JP3676906B2 - 液晶画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチ素子として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。
【０００２】
【従来の技術】
非晶質シリコンを半導体材料とする薄膜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。
【０００３】
図１１は液晶パネル１の斜視図を示し、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。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（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て、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。
【０００４】
図１２はスイッチ素子として絶縁ゲート型トランジスタ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１０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。
【０００５】
図１３は液晶材料としてＴＮ（ツイスト・ネマチック）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従来ＴＮ方式の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。
【０００６】
これに対して図１４に示したように、同じＴＮ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１４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。
【０００７】
図１５はＩＰＳ方式による液晶画像表示装置を構成するアクティブ基板の単位絵素の平面図であり、図１６は図１５のＡ−Ａ’線上の断面図を示す。その製造工程を以下に簡単に記載する。
【０００８】
まず、図１６（ａ）に示したように耐熱性と透明性が高い絶縁性基板としてガラス基板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。
【０００９】
次に、図１６（ｂ）に示したようにガラス基板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。
【００１０】
次に、同じくＰＣＶＤ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１６（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。
【００１１】
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。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。
【００１２】
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。
この状態でもアクティブ基板として動作は可能であるが、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１６（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いる。
【００１３】
なお、上記した製造工程では理解を容易にするため、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，Ｔｉ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、ゲート絶縁層１３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。
【００１４】
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。
【００１５】
図１５に示した金属よりなる絵素（ドレイン）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。
【００１６】
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。
【００１７】
絵素電極１７を微細化することは露光機の解像力の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。
【００１８】
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１５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。
【００１９】
液晶セルの時定数を長くするために補助容量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。
【００２０】
なお、図１５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。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
視野角は広いが開口率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。
【００２２】
本発明は上記した現状に鑑みなされたもので、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。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明においては、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に対向電極に電流側路を付与するものである。具体的に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るとともに行毎に共通する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あり、画像表示部内で前記対向電極が少なくとも１箇所以上列方向に接続されている、あるいは、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絶縁ゲート型トランジスタの走査線上と信号線上とに格子状の対向電極が形成されている。
【００２４】
このように、行方向への充放電電流の集中を回避するために対向電極に電流側路が付与される結果、充放電電流は上下方向に分散して流れるので対向電極のパターン幅を上下方向に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格子状の対向電極では、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。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、さらに画像表示部内で前記列方向に隣接する単位絵素の対向電極の同士が接続されていることを特徴とするものであり、対向電極に付与された上下方向の電流側路により、液晶セルの充放電電流は上下方向に分散して流れるため、対向電極のパターン幅を上下方向に狭めて細くすることができ、開口率を向上させることができる。
【００２６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１において、対向電極が走査線と同じ材料を用いて走査線と同時に形成されるとともに、対向電極を少なくとも列方向に１箇所以上接続する走査線との交差部において走査線が分断され、かつ走査線のこの分断部分の間を通過して画像表示部内で前記列方向に隣接する単位絵素の対向電極の同士を接続する下部配線が形成され、前記分断部分の走査線の間を接続する上部配線が多層配線化され、前記上部配線が信号線と同じ材料を用いて信号線とともに形成されていることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１において、対向電極が走査線と同じ材料を用いて走査線と同時に形成されるとともに、対向電極を少なくとも列方向に１箇所以上接続する走査線との交差部において、走査線を下部配線として対向電極を列方向に接続する配線が上部配線として多層配線化され、対向電極を接続する上部配線が信号線と同じ材料を用いて信号線とともに形成されていることを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の請求項４に記載の発明は、一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、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絶縁ゲート型トランジスタの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とともに、前記厚い透明絶縁層に形成された開口部を含んでドレイン電極に接続された絵素電極が形成されていることを特徴とするものであり、対向電極を厚い絶縁層を介して走査線上と信号線上とに格子状に形成したことにより、液晶セルの充放電電流は周囲方向に分散して流れるため、対向電極の実効的な抵抗値の低減に加えて表示寄与する領域が拡大し、さらに開口率を向上させることができる。
【００３１】
本発明の請求項５に記載の発明は、一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、前記第１の透明性絶縁基板に形成された厚い透明絶縁層を介して前記絶縁ゲート型トランジスタの走査線上と信号線上とに格子状でその表面に絶縁層が形成された対向電極が形成されるとともに、前記厚い透明絶縁層に形成された開口部を含んでドレイン電極に接続された絵素電極が形成されていることを特徴とするものである。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図１０を参照しながら説明する。なお、従来例と同一または相当する部位には同じ符号を付けて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の（実施の形態１）のアクティブ基板の単位絵素の平面配置を示し、図２は図１のＢ−Ｂ’線上の断面図を示す。
【００３５】
（実施の形態１）による画像表示装置用半導体装置は従来と全く同一の製造工程を経て作製することが可能であり、従来例との差異は対向電極１１の一部が画像表示部内で少なくとも列方向に１箇所以上の接続部分２０を与えられて形成されることである。
【００３６】
対向電極１１と走査線８とは同じ部材を用いて同一工程で作製されるため、対向電極１１と走査線８とを分離するためには図１に示したように対向電極１１の接続部分２０と走査線８との交差部において走査線８を分断し、分断した走査線８は信号線７と同一工程で多層配線技術で接続した点に特許性が存在する。
【００３７】
このためには分断した走査線８の端部において開口部２１を設けて走査線８の一部を露出しておき、信号線７の形成時に前記開口部２１を含んで分断した走査線８を接続する多層配線の上部配線２２を形成すれば製造工程の増加は発生しない。
【００３８】
（実施の形態２）
図３は本発明の（実施の形態２）によるアクティブ基板の単位絵素の平面配置を示し、図４は図３のＣ−Ｃ’線上の断面を示す。
【００３９】
本実施の形態による液晶画像表示装置用半導体装置も、従来と全く同一の製造工程を経て作製することが可能であり、従来例との差異は対向電極１１の一部が画像表示部内で少なくとも列方向に１箇所以上走査線８と交差する多層配線の上部配線２３を与えて形成されることである。
【００４０】
このためには対向電極１１の画像表示部内で少なくとも１箇所以上列方向に対向電極１１の端部において開口部２４を設けて対向電極１１の一部を露出しておき、信号線７の形成時に前記開口部２４を含んで列方向に対向電極１１を接続する多層配線の上部配線２３を形成すればよい。
【００４１】
（実施の形態３）
図５は本発明の（実施の形態３）のアクティブ基板の単位絵素の平面配置を示し、図６と図７は図５のＡ−Ａ′線上およびＢ−Ｂ’線上の断面図に示す。
【００４２】
本実施の形態による液晶画像表示装置用半導体装置は、従来とはやや異なった絶縁ゲート型トランジスタの製造方法および蓄積容量の構成に関連して図６に示した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。
【００４３】
まず、図６（ａ）に示したようにガラス基板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を選択的に形成する。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示したようにガラス基板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および不純物として燐を含みソース・ドレインとなる第２の非晶質シリコン層１６の３種類の薄膜層を、例えば膜厚 0.3-0.2-0.05 μｍで順次被着し、微細加工技術によりゲート電極８上に第２と第１の非晶質シリコン層１６、１４を島状に残して２５とし、第１のシリコン窒化層１３を露出する。
【００４５】
次に、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６（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形成に用いられる感光性樹脂パターンをマスクとしてソース・ドレイン間の第２の非晶質シリコン層１６を確実に除去するために第１の非晶質シリコン層１４も 0.1 μｍ程度過食刻で除去する必要がある。その結果、残された 0.1 μｍ程度の膜厚の第１の非晶質シリコン層１４’が絶縁ゲート型トランジスタのチャネルを構成する。
【００４６】
そして図６（ｄ）に示したように全面に透明性の高い絶縁層２６を厚く、例えば２〜３μｍ程度被着し、ドレイン電極１７上に図５、図７に示したような開口部２７を形成してドレイン電極１７を一部露出する。この時に透明絶縁層２６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。最後に第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２７を含んで絵素電極１７’と走査線８上および信号線７上に格子状の対向電極１１’を形成して第３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。
【００４７】
なお、絶縁層２６をこのように厚く被着する必然性は、対向電極１１’が絶縁層２６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ほど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型の樹脂が最適と思われる。
【００４８】
対向電極１１’の形成に当たり、絶縁ゲート型トランジスタ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’と絵素電極１７’と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。
【００４９】
図５に示したアクティブ基板では蓄積容量１２は、ドレイン電極１７と前段の走査線８との間で構成されるよう前段の走査線８に突起部２８を付加することにより、ゲート絶縁層１３を介して前段の走査線８の突起部２８とドレイン電極１７とが重なった領域で形成されているが、蓄積容量１２をどのように配置するか、どの導電性部材を組み合わせて構成するかはマスク設計の範疇であるので、ここで敢えて図１および図３に示した蓄積容量とは異なった構成を採用して理解を深めているに過ぎない。
【００５０】
（実施の形態３）においては、対向電極１１’と絵素電極１７’とが露出しており、高温動作時あるいは長期連続動作時にこれらの電極と液晶との間で微少とは言え直流電流が流れて液晶が劣化する恐れは皆無ではない。
【００５１】
（実施の形態４）
図８は本発明の（実施の形態４）のアクティブ基板を示し、図９は同実施形態によるアクティブ基板の平面配置を示す。
【００５２】
（実施の形態４）では対向電極１１’の表面を絶縁化することで液晶の劣化を防止することが可能であり、そのためには図９に示したようにガラス基板２の外周部に選択的に残された第３の金属層のベタ（幅広）パターン３０に格子状の対向電極１１’を延長して接続し、図１０に示したように化成液３１中にガラス基板２を浸し、ベタパターン３０を金属性のクリップなどで挟んで直流電源３２より＋（プラス）電位を与え、好ましくは金，白金などの貴金属板、簡易的にはＳＵＳ板などの陰極板３３を同じくクリップなどで挟んで化成液３１中に浸し−（マイナス）電位を与えて陽極酸化を行うものである。対向電極１１’と絵素電極１７’とは電気的には分離しているので、対向電極１１’の表面にのみ陽極酸化層２９が形成される。
【００５３】
なお、必要とする陽極酸化層２９の厚みは 0.1μｍもあれば十分である。言うまでもなく３４は絶縁性、例えばガラスや塩化ビニールなどよりなる容器である。ちなみに図９のパターン配置図はデバイス２面取りの場合を示している。
【００５４】
（実施の形態４）において、陽極酸化によって絶縁層を形成可能な第３の金属層としては、例えば上述したＡＬが抵抗値の低さも相まって最適である。また対向電極１１’の表面のみが陽極酸化されるので、第３の金属層がＡＬと低反射性のＣｒ，Ｔｉ，Ｍｏなどの積層であっても何ら支障はない。
【００５５】
なぜなら、これらの金属の陽極酸化層は水溶性で純水を用いた洗浄で簡単に除去されるからで、陽極酸化の化成電圧を少し上げ、下地のＡＬ層まで陽極酸化層が形成されていれば、対向電極１１’の表面には絶縁層が形成されて目的が達せられるとともに、絵素電極１７’表面は陽極酸化されず低反射性のままなので少しでも表示画像のコントラストを上げることができるからである。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によるＩＰＳ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、対向電極に上下方向の電流側路を設けたり、対向電極を厚い絶縁層を介して走査線上と信号線上とに格子状に形成している。
【００５７】
このため、液晶セルの充放電電流は上下方向また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。
【００５８】
また、厚い絶縁層を介して対向電極を走査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。
【００５９】
加えて、厚い絶縁層に平坦性が付加されると、厚く平坦な絶縁層上に対向電極と絵素電極とが存在するため、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。
【００６０】
さらに、陽極酸化により絶縁化可能な金属層を用いて対向電極と絵素電極とを構成すると、陽極酸化工程を追加するだけで対向電極表面を絶縁化することができて、高温動作または長期連続動作時にも高い信頼性が得られる等の優れた効果が得られた。
【００６１】
以上のように、対向電極に電流側路を設けるためのパターン配置および厚い絶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、絶縁ゲート型トランジスタの構造的な差異や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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（実施の形態１）のアクティブ基板の単位絵素の平面図
【図２】図１のＢ−Ｂ’線上の断面図
【図３】本発明の（実施の形態２）のアクティブ基板の単位絵素の平面図
【図４】図３のＣ−Ｃ’線上の断面図
【図５】本発明の（実施の形態３）のアクティブ基板の単位絵素の平面図
【図６】図５のＡ−Ａ’線上の工程断面図
【図７】図５のＢ−Ｂ’線上の断面図
【図８】本発明の（実施の形態４）のアクティブ基板の断面図
【図９】本発明の（実施の形態４）のアクティブ基板の平面配置図
【図１０】本発明の（実施の形態４）の陽極酸化の概念図
【図１１】液晶パネルの斜視図
【図１２】アクティブ型液晶画像表示装置の等価回路図
【図１３】従来方式のＴＮ液晶セルの視野角依存性を説明する概念図
【図１４】ＩＰＳ方式のＴＮ液晶セルの視野角依存性を説明する基本原理図
【図１５】従来のＩＰＳ方式によるアクティブ基板の単位絵素の平面図
【図１６】図１５のＡ−Ａ’線上の工程断面図
【符号の説明】
１ 液晶パネル
２ （アクティブ）ガラス基板
３ 半導体チップ
４ フィルムキャリア
６ 対向ガラス基板（カラーフィルタ）
７ 信号線（ソース配線）
８ 走査線（ゲート電極）
９ 絶縁ゲート型トランジスタ
１０ 液晶セル
１１，１１’ 対向電極
１２ 液晶セル
１３ 第１のシリコン窒化層（ゲート絶縁層）
１４ 第１の非晶質シリコン層
１５ 第２のシリコン窒化層
１６ 第２の非晶質シリコン層
１７，１７’ ドレイン（絵素）電極
１８ 第３のシリコン窒化層（パシベーション絶縁層）
２０ 対向電極の接続部分
２１，２４，２７ 開口部
２２ 走査線を接続する多層配線の上部配線
２３ 対向電極を接続する多層配線の上部配線
２５ 島状の第１と第２の非晶質シリコン層
２６ 厚い透明絶縁層
２８ 走査線の突起部
２９ （陽極）酸化層
３０ ベタパターン
３１ 化成液
３２ 直流電源
３３ （陰極）金属板
３４ 容器
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチ素子として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。
【０００２】
【従来の技術】
非晶質シリコンを半導体材料とする薄膜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。
【０００３】
図１１は液晶パネル１の斜視図を示し、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。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（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て、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。
【０００４】
図１２はスイッチ素子として絶縁ゲート型トランジスタ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１０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。
【０００５】
図１３は液晶材料としてＴＮ（ツイスト・ネマチック）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従来ＴＮ方式の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。
【０００６】
これに対して図１４に示したように、同じＴＮ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１４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。
【０００７】
図１５はＩＰＳ方式による液晶画像表示装置を構成するアクティブ基板の単位絵素の平面図であり、図１６は図１５のＡ−Ａ’線上の断面図を示す。その製造工程を以下に簡単に記載する。
【０００８】
まず、図１６（ａ）に示したように耐熱性と透明性が高い絶縁性基板としてガラス基板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。
【０００９】
次に、図１６（ｂ）に示したようにガラス基板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。
【００１０】
次に、同じくＰＣＶＤ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１６（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。
【００１１】
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。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。
【００１２】
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。
この状態でもアクティブ基板として動作は可能であるが、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１６（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いる。
【００１３】
なお、上記した製造工程では理解を容易にするため、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，Ｔｉ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、ゲート絶縁層１３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。
【００１４】
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。
【００１５】
図１５に示した金属よりなる絵素（ドレイン）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。
【００１６】
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。
【００１７】
絵素電極１７を微細化することは露光機の解像力の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。
【００１８】
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１５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。
【００１９】
液晶セルの時定数を長くするために補助容量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。
【００２０】
なお、図１５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。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
視野角は広いが開口率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。
【００２２】
本発明は上記した現状に鑑みなされたもので、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。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明においては、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に対向電極に電流側路を付与するものである。具体的に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るとともに行毎に共通する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あり、画像表示部内で前記対向電極が少なくとも１箇所以上列方向に接続されている、あるいは、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絶縁ゲート型トランジスタの走査線上と信号線上とに格子状の対向電極が形成されている。
【００２４】
このように、行方向への充放電電流の集中を回避するために対向電極に電流側路が付与される結果、充放電電流は上下方向に分散して流れるので対向電極のパターン幅を上下方向に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格子状の対向電極では、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。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、さらに画像表示部内で前記列方向に隣接する単位絵素の対向電極の同士が接続されていることを特徴とするものであり、対向電極に付与された上下方向の電流側路により、液晶セルの充放電電流は上下方向に分散して流れるため、対向電極のパターン幅を上下方向に狭めて細くすることができ、開口率を向上させることができる。
【００２６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１において、対向電極が走査線と同じ材料を用いて走査線と同時に形成されるとともに、対向電極を少なくとも列方向に１箇所以上接続する走査線との交差部において走査線が分断され、かつ走査線のこの分断部分の間を通過して画像表示部内で前記列方向に隣接する単位絵素の対向電極の同士を接続する下部配線が形成され、前記分断部分の走査線の間を接続する上部配線が多層配線化され、前記上部配線が信号線と同じ材料を用いて信号線とともに形成されていることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１において、対向電極が走査線と同じ材料を用いて走査線と同時に形成されるとともに、対向電極を少なくとも列方向に１箇所以上接続する走査線との交差部において、走査線を下部配線として対向電極を列方向に接続する配線が上部配線として多層配線化され、対向電極を接続する上部配線が信号線と同じ材料を用いて信号線とともに形成されていることを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の請求項４に記載の発明は、一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、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絶縁ゲート型トランジスタの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とともに、前記厚い透明絶縁層に形成された開口部を含んでドレイン電極に接続された絵素電極が形成されていることを特徴とするものであり、対向電極を厚い絶縁層を介して走査線上と信号線上とに格子状に形成したことにより、液晶セルの充放電電流は周囲方向に分散して流れるため、対向電極の実効的な抵抗値の低減に加えて表示寄与する領域が拡大し、さらに開口率を向上させることができる。
【００３１】
本発明の請求項５に記載の発明は、一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、前記第１の透明性絶縁基板に形成された厚い透明絶縁層を介して前記絶縁ゲート型トランジスタの走査線上と信号線上とに格子状でその表面に絶縁層が形成された対向電極が形成されるとともに、前記厚い透明絶縁層に形成された開口部を含んでドレイン電極に接続された絵素電極が形成されていることを特徴とするものである。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図１０を参照しながら説明する。なお、従来例と同一または相当する部位には同じ符号を付けて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の（実施の形態１）のアクティブ基板の単位絵素の平面配置を示し、図２は図１のＢ−Ｂ’線上の断面図を示す。
【００３５】
（実施の形態１）による画像表示装置用半導体装置は従来と全く同一の製造工程を経て作製することが可能であり、従来例との差異は対向電極１１の一部が画像表示部内で少なくとも列方向に１箇所以上の接続部分２０を与えられて形成されることである。
【００３６】
対向電極１１と走査線８とは同じ部材を用いて同一工程で作製されるため、対向電極１１と走査線８とを分離するためには図１に示したように対向電極１１の接続部分２０と走査線８との交差部において走査線８を分断し、分断した走査線８は信号線７と同一工程で多層配線技術で接続した点に特許性が存在する。
【００３７】
このためには分断した走査線８の端部において開口部２１を設けて走査線８の一部を露出しておき、信号線７の形成時に前記開口部２１を含んで分断した走査線８を接続する多層配線の上部配線２２を形成すれば製造工程の増加は発生しない。
【００３８】
（実施の形態２）
図３は本発明の（実施の形態２）によるアクティブ基板の単位絵素の平面配置を示し、図４は図３のＣ−Ｃ’線上の断面を示す。
【００３９】
本実施の形態による液晶画像表示装置用半導体装置も、従来と全く同一の製造工程を経て作製することが可能であり、従来例との差異は対向電極１１の一部が画像表示部内で少なくとも列方向に１箇所以上走査線８と交差する多層配線の上部配線２３を与えて形成されることである。
【００４０】
このためには対向電極１１の画像表示部内で少なくとも１箇所以上列方向に対向電極１１の端部において開口部２４を設けて対向電極１１の一部を露出しておき、信号線７の形成時に前記開口部２４を含んで列方向に対向電極１１を接続する多層配線の上部配線２３を形成すればよい。
【００４１】
（実施の形態３）
図５は本発明の（実施の形態３）のアクティブ基板の単位絵素の平面配置を示し、図６と図７は図５のＡ−Ａ′線上およびＢ−Ｂ’線上の断面図に示す。
【００４２】
本実施の形態による液晶画像表示装置用半導体装置は、従来とはやや異なった絶縁ゲート型トランジスタの製造方法および蓄積容量の構成に関連して図６に示した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。
【００４３】
まず、図６（ａ）に示したようにガラス基板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を選択的に形成する。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示したようにガラス基板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および不純物として燐を含みソース・ドレインとなる第２の非晶質シリコン層１６の３種類の薄膜層を、例えば膜厚 0.3-0.2-0.05 μｍで順次被着し、微細加工技術によりゲート電極８上に第２と第１の非晶質シリコン層１６、１４を島状に残して２５とし、第１のシリコン窒化層１３を露出する。
【００４５】
次に、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６（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形成に用いられる感光性樹脂パターンをマスクとしてソース・ドレイン間の第２の非晶質シリコン層１６を確実に除去するために第１の非晶質シリコン層１４も 0.1 μｍ程度過食刻で除去する必要がある。その結果、残された 0.1 μｍ程度の膜厚の第１の非晶質シリコン層１４’が絶縁ゲート型トランジスタのチャネルを構成する。
【００４６】
そして図６（ｄ）に示したように全面に透明性の高い絶縁層２６を厚く、例えば２〜３μｍ程度被着し、ドレイン電極１７上に図５、図７に示したような開口部２７を形成してドレイン電極１７を一部露出する。この時に透明絶縁層２６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。最後に第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２７を含んで絵素電極１７’と走査線８上および信号線７上に格子状の対向電極１１’を形成して第３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。
【００４７】
なお、絶縁層２６をこのように厚く被着する必然性は、対向電極１１’が絶縁層２６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ほど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型の樹脂が最適と思われる。
【００４８】
対向電極１１’の形成に当たり、絶縁ゲート型トランジスタ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’と絵素電極１７’と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。
【００４９】
図５に示したアクティブ基板では蓄積容量１２は、ドレイン電極１７と前段の走査線８との間で構成されるよう前段の走査線８に突起部２８を付加することにより、ゲート絶縁層１３を介して前段の走査線８の突起部２８とドレイン電極１７とが重なった領域で形成されているが、蓄積容量１２をどのように配置するか、どの導電性部材を組み合わせて構成するかはマスク設計の範疇であるので、ここで敢えて図１および図３に示した蓄積容量とは異なった構成を採用して理解を深めているに過ぎない。
【００５０】
（実施の形態３）においては、対向電極１１’と絵素電極１７’とが露出しており、高温動作時あるいは長期連続動作時にこれらの電極と液晶との間で微少とは言え直流電流が流れて液晶が劣化する恐れは皆無ではない。
【００５１】
（実施の形態４）
図８は本発明の（実施の形態４）のアクティブ基板を示し、図９は同実施形態によるアクティブ基板の平面配置を示す。
【００５２】
（実施の形態４）では対向電極１１’の表面を絶縁化することで液晶の劣化を防止することが可能であり、そのためには図９に示したようにガラス基板２の外周部に選択的に残された第３の金属層のベタ（幅広）パターン３０に格子状の対向電極１１’を延長して接続し、図１０に示したように化成液３１中にガラス基板２を浸し、ベタパターン３０を金属性のクリップなどで挟んで直流電源３２より＋（プラス）電位を与え、好ましくは金，白金などの貴金属板、簡易的にはＳＵＳ板などの陰極板３３を同じくクリップなどで挟んで化成液３１中に浸し−（マイナス）電位を与えて陽極酸化を行うものである。対向電極１１’と絵素電極１７’とは電気的には分離しているので、対向電極１１’の表面にのみ陽極酸化層２９が形成される。
【００５３】
なお、必要とする陽極酸化層２９の厚みは 0.1μｍもあれば十分である。言うまでもなく３４は絶縁性、例えばガラスや塩化ビニールなどよりなる容器である。ちなみに図９のパターン配置図はデバイス２面取りの場合を示している。
【００５４】
（実施の形態４）において、陽極酸化によって絶縁層を形成可能な第３の金属層としては、例えば上述したＡＬが抵抗値の低さも相まって最適である。また対向電極１１’の表面のみが陽極酸化されるので、第３の金属層がＡＬと低反射性のＣｒ，Ｔｉ，Ｍｏなどの積層であっても何ら支障はない。
【００５５】
なぜなら、これらの金属の陽極酸化層は水溶性で純水を用いた洗浄で簡単に除去されるからで、陽極酸化の化成電圧を少し上げ、下地のＡＬ層まで陽極酸化層が形成されていれば、対向電極１１’の表面には絶縁層が形成されて目的が達せられるとともに、絵素電極１７’表面は陽極酸化されず低反射性のままなので少しでも表示画像のコントラストを上げることができるからである。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によるＩＰＳ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、対向電極に上下方向の電流側路を設けたり、対向電極を厚い絶縁層を介して走査線上と信号線上とに格子状に形成している。
【００５７】
このため、液晶セルの充放電電流は上下方向また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。
【００５８】
また、厚い絶縁層を介して対向電極を走査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。
【００５９】
加えて、厚い絶縁層に平坦性が付加されると、厚く平坦な絶縁層上に対向電極と絵素電極とが存在するため、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。
【００６０】
さらに、陽極酸化により絶縁化可能な金属層を用いて対向電極と絵素電極とを構成すると、陽極酸化工程を追加するだけで対向電極表面を絶縁化することができて、高温動作または長期連続動作時にも高い信頼性が得られる等の優れた効果が得られた。
【００６１】
以上のように、対向電極に電流側路を設けるためのパターン配置および厚い絶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、絶縁ゲート型トランジスタの構造的な差異や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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（実施の形態１）のアクティブ基板の単位絵素の平面図
【図２】図１のＢ−Ｂ’線上の断面図
【図３】本発明の（実施の形態２）のアクティブ基板の単位絵素の平面図
【図４】図３のＣ−Ｃ’線上の断面図
【図５】本発明の（実施の形態３）のアクティブ基板の単位絵素の平面図
【図６】図５のＡ−Ａ’線上の工程断面図
【図７】図５のＢ−Ｂ’線上の断面図
【図８】本発明の（実施の形態４）のアクティブ基板の断面図
【図９】本発明の（実施の形態４）のアクティブ基板の平面配置図
【図１０】本発明の（実施の形態４）の陽極酸化の概念図
【図１１】液晶パネルの斜視図
【図１２】アクティブ型液晶画像表示装置の等価回路図
【図１３】従来方式のＴＮ液晶セルの視野角依存性を説明する概念図
【図１４】ＩＰＳ方式のＴＮ液晶セルの視野角依存性を説明する基本原理図
【図１５】従来のＩＰＳ方式によるアクティブ基板の単位絵素の平面図
【図１６】図１５のＡ−Ａ’線上の工程断面図
【符号の説明】
１ 液晶パネル
２ （アクティブ）ガラス基板
３ 半導体チップ
４ フィルムキャリア
６ 対向ガラス基板（カラーフィルタ）
７ 信号線（ソース配線）
８ 走査線（ゲート電極）
９ 絶縁ゲート型トランジスタ
１０ 液晶セル
１１，１１’ 対向電極
１２ 液晶セル
１３ 第１のシリコン窒化層（ゲート絶縁層）
１４ 第１の非晶質シリコン層
１５ 第２のシリコン窒化層
１６ 第２の非晶質シリコン層
１７，１７’ ドレイン（絵素）電極
１８ 第３のシリコン窒化層（パシベーション絶縁層）
２０ 対向電極の接続部分
２１，２４，２７ 開口部
２２ 走査線を接続する多層配線の上部配線
２３ 対向電極を接続する多層配線の上部配線
２５ 島状の第１と第２の非晶質シリコン層
２６ 厚い透明絶縁層
２８ 走査線の突起部
２９ （陽極）酸化層
３０ ベタパターン
３１ 化成液
３２ 直流電源
３３ （陰極）金属板
３４ 容器
Claims (5)
- 一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、
前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、さらに画像表示部内で前記列方向に隣接する単位絵素の対向電極の同士が接続されている
液晶画像表示装置。 - 対向電極が走査線と同じ材料を用いて走査線と同時に形成されるとともに、対向電極を少なくとも列方向に１箇所以上接続する走査線との交差部において走査線が分断され、かつ走査線のこの分断部分の間を通過して画像表示部内で前記列方向に隣接する単位絵素の対向電極の同士を接続する下部配線が形成され、前記分断部分の走査線の間を接続する上部配線が多層配線化され、前記上部配線が信号線と同じ材料を用いて信号線とともに形成されている
請求項１に記載の液晶画像表示装置。 - 対向電極が走査線と同じ材料を用いて走査線と同時に形成されるとともに、対向電極を少なくとも列方向に１箇所以上接続する走査線との交差部において、走査線を下部配線として対向電極を列方向に接続する配線が上部配線として多層配線化され、対向電極を接続する上部配線が信号線と同じ材料を用いて信号線とともに形成されている
請求項１に記載の液晶画像表示装置。 - 一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、
前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、
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絶縁ゲート型トランジスタの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とともに、前記厚い透明絶縁層に形成された開口部を含んでドレイン電極に接続された絵素電極が形成されていることを特徴とする
液晶画像表示装置。 - 一主面上に単位絵素が行方向と列方向に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たＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、
前記第１の透明性絶縁基板は、単位絵素ごとに絶縁ゲート型トランジスタと、単位絵素ごとに前記絶縁ゲート型トランジスタの各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るとともに行毎の単位絵素で共通する対向電極を有しており、
前記第１の透明性絶縁基板に形成された厚い透明絶縁層を介して前記絶縁ゲート型トランジスタの走査線上と信号線上とに格子状でその表面に絶縁層が形成された対向電極が形成されるとともに、前記厚い透明絶縁層に形成された開口部を含んでドレイン電極に接続された絵素電極が形成されていることを特徴とする
液晶画像表示装置。
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