JPH07248508A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好なコントラストで高画質な画像を再現で
きる液晶表示装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明に係る液晶表示装置は、行方向または
列方向に複数本配列された信号線１と、これらの信号線
と直交する方向に複数本配列された走査線２と、信号線
および走査線で囲まれる領域にそれぞれ配置された画素
電極１０と、画素電極と信号線および走査線との間に位
置する領域に設けられた第１の結晶シリコン薄膜領域４
ａに形成され、かつ、画素電極および信号線にソース・
ドレイン端が接続され、走査線に制御端が接続された薄
膜トランジスタと、第１の結晶シリコン薄膜領域と同一
面内で第１の結晶シリコン薄膜領域を囲むように形成さ
れた、第１の結晶シリコン薄膜領域とは電気的に分離さ
れた第２の結晶シリコン薄膜領域４ｂとを具備してなる
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係わ
り、特にＴＦＴアレイ基板の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイは高解像度化
（多画素化）が進み、開口率の低下が問題になってい
る。開口率の低下には主に以下の要因が考えられる。 ｉ）突き抜け電圧を抑えるための保持容量の画素面積に
占める割合が増加するため。 ii）信号線電圧、ゲート電圧が画素電圧と異なることに
起因して生じる電界により、画素周辺の液晶が影響を受
けるエッジリバース現象をブラックマトリックスで隠す
必要があるため。

【０００３】従来では、これを解決するために、ＩＴＯ
透明電極自体を保持容量およびシールドとして用いるＣ
ｓシールド構造が提案されている。その一例として、図
５に上記構造を有する液晶表示装置の１画素構成を示
す。図のように、画素電極１１４の存在する層と信号線
の存在する層１１３との間のほぼ全面に、新たにシール
ド電極１３５を設けている。このような構造を採用すれ
ば、上記問題点ｉは、透明電極１１４を保持容量として
用いることにより画素全体を保持容量としても開口率を
殆ど落とさない構造にすることで解決でき、また、上記
問題点iiについては、透明電極１１４を画素−信号線間
と画素−ゲート線間の電界に対するシールドとして使う
ことにより解決できる。

【０００４】しかしながら、この構造は３次元的に積層
していくものであるため、最終的にできあがるマトリク
ス・アレイの表面に凹凸が生じ、セルを完成するために
液晶を配向させるラビング処理が困難になるだけでな
く、ラビング不良による画素エッジでの光抜けやむらが
生じる欠点がある。また、反射型液晶表示装置を作成す
る場合、全面にアルミ電極などの反射電極を平坦に作成
しなければならないので、表面が平らでないと反射電極
を平坦に作成することが困難になる。さらに、画素が高
密度化した場合には、画素を駆動するドライバーと画像
信号を画素に書き込むための信号線とを接続することが
難しくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
液晶表示装置は、ラビング不良による光抜けやむらが生
じ、コントラストの低下や画質が劣化するという問題が
あった。また、反射型液晶表示装置として用いる場合
は、反射電極に凹凸ができるため反射効率が悪くなり、
輝度の低下を生じるという問題があった。本発明は、上
記問題点に鑑みてなされたもので、良好なコントラスト
で高画質な画像を再現できる液晶表示装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶表示装
置は、行方向または列方向に複数本配列された信号線
と、これらの信号線と直交する方向に複数本配列された
走査線と、前記信号線および前記走査線で囲まれる領域
にそれぞれ配置された画素電極と、前記画素電極と前記
信号線および前記走査線との間に位置する領域に設けら
れた第１の結晶シリコン薄膜領域に形成され、かつ、前
記画素電極および前記信号線にソース・ドレイン端が接
続され、前記走査線に制御端が接続された薄膜トランジ
スタと、前記第１の結晶シリコン薄膜領域と同一面内で
前記第１の結晶シリコン薄膜領域を囲むように形成され
た、前記第１の結晶シリコン薄膜領域とは電気的に分離
された第２の結晶シリコン薄膜領域とを具備してなるこ
とを特徴とする。

【０００７】また、本発明に係る液晶表示装置の製造方
法は、ＴＦＴアレイを単結晶シリコン基板上に形成され
たシリコン酸化膜上に形成する工程と、このＴＦＴアレ
イ上に表面が平坦なシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜上に透過型絶縁性基板を熱処理によ
り直接接着する工程と、前記単結晶シリコン基板を除去
する工程と、表示電極を形成する工程とを有することを
特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明に係る液晶表示装置によれば、表面が平
坦な前記第１の結晶シリコン薄膜領域および第２の結晶
シリコン薄膜領域と基板との間に、凹凸を生じるマトリ
クス・アレイ部分を形成しているので、前記第１の結晶
シリコン薄膜領域および第２の結晶シリコン薄膜領域の
上に平坦な絶縁膜層を介して形成される画素電極は、表
面が極めて平坦になる。

【０００９】従って、画素電極表面が平坦になることか
ら、均一なラビング処理を容易に施すことができ、その
結果配向不良が生じないので、コントラストが高く、中
間調の階調表示の均一性の高い、良好な表示画面を実現
することができる。さらに、画素周辺でも均一にラビン
グ処理ができるので、画素周辺ぎりぎりまで開口部とし
て用いることが可能となり、より高開口率化することが
できる。

【００１０】また、結晶シリコン薄膜領域は、画素電極
と信号線および走査線との静電遮蔽のための電位面とし
て機能するので、信号線および走査線からの電源ノイズ
の影響を受けない良好な表示画面を実現することができ
る。

【００１１】また、反射型液晶表示装置では、反射型電
極を平坦に作成することができるので、散乱などによる
損失を最小限に抑えることができ、良好な反射効率と高
輝度を得ることができる。

【００１２】また、結晶シリコン薄膜領域を周辺駆動回
路用の薄膜トランジスタとして用いることができるた
め、駆動回路を内蔵して形成できることから、狭ピッチ
の小型・高密度液晶表示装置も容易に実現することがで
きる。

【００１３】

【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。図１は、本発明の一実施例に係る透過
型液晶ディスプレイのアレイ基板の１画素構成を示すも
のであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−
Ａ′断面図である。

【００１４】図１（ａ）に示すように、アレイ基板上に
は互いに平行に配線された信号線１（１ａ，１ｂ）と、
これと直交し互いに平行に配線された複数のアドレス線
（走査線）２（２ａ，２ｂ）が配列されているととも
に、その交点に対応する部分に画素が形成されている。
各画素は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と画素電極１０
から構成されている。ＴＦＴのドレイン領域５は信号線
１ａに接続され、ソース領域６は配線電極８から酸化膜
１３およびシリコン酸化膜１６に開口したコンタクトホ
ール９を介して画素電極１０に接続されている。ＴＦＴ
のゲート電極３は、アドレス配線２ａによって与えられ
ている。

【００１５】ここで、本実施例では、ＴＦＴは島状に形
成された結晶シリコン薄膜半導体領域４ａ（第１の結晶
シリコン薄膜領域）に形成されている。また、このＴＦ
Ｔ部分のシリコン薄膜４ａと電気的に分離されたシリコ
ン薄膜パターン４ｂ（第２の結晶シリコン薄膜領域）が
ＴＦＴ領域以外に形成され、ＴＦＴアレイ基板上で一つ
の島状パターンを形成している。

【００１６】このパターン配列を断面方向から示したも
のが図１（ｂ）である。ＴＦＴアレイは、石英基板１１
に直接熱接着した表面が平坦なＴＥＯＳ酸化膜１２上に
形成されている。ＴＦＴのドレイン電極はドレイン領域
５に接続された信号線１ａの一部分によって与えられ、
ゲート電極３は熱酸化膜１４を介してチャンネル領域７
上に形成されるアドレス線２ａの一部分によって与えら
れ、ソース電極は上記配線電極８によって与えられる。
画素電極１０はＩＴＯから形成され、シリコン酸化膜１
６を介してシリコン薄膜４ａ，４ｂと蓄積容量を形成し
ている。ここで、シリコン薄膜４ａ，４ｂの厚さは２０
ｎｍで可視光を十分透過するため、表示電極１０上の液
晶層（図示せず）を介して透過型の液晶ディスプレイと
して用いることができる。

【００１７】次に、図１に示す液晶表示装置を得るため
に好適な製造方法の一例について説明する。図２（ａ）
〜（ｃ）は、同製造方法を示す工程断面図である。ま
ず、単結晶シリコン基板２０の表面から酸素原子を基板
内１６の領域にイオン注入法（２２）により打ち込み、
シリコン層を酸化膜層１６にする（図２（ａ））。

【００１８】熱処理工程によりシリコン層１５の結晶度
の回復と酸化膜層１６の安定化を図った後、シリコン薄
膜１５を露光・エッチング技術によりＴＦＴ領域４ａと
これと電気的に分離された領域４ｂにパターン分離す
る。しかる後、熱酸化工程によりシリコン薄膜４ａ，４
ｂの表面に厚さ１２０ｎｍ程度の熱酸化膜１４を形成す
る。そして、ポリシリコン膜を減圧ＣＶＤ法により堆積
し、露光・エッチング技術によりＴＦＴのゲート電極３
およびアドレス配線２ａ，２ｂを形成する。そして、イ
オン注入法（２３）によりリンを全面に注入して、ゲー
ト電極３およびアドレス配線２ａ，２ｂのポリシリコン
膜の低抵抗化と、ＴＦＴのソース・ドレイン領域５，
６、および第２のシリコン薄膜領域４ｂの低抵抗化を行
う（図２（ｂ））。

【００１９】そして、厚さ３００ｎｍ程度の酸化膜１３
を減圧ＣＶＤ法により成膜し、ＴＦＴのソース領域６の
コンタクトホール９を露光・エッチング法により形成し
て、電極配線８の金属配線材料モリブデン（Ｍｏ）を成
膜し、電極パターンおよび信号線配線パターンを露光・
エッチング技術にて形成する。この後、ＴＥＯＳにより
シリコン酸化膜１２を形成する。酸化膜１２はＴＥＯＳ
法により形成したので、その表面はかなりの平坦性であ
るが、さらに平坦化するために研磨を行ってもよい（図
２（ｃ））。

【００２０】しかる後、図３に示すような方法により、
ＴＦＴアレイを石英基板に転写する。なお、図中２１
は、図２（ｃ）の酸化膜層１６と酸化膜１２との間に形
成した各層を省略して表したものである。

【００２１】まず、上記の単結晶シリコン基板２０上に
設けたＴＦＴアレイの上に形成したＴＥＯＳ酸化膜１２
と石英基板１１を、図３（ａ）に示すように重ね合わ
せ、しかる後、温度６００度で加熱処理を行って接着さ
せる。次に、シリコン基板２０の裏面側から機械的に研
磨を行い、シリコン基板２０の厚さが約３０μｍ程度に
なったところで、水酸化カリウムをベースとしたエッチ
ング液で残りのシリコン膜をエッチング除去し、酸化膜
１６を露出させる。

【００２２】このように形成された石英基板１１上のＴ
ＦＴアレイに、コンタクトホール９を形成した後、透明
電極ＩＴＯをスパッタ成膜し、画素電極パターン１０を
露光・エッチング法により形成して、図１（ｂ）に示す
ごときＴＦＴアレイが完成する。

【００２３】本実施例に係る液晶表示装置では、上記方
法にって製造されたより形成された凹凸を生じるマトリ
クス・アレイの部分を、結晶シリコン薄膜領域４ａ，４
ｂと基板１１との間に形成し、画素電極１０は、平坦な
結晶シリコン薄膜領域４ａ，４ｂの上に形成した平坦な
酸化膜１６上に形成しているので、この画素電極１０の
表面が極めて平坦に仕上がったものとなる。

【００２４】従って、均一なラビング処理を容易に施す
ことができ、その結果配向不良が生じないので、コント
ラストが高く、中間調の階調表示の均一性の高い、良好
な表示画面を実現することができる。さらに、画素周辺
でも均一にラビング処理ができるので、画素周辺ぎりぎ
りまで開口部として用いることが可能となり、より高開
口率化することができる。

【００２５】特に、本発明を狭ピッチＴＦＴ−ＬＣＤに
適用した場合、特に効果が顕著となる。さらに、画素電
極１０と信号線１ａ，１ｂおよびアドレス線２ａ，２ｂ
との間に存在するシリコン薄膜層４ａ，４ｂは、画素電
極１０と上記各配線１ａ，１ｂおよびアドレス線２ａ，
２ｂとの静電遮蔽のための電位面として機能するので、
これら配線の電位の画素電極１０に及ぼす影響は極めて
少なく、各配線からの電源ノイズなどの影響を受けない
非常に安定した表示画像を実現することができる。ただ
し、ＴＦＴ領域のシリコン薄膜４ａとの間には寄生容量
が存在するために多少の静電結合が発生するが、この量
はシリコン薄膜領域４ａ，４ｂと画素電極１０によって
形成される蓄積容量に比較すれば極めて小さいため、実
質的には問題は生じない。なお、シリコン薄膜層４ａ，
４ｂは、交流駆動される液晶層の中心電位に設定してお
くことが望ましい。

【００２６】また、図面では示していないが、図２のＴ
ＦＴアレイの製作過程において、表示領域となるＴＦＴ
アレイが形成された領域外では、このＴＦＴアレイを駆
動する回路をシリコン薄膜１５を用いてＣＭＯＳ構成に
より同時に形成することができる。この駆動回路に供給
する電源、表示信号およびタイミング信号は、図１に示
す画素電極１０と同工程で形成された周辺電極端子（図
示せず）から供給すれば良い。このようにすれば、駆動
回路を内蔵しているため、従来のＴＡＢを用いた実装よ
りも狭ピッチの小型・高密度液晶表示装置も容易に実現
することができる。

【００２７】また、図１（ａ）に示すように画素電極１
０は、そのパターン境界が信号線配線１ａ，１ｂおよび
アドレス配線２ａ，２ｂと重なっており、これら配線が
光を透過しないブラックマトリックスとして機能するた
め、コントラストの高い表示が可能となる。なお、ＴＦ
Ｔのシリコン薄膜領域４ａの周辺と画素電極１０の間に
光を透過する領域（例えば図１のｗ）があるが、設計上
この面積が大きくなるとコントラストの低下をきたす可
能性もあるが、この場合は図４に示すように信号線配線
のドレイン電極３０、ゲート電極３１、およびソース電
極３２のパターンを大きくすればコントラストの低下を
容易に防止することができる。

【００２８】なお、本実施例では石英基板とシリコン基
板上のパターンとの接着に表面が平坦なＴＥＯＳ酸化膜
を用いたが、表面が平坦に加工されていればＴＥＯＳ酸
化膜に限定されるものではない。また、酸化膜以外に、
エポキシ系の樹脂などによる接着を行っても良い。ま
た、石英基板の代わりにガラス基板を用いても、透過型
の液晶ディスプレイを実現できる。

【００２９】本発明による他の実施例として、反射型の
液晶ディスプレイがある。構成上は、図１に示す透明電
極材料からなる画素電極１０をアルミニウムの薄膜で形
成することにより実現できる。この場合には、反射電極
表面を鏡面にする必要があるが、図２に示す実施例にあ
るように、酸化膜１６はきわめて平坦であり、アルミニ
ウム電極の厚さを１００ｎｍ程度の薄膜に形成すれば、
表面研磨をするまでもなく、プロジェクション・ディス
プレイなどの反射型液晶表示装置として実用上十分な平
坦性、すなわち散乱による損失などを抑えるために十分
な平坦性が得られる。

【００３０】これによって、良好な反射効率と高輝度を
有する反射型液晶表示装置を得ることができる。また、
本発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施するこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る液晶
表示装置では、シリコン薄膜領域と基板との間に凹凸を
生じるマトリクス・アレイ部分を形成して画素電極表面
を平坦化している。

【００３２】従って、画素電極表面が平坦になることか
ら、均一なラビング処理を容易に施すことができ、その
結果配向不良が生じないので、コントラストが高く、中
間調の階調表示の均一性の高い、良好な表示画面を実現
することができる。さらに、画素周辺でも均一にラビン
グ処理ができるので、画素周辺ぎりぎりまで開口部とし
て用いることが可能となり、より高開口率化することが
できる。

【００３３】また、結晶シリコン薄膜領域は、画素電極
と信号線および走査線との静電遮蔽のための電位面とし
て機能するので、信号線および走査線からの電源ノイズ
の影響を受けない良好な表示画面を実現することができ
る。

【００３４】また、反射型液晶表示装置では、反射型電
極を平坦に作成することができるので、散乱などによる
損失を最小限に抑えることができ、良好な反射効率と高
輝度を得ることができる。

【００３５】また、結晶シリコン薄膜を画素部のスイッ
チング用ＴＦＴと周辺駆動回路用のＴＦＴの両方に用い
ることにより、駆動回路を内蔵することができるため、
狭ピッチの小型・高密度液晶表示装置も容易に実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る液晶表示装置用ＴＦＴ
アレイの１画素構成を示す図

【図２】図１の液晶表示装置用ＴＦＴアレイの製造方法
を示す工程断面図

【図３】図２の液晶表示装置用ＴＦＴアレイを透過基板
に接着する方法を示す工程断面図

【図４】結晶シリコン薄膜トランジスタ周辺のパターン
の他の例を示す図

【図５】従来のＴＦＴアレイの１画素構成を示す図

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…信号線、２ａ，２ｂ…アドレス線（走査
線）、３…ゲート電極、４ａ…結晶シリコン薄膜（第１
の結晶シリコン薄膜領域）、４ｂ…結晶シリコン薄膜
（第２の結晶シリコン薄膜領域）、５…ドレイン領域、
６…ソース領域、７…チャネル領域、８…配線電極、９
…コンタクトホール、１０…画素電極、１１…石英基
板、１２…ＴＥＯＳ酸化膜、１３…酸化膜、１４…熱酸
化膜、１５…結晶シリコン薄膜、１６…酸化膜層、２０
…単結晶シリコン基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上村 孝明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】行方向または列方向に複数本配列された信
   号線と、 これらの信号線と直交する方向に複数本配列された走査
   線と、 前記信号線および前記走査線で囲まれる領域にそれぞれ
   配置された画素電極と、 前記画素電極と前記信号線および前記走査線との間に位
   置する領域に設けられた第１の結晶シリコン薄膜領域に
   形成され、かつ、前記画素電極および前記信号線にソー
   ス・ドレイン端が接続され、前記走査線に制御端が接続
   された薄膜トランジスタと、 前記第１の結晶シリコン薄膜領域と同一面内で前記第１
   の結晶シリコン薄膜領域を囲むように形成された、前記
   第１の結晶シリコン薄膜領域とは電気的に分離された第
   ２の結晶シリコン薄膜領域とを具備してなることを特徴
   とする液晶表示装置。