JP3420201B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置Info
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1343—Electrodes
- G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
- G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]
Description
式およびツイスティッドネマティック方式の液晶表示装
置に関し、特に残像の少ない高表示品質の液晶表示装置
に関する。
板に対して水平方向に回転させることにより表示を行う
横方向電界駆動方式またはIPS(In Plane
Switching)方式の液晶表示装置が研究開発さ
れている。
ティッドネマティック(TN:Twist Nemat
ic)方式の液晶表示装置と比較して、広視野角が得ら
れるという特徴を有している。
表示装置のTFT素子部の断面図である。図17におい
て、透明基板上にゲート電極101、ゲート絶縁膜10
2、半導体層103、ソース電極104、ドレイン電極
105および絶縁膜106を積層してTFTが形成され
ており、半導体層103がゲート電極101よりも外側
にはみ出して形成されている。
ティブマトリックスの裏面に入射する光は、ゲート電極
により遮光されるが、上述のように、半導体層がゲート
電極よりも外側にはみ出していると、このはみ出した部
分の半導体層にバックライトの光が直接当たって光リー
ク電流が多く流れ、残像が発生する。
が低透過率であるので、輝度を確保する場合、透過率が
低い分バックライト光量を増やす必要があるが、バック
ライト光量を増やすとゲート電極より外側にはみ出して
いる部分によって、さらにリーク電流が増加し、残像の
程度(レベル)が悪化するという問題がある。
向膜および絶縁膜の物性を制御して残像を改善する方法
が、例えば特開平7−159786号公報により提案さ
れている。この公知技術においては、液晶の抵抗値を下
げることにより、残像レベルを改善している。しかし、
この方法では、液晶中の可動イオン数が増え、液晶を低
抵抗にしているため、図18に示すように、薄膜トラン
ジスタ(TFT)のバックチャネルの凹んだ部分に液晶
中の可動イオンが従来より多く吸着され、その結果、リ
ーク電流が増大し、結果的にやはり残像レベルは改善さ
れない。
常に小さい場合には、ゲート電極とドレイン電極・ソー
ス電極との重なりによって、この部分の寄生容量が増加
するので、フィードスルーという現象によって、画素電
極に保持すべき目標電位にばらつきが現れてフリッカと
いう画面のちらつきになって見える。
層との重なりは、オン電流を確保するために一定の面積
以上が必要である。
に形成する方法としては、ゲート電極形成後アクティブ
マトリックス基板の裏面から露光することにより形成す
る方法(裏面露光法)がある。すなわち、この方法は、
ゲート電極をパターニングして、その上に半導体層を形
成し、さらにその上にレジストを塗布しておいて、アク
ティブマトリックス基板の裏面から光を照射露光する方
法である。ゲート電極のパターン上を除くレジストが露
光されるので、半導体層がゲート電極と自己整合的に形
成される。
ィブマトリックス基板の表面に傷をつけやすくなるた
め、実用化されていない。
を経ることなく、薄膜トランジスタのオフ状態でのリー
ク電流の増大を招くことなく、残像の少ない高表示品質
の液晶表示装置を提供することにある。
ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層およびソース電極
・ドレイン電極を積層して複数のTFTが形成されたア
レイ基板と、前記アレイ基板に対向配置された対向基板
を具備した、横方向電界駆動方式の液晶表示装置におい
て、前記半導体層の境界が、前記TFTのゲート電極と
ソース電極またはドレイン出極とがオーバーラップする
領域の内側に形成されている部分と、前記ゲート電極の
外側に形成されている部分の両方を有することを特徴と
する液晶表示装置である。
境界がゲート電極の内側にある部分がゲート電極とソー
ス電極ないしドレイン電極とのオーバーラップ領域の中
央部にあり、ゲート電極の外側にある部分が前記オーバ
ーラップ領域の両端にあたる部分に形成されていること
を特徴とする液晶表示装置である。
ソース電極ないしはドレイン電極とオーバーラップして
いない辺の一部を取り除き、凹型の形状としたことを特
徴とする液晶表示装置である。
極、ゲート絶縁膜、半導体層およびソース電極・ドレイ
ン電極を積層して複数のTFTが形成されたアレイ基板
と、前記アレイ基板に対向配置された対向基板を具備
し、対向基板側に共通電極が配置された液晶表示装置に
おいて、前記半導体層の境界が、前記TFTのゲート電
極とソース電極またはドレイン出極とがオーバーラップ
する領域の内側に形成されている部分と、前記ゲート電
極の外側に形成されている部分の両方を有することを特
徴とする液晶表示装置である。
境界がゲート電極の内側にある部分がゲート電極とソー
ス電極ないしドレイン電極とのオーバーラップ領域の中
央部にあり、ゲート電極の外側にある部分が前記オーバ
ーラップ領域の両端にあたる部分に形成されていること
を特徴とする液晶表示装置である。
ソース電極ないしはドレイン電極とオーバーラップして
いない辺の一部を取り除き、凹型の形状としたことを特
徴とする液晶表示装置である。
て図面を参照して説明する。
ティブマトリックス基板の単位画素の拡大平面図であ
る。マトリックス状に配置された走査線1と信号線2に
よって区画された領域には、TFT(薄膜トランジス
タ)4およびこれに接続された画素電極3が形成されて
いる。そして、TFT4のゲート電極5の上には、図示
しない絶縁膜を介してTFTを形成するための半導体層
7が形成され、さらにその上には、半導体層7を挟んで
互いに対抗する位置に画素電極(ソース電極)3および
ドレイン電極6が形成されている。また、ゲート電極5
は走査線1の一部分であり、ドレイン電極6は信号線2
に接続されている。8は、ゲート電極と同じに形成され
る且つ同層に位置する共通電極である。
ーフィルタを含む液晶表示装置の部分断面図である。な
お、各図において、同一要素または相当する要素には同
一符号を付す。ガラス基板14上の一部にゲート電極5
が形成され、これと同層に同一工程で共通電極8を櫛歯
状に形成する。このゲート電極5と共通電極8を覆うよ
うにゲート絶縁膜9が全面に形成される。
してTFT4の半導体層となるシリコン膜10と、ソー
ス・ドレイン電極とのオーミックコンタクトをとるため
のリン等の不純物をドープしたシリコン膜からなる電極
層11を積層したアイランドが形成される。このアイラ
ンドは、製造時の目合わせマージンを考慮して、チャネ
ル長方向の幅をチャネル長方向のゲート電極の幅より0
〜5μm狭く形成される。
電極3およびドレイン電極6が形成される。この後、不
純物をドープしたシリコン膜からなる電極層11の一部
が除去され、TFT4のチャネル部分が形成される。
電極3は、櫛歯状に配置形成された共通電極8と平行
に、互いに噛み合うように形成される。このとき、共通
電極8と画素電極3との間に補助容量が形成される。こ
の画素電極3と共通電極8とは、ゲート絶縁膜9を介し
て形成されており、対向する画素電極3と共通電極8と
の間に電圧を印加されて電界としてガラス基板14と平
行方向成分が発生し、液晶を駆動する。
を覆うようにパッシベーション膜13が形成される。ゲ
ート電極5およびドレイン電極6は、延長部分で、それ
ぞれ図1で示した走査線1および信号線2になる。
電極6は、例えば、スパッタリングまたは蒸着法等で形
成されたAl,Cr,Ta,Ti,Mo,W等から選ば
れる金属膜またはこれらの合金膜、あるいはこれらの積
層膜で構成されている。
13は、例えば、プラズマCVD法、またはスパッタリ
ング法等で形成された窒化シリコン膜、または酸化シリ
コン膜等の絶縁膜で構成される。ゲート絶縁膜9は、ゲ
ート電極5および走査線1の一部表面を酸化して形成し
てもよい。また、これらの酸化膜と窒化シリコン膜また
は酸化シリコン膜との積層膜でもよい。
物をドープしたシリコン膜からなる電極層11は、例え
ば、プラズマCVD法で形成された非晶質シリコン膜、
または、多結晶シリコン膜で構成される。
置の製造方法について説明する工程図である。右側は、
上面図であり、左側は、右側に示す図の中央部短手方向
の断面図である。
にゲート電極を形成する。次に、図3(b)において、
ゲート絶縁膜、非晶質シリコン層、n型非晶質シリコン
層を順次積層する。次に、図3(c)において、n型非
晶質シリコン層と非晶質シリコン層を一括で選択的にエ
ッチングして島状化する。このとき、非晶質シリコン層
のエッジがゲート電極と一致するように島状化する。次
に、図3(d)において、ソース・ドレイン電極を形成
し、チャネルエッチングを行う。次に、図3(e)にお
いて、パッシベーション膜を形成する。次に、図示しな
いが、パッシベーション膜やゲート絶縁膜にコンタクト
ホールを形成する。次に、透明導電膜を被覆し、パター
ンニングし、各電極端子を形成する。最後にアニールを
行い、アクティブマトリックス基板を完成する。
説明する。
である。なお、同一要素または相当する要素には同一符
号を付す。
向の輪郭線は、ゲート電極の、チャネル長方向に垂直な
方向の輪郭線とオンラインにすることが望ましいが、ア
イランドを形成する露光プロセスにおける目合わせずれ
マージンを見込むことにより、ゲート電極の、チャネル
長方向に垂直な方向の輪郭線よりもともに0〜5μm内
側に入り込ませた構造となっている。半導体層がゲート
電極よりも引っ込んでいると、ゲート電極とドレイン電
極・ソース電極との重なりによって、寄生容量が増加
し、フィードスルーという現象によって、フリッカとい
う画面のちらつきになって見える。このフリッカはでき
る限り減らした方が良く、そこで、製造時の目合わせマ
ージンを考慮し、さらに、製造ばらつきを考慮して半導
体層のゲート電極からの引っ込み幅を最大5μmとする
ものである。チャネル長およびチャネル幅の比W1/L
の値は、例えば20/8≧W1/L≧20/10とな
る。
出している片側辺のはみ出し幅Wと光リーク電流との関
係を示す図である。アイランドがゲート電極からはみ出
すにつれて、光リーク電流が増加しており、この図か
ら、アイランドの幅がゲート電極の幅より狭いほど光リ
ークを抑制できることがわかる。
み出し幅Wと残像レベルとの関係を示す図である。◎
が、正面から見て全く見えないもの、○が正面からは見
えないが斜め視野からうっすら見えるもの、△が正面か
らうっすら見えるもの、×が正面から見えるもの、××
が正面からはっきり見えるものを表している。△までを
製品として良品とすると、この図から、はみ出し幅Wは
0μm以下であることが望ましい。残像レベルは、24
時間同じ固定パターン表示をした後に白と黒の真ん中の
中間調の明るさに戻したときにどの程度固定パターンが
残って見えるかということを目視で観察したものであ
る。
幅をチャネル長方向のゲート電極の幅より0〜5μm狭
くしたときの液晶の抵抗率と残像との関係を示す図であ
り、液晶の抵抗を変えていった時に、残像がどの程度起
こるかということをグラフにしたものである。
率であり、縦軸が残像のレベルである。△までを良品と
すると、液晶の抵抗率として5×1012Ωcm以下にす
ることが好ましいとわかる。
て垂直な方向の輪郭線を、ゲートのチャネル長方向に対
して垂直な方向の輪郭線とオンラインにし易くする液晶
表示装置の製造方法について説明する。図8は、その製
造方法について説明する工程図である。右側は、上面図
であり、左側は、右側に示す図の中央部短手方向の断面
図である。
を成膜する。図8(b)において、その上に、ゲート絶
縁膜、非晶質シリコン層、n型非晶質シリコン層、ソー
スドレインメタル層を形成する。次に、図8(c)にお
いて、ゲートメタル、ゲート絶縁膜、非晶質シリコン
層、n型非晶質シリコン層、ソースドレインメタル層を
同一フォトレジスト工程により走査線であるゲート電極
のパタンで選択的にエッチングしてパターニングする。
ンメタル層をパターニングしてソース・ドレイン電極を
形成し、そのパタンでチャネルエッチングを行う。その
後で、図8(e)において、非晶質シリコン層の必要な
部分を選択的にエッチングすることで島状非晶質シリコ
ン層をパターニング形成する。次に、図8(f)におい
て、パッシベーションの絶縁膜を形成し、コンタクトの
ためソース・ドレインの部分を除去する。最後に、図8
(g)において、信号線配線、画素電極形成を行う。
きないが、図8(c)において、非晶質シリコン層およ
びn型非晶質シリコン層を、ゲート電極のパタンでパタ
ーニングするので、アイランドのチャネル長方向に対し
て垂直な方向の輪郭線を、ゲートのチャネル長方向に対
して垂直な方向の輪郭線とオンラインに形成することが
できる。すなわち、半導体層をゲート電極と自己整合的
に形成できる。また、この製造方法によれば、前記した
裏面露光法の問題を避けられる。
液晶表示装置のアイランド構造の例を図9、図10、図
11に示す。ここに示した実施の形態は、図4の形状の
ときよりもさらにリーク電流を減らすことができる。な
お、図9〜図11の形状は一例であり、これらの形状に
限るものではない。
った辺の中央部分を除いた構造であり、図10は、半導
体層7のチャネル長方向に沿った辺の一部分を取り除
き、チャネル長方向に対して垂直な方向に沿った辺の一
部分をゲート電極の外側に拡大した構造であり、図11
は、半導体層7のチャネル長方向に対して垂直な方向に
沿った辺の一部分をゲート電極の外側に拡大した構造で
ある。
図4の形状のときよりもさらにリーク電流を減らすこと
ができるのは、以下の理由によるものである。
させた時のリーク電流の大小関係は、電流のパスを分解
して考えるとI2=I3<<I1=I4となる。I1,
I4が大きいのは、画素電極3およびドレイン電極6に
よってこの部分が遮光されていないので、このパス中で
光(フォト)キャリア生成数が多いためである。一方、
オン電流にはI1,I4の寄与は少ない。
I1,I4パス上の半導体層を取り除くと、図12
(a)に比べて、オン電流を維持したままで、I1やI
4のパスがなくなるためにオフ電流を低減できる。
層の一部分をゲート電極の外側に拡大すると、拡大した
部分に光があたることで発生するフォトキャリアを利用
してオン電流を増大させることができる。オフ電流は増
えないが、オン電流を増大させることによって、相対的
にオフ電流を低減したのと同様の効果が得られる。
スタ(TFT)のチャネル部がゲート電極により遮光さ
れ、このことにより、半導体層への光入射によるフォト
キャリアの発生を抑制することができるので、スイッチ
ング特性のオン/オフ比を向上させることができる。し
たがって、白表示部・黒表示部に適性な電圧が印加さ
れ、残像の抑制、ひいては高表示品質を得ることができ
る。
グの固定表示パターンで焼き付けた(残像試験)後、中
間調に切り替えると、パターンの境界線がはっきりと残
って見え、固定表示パターンのコントラストがはっきり
していたものが、上記構成を適用することにより、残像
試験後、中間調に切り替えると、固定表示パターンの境
界線が不鮮明になって見えなくなり、コントラストの差
がなくなる。
の実施の形態に係わる液晶表示装置について説明する。
表示装置のアクティブマトリックス基板の単位画素の拡
大平面図である。マトリックス状に配置された走査線1
と信号線2によって区画された領域には、TFT(薄膜
トランジスタ)4およびこれに接続された画素電極3が
形成されている。そして、TFT4のゲート電極5の上
には、図示しない絶縁膜を介してTFTを形成するため
の半導体層7が形成され、さらにその上には、半導体層
7を挟んで互いに対抗する位置に画素電極(ソース電
極)3およびドレイン電極6が形成されている。また、
ゲート電極5は走査線1の一部分であり、ドレイン電極
6は信号線2に接続されている。
カラーフィルタを含む液晶表示装置の部分断面図であ
る。なお、各図において、同一要素または相当する要素
には同一符号を付す。ガラス基板14上の一部にゲート
電極5が形成される。このゲート電極5を覆うようにゲ
ート絶縁膜9が全面に形成される。
してTFT4の半導体層となるシリコン膜10と、ソー
ス・ドレイン電極とのオーミックコンタクトをとるため
のリン等の不純物をドープしたシリコン膜からなる電極
層11を積層したアイランドが形成される。このアイラ
ンドは、チャネル長方向に対して垂直な方向に沿った辺
の一部分がゲートの外側に拡大している。
イン電極6およびソース電極16が形成される。この
後、不純物をドープしたシリコン膜からなる電極層11
の一部が除去され、TFT4のチャネル部分が形成さ
れ、この全面を覆うようにパッシベーション膜13が形
成される。
クトホールが形成され、パッシベーション膜13上の一
部に画素電極3が形成され、ソース電極16と画素電極
3とがコンタクトホールを介して電気的に接続される。
また、対向基板側には、共通電極8が設置される。
晶を配向させるためにラビングが施される。ラビング
は、対向する基板どうしが直行する方向に施される。
して形成されており、対向する画素電極3と共通電極8
との間に電圧を印加されて電界としてガラス基板14と
垂直方向成分が発生し、液晶を駆動する。
ド構造の実施例を図15に示す。図15は、図13にお
ける点線部B内の拡大図である。なお、同一要素または
相当する要素には同一符号を付す。
の一部分を取り除き、チャネル長方向に対して垂直な方
向に沿った辺の一部分をゲート電極5の外側に拡大して
いる。この構造により、リーク電流が低減され、表示ム
ラが改善された。
ド構造の他の実施例を図16に示す。半導体層7のチャ
ネル長方向に対して垂直な方向に沿った辺の一部分をゲ
ート電極5の外側に拡大している。この構造により、リ
ーク電流が低減され、表示ムラが改善された。
装置は、チャネル部のリーク電流を大幅に減らすことが
でき、またはリーク電流を相対的に減らすことができ、
残像を劇的に低減することができる。
面図である。
図である。
係を示す図である。
を示す図である。
る。
方向の輪郭線をオンラインにする製造方法について説明
する工程図である。
を示す図である。
他の例を示す図である。
他の例を示す図である。
た理由を説明する図である。
装置の単位画素の拡大平面図である。
例を示す図である。
他の例を示す図である。
FT素子部の断面図である。
着モデルを示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】透明基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、
半導体層およびソース電極・ドレイン電極を積層して複
数のTFTが形成されたアレイ基板と、前記アレイ基板
に対向配置された対向基板を具備した、横方向電界駆動
方式の液晶表示装置において、 前記半導体層の境界が、前記TFTのゲート電極とソー
ス電極またはドレイン出極とがオーバーラップする領域
の内側に形成されている部分と、前記ゲート電極の外側
に形成されている部分の両方を有する ことを特徴とする
液晶表示装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の液晶表示装置において、
前記TFTの半導体層の境界がゲート電極の内側にある
部分がゲート電極とソース電極ないしドレイン電極との
オーバーラップ領域の中央部にあり、ゲート電極の外側
にある部分が前記オーバーラップ領域の両端にあたる部
分に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項3】請求項1または2に記載の液晶表示装置に
おいて、前記TFTの半導体層がソース電極ないしはド
レイン電極とオーバーラップしていない辺の一部を取り
除き、凹型の形状としたことを特徴とする液晶表示装
置。 - 【請求項4】透明基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、
半導体層およびソース電極・ドレイン電極を積層して複
数のTFTが形成されたアレイ基板と、前記アレイ基板
に対向配置された対向基板を具備し、対向基板側に共通
電極が配置された液晶表示装置において、 前記半導体層の境界が、前記TFTのゲート電極とソー
ス電極またはドレイン出極とがオーバーラップする領域
の内側に形成されている部分と、前記ゲート電極の外側
に形成されている部分の両方を有する ことを特徴とする
液晶表示装置。 - 【請求項5】請求項4に記載の液晶表示装置において、
前記TFTの半導体層の境界がゲート電極の内側にある
部分がゲート電極とソース電極ないしドレイン電極との
オーバーラップ領域の中央部にあり、ゲート電極の外側
にある部分が前記オーバーラップ領域の両端にあたる部
分に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項6】請求項4または5に記載の液晶表示装置に
おいて、前記TFTの半導体層がソース電極ないしはド
レイン電極とオーバーラップしていない辺の一部を取り
除き、凹型の形状としたことを特徴とする液晶表示装
置。
Priority Applications (4)
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JP3420201B2 true JP3420201B2 (ja) | 2003-06-23 |
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JP2000321784A Expired - Lifetime JP3420201B2 (ja) | 1999-12-22 | 2000-10-20 | 液晶表示装置 |
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