JP2987531B2 - Liquid crystal display - Google Patents
Liquid crystal displayInfo
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- Liquid Crystal Display Device Control (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に関し、詳
しくは、駆動回路系に温度補償回路をもたないアクティ
ブ・マトリクス型液晶表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to an active matrix type liquid crystal display device having no temperature compensation circuit in a driving circuit system.
【0002】[0002]
【従来の技術】液晶表示装置の主流は、今では、単純マ
トリクス方式のパネルからアクティブ・マトリクス方式
に移行している。そのことは大面積の液晶パネルへの要
望がOA機器や液晶TVなどから出されているのに由来し
ている。そして、このアクティブ・マトリクス方式では
各画素ごとに能動素子を設ける手段が採られている。2. Description of the Related Art At present, the mainstream of liquid crystal display devices has shifted from a simple matrix type panel to an active matrix type. This stems from the demand for large-area liquid crystal panels from OA equipment and liquid crystal TVs. In the active matrix system, means for providing an active element for each pixel is employed.
【0003】ところで、前記能動素子の一つとしてMI
M素子が多く用いられている。これはスイッチングに良
好な非線形な電流-電圧特性を示すためである。MIM
素子としては、従来より、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。By the way, MI is one of the active elements.
M elements are often used. This is because a good nonlinear current-voltage characteristic is exhibited for switching. MIM
As an element, conventionally, a metal electrode such as Ta, Al, or Ti is provided as a lower electrode on an insulating substrate such as a glass plate, and an oxide of the metal or SiOx or SiNx is provided thereon.
It is known that an insulating film made of a material such as Al is provided, and a metal electrode such as Al or Cr is further provided thereon as an upper electrode.
【0004】しかし、絶縁体(絶縁膜)に金属酸化物を
用いたMIM素子(特開昭57−196589号、同6
1−232689号、同62−62333号等の公報に
記載)の場合、絶縁膜は下部電極の陽極酸化又は熱酸化
により形成されるため、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
実にするには、高温熱処理が必要である)、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等から、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
だ液晶表示装置からの仕様を十分に満たすデバイスを設
計・作製することが極めて困難であることを意味してい
る。However, an MIM element using a metal oxide as an insulator (insulating film) (Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
In the case of Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1-223689 and 62-62333), the insulating film is formed by anodic oxidation or thermal oxidation of the lower electrode, so that the process is complicated and a high-temperature heat treatment is required (anode Even in the oxidation method, high-temperature heat treatment is required to ensure the removal of impurities, etc.), film controllability (film quality and film thickness uniformity and reproducibility) is poor, and the substrate is limited to heat-resistant materials. 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 extremely difficult to design and manufacture a device that sufficiently satisfies the specifications from the liquid crystal display device incorporating the MIM element.
【0005】さらに、後述のごとく、比誘電率εrと素
子の急峻性βとにはβ∝1/√(εr)の関係があり、
εrの値が高いと急峻性は小さくなってしまい高密度の
表示には不適となる、等の欠点を有している。Further, as will be described later, there is a relationship of β∝1 / √ (εr) between the relative permittivity εr and the steepness β of the element.
When the value of εr is high, the steepness is reduced, and it is unsuitable for high-density display, and the like.
【0006】また、絶縁膜にSiOxやSiNxを用い
たMIM素子(特開昭61−275819号公報に記
載)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。また、これらの絶縁膜を合成す
る際には気相でなされることから、ダストが多く発生
し、膜のピンホールが多いため素子の歩留りが低下す
る。更には、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。In the case of a MIM element using SiOx or SiNx for an insulating film (described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275819), the insulating film is formed by a gas phase method such as a plasma CVD method or a sputtering method. In addition, since the substrate temperature is usually required to be about 300 ° C., a low-cost substrate cannot be used, and when the area is increased, the film thickness and the film quality tend to be uneven due to the substrate temperature distribution. Further, when these insulating films are synthesized in a gas phase, a large amount of dust is generated, and the number of pinholes in the film is large, so that the yield of the device is reduced. Furthermore, film stress is large and film peeling occurs, which also lowers the device yield.
【0007】一方、液晶材料には一般に閾値電圧の温度
特性があり、また、従来の能動素子における温度依存性
などのため、液晶表示装置には温度補償回路が必要であ
る。そして、通常この温度補償回路は駆動回路系の一部
を形成するように設計されている。例えば、市販されて
いるTa−Ta2O3−ITO構造のMIM素子の駆動回
路系に組込んだ液晶表示装置(LCD)では、温度補償
係数が120mV/℃と可成の大きな値となる〔日本学
術振興情報科学用有機材料第142委員会A部会(液晶
部会)第37回研究会資料(62.6.11)〕。その
具体例の1つとして、温度補償センサーを用いた液晶表
示装置が特開昭58−176622号公報にも記載され
ている。On the other hand, a liquid crystal material generally has a temperature characteristic of a threshold voltage, and a temperature compensating circuit is necessary for a liquid crystal display device because of a temperature dependency of a conventional active element. Usually, this temperature compensation circuit is designed to form a part of a drive circuit system. For example, in a commercially available liquid crystal display device (LCD) incorporated in a drive circuit system of a MIM element having a Ta—Ta 2 O 3 —ITO structure, the temperature compensation coefficient is as large as 120 mV / ° C. [ Material for the 142nd Committee of Liquid Crystal Subcommittee, 142nd Committee of Organic Materials for Information Science, Japan Society for the Promotion of Science, 37th Meeting (62.6.11)]. As one of the specific examples, a liquid crystal display device using a temperature compensation sensor is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-176622.
【0008】従来において、液晶表示装置の駆動回路系
に温度補償回路が形成されている理由は一般に次のよう
に考えられている。それには、液晶表示装置の動作原理
から説明を進めるのが理解しやすいと思われる。Conventionally, the reason why a temperature compensation circuit is formed in a drive circuit system of a liquid crystal display device is generally considered as follows. For that purpose, it seems easy to understand the description based on the operation principle of the liquid crystal display device.
【0009】アクティブマトリックス液晶表示装置の動
作原理は、選択時に能動素子がON状態(抵抗が小さく
なる)となって電流が流れ液晶層に電荷がチャージさ
れ、次に、非選択時には能動素子がOFF状態(抵抗が
高くなる)となって液晶層の電荷を保持したままにし、
この短い選択時間中にデーターを書き込み、それ以外は
電荷を保持した状態になっていることである。The operating principle of the active matrix liquid crystal display device is as follows. When the active element is selected, the active element is turned on (resistance is reduced), a current flows, and the liquid crystal layer is charged. Next, when the active element is not selected, the active element is turned off. State (the resistance becomes high), keeping the charge of the liquid crystal layer,
Data is written during this short selection time, and the rest is in a state of retaining charges.
【0010】だが、選択時間中の能動素子の抵抗の温度
特性が大きいとチャージされる電荷量が変化し、液晶層
に加わる実効電圧が変化する。そして、この実効電圧の
変化量が大きいと表示特性に悪影響を及ぼす。However, if the temperature characteristic of the resistance of the active element during the selection time is large, the amount of charge to be charged changes, and the effective voltage applied to the liquid crystal layer changes. If the amount of change in the effective voltage is large, the display characteristics are adversely affected.
【0011】アクティブマトリックス液晶表示装置に通
常用いられている液晶材料は、階調表示、能動素子特性
から、おおよそ V10=1.6〜2.0(V) V90−V10=0.8〜1.4(V)好ましくは1.0〜
1.4(V) (但しV10,V90はそれぞれ相対透過率が10%,90
%になる電圧である。) である。[0011] The liquid crystal materials commonly used in active matrix liquid crystal display device, gradation display, from the active device characteristics approximate V 10 = 1.6~2.0 (V) V 90 -V 10 = 0.8 ~ 1.4 (V), preferably 1.0 ~
1.4 (V) (however, V 10 and V 90 have relative transmittances of 10% and 90, respectively)
%. ).
【0012】また、この表示装置の駆動電圧は、1/4
00以上のディュティー比にあって、図13に示した等
価回路のa点−b点間で10〜36V程度とされてい
る。下限の10Vより低いと液晶層に十分な電荷がチャ
ージされなくなる。図14からも判るように、液晶層に
十分な電荷がチャージされないと透過率が低くなって表
示不能となってしまう。上限の36Vは一般的なもので
I.C.の耐電圧で決まるものである。The driving voltage of this display device is 1/4.
At a duty ratio of 00 or more, the voltage is set to about 10 to 36 V between points a and b in the equivalent circuit shown in FIG. If the voltage is lower than the lower limit of 10 V, sufficient charge is not charged in the liquid crystal layer. As can be seen from FIG. 14, if sufficient charge is not charged in the liquid crystal layer, the transmittance becomes low and display becomes impossible. The upper limit of 36V is a general one, and C. Is determined by the withstand voltage.
【0013】従って、能動素子の温度特性(活性化エネ
ルギー)が大きいと、何等かの原因で温度変化が生じた
時にコントラストの変化が生じ表示特性が悪化すること
になる。そのため、一般には、駆動回路系の一部に温度
補償回路を設けて、駆動電圧を変化させるといった手段
が採用されているのである。Therefore, if the temperature characteristic (activation energy) of the active element is large, when the temperature changes for some reason, the contrast changes and the display characteristics deteriorate. Therefore, in general, means for changing the drive voltage by providing a temperature compensation circuit in a part of the drive circuit system is adopted.
【0014】だが、駆動回路系の一部に温度補償回路を
組込むことは装置自体が複雑となり、コスト高をまねく
ことが避けられない。However, the incorporation of the temperature compensation circuit in a part of the drive circuit system complicates the device itself and inevitably leads to an increase in cost.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、温度
依存性が少ない能動素子を使用して液晶パネルをアクテ
ィブマトリクス駆動させることにより、駆動回路系に温
度補償回路の組み込みを不必要なものとし、低コストで
かつ高密度・高コントラストが得られる高品質の液晶表
示装置を提供するものである。本発明の他の目的は、能
動素子が低温で作製できるため多種類の安価な基板が使
用でき、加えて、低電圧駆動が行ないうる液晶表示装置
を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a liquid crystal panel which is driven in an active matrix by using an active element having a small temperature dependency, thereby making it unnecessary to incorporate a temperature compensation circuit into a driving circuit system. It is intended to provide a low-cost, high-quality liquid crystal display device capable of obtaining high density and high contrast. Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device in which active elements can be manufactured at a low temperature, so that various types of inexpensive substrates can be used, and in addition, low-voltage driving can be performed.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明は、一対の透明基
板間に液晶材料を挟持してなり、かつ、少なくとも一方
の基板上に設けられた複数個の画素電極の各々に少なく
とも1つの能動素子が接続されているアクティブ・マト
リクス型液晶表示装置において、前記能動素子はその駆
動電圧時での活性化エネルギーが0.2eV以下であ
り、かつ、駆動回路系には温度補償回路を有していない
ことを特徴としている。According to the present invention, a liquid crystal material is sandwiched between a pair of transparent substrates, and at least one active electrode is provided for each of a plurality of pixel electrodes provided on at least one of the substrates. In an active matrix type liquid crystal display device to which elements are connected, the active elements have an activation energy of 0.2 eV or less at the time of driving voltage, and the driving circuit system has a temperature compensation circuit. It is characterized by not having.
【0017】本発明者らは、これまで液晶表示装置につ
いて多くの研究を行なってきたが、能動素子として温
度依存性の小さなものが用いられば駆動回路系に温度補
償回路を設けることなく液晶表示素子をアクティブマト
リクス駆動させることが可能となり、そうした能動素
子としては駆動電圧時での活性化エネルギーが0.2e
V以下であるようなものの使用が有利であること、等を
確めた。本発明はこれらに基づいてなされたものであ
る。The inventors of the present invention have conducted a great deal of research on the liquid crystal display device. However, if an active element having a small temperature dependency is used, the liquid crystal display device can be provided without providing a temperature compensation circuit in a drive circuit system. The element can be driven in an active matrix, and such an active element has an activation energy of 0.2 e at a driving voltage.
It has been confirmed that the use of a material having a V or less is advantageous. The present invention has been made based on these.
【0018】以下に、本発明を添付の図面を参照しなが
らさらに詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
【0019】そこで、まず、本発明でいう「活性化エネ
ルギー」から説明を進めることにする。一般にバンド伝
導を示す材料の活性化エネルギーEaは式(1) σ=σ0exp(−Ea/RT) ・・・(1) で定義される。活性化エネルギーEaは、電気伝導度σ
の温度依存性アレニウスプロット(σ vt 1/Tプロ
ット)の傾きから求めることができる。この活性化エネ
ルギーは各材料固有の特性を表わすものである。Therefore, the description will first proceed from "activation energy" in the present invention. Generally, the activation energy Ea of a material exhibiting band conduction is defined by the following equation (1): σ = σ 0 exp (−Ea / RT) (1) The activation energy Ea is determined by the electrical conductivity σ
From the temperature-dependent Arrhenius plot (σ vt 1 / T plot). This activation energy indicates characteristics unique to each material.
【0020】本発明においての活性化エネルギーは、I
−V特性が非線形特性をもっている為、各印加電圧時の
能動素子の電流値の温度依存性をとり、アレニウス・プ
ロット(I vt 1/Tプロット)を行ない、その傾き
から活性化エネルギーを求め、それを各印加電圧時の活
性化エネルギーとした。従って、ここでいう能動素子の
活性化エネルギーとは各印加電圧での電流値の温度依存
性を表わす値であり、式(1)で定義されている活性化
エネルギーと同一なものでない。The activation energy in the present invention is I
Since the −V characteristic has nonlinear characteristics, the temperature dependence of the current value of the active element at each applied voltage is taken, an Arrhenius plot (I vt 1 / T plot) is performed, and the activation energy is obtained from the slope. This was defined as the activation energy at each applied voltage. Therefore, the activation energy of the active element is a value representing the temperature dependence of the current value at each applied voltage, and is not the same as the activation energy defined by the equation (1).
【0021】図11に能動素子の活性化エネルギーと印
加電圧依存性との関係を示した。これから判るように、
高電界においては印加電圧が高くなるほど活性化エネル
ギーが小さくなる。一方、低電界においてオーミック特
性を示す範囲においては式(1)で定義されている活性
化エネルギーと同じとなる。FIG. 11 shows the relationship between the activation energy of the active element and the dependence on the applied voltage. As you can see,
In a high electric field, the activation energy decreases as the applied voltage increases. On the other hand, in the range where the ohmic characteristics are exhibited in a low electric field, the activation energy is the same as the activation energy defined by the equation (1).
【0022】能動素子に使用されている活性層の活性化
エネルギーは式(1)での活性化エネルギーであり、本
発明でいう能動素子の活性化エネルギーとは異なるが、
図11に示したように、活性層の活性化エネルギーと本
発明の能動素子の活性化エネルギーとは関係が深く、活
性層の活性化エネルギーが小さいと能動素子の活性化エ
ネルギーも小さくなる傾向がある。The activation energy of the active layer used in the active element is the activation energy in the equation (1) and is different from the activation energy of the active element in the present invention.
As shown in FIG. 11, the activation energy of the active layer and the activation energy of the active element of the present invention have a close relationship. When the activation energy of the active layer is small, the activation energy of the active element tends to decrease. is there.
【0023】本発明の硬質炭素膜を用いたMIM素子で
は、硬質炭素膜の活性化エネルギーが低く、かつ、MI
M素子の活性化エネルギーも小さいため、他の材料を使
用したMIM素子に比べ温度変化が小さく、温度補償回
路を持たずに液晶パネルを駆動するのに有利である。In the MIM device using the hard carbon film of the present invention, the activation energy of the hard carbon film is low, and
Since the activation energy of the M element is small, the temperature change is smaller than that of the MIM element using another material, which is advantageous for driving a liquid crystal panel without a temperature compensation circuit.
【0024】表1に能動素子のON時の活性化エネルギ
ー(Ea)と、室温25℃を基準にして温度変化した時
の電流値変化(It/Io)及び抵抗値変化(Rt/R
o)を示した。活性化エネルギー(Ea)が0.2eV
以下の場合、電流変化は±28%以内であることがわか
る。Table 1 shows the activation energy (Ea) when the active element is ON, the current value change (It / Io) and the resistance value change (Rt / R) when the temperature changes with reference to room temperature 25 ° C.
o). Activation energy (Ea) is 0.2 eV
In the following cases, it can be seen that the current change is within ± 28%.
【0025】[0025]
【表1−1】 [Table 1-1]
【表1−2】 [Table 1-2]
【表1−3】 [Table 1-3]
【表1−4】 [Table 1-4]
【0026】図12(a)は例えば基準温度Toの時に
液晶層に印加される電圧Voを表わしており、波形の斜
線の部分(Aで示した)は液晶層に加わる実際の電圧
(実効電圧)である。図12(b)は、この液晶層に印
加される選択時の電圧が△V増加したときの液晶層に加
わる電圧波形(Bで示した)を表わしたものである。こ
れらの図の比較から、△Vが増えた分だけしか実効電圧
が増加していないことが判る(実効電圧の増加分=B−
Aである)。例えば、液晶層にかかる電圧(印加電圧)
が50%増えたとしても実効電圧は50%増加すること
はなく数%〜10数%増加するだけである。FIG. 12A shows the voltage Vo applied to the liquid crystal layer at, for example, the reference temperature To. The hatched portion of the waveform (indicated by A) is the actual voltage (effective voltage) applied to the liquid crystal layer. ). FIG. 12B shows a voltage waveform (shown by B) applied to the liquid crystal layer when the voltage at the time of selection applied to the liquid crystal layer increases by ΔV. From the comparison of these figures, it can be seen that the effective voltage has increased only by an increase in ΔV (effective voltage increase = B−
A). For example, the voltage applied to the liquid crystal layer (applied voltage)
Is increased by 50%, the effective voltage does not increase by 50%, but only increases by several% to several tens%.
【0027】能動素子のON時の±10℃の環境変化に
起因するその能動素子(MIM素子)の抵抗値の変化が
30%程度であると、これを液晶層の前記(V90−
V10)に比較すると2〜5%程度であり、表示特性に影
響をほとんど及ぼさない。しかし、MIM素子の温度に
よる抵抗値の変化が30%より大きくなると、実効電圧
の変化がこれ以上特に10%以上になり表示への影響は
大きく階調表示が難しくなる。こうした場合に、MIM
素子に温度による抵抗変化を相殺するための補償回路が
必要となる。If the change in the resistance value of the active element (MIM element) caused by the environmental change of ± 10 ° C. when the active element is turned on is about 30%, the change in the resistance of the liquid crystal layer (V 90 −
Compared to V 10) is about 2-5%, does not adversely little effect on the display characteristics. However, when the change in the resistance value due to the temperature of the MIM element is larger than 30%, the change in the effective voltage is more than this, especially 10% or more, and the influence on the display is large, making the gradation display difficult. In these cases, MIM
A compensation circuit is required for the element to cancel the resistance change due to temperature.
【0028】通常の使用方法における環境温度変化は±
10〜20℃程度であるから、この温度変化範囲内でM
IM素子の抵抗変化が30%以内であれば良好な液晶表
示が行なえることになる。これ以上(±20%以上)の
変化と使用開始時には、駆動電圧とバイアス比を設定し
直せねばならない。A change in environmental temperature in a normal use method is ±
Since it is about 10 to 20 ° C., M
If the resistance change of the IM element is within 30%, good liquid crystal display can be performed. At a change of more than this (more than ± 20%) and the start of use, the drive voltage and the bias ratio must be reset.
【0029】表1からも判るように環境温度変化が±1
0℃(25℃を基準とした)のとき、良好な液晶表示を
得るためのMIM素子の抵抗変化(すなわち30%以下
の抵抗変化)を実現させる為にはEaが0.2eV以下
にするのが良く、この場合(Ea≦0.2=eV)で
は、温度補償回路を必要としない液晶駆動が実現でき
る。従って、本発明においてEaが0.2eV以下が望
ましいが0.1eV以下がより望ましい。As can be seen from Table 1, the environmental temperature change is ± 1.
At 0 ° C. (based on 25 ° C.), in order to realize a resistance change of the MIM element for obtaining a good liquid crystal display (that is, a resistance change of 30% or less), Ea is set to 0.2 eV or less. In this case (Ea ≦ 0.2 = eV), liquid crystal driving that does not require a temperature compensation circuit can be realized. Therefore, in the present invention, Ea is preferably 0.2 eV or less, but more preferably 0.1 eV or less.
【0030】本発明の液晶表示装置は、前記のように、
能動素子の活性化エネルギーが0.2eV以下となるよ
うなものとすることによって、能動素子を含む駆動回路
系には温度補償回路を有することなく構成されてなるも
のである。As described above, the liquid crystal display device of the present invention comprises:
By setting the activation energy of the active element to be equal to or less than 0.2 eV, the drive circuit system including the active element is configured without a temperature compensation circuit.
【0031】そこで、本発明に係る能動素子のうち、導
体−絶縁膜−導体からなるMIMから説明を進めること
にする。本発明においては、その中でも絶縁膜に硬質炭
素膜を用いたMIM素子の使用が最も有利である。Therefore, the description will proceed from the MIM consisting of the conductor, the insulating film and the conductor among the active elements according to the present invention. In the present invention, among them, the use of an MIM element using a hard carbon film as an insulating film is most advantageous.
【0032】ここでのMIM素子における絶縁膜は、炭
素原子及び水素原子を主要な組織形成元素としては非晶
質及び微結晶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)からなってい
る。Here, the insulating film in the MIM element is a hard carbon film (i-type) containing at least one of amorphous and microcrystals with carbon atoms and hydrogen atoms as main structure forming elements.
C film, diamond-like carbon film, amorphous diamond film, and diamond thin film).
【0033〕硬質炭素膜の一つの特長は気相成長膜
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である。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までの
領域をカバーしており、この意味では前記のMIM素子
は、特開昭61−275819号公報に記載されている
ところのMSI素子(Metal−Semi−Insu
lator)や、SIS(半導体−絶縁体−半導体から
なる素子であり、ここでの半導体は不純物を高濃度でド
ープさせたものである)等を含めて位置付けられるもの
である。 【0034】図1、図2により能動素子(MIM素子)
及びこれを用いた液晶表示装置の作製について述べる。One feature of the hard carbon film is that it can be controlled in a wide range depending on film forming conditions, as will be described later, because it is a vapor-grown film. Therefore, the resistance value of the insulating film covers the region from the semi-insulator to the insulator. In this sense, the MIM element is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275819. MSI device (Metal-Semi-Insu
and SIS (semiconductor-insulator-semiconductor, in which the semiconductor is doped with a high concentration of impurities) and the like. 1 and 2, an active element (MIM element)
And manufacturing of a liquid crystal display device using the same will be described.
【0035】図1は画像電極4がMIM素子5に接続さ
れている様子を表わしたものである。このものは、ま
ず、図示されていない透明基板(ガラス板、プラスチッ
ク板、フレキシブルな高分子フィルムなど絶縁性のも
の)上に、画素電極用透明電極材料を蒸着、スパッタリ
ング等の方法で堆積し、所定のパターンにパターニング
して画素電極4を形成し、次に、蒸着、スパッタリング
等の方法で下部電極用導体薄膜を形成し、ウェット又は
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
して下部電極となる第1導体7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2を被覆
後、ドライエッチング、ウェ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
ン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バスライン用導体薄膜を被覆し、
所定のパターンにパターニングしてバスライン(共通電
極)となる第2導体6を形成し、最後に下部電極7の不
必要部分を除去し、透明電極パターンを露出させ、画素
電極4とする。この場合、MIM素子(能動素子)5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MI
M素子を形成したもの等、種々の変形が可能である。FIG. 1 shows a state where the image electrode 4 is connected to the MIM element 5. First, a transparent electrode material for a pixel electrode is deposited on a transparent substrate (an insulating material such as a glass plate, a plastic plate, or a flexible polymer film), which is not shown, by vapor deposition, sputtering, or the like. The pixel electrode 4 is formed by patterning into a predetermined pattern, and then a lower electrode conductive thin film is formed by a method such as evaporation or sputtering, and is patterned into a predetermined pattern by wet or dry etching to form a lower electrode. One conductor 7 is coated with a hard carbon film 2 thereon by a plasma CVD method, an ion beam method or the like, and then patterned into a predetermined pattern by dry etching, wet etching or a lift-off method using a resist to form an insulating film. On it is coated a conductor thin film for bus lines by a method such as evaporation, sputtering, etc.,
A second conductor 6 serving as a bus line (common electrode) is formed by patterning into a predetermined pattern. Finally, an unnecessary portion of the lower electrode 7 is removed to expose the transparent electrode pattern, thereby forming a pixel electrode 4. In this case, the configuration of the MIM element (active element) 5 is not limited to this, but is a configuration in which a transparent electrode is provided on the uppermost layer after the MIM element is formed, or a configuration in which the transparent electrode also serves as the upper or lower electrode. , MI on the side of the lower electrode
Various modifications are possible, such as those in which an M element is formed.
【0036】ここで下部電極、上部電極及び透明電極の
厚さは通常、夫々数百〜数千Å、数百〜数千Å、数百〜
数千Åの範囲である。硬質炭素膜の厚さは100〜80
00Å、望ましくは200〜5000Å、さらに望まし
くは300〜4000Åの範囲である。Here, the thicknesses of the lower electrode, the upper electrode, and the transparent electrode are usually several hundred to several thousand, several hundred to several thousand, and several hundred to thousand, respectively.
The range is in the thousands. Hard carbon film thickness is 100-80
00 °, preferably 200-5000 °, more preferably 300-4000 °.
【0037】基板がプラスチック或いは高分子フィルム
の場合、従来においては、その耐熱性の点から能動素子
を用いたアクティブマトリクス装置の作製が非常に困難
であった。しかし、硬質炭素膜は室温程度の基板温度で
良質な膜の作製が可能であり、プラスチック基板におい
ても作製が可能であり、非常に有効な画質向上手段であ
る。In the case where the substrate is a plastic or polymer film, it has conventionally been very difficult to manufacture an active matrix device using active elements due to its heat resistance. However, a hard carbon film can be produced at a substrate temperature of about room temperature, and a high-quality film can be produced on a plastic substrate, which is a very effective means for improving image quality.
【0038】続いて、このMIM素子の材料について説
明する。Next, the material of the MIM element will be described.
【0039】下部電極となる第1導体7の材料として
は、Al、Ta、Cr、W、Mo、Pt、Ni、Ti、
Cu、Au、W、ITO、ZnO:Al、In2O3、S
nO2などの種々の導電体が使用される。As the material of the first conductor 7 serving as the lower electrode, Al, Ta, Cr, W, Mo, Pt, Ni, Ti,
Cu, Au, W, ITO, ZnO: Al, In 2 O 3 , S
Various conductors such as nO 2 are used.
【0040】バスラインとなる第2導体6の材料として
は、Al、Cr、Ni、Mo、Pt、Ag、Ti、C
u、Au、W、Te、To、ITO、ZnO:Al、I
n2O3、SnO2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。絶縁膜として硬質炭素膜2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lnI∝√v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)の劣化及び変化が生じる。これらを考慮すると、N
i、Pt、Agの使用が望ましい。The material of the second conductor 6 serving as a bus line includes Al, Cr, Ni, Mo, Pt, Ag, Ti, C
u, Au, W, Te, To, ITO, ZnO: Al, I
Various conductors such as n 2 O 3 and SnO 2 are used.
Ni and Ni are particularly excellent in stability and reliability of characteristics.
Pt and Ag are preferred. It can be seen that the MIM element using the hard carbon film 2 as the insulating film does not change its symmetry even when the type of the electrode is changed, and that it has a Pool-Frenkel conduction from the relationship of lnI∝√v. From this fact, it can be seen that in the case of this type of MIM element, any combination of the upper electrode and the lower electrode may be used. However, the device characteristics (IV characteristics) are degraded and changed due to the adhesion between the hard carbon film and the electrode and the interface state. Considering these, N
It is desirable to use i, Pt, and Ag.
【0041】このMIM素子の電流−電圧特性は図3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。 I=κexp(β√V) ・・・(2) I:電流 V:印加電圧 κ:導電係数 β:プールフレンケル係数 κ=(nμq/d)・exp(−Ф/kT)∝(1/ρd)(T=一定)・・・(3) β=(1/kT)・√(q3/πε1ε0d)∝(1/√(ε1d))(T=一定)・・・(4) n:キャリヤ密度 μ:キャリヤモビリティ q:電子の電荷 Ф:トラップ 深さ ρ:比抵抗 d:硬質炭素膜の厚さ k:ボルツマン定数 T:雰囲気 温度 ε1:硬質炭素膜の誘電率 ε0:真空誘電率The current-voltage characteristic of this MIM element is shown in FIG. 3, and is approximately represented by the following conduction equation. I = κexp (β√V) (2) I: Current V: Applied voltage κ: Conductivity coefficient β: Poole-Frenkel coefficient κ = (nμq / d) · exp (−Ф / kT) ∝ (1 / ρd) ) (T = constant) (3) β = (1 / kT)) (q 3 / πε 1 ε 0 d) ∝ (1 / √ (ε 1 d)) (T = constant) (4) n: carrier density μ: carrier mobility :: electron charge Ф: trap depth ρ: specific resistance d: thickness of hard carbon film k: Boltzmann constant T: atmosphere temperature ε 1 : dielectric constant of hard carbon film ε 0 : vacuum permittivity
【0042】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。To form a hard carbon film, an organic compound gas, particularly a hydrocarbon gas, is used. The phase state of these raw materials does not necessarily need to be a gaseous phase at normal temperature and normal pressure, but may be used in a liquid phase or a solid phase as long as it can be vaporized through melting, evaporation, sublimation, etc. by heating or decompression. is there.
【0043】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。Examples of the hydrocarbon gas as a raw material gas include paraffinic hydrocarbons such as CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 and C 4 H 10 , olefinic hydrocarbons such as C 2 H 4, and the like.
Gases containing at least all hydrocarbons such as acetylene-based hydrocarbons, diolefin-based hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons can be used. Further, other than hydrocarbons, compounds containing at least a carbon element such as alcohols, ketones, ethers, esters, CO, CO 2 and the like can be used.
【0044】これら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。もっとも、高温における熱分解によっても活性種を
形成できる。As a method for forming a hard carbon film from these source gases, 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, a microwave, or the like. However, a method utilizing a magnetic field effect is more preferable because deposition is performed under a low pressure for the purpose of increasing the area, improving uniformity, and forming a film at a low temperature. However, active species can also be formed by thermal decomposition at high temperatures.
【0045】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硬
質炭素膜が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製
膜がなされてもよい。In addition, a hard carbon film may be formed through an ion state generated by an ionization evaporation method or an ion beam evaporation method, or a neutral carbon film formed by a vacuum evaporation method or a sputtering method. The film may be formed from particles, or a film may be formed by a combination of these.
【0046】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。 RF出力:0.1〜50W/cm2 圧 力:10-3〜10Torr 堆積温度:室温〜950℃(このような広い範囲を採用
できるが、好ましくは室温〜300℃であり、更に好ま
しくは室温〜150℃である。)Deposition conditions for the hard carbon film thus produced
An example of the case of the plasma CVD method is as follows.
You. RF output: 0.1-50W / cmTwo Pressure: 10-3〜1010 Torr Deposition temperature: room temperature to 950 ° C. (adopt such a wide range
But preferably between room temperature and 300 ° C., more preferably
Or room temperature to 150 ° C. )
【0047】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10Å〜数μ
m)の少なくとも一方を含む硬質炭素膜が堆積する。硬
質炭素膜の諸特性を表2に示す。The raw material gas is decomposed into radicals and ions by the plasma state and reacts with each other, so that an amorphous (amorphous) and microcrystalline (crystal size) composed of carbon atoms C and hydrogen atoms H are formed on the substrate. Is several tens to several μ
A hard carbon film containing at least one of m) is deposited. Table 2 shows properties of the hard carbon film.
【0048】[0048]
【表2】 注)測定法; 比 抵 抗(ρ):コプレナー型セルによるI−V特
性より求める。 光学的バンドギャップ(Egopt):分光特性から吸
収係数(α)を求め、√(αhν)=B(hν−Ego
pt)の関係式より決定する。 膜中水素量(C(H)):赤外吸収スペクトルから290
0cm-1付近のピークを積分し、吸収断面積Aをかけて
求める。CH=A・∫α(w)/w・dw SP3/SP2比:赤外吸収スペクトルを、SP3,SP2
にそれぞれ帰属されるガウス関数に分解し、その面積比
より求める。 ビッカース硬度(H):マイクロビッカース計による。 屈 折 率(n):エリプソメーターによる。 欠 陥 密 度 :ESRによる。[Table 2] Note) Measurement method; Specific resistance (ρ): Determined from the IV characteristics of a coplanar cell. Optical band gap (Egopt): The absorption coefficient (α) is determined from the spectral characteristics, and √ (αhν) = B (hν−Ego)
pt). Hydrogen content in film (C (H)): 290 from infrared absorption spectrum
The peak near 0 cm -1 is integrated and multiplied by the absorption cross section A. CH = A · Δα (w) / w · dw SP 3 / SP 2 ratio: Infrared absorption spectrum is calculated using SP 3 and SP 2
Is decomposed into Gaussian functions respectively belonging to the above, and is obtained from the area ratio. Vickers hardness (H): According to a micro Vickers meter. Refractive index (n): Based on ellipsometer. Defect density: Depends on ESR.
【0049】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、図4及び
図5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、図6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S
P3/SP2比を知ることができる。また、X線及び電子
線回折分析によればアモルファス状態(a−C:H)あ
るいは数10Å〜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。The hard carbon film thus formed was analyzed by IR absorption method and Raman spectroscopy. As a result, as shown in FIGS. 4 and 5, the carbon atom has a hybrid orbital of SP 3 and a hybrid orbital of SP 2 , respectively. It is clear that the formed interatomic bonds are mixed. The ratio between the SP 3 bond and the SP 2 bond can be roughly estimated by separating the peak of the IR spectrum. The IR spectrum shows 2800-3150 cm -1
The spectrum of many modes is overlapped and measured.
The attribution of the peak corresponding to each wave number is clear, and peak separation is performed by Gaussian distribution as shown in FIG. 6, and the respective peak areas are calculated.
The P 3 / SP 2 ratio can be known. According to X-ray and electron diffraction analysis, it has been found that it is in an amorphous state (aC: H) or an amorphous state containing fine crystal grains of about several tens to several micrometers.
【0050】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、か
つ、比抵抗及び硬度が増加する傾向が認められる。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。In general, in the case of the plasma CVD method suitable for mass production, the lower the RF output, the higher the specific resistance and hardness of the film, and the lower the pressure, the longer the life of the active species. And uniformity in a large area can be achieved, and the specific resistance and hardness tend to increase. Furthermore, since the plasma density decreases at low pressure, the method utilizing the magnetic field confinement effect is particularly effective for increasing the specific resistance.
【0051】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(絶縁性透明基板材料)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
得られるという特長をもっている。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., and therefore is optimal for lowering the temperature of the MIM element manufacturing process. is there. Therefore, there is a feature that the degree of freedom in selecting a substrate material (insulating transparent substrate material) to be used is widened and a uniform film can be obtained over a large area because the substrate temperature can be easily controlled.
【0052】また、硬質炭素膜の構造、物性等は表2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。Further, as shown in Table 2, the structure and physical properties of the hard carbon film can be controlled in a wide range, and therefore, there is an advantage that the device characteristics can be freely designed.
【0053】さらには、膜の誘電率も2〜6と従来MI
M素子に使用されていた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素子との容量比はC(LCD):C
(MIM)=10:1程度必要である)。Further, the dielectric constant of the film is 2 to 6, which is
Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , SiNx used for the M element
Therefore, when an element having the same electric capacity is manufactured, the element size can be large, so that fine processing is not so required, and the yield is improved. The capacity ratio is C (LCD): C
(MIM) = approximately 10: 1).
【0054】また、前述したように素子急峻性β∝1/
√(εd)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、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、硬質炭素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)、高密度のLCDが実現できる。Further, as described above, the element steepness β∝1 / 1 /
Since √ (εd), if the dielectric constant ε is small, the steepness increases, and the ratio between the ON current Ion and the OFF current Ioff can be increased. For this reason, the LCD can be driven at a lower duty ratio, and a high-density LCD can be realized. Further, since the hardness of the hard carbon film is high, the damage by the rubbing step at the time of enclosing the liquid crystal material is small, and the yield is improved from this point. In view of the above, by using a hard carbon film, a low-cost, high-gradation (colorized), high-density LCD can be realized.
【0055】さらに、この硬質炭素膜は炭素原子及び水
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、酸素原子、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んでいてもよい。構成元
素の1つとして周期律表第III族元素、同じく第V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律表第IV族元素等の場合と同じ
ような効果がある。Further, in addition to carbon atoms and hydrogen atoms, this hard carbon film is composed of a group III element, a group IV element, a group V element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, nitrogen An atom, an oxygen atom, a chalcogen element or a halogen atom may be contained as a constituent element. As a constituent element, a group III element of the periodic table, also a group V element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a nitrogen atom or an oxygen atom is introduced, and the hard carbon film has a non-doped thickness. The thickness can be increased to about two to three times as much as that, and thereby, the occurrence of pinholes at the time of manufacturing the element can be prevented, and the mechanical strength of the element can be remarkably improved. Further, in the case of a nitrogen atom or an oxygen atom, the same effect as in the case of a group IV element of the periodic table as described below is obtained.
【0056】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る。Similarly, a material into which a Group IV element, a chalcogen-based element or a halogen element of the periodic table is introduced significantly improves the stability of the hard carbon film and also improves the hardness of the film. A reliable element can be manufactured. These effects are obtained because the group IV element and the chalcogen element reduce active double bonds existing in the hard carbon film.
【0057】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
に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、結合エネルギーを増
大させる(C−H間及びC−X間の結合エネルギーはC
−X間に方が大きい)からである。In the case of the halogen element, 1) the decomposition of the raw material gas is promoted by a drawing reaction with respect to hydrogen to reduce dangling bonds in the film, and 2) the halogen element X is converted into a C—H bond during the film formation process. Hydrogen in the metal is extracted and displaced, and enters the film as a C—X bond to increase the binding energy (the binding energy between C—H and C—X is C
-X is larger).
【0058】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原子
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)(以降これらを「他の化合物」というこ
とがある)のガスが用いられる。In order to make these elements the constituent elements of the film, in addition to the hydrocarbon gas and hydrogen as the raw material gas, a group III element, a group IV element and a V
Compounds (or molecules) containing these elements or atoms in order to contain group elements, alkali metal elements, alkaline earth metal elements, nitrogen atoms, oxygen atoms, chalcogen elements or halogen atoms (hereinafter referred to as “other Compounds) are used.
【0059】ここで周期律表第III族元素を含む化合
物としては、例えばB(OC2H5)3、B2H6、BC
l3、BBr3、BF3、Al(O−i−C3H7)3、(C
H3)3Al、(C2H5)3Al、(i−C4H9)3Al、
AlCl3、Ga(O−i−C3H7)3、(CH3)3G
a、(C2H5)3Ga、GaCl3、GaBr3、(O−
i−C3H7)3、In、(C2H5)3In等がある。The compound containing a Group III element of the periodic table includes, for example, B (OC 2 H 5 ) 3 , B 2 H 6 , BC
l 3, BBr 3, BF 3 , Al (O-i-C 3 H 7) 3, (C
H 3) 3 Al, (C 2 H 5) 3 Al, (i-C 4 H 9) 3 Al,
AlCl 3, Ga (O-i -C 3 H 7) 3, (CH 3) 3 G
a, (C 2 H 5) 3 Ga, GaCl 3, GaBr 3, (O-
i-C 3 H 7) 3 , In, there is a (C 2 H 5) 3 In like.
【0060】周期律表第IV族元素を含む化合物として
は、例えばSiH4、Si2H6、Si3H8、(C2H5)3
SiH、SiF4、SiH2Cl2、Si(OCH3)4、
Si(OC2H5)4、Si(OC3H7)4、GeCl4、
GeH4、Ge(OC2H5)4、Ge(C2H5)4、(C
H3)4Sn、(C2H5)4Sn、SnCl4等がある。Examples of the compound containing a Group IV element of the periodic table include SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , and (C 2 H 5 ) 3.
SiH, SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , Si (OCH 3 ) 4 ,
Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (OC 3 H 7 ) 4 , GeCl 4 ,
GeH 4 , Ge (OC 2 H 5 ) 4 , Ge (C 2 H 5 ) 4 , (C
H 3) 4 Sn, there is a (C 2 H 5) 4 Sn , SnCl 4 and the like.
【0061】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、PC
l2F、PCl3、PBr3、PO(OCH3)3、P(C2
H5)3、POCl3、AsH3、AsCl3、AsBr3、
AsF3、AsF5、AsCl3、SbH3、SbF3、S
bCl3、Sb(OC2H5)3等がある。Examples of the compound containing a Group V element of the periodic table include PH 3 , PF 3 , PF 5 , PCl 2 F 3 , PC
l 2 F, PCl 3 , PBr 3 , PO (OCH 3 ) 3 , P (C 2
H 5) 3, POCl 3, AsH 3, AsCl 3, AsBr 3,
AsF 3 , AsF 5 , AsCl 3 , SbH 3 , SbF 3 , S
bCl 3 , Sb (OC 2 H 5 ) 3 and the like.
【0062】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。As the compound containing an alkali metal atom,
For example LiO-i-C 3 H 7 , NaO-i-C 3 H 7, KO
It is -i-C 3 H 7 or the like.
【0063】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。Compounds containing an alkaline earth metal atom include, for example, Ca (OC 2 H 5 ) 3 , Mg (OC 2 H 5 ) 3 ,
(C 2 H 5 ) 2 Mg and the like.
【0064】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。Examples of the compound containing a nitrogen atom include nitrogen gas, inorganic compounds such as ammonia, organic compounds having a functional group such as an amino group and a cyano group, and heterocycles containing nitrogen.
【0065】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。Compounds containing an oxygen atom include, for example, oxygen gas, ozone, water (steam), hydrogen peroxide, carbon monoxide, carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, nitrous oxide, Inorganic compounds such as nitrous oxide and nitric oxide, hydroxyl group, aldehyde group, acyl group, ketone group,
An organic compound having a functional group or a bond such as a nitro group, a nitroso group, a sulfone group, an ether bond, an ester bond, a peptide bond, and a heterocyclic ring containing oxygen, and a metal alkoxide may be used.
【0066】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)4C
H3、CH2=CHCH2SCH2CH=CH2、C2H5S
C2H5、C2H5SCH3、チオフェン、H2Se、(C2
H5)2Se、H2Te等がある。Compounds containing chalcogen elements include
For example, H 2 S, (CH 3 ) (CH 2 ) 4 S (CH 2 ) 4 C
H 3 , CH 2 CHCHCH 2 SCH 2 CH CH 2 , C 2 H 5 S
C 2 H 5 , C 2 H 5 SCH 3 , thiophene, H 2 Se, (C 2
H 5 ) 2 Se, H 2 Te and the like.
【0067】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、塩素水素、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。Compounds containing a halogen element include:
For example, fluorine, chlorine, bromine, iodine, hydrogen fluoride, chlorine fluoride,
Bromine fluoride, iodine fluoride, hydrogen chloride, bromine chloride, iodine chloride,
Inorganic compounds such as hydrogen bromide, iodine bromide, and hydrogen iodide, and organic compounds such as alkyl halide, aryl halide, styrene halide, polymethylene halide, and haloform are used.
【0068】図7は液晶の閾値電圧と透過率の温度依存
性との関係を示したグラフである。図7から判るよう
に、雰囲気温度が上がれば閾値電圧が下がる。従って、
一般には温度補償回路が必要である。液晶の温度補償係
数は3〜20mV/℃程度である。硬質炭素膜の温度補
償係数はON時(16V印加時)で10〜40mV/℃
とかなり小さいことが判った。しかし、係数の符号が同
じ為、液晶の温度係数とのたし算となり大きな値になる
と考えられたが、OFF抵抗も温度変化によって変化す
る為に単純に評価できない。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the threshold voltage of the liquid crystal and the temperature dependence of the transmittance. As can be seen from FIG. 7, the threshold voltage decreases as the ambient temperature increases. Therefore,
Generally, a temperature compensation circuit is required. The temperature compensation coefficient of the liquid crystal is about 3 to 20 mV / ° C. The temperature compensation coefficient of the hard carbon film is 10 to 40 mV / ° C when ON (when 16 V is applied).
It turned out to be quite small. However, since the sign of the coefficient is the same, it was considered that the value becomes a large value as a result of addition with the temperature coefficient of the liquid crystal. However, the OFF resistance also changes due to a temperature change, and thus cannot be simply evaluated.
【0069】前記式(3)及び(4)よりβ、κは雰囲
気温度とトラップ深さφ(活性化エネルギーEa)とに
より変化することが判る。図8にκと加わる実効電圧の
一例を示した。いま、素子特性を図8の実線にしたと
き、例えば温度が上った場合、前記(3)及び(4)か
らβが小さくκが大きくなることがわかる。図8でいえ
ば右方向に動くと考えてよい。このことから、温度が上
がった場合液晶の閾値電圧と、液晶層に加わる実効電圧
が下がることが判る。先に記述したように、硬質炭素膜
を用いたMIM素子の特性は、硬質炭素膜の特性から広
く制御することが可能であり、各液晶材料ごとに反応し
たMIM特性を利用することができる。From the above equations (3) and (4), it can be seen that β and κ change depending on the ambient temperature and the trap depth φ (activation energy Ea). FIG. 8 shows an example of the effective voltage applied to κ. Now, when the element characteristics are shown by the solid line in FIG. 8, for example, when the temperature rises, it is understood from the above (3) and (4) that β is small and κ is large. In FIG. 8, it may be considered to move to the right. This indicates that when the temperature rises, the threshold voltage of the liquid crystal and the effective voltage applied to the liquid crystal layer decrease. As described above, the characteristics of the MIM element using the hard carbon film can be widely controlled from the characteristics of the hard carbon film, and the MIM characteristics reacted for each liquid crystal material can be used.
【0070】従って、β、κの値及びκの温度依存性を
制御することにより液晶の温度特性と、液晶層に加わる
実効電圧の整合が可能となり温度補償回路を使用しなく
ても表示能力が変化しないことが判る。Therefore, by controlling the values of β and κ and the temperature dependence of κ, the temperature characteristics of the liquid crystal can be matched with the effective voltage applied to the liquid crystal layer, and the display performance can be improved without using a temperature compensation circuit. It turns out that it does not change.
【0071】図9は活性化エネルギーEaの印加電圧依
存性を示したものである。この図から判るように、印加
電圧が大きくなるほど活性化エネルギーは小さくなって
いる。これは電圧印加によってフェルミレベルが実効的
に浅くなっているためと考えられる。また、印加電圧が
大きくなるほどIonの温度依存性が小さくなることを
意味している。実際、MIM素子のI−V特性温度依存
性を示した図10では印加電圧が増加するほどIonの
温度による変化が小さくなっている。FIG. 9 shows the dependence of the activation energy Ea on the applied voltage. As can be seen from this figure, the activation energy decreases as the applied voltage increases. This is considered to be because the Fermi level was effectively reduced by the voltage application. It also means that the temperature dependence of Ion decreases as the applied voltage increases. In fact, in FIG. 10 showing the temperature dependence of the IV characteristics of the MIM element, the change in Ion due to the temperature decreases as the applied voltage increases.
【0072】本発明者らは、これら現象を総合的に検討
した結果、ON時活性化エネルギーの異なる能動素子を
用い、雰囲気温度変化による表示特性の変化を調べたと
ころ、駆動電圧印加時の能動素子の活性化エネルギーが
0.2eV以下であれば、表示特性上殆んど変化がな
く、温度補償回路を必要としないことを確めた。この活
性化エネルギーは表示がより多階調例えば32、64、
256階調表示になっても変わらず、また能動素子、液
晶材料の温度依存性等に殆ど影響されないが、小さい方
が有効である。従って、能動素子の駆動電圧印加時の活
性化エネルギーは望ましくは0.15eV以下、より望
ましくは0.1eV以下である。The present inventors have comprehensively studied these phenomena. As a result, using active elements having different activation energies at ON, and examining the change in display characteristics due to a change in ambient temperature, it has been found that the active element at the time of applying a driving voltage is active. When the activation energy of the element was 0.2 eV or less, there was almost no change in display characteristics, and it was confirmed that a temperature compensation circuit was not required. This activation energy is used when the display has more gradations, for example, 32, 64,
It does not change even when 256 gradations are displayed, and is hardly affected by the temperature dependence of the active element and the liquid crystal material. Therefore, the activation energy at the time of applying the drive voltage to the active element is desirably 0.15 eV or less, and more desirably 0.1 eV or less.
【0073】なお、本発明における能動素子はMIM素
子に限られるわけではなく、a−Si、Poly−Si
等を用いたTFT素子や絶縁層として硬質炭素膜、Si
Nx、SiC、Ta2O3、Al2O3などを用いたMIM
素子(中でも絶縁層として硬質炭素膜を用いたMIM素
子急峻性にすぐれているため低電圧での駆動が可能であ
る点でその使用が効果的であることは既述のとおりであ
る)、MSI素子や、PINダイオード、バックトウバ
ックダイオード、バリスタ等を用いることができる。The active element in the present invention is not limited to the MIM element, but may be a-Si, Poly-Si
Hard carbon film, Si
Nx, SiC, Ta 2 O 3 , MIM using Al 2 O 3 or the like
Devices (among others, MIM devices using hard carbon films as insulating layers are excellent in steepness and can be driven at a low voltage, so that their use is effective as described above), MSI An element, a PIN diode, a back-to-back diode, a varistor, or the like can be used.
【0074】実際に、本発明の液晶表示装置をつくるに
は、まず透明基板1上に共通電極4用の透明基体たとえ
ばITO、ZnO:Al、ZnO:Si、SnO2、I
n2O3等をスパッタリング、蒸着等の方法で数百Åから
数μm厚に堆積させ、ストライプ状にパターニングして
共通電極4とする。この共通電極4’に設けた透明基板
1と先に例えばMIM素子5をマトリックス状に設けた
透明基板1との各々の表面にポリイミドの様な配向材8
を付け、ラビング処理を行ない、シール材を取付け、ギ
ャップ材9を入れてギャップを一定にし、液晶3を封入
して液晶表示装置とすればよい(図1)。In order to actually produce the liquid crystal display device of the present invention, first, a transparent substrate for the common electrode 4 such as ITO, ZnO: Al, ZnO: Si, SnO 2 , I
A common electrode 4 is formed by depositing n 2 O 3 or the like to a thickness of several hundreds of μm to several μm by a method such as sputtering or vapor deposition, and patterning it in a stripe shape. An alignment material 8 such as polyimide is provided on each surface of the transparent substrate 1 provided on the common electrode 4 'and the transparent substrate 1 on which the MIM elements 5 are provided in a matrix.
Then, a rubbing process is performed, a sealing material is attached, a gap material 9 is inserted to make the gap constant, and the liquid crystal 3 is sealed to form a liquid crystal display device (FIG. 1).
【0075】[0075]
【実施例】次に実施例を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。 実施例1 透明基板にはパイレックス基板を用いた。次に、ITO
を約800Å厚にマグネトロンスパッタ法を用い堆積さ
せた。次いで、パターン化して画素電極を形成した。EXAMPLES Next, examples are shown, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 A Pyrex substrate was used as a transparent substrate. Next, ITO
Was deposited to a thickness of about 800 ° by magnetron sputtering. Next, pixel electrodes were formed by patterning.
【0077】続いて、能動素子として硬質炭素膜を使用
したMIM素子を以下のようにして設けた。まず、基板
の画素電極上にAlを蒸着法により約1000Å厚に堆
積後、パターン化して下部電極を形成した。その上に、
絶縁膜として硬質炭素膜をプラズマCVD法により約1
100Å厚に堆積後、ドライエッチングによりパターン
化した。更に、各硬質炭素絶縁膜上にNiを蒸着法によ
り約1000Å厚に堆積後、パターン化して上部電極を
形成した。Subsequently, a MIM device using a hard carbon film as an active device was provided as follows. First, Al was deposited on a pixel electrode of a substrate to a thickness of about 1000 mm by a vapor deposition method, and then patterned to form a lower electrode. in addition,
A hard carbon film is used as an insulating film by plasma CVD for about 1 hour.
After depositing to a thickness of 100 °, it was patterned by dry etching. Further, Ni was deposited on each hard carbon insulating film to a thickness of about 1000 mm by a vapor deposition method, and then patterned to form an upper electrode.
【0078】他方の透明基板(対向基板)としてのPE
S基板上にITOをスパッタリング法により約1000
Å厚に堆積し、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。さらに、その共通画素電極とは反対側
にカラーフィルターを設けた。PE as the other transparent substrate (counter substrate)
Approximately 1000 ITO on S substrate by sputtering
共通 Common pixel electrode was formed by depositing thick and patterning in stripes. Further, a color filter was provided on the side opposite to the common pixel electrode.
【0079】両基板の上に配向膜としてポリイミド膜を
形成し、ラビング処理を行なった。A polyimide film was formed as an alignment film on both substrates and rubbed.
【0080】これらの基板を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
成されたセル内に市販の液晶材料を封入することにより
カラー液晶表示装置を作った。The color liquid crystal display device was manufactured by facing these substrates with the respective pixel electrode sides facing each other, bonding them together via a gap material, and enclosing a commercially available liquid crystal material in the cells thus formed. .
【0081】この時、MIM素子に用いた硬質炭素の成
膜条件は、 圧 力:0.035Torr CH4 流量:10SCCM RFパワー:0.2W/cm2 温 度:室温 である。また、このMIM素子の印加電圧12Vでの活
性化エネルギーEaは0.12eVであった。At this time, the hard carbon used for the MIM element was synthesized.
The film conditions were as follows: pressure: 0.035 Torr CHFour Flow rate: 10 SCCM RF power: 0.2 W / cmTwo Temperature: room temperature. In addition, the activity of the MIM element at an applied voltage of 12 V
The activating energy Ea was 0.12 eV.
【0082】この表示装置を雰囲気温度0〜60℃まで
変化させ駆動したところ、なんら表示能力変化は見られ
なかった。When this display device was driven while changing the ambient temperature from 0 to 60 ° C., no change in display capability was observed.
【0083】実施例2 透明基板にはパイレックス基板を用いた。次に、画素電
極としてITOを約1000Å厚にE.B.蒸着法によ
り堆積させた後、パターニングを行なった。次に、下部
電極としてAlを蒸着法により約1500Å厚に堆積さ
せた後、パターニングした。Example 2 A Pyrex substrate was used as a transparent substrate. Next, ITO was used as a pixel electrode to a thickness of about 1000 mm. B. After being deposited by a vapor deposition method, patterning was performed. Next, Al was deposited as a lower electrode to a thickness of about 1500 ° by a vapor deposition method, and then patterned.
【0084】続いて、硬質炭素膜をプラズマCVD法で
約900Å厚に堆積させた後、ドライエッチングにより
パターン化した。更に、上部電極としてNiをE.B.
蒸着法により約1500Å厚に堆積させた後、パターニ
ングした。Subsequently, a hard carbon film was deposited to a thickness of about 900 ° by a plasma CVD method, and then patterned by dry etching. Further, Ni was used as an upper electrode. B.
After being deposited to a thickness of about 1500 ° by a vapor deposition method, patterning was performed.
【0085】他方の透明基板(対向基板)としてパイレ
ックス基板にITOをスパッタリング法により約100
0Å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。As a transparent substrate (opposite substrate), ITO was applied to a Pyrex substrate by sputtering for about 100 hours.
After deposition to a thickness of 0 °, patterning was performed in a stripe shape to form a common pixel electrode.
【0086】両基板の上に配向膜としてポリイミド膜を
形成しラビング処理を行なった。A polyimide film was formed as an alignment film on both substrates, and a rubbing treatment was performed.
【0087】これらの基板を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
成されたセル内に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。この際、カラーフィルターを付
けてカラー表示とした。These substrates were opposed to each other with the respective pixel electrode sides inside, bonded together with a gap material interposed therebetween, and a commercially available liquid crystal material was sealed in the cell thus formed, whereby a liquid crystal display device was manufactured. At this time, color display was performed by attaching a color filter.
【0088】なおこの時、MIM素子に用いた硬質炭素
の成膜条件は、 圧 力:0.05Torr CH4 流量:20SCCM RFパワー:0.8W/cm2 温 度:100℃ である。また、このMIM素子の印加電圧16Vでの活性
化エネルギーEaは0.09eVであった。At this time, the hard carbon used for the MIM element was used.
The film forming conditions are as follows: pressure: 0.05 Torr CHFour Flow rate: 20 SCCM RF power: 0.8 W / cmTwo Temperature: 100 ° C. In addition, activation of this MIM element at an applied voltage of 16 V
The activation energy Ea was 0.09 eV.
【0089】この表示装置を雰囲気温度が0〜60℃ま
で変化させ駆動したところ、なんら表示能力に変化は見
られなかった。When this display device was driven by changing the ambient temperature from 0 to 60 ° C., no change was observed in the display performance.
【0090】実施例3 一方の透明基板としてのパイレックス基板上に次のよう
にしてMIM素子を設けた。まず、Crをスパッタリン
グ法により約1000Å厚に堆積後、パターン化して下
部共通電極を形成した。その上に、SiH4及びNH3を
用いP−CVD法により約850Å厚のSiNx膜を形
成後、パターン化して絶縁膜を形成した。更にその上
に、Crを約2000Å厚に蒸着後、パターン化して上部
電極とした。Example 3 An MIM element was provided on a Pyrex substrate as one transparent substrate as follows. First, Cr was deposited to a thickness of about 1000 ° by a sputtering method, and then patterned to form a lower common electrode. Thereon, after the formation of the SiNx film of about 850Å thickness by P-CVD method using SiH 4 and NH 3, to form an insulating film is patterned. Further, Cr was vapor-deposited thereon to a thickness of about 2000 mm, and then patterned to form an upper electrode.
【0091】こうして形成されたMIM素子上にITO
をスパッタリング法で約500Å厚に堆積後、パターン
化して画素電極とした。An ITO is formed on the MIM element thus formed.
Was deposited to a thickness of about 500 ° by sputtering, and then patterned to form pixel electrodes.
【0092】対向基板としてパイレックス基板を用い
た。ITOをスパッタリング法で約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。A Pyrex substrate was used as a counter substrate. After depositing ITO to a thickness of about 500 ° by a sputtering method, it was patterned into stripes to form common pixel electrodes.
【0093】これらの基板を実施例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。After these substrates were bonded together with a gap material in the same manner as in Example 1, a commercially available liquid crystal material was sealed to produce a liquid crystal display device.
【0094】SiNx膜の成膜条件は、 圧 力:0.07TorrSiH 4 流量:15SCCM RFパワー:1W/cm2 温 度:280℃ である。また、このMIM素子の印加電圧18Vでの活
性化エネルギーEaは0.18eVであった。[0094]SiNxThe conditions for forming the film are as follows: pressure: 0.07 TorrSiH 4 Flow rate: 15 SCCM RF power: 1 W / cm2 Temperature:280 ° C It is. In addition, the active state of the MIM element at an applied voltage of 18 V was used.
The activating energy Ea was 0.18 eV.
【0095】この表示装置を雰囲気温度が0〜60℃ま
で変化させ駆動したところ、表示能力に変化はみられな
かった。When this display device was driven by changing the ambient temperature from 0 to 60 ° C., no change was observed in the display performance.
【0096】実施例4 一方の透明基板として石英基板上に能動素子としてTF
Tを形成した。その形成法は次の通りである。まず基板
上にpoly−Si活性層を減圧CVD法により基板温
度850℃で約1000Å厚に堆積せしめ、その上に約
3000Å厚のSiO2からなるゲート絶縁膜を形成
し、その上に約1000Å厚のpoly−Siからなる
ゲート電極を形成し、更にその上にAlを約3000Å
厚に堆積させてソース・ドレイン電極を形成した。層間
絶縁膜は約8000Å厚のSiO2膜で形成した。po
ly−Si活性層への不純物拡散は塗布式不純物拡散材
を用いて行なったが、イオン注入等による方法でも可能
である。TFT作成後、ITOをスパッタリング法によ
る約800Å厚に堆積後、パターン化して画素電極を形
成した。Example 4 On one quartz substrate as a transparent substrate, TF was used as an active element.
T was formed. The formation method is as follows. First, a poly-Si active layer is deposited on a substrate to a thickness of about 1000 at a substrate temperature of 850 ° C. by a low pressure CVD method, and a gate insulating film made of SiO 2 having a thickness of about 3000 is formed thereon. A gate electrode made of poly-Si is formed, and Al is further formed thereon by about 3000 ° C.
The source / drain electrodes were formed by thick deposition. The interlayer insulating film was formed of an approximately 8000 mm thick SiO 2 film. po
Although the impurity diffusion into the ly-Si active layer was performed using a coating type impurity diffusion material, a method such as ion implantation can be used. After the TFT was formed, ITO was deposited to a thickness of about 800 ° by sputtering, and then patterned to form a pixel electrode.
【0097】次に対向基板としてプラスチックフィルム
上に約800Å厚のITO共通画素電極を形成した。Next, an ITO common pixel electrode having a thickness of about 800 mm was formed on a plastic film as a counter substrate.
【0098】これらの基板を実施例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。この時20V印加での活
性化エネルギー(Ea)は0.1eVであった。These substrates were bonded together with a gap material in the same manner as in Example 1, and a commercially available liquid crystal material was encapsulated to produce a liquid crystal display device. At this time, the activation energy (Ea) at a voltage of 20 V was 0.1 eV.
【0099】実施例5 透明基板にはプラスチック基板を用い、この基板上にI
TOを約1000Åマグネトロンスパッタ法を用い堆積
させた。次いでパターン化して画素電極を形成した。続
いて、パターン化して画素電極を形成した。Example 5 A plastic substrate was used as a transparent substrate.
TO was deposited using an approximately 1000 ° magnetron sputtering method. Then, patterning was performed to form a pixel electrode. Subsequently, patterning was performed to form a pixel electrode.
【0100】次に能動素子として硬質炭素膜を使用した
MIM素子を以下の様に設けた。Next, a hard carbon film was used as an active element.
The MIM element was provided as follows.
【0101】まず、基板の画素電極上に、Alを蒸着法
により約600Å厚に堆積後、パターン化して下部電極
を形成した。その上に絶縁膜として硬質炭素膜をプラズ
マCVD法により約1200Å厚に堆積後、ドライエッ
チングによりパターン化した。First, Al was deposited on the pixel electrode of the substrate to a thickness of about 600 by vapor deposition, and then patterned to form a lower electrode. A hard carbon film was deposited thereon as an insulating film to a thickness of about 1200 ° by a plasma CVD method, and then patterned by dry etching.
【0102】更に各硬質炭素絶縁膜上にNIを蒸着法に
より約1000Å厚に堆積後、パターン化して上部電極
を形成した。Further, NI was deposited on each hard carbon insulating film to a thickness of about 1000 ° by a vapor deposition method, and then patterned to form an upper electrode.
【0103】次に、他方の透明基板(対向基板)として
フレキシブルプラスチックフィルム基板上にITOをス
パッタリング法により約1000Å厚に堆積し、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。さら
に共通画素電極を設けた逆の表面にカラーフィルターを
設けた。Next, as a transparent substrate (opposite substrate), ITO was deposited on a flexible plastic film substrate to a thickness of about 1000 mm by a sputtering method and patterned into stripes to form common pixel electrodes. Further, a color filter was provided on the opposite surface where the common pixel electrode was provided.
【0104】次に両基板の上に配向膜としてポリイミド
膜を形成し、ラビング処理を行なった。Next, a polyimide film was formed as an alignment film on both substrates, and a rubbing treatment was performed.
【0105】続いて、これらの基板を各画素電極側を内
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に市販の液晶材料を封入するこ
とによりカラー液晶表示装置を作った。Subsequently, these substrates are opposed to each other with the respective pixel electrodes facing inward, bonded together via a gap material, and a commercially available liquid crystal material is sealed in the cell thus formed, thereby obtaining a color liquid crystal display device. made.
【0106】この時MIM素子に用いた硬質炭素の成膜
条件は、 圧 力:0.04Torr CH4 流量:10SCCM RFパワー:0.5W/cm2 温 度:室温 である。At this time, the hard carbon film used for the MIM element was formed.
Conditions are as follows: pressure: 0.04 Torr CHFour Flow rate: 10 SCCM RF power: 0.5 W / cmTwo Temperature: room temperature.
【0109】この時、印加電圧18Vでの活性化エネル
ギー(Ea)は0.08eVであった。At this time, the activation energy (Ea) at an applied voltage of 18 V was 0.08 eV.
【0108】[0108]
【発明の効果】本発明に係る液晶表示装置によれば、下
記のような効果がもたらされる。 1)温度特性の小さな能動素子を用いることにより、駆
動回路系に温度補償回路が必要でなくなる。また、液晶
表示装置をアクティブマトリックス駆動することが可能
であり、この為、安価で高精細な装置をつくることがで
きる。 2)能動素子に特に絶縁層に硬質炭素膜を用いたMIM
素子を用いるようにすれば、安価な基板を使用すること
ができ、しかも、その素子特性の急峻性がすくれている
ため低電圧での駆動が可能となる。According to the liquid crystal display device of the present invention, the following effects can be obtained. 1) The use of an active element having a small temperature characteristic eliminates the need for a temperature compensation circuit in the drive circuit system. In addition, the liquid crystal display device can be driven by an active matrix, so that an inexpensive and high-definition device can be manufactured. 2) MIM using hard carbon film as insulating layer especially for active element
If an element is used, an inexpensive substrate can be used, and the element can be driven at a low voltage because of its sharpness.
【図1】MIM素子と画像電極とが連続している状態を
表わした図である。FIG. 1 is a diagram showing a state in which an MIM element and an image electrode are continuous.
【図2】液晶表示装置の一部切欠斜視図である。FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the liquid crystal display device.
【図3】本発明で用いられる能動素子のうちのMIM素
子の電流-電圧特性図である。FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram of an MIM element among active elements used in the present invention.
【図4】硬質炭素膜の性質を説明するための図である。FIG. 4 is a view for explaining the properties of a hard carbon film.
【図5】硬質炭素膜の性質を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the properties of a hard carbon film.
【図6】硬質炭素膜の性質を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining properties of a hard carbon film.
【図7】電圧の温度特性と透過率との関係を示したグラ
フである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a voltage temperature characteristic and a transmittance.
【図8】導電係数と液晶層に加わる実効電圧との関係を
測定したグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the conductivity coefficient and the effective voltage applied to the liquid crystal layer.
【図9】本発明に係る能動素子の活性化エネルギー印加
電圧依存性を表わしたグラフである。FIG. 9 is a graph showing dependency of activation energy on applied voltage of an active element according to the present invention.
【図10】本発明に係る能動素子のI−V特性温度依存
性を表わしたグラフである。FIG. 10 is a graph showing the temperature dependence of the IV characteristics of the active element according to the present invention.
【図11】能動素子の活性化エネルギーと印加電圧依存
性との関係を示したグラフである。FIG. 11 is a graph showing a relationship between activation energy of an active element and dependence on applied voltage.
【図12】(a)は基準温度(To)の時に液晶層に印
加される電圧Voを表わしたグラフである。 (b)は電圧が△V増加した時に液晶層に印加される実
効電圧を表わしたグラフである。FIG. 12A is a graph showing a voltage Vo applied to a liquid crystal layer at a reference temperature (To). (B) is a graph showing the effective voltage applied to the liquid crystal layer when the voltage increases by ΔV.
【図13】表示装置の等価回路図である。FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of a display device.
【図14】液晶層の相対的透過率と駆動電圧との関係を
表わしたグラフである。FIG. 14 is a graph showing a relationship between a relative transmittance of a liquid crystal layer and a driving voltage.
1 透明基板 2 硬質炭素膜 3 液晶 , 4 画素電極 5 能動素子(MIM素子) 6 共通電極 7 下部電極 8 配向膜 9 ギャップ材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Hard carbon film 3 Liquid crystal, 4 Pixel electrode 5 Active element (MIM element) 6 Common electrode 7 Lower electrode 8 Alignment film 9 Gap material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 正悦 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 近藤 均 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 太田 英一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平2−275924(JP,A) 特開 平3−181917(JP,A) 特開 平1−164925(JP,A) 特開 昭64−40929(JP,A) 特開 昭64−40930(JP,A) 特開 昭58−176622(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/136 510 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masayoshi Takahashi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company, Ltd. (72) Inventor Hitoshi Kondo 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Eiichi Ota 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo In Ricoh Co., Ltd. (56) References JP-A-2-275924 (JP, A) JP-A-3 JP-A-181917 (JP, A) JP-A-1-164925 (JP, A) JP-A-64-40929 (JP, A) JP-A-64-40930 (JP, A) JP-A-58-176622 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/136 510
Claims (1)
なり、かつ、少なくとも一方の基板上に設けられた複数
個の画素電極の各々に少なくとも1つの能動素子が接続
されているアクティブ・マトリクス型液晶表示装置にお
いて、前記能動素子はその駆動電圧時での活性化エネル
ギーが0.2eV以下であり、かつ、駆動回路系には温
度補償回路を有していないことを特徴とする液晶表示装
置。An active element comprising a pair of transparent substrates sandwiching a liquid crystal material, and having at least one active element connected to each of a plurality of pixel electrodes provided on at least one substrate. In a matrix type liquid crystal display device, the active element has an activation energy of 0.2 eV or less at the time of driving voltage, and the driving circuit system does not have a temperature compensation circuit. apparatus.
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- 1991-05-24 JP JP3149914A patent/JP2987531B2/en not_active Expired - Fee Related
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