JPH095792A

JPH095792A - アクティブマトリクス表示装置

Info

Publication number: JPH095792A
Application number: JP17421195A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Abe; 文明阿部; Hiroyuki Ikeda; 裕幸池田; Takuo Sato; 拓生佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】オンチップブラック構造のブラックマトリク
スを複合化して画素開口率を改善する。【構成】アクティブマトリクス表示装置の駆動基板に
は行状のゲート配線１、列状の信号配線２及び両配線の
交差部に配した画素が設けられている。画素はゲート配
線１及び信号配線２に接続した薄膜トランジスタＴｒと
これに接続した画素電極３とからなる。画素電極３の周
辺はブラックマトリクスにより遮光される。このブラッ
クマトリクスは第１遮光部ないし第３遮光部とが互いに
相補的に重なった複合構造を有する。第１遮光部はゲー
ト配線１の少なくとも上部を構成する金属膜からなる。
第２遮光部は第１層間絶縁膜を介してゲート配線１より
上方に位置する信号配線２を構成する金属膜からなる。
第３遮光部は第２層間絶縁膜を介して信号配線２より上
方に位置し且つ画素毎に分かれて画素電極３に接続した
金属膜７からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマトリクス状に配列した
画素を有するアクティブマトリクス表示装置に関する。
より詳しくは、画素間を遮光するブラックマトリクス構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来のアクティブマトリクス表示
装置の一般的な構成を示す。アクティブマトリクス表示
装置は所定の間隙を介して接合した駆動基板１０１及び
対向基板（図示せず）と、間隙に保持された液晶等の電
気光学物質（図示せず）とを備えている。対向基板には
全面的に対向電極が形成されている。駆動基板１０１に
は行状のゲート配線１０２、列状の信号配線１０３及び
両配線の交差部に配した画素１０４を含んでいる。画素
１０４はゲート配線１０２及び信号配線１０３に接続し
た薄膜トランジスタＴｒと、薄膜トランジスタに接続し
た画素電極とからなる。画素電極と対向電極との間に微
細な液晶セルＬＣが規定される。さらに、液晶セルＬＣ
と並列に補助容量Ｃｓが接続されている。かかる構成を
有する画素１０４の周囲はブラックマトリクス（図示せ
ず）により被覆され、外光を遮光する。なお、ゲート配
線１０２は垂直走査回路１０５に接続し、信号配線１０
３は画像信号供給スイッチ１０６に接続する。画像信号
供給スイッチ１０６は水平走査回路１０７により駆動さ
れる。これら垂直走査回路１０５、画像信号供給スイッ
チ１０６、水平走査回路１０７には外部から電源電圧、
クロック信号、画像信号等が適宜供給される。

【０００３】ブラックマトリクスは駆動基板側に形成す
る方式（オンチップブラック構造）と対向基板側に設け
る方式とがある。アクティブマトリクス表示装置の画素
開口率を改善して高輝度化を図ったり、画素の配列ピッ
チを縮小して高解像度化を図る場合、オンチップブラッ
ク構造が有利であり、現在盛んに開発されている。オン
チップブラック構造では、ブラックマトリクスの材料と
して遮光性を有する有機物や金属が用いられる。しかし
ながら、有機物は一般に遮光性が低い為、２〜３μｍ程
度に厚膜化してブラックマトリクスを形成する必要があ
る。ところが、厚膜化すると駆動基板表面の凹凸が増大
し、液晶分子の配向異常等を招き問題が生じる。従っ
て、ブラックマトリクスの材料としては金属や合金が有
力である。

【０００４】図８に、金属材料をブラックマトリクスに
用いたオンチップブラック構造の従来例を示す。駆動基
板２０１と対向基板２０２との間に液晶２０３が保持さ
れている。対向基板２０２の内面には対向電極２０４が
成膜されている。一方駆動基板２０１の内表面には半導
体薄膜２０５がパタニング形成されており、薄膜トラン
ジスタＴｒの活性層となる。同時に半導体薄膜２０５に
は補助容量Ｃｓも形成されている。薄膜トランジスタＴ
ｒはゲート電極Ｇとその両側に位置するソース領域Ｓ及
びドレイン領域Ｄを備えている。薄膜トランジスタＴｒ
と補助容量Ｃｓは第１層間絶縁膜２０６により被覆され
ている。第１層間絶縁膜２０６の上にはソース領域Ｓに
接続する信号配線２０７とドレイン領域Ｄに接続するパ
ッド電極２０８がパタニング形成されている。信号配線
２０７とパッド電極２０８は第２層間絶縁膜２０９によ
り被覆されており、その上には金属膜２１０がパタニン
グ形成されブラックマトリクスを構成する。金属膜２１
０が存在しない領域が開口部２１１となる。金属膜２１
０は第３層間絶縁膜２１２により被覆され、その上に画
素電極２１３がパタニング形成される。画素電極２１３
は金属膜２１０及びパッド電極２０８を介してドレイン
領域Ｄに接続している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８に示した従来例で
は金属膜２１０をブラックマトリクスとしてオンチップ
ブラック構造を実現している。しかしながら、この場合
でもブラックマトリクスが電気の良導体である事により
いくつかの解決すべき課題を残している。先ず問題とな
るのは、信号配線２０７と金属膜２１０との間に寄生容
量が生じ、信号配線２０７の電位又は画素電極２１３の
電位に悪影響を与え、表示のコントラストや均一性に支
障をきたしている。これを避ける為には第２層間絶縁膜
２０９又は第３層間絶縁膜２１２を厚膜化する必要があ
る。しかしながら層間絶縁膜は一般に燐珪酸ガラス（Ｐ
ＳＧ）等からなる。ＰＳＧを厚膜化すると表面平滑性を
損ない液晶２０３の配向異常を起しやすくなる。又、信
号配線２０７は通常低抵抗の金属膜を用いて形成する。
この金属膜も遮光性を有しているのでブラックマトリク
スの一部となり得る。従って、もともとブラックマトリ
クス用に形成した金属膜２１０は信号配線２０７以外の
画素電極２１３間を遮光すれば良い事なる。しかしなが
ら、漏れなく遮光する為には、金属膜２１０と画素電極
２１３との間に第３層間絶縁膜２１２を設けなければな
らない。即ち、金属膜２１０を画素電極２１３、信号配
線２０７、ゲート配線等から絶縁する必要がある。これ
ら層間絶縁膜２０６，２０９，２１２の層数が増加する
と、製造工程数が増える為コスト上昇を招く。又、層間
絶縁性を確保する上で不利になる。

【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、本発明は製造工程の複雑化及び構造の複雑化
を生じる事なくアクティブマトリクス表示装置の高輝度
化及び高解像度化を達成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
かるアクティブマトリクス表示装置は基本的な構成とし
て、互いに所定の間隙を介して接合した駆動基板及び対
向基板と、該間隙に保持された電気光学物質とを備えて
いる。駆動基板は行状のゲート配線、列状の信号配線及
び両配線の交差部に配した画素を含む。対向基板は対向
電極を有する。各画素はゲート配線及び信号配線に接続
した薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに接続し
た画素電極と、該画素電極の周辺を遮光するブラックマ
トリクスとを有している。本発明の特徴事項として、前
記ブラックマトリクスは第１遮光部、第２遮光部及び第
３遮光部とが互いに相補的に重なった複合構造を有す
る。第１遮光部はゲート配線の少なくとも上部を構成す
る金属膜からなる。第２遮光部は第１層間絶縁膜を介し
て該ゲート配線より上方に位置する該信号配線を構成す
る金属膜からなる。第３遮光部は第２層間絶縁膜を介し
て該信号配線より上方に位置し且つ画素毎に分かれて該
画素電極に接続した金属膜からなる。

【０００７】好ましくは、前記第２層間絶縁膜は０．６
μｍ以上の厚みで成膜された平坦性を有する有機材料か
らなる。又、前記第１遮光部は該ゲート配線の少なくと
も上部を構成する金属膜に加え該ゲート配線と平行な補
助容量配線の少なくとも上部を構成する金属膜を含む。
前記ゲート配線は下部の低抵抗化された多結晶シリコン
膜とその上部に重ねられた少なくとも一層の金属膜から
なる積層構造を有する。前記第３遮光部を構成する金属
膜は画素電極の直上に接して設けてある。あるいは、前
記第３遮光部を構成する金属膜は画素電極の直下に接し
て設けても良い。前記第２遮光部と前記第３遮光部は互
いに重なり合う部分の寸法が０．２μｍ以上で且つ２μ
ｍ以下に限定されている。

【０００８】

【作用】本発明によれば、ブラックマトリクスは夫々別
の層に属する３種類の金属膜からなる第１遮光部ないし
第３遮光部を組み合わせて複合的且つ相補的に構成され
ている。従って、オンチップブラック構造で略完全な遮
光性を有するブラックマトリクスが実現できる。三層の
第１遮光部ないし第３遮光部は二層の層間絶縁膜により
互いに隔てられている。特に、画素電極と接続する第３
遮光部と信号配線からなる第２遮光部との間に介在する
第２層間絶縁膜は０．６μｍ以上の厚みで成膜された平
坦性を有する有機材料（平坦化膜）からなり、寄生容量
を抑制すると共に層間絶縁性を確保し且つ駆動基板の表
面を平坦化している。第１遮光部はゲート配線及び補助
容量配線に含まれる金属膜を利用し、第２遮光部は金属
膜からなる信号配線を利用し、第３遮光部は画素毎に分
離した金属膜を利用している。これらは互いに相補的に
重なり合い全体としてブラックマトリクスを構成する。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかるアクティブマト
リクス表示装置の第１実施例を示す模式的な平面図であ
る。図示を簡略化する為駆動基板の平面構造のみを表わ
している。駆動基板の表面には行状のゲート配線１、列
状の信号配線２及び両配線の交差部に配した画素が形成
されている。各画素はゲート配線１及び信号配線２に接
続した薄膜トランジスタＴｒと、これに接続した画素電
極３とからなる。薄膜トランジスタＴｒは多結晶シリコ
ン等からなる半導体薄膜４を活性層とする。信号配線２
は半導体薄膜４に形成されたソース領域Ｓに接続し、画
素電極３は同じく半導体薄膜４に形成されたドレイン領
域Ｄに接続する。又、ゲート配線１の一部はゲート電極
Ｇを構成し半導体薄膜４のチャネル領域と重なる。又、
ゲート配線１と平行に補助容量配線５がパタニング形成
されており、半導体薄膜４の一部と重なって、補助容量
Ｃｓを構成する。

【００１０】画素電極３は中央の開口部６を除いて周辺
がブラックマトリクスにより遮光されている。本発明の
特徴事項としてこのブラックマトリクスは第１遮光部、
第２遮光部及び第３遮光部とが互いに相補的に重なった
複合構造を有する。第１遮光部はゲート配線１の少なく
とも上部を構成する金属膜からなる。第２遮光部は第１
層間絶縁膜を介してゲート配線１より上方に位置する信
号配線２を構成する金属膜からなる。第３遮光部は第２
層間絶縁膜を介して信号配線２より上方に位置し且つ画
素毎に分かれて画素電極３に接続した金属膜７からな
る。なお本例では、第１遮光部はゲート配線１の少なく
とも上部を構成する金属膜に加え、ゲート配線１と平行
な補助容量配線５の少なくとも上部を構成する金属膜を
含んでいる。以上の説明から理解される様に、ブラック
マトリクスはゲート配線１及び補助容量配線５（第１遮
光部）と信号配線２（第２遮光部）と金属膜７（第３遮
光部）とが互いに重なり合った部分からなり、複合構造
を有している。第１遮光部ないし第３遮光部に属する金
属膜は夫々別層に属し、且つ相補的に重なり合って画素
電極３の周囲を遮閉している。

【００１１】図２は、図１に示したアクティブマトリク
ス表示装置の構造を表わしており、図１のα−β線に沿
った断面図である。図示する様に本表示装置は所定の間
隙を介して互いに接合した駆動基板１０及び対向基板１
１からなるパネル構造となっている。対向基板１１の内
表面には対向電極１２が形成されている。一方駆動基板
１０の内表面には多結晶シリコン等からなる半導体薄膜
４がアイランド状にパタニング形成されている。前述し
た様にこの半導体薄膜４には薄膜トランジスタＴｒと補
助容量Ｃｓが形成されている。薄膜トランジスタＴｒは
ゲート電極Ｇとソース領域Ｓとドレイン領域Ｄとを備え
ている。ゲート電極Ｇはゲート配線の一部を構成してい
る。又補助容量側のＣｓ電極は補助容量配線の一部を構
成している。ゲート電極ＧやＣｓ電極は第１遮光部に属
し、ＰＳＧ等からなる第１層間絶縁膜１３より被覆され
ている。第１層間絶縁膜１３の上にはアルミニウム等の
金属膜からなる信号配線２がパタニング形成されてお
り、第２遮光部を構成する。この第２遮光部は第２層間
絶縁膜１４により被覆されている。第２層間絶縁膜１４
は０．６μｍ以上の厚みで成膜された平坦性を有するア
クリル樹脂等の有機材料からなり、平坦化膜と呼ばれ
る。この平坦化膜の上にはＩＴＯ等からなる画素電極３
がパタニング形成されている。さらにその上には金属膜
７がパタニング形成されている。この金属膜７は第３遮
光部に属し、画素電極３に接続すると共に画素毎に分離
している。なお画素電極３と対向電極１２との間に液晶
１５等の電気光学物質が保持される。かかる構成におい
て、画素電極３は開口部６を除いて複合的なブラックマ
トリクスにより遮光されている。即ち、ゲート電極Ｇを
含むゲート配線及びＣｓ電極を含む補助容量配線からな
る第１遮光部、信号配線２からなる第２遮光部及び金属
膜７からなる第３遮光部の三層のうち何れか一層以上に
よって画素電極３の周辺を遮光する様にしている。駆動
基板１０の垂直方向から見て、各層の端部が重なる様に
パタンをレイアウトする。

【００１２】以下各層の具体的な構成を詳細に説明す
る。ゲート電極Ｇ及びＣｓ電極は同時に形成される膜で
あり、下層から低抵抗化された多結晶シリコン（ＤＯＰ
ＯＳ）１６、アルミニウムからなる金属膜１７、チタン
からなる金属膜１８を順に重ねた積層構造を有する。Ｄ
ＯＰＯＳ１６の厚みは例えば２００nmに設定され、アル
ミニウム金属膜１７の厚みは５０nmに設定され、チタン
金属膜１８の厚みは５０nmに設定される。ゲート電極Ｇ
及びＣｓ電極に電気の良導体であるアルミニウム及びチ
タンを使用する事により低抵抗化が可能となり、表示画
質の均一性を改善できる。信号配線２は例えば６００nm
の厚みを有するアルミニウム金属膜からなる。画素電極
３は例えば１４０nmの厚みを有するＩＴＯからなる。画
素電極３の直上にパタニング形成された金属膜７は１０
０nmの厚みを有するアルミニウムからなる。このアルミ
ニウム金属膜７は画素毎に分離し、且つ画素電極３と接
続している。画素電極３間の遮光は信号配線２と金属膜
７とゲート電極ＧとＣｓ電極によって相補的に行なわれ
る。信号配線２と画素電極３の層間絶縁は、表面平坦性
を有する感光性透明有機膜からなる平坦化膜１４を用い
る。平坦化膜１４の厚みは例えば２μｍに設定され、信
号配線２と画素電極３間の寄生容量を低減している。
又、金属膜７と信号配線２の重なり幅は例えば０．５μ
ｍとし、遮光性を確保しつつ寄生容量の増加を防ぐ。一
般に第２遮光部に属する信号配線２と第３遮光部に属す
る金属膜７は、互いに重なり合う部分の寸法が０．２μ
ｍ以上で且つ２μｍ以下に限定される。

【００１３】図３は本発明にかかるアクティブマトリク
ス表示装置の第２実施例を示す模式的な断面図であり、
駆動基板側のみを示している。基本的には図２に示した
第１実施例と同様であり、対応する部分には対応する参
照番号を付して理解を容易にしている。本例では、ゲー
ト電極Ｇは低抵抗化された多結晶シリコン１６とその上
に形成した金属膜１９の二層構造となっている。なお、
補助容量側のＣｓ電極も同一の二層構造である。金属膜
１９としてはアルミニウム、チタン、モリブデン、タン
タル、タングステン、クロム等を用いる事ができる。

【００１４】図４は本発明にかかるアクティブマトリク
ス表示装置の第３実施例を示す断面図である。基本的に
は図３に示した第２実施例と同様の構造を有しており、
対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易
にしている。本例では、ゲート電極Ｇが単層の金属膜２
０からなる。なお、補助容量Ｃｓ側のＣｓ電極も同様に
単層の金属膜２０からなる。

【００１５】図５は本発明にかかるアクティブマトリク
ス表示装置の第４実施例を示す模式的な断面図である。
基本的には図３に示した第２実施例と同一の構造を有し
ており、対応する部分には対応する参照番号を付して理
解を容易にしている。本例では第３遮光部を構成する金
属膜７が画素電極３の直下に形成されている。この様に
すると画素電極３と薄膜トランジスタＴｒのドレイン領
域Ｄとが金属膜７を介在して電気接続される。この金属
膜７の材質を適当に選択する事で、画素電極３と薄膜ト
ランジスタＴｒの電気接続を良好なものにできる。

【００１６】図６は本発明にかかるアクティブマトリク
ス表示装置の第５実施例を示す模式的な断面図である。
基本的には図２に示した第１実施例と同一の構造を有し
ており、対応する部分には対応する参照番号を付して理
解を容易にしている。本例では、ドレイン領域Ｄと直接
接する様にパッド電極２１を設けている。このパッド電
極２１はソース領域Ｓ側の信号配線２と同時にパタニン
グ形成される。画素電極３はこのパッド電極２１を介し
てドレイン領域Ｄに電気接続している。この構成では平
坦化膜１４に対してコンタクトホールを開口する際のパ
タニングが容易になる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、ア
クティブマトリクス型表示装置のオンチップブラック構
造において、ブラックマトリクスは金属ゲート配線から
なる第１遮光部と、金属信号配線からなる第２遮光部
と、画素電極に接続した金属膜からなる第３遮光部とが
互いに相補的に重なった複合構造となっている。かかる
構成により、画素開口率が増大し、高輝度の画像表示が
可能になる。層構造の簡略化により製造工程数及び製造
コストが低減できる。又、画素ピッチが縮小化でき高精
細な画像表示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるアクティブマトリクス表示装置
の第１実施例を示す模式的な平面図である。

【図２】同じく第１実施例を示す断面図である。

【図３】本発明にかかるアクティブマトリクス表示装置
の第２実施例を示す断面図である。

【図４】本発明にかかるアクティブマトリクス表示装置
の第３実施例を示す断面図である。

【図５】本発明にかかるアクティブマトリクス表示装置
の第４実施例を示す断面図である。

【図６】本発明にかかるアクティブマトリクス表示装置
の第５実施例を示す断面図である。

【図７】従来のアクティブマトリクス表示装置の回路構
成を示す模式図である。

【図８】従来のアクティブマトリクス表示装置のブラッ
クマトリクス構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ゲート配線（第１遮光部）２信号配線（第２遮光部）３画素電極４半導体薄膜５補助容量配線（第１遮光部）６開口部７金属膜（第３遮光部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】行状のゲート配線、列状の信号配線及び
両配線の交差部に配した画素を含む駆動基板と、対向電
極を有し所定の間隙を介して該駆動基板に接合した対向
基板と、該間隙に保持された電気光学物質とを備えたア
クティブマトリクス表示装置であって、各画素は、ゲート配線及び信号配線に接続した薄膜トラ
ンジスタと、該薄膜トランジスタに接続した画素電極
と、該画素電極の周辺を遮光するブラックマトリクスと
を有しており、前記ブラックマトリクスは、該ゲート配線の少なくとも
上部を構成する金属膜からなる第１遮光部と、第１層間
絶縁膜を介して該ゲート配線より上方に位置する該信号
配線を構成する金属膜からなる第２遮光部と、第２層間
絶縁膜を介して該信号配線より上方に位置し且つ画素毎
に分かれて該画素電極に接続した金属膜からなる第３遮
光部とが互いに相補的に重なった複合構造を有する事を
特徴とするアクティブマトリクス表示装置。
【請求項２】前記第２層間絶縁膜は、０．６μｍ以上
の厚みで成膜された平坦性を有する有機材料からなる事
を特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス表示
装置。
【請求項３】前記第１遮光部は、該ゲート配線の少な
くとも上部を構成する金属膜に加え該ゲート配線と平行
な補助容量配線の少なくとも上部を構成する金属膜を含
む事を特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス
表示装置。
【請求項４】前記ゲート配線は、下部の低抵抗化され
た多結晶シリコン膜とその上部に重ねられた少なくとも
一層の金属膜からなる積層構造を有する事を特徴とする
請求項１記載のアクティブマトリクス表示装置。
【請求項５】前記第３遮光部を構成する金属膜は、画
素電極の直上に接して設ける事を特徴とする請求項１記
載のアクティブマトリクス表示装置。
【請求項６】前記第３遮光部を構成する金属膜は、画
素電極の直下に接して設ける事を特徴とする請求項１記
載のアクティブマトリクス表示装置。
【請求項７】前記第２遮光部と前記第３遮光部は、互
いに重なり合う部分の寸法が０．２μｍ以上で且つ２μ
ｍ以下に限定されている事を特徴とする請求項１記載の
アクティブマトリクス表示装置。