JPH1010580A

JPH1010580A - 表示装置

Info

Publication number: JPH1010580A
Application number: JP18563996A
Authority: JP
Inventors: Kouyuu Chiyou; 宏勇張; Naoaki Yamaguchi; 直明山口; 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２４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２２を配置する。ここでコモン電極２２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２４と
コモン電極２２とが重なった領域が補助容量２５として
機能する。この補助容量は、絶縁膜２３を介して構成さ
れる。そこで、この補助容量２５をより大きなものとす
るために、コモン電極２２を平坦化された表面を有する
絶縁層２１上に形成する。かくすることにより、絶縁層
２３を１μｍ程度にまで薄くしても、コモン電極と画素
電極の間のピンホール、リーク等を防止することがで
き、より大きな補助容量が得られる。

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、図１及
び図２のその具体的な構成を示すように、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。前記コモン電極は平坦化された有機樹脂層表面に形成
されている。この重なった領域が補助容量として機能する、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
ックマトリクスの部分に補助容量を形成するためであ
る。ここで、の構成は容量を大きくする上で有効であ
る。コモン電極の凹凸が激しいと、それに重ねて設けら
れる画素電極との絶縁性を高めるために、間に存在する
絶縁層を厚くする必要がある。特に絶縁層として有機樹
脂膜を用いる場合には、通常２μｍ以上の厚さが必要と
なる。

【００１４】しかしながら、コモン電極の凹凸が小さい
と、間の絶縁層の厚さも１μｍ以下で十分である。容量
は間の絶縁層の厚さに反比例するので、絶縁層が薄いほ
ど大きな容量が得られる。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。

【００１５】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。コモン電極は、遮光性を高める目的から画素
電極の周辺部全てにおいて重なるようにすることが好ま
しい。また、かくすると、補助容量の面積が増大し、容
量の増大となる。

【００１６】また、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。

【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し、一定の電位に
保持されたコモン電極が配置されている。前記画素電極と前記コモン電極とは、絶縁膜を介して
容量を構成している。前記コモン電極はソース配線及びゲイト配線上に設け
られた表面が平坦化され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】第３の発明の構成は、例えば図１及び図２
の例示するように、透明導電性被膜よりなる画素電極の層遮光材料よりなるコモン電極の層表面が平坦化された有機樹脂層ソース配線の層ゲイト配線の層を有し、前記画素電極とコモン電極との間で容量が形成
されているという特徴を有する。

【００１９】上記の構成は、最も入射光側に画素電極を
配置し、次にコモン電極（ブラックマトリクス）を配置
することにより、その下層に配置されるソース線やゲイ
ト線、さらにトランジスタを完全に遮光することができ
る。この構成は、遮光のみならず、外部からの電磁波に
よる影響を排除する意味でも非常に有用なものとなる。

【００２０】第３の発明に関しても、画素電極とコモン
電極の間には有機樹脂層を設けてもよい。また、コモン
電極は画素電極の縁の部分と重なるようにすると該部分
で補助容量を形成することはできるので好ましい。さら
に、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。

【００２１】

【実施例】図１及び図２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に本実施例の作製工程断面図の概略
を、また、図２に本実施例の各配線、コモン電極、画素
電極、半導体層等の配置を示す。図２の番号は図１のも
のと対応する。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。

【００２２】また、図１及び図２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、図１にしたがって、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））

【００２４】この状態での回路の配置を図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、ソース１５、ドレイン１６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）１７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））

【００２５】次に、第１の層間絶縁物１７にソース１５
およびドレイン１６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１８およびドレイン電極１９を形成する。以上の工
程の後，窒化珪素膜（もしくは酸化珪素膜）２０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。第２の層間絶縁物としては窒化珪素を用い
る方が好ましい。かくすると、上層の有機樹脂層に存在
する不純物が下層のトランジスタに浸透するのを阻止す
る上で有効である。（図１（Ｃ））この状態での回路の配置を図２（Ｂ）に示す。（図２
（Ｂ））

【００２６】次にスピンコーティング法により第１の有
機樹脂層２１を形成する。スピンコーティング法の代わ
りに印刷法を用いると量産性を高めることができる。有
機樹脂層の上面は平坦に形成される。そして、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。（図１（Ｄ））この状態での回路の配置を図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第２
の有機樹脂層２３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、第２の
有機樹脂層２３および第１の有機樹脂層２１、さらに、
第２の層間絶縁物２０を連続的にエッチングして、ドレ
イン電極１９に達するコンタクトホールを形成する。

【００２８】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２４ａ、２
４ｂおよび２４ｃを形成する。画素電極２４ｃは当該ト
ランジスタの画素電極であり、画素電極２４ａおよび２
４ｂは隣接する画素電極である。画素電極２４ａ乃至２
４ｂがコモン電極２２と重なる部分には、第２の有機樹
脂層２３を介して、容量２５ａ、２５ｂ、２５ｃが、そ
れぞれ形成される。第１の有機樹脂層２１の表面が平坦
であるため、コモン電極の凹凸が少なく、したがって、
有機樹脂層２３を薄いものとすることができる。このた
め、容量２５ａ乃至２５ｃは大きな容量とすることがで
きる。（図１（Ｅ））

【００２９】この状態での回路の配置を図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。

【００３０】また、単なる遮光のみではなく、コモン電
極２２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１８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２２
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。

【００３１】ここでは、第２の有機樹脂層２３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、第２の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。第２の有機樹脂層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。

【００３２】

【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。

【００３３】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。

【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ソース１６ドレイン１７第１の層間絶縁物１８ソース配線１９ドレイン電極２０第２の層間絶縁物２１第１の有機樹脂層２２コモン電極２３第２の有機樹脂層２４画素電極２５補助容量

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
配線とを有し、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
には、少なくも一つの画素電極を有し、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り、一定の電位に保持されたコ
モン電極を有し、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、前記コモン電極は平坦化された有機樹脂層表面に形成さ
れ、該重なった領域が補助容量として機能することを特徴と
するアクティブマトリクス型表示装置。
【請求項２】格子状に配置されたソース配線とゲイト
配線とを有し、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
には、少なくも一つの画素電極を有し、画素電極の周辺部に重ねて可視光を遮蔽する材料よりな
り、一定の電位に保持されたコモン電極を有し、前記画素電極と前記コモン電極とは、絶縁膜を介して容
量を構成しており、前記コモン電極は前記ソース配線及びゲイト配線上に設
けられた表面が平坦化された有機樹脂層に配置されてい
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３】入射光側から順に透明導電性被膜よりな
る画素電極の層、遮光材料よりなるコモン電極の層、ソース配線の層、ゲイト配線の層、を有し、前記コモン電極の層とソース配線の層の間には、表面が
平坦化された有機樹脂層が設けられ、前記画素電極とコモン電極との間で容量が形成されてい
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４】請求項１乃至請求項３において、画素電
極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５】請求項３において、コモン電極は画素電
極の縁の部分と重なって配置されていることを特徴とす
る表示装置。
【請求項６】請求項３において、コモン電極によって
ソース配線とゲイト配線とは入射光から遮光されている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項３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有機樹脂層の誘電率より
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。