JP3857302B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示する発明は、周辺駆動回路を一体化した反射型の液晶表示装置の構成に関する。

ＴＦＴを各画素に配置したアクティブマトリクス回路と該回路を駆動する周辺駆動回路とを同一基板上に集積化した構造が知られている。この構成は、周辺駆動回路一体型のアクティブマトリクスディスプレイと称されている。

これまでは、周辺駆動回路として、主にシフトレジスタに代表される回路とアクティブマトリクス回路に信号を供給するためのバンファー回路とで構成されるものが一般的であった。

しかし、今後の技術トレンドとして、画像情報や各種タイミング信号等を扱える回路（従来は外付けＩＣで構成されていた）をもＴＦＴでもって構成し、周辺駆動回路としてアクティブマトリクス回路と同一基板上に集積化する傾向が進むと考えれている。

アクティブマトリクス回路は、基本的にソース線とゲイト線とが格子状に配置され、その交差付近にＴＦＴを配置する構造を有している。

他方周辺駆動回路は、ＣＭＯＳ回路を基本にするとはいえ、今後益々複雑な回路構成となることが予想される。

このような構成においては、占有面積を小さくするためにも多層配線を用いることが必要とされる。

しかし、多層配線を形成するために層を新たに形成することは、作製工程が複雑化する点で問題がある。

本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とを一体化構造において、周辺駆動回路に必要とされる多層配線をより簡便に実現する構成を提供することを課題とする。

本明細書で開示する発明は、反射型の液晶表示装置に着目したものである。反射型の液晶表示装置は、反射電極として金属電極が利用される。例えば、アルミニウムを主成分としたような材料が利用される。

本明細書で開示する発明は、この反射電極の材質に着目したものである。即ち、画素電極を構成する材料でもって、画素電極の形成と同時に周辺駆動回路に配置される配線を構成する。

こうすることで、作製工程特に増やさずに（パターンは複雑化する）周辺駆動回路に必要とされる多層配線を構成することができる。

反射電極は、アルミニウム等の低抵抗材料で構成することができるので、周辺駆動回路の配線を構成するには好適である。

なお、透過型の液晶表示装置においては、ＩＴＯ等の比較的高抵抗を有する材料を画素電極に利用するので、本明細書で開示する発明を利用することは好ましくない。

また、本明細書における周辺駆動回路に範疇には、シフトレジスタ回路やバッファー回路等の直接アクティブマトリクス回路を駆動する回路以外に各種タイミング信号を発生する回路や画像情報を取り扱い回路、さらに各種メモリー回路や演算回路等が含まれる。

本明細書で開示する発明の一つは、
アクティブマトリクス回路と、
前記アクティブマトクス回路を駆動する回路を少なくとも含んだ周辺回路と、
が同一基板上に薄膜トランジスタでもって構成された構造を有し、
前記アクティブマトリクス回路にはマトリクス状に配置された反射画素電極が配置され、
前記反射画素電極と同一の材料でもって前記周辺回路の配線が形成されていることを特徴とする。

上記構成において、アクティブマトリクス回路というのは、格子状に配置されたソース線とゲイト線の交点付近にそれぞれ薄膜トランジスタを配置し、この薄膜トランジスタのドレインを画素電極に配置した構造を挙げることができる。

周辺回路としては、シフトレジスタ回路とアナログスイッチ、さらにバファー等で構成される普通言われる周辺駆動回路、さらにそれに加えて発振回路や画像情報を扱う回路、メモリー回路等を備えた回路を挙げることができる。

今後の技術動向としては、上記周辺回路にさらに色々な機能を持たせたものが必要とされると考えられる。従って、本明細書における周辺回路には、単にアクティブマトリクス回路を駆動する回路のみではなく、システムオンパネルと称されるような多用な機能を有した回路をも含まれる。

薄膜トランジスタの形式としては、トップゲイト型、ボトムゲイト型、また等価的に多数のＴＦＴを直列に接続したマルチゲイト型のもの等を利用することができる。

反射電極を構成する材料としては、アルミニウムに代表されるような高反射率を有し、しかも低抵抗を有する材料を用いることが好ましい。

例えば、ＶＧＡ規格（６４０画素×４８０画素）の場合、水平走査側（ソース線側の周辺駆動回路側）の回路には、１秒間に６０回画面を書き換えるとして、640 ×480 ×60＝18.5ＭＨｚの動作速度が要求される。

また、ＸＧＡ規格（１０２４画素×７６８画素）の場合は、1024×768 ×60＝47ＭＨｚの動作速度が要求される。

このような場合は、周辺駆動回路を構成する配線には極力低抵抗なものを採用することが好ましい。よって、このような場合は、本明細書に開示する発明は極めて有用なものとなる。

反射画素電極と同一の材料でもって周辺回路の配線が形成されているというのは、図６にその具体的な例を示すように、画素電極１４１を構成する際に、同一材料でもって周辺回路の配線１４２を形成することをいう。

これは、画素電極１４１を形成する際に、画素電極を構成する図示しない導電膜をパターニングする際に、画素電極１４１のパターンと配線１４２のパターンとを同時に形成するとによって実現される。

同時に形成されたどうかは、断面の電子顕微鏡写真を撮影し、同一層上に画素電極と配線とは存在するかどうか、またその膜厚は同じかどうか、また不純物測定等によりそれらに材質が同じかかどうかを計測することによって判断することができる。

本明細書で開示する発明を利用することで、アクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とを一体化構造において、周辺駆動回路に必要とされる多層配線をより簡便に実現することができる。

図６に示すように反射型の液晶パネルにおいて、画素マトリクスに配置される反射電極１４１の形成と同時に周辺回路の配線１４２を形成する。

こうすることで、周辺回路を構成する配線を別工程で設けることができ、作製工程と構成を簡略化することができる。

さらにまた、反射電極は低抵抗を有する金属材料でもって構成することができるので、同時に形成される周辺駆動の配線も低抵抗なものとして形成することができる。

図１乃至図７に本実施例の作製工程の概略を示す。ここでは、反射型のアクティブマトリクス型の液晶表示装置において、画素マトクリクス回路に配置されるＮチャネル型のＴＦＴと周辺駆動回路を構成するＣＭＯＳ回路とを同時に作製する例を示す。

まず図１に示すようにガラス基板（または石英基板）１０１を用意する。基板の平坦性が悪い場合は、その表面に酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜を成膜しておくことが好ましい。

基板としては、一般に絶縁表面を有する基板を利用することができる。絶縁表面を有する基板としては、ガラス基板、石英基板、ガラス基板や石英基板の表面に酸化珪素膜等の絶縁膜が成膜された基板、シリコンウエハー等の半導体基板の表面に酸化膜を成膜した基板等を挙げることができる。

基板１０１を用意したら、その表面に減圧熱ＣＶＤ法で図示しない非晶質珪素膜を５０ｎｍの厚さに成膜する。

次に加熱処理により非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。結晶化の方法としては、レーザー光の照射や強光の照射を利用してもよい。

次に得られた結晶性珪素膜をパターニングすることにより、１０２、１０３、１０４で示される島状のパターンを得る。この島状のパターンがＴＦＴの活性層となる。

ここで、１０２が画素マトリクス回路に配置されるＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴと記す）の活性層となる。また、１０３が周辺駆動回路を構成するＣＭＯＳ回路を構成するＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴと記す）の活性層となる。また、１０４が周辺駆動回路を構成するＣＭＯＳ回路を構成するＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴと記す）の活性層となる。

こうして図１に示す状態を得る。次に図２に示すようにゲイト絶縁膜として酸化珪素膜１０５を１００ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。

さらにアルミニウム膜をスパッタ法でもって４００ｎｍの厚さに成膜し、さらにその膜をパターニングすることにより、１０６、１０７、１０８で示すパターンを形成する。このパターンが各ＴＦＴのゲイト電極（およびそこから延在したゲイト配線）となる。

１０６、１０７、１０８で示すアルミニウムパターンを形成したら、その表面に陽極酸化膜１０９、１１０、１１１を６０ｎｍの厚さに成膜する。

この陽極酸化膜は、各アルミニウムパターンを電気的に絶縁保護し、また物理的に保護する機能を有している。

次にＰＴＦＴの上部を図示しないレジストマスクで覆い、Ｐ（燐）イオンのドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。

Ｐ（燐）イオンのドーピングを行うことで、画素マトリクスに配置されるＮＴＦＴのソース領域１１２、チャネル領域１１３、ドレイン領域１１４が自己整合的に形成される。また、周辺駆動回路のＣＭＯＳ回路を構成するＮＴＦＴのソース領域１２０、チャネル領域１１９、ドレイン領域１１８が自己整合的に形成される。

次にＰＴＦＴの上部を覆ったレジストマスクを除去し、さらにＮＴＦＴの上部にレジストマスクを配置する。この状態でさらにＢ（ボロン）のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。

この工程において、周辺駆動回路のＣＭＯＳ回路を構成するＰＴＦＴのソース領域１１５、チャネル領域１１６、ドレイン領域１１７が自己整合的に形成される。

ドーピングが終了したら、図示しないレジストマスクを除去する。そして、レーザー光の照射を行い、不純物がドーピングされた領域の結晶性の改善とドーパント元素の活性化とを行う。

こうして図２に示す状態を得る。

次に図３に示すように層間絶縁膜として酸化珪素膜１２１をプラズマＣＶＤ法により、５００ｎｍの厚さに成膜する。

さらにコンタクトホールの形成を行い、図示しないチタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜をスパッタ法でもって成膜する。

ここで、このチタン膜の膜厚は各１００ｎｍ、アルミニウム膜の膜厚は４００ｎｍとする。チタン膜は、半導体や電極との電気的なコンタクトを良好なものとするために機能する。

次に上記チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜をパターニングすることにより、図３に示すような状態を得る。

図３には、画素マトリクスに配置されるＮＴＦＴのソース電極を構成するチタン膜１２２、アルミニウム膜１２３、チタン膜１２４でなるの積層膜パターンが示されている。

また、画素マトリクスに配置されるＮＴＦＴのドレイン電極を構成するチタン膜１２５、アルミニウム膜１２６、チタン膜１２７でなる積層膜パターンが示されている。

また、ＣＭＯＳ回路のＰＴＦＴのソース電極を構成するチタン膜１２８、アルミニウム膜１２９、チタン膜１３０でなる積層膜パターンが示されている。

また、ＣＭＯＳ回路のＰＴＦＴのドレイン電極を構成するチタン膜１３１、アルミニウム膜１３２、チタン膜１３３でなる積層膜パターンが示されている。

また、ＣＭＯＳ回路のＮＴＦＴのドレイン電極を構成するチタン膜１３４、アルミニウム膜１３５、チタン膜１３６でなる積層膜パターンが示されている。

ＣＭＯＳ回路のＮＴＦＴのドレイン電極を構成するチタン膜１３１、アルミニウム膜１３２、チタン膜１３３でなる積層膜パターンが示されている。

こうして図３に示す状態を得る。

次に図４に示す窒化珪素膜１３７をプラズマＣＶＤ法でもって５０ｎｍの厚さに成膜する。この窒化珪素膜１３７は、補助容量の誘電体膜を構成する。

次に図示しないチタン膜をスパッタ法でもって１５０ｎｍの厚さに成膜する。そしてこの膜をパターニングすることにより、補助容量用の電極パターン１３８を形成する。

補助容量は、チタン膜１２２、アルミニウム膜１２３、チタン膜１２４で構成される電極とチタン電極１３８との間に誘電体膜として窒化珪素膜１３７を挟んだものとして構成される。

ここで窒化珪素膜は誘電率が大きく、またその厚さを薄くできるので、大きな容量を稼ぐことができる。

プロジェクション用の液晶パネルのようにその大きさが２インチ対角以下というような小さなものとなる場合には、画素の面積も小さくなり、一般に補助容量を稼ぐことが困難になる。

しかし、本実施例に示すような構造で容量を形成することで上記困難性を解決することができる。

図４に示す状態を得たら、図５に示すように層間絶縁膜としてポリイミド樹脂膜１３９を成膜する。ポリイミド樹脂膜１３９の膜厚は、最大で１μｍとなるよに調整する。

ポリイミド以外には、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ、アクリル等の樹脂を利用することができる。

次に１５０ｎｍ厚のチタン膜をスパッタ法でもって成膜し、それをパターニングすることにより、図５の１４０で示されるパターンを形成する。このパターンは、その上方に形成される画素電極及び配線と、下方に配置されるＴＦＴや配線と、が互いに電気的に干渉することを防ぐためのシールドパターンとして機能する。

また、このシールドパターン１４０の駆動回路上方の部分は、周辺駆動回路に対して光照射が行われないようにする遮光膜として機能する。

こうして図５に示す状態を得る。次にコンタクトホールの形成を行い、画素電極となるアルミニウム膜を３５０ｎｍの厚さにスパッタ法によって成膜する。

そしてこのアルミニウム膜をパターニングすることにより、画素電極１４１、周辺駆動回路と画素マトリクスＴＦＴとを接続する配線１４２とを同時に形成する。（図６）

この配線１４２は、画素電極１４１を構成するアルミニウム膜を利用して構成されるので、独立した作製工程を採用する必要がない。即ち、この配線１４２を設けるために工程を増やす必要がない。

図６に示す状態を得たら、図７に示すように配向膜として機能するポリイミド樹脂でなる配向膜１４３を１５０ｎｍの厚さに成膜する。そして配向処理を施しＴＦＴでなる回路が形成された一方の基板が完成する。

図７に示す状態を得たら、他方のガラス基板（または石英基板）を用意し、図７に基板（ＴＦＴ基板と称する）と貼り合わせる。そして、２枚の基板の隙間に液晶を充填し、図８に示す反射型のアクティブマトリクス型液晶パネルを得る。

図８に示す液晶パネルにおいて、１４７が対向基板（ＴＦＴ側基板に対しての対向基板）であり、１４６がＩＴＯでもって構成された対向電極（ＴＦＴ基板側に設けられた画素電極１４１に対向する電極）である。

１４８は封止材（シール材）であって、基板１４７と基板１０１とを貼り合わせる機能を有している。また、液晶材料が外部に漏れ出ないように封止する機能を有している。

１４４は液晶材料である。反射型の液晶パネルの場合は、複屈折モードでの表示が行われる。即ち、基板に平行な方向に配向した液晶分子層中を基板面に垂直な方向に進行する光の偏波面が垂直偏波〜楕円偏頗〜円偏波〜楕円偏波〜水平偏波と変化する現象を利用して表示を行う。

本実施例では、本発明を利用した液晶パネルを備えた装置の例を示す。このような装置としては、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが挙げられる。

図９（Ａ）に示すのは、モバイルコンピュータであり、本体２００１、カメラ部２００２、受像部２００３、操作スイッチ２００４、反射型の液晶パネル２００５で構成される。

図９（Ｂ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体２１０１、反射型の液晶パネル２１０２、バンド部２１０３で構成される。

図９（Ｃ）はフロントプロジェクション型の液晶パネルである。この装置は、光源２２０２からの光を光学系２２０４で反射型の液晶表示装置２２０３に導き、反射型の液晶パネル２２０３で光学変調された画像を光学系２２０４で拡大してスクリーン２２０５に投影するものである。

この形式のプロジェクションは、本体２２０１とは別にスクリーン２２０５が必要となる。

図９（Ｄ）は携帯電話であり、本体２３０１、音声出力部２３０２、音声入力部２３０３、反射型の液晶パネル２３０４、操作スイッチ２３０５、アンテナ２３０６で構成される。

図９（Ｅ）はビデオカメラであり、本体２４０１、反射型の液晶表示装置２４０２、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、バッテリー２４０５、受像部２４０６で構成される。

図９（Ｆ）は、リアプロジェクション型と呼ばれる装置である。この装置は、光源２５０２から発せられる光を偏光ビームスプリッタ２５０４で反射型の液晶パネル２５０３で光学変調し、それをリフレクター２５０５、２５０６で反射してスクリンーン２５０７に投影する。この形式の装置は、本体２５０１にスクリーン２５０７が配置されている。

本実施例は、実施例１に示す構成において、ゲイト電極としてシリコンを主成分とした材料を用いる場合の例である。

図１０に本実施例の概略を示す。ここでは、ゲイト電極１００１、１００２、１００３として、一導電型を付与したシリコン材料を用いている。

ゲイト電極を構成する他の材料としては、各種シリサイドや金属材料を用いることができる。

液晶パネルの作製工程を示す断面図。 液晶パネルの作製工程を示す断面図。 液晶パネルの作製工程を示す断面図。 液晶パネルの作製工程を示す断面図。 液晶パネルの作製工程を示す断面図。 液晶パネルの作製工程を示す断面図。 液晶パネルの作製工程を示す断面図。 液晶パネルの作製工程を示す断面図。 発明を利用した液晶パネルを備えた装置の例を示す図。 他の実施例を示す図。

符号の説明

１０１ ガラス基板（または石英基板）
１０２ 画素マトリクス回路に配置されるＮＴＦＴの活性層
１０３ 周辺駆動回路の配置されるＰＴＦＴの活性層
１０４ 周辺駆動回路の配置されるＮＴＦＴの活性層
１１２ ドレイン領域
１１３ チャネル領域
１１４ ソース領域
１１５ ソース領域
１１６ チャネル領域
１１７ ドレイン領域
１１８ ドレイン領域
１１９ チャネル領域
１２０ ソース領域
１２２ チタン膜
１２３ アルミニウム膜
１２４ チタン膜
１２５ チタン膜
１２６ アルミニウム膜
１２７ チタン膜
１２８ チタン膜
１２９ アルミニウム膜
１３０ チタン膜
１３１ チタン膜
１３２ アルミニウム膜
１３３ チタン膜
１３４ チタン膜
１３５ アルミニウム膜
１３６ チタン膜
１３７ 窒化珪素膜
１３８ チタン膜
１３９ ポリイミド樹脂膜
１４０ チタン膜
１４１ 画素電極（アルミニウム膜）
１４２ 配線（アルミニウム配線）
１４３ 配向膜（ポリイミド樹脂膜）
１４４ 液晶材料
１４５ 配向膜（ポリイミド樹脂膜）
１４６ 対向電極（ＩＴＯ電極）
１４７ 対向ガラス基板
１４８ 封止材料

Claims (11)

1. 薄膜トランジスタを有する画素マトリクス回路を用いた表示装置であって、
   前記薄膜トランジスタ上に形成された第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜上に形成された第１の電極および第２の電極と、
   前記第１および第２の電極上に形成された窒化珪素膜と、
   前記窒化珪素膜上に形成された電極パターンと、
   前記窒化珪素膜および前記電極パターン上に形成された第２の絶縁膜と、
   前記第２の絶縁膜上に形成された遮光膜と、
   前記遮光膜の上に形成された第３の絶縁膜と、
   前記第３の絶縁膜上に形成され、前記第１の電極に接続された画素電極と、を有し、
   前記第１の電極、前記窒化珪素膜、前記電極パターンによって、容量が形成されることを特徴とする表示装置。
2. 薄膜トランジスタを有する画素マトリクス回路を用いた表示装置であって、
   前記薄膜トランジスタ上に形成された第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜上に形成された第１の電極および第２の電極と、
   前記第１および第２の電極上に形成された窒化珪素膜と、
   前記窒化珪素膜上に形成された電極パターンと、
   前記窒化珪素膜および前記電極パターン上に形成された第２の絶縁膜と、
   前記第２の絶縁膜上に形成されたシールドパターンと、
   前記シールドパターンの上に形成された第３の絶縁膜と、
   前記第３の絶縁膜上に形成され、前記第１の電極に接続された画素電極と、を有し、
   前記第１の電極、前記窒化珪素膜、前記電極パターンによって、容量が形成されることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１において、
   前記遮光膜はチタン膜からなることを特徴とする表示装置。
4. 請求項２において、
   前記シールドパターンはチタン膜からなることを特徴とする表示装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記薄膜トランジスタのゲイト電極は、シリコンを主成分とした材料からなることを特徴とする表示装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記第１の絶縁膜は、酸化珪素膜であることを特徴とする表示装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
   前記第２の電極は、前記画素マトリクス回路を駆動するための周辺駆動回路に配置される配線に電気的に接続されていることを特徴とする表示装置。
8. 請求項７において、
   前記画素電極および前記配線は、同一材料からなることを特徴とする表示装置。
9. 請求項７または請求項８において、
   前記配線の上方にシール材を有することを特徴とする表示装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
    前記薄膜トランジスタは、トップゲイト型、ボトムゲイト型またはマルチゲイト型の薄膜トランジスタであることを特徴とする表示装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の表示装置を備えたことを特徴とするプロジェクション用液晶パネル。

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