DE19655412B4 - Active matrix liquid crystal display device and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Matrix-Anordnung einer Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix mit
einem Substrat (80),
einer sich auf dem Substrat (80) in eine erste Richtung erstreckenden Gate-Leitung (82) mit einem Loch (T), wobei ein erster Bereich entsprechend einem Gate-Elektroden-Bereich (82-1) und ein zweiter Bereich entsprechend einem Nicht-Gate-Elektroden-Bereich (82-2) benachbart zu dem Loch (T) gebildet werden, und die Gate-Leitung (82) einen Teil des Substrates (80) nicht bedeckt,
einer auf dem Substrat (80) ausgebildeten ersten Isolierschicht (85-1),
einer inselförmigen Halbleiterschicht, die über dem Gate-Elektroden-Bereich (82-1) und einem Teil des Lochs (T) der Gate-Leitung (82) gebildet ist und diese überlappt,
einem Ätz-Stopper (87), der auf einem Teil der Halbleiterschicht (86) ausgebildet ist,
einer auf dem Substrat (80) ausgebildeten Daten-Leitung (81), welche die Gate-Leitung (82) kreuzt und einen vorstehenden Teil aufweist, der in der ersten Richtung oberhalb des Gate-Elektroden-Bereichs der Gate-Leitung (82) verläuft und mit einem unbedeckten Teil der Halbleiterschicht (86) in Verbindung...Matrix arrangement of an active matrix liquid crystal display with
a substrate (80),
a gate line (82) having a hole (T) extending in a first direction on the substrate (80), wherein a first area corresponding to a gate electrode area (82-1) and a second area corresponding to a non-conductive area Gate electrode region (82-2) adjacent to the hole (T), and the gate line (82) does not cover part of the substrate (80),
a first insulating layer (85-1) formed on the substrate (80),
an island-shaped semiconductor layer formed over and overlapping the gate electrode region (82-1) and a part of the hole (T) of the gate line (82),
an etching stopper (87) formed on a part of the semiconductor layer (86)
a data line (81) formed on the substrate (80) which crosses the gate line (82) and has a protruding part extending in the first direction above the gate electrode area of the gate line (82) and associated with an uncovered portion of the semiconductor layer (86).
Description
Die Erfindung betrifft eine Matrix-Anordnung einer Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix (AMLCD, Active Matrix Liquid Crystal Display), eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die eine solche Matrix-Anordnung enthält, sowie Herstellverfahren für eine Matrix-Anordnung einer Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix (AMLCD, Active Matrix Liquid Crystal Display), bei der das Öffnungsverhältnis durch Optimierung der Gestaltung einer Bus-Leitung und der Strukturen eines Dünnschichttransistors (TFT, Thin Film Transistor) verbessert ist, um den Stromverbrauch zu verringern, die Bildleuchtdichte zu vergrößern und Reflexionen zu verringern, um dadurch das Kontrastverhältnis zu verbessern.The The invention relates to a matrix arrangement of a liquid crystal display with active matrix (AMLCD, Active Matrix Liquid Crystal Display), one Liquid crystal display device, which contains such a matrix arrangement, as well as manufacturing methods for one Matrix arrangement of a liquid crystal display with active matrix. In particular, the invention relates to a liquid crystal display active matrix (AMLCD, Active Matrix Liquid Crystal Display), at the opening ratio by Optimizing the design of a bus line and structures a thin film transistor (TFT, thin film transistor) is improved to power consumption reduce image luminance and reduce reflections, thereby the contrast ratio to improve.
Eine herkömmliche Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix weist eine große Anzahl von Pixeln und zugehörigen Schalteinrichtungen, wie in einer Matrix angeordnete Dünnschichttransistoren, auf. Die Pixel sind miteinander mittels einer Mehrzahl von Gate-Leitungen, Datenbus-Leitungen und an jedem Ende der Gate-Leitungen und der Datenbus-Leitungen ausgebildeten Wulsten verbunden. Jedes Pixel weist eine Pixel-Elektrode auf, die mit den Schaltvorrichtungen zum Anlegen von Spannungen verbunden ist, die abhängig davon sind, ob vom Pixel Licht durchgelassen oder gesperrt werden soll. Die Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix weist auch einen Speicherkondensator auf, um die elektrischen Eigenschaften des Pixels zu verbessern.A conventional Liquid crystal display with active matrix has a large Number of pixels and their associated Switching devices, such as thin-film transistors arranged in a matrix, on. The pixels are interconnected by means of a plurality of gate lines, Data bus lines and at each end of the gate lines and the Databus cables connected to trained beads. Each pixel has a pixel electrode on, with the switching devices for applying voltages connected, the dependent of these are whether the pixel is transmitting or blocking light should. The liquid crystal display with active matrix also has a storage capacitor to to improve the electrical properties of the pixel.
Wie
aus
Wie
aus
Dann
ist eine Source-Elektrode
Um eine hochqualitative Bildschirmanzeige zu erreichen, benötigt die herkömmliche oben beschriebene Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix ein großes Öffnungsverhältnis, welches das Verhältnis der Öffnungsfläche, durch welche tatsächlich Licht auf die Pixelfläche fällt, zur Gesamtpixelfläche ist. Jedoch ist im Allgemeinen jede Elektrode der Gate-Leitung, der Daten-Leitung, des Dünnschichttransisors und des Speicherkondensators aus einem undurchsichtigen leitenden Material ausgebildet.Around To achieve a high quality screen display requires the conventional above-described liquid crystal display with active matrix a large aperture ratio, which The relationship the opening area, through which actually light on the pixel surface falls to the total pixel area. However, in general, each electrode is the gate line, the data line, of the thin film transistor and the storage capacitor of an opaque conductive Material formed.
Da die Größen (Breiten) der Gate-Leitung, der Daten-Leitung und des Dünnschichttransistors das Stromleitungsvermögen bestimmen, und die Größe des Speicherkondensators das Vermögen Strom an das Pixel anzulegen und Flackern zu verringern bestimmt, gibt es eine Grenze, bis zu der die undurchsichtige Fläche in jedem Pixel verringert werden kann. Somit ist es schwierig, das Öffnungsverhältnis zu verbessern.There the sizes (widths) the gate line, the data line and the thin-film transistor determine the conduction capacity, and the size of the storage capacitor the fortune electricity to put on the pixel and reduce flicker determines there there is a limit to which the opaque area in each Pixel can be reduced. Thus, it is difficult to increase the opening ratio improve.
Dementsprechend wurde vorgeschlagen, den Dünnschichttransistor auf einer herkömmlichen Gate-Leitung auszubilden, um das Öffnungsverhältnis zu verbessern. Solch ein Dünnschichttransistor weist auf: eine aus einer Teilfläche der linearen Gate-Leitung bestehende Gate-Elektrode, eine darauf ausgebildete erste Isolierschicht, eine auf der ersten Isolierschicht ausgebildete Halbleiterinsel-Schicht und auf der Halbleiter-Schicht ausgebildete Source-Elektroden sowie Drain-Elektroden, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberstehen. Ein vorstehender Teil der Daten-Leitung dient als Source-Elektrode und überdeckt teilweise die Gate-Elektrode, und die Drain-Elektrode ist mit der Pixel-Elektrode verbunden und überdeckt die Gate-Elektrode ebenfalls teilweise. Dementsprechend kann das Öffnungsverhältnis unter Verwendung einer Teilfläche der Gate-Leitung ohne zusätzliche Ausbildung einer undurchsichtigen Gate-Elektrode verbessert werden.Accordingly, it has been proposed to form the thin film transistor on a conventional gate line to improve the aperture ratio. Such a thin film transistor includes: a gate electrode formed of a partial area of the linear gate line, a first insulating layer formed thereon, a semiconductor island layer formed on the first insulating layer, and source electrodes formed on the semiconductor layer, and drain electrodes; the are arranged so that they face each other. A protruding part of the data line serves as a source electrode and partly covers the gate electrode, and the drain electrode is connected to the pixel electrode and also partly covers the gate electrode. Accordingly, the aperture ratio can be improved by using a partial area of the gate line without additional formation of an opaque gate electrode.
Jedoch
wird in der Dünnschichttransistor-Struktur
der herkömmlichen
Flüssigkristallanzeige
mit aktiver Matrix, in der der Dünnschichttransistor auf
einer Gate-Leitung ausgebildet ist, aufgrund einer Metall-Isolator-Metall-Struktur (MIM), die
die Gate-Leitung, die Isolatorleitung, die Source-Elektrode und
die Drain-Elektrode aufweist, ein störender Kondensator gebildet.
Die Größe der Kapazität des störenden,
zwischen der Drain-Leitung und der Gate-Leitung entstandenen und
mit der Pixel-Elektrode verbundenen Kondensators Cgs ist:
Wie oben angegeben, ist Cgs ein Parameter, der die Höhenverschiebung ΔVp der Pixel-Spannung bestimmt, die aufgrund der Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten des Flüssigkristalls gebildet wird. Im Ausdruck (1) bezeichnet ϵ, die Dielektrizitätskonstante der zwischen der Gate-Elektrode und der Drain-Elektrode, d. h. zwischen der ersten Isolierschicht und der Oxidisolierschicht ausgebildeten Dielektrikum-Schicht; Ags bezeichnet die Fläche, innerhalb derer sich die Gate-Elektrode und die Drain-Elektrode gegenseitig überdecken; und Dgs bezeichnet den Abstand zwischen der Gate-Elektrode und der Drain-Elektrode.As above, Cgs is a parameter that determines the height displacement ΔVp of the pixel voltage, due to the anisotropy of the dielectric constant of the liquid crystal is formed. In expression (1), ε denotes the dielectric constant between the gate and the drain, i. H. between formed of the first insulating layer and the oxide insulating layer Dielectric layer; Ags denotes the area within which the Gate electrode and the drain cover each other; and Dgs denotes the distance between the gate electrode and the Drain electrode.
Die
Beziehung zwischen dem störenden Kondensator
Cgs und ΔVp
ist.
In Ausdruck (2) bezeichnet die Spannung Vsc eine mittlere Spannung einer Signalspannung; die Spannung Vpc bezeichnet die mittlere Spannung der Pixel-Elektrode; die Spannung Vg bezeichnet die Spannung der Gate-Elektrode; und für die Gesamtkapazität gilt Ct = Cgs + Cs (Speicherkondensator) + Clc (Flüssigkristallkondensator).In Expression (2), the voltage Vsc denotes an average voltage a signal voltage; the voltage Vpc denotes the mean voltage of the Pixel electrode; the voltage Vg denotes the voltage of the gate electrode; and for the total capacity Ct = Cgs + Cs (storage capacitor) + Clc (liquid crystal capacitor).
Wenn im Ausdruck (2) Cgs viel kleiner als Cs oder Clc ist, ist der Nenner Ct = Cs + Clc und wird somit als konstant angenommen. Dementsprechend ist die Größe von ΔVp, der Höhenverschiebungswerte der Pixelspannung, proportional zur Größe von Cgs. ΔVp trägt zu minderwertigen Anzeigebildern durch Verursachen von beispielsweise Nachbildern, Bildinkonsistenzen zwischen den Pixeln und geringer Verlässlichkeit der Flüssigkristallanzeige bei. Deshalb sollte die Größe von ΔVp verringert werden, um eine bessere Anzeigequalität zu erhalten. Entsprechend Ausdruck (2) muss zum Erniedrigen des ΔVp-Wertes auch Cgs erniedrigt werden, was durch Verringern von ε der ersten Isolierschicht oder Erhöhen von Dgs erreicht werden kann. Ein Verändern dieser Parameter kann jedoch auch andere elektrische Eigenschaften der Vorrichtung zerstörerisch verändern.If In expression (2) Cgs is much smaller than Cs or Clc, is the denominator Ct = Cs + Clc and is thus assumed to be constant. Accordingly is the magnitude of ΔVp, the altitude shift value of the Pixel voltage, proportional to the size of Cgs. ΔVp contributes to inferior ones Display images by causing, for example, afterimages, Image inconsistencies between the pixels and low reliability the liquid crystal display at. Therefore, the size of ΔVp should be reduced to get better display quality. According to expression (2) must to lower the ΔVp value too Cgs be lowered, which by reducing ε of the first insulating layer or Increase can be achieved by Dgs. Changing these parameters can however, other electrical properties of the device are destructive change.
Die
Dokumente
Um die oben angegebenen Probleme zu lösen, ist es ein Ziel der Erfindung, eine Matrix-Anordnung einer Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix bereitzustellen, die auf der Gate-Leitung ausgebildete Dünnschichttransistoren aufweist, um ein großes Öffnungsverhältnis zu ermöglichen und dadurch die mit dem störenden Kondensator Cgs verbundenen Probleme zu lösen.Around To solve the above problems, it is an object of the invention, a matrix arrangement of a liquid crystal display to provide active matrix formed on the gate line thin film transistors has to have a large aperture ratio enable and thereby the with the disturbing To solve capacitor Cgs connected problems.
Um das oben angegebene Ziel zu erreichen, ist eine Matrix-Anordnung einer Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix vorgesehen, die aufweist: ein Substrat, eine sich auf dem Substrat in eine erste Richtung erstreckende Gate-Leitung mit einem Loch, wobei ein erster Bereich entsprechend einem Gate-Elektroden-Bereich und ein zweiter Bereich entsprechend einem Nicht-Gate-Elektroden-Bereich benachbart zu dem Loch gebildet werden, und die Gate-Leitung einen Teil des Substrates nicht bedeckt, eine erste auf der Gate-Leitung ausgebildete Isolierschicht, eine inselförmige Halbleiterschicht, die über dem Gate-Elektroden-Bereich und einem Teil des Lochs der Gate-Leitung gebildet ist und diese überdeckt, einen Ätz-Stopper auf einem Teil der Halbleiterschicht, eine auf dem Substrat ausgebildete Daten-Leitung, welche die Gate-Leitung kreuzt und die einen vorstehenden Teil aufweist, der oberhalb des Gate-Elektroden-Bereichs der Gate-Leitung in der gleichen Richtung wie die Gate-Leitung verläuft und mit einem unbedeckten Teil der Halbleiterschicht in Verbindung steht, wobei der vorstehende Teil der Daten-Leitung als Source-Elektrode definiert ist; eine Drain-Elektrode, die die Gate-Leitung überlappt, wobei die Drain-Elektrode gegenüber der Source-Elektrode ausgebildet ist.In order to achieve the above object, there is provided a matrix array of an active matrix type liquid crystal display comprising: a substrate, a gate line having a hole extending on the substrate in a first direction, a first area corresponding to a gate Electrode region and a second region corresponding to a non-gate electrode region are formed adjacent to the hole, and the gate line does not cover a part of the substrate, a first insulating layer formed on the gate line, an insular semiconductor layer, which is formed over and covers the gate electrode region and a part of the hole of the gate line, an etching stopper on a part of the semiconductor layer, a data line formed on the substrate crossing the gate line, and the a protruding part extending above the gate electrode portion of the gate line in the same direction as the gate line and communicating with an uncovered portion of the semiconductor layer, the protruding portion of the data line being defined as a source electrode; a drain electrode overlapping the gate line, the drain electrode facing the source electrode is formed.
Um das oben angegebene Ziel zu erreichen, wird ferner ein Herstellverfahren für eine Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix angegeben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ausbilden einer Gate-Leitung auf einem Substrat, wobei die Gate-Leitung ein Loch, einen benachbarten ersten Bereich, der einem Gate-Elektroden-Bereich entspricht, und einen benachbarten zweiten Bereich, der einem Nicht-Gate-Bereich entspricht, aufweist, Ausbilden einer ersten Isolierschicht auf der Oberfläche des Isoliersubstrats, Aufbringen einer amorphen Siliziumschicht auf die Isolierschicht, Strukturieren der amorphen Siliziumschicht so, dass sie eine Halbleiterschicht ausbildet, welche den Gate-Elektroden-Bereich und einen Teil des Lochs der Gate-Leitung überlappt und einen Abschnitt der ersten Isolierschicht freilegt, Ausbilden einer zweiten Isolierschicht auf dem freigelegten Abschnitt der ersten Isolierschicht und auf der Halbleiterschicht, Strukturieren der zweiten Isolierschicht durch rückseitiges Belichten zur Ausbildung eines Ätz-Stoppers, der die gleiche Form wie der Gate-Elektroden-Bereich der Gate-Leitung aufweist, Freilegen eines Teils der Halbleiterschicht, Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht auf das Substrat, und Strukturieren der zweiten leitfähigen Schicht, um eine auf dem Substrat ausgebildete Daten-Leitung zu bilden, die die Gate-Leitung kreuzt und einen vorstehenden, sich in die erste Richtung erstreckenden Teil oberhalb des Gate-Elektroden-Bereichs der Gate-Leitung aufweist und in Kontakt mit dem freigelegten Teil der Halbleiterschicht steht, wobei der vorstehende Teil der Daten-Leitung eine Source-Elektrode bildet, und einer Drain-Elektrode, die die Gate-Leitung überlappt, wobei die Drain-Elektrode gegenüber der Source-Elektrode ausgebildet wird.Around In order to achieve the above-stated object, there is further a manufacturing method for one liquid-crystal display specified with active matrix, the procedure following steps comprising: forming a gate line on a substrate, wherein the gate line is a hole, an adjacent first area, the corresponds to a gate electrode region, and an adjacent one second region corresponding to a non-gate region, forming a first insulating layer on the surface of the insulating substrate, applying an amorphous silicon layer on the insulating layer, structuring the amorphous silicon layer so that it is a semiconductor layer which forms the gate electrode area and a portion of the hole of the gate line overlaps and a portion exposing the first insulating layer, forming a second insulating layer the exposed portion of the first insulating layer and on the Semiconductor layer, structuring of the second insulating layer back Exposing to the formation of an etch stopper, the has the same shape as the gate electrode region of the gate line, Exposing a portion of the semiconductor layer, applying a second conductive Layer on the substrate, and patterning the second conductive layer, to form a data line formed on the substrate, the the gate line crosses and a protruding one, in the first one Direction extending portion above the gate electrode area the gate line and in contact with the exposed part the semiconductor layer, wherein the protruding part of the data line is a source electrode forms, and a drain electrode, which overlaps the gate line, the drain electrode across from the source electrode is formed.
Die oben genannten Ziele und Vorteile der Erfindung werden aufgrund einer ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch offensichtlicher, in denen:The The above objects and advantages of the invention are due a detailed Description of the preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings even more obvious in which:
Aus
Eine
gegenüber
der Source-Elektrode
Wie
aus
Die
aus
Aus
den
Wie
aus den
Wie
aus den
Wie
aus den
Wie
aus den
Wie
aus den
Wie
aus den
Wie
aus den
Aus
Beim
Herstellen der aus
Wie oben beschrieben, ist das Öffnungsverhältnis in der Matrix-Anordnung der Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix durch Ausbilden des Dünnschichttransistors oberhalb der Gate-Leitung und Vorsehen eines nichtlinearen Kanalbereichs vergrößert. Somit kann der zwischen der Gate-Leitung und der Source-Elektrode vorhandene, störende Kondensator verkleinert werden, weil der Dünnschichttransistor eine größere Kanallänge aufweist. Deshalb kann ΔVp, der Höhenverschiebungswert der Pixelspannung, verringert werden, so dass das Flimmern ebenfalls verringert und die Anzeigequalität verbessert ist.As described above, the aperture ratio is in the matrix arrangement of the liquid crystal display with active matrix by forming the thin film transistor above the gate line and providing a non-linear channel region. Consequently can the existing between the gate line and the source electrode, disturbing Capacitor be reduced because the thin-film transistor has a larger channel length. Therefore, ΔVp, the height shift value the pixel voltage can be reduced, so the flicker too reduced and the display quality is improved.
Es
ist eine Gate-Leitung
Ferner
ist eine aus dem gleichen Material wie die Source-Elektrode
Bei
der erfindungsgemäßen Ausführungsform
zweigt der vorstehende Teil von der Gate-Leitung ab und überdeckt
teilweise die dem vorstehenden Teil benachbarte Daten-Leitung
Die
Source-Elektrode
Das
Bezugszeichen
Aus
den
Zuerst
wird, wie aus
Dann
wird auf der Fläche
der Gate-Leitung
Wie
aus
Dann
wird amorphes Silizium nach und nach auf die erste Isolierschicht
aufgebracht. Diese amorphe Siliziumschicht wird dann mittels Ätzens als
den unteren Teil des Gate-Bereichs
Wie
aus
Das
Ausbilden des Ätz-Stoppers
mittels des rückwärtigen Belichtens
wird durch ein normales Verfahren erreicht. Die Isolierschicht für den Ätz-Stopper und
eine positiv lichtempfindliche Fotolackschicht werden nacheinander
auf der amorphen Siliziumschicht
Wie
aus
Wie
aus
Dann
wird ein durchsichtiges leitfähiges
Material, vorzugsweise Indiumzinnoxid, aufgebracht und nachfolgend
als Pixel-Elektrode
Im
Vergleich mit der Ausführungsform
gemäß
Aus
den
Der Ätz-Stopper,
der wie aus den
Wie
aus
Wie
aus
Wie
aus
Wie oben beschrieben, vergrößert sich das Öffnungsverhältnis in der Matrix-Anordnung einer Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix gemäß der Erfindung durch Ausbilden des Dünnschichttransistors oberhalb der Gate-Leitung und Ausbilden eines nichtlinearen Kanalbereichs. Somit kann der störende, sich zwischen der Gate-Leitung und der Source-Elektrode befindende Kondensator verkleinert werden, weil der Dünnschichttransistor eine längere Kanallänge aufweist. Oder der Kanalbereich wird, anders als nach herkömmlichen Verfahren, nicht geradlinig ausgebildet, wie durch eine einfache Skizze bestätigt werden kann, und deshalb wird die Länge des Kanals verlängert. Dementsprechend kann der störende, zwischen der Gate-Leitung und der Drain-Elektrode entstehende Kondensator im Vergleich mit einem Dünnschichttransistor mit gleicher Kanallänge bis zu einem maximalen Maß verringert werden. Dementsprechend kann ΔVp, der Höhenverschiebungswert der Pixel-Spannung, verringert werden, und deshalb können der Kopplungseffekt und die Bildqualität verbessert werden. Deshalb kann ΔVp, der Höhenverschiebungswert der Pixel-Spannung, verringert werden, so dass das Flackern ebenfalls verringert wird, und die Anzeigequalität verbessert ist.As described above, increases the aperture ratio in the matrix arrangement of a liquid crystal display with active matrix according to the invention by forming the thin film transistor above the gate line and forming a non-linear channel region. Thus, the disturbing, located between the gate line and the source electrode Capacitor be reduced because the thin-film transistor has a longer channel length. Or the channel area does not become rectilinear, unlike conventional methods trained, as can be confirmed by a simple sketch, and therefore will the length of the Canal extended. Accordingly, the disturbing, between the gate line and the drain electrode resulting capacitor in comparison with a thin-film transistor with the same channel length be reduced to a maximum level. Accordingly, ΔVp, the height shift value the pixel voltage can be reduced, and therefore the Coupling effect and image quality can be improved. Therefore can ΔVp, the height shift value the pixel voltage can be reduced, so the flicker as well is reduced, and the display quality is improved.
Ferner kann, falls in der Gate-Leitung ein Kontaktloch ausgebildet ist, ein Ätz-Stopper unter Verwendung der schon ausgebildeten Gate-Leitung ohne Verwendung einer Maske ausgebildet werden, und aus diesem Grund ist das Verfahren vorteilhaft.Further can, if in the gate line a contact hole is formed, an etch stopper using the already formed gate line without use a mask are formed, and for this reason is the method advantageous.
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