JP3901902B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域の構成に関シ、特に、画素電極と並列に接続される補助容量の構成、および、隣接する画素との境界部における光の漏れを防止するためのブラックマトリクスの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリクス回路を有する液晶表示装置が知られている。これは、画像データを伝達するための複数のソースバスラインと、それに交差するように配置され、スイッチング信号を伝達するための複数のゲイトバスラインと、それらの交差部に設けられた複数の画素を有する構造のもので、スイッチング素子としては通常、トランジスタ（特に薄膜トランジスタ）が用いられる。
【０００３】
画素は、スイッチングのためのトランジスタのみならず、画素電極をも有し、トランジスタのゲイト電極をゲイトバスラインに、ソースをソースバスラインにドレインを画素電極に接続した構造となる。なお、トランジスタの動作上はソース、ドレインの区別は定常のものではなく、通常の電気回路的な定義からすると信号によって変動するものであるが、以下の記述では、トランジスタに設けられた不純物領域のうち、単にソースバスラインに接続する方をソース、画素電極に接続する方をドレインと称する。
【０００４】
各画素にはトランジスタを一つ以上有する。特に２つ以上のトランジスタを直列に接続したものではトランジスタが非選択状態でもリーク電流が低減できるので有効である。このような場合でも上記の定義を適用し、ソースバスライン、画素電極のいずれにも接続しない不純物領域は特に定義しないものとする。
【０００５】
画素電極は液晶を挟んで対向する電極との間で容量（キャパシタ）を形成している。上記のトランジスタは、この容量に電荷を出し入れするスイッチング素子として機能する。
しかし、実際の動作においては、この画素電極部分のみでは、容量が値が小さすぎ、十分な時間、必要な電荷を保持できない。そのため、別に補助の容量を設ける必要がある。
【０００６】
従来は、この補助容量（保持容量ともいう）を金属等の不透明な導電材料を別に設け、これと、画素電極もしくは半導体層との間とで容量を形成していた。通常は、次行のゲイトバスラインが対向電極として用いられた。しかし、画素面積が大きい場合にはゲイトバスラインを用いて形成された容量でも十分であったが、画素面積が小さくなると、本来のゲイトバスラインのみでは容量が不十分となり、補助容量の電極の面積を確保するためにゲイトバスラインを必要以上に拡げることが要求された。このような構造では、画素内に光を遮蔽する部分が存在することとなるので、開口率が低下してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、画素の開口率を下げずに、補助容量を大きくする構成を提供することを課題とする。加えて、隣接する画素との境界部で発生する光の漏れを解決するためのブラックマトリクスの構成をも提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明は、
画素は、第１の透明導電性被膜よりなる画素電極を有し、
前記画素電極は前記ゲイトバスラインおよびソースバスラインと重なり、
前記ゲイトバスラインおよびソースバスラインと、前記画素電極の間には、前記ゲイトバスラインおよびソースバスラインを覆って、第２の透明導電性被膜によりなるコモン電極の層が設けられ、
該コモン電極は一定の電位に保持されることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、コモン電極はバスラインを覆うように配置し、かつ、画素電極はバスラインと重なるように配置される。したがって、コモン電極と画素電極は重なることとなり、この重なりによって補助容量が得られる。しかも、従来の補助容量では、少なくともその一方の電極を不透明な材料で構成していたのに対し、本発明ではいずれの電極も透明な材料で構成されるので、表示を妨げる要因とならず、開口率は維持される。
【００１０】
上記の構成においては、画素電極をソースバスラインおよびゲイトバスラインと重ね、かつ、画素電極の境界をソースバスラインおよびゲイトバスライン上に設けることにより、ソースバスラインおよびゲイトバスラインをブラックマトリクスとすることができる。一般に液晶表示装置においては画素電極の境界部では隣接する電極の電界の影響を受けるため、当該画素の表示せんとする映像とは異なる映像が生じたり、あるいは電界の空白のため光の漏れが生じたりする。
【００１１】
したがって、このような画素電極の境界部は表示に用いることは適当でなく、通常はこの部分をブラックマトリクスによって遮光する構造とする。従来はブラックマトリクスを別の層によって構成することが要求された。例えば、特開平６−２１６４２１等でもバスラインをブラックマトリクスとして使用することが提唱されている。しかし、実際にはバスラインの信号が画素電極に影響することにより表示が不安定となる。
【００１２】
本発明においてはこの問題は解決される。すなわち、バスラインと画素電極の間には、コモン電極が存在するため、バスラインの信号はコモン電極によって遮蔽され、画素電極に影響しないからである。
なお、スイッチングトランジスタとして、トップゲイト型（ゲイト電極が半導体層の上にある構造のトランジスタ）を用いる場合には、主たる光の入射を基板上方、すなわち、画素電極側からおこなうと、ゲイト電極下の半導体層に光が入射することを防止でき、トランジスタの動作を安定にする上で有効である。
半導体層とゲイトバスラインの交差する部分において、ゲイトバスラインの上層に、ソースバスラインと同一の層の材料よりなる被膜を設けると、より遮光の効果が高まり、さらに動作を安定にすることができる。
【００１３】
コモン電極と画素電極の間の絶縁材料としては、無機材料（たとえば、酸化珪素、窒化珪素）以外に、有機樹脂を用いてもよい。特に、スピンコーティング法等によって平坦な絶縁層を形成すると、表面の凹凸を低減し、液晶分子に印加される電界を均一にする上で効果的である。
本明細書に開示する発明における透明導電性被膜としては、ＩＴＯ（インディウム錫酸化物）の他にＳｎＯ2 、さらにはそれらの材料を主成分とする材料を用いることができる。
【００１４】
【実施例】
〔実施例１〕 図１及び図２に本明細書で開示する発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素の構成を示す。図１に本実施例の作製工程断面図の概略を、また、図２に本実施例の各バスライン、コモン電極、画素電極、半導体層等の配置を示す。図２の番号は図１のものと対応する。なお、図１は概念的なものであり、図２の配置とは厳密には同一ではない。
【００１５】
また、図１及び図２に示されているのは、薄膜トランジスタが配置された基板側の構成のみであり、実際には、対向する基板（対向基板）も存在し、対向基板と図１に示す基板との間に液晶が数μｍの間隔を有して保持される。
以下、図１にしたがって、作製工程を説明する。図１（Ａ）に示すように、下地の酸化珪素膜（図示せず）の設けられたガラス基板１１上にはトランジスタの半導体層（活性層）１２が設けられる。
【００１６】
活性層１２は、非晶質珪素膜を加熱またはレーザー光の照射によって、結晶化させた結晶性珪素膜で構成される。活性層１２を覆って、ゲイト絶縁膜１３が形成される。ゲイト絶縁膜１３の材料としては、酸化珪素もしくは窒化珪素が好ましく、例えば、プラズマＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜を用いればよい。ゲイト絶縁膜上には、公知のスパッタ法によりアルミニウム−チタン合金によってゲイトバスライン（ゲイト電極）１４が形成される。（図１（Ａ））
この状態での回路の配置を図２（Ａ）に示す。（図２（Ａ））
【００１７】
次にゲイトバスラインをマスクとして公知のイオンドーピング法によって活性層にＮ型もしくはＰ型の不純物を導入し、ソース１５、ドレイン１６を形成する。不純物導入後、必要によっては、熱アニールもしくはレーザーアニール等によって不純物の活性化（半導体膜の再結晶化）をおこなってもよい。
以上の工程の後，窒化珪素膜（もしくは酸化珪素膜）１７をプラズマＣＶＤ法で堆積する。これは第１の層間絶縁物として機能する。（図１（Ｂ））
【００１８】
次に、第１の層間絶縁物１７にソース１５およびドレイン１６に達するコンタクトホールを形成する。そして、公知のスパッタ法によりチタンとアルミニウムの多層膜を形成し、これをエッチングして、ソースバスライン１８およびドレイン電極１９を形成する。
以上の工程の後，窒化珪素膜（もしくは酸化珪素膜）２０をプラズマＣＶＤ法で堆積する。これは第２の層間絶縁物として機能する。（図１（Ｃ））
この状態での回路の配置を図２（Ｂ）に示す。（図２（Ｂ））
【００１９】
次にスピンコーティング法により第１の有機樹脂層２１を形成する。有機樹脂層の上面は平坦に形成される。そして、公知のスパッタ法により、ＩＴＯ膜を形成し、これをエッチングして、コモン電極２２を形成する。（図１（Ｄ））
この状態での回路の配置を図２（Ｃ）に示す。なお、図においてはコモン電極の位置を分かりやすくするため、網掛けで示す。図からわかるように、コモン電極はソースバスラインとゲイトバスラインを覆うように形成される。（図２（Ｃ））
【００２０】
さらに、スピンコーティング法により第２の有機樹脂層２３を形成する。そして、公知のスパッタ法により、ＩＴＯ膜を形成し、これをエッチングして、画素電極２４ａおよび２４ｂを形成する。画素電極２４ｂは当該トランジスタの画素電極であり、画素電極２４ａは隣接する画素電極である。画素電極２４ａおよび２４ｂがコモン電極２２と重なる部分には、容量２５ａおよび２５ｂが、それぞれ形成される。（図１（Ｅ））
【００２１】
この状態での回路の配置を図２（Ｄ）に示す。なお、図においては画素電極および画素電極とコモン電極の重なりの部分（すなわち、容量の存在する部分）の位置を分かりやすくするため、網掛けで示す。図からわかるように、画素電極はソースバスラインとゲイトバスラインに重なるように形成される。この結果、画素電極の境界部は全てバスライン上に存在し、バスラインがブラックマトリクスとして機能する。（図２（Ｄ））
【００２２】
〔実施例２〕 図３及び図４に本明細書で開示する発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素の構成を示す。図３に本実施例の作製工程断面図の概略を、また、図４に本実施例の各バスライン、コモン電極、画素電極、半導体層等の配置を示す。図４の番号は図３のものと対応する。なお、図３は概念的なものであり、図４の配置とは厳密には同一ではない。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、下地の酸化珪素膜（図示せず）の設けられたガラス基板３１上にトランジスタの半導体層（活性層）３２が設けられる。活性層３２を覆って、ゲイト絶縁膜３３が形成される。ゲイト絶縁膜上には、アルミニウム−チタン合金によってゲイトバスライン（ゲイト電極）３４が形成される。（図３（Ａ））
【００２４】
この状態での回路の配置を図４（Ａ）に示す。実施例１の場合とは異なって、本実施例ではトランジスタのゲイト電極部分のゲイトバスラインの幅の狭い形状とする。（図４（Ａ））
次にＮ型もしくはＰ型の不純物を導入し、ソース３５、ドレイン３６を形成する。以上の工程の後，窒化珪素膜（もしくは酸化珪素膜）の第１の層間絶縁物３７を堆積する。（図３（Ｂ））
【００２５】
次に、第１の層間絶縁物３７にソース３５およびドレイン３６に達するコンタクトホールを形成する。そして、ソースバスライン３８およびドレイン電極３９、さらに、保護膜４０を形成する。以上の工程の後，窒化珪素膜（もしくは酸化珪素膜）の第２の層間絶縁物４１を堆積する。（図３（Ｃ））
この状態での回路の配置を図４（Ｂ）に示す。保護膜４０はソースバスライン３８およびドレイン電極３９、その他の配線・電極と絶縁された浮遊電位とする。このような保護膜４０は上方よりトランジスタに入射する光を遮る上で効果がある。（図４（Ｂ））
【００２６】
次にＩＴＯ膜によりコモン電極４２を形成する。さらに、有機樹脂層４３を形成する。（図３（Ｄ））
この状態での回路の配置を図４（Ｃ）に示す。なお、図においてはコモン電極の位置を分かりやすくするため、網掛けで示す。図からわかるように、コモン電極はソースバスラインとゲイトバスラインを覆うように形成される。なお、厳密には保護膜４０はコモン電極により覆われる必要はない。なぜならば、保護膜は浮遊電位であるので、保護膜が画素電極に何らかの影響を及ぼす可能性は小さいからである。しかしながら、本実施例では図に示すように、保護膜４０もコモン電極４２で覆う。（図４（Ｃ））
【００２７】
そして、ＩＴＯ膜により画素電極４４ａおよび４４ｂを形成する。画素電極４４ｂは当該トランジスタの画素電極であり、画素電極４４ａは隣接する画素電極である。画素電極４４ａおよび４４ｂがコモン電極４２と重なる部分には、容量４５ａおよび４５ｂが、それぞれ形成される。（図３（Ｅ））
この状態での回路の配置を図４（Ｄ）に示す。なお、図においては画素電極および画素電極とコモン電極の重なりの部分（すなわち、容量の存在する部分）の位置を分かりやすくするため、網掛けで示す。図からわかるように、画素電極はソースバスラインとゲイトバスラインに重なるように形成される。この結果、画素電極の境界部は全てバスライン上に存在し、バスラインがブラックマトリクスとして機能する。（図４（Ｄ））
【００２８】
【発明の効果】
補助容量を構成する画素電極に対向する電極を透明導電膜で構成することにより、開溝率の低下を招かずに補助容量を大きなものとすることができる。加えて、ソースバスラインおよびゲイトバスラインをブラックマトリクスとしても機能させることができる。特に本発明は、画素が小さい場合で、なかでも、デザインルールを維持した状態で開口率を向上させる上で効果的である。このように本発明は工業上、有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施例の作製工程断面図を示す。（実施例１）
【図２】 実施例１の配線等の配置を示す。
【図３】 本発明の１実施例の作製工程断面図を示す。（実施例２）
【図４】 実施例２の配線等の配置を示す。
【符号の説明】
１１、３１ ガラス基板
１２、３２ 活性層
１３、３３ ゲイト絶縁膜
１４、３４ ゲイトバスライン（ゲイト電極）
１５、３５ ソース
１６、３６ ドレイン
１７、３７ 第１の層間絶縁物
１８、３８ ソースバスライン
１９、３９ ドレイン電極
２０、４１ 第２の層間絶縁物
２１、４３ （第１の）有機樹脂層
２２、４２ コモン電極
２３ 第２の有機樹脂層
２４、４４ 画素電極
２５、４５ 補助容量
４０ 保護膜

Claims (3)

  1. 絶縁表面を有する基板上に、複数のゲイトバスラインと、複数のソースバスラインと、前記複数のゲイトバスライン及び前記複数のソースバスラインから信号が入力される複数の画素とを有し、
    前記複数の画素それぞれは薄膜トランジスタと、
    前記薄膜トランジスタ、前記複数のゲイトバスライン及び前記複数のソースバスラインの上方に形成された平坦な第一の絶縁層と、
    前記第一の絶縁層上に形成された導電膜と、
    前記導電膜上に形成された平坦な第二の絶縁層と、
    前記第二の絶縁層上に形成され、前記導電膜と重なる画素電極とを有し、
    前記複数の画素において隣り合う画素が有する前記画素電極の境界部は、前記複数のゲイトバスライン及び前記複数のソースバスラインの上方にあり、
    前記導電膜は、一定の電位が与えられ、前記複数のゲートバスライン及び前記複数のソースバスラインと前記画素電極との間に設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項１において、
    前記薄膜トランジスタのドレインは、前記画素電極と接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項１または請求項２において、
    前記導電膜は、透明導電性被膜よりなることを特徴とする液晶表示装置。
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