JP2798962B2 - Liquid crystal display - Google Patents

Liquid crystal display

Info

Publication number
JP2798962B2
JP2798962B2 JP8735289A JP8735289A JP2798962B2 JP 2798962 B2 JP2798962 B2 JP 2798962B2 JP 8735289 A JP8735289 A JP 8735289A JP 8735289 A JP8735289 A JP 8735289A JP 2798962 B2 JP2798962 B2 JP 2798962B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
liquid crystal
mim
electrode
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP8735289A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02264928A (en
Inventor
英一 太田
均 近藤
裕治 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP8735289A priority Critical patent/JP2798962B2/en
Priority to US07/505,222 priority patent/US5101288A/en
Publication of JPH02264928A publication Critical patent/JPH02264928A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2798962B2 publication Critical patent/JP2798962B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非線形抵抗素子としてMIM(金属−絶縁膜−
金属)素子を用いた、OA用、TV用等の高容量フラットパ
ネルディスプレーに応用可能なアクティブマトリックス
型液晶表示装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a metal-insulating film (MIM) as a non-linear resistance element.
The present invention relates to an active matrix liquid crystal display device using a (metal) element and applicable to a high-capacity flat panel display for OA, TV, and the like.

〔技術技術〕[Technology]

アクティブマトリックス型液晶表示装置は一般に液晶
層を支持する2枚の絶縁基板の少なくとも一方の基板の
各画素に非線形抵抗素子を直列に接続したもので、非線
形抵抗素子としてはMIM素子が多く使用されている。
An active matrix type liquid crystal display device generally has a non-linear resistance element connected in series to each pixel of at least one of two insulating substrates supporting a liquid crystal layer, and a MIM element is often used as the non-linear resistance element. I have.

従来MIM素子としてはガラス板のような絶縁板上に下
部電極としてTa,Al,Ti等の金属電極を設け、その上に前
記金属の酸化物系透明電極、又はSiOx,SiNx等からなる
絶縁膜を設け、更にその上に上部電極としてAl,Cr等の
金属電極を設けたものが知られている。
As a conventional MIM element, a metal electrode such as Ta, Al, or Ti is provided as a lower electrode on an insulating plate such as a glass plate, and an oxide-based transparent electrode of the metal, or an insulating film made of SiOx, SiNx, or the like is provided thereon. And a metal electrode such as Al or Cr is further provided thereon as an upper electrode.

しかし絶縁膜に金属酸化物を用いたMIM素子(特開昭5
7−196589号、同61−232689号、同62−52333号等)の場
合、絶縁膜は下部金属電極の陽極酸化又は熱酸化により
形成するため、工程が複雑であり、しかも高温熱処理を
必要とし(陽極酸化法でも不純物の除去等を確実にする
ため、高温熱処理が必要)、また膜制御性(膜質及び膜
厚の均一性及び再現性)に劣る上、基板が耐熱材料に限
られること、及び絶縁膜は物性が一定な金属酸化物から
なることから、デバイスの材料やデバイス特性を自由に
変えることができず、設計上の自由度が狭いという欠点
がある。これはMIM素子を組込んだ装置、例えば液晶表
示装置等からの仕様を十分に満たすデバイスを設計、作
製することが不可能であることを意味する。またこのよ
うに膜制御性が悪いと、素子特性としての電流(I)電
圧(V)特性、特にI−V特性やI−V特性の対称性
(プラスバイアス時とマイナスバイアス時との電流比I-
/I+)のバラツキが大きくなるという問題も生じる。そ
の他、MIM素子を液晶表示装置(LCD)用として使用する
場合、液晶部容量(CLCD)/MIM容量(CMIM)比は10以上
が必要なので、MIM容量は小さい方が望ましいが、金属
酸化物膜の場合は誘電率が大きいことから、素子容量も
大きくなり、このため素子容量、従って素子面積を小さ
くするための微細加工を必要とする。またこの場合、液
晶材料封入時のラビング工程等で絶縁膜が機械的損傷を
受けることにより、微細加工とも相まって歩留り低下を
来たすという問題もある。
However, a MIM device using a metal oxide for an insulating film (Japanese Unexamined Patent Publication No.
7-196589, 61-232689, 62-52333, etc.), the insulating film is formed by anodic oxidation or thermal oxidation of the lower metal electrode, so the process is complicated and requires high-temperature heat treatment. (High-temperature heat treatment is necessary even in the anodization method to ensure the removal of impurities, etc.), and film controllability (film quality and film thickness uniformity and reproducibility) is poor, and the substrate is limited to heat-resistant materials. In addition, since the insulating film is made of a metal oxide having constant physical properties, the material and device characteristics of the device cannot be freely changed, and there is a disadvantage that the degree of freedom in design is narrow. This means that it is impossible to design and manufacture a device incorporating the MIM element, for example, a device that sufficiently satisfies specifications from a liquid crystal display device or the like. If the film controllability is poor, the current (I) and voltage (V) characteristics as device characteristics, particularly the IV characteristics and the symmetry of the IV characteristics (the current ratio between the plus bias and the minus bias) I -
/ I + ) also increases. In addition, when the MIM element is used for a liquid crystal display device (LCD), the ratio of the liquid crystal part capacitance (C LCD ) / MIM capacitance (C MIM ) is required to be 10 or more. In the case of an object film, since the dielectric constant is large, the element capacity is also increased, and therefore, fine processing is required to reduce the element capacity and hence the element area. Further, in this case, there is also a problem that the yield is reduced due to mechanical damage to the insulating film in a rubbing step or the like at the time of sealing the liquid crystal material, in combination with fine processing.

更に高容量化(大面積化)した場合には、素子のショ
ート、断線或いは画素電極上の欠陥、ダストによる液晶
配向不良等に起因する画素欠陥が発生し易く、これによ
り表示品質の低下を来たすことになる。これを防止する
ため特開昭62−59927号では画像を少なくとも2つに分
割して各々MIM素子等のスイッチング素子に接続してい
るが、画素部を分割すると、前記容量比範囲からはずれ
る恐れがある。この点からもMIM容量はできるだけ小さ
い方が望ましい。
When the capacitance is further increased (large area), pixel defects due to short-circuiting of elements, disconnection or defects on pixel electrodes, defective liquid crystal alignment due to dust, and the like are likely to occur, thereby deteriorating display quality. Will be. In order to prevent this, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-59927, an image is divided into at least two parts and each is connected to a switching element such as a MIM element. is there. From this point as well, it is desirable that the MIM capacity be as small as possible.

一方、絶縁膜にSiOxやSiNxを用いたMIM素子(特開昭6
1−275819号)の場合、絶縁膜は製造上の問題は特にな
く、ブラズマCVD法、スパッタ法等の気相法で成膜する
が、基板温度が通常300℃程度必要であるため、低コス
ト基板は使用できず、また大面積化の際、基板温度分布
のため膜厚、膜質が不均一になり易いという欠点があ
る。またこの絶縁膜は物性が大きく変化する非晶質材料
からなるが、光劣化や光導電(光による抵抗変化)の問
題があるので、やはりデバイスの特性設計上の自由度は
狭くなる。
On the other hand, MIM devices using SiOx or SiNx for the insulating film
In the case of No. 1-275819), there is no particular problem in the production of the insulating film, and the insulating film is formed by a vapor phase method such as a plasma CVD method or a sputtering method. The substrate cannot be used, and when the area is increased, there is a disadvantage that the film thickness and the film quality tend to be non-uniform due to the substrate temperature distribution. Although this insulating film is made of an amorphous material whose physical properties change significantly, the degree of freedom in device characteristic design is also narrowed due to the problems of light degradation and photoconductivity (resistance change due to light).

また従来のMIM素子に用いられる絶縁膜は耐圧及び闘
値電圧に不足していた。
In addition, the insulating film used in the conventional MIM element is insufficient in withstand voltage and threshold voltage.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

本発明の目的はMIM素子の絶縁膜として硬質炭素膜を
用い、且つ画素電極を分割することにより、低温(室温
付近)でしかも簡単な工程で膜制御性及び機械的強度に
優れた低誘電率の絶縁膜を形成でき、従って広範囲での
デバイス設計が可能で、しかも素子特性のバラツキが少
なく、闘値電圧及び耐圧に優れ、且つ画素欠陥を目立た
なくして量産歩留りを向上し得る安価なMIM素子を用い
た液晶表示装置を提供することである。
An object of the present invention is to use a hard carbon film as an insulating film of a MIM element and to divide a pixel electrode so that a low dielectric constant with excellent film controllability and mechanical strength can be obtained at a low temperature (around room temperature) and in a simple process. An inexpensive MIM device that can form an insulating film and therefore can design devices over a wide range, has little variation in device characteristics, has excellent threshold voltage and withstand voltage, and can improve mass production yield by making pixel defects inconspicuous. And a liquid crystal display device using the same.

〔発明の構成・動作〕[Configuration and operation of the invention]

本発明の液晶表示装置は液晶層を支持する2枚の絶縁
基板の少なくとも一方の基板の各画素に非線形抵抗素子
を直列に接続してなる液晶表示装置において、前記非線
形抵抗素子はバスライン電極としての第一導体と画素電
極としての第二導体との間に形成された、膜厚が100〜8
000Å及び比抵抗が106〜1013Ωcmであり、更に、不純物
として周期律表第III族元素、同第IV族元素、同第V族
元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素
原子、酸素原子、カルコゲン系元素又はハロゲン原子を
ドープ含有した硬質炭素膜からなるMIM素子であり、且
つ前記画素電極は、各々MIM素子に接続された少なくと
も2つの要素に分割されていることを特徴とするもので
ある。
The liquid crystal display device of the present invention is a liquid crystal display device comprising a non-linear resistance element connected in series to each pixel of at least one of two insulating substrates supporting a liquid crystal layer, wherein the non-linear resistance element serves as a bus line electrode. Formed between the first conductor and the second conductor as a pixel electrode, the film thickness is 100 to 8
000Å and specific resistance of 10 6 to 10 13 Ωcm, and further, as an impurity, a group III element, a group IV element, a group V element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a nitrogen atom A MIM element comprising a hard carbon film doped with an oxygen atom, a chalcogen element or a halogen atom, and wherein the pixel electrode is divided into at least two elements each connected to the MIM element. Is what you do.

このように本発明の液晶表示装置は非線形抵抗素子と
して絶縁膜が硬質炭素膜からなるMIM素子を用いたこと
を第一の特徴としている。このMIM素子に使用される絶
縁膜は炭素原子及び水素原子を主要な組織形成元素とし
て非晶質及び微結晶質の少くとも一方を含む硬質炭素膜
(i−C膜、ダイヤモンド状炭素膜、アモルファスダイ
ヤモンド膜、ダイヤモンド薄膜とも呼ばれる。)からな
っている。硬質炭素膜の一つの特徴は気相成長膜である
ため、後述するようにその諸物性が成膜条件によって広
範囲に制御できることにある。従って、絶縁膜といって
もその抵抗値は半絶縁体から絶縁体領域までをカバーし
ており、この意味では本発明のMIM素子は特開昭61−275
819号で示されるMSI素子(Metel−Semi−Insulator)と
しても位置付けられるものである。
As described above, the first feature of the liquid crystal display device of the present invention is that the MIM element in which the insulating film is formed of the hard carbon film is used as the nonlinear resistance element. The insulating film used for this MIM element is a hard carbon film (i-C film, diamond-like carbon film, amorphous carbon film, etc.) containing at least one of amorphous and microcrystalline with carbon atoms and hydrogen atoms as main structure forming elements. Diamond film, also called a diamond thin film). One of the characteristics of the hard carbon film is that it is a vapor-grown film, so that its physical properties can be controlled over a wide range by film formation conditions as described later. Therefore, the resistance value of the insulating film covers the range from the semi-insulator to the insulator region, and in this sense, the MIM element of the present invention is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275.
It is also positioned as an MSI element (Metel-Semi-Insulator) shown in No. 819.

このような硬質炭素膜を形成するためには有機化合物
ガス、特に炭化水素ガスが用いられる。この原料におけ
る相状態は常温常圧において必ずしも気相である必要は
なく、加熱或は減圧等により溶融、蒸発、昇華等を経て
気化し得るものであれば、液相でも固相でも使用可能で
ある。
To form such a hard carbon film, an organic compound gas, particularly a hydrocarbon gas, is used. The phase state of this raw material does not necessarily need to be a gas phase at normal temperature and normal pressure, and any material that can be vaporized through melting, evaporation, sublimation, etc. by heating or decompression can be used in a liquid phase or a solid phase. is there.

原料ガスとしての炭化水素ガスについては例えばCH4,
C2H6,C3H8,C4H10等のパラフィン系炭化水素、C2H4等の
アセチレン系炭化水素、オレフィン系炭化水素、ジオレ
フィン系炭化水素、さらには芳香族炭化水素などすべて
の炭化水素を含むガスが使用できる。
For example, CH 4 ,
Paraffin hydrocarbons such as C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10 , acetylene hydrocarbons such as C 2 H 4 , olefin hydrocarbons, diolefin hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons Gases containing all hydrocarbons can be used.

さらに、炭化水素以外でも、例えば、アルコール類、
ケトン類、エーテル類、エステル類、CO,CO2等の炭素元
素を含む化合物であれば使用できる。
Further, other than hydrocarbons, for example, alcohols,
Any compound containing a carbon element such as ketones, ethers, esters, and CO and CO 2 can be used.

本発明における原料ガスからの硬質炭素膜の形成方法
としては、成膜活性種が、直流、低周波、高周波、或い
はマイクロ派等を用いたプラズマ法により生成されるプ
ラズマ状態を経て形成される方法が好ましいが、大面積
化、均一性向上、低温成膜の目的で、低圧下で堆積を行
うため、磁界効果を利用する方法がさらに好ましい。
As a method for forming a hard carbon film from a raw material gas in the present invention, a method in which a film forming active species is formed through a plasma state generated by a plasma method using a direct current, a low frequency, a high frequency, or a micro group is used. However, a method using a magnetic field effect is more preferable because deposition is performed at a low pressure for the purpose of increasing the area, improving uniformity, and forming a film at a low temperature.

またこの活性種は高温熱分解によっても形成できる。
その他にも、イオン化蒸着法、或いはイオンビーム蒸着
法等により生成されるイオン状態を経て形成されてもよ
いし、真空蒸着法、或いはスパッタリング法等により生
成される中性粒子から形成されてもよいし、さらには、
これらの組み合わせにより形成されてもよい。
The active species can also be formed by high-temperature pyrolysis.
In addition, it may be formed through an ion state generated by an ionization evaporation method, an ion beam evaporation method, or the like, or may be formed from neutral particles generated by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like. And, furthermore,
It may be formed by a combination of these.

こうして作製される硬質炭素膜の堆積条件の一例はプ
ラズマCVD法の場合、概ね次の通りである。
An example of the deposition conditions of the hard carbon film thus produced is generally as follows in the case of the plasma CVD method.

RF出力 :0.1〜50W/cm2 圧 力:10-3〜10Torr 堆積温度:室温〜950℃ このプラズマ状態により原料ガスがラジカルとイオン
に分解され反応することによって、基板上に炭素原子C
と水素原子Hとからなるアモルファス(非晶質)及び微
結晶質(結晶の大きさは数10Å〜数μm)の少くとも一
方を含む硬質炭素膜が堆積する。なお、硬質炭素膜の諸
特性を表−1に示す。
RF output: 0.1 to 50 W / cm 2 Pressure: 10 -3 to 10 Torr Deposition temperature: room temperature to 950 ° C. The raw material gas is decomposed into radicals and ions by this plasma state, and reacts to form carbon atoms on the substrate.
And a hydrogen atom H, a hard carbon film containing at least one of amorphous (amorphous) and microcrystalline (crystal size is several tens to several μm) is deposited. Table 1 shows various properties of the hard carbon film.

こうして形成される硬質炭素膜はIR吸収法及びラマン
分光法による分析の結果、夫々、第8図及び第9図に示
すように炭素原子がSP3の混成軌道とSP2の混成軌道とを
形成した原子間結合が混在していることが明らかになっ
ている。SP3結合とSP2結合との比率は、IRスペクトルを
ピーク分離することで概ね推定できる。IRスペクトルに
は、2800〜3150cm-1に多くのモードのスペクトルが重な
って測定されるが、夫々の波数に対応するピークの帰属
は明らかになっており、第10図のようにガウス分布によ
ってピーク分離を行ない、夫々のピーク面積を算出し、
その比率を求めればSP3/SP2を知ることができる。
Thus the hard carbon film to be formed is analyzed by IR absorption and Raman spectroscopy, respectively, the carbon atoms as shown in FIG. 8 and FIG. 9 is formed a hybrid orbital of the hybrid orbitals and SP 2 of SP 3 It is clear that the interatomic bonds are mixed. The ratio between SP 3 and SP 2 bonds can be roughly estimated by separating peaks in the IR spectrum. In the IR spectrum, spectra of many modes are overlapped and measured at 2800 to 3150 cm -1 , but the assignment of peaks corresponding to each wave number has been clarified, and peaks are found by Gaussian distribution as shown in Fig. 10. Separate and calculate each peak area,
It is possible to know the SP 3 / SP 2 by obtaining the ratio.

またX線及び電子回折分析によればアモルファス状態
(a−C:H)、及び/又は約50Å〜数μm程度の微結晶
粒を含むアモルファス状態にあることが判っている。
According to X-ray and electron diffraction analyses, it is known that it is in an amorphous state (a-C: H) and / or an amorphous state containing fine crystal grains of about 50 ° to several μm.

一般に量産に適しているプラズマCVD法の場合にはRF
出力が小さいほど膜の比抵抗値および硬度が増加し、低
圧力なほど活性種の寿命が増加するために基板温度の低
温化、大面積での均一化が図れ、且つ比抵抗及び硬度が
増加する傾向にある。更に、低圧力ではプラズマ密度が
減少するため、磁場閉じ込め効果を利用する方法は膜質
の向上には特に効果的である。
In the case of plasma CVD which is generally suitable for mass production, RF
The lower the output, the higher the specific resistance and hardness of the film, and the lower the pressure, the longer the life of the active species. Therefore, the substrate temperature can be lowered, the uniformity over a large area can be achieved, and the specific resistance and hardness increase. Tend to. Furthermore, since the plasma density decreases at low pressure, the method using the magnetic field confinement effect is particularly effective for improving the film quality.

さらに、この方法は常温〜150℃程度の比較的低い温
度条件でも同様に良質の硬質炭素膜を形成できるという
特徴を有しているためMIM素子製造プロセスの低温化に
は最適である。従って使用する基板材料の選択自由度が
広がり、基板温度をコントロールし易くするために、大
面積に均一な膜が得られる、という特徴を持っている。
また硬質炭素膜の構造、物性は表−1に示したように、
広範囲に制御可能であるため、デバイス特性を自由に設
計できる利点もある。さらには、膜の誘電率も3〜5と
従来のMIM素子に使用されていたTa2O5,Al2O3,AlNxと比
較して小さいため、同じ電気容量を持った素子を作る場
合、素子サイズが大きくてすむので、それほど微細加工
を必要とせず、歩留りが向上する(駆動条件の関係から
LCDとMIM素子の容量比はCLCD:CMIM=10:1程度必要であ
る。
Further, this method has a feature that a high-quality hard carbon film can be similarly formed even at a relatively low temperature condition of about room temperature to about 150 ° C., so that it is most suitable for lowering the MIM element manufacturing process. Therefore, there is a feature that the degree of freedom in selecting a substrate material to be used is widened and a uniform film can be obtained over a large area in order to easily control the substrate temperature.
Also, the structure and physical properties of the hard carbon film are as shown in Table 1,
Since control is possible over a wide range, there is an advantage that device characteristics can be freely designed. Furthermore, since the dielectric constant of the film is 3-5, which is smaller than Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , and AlNx used for the conventional MIM element, when making an element having the same electric capacity, Since the element size can be large, fine processing is not so required, and the yield is improved.
The capacitance ratio between the LCD and the MIM element needs to be about C LCD : C MIM = 10: 1.

また、前述したように素子急峻性 であるため、誘電率εが小さければ急峻性は大きくな
り、オン電流Ionとオフ電流IoFFとの比が大きくとれる
ようになる。このため低デューティ比でのLCD駆動が可
能となり、高密度のLCDが実現できる。さらに、膜の硬
度が高いため、液晶材料封入時のラビング工程による損
傷が少なく、この点からも歩留りが向上する。以上の点
から硬質炭素膜を使用することで、低コスト、階調性
(カラー化)、高密度LCD等が実現できる。
In addition, as described above, Because it steepness smaller dielectric constant ε is large, so that the ratio of the ON current Ion and off-current Io FF, can be increased. For this reason, LCD driving at a low duty ratio becomes possible, and a high-density LCD can be realized. Further, since the hardness of the film is high, the damage due to the rubbing step at the time of enclosing the liquid crystal material is small, and the yield is improved from this point as well. From the above points, by using the hard carbon film, low cost, gradation (colorization), high-density LCD and the like can be realized.

以上のような硬質炭素膜には必要に応じて抵抗値の制
御、あるいは膜の安定性、耐熱性の向上、さらに硬度の
向上のために、不純物として周期律表第III族元素、同
第IV族元素、同第V族元素、アルカリ金属元素、アルカ
リ土類金属元素、窒素原子、酸素原子、カルコゲン系元
素又はハロゲン原子をドープ含有させることができる。
この不純物ドープにより素子の安定性及びデバイス設計
の自由度はいっそう増大する。これら不純物の量は全構
成原子に対し5原子%以下、同じく第IV族元素の量は35
原子%以下、同じく第V族元素の量は5原子%以下、ア
ルカリ金属元素の量は5原子%以下、アルカリ土類金属
元素の量は5原子%以下、窒素元子の量は5原子%以
下、酸素原子の量は5原子%以下、カルコゲン系元素の
量は35原子%以下、またハロゲン元素の量は35原子%以
下である。なおこれら元素又は原子の量は元素分析の常
法、例えばオージェ分析によって測定することができ
る。またこの量は原料ガスに含まれる他の化合物の量や
成膜条件等で調節可能である。
In the hard carbon film as described above, if necessary, control of the resistance value, or stability of the film, improvement of heat resistance, and further improvement of hardness, as an impurity, an element of Group III of the periodic table, and an element of Group IV. Group elements, Group V elements, alkali metal elements, alkaline earth metal elements, nitrogen atoms, oxygen atoms, chalcogen elements or halogen atoms can be doped.
This impurity doping further increases the stability of the device and the degree of freedom in device design. The amount of these impurities is 5 atomic% or less based on all the constituent atoms, and the amount of the group IV element is 35%.
Atomic% or less, the amount of the group V element is also 5 atomic% or less, the amount of the alkali metal element is 5 atomic% or less, the amount of the alkaline earth metal element is 5 atomic% or less, and the amount of the nitrogen element is 5 atomic%. Hereinafter, the amount of oxygen atoms is 5 atom% or less, the amount of chalcogen element is 35 atom% or less, and the amount of halogen element is 35 atom% or less. The amounts of these elements or atoms can be measured by a conventional method of elemental analysis, for example, Auger analysis. Also, this amount can be adjusted by the amount of other compounds contained in the source gas, film forming conditions, and the like.

なお硬質炭素膜の膜厚範囲は、駆動電圧と破壊電圧と
の関係より膜厚が100〜8000Å、比抵抗が106〜1013Ωcm
の範囲であることが望ましい。なお駆動電圧と耐圧(絶
縁破壊電圧)とのマージンを考慮すると膜厚は200Å以
上であることが望ましく、また、画素部とMIM素子部間
の段差(セルギャップ)に起因する色ムラが実用上問題
とならないようにするには膜厚は6000Å以下であること
が望ましいことから、硬質炭素膜の膜厚は200〜6000
Å、比抵抗は5×106〜1012Ωcmであることが更に望ま
しい。また硬質炭素膜のピンホールによる素子の欠陥数
は膜厚の減少にともなって増加し、300Å以下では特に
顕著になること(欠陥率は1%を越える)、及び膜厚の
面内分布の均一性(ひいては素子特性の均一性)が確保
できなくなる(膜厚制御の精度は30Å程度が限度で、膜
厚のバラツキが10%を越える)ことから、膜厚は300Å
以上であることがいっそう望ましい。また、ストレスに
よる硬質炭素膜の剥離を起こり難くするため、及び更に
低デューティ比(望ましくは1/1000以下)で駆動するた
めに、膜厚は4000Å以下であることがいっそう望まし
い。従って硬質炭素膜の膜厚は300〜4000Å、比抵抗は1
07〜1011Ωcmであることが更に好ましい。
The hard carbon film has a thickness range of 100 to 8000 mm and a specific resistance of 10 6 to 10 13 Ωcm from the relationship between the driving voltage and the breakdown voltage.
Is desirably within the range. In consideration of the margin between the drive voltage and the withstand voltage (dielectric breakdown voltage), the film thickness is desirably 200 mm or more, and color unevenness due to a step (cell gap) between the pixel portion and the MIM element portion is practically impossible. The thickness of the hard carbon film is preferably 200 to 6000
Å, the specific resistance is more preferably 5 × 10 6 to 10 12 Ωcm. In addition, the number of defects in the element due to pinholes in the hard carbon film increases as the film thickness decreases, and becomes particularly remarkable at 300 ° or less (the defect rate exceeds 1%), and the in-plane distribution of the film thickness is uniform. (The accuracy of film thickness control is limited to about 30 mm, and the variation in film thickness exceeds 10%), so that the film thickness is 300 mm.
More desirably. Further, in order to make the hard carbon film hardly exfoliated due to stress and to drive at a low duty ratio (preferably 1/1000 or less), the film thickness is more preferably 4000 ° or less. Therefore, the thickness of the hard carbon film is 300 to 4000 mm, and the specific resistance is 1
More preferably, it is in the range of 0 7 to 10 11 Ωcm.

本発明で使用されるMIM素子は絶縁膜が以上のような
硬質炭素膜からなるものであるが、更にこのMIM素子に
おいては画素電極が少くとも2つの要素に分割されて各
々素子に接続されている。このような本発明のMIM素子
の構成を従来品を参照して図面によって説明する。
The MIM element used in the present invention has an insulating film made of a hard carbon film as described above. In this MIM element, a pixel electrode is divided into at least two elements and connected to the respective elements. I have. The configuration of such a MIM element of the present invention will be described with reference to the drawings with reference to a conventional product.

第1図は従来例の平面図、第2〜5図は本発明の実施
例である。第1図の従来例においては画素電極5が単一
であり、それに1つの素子部が接続されており、この素
子が断線、ショート等により機能しなければ、画素(画
素電極5の部分に相当)全体が表示されず欠陥となる。
FIG. 1 is a plan view of a conventional example, and FIGS. 2 to 5 are embodiments of the present invention. In the conventional example shown in FIG. 1, the pixel electrode 5 is single, and one element portion is connected thereto. If this element does not function due to disconnection, short circuit, etc., the pixel (corresponding to the pixel electrode 5 portion) ) The whole is not displayed and becomes a defect.

第2図は本発明の一実施例である。画素電極5が2つ
の要素5′に分割されており、各要素毎にMIM素子から
なるスイッチング素子6が接続されている。画素電極5
の分割の仕方はこの例では、横方向の櫛形状となってい
るが、これに限られるものではなく、第3〜5図のよう
な構成でもよい。要するに正常な動作での表示状態が画
素電極5全体に平均化されて表現できる形状であればよ
い。これにより偶発的な画素欠陥に対して見掛上、歩留
りの低下を小さくすることができる。第3図及び第4図
は分割様式の異なる本発明の別の実施例である。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. The pixel electrode 5 is divided into two elements 5 ', and a switching element 6 composed of a MIM element is connected to each element. Pixel electrode 5
Is divided in the horizontal direction in this example, the invention is not limited to this, and a configuration as shown in FIGS. 3 to 5 may be used. In short, any shape may be used as long as the display state in a normal operation can be expressed by being averaged over the entire pixel electrode 5. As a result, it is possible to reduce the apparent decrease in the yield for accidental pixel defects. FIG. 3 and FIG. 4 show another embodiment of the present invention having different division modes.

また画素電極の分割数も上記例のように2つに限定さ
れるものではなく、第5図のように3つ或いはそれ以上
であってもよい。
The number of divisions of the pixel electrode is not limited to two as in the above example, but may be three or more as shown in FIG.

次に本発明に使用されるスイッチング素子の作成法に
関して説明する。
Next, a method of forming the switching element used in the present invention will be described.

本発明のMIM素子を作るには例えば第6図に示すよう
に、まず画素電極5となる透明電極パターンが形成され
た絶縁基板1上に蒸着、スパッタリング等の方法で補助
電極4用導体薄膜を形成し、ウエット又はドライエッチ
ングにより所定のパターンにパターニングして補助電極
4とし、その上にプラズマCVD法、イオンビーム法等に
より硬質炭素膜3を被覆後、ドライエッチング、ウエッ
トチング又はレジストを用いるリフトオフ法により所定
のパターンにパターニングして絶縁膜とし、次にその上
に蒸着、スパッタリング等の方法により上部電極を兼ね
たバスライン2となる導体薄膜を被覆し、所定のパター
ンにパターニングして上部電極2を形成し、最後に補助
電極4の不要部分を除去して画素電極5′を露出させ
る。または、第7図に示すように、補助電極4の形状以
外は第6図の場合と同様に、基板1上に下部電極を兼ね
るバスライン2、絶縁膜3及び上部電極となる補助電極
4を形成した後、蒸着、スパッタリング等の方法により
透明電極用薄膜を形成し、ついでその一部が補助電極4
にかかるようにパターン化して、画素電極と接続すれば
よい。
In order to fabricate the MIM device of the present invention, for example, as shown in FIG. 6, first, a conductive thin film for the auxiliary electrode 4 is formed on the insulating substrate 1 on which the transparent electrode pattern to be the pixel electrode 5 is formed by a method such as vapor deposition and sputtering. It is formed and patterned into a predetermined pattern by wet or dry etching to form an auxiliary electrode 4. After coating the hard carbon film 3 thereon by a plasma CVD method, an ion beam method, or the like, lift-off using dry etching, wet etching or a resist An insulating film is formed by patterning into a predetermined pattern by a method, and then a conductive thin film serving as a bus line 2 also serving as an upper electrode is coated thereon by a method such as evaporation or sputtering, and is patterned into a predetermined pattern to form an upper electrode. 2, and an unnecessary portion of the auxiliary electrode 4 is finally removed to expose the pixel electrode 5 '. Alternatively, as shown in FIG. 7, a bus line 2 also serving as a lower electrode, an insulating film 3 and an auxiliary electrode 4 serving as an upper electrode are formed on the substrate 1 in the same manner as in FIG. After the formation, a thin film for a transparent electrode is formed by a method such as evaporation or sputtering, and a part of the thin film is
May be connected to the pixel electrode.

更にMIMS素子の構成はこれに限られるものではなく、
MIM素子の作成後、最上層に透明電極を設けたもの、透
明電極が上部又は下部電極を兼ねた構成のもの、下部電
極の側面にMIM素子を形成したもの等、種々の構成が可
能である。
Furthermore, the configuration of the MIMS element is not limited to this,
After the MIM element is created, various configurations are possible, such as a configuration in which a transparent electrode is provided on the uppermost layer, a configuration in which the transparent electrode also serves as the upper or lower electrode, and a configuration in which the MIM device is formed on the side surface of the lower electrode. .

なお下部電極、上部電極及び画素電極の厚さはいずれ
も数百〜数千Åの範囲である。また硬質炭素膜の厚さは
100〜8000Å、望ましくは200〜6000Å、さらに望ましく
は300〜4000Åの範囲である。
The thickness of each of the lower electrode, the upper electrode, and the pixel electrode is in the range of several hundreds to several thousand square meters. The thickness of the hard carbon film is
It is in the range of 100 to 8000, preferably 200 to 6000, more preferably 300 to 4000.

以上のようなMIM素子を有する基板を用いて本発明の
液晶表示装置を作るにはこの基板とストライプ状の共通
電極が形成された第二の基板を用意し、両基板間に常法
により液晶層を形成すればよい。
In order to make the liquid crystal display device of the present invention using the substrate having the MIM element as described above, a second substrate on which this substrate and a stripe-shaped common electrode are formed is prepared, and a liquid crystal is formed between the two substrates by an ordinary method. A layer may be formed.

〔発明の作用効果〕[Function and effect of the invention]

以上のように本発明によれば、非線形抵抗素子である
MIM素子の絶縁膜に硬質炭素膜を用いることにより、下
記1)〜5)のような効果が得られる。
As described above, according to the present invention, it is a nonlinear resistance element.
By using a hard carbon film as the insulating film of the MIM element, the following effects 1) to 5) can be obtained.

1) プラズマCVD法等の気相合成法で作製されるた
め、成膜条件によって物性が広範に制御でき、従ってデ
バイス設計上の自由度が大きい。
1) Since it is manufactured by a gas phase synthesis method such as a plasma CVD method, the physical properties can be controlled in a wide range depending on the film formation conditions, and thus the degree of freedom in device design is large.

2) 硬質でしかも厚膜にできるため、機械的損傷を受
け難く、また厚膜化によるピンホールの減少も期待でき
る。
2) Since it is hard and can be formed into a thick film, it is hard to be damaged mechanically, and a reduction in pinholes due to the thick film can be expected.

3) 室温付近の低温においても良質な膜を形成できる
ので、基板材質に制約がないし、また大面積化に適して
いる。
3) Since a high-quality film can be formed even at a low temperature near room temperature, there is no restriction on the substrate material and it is suitable for increasing the area.

4) 膜厚、膜質の均一性に優れているため、薄膜デバ
イス用として適している。
4) It is suitable for thin film devices because of its excellent uniformity of film thickness and film quality.

5) 誘電率が低いので、高度の微細加工技術を必要と
せず、またMIMの急峻性も高くできるので、パネルの大
面積化に有利である。
5) Since the dielectric constant is low, a high level of fine processing technology is not required, and the sharpness of the MIM can be increased, which is advantageous for increasing the area of the panel.

更にこのMIM素子基板の画素を少くとも2つの要素に
分割したことにより、下記6)のような効果が得られ
る。
Further, by dividing the pixel of the MIM element substrate into at least two elements, the following effect 6) can be obtained.

6) 画素欠陥を目立たなくすることができるので量産
歩留りが改善される結果、安価な液晶表示装置を提供す
ることができる。
6) Since the pixel defect can be made inconspicuous, the mass production yield is improved, so that an inexpensive liquid crystal display device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は従来の液晶表示装置に用いられる非線形抵抗素
子としてMIM素子を有する基板の平面図、第2〜5図は
夫々本発明の液晶表示装置に用いられる、MIM素子を有
する基板の平面図、第6〜7図は本発明のMIM素子を有
する基板の作製法についての説明図、第8図及び第9図
は夫々本発明のMIM素子に用いられる硬質炭素膜系絶縁
膜のIRスペクトル及びラマンスペクトルを示し、また第
10図は前記硬質炭素膜のガウス分布を示す。 1……絶縁基板、2……バスライン電極 3……硬質炭素膜の絶縁膜、4……補助電極 5……画素電極、5′……画素電極の1要素 6……MIM素子
FIG. 1 is a plan view of a substrate having a MIM element as a nonlinear resistance element used in a conventional liquid crystal display device, and FIGS. 2 to 5 are plan views of a substrate having a MIM element used in the liquid crystal display device of the present invention. FIGS. 6 and 7 are explanatory views of a method of manufacturing a substrate having the MIM element of the present invention. FIGS. 8 and 9 are IR spectra and graphs of a hard carbon film-based insulating film used in the MIM element of the present invention, respectively. Raman spectrum
FIG. 10 shows a Gaussian distribution of the hard carbon film. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating substrate, 2 ... Bus line electrode 3 ... Hard carbon film insulating film 4, ... Auxiliary electrode 5 ... Pixel electrode, 5 '... One element of pixel electrode 6 ... MIM element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−59927(JP,A) 特開 昭64−40929(JP,A) 特開 昭64−7577(JP,A) 特開 平1−217326(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/136 G02F 1/1343 G09F 9/30 H01L 49/02──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-59927 (JP, A) JP-A-64-40929 (JP, A) JP-A-64-7577 (JP, A) JP-A-1- 217326 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/136 G02F 1/1343 G09F 9/30 H01L 49/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】液晶層を支持する2枚の絶縁基板の少なく
とも一方の基板の各画素に非線形抵抗素子を直列に接続
してなる液晶表示装置において、前記非線形抵抗素子は
バスライン電極としての第一導体と画素電極としての第
二導体との間に形成された、膜厚が100〜8000Å及び比
抵抗が106〜1013Ωcmであり、更に、不純物として周期
律表第III族元素、同第IV族元素、同第V族元素、アル
カリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素原子、酸素
原子、カルコゲン系元素又はハロゲン原子をドープ含有
した硬質炭素膜からなるMIM素子であり、かつ前記画素
電極は、各々MIM素子に接続された少なくとも2つの要
素に分割されていることを特徴とする液晶表示装置。
1. A liquid crystal display device comprising a non-linear resistive element connected in series to each pixel of at least one of two insulating substrates supporting a liquid crystal layer, wherein said non-linear resistive element serves as a bus line electrode. A film formed between one conductor and a second conductor as a pixel electrode has a film thickness of 100 to 8000 mm and a specific resistance of 10 6 to 10 13 Ωcm, and further, as an impurity, a Group III element of the periodic table. A MIM element comprising a hard carbon film doped with a group IV element, a group V element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a nitrogen atom, an oxygen atom, a chalcogen element or a halogen atom, and the pixel The liquid crystal display device, wherein the electrode is divided into at least two elements each connected to the MIM element.
JP8735289A 1989-04-06 1989-04-06 Liquid crystal display Expired - Fee Related JP2798962B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8735289A JP2798962B2 (en) 1989-04-06 1989-04-06 Liquid crystal display
US07/505,222 US5101288A (en) 1989-04-06 1990-04-05 LCD having obliquely split or interdigitated pixels connected to MIM elements having a diamond-like insulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8735289A JP2798962B2 (en) 1989-04-06 1989-04-06 Liquid crystal display

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02264928A JPH02264928A (en) 1990-10-29
JP2798962B2 true JP2798962B2 (en) 1998-09-17

Family

ID=13912486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8735289A Expired - Fee Related JP2798962B2 (en) 1989-04-06 1989-04-06 Liquid crystal display

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2798962B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3520382B2 (en) * 1995-02-01 2004-04-19 セイコーエプソン株式会社 Liquid crystal display

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6259927A (en) * 1985-09-10 1987-03-16 Seiko Epson Corp Liquid crystal display body
JPS6440929A (en) * 1987-08-07 1989-02-13 Nec Corp Thin film two-terminal element type active matrix liquid crystal display device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02264928A (en) 1990-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2799875B2 (en) Liquid crystal display
JP2757207B2 (en) Liquid crystal display
US5101288A (en) LCD having obliquely split or interdigitated pixels connected to MIM elements having a diamond-like insulator
US5153753A (en) Active matrix-type liquid crystal display containing a horizontal MIM device with inter-digital conductors
US5214416A (en) Active matrix board
JP2798962B2 (en) Liquid crystal display
JP2798963B2 (en) Liquid crystal display
JP2854316B2 (en) Liquid crystal display
JP3155332B2 (en) Switching element
JP2816172B2 (en) MIM element
JP2864480B2 (en) Active matrix type liquid crystal display
JP2798965B2 (en) Matrix display device
JP2798964B2 (en) Liquid crystal display
JP2869436B2 (en) Liquid crystal display
JPH0756194A (en) Active matrix substrate and liquid crystal display device
JP2879747B2 (en) MIM element
JP3009520B2 (en) Plastic substrate for thin film laminated device and thin film laminated device using the same
JPH06102538A (en) Active matrix substrate
JPH03223723A (en) Active matrix substrate
JP2876138B2 (en) Thin-film two-terminal element
JPH06337441A (en) Thin film two-terminal element
JP3049085B2 (en) Thin-film two-terminal element and liquid crystal display device using the same
JPH03163531A (en) Active matrix substrate
JP2942604B2 (en) Liquid crystal display
JPH0887035A (en) Active matrix substrate and liquid crystal display device using the active matrix substrate

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070703

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080703

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees