JPH08328040A - アクティブマトリックス液晶ディスプレイデバイス - Google Patents

アクティブマトリックス液晶ディスプレイデバイス

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JPH08328040A
JPH08328040A JP12758396A JP12758396A JPH08328040A JP H08328040 A JPH08328040 A JP H08328040A JP 12758396 A JP12758396 A JP 12758396A JP 12758396 A JP12758396 A JP 12758396A JP H08328040 A JPH08328040 A JP H08328040A
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line
liquid crystal
gate
pixel
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JP12758396A
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William Yao
ヤオ ウィリアム
Ronald T Fulks
ティー．フルクス ロナルド
Jackson Ho
ホー ジャクソン
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Xerox Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブマトリックス液晶ディスプレイデ
バイスにおいてダークマトリックスを一体形成する。 【解決手段】 複数の画素電極７２を、複数のゲートラ
イン３４と、複数のデータライン３２の上方にオーバー
ラップするように形成する。各画素電極の周縁部は、ゲ
ートラインとデータラインの少なくとも一方に、画素電
極とゲートラインとの間の垂直距離の約２倍の距離でオ
ーバーラップし、これによってダークマトリックスを一
体形成し、６０°を越える漏れ光可視角度を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
ックス液晶ディスプレイデバイスに関し、特に、画素電
極をゲートラインおよびデータラインにオーバーラップ
し、５マスクディスプレイアーキテクチャを使用してダ
ークマトリックスを一体形成したアクティブマトリック
ス液晶ディスプレイデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】アク
ティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）
は、画素電極の駆動に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使
用することによって、表示品質を向上させる。ＡＭＬＣ
Ｄは、ラップトップコンピュータなど多様な製品の表示
部に使用されており、その製造プロセスを簡略にして生
産歩留りを向上することに多大な関心がもたれている。
これが達成されると、製品の信頼性の向上とともに、製
造コストの低減が実現される。
【０００３】ＡＭＬＣＤの画素電極は、通常、透明な導
電性物質であるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の層を
有する。最近のＡＭＬＣＤでは、ＩＴＯ層の上に、パッ
シベーション層を形成している。パッシベーション層の
上に液晶材料を配置し、液晶材料の上に共通電極を形成
してＡＭＬＣＤは完成する。
【０００４】通常、ＡＭＬＣＤは透明基板の表面上に形
成される。ＡＭＬＣＤの画素は、平行な複数のゲートラ
インと、平行な複数のデータラインとで決定される。ゲ
ートラインとデータラインは互いに垂直であり、基板表
面上に画素領域のマトリックスを形成する。各画素領域
ごとに画素電極が形成され、それぞれ対応のＴＦＴに接
続される。
【０００５】液晶材料のポラライゼーションに依存し
て、画素は常態（電圧非印加状態）で透明か、常態で不
透明のいずれかの状態にある。液晶材料の状態（透明、
不透明）は、共通電極と画素電極との間の電位によって
制御される。画素電極が駆動されると、液晶物質は透明
状態から不透明に、あるいはその逆に、状態を変更す
る。
【０００６】画素電極は導電性であり、かつデータライ
ンとほぼ同一の水平レベルに形成されるので、画素電極
とデータラインとの間に間隔を設けて、画素電極がデー
タラインに接触しないようにする。常態で透明な液晶材
料では、画素電極が駆動されると、画素電極とデータラ
インとの間の間隙から光が逃げ、ディスプレイ品質が低
下する。一方、常態で不透明の液晶材料では、画素電極
とデータラインの隙間の上方に位置する部分の液晶材料
は、画素電極の駆動と無関係に、常に不透明である。し
かし、多数の画素電極によってデータラインが共有され
るため、これら信号ラインに加わる電位によって、信号
ライン上の液晶材料の状態が不透明から透明に変わり、
これら透明に変化した部分を通って光が逃げる。従っ
て、液晶材料の通常状態が透明であっても不透明であっ
ても、画素電極とデータラインとの間隙から光が逃げ、
好ましくない。 これを回避するために、従来のＡＭＬ
ＣＤ装置は、共通電極上にダークマトリックスを設け
て、画素電極とデータラインとの間隙から漏れる光を遮
断していた。このようなダークマトリックスは、許容範
囲内の表示品質を得るために、間隙と約５ミクロンでオ
ーバーラップするように構成される。
【０００７】ＡＭＬＣＤは通常、携帯用の装置に使用さ
れるが、携帯用の装置はバッテリーの寿命に限界がある
ので、最近のＡＭＬＣＤは消費電力を節約できる設計と
なっている。このようなＡＭＬＣＤの例は、米国特許出
願第08/235,009号に詳細に述べられている。この構成で
は、ＩＴＯ層をパッシベーション層の上に配置して、画
素電極を駆動するのに必要な電圧を低減し、ＡＭＬＣＤ
の消費電力を低減する。
【０００８】ＩＴＯ層をパッシベーション層の上に配置
すると、光の逃げ道となる間隙部分が大きくなる。画素
電極とデータラインとを隔てる垂直距離は、パッシベー
ション層が厚くなるほど増加する。ディスプレイ品質を
維持するには、共通電極上のダークマトリックス領域を
増加させなければならない。しかし、ダークマトリック
ス領域を増加させると、実行画素領域が狭められること
になり、ディスプレイ品質の低下につながる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、複数の
ゲートライン及びデータラインを基板にわたって形成
し、画素電極の各々の周縁部がゲートラインの一部とデ
ータラインの一部の少なくとも一方にオーバーラップす
るよう複数の画素電極をゲート及びデータライン上に形
成することによってダークマトリックスを形成すること
である。
【００１０】画素電極は、ゲートライン上に第１の間隔
をおき、データライン上に第２の間隔をおいて形成され
る。画素電極は、ゲートライン上に第１の距離の少なく
とも２倍の距離でオーバーラップし、データライン上に
第２の距離の少なくとも２倍の距離でオーバーラップし
て、６０°を越える漏れ光の可視角度を達成する。
【００１１】本発明の他の目的は、画素電極をゲートラ
インおよびデータラインにオーバーラップさせることに
よってダークマトリックスを形成する方法を提供するこ
とである。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のアクティブマト
リックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）デバイスの上
面図である。基板表面は、ゲートライン３４とデータラ
イン３２によって複数の画素領域１００〜１０２、２０
０〜２０２、３００〜３０２に分割されている。各画素
領域は、画素電極３８、ＴＦＴ５０、画素電極キャパシ
タ７４を含む。
【００１３】図１において、実線は最上部にあるコンポ
ーネントの輪郭を表わし、破線は他の構造下にあるコン
ポーネントの輪郭を示す。画素電極３８は図１において
最上層に位置するので実線で示す。
【００１４】画素電極キャパシタ７４は、画素電極３８
の下層に位置するので、その大部分を破線で示している
が、隣接する２つの画素電極３８の間隙では、キャパシ
タ７４が最上層となるので、この部分は実線で示してあ
る。
【００１５】ＴＦＴ５０は、ソース電極４０、ドレイン
電極４１、エッチストッパ（etchstopper ）６０を含
む。ＴＦＴ５０は画素電極３８の下層に位置するが、隣
接する２つの画素電極３８の間隙では、ソース電極４
０、ドレイン電極４１、エッチストッパ６０が最上層と
なるので、この部分は実線で示す。ソース電極４０とド
レイン電極４１は、エッチストッパ６０の上に形成され
るが、ソース電極４０もドレイン電極４１もエッチスト
ッパ６０の全領域を被覆するわけではない。
【００１６】データライン３２は画素電極３８の下層に
位置し、垂直方向の破線で示す。ソース電極４０は、こ
のデータライン３２からの延長である。隣接する画素電
極３８の間隙では、ソース電極４０およびデータライン
３２は最上層となり、実線で示される。
【００１７】ゲートライン３４は、データライン３２、
画素電極キャパシタ７４、ＴＦＴ５０の下層に位置し、
図中、水平方向の破線で示される。ゲートライン３４は
すべての構成要素の最下層にあるので、図１では、ゲー
トライン３４を示す水平方向の破線は、その他の要素の
隙間からわずかに見えるだけである。
【００１８】図２は、図１のII−IIラインに沿った画素
領域２０１の断面図であり、画素２０１に対応するＴＦ
Ｔ５０と、画素３０１に対応するＴＦＴ５０を示す。ゲ
ートライン３４は、基板５２の表面に形成される。基板
５２およびゲートライン３４の上に、ゲート絶縁層５６
が形成される。ゲート絶縁層５６の表面で、ゲートライ
ン３４のセグメント上にアモルファスシリコン層５８が
形成される。ゲートラインのセグメントは、ＴＦＴ５０
のゲート電極として作用する。ゲート電極を形成するた
めにゲートライン３４から延出する付加的構造はない。
【００１９】ゲート電極として機能するゲートライン３
４の各セグメント上に、図１および２に示すエッチスト
ッパ６０が形成される。アモルファスシリコン層５８
と、エッチストッパ６０の一部の上に、ｎ＋層６２を形
成し、ｎ＋層６２の上に金属層６６を形成する。ｎ＋層
６２と金属層６６は、各ＴＦＴ５０のソース電極４０と
ドレイン電極４１を形成する。従って、各ＴＦＴ５０
は、ソース電極４０、ドレイン電極４１、エッチストッ
パ６０、アモルファスシリコン層５８、及びゲート電極
となるゲートライン３４のセグメント上に形成されるゲ
ート絶縁層５６の部分を含む。
【００２０】ＴＦＴ５０およびゲート絶縁層５６上に、
パッシベーション層７０が形成される。パッシベーショ
ン層７０をエッチングして、ドレイン電極４１を露出さ
せ、パッシベーション層７０とドレイン電極４１上にＩ
ＴＯ層を形成する。ＩＴＯ層をパターン化及びエッチン
グして画素電極７２を形成する。
【００２１】画素領域２０１に対応する画素電極７２
は、画素領域１０１、３０１の画素電極７２から離間さ
れる。画素３８において常態で透明の液晶材料が不透明
になったとき、またはデータライン３２あるいはゲート
ライン３４上の信号が常態で不透明の液晶材料の状態を
変えた時に、画素電極間の間隙７１２から光が逃げる。
そこで、画素電極７２をゲートライン３４にオーバーラ
ップ７１０だけ延出するようにパターン化する。画素電
極キャパシタ７４は、画素電極７２の電位を一定に保つ
ので、不透明のデータライン３２及びゲートライン３４
上の画素電極７２のオーバーラップ７１０が、ダークマ
トリックスとして機能し、隣接する画素電極７２の間隙
から逃げる光を遮断する。
【００２２】図３は、画素電極間の間隙７１２から逃げ
る光線７０４を示す。斜めの光線７０４と、基板５２に
垂直なラインとの間に形成される角度が可視角度７００
である。可視角度７００の大きさは、オーバーラップ部
７１０と、画素電極７２の底面とゲートライン３４の表
面との距離７１８の比によって決定される。
【００２３】本実施形態では、パッシベーション層７０
の厚さは約６０００オングストローム、ゲート絶縁層５
６の厚さは約３０００オングストロームである。したが
って、基板５２の表面と画素電極７２の底面との距離７
０６は、９０００オングストロームになる。パッシベー
ション層７０とゲート絶縁層５６はゲートライン３４上
に形成され、ゲートライン３４の厚さはパッシベーショ
ン層７０およびゲート絶縁層５６の厚さにたいして影響
しないので、画素電極７２の底面とゲートライン表面と
の間の距離も約９０００オングストロームとみなすこと
ができる。
【００２４】可視角度を６０°以上にするには、オーバ
ーラップ部７１０を、最低でも距離７１８の２倍に設定
する必要がある。可視角度のタンジェントは、距離７１
８とオーバーラップ７１０の比に等しいので、可視角度
を６０°以上にするためには、距離７１８とオーバーラ
ップ７１０の比がｔａｎ６０°より大きくなければなら
ない。ｔａｎ６０°＝√３≒１．７３２なので、距離７
１８とオーバーラップ７１０の比を１．７３２より大、
すなわち約２以上としなければならない。このように、
可視角度を６０°以上にするには、オーバーラップ７１
０を、距離７１８のほぼ２倍にする必要がある。距離７
１８は約９０００オングストロームであるから、オーバ
ーラップ７１０は１８０００オングストローム以上でな
ければならない。
【００２５】可視角度７００は、エッチング処理精度に
も影響される。フォトレジストのパターンは、基板５２
上にすでに形成されている構造に物理的に位置合わせさ
れたマスクによって形成される。マスキングとエッチン
グを組み合わせてたプロセスで、通常の誤差は１ミクロ
ン以下である。６０°以上の可視角度を確実に達成する
には、オーバーラップ部７１０を、上記で求めた１８０
００オングストロームにさらに最低１ミクロンを加算し
た値に設定しなければならない。１ミクロン＝１０００
０オングストロームであるので、６０°以上の可視角度
を確実にするために、画素電極７２のゲートライン３４
上へのオーバーラップ７１０を、２８０００オングスト
ローム以上、すなわち約３ミクロン以上にしなければな
らない。
【００２６】図４は、図１のIV−IVラインに沿ったデー
タライン３２の断面図である。アモルファスシリコン層
５８、ｎ＋層６２、金属層６８で、データライン３２を
形成する。データライン３２は、ゲート絶縁層５６の表
面に形成される。データラインにおいても６０°以上の
可視角度を得るために、画素電極７２とデータライン３
２のオーバーラップ７０８は、画素電極７２の底面とデ
ータライン３２の表面との間の距離７０２の約２倍とす
る。
【００２７】パッシベーション層７０の厚さは、約６０
００オングストロームである。パッシベーション層７０
は、データライン３２上に形成されており、データライ
ン３２の厚さは、画素電極７２の底面とデータライン３
２の上部表面との間の距離７０２にたいして影響しな
い。したがって、距離７０２を約６０００オングストロ
ームとしてよい。６０°以上の可視角度を得るには、オ
ーバーラップ７０８を１２０００オングストローム以上
にする必要がある。マスクアライメントの精度を約１ミ
クロンとすると、オーバーラップは２２０００オングス
トローム、すなわち２．２ミクロン以上にしなければな
らない。
【００２８】図５は、図１のＶ−Ｖラインに沿った、デ
ータライン３２とゲートライン３４との交差部分の構造
である。ゲートライン３４は基板５２の表面に形成さ
れ、ゲートライン３４と基板５２上にゲート絶縁層５６
が形成される。ゲート絶縁層５６の上に、データライン
３２が形成される。
【００２９】データライン３２のアモルファスシリコン
層５８とｎ＋層６２との間にエッチストッパ層６０が形
成される。エッチストッパ層６０は、データライン３２
とゲートライン３４との間のショートを防止する役割を
はたす。ゲート絶縁層５６とアモルファスシリコン層５
８にピンホールが生じることがあり、これを介してデー
タライン３２のｎ＋層６２および金属層６６が、ゲート
ライン３４と導通する可能性がある。エッチストッパ層
６０を設けることによって、このような好ましくない導
通を防止する。
【００３０】ゲート絶縁層５６とデータライン３２上に
パッシベーション層７０を形成する。パッシベーション
層７０上に、画素電極７２を形成する。図５の画素電極
７２は、図１の画素３００および２０１に対応し、画素
間の間隙７１６を形成する。
【００３１】画素電極７２とデータライン３２とのオー
バーラップ７０８を２ミクロンより大きく設定すると、
Ｖ−Ｖラインに沿った断面図での可視角度も６０°を越
える。Ｖ−Ｖ断面部分では、離間距離７１８は一定であ
りるが、対角線上ではオーバーラップ７０８が大きくな
るので、それだけ可視角度も大きくなる。
【００３２】ゲートライン３４およびデータライン３２
上への画素電極７２のオーバーラップにより、画素電極
７２とゲートライン３４、および画素電極７２とデータ
ライン３２との間に、余分な結合キャパシタンスが導入
される可能性がある。しかし、このような寄生キャパシ
タンスは、画素電極キャパシタのキャパシタンスに比べ
てわずかであり、寄生キャパシタンスによって生じるノ
イズは、画素電極キャパシタ７４によってマスクされ
る。
【００３３】画素電極７２をデータライン３２とゲート
ライン３４上にオーバーラップさせることによってダー
クマトリックスが得られ、新たにマスクを設ける必要は
ない。オーバーラップは、ゲートライン３４、データラ
イン３２、および画素電極７２の形成と同一のマスクを
使用して形成される。
【００３４】ＴＦＴ５０のアモルファスシリコン層５８
はＴＦＴ５０のチャネル領域を形成し、光に対して非常
に敏感である。光がＴＦＴ５０のチャネル領域に入射す
ると、ＴＦＴ５０は漏れ電流を発生し、画素電極７２の
電位をデータライン電圧に追従させる。常態で不透明の
液晶物質において、多量の光がＴＦＴチャネル領域に入
射すると、画素電極７２は、部分的に駆動されて液晶物
質の状態を変化させる。このプロセスが続くと、画素電
極７２は誤動作をする。常態で透明な液晶物質では逆の
効果が生じ、画素電極７２の誤動作によって、画素が誤
って不透明に変化する。
【００３５】このような潜在的問題を防御するために、
共通電極上にダークマトリックスを形成し、ＴＦＴ５０
に影響を与える光を遮断する。ダークマトリックスは画
素のアパーチャを設定しないので、ダークマトリックス
アライメント要件は緩和されて製造プロセスが簡素化さ
れる。
【００３６】ＴＦＴ５０に影響する光の遮断にダークマ
トリックスを使用する代わりに、光フィルタを使用して
もよい。カラーディスプレイでは、画素をカバーするの
に赤、緑、青のフィルタを使用する。光はこれらのフィ
ルタによって十分に低減され、ＴＦＴ５０を保護する。
ＴＦＴをカバーするこれらのフィルタの形成は容易に行
なわれるので、共通電極上のダークマトリックス形成の
ための処理工程を省くことができる。
【００３７】以上、本発明を特定の実施形態に基づいて
述べてきたが、上述した好ましい実施形態はあくまでも
例示であり、これに限定されるものではない。当業者に
とって、本発明の原理と範囲を外れることなく、多様な
変更、代用が可能であることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】本発明の液晶ディスプレイデバイスで
は、画素電極をデータラインおよびゲートライン上にオ
ーバーラップするように形成することによってダークマ
トリックスを一体形成し、画素電極間の間隙からの光漏
れを防止し、十分な漏れ光可視角度を達成して、表示品
質を向上させる。また、ダークマトリックスを、画素電
極の形成と共に一体形成するので、製造プロセスの簡略
化を計ることができ、信頼性、生産性ともに改善された
液晶ディスプレイデバイスの製造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に基づいたアクティブマトリ
ックスＬＣＤの画素領域を示す上面図である。
【図２】図１のII−IIラインに沿った断面図である。
【図３】隣接する画素電極間の間隙を通る光線を示す断
面図である。
【図４】図１のIV−IVラインに沿った断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖラインに沿った断面図である。
【符号の説明】
３２ データライン ３４ ゲートライン ５０ ＴＦＴ ５２ 基板 ５６ ゲート絶縁層 ５８ アモルファスシリコン層 ７０ パッシベーション層 ７２ 画素電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド ティー．フルクス アメリカ合衆国 94040 カリフォルニア 州 マウンテン ビュー リー ドライヴ 1672 (72)発明者 ジャクソン ホー アメリカ合衆国 94301 カリフォルニア 州 パロ アルト ハミルトン アベニュ ー 1168

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板を覆って形成された複数のゲートライ
    ンと、 前記基板を覆って形成された複数のデータラインと、 前記基板を覆って形成された複数の画素電極と、を備
    え、前記複数の画素電極の各々の周縁部は、前記ゲート
    ラインの一部と、前記データラインの一部の、少なくと
    も一方にオーバーラップするアクティブマトリックス液
    晶ディスプレイデバイス。
JP12758396A 1995-05-31 1996-05-23 アクティブマトリックス液晶ディスプレイデバイス Pending JPH08328040A (ja)

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