DE3315669A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung - Google Patents

Fluessigkristall-anzeigevorrichtung

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DE3315669A1
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liquid crystal
line
capacitor
display device
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Toshimoto Kodaira
Toshihiko Suwa Nagano Mano
Hiroyuki Oshima
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Suwa Seikosha KK
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Description

* * 9 ■
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 5
In letzter Zeit haben große Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen/ bei denen Bildelemente in einer Matrixform angeordnet sind, an Bedeutung gewonnen und wurden bei verschiedenen Geräten wie kleinen Personalcomputern, kleinen Fernsehempfängern und ähnlichem eingesetzt. Insbesondere für ebene große Anzeigevorrichtungen untersucht man jetzt den Einsatz von Schaltelementen in der Matrixanordnung.
Fig. 1 zeigt eine Matrixanordnung, bei der nicht-lineare Elemente in Verbindung mit Flüssigkristall-Bildelementen in einer Matrix angeordnet sind. Die mit nicht-linearen Elementen ausgestatteten Bildelemente 2 sind in der Matrix innerhalb eines Anzeigebereichs 1 vorgesehen.
Daten- bzw. Anzeigesignale und Zeitsteuerungs- bzw.
Adressiersignale werden den Bildelementen 2 über Spaltenleitungen 3 bzw. Zeilenleitungen 4 zugeführt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Matrixanordnung können folgende Fehler auftreten: Eine schlechte Musterung der Spaltenleitung, der Zeilenleitung oder der nicht-linearen Elemente, eine schlechte Isolierung am Schnittpunkt von Spaltenleitung 3 und Zeilenleitung 4, oder eine schlechte Isolierung des Bildelements 2. Von diesen Fehlern können schlechte Musterungen durch Verbesserung des Herstellungs-Verfahrens und sorgfältige Sauberhaltung der Fabrikationsstätten ausgeschlossen und dadurch die Produktausbeute erhöht werden. Eine Verbesserung der Qualität und Erhöhung der Dicke einer Isolierschicht würde einer Verringerung der Ausbeute infolge schlechter Isolierung am Anfang des Herstellungsverfahrens entgegenwirken. Nach
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Fertigstellung einer Matrixanordnung kann jedoch eine schlechte Isolierung zwischen Leitungen infolge statischer Elektrizität oder ähnlicher Faktoren auftreten. Wenn eine Spaltenleitung oder eine Zeilenleitung außerhalb des Anzeigebereichs einer statischen Elektrizität ausgesetzt wird, kann an einem Schnittpunkt zwischen den sich senkrecht kreuzenden Leitungen eine schlechte Isolierung auftreten. Folge einer solchen schlechten Isolierung ist, daß an der Schnittstelle zwischen der Zeilenleitung und der Spaltenleitung Datensignale auf die Zeilenleitung und Adressiersignale auf die Spaltenleitung gelangen, was man als Leitungsfehler bezeichnet. Das Ergebnis wäre, daß die Anzeige aller Bildelemente, die mit der schlecht isolierten Leitung verbunden sind, gestört wäre . Dies verschlechtert die Anzeige einer Matrixanordnung merklich. Wenn ein solcher Fall auftritt, wird im allgemeinen die betroffene Spaltenleitung oder die betroffene Zeilenleitung abgetrennt. Diese Maßnahme führt aber unvermeidlich zu einem Leitungsfehler, bei dem die an die abgetrennte Spaltenleitung oder die an die abgetrennte Zeilenleitung angeschlossenen Bildelemente in einen nicht leuchtenden bzw. anzeigelosen Zustand kommen. Wenn die Matrixanordnung auf einem einkristallinen Siliciumsubstrat ausgebildet ist, kann sie durch eine Diode oder einen Widerstand im Siliciumsubstrat vor statischer Elektrizität geschützt werden. Wenn jedoch die Matrixanordnung Dünnfilmtransistoren aufweist und auf einem Glassubstrat ausgebildet ist, können die erwähnten Isolierungsraängel leicht auftreten, da in diesem Fall die Schaffung einer Schutzschaltung vor dem Eindringen statischer Elektrizität schwierig ist. Daher ergibt sich wegen schlechter Isolation eine schlechte Produktionsausbeute der Matrixanordnungen.
Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild eines Bildelements der
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Matrixanordnung, bei der ein MOS-Feldeffekttransistor als nicht-lineares Element eingesetzt ist. Dieser Transistor ist mit 5 bezeichnet und dient dazu, ein Datensignal an einen Kondensator 6 und eine Steuerelektrode 7-1 einer Flüssigkristallzelle 7 anzulegen. Der Kondensator 6 dient dazu/ ein eingeschriebenes Datensignal zu halten. Die Flüssigkristallzelle 7 enthält die schon erwähnte Steuerelektrode 7-1, die gesondert für jedes Bildelement ausgebildet ist/ und eine Gegenelektrode 7-2 an einem oberen Glassubstrat.
Fig. 3a zeigt in der Draufsicht ein Detail eines Bildelements von Fig. 2, während Fig. 3b die Querschnittsansicht längs der Linie AB in Fig. 3a ist. Auf einem Glassubstrat 15 ist eine polykristalline Siliciumschicht 8 ausgebildet. Durch Oxidieren der Oberfläche der polykristallinen Siliciumschicht 8 ist eine Gateisolierschicht 13 gebildet. Eine zweite Schicht aus polykristallinem Silicium ist hierauf ausgebildet und durch einen Fotoätzprozeß in ein Muster geätzt/ um gleichzeitig die Zeilenleitung und die Gateelektrode 9 eines Transistors sowie eine Elektrode des Kondensators zu schaffen. Dann wird ein Dotierstoff in die zweite polykristalline Siliciumschicht 9 und 12 und in die erste polykristalline Siliciumschicht 8 mit Ausnahme des von der Gateelektrode 9 bedeckten Bereiches eindiffundiert, um Source und Drain des Transistors zu schaffen. Danach wird eine Isolierschicht 14 über der gesamten Oberfläche ausgebildet, und es werden Kontaktlöcher im Bereich der Sourcezone und der Drainzone des Transistors eingebracht. Schließlich werden hierauf eine Spaltenleitung 10 sowie die Steuerelektrode 11 des Bildelements ausgebildet. Die Isolierschicht 14/ die die Spaltenleitung 10 von der Zeilenleitung 9 isoliert, liegt zwischen Elektroden 11 und 12, die einen Kondensator bilden. Da die Kapazität dieses
Kondensators der Dicke der Isolierschicht umgekehrt"' proportional ist, muß die Isolierschicht 14 dünn sein, damit eine große Kapazität des Kondensators erhalten wird. Wenn beispielsweise ein Bildelement allseits eine Kantenlänge von 1mm aufweist, darf die Fläche des Kondensators nur 200μ.ΐα2 sein, damit die Helligkeit- der Anzeige nicht durch den Kondensator beeinträchtigt wird. Wenn die aus Siliciumoxid bestehende Isolierschicht eine Dicke von 0,5μπι besitzt, beträgt die Kapazität des Kondensators nur etwa 2,5pF. Auf der anderen Seite ist die Kapazität der Flüssigkristallzelle in einem Bildelement ungefähr 9pF, wenn die Dicke der Flüssigkristallschicht 10μπι beträgt. Die Kapazität des Kondensators sollte wenigstens das Einfache, möglichst das Zwei- bis Dreifache derjenigen einer Flüssigkristallzelle sein. Damit dies erreicht wird, muß die Dicke der Isolierschicht ein Fünftel bis ein Zehntel der obigen Dicke betragen oder die Fläche des Kondensators fünf- bis zehnmal so groß wie oben angegeben sein. Da jedoch die Fläche des Kondensators zur Gewährleistung der Helligkeit der Anzeige begrenzt ist, ist die Verringerung der Dicke der Isolierschicht zwischen den Kondensatorelektroden der einz-ige Weg, die Kapazität des Kondensators größer als diejenige der Flüssigkristallzelle zu machen. Also sollte die Siliciumoxidschicht in diesem Fall 0,1μπι dick sein. Selbst wenn Siliciumnitrid, das eine größere Dielektrizitätskonstante aufweist, verwendet wird, sollte die Dicke der Isolierschicht auf 0,1 bis 0,2μπι beschränkt sein.
Die Gateisolierschicht 13 eines Transistors besitzt gewöhnlich eine Dicke von wenigstens 0,1 bis 0,2μΐη. Wenn die Durchbruchsspannung des Transistors hoch sein soll, muß die Gateisolierschicht 0,5μπι oder mehr dick sein. Im Vergleich mit der Gateisolierschicht 13 ist die Durchbruchsspannung der Isolierschicht 14 halb so
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5/6
hoch, wenn beide Schichten gleiche Dicke besitzen. Dies beruht darauf, daß die Gateisolierschicht 13 aus Siliciumoxid thermisch ausgebildet wird, während die Isolierschicht 14 aus Siliciumoxid mittels chemischer Dampfabscheidung aufgebracht wird. Wenn die Dicke der Gateisolierschicht
13 0,1 um und die der Isolierschicht 14 0,2μΐη beträgt,
dann ist die Durchbruchsspannung der Isolierschicht 14
notwendigerweise niedriger als die der Gateisolierschicht 13. Durch statische Elektrizität würde in einem solchen Fall eine Beschädigung einer Zeilenleitung oder einer
Spaltenleitung an einem Schnittpunkt zwischen beiden unvermeidlich sein. Mit zunehmender Dicke der Isolierschicht
14 als Schutz vor Schaden am Schnittpunkt zwischen Zeilenleitung und Spaltenleitung nimmt die Kapazität des Kondensators auf einen Wert ab, der geringer als der einer Flüssigkristallzelle ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezeigten Probleme zu beseitigen und eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen, bei der einerseits die Kapazität der Kondensatoren ausreichend groß ist und andererseits Leitungsfehler infolge der Beseitigung von Schaden aufgrund
statischer Elektrizität vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
im Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Matrixanordnung von Bildelementen
6/7
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einer Flüssigkristall-Anzeigevor
richtung,
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines Bildelements, 5
Fig. 3a und
3b ein Detail von Fig. 2 in einer Draufsicht bzw. einer Querschnittsansicht,
Fig. 4a und
4b eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 5a und
5b eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4a zeigt eine Querschnittsansicht entsprechend Fig. 3b einer Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Bildelement auf einem Glassubstrat 15 ausgebildet ist. Fig. 4b ist eine Draufsicht, die die Schnittstelle zwischen einer Zeilenleitung 9 und einer Spaltenleitung 10 zeigt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 3 versehen. Zusätzlich zur Ausbildung der Isolierschicht 14 von Fig. 3 ist im vorliegenden Fall eine zweite Siliciumoxidschicht auf der gesamten Oberfläche ausgebildet. Die zweite Siliciumoxidschicht wird mittels einer Fotoätztechnik außer im Bereich der Schnittstelle zwischen der Zeilenleitung 9 und der Spaltenleitung 10 entfernt, wie durch 14-2 gekennzeichnet. Nachfolgend werden Kontaktlöcher im Bereich von Sourcezone und Drainzone in die erste Siliciumoxidschicht 14-1 eingebracht. Schließlich wird die Spaltenleitung 10 aus-
gebildet. Die Dicke der ersten Siliciuinoxidschicht beträgt 0,1 μΐη oder weniger, so daß der Kondensator eine ausreichende Kapazität erhält. Auf der anderen Seite ist die Dicke der zweiten Siliciumoxidschicht 0,5μπι oder mehr, so daß die Durchbruchsspannung an der Schnittstelle (Überlappungsbereich) zwischen der Zeilenleitung und der Spaltenleitung angehoben wird. Mit diesem erfindungsgemäßen Aufbau ergibt sich der Vorteil, daß die Durchbruchsspannung an der Schnittstelle zwischen Zeilenleitung und Spaltenleitung höher sein kann als beim Gate des Transistors und daß die Kapazität des Kondensators ausreichend groß ist. Die zweite Siliciumoxidschicht 14-2 kann auch als erste ausgebildet und fotogeätzt werden, bevor die erste Siliciumoxidschicht 14-1 ausgebildet wird. Wenn die erste und die zweite Isolierschicht aus demselben Material, wie Siliciumoxid,gebildet werden, läßt sich die dickere Isolierschicht, die Zeilenleitung 9 von Spaltenleitung 10 isoliert, sehr viel leichter fotoätzen als die dünnere Isolierschicht. Wenn die erste Isolierschicht 14-1 als erste ausgebildet und darauf die zweite Isolierschicht 14-2 ausgebildet wird, ist es günstiger, die beiden Schichten aus unterschiedlichen Materialien zu bilden, beispielsweise die erste Schicht aus Siliciumnitrid und die zweite Schicht aus Siliciumoxid, da abwechselnd eine dieser Schichten zur Mustergebung fotogeätzt wird.
Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 5a ist eine Draufsicht, Fig. 5b eine Querschnittsansicht längs der Strichpunktlinie A-B in Fig. 5a. Ähnlich wie in Fig. 4 ist auf der Oberfläche eines Siliciumdünnfilms 8 eine thermische Oxidschicht 13 ausgebildet und zweite Siliciumdünnfilme 9 und 12 ausgebildet und gemustert. In die zweiten Siliciumdünnfilme 9 und 12 sowie in den ersten Siliciumdünnfilm 8 mit Ausnahme des von der
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Siliciumschicht 9 bedeckten Bereichs wird Dotierstoff eindotiert. Nach Ausbilden der ersten Isolierschicht 14-1 und nachfolgend der zweiten Isolierschicht 14-2 wird die zweite Isolierschicht 14-2 im Bereich der Kondensatorelektrode durch eine Fotoätztechnik entfernt, so daß auf dem Siliciumfilm 12, der eine Elektrode des Kondensators darstellt, nur die erste Isolierschicht 14-1 übrigbleibt. Nachfolgend werden Kontaktlöcher im Bereich von Sourcezone und Drainzone eines Transistors in die
to Isolierschicht eingebracht. Eine Spaltenleitung 10 und eine Steuerelektrode 11 für das Bildelement werden schließlich ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann durch eine Dicke von etwa 0,1 μπι der ersten Isolierschicht 14-1 und eine Dicke von 0,5u.m oder mehr der zweiten Isolierschicht 14-2 die Durchbruchsspannung an einer Schnittstelle zwischen einer Spaltenleitung und einer Zeilenleitung höher sein als die vom Gate des Transistors. Ferner kann der Kondensator des Bildelements ausreichende Kapazität aufweisen. Darüberhinaus kann bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 das Bildelement mit Transistor durch eine so dicke Isolierschicht geschützt werden, daß die Verläßlichkeit erhöht wird. Wie in Fig. 5a durch eine gestrichelte Linie 16 angedeutet, kann die dicke Isolierschicht im wesentlichen gut mit dem Kondensator übereinstimmen bzw. sich um diesem herum erstrecken. Je größer die Aussparung der Isolierschicht 14-2 ist, desto größer ist die Kapazität des Kondensators. Die Isolierschichten 14-1 und 14-2 bestehen gewöhnlich aus Siliciumoxid. Daneben können sie aber aus Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid bestehen. Ähnlich wie bei der Ausführungsform von Fig. 4 kann die Reihenfolge der Herstellung der beiden Isolierschichten umgekehrt werden.
Ferner kann der Anzeigebereich der Steuerelektrode 11 dadurch vergrößert werden, daß die Steuerelektrode die
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Zeilenleitung 9 und einen Teil des Transistors überdeckt. Dadurch kann die Bildhelligkeit erhöht werden. Die überdeckung der Zeilenleitung 9 und eines Teiles des Transistors mit einer Steuerelektrode 11 ist besonders für das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 geeignet, da die dicke Isolierschicht 14-2 zur Vermeidung von Fehlern wie Kurzschlüssen beiträgt.
Wie vorangehend beschrieben, wird erfindungsgemäß die Durchbruchsspannung an der Schnittstelle zwischen einer Spaltenleitung und einer Zeilenleitung dadurch höher als die des Gates eines Transistors gemacht, daß eine Isolierschicht in einem Bereich, wo Spaltenleitung und Zeilenleitung einander schneiden, dicker als anderswo ist.
Fehler einer Matrixanordnung durch statische Elektrizität können auf Bildelementfehler unter Ausschluß von Zeilenfehlern beschränkt werden. Dadurch wird die Ausbeute der Matrixanordnung verbessert, was eine Massenproduktion zuläßt. Darüberhinaus ist die Kapazität des Kondensators so groß, daß die Matrixanordnung hinsichtlich der Speicherung von Datensignalen verbessert wird. Dies führt zu einer besseren Anzeige der mit einer solchen Matrixanordnung ausgestatteten Anzeigevorrichtung. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen umfaßt die Matrixanordnung unabhängige Kondensatorelektroden. Die Erfindung ist aber gleichfalls anwendbar auf eine Matrixanordnung, bei der eine Kondensatorelektrode von der Zeilenleitung des benachbarten Bildelements gebildet wird.
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Claims (4)

1.0
Patentansprüche
1J Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Bildelementen (2), von denen jedes eine Flüssigkristallzelle (7) mit einer Steuerelektrode (7-1), einen Kondensator (6) zur Speicherung eines Datensignals, und einen MOS-Feldeffekttransistor (5) zum Anlegen des Datensignals an den Kondensator (6) und die Steuerelektrode (7-1) aufweist,und einer Vielzahl von Zeilenleitungen (4, 9) sowie einerVielzahl von Spaltenleitungen (3, 10), die rechtwinklig zueinander angeordnet und mit den Gateelektroden bzw. den Sourceelektroden der MOS-Feldef fekttransistoren (5) der Bildelemente (2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet daß die Durchbruchsspannung einer zwischen einer Spaltenleitung (3, 10) und einer Zeilenleitung (4, 9) befindlichen Isolierschicht höher als die Durchbruchsspannung einer Gateisolierschicht (13) des MOS-Feldeffekttransistors (5) ist.
2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Isolierschicht (14-1, 14-2) wenigstens an der Schnittstelle zwischen der Zeilenleitung (4, 9) und der Spalten-
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leitung (3, 10) größer als an anderen Stellen ist.
3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η zeichnet , daß wenigstens ein Teil der Zeilenleitung (4, 9) und/oder des MOS-Feldeffekttransistors (5) unter Zwischenlage der Isolierschicht (14-1, 14-2) von der Steuerelektrode (11) überdeckt ist.
4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Bildelemente (2) auf einem Glassubstrat (15) ausgebildet sind.
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