JPH02170136A - 薄膜二端子素子型アクティブマトリクス液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属−絶縁体−金属からなる薄膜二端子素子
を用いたアクティブマトリクス液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

近年ツィスティッド　ネマチック型を中心とした液晶表
示装置（ＬＣＤ）の応用が発展し、腕時計や電卓の分野
で大量に用いられている。それに加え、近年、画素をマ
トリクス状に配置して文字・図形等の任意の表示が可能
なマＩ・リクス型ＬＣＤも使われ始めている。このマト
リクス型ＬＣＤの応用分野を広げるためには、表示容量
の増大が必要である。しかし、従来のＬＣＤの電圧−透
過率変化特性の立つ上がりはあまり急峻ではないので、
表示容量を増加させるためにマルチプレックス駆動の走
査本数を増加させると、選択画素と非選択画素との各々
にかかる実効電圧比は低下し、選択画素の透過率低下と
非選択画素の透過率増加というクロストークが生しる。

その結果、表示コントラストが著しく低下し、ある程度
満足できるコントラストが得られる視野角も狭くなり、
従来のＬＣＤでは、走査本数は６０本くらいか限界てあ
る。

このマトリクス型ＬＣＤの表示容量を大幅に増加させる
ために、ＬＣＤの各画素にスイッチング素子を直列に配
置したアクティブマトリクスＬＣＤが考案されている。

これまでに発表されたアクティツマトリクスＬＣＤの試
作品のスイッチング素子には、アモルファスＳｉや多結
晶Ｓｉを半導体材料とした薄膜トランジスタ素子（ＴＰ
Ｔ）が多く用いられている。また一方ては、製造及び構
造が比較的簡単であるため、製造工程が簡略化でき、高
歩留まり、低コスト化が期待される薄膜二端子素子（以
下ＴＦＤと略す）を用いたアクティブマトリクスＬＣＤ
も注目されている。

このような薄膜二端子素子型アクティブマトリクスＬＣ
Ｄ　（以下ＴＦＤ−ＬＣＤと略す）において一番実用化
に近いと考えられているＬＣＤはＴＦＤに金属−絶縁体
−金属構造の素子（以下ＭＩＭ素子またはＭＩＭと略す
）を用いたＬＣＤである。ＭＩＭのようなＴＦＤを各画
素の液晶と直列に接続することにより、ＴＦＤの電圧−
電流特性の高非線形性により、ＴＦＤ−液晶素子の電圧
−透過率変化特性の立ち上がりは急峻になり、液晶表示
装置の走査本数を大幅に増やすことが可能になる。

このようなＭＩＭをもちいたＬＣＤの従来例は論文ては
ティ・アールハラフ他著（ジ・オプチマイゼイション　
オフ・メタル・インシュレータ・メタル・ノンリニア・
テバイシズ′　）オア・ユース・イン・マルチプレクス
ト・リキッド・クリスタル・デイスプレイス）、アイ・
イー・イー・イー・トランザクション・オン・エレクト
ロンデバイシズ、２８巻、６号２頁７３６−７３９１９
８１年発行）　（Ｄ、Ｒ，Ｂａｒａｆｆ、ｅｔ　ａｌ、
、　　”ＴｈｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅ
ｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ　Ｎｏｎ１ｉ
ｎｅａｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎ　Ｍ
ｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ　ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ　
Ｄｉｓｐｌａｙｓ　”　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、ｖｏｌ、ＥＤ−２８，ｐ
ｐ７３６−７３９（１９８１））に代表的に示される。

ＭＩＭ素子において、最も重要な材料は絶縁体層の材料
である。最も知られている絶縁体材料としては酸化タン
タルがある（例えば、両角伸冶。

他、著　２５０Ｘ２４０画素のラテラルＭＩＭＬ　ＣＤ
　　テレビジョン学会技術報告（ＩＰＤ８３−８＞、］
：）３３９４４４．１９８３１１２月発行。このような
ＭＩＭ素子を大容量のデイスプレィに適用するときに要
求される特性は、素子を流れる電流（Ｉ＞と印加電圧（
Ｖ）をＩ−Ａ・Ｖ′と表わしたときの非線形係数αが大
きいこと、電流−電圧特性が印加電圧の極性に無関係に
正負対称であること及びＭＩＭ素子の容量が小さいこと
である。ところが、酸化タンタルを用いたＭＩＭ素子は
対称性はよいが非線形係数が５〜６とそれほど大きくな
く、また誘電率も大きいなめ素子容量が大きい等の欠点
を有している。そこで、誘電率の小さい窒化シリコンが
ＭＩＭ素子用絶縁体材料として開発されている（例えば
　エム　スズキ他（ア　ニュー　アクティブ　ダイオー
ド　マトリクス　エルシープイー　ユージング　オフ　
ストイキオメトリツク　５ＩＮｘ　　レイヤー、プロシ
ーデインダス　オフ　ザ　ニスアイデイ−２８巻　１０
１−１０４頁、１９８７年発行）（Ｍ、５ｕｚｕｋｉ　
　ｅｔ　　ａｌ　”Ａ　　Ｎｅｗ　　Ａｃｔｉｖｅ　　
Ｄｉｏｄｅ　　ＭａｔｒｉｘＬＣＤ　ｕｓｉｎｇ　ｏｆ
ｆ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ　ＳｉＮｘ　Ｌａｙ
ｅｒ　”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　　ｏｆ　　ｔｈｅ　
　ＳＩＤ、Ｖｏｌ、２８　　ｐｌｏｌ−１０４，１９８
７）。

〔発明が解決しようとする課題〕

この窒化シリコンを用いたＭＩＭ素子は非線形係数αが
７〜つと酸化タンタルに比べて大きいものの、第２図の
破線で示されるように電圧−電流特性が印加電圧の極性
により非対称になることが多い。このためＭＩＭ素子を
液晶表示装置に利用した場合にはフリッカ−が生じてし
まい、画像品質の低下をもたらしていた。

本発明の目的は、このような画像品質の低下をもたらす
ＭＩＭ素子特性の電圧−電流特性の非対称性を改善し、
高画質・大容量液晶表示装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、透明電極が形成されている基板と、窒化シリ
コン膜を絶縁体として用いた金属−絶縁体−金属構造を
有する薄膜二端子素子がマトリクス状に形成された基板
との間に液晶を挟持した薄膜二端子素子型アクティブマ
トリクス液晶表示装置において、前記金属と絶縁体の間
にホウ素を１・−プしたシリコン非晶質層をはさんだこ
とを特徴とする薄膜二端子素子型アクティツマトリクス
液晶表示装置である。

〔作用〕

本発明においては上下者々の金属電極と窒化シリコン層
との間にホウ素を含んだ１つ型シリコン非晶質層をはさ
むことにより、電子の各電極からの注入を阻害する障壁
を窒化シリコン層の上下でほぼおなしにすることにより
、正電圧および負電圧印加時のそれぞれの電極からの電
子の注入に対する障壁の違いによる電流値の非対称性が
なくなる。この結果フリッカかない良画質の液晶表示装
置が実現できる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を示す。

本実施例によりえられるＴＦＤ素子の代表例の断面図を
第１図に示す。ます下部ガラス基板］をＳｉＯ□等のガ
ラス保護層２で被覆する。この保護層２は不可欠なもの
ではないので被覆を省略することもてきる。次にこの上
に金属電極としてＣｒを１０００人形成しフォトリンク
ラフイ法により島状にパターン化し、リート電極３を形
成する。つついてＳｉＨ４ガスにＢ２１−１６を１％混
合したガスを用いてグロー放電分解法によりガラス基板
上に１．　Ｏ０〜３００人の第１のホウ素をドープした
シリコン非晶質層４を形成したのちＳｉＨ４とＮ２の混
合ガスから窒化シリコン層５を１２００人、次いてＳｉ
Ｈ４カスにＢ２Ｈ６を１％混合したガスを用いてグロー
放電分解法により１００〜３００人の第２のホウ素をド
ープしなシリコン非晶質層６を順次形成することにより
３層構造を形成する。このときの窒化シリコン層を形成
するときのガス混合比ＳｉＬ／Ｎ２は００８であった。

その後上部電極７としてＣｒを１０００人形成しフォト
リソクラソイ法によりパターン化し、ＭＩＭ素子アレイ
を形成する。その後下部透明電極１２、即ち画素電極と
してＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）をパ
ターン化形成する。上部カラス基板８十、の」二部透明
電極１０形成、パターン化は通常の単純マルチプレック
スＬＣＤと殆と同一である。カラス保護膜９は必要に応
じて形成する。下部カラス基板１と上部カラス基板８と
は配向処理を施したのちカラスファイバ等のスペーサを
介して張り合わされ、通常のエポキシ系接着剤によりシ
ールした。セル厚は５ミクロンとした。その後ＴＮ形液
晶１］であるＺ　Ｌ　Ｉ　−１５６５（メルク社製）を
基板間に注入し、ＴＦＤＩ、、、　ＣＤを完成した。

本発明により形成した二端子素子の電圧電流特性を測定
したところ第２図の実線で示されるように電圧の極性に
対して対称てあり、従来の窒化シリコンの単層構造より
得られた二端子素子の電圧電流特性（破線）に比へて対
称性、低電圧の電流特性電流ともに改善されていること
がわかった。

また、非線形係数αも８と大きく１０００本以上の高走
査線を有するＴＦＩ）−ＬＣＤ／＼の適応も可能なこと
かわかった。

この二端子素子の窒化シリコン層を形成するときのガス
混合比ＳｉＨ４／Ｎ２は００２以上０．２以下か非線形
性の大きい二端子素子をつくるために必要である。また
第１゜及び第２のホウ素をドープしたシリコン非晶質層
を形成するときのホウ素の混合比は］、Ｏｐｐｍ以上て
あれば電圧電流特性の対称性、及び低電圧の電流低減に
効果かあった。本実施例においてはＳｉＨ４とＮ２の混
合カスを用いて窒化シリコンを成膜しているか、ＳｉＨ
４とＮＨ３の混合カス。

Ｓｉｌ＋６とＮ２の混合ガス等を用いても良好なダイオ
ード特性が得られた。

また、本実施例においては、グロー放電分解法を用いて
３層構造を形成しているかスパッタ法ＣＶＤ法等の他の
成膜方法においても本発明は有効である。

本実施例においては電極としてクロム電極を用いている
か、ＡｊＴａ、Ｍｏ、Ｗ等他の金属及びシリサイドを上
部電極及びリート電極に用いても本発明は有効である。

また、画素電極として使用しているＩＴＯ等の透明電極
を二端子素子の」一部電極及び下部電極と兼ねても本発
明は有効である。また、１　〇　− 透明電極の形成後、ＴＦＤを形成しても本発明は有効で
ある。

本実施例を用いて形成された６４０Ｘ４００素子のＴＦ
Ｉ）−ＬＣＤの画像評価を行なったところコントラスト
２０：１以上、フリッカー−３９ｄＢと従来の窒化シリ
コン単層構造のＴＦＤ−ＬＣＤの一２５ｄＢに比べて大
幅に改善されていることが明らかになった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば対称性がよく、低
電圧での電流が少なく、非線形性が高い薄膜二端子素子
特性が得られるので大容量でフリッカ−が少なく、高コ
ントラスト、高階調の液晶表示装置を提供することがで
きる。

１・・・下部ガラス基板、２，９・・・ガラス保護膜、
３・・・リード電極、４・・・第１のドープされたシリ
コン非晶質層、５・・・窒化シリコン層、６・・・第２
のドープされたシリコン非晶質層、７・・・上部電極、
８・・・上部ガラス基板、１０・上部透明電極、１１・
・液晶、１２・・・下部透明電極。

代理人　弁理士　　内　原　　晋

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤの一実施例の断面
図、第２図は本発明による薄膜二端子素子と従来例によ
る薄膜二端子素子の電圧−電流特性を比較して示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透明電極が形成されている基板と、窒化シリコン膜を絶
   縁体として用いた金属−絶縁体−金属構造を有する薄膜
   二端子素子がマトリクス状に形成されている基板との間
   に液晶を挟持して成る薄膜二端子素子型アクティブマト
   リクス液晶表示装置において、前記金属と絶縁体の間に
   ホウ素をドープしたシリコン非晶質層をはさんだことを
   特徴とする薄膜二端子素子型アクティブマトリクス液晶
   表示装置。