JPH01129234A - 補助容量付液晶表示装置及び補助容量付液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示装置に係り、特に、表示品質及び信
頼性の高い、補助容量付液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示装置、特に、アクティブマトリクス型の液晶表
示装置は、各画素毎にスイッチング素子を備えて構成さ
れており、大容量、高画質の表示が可能である。そして
、この表示装置は、理想的には、非常に大画面の表示を
実現することも可能であるが、一般には、スイッチング
素子のリーク、液晶を介してのリーク等のため、画面の
大きさが制限され、これらのリークが、表示画面のコン
トラスト等の画質を低下させる原因となっていた。

この対策として、画素毎に補助容量を付加する方法が提
案されている。

この種液晶表示装置の従来技術として、例えば、特開昭
６１−２４１７８４号公報、「ニス　アイ　デイ−８４
デイゼスト、３１２頁、“ア２４０　Ｘ３６０エレメン
ト　アクティブ　マトリクス　エル　シー　デイ−ウィ
ズ　インテグレーテッド　ゲート　バス　ドライパース
　ユージング　ポリシリコンテイー　エフ　ティー”Ｊ
　　（ＳＩＤ　　８４　　ＤＩＧＥ　Ｓ　Ｔ、　Ｐｆ’
、　３１２　、“Ａ２４０　Ｘ３６０　Ｅｌｅｍｅｎｔ
　　Ａｃｔｉｖｅ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｌ　ＣＤ　ｗｉｔｈ
　　Ｉ　ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｇａｔｅ−Ｂｕｓ　Ｄｒ
ｉｖｅｒｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｐｏ１ｙ−３ｉ　ＴＦＴ’ｓ
”）等に記載された技術が知られている。

第５図はこの種従来技術による表示装置における薄膜半
導体素子及び補助容量部の断面図であり、以下、この図
により従来技術による表示装置について説明する。第５
図において、■はガラス基板、２は下地膜、３は多結晶
シリコン、４はゲート、５は保護膜、６Ｃは容量電極、
７は容量絶縁膜、８は画素電極、９はソース電極、１０
はドレイン電極である。

第５図の断面図は、表示装置の一画素の表示素子の構成
を示しており、他の全ての表示素子と共に次のように製
造される。

（１）ガラス基板ｌ上に下地膜２を形成し、この下地膜
２の上にスイッチング素子としての薄膜トランジスタと
なる多結晶シリコン３を形成する。

（２）次に、ゲート絶縁膜とゲート４を形成し、イオン
注入により、多結晶シリコン３内にソース及びドレイン
を形成後、さらに、この上に素子の保護膜５を形成する
。

（３）その後、画素電極８とほぼ同一の位置に補助容量
を形成するための透明電極である容量電極６ｃを形成し
、この上に容量絶縁膜７を形成する。

（４）最後に、画素電極８を形成すると共に、ドレイン
及びソースの上にコンタクトホールを形成して、ドレイ
ン電極１０及びソース電極９を形成する。

前述において、容量電極６及び画素電極８は、ＩＴＯ（
Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　　０ｘｉｄｅ）による透明電極
であり、下地膜２、保護膜５及び容量絶縁膜７は、Ｓｔ
　Ｏ，により形成される。そして、このような表示素子
による表示部は、図示の電極８〜１０の上方に配置され
る電極板との間に液晶を充填して構成される。このよう
な構成とすることにより、薄膜トランジスタのドレイン
電極１０からソース電極９に伝達した信号電圧は、画素
電極８に印加され、液晶を駆動することになる。このと
き、容量電極６Ｃと容量絶縁膜７とにより、補助容量が
構成される。この補助容量は、画素電極８と容量電極６
ｃの面積をほぼ同一とし、容量絶縁膜７の厚さを、液晶
層の厚さの約１０分の１とすると、液晶容量の数倍とな
る。

このような、従来技術による液晶表示装置は、この補助
容量により、スイッチング素子としての薄膜トランジス
タのリーク電流が大きい場合、及び、温度上昇等により
液晶の抵抗が下がり、液晶のリーク電流が大きくなった
場合に、液晶に印加された電圧の降下を補償することが
でき、環境の変化に対して安定な表示品質を得ることが
できるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記従来技術は、前述の補助容量を構成するこ
とにより、その製造上、次のような問題点を生ずる。す
なわち、前記従来技術は、容量電＋１６Ｃ１容量絶縁膜
８を形成する工程が増加し、多結晶シリコン３の島と、
容量電極６Ｃ１画素電極８とのパターン合わせが増加す
るという問題点を有し、さらに、このパターン合わせの
寸法に所定の余裕を持たせる必要があり、このため、画
素の縮少化が困難であるという問題点を有する。

本発明の目的は、製造工程が簡単で、パターン配置精度
の高い、補助容量付液晶表示装置を捉供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、前記目的は、容量電極を構成する透明
電極材料として、スイッチング素子としての薄膜トラン
ジスタを構成する薄い半４体層を使用し、これらを同時
に形成することにより達成される。

〔作用〕

容量電極とスイッチング素子を形成する半４体層の島と
が同時に形成されるため、容量電極の被着工程を省略す
ることができる。また、容量電極は、スイッチング素子
を形成すると同一の半導体層を分離するだけで、精度よ
く形成することができる。さらに、容量電極を形成する
薄い半導体層は、可視光に対し実用的な光の透過率を有
し、充分に透明電極として作用できる。

〔実施例〕

以下、本発明による補助容量付液晶表示装置の一実施例
を図面により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す表示素子の断面図、第
２図（ａ）〜（ｄ）はその製造工程を説明する図である
。第１図、第２図（ａ）〜（ｄ）において、６は容量電
極であり、他の符号は第５図の場合と同一である。

本発明による液晶表示装置の１個の表示素子は、第１図
に示すように、ガラス基板１上の下地膜２の上に同時に
形成され分離された、薄膜トランジスタを構成する半導
体層３と、容量電極６とにより形成される。薄膜トラン
ジスタは、半導体層３内に形成されるソース及びドレイ
ンと、半導体層３の上にゲート絶縁膜を介して設けられ
たゲート４とにより構成される。また、容量電極６は、
半導体層３と同一の多結晶シリコンで形成され、その上
に、容量絶縁膜７が形成されて構成される。

薄膜トランジスタのソース、ドレインには従来技術の場
合と同様に、ソース電極９．ドレイン電極１０が設けら
れ、さらに、容量絶縁膜７の上に画素電極が形成され、
表示素子とされる。

次に、第２図（ａ）〜（ｄ）によ、す、表示素子の製造
工程を詳細に説明する。

（１１ガラス基板ｌにＳｉＯ□から成る下地膜２を１０
００人の厚さに形成し、その上に２００への厚さに多結
晶シリコン膜を６００　　°Ｃで形成する。この多結晶
シリコン膜をドライエツチングで分離し、薄膜トランジ
スタが構成される多結晶シリコン３と、多結晶シリコン
から成る容量電極６を形成する。多結晶シリコン３と容
量電極６との間隔は、３〜５μｍと非常に精密に加工す
ることができる〔第２図（ａ）〕。

（２）多結晶シリコン３の上に、Ｓｉ　Ｏ，のゲート絶
縁膜及び多結晶シリコンのゲート４を形成し、イオン注
入により、ｎ＋のソース及びドレインを形成する。この
とき、容量電極６及びゲート４にも、イオン注入が行わ
れ、これらが導電性を持つようになり、電極としての機
能を持たせることが可能となる。また、２００Ａの多結
晶シリコンによる容量電極は、可視光に対する透過性も
充分持っており、透明電極として作用させることができ
る〔第２図（ｂ）〕。

（３）次に、全面にｓｔ　０２による保護膜５を形成す
る。この保護膜５は、補助容量部では容量絶縁膜７とな
る。この容量絶縁膜７の上に、従来技術の場合と同様に
、ＩＴＯを用いた画素電極８を形成する〔第２図（Ｃ）
〕。

（４）次に、多結晶シリコン３内に形成された薄膜トラ
ンジスタのソース、ドレインにコンタクトホールを開け
、ソース電極９を画素電極８にコンタクトするように形
成すると共に、ドレイン電極１０を形成する〔第２図（
ｄ）〕。

前述した本発明の一実施例は、スイッチング素子となる
薄膜トランジスタを構成する多結晶シリコンと、補助容
量を構成する容量電極とを同時に形成することができる
ので、容量電極を別の工程で形成する従来技術に比較し
、その製造工程を減少して簡略化することができ、しか
も、同時に形成した多結晶シリコンを分離するだけで容
量電極を構成できるので、容量電極形成のための位置合
わせを必要とせず、薄膜トランジスタと補助容量との形
成間隔を短縮することができ、これにより、開口率の高
い画素、あるいは、微細な画素を持った液晶表示装置を
構成できるという効果を有する。

第３図は本発明の他の実施例を示す表示素子の断面図で
ある。第３図において、６ａは容量電極であり、他の符
号は第１図、第２図の場合と同一である。

この実施例は、容量電極６ａを第１図、第２図により説
明した実施例の場合と同様に、多結晶シリコンを用いて
形成し、その形成をゲート４と同一のプロセスで行う点
に特徴を有する。

以下、その製造方法を簡単に説明する。

まず、下地膜２の上にスイッチング素子である薄膜トラ
ンジスタを構成する多結晶シリコン３を形成し、この多
結晶シリコン３の上に、ゲート絶縁膜と多結晶シリコン
によるゲート４を形成する。

このとき、ゲート絶縁膜とゲート４の形成と同時に、同
一のプロセスにより、容量電極６ａを形成する。その後
、イオン注入により、多結晶シリコン３内にソースとド
レインを形成し、同時にゲート４及び容量電極６ａの多
結晶シリコンをＮ″層として４電性を持たせる。さらに
、その後は、第２図（Ｃ）、　（ｄ）で説明したと同様
に、保護膜５、画素電極８、ソース電極９、ドレイン電
極１０を形成して、表示素子を完成させる。

前述した第３図に示す本発明の実施例は、容量電極６ａ
の下部に、ゲート絶縁膜と同一の３４０ｇ膜が存在する
点で、第１図に示す実施例と相違するが、この実施例も
、第１図に示す実施例と同様な効果を奏することができ
る。

第４図は本発明のさらに他の実施例を示す表示素子の断
面図である。第４図において、４゛はゲート、６ｂは容
量電極、１１はゲート絶縁膜、１２は非晶質２９３７１
層、１３は非晶質シリコンｎ＋層であり、他の符号は第
１図、第２図の場合と同一である。

この実施例は、スイッチング素子として、逆スタガ構造
の非晶質シリコン薄膜トランジスタを用いるもので、容
量電極６ａとして、非晶質シリコンｎ″層を用いている
点を特徴とする。

以下、その製造方法を節単に説明する。

まず、ガラス基板ｌ上のゲート４”を形成し、基板１及
びゲート４′を含む全面に３．０□によるゲート絶縁膜
１１を形成する。このゲート絶縁膜１１は、ゲート４”
以外の部分で、下地膜となる。次に、連′ｆｔＥＣＶＤ
法により、非晶質２９３７１層１２と、非晶質シリコン
ｎ゛層１３を形成し、これを分離して、薄膜トランジス
タを構成する部分と、容量電極６ｂとなる部分を形成す
る。ゲート４゛　の上の部分の非晶質シリコンｎ゛層を
除去し、両側の非晶質シリコンｎ゛層を夫々ソース及び
ドレインとする。その後、第２図（Ｃ）、　（ｄｌと同
様　゛に、保護膜５、画素電極８、ソース電極９、ドレ
イン電極１０を形成して、表示素子を完成させる。

この第４図に示す本発明の実施例は、容量電極６ｂが、
非晶質シリコンｎ゛層で構成され、その下層に非晶質２
９３７１層が存在するが、これらの層も、充分透明電極
として作用し、第１図に示す実施例と同様な効果を奏す
る。

・〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、補助容量を、ス
イッチング素子となる薄膜半導体層と同一の半導体層で
同時に形成し、分離するだけで形成することができるの
で、その形成工程を簡略化できると同時に、パターン合
わせを不要とし、形成間隔も短縮することができるので
、開口率の高い画素、あるいは微細な画素を有する液晶
表示装置を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す表示素子の断面図、第
２図（ａ）、　（ｂｌ、　（ｃｌ、　（ｄ）はその製造
工程を説明する図、第３図、第４図は夫々本発明の他の
実施例の断面図、第５図は従来技術による表示素子の断
面図である。 １・・−−−−−ガラス基板、２−・−・・−下地膜、
３・−−−−−一多結晶シリコン、４．４’−・−ゲー
ト、５・−・・保護膜、６、　６　ａ、　　６　ｂ、　
　６　Ｃ−−−−−−容量電極、７　・・・・−容量絶
縁膜、８−・−・画素電極、９−−−−−−−ソース電
極、１０＝・−・−ドレイン電極、１１・・・・−・−
・ゲート絶縁膜、１２−−〜−−−−・非晶質２９３７
１層、１３−・−・・非晶質シリコンｎ１層。 第１図 Ｉ　・・か′ラス基本文 ２　・・・・壬貝竺月莢 ３　　・うＰｉ晶ンリコン ４−・τ°−ト ５　・・僅籟膜 ６　・　舒量宅極 ７　　　　翁屓邑糸場こ８莞 ８　・、ｉｈ＃ｉ電極 ９　・ソース１！！、極 ＩＯ−ドレインを極 第２図 第３図 第４図 ４′１ ６ｂ　・・容Ｉｔ、他 ＩＩ　　　　　・　ゲート絶糸取、８莫１２　　　　非
品質シリコンｉ層 Ｉ３　・　１１−＆’ＷシリコンＮ＋層第層面 ５図　−がラス某−互 ２・・　Ｉ＃！ｉＡ１！ ３・　・々絽ｈシリコン ４・　ケート ５　・イ＃：＊膿 ６ｃｍ社電極 ７−１−を絶線Ｕ離 ８　・画素を績 ９・　・ソースｔ８ｉｌ ＩＱ・・ドレイン１＆

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各画素の表示素子にスイッチング素子を備え、補助
   容量を付加した液晶表示装置において、補助容量用の電
   極を、スイッチング素子を構成する半導体層と同一の半
   導体物質で構成したことを特徴とする補助容量付液晶表
   示装置。 ２、前記半導体物質が、多結晶シリコン、非晶質シリコ
   ン、または単結晶シリコンであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の補助容量付液晶表示装置。 ３、前記補助容量用の電極が、スイッチング素子を構成
   する半導体層を形成すると同一の製造工程で形成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の補助容量付液晶表示装置。