JPH02193123A

JPH02193123A - 電気光学装置

Info

Publication number: JPH02193123A
Application number: JP1013415A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Kuroda; 吉己黒田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1989-01-23
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1990-07-30
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JP2583794B2

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、パーソナルコンピュータ用デイスプレィ、ハ
ンドベルトコンピュータ用デイスプレィ各種計測機のデ
イスプレィ、テレビ、プリンタ用シャッタなどに使用さ
れる多数の画素を有する電気光学装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明はａ−３ｔをベース材料とする非線形抵抗素子や
ＴＦＴなどのスイッチング素子を有する電気光学装置に
おいて、そのａ−３ｔ膜中に実質的にＨを含ませないこ
とにより、光電効果のない極めて安定な信頼性の高い電
気光学装置を提供しようというものである。

〔従来の技術〕

我々は、非線形抵抗薄膜としてシリコン窒化膜シリコン
酸化膜、シリコン窒化酸化膜あるいはシリコン炭化膜を
用いた電気光学装置用非線形抵抗素子又はａ−ＳｉＴＦ
Ｔを開発してきた。これは例えば、特開昭６１−９０１
９２号公報、特開昭６１−９４０８６号公報に開示され
ている。

それらのａ−Ｓｉをベース材料とした電気光学用スイッ
チング素子では、プラズマＣＶＤ装置を用いてガスとガ
スとを化学反応させて膜を堆積させて作製するために、
どうしてもベースミーＳｉ膜中にＨが混入してしまうこ
とになる。例えばＳｉ　Ｎｘ　　（Ｎ／　Ｓ　ｉ　＝０
．４〜０．８）の非線形抵抗素子を作製するものでは、
Ｓ　ｉＨａガスとＮ２ガスもしくはＮＨ，ガスとを化学
反応させて成膜させるために、５ｉＨａガスの分解した
Ｈ成分もしくはＮＨ，のＨ成分が５ｉＮＸ膜中に１０〜
２０％混入してしまうことになる。またＳｉｎ、の非線
形抵抗素子を作製するものにおいても同様にＳ　ｉ　Ｈ
ａガスを使用するために、５ｉＨｎガスの分解したＩ］
酸成分５ｉＯＸ膜中に１０〜２０％混入してしまうこと
になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｈを含んだアモルファスシリコン（以下、ａＳｉ：Ｈ）
をベース材料とするスイッチング素子では、ａ−Ｓｉ：
）（特有の光電効果を示すために、素子周りの雰囲気（
明暗）で素子の電気特性が変化することになる。例えば
、透明画素電極と配線電極およびそれらの間にａ−Ｓｉ
：）（をベース材料とする非線形抵抗膜からなる構造を
もつ非線形抵抗素子（第１図、第２図参照）において、
配線電極と透明画紫電間の電圧−電流特性が第３図に示
すように、素子周りの明暗で違いが生じてくる。

このような非線形抵抗素子を第６図のような液晶表示装
置に用いると、明るい雰囲気と暗い雰囲気でのコントラ
ストに差が生じてくる。この理由を次に述べる。

第７図は非線形抵抗素子を用いた液晶表示装置の回路図
であり、１３は金属等で形成された配線電極、１７は透
明電極、１６は液晶、１５は非線形抵抗素子を示してい
る。又、第８図は一画素の等価回路図であり、Ｃ＋、Ｒ
＋　は各々非線形抵抗素子のコンデンサ容量、抵抗を示
し、ＣＬＣ，ＲＬＣは各々液晶のコンデンサ容量、抵抗
を示している。第７図に示したようなマトリックス液晶
パネルにおける駆動波形は、第９図（＾）、第１０図（
Ａ）に−例として示したような時分割駆動波形となる。

第８図におけるＡ−Ｃ間つまり非線形抵抗素子と液晶画
素間にＴ、間Ｖ。Ｐ電圧が印加された時、液晶のコンデ
ンサＣＬＣに電荷が蓄積され、その後、Ｔ−７０間はＲ
１とＲＬＣの抵抗分割でＡ−Ｂ間と１３−Ｃ間に電圧は
印加される。Ｔ　　Ｔｏ間にＲ＋の抵抗が低ければＴ。

間にＣＬＣに蓄積された電荷はＢから八へ、つまり非線
形抵抗素子を通ってリークしてしまうことになる。要す
るに第９図（Ｂ）、第１０図（Ｂ）の下段図における斜
線部の面積がＲ１によって変動し、Ｒ＋が小さければ斜
線部の面積が小さくなり、８０間つまり液晶に印加され
る電圧が小さくなることを示している。従って、非線形
抵抗素子が第３図に示すような電気特性をもっている液
晶表示装置の場合、Ｔ−Ｔ、間の低電圧領域で明暗雰囲
気下での抵抗値Ｒ，が変化するために、液晶に印加され
る電圧値が変わってしまいコントラストに差が生じてく
ることになる。最悪の場合では、暗い雰囲気下で表示し
ていた文字が急に明るい雰囲気下に変わった時に文字が
消えて見えなくなることになる。また、第１０図（Ａ）
　、　（Ｂ）にはＯＦＦ時におけるＡ−Ｃ間に印加され
る波形とＢ−Ｃ間電圧の一例を示した。

本発明は、ａ−Ｓｉをベース材料とするスイッチング素
子を有する電気光学装置において、ベースミーＳｉ膜中
に実質的にＨを含まないようにすることにより、光電効
果をなりシ（第４図参照）、明るい所での電気光学装置
のコントラスト低下を防止したものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の電気光学装置は上記問題点を解決するものであ
り、ａ−３ｔをベース材料とするスイッチング素子を用
いた電気光学装置において、ベースミーＳｉＩｌｌＥ中
に実質的にＨを含ませないようにしたものである。

〔作用〕

上記のようにａ−Ｓｉをベース材料とするスイッチング
素子を用いた電気光学装置において、ベースミーＳｉ膜
中に実質的にＨを含ませないことにより、光電効果がな
く明るい所でのコントラスト低下を防止すると共に、長
時間駆動させた場合にＨが原因と考えられる電気特性の
変化が防止できる、極めて安定な高信頼性の電気光学装
置となる。

〔実施例〕

以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明を適用した実施例の画素電極構造の
平面図であり、第２図は、非線形抵抗素子の断面図であ
る。

第５図は、本発明による液晶表示装置の非線形抵抗素子
を形成した基板の一実施例を示す斜視図であり、一画素
のみを拡大して示すもので、液晶層、液晶を封入するた
めの対向側基板、偏光板等は説明を簡単にするために省
略した。第６図は、本発明による液晶表示装置の縦断面
構造の一画素について明示した図である。第５図におい
て、１１は透明基板であり、ソーダガラス、パイレック
スガラスなど通常のガラスで作られている。１２は透明
画素電極であり、インジウムスズ酸化膜（ＩＴ０）をマ
グネトロンスパッタリング、蒸着等の手段によって透明
基板６１の全面に約１００人から５００人デポジシジン
し、次にフォトエツチングによって所定形状にバターニ
ングしたものである。１４はシリコンを主成分とするア
モルファス材料であり、シリコン単結晶もしくはシリコ
ン多結晶のターゲットを用いて、チンソガス約５〜１５
％含んだアルゴンガスを使用し、マグネトロンスパッタ
リング装置等によって反応性スパンタリング法で約７５
０人〜１５００人の水素をほとんど含まないシリコン窒
化膜をデポジションした。またシリコン酸化膜（ＳｉＯ
２）に関しては、シリコン単結晶、シリコン多結晶もし
くは酸化シリコンのターゲットを用いて、酸素ガス約１
〜１０％を含んだアルゴンガスを使用し、反応性スパッ
クリングによって約７５０人から１５００人のほぼ水素
を含まないアモルファスシリコン酸化膜（Ｓｉ　０２　
＞をデポジションした。１３は配線電極で行列電極の一
方を構成する。

本実施例においてはアルミニウムシリコンもしくはクロ
ム金属を非線形抵抗薄膜１４上に同一チャンバー内もし
くは別のチャンバー内で、連続してマグネトロンスパッ
タリング法によって約１０００から８０００人デポジシ
ョンした。次にフォトエツチングによって金属配線電極
１３が所定形状にバターニングされる。その後、非線形
抵抗薄膜１４がフォトエツチングによって所定形状にバ
ターニングされた。

又、本実施例ではフォトエツチングによって金属配線電
極１３を選択的に除去し、次に怒光性樹脂（フォトレジ
スト）を除去せずに、非線形抵抗薄膜６３を選択的にエ
ツチング除去した。つまり２枚のフォトマスクを使用し
、３回のエツチング除去によって作成した。上記工程を
ブロック図に示したのが第１１図であり、第１２図には
従来のａ−Ｓｉ：Ｈ（）Ｉを含むａ−Ｓｉ）をベース材
料とする、非線形抵抗素子を形成する工程を比較してブ
ロック図として示した。第１２図のように従来のプラズ
マＣＶＤ装置を用いてａ−３ｔ：Ｈヘース非線形抵抗素
子を作製する工程は、透明画素電極をマグネトロンスパ
ッタリングもしくは蒸着によってデポジションし、フォ
トエツチングでバターニングする第１の工程、次にプラ
ズマＣＶＤ装置内で基板の温度を３００℃以上にし、シ
ランガスとチッソガスもしくはアンモニアガスを用いて
シリコン窒化膜の非線形抵抗薄膜をデポジションする。

第２の工程、その後プラズマＣＶＤ装置から基板を取り
出し、基板を洗浄する第３の工程、この基板上に金属配
線電極をマグネトロンスパッタリングによってデポジシ
ョンする第４の工程、およびデポジションされた金属配
線電極と非線形抵抗薄膜をフォトエツチングによってパ
ターニングする第５の工程とから構成される。このよう
に、非線形抵抗薄膜形成のためにプラズマＣＶＤを用い
ると、Ｈ成分が非線形抵抗薄膜中に混入することが避け
られず、その結果、電気特性の悪い素子しか得られない
。しかし、本発明の工程においては、非線形抵抗膜１４
をスパッタリングによって形成するため、実質的に水素
を含有させないようにすることができる。また、第１１
図に示されているように透明画素電極をマグネトロンス
パッタリング、蒸着等によってデポジションし、フォト
エツチングでパターニングする第１の工程の後に、スパ
ッタリング装置でシリコンからなるターゲットに窒素又
は酸素ガスを含むアルゴンガスを用いて、反応性スパッ
タリングを行い、非線形抵抗薄膜をデポジションし、連
続して金属配線電極もマグネトロンスパッタリングによ
ってデポジションすることが可能となった。このことよ
り、従来のａ−Ｓｉ：Ｈベース非線形抵抗薄膜をデポジ
ションした後に基板をプラズマＣＶＤ装置から取り出す
工程、取り出した後の洗浄工程又配線電極をデポジショ
ンするためにスパッタ装置に基板をセットし真空弓きす
る工程が、本発明の工程では不要となることになり、製
造時間が大幅に削減されることになった。又、そのこと
によりゴミなどの不純物がイ」着する確率が大幅に減少
するために、欠陥数の減少と歩留まり向上にもつながる
ことになった。又、配線電極と非線形抵抗薄膜を同一形
状とする場合には、同一の露光マスク・感光性樹脂を用
いて配線電極と非線形抵抗薄膜を連続エツチングするこ
とが可能であり、そのようにすれば第１２図に示した非
線形抵抗膜デポジション工程から配線電極非線形抵抗膜
パターニングまでの工程が、従来は７．８時間要したの
が約４．５時間で完了することになり、工程時間の短縮
にもつながることになった。

第６図は本発明による液晶表示装置の縦断面図である。

１６は液晶層であり、厚さは５〜７部でありツイストネ
マチック材料を使用した。１８は配向膜であり誘電率、
抵抗を考慮したポリイミド材料を使用し、１２は透明導
電膜（ＩＴＯ）であり行列電極の一方の電極群を構成し
ている。また、１９は上側透明基板であり、下側透明基
板１１と同一の種類のガラスを使用している。また２０
．２１は偏光板であり、上側偏光板２０と下側偏光板２
１の偏光軸は約９０°ずれるように設置しである。

第４図は、透明画素電極としてＩＴｏ、非線形抵抗薄膜
として水素を実質的に含まないシリコン窒化膜また配線
電極としてアルミニウムシリコンまたはクロムを積層さ
せた本発明の方法により形成させた非線形抵抗素子にお
いて、ＩＴＯをアースにし、金属配線電極に電圧を印加
していった時の電圧−電流特性を示す図であり、また第
３図は同様な構造をシランガスとチッソガスまたはアン
モニアガスを用いてプラズマＣＶＤでシリコン窒化膜を
作製した非線形抵抗素子の電圧−電流特性を示すグラフ
である。両グラフでは、縦軸は電流を対数目盛で示して
いる。両グラフから明らかなようにプラズマＣＶＤで作
製した水素含有のａＳｉをベース材料とする非線形抵抗
素子の場合、低電圧領域では光電効果により、明るい雰
囲気で抵抗が下がる現象が生じてくるが、スパッタリン
グで作製したほぼ水素を含有しない非線形抵抗素子の場
合には、そのような現象が生じない。水素含有量が１重
量％以下であれば、上記の光電効果はほとんどあられれ
ない。このことは非線形抵抗薄膜としてシリコン酸化膜
を用いた場合も同様の結果が得られた。すなわち、スパ
ッタリングにより、水素をほとんど含まないアモルファ
ス５ｉＯ）１非線形抵抗薄膜を形成し、これをスイッチ
ング素子として電気光学装置に用いた場合にも光電効果
による悪影響はほとんどあられれなかった。

従って、第６図のような液晶表示装置に第３図のような
特性の非線形抵抗素子を用いると、明るい雰囲気と暗い
雰囲気でのコントラストに差が生じてきたが、第４図の
ような特性の非線形抵抗素子を用いた場合、そのような
コントラスト差が生じ少し安定した表示状態を保った。

又、従来のようにプラズマＣＶＤを用いてａＳｔ　：Ｈ
ベース非線形抵抗膜をデポジションした場合、画素電極
金属−非線形抵抗膜の界面と非線形抵抗膜−配線電極の
界面とでの密着力などの違いにより、電気特性に差が生
じ、電圧−電流特性に非対称が生じてくる。（第１３図
参照）つまり、同電圧を画素電極金属と配線電極に印加
させてもプラスかマイナスかによって非線形抵抗素子を
流れる電流値が変わってしまう。このような非線形抵抗
素子を液晶表示装置に使用すると、かたよった直流成分
が液晶表示装置内に残りやすくなり、チャージアップな
どの表示ムラが発生する原因となる。しかし、本実施例
のようにスパッタリングを用いてＨをほとんど含まない
（Ｈく１％）ａＳｉベース非綿非線形抵抗膜ポジション
すると、第１３図のような電圧−電流特性における非対
称性を全くなくすことができる（Ｎ／”１＝ｌｌｌ）。

このため、チャージアンプなどの表示ムラが発生しなく
なり、表示状態が極めて良好な液晶表示装置を得ること
ができる。

又、第１４図はシリコンをターゲットとじ１〜１０％の
Ｎ２ガスを含んだＡｒ＋ＮＺガスを用いた反応性スパッ
タリングによってシリコン窒化膜を形成し、それをＩＴ
ＯとＣｒとではさんだ非線形抵抗素子において、高周波
（ｒｆ）パワーを一定にしてＡｒ十Ｎ２ガスの流量を変
えていった時の電圧−電流特性を示したものである。又
、第１５図は、同様な非線形抵抗素子を形成する場合に
、Ａｒ十Ｎ２ガスの流量を一定にして、ｒｆパワーを変
えていった時の電圧−電流特性を示したものである。

第１４図かられかるように、Ａ　ｒ　＋　Ｎ　２ガスの
流量を変えることによって、形成された非線形抵抗素子
の抵抗を変えることが可能であり、流量が少ないほどシ
リコンリッチになり抵抗が低くなる。また、第１５図か
られかるように、ｒｆのパワーを変えることによって非
線形抵抗素子の電流の流れを指数関数的に増加させるこ
とができ、非線形抵抗素子の特性を自由に変えることが
できる。ｒｆパワーが大きいほどシリコンターゲットの
スパッタリング率が増加し、シリコンリッチな非線形抵
抗素子となる。しかし、ｒｆパワーに関しては、大きく
していくほどシリコン窒化膜内の応力が大きくなり、膜
ハガレや電流集中などの問題が生じてくるので限度があ
る。

第１６図には、シリコンをターゲットとし１〜１０％の
Ｎ２ガスを含んだアルゴンガスを用いた反応性スパッタ
リングを行い非線形抵抗薄膜をデポジションし、画素電
極とじてＩＴＯまた金属配線電極としてアルミニウムシ
リコンからなる非線形抵抗素子を用いた液晶表示装置の
電圧−透過率特性を示した。バイアス比は１７６〜１／
１０バイアスで、バイアス比が小さくなるほどＶ。７（
５０χ）とＶ。ｆ。

（１０χ）の差つまりマージンが大きくなるが、第９図
（Ａ）における’ｒ”−Ｔ、間の電圧レベルも大きくな
るために第８図におけるＲ１の抵抗値が下がりＣｔＣに
蓄積された電荷のリーク量が増えることになる。従って
バイアス比が１７５バイアス以下になると、多分割（例
えば４００分割以上）の場合ＴＴｏの幅が長くなるため
に、Ｔ、間にＣＬＣに蓄積された電荷が非線形抵抗素子
を通ってリークする量が多くなる。このため、ＶＯＰ電
圧を上昇させても液晶のｖｓ□電圧に達しなくなってし
まう。本実施例では、最適バイアスは１／７バイアスで
あり、マージンは５〜６■となった。また液晶の立上が
り・立下がり応答速度は３０〜４０ｍ５ｅｃで、通常の
ＴＮ、ＳＴＮ液晶パネルの応答速度よりかなり速くなっ
ている。

第１７図には本実施例において作製した液晶表示装置の
■。、（５０χ）のシフト量が時間と共にどのように変
化していくかを示した。はぼ７００時間で０．４〜−０
．５Ｖシフトして飽和している。この型持シフトは非線
形抵抗素子の電圧−電流特性のシフト量と一致したが、
液晶表示装置のＶ。、（５ｏχ）と■。ｆ、　（１０χ
）のマージン５〜６■で十分にカバーできるので経時的
表示状態の劣化は全く見られなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による電気光学装置では、
ａ−３ｔベース膜中に含まれるＨが極めて少ない（Ｈく
１％）ために、光電効果による悪影響をなくすことがで
きる。また電圧−電流特性における極性の非対称がなく
すことができ、さらに型持のシフトが少ないことなどの
理由で、明暗雰囲気でのコントラスト差が生じなく、か
つ表示ムラが少なく経時劣化が少ない極めて表示状態の
良好な電気光学装置が得られた。

さらに製造の面では、シランガスなどの有毒ガスを使用
しないので安全であり、かつ非線形抵抗膜と配線電極が
連続でデポジションできることにより、工程時間の短縮
かつ歩留まり向上につながり、欠陥数の少ないあるいは
全くない電気光学装置を提供できるという効果がある。

なお、上記実施例ではスイッチング素子として、ａ−Ｓ
ｉＮ＋＋、ａ−Ｓｉｎｇ等の二端子素子について説明し
てきたが、ａ−ＳｉＣ，、ａ−ＳｉＮ、０゜等、他の二
端子素子、ＴＦＴ等、ａ−Ｓｉをベース材料とするもの
であれば、Ｈ含有量を少なく（く１％）することによっ
て同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す画素電極の平面図、第２
図は非線形抵抗素子の断面図、第３図は従来のａ−Ｓｉ
：Ｈをベースとした非線形抵抗膜のＩ−Ｖ特性図、第４
図（Ｂ）はＨフリーａ−Ｓｉをベースとした非線形抵抗
膜のＩ−Ｖ特性図、第５図、第６図はそれぞれ基板の電
極構成斜視図と液晶表示装置の縦断面図、第７図は非線
形抵抗素子を用いた液晶表示装置の回路図、第８図は一
画素の等価回路図、第９図（Ａ）　、　（Ｂ）はＯＮ時
に液晶と非線形抵抗素子間ＡＣに印加される波形とその
時に液晶ＢＣ間に印加される電圧の一例を示す図、第１
０図（＾）、（Ｂ）はＯＦＦ時にＡＣ間およびＢＣ間に
印加される電圧の一例を示す図、第１１図は本発明の実
施例を示す製造工程ブロック図、第１２図は従来の製造
工程の一例を示すブロック図、第１３図は非線形抵抗素
子の電圧−電流特性の非対称性を示す図、第１４図はＡ
ｒ十Ｎ２ガス流量を変化させた時の非線形抵抗素子の電
圧−電流特性を示す図、第１５図はｒｆパワーを変化さ
せた時の非線形抵抗素子の電圧−電流特性を示す図、第
１６図は本実施例において作製した液晶表示装置の電圧
−透過率特性図、第１７図は本実施例において作製した
液晶表示装置の型持シフト推移を示す図である。２０、２１・・・偏光板以上出願人　セイコー電子工業株式会社代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助ＩＬ　　１９・１２・　・　・１３・　・　・１４・　・　・１５・　・　・１６・　・　・１７・　・　・１８・　・　・・・透明基板・・透明画素電極・・配線電極・・非線形抵抗膜・・非線形抵抗素子・・液晶・・透明電極・・配向膜本定明の莢施イ９ｊｌの画素電極構血の手面閲第　１　
図参茫朗の大施仔１のリド録形抵抗氷千の断面間第図非線形抵Ｆｉ、、堰のＩ−Ｖ特性店示す口第　３　図形紙′ｖＬ躾のＩ−Ｖ特性Σホ１回第　４　図即賽第図躬Ｑ図り一一一廠ｉ■ （△）　←（ｘｏｑ）　ｕｏＡｒｙマｉもＯ］＜− 手続補正書（放）平成／年タ月７７日特許庁長官殿２゜発明の名称電気光学装置３゜補正をする者４゜代理人５゜補正命令の日付

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アモルファスＳｉをベース材料とするスイッチン
グ素子を用いた電気光学装置において、前記ベース材料
中の水素成分を０または１％以下としたことを特徴とす
る電気光学装置。
（２）少なくとも一方の基板の内面は、配線電極と画素
電極および非線形抵抗素子とからなり、前記非線形抵抗
素子は前記配線電極からなる第１の導体、および前記画
素電極からなる第２の導体、さらに第１の導体と第２の
導体の間に形成した非線形抵抗膜とからなる電気光学装
置において、前記非線形抵抗膜がアモルファスＳｉベー
ス材料からなるとともに、材料中の水素含有量が１％以
下であることを特徴とする請求項（１）記載の電気光学
装置。
（３）前記非線形抵抗膜が実質的にＳｉＮ＿ｘからなる
ことを特徴とする請求項（２）記載の電気光学装置。
（４）前記非線形抵抗膜が実質的にＳｉＣ＿ｙからなる
ことを特徴とする請求項（２）記載の電気光学装置。
（５）前記非線形抵抗膜が、実質的にＳｉＯ＿ｚからな
ることを特徴とする請求項（２）記載の電気光学装置。
（６）前記非線形抵抗膜が実質的にＳｉとＮとＯとから
なることを特徴とする請求項（２）記載の電気光学装置
。
（７）ＳｉＣ＿ｙの組成比が化学量論比よりＳｉリッチ
であることを特徴とする請求項（４）記載の電気光学装
置。
（８）そのＳｉＯ＿ｚの組成比が化学量論比よりＳｉリ
ッチであることを特徴とする請求項（５）記載の電気光
学装置。
（９）前記非線形抵抗膜材料組成がＳｉリッチであるこ
とを特徴とする請求項（６）記載の電気光学装置。
（１０）ａ−Ｓｉをベース材料とするＴＦＴを用いた電
気光学装置において、そのａ−Ｓｉ膜中に実質的にＨを
含まないことを特徴とする電気光学装置。