JP3059522U - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な工程をさらに追加せずにも画素の開口
率を向上させることのできる液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 光透過性の基板上に互いに直交するよう
に形成された多数のゲートライン及びデータラインと、
該ゲートライン及びデータラインの信号に基づいて動作
する光透過性のスイッチング素子と、該スイッチング素
子のスイッチング動作によってデータライン信号が接続
或いは遮断される画素電極と、該画素電極及び絶縁層と
でキャパシタを形成するストレージ電極とを備え、前記
ストレージ電極がスイッチング素子の活性層を形成する
半導体物質と同一の光透過性物質によって形成されたも
のである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid、Crystal Display)に係り、特にスト レージキャパシタを備え、画素の開口率を向上させることのできる液晶表示装置 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

液晶表示装置は、ゲートライン、データライン、画素電極、及び画素電極に印 加される電界を制御するためのスイッチング手段である薄膜トランジスタなどが マトリックス形状に配列されている下板を形成する工程と、共通電極とカラーフ ィルタが付着した上板を形成する工程と、この上板と下板との間に液晶を注入し 、密封して二つの基板を合着する工程と、二つの基板の外部面に偏光板を付着す る工程と、駆動回路チップを下板に実装する工程と、バックライト(back light) 部を偏光板の外部に設置する工程と、を経て製造される。

【０００３】 通常、下板にはデータラインとゲートラインが交わってマトリックス形状の画 素アレイが形成されるが、各画素にはゲートラインとデータラインにそれぞれ接 続された薄膜トランジスタと薄膜トランジスタの一電極に接続されている画素電 極が備えられている。 液晶表示装置では、画質を決定する上で重要な特性として、開口率というもの がある。この開口率とは、画素面積のうち、実際に光りが透過する面積を比率と して示すものである。従って、開口率を向上させるためには光の透過する画素電 極の面積を広げる構造としたほうが好ましい。また、液晶表示装置の使用に必要 な消費電力のうち、５０％以上をバックライト部が用いている。従って、画素の 開口率を向上させるということは、バックライト部の使用消費電力を減らすこと にもなる。

【０００４】 図５は従来の技術による第１の液晶表示装置の平面図である。 この図はゲートライン１３Ｌとデータライン１５Ｌが交わって形成された一つ の画素を示している。ゲートライン１３Ｌにはゲート電極１３Ｇが接続されてお り、活性層１１がゲート電極１３Ｇ下部を横切って位置している。活性層１１内 のゲート電極１３Ｇの図中、左側部分にはソース領域１１Ｓが形成されており、 右側部分にはドレイン領域１１Ｄが形成されている。特に、活性層１１のソース 領域１１Ｓにはデータライン１５Ｌが接続されており、ドレイン領域１１Ｄには 画素全体を覆う画素電極１７が接続されている。これにより、データライン１５ Ｌを通じて印加されるデータ信号がソース領域１１Ｓとドレイン領域１１Ｄを通 じて画素電極１７に至るようになる。

【０００５】 画素の中央部にはストレージキャパシタが横切っている。このうち、第１スト レージ電極２１は活性層１１と一体に接続され、同一物質で形成されており、第 ２ストレージ電極２２はゲートライン１３Ｌと同一層上に同一物質で形成される が、第１ストレージ電極２１に重なるように形成されている。 図６は図５に示す従来の液晶表示装置をＩ−Ｉ線に沿って切断した断面図であ り、第１ストレージ電極２１、ゲート絶縁膜１２、及び第２ストレージ電極２２ から構成されるストレージキャパシタの断面を示している。

【０００６】 ガラス基板１０上に活性層１１と第１ストレージ電極２１が同一物質で形成さ れており、その上にゲート絶縁膜１２が形成されている。ゲート絶縁膜１２上に は、活性層１１にチャネル領域１１Ｃを定めるゲート電極１３Ｇと、このゲート 電極１３Ｇと同一導電物質で形成された第２ストレージ電極２２とが形成されて いる。前述のように第２ストレージ電極２２は第１ストレージ電極２１に重なり 合っている。そして、その上に第１層間絶縁膜１４が形成されている。第１層間 絶縁膜１４上には、ゲート絶縁膜１２と第１層間絶縁膜１４とに形成されたコン タクトホールを通じて露出したソース領域１１Ｓに接続されたデータライン１５ Ｌが形成されている。そして、その上に第２層間絶縁膜１６が形成されている。 第２層間絶縁膜１６上には、ゲート絶縁膜１２、第１層間絶縁膜１４及び第２層 間絶縁膜１６に形成されたコンタクトホールを通じて露出したドレイン領域１１ Ｄに接続された画素電極１７が広く形成されている。

【０００７】 しかし、かかる従来の第１の液晶表示装置には、第２ストレージ電極２２が金 属物質、即ち、光が透過しない不透明導電物質から形成され、画素中央部を横切 るように位置するので、画素の開口率を減少させる要因となっていた。 次に、図７は従来の技術による第２の液晶表示装置の平面図である。 この図はゲートライン１３Ｌとデータライン１５Ｌが交わって形成された一つ の画素を示している。ゲートライン１３Ｌにはゲート電極１３Ｇが接続されてお り、活性層１１がゲート電極１３Ｇ下部を横切って位置している。活性層１１内 のゲート電極１３Ｇの図中、左側部分にはソース領域１１Ｓが形成されており、 右側部分にはドレイン領域１１Ｄが形成されている。特に、活性層１１のソース 領域１１Ｓにはデータライン１５Ｌが接続されており、ドレイン領域１１Ｄには 画素全体を覆う画素電極１７が接続され、これにより、データライン１５Ｌを通 じて印加されるデータ信号がソース領域１１Ｓとドレイン領域１１Ｄを通じて画 素電極１７に至る。

【０００８】 この画素には、ドレイン領域１１Ｄ周辺部を除外した画素全体にストレージキ ャパシタが形成されている。第１ストレージ電極２１は透明導電物質、例えばＩ ＴＯ(Indium Tin Oxide)によって形成されており、第２ストレージ電極は第１ス トレージ電極２１と重なるように位置する画素電極１７を利用している。このよ うに、透明導電物質からストレージキャパシタを形成するので、前述の従来の第 １の液晶表示装置に比して開口率を大幅に向上させることができる。この時、画 素全体に形成された第１ストレージ電極２１にドレイン領域１１Ｄを露出させる コンタクトホールが形成された理由は、ドレイン領域１１Ｄを第１ストレージ電 極２１の上部に位置した画素電極１７に接続させるためである。

【０００９】 図８は図７に示す従来の第２液晶表示装置をII−II線に沿って切断した断面図 であり、第１ストレージ電極２１、第３層間絶縁膜１８、及び第２ストレージ電 極となる画素電極１７から構成されるストレージキャパシタの断面を示している 。 ガラス基板３０上に活性層１１が形成されており、その上にゲート絶縁膜１２ が形成されている。ゲート絶縁膜１２上には活性層１１にチャネル領域１１Ｃを 定めるゲート電極１３Ｇが、そしてその上に第１層間絶縁膜１４が形成されてい る。第１層間絶縁膜１４上には、ゲート絶縁膜１２と第１層間絶縁膜１４に形成 されたコンタクトホールを通じて露出したソース領域１１Ｓに接続されたデータ ライン１５Ｌが形成されている。そして、その上に第２層間絶縁膜１６が形成さ れている。第２層間絶縁膜１６上には、透明導電物質によって形成された第１ス トレージ電極２１がドレイン領域１１Ｄに重ならないように形成されている。

【００１０】 そして、その上に第３層間絶縁膜１８が形成されている。第３層間絶縁膜１８ 上には、ゲート絶縁膜１２、第１層間絶縁膜１４、第２層間絶縁膜１６、及び第 ３層間絶縁膜１８に形成されたコンタクトホールを通じて露出したドレイン領域 １１Ｄに接続された画素電極１７が広く形成されている。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、かかる従来の第２の液晶表示装置では、図８に示すように、透明物質 によってストレージキャパシタを形成するので、第１の液晶表示装置に比して開 口率を大幅に向上させることができるが、第３層間絶縁膜と第１ストレージ電極 を追加形成している。このため、蒸着工程、フォトリソグラフィー工程などをさ らに実施しなければならない。このような工程は多少複雑であり、詳細に進行す べき一連の単位工程を経るべきなので生産歩留まりを低下させる。

【００１２】 本考案はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、複雑な工程をさらに 追加せずにも画素の開口率を向上させることのできる液晶表示装置を提供するこ とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

このため、請求項１の考案にかかる液晶表示装置は、光透過性の基板上に互い に直交するように形成された多数のゲートライン及びデータラインと、該ゲート ライン及びデータラインの信号に基づいて動作する光透過性のスイッチング素子 と、該スイッチング素子のスイッチング動作によってデータライン信号が接続或 いは遮断される画素電極と、該画素電極及び絶縁層とでキャパシタを形成するス トレージ電極とを備えた液晶表示装置において、前記ストレージ電極がスイッチ ング素子の活性層を形成する半導体物質と同一の光透過性物質によって形成され ている。

【００１４】 請求項２の考案にかかる液晶表示装置では、前記ストレージ電極はスイッチン グ素子が形成される領域を除く画素形成領域全体に形成される。

【００１５】

【考案の実施の形態】

以下、本考案の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 図１は本考案の実施の形態に係る液晶表示装置の平面図であり、この図はゲー トライン５３Ｌとデータライン５５Ｌが交わって形成された一つの画素を示して いる。ゲートライン５３Ｌにはゲート電極５３Ｇが接続されており、活性層５１ がゲート電極５３Ｇの下部を横切るように位置している。尚、この活性層５１は 、通常、光透過性を持つ非晶質シリコン或いは多結晶シリコンによって形成され る。活性層５１内のゲート電極５３Ｇの図中、左側部分にはソース領域５１Ｓが 形成されており、右側部分にはドレイン領域５１Ｄが形成されている。この際、 ソース領域５１Ｓはデータライン５５Ｌに電気的に接続されている。従って、ゲ ート電極５３Ｇとソース領域５１Ｓとドレイン領域５１Ｄはスイッチング素子と しての機能を果たしている。

【００１６】 一方、活性層５１と同一層上には、活性層と同一物質によって形成された第１ ストレージ電極６１がスイッチング素子の一部を除外した画素全体を覆うように 形成されている。そして、ドレイン領域５１Ｄに接続された画素電極６２が画素 全体を覆うように形成されている。従って、画素電極６２は第１ストレージ電極 ６１と重なり合ってストレージキャパシタを成す第２ストレージ電極となる。第 １ストレージ電極６１は活性層形成物質に用いられる光透過性の物質である非晶 質シリコン或いは多結晶シリコンによって形成される。また、第２ストレージ電 極として用いられる画素電極６２もＩＴＯ(Indium Tin Oxide)のような透明導電 物質によって形成される。

【００１７】 図２は図１の液晶表示装置をIII-III 線に沿って切断した断面図であり、第１ ストレージ電極６１、第１層間絶縁膜５４、第２層間絶縁膜５６、及び画素電極 ６２である第２ストレージ電極から構成されたストレージキャパシタの断面を示 している。 この図２に示すように、ガラス基板５０上には、光透過性の活性層と、この活 性層と同一物質によって形成された第１ストレージ電極６１とが形成されている 。第１ストレージ電極６１には、伝導性を高めるために活性層５１のソース領域 ５１Ｓ及びドレイン領域５１Ｄと同じ導電形イオンがドーピングされ、その上に ゲート絶縁膜５２が形成されている。

【００１８】 ゲート絶縁膜５２上には活性層５１にチャネル領域５１Ｃを定めるゲート電極 ５３Ｇが形成されている。そして、その上に第１層間絶縁膜５４が形成されてい る。 第１層間絶縁膜５４上には、ゲート絶縁膜５２と第１層間絶縁膜５４に形成さ れたコンタクトホールを通じて露出したソース領域５１Ｓに接続されたデータラ イン５５Ｌが形成されている。そして、その上に第２層間絶縁膜５６が形成され ている。第２層間絶縁膜５６上には、ゲート絶縁膜５２、第１層間絶縁膜５４、 及び第２層間絶縁膜５６に形成されたコンタクトホールを通じて露出したドレイ ン領域５１Ｄに接続された画素電極６２が広く形成されている。

【００１９】 次に、かかる液晶表示装置の製造工程について説明する。 図３及び図４の（Ａ）〜（Ｅ）は図１及び図２に示す液晶表示装置の製造工程 図である。 まず、図３（Ａ）に示すように、ガラス基板５０上にシリコン薄膜を４００〜 ６００Å程度に形成し、このシリコン薄膜を写真工程によってパターニングして 活性層５１及び第１ストレージ電極６１を形成する。従って、活性層５１と第１ ストレージ電極６１は同一層に同一物質から形成される。第１ストレージ電極６ １は図１の平面図に示すように、画素全体に形成されるが、活性層５１とは分離 されるように形成される。シリコン薄膜を形成するには、ＰＥＣＶＤ(Plasms En hanced Chemical Vapor Deposition) などの蒸着技術を用い、非晶質シリコン或 いは多結晶シリコンなどの半導体物質を蒸着してシリコン薄膜を形成する。尚、 CF4 ＋O2ガス或いはC2ClF5＋O2ガスなどを用いてドライエッチングを進行させる ことによりシリコン薄膜をパターニングすることもできる。

【００２０】 次に、図３（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜５２を８００〜１０００Å程度 に形成する。このゲート絶縁膜５２を形成するには、ＰＥＣＶＤ(Plasms Enhanc ed Chemical Vapor Deposition) などの蒸着技術を用い、酸化シリコン或いは窒 化シリコンなどの絶縁物質を蒸着して形成する。以下の絶縁膜も同様の方法で形 成する。

【００２１】 続いて、ゲート絶縁膜５２上に高濃度のイオンでドーピングされた多結晶シリ コンや金属薄膜のような導電性物質を３０００〜４０００Å程度に形成し、この 導電性物質をフォトリソグラフィー工程によってパターニングしてゲートライン ５３Ｌ及び、このゲートライン５３Ｌに接続されるゲート電極５３Ｇを形成する 。前記金属薄膜を形成するには、スパッタリング(sputtering)などの蒸着技術を 用い、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）やモリブデン（Ｍｏ）などの金属 或いはこれら金属の合金を蒸着して形成する。以下においても、金属薄膜を同様 の方法で形成する。尚、強酸溶液を用いたウェットエッチングを行って金属薄膜 をパターニングしてもよい。以下において、金属薄膜は同じようにエッチングに よって形成される。

【００２２】 尚、５１Ｃは、前述のようにゲート電極５３Ｇによって活性層５１に定められ たチャネル領域を示す。 次に、図３（Ｃ）に示すように、露出した全面にイオンドーピング工程を実施 する。その結果、ゲートライン５３Ｌ及びゲート電極５３Ｇでイオンブロッキン グ(blocking)されない活性層５１部分と第１ストレージ電極６１の部分にはイオ ンが注入される。この時、活性層５１に注入されたイオンはチャネル領域５１Ｃ の図中、左右でソース領域５１Ｓとドレイン領域５１Ｄとになる。そして、第１ ストレージ電極６１に注入されたイオンは第１ストレージ電極６１の導電性を高 める機能を果たす。

【００２３】 ドーピング工程は粒子の移動度の高いｎ形イオンを用いて行われるが、ｐ形ト ランジスタを形成する場合は、ホウ素（Ｂ）などのｐ形イオンを用い、ｎ形トラ ンジスタを形成する場合は、燐（Ｐ）或いはヒ素（Ａｓ）などのｎ形イオンが用 いられる。 SF6 ＋O2/He ガス或いはC2F6＋O2ガスなどを用いてドライエッチングを進行さ せ、パターニングしてもよい。

【００２４】 以後、図４（Ｄ）に示すように光透過性の第１層間絶縁膜５４を形成してパタ ーニングし、パターニングされた第１層間絶縁膜５４をマスクとしてゲート絶縁 膜５２の露出部分をエッチングして、第１層間絶縁膜５４とゲート絶縁膜５２に コンタクトホールを形成する。以下においても、絶縁膜を同様の方法で形成する 。

【００２５】 続いて、露出した全面に金属薄膜を３０００〜５０００Å程度に形成し、この 金属薄膜をフォトリソグラフィー工程によってパターニングして、露出したソー ス領域５１Ｓに接続されたデータライン５５Ｌを形成する。 次に、図４（Ｅ）に示すように、光透過性の第２層間絶縁膜５６を４０００〜 ５０００Å程度に形成し、この第２層間絶縁膜５６を写真工程によってパターニ ングしてドレイン領域５１Ｄを露出させる。この後、パターニングされた第２層 間絶縁膜５６をマスクとして露出した第１層間絶縁膜５４部分をエッチングし、 同じ方法でゲート絶縁膜５２をエッチングして第２層間絶縁膜５６、第１層間絶 縁膜５４、及びゲート絶縁膜５２にコンタクトホールを形成する。

【００２６】 続いて、全面に透明導電層を１０００〜１５００Å程度に形成し、この透明導 電層をフォトリソグラフィ工程によってパターニングして画素電極６２を形成す る。この透明導電層を形成するには、スパッタリング(sputtering)などの蒸着技 術を用い、ＩＴＯなどの透明導電物質を蒸着して形成する。また、強酸溶液、例 えば、FeCl2 ＋HCl ＋HNO3の混合溶液を用いてウェットエッチングを進行させて 透明導電層をパターニングしてもよい。

【００２７】 画素電極６２は図１に示すように画素全体に形成される。従って、その下部に 第１ストレージ電極６１、第２層間絶縁膜５６、第１層間絶縁膜５４も位置し、 これらと共にストレージキャパシタを形成する。即ち、画素電極６２は第２スト レージ電極として用いられる。このように、第１ストレージ電極６１と第２スト レージ電極である画素電極６２によって形成されたストレージキャパシタは、画 素全体を覆うように形成されているが、光透過性を持っているので、画素の開口 率が向上する。

【００２８】 上記第１層間絶縁膜５４、及び第２層間絶縁膜５６は、酸化物から成るもので ある。このような酸化膜は、一般的に導電性ラインと区別されて、ＩＭＤ(inter -metal dielectric)膜、或いはＩＬＤ(inter-layer dielectric)膜と呼ばれるも のである。ゲート絶縁膜５２は、位置や使用に従って形成される。 尚、本実施の形態では、薄膜トランジスタをトップゲート構造で形成したが、 このような薄膜トランジスタでなくても、活性層と第１ストレージ電極を同一物 質によって形成し、画素電極を第２ストレージ電極として、ストレージキャパシ タを形成することができる。

【００２９】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案に係る液晶表示装置では、ストレージキャパシタ が画素の大部分を覆っているものの、第１ストレージ電極と第２ストレージ電極 を透明導電物質によって形成するので、従来の液晶表示装置に比して開口率が遥 かに向上した構造を有している。従って、同じ明るさで比較した場合には、液晶 表示装置のバックライト部の消費電力は大幅に経ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による実施例を示す液晶表示装置の平面
図。

【図２】図１のIII-III 線に沿って切断した断面図。

【図３】図１及び図２の液晶表示装置の製造工程図。

【図４】同上製造工程図

【図５】従来の第１の液晶表示装置の平面図。

【図６】図５のＩ−Ｉ線に沿って切断した断面図。

【図７】従来の第２の液晶表示装置の平面図。

【図８】図２のII−II線に沿って切断した断面図。

【符号の説明】

５１…活性層 ５１Ｄ…ドレイン領域（スイッチング素子） ５１Ｓ…ソース領域（スイッチング素子） ５２…ゲート絶縁膜 ５３Ｇ…ゲート電極（スイッチング素子） ５３Ｌ…ゲートライン ５４…第１層間絶縁膜 ５５Ｌ…データライン ５６…第２層間絶縁膜 ６２…画素電極

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光透過性の基板上に互いに直交するように
   形成された多数のゲートライン及びデータラインと、該
   ゲートライン及びデータラインの信号に基づいて動作す
   る光透過性のスイッチング素子と、該スイッチング素子
   のスイッチング動作によってデータライン信号が接続或
   いは遮断される画素電極と、該画素電極及び絶縁層とで
   キャパシタを形成するストレージ電極とを備えた液晶表
   示装置において、 前記ストレージ電極がスイッチング素子の活性層を形成
   する半導体物質と同一の光透過性物質によって形成され
   たことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記ストレージ電極はスイッチング素子が
   形成される領域を除く画素形成領域全体に形成されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。