JP3604106B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示媒体として、たとえば液晶を用いた液晶表示装置等の表示装置に対して使用される、アクティブマトリクス基板およびそれを備える表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した液晶表示装置としては、液晶を挟む一対の基板の一方に図１０に示す等価回路からなるアクティブマトリクス基板が用いられている。このアクティブマトリクス基板は、画素電極のオンオフ制御を薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと省略する）２を用いて行う構成となっており、ＴＦＴ２はマトリクス状に配設されている。ＴＦＴ２のゲート電極にはゲート配線３が接続され、ＴＦＴ２はゲート配線３からの信号により駆動される。ＴＦＴ２のソース電極にはソース配線５が接続され、ＴＦＴ２のドレイン電極には画素電極が接続され、ソース配線５を送られるビデオ信号等は、ゲート配線３にてＴＦＴ２がオンとなっているときに、ソース電極およびドレイン電極を介して画素電極に入力される。また、ＴＦＴ２のドレイン電極には、マトリクス状に設けられた絵素容量１の一方の端子が接続される。各絵素容量１のもう一方の端子は、絵素容量配線４に接続されており、このアクティブマトリクス基板に対して間に液晶を挟んで対向基板を配設することにより構成される液晶セルとなした場合に、その対向基板上に形成されている対向電極と接続される。
【０００３】
図１５は、上述した等価回路を有するアクティブマトリクス基板の断面（図１４のＢ−Ｂ′線による断面）を示し、図１４はそのアクティブマトリクス基板の平面図、図１６はそのアクティブマトリクス基板に形成されたＴＦＴ部分の平面図を示す。このアクティブマトリクス基板は、透明絶縁性基板１０上にソース配線５とゲート配線３とが交差して形成され、両配線３と５との交差する部分の近傍にＴＦＴ２が形成されている。
【０００４】
このＴＦＴ２は、上記ゲート配線３から分岐したゲート電極ｌｌの上に形成されている。上記ゲート電極ｌｌはゲート絶縁膜１２にて覆われており、ゲート電極ｌｌの上方のゲート絶縁膜１２の上には半導体層１３が形成されている。ゲート電極ｌｌの上方の半導体層１３の上にはチャネル保護膜１４が形成され、チャネル保護膜１４の上で分断してｎ＋Ｓｉ層からなるソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂが半導体層１３およびゲート絶縁膜１２の上に形成されている。ソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂの上に一部を重畳して透明導電膜１６′が形成され、この透明導電膜１６′の上に金属層１６が形成されている。ソース電極１５ａ側の透明導電膜１６′および金属層１６は２層構造としたソース配線となっている。
【０００５】
この状態の基板の上には、ＴＦＴ２よりも広い範囲にわたり、層間絶縁膜１７および透明導電層からなる画素電極６（図中の太線内）がこの順に形成されている。画素電極６は、層間絶縁膜１７を貫くコンタクトホール７を介してＴＦＴ２のドレイン電極１５ｂと接続されている。
【０００６】
このように構成されたアクティブマトリクス基板においては、ゲート配線およびソース配線と、画素電極６との間には層間絶縁膜１７が形成されているため、ゲート配線及びソース配線の両方に対して画素電極６をオーバーラップさせることが可能となる。これによって、開口率の向上や、前記の配線に起因する電界をシールドすることができる。この様な構造は、例えば特開昭５８−１７２６８５に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の逆スタガーＴＦＴを有するアクティブマトリクス基板においては、ＴＦＴの通電時間の経過に伴う特性変化が大きいという問題があった。
【０００８】
図１１は、黒の一様表示の場合を想定し、ソース配線に±３．５Ｖの信号を入力した状態でゲート配線における電位のローレベル（Ｖｇｌ）を変化させ、表示が白く変化するレベルをプロットしたものである。横軸に通電時間をとり、縦軸にゲート配線のローレベル（Ｖｇｌ）をとっている。
【０００９】
この図において、Ｖｇｌの値が大きいほど、ＴＦＴのＯＦＦ特性のマージンが大きいと言える。例えば、Ｖｇｌ＝−８Ｖで動作させた場合には、図１１のＡにて示す従来のアクティブマトリクス基板の構造では２００時間の動作で不良、つまり寿命となるため、実際の使用にはまったく耐えられないことが解る。このような特性になるのは、層間絶縁膜として有機薄膜を用いた場合、特に顕著である。
【００１０】
また、ＯＦＦ特性がずれた場合、ノーマリーホワイトモードにおいて表示が白っぽく見える「かすみ現象」が起こり、表示品位が著しく悪いものになるという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、ＴＦＴの通電時間の経過に伴う特性変化を小さくして寿命を長くできるアクティブマトリクス基板およびそれを備える表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、複数のゲート配線と複数のソース配線とがそれぞれ交差して設けられた透明絶縁基板と、該透明絶縁基板上の各ゲート配線と各ソース配線との交差部の近傍にそれぞれ設けられており、それぞれが、各ゲート配線に接続されたゲート電極と、各ソース配線に接続されたソース電極とを有する薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタ、該ゲート配線および該ソース配線を覆うように前記透明絶縁基板上に設けられた有機材料にて形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上にマトリクス状に設けられており、それぞれが、該層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記各薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された画素電極と、を有するアクティブマトリクス基板と、該アクティブマトリクス基板上に設けられた液晶層と、該液晶層を挟んで該アクティブマトリクス基板に対向して配置されており、前記画素電極に対向する対向電極が設けられた対向基板とを有する液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板には、前記各薄膜トランジスタのチャネル領域上部において帯電することを緩和するために、該層間絶縁膜を介して、前記各薄膜トランジスタのチャネル領域にそれぞれ対向するように、該層間絶縁膜上にフローティング状態の導電性層が形成されていることを特徴とする。
前記層間絶縁膜は、膜厚が１．５μｍ以上である。
【００１６】
前記導電性層は透明導電材料から形成されていもよいし、遮光性導電材料から形成されていてもよい。
【００１８】
前記導電性層は、前記層間絶縁膜を介して、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の双方の少なくとも一部にオーバーラップして形成されることが、好ましい。
【００２１】
前記向基板は、ブラックマトリクスを有さないカラーフィルター層を備えていることが好ましい。
【００２２】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００２３】
本発明においては、ゲート配線およびソース配線の交差する部分の近傍に設けられたＴＦＴのチャネル領域が、層間絶縁膜の上に形成された画素電極や別の電極で覆われている。これによって、ＴＦＴ通電動作時のＯＦＦ特性の変化を小さくすることができ、ＯＦＦ特性に大幅なマージンを持つとともに高い信頼性を確保することができる。よって、ＯＦＦ特性がずれに伴う前記「かすみ現象」の発生を防止することができる。
【００２４】
また、ＴＦＴのチャネル領域を覆う電極は他の電極から電気的に独立していてもよい。また、ＴＦＴのチャネル領域を覆う電極に金属層を用いると、ＴＦＴのチャネル領域への光漏れを防止でき、これに伴って、ブラックマトリクスが不要なカラーフィルタを使用してカラー表示が可能な表示装置を実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態におけるアクティブマトリクス基板の構成を示す平面図であり、図２はそのアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部を示す平面図、図３は図１のＡ−Ａ′線による断面図を示す。
【００２７】
このアクティブマトリクス基板は、透明絶縁性基板１０上に、データ信号を供給するための信号配線としてのソース配線５と走査信号を供給するための走査配線としてのゲート配線３とが交差して形成され、両配線３と５との交差する部分の近傍にＴＦＴ２が形成されている。
【００２８】
このＴＦＴ２は、上記ゲート配線３から分岐したゲート電極ｌｌの上に形成されている。上記ゲート電極ｌｌはゲート絶縁膜１２にて覆われており、ゲート電極ｌｌの上方のゲート絶縁膜１２の上には半導体層１３が形成されている。ゲート電極ｌｌの上方の半導体層１３の上にはチャネル保護膜１４が形成されている。
【００２９】
上記チャネル保護膜１４の上で分断してｎ＋Ｓｉ層からなるソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂが半導体層１３およびゲート絶縁膜１２の上に形成されている。ソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂの上に一部を重畳して透明導電膜１６′が形成され、この透明導電膜１６′の上に金属層１６が形成されている。ソース電極１５ａ側の透明導電膜１６′および金属層１６は２層構造としたソース配線となっている。
【００３０】
この状態の基板の上には、ＴＦＴ２よりも広い範囲にわたり、有機材料として、例えばアクリル系樹脂、ポリイミド等を用いた有機薄膜からなる層間絶縁膜１７と、透明導電層からなる画素電極６とがこの順に形成されている。画素電極６は、層間絶縁膜１７を貫くコンタクトホール７を介してＴＦＴ２のドレイン電極１５ｂと接続されており、ＴＦＴ２を覆い、かつ、画素電極６の周縁部をソース配線５およびゲート配線３の少なくとも一部とオーバーラップした状態に形成されている。
【００３１】
したがって、このアクティブマトリクス基板においては、ＴＦＴ２のドレイン電極１５ｂに電気的に接続された透明導電膜１６’に、層間絶縁膜１７を貫くコンタクトホール７を介して透明導電層からなる画素電極６が電気的に接続され、また、ＴＦＴ２のチャネル領域を覆う構成としてある。従って、この構造ではＴＦＴ２の上部及び周辺においても全て液晶分子を配向させることができるので、開口率を向上する効果がある。
【００３２】
この構成において、実際の動作でのＴＦＴ特性の変化Ｂを、図１１に併せて示す。この図１１のＢより理解されるように、ＴＦＴのドレイン電極と同じ電位の電極を、層間絶縁膜を挟んでＴＦＴのチャネル領域の上方に形成することにより、実際の動作時のＴＦＴのＯＦＦ特性の変化を小さくする効果がある。このＴＦＴの特性変動が小さくなる理由としては、層間絶縁膜１７と、ＰＩ（ポリイミド配向膜）あるいは液晶とが接する界面において通電動作中に電荷が誘起され、チャネル領域の上部において帯電（チャージアップ）する現象が、チャネル領域を覆うように電極を形成することにより緩和されるからである。よって、ＯＦＦ特性のずれに伴う「かすみ現象」の発生を防止でき、表示品位の向上を図ることができる。
【００３３】
かかる実施形態のアクティブマトリクス基板に対して、間に液晶を挟んで対向基板を対向配設して構成した液晶表示装置は、信頼性の高いものとなる。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３５】
図４は、本実施形態におけるアクティブマトリクス基板を示す平面図であり、図５はそのＴＦＴ部分を示す断面図である。なお、図４および図５においては、上述した図１〜図３と同一部分には同一番号を付している。
【００３６】
この実施形態のアクティブマトリクス基板は、ＴＦＴ２のドレイン電極１５ｂに電気的に接続された透明導電膜１６’に、層間絶縁膜１７を貫くコンタクトホール７を介して透明導電層からなる画素電極６が電気的に接続した状態に形成されている。この画素電極６の周縁部は、ソース配線５およびゲート配線３の少なくとも一部とオーバーラップさせている。更に、画素電極６とは電気的に独立した状態で透明導電層からなる電極１８がＴＦＴ２のチャネル領域を少なくとも覆うように形成されている。電極１８にてＴＦＴ２を覆う部分は、半導体層１３のチャネル領域以外にソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂの少なくとも一方の一部または全部を覆うようにしてもよい。なお、他の部分は、第１の実施形態と同様にした。
【００３７】
この場合の通電動作時のＴＦＴの特性変動Ｃを図１１に併せて示す。この図１１のＣより理解されるように、ＴＦＴのチャネル領域上に設ける電極をフローティング状態にする（他の電極から電気的に独立させる）ことにより、第１の実施形態の場合と比較しても一層特性変動抑制の効果が高くなっている。
【００３８】
その理由としては、有機薄膜からなる層間絶縁膜と、配向膜としてのポリイミド（ＰＩ）や液晶材料（ＬＣ）とが、ＴＦＴ２のチャネル領域の上部で接することが無くなり、帯電によるチャージアップが緩和されるからである。さらに、この独立した電極１８はＴＦＴ２のソース電極１５ａ及びドレイン電極１５ｂとの重なりを持たせ、ある程度の容量成分を持たせることによって、ソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂ、並びに、上記アクティブマトリクス基板に対して液晶を挟んで向かい合う対向電極などの電極との間のバランスを反映した中間的な電位になり、チャージアップ緩和の効果がより一層顕著となるからである。よって、ＯＦＦ特性のずれに伴う「かすみ現象」の発生を防止でき、表示品位の向上を図ることができる。但し、独立した電極１８をＴＦＴ２のソース電極１５ａ及びドレイン電極１５ｂと重なっていない構成としても、容量成分は持っているので従来よりは信頼性向上に効果があることは言うまでもない。この構成では、実施形態１と比較して、ＴＦＴの特性変動の抑制効果が高い。しかしながら、電極を分離するための領域から漏れる光を遮光する必要があるので、開口率は実施形態１の構成よりも低くなる。実際の表示装置の設計において、どちらの構成を採用するかは、それぞれの表示装置の用途に応じて、表示特性や信頼性を考慮して決定すればよい。
【００３９】
以上のことは、チャネル領域を覆う電極の電位をソース配線と同じにした場合にも同様の効果が得られた。
【００４０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態においては、ＴＦＴのチャネル領域への遮光を目的とし、第２の実施形態において透明導電膜によって作製したフローティング状態にある電極を、金属膜で形成した。
【００４１】
図６は本実施形態におけるアクティブマトリクス基板を示す平面図であり、図７はそのＴＦＴ部分を示す断面図である。これら図６および７は、図４および５と同一部分には同一番号を付している。本実施形態のアクティブマトリクス基板は、画素電極６が第２の実施形態と同様に形成されていると共に、ＴＦＴ２のチャネル領域を遮光すべく、ＴＦＴ２の上に金属膜からなる、独立した電極１９が形成されている。電極１９にてＴＦＴ２を覆う部分は、少なくともチャネル領域を覆うようにすればよい。他の部分は、第２の実施形態と同様にした。
【００４２】
本実施形態による場合には、ＴＦＴ２のチャネル領域への遮光を金属膜１９によって行うことが可能となる。また、画素電極６の周縁部がソース配線５およびゲート配線３の少なくとも一部とオーバーラップさせてあるので、上記アクティブマトリクス基板に対して表示媒体（液晶等）を挟んで反対側に配置される対向基板の対向電極に設けられるカラーフィルタとして、ブラックマトリクスの無いものを使うことも可能になる。つまり、金属膜１９、ソース配線５およびゲート配線３がブラックマトリクスとして機能する。この場合、表示装置としては、対向基板側を前面とする透過型として構成される。また、独立した電極１９を金属膜にした構成の場合でも、実験結果より、前述のチャージアップ緩和の効果がより一層顕著になることに伴う信頼性向上についての効果は、第２の実施形態のように独立した電極を透明導電膜にて構成した場合と同じであった。
【００４３】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について説明する。
【００４４】
ここでは、図８および図９に基づいて、本実施形態におけるアクティブマトリクス基板の断面構成を説明する。本発明は、第１〜第３実施形態の各実施形態において、チャネル保護膜１４を有するＴＦＴ構造に限らず、チャネル保護膜無しのＴＦＴ構造のアクティブマトリクス基板にも適用できることはもちろんである。また、実験結果より、信頼性向上についての効果は、チャネル保護膜を有する場合と同一であった。
【００４５】
（第５の実施形態）
第５の実施形態を、図１２及び１３を参照しながら説明する。図１２は、本施形態のアクティブマトリクス基板の平面図であり、図１３は、図１２のアクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置の断面図である。
【００４６】
本実施形態では、画素電極６が実施形態１と同様に形成されているとともに、ＴＦＴ２のチャネル領域を遮光するために、金属膜からなる電極１９がＴＦＴ２上に形成されている。電極１９は、少なくともＴＦＴ２のチャネル領域を遮光するように形成すればよい。他の構成については、実施形態１および３と同様の構成とした。
【００４７】
本実施形態によると、ＴＦＴ２のチャネル領域を金属電極１９で遮光することができるだけでなく、画素電極６のパターニングが容易になる。また、画素電極６の周辺部をゲート配線３及びソース配線５の少なくとも一部とオーバーラップさせている。従って、図１３に示すように、対向基板２０に形成されるカラーフィルタ層２２にブラックマスクを形成する必要がない。すなわち、画素電極６の周辺部からの光は、ゲート配線３及びソース配線５によって遮光されるので、対向基板にブラックマスクを設ける必要がない。さらに、ＴＦＴ２のチャネル領域も金属電極１９によって遮光される。図１３に示した液晶表示装置は、対向基板側を前面（観察者側）に配置した透過型液晶表示装置である。また、独立した電極１９を金属膜で形成しても、チャージアップが緩和される効果がより一層顕著になり、信頼性が向上することは、実施形態２と同様であることを実験的に確認した。
【００４８】
上述した各実施形態では層間絶縁膜として有機薄膜を用いているが、本発明はこれに限らず、層間絶縁膜にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機膜を用いる場合にも同様の効果が得られる。つまり、ＴＦＴの特性変動は層間絶縁膜として有機薄膜を用いた場合に顕著であるが、本発明の効果はこれに限られる訳ではなく、上述した無機膜を層間絶縁膜として用いる場合にもＴＦＴの特性変動は発生するが、それに対しても本発明の構造は特性変動抑制の効果が得られる。
【００４９】
なお、層間絶縁膜の材料として、有機材料を用いることによって、無機材料を用いる場合に比較して、以下のような利点がある。有機材料は無機材料に比較して、誘電率が低いので、層間絶縁膜を介して対向する電極や配線などの導電層の間に形成される容量を小さくすることができる。また、有機材料を用いると、スピンコート法等の塗布法を用いて、厚膜を形成しやすい。上述した容量を十分に低下させるためには、有機膜の厚さは約１．５μｍ以上であることが好ましい。好ましい有機材料としては、可視光に対する透明度の高い、アクリル系樹脂やポリイミド樹脂を挙げることができる。
【００５０】
また、上述した実施形態では説明しなかったが、チャネル領域を覆う電極は、接地したり、または対向電極に接続してもよく、このようにしても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００５１】
また、本発明は、上述した各実施形態において用いる逆スタガー型ＴＦＴに限らず、スタガー型ＴＦＴにも適用できることはもちろんである。
【００５２】
また、上記各実施形態では半導体層の全域がチャネル領域である薄膜トランジスタの場合に適用しているが、本発明はこれに限らず、半導体層の一部がチャネル領域である薄膜トランジスタに対しても適用でき、その場合にもチャネル領域を覆うように所望の電極を適当な大きさで形成すればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、ゲート配線およびソース配線の交差する部分の近傍に設けられたＴＦＴのチャネル領域が、層間絶縁膜の上に形成された画素電極や別の電極で覆われるので、ＴＦＴ通電動作時のＯＦＦ特性の変化を小さくすることができ、これにより寿命を長くすることが可能になり、また、ＯＦＦ特性に大幅なマージンを持つとともに高い信頼性を確保することができる。よって、ＯＦＦ特性のずれに伴う「かすみ現象」の発生を防止でき、表示品位の向上が図れる。また、ＴＦＴのチャネル領域を覆う電極に金属層を用いると、ＴＦＴのチャネル領域への光漏れを防止でき、加えて画素電極の周縁部をゲート配線およびソース配線の少なくとも一部とオーバーラップさせることにより、ブラックマトリクスが不要なカラーフィルタを使用してカラー表示が可能な表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態におけるアクティブマトリクス基板を示す平面図である。
【図２】図１のアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分を示す平面図である。
【図３】図１のアクティブマトリクス基板のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図４】第２の実施形態におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分を示す平面図である。
【図５】第２の実施形態におけるアクティブマトリクス基板における、図３と同様の部分を示す断面図である。
【図６】第３の実施形態におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分を示す平面図である。
【図７】第３の実施形態におけるアクティブマトリクス基板における、図３と同様の部分を示す断面図である。
【図８】第４の実施形態におけるアクティブマトリクス基板における、図３と同様の部分を示す断面図である。
【図９】第４の実施形態における他のアクティブマトリクス基板における、図３と同様の部分を示す断面図である。
【図１０】ＴＦＴを備える液晶表示装置の一部であるアクティブマトリクス基板の構成を示す等価回路図である。
【図１１】本発明による実施形態におけるアクティブマトリクス基板における通電時間とゲート配線の電位のローレベルとの関係を示す図であり、従来の場合の同様の関係を併せて示している。
【図１２】第５の実施形態におけるアクティブマトリクス基板を示す平面図である。
【図１３】図１２のアクティブマトリクス基板のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
【図１４】アクティブマトリクス基板を示す平面図である。
【図１５】図１４のアクティブマトリクス基板のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図１６】アクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分を示す平面図である。
【符号の説明】
２ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３ ゲート配線
５ ソース配線
６ 画素電極
７ コンタクトホール
１０ 基板
１１ ゲート電極
ｌ２ ゲート絶縁膜
１３ 半導体層
１４ チャネル保護膜
１５ａ ソ一ス電極
１５ｂ ドレイン電極
１６′ 透明導電膜
１６ 金属層
１７ 層間絶縁膜
１８ 電極
１９ 電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示媒体として、たとえば液晶を用いた液晶表示装置等の表示装置に対して使用される、アクティブマトリクス基板およびそれを備える表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した液晶表示装置としては、液晶を挟む一対の基板の一方に図１０に示す等価回路からなるアクティブマトリクス基板が用いられている。このアクティブマトリクス基板は、画素電極のオンオフ制御を薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと省略する）２を用いて行う構成となっており、ＴＦＴ２はマトリクス状に配設されている。ＴＦＴ２のゲート電極にはゲート配線３が接続され、ＴＦＴ２はゲート配線３からの信号により駆動される。ＴＦＴ２のソース電極にはソース配線５が接続され、ＴＦＴ２のドレイン電極には画素電極が接続され、ソース配線５を送られるビデオ信号等は、ゲート配線３にてＴＦＴ２がオンとなっているときに、ソース電極およびドレイン電極を介して画素電極に入力される。また、ＴＦＴ２のドレイン電極には、マトリクス状に設けられた絵素容量１の一方の端子が接続される。各絵素容量１のもう一方の端子は、絵素容量配線４に接続されており、このアクティブマトリクス基板に対して間に液晶を挟んで対向基板を配設することにより構成される液晶セルとなした場合に、その対向基板上に形成されている対向電極と接続される。
【０００３】
図１５は、上述した等価回路を有するアクティブマトリクス基板の断面（図１４のＢ−Ｂ′線による断面）を示し、図１４はそのアクティブマトリクス基板の平面図、図１６はそのアクティブマトリクス基板に形成されたＴＦＴ部分の平面図を示す。このアクティブマトリクス基板は、透明絶縁性基板１０上にソース配線５とゲート配線３とが交差して形成され、両配線３と５との交差する部分の近傍にＴＦＴ２が形成されている。
【０００４】
このＴＦＴ２は、上記ゲート配線３から分岐したゲート電極ｌｌの上に形成されている。上記ゲート電極ｌｌはゲート絶縁膜１２にて覆われており、ゲート電極ｌｌの上方のゲート絶縁膜１２の上には半導体層１３が形成されている。ゲート電極ｌｌの上方の半導体層１３の上にはチャネル保護膜１４が形成され、チャネル保護膜１４の上で分断してｎ＋Ｓｉ層からなるソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂが半導体層１３およびゲート絶縁膜１２の上に形成されている。ソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂの上に一部を重畳して透明導電膜１６′が形成され、この透明導電膜１６′の上に金属層１６が形成されている。ソース電極１５ａ側の透明導電膜１６′および金属層１６は２層構造としたソース配線となっている。
【０００５】
この状態の基板の上には、ＴＦＴ２よりも広い範囲にわたり、層間絶縁膜１７および透明導電層からなる画素電極６（図中の太線内）がこの順に形成されている。画素電極６は、層間絶縁膜１７を貫くコンタクトホール７を介してＴＦＴ２のドレイン電極１５ｂと接続されている。
【０００６】
このように構成されたアクティブマトリクス基板においては、ゲート配線およびソース配線と、画素電極６との間には層間絶縁膜１７が形成されているため、ゲート配線及びソース配線の両方に対して画素電極６をオーバーラップさせることが可能となる。これによって、開口率の向上や、前記の配線に起因する電界をシールドすることができる。この様な構造は、例えば特開昭５８−１７２６８５に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の逆スタガーＴＦＴを有するアクティブマトリクス基板においては、ＴＦＴの通電時間の経過に伴う特性変化が大きいという問題があった。
【０００８】
図１１は、黒の一様表示の場合を想定し、ソース配線に±３．５Ｖの信号を入力した状態でゲート配線における電位のローレベル（Ｖｇｌ）を変化させ、表示が白く変化するレベルをプロットしたものである。横軸に通電時間をとり、縦軸にゲート配線のローレベル（Ｖｇｌ）をとっている。
【０００９】
この図において、Ｖｇｌの値が大きいほど、ＴＦＴのＯＦＦ特性のマージンが大きいと言える。例えば、Ｖｇｌ＝−８Ｖで動作させた場合には、図１１のＡにて示す従来のアクティブマトリクス基板の構造では２００時間の動作で不良、つまり寿命となるため、実際の使用にはまったく耐えられないことが解る。このような特性になるのは、層間絶縁膜として有機薄膜を用いた場合、特に顕著である。
【００１０】
また、ＯＦＦ特性がずれた場合、ノーマリーホワイトモードにおいて表示が白っぽく見える「かすみ現象」が起こり、表示品位が著しく悪いものになるという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、ＴＦＴの通電時間の経過に伴う特性変化を小さくして寿命を長くできるアクティブマトリクス基板およびそれを備える表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、複数のゲート配線と複数のソース配線とがそれぞれ交差して設けられた透明絶縁基板と、該透明絶縁基板上の各ゲート配線と各ソース配線との交差部の近傍にそれぞれ設けられており、それぞれが、各ゲート配線に接続されたゲート電極と、各ソース配線に接続されたソース電極とを有する薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタ、該ゲート配線および該ソース配線を覆うように前記透明絶縁基板上に設けられた有機材料にて形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上にマトリクス状に設けられており、それぞれが、該層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記各薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された画素電極と、を有するアクティブマトリクス基板と、該アクティブマトリクス基板上に設けられた液晶層と、該液晶層を挟んで該アクティブマトリクス基板に対向して配置されており、前記画素電極に対向する対向電極が設けられた対向基板とを有する液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板には、前記各薄膜トランジスタのチャネル領域上部において帯電することを緩和するために、該層間絶縁膜を介して、前記各薄膜トランジスタのチャネル領域にそれぞれ対向するように、該層間絶縁膜上にフローティング状態の導電性層が形成されていることを特徴とする。
前記層間絶縁膜は、膜厚が１．５μｍ以上である。
【００１６】
前記導電性層は透明導電材料から形成されていもよいし、遮光性導電材料から形成されていてもよい。
【００１８】
前記導電性層は、前記層間絶縁膜を介して、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の双方の少なくとも一部にオーバーラップして形成されることが、好ましい。
【００２１】
前記向基板は、ブラックマトリクスを有さないカラーフィルター層を備えていることが好ましい。
【００２２】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００２３】
本発明においては、ゲート配線およびソース配線の交差する部分の近傍に設けられたＴＦＴのチャネル領域が、層間絶縁膜の上に形成された画素電極や別の電極で覆われている。これによって、ＴＦＴ通電動作時のＯＦＦ特性の変化を小さくすることができ、ＯＦＦ特性に大幅なマージンを持つとともに高い信頼性を確保することができる。よって、ＯＦＦ特性がずれに伴う前記「かすみ現象」の発生を防止することができる。
【００２４】
また、ＴＦＴのチャネル領域を覆う電極は他の電極から電気的に独立していてもよい。また、ＴＦＴのチャネル領域を覆う電極に金属層を用いると、ＴＦＴのチャネル領域への光漏れを防止でき、これに伴って、ブラックマトリクスが不要なカラーフィルタを使用してカラー表示が可能な表示装置を実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態におけるアクティブマトリクス基板の構成を示す平面図であり、図２はそのアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部を示す平面図、図３は図１のＡ−Ａ′線による断面図を示す。
【００２７】
このアクティブマトリクス基板は、透明絶縁性基板１０上に、データ信号を供給するための信号配線としてのソース配線５と走査信号を供給するための走査配線としてのゲート配線３とが交差して形成され、両配線３と５との交差する部分の近傍にＴＦＴ２が形成されている。
【００２８】
このＴＦＴ２は、上記ゲート配線３から分岐したゲート電極ｌｌの上に形成されている。上記ゲート電極ｌｌはゲート絶縁膜１２にて覆われており、ゲート電極ｌｌの上方のゲート絶縁膜１２の上には半導体層１３が形成されている。ゲート電極ｌｌの上方の半導体層１３の上にはチャネル保護膜１４が形成されている。
【００２９】
上記チャネル保護膜１４の上で分断してｎ＋Ｓｉ層からなるソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂが半導体層１３およびゲート絶縁膜１２の上に形成されている。ソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂの上に一部を重畳して透明導電膜１６′が形成され、この透明導電膜１６′の上に金属層１６が形成されている。ソース電極１５ａ側の透明導電膜１６′および金属層１６は２層構造としたソース配線となっている。
【００３０】
この状態の基板の上には、ＴＦＴ２よりも広い範囲にわたり、有機材料として、例えばアクリル系樹脂、ポリイミド等を用いた有機薄膜からなる層間絶縁膜１７と、透明導電層からなる画素電極６とがこの順に形成されている。画素電極６は、層間絶縁膜１７を貫くコンタクトホール７を介してＴＦＴ２のドレイン電極１５ｂと接続されており、ＴＦＴ２を覆い、かつ、画素電極６の周縁部をソース配線５およびゲート配線３の少なくとも一部とオーバーラップした状態に形成されている。
【００３１】
したがって、このアクティブマトリクス基板においては、ＴＦＴ２のドレイン電極１５ｂに電気的に接続された透明導電膜１６’に、層間絶縁膜１７を貫くコンタクトホール７を介して透明導電層からなる画素電極６が電気的に接続され、また、ＴＦＴ２のチャネル領域を覆う構成としてある。従って、この構造ではＴＦＴ２の上部及び周辺においても全て液晶分子を配向させることができるので、開口率を向上する効果がある。
【００３２】
この構成において、実際の動作でのＴＦＴ特性の変化Ｂを、図１１に併せて示す。この図１１のＢより理解されるように、ＴＦＴのドレイン電極と同じ電位の電極を、層間絶縁膜を挟んでＴＦＴのチャネル領域の上方に形成することにより、実際の動作時のＴＦＴのＯＦＦ特性の変化を小さくする効果がある。このＴＦＴの特性変動が小さくなる理由としては、層間絶縁膜１７と、ＰＩ（ポリイミド配向膜）あるいは液晶とが接する界面において通電動作中に電荷が誘起され、チャネル領域の上部において帯電（チャージアップ）する現象が、チャネル領域を覆うように電極を形成することにより緩和されるからである。よって、ＯＦＦ特性のずれに伴う「かすみ現象」の発生を防止でき、表示品位の向上を図ることができる。
【００３３】
かかる実施形態のアクティブマトリクス基板に対して、間に液晶を挟んで対向基板を対向配設して構成した液晶表示装置は、信頼性の高いものとなる。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３５】
図４は、本実施形態におけるアクティブマトリクス基板を示す平面図であり、図５はそのＴＦＴ部分を示す断面図である。なお、図４および図５においては、上述した図１〜図３と同一部分には同一番号を付している。
【００３６】
この実施形態のアクティブマトリクス基板は、ＴＦＴ２のドレイン電極１５ｂに電気的に接続された透明導電膜１６’に、層間絶縁膜１７を貫くコンタクトホール７を介して透明導電層からなる画素電極６が電気的に接続した状態に形成されている。この画素電極６の周縁部は、ソース配線５およびゲート配線３の少なくとも一部とオーバーラップさせている。更に、画素電極６とは電気的に独立した状態で透明導電層からなる電極１８がＴＦＴ２のチャネル領域を少なくとも覆うように形成されている。電極１８にてＴＦＴ２を覆う部分は、半導体層１３のチャネル領域以外にソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂの少なくとも一方の一部または全部を覆うようにしてもよい。なお、他の部分は、第１の実施形態と同様にした。
【００３７】
この場合の通電動作時のＴＦＴの特性変動Ｃを図１１に併せて示す。この図１１のＣより理解されるように、ＴＦＴのチャネル領域上に設ける電極をフローティング状態にする（他の電極から電気的に独立させる）ことにより、第１の実施形態の場合と比較しても一層特性変動抑制の効果が高くなっている。
【００３８】
その理由としては、有機薄膜からなる層間絶縁膜と、配向膜としてのポリイミド（ＰＩ）や液晶材料（ＬＣ）とが、ＴＦＴ２のチャネル領域の上部で接することが無くなり、帯電によるチャージアップが緩和されるからである。さらに、この独立した電極１８はＴＦＴ２のソース電極１５ａ及びドレイン電極１５ｂとの重なりを持たせ、ある程度の容量成分を持たせることによって、ソース電極１５ａおよびドレイン電極１５ｂ、並びに、上記アクティブマトリクス基板に対して液晶を挟んで向かい合う対向電極などの電極との間のバランスを反映した中間的な電位になり、チャージアップ緩和の効果がより一層顕著となるからである。よって、ＯＦＦ特性のずれに伴う「かすみ現象」の発生を防止でき、表示品位の向上を図ることができる。但し、独立した電極１８をＴＦＴ２のソース電極１５ａ及びドレイン電極１５ｂと重なっていない構成としても、容量成分は持っているので従来よりは信頼性向上に効果があることは言うまでもない。この構成では、実施形態１と比較して、ＴＦＴの特性変動の抑制効果が高い。しかしながら、電極を分離するための領域から漏れる光を遮光する必要があるので、開口率は実施形態１の構成よりも低くなる。実際の表示装置の設計において、どちらの構成を採用するかは、それぞれの表示装置の用途に応じて、表示特性や信頼性を考慮して決定すればよい。
【００３９】
以上のことは、チャネル領域を覆う電極の電位をソース配線と同じにした場合にも同様の効果が得られた。
【００４０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態においては、ＴＦＴのチャネル領域への遮光を目的とし、第２の実施形態において透明導電膜によって作製したフローティング状態にある電極を、金属膜で形成した。
【００４１】
図６は本実施形態におけるアクティブマトリクス基板を示す平面図であり、図７はそのＴＦＴ部分を示す断面図である。これら図６および７は、図４および５と同一部分には同一番号を付している。本実施形態のアクティブマトリクス基板は、画素電極６が第２の実施形態と同様に形成されていると共に、ＴＦＴ２のチャネル領域を遮光すべく、ＴＦＴ２の上に金属膜からなる、独立した電極１９が形成されている。電極１９にてＴＦＴ２を覆う部分は、少なくともチャネル領域を覆うようにすればよい。他の部分は、第２の実施形態と同様にした。
【００４２】
本実施形態による場合には、ＴＦＴ２のチャネル領域への遮光を金属膜１９によって行うことが可能となる。また、画素電極６の周縁部がソース配線５およびゲート配線３の少なくとも一部とオーバーラップさせてあるので、上記アクティブマトリクス基板に対して表示媒体（液晶等）を挟んで反対側に配置される対向基板の対向電極に設けられるカラーフィルタとして、ブラックマトリクスの無いものを使うことも可能になる。つまり、金属膜１９、ソース配線５およびゲート配線３がブラックマトリクスとして機能する。この場合、表示装置としては、対向基板側を前面とする透過型として構成される。また、独立した電極１９を金属膜にした構成の場合でも、実験結果より、前述のチャージアップ緩和の効果がより一層顕著になることに伴う信頼性向上についての効果は、第２の実施形態のように独立した電極を透明導電膜にて構成した場合と同じであった。
【００４３】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について説明する。
【００４４】
ここでは、図８および図９に基づいて、本実施形態におけるアクティブマトリクス基板の断面構成を説明する。本発明は、第１〜第３実施形態の各実施形態において、チャネル保護膜１４を有するＴＦＴ構造に限らず、チャネル保護膜無しのＴＦＴ構造のアクティブマトリクス基板にも適用できることはもちろんである。また、実験結果より、信頼性向上についての効果は、チャネル保護膜を有する場合と同一であった。
【００４５】
（第５の実施形態）
第５の実施形態を、図１２及び１３を参照しながら説明する。図１２は、本施形態のアクティブマトリクス基板の平面図であり、図１３は、図１２のアクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置の断面図である。
【００４６】
本実施形態では、画素電極６が実施形態１と同様に形成されているとともに、ＴＦＴ２のチャネル領域を遮光するために、金属膜からなる電極１９がＴＦＴ２上に形成されている。電極１９は、少なくともＴＦＴ２のチャネル領域を遮光するように形成すればよい。他の構成については、実施形態１および３と同様の構成とした。
【００４７】
本実施形態によると、ＴＦＴ２のチャネル領域を金属電極１９で遮光することができるだけでなく、画素電極６のパターニングが容易になる。また、画素電極６の周辺部をゲート配線３及びソース配線５の少なくとも一部とオーバーラップさせている。従って、図１３に示すように、対向基板２０に形成されるカラーフィルタ層２２にブラックマスクを形成する必要がない。すなわち、画素電極６の周辺部からの光は、ゲート配線３及びソース配線５によって遮光されるので、対向基板にブラックマスクを設ける必要がない。さらに、ＴＦＴ２のチャネル領域も金属電極１９によって遮光される。図１３に示した液晶表示装置は、対向基板側を前面（観察者側）に配置した透過型液晶表示装置である。また、独立した電極１９を金属膜で形成しても、チャージアップが緩和される効果がより一層顕著になり、信頼性が向上することは、実施形態２と同様であることを実験的に確認した。
【００４８】
上述した各実施形態では層間絶縁膜として有機薄膜を用いているが、本発明はこれに限らず、層間絶縁膜にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機膜を用いる場合にも同様の効果が得られる。つまり、ＴＦＴの特性変動は層間絶縁膜として有機薄膜を用いた場合に顕著であるが、本発明の効果はこれに限られる訳ではなく、上述した無機膜を層間絶縁膜として用いる場合にもＴＦＴの特性変動は発生するが、それに対しても本発明の構造は特性変動抑制の効果が得られる。
【００４９】
なお、層間絶縁膜の材料として、有機材料を用いることによって、無機材料を用いる場合に比較して、以下のような利点がある。有機材料は無機材料に比較して、誘電率が低いので、層間絶縁膜を介して対向する電極や配線などの導電層の間に形成される容量を小さくすることができる。また、有機材料を用いると、スピンコート法等の塗布法を用いて、厚膜を形成しやすい。上述した容量を十分に低下させるためには、有機膜の厚さは約１．５μｍ以上であることが好ましい。好ましい有機材料としては、可視光に対する透明度の高い、アクリル系樹脂やポリイミド樹脂を挙げることができる。
【００５０】
また、上述した実施形態では説明しなかったが、チャネル領域を覆う電極は、接地したり、または対向電極に接続してもよく、このようにしても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００５１】
また、本発明は、上述した各実施形態において用いる逆スタガー型ＴＦＴに限らず、スタガー型ＴＦＴにも適用できることはもちろんである。
【００５２】
また、上記各実施形態では半導体層の全域がチャネル領域である薄膜トランジスタの場合に適用しているが、本発明はこれに限らず、半導体層の一部がチャネル領域である薄膜トランジスタに対しても適用でき、その場合にもチャネル領域を覆うように所望の電極を適当な大きさで形成すればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、ゲート配線およびソース配線の交差する部分の近傍に設けられたＴＦＴのチャネル領域が、層間絶縁膜の上に形成された画素電極や別の電極で覆われるので、ＴＦＴ通電動作時のＯＦＦ特性の変化を小さくすることができ、これにより寿命を長くすることが可能になり、また、ＯＦＦ特性に大幅なマージンを持つとともに高い信頼性を確保することができる。よって、ＯＦＦ特性のずれに伴う「かすみ現象」の発生を防止でき、表示品位の向上が図れる。また、ＴＦＴのチャネル領域を覆う電極に金属層を用いると、ＴＦＴのチャネル領域への光漏れを防止でき、加えて画素電極の周縁部をゲート配線およびソース配線の少なくとも一部とオーバーラップさせることにより、ブラックマトリクスが不要なカラーフィルタを使用してカラー表示が可能な表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態におけるアクティブマトリクス基板を示す平面図である。
【図２】図１のアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分を示す平面図である。
【図３】図１のアクティブマトリクス基板のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図４】第２の実施形態におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分を示す平面図である。
【図５】第２の実施形態におけるアクティブマトリクス基板における、図３と同様の部分を示す断面図である。
【図６】第３の実施形態におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分を示す平面図である。
【図７】第３の実施形態におけるアクティブマトリクス基板における、図３と同様の部分を示す断面図である。
【図８】第４の実施形態におけるアクティブマトリクス基板における、図３と同様の部分を示す断面図である。
【図９】第４の実施形態における他のアクティブマトリクス基板における、図３と同様の部分を示す断面図である。
【図１０】ＴＦＴを備える液晶表示装置の一部であるアクティブマトリクス基板の構成を示す等価回路図である。
【図１１】本発明による実施形態におけるアクティブマトリクス基板における通電時間とゲート配線の電位のローレベルとの関係を示す図であり、従来の場合の同様の関係を併せて示している。
【図１２】第５の実施形態におけるアクティブマトリクス基板を示す平面図である。
【図１３】図１２のアクティブマトリクス基板のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
【図１４】アクティブマトリクス基板を示す平面図である。
【図１５】図１４のアクティブマトリクス基板のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図１６】アクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分を示す平面図である。
【符号の説明】
２ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３ ゲート配線
５ ソース配線
６ 画素電極
７ コンタクトホール
１０ 基板
１１ ゲート電極
ｌ２ ゲート絶縁膜
１３ 半導体層
１４ チャネル保護膜
１５ａ ソ一ス電極
１５ｂ ドレイン電極
１６′ 透明導電膜
１６ 金属層
１７ 層間絶縁膜
１８ 電極
１９ 電極
Claims (6)
- 複数のゲート配線と複数のソース配線とがそれぞれ交差して設けられた透明絶縁基板と、
該透明絶縁基板上の各ゲート配線と各ソース配線との交差部の近傍にそれぞれ設けられており、それぞれが、各ゲート配線に接続されたゲート電極と、各ソース配線に接続されたソース電極とを有する薄膜トランジスタと、
該薄膜トランジスタ、該ゲート配線および該ソース配線を覆うように前記透明絶縁基板上に設けられた有機材料にて形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上にマトリクス状に設けられており、それぞれが、該層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記各薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された画素電極と、を有するアクティブマトリクス基板と、
該アクティブマトリクス基板上に設けられた液晶層と、
該液晶層を挟んで該アクティブマトリクス基板に対向して配置されており、前記画素電極に対向する対向電極が設けられた対向基板とを有する液晶表示装置であって、
前記アクティブマトリクス基板には、前記各薄膜トランジスタのチャネル領域上部において帯電することを緩和するために、該層間絶縁膜を介して、前記各薄膜トランジスタのチャネル領域にそれぞれ対向するように、該層間絶縁膜上にフローティング状態の導電性層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記層間絶縁膜は、膜厚が１．５μｍ以上である請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記導電性層は透明導電材料から形成されている請求項１または２に記載の液晶表示装置。
- 前記導電性層は遮光性導電材料から形成されている請求項１または２に記載の液晶表示装置。
- 前記導電性層は、前記層間絶縁膜を介して、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の双方の少なくとも一部にオーバーラップして形成されている請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記対向基板は、ブラックマトリクスを有さないカラーフィルター層を備えている請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
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