JP2003050403A

JP2003050403A - 液晶表示装置とその製造方法

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Publication number: JP2003050403A
Application number: JP2001237988A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Matoba; 正和的場
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】２端子非線形抵抗素子によって駆動される液
晶表示装置において、非線形抵抗素子の電流電圧特性の
印加電圧の極性に対する変動を小さくして表示のフリッ
カ現象を防止すること。【解決手段】液晶層をはさんで対向する一対の透明基
板の一方の基板に平行配列された複数の電極を形成し、
他方の基板に信号電極と、マトリクス状に配置された複
数の画素電極と、それぞれの画素電極と信号電極の間に
直列に接続された非線形抵抗素子を形成する工程を備
え、非線形抵抗素子が下部電極と絶縁層と上部電極との
３層構造からなり、非線形抵抗素子を形成する工程が、
基板上に下部電極を形成し、その上に絶縁層を形成し、
その上に上部電極を形成する工程を含み、さらに、上部
電極を形成する前に絶縁層に対して大気中で第１の加熱
処理を行い、次に、上部電極を形成した後の基板に対し
て大気中で第２の加熱処理を行う工程からなることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置とその
製造方法に関するもので、特に２端子非線形素子を有す
る液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置はその低消費電力、
薄型、軽量である特徴から、パーソナルコンピュータ
ー、ワードプロセッサ、オフィスオートメーション用の
端末表示装置、テレビジョンなどの表示用途に使用され
てきており、より大容量表示、高画質が求められてい
る。従来の液晶表示装置は、ＳＴＮ（Super TwistedNem
atic）方式の電圧平均化法による単純マトリクス駆動を
行っていたが、この方式では走査線の増加によってコン
トラスト比が十分に得られなくなるため、大容量表示に
適さない。そこで、表示画面を構成している個々の画素
にスイッチング素子を設けたアクティブ駆動が開発され
ている。

【０００３】このようなスイッチング素子としては、薄
膜トランジスタや２端子非線形素子が用いられている
が、とくに構造が簡単で、製造コストの面で有利な２端
子非線形素子が有望視されており、金属−絶縁体−金属
（Metal−Insulator−Metal，以降ＭＩＭと呼称す
る。）構造を有するものは実用化がなされている（たと
えば特開昭５８−１７８３２０号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術の液晶表示装置における２端子非線形抵抗
素子では、電流の流れる方向、つまり（＋電流）と（−
電流）とによって抵抗が異なるという現象が見られ、電
圧−電流特性の（＋電流）と（−電流）に対する正負対
称性Ｒ＝［Ｉ（＋電流）−Ｉ（−電流）］／Ｉ（＋電
流）は２０％以上と悪く、正極側と負極側とで電流値が
等しくならない。これは、２端子非線形抵抗素子を構成
する上部電極と絶縁膜との界面状態と、下部電極と絶縁
膜との界面状態とがそれぞれ異なるためであると考えら
れる。

【０００５】このような非対称な特性をもつ非線形抵抗
素子を有する液晶表示装置を交流駆動すると、液晶に非
対称な交流波形が印加されることとなり、直流成分が残
って液晶の劣化が生じるとともに、表示時にフリッカ現
象の問題が生じる。このようなフリッカ現象は、その発
生によりＬＣＤの表示品質が著しく低下するため、ＬＣ
Ｄの実用上大きな問題点となっている。また周波数の低
減ができず、消費電力にも悪影響をおよぼす。

【０００６】この間題を解消する従来技術としては、特
開昭５８−５２６８０号公報で報告されているように、
２個のＭＩＭ素子を電圧一電流特性の非対称性を相補す
る方向に直列接続することで対称な電流−電圧特性を得
ている。

【０００７】しかしながら、この従来技術では、１画素
内に２つのＭＩＭ素子が存在することになり、１画素の
開口率が低下するばかりでなく、画素密度を上げたい場
合に、通常より微細なフォトグラフィーの手法が必要と
なり、画素密度を上げる限界が低くなってしまう他、１
画素当りのＭＩＭ素子が１個の場合に比べて2倍の素子
が必要になってくるため、歩留まりの問題も生じてく
る。

【０００８】また他の従来技術としては、特開平１１−
２３３８５１号公報で報告されているように、２端子非
線形抵抗素子形成過程で絶縁層形成後に水分を含む雰囲
気中で加熱処理を行うと同時に素子が完成した後にも加
熱処理を行い、高コントラスト、焼き付き現象を低減す
る２端子非線形抵抗素子が提案されている。しかしなが
ら、前記水分を含む加熱処理では絶濠層の界面上にチッ
ソ等の不純物が残り素子の特性シフトに悪影響をおよぼ
したり、また水分添加工程による装置の複雑化、水分調
整の問題等、生産性に課題が残る。

【０００９】また他の従来技術としては、特開平１０−
１５０２３３号公報で報告されているように、２端子非
線形抵抗素子形成過程で絶縁層形成後に真空中で１回目
の加熱処理を行い、さらにその上に透明電極膜からなる
上部電極を形成した後に真空中で２回目の加熱処理を行
い、焼き付き現象を低減する２端子非線形抵抗素子が提
案されている。

【００１０】しかしながら、前記従来技術の構成では、
上部電極として酸化インジウム膜等の酸化系の透明電極
膜を形成することが前提となっており、従来この酸化イ
ンジウム膜等を上部電極に用いると素子の電圧−電流特
性の対称性が大きくくずれる現象がある。また加熱処理
の温度が４００℃〜５００℃と高く、素子特性の電圧−
電流調整が困難であり、生産性に課題が残る。

【００１１】また他の従来技術としては、特開平８−３
３０６４７号公報で報告されているように、２端子非線
形抵抗素子形成過程で絶縁層形成後に酸素ガスを含むガ
ス雰囲気中にて加熱処理を行い、素子の非線形特性を向
上させ、特性のバラツキを低減する2端子非線形抵抗素
子が提案されている。

【００１２】しかしながら、前記絶縁層形成後の加熱処
理だけでは素子の電圧−電流特性の非対称性を改善する
のが困難である。また素子特性の電圧−電流調整も難し
く、生産性に課題が残る。

【００１３】また駆動面からは、特開平３−４５９２２
号公報で報告されているように、前記非線形抵抗素子の
電圧−電流特性の非対称性を補償する為にオフセット電
圧を、走査信号及び表示信号の少なくとも一方に印加し
て駆動する方法等がある。しかしなから、前記駆動のオ
フセット方法では、パネルの素子特性のバラツキに対応
できないため、生産性には課題が残る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、液晶層をは
さんで対向する一対の透明基板の一方の基板に平行配列
された複数の電極を形成し、他方の基板に信号電極と、
マトリクス状に配置された複数の画素電極と、それぞれ
の画素電極と信号電極の間に直列に接続された非線形抵
抗素子を形成する工程を備え、非線形抵抗素子が下部電
極と絶縁層と上部電極との３層構造からなり、非線形抵
抗素子を形成する工程が、基板上に下部電極を形成し、
その上に絶縁層を形成し、その上に上部電極を形成する
工程を含み、さらに、上部電極を形成する前に絶縁層に
対して大気中で第１の加熱処理を行い、次に、上部電極
を形成した後の基板に対して大気中で第２の加熱処理を
行う工程からなることを特徴とする液晶表示装置の製造
方法を提供するものである。

【００１５】第１および第２の加熱処理は加熱処理温度
が１５０℃〜３００℃であることが好ましい。また、こ
の発明は上記製造方法によって製造され、電圧−電流特
性の正負対称性Ｒ＝（（＋）Ｉ−（−）Ｉ）／（＋）Ｉ
が５％以下である非線形抵抗素子を備えた液晶表示装置
を提供するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明における一対の透明基板
の材料としては、アルカリガラス，無アルカリガラス，
シリカガラスなどが挙げられる。この発明の液晶層に用
いられる液晶としては、とくに限定されないが、ＴＮモ
ードの液晶が、高コントラストが得られること、透過率
の波長依存性が少ないこと、応答速度が速いこと、駆動
電圧が低いことなどの点から好ましい。

【００１７】一方の基板に平行配列される電極は、光透
過率および導電率の高いＮＥＳＡ膜又はＩＴＯ膜と呼ば
れる金属酸化物膜を用い形成されることが好ましい。非
線形抵抗素子は下部電極と絶縁層と上部電極との３層構
造、いわゆるＭＩＭからなる。なお、下部電極は例えば
Ｔａ膜で形成し、絶縁層はＴａ膜の表面を酸化させるこ
とにより形成し、上部電極はチタン膜で形成することが
できる。

【００１８】この発明による液晶表示装置の製造方法の
特徴は、信号電極に接続される下部電極と、該下部電極
の表面に形成される絶縁層と、その絶縁層を介して下部
電極と重なるように形成される上部電極とからなる非線
形抵抗素子の製造方法にあり、次の（１）及び（２）の
工程を有することにより、従来技術では不可能であった
２端子非線形抵抗素子の電圧−電流特性の正負対称性Ｒ
＝［Ｉ（＋電流）−Ｉ（−電流）］／Ｉ（＋電流）を５
％以下にでき、正極側と負極側とで電流値が等しくなる
ことを実現するものである。

【００１９】（１）前記非線形抵抗素子構造が下部電極
−絶縁層−上部電極の３層構造からなり、そのプロセス
形成の順序としてまず下部電極形成を行い、絶縁層形
成、上部電極形成を行う。その上部電極材料膜を成膜す
る前に絶縁層膜に対して大気中で第１の加熱処理を行う
工程。

【００２０】（２）上記（１）の工程に加え、非線形抵
抗素子特性の調整として前記上部電極材料膜を成膜した
後の基板に対して大気中で第２の加熱処理を行う工程。
上記（１）ないし（２）の加熱処理工程は、１５０℃か
ら３００℃の温度で行うのが望ましい。

【００２１】この発明による上記の非線形抵抗素子の製
造方法で、前記大気中での第１の加熱処理工程により、
絶縁層界面近傍の有機物系Ｃ、Ｈ原子の除去及び、酸化
による表面準位の低減を行い、次に前記大気中の第２の
加熱処理工程により、絶縁層膜から上部電極および下部
電極への酸素の熱拡散が起り、両界面には酸素欠陥準位
が作り込まれる。

【００２２】これによってショットキー障壁は両界面と
も薄くなって、電流は流れやすくなり、ショットキー障
壁の影響は小さくなって、結果的に非対称性は改善され
る。

【００２３】またこの前記第１ないし第２の加熱処理は
非線形抵抗素子の適正な特性の調節も兼ねており、バラ
ツキの少ない均一な特性を確保するためには前記設定温
定１５０℃から３００℃で行うのが望ましい。

【００２４】この製造方法によって製造された非線形抵
抗素子を適用することにより、非線形抵抗素子の電圧−
電流特性が、正極側と負極側とで５％以下の対称特性と
なり、パネル表示のフリッカ現象を抑え、バラツキの少
ない均一な特性を確保ができ、表示品質が良好な液晶表
示装置を得ることができる。

【００２５】実施例以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述す
る。これによってこの発明が限定されるものではない。
まず図１の（１）に示すように、絶縁透光性基板１の表
面全体に第１の金属膜である厚さ３００ｎｍのＴａ膜を
スパッタリング法により形成する。次にフォトリソグラ
フィ法を用いて所定の形状にパターニングして信号配線
および下部電極３とする。そのエッチング法としては、
四ふっ化炭素（ＣＦ₄）と酸素（Ｏ₂）との混合ガスを用
いたドライエッチング法あるいは、フッ酸（ＨＦ）と硝
酸（ＨＮＯ₃）を主成分とする液を用いたウエットエッ
チング法を用いる。次に、陽極酸化法により、下部電極
３の表面を陽極酸化して厚み６０ｎｍの絶縁膜４を図１
の（２）に示すように形成する。

【００２６】その後、この陽極酸化膜を形成した基板１
を大気中で第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理
工程は、温度が約２５０℃、加熱時間約５０分の条件で
行う。この時の加熱処理温度が低ければ加熱時間を増や
し、加熱処理温度が高ければ加熱時間を少なくして調整
を行う。この加熱処理温度範囲は１５０℃〜３００℃で
あることが好ましい。

【００２７】次に、この状態の基板全面に図１の（３）
に示すようにスパッタリング法によりチタンを厚み３０
０ｎｍで形成するか、あるいはフォトリソグラフィー法
により所定の形状にパターニングして上部電極５を形成
し、非線形抵抗素子を形成した後、この基板１に対し
て、大気中で第２の加熱処理を行う。この第２の加熱処
理工程は、温度が約２５０℃、加熱時間約１００分の条
件で行う。

【００２８】ここで前記第１と第２の加熱処理温度を同
一にした時、前記第２の加熱時間を前記第１の加熱時間
の約２倍に設定すると非線形抵抗素子の電流−電圧の正
負非対称性がほぼ対称となる。また第２の加熱処理温度
範囲も１５０℃〜３００℃であることが好ましい。

【００２９】この第２の加熱処理は非線形抵抗素子の適
正な特性の調節も兼ねており、バラツキの少ない均一な
特性を確保するために前記設定温度で行う。この加熱温
度より低ければ加熱時間が多くかかり効率が悪くなる。
逆にあまり加熱温度が高ければ素子の電圧−電流特性が
大きくなりすぎ、調節が困難である。

【００３０】このように非線形抵抗素子が形成された基
板上に、さらにＩＴＯからなる透明電極膜を積層し、こ
れをパターニングして図１の（４）および図２に示すよ
うに画素電極６を形成する。なお、図２は図１の（４）
に示す基板の上面図であり、図１の（４）は図２のＡ−
Ａ矢視断面図である。

【００３１】一方、図示しない対向基板については、ガ
ラス等による透光性基板上に、画素電極６に対向する透
明なストライプ状の対向電極ＩＴＯにより形成する。そ
して、非線形抵抗素子を有する基板および対向基板の表
面上にポリイミド樹脂を塗布し、布で擦るラビング処理
を施し、配向膜とする。これらの基板を配向膜が互いに
対向するように２．５μｍから６μｍの間隔を保って配
置し、この間隔内に液晶を注入して封止し、各基板の表
面に保護膜を形成することにより液晶表示装置が完成す
る。

【００３２】以上のようにして形成したこの発明の液晶
表示装置の非線形抵抗素子の電圧−電流特性を図３に示
す。また比較例として前記第１の加熱処理のみの電圧−
電流特性を図４に示す。また前記第２の加熱処理のみの
ものの電圧−電流特性を図５に示す。また前記加熱処理
を省いた時の電圧−電流特性を図６に示す。また前記従
来技術で形成される非線形抵抗素子の電圧−電流特性を
図７に示す。

【００３３】さらにこれらの結果から得られる対称性の
絶対値Ｒ＝〔Ｉ（＋）−Ｉ（−）〕／Ｉ（＋）を図８に
示す。なお、図８の曲線（ａ）はこの発明による非線形
抵抗素子（図３）を示し、曲線（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は
それぞれ図４，図５，図６に対応する比較例を示し、曲
線（ｅ）は従来例（図７）を示している。

【００３４】図８から前記従来技術で形成される非線形
抵抗素子特性の対称性は３０％〜４０％と悪い。前記加
熱処理なしでは対称性が１０％〜３０％と悪く、また前
記第１の加熱処理あるいは前記第２の加熱処理だけでは
対称性が２０％〜８０％程度と改善できていない。この
発明によれば前記第１と第２の加熱処理を組み合わせる
ことにより対称性は５％以下と改善されていることが判
る。

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば、電圧−電流特性の正
負対称性が５％以下にすることができるので、パネル表
示のフリッカ現象を抑え、表示品質が良好な液晶表示装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例における液晶表示装置の要部
の製造工程を示す工程説明図である。

【図２】この発明の実施例における液晶表示装置の要部
の平面図である。

【図３】この発明の第１と第２の加熱処理を行った２端
子非線形抵抗素子の電圧−電流特性を示すグラフであ
る。

【図４】比較例第１の加熱処理のみを行った２端子非線
形抵抗素子の電圧−電流特性を示すグラフである。

【図５】比較例として第２の加熱処理のみを行った２端
子非線形抵抗素子の電圧−電流特性を示すグラフであ
る。

【図６】比較例として第１と第２の加熱処理を共にはぶ
いた２端子非線形抵抗素子の電圧−電流特性を示すグラ
フである。

【図７】従来技術で形成される２端子非線形抵抗素子の
電圧−電流特性を示すグラフである。

【図８】この発明の２端子非線形抵抗素子の電圧−電流
特性における対称性を比較例および従来例と対比して示
す特性図である。

【符号の説明】

１絶縁透光性基板２下部信号配線３下部電極４絶縁層５上部電極６画素電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶層をはさんで対向する一対の透明基
板の一方の基板に平行配列された複数の電極を形成し、
他方の基板に信号電極と、マトリクス状に配置された複
数の画素電極と、それぞれの画素電極と信号電極の間に
直列に接続された非線形抵抗素子を形成する工程を備
え、非線形抵抗素子が下部電極と絶縁層と上部電極との
３層構造からなり、非線形抵抗素子を形成する工程が、
基板上に下部電極を形成し、その上に絶縁層を形成し、
その上に上部電極を形成する工程を含み、さらに、上部
電極を形成する前に絶縁層に対して大気中で第１の加熱
処理を行い、次に、上部電極を形成した後の基板に対し
て大気中で第２の加熱処理を行う工程からなることを特
徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】第１および第２の加熱処理は加熱処理温
度が１５０℃〜３００℃であることを特徴とする請求項
１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の製造方法によって
製造され、電圧−電流特性の正負対称性Ｒ＝（（＋）Ｉ
−（−）Ｉ）／（＋）Ｉが５％以下である非線形抵抗素
子を備えた液晶表示装置。