DE3886198T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. - Google Patents
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Matrixanzeigevorrichtung, bei der (im folgenden als DFTs bezeichnete) Dünnfilm-Transistoren als Adressierungsvorrichtungen zum Schalten von Bildelementen verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich speziell auf eine aktive Flüssigkristall-Matrixanzeigevorrichtung, die als Adressierungsvorrichtungen DFTs vom umgekehrt gestaffelten Typ verwendet.
- Fig. 3(A) und 3(B) zeigen den Aufbau herkömmlicher aktiver Flüssigkristall-Matrixanzeigevorrichtungen, bei denen als Adressierungsvorrichtungen DFTs vom umgekehrt gestaffelten Typ verwendet werden. Diese Flüssigkristall-Matrixanzeigevorrichtung umfaßt zwei einander gegenüberliegende Zellsubstrate und einen in dem Zwischenraum zwischen den beiden Zellsubstraten eingeschlossenen Flüssigkristall und bildet so eine Kristallzelle. Eines der beiden Substrate besteht aus Gate-Elektroden 102, einer Gate-Isolierschicht, einer a-Si-Halbleiterschicht 106 (a-Si = amorphes Silizium), einer Isolierschicht 107, einer n&spplus;-a-Si-Kontaktfilm 108 (a-n&spplus;-Si = n&spplus;-amorphes Silizium) für den ohmschen Kontakt ferner aus Source- und Drain-Elektroden 109, Bildelement-Elektroden 110 für die Anzeige und einem Schutzfilm 111, der als Laminat auf einem isolierenden Substrat 101 ausgebildet ist. Die Bildelement-Elektroden 110 sind in einer Matrix angeordnet. Eine Zusatzkapazität Cs, die parallel zur Kapazität des Flüssigkristalls angeordnet ist, verbessert die Fähigkeit, das Bildelement-Potential aufrecht zu erhalten, und dadurch die Verschiebung des Potentialspegels an der Bildelektrode zu minimieren, wenn die Gate-Spannung durch die überlappende Kapazität zwischen der Gate-Elektrode 102 und der Drain-Elektrode 109 abfällt. Die Zusatzkapazität Cs wird dadurch gewonnen, daß man auf dem isolierenden Substrat 101 einen transparenten leitfähigen Film mit zwei Schichten ausbildet, zwischen die der Gate-Isolierfilm 105 hineinragt, der die beiden Schichten gegeneinander isoliert, wobei die erste Schicht des leitfähigen Films als Masseelektrode 112 dient und die zweite Schicht als Bildelement-Elektrode 110, wie dies in Fig. 3(B) dargestellt ist.
- Bei dieser bekannten Anordnung besteht die Masseelektrode 112 für die Zusatzkapazität Cs, wie erwähnt, aus einem transparenten leitfähigen Film. Deshalb ist der Widerstandswert dieser Masseelektrode 112 für die Zusatzkapazität Cs hoch und verursacht eine starke Belastung der Treiberschaltung. Der Widerstand der Masseelektrode 112 für die Zusatzkapazität Cs ließe sich verringern, indem man die Dicke oder Breite der Masseelektrodenchicht 112 vergrößert. Die größere Schichtdicke würde jedoch zu einer größeren Pegeldifferenz zwischen der Masseelektrode 112 und dem isolierenden Substrat 101 führen und dadurch einen Bruch der Source-Elektrode und weiterer Elemente der einzelnen Dünnfilm-Transistoren verursachen, die in dem späteren Prozeß ausgebildet werden sollen. Andererseits würde eine größere Elektrodenbreite die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen zwischen der Masseelektrode 112 für die Zusatzkapazität Cs und der Bildelement-Elektrode 110 und zwischen der Masseelektrode 112 und der Source-Elektrode 109 vergrößern und außerdem zu einer größeren Kapazität zwischen der Masseelektrode 112 für die Zusatzkapazität Cs und der Source-Elektrode 109 führen und damit eine Pegelverschiebung der Signale verursachen.
- Außerdem würde eine dickere oder breitere Masseelektrode 112 für die Zusatzkapazität Cs eine größere Zahl von Prozeßschritten erfordern und damit ungünstig sein.
- Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, deren Konstruktion der oben anhand von Fig. 3 (A) und 3 (B) beschriebenen Konstruktion gleicht, ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-90689 offenbart.
- Im Hinblick auf die erwähnten Probleme strebt die vorliegende Erfindung die Schaffung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung an, die eine Zusatzkapazität-Elektrode aufweist, die trotz kleiner Fläche eine große Kapazität liefern kann, ohne daß die Anzahl der Herstellprozesse, wie die Ausbildung von Schichten und Ätzschritte, vergrößert werden muß.
- Gemäß vorliegender Erfindung ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vorgesehen, die ein Array von Dünnfilm-Transistoren und Kondensatoren aufweist,
- mit einem ersten und einem zweiten isolierenden Substrat, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und einander zugewandt sind,
- mit einem zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eingeschlossenen Flüssigkristallmaterial,
- mit einer Mehrzahl von Gate-Zeilen-Elektroden und Kapazitäts-Zeilen-Elektroden, die mit einem bestimmten Teilungsabstand auf der nach innen weisenden Fläche des ersten isolierendem Substrats ausgebildet sind, wobei ein isolierender Film die Gate-Elektroden und Kapazitäts-Zeilen-Elektroden abdeckt,
- mit einer Mehrzahl von auf dem isolierenden Film ausgebildeten Dünnfilm-Transistoren vom umgekehrt gestaffelten Typ und Bildelement-Elektroden, wobei jede Bildelement-Elektrode zwischen der zugehörigen Gate-Zeilen-Elektrode und Kapazitäts-Zeilen-Elektrode angeordnet ist und die Drain-Elektrode jedes Dünnfilm-Transistors mit der zugehörigen Bildelement-Elektrode verbunden ist, und wobei die Gate-Elektrode jedes Dünnfilm- Transistors von einem Teil der ihm zugeordneten Gate-Zeilen-Elektrode gebildet wird und die Source-Elektrode jedes Dünnfilm-Transistors mit seiner zugehörigen Source-Zeilen- elektrode verbunden ist,
- die dadurch gekennzeichnet ist,
- daß die Kapazitäts-Elektroden aus dem gleichen Material hergestellt sind wie die Gate- Zeilen-Elektroden,
- und daß jede der Kapazitäts-Elektroden direkt von einer zusätzlichen isolierenden Schicht abgedeckt ist, die eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist.
- Im folgenden sei anhand von Fig. 1 und 2 der anliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
- Fig. 1 zeigt ein Draufsicht auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- Fig. 2 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie X-Y von Fig. 1,
- Fig. 3 (A) und (B) zeigen die Konstruktion der bekannten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
- Die in Fig. 1 und 2 dargestellte aktive Flüssigkristall-Matrixanzeigevorrichtung verwendet Dünnfilm-Transistoren (DFTs) vom umgekehrt gestaffelten Typ als Adressierungsvorrichtungen. Sie besteht aus zwei Zellsubstraten, die einander gegenüberliegen und in dem zwischen ihnen gebildeten Zwischenraum einen Flüssigkristall einschließen, so daß eine Flüssigkristallzelle entsteht. Eines der beiden Zellsubstrate umfaßt Gate-Elektroden 2, eine isolierende Gate-Schicht 5, eine halbleitende Schicht 6 aus a-Si (amorphem Silizium), eine Isolierschicht 7 eine Kontaktierungsschicht 8 aus n&spplus;-a-Si (amorphem Silizium) für den ohmschen Kontakt, Source- und Drain-Elektroden 9, Bildelement-Elektroden 10 und eine Schutzschicht 11, die als Laminat auf einem isolierenden Substrat 1 ausgebildet sind. Auf dem anderen Zellsubstrat sind Elektroden ausgebildet, die den oben erwähnten Bildelement-Elektroden entsprechen. Die Bildelement-Elektroden 10 sind in einer Matrix angeordnet.
- Die Struktur des Zellsubstrats wird im folgenden näher erläutert.
- Auf einem isolierenden Substrat 1 aus Glas wird Ta (Tantal) oder ein anderes als Elektrode für Dünnfilm-Transistoren geeignetes Material durch Kathodenstrahlzerstäubung bis zu einer Dicke von etwa 3000Å aufgebracht. Durch Fotoätzen werden Muster gebildet, um in bestimmten Abständen in derselben Ebene Gate-Elektroden 2 für Dünnfilm-Transistoren und Zusatzkapazitäts-Elektroden (Cs-Elektroden) 3 zu erzeugen. Sodann wird die Ta-Oberfläche jeder Cs-Elektrode 3 durch anodische Oxydation oxidiert, um einen Isolierschicht 4 aus Tantalpentoxid (Ta&sub2;O&sub5;) mit einer Dicke von etwa 2000Å zu erzeugen.
- Ta&sub2;O&sub5; besitzt eine große Dielektrizitätskonstante und eignet sich deshalb zur Herstellung großer Kapazitäten. Auf der gesamten zu isolierenden Fläche der Gate-Elektroden 2 und der Cs-Elektroden 3 wird sodann eine Isolierschicht 5 aus Siliziumnitrid (SiNx) durch Plasma-CVD-Verfahren abgelagert. Anschließend wird eine halbleitende Schicht 6 aus amorphem Silizium (a-Si) mit einer Dicke von etwa 300Å ausgebildet, die als Halbleiterschicht für die Dünnfilm-Transistoren dient. Außerdem wird auf der halbleitenden Schicht 6 eine Isolierschicht 7 aus Siliziumnitrid (SiNx) mit einer Dicke von etwa 2000Å ausgebildet. Durch Mustererzeugung mit Hilfe von Fotoätzen erhält man die gemusterte Halbleiterschicht 6 über den einzelnen Gate-Elektroden 2 und die gemusterte Isolierschicht auf der halbleitenden Schicht 6. Mit anderen Worten, die halbleitende Schicht 6 und die Isolierschicht 7 sind in einer Matrix angeordnet, die der Matrix der Dünnfilm-Transistoren entspricht. Als nächstes wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren eine halbleitende Kontaktschicht 8 aus n&spplus;-amorphen Silizium (n&spplus;-a-Si) für den ohmschen Kontakt mit einer Dicke von etwa 400Å ausgebildet und durch Fotoätzen gemustert, um auf diese Weise die gemusterte halbleitende Kontaktschicht 8 zu erzeugen, die selbstverständlich mit den Source- und Drain- Elektroden in Kontakt steht.
- Danach wird durch Kathodenzerstäubung oder Elektronenstrahlverdampfung eine Ti-, Mo- oder W-Schicht mit einer Dicke von etwa 3000Å aufgebracht und durch Fotoätzen gemustert, um Source- und Drain-Elektroden 9 mit dem für Dünnfilm-Transistoren geeigneten Muster zu erzeugen. Auf diese Weise werden Dünnfilm-Schalttransistoren erzeugt. Durch Kathodenzerstäubung oder Elektronenstrahlverdampfung wird eine transparente leitfähige Schicht mit einer Dicke von etwa 1000Å aufgebracht, die hauptsächlich aus Indium besteht. Sie wird durch Fotoätzen gemustert, um rechteckige Bildelement-Elektroden 10 zu gewinnen, die mit einem Ende mit der Drain-Elektrode 9 der einzelnen Dünnfilm-Transistoren verbunden sind und deren anderes Ende zu dem Punkt über den betreffenden Cs- Elektroden 3 verläuft. Außerdem wird durch Plasma-CVD-Verfahren über der gesamten Fläche eine Schutzschicht 11 aus Siliziumnitrid (SiNx) mit einer Dicke von etwa 5000Å aufgebracht. Auf diese Weise wird eines der beiden Zellsubstrate der aktiven Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hergestellt, bei dem auf dem isolierenden Substrat 1 unterhalb der Bildelement-Elektroden 10 und in derselben Ebene wie die Gate-Elektroden 2 Cs-Elektroden 3 ausgebildet sind, die aus dem gleichen Material bestehen wie die Gate-Elektroden 2.
- Zur Herstellung des anderen Zellsubstrats wird ein Elektrodensubstrat erzeugt mit Elektroden, die denjenigen des ersten Zellsubstrats entsprechen, so daß mit ihrer Hilfe im Zusammenwirken mit den Bildelement-Elektroden 10 ein elektrisches Feld an den flüssigkristall angelegt werden kann. Das erste Zellsubstrat und das mit diesem korrespondierende Elektrodensubstrat werden unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenraums zu einem Körper vereinigt. In dem Zwischenraum ist der Flüssigkristall dicht eingeschlossen. Man erhält eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wenn die Flüssigkristallzelle so bearbeitet wird, daß sie eine gedrehte nematische Orientierung besitzt. In der so gewonnenen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung sind die Bildelement-Elektroden 10 in einer Matrix angeordnet. Die Bildelement-Elektroden sind mit Dünnfilm-Transistoren verbunden, die als Schaltvorrichtungen dienen. Durch Anbringung eines Farbfilters auf den Bildelement-Elektroden 10 erhält man eine Farbanzeigevorrichtung.
- Wenn über die Dünnfilm-Transistoren ein elektrisches Feld zwischen ausgewählten Bildelement-Elektroden 10 und den korrespondierenden Elektroden an allen anderen Zellsubstraten an den Flüssigkristall angelegt wird, bilden die Bildelemente eine Matrix-Anzeigevorrichtung. Dabei wird zwischen jeder Bildelement-Elektrode 10 und jeder Cs-Elektrode 3 eine Zusatzkapazität erzeugt. Diese Kondensatoreigenschaft ermöglicht es, daß auch nach der Unterbrechung des an die Bildelement-Elektroden 10 angelegten elektrischen Feldes durch Ausschalten der Dünnfilm-Transistoren ein elektrisches Feld an dem Flüssigkristall anliegt, das durch die Zeitkonstante bestimmt wird. Damit kann die Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung ein klares Bild mit hoher Auflösung liefern.
- Wie vorangehend beschrieben wurde, werden in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß vorliegender Erfindung Dünnfilm-Transistoren vom umgekehrt gestaffelten Typ auf einem isolierenden Substrat ausgebildet, und unter den Bildelement-Elektroden werden Elektroden für eine Zusatzkapazität Cs (Cs-Elektroden) aus Tantal oder dem gleichen Material wie die Gate-Elektroden der Dünnfilm-Transistoren ausgebildet, die in der selben Ebene liegen wie die Gate-Elektroden. Zur Isolierung der Cs-Elektroden dienen eine durch anodische Oxydation des Tantals und der Cs-Elektroden erzeugte Tantalpentoxidschicht und ein Siliziumnitritschicht.
- Im Vergleich zu den aus einer transparenten leitfähigen Schicht bestehenden Cs- Elektroden haben die Cs-Elektroden gemäß vorliegender Erfindung niedrigeren Widerstand und geringere Dicke und Breite.
- In dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird Tantal (Ta) als Material für die Cs-Elektroden verwendet. Es kann auch ein anderes Material verwendet werden, solange es das gleiche Material ist wie das, aus dem die Gate-Elektroden der Dünnfilm- Transistoren hergestellt sind.
- Wie die vorangehende Beschreibung zeigt ist es gemäß vorliegender Erfindung möglich Cs-Elektroden zu erzeugen, ohne daß die Anzahl der Schichtbildungs- und Ätzprozesse vergrößert wird. Da außerdem für die Cs-Elektroden ein Material mit niedrigem spezifischen Widerstand verwendet wird, läßt sich mit Cs-Elektroden kleiner Fläche eine große Kapazität erzielen. Deshalb kann die Zusatzkapazität mit hoher Ausbeute und geringer Beeinträchtigung anderer Prozesse erzeugt werden.
- Die nach vorliegender Erfindung erzeugte Zusatzkapazität verbessert die Fähigkeit, das Bildelementpotential zu halten und bewirkt eine wirksame Reduzierung der auf die Kapazität des überlappenden Abschnitts zwischen den Gate-Elektroden und den Drain-Elektroden zurückzuführenden Verschiebung des Potentialpegels der Bildelement-Elektrode bei abfallender Gate-Spannung.
- Obwohl in der vorangehenden Beschreibung nur gewisse Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorgestellt wurden, ist es für den einschlägigen Fachmann offensichtlich, daß zahlreiche Änderungen und Modifizierungen möglich sind, ohne daß damit der beanspruchte Schutzumfang der Erfindung verlassen wird.
Claims (6)
1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die ein Array von Dünnfilm-Transistoren und Kondensatoren
aufweist,
mit einem ersten und einem zweiten isolierenden Substrat (1), die im wesentlichen parallel
zueinander angeordnet und einander zugewandt sind,
mit einem zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eingeschlossenen
Flüssigkristallmaterial,
mit einer Mehrzahl von Gate-Zeilen-Elektroden (2) und Kapazitäts-Zeilen-Elektroden (3), die
mit einem bestimmten Teilungsabstand auf der nach innen weisenden Fläche des ersten
isolierendem Substrats (1) ausgebildet sind, wobei ein isolierender Film (5) die Gate-Zeilen-Elektroden
(2) und Kapazitäts-Zeilen-Elektroden (3) abdeckt,
mit einer Mehrzahl von auf dem isolierenden Film (5) ausgebildeten Dünnfilm-Transistoren
vom umgekehrt gestaffelten Typ und Bildelement-Elektroden (10), wobei jede
Bildelement-Elektrode (10) zwischen der zugehörigen Gate-Zeilen-Elektrode (2) und Kapazitäts-Elektrode (3)
angeordnet ist und die Drain-Elektrode (9) jedes Dünnfilm-Transistors (5) mit der zugehörigen
Bildelement-Elektrode (10) verbunden ist, und wobei die Gate-Elektrode jedes
Dünnfilm-Transistors (5) von einem Teil der ihm zugeordneten Gate-Zeilen-Elektrode (2) gebildet wird und die
Source-Elektrode (9) jedes Dünnfilm-Transistors (5) mit seiner zugehörigen
Source-Zeilenelektrode verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kapazitäts-Elektroden (3) aus dem gleichen Material hergestellt sind wie die Gate-
Zeilen-Elektroden (2),
und daß jede der Kapazitäts-Elektroden (3) direkt von einer zusätzlichen isolierenden Schicht
(4) abgedeckt ist, die eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist.
2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die isolierende Schicht (4) ein
Oxidfilm ist, der durch anodische Oxidation aus der Oberfläche der Kapazitäts-Elektrode
hergestellt ist.
3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gate-Elektroden (2) der
Dünnfilm-Transistoren aus Tantal hergestellt sind.
4. Flüssigkristall-Anzeigevoinchtung nach Anspruch 1, bei der die isolierende Schicht (4) ein
Tantal-Oxidfilm ist.
5. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, bei der die isolierende Schicht (4) ein
Tantal-Peroxidfilm ist.
6. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der isolierende Film (5) ein
Silizium-Nitridfilm ist.
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