JP3995903B2 - 液晶画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー画像表示機能を有する液晶画像表示装置、とりわけ視野角の広い液晶画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の微細加工技術、液晶材料技術および高密度実装技術等の進歩により、5〜50ｃｍ対角の液晶パネルでテレビジョン画像や各種の画像表示機器が商用ベースで大量に提供されている。また、液晶パネルを構成する２枚のガラス基板の一方にＲＧＢの着色層を形成しておくことによりカラー表示も容易に実現している。特にスイッチング素子を絵素毎に内蔵させた、いわゆるアクティブ型の液晶パネルではクロストークも少なくかつ高速応答で高いコントラスト比を有する画像が保証されている。
【０００３】
これらの液晶画像表示装置（液晶パネル）は走査線としては200〜1000本、信号線としては200〜3000本程度のマトリクス編成が一般的であるが、最近は表示容量の増大に対応すべく大画面化と高精細化とが同時に進行している。
【０００４】
図６は液晶パネルへの実装状態を示し、液晶パネル１を構成する一方の透明性絶縁基板、例えばガラス基板２上に形成された走査線の電極端子群６に駆動信号を供給する半導体集積回路チップ３を導電性の接着剤を用いて接続するＣＯＧ（Chip-On-Glass）方式や、例えばポリイミド系樹脂薄膜をベースとし、金または半田メッキされた銅箔の端子（図示せず）を有するＴＣＰフィルム４を信号線の端子群５に導電性媒体を含む適当な接着剤で圧接して固定するＴＣＰ（Tape-Carrier-Package）方式などの実装手段によって電気信号が画像表示部に供給される。ここでは便宜上二つの実装方式を同時に図示しているが実際には何れかの方式が適宜選択されることは言うまでもない。
【０００５】
７，８は液晶パネル１のほぼ中央部に位置する画像表示部と信号線および走査線の電極端子５，６との間を接続する配線路で、必ずしも電極端子群５，６と同一の導電材で構成される必要はない。９は全ての液晶セルに共通の透明導電性の対向電極を有するもう１枚の透明性絶縁基板である対向ガラス基板である。
【０００６】
図７はスイッチング素子として絶縁ゲート型トランジスタ１０を絵素毎に配置したアクティブ型液晶パネルの等価回路図を示し、１１（図６では８）は走査線、１２（図６では７）は信号線、１３は液晶セルであって、液晶セル１３は電気的には容量素子として扱われる。実線で描かれた素子類は液晶パネル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１３に共通な対向電極１４はもう一方のガラス基板９上に形成されている。絶縁ゲート型トランジスタ１０のOFF抵抗あるいは液晶セル１３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１３の時定数を大きくするための補助の蓄積容量１５を液晶セル１３に並列に加える等の回路的工夫が加味される。なお１６は蓄積容量１５の共通母線である。
【０００７】
図８は液晶パネルの画像表示部の要部断面図を示し、液晶パネル１を構成する２枚のガラス基板２，９は樹脂性のファイバやビーズ等のスペーサ材（図示せず）によって数μｍ程度の所定の距離を隔てて形成され、その間隙（ギャップ）はガラス基板９の周縁部において有機性樹脂よりなるシール材と封口材（何れも図示せず）とで封止された閉空間になっており、この閉空間に液晶１７が充填されている。
【０００８】
カラー表示を実現する場合には、ガラス基板９の閉空間側に着色層１８と称する染料または顔料のいずれか一方もしくは両方を含む厚さ１〜２μｍ程度の有機薄膜が被着されて色表示機能が与えられるので、その場合にはガラス基板９は別名カラーフィルタ（Color Filter 略語はＣＦ）と呼称される。そして液晶材料１７の性質によってはガラス基板９の上面またはガラス基板２の下面の何れかもしくは両面上に偏光板１９が貼付され、液晶パネル１は電気光学素子として機能する。現在、市販されている大部分の液晶パネルでは液晶材料にＴＮ（ツイスト・ネマチック）系の物を用いており、偏光板１９は通常２枚必要である。なお、光源としての裏面光源についての記載は省略した。
【０００９】
液晶１７に接して２枚のガラス基板２，９上に形成された例えば厚さ0.1μm程度のポリイミド系樹脂薄膜２０は液晶分子を決められた方向に配向させるための配向膜である。２１は絶縁ゲート型トランジスタ１０のドレインと透明導電性の絵素電極２２とを接続するドレイン電極（配線）であり、信号線（ソース線）１２と同時に形成されることが多い。信号線１２とドレイン電極２１との間に位置するのは半導体層２３であり詳細は後述する。カラーフィルタ９上で隣り合った着色層１８の境界に形成された厚さ0.1μm程度のＣｒ薄膜層２４は半導体層２３と、走査線１１及び信号線１２に外部光が入射するのを防止するための光遮蔽で、いわゆるブラックマトリクス（Ｂlack Ｍatrix 略語はＢＭ）として定着化した技術である。
【００１０】
ここでスイッチング素子として絶縁ゲート型トランジスタの構造と製造方法に関して説明する。絶縁ゲート型トランジスタには２種類のものが現在多用されており、そのうちの一つを従来例（エッチ・ストップ型と呼称される）として紹介する。図９は従来の液晶パネルを構成するアクティブ基板の単位絵素の平面図であり、同図のＡ−Ａ’線上の断面図を図１０に示し、その製造工程を以下に簡単に説明する。なお、走査線１１に形成された突起部５０と絵素電極２２とがゲート絶縁層を介して重なっている領域５２（右下がり斜線部）が蓄積容量１５を形成しているが、ここではその詳細な説明は省略する。
【００１１】
先ず、図１０（ａ）に示したように耐熱性と耐薬品性と透明性が高い絶縁性基板として厚さ0.5〜1.1mm程度のガラス基板２、例えばコーニング社製の商品名１７３７の一主面上にＳＰＴ（スパッタ）等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.3μm程度の第１の金属層として例えばＣｒ，Ｔａ，Ｍｏ等あるいはそれらの合金を被着して微細加工技術により走査線も兼ねるゲート電極１１を選択的に形成する。
【００１２】
液晶パネルの大画面化に対応して走査線の抵抗値を下げるためには走査線の材料としてＡＬ（アルミニウム）が用いられるが、ＡＬは耐熱性が低いので上記した耐熱金属であるＣｒ，Ｔａ，Ｍｏまたはそれらのシリサイドと積層化したり、あるいはＡＬの表面に陽極酸化で酸化層（AL2O3）を付加することも現在では一般的な技術である。すなわち、走査線１１は１層以上の金属層で構成される。
【００１３】
次に、図１０（ｂ）に示したようにガラス基板２の全面にＰＣＶＤ（プラズマ・シーブイディ）装置を用いてゲート絶縁層となる第１のSiNx（シリコン窒化）層、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（a-Si）層、及び第２のSiNx層と３種類の薄膜層を、例えば0.3-0.05-0.1μm程度の膜厚で順次被着して３０〜３２とする。
【００１４】
なお、ノウハウ的な技術としてゲート絶縁層の形成に当り他の種類の絶縁層（例えばTaOxやSiO2等、もしくは先述したAL2O3）と積層したり、あるいはSiNx層を２回に分けて製膜し途中で洗浄工程を付与する等の歩留向上対策が行われることも多く、ゲート絶縁層は１種類あるいは単層とは限らない。
【００１５】
そして、微細加工技術によりゲート１１上の第２のSiNx層をゲート１１よりも幅細く選択的に残して３２’として第１の非晶質シリコン層３１を露出し、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３３を例えば0.05μm程度の膜厚で被着する。
【００１６】
続いて、図１０（ｃ）に示したようにゲート１１の近傍上にのみ第１の非晶質シリコン層３１と第２の非晶質シリコン層３３とを島状３１’，３２’に残してゲート絶縁層３０を露出する。引き続き図１０（ｄ）に示したようにＳＰＴ（スパッタ）等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.2μm程度の透明導電層として例えばＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）を被着し、微細加工技術により絵素電極２２を選択的に形成する。
【００１７】
さらに図示はしないが、走査線１１への電気的接続に必要な画像表示部の周辺部での走査線１１上のゲート絶縁層３０への選択的開口部形成を行った後、図１０（ｅ）に示したようにＳＰＴ等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1μm程度の耐熱金属層として例えばＴｉ，Ｃｒ，Ｍｏ等の耐熱金属薄膜層３４を、低抵抗配線層として膜厚0.3μm程度のＡＬ薄膜層３５を順次被着し、微細加工技術により耐熱金属層３４’と低抵抗配線層３５’との積層よりなる絶縁ゲート型トランジスタのドレイン電極２１と信号線も兼ねるソース電極１２とを選択的に形成する。この選択的パターン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・ドレイン電極間の第2のSiNx層３２’上の第2の非晶質シリコン層３３’を除去して第2のSiNx層３２’を露出するとともに、その他の領域では第1の非晶質シリコン層３1’をも除去してゲート絶縁層３０を露出する。
【００１８】
絶縁ゲート型トランジスタがオフセット構造とならぬようソース・ドレイン電極１２，２１はゲート１１と一部平面的に重なった位置関係に配置されて形成される。なお、画像表示部の周辺部で走査線１１上の開口部を含んで信号線１２と同時に走査線側の端子電極６、または走査線１１と走査線側の端子電極６とを接続する配線路８を形成することも一般的な設計である。
【００１９】
最後に、ガラス基板２の全面に透明性の絶縁層として、ゲート絶縁層３０と同様にＰＣＶＤ装置を用いて0.3〜0.7μm程度の膜厚のSiNx層を被着してパシベーション絶縁層３７とし、図１０（ｆ）に示したように絵素電極２２上に開口部３８を形成して絵素電極２２の大部分を露出すると同時に、図示はしないが周辺部の端子電極５，６上にも開口部を形成して端子電極５，６の大部分を露出してアクティブ基板２として完成する。
【００２０】
信号線１２の配線抵抗が問題とならない場合にはＡＬよりなる低抵抗配線層３５は必ずしも必要ではなく、その場合にはＣｒ，Ｔａ，Ｍｏ等の耐熱金属材料を選択すればソース・ドレイン配線１２，２１を単層化することが可能である。なお、絶縁ゲート型トランジスタの耐熱性については先行例である特開平7-74368号公報に詳細が記載されている。
【００２１】
絵素電極２２上のパシベーション絶縁層３７を除去する理由は、一つには液晶セルに印可される実効電圧の低下を防止するためと、もう一つはパシベーション絶縁層３７の膜質が一般的に劣悪で、パシベーション絶縁層３７内に電荷が蓄積されて表示画像の焼き付けを生じることを回避するためである。これは絶縁ゲート型トランジスタの耐熱性が余り高くないため、パシベーション絶縁層３７の製膜温度がゲート絶縁層３０と比較して数１０℃以上低く２５０℃以下の低温製膜にならざるを得ないからである。
【００２２】
ここで、最近商品化が活発な広視野角の表示が可能なＩＰＳ（In-Plain-Switching）方式の液晶パネルについて説明する。図１１はＩＰＳ型液晶パネルの画像表示部の要部断面図を示し、図８に示した従来のものとの差違は、液晶セルが所定の距離を隔てて形成された導電性の対向電極４０と絵素電極４１（２１）と液晶１７とで構成され、液晶１７は対向電極４０と絵素電極４１との間に働く横方向の電界でスイッチングされる点にある。したがってカラーフィルタ９上に透明導電性の対向電極１４は不要であり、また同様にアクティブ基板２上にも透明導電性の絵素電極２２は不要となる。すなわち、アクティブ基板２の製造工程の削減も同時になされている。
【００２３】
図１２はＩＰＳ型の液晶パネルを構成するアクティブ基板の単位絵素の平面図で、同図のＡ−Ａ’線上の断面図を図１３に示し、その製造工程を、絶縁ゲート型トランジスタに従来のうちのもう一つ（チャネル・エッチ型と呼称される）を採用した場合について以下に簡単に説明する。なお、対向電極４０と絵素電極４１（２１）の一部とがゲート絶縁層を介して重なっている領域５３（二重斜線部）が蓄積容量１５を形成しているが、ここではその詳細な説明は省略する。
【００２４】
先ず、従来例と同様に図１３（ａ）に示したようにガラス基板２の一主面上に、ＳＰＴ（スパッタ）等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.3μm程度の第１の金属層を被着し、微細加工技術により走査線も兼ねるゲート電極１１と対向電極４０とを選択的に形成する。
【００２５】
次に、図１３（ｂ）に示したようにガラス基板２の全面にＰＣＶＤ（プラズマ・シーブイデイ）装置を用いてゲート絶縁層となるSiNx層、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、及び不純物を含み絶縁ゲート型トランジスタのソース・ドレインとなる第２の非晶質シリコン層と３種類の薄膜層を、例えば0.3-0.2-0.05μm程度の膜厚で順次被着して３０，３１，３３とする。
【００２６】
そして、図１３（ｃ）に示したようにゲート１１上に第１と第２の非晶質シリコン層よりなる半導体層を島状３１’，３３’に残してゲート絶縁層３０を露出する。続いて図示はしないが、走査線１１への電気的接続に必要な画像表示部の周辺部での走査線１１上のゲート絶縁層３０への選択的開口部形成を行う。
【００２７】
引き続き、図１３（ｄ）に示したようにＳＰＴ等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1μm程度の耐熱金属層として例えばＴｉ薄膜層３４を、低抵抗配線層として膜厚0.3μm程度のＡＬ薄膜層３５を順次被着し、微細加工技術により絵素電極４１も兼ねる絶縁ゲート型トランジスタのドレイン電極２１と信号線も兼ねるソース電極１２とを選択的に形成する。この選択的パターン形成は、ソース・ドレイン配線の形成に用いられる感光性樹脂パターン４３をマスクとしてＡＬ薄膜層３５、Ｔｉ薄膜層３４、第２の非晶質シリコン層３３’を順次食刻し、第１の非晶質シリコン層３１’は0.05〜0.1μm程度残して食刻することによりなされるので、チャネル・エッチと呼称される。
【００２８】
最後に、上記感光性樹脂パターン４３を除去した後、図１３（ｅ）に示したようにガラス基板２の全面に透明性の絶縁層として、ゲート絶縁層と同様にＰＣＶＤ装置を用いて0.3μm程度の膜厚のＳｉＮｘ層を被着してパシベーション絶縁層３７とし、図示はしないが周辺部の端子電極５，６上に開口部を形成して端子電極５，６の大部分を露出してアクティブ基板として完成する。
【００２９】
以上の説明で明らかなように、対向電極４０は走査線１１と同時に、また絵素電極４１はソース・ドレイン配線１２，２１と同時に形成されるので絵素電極となる透明導電層２２は不要であり、先に記載した製造過程と比較すると製造工程の削減がなされていることが容易に理解されよう。
【００３０】
一方、チャネル・エッチ型の絶縁ゲート型トランジスタは製膜プロセスと食刻プロセスの均一性の観点から、エッチ・ストップ型と比較して不純物を含まない第１の非晶質シリコン層を厚く製膜する必要があり、ＰＣＶＤ装置の稼動とパーティクル発生に関して課題が指摘されている点は見逃せない。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
アクティブ型液晶パネルの大画面化と高精細化は今後のトレンドであり、また視野角の拡大も永遠に求められる技術課題である。対角２５ｃｍ以上の大型パネルにおいても表示容量の増大への対応と表示画質の向上のために高精細化が同時に進行し開口率の確保も要求される結果、ＢＭ幅を細くしたり、同時に液晶パネルを構成する２枚の基板２，９の貼り合せ精度の向上が技術的課題となってくる。
【００３２】
視野角を拡大する技術は既に説明したＩＰＳ方式の他にも、配向分割、垂直配向、ＯＣＢ液晶、光学補償フィルムと数多くの方式があるが、いずれの方式も一長一短で確立しているとは言えない状況である。その中でもＩＰＳ方式が注目される理由の一つは製造工程が短縮され、低コスト化への寄与が高いことである。しかしながら、ＩＰＳ方式の最大の欠点は表示に寄与するのが絵素電極と共通電極との隙間だけで表示電極そのものは表示に寄与できず、開口率が他の方式と比べて半分以下の３０％程度しか到達しないことである。絵素電極と共通電極自身を出来るだけ細くパターン化すれば良いとは言え、液晶パネル作製の原板となるガラス基板サイズが５０ｃｍを越える状況で、例えば１μｍのパターニングを可能とする高解像力を有する露光装置、均一性の高い食刻装置などの製造装置やマスク合せ精度等、超えなければならない技術的障害は高く、実現はかなり先のこととなる。
【００３３】
このため、ＩＰＳ方式の液晶パネルは消費電力がさほど問題にならない卓上型の液晶モニタに限定されて商品化されているに過ぎない。開口率を高めて裏面光源に過度の電力を必要としないようにすることが急がれる。
次に図１３（ｅ）からも明らかなように、絵素電極４１と対向電極４０との間に働く横方向の電界中にパシベーション絶縁層３７が存在するために、不要な電荷の蓄積が生じて表示画像に残像が発生し易いこともＩＰＳ方式の液晶パネルの使用方法を制限する大きな課題となっている。すなわち、静止画像を長時間表示し続けるような使用環境では画像の切替時に残像が発生してしばらくは画像の品位が低下する。
【００３４】
更に加えて配向処理に関して今少し詳細に述べる。ＴＮ方式の液晶セルでは、図１０（ｆ）にも示したように表示電極である透明な絵素電極２２の周囲のパシベーション絶縁層３７に開口された開口部３８の段差がラビング布による配向膜の配向処理の大きな障害となり、開口部３８の周囲での非配向による黒表示時の光抜けによるコントラストの低下と言う配向品質並びに配向品位上の問題を発生し易い。これに対しては開口率の低下という多少の犠牲を覚悟すれば開口部３８の周囲をＢＭで光シールドすることで実用になっている。しかしながら、ＩＰＳ方式の液晶セルでも図１２と図１３（ｆ）からも分かるように表示電極長が長く、表示電極の有する段差がもたらす配向品質の低下を生じ易い課題を有する。特に大画面対応で信号線の抵抗値を下げるために信号線１２の膜厚を厚くすると絵素電極４１の膜厚も自動的に厚くなり、段差の影響を回避する手段も講ずる必要が高くなる。
【００３５】
本発明はかかる現状に鑑みなされたもので、開口率を高めるとともに残像の生じないＩＰＳ方式の液晶パネルを提供することを目的とする。また別の目的は配向処理が容易な液晶パネルを得ることにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明においてはアクティブ基板を透明性樹脂で平坦化し、平坦化された透明性樹脂上に表示電極を形成している。この結果、対向電極の一部を走査線上と信号線上とに形成することが可能となり開口率が向上する。また表示電極上に従来のパシベーション絶縁層を用いず、透明性樹脂による被覆または陽極酸化層の形成で新たなパシベーション機能を施すことで残像の発生を回避している。さらに、表示電極上に陽極酸化層を形成するとともに表示電極間を第２の透明性樹脂で埋めて平坦化しているので、信頼性の確保と配向性の向上にも大きな技術的前進が得られる。
【００３７】
請求項１に記載の液晶画像表示装置は、一主面上に、少なくとも、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電極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、前記第１の透明性絶縁基板と対向する第２の透明性絶縁基板またはカラーフィルタと、前記第１の透明性絶縁基板と前記第２の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に充填された液晶と、を備えるＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、前記絶縁ゲート型トランジスタには、チャネル部を保護する絶縁層が形成され、前記第１の透明性絶縁基板の前記一主面上に、前記対向電極と走査線とが形成され、前記絵素電極と信号線とが前記対向電極と１層以上の絶縁層を介して同一面上に形成され、前記絵素電極及び信号線の上面に陽極酸化層が形成され、前記絵素電極と信号線との間は、感光性の透明樹脂で埋められて平坦化されていることを特徴とする。
【００３８】
この構成により、エッチ・ストップ型のＴＦＴを有するアクティブ基板において、絵素電極と対向電極との間には従来の劣悪な膜質のパシベーションが存在しないので残像の発生が抑制される。加えて絵素電極と信号線の上面は陽極酸化層で覆われているので液晶セルとしての信頼性も確保されている。
【００３９】
絶縁ゲート型トランジスタのチャネル部を保護する絶縁層が形成され、第１の透明性絶縁基板の一主面上に対向電極と走査線とが形成され、絵素電極と信号線とが対向電極と１層以上の絶縁層を介して同一面上に形成され陽極酸化可能な金属層よりなる絵素電極と信号線の上面に陽極酸化層が形成され、絵素電極と信号線との間が透明性樹脂で埋められて平坦化されている。
【００４０】
この場合、エッチ・ストップ型のＴＦＴを有するアクティブ基板において、絵素電極と対向電極との間には従来の劣悪な膜質のパシベーションが存在しないので残像の発生が抑制される。さらに絵素電極と対向電極の上面は陽極酸化層で覆われ、また側面は透明性樹脂で埋められているので液晶セルとしての信頼性が一段と強化されている。そして平坦化された表面を有するために配向膜のラビングによる配向処理においても高い配向品質が得られ易くなる。
【００４１】
請求項３に記載の液晶画像表示装置は、同じく絶縁ゲート型トランジスタには、チャネル部を保護する絶縁層が形成され、前記絶縁ゲート型トランジスタの上面に第１の透明性樹脂が形成され、上面に陽極酸化層を有する前記絵素電極と、走査線上及び信号線上に設けられるとともに上面に陽極酸化層を有する対向電極とが、前記第１の透明性樹脂上に形成され、前記絵素電極と前記対向電極との間は、感光性の第２の透明性樹脂で埋められて平坦化されていることを特徴とする。
【００４２】
この構成により、エッチ・ストップ型のＴＦＴを有するアクティブ基板において、走査線上と信号線上とに対向電極の一部を配置することが可能となり開口率が向上する。また、絵素電極と対向電極との間には従来の劣悪な膜質のパシベーションが存在しないので残像の発生が抑制される。。加えて絵素電極と対向電極の上面は陽極酸化層で覆われているので液晶セルとしての信頼性も確保されている。
【００４３】
絶縁ゲート型トランジスタのチャネル部を保護する絶縁層が形成され、第１の透明性絶縁基板が第１の透明性樹脂で平坦化され、陽極酸化可能な金属層よりなりその上面に陽極酸化層を有するとともにドレイン電極上の透明性樹脂に形成された開口部を含んで絵素電極と、同じく走査線上及び信号線上を含んで対向電極とが前記第１の透明性樹脂上に形成され、絵素電極と対向電極との間が第２の透明性樹脂で埋められて平坦化されている。
【００４４】
この場合、エッチ・ストップ型のＴＦＴを有するアクティブ基板において、走査線上と信号線上とに対向電極の一部を配置することが可能となり開口率が向上する。また、絵素電極と対向電極との間には従来の劣悪な膜質のパシベーションが存在しないので残像の発生が抑制される。さらに絵素電極と対向電極の上面は陽極酸化層で覆われ、また側面は第２の透明性樹脂で埋められているので液晶セルとしての信頼性が一段と強化されている。そして平坦化された表面を有するために配向膜のラビングによる配向処理においても高い配向品質が得られ易くなる。
【００４７】
本発明の画像表示装置用半導体装置の製造方法は、透明性絶縁基板の一主面上に少なくとも１層以上の第１の金属層よりなる走査線と対向電極とを形成する工程と、チャネル上に保護絶縁層を有するエッチストップ型の絶縁ゲート型トランジスタを形成する工程と、全面に陽極酸化可能な金属層を含む１層以上の第２の金属層を被着する工程と、感光性樹脂パターンを用いて信号線上と絵素電極上に陽極酸化層を選択的に形成する工程と、信号線と絵素電極とを選択的に形成する工程とを有する。
【００４８】
この構成により信号線と絵素電極の上面は陽極酸化層で覆われてパシベーション絶縁層として機能する。
【００４９】
また、透明性絶縁基板の一主面上に少なくとも１層以上の第１の金属層よりなる走査線と対向電極と、チャネル上に保護絶縁層を有する絶縁ゲート型トランジスタと、全面に陽極酸化可能な金属層を含む１層以上の第２の金属層を被着する工程と、感光性樹脂パターンを用いて信号線上と絵素電極上に陽極酸化層を選択的に形成する工程と、信号線と絵素電極とを選択的に形成する工程と、全面に感光性の透明樹脂を塗布し裏面露光により信号線と絵素電極との間を透明性樹脂で埋める工程とを有する画像表示装置用半導体装置の製造方法としてもよい。
【００５０】
この場合信号線と絵素電極の上面は陽極酸化層で、また側面は透明性樹脂で埋められてパシベーション機能がほぼ満たされる。
【００５１】
本発明の液晶画像表示装置の製造方法としては、透明性絶縁基板の一主面上に少なくとも１層以上の第１の金属層よりなる走査線と、チャネル上に保護絶縁層を有する絶縁ゲート型トランジスタと、１層以上の第２の金属層よりなるソース（信号線）・ドレイン配線とを形成する工程と、全面に第１の感光性透明樹脂を塗布しドレイン電極上に開口部を形成する工程と、全面に陽極酸化可能な金属層を被着する工程と、ドレイン電極上の開口部を含んで絵素電極上と走査線上及び信号線上を含んで対向電極上に感光性樹脂パターンを用いて陽極酸化層を選択的に形成する工程と、絵素電極と対向電極とを選択的に形成する工程とを有する方法を挙げることができる。
【００５２】
この場合、絵素電極と対向電極の上面は陽極酸化層で覆われてパシベーション絶縁層として機能する。
【００５３】
その他の画像表示装置用半導体装置の製造方法としては、透明性絶縁基板の一主面上に少なくとも１層以上の第１の金属層よりなる走査線と、チャネル上に保護絶縁層を有する絶縁ゲート型トランジスタと、１層以上の第２の金属層よりなるソース（信号線）・ドレイン配線とを形成する工程と、全面に第１の感光性透明樹脂を塗布しドレイン電極上に開口部を形成する工程と、全面に陽極酸化可能な金属層を被着する工程と、ドレイン電極上の開口部を含んで絵素電極上と走査線上及び信号線上を含んで対向電極上に感光性樹脂パターンを用いて陽極酸化層を選択的に形成する工程と、絵素電極と対向電極とを選択的に形成する工程と、全面に第２の感光性透明樹脂を塗布し裏面露光により絵素電極と対向電極との間を第２の透明性樹脂で埋める工程とを有する。
【００５４】
この構成により絵素電極と対向電極の上面は陽極酸化層で、また側面は透明性樹脂で埋められてパシベーション機能がほぼ満たされる。
【００５５】
さらに他の画像表示装置用半導体装置の製造方法としては、透明性絶縁基板の一主面上に少なくとも１層以上の第１の金属層よりなる走査線と、チャネル上に保護絶縁層を有する絶縁ゲート型トランジスタと、１層以上の第２の金属層よりなるソース（信号線）・ドレイン配線とを形成する工程と、全面に第１の感光性透明樹脂を塗布しドレイン電極上に開口部を形成する工程と、全面に陽極酸化可能な金属層を被着する工程と、ドレイン電極上の開口部を含んで絵素電極上と走査線上及び信号線上を含んで対向電極とを選択的に形成する工程と、対向電極の表面に陽極酸化層を選択的に形成する工程と、全面に第２の感光性透明樹脂を塗布し裏面露光により絵素電極と対向電極との間を第２の透明性樹脂で埋める工程とを有する方法を挙げることができる。
【００５６】
この構成により、対向電極の上面は陽極酸化層で覆われて、また絵素電極と対向電極の側面は透明性樹脂で覆われてパシベーション機能がほぼ満たされる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明の第１と第２の実施形態に係る、また図２は本発明の第３〜第５の実施形態に係る画像表示装置用半導体装置（アクティブ基板）上の平面図を示し、図１のＡ−Ａ’線上の断面図である図３と図２のＡ−Ａ’線上の断面図である図４、図５は同じく画像表示装置用半導体装置の製造工程の断面図を示す。なお、従来例と同一の部位については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態ではアクティブ基板２の形成に当たり、チャネル上に保護絶縁層を有するエッチ・ストップ型の絶縁ゲート型トランジスタを形成する必要があり、図１０に示した従来例よりも製造工程の短い先行例を採用して説明する。
【００５９】
先ず、図３（ａ）に示したように耐熱性と耐薬品性と透明性が高い絶縁性基板として厚さ0.5〜1.1mm程度のガラス基板２、例えばコーニング社製の商品名１７３７の一主面上に、ＳＰＴ（スパッタ）等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1〜0.3μm程度の第１の金属層として例えばＣｒ，Ｔａ，Ｍｏ等あるいはそれらの合金を被着して微細加工技術により走査線も兼ねるゲート電極１１と対向電極４０とを選択的に形成する。
【００６０】
次に、ガラス基板２の全面にＰＣＶＤ（プラズマ・シーブイディ）装置を用いてゲート絶縁層となる第１のSiNx（シリコン窒化）層、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（a-Si）層、及び第２のSiNx層と３種類の薄膜層を、例えば0.3-0.05-0.1μm程度の膜厚で順次被着して３０〜３２とする。
【００６１】
そして、図３（ｂ）に示したように微細加工技術によりゲート１１上の第２のSiNx層をゲート１１よりも幅細く選択的に残して３２’として第１の非晶質シリコン層３１を露出する。その後、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３３を例えば0.05μm程度の膜厚で被着する。
【００６２】
引き続いて図示はしないが、走査線１１への電気的接続に必要な画像表示部の周辺部での走査線１１上のゲート絶縁層３０への選択的開口部形成を行った後、図３（ｃ）に示したようにＳＰＴ等の真空製膜装置を用いて膜厚0.1μm程度の耐熱金属層として例えばＴｉ，Ｃｒ，Ｍｏ等の耐熱金属薄膜層３４を、そして陽極酸化可能な金属の中から低抵抗配線層として膜厚0.3μm程度のＡＬ薄膜層３５を順次被着する。そしてＡＬ薄膜層３５上に信号線と絵素電極の形成される領域が選択的に除去された感光性樹脂パターン５０を形成する。
【００６３】
図示はしないが、蓚酸やエチレングリコールを主成分とする化成液中での陽極酸化により感光性樹脂パターン５０をマスクとしてＡＬ薄膜層３５上に選択的に陽極酸化層５１を形成する。陽極酸化層５１の膜厚は0.1〜0.3μm程度で良い。陽極酸化層５１の形成後に上記感光性樹脂パターン５０を除去し、図３（ｄ）に示したように陽極酸化層５１をマスクとしてＡＬ薄膜層３５、耐熱金属層（Ｔｉ）３４、そして第2のSiNx層３２’上の第2の非晶質シリコン層３３’を順次食刻して第2のSiNx層３２’を露出するとともに、その他の領域では第1の非晶質シリコン層３1’をも除去してゲート絶縁層３０を露出するとともに信号線１２と絵素電極４１とを形成する。このようにして得られたアクティブ基板２とカラーフィルタとを貼り合わせて液晶パネル化し、本発明の第１の実施形態が完了する。製造工程の短縮は信号線１２と絵素電極４１の形成時に第１と第２の非晶質シリコン層を同時に除去することで半導体層の島化工程が削除されていることを理解されたい。
【００６４】
第１の実施形態では上記したように信号線１２と絵素電極４１の上面に絶縁体であるアルミニウムの陽極酸化層５１が形成されており、これがパシベーション絶縁層として信号線１２と絵素電極４１を電気的に保護するが、これらの電極の側面には導電性部材がわずかではあるが露出しているので信頼性上は万全とは言えない。そこで第２の実施形態では信号線１２と絵素電極４１の側面を透明性樹脂で埋めて信頼性の更なる向上を図っている。
【００６５】
第２の実施形態では、図３（ｅ）に示した様に第１の実施形態で得られるアクティブ基板２の全面に先述したような感光性透明樹脂６０を塗布し、紫外線６１による裏面露光を行ってからの現像処理が追加される。感光性透明樹脂６０の膜厚は信号線１２（絵素電極４１）の膜厚と信号線１２（絵素電極４１）上に形成された陽極酸化層５１の膜厚との和で良い。この結果、図３（ｆ）に示したようにアクティブ基板２の一主面上では光遮断性の部材、すなわち、走査線１１（対向電極４１）、信号線１２（絵素電極４１）及び絶縁ゲート型トランジスタ上には透明性樹脂６０’は形成されない。対向電極４１上に透明性樹脂６０’の欠損部６２があっても、対向電極４１の近傍にまで透明樹脂６０’が存在すれば少なくとも突起がない表面を有するアクティブ基板２が得られたわけで、配向処理時に絵素電極４１と対向電極４０の周囲にラビング布からの転写異物が残って非配向にはならないことが理解されよう。
【００６６】
また、絶縁ゲート型トランジスタ上にも透明性樹脂６０’が形成されないことからチャネル上に保護絶縁層３２’を有するデバイスでなければならない必然性も容易に理解されよう。このようにして得られたアクティブ基板２とカラーフィルタとを貼り合わせて液晶パネル化し、本発明の第２の実施形態が完了する。
【００６７】
従来のＩＰＳ液晶パネルでは開口率が低い欠点があり、厚い透明性樹脂を採用して走査線上と信号線上に対向電極の一部を配置することで表示電極の有効開口率を高める先行例として例えば特願平 9-107978号が挙げられる。以下の実施形態ではその技術を一部採用して本発明の目的を達成しており、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６８】
第３の実施形態では、図４（ａ）と図４（ｂ）に示したようにソース・ドレイン配線となる耐熱金属層（Ｔｉ）３４及びＡＬ薄膜層３５の被着工程までは第２の実施形態と同一の製造工程を経て、図４（ｃ）に示したように微細加工技術により耐熱金属層３４’と低抵抗配線層３５’との積層よりなる絶縁ゲート型トランジスタのドレイン電極２１と信号線も兼ねるソース電極１２とを選択的に形成する。この選択的パターン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・ドレイン電極間の第2のSiNx層３２’上の第2の非晶質シリコン層３３’を除去して第2のSiNx層３２’を露出するとともに、その他の領域では第1の非晶質シリコン層３1’をも除去してゲート絶縁層３０を露出する。
【００６９】
引き続き、ガラス基板２上にアクリル系の樹脂を主成分とする透明性と耐熱性に優れた感光性樹脂７０として、例えば日本合成ゴム製の商品名オプトマＰＣ３０２を、例えば1.5μｍの膜厚で塗布し、マスク露光によりドレイン電極２１上に開口部６４を形成する。この時、必要とあらば端子電極５，６上にも開口部を設けておくと良い。
【００７０】
そしてアクティブ基板２上に陽極酸化可能な金属薄膜として、ＡＬ，Ｔａ，Ｔｉ等の中から、例えばＡＬ薄膜層７１を0.1〜0.2μｍの膜厚で被着し、図１と図４（ｄ）に示したようにドレイン電極２１上の開口部６４を含んで形成される絵素電極４１と、走査線１１上及び信号線１２上を含んで形成される対向電極４０とが形成される領域が選択的に除去された感光性樹脂パターン６５をＡＬ薄膜層７１上に形成する。
【００７１】
図示はしないが、蓚酸やエチレングリコールを主成分とする化成液中での陽極酸化により、感光性樹脂パターン６５をマスクとしてＡＬ薄膜層７１上に選択的に陽極酸化層７２’を形成する。陽極酸化層７２’の膜厚は0.1〜0.3μm程度で良い。陽極酸化膜７２’の形成後に上記感光性樹脂パターン６５を除去し、図４（ｅ）に示したように陽極酸化層７２’をマスクとしてＡＬ薄膜層７１を選択的に除去して透明性樹脂７０を露出し、表面に陽極酸化層７２’を有する絵素電極４１と対向電極４０とを形成する。このようにして得られたアクティブ基板２とカラーフィルタとを貼り合わせて液晶パネル化し、本発明の第３の実施形態が完了する。
【００７２】
第４の実施形態では、第３の実施形態におけるパシベーション機能の不完全さを第２の実施形態と同様にして補強するものであり、その製造工程は図４（ｆ）と図４（ｇ）に示した第２の感光性透明樹脂６０の塗布・裏面露光・現像に関わる工程のみである。第２の実施形態との差異は、対向電極４０がアクティブ基板２上で絵素電極４１と同じレベルに有ることで、その結果、図４（ｇ）に示したように対向電極４０と絵素電極４１との間は第２の透明性樹脂６０’で埋められてほぼ平坦な表面となる点と、対向電極４０の一部は第１の透明樹脂７０を介して走査線１１と信号線１２の上に形成することが可能なので開口率が高くなる点にある。このようにして得られたアクティブ基板２とカラーフィルタとを貼り合わせて液晶パネル化し、本発明の第４の実施形態が完了する。
【００７３】
第５の実施形態は、アクティブ基板２上に陽極酸化可能な金属薄膜としてＡＬ薄膜層７１を被着するまでは第３の実施形態と同一の製造工程を経て、図５（ｄ）に示したように微細加工技術により絵素電極４１と対向電極４０とを選択的に形成する。対向電極４０は第１の透明性樹脂７０上で格子状に繋がっているので、蓚酸やエチレングリコールを主成分とする化成液中での陽極酸化により対向電極４０上に選択的に陽極酸化層７２”を形成することが可能である。その後は図５（ｅ）と図５（ｆ）に示した第２の感光性透明樹脂６０の塗布・裏面露光・現像に関わる工程のみである。その結果、図５（ｆ）に示したように表面に陽極酸化層７２”を有する対向電極４０と絵素電極４１との間は第２ の透明性樹脂６０’で埋められてほぼ平坦な表面となる点と、対向電極４０の一部は第１の透明性樹脂７０を介して走査線１１と信号線１２の上に形成することが可能なので、開口率が高くなる点にある。このようにして得られたアクティブ基板２とカラーフィルタとを貼り合わせて液晶パネル化し、本発明の第５の実施形態が完了する。
なお、本発明の要件は、上記の説明からも明らかなように厚い透明性樹脂でアクティブ基板を平坦化した点と、表示電極を陽極酸化可能な金属層を用いてその上面（表面）に絶縁層である陽極酸化層を形成した点と、表示電極の有する段差を同じく透明性樹脂で平坦化した点にあり、それ以外の構成に関しては走査線、信号線及びゲート絶縁層等の材質や膜厚等が異なった画像表示装置用半導体装置、あるいはその製造方法の差異も本発明の範疇に属することは自明であり、絶縁ゲート型トランジスタの半導体層も非晶質シリコンに限定されるものでないことも明らかである。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に記載の液晶画像表示装置によれば、先ず配向膜を介して液晶に接する表示電極（絵素電極と対向電極）の少なくとも一方の上面（表面）には絶縁層である陽極酸化層が形成され、パシベーション機能を付与されている。この絶縁層は絶縁層と言うよりはむしろ高抵抗体と称すべき性質を持ち電荷の蓄積が生じにくい特徴を有しており、残像の発生が抑制される。
【００７５】
次に、表示電極の間が透明性樹脂で埋められて平坦な表面を有するアクティブ基板となっているために、ラビング布による配向処理時に表示電極の周辺でラビングが均一に行われて配向品質が向上する。
【００７６】
さらに、請求項３記載の液晶画像表示装置によれば、厚い透明性樹脂を介して走査線上と信号線上に対向電極の一部を配置して格子状に形成することが可能となり、対向電極の電流通路が拡張されて対向電極のパターン幅を狭めることが可能となるだけでなく、単位絵素内での光使用効率が改善されて開口率が向上する等の優れた効果が得られる。走査線上と信号線上に形成された対向電極の一部が厚い透明性樹脂を介して走査線や信号線と形成する電気容量は透明性樹脂のその厚さ故に小さく、寄生容量が増大しない点に厚い透明性樹脂を導入する技術的価値がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１と第２の実施形態にかかる画像表示装置用半導体装置の平面図
【図２】本発明の第３〜第５の実施形態にかかる画像表示装置用半導体装置の平面図
【図３】本発明の第１と第２の実施形態にかかる画像表示装置用半導体装置の製造工程断面図
【図４】本発明の第３と第４の実施形態にかかる画像表示装置用半導体装置の製造工程断面図
【図５】本発明の第５の実施形態にかかる画像表示装置用半導体装置の製造工程断面図
【図６】液晶パネルの実装状態を示す斜視図
【図７】液晶パネルの等価回路図
【図８】従来の液晶パネルの断面図
【図９】従来例のアクティブ基板の平面図
【図１０】従来例のアクティブ基板の製造工程断面図
【図１１】ＩＰＳ方式の液晶パネルの断面図
【図１２】ＩＰＳ方式のアクティブ基板の平面図
【図１３】ＩＰＳ方式のアクティブ基板の製造工程断面図
【符号の説明】
１ 液晶パネル
２ アクティブ基板（ガラス基板）
３ 半導体集積回路チップ
４ ＴＣＰフィルム
５，６ 端子電極
９ カラーフィルタ（対向するガラス基板）
１０ 絶縁ゲート型トランジスタ
１１ 走査線（ゲート）
１２ 信号線（ソース配線、ソース電極）
１６ 共通容量線
１７ 液晶
１９ 偏光板
２０ 配向膜
２１ ドレイン電極
２２ （透明導電性）絵素電極
２４ ブラックマトリクス（ＢＭ）
３０ ゲート絶縁層（第１のＳｉＮｘ層）
３１ 不純物を含まない（第１の）非晶質シリコン層
３２ エッチング・ストッパ層（第２のＳｉＮｘ層）
３３ 不純物を含む（第２の）非晶質シリコン層
３４ 耐熱バリア金属層（Ｔｉ）
３５ （陽極酸化可能な）低抵抗金属層（ＡＬ）
３７ パシベーション絶縁層
３８ 絵素電極上のパシベーション絶縁層に形成された開口部
４０ （ＩＰＳ液晶パネルの）対向電極
４１（２１） （ＩＰＳ液晶パネルの）絵素電極
５０ （陽極酸化防止）感光性樹脂パターン
５１ 陽極酸化層
６０ （第２の感光性）透明性樹脂
６１ 紫外線
６２ （第２の感光性）透明性樹脂の欠損部
６４ ドレイン電極上の透明性樹脂に形成された開口部
６５ （陽極酸化防止）感光性樹脂パターン
７０ （第１の感光性）透明性樹脂
７１ 陽極酸化可能な金属層
７２ （陽極酸化可能な金属層の）陽極酸化層

Claims (5)

1. 一主面上に、少なくとも、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電極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、
   前記第１の透明性絶縁基板と対向する第２の透明性絶縁基板またはカラーフィルタと、
   前記第１の透明性絶縁基板と前記第２の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に充填された液晶と、を備えるＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、
   前記絶縁ゲート型トランジスタには、チャネル部を保護する絶縁層が形成され、
   前記第１の透明性絶縁基板の前記一主面上に、前記対向電極と走査線とが形成され、
   前記絵素電極と信号線とが前記対向電極と１層以上の絶縁層を介して同一面上に形成され、
   前記絵素電極及び信号線の上面に陽極酸化層が形成され、
   前記絵素電極と信号線との間は、感光性の透明樹脂で埋められて平坦化されていることを特徴とする液晶画像表示装置。
2. 前記感光性の透明樹脂は、その膜厚が前記絵素電極の膜厚と前記絵素電極上に形成された前記陽極酸化膜の膜厚との和に等しくなるよう形成されたことを特徴とする請求項１記載の液晶画像表示装置。
3. 一主面上に、少なくとも、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電極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、
   前記第１の透明性絶縁基板と対向する第２の透明性絶縁基板またはカラーフィルタと、
   前記第１の透明性絶縁基板と前記第２の透明性絶縁基板またはカラーフィルタとの間に充填された液晶と、を備えるＩＰＳ方式の液晶画像表示装置であって、
   前記絶縁ゲート型トランジスタには、チャネル部を保護する絶縁層が形成され、
   前記絶縁ゲート型トランジスタの上面に第１の透明性樹脂が形成され、
   上面に陽極酸化層を有する前記絵素電極と、走査線上及び信号線上に設けられるとともに上面に陽極酸化層を有する対向電極とが、前記第１の透明性樹脂上に形成され、
   前記絵素電極と前記対向電極との間は、感光性の第２の透明性樹脂で埋められて平坦化されていることを特徴とする液晶画像表示装置。
4. 前記第２の透明性樹脂は、その膜厚が前記絵素電極の膜厚と前記絵素電極上に形成された前記陽極酸化膜の膜厚との和に等しくなるよう形成されたことを特徴とする請求項３記載の液晶画像表示装置。
5. 前記第１の透明性絶縁基板の平坦化された面上にラビング処理が施された配向膜が形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液晶画像表示装置。

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