JPH05281575A - Liquid crystal driving thin film transistor device - Google Patents

Liquid crystal driving thin film transistor device

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JPH05281575A
JPH05281575A JP10583592A JP10583592A JPH05281575A JP H05281575 A JPH05281575 A JP H05281575A JP 10583592 A JP10583592 A JP 10583592A JP 10583592 A JP10583592 A JP 10583592A JP H05281575 A JPH05281575 A JP H05281575A
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JP
Japan
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black matrix
conductor
dispersed
thin film
line
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Application number
JP10583592A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Yoda
博明 與田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To prevent write delay and enable uniform high-contrast display by providing a thin film transistor and a black matrix formed of an inorganic insulating body with conductors of specific conduction electron density dispersed therein. CONSTITUTION:A gate line 12 is formed on a black matrix 11 formed on a transparent base 10 made of glass or the like, and a detached semiconductor layer 15 and a transparent picture element electrode 13 are further formed through an insulating layer 14. A source electrode 17 and a drain electrode 18 are connected to the semiconductor layer 15 through an n<+> layer 16. In this case, an inorganic insulating body with conductors of 6.9X10<21>cm<-3> or more in conduction electron density dispersed therein is used as the black matrix, and it is desirable that the respective dispersion bodies are mutually spaced to such an extent that the wave functions are not overlapped, or more. The black matrix 11 thereby functions electrically as an insulating body, so that the delay of the gate line and a signal line is hardly generated. In addition, capacity coupling to the gate line, signal line and picture elements is further reduced so as to eliminate contrast difference.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基板上にブラックマト
リックスを形成した液晶駆動用ブラックマトリックス薄
膜トランジスター装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal driving black matrix thin film transistor device having a black matrix formed on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】TN型液晶を用いたノーマリーホワイト
タイプの投射型フラットパネルは、近年益々高コントラ
スト化されるようになってきている。この高コントラス
ト化にともない、薄膜トランジスターを形成した基板上
にブラックマトリックスを形成した、いわゆるブラック
マトリックス−オン−アレイ薄膜トランジスター(以
下、BMTFTという)の開発が待望されている。その
ようなBMTFTとしては、ブラックマトリックスとし
て、黒色の染料もしくは原料を混入させた樹脂を用いる
もの(例えば、特開昭62−153904号公報、特開
昭59−195682号公報参照)と、金属を用いるも
の(例えば、特開昭64−62617号公報参照)との
2種類が代表的なものとして知られている。
2. Description of the Related Art A normally white type projection type flat panel using a TN type liquid crystal has come to have a higher contrast in recent years. Along with this increase in contrast, the development of a so-called black matrix-on-array thin film transistor (hereinafter referred to as BMTFT) in which a black matrix is formed on a substrate on which a thin film transistor is formed is desired. As such a BMTFT, one using a black dye or a resin mixed with a raw material as a black matrix (see, for example, JP-A-62-153904 and JP-A-59-195682) and a metal. Two types are known as typical ones, one used (see, for example, JP-A-64-62617).

【0003】前者の黒色樹脂を用いたブラックマトリッ
クスには、黒色染料もしくは顔料を配合したポリイミド
がしばしば使用されている。しかしながら、染料は、百
数十℃、顔料は250℃程度で分解するため、250℃
前後で形成またはアニールする必要のある、酸化膜、透
明電極、半導体薄膜等の製膜工程を含むTFTプロセス
には適合しない。また、黒色樹脂は、光を完全に遮断す
るためには、数μm以上の膜厚を必要とする。この必要
膜厚は、液晶セルの間隙すなわち液晶が注入されるスペ
ースの間隔(約5μm)に対して無視できない程度に大
きなものであり、注入された液晶の配向を乱すこととな
るため、好ましくない。
For the former black matrix using a black resin, a polyimide containing a black dye or pigment is often used. However, since dyes decompose at around a hundred and several tens of degrees Celsius and pigments at around 250 degrees Celsius
It is not suitable for a TFT process including a film forming process of an oxide film, a transparent electrode, a semiconductor thin film, etc., which needs to be formed or annealed before and after. Further, the black resin requires a film thickness of several μm or more in order to completely block light. This required film thickness is not so large that it cannot be ignored with respect to the gap of the liquid crystal cell, that is, the space (about 5 μm) of the space into which the liquid crystal is injected, and it disturbs the alignment of the injected liquid crystal, which is not preferable. ..

【0004】後者の金属を用いたブラックマトリックス
は、金属であるが故に、以下に述べるように、ゲート
線、信号線、および画素間のショートの確率を大幅に高
めたり、ゲート線、信号線の容量増加をもたらし、信号
伝達の遅延を引き起こす。また、信号線と画素との容量
結合を増加させて画面上部と下部におけるコントラスト
の不均一性を生じさせる。
Since the latter black matrix using a metal is a metal, as described below, the probability of a short circuit between the gate line, the signal line, and the pixel is significantly increased, or the gate line and the signal line are shorted. It causes an increase in capacity and causes a delay in signal transmission. In addition, the capacitive coupling between the signal line and the pixel is increased to cause non-uniformity of contrast in the upper and lower portions of the screen.

【0005】図10ないし図12に、従来の金属薄膜か
らなるブラックマトリックスを備えたBMTFTの一例
を示す。図10は、平面図、図11は、図10の線XI
−XIに沿った断面図、図12は、図10の線XII−
XIIに沿った断面図である。
FIGS. 10 to 12 show an example of a conventional BMTFT having a black matrix made of a metal thin film. 10 is a plan view and FIG. 11 is a line XI in FIG.
-A sectional view taken along line XI, and Fig. 12 shows a line XII- in Fig. 10.
It is sectional drawing along XII.

【0006】図10ないし図12に示される金属薄膜B
MTFTは、ガラス基板30上に下部パッシベーション
膜31を有する。パッシベーション膜31上に、SiO
2 やSi3 4 等からなる絶縁膜34を介して、Ta等
からなるゲート線32、ITO等からなる透明画素電極
33、およびAl等からなる信号線を兼ねたソース電極
37が形成されている。TFTは、島状のアモルファス
シリコン層35からなり、Al等からなるドレイン電極
38が接続されている。各配線・画素間の間隙に対応し
た位置に、Cr等の金属からなるブラックマトリックス
40が形成されている。図中41は、上部パッシベーシ
ョン膜である。
A metal thin film B shown in FIGS. 10 to 12.
The MTFT has a lower passivation film 31 on a glass substrate 30. SiO is formed on the passivation film 31.
A gate line 32 made of Ta or the like, a transparent pixel electrode 33 made of ITO or the like, and a source electrode 37 also serving as a signal line made of Al or the like are formed through an insulating film 34 made of 2 or Si 3 N 4. There is. The TFT is composed of an island-shaped amorphous silicon layer 35, and is connected with a drain electrode 38 composed of Al or the like. A black matrix 40 made of a metal such as Cr is formed at a position corresponding to a gap between each wiring and each pixel. 41 in the figure is an upper passivation film.

【0007】このような金属ブラックマトリックスを用
いたTFTでは、図11および図12に示すように、金
属ブラックマトリックス線40が、ゲート線32や信号
線37あるいは画素33とオーバーラップする。すなわ
ち、絶縁されるべき半導体層がかなりの面積でオーバー
ラップし、配線間ショートの確率が大幅に増大する。そ
の結果、それでなくとも製造歩留まりの低い液晶用TF
Tの歩留まりが決定的に低くなる。また、ブラックマト
リックスを形成しない場合には不必要なブラックマトリ
ックス−ゲート間の絶縁膜を、ブラックマトリックスが
金属であるが故に設けなければならないので、ブラック
マトリックス形成工程に加えてそのような絶縁膜形成工
程が付加されることとなり、コスト高となる。
In a TFT using such a metal black matrix, the metal black matrix line 40 overlaps the gate line 32, the signal line 37 or the pixel 33 as shown in FIGS. 11 and 12. That is, the semiconductor layers to be insulated overlap each other over a considerable area, and the probability of a short circuit between wirings increases significantly. As a result, even if it is not so, TF for liquid crystal has a low manufacturing yield
The yield of T is decisively low. Further, when the black matrix is not formed, an unnecessary insulating film between the black matrix and the gate must be provided because the black matrix is a metal. Since the process is added, the cost becomes high.

【0008】さらに、金属BMTFTでは、金属ブラッ
クマトリックス線を固定電位に保つ方式と、フローティ
ング状態にする方式とがある。固定電位に保つ方式で
は、金属ブラックマトリックス線とゲート線、信号線と
の容量カップリングが発生し、書き込み電流の遅延が生
じる。また、フローティング状態にする方式では、信号
線−画素間容量が金属ブラックマトリックスの存在によ
り大きくなり、信号電位の変化に伴う画素電位変動が大
きくなる。信号電位は、液晶の劣化を防ぐために次のフ
レームでは反対の極性を持たされるが、画面の上部で
は、信号電位極性が反転するまで、1フレーム時間NT
SC方式では約16ミリ秒程度要するのに対し、画面下
部では、2ミリ秒程度で信号電位極性が反転する。従っ
て、画面の下部は、上部に比べてコントラストが悪くな
る。
Further, in the metal BMTFT, there are a method of keeping the metal black matrix line at a fixed potential and a method of putting it in a floating state. In the method of maintaining a fixed potential, capacitive coupling occurs between the metal black matrix line, the gate line, and the signal line, and the write current is delayed. Further, in the floating system, the capacitance between the signal line and the pixel becomes large due to the presence of the metal black matrix, and the pixel potential fluctuation accompanying the change in the signal potential becomes large. The signal potential has an opposite polarity in the next frame in order to prevent deterioration of the liquid crystal, but at the top of the screen, it takes 1 frame time NT until the signal potential polarity is reversed.
In the SC method, it takes about 16 milliseconds, whereas in the lower part of the screen, the signal potential polarity is reversed in about 2 milliseconds. Therefore, the lower part of the screen has a poorer contrast than the upper part.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
技術の問題点を解決し、製造歩留まりの低下を抑制し、
また書き込みの遅延を生じさせず、均一で高コントラス
トの表示を可能とする液晶用薄膜トランジスターを提供
することを課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art and suppresses the decrease in manufacturing yield,
Another object of the present invention is to provide a liquid crystal thin film transistor capable of uniform and high-contrast display without causing a writing delay.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に、半導体薄膜、ゲート、ソースおよびドレインからな
る薄膜トランジスターを形成してなり、かつブラックマ
トリックスを有する液晶駆動用薄膜トランジスター装置
であって、ブラックマトリックスとして、6.9×10
21cm-3以上の伝導電子密度を有する導体を分散させた
無機絶縁体を用いたことを特徴とする液晶用薄膜トラン
ジスター装置が提供される。
According to the present invention, there is provided a liquid crystal driving thin film transistor device having a black matrix and a thin film transistor comprising a semiconductor thin film, a gate, a source and a drain formed on a substrate. As a black matrix, 6.9 × 10
There is provided a thin film transistor device for a liquid crystal, which uses an inorganic insulator in which a conductor having a conduction electron density of 21 cm −3 or more is dispersed.

【0011】本発明の導体(金属および半導体を含む)
を分散させた絶縁膜からなるブラックマトリックスにお
いて、各分散導体は、波動関数が重なりあわない程度以
上(少なくとも10オングストローム)相互に離間して
いることが好ましい。この場合、分散導体の粒径を2r
オングストロームとすると、分散導体の絶縁対に対する
体積比は、約r3 /{6(r+10)3 }以下となる。
また、各分散導体の伝導電子密度は、バルク材のそれと
さほど変わらない程度(6.9×1021cm-3以上)で
ある。
Conductors of the present invention (including metals and semiconductors)
In the black matrix made of an insulating film in which is dispersed, it is preferable that the dispersed conductors are separated from each other by at least 10 angstroms or more so that the wave functions do not overlap each other. In this case, the particle size of the dispersed conductor is 2r
In Angstrom, the volume ratio of the dispersed conductor to the insulating pair is about r 3 / {6 (r + 10) 3 } or less.
The conduction electron density of each dispersed conductor is not so different from that of the bulk material (6.9 × 10 21 cm −3 or more).

【0012】[0012]

【作用】本発明の導体分散絶縁膜ブラックマトリックス
は、各分散導体が、その波動関数が重なり合わない程度
に離間して分散されているので、電気的には、絶縁体と
して作用する。一方、分散導体内の伝導電子密度は、バ
ルク材のそれとさほど変わらない程度であるので、プラ
ズマ振動もバルク材のそれと同程度となり、入射した可
視光をほとんど反射する。
In the conductor-dispersed insulating film black matrix of the present invention, the dispersed conductors are dispersed so as not to overlap their wave functions, and thus electrically function as an insulator. On the other hand, since the conduction electron density in the dispersed conductor is not so different from that of the bulk material, the plasma vibration is almost the same as that of the bulk material, and almost all incident visible light is reflected.

【0013】すなわち、角振動数ωを持つ電磁波が、プ
ラズマ振動数ωp を持つ材料により反射される条件は、
ω<ωp である。
That is, the condition that an electromagnetic wave having an angular frequency ω is reflected by a material having a plasma frequency ω p is
ω <ω p .

【0014】ここで、ωp は、式 ωp =(4πne2 /mq 1/2 (式中、nは、伝導電子密度、mq は、伝導電子の有効
質量)で示される。この式から、n≧ω2 m/(4πe
2 )を満足すれば、その材料は、電磁波を反射すること
となる。いま、ω=4.7×1015rad /sec (紫外
光)、mq =m0 =9×10-28 g(電子の静止質量)
として見積ると、伝導電子密度nが6.9×1021cm
-3以上であれば、その材料は、可視光を反射するのであ
る。ここで注意すべきことは、プラズマ振動数ωp は、
伝導電子密度だけの関数ではなく、伝導電子の有効質量
q の関数でもある点である。有効質量が、電子の静止
質量と大幅に異なる場合は、n>7.6×1048q
満足すれば、その材料は、電磁波を反射する。
Here, ω p is represented by the formula ω p = (4πne 2 / m q ) 1/2 (where n is the conduction electron density and m q is the effective mass of conduction electrons). From this equation, n ≧ ω 2 m / (4πe
If 2 ) is satisfied, the material will reflect electromagnetic waves. Now, ω = 4.7 × 10 15 rad / sec (ultraviolet light), m q = m 0 = 9 × 10 −28 g (static mass of electron)
And the conduction electron density n is 6.9 × 10 21 cm
At -3 and above, the material reflects visible light. Note that the plasma frequency ω p is
This is not only a function of the conduction electron density, but also a function of the effective mass m q of conduction electrons. If the effective mass is significantly different from the rest mass of the electron, then the material will reflect electromagnetic waves if n> 7.6 × 10 48 m q .

【0015】また、分散導体の表面は、酸化膜により覆
われていると考えられるが、その酸化膜に入射した光
は、内部の導体により散乱または反射される。導体は、
それぞれの厚さが300ないし1000オングストロー
ム(A)あるいはそれ以上となると可視光をほぼ全反射
する。従って、本発明の導体分散絶縁膜ブラックマトリ
ックスも、分散導体の累計厚さが300ないし1000
Aとなると入射可視光をほぼ遮断し、ブラックマトリッ
クスとして良好に機能する。また、たとえ、分散導体の
累計厚さがそのような厚さに達していない場合でも、シ
ュリーレン光学系を用いたプロジェクションタイプの液
晶表示装置では、分散導体により入射可視光は散乱され
るため、これを絞りにより取り除くことができる。従っ
て、この場合も本発明の導体分散絶縁膜は、ブラックマ
トリックスとして機能する。
Although it is considered that the surface of the dispersed conductor is covered with an oxide film, the light incident on the oxide film is scattered or reflected by the conductor inside. The conductor is
When each thickness is 300 to 1000 angstroms (A) or more, visible light is almost totally reflected. Therefore, the conductor-dispersed insulating film black matrix of the present invention also has a cumulative thickness of the dispersed conductor of 300 to 1000.
When it is A, the incident visible light is almost blocked, and it functions well as a black matrix. Further, even if the cumulative thickness of the dispersed conductor does not reach such a thickness, in the projection type liquid crystal display device using the schlieren optical system, the incident visible light is scattered by the dispersed conductor. Can be removed by squeezing. Therefore, also in this case, the conductor-dispersed insulating film of the present invention functions as a black matrix.

【0016】さらに、本発明の導体分散絶縁膜ブラック
マトリックスは、上に述べたように、それ自体は、電気
絶縁体であるため、配線間のショート等の問題を生じな
いという大きな利点が得られる。加えて、導体分散絶縁
膜をそのまま導体層間の絶縁膜として利用すれば、製造
工程数を増加させることなくブラックマトリックスを形
成できることとなる。
Further, since the conductor-dispersed insulating film black matrix of the present invention is itself an electric insulator as described above, it has a great advantage that problems such as short circuit between wirings do not occur. .. In addition, if the conductor-dispersed insulating film is used as it is as the insulating film between the conductor layers, the black matrix can be formed without increasing the number of manufacturing steps.

【0017】さらにまた、本発明のブラックマトリック
スは、絶縁体であるため、その中に分散した導体は、フ
ローティング状態となり、書き込み電流の遅延は、ほと
んど生じない。また、フローティング方式の従来の金属
ブラックマトリックスに対しても種々の利点を有する。
Furthermore, since the black matrix of the present invention is an insulator, the conductors dispersed therein are in a floating state, and the write current is hardly delayed. Further, it has various advantages over the floating type conventional metal black matrix.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照してより
詳しく説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to the drawings.

【0019】図1ないし図4は、最下層に本発明のブラ
ックマトリックスを用いたTFTの一例を示す。図1
は、平面図であり、図2は、図1の線II−IIに沿っ
た断面図、図3は、図1の線III−IIIに沿った断
面図、図4は、図1の線IV−IVに沿った断面図であ
る。
1 to 4 show an example of a TFT using the black matrix of the present invention in the lowermost layer. Figure 1
2 is a plan view, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1, and FIG. 4 is line IV in FIG. 4 is a sectional view taken along line IV. FIG.

【0020】図1ないし図4に示す本発明のBMTFT
は、ガラス基板等の透明基板10上に、導体分散絶縁膜
からなる本発明のブラックマトリックス11が形成され
ている。このブラックマトリックスは、下層パッシベン
ション層の機能をも持たせてあるため、従来の金属ブラ
ックマトリックスよりも広い領域を覆っている。ブラッ
クマトリックス11上に、ゲート線12が形成され、さ
らに、SiO2 やSi3 4 等からなる絶縁層14を介
して、島状半導体(アモルファスシリコン)層15、T
a等からなるゲート線12、ITO等からなる透明画素
電極13が形成されている。半導体層15には、n+
16を介して、Al等からなるソース電極17(信号線
を兼ねる)、ドレイン電極18が接続している。なお図
中、19は、上部パッシベーション層である。
The BMTFT of the present invention shown in FIGS. 1 to 4.
Is a transparent substrate 10 such as a glass substrate on which a black matrix 11 of the present invention made of a conductor-dispersed insulating film is formed. Since this black matrix also has the function of the lower passivation layer, it covers a wider area than the conventional metal black matrix. A gate line 12 is formed on the black matrix 11, and an island-shaped semiconductor (amorphous silicon) layer 15 and T are formed via an insulating layer 14 made of SiO 2 , Si 3 N 4 or the like.
A gate line 12 made of a or the like and a transparent pixel electrode 13 made of ITO or the like are formed. A source electrode 17 (also serving as a signal line) and a drain electrode 18 made of Al or the like are connected to the semiconductor layer 15 via an n + layer 16. In the figure, 19 is an upper passivation layer.

【0021】このような本発明の導体分散絶縁膜BMT
FTは、例えば、以下のように製造することができる。
Such a conductor dispersed insulating film BMT of the present invention
The FT can be manufactured, for example, as follows.

【0022】まず、ガラス基板10上に、導体を分散さ
せた絶縁膜(ブラックマトリックス)11を形成する
(これについては、以後詳述する)。次に、裏面露光セ
ルフアラインメントにより、ITO等の透明画素電極1
3を形成する。引続き、前述の従来のTFTと同様に、
Ta等によりゲート線12、TaO2 やSiO2 等によ
り絶縁層14、島状の半導体層15、n+ 層16、Al
等によりソース電極17およびドレイン電極18、Si
3 4 等による上部パッシベーション層19を形成する
ことによって、本発明のブラックマトリックスTFTが
得られる。
First, an insulating film (black matrix) 11 in which a conductor is dispersed is formed on a glass substrate 10 (this will be described in detail later). Next, the transparent pixel electrode 1 made of ITO or the like is formed by backside exposure self-alignment.
3 is formed. Subsequently, like the conventional TFT described above,
The gate line 12 is made of Ta or the like, the insulating layer 14 is made of TaO 2 , SiO 2, or the like, the island-shaped semiconductor layer 15, the n + layer 16, and Al.
Source electrode 17 and drain electrode 18, Si
The black matrix TFT of the present invention is obtained by forming the upper passivation layer 19 of 3 N 4 or the like.

【0023】図1ないし図4に示すように、本発明のブ
ラックマトリックス11は、TFT部よりも圧倒的に大
きく、基板裏面からの光を完全に遮断するため、TFT
の光リーク電流をほぼ完全になくすことができる。ま
た、透明電極13は、ブラックマトリックス線11をマ
スクとして裏面露光によるセルフアラインメントにより
形成できるので、開口率を最大限に向上させることがで
きる。
As shown in FIGS. 1 to 4, the black matrix 11 of the present invention is overwhelmingly larger than the TFT portion and completely blocks the light from the back surface of the substrate.
The light leakage current of can be almost completely eliminated. Moreover, since the transparent electrode 13 can be formed by self-alignment by back surface exposure using the black matrix line 11 as a mask, the aperture ratio can be maximized.

【0024】さて、本発明のブラックマトリックス11
は、図5に示すように、絶縁体からなる連続相111内
に、分散相(不連続相)として導体112が分散したス
トライプ構造を有する。この例では、導体111は、粒
子として絶縁体連続相112中に分散したものとして表
現されている。
Now, the black matrix 11 of the present invention
As shown in FIG. 5, has a stripe structure in which conductors 112 are dispersed as a dispersed phase (discontinuous phase) in a continuous phase 111 made of an insulator. In this example, the conductors 111 are represented as particles dispersed in the insulator continuous phase 112.

【0025】図6は、本発明の導体分散絶縁膜ブラック
マトリックスの他の態様を示す。この態様のブラックマ
トリックスは、導体からなる島状超薄膜114と絶縁体
連続薄膜113を積層した多層膜からなる。導体超薄膜
114は、連続膜とならないように非常に薄く形成さ
れ、孤立島114からなる島状構造を有し、電気的に
は、絶縁体として機能する。各孤立島114が図5にお
ける導体112に相当する。
FIG. 6 shows another embodiment of the conductor-dispersed insulating film black matrix of the present invention. The black matrix of this embodiment is composed of a multilayer film in which an island-shaped ultra-thin film 114 made of a conductor and a continuous insulator thin film 113 are laminated. The ultra-thin conductor film 114 is formed to be extremely thin so as not to be a continuous film, has an island-like structure composed of isolated islands 114, and electrically functions as an insulator. Each isolated island 114 corresponds to the conductor 112 in FIG.

【0026】次に、導体分散絶縁膜ブラックマトリック
スの製造方法の一例につき、図6の導体超薄膜/絶縁体
薄膜の多層構造を例に取り説明する。
Next, an example of the method for producing the black matrix of the dispersed conductive insulating film will be described by taking the multilayer structure of the conductor ultrathin film / insulator thin film of FIG. 6 as an example.

【0027】例えば、二ガンRFマグネトロンスパッタ
装置を用い、基板を絶縁膜のターゲットと導体のターゲ
ットの近傍に交互に近づけて、絶縁体と導体を交互に被
着することにより上記多層膜を形成することができる。
このとき、導体のターゲット近傍に基板が位置する時間
を適切に制御することによって、導体超薄膜の一層の厚
さを数十Aに制御でき、導体超薄膜を島構造として得る
ことができる(すなわち、導体超薄膜の形成に際し、膜
が連続化する前に被着を停止する)。ついで、フォトリ
ソグラフィー技術によりレジスト膜を形成し、多層膜を
絶縁膜のエッチャントにエッチングすることにより多層
膜をストライプ形状に加工できる。このとき、絶縁体、
導体、エッチャントの組合せによっては、分散導体が残
渣として基板に付着することがあるが、例えば、絶縁膜
としてSiO2 またはSi3 4、導体としてMo、A
l、Mo−Ta合金またはCu、エッチャントとしてフ
ッ酸と硝酸混合系のエッチャントを用いる場合、または
絶縁体としてSiO2 またはSi3 4 、導体としてA
l、エッチャントとしてフッ化アンモニウム系のエッチ
ャントを用いると、エッチャントが導体も絶縁体も溶か
すため、残渣を生じることなく多層膜ブラックマトリッ
クス線を製造できる。
For example, by using a two-gun RF magnetron sputtering device, the substrate is alternately brought close to the vicinity of the target of the insulating film and the target of the conductor, and the insulator and the conductor are alternately deposited to form the multilayer film. be able to.
At this time, the thickness of one layer of the conductor ultrathin film can be controlled to several tens of A by appropriately controlling the time for which the substrate is located near the target of the conductor, and the conductor ultrathin film can be obtained as an island structure (that is, , When forming a conductor ultra-thin film, stop the deposition before the film becomes continuous). Then, a resist film is formed by photolithography, and the multilayer film is etched into an etchant for the insulating film, whereby the multilayer film can be processed into a stripe shape. At this time, the insulator,
Depending on the combination of the conductor and the etchant, the dispersed conductor may adhere to the substrate as a residue. For example, SiO 2 or Si 3 N 4 as the insulating film and Mo or A as the conductor.
1, Mo-Ta alloy or Cu, when using a mixed etchant of hydrofluoric acid and nitric acid as an etchant, or SiO 2 or Si 3 N 4 as an insulator, and A as a conductor
l, When an ammonium fluoride-based etchant is used as the etchant, the etchant dissolves both the conductor and the insulator, so that the multilayer black matrix line can be manufactured without producing a residue.

【0028】また、ブラックマトリックス線は、上記湿
式リソグラフ法ばかりでなく、イオンビームミリング法
を用いても形成できる。その場合、絶縁体として、Si
2またはSi3 4 を用い、導体として絶縁体と同程
度のミリングレートを有するTi、Ta、Cr、W、N
b、Fe、Mo、Zr、Al等を用いることができる。
The black matrix line can be formed not only by the wet lithographic method but also by the ion beam milling method. In that case, as an insulator, Si
Ti, Ta, Cr, W, N having O 2 or Si 3 N 4 and having a milling rate similar to that of an insulator as a conductor
b, Fe, Mo, Zr, Al or the like can be used.

【0029】さらにまた、本発明のブラックマトリック
スは、多孔質セラミック薄膜をスパッタ等により形成
し、その孔中に導体を埋め込むことによっても形成でき
る。
Furthermore, the black matrix of the present invention can also be formed by forming a porous ceramic thin film by sputtering or the like and embedding a conductor in the hole.

【0030】上に述べたように、本発明の導体分散絶縁
膜ブラックマトリックスは、それ自体は、電気絶縁体で
あるため、配線間のショート等の問題を生じないという
大きな利点が得られる。加えて、導体分散絶縁膜をその
まま導体層間の絶縁膜として利用することができるの
で、通常の絶縁膜形成工程により本発明のブラックマト
リックスを形成でき、製造工程数を増加させることがな
い。
As described above, since the conductor-dispersed insulating film black matrix of the present invention is itself an electric insulator, it has a great advantage that it does not cause a problem such as a short circuit between wirings. In addition, since the conductor-dispersed insulating film can be used as it is as an insulating film between the conductor layers, the black matrix of the present invention can be formed by an ordinary insulating film forming step, and the number of manufacturing steps is not increased.

【0031】さらにまた、本発明のブラックマトリック
スは、絶縁体であるため、その中に分散した導体は、フ
ローティング状態となり、書き込み電流の遅延は、ほと
んど生じない。また、フローティング方式の金属ブラッ
クマトリックスに対しても以下の利点を有する。
Furthermore, since the black matrix of the present invention is an insulator, the conductors dispersed therein are in a floating state, and the write current is hardly delayed. Further, it has the following advantages with respect to the floating type metal black matrix.

【0032】図5に示す本発明の導体分散絶縁膜は、図
7のモデル、すなわち厚さtを有し、相互に距離dをも
って離間してその絶縁体連続相111中に分散した導体
112からなるモデルと電気的に等価であると考えられ
る。従ってその等価回路は、図8に示すように、幅d、
厚さtのn個のキャパシタンスC1 ないしCn を直列に
接続したもので表わすことができる。この場合の実効的
な単位長さ当りの容量CBMは、 1/CBM=Σi n 1/Ci で表わされる。ここで、nは、図8に示すキャパシタン
スの総数、Ci は、図8に示す一個のキャパシタンスの
単位長さ当りの容量である。
The conductor-dispersed insulating film of the present invention shown in FIG. 5 has the model shown in FIG. 7, that is, the conductors 112 having the thickness t and separated from each other by the distance d and dispersed in the insulator continuous phase 111. It is considered to be electrically equivalent to the model. Therefore, the equivalent circuit has a width d, as shown in FIG.
It can be represented by a series connection of n capacitances C 1 to C n of thickness t. The effective capacity C BM per unit length in this case is represented by 1 / C BM = Σ i n 1 / C i . Here, n is the total number of capacitances shown in FIG. 8, and C i is the capacitance per unit length of one capacitance shown in FIG.

【0033】一例として、今、分散導体111の粒径2
rを50A、分散導体間の平均距離dを50A、分散導
体の累計厚さ(実効的厚さ)tを500A、ブラックマ
トリックス線の幅を10μmとすれば、 n=10×104 /100=103 i =εt/d=ε×500×10-10 /50×10-10 =10ε(F/m) となり、よって 1/CBM=Σi n 1/Ci =103 /10ε CBM=ε/100(F/m)となる。
As an example, the particle size of the dispersed conductor 111 is now 2
r The 50A, average distance d of 50A between distributed conductors, total thickness of the dispersion conductors (effective thickness) t 500A, if the width of the black matrix line and 10μm, n = 10 × 10 4 /100 = 10 3 C i = εt / d = ε × 500 × 10 −10 / 50 × 10 −10 = 10ε (F / m), and thus 1 / C BM = Σ i n 1 / C i = 10 3 / 10ε C BM = ε / 100 (F / m).

【0034】次に、信号線と画素との容量カップリング
を従来のフローティング方式の金属ブラックマトリック
スの場合と本発明の導体分散絶縁膜ブラックマトリック
スの場合について考察する。
Next, the capacitive coupling between the signal line and the pixel will be considered in the case of the conventional floating type metal black matrix and the case of the conductor dispersed insulating film black matrix of the present invention.

【0035】まず、従来のフローティング方式の金属ブ
ラックマトリックス線の場合、図11に示すように、信
号線、画素と金属ブラックマトリックスのオーバーラッ
プLOVを4μm、信号線、画素と金属ブラックマトリッ
クス線の間隔dOVを0.5μmとし、この間の単位長さ
当りの容量Cs-b 、Cb-g を簡単に面積LOV×Lm、間
隔dOVの平行平板導体と考えると、 Cs-b =Cb-g =εLOV/dOV =ε4×10-6×1/0.5×10-6=8ε(F/m) となる。
First, in the case of the conventional floating type metal black matrix line, as shown in FIG. 11, the overlap L OV of the signal line, the pixel and the metal black matrix is 4 μm, and the signal line, the pixel and the metal black matrix line are If the spacing d OV is set to 0.5 μm and the capacitances C sb and C bg per unit length between them are simply considered as parallel plate conductors having an area L OV × Lm and a spacing d OV , then C sb = C bg = εL OV / D OV = ε4 × 10 −6 × 1 / 0.5 × 10 −6 = 8ε (F / m).

【0036】図13に示すような幅100μm程度の画
素の場合、同図に示すCb-g0の大きさは、ε(F/m)
程度であるから、結局、従来の金属ブラックマトリック
スにおける単位長さ当りの信号線−画素間容量C
b-g は、同図に示す等価回路からの計算により、 Cb-g =Cs-b ×Cb-g /(Cs-b +Cb-g )+Cb-g0 =5ε(F/m)となる。
In the case of a pixel having a width of about 100 μm as shown in FIG. 13, the size of C b-g0 shown in the same figure is ε (F / m).
Therefore, after all, the capacitance C between the signal line and the pixel per unit length in the conventional metal black matrix
bg is by calculation from the equivalent circuit shown in the figure, a C bg = C sb × C bg / (C sb + C bg) + C b-g0 = 5ε (F / m).

【0037】これに対して、比較のために、図13と同
様の図9に示すような構造をとり、ブラックマトリック
ス40’として本発明の導体分散絶縁膜を用いた場合の
単位長さ当りの信号線−画素間容量Cb-g は、同図に示
すような等価回路で表わされるが、Cs-b 、CBM、C
b-g の直列容量は、下式で与えられ、 Cb-g =1/[1/Cs-b +1/CBM+1/Cb-g ]+Cs-g0 =1/[1/8ε+1/(ε/100)+1/8ε]+ε =ε/100+ε ε(F/m) となる。
On the other hand, for comparison, the structure as shown in FIG. 9 similar to that of FIG. 13 is used, and the unit length per unit length when the conductor dispersed insulating film of the present invention is used as the black matrix 40 '. The signal line-pixel capacitance C bg is represented by an equivalent circuit as shown in the figure, but C sb , C BM , C
The series capacitance of bg is given by the following formula: C bg = 1 / [1 / C sb + 1 / C BM + 1 / C bg ] + C s-g 0 = 1 / [1 / 8ε + 1 / (ε / 100) + 1 / 8ε] + ε = ε / 100 + εε (F / m).

【0038】実際の画素のサイズは、横100μm×縦
300μm程度であり、一画素当りの信号線−画素間容
量は、それぞれの場合、 (従来) Cb-g =300×10-6b-g =1.5×10-3ε (本発明)Cb-g =300×10-6b-g =0.3×10-3ε となる。
The actual pixel size is about 100 μm in width × 300 μm in length, and the signal line-pixel capacitance per pixel is (conventional) C bg = 300 × 10 −6 C bg = 1 in each case. 0.5 × 10 −3 ε (invention) C bg = 300 × 10 −6 C bg = 0.3 × 10 −3 ε.

【0039】ところで、信号線電位の変動に伴う画素電
位の変動は、クロストークと呼ばれ、その量ΔV
s-g は、次式で表わされる。
By the way, the fluctuation of the pixel potential due to the fluctuation of the signal line potential is called crosstalk, and its amount ΔV.
sg is expressed by the following equation.

【0040】 ΔVs-g =(Cb-g *Δsig +Cb-g *Δsig )/ (CLC+CCB+2*Cb-g ) ここで、CLC、CCBは、一画素当りの画素−対向電極間
容量、補助容量であり、それぞれ、0.02εF程度で
ある。またΔsig は信号電位のレンジであり、10V程
度の値を持つ。
ΔV sg = (C bg * Δ sig + C bg * Δ sig ) / (C LC + C CB + 2 * C bg ) where C LC and C CB are the pixel-counter electrode capacitance per pixel, Auxiliary capacitors, each of which is about 0.02εF. Further, Δ sig is a signal potential range and has a value of about 10V.

【0041】従って、フローティング方式の従来の金属
ブラックマトリックス線を用いた場合のクロストーク量
ΔVs-g は、 ΔVs-g =(2×1.5×10-3ε×10)/ (0.02ε×2+2×1.5×10-3ε) =0.7V となる。
Therefore, the crosstalk amount ΔV sg in the case of using the conventional metallic black matrix line of the floating system is ΔV sg = (2 × 1.5 × 10 −3 ε × 10) / (0.02ε × 2 + 2) × 1.5 × 10 −3 ε) = 0.7V.

【0042】これに対し、本発明の導体分散絶縁膜ブラ
ックマトリックスを用いた場合には 、ΔVs-g =(2×0.3×10-3ε×10)/ (0.02ε×2+2×0.3×10-3ε) =0.15V となり、フローテイング方式の金属ブラックマトリック
ス線の場合に比べて、クロストーク量を1/4ないし1
/5にすることができる。このクロストーク量は、ブラ
ックマトリックスを形成しない場合とほとんど遜色ない
ものである。これにより、フレーム反転駆動させる場合
のフリッカや画面上部と下部の表示輝度の不均一性を低
減することが可能となる。また、TFTの光リーク電流
対策のための遮光膜としても機能でき、プロセス面でも
大きな利点をもたらす。
On the other hand, when the black matrix of the conductor-dispersed insulating film of the present invention is used, ΔV sg = (2 × 0.3 × 10 −3 ε × 10) / (0.02ε × 2 + 2 × 0. 3 × 10 −3 ε) = 0.15V, and the crosstalk amount is ¼ to 1 as compared with the case of the floating type metal black matrix line.
It can be / 5. This amount of crosstalk is almost comparable to that when the black matrix is not formed. As a result, it is possible to reduce flicker when performing frame inversion drive and non-uniformity of display brightness at the top and bottom of the screen. Further, it can also function as a light-shielding film as a countermeasure against the light leak current of the TFT, which brings a great advantage in terms of process.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の導体分散
絶縁膜ブラックマトリックスは、導体の持つプラズマ振
動が高いため、入射可視光を反射または散乱する。ま
た、分散効果により電気的には絶縁体として機能するた
め、ゲート線、信号線の遅延をほとんど生じさせない。
さらには、ゲート線、信号線と画素との容量カップリン
グを大幅に減少させ、フリッカが少なく、画面上部と下
部のコントラストの差のない画像を提供できる。また、
製造プロセスにおいては、配線間ショート等の問題を引
き起こさず、またブラックマトリックスの形成に工程数
を付加する必要がない。さらには、画素電極の形成に際
し、ブラックマトリックスをフォトリソグラフィーのマ
スクとして裏面露光によりセルフアラインし、透明電極
を形成すれば、開口率を最大限まで向上できる。また、
本発明のブラックマトリックスは、容量カップリングを
ほとんど起こさないため、TFT部全面を光から遮断す
るほど大きく形成でき、TFTの光リーク電流を完全に
なくすことができる。
As described above, the conductor dispersed insulating film black matrix of the present invention reflects or scatters incident visible light because the conductor has a high plasma vibration. Further, since it electrically functions as an insulator due to the dispersion effect, the gate line and the signal line are hardly delayed.
Furthermore, it is possible to significantly reduce the capacitive coupling between the gate line, the signal line and the pixel, reduce flicker, and provide an image with no difference in contrast between the upper and lower portions of the screen. Also,
In the manufacturing process, problems such as short circuit between wirings do not occur, and it is not necessary to add the number of steps for forming the black matrix. Further, when forming the pixel electrode, if the black matrix is used as a mask for photolithography and self-aligned by backside exposure to form the transparent electrode, the aperture ratio can be maximized. Also,
Since the black matrix of the present invention hardly causes capacitive coupling, it can be formed large enough to shield the entire surface of the TFT portion from light, and the light leakage current of the TFT can be completely eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のブラックマトリックスTFTの一実施
例を示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a black matrix TFT of the present invention.

【図2】図1の線I−Iに沿った断面図。2 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG.

【図3】図1の線II−IIに沿った断面図。3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

【図4】図1の線III−IIIに沿った断面図。4 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.

【図5】本発明のブラックマトリックスの一例を示す概
略斜視図。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing an example of a black matrix of the present invention.

【図6】本発明のブラックマトリックスの他の例を示す
概略斜視図。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing another example of the black matrix of the present invention.

【図7】本発明のブラックマトリックスのモデル斜視
図。
FIG. 7 is a model perspective view of a black matrix of the present invention.

【図8】図7のブラックマトリックスの電気的等価回路
図。
8 is an electrical equivalent circuit diagram of the black matrix of FIG.

【図9】本発明のブラックマトリックスを用いた場合の
信号線−画素間の等価回路図。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram between a signal line and a pixel when the black matrix of the present invention is used.

【図10】従来のブラックマトリックスTFTの概略平
面図。
FIG. 10 is a schematic plan view of a conventional black matrix TFT.

【図11】図10の線XI−XIに沿った断面図。11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI of FIG.

【図12】図10の線XII−XIIに沿った断面図。12 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII in FIG.

【図13】従来のフローティング方式の金属ブラックマ
トリックスを用いた場合の信号線−画素間の等価回路
図。
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram between a signal line and a pixel when a conventional floating type metal black matrix is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…透明基板、11…導体分散ブラックマトリック
ス、12…ゲート線、13…画素電極、15…半導体
層、17…ソース電極、18…ドレイン電極。
10 ... Transparent substrate, 11 ... Conductor dispersed black matrix, 12 ... Gate line, 13 ... Pixel electrode, 15 ... Semiconductor layer, 17 ... Source electrode, 18 ... Drain electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、半導体薄膜、ゲート、ソース
およびドレインからなる薄膜トランジスターを形成して
なり、かつブラックマトリックスを有する液晶駆動用薄
膜トランジスター装置であって、前記ブラックマトリッ
クスとして、6.9×1021cm-3以上の伝導電子密度
を有する導体を分散させた無機絶縁体を用いたことを特
徴とする液晶用薄膜トランジスター装置。
1. A liquid crystal driving thin film transistor device comprising a thin film transistor having a semiconductor thin film, a gate, a source and a drain formed on a substrate and having a black matrix, wherein the black matrix is 6.9. A thin film transistor device for liquid crystal, comprising an inorganic insulator in which a conductor having a conduction electron density of × 10 21 cm -3 or more is dispersed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19623069A1 (en) * 1995-08-29 1997-03-06 Lg Electronics Inc Liquid crystal display device and method of manufacturing the same
KR100500739B1 (en) * 1996-07-15 2005-10-21 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 LCD display device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19623069A1 (en) * 1995-08-29 1997-03-06 Lg Electronics Inc Liquid crystal display device and method of manufacturing the same
DE19623069B4 (en) * 1995-08-29 2004-04-08 Lg Philips Lcd Co., Ltd. Liquid crystal display device and method of manufacturing the same
DE19623069B9 (en) * 1995-08-29 2004-09-09 Lg. Philips Lcd Co., Ltd. Liquid crystal display device and method of manufacturing the same
KR100500739B1 (en) * 1996-07-15 2005-10-21 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 LCD display device

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