(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  基板上に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜を介して前記薄膜トランジスタの半導体層に接続された電極と、前記第１の層間絶縁膜及び前記半導体層に接続された電極を覆い、窒化珪素膜または酸化珪素膜を用いて形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上に形成された有機樹脂膜と、前記第２の層間絶縁膜及び前記有機樹脂膜を介して前記半導体層に接続された電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする。【選択図】    図１
2006018326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタ上に形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜を介して前記薄膜トランジスタの半導体層に接続された電極と、
前記第１の層間絶縁膜及び前記半導体層に接続された電極を覆い、窒化珪素膜または酸化珪素膜を用いて形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜上に形成された有機樹脂膜と、
前記第２の層間絶縁膜及び前記有機樹脂膜を介して前記半導体層に接続された電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
基板上に形成された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタ上に形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜を介して前記薄膜トランジスタの半導体層に接続された電極と、
前記第１の層間絶縁膜及び前記半導体層に接続された電極を覆い、窒化珪素膜または酸化珪素膜を用いて形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜上に形成され、表面を平坦にするための第３の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜及び前記第３の層間絶縁膜を介して前記半導体層に接続された電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項３】
基板上に形成された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタ上に形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜を介して前記薄膜トランジスタの半導体層に接続された電極と、
前記第１の層間絶縁膜及び前記半導体層に接続された電極を覆い、窒化珪素膜または酸化珪素膜を用いて形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜上にスピンコーティング法により形成された第３の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜及び前記第３の層間絶縁膜を介して前記半導体層に接続された電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記第３の層間絶縁膜には、有機樹脂が用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項２または３において、前記第３の層間絶縁膜には、無機材料または誘電率の高い材料が用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
基板上に形成された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタ上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜を介して前記薄膜トランジスタの半導体層に接続された電極と、
前記窒化珪素膜及び前記半導体層に接続された電極を覆い、窒化珪素膜または酸化珪素膜を用いて形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された有機樹脂膜と、
前記層間絶縁膜及び前記有機樹脂膜を介して前記半導体層に接続された電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項７】
基板上に形成された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタ上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜を介して前記薄膜トランジスタの半導体層に接続された電極と、
前記窒化珪素膜及び前記半導体層に接続された電極を覆い、窒化珪素膜または酸化珪素膜を用いて形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜上に形成され、表面を平坦にするための第２の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜及び前記第２の層間絶縁膜を介して前記半導体層に接続された電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項８】
基板上に形成された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタ上に形成された窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜を介して前記薄膜トランジスタの半導体層に接続された電極と、
前記窒化珪素膜及び前記半導体層に接続された電極を覆い、窒化珪素膜または酸化珪素膜を用いて形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜上にスピンコーティング法により形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜及び前記第２の層間絶縁膜を介して前記半導体層に接続された電極に接続された画素電極と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項９】
請求項７または８において、前記第２の層間絶縁膜には、有機樹脂が用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項７または８において、前記第２の層間絶縁膜には、無機材料または誘電率の高い材料が用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一において、前記画素電極には、透明導電膜が用いられていることを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか一において、前記画素電極には、ＩＴＯが用いられていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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レイの画素の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、容量の値が小さすぎ、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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
（１）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。
（２）画素電極の周辺部は前記コモン電極と重なっている。
（３）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。
（４）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】
また開口率の低下を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、（３）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、
（１）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。
（２）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。
（３）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に例示するように、
（１）透明導電性被膜よりなる画素電極の層
（２）遮光材料よりなるコモン電極の層
（３）表面が平坦化された有機樹脂層
（４）ソース配線の層
（５）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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
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れ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。
【実施例】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ＣＶＤ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）１４が形成される。（図１（Ａ））
【００２６】
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））
【００２７】
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））
【００２８】
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））
【００２９】
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。
【００３０】
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、２４ｂ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２４ｂは隣接する画素電極である。
画素電極２４ａ乃至２４ｂ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））
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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】
【００３５】
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
【図１】
2006018326.tif 000003
【図２】
2006018326.tif 000004