JPH0684436U - 液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 製造中に断線すなわち開放信号線を低減する
ことにより信頼度が向上される改良型アクティブマトリ
ックスディスプレイを提供する。 【構成】 スタガーポリシリコンＴＦＴアレイによりア
クティブ液晶ディスプレイパネルが提供される。ピクセ
ル電極４２は基板４０上に行列マトリクスとして配置さ
れる。各列に平行にデータバス２８が走り、各行に平行
に走査すなわちゲート線３０が走っている。データ及び
ゲート線間の交点付近において、各ピクセル電極はスタ
ガー構造の薄膜トランジスタ２４により１本のデータバ
ス及び１本のゲート線に接続されている。トランジスタ
ソース３４はデータバス線に接続され、そこから入力デ
ータはトランジスタチャネルを介してピクセル電極に接
続されたトランジスタドレーン３６に送られる。トラン
ジスタゲートは走査線に接続されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は一般的に平板液晶マトリクスディスプレイ（ＬＣＤ）に関し、より詳 細には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を介して各ピクセルが直接アドレスされるデ ィスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】

陰極線管のように大きくなく消費電力も高くない平板電子ディスプレイは、１ ９７０年頃に薄膜トランジスタが発明されて以来ディスプレイメーカ及びディス プレイユーザが目標としているものである。しかしながら、薄膜トランジスタア レイによりアドレスされる平板電子ディスプレイを製造することは最も興味をか き立てるデザインタスクである。それにもかかわらず、１９８６年までにＴＦＴ アドレス液晶ディスプレイの製造ラインを確立できたのは数社にすぎない。

【０００３】 ＴＦＴアドレス液晶ディスプレイの利点はその入力バスラインはマトリクスデ ィスプレイに使用する従来の多重アドレス技術に対するものと同数であることで ある。さらに、薄膜トランジスタは有向アドレス（ｄｉｒｅｃｔｅｄ ａｄｄｒ ｅｓｓｉｎｇ）法におけるデューティ比により生じる逆効果はない。ＴＦＴアド レス法の利点に基いて、液晶ディスプレイ内に含めることができるピクセル数は 無制限となり所望の階調を容易に発生することができる。次の１０年間で、薄膜 トランジスタアレイを使用したアクティブアドレスマトリックスディスプレイは ディスプレイ技術の主流になるように思える。

【０００４】 最も重要な薄膜トランジスタ製造工程の一つは化学気相堆積（ＣＶＤ）である 。ＣＶＤ法は非常に柔軟性が高いため、薄膜トランジスタの構造はメーカごとに 著しく変動する。一般的に、２種の薄膜トランジスタ構造、すなわち、スタガー 形やコプレーナ形のＴＦＴである。異なる膜を化学気相堆積技術により順次堆積 できるために、スタガー形構造が従来薄膜トランジスタ内のアモルファスシリコ ンに使用されている。これは環境からの汚染を低減し製造コストを低下させる利 点がある。

【０００５】 一方、ポリシリコン薄膜トランジスタは通常コプレーナ形構造とされる。所要 の工程シーケンス及び熱サイクルは従来の集積回路製造法に類似している。しか しながら、日本国のセイコーエプソン社の１９８６年の論文“低温処理ポリＳｉ ＴＦＴ及びその大面積ＬＣＤへの応用”（ジャパンディスプレイ、１９８６年、 第１９６〜１９９頁）にはポリＳｉ薄膜トランジスタのスタガー構造を液晶ディ スプレイピクセルのスイッチとして使用するハイブリッド構造がかなりの成功を おさめたことが示されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

歩留りが薄膜トランジスタ液晶マトリクスディスプレイを構成する際の一番の 問題点である。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイの製造における低歩留りは２ つの主要因から生じる。一つはピクチャー信号を送信できないバスラインの断線 すなわち開放状態である。もう一つは堆積された膜内の粒子もしくはピンホール である。これらの欠陥は液晶ディスプレイのサイズが大きくなる程数が増加する 。

【０００７】 例えば、液晶材自体及びカラーフィルタの品質、駆動方法、ＲＧＢカラー及び ブラックマトリクスのマルチギャップデザインの改良等の大型液晶ディスプレイ の性能改善が研究されている。それにもかかわらず、大型スクリーン液晶ディス プレイ像はすでに陰極線管に匹敵する程良好であるように見える。

【０００８】 所望されるのは製造歩留りを低下させる製造上の問題点を克服するような大型 液晶マトリクスディスプレイである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

従って、製造中に断線すなわち開放信号線を低減することにより信頼度が向上 される改良型アクティブ液晶ディスプレイパネルを提供することが本考案の目的 である。

【００１０】 本考案のもう一つの目的はスタガーポリシリコン薄膜トランジスタアレイ構造 を有する改良型アクティブ液晶ディスプレイパネルを提供することである。

【００１１】 本考案のさらにもう一つの目的は、イメージコントラスト品質が改善された改 良型アクティブＬＣＤパネルを提供することである。

【００１２】 本考案のさらにもう一つの目的は、あらゆるサイズのものを経済的に製造する ことができ且つ陰極線管に匹敵するイメージが得られる改良型アクティブＬＣＤ パネルを提供することである。

【００１３】 本考案の実施例に従って、スタガーポリシリコンＴＦＴアレイによりアクティ ブ液晶ディスプレイパネルが提供される。ピクセル電極は基板上に行列マトリク スとして配置される。各列に平行にデータバスが走り、各行に平行に走査すなわ ちゲート線が走っている。データ及びゲート線間の交点付近において、各ピクセ ル電極はスタガー構造の薄膜トランジスタにより１本のデータバス及び１本のゲ ート線に接続されている。トランジスタソースはデータバス線に接続され、そこ から入力データはトランジスタチャネルを介してピクセル電極に接続されたトラ ンジスタドレーンに送られる。トランジスタゲートは走査線に接続されている。

【００１４】 製造する際、トランジスタソース、ドレーン及びデータバス線は１回の操作で 基板上にＮ⁺ ポリシリコンにより形成される。アンドープトポリシリコン膜がゲ ートチャネルとしてソース及びドレーン間に形成され、且つトランジスタソース との接続を含みソース、ドレーン及びデータバスを重畳する絶縁層により被覆さ れる。データバス及びピクセル電極コンタクト領域の一部とアライメントして絶 縁層内に設けられた開口を介して、データバス上及びピクセル電極領域表面にメ タルオーバレイが施される。同じ工程中に、トランジスタソース及びドレーン間 でゲートチャネルの反対側にメタルゲート電極が形成される。データバス線及び ゲート線は交点において互いに絶縁されている。

【００１５】 この構造の利点はデータ線すなわちバス、及びトランジスタのソース及びドレ ーンが単一ステップで基板上にＮ⁺ ポリシリコンにより形成されることである。 製造コストは高電流インプランタを使用して基板内にトランジスタのソース及び ドレーンを形成する従来の集積回路処理技術よりも低下する。さらに、データ線 は接触する二層、すなわちメタル層とＮ⁺ ポリシリコン層、を有するハイブリッ ド導体である。この構造によりデータバス線の電気的抵抗が低下し、データバス 線が開放される可能性も低下する。事実、データバス線は両層の同じ位置に欠陥 がある場合のみ開放される。さらに、ゲート電極及びゲート走査線及びバイブリ ッドデータバスに対して、金属膜が堆積される場合は常に、液晶ディスプレイパ ネルを介した光の伝達は低減される。ディスプレイ全体に対してイメージコント ラストは改善される。

【００１６】

【実施例】

図１の従来技術のスタガー薄膜トランジスタ１０の断面図である。ガラス、石 英、もしくはシリコンウェハとすることができる基板１６上にＮ⁺ ポリシリコン のソース１２及びドレーン１４が形成される。ソース１２及びドレーン１４間に はアンドープとポリシリコン膜のゲートチャネル１８が形成される。ゲートチャ ネル１８上にはゲート絶縁体２０が成長すなわち堆積される。ゲート絶縁体２０ は低圧化学気相堆積により形成された熱酸化物もしくは酸化物と窒化物である。 ゲートチャネル１８の反対側に位置するゲート電極２２は任意の金属で形成され ており、公知の方法でゲート電極２２に印加される電圧によりゲートチャネル１ ８のオンオフ状態を制御する。

【００１７】 図２に、本考案に従って薄膜トランジスタ２４を使用して１個のピクセル素子 ２６を制御する液晶マトリクスディスプレイの断片を示す。公知のように、液晶 ディスプレイは水平行と垂直列に配置されたピクセルマトリクスである。本発明 に従って、各ピクセル２６は付随する１個の薄膜トランジスタ２４により同様に アドレスされる。図示するＬＣＤ断片に関する以下の説明はいかなるディスプレ イ素子にも適用される。

【００１８】 ディスプレイの信号は垂直データバス２８を介してピクセル２６で使用するこ とができる。データバス２８はマトリクスディスプレイの所与の列内の各ピクセ ル２６に沿って配線されている、すなわち図２においてｙ方向に走っている。デ ータバス２８上のこの信号はスイッチングトランジスタ２４がオン状態である場 合のみピクセル２６により受信される。ゲート走査線３０が水平、すなわちｘ方 向、に走っており、１本の走査線３０に各行のピクセル２６が付随している。走 査線３０はトランジスタ２４のゲートに接続され、付随するデータバス２８はト ランジスタ２４のソースに接続され、ピクセル２６はトランジスタ２４のドレー ンに接続されている。

【００１９】 付随するゲート走査線３０がハイであり同時に付随するデータバス２８に信号 が加えられる場合のみトランジスタ２４はオン状態とされることがお判りと思う 。図２に破線で示すゲートチャネル３８がソース３４及びドレーン３６間を延在 しており、ゲート電極３２と対向している。所与の時点において、１本のゲート 走査線３０のみがハイであり信号は１本のデータバス２８上にのみ生じる。従っ て、任意所与の時点において、他のピクセルは一般的に予め受信した信号を保持 してはいるが１個のピクセル２６のみが駆動される。

【００２０】 スイッチングトランジスタ２４は図３の(a) 〜(d) に関して後記する構造を有 する薄膜トランジスタである。最初の製造ステップとして、ソース３４及びドレ ーン３６及びデータバス２８がガラス基板４０上にＮ⁺ ポリシリコンの膜もしく は層として形成される（図３(a) ）。ドレーン３６はピクセル電極コンタクト領 域４２として作用する部分を含んでおり、ソース３４はデータバス２８に向って 延在していて最初のステップで設けられるＮ⁺ ポリシリコン膜もしくは層がソー ス３４に接続されたデータバス２８を一体構造内に含むようにされている。また 、ドレーン３６及びピクセル電極コンタクト領域４２も互いに一体化されている 。ソース３４及びドレーン３６はスペースにより分離されており、ゲートチャネ ル３８は基板上にあってソース及びドレーンと重畳するアンドープとポリシリコ ン膜により形成されている（図３(b) ）。

【００２１】 次に、熱酸化物もしくは低圧化学気相堆積酸化物及び窒化物によりゲートチャ ネル３８上にゲート絶縁体４４が形成される（図３(c) ）。絶縁体膜４４はドレ ーン３６及びピクセル電極コンタクト領域４２だけでなくデータバス２８及びソ ース３４をも実質的に被覆するように延在している。しかしながら、マスキング により、データバス２８の一部４３及びピクセル電極コンタクト領域４２の一部 ４５にはゲート絶縁体膜４４は被覆されない。絶縁体膜４４により被覆されない 構造の領域４３、４５を図２に斜線で示す。

【００２２】 その後、ゲートチャネル３８に重畳してゲート電極３２を形成するゲートメタ ルパターンが形成される（図３(d) ）。同時に、絶縁体４４が存在しない図２の 斜線部４３、４５内にメタル層４６が形成される。従ってゲート走査線３０との 交差部を除く、データバス２８の大部分が二層のハイブリッド構造となる。基板 ４０に隣接するＮ⁺ ポリシリコン層２８の頂部にはメタル層４６がある。ピクセ ル電極コンタクト領域４２も基板４０に隣接するＮ⁺ ポリシリコン層からなるハ イブリッド構造であり、Ｎ⁺ ポリシリコン層にはメタル層４６がかぶされている 。このようにして、本考案に従ったスタガー構造の薄膜トランジスタが形成され る。

【００２３】 メタルゲート電極３２とハイブリッド層４６の同じ形成過程において、ゲート 走査線３０が同じメタルにより基板４０上に形成される。従って、ゲート電極３ ２と走査線３０は同じ層の一体部となる。

【００２４】 要約すれば、ガラス、石英もしくはシリコンウェーハとすることができ基板４ ０上に、ソース、ドレーン、付随するデータバス及び付随するピクセル電極コン タクト領域が１回の操作で形成される。ソース３４及びドレーン３６上及び両者 間にゲートチャネル３８が形成される。次に、データバス２８、ソース３４、ド レーン３６、ピクセル電極コンタクト領域４２及びゲートチャネル３８を含むＮ ⁺ ポリシリコン層全体を被覆するように延在する絶縁層４４が形成される。公知 のマスキング（及び／もしくはエッチング）技術により、データバス２８及びピ クセル電極コンタクト領域４２の一部から絶縁体被覆が無くなる。最後に、トラ ンジスタのゲート電極３２及び接続されたゲート走査線３０が同じ製造ステップ で堆積される。データバス２８及びピクセル電極コンタクト領域４２の露呈部４ ３、４５にもゲート電極及びゲート走査線の形成と同じ操作で同じメタルが被覆 される。

【００２５】 ディスプレイのサイズに従ってＬＣＤパネル内の数百及び数千個の画素を同時 に製造することができる。

【００２６】 伝送型液晶ディスプレイマトリクスでは、ピクセル電極２６はインジウムすず 酸化物（ＩＴＯ）とすることができる。反射型液晶ディスプレイマトリクスでは 、ピクセル電極２６はメタルとすることができる。

【００２７】 データバス２８の一部に重畳する分路導体であるメタル層４６はデータバス２ ８のＮ⁺ ポリシリコン層と直接且つ連続的に接触している。従って、メタル重畳 層４６により分路される領域においてデータバス２８が開放されていると、信号 はまだトランジスタソース３４へ通される。事実、両層のまさしく同じ位置で破 断が生じるのではない限り、無限数の信号径路を使用してデータバスポリシリコ ン膜２８もしくはメタル重畳層４６の連続性の破断を補償することができる。従 って、データバスが単層である従来の構造に較べ、データ信号がトランジスタ２ ４に入力されない確率は著しく低減する。

【００２８】 ゲート電極、ゲート走査線、データバス及びピクセル電極コンタクト領域の一 部を重畳する分路導体４６を形成するメタル層は不透明であり、隣接ピクセル２ ６間でＬＣＤパネルを通る不要の光の伝達が防止される。従って、イメージコン トラスト及び品質が向上する。前記スタガー構造を使用すれば、液晶ディスプレ イマトリクスのピクセルスイッチとして作用する薄膜トランジスタ２４は陰極線 管に匹敵するイメージ品質が得られる。スタッガ膜構造にガラス基板を使用する ことができるため、より高価な基板を必要とするコプレーナ構造に較べて大型の ディスプレイを低コストで製造することができる。

【００２９】 データバスの二重層構造により、大型平板ディスプレイの長いデータバス線の 抵抗が低減される。さらに、平板ディスプレイの大面積をメタル層が被覆してい るため、この構造により光の伝達が防止され液晶ディスプレイのイメージコント ラスト品質が向上する。また、メタル層で被覆された領域では光電応答が低下す る。

【００３０】 同業者であれば、これまでに説明してきたことは１個の液晶マトリクスディス プレイ基板を付随する素子の構造および製造法であることがお判りと思う。完全 なディスプレイでは、少くとも１個の電極を有する第２の基板が第１の基板と対 向しており、基板間には空間があって液晶材が収納されている。

【００３１】 従って、前記目的は、前記説明により明白となった事柄から、効率的に達成さ れることがお判りと思う。本考案の精神及び範囲から逸脱することなく、前記構 造にある種の変更を施すことができるため、前記説明及び添付図に含まれる全て の事柄は説明用であって制約的意味合いのものではないものとする。また、実用 新案登録請求の範囲はここに記載する本考案の一般的及び特定的特徴、及び考案 の範囲の全ての記述を包含するものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のスタガー構造ポリシリコン薄膜トラ
ンジスタの断面図。

【図２】本考案に従って薄膜トランジスタを介して駆動
されるピクセルを有する液晶ディスプレイの部分略図。

【図３】液晶ディスプレイの製造工程を示す図２の３−
３線に沿った断面図。

【図４】図２の４−４線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０ スタガー薄膜トランジスタ １２、３４ ソース １４、３６ ドレーン １６ 基板 １８、３８ ゲートチャネル ２０、４４ ゲート絶縁体 ２２、３２ ゲート電極 ２４ 薄膜トランジスタ ２６ ピクセル素子 ２８ データバス ３０ ゲート走査線 ４０ ガラス基板 ４２ ピクセル電極コンタクト領域 ４６ メタル層

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 行列マトリクスとして配列された複数個
   の画素を有する液晶ディスプレイにおいて、該ディスプ
   レイは基板と、 前記基板上にある、数本の平行に間隔をとったデータバ
   ス及び実質的にそれと直交し各交差点において互いに絶
   縁されたゲート走査線、 を有し、 前記各画素はピクセル電極コンタクト領域を有するピク
   セル電極を含み、前記ピクセル電極は前記１本のデータ
   バスと前記１本の走査線との交差点に隣接配置されてお
   り、該ディスプレイはさらに、 一本の前記データバスに接続されたソースと前記画素の
   前記コンタクト領域に接続されたドレーンとを有する薄
   膜トランジスタとを有し、前記データバスと前記ソース
   と前記ドレーンと前記画素の前記コンタクト領域とが同
   一材料で形成された第１の層からなり、 さらに、前記ディスプレイは、前記ソースと前記ドレー
   ンとに接触してそれらの間に配置された第２の層からな
   るゲートチャネルと、 前記ゲートチャネルと前記ソースと前記ドレーンとの上
   に積層された第３の層である絶縁層と、 前記絶縁層の上に積層され前記ゲートチャネルと対向し
   て配置され、１本の前記ゲート走査線と同一材料で形成
   され前記ゲート走査線と接続されている第４の層である
   ゲート電極と、 前記データバスと前記画素のコンタクト領域との少なく
   とも一方の上に積層され、前記第４の層の一部をなすと
   ともに前記ゲート電極と同一材料で形成された導電層と
   を有し、該導電層は前記データバスと前記コンタクト領
   域と積層する領域で実質的にほぼ全域にわたって前記デ
   ータバスと前記コンタクト領域とに接触していることを
   特徴とする液晶ディスプレイ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の液晶ディスプレイにおい
   て、前記データバス、前記ソース、前記ドレーン及び前
   記ピクセル電極コンタクト領域はＮ⁺ ポリシリコンで形
   成されており、前記ゲートチャネルはアンドープトポリ
   シリコンで形成される液晶ディスプレイ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の液晶ディスプレイにおい
   て、前記ソースと、前記ドレーンと、前記データバス及
   び前記ピクセル電極コンタクト領域とを含む前記第１の
   層は前記基板上に直接形成される液晶ディスプレイ。
4. 【請求項４】 請求項１記載において、前記データバス
   と前記積層した導電層とは互いに異なる材料で形成され
   てなる液晶ディスプレイ。