JP5117667B2 - 薄膜トランジスタパネル - Google Patents

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Description

この発明は薄膜トランジスタパネルに関する。
例えば、液晶表示装置における薄膜トランジスタパネルには、マトリクス状に設けられた走査ラインとデータラインとで囲まれた領域内に画素電極をスイッチング素子としての薄膜トランジスタを介して走査ラインおよびデータラインに接続させて設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、画素電極は、不純物を含む半導体材料からなり、薄膜トランジスタの半導体薄膜と同一の層上に該半導体薄膜に接続されて形成されている。薄膜トランジスタのゲート電極および該ゲート電極に接続された走査ラインはアルミニウム合金によって形成されている。
特開２００３−５０４０５号公報
ところで、上記従来の薄膜トランジスタパネルでは、薄膜トランジスタのゲート電極をアルミニウム合金つまり遮光性導電材料によって形成しているので、このゲート電極の部分が開口率に寄与しないことになり、開口率が小さいという問題があった。
そこで、この発明は、開口率を大きくすることができる薄膜トランジスタパネルを提供することを目的とする。
この発明は、上記目的を達成するため、遮光性材料からなる走査ラインと、前記走査ラインに対して交差するように配置されたデータラインと、透明性材料からなる半導体薄膜を有し、前記半導体薄膜よりも下層側に設けられたゲート電極が前記走査ラインに電気的に接続されるとともに、ドレイン電極が前記データラインに電気的に接続された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのソース電極に電気的に接続されるとともに、前記ゲート電極の少なくとも一部を覆うように設けられた透明性材料からなる画素電極と、を備え、前記ゲート電極は、透明性材料からなるとともに、該ゲート電極として成膜された前記透明性材料の下面の一部が前記走査ラインに接触するように前記走査ライン上に設けられることによって前記走査ラインに電気的に接続されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、開口率を大きくすることができる。
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての液晶表示装置における薄膜トランジスタパネルの要部の平面図を示し、図２（Ａ）は図１のIIＡ−IIＡ線に沿う断面図を示し、図２（Ｂ）は図１のIIＢ−IIＢ線に沿う断面図を示す。この薄膜トランジスタパネルはガラス基板１を備えている。
まず、図１を参照して説明する。ガラス基板１の上面側には走査ライン２およびデータライン３がマトリクス状に設けられ、両ライン２、３で囲まれた領域内には画素電極４が薄膜トランジスタ５を介して走査ライン２およびデータライン３に接続されて設けられている。ここで、図１を明確にする目的で、画素電極４の縁部に斜めの短い実線のハッチングが記入されている。
この場合、走査ライン２とデータライン３とで囲まれた方形状の領域内に同じく方形状の画素電極４が走査ライン２およびデータライン３に可及的に近づけられた状態で配置されている。薄膜トランジスタ５は、図１において、画素電極４の左下角部の下側に配置され、そのほぼ全部は画素電極４によって覆われている。
次に、この薄膜トランジスタパネルの具体的な構造について、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。ガラス基板１の上面の所定の箇所にはクロムなどの遮光性金属膜からなる走査ライン２が設けられている。走査ライン２の上面の所定の箇所およびその近傍のガラス基板１の上面にはゲート電極１１が走査ライン２に直交するように設けられている（図１参照）。すなわち、ゲート電極１１の一端部は走査ライン２の上面に設けられている。
この場合、ゲート電極１１は、ｎ型またはｐ型の不純物を含んだ透明な金属酸化物によって形成されている。透明な金属酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム亜鉛、酸化カドミウム亜鉛などが挙げられる。ｎ型不純物としては、例えば、リン、ひ素、アンチモンなどが挙げられ、ｐ型不純物としては、例えば、ボロン、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどが挙げられる。
ゲート電極１１の形成方法としては、上述のｎ型またはｐ型の不純物を含んだ金属酸化膜をターゲットとしたスパッタ法により成膜して、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする方法が推奨される。また、ｎ型金属酸化膜はデプレーション型となり、リーク電流が大きくなるため、限定する意味ではないが、ｎ型金属酸化膜よりもｐ型金属酸化膜が推奨される。
走査ライン２およびゲート電極１１を含むガラス基板１の上面には窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１２が設けられている。ゲート電極１１上におけるゲート絶縁膜１２の上面には、バンドギャップが２．５Ｖ以上の透明で真性な上記金属酸化物からなる半導体薄膜１３が設けられている。バンドギャップが２．５Ｖ以上とワイドな半導体薄膜では、可視光を吸収しないため、光リークがなく、遮光の必要がない。半導体薄膜１３の上面ほぼ中央部には窒化シリコンからなるチャネル保護膜１４が設けられている。
ゲート絶縁膜１２の画素電極４間には該画素電極４間よりも幅狭のデータライン３が設けられている、データライン３は、アルミニウム、クロムなどの遮光性を有する抵抗値が十分小さい金属膜で形成されている。
チャネル保護膜１４の上面両側およびその両側における半導体薄膜１３の上面には、透明なｎ型金属酸化物からなるソース電極１５およびドレイン電極１６が設けられている。金属酸化物およびｎ型不純物の材料は、ゲート電極１１の場合と同じである。ドレイン電極１６は、データライン３に直交するように延出されその一端が該ドレイン電極１６上に重合されて設けられている（図１参照）。ソース電極１５およびドレイン電極１６は、ゲート電極１１と同様に、ｎ型金属酸化膜をターゲットとしたスパッタ法により成膜して、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする方法により形成される。
ここで、ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、半導体薄膜１３、チャネル保護膜１４、ソース電極１５およびドレイン電極１６により、薄膜トランジスタ５が構成されている。この場合、ゲート電極１１は透明なｐ型金属酸化物またはｎ型金属酸化物により、ソース電極１５およびドレイン電極１６は透明なｎ型金属酸化物によって形成されているので、薄膜トランジスタ５は光を透過する構造となっている。
薄膜トランジスタ５およびデータライン３を含むゲート絶縁膜１２の上面には窒化シリコンからなるオーバーコート膜１７が設けられている。ソース電極１５の所定の箇所に対応する部分におけるオーバーコート膜１７にはコンタクトホール１８が設けられている。オーバーコート膜１７の上面の所定の箇所にはＩＴＯなどの透明導電材料からなる画素電極（画素用電極）４がコンタクトホール１８を介してソース電極１５に接続されて設けられている。この場合、画素電極４は薄膜トランジスタ５のほぼ全部を覆うように設けられている。
以上のように、この薄膜トランジスタパネルでは、薄膜トランジスタ５が光を透過する構造となっており、この薄膜トランジスタ５のほぼ全部を画素電極４で覆っているので、薄膜トランジスタ５を含む画素電極４の全域が透過領域となり、開口率を大きくすることができる。この場合、薄膜トランジスタ５の透明で真性な上記金属酸化物からなる半導体薄膜１３に光が入射されるが、そのまま透過するので、別に支障はない。
また、この薄膜トランジスタパネルでは、走査ライン２およびデータライン３を、不純物を含む透明な金属酸化物ではなく、アルミニウム、クロムなどの遮光性金属膜によって形成しているので、画素電極４間の光漏れを防止することができ、また抵抗値を十分小さくすることができる。
（第２実施形態）
図３はこの発明の第２実施形態としての液晶表示装置における薄膜トランジスタパネルの要部の平面図を示し、図４（Ａ）は図３のIVＡ−IVＡ線に沿う断面図を示し、図４（Ｂ）は図３のIVＢ−IVＢ線に沿う断面図を示す。この場合も、図３を明確にする目的で、画素電極４の縁部に斜めの短い実線のハッチングが記入されている。
この薄膜トランジスタパネルにおいて、図１および図２（Ａ）、（Ｂ）に示す薄膜トランジスタパネルと異なる点は、オーバーコート膜１７を省略し、チャネル保護膜１４の上面の一方側、その外側における半導体薄膜１３の上面およびゲート絶縁膜１２の上面の所定の箇所に画素電極４をｎ型金属酸化物によって形成し、この画素電極４の一部にソース電極を兼ねさせた点である。
この薄膜トランジスタパネルを製造するには、第１実施形態に記載した方法により、ガラス基板１の上面に遮光性の金属膜からなる走査ライン２および透明なｐ型またはｎ型金属酸化膜からなるゲート電極１１を設け、次にゲート絶縁膜１２を設け、ゲート絶縁膜１２上に透明な真性金属酸化物からなる半導体薄膜１３および遮光性を有する金属膜からなるデータライン３を設け、半導体薄膜１３の上面ほぼ中央部にチャネル保護膜１４を設ける。そして、ｎ型金属酸化膜をスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィ法により、ドレイン電極１６および画素電極４を形成するのであるが、この画素電極４の形状をソース電極と画素電極を一体的となした形状とすればよい。
この場合、画素電極４の平面形状はドレイン電極１６と同一の面上に形成されるため、図３において、画素電極４の左下角部が切り欠かれた形状とされるが、画素電極４のうち、少なくともソース電極として機能する部分つまりチャネル保護膜１４および半導体薄膜１３上に設けられた部分がゲート電極１１の一部を覆っているので、画素電極４とゲート電極１１との重合部が開口率に寄与することとなり、したがって開口率を大きくすることができる。また、画素電極４はドレイン電極１６と同一の工程で形成することができ、またオーバーコート膜１７およびコンタクトホール１８を形成する必要がなく、工程数を低減することができる。
（第３実施形態）
図５（Ａ）、（Ｂ）はこの発明の第３実施形態としての有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置の要部の断面図を示す。この有機ＥＬ表示装置において、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す薄膜トランジスタパネルと同一の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。この有機ＥＬ表示装置においては、薄膜トランジスタ５上に有機ＥＬからなる発光部を具備する。
すなわち、ソース電極１５を除く薄膜トランジスタ５の部分のみをオーバーコート膜１７で覆い、ソース電極１５上、オーバーコート膜１７上の一部およびゲート絶縁膜１２上にアノード電極（画素用電極）２１を設け、オーバーコート膜１７およびゲート絶縁膜１２の上面の所定の箇所にポリイミドなどからなる仕切り壁２２を設け、仕切り壁２２間におけるアノード電極の上面に有機ＥＬ層２３を設け、有機ＥＬ層２３および仕切り壁２２の上面にカソード電極２４を設けた構成を有する。
この場合、アノード電極２１は薄膜トランジスタ５のほぼ全部を覆うように設けられている。また、アノード電極２１はＩＴＯなどの透明導電材料によって形成され、カソード電極２４はアルミニウムなどの高反射性金属によって形成されている。この構成では、有機ＥＬ層２３で発光した光は該有機ＥＬ層２３の上部に設けられたカソード電極２４で反射され、ガラス基板１側に出射するため、ボトムエミッション型と言われる。このようなボトムエミッション型有機ＥＬ表示装置において、ドレイン電極１６、ソース電極１５、半導体薄膜１３およびゲート電極１１は透明な金属酸化膜により形成されており、有機ＥＬ層２３で発光し、カソード電極２４で反射された光は、薄膜トランジスタ５を透過するため、薄膜トランジスタ５の全域が発光領域となり、開口率を大きくすることができる。
（第４実施形態）
図６（Ａ）、（Ｂ）はこの発明の第４実施形態としての有機ＥＬ表示装置の要部の断面図を示す。この有機ＥＬ表示装置において、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す有機ＥＬ表示装置と異なる点は、オーバーコート膜１７を省略し、チャネル保護膜１４の上面の一方側、その外側における半導体薄膜１３の上面およびゲート絶縁膜１２の上面の所定の箇所にアノード電極２１を例えばｎ型不純物を含む透明な上記金属酸化物によって形成し、このアノード電極２１にソース電極を兼ねさせた点である。
この場合、アノード電極２１はドレイン電極１６と同一の面上に形成されるため、図３において画素電極４の左下角部を切り欠く場合と同様に、アノード電極２１、有機ＥＬ層２３およびカソード電極２４の所定の角部は切り欠かれているが、アノード電極２１のうち、少なくともソース電極として機能する部分つまりチャネル保護膜１４および半導体薄膜１３上に設けられた部分がゲート電極１１の一部を覆っているので、アノード電極２１とゲート電極１１との重合部が開口率に寄与することとなり、したがって開口率を大きくすることができる。また、アノード電極２１はドレイン電極１６と同一の工程で形成することができ、工程数を低減することができる。
（その他の実施形態）
例えば、図１および図２（Ａ）、（Ｂ）では、例えばｎ型不純物を含む金属酸化物からなるゲート電極１１およびドレイン電極１６の各一端部を走査ライン２およびデータライン３の各上面に設けているが、これに限らず、例えば、走査ライン２およびデータライン３の各上面全体に例えばｎ型不純物を含む金属酸化物膜を設けるようにしてもよい。また、ゲート電極１１およびドレイン電極１６の各一端部上面に走査ライン２およびデータライン３を設けるようにしてもよい。この場合、走査ライン２およびデータライン３の各下面全体に例えばｎ型不純物を含む金属酸化物膜を設けるようにしてもよい。
また、有機ＥＬ表示装置の場合には、薄膜トランジスタは１組のアノード電極２１、有機ＥＬ層２３およびカソード電極２４からなる１画素に対して２個設けるようにしてもよく（例えば、特開２００４−１７１８８２号公報参照）、また３個設けるようにしてもよい（例えば、特開２００３−１９５８１０号公報参照）。
この発明の第１実施形態としての液晶表示装置における薄膜トランジスタパ ネルの要部の平面図。 （Ａ）は図１のIIＡ−IIＡ線に沿う断面図、（Ｂ）は図１のIIＢ−IIＢ線に沿う 断面図。 この発明の第２実施形態としての液晶表示装置における薄膜トランジスタパ ネルの要部の平面図。 （Ａ）は図３のIVＡ−IVＡ線に沿う断面図、（Ｂ）は図３のIVＢ−IVＢ線に沿う 断面図。 この発明の第３実施形態としての有機ＥＬ表示装置の要部の断面図。 この発明の第４実施形態としての有機ＥＬ表示装置の要部の断面図。
符号の説明
１ ガラス基板
２ 走査ライン
３ データライン
４ 画素電極
５ 薄膜トランジスタ
１１ ゲート電極
１２ ゲート絶縁膜
１３ 半導体薄膜
１４ チャネル保護膜
１５ ソース電極
１６ ドレイン電極
１７ オーバーコート膜
２１ アノード電極
２２ 有機ＥＬ層
２３ カソード電極

Claims (8)

  1. 遮光性材料からなる走査ラインと、
    前記走査ラインに対して交差するように配置されたデータラインと、
    透明性材料からなる半導体薄膜を有し、前記半導体薄膜よりも下層側に設けられたゲート電極が前記走査ラインに電気的に接続されるとともに、ドレイン電極が前記データラインに電気的に接続された薄膜トランジスタと、
    前記薄膜トランジスタのソース電極に電気的に接続されるとともに、前記ゲート電極の少なくとも一部を覆うように設けられた透明性材料からなる画素電極と、
    を備え、
    前記ゲート電極は、透明性材料からなるとともに、該ゲート電極として成膜された前記透明性材料の下面の一部が前記走査ラインに接触するように前記走査ライン上に設けられることによって前記走査ラインに電気的に接続されていることを特徴とする薄膜トランジスタパネル。
  2. 前記走査ラインは前記データラインよりも下層側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタパネル。
  3. 前記走査ラインは、前記ドレイン電極及び前記ソース電極よりも下層側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタパネル。
  4. 前記データラインは遮光性材料からなり、
    前記ドレイン電極は、透明性材料からなり、該ドレイン電極として成膜された前記透明性材料の下面の一部が前記データラインに接触するように設けられることによって前記データラインに電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタパネル。
  5. 前記半導体薄膜は金属酸化物からなることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の薄膜トランジスタパネル。
  6. 前記ドレイン電極は金属酸化物に不純物を含んだ材料からなることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の薄膜トランジスタパネル。
  7. 前記ゲート電極は金属酸化物に不純物を含んだ材料からなることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の薄膜トランジスタパネル。
  8. 前記画素電極は、前記薄膜トランジスタにおける前記半導体薄膜の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の薄膜トランジスタパネル。
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