JP2564995B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光電流を低減させる構造
を有する半導体薄膜トランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、絶縁基板上に薄膜トランジスタを
形成する研究が活発に行われている。この技術は、安価
な絶縁基板を用いて薄型ディスプレイを実現するアクテ
ィブマトリクスパネル、あるいは通常の半導体集積回路
上にトランジスタなどの能動素子を形成する三次元集積
回路、あるいは安価で高性能なイメージセンサ、あるい
は高密度のメモリなど、数多くの応用が期待されるもの
である。以下、薄膜トランジスタをアクティブマトリク
スパネルに応用した場合を例にとって説明するが、本発
明は薄膜トランジスタの光電流が問題となる他の場合に
も、全く同様に適用することができる。これは、本発明
の主旨が、光電流を減少させるという薄膜トランジスタ
の本質的な特性向上に関するものだからである。

【０００３】薄膜トランジスタをアクティブマトリクス
パネルに応用した場合の液晶表示装置は、一般に、上側
のガラス基板と、下側の薄膜トランジスタ基板と、その
間に封入された液晶とから構成されており、前記薄膜ト
ランジスタ基板上にマトリクス状に配置された液晶駆動
素子を外部選択回路により選択し、前記液晶駆動素子に
接続された液晶駆動電極に電圧を印加することにより、
任意の文字、図形、あるいは画像の表示を行うものであ
る。前記薄膜トランジスタ基板の一般的な回路図を図１
に示す。

【０００４】図１ａは薄膜トランジスタ基板上の液晶駆
動素子のマトリクス状配置図である。図中の１で囲まれ
た領域が表示領域であり、その中に液晶駆動素子２がマ
トリクス状に配置されている。３は液晶駆動素子２への
データ信号ラインであり、４は液晶駆動素子２へのタイ
ミング信号ラインである。液晶駆動素子２の回路図を図
１ｂに示す。５は薄膜トランジスタであり、データのス
イッチングを行う。６はコンデンサであり、データ信号
の保持用として用いられる。このコンデンサの容量とし
ては、液晶自体の有する容量と故意に設けたコンデンサ
の容量を含むが、場合によっては液晶の容量のみで構成
されることもある。７は液晶パネルであり、７−１は各
液晶駆動素子に対応して形成された液晶駆動電極であ
り、７−２は上側ガラスパネルである。

【０００５】図２は半導体薄膜を用いた従来のＮチャン
ネル薄膜トランジスタの一般的な構造を示す断面図であ
る。８はガラス、石英などの絶縁性透明基板、９は多結
晶シリコンなどの半導体薄膜、１０は半導体薄膜中にリ
ンやヒ素などの不純物をドープして形成したソース領
域、１１は同じくドレイン領域、１２はゲート膜、１３
はゲート電極、１４は層間絶縁膜、１５はソース電極、
１６はドレイン電極である。

【０００６】このような薄膜トランジスタをアクティブ
マトリクスパネルに応用する場合、薄膜トランジスタ
は、液晶に印加する電圧のデータをスイッチングするた
めに用いられ、この時薄膜トランジスタに要求される特
性は大きく次の２種類に分類される。

【０００７】（１）薄膜トランジスタをＯＮ状態にした
時コンデンサを充電させるために充分な電流を流すこと
ができること。

【０００８】（２）薄膜トランジスタをＯＦＦ状態にし
たとき、極力電流が流れないこと。

【０００９】（１）は、コンデンサへのデータ書き込み
特性に関するものであり。液晶の表示はコンデンサの電
位により決定されるため、短時間にデータを完壁に書き
込むことができるように、薄膜トランジスタは充分大き
い電流を流すことができなくてはならない。この時の電
流（以下、ＯＮ電流という。）は、コンデンサの容量
と、書き込み時間から定まり、そのＯＮ電流をクリアで
きるように薄膜トランジスタを製造しなければならな
い。薄膜トランジスタの流すことのできるＯＮ電流は、
トランジスタのサイズ（チャンネル長とチャンネル
幅）、構造、製造プロセス、ゲート電圧、ドレイン電圧
などに大きく依存する。

【００１０】（２）は、コンデンサに書き込まれたデー
タの保持特性に関するものである。一般に、書き込まれ
たデータは書き込み時間よりもはるかに長い時間保持さ
れなくてはならない。コンデンサの容量は、通常１ｐＦ
程度の小さい値であるため、薄膜トランジスタがＯＦＦ
状態の時にわずかでもリーク電流（以下、ＯＦＦ電流と
いう）が流れると、ドレインの電位（すなわちコンデン
サの電位）は急激にソースの電位に近づき、書き込まれ
たデータは正しく保持されなくなってしまう。従って、
ＯＦＦ電流はできる限り、小さくしなくてはならない。

【００１１】また、薄膜トランジスタに光を照射する
と、光によりキャリアが励起され、半導体薄膜の伝導度
が増大する。このため、ＯＮ電流、ＯＦＦ電流の増加の
割合が著しい。また光を照射することによる電流の増分
（光電流）は、その光の照度に比例する。従って、明る
い環境にあればあるほど、ＯＦＦ電流が増加し、前記要
求される特性が満たされなくなる。一般に液晶表示装置
は明るい環境にあるほどコントラストが向上し良好な表
示特性が得られるが、スイッチング素子にこのような薄
膜トランジスタを用いる場合には、逆に明るいほど表示
性能が低下することになる。

【００１２】図３は、図２に示した構造を有する薄膜ト
ランジスタの特性を示すグラフである。なお、このデー
タは本出願人が、実験を行って得られた結果である。こ
のグラフの横軸はソースに対するゲート電圧ＶＧＳであ
り、縦軸はドレイン電流ＩＤＳである。ソースに対する
ドレイン電圧ＶＤＳは４Ｖである。

【００１３】図中、Ａの実線のグラフは光を照射しない
ときのドレイン電流（暗電流）を示し、Ｂの破線のグラ
フは１万ルックスの光を照射したときのドレイン電流を
示している。図３からわかるように、光を照射すること
によりＯＮ電流はほとんど増加しないが、ＯＦＦ電流は
大幅に増加している。このため、ＯＮ／ＯＦＦ比がとれ
なくなり、従って充分なトランジスタ特性が得られな
い。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の薄膜トランジスタの欠点を除去するものであり、
その目的とするところは、光電流を低減させる構造を有
する薄膜トランジスタを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】これを実現するために、
本発明は、一対に透明基板間に液晶が封入され、該基板
の一方の基板上に設けられた画素電極と、該画素電極に
接続され、該基板上に設けられてなる薄膜トランジスタ
とを有してなる液晶表示装置において、該薄膜トランジ
スタは、該基板上に形成されたシリコン薄膜からなるチ
ャネル領域と、ソース領域及びドレイン領域と、該チャ
ネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された光透盈生
匠ゲート電極と、該ソース領域上に形成されて層間絶縁
膜により該ゲート電極と絶縁された光非透過性のソース
電極と、該ドレイン領域上に形成されて該層間絶縁膜に
より該ゲ一卜電極と絶縁された光非透過性のドレイン電
極とからなり、該ドレイン電極が該チャネル領域上に延
在してなることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明によれば、光非透過性のソース電極とチ
ャネル領域上に延長された光非透過性のドレイン電極と
によって、薄膜トランジスタに光が照射された際に光電
流の発生を抑えて、ＯＦＦ電流の増加を防止することが
できる。

【００１７】

【実施例】以下、図を参照しつつ、本発明を詳細に説明
する。

【００１８】図４は、本実施例による薄膜トランジスタ
の構造を示す断面図である。図中８〜１６の意味する内
容は、図２と全く同じである。図４からわかるように、
トランジスタのチャンネル領域は延長されたソース電極
により被覆されている。従って、チャンネル領域には全
く光が入射しない。従って、図４に示すような構造を採
用することにより、光電流の発生を充分に小さく抑制す
ることができる。なお、図４では、ソース電極を延長す
ることによりチャンネル部を被覆する場合について示し
たが、ドレイン電極を延長することによりチャンネル部
を被覆してもよい。この場合にも、上述した説明は同様
に成立する。

【００１９】また、本実施例では、ソース領域１０及び
ドレイン領域１１が遮光材からなる電極で被覆されるた
め、ソース領域及びドレイン領域も光の入射が防止でき
る。従って、チャンネル領域上に遮光材を形成した場合
に比べて、さらに光を減少せしめることが可能となる。
しかも、そのような構造を実現するために、特別な工程
を必要としない。すなわち、ソース電極あるいはドレイ
ン電極のパターンを変更するだけで、従来の製造工程を
何等変更する必要はない。

【００２０】図５は、図４に示した構造を有する薄膜ト
ランジスタの特性を示すグラフである。このデータも本
出願人が実験を行い得られた結果である。

【００２１】種々のパラメータは図３の場合と同様であ
る。図中、Ｃの実線のグラフは光を照射しない時のドレ
イン電流（暗電流）を示し、Ｄの破線のグラフは１万ル
ックスの光を照射したときのドレイン電流を示してい
る。Ｃのグラフは、図３のＡのグラフに一致する。図５
からわかるように、光電流の発生は非常にわずかであ
り、１万ルックスの光を照射してもＯＦＦ電流は１ｐＡ
程度しか増加しない。このＯＦＦ電流のわずかな増分
は、前述したように、主にソース電極とドレイン電極の
間隙から入射した光の効果によるものである。なお、ド
レイン電極を延長することによりチャンネル部を被覆す
る構造の薄膜トランジスタでも、全く同様の結果が得ら
れる。

【００２２】

【発明の効果】上述の如く、本発明は、薄膜トランジス
タの光電流を大幅に低減できるので、液晶パネルに入射
した光により薄膜トランジスタの誤動作が生ずることが
なく、良好な表示特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ、ｂは薄膜トランジスタをアクティブマトリ
クスパネルに応用した場合の一般的な回路図。

【図２】半導体薄膜を用いたＮチャンネル薄膜トランジ
スタの一般的な構造を示す断面図。

【図３】従来の薄膜トランジスタの特性を示す図。

【図４】本発明による薄膜トランジスタの構造を示す断
面図。

【図５】本発明による薄膜トランジスタの特性を示すグ
ラフ。

【符号の説明】１ 表示領域 ２ 液晶駆動素子 ３ データ信号ライン ４ タイミング信号ライン ５ 薄膜トランジスタ ６ コンデンサ ７ 液晶パネル ７−１ 液晶駆動電極 ７−２ 上側ガラスパネル ８ 絶縁性透明基板 ９ 半導体薄膜 １０ ソース領域 １１ ドレイン領域 １２ ゲート膜 １３ ゲート電極 １４ 層間絶縁膜 １５ ソース電極 １６ ドレイン電極 １７ 隙間

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の透明基板間に液晶が封入され、該基
   板の一方の基板上に設けられた画素電極と、該画素電極
   に接続され、該基板上に設けられてなる薄膜トランジス
   タとを有してなる液晶表示装置において、 該薄膜トランジスタは、該基板上に形成されたシリコン
   薄膜からなるチャネル領域と、ソース領域及びドレイン
   領域と、該チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成
   された允違遵生匠ゲート電極と、該ソース領域上に形成
   されて層間絶縁膜により該ゲート電極と絶縁された光非
   透過性のソース電極と、該ドレイン領域上に形成されて
   該層間絶縁膜により該ゲート電極と絶縁された光非透過
   性のドレイン電極とからなり、該ドレイン電極が該チャ
   ネル領域上に延在してなることを特徴とする液晶表示装
   置。