JPH1010581A

JPH1010581A - 表示装置

Info

Publication number: JPH1010581A
Application number: JP18564096A
Authority: JP
Inventors: Kouyuu Chiyou; 宏勇張; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【目的】アクティブマトリクス型の液晶表示装置にお
いて、画素に設けられる補助容量の構成に関する。【構成】透明導電性被膜よりなる画素電極２２の周辺
部を覆うように、ブラックマトリクスを兼ねた金属のコ
モン電極１９を配置する。ここでコモン電極１９は、画
素の周辺部を覆うブラックマトリクスと機能し、かつ、
一定の電位に保持される。したがって、画素電極２２と
コモン電極１９とが重なった領域が補助容量２３として
機能する。また、コモン電極を外部の配線と電気的に接
続するために、コンタクトホールを２つ設け、一方はソ
ース配線と同一層の配線までエッチングし、他方はコモ
ン電極をエッチングストッパーとする。その後、画素電
極と同一層の被膜により、コモン電極と配線を接続す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、アク
ティブマトリクス型の表示装置（特に液晶表示装置）の
画素の構成に関する。さらにいうならば、画素電極と並
列に接続される補助容量とブラックマトリクス（ＢＭ）
の構成に関する。また、広くブラックマトリクスを必要
とするフラットパネルディスプテイの画素の構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリクス回路を有する表示
装置が知られている。これは、画像データを伝達するた
めの複数のソース配線と、それに交差するように配置さ
れ、スイッチング信号を伝達するための複数のゲイト配
線と、それらの交差部に設けられた複数の画素を有する
構造のもので、スイッチング素子としては通常、トラン
ジスタ（特に薄膜トランジスタ）が用いられる。

【０００３】画素は、スイッチングのためのトランジス
タのみならず、画素電極をも有し、トランジスタのゲイ
ト電極をゲイト配線に、ソースをソース配線に、ドレイ
ンを画素電極に接続した構造となる。なお、トランジス
タの動作上はソース、ドレインの区別は定常のものでは
なく、通常の電気回路的な定義からすると信号によって
変動するものであるが、以下の記述では、トランジスタ
に設けられた不純物領域のうち、単にソース配線に接続
する方をソース、画素電極に接続する方をドレインと称
する。

【０００４】各画素にはトランジスタを一つ以上有す
る。特に２つ以上のトランジスタを直列に接続したもの
ではトランジスタが非選択状態でもリーク電流が低減で
きるので有効である。このような場合でも上記の定義を
適用し、ソース配線、画素電極のいずれにも接続しない
不純物領域は特に定義しないものとする。

【０００５】画素電極は液晶を挟んで対向する電極との
間で容量（キャパシタ）を形成している。上記のトラン
ジスタは、この容量に電荷を出し入れするスイッチング
素子として機能する。しかし、実際の動作においては、
この画素電極部分のみでは、容量が値が小さすぎ、十分
な時間、必要な電荷を保持できない。そのため、別に補
助の容量を設ける必要がある。

【０００６】従来は、この補助容量（保持容量ともい
う）を金属等の不透明な導電材料を別に設け、これと、
画素電極もしくは半導体層との間とで容量を形成してい
た。通常は、次行のゲイト配線が対向電極として用いら
れた。しかし、画素面積が大きい場合にはゲイト配線を
用いて形成された容量でも十分であったが、画素面積が
小さくなると、本来のゲイト配線のみでは容量が不十分
となり、補助容量の電極の面積を確保するためにゲイト
配線を必要以上に拡げることが要求された。このような
構造では、画素内に光を遮蔽する部分が存在することと
なるので、開口率が低下してしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑みてなされたものであり、実質的な開口率の低下をと
もなうことなく、十分な容量を得ることのできる画素の
構造を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】特にアクティブマトリク
ス型の液晶表示装置においては、画素電極の周囲には、
ブラックマトリクスという光を遮蔽する部材が必要とさ
れる。一般に、格子状に配置されたソース配線とゲイト
配線が形成されている領域においては、その上部が盛り
上がってしまう。

【０００９】この結果、この部分における配向膜に対す
るラビング処理が上手くいかず、その部分での液晶分子
の配向性が乱れてしまう。そしてこのことにより、画素
の周辺部において、光が漏れたり、逆に光が十分に透過
しなかったりする現象が現れてしまう。また、この部分
において液晶に所定の電気光学的な動作を行わすことが
できなくなってしまう。

【００１０】上記の現象が生じると、画素周辺の表示が
ぼやけたようになり、全体としての画像の鮮明さが失わ
れてしまう。この問題を解決するための構成として、画
素電極の縁の部分を覆うように遮光膜を配置する構成が
ある。この遮光膜はブラックマトリクス（ＢＭ）と称さ
れている。

【００１１】本明細書で開示する第１の発明は、ソース配線およびゲイト配線を覆って可視光を遮蔽す
る電極（一定の電位に保持されるので、コモン電極と称
する）が配置されている。画素電極の周辺部は前記コモン電極と重なっている。前記コモン電極は、前記画素電極と同一層の被膜を介
して、ソース配線と同一層の配線と接続されている。と
いう特徴を有する。

【００１２】上記の構成においては、画素電極およびト
ランジスタのソース、ドレインの一部以外の領域を全て
コモン電極によって入射光から遮光することができる。
特に、ソース配線やゲイト配線を完全に外部からシール
ドすることができる。このようにすることにより、ソー
ス配線やゲイト配線に外部から電磁波が飛び込み、装置
の誤動作や動作不良が生じてしまうことも防ぐことがで
きる。

【００１３】また開口率の低下の招かずに補助容量を形
成することができる。これは、ブラックマトリクス自体
は本来必要とされているものであり、本発明では、ブラ
ックマトリクスとしても機能するコモン電極と画素電極
の重なりの部分に補助容量を形成することができる。上
記構成において、画素電極はＩＴＯ（インディウム錫酸
化物）等の透明導電膜で構成される。基本的な構成にお
いては、画素電極は各画素に一つであるが、一つの画素
において、画素電極を複数に分割する構成も採用しても
よい。

【００１４】画素電極の周囲の縁の部分と重なる形で配
置されるコモン電極（ブラックマトリクス）は、チタン
やクロムで構成される。上記の説明から明らかなように
コモン電極は、補助容量を構成する一方の電極としても
機能する。そのためには、コモン電極を外部と接続する
必要がある。本発明では、その目的のためにの要件を
設けた。すなわち、の要件において、ソース配線と同
一層の配線は外部の配線とのボンディング部分に接続し
た配線である。しかしながら、一般のプロセスにおいて
はコモン電極の層と、上記の配線とを直接、コンタクト
させる工程は存在しない。そこで、本発明では、画素電
極と同一層の被膜を仲介して、コモン電極と外部のボン
ディング部分とを電気的に接続させる。

【００１５】コモン電極は、下層の配線部分と絶縁層
（第１の絶縁層）を介して存在する。また、画素電極の
層は、コモン電極と別の絶縁層（第２の絶縁層）を介し
て存在する。そこで、コモン電極上と、コモン電極の存
在しない部分のそれぞれに、第２の絶縁層をエッチング
してコンタクトホールを形成する。さらに、連続的に第
１の絶縁層をもエッチングし、コンタクトホールを形成
する。その際には、コモン電極は後者のエッチング工程
でエッチングされないことが望ましい。

【００１６】以上の工程によって、コモン電極に達する
コンタクトホール（第１のコンタクトホール）と、下層
の配線に達するコンタクトホール（第２のコンタクトホ
ール）が形成される。その後、透明導電性被膜を形成
し、画素電極の形成と同一の工程でこれをエッチング
し、第１のコンタクトホールと第２のコンタクトホール
を接続する配線を該透明導電性被膜により構成する。か
くして、コモン電極が外部の配線と接続される。

【００１７】第２の発明の構成は、画素電極の周辺部に重ねて光を遮蔽するコモン電極が
配置されている。前記画素電極と同一層の被膜よりなり、前記コモン電
極および前記ソース配線と同一層の配線とコンタクトす
る被膜を有する。た有機樹脂層に配置されているという
特徴を有する。第２の発明の作用、効果は、第１の発明
に関して説明したものと同じである。

【００１８】上記の第１もしくは第２の発明において、
画素電極の層とコモン電極の間の絶縁層（第２の絶縁
層）はポリイミド等の有機樹脂を用いて、その表面が平
坦となるようにしてもよい。また、上記の第１もしくは
第２の発明において、画素電極の層とコモン電極の間の
絶縁層（第２の絶縁層）は、高誘電材料としてもよい。
特に、コモン電極がその表面に形成される絶縁層（第１
の絶縁層）よりも高い誘電率のものを用いると良い。

【００１９】画素電極とコモン電極の間に存在する絶縁
層の誘電率が、コモン電極がその表面に形成される有機
樹脂層の誘電率よりも高くすると、当然のことながら、
補助容量を大きくできる。一般に、配線間の容量結合が
大きくなるので、半導体回路においては絶縁層の誘電率
を高くすることは避けられてきた。しかしながら、本発
明においては、主たる配線であるソース配線、ゲイト配
線はコモン電極によって遮蔽された状態にあり、該絶縁
層を介して、画素電極と容量結合する配線は皆無であ
る。したがって、該絶縁層を高誘電材料とすることに関
しては全く問題がない。

【００２０】また、ボンディングを強固なものとするに
は、上記の第１もしくは第２の発明において、ボンディ
ングされる部分（ボンディングパッド）は、画素電極と
同一層の被膜と、ソース配線と同一層の配線の多層構造
とするとよい。

【００２１】

【実施例】図１乃至図３に本明細書で開示する発明を利
用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素の
構成を示す。図１に本実施例の画素のＴＦＴ部分の作製
工程断面図の概略を、また、図２に上記画素の各配線、
コモン電極、画素電極、半導体層等の配置を示す。図２
（Ａ）の点線Ｘ−Ｙに沿った断面を図１に示すが、図１
は概念的なものであり、図２の配置とは厳密には同一で
はない。さらに、図３は表示装置のコモン電極と下層の
配線のコンタクト部分（層間コンタクト領域）、外部引
き出し端子（ボンディングされる部分、端子領域）およ
びＴＦＴ領域の作製工程断面図を示す。図中の番号は全
ての図において対応する。

【００２２】なお、図１乃至図３に示されているのは、
薄膜トランジスタが配置された基板側の構成のみであ
り、実際には、対向する基板（対向基板）も存在し、対
向基板と図１に示す基板との間に液晶が数μｍの間隔を
有して保持される。以下、作製工程を説明する。図１
（Ａ）に示すように、下地の酸化珪素膜（図示せず）の
設けられたガラス基板１１上にはトランジスタの半導体
層（活性層）１２が設けられる。

【００２３】活性層１２は、非晶質珪素膜を加熱または
レーザー光の照射によって、結晶化させた結晶性珪素膜
で構成される。活性層１２を覆って、ゲイト絶縁膜１３
が形成される。ゲイト絶縁膜１３の材料としては、酸化
珪素もしくは窒化珪素が好ましく、例えば、プラズマＣ
ＶＤ法によって形成された酸化珪素膜を用いればよい。
ゲイト絶縁膜上には、公知のスパッタ法によりアルミニ
ウム−チタン合金によってゲイト配線（ゲイト電極）１
４が形成される。（図１（Ａ）、図３（Ａ））

【００２４】この状態での画素部分の回路の配置を図２
（Ａ）に示す。（図２（Ａ））次にゲイト配線をマスクとして公知のイオンドーピング
法によって活性層にＮ型もしくはＰ型の不純物を導入
し、不純物領域１５を形成する。不純物導入後、必要に
よっては、熱アニールもしくはレーザーアニール等によ
って不純物の活性化（半導体膜の再結晶化）をおこなっ
てもよい。以上の工程の後，窒化珪素膜（もしくは酸化
珪素膜）１６をプラズマＣＶＤ法で堆積する。これは第
１の層間絶縁物として機能する。（図１（Ｂ）、図３
（Ｂ））

【００２５】次に、第１の層間絶縁物１６に不純物領域
１５に達するコンタクトホールを形成する。そして、公
知のスパッタ法によりチタンとアルミニウムの多層膜を
形成し、これをエッチングして、ソース配線１７ａおよ
びドレイン電極１７ｂ、さらに、ボンディングパッドに
接続する配線１７ｃを形成する。図３においては、配線
１７ｃは端子領域と層間コンタクト領域の双方に記載さ
れているが、これは同一のものである。以上の工程の
後，窒化珪素膜（もしくは酸化珪素膜）１８をプラズマ
ＣＶＤ法で堆積する。これは第２の層間絶縁物として機
能する。（図１（Ｃ）、図３（Ｃ））

【００２６】この状態での画素部分の回路の配置を図２
（Ｂ）に示す。（図２（Ｂ））次に、公知のスパッタ法により、クロム膜を形成し、こ
れをエッチングして、コモン電極２２を形成する。クロ
ム以外にチタンを用いてもよい。この状態での画素部分
の回路の配置を図２（Ｃ）に示す。図からわかるよう
に、コモン電極はソース配線とゲイト配線を覆うように
形成される。（図２（Ｃ））

【００２７】さらに、スピンコーティング法によりポリ
イミドの有機樹脂層２０を形成する。その厚さは、コモ
ン電極の厚さより厚いことが必要であるが、典型的に
は、０．５〜１μｍとするとよい。この場合、コモン電
極上の部分での厚さは０．３μｍ以上とできる。そし
て、有機樹脂層にコンタクトホール２１を形成する。こ
こで、コンタクトホール２１ａは画素電極とＴＦＴを接
続するコンタクトを形成するものである。また、コンタ
クトホール２１ｂはボンディングする部分の開口部分で
ある。さらに、コンタクトホール２１ｃおよび２１ｄ
は、本発明のコモン電極と下層配線とを接続する配線を
設けるためのコンタクトホールである。（図１（Ｄ）、
図３（Ｄ））

【００２８】さらに、エッチングを進め、第２の層間絶
縁膜１８をもエッチングする。この工程によって、コン
タクトホール２１ａ、２１ｂおよび２１ｄでは下層の配
線１７に達する。しかしながら、コンタクトホール２１
ｃにおいては、コモン電極１９がエッチングストッパー
となり、それ以上、エッチングが進行しない。次に、公
知のスパッタ法により、ＩＴＯ膜を形成し、これをエッ
チングして、画素電極２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ、ボ
ンディング部の表面の保護膜２２ｄおよび層間接続配線
２２ｅを形成する。

【００２９】画素電極２２ｃは当該トランジスタの画素
電極であり、画素電極２２ａおよび２２ｂは隣接する画
素電極である。本実施例では、保護膜２２ｄは配線１７
ｃとのみコンタクトし、層間接続配線２２ｅは配線１７
ｃおよびコモン電極１９のみとコンタクトするものとす
る。

【００３０】画素電極２２ａ乃至２２ｂがコモン電極１
９と重なる部分には、有機樹脂層２０を介して、容量２
３ａ、２３ｂ、２３ｃが、それぞれ形成される。コンタ
クトホール２１ｂ（ボンディングパッド）においては、
ボンディング配線２４を接続する。該部分では配線１７
ｃと透明導電性被膜の保護膜２２ｄが多層に設けれてお
り、保護膜２２ｄは表面が外気によって劣化しないの
で、いつでも安定したボンディングができる。（図１
（Ｅ）、図３（Ｅ））

【００３１】この状態での画素部分の回路の配置を図２
（Ｄ）に示す。なお、図においては画素電極および画素
電極とコモン電極の重なりの部分（すなわち、容量の存
在する部分）の位置を分かりやすくするため、網掛けで
示す。図からわかるように、画素電極はコモン電極に重
なるように形成され、コモン電極がブラックマトリクス
として機能する。例えば、強光の照射による電荷の発生
や蓄積を防ぐこともできる。

【００３２】また、単なる遮光のみではなく、コモン電
極１９は、外部からの電磁波に対するシールドとしても
機能する。即ち、ゲイト配線１４やソース配線１７ａが
アンテナとなることによる不要な信号の侵入を防ぐ機能
も有する。（図２（Ｄ））なお、図２（Ｃ）に明らかなように、コモン電極１９
は、薄膜トランジスタのチャネルをも覆うように配置さ
れている。これは、薄膜トランジスタに光が照射される
ことによって、その動作に影響が出ることを防ぐためで
ある。

【００３３】ここでは、有機樹脂層２０を単層にした構
成を示したが、多層構造にしてもよい。また、無機材料
やより誘電率の高い材料により構成してもよい。なぜな
らば、有機樹脂層に相当する絶縁層を介して画素電極と
下層の配線が容量結合することは全くないからである。
有機樹脂層２０に相当する絶縁層を高誘電材料とすると
補助容量を高くする上で効果的である。

【００３４】

【発明の効果】画素電極の周辺部を覆うブラックマトリ
クスと画素電極とを絶縁膜を介して一部重ねることによ
り、その部分を補助容量として構成することができる。
このこと自体は、画素の開口率を低下させる要因ではな
い。また、絶縁膜を薄くすることができるので、その容
量値を大きなものとすることができる。

【００３５】本明細書に開示する発明は、アクティブマ
トリクス型の液晶電気光学装置のみではなく、画素電極
とその周辺を覆うブラックマトリクスと、薄膜トランジ
スタに接続さえる補助容量とが必要とされるフラットパ
ネルディスプレイ一般に利用することができる。このよ
うに本発明は工業上、有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の作製工程断面図を示す。

【図２】実施例の配線等の配置を示す。

【図２】実施例の作製工程断面図を示す。

【符号の説明】

１１ガラス基板１２活性層１３ゲイト絶縁膜１４ゲイト配線（ゲイト電極）１５不純物領域１６第１の層間絶縁物１７ソース配線およびそれと同一層配線１８第２の層間絶縁物１９コモン電極２０有機樹脂層２１コンタクトホール２２画素電極およびそれと同一層配線２３補助容量２４ボンディングされた配線

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【手続補正書】

【提出日】平成８年９月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の作製工程断面図を示す。

【図２】実施例の配線等の配置を示す。

【図３】実施例の作製工程断面図を示す。

【符号の説明】１１ガラス基板１２活性層１３ゲイト絶縁膜１４ゲイト配線（ゲイト電極）１５不純物領域１６第１の層間絶縁物１７ソース配線およびそれと同一層配線１８第２の層間絶縁物１９コモン電極２０有機樹脂層２１コンタクトホール２２画素電極およびそれと同一層配線２３補助容量２４ボンディングされた配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】格子状に配置されたソース配線とゲイト
配線と、前記ソース配線またはゲイト配線によって囲まれた領域
に少なくも一つの画素電極と、前記画素電極の層と前記ソース配線とゲイト配線の層の
間には、前記ソース配線およびゲイト配線を覆って可視
光を遮蔽する材料よりなるコモン電極と、を有し、前記画素電極の周辺部は前記コモン電極と重なってお
り、前記コモン電極は、前記画素電極と同一層の被膜を介し
て、ソース配線と同一層の配線と接続されていることを
特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項２】格子状に配置されたソース配線とゲイト
配線と、前記ソース配線またはゲイト配線によって囲まれた領域
に少なくとも一つの画素電極と、前記画素電極の周辺部に重ねて形成され、可視光を遮蔽
する材料よりなるコモン電極と前記画素電極と同一層の
被膜よりなり、前記コモン電極および前記ソース配線と
同一層の配線とコンタクトする被膜と、を有することを
特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項３】請求項１もしくは請求項２において、画
素電極の層とコモン電極の間には有機樹脂層が存在する
ことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項４】請求項１もしくは請求項２において、画
素電極とコモン電極の間に存在する絶縁層の誘電率は、
コモン電極がその表面に形成される絶縁層の誘電率より
も高いことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装
置。
【請求項５】請求項１もしくは請求項２において、ソ
ース配線の層とコモン電極の間に存在する絶縁層をエッ
チングする工程においては、コモン電極がエッチングさ
れないことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装
置。
【請求項６】請求項１もしくは請求項２において、外
部の配線がボンディングされる部分は、画素電極と同一
層の被膜と、ソース配線と同一層の配線の多層構造より
なることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装
置。