JP2798964B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置Info
- Publication number
- JP2798964B2 JP2798964B2 JP9210489A JP9210489A JP2798964B2 JP 2798964 B2 JP2798964 B2 JP 2798964B2 JP 9210489 A JP9210489 A JP 9210489A JP 9210489 A JP9210489 A JP 9210489A JP 2798964 B2 JP2798964 B2 JP 2798964B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- mim
- liquid crystal
- hard carbon
- electrode
- 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
Links
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は液晶表示ディスプレーに関するものであり、
コンピューター端末等のディスプレーに応用される。
コンピューター端末等のディスプレーに応用される。
従来、MIM素子としてはガラス板のような絶縁基板上
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。
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。
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62−62333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Ｒ
（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/MIM容量比は10以上が必要なので、MI
M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。
7−196589号、同61−232689号、同62−62333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Ｒ
（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/MIM容量比は10以上が必要なので、MI
M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。
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、絶縁膜はプラズマ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。又、これらの絶縁膜を合成す
る際に気相でダストが発生し、膜のピンホールが多い
為、素子の歩留りが低下する。あるいは膜ストレスが大
きく、膜剥離が起こり、この点からも素子の歩留りが低
下する。
1−275819号）の場合、絶縁膜はプラズマ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。又、これらの絶縁膜を合成す
る際に気相でダストが発生し、膜のピンホールが多い
為、素子の歩留りが低下する。あるいは膜ストレスが大
きく、膜剥離が起こり、この点からも素子の歩留りが低
下する。
また本発明者らは先に絶縁膜として硬質炭素膜（ｉ型
カーボン）を使用したMIM素子を提案したが、絶縁膜の
厚さは20〜100Åと薄いものである。この絶縁膜の場
合、その伝導機構はトンネル伝導であり、むしろ高速ス
イッチやトンネル発光等、超薄膜素子としての応用には
適している。しかし、液晶表示装置等に応用する場合
は、耐圧、歩留まり（生産率）、素子特性の均一性、閾
値電圧の点から膜厚は厚い方が望ましい。
カーボン）を使用したMIM素子を提案したが、絶縁膜の
厚さは20〜100Åと薄いものである。この絶縁膜の場
合、その伝導機構はトンネル伝導であり、むしろ高速ス
イッチやトンネル発光等、超薄膜素子としての応用には
適している。しかし、液晶表示装置等に応用する場合
は、耐圧、歩留まり（生産率）、素子特性の均一性、閾
値電圧の点から膜厚は厚い方が望ましい。
これらの欠点を解決するために一画素につきMIM素子
を直列に２個接続することが提案されている（特開昭61
−284728号及び特開昭62−69239号等）。しかしなが
ら、これらのMIM素子に使用されている絶縁層は作製に2
00〜300℃又はそれ以上の基板温度が必要であり、誘電
率が大きいため、MIM素子の面積はそれほど大きくする
ことができない。
を直列に２個接続することが提案されている（特開昭61
−284728号及び特開昭62−69239号等）。しかしなが
ら、これらのMIM素子に使用されている絶縁層は作製に2
00〜300℃又はそれ以上の基板温度が必要であり、誘電
率が大きいため、MIM素子の面積はそれほど大きくする
ことができない。
本発明の目的は、スイッチング素子として良好で信頼
性の高いMIM素子を備えた液晶表示装置、特に絶縁膜を
硬質炭素膜で形成し、一画素につき複数個のMIM素子を
接続させることによりデバイス設計上の自由度が広く、
機械的強度も高く、基板材質に制約がなく、薄膜デバイ
ス用として好適で、しかも大面積化を容易なMIM素子を
備えた液晶表示装置を提供することである。
性の高いMIM素子を備えた液晶表示装置、特に絶縁膜を
硬質炭素膜で形成し、一画素につき複数個のMIM素子を
接続させることによりデバイス設計上の自由度が広く、
機械的強度も高く、基板材質に制約がなく、薄膜デバイ
ス用として好適で、しかも大面積化を容易なMIM素子を
備えた液晶表示装置を提供することである。
本発明は、一対の透明基板間に液晶層を持ち少なくと
も一方の基板の内面に共通電極と金属−絶縁体−金属
（MIM）素子を介して接続された複数の画素電極を設け
た液晶表示装置において、前記MIM素子が一画素につき
複数個直列に接続されており、且つ該MIM素子の絶縁膜
の水素含有量が10〜50atom％の硬質炭素膜であり、膜厚
が100〜8000Å及び比抵抗が106〜1013Ωcmであって、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ことを
特徴とする液晶表示装置に関するものである。
も一方の基板の内面に共通電極と金属−絶縁体−金属
（MIM）素子を介して接続された複数の画素電極を設け
た液晶表示装置において、前記MIM素子が一画素につき
複数個直列に接続されており、且つ該MIM素子の絶縁膜
の水素含有量が10〜50atom％の硬質炭素膜であり、膜厚
が100〜8000Å及び比抵抗が106〜1013Ωcmであって、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ことを
特徴とする液晶表示装置に関するものである。
本発明の液晶表示装置に使用されるMIM素子は、絶縁
基板上に下部電極、硬質炭素膜からなる絶縁膜及び上部
電極からなり、一画素につき複数個直列に接続されてい
ることを特徴とする。
基板上に下部電極、硬質炭素膜からなる絶縁膜及び上部
電極からなり、一画素につき複数個直列に接続されてい
ることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置に使用されるMIM素子の絶縁膜
として用いられる硬質炭素膜とは、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
少な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）である。
として用いられる硬質炭素膜とは、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
少な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）である。
硬質炭素膜の一つの特徴は気相成長膜であるがため
に、後述するようにその諸物性が製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〜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61−275819
に言うところのMSI素子（Mdal−Semi−Insulator）とし
ても位置付けられるものである。
に、後述するようにその諸物性が製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〜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61−275819
に言うところのMSI素子（Mdal−Semi−Insulator）とし
ても位置付けられるものである。
本発明のMIM素子の電流−電圧特性は第３図のように
示され、近似的には以下に示すような伝導式で表わされ
る。
示され、近似的には以下に示すような伝導式で表わされ
る。
Ｉ＝χexp（βＶ1/2） …（１） I:電流 V:印加電圧 χ：導電係数 β：プールフレン
ケル係数 n:キャリヤ密度 μ：キャリヤモビリティ q:電子の電
荷量 Φ：トラップ深さ ρ：比抵抗 d:硬質炭素の膜厚 k:ボルツマン定数 T:雰囲気温度 ε1:硬質炭素の誘電
率 ε0:真空誘電率 MIM素子を用いた液晶表示装置の一画素の等価回路は
第２図のごとく示される。又、第３図は駆動電圧波形を
模式的に示している。
ケル係数 n:キャリヤ密度 μ：キャリヤモビリティ q:電子の電
荷量 Φ：トラップ深さ ρ：比抵抗 d:硬質炭素の膜厚 k:ボルツマン定数 T:雰囲気温度 ε1:硬質炭素の誘電
率 ε0:真空誘電率 MIM素子を用いた液晶表示装置の一画素の等価回路は
第２図のごとく示される。又、第３図は駆動電圧波形を
模式的に示している。
液晶が駆動されるための必要条件は、 駆動電圧（Von）が適正な範囲にあること。下限は液
晶の閾値電圧以上で、概ね1.5V、上限は回路系の耐圧以
下で概ね25Vである。すなわち、1.5VVon25V …
（４） 選択時間内に充分な書き込みが行えること。
晶の閾値電圧以上で、概ね1.5V、上限は回路系の耐圧以
下で概ね25Vである。すなわち、1.5VVon25V …
（４） 選択時間内に充分な書き込みが行えること。
そのために書き込みに要する時間（充電時間）Tonを
選択パルス幅Ｔより短くする必要がある。
選択パルス幅Ｔより短くする必要がある。
CLc:液晶容量,Ron:MIM素子のon抵抗 Ion:MIM素子のon電流 Von:MIM素子のon電圧 であるから、 すなわち 今、CLc:1.6×10-12Fとすると（εｒ＝13.5、画素サイ
ズ300×300μｍ、セルギャップ7.5μｍを仮定）、 IonVon・Ｎ×10-10（Ａ） …（５） 書き込み状態が１フレーム時間中保持されること。そ
のために保持時間（放電時間）Toffをフレーム周期Tfよ
り長くする必要がある。
ズ300×300μｍ、セルギャップ7.5μｍを仮定）、 IonVon・Ｎ×10-10（Ａ） …（５） 書き込み状態が１フレーム時間中保持されること。そ
のために保持時間（放電時間）Toffをフレーム周期Tfよ
り長くする必要がある。
Tf＝1.6×10-4（sec） Roff:MIM素子のoff抵抗 Ioff:MIM素子のoff電流 Voff:MIM素子のoff電圧 であるから すなわち、 Ioff＜Voff×10-10（Ａ）（CLc＝1.6×10-12Fとす
る） …（６） MIM素子の電流−電圧特性はβ及びχの値を変化させ
ることで任意に変え得るが、第４図に模式的に示したよ
うに、駆動電圧（Von）が最大の場合（）、 直接の傾き（β）が最小で切片（χ）が最大となる。こ
の時、式（２）及び（３）から硬質炭素膜の膜厚（ｄ）
が最大で比抵抗ρが最小となる。同様にVonが最小の場
合（）βが最大でχが最小、すなわちｄが最小でρが
最大となる。
る） …（６） MIM素子の電流−電圧特性はβ及びχの値を変化させ
ることで任意に変え得るが、第４図に模式的に示したよ
うに、駆動電圧（Von）が最大の場合（）、 直接の傾き（β）が最小で切片（χ）が最大となる。こ
の時、式（２）及び（３）から硬質炭素膜の膜厚（ｄ）
が最大で比抵抗ρが最小となる。同様にVonが最小の場
合（）βが最大でχが最小、すなわちｄが最小でρが
最大となる。
第２図の等価回路からわかるように、Vinを印加した
時、容量分割によりMIM素子に印加される電圧Ｖは で表わされる。
時、容量分割によりMIM素子に印加される電圧Ｖは で表わされる。
ここでほとんどの電圧がMIM素子に印加されるために
は、CMIM＜＜CLcであることが必要であり、CMIM/CLc＝1
/10程度以下に設計される。後述のごとく硬質炭素膜は
比誘電率が３〜５程度と比較的小さいため、それほど素
子面積を小さくしなくても前記制約条件を満たすことが
できるが、パネル開口率の点から、画素サイズ300×300
μｍに対して素子サイズは10×10μｍ程度であることが
望ましい。
は、CMIM＜＜CLcであることが必要であり、CMIM/CLc＝1
/10程度以下に設計される。後述のごとく硬質炭素膜は
比誘電率が３〜５程度と比較的小さいため、それほど素
子面積を小さくしなくても前記制約条件を満たすことが
できるが、パネル開口率の点から、画素サイズ300×300
μｍに対して素子サイズは10×10μｍ程度であることが
望ましい。
素子サイズを10×10μｍ、Ｎ＝400（1/400デューテ
ィ）とした場合のｄの最大値及びρの最小値を求めてみ
る（第４図の場合に相当）。
ィ）とした場合のｄの最大値及びρの最小値を求めてみ
る（第４図の場合に相当）。
ρの値を固定すれば、Vonの値を与えることにより式
（５）を満足するIonの限界値が求まり、式（１），
（２），（３）を用いることにより、その時のｄが求ま
る。ρ＝106Ω・cmの時の膜厚（ｄ）と駆動電圧（Von）
及び絶縁破壊電圧（Vb）の関係が第５図に示されてお
り、VonとVbとの間に充分なマージンがあることがわか
る。また、Von25Vよりｄ8000Åとなる。尚、ρ＜10
6Ω・cmの時には非点燈画素の電流値が増し、クロスト
ークが生じる等の問題が起こり好ましくない。
（５）を満足するIonの限界値が求まり、式（１），
（２），（３）を用いることにより、その時のｄが求ま
る。ρ＝106Ω・cmの時の膜厚（ｄ）と駆動電圧（Von）
及び絶縁破壊電圧（Vb）の関係が第５図に示されてお
り、VonとVbとの間に充分なマージンがあることがわか
る。また、Von25Vよりｄ8000Åとなる。尚、ρ＜10
6Ω・cmの時には非点燈画素の電流値が増し、クロスト
ークが生じる等の問題が起こり好ましくない。
次にｄの最小値及びρの最大値を求める（第４図の
場合に相当）。
場合に相当）。
上述と同様にρ＝1013Ω・cmの時のｄとVon及びVbの
関係が第５図に示されている。図よりｄ＜100ÅではV
on＜1.5Vとなり、液晶駆動が困難であり、且つVonとVb
との差がなくなり、事実上駆動ができなくなる。従って
ｄ100Åとなる。第６図に示されるようにρの増大と
ともに絶縁耐圧は増すのであるが、駆動電圧の増加率は
それを上回るため（第５図にその傾向が表われてい
る）、ρ＞1013Ω・cmの時には（すべての膜厚で）Von
とVbとの差がなくなり、事実上駆動できなくなる。
関係が第５図に示されている。図よりｄ＜100ÅではV
on＜1.5Vとなり、液晶駆動が困難であり、且つVonとVb
との差がなくなり、事実上駆動ができなくなる。従って
ｄ100Åとなる。第６図に示されるようにρの増大と
ともに絶縁耐圧は増すのであるが、駆動電圧の増加率は
それを上回るため（第５図にその傾向が表われてい
る）、ρ＞1013Ω・cmの時には（すべての膜厚で）Von
とVbとの差がなくなり、事実上駆動できなくなる。
以上の結果から、液晶駆動用MIM素子の絶縁膜として
用いられる硬質炭素膜は膜厚が100〜8000Å、比抵抗が1
06〜1013Ω・cmの範囲である。尚、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素子部の
段差（セルギャップ差）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５×106〜1012Ω・cmであることがより好
ましい。
用いられる硬質炭素膜は膜厚が100〜8000Å、比抵抗が1
06〜1013Ω・cmの範囲である。尚、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素子部の
段差（セルギャップ差）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５×106〜1012Ω・cmであることがより好
ましい。
さらには、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（し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300
Å以上であることがより望ましい。また、ストレスによ
る硬質炭素膜の剥離が起こりにくくするため、及びより
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以下であることが望ましい。したが
って硬質炭素膜のの膜厚は300〜4000Å、比抵抗は107〜
1011Ω・cmであることがさらに好ましい。
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（し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300
Å以上であることがより望ましい。また、ストレスによ
る硬質炭素膜の剥離が起こりにくくするため、及びより
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以下であることが望ましい。したが
って硬質炭素膜のの膜厚は300〜4000Å、比抵抗は107〜
1011Ω・cmであることがさらに好ましい。
本発明における硬質炭素膜についてさらに詳しく説明
する。
する。
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。これら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。
炭化水素ガスが用いられる。これら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。
原料ガスとしての炭化水素ガスについては、例えばCH
4,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、アセ
チレン系炭化水素、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少なくとも含む
ガスが使用可能である。
4,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、アセ
チレン系炭化水素、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少なくとも含む
ガスが使用可能である。
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、少なく
とも炭素元素を含む化合物であれば使用可能である。
ケトン類、エーテル類、エステル類、CO,CO2等、少なく
とも炭素元素を含む化合物であれば使用可能である。
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
はマイクロ波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、より大
面積化、均一性向上、低温製膜の目的で、低圧下で堆積
を行なうため、磁界効果を利用する方法がさらに好まし
い。また高温における熱分解によっても活性種を形成で
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。
としては、成膜活性種が、直流、低周波、高周波、或い
はマイクロ波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、より大
面積化、均一性向上、低温製膜の目的で、低圧下で堆積
を行なうため、磁界効果を利用する方法がさらに好まし
い。また高温における熱分解によっても活性種を形成で
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。
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、次の通りである。
ラズマCVD法の場合、次の通りである。
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
と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10〜数μｍ）の少くとも一
方を含む硬質炭素膜が堆積する。また、硬質炭素膜の諸
特性を下記の表１に示す。
と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10〜数μｍ）の少くとも一
方を含む硬質炭素膜が堆積する。また、硬質炭素膜の諸
特性を下記の表１に示す。
こうして形成される硬質炭素膜はラマン分光法及びIR
吸収法による分析の結果、夫々、第７図及び第８図に示
すように炭素原子がSP3の混成軌道との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９図の如くガウス分布によっ
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。
吸収法による分析の結果、夫々、第７図及び第８図に示
すように炭素原子がSP3の混成軌道との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９図の如くガウス分布によっ
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。
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。
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。
一般に量産に適しているプラズマCVD法の場合には、R
F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、大面積化での均一化が図れ、かつ比抵抗、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、
比抵抗の増加には特に効果的である。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いために大面積に均一な膜が得ら
れるという特徴をもっている。また硬質炭素膜の構造、
物性は第１表に示したように、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MIMに使用されてい
た、Ta2O5,Al2O3,SiNxと比較して小さいため、同じ電気
容量をも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、歩留まりが向
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）また、前述したよう
に素子急唆性 であるため、誘電率εが小さければ急唆性は大きくな
り、オン電流Ionとオフ電流IoFFの比が大きくとれるよ
うになる。このためより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まりが向上する。以上の点
を鑑みるに、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が実現できる。
F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、大面積化での均一化が図れ、かつ比抵抗、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、
比抵抗の増加には特に効果的である。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いために大面積に均一な膜が得ら
れるという特徴をもっている。また硬質炭素膜の構造、
物性は第１表に示したように、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MIMに使用されてい
た、Ta2O5,Al2O3,SiNxと比較して小さいため、同じ電気
容量をも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、歩留まりが向
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）また、前述したよう
に素子急唆性 であるため、誘電率εが小さければ急唆性は大きくな
り、オン電流Ionとオフ電流IoFFの比が大きくとれるよ
うになる。このためより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まりが向上する。以上の点
を鑑みるに、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が実現できる。
さらにこの硬質炭素膜が炭素原子及び水素原子の他
に、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、酸素元素、カルコゲン系元素又はハロゲン原子を構
成元素として含む。構成元素の１つとして周期律表第II
I族元素、同じく第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、アル
カリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子を導入したも
のは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのものに比べて約２
〜３倍に厚くすることができ、またこれにより素子作製
時のピンホールの発生を防止すると共に、素子の機械的
強度を飛躍的に向上することができる。更に窒素原子又
は酸素原子の場合は以下に述べるような周期率表第IV族
元素等の場合と同様な効果がある。
に、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、酸素元素、カルコゲン系元素又はハロゲン原子を構
成元素として含む。構成元素の１つとして周期律表第II
I族元素、同じく第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、アル
カリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子を導入したも
のは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのものに比べて約２
〜３倍に厚くすることができ、またこれにより素子作製
時のピンホールの発生を防止すると共に、素子の機械的
強度を飛躍的に向上することができる。更に窒素原子又
は酸素原子の場合は以下に述べるような周期率表第IV族
元素等の場合と同様な効果がある。
同様に周期律表第IV族元素、カルコゲン系元素又はハ
ロゲン元素を導入したものは硬質炭素膜の安定性が飛躍
的に向上すると共に、膜の硬度も改善されることも相ま
って高信頼性の素子が作製できる。これらの効果が得ら
れるのは第IV族元素及びカルコゲン系元素の場合は硬質
炭素膜中に存在する活性な２重結合を減少させるからで
あり、またハロゲン元素の場合は、１）水素に対する引
抜き反応により原料ガスの分解を促進して膜中のダング
リングボンドを減少させ、２）成膜過程でハロゲン元素
ＸがＣ−Ｈ結合中の水素を引抜いてこれと置換し、Ｃ−
Ｘ結合として膜中に入り、結合エネルギーが増大する
（Ｃ−Ｈ間及びＣ−Ｘ間の結合エネルギーはＣ−Ｘ間の
方が大きい）からである。
ロゲン元素を導入したものは硬質炭素膜の安定性が飛躍
的に向上すると共に、膜の硬度も改善されることも相ま
って高信頼性の素子が作製できる。これらの効果が得ら
れるのは第IV族元素及びカルコゲン系元素の場合は硬質
炭素膜中に存在する活性な２重結合を減少させるからで
あり、またハロゲン元素の場合は、１）水素に対する引
抜き反応により原料ガスの分解を促進して膜中のダング
リングボンドを減少させ、２）成膜過程でハロゲン元素
ＸがＣ−Ｈ結合中の水素を引抜いてこれと置換し、Ｃ−
Ｘ結合として膜中に入り、結合エネルギーが増大する
（Ｃ−Ｈ間及びＣ−Ｘ間の結合エネルギーはＣ−Ｘ間の
方が大きい）からである。
これらの元素を膜の構成元素とする為には、原料ガス
としては炭化水素ガス及び水素の他に、膜中に周期律表
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元素を含有させるた
めに、これらの元素又は原子を含む化合物（又は分子）
（以下、これらを「他の化合物」ということもある）の
ガスが用いられる。
としては炭化水素ガス及び水素の他に、膜中に周期律表
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元素を含有させるた
めに、これらの元素又は原子を含む化合物（又は分子）
（以下、これらを「他の化合物」ということもある）の
ガスが用いられる。
こゝで周期律表第III族元素を含む化合物としては、
例えばＢ（OC2H5）3,B2H6,BCl3,BBr3,BF3,Al（Ｏ−ｉ−
C3H7）3,（CH3）3Al,（C2H5）3Al,（ｉ−C4H9）3Al,AlC
l3,Ga（Ｏ−ｉ−C3H7）3,（CH3）3Ga,（C2H5）3Ga,GaCl
3,GaBr3,（Ｏ−ｉ−C3H7）3In,（C2H5）3In等がある。
例えばＢ（OC2H5）3,B2H6,BCl3,BBr3,BF3,Al（Ｏ−ｉ−
C3H7）3,（CH3）3Al,（C2H5）3Al,（ｉ−C4H9）3Al,AlC
l3,Ga（Ｏ−ｉ−C3H7）3,（CH3）3Ga,（C2H5）3Ga,GaCl
3,GaBr3,（Ｏ−ｉ−C3H7）3In,（C2H5）3In等がある。
周期律表第IV族元素を含む化合物としては、例えばSi
3H8,（C2H5）3SiH,SiF4,SiH2Cl2,SiCl4,Si（OCH3）4,Si
（OC2H5）4,Si（OC3H7）4,GeCl4,GeH4,Ge（OC2H5）4,Ge
（C2H5）4,（CH3）4Sn,（C2H5）4Sn,SnCl4等がある。
3H8,（C2H5）3SiH,SiF4,SiH2Cl2,SiCl4,Si（OCH3）4,Si
（OC2H5）4,Si（OC3H7）4,GeCl4,GeH4,Ge（OC2H5）4,Ge
（C2H5）4,（CH3）4Sn,（C2H5）4Sn,SnCl4等がある。
周期律表第Ｖ族元素を含む化合物としては、例えば、
PH3,PF3,PF5,PCl2F3,PCl2F,PCl3,PBr3,PO（OCH3）3,P
（C2H5）3,POCl3,AsH3,AsCl3,AsBr3,AsF3,AsF5,AsCl3,S
bH3,SbF3,SbCl3,Sb（OC2H5）３等がある。
PH3,PF3,PF5,PCl2F3,PCl2F,PCl3,PBr3,PO（OCH3）3,P
（C2H5）3,POCl3,AsH3,AsCl3,AsBr3,AsF3,AsF5,AsCl3,S
bH3,SbF3,SbCl3,Sb（OC2H5）３等がある。
アルカリ金属原子を含む化合物としては、例えばLiO
−ｉ−C3H7,NaO−ｉ−C3H7,KO−ｉ−C3H7等がある。
−ｉ−C3H7,NaO−ｉ−C3H7,KO−ｉ−C3H7等がある。
アルカリ土類金属原子を含む化合物としては、例えば
Ca（OC2H5）3,Mg（OC2H5）3,（C2H5）2Mg等がある。
Ca（OC2H5）3,Mg（OC2H5）3,（C2H5）2Mg等がある。
窒素原子を含む化合物としては例えば窒素ガス、アン
モニア等の無機化合物、アミノ基、シアノ基等の官能基
を有する有機化合物及び窒素を含む複素環等がある。
モニア等の無機化合物、アミノ基、シアノ基等の官能基
を有する有機化合物及び窒素を含む複素環等がある。
酸素原子を含む化合物としては、例えば酸素ガス、オ
ゾン、水（水蒸気）、過酸化水素、一酸化炭素、二酸化
炭素、亜酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、三酸化二
窒素、五酸化二窒素、三酸化窒素等の無機化合物、水酸
基、アルデヒド基、アシル基、ケトン基、ニトロ基、ニ
トロソ基、スルホン基、エーテル結合、エステル結合、
ペプチド結合、酸素を含む複素環等の官能基或いは結合
を有する有機化合物、更には金属アルコキシド等が挙げ
られる。
ゾン、水（水蒸気）、過酸化水素、一酸化炭素、二酸化
炭素、亜酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、三酸化二
窒素、五酸化二窒素、三酸化窒素等の無機化合物、水酸
基、アルデヒド基、アシル基、ケトン基、ニトロ基、ニ
トロソ基、スルホン基、エーテル結合、エステル結合、
ペプチド結合、酸素を含む複素環等の官能基或いは結合
を有する有機化合物、更には金属アルコキシド等が挙げ
られる。
カルコゲン系元素を含む化合物としては、例えばH2S,
（CH3）（CH2）4S（CH2）4CH3,CH2＝CHCH2SCH2CH＝CH2,
C2H5SC2H5,C2H5SCH3,チオフェン、H2Se,（C2H5）2Se,H2
Te等がある。
（CH3）（CH2）4S（CH2）4CH3,CH2＝CHCH2SCH2CH＝CH2,
C2H5SC2H5,C2H5SCH3,チオフェン、H2Se,（C2H5）2Se,H2
Te等がある。
またハロゲン元素を含む化合物としては、例えば弗
素、塩素、臭素、沃素、弗化水素、弗化塩素、弗化臭
素、弗化沃素、塩化水素、塩化臭素、塩化沃素、臭化水
素、臭化沃素、沃化水素等の無機化合物、ハロゲン化ア
ルキル、ハロゲン化アリール、ハロゲン化スチレン、ハ
ロゲン化ポリメチレン、ハロホルム等の有機化合物が用
いられる。
素、塩素、臭素、沃素、弗化水素、弗化塩素、弗化臭
素、弗化沃素、塩化水素、塩化臭素、塩化沃素、臭化水
素、臭化沃素、沃化水素等の無機化合物、ハロゲン化ア
ルキル、ハロゲン化アリール、ハロゲン化スチレン、ハ
ロゲン化ポリメチレン、ハロホルム等の有機化合物が用
いられる。
このように硬質炭素膜をMIM素子の絶縁層に使用する
ことにより従来に比べ低コストで、且つ、高精度なLCD
の作製が可能となった。さらにこのMIM素子を一画素あ
たり複数個接続することによりさらに表示欠陥の減少、
素子特性のバラツキの低減が可能となり、しいては、低
コストで高密度のLCDの作製が可能となる。
ことにより従来に比べ低コストで、且つ、高精度なLCD
の作製が可能となった。さらにこのMIM素子を一画素あ
たり複数個接続することによりさらに表示欠陥の減少、
素子特性のバラツキの低減が可能となり、しいては、低
コストで高密度のLCDの作製が可能となる。
MIM素子を直列に２個接続することによりその全体の
電気容量ＣはMIM素子それぞれの容量をCA,CBとすれば となり、それぞれのMIM素子の面積を等しくすればＣ＝1
/2 CAとなりMIM素子１つの時に比べ２倍の面積のMIM素
子で駆動可能となる。さらに、３個、４個と直列に接続
すれば面積も３倍、４倍となる。このように複数個一画
素に接続すれば、例えば１つのMIM素子が非線形性を示
さなかったり、素子がショートしていても従来のように
点欠陥にはならず、コントラストは低下するものの表示
が可能である。さらに面積も従来の２倍以上と大きくで
きる為素子面積のバラツキも低減でき、かつMIM素子の
欠陥も減り、総合的に歩留りが向上する。これは、絶縁
層が硬質炭素膜に限られず他の物においても同様な効果
が得られる。しかし、硬質炭素膜の場合、他の材料に比
べこの効果は大きい。なぜなら、硬質炭素膜はもともと
誘電率が他の材料に比べ小さく、素子面積が大きい。例
えばTa2O5で５μｍ×５μｍの素子と同様な特性が得ら
れる硬質炭素膜の素子は、10×10μｍ程度でよい。又、
パターニングの際のプロセスの影響は素子の大きさにあ
まり関係なく、同じ様に影響する。
電気容量ＣはMIM素子それぞれの容量をCA,CBとすれば となり、それぞれのMIM素子の面積を等しくすればＣ＝1
/2 CAとなりMIM素子１つの時に比べ２倍の面積のMIM素
子で駆動可能となる。さらに、３個、４個と直列に接続
すれば面積も３倍、４倍となる。このように複数個一画
素に接続すれば、例えば１つのMIM素子が非線形性を示
さなかったり、素子がショートしていても従来のように
点欠陥にはならず、コントラストは低下するものの表示
が可能である。さらに面積も従来の２倍以上と大きくで
きる為素子面積のバラツキも低減でき、かつMIM素子の
欠陥も減り、総合的に歩留りが向上する。これは、絶縁
層が硬質炭素膜に限られず他の物においても同様な効果
が得られる。しかし、硬質炭素膜の場合、他の材料に比
べこの効果は大きい。なぜなら、硬質炭素膜はもともと
誘電率が他の材料に比べ小さく、素子面積が大きい。例
えばTa2O5で５μｍ×５μｍの素子と同様な特性が得ら
れる硬質炭素膜の素子は、10×10μｍ程度でよい。又、
パターニングの際のプロセスの影響は素子の大きさにあ
まり関係なく、同じ様に影響する。
その為もともと素子面積が大きいほど面積が増えた効
果が大きくなることになる。さらに陽極酸化膜などはそ
の対称性の悪さを是正する為にも２個極性を変えてつな
げる事が有効であった。従って、偶数個の接続が望まし
く、奇数個接続した場合、対称性が悪いという欠点があ
る。しかし硬質炭素膜を使用したMIM素子はもともと対
称性が良い為、奇数個接続してもなんら悪影響を与えな
いことがわかる。従って硬質炭素をMIM素子の絶縁層に
使用することにより、低コスト、高密度LCDが可能であ
り、さらに複数個直列に接続することにより、よりいっ
そう硬質炭素を使用した効果が発揮される。直列に接続
されるMIM素子は、多ければ多いほど素子面積は大きく
なり、欠陥も減少するので欠陥バラツキの点からは多い
ほうがよいが、開口率素子プロセスの点から一基板一画
素あたり20個以下、好ましくは10個以下が良く、２〜４
個が最適な個数である。
果が大きくなることになる。さらに陽極酸化膜などはそ
の対称性の悪さを是正する為にも２個極性を変えてつな
げる事が有効であった。従って、偶数個の接続が望まし
く、奇数個接続した場合、対称性が悪いという欠点があ
る。しかし硬質炭素膜を使用したMIM素子はもともと対
称性が良い為、奇数個接続してもなんら悪影響を与えな
いことがわかる。従って硬質炭素をMIM素子の絶縁層に
使用することにより、低コスト、高密度LCDが可能であ
り、さらに複数個直列に接続することにより、よりいっ
そう硬質炭素を使用した効果が発揮される。直列に接続
されるMIM素子は、多ければ多いほど素子面積は大きく
なり、欠陥も減少するので欠陥バラツキの点からは多い
ほうがよいが、開口率素子プロセスの点から一基板一画
素あたり20個以下、好ましくは10個以下が良く、２〜４
個が最適な個数である。
本発明のMIM素子を作るには、例えば第10図及び第11
図に示すように絶縁基板１上に透明電極２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
ターニングする。次に蒸着、スパッタリング等の方法で
下部電極及び走査電極用金属薄膜を形成し、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
グして下部電極８及び走査電極（共通電極）９とし、そ
の上にプラズマCVD法、イオンビーム方等により硬質炭
素膜５を被覆後、ドライエッチング、ウエットエッチン
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及び補助電
極用金属薄膜を被覆し、所定のパターンにパターニング
して上部電極４及び補助電極10を形成した。このように
作られたMIM素子は一画素あたり２個直列に接続された
構成になっている。他に配置としては、補助電極を使用
せず、直接画素電極と共通電極上に作製したもの、さら
に各画素に複数個、共通電極に複数個配置した構成のよ
うに、どのように配置されていてもよく、いろいろな変
形が可能である。
図に示すように絶縁基板１上に透明電極２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
ターニングする。次に蒸着、スパッタリング等の方法で
下部電極及び走査電極用金属薄膜を形成し、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
グして下部電極８及び走査電極（共通電極）９とし、そ
の上にプラズマCVD法、イオンビーム方等により硬質炭
素膜５を被覆後、ドライエッチング、ウエットエッチン
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及び補助電
極用金属薄膜を被覆し、所定のパターンにパターニング
して上部電極４及び補助電極10を形成した。このように
作られたMIM素子は一画素あたり２個直列に接続された
構成になっている。他に配置としては、補助電極を使用
せず、直接画素電極と共通電極上に作製したもの、さら
に各画素に複数個、共通電極に複数個配置した構成のよ
うに、どのように配置されていてもよく、いろいろな変
形が可能である。
ここで下部電極８、上部電極４及び透明電極２の厚さ
は通常、夫々数百〜数千Å、数百〜数千Å、数百〜数百
Åの範囲である。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。
は通常、夫々数百〜数千Å、数百〜数千Å、数百〜数百
Åの範囲である。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。
次に本発明で使用される材料について更に詳しく説明
する。
する。
まず絶縁基板１としてはガラス板、プラスチック板又
はフレキシブルなプラスチックフィルム等が使用され
る。
はフレキシブルなプラスチックフィルム等が使用され
る。
下部電極８の材料としてはAl,Ta,Cr,W,Mo,Pt,Ni、透
明導電体等種々の導電体が使用されるが、非線形特性に
すぐれている点からAlが好ましい。これを図面によって
説明すると、第12〜13図は下部電極に夫々Al;及びCr,Mo
又はNiを用いた本発明のMIM素子（上部電極はNi,Pt,A
l）の電流−電圧特性図（各図中（ａ）はＩ−Ｖ特性
図、（ｂ）は 特性図）である。この図から下部電極にAlを用いると、
良好な非線形特性が得られるが、Al以外の他の金属を用
いると、 特性の高電圧側で直線性がくずれ、あまり良好な特性が
得られないことが判る。
明導電体等種々の導電体が使用されるが、非線形特性に
すぐれている点からAlが好ましい。これを図面によって
説明すると、第12〜13図は下部電極に夫々Al;及びCr,Mo
又はNiを用いた本発明のMIM素子（上部電極はNi,Pt,A
l）の電流−電圧特性図（各図中（ａ）はＩ−Ｖ特性
図、（ｂ）は 特性図）である。この図から下部電極にAlを用いると、
良好な非線形特性が得られるが、Al以外の他の金属を用
いると、 特性の高電圧側で直線性がくずれ、あまり良好な特性が
得られないことが判る。
次に上部電極の材料としてはAl,Cr,Ni,Mo,Pt,Ag、透
明導電体等種々の導電体が使用されるが、Ｉ−Ｖ特性の
安定性及び信頼性が特に優れている点からNi,Pt,Agが好
ましい。即ち前述のように絶縁膜として硬質炭素膜を用
いたMIM素子は電極の種類を変えても対称性が変化せ
ず、また の関係からプールフレンケル型の伝導をしていることが
判る。またこの事からこの種のMIM素子の場合、上部電
極と下部電極との組合せをどのようにしてもよいことが
判る。しかし硬質炭素膜と電極との密着力や界面状態に
より素子特性（Ｉ−Ｖ特性）の劣化及び変性が生じる。
これを図面によって説明すると、第14〜15図は夫々、上
部電極にNi,Pt,Ag,Al,Mo,Crを用いたMIM素子（下部電極
はAl）の電流電圧特性図（但し各図中の（ａ）はＩ−Ｖ
特性図、（ｂ）は 特性図である。これらの図から電圧が低い場合 はどの電極においても直線関係にあるが電圧が高くなる
とCr,Moはこの線からはずれ、電流が少なくなる。また
密着力の測定から密着の大きい方からNi,Pt,Ag,Mo,Cr,A
lとなることが判った。さらにＩ−Ｖ特性の放置劣化及
び各種信頼性テストを実施したところ、Ni,Pt,Agでは放
置劣化は殆んどなく、次いでMo,Cr,Alの順に劣化が大き
くなることが判った。なおＩ−Ｖ特性の劣化テストは勿
論、密着力のテストもＩ−Ｖ特性の安定性及び信頼性評
価の目安となる。
明導電体等種々の導電体が使用されるが、Ｉ−Ｖ特性の
安定性及び信頼性が特に優れている点からNi,Pt,Agが好
ましい。即ち前述のように絶縁膜として硬質炭素膜を用
いたMIM素子は電極の種類を変えても対称性が変化せ
ず、また の関係からプールフレンケル型の伝導をしていることが
判る。またこの事からこの種のMIM素子の場合、上部電
極と下部電極との組合せをどのようにしてもよいことが
判る。しかし硬質炭素膜と電極との密着力や界面状態に
より素子特性（Ｉ−Ｖ特性）の劣化及び変性が生じる。
これを図面によって説明すると、第14〜15図は夫々、上
部電極にNi,Pt,Ag,Al,Mo,Crを用いたMIM素子（下部電極
はAl）の電流電圧特性図（但し各図中の（ａ）はＩ−Ｖ
特性図、（ｂ）は 特性図である。これらの図から電圧が低い場合 はどの電極においても直線関係にあるが電圧が高くなる
とCr,Moはこの線からはずれ、電流が少なくなる。また
密着力の測定から密着の大きい方からNi,Pt,Ag,Mo,Cr,A
lとなることが判った。さらにＩ−Ｖ特性の放置劣化及
び各種信頼性テストを実施したところ、Ni,Pt,Agでは放
置劣化は殆んどなく、次いでMo,Cr,Alの順に劣化が大き
くなることが判った。なおＩ−Ｖ特性の劣化テストは勿
論、密着力のテストもＩ−Ｖ特性の安定性及び信頼性評
価の目安となる。
さらに温度サイクル試験（−20℃〜＋60℃、夫々保持
30分、10回サイクル）を行なったところ、Ni,Pt,Agに関
しては膜剥れ等、外観上の変化はなく、またＩ−Ｖ特性
もNi,Ptでは殆んど変化なく、安定性に優れていること
が下表からわかる。
30分、10回サイクル）を行なったところ、Ni,Pt,Agに関
しては膜剥れ等、外観上の変化はなく、またＩ−Ｖ特性
もNi,Ptでは殆んど変化なく、安定性に優れていること
が下表からわかる。
一方、高温保存（80℃、乾燥1000hr）、低温保存（−
20℃、乾燥1000hr）の結果を第16図及び第17図に示し
た。また表３に結果をまとめた。
20℃、乾燥1000hr）の結果を第16図及び第17図に示し
た。また表３に結果をまとめた。
この表より、Ni,Pt,Agともに安定性のよい素子を与え
るが、特に総合的に見てNiが優れていた。
るが、特に総合的に見てNiが優れていた。
またLCD駆動用MIM素子には第18図のように透明電極２
を使用する必要があるが、この透明電極の材料としては
ITO、酸化錫、酸化亜鉛等が挙げられる。
を使用する必要があるが、この透明電極の材料としては
ITO、酸化錫、酸化亜鉛等が挙げられる。
MIM素子を組込んだ液晶パネルの構造は基本的には、
前述のようにして得られた液晶表示用基板と対向して共
通透明電極を持つ透明基板にそれぞれ配向膜としてポリ
イミド等の配向層を設けラビング処理を行なう。
前述のようにして得られた液晶表示用基板と対向して共
通透明電極を持つ透明基板にそれぞれ配向膜としてポリ
イミド等の配向層を設けラビング処理を行なう。
次に各々の基板の各画素電極側を内側にして対向さ
せ、ギャップ材を介して貼合せ、更にこうして形成され
たセル内の液晶材料を封入することにより液晶表示装置
が得られる。
せ、ギャップ材を介して貼合せ、更にこうして形成され
たセル内の液晶材料を封入することにより液晶表示装置
が得られる。
以上の液晶表示装置は白黒表示のものについて説明し
たがこれに限らず、カラーフィルターをセルの内側又は
外側に設けたカラー液晶表示装置としてもよい。
たがこれに限らず、カラーフィルターをセルの内側又は
外側に設けたカラー液晶表示装置としてもよい。
以下に実施例を用いて説明する。
実施例１ 第19図に示したようなMIM素子３を作成するに際し
て、一方の透明基板としてパイレックスガラス基板１上
にITOをスパッタリング法により1000Å厚に堆積後、パ
ターン化して画素電極２を形成した。次に下部電極８と
走査電極（共通電極）９としてAlを蒸着法により1000Å
厚に堆積後、パターニングした。この時、画素電極２と
走査電極９は電気的に絶縁されるように間隔をとった。
その上に絶縁膜として硬質炭素膜５をプラズマCVD法に
より900Å厚に堆積後、ドライエッチングによりパター
ン化した。この時の成膜条件は以下の通りである。
て、一方の透明基板としてパイレックスガラス基板１上
にITOをスパッタリング法により1000Å厚に堆積後、パ
ターン化して画素電極２を形成した。次に下部電極８と
走査電極（共通電極）９としてAlを蒸着法により1000Å
厚に堆積後、パターニングした。この時、画素電極２と
走査電極９は電気的に絶縁されるように間隔をとった。
その上に絶縁膜として硬質炭素膜５をプラズマCVD法に
より900Å厚に堆積後、ドライエッチングによりパター
ン化した。この時の成膜条件は以下の通りである。
圧 力:0.035Torr CH4 流量:20SCCM RFパワー :0.2W/cm2 温 度：室温 更に各硬質炭素絶縁膜５上にNiを蒸着法により1000Å
厚に堆積後、パターン化して上部電極４を形成した。
厚に堆積後、パターン化して上部電極４を形成した。
次に第20図に示すように、他方の透明基板（対向基
板）としてパイレックス基板１上にITOをスパッタリン
グ法により1000Å厚に堆積後、ストライプ状にパターン
化して共通画素電極２′形成した。
板）としてパイレックス基板１上にITOをスパッタリン
グ法により1000Å厚に堆積後、ストライプ状にパターン
化して共通画素電極２′形成した。
次に両基板１の上に配向膜11としてポリイミド膜を形
成しラビング処理を行なった。
成しラビング処理を行なった。
次にこれらの基板１を共通画素電極2,2′側を内側に
して対向させ、５μｍ径のギャップ材６を介して貼合
せ、更にこうして形成されたセル内の市販の液晶材料７
を封入することにより液晶表示装置を作った。
して対向させ、５μｍ径のギャップ材６を介して貼合
せ、更にこうして形成されたセル内の市販の液晶材料７
を封入することにより液晶表示装置を作った。
実施例２ 第21図に示すように、ガラス基板１上にAlを蒸着法に
より1000Å厚に堆積させた。次にエッチングによりパタ
ーニングして下部電極８材料とした。次にその上に750
Åの硬質炭素膜５を堆積させ、続いてITOを1000Å E・
Ｂ蒸着法により堆積した。このITOを画素電極２と走査
電極９として間隔をおいてパターニングを行なった。こ
のようにして直列に２個のMIM素子を作製した。
より1000Å厚に堆積させた。次にエッチングによりパタ
ーニングして下部電極８材料とした。次にその上に750
Åの硬質炭素膜５を堆積させ、続いてITOを1000Å E・
Ｂ蒸着法により堆積した。このITOを画素電極２と走査
電極９として間隔をおいてパターニングを行なった。こ
のようにして直列に２個のMIM素子を作製した。
この時の硬質炭素膜の成膜条件は以下の通りである。
圧 力:0.05Torr CH4 流量:10SCCM RFパワー:0.1W/cm2 温 度:100℃ 次に対向基板１としてプラスチックフィルム上にスパ
ッタリング法によりITOを500Å厚に堆積後、ストライプ
状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続きそ
の上に実施例１と同様にポリイミド膜11を設け、ラビン
グ処理した。これら２枚の基板を実施例１と同様にギャ
ップ材６を介して貼合せた後、市販の液晶材料７を封入
することにより液晶表示装置を作製した。
ッタリング法によりITOを500Å厚に堆積後、ストライプ
状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続きそ
の上に実施例１と同様にポリイミド膜11を設け、ラビン
グ処理した。これら２枚の基板を実施例１と同様にギャ
ップ材６を介して貼合せた後、市販の液晶材料７を封入
することにより液晶表示装置を作製した。
実施例３ 透明基板としてパイレックス基板を使用し、画素電極
にはITO、下部電極としてNiCr、硬質炭素膜の膜厚を600
Åとし、上部電極にはAgを使用し、構成は実施例１と同
様とした。さらにこの時第22図に示すように、画素電極
２上だけでなく、走査電極引き出し部12近傍にもMIM素
子３を１個、同一工程を用いて作製した。これにより、
各画素に２つのMIM素子と、共通走査電極９に１つのMIM
素子３があり、合計で各画素に２つのMIM素子３が直列
に接続されていることとなる。
にはITO、下部電極としてNiCr、硬質炭素膜の膜厚を600
Åとし、上部電極にはAgを使用し、構成は実施例１と同
様とした。さらにこの時第22図に示すように、画素電極
２上だけでなく、走査電極引き出し部12近傍にもMIM素
子３を１個、同一工程を用いて作製した。これにより、
各画素に２つのMIM素子と、共通走査電極９に１つのMIM
素子３があり、合計で各画素に２つのMIM素子３が直列
に接続されていることとなる。
次に対向基板としてパイレックス基板にITOをマグネ
トロンスパッタリング法により800Å厚に堆積後、スト
ライプ状にパターン化して共通画素電極を形成した。引
続きその上に実施例１と同様にポリイミド膜を設け、ラ
ビング処理した後、これら２枚の基板を実施例１と同様
にギャップ材を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封
入することにより液晶表示装置を作った。
トロンスパッタリング法により800Å厚に堆積後、スト
ライプ状にパターン化して共通画素電極を形成した。引
続きその上に実施例１と同様にポリイミド膜を設け、ラ
ビング処理した後、これら２枚の基板を実施例１と同様
にギャップ材を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封
入することにより液晶表示装置を作った。
以上述べたように、本発明の液晶表示装置はMIM素子
の絶縁層に硬質炭素膜を用い、且つ一画素あたり直列に
複数個のMIM素子を接続している為、一つ一つのMIM素子
の素子面積が広くなり、加工精度が向上し、バラツキが
減少し、表示品質が上がる。さらに一画素に複数個の素
子が付いている為、１つの素子がショート等で非線形性
を示さなくなっても、コントラストは落ちるものの表示
欠陥とはならず、全体では表示欠陥を著しく減少させ、
高品質、高密度の液晶表示装置が提供できる。
の絶縁層に硬質炭素膜を用い、且つ一画素あたり直列に
複数個のMIM素子を接続している為、一つ一つのMIM素子
の素子面積が広くなり、加工精度が向上し、バラツキが
減少し、表示品質が上がる。さらに一画素に複数個の素
子が付いている為、１つの素子がショート等で非線形性
を示さなくなっても、コントラストは落ちるものの表示
欠陥とはならず、全体では表示欠陥を著しく減少させ、
高品質、高密度の液晶表示装置が提供できる。
第１図はMIM素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す。 第２図はMIM素子を用いた液晶表示装置の一画素の等価
回路を示す説明図である。 第３図は駆動電圧波形を模式的に示す説明図である。 第４図はluIと との関係を示すグラフである。 第５図は膜圧（ｄ）と駆動電圧（Von）及び絶縁破壊電
圧（Vb）との関係を示すグラフである。 第６図は比抵抗（ρ）と絶縁耐圧との関係を示すグラフ
である。 第７図、第８図及び第９図は硬質炭素膜の特性を示す。 第10図及び第11図はMIM素子の構造を示す説明図であ
る。 第12〜15図はそれぞれのMIM素子の電流−電圧（Ｉ−
Ｖ）特性図である。 第16図はMIM素子の特性の高温保存経時変化を示し、第1
7図はMIM素子の特性の低温保存経時変化を示す。 第18図、第19図及び第21図はMIM素子の構造の説明図で
ある。 第20図は液晶表示装置の説明図である。 第22図は一画素につき複数個のMIM素子を直列に設けた
基板の説明図である。 １……透明基板、２……画素電極 ２′……共通画素電極、３……MIM素子 ４……上部電極、５……硬質炭素絶縁膜 ６……ギャップ材、７……液晶材料 ８……下部電極、９……走査電極 10……補助電極、11……配向膜 12……引出し電極
回路を示す説明図である。 第３図は駆動電圧波形を模式的に示す説明図である。 第４図はluIと との関係を示すグラフである。 第５図は膜圧（ｄ）と駆動電圧（Von）及び絶縁破壊電
圧（Vb）との関係を示すグラフである。 第６図は比抵抗（ρ）と絶縁耐圧との関係を示すグラフ
である。 第７図、第８図及び第９図は硬質炭素膜の特性を示す。 第10図及び第11図はMIM素子の構造を示す説明図であ
る。 第12〜15図はそれぞれのMIM素子の電流−電圧（Ｉ−
Ｖ）特性図である。 第16図はMIM素子の特性の高温保存経時変化を示し、第1
7図はMIM素子の特性の低温保存経時変化を示す。 第18図、第19図及び第21図はMIM素子の構造の説明図で
ある。 第20図は液晶表示装置の説明図である。 第22図は一画素につき複数個のMIM素子を直列に設けた
基板の説明図である。 １……透明基板、２……画素電極 ２′……共通画素電極、３……MIM素子 ４……上部電極、５……硬質炭素絶縁膜 ６……ギャップ材、７……液晶材料 ８……下部電極、９……走査電極 10……補助電極、11……配向膜 12……引出し電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−284728（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
Claims (1)
- 【請求項１】一対の透明基板間に液晶層を持ち、少なく
とも一方の基板の内面に共通電極と金属−絶縁体−金属
（MIM）素子を介して接続された複数の画素電極を設け
た液晶表示装置において、前記MIM素子が一画素につき
複数個直列に接続されており、且つ、該MIM素子の絶縁
膜の水素含有量が10〜50atom％の硬質炭素膜であり、膜
厚が100〜8000Å及び比抵抗が106〜1013Ωcmであって、
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ことを
特徴とする液晶表示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9210489A JP2798964B2 (ja) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | 液晶表示装置 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP9210489A JP2798964B2 (ja) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | 液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02271323A JPH02271323A (ja) | 1990-11-06 |
| JP2798964B2 true JP2798964B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=14045134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9210489A Expired - Fee Related JP2798964B2 (ja) | 1989-04-06 | 1989-04-12 | 液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2798964B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61284728A (ja) * | 1985-06-11 | 1986-12-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液晶セル |
| JPS6440929A (en) * | 1987-08-07 | 1989-02-13 | Nec Corp | Thin film two-terminal element type active matrix liquid crystal display device |
-
1989
- 1989-04-12 JP JP9210489A patent/JP2798964B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02271323A (ja) | 1990-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5101288A (en) | LCD having obliquely split or interdigitated pixels connected to MIM elements having a diamond-like insulator | |
| JP2757207B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| US5153753A (en) | Active matrix-type liquid crystal display containing a horizontal MIM device with inter-digital conductors | |
| JP2799875B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| US5543945A (en) | Method of driving an LCD employing combining two voltages which change polarity at different times in a frame | |
| JP2798964B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JP2987531B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JP2869436B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JP2798963B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JP2798962B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JP3155332B2 (ja) | スイッチング素子 | |
| JP2879747B2 (ja) | Ｍｉｍ素子 | |
| JP2986933B2 (ja) | 薄膜積層デバイス | |
| JP2864480B2 (ja) | アクティブマトリックス型液晶表示装置 | |
| JP2854316B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JP2942604B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JPH0354527A (ja) | Ｍｉｍ素子及びこれを用いた液晶表示装置 | |
| JP3009520B2 (ja) | 薄膜積層デバイス用プラスチック基板およびそれを用いた薄膜積層デバイス | |
| JP2798965B2 (ja) | マトリクス表示装置 | |
| JPH0411227A (ja) | 薄膜二端子素子 | |
| JP2816172B2 (ja) | Ｍｉｍ素子 | |
| JPH03181917A (ja) | 液晶表示装置 | |
| JP3178481B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| JPH0486810A (ja) | 液晶表示装置 | |
| JPH0756194A (ja) | アクティブマトリクス基板および液晶表示装置 |
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 |