JP2015060025A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対向する半導体基板と透光性基板との間に液晶を挟み込む構造を採用した反射型の液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a reflective liquid crystal display device that employs a structure in which liquid crystal is sandwiched between an opposing semiconductor substrate and a light-transmitting substrate.
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1には、シリコン基板21上にマトリックス状に配置された複数の画素回路7を備えた反射型の液晶表示装置が記載されている。画素回路7は、画素信号がトランジスタTr2を介してコンデンサCs2に書き込まれて保持され、保持された画素信号はトランジスタTr1を介してコンデンサCs1に転送されて保持される。コンデンサCs1に保持された画素信号は、液晶表示素子8の反射電極9aに印加され、液晶表示素子8が駆動される。
Conventionally, as this type of technology, for example, one described in
コンデンサCs2は、トランジスタTr2が形成されたシリコン基板21に形成されている。すなわちコンデンサCs2は、シリコン基板の酸化膜をポリシリコン205と高拡散領域209とで挟んだMIS構造で構成されている。 The capacitor Cs2 is formed on the silicon substrate 21 on which the transistor Tr2 is formed. That is, the capacitor Cs2 has a MIS structure in which an oxide film on a silicon substrate is sandwiched between the polysilicon 205 and the high diffusion region 209.
上記従来の液晶表示装置において、液晶を十分に駆動するためには、コンデンサCs2は、コンデンサCs1の容量値に対して、保持した画素信号をコンデンサCs1に十分に転送できる容量値を確保する必要がある。 In the above conventional liquid crystal display device, in order to sufficiently drive the liquid crystal, the capacitor Cs2 needs to secure a capacitance value that can sufficiently transfer the held pixel signal to the capacitor Cs1 with respect to the capacitance value of the capacitor Cs1. is there.
一方、液晶表示装置を小型化しようとしたり、高解像度化のために画素数を増やそうとして、画素ピッチを微細化する場合には、単位画素回路の面積が縮小される。これにともなって、シリコン基板21に形成されたコンデンサCs2の面積も縮小され、コンデンサCs2の容量値が減少する。このため、画素ピッチを微細化しようとすると、コンデンサCs2の容量値を十分に確保できず、液晶を十分に駆動できないおそれがあった。 On the other hand, when the pixel pitch is miniaturized in order to reduce the size of the liquid crystal display device or increase the number of pixels for higher resolution, the area of the unit pixel circuit is reduced. Accordingly, the area of the capacitor Cs2 formed on the silicon substrate 21 is also reduced, and the capacitance value of the capacitor Cs2 is reduced. For this reason, when trying to reduce the pixel pitch, the capacitance value of the capacitor Cs2 cannot be sufficiently secured, and the liquid crystal may not be sufficiently driven.
言い換えれば、コンデンサCs2の容量値を十分に確保して液晶を駆動しようとすると、画素ピッチを微細化して液晶表示装置を小型化したり高解像度化を図ることが困難になっていた。 In other words, if it is attempted to drive the liquid crystal while sufficiently securing the capacitance value of the capacitor Cs2, it has been difficult to reduce the pixel pitch and reduce the size of the liquid crystal display device or to increase the resolution.
本発明の目的は、液晶を十分に駆動できる容量を確保しつつ、構成の小型化や高解像度化を図ることができる液晶表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of reducing the size and increasing the resolution while ensuring a capacity capable of sufficiently driving a liquid crystal.
本発明は、半導体基板(400)と透光性基板(412)との間に挟まれて、マトリックス状に配列された複数の画素回路(11)を有し、画素回路は、半導体基板に形成された画素電極(16a)と透光性基板に形成された共通電極(16b)に挟まれた液晶(LC)を備え、液晶は画素電極に印加される電圧と共通電極に印加される電圧との電位差に応じて駆動され、透光性基板から入射した光が液晶にて電位差に応じて変調される画素部と、半導体基板に形成され、選択的に画素信号を入力する第1トランジスタ(Tr1)と、第1トランジスタを介して選択的に入力された画素信号を保持する第1保持容量部(C1)と、半導体基板に形成され、第1保持容量部に保持された画素信号を転送する第2トランジスタ(Tr2)と、第2トランジスタを介して転送された画素信号を保持する第2保持容量部(C2))とを備え、第2保持容量部に保持された画素信号の電圧を画素電極に印加して液晶を駆動する駆動部とを有し、第1保持容量部は、誘電体(410)が電極(L21,L31,M11,M12,M21)で挟み込まれ、第1トランジスタならびに第2トランジスタが形成された半導体基板よりも上層の第1の容量形成層ならびに第2の容量形成層に形成され、第2保持容量部は、誘電体が電極(L33,M22)で挟み込まれ、第2の容量形成層に形成されていることを特徴とする液晶表示装置を提供する。 The present invention includes a plurality of pixel circuits (11) sandwiched between a semiconductor substrate (400) and a translucent substrate (412) and arranged in a matrix, and the pixel circuits are formed on the semiconductor substrate. A liquid crystal (LC) sandwiched between the pixel electrode (16a) formed and the common electrode (16b) formed on the translucent substrate, and the liquid crystal has a voltage applied to the pixel electrode and a voltage applied to the common electrode. And a first transistor (Tr1) which is formed on a semiconductor substrate and selectively receives a pixel signal. The pixel portion is driven in accordance with the potential difference between the light-transmitting substrate and the light incident from the translucent substrate. ), A first storage capacitor portion (C1) that holds a pixel signal selectively input via the first transistor, and a pixel signal formed in the semiconductor substrate and held in the first storage capacitor portion is transferred. The second transistor (Tr2) and the second A second storage capacitor section (C2) that holds the pixel signal transferred through the transistor, and drives the liquid crystal by applying the voltage of the pixel signal stored in the second storage capacitor section to the pixel electrode. The first storage capacitor unit has a dielectric (410) sandwiched between electrodes (L21, L31, M11, M12, M21), and the first storage capacitor unit is more than the semiconductor substrate on which the first transistor and the second transistor are formed. It is formed in the upper first capacitor forming layer and the second capacitor forming layer, and the second storage capacitor portion is formed in the second capacitor forming layer with the dielectric sandwiched between the electrodes (L33, M22). A liquid crystal display device is provided.
本発明の液晶表示装置によれば、液晶を十分に駆動できる容量を確保しつつ、構成の小型化や高解像度化を図ることが可能な液晶表示装置を提供することができる。 According to the liquid crystal display device of the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display device capable of reducing the size and increasing the resolution while ensuring a capacity capable of sufficiently driving the liquid crystal.
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1を参照して、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の回路構成を説明する。図1において、液晶表示装置は、画素回路11、水平走査回路12ならびに垂直走査回路13を備えている。
(Embodiment)
A circuit configuration of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the liquid crystal display device includes a
画素回路11は、m本の列データ線D(D1〜Dm)とn本の行走査線G(G1〜Gn)との各交差部にマトリクス状に複数(m×n個)配置されている。複数の画素回路11は、すべて同一に構成されている。したがって、ここでは、列データ線D1と行走査線G1との交差部に配置された画素回路11を代表して、画素回路11の構成を説明する。
A plurality (m × n) of
画素回路11は、第1トランジスタTr1、第2トランジスタTr2、第1保持容量部C1、第2保持容量部C2、ならびに液晶LCを備えている。
The
第1トランジスタTr1は、スイッチングトランジスタであり、例えばNチャネルのMOS型の電界効果トランジスタで構成されている。第1トランジスタTr1は、ゲート端子が行走査線G1に接続され、ドレイン端子が列データ線D1に接続されている。第1トランジスタTr1は、行走査線G1に与えられる行選択信号に応じて導通制御され、列データ線D1に与えられる画素信号を選択的に画素回路11に入力する。
The first transistor Tr1 is a switching transistor, and is composed of, for example, an N-channel MOS field effect transistor. The first transistor Tr1 has a gate terminal connected to the row scanning line G1, and a drain terminal connected to the column data line D1. The first transistor Tr1 is conductively controlled according to a row selection signal applied to the row scanning line G1, and selectively inputs a pixel signal applied to the column data line D1 to the
第2トランジスタTr2は、転送トランジスタであり、例えばNチャネルのMOS型の電界効果トランジスタジスで構成されている。第2トランジスタTr2は、ゲート端子がトリガ信号線TSに接続され、ドレイン端子が第1トランジスタTr1のソース端子に接続されている。第2トランジスタTr2は、トリガ信号線TSに与えられるトリガ信号(Trg)に応じて導通制御される。第2トランジスタTr2は、第1保持容量部C1に保持された画素信号を第2保持容量部C2に転送する。 The second transistor Tr2 is a transfer transistor, and is composed of, for example, an N-channel MOS type field effect transistor die. The second transistor Tr2 has a gate terminal connected to the trigger signal line TS and a drain terminal connected to the source terminal of the first transistor Tr1. The second transistor Tr2 is conduction-controlled according to a trigger signal (Trg) given to the trigger signal line TS. The second transistor Tr2 transfers the pixel signal held in the first holding capacitor unit C1 to the second holding capacitor unit C2.
第1保持容量部C1は、金属からなる第1電極14aならびに第2電極14bで誘電体(図示せず)を挟んだ、所謂MIM(Metal−Insulator−Metal)構造で構成されている。第1保持容量部C1は、第1電極14aが第1トランジスタTr1のソース端子ならびに第2トランジスタTr2のドレイン端子に接続され、第2電極14bが基準電位共通端子Comに接続されている。基準電位共通端子Comには、予め設定された基準電圧Vcom、例えば接地電位が与えられる。第1保持容量部C1は、第1トランジスタTr1を介して選択的に入力された画素信号を保持する。
The first storage capacitor C1 has a so-called MIM (Metal-Insulator-Metal) structure in which a dielectric (not shown) is sandwiched between a
第2保持容量部C2は、金属からなる第1電極15aならびに第2電極15bで誘電体(図示せず)を挟んだ、所謂MIM(Metal−Insulator−Metal)構造で構成されている。第2保持容量部C2は、第1電極15aが第2トランジスタTr2のソース端子に接続され、第2電極15bが基準電位共通端子Comに接続されている。第2保持容量部C2は、第2トランジスタTr2を介して第1保持容量部C1から転送された画素信号を保持する。
The second storage capacitor C2 has a so-called MIM (Metal-Insulator-Metal) structure in which a dielectric (not shown) is sandwiched between a
液晶LCは、光反射性を有する画素電極16aと、画素電極16aに離間して対向配置された共通電極16bとの間に充填封止されて構成されている。画素電極16aは、第2トランジスタTr2のソース端子ならびに第2保持容量部C2の第1電極15aに接続されている。共通電極16bは、共通電極端子CEに接続されている。共通電極端子CEには、画素電極16aに与えられる画素信号の電圧に応じて予め設定された共通電極電圧Vceが与えられる。
The liquid crystal LC is configured so as to be filled and sealed between a
液晶LCは画素電極16aに与えられる画素信号の電圧と、共通電極16bに与えられる共通電極電圧Vceとの電位差に応じて駆動される。
The liquid crystal LC is driven according to the potential difference between the voltage of the pixel signal applied to the
水平走査回路12には、列データ線D(D1〜Dm)が接続されている。水平走査回路12は、水平同期信号(Hst)、水平走査用のクロック信号(Hck)ならびに画素信号を入力する。水平走査回路12は、水平同期信号、水平走査用のクロック信号に基づいて、画素信号を列データ線D1〜Dmに順次、1水平走査期間単位で出力する。
Column data lines D (D1 to Dm) are connected to the
垂直走査回路13には、行走査線G1〜Gnが接続されている。垂直走査回路13は、垂直同期信号(Vst)、垂直走査用のクロック信号(Vck)を入力する。垂直走査回路13は、垂直同期信号、垂直走査用のクロック信号に基づいて、例えば行走査線G1からGnに順次行選択信号を1水平走査期間単位で供給する。
Row
上述したように、画素回路11は、画素電極16aと共通電極16bに挟まれた液晶LCを備えた画素部と、第1トランジスタTr1、第2トランジスタTr2、第1保持容量部C1、ならびに第2保持容量部を備えた駆動部とを備えている。
As described above, the
次に、上記構成の液晶表示装置の動作について説明する。 Next, the operation of the liquid crystal display device having the above configuration will be described.
水平走査回路12から各列データ線D1〜Dmに対応した各画素信号が、1水平走査期間の間、各列データ線D1〜Dmに出力される。一方、第1トランジスタTr1を導通状態にする選択信号が垂直走査回路13から行走査線G、例えば行走査線G1に1水平走査期間の間出力される。これにより、ゲート端子が行走査線G1に接続されたm個の第1トランジスタTr1は導通状態となる。
The pixel signals corresponding to the column data lines D1 to Dm are output from the
各列データ線D1〜Dmに出力された各画素信号は、各列データ線D1〜Dmに対応して接続された第1トランジスタTr1を介して第1保持容量部C1に与えられて書き込まれる。この後、第1トランジスタTr1を非導通状態にする選択信号が垂直走査回路13から行走査線G1に出力される。これにより、ゲート端子が行走査線G1に接続されたm個の第1トランジスタTr1は非導通状態となる。
Each pixel signal output to each column data line D1 to Dm is given to and written to the first storage capacitor C1 via the first transistor Tr1 connected corresponding to each column data line D1 to Dm. Thereafter, a selection signal for turning off the first transistor Tr1 is output from the
第1保持容量部C1に書き込まれた画素信号は、次の垂直走査期間に新たな画素信号が与えられるまでの非選択期間中、第1保持容量部C1に保持される。なお、すべての画素回路11の第1保持容量部C1に画素信号が書き込まれて保持される動作が終了するまでは、第2トランジスタTr2は非導通状態にある。
The pixel signal written in the first storage capacitor unit C1 is stored in the first storage capacitor unit C1 during a non-selection period until a new pixel signal is given in the next vertical scanning period. Note that the second transistor Tr2 is in a non-conductive state until the operation in which the pixel signal is written and held in the first holding capacitor portion C1 of all the
このような画素信号の書き込み動作は、すべての行走査線Gに対して実行され、1フレーム分の画素信号がm×n個のすべての画素回路11の第1保持容量部C1に順次書き込まれて保持される。
Such pixel signal writing operation is executed for all the row scanning lines G, and one frame of pixel signals is sequentially written in the first storage capacitor C1 of all the m × n
1フレーム分の画素信号の書き込み動作が終了すると、第2トランジスタTr2を導通状態とするトリガ信号がすべての画素回路11の第2トランジスタTr2のゲート端子に共通に与えられる。これにより、すべての画素回路11の第2トランジスタTr2は、同時に導通状態となる。すべての画素回路11において、第1保持容量部C1に保持された画素信号は、第2トランジスタTr2を介して第2保持容量部C2に一斉に転送されるとともに画素信号に対応した電圧として画素電極16aに印加される。第2保持容量部C2に転送された画素信号は、第2保持容量部C2に保持される。
When the pixel signal writing operation for one frame is completed, a trigger signal for turning on the second transistor Tr2 is commonly applied to the gate terminals of the second transistors Tr2 of all the
すべての画素回路11の各画素電極16aに画素信号に対応した電圧が印加された後、第2トランジスタTr2を非導通状態とするトリガ信号が第2トランジスタTr2のゲート端子に与えられ、第2トランジスタTr2は非導通状態となる。この後、上述したようにして、次フレームの画素信号の書き込み動作が開始される。
After a voltage corresponding to the pixel signal is applied to each
次フレームの画素信号の書き込み動作が行われている間、第2トランジスタTr2は非導通状態を維持している。これにより、第2保持容量部C2に転送された画素信号は、第2保持容量部C2に保持されると共に、画素信号に対応した電圧として画素電極16aに印加された状態を保持する。
While the pixel signal writing operation for the next frame is being performed, the second transistor Tr2 is maintained in a non-conductive state. As a result, the pixel signal transferred to the second storage capacitor unit C2 is stored in the second storage capacitor unit C2 and also holds the state of being applied to the
第2保持容量部C2に保持されている画素信号は、信号電圧が画素電極16aに印加される。画素電極16aに印加された画素信号の電圧と、共通電極16bに印加された共通電極電圧Vceとの電位差に応じて液晶LCが駆動され、各画素回路11に書き込まれた画素信号に応じた表示が行われる。
A signal voltage of the pixel signal held in the second holding capacitor unit C2 is applied to the
反射型液晶表示装置に好適な液晶表示モードとしては、電界効果複屈折モードがある。電界効果複屈折モードでは、液晶の誘電異方性と初期配向によってノーマリーブラック型あるいはノーマリーホワイト型の特性を得ることができる。本実施形態では、図2を参照して、ノーマリーブラック型について説明する。 A liquid crystal display mode suitable for a reflective liquid crystal display device includes a field effect birefringence mode. In the field effect birefringence mode, normally black type or normally white type characteristics can be obtained depending on the dielectric anisotropy and initial orientation of the liquid crystal. In the present embodiment, a normally black type will be described with reference to FIG.
図2は本実施形態で用いられる液晶LCの液晶駆動電圧−透過率特性の一例を示す図である。図2において、横軸は液晶LCの画素電極16aに印加される電圧であり、縦軸は表示画像のモノクロ(白黒)の表示色を示しており、電圧V1は、表示画像の黒色(出力光強度Pb)に対応し、電圧V2は表示画像の白色(出力光強度Pw)に対応している。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the liquid crystal driving voltage-transmittance characteristics of the liquid crystal LC used in this embodiment. In FIG. 2, the horizontal axis represents the voltage applied to the
液晶表示装置において、通常液晶は表示画像の焼き付きや液晶材料の劣化を防止する観点から、正極性の電圧印加と負極性の電圧印加とを交互に設定した交流電圧で駆動することが好ましい。ここで、正極性とは、画素電極16aに印加する電圧が共通電極電圧Vceよりも高い場合であり、負極性とは、画素電極16aに印加する電圧が共通電極電圧Vceよりも低い場合である。
In a liquid crystal display device, it is preferable to drive a normal liquid crystal with an alternating voltage in which a positive voltage application and a negative voltage application are alternately set from the viewpoint of preventing burn-in of a display image and deterioration of a liquid crystal material. Here, positive polarity is when the voltage applied to the
画素信号を1つのトランジスタを介して1つの保持容量部に取り込んで保持するような構成の画素回路では、すべての画素回路の液晶に同時に画素信号を供給することができない。これにより、液晶LCの共通電極16bに印加する共通電極電圧Vceを変化させず、黒を表示するときには共通電極電圧Vce+電圧V1となる電圧と、共通電極電圧Vce−電圧V1となる電圧とが交互に画素電極16aに印加される。一方、白を表示するときには共通電極電圧Vce+電圧V2となる電圧と、共通電極電圧Vce−電圧V2となる電圧とが交互に画素電極16aに印加される。ここで、電圧V1,V2は図2に示す電圧である。このような駆動態様では、液晶LCの画素電極16aに印加される電圧の振幅は、最大で2×V2となる。
In a pixel circuit having a configuration in which a pixel signal is captured and held in one holding capacitor portion via one transistor, the pixel signal cannot be simultaneously supplied to the liquid crystals of all the pixel circuits. As a result, the common electrode voltage Vce applied to the
これに対して、本実施形態では、図3に示すようにして液晶LCに電圧を印加して駆動している。図3は本実施形態で用いられる液晶LCに印加される電圧と、液晶LCの駆動態様を模式的に示したものである。 In contrast, in the present embodiment, the liquid crystal LC is driven by applying a voltage as shown in FIG. FIG. 3 schematically shows the voltage applied to the liquid crystal LC used in this embodiment and the driving mode of the liquid crystal LC.
図3に示すように、正極性で黒色表示する際に画素電極16aに印加する電圧Vaと、負極性で白色表示する際に画素電極16aに印加する電圧Vaとが略等しいレベルとなる。また、正極性で白色表示する際に画素電極16aに印加する電圧Vbと、負極性で黒色表示する際に画素電極16aに印加する電圧Vbとが略等しいレベルとなる。このように、画素電極16aには、正負各極性の電圧範囲およびレベルを振幅方向でオーバラップさせた形態の電圧を供給する。
As shown in FIG. 3, the voltage Va applied to the
正極性において黒色表示する際に、共通電極16bには、画素電極16aに印加される電圧Vaに対して電圧V1だけ低い電圧の共通電極電圧Vceが印加される。また、負極性において黒色表示する際に、共通電極16bには、画素電極16aに印加される電圧Vbに対して電圧V1だけ高い電圧の共通電極電圧Vceが印加される。すなわち、共通電極電圧Vceは、正極性では電圧Va−電圧V1となり、負極性では電圧Vb+電圧V1となる。
When black display is performed in the positive polarity, the common electrode voltage Vce that is lower than the voltage Va applied to the
一方、正極性において白色表示する際に、共通電極16bには、画素電極16aに印加される電圧Vbに対して電圧V2だけ低い電圧の共通電極電圧Vceが印加される。また、負極性において白色表示する際に、共通電極16bには、画素電極16aに印加される電圧Vaに対して電圧V2だけ低い電圧の共通電極電圧Vceが印加される。すなわち、共通電極電圧Vceは、正極性では電圧Vb−電圧V2となり、負極性では電圧Va+電圧V2となる。
On the other hand, when white display is performed in the positive polarity, the common electrode voltage Vce that is lower than the voltage Vb applied to the
このように、正負の極性において黒色表示もしくは白色表示をする場合には、図3に示すように、画素電極16aに印加される電圧の振幅は電圧Va−電圧Vb、すなわち電圧V2−電圧V1となる。これにより、画素電極16aに印加すべき印加電圧は、共通電極電圧Vceを変化させない場合に比べて、小振幅にすることが可能となる。この結果、第1トランジスタTr1、第2トランジスタTr2や第1保持容量部C1、第2保持容量部C2の必要耐圧を低減させることが可能となり、素子の高密度化を実現することができる。
As described above, when black or white display is performed with positive and negative polarities, as shown in FIG. 3, the amplitude of the voltage applied to the
図4は本実施形態の液晶表示装置における画素回路の模式的な断面構造を示す図である。図4には紙面の横方向に2つ画素回路の断面構造が図示されているが、すべての画素回路は同様な構造であるので、図4の左側に図示された画素回路を代表して、画素回路の構造を説明する。 FIG. 4 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of a pixel circuit in the liquid crystal display device of the present embodiment. FIG. 4 shows a cross-sectional structure of two pixel circuits in the horizontal direction of the drawing. Since all the pixel circuits have the same structure, the pixel circuit shown on the left side of FIG. The structure of the pixel circuit will be described.
図4において、例えばシリコン基板からなる半導体基板400上には、ウェル領域401が形成されている。ウェル領域401には、図1に示す第1トランジスタTr1,第2トランジスタTr2が形成されている。第1トランジスタTr1ならびに第2トランジスタTr2をNチャネルの電界効果トランジスタで構成した場合には、ウェル領域401は、P型のウェル領域となる。
In FIG. 4, a
ウェル領域401には、不純物が拡散された拡散層402,403が所定の距離離間して形成されている。第1トランジスタTr1をNチャネルの電界効果トランジスタで構成した場合には、拡散層402,403には例えばボロンなどのN型の不純物が注入されて拡散される。
In the
拡散層402と拡散層403との間のウェル領域401上には、ゲート酸化膜となるシリコン酸化膜404を介してポリシリコン405が形成されている。これにより、第1トランジスタTr1は、拡散層402をドレイン領域、拡散層403をソース領域、ポリシリコン405をゲート電極として形成されている。
また、ウェル領域401には、不純物が拡散された拡散層406が拡散層403と所定の距離離間して形成されている。第2トランジスタTr2をNチャネルの電界効果トランジスタで構成した場合には、拡散層406には例えばボロンなどのN型の不純物が注入されて拡散される。
In the
拡散層403と拡散層406との間のウェル領域401上には、ゲート酸化膜となるシリコン酸化膜407を介してポリシリコン408が形成されている。これにより、第2トランジスタTr2は、拡散層403をドレイン領域、拡散層406をソース領域、ポリシリコン408をゲート電極として形成されている。
A
第1トランジスタTr1のソース領域ならびに第2トランジスタTr2のドレイン領域となる拡散層403は双方のトランジスタで共通化されている。これにより、第1トランジスタTr1のソースと第2トランジスタTr2のドレインが電気的に接続されている。
The
拡散層402ならびに拡散層406に隣接して、第1トランジスタTr1ならびに第2トランジスタTr2の周囲を取り囲むように素子分離領域409が形成されている。すなわち、素子分離領域409の内側が第1トランジスタTr1ならびに第2トランジスタTr2の形成領域となる。この素子分離領域409により第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2は、隣接する他の画素回路の第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2と電気的に分離されている。
An
第1トランジスタTr1ならびに第2トランジスタTr2が形成された領域を上方に略平行移動した位置で、かつ第1トランジスタTr1ならびに第2トランジスタTr2が形成された形成面積と略同等の面積内に、多層配線構造が構築されている。この多層配線構造により、1つの画素回路11の第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2が形成されている。すなわち、1つの画素回路の第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2は、双方のトランジスタが形成された領域の上方に、双方のトランジスタが形成された形成面積と略同等の面積内に形成されている。
Multi-layer wiring at a position where the region in which the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are formed is substantially translated upward and within an area substantially equal to the formation area in which the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are formed. The structure is built. With this multilayer wiring structure, the first storage capacitor C1 and the second storage capacitor C2 of one
この多層配線構造では、半導体基板400から上方に向かって順に第1配線層L1、第2配線層L2、第3配線層L3、第4配線層L4が形成されている。これらの第1配線層L1〜第4配線層L4は、例えばアルミニウムや銅などの金属で構成されている。第1配線層L1〜第4配線層L4のそれぞれの配線層間は、例えばシリコン酸化膜などの層間絶縁膜410により互いに絶縁されている。
In this multilayer wiring structure, a first wiring layer L1, a second wiring layer L2, a third wiring layer L3, and a fourth wiring layer L4 are formed in order from the
第1配線層L1は、第1配線部L11、第2配線部L12、第3配線部L13を備えている。第1配線部L11、第2配線部L12ならびに第3配線部L13は、それぞれ電気的に分離されている。 The first wiring layer L1 includes a first wiring portion L11, a second wiring portion L12, and a third wiring portion L13. The first wiring portion L11, the second wiring portion L12, and the third wiring portion L13 are electrically separated from each other.
第1配線層L1の第1配線部L11は、スルーホールT11を介して第1トランジスタTr1のドレイン領域となる拡散層402に接合されている。第1配線層L1の第2配線部L12は、スルーホールT12を介して第1トランジスタTr1のソース領域ならびに第2トランジスタTr2のドレイン領域となる拡散層403に接合されている。第1配線層L1の第3配線部L13は、スルーホールT13を介して第2トランジスタTr2のソース領域となる拡散層406に接合されている。
The first wiring portion L11 of the first wiring layer L1 is joined to the
図4に示す構造では、第1保持容量部C1は、3つの保持容量部C11,C12,C13に分割されて構成されている。すなわち、3つの保持容量部C11,C12,C13は、電気的に並列接続されて第1保持容量部C1を構成している。 In the structure shown in FIG. 4, the first storage capacitor unit C1 is divided into three storage capacitor units C11, C12, and C13. That is, the three storage capacitor units C11, C12, and C13 are electrically connected in parallel to form the first storage capacitor unit C1.
第2配線層L2は、第1配線部L21、第2配線部L22を備えている。第1配線部L21と第2配線部L22は、互いに電気的に分離されている。 The second wiring layer L2 includes a first wiring portion L21 and a second wiring portion L22. The first wiring portion L21 and the second wiring portion L22 are electrically separated from each other.
第2配線層L2の第1配線部L21は、保持容量部C11,C12の一方の電極を構成している。第2配線層L2の第1配線部L21は、スルーホールT21を介して第1配線層L1の第2配線部L12に接合されている。第2配線層L2の第2配線部L22は、スルーホールT22を介して第1配線層L1の第3配線部L13に接合されている。 The first wiring portion L21 of the second wiring layer L2 constitutes one electrode of the storage capacitor portions C11 and C12. The first wiring portion L21 of the second wiring layer L2 is joined to the second wiring portion L12 of the first wiring layer L1 through the through hole T21. The second wiring portion L22 of the second wiring layer L2 is joined to the third wiring portion L13 of the first wiring layer L1 through the through hole T22.
第2配線層L2と第3配線層L3との間には、第1金属層M1が形成されている。第1金属層M1は、第2配線層L2の第1配線部L21と所定の間隔離間して対向して形成されている。第1金属層M1と第2配線層L2の第1配線部L21との間には、層間絶縁膜410が形成されている。
A first metal layer M1 is formed between the second wiring layer L2 and the third wiring layer L3. The first metal layer M1 is formed to face the first wiring portion L21 of the second wiring layer L2 with a predetermined spacing. An interlayer insulating
第1金属層M1は、例えば窒化チタン(TiN)やチタン(Ti)などの金属で構成されている。第1金属層M1は、第1電極部M11と第2電極部M12とを形成している。第1電極部M11と第2電極部M12とは、互いに電気的に分離されている。 The first metal layer M1 is made of a metal such as titanium nitride (TiN) or titanium (Ti). The first metal layer M1 forms a first electrode part M11 and a second electrode part M12. The first electrode part M11 and the second electrode part M12 are electrically separated from each other.
第1電極部M11は、保持容量部C11の他方の電極を構成している。したがって、保持容量部C11は、誘電体となる層間絶縁膜410が第2配線層L2の第1配線部L21と第1金属層M1の第1電極部M11とで挟み込まれたMIM構造で形成されている。
The first electrode part M11 constitutes the other electrode of the storage capacitor part C11. Therefore, the storage capacitor portion C11 is formed with an MIM structure in which the
第2電極部M12は、保持容量部C12の他方の電極を構成している。したがって、保持容量部C12は、誘電体となる層間絶縁膜410が第2配線層L2の第1配線部L21と第1金属層M1の第2電極部M12とで挟み込まれたMIM構造で形成されている。
The second electrode part M12 constitutes the other electrode of the storage capacitor part C12. Accordingly, the storage capacitor portion C12 is formed with an MIM structure in which an
第1金属層M1の上層には、第3配線層L3が形成されている。第3配線層L3は、第1配線部L31、第2配線部L32、第3配線部L33、第4配線部L34を備えている。第1配線部L31、第2配線部L32、第3配線部L33、第4配線部L34は、互いに電気的に分離されている。 A third wiring layer L3 is formed on the first metal layer M1. The third wiring layer L3 includes a first wiring portion L31, a second wiring portion L32, a third wiring portion L33, and a fourth wiring portion L34. The first wiring portion L31, the second wiring portion L32, the third wiring portion L33, and the fourth wiring portion L34 are electrically separated from each other.
第3配線層L3の第1配線部L31は、先の図1に示す基準電位共通端子Comに接続され、基準電位Vcomとして例えば接地電位が与えられる。第3配線層L3の第1配線部L31は、スルーホールT31を介して第1金属層M1の第1電極部M11に接合されている。第3配線層L3の第2配線部L32は、スルーホールT32を介して第2配線層L2の第1配線部L21に接合されている。 The first wiring portion L31 of the third wiring layer L3 is connected to the reference potential common terminal Com shown in FIG. 1, and a ground potential is applied as the reference potential Vcom. The first wiring portion L31 of the third wiring layer L3 is joined to the first electrode portion M11 of the first metal layer M1 through the through hole T31. The second wiring portion L32 of the third wiring layer L3 is joined to the first wiring portion L21 of the second wiring layer L2 through the through hole T32.
第3配線層L3の第3配線部L33は、先の図1に示す基準電位共通端子Comに接続され、基準電位Vcomとして例えば接地電位が与えられる。第3配線層L3の第3配線部L33は、スルーホールT33を介して第1金属層M1の第2電極部M12に接合されている。第3配線層L3の第4配線部L34は、スルーホールT34を介して第2配線層L2の第2配線部L22に接合されている。 The third wiring portion L33 of the third wiring layer L3 is connected to the reference potential common terminal Com shown in FIG. 1, and a ground potential is applied as the reference potential Vcom. The third wiring portion L33 of the third wiring layer L3 is joined to the second electrode portion M12 of the first metal layer M1 through the through hole T33. The fourth wiring portion L34 of the third wiring layer L3 is joined to the second wiring portion L22 of the second wiring layer L2 through the through hole T34.
第3配線層L3と第4配線層L4との間には、第2金属層M2が形成されている。第2金属層M2は、例えば窒化チタン(TiN)やチタン(Ti)などの金属で構成されている。第2金属層M2は、第1電極部M21と第2電極部M22とを形成している。第1電極部M21と第2電極部M22とは、互いに電気的に分離されている。 A second metal layer M2 is formed between the third wiring layer L3 and the fourth wiring layer L4. The second metal layer M2 is made of a metal such as titanium nitride (TiN) or titanium (Ti). The second metal layer M2 forms a first electrode part M21 and a second electrode part M22. The first electrode part M21 and the second electrode part M22 are electrically separated from each other.
第2金属層M2の第1電極部M21は、第3配線層L3の第1配線部L31と所定の間隔離間して対向して形成されている。第2金属層M2の第1電極部M21と第3配線層L3の第1配線部L31との間には、層間絶縁膜410が形成されている。
The first electrode part M21 of the second metal layer M2 is formed to face the first wiring part L31 of the third wiring layer L3 with a predetermined spacing. An interlayer insulating
第2金属層M2の第1電極部M21は、保持容量部C13の他方の電極を構成している。したがって、保持容量部C13は、誘電体となる層間絶縁膜410が第3配線層L3の第1配線部L31と第1電極部M21とで挟み込まれたMIM構造で構成されている。
The first electrode part M21 of the second metal layer M2 constitutes the other electrode of the storage capacitor part C13. Accordingly, the storage capacitor portion C13 has an MIM structure in which the
第2金属層M2の第2電極部M22は、第3配線層L3の第3配線部L33と所定の間隔離間して対向して形成されている。第2金属層M2の第2電極部M22と第3配線層L3の第3配線部L33との間には、層間絶縁膜410が形成されている。
The second electrode portion M22 of the second metal layer M2 is formed to face the third wiring portion L33 of the third wiring layer L3 with a predetermined spacing. An interlayer insulating
第2金属層M2の第2電極部M22は、第2保持容量部C2の他方の電極を構成している。したがって、第2保持容量部C2は、誘電体となる層間絶縁膜410が第3配線層L3の第3配線部L33と第2金属層M2の第2電極部M22とで挟み込まれたMIM構造で構成されている。
The second electrode part M22 of the second metal layer M2 constitutes the other electrode of the second storage capacitor part C2. Therefore, the second storage capacitor portion C2 has an MIM structure in which the
第2金属層M2の上層には、第4配線層L4が形成されている。第4配線層L4は、第1配線部L41、第2配線部L42を備えている。第1配線部L41、第2配線部L42は、互いに電気的に分離されている。 A fourth wiring layer L4 is formed on the second metal layer M2. The fourth wiring layer L4 includes a first wiring portion L41 and a second wiring portion L42. The first wiring portion L41 and the second wiring portion L42 are electrically separated from each other.
第4配線層L4の第1配線部L41は、スルーホールT41を介して第2金属層M2の第1電極部M21に接合されている。第4配線層L4の第1配線部L41は、スルーホールT42を介して第3配線層L3の第2配線部L32に接合されている。第4配線層L4の第2配線部L42は、スルーホールT43を介して第2金属層M2の第2電極部M22に接合されている。第4配線層L4の第2配線部L42は、スルーホールT44を介して第3配線層L3の第4配線部L34に接合されている。 The first wiring portion L41 of the fourth wiring layer L4 is joined to the first electrode portion M21 of the second metal layer M2 through the through hole T41. The first wiring portion L41 of the fourth wiring layer L4 is joined to the second wiring portion L32 of the third wiring layer L3 through the through hole T42. The second wiring portion L42 of the fourth wiring layer L4 is joined to the second electrode portion M22 of the second metal layer M2 through the through hole T43. The second wiring portion L42 of the fourth wiring layer L4 is joined to the fourth wiring portion L34 of the third wiring layer L3 through the through hole T44.
上記積層構造においては、保持容量部C11ならびに保持容量部C12の一方の電極を構成する第2配線層L2の第1配線部L21と、保持容量部C13の一方の電極を構成する第2金属層M2の第1電極部M21とが電気的に接続されている。また、保持容量部C11の他方の電極となる第1金属層M1の第1電極部M11と、保持容量部C13の他方の電極となる第3配線層L3の第1配線部L31とは電気的に接続され、接地電位が与えられている。さらに、保持容量部C12の他方の電極となる第1金属層M1の第2電極部M12は、第3配線層L3の第3配線部L33と電気的に接続され、接地電位が与えられている。 In the stacked structure, the first wiring portion L21 of the second wiring layer L2 constituting one electrode of the holding capacitor portion C11 and the holding capacitor portion C12, and the second metal layer constituting one electrode of the holding capacitor portion C13. The first electrode portion M21 of M2 is electrically connected. Further, the first electrode portion M11 of the first metal layer M1 serving as the other electrode of the storage capacitor portion C11 and the first wiring portion L31 of the third wiring layer L3 serving as the other electrode of the storage capacitor portion C13 are electrically connected. And is connected to ground potential. Further, the second electrode portion M12 of the first metal layer M1 which is the other electrode of the storage capacitor portion C12 is electrically connected to the third wiring portion L33 of the third wiring layer L3 and given a ground potential. .
これにより、保持容量部C11、保持容量部C12ならびに保持容量部C13は、並列接続されている。接地電位が与えられていない並列接続された、保持容量部C11、保持容量部C12ならびに保持容量部C13の電極は、第1トランジスタTr1のソース領域ならびに第2トランジスタTr2のドレイン領域となる拡散層403に電気的に接続されている。したがって、保持容量部C11、保持容量部C12ならびに保持容量部C13の並列接続された電極は、第1保持容量部C1の第1電極14aを構成する。
Accordingly, the storage capacitor unit C11, the storage capacitor unit C12, and the storage capacitor unit C13 are connected in parallel. The electrodes of the storage capacitor unit C11, the storage capacitor unit C12, and the storage capacitor unit C13 that are connected in parallel to which no ground potential is applied are the
保持容量部C11、保持容量部C12ならびに保持容量部C13は、それぞれの他方の電極に接地電位が共通に与えられている。すなわち、保持容量部C11、保持容量部C12ならびに保持容量部C13の接地電位が与えられたそれぞれの電極は、第1保持容量部C1の第2電極14bを構成する。
In the storage capacitor C11, the storage capacitor C12, and the storage capacitor C13, a common ground potential is applied to the other electrode. That is, the respective electrodes to which the ground potential of the storage capacitor unit C11, the storage capacitor unit C12, and the storage capacitor unit C13 are applied constitute the
上記積層構造において、第2保持容量部C2の一方の電極となる第2金属層M2の第2電極部M22は、第2トランジスタTr2のソース領域となる拡散層406に電気的に接続されている。第2保持容量部C2の他方の電極となる第3配線層L3の第3配線部L33は、接地電位が与えられている。これにより、第2保持容量部C2の一方の電極となる第2金属層M2の第2電極部M22は、図1に示す第2保持容量部C2の第1電極15aを構成する。第2保持容量部C2の他方の電極となる第3配線層L3の第3配線部L33は、図1に示す第2保持容量部C2の第2電極15bを構成する。
In the above stacked structure, the second electrode portion M22 of the second metal layer M2 serving as one electrode of the second storage capacitor portion C2 is electrically connected to the
第1保持容量部C1を構成する保持容量部C11、保持容量部C12ならびに保持容量部C13と第2保持容量部C2とは、それぞれ双方の電極で挟み込まれた誘電体ならびに双方の電極間の距離は同等に形成されている。したがって、第1保持容量部C1を構成する保持容量部C11、保持容量部C12ならびに保持容量部C13と第2保持容量部C2とのそれぞれの容量値は、それぞれの保持容量部の電極の面積で決まる。 The storage capacitor unit C11, the storage capacitor unit C12, and the storage capacitor unit C13 and the second storage capacitor unit C2 constituting the first storage capacitor unit C1 are each a dielectric sandwiched between both electrodes and the distance between the two electrodes. Are formed equally. Therefore, the capacitance values of the storage capacitor unit C11, the storage capacitor unit C12, and the storage capacitor unit C13 and the second storage capacitor unit C2 constituting the first storage capacitor unit C1 are the areas of the electrodes of the respective storage capacitor units. Determined.
図5(a)は第1金属層M1の平面構造を示す図であり、同図(b)は第2金属層M2の平面構造を示す図である。 FIG. 5A is a diagram showing a planar structure of the first metal layer M1, and FIG. 5B is a diagram showing a planar structure of the second metal layer M2.
図5(b)に示すように、保持容量部C13の一方の電極となる第2金属層M2の第2電極部M21の面積は、第2保持容量部C2の一方の電極となる第2金属層M2の第2電極部M22の面積に比べて大きく形成されている。これは、詳しくは後述するが第1保持容量部C1の容量値を第2保持容量部C2の容量値よりも大きくするためである。 As shown in FIG. 5B, the area of the second electrode part M21 of the second metal layer M2 that becomes one electrode of the storage capacitor part C13 is the second metal that becomes one electrode of the second storage capacitor part C2. It is formed larger than the area of the second electrode portion M22 of the layer M2. This is because the capacitance value of the first storage capacitor unit C1 is made larger than the capacitance value of the second storage capacitor unit C2, as will be described in detail later.
図5(a)に示すように、保持容量部C11の一方の電極となる第1金属層M1の第1電極部M11と保持容量部C12の一方の電極となる第2電極部M12とは、電気的に分離して形成されている。第1金属層M1の第1電極部M11の面積は、図5(b)に示す第2金属層M2の第1電極部M21の面積と同等に形成されている。第1金属層M1の第2電極部M12の面積は、図5(b)に示す第2金属層M2の第2電極部M22の面積と同等に形成されている。 As shown in FIG. 5A, the first electrode part M11 of the first metal layer M1 that is one electrode of the storage capacitor part C11 and the second electrode part M12 that is one electrode of the storage capacitor part C12 are: It is formed electrically separated. The area of the first electrode part M11 of the first metal layer M1 is formed to be equal to the area of the first electrode part M21 of the second metal layer M2 shown in FIG. The area of the second electrode part M12 of the first metal layer M1 is formed to be equal to the area of the second electrode part M22 of the second metal layer M2 shown in FIG.
これは、第1金属層M1と第2金属層M2とを同一のマスクパターンを使用して形成するためである。このようにすることで、第1金属層M1と第2金属層M2とを異なるマスクパターンを用いて形成する場合に比べて、マスクパターンを削減して製造プロセスを容易化することができる。また、第1金属層M1もしくは第2金属層M2に接合するスルーホールを形成する際の面積を少なくすることが可能となる。 This is because the first metal layer M1 and the second metal layer M2 are formed using the same mask pattern. By doing in this way, compared with the case where the 1st metal layer M1 and the 2nd metal layer M2 are formed using a different mask pattern, a mask process can be reduced and a manufacturing process can be facilitated. In addition, it is possible to reduce an area when forming a through hole to be joined to the first metal layer M1 or the second metal layer M2.
なお、第1金属層M1の第1電極部M11と第2電極部M12とを分離せずに一体化し、保持容量部C11と保持容量部C12とを1つの保持容量部として形成することもできる。この場合には、保持容量部を分割する場合に比べて第1保持容量部C1の容量値を大きくすることが可能となる。 The first electrode part M11 and the second electrode part M12 of the first metal layer M1 can be integrated without being separated, and the storage capacitor part C11 and the storage capacitor part C12 can be formed as one storage capacitor part. . In this case, the capacity value of the first storage capacitor unit C1 can be increased as compared with the case where the storage capacitor unit is divided.
図4に戻って、第4配線層L4の上層には、層間絶縁膜410を介して画素電極16aが形成されている。画素電極16aは、スルーホールT51を介して第4配線層L4の第2配線部L42に接合されている。これにより、画素電極16aは、第1配線層L1〜第4配線層L4ならびにそれらを接合するスルーホールを介して、第2トランジスタTr2のソース領域を形成する拡散層406に電気的に接続されている。
Returning to FIG. 4, the
画素電極16aの上層には、液晶LCの初期分子配列を所定の方向に配向する配向層411a,411bに挟まれて液晶LCが形成されている。
On the upper layer of the
液晶LCの上層には、共通電極16bが形成されている。これにより、液晶LCは、画素電極16aと共通電極16bとの間に充填封止されて形成されている。
A
共通電極16bの上層には、透光性基板412が形成されている。これにより、画素回路11は、半導体基板400と透光性基板412との間に挟まれて形成されている。
A
透光性基板412から入射した入射光は、液晶LCを通過して画素電極16aに至り、画素電極16aに到達した入射光は画素電極16aで反射して再度液晶LCを通過して透光性基板412から出射する。この過程において、入射光は画素電極16aに印加される画素信号の電圧に応じて液晶LCで変調され、画素信号に応じた表示がなされる。
Incident light incident from the
図6は画素回路11の第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2の容量値と、画素電極16aへの画素信号の転送との関係を説明するための図である。図6において、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図6を参照して、本発明による液晶表示装置の画素回路11を構成する第1保持容量部C1、第2保持容量部C2の容量値について説明する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the capacitance values of the first storage capacitor unit C1 and the second storage capacitor unit C2 of the
ここで、第1保持容量部C1に保持された画素信号の電圧が第2保持容量部C2に転送される動作を考える。先ず、第1トランジスタTr1ならびに第2トランジスタTr2が非導通状態において、第1保持容量部C1には画素信号の電圧として電圧Vaが保持されているものとする。第2保持容量部C2には、前フレームに画素電極16aに印加された電圧Vp(n−1)が保持されているものとする。すなわち、第1保持容量部C1の一方の電極が第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2とに接続された接続点aは、電圧Vaとなる。また、第2保持容量部C2の一方の電極が第2トランジスタTr2と画素電極16aに接続された接続点bは、電圧Vp(n−1)となる。
Here, consider an operation in which the voltage of the pixel signal held in the first holding capacitor C1 is transferred to the second holding capacitor C2. First, it is assumed that the voltage Va is held as the voltage of the pixel signal in the first holding capacitor C1 when the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are in a non-conductive state. It is assumed that the voltage Vp (n−1) applied to the
このような状態において、トリガ信号(Trg)により第2トランジスタTr2が導通状態になると、第2トランジスタTr2を介して接続点aと接続点bとは電気的に接続される。これにより、接続点aの電圧と接続点bの電圧とが同電圧となる。このときの接続点bの電圧をVp(n)とすると、電圧Vp(n)は次式(1)で表される。 In such a state, when the second transistor Tr2 is turned on by the trigger signal (Trg), the connection point a and the connection point b are electrically connected via the second transistor Tr2. As a result, the voltage at the connection point a and the voltage at the connection point b become the same voltage. When the voltage at the connection point b at this time is Vp (n), the voltage Vp (n) is expressed by the following equation (1).
Vp(n)=K×Vs+(1−K)×Vp(n−1) …(1)
上式(1)において、第1保持容量部C1の容量値をC1cとし、第2保持容量部C2の容量値をC2cとすると、K=C1c/(C1c+C2c)となる。
Vp (n) = K * Vs + (1-K) * Vp (n-1) (1)
In the above equation (1), if the capacitance value of the first storage capacitor unit C1 is C1c and the capacitance value of the second storage capacitor unit C2 is C2c, K = C1c / (C1c + C2c).
ここで、第1保持容量部C1の容量値C1cと第2保持容量部C2の容量値C2cとに、C1c>>C2cの関係が成り立つ場合には、式(1)において、K≒1となりVp(n)≒Vsとなる。すなわち、電圧Vp(n−1)の値にかかわらず、電圧Vp(n)は、電圧Vsとほぼ等しくなる。 Here, when the relationship of C1c >> C2c is established between the capacitance value C1c of the first storage capacitor unit C1 and the capacitance value C2c of the second storage capacitor unit C2, in the equation (1), K≈1 and Vp (N) ≈Vs. That is, the voltage Vp (n) is substantially equal to the voltage Vs regardless of the value of the voltage Vp (n−1).
したがって、画素信号を接続点aから接続点bに効率よく転送するには、第1保持容量部C1の容量値C1cと第2保持容量部C2の容量値C2cとの比率C1c/C2cをできるだけ大きく設定することが必要となる。例えば、少なくともC1c/C2c=5程度が必要となり、好ましくはC1c/C2c=10程度に設定することが望まれる。 Therefore, in order to efficiently transfer the pixel signal from the connection point a to the connection point b, the ratio C1c / C2c between the capacitance value C1c of the first storage capacitor unit C1 and the capacitance value C2c of the second storage capacitor unit C2 is made as large as possible. It is necessary to set. For example, at least about C1c / C2c = 5 is required, and it is desirable to set C1c / C2c = 10.
これにより、画素回路11に書き込まれて第1保持容量部C1に保持された画素信号は、第2保持容量部C2に効率よく転送することができる。この結果、書き込まれた画素信号の電圧と概ね等しい電圧で液晶LCを十分に駆動することが可能となり、良好な液晶表示を実現することができる。
Thereby, the pixel signal written in the
第1保持容量部C1の容量値C1cと第2保持容量部C2の容量値C2cとの比率C1c/C2cをできるだけ大きく設定するには、容量値C1cを大きくするか、もしくは容量値C2cを小さくすることが考えられる。 In order to set the ratio C1c / C2c between the capacitance value C1c of the first storage capacitor unit C1 and the capacitance value C2c of the second storage capacitor unit C2 as large as possible, the capacitance value C1c is increased or the capacitance value C2c is decreased. It is possible.
しかしながら、容量値C2cを小さくすると、第2保持容量部C2に画素信号を保持すといった機能が低下するおそれがある。したがって、このような不具合を招かないためには、容量値C1cを大きくすることが望まれる。 However, if the capacitance value C2c is reduced, the function of holding the pixel signal in the second storage capacitor unit C2 may be degraded. Therefore, in order not to cause such a problem, it is desirable to increase the capacitance value C1c.
この実施形態においては、図4、図5に示すように、第1保持容量部C1は、第2配線層L2と第1金属層M1とからなる第1の容量形成層と、第3配線層L3と第2金属層M2とからなる第2容量形成層に形成されている。第2保持容量部C2は、第3配線層L3ならびに第2金属層M2からなる第2の容量形成層に形成されている。すなわち、第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2は、2つの異なる容量形成層によって形成されている。 In this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the first storage capacitor portion C1 includes a first capacitance forming layer including a second wiring layer L2 and a first metal layer M1, and a third wiring layer. It is formed in a second capacitance forming layer composed of L3 and the second metal layer M2. The second storage capacitor portion C2 is formed in a second capacitor formation layer including the third wiring layer L3 and the second metal layer M2. That is, the first storage capacitor unit C1 and the second storage capacitor unit C2 are formed of two different capacitor formation layers.
これにより、第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2を1つの容量形成層に形成する場合に比べて、双方の保持容量部の電極の面積を決める際の自由度を高めることが可能となる。すなわち、第1保持容量部C1の容量値C1cならびに第2保持容量部C2の容量値C2cを決める際の自由度を高めることができる。 As a result, it is possible to increase the degree of freedom in determining the area of the electrodes of both of the storage capacitor units as compared with the case where the first storage capacitor unit C1 and the second storage capacitor unit C2 are formed in one capacitor formation layer. It becomes. That is, the degree of freedom in determining the capacitance value C1c of the first storage capacitor unit C1 and the capacitance value C2c of the second storage capacitor unit C2 can be increased.
また、第1保持容量部C1は、上記第1の容量形成層ならびに第2の容量形成層の2つの異なる容量形成層に形成されているのに対して、第2保持容量部C2は第2の容量形成層にのみ形成されている。さらに、第2の容量形成層に形成された第1保持容量部C1の電極は第2保持容量部C2の電極よりも大きく形成されている。すなわち、第2の容量形成層に形成された第1保持容量部C1の一部容量を担う保持容量部C13の容量値は、第2保持容量部C2の容量値よりも大きく設定されている。 The first storage capacitor unit C1 is formed in two different capacitor formation layers, the first capacitor formation layer and the second capacitor formation layer, whereas the second storage capacitor unit C2 is the second storage capacitor unit C2. It is formed only on the capacitor forming layer. Further, the electrode of the first storage capacitor C1 formed in the second capacitor formation layer is formed larger than the electrode of the second storage capacitor C2. That is, the capacitance value of the storage capacitor unit C13 that bears a partial capacity of the first storage capacitor unit C1 formed in the second capacitor formation layer is set larger than the capacitance value of the second storage capacitor unit C2.
これにより、上述したように、この実施形態で採用した図4に示す構造では、第1保持容量部C1の容量値C1cと第2保持容量部C2の容量値C2cとの比率C1c/C2cを大きく設定することが可能となる。 Accordingly, as described above, in the structure shown in FIG. 4 employed in this embodiment, the ratio C1c / C2c between the capacitance value C1c of the first storage capacitor unit C1 and the capacitance value C2c of the second storage capacitor unit C2 is increased. It becomes possible to set.
以上説明したように、この実施形態では、第1トランジスタTr1ならびに第2トランジスタTr2が形成された半導体基板400の上層に、MIM構造で第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2を形成している。これにより、第1トランジスタTr1ならびに第2トランジスタTr2が形成された形成領域の面積と略同等の面積に第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2を形成することが可能となる。
As described above, in this embodiment, the first storage capacitor unit C1 and the second storage capacitor unit C2 are formed in the MIM structure on the upper layer of the
この結果、保持容量部を半導体基板に形成する従来の構成に比べて、画素回路を小型化することができる。例えば、従来の1画素回路の画素ピッチは、4.0μm程度であったのに対して、この実施形態で採用した構成では、3.5μm程度にまで縮小することが可能となる。したがって、多数の画素回路を有する液晶表示装置を小型化することが可能となる。 As a result, the pixel circuit can be reduced in size as compared with the conventional configuration in which the storage capacitor portion is formed on the semiconductor substrate. For example, the pixel pitch of the conventional one-pixel circuit is about 4.0 μm, whereas the configuration adopted in this embodiment can be reduced to about 3.5 μm. Therefore, a liquid crystal display device having a large number of pixel circuits can be reduced in size.
第1保持容量部C1と第2保持容量部C2とは、複数の層に形成されている。これにより、第1保持容量部C1と第2保持容量部C2とを形成する際の設計の自由度を、単一の層に形成する場合に比べて高めることができる。この結果、第1保持容量部C1の容量値を第2保持容量部C2の容量値よりも大きくすることが可能となり、上述したように液晶を十分に駆動できる容量値を確保しつつ、画素回路を小型化することができる。 The first storage capacitor unit C1 and the second storage capacitor unit C2 are formed in a plurality of layers. Thereby, the freedom degree of design at the time of forming the 1st storage capacitor | condenser part C1 and the 2nd storage capacitor | condenser part C2 can be raised compared with the case where it forms in a single layer. As a result, the capacitance value of the first storage capacitor unit C1 can be made larger than the capacitance value of the second storage capacitor unit C2, and the pixel circuit can be secured while ensuring the capacitance value that can sufficiently drive the liquid crystal as described above. Can be miniaturized.
第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2の基準電位として接地電位が与えられる電極は、同一の第3配線層L3により共通に形成されている。これにより、第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2の基準電位として接地電位が与えられる電極を、単一の配線層で形成することが可能となる。この結果、第1保持容量部C1ならびに第2保持容量部C2を形成する際に用いられる配線層を削減することが可能となり、製造プロセスの簡略化、ならびに装置の小型化に貢献することができる。 The electrodes to which the ground potential is applied as the reference potential of the first storage capacitor unit C1 and the second storage capacitor unit C2 are formed in common by the same third wiring layer L3. This makes it possible to form an electrode to which a ground potential is applied as a reference potential for the first storage capacitor unit C1 and the second storage capacitor unit C2 with a single wiring layer. As a result, it is possible to reduce the number of wiring layers used when forming the first storage capacitor unit C1 and the second storage capacitor unit C2, thereby contributing to simplification of the manufacturing process and downsizing of the device. .
なお、上述した図4及びその説明では、説明をわかりやすくするために、第2配線層L2と第1金属層M1との間の層間絶縁膜も、第1金属層M1と第3配線層L3との間の層間絶縁膜も、層間絶縁膜410として一体に表し、その具体的な説明を省略している。実際には、第2配線層L2を形成した後に第1の層間絶縁膜を形成し、この第1の層間絶縁膜上に第1金属層M1を形成し、さらにこの第1金属層M1上に第2の層間絶縁膜を形成する。即ち、第2配線層L2と第3配線層L3との間の層間絶縁膜410は、これら第1及び第2の層間絶縁膜により構成されている。
In FIG. 4 and the description thereof described above, in order to make the description easy to understand, the interlayer insulating film between the second wiring layer L2 and the first metal layer M1 is also formed of the first metal layer M1 and the third wiring layer L3. The interlayer insulating film between the two is also integrally represented as an
また、第3配線層L3と第4配線層L4との間の層間絶縁膜410についても、上記の第2配線層L2と第3配線層L3との間の層間絶縁膜410と同様に2層の層間絶縁膜により構成されている。
Further, the
11…画素回路
16a…画素電極
16b…共通電極
400…半導体基板
410…層間絶縁膜
412…透光性基板
C1…第1保持容量部
C2…第2保持容量部
C11,C12,C13…保持容量部
L1…第1配線層
L2…第2配線層
L3…第3配線層
L4…第4配線層
LC…液晶
M1…第1金属層
M2…第2金属層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記画素回路は、前記半導体基板に形成された画素電極と前記透光性基板に形成された共通電極に挟まれた液晶を備え、前記液晶は前記画素電極に印加される電圧と前記共通電極に印加される電圧との電位差に応じて駆動され、前記透光性基板から入射した光が前記液晶にて前記電位差に応じて変調される画素部と、
前記半導体基板に形成され、選択的に画素信号を入力する第1トランジスタと、前記第1トランジスタを介して選択的に入力された画素信号を保持する第1保持容量部と、前記半導体基板に形成され、前記第1保持容量部に保持された画素信号を転送する第2トランジスタと、前記第2トランジスタを介して転送された画素信号を保持する第2保持容量部とを備え、前記第2保持容量部に保持された画素信号の電圧を前記画素電極に印加して前記液晶を駆動する駆動部とを有し、
前記第1保持容量部は、誘電体が電極で挟み込まれ、前記第1トランジスタならびに第2トランジスタが形成された前記半導体基板よりも上層の第1の容量形成層ならびに第2の容量形成層に形成され、前記第2保持容量部は、誘電体が電極で挟み込まれ、前記第2の容量形成層に形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 Having a plurality of pixel circuits arranged in a matrix sandwiched between a semiconductor substrate and a translucent substrate;
The pixel circuit includes a liquid crystal sandwiched between a pixel electrode formed on the semiconductor substrate and a common electrode formed on the translucent substrate, and the liquid crystal is applied to a voltage applied to the pixel electrode and the common electrode. A pixel unit that is driven according to a potential difference with an applied voltage, and light incident from the translucent substrate is modulated with the liquid crystal according to the potential difference;
A first transistor that is formed on the semiconductor substrate and that selectively receives a pixel signal, a first storage capacitor that holds a pixel signal that is selectively input via the first transistor, and a first transistor that is formed on the semiconductor substrate. A second transistor that transfers the pixel signal held in the first holding capacitor unit, and a second holding capacitor unit that holds the pixel signal transferred through the second transistor. A driving unit that drives the liquid crystal by applying a voltage of a pixel signal held in a capacitor to the pixel electrode;
The first storage capacitor portion is formed in a first capacitor formation layer and a second capacitor formation layer above the semiconductor substrate on which the first transistor and the second transistor are formed, with a dielectric sandwiched between electrodes. In the liquid crystal display device, the second storage capacitor portion is formed in the second capacitor formation layer with a dielectric sandwiched between electrodes.
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein one electrode of the first storage capacitor unit and one electrode of the second storage capacitor unit are formed in common by the same wiring layer.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。 The capacitance value of the first storage capacitor unit and the capacitance value of the second storage capacitor unit are set by an area ratio between one electrode of the first storage capacitor unit and one electrode of the second storage capacitor unit. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is a liquid crystal display device.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。 The first storage capacitor portion formed in the first capacitor formation layer is located at a position substantially translated upward in a formation region of the semiconductor substrate on which the first transistor and the second transistor are formed, and The first storage capacitor unit and the second storage capacitor unit formed in the second capacitor formation layer and formed in an area substantially equal to the area of the formation region in which the first transistor and the second transistor are formed. Is a position that is substantially translated upward in the formation region of the semiconductor substrate on which the first transistor and the second transistor are formed, and the area of the formation region on which the first transistor and the second transistor are formed. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is formed within a substantially equivalent area.
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JP2000330132A (en) * | 1999-05-24 | 2000-11-30 | Fujitsu Ltd | Active matrix type display device |
JP2004133147A (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-30 | Victor Co Of Japan Ltd | Liquid crystal display device |
JP2004253511A (en) * | 2003-02-19 | 2004-09-09 | Hitachi Displays Ltd | Display apparatus |
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