JPH02171726A - 液晶表示装置用非線形抵抗素子の製造方法 - 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〕 （濾業上の利用分野〕 この発明は大表示面積化を可能とする液晶表示装置用非
線形抵抗素子の製造方法に関する。

（従来の技術） 液晶表示装置は小ａ１軽吐、低消費電力を武器暑こ表示
装置として大きな発展を遂げてきた。さらに発展を遂げ
るために、情報処理歇の増大憂こ対処しなければならな
い。特に、ＯＡ機器やテレビなどの画慮表示ｌこ対応す
るためすこは、表示面積の拡大、フルカラー化は不可欠
である。

この大容歇液晶表示の開発の主流は３端子の能動素子を
用いる方式であった。このアクティブ・マトリクス方式
により、液晶に闇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薔こ比して構造が複雑であるが
、各１［！ｌｉ累＠にスイッチを有しているので、時分
割駆動を行りても、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
（象特性が改善され、大表示容量への足掛りが得られる
ようになりた。

アクティブ・マトリクス方式による液晶表示装置として
、現在、ガラス基板上に非晶質のＳｔ半導体層を形成し
たＴＰＴ型液晶表示挟置、金属−絶縁体−金属からなる
Ｍ　Ｉ　Ｍｕ液晶表示装置などが実用化されている。薄
膜トランジスタを用いた液晶表示装置は表示画質や応答
速度ｌこ優れているが、５−以上のｌＩＪ模形酸形成タ
ーニングを必要とし、画素欠陥率が高く、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回の薄膜形成、パターニングでよ
く、低コスト、号産向きの素子と考えられ。

今後の発展が期待されている。

２端子素子として、ＺｎＯのバリスタ、ＭＩＭ。

バック・トウ・バック　ダイオードなどが提案されてイ
ル。中でも％Ｔａアノード駿化模やシリコン窒化膜を絶
縁膜とするＭＩＭ構造の２端子素子が注目されている。

第４図は非線形抵抗素子を利用した、マトリクス駆動の
表示装置の等両回路である。ＤいＤ　ｌ　ｂ・・・　は
信号に極母線、Ｓ１、謁、・・・・・・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。

両型極線の交差点憂こは液晶画素セルと非線形抵抗素子
とが直列に接続されている。液晶画素セルには透明電極
ＩＴＯが用いられ、ＩＴＯと非線形抵抗素子が非線形抵
抗素子の上部電極ζこより接続されている。ＭＩＭ系２
端子素子を流れる電流は絶縁膜と金属−絶Ｒ膜界面の特
性に依存するが、近似的には　１＝ａＶｎで与えられる
。従りて、非線形性はｎ値ζこより計画することができ
る。

このＭＩＭ素子を用いた各１面素の等両回路は第５図（
こ示した。時分割薔こよる駆動のばあい、走査電極数が
増大すると、リフレッシュ時間に対する画素への書込み
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
、選択画素への書込み時間ｔ。ｎは　ｔ。ｎ＝ＣＬｃＸ
ＲＮＬ（。ｎ）、保持時間ｔＯｆｆ＝ＣＬｏｘＲＮＬ（
。ｆｆ）である。ここで、ＲＮＬ（ｏｎ）、ＲＮＬ（。

ｆｆ）はオン、オフ状ｊ歴における非線形抵抗素子の抵
抗値を表している。コントラストを確保するため０こ、
ｔｏｎｈ　ｔｏｆｆに対して、ｔｏｎ＜　　ｔｐｕｌｓ
ｅ　（ｔｐｕｌｓｅ　”書込みパルス幅）ｔｏｆｆ＜　
ｔｒｅｆｌｅｓｈ（ｔｒｅｆｌｅａｈ　：リフレッシュ
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Ｂ（こおけ
る抵抗値の比Ｒ０ｎ／Ｒｏｆｆ　　をできるだけ小さく
、ＣＬＣ／ＣＮＬを大きくして、上記の関係式を満足す
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、Ｃれに対処するためにパルス電圧を大
きくして、書込み１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１面素に
かかるパルス電圧も大きくなり、いわゆるクロストーク
が生ずることζこなる。すなわち、この非選択１面素に
印加される電圧が閾値電圧を超えると、選択画素に変化
しもうことになる。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。

（発明が解決しようとする課＠） 現在、実用化または検討されているＴ＆アノード酸化模
やシリコンＨ化瞑を絶縁膜とする非線形抵抗素子はその
特性面をこおいて、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）　　Ｍ流−電圧％ａｔこおけ
る大きな非線形性（Ｍ　Ｉ　Ｍｌこおける電流−電圧特
性において、オン状態とオフ状類における′１工流比は
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）液晶画素セルの容量に対して、十分小さな容敗値で
あること。

４）全１而常に対して安定したべ流−戒ＦＥ特性６有し
ていること。

５）配線材料を兼ねている非線形抵抗Ｒｆの電極は高い
伝導性を有していること、 などである。

尚、この種素子は、電流−電圧特性の非線形性が印加電
圧の極’６＋こ依存せず、対称性のよいものとするため
ｌこ、ＭＩＭ２子をバック・トウ・バックに接続した構
造とする方法が知られている。ここに用いられる絶縁膜
にはプロセス上の困難さから、熱酸化膜又は反応性スパ
Ｖり膜が用いられてきた。しかしながら、これらの絶縁
膜はアノード酸化＠ζこ比べ、電流−電圧特性の急峻性
が劣るため、液晶表示用非線形抵抗素子の１漢としては
不十分であった。

本発明は上記欠点を除去し、高品質、低コストの液晶表
示製置を高い歩留で提供するために、泊縁模の均一性に
如何に拘らず、常に極性反転に対して、対称性が保持さ
れるような構造を有し、ざら曇こすぐれた非線形な電流
−電圧特注を有する非線形抵抗素子の製造方法を提供す
る事を目的とする。

〔発明の嘴成〕

（諌題を解決するための手段） 本発明は上記問題点ｌこ鑑みなされたもので基板上ｌこ
設けられた中間導体群と、この中間導体群を覆つ絶縁薄
膜と、前記中間導体群の夫々の両端に削記絶Ｒ薄嘆を介
して２つの電極が形成されてなる複数個の液晶表示装置
用非線形抵抗素子を製造するＩこ際し、前記中間導体詳
上に金属薄１臭を設け、この金属薄膜全体を陽極酸化し
て前記絶縁薄膜を形成する事を特徴とする液晶表示装置
用非線形抵抗素子の製造方法を提供するものである。

（作用） 絶縁＠ζこはアノード酸化膜を用い、導体−絶縁体一導
体一絶縁体一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膜の内
部構造の如何に拘らず、常に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く、電気的
特性の極性依存性が解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（こ対して、すぐれた対称性？有することがわかり
た。絶縁体には、急峻性のすぐれたアノード酸化膜を用
いており、従来の絶縁体をサンドウィッチ状した導体／
絶稼体／導本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った。素そのもつｇｔ成分は従来
型の素子よりも小さかった。従来のＭＩＭ素子のばあい
に信・項性低下の大きな要因でありた絶Ｒ＠の角部や上
部電極（こおける段切れなどの問題は厚い下部電で上に
絶縁膜を形成する心安がなくなり、解消した。走査電極
線材料の選択の自由度も大きくなり、その拮果、伝導率
の高い金属の利用も可能となった。

（実施例） 以下ｔこ本発明の実施例について詳細に説明する。

実施例−１ 第１＋３（ａ）は本発明による液晶表示装置１ｉこおけ
る２端子素子とそれＥこつながる走査電極線６、画素電
極５を表す平面図である。この図０Ａ−Ｎ断面が第１図
ｔｂ）である、この２端子素子は同一基板上に多数形成
するが、ここではその１個について示す。非線形抵抗素
子の中間導体１とするため、Ｔａ模を４５ＯＡを形成し
た。同薄膜を常法に従りて。

ドライ・エツチングにより、中間導体ｌを得た。

再び、Ｔａ薄膜を２０ＯＡ形成し、０．０１％クエン酸
水溶液中で上層のＴａ薄膜全部をアノード酸化膜ｆｆｉ
により、酸化皮膜にかえ、絶縁薄膜２を中間導体１の上
Ｉこ形成し、このとき、最初に付与したＴａｇの一部が
酸化されても差支えなかりた。次に、アルミ薄膜を約１
００ＯＡ形成し、このアルミ薄膜を同図に示したように
、パターン形成し、走査電隠６とした。最後に、非線形
抵抗素子の両端の電極３，４となるＩＴＯ薄模薄膜００
０Ａ付与した後、第１図に示したように、パターニング
と行りた。な諺、電極３は画素電極５と同時に形成した
１本実施例において、ＩＴＯ透明電極とアルミ（ＡＪ）
薄膜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１漢でもよかりた。

比較のために、Ｔａ薄膜の表面を熱酸化して約８０ＯＡ
の絶縁膜とし、その上にＡＪ＠膜を約１００ＯＡ形成し
、Ｔ　ａ／Ｔ　＆＠０６　／Ａ　Ｊ　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−電圧特性を第
３図に示した。ａ、ａ’は本実施例、ａ、ｂは比較例で
ある。ａ−ｂはａとは逆極性の場合である。

これより、本実施例は極性反転に対してすぐれた対称性
を示すことが確認された。

走査成極６、両端の電極４，３を同−金属膜で形成する
こともよい結果を与えた。

中間導体表面に陽極酸化法で酸化＠を形成する場合、中
間導体は基板上に点々と形成されているため一本につな
いで電圧を印加する事ができない。

ところがこの様に中間導体を一担金属薄膜で覆い、その
後これを陽極酸化する事で、中間導体を１場極酸化膜で
覆つことができ、優れた特性の抵抗素子を形成できる。

また陽極酸化膜はＣＶＤ膜に比べ膜質を均一番こできる
。従りて同−基板上に形成された抵抗素子の抵抗値は均
一なものを得ることができ、その面内バラツキは小さい
。

実施例−２ 陽極酸化法による別の実施例を述べる。第２図に示すよ
うに、走査電極６と平行に実施例−１に示した中間導体
１を形成する。本実施例ではＴ＆薄＠を約７０ＯＡ形成
した。基板上では、走査電極と中間導体とは分離された
パターンとする。中間導体は陽極酸化するため、連続し
たパターンとした。この上部の一端を電源のプラス極に
接続し、常法に従りて、０．０１％クエン酸水酵液中で
陽極酸化処理を行りた。以下のプロセスは実施例−１と
同様である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたようＩこ５本発明によるＭＩＭ素子は導
体−絶縁嗅一導体一絶縁模一導体からなる非線形抵抗素
子である。従来のＭＩＭ素子の持つていた避けがたい欠
点のいくつかを解決した。

（１）段差による絶縁破壊 下部電極は走査電極線を兼ねており、高い電導性が要求
される。そのため：膜厚は２０００Ａ以上となり、その
上に形成される絶縁膜着こ大きな段差が避けられなかり
た。段差部分に県中的に絶縁破壊が発生する。しかし５
本構成によれば、導体２は従来の下部電極の膜厚の１７
１０程度にまで下げることが可能となり、段差部分ｔこ
おける絶縁破壊はほぼ解消した。

（２）対称性 すでに、前述したようＥこ、従来のＭＩＭ素子において
大きな問題となりていた電流−電圧特性の極性反転なこ
ｆ−Ｐう非対称性に対しても大きな効果が得られた。講
遺からも明らかなように、絶＠模における膜厚方向の１
遣的変化や導体と絶縁＠界面の方向性に対しても、本講
遣は極性反転に対して、全（対称的であり、従りて電気
的＃注も同様の効果が期待されるが、（＊討結果もこｎ
分裏付けるものでありた。

（３）走査電・ｊイ癲の電導性 従来のＭ　Ｉ　Ｍ素子のばあいには、走査電型と下部磁
極とが同−僕で形成されて３つ、このため、走査゛電極
毀の１導性向上の大きなネックとなりていた。しかるに
、本発明によれば、別の材料の選択が町１ｊ目となり、
走査電極の電導性問題も解決したい

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明による非線形抵抗素子及びそれに接続さ
れる１、［ｌｊｉ素電極、走査電極の平面図、第２図は
本発明の他の実施例を示す千面図、第３図は従来のＭＩ
Ｍ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’）
を示す特性図、第４図は非線形抵抗素子（２瑞子素子）
を用いたばあいのＸ−Ｙマトリクス形液晶表示湊罐の回
路図、第５図はＭＩＭ素子を用いたときの１面素Ｏ等唾
回路図である。 １・・・中間導体、２・・・中間導体上に形成された絶
縁薄膜、３．４・・・電極、５・・・画素電電、６・・
・走査電極線。 代理人　弁理士　　則　近　憲　右 同　　　　　　　　松　　山　　光　　之第 図 第４図 名 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に設けられた中間導体詳と、この中間導体群を覆
   つ絶縁薄膜と、前記中間導体群の夫々の両端に前記絶縁
   薄膜を介して２つの電極が形成されてなる複数個の液晶
   表示装置用非線形抵抗素子を製造するに際し、前記中間
   導体詳上に金属薄膜を設け、この金属薄膜全体を陽極酸
   化して前記絶縁薄膜を形成する事を特徴とする液晶表示
   装置用非線形抵抗素子の製造方法。