JP5034434B2 - 電気光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶等の電気光学物質を用いた電気光学装置に関する。

従来、一対の基板間に液晶等の電気光学物質を挟持して、一方の基板上に形成された電気回路により、当該液晶等の光学特性を変化させて表示を行う電気光学装置では、基板上に複数のトランジスタ、走査線、データ線、画素電極、蓄積容量、外部からの入射光を遮光するための遮光膜、及びこれらの電極や配線を絶縁するための層が設けられている。

トランジスタのソース電極は、絶縁膜に形成された複数のコンタクトホール及び中継電極を介して画素電極と電気的に接続されている。また、液晶等の光学特性を保持するために形成される蓄積容量の一方の電極には、別の中継電極を介して、外部からコモン電位を入力するための固定電極層が電気的に接続されている。この固定電極層は、画素電極の周囲に遮光膜を兼ねてマトリクス状に配置され、他方の基板に設けられた対向電極に接続されている。また、トランジスタや配線、これらを接続するコンタクトホールは、遮光膜を兼ねる固定電極層下に重ねる状態で遮光領域内に配置される。

また蓄積容量に安定的にコモン電位を与えることで画質品位を向上させることを目的として、トランジスタを構成する半導体層の下層の遮光領域となる位置に下側導電膜を形成し、この下側導電膜に蓄積容量を接続させる構成が提案されている（例えば下記特許文献1参照）。

ところで、以上のような構成の電気光学装置においては、画素の微細化と高開口率化とにより、高精細で高画質な表示が得られる。このため、画素間に設けられる上記遮光領域をなるべく小さくすることが必要である。そこで、本出願人は特願２００５−１４５０５５号において、このような形態を実現するにあたり、通常はマトリックス状に連続して配置される固定電極層を隣り合うデータ線間で分断し、この分断部分に固定電極層と分離した状態で画素電極とトランジスタのソース電極を接続するためのコンタクトホールや中継電極を形成することで、遮光領域となる固定電極層を細線化して遮光領域を狭める構成を提案している。

特開２００５−１０７５４８号公報

ところが、固定電極層をデータ線間において分断し、かつ配線幅を細くすると、固定電位を供給するための配線の抵抗値が高くなる。また、このような微細な画素を配置した表示装置を駆動するために必要な素子同士の間隔は、間隔が狭く配置されるため、他の層との間に生じる寄生容量が増える。それゆえ、電気光学装置を駆動する際に、電位が変動した蓄積容量の一方の電極に短時間で所定の固定電位を供給することが困難となり、走査線と平行な方向で隣接する画素の固定電位との間で電位差が生じている時間が長くなる。

これを防止するために上記特許文献1に提案されている構成を適用して固定電極層を低抵抗化した場合であっても、固定電極層がデータ線間において分断された構成において、画質品位を十分改善する程度の短時間で、基板面内における固定電位のばらつきを解消することは困難である。

そこで本発明は、基板面内において固定電極層が分断された構成において固定電極層の電位を基板面内において均一化でき、これにより画質品位を保って画素の狭ピッチ化や高開口率化を実現することが可能な電気光学装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明は、次の様な基本構成を備えた電気光学装置に関するものである。すなわち、電気光学物質層を介して対向する一対の基板のうち、一方の基板上に、第１の方向に沿って形成された走査線と、これと交差する第２の方向に沿って形成されたデータ線と、前記走査線及び前記データ線の交差部に対応して設けられた画素電極と、前記画素電極をスイッチング制御するトランジスタと、前記画素電極に電気的に接続された蓄積容量と、蓄積容量の一方の電極に固定電位を供給する固定電極層とを含む積層構造を有している。そして、これらの走査線、データ線、トランジスタおよび蓄積容量を、画素電極の周囲の遮光領域内に配置してなる。また、画素電極とトランジスタの半導体層とは、データ線と同層の下層中継電極と、固定電極層と同層の上層中継電極とを介して電気的に接続されている。固定電極層は、遮光性を備え、前記第１の方向で隣り合うデータ線の間で分断され、この分断部分に前記固定電極層と分離した状態で前記上層中継電極が形成されている。

以上のような基本構成において特に、前記蓄積容量を構成する一方の電極が、前記第１の方向に隣り合う画素間で連続したパターンとして形成され、これによりデータ線間で分断されている固定電極層間が接続されているところが特徴的である。

このような構成の電気光学装置では、データ線間で分断された固定電極層間が接続されているため、この固定電極層およびこの固定電極層に接続された蓄積容量の一方の電極とに対して、データ線方向だけではなくこれと垂直な方向からも電位が供給されることになる。これにより、データ線と垂直な方向に隣接する画素間における固定電位の値が、何らかの要因によって変動した場合であっても、この変動がより短時間で解消され、固定電極層の電位を基板面内において安定的に均一化させることができる。

以上説明したように本発明によれば、基板面内において分断された固定電極層を備えた電気光学装置において、固定電極層の電位を基板面内において短時間に均一化することができ、これにより画質品位を保って画素の狭ピッチ化や高開口率化を実現することが可能になる。

以下、本発明に係る電気光学装置を、例えば電気光学物質として液晶物質を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に適用した場合の具体的な実施の形態につき、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は液晶表示装置への適用に限らず、例えば電気光学物質として有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）物質を用いた有機ＥＬ表示装置など、電気光学物質を用いて構成される電気光学装置に全般に広く適用可能である。

さらに本発明は、上述した電気光学装置を備える電子機器、例えば、テレビ、コンピュータ用モニタ、車載モニタ、携帯電話、携帯端末、モニタ付きカメラ（ビデオカメラ、デジタルカメラ等）、タッチパネル、ＰＯＳ(Point Of Sales)端末などの電子機器にも適用可能である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の表示装置(電気光学装置）１の一例を示す全体部分の断面図である。本実施形態の表示装置１は、第１基板３と、これに対向配置された第２基板１００との間に液晶層１０１を狭持してなる。

このうち第１基板３は、ガラス基板、合成石英などの光透過性の絶縁基板、半導体基板、またはシリコン基板を用いて構成され、その中央部が表示領域３ａに設定され、この表示領域３ａの液晶層１０１に向かう面上に画素回路を配列形成してなる駆動パネル側の基板として用いられる。一方、第２基板１００は、合成石英などの光透過性の絶縁基板を用いて構成され、液晶層１０１に向かう面上に対向電極を配置してなる、いわゆる対向基板として構成されている。そして、液晶層１０１は、第１基板３と第２基板１００の周縁部間に設けられた封止剤１０２によって、第１基板３と第２基板１００との間に充填封止されている。

図２には、このような表示装置１における、第１基板３側(駆動パネル側）の回路図を示す。この図に示すように、第１基板３の中央部に配置された表示領域３ａには、複数の走査線４とデータ線５とが行列状に配置されており、さらにデータ線５に沿って固定電極層としてのコモン配線６が配置されている。そして、走査線４とデータ線５との各交差部には、画素駆動用の薄膜トランジスタＴｒが設けられ、さらに薄膜トランジスタＴｒに接続された蓄積容量Ｃｓおよび画素電極７が設けられている。

またここでの図示は省略したが、第１基板３における表示領域３ａの周囲には、各走査線４が接続された垂直転送回路や、各データ線５が接続された水平転送回路などの周辺回路が配置されている。

次に、このような構成の第１基板３側における表示領域３ａのさらに詳しい構成を、図３の平面図、および図４の断面図に基づいて下層側から順に説明する。尚、図３は、走査線４とデータ線５との交差部の２画素部分を拡大して一部を切り欠いた要部概略平面図であり、絶縁膜の図示を省略している。また図４は、図３のＡ−Ａ’間において各接続孔を適宜通過させた部分の断面図である。

これらの図に示すように、第１基板３上には、第１の方向に走査線４が配列して設けられており、これらの走査線４を覆う状態で第１層間絶縁膜１１が設けられている。

そして、第１層間絶縁膜１１上には走査線４上に重ねて半導体層１２がパターン形成され、この半導体層１２を覆う状態で酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１３が設けられ、さらにこの上部にゲート電極１４が設けられて薄膜トランジスタＴｒが構成されている（平面図参照）。この薄膜トランジスタＴｒのゲート電極１４は、第１層間絶縁膜１１とゲート絶縁膜１３とに設けた接続孔を介して走査線４に接続されている。

また、第１層間絶縁膜１１上における走査線４に重なる部分には、薄膜トランジスタＴｒを構成する半導体層１２の延長部分で構成された下部電極１２ｃと、ゲート電極１４と同一層で構成された上部電極１４ｃとの間に、ゲート絶縁膜１３の延長部を誘電体膜１３として狭持してなる蓄積容量Ｃｓも設けられている。

ここでは、ゲート電極１４と同一層で構成された上部電極（固定電位電極）１４ｃは、以降に説明するようにコモン配線に接続された固定電位電極として設けられることとする。そして特に本実施形態においては、このような上部電極１４ｃが、走査線４が延在する方向に隣り合う画素間で連続したパターンとして形成されているところが特徴的である。

尚、ゲート電極１４および上部電極１４ｃは、例えばＰ(リン)などの不純物を含有することで導電性をもった多結晶シリコン膜からなることとする。

さらに、第１基板３上には、これらの薄膜トランジスタＴｒおよび蓄積容量Ｃｓを覆う状態で、酸化シリコンなどからなる第２層間絶縁膜１５が設けられている。

この第２層間絶縁膜１５上には、走査線４に垂直な方向に延設されたデータ線５が設けられている。このデータ線５は、第２層間絶縁膜１５に形成された接続孔を介して薄膜トランジスタＴｒにおけるソース／ドレイン(半導体層）１２に接続されている。

またこの第２層間絶縁膜１５上には、データ線５と同一層からなる第１中継電極５ａと第２中継電極５ｂとが、隣り合うデータ線５−５間において走査線４の上部に重ねて配置され、データ線５とは絶縁された島状にパターン形成されている。このうち第１中継電極５ａは、絶縁膜に設けた接続孔を介して、蓄積容量Ｃｓの下部電極１２ｃに接続された状態で設けられている。また、第２中継電極５ｂは、絶縁膜に設けた接続孔を介して、蓄積容量Ｃｓの上部電極１４ｃに接続された状態で設けられている。これらのデータ線５、第１中継電極５ａ、および第２中継電極５ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含む積層膜からなる。

これらのデータ線５、第１中継電極５ａ、および第２中継電極５ｂを覆う状態で、表面平坦な第３層間絶縁膜１６が設けられている。

そして、この第３層間絶縁膜１６上には、固定電極層としてのコモン配線６と、第３中継電極６ａとが、それぞれ絶縁された状態で設けられている。

このうちコモン配線６は、走査線４上およびデータ線５上を覆うマトリックス状に配置され、例えば隣り合うデータ線５−５間において少なくともその一部が分断されていることとする。これにより、コモン配線６はデータ線５と平行に配線された状態となっている。これらのコモン配線６は、第２中継電極５ｂを介して蓄積容量Ｃｓの上部電極１４ｃに接続されている。ここで、この上部電極１４ｃは、上述したように走査線４が延在する方向に隣り合う画素間で連続したパターンとして形成されているため、各コモン配線６は、上部電極１４ｃを介して走査線４の延設方向に（データ線５間において）接続された状態となっている。さらに各コモン配線６は、第１基板３上の周縁部において対向側の第２基板に設けられた電極と接続されて、これにより蓄積容量Ｃｓの上部電極１４ｃをコモン電位(固定電極電位）としている。また、このコモン配線６は、薄膜トランジスタＴｒへの入射を遮蔽する遮光膜としての役割も備えている。

第３中継電極６ａは、コモン配線６−６間において走査線４上に重なる位置においてコモン配線６とは電気的に絶縁された島状にパターン形成され、コモン配線６と同様に遮光膜としての役割も備えている。この第３中継電極６ａは、第１中継電極５ａを介して蓄積容量Ｃｓの下部電極１２ｃに接続された状態となっている。

そして、以上のコモン配線６と第３中継電極６ａとで覆われていない部分が、各画素における開口部となる。尚、コモン配線６は、表示領域の外周に配置された周辺回路上に一部を重ねて配置されることとする。また、これらのコモン配線６と第３中継電極６ａとは、例えばデータ線５と同様に、例えばアルミニウム(Ａｌ）を含む積層膜からなる。

そして、これらのコモン配線６および第３中継電極６ａ上には、これらを覆う第４層間絶縁膜１７が設けられている。この第４層間絶縁膜１７は、例えば酸化シリコンからなる。

さらに、この第４層間絶縁膜１７上には、ＩＴＯなどの透明導電性材料からなる画素電極７が、各画素の開口部を覆う形状にパターン形成されている。各画素電極７は、第３中継電極６ａを上層中継電極とし、第１中継電極５ａを下層中継電極とし、これらを介して蓄積容量Ｃｓの下部電極１２ｃに接続されている。そしてここでの図示は省略したが、この画素電極７を覆う状態で、配向膜が設けられている。

一方、図１に示した第２基板１００側は、その液晶層１０１に向かう面に、コモン電位に接続された対向電極が設けられ、さらに対向電極を覆う状態で配向膜が設けられている。

以上説明した表示装置１によれば、図３，４を用いて説明したように、容量素子Ｃｓの上部電極１４ｃを走査線４方向に隣り合う画素間で連続したパターンとして形成し、データ線５−５間で分断されたコモン配線（固定電極層）６−６間を、この上部電極１４ｃに接続させたことにより、コモン配線６同士を接続状態としている。このため、コモン配線６およびコモン配線６に接続された容量素子Ｃｓの上部電極１４ｃに対して、データ線５方向だけではなくこれと垂直な方向からも電位が供給されることになる。これにより、データ線５と垂直な方向に隣接する画素間における固定電位の値が、何らかの要因によって変動した場合であっても、この変動がより短時間で解消され、コモン配線６および上部電極１４ｃの電位を第１基板３の面内において安定的に均一化させることができる。

この結果、狭ピッチ化を目的として分断された固定電極層（コモン配線６)を備えた表示装置１において、画質品位を保つことが可能になり、画素の狭ピッチ化や高開口率化を実現することが可能になる。

＜第２実施形態＞
図５の平面図、および図６，７の断面図は、本発明の第２実施形態を説明するための図面であり、以下にこれらの図面に基づいて第２実施形態の表示装置の詳しい構成を説明する。尚、図５は、図２に示した走査線４とデータ線５との交差部の２画素部分を拡大して一部を切り欠いた要部概略平面図であり、絶縁膜の図示を省略している。また図６は、図５のＡ−Ａ’間において各接続孔を適宜通過させた部分の断面図であり、図７は、図５のＢ−Ｂ’間において各接続孔を適宜通過させた部分の断面図である。これらの図面において、第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

これらの図に示す第２実施形態の表示装置が、第１実施形態と異なる部分の１つは、ゲート電極１４と同一層で構成された上部電極（固定電位電極）１４ｃが、画素毎に独立したパターンとして形成されているところにある。

そして、ゲート電極１４および上部電極１４ｃを覆う第２層間絶縁膜１５上には、データ線５、第１中継電極５ａ、および第２中継電極５ｂと共に、第４中継電極５ｃが設けられている。この第４中継電極５ｃは、第１中継電極５ａおよび第２中継電極５ｂと共に、隣り合うデータ線５−５間において走査線４の上部に重ねて配置され、データ線５とは絶縁された島状にパターン形成されている。尚、レイアウトが可能であれば、第２中継電極２ｂと第４中継電極５ｃとは、データ線５および第１中継電極５ａに対して絶縁された状態の連続パターンとして形成されていても良い。

また、この第４中継電極５ｃには、隣接する画素のコモン配線６が接続されているところが特徴的である。隣接する画素のコモン配線６とは、隣接する画素の容量素子Ｃｓを構成する上部電極１４ｃに接続されたコモン配線６である。これにより、データ線５間で分断されたコモン配線６は、データ線５と同層の第２中継電極５ｂおよび第４中継電極５ｃと共に、上部電極１４ｃとを介して、データ線５間で接続された状態となっている。

このような構成の第２実施形態の表示装置であっても、データ線５−５間で分断されたコモン配線６−６間が、蓄積容量Ｃｓの上部電極１４ｃを介して接続されているため、第１実施形態と同様に、コモン配線６および容量素子Ｃｓの上部電極１４ｃに対して、データ線５方向だけではなくこれと垂直な方向からも電位が供給されることになる。これにより、データ線５と垂直な方向に隣接する画素間における固定電位の値が、何らかの要因によって変動した場合であっても、この変動がより短時間で解消され、コモン配線６および上部電極１４ｃの電位を第１基板３の面内において均一化させることができる。

したがって、第１実施形態と同様に、分断された固定電極層（コモン配線６)を設けた表示装置において、画質品位を保ちつつ、画素の狭ピッチ化や高開口率化を実現することが可能になる。

＜第３実施形態＞
以下の実施形態においては、蓄積容量Ｃｓの構成に付いて説明する。図８は本発明の第３実施形態を説明する断面図であり、蓄積容量Ｃｓ部分の断面構造を示している。この図に示すように、蓄積容量Ｃｓは、表面が凹凸形状に整形された第１層間絶縁膜１１上を覆う状態で、下部電極１２ｃ、ゲート絶縁膜１３と同一層からなる誘電耐膜、上部電極１４ｃをこの順に積層させた構成であり、容量素子Ｃｓの大容量化が図られている。このような構成において、固定電位側の上部電極１４ｃが、ドーピングしたポリシリコンからなる構成であることとする。これにより、凹凸形状の表面を均一な膜厚で覆った上部電極１４ｃを形成することができる。

＜第４実施形態＞
図９は本発明の第４実施形態を説明する断面図であり、蓄積容量Ｃｓ部分の断面構造を示している。この図に示すように、蓄積容量Ｃｓを構成する固定電位側の上部電極１４ｃは、ポリシリコンからなる下層１４-1と、この上部のタングステン（Ｗ）のシリサイド膜からなる上層１４-2との積層構造で構成されていることとする。上層１４-2については、タングステンのシリサイド膜の他、金属膜や他の金属のシリサイド膜も良い。金属膜であれば、遮光性をより高くすることができるため、遮光膜としての機能を高めることができ、また低抵抗の金属膜を用いることで、配線としての駆動回路の一部に用いることもできる。

＜第５実施形態＞
図１０は本発明の第５実施形態を説明する断面図であり、蓄積容量Ｃｓ部分の断面構造を示している。この図に示すように、蓄積容量Ｃｓを構成する固定電位側の上部電極１４ｃは、低抵抗の金属膜からなる単層構造であることとする。本金属膜は同一の基板上に形成された周辺回路においての配線として用いることができる。

＜第６実施形態＞
図１１には、上記構成の表示装置１における表示領域３ａと周辺回路３ｂの等価回路図を示す。図２〜図４を参照しつつ図５の等価回路図に基づいて第６実施形態を説明する。これらの図に示すように、隣接する画素の走査線４に平行な方向の蓄積容量Ｃｓの固定電位側の電極（ここでは上部電極１４ｃ）間の抵抗値Ｒａ５１を、表示領域における固定電極層(コモン配線６）の抵抗値Ｒｂ（Ｒｂ＝５２ａ＋５２ｂ＋５２ｃ）よりも低い構成とする。

これにより、ある画素６０ａにおいて固定電位の変動が生じた場合、抵抗値Ｒｂ（Ｒｂ＝５２ａ＋５２ｂ＋５２ｃ）のコモン配線６を介して、走査線４方向に隣接する画素６０ｂの固定電位との電位差を解消するよりも、抵抗値Ｒａ５１の上部電極１４ｃを介して電位差を解消するほうが、電気回路のインピーダンスが低いため容易である。

本発明を適用する表示装置(電気光学装置）の一例を示す全体部分の断面図である。 図１の表示装置における、第１基板側(駆動パネル側）の回路図を示す。 第１実施形態の表示装置における表示領域のさらに詳しい構成を示す要部概略平面図である。 図３のＡ−Ａ’間において各接続孔を適宜通過させた部分の断面図である。 第２実施形態の表示装置における表示領域のさらに詳しい構成を示す要部概略平面図である。 図５のＡ−Ａ’間において各接続孔を適宜通過させた部分の断面図である。 図５のＢ−Ｂ’間において各接続孔を適宜通過させた部分の断面図である。 第３実施形態の表示装置における蓄積容量の構成を説明する断面図である。 第４実施形態の表示装置における蓄積容量の構成を説明する断面図である。 第５実施形態の表示装置における蓄積容量の構成を説明する断面図である。 第６実施形態の表示装置における表示領域と周辺回路の等価回路図である。

符号の説明

１…電気光学装置、３…基板、４…走査線、５…データ線、７…画素電極、５ａ…第１中継電極（下層中継電極）、５ｂ…第２中継電極、５ｃ…第４中継電極、６…コモン配線（固定電極層）、６ａ…第３中継電極（上層中継電極）、１２…半導体層、１２ｃ…下部電極、１４ｃ…上部電極、１０１…液晶層（電気光学物質層）、Ｃｓ…蓄積容量、Ｔｒ…トランジスタ

Claims (2)

1. 電気光学物質層を介して対向する一対の基板のうち、一方の基板上に、第１の方向に沿って形成された走査線と、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って形成されたデータ線と、前記走査線及び前記データ線の交差部に対応して設けられた画素電極と、前記画素電極をスイッチング制御するトランジスタと、前記画素電極に電気的に接続された蓄積容量と、前記蓄積容量の一方の電極に固定電位を供給する固定電極層とを含む積層構造を有し、前記走査線、前記データ線、前記トランジスタ及び前記蓄積容量を、前記画素電極の周囲に設定された遮光領域内に配置し、
   前記画素電極と前記トランジスタの半導体層とは、前記データ線と同層の下層中継電極と、前記固定電極層と同層の上層中継電極とを介して電気的に接続され、
   前記固定電極層は、遮光性を備えると共に前記第１の方向で隣り合うデータ線の間で分断され、この分断部分に前記固定電極層と分離した状態で前記上層中継電極が形成されていると共に、
   前記蓄積容量を構成する一方の電極が、前記第１の方向に隣り合う画素間で連続したパターンとして形成され、前記データ線間で分断された前記固定電極層間が接続されている
   電気光学装置。
2. 前記蓄積容量を構成する一方の電極の前記第１の方向に隣接する画素間の抵抗値が、前記固定電極層の抵抗値よりも低い
   請求項１記載の電気光学装置。

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