WO1985004731A1 - Liquid crystal display element and a method of producing the same - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

液晶表示素子及びその製造方法

技術分野

こ の発明は例えば画像を表示するために用いられ、 液晶セ ル内に複数の表示電極が形成され、 その複数の 表示電極を薄膜 ト ラ ン ジ ス タによ り選択的に表示する よ う に した液晶表示素子及びその製造方法に関する。 背景技術

従来のこの種の液晶表示素子は、 例えば第 1 図に示 すよ う にガラ スのよ う な透明基板 1 1及び 1 2が近接対向 して設け られ、 その周緣部には スぺーサ 13が介在され、 これら透明基板 1 1 , 12間に液晶 14が封入されている。 一方の透明基板 1 1の内面に表示電極 15が複数形成され、 これら各表示電極 15に接 してそれぞれス イ ッ チ ン グ素 子と して薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16が形成され、 その薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ 1 6の ド レ イ ン は表示電極 1 5に接続されてい る。 これら複数の表示電極 15と対向 して他方の透明基 板 12の内面に透明な共通電極 1 7がほぼ全面に形成され ている o

表示電極 15は例えば画素電極であって、 第 2 図に示 すよ う に、 透明基板 1 1上に正方形の表示電極 15が行及 び列に近接配列されており、 表示電極 15の各行配列と 近接 し、 かっこれに沿ってそれぞれゲー 卜 ノ ス 1 8が形 成され、 また表示電極 15の各列配列と近接してそれに 沿ってソ ー ス ノ ス 19がそれぞれ形成されている。 これ ら各ゲ一 卜バス 18及びソ ー スバス 19の交差点において 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16が設けられ、 各薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16のゲ一 卜は両ノ、スの交差点位置においてゲ一 卜バス 18に接続され、 各ソ 一 スは ソ 一 スバス 19にそれぞれ接 続され、 更に各 ド レ イ ン は表示電極 15に接続されてい これら ゲー 卜 ノ ス 18と ソ 一 スバス 19との各一つを選 択 してそれら間に電圧を印加 し、 その電圧が印加され た薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16のみが導通'し、 その導通 した薄 膜 卜 ラ ン ジス タ 16の ド レ イ ンに接 された表示電極 15 に電荷を蓄積して、 液晶 14中のその表示電極 15と共通 電極 17との間の部分にのみ電圧を印加 し、 これによつ てその表示電極 15の部分のみが光透明、 或は光不透明 となる こ とによって選択的に表示が行われる。 この表 示電極 15に蓄積 した電荷を放電させる こ とによってそ の表示を消去させる こ とができ る。

薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ 16は従来においては例えば第 3 図 及び第 4 図に示すよ う に構成されていた。 即ち透明基 板 11上に表示電極 15と ソ ースノ ス 19とが ΙΤΟのよ う な 透明導電膜によって形成され、 表示電極 15及びソ ース バス 19の互に平行近接した部分間にまたがってァ モル フ ァ ス シ リ コ ンのよ う な半導体層 21が形成され、 更に その半導体層 21上に窒化シ リ コ ンなどのゲ— 卜絶縁膜 22が形成される。 こ のゲー ト絶緣膜 22上に、 半導体層 21を介して表示電極 15及びソ ー ス バス 19とそれぞれ一 部重なってゲー 卜 電極 23が形成される。 ゲー 卜 電極 23 の一端はゲー トノ ス 18に接続される。 このよ う に して ゲー 卜電極 23とそれぞれ対向 した表示電極 15 , ソ ー ス ノ ス 19はそれぞれ ド レ イ ン電極 15 a ， ソ ー ス電極 19 a を構成 し、 これら電極 15 a , 19 a ， 半導体層 21 , ゲー ト絶緣膜 22 , ゲー 卜 電極 23によって薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ 16が構成される。 ゲー 卜 電極 23及びゲ一 卜 バス 18は同 時に、 例えばアル ミ ニ ウ ムによ り形成される。 こ の例 においては、 カ ラ 一液晶表示と した場合であって各表 示電極 15と対向 して透明基板 12側に赤色 フ ィ ル タ 1R , 緑色フ ィ ノレ タ 1G , 青色フ ィ ル タ 1Bの う ちの 1 つがそれ ぞれ形成される。 この場合これらの色フ ィ ル タ は第 3 図に示すよ う にほぼ均一に混在分布する よ う に形成さ れている。

この従来の液晶表示素子において、 その薄膜 卜 ラ ン ジス タ 16の タ ーンオ ン時間を短 く する点及び ド レ イ ン 電流を大き く する点から、 ソ ー ス電極 19 a 及び ド レ イ ン電極 15 a の間隔、 いわゆる チ ャ ネ ル長 L ( 第 5 図参 照 ） を小さ く する こ とが望まれている。 ゲー 卜 電極 23 のソ ー ス電極 19 a , ド レ イ ン電極 15 a の配列方向にお ける長、 いわゆるゲー 卜 電極長 L gをチャネル長 ょ り も大と し、 かつゲー 卜電極 23の両端が半導体層 21 , ゲ 一 卜絶緣膜 22を介してソ ー ス電極 19 a , ド レ イ ン電極 15 a上に位置して、 透明基板 11と直角な方向からみて ソ ー ス電極 19 a , ド レ イ ン電極 15 a とゲー ト電極 23と の間に間隔が生 じないよ う にする必要があった。 しか しチャ ネル長 Lを小さ く するには、 ゲー 卜電極 23をホ 卜 エッ チン グによ り形成する際に角いる マス ク と、 ソ ース電極 19 a , ド レ イ ン電極 15 a をホ 卜 エッ チン グに より形成す'る際に用いる マス ク との相対位置合わせを 正確に行う必要があり、 この点から チャ ネル長 Lを小 さ く するのには限度があ り 、 またそのチャ ネル長 Lが 小さ く なるに従つて、 ソ ー ス電極 19 a及び ド レ イ ン電 極 15 a とゲー 卜電極 23との重なり部分の長さ L: ， L₂が チャ ネル長 Lに対 して相対的に大き く な り 、 このため この重なり部分による寄生容量が大き く な り、 薄膜 卜 ラ ン ジス タ 16のスイ ッチン グ速度が遅 く な り、 かつォ ン抵抗が比較的大き く なるなどの欠点があった。

このよ う な点から透明基板にァモルフ ァス シ リ コ ン 層を形成 し、 その上に二酸化シ リ コ ン層を形成 し、 そ の二酸化シ リ コ ン層に窓を形成 し、 その後ゲー ト 絶緣 膜を形成 し、 前記窓と対応 し、 ゲ'一 卜絶緣膜上にゲー 卜電極を形成 し、 そのゲ一 卜電極と、 前記窓の二酸化 シ リ コ ン層とをマス ク と してひ素イ オンを前記ァモル フ ァ スシ リ コ ン層に注入 し、 その後レ ーザァニ ール し てそのイ オ ン注入された部分を低抵抗と し、 その部分 をソ ー ス電極及び ド レ イ ン電極とする こ とによ り 、 チ ャネ ル長を短か く し、 かつ、 ゲー 卜 電極と ソ ー ス電極 及び ド レ イ ン電極との各重な り部分を小さ く する薄膜 ト ラ ン ジス タが提案されている。 し力 しこの場合は前 記 レーザァニ ー ル の後に絶縁保護膜を形成 し、 その絶 縁保護膜に ソ ー ス電極 ， ド レ イ ン電極に達する孔をそ れぞれ形成 し、 それらの孔を通 じて ソ ー ス電極 ， ド レ イ ン電極にそれぞれ接続された配線を しており 、 こ の 薄膜 ト ラ ン ジ ス タを液晶表示素子に用いる場合は更に これら配線の液晶への影響を避けるためのパッ シベ ー シ ョ ン膜を形成する必要がある。

透過表示を行う場合は第 4 図に示すよ う に透明基板 1 1の背後に光源 24が配され、 こ の光源 24からの光が液 晶表示素子をその液晶セ ル の制御状態に応 じて透過 し、 透明基板 12側よ り その液晶表示素子の表示状態をみる こ とができ る。 反射表示形の液晶表示素子においても、 透明基板 11の背後から外来光が液晶表示素子内に入る こ とが多い。

半導体層 21、 特にア モル フ ァ スシ リ コ ンは、 光導電 性があ り 、 光源 24や外来光からの光が常に半導体層 21 に照射されているため、 薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ 16をスィ ッ チオ フ と してもそのオ フ電流を十分小とする こ とがで きず、 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16の ス ィ ッ チ オ ン オ フ 比を十 分大きなものとする こ とができず、 特に高デュティ サ ィ ク ルで薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ 16を駆動する と十分な コ ン 卜 ラ ス ト が得られな く なる。

図に示してないが、 '液晶表示素子の一方又は両方の 外面に儷光板が用い られ、 共通電極 17と表示電極 15と の間に電圧が印加されていない時に、 液晶表示素子は 光が透過 しないノ 一マ リ ブラ ッ ク形式、 いわゆる ネ ガ タイ プと、 共通電極 17と表示電極 15との間に電圧を印 加しない時、 液晶表示素子は光が透過する ノ 一 マ リ ホ ワ イ ト形式、 いわゆる ポジ タ イ プとがある。

従来の液晶表示素子において第 4 図に示すよう に画 素以外の部分で各色フ ィ ル タの間の部分は光 25が透過 し、 また色フ ィ ル タ の画素電極 15と対向 しない部分を 透過する光 26があ り 、 これらの光 25 ， 26は液晶表示素 子の表示コ ン 卜 ラ ス 卜 ， 色純度を低下 し、 画質を劣化 させる欠点があった。 特にノ ー マ リ ホ ワ イ 卜形式のも のにおいては色フ ィ ル タ の間の部分に、 100 % 白 レベ ルの画素を透過する光と同一の光が透過 し、 画質に大 きな影響を与えていた。

前述 した半導体層 21に光が入射されて、 スイ ツオ ン オ フ比が劣化するのを防ぐため、 半導体層 21に対 し、 光遮断層を形成 し、 光遮断層によ り光を遮断して半導 体層 21に光が達するのを阻止 したものがある。 しか し この従来のものは光遮断層と してそのためにのみ特に 製造工程を増加する ものであった。

この発明の 目 的は薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ の チ ャ ネル長を 短 く する こ とができ、 しかも オ ン抵抗が小さ く 、 寄生 容量も小さ く 、 従ってス イ ッ チ ン グ速度が速 く 、 また スイ ッ チン グ特性のバラ ツ キが少ない液晶表示素子及 びその製造方法を提供する こ とにある。

こ の発明の他の 目 的は薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ の ス ィ ツ チ オ ンオ フ比が高 く 、 かつ比較的簡単に作る こ とができ- またス ィ ツ チン グ速度を速 く する こ とができ る液晶表 示素子及びその製造方法を提供する こ とにある。

この発明の更に他の 目 的は コ ン 卜 ラ ス 卜 が高 く 、 良 好な画質の表示が得られる液晶表示 子及びその製造 方法を提供する こ とにある。

発明の開示

こ の発明は 2 枚の透明基板が近接対向 して配され、 これら透明基板間に液晶が封入され、 一方の透明基板 の内面に複数の表示電極が設けられ、 これら各表示電 極に ド レ イ ンが接続された薄膜 卜 ラ ン ジ ス タが上記透 明基板に形成され、 これら薄膜 ト ラ ン ジ ス タを選択的 にスイ ッ チン グ制御 して上記表示電極を選択的に表示 する液晶表示素子を前提と し、 更に上記薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ と して上記透明基板上に ソ ー ス電極及び ド レイ ン 電極 （ 表示電極を含む ） を形成 し、 これら両電極間に わたって半導体層を形成 し、 その半導体層上にゲ— 卜 絶縁膜を形成 し、 更にそのゲ— 卜絶緣膜上にゲー ト電 極を形成するが、 特にこの発明においてはこのゲー 卜 電極の長さを、 上記ソ ース電極及び ド レ イ ン電極間の 長さよ り も小さめに しておき、 そのゲー 卜電極をマ ス ク と してイ オ ン の注入を行い、 上記半導体層の一部の 不純物濃度を高め、 前記ソ ー ス電極及び ド レ イ ン電極 とそれぞれ違続してその内側にォー ミ ッ ク層をそれぞ れ形成する。 このよ う に してこれら ォー ミ ッ ク層の間 がチ ャ ネ ル長とな り、 その長さを小さ く する こ とが容 易であ り、 かつゲー ト電極と、 ォ一 ミ ッ ク層を含むソ — ス電極及び ド レ イ ン電極との各重な りを極めて小さ なものとする こ とができ、 寄生容量やオン抵抗が小さ なものとな り、 薄膜 卜 ラ ン ジス タのス イ ッ チ ン グ速度 が速 く な り 、 かつス イ ッ チ ン グ特性が均一なも のを容 易に作る こ とができ、' 広い表示面積にわたり各部が均

—な画質の液晶表示素子を得る こ とができる。

また半導体層が形成されるべき部分と対向 して、 透 明基板に不透明金属層を-形成 し、 こ の形成と同時にそ の不透明金属層と同一材料でソ ー スバスを形成 し、 こ れら不透明金属層,及びソ ースバス上に絶録層を形成し、 その上に表示電極 （ ド レイ ン電極を含む ） ， ソ ー ス電 極を同時に形成 し、 更に半導体層 ， ゲー ト絶緣膜 ゲ — 卜電極を上述 したよ う に形成 し、 また前述 したィ ォ ン注入によ り ゲー ト電極をマス ク と してォー ミ ッ ク層 を形成 し、 ゲー 卜 電極と ソ ー ス電極及び ド レ イ ン電極 との重な りが実質的にない薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ を形成す る。 なお ソ ー スノ ス に ソ ー ス電極の接続を行う。 こ の よ う に して不透明金属層によ り外部光が半導体層に入 射されるのが阻止され、 オ ン オ フ比が高 く 、 しかも高 速動作する薄膜 ト ラ ン ジ ス タ が得られ、 従って コ ン 卜 ラ ス 卜 の良好な表示を行 う液晶表未素子が得られる。 また上述において ソ ー ス電極を形成する際に同時に第 2 のソ ー スノ スを形成 し、 これと前記ソ ー スバス とを ソ ー スノ 'ス端子で互に接続する こ とによ り 、 一方のソ ースバスが断線 しても不良品となる こ とがな く 、 歩留 り ， 及び信頼性が向上する。

更に-前記不透明金属による ソ ー ス ノ ス の形式によ り、 そのソ ー スバス部分で液晶表示素子を通過する光が遮 断され、 それだけ コ ン ト ラ ス ト の良い表示が得られる。

コ ン 卜 ラ ス 卜 の向上とい う 点で、 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ が形成された透明基板と対向 した透明基板に対 し、 表 示電極の間と対向 した部分に、 カ ラ —表示素子の場合 は色フ ィ ル タ の隙間の部分に光を遮断する金属の遮光 層を形成する こ とが望まれる。 この場合カ ラ ー表示に おいては色純度も よ く なる。

図面の簡単な説明

第 1 図は液晶表示素子の概略構成の一部を示す断面 図、 第 2 図はマ 卜 リ ク ス表示液晶表示素子の電気的等価 回路を示す図、

第 3 図は従来の液晶表示素子の薄膜 ト ラ ン ジ ス タ側 内面の一部を示す平面図、

第 4 図は従来の液晶表示素子の第 3 図の A A線断面 と対応する図、

第 5 図は従来の液晶表示素子に用いられている薄膜 ト ラ ン ジ ス タを示す断面図、

第 6 図はこの発明の製造方法の実施例の要部の工程 を示す断面図、

第 7図はこの発明の製造方法の他の実施例の要部のェ 程を示 し、 A及び Hは平面図、 ；8〜 &及び 1は断面図、 第 8 図はこの発明による液晶表示素子の一例を示す 断面図、

第 9 図はこの発明による液晶表示素子の他の例を示 す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

この発明による液晶表示素子及びその製造方法の要 部は主と して薄膜 卜 ラ ン ジス タ部分にある。 従ってそ の特徵ある部分を取出 して第 6 図以下の図面を参照 し て説明する。 まず第 6 図 Aに示すよ う にガラ スなどの 絶縁透明基板 11上にソ 一スバス表示電極 15を互いに間 隔をおいて形成する。 ソー スバス 19及び表示電極 15は 透明金属とされ、 例えば IT0 3 ない し 500 ォグス 卜 口 ン グ程度の厚さに形成する。

次に第 6 図 B に示すよ う に、 ソ ー ス ノ s'ス 19 , 表示電 極 15間にわたって、 つま り それら に一部重ねて透明基 板 11上に、 例えばア モル フ ァ ス シ リ コ ン のよ う な半導 体層 21を形成する。 この半導体層 21の厚さは例えば 0.1 ない し 0.5 ミ ク ロ ン程度と される。

更に第 6 図 C に示すよ う に、 その半導体層 21上に こ れをおおってゲー 卜絶縁膜 22を形成する。 ゲー 卜絶縁 膜 22と しては、 例えば S iNxを 0.1 ない し 0.5 ミ ク ロ ンの 厚さに形成する。

第 6 図 . Dに示すよ う にゲー ト絶緣膜 22上にゲ一 卜 電 極 23 ， 及びゲー 卜 ノ ス （ 図示せず ) と して例えばアル ミ ニゥ ムを 1 ミ ク ロ ン程度以下の厚さに形成する。 以 上の表示電極 15 , ソ ー ス バス 19 , 半導体層 21 ， ゲー 卜 絶縁膜 22 , ゲー ト電極 23 ， ゲー ト バス の各形成は従来 用いられている各種の手法と同様に行えばよい。

この発明ではゲー 卜電極 23のソ ースノ、'ス 19 , 表示電 極 15の配列方向における長さ L₃は、 ソ ー スノ ス 19及び 表示電極 15の間隔 L₄よ り もわずかに小さ く され、 かつ 透明基板 11と直角な方向から見て、 ソ ー スバス 19及び 表示電極 15とゲー 卜電極 23との間にはそれぞれ.狭い間 隔 L₅及び L₆が存在 している。

このゲ一 卜電極 23をマス ク と してイ オ ン 、 例えば リ ン イ オ ンを注入 し、 そのイ オ ン速度を選定する こ とに よって注入されたィ オ ンがソ ースバス 19及び表示電極 15、 更に透明基板 11上の半導体層 21まで達 し、 ソ ース ノ 'ス 19 , 表示電極 15とそれぞれ違続 したォー ミ ッ ク層 27及び 28を形成する （ 第 6 図 E ) o つま り イ オ ン注入 された半導体層 21の部分は不純物濃度が高 く なつて低 抵抗とな り 、 ォー ミ ッ ク層 27 , 28となり、 この部分も それぞれソ ース電極 19 a , ド レ イ ン電極 15 a となる。 半導体層 21 , ゲー ト絶縁膜 22の各層によるが、 リ ンィ オンを 20〜 70 keVの加速電圧で、 1 X 10→⁵ OT一² 程度の 量を注入すればよい。 その時の透明基板 11の温度は 150 〜 250 1C程度とする。 リ ン イ オ ンの代り にひ素イ オ ン などを用いても よい。

また必要に応 じてゲー 卜電極 23をマス ク と して レ ー ザ光を、 特に間隔 L₅ , L₆ ( 第 6 図 D ) 部分に照射 して ァニールを行い、 この部分の半導体層 21の抵抗を下げ る。 この場合の レーザァニ ールの条件と しては例えば ァ ノレ ゴン レ 一ザを用い、 2 〜 20 W , ビー ム幅 10〜 300 "m , 走査速度 1 〜 50 OTZ秒 ， 透明基板 1 1の温度を 150 〜 250 TC と し窒素雰囲気中で行う。 以上のよ う に して 表示電極 15 ， 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16のア レイ が形成され、 これを用いて液晶表示素子を作るには従来の各種の手 法によればよい。

次に薄膜 ト ラ ン ジ ス タ の半導体層に光が入射されな いよ う に した液晶表示素子の要部の製造方法を、 第 7 図を参照 して説明する。

第 7 図 A及び B に示すよ う に液晶表示素子の一方の 透明基板 11となるべき ものの上において、 薄膜 卜 ラ ン ジス タ 16が形成されるべき部分に不透明金属層 29を形 成する と共に、 その不透明金属層 29と同一材料でソ 一 スバス 31を形成する。 例えば透明基板 1 1上に ク ロ ムを 厚さ 1000〜 2000 Aで全面にわたって蒸着 し、 これをフ ォ 卜 エ ッ チ ン グして不透明金属層 29及びソ ー スバス 31 を得る。 第 3 図に示 した薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16と ソ ー ス ノ ス 19との関係力 らゎ力 るよ う に、 'ソ ースバス 31の幅 が一方側において一部分が広げられて不透明金属層 29 が形成される。 なお第 7 図 Aに表示電極 15の位置を一 点鎖線で示す。 また第 7 図 Aは見易いよ う に一部を拡 大 しており 、 相対寸法は実際と異なっている。

次に第 7 図 C に示すよ う に、 不透明金属層 29及びソ ー ス ノ ス 31を含み透明基板 11上に全面にわたって絶縁 層 32を形成 し、 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16の ソ ー ス電極 19 a が形成される部分において絶縁層 32に孔 33を形成する ₀ 絶縁層 32と しては透明でかつ誘電率が小さいものが望 ま し く 、 例えば S i0₂の膜厚力 s 5000 A〜 1 "m程度のもの を用いる こ とができ る。

第 7 図 Dに示すよ う に各不透明金属層 29の位置にお いて、 ド レ イ ン電極 15 a及びソ ー ス電極 19 a を形成す る と共に表示電極 15を絶縁層 32上に形成する。 この際 に ソ ー ス電極 19 aは孔 33を通 じてソ 一 ス ノ ス 31と接続 され、 従って不透明金属層 29と電気的に接続される。 必要に応 じてソ ー ス電極 19 a と接続された第 2 の ソ 一 ス ノ ス 19をも形成する。 これら電極 15 ， 19 a ， 第 2 の ソ ー スバス 19は従来と同様に透明金属膜の蒸着、 その 透明金属膜のフォ 卜 エッチン グによ り 同時に作られる。 また第 2 のソ 一 ス ノ ス 19は第 3 図に示した場合と同一 形状と され、 つま り第 7 図 Aにおける ソ ー スバス 31と ほぼ同一形状でかっこれと重さねて形成する。 ただ し 不透明金属層 29と対応する部分ば設けられず、 同一幅 のソ ー ス ノ ス 19と される。 これら ソ ー ス ノ ス 19 , 31は 第 7 図 H ， I に示すよ う に、 ソ ー ス端子 34で互に直接 重ね合されて接続される。

第 7 図 Eに示すよ う に ド レ イ ン電極 15 a と ソ ー ス電 極 19 a とにわた り、 絶縁層 32上に例えばァモル フ 了 ス シ リ コ ン の半導体層 21を形成する。 こ の半導体層 21は その全面が、 絶縁層 32を介 して不透明金属層 29又は ソ — スノぺ、 ス 31と対向 している。 ア モル フ ァ ス シ リ コ ン層 21の厚さは 0.5 以下と される。

半導体層 21の全体を覆って第 7 図 Fに示すよ う にゲ 一 卜絶緣膜 22を形成する。 ゲ一 卜絶縁膜 22と しては膜 厚が 0.5 以下の S iNx膜を用いることができる。 更に 第 7 図 Gに示すよ う にゲー ト絶緣膜 22を介 して半導体 層 21と対向 したゲー 卜電極 23 , 及び図に示してないが ゲ一 卜 ノ スを形成する。 ゲ一 卜 電極 23 , ゲ一 卜 バス と しては膜厚が ⁵000 〜 1 の A の蒸着膜を用いる こ と 力 s'できる。 こ のゲ一 卜 電極 23の ソ ー ス電極 ， ド レ イ ン 電極配列方向の長さは第 6 図 D について述べた時と同 様な値と され、 そのゲー ト 電極 23をマス ク と してィ ォ ン注入によ り ド レ イ ン電極 15 a , ソ ー ス電極 19 a とそ れぞれ連続 し半導体層 21にォ 一 ミ ク ク層 28 , 27を形成 する。 このよ う に して表示電極 15と薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16とのア レイ が構成され、 これを用いて液晶表示素子 を作る。

第 6 図に示 した製造法によ り作った表示電極 15 ， 薄 膜 卜 ラ ン ジ ス タ 16のア レ イ を用いて作った液晶表示素 子の例の一部断面を第 8 図に第 3 図 ， 第 4 図 ， 第 7 図 と対応する部分に同一符号を付けて示す。

この例はカ ラ 一液晶表示素子と した場合で、 色フ ィ ノレ タ 1R , 1G , 1B力 s透明基板 12の内面に設けられ、 かつ これら色フ ィ ル タ 1R , 1G , 1Bの隙間が光を遮断する金 属の遮光層 37で塞がれる。 遮光層 37と しては例えばァ ル ミ ニ ゥ ム ， ク ロ ムなどの 2000 〜 3000 A程度の厚さの ものを用いる こ とができ、 蒸着ゃスパッ タ リ ン グなど で形成される。 第 8 図の例では遮光層 37を透明基板 12 に形成 した後、 色フ ィ ル タ 1R ， 1G , 1B を形成 し、 その 後これら色フ ィ ル タ及び遮光層 37上の全面に共通電極 17を形成した場合である。 第 7 図に示した製法によ り作られた表示電極 15 ， 薄 膜 卜 ラ ン ジ ス タ 16の ァ レ イ を用いて力 ラ 一液晶表示素 子を作った例の断面の一部を第 9 図に、 第 3 図 ， 第 4 図 , 第 7 図と対応する部分に同一符号を付けて示す。 この例では透明基板 12に色フ ィ ル タ 1R， 1G , 1Bを形成 した後、 金属の遮光層 37を形成 し、 その後共通電極 17 を形成 した場合である。 '

上述においてはこの発明を力 ラ 一表示液晶表示素子 に適用 したが、 白黒表示液晶表示素子にも適用でき る。 更に表示電極 15と して方形の画素電極をマ ト リ ク ス状 に配列 した場合につき述べたが、 例えば棒状セグメ ン 卜 の表示電極を 7 本用いて 8 字状に配 し、 れらを選 択して数字を表示する場合など各種の表示電極の場合 にもこの発明を適用でき る ₀ またこの発明は透過形液 晶表示素子のみならず反射形液晶表示素子にも適用す る こ とができる。

以上述べたよ う にこの発明の液晶表示素子及びその 製造方法によれば、 特に第 6 図を参照 して説明 したよ う に、 液晶表示素子に用いる薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16はォ 一 ミ ッ ク層 27， 28間がチ ャ ネルとな り 、 このチ ャ ネル 長 Lはゲー 卜電極 23の長さ L₃よ り ご' く わずか小さな値 とな り 、 しかも透明基板 11と直角な方向から見てォー ミ ック層 27 , 28の内側とゲー 卜電極 23とがご く わず 、 重なった状態になる。 ゲー ト 電極 23をマス ク と してィ オ ン注入を してチャネルを形成 しているため、 ソ ー ス パス 19 , 表示電極 15を形成する際に用いたマス ク と、 ゲ一 卜 電極 23を形成する際に用いたマ ス ク と の マ ス ク 合わせを厳密に行う こ とな く 、 ゲー 卜電極 23で自動的 に決る チャネルができ、 短かいチ ャ ネル長 Lのもので も正確に作る こ とができ る。

従ってチ ャ ネ ル長 Lを短か く する こ とによ り薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ 16の タ ー ン オ ン時間が短 く 、 ド レ イ ン電流 が大きいものを容易に得る こ とができ る。 しかも こ の ォ ー ミ ッ ク層 27 , 28による ソ ー ス電極 19 a及び ド レィ ン電極 15 a とゲー ト 電極 23との重な り分は、 非常に小 さなものとな り 、 これら間の寄生容量は小さなもの な り こ の点から も ス イ ッ チ ン グ速度も速 く な り 、 かつ オ ン抵抗も小さなものとな り 、 しかも特性のバラ ツキ が少な く 、 表示むらな く 、 大面積 ， 高精細の表示を行 う こ とができ る。

更に この発明によれば表示電極 15 ， ソ 一 スパス 19 , ゲー 卜絶縁膜 22 ， ゲー 卜 電極 23 ， ゲ一 卜 バスを形成 し た後、 イ オ ン注入を行ってお り 、 ゲ一 卜 電極 23に対す る表示電極 15 , ソ ー スノ s'ス 19の絶緑が行われており 、 かつゲー 卜電極 23 , ゲ一 卜 バス以外はゲ一 卜絶緣膜 22 によ り液晶と分離され、 接触 していないため薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16は安定性のよいものとなる。 つま り こ の第 6 図 Eに示 した工程を終る と、 更に保護層の形成など をする こ とな く 、 そのまま液晶表示素子と して作る こ とができ、 製造工程が簡単である。

第 7 図に示 したよ う に不透明金属層 29を形成すると、 第 9 図に示すよ う に表示用光源 24からの光又は他の外 来光は不透明金属層 29によ り遮断され、 半導体層 21に 達 しない。 従ってオ フ状態の薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 16のォ フ抵抗が十分高 く 、 ス ィ ッ チ オ ン オ フ 比を十分大にす る こ とができ、 特に高いデュティ 比で薄膜 卜 ラ ン ジス タ 16を駆動 しても良好な コ ン 卜 ラ ス 卜が得られる。 こ の不透明金属層 29の形成と同時に ソ ー スバス 31も形成 されるため、 特に構造が複雑になる こと もな く 、 比較 的箇単に作る こ とができる。 表示電極 15の密度を大と する と ソ ー スバス 31が細 く な り 、 断線するおそれが生 じるが、 前述したよ う に第 2 の ソ ー ス ノ ス 19をも構成 する場合は、 ゾ 一スバス力 S 2 重とな り 、 信頼性が向上 し高密度大面積の液晶表示素子でも高い歩留りで作る こ とができる。

また第 3 図 , 第 4 図に示 した従来の液晶表示素子で は選択している ソ ー スバス 19と共通電極 17との間に電 £が印加され、 ソ ー スノ ス 19の部分を光源 24の光が透 過 して表示の コ ン ト ラ ス トを悪 く し、 特にカ ラ 一表示 の場合は表示色が淡 く なる。 しか しこ の発明の液晶表 示素子においては不透明金属層 29と共に形成される ソ ー スバス 31は不透明であるため、 選択された ソ ー スバ ス 31の部分を光が透過するおそれがな く 、 それだけ コ ン ト ラ ス 卜が良 く 、 表示色が淡 く なるおそれもない。

更に第 8 図 ， 第 9 図に示 したよ う に色フ ィ ル タ の隙 閭を遮光層 37で塞ぐ こ とによ り 、 色フ ィ ル タ 間から不 要な光 （ 第 4 図の光 25， 26 ) が透過する こ とがな く 、 コ ン 卜 ラ ス 卜 ， 色純度が改善され、 画質を向上させる こ とができ る。 また色フ イ ノレ タ 1R , IB , 1Gによ り 凹凸 が生 じるが、 その上に共通電極 17を形成 し、 色フ ィ ル タ の瘃の段差で共通電極 17が切断されるおそれがあつ ても、 遮光層 37によ り共通電極 17との接続が保持され、 不良となるおそれがない、 このためには特に第 9 図の 構造の方が第 8 図のものよ り よい。 また共通電極 17を 色フ ィ ル タ の上に形成 し、 共通電極 17と表示電極 15と の間の液晶 14に対する電圧印加を、 第 4 図に示 した従 来のものよ り も有効に行 う こ とができ る。 .

なお遮光層 37を黒色フ ィ ル タ で形成する こ とが考え られるが、 黒色フ ィ ル タ は赤色フ ィ ノレタ と、 緑色 フ ィ ノレタ と、 青色フ ィ ル タ とを重ねて作るためそのマス ク 合せが面倒であ り 、 かつ十分光を遮断するには可成り 厚 く する必要があ り 、 こ の点から も製造が大変である が、 金属の遮光層 37は簡単に形成でき る。

Claims

求 の

1. 第 1 , 第 2 透明基板が近接対向 して配され、 これ ら透明基板間に液晶が封入され、 上記第 1 透明基板の 内面に複数の表示電極が設けられ、 これら各表示電極 に ド レイ ン が接続された薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ が上記第 1 透明基板に形成され、 上記第 2透明基板の内面にほぼ 全面にわた り透明な共通電極が形成され、 上記薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ を選択的にス イ ッ チ ン グ制御 して選択 した 表示電極と上記共通電極との間に電圧を印加 して表示 を行う液晶表示素子において、

上記薄'膜 ト ラ ン ジス タは表示電極及び上記 ソ 一 ス 電極間にわたって半導体層が形成され、 その半導体層 は上記第 1 透明基板と反対側で上記表示電極及び上記

' ド レ イ ン電極と一部重なっており、 その半導体層上に ゲ— 卜絶緣膜が上記第 1 透明基板と反対側で形成され、 そのゲー ト絶籙膜上にゲー ト電極が形成されたもので あ り 、

上記第 1 透明基板と直角な方向から見て上記ゲー 卜 電極と上記表示電極及びソ ース電極との間に間隔が存 在し、 これら間隔と対応する上記半導体層の部分及び 上記半導体層の表示電極及び上記ソ ー ス電極との重な り部分はそれぞれその半導体層の不純物濃度より も十 分高いォー ミ ッ ク層と されている こ とを特徵とする液 晶表示素子 ο

2. 上記薄膜 ト ラ ン ジ ス タ と上記第 1 透明基板との間 に絶縁層を介 して不透明金属層が形成 されている こ と を特徵とする ^^請求の範囲第 1 項記載の液晶表示素 子。

3. 上記不透明金属層と同一材料の ソ ースバスが上記 ソ ース電極よ り も第 1 透明基板側に形成され、 その ソ — ス バ スは上記絶緣層に形成された孔を通 じて上記ソ — ス電極に接続されている こ とを特徵とする ^請求 の範囲第 2 項記載の液晶表示素子。

4. 上記ソ ース電極と同一材料の第 2 の ソ ースバスが 上記絶縁層の上記第 1 透明基板と反対側に形成され、 その第 2 のソ ースバス と上記不透明金属層の ソ ースバ ス との対応する ものがソ ー ス端子で互に接続されてい る こ とを特徵とする ^請求の範囲第 3 項記載の液晶 表示素子。

5. 上記表示電極の間の部分と対向 して上記第 2 透明 基板に不透明金属の遮光層が形成されている こ とを特 徵とする ^! 請求の範囲第 1 乃至第 4 項の何れかに記 載の液晶表示素子。

6. 上記表示電極と対向 して色フ ィ ル タが上記第 2 透 明基板に形成されている こ とを特徵とする特眷請求の 範囲第 5 項記載の液晶表示素子。

7. 上記遮光層は上記共通電極と上記第 2 透明基板と の間に設けられている こ とを特徵とする ^ Mff 求の範 囲第 6 項記載の液晶表示素子。

8. 上記遮光層は上記色フ ィ ル タ と上記第 2 透明基板 と反対側で一部重なっている こ とを特徵とする特許請 求の範囲第 7 項記載の液晶表示素子。

9. 上記表示電極は画素電極であってマ ト リ ク ス状に 配列され、 そのマ 卜 リ ク ス配列の各列ごとにその各画 素電極に接続された上記薄膜 卜 ラ ン ジス タのソ ース電 極は共通のソ ースノ スに接続され、 上記マ 卜 リ ク ス配 列の各行ごとにその各画素電極に接続された薄膜 卜 ラ ン ジス タのゲー ト電極は共通のゲー ト バス に接続され、 上記色フ ィ ル タは複数の異なる色のものが、 ほぼ一様 に分布されている こ とを特徵とする特許請求の範囲第

6 項記載の液晶表示素子。

10. 上記表示電極は画素電極であってマ ト リ ク ス状に 配列され、 そのマ ト リ ク ス配列の各列ごとにその各画 素電極に接続された上記薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ の ソ ー ス電 極は共通のソ ースノ スに接続され、 上記マ 卜 リ ク ス配 列の各行ごとにその各画素電極に接続された薄膜 卜 ラ ン ジ ス タ のゲ一 卜 電極は共通のゲ一 卜バス に接続され ている こ とを特徵とする特許請求の範囲第 1 乃至第 5 項の何れかに記載の液晶表示素子。

11- 第 1 透明基板の一面に複数の表示電極と これら各 表示電極に接続された薄膜 卜 ラ ン ジス タ とを形成 し、 第 2 透明基板の一面に透明な共通電極を形成 し、 これ ら第 1 透明基板と第 2 透明基板との間にその表示電極 と共通電極とを近接対向させて液晶を封入 して液晶表 示素子を製造する方法において、

上記表示電極及び薄膜 .卜 ラ ン ジ ス タ を、

上記第 1 透明基板の一面上に複数の表示電極と、 そ の表示電極とそれぞれ接近 した ド レ イ ン電極とを透明 金属でそれぞれ形成する工程と、 これら各表示電極及 びこれと接近 した ド レイ ン電極間にわたって上記第 1 透明基板上に半導体層をそれぞれ形成する工程と、 こ れら半導体層上にゲー ト絶縁膜を形成する工程と、 上 記表示電極と ソ ー ス電極間において上記ゲー 卜絶縁膜 上にゲ— 卜電極をそれぞれ形成する工程と、 これらゲ 一 卜電極をマス ク と してイ オ ン注入を上記半導体層に 行い、 上記表示電極及びソ ー ス電極と連続 しその内側 の上記半導体層部分を上記ゲー ト 電極の長さで決る間 隔をもったォー ミ ッ ク層にそれぞれする工程とによ り 作る こ とを特徵とする液晶表示素子の製造方法。

12. 上記第 1 透明基板の上記各薄膜 ト ラ ン ジ ス タを形 成すべき部分に不透明金属層を形成する工程と、 その 不透明金属層上に絶緣層を形成する工程とを、 上記表 示電極及びソ ー ス電極の形成前に含むこ とを特徵とす る藉暴請求の範囲第 1 1項記載の液晶表示素子の製造方 法 o

13. 上記不透明金属層の形成と同時に、 その不透明金 属層と同一材料のソ 一 ス バスを上記第 1 透明基板に形 成 し、 上記絶緣層の上記ソ ース電極が形成されるべき 部分に孔を形成し、 その後、 上記ソ ー ス電極を形成 し てその ソ 一 ス電極を上記ソ ー ス ノ ス に接続する こ とを 特徵とする ^=| 請求の範囲第13項記載の液晶表示素子 の製造方法。

14. 上記ソ ー ス電極の形成と同時にその ソ ー ス電極と 接続され、 同一材料の第 2 のソ ー ス バ スを形成し、 か つその第 2 のソ ー ス ノ ス と上記ソ ー ス ノ スとをソ ー ス 端子で互に接続する こ とを特徵とする ^請求の範囲 第 13項記載の液晶表示素子の製造方法。

15. 上記各ォ— ミ ッ ク層部分を、 上記ゲー ト電極をマ ス ク と して上記レーザによ り ァニールする工程を含む こ とを特徵とする尊 請求の範囲第 1 1項又は第 1 2項記 載の液晶表示素子の製造方法。