CN1139763A - 有源矩阵型液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种有源矩阵型液晶显示装置包括：具有形成矩阵形状的多个扫描电极和信号电极以及与各扫描电极和信号电极的交点相对应的多个具有增强型特性的半导体开关元件的第1基片；与第一基片相对设置的第2基片；以及在第1及第2基片间封入液晶组成物的液晶层；在由第1基片上的多个扫描电极和多个信号电极所包围的多个像素区域的各个上以梳形交替配置着与对应的半导体开关元件相连接的像素电极和与对应的扫描相连的对置电极。

Description

有源矩阵型液晶显示装置
本发明涉及有源矩阵型液晶显示装置。
采用以薄膜晶体管为代表的有源元件的有源矩阵型液晶显示装置，由于它厚度薄、重量轻的特征和与阴极射线管相媲美的高质量图像的优点，作为办公自动化设备等的显示终端正在开始广泛地普及应用。这种液晶显示装置的显示方式大致有以下两种。一种显示方式是借助透明电极所形成的两个基片夹住液晶、用加在透明电极上的电压使其工作，调制透过透明电极入射到液晶的光线进行显示，目前，正在普遍使用的产品全都是采用这种方式。另外一个显示方式是，通过在同一基片上形成的两个电极间的基片表面上大致并行的电场使液晶工作，调制来自两个电极的间隙的入射到液晶的光线进行显示，虽然还没有采用这一方式的产品，但它具有大视角、低负载量等的特征，因而对于有源矩阵型液晶显示装置是很有发展前景的技术。有关后一方式的特征被登载在专利申请公开平成5-505247号，专利公告昭和63-21907号上。
但是，通过在基片表面大致并行的电场使液晶工作的显示方式存在以下问题。即由于将不透明电极构成梳形、可透射光线的开口面积小、显示画面暗淡，或者为解决这一问题需要使用耗电大的明亮的背光。因此，需要尽可能减少电极数目和连接电极的布线数量、扩大开口区域，即提高开口率。另外，若电位不同的其它电极接近控制液晶取向的两个电极时，就会使液晶取向变孔、产生取向差的区域。其结果，出现了减小有效开口区域、降低开口率的问题，因此必须减小取向差的区域、增大有效开口度。
因为本发明是解决上述的课题的发明，所以本发明之目的在于，在采用了后一显示方式的有源矩阵型液晶显示装置中，提供高开口率的有源矩阵型液晶显示装置。
本发明的其他目的在于，提供不产生取向差的区域的有源矩阵型液晶显示装置。
根据本发明的有源矩阵型液晶显示装置，在基片上可形成多个扫描电极，在多个扫描电极上交叉成矩阵状的多个信号电极、对应于多个扫描电极和多个信号电极的各个交点所形成的多个半导体开关元件、分别连接多个开关元件的多个像素电极以及分别连接多个扫描电极的多个对置电极。
每个多个像素电极和多个对置电极是配置在由多个扫描电极和多个信号电极所包围的各个区域内。在由各个多个开关元件所对应的像素电极上，以扫描电极上的非扫描电压为基准，实际上是外加正负对称的交流电压。
半导体开关元件最好是具有增强型的特征的薄膜晶体管元件。为使液晶层的透光率为最大，就得使这样的薄膜晶体管元件的阈值VTH的绝对值超过加在这个液晶层的最大电压VON的绝对值，或者，为使上述液晶层的透光率达到最大和最小，若超过加在该液晶层的最大电压VON和最小电压VOFF之差的1/2就行。
另外，根据本发明的有源矩阵型液晶显示装置的形态，形成半导体开关元件的基片具有为保护这些半导体开关元件的保护膜和在这个保护膜上对应于各个半导体开关元件所形成的背面电极。或者，形成多个半导体开关元件的基片具有在这些半导体开关元件下面通过介入绝缘膜所形成的背面电极。这个背面电极最好沿着扫描电极配置。
根据本发明的有源矩阵型液晶显示装置的形态，多个半导体开关元件所形成的基片具有为保护这些半导体开关元件的保护膜，在该保护膜上面通过离子注入方式注入杂质。或者，形成多个半导体开关元件的基片在这些半导体开关元件下面具有绝缘膜，在该绝缘膜上面通过离子注入方式注入杂质。
再者，根据本发明的有源矩阵型液晶显示装置的形态，在基片上具有半导体开关元件，该元件具有对应于被配置成矩阵形状的多个扫描电极和信号电极的交点所形成的多个增强型的特性，把连接到对应的半导体开关元件的象素电极和连接到对应的扫描线的对置电极以梳形方式交替地配置在由该基片上的多个扫描电极和多个信号电极围起来的多个象素区域中的每一个内。作为半导体开关元件最好是薄膜晶体管元件。
根据薄膜晶体管元件的实施情况，半导体活性层被掺杂了受立或施主。或者，半导体活性层由非结晶硅薄膜组成。
另外，根据薄膜晶体管元件的实施情况，栅极偏向源极或漏极。也可以在栅极上附加间隙。
有源矩阵型液晶显示装置是通过这样的方式驱动的，即用加在液晶上的电压切换有源元件、对在分割、形成矩阵形状的像素电极上的电压进行充电并保持。
在本发明中，首先第一，将对置电极接到扫描电极上。因此，就可以使扫描电极兼作对置电极布线的、从外部供给对置电极电压的作用可省略对置电极布线。其次第二，以扫描电压的非选择电压为基准将大致正负对称的交流电压加在像素电极上。这样就形成并使用作为能将交流电压外加在像素电极上的开关元件、具有增强型特性的晶体管。因此，对于在第二点中给像素电极充电的扫描电压的非选择电压能保持负极性电压。因此，就能够在像素电极上以扫描电压的非选择电压为基准将大致正负对称的交流电压进行充电并保持，给液晶外加交流电压。
根据第1点，不要对置电极布线，就可以将其区域作为开口区域利用，就能大幅度提高开口率。但是，在以往的有源矩阵型液晶显示装置中，若使对置电极的电压(对置电压)与扫描电压的非选择电压一致，即使能直流驱动，由于下面所述的原因也不能进行交流驱动。这是因为液晶若以直流驱动，由于流经液晶层的稳定电流而使其恶化，从而明显地减少耐用时间。因此，根据第2点，即使将扫描电压的非选择电压作为对置电压使用(即使对置电压与非选择电压一致)，也能用交流电压驱动液晶，使耐用时间延长。
此处，在本发明中，把扫描电压的非选择电压作为对置电压来使用能对液晶进行交流驱动的理由说明如下。
作为用于以往有源矩阵型液晶显示装置有代表性的有源元件而使用的大部分晶体管元件具有在栅压为0V附近开始有漏电流流动的特性(参照图6中502曲线)，亦即，栅极阈值电压VTH接近0V。因此，如果将扫描电压的非选择电压作为对置电压使用时，对于对置电压(非选择电压)即使充电负极性电压也不能保持。原因是，因为扫描电压的非选择电压(VGL)比像素电压(VSL)处于更高的电位。(参照图10中的(c)(d))，即使在非选择期间，晶体管元件仍是为导通状态。因此，为对液晶进行交流驱动，必须另外设置对置电压，必须把对置电压设定得高于扫描电压的非选择电压。(在具有n型特性的情况下)。
因此，如本发明那样，若使用具有栅极阈值电压VTH为足够大的增强型特性的晶体管，即使扫描电压的非选择电压在某种程度上比像素电压高，但由于晶体管处于非导通状态，也能在像素电极上保持负极性电压，故可对液晶进行交流驱动。
由于以上原因，高开口率加上能用交流驱动液晶，因而能获得耐用时间长的有源矩阵型液晶显示装置。
另外在第2点还有其他作用。若电位不同的其他电极接近控制液晶取向的两个电极，则液晶取向就会变乱，产生取向差的区域。根据第2点，对置电极和扫描电极的电位大部分期间保持一致，在对置电极和扫描电极之间的区域，因为对液晶没有外加不需要的电压，因而不产生取向差的区域。因此，不是减小有效开口率，而是提高了有效开口率。另外，根据这种情况，由于外加给信号电极和扫描电极间的区域的直流电压大幅度地下降，这期间的液晶的性能恶化也大为减少。
根据上述原因，就可以获得不产生取向差的区域(范围)的有源矩阵型液晶显示装置，可提高有效开口率。
本发明的这些以及其他目的、特点和优点将参照附图从下面详细说明中得到更清楚的理解。
图1表示本发明实施例1的像素部分的剖面结构图(图2A-A’线)。
图2表示实施例1的像素部分的平面结构图。
图3表示在图2中B-B’线处的像素部分剖面结构图。
图4表示在图2中C-C’线处的像素部分的剖面结构图。
图5表示实施例1的光电特性图。
图6表示实施例1的晶体管元件的电特性图((a)：ID-VG特性、(b)：栅极阈值电压VTH)。
图7表示实施例1的液晶面板等效电路图。
图8表示实施例1的液晶显示装置系统结构图。
图9表示实施例1的驱动电压波形图。
图10表示比较例的驱动电压波形图。
图11表示实施例2的驱动电压波形图。
图12表示实施例3的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图13表示实施例3的背面电极的平面结构图。
图14表示实施例3的液晶显示装置系统结构图。
图15表示实施例3的薄膜晶体管元件的背面电位和阈值的关系图。
图16表示实施例4的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图17表示实施例5的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图18表示实施例6的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图19表示实施例7的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图20表示实施例7的背面电极的平面结构图。
图21表示实施例8的背面电极的平面结构图。
图22表示实施例9的薄膜晶体管元件的硼掺杂量与阈值的关系图。
图23表示实施例10的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图24表示实施例14的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图25表示实施例15的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图26表示实施例16的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图27表示实施例17的薄膜晶体管元件模式剖面结构图。
图28表示实施例18的薄膜晶体管元件的结构图((a)：模式剖面结构，(b)：模式平面结构)。
图29表示实施例19的薄膜晶体管元件的结构图((a)：模式剖面结构，(b)：模式平面结构)。
图30表示实施例20的4×4像素等效电路图。
图31表示实施例20的晶体管元件的电特性图。
图32表示实施例20的驱动电压波形图。
图33表示实施例21的系统结构图。
图34表示本发明实施例22的驱动电压波形图。
图35表示本发明实施例23的像素部分的平面结构图。
图36表示相对于电场方向的界面上的分子长轴取向方向(磨擦方向)φLC和偏振光板的偏振光轴方向φP之间夹角图。
图37表示本发明实施例24的像素部分结构说明图。
图38表示本发明实施例25的像素部分说明图。
本发明的液晶显示装置是由在形成薄膜晶体管元件等的玻璃基片和形成滤色板等的玻璃基片之间封入液晶组成物的液晶显示面板以及与其电连接的、用于产生给液晶加电压的驱动电路所组成。
下面将更具体地说明本发明的实施例。
(实施例1)
基片是使用两块厚1.1mm表面磨光的透明的玻璃基片101、201。在这些基片中的一块基片101上形成薄膜晶体管。图1-图4表示在本实施例中所形成的薄膜晶体管以及各种电极的结构。图2是表示像素平面结构图，图1表示图2中A-A’剖面线的剖面图，图3表示图2中由B-B’剖面线所形成的剖面图，图4表示图2中由C-C’剖面线所产生的剖面图。
如图1所示，在本实施例中，通过像素电极104和对置电极105之间的电场E，控制液晶层300的液晶分子301的取向，调制和发射由像素电极104和对置电极105之间射入的光的亮度。一个像素是由如图2所示的扫描电极102、信号电极103、像素电极104、对置电极105的电极群、薄膜晶体管元件150以及辅助电容元件160所组成。薄膜晶体管元件150是由如图3所示的像素电极104(源极)、信号电极103(漏极)、扫描电极102(栅极)以及由非晶硅组成的半导体层106所构成。薄膜晶体管元件150在本实施例中是交错结构。辅助电容160是用如图4所示的像素电极104和前行的扫描电极102夹住绝缘膜108构成的。
在本实施例中，扫描电极102和对置电极105，信号电极103和像素电极104分别在同一金属层中构成。另外，为了非结晶硅106与信号电极103以及与像素电极104进行欧姆接触，通过在其间掺杂磷的n+型非晶硅形成欧姆接触层107。假定信号电极103、像素电极104、对置电极105的电极宽度分别为10μm、6μm、6μm，像素电极104和信号电极103的间隔为5μm，在将像素电极104和对置电极105的间隙部分成四部分设置时，则像素电极104和对置电极105的电极间隙DSG就成为15μm。这里，在本实施例中，如图2所示，对置电极105连接到前行扫描电极102，扫描电极102兼作对置电极布线之用。因此，就可以将用于对置电极布线的区域用为开口部分，大大提高了开口率。
另外，在另一块基片201中，为提高反差，在像素电极104和对置电极105之间以外的间隙部分形成低导电性的遮光层(黑底，黑矩阵)202、将在其上面用于进行彩色显示的R(红)、G(绿)、B(蓝)3色彩色滤片203形成条纹状。在彩色滤色片上层叠使表面平坦的透明树脂204。
在这两块基片的最外层表面上形成取向薄膜120、220，经擦拭处理后，在基片间封入液晶组成物层，用两块偏振光板130、230将其夹住，构成液晶显示面板。在本实施例中，取向薄膜采用聚酰亚胺。上下界面的擦拭方向大致相互平行，而且与外加电场方向的夹角为85度(φLC1＝φLC2＝85°)。液晶组成物质层300采用的是介电常数各向异性Δ∑为正、其值等7.3(1KHz)、折射率各向异性Δn为0.073(589nm，20℃)的向列液晶组成物。在基片间分散夹持着球形聚合物小珠、在液晶封入状态时基板间的间隙d为4.1μm。偏振光板采用日东电工社生产的G1220DU，设定一方偏振光板的偏振光透射轴离擦拭方向有小角度，即φP1＝85°(即φLC1＝φP1)使另一方与共相互垂直，即φP2＝-5°。(在图36中表示电场方向、擦拭方向、偏振光透射轴之间的关系)。
根据以上结构，当在像素电极104和对置电极105之间外加电压时，就可获得如图5所示在低电压时为黑暗、在高电压时为明亮状态的常闭特性。在本实施例中，设定了若反差比为100∶1，则能获得最小透射率的电压为VOFF＝2.6V，最大透射率电压VON＝5.5V。
在本实施例中，为使薄膜晶体管的特性为完全增强型。该薄膜晶体管结构组成如下。在薄膜晶体管的栅极(扫描电极102)使用金属铝，在栅极绝缘薄膜108中使用氮化硅薄膜。若氮化硅薄膜厚度为350nm，则非晶硅106的膜厚为15nm。在本实施例中，使非晶硅106的膜厚薄膜化，从而使薄膜晶体管具有完全增强型的特性。由于非晶硅106的膜厚为15nm的极薄的厚度，在刻蚀沟道时，设置了刻蚀中止层109，以便保留非晶硅层106。根据这一结构，获得了图6(a)中501所示的漏电流ID-栅电压VG特性。由图6(b)可知，这种薄膜半导体晶体管的栅极阈值电压VTH为9.3V。
有关栅极阈值电压VTH的控制有各种参数，但在本实施例中，由于非晶硅膜厚的薄膜化，阈值电压VTH向高压一方偏移，从而使薄膜晶体管具有完全的增强型特性。另外，对于本实施例的薄膜晶体管元件，它的亚阈值区域的梯度S＝dVG/dlog(ID)为0.9，能维持漏电流ID＝1×10-13A(安培)以下的非通导状态的栅压VG的最大值为5.7V(伏)。本实施例的晶体管元件中外加给液晶的最大负极性电压-VON可达5.7V，如前所述，在本实施例的结构中，由于为要变为明亮状态外加给液晶层电压VON为5.5V，则在非选择期间可以在像素电极上充分保持以扫描电压的非选择电压为基准的最大负极性电压(-5.5V)。亚阈值梯度随晶体管特性变化，但如果将栅极阈值电压VTH(9.3V)和能维持漏电流在1×10-13A(安)以下的非导通状态的栅极电压VG最大值(5.7V)之差定义的界限电压VM(3.6V∶VM＝4S)，则可以充分保持负极性电压工作的条件是VTH＞|VON|＋VM(9.1V)。
另外，关于栅极阈值电压VTH，在图6(a)中VTH＜VG＜VD＋VTH的范围内，相对于栅压VG将漏电流的平方根 作出曲线，当曲线近似直线时，定义其直线和栅压VG轴(横座标)的交点的栅压VG为栅极阈值。
下面将叙述本实施例的驱动方法。图7表示本实施例的液晶显示面板的1个像素的等效电路，图8表示本实施例的系统结构。在本实施例中，控制器401接收来自主机的图像信号，并将该信号转换成薄膜晶体管型液晶显示装置用的控制信号、显示数据，根据该控制信号及显示数据，垂直扫描电路403、图像信号驱动电路404选择由液晶驱动电源电路402所供给的电源电压，生成扫描电压、信号电压后供给液晶显示面板。
图9中表示本实施例的驱动波形。图9(a)表示前行扫描电极的扫描电压VG’，图9(b)表示外加在图7的扫描电极102上的扫描电压VG，图9(c)表示外加在图7的信号电极103的信号电压VD。另外，图9(d)表示此时的像素电压VS(源电压)，图9(e)表示外加在液晶层的电压，扫描电压VG是由选择电压和非选择电压构成，设定选择电压的脉冲宽度为34.5μs，重复周期为16.6ms(60Hz)、选择电压VGH为22V，非选择电压VGL为0V。另外，外加在前行扫描电极102的电压(对置电压)，外加图9(a)的扫描电压VG只向前相位移动1个扫描期间的电压波形。这时，几乎整个扫描时间的电压是非选择电压。
由于外加在液晶上的最大电压是5.5V，以中心电压VD-C为中心，随着显示层次的变化，信号电压可加到±5.5V。信号电压VD的中心电压VD-C设定为只高于扫描电压的非选择电压VGL一个ΔVS值，ΔVS为薄膜晶体管从开状态到关状态时所产生的像素电压VS的变化量，液晶驱动电压VLC(像素电极104和前行扫描电极(对置电极105)之间的电压＝VS-V’G)实质上已设定为正负对称的电压。观测像素电压的结果，设定了VD－C＝2V。因为像素电压的最低电压VSC为-5.5V，当薄膜晶体管的栅压VGS为5.5V，漏电流ID＝7×10-14A，因此能充分保持像素电压。另外，因为像素电压的正极一侧的充电电压VDH为7.5V，扫描电压的选择电压VGH为22V，在栅压VGS为14.5V时漏电流ID＝4×10-7A时，薄膜晶体管处于充分开启状态，因而能进行充电操作。开电流/关电流之比约为7位数，可以说在上述条件下，薄膜晶体管能充分地进行转换操作。
在本实施例中，对于在具有大视角、低负载的特征的基片表面上外加平行的电场而使液晶工作的显示方式，因为通过扫描电极给对置电极加压、无须形成给对置电极供给电压的布线，可将这一部分用于开口部分，因而能大大地提高开口率。与形成对置电极布线的情况进行比较，布线数量大大减少，布线交叉数也减少1/2，因而合格率大为提高。
特别是在本发明中，VTH超过9.3V和|VON|＋VM＝9.1V，就能以扫描电压的非选择电压为基准对负极性电压进行充电并保持，因而使交流驱动液晶成为可能。因此，就可以抑制液晶性能的恶化，延长耐用时间。另外，还能抑制积累在保护膜等中的残余电荷，因而可以获得没有残留图像的高质量图像的显示。
还有一个好处，在本实施例中，如对像素电极104和对置电极105之间的区域一样，也能对扫描电极102和像素电极104之间的区域外加完全相同的电场。这是因为扫描电压和对置电压在大部分时间内(非选择期间)是一致的，是因为将扫描电压的非选择电压作为对置电压来使用。因此，由于没有因在扫描电极102与象素电极104间的区域内外加不需要的电场而产生的取向差的区域，故扩大了有效开口区域。因此，无需在遮光膜上用取向差的区域遮盖，结果，可以更加扩大遮光膜202的边界，提高开口率。
〔比较例〕
将具有如图6中502所示的特性的薄膜晶体管元件用在本实施例的构成中并进行驱动，其阈值电压VTH为2.2V。结果，像素电极电压VS(源电压)变成如图10(d)中那样的电压(波形)。由于VTH比|VON|更低，如果以扫描电压的非选择电压为基准，给液晶外加负电压，则由于薄膜晶体管元件是导通状态，因而不能保持，给液晶充电的电压就会漏损殆尽。因此，外加给液晶的直流电压，将明显产生残留图像，并且液晶的性能在短时间内就会恶会。
在以上本实施例中，对置电极连接在前行的扫描电极，但也可以从后行的扫描接线引出。另外，在本实施例中，使用的是介电常数各向异性ΔΣ为正的液晶，但也可以用ΔΣ为负的液晶同样地构成。再者，在本实施例中，是用逆向交错结构来构成薄膜晶体管，但也可以用正向交错结构的共平面结构来构成晶体管的剖面结构，并设有特别的限定。
〔实施例2〕
本实施例的构成除了下述的必要条件外，与实施例1相同。
本实施例与实施例1的驱动方法不同。图11表示本实施例的驱动波形。图11(a)表示前行的扫描电极的扫描电压V’G，图11(b)表示本行的扫描电极的扫描电压VG，图11(c)表示信号电压VD，压图11(d)表示像素电压VS，图11(e)表示外加给液晶层的电压波形。在本实施例中，如图11所示，使用两种扫描电压的非选择电压VGL1，VGL2，每隔1帧交替变化，并且每隔1行使用不同的电压波形。另外，设定两种非选择电压值之差(VGL1－VGL2)等于(VON＋VOFF)/2，像素电压被限定在以各个非选择电压为中心的(VON－VOFF)/2的范围内。这样，非选择期间的栅压VGS的负极性最大电压为-(VON－VOFF)/2，因此，如果晶体管的栅极门限值电压VTH超过(|VON|－|VOFF|)/2＋VM时，就能够在像素电极中保持负极性最大电压(-VON)。如果亚阈值区域的梯度与实施例1相同，为S＝0.9，VM＝3.6V，则栅极阈值电压VTH＞4.1V即可。因此，与实施例1的条件(VTH)＞9.1V)比较，能够将该条件降低到只有5.0V。
因此，降低了薄膜晶体管的形成条件，容易获得实现上述条件的薄膜晶体管。进而，信号电压的最大振幅VDH－VDL可以从实施例1的2VON＝11V降低到(3VON－VOFF)/2＝7.0V，可以缩小驱动信号电极的LS1(信号驱动器)的电路规模，并且耗电量也可以降低到约为实施例1的40％。另外，因为每隔1行外加给液晶的电压极性必然反向，因此即使有少量的直流成分产生，也能每隔1行对由此产生的闪烁进行消隐，提高图像质量。
(实施例3)
在实施例1中，作为升高薄膜晶体管的阈值的方法，用的是半导体层薄膜化的方法。但是使用这种技术，阈值强烈地依赖于半导体薄膜厚度和制膜条件。因为这种原因，半导体层的膜厚的微小的差异就会使阈值发生大变化，从而引起薄膜晶体管每个阈值的偏差。因此在本实施例中，提供了既能实现阈值的控制，又能减小阈值的偏差的新的薄膜晶体管。
除了下述的要点之外，本实施例的构成与实施例2相同。在本实施例中，具有用于控制非晶硅层的电位的背面电极，使用由此来控制阈值的薄膜晶体管。
图12表示本实施例的薄膜晶体管的模式剖面图。在本实施例中所使用的薄膜晶体管的特征在于在保护膜和取向膜之间具有背面电极140。在本实施例中，使用了作为背面电极140的Cr(铬)。另外，在本实施例中，背面电极是在如图13所示的扫描电极上形成、并连接到图14所示的背面电压控制电路405。
图15表示在本实施例中使用的薄膜晶体管的、由背面电压产生的阈值的变化。图中的数字，表示非晶硅层106的膜厚，在本实施例中假定为800nm。由图15可知，如果控制背面电极的电压，就有可能控制薄膜晶体管的阈值。
在本实施例中，因为结构与实施例1相同，栅极阈值电压VTH＞4.1V。因此，输入-30V作为背面电压。另外，由于阈值VTH是由背面电压控制的，因此与实施例1的情况相比，可以减小阈值的偏差。
由于在以上本实施例中新设置背面电极来控制薄膜晶体管的阈值，加上实施例1的效果，就能减小阈值的偏差。
(实施例4)
在本实施例中，除以下的要点外，与实施例3相同。
图16表示在本实施例中所使用的薄膜晶体管模式剖面结构。在本实施例中，假定半导体层的膜厚为100nm。在实施例中，为使半导体层薄膜化，设置了为防止在沟道蚀刻时产生沟道断开的蚀刻中止层。
图15表示假定半导体层106的膜厚为100nm情况下的由背面电位引起的阈值的变化。与同一图中所示的膜厚为800nm(实施例3)的情况相比，可以将为得到同一阈值所需的背面电压值从-30V减小为-10V。因此，就能够减少背面电压控制电路405的耗电量。
在上述本实施例中，加上实施例3的效果就能够降低由背面电压控制电路所产生的电压值，减少耗电量。
(实施例5)
在本实施例中，除以下的要点外，与实施例3相同。
图17表示本实施例的薄膜晶体管模式剖面图。在本实施例中，把保护膜做成2层结构，在第1层保护膜111和第2层保护膜112之间形成背面电极140。
在本实施例中，由于使第1层保护膜111的厚度约为300nm、使半导体层106和背面电极140的距离靠近，则使背面电压对薄膜晶体管的阈值更敏感。因此，就更能降低背面电压，减少耗电量。
以上在本实施例中，加上实施例3的效果，能够降低背面电压控制电路所产生的电压值，减少耗电量。
(实施例6)
在本实施例中，除了以下的要点外，与实施例3相同。
图18表示本实施例的薄膜晶体管模式剖面图。在本实施例中使薄膜晶体管为正向交错结构，在玻璃基片101和其上形成的绝缘膜114之间构成背面电极140。
在本实施例中，因为使薄膜晶体管为正向交错结构，即使不使用蚀刻中止层也容易使半导体膜薄膜化，而且由于使背面电极在最下层，就能减少由背面电压引起的对液晶层的电场的影响。因此可减少由背面电压引起的取向差的现象。
以上，在本实施例中，加上实施例3和4的效果，就可减少由背面电压引起的液晶取向差的现象。
(实施例7)
在本实施例中，除了以下的要点外，与实施例3相同。
图19表示本实施例的薄膜晶体管的模式剖面图。另外，图20表示平面模式图。为防止由光电流引起薄膜晶体管特性的变化，必须至少对薄膜晶体管沟道部分的非晶硅薄膜区域进行遮光。另外，为使遮光更可靠，最好对薄膜晶体管的非晶硅膜的整个区域实行遮光。但是，使用实施例1的颜料BM来控制TFT(薄膜晶体管)的光电流，其遮光率不高。因此，在本实施例中，为了再提高遮光率，与实施例1中所用的颜料制成的遮光膜202合在一起，使用背面电极140对薄膜晶体管进行遮光。但是，背面电极140必须具有与金属一样的遮光性。在本实施例中，由于使背面电极兼作遮光膜提高了TFT部分的遮光率，因而能够减小由光电流引起的TFT特性的变化。
以上，在本实施例中，加上实施例3的效果，就可更加减小TFT特性的变动。
(实施例8)
在本实施例中，除了以下的要点外，同实施例3。
在本实施例中，通过对背面电极的电位进行雪崩式注入控制，控制了TFT的阈值电压。
在本实施例中，使扫描电极102接地，给信号电极加一个大的负电压，使加到信号电极103与背面电极140间的绝缘膜的电场值超过产生电子雪崩注入的值，通过雪崩注入向背面电极注入电子。其结果，背面电极140带负电，相应于注入单位面积附近的电子量，薄膜晶体管的阈值移向正的一侧。因此，通过控制注入电子或空穴的数量，就能控制薄膜晶体管的阈值。另外，是否引起雪崩注入不是由电极间的电位差、而是由加到隔开电极的绝缘体的电场强度来决定。因此，信号电极103和背面电极140之间的绝缘膜的膜厚在确保绝缘的范围内尽可能做得十分薄。另外，由于适当地设定信号电极和扫描电极之间的电位差，就有可能防止向栅极绝缘膜注入电子或空穴，并向背面电极注入必要数量的电子或空穴。另外与注入时加在绝缘膜的电场比较.由于在使用面板时加到绝缘膜的电场小，一次注入的电子或空穴，就会长时间地处于稳定状态。
由于使用了本实施例的薄膜晶体管，即使不将背面电极接到外部电路中也行，不需要背面电压控制电路405。
在本实施例中，根据以上所述，加上实施例3的效果，可以省去背面电压控制电路、缩小外部电路的电路规模。
另外，在上述实施例3-6中，背面电极布线既可以在扫描电极布线的上面通过绝缘膜来形成，也可以通过绝缘膜在信号电极布线的上面形成。或者，也可以通过绝缘膜同时在扫描电极布线、信号电极布线上形成，若不在扫描电极布线和信号电极布线的任何一方或同时在双方的上面形成，也可以完全在别的位置上形成。另外，在正交错型的情况下，各电极在基片上形成的相对顺序与逆交错型相反，各电极布线和背面电极布线的、中间夹有绝缘膜的相对位置关系与逆交错型的情况反向，但这些情况也全部包含在实施例3-5中。另外，在平面型的情况下，背面电极布线和各电极布线的相对位置关系同样形成上述逆交错型的情况和正交错型的情况任何一方或相对位置关系，都包含在实施例3-6中。
(实施例9)
本实施例除了以下的要点外，与实施例8相同。
在本实施例中，背面电极140与图21所示是各自独立的。因此，减小了背面电极140和扫描电极102以及信号电极103的交叉面积、减少背面电极140和扫描电极102之间以及背面电极140和信号电极103之间的短路，降低损坏率。另外，即使有短路时，其影响只限于产生短路的薄膜晶体管，不会对整个面板产生影响，使损坏率进一步降低。
在本实施例中，根据以上所述再加上实施例5的效果，就更能获得提高合格率的液晶显示面板。
在这些实施例中，虽然在半导体层106中使用非结晶硅，但其种类未加特别限定。另外，在这些实施例中，虽然在扫描电极、信号电极、像素电极、背面电极、对置电极的材料中使用了Cr(铬)或Cr/AI(铝)的二层膜中任一种，但不限定使用其他的金属、合金、半导体、透明导电膜等种类。但是，只限于使背面电极兼作遮光膜的情况下，在背面电极中使用的材料必须具有遮光性能。
(实施例10)
本实施例除以下要点外均与实施例1和实施例2相同。
表示薄膜晶体管的阈值的关系式大致由下式给出。
Vt＝φm-s－Qf/Cox+2xφf－Qb/Cox…(1)
Vt：阈值电压
φm-s：使栅极绝缘膜介于其间的金属和半导体的功函数之差
Qf：栅极绝缘膜的电荷密度
φf：由电场所产生的能带弯曲
Qb：半导体层的电荷密度
Cox：栅极绝缘膜电容
如式1所示，由于控制了半导体层内的正负电荷的数量，因而可以控制薄膜晶体管的栅极阈值电压。另外，式1中的Qb与-qNa或qNd成比例。此处，q为电子具有的电荷量、Na是半导体层中的受主密度，Nd为半导体中施主的密度。因此，如果控制半导体中的受主体或施主体的数量，就能控制薄膜晶体管的栅极阈值电压。
在本实施例中，在半导体层106中非结晶硅中掺杂了B(硼)。通过向半导体层106引入受主，就能控制薄膜晶体管的阈值，图22表示由本实施例的薄膜晶体管的B的掺杂量引起的阈值电压的变化。在本实施例中，由于掺杂了100ppm的B，满足了实施例2中的栅极阈值主VTH＞4.1V。
由本实施例对阈值的控制，从而无需形成如实施例3那样的背面电极，从而能简化形成工序，提高生产率。另外，如图22所示，若掺杂2ppm以上的B(硼)由于阈值就对掺杂量不敏感，所以就能控制栅极阈值电压的偏差。
以上，在本实施例中，由于使用了在薄膜晶体管中注入了受主的半导体，加上实施例1的效果，就会在抑制栅极阈值电压的偏差的同时，提高生产率。
(实施例11)
本实施例除了以下的要点外，与实施例10相同。
图23表示本实施例的薄膜晶体管模式剖面图。在本实施例中把薄膜晶体管的半导体层做成已掺杂的半导体层150和本征半导体层151的两层结构。
在为增大栅极阈值电压而向半导体层引入受主(杂质)时，随着引入量的增大，由在半导体非沟道区域的空穴所产生的电导增大。这种情况下，就减小薄膜晶体管的电流断路能力，即降低关闭特性，进而使液晶面板的电压保持特性下降。
因此，本实施例中，半导体层是由沟道一侧的掺杂的半导体层150和非沟道一侧的本征半导体层151的2层结构所构成。因此，就能防止由半导体的非沟道区域的空穴产生的电导，与实施例8的情况比较，改善了薄膜晶体管的关闭特性。
在本实施例中，根据以上所述再加上实施例10的效果，就会抑制薄膜晶体管的关闭特性的下降，改善电压保持特性，提高显示质量。
(实施例12-13)
本实施例，除以下要点外，与实施例1和实施例2相同。
在实施例12和13中，作为非晶硅薄膜晶体管的栅极绝缘膜108的材料，由于分别使用SiON和SiO，从而在实现对栅极阈值电压的控制的同时，还实现了提高薄膜晶体管的合格率。
表1表示关于用实施例10和11试制的薄膜晶体管的各个栅极绝缘膜材料所获得的栅极阈值电压。
表1
绝缘膜     阈值(V)
SiNsiON(N2O/NH2＝1/20)SiON(N2O/NH3＝1/1)SiO(N2O/SiH4＝40/1)      1.12.12.93.8
在本实施例中，虽然不能满足实施例2的条件，但可以使用比实施例2低的电压工作的液晶，或者缩小电极间的间隙就能满足实施例2的条件。因此，将半导体层106和栅极绝缘膜108组合起来，通过这种组合，就能满足所要求的栅极阈值电压。另外，因为栅极阈值电压是由半导体层106和栅极绝缘膜108的组合来决定的，因而偏差小。
本实施例与实施例10一样，加上实施列1的效果，在抑制栅极阈值电压偏差的同时，提高了生产率
(实施例14)
本实施例除了以下要点外，与实施例12和实施例13相同。
图24表示本实施例的薄膜晶体管的剖面结构膜式图。栅极绝缘膜由在栅极电极一侧使用的SiON或SiO160、沟道一侧使用的SiN161的两层结构构成。
本实施例中通过使用等离子体化学汽相淀积连续地形成作为沟道侧栅绝缘膜的SiN 161和非晶硅106，可以防止半导体层106和栅极绝缘膜161的界面的污染，实现了迁移率的提高。
在本实施例中，根据以上所述，因为栅极绝级膜是由SiN和SiON或SiO的2层结构所构成，加上实施例10和11的效果，就能提高迁移率。
(实施例15)
本实施例除以下要点外，与实施例1和实施例2相同。
图25表示本实施例的薄膜晶体管的剖面结构模式图。在本实施例中，因为把P(磷)用离子注入方式注入到保护膜110中，通过P产生的负电荷使半导体层106的背面电位成为负极性，从而使薄膜晶体管元件的栅极阈值电压移向正方向。离子注入区域190控制在从半导体层106为起点的300nm到1000nm之间。
从以上所述可以得到与实施例3同等的效果。
(实施例16)
本实施例除以下要点外，与实施例1和实施例2相同。
图26表示本实施例的薄膜晶体管的剖面结构的模式图。在本实施例中，通过向栅极绝缘膜108与扫描电极102的界面注入B(硼)离子，用B离子产生的正电荷去抵消一部分扫描电压外加给正极时感应的负电荷，使得薄膜晶体管元件的栅极阈值电压向乙方向偏移。
从以上所述可以获得与实施例3相同的效果。
(实施例17)
本实施例除以下要点外，与实施例15相同。
图27表示本实施例的薄膜晶体管的剖面结构模式图。在本实施例中，使薄膜晶体管元件的结构为正交错结构，在绝缘基片114中注入P(磷)离子。因此，与实施例15一样，可以使薄膜晶体管元件的栅极阈值电压向正方向偏移。
还有，在本实施例中，通过向用作信号电极103和像素电极104的半导体层的欧姆接触的n+非晶硅区域注入离子，也能同样形成。在本实施例中，在扫描电极102形成前和栅极绝缘膜形成后，向基片注入P离子。这时，由于在信号电极103和像素电极104中使用了金属，这一部分，P离子被阻塞，形成向信号电极103和像素电极104的半导体层的界面部分注入P离子的区域。因此，这一部分的非晶硅被n+化，可以获得欧姆接触。因此，用不着另外设置形成n+非晶硅的工序，从而能提高生产率。另外，无需为将n+非晶硅分离成信号电极103和像素电极104而进行蚀刻，也没有伴随上述蚀刻而产生的开启特性的变坏。
根据以上所述可以获得与实施例3相同的效果，而且可以提高生产率、获得优良的晶体管特性。
(实施例18)
本实施例是通过将薄膜晶体管的栅极电极(扫描电极102)做成偏向源电极(信号电极103)一侧或漏电极(像素电极104)一侧的结构，实现了阈值电压的控制。
在薄膜晶体管中，栅极(扫描电极102)和源极(信号电极103)或漏极(像素电极104)之间的电位差超过阈值，沟道区域就成为导通状态，这意味着为在与栅极绝缘膜接触一侧的半导体层106的界面上形成沟道区域，就要充分地感应电荷。这种电荷是在与栅极绝缘膜108的界面的半导体层106中感应的，以便抵消由于加在栅板绝缘膜108的电场而在栅极绝缘108的界面所感应的空间电荷。因此，一般认为为了使薄膜晶体管的栅极阈值电压向正方向变化，通过使加在栅极绝缘膜108的电场值变小来减少在栅极绝缘膜界面处感应的空间电荷量是有效的。
这样一来，对于在部分沟道区域缺少栅极电极结构的薄膜晶体管，与加在有栅极电极区域的绝缘膜的电场强度比较，一般认为加压没有栅极电极区域的绝缘膜上的电场强度变小。这从下面的事实也可以明了：在栅极电极完全靠近源极一侧或漏极一侧的任何一方，在沟道区域完全不存在栅极构造的薄膜晶体管中，由于至少有一部分栅极绝缘膜的与栅极不连接的区域，没有加充分的电场，从而显示不出开关特性。因此，一般认为，在没有栅极区域的半导体层，为形成沟道层需要感应充足电荷所必须的栅极电极和信号电极或像素电极之间的电位差比有栅极电极区域半导体层中，为形成沟道需要充分感应电荷所必须的栅极电极和信号电极或像素电极之间的电位差要大。
根据以上所述，图28(a)、b分别表示本实施例的薄膜晶体管的模式剖面结构图和模式平面结构图。本实施例的薄膜晶体管的特征在于，薄膜晶体管的栅极电极具有偏向源电极一侧或漏电极一侧的任何一方的结构。
在本实施例中，通过适当设定栅极电极的偏向在不消失开关特性的情况下，栅极阈值电压可以向正方向升高。另外，在本实施例中，栅极阈值电压可以通过栅极电极形状来控制。这意味着，若一次制定出光掩模(工序)，就不再需要追加以控制阈值为目的的工序和利用新的气体。因此，本实施例中，可抑制因控制栅极阈值电压而引起的制造成本的增加。
在本实施例中，根据以上所述除了实施例3的效果，还提高生产率。
(实施例19)
本实施例除以下要点外均与实施例18相同。图29(a)、(b)分别表示本实施例的薄膜晶体管的模式剖面结构图和模式平面结构图。如图29所示，在沟道区域有两个以上的栅极电极，这样在沟道区域内具有一个以上没有栅极电极的区域，这是本实施例的薄膜晶体管的特征。
如实施例18所示，在具有栅极电极偏向源电极或漏电极的任何一方的结构的薄膜晶体管中，阈值的值，对与栅极电极和源电极以及漏电极的相对位置关系的依赖性很大。这意味着需要提高薄膜晶体管各电极制作的定位精度，由于定位光掩模所需要的时间增加，使生产率下降。为避免这一缺点，可做成阈值不依赖于各电极的相对位置关系的结构。如图29所示，在沟道区域内有两个栅极电极的结构情况下，阈值由栅极电极间的间隔来决定，另外，它的精度由栅极电极的刻蚀精度决定。因此，有关各电极的定位精度，栅极电极间的间隙只要在沟道区域中就行，不要求像实施例18那样的精度。因此，不需要像实施例18那样严格的定位，因而提高了生产率。
本实施例中，根据以上所述加上实施例18的效果，更加提高生产率。
另外，在沟道区域内的栅极电极的个数如有2个以上，则不管其形状如何，都包含在本实施例的范畴内。
在以上实施例3-14内，通过至少把2个或多个实施例组合在一起，比起单独使用各个实施例，可实现大范围的阈值电压的控制，这些都包含在本发明的范围内。
(实施例20)
本实施例的构成除下述的要点外，与实施例1相同。在本实施例中，使用具有n型特性的薄膜晶体管元件和具有p型特性的薄膜晶体管元件的两种元件。图30表示本实施例的4×4像素的等效电路，图31表示用于本实施例中的各个晶体管元件的特性。在本实施例中，具有n型特性的薄膜晶体管元件601和具有p型特性的薄膜晶体管元件602隔行交互构成。
图32表示本实施例的驱动波形。在本实施例中每隔1行外加一个控制n型薄膜晶体管元件601的扫描电压波形和控制p型薄膜晶体管元件602的扫描电压波形，再将各个扫描电压的非选择电压VGLP和VGLN设定为不同的电压值，而且将p型薄膜晶体管元件602的扫描电压的非选择电压VGLP、n型薄膜晶体管元件601的扫描电压的非选择电压VGLN设定为更高的电压值，设定|VGLP－VGLN|≥|VON|。因此，具有n型薄膜晶体管元件601的像素对置电压比扫描电压的非选择电压高，薄膜晶体管元件601的栅极阀值电压VTH即使不满足实施例1的条件(|VTH|＜|VON|时)，也能对液晶外加并保持负极性电压。相反，具有p型薄膜晶体管元件602的像素对置电压比扫描电压的非选择电压低。
但是，在p型薄膜晶体管元件和n型薄膜晶体管元件中，工作电压的相对极性相反，对置电压比扫描电压的关闭(断开)电压低，这种在具有n型薄膜晶体管元件601的像素中对置电压比扫描电压的非选择电压高的情况相同。(即给液晶外加并保持正极电压的条件和给液晶外加并保持具有n型薄膜晶体管元件601的像素的负极电压的条件相等)。在所有薄膜晶体管元件具有只有n型、p型任何一方的特性的情况下，通过使扫描电压的关闭电压每隔1行不同，可降低栅极阀值电压VTH的条件，但若行数增加，则扫描电压的电源电压、扫描电压的电压级数、垂直扫描电路所需的耐压电平显著增大，因而不实用。但是，在本实施例中，由于p型和n型交互变换，就能使关闭电压的偏差隔行抵消，就能在全部的行中对具有p型薄膜晶体管元件的像素群和具有n型薄膜晶体管元件的像素群的各个扫描电压进行相同的设定。因此，即使行数增加，也不增加扫描电压的电源电压和垂直扫描电路所需的耐压电平，并且，扫描电压的电压级数为4级就行。
在本实施例中，根据以上所述能对液晶交流驱动的薄膜晶体管元件的栅极阈值电压VTH为|VTH|＜|VON|，亦即即使使用具有耗尽型特性的晶体管，也能对液晶外加并保持负极电压、可以使用栅极阈值电压VTH为任意的薄膜晶体管元件。
(实施例21)
本实施例的构成除下述的要点外，与实施例20相同。
在本实施例中，在液晶面板中装有图像信号电路、垂直扫描电路。图33表示它的构成，由于在液晶面板内，构成p型和n型薄膜晶体管，就能容易地构成C-MOS(电路)，就能内装耗电小的电路。因此，能容易地与外围电路连接，从而大大地改善因接触不良引起的合格率低的状况。另外，因内装外围电路，就可以没有边框(外围电路)，使结构更紧凑。
在本实施例中，根据以上所述加上实施例20的效果，更加提高生产率。
(实施例22)
本实施例的构成除下述要点外，与实施例2相同。
本实施例是使实施例2的驱动方法进一步改进，降低驱动信号电极的LSI(信号驱动器)的最大工作电压，实现了电路规模的缩小和低电压化。
图34中表示本实施例的驱动波形。图34(a)表示前行扫描电极的扫描电压VG，图34(b)表示本行扫描电极的扫描电压VG，图34(c)表示信号电压VD，图34(d)表示像素电压VS，图34(e)表示外加给液晶层的电压。在本实施例中，与实施例2一样，使用两种电压VGL1，VGL2作为扫描电压的非选择电压，隔帧交替变化，隔行使用不同的电压波形，把两种非选择电压值之差(VGL1-VGL2)设定等于(VON+VOFF)/2。另外，在2种非选择电压VGLH，VGLL中每隔一个扫描期间叠加交流矩形波(周期为2个扫描期间，占空比50％)，设定叠加的矩形波的振幅为(VON+VOFF)/2。由于使用这种叠加的矩形波，使对置电压发生变化，就能提高像素电压和对置电压之差，即提高外加给液晶的电压、使信号电压的正极和负极的工作范围一致。因此，加在信号电极的信号电压的最大振幅为VON-VOFF＝2.9V，与实施例2的(3VON-VOFF)/2＝7.0V比较，可降低4.1V。因此，就可以使用在信号驱动器方面以耐压为5.0V或3.3V的通用工艺制造的LSI，大大地降低成本，耗电量也约为实施例1的10％。
(实施例23)
本实施例的构成除下述要点外，与实施例1相同。
图35表示本实施例的薄膜晶体管和各种电极的平面结构图。在本实施例中，在信号电极103和像素电极104之间配置了对置电极105，以使对置电极与信号电极相邻接。
在本实施例中，由于在信号电极103和像素电极104之间配置了对置电极105，来自信号电极103的电力线几乎都在对置电极终止。由于在除了给本行充电的大部分期间中由垂直扫描电路对扫描电极102提供一个电位以使其恒定于非选择电压，因而可吸收信号电极103的电压变动，使信号电极的电压变动对像素电极的电压影响大为减小。因此，即使信号电极的电压随图像信号而变动，由于像素电极的电压不变化，因而不会产生信号电极和像素电极的串扰，特别是不会产生在信号电极的纵向方向产生的条纹状的图像不好(纵向污斑)的现象。
根据以上，所述本实施例所得到的结果与实施例1相同，而且可以获得无串扰的高质量图像的有源矩阵型液晶显示装置。
在本实施例中，由于电极配置与实施例1不同，因而有关取向差的效果也不同。在本实施例中，由于对置电极105和与对置电极105不相连接的扫描电极102虽然彼此靠近，但在几乎整个(扫描)期间对置电压与扫描电压一致，因而在它们之间的区域几乎不外加电场。因此，如实施例1那样，若使此区域为常闭特性，则因该区域不透光，因而这一部分无需遮光。另外，像素电极104和扫描电极102之间的区域如同像素电极104和对置电极105之间的区域一样，根据象素电压来外加电压，再者在对像素电极充以黑色图像信号电压时，因为是黑色(即不透光)，因而即使对该区域不遮光，由于黑色衰减适当，不会降低反差。因此，在该区域不用遮光膜，可以扩大遮光膜的边界、扩大开口区域。
(实施例24)
图37表示薄膜晶体管以及各种电极的结构。图37(a)表示是在基片上从垂直方向看到的正视图，图37(b)、(c)是侧面剖视图。薄膜晶体管元件150是由像素电极(源极)104、信号电极(漏极)103、扫描电极(栅极)102、以及非结晶硅构成的半导体106组成。薄膜晶体管做成逆交错结构、在最下层形成扫描电极102，通过绝缘膜101在对同一金属层进行图形刻蚀后构成信号电极103和象素电极104。存贮电容元件160形成为用像素电极104和前行扫描电极102夹着栅极绝缘膜101的结构。在正视图(图37(a))中，像素电极配置在自扫描电极朝垂直方向伸出的伸出部分105之间。液晶层的液晶分子的取向主要受像素电极104和伸出部分105之间水平方向的电场正控制。光透过像素电极104和伸出部分105之间，照射在液晶层上，并被调制。在本实施例中，将信号电极的长度方向定义为垂直方向而把扫描电极的长度(纵向)方向定义为水平方向。另外，在本实施例中，从前行扫描电极使突出部分伸出，但也可以从后行扫描布线伸出。
取像素间距在水平方向(即信号电极之间)为110μm，垂直方向(即扫描电极之间)为330μm。取扫描电极和信号电极的电极宽度分别为10μm、9μm。另一方面，假定像素电极以及前行扫描电极102的伸出部分105的宽度各为8μm，像素电极104和信号电极的间隔为6μm。在设定像素电极104和伸出部分105之间的间隙部分被分成4部分时，这些电极宽度决定了像素电极104和伸出部分105的电极间隙dsG为12μm。另外，为提高反差，在不需要的间隙部分(像素电极104和伸出部分105之间以外的间隙部分)，形成绝缘性的黑矩阵(黑底)。
在本实施例中，虽然把像素分为4部分，但有关间隙dSG的条件，只要其构成能满足本发明(要求)就行，而不限定分割数。
(实施例25)
本实施例的构成除下述要点外均与实施例24相同。
图38表示本实施例的薄膜晶体管及各种电极的结构。图38(a)表示从垂直于基片平面方向看的正视图，图38(b)、(c)表示侧面剖视图。本实施例的构成方式是使伸出部分从扫描电极102朝垂直方向延伸以与信号电极邻接。
在本实施例中，将扫描电极的伸出部分105配置在信号电极103和像素电极104之间。这时，假定扫描电极和信号电极的电极宽度各为10μm，像素电极以及扫描电极102的伸出部分105的宽度分别为9μm。另外，假定像素电极104和信号电极的间隔为3.5μm。像素电极104和伸出部分105的电极间隙DSG与实施例24相同为12μm。
由于在信号电极103和像素电极104之间配置了扫描电极的伸出部分，来自信号电极的电力线几乎都在扫描电极的伸出部分终止。因为从扫描电路驱动器供给电位使扫描电极除了为给本行充电的期间外几乎在整个(扫描)期间恒定在关闭电压，从而吸收信号电极的电压变动，大大减小信号电极的电压变动对像素电极的电压的影响。因此，即使信号电极的电压因图像信号而变动，由于像素电极的电压不变，故信号电极和像素电极的串扰，特别是消除垂直方向产生的条纹状的图像质量差(长污斑)的现象没有了。
如以上详细说明那样，根据本发明，对于在基片上给液晶外加平行的电场对光进行调制的显示方式，由于布线数目减少和取向差的区域的减少，可获得高开口率的有源矩阵型液晶显示装置。同时，由于布线数目减少，可获得(制成)高合格率和可批量生产的有源矩阵型液晶显示装置。而且由于是交流驱动，因而可制成耐用时间长、不产生减少残留图像的高质量图像的有源矩阵型液晶显示装置。

Claims (27)

1.一种有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：
它具有一对至少有一块是透明的基片，以及在所述的一对基片间封入液晶组成物的液晶层；
在所述的一对基片中的一块基片上，形成多个扫描电极、在所述的多个扫描电极上交叉成矩阵状的多个信号电极、对应于所述多个扫描电极和多个信号电极的各个交点所形成的多个半导体开关元件、分别连接所述多个开关元件的多个像素电极以及分别与所述多个扫描电极相连的多个对置电极；
所述的各个多个像素电极和多个对置电极配置在由所述多个扫描电极和多个信号线围成的各个区域内；
通过多个开关元件的每一个加到对应的象素电极的电压以上述扫描电极的非扫描电压为基准实质上正负对称的交流电压。
2.如权利要求1所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述各个半导体开关元件是具有增强型特性的薄膜晶体管元件。
3.如权利要求2所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：为了使所述液晶层的透光率为最大，所述薄膜晶体管元件的阈值VTH的绝对值超过外加于液晶层的最大电压VON的绝对值。
4.如权利要求2中所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：为使所述液晶层的透光率为最大和最小，所述薄膜晶体管元件的阈值VTH的绝对值得超过外加到该液晶层的最大电压VON和最小电压VOFF之差的1/2。
5.如权利要求1所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征还在于：形成所述多个半导体开关元件的基片具有为保护这些半导体开关元件的保护膜以及在该保护膜中对应于各个半导体开关元件所形成的背面电极。
6.如权利要求5所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征还在于：所述的背面电极是沿所述扫描电极配置的。
7.如权利要求5或6所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：形成所述的背面电极以便对所述半导体开关元件的沟道区域进行遮光。
8.如权利要求5或6所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述的背面电极是浮置电极。
9.如权利要求1所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：形成所述多个半导体开关元件的基片具有通过绝缘膜形成在这些半导体开关元件下面的背面电极。
10.如权利要求9所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述的背面电极是沿扫描电极配置的。
11.如权利要求10所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述背面电极是浮置电极。
12.如权利要求1中所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：形成所述多个半导体开关元件的基片具有用来保护这些半导体开关元件的保护膜以及在这个保护膜上面通过离子注入方式注入杂质(注入杂质离子)。
13.如权利要求1所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：形成所述多个半导体开关元件的基片在这些半导体开关元件的下面具有绝缘膜，在这个绝缘膜上面通过离子注入方式注入杂质。
14.如权利要求13所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述的多个半导体开关元件具有与对应的所述信号电极相连的金属性的源电极和与对应的所述像素电极相连的金属性的漏电极，是正交错结构。
15.如权利要求2中所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述半导体开关元件具有p型或n型特性，p型薄膜晶体管元件和n型薄膜晶体管元件每隔1行所述扫描电极交替配置。
16.一种有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：该装置包括第一基片、第二基片以及液晶层，所述第一基片具有形成矩阵形状的多个扫描电极和信号电极以及与所述各个扫描电极和信号电极的交点相对应形成的、具有增强型特性的半导体开关元件，所述第2基片与所述第1基片相对设置，所述液晶层在所述第1和第2基片间封入液晶组成物；在由所述第1基片上的所述多个扫描电极和多个信号电极所包围的各个多个像素区域中的每一个上以梳形方式交替配置着与对应的所述半导体开关元件相连的像素电极和与对应的所述扫描布线相连的对置电极。
17.如权利要求16所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述半导体开关元件是薄膜晶体管元件。
18.如权利要求17所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述薄膜晶体管元件的阈值VTH的绝对值超过外加于该液晶层的最大电压VON的绝对值以便使所述液晶层的透光率达到最大。
19.如权利要求17所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：为使所述液晶层的透光率达到最大和最小，所述薄膜晶体管元件的阈值VTH的绝对值应超过外加于该液晶层的最大电压VON和最小电压VOFF之差的1/2。
20.如权利要求17所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：将所述扫描电极作为栅极，所述薄膜晶体管元件具有在该栅极上形成的栅极绝缘层以及在该栅极绝缘层中所形成的半导体有源层。
21.如权利要求20中所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述半导体有源层具有掺杂了受主或施主的半导体有源层。
22.如权利要求21中所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：具有层叠在掺杂了受主或施主的所述半导体有源层上的本征半导体层。
23.如权利要求20所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述半导体有源层是由非晶硅膜组成。
24.如权利要求23所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征还在于，形成在所述薄膜晶体管元件栅极上的所述栅极绝缘层具有SiON膜或SiO膜。
25.如权利要求24中所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述栅极绝缘层是由SiON膜和SiO膜的叠层形成的。
26.如权利要20中所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述薄膜晶体管元件具有在所述半导体活性层上形成的源极和漏极，所述的源极和漏极与各个对应的所述信号电极和像素电极相连，所述的栅极偏向所述的源极或漏极一侧。
27.如权利要求20所述的有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于：所述的栅极具有间隙。
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Assignee: CPTW (Wujiang) Co., Ltd.

Assignor: Hitachi Ltd.|Hitachi Display Co., Ltd.

Contract fulfillment period: He Tongqi

Contract record no.: 041000030002

Denomination of invention: Active matrix type liquid crystal display device

Granted publication date: 20030115

License type: Cross licensing

Record date: 20040203

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