このようなMIM構造によれば、液晶装置の製造の際、下部容量電極71mを金属膜により形成した後、誘電体膜75aを作製することとなるが、誘電体膜75aの作製における加熱による下部容量電極71mの損傷を防止するために、加熱温度が制限される等の煩雑さを伴う場合がある。よって、このような製造上の煩雑さを回避するためには、蓄積容量70aはMIS構造により形成するのが好ましい。この場合には、蓄積容量70aをMIM構造により形成する場合と比較して、安価な製造装置により容易に作製することが可能となり、その結果、液晶装置の製造に要する製造コストを低減することができる。
本実施形態では、蓄積容量70aにおいて下部容量電極71mをTFT30の半導体層1aと電気的に接続させ、画素電極9a及び半導体層1a間の中継電極を兼ねる構成とすることで、後述するようなTFT30の遮光について、半導体層1a上に位置するより広い領域を、上部及び下部容量電極300及び71mにより覆うことが可能となる。
即ち、蓄積容量70aにおいて、図4及び図5に示す下部容量電極71mと同様の構成で上部容量電極を形成し、下部容量電極を図4及び図5に示す上部容量電極300と同様の構成で容量線と一体的に形成するとすれば、下部容量電極の平面的なパターン形状は、上部容量電極及び半導体層1a間の電気的接続を避けるような構成とする必要がある。これに対して、図4及び図5に示す上部及び下部容量電極300及び71mの構成によれば、上部容量電極300は、下部容量電極71m及び半導体層1a間の電気的接続を行うためのコンタクトホール83aを回避せずに、平面的に見て、半導体層1aに対してより広い領域で重なるように、上部容量電極300を配置することが可能となる。よって、上部容量電極300によって、半導体層1aに対して入射する光の量をより低減することができる。
図5において、TFTアレイ基板10上の蓄積容量70aよりも層間絶縁膜42を介して上層側の第4層目には、図4中Y方向で非開口領域を規定するデータ線6aが設けられている。データ線6aは、半導体層1aのデータ線側ソースドレイン領域1dに、層間絶縁膜41及び42並びにゲート絶縁膜2を貫通するコンタクトホール81a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81a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、後述するようにTFT30を遮光する機能も有している。
図5において、画素電極9aは、データ線6aよりも層間絶縁膜43を介して上層側の第5層目に形成されている。各画素において、光抜けを防止するために、画素電極9aは、TFTアレイ基板10上で平面的に見て、開口領域及び非開口領域の一部に連続的に配置されると共に、非開口領域に配置された一部が下部容量電極71mの張出部分71maと重なるように配置され、コンタクトホール85aを介して張出部分71maと電気的に接続される。そして、画素電極9aは、下部容量電極71m、コンタクトホール83a及び85aを介して半導体層1aの画素電極線側ソースドレイン領域1eに電気的に接続されている。
尚、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(図5中図示省略)が設けられている。
以上に説明した画素部の構成は、図4に示すように、各画素部に共通である。そして、TFTアレイ基板10上の画像表示領域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、本実施形態に係る液晶装置では、TFTアレイ基板10上の周辺領域に、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。
ここに、図4及び図5を参照して説明した画素を構成するTFTアレイ基板10上の積層構造において、第3層目に配置される蓄積容量70a及び第4層目に配置されるデータ線6aの一部は、基板上で平面的に見て、TFT30の半導体層1aにおける少なくとも一部と重なるように形成される。より具体的には、第3層目における蓄積容量70aでは、上部容量電極300について、図4中Y方向に沿って配線された容量線の本線部、及び本線部に対して連続的に同図中X方向に沿ってコンタクトホール83aに向かう方向に延在させて形成される一部が、半導体層1aに対して平面的に見て重なるように配置される。また、第4層目におけるデータ線6aについても、図4中Y方向に沿って配線された本線部、及び本線部に対して連続的に、同図中X方向に沿って延在させて形成され、コンタクトホール81aを介して半導体層1aと電気的に接続される一部が、半導体層1aに対して平面的に見て重なるように配置される。よって、蓄積容量70aにおける上部容量電極300及びデータ線6aによって、半導体層1aに対してそれよりも上層側から入射される光を遮光することが可能となり、半導体層1aに入射される光の量を低減することができる。
本実施形態では、図5において、画素を構成するTFTアレイ基板10上の積層構造において、第2層目から第4層目により構成される積層部分に着目すれば、TFT30と蓄積容量70aとが、第2層目と第3層目とに夫々互いに連続する順番で配置され、更には、蓄積容量70aと連続する順番で、第4層目にデータ線6aにおいて半導体層1aに対して重なるように少なくとも一部が配置される。
よって、積層部分において、TFTアレイ基板10の基板面に対して垂直をなす上下方向で、データ線6aとTFT30との間、及び蓄積容量70aとTFT30との間の各々において、半導体層1aに対して、上下方向と異なる方向である斜め方向から入射する光の量を、上部容量電極300及びデータ線6aの各々により遮光することで、より確実に低減することができる。
ここに、第4層目のデータ線6aは、第2層目のTFT30に対して、上下方向で第3層目を挟んで1層あけて配置されている。よって、第4層目におけるデータ線6aによっては、第3層目における蓄積容量70aの上部容量電極300よりも、上下方向で半導体層1aとの間の距離が大きくなるため、斜め方向から入射する光について遮光できる光が限られるおそれがある。しかしながら、第3層目において、上部容量電極300によって、第4層目のデータ線6aの配置を避けて進行してきた光を、更に遮ることが可能であり、これにより半導体層1aに対して入射される光の量を、より確実に低減することが可能となる。
また、図4によく示されるように、半導体層1aにおいて少なくとも画素電極側LDD領域1cに対して、上部容量電極300、更にはこれに加えてデータ線6aの一部が平面的に見て重なるように配置される。本願発明者の研究によれば、経験的に、TFT30の動作時に、半導体層1aにおける画素電極側LDD領域1cでは、データ線側LDD領域1bに比べて光リーク電流が相対的に発生しやすい傾向にある。上部容量電極300及びデータ線6aの一部によって、半導体層1aの画素電極側LDD領域1cに入射する光をより確実に遮光することにより、画素電極側LDD領域1cに入射する光の量をより低減することが可能となる。その結果、本実施形態では、より確実に且つ効果的にTFT30における光リーク電流の発生を低減することが可能となる。
本実施形態では、既に説明したように、図4において、TFTアレイ基板10上において、TFT30の半導体層1aはX方向に沿って形成され、半導体層1aにおいてX方向に沿うデータ線側ソースドレイン領域1d及び画素電極側ソースドレイン領域1eの配置に対応させて、半導体層1a上において、半導体層1aと、データ線6a及び下部容量電極71mの各々とを電気的に接続するためのコンタクトホール81a及び83aもX方向に沿って配置される。そして、容量線300は、データ線6aと同方向のY方向に沿って配線されるが、データ線6a及び半導体層1a間の電気的接続は、容量線300の配線方向(Y方向)を避ける方向(X方向)に配置されたコンタクトホール81aを介して行うことが可能なように構成されている。
他方、蓄積容量70aにおいて、下部容量電極71mにおいて図4中X方向に沿って張り出した張出部分71maに、平面的に見て重なるように配置されるコンタクトホール85aを介して、張出部分71maが画素電極9aの一部と電気的に接続される。即ち、容量線300の配線方向(Y方向)を避ける方向(X方向)で、下部容量電極71maを画素電極9aと電気的に接続することが可能なように構成されている。
ここで、図6は、比較例に係る液晶装置における一の画素に係る構成について示す平面図である。図6を参照して、比較例に係る画素の構成について、本実施形態と異なる点についてのみ特に詳細に説明する。尚、比較例に係る液晶装置は、本実施形態と同様の構成を有しており、図6には、比較例に係る液晶装置において、画像表示領域を構成する複数の画素のうち任意の一の画素について、特にTFTアレイ基板側の非開口領域の構成を詳細に示してある。
比較例の画素の構成によれば、非開口領域において、本実施形態と同様に、TFTアレイ基板上において、下層側から、第2層目にTFT30、第3層目に蓄積容量70a、第4層目にデータ線6a、及び第5層目に画素電極9aが配置されている。ここに、第2層目において、走査線3aが図6中X方向に沿って配線され、その一部がTFT30のゲート電極として形成される。そして、第1層目には、データ線6a及び走査線3aの各々のパターン形状に対応して、例えば図6中X及びY方向の各々で非開口領域を規定するように、下側遮光膜11aが形成される。
また、第2層目において、TFT30の半導体層1aは、データ線6aの配線方向と同方向に、図6中Y方向に沿って形成され、半導体層1aにおいてY方向に沿って、データ線側ソースドレイン領域1d、データ線側LDD領域1b、チャネル領域1a´、画素電極側LDD領域1c、画素電極側ソースドレイン領域1eが、図6中上方から下方に向かってこの順に配置される。そして、このような半導体層1aにおける各領域の配置方向に対応して、Y方向に沿って夫々配置されるコンタクトホール81a及び83aの各々を介して、データ線側ソースドレイン領域1dはデータ線6aと電気的に接続されると共に、画素電極側ソースドレイン領域1eは下部容量電極71mと電気的に接続される。
第3層目において、蓄積容量70aの上部容量電極は容量線300と一体的に形成されており、容量線300は、半導体層1a及びデータ線6a間の電気的に接続を行うためのコンタクトホール81aの配置を回避する方向で、図6中X方向に沿って、その本線部が配線される。このような容量線300の本線部は、これと同方向に配線される走査線3aに対応する画素に共通に形成される。
第4層目において、データ線6aと同層には、これと分離する島状のパターン形状で中継電極93aが形成され、この中継電極93aと、第3層目の蓄積容量70aにおける下部容量電極71mが、コンタクトホール85abを介して電気的に接続されると共に、中継電極93aがコンタクトホール85aaを介して、第5層目の画素電極9aと電気的に接続される。よって、下部容量電極71mは、中継電極93aを介して画素電極9aと電気的に接続され、半導体層1a及び画素電極9a間の電気的な接続を中継する。
ここに、下部容量電極71m及び画素電極9aの電気的接続に係る構成は、画素の構成が複雑化するのを避けるために、データ線6aの配置を避けるX方向に沿う方向に配置される。即ち、図6に示すように、下部容量電極71mにおいて、コンタクトホール83aを介して半導体層1aと電気的に接続され、Y方向に沿って形成された一部と連続的に、他部をX方向に沿って延在させて形成し、この他部が画素電極9aと電気的に接続される。よって、非開口領域のX方向に沿う部分においては、下部容量電極71m及び画素電極9aの電気的接続に係る構成と、容量線300の本線部とが配置されるため、この本線部を回避するように下部容量電極71mの他部を更に部分的に開口領域に対して張り出させて形成し、この張り出して形成された部分が、これと平面的に見て重なるように配置される中継電極93aの一部にコンタクトホール85abを介して電気的に接続される。或いは、このような構成と同様にコンタクトホール85abを配置するために、非開口領域のX方向に沿う部分において、下部容量電極71mの他部の幅を、図6に示す幅W0と同等の値に大きくする必要がある。
よって、比較例における画素の構成によれば、下部容量電極71mの一部が開口領域に対して張り出す部分における非開口領域の幅W0が不要に広くなり、開口領域の大きさが制約され、開口率が低下する、という不具合が生じる。
これに対して本実施形態では、上述したように、TFT30の半導体層1aをX方向に沿って形成することで、データ線6a及び半導体層1aとの電気的な接続を行うためのコンタクトホール81aを避けて容量線300をデータ線6aと同方向のY方向に沿って配線させる構成を可能とし、蓄積容量70aの下部容量電極71m及び画素電極9a間の電気的接続を行うためのコンタクトホール85aを、容量線300を避ける位置に配置することができる。よって、図4中X方向で非開口領域の幅を大きくする等の設計変更を行わなくても、下部容量電極71m及び画素電極9a間の電気的接続を行うためのコンタクトホール85aを、そのサイズを変更することなしに容易に開孔することが可能となる。
よって、以上説明したような本実施形態に係る液晶装置では、各画素で、開口領域のサイズをより大きく確保することが可能となり、アクティブマトリクス駆動による駆動時に光リーク電流の発生を防止しつつ開口率を向上させることができる。その結果、液晶装置では、高品質な表示を画像表示領域10aにおいて行うことが可能となる。
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7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7に示すように、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7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)、電気泳導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用基板、及び該電気光学装置用基板を備えてなる電気光学装置、並びに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。
1a…半導体層、1d…データ線側ソースドレイン領域、1e…画素電極側ソースドレイン領域、11a…走査線、6a…データ線、9a…画素電極、10…TFTアレイ基板、10a…画像表示領域、30…TFT、70a…蓄積容量、71m…下部容量電極、71ma…張出部分、300…容量線、85a…コンタクトホール