JPH0943637A

JPH0943637A - 表示装置

Info

Publication number: JPH0943637A
Application number: JP21271895A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ikeda; 裕幸池田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ボトムゲート型の薄膜トランジスタを画素電
極のスイッチング素子として用いた表示装置の画素開口
率を改善する。【解決手段】表示装置は互いに接合した一対の透明基
板と、この間隙に保持された電気光学物質とを備えたパ
ネル構造を有する。一方の透明基板にはゲート配線１が
行状にパタニング形成されている。ゲート配線１を被覆
する様にゲート絶縁膜が成膜されている。ゲート配線１
の一部に含まれるゲート電極Ｇの上に半導体薄膜２がパ
タニング形成されており、ボトムゲート型の薄膜トラン
ジスタ３の活性層となる。薄膜トランジスタ３の上には
信号配線４が列状にパタニング形成されており、薄膜ト
ランジスタ３のソース部Ｓに接続すると共に、行状のゲ
ート配線１と交差して格子状の遮光帯を構成する。信号
配線４は平坦化膜により被覆されている。この平坦化膜
の上に画素電極５がパタニング形成されており、その外
周端部が遮光帯の内周端部と重なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボトムゲート構造
（逆スタガ構造）の薄膜トランジスタを画素電極のスイ
ッチング素子とするアクティブマトリクス型の表示装置
に関する。より詳しくは、開口率を向上させる為の配線
及び画素電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶を電気光学物質として用いた表示装
置はフラットパネル型であり且つカラー化も容易である
為、ノート型のパーソナルコンピュータのディスプレイ
やテレビ受像機等に応用でき、近年益々その需要及び供
給が拡大の一途を辿っている。これらの応用製品群に利
用される液晶表示装置は、コントラストの高さや応答速
度の速さ等の観点から、薄膜トランジスタを各画素のス
イッチング素子として用いたアクティブマトリクス型が
主流となっている。図４に、ボトムゲート型の薄膜トラ
ンジスタを集積形成した従来のアクティブマトリクス型
表示装置の一例を示す。この表示装置は所定の間隙を介
して互いに接合した一対の透明基板１０１，１０２と、
この間隙に保持された液晶１０３とを備えたパネル構造
を有する。上側の透明基板（対向基板）１０２には対向
電極１０４が形成されている。下側の透明基板（駆動基
板）１０１には、行状にパタニング形成されたゲート配
線１０５と、このゲート配線１０５を被覆する様に成膜
されたゲート絶縁膜１０６と、ゲート配線１０５の一部
に含まれるゲート電極の上にゲート絶縁膜１０６を介し
て形成された半導体薄膜１０７を活性層とするボトムゲ
ート型の薄膜トランジスタ１０８と、半導体薄膜１０７
の上に列状にパタニング形成された信号配線１０９と、
透明導電膜からなり薄膜トランジスタ１０８のドレイン
部に電気接続する画素電極１１０とを備えている。この
画素電極１１０と薄膜トランジスタ１０８とで１画素を
構成する。

【０００３】１画素当たりの大きさは一辺当たり１００
μｍ弱というのが典型的である。そして、１画素の占め
る面積に対する光の透過する領域の面積の割合（即ち、
開口率）は５０％前後であるのが一般的である。この様
なアクティブマトリクス型表示装置に形成される画素の
典型的な構成例を図５に示す。駆動基板の上にはゲート
配線２０１と補助容量配線２０２が同一レイヤーに形成
されている。ゲート絶縁膜を介してゲート配線２０１の
上に、非晶質シリコン又は多結晶シリコンからなる半導
体薄膜２０３がアイランド状にパタニング形成され、ボ
トムゲート型薄膜トランジスタ２０４の活性層となる。
活性層のチャネル部には保護用のエッチングストッパ２
０５がパタニング形成されている。さらには、低抵抗半
導体の積層ないしはイオンドーピングによる低抵抗化に
より、ソース部Ｓ及びドレイン部Ｄが形成される。その
上には、信号配線２０６と画素電極２０７とが同一レイ
ヤーに形成される。さらに必要に応じて、画素電極２０
７の上に絶縁保護膜２０８が成膜される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図６を参照して、画素
の周囲を遮閉する配線及び画素電極の従来構造を簡潔に
説明する。液晶表示装置として体をなすには、下側の透
明基板（駆動基板）３０１に加えて液晶３０２を挟持す
る上側の透明基板（対向基板）３０３が必要である。対
向基板３０３には対向電極３０４に加えてブラックマト
リクス３０５が形成されている。このブラックマトリク
ス３０５は表示コントラストを高める為画素電極３０５
のアクティブな部分（開口部）以外から漏れて透過する
光を遮閉する。さらにはカラーパネルの場合、画素に対
して整合配置された赤、緑、青のカラーフィルタや保護
膜が設けられる。両基板３０１，３０３の表面を配向処
理した後互いに接合して液晶３０２を注入しその封止を
行なう事で液晶表示装置ができ上がる。さて、この様な
構造においては、画素の開口率は主としてブラックマト
リクス３０５により規定される。即ち、開口率は対向基
板３０３に形成されたブラックマトリクス３０５が制限
要素となっている。１画素当たりのサイズが１００μｍ
前後で、信号配線３０６の幅も１０μｍ程度のうちは、
上下一対の透明基板３０１，３０３の重ね合わせ精度も
含めた幅でブラックマトリクス３０５がパタニング形成
されたとしても、開口率に与える影響は許容範囲内であ
る。しかしながら、画素サイズが半分となり５０μｍ前
後に微細化されると、このブラックマトリクス３０５に
よる開口率のロスは無視できなくなってくる。

【０００５】改善策として、有機材料の遮光帯３０７を
駆動基板３０１側に形成して、２枚の透明基板３０１，
３０３の重ね合わせマージン分、遮光帯３０７の幅を細
くする方法がある。しかしながら、互いに隣り合う画素
電極３１０の間に信号配線３０６がパタニング形成され
ている。対向基板３０３側に形成されるブラックマトリ
クス３０５に代えて、駆動基板３０１側に遮光帯３０７
を形成した場合、これは信号配線３０６に重なる様なパ
タンとなる。従って、駆動基板３０１側に遮光帯３０７
を設けたとしても、隣接する画素電極３１０の間の距離
が縮まらない限り、抜本的な開口率の改善とはならな
い。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は画素サイズが微細化された場合にお
いても高い開口率が得られる表示装置を提供する事を目
的とする。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じ
た。即ち、本発明にかかる表示装置は所定の間隙を介し
て互いに接合した一対の透明基板と、該間隙に保持され
た電気光学物質とを備えたパネル構造を有する。透明基
板には遮光性のゲート配線が行状にパタニング形成され
ている。このゲート配線を被覆する様に第１絶縁膜が成
膜されている。ゲート配線の一部に含まれるゲート電極
の上に該第１絶縁膜を介して半導体薄膜が形成されてお
り、ボトムゲート型の薄膜トランジスタの活性層とな
る。該半導体薄膜の上に遮光性の信号配線が列状にパタ
ニング形成されている。この信号配線は薄膜トランジス
タのソース部に接続すると共に該行状のゲート配線と交
差して格子状の遮光帯を構成する。該信号配線を被覆す
る様に第２絶縁膜が成膜されている。この第２絶縁膜の
上に透明導電膜がパタニング形成され画素電極となる。
画素電極は該薄膜トランジスタのドレイン部に電気接続
されている。本発明の特徴事項としてパタニングされた
透明導電膜の外周端部が遮光帯の内周端部と重なってい
る。

【０００７】好ましくは、前記第２絶縁膜は透明基板に
形成された薄膜トランジスタ、ゲート配線及び信号配線
の凹凸を埋める為に十分な厚みを有する平坦化膜からな
る。又好ましくは、前記ボトムゲート型の薄膜トランジ
スタは、該ゲート電極に整合して該半導体薄膜の上にパ
タニング形成された絶縁膜からなるチャネルストッパ
と、該チャネルストッパをマスクとして該半導体薄膜に
不純物イオンを注入して設けたソース部及びドレイン部
とを有する。

【０００８】本発明によれば、透明基板上に少なくとも
ゲート配線、第１絶縁膜（ゲート絶縁膜）、半導体薄膜
（活性層）、信号配線がこの順で形成されており、ボト
ムゲート構造（逆スタガ構造）の薄膜トランジスタを構
成する。この薄膜トランジスタを画素電極のスイッチン
グ素子に用いている。行状のゲート配線及び列状の信号
配線は遮光帯として機能する。画素電極は第２絶縁膜を
介してこの格子状の遮光帯と重なる事で、画素開口率を
高める事が可能である。互いに隣接する画素電極間の距
離が開口率を律していた従来技術に対し、本発明では遮
光帯を構成する配線の幅が開口率を律する事になり、画
素サイズが微細化された高精細の表示装置でも、高い画
素開口率を達成できる。なお、信号配線上にはカラーフ
ィルタの有無、第２絶縁膜の材質（有機／無機）に関わ
りなく、電気的な絶縁体（第２絶縁膜）が活性層と画素
電極とのコンタクトを妨げない形で存在する事が肝要で
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる表示装
置の一実施形態を示す模式的な平面図である。本表示装
置は所定の間隙を介して互いに接合した一対の透明基板
と、この間隙に保持された液晶等の電気光学物質とを備
えたパネル構造を有する。なお、図１は理解を容易にす
る為一方の透明基板のみを表わしている。この透明基板
にはゲート配線１が行状にパタニング形成されている。
このゲート配線を被覆する様に第１絶縁膜（ゲート絶縁
膜）が成膜されている。さらに、ゲート配線１の一部に
含まれるゲート電極Ｇの上に、ゲート絶縁膜を介して半
導体薄膜２が島状にパタニング形成されている。この半
導体薄膜２はボトムゲート型の薄膜トランジスタ３の活
性層となる。さらにその上には遮光性の信号配線４が列
状にパタニング形成されている。この信号配線４は薄膜
トランジスタ３のソース部Ｓに接続すると共に、行状の
ゲート配線１と交差して格子状の遮光帯を構成する。こ
の信号配線４は第２絶縁膜により被覆されている。第２
絶縁膜の上には透明導電膜がパタニング形成されており
画素電極５を構成する。この画素電極５は薄膜トランジ
スタ３のドレイン部Ｄに電気接続されている。画素電極
５の外周端部は遮光帯の内周端部と重なっている。換言
すると、画素電極５はその外周端部が格子状に交差した
ゲート配線１及び信号配線４の内周端部により遮光され
ており、これにより画素開口率が規定される。なお、透
明基板の上にはゲート配線１と平行に同一レイヤーで補
助容量配線６もパタニング形成されている。又、本例の
ボトムゲート型薄膜トランジスタは、ゲート電極Ｇに整
合して半導体薄膜２の上にパタニング形成された不純物
阻止性の絶縁膜からなるチャネルストッパ７を備えてい
る。このチャネルストッパ７をマスクとして半導体薄膜
２に不純物イオンを注入してソース部Ｓ及びドレイン部
Ｄを設けている。

【００１０】本例では、画素電極５と遮光帯は１．５μ
ｍの重なりを有している。又、画素電極５の配列ピッチ
（画素ピッチ）は水平方向に５０μｍで、垂直方向に１
５０μｍである。信号配線４の幅は７μｍに設定され、
ゲート配線１及び補助容量配線６の幅は８μｍに設定さ
れている。かかるレイアウトにおいて薄膜トランジスタ
３の占有面積は１６０μｍ²程度である。この場合、画
素開口率は７５％に達し、従来に比べ約１．５倍高くな
っている。従来の場合、配線と画素電極との間のスペー
スは２．５μｍであり、対向基板との重ね合わせ精度は
４μｍ程度を見込んでいる。対向基板側に形成されたブ
ラックマトリクスの幅を駆動基板側の配線の内周端より
６．５μｍ太らせた場合、画素開口率は４６％にしかす
ぎない。

【００１１】図２は、図１に示したＡ−Ｂ線に沿って切
断した本表示装置の断面構造を表わしている。下側の透
明基板（駆動基板）８の上には第１絶縁膜（ゲート絶縁
膜）９を介してゲート配線（図示せず）及び信号配線４
が形成されている。信号配線４の上には第２絶縁膜（平
坦化膜）１０を介して画素電極５がパタニング形成され
ている。平坦化膜１０は透明基板８に形成された薄膜ト
ランジスタ、ゲート配線及び信号配線の凹凸を埋める為
に十分な厚みを有する。前述した様に、ゲート配線及び
信号配線４は遮光帯として機能し、画素電極５は第２絶
縁膜１０を介してこれらゲート配線及び信号配線４と重
なる事で開口率を高めている。なお、下側の透明基板８
には所定の間隙を介して上側の透明基板１１が形成され
ており、その内表面には対向電極１２が全面的に成膜さ
れている。両基板８，１１の間隙には液晶１３等の電気
光学物質が保持されている。隣接する画素電極５の間の
距離が開口率を律していた従来技術に対し、本発明では
配線幅が開口率を律する事になり、画素サイズが微細化
された高精細な表示装置でも、高い開口率を達成する事
ができる。なお、信号配線４の上にはカラーフィルタの
有無に関わりなく電気的な絶縁体である第２絶縁膜１０
が存在する事が肝要である。この第２絶縁膜１０は有機
材料又は無機材料から選択でき、薄膜トランジスタと画
素電極５とのコンタクトを妨げない事が肝要である。本
発明によれば、ゲート配線及び信号配線４を遮光帯とし
て活用できる上、各配線と画素電極５が重なりを有する
事で、開口率を律する因子が従来の隣接する画素電極間
距離から配線幅になる為開口率が大幅に向上する。さら
に、事実上ゲート配線及び信号配線がブラックマトリク
スになる為一対の基板間の重ね合わせマージンも不要と
なる。又、画素電極５が最も上層となる為中間にカラー
フィルタ等を介在しても製造工程に大きな影響を与える
事はない。

【００１２】最後に、図３を参照して図１に示したボト
ムゲート型薄膜トランジスタの具体的な構成を製造工程
に沿って詳細に説明する。先ず、ガラス等からなる透明
基板８の上にスパッタリングでタンタル等の金属膜を３
００nmの厚みで成膜し、所定の形状にパタニングしてゲ
ート電極Ｇを含むゲート配線及び補助容量配線（図示せ
ず）を形成する。ゲート配線及び補助容量配線のパタニ
ングはドライエッチングにより行なった。次に、プラズ
マＣＶＤ法でＳｉＮ_xを３５０nmの厚みで成膜しゲート
絶縁膜９とした。なお、本例ではゲート絶縁膜はＳｉＮ
_xの単層構造であるが、これに代えて多層構造を採用し
ても良い。さらに、ゲート絶縁膜９の上に非晶質シリコ
ンからなる半導体薄膜２を５０nmの厚みで成膜した。な
お、前述したＳｉＮ_x及び非晶質シリコンはプラズマＣ
ＶＤ法により連続成膜される。成膜された非晶質シリコ
ンに対しエキシマレーザ等を照射して一旦溶融化し冷却
過程で多結晶シリコンに転換する。次にドライエッチン
グにより多結晶シリコンからなる半導体薄膜２をアイラ
ンド状にパタニングし、薄膜トランジスタ３の活性層と
する。さらに、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ_xを２０
０nmの厚みで成膜し、ウエットエッチングによりチャネ
ルストッパ７に加工した。チャネルストッパ７のパタニ
ングは例えばゲート電極Ｇをマスクとする裏面露光を採
用できる。次に、チャネルストッパ７をマスクとしてイ
オンドーピングにより燐等の不純物イオンを半導体薄膜
２に注入し、ソース部Ｓ及びドレイン部Ｄを形成する。
イオンドーピングに代えてイオンインプランテーション
を用いても良い。この後レーザアニールにより半導体薄
膜２に注入された不純物を活性化する。この様にして形
成された薄膜トランジスタ３を被覆する様にＰＳＧ等か
らなる層間絶縁膜１４を成膜する。この層間絶縁膜１４
にエッチングでコンタクトホールを開口した後、その上
にアルミニウムを６００nmの厚みでスパッタリングによ
り成膜する。このアルミニウムをパタニングして信号配
線４に加工する。信号配線４を被覆する様に感光性の有
機樹脂を１μｍの厚みでコーティングし平坦化膜１０と
する。この平坦化膜１０にコンタクトホールを開口した
後、ＩＴＯ等の透明導電膜をスパッタリングにより成膜
する。この透明導電膜をパタニングして画素電極５に加
工する。このパタニングは信号配線４及びゲート配線と
例えば１．５μｍの重なりを有する様に行なう。

【００１３】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、互
いに交差するゲート配線及び信号配線を遮光帯として利
用している。換言すると、画素電極の外周端部が信号配
線及びゲート配線の内周端部と重なる様にパタニングし
ている。かかる構成では、ゲート配線及び信号配線を遮
光帯として活用できる上、これらの配線と画素電極とが
重なりを有する事で開口率を律する因子が配線幅になる
為画素開口率が大幅に向上する。さらに、ゲート配線及
び信号配線が遮光帯になる為上下一対の基板間の重ね合
わせマージンも不要になる。又、画素電極が最も上層と
なる為中間にカラーフィルタ等の構造が介在しても製造
工程に大きな影響を与える事はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる表示装置の実施形態を示す模式
的な平面図である。

【図２】図１に示した表示装置の断面図である。

【図３】図１に示した表示装置に形成される薄膜トラン
ジスタの具体的な構成を示す模式的な断面図である。

【図４】従来の表示装置の一例を示す断面図である。

【図５】従来の表示装置の他の例を示す平面図である。

【図６】従来の表示装置の別の例を示す模式的な部分断
面図である。

【符号の説明】

１ゲート配線２半導体薄膜３薄膜トランジスタ４信号配線５画素電極７チャネルストッパ８透明基板９第１絶縁膜１０第２絶縁膜１１透明基板１２対向電極１３電気光学物質

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の間隙を介して互いに接合した一対
の透明基板と、該間隙に保持された電気光学物質とを備
えたパネル構造を有し、該透明基板に行状にパタニング形成された遮光性のゲー
ト配線と、該ゲート配線を被覆する様に成膜された第１絶縁膜と、該ゲート配線の一部に含まれるゲート電極の上に該第１
絶縁膜を介して形成された半導体薄膜を活性層とするボ
トムゲート型の薄膜トランジスタと、該半導体薄膜の上に列状にパタニング形成された遮光性
の配線であって該薄膜トランジスタのソース部に接続す
ると共に該行状のゲート配線と交差して格子状の遮光帯
を構成する信号配線と、該信号配線を被覆する第２絶縁膜と、該第２絶縁膜の上にパタニング形成された透明導電膜か
らなり該薄膜トランジスタのドレイン部に電気接続され
ていると共に、該透明導電膜の外周端部が該遮光帯の内
周端部と重なっている画素電極とを有する表示装置。
【請求項２】前記第２絶縁膜は、透明基板に形成され
た薄膜トランジスタ、ゲート配線及び信号配線の凹凸を
埋める為に十分な厚みを有する平坦化膜である請求項１
記載の表示装置。
【請求項３】前記ボトムゲート型の薄膜トランジスタ
は、該ゲート電極に整合して該半導体薄膜の上にパタニ
ング形成された絶縁膜からなるチャネルストッパと、該
チャネルストッパをマスクとして該半導体薄膜に不純物
イオンを注入して設けたソース部及びドレイン部とを有
する請求項１記載の表示装置。