JPH0534720A - アクテイブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装
置は、画素電極と絶縁膜を介して設置される不純物が添
加された半導体薄膜から成る光透過性を有する蓄積容量
電極を備えたものである。 【効果】 本発明によれば、装置を小型化し画素サイズ
を小さくしても、十分な明るさと画像品質を得ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＯＡ製品の画像表示用
あるいはテレビ表示用として使用される液晶表示装置に
関し、特にプロジェクション型テレビジョン等画素サイ
ズの小さなアクティブマトリクス型液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、軽量、低消費電
力の特徴を生かして、ＯＡ製品の画像表示用あるいはテ
レビ表示用として数多く使用されるようになってきた。

【０００３】中でも、アクティブマトリクス方式の液晶
表示装置は、各画素毎にスイッチング素子が設けられて
成るもので、クロストークのない良好な表示画像が得ら
れることから、注目を集めている。図５は、このような
アクティブマトリクス型液晶表示装置の一表示画素につ
いて示すものである。

【０００４】例えば、このアクティブマトリクス型液晶
表示装置のスイッチ素子は、多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタ(11)で構成されており、多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタ(11)のドレイン領域はコンタクトホール（図示
せず）を通じて信号線(111)に、ソース領域はコンタク
トホール（図示せず），電導パターン(121) を通して透
明導電膜から成る画素電極(21)に、ゲート電極(101a)は
走査線(101) に接続されている。またソース領域の一部
は蓄積容量電極(131) と重なっており、この部分で蓄積
容量（Ｃｓ）が形成されている。

【０００５】そして、画素電極(21)上には液晶組成物
（図示せず）が充填され、透明導電膜から成る対向電極
（図示せず）が形成されたガラス基板（図示せず）で密
封される。

【０００６】ところで、画素電極(21)には信号線(111)
からスイッチ素子を通して所定の映像信号電圧（Ｖｓ）
が入力されることとなるが、画素電極(21)の電位は薄膜
トランジスタ(11)がＯＦＦされた際にゲート−ソース間
の寄生容量（Ｃgs）に蓄積されていた電荷が放電される
ことによって生じるスイッチングノイズ成分や電荷保持
時に流れるリーク電流により変化してしまう。

【０００７】従って、良好な表示を得るべく、この電位
の変化△Ｖを所定の大きさ（例えば中間調として１６諧
調必要な場合には、△Ｖ＜（Ｖｓmax −Ｖｓmin ）／３
２とする）にするには、画素電極に蓄積される電荷量Ｑ
をスイッチングノイズやリーク電流による変化分△Ｑに
対して十分大きくしてやればよい。即ち、上述した構造
に示されるように画素電極(21)に蓄積容量電極(131) を
設けることにより、液晶容量（Ｃlc）に蓄積容量（Ｃ
ｓ）をつけ加え、 △Ｖ＜△Ｑ／（Ｃlc＋Ｃｓ） の関係を満たすように蓄積容量（Ｃｓ）の値を決めれば
よい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶表示装
置には、当然のことながら画面の明るさが要求され、こ
れを満足するために各画素の開口率を十分に大きくする
必要が生じる。

【０００９】このような要求を満足させるためには、各
画素に占める蓄積容量電極の面積を小さくすることが考
えられる。しかし、蓄積容量電極の面積を小さくする
と、△Ｑ／（Ｃlc＋Ｃｓ）は大きくなり、電位変化△Ｖ
を十分に制御することが困難となり、良好な表示画像を
得ることができなくなってしまう。

【００１０】特に、プロジェクション用に使用される液
晶表示装置では、画素サイズが５０ミクロン前後と非常
に小さくなってくると、蓄積容量（Ｃｓ）を大きくする
ためには画素サイズの半分以上の蓄積容量電極を設置す
る必要が生じる等の問題がある。

【００１１】本発明は上述した課題に鑑がみ成されたも
ので、画素サイズが微細な液晶表示装置であっても、光
透過率が高く、また画素電圧が保持期間中で変化するこ
となく良好な表示画像が得られるアクティブマトリクス
型液晶表示装置を提供することを目的としたものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リクス型液晶表示装置は、スイッチング素子に接続され
た複数の画素電極と、この画素電極と絶縁膜を介して設
置される不純物が添加された半導体薄膜から成る光透過
性を有する蓄積容量電極と、画素電極に対向して設けら
れる対向電極と、画素電極と対向電極とによって挾持さ
れる液晶組成物とを備えたことを特徴としたものであ
る。

【００１３】

【作用】本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置
は、特に蓄積容量電極を不純物が添加された半導体薄膜
によって構成したものである。

【００１４】不純物が添加された光透過性を有する半導
体薄膜によって蓄積容量電極を構成することにより、蓄
積容量電極を画素電極に積層させて設けることが可能と
なり、蓄積容量（Ｃｓ）を十分に大きなものにできる。
これにより、電位変化△Ｖを十分に制御でき、良好な表
示画像を得ることが可能となる。本発明の蓄積容量電極
として使用される半導体薄膜としては、例えば多結晶シ
リコン膜、アモルファスシリコン膜等が特に有用であ
る。

【００１５】不純物が添加された半導体薄膜の光透過性
については、製法、ドーピング濃度、あるいは膜厚等に
よっても影響を受けるが、十分薄い時には半導体薄膜に
よる光量の減少は無視できる程度の量となる。図４は、
縦軸に光透過率をとり、横軸に波長をとり、半導体薄膜
の光透過特性を示したものである。

【００１６】ここで使用された半導体薄膜は、石英基板
上にジシランガスを用いて減圧ＣＶＤ法（基板温度６０
０℃）で成膜し、アニール温度６００℃で固相成長させ
た多結晶シリコン薄膜に、不純物としてリンを２×１０
²²cm^-3添加し、１０００℃で３０分の熱処理を行って低
抵抗化した膜厚が２００オングストロームの半導体薄膜
である。

【００１７】この図から明らかなように、可視光領域
（波長４００〜８００ｎｍ）で十分大きな透過率を有し
ていることがわかる。そして、この多結晶シリコン薄膜
の膜厚としては、５０オングストローム程度まで薄膜化
することができ、これにより一層の透過率の向上が可能
である。

【００１８】また、半導体薄膜のドーピング濃度を旨く
制御することにより、特定の波長（赤領域）のみを透過
させることも可能であり、これを用いることにより光学
フィルタの作用を兼ねることもできる。

【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、図面を参照して説明す
る。

【００２０】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置はプロジェクション形テレビジョン用であるた
め、対角１〜２インチの大きさが望まれていることか
ら、対角２インチ、画素ピッチは２０μｍで構成されて
いる。

【００２１】図１は本実施例のアクティブマトリクス型
液晶表示装置の一表示画素を示すものであり、また図２
は図１における液晶表示装置のＡＡ’線に沿って切断し
た概略断面図、図３はこの液晶表示装置等価回路を示す
ものである。

【００２２】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、複数のスイッチ素子が形成された第１の電極
基板(1) と、対向電極（図示せず）が形成された第２の
電極基板（図示せず）とによって液晶組成物（図示せ
ず）が挾持されて成っている。

【００２３】第１の電極基板(1) は図１に示す如く、複
数本の走査線(101) と信号線(111)とがマトリクス状に
設置されている。この走査線(101) は不純物が添加され
低抵抗化された多結晶シリコン膜から成っており、信号
線(111) はＡｌ／Ｃｒ膜から成っている。走査線(101)
としては、上述した多結晶シリコン膜以外に、Ｍｏ−Ｔ
ａ膜等の金属膜も使用することができる。

【００２４】そして、この走査線(101) と信号線(111)
との各交点部分には、スイッチ素子として活性層(11a)
が多結晶シリコンから成る薄膜トランジスタ(11)が設置
され、この薄膜トランジスタ(11)を介してＩ．Ｔ．Ｏ．
（Indium Tin Oxide）膜から成る画素電極(21)が設置さ
れている。

【００２５】図２に示されるように、薄膜トランジスタ
(11)のドレイン領域(11b) はコンタクトホールを通じて
信号線(111) に、ソース領域(11c) はコンタクトホー
ル，導電パターン(121) を通して画素電極(21)に、ゲー
ト電極(101a)は走査線(101) に夫々接続されている。上
述した多結晶シリコンは、基板上に非晶質シリコン膜が
減圧ＣＶＤ法で成膜され、６００℃程度で固相成長が行
われて多結晶化されたものを利用した。

【００２６】また、ゲート絶縁膜(13)は、多結晶シリコ
ンを熱酸化することにより得られた熱酸化膜が利用され
ている。このゲート絶縁膜(13)を得る方法としては、熱
酸化以外に、ＣＶＤ法、スパッタ法等によりシリコン酸
化膜を設けても良い。

【００２７】そして、走査線(101) と平行して、不純物
が添加され低抵抗化された多結晶シリコン膜から成る配
線(141) が設けられ、導電パターン(143) を介して蓄積
容量電極(131) と接続されてる。この蓄積容量電極(13
1) は、画素電極(21)の一部と絶縁膜(145) を挟んで設
置されており、これにより蓄積容量（Ｃｓ）は形成され
ている。

【００２８】この蓄積容量電極(131) は、薄膜トランジ
スタ(11)のドレイン領域(11b) およびソース領域(11c)
と同一のプロセスで形成されるもので、ジシランガスを
用いて減圧ＣＶＤ法（基板温度６００℃）で成膜し、ア
ニール温度６００℃で固相成長させた多結晶シリコン薄
膜に、不純物としてリンを添加し、１０００℃で３０分
の熱処理を行って低抵抗化したもので、２００オングス
トロームの膜厚で構成されている。この蓄積容量電極(1
31) は、５００オングストローム以下の薄膜であれば、
Ｉ．Ｔ．Ｏ．膜と同様に十分な光透過率を確保すること
ができる。

【００２９】駆動回路としては同一電極基板上に一体成
形した。そして、駆動回路を構成する回路素子としては
多結晶シリコンＴＦＴを用いた。多結晶シリコンＴＦＴ
は比較的安易にガラス等の透明基板上に形成することが
でき、また主走査方向駆動回路で必要となる駆動周波数
（ＨＤ−ＴＶの場合には１６０ＭＨｚ）についても分割
駆動を行なうことにより達成することができる。

【００３０】このようにアクティブマトリクス型液晶表
示装置を構成することにより、薄膜トランジスタ(11)の
スイッチングノイズやリーク電流による電荷量Ｑの変化
△Ｑに対して、図３に示すように液晶容量（Ｃlc）に並
列に接続される蓄積容量（Ｃｓ）を大きくすることがで
きるため、液晶組成物に印加される映像信号電圧（Ｖ
ｓ）の変化分△Ｖを十分に小さく抑えることができる。

【００３１】また、アクティブマトリクス型液晶表示装
置の光透過率も、光透過率自体は若干低下するものの、
開口率を大幅に向上させることができるため、全体とし
て光透過率は向上させることができる。これにより、良
質な表示画像を得ることができる。

【００３２】上述した実施例においては、蓄積容量電極
(131) は配線(141) に接続させたが、一層開口率を向上
させるために、別に配線(141) を設けるのではなく、隣
接する他の走査線(101) に接続しても良い。この場合、
走査線(101) にゲート電圧が印可される際、液晶組成物
に印可される映像信号電圧（Ｖｓ）が変動し、若干画質
は定価するが、実用上はほとんど無視できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、装置を小型化し画素サ
イズを小さくしても、十分な明るさと画像品質が得られ
る液晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例におけるアクティブ
マトリクス型液晶表示装置の一画素部の概略上面図であ
る。

【図２】図２は、図１におけるＡＡ’線に沿って切断し
た概略断面図である。

【図３】図３は、図１における一画素部の等価回路図で
ある。

【図４】図４は、縦軸に光透過率、横軸に波長をとり、
半導体薄膜の分光透過率を示す図である。

【図５】図５は、従来例の液晶表示装置の一画素部の概
略上面図である。

【符号の説明】

(1) …第１の電極基板 (21)…画素電極 (101) …走査電極 (111) …信号電極 (141) …配線 (131) …蓄積容量電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/784

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 スイッチング素子に接続された複数の画
   素電極と、この画素電極と絶縁膜を介して設置される不
   純物が添加された半導体薄膜から成る光透過性を有する
   蓄積容量電極と、前記画素電極に対向して設けられる対
   向電極と、前記画素電極と前記対向電極とによって挾持
   される液晶組成物とを備えたことを特徴としたアクティ
   ブマトリクス型液晶表示装置。