JPH112828A - 液晶画像表示装置およびその製造方法 - Google Patents
液晶画像表示装置およびその製造方法Info
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- JPH112828A JPH112828A JP15144997A JP15144997A JPH112828A JP H112828 A JPH112828 A JP H112828A JP 15144997 A JP15144997 A JP 15144997A JP 15144997 A JP15144997 A JP 15144997A JP H112828 A JPH112828 A JP H112828A
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Abstract
上させる。 【解決手段】 対向電極11’の行(横)方向への液晶
セルの充放電電流の集中を回避するため、対向電極1
1’を厚い絶縁層21を介して走査線8と信号線7上と
に格子状に配置する。これにより、対向電極11’を細
くすることができて、開口率が向上する。また対向電極
11’と絵素電極17との間の表示に寄与する領域が拡
大し開口率が拡大する。
Description
薄膜半導体素子を用いて構成される液晶画像表示装置、
とりわけ視野角の拡大に関連した技術に深く関するもの
である。
トランジスタをスイッチ素子として単位絵素毎に内蔵し
たアクティブ型の液晶画像表示装置は、生産性向上の取
組も相まって基板サイズの拡大が急激に進展し、現状で
は 550×650 mm 以上の大きさのガラス基板の採用に
より画面サイズが20型(50cm)を越えるものまで
商品化されようとしている。
示し、一方の透明性絶縁基板、例えばガラス基板2上に
は走査線と信号線との交点毎にスイッチ素子としての薄
膜トランジスタと絵素電極とが2次元のマトリクスに配
列されて画像表示部が構成されている。信号線7の先端
部に形成された端子電極5には、例えばフィルムキャリ
ア4を用いたTCP実装により信号線7に映像信号が供
給され、走査線8の先端部の端子電極24(後述する
が、ここでは図示せず)には例えば半導体チップ3を直
接接続するCOG実装により走査線8に走査信号が供給
され、画像表示部に画像が表示される。ここでは便宜上
2種類の実装方式を同時に図示しているが、実際にはい
ずれかの方式が適宜選択して採用される。6は画像表示
部上に対向するもう1枚のガラス基板で、2枚のガラス
基板2,6によって挟持される厚さ数μmの空間に液晶
が充填され光学素子として機能する。多くの場合、液晶
と接する対向ガラス基板6の内表面には単位絵素毎また
は信号線毎に対応した有機薄膜よりなる着色層が付与さ
れてカラー画像表示されるので、対向ガラス基板6は別
名カラーフィルタと称されることが多い。
信号線7と信号線先端部の端子電極5は必ずしもそれぞ
れ同一の導電性部材で構成される必要はなく、走査線8
や信号線7への開口部形成と導電性薄膜の被着形成工程
が付加されれば選択の自由度は高い。
ランジスタ9を用いたアクティブ型液晶画像表示装置の
等価回路を示し、7は信号線、8は走査線、10は液晶
セルである。実線で描かれた素子類は液晶画像表示装置
を構成する一方のガラス基板2上に形成され、点線で描
かれた全ての液晶セル10に共通な対向電極11は従来
の液晶画像表示装置ではもう一方の対向ガラス基板6上
に形成されていたが、後述するIPS方式の液晶画像表
示装置では同一のガラス基板2上に形成される。絶縁ゲ
ート型トランジスタ9のOFF抵抗あるいは液晶セル1
0の抵抗が低い場合や表示画像の階調性を重視する場合
には、負荷としての液晶セル10の時定数を大きくする
ための補助の蓄積容量12を液晶セル10に並列に加え
るなどの回路的工夫が加味される。
マチック)型のものを用い、上下の透明電極41,42
が形成された2枚のガラス板43,44で従来の液晶セ
ルを構成した場合の視野角の変化量を示した概念図で、
液晶分子50の液晶セルの厚み方向の対称性の悪さが原
因で視野角が狭い欠点があった。
N型の液晶材を用いても1枚のガラス基板45上に対向
して平行する櫛形の電極47,48を配置しすると、液
晶分子50の液晶セルの厚み方向の対称性が良くなり視
野角が格段と拡大される。図8では下側の一方のガラス
基板45面上で液晶分子50が電圧の印加によって回転
することからこのような駆動方式をIPS(In Plain
Switchig)と称している。なお、46は液晶セルを構
成するためのもう一方の対向ガラス基板またはカラーフ
ィルタである。
を構成するアクティブ基板の単位絵素の平面図、図10
は図9のA−A’線上の断面図を示し、その製造工程を
以下に簡単に記載する。
と透明性が高い絶縁性基板としてのガラス基板2、例え
ばコーニング社製の商品名1737の一主面上に、例え
ばSPTなどの真空製膜装置を用いて膜厚 0.2 μm
程度の第1の金属層として、例えばCr薄膜を被着し、
微細加工技術により走査線も兼ねるゲート電極8と対向
電極11とを選択的に形成する。
基板2の全面にPCVD装置を用いてゲート絶縁層とな
る第1のシリコン窒化層(SiNx)13、不純物をほ
とんど含まず絶縁ゲート型トランジスタのチャネルとな
る第1の非晶質シリコン層(a−Si)14および第2
のシリコン窒化層15の3種類の薄膜層を、例えば膜厚
0.3-0.05-0.1 μmで順次被着し、微細加工技術によ
りゲート電極8上の第2のシリコン窒化層15を選択的
に残して15’とし、第1の非晶質シリコン層14を露
出する。
不純物として、例えば燐を含む第2の非晶質シリコン層
16を例えば 0.05 μmの膜厚で被着し、図示はしな
いが走査線8への電気的接続に必要なガラス基板2の周
辺部での走査線8上の選択的開口部形成を行った後、図
10(c)に示したようにSPTなどの真空製膜装置を
用いて膜厚 0.3 μm程度の第2の金属層として、例
えばAL薄膜を被着し、微細加工技術により信号線(ソ
ース配線)7と絵素(ドレイン)電極17とを選択的に
形成する。この時には、前記電極や配線を形成するため
に用いられた感光性樹脂パターンとAL薄膜層とをマス
クとして第2と第1の非晶質シリコン層16,14をも
除去して第1のシリコン窒化層13を露出させる。絶縁
ゲート型トランジスタがオフセット構造とならないため
にはソース・ドレイン配線(電極)7,17はゲート電
極8と一部平面的に重なった位置関係で形成される。な
お、走査線8上の開口部を含んで信号線7と同時にゲー
ト配線(図示せず)を作製することも一般的である。
可能であるが、液晶セルに直流成分が侵入して高温動作
あるいは長期連続動作に対して液晶が劣化し、黒く着色
する信頼性上の課題を回避するため、図10(d)に示
したようにさらにガラス基板2の全面に透明性の絶縁
層、例えば第3のシリコン窒化層18をやはりPCVD
装置を用いて 0.3 μm程度被着してアクティブ基板
として完成する。もちろん、走査線8や信号線7に電気
信号を供給できるようにガラス基板2の周辺部にて走査
線8や信号線7の端子電極上のパシベーション絶縁層で
ある第3のシリコン窒化層18は選択的に除去されて端
子電極は露出している。
るため、液晶画像表示装置としての構成は最低限度の構
成因子について説明している。そのため、例えば絶縁ゲ
ート型トランジスタの耐熱性を高めるにソース・ドレイ
ン配線7、17と不純物を含みソース・ドレインとなる
第2の非晶質シリコン層16’との間にCr,Mo,T
iあるいはこれらのシリサイドなどの耐熱バリア金属を
介在させる技術や、ゲート金属層8を多層化して抵抗値
を下げたり、あるいは走査線8と信号線7との間の層間
短絡を防止する技術などについては説明を省略した。ま
た液晶セルを構成するスペーサやシール材について、さ
らに液晶セルとして動作させるために必要な配向膜、偏
光板などの部材についても、および裏面光源などの光学
素子として必要な構成因子についても説明を省略してい
る。
ン)電極17と対向電極11とを同一の基板上で櫛形状
に対向させるIPS方式の単位絵素は、従来の透明絵素
電極と同じく透明な対向電極とを別々の透明基板上でサ
ンドイッチ状に対向させる単位絵素と比較すると開口率
は前者で40%以下、後者で60%以上と圧倒的に低
く、明るい画像が得られない。その理由は、1)絵素電
極17と対向電極11とが金属薄膜で構成される、2)
絵素電極17と対向電極11そのものは表示に寄与せ
ず、絵素電極17と対向電極11との間の透明領域が表
示に寄与するからであり、したがって高い開口率を得る
ためには絵素電極17と対向電極11とをできるだけ微
細化する必要がある。
解像力限界と食刻精度の問題であるが、対向電極11は
液晶セルを充放電する電流が行(横)方向に絵素毎に積
算されていくので表示画素数の増大および表示画面の拡
大に対しては極めて重要な意味を持っている。対向電極
の抵抗値による電圧降下の増大を防止する意味で、少な
くとも対向電極11を行(横)方向に細長に、図9では
上下方向にパターン幅を細くすることには設計上の限界
が存在する。
量12を導入した場合には、補助容量12を充放電する
電流も加算されるので対向電極11のパターン幅を逆に
上下方向に広げる必要がある。なお、図9では絵素(ド
レイン)電極17と対向電極11とがゲート絶縁層およ
び第1と第2の非晶質シリコン層とを介して重なった領
域19が補助容量12を構成している。
が低く明るい画像が得にくいIPS方式の液晶画像表示
装置は、結局は裏面光源を強力にして明るい画像を得る
ことで実用化することが優先され、消費電力の観点から
も大きな課題を有している。
で、開口率の高いIPS方式の液晶画像表示装置を提供
することを目的とする。
縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジ
スタのドレインに接続された絵素電極と、前記絵素電極
とは所定の距離を隔てて形成された対向電極とを少なく
とも各々1個は有する単位絵素が二次元のマトリクスに
配列された第1の透明性絶縁基板と、第2の透明性絶縁
基板またはカラーフィルタとの間に液晶を充填してなる
液晶画像表示装置において、前記第1の透明性絶縁基板
上に形成された厚い透明絶縁層を介して走査線上と信号
線上とに格子状の対向電極が形成されることを特徴とす
るものである。
の集中を回避するために対向電極が十字状に形成される
結果、充放電電流は上下左右方向に分散して流れるので
対向電極のパターン幅を狭めることが可能となる。また
厚い絶縁層を介して走査線や信号線上に形成されるの
で、対向電極の実効的な抵抗値の低減に加えて表示に寄
与する領域が拡大し、さらに開口率が高くなる。
は、一主面上に絶縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁
ゲート型トランジスタのドレインに接続された絵素電極
と、前記絵素電極とは所定の距離を隔てて形成された対
向電極とを少なくとも各々1個は有する単位絵素が二次
元のマトリクスに配列された第1の透明性絶縁基板と、
第2の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に液
晶を充填してなる液晶画像表示装置において、前記第1
の透明性絶縁基板上に形成された厚い透明絶縁層を介し
て前記走査線上と前記信号線上とに格子状の対向電極が
形成されるとともに、走査線と信号線の端子電極形成位
置上の前記厚い透明絶縁層に形成された開口部を含んで
走査線と信号線の端子電極が前記対向電極と同一工程で
形成されてなることを特徴とするものである。
絶縁基板上に、1層以上の第1の金属層よりなる絶縁ゲ
ート型トランジスタのゲートを兼ねる走査線を形成する
工程と、少なくともゲート絶縁層とチャネルとなる半導
体層とソース・ドレインとなる不純物を含む半導体層と
を形成する工程と、1層以上の第2の金属層よりなる信
号(ソース)線とドレイン電極とを形成する工程と、全
面に厚い透明絶縁層を形成する工程と、走査線と信号線
の端子電極形成位置上の前記厚い透明絶縁層に開口部を
形成する工程と、前記走査線上の開口部内の絶縁層を除
去して走査線を選択的に露出する工程と、前記厚い絶縁
層上で走査線上と信号線上とに格子状の対向電極と、前
記開口部を含んで走査線と信号線の端子電極とを1層以
上の第3の金属層で形成する工程とを含むことを特徴と
するものである。
して走査線を信号線上とに格子状に配置することによ
り、対向電極の行方向への液晶セルの充放電電流の集中
を回避できるので、対向電極を細くすることができ、開
口率を向上できる。また、絵素電極と対向電極との間の
表示に寄与する領域が拡大されてさらに開口率を向上で
きる。また透明絶縁層への開口部形成を合理化できるた
め、従来の製造方法に比較して製造工程が長くなる欠点
を補える。
を参照しながら説明する。なお、便宜上従来例と同一ま
たは相当する部位には同じ符号を付与する。 (実施の形態)図1は本発明の実施形態によるアクティ
ブ基板の単位絵素の平面配置図、図2、図3はその製造
工程図であり、図2(a)〜(c)、図3(a),
(b)は図1のB−B’線上の断面図、図3(c)は図
1のC−C’線上の断面図を示す。本発明による液晶画
像表示装置用半導体装置は、従来とほぼ同一の製造工程
を経て作製されるが、製造工程が増加しないよう一部製
造工程が合理化されており、図2、図3に示した図1の
B−B’線上の断面図を参照しながら製造工程の詳細に
ついて記述する。
板2の一主面上に、例えばSPTなどの真空製膜装置を
用いて膜厚 0.2 μm程度の第1の金属層例えば、C
r薄膜を被着し微細加工技術により走査線も兼ねるゲー
ト電極8と蓄積電極20とを選択的に形成する。
板2の全面にPCVD装置を用いてゲート絶縁層となる
第1のシリコン窒化層(SiNx)13、不純物をほと
んど含まず絶縁ゲート型トランジスタのチャネルとなる
第1の非晶質シリコン層(a−Si)14および第2の
シリコン窒化層15の3種類の薄膜層を、例えば膜厚0.
3-0.05-0.1 μmで順次被着し、微細加工技術によりゲ
ート電極8上の第2のシリコン窒化層を選択的に残して
15’とし、第1の非晶質シリコン層14を露出する。
CVD装置を用いて全面に不純物として、例えば燐を含
む第2の非晶質シリコン層16を例えば 0.05 μmの
膜厚で被着する。ここまでは、従来例と全く同一の製造
工程である。
ドレイン電極の形成がなされる。そのためには図3
(a)に示したように、SPTなどの真空製膜装置を用
いて膜厚0.3 μm程度の第2の金属層として例えばA
L薄膜を被着し、微細加工技術により信号線(ソース配
線)7とドレイン電極17とを選択的に形成する。この
時には、AL薄膜および前記電極を形成するために用い
られた感光性樹脂パターンをマスクとして第2と第1の
非晶質シリコン層16,14をも除去して第1のシリコ
ン窒化層13を露出させる。
は、ひとつには薄膜トランジスタの耐熱性を高めるため
にバリア金属層を介在させる結果、信号線の低抵抗のた
めにはバリア金属層+Al層で2層構成になることが挙
げられる。ふたつには図4(b)にも示したように開口
部23内で露出している信号線7の表面が、ゲート絶縁
層13の除去時に不要な反応で除去または変質されない
ように適当な金属でカバーする結果、信号線7としては
バリア金属層+Al層+適当な金属層という3層構成に
なりうるからである。
示したように全面に透明性の高い絶縁層21を厚く、例
えば2〜3μm程度被着し、画像表示部外の領域で走査
線8と信号線7の端子電極を形成する位置に開口部2
2,23を形成して信号線7を一部露出する。この時に
透明絶縁層21に感光性(例えば日本合成ゴム製の商品
名オプトマー:PC302)のものを用いれば写真食刻
工程の合理化が出来ることは言うまでもない。さらに開
口部22内のゲート絶縁層13を選択的に除去して走査
線8を部分的に露出した後、第3の金属層として例えば
膜厚 0.3 μm程度のAL薄膜を被着し、微細加工技
術により開口部22,23を含んで走査線8の端子電極
24と信号線7の端子電極5と、走査線8上と信号線7
上とに格子状の対向電極11’を形成して本発明の実施
形態による画像表示装置用半導体装置が完成する。
の平面図とそのD−D’,E−E’線上の断面図を示し
たもので、図4(a)は走査線8側の端子電極24、図
4(b)は信号線7側の端子電極5に対応している。
る必然性は、対向電極11’が絶縁層21を介して走査
線8や信号線7と形成する静電容量を無視できるだけ小
さくしたいためで、なぜならこれらの静電容量は全て走
査線8や信号線7の負荷容量を増大させて、結局は駆動
回路の消費電力を増大させるからである。ちなみに一般
的なシリコン窒化層を用いてこのように厚い膜厚の絶縁
層を形成することは、製膜に要する時間、膜内部に発生
する内部応力などの観点からは実用に耐えられず、上記
したように塗布・硬化型の樹脂が最適と思われる。
ト型トランジスタ9上にも対向電極11’を延長して形
成すると光シールド機能が付与されることは言うまでも
ないだろう。また対向電極11’を反射率の低い金属、
例えばCr,Ti,Moなどで形成または積層化すると
これらの電極からの反射光が低減して表示画像のコント
ラスト比が向上することも明かであり、従来のカラーフ
ィルタで用いられたBM(ブラック・マトリス)機能を
アクティブ基板2上に形成することも可能となる。
第1のシリコン窒化層13に開口部を形成して走査線の
端子電極を形成するとともに、パシベーション絶縁層で
ある第3のシリコン窒化層18に開口部を形成して走査
線と信号線の端子電極を露出させていた。すなわち2回
の開口部形成工程が必要であったが、本発明の実施形態
による製造方法では製造工程の増加を回避するため、走
査線8への端子電極24の形成に当たり、厚い透明絶縁
層21に形成された開口部22を形成し、開口部22内
のゲート絶縁層である第1のシリコン窒化層13を除去
してから第3の金属層で走査線8の端子電極24と信号
線7の端子電極5とを形成することにより、絶縁層への
開口部形成は1回で済ませることが可能である。
査線8の端子電極24と信号線7の端子電極5とを独立
させず細いパターン25で接続しておけば、走査線8と
信号線7とが短絡されるので、液晶セル化工程での静電
気対策となることは言うまでもないだろう。
S型の液晶画像表示装置においては、対向電極の行方向
への液晶セルの充放電電流の集中を回避するため、対向
電極を厚い絶縁層を介して走査線と信号線上とに格子状
に形成している。このため、液晶セルの充放電電流は周
囲方向に分散して対向電極の抵抗値は著しく低下したの
と等価の効果があり、単位絵素間で対向電極を接続する
対向電極のパターン幅を細くすることができて開口率が
向上する。
線上と信号線上とに配置することで絵素電極と対向電極
との間の表示に寄与する領域が拡大され、やはり開口率
が向上する。
と、厚く平坦な絶縁層上に対向電極が存在するため、配
向膜の配向処理が均一化され易くコントラスト比が向上
する効果も期待できる。
来の製造方法に比較して製造工程が長くなる欠点は絶縁
層への開口部形成を合理化することで補われており、工
業的にも価値のある発明と言える。
縁層の導入に関わるデバイス構造と製造方法が発明の主
眼点であり、配線材料の差異は何等本発明の制約を受け
ず、走査線や信号線の材料や構成あるいは積層化に関し
ても、また蓄積容量の有無や構成に関しても全く同様に
本発明の制約を受けないことは明白であろう。
絵素の平面図
1のB−B’線上の断面図
およびC−C’線上の断面図
電極部の平面図および断面図
する概念図
明する基本原理図
絵素の平面図
Claims (2)
- 【請求項1】 一主面上に絶縁ゲート型トランジスタ
と、前記絶縁ゲート型トランジスタのドレインに接続さ
れた絵素電極と、前記絵素電極とは所定の距離を隔てて
形成された対向電極とを少なくとも各々1個は有する単
位絵素が二次元のマトリクスに配列された第1の透明性
絶縁基板と、第2の透明性絶縁基板またはカラーフィル
タとの間に液晶を充填してなる液晶画像表示装置におい
て、前記第1の透明性絶縁基板上に形成された厚い透明
絶縁層を介して前記走査線上と前記信号線上とに格子状
の対向電極が形成されるとともに、走査線と信号線の端
子電極形成位置上の前記厚い透明絶縁層に形成された開
口部を含んで走査線と信号線の端子電極が前記対向電極
と同一工程で形成されてなることを特徴とする液晶画像
表示装置。 - 【請求項2】 透明性絶縁基板上に、1層以上の第1の
金属層よりなる絶縁ゲート型トランジスタのゲートを兼
ねる走査線を形成する工程と、少なくともゲート絶縁層
とチャネルとなる半導体層とソース・ドレインとなる不
純物を含む半導体層とを形成する工程と、1層以上の第
2の金属層よりなる信号(ソース)線とドレイン電極と
を形成する工程と、全面に厚い透明絶縁層を形成する工
程と、走査線と信号線の端子電極形成位置上の前記厚い
透明絶縁層に開口部を形成する工程と、前記走査線上の
開口部内の絶縁層を除去して走査線を選択的に露出する
工程と、前記厚い絶縁層上で走査線上と信号線上とに格
子状の対向電極と、前記開口部を含んで走査線と信号線
の端子電極とを1層以上の第3の金属層で形成する工程
とを含む画像表示用半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15144997A JPH112828A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 液晶画像表示装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15144997A JPH112828A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 液晶画像表示装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH112828A true JPH112828A (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=15518845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15144997A Pending JPH112828A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 液晶画像表示装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH112828A (ja) |
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