JP4072805B2

JP4072805B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4072805B2
Application number: JP2000206758A
Authority: JP
Inventors: 仁渡辺; 伸一下牧
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP2002023193A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は液晶表示装置に関し、特に、スイッチング素子として薄膜トランジスタを備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置には、スイッチング素子として薄膜トランジスタを備えたものがある。図６は従来のこのような液晶表示装置の一部の透過平面図を示し、図７は図６のＸ−Ｘ線に沿う部分に相当する断面図を示したものである。この液晶表示装置では、下ガラス基板１と上ガラス基板２とがほぼ方形枠状のシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、シール材の内側における両ガラス基板１、２間に液晶３が封入されている。
【０００３】
下ガラス基板１の上面の所定の箇所にはゲート電極４を含む走査線５が設けられている。走査線５は図６において左右方向に延びて設けられている。ゲート電極４および走査線５を含む下ガラス基板１の上面には窒化シリコンからなるゲート絶縁膜６が設けられている。ゲート電極４に対応する部分におけるゲート絶縁膜６の上面には真性アモルファスシリコンからなる半導体薄膜７が設けられている。半導体薄膜７のチャネル長方向ほぼ中央部の上面には窒化シリコンからなるチャネル保護膜８が設けられている。チャネル保護膜８の上面両側およびその両側における半導体薄膜７の上面にはｎ型アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層９、１０が設けられている。
【０００４】
一方のオーミックコンタクト層９の上面およびゲート絶縁膜６の上面の所定の箇所にはドレイン電極１１を含む信号線１２が設けられている。信号線１２は図６において上下方向に延びて設けられている。他方のオーミックコンタクト層１０の上面にはソース電極１３が設けられている。そして、ゲート電極４、ゲート絶縁膜６、半導体薄膜７、チャネル保護膜８、オーミックコンタクト層９、１０、ドレイン電極１１およびソース電極１３により、薄膜トランジスタ１４が構成されている。
【０００５】
薄膜トランジスタ１４等を含むゲート絶縁膜６の上面にはオーバーコート膜１６が設けられている。オーバーコート膜１６の上面の所定の箇所には画素電極１７が設けられている。画素電極１７は、オーバーコート膜１６に設けられたコンタクトホール１８を介してソース電極１３に接続されている。一方、上ガラス基板２の下面には酸化クロムからなるブラックマスク１９および対向電極２０が設けられている。
【０００６】
ここで、ゲート電極４とチャネル保護膜８との関係について説明する。チャネル保護膜８は、ゲート電極４をマスクとした裏面露光および図示しないフォトレジスト膜をマスクとした表面露光を含むフォトリソグラフィにより形成される。この場合、ゲート電極４をマスクとした裏面露光においては、ジャストアライメントすることはできない。このため、チャネル保護膜８のサイズをゲート電極４のサイズよりも一回り小さくし、Ａ値（ゲート電極４のチャネル長方向のエッジとチャネル保護膜８のチャネル長方向のエッジとの間隔、μｍ）およびＢ値（ゲート電極４のチャネル幅方向のエッジとチャネル保護膜８のチャネル幅方向のエッジとの間隔、μｍ）が２〜３μｍ程度となるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこのような液晶表示装置では、透過型として使用する場合、下ガラス基板１の下面側に配置されたバックライト（図示せず）からの光がブラックマスク１９によって反射され、この反射光がチャネル保護膜８を透過して半導体薄膜７に照射されると、リーク電流が流れることが知られている。一方、液晶表示装置の高開口率化や高精細化を図るために、薄膜トランジスタ１４のサイズを小さくすることが考えられるが、この場合、Ａ値およびＢ値も小さくする必要がある。しかしながら、Ａ値およびＢ値が小さくなるほど、照射される光強度が増加するため、リーク電流が増大し、薄膜トランジスタ１４のオフ特性が劣化し、表示品位に悪影響を与えてしまう。
この発明の課題は、薄膜トランジスタの光照射によるリーク電流を低減することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、対向して配置された上ガラス基板及び下ガラス基板と、前記上ガラス基板及び前記下ガラス基板間に封入された液晶と、前記下ガラス基板の前記上ガラス基板との対向面の反対側に配置され、前記下ガラス基板に光を照射するバックライトと、を備え、前記下ガラス基板の前記上ガラス基板との対向面側に、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して真性アモルファスシリコンからなる半導体薄膜が設けられ、該半導体薄膜上にサイズが前記ゲート電極よりも一回り小さめのチャネル保護膜が設けられた薄膜トランジスタが形成され、前記上ガラス基板の下ガラス基板との対向面側には酸化金属材料からなるブラックマスクおよび対向電極が設けられ、前記バックライトから前記下ガラス基板に照射され、前記ブラックマスクによって反射された光の少なくとも一部が前記チャネル保護膜を介して前記半導体薄膜に照射される液晶表示装置において、前記半導体薄膜の膜厚を２００〜４００Åとし、前記ゲート電極のチャネル長方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル長方向のエッジとの間隔を０．２〜１．２μｍとし、前記ゲート電極のチャネル幅方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル幅方向のエッジとの間隔を１〜２μｍとしたことを特徴とするものである。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記半導体薄膜の膜厚を２００〜３５０Åとしたことを特徴とするものである。請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ゲート電極のチャネル長方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル長方向のエッジとの間隔を０．５〜１．２μｍとしたことを特徴とするものである。請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記半導体薄膜の膜厚を２００〜３５０Åとし、前記ゲート電極のチャネル長方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル長方向のエッジとの間隔を０．５〜１．２μｍとしたことを特徴とするものである。そして、この発明によれば、半導体薄膜の膜厚を２００〜４００Å（または２００〜３５０Å）とし、ゲート電極のチャネル長方向のエッジとチャネル保護膜のチャネル長方向のエッジとの間隔を０．２〜１．２μｍ（または０．５〜１．２μｍ）とし、前記ゲート電極のチャネル幅方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル幅方向のエッジとの間隔を１〜２μｍとすると、バックライトから照射され、上ガラス基板のブラックマスクによって反射された光が薄膜トランジスタのチャネル保護膜を介して半導体薄膜へ照射されることによるリーク電流を低減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態における液晶表示装置の要部の透過平面図を示し、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿う部分に相当する断面図を示したものである。この液晶表示装置では、基本的には図６および図７に示す従来の場合と同じ構造であるが、再度説明すると、下ガラス基板１と上ガラス基板２とがほぼ方形枠状のシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、シール材の内側における両ガラス基板１、２間に液晶３が封入されている。
【００１０】
下ガラス基板１の上面の所定の箇所にはゲート電極４を含む走査線５が設けられている。走査線５は図６において左右方向に延びて設けられている。ゲート電極４および走査線５を含む下ガラス基板１の上面には窒化シリコンからなるゲート絶縁膜６が設けられている。ゲート電極４に対応する部分におけるゲート絶縁膜６の上面には真性アモルファスシリコンからなる半導体薄膜７が設けられている。半導体薄膜７のチャネル長方向ほぼ中央部の上面には窒化シリコンからなるチャネル保護膜８が設けられている。チャネル保護膜８の上面両側およびその両側における半導体薄膜７の上面にはｎ型アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層９、１０が設けられている。
【００１１】
一方のオーミックコンタクト層９の上面およびゲート絶縁膜６の上面の所定の箇所にはドレイン電極１１を含む信号線１２が設けられている。信号線１２は図６において上下方向に延びて設けられている。他方のオーミックコンタクト層１０の上面にはソース電極１３が設けられている。そして、ゲート電極４、ゲート絶縁膜６、半導体薄膜７、チャネル保護膜８、オーミックコンタクト層９、１０、ドレイン電極１１およびソース電極１３により、薄膜トランジスタ１４が構成されている。
【００１２】
薄膜トランジスタ１４等を含むゲート絶縁膜６の上面にはオーバーコート膜１６が設けられている。オーバーコート膜１６の上面の所定の箇所には画素電極１７が設けられている。画素電極１７は、オーバーコート膜１６に設けられたコンタクトホール１８を介してソース電極１３に接続されている。一方、上ガラス基板２の下面には酸化クロムからなるブラックマスク１９および対向電極２０が設けられている。
【００１３】
ここで、ゲート電極４とチャネル保護膜８との関係について説明する。この場合も、チャネル保護膜８は、ゲート電極４をマスクとした裏面露光および図示しないフォトレジスト膜をマスクとした表面露光を含むフォトリソグラフィにより形成される。したがって、この場合も、ゲート電極４をマスクとした裏面露光においては、ジャストアライメントすることはできない。このため、チャネル保護膜８のサイズをゲート電極４のサイズよりも一回り小さくしている。なお、この場合も、ゲート電極４のチャネル長方向のエッジとチャネル保護膜８のチャネル長方向のエッジとの間隔をＡ値（μｍ）と定義し、ゲート電極４のチャネル幅方向のエッジとチャネル保護膜８のチャネル幅方向のエッジとの間隔をＢ値（μｍ）と定義する。
【００１４】
ところで、この液晶表示装置を透過型として使用し、下ガラス基板１の下面側に配置されたバックライト（図示せず）の輝度を変化させて、薄膜トランジスタ１４のオフ電流とＡ値との関係を調べたところ、図３に示す結果が得られた。ただし、この場合、半導体薄膜７の膜厚は５００Åとし、Ｂ値は１〜２μｍとした。また、薄膜トランジスタ１４のオフ電流と半導体薄膜７の膜厚との関係を調べたところ、図４に示す結果が得られ、薄膜トランジスタ１４のオン電流と半導体薄膜７の膜厚との関係を調べたところ、図５に示す結果が得られた。ただし、この場合、Ａ値は０．２〜１．２μｍとし、Ｂ値は１〜２μｍとした。また、図３の場合も含めて、オフ電流は、ドレイン電圧を１０Ｖに固定した状態でゲート電圧を−５Ｖとしたときの電流値である。オン電流は、ドレイン電圧を１０Ｖに固定した状態でゲート電圧を＋１５Ｖとしたときの電流値である。さらに、図３〜図５において、黒丸、白丸、黒三角、白三角は、バックライトの輝度を０ｃｄ／ｍ^２、１５００ｃｄ／ｍ^２、３０００ｃｄ／ｍ^２、５４００ｃｄ／ｍ^２とした場合である。なお、Ａ値およびＢ値は、裏面露光の光強度および照射時間で容易に制御することができる。
【００１５】
さて、図３に示すように、半導体薄膜７の膜厚が５００Åであると、オフ電流（リーク電流）はＡ値が小さくなるほど増加し、特に、Ａ値が１μｍ以下である場合には好ましくない。そこで、Ａ値を０．２〜１．２μｍとし、半導体薄膜７の膜厚を変化させたところ、図４に示すように、オフ電流は半導体薄膜７の膜厚が薄くなるほど減少し、好ましい。ただし、図５に示すように、オン電流も半導体薄膜７の膜厚が薄くなるほど減少し、この場合、好ましくない。そこで、この両方を考慮し、図４から判断して、半導体薄膜７の膜厚が４００Åよりも厚いと、オフ電流の増大に伴って表示品位が低下し、したがって半導体薄膜７の膜厚は４００Å以下が好ましい。一方、図５から判断して、半導体薄膜７の膜厚が２００Åよりも薄いと、オン電流の低減に伴って表示品位が低下し、したがって半導体薄膜７の膜厚は２００Å以上が好ましい。
【００１６】
以上の結果、Ａ値を０．２〜１．２μｍ、Ｂ値を１〜２μｍと比較的小さくしても、半導体薄膜７の膜厚を２００〜４００Åと比較的薄くすると、オン電流にほとんど影響を与えずに、オフ電流（リーク電流）を低減することができる。また、図４から判断して、半導体薄膜７の膜厚を３５０Å程度とすると、オフ電流（リーク電流）をより一層低減することができるものと思われる。したがって、半導体薄膜７の膜厚は２００〜３５０Å程度であることがより一層好ましい。また、チャネル保護膜８を形成する際の裏面露光の精度が０．５μｍ程度であることを考慮すると、Ａ値は０．５〜１．２μｍ程度であることがより一層好ましい。なお、Ｂ値を０．２〜１．２μｍ程度とし、好ましくは０．５〜１．２μｍ程度としてもよいことはもちろんである。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、半導体薄膜の膜厚を２００〜４００Å（または２００〜３５０Å）とし、ゲート電極のチャネル長方向のエッジとチャネル保護膜のチャネル長方向のエッジとの間隔を０．２〜１．２μｍ（または０．５〜１．２μｍ）とし、前記ゲート電極のチャネル幅方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル幅方向のエッジとの間隔を１〜２μｍとすることにより、薄膜トランジスタのオン電流にほとんど影響を与えずに、バックライトから照射され、上ガラス基板のブラックマスクによって反射された光が薄膜トランジスタのチャネル保護膜を介して半導体薄膜へ照射されることによるリーク電流を低減することができ、ひいては薄膜トランジスタのオフ特性が向上し、表示品位を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における液晶表示装置の要部の透過平面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う部分に相当する断面図。
【図３】薄膜トランジスタのオフ電流とＡ値との関係を示す図。
【図４】薄膜トランジスタのオフ電流と半導体薄膜の膜厚との関係を示す図。
【図５】薄膜トランジスタのオン電流と半導体薄膜の膜厚との関係図。
【図６】従来の液晶表示装置の一部の透過平面図。
【図７】図６のＸ−Ｘ線に沿う部分に相当する断面図。
【符号の説明】
１下ガラス基板
２上ガラス基板
３液晶
４ゲート電極
５走査線
６ゲート絶縁膜
７半導体薄膜
８チャネル保護膜
１１ドレイン電極
１２信号線
１３ソース電極
１４薄膜トランジスタ
１７画素電極
１９ブラックマス
２０対向電極

Claims

対向して配置された上ガラス基板及び下ガラス基板と、前記上ガラス基板及び前記下ガラス基板間に封入された液晶と、前記下ガラス基板の前記上ガラス基板との対向面の反対側に配置され、前記下ガラス基板に光を照射するバックライトと、を備え、前記下ガラス基板の前記上ガラス基板との対向面側に、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して真性アモルファスシリコンからなる半導体薄膜が設けられ、該半導体薄膜上にサイズが前記ゲート電極よりも一回り小さめのチャネル保護膜が設けられた薄膜トランジスタが形成され、前記上ガラス基板の下ガラス基板との対向面側には酸化金属材料からなるブラックマスクおよび対向電極が設けられ、前記バックライトから前記下ガラス基板に照射され、前記ブラックマスクによって反射された光の少なくとも一部が前記チャネル保護膜を介して前記半導体薄膜に照射される液晶表示装置において、前記半導体薄膜の膜厚を２００〜４００Åとし、前記ゲート電極のチャネル長方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル長方向のエッジとの間隔を０．２〜１．２μｍとし、前記ゲート電極のチャネル幅方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル幅方向のエッジとの間隔を１〜２μｍとしたことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の発明において、前記半導体薄膜の膜厚を２００〜３５０Åとしたことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の発明において、前記ゲート電極のチャネル長方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル長方向のエッジとの間隔を０．５〜１．２μｍとしたことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の発明において、前記半導体薄膜の膜厚を２００〜３５０Åとし、前記ゲート電極のチャネル長方向のエッジと前記チャネル保護膜のチャネル長方向のエッジとの間隔を０．５〜１．２μｍとしたことを特徴とする液晶表示装置。