WO2007111044A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2007111044A1
WO2007111044A1 PCT/JP2007/051983 JP2007051983W WO2007111044A1 WO 2007111044 A1 WO2007111044 A1 WO 2007111044A1 JP 2007051983 W JP2007051983 W JP 2007051983W WO 2007111044 A1 WO2007111044 A1 WO 2007111044A1
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liquid crystal
auxiliary
auxiliary capacitance
insulating film
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PCT/JP2007/051983
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Inventor
Yoshimizu Moriya
Mutsumi Nakajima
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Sharp Kabushiki Kaisha
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    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/1368—Active matrix addressed cells in which the switching element is a three-electrode device
    • G02F1/13685—Top gates

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to an active matrix type liquid crystal display device in which an auxiliary capacitor is provided for each pixel.
  • Liquid crystal display devices are characterized by being thin and have low power consumption, and are widely used in various fields.
  • an active matrix liquid crystal display device including a thin film transistor (referred to as “TFT”) for each pixel has a high contrast ratio, excellent response characteristics, and high performance. It is used for notebook computers, and the scale of the plant has been expanding in recent years.
  • TFT thin film transistor
  • a general active matrix liquid crystal display device an auxiliary capacitor is provided for each pixel in order to suitably hold a voltage applied to a liquid crystal layer for a predetermined time (for example, Patent Document 1). reference).
  • Fig. 6 shows an example of a conventional active matrix liquid crystal display device having an auxiliary capacitor.
  • a liquid crystal display device 500 shown in FIG. 6 has a plurality of pixels arranged in a matrix.
  • Each pixel is provided with a liquid crystal capacitor Clc and an auxiliary capacitor Cs electrically connected in parallel to the liquid crystal capacitor Clc.
  • the liquid crystal capacitance Clc includes a pixel electrode 512 switched by the thin film transistor 511, a counter electrode 513 facing the pixel electrode 512, and a liquid crystal layer 514 disposed between the pixel electrode 512 and the counter electrode 513. Is formed.
  • the thin film transistor 511 is supplied with a scanning signal from the scanning wiring 515 and supplied with a display signal from the signal wiring 516.
  • the auxiliary capacitance Cs includes an auxiliary capacitance electrode 517 that is electrically connected to the pixel electrode 512, an auxiliary capacitance counter electrode 518 that faces the auxiliary capacitance electrode 517, an auxiliary capacitance electrode 517, and an auxiliary capacitance counter electrode 518. And a dielectric layer 519 disposed therebetween.
  • the auxiliary capacity counter electrode 518 is electrically connected to the auxiliary capacity wiring 529 and supplied with a predetermined voltage from the auxiliary capacity wiring 529.
  • 7 and 8 show the structure of the active matrix substrate 500a included in the liquid crystal display device 500.
  • FIG. FIG. 7 is a plan view schematically showing the active matrix substrate 500a
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line 8A-8A ′ in FIG. 7 and 8 illustrate a top gate type thin film transistor 511 as an example.
  • the active matrix substrate 500a has a structure in which a plurality of conductive layers and insulating layers are stacked on a transparent insulating substrate (for example, a glass substrate) 510.
  • a transparent insulating substrate for example, a glass substrate
  • the semiconductor layer 522 and the auxiliary capacitor electrode 517 of the thin film transistor 511 are provided over the insulating substrate 510, and the gate insulating film 519 is provided so as to cover them.
  • a portion of the gate insulating film 519 located on the auxiliary capacitance electrode 517 functions as a dielectric layer for the auxiliary capacitance Cs.
  • a scanning wiring 515, a gate electrode 515a extending from the scanning wiring 515, an auxiliary capacitance wiring 529, and an auxiliary capacitance counter electrode 518 are provided on the gate insulating film 519.
  • a portion of the auxiliary capacitance wiring 529 located in the pixel functions as the auxiliary capacitance counter electrode 518.
  • An interlayer insulating film 523 is formed so as to cover the scanning wiring 515, the gate electrode 515a, the auxiliary capacitance wiring 529, and the auxiliary capacitance counter electrode 518, and the signal wiring 516 is formed on the interlayer insulating film 523. Is provided.
  • the signal wiring 516 is connected to the semiconductor layer 522 through a contact hole 524 formed in the interlayer insulating film 523 and the gate insulating film 519.
  • a transparent resin film 526 is formed so as to cover the signal wiring 516, and a pixel electrode 512 is provided on the resin film 526.
  • the pixel electrode 512 is electrically connected to the semiconductor layer 522 through a connection electrode 530 formed of the same conductive film as the signal wiring 516.
  • the connection electrode 530 is connected to the semiconductor layer 522 at the contact hole 525 formed in the interlayer insulating film 523 and the gate insulating film 519, and is connected to the pixel electrode 512 in the contact hole 527 formed in the interlayer insulating film 523. It is connected.
  • the liquid crystal display device 500 has the auxiliary capacitor Cs electrically connected in parallel to the liquid crystal capacitor Clc as described above, the voltage applied to the liquid crystal layer 514 is preferably applied for a predetermined time. Can be held, and high-quality display can be performed. In order to maintain the applied voltage for a long time, the capacitance value of the auxiliary capacitor Cs is preferably large.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-05565656
  • the auxiliary capacitor Cs is a light shielding member (in the illustrated configuration, the auxiliary capacitor counter electrode).
  • the aperture ratio decreases.
  • the capacitance value of the auxiliary capacitor and the aperture ratio are in a trade-off relationship, and it is difficult to realize both a high aperture ratio and a large capacitance value.
  • high definition of liquid crystal display devices has progressed, and a decrease in aperture ratio due to the area occupied by the auxiliary capacitor is a serious problem.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to have a high aperture ratio.
  • Another object of the present invention is to provide an active matrix liquid crystal display device provided with an auxiliary capacity having a sufficiently large capacity value.
  • the liquid crystal display device is a liquid crystal display device having a plurality of pixels arranged in a matrix, and each of the plurality of pixels is a pixel electrode that is switched by a top-gate thin film transistor.
  • a liquid crystal capacitor formed by a counter electrode facing the pixel electrode, a liquid crystal layer disposed between the pixel electrode and the counter electrode, and a first auxiliary capacitor electrically connected in parallel to the liquid crystal capacitor And the second auxiliary capacitance, wherein the first auxiliary capacitance is a first auxiliary capacitance electrode electrically connected to the pixel electrode, and a first auxiliary capacitance opposed to the first auxiliary capacitance electrode An electrode, and a first dielectric layer disposed between the first auxiliary capacitance electrode and the first auxiliary capacitance counter electrode, and the second auxiliary capacitance is electrically connected to the pixel electrode.
  • the first auxiliary capacitor counter electrode and the second auxiliary capacitor counter electrode are a single electrode common to the first auxiliary capacitor and the second auxiliary capacitor, and
  • the dielectric layer is a part of a gate insulating film that covers the semiconductor layer of the thin film transistor, and the second dielectric layer is an interlayer insulating film that covers a scanning wiring that supplies a scanning signal to the thin film transistor. A part of the film that is selectively thinned so as to be thinner than the other part of the interlayer insulating film, thereby achieving the above object.
  • the first auxiliary capacitance electrode is formed of the same semiconductor film as the semiconductor layer of the thin film transistor.
  • the second auxiliary capacitance electrode is formed of the same conductive film as a signal wiring that supplies a display signal to the thin film transistor.
  • the liquid crystal display device further includes a resin film covering the signal line and the second auxiliary capacitance electrode, and the resin film is formed on the resin film.
  • the pixel electrode is formed.
  • the interlayer insulating film is a multilayer insulating film in which a first layer and a second layer having different insulating material forces are laminated, and the multilayer insulating film is
  • the second dielectric layer of the second storage capacitor is the low lamination region of the multilayer insulating film, and has a low lamination region where the second layer is selectively removed.
  • the liquid crystal display device is an active matrix type liquid crystal display device driven by a top gate type thin film transistor, and two auxiliary capacitors electrically connected to the liquid crystal capacitor in parallel for each pixel.
  • Each auxiliary capacitor includes an auxiliary capacitor electrode electrically connected to the pixel electrode, an auxiliary capacitor counter electrode opposed to the auxiliary capacitor electrode, and a dielectric disposed between the auxiliary capacitor electrode and the auxiliary capacitor counter electrode.
  • the auxiliary capacitor counter electrodes of the two auxiliary capacitors are a single electrode common to both auxiliary capacitors.
  • the two auxiliary capacitors are provided so as to overlap each other. For this reason, the value of the auxiliary capacity can be increased without increasing the area occupied by the auxiliary capacity.
  • the dielectric layer of one auxiliary capacitor (the first dielectric layer of the first auxiliary capacitor) is a part of the gate insulating film covering the semiconductor layer of the thin film transistor, whereas the other auxiliary capacitor
  • the dielectric layer (second dielectric layer of the second auxiliary capacitor) is a part of the interlayer insulating film covering the scanning wiring, and is selectively thinned so as to be thinner than other parts of the interlayer insulating film. The part The Therefore, in the liquid crystal display device according to the present invention, the capacitance value of the second auxiliary capacitor can be increased without increasing the parasitic capacitance formed between the wirings facing each other through the interlayer insulating film. High-definition display can be realized.
  • FIG. 1 is an equivalent circuit diagram schematically showing a liquid crystal display device 100 in a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing an active matrix substrate 100a of the liquid crystal display device 100.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing an active matrix substrate 100a of the liquid crystal display device 100.
  • FIG. 3 (a) and (b) are cross-sectional views schematically showing the active matrix substrate 100a of the liquid crystal display device 100, and (a) is a cross-section taken along the line 3A-3A ′ in FIG. (B) shows a cross section along the line 3B-3B 'in Fig. 2! /.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of selectively thinning a part of the interlayer insulating film 23 of the active matrix substrate 100a.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an active matrix substrate 100a having an interlayer insulating film 23 having a multilayer structure.
  • FIG. 6 is an equivalent circuit diagram schematically showing a conventional liquid crystal display device 500 having an auxiliary capacity.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing an active matrix substrate 500a of a liquid crystal display device 500.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an active matrix substrate 500a of the liquid crystal display device 500, and shows a cross section taken along the line 8A-8A ′ in FIG.
  • Second dielectric layer (thinned part of interlayer insulating film)
  • FIG. 1 schematically shows an equivalent circuit of the liquid crystal display device 100 according to the present embodiment.
  • the liquid crystal display device 100 has a plurality of pixels arranged in a matrix. Each pixel is provided with a liquid crystal capacitor Clc, and a first auxiliary capacitor Csl and a second auxiliary capacitor Cs2 electrically connected in parallel to the liquid crystal capacitor Clc.
  • the liquid crystal capacitance Clc includes a pixel electrode 12 that is switched by the thin film transistor 11, and a pixel.
  • the counter electrode 13 is opposed to the element electrode 12 and the liquid crystal layer 14 is disposed between the pixel electrode 12 and the counter electrode 13.
  • the thin film transistor 11 is supplied with a scanning signal from the scanning wiring 15 and supplied with a display signal from the signal wiring 16.
  • the thin film transistor 11 is a top gate type as will be described in detail later.
  • the first auxiliary capacitance Csl includes a first auxiliary capacitance electrode 17 electrically connected to the pixel electrode 12, a first auxiliary capacitance counter electrode 18a facing the first auxiliary capacitance electrode 17, and a first auxiliary capacitance
  • the first dielectric layer 19 is disposed between the electrode 17 and the first auxiliary capacitance counter electrode 18a.
  • the second auxiliary capacitance Cs2 includes a second auxiliary capacitance electrode 20 electrically connected to the pixel electrode 12, a second auxiliary capacitance counter electrode 18b facing the second auxiliary capacitance electrode 20, and a second auxiliary capacitance Cs2.
  • the second dielectric layer 21 is disposed between the auxiliary capacitance electrode 20 and the second auxiliary capacitance counter electrode 18b.
  • the first auxiliary capacitor counter electrode 18 a and the second auxiliary capacitor counter electrode 18 b are electrically connected to the auxiliary capacitor line 29 and supplied with a predetermined voltage from the auxiliary capacitor line 29.
  • the first auxiliary capacitor counter electrode 18a and the second auxiliary capacitor counter electrode 18b are illustrated separately. However, in the liquid crystal display device 100 according to the present embodiment, the first auxiliary capacitor counter electrode 18a and the second auxiliary capacitor counter electrode 18b are illustrated.
  • the auxiliary capacitance counter electrode 18a and the second auxiliary capacitance counter electrode 18b are a single electrode common to the first auxiliary capacitance Csl and the second auxiliary capacitance Cs2. Hereinafter, this common electrode is also referred to as “common auxiliary capacitor counter electrode”.
  • the first dielectric layer 19 of the first auxiliary capacitor Csl is a part of the gate insulating film that covers the semiconductor layer of the thin film transistor 11.
  • the second dielectric layer 21 of the second auxiliary capacitor Cs2 is specifically a part of an interlayer insulating film covering the scanning wiring 15, and more specifically so as to be thinner than other parts. This is a portion that is selectively thinned.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the structure of the active matrix substrate 100a of the liquid crystal display device 100.
  • FIG. 3 (a) is a cross-sectional view taken along line 3A-3A 'in FIG. 2
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along line 3B-3B' in FIG.
  • the active matrix substrate 100a is formed on a transparent insulating substrate (for example, a glass substrate) 10. It has a structure in which a plurality of conductive layers and insulating layers are stacked. Specifically, first, the semiconductor layer (for example, n + -Si layer) 22 and the first auxiliary capacitance electrode 17 are provided on the insulating substrate 10, and the gate insulating film 19 is provided so as to cover them. It has been. A portion of the gate insulating film 19 located on the first auxiliary capacitance electrode 17 functions as the first dielectric layer 19 of the first auxiliary capacitance Csl.
  • the first auxiliary capacitance electrode 17 is formed of the same semiconductor film as the semiconductor layer 22 of the thin film transistor 11. Further, the first auxiliary capacitance electrode 17 extends from the semiconductor layer 22 so as to be inferred from FIG. 2, and is electrically connected to the pixel electrode 12 through the semiconductor layer 22.
  • a scanning wiring 15, a gate electrode 15a extending from the scanning wiring 15, an auxiliary capacitance wiring 29, and a common auxiliary capacitance counter electrode 18 are provided on the gate insulating film 19. These are formed from the same conductive film. As can be seen from FIG. 2, the portion of the auxiliary capacitance wiring 29 located in the pixel functions as the common auxiliary capacitance counter electrode 18.
  • An interlayer insulating film 23 is formed so as to cover the scanning wiring 15, the gate electrode 15 a, the auxiliary capacitance wiring 29, and the common auxiliary capacitance counter electrode 18 described above. As shown in FIG. 3 (b), the interlayer insulating film 23 has a portion 21 which is selectively thinned so as to be thinner than other portions on the common auxiliary capacitance counter electrode 18, and this portion 21 functions as the second dielectric layer 21 of the second auxiliary capacitor Cs2.
  • a signal wiring 16 is provided on the interlayer insulating film 23.
  • the signal wiring 16 is connected to the semiconductor layer 22 through a contact hole 24 formed in the interlayer insulating film 23 and the gate insulating film 19.
  • a second auxiliary capacitance electrode 20 is provided on the thin film portion (that is, the second dielectric layer constituting the second auxiliary capacitance Cs2) 21 of the interlayer insulating film 23.
  • the second auxiliary capacitance electrode 20 is formed of the same conductive film as the signal wiring 16.
  • the second auxiliary capacitance electrode 20 is connected to the semiconductor layer 22 through a contact hole 25 formed on the gate insulating film 19 and the interlayer insulating film 23 on the semiconductor layer 22.
  • a transparent resin film 26 is formed so as to cover the signal wiring 16 and the second auxiliary capacitance electrode 20, and a pixel electrode (for example, an ITO film is formed) on the resin film 26. 12 is provided.
  • the pixel electrode 12 is connected to the second auxiliary capacitance electrode 20 in a contact hole 27 formed in the interlayer insulating film 23.
  • the pixel electrode 1 can be obtained by providing the oil film 26. 2 can be superimposed on the thin film transistor 11 and the wiring, and the aperture ratio is improved.
  • the liquid crystal display device 100 includes the first auxiliary capacitor Csl and the second auxiliary capacitor Cs2 that are electrically connected in parallel to the liquid crystal capacitor Clc.
  • the first auxiliary capacitance counter electrode 18a of the first auxiliary capacitance Csl and the second auxiliary capacitance counter electrode 18b of the second auxiliary capacitance Cs2 are a single common electrode 18, and the first auxiliary capacitance Csl and the second auxiliary capacitance Cs2 is provided so as to overlap vertically. Therefore, in the liquid crystal display device 100 according to the present embodiment, the value of the auxiliary capacity can be increased without significantly increasing the area occupied by the auxiliary capacity. As a result, a high aperture ratio and a sufficiently large auxiliary capacitance value can be realized.
  • the second dielectric layer 21 of the second auxiliary capacitor Cs2 is a selectively thinned portion of the interlayer insulating film 23. Therefore, the interlayer insulating film 2 3 (referred to as “parasitic capacitance”) that is adversely affected by the display formed between the wirings facing each other via 3 (for example, between the scanning wiring 15 and the signal wiring 16 and between the auxiliary capacitance wiring 29 and the signal wiring 16).
  • the capacity value of the second auxiliary capacity Cs2 can be increased without increasing the amount of calorie. Therefore, a bright and high-quality display is realized.
  • etching can be used as a method for selectively thinning a part of the interlayer insulating film 23, for example, etching can be used. As shown in FIG. 4, a resist film 28 having an opening 28a provided in a portion overlapping the common storage capacitor counter electrode 18 is formed on the interlayer insulating film 23, and a part of the interlayer insulating film 23 is formed using the resist film 28 as a mask. By etching the portion, the thinned second dielectric layer 21 can be formed.
  • a part of the pixel electrode may be used as the auxiliary capacitance electrode constituting the auxiliary capacitance.
  • the auxiliary capacitance is constituted.
  • the pixel electrode 12 is used as an auxiliary capacitance electrode.
  • the first auxiliary capacitance electrode 17 of the first auxiliary capacitance Csl is a layer formed from the same semiconductor film as the semiconductor layer 22, and the second auxiliary capacitance electrode 20 of the second auxiliary capacitance Cs2 is a signal.
  • These are layers formed of the same conductive film as the wiring 16, and all are electrodes formed separately from the pixel electrode 12.
  • the pixel electrode When a part of the pixel electrode is used as the auxiliary capacitance electrode, the pixel electrode is formed on the thickness and the resin film. A pole cannot be provided. For this reason, the flatness of the active matrix substrate is impaired and it is difficult to control the cell thickness immediately. In addition, since the pixel electrode cannot be overlapped with the thin film transistor or the wiring, the aperture ratio is lowered.
  • the pixel electrode 12 is not used as the auxiliary capacitance electrode, so that the pixel electrode is formed on the thick (specifically, 2.0 m or more) resin film 26.
  • a pole 12 can be provided. Therefore, the flatness of the active matrix substrate 100a is ensured and the cell thickness can be easily controlled. Further, the pixel electrode 12 can be overlapped with the thin film transistor 11 and the wiring, so that a higher aperture ratio can be obtained.
  • FIG. 3 shows a single-layer interlayer insulating film 23.
  • the interlayer insulating film 23 is a multilayer insulating film in which a plurality of layers 23a and 23b are stacked. It may be 23.
  • the multilayer insulating film 23 shown in FIG. 5 has a first layer 23a and a second layer 23b in which different insulating material forces are also formed.
  • the first layer 23a is, for example, a SiNx layer (relative permittivity is 6.8)
  • the second layer 23b formed on the first layer 23a is, for example, an SiO layer (relative permittivity is 3.8). .
  • No. 2 No. 2
  • the layer 23b is removed on the common auxiliary capacitor counter electrode 18, and this low stacked region 21 from which the second layer 23b is selectively removed functions as the second dielectric layer 21 of the second auxiliary capacitor Cs2.
  • the first layer 23a and the second layer 23 can be selectively thinned (thinned) by etching.
  • the first layer 23a which is the lower layer, can be used as an etch stop layer by utilizing the etching rate difference from 23b. Therefore, the variation in the thickness of the second dielectric layer 21 can be reduced, and the variation in the auxiliary capacitance value can be reduced.
  • the materials of the first layer 23a and the second layer 23b constituting the multilayer insulating film 23 are not limited to those exemplified here, but the viewpoint power to increase the capacitance value of the second auxiliary capacitor Cs2 is As the material of the first layer 23a, it is preferable to use a material having a relative dielectric constant larger than that of the material of the second layer 23b as the upper layer.
  • an active matrix liquid crystal display device provided with an auxiliary capacitor having a high aperture ratio and a sufficiently large capacitance value.
  • the present invention provides various functions. It is suitably used for an active matrix liquid crystal display device, and when the present invention is used for a high-definition liquid crystal display device, a particularly high effect is obtained.

Description

明 細 書
液晶表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、液晶表示装置に関し、特に、画素ごとに補助容量が設けられたァクティ ブマトリクス型の液晶表示装置に関する。
背景技術
[0002] 液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特徴を有し、様々な分野に広く用 いられている。特に、画素ごとに薄膜トランジスタ（「TFT」と称される）を備えたァクテ イブマトリクス型の液晶表示装置は、高 ヽコントラスト比および優れた応答特性を有し 、高性能であるため、テレビやモニタ、ノートパソコンに用いられており、近年その巿 場規模が拡大している。
[0003] 一般的なアクティブマトリクス型液晶表示装置には、液晶層に印加された電圧を所 定の時間好適に保持するために、画素ごとに補助容量が設けられている（例えば特 許文献 1参照)。図 6に、補助容量を有する従来のアクティブマトリクス型液晶表示装 置の一例を示す。
[0004] 図 6に示す液晶表示装置 500は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。
各画素には、液晶容量 Clcと、液晶容量 Clcに電気的に並列に接続された補助容量 Csとが設けられている。
[0005] 液晶容量 Clcは、薄膜トランジスタ 511によってスイッチングされる画素電極 512と、 画素電極 512に対向する対向電極 513と、画素電極 512と対向電極 513との間に配 置された液晶層 514とによって形成されている。薄膜トランジスタ 511は、走査配線 5 15から走査信号を供給され、信号配線 516から表示信号を供給される。
[0006] 補助容量 Csは、画素電極 512に電気的に接続された補助容量電極 517と、補助 容量電極 517に対向する補助容量対向電極 518と、補助容量電極 517と補助容量 対向電極 518との間に配置された誘電体層 519とによって形成されている。補助容 量対向電極 518は、補助容量配線 529に電気的に接続されており、補助容量配線 5 29から所定の電圧を供給される。 [0007] 図 7および図 8に、液晶表示装置 500が備えるアクティブマトリクス基板 500aの構 造を示す。図 7は、アクティブマトリクス基板 500aを模式的に示す平面図であり、図 8 は、図 7中の 8A—8A'線に沿った断面図である。なお、図 7および図 8には、トップゲ ート型の薄膜トランジスタ 511を例示して 、る。
[0008] アクティブマトリクス基板 500aは、透明な絶縁性基板 (例えばガラス基板） 510上に 複数の導電層や絶縁層が積層された構造を有している。具体的には、絶縁性基板 5 10上に、薄膜トランジスタ 511の半導体層 522や補助容量電極 517が設けられてお り、これらを覆うように、ゲート絶縁膜 519が設けられている。ゲート絶縁膜 519の補助 容量電極 517上に位置する部分が補助容量 Cs用の誘電体層として機能する。
[0009] ゲート絶縁膜 519上に、走査配線 515、走査配線 515から延設されたゲート電極 5 15a,補助容量配線 529および補助容量対向電極 518が設けられている。図 7からも わ力るように、補助容量配線 529のうち、画素内に位置する部分が補助容量対向電 極 518として機能する。
[0010] 上述した走査配線 515、ゲート電極 515a、補助容量配線 529および補助容量対 向電極 518を覆うように、層間絶縁膜 523が形成されており、この層間絶縁膜 523上 に、信号配線 516が設けられている。信号配線 516は、層間絶縁膜 523およびゲー ト絶縁膜 519に形成されたコンタクトホール 524にお 、て半導体層 522に接続されて いる。
[0011] 信号配線 516を覆うように、透明な榭脂膜 526が形成されており、この榭脂膜 526 上に画素電極 512が設けられている。画素電極 512は、信号配線 516と同じ導電膜 カゝら形成された接続電極 530を介して半導体層 522に電気的に接続されている。接 続電極 530は、層間絶縁膜 523およびゲート絶縁膜 519に形成されたコンタクトホー ル 525において半導体層 522に接続されており、層間絶縁膜 523に形成されたコン タクトホール 527において画素電極 512に接続されている。
[0012] 液晶表示装置 500は、上述したように、液晶容量 Clcに電気的に並列に接続された 補助容量 Csを有しているので、液晶層 514に印加された電圧を所定の時間好適に 保持することができ、高品位の表示を行うことができる。印加電圧を長時間保持する ためには、補助容量 Csの容量値は大き 、ことが好ま 、。 特許文献 1 :特開 2002— 055656号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0013] し力しながら、補助容量 Csは遮光性の部材 (例示した構成では補助容量対向電極
518)を含んで構成されるので、容量値を大きくするために大面積の補助容量 Csを 設けると、開口率が低下してしまう。
[0014] このように、補助容量の容量値と開口率とはトレードオフの関係にあり、高い開口率 と大きな容量値の両方を実現することは難しい。近年、液晶表示装置の高精細化が 進んでおり、補助容量の占有面積に起因した開口率の低下は大きな問題である。
[0015] 本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い開口率を有し
、且つ、十分に大きな容量値を持つ補助容量が設けられたアクティブマトリクス型液 晶表示装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0016] 本発明による液晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶 表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、トップゲート型の薄膜トランジス タによってスイッチングされる画素電極、前記画素電極に対向する対向電極および 前記画素電極と前記対向電極との間に配置された液晶層によって形成される液晶 容量と、前記液晶容量に電気的に並列に接続された第 1補助容量および第 2補助容 量とを有し、前記第 1補助容量は、前記画素電極に電気的に接続された第 1補助容 量電極と、前記第 1補助容量電極に対向する第 1補助容量対向電極と、前記第 1補 助容量電極と前記第 1補助容量対向電極との間に配置された第 1誘電体層とによつ て形成され、前記第 2補助容量は、前記画素電極に電気的に接続された第 2補助容 量電極と、前記第 2補助容量電極に対向する第 2補助容量対向電極と、前記第 2補 助容量電極と前記第 2補助容量対向電極との間に配置された第 2誘電体層とによつ て形成され、前記第 1補助容量対向電極および前記第 2補助容量対向電極は、前 記第 1補助容量と前記第 2補助容量とに共通の単一の電極であり、前記第 1誘電体 層は、前記薄膜トランジスタの半導体層を覆うゲート絶縁膜の一部であり、前記第 2 誘電体層は、前記薄膜トランジスタに走査信号を供給する走査配線を覆う層間絶縁 膜の一部であって、前記層間絶縁膜の他の部分よりも薄くなるように選択的に薄膜ィ匕 された部分であり、そのことによって上記目的が達成される。
[0017] ある好適な実施形態において、前記第 1補助容量電極は、前記薄膜トランジスタの 半導体層と同一の半導体膜から形成されている。
[0018] ある好適な実施形態において、前記第 2補助容量電極は、前記薄膜トランジスタに 表示信号を供給する信号配線と同一の導電膜から形成されている。
[0019] ある好適な実施形態にお!ヽて、本発明による液晶表示装置は、前記信号配線およ び前記第 2補助容量電極を覆う榭脂膜をさらに有し、前記榭脂膜上に前記画素電極 が形成されている。
[0020] ある好適な実施形態にぉ 、て、前記層間絶縁膜は、互いに異なる絶縁材料力も形 成された第 1層および第 2層が積層された多層絶縁膜であり、前記多層絶縁膜は、 前記第 2層が選択的に除去された低積層領域を有し、前記第 2補助容量の前記第 2 誘電体層は、前記多層絶縁膜の前記低積層領域である。
発明の効果
[0021] 本発明による液晶表示装置は、トップゲート型の薄膜トランジスタにより駆動される アクティブマトリクス型の液晶表示装置であり、画素ごとに、液晶容量に電気的に並 列に接続された 2つの補助容量 (第 1補助容量および第 2補助容量)を有している。 それぞれの補助容量は、画素電極に電気的に接続された補助容量電極と、補助容 量電極に対向する補助容量対向電極と、補助容量電極と補助容量対向電極との間 に配置された誘電体層とによって形成されている。
[0022] 本発明による液晶表示装置では、 2つの補助容量の補助容量対向電極は、両方の 補助容量に共通の単一の電極である。つまり、 2つの補助容量は、上下に重なるよう に設けられている。そのため、補助容量の占有面積をあまり増加させずに補助容量 の値を大きくすることができる。
[0023] また、一方の補助容量の誘電体層 (第 1補助容量の第 1誘電体層）が薄膜トランジ スタの半導体層を覆うゲート絶縁膜の一部であるのに対し、他方の補助容量の誘電 体層 (第 2補助容量の第 2誘電体層）は、走査配線を覆う層間絶縁膜の一部であり、 さらに、層間絶縁膜の他の部分よりも薄くなるように選択的に薄膜化された部分であ る。そのため、本発明による液晶表示装置では、層間絶縁膜を介して対向する配線 間に形成される寄生容量を増加させることなぐ第 2補助容量の容量値を大きくするこ とができるので、明るぐ且つ、高品位の表示を実現することができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本発明の好適な実施形態における液晶表示装置 100を模式的に示す等価回 路図である。
[図 2]液晶表示装置 100のアクティブマトリクス基板 100aを模式的に示す平面図であ る。
[図 3] (a)および (b)は、液晶表示装置 100のアクティブマトリクス基板 100aを模式的 に示す断面図であり、（a)は図 2中の 3A—3A'線に沿った断面を示し、（b)は図 2中 の 3B— 3B'線に沿った断面を示して!/、る。
[図 4]アクティブマトリクス基板 100aの層間絶縁膜 23の一部を選択的に薄膜ィ匕する 方法を説明するための図である。
[図 5]多層構造の層間絶縁膜 23を有するアクティブマトリクス基板 100aを模式的に 示す断面図である。
[図 6]補助容量を有する従来の液晶表示装置 500を模式的に示す等価回路図であ る。
[図 7]液晶表示装置 500のアクティブマトリクス基板 500aを模式的に示す平面図であ る。
[図 8]液晶表示装置 500のアクティブマトリクス基板 500aを模式的に示す断面図であ り、図 7中の 8A—8A'線に沿った断面を示している。
符号の説明
[0025] 10 絶縁性基板
11 薄膜トランジスタ
12 画素電極
13 対向電極
14 液晶層
15 走査配線 16 信号配線
17 第 1補助容量電極
18 共通補助容量対向電極
18a 第 1補助容量対向電極
18b 第 2補助容量対向電極
19 第 1誘電体層 (ゲート絶縁膜）
20 第 2補助容量電極
21 第 2誘電体層 (層間絶縁膜の薄膜化された部分）
22 半導体層
23 層間絶縁膜
24、 25、 27 コンタクトホール
26 榭脂膜
28 レジスト膜
28a レジスト膜の開口部
29 補助容量配線
Clc 液晶容量
Csl 第 1補助容量
Cs2 第 2補助容量
100a アクティブマトリクス基板
100 液晶表示装置
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の 実施形態に限定されるものではな ヽ。
[0027] 図 1に、本実施形態における液晶表示装置 100の等価回路を模式的に示す。液晶 表示装置 100は、図 1に示すように、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。 各画素には、液晶容量 Clcと、液晶容量 Clcに電気的に並列に接続された第 1補助 容量 Cslおよび第 2補助容量 Cs2とが設けられている。
[0028] 液晶容量 Clcは、薄膜トランジスタ 11によってスイッチングされる画素電極 12と、画 素電極 12に対向する対向電極 13と、画素電極 12と対向電極 13との間に配置され た液晶層 14とによって形成されている。薄膜トランジスタ 11は、走査配線 15から走査 信号を供給され、信号配線 16から表示信号を供給される。薄膜トランジスタ 11は、後 に詳述するようにトップゲート型である。
[0029] 第 1補助容量 Cslは、画素電極 12に電気的に接続された第 1補助容量電極 17と、 第 1補助容量電極 17に対向する第 1補助容量対向電極 18aと、第 1補助容量電極 1 7と第 1補助容量対向電極 18aとの間に配置された第 1誘電体層 19とによって形成さ れている。
[0030] また、第 2補助容量 Cs2は、画素電極 12に電気的に接続された第 2補助容量電極 20と、第 2補助容量電極 20に対向する第 2補助容量対向電極 18bと、第 2補助容量 電極 20と前記第 2補助容量対向電極 18bとの間に配置された第 2誘電体層 21とによ つて形成されている。
[0031] 第 1補助容量対向電極 18aおよび第 2補助容量対向電極 18bは、補助容量配線 2 9に電気的に接続されており、補助容量配線 29から所定の電圧を供給される。
[0032] 図 1に示す等価回路では、第 1補助容量対向電極 18aと第 2補助容量対向電極 18 bとは別個に図示されているが、本実施形態における液晶表示装置 100では、第 1補 助容量対向電極 18aと第 2補助容量対向電極 18bとは、第 1補助容量 Cslと第 2補 助容量 Cs2とに共通の単一の電極である。以下では、この共通の電極を「共通補助 容量対向電極」とも称する。
[0033] 第 1補助容量 Cslの第 1誘電体層 19は、具体的には、薄膜トランジスタ 11の半導 体層を覆うゲート絶縁膜の一部である。また、第 2補助容量 Cs2の第 2誘電体層 21は 、具体的には、走査配線 15を覆う層間絶縁膜の一部であり、より具体的には、他の 部分よりも薄くなるように選択的に薄膜化された部分である。
[0034] 以下、図 2、図 3 (a)および (b)を参照しながら、液晶表示装置 100の構造をより具 体的に説明する。図 2は、液晶表示装置 100のアクティブマトリクス基板 100aの構造 を模式的に示す平面図である。また、図 3 (a)は、図 2中の 3A— 3A'線に沿った断面 図であり、図 3 (b)は、図 2中の 3B— 3B'線に沿った断面図である。
[0035] アクティブマトリクス基板 100aは、透明な絶縁性基板 (例えばガラス基板） 10上に 複数の導電層や絶縁層が積層された構造を有している。具体的には、まず、絶縁性 基板 10上に、半導体層（例えば n+— Si層） 22および第 1補助容量電極 17が設けら れており、これらを覆うように、ゲート絶縁膜 19が設けられている。ゲート絶縁膜 19の 第 1補助容量電極 17上に位置する部分が第 1補助容量 Cslの第 1誘電体層 19とし て機能する。第 1補助容量電極 17は、薄膜トランジスタ 11の半導体層 22と同一の半 導体膜から形成されている。また、第 1補助容量電極 17は、図 2からもわ力るように半 導体層 22から延設されており、半導体層 22を介して画素電極 12に電気的に接続さ れている。
[0036] ゲート絶縁膜 19上に、走査配線 15、走査配線 15から延設されたゲート電極 15a、 補助容量配線 29および共通補助容量対向電極 18が設けられている。これらは、同 一の導電膜から形成されている。図 2からもわ力るように、補助容量配線 29のうち、画 素内に位置する部分が共通補助容量対向電極 18として機能する。
[0037] 上述した走査配線 15、ゲート電極 15a、補助容量配線 29および共通補助容量対 向電極 18を覆うように、層間絶縁膜 23が形成されている。層間絶縁膜 23は、図 3 (b )に示すように、他の部分よりも薄くなるように選択的に薄膜化された部分 21を共通 補助容量対向電極 18上に有しており、この部分 21が、第 2補助容量 Cs2の第 2誘電 体層 21として機能する。
[0038] 層間絶縁膜 23上に、信号配線 16が設けられている。信号配線 16は、層間絶縁膜 23およびゲート絶縁膜 19に形成されたコンタクトホール 24において半導体層 22に 接続されている。また、層間絶縁膜 23の薄膜ィ匕部分 (つまり第 2補助容量 Cs2を構成 する第 2誘電体層） 21上に、第 2補助容量電極 20が設けられている。第 2補助容量 電極 20は、信号配線 16と同一の導電膜から形成されている。第 2補助容量電極 20 は、半導体層 22上のゲート絶縁膜 19および層間絶縁膜 23に形成されたコンタクトホ ール 25にお 、て半導体層 22に接続されて 、る。
[0039] 信号配線 16および第 2補助容量電極 20を覆うように、透明な榭脂膜 26が形成され ており、この榭脂膜 26上に画素電極 (例えば ITOカゝら形成されている） 12が設けられ ている。画素電極 12は、層間絶縁膜 23に形成されたコンタクトホール 27において、 第 2補助容量電極 20に接続されている。榭脂膜 26を設けることによって、画素電極 1 2を薄膜トランジスタ 11や配線に重ねることができ、開口率が向上する。
[0040] 本実施形態における液晶表示装置 100は、上述したように、液晶容量 Clcに電気 的に並列に接続された第 1補助容量 Cslおよび第 2補助容量 Cs2を有している。第 1 補助容量 Cslの第 1補助容量対向電極 18aと第 2補助容量 Cs2の第 2補助容量対向 電極 18bとは、共通の単一の電極 18であり、第 1補助容量 Cslと第 2補助容量 Cs2と は上下に重なるように設けられている。そのため、本実施形態における液晶表示装 置 100では、補助容量の占有面積をあまり増加させずに補助容量の値を大きくする ことができる。その結果、高い開口率と、十分に大きな補助容量値を実現することが できる。
[0041] また、本実施形態における液晶表示装置 100では、第 2補助容量 Cs2の第 2誘電 体層 21は、層間絶縁膜 23の選択的に薄膜化された部分であるので、層間絶縁膜 2 3を介して対向する配線間（例えば走査配線 15と信号配線 16との間や補助容量配 線 29と信号配線 16との間）に形成される容量（「寄生容量」と呼ばれ表示に悪影響を 与える）を増カロさせることなぐ第 2補助容量 Cs2の容量値を大きくすることができる。 そのため、明るぐ且つ、高品位の表示が実現される。
[0042] 層間絶縁膜 23の一部を選択的に薄膜ィ匕する手法としては、例えばエッチングを用 いることができる。図 4に示すように、共通補助容量対向電極 18に重なる部分に開口 部 28aが設けられたレジスト膜 28を層間絶縁膜 23上に形成し、このレジスト膜 28を マスクとして層間絶縁膜 23の一部をエッチングすることにより、薄膜化された第 2誘電 体層 21を形成することができる。
[0043] また、一般的な液晶表示装置では、補助容量を構成する補助容量電極として、画 素電極の一部を用いることがある力 本実施形態における液晶表示装置 100では、 補助容量を構成する補助容量電極として画素電極 12を用いて ヽな ヽ。具体的には 、第 1補助容量 Cslの第 1補助容量電極 17は、半導体層 22と同一の半導体膜から 形成された層であり、第 2補助容量 Cs2の第 2補助容量電極 20は、信号配線 16と同 一の導電膜から形成された層であり、いずれも画素電極 12とは別個に形成された電 極である。
[0044] 補助容量電極として画素電極の一部を用いる場合には、厚 、榭脂膜上に画素電 極を設けることができない。そのため、アクティブマトリクス基板の平坦性が損なわれ やすぐセル厚の制御が難しい。また、画素電極を薄膜トランジスタや配線に重ねる こともできないので、開口率が低下してしまう。
[0045] これに対し、本実施形態における液晶表示装置 100では、補助容量電極として画 素電極 12を用いないので、厚い（具体的には 2. 0 m以上)榭脂膜 26上に画素電 極 12を設けることができる。そのため、アクティブマトリクス基板 100aの平坦性を確保 しゃすぐセル厚の制御が容易である。また、画素電極 12を薄膜トランジスタ 11や配 線に重ねることもできるで、より高い開口率が得られる。
[0046] なお、図 3には、単層の層間絶縁膜 23を示しているが、層間絶縁膜 23は、図 5に示 すように、複数の層 23aおよび 23bが積層された多層絶縁膜 23であってもよい。図 5 に示す多層絶縁膜 23は、互いに異なる絶縁材料力も形成された第 1層 23aおよび第 2層 23bを有している。第 1層 23aは、例えば SiNx層（比誘電率は 6. 8)であり、第 1 層 23a上に形成された第 2層 23bは、例えば SiO層（比誘電率は 3. 8)である。第 2
2
層 23bは、共通補助容量対向電極 18上では除去されており、第 2層 23bが選択的に 除去されたこの低積層領域 21が、第 2補助容量 Cs2の第 2誘電体層 21として機能す る。
[0047] このように、多層構造を有する層間絶縁膜 23を用いると、エッチングにより層間絶 縁膜 23の一部を選択的に薄くする（薄膜化する）際、第 1層 23aと第 2層 23bとのエツ チングレートの差を利用して下層である第 1層 23aをエッチストップ層として利用する ことができる。そのため、第 2誘電体層 21の厚さのばらつきを低減させ、補助容量値 のばらつきを低減することができる。
[0048] 多層絶縁膜 23を構成する第 1層 23aおよび第 2層 23bの材料は、ここで例示したも のに限定されないが、第 2補助容量 Cs2の容量値を大きくする観点力 は、下層であ る第 1層 23aの材料として、上層である第 2層 23bの材料よりも比誘電率の大きなもの を用いることが好ましい。
産業上の利用可能性
[0049] 本発明によると、高い開口率を有し、且つ、十分に大きな容量値を持つ補助容量が 設けられたアクティブマトリクス型液晶表示装置が提供される。本発明は、種々のァク ティブマトリクス型液晶表示装置に好適に用いられ、本発明を高精細な液晶表示装 置に用いると、特に高い効果が得られる。

Claims

請求の範囲
[1] マトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、
トップゲート型の薄膜トランジスタによってスイッチングされる画素電極、前記画素電 極に対向する対向電極および前記画素電極と前記対向電極との間に配置された液 晶層によって形成される液晶容量と、
前記液晶容量に電気的に並列に接続された第 1補助容量および第 2補助容量と、 を有し、
前記第 1補助容量は、前記画素電極に電気的に接続された第 1補助容量電極と、 前記第 1補助容量電極に対向する第 1補助容量対向電極と、前記第 1補助容量電 極と前記第 1補助容量対向電極との間に配置された第 1誘電体層とによって形成さ れ、
前記第 2補助容量は、前記画素電極に電気的に接続された第 2補助容量電極と、 前記第 2補助容量電極に対向する第 2補助容量対向電極と、前記第 2補助容量電 極と前記第 2補助容量対向電極との間に配置された第 2誘電体層とによって形成さ れ、
前記第 1補助容量対向電極および前記第 2補助容量対向電極は、前記第 1補助容 量と前記第 2補助容量とに共通の単一の電極であり、
前記第 1誘電体層は、前記薄膜トランジスタの半導体層を覆うゲート絶縁膜の一部 であり、
前記第 2誘電体層は、前記薄膜トランジスタに走査信号を供給する走査配線を覆う 層間絶縁膜の一部であって、前記層間絶縁膜の他の部分よりも薄くなるように選択 的に薄膜化された部分である、液晶表示装置。
[2] 前記第 1補助容量電極は、前記薄膜トランジスタの半導体層と同一の半導体膜から 形成されて ヽる請求項 1に記載の液晶表示装置。
[3] 前記第 2補助容量電極は、前記薄膜トランジスタに表示信号を供給する信号配線と 同一の導電膜から形成されている請求項 1または 2に記載の液晶表示装置。
[4] 前記信号配線および前記第 2補助容量電極を覆う榭脂膜をさらに有し、前記榭脂 膜上に前記画素電極が形成されている請求項 3に記載の液晶表示装置。
前記層間絶縁膜は、互いに異なる絶縁材料から形成された第 1層および第 2層が 積層された多層絶縁膜であり、
前記多層絶縁膜は、前記第 2層が選択的に除去された低積層領域を有し、 前記第 2補助容量の前記第 2誘電体層は、前記多層絶縁膜の前記低積層領域で ある請求項 1から 4のいずれかに記載の液晶表示装置。
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