JPS6280626A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPS6280626A
JPS6280626A JP60221664A JP22166485A JPS6280626A JP S6280626 A JPS6280626 A JP S6280626A JP 60221664 A JP60221664 A JP 60221664A JP 22166485 A JP22166485 A JP 22166485A JP S6280626 A JPS6280626 A JP S6280626A
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electrode
display
liquid crystal
thin film
semiconductor layer
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JP60221664A
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Shigeo Aoki
茂雄 青木
Yasuhiro Ukai
育弘 鵜飼
Yasuhiro Matsushita
松下　泰広
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Hosiden Electronics Co Ltd
Original Assignee
Hosiden Electronics Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は特に表示面漬が広く、高精細な表示を可能と
するアクティブ表示の液晶表示素子に関する。
「従来の技術」 従来のこの種の液晶表示素子は例えば第９四に示すよう
（−ガラスのような透明基板１１及び１２が近接対向し
て設けられ、その周縁部にはスペーサ１３が介在され、
これら透明基板１１．１２間に液晶１４が封入されてい
る。一方の透明基板１１の内面に表示電極１５が複数形
成され、これら各表示電極１５に接してそれぞれスイッ
チング素子として薄膜トランジスタ１６が形成され、そ
の薄膜トランジスタ１６のドレインは表示電極１５に接
続されている。これら複数の表示電照１５と対向して他
方の透明基板１２の内面に透明な共ｉ市電極１７が形成
されている。
表示゛電極１５は例えば画素成極であって第１０図に示
すように、透明基板１１上に正方形の表示電極１５が行
及び列に近接配列されており、表示電極１５の各行配列
と近接し、かつこれに沿ってそれぞれゲートバス１８が
形成され、また表示電極１５の各列配列と近接してそれ
に沿ってソースバス１９がそれぞれ形成されている。こ
れら各ゲートバス１８及びソースバス１９の交差点にお
いて薄膜トランジスタ１６が設けられ、各薄膜トランジ
スタ１６のゲートは両バスの交差点位島においてゲート
バス１８に接続され、各ソースはソースバス１９にそれ
ぞれ接続され、更に各ドレインは表示電極１５に接続さ
れている。
これらゲートバス１８とソースバス１９との各一つを選
択してそれら間に電圧を印加し、その電工が印υ口され
た薄膜トランジスタ１６のみが導１山し、そのＱｄした
薄膜トランジスタ１６のドレイン（二接続された表示゛
電極１５に電荷を蓄潰して表示電極１５と共通ｍ電極１
７との間の液晶１４の部分においてのみ電圧を印加し、
これによって表示電極１５の部分のみを光透明或は光遮
断とすることによって選択的な表示を行う。この表示電
極１５に蓄積した電荷を放電させることによってと示を
消去させることができる。
薄膜トランジスタ１６は従来においては例えば第１１図
及び第１２因に示すように構成されていた。即ち透明基
板１１上（二表示電極１５とソースバス１９とがＩＴＯ
のような透明導電膜によって形成され、表示電極１５及
びソースバス１９の互に平行近接した部分間にまたがっ
てアモルファスシリコンのような半導体層２１が形成さ
れ、更（ニヤの上に窒化シリコンなどのゲート絶縁膜２
２が形成される。このゲート絶縁膜２２上において半導
体層２１を介して表示電極１５及びソースバス１９とそ
れぞれ一部重なってゲート電極２３が形成される。ゲー
ト電極２３の一端はゲートバス１８に接続される。この
ようにしてゲート電極２３とそれぞれ対向した表示電極
１５．ソースバス１９はそれぞれドレイン電極１５ａ、
ソース電極１ｇａを構成し、これら゛電極１５ａ＃１９
ａ、半導体層２１、ゲート絶縁膜２２、ゲート電極２３
によって薄膜トランジスタ１６が構成される。ゲート電
極２３及びゲートバス１８は同時（＝形成され、例えば
アルミニウムによって構成される。またこの電極１５ａ
ｌ１９ａ上にそれぞれオーミック接触ｉ慎２５，２６が
例えば＋１プラス層により形成されていた。
「鎖明が解決しようとする問題点」 従来のこの種の液晶表示素子においてその表示面積を広
くシ、かつ高い分解能で表示する場合（二は１表示電極
１５を高密度にする必要があり、それに伴ってソースバ
ス１９の長さが長くなり、このためバスに対する印加電
圧側とこれより離れた側とにより電圧降下に基すき一様
な輝度が得られず、電源から遠いもの程輝度が低下する
輝度餉斜が生じる。
また半導体層２２のアモルファスシリコンは光導電効果
を持っており、このため外部から光が半導体層２２に照
射されてると、薄膜トランジスタがオフの状態において
も十分なオフ状態（高い抵抗）とならない。しかも従来
においては各部のパターンを高密度にするため電極１５
、ソースバス１９などのパターンのエツチングは基板１
１に対して垂直に行われる異方性ドライ′エツチングに
よって所定の形状とされていた。従ってソースバス１９
を厚くしてソースバスの抵抗を小さくすると、その側面
において半導体＠２２との密着性が悪くなるため半導体
層２２の厚さを薄くすることができず、少くとも１００
０オグストロン程度の厚さを必要としていた。
°更（ニオ−ミック接触層２５．２６は基板１１と反対
側の面のみに形成されているため、その幅が狭く、この
点からも電極１５ａ＃１９ａと半導体層２２との良好な
オーミック接触が得難く、ドレイン電圧電流特性にオフ
セットが生じたものとなった。
ソースバス１９やゲートバス１８と共通電極１７との間
の容量が大きいと、高速動作をさせることが困難となり
、かつこれら間において表示に寄与しない部分において
１夜晶（＝直流電圧が印加され、液晶を劣化させること
があった。
「問題点を解決するための手段」 この発明においては液晶表示素子のスイッチ素子として
の薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との対
向する側面はテーパ面とされ、そのテーパ面の全面にわ
たってオーミック接触層が形成され、七のオーミック接
触哨上において半導体層が形成される。このようにテー
パ面上に半導体層が形成されることによって半導体層の
厚さを薄く１例えば５００Ｃｋ以下ｔ　ｏｏＸ程度にも
薄くすることができる。しかもオーミック接触層との接
触面端も広くなり、良好なオーミック接触が得られ、ド
レイン電圧電流特性にオフセットのない、それだけ幅広
い制御が可能となる。
更に各表示゛電極と対向して共通ｍ電極はその表示％Ｅ
ｆＪｊと同一のパターン状に分割され、その分割された
部分は隣接するものは１１１次細い接続部で接続されて
おり、従ってソースバスやゲートバスと共ａ　？を極は
ほとんど対向することなく、それだけソースバス、トン
インバスと共通電極との間の静電容けが小さくなり、か
つ液晶に直流が印加するおそれがなく、液晶の寿命の長
いものが得られる。
「実施例」 第１図はこの発明の要部である薄膜トランジスタの一例
を示す。この発明ではドレイン電極１５ａ、ソース′岨
極１’９ａの対向側面はそれぞれテーパ面３１．３２と
されている。そのテーパ面３１．，３２の全面にわたっ
てオーミック接触層２５．２６が形成されており、更に
その上に半導体！ｉ２２が形成されている。このテーパ
面３１．３２の形成は透明電極を形成し、これを表示電
極１５やソースバス１９の所定のパターン（ニエッチン
グする際に異方性エツチングではなく１等方性エツチン
グと１７、つまり基板１１の垂直方向に対するエツチン
グと共に水平方向に対してもエツチングがなされ、その
エツチング速度はほぼ等しくされ、このためテーパ面３
１，３２は基板１１に対し４５°のテーパ面とされる。
なおこの例においては半導体屑２２と対向して基板１１
側に遮光層３３が形成された場合であり。
この遮光１ｉ４３３の形成に伴って保護層３４が形成さ
れる。遮光層３３は例えばクロームとされ、保護層３４
は二酸化シリコンとされる。またゲート２１色縁膜２３
やゲート′電極２４上を含む全面にわたって床護１ｉ　
３　ｓが例えば窒化シリコン（＝よって被われる。
この上うな薄膜トランジスタを用いて第２因に。
第９図と対応して示すよう（−１基板１１及び１２間に
液晶１，１が封入され、表示電極１５が先に述べたと同
様に形成されると共に薄膜トランジスタ３６として第１
図に示したものが形成されている。またこの例において
は保護層３５上更に配向処理層３７が形成され、配向処
理層３７が液晶１４と接触している。この表示′電極１
５とソースバス１９、ゲートバス１８と、薄膜トランジ
スタ３６との関係は先に述べた従来の場合と同様である
。
一方透明堪＠１２側においては共通１Ｂ電極１７が形成
されているが、この共ｄ′屯極１７として第３図に示す
ように表示゛屯極１５と対向してこれと同一大きさで、
かつ間−形状の分割共通ｉＴＩ電極１７ａが配列形成さ
れており、この分割共通電極１７１は隣接するものは順
次接続部１７ｂで接続され、接続部１７ｂはこの例にお
いてはその各分割共浦電Ｘ１７ａの各辺の中央において
幅の狭い接読部として形成されている。従ってこの幅の
接続部１７ｂを除くとゲートバス１８、ソースバス１９
は共通電極１７と対向しないような関係とされている。
またこの例においてはカラー表示とした場合であり、ま
た各分割表示共通ｊＴｌ　”’ｕ極１７ａ上にそれぞれ
カラーフィルタ３８が形成されており、カラーフィルタ
３８は例えば３色の色フィルタが均一に分布されている
。カラーフィルタ３８の間において、つまり分割共通電
極１７ａの間を埋めるように黒フィルタ３９が形成され
る。つまり黒フィルタ３９は第４因に示すように七の隣
接色フィルタ３８の間を埋めるように形成されている。
これらカラーフィルタ３８及び黒フィルタ３９の内面に
配向処理層４１が形成され、これが液晶１・１と接触し
ている。また基板１２の外面には（２）先板４２が付け
られている。
第２図では液晶１４はゲストホスト形のものが用いられ
た場合であって１表示電極１５と共通電極１７との間に
電圧が印加されると第２図の左半分に示すように、液晶
分子１４ａと黒の色素分子４２とがその長手方向が表示
゛電極１５に対し垂直方向となって光が液晶表示素子を
透過し、その透過したカラーフィルタ３８の色に見える
。しかし表示電極１５、共通電極１７間に電圧をがけな
い状態においては、第・２囚の右半分に示すように、液
晶分子１４ａ及び黒の色素分子４２はその表示電極１５
に対し平行し、かつ偏光Ｆｉ４２の（２）光軸と平行し
た光は黒の色素分子によって吸収されて液晶表示素子は
黒色に見える。つまり色表示が行われない。
第５図に反射形表示で、かつツインネマティック液晶を
用いた例を示し、第２図と対応する部分に同一符号を付
けである。この場合は基板１１の外面に偏光板４２と偏
光方向が直角方向の偏光板４３が設けられ、更にその外
側に反射板４４が設けられている。表示＠ｔｆｉ１５．
共通電ｔ５１共通電電５１７間された状態においては第
５因の左半分に示すように液晶分子１４ａは表示゛電極
１５と垂直となり、偏光板４２を透過した光は扁光方向
が回転されないでいるため偏光板４３によって遮られて
反射板４４に達することなく反射されないため、従って
表示が見えない。しかし表示′電極１５、共通電極１７
間に電圧が印加されない状態においては第５図の右半分
に示すように液晶分子１４ａの長袖方向は徐々に回転し
、従って入射光はその液晶分子によって］−光方向が９
０°曲げられ、偏光板４３を通過し、反射板４４で反射
されて、液晶表示素子から入射光側へ出射され表示が行
われる。
なおこの場合の薄膜トランジスタ３６は半導体層２２に
対する遮光層３３が省略されている。
「発明の効果」 以上述べたようにこの発明による液晶表示素子において
は、その薄膜トランジスタのドレイン′電極１５ａ、ソ
ース電極１９ａの対向側面はテーパ面３１．３２とされ
ており、このためその面端が広く半導体層２２との良好
な接触が得られ、よって第６図の実線に示すようにドレ
イン電圧電流特性はオフセットがなく、ゼロから立上る
。しがし従来のものにおいては点線で示すようにオフセ
ットがあり、ドレイン電圧をある程度以上上げないとド
レイン電流が流れない。このため階調表示を行う場合に
おいて、従来の液晶表示素子はその階調の変化範囲が狭
い、しかしこの発明においてはオフセットがないため良
好な階調表示を行うことができる。しかも第６図に示す
ようにドレイン電流自体も従来のものより大きいため表
示電極に対する電流供給を高速に行うことができ、高速
度の動作を行うことが可能である。
更に薄膜トランジスタの半導体層２２は電極１５ａｌ１
９ａのテーパ面上で重なっているため、薄く例えば５０
０オグストロン以下にすることができ、半導体層２２の
抵抗が大きく、外来光が存在していても薄膜トランジス
タのオフ時におけるドレイン電流を小さくすることがで
きる。即ち第７図に示すように半導体層２２としてアモ
ルファスシリコンを使用した時、その厚さが厚くなる程
ＯＦＦ電流が大きくなっている。この発明においては半
導体層２２の厚さを０．０５ミクロン以下にすることが
でき、従来は０．１ミクロン程度以丁にすることができ
ないため、この発明ではオフ！、　’ｌ＆を１桁以上小
さくすることができる。なお第７図においてＯＦＦ電流
特性は、ゲート電圧がｏＶ。
ドレイン電圧が５■の場合である。ｏＮＮ滞流半導体層
２２の厚さに影響なく一定である。このＯＮ電流特性は
ゲートがＩＯＶ、ドレイン電圧が５ｖの場合である。
ゲート電圧に対するドレイン電流特性は第８図に示すよ
うに、ゲート電圧がＯｖ以下（二おいて。
外来光が無い状態では実線５１で示すようにドレイン電
流が著しく少なく、大きなオンオフが得られるが、外来
光が１０，０００ルツクスの場合においても点線５２で
示すように遮光層３３を設けてない場合でも半導体層２
２の厚さを薄くすることにより（この例では０．０３μ
ｍ）必要なオンオフ比を得ることができる。更に１００
，０００ルツクスの外来光がある場合においては遮光層
３３を設けることによって点線５３で示すようなオンオ
フ電流を得ることができる。なおこの場合はドレイン電
圧は１０Ｖであり、チャネルの長さは１０ミクロン、幅
は１００ミクロンの場合である。
このようにこの発明によれば、ドレイン電極、ソース電
極の対向面をテーパ面として薄膜トランジスタの半導体
層２２を十分薄くすることができ。
土建した種々の効果が得られ、かつソースバスを十分厚
くしてソース抵抗を小さく、従って広い表示１ｆｉｔ　
Ｐｉにおいても一様な輝度をもつ表示が得られる。また
ソースバス１９やゲートバス１８と対向した部分は共通
電極１５がその接続部１７　ｂ　Ｌｌ外は対向してない
ため、これらバスと共通電極との間の容量が小さく、そ
れだけ高速動作が可能となる。これら共通ｍ電極とソー
スバス或いはゲートバスとの間の液晶に直流が印加する
ことも防ぐことができ、それだけ液晶の劣化が少なくて
済む。かつこれらの部分において常に光の透過を遮断さ
れるようにすることによってコントラストの良い表示が
得られる。また光透過形表示素子において黒色フィルタ
３９を設けることによりコントラストの良いものが得ら
れる。
テーパ面３１．３２にオーミック接触層２５゜２６を形
成するが、電極１５、ソースバス１９として例えばリン
を含むものを用いることにより半導体層２２を形成する
際に、例えばプラズマＣＶＤ法で形成する際に透明電極
１５ａｌ１９ａ内のリンが半導体層２２側に析出してオ
ーミック接触層２５．２６が自動的に得られる。このオ
ーミック接触層２５．２６は薄いが電極１５ａｌ１９ａ
との接触面の全面に確実に形成され、良好なオーミック
接触が得られる。またこの場合リンとインジュクムや錫
など透明峨極の元素と結合してその析出して半導体層２
２へ拡散されるのが阻止されるため薄膜トランジスタと
して特性の良いものが得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の液晶表示素子に使う薄膜トランジス
タの断面を示す図、第２図はこの発明による液晶表示素
子の断面図、第３図はその分割共面電極を示す平面図、
第４図は黒色フィルタ及びカラーフィルタを示す平面図
、第５図はこの発明による液晶表示素子の池の例を示す
断面図、第６図は薄膜トランジスタのドレイン電圧電流
特性図。 ７＄７図は薄膜トランジスタの半導体層の厚さに対する
ドレイン電流特性図１、第８図は薄膜トランジスタのゲ
ート電圧ドレイン電流特性図、第９因は液晶表示素子の
一般的構成の一部を示す断面図、第１０図は液晶表示素
子の表示電極、ゲートバス、ソースバスの接続を示す回
路図、第１１図はその一部の平面図、第１２［ａは従東
の薄膜トランジスタを示す第１１図のＡＡ線拡大断面図
である。 １１．１２：透明基板、１４：液晶、１５：表示電極、
１５ａニドレイン電塙、１７：共通電極、１８：ゲート
バス、１９：ソースバス、１９ａ：ソース′柩極、２２
：半導体層、２３：ゲート絶縁膜、２４：ゲート電極、
２５　、２６＝オ一ミツク接触層、３１，３２：テーパ
面、３３：遮光層。 特許出願人　　星電器製造株式会社 代　　理　　人　　　草　　　野　　　　　卓オ　１　
囮 オ　２　囮 １７ｂ　　　１７ａ ′ｙｐ５　　図 才　６　囮 ばレイン電圧（Ｖ） か７図 半導体層２２の厚さく７．＋ｍ） ＋Ｓ　　図 ′″７ｆ−９　　囮 １９ソー又バ又　　　才１０　図 定１１　　図 す１２霞 手続補正書 （自　発） 昭和６１年１２月３日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）２枚の透明電極が近接対向して配され、これら透
    明基板間に液晶が封入され、上記一方の透明基板の内面
    に複数の表示電極が設けられ、これら各表示電極にドレ
    イン側がそれぞれ接続された薄膜トランジスタが上記透
    明基板に形成され、上記複数の表示電極と対向して他方
    の透明基板の内面に共通電極が形成され、上記薄膜トラ
    ンジスタを選択的にスイッチング制御して上記表示電極
    を選択的に表示する液晶表示素子において、 上記薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との
    対向する側面はテーパ面とされ、そのソース電極及びド
    レイン電極間に形成された半導体層は上記テーパ面の全
    面にわたって形成されたオーミック接触層を介して対向
    され、上記共通電極は上記表示電極と対向し、これとほ
    ぼ同一の形状に分割され、その分割されたものの隣接す
    るものは接続部で順次接続されていることを特徴とする
    液晶表示素子。
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