JP3774855B2 - 液晶表示装置と製造方法． - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、低コストで広視野角・高画質の大画面アクティブマトリックス型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
４０インチ以上の大型液晶表示装置を作る場合図４９や図５０にあるように小さな液晶パネルを複数枚接合することで表示画面の拡大を実現していた。
走査線に銅合金を使用するプロセスに関しては、図１の三層構造や、図２の二層構造が学会などで発表されている。
走査線にアルミニウム合金を使用するプロセスは、すでに量産に用いられている。
外部駆動ＩＣとの接合端子部の陽極酸化防止膜としては、ホトレジスト膜が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複数の液晶パネルを接合した表示装置は、接合部の接着強度が弱く、耐振動性の点で問題があり、製品の輸送時に破断の可能性が高い。さらに複数の液晶パネルのはり合せの場合、個々の液晶パネルの色調が異なるために、画面全体の色調をあわせこむことは非常にむずかしい。
【０００４】
４０インチ以上の液晶パネルを１枚のガラス基板で作る場合、走査線と映像信号配線の抵抗の問題が生じます。走査線に銅を用いる場合ガラスと銅の接着力を強くし、銅の表面の酸化を防止するために図１の構造が提案されているが、大画面の場合ゴミや異物の付着が多くなり走査線と映像信号配線のショートが多発する。図２の場合銅に数％のＣｒを混入させており４００℃の熱酸化により銅の表面にＣｒの酸化物を形成することで走査線と映像信号配線のショートを防止している。しかし４００℃の熱処理では、大型基板の場合熱変形が生じやすく量産には適用しにくい。
【０００５】
横電界方式の液晶モードでは視野角は広くなるが、見る角度により色調が変化するカラーシフトの問題があり、画像の品質はまだ良くない。さらに走査線と共通電極を同時に形成したり、陽極酸化プロセスを適用しないために走査線と共通電極のショートや走査線と映像信号配線のショート、共通電極と映像信号配線のショート、共通電極と画素電極のショートが多発している。
【０００６】
陽極酸化処理も従来のホトレジストを用いたプロセスでは、せいぜい８０Ｖ程度の陽極酸化電圧しか印加できないのでアルミニウムの酸化膜厚は１０００Å程度が限界であった。ゲート絶縁膜としてはこれだけでは絶縁耐圧が小さいのでプラズマＣＶＤプロセスを用いたＳｉＮｘ膜を３０００Å〜４０００Åさらに追加形成していた。ＳｉＮｘ膜厚が厚いために装置の稼働効率が悪るく生産性に問題があった。
【０００７】
陽極酸化処理プロセスでは、電極が電気的に連結されていない場合には、酸化反応がおこらず酸化膜は形成されない。島状に分離された電極の構造を採用できないという制限があり設計とプロセスの自由度が少ないという問題があった。
【０００８】
従来のカラーフィルターのブラックマスク（ＢＭ）は、マトリックス状になっており、対向するＴＦＴ基板との合着時のアライメント精度は、横方向と縦方向の両方に要求される。基板が大きくなってきた時にブラックマスクのパターン幅を太くしなければ合着不良が多発する問題があった。マトリックス状のブラックマスクの制作精度も横方向と縦方向の両方の精度が要求されるために、高価なホトリソ法を用いなければならないという問題があった。
【０００９】
本発明は、これらの課題を解決する手段を提供するもので、その目的とするところは、大型液晶表示装置をはり合せることなく一枚の基板で実現しどこから見ても色調変化のない高品質の画像を安価に製造できる方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、上記目的を達成するために本発明では以下の手段を用いる。
【００１１】
基板上に走査線と映像信号配線と、前記走査線と映像信号配線との各交差部に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、少なくとも一部が前記画素電極と対向して形成された共通電極とを有するアクティブマトリックス基板と、前記アクティブマトリックス基板に対向する対向基板と、前記アクティブマトリックス基板と前記対向基板に挾持された液晶層とからなる液晶表示装置において、
〔手段１〕前記走査信号線がアルミニウム合金と銅とからなり、アルミニウム合金が銅を完全にひふくした構造となっており、映像信号配線との交差部のアルミニウム合金の表面には、アルミニウム酸化物層が形成されている構造とした。映像信号配線と交差する共通電極も走査信号線と同様な構造とした。
【００１２】
〔手段２〕前記走査信号線や共通電極を陽極酸化する時に、陽極酸化しない部分の保護膜として、無機絶縁膜やアモルファスカーボン膜を用いる。
【００１３】
〔手段３〕前記走査信号線や共通電極の表面にアルミニウムの酸化膜を形成する方法として高温水蒸気酸化法を用い、水蒸気酸化しない部分の保護膜として、無機絶縁膜やアモルファスカーボン膜を用いる。
【００１４】
〔手段４〕正の誘電率異方性液晶（Ｐ型ＬＣ）を用いる場合、走査信号線と映像信号配線は、直線状に形成し、画素電極と画素電極に対向する共通電極は、液晶配向方向に対し、０度をのぞく±１度〜±４５度の角度の範囲で屈曲している構造とした。
【００１５】
〔手段５〕負の誘電率異方性液晶（Ｎ型ＬＣ）を用いる場合、走査信号線と映像信号配線は、直線状に形成し、画素電極と画素電極に対向する共通電極は、液晶配向方向に対し、９０度をのぞく４５度〜１３５度の範囲で屈曲している構造とした。
【００１６】
〔手段６〕正の誘電率異方性液晶（Ｐ型ＬＣ）を用いる場合、一画素内では、画素電極と共通電極とは、平行に直線状になっているが、隣接する二画素の領域では、画素電極と共通電極が液晶配向方向に対して、０度をのぞく±１度〜±４５度の範囲で屈曲している構造とした。
【００１７】
〔手段７〕負の誘電率異方性液晶（Ｎ型ＬＣ）を用いる場合、一画素内では、画素電極と共通電極とは、平行に直線状になっているが、隣接する二画素の領域では、画素電極と共通電極が液晶配向方向に対して、９０度をのぞく４５度〜１３５度の範囲で屈曲している構造とした。
【００１８】
〔手段８〕薄膜半導体層が走査信号線の上側と下側の２つの画素領域にはみ出すように形成され、上側と下側の２つの画素領域の共通電極と絶縁膜をかいして、かさなりあっている構造とした。
【００１９】
〔手段９〕共通電極と画素電極と映像信号配線が、それぞれ絶縁膜をかいして、各層に分離形成されており形成順番が、共通電極、画素電極、映像信号配線の順番で形成されている構造とした。
【００２０】
〔手段１０〕アルミニウム合金の表面にタングステン膜を選択成長させてから酸化物透明導電膜を形成する接合構造とした。
【００２１】
〔手段１１〕走査信号線を形成した時に同時に形成された共通電極と画素内の共通電極とが、ゲート絶縁膜とパッシベーション絶縁膜の２層の絶縁膜にあけられたコンタクトホールをとうして接続されている構造とした。
【００２２】
〔手段１２〕走査信号配線を形成した時に同時に形成された画素電極と、映像信号配線を形成した時に同時に形成された画素電極とが、ゲート絶縁膜にあけられたコンタクトホールをとうして接続されており共通電極は、映像信号配線と有効画面内で交差することなく平行に配置された構造とした。
【００２３】
〔手段１３〕カラーフィルター基板のブラックマスクが対向する基板の映像信号配線と同様に直線状または屈曲した線状に形成され、画面の有効領域内では、互いに連結されることなく分離独立した平行線として配置された構造とした。
【００２４】
【作用】
従来の図１の構造の場合、走査信号線形成後大気放置した場合に、走査信号線の側壁の銅が露出しているために水分吸着により銅の酸化が生じやすい。そのために、窒素雰囲気での保管が必要となる。手段１を用いることでガラス基板に接着力のあるアルミニウム合金が銅をくるんでいるために、銅はがれは生じない。アルミニウム合金の表面には、酸化膜が形成されているために、銅の酸化は生じない。図１の構造では、走査信号線の上にゴミが付着すると、映像信号配線と走査信号線のショートが多発するので歩留りをあげることがむずかしいが、手段１を用いることで、ゴミの付着があっても、アルミニウム酸化膜が存在するためにショートすることは完全になくなり、歩留りを大幅に向上することが可能となる。
【００２５】
従来の図２の場合には銅合金の保護膜を形成するのに、４００℃以上の高温熱処理が必要である。大型基板の場合、熱処理による基板変形が生じやすく、装置のコストも高く昇温降温に時間が、かかるので生産性に問題があった。手段２を用いることで室温状態でピンホールのないアルミニウムの酸化膜を保護膜として作れる。プラズマＣＶＤで形成されるＳｉＮｘなどの無機絶縁膜やアモルファスカーボン膜を用いることで陽極酸化電圧１５０Ｖ以上を印加可能となるので約２０００Å以上のアルミニウム陽極酸化膜を形成できる。このためゲート絶縁膜▲４▼の膜厚は１０００Å〜２０００Åもあれば十分なので、Ｐ−ＣＶＤ装置の生産性効率が大幅に向上する。
【００２６】
手段３を用いることで、島のように分離独立したゲート電極や、共通電極、画素電極のアルミニウム合金表面にアルミニウム酸化膜を形成することができる。ＳｉＮｘなどの無機絶縁膜やアモルファスカーボン膜は３００℃付近でも十分に耐熱性があるので、膜はがれが生じない。バッチ処理が可能で、減圧状態で酸化反応速度をコントロールすることができるので、大型基板でも均一な膜厚を形成できる。
【００２７】
手段４，手段５，手段６，手段７を用いることで、従来のブラックマスクのパターンを利用することができ、カラーフィルターのパターンは直線状になるので、コストの安い印刷法によって製造ができる。ブラックマスクやカラーフィルターが直線状でも画素内部の画素電極は液晶配向方向にジグザグに屈曲しているので、図１６，図１７にあるように液晶分子の回転運動方向は、左回転と右回転に分かれるために、色調の変化は生じない。階調反転領域も液晶分子の回転運動方向が左回転、右回転に分かれるために液晶プレチルト角依存性がなくなるので、大幅に改善できる。そのために白と黒の反転した異常な画像がなくなるので自然な美しい映像が得られる。
【００２８】
手段８と手段１３を用いることでブラックマスクが直線状または直線状に近い形状になるのでコストの安い印刷法でブラックマスクを形成することができる。さらにカラーフィルター基板とＴＦＴ基板の合着アライメント精度は、映像信号配線方向の精度をゆるくすることができるようになるので、合着アライメント作業がやりやすくなる。作業速度が向上し、アライメント不良も減少するので生産効率が大幅に向上する。
【００２９】
手段９を用いることで映像信号配線と共通電極と画素電極がショートすることがなくなり、点欠陥が激減する。歩留りが大幅に向上する。映像信号配線にアルミニウム合金を用いることができるので、画面サイズが、４０インチ以上になっても信号波形の遅延の問題は生じない。共通電極と画素電極には、抵抗値の大きいクロムＣｒ金属や高融点金属のシリサイド、ＭｏＴａ合金、ＭｏＷ合金、ＭｏＴｉ合金、透明導電体膜（ＩＴＯ）などが利用できるので材料の選択の自由度が広くなる。
【００３０】
手段１０を用いることで、接続端子部のアルミニウム合金表面の酸化を防止することができる。アルミニウム合金と透明導電体膜（ＩＴＯ）の接合の中間層にタングステンを低温選択成長させることで透明導電体膜からＡルミニウム合金への酸素原子の移動が防止できるのでアルミニウム合金の表面に酸化アルミニウム層が形成されなくなる。コンタクト不良が発生しなくなるのでＴＡＢ実装の歩留りが向上する。
【００３１】
手段１１，手段１２を用いることで、共通電極と画素電極は、絶縁膜層をかいして分離形成されているので、それぞれの電極のパターン不良が生じてもショートは発生しない。画素の点欠陥が激減する。共通電極が映像信号配線と交差することなく平行配置することができるので映像信号配線の信号極性と逆極性の信号波形電圧を対応する共通電極に印加することができる。このために、映像信号電圧を小さくすることができコストの安い低電圧駆動ＩＣを使用することが可能となる。ドット反転駆動方式で画像を表示できるのでフリッカーやストロークの少ない良好な画像を表示できる。
【００３２】
手段４，５，６，７を用いることで、偏光板の偏光軸を液晶パネルの長軸方向と短軸方向に、平行か垂直に配置するようになるので、偏光板の切断の角度出しが簡単になり、むだのない偏光板切断が可能となる。偏光板のコスト低下が可能となる。
【００３３】
【実施例】
〔実施例１〕図３，図２２，図３３は、本発明の第１の実施例であり、薄膜トランジスタを構成する走査信号配線部分の断面図と平面図である。配線抵抗を下げるために図３，図２２にあるように銅や銅合金▲３▼をアルミニウム合金▲９▼が被覆した構造になっている。アルミニウム合金の表面には、陽極酸化処理や高温水蒸気酸化処理により、アルミニウム酸化膜▲１０▼が形成されている。図２２，図２３にあるように薄膜トランジスタ部分のゲート電極部分に、銅や銅合金が存在しない構造も可能である。本発明は、銅や銅合金の被覆金属としてアルミニウム合金を例としてあげたが、タンタルやニオブ、チタンなどの陽極酸化処理可能な金属を用いることも可能である。
【００３４】
〔実施例２〕図３，図５は本発明の第２の実施例であり、製造プロセスを説明する図である。駆動ＩＣを接続するための接続端子部の製造プロセス断面図と平面図である。図４の場合、ガラス基板全面にアルミニウム合金▲９▼をスパッタリング蒸着後、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜▲１２▼を形成する。次にホトレジストをコートして接続端子部の形状を露光、現像して形成する。その後ドライエッチングによりＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜を接続端子部の形状に加工してから、アルミニウム合金をエッチングしてアルミニウム合金を接続端子部の形状に加工する。次に再度ホトレジストをコートして接続端子部のコンタクトホール部分のみに陽極酸化防止保護膜としてのＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜▲１２▼を残す。ホトレジストを剥離した後、陽極酸化処理をほどこしアルミニウム合金表面が露出している部分のみに、アルミニウム酸化膜を形成する。図４のプロセスの場合には、アルミニウム合金のエッチングにホトレジストが用いられない高温アルカリウェットエッチング法を用いることが可能となる。これにより、走査信号配線の超テーパーエッチング加工が簡単にできる。
【００３５】
図５の場合には、アルミニウム合金を接続端子部の形状に加工した後、ガラス基板全面にＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜▲１２▼を形成する。次にホトレジスト工程を用いて接続端子部のコンタクトホール部分のみに、陽極酸化防止保護膜としてＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜▲１２▼を加工して残す。ホトレジストを剥離した後陽極酸化処理をほどこしアルミニウム合金が露出している部分のみにアルミニウム酸化膜を形成する。図５１のように走査線の局部だけ酸化しても良い。
【００３６】
図４，図５のプロセスで接続端子部のコンタクトホール部に陽極酸化防止保護膜を残すのに、ホトレジスト工程を用いる必要はない。アルミニウム合金が接続端子部の形状に加工された後は、ホトレジスト工程のかわりに、印刷法や、ディスペンサーによる直接描画方法を用いることで、接続端子部のコンタクトホール部に陽極酸化防止保護膜を残すことも可能である。ここでは、アルミニウム合金を例としてあげたが、陽極酸化可能な金属であるタンタルやニオブなどでも適用可能である。陽極酸化防止保護膜として塗布法を用いた無機絶縁膜も適用可能である。
【００３７】
〔実施例３〕実施例２と同様に、図４，図５が、本発明の第３の実施例を説明する図である。実施例２で用いた陽極酸化処理法でかわりに高温水蒸気酸化処理法を用いて、アルミニウム合金の表面にアルミニウム酸化膜を形成している。陽極酸化法では酸化膜を形成したい部分は陽極に電気的に連結していなければならないが、高温水蒸気酸化法では、島状に分離独立していても、アルミニウム合金の表面にアルミニウム酸化膜を形成することが可能である。図７の共通電極▲１４▼や、図１１の共通電極▲１４▼，図２６，図２７の画素電極▲３５▼は、図５３，図５４にあるように島状に分離独立している。陽極酸化法ではこれらの分離独立した電極の表面に酸化膜を形成することはできないが、高温水蒸気酸化法ならば酸化膜形成が可能である。減圧高温水蒸気酸化法ではバッチ処理による多数枚基板同時処理が可能である。大気圧以下の減圧高温水蒸気酸化法では酸化膜の形成速度が遅いが、正確に膜厚をコントロールすることができる。大気圧での常圧高温水蒸気酸化法では、基板の連続枚葉式処理が可能であり、基板の大型化に対応可能である。陽極酸化処理は室温付近の低温処理が可能であるが、高温水蒸気酸化処理は、反応速度を高めるために１００℃〜３５０℃あたりで処理される。高温水蒸気酸化には、超純水を用いるので生産コストは非常に安く、安全性が高い。
【００３８】
〔実施例４〕図６，図７，図８，図９，図１０は、本発明の第４の実施例の断面図と平面図である。走査信号配線▲１３▼と映像信号配線▲１７▼は、直線状に配置されているが、画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▼２１▼は１画素内部で屈曲している。図１６にあるように正の誘電率異方性液晶を用いる場合、画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は、液晶配向方向に対して０度をのぞく±１度〜±４５度の角度の範囲で屈曲している。図７，図８，図１０では１画素内部で屈曲数は１つだけであるが、屈曲数が２以上でも良い。このような構造の場合図１６にあるように正の誘電率異方性液晶は、１画素内部で左回転と右回転の２つの回転運動をすることができる。これにより中間調領域での階調反転が発生しなくなり、色調変化も発生しなくなる。
【００３９】
〔実施例５〕図６，図７，図８，図９，図１０は、本発明の第５の実施例の断面図と平面図である。実施例４とまったく同様に走査信号配線▲１３▼と映像信号配線▲１７▼は、直線状に配置されており、画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▼２１▼は１画素内部で屈曲している。図１７にあるように負の誘電率異方性液晶を用いる場合、画素内部の画素電極▼１８▼と共通電極▼２１▼は、液晶配向方向に対して９０度をのぞく４５度から１３５度の範囲で屈曲している。図７，図８，図１０では１画素内部で屈曲数は１つだけであるが、屈曲数が２以上でも良い。このような構造の場合図１７にあるように負の誘電率異方性液晶は、１画素内部で左回転と右回転の２つの回転運動をすることができる。これにより中間調領域での階調反転が発生しなくなり、色調変化も発生しなくなる。
【００４０】
〔実施例６〕図９，図１１，図１２，図１３，図１４，図１５，図３８，図３９は、本発明の第６の実施例の断面図と平面図と配置図である。画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は、直線状に配置され、屈曲していないが、隣接する二画素の領域内では、画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は屈曲した構造となるように配置されている。正の誘電率異方性液晶を用いる場合、液晶配向方向に対して０度をのぞく±１度から±４５度の角度で屈曲している配置になっている。
【００４１】
〔実施例７〕図９，図１１，図１２，図１３，図１４，図１５，図３８，図３９は、本発明の第７の実施例の断面図と平面図と配置図である。画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は直線状に配置され、屈曲していないが、隣接する二画素の領域内では、画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は、屈曲した構造となるように配置されている。負の誘電率異方性液晶を用いる場合、液晶配向方向に対して９０度をのぞく４５度から１３５度の範囲で屈曲している配置になっている。実施例６，実施例７ともに、液晶分子は１画素内では、１方向の回転運動しかしないが、隣接する二画素以上の領域では、液晶分子は、左回転と右回転の２つの方向の回転運動が可能となる。これにより実施例４，実施例５と同じように、中間調領域での階調反転が発生しなくなり、色調変化も発生しなくなる。
【００４２】
〔実施例８〕図２０，図２１は、本発明の第８の実施例の平面図と断面図である。薄膜半導体層▲３２▼が走査信号配線▲１３▼の上側と下側の２つの画素領域にはみ出し、上下の２つの画素領域の共通電極▲２１▼と、絶縁膜層▲４▼をかいしてかさなりあった構造となっている。この構造により薄膜半導体を形成したガラス基板の下側に配置されたバックライトの照明光は、走査信号配線方向にブラックマスクがなくても光がもれることがない。これによりカラーフィルター側のブラックマスクは図１８，図１９のような直線状の構造でも良好なコントラストが得られるのである。画素電極▲１８▼と薄膜半導体層が保護絶縁膜▲２３▼をかいしてかさなりあうような構造も同じ効果をもつが、画素電極▲１８▼と薄膜半導体層▲３２▼がショートした場合には、中間調領域での表示が異常になりやすい。本発明の構造の場合には、共通電極▲２１▼と薄膜半導体層▲３２▼がショートしても共通電極の電位変動は少なく、中間調領域での表示不良は生じない。
【００４３】
〔実施例９〕図２８，図２９，図３０，図４０，は本発明の第９の実施例の断面図と平面図である。走査信号配線▲９▼と共通電極▲１４▼を同時に形成した後、陽極酸化処理をしてから、画素内共通電極▲２１▼を形成する。次にゲート絶縁膜▲４▼と薄膜半導体層▲５▼とリンをドープしたｎ＋半導体層▲６▼を形成する。薄膜半導体素子をドライエッチングにより島状に分離した後コンタクトバリアー金属▲１６▼を用いて画素電極▲１８▼を形成する。トランジスタ部のチャネル部のｎ＋半導体層をドライエッチングにより取りのぞいた後保護絶縁膜▲２３▼を形成する。映像信号配線コンタクトホール▲３７▼をあけてから映像信号配線▲１７▼を形成する。この工程により画素内共通電極▲２１▼と画素電極▲１８▼と映像信号配線▲１７▼は、それぞれ絶縁膜層をかいして各層に分離形成されるのでパターン不良が発生してもショートすることがないので画像の点欠陥がいちじるしく減少する。本発明の実施例ではチャネルエッチング型の薄膜トランジスタの構造を例としてあげたが、エッチングストッパー型の薄膜トランジスタにも適用可能である。
【００４４】
本発明の応用例として、図４１，図４２，図４３，図５５，図５６にあるように従来の縦電界液晶駆動モードであるＴＮモードやＶＡ（垂直配向）モードの液晶表示装置にも適用可能である。付加容量形成共通電極▲４７▼を形成後画素電極▲３８▼を作り、最後に映像信号配線▲１７▼を形成する。それぞれ上記３つの電極は、絶縁膜層をかいして各層に分離形成されるのでパターン不良が発生してもショートすることがないので画像の点欠陥がいちじるしく減少する。
【００４５】
〔実施例１０〕図３２，図３３，図３４は、本発明の第１０の実施例の断面図である。アルミニウム合金と酸化物透明導電膜の直接接合では、アルミニウム合金と酸化物透明導電膜の酸素が反応して抵抗の高いアルミニウム酸化膜が接合面に形成され、コンタクト不良となる。モノシランＳｉＨ４ガスと六フッ化タングステンガスの反応を利用すると、Ｓｉや金属表面だけへのタングステン金属の選択成長が１００℃〜２００℃の低温で可能となる。反応式は、下記のとうりである。
２ＷＦ６＋３ＳｉＨ４→２Ｗ＋３ＳｉＦ４＋６Ｈ２
画素電極コンタクトホール▲２４▼や画素内共通電極コンタクトホール▲１９▼をあけてアルミニウム合金の表面が出た後、アルミニウム合金の表面にタングステンの選択成長をおこなう。タングステン膜が３００Å〜５００Å程度成長しコンタクトホールの全面をおおうようになるまで選択成長をおこなう。その後酸化物透明導電膜を形成し画素電極▲３８▼や画素内共通電極▲４２▼を作る。
タングステン膜が酸素原子の移動を防止するバリアーメタルとして作用するのでコンタクト不良の発生がおさえられる。図３１，図３５，図３６，図３７にあるように接続端子部のアルミニウム合金の表面に、タングステンの選択成長をおこなうことで接続端子部のコンタクト不良を防止することも可能となる。
【００４６】
〔実施例１１〕図６，図７，図８，図４４，図４７は、本発明の第１１の実施例の断面図と平面図である。図７，図８の平面図の中で走査信号配線▲１３▼と同時に形成された共通電極▲１４▼だけをわかりよく書いたものが図５３と図５２である。画素内共通電極▲２１▼と下地共通電極▲１４▼は、陽極酸化処理されていない酸化防止保護膜のある部分▲１２▼にあけられたコンタクトホール▲１９▼をとうして接合されている。コンタクトホール▲１９▼は、ゲート絶縁膜▲４▼とパッシベーション絶縁膜▲２３▼の２層の絶縁膜を通してあけられている。画素電極▲１８▼は、これらの２層の絶縁膜をかいして下地共通電極▲１４▼とかさなりあうことで、付加容量を形成している。共通電極が陽極酸化処理されている場合には、陽極酸化膜▲１０▼と、ゲート絶縁膜▲４▼とパッシベーション絶縁膜▲２３▼の３層の絶縁膜をかいして画素電極▲１８▼と下地共通電極▲１４▼がかさなりあっている。これら２重、３重の絶縁膜により画素電極▲１８▼と下地共通電極▲１４▼のショートはほとんど発生しなくなり点欠陥が激減することで歩留りが大幅に向上する。
【００４７】
〔実施例１２〕図２５，図２６，図２７，図４８は、本発明の第１２の実施例の断面図と平面図である。図２６，図２７の平面図の中で走査信号配線▲１３▼と同時に形成された画素中央部の下地画素電極▲３５▼だけをわかりよく書いたものが図５４である。画素電極▲１８▼と下地画素電極▲３５▼は、高温水蒸気酸化処理されていない酸化防止保護膜のある部分▲１２▼にあけられたコンタクトホール▲３６▼をとうして接合されている。下地画素電極▲３５▼は、ゲート絶縁膜▲４▼とパッシベーション絶縁膜▲２３▼をかいして共通電極▲２１▼とかさなりあうことで、付加容量を形成している。下地画素電極▲３５▼が高温水蒸気酸化処理されている場合には、高温水蒸気酸化膜▲１０▼とゲート絶縁膜▲４▼とパッシベーション絶縁膜▲２３▼の３層の絶縁膜をかいして下地画素電極▲３５▼と共通電極▲２１▼がかさなりあうことになる。実施例１１と同様に下地画素電極▲３５▼と共通電極▲２１▼のショートは、ほとんど発生しなくなり歩留りが大幅に向上する。
【００４８】
〔実施例１３〕図１８，図１９，図２４，図４５，図４６は、本発明の第１３の実施例の平面図と断面図である。カラーフィルターのブラックマスク（ＢＭ）は、走査線方向で連結されておらず映像信号配線と同じように直線状または、屈曲した線状に形成されている。このような線状パターンのＢＭや色フィルターは、生産コストの安い印刷法を用いて生産することができる。薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター基板の合着精度は、走査線方向のみ注意をすれば良いので作りやすい。ブラックマスクの材料はＣｒＯｘ＼ＣｒやＭｏＯｘ＼Ｍｏなどの金属でも良いが黒色樹脂ブラックマスクの方がコストが安く大型化に適している。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、走査信号線の抵抗をさげることができ、走査信号波形の遅延の問題が解消し、液晶表示装置の大画面化が実現できる。さらに陽極酸化処理電圧を従来の倍以上にあげることができるのでピンホールのない陽極酸化膜厚を倍以上厚くすることができる。このことにより走査信号線と映像信号配線のショート発生は激減し、基板の大型化による歩留り低下を防止できる。カラーフィルターの製造法として安価な印刷法を用いることができるので大型化してもコストダウンが可能である。横電界方式で問題となっていた色調変化に関しても本発明によれば完全に解決できるので、どの方向からみても自然な色調の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の銅をゲート金属材料として用いた薄膜トランジスタの断面図
【図２】従来の銅合金をゲート金属材料として用いた薄膜トランジスタの断面図
【図３】本発明の銅をゲート金属材料として用いた薄膜トランジスタの断面図（実施例１）
【図４】本発明の走査線酸化処理プロセスを示す平面図と断面図（実施例２，３）
【図５】本発明の走査線酸化処理プロセスを示す平面図と断面図（実施例２，実施例３）
【図６】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例４，実施例５，実施例１１）
【図７】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例４，実施例５，実施例１１）
【図８】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例４，実施例５，実施例１１）
【図９】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例４，実施例５，実施例６，実施例７）
【図１０】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例４，実施例５）
【図１１】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素画素の平面図（実施例６，実施例７）
【図１２】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図１３】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図１４】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図１５】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図１６】本発明の横電界方式画素電極内のＰ型液晶の配向方向図（実施例４）
【図１７】本発明の横電界方式画素電極内のＮ型液晶の配向方向図（実施例５）
【図１８】本発明のカラーフィルターのブラックマスク平面図とラビング処理方向（実施例１３）
【図１９】本発明のカラーフィルターのブラックマスク平面図とラビング処理方向（実施例１３）
【図２０】本発明の走査線上に形成された薄膜半導体層の断面図（実施例８）
【図２１】本発明の走査線上に形成された薄膜半導体層の断面図（実施例８）
【図２２】本発明の銅を走査線金属材料として用いた薄膜トランジスタの平面図（実施例１）
【図２３】本発明の銅を走査線金属材料として用いた薄膜トランジスタの▲Ｂ▼−▲Ｂ▼′切断・断面図（実施例１）
【図２４】本発明のブラックマスクが直線状になっているカラーフィルター断面図（実施例１３）
【図２５】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１２）
【図２６】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例１２）
【図２７】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例１２）
【図２８】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図２９】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例９）
【図３０】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例９）
【図３１】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３２】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３３】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３４】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３５】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３６】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３７】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１，実施例１０）
【図３８】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図３９】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図４０】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図４１】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図４２】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図４３】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図４４】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１１）
【図４５】本発明のカラーフィルターのブラックマスク平面図（実施例１３）
【図４６】本発明のカラーフィルターのブラックマスク平面図（実施例１３）
【図４７】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１１）
【図４８】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１２）
【図４９】従来のはり合せ大型液晶表示装置（２画面はり合せ）
【図５０】従来のはり合せ大型液晶表示装置（４画面はり合せ）
【図５１】映像信号配線と交差する部分だけ酸化処理をほどこした走査信号線（実施例１，実施例２，実施例３）
【図５２】走査線と同時に形成された共通電極（実施例２，実施例１１）
【図５３】走査線と同時に形成された共通電極（実施例３，実施例１１）
【図５４】走査線と同時に形成された画素電極（実施例１２）
【図５５】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例９）
【図５６】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例９）
【符号の説明】
１……ガラス基板
２…高融点金属（走査線）
３…銅合金（走査線）
４…ゲート絶縁膜
５…薄膜半導体層
６…リンをドープしたｎ＋半導体層
７…ドレイン金属
８…透明導電体層（走査線）
９……アルミニウム合金（走査線）
１０……酸化アルミニウム層
１１……ホトレジスト膜
１２……酸化防止保護膜（ＲＳｉＮｘ膜またはアモルファスカーボン膜）
１３……走査線
１４……画素中央の下地共通電極
１５……接続端子部下地金属
１６……コンタクトバリアー金属（映像信号配線）
１７……映像信号配線
１８……画素電極
１９……画素内共通電極コンタクトホール
２０……接続端子部コンタクトホール
２１……画素内共通電極
２２……接続端子部金属
２３……保護絶縁膜（パッシベーション絶縁膜）
２４……画素電極コンタクトホール
２５……接続端子部の中間金属
２６……無電界時の正の誘電率異方性液晶分子（Ｐ型液晶）
２７……無電界時の負の誘電率異方性液晶分子（Ｎ型液晶）
２８……液晶分子の配向方向と偏光板の偏光軸方向
２９……偏光板の偏光軸方向
３０……液晶分子の配向軸と画素電極の交差する角度
３１……カラーフィルターのブラックマスク
３２……遮光層（薄膜半導体層）
３３……平坦化オーバーコート膜
３４…配向膜
３５……画素中央の下地画素電極
３６……画素内画素電極コンタクトホール
３７……映像信号配線コンタクトホール
３８……透明導電体膜（画素電極）
３９……接続端子部選択成長タングステン膜
４０……透明導電体膜（接続端子部）
４１……画素電極コンタクト部選択成長タングステン膜
４２……透明導電体膜（共通電極）
４３…共通電極コンタクト部選択成長タングステン膜
４４……接続端子部下地金属（銅合金）
４５……画素中央の下地共通電極（銅合金）
４６……画素中央部共通電極接合中間金属
４７……付加容量形成共通電極
４８……液晶パネル接合部
４９……走査線駆動回路
５０…映像信号線駆動回路
▲Ａ▼−▲Ａ▼′ 図２０の走査信号線部分の切断位置
▲Ｂ▼−▲Ｂ▼′ 図２２の薄膜半導体素子部分の切断位置
５１……接続端子部中間金属（モリブデンシリサイドまたはタングステンシリサイドまたはチタンシリサイド）
【産業上の利用分野】
本発明は、低コストで広視野角・高画質の大画面アクティブマトリックス型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
４０インチ以上の大型液晶表示装置を作る場合図４９や図５０にあるように小さな液晶パネルを複数枚接合することで表示画面の拡大を実現していた。
走査線に銅合金を使用するプロセスに関しては、図１の三層構造や、図２の二層構造が学会などで発表されている。
走査線にアルミニウム合金を使用するプロセスは、すでに量産に用いられている。
外部駆動ＩＣとの接合端子部の陽極酸化防止膜としては、ホトレジスト膜が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複数の液晶パネルを接合した表示装置は、接合部の接着強度が弱く、耐振動性の点で問題があり、製品の輸送時に破断の可能性が高い。さらに複数の液晶パネルのはり合せの場合、個々の液晶パネルの色調が異なるために、画面全体の色調をあわせこむことは非常にむずかしい。
【０００４】
４０インチ以上の液晶パネルを１枚のガラス基板で作る場合、走査線と映像信号配線の抵抗の問題が生じます。走査線に銅を用いる場合ガラスと銅の接着力を強くし、銅の表面の酸化を防止するために図１の構造が提案されているが、大画面の場合ゴミや異物の付着が多くなり走査線と映像信号配線のショートが多発する。図２の場合銅に数％のＣｒを混入させており４００℃の熱酸化により銅の表面にＣｒの酸化物を形成することで走査線と映像信号配線のショートを防止している。しかし４００℃の熱処理では、大型基板の場合熱変形が生じやすく量産には適用しにくい。
【０００５】
横電界方式の液晶モードでは視野角は広くなるが、見る角度により色調が変化するカラーシフトの問題があり、画像の品質はまだ良くない。さらに走査線と共通電極を同時に形成したり、陽極酸化プロセスを適用しないために走査線と共通電極のショートや走査線と映像信号配線のショート、共通電極と映像信号配線のショート、共通電極と画素電極のショートが多発している。
【０００６】
陽極酸化処理も従来のホトレジストを用いたプロセスでは、せいぜい８０Ｖ程度の陽極酸化電圧しか印加できないのでアルミニウムの酸化膜厚は１０００Å程度が限界であった。ゲート絶縁膜としてはこれだけでは絶縁耐圧が小さいのでプラズマＣＶＤプロセスを用いたＳｉＮｘ膜を３０００Å〜４０００Åさらに追加形成していた。ＳｉＮｘ膜厚が厚いために装置の稼働効率が悪るく生産性に問題があった。
【０００７】
陽極酸化処理プロセスでは、電極が電気的に連結されていない場合には、酸化反応がおこらず酸化膜は形成されない。島状に分離された電極の構造を採用できないという制限があり設計とプロセスの自由度が少ないという問題があった。
【０００８】
従来のカラーフィルターのブラックマスク（ＢＭ）は、マトリックス状になっており、対向するＴＦＴ基板との合着時のアライメント精度は、横方向と縦方向の両方に要求される。基板が大きくなってきた時にブラックマスクのパターン幅を太くしなければ合着不良が多発する問題があった。マトリックス状のブラックマスクの制作精度も横方向と縦方向の両方の精度が要求されるために、高価なホトリソ法を用いなければならないという問題があった。
【０００９】
本発明は、これらの課題を解決する手段を提供するもので、その目的とするところは、大型液晶表示装置をはり合せることなく一枚の基板で実現しどこから見ても色調変化のない高品質の画像を安価に製造できる方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、上記目的を達成するために本発明では以下の手段を用いる。
【００１１】
基板上に走査線と映像信号配線と、前記走査線と映像信号配線との各交差部に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、少なくとも一部が前記画素電極と対向して形成された共通電極とを有するアクティブマトリックス基板と、前記アクティブマトリックス基板に対向する対向基板と、前記アクティブマトリックス基板と前記対向基板に挾持された液晶層とからなる液晶表示装置において、
〔手段１〕前記走査信号線がアルミニウム合金と銅とからなり、アルミニウム合金が銅を完全にひふくした構造となっており、映像信号配線との交差部のアルミニウム合金の表面には、アルミニウム酸化物層が形成されている構造とした。映像信号配線と交差する共通電極も走査信号線と同様な構造とした。
【００１２】
〔手段２〕前記走査信号線や共通電極を陽極酸化する時に、陽極酸化しない部分の保護膜として、無機絶縁膜やアモルファスカーボン膜を用いる。
【００１３】
〔手段３〕前記走査信号線や共通電極の表面にアルミニウムの酸化膜を形成する方法として高温水蒸気酸化法を用い、水蒸気酸化しない部分の保護膜として、無機絶縁膜やアモルファスカーボン膜を用いる。
【００１４】
〔手段４〕正の誘電率異方性液晶（Ｐ型ＬＣ）を用いる場合、走査信号線と映像信号配線は、直線状に形成し、画素電極と画素電極に対向する共通電極は、液晶配向方向に対し、０度をのぞく±１度〜±４５度の角度の範囲で屈曲している構造とした。
【００１５】
〔手段５〕負の誘電率異方性液晶（Ｎ型ＬＣ）を用いる場合、走査信号線と映像信号配線は、直線状に形成し、画素電極と画素電極に対向する共通電極は、液晶配向方向に対し、９０度をのぞく４５度〜１３５度の範囲で屈曲している構造とした。
【００１６】
〔手段６〕正の誘電率異方性液晶（Ｐ型ＬＣ）を用いる場合、一画素内では、画素電極と共通電極とは、平行に直線状になっているが、隣接する二画素の領域では、画素電極と共通電極が液晶配向方向に対して、０度をのぞく±１度〜±４５度の範囲で屈曲している構造とした。
【００１７】
〔手段７〕負の誘電率異方性液晶（Ｎ型ＬＣ）を用いる場合、一画素内では、画素電極と共通電極とは、平行に直線状になっているが、隣接する二画素の領域では、画素電極と共通電極が液晶配向方向に対して、９０度をのぞく４５度〜１３５度の範囲で屈曲している構造とした。
【００１８】
〔手段８〕薄膜半導体層が走査信号線の上側と下側の２つの画素領域にはみ出すように形成され、上側と下側の２つの画素領域の共通電極と絶縁膜をかいして、かさなりあっている構造とした。
【００１９】
〔手段９〕共通電極と画素電極と映像信号配線が、それぞれ絶縁膜をかいして、各層に分離形成されており形成順番が、共通電極、画素電極、映像信号配線の順番で形成されている構造とした。
【００２０】
〔手段１０〕アルミニウム合金の表面にタングステン膜を選択成長させてから酸化物透明導電膜を形成する接合構造とした。
【００２１】
〔手段１１〕走査信号線を形成した時に同時に形成された共通電極と画素内の共通電極とが、ゲート絶縁膜とパッシベーション絶縁膜の２層の絶縁膜にあけられたコンタクトホールをとうして接続されている構造とした。
【００２２】
〔手段１２〕走査信号配線を形成した時に同時に形成された画素電極と、映像信号配線を形成した時に同時に形成された画素電極とが、ゲート絶縁膜にあけられたコンタクトホールをとうして接続されており共通電極は、映像信号配線と有効画面内で交差することなく平行に配置された構造とした。
【００２３】
〔手段１３〕カラーフィルター基板のブラックマスクが対向する基板の映像信号配線と同様に直線状または屈曲した線状に形成され、画面の有効領域内では、互いに連結されることなく分離独立した平行線として配置された構造とした。
【００２４】
【作用】
従来の図１の構造の場合、走査信号線形成後大気放置した場合に、走査信号線の側壁の銅が露出しているために水分吸着により銅の酸化が生じやすい。そのために、窒素雰囲気での保管が必要となる。手段１を用いることでガラス基板に接着力のあるアルミニウム合金が銅をくるんでいるために、銅はがれは生じない。アルミニウム合金の表面には、酸化膜が形成されているために、銅の酸化は生じない。図１の構造では、走査信号線の上にゴミが付着すると、映像信号配線と走査信号線のショートが多発するので歩留りをあげることがむずかしいが、手段１を用いることで、ゴミの付着があっても、アルミニウム酸化膜が存在するためにショートすることは完全になくなり、歩留りを大幅に向上することが可能となる。
【００２５】
従来の図２の場合には銅合金の保護膜を形成するのに、４００℃以上の高温熱処理が必要である。大型基板の場合、熱処理による基板変形が生じやすく、装置のコストも高く昇温降温に時間が、かかるので生産性に問題があった。手段２を用いることで室温状態でピンホールのないアルミニウムの酸化膜を保護膜として作れる。プラズマＣＶＤで形成されるＳｉＮｘなどの無機絶縁膜やアモルファスカーボン膜を用いることで陽極酸化電圧１５０Ｖ以上を印加可能となるので約２０００Å以上のアルミニウム陽極酸化膜を形成できる。このためゲート絶縁膜▲４▼の膜厚は１０００Å〜２０００Åもあれば十分なので、Ｐ−ＣＶＤ装置の生産性効率が大幅に向上する。
【００２６】
手段３を用いることで、島のように分離独立したゲート電極や、共通電極、画素電極のアルミニウム合金表面にアルミニウム酸化膜を形成することができる。ＳｉＮｘなどの無機絶縁膜やアモルファスカーボン膜は３００℃付近でも十分に耐熱性があるので、膜はがれが生じない。バッチ処理が可能で、減圧状態で酸化反応速度をコントロールすることができるので、大型基板でも均一な膜厚を形成できる。
【００２７】
手段４，手段５，手段６，手段７を用いることで、従来のブラックマスクのパターンを利用することができ、カラーフィルターのパターンは直線状になるので、コストの安い印刷法によって製造ができる。ブラックマスクやカラーフィルターが直線状でも画素内部の画素電極は液晶配向方向にジグザグに屈曲しているので、図１６，図１７にあるように液晶分子の回転運動方向は、左回転と右回転に分かれるために、色調の変化は生じない。階調反転領域も液晶分子の回転運動方向が左回転、右回転に分かれるために液晶プレチルト角依存性がなくなるので、大幅に改善できる。そのために白と黒の反転した異常な画像がなくなるので自然な美しい映像が得られる。
【００２８】
手段８と手段１３を用いることでブラックマスクが直線状または直線状に近い形状になるのでコストの安い印刷法でブラックマスクを形成することができる。さらにカラーフィルター基板とＴＦＴ基板の合着アライメント精度は、映像信号配線方向の精度をゆるくすることができるようになるので、合着アライメント作業がやりやすくなる。作業速度が向上し、アライメント不良も減少するので生産効率が大幅に向上する。
【００２９】
手段９を用いることで映像信号配線と共通電極と画素電極がショートすることがなくなり、点欠陥が激減する。歩留りが大幅に向上する。映像信号配線にアルミニウム合金を用いることができるので、画面サイズが、４０インチ以上になっても信号波形の遅延の問題は生じない。共通電極と画素電極には、抵抗値の大きいクロムＣｒ金属や高融点金属のシリサイド、ＭｏＴａ合金、ＭｏＷ合金、ＭｏＴｉ合金、透明導電体膜（ＩＴＯ）などが利用できるので材料の選択の自由度が広くなる。
【００３０】
手段１０を用いることで、接続端子部のアルミニウム合金表面の酸化を防止することができる。アルミニウム合金と透明導電体膜（ＩＴＯ）の接合の中間層にタングステンを低温選択成長させることで透明導電体膜からＡルミニウム合金への酸素原子の移動が防止できるのでアルミニウム合金の表面に酸化アルミニウム層が形成されなくなる。コンタクト不良が発生しなくなるのでＴＡＢ実装の歩留りが向上する。
【００３１】
手段１１，手段１２を用いることで、共通電極と画素電極は、絶縁膜層をかいして分離形成されているので、それぞれの電極のパターン不良が生じてもショートは発生しない。画素の点欠陥が激減する。共通電極が映像信号配線と交差することなく平行配置することができるので映像信号配線の信号極性と逆極性の信号波形電圧を対応する共通電極に印加することができる。このために、映像信号電圧を小さくすることができコストの安い低電圧駆動ＩＣを使用することが可能となる。ドット反転駆動方式で画像を表示できるのでフリッカーやストロークの少ない良好な画像を表示できる。
【００３２】
手段４，５，６，７を用いることで、偏光板の偏光軸を液晶パネルの長軸方向と短軸方向に、平行か垂直に配置するようになるので、偏光板の切断の角度出しが簡単になり、むだのない偏光板切断が可能となる。偏光板のコスト低下が可能となる。
【００３３】
【実施例】
〔実施例１〕図３，図２２，図３３は、本発明の第１の実施例であり、薄膜トランジスタを構成する走査信号配線部分の断面図と平面図である。配線抵抗を下げるために図３，図２２にあるように銅や銅合金▲３▼をアルミニウム合金▲９▼が被覆した構造になっている。アルミニウム合金の表面には、陽極酸化処理や高温水蒸気酸化処理により、アルミニウム酸化膜▲１０▼が形成されている。図２２，図２３にあるように薄膜トランジスタ部分のゲート電極部分に、銅や銅合金が存在しない構造も可能である。本発明は、銅や銅合金の被覆金属としてアルミニウム合金を例としてあげたが、タンタルやニオブ、チタンなどの陽極酸化処理可能な金属を用いることも可能である。
【００３４】
〔実施例２〕図３，図５は本発明の第２の実施例であり、製造プロセスを説明する図である。駆動ＩＣを接続するための接続端子部の製造プロセス断面図と平面図である。図４の場合、ガラス基板全面にアルミニウム合金▲９▼をスパッタリング蒸着後、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜▲１２▼を形成する。次にホトレジストをコートして接続端子部の形状を露光、現像して形成する。その後ドライエッチングによりＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜を接続端子部の形状に加工してから、アルミニウム合金をエッチングしてアルミニウム合金を接続端子部の形状に加工する。次に再度ホトレジストをコートして接続端子部のコンタクトホール部分のみに陽極酸化防止保護膜としてのＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜▲１２▼を残す。ホトレジストを剥離した後、陽極酸化処理をほどこしアルミニウム合金表面が露出している部分のみに、アルミニウム酸化膜を形成する。図４のプロセスの場合には、アルミニウム合金のエッチングにホトレジストが用いられない高温アルカリウェットエッチング法を用いることが可能となる。これにより、走査信号配線の超テーパーエッチング加工が簡単にできる。
【００３５】
図５の場合には、アルミニウム合金を接続端子部の形状に加工した後、ガラス基板全面にＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜▲１２▼を形成する。次にホトレジスト工程を用いて接続端子部のコンタクトホール部分のみに、陽極酸化防止保護膜としてＳｉＮｘ膜やアモルファスカーボン膜▲１２▼を加工して残す。ホトレジストを剥離した後陽極酸化処理をほどこしアルミニウム合金が露出している部分のみにアルミニウム酸化膜を形成する。図５１のように走査線の局部だけ酸化しても良い。
【００３６】
図４，図５のプロセスで接続端子部のコンタクトホール部に陽極酸化防止保護膜を残すのに、ホトレジスト工程を用いる必要はない。アルミニウム合金が接続端子部の形状に加工された後は、ホトレジスト工程のかわりに、印刷法や、ディスペンサーによる直接描画方法を用いることで、接続端子部のコンタクトホール部に陽極酸化防止保護膜を残すことも可能である。ここでは、アルミニウム合金を例としてあげたが、陽極酸化可能な金属であるタンタルやニオブなどでも適用可能である。陽極酸化防止保護膜として塗布法を用いた無機絶縁膜も適用可能である。
【００３７】
〔実施例３〕実施例２と同様に、図４，図５が、本発明の第３の実施例を説明する図である。実施例２で用いた陽極酸化処理法でかわりに高温水蒸気酸化処理法を用いて、アルミニウム合金の表面にアルミニウム酸化膜を形成している。陽極酸化法では酸化膜を形成したい部分は陽極に電気的に連結していなければならないが、高温水蒸気酸化法では、島状に分離独立していても、アルミニウム合金の表面にアルミニウム酸化膜を形成することが可能である。図７の共通電極▲１４▼や、図１１の共通電極▲１４▼，図２６，図２７の画素電極▲３５▼は、図５３，図５４にあるように島状に分離独立している。陽極酸化法ではこれらの分離独立した電極の表面に酸化膜を形成することはできないが、高温水蒸気酸化法ならば酸化膜形成が可能である。減圧高温水蒸気酸化法ではバッチ処理による多数枚基板同時処理が可能である。大気圧以下の減圧高温水蒸気酸化法では酸化膜の形成速度が遅いが、正確に膜厚をコントロールすることができる。大気圧での常圧高温水蒸気酸化法では、基板の連続枚葉式処理が可能であり、基板の大型化に対応可能である。陽極酸化処理は室温付近の低温処理が可能であるが、高温水蒸気酸化処理は、反応速度を高めるために１００℃〜３５０℃あたりで処理される。高温水蒸気酸化には、超純水を用いるので生産コストは非常に安く、安全性が高い。
【００３８】
〔実施例４〕図６，図７，図８，図９，図１０は、本発明の第４の実施例の断面図と平面図である。走査信号配線▲１３▼と映像信号配線▲１７▼は、直線状に配置されているが、画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▼２１▼は１画素内部で屈曲している。図１６にあるように正の誘電率異方性液晶を用いる場合、画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は、液晶配向方向に対して０度をのぞく±１度〜±４５度の角度の範囲で屈曲している。図７，図８，図１０では１画素内部で屈曲数は１つだけであるが、屈曲数が２以上でも良い。このような構造の場合図１６にあるように正の誘電率異方性液晶は、１画素内部で左回転と右回転の２つの回転運動をすることができる。これにより中間調領域での階調反転が発生しなくなり、色調変化も発生しなくなる。
【００３９】
〔実施例５〕図６，図７，図８，図９，図１０は、本発明の第５の実施例の断面図と平面図である。実施例４とまったく同様に走査信号配線▲１３▼と映像信号配線▲１７▼は、直線状に配置されており、画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▼２１▼は１画素内部で屈曲している。図１７にあるように負の誘電率異方性液晶を用いる場合、画素内部の画素電極▼１８▼と共通電極▼２１▼は、液晶配向方向に対して９０度をのぞく４５度から１３５度の範囲で屈曲している。図７，図８，図１０では１画素内部で屈曲数は１つだけであるが、屈曲数が２以上でも良い。このような構造の場合図１７にあるように負の誘電率異方性液晶は、１画素内部で左回転と右回転の２つの回転運動をすることができる。これにより中間調領域での階調反転が発生しなくなり、色調変化も発生しなくなる。
【００４０】
〔実施例６〕図９，図１１，図１２，図１３，図１４，図１５，図３８，図３９は、本発明の第６の実施例の断面図と平面図と配置図である。画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は、直線状に配置され、屈曲していないが、隣接する二画素の領域内では、画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は屈曲した構造となるように配置されている。正の誘電率異方性液晶を用いる場合、液晶配向方向に対して０度をのぞく±１度から±４５度の角度で屈曲している配置になっている。
【００４１】
〔実施例７〕図９，図１１，図１２，図１３，図１４，図１５，図３８，図３９は、本発明の第７の実施例の断面図と平面図と配置図である。画素内部の画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は直線状に配置され、屈曲していないが、隣接する二画素の領域内では、画素電極▲１８▼と共通電極▲２１▼は、屈曲した構造となるように配置されている。負の誘電率異方性液晶を用いる場合、液晶配向方向に対して９０度をのぞく４５度から１３５度の範囲で屈曲している配置になっている。実施例６，実施例７ともに、液晶分子は１画素内では、１方向の回転運動しかしないが、隣接する二画素以上の領域では、液晶分子は、左回転と右回転の２つの方向の回転運動が可能となる。これにより実施例４，実施例５と同じように、中間調領域での階調反転が発生しなくなり、色調変化も発生しなくなる。
【００４２】
〔実施例８〕図２０，図２１は、本発明の第８の実施例の平面図と断面図である。薄膜半導体層▲３２▼が走査信号配線▲１３▼の上側と下側の２つの画素領域にはみ出し、上下の２つの画素領域の共通電極▲２１▼と、絶縁膜層▲４▼をかいしてかさなりあった構造となっている。この構造により薄膜半導体を形成したガラス基板の下側に配置されたバックライトの照明光は、走査信号配線方向にブラックマスクがなくても光がもれることがない。これによりカラーフィルター側のブラックマスクは図１８，図１９のような直線状の構造でも良好なコントラストが得られるのである。画素電極▲１８▼と薄膜半導体層が保護絶縁膜▲２３▼をかいしてかさなりあうような構造も同じ効果をもつが、画素電極▲１８▼と薄膜半導体層▲３２▼がショートした場合には、中間調領域での表示が異常になりやすい。本発明の構造の場合には、共通電極▲２１▼と薄膜半導体層▲３２▼がショートしても共通電極の電位変動は少なく、中間調領域での表示不良は生じない。
【００４３】
〔実施例９〕図２８，図２９，図３０，図４０，は本発明の第９の実施例の断面図と平面図である。走査信号配線▲９▼と共通電極▲１４▼を同時に形成した後、陽極酸化処理をしてから、画素内共通電極▲２１▼を形成する。次にゲート絶縁膜▲４▼と薄膜半導体層▲５▼とリンをドープしたｎ＋半導体層▲６▼を形成する。薄膜半導体素子をドライエッチングにより島状に分離した後コンタクトバリアー金属▲１６▼を用いて画素電極▲１８▼を形成する。トランジスタ部のチャネル部のｎ＋半導体層をドライエッチングにより取りのぞいた後保護絶縁膜▲２３▼を形成する。映像信号配線コンタクトホール▲３７▼をあけてから映像信号配線▲１７▼を形成する。この工程により画素内共通電極▲２１▼と画素電極▲１８▼と映像信号配線▲１７▼は、それぞれ絶縁膜層をかいして各層に分離形成されるのでパターン不良が発生してもショートすることがないので画像の点欠陥がいちじるしく減少する。本発明の実施例ではチャネルエッチング型の薄膜トランジスタの構造を例としてあげたが、エッチングストッパー型の薄膜トランジスタにも適用可能である。
【００４４】
本発明の応用例として、図４１，図４２，図４３，図５５，図５６にあるように従来の縦電界液晶駆動モードであるＴＮモードやＶＡ（垂直配向）モードの液晶表示装置にも適用可能である。付加容量形成共通電極▲４７▼を形成後画素電極▲３８▼を作り、最後に映像信号配線▲１７▼を形成する。それぞれ上記３つの電極は、絶縁膜層をかいして各層に分離形成されるのでパターン不良が発生してもショートすることがないので画像の点欠陥がいちじるしく減少する。
【００４５】
〔実施例１０〕図３２，図３３，図３４は、本発明の第１０の実施例の断面図である。アルミニウム合金と酸化物透明導電膜の直接接合では、アルミニウム合金と酸化物透明導電膜の酸素が反応して抵抗の高いアルミニウム酸化膜が接合面に形成され、コンタクト不良となる。モノシランＳｉＨ４ガスと六フッ化タングステンガスの反応を利用すると、Ｓｉや金属表面だけへのタングステン金属の選択成長が１００℃〜２００℃の低温で可能となる。反応式は、下記のとうりである。
２ＷＦ６＋３ＳｉＨ４→２Ｗ＋３ＳｉＦ４＋６Ｈ２
画素電極コンタクトホール▲２４▼や画素内共通電極コンタクトホール▲１９▼をあけてアルミニウム合金の表面が出た後、アルミニウム合金の表面にタングステンの選択成長をおこなう。タングステン膜が３００Å〜５００Å程度成長しコンタクトホールの全面をおおうようになるまで選択成長をおこなう。その後酸化物透明導電膜を形成し画素電極▲３８▼や画素内共通電極▲４２▼を作る。
タングステン膜が酸素原子の移動を防止するバリアーメタルとして作用するのでコンタクト不良の発生がおさえられる。図３１，図３５，図３６，図３７にあるように接続端子部のアルミニウム合金の表面に、タングステンの選択成長をおこなうことで接続端子部のコンタクト不良を防止することも可能となる。
【００４６】
〔実施例１１〕図６，図７，図８，図４４，図４７は、本発明の第１１の実施例の断面図と平面図である。図７，図８の平面図の中で走査信号配線▲１３▼と同時に形成された共通電極▲１４▼だけをわかりよく書いたものが図５３と図５２である。画素内共通電極▲２１▼と下地共通電極▲１４▼は、陽極酸化処理されていない酸化防止保護膜のある部分▲１２▼にあけられたコンタクトホール▲１９▼をとうして接合されている。コンタクトホール▲１９▼は、ゲート絶縁膜▲４▼とパッシベーション絶縁膜▲２３▼の２層の絶縁膜を通してあけられている。画素電極▲１８▼は、これらの２層の絶縁膜をかいして下地共通電極▲１４▼とかさなりあうことで、付加容量を形成している。共通電極が陽極酸化処理されている場合には、陽極酸化膜▲１０▼と、ゲート絶縁膜▲４▼とパッシベーション絶縁膜▲２３▼の３層の絶縁膜をかいして画素電極▲１８▼と下地共通電極▲１４▼がかさなりあっている。これら２重、３重の絶縁膜により画素電極▲１８▼と下地共通電極▲１４▼のショートはほとんど発生しなくなり点欠陥が激減することで歩留りが大幅に向上する。
【００４７】
〔実施例１２〕図２５，図２６，図２７，図４８は、本発明の第１２の実施例の断面図と平面図である。図２６，図２７の平面図の中で走査信号配線▲１３▼と同時に形成された画素中央部の下地画素電極▲３５▼だけをわかりよく書いたものが図５４である。画素電極▲１８▼と下地画素電極▲３５▼は、高温水蒸気酸化処理されていない酸化防止保護膜のある部分▲１２▼にあけられたコンタクトホール▲３６▼をとうして接合されている。下地画素電極▲３５▼は、ゲート絶縁膜▲４▼とパッシベーション絶縁膜▲２３▼をかいして共通電極▲２１▼とかさなりあうことで、付加容量を形成している。下地画素電極▲３５▼が高温水蒸気酸化処理されている場合には、高温水蒸気酸化膜▲１０▼とゲート絶縁膜▲４▼とパッシベーション絶縁膜▲２３▼の３層の絶縁膜をかいして下地画素電極▲３５▼と共通電極▲２１▼がかさなりあうことになる。実施例１１と同様に下地画素電極▲３５▼と共通電極▲２１▼のショートは、ほとんど発生しなくなり歩留りが大幅に向上する。
【００４８】
〔実施例１３〕図１８，図１９，図２４，図４５，図４６は、本発明の第１３の実施例の平面図と断面図である。カラーフィルターのブラックマスク（ＢＭ）は、走査線方向で連結されておらず映像信号配線と同じように直線状または、屈曲した線状に形成されている。このような線状パターンのＢＭや色フィルターは、生産コストの安い印刷法を用いて生産することができる。薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター基板の合着精度は、走査線方向のみ注意をすれば良いので作りやすい。ブラックマスクの材料はＣｒＯｘ＼ＣｒやＭｏＯｘ＼Ｍｏなどの金属でも良いが黒色樹脂ブラックマスクの方がコストが安く大型化に適している。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、走査信号線の抵抗をさげることができ、走査信号波形の遅延の問題が解消し、液晶表示装置の大画面化が実現できる。さらに陽極酸化処理電圧を従来の倍以上にあげることができるのでピンホールのない陽極酸化膜厚を倍以上厚くすることができる。このことにより走査信号線と映像信号配線のショート発生は激減し、基板の大型化による歩留り低下を防止できる。カラーフィルターの製造法として安価な印刷法を用いることができるので大型化してもコストダウンが可能である。横電界方式で問題となっていた色調変化に関しても本発明によれば完全に解決できるので、どの方向からみても自然な色調の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の銅をゲート金属材料として用いた薄膜トランジスタの断面図
【図２】従来の銅合金をゲート金属材料として用いた薄膜トランジスタの断面図
【図３】本発明の銅をゲート金属材料として用いた薄膜トランジスタの断面図（実施例１）
【図４】本発明の走査線酸化処理プロセスを示す平面図と断面図（実施例２，３）
【図５】本発明の走査線酸化処理プロセスを示す平面図と断面図（実施例２，実施例３）
【図６】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例４，実施例５，実施例１１）
【図７】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例４，実施例５，実施例１１）
【図８】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例４，実施例５，実施例１１）
【図９】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例４，実施例５，実施例６，実施例７）
【図１０】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例４，実施例５）
【図１１】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素画素の平面図（実施例６，実施例７）
【図１２】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図１３】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図１４】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図１５】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図１６】本発明の横電界方式画素電極内のＰ型液晶の配向方向図（実施例４）
【図１７】本発明の横電界方式画素電極内のＮ型液晶の配向方向図（実施例５）
【図１８】本発明のカラーフィルターのブラックマスク平面図とラビング処理方向（実施例１３）
【図１９】本発明のカラーフィルターのブラックマスク平面図とラビング処理方向（実施例１３）
【図２０】本発明の走査線上に形成された薄膜半導体層の断面図（実施例８）
【図２１】本発明の走査線上に形成された薄膜半導体層の断面図（実施例８）
【図２２】本発明の銅を走査線金属材料として用いた薄膜トランジスタの平面図（実施例１）
【図２３】本発明の銅を走査線金属材料として用いた薄膜トランジスタの▲Ｂ▼−▲Ｂ▼′切断・断面図（実施例１）
【図２４】本発明のブラックマスクが直線状になっているカラーフィルター断面図（実施例１３）
【図２５】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１２）
【図２６】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例１２）
【図２７】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例１２）
【図２８】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図２９】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例９）
【図３０】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例９）
【図３１】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３２】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３３】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３４】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３５】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３６】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１０）
【図３７】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１，実施例１０）
【図３８】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図３９】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の画素配列の平面図（実施例６，実施例７）
【図４０】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図４１】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図４２】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図４３】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例９）
【図４４】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１１）
【図４５】本発明のカラーフィルターのブラックマスク平面図（実施例１３）
【図４６】本発明のカラーフィルターのブラックマスク平面図（実施例１３）
【図４７】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１１）
【図４８】本発明の横電界方式薄膜半導体基板の単位画素の断面図（実施例１２）
【図４９】従来のはり合せ大型液晶表示装置（２画面はり合せ）
【図５０】従来のはり合せ大型液晶表示装置（４画面はり合せ）
【図５１】映像信号配線と交差する部分だけ酸化処理をほどこした走査信号線（実施例１，実施例２，実施例３）
【図５２】走査線と同時に形成された共通電極（実施例２，実施例１１）
【図５３】走査線と同時に形成された共通電極（実施例３，実施例１１）
【図５４】走査線と同時に形成された画素電極（実施例１２）
【図５５】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例９）
【図５６】本発明の縦電界方式薄膜半導体基板の単位画素の平面図（実施例９）
【符号の説明】
１……ガラス基板
２…高融点金属（走査線）
３…銅合金（走査線）
４…ゲート絶縁膜
５…薄膜半導体層
６…リンをドープしたｎ＋半導体層
７…ドレイン金属
８…透明導電体層（走査線）
９……アルミニウム合金（走査線）
１０……酸化アルミニウム層
１１……ホトレジスト膜
１２……酸化防止保護膜（ＲＳｉＮｘ膜またはアモルファスカーボン膜）
１３……走査線
１４……画素中央の下地共通電極
１５……接続端子部下地金属
１６……コンタクトバリアー金属（映像信号配線）
１７……映像信号配線
１８……画素電極
１９……画素内共通電極コンタクトホール
２０……接続端子部コンタクトホール
２１……画素内共通電極
２２……接続端子部金属
２３……保護絶縁膜（パッシベーション絶縁膜）
２４……画素電極コンタクトホール
２５……接続端子部の中間金属
２６……無電界時の正の誘電率異方性液晶分子（Ｐ型液晶）
２７……無電界時の負の誘電率異方性液晶分子（Ｎ型液晶）
２８……液晶分子の配向方向と偏光板の偏光軸方向
２９……偏光板の偏光軸方向
３０……液晶分子の配向軸と画素電極の交差する角度
３１……カラーフィルターのブラックマスク
３２……遮光層（薄膜半導体層）
３３……平坦化オーバーコート膜
３４…配向膜
３５……画素中央の下地画素電極
３６……画素内画素電極コンタクトホール
３７……映像信号配線コンタクトホール
３８……透明導電体膜（画素電極）
３９……接続端子部選択成長タングステン膜
４０……透明導電体膜（接続端子部）
４１……画素電極コンタクト部選択成長タングステン膜
４２……透明導電体膜（共通電極）
４３…共通電極コンタクト部選択成長タングステン膜
４４……接続端子部下地金属（銅合金）
４５……画素中央の下地共通電極（銅合金）
４６……画素中央部共通電極接合中間金属
４７……付加容量形成共通電極
４８……液晶パネル接合部
４９……走査線駆動回路
５０…映像信号線駆動回路
▲Ａ▼−▲Ａ▼′ 図２０の走査信号線部分の切断位置
▲Ｂ▼−▲Ｂ▼′ 図２２の薄膜半導体素子部分の切断位置
５１……接続端子部中間金属（モリブデンシリサイドまたはタングステンシリサイドまたはチタンシリサイド）
Claims (1)
- 少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記基板間に、挟まれた液晶組成物層と、前記基板のいずれか一方の基板の向き合った表面にマトリックス状に配置された複数の走査線と映像信号配線、および共通電極と対をなす画素電極と、前記画素電極、前記走査線および、前記映像信号配線に接続されたアクティブ素子を備えた液晶表示装置において、前記走査信号線がアルミニウム系合金と銅とからなり、アルミニウム系の合金が、銅を完全に被覆した構造となっており、映像信号配線との交差部のアルミニウム系合金の表面にはアルミニウム酸化物層が形成されているアクティブマトリックス型液晶表示装置。
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