JPH11271807A - アクティブマトリックス基板及び液晶表示装置 - Google Patents

アクティブマトリックス基板及び液晶表示装置

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JPH11271807A
JPH11271807A JP7697198A JP7697198A JPH11271807A JP H11271807 A JPH11271807 A JP H11271807A JP 7697198 A JP7697198 A JP 7697198A JP 7697198 A JP7697198 A JP 7697198A JP H11271807 A JPH11271807 A JP H11271807A
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JP
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active matrix
matrix substrate
film
liquid crystal
semiconductor layer
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JP7697198A
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Masatoshi Wakagi
政利 若木
Masahiko Ando
正彦 安藤
Genshiro Kawachi
玄士朗 河内
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高精細で視野角の広い横電界液晶駆動可能なア
クティブマトリックス基板を提供する。 【解決手段】透明基板1上に、半導体層3とゲート絶縁
層4,ゲート配線5,コモン配線6,層間絶縁層8,ド
レイン配線10,画素電極12,対向電極11を有する
アクティブマトリックス基板において、前記半導体層3
と前記対向電極11と同層の金属膜で層間絶縁膜を挟ん
だ蓄積容量14あるいは付加容量16を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のア
クティブマトリックス基板に係り、それを用いた液晶表
示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブ素子を用いたアクティブマト
リックス型液晶表示装置は、薄く、かつ軽量という特徴
を有し高画質が得られるという点から、表示端末として
広く採用されている。アクティブマトリックス型液晶表
示装置は、薄膜トランジスタ(TFT)などのアクティ
ブマトリックス素子を有するアクティブマトリックス基
板と対向する基板の間に液晶を封入して作製する。そし
て、液晶を画素電極−対向電極間に印加する電界によっ
て制御し、基板を透過する光を変調することにより画像
を形成する。
【0003】TFTの半導体層としては非晶質Si(a
−Si),多結晶Si(poly−Si)などが用いられてい
る。このうちpoly−Siは移動度が高く高速で動作する
TFTを作製できることから、画素のスイッチング素子
以外にシフトレジスターなどの周辺回路にも適用でき
る。このため基板周辺に実装する回路チップを低減する
ことができ、コスト低減やコンパクト化などの効果があ
る。また、周辺チップへの接続点数を減らすことがで
き、通常では端子間隔が狭く接続信頼性の確保の難し
い、高精細の液晶表示装置の作製にも効果がある。
【0004】poly−Si TFTの場合、通常コプラナ
型の素子構造を採用しており寄生容量が小さい。このた
め、TN(Twisted Nematic)液晶の様に液晶容量の大き
い縦電界型の液晶表示装置では、特に大きな蓄積容量あ
るいは付加容量を設ける必要はない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】最近、液晶表示の視野
角を広げるために、画素電極−対向電極をアクティブマ
トリックス基板上に形成し、基板と概平行に電界を印加
する横電界方式の液晶表示装置が発表されている。この
場合、液晶容量は縦電界方式に比べて小さくなってい
る。このため、付加容量あるいは補助容量を設けて液晶
の印加電圧を安定化する必要がある。特に、コモン配線
を有しない横電界方式の液晶表示装置においては前段の
ゲート線を用いて付加容量を形成する必要がある。この
際、poly−Si TFTの形成プロセスに適合した信頼
性の高い構造が必要となる。また、開口率を高くするた
めには容量素子を面積効率良く形成する必要がある。
【0006】従って、本発明の目的は、開口率の高い横
電界駆動が可能なアクティブマトリックス基板を提供す
ることにある。そして、他の目的は、視角が広く高精細
の明るい液晶表示装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するアク
ティブマトリックス基板の特徴は、画素の蓄積容量ある
いは付加容量を半導体層を構成の一部に用いて形成する
ことにある。蓄積容量あるいは付加容量は絶縁層を、こ
の半導体層と金属などの導電層で挟んだ素子構成とな
る。半導体層としてはpoly−Si膜などを用いる。この
場合、リンあるいはボロンなどの元素をドーピングする
ことにより半導体層を低抵抗化することができる。この
半導体層を素子に適用することにより、poly−Si形成
プロセスに適合した素子を形成することができる。
【0008】導電層として対向電極あるいは画素電極と
同層の金属などを用いることによっても、プロセス効率
良く素子を形成することができる。また、素子を構成す
る導電層は横電界液晶駆動のための対向電極として使用
でき、面積効率が良い素子構成が可能となる。このた
め、アクティブマトリックス基板の開口率を大きく設計
することができる。
【0009】半導体層にpoly−Siを用いる際、その厚
さは100nm以下が適当である。poly−Siは可視域
の光透過率が高いため、この層が容量素子からはみだし
てもアクティブマトリックス基板の透過率をほとんど低
下させることはない。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、後述する実施例の図面(図1,図2,図4)を参照
して説明する。本発明の実施の形態は、以下のアクティ
ブマトリックス基板構成によって実現される。透明基板
1上に半導体層3を形成する。半導体層3としては、熱
CVD(Chemical Vapor Deposition)で作製したpoly−
Si膜や、低圧CVD法やプラズマCVD法で作製した
a−Si膜をレーザアニールや熱アニールして作製した
poly−Si膜などが挙げられる。ついで、ゲート絶縁膜
4を形成する。ゲート絶縁層4としては熱酸化膜やプラ
ズマCVD法で作製したSiO2 やSiNなどが挙げら
れる。さらに、ゲート配線5やコモン配線6を金属膜や
poly−Si膜などを用いて形成する。金属膜としてはC
r,AlTa,Mo,Nb,Cuやそれらの金属を用い
た合金などが挙げられる。
【0011】ついで、ゲート絶縁層4を加工した後、イ
オンドーピング,レーザアニールなどの方法により半導
体層にリンあるいはボロンをドーピングしてn領域7お
よびp領域を形成する。この際、ドーピングを2段階に
しLDD(Lightly DopedDrain)構造のTFTを作製する
ことも可能である。また、主にp領域は周辺回路部に用
いられるが画素領域に用いることも可能でありこの場合
図中のn領域7はp領域となる。
【0012】この上に層間絶縁層7としてSiO2 膜な
どを形成し、更にコンタクトホール9を形成する。そし
て、ドレイン配線10,対向電極11,画素電極12と
して金属膜を形成加工する。金属膜としてはCr,A
l,Ta,Mo,Nb,Cuやそれらの金属を用いた合
金などが挙げられる。その上に保護性絶縁層13を形成
する。さらに配線の端子部の保護性絶縁膜にコンタクト
ホールを形成する。なお、このコンタクトホール部の金
属を保護し電気的接続の安定化を図るため、酸化物導電
膜を形成加工しカバーする構成もある。
【0013】蓄積容量14は、画素電極12に接続した
半導体層のn領域7と対向電極11の間に層間絶縁層8
を挟んで形成される。半導体層のn領域7はTFTのオ
フ電流低減やオン電流確保のために必要であり、また対
向電極11は液晶に電界を印加するのに必要である。蓄
積容量14はこれらの層を有効に利用して構成されてお
り、プロセス効率良く形成できる。また、蓄積容量14
は対向電極11下に形成されており開口率を損なうこと
もない。図1で蓄積容量部で半導体層のn領域7は対向
電極11からはみだして形成されているが、半導体層の
可視光領域の透過率が高いためアクティブマトリックス
基板の透過率をほとんど下げることはない。
【0014】また、図4に示すように、対向電極11を
前段のゲート線15に接続し付加容量16を形成する構
成もある。この際、TFT17はゲート電圧0Vでもリ
ーク電流を抑えられるように高しきい値の素子を使用す
る必要がある。
【0015】以上のように本発明によるアクティブマト
リックス基板では、半導体層と対向電極で蓄積容量ある
いは付加容量を構成しているため、poly−Si TFT
形成に適合したプロセスになっており効率が良い。ま
た、蓄積容量あるいは付加容量が対向電極下に形成され
ており開口率も高くとれる構成となっている。
【0016】このアクティブマトリックス基板上に配向
膜を形成し、スペーサを介して対向基板と貼合せて液晶
を封入することにより、高画質で輝度の高い液晶表示装
置を作製することが可能となる。
【0017】以下、本発明による実施例について図面を
参照して説明する。
【0018】(実施例1)図1に本発明による一実施例
のアクティブマトリックス基板の画素部の平面図、図2
に画素部の要部断面図(A−A′断面)を示す。これら
の図面を用いて第1実施例について説明する。
【0019】透明基板1上にSiO2 からなる下地膜2
を形成する。SiO2 膜は、Si(C25O)4とO2を原
料としたプラズマCVD法で作製した。この上にa−S
i膜を50nmの厚さに形成した。a−Si膜は基板温
度450℃でSi26を原料とした低圧CVDで作製し
た。この膜にエキシマレーザを照射してpoly−Si膜を
作製した。このpoly−Si膜をフォトリソグラフィー工
程により所定の形状に加工し半導体層3を形成した。
【0020】この上に下地膜2と同様の方法でSiO2
からなるゲート絶縁層4を形成した。さらにスパッタリ
ング法によりNb膜を形成し、ホトリソグラフィー工程
によりゲート配線5,コモン配線6を加工形成した。さ
らにゲート絶縁層4を加工した。
【0021】ついで、ホトマスクを形成し、イオンドー
プによりpoly−Si膜にリンをドープし、n領域7を形
成した。ホトマスク除去後、再度ホトマスクを形成しイ
オンドープによりpoly−Si膜にボロンをドープし、p
領域を周辺回路部に形成した。さらに、エキシマレーザ
を照射しドーパントを活性化した。
【0022】ついで、層間絶縁層8としてSiO2 膜を
下地膜と同様の方法で形成した。更に、プラズマ水素に
より処理した。コンタクトホール9を形成した後、Cr
膜をスパッタリング法で形成し、ホトリソグラフィー工
程でドレイン配線10,対向電極11,画素電極12を
形成した。この上に保護性絶縁膜13を形成しホトリソ
グラフィー工程で端子部にコンタクトホールを形成し、
さらにITO(IndiumTin Oxide)膜をスパッタリング法
により形成した後、ホトリソグラフィー工程で加工し端
子部の金属を被覆した。
【0023】作製したアクティブマトリックス基板上に
配向膜を形成し、スペーサを介して対向基板に貼合わせ
て液晶を封入した。得られた液晶表示層は、明るく輝度
むらのない良好な表示特性を示した。
【0024】(実施例2)図3に他の実施例のアクティ
ブマトリックス基板の画素部の平面図を示す。この図面
を用いて第2実施例について説明する。
【0025】実施例1と同様の方法で透明基板1上に下
地膜2,半導体層3,ゲート絶縁層4,ゲート配線5,
n領域7,p領域,層間絶縁層8,コンタクトホール9
を形成した。この際、半導体層3は後述の対向電極11
より細くなるように形成した。
【0026】この上に、CrMo合金をスパッタリング
法で形成し、ホトリソグラフィー工程でドレイン配線1
0,対向電極11,画素電極12に加工した。CrMo
合金を採用したのは応力が小さく厚膜化が可能なためで
ある。このため、特にドレイン配線の抵抗を低減でき、
表示品質を向上できる。更にこの上に保護性絶縁膜13
を形成し、コンタクトホール,ITO膜を形成加工し
た。
【0027】作製したアクティブマトリックス基板上に
配向膜を形成し、スペーサを介して対向基板を貼合わせ
て液晶を封入した。得られた液晶表示装置は、明るく輝
度むらのない良好な表示特性を示した。実施例1の液晶
表示装置と比較して、赤表示と緑表示の輝度は同等であ
ったが、青表示で1〜2%の輝度向上が認められた。 (実施例3)図4に別の実施例のアクティブマトリック
ス基板の画素部の平面図を示す。また、図5に要部断面
図(B−B′断面)を示す。これらの図面を用いて第3
実施例について説明する。
【0028】実施例1と同様の方法で透明基板1上に下
地膜2,半導体層3,ゲート絶縁層を形成した。この
際、ゲート絶縁層をSiO2 膜18とSiN膜19の積
層とした。SiN膜はSiH4 とNH3 ,N2 の混合ガ
スを用いたプラズマCVD法で形成した。ゲート絶縁層
を2層構造にしたのはTFTのしきい値を+にシフトす
るためである。
【0029】その後、実施例1と同様の方法で、ゲート
配線5,n領域7,p領域,層間絶縁層8,コンタクト
ホール9,ドレイン配線10,対向電極11,画素電極
12,保護性絶縁膜13,端子部のコンタクトホール,
ITO膜を形成加工した。
【0030】このアクティブマトリックス基板では、コ
モン配線を削除できる。これは、TFTのしきい値が高
くゲート電圧0Vでオフ特性を確保でき、前段のゲート
配線を対向電極として利用できるためである。
【0031】作製したアクティブマトリックス基板上に
配向膜を形成し、スペーサを介して対向基板を貼合わせ
て液晶を封入した。得られた液晶表示装置は、明るく輝
度むらのない良好な表示特性を示した。実施例1の液晶
表示装置と比較して、7%の輝度向上が認められた。
【0032】
【発明の効果】上記発明によれば、poly−Si TFT
を用いて横電界方式の液晶を駆動でき、高精細で明るく
視野角の広い液晶表示装置を提供することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1実施例のアクティブマトリッ
クス基板を示す平面図である。
【図2】図1の画素部を示す断面図である。
【図3】本発明による第2実施例のアクティブマトリッ
クス基板を示す平面図である。
【図4】本発明による第3実施例のアクティブマトリッ
クス基板を示す平面図である。
【図5】図4の画素部を示す断面図である。
【符号の説明】
1…透明基板、2…下地膜、3…半導体層、4…ゲート
絶縁層、5…ゲート配線、6…コモン配線、7…n領
域、8…層間絶縁層、9…コンタクトホール、10…ド
レイン配線、11…対向電極、12…画素電極、13…
保護性絶縁層、14…蓄積容量、15…前段のゲート配
線、16…付加容量、17…TFT、18…SiO2
19…SiN。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上に、半導体層とゲート絶縁層,
    ゲート配線,コモン配線,層間絶縁膜,ドレイン配線,
    画素電極,対向電極を有するアクティブマトリックス基
    板において、前記半導体層と前記対向電極と同層の金属
    膜で層間絶縁膜を挟んだ蓄積容量を具備したことを特徴
    とするアクティブマトリックス基板。
  2. 【請求項2】透明基板上に、半導体層とゲート絶縁層,
    ゲート配線,層間絶縁膜,ドレイン配線,画素電極,対
    向電極を有するアクティブマトリックス基板において、
    前記半導体層と前記対向電極と同層の金属膜で層間絶縁
    膜を挟んだ付加容量を具備したことを特徴とするアクテ
    ィブマトリックス基板。
  3. 【請求項3】前記半導体層が多結晶Siであることを特
    徴とする請求項1又は2記載のアクティブマトリックス
    基板。
  4. 【請求項4】前記蓄積容量あるいは付加容量を構成する
    半導体層がドーピングにより低抵抗化されていることを
    特徴とする請求項1又は2記載のアクティブマトリック
    ス基板。
  5. 【請求項5】蓄積容量あるいは付加容量が対向電極下に
    形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の
    アクティブマトリックス基板。
  6. 【請求項6】請求項1,2,5のいずれか1項記載のア
    クティブマトリックス基板を用いたことを特徴とする液
    晶表示装置。
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