JPH0850310A

JPH0850310A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0850310A
Application number: JP7228761A
Authority: JP
Inventors: Ikunori Kobayashi; 郁典小林; Sadakichi Hotta; 定吉堀田; Kiyohiro Kawasaki; 清弘川崎; Shigenobu Shirai; 繁信白井; Hiroki Saito; 弘樹斉藤; Seiichi Nagata; 清一永田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 1996-02-20
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JP2636815B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パネル内で発生した迷光に起因するトランジ
スタ特性の劣化を防止し、良好な表示品位を有する透過
型液晶表示装置を提供する。【構成】ＴＦＴを構成するソース・ドレイン電極２
６、２７を、モリブデン・アルミニウム・モリブデンの
３層構造とし、非晶質シリコン半導体層２５と接する側
には耐熱性金属層のモリブデンにより、ＴＦＴに熱処理
を加えてもＴＦＴ特性劣化がなく、アルミニウムを介し
て設けたアルミニウムよりも反射率が低い低反射率層の
モリブデンにより、光源からパネル内に入射した光が対
向基板３０とソース・ドレイン電極またはソースバスラ
インとの間で反射し半導体層２４に入射する迷光を抑制
し、高照射強度を有する光源を用いても、ＴＦＴのＯＦ
Ｆ電流値の上昇を防止でき、明るくコントラストが高い
表示が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ（以
下ＴＦＴと呼ぶ）を形成したアクティブマトリクス基板
を用いて液晶を駆動する液晶表示装置に関するもので、
特に、良好なコントラストを有する透過型液晶表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来のＴＦＴを用いた液晶表示装
置の断面図を示す。ガラス基板１上にゲート電極および
そのバス配線であるクロム等の第１の金属２が被着形成
され、ＳｉＮ等からなる絶縁層３を介して非晶質シリコ
ン半導体層４が形成され、前記半導体層上にソース・ド
レイン電極およびそのバス配線であるアルミニウム／モ
リブデン等の２層構造を有する第２の金属層６、７が被
着形成される。

【０００３】アルミニウムは配線抵抗を下げたり、段差
部のカバレージをよくするために有効であり、モリブデ
ンはアルミニウムの非晶質シリコンへの拡散を防止す
る。

【０００４】そして、液晶に電圧を印加する透明表示電
極８が、当該ドレイン電極と接続して形成されている。
なお、非晶質シリコン半導体層とソース・ドレイン電極
間とに良好なオーミック接続を実現するために、不純物
を添加した非晶質シリコン半導体層５を形成する。

【０００５】液晶表示装置はこのガラス基板と、透明対
向電極９が形成された対向ガラス基板１０との間に液晶
を挟持したパネルと当該パネルに光を照射する光源とで
構成される。

【０００６】通常、表示電極間の透過光の遮光、あるい
はＴＦＴへの光の入射の抑制等を目的とし、Ｃｒからな
るブラックストライプが対向ガラス基板上に形成され
る。

【０００７】また、表示画像をカラー化する場合は、通
常、赤、緑、青のカラーフィルタを対向基板側に形成す
る。そして、光源としては、蛍光灯１１などをガラス基
板１の裏面側に設置する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようなソース・ドレイン電極にアルミニウム等の反射率
が高い（因にアルミニウムの反射率は９０％程度）金属
材料を適用した構成の液晶表示装置では、次のような問
題点が発生する。すなわち、ＴＦＴを形成したガラス基
板の裏面に設置した光源より発せられる光が液晶パネル
内に入射し、当該光の一部が、対向基板と高反射率を有
するソース・ドレイン電極との間で反射を繰り返し、例
えば図５に示したように、当該反射光が非晶質シリコン
半導体層に迷光として入射し、非晶質シリコン半導体層
に光電流を発生させる。

【０００９】その結果、ＴＦＴのトランジスタ特性のＯ
ＦＦ特性が劣化（ＯＦＦ電流の増加）し、表示信号を保
持できなくなり、液晶動作電圧が低下して表示コントラ
スト比を劣化させるという問題点があった。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みなされたもの
で、迷光を抑制することによりＴＦＴのトランジスタ特
性の劣化を防止し、良好な表示品位を有する液晶表示装
置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、ＴＦＴを構成するソース・ドレイン電極
を、すなわち中間層がアルミニウムまたは少なくともア
ルミニウムを含む合金の何れかからなり、シリコンを主
成分とする半導体層と接する側には耐熱性金属層を、そ
の反対側にはアルミニウムよりも反射率が低い低反射率
層を配置した３層構成とし、当該ＴＦＴを形成したガラ
ス基板と透明電極を備えた透明基板とを所定間隙を介し
て対向し、当該間隙に液晶を挟持させガラス基板の裏面
側に光源を備えた液晶表示装置である。

【００１２】

【作用】本発明によれば、パネル内に入射した光のソー
ス・ドレイン電極およびバス配線による反射光が、低反
射率層をソース・ドレイン電極の対向基板側に設けたた
め激減し、非晶質シリコン半導体層に入射する迷光が減
少し、ＴＦＴのトランジスタ特性の劣化が事実上完全に
防止され、良好な画像品位で表示できる。

【００１３】

【実施例】本発明の液晶表示装置の特長とする構成は、
対向する一対の透明基板の一方に、３層構成のソース・
ドレイン電極を用いた点にある。

【００１４】なお、透明基板を用いているため、本発明
の液晶表示装置は透過型であり、透過型であるため一般
的には何れかの透明基板の裏面に光源を備える。但し、
光源を配する場所は専らＴＦＴ基板の裏面側に設けられ
る。

【００１５】３層構成のソース・ドレイン電極の中間層
は、アルミニウムまたはアルミニウムを含む合金の何れ
かであり、当該中間層を介して一方の面には耐熱性金属
層、他方の面には低反射率層が積層されている。

【００１６】耐熱性金属層は、シリコンを主成分とする
半導体層と界面をなす側に設ける。この耐熱性金属層
は、例えばＴＦＴに設けるパシベーション膜形成、ある
いはＴＦＴ特性調整等で２００〜３００℃程度の加熱処
理を施す際に、当該加熱によりソース・ドレイン電極の
アルミニウム成分が半導体層へ拡散し、半導体層の主成
分のシリコンと柱状合金を形成等に基づくＴＦＴの特性
劣化を防止する。

【００１７】従って、この耐熱性金属層は、少なくとも
アルミニウムよりも高い耐熱性を有し、加熱処理温度で
は半導体層へ拡散しない、または、拡散するにしてもＴ
ＦＴ特性を劣化させる例えば柱状合金をシリコンと形成
しない材料が適用される。また、耐熱性金属層は、ソー
ス・ドレイン電極のアルミニウムと半導体層とを電気的
に接続する機能も要するため、少なくとも導電性である
ことが必要であり、一般的には金属材料が適用される。

【００１８】このような金属材料としては、例えばモリ
ブデン、クロム、チタン、タンタル、タングステン、あ
るいはこれら耐熱性金属を主成分とする例えばニッケル
・クロム等の合金、または例えばシリコン・金属化合物
等が適用でき、その膜厚は２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度で
あれば機能は充分に得られる。

【００１９】一方、低反射率層は、光源から照射した光
の一部が、対向基板とソースバス配線またはソース・ド
レイン電極との間で反射を繰り返し、半導体層に迷光と
して入射し、当該半導体層に光電流を生じさせ、ＴＦＴ
のＯＦＦ特性を劣化させることを防ぐ作用をする。

【００２０】従って、本発明に適用される低反射率層
は、ソースバス配線等の配線材料及びソース・ドレイン
電極に専ら適用される金属材料よりも低反射率を有すれ
ば良く、そのような低反射率層の材料としては、例えば
モリブデン、クロム、ニクロム、チタン、タンタル、タ
ングステン等の金属単体、例えばニッケル・クロム等の
金属合金、例えば通常シリケートと称されるシリコンー
金属化合物等、有色もしくは黒色顔料を含む有機樹脂
層、黒色に染色した有機物層、例えばアルミニウムの表
面を無反射化処理した層などが適用でき、その膜厚は低
反射率層の形成方法または材料にも依存するが、一般的
には２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であれば機能を発揮す
る。なお、上記有機樹脂または有機物としては例えばレ
ジストを適用できる。

【００２１】また、本発明の３層構成をなす耐熱性金属
層または低反射率層の材料としてモリブデンを用いる
と、燐酸と硝酸とを主成分としたエッチャントを用い中
間層のアルミニウムと共に同時にエッチングができるた
め、製造工程上で好ましい。従って、耐熱性金属層と低
反射率層とにモリブデンを、中間層にアルミニウムを用
いた３層構成が好ましく、あるいは耐熱性金属層にモリ
ブデンを、中間層にアルミニウムを、低反射率層に着色
レジストを適用しても同様に好ましい。

【００２２】なお、ＴＦＴを設けたガラス基板に形成す
るソースバス配線も、少なくとも本発明のソース・ドレ
イン電極の中間層と低反射率層とを設けた構成にする
と、迷光の影響はより少なくなるため好ましく、さらに
ソース・ドレイン電極と同一構成にすれば、ソース電極
との段差が緩和されるため望ましい。

【００２３】本発明に適用されるＴＦＴの半導体層とし
ては、非単結晶シリコン半導体が適用でき、中でも非晶
質シリコン半導体が好ましい。なお、耐熱性金属層と接
する界面には、シリコン半導体層とソース・ドレイン電
極との間に良好なオーミック特性を実現するため、シリ
コンに不純物を添加した半導体層も適用できること勿論
である。また、半導体層及び不純物含有半導体層の膜厚
は、通常のＴＦＴと何等変わるものではない。

【００２４】ＴＦＴのゲート電極及びゲートバス配線で
ある第１の金属材料としては、例えばクロム、モリブデ
ン、モリブデン合金、アルミニウム、チタン等の金属も
しくは合金等通常のＴＦＴに供される材料が単独または
積層して形成され、当該膜厚に付いても通常のＴＦＴで
形成される膜厚と何等変わらなくてよい。なお、少なく
ともゲートバス配線に、ソース・ドレイン電極の低反射
率層を表面に形成すると、迷光の影響が低減できるため
好ましいこと勿論である。

【００２５】当該ゲート電極を絶縁するゲート絶縁層の
材料も、例えば窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化
シリコン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の通常の
材料が適用でき、単層あるいは積層してもよく、その膜
厚は通常のＴＦＴのゲート絶縁膜の厚みと何等変わるも
のではない。

【００２６】本発明の液晶表示装置に適用される一対の
透明基板の内、ＴＦＴを設ける基板に関しては、少なく
ともＴＦＴ作製に加わる熱に耐える必要があるため、現
状の製造を考慮すると透明無機材料のガラスが適用され
るが、ＴＦＴ作製が低温化されれば、ガラスに限らず透
明な高分子フィルムも適用できる。ＴＦＴを設けた基板
に対向する対向基板は、透明電極の成膜温度の耐熱性が
あれば良く、透明無機材料を始め高分子フィルム等が適
用できる。

【００２７】また、本発明に適用される光源は、通常の
透過型液晶表示装置に用いられるものと同種の光源でよ
い。

【００２８】図１は本発明の一実施例である液晶表示装
置の断面図を示す。液晶表示装置を構成するＴＦＴは、
ガラス基板２１上にゲート電極およびそのバス配線の第
１の金属２２としてクロムを膜厚１００ｎｍで被着形成
し、窒化シリコン絶縁層（膜厚３５０ｎｍ）２３を介し
て、非晶質シリコン半導体層（膜厚２００ｎｍ）２４を
形成し、半導体層２４上にソース・ドレイン電極および
そのバス配線として、モリブデン／アルミニウム／モリ
ブデンの３層構造を有する第２の金属層２６、２７を被
着形成した。なお、モリブデンの膜厚は共に６０ｎｍ、
アルミニウムの膜厚は４００ｎｍ程度である。

【００２９】前述したように、モリブデン／アルミニウ
ム／モリブデンの３層構造は、一度のフォトリソグラフ
ィで、燐酸と硝酸を主成分とする溶液を用いて湿式のエ
ッチングにより形成できるため、製造方法上有利であ
る。

【００３０】そして、液晶に電圧を印加する透明表示電
極２８を、当該ドレイン電極と接続して形成した。な
お、従来例と同様、非晶質シリコン半導体層２４とソー
ス・ドレイン電極２６、２７との間に、良好なオーミッ
ク接続を実現するために、不純物を添加した非晶質シリ
コン半導体層２５を形成した。

【００３１】ソース、ドレイン電極の３層構造のうち、
非晶質シリコン側に配置されるモリブデンは、熱処理工
程によるアルミニウムの非晶質シリコンへの拡散を防止
するのに有効である。

【００３２】この非晶質シリコン側に配置されるモリブ
デンがない場合は、２００℃の熱処理によりＴＦＴ特性
の劣化（ＯＦＦ電流の増加やＯＮ電流の減少）が発生す
る。これは、アルミニウムが非晶質シリコンへ拡散した
ことが原因である。

【００３３】しかし、本願発明のごとくモリブデンを配
置することにより、アルミニウムの拡散が防止でき、３
００℃の熱処理を行ってもＴＦＴ特性は劣化しない。

【００３４】このような効果は、モリブデン以外にもク
ロム、ニクロム、チタン、タンタル、タングステン、こ
れらを主成分とする例えばニッケル・クロム等の合金、
シリコンー金属化合物を用いた場合でも得られた。

【００３５】また、半導体層側と反対側に設置されるモ
リブデンの反射率は、４０％程度である。このようなア
ルミニウムより低い反射率は、クロム、チタン、タンタ
ル、タングステン、ニッケル・クロム等の合金、シリコ
ンー金属化合物でもモリブデンと同様の効果を得られ
た。

【００３６】なお、本実施例では、３層構造の上層と下
層の材料を同じにした場合について説明したが、必ずし
もソース・ドレイン電極等の３層構成の上層と下層を同
一材料にする必要はなく、例えば低反射層の材料として
レジストを着色して用いる等の構成でもよい。

【００３７】液晶表示装置は従来例と同様、このＴＦＴ
が形成されたガラス基板と、透明対向電極２９が形成さ
れた対向ガラス基板３０との間に液晶を挟持したパネル
と、当該パネルに光を照射する光源３１とで構成され
る。

【００３８】図２に、従来例と本実施例においての液晶
表示装置の光源の照度に対するコントラスト比の変化を
それぞれ示す。図２に示すごとく、従来例の場合、照度
が５０００ｌｘ程度からコントラスト比の低下が見られ
るのに対して、本発明の場合では、１５０００ｌｘ程度
までほとんど劣化が認められない。

【００３９】これは、上述したように、ソース・ドレイ
ン電極を３層構造にして、ソース・ドレイン電極面での
反射が抑制され、半導体層へ入射する迷光が減少して、
半導体層での光電流の発生が抑制され、その結果ＴＦＴ
のトランジスタのＯＦＦ電流値の増加が防止できたため
である。

【００４０】また、図３に、従来例と本実施例における
液晶表示装置を構成するＴＦＴの特性を、実験的に評価
した結果を示す。図３に示すごとく、１５０００ｌｘの
光照射により従来例の場合ＯＦＦ電流値の増加が見られ
るが、本願発明の場合ほとんど変化していないことがわ
かる。

【００４１】以上の実施例の説明では、ソース、ドレイ
ン電極の３層構造において、低反射率層がモリブデンの
場合を中心に説明したが、モリブデン以外にクロム、タ
ンタル、チタン、タングステン、ニッケル・クロム等の
金属もしくは合金、黒色顔料を含むレジストのような黒
色有機材料を用いたり、アルミニウムの表面を黒化処理
して低反射率層として形成した場合でも、上述の実施例
と同様の効果が得られた。

【００４２】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明は液晶表
示装置を構成するＴＦＴの第２の金属層であるソース・
ドレイン電極を３層構造にすることにより、ソース・ド
レイン電極面での反射が抑制され、半導体層へ入射する
迷光を減少させることができ、強い照度の光源を用いて
もＴＦＴのＯＦＦ電流値の上昇を防止でき、コントラス
ト比の低下を招くことなく明るい良好な画像を映出でき
る液晶表示装置を提供できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における液晶表示装置の構成断
面図

【図２】本発明の実施例および従来例における液晶表示
装置のコントラスト比の光源照度依存性を示す図

【図３】本発明の実施例および従来例における液晶表示
装置のＴＦＴ特性図

【図４】従来例における液晶表示装置の構成断面図

【図５】従来例における液晶表示装置内の迷光の経路を
示す図

【符号の説明】

１、２１ガラス基板２、２２ゲート電極３、２３ゲート絶縁膜４、２４半導体層５、２５不純物を含む半導体層６、２６ソース電極７、２７ドレイン電極８、２８透明表示電極９、２９透明対向電極１０、３０対向ガラス基板１１、３１光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/786 (72)発明者白井繁信大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者斉藤弘樹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者永田清一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板の一主面上に被着形成された第
１の金属層と、その上に絶縁薄膜層を介して第１の金属
層と重なり合うようにして形成されたシリコンを主成分
とする半導体層と、前記半導体層を介して前記第１の金
属層と一部重なり合って第２の金属層が形成され、前記
第２の金属層は３層構造であって、中間層がアルミニウ
ムまたは少なくともアルミニウムを含む合金の何れかか
らなり、前記半導体層と接する側には耐熱性金属層を、
その反対側には低反射率層を配置し、前記ガラス基板と
透明対向電極が形成された透明対向基板とを所定の間隙
を介して対向させ、前記間隙に液晶を挟持して組立て、
前記ガラス基板の裏面側に光源を配置したことを特徴と
する液晶表示装置。
【請求項２】第２の金属層の高耐熱性金属層が、モリブ
デンであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
置。
【請求項３】第２の金属層の低反射率層が、モリブデン
であることを特徴とする請求項１または２何れかに記載
の液晶表示装置。