JPH02171725A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は液晶表示装置に関するものであり、特番こ非
線形紙１７Ｌ素子を用いた液晶表示装置に関する。

（従来の技術） 液晶表示ｖｃｌｔは小型、＠艙、低消費電力を武器に表
示挟置として大きな発展を遂げてきた。さらに発展を遂
げるためｉこ、情報処理欧の増大に対処しなければなら
ない。特に、ＯＡ機器やテレビなどの画家表示に対応す
るためには、表示面積の拡大、フルカラー化は不可欠で
ある。

この大容量液晶表示の開発の主流は３端子の能動素子を
用いる方式でありた。このアクティブ・マトリクス方式
により、液晶に閾値特性を付与することが可能となりた
。導線マトリクス方式に比して構造が複雑であるが、各
画素毎にスイッチを有しているので５時分割駆動を行う
でも、選択時の電圧を保持することができる。これによ
り、コントラスト、階調、視野角などの画家特性が改善
され、大表示容陰への足掛りが得られるようになりたＯ アクティブ−マトリクス方式による液晶表示長１として
、現在、ガラス基板上に非晶質のＳｔ半導体１＃１を形
成したＴＦＴ型液晶表示決賀、金属−絶嫌体一金属から
なるＭ　Ｉ　Ｍｅ液液晶表示直置どが実用化されている
。薄嗅トランジスタを用いた液晶表示装置は表示１１ｄ
ｌｉ’ｊＫや応答速度に鏝れているが、５１以上の薄僕
形成、パターニングを必要とし、画素欠陥率が高く１歩
留が低く、製造コストを下げることが困難である。一方
、非線形の電流−′電圧特性をもつ２端子素子を用いた
アクティブ・マトリクス方式は３回の薄嗅形成、パター
ニングでよく、低コスト、険産向きの素子と考えられ、
今後の発展が期待されている。

２４子水子として、ＺｎＯバリスタ、ＭＩＭ％バＶり・
トウ・バＶり　ダイオードなどが提案されている。中で
も、Ｔａアノード酸化膜やシリコン窒化嘆を絶縁膜とし
てＭＩＭ構造の２婦子素子が注目されている。第６図は
非線形抵抗素子を利用した、マトリクス躯１助の表示長
−の等両回路である。Ｄ６　＃　Ｄｔ　ｈ・・・は信号
鑞極母＠、ｓｔ、ジ、・・・は走査電極母線、ＬＣは液
晶画素セル、ＮＬは非線形抵抗素子である。両′成極線
の交差点憂こは液晶１ｉｆｉｉ　家セルと非線形抵抗素
子とが直列に接続されている。液晶画素セル◆こは透明
べ極ＩＴＯが用いられ、ＩＴ（Ｊと非線形抵抗素子が非
・線形抵抗素子の上部電極により接続されている。ＭＩ
Ｍ系２端子素子を流れる電流は絶Ｒ嗅と金属−絶縁膜界
面の特性に依存するが、近似的擾こは１＝ａＶｎで与え
られる。従りて、非線形性はｎ値により評価することが
できる。

このＭＩＭ素子を用いた各画素の等両回路は第７図ζこ
示した０時分割による駆動のばあい、走査電極数が増大
すると、リフレＶシュ時間憂こ対する１面素への書込み
時間が必然的に短くなる。このデユーティ比の減少に対
処するためには、電荷保持特性の良い素子が必要である
。選択画素への１込み時間ｔ。ｎはｔＯｎ＝ＣＬＣｘＲ
ＮＩ、（ｏｎ）、ｕｎ時間ｔｏｆｆ＝ＣＬＣｘＲＮＬ（
ｏｆｆ）である、ここでｈ　”ＮＬ（ｏｎ）。

ＲＮＬ（。ｆｆ）はオン、オフ状態に２ける非４１ｉｉ
形抵抗素子の抵抗値を表している、コントラストを確保
するため壷こ＊　　ｔｏｎ　、ｔｏｆｆ　　に対して。

ｔｏｎ　＜　ｔｐｕｌｓｅ（ｔｐｕｌｓｅ”書込みパル
ス幅）。

ｔｏｆｆ＜　ｔｒｅｆｌｅｓｈ（ｔｒｅｆｌｅｓｈ：９
７７９７１時間）の関係が要求される。これらの必要条
件をＭＩＭ素子の特性に置換えると、オン状態とオフ状
態における抵抗値の比Ｒ０ｎ／Ｒｏｆｆｆｅできるだけ
小さくＣＬＣ／ＣＮＬ　を大きくして、上記の関係式を
溝足するようにしなければならない。すなわち、非線形
性を大きく、容量が小さいＭＩＭ素子が望ましいことに
なる。

画素数の増大とともに、デユーティ比が減少することは
すでに述べたが、これに対処するためにパルス電圧を大
きくして、書込み電荷を確保しなければならない。しか
し、パルス電圧をあまり大きくすると、非選択画素にか
かるパルス′１圧も大きくなり、いわゆるクロストーク
が生ずることになる。すなわち、この非選択画素基こ印
加される電圧が閾値電圧を超えると１選択１１ｆｆｉ素
に変化しもっことになる。このクロストークに対しても
、十分のマージンが必要となる。

（発明が尋決しようとする課題） 現在、実用比または噴射されているＴａアノード酸化膜
やシリコン窒化Ｈｘを絶縁膜とする非線形抵抗素子はそ
の特性面において、未だ、十分なものとなりていない、
すなわち、液晶表示装置に利用しうる非線形抵抗素子と
して具備すべき特性は１）電流−電圧特性における大き
な非線形性（Ｍ　Ｉ　Ｍ＋こおける電流−電圧特性にお
いてオン状態とオフ状態における電流比は少なくとも５
桁以上のものが要求される）。

２）この電流−電圧特性が極性をもたず対称性のよいこ
と。

３）　ｔＬ晶一画素セル各ｌに対して、十分率さな容量
値であること。

４）全１而素に対して安定した電流−電圧特性を有して
いること。

５）配線材料を兼ねている非線形抵抗素子の′１極は高
い伝導性を有していること、 などである。

現在、主−こ使用されているのは、絶縁耐圧、−流一゛
鑞圧特性に対する信頼性、再現性などから、Ｔａ−Ｔａ
１　Ｏ＠　−Ｃｒ糸からなるＭＩＭ素子、パターニング
された金ｄ４電極上に形成されたシリコン酸化膜、シリ
コン窒化嘆をｌｅ縁模とするＭＩＭ素子がある。前者は
上記の非線形抵抗素子として、基本特性の面着こおいて
、やや不足している。下部′電極として利用されている
Ｔａ薄薄膜スパＶり法により形成されるが、その導１４
は結晶形に依存するが、５０−２００μΩ・ｃｍである
。この低減化が急務になりている。さらに、駆動′１圧
を２０Ｖ以下に抑えるために、絶Ｒ嘆厚は８００＾以下
ｌこする必要がある。このため、この２端子素子の鷹気
容詮が大きくなりでしまう。絶慢嗅としてＴａ、０．［
が膜厚方向（こ対して、均一性あるいは対称性を欠くこ
とが避けられず、このため印加電圧の極性反転によるｄ
ｌ流−成田？ｌ？性に非対称性成分が残りてしまう。

後者のばあい、基本性能では、改善がみられるものの、
バラツキが多く、素子Ｔａ性の均一性の点に問題が多い
。このばあいも−Ｔａ會Ｏａ［のばあいと同様に、膜厚
方向の膜組成の微小な変化が（流−゛電圧特性に大きな
影脣を及ぼし、電流−電圧特性の非対称性の解消が困難
であった。

また、これらの非線形素子はいずれも基板上に４１−さ
れた構造を有している。このため極めて薄い絶縁膜に電
気的特性の全てを委ねる形となっている。このため、信
頼性の高いものを得ることができなかった。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記欠点を除去し、茜品質、低コストの液晶表
示装置を高い歩貿で提供するために、絶縁族の均一性に
如何に拘らず、常に極性反転に対して、対称性が保持さ
れるような！構造とするものである。すなわち、非線形
な電流−奄圧特性を有する膜（以下、非線形抵抗模と呼
称する）を用い歯該膜の上歯若しくは下向の同−回正に
電極を配置することにより対称性ある構造とした非線形
抵抗素子とするものである。

特に、両端の導体を同じものとすることにより、より対
称性にすぐれた回流−翫圧特性を有する素子とすること
ができる。

（作用） 導体−非線形抵抗模−導体からなる構造とし。

さらに両端の導体に同じものを用いた非線形抵抗素子は
非線形抵抗模の内部構造の如何に拘らず、常−こ対称性
が保持される。すなわち、膜厚方向の組成、化学構造の
相違に基づ（、電気的特性の極性依存性が１％消される
ことになる。この非線形素子構造に形成される界面は全
体として対称的であり、この点でも素子全体の対称性が
達成されている。この対称性から、この非線形抵抗素子
の電流−電圧特性は極性反転に対して、すぐれた対称性
を有することがわかった。従来の絶縁体をサンドウィッ
チ状にはさんだ導体／絶縁体７４体からなる非線形抵抗
素子と同様な急峻性が確保されることもわかりた。素子
のもつ容重成分は従来型の素子よりも小さかりた。

従来のＭＩＭ素子のばあいに信頼性低下の大きな要因で
ありた絶縁膜の角部や上部′成極における没切れなどの
問題は厚い下部４極上に絶縁膜を形成する必要がなくな
り、解消した。走査電極材料の選択の自由度も大きくな
り、その結果、伝導率の高い金属の利用も可能となりた
。

（実施例） 以下（こ本発明の実施例について詳細（こ説明する。

実楕例−１ 第１図は本発明ｉこよる液晶表示ｆｆｌ［ｌｆこおける
２端子とそれにつながる走査電極線７、画素、成極６を
表す平面図である。＠２図は第１図のＡ−Ａ’線に８け
る断面図である０図中、１はガラス基板、２は同基板上
壷こ形成された絶縁性４嗅である。本実施例で膜（５０
０Ａ）を用いた。この上にＴａ、漢を４００Ａを形成し
た。同薄膜を常法ｌこ従りてドライ・工Ｖチングにより
、中１５導体３を得た。このＴａＩ罠を４００　”Ｃの
１俊化性雰囲気中で非嶺形抵抗＠３とした。次に。

アルミ薄膜と約１００ＯＡ形成し、このアルミ薄膜を同
図Ｉこ示したように、パターン形成し、走査電極とした
。最後に非・線形抵抗素子の両端の（極４，５となるＩ
ＴＯ薄幌を１００ＯＡ付与したｔｈ、累１図）こ示した
ようζこ、パターニングと行りた。な［４極６は１而素
′鑞極であり、電極４，５と同時に形成し、同時にパタ
ーニングを行りた。

本実施例１ｃ　ｇいて、ＩＴＵ透明１極とＡｊ薄模によ
る走査電極線の形成工程の順序は逆でもよい。

また、Ａｊ以外の金属薄膜でもよかうた。これは従来型
の場合、下部電極界面と上部電極界面の特性が電流−電
圧特性に異なる影響をもたらし、そのため、上部電極材
料の選択の幅が制限されていた。さらに、１００＾以下
の金属極薄膜を用いることにより、電極４．５％６は透
明電極若しくは金属超薄膜又は金ｆｉ超薄膜と透明重視
を積層して一体化させてもよかった。また、電極４，５
．７３同−金属薄膜で同時に形成、パターニングした後
、＋ｉｊｉ素電極を形成することもできる。

比較のために、Ｔａ薄薄膜表面を熱酸化して約８００Ａ
の絶縁膜とし、その上にＡｊ４嗅を約ｉｏｏ。

Ａ形成し、Ｔ　ａ　／　Ｔ　ａ　＠　Ｏ＠　／　Ａ　ｌ
系の非線形抵抗素子とした。本実施例とこの比較例の電
流−電圧特性？第５図に示した。ａ、ａ’は本実施例、
ａ、ｂは比較例である　ａ　７、ｂはａとは逆極性の場
合である。

これより５本実施例は極性反転ｌこ対してすぐれた対称
性を示すことが確認された。

実施例−２ 実権例−１では、非線形抵抗模として、Ｔａ熱酸化嗅を
もちいたが、Ｔａの化成皮膜を用いることもできる。

基板上にＴａ模を約３５ＯＡ形成したのち、０．０１％
クエン酸水溶液を用いて、化成電源接続用の上端のごく
一部を除いて、全て化成皮膜に’ｔ［＋’４させた。第
１図に示した非線形抵抗模３４分だけを残して、エツチ
ング除去した。以下、実施例−１と同様なプロセスによ
り、非線形抵抗素子を得た、 実施例−３ 非線形抵抗模の下面に非線形抵抗素子の両端の電、甑を
配した構造とする実施例について述べる（第２図参照）
。

走査電極７と両端の電極４，５となるＴａ薄頃を約２０
００Ａ形成したのち、こ几をパターニングし、第１図に
示したと同様のパターン？、５．４に相当する部分を得
た。次に、Ｔａ薄薄膜基板全面ζこ約３０ＯＡ形成した
のち、常法に従って、０．０１チクエン酸水尋液中に浸
漬して、上に形成したＴａ簿模を全て、陽極化成膜に変
換した。なお、このとき最初に形成したＴａＷｌ模の一
部が陽極酸化されてもよい。次に、ケミカル・ドライ魯
工Ｖチングにより非線形抵抗模として、３の部分を桟し
。

化成皮膜を選択的に除去した。しかるのち、ＩＴＯ透明
電極６を形成した。これにより、非線形抵抗素子と画素
成極を形成した。

実施例−４ 実、肩側−３において、１層目と２１−目とも同じＴａ
薄漢を利用したが、異種金属で算↑喚でもよい。

汐りえば第１１目ｆｃはＭｏ、　Ｗ、　Ａｊ、　Ｔａ、
　Ｔｉ、　Ｎｂ。

Ｚｒ、Ｈｆと用い、上層の＄２１脅ｌこは下ｌと異なる
金属薄膜、例えば、　Ｔａ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｚｒ、
　Ｈｆ、　Ａｎ等の中から選択し、それを全て化成皮膜
にｆ換する。その際、実施例−３と同様、下１−の一部
表面が化成されてもよい、これにより、実施例−３と同
様の非線形抵抗素子が得られた。

〔発明の効果〕

以上述べてきたよう−こ１本発明ζこよるＭＩＭ素子は
、導体−非線形抵抗嗅−導体からなる非線形抵抗素子で
ある。

従来のＭＩＭ素子のもりていたｄけがたい欠点のいくつ
かを解決した。

（１）段差による絶縁破壊 下部電極は走査成極４Ｍを兼ねており、高い電導性が要
求される。そのため、模写は２００ＯＡ以上となり、そ
の上ζこ形成される絶縁膜に大きな段差が避けられなか
りた０段差部分子こ集中的に絶縁破壊が発生する。しか
し、本構成ζこよれば、特に。

電極を非線形抵抗模の上部〔こ設ける場合や４畦性の高
い金４（例、Ａｊ、Ｗ、Ｍｏ等）を走査゛成極線とする
ことにより、下部電極の膜厚は大幅に減らすことが可能
となり、段差部分に８ける杷ｄ（反壊は夾質的に問題憂
こならなくなつた。

（２）対称性 すでに、詳述したよう１こ、従来のＭＩＭ素子にぢいて
大きな問題となっていた直流−電圧特性の極性反転に伴
う非対称性着こ対しても大きな効果が得られた。構造か
らも明ら力）なように、非繍形抵抗模薔こおける膜厚方
向の構造的変化や導体と絶縁膜界面の方向性ｌこ対して
も１本構造は極性反転に対して、全く対称的であり、従
りて電気的特性も同様の効果が期待されるが、噴射結果
もこれを裏付けるものでありた。

従来のＭＩＭ素子のばあいには、走査電極と下部電極と
が同−模で形成されて２つ、このため、走査電極線の電
導性向上の大きなネックとなっていた。しかるに１本発
明によれば、別の材料の選択が可能となり、走査電極の
電導性問題も解決した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ｆこよる非線形抵抗素子及びそれに接続
される画素電極、走査電極の平面図、第２図は第１図Ｏ
Ａ　−Ａ’−の断面図、第３図は本発明の他の実施例を
示す平面図、第４図は第１図ＱＢ−８’・）泉での断面
図、第５図は従来のＭＩＭ素子の代表的な電流−電圧特
性（ａ、ｂ）と本発明による一実施例の同特性（ａ、ａ
’）、第６図は非線形抵抗素子（２端子素子）と用いた
ばあいのＸ−Ｙマトリクス形液晶表示挟凌の回路図、第
７図はＭＩＭ素子を用いたときの画素の等両回略図であ
る。 １−ガラス基板、２・・・開基ｇｔ保獲用の絶酵薄膜。 ７・・・走査’ｆｔｆｆ１１．６・・・・１！ｉＩ索電
極、３・・・非線形抵抗模、４．５・・・孝子の両惰の
′ｔｌｌ極、８１，８２．・・・走査゛電極線、ＤＩ、
Ｄ２．・・・信号′べ色線、ＬＣ・・・液晶層からなる
画素セル、ＮＬ・・・非線形抵抗素子。 代理人　５Ｆ埋士　　則　近　１　右 同　　　　　　　　松　　山　　光　　２第１図 第　３　圀 第４図 第　２　図 第 図 り 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対向した２枚の基板間に挟持された液晶層、液晶駆動用
   電極に接続された非線形抵抗素子からなる液晶表示製置
   において、前記非線形抵抗素子が電流−電圧特性を有す
   る薄膜の上若しくは下の同一面内に両電極を配置した導
   体−非線形抵抗模−導体からなる構造を持つことを特徴
   とする液晶表示装置。