JPS6165288A - 画像表示用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液晶と組み合わせることによって構成される画
像表示装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 液晶表示装置において液晶セルの動的動作を司ｔｉじと
し、多重化全実現するためにはトランジスタやダイオー
ドなとの−ＪＩ＆Ａ形スイッチと液晶セルよりなる単位
絵素を２次元のマトリクスに配列するとともにそれらを
相互接続する必要がある。

第１１ン１は非線形スイッチとして絶縁ゲート型（ＭＩ
Ｓ）トランジスタ１を用いた場合の等価（ロ）路を示す
。走査線３にゲートパルスが印加サレル１と横方向のト
ランジスタ群は一斉にＯＮ状態になりゲートパルスが印
加されている期間中に信号線４より一斉にあるいは１１
？次に（、／１＋、Ｙ２．・・・・・・ｙｊ）画像信号
を液晶セル２に電気的に書き込む。ゲートパルスを縦方
向に（ｘ４１　’、２１・・・・・・ｘｌ）順次走査す
ることによって全画面の書き込みが完了し、７与びゲー
トパルスを縦方向に走査することによって多重化が容易
に達成きれる。液晶セル２に書き込まれた画像に対応す
る信号電圧はトランジスタ１のＯＦＦ抵抗および液晶セ
ル２の抵抗分を通して放電していくが、通常これらの抵
抗は十分高くて液晶セル２両端の電位差の変化は画像表
示には支＃をきたさないように設計的手法が考慮てれる
。

液晶セル２のもう一方の電極６は共通電極として全絵素
共通に構成づれ、適当な電位に固定てれる。

トランジスタ１のＯＦＦ抵抗あるいは液晶セル２の抵抗
が低い場合や階調性を重視した画像が欲しい場合には補
助容量６を液晶セル２に並列に加えるか、あるいは液晶
セル２とトランジスタ１との接続点と接地点５との間に
加える手法が知られている。

でて、このような画像表示装置の製作にあたって問題と
なるのはトランジスタ１の’Ｌ’＋−性のばらつきてあ
ろう。トランジスタ１に要求される性能は１ず大きなｏ
ｎ電流と小でなｏ　ｆ　ｆ　’重加であり、これは高い
コントラスト比を得るだめに必要であり、つぎにしきい
値電圧が揃っていないと画像の輝度レベルにむらが生じ
る。これらの諸址が小さなばらつきに納１って形成され
るためには、ＭＩＳトランジスタ全構成する成分である
半導体材料、ゲート絶縁膜などの膜質夕膜厚が均一であ
るばかりでなく、チャンネル長りやチャンネル幅Ｗも揃
っていなければならないことは明らかであろう。

超ＬＳＩ技術に代表されるシリコン系半導体装置におい
ては装置開発および材料開発が活発で、今や材料的には
直径８インチの単結晶シリコン基板が存在し、６インチ
対応の各種薄膜生成装置。

食刻装置゛、写真食刻装置が稼動しつつある。超ＬＳＩ
技術を適用すれば単結晶あるいは多結晶シリコンを用い
て先述した特性を有するＭＩＳ）ランジスタを１枚のウ
ェーハ上に多数形成することは歩留りの低下を除けば極
めて容易である。しかしながら６インチ以上の大きき、
例えば２０６ｍＸ２０Ｃｍの太き嘔の画像表示装置を得
ようとすると半導体材料からして単結晶の物は望めず多
結晶捷だは非晶質にならざるを得ないし、写真食刻技術
においてもパターン精度は１０μｍ程度に！で低下し、
スクリーン印刷ではパターン精度は５０μｍ程度が限界
である。加えて基板がカラスなどでは熱工程における軟
化？伸びが発生してパターニングの合わせ精度も低下せ
ざるを得ない。

このような制限のもとでは半導体材料の膜質の劣悪σが
１ず問題となり、例え膜質の均一性が保証てれてもバタ
ーニング楯！並の低下に伴なうＭＩＳトランジスタの相
互コンダクスの低下とあいまって画像表示装置のスイッ
チング素子としての性能を満足させることは非常に困難
である。例えば単結晶シリコンと非晶質シリコンでは移
動度が電子の場合１０００ｃａ　／　Ｖ−ｓｅａと１　
ｃ＄　／　Ｖ−ｓｅｃで３桁異なり、さらにチャネルの
形状比Ｗ／Ｌもノシターン精度の低下により向上が望め
ないとなると、同じ太き芒の絵素を駆動するだめに必要
なＷ／Ｌは非晶質シリコンの場合には！Ｙ１結晶結晶コ
リコン合の１００〜１００ｏ倍となり開口率を著しく下
げることは明白であろう。

半導体材料に良質な物が得られにくいこと、膜厚や膜質
のばらつきとパターン精度の低下は大面積になれはなる
ほど大きくなることなどの理由により大画面の画像表示
装置の製作は困難であるのが現状である。

発明の目的 本発明はかかる現状に鑑みなされたものであり大画面の
画（３）表示装置の製作を容易ならしめること金目的と
する。

発明の４１ｎ　ｐｓｉ。

本発明においては非線形スイッチであるＭＩＳトランジ
スタを別途多数用意しておき、別工程で製作したガラス
板上に組み込むことによりアクティブマトリクスを得る
構成となっている。

実施例の説明 第２図は本発明によるアクティブマトリクスの平面配置
図である。ＭＩＳＩ−ランジスタ１はソースまたはドレ
イン８、ゲート９、ドレインまたはソース１ｏを有し、
それらは各信号線４、走査線絵素電極７に接続されてい
る。、第３図は単位絵素の平面図であり、Ａ−Ａ’線上
の断面図か第４図に示されている。

本発明による画像表示装置の製作方法は以下に述べる通
りである。１ず絵素に対応して透光性絶縁基板例えばガ
ラス板１１上に開口部１２を形成する。その形成方法は
問わないが保谷硝子社製の感光性ガラスＰＫＧ３を用い
ると簡便であろう。

つぎに第１の開口部１２を第１の導電層１３で埋めてほ
ぼ平坦とする。開口部１２は１咽程度と深いのでメッキ
などの他に導電性塗料ｆカーボン微粒子を塗り込んで埋
めるとよい。そして開口部１２を含んで導電性の透明絵
素電極７をガラス板１１の一主面上に選択的に被着形成
する。その後ガラス板１１の他の主面上に開口部１２を
含んで第１の感続パターン１４と第１の分枝部４′を有
する信号線４を第１の金属例えばムｅで選択的に被着形
成する。ついで全面に透光性絶縁膜例えば５ｉ０２１５
を破着し、分枝部４′および第１の接続パターン１４土
にそれぞれ第２．第３の開口部１６．１７を形成し、そ
れらの開口部はメッキなどの手法により第２の導電層例
えばＡｕなどで埋めて１８　、１８’としほぼ平坦とし
ておくことが望ましい。続いて絶縁膜１５上に開口部１
６．１７を含んで；ｌ’、　２　、第３の接続パターン
１９　、２０と第２の分枝部ゴを有する走査Ｊ３を第２
の金属例えはＡ５で選択的に被着形成する。

−上面」二にソースまたはドレイン、ゲート、ドレイン
またはソースに対応して例えばＡｕよりなるバンプ状の
電極８’、　９’、　１０”ｉ有し、バンプ電極以外は
パタ−ン精度のために絶縁膜２１を被着された半導体チ
ップ２２を別途準備しておき、半導体チップ２２を上記
ガラス板１１上に配布し、熱圧着などの手法によってバ
ンプ電極８’　、　９’　。

１０′と第２の接続パターン１９、分枝部３′、第３の
接続パターン２ｏとを合金化して、半導体チップ２２を
ガラス板１１上に固定する。

この後は通常の液晶セルの組立と同じ工法で、一主面上
に全面に透明電極２３を被着された第２の透光性絶縁基
板例えはガラス板２４と、半導体スイッチを裏面に組み
込まれた上記ガラス板１１とを適当なンール材を用いて
対向てせ、それらの間隙に液晶２５を圧入してセル化す
れば本発明による画像表示用装置が完成する。そして液
晶２５の材質に応じて偏光板２６．２７ｆセルに貼付す
れば液晶画像表示装置が得られる。−組の偏光板２６．
２７は必らずしも対である必要はなく、壕だ反射板をい
ずれかの偏光板に瓦・着させることにより反射型の７夜
品画像表示装置として動作させることかできることは言
うまでもないだろう。なお２８は偏光板２７を同定する
ための基板にすぎず、透光性の絶縁基板例えばガラス板
でよく、上記ガラス板１１［接着または固定して用いら
れる。半導体チップ２２を保護するだめの透明絶縁性樹
脂が上記ガラス板１１に塗布しであるならは前記２８は
不要とすることもできる。

透明電極７，２３上には液晶分子を配向σせるための配
向膜および配向処理が必四であるが、ここでは詳細は省
略する。

以上の説明からも明らかなように、第２の導電層１８　
、１８’と、第１および第２の分枝部４′、３′そして
第２と第３の接続パターン１９．２０は必須の構成要素
ではない。半導体チップ２２上のバンプ状電極８’、９
’、１０’　　がそれぞれは対線４、走査線絵素型＠１
７に接続されれば本発明の要点は満たされ、例えば第２
の導電層１８．１８’は開口部１６．１７の穴径が大き
く、かつ絶縁層１５が１μｍ程度と薄ければ上記電極８
’、９’、ＩＣ）’は直接上記パターン４’　、　３’
　、　１４に接続できるし、斗た分枝部４′、３′の位
置はフォトマスクのパターン配置上の設計的１ｒ　Ｊｆ
＋　ｃ・こすぎないからである。

第６図、第６図（は本発明の他の実施例にかかる画像表
示装置である。前述したＭＩＳトランジスタに単結晶７
１ノコン素子を用いると基板バイアス効宋を避けるため
に基板電位を同定する必要がある。そのだめの手法がこ
の実施例で、単結晶シリコンチップ２２の一主面上には
バンプ状のソースまたはドレイン電極８′、ゲート電極
９′、ドレインまたはソース電極１０′に加えて基板型
ＴｊｊＪＩ２９が形成されている。基板電極２９に接続
される導電性パターン３０は当然ながら透光性絶縁膜１
６上に形成されるので必然的に走査線３とは平行になる
。

そしてパターン３０が不透明であると液晶セル中を通過
する光が減少するので、好１しくにその材質に透明性の
例えはＩＴＯを用いるべきである。

ＩＴＯとＡｕバンプは合金を形成しにくいので、基板電
極２９とＩＴＯよりなる導電性パターン３０との接続点
には第２の金属よりなる第４の接続パターン３１を介在
させればよい。

基板電位を固定する別の手法が第７図、第８図に示され
る本発明の別の実施例である。この実施例においては基
板電位を固定するための接続は単結晶／リコンの半導体
チップ２２の′Ｘ而に与えられる。第３のガラス板２８
の一主面上に導電性パターン３２を被着形成し、導電性
パターン３２が半導体チップ２２の裏面と重なるように
圧着すればよい。導電性パターン３２が金属材料であっ
てもその配置場所が走査線３または信号線４と重なる領
域であれば開口率を低下させる恐れは皆無であり、熱圧
着によって半導材チップ２２の裏面と合金化するような
材質を選んで半導体チップ２２と導電性パターンとの接
＆、全確実とすることもできる。あるいは透明導電膜を
一］−面土に全面に被着されたガラス板２８を圧着また
は導電性塗料を併用して半導体チップ２２の裏面と接続
してもよく、この場合にも開口率は低下しない。

第９図、第１０図は本発明のもうひとつの実施例にかか
る画像表示用装置の平面配置図および同装置に用いられ
る半導体チップの内部回路＋７４である。既に述べたご
とく、本発明による画像表示用装置では非常に多くの半
導体チップが必要である。

そこで、１つの半ノ、ｑ体チップで複数個の絵素を駆動
するような回路構成とチップ配列を併用することにより
半導体チップ数と接続個所の削減を泪り工程の簡略化と
歩留および信頼外の向−１−全達成せしめたものである
。第９図は例えば４個の絵素を駆動するだめの電Ｉｆ購
成の一例を示し、半導体チップ１００の一主面上に形成
されるバンプ状の電極数は４個のドレインまたはソース
１０１〜１０４と、２個のゲート１０６，１０６と２個
のソース１だはドレイン１０７　、１０８の８個であり
、１絵素毎に１チツプを対応させる場合に比べ、半導体
チップ数は３　（［ａ＋　、バンプ状の電極数は４個減
少する。第１０図はこの時便用される半導体チップ１０
０の内部配置を示したもので、バンプ状の電極数の減少
分に対応して点、腺て示される内部配線が必要であるが
、これらはＡβ配緋、拡散層、ポリノリコンなとの’Ｆ
Ｌ電性線路を適宜組合せることにより容易に達成される
。

発明の効果 以上の説明からも明らかなように、本発明においては非
線形スイッチとして別工程で製作された半導体チップを
絵素ｂｊにある“ハは複数の絵素毎に配置する構成とな
っている。このため画像表示装置の大きさに関係なく非
線形スイッチの特性を揃えることができ、大型の画像表
示装置になるほど画質の均一性の向上が明らかとなる。

寸だ半導体チップはそれ自身パ／ベーノコンによって外
部汚染から保りされるので、基板ガラスや各種金属層な
どに含まれている不純物などが原因で半導体スイッチの
特性が変動したり劣化する恐れも皆無となる。このこと
は同時に原材料のコスト低減や製作工程の簡便化にも大
いに寄与する。画像表示装置を得るためには半導体スイ
ッチを合金化によってガラス基板に組み込む工程と、走
査線、信号線および絵素電極の形成工程が必要であるが
、大画面の画像表示装置においてはこれらの工程では１
０μｍ程度の微細加工は高精細度を目的としない限り不
要で、精々１００μｍもあれば十分である。したがっ′
Ｃ製作工、Ｉ−！ｆの容易さは飛躍的（′こ増すことは
明らかであろう。

なお半導体スイッチ素子に関して、その材質や製作方法
に何らの制御奴がないことは言うまでもなく、ガラス基
板に組み込み易いようにバンプ状の電極が形成されてい
ればよい。また基板も必らずしもガラスである必要はな
く、熱工程２例えばバンプ電極の合金化工程に耐えるだ
けの耐熱性を有する透明性絶縁材であれば十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶セルとＭＩＳ）う／ンスタを組合わせて構
成される画像表示装置の等価回路図、第２図は本発明に
よる画像表示装置の平面配置図、第３図は同装置の単位
絵素部の平面図、第４図は同単位絵素部の要部（第３図
の人−人′線）断面図、第５図は本発明の他の実施例に
かかる単位絵素部の平面図、第６図は同単位絵素の要部
（第５図のＢ　−Ｂ’線）断面図、第７図は本発明の別
の実施例にかかる単位絵素部の平面図、第８図は同単位
絵素の要部（第７図のｃ−ｃ’線）断面図、＄９図は本
発明のもうひとつの実施例にかかる画像表示装置の平面
配置図、第１０図は同装置に使用される半導体素子の内
部配置図である。 １・・・・・ｍｌ５）ランンスタ、２・・・・・・液晶
セル、３・・・・走査線、４・・・・・信号線、７・・
・・・・絵素電極、１１．２４．２８・−・透光性絶縁
層扱、１２゜１６．１７・・・・・開口部、１５・・・
・・・透光性絶縁層、８’、　９’、　１０’、　２９
・・・・・バンプ電極、２２，１００・・・・・半導体
チップ、２３・・・・・・透明電極、２４・・・・・・
液晶、２６．２７・・・・・偏光板、３１，３２・・・
・・導”ＬＬ性パターン。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　１１攻　　男　ほか１
名第１図 第２図 第３図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の導電層によって埋められた第１の開口部を
   有する第１の透光性絶縁基板の一主面上に第１の金属よ
   りなる第１の分枝部を有する信号線または走査線と前記
   第１の開口部を含む第１の接続パターンとが形成され、
   前記第１の分枝部上と第１の接続パターン上に第２と第
   ３の開口部を有する透光性絶縁層が前記第１の透光性絶
   縁基板上に形成され、前記第２と第３の開口部は前記第
   ２の導電層によって埋められ、前記透光性絶縁層上に第
   ２の分枝部を有し前記信号線または走査線と概ね直交す
   る走査線または信号線と前記第２と第３の開口部を含ん
   で第２と第３の接続パターンとが第２の金属よりなって
   形成され、一主面上に形成されたバンプ状のゲート、ソ
   ースおよびドレイン電極以外には絶縁層を被着された半
   導体素子の前記ゲート電極と前記第２の分枝部または第
   ２の接続パターン、前記ソースまたはドレイン電極と前
   記第２の接続パターンまたは第２の分枝部および前記ド
   レインまたはソース電極と前記第３の接続パターンとが
   合金化して接続され、他の主面上に前記第１の開口部を
   含んで第１の透明電極を選択的に形成された前記第１の
   透光性絶縁基板と一主面上に第２の透明電極を形成され
   た第２の透光性絶縁基板との間に液晶を充填してなる画
   像表示用装置。
2. （２）半導体素子が単結晶シリコンチップであって、一
   主面上にゲート、ソースおよびドレイン電極に加えてバ
   ンプ状の基板電極を有し、走査線または信号線と平行な
   接続パターンが透光性絶縁層上に第３の透明導電層より
   なって形成され、前記基板電極と前記接続パターンとが
   第２の金属を介して接続されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の画像表示用装置。
3. （３）半導体素子が単結晶シリコンチップであって、一
   主面上に前記単結晶シリコンチップと接触または接続可
   能な導電性パターンまたは透明導電膜を有する第３の透
   光性絶縁基板と第１の透光性絶縁基板とが前記単結晶シ
   リコンチップの裏面を介して接触または接続されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の画像表
   示用装置。
4. （４）複数の第１の透明電極に接続される同数のソース
   またはドレイン電極と、数を減ぜられた複数のゲート電
   極とドレインまたはソース電極を有する半導体素子に対
   応して単位絵素内で第２の接続パターンまたは第２の分
   枝部が欠除した第１の透光性絶縁基板と前記半導体素子
   が接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の画像表示用装置。