CN1267783C - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种有源矩阵型液晶显示装置。其中,设置有在上述第一基板形成的薄膜晶体管的半导体层,在该半导体层上形成的第一绝缘膜,在第一绝缘膜上形成的第二绝缘膜以及在第二绝缘膜上形成的公用配线,上述第二绝缘膜具有置于上述半导体层形成区域的除去区域,具有由在该除去区域中从上述公用配线供给的公用电位以及由上述半导体层形成的像素电位所形成的保持电容。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示装置,特别是涉及薄膜晶体管(TFT)方式等有源矩阵型液晶显示装置及其制造方法。

背景技术

液晶显示装置具有薄形轻量低能耗的特点,在用作以个人计算机为代表的信息机器及便携式信息终端及便携式电话、数字相机及相机一体型VTR机器等的可视机器的图像信息、文字信息的显示机器方面获得广泛的应用。近年来,随着DVD的登场、大容量磁盘驱动器的急速进步引起的大容量媒体的普及及BS数字广播的开始,个人计算机和映像数字媒体进行融合,对于可以与这种用途相对应的高画质的图像显示装置的要求变得强烈。在液晶的上下基板间的液晶间隙上施加横向电场的平面内切换(IPS)模式的液晶显示器,被认为是可以满足对这种高画质的要求的显示方式,为进一步改进其画质进行了种种改进。

一方面,随着便携式电话、便携式信息终端的普及,从要求耗电极小的中小型液晶显示装置的要求起直到包含壁挂式的大型显示器止的多种要求日益强烈。

在IPS模式的液晶显示装置中,最一般的是在特开平7-36058号公报中公开的那种利用在中间夹持有绝缘膜的两层的金属电极间发生的横向电场对液晶进行切换的方式,但这种构造的缺点是,与通常的TN方式的显示装置相比,像素的数值孔径很难加大,光利用效率低。由于要对这一点进行补偿而必须增大背光源亮度,作为LCD模块整体而言,很难做到对笔记本型的个人计算机及便携式终端所要求的低功耗化。

为了解决这种问题,在特开平9-230378号公报中,提出一种在有机系统的树脂上将像素电极及公用电极经由在上述树脂上开口的通孔进行配置的方式。

另外,作为用来进行切换的有源元件,除了采用非晶硅的TFT以外,已知的还有采用多晶硅的TFT。

发明内容

现在的问题是在IPS型液晶显示装置中数值孔径低,必须进行高数值孔径化,即高透射率化。本申请正是以解决该问题为目的,如对该数个目的详解介绍,其第一个目的是在采用低温多晶硅TFT作为像素TFT的IPS方式的液晶显示装置中,在将此前的和栅极配线平行地在一个显示区域中配置的金属公用电极配线去掉、提高数值孔径(透射率)的场合,确保防止在背光源发出的光照射到多晶硅上的场合的液晶电位降低的保持电容。并且,其第二个目的是防止构成保持电容的电极和漏极配线之间的短路引起的缺陷。本申请的其它目的及要解决的问题在本申请的说明书中会很清楚。

用来解决本发明的问题的方式的主要例子可列举如下。

(方式1)一种有源矩阵型液晶显示装置,具有:由第一基板和第二基板夹持的液晶层和滤色层,在上述第一基板上具有多个栅极配线、和上述多个栅极配线以矩阵状交叉的多个漏极配线、以及与上述栅极配线和漏极配线的各个交点相对应地形成的薄膜晶体管,由邻接的栅极配线和漏极配线围成的区域构成像素,其特征在于:上述第一基板具有:上述薄膜晶体管的半导体层、在该半导体层上形成的第一绝缘膜、在第一绝缘膜上形成的第二绝缘膜、以及在第二绝缘膜上形成的公用配线,

上述第二绝缘膜具有置于上述半导体层形成区域的除去区域,具有由在该除去区域中从上述公用配线供给的公用电位、以及由上述半导体层形成的像素电位所形成的保持电容。

(方式2)一种有源矩阵型液晶显示装置,具有:由第一基板和第二基板夹持的液晶层和滤色层,在上述第一基板上具有多个栅极配线、和上述多个栅极配线以矩阵状交叉的多个漏极配线、以及与上述栅极配线和漏极配线的各个交点相对应地形成的薄膜晶体管,由邻接的栅极配线和漏极配线围成的区域构成像素,其特征在于:具有在上述第一基板上在同层中形成的公用电极和像素电极,该公用电极和像素电极在上述栅极配线上经由绝缘膜互相分离并且相对地配置。

(方式3)一种有源矩阵型液晶显示装置,是横向电场型的液晶显示装置,具有:由第一基板和第二基板夹持的液晶层和滤色层,在上述第一基板上具有多个栅极配线、和上述多个栅极配线以矩阵状交叉的多个漏极配线、以及与上述栅极配线和漏极配线的各个交点相对应地形成的薄膜晶体管,由邻接的栅极配线和漏极配线围成的区域构成像素,各个像素具有在上述基板上形成的公用电极和像素电极,其特征在于:上述薄膜晶体管的源极电极不跨接上述公用电极和像素电极、一直延伸到与形成该薄膜晶体管的栅极配线不同的邻接的栅极配线、将一个电极作为前段的栅极配线并将另一个电极作为源极电极而构成保持电容。

本发明的其他方式可在以下的发明的实施方案中得到阐明。

附图说明

图1为本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的像素的主要部分的平面图。

图2为沿着本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的2-2’线的像素的主要部分的剖面图。

图3为沿着本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的3-3’线的像素的主要部分的剖面图。

图4为沿着本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的4-4’线的像素的主要部分的剖面图。

图5为用来说明本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的TFT基板的第一光加工工序后的制造方法的剖面图。

图6为用来说明本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的TFT基板的第二光加工工序后的制造方法的剖面图。

图7为用来说明本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的TFT基板的第三光加工工序后的制造方法的剖面图。

图8为用来说明本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的TFT基板的第四光加工工序后的制造方法的剖面图。

图9为用来说明本发明的一实施例的TFT液晶显示装置的TFT基板的第五光加工工序后的制造方法的剖面图。

图10为将TFT玻璃基板和CF玻璃基板胶合的LCD单元的整体平面图。

图11为将PCB基板和TAB连接到LCD单元的整体平面图。

图12为LCD单元的TAB和漏极侧引出端子部附近的剖面图。

图13为表示TFT-LCD的概略的等效电路的平面图。

图14为表示TFT-LCD的像素的驱动波形的时序图。

图15为示出本发明的模块构成的一例的说明图。

图16为说明本发明的一实施例的偏振片和初始取向方向的关系的示图。

图17为本发明的另一实施例的TFT液晶显示装置的像素的平面图。

图18为本发明的另一实施例的横切邻接漏极线间、沿着图17的18-18’线的主要部分的剖面图。

图19为本发明的另一实施例的横切邻接漏极线间、沿着图17的19-19’线的主要部分的剖面图。

图20为本发明的另一实施例的TFT液晶显示装置的像素的平面图。

图21为本发明的另一实施例的、沿着图20的21-21’线的主要部分的剖面图。

具体实施方式

下面利用以下的实施例对示出本发明的特征的代表性构造予以说明。

(实施例1)图1~图5为本发明的一实施例的液晶显示装置的像素的平面及剖面图。图2、图3、图4分别为以图1的点划线2-2’、3-3’、4-4’示出的剖开线的剖面图。在图面中,为了易于了解剖开部分,以带O的数字表示剖开部分。另外,附图用来说明主要部分,有些图中将取向膜省略。另外,还有一些图中将基板一侧的构成也省略。下面按着顺序介绍。

图1示出像素的示意平面图形。由邻接的栅极配线GL和邻接的漏极配线DL包围而构成1个像素。栅极配线GL也用作半导体层以多晶硅PSI构成的TFT的栅极电极,使TFT通/断而供电。漏极线向多晶硅PSI供给电流,即将上述栅极电压GL在供给电压的定时所施加的映像电压(漏极电压)对一个像素的液晶电容、保持电容供电,结果,一直到像素的中央部分引出的低温多晶硅PSI、焊盘电极PAD及与其相连接的透明像素电极SPT的电位成为映像电位。

上述电流的流动,是从漏极配线DL经过第一接触孔CNT1连接到多晶硅PSI,此多晶硅中的电流,通过像素中央部分的第二接触孔CNT2流到焊盘电极PAD。在从焊盘电极PAD经过第三接触孔CNT3到达绝缘膜上的透明像素电极SPT。透明像素电极SPT,作为一个示例,配置成为H型。

与像素电极一起构成液晶电容或保持电容的另一个电极的公用电极电位经以下路线施加。在栅极配线GL及漏极配线DL上,经低介电常数的绝缘膜在其上部配置透明公用电极配线CLT以屏蔽上述配线。透明公用电极配线CLT,在像素内分叉,与透明像素电极SPT一起实现驱动液晶公用电极的作用。这样,透明公用电极配线CLT,覆盖栅极配线GL和漏极配线DL,配置成为网格状,在画面周边区域中与金属的低电阻的配线连线。此低电阻配线,用作公用电位的总线。

在IPS液晶显示装置中,由于在图1的透明公用电极配线CLT和透明像素电极SPT之间的横向电场规定的值是液晶电容,该值与在对置的上下基板间分别配置的电极间规定液晶电容的TN方式等的纵向电场方式的液晶显示装置相比,不到其一半。因此,只在一个基板上具有公用电极和像素电极两者的横向电场方式中,透明公用电极配线CLT的配线电阻规格,即使是采用像铟锡氧化物(ITO)这样的电阻值高的透明电极材料,配线延迟也可以很小,可以选择良质的画质。当然,透明电极材料,也可以是铟锌氧化物(IZO),铟锡锌氧化物(ITZO)等。

此公用电极及公用电极配线的电位,设定为,比如,每帧交变的像素电位的大致的中点电位(在图14中将再次详细说明)。在由此像素电极电位和公用电极电位构成液晶电容或保持电容的同时,由于此电位间的电位差,在液晶层内产生电场,利用上述漏极配线DL供给的映像电压和上述公用电压显示映像。图1的主透射部分是沿2-2’线的4个开口部。

在液晶显示装置中,TFT大部分处于OFF(关断)状态,只在极短时间内处于ON(导通)状态。比如,在XGA中,由于768根栅极配线GL每次选择1根顺序变为ON,其他767根处于OFF状态,所以对于1根栅极配线GL来说767/768的时间是处于OFF状态。于是,在此OFF状态中抑制液晶电容的电压衰减对于高画质的液晶显示装置是不可或缺的。因此,从来采用TFT的液晶显示装置一定是构成保持电容的装置。此时,已知的有在像素内设置公用电极电位专用配线构成保持电容的方式和采用邻接的其他像素的栅极配线GL构成保持电容的方式。前者或后者,也有将前者称为Cstg,后者称为Cadd进行区别的场合。不过在任何一种场合,为了使保持电容稳定,必须在前者的场合使专用配线的电位稳定,而在后者的场合使栅极配线GL的电位稳定,采用的是可实现低电阻的金属。

另外,已知前者,与后者为了供给栅极信号而必须使信号复杂变化不同,由于可以建立稳定的电位,其优点是极为稳定。不过,前者的保持电容,即Cstg,以前是以与栅极配线GL同一工序、材料构成的公用电极配线经绝缘膜叠置形成图像电极或源极电极。因此,为防止短路,必须和栅极配线保持一定的距离进行配置,由于该公用电极配线为金属配线,该公用电极配线的分数值孔径低,透射率低。

为解决这一问题,在本实施例中,在低温多晶硅PSI和以与漏极配线DL同一工序、材料构成的保持电容电极STM之间构成保持电容。就是说,在覆盖栅极配线GL及保持电容电极STM的绝缘膜上设置接触孔CNT4,由此从透明公用电极配线CLT向保持电容电极STM供给公用电位。于是,由于为公用电位的保持电容电极STM和为像素电位的低温多晶硅PSI的剖面结构是经绝缘膜校对设置的,可以实现保持电容Cstg。由此,可以不使用金属的公用电极配线形成保持电容Cstg,通过不要该金属的公用电极配线而实现透射率及数值孔径的提高。此外,保持电容电极STM和低温多晶硅PSI的剖面结构是中间夹持绝缘膜与保持电容电极STM分离。在这一点上,可以和栅极配线GL在平面上靠近的位置配置保持电容,还可以提高透射率和数值孔径。

本构造的更为巧妙之处是使用低温多晶硅PSI。另外,在本说明书中的所谓的低温多晶硅,比如,如图3所示,由于对半导体层进行离子掺杂而形成的n+层显示出越过栅极配线GL的形成区域而形成的构造。所以,特别是对成膜时的温度没有限定,并且也不限制结晶状态。所以,也包含所谓的高温多晶硅、CGS、连续结晶硅等等。

通过使用低温多晶硅,作为保持电容的一个电极的低温多晶硅通过离子掺杂变为n+状态,即导电性高的状态。因此,由于可以与金属等价地进行处理,无须增加特别的专用配线层就可以实现不使用金属的公用电极配线的Cstg。由于在保持状态,即TFT的OFF状态中,像素内的电位,除了漏泄就保持稳定状态,所以即使是由低温多晶硅形成电容的一个电极,也可以充分地发挥其作为电极的功能。

透明公用电极配线CLT,是以邻接的上下左右的像素一体地构成阵列状。因此,公用电极的电位极稳定,抵抗变动的能力很强。这一点,由于在横向电场方式中公用电极和像素电极间的液晶电容小,对该透明公用电极的负载很轻,可以进一步获得稳定化。由于这些的复合贡献,该透明公用电极,在作为低阻比金属更高的透明电极的同时,也可以用作将公用电位供给Cstg的配线。

下面利用剖面图对各个部分的构成予以详细说明。图2为沿着图1的2-2’线的剖面图,是横切邻接漏极配线DL间的一个像素区域的部分。在畸变点约670℃的无碱TFT玻璃基板GLS1上形成由膜厚50nm的Si3N4膜和膜厚120nm的SiO2膜组成的基础绝缘膜ULS。基础绝缘膜ULS的作用是防止来自TFT玻璃基板GLS1的Na等杂质的扩散。在基础绝缘膜ULS上,形成由SiO2构成的绝缘膜GI。在栅极绝缘膜上配置有供给像素电位的低温多晶硅PSI。

形成由SiO2构成的层间绝缘膜ILI将上述覆盖。在ILI上形成Ti/Al/Ti这样的三层金属膜构成的漏极配线DL。

在该上层上覆盖由膜厚为200nm的Si3N4膜组成的保护绝缘膜PAS和膜厚为2μm的以丙烯酸类树脂为主要成分的有机保护膜EPAS。在有机保护膜EPAS上首先形成比漏极配线DL的宽度更宽的掺铟氧化锡(ITO)构成的透明公用电极配线CLT。在上述有机保护膜EPAS上还形成以同一工序同一材料制作的ITO所组成的透明像素电极SPT。

在上述说明中,对配线材料不做特别限定。

主要透射区域是四个区域:(1)在漏极配线DL上的透明公用电极配线CLT和在图1的平面图中为用来覆盖低温多晶硅PSI而配置的透明像素电极SPT之间、(2)在透明像素电极SPT和从栅极配线GL上侧上下延伸的透明公用电极配线CLT之间、(3)在上述透明公用电极配线CLT和透明像素电极SPT之间以及(4)在上述透明像素电极SPT和漏极配线DL上的透明公用电极配线CLT之间。上述透明像素电极SPT和透明公用电极配线CLT是驱动液晶的电极。

另一方面,封装液晶的相对的基板是滤色片(CF)基板GLS2。CF玻璃基板GLS2,在液晶侧的其中分散有显示颜色的颜料的有机膜材料构成的滤色片(FIL)是相应于分配给每一个像素的颜色表现蓝(B)、红(R)、绿(G)的透射光的滤色片(在红色时为FIL(R))。在其内侧上形成由有机材料构成的涂覆膜OC。没有OC膜也可以,希望以提高平坦性为目的。在与CF基板GLS2及TFT基板GLS1的液晶LC相接的面上,印刷取向膜OLI并实施规定的摩擦,控制初始取向方向。另外,在上述CF玻璃基板GLS2及TFT玻璃基板GLS1的外侧的面上分别粘贴偏振片POL。此偏振片形成在玻璃基板间的偏光轴互相正交的所谓正交尼科尔状态。

摩擦方向和偏振片的角度的关系示于图16。偏光轴的一方PD2与GL方向相同,另一方PD1为与GL正交方向。另外,摩擦方向RD是与上下基板及GL正交方向。由此,成为常黑模式配置,并且利用图1那种屈曲形状的像素图形进行多畴化。当然,非多畴化的场合也包含于本申请的范畴内,在该场合偏振片也需要配置成为正交尼科尔状态。

在本剖面的CF基板GLS2上,不形成所谓的黑矩阵BM。滤色片FIL的颜色的结合在覆盖漏极配线DL配置的透明公用电极配线CLT上进行。

覆盖漏极配线DL的透明公用电极配线CLT的宽度必须是漏极配线宽度的至少两倍以上,这是因为IPS液晶显示装置基板上在液晶上加上公用电极电位和像素电位以外的电场就会发生误动作而必需该屏蔽之故。另一方面,其他部分的透明电极宽度没有上述规定。

但是,在使用正型的液晶材料的IPS液晶显示装置中在透明电极上光也不能透过。这是因为在宽度宽的电极上不加横向电场液晶分子不会转动。边缘的横向电场从透明电极的端部向着其宽度的内部可以透过1.5μm区域。

图3为沿着图1的3-3’线的剖面图。此剖面图示出的是在图1中的低温多晶硅PSI的TFT和保持电容的剖面。图3的剖面图的左侧是TFT的剖面。是以漏极配线DL、金属像素电极SPM为所谓的漏电极、源电极,以栅极配线GL为栅电极的具有绝缘膜GI的所谓的MOS型TFT。在ULS上有多晶硅层PSI,漏极配线DL与在绝缘膜GI及层间绝缘膜ILI上开出的第一接触孔CNT1、在低温多晶硅PSI中掺杂杂质磷的高浓度n型层PSI(n+)相连接。该高浓度n型层PSI(n+)的导电性高,作为配线单元模拟工作。示出的是一个GL下的PSI变成以硼为杂质掺杂的p型层PSI(p),作为所谓的半导体层工作,在GL上为ON电位时为导通状态,为OFF电位时为非导通状态的开关动作。在栅极配线GL上施加导通电压的场合,在栅极配线GL的下部,作为栅极绝缘膜GI下部的以杂质硼掺杂的p型层PSI(p)的栅极绝缘膜GI界面的电位反转形成沟道层,导通电流流到n型化的TFT,结果电流流入金属像素电极SPM使液晶电容和保持电容充电。

保持电容Cstg,如图3所示,是以高浓度n型层PSI(n+)为一个电极、以栅极绝缘膜GI和层间绝缘膜ILI的叠层膜作为绝缘膜,以另一个电极作为保持电容电极STM而形成的。保持电容电极STM,是以与漏极配线DL同一工序、材料构成的。对n型多晶硅层PSI(n+)提供的是从漏极配线DL经TFT提供的像素电位,而对保持电容电极STM提供的是从透明公用电极配线CLT通过在保护膜PAS及有机保护膜FPAS上开出的第四接触孔CNT4提供的公用电位。上述n型多晶硅层PSI(n+)及保持电容电极STM分别利用栅极绝缘膜GI或层间绝缘膜ILI与栅极配线分离。因此,如图1所示,因为保持电容Cstg可以几乎是与栅极配线GL平行地夹着该间隔配置,可提供一种能够提高数值孔径、透射率高的明亮的液晶显示装置。

保持电容Cstg,是为了保持在图像显示期间(保持期间)的电位而设定的,该图像显示期间是由对同图的TFT的多晶硅PSI从TFT玻璃基板GLS1侧发出的显示的背光源所产生的光照射导致的电子、空穴对增加的漏泄电流的液晶电容决定的。如果此值设为较大,则在显示画面上可以保持极为良好的均匀性。

图4为沿着图1的4-4’线的剖面图。本剖面图,主要是来自图1的第一接触孔CNT1的像素电位,经低温多晶硅PSI,图像中央部分的第二及第三接触孔CNT2、CNT3,在将像素电位供给透明像素电极SPT的路线中,横切邻接的漏极配线DL及位于其中央部分的第二及第三接触孔CNT2、CNT3的剖面图。

供给像素电位的低温多晶硅PSI(n+),通过在其上部的栅极绝缘膜GI及层间绝缘膜ILI上开口的第二接触孔CNT2,与焊盘电极PAD相连接。焊盘电极PAD,以与漏极配线DL同一工序、材料构成。通过在上述焊盘电极PAD上覆盖的保护绝缘膜PAS及有机保护膜FPAS上开口的第三接触孔CNT3向透明像素电极SPT供电。

在本实施例中,不设置与现有那样的栅极配线GL平行配置的金属的公用电极配线。所以,在此图像中央部分的接触区域也形成透射区域。这就是,在图4中,透明像素电极SPT和为覆盖漏极配线DL而配置的透明公用电极配线CLT所夹的两个透射区域。这样,在本实施例中,可提供透射区域多的明亮的液晶显示装置。

下面利用附图5~附图9及图3对图3所示的NMOS型TFT的制造工序予以说明。

将厚度为0.7mm、大小为730mm×920mm的畸变点约670℃的无碱TFT玻璃基板GLS1清洗后,利用利用SiH4和NH3和N2的混合气体的等离子CVD法,形成膜厚为120nm的SiO2膜的叠层的基础绝缘膜ULS。本绝缘膜ULS,是用于防止来自TFT玻璃基板GLS1的Na扩散到多晶硅膜。Si3N4、SiO2的形成温度都为400℃。另外,在本申请中,作为半导体层是以多晶硅作为代表,但也可以是巨大结晶硅、连续晶界硅、非晶硅。

之后,在上方形成利用利用SiH4、Ar的混合气体的等离子CVD法形成膜厚50nm的大致本征的氢化非晶硅膜。成膜温度为400℃,成膜后的即时氢含量约为5at%。之后,将基板在450℃下退火约30分钟,使氢化非晶硅膜中的氢放出。退火后的氢含量约为1at%。

之后,将波长为308nm的准分子激光以400mJ/cm2注入量对上述非晶硅进行照射,使非晶硅膜熔融再结晶,得到大致本征的多晶硅膜。此时激光束为宽度为0.3mm、长度为200mm的细线状的形状,在和光束的纵长方向大致垂直的方向上使基板以10μm的节距移动同时进行照射。照射时的气氛为氮气。

利用通常的光刻法在多晶硅膜上形成规定的抗蚀图形并利用采用CF4和O2的混合气体的反应离子蚀刻法将多晶硅膜PSI加工成为规定的形状。

之后,利用采用四乙氧基硅烷和氧气的混合气体的等离子CVD法形成膜厚为100nm的SiO2而得到栅极绝缘膜GI。此时的四乙氧基硅烷和氧气的混合比为1∶50,形成温度为400℃。接着利用离子注入法将B离子以加速电压33KeV、剂量为1E12(cm-2)注入,形成n型TFT的沟道区域的多晶硅膜PSI(p)。

之后,利用溅射法形成金属配线,比如200nm的Mo或MoW膜之后,利用通常的光刻法在Mo膜上形成规定的抗蚀图形,利用利用混合酸液的湿法刻蚀将Mo膜加工出规定的形状而得到栅极配线GL。

在刻蚀中使用的抗蚀图形保留原样,利用离子注入法将p离子以加速电压60KeV、剂量1E15(cm-2)注入,形成n型TFT的源极、漏极区域PSI(n+)(图6)。在上述中,n型TFT的源极、漏极,是由n+型的低温多晶硅膜PSI(n+)及p型的沟道区域的多晶硅膜PSI(p)制成的,但也可以如下所述,在p型和n+型之间生成P离子浓度比n+型少的n型的LDD区域,可以降低TFT的源极电流(图中未示出)。就是说,在除去在刻蚀时使用的抗蚀图形后,再次利用离子注入法将p离子以加速电压65KeV、剂量1E13(cm-2)注入,形成n型TFT的LDD区域。LDD区域的长度由湿法刻蚀Mo时的边缘刻蚀量确定。本实施例的场合,大约为0.8μm。这一长度可通过改变Mo的过刻蚀时间而进行控制。

之后,利用对基板照射准分子灯或金属卤化物灯的光线的快速热退火法(RTA)对掺杂的杂质进行活化。利用使用包含多量紫外光的准分子灯或金属卤化物灯等的光线进行退火,可以只对多晶硅膜PSI进行选择加热,可以避免由于对玻璃基板加热而引起的损伤。杂质的活性化,在不会产生基板收缩及弯曲等问题的范围内,也可在超过大约450℃的温度下进行热处理(图6)。

之后,利用采用四乙氧基硅烷和氧气的混合气体的等离子CVD法形成膜厚为500nm的SiO2而得到层间绝缘膜ILI。此时的四乙氧基硅烷和氧气的混合比为1∶5,形成温度为350℃。

之后,在形成规定的抗蚀图形之后,利用利用混合酸液的湿法刻蚀,在上述层间绝缘膜上开出第一接触孔CNT1及图1的平面图的第二接触孔CNT2(图7)。

之后,利用溅射法顺序形成叠层:Ti,50nm;Al-Si,500nm;Ti,50nm之后,形成规定的抗蚀图形,其后利用利用BCl3和Cl2的混合气体的反应离子刻蚀法一道进行刻蚀而得到漏极配线DL、保持电容电极STM和图1的平面图的焊盘电极PAD(图8)。

利用利用SiH4和NH3和N2的混合气体的等离子CVD法,形成膜厚为300nm的Si3N4膜的保护膜PAS,并且,利用旋转涂覆法涂覆一层膜厚为3.5μm的丙烯酸类感光性树脂,利用规定的掩模曝光、显影而在上述丙烯酸类树脂中形成通孔。之后,在230℃下烘烤20分钟,使丙烯酸类树脂烧结而得到膜厚为2.0μm的平坦化有机保护膜EPAS。接着,以设置于上述有机保护膜EPAS上的通孔图形作为掩模利用使用CF4的反应离子刻蚀法对下层的Si3N4膜进行加工而在Si3N4膜上形成第五接触孔CNT5及图1的平面图的第三接触孔CNT3(图9)。

这样,利用以有机保护膜EPAS作为掩模对下层的绝缘膜进行加工,可在一次光刻工序中使两层膜图形化,可简化工序。

最后,利用溅射法形成ITO膜等70nm厚的透明导电膜,利用利用混合酸液的湿法刻蚀加工出规定的形状形成透明公用电极配线CLT及透明像素电极SPT而完成有源矩阵基板(图3)。经过以上的6次光刻工序形成多晶硅TFT。

下面对液晶板的概观的平面构造予以说明。图10为示出包含上下玻璃基板GLS1、GLS2的显示板的矩阵(AR)周边的主要部分的平面图。在制造此显示板过程中,如果尺寸小,则为了提高产量,在一片玻璃基板上同时加工多个器件之后进行切割,而如果尺寸大,则为了共用制造设备,无论是什么品种都在加工成为标准化大小的玻璃基板之后,将尺寸减小为与各品种符合,在任何场合都是在经过一套工序之后将玻璃切断。

因为图10示出的是后者的示例,显示的是上下基板GLS1、GLS2切断后的情况。在任一场合,在完成状态中,外部连接端子群Tg、Td存在(图中上边)的部分,为将其露出上侧基板GLS2的大小,与下侧基板GLS1相比较,向内侧缩进。端子群Tg、Td分别是涉及在后述的TFT玻璃基板GLS1上配置于显示单元AR左右的低温多晶硅TFT的扫描电路GSCL的供电电源及定时数据的连接端子,及用来在显示区域AR的上部在TFT玻璃基板GLS1上对低温多晶硅TFT的映像信号电路DDC供给映像数据或电源数据的端子Td。引出配线单元是在搭载集成电路芯片CHI的载带封装TCP(图11)的单元中汇集多个而命名的。从各群的矩阵单元经映像信号电路DDC到达外部连接端子单元的引出配线,随着接近两端而倾斜。这是为了与封装TCP的排列间距及各封装TCP的连接端子的显示板的映像信号端子Td相符合。

在透明玻璃基板GLS1、GLS2之间沿着其边缘,除了液晶封入口INJ之外,形成密封图形SL以封住液晶LC。密封材料,比如,由环氧树脂构成。

由图2的剖面构造示出的取向膜ORI层,在密封图形SL的内侧上形成。液晶LC,封入到设定液晶分子取向的下部取向膜ORI和上部取向膜ORI之间的以密封图形SL隔开的区域。

此液晶显示装置,是在下部透明TFT玻璃基板GLS1侧、上部透明TFT玻璃基板GLS2侧另外叠置各种薄层,在基板GLS2侧形成密封图形SL,使下部透明玻璃基板SUB1和上部透明玻璃基板GLS2重合,从密封材料SL的开口部INJ注入液晶LC,以环氧树脂等将注入口封死,通过切断上下基板组装而成。

图11为示出在图10所示的PCB基板上搭载映像信号驱动IC的TCP和在TFT基板GLS1上由低温多晶硅TFT形成的信号电路DDC扫描电路的连接以及在TFT基板GLS1上由低温多晶硅TFT形成的GSCL和外部的连接状态的俯视图。

TCP是利用载带自动键合法(TAB)封装驱动用IC芯片的载带封装,PCB1是安装上述TCP及控制IC的TCON、其他电源用的放大器、电阻、电容等的驱动电路基板。CJ是导入来自个人计算机等的信号及电源的连接器的连接部分。

图12为示出将载带封装TCP连接到液晶显示板的信号电路用端子Td的状态的主要部分的剖面图。载带封装TCP利用各向异性导电膜ACF连接液晶显示板。封装TCP,该前端部分可以与显示板侧的连接端子Td连接,但实际上是与为了覆盖TFT的保护膜PAS、有机保护膜FPAS的开口部分而形成的透明公用电极配线CLT在同一工序中形成的透明电极ITO相连接。密封图形SL的外侧的上下玻璃基板的间隙,在清洗后以环氧树脂EPX等保护,在封装TCP和上侧CF基板GLS2之间还填充硅树脂进行多重保护(图中未示出)。另外,相对上下玻璃基板GLS2、GLS1的液晶LC的间隙由有机膜形成的支柱SPC或纤维决定其高度。

显示矩阵单元的等效电路及其周边电路的连线图示于图13。图中,DL表示漏极线,DL1、DL2、DL3及其数字表示从画面左方算起的画面内的漏极配线(映像信号线),附加字符R、G及B分别相对应地添加到红、绿及蓝像素。GL表示栅极配线GL,GL1、GL2、GL3及其数字表示从画面上部算起的画面内的栅极线。字符1、2是按照扫描定时的顺序添加的。CLX及CLY表示公用电极配线CLT,CLX1、CLX2及其数字表示从画面上部算起的画面内的横向上的公用电极配线。另一方面,CLY1、CLY2及其数字表示从画面上部算起的画面内的纵向上的公用电极配线。CLX、CLY实际上在一个像素区域中配置成为网状以求覆盖漏极配线DL及栅极配线GL。

栅极配线GL(附加字符省略)与玻璃基板上的扫描电路GSCL相连接,对于供给该扫描电路的电源或定时信号由在玻璃基板外部的PCB上形成的电源及定时电路SCC供给。在上述中,以低温多晶硅TFT构成的玻璃基板上的扫描电路,为了提高冗余度,对一根栅极线(扫描线)是从左右两侧供电,但是根据画面的大小,也可以从单侧供电。

另一方面,对漏极配线DL的供电,是由在玻璃基板上的由低温多晶硅TFT构成的信号电路DDC供给。信号电路DDC具有根据R、G、B的颜色数据分配来自由玻璃基板的映像信号电路构成的电路的映像数据的功能。于是,自玻璃基板上的信号电路引出的连接端子数是画面内的漏极配线数的三分之一。

另外,公用电极配线,在本实施例中,是透明公用电极配线CLT。此公用配线,如图1所示,在网状的像素内连线。CLX、CLY,从画面的左右或上下引出,汇总连接到阻抗低的公用电极总线CBL,连接到电源及定时电路IC的定时电路SCC。此公用电极,提供画面内的像素的公共电位。

画面内的低温多晶硅TFT是n型的TFT,在栅极配线GL上施加栅极电压,在其定时向漏极配线DL供电的漏极电压(数据)通过对和公用电极配线CLT之间的液晶电容C lc供电进行显示。为了提高在显示期间中维持液晶电容C lc的电位的能力,形成保持电容Cstg。CC是检查漏极配线DL的断线、由低温多晶硅TFT形成的检查电路,CPAD是检查端子。

图14示出本发明的液晶显示装置的驱动波形。示出的是使公用电极电压Vcom为直流电压的场合。栅极电压Vg,每次一根栅极线顺序扫描,对于漏极电位Vd,在施加另外加上像素的低温多晶硅TFT的阈值电压的电压时,像素TFT变为导通状态,对图13示出的液晶电容C lc充电。上述公用电极电压Vcom、栅极电压Vg、漏极电位Vd分别施加到构成图13的网状的公用电极配线的公用电极配线CLT、栅极配线GL及漏极配线DL。在本实施例中,示出的是漏极电位Vd,比如,以在常黑模式中的液晶显示进行白显示的场合,栅极线每次选择一线,对该每个栅极线使公用电极电压Vcom的正负极性反转。像素电位Vp,通过TFT对液晶电容C lc充电,在奇数、偶数帧使公用电极电压Vcom反转。对特定地址的TFT的栅极配线GL,选择栅极配线,如Vg大于Vd,将液晶电容C lc充电到与画像相对应的电位,如上所述,对下一帧,一直到使公用电极电压Vcom反转的Vd施加为止必须保持液晶电容C lc的电位。此保持率,在TFT的断开(泄漏)电流变大时降低。为了防止这一点,必须将图13的等效电路的保持电容Cstg设定得大。

图15为示出液晶显示模块MDL的各构成部件的分解斜视图。SHD是由金属板制成的框状的密封框架(金属框),LCW是其显示窗,PNL是液晶显示板,SPB是光扩散板,LCB是光导体,RM是反射板,BL是背光源荧光管,LCA是背光源框架,按照如图所示的上下配置关系将各个部件叠置而组装成模块MDL。

模块MDL,由设置于密封框架SHD上的爪及钩整体固定。背光源框架LCA为容纳背光源荧光管BL、光扩散板SPB、光导体LCB、反射板RM的形状,在光导体LCB的侧面配置的背光源荧光管BL的光线由光导体LCB、反射板RM、光扩散板SPB变为在显示面上一样的背光源,发射到液晶显示板PNL侧。背光源荧光管BL与换相器电路基板PCB2相连接,成为背光源荧光管BL的电源。

(实施例2)图17为示出本发明的实施例2的像素的平面图,图18、图19为以图17的点划线18-18’、19-19’示出的剖开线的剖面图。在图面中,为了易于了解剖开部分,以带O的数字表示剖开部分。

图17,与实施例1同样,在横切漏极配线DL方向上是具有四个主要透射部分的IPS方式的像素图形。与实施例1相比,其构成的大特征在于配置于栅极配线GL近旁的保持电容的构成。还在于低温多晶硅PSI和透明像素电极SPT的连接部分的接触孔的构成。

保持电容Cstg的构成如下。首先,保持电容的下部电极是n型的多晶硅膜PSI层,这与实施例1相同。另一方面,保持电容的上部电极是埋入第七接触孔的透明公用电极配线CLT。在此构成中,与实施例1不同,保持电容电极不是与漏极配线DL同一工序、材料构成的。所以,在此构成中,因为不存在与漏极配线DL同层的金属电极,短路电极本身不存在。可大大降低点缺陷等的显示缺陷。

另一方面,从漏极配线DL经第一接触孔CNT1将该像素电位传达到低温多晶硅膜PSI,这是经过像素主要部分的第五及第六接触孔CNT5、CNT6到达透明像素电极SPT。此处,与第五接触孔CNT5相比第六接触孔CNT6更大,并且透明像素电极SPT的配置幅度更宽。

图17的18-18’剖开线的剖面图是图18。同图的左侧是TFT的剖面图,来自漏极配线DL的映像电压,在对TFT的栅极配线GL施加导通电压时,p型的多晶硅层PSI(p)低阻化,其电位作为像素电位对液晶电容及保持电容Cstg充电。保持电容Cstg的下部电极是n+型的多晶硅PSI(n+),上部电极是在有机保护膜FPAS上开口,在该开口部分覆盖埋设的透明公用电极配线CLT。保持电容Cstg的绝缘膜,与实施例1一样,是栅极绝缘膜GI和层间绝缘膜ILI的叠层膜。在本实施例中,作为保持电容的电极不使用栅极配线GL及漏极配线DL的电极材料。由此,这些电极和漏极配线DL的短路导致的缺陷完全没有可能发生。

图19是低温多晶硅膜PSI和透明像素电极SPT的连接部分的剖面。提供像素电位的低温多晶硅膜PSI是由在第五接触孔CNT5的内侧开通的第六接触孔CNT6直接与透明像素电极SPT相连接。在本连接部分中,由于不存在像实施例1那样的金属焊盘电极,不会发生漏极配线DL和这些电极的短路导致的缺陷。

如上所述,在本实施例中,如图17的平面图、图18及图19所示,除了栅极配线GL及漏极配线DL以外,不使用金属电极。这一点,使得可以得到在从正面观察图16的像素时反射极少,可以实现观看液晶显示装置的观察者的脸部很少映入的液晶显示装置,并且可以提供良好画质的液晶显示装置的新特征。

(实施例3)图20为示出本发明的实施例3的像素的平面图,图21为以图20的点划线21-21’示出的剖开线的剖面图。在图面中,为了易于了解剖开部分,以带O的数字表示剖开部分。

图20,与实施例2同样,在横切漏极配线DL方向上是具有四个主要透射部分的IPS方式的像素图形。示出了像素电位和供电路线。像素电位,对于形成TFT的栅极配线GL,由漏极配线DL,通过第一接触孔CNT1,经低温多晶硅膜PSI和第二接触孔CNT2传达到金属像素电极SPM。传达到金属像素电极SPM的像素电位在第三接触孔附近分为两支。一方面,从第三接触孔传送到在一个像素内具有折返形状的平面配置的透明像素电极SPT。在另一路线中,金属像素电极SPM,搭上前段的栅极配线GL,与前段的栅极配线构成保持电容。

本实施例的最大特征是,由于在像素内根本不采取在现有的IPS液晶显示装置中看到的公用电极配线与像素电极或源极电极交叉的构成,可以实现极高的数值孔径。

图21为从漏极配线DL的第一接触孔CNT1起,从低温多晶硅膜PSI的TFT到金属像素电极SPM,再搭上前段的栅极配线GL构成保持电容Cstg的部分的剖面图。

在第二接触孔CNT2中,与低温多晶硅膜PSI相连接的金属像素电极SPM,搭上覆盖层间绝缘膜ILI的前段的栅极配线GL而分成保持电容。此金属像素电极SPM,与现有的IPS显示装置不同,由于不是与栅极配线GL以同一工序、材料构成的公用电极配线,段差少,断线少。不用说,可以提供数值孔径提高的明亮的液晶显示装置。于是,上述保持电容的构成是,以前段的栅极配线GL为一个电极,绝缘膜为层间绝缘膜,以金属像素电极SPM为另一个电极。像素电位,通过第三接触孔CNT3,向配置于有机保护膜上的透明像素电极SPT供电,以透明公用电极配线CLT和公用电位驱动液晶。

本实施例的保持电容Cstg,是分类为所谓的Cadd的构成。

另外,在本实施例中,通过在栅极配线上核对透明像素电极SPT和透明公用配线CLT在凸凹上的差异,实质上栅极配线GL上的广大区域由最上层的透明电极覆盖而构成,是屏蔽来自栅极配线GL的泄漏电场的构成。由此,可在防止透明公用电极配线CLT和透明像素电极SPT短路的同时,实现电场屏蔽。

此外,也可以将金属像素电极SPM配置成为使得在栅极配线GL上生成的透明公用电极配线CLT和透明像素电极SPT之间的间隙至少有一部分受到覆盖。图20是公开的构造。由此,随着保持电容的增大,从透明公用配线CLT和透明像素电极SPT之间泄漏的电场可能由金属像素电极SPM屏蔽,可以实现同时达成保持电容增大和泄漏电场的降低。

当然,该金属像素电极SPM也可以形成为在从透明公用配线CLT到透明像素电极SPT间的间隙的延伸方向上,完全覆盖该间隙。可以获得更好的防止电场泄漏的效果。

如上所述,在本实施例中,由于在前段的栅极配线上实现保持电容,可以获得更高的数值孔径,可提供明亮的IPS型的液晶显示装置。

如上面所详述的,利用本发明的主要以低温多晶硅TFT构成的IPS显示方式的液晶显示装置,可提供成品率高、明亮的高画质的液晶显示装置。

Claims (9)

1.一种有源矩阵型液晶显示装置,具有:由第一基板和第二基板夹持的液晶层和滤色层,在上述第一基板上具有多个栅极配线、和上述多个栅极配线以矩阵状交叉的多个漏极配线、以及与上述栅极配线和漏极配线的各个交点相对应地形成的薄膜晶体管,由邻接的栅极配线和漏极配线围成的区域构成像素,其特征在于:上述第一基板具有:上述薄膜晶体管的半导体层、在该半导体层上形成的第一绝缘膜、在第一绝缘膜上形成的第二绝缘膜、以及在第二绝缘膜上形成的公用配线,上述第二绝缘膜具有置于上述半导体层形成区域的除去区域,具有由在该除去区域中从上述公用配线供给的公用电位、以及由上述半导体层形成的像素电位所形成的保持电容,其中,上述公用配线隔着绝缘膜覆盖上述栅极配线及上述保持电容;构成上述保持电容的电极所夹持的绝缘膜,是上述薄膜晶体管的栅极绝缘膜和分离上述栅极配线与漏极配线的层间绝缘膜的叠层膜。
2.如权利要求1所记载的有源矩阵型液晶显示装置,其特征在于上述公用配线是在上下方向上邻接的像素间及左右方向上邻接的像素间共有的、且是以矩阵形状形成的。
3.如权利要求2所记载的有源矩阵型液晶显示装置,其特征在于上述有源矩阵型液晶显示装置是横向电场型,在上述第一基板上具有在上述公用配线之间形成横向电场的像素电极。
4.如权利要求3所记载的有源矩阵型液晶显示装置,其特征在于上述第二绝缘膜是有机膜。
5.如权利要求4所记载的有源矩阵型液晶显示装置,其特征在于上述公用配线和上述像素电极作为上述有机膜上的同一层形成。
6.如权利要求4所记载的有源矩阵型液晶显示装置,其特征在于具有位于上述第二绝缘膜的上述半导体层形成区域中的除去区域中、并在上述第一绝缘膜上形成的金属电极,从上述公用配线向该金属电极提供公用电位。
7.如权利要求6所记载的有源矩阵型液晶显示装置,其特征在于上述金属电极是以与漏极配线相同的工序、材料形成的。
8.如权利要求4所记载的有源矩阵型液晶显示装置,其特征在于上述公用配线是透明公用配线。
9.如权利要求5所记载的有源矩阵型液晶显示装置,其特征在于上述公用配线是透明公用配线。
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Denomination of invention: Liquid crystal display device

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