JPH03196020A

JPH03196020A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH03196020A
Application number: JP1336049A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Sato; 俊一佐藤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1991-08-27
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JP2870072B2

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、例えば液晶テレビ等に組み込まれるアクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置に係り、特にはその表示
特性を向上させるために蓄積容量の付加された液晶表示
装置に関する。

〔従来の技術〕

第９図は従来の液晶表示装置の平面図であり、第１０図
は第９図におけるＡ−Ａ断面図である。

従来の液晶表示装置は、第１０図に示されるように、薄
膜トランジスタパネル１と、これに対向して配置された
対向パネル２と、これら２つのパネル間に封入された液
晶３とから構成されている。

なお、第９図には、対向パネル２と液晶３を省略して薄
膜トランジスタパネルｌのみが示されている。

薄膜トランジスタパネル１は、第９図に示されるように
、ガラス等でできた透明な絶縁基板ｌｌ上に、透明な画
素電極１２と、この画素電極１２に接続されたスイッチ
ング素子としての薄膜トランジスタＩ３とが、マトリク
ス状に複数配置されている。それと共に、絶縁基板１１
上には、上記複数の画素電極１２の間を縫って縦横にゲ
ートライン１４及びドレインライン１５を配設した構成
となっている。

上記薄膜トランジスタ１３の構成は、第１０図に具体的
に示されている。すなわち、絶縁基板１１上の所定箇所
に、ゲート電極１３ａが上記ゲートライン１４の一部と
してパターン形成され、その全面が窒化シリコン膜等か
らなるゲート絶縁膜１３ｂで覆われている。更にその上
には、ゲート電極１３ａとほぼ対向する箇所にａ−３ｉ
（アモルファスシリコン）からなるａ−３ｉ半導体層１
３ｃが形成され、その上の両側には、ｎ型不純物が高濃
度に導入されたコンタクト用のｎ’　−ａ　−３ｉ半導
体層１３ｄ及びアルミニウム等からなるコンタクト用の
金属膜１３ｅが積層されている。

そして、一方のコンタクト用金属膜１３ｅ上には、ドレ
イン電極１３ｆが上記ドレインライン１５の一部として
形成され、また、もう一方のコンタクト用金属膜１３ｅ
上の端部からゲート絶縁膜１３ｂ上にかけて上記の画素
電極１２が形成されている。そして、これらの全面が保
護絶縁膜１６で覆われている。なお、ドレインライン１
５上も保護絶縁膜１６で覆われ、またゲートライン１４
上はゲート絶縁膜１３ｂと保護絶縁膜１６とにより２重
に覆われている。

更に、絶縁基板ｌｌ上には、画素電極１２の直下にゲー
ト絶縁膜１３ｂを隔てて透明な導電膜１７（第９図中で
は斜線で示されている部分）が形成されている。そして
、各画素領域毎の導電膜１７は全てドレインライン１５
の下方を横切りながらゲートライン１４の配線方向に沿
って結線され、かつ、後述する共通電極２２に基板外で
電気的に接続されている。

一方、対向パネル２は、ガラス等でできた透明な絶縁基
板２１上の全面に、透明な共通電極２２が配設された構
造である。なお、上述したゲートライン１４やドレイン
ライン１５の周辺領域からの光漏れを防止するために、
共通電極２２上には、上記薄膜トランジスタパネル１の
全領域のうち画素電極１２を除いた領域とほぼ対向する
箇所に、いわゆるブラックマトリクスと称される遮光膜
が配設される場合もあり、或いは更に、カラー表示を行
うものにおいては各画素電極１２と対向する箇所に赤、
緑、青等のカラーフィルタが配設される場合もある。

以上の構成において、画素電極Ｉ２の直下に導ｉ［１７
を設けたのは、以下の理由による。すなわち、画素電極
１２と共通電極２２とによって挟まれた液晶３の持つ容
量は液晶３の層厚（ギャップ長）や材質等で小さく制限
されてしまい、これによって表示特性も制限されてしま
う。そこで、表示特性を向上させるためには、新たな容
！（蓄積容量）を液晶３の持つ容量と並列に付加して、
実質的に全体の容量を大きくしてやることが考えられる
。そこで、上述したように画素電極１２の直下にゲート
絶縁膜１３ｂを隔てて導電膜１７を配設し、この導電膜
１７を共通電極２２に接続することにより、導電膜１７
が蓄積容量用の電極として作用し、かつゲート絶縁膜１
３ｂが蓄積容量用の絶縁膜として作用することになる。

この場合における１つの画素の等価回路は、第１１図の
ように示すことができる。同図において、ＣＬＣは液晶
３の持つ容量、Ｃ□はゲート電極１３ａと画素電極１２
との重なりによって生じる容量、そしてＣＬＣと並列に
接続されたＣ５Ｔは上記の導電膜１７と画素電極１２と
の間で形成される蓄積容量である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の液晶表示装置における蓄積容量Ｃ５Ｔは、上述し
たように画素電極上２の直下に蓄積容量用電極としての
導電膜１７を設けて形成され、その間のゲート絶縁膜１
３ｂを蓄積容量用絶縁膜として利用しているので、次の
ような問題点が生じていた。

第１に、上記構成の液晶表示装置を製造するには、最初
の工程で蓄積容量用電極としての導電膜１７を形成する
必要があるため、その後続工程の熱処理やエッチグ等で
導電膜１７上のゲート絶縁Ｂ１３ｂにピンホール等が生
じやすく、そのピンホール等を介して導電膜１７と画素
電極１２とが短絡してしまう場合があった。これが短絡
すると、画素電極１２と共通電極２２とが常に同電位に
なってしまい、液晶３を駆動することができなくなる。

第２に、蓄積容量用の絶縁膜はゲート絶縁膜１３ｂを利
用しているので、その厚さはゲート絶縁膜１３ｂに要求
される絶縁性を確保できる程度に厚く設定せざるを得す
、またその材質もゲート絶縁膜１３ｂに要求される特性
に応じて限定されてしまう、そのため、蓄積容量の単位
面積当たりの容量がどうしても小さくなってしまい、所
望の大きさの容量を得るためには、大面積化せざるを得
ないという問題があった。例えば、ゲート絶縁膜１３ｂ
の厚さは４０００人程度以上必要であり、またその材質
もシリコン窒化膜のような誘電率の小さいものが使用さ
れるため、どうしても単位面積当たりの容量が小さくな
り、従って蓄積容量用電極としての導電膜１７は第９図
に明らかなように画素電極１２とほとんど同じ程度まで
広く形成しなければならなかった。

以上のことから、結果的に、製造上の歩留りが低く抑え
られていた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、画素電極と蓄積容量用電極との間を確
実に絶縁でき、かつ単位面積当たりの蓄積容量を大きく
することのできる液晶表示装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、絶縁基板上に透明な画素電極及び該画素電極
に接続された薄膜トランジスタをマトリクス状に複数配
設すると共に、ゲートライン及びドレインラインを前記
複数の画素電極の間を縫って縦横に配設してなる薄膜ト
ランジスタパネルと、該薄膜トランジスタパネルと対向
して配置され、全面に透明な共通電極を配設してなる対
向パネルと、該薄膜トランジスタパネルと該対向パネル
との間に封入された液晶とを備えた液晶表示装置におい
て、前記薄膜トランジスタパネルの画素電極上の周辺部
に絶縁膜を介して導電膜を設け、該導電膜を前記対向パ
ネルの共通電極に接続した構成からなる蓄積容量を備え
たことを特徴とするものである。

また、他の発明は、上記構成からなる液晶表示装置にお
いて、前記画素電極が前記薄膜トランジスタに直接接続
されると共に、その周辺部が前記ゲートライン及びドレ
インラインの近傍まで延長して設けられていることを特
徴とするものである。

更に他の発明は、上記構成からなる液晶表示装置におい
て、前記薄膜トランジスタ、ゲートライン及びドレイン
ライン上が絶縁膜で覆われており、前記画素電極が該絶
縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記薄膜ト
ランジスタに接続されると共に、その周辺部が前記ゲー
トライン及びドレインライン上にまで延長して設けられ
ていることを特徴とするものである。

〔作　　用〕

画素電極上に形成される絶縁膜（例えば保護絶縁膜）は
、ゲート絶縁膜と違って厚さや材質を比較的自由に選択
できる。本発明では、このように厚さ及び材質を自由に
選択できる絶縁膜を蓄積容量用の絶縁膜として使用する
ので、この絶縁膜の厚さを薄く設定し、かつ材質も誘電
率の大きなものを選択することにより、単位面積当たり
の容量を従来よりも著しく大きくすることが可能になる
。

このように単位面積当たりの容量を大きくできるので、
画素電極上の周辺部にのみ蓄積容量を形成しても、従来
よりも大きな蓄積容量が得られる。

すなわち、小さな面積で、大きな蓄積容量が得られる。

また、画素電極上の絶縁膜とその上の導電膜（蓄積容量
用電極）とは、はとんど最終工程で形成されるので、絶
縁膜にピンホール等の欠陥ができることはなく、よって
画素電極と蓄積容量用電極との間が短絡するようなこと
はなくなる。

更に、画素電極をゲートライン及びドレインラインの近
傍、或いはその上方まで延長して設け、その上の周辺部
に蓄積容量を形成した場合は、有効画素領域内に蓄積容
量を形成せずに済み、よって開口率を下げずに済む。し
かもこの場合は、蓄積容量用の電極として不透明な導電
膜を用いることにより、この導電膜を遮光膜として利用
することもできる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の液晶表示装置の一実施例の平面図であ
り、第２図、第３図及び第４図は第１図におけるＡ−Ａ
断面図、Ｂ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断面図である。なお、
第１図には、対向パネルと液晶を省略して薄膜トランジ
スタパネルのみを示した。

本実施例の液晶表示装置は、第２図〜第４図に示される
ように、薄膜トランジスタパネル１０１と、これに対向
して配置された対向パネル１０２と、これら２つのパネ
ル間に封入された液晶１０３とから構成されている。

薄膜トランジスタパネル１０１は、第１図に示されるよ
うに、ガラス等でできた透明な絶縁基板１１１上に、Ｉ
ＴＯ膜等からなる透明な画素電極１１２と、この画素電
極１１２に接続されたスイッチング素子としての薄膜ト
ランジスタ１１３とが、マトリクス状に複数配設されて
いる。それと共に、絶縁基板１１１上には、上記複数の
薄膜トランジスタ１１３からそれぞれ延びる、クロム等
の金属でできたゲートライン１１４及びドレインライン
１１５が、上記複数の画素電極１１２の間を縫って縦横
に配設されている。なお、画素電極１１２は、第９図に
示した従来のものよりも、よりゲートライン１１４及び
ドレインライン１１５に近接した位置まで延長して設け
られており、従来よりも大きな面積となっている。

上記薄膜トランジスタ１１３の構成は従来と同様であり
、第２図に具体的に示されている。すなわち、絶縁基板
１１１上の所定箇所に、ゲート電極１１３ａが上記ゲー
トライン１４の一部としてパターン形成され、その全面
が窒化シリコン膜等からなるゲート絶縁膜１１３ｂで覆
われている。

更にその上には、ゲート電極１１３ａとほぼ対向する箇
所にａ−３ｉ半導体層１１３Ｃが形成され、その上の両
側には、ｎ型不純物が高濃度に導入されたコンタクト用
のｎ”−ａ−３ｉ半導体Ｎ１１３ｄ及びアルミニウム等
からなるコンタクト用の金属膜１１３ｅが積層されてい
る。そして、一方のコンタクト用金属膜１１３ｅ上には
、クロム等からなるドレイン電極１１３ｆが上記ドレイ
ンライン１１５の一部として形成され、また、もう−方
のコンタクト用金属膜１１３ｅ上からゲート絶縁膜１１
３ｂ上にかけて上記の画素電極１１２が形成されている
。そして、これらの全面が保護絶縁膜１１６で覆われて
いる。なお、ドレインライン１１５上も、第３図に示さ
れるように保護絶縁膜１１６で覆われ、またゲートライ
ン１１４上は、第４図に示されるようにゲート絶縁膜１
１３ｂと保護絶縁膜１１６とにより２重に覆われている
。

更に、画素電極１１２上の周辺部、具体的には画素電極
１１２の全領域から従来の画素電極１２（第９図参照）
に相当する領域を除いた部分（第１図中に斜線で示す部
分）に、上記の保ｉｉ１絶縁膜１１６を介して不透明な
導電膜１１７が形成されている。詳しくは後述するが、
この導電膜１１７が蓄積容量用の電極となる。そして、
各画素領域毎の導電膜１１７の全てが、第１図に示され
るようにドレインライン１１５の配線方向に沿って、ゲ
ートライン１１４の上方を横切るように結線部１１７ａ
を介して結線され、かつこれらは、後述する対向パネル
１０２の共通電極１２２に基板外で電気的に接続されて
いる。

一方、対向パネル１０２は、ガラス等でできた透明な絶
縁基板１２１上の全面に、透明な共通電極１２２が配設
された構造である。なお、カラー表示を行う場合には、
共通電極１２２上における各画素電極１１２と対向する
箇所に赤、緑、青等のカラーフィルタを配設するように
してもよい。

本実施例では、上述したように画素電極１１２上の周辺
部に保護絶縁膜１１６を介して導電膜１１７を配設し、
この導電膜１１７を共通電極１２２に接続することによ
り、導電膜１１７が蓄積容量用の電極として作用し、か
つ保護絶縁膜１１６が蓄積容量用の絶縁膜として作用す
る。この場合における１つの画素の等価回路は従来と同
様であり、第１１図のように表すことができる。

このように本実施例では画素電極１１２上の周辺部に蓄
積容量Ｃ５Ｔを形成したことにより、次のような効果が
得られる。

第１に、蓄積容量用の絶縁膜として用いられる保護絶縁
膜１１６は、従来利用していたゲート絶縁膜１１３ｂと
違って厚さや材質を比較的自由に選択できるので、この
保護絶縁膜１１６の厚さを可能な範囲内で薄く設定し、
かつ材質も誘電率の大きなものを選択することにより、
単位面積当たりの容量を従来よりも著しく大きくするこ
とができる０例えば、絶縁膜の厚さだけを考えてみても
、ゲート絶縁膜１１３ｂに要求される厚さが４０００Å
以上であるのに対し、保護絶縁膜１１６はその半分の２
０００Å以下に薄くすることが可能なので、単位面積当
たりの容量を従来の２倍以上に大きくすることができ、
よって従来の半分以下の面積で従来と同程度の蓄積容量
を得ることができる。従って、蓄積容量の形成される領
域が画素電極１１６上の周辺部という小面積領域であっ
ても、十分に必要な容量を確保することができる。

第２に、保護絶縁膜１１６とその上の導電膜１１７とは
、薄膜トランジスタ１１３の形成が済んだ後の、はとん
ど最終工程で形成されるので、保護絶縁膜１１６にピン
ホール等の欠陥ができることがなく、よって画素電極１
１２と蓄積容量用電極（導電膜１１７）との間の短絡を
防止して、確実に絶縁することができる。

第３に、画素電極１１２をゲートライン１１４及びドレ
インライン１１５のごく近傍まで延長して設け、その上
の周辺部（画素電極１１２の全領域から従来の画素電極
１２に相当する領域を除いた部分）に不透明な導電膜１
１７を形成したので、この導電膜１１７がゲートライン
１１４及びドレインライン１１５の周辺からの漏れ光を
遮断する遮光膜としても作用する。このことから、対向
パネル１０２に遮光膜を形成する必要がなくなる。

しかも、この導電膜１１７は上記のように有効画素領域
の外に形成されているので、開口率を下げる心配もない
。

次に、第５図は本発明の液晶表示装置の他の実施例の平
面図であり、第６図、第７図及び第８図は第５図におけ
るＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断面図である
。なお、第５図には、対向パネルと液晶を省略して薄膜
トランジスタパネルのみを示した。

本実施例は、薄膜トランジスタパネル１０１において、
前記実施例と比べ画素電極１１２及びその上に形成され
る蓄積容量の構造を変えたものであり、その他の構成は
前記実施例と同じである。

上記の第５図〜第８図に示されるように、薄膜トランジ
スタパネル１０１では、前記実施例と同様に、絶縁基板
１１１上に薄膜トランジスタ１１３がマトリクス状に複
数配設され、そこから縦横にゲートライン１１４及びド
レインライン１１５が延びている。上記薄膜トランジス
タ１１３の構成は前記実施例と全く同一であるが、薄膜
トランジスタ１１３並びにゲートライン１１４及びドレ
インライン１１５上を含む全面は保護絶縁膜１１６で覆
われている。そして、この保護絶縁膜１１６上に画素電
極１１２が形成され、画素電極１１２と薄膜トランジス
タ１１３のコンタクト用金属膜１１３ｅとの接続は保護
絶縁膜１１６に形成されたコンタクトホール１１６ａを
介して行われている。しかも、画素電極１１２は、ゲー
トライン１１４及びドレインライン１１５上にオーバラ
ップするまで延長して設けられており、前記実施例より
も更に大きな面積となっている。

また、画素電極１１２及び保護絶縁膜１１６上の全面を
覆って蓄積容量用の絶縁膜１１８が形成されている。そ
して、画素電極１１２上の周辺部、具体的には画素電極
１１２の全領域から従来の画素電極１２（第９図参照）
に相当する領域を除いた部分（第５図中に斜線で示す部
分）に、上記の絶縁膜１１８を介して不透明な蓄積容量
用の導電膜１１９が形成されている。そして、各画素領
域毎の導電膜１１９の全てが、第５図に示されるように
ドレインライン１１５の配線方向に沿って、ゲートライ
ン１１４の上方を横切るように結線部１１９ａを介して
結線され、かつこれらは、前記実施例と同様な構成から
なる対向パネル１０２の共通電極１２２に基板外で電気
的に接続されている。

本実施例では、上述したように画素電極１１２上の周辺
部に絶縁膜１１Ｂを介して導電膜１１９を配設し、この
導電膜１１９を共通電極１２２に接続したことにより、
導電膜１１９が蓄積容量用の電極として作用し、かつ絶
縁膜１１８が蓄積容量用の絶縁膜として作用する。この
場合における１つの画素の等価回路も従来と同様であり
、第１１図のように表すことができる。

このように本実施例では、画素電極１１２上の周辺部に
、新たな絶縁膜１１８を用いて蓄積容量Ｃ５Ｔを形成し
たことにより、その単位面積当たりの容量を一層大きく
することができる。すなわち、上記絶縁膜１１８は、蓄
積容量専用の絶縁膜として、その厚さや材質を全く自由
に設定できるので、厚さを極力薄くし、かつ誘電率の非
常に大きな材質を選ぶことにより、その単位面積当たり
の容量を著しく大きくすることが可能になる。例えば、
誘電率εζ３０程度の高誘電率を持つタンタル酸化膜（
Ｔａｇ’ｓ）を厚さ２０００人程度以上く堆積させるこ
とにより上記の絶縁膜１１８を形成した場合は、従来の
ゲート絶縁膜（誘電率ε−８、厚さ４０００人）を利用
する場合と比較して、厚さを２分の１、誘電率を約４倍
にできるので、単位面積当たりの容量は従来の約８倍に
もすることができる。従って、従来の８分の１の面積で
従来と同程度の蓄積容量を得ることができる。

また、画素電極１１２の周辺部がゲートライン１１４及
びドレインライン１１５上まで拡張されたことに伴い、
その上に形成される不透明な導電膜１１９も同様な範囲
まで拡張されるので、ゲートライン１１４及びドレイン
ライン１１５の周辺から漏れようとする光を前記実施例
よりも一層確実に遮断することができる。

なお、上記の各実施例では、蓄積容量用電極としての導
電膜１１７．１１９に不透明な材質のものを使用したが
、遮光膜としての働きが必要なければ、透明な材料を使
用してもよい。

また、開口率が低下してもよければ、画素電極をゲート
ライン及びドレインラインの近傍、或いはその上方まで
延長して設ける必要もなく、従来と同様な大きさの画素
電極上の周辺部に蓄積容量を形成するようにしてもよい
。

更に、本発明では、薄膜トランジスタの構造は上記実施
例のものに限定されることはなく、どのようなタイプの
ものであってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、画素電極上の周辺部に蓄積容量を形成
するので、その蓄積容量用の絶縁膜及び電極の形成はほ
とんど最終工程で行われる。よって上記絶縁膜の受ける
損傷が少なく、ピンホール等もできないので、画素電極
と蓄積容量用電極との間を確実に絶縁することができる
。また、ゲート絶縁膜とは別の絶縁膜を蓄積容量用絶縁
膜として使用するので、その膜厚や材質を自由に選択で
き、よって単位面積当たりの容量を大きくでき、小面積
で必要な容量を得ることができる。これらのことから、
結果的に、製造上の歩留りを大幅に向上させることがで
きる。

更に、画素電極をゲートライン及びドレインラインの近
傍、或いはその上方まで延長して設け、その上の周辺部
に蓄積容量を形成した場合は、有効画素領域内に蓄積容
量を形成せずに済み、よって蓄積容量用の導電膜を遮光
膜として使用した場合であっても、開口率を下げずに済
む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置の一実施例の平面図、第２図、第３図及び第４図は第１図におけるＡＡ断面図
、Ｂ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断面図、第５図は本発明の液
晶表示装置の他の実施例の平面図、第６図、第７図及び第８図は第５図におけるＡＡ断面図
、Ｂ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断面図、第９図は従来の液晶
表示装置の平面図、第１Ｏ図は第９図におけるＡ−Ａ断
面図、第１Ｉ図は上記従来の液晶表示装置における１つ
の画素の等価回路を示す回路図である。１０１・・・薄膜トランジスタパネル、１１１・・・絶
縁基板、１１２・・・画素電極、１１３・・・薄膜トランジスタ、１１４・・・ゲートライン、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁基板上に、透明な画素電極及び該画素電極に
接続された薄膜トランジスタをマトリクス状に複数配設
すると共に、ゲートライン及びドレインラインを前記複
数の画素電極の間を縫って縦横に配設してなる薄膜トラ
ンジスタパネルと、該薄膜トランジスタパネルと対向し
て配置され、全面に透明な共通電極を配設してなる対向
パネルと、該薄膜トランジスタパネルと該対向パネルとの間に封入
された液晶とを備えた液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタパネルの画素電極上の周辺部に絶
縁膜を介して導電膜を設け、該導電膜を前記対向パネル
の共通電極に接続した構成からなる蓄積容量を備えたこ
とを特徴とする液晶表示装置。
（２）前記画素電極は前記薄膜トランジスタに直接接続
されると共に、その周辺部は前記ゲートライン及びドレ
インラインの近傍まで延長して設けられていることを特
徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
（３）前記薄膜トランジスタ、ゲートライン及びドレイ
ンライン上は絶縁膜で覆われており、前記画素電極は該
絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記薄膜
トランジスタに接続されると共に、その周辺部は前記ゲ
ートライン及びドレインライン上にまで延長して設けら
れていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置
。