JPH06326312A - アクティブマトリクス型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明はスイッチ素子を介して配置される複
数の画素電極を備えたアクティブマトリクス型表示装置
であって、特にスイッチ素子の半導体層がチャネル領域
を形成しソース・ドレイン電極と電気的に接続された第
１導電型半導体層と、第１導電型半導体層と異なる導電
型の第２導電型半導体層を備えている。 【効果】 本発明によれば、第１導電型半導体層と異な
る導電型の第２導電型半導体層が、半導体層に形成され
るバックチャネルによるソース・ドレイン電極間のリー
ク電流を防止するため、画面の白ずみや、表示むらを解
消することができ、良好な表示画象が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各表示画素毎にスイッ
チ素子が設けられて成るアクティブマトリクス型表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置に代表されるフラットパネ
ルディスプレイは、テレビジョン・ディスプレイやグラ
フィック・ディスプレイなどに種々用いられるようにな
ってきた。

【０００３】中でも、各表示画素毎にスイッチ素子が設
けられて構成されたアクティブマトリクス型表示装置
は、クロストークのない高コントラストの表示を行うこ
とができるため、大容量かつ高精細な表示装置として注
目を集めている。

【０００４】アクティブマトリクス型表示装置における
各表示画素を制御するスイッチ素子としては、大面積に
わたり容易に形成可能であるＭＩＳ型、特に薄膜トラン
ジスタ（以下、ＴＦＴという）が多く用いられている。

【０００５】図６はアクティブマトリクス型表示装置の
概略構成図であり、図７はアクティブマトリクス型表示
装置の概略断面図を示している。このアクティブマトリ
クス型表示装置(300) は、図７に示すようにアレイ基板
(301) と対向基板(401) との間に６ミクロン程度の間隙
を保って液晶層(501) が保持されて構成されている。

【０００６】アレイ基板(301) は、透明な絶縁基板(31
1) 上にモリブデン（Ｍｏ）から成る複数本の映像信号
線(313) と走査信号線(315) とがマトリクス状に配置さ
れ、各交点部分にＴＦＴ(321) を介して画素電極(331)
が配置されている。

【０００７】そして、このＴＦＴ(321) のゲート電極(3
21a)は走査信号線(315) と一体に構成され、この上にゲ
ート絶縁膜(323) を介して非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：
Ｈ）から成り、チャネル領域を形成する半導体層(325)
、半導体層(325) 上に設置される半導体保護膜(327)
、更に映像信号線(313) と一体に構成され半導体層(32
5) に電気的に接続されるソース電極(321b)、画素電極
(331) と半導体層(325) とを電気的に接続するドレイン
電極(321c)を備えて構成され、更にこのＴＦＴ(321) 上
にパッシベーション膜(351) が設置されている。また、
画素電極(331) とゲート絶縁膜(323) を介して補助容量
電極(341) が配置され、これにより補助容量が形成され
ている。

【０００８】そして、このような基板上に配向膜(361)
が配置されてアレイ基板(311) は構成されている。対向
基板(401) は、透明な絶縁基板(411) の全面に対向電極
(413) 、更に配向膜(415) か設置されて構成されてい
る。

【０００９】このようにして構成されるアクティブマト
リクス型表示装置(300) は、走査信号線(315) がアドレ
ス信号（ＶY ）により順次走査され、ＴＦＴ(321) が各
走査信号線(315) 毎に順次導通状態になる。一方、この
走査信号線(315) の走査と同期して、一走査信号線(31
5) に接続されるＴＦＴ(321) のソース電極(321c)には
各々映像信号線(313) から画像信号（Ｖsig ）が供給さ
れる。

【００１０】これにより、画像信号（Ｖsig ）が対応す
る画素電極(331) に導かれ、画素電極(331) と対向電極
(413) との間に狭持された液晶層(501) が励起され、画
像表示がなされる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＴ
ＦＴ(321) を備えたアクティブマトリクス型表示装置(3
0 0)では、対向電極(413) からの電界、あるいは液晶層
(501) 中のイオンの影響等による電荷がＴＦＴ(321) の
対向電極側(329) に蓄積される。

【００１２】このように、何らかの原因により実効的に
ＴＦＴ(321) の対向電極側(329) に電荷が蓄積される
と、ゲート絶縁膜(323) と半導体層(325) との界面を中
心に形成される本来の導電チャネル領域(325a)の他に、
半導体層(325) の導電チャネル領域(325a)に相反する側
にチャネル（以下、バックチャネルと称する。）(325b)
が形成され、実質的に寄生トランジスタが形成されたこ
ととなる。このようにしてＴＦＴ(321) にバックチャネ
ル(325b)が形成されると、ＴＦＴ(321) の電荷保持能力
が低下し、画面が白ずんだり、画面のむらなどが現れ易
くなる。

【００１３】本発明はこのような技術課題に対処して成
されたもので、ＴＦＴに形成されるバックチャネルを低
減させることにより、良好な表示画象が得られるアクテ
ィブマトリクス型表示装置を提供することを目的とした
ものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リクス型表示装置は、スイッチ素子を介して配置される
複数の画素電極を備えたアクティブマトリクス型表示装
置であって、スイッチ素子がゲート電極上に絶縁膜を介
して配置されたチャネル領域を形成する第１導電型半導
体層と、第１導電型半導体層上に配置された第１導電型
半導体層とは異なる導電型の第２導電型半導体層と、第
１導電型半導体層と電気的に接続されるソース電極およ
びドレイン電極とを備えたことを特徴としている。

【００１５】請求項２に記載される発明は、請求項１記
載の第１導電型半導体層は非単結晶シリコンから成るこ
とを特徴としている。請求項３に記載される発明は、請
求項２記載の第２導電型半導体層は、前記第１導電型半
導体層にイオン注入されて成ることを特徴としている。

【００１６】

【作用】本発明のアクティブマトリクス型表示装置によ
れば、ソース電極とドレイン電極との間で導電チャネル
領域を形成する第１導電型半導体層上に、第１導電型半
導体層とは異なる導電型の第２導電型半導体層が配置さ
れてスイッチ素子が構成されるため、対向電極電位等の
影響により形成されるバックチャネルによるリーク電流
を抑えることができる。

【００１７】チャネル領域を形成する第１導電型半導体
層をｎ型とすれば、スイッチ素子はエレクトロン伝導型
となるが、第２導電型半導体層を第１導電型半導体層と
異なる導電型の例えばｐ型とすることにより、寄生トラ
ンジスタはホール伝導型となる。すると、第１導電型半
導体層と電気的に接続されるソース電極、ドレイン電極
と第２導電型半導体層とは良好なコンタクトが得られな
いため、寄生トランジスタによるソース・ドレイン電極
間リーク電流を防止することができる。

【００１８】また、本発明者等の実験によれば、バック
チャネルに起因した表示画象の劣化は、導電チャネル領
域の薄膜化に伴う半導体保護膜の設置により一層顕著と
なることが判明しているが、半導体保護膜と第１導電型
半導体層との界面に第２導電型半導体層を設置すること
により、上述した作用によりバックチャネルによるリー
ク電流を十分に防止することができる。このため、本発
明によれば、半導体層の膜厚を容易に薄くすることがで
き、これによりアクティブマトリクス型表示装置の生産
性をも向上させることが可能となる。このように本発明
は、特に半導体保護膜が設置されたスイッチ素子に特に
有効に作用する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例のアクティブマトリ
クス型液晶表示装置について図１及び図２を参照して説
明する。図１はアクティブマトリクス型液晶表示装置の
断面図であり、図２は図１における一画素電極近傍の概
略正面図である。

【００２０】このアクティブマトリクス型表示装置(1)
は、アレイ基板(2) と対向基板(101) との間に６ミクロ
ンの間隙を保って液晶層(201) が保持されている。アレ
イ基板(2) は、透明な絶縁基板(11)上にモリブデン（Ｍ
ｏ）から成る複数本の映像信号線(13)と走査信号線(15)
とがマトリクス状に配置され、各交点部分にＴＦＴ(21)
を介して画素電極(31)が配置されている。

【００２１】このＴＦＴ(21)は、ゲート電極(21a) が走
査信号線(15)と一体に構成され、この上にゲート絶縁膜
(23)を介してｎ^- 型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）
から成る第１導電型半導体層(25a) が設置されている。
そして、このＴＦＴ(21)は、映像信号線(13)と一体に構
成されたソース電極(21b) 、画素電極(31)と接続された
ドレイン電極(21c) が、それぞれｎ⁺ 型の非晶質シリコ
ン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）から成るオーミックコンタクト層(2
4b),(24c) を介して第１導電型半導体層(25a)上に設置
されている。

【００２２】そして、本実施例において特徴的なこと
は、ソース電極(21b) とドレイン電極(21c) との間の第
１導電型半導体層(25a) 上に、第１導電型半導体層(25
a) とは逆導電型であるｐ型の第２導電型半導体層(25b)
が設置されていることである。

【００２３】また、画素電極(31)下にはゲート絶縁膜(2
3)を介して補助容量電極(41)が配置され、これにより補
助容量（Ｃｓ）が形成されている。そして、このような
基板上に有機膜に配向処理が施されて成る配向膜(61)が
配置されてアレイ基板(2) は構成されている。

【００２４】対向基板(101) は、透明な絶縁基板(111)
の全面に対向電極(113) 、更に有機膜に配向処理が施さ
れて成る配向膜(115) か設置されて構成されている。次
に、このアクティブマトリクス型表示装置(1) の製造方
法について図３を参照して簡単に説明する。

【００２５】まず、図３中（ａ）に示すように透明ガラ
スからなる絶縁基板(11)上にモリブデン（Ｍｏ）をスパ
ッタリングに１５０ｎｍ厚に堆積した後、走査信号線
（図示せず）および走査信号線と一体構成のゲート電極
(21a) 、また補助容量電極(41)を同時にパターン形成す
る。これら各電極(21a),(41)は透明電極でも、不透明電
極であっての機能上同一であるが、補助容量電極(41)を
透明電極で構成することにより開口率を向上させること
ができる。

【００２６】次に、図３中（ｂ）に示すように、絶縁基
板(11)上の走査信号線、ゲート電極(21a) 及び補助容量
電極(41)を覆うように、例えば二酸化シリコンからなる
絶縁膜をプラズマＣＶＤ法等により厚さ３００ｎｍに堆
積しゲート絶縁膜(23)を設け、ゲート絶縁膜(23)上に
Ｉ．Ｔ．Ｏ．（Indium-Tin-Oxide）から成る画素電極(3
1)を設置する。

【００２７】そして、図３中（ｃ）に示すように、ゲー
ト電極(21a) 上に対応するゲート絶縁膜(23)上に、ｎ^-
型のａ−Ｓｉ：Ｈ膜から成る半導体層(25)を厚さ３００
ｎｍに堆積し、島状にパターニングする。この後、オー
ミックコンタクト層(24b),(24c) を構成するリン（Ｐ）
イオンが添加されたｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜をプラズマＣ
ＶＤ法により堆積し、更にアルミニウム膜をスパッタリ
ング法等の方法により成膜し、このアルミニウム膜及び
ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を順次パターニングすることによ
り、オーミックコンタクト層(24b),(24c) およびソース
電極(21b) 、ドレイン電極(21c) を形成する。

【００２８】次に、図３中（ｄ）に示すように、ソース
電極(21b) 、ドレイン電極(21c) をマスクとして、半導
体層(25)表面にボロン（Ｂ）イオンをイオンインプセン
テーションによって０．０１ミクロンの深さに制御して
イオン注入して、チャネル領域を形成するｎ^- 型の第１
導電型半導体層(25a) とｐ型の第２導電型半導体層(25
b) を構成した。この第２導電型半導体層(25b) の膜厚
は、対向電極(113) 電位等にもよるが、バックチャネル
による影響を十分に抑えられる程度、即ち第１導電型半
導体層(25a) の膜厚の１／１００ミクロン以上、１／２
ミクロン以下程度であれば良い。

【００２９】そして、同図に示すように、最後にパッシ
ベーション膜(51)をＴＦＴ(21)上に堆積・パターン形成
し、有機膜を配置しラビング処理を施して配向膜(61)を
形成してアレイ基板(2) を構成した。

【００３０】このようにして形成されたアレイ基板(2)
と対向基板(101) との間に液晶層(201) が保持され、周
辺部分がシール剤（図示せず）によって封止されて本実
施例のアクティブマトリクス型表示装置(1) は構成され
る。

【００３１】このような本実施例のアクティブマトリク
ス型表示装置(1) によれば、ＴＦＴ(21)の半導体層(25)
が対向電極(113) 側からの電界等により影響を受けて
も、半導体層(25)表面の形成された第２導電型半導体層
(25b) は第１導電型半導体層(25a) とは反対導電型、即
ちｐ型であるため、第２導電型半導体層(25b) とオーミ
ックコンタクト層(24b),(24c) との間にはｐｎ接合が形
成される。

【００３２】これにより、第２導電型半導体層(25b) が
バックチャネルとなっても、ソース電極(21b) とドレイ
ン電極(21c) との間でリーク電流が生じることがない。
この実施例では、ソース電極(21b) およびドレイン電極
(21c) をマスクとして半導体層(25)にイオン注入を行
い、自己整合的に第１導電型半導体層(25a) 、第２導電
型半導体層(25b) を構成したが、この他にも図４に示す
ように第１導電型半導体層(25a) と第２導電型半導体層
(25b) を順次堆積して半導体層(25)を構成しても良い。
しかし、生産性、製品毎の生産精度を考慮すれば、イオ
ン注入により自己整合的に第２導電型半導体層(25b) を
形成することが好ましい。

【００３３】また、本発明における第２導電型半導体層
(25b) の設置位置としては、ソース電極(21b) およびド
レイン電極(21c) との間に第２導電型半導体層(25b) を
設けることがソース電極(21b) およびドレイン電極(21
c) と半導体層(25)との電気的な接続面積が増大するた
め好ましいが、図５に示すように第２導電型半導体層(2
5b) がソース電極(21b) およびドレイン電極(21c) と一
部重複するものであっても良い。

【００３４】また、この実施例では、半導体層(25)を３
００ｎｍの薄膜で構成したが、ソース電極(21b) および
ドレイン電極(21c) のパターニング時に半導体層(25)表
面がエッチングされ、製品毎に特性が異なることを防止
するために、半導体層(25)表面に半導体保護膜を設けて
おくと良い。

【００３５】ところで、上述した実施例は特に良好な効
果が得られる液晶表示装置を例にとり説明したが、エレ
クトロクロミック、蛍光表示、プラズマディスプレイあ
るいはエレクトロルミネセンス、更に油膜や金属薄膜を
用いた反射型などのライトバルプ型の表示装置でも良
い。さらに、電界あるいは電圧に応答する電気光学特性
を持つ表示体あるいは電流に応答する電気光学特性を持
つ表示体に適用することができる。

【００３６】さらに、半導体層(21)についてはａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜を用いたものを例にとり説明したが、同じ非晶
質でもＣｄＳｅ等の半導体層を用いたものでも良い。ま
た、シリコンでも非晶質のみならず、微結晶シリコンや
多結晶シリコンでも良い。さらには、シリコンオンサフ
ァイア（ＳＯＳ）などの単結晶を用い且つ表示素子に適
したものであればよい。さらに、シリコン以外の半導体
層で、微結晶、多結晶あるいは単結晶状態でＭＩＳ型ト
ランジスタを構成するものでも良い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクティ
ブマトリクス型表示装置によれば、半導体層をチャネル
領域を形成する第１導電型半導体層と、第１導電型半導
体層と異なる導電型の第２導電型半導体層とで構成する
ことにより、半導体層にバックチャネルが形成されても
ソース電極とドレイン電極との間でリーク電流が生じる
ことがなく、画面の白ずみや、表示むらを解消すること
ができ、これにより良好な表示画象を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例のアクティブマトリク
ス型表示装置の概略断面図である。

【図２】図２は図１における一画素電極近傍の概略正面
図である。

【図３】図３は本発明の一実施例のアクティブマトリク
ス型表示装置の製造プロセスを示す図である。

【図４】図４は本発明の他の実施例のアクティブマトリ
クス型表示装置の要部断面図である。

【図５】図５は本発明の他の実施例のアクティブマトリ
クス型表示装置の要部断面図である。

【図６】図６は従来のアクティブマトリクス型表示装置
の概略構成図である。

【図７】図７は図６におけるアクティブマトリクス型表
示装置の概略断面図である。

【符号の説明】

(1),(300) …アクティブマトリクス型液晶表示装置 (2),(301) …アレイ基板 (21),(321)…ＴＦＴ (25a) …第１導電型半導体層 (25b) …第２導電型半導体層 (31),(331)…画素電極 (101),(401) …対向基板 (201),(501) …液晶層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチ素子を介して配置される複数の
   画素電極と、この画素電極に対向する対向電極を備えた
   アクティブマトリクス型表示装置において、 前記スイッチ素子はゲート電極上に絶縁膜を介して配置
   されたチャネル領域を形成する第１導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層上に配置された前記第１導電型
   半導体層とは異なる導電型の第２導電型半導体層と、前
   記第１導電型半導体層と電気的に接続されるソース電極
   およびドレイン電極とを備えたことを特徴としたアクテ
   ィブマトリクス型表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の第１導電型半導体層は非
   単結晶シリコンから成ることを特徴としたアクティブマ
   トリクス型表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の第２導電型半導体層は、
   前記第１導電型半導体層にイオン注入されて成ることを
   特徴としたアクティブマトリクス型表示装置。