JP4011606B2

JP4011606B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP4011606B2
Application number: JP2006277499A
Authority: JP
Inventors: 宏勇張
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2016-02-21
Also published as: JP2007034327A

Description

本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域の構成に関する。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領域の構成に関する。

アクティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。これは、マトリクス状に多数設けられた画素電極のそれぞに薄膜トランジスタを少なくとも一つ接続し、画素電極に出入りする電荷をこの薄膜トランジスタでもって制御するものである。

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。薄膜トランジスタは、この容量に電荷の出入りを制御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、この画素電極部分で構成れる容量では、値が小さすぎ、補助の容量を設ける必要がある。

しかしながら、容量を構成するための電極を金属材料等の導電材料で構成した場合、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。

一方で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（薄膜トランジスタのソース領域に電流を供給するための配線）とゲイト配線（（薄膜トランジスタのゲイト電極の信号電位を与えるために配線）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。

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、逆に光が所定量で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。

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。

このようなブラックマトリクスを配置する構成としては、US.Patent 5,339,181 号公報に記載された構成が公知である。この公報に記載されている技術は、そのFig.2Cに示されているように、画素電極の縁に重ねるようにゲイト線から延在したブラックマトリクスを配置したものである。またこのブラックマトリクスと画素電極の重なり部分で補助容量が形成されるように工夫されている。

しかし、上記公報に記載されている技術には以下の２つの問題がある。第１にブラックマトリクスがゲイト線から延在した構成となっているために完全な遮光を行うことができないという問題がある。

これは、クロストークの関係からソース線とブラックマトリクスとを重ねることができないからである。従って、その部分で光が漏れてしまうことを許容しなければならない。

第２の問題として、ゲイト線と同一層にブラックマトリクスが配置されることになるので、当然のことながらゲイト線自身の遮光を行うことができない。また、前述のクロストークの関係からソース線の遮光を行うこともできない。

近年デジタル機器の発達にともない、低周波からマイクロ波に至るまでの電磁波の影響が問題となっている。即ち、液晶電気光学装置が使用される環境においいては、上記の電磁波の影響が懸念される。

従って、液晶電位光学装置もこのような電磁波の影響を受けにくいものとする必要がある。

このことを考慮すると、上記のUS.Patent 5,339,181 号公報に記載された構成のような画像信号が伝達されるソース線やゲイト線が外部からの電磁波に曝されてしまうような構成は好ましくない。これは、ソース線やゲイト線がアンテナとして機能してしまうことが懸念されるからである。

本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素の構成において、ブラックマトリクスによる効果的な遮光を得る構成を提供することを課題とする。

また、装置全体を外部からの電磁波の影響から守る構成を提供することを課題とする。

また、開口率の低下を招かずに、必要とする容量の補助容量を形成することを課題とする。

本明細書で開示する発明の一つは、図１及び図２のその具体的な構成を示すように、
格子状に配置されたソース配線１１３とゲイト配線１１０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１１８が配置され、
前記ソース配線１１３およびゲイト配線１１０を覆って可視光を遮蔽する電極１１６が配置され、
前記画素電極１１８の周辺部は前記可視光を遮蔽する電極１１８と重なっており、
該重なった領域（１１９や１２０で示される）が補助容量として機能することを特徴とする。

上記の構成においては、画素電極１１８と薄膜トランジスタ１０３のドレイン領域以外を全て入射光から遮光することができる。特に、ソース線やゲイト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、外部からソース線やゲイト線に電磁波が飛び込み、装置の誤動作や動作不良が生じてしまうことを防ぐことができる。

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。また画素電極以外に対
して完全なる遮光を行うことができる。

上記構成において、画素電極はＩＴＯ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ある。

画素電極の周囲の縁の部分と重なる形で配置されるブラックマトリクス１１６は、チタンやクロムで構成される。このブラックマトリクスは、遮光膜とし機能するのみならず、補助容量を構成する一方の電極としても機能する。

この金属電極１１６は、極力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。即ち、金属電極１１６と画素電極１１８との重なりは、画素電極１１８の周辺部の大部分において実現されることが好ましい。

他の発明の構成は、例えば図１及ぶ図２の例示するように、
格子状に配置されたソース配線１１３とゲイト配線１１０とを有し、
前記ソース配線１１３またはゲイト配線１１０によって囲まれた領域には、少なくも一つの画素電極１１８が配置され、
画素電極の周辺部に重ねて光を遮蔽する電極１１６が配置され、
前記画素電極１１８と前記光を遮蔽する電極１１６とは、絶縁膜１１７を介して容量を構成しており、
前記光を遮光する電極１１６と前記ソース線１１３及びゲイト線１１０とは異なる層に配置されていることを特徴とする。

他の発明の構成は、例えば図１及ぶ図２の例示するように、入射光側（図１の上方）から順に、画素電極１１８、遮光電極１１６、ソース配線１１３、ゲイト配線１１０、と配置されており、前記画素電極と遮光電極との間で容量（１１９や１２０で示される）が形成されていることを特徴とする。

上記の構成は、最も入射光側に画素電極を配置し、次に遮光電極１１６（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、さらに薄膜トランジスタ（ドレイン領域以外の）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。

また開口率の低下を招かずに１１９や１２０で示される容量を形成することができる。

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。こうすることで、画素の開口率を低下させることがないものとすることができる。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。

即ち、ブラックマトリクスによる効果的な遮光を得る構成を提供できる。

また、装置全体を外部からの電磁波の影響から守る構成を提供できる。

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に利用することができる。

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構成を示す。

図２のＡ−Ａ’で切った断面が図１である。図１及び図２においては、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域（画素領域は多数の画素から構成されている）を構成する一つの画素の状態が示されている。

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を示す。実際には、対向する基板も存在する。そしてその基板と図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ことになる。

図１及び図２において、薄膜トランジスタは１０３で示される部分に形成されている。図１及び図２において、１０１はガラス基板である。ガラス基板の他には石英基板が利用される。１０２は下地膜を構成する酸化珪素膜である。１０４、１０７、１０５、１０８、１０６、で構成されるのが薄膜トランジスタの活性層である。この活性層は、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ている。

この活性層の中で、１０４がソース領域であり、１０７と１０８がオフセットゲイト領域であり、１０５がチャネル形成領域であり、１０６がドレイン領域である。

１０９は、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜である。１１０はアルミニウムを主成分とするゲイト配線から延在したゲイト電極である。図では、ゲイト電極もゲイト配線も１１０で示される。

１１１は、アルミニウムを陽極とした陽極酸化を行うことにより形成される陽極酸化膜である。

１１２は、酸化珪素膜でなる第１の層間絶縁膜である。１１３はソース線から延在したソース領域１０４からの引き出し電極である。図では、ソース電極もソース線も１１３で示される。

また、１１５は、ドレイン領域１０６からの引き出し電極であり、画素電極となるＩＴＯ電極１１８に接続されている。また、１１４は第２の層間絶縁膜であり、１１７は第３の層間絶縁膜である。

また、１１６がブラックマトリクスを兼ねるチタン電極である。チタン以外には、クロム等が利用される。このチタン電極１１６は、ブラックマトリクスとして機能するように画素電極１１８の周辺部に重なるように配置されている。

そしてこのチタン電極１１６と画素電極１１８とが重なった領域が補助容量となる。即ち、１１９、１２０で示される部分において、第３の層間絶縁膜１１７を介して、画素電極１１８とチタン電極１１６との間に容量が形成される。この容量は、絶縁膜１１７を薄いものとすることができるので、大きな容量とすることができる。

このチタン電極１１６は、ゲイト線１１０やソース線１１３をも遮光するもので、強光の照射による電荷の発生や蓄積を防ぐことができる。またこのチタン電極は、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、ゲイト線１１０やソース線１１３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。

また、チタン電極１１６は、薄膜トランジスタ１０３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。

ここでは、絶縁膜１１７単層にした構成を示した。しかし、絶縁膜１１７を多層構造にしてもよい。

アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域の状態を示す。アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域を上面から見た様子を示す。

符号の説明

１０１ガラス基板
１０２下地膜（酸化珪素膜）
１０３薄膜トランジスタ
１０４ソース領域
１０５チャネル形成領域
１０６ドレイン領域
１０７、１０８オフセットゲイト領域
１０９ゲイト絶縁膜
１１０ゲイト電極（ゲイト線）
１１１陽極酸化膜
１１２第１の層間絶縁膜
１１３ソース電極（ソース線）
１１４第２の層間絶縁膜
１１５ドレイン電極
１１６ブラックマトリクスを構成するチタン電極（容量を構成する電極）
１１７第３の層間絶縁膜
１１８画素電極（ＩＴＯ電極）
１１９、１２０補助容量が形成される部分

Claims

画素に、ゲイト電極とゲイト絶縁膜と活性層を有する薄膜トランジスタを配置した表示装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されるゲイト配線と、
前記ゲイト配線と格子をなして配置され、前記活性層に設けられたソース領域に電気的に接続されるソース配線と、
前記活性層に設けられたドレイン領域に電気的に接続される引き出し電極と、
前記引き出し電極の上方に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に形成され、前記引き出し電極に電気的に接続される画素電極と、
前記ソース配線の上方に形成され、前記画素電極の一部又は全ての周辺部と重なる部分を有する遮光膜とを有し、
前記ソース配線の上方において、隣の画素に配置された画素電極は前記遮光膜と一部重なっていることを特徴とする表示装置。
画素に、ゲイト電極とゲイト絶縁膜と活性層を有する薄膜トランジスタを配置した表示装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されるゲイト配線と、
前記ゲイト配線と格子をなして配置され、前記活性層に設けられたソース領域に電気的に接続されるソース配線と、
前記活性層に設けられたドレイン領域に電気的に接続される引き出し電極と、
前記引き出し電極の上方に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に形成され、前記引き出し電極に電気的に接続される複数に分割された画素電極と、
前記ソース配線の上方に形成され、前記画素電極の一部又は全ての周辺部と重なる部分を有する遮光膜とを有し、
前記ソース配線の上方において、隣の画素に配置された画素電極は前記遮光膜と一部重なっていることを特徴とする表示装置。
画素に、ゲイト電極とゲイト絶縁膜と活性層を有する薄膜トランジスタを配置した表示装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されるゲイト配線と、
前記活性層下に形成された下地膜と、
前記ゲイト配線と格子をなして配置され、前記活性層に設けられたソース領域に電気的に接続されるソース配線と、
前記活性層に設けられたドレイン領域に電気的に接続される引き出し電極と、
前記引き出し電極の上方に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に形成され、前記引き出し電極に電気的に接続される画素電極と、
前記ソース配線の上方に形成され、前記画素電極の一部又は全ての周辺部と重なる部分を有する遮光膜とを有し、
前記ソース配線の上方において、隣の画素に配置された画素電極は前記遮光膜と一部重なっていることを特徴とする表示装置。
画素に、ゲイト電極とゲイト絶縁膜と活性層を有する薄膜トランジスタを配置した表示装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されるゲイト配線と、
前記活性層下に形成された下地膜と、
前記ゲイト配線と格子をなして配置され、前記活性層に設けられたソース領域に電気的に接続されるソース配線と、
前記活性層に設けられたドレイン領域に電気的に接続される引き出し電極と、
前記引き出し電極の上方に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に形成され、前記引き出し電極に電気的に接続される複数に分割された画素電極と、
前記ソース配線の上方に形成され、前記画素電極の一部又は全ての周辺部と重なる部分を有する遮光膜とを有し、
前記ソース配線の上方において、隣の画素に配置された画素電極は前記遮光膜と一部重なっていることを特徴とする表示装置。
画素に、ゲイト電極とゲイト絶縁膜と活性層を有する薄膜トランジスタを配置した表示装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されるゲイト配線と、
前記ゲイト電極、前記ゲイト配線、前記ゲイト絶縁膜及び前記活性層上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に前記ゲイト配線と格子をなして配置され、前記活性層に設けられたソース領域に電気的に接続されるソース配線と、
前記ソース配線上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成されたクロムからなる遮光電極と、当該第２の絶縁膜上に形成された、前記活性層に設けられたドレイン領域に直接接続された引き出し電極と、
前記遮光電極及び前記引き出し電極上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成され、前記引き出し電極と直接接続された画素電極と、を有し、
前記遮光電極は、前記画素電極の一部又は全ての周辺部と重なる部分を有し、かつ、前記ソース配線を覆って配置され、
前記遮光電極及び前記引き出し電極は同一平面上に形成され、
前記ソース配線上において、隣の画素に配置された画素電極は前記遮光電極と一部重なっていることを特徴とする表示装置。
画素に、ゲイト電極とゲイト絶縁膜と活性層を有する薄膜トランジスタを配置した表示装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されるゲイト配線と、
前記ゲイト電極、前記ゲイト配線、前記ゲイト絶縁膜及び前記活性層上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に前記ゲイト配線と格子をなして配置され、前記活性層に設けられたソース領域に電気的に接続されるソース配線と、
前記ソース配線上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成されたクロムからなる遮光電極と、当該第２の絶縁膜上に形成された、前記活性層に設けられたドレイン領域に直接接続された引き出し電極と、
前記遮光電極及び前記引き出し電極上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成され、前記引き出し電極と直接接続された複数に分割された画素電極と、を有し、
前記遮光電極は、前記画素電極の一部又は全ての周辺部と重なる部分を有し、かつ、前記ソース配線を覆って配置され、
前記遮光電極及び前記引き出し電極は同一平面上に形成され、
前記ソース配線上において、隣の画素に配置された画素電極は前記遮光電極と一部重なっていることを特徴とする表示装置。
画素に、ゲイト電極とゲイト絶縁膜と活性層を有する薄膜トランジスタを配置した表示装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されるゲイト配線と、
前記活性層下に形成された下地膜と、
前記ゲイト電極、前記ゲイト配線、前記ゲイト絶縁膜及び前記活性層上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に前記ゲイト配線と格子をなして配置され、前記活性層に設けられたソース領域に電気的に接続されるソース配線と、
前記ソース配線上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成されたクロムからなる遮光電極と、当該第２の絶縁膜上に形成された、前記活性層に設けられたドレイン領域に直接接続された引き出し電極と、
前記遮光電極及び前記引き出し電極上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成され、前記引き出し電極と直接接続された画素電極と、を有し、
前記遮光電極は、前記画素電極の一部又は全ての周辺部と重なる部分を有し、かつ、前記ソース配線を覆って配置され、
前記遮光電極及び前記引き出し電極は同一平面上に形成され、
前記ソース配線上において、隣の画素に配置された画素電極は前記遮光電極と一部重なっていることを特徴とする表示装置。
画素に、ゲイト電極とゲイト絶縁膜と活性層を有する薄膜トランジスタを配置した表示装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲイト電極に電気的に接続されるゲイト配線と、
前記活性層下に形成された下地膜と、
前記ゲイト電極、前記ゲイト配線、前記ゲイト絶縁膜及び前記活性層上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に前記ゲイト配線と格子をなして配置され、前記活性層に設けられたソース領域に電気的に接続されるソース配線と、
前記ソース配線上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成されたクロムからなる遮光電極と、当該第２の絶縁膜上に形成された、前記活性層に設けられたドレイン領域に直接接続された引き出し電極と、
前記遮光電極及び前記引き出し電極上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成され、前記引き出し電極と直接接続された複数に分割された画素電極と、を有し、
前記遮光電極は、前記画素電極の一部又は全ての周辺部と重なる部分を有し、かつ、前記ソース配線を覆って配置され、
前記遮光電極及び前記引き出し電極は同一平面上に形成され、
前記ソース配線上において、隣の画素に配置された画素電極は前記遮光電極と一部重なっていることを特徴とする表示装置。
請求項３、４、７又は８において、前記下地膜は酸化珪素膜であることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、前記絶縁膜又は前記第１の絶縁膜は酸化珪素膜であることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、前記活性層はチャネル形成領域を有し、
前記チャネル形成領域と前記ソース領域の間、及び、前記チャネル形成領域と前記ドレイン領域の間には、前記ゲイト電極と重ならないオフセットゲイト領域がそれぞれ形成されていることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、前記遮光膜又は前記遮光電極によって前記ソース配線、前記ゲイト電極及び前記ゲイト配線は前記画素電極側から入射する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１乃至請求項１２のいずれか一において、前記画素電極はＩＴＯであることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項１３のいずれか一において、前記活性層は結晶性珪素膜であることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項１４のいずれか一において、前記ゲイト配線及び前記ゲイト電極はアルミニウムを主成分とすることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至請求項１５のいずれか一において、前記薄膜トランジスタの基板は、ガラス又は石英であることを特徴とする表示装置。