DE4117484A1 - LCD device driven by thin film transistor - covered by levelling and aligning layers - Google Patents
LCD device driven by thin film transistor - covered by levelling and aligning layersInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssig kristallanzeigevorrichtung, die von einem Dünnschicht- Transistor betrieben wird.The present invention relates to a liquid crystal display device by a thin film Transistor is operated.
Eine bereits konzipierte Flüssigkristallanzeigevor richtung mit einem Dünnschicht-Transistor ist in Fig. 4 dargestellt. Die Flüssigkristallanzeigevor richtung ist in erster Linie aus zwei transparenten Glassubstraten 1 und 2, aus zwischen den Glassub straten 1 und 2 eingeschlossenem Flüssigkristall 3 sowie aus einem auf der innenliegenden Fläche des Substrats 1 gebildeten Dünnschicht-Transistor 4 ge bildet.An already designed liquid crystal display device with a thin film transistor is shown in FIG . The Flüssigkristallanzeigevor direction is primarily made up of two transparent glass substrates 1 and 2, from between the Glassub straten 1 and 2 enclosed liquid crystal 3, and forms ge from a formed on the inner surface of the substrate 1 thin-film transistor. 4
Der Dünnschicht-Transistor 4 ist dadurch gebildet, daß eine Gate-Elektrode 5, eine Gate-Oxidations schicht 6, eine Gate-Isolierschicht 7 und eine Halb leiterschicht 8 in dieser Reihenfolge auf einem der Substrate 1 und 2 gebildet werden, daß zwei n⁺-Schichten 9 mit einer vorbestimmten Kanalabstands breite voneinander auf der Halbleiterschicht S gebildet werden und daß eine Source-Elektrode 10 und eine Drain- Elektrode 11 je auf einer der n⁺-Schichten 9 ange bracht werden. Die Gate-Isolierschicht 7 ist mit einer transparenten Elektrode 12 versehen. Außerdem ist eine Ausrichtungsschicht 13 auf dem Dünnschicht-Transistor 4 angeordnet.The thin film transistor 4 is formed in that a gate electrode 5 , a gate oxidation layer 6 , a gate insulating layer 7 and a semiconductor layer 8 are formed in this order on one of the substrates 1 and 2 , that two n⁺ Layers 9 are formed with a predetermined channel spacing width from one another on the semiconductor layer S and that a source electrode 10 and a drain electrode 11 are each placed on one of the n⁺ layers 9 . The gate insulating layer 7 is provided with a transparent electrode 12 . In addition, an alignment layer 13 is arranged on the thin-film transistor 4 .
Auf der innenliegenden Fläche des Substrats 2 sind eine transparente Elektrode 14 und eine Ausrichtungs schicht 15 angeordnet.On the inner surface of the substrate 2 , a transparent electrode 14 and an alignment layer 15 are arranged.
Außerdem sind Polarisierplatten 21 und 22 auf den außen liegenden Oberflächen des Substrats 1 bzw. 2 ange ordnet.In addition, polarizing plates 21 and 22 are arranged on the outer surfaces of the substrate 1 and 2, respectively.
Zur Herstellung einer derartigen Flüssigkristallan zeigevorrichtung wird der Dünnschicht-Transistor 4 gebildet, auf diesem die Ausrichtungsschicht 13 gebildet, und das eine Substrat 1 mit der angeriebenen Ausrichtungsschicht 13 und das andere Substrat 2 mit der transparenten Elektrode 14 und der darauf befind lichen angeriebenen Ausrichtungsschicht 15 werden aneinander angebracht, wobei ein vorbestimmter Spalt dazwischen verbleibt. Zur Gewährleistung des vorbe stimmten Spalts zwischen den beiden Substraten 1 und 2 werden Mikropartikel, die auch als Abstandselemente bezeichnet werden, zwischen den Substraten angeordnet. Genauer gesagt werden die Abstandselemente auf das Substrat 1 aufgestreut, und das Substrat 2 wird über die Abstandselemente gelegt. Die beiden Substrate 1 und 2 werden in einem derartigen Zustand aufeinander gestapelt und zusammengefügt, in dem der vorbestimmte Spalt gewährleistet ist, und danach wird das Flüssig kristallmaterial 3 zwischen den Substraten 1 und 2 eingeschlossen.To manufacture such a liquid crystal display device, the thin-film transistor 4 is formed, on which the alignment layer 13 is formed, and which become a substrate 1 with the rubbed alignment layer 13 and the other substrate 2 with the transparent electrode 14 and the rubbed alignment layer 15 thereon attached to each other with a predetermined gap therebetween. To ensure the predetermined gap between the two substrates 1 and 2 , microparticles, which are also referred to as spacing elements, are arranged between the substrates. More specifically, the spacer elements are sprinkled onto the substrate 1 and the substrate 2 is placed over the spacer elements. The two substrates 1 and 2 are stacked and joined together in such a state that the predetermined gap is ensured, and then the liquid crystal material 3 is sandwiched between the substrates 1 and 2 .
Da der Dünnschicht-Transistor 4 bei der vorstehend erläuterten Flüssigkristallanzeigevorrichtung jedoch von der Innenfläche des Substrats 1 wegragt, besteht beim Aufstreuen der Abstandspartikel und beim Zusammenfügen der beiden Substrate 1 und 2 die Wahr scheinlichkeit, daß der Dünnschicht-Transistor 4 durch die darauf aufgestreuten Abstandspartikel beschädigt wird, und außerdem ist es unmöglich, einen gleichmäßigen Spaltabstand zwischen den Substraten 1 und 2 zu gewährleisten.However, since the thin film transistor 4 protrudes from the inner surface of the substrate 1 in the above-mentioned liquid crystal display device, when the spacing particles are scattered and when the two substrates 1 and 2 are joined together, there is a possibility that the thin film transistor 4 is damaged by the spacing particles scattered thereon , and furthermore, it is impossible to ensure a uniform gap distance between the substrates 1 and 2 .
Da der Dünnschicht-Transistor 4 von der innenliegenden Oberfläche des Substrats 1 wegragt, behindert der wegragende Dünnschicht-Transistor 4 die Ausführung eines Reibvorgangs auf der Ausrichtungsschicht 13 und verursacht einen ungleichmäßigen Reibvorgang.Since the thin film transistor 4 protrudes from the inner surface of the substrate 1 , the protruding thin film transistor 4 hinders the rubbing on the alignment layer 13 and causes an uneven rubbing.
Außerdem entsteht eine Spaltdifferenz (|d1-d2|) von ca. 1 bis 2 µm zwischen der Spaltbreite in dem Dünnschicht-Transistorbereich (in Fig. 4 durch d1 bezeichnet) und der Spaltbreite in dem Anzeigebereich (in Fig. 4 durch d2 bezeichnet), wodurch sich der Kontrast verringert.In addition, there is a gap difference (| d 1 -d 2 |) of approximately 1 to 2 μm between the gap width in the thin-film transistor region (denoted by d 1 in FIG. 4) and the gap width in the display region (in FIG. 4 by d 2 )), which reduces the contrast.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei der sich eine gleichmäßigere Spaltbreite zwischen den Substraten erzielen läßt.An object of the present invention is the creation of a liquid crystal display device, where there is a more uniform gap width between the substrates can achieve.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß eine Nivellier- bzw. Ausgleichsschicht zum Über decken und Nivellieren eines Dünnschicht-Transistors auf einem Substrat auf der Seite des Dünnschicht- Transistors ausgebildet ist und eine transparente Elektrode und eine Ausrichtungsschicht auf der Aus gleichsschicht ausgebildet sind.According to the invention, this object is achieved by that a leveling or leveling layer to over cover and level a thin film transistor on a substrate on the side of the thin film Transistor is formed and a transparent Electrode and an alignment layer on the out same layer are formed.
Da die Ausgleichsschicht zum Überdecken und Nivellieren des Dünnschicht-Transistors auf dem Substrat auf der Seite des Dünnschicht-Transistors ausgebildet ist, besteht keine Differenz oder praktisch keine Differenz zwischen der Spaltbreite in dem Dünnschicht-Transistorbereich und der Spalt breite in dem Anzeigebereich, und es besteht keine Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Dünnschicht- Transistors beim Zusammenfügen der beiden Substrate unter Einsatz von Abstandselementen, und außerdem läßt sich die Spaltbreite zwischen den Substraten praktisch gleichmäßig ausführen.Because the leveling layer for covering and leveling of the thin film transistor on the substrate on the Side of the thin film transistor is formed, there is no difference or practically none Difference between the gap width in the thin film transistor region and the gap wide in the display area and there is none Probability of damage to the thin film Transistor when joining the two substrates using spacers, and also the gap width between the substrates run practically evenly.
Ein Reibvorgang auf der auf dem Dünnschicht-Transistor ausgebildeten Ausrichtungsschicht läßt sich in ein facher Weise ausführen, und ein ungleichmäßiges Reiben läßt sich verhindern. Da zwischen der Spaltbreite in dem Dünnschicht-Transistorbereich und der Spaltbreite in dem Anzeigebereich praktisch kein Unterschied besteht, ist der Kontrast in der Anzeigeebene gleichmäßig.A rubbing process on the on the thin film transistor trained alignment layer can be in a run in a simple manner, and an uneven rubbing can be prevented. Because between the gap width in the thin film transistor area and the gap width there is practically no difference in the display area, the contrast in the display level is even.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention and developments of the invention in the following based on the graphic representations of an embodiment explained in more detail. In the drawings show:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Flüssigkristall anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is a cross sectional view of a liquid crystal display device according to the present invention;
Fig. 2 und 3 Querschnittsansichten von wesentlichen Bereichen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Bildung einer Kontaktöffnung in der in Fig. 1 gezeigten Flüssigkristallanzeigevor richtung; und FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views of essential portions for explaining a method of forming a contact opening in the liquid crystal display device shown in FIG. 1; and
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer bereits kon zipierten Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Fig. 4 is a cross-sectional view of an already conceived liquid crystal display device.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich erläutert. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Flüssigkristallanzeige vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei sind den in Fig. 4 gezeigten Teilen entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.The present invention will now be explained in detail with reference to the drawings. Fig. 1 shows an embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention. Parts corresponding to the parts shown in FIG. 4 are designated with the same reference numerals.
Bei dieser Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist eine Nivellier- bzw. Ausgleichsschicht 16 zum Überdecken und Nivellieren eines Dünnschicht-Transistors 4 auf derjenigen Seite eines Substrats 1 ausgebildet, auf der der Dünnschicht-Transistor 4 ausgebildet ist, und eine aus Indiumzinnoxid oder dergl. bestehende transparente Elektrode 17 sowie eine Ausrichtungs schicht 18 sind auf einer Flachseite der Ausgleichs schicht 16 ausgebildet. Eine Kontaktöffnung 19 ist auf einer Source-Elektrode 10 des Dünnschicht-Tra sistors 4 angeordnet, und ein transparentes Elektroden material führt durch die Kontaktöffnung 19 zu der Source-Elektrode 10, wobei die Source-Elektrode 10 mit der transparenten Elektrode 17 elektrisch verbunden ist.In this liquid crystal display device, a leveling layer 16 for covering and leveling a thin film transistor 4 is formed on that side of a substrate 1 on which the thin film transistor 4 is formed, and a transparent electrode 17 and indium tin oxide or the like an alignment layer 18 are formed on a flat side of the compensation layer 16 . A contact opening 19 is arranged on a source electrode 10 of the thin-film transistor 4 , and a transparent electrode material leads through the contact opening 19 to the source electrode 10 , the source electrode 10 being electrically connected to the transparent electrode 17 .
Die Dicke der Ausgleichsschicht 16 ist größer ausge bildet als die des Dünnschicht-Transistors 4, und wenn der Dünnschicht-Transistor 4 beispielsweise eine Dicke von 1 µm besitzt, beträgt die Dicke der Aus gleichsschicht 16 mindestens mehr als 1 µm, wobei diese Dicke dann vorzugsweise 1,5 bis 2 µm beträgt.The thickness of the compensating layer 16 is greater than that of the thin-film transistor 4 , and if the thin-film transistor 4 has a thickness of 1 μm, for example, the thickness of the compensating layer 16 is at least more than 1 μm, this thickness then preferably 1.5 to 2 microns.
Die Ausgleichsschicht 16 ist geeigneterweise gebildet durch Aufbringen von Organosilan oder Organosilicasol (wie z. B. Organosilan hergestellt von der Fa. Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. oder SiO2 Colcoat von der Fa. Colcoat Co., Ltd.) unter Verwendung einer Schleuder auf das Sub strat 1, auf dem der Dünnschicht-Transistor 4 ausgebildet ist, sowie Ausbildung der im wesentlichen aus SiO2 ge bildeten Ausgleichsschicht 16 durch Wärmeaushärtung bei einer Temperatur von 200 bis 300°C. Anstatt der Verwen dung einer Schleuder kann zur Bildung der Ausgleichs schicht 16 auch ein Offsetdruckverfahren verwendet wer den. The leveling layer 16 is suitably formed by applying organosilane or organosilicasol (such as organosilane made by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. or SiO 2 Colcoat by Colcoat Co., Ltd.) using a Spin on the substrate 1 , on which the thin-film transistor 4 is formed, and formation of the compensation layer 16 formed essentially from SiO 2 by heat curing at a temperature of 200 to 300 ° C. Instead of using a spinner, an offset printing process can also be used to form the compensation layer 16 .
Außerdem kann die Ausgleichsschicht 16 in dem vor stehend erläuterten Verfahren auch gebildet werden, nachdem beispielsweise Stickstoffsilicid und Silizium dioxid (SiO2) in einem chemischen Aufdampfverfahren aufgebracht wurden und dadurch eine Schutzschicht gebildet wurde.In addition, the compensation layer 16 can also be formed in the method explained above, after, for example, nitrogen silicide and silicon dioxide (SiO 2 ) have been applied in a chemical vapor deposition process and a protective layer has thereby been formed.
Die zu der Source-Elektrode 10 führende Kontaktöffnung 19 wird durch partielles Ätzen der Ausgleichsschicht 16 nach der Ausbildung der Ausgleichsschicht 16 gebildet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und danach wird ein transparentes Elektrodenmaterial in die Kontaktöffnung 19 eingebracht, wenn die beispielsweise aus Indium zinnoxid gebildete transparente Elektrode 17 auf der Ausgleichsschicht 16 gebildet wird, so daß die Source- Elektrode 10 und die transparente Elektrode 17 elektrisch miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.The contact opening 19 leading to the source electrode 10 is formed by partially etching the compensation layer 16 after the formation of the compensation layer 16 , as shown in FIG. 2, and then a transparent electrode material is introduced into the contact opening 19 , if for example from Indium tin oxide formed transparent electrode 17 is formed on the compensation layer 16 so that the source electrode 10 and the transparent electrode 17 are electrically connected to each other, as shown in Fig. 3.
Da die Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit der Aus gleichsschicht 16 zum Überdecken und Nivellieren des Dünnschicht-Transistors auf dem Substrat auf der Seite des Dünnschicht-Transistors ausgebildet ist, ist die Differenz (|d1-d2|) zwischen der Spaltbreite d1 in dem Dünnschicht-Transistorbereich und der Spaltbreite d2 in dem Anzeigebereich äußerst gering und beträgt weniger als 0,1 µm, und eine Beschädigung des Dünnschicht-Transistors 4 beim Zusammenfügen der beiden Substrate 1 und 2 unter Einsatz der Abstands partikel ist unwahrscheinlich, und außerdem läßt sich die Spaltbreite zwischen den beiden Substraten 1 und 2 praktisch gleichmäßig ausbilden. Since the liquid crystal display device is formed with the compensation layer 16 for covering and leveling the thin film transistor on the substrate on the side of the thin film transistor, the difference (| d 1 -d 2 |) between the gap width d 1 in the thin film Transistor area and the gap width d 2 in the display area is extremely small and is less than 0.1 microns, and damage to the thin film transistor 4 when joining the two substrates 1 and 2 using the spacer particles is unlikely, and also the gap width form practically uniform between the two substrates 1 and 2 .
Da außerdem die Ausrichtungsschicht 18 auf der praktisch ebenen Ausgleichsschicht 16 ausgebildet ist, läßt sich ein Reibvorgang auf der Ausrichtungsschicht 18 in ein facher Weise ausführen, und ein ungleichmäßiges Reiben kann verhindert werden. Da sich außerdem die Differenz in der Spaltbreite zwischen dem Dünnschicht-Transistorbe reich und dem Anzeigebereich praktisch vollständig elimi nieren läßt, läßt sich der Kontrast in der Anzeigeebene steigern.In addition, since the alignment layer 18 is formed on the practically flat leveling layer 16 , rubbing on the alignment layer 18 can be performed in a simple manner, and uneven rubbing can be prevented. In addition, since the difference in the gap width between the thin-film transistor area and the display area can be virtually completely eliminated, the contrast in the display plane can be increased.
Organosilicasol (hergestellt von der Fa. Tokyo Ohka Co., Ltd.) wird unter Verwendung einer Schleuder auf ein Substrat aufgebracht, auf dem ein Dünnschicht-Transistor mit einer Dicke von ca. 1 µm in einer Struktur mit umgekehrter Stapelung ausgebildet ist, sowie durch Erwär men auf eine Temperatur von 200 bis 300°C gehärtet, und dadurch wird eine praktisch ganz aus SiO2 gebildete Ausgleichsschicht mit einer Dicke von ca. 2 µm gebil det. Danach wird ein Photoresist auf die Ausgleichs schicht aufgebracht, und eine Kontaktöffnung wird durch partielles Ätzen der Ausgleichsschicht in einer derarti gen Weise ausgebildet, daß das Photoresist und die Source-Elektrode in der in Fig. 2 gezeigten Weise elek trisch miteinander verbunden werden. Für diesen Ätzvor gang wird ein normales Flußsäure-(HF)-Ätzmittel verwen det. Eine transparente Elektrode wird durch Aufstäuben von Indiumzinnoxid auf das Substrat in einem gewünschten Muster gebildet, und darauf wird eine Ausrichtungsschicht gebildet, die einem Reibvorgang unterzogen wird, wodurch eines der Substrate ausgebildet ist. Organosilicasol (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is applied using a spinner to a substrate on which a thin film transistor with a thickness of about 1 µm is formed in a reverse stacked structure, and by Warming men to a temperature of 200 to 300 ° C, and thereby a practically entirely made of SiO 2 compensation layer is formed with a thickness of about 2 microns. Thereafter, a photoresist is applied to the compensating layer, and a contact opening is formed by partially etching the compensating layer in a manner such that the photoresist and the source electrode are electrically connected to each other in the manner shown in FIG. 2. A normal hydrofluoric acid (HF) etchant is used for this etching process. A transparent electrode is formed by sputtering indium tin oxide on the substrate in a desired pattern, and an alignment layer is formed thereon, which is subjected to rubbing, thereby forming one of the substrates.
Danach werden Abstandspartikel auf das Substrat auf gestreut, und das andere Substrat, auf dem eine transparente Elektrode und eine Ausrichtungsschicht gebildet sind, wird auf die Abstandspartikel aufge legt, und beide Substrate werden aneinander ange bracht, und sodann wird Flüssigkristallmaterial (mit verdrehter nematischer Struktur) dazwischen eingeschlossen.Then spacer particles are placed on the substrate scattered, and the other substrate on which one transparent electrode and an alignment layer are formed, is added to the spacer particles and both substrates are attached to each other brought, and then liquid crystal material (with twisted nematic structure) in between locked in.
Bei der auf diese Weise erzielten Flüssigkristall anzeigevorrichtung wird der Dünnschicht-Transistor nicht beschädigt, und die Anzeigeunterschiede auf grund von Differenzen in der Dicke der Zelle und beim Reibvorgang sind extrem vermindert.In the liquid crystal obtained in this way display device is the thin film transistor not damaged, and the display differences on due to differences in the thickness of the cell and when rubbing are extremely reduced.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung aufgrund der Ausbildung der Ausgleichsschicht zum Überdecken und Nivellieren des Dünnschicht-Transistors auf dem Substrat auf der Seite des Dünnschicht-Transistors möglich, den größten Teil des Unterschieds zwischen der Spaltbreite im Dünnschicht-Transistorbereich und der Spaltbreite im An zeigebereich zu eliminieren, und außerdem ist eine Be schädigung des Dünnschicht-Transistors beim Zusammenfügen der beiden Substrate unter Einsatz der Abstandspartikel unwahrscheinlich, und zusätzlich dazu läßt sich die Spaltbreite zwischen den Substraten gleichmäßig ausbil den.As described above, it is in the liquid crystal display device according to the invention the formation of the leveling layer to cover and Leveling the thin film transistor on the substrate possible on the side of the thin film transistor most of the difference between the gap width in the Thin film transistor area and the gap width in the on to eliminate the display area, and besides, is a loading Damage to the thin film transistor when joining of the two substrates using the spacer particles unlikely, and in addition, the Evenly form the gap width between the substrates the.
Da die Ausrichtungsschicht auf der praktisch ebenen Ausgleichs schicht ausgebildet ist, läßt sich außerdem der Reib vorgang auf der Ausrichtungsschicht in einfacher Weise ausführen, und Unterschiede bei diesem Reibvorgang lassen sich eliminieren. Da es praktisch keinen Unter schied in der Spaltbreite zwischen dem Dünnschicht- Transistorbereich und dem Anzeigebereich gibt, läßt sich außerdem der Kontrast in der Anzeigeebene gleich mäßig gestalten.Because the alignment layer on the practically flat Compensation layer is formed, the friction can also process on the alignment layer in a simple manner execute, and differences in this rubbing process can be eliminated. Since there is practically no sub differed in the gap width between the thin film Transistor area and the display area there the contrast in the display level is also the same design moderately.
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