JPH02277028A - 液晶表示素子 - 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ＭＩに構成のスイッチング素子を用いたアクテ
ィブマトリクス型液晶表示素子に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕液晶表
示素子の代表的な駆動方式の１つにアクティブマトリク
ス駆動方式があり、この方式は、走査電極数を数百本も
必要とするビデオ表示や、ＣＲ７表示に匹敵する大容址
表示が可能という点で着目されており、特に液晶プリン
ターヘッド等、高速応答、高コントラストを要する空間
変調素子及び高デユーテイ駆動を必要とする液晶表示素
子への応用が期待されている。このアクティブマトリク
ス駆動方式を用いた液晶表示素子は、各画素ごとにスイ
ッチング素子を付加する構成となっており、このスイッ
チング素子として、金属−絶縁膜−金属から構成された
ＭＩＭ素子が種々の文献に発表されている。

ＭＩＭ素子を用いた従来のアクティブマトリクス型液晶
表示素子について第３図を参照しながら以下に説明する
。第３図は従来のアクティブマトリクス型液晶表示素子
のセグメント側の一部を示す図で、（ａ）が平面図、（
ｂ）が断面図である。図中、１′はセグメント側基板、
２′は電圧印加ライン及び阿ＩＭ上部電極、３′は絶縁
膜、４′はＭＩＭ下部電極、５′はＩＴＯ透明画素電極
である。基板１′には通常、ガラス板が使用される。電
圧印加ライン及びＭＩＭ上部電極２′にはＡＱ、　Ｎｉ
、　ＮｉＣｒ等の金属、絶縁膜３′にはＴａ２Ｏ，、Ｓ
ｉＮｘ、　ａ−５Ｌ等の誘電体膜、ＭＩＮ下部電極４′
にはＴａ、　ＡＱ、　Ｃｒ等の金属がそれぞれ使用され
、これら３つの層２’　、３’　、４’でＭＩＭ素子が
形成される。

一方、図示はしていないが、コモン側のガラス基板には
、セグメント側の基板１′に設けられた透明画素電極５
′に対向してライン状の共通電極が設けられている。そ
して、それぞれ電極が設けられたセグメント側及びコモ
ン側の両基板を対向配置し、その間に液晶を挾持してア
クティブマトリクス型液晶表示素子が構成されている。

しかしながら、このような構成のアクティブマトリクス
液晶表示素子では、絶縁膜３′は通常、光透過率が低い
ため、基板全面に誘電体膜を形成した後、第３図に示す
ように有効部分より大きいパターンに、ドライあるいは
ウェットエツチングを用いてパターニングする必要があ
る。したがって。

電圧印加ライン及びＭＩＭ上部電極２′、絶縁膜３′並
びにＭＩＭ下部電［ｉ４’をパターニングするために２
枚ないし３枚のフォトマスクを用いなければならず、ま
たそれに付随する工程も必要となるため、通常の単純マ
トリクス型液晶表示素子に比して、工程数の増大、歩留
りの低下、生産性の低下という問題があった。

また、絶縁膜３′はＴａ電極の陽極酸化、あるいはａ−
３ｉやＳｉＮｘを用いた（これらの場合は厳密にはＭＩ
Ｓ素子となる）ＣＶＤ法による成膜法等により膜形成が
行われているが、大面積化、ピンホールの発生等におい
て困難が存在する。ピンホールが発生すると、２′と４
′のＭＩＭ上下部電極が絶縁膜の絶縁破壊（比較的低電
圧で起こる）により短絡し、スイッチング素子の機能を
はださなくなるという欠陥が生ずる。

一方、酸化アルミニウムを絶縁膜とするＭＩＭ素子を液
晶表示素子に用いる試みもなされているが、アルミニウ
ムを自然酸化させたトンネルダイオードでは、膜厚が小
さいためにＭＩＭ素子の静電容量が大きくなり、液晶表
示素子の駆動上の困難の発生や、絶縁膜に存在するピン
ホールのために歩留りが低いという問題があった（平井
保功・東京農工大修士論文、昭和６１年）。また、電子
ビームによる蒸着法や、スパッタ法を用いて酸化アルミ
ニウム絶縁膜を形成しても上記ピンホールの問題解決と
はならず、更に、酸化アルミニウムの不完全な醸化度の
ため、比較的低い光透過率の絶縁膜しか実現できなかっ
た。このように従来では、酸化アルミニウムを絶縁膜と
してＨＩＭ素子を構成し、そのＨＩＭ素子を用いてアク
ティブマトリクス型液晶表示素子の大型化を図ろうとい
う試みは達成されていないというのが実情である。

また、上記従来のアクティブマトリクス型液晶表示素子
においては、電圧印加ライン及びＭＩＭ上部電極２′、
絶縁膜３′並びにＭＩＭ下部電極４′の処理温度が高い
ため、基板１′として高分子フィルムの使用ができず、
ガラス基板を用いる必要があった。

さらに、基板１′上に設けられた透明画素電極５′の電
極材料は、非結晶状態のときにはフォトエツチング法に
よる加工は容易であるが表面抵抗値、体、積抵抗値が高
く、結晶状態のときにはこれら抵抗値は低いもののフォ
トエツチング法による加工が難しいという性質を有する
。このため、ＭＩＭ素子の下部電極として、表面抵抗値
及び体積抵抗値が低くかつ絶縁膜３′との界面で高いバ
リアーを形成しないような金属膜をパターン化して形成
する必要があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされ
たものであって、作製工程が簡略化され、歩留りが向上
し、高分子フィルム基板の使用も可能で、しかも大面積
化が可能となるＭＩＭ素子を用いたアクティブマトリク
ス型液晶表示素子を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、−対の基板
間に液晶を挾持してなり、少なくとも一方の基板上に、
マトリクス状に配列された複数のＩＴＯ透明画素電極と
、該透明画素電極に信号電圧を供給する電圧印加ライン
と、これら両者をそれぞれ接続するＭＩＭ構成のスイッ
チング素子が設けられ、前記各スイッチング素子が、前
記電圧印加ラインと接続する上部電極と、前記透明画素
電極の一部により代替される下部電極と、該上部電極と
該下部電極の間に介在する絶縁膜とにより構成されてい
るアクティブマトリクス型の液晶表示素子であって、前
記絶縁膜が、プラズマ蒸着により基板全面にわたって形
成された光透過率７０％以上の酸化アルミニウム薄膜か
らなり、かつ、前記透明画素電極は、パターニングの後
に再酸化処理を施したものであることを特徴とする液晶
表示素子が提供される。

以下本発明の液晶表示素子を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図は本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示
素子のセグメント側の一部を示す図で、（ａ）が平面図
、（ｂ）が断面図である。図中、１はセグメント側基板
、２は電圧印加ライン及びＨＩＭ上部電極、３は絶縁膜
、４はＩＴＯ透明画素電極である。

基板１はガラス板又は高分子フィルムからなり、その上
に複数の透明画素電極４がマトリクス状に配列されてい
る。各透明画素電極４は第１図に示すようなパターンに
形成され、その一部がＭＩＭ下部電極の役割を行う、こ
の透明画素電極４は、当初は非結晶状態もしくは結晶化
度の低い状態で形成され、その状態でパターニングが施
され、その後に、例えば絶縁膜（酸化アルミニウム膜）
３の形成に使用される０、−Ａｒプラズマ中で再酸化さ
せることにより、表面抵抗率及び体積抵抗率を低くする
とともに、結晶化度を向上させる処理が施しである。こ
のような処理を施したのは、　ＩＴＯ膜は結晶状態では
フォトエツチングが困難であるが、非結晶状態もしくは
結晶化度の低い状態ではフォトエツチングが容易であり
、また、非結晶状態のＩＴＯ膜は表面抵抗値が高く、Ｈ
ＩＭ素子を形成する上で絶縁１１１３を構成する酸化ア
ルミニウム膜との界面で高いコンタクトバリアーを形成
したり、信号波形の正常な伝達を阻害するが、結晶化度
の高いＩＴＯ膜は表面抵抗値が高く非結晶状態における
ような欠点がないからである。透明画素電極４の上には
光透過率が７０％以上の酸化アルミニウム薄膜からなる
絶縁膜３が設けられている。この絶縁膜３は透明画素電
極４の面上のみならず、基板全面にわたってすなわちパ
ターニングされずに設けられている。何故なら、この絶
縁膜３は透明度が高いので、従来のＭＩＭ素子形成に見
られるような絶縁膜のパターン化を必要とせず、基板１
の表示領域に蒸着用メタルフレームを用いて全面に蒸着
しても、表示部分への表示不良を招くような悪影響はな
いからである。絶縁膜３の成膜法としては特開昭５９−
８９７６３号公報に記載の如きプラズマ蒸着法が用いら
れる。この方法によれば、光透過率が高く、ピンホール
フリーの酸化アルミニウム薄膜を低温（室温〜７０℃程
度の温度（上記は膜厚、蒸着時間に依存））で形成する
ことができ、しかも基板１の材料として高分子フィルム
の使用も可能となる。絶縁膜３を構成するアルミニウム
薄膜は多結晶の薄膜であってもよいし、その一部が非結
晶の薄膜であってもよく、またその膜厚は５０−１５０
０人の範囲であるのが好ましい、絶縁層３の上には、電
気印加ライン及びＭＩＭ上部電極２が、その一部が絶縁
膜３を介して透明画素電極４の一部（ＭＩＭ下部電極部
分）と重なるようにして形成され、電圧印加ライン及び
ＭＩＭ上部電極２と、絶縁膜３と、透明画素電極４のＭ
ＩＭ下部電極部分との重なりあった部分がＭＩＭ素子を
構成している。電圧印加ライン及びＭＩＭ上部電極２は
Ｐｔ、　Ｎｉ、　Ａｇ、　Ａｕ、　ＡＱ、　ＡＱ−Ａｕ
等の金属もしくも合金材料を使用し、スパッタ法等で成
膜した後、フォトエツチング法等によりパターニングし
て形成される。

一方、図示はしていないが、ガラスまたは高分子フィル
ムからなるコモン側の基板には、セグメント側の基板１
に設けられた透明画素電極４に対向してライン状の共通
電極が設けられている。そして、それぞれ電極が設けら
れたセグメント側及びコモン側の両基板を対向配置し、
その間に液晶を挾持して本発明のアクティブマトリクス
型液晶表示素子が構成されている。

〔作用〕

本発明では、アクティブマトリクス型液晶表示素子にお
けるＭＩＭ素子の＃！縁膜を、プラズマ蒸着により形成
した光透過率７０％以上の酸化アルミニウム薄膜で構成
したことから、その高い透明度の故に基板全体に酸化ア
ルミニウム４暎を成膜した後、不要部分を除去するとい
うフォトリソグラフィー及びエツチングの工程を省略す
ることが可能となる。またプラズマ蒸着で形成した酸化
アルミニウム薄膜はピンホールフリーでかつ低温成膜が
可能なことから、歩留りの向上、液晶表示素子の大面積
化が可能となる上、高分子フィルム基板の使用が可能と
なり、薄型化、軽量化を図ることができる。さらに、透
明画素電極はパターニングの後に再酸化処理を施されて
いるため、パターニングが容易となり、しかも、パター
ニング後はＩＴＯ膜の酸化度、結晶化度が高まり、表面
抵抗率及び体積抵抗率が減少し、ＭＩＭ索子の下部電極
として使用可能となる。したがって、従来技術で用いた
ような、絶縁膜との界面で高いバリアーを形成しないよ
うな金／ｉ１膜をパターン化して形成する必要がなくな
り、上記絶縁膜のパターニング工程が省略できることと
あいまって、使用マスク数、工程数を大幅に削減でき、
歩留りの向上に一層寄与できるようになる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例により更に詳細に説明する。

−軸延伸ポリエチレンテレフタレート基板（、＋５さ１
００戸）上に、ＩＴＯ膜をＤＣスパッタ法で８００人の
厚さに非結晶状態で形成した。ごときのＩＴＯ膜の表面
抵抗値は１５０±１０Ω／口であった。このＩＴＯ膜に
対しフォトエツチングを施し、第１図及び第２図に示す
ような一部に矩形の非形成領域（２５μｍＸ３０ｐｍ）
を含むマトリクス表示に適した３００ｐｒｍ　Ｘ　３０
０μｍの正方形ドツトパターンにパターニングし、透明
画素電極兼ＭＩＮ下部電極とした。このフォトエツチン
グは、フォトレジスト（シブレイファーイースト社製Ａ
Ｚ１３５０：粘度３１ｃｐ）及び水銀アークランプ型露
光機を用い、該フォトレジストをパターニングした後、
３０℃±０．５℃の温度のエツチング溶液（６Ｎ−ＨＣ
Ｑ＋ＦｅＣ１１，）中に浸漬し、不必要部分のＩＴＯ膜
を除去して行った。比較のために、結晶状態で形成され
たＩＴＯ膜に対し、同様なフォトエツチングを行ってみ
たところ、４５℃のエツチング溶液（１２Ｎ−ｎｃＱ＋
ＦｅＣＱ、　）中に９０秒間浸漬というエツチング条件
でも不必要部分のＩＴＯ膜は完全に除去できず、アイラ
ンド状のＩＴＯ残滓が発生し、パターン精度も±５−と
悪く、ＨＩＭ素子となるべき部分の８／ＪＩ１１の線幅
を確保できなかった。

次に、絶縁膜（酸化アルミニウム膜）の形成時に使用す
るＯ、−ＡｒプラズマをＯ，−２０ｃｃｍ、　ＡｒＡｒ
−２０ｃ、１０−’Ｔｏｒｒの雰囲気中で発生させ、基
板上にパターン化されたＩＴＯ膜をその中で６００秒間
（温度上昇上限７０℃）再酸化させた。Ｘ線回折による
分析の結果、結晶ピークの存在が確認され、また表面抵
抗測定の結果、再酸化処理の前の状態（非結晶状Ｓ＞で
は１５０±１０Ω／口であったものが、２ｏΩ／口以下
になったことが確認された。このことがら再酸化により
非晶質状態にあったＩＴＯ膜の表面部分からスキンデプ
スに至るまでの部分が結晶化されたことがわかった。

この後、連続して同一雰囲気中で、プラズマ蒸着法を用
い、電子ビーム蒸着源により発生した酸化アルミニウム
を３００人の厚さに堆積し、絶縁膜を形成した。このと
きの成膜温度は１２３℃であった。上記のようにして形
成された酸化アルミニウム膜の特性を表−１に示す。

表−１ その後、絶縁膜をパターニングすることなしに、Ｎｉ膜
をスパッタ法で１０００人の厚さに形成し、フォトエツ
チング法により第２図に示すような寸法形状にパターニ
ングし、電圧印加ライン電極及び肘Ｈ上部電極とした。

上記により構成されるＭＩＭ素子部の仕様を表−２にま
とめて示す。

表−２ 次に、−軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）
フィルム基板（厚さ１００．）上にＩＴＯ膜をＤＣスパ
ッタ法で１００人の厚さに形成した後、フォトエツチン
グによりパターニングし、セグメント側基板上に形成さ
れた透明画素電極と対応した共通透明電極を形成した。

そして各部が形成されたセグメント側基板とコモン側基
板を対向配置させ、両基板間に液晶（メルク社製ＺＬＩ
３７４３）を封入し、１００×１００ドツトのアクティ
ブマトリクス型液晶表示素子を作製した。

このようにして作製された液晶表示素子を駆動したとこ
ろ、駆動電圧１６．５Ｖ、デユーティ比１／８００、液
晶画素とＭＩＭ素子の静電容量の比ＣＬｃ／ＣＭＩＭ４
８．４＝１（液晶画素の静電容量１．９３ｐＦ、　ＭＩ
Ｍ素子の静電容量０．２３ｐＦ）、コントラスト比１５
以上の非常に良好な性能が得られた。

Ｃ発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明のアクティブマトリ
クス型液晶表示素子によれば、ＭＩＭ構成のスイッチン
グ素子の絶縁層を、プラズマ蒸着により基板全面に形成
された光透過率７０％以上の酸化アルミニウム薄膜で構
成したので、絶縁膜のパターニング工程を省くことが可
能となり、さらに特性的にはピンホールフリーの絶縁膜
とすることができる。また、透明画素電極であるＩＴＯ
膜をパターニング後に再酸化して結晶化度を向上させて
いるので、パターニングの際には非結晶状態もしくは結
晶化度が低い状態となっているためパターニングが容易
となり、パターニング後は再酸化により表面抵抗率が低
くなるため該透明画素電極の一部でＭＩＭ下部電極が代
替できるようになり、前記の絶縁膜のパターニング工程
の省略とあいまって、工程数を大幅に削減でき、使用す
るマスク数も少なくてすむようになる。したがって、！
＋１！造工程がＭ酪化され１歩留りが向上し、素子の大
面積化が可能となる。また、絶縁膜が低温成膜できるこ
とから、高分子フィルム基板の使用が可能となり、液晶
表示素子の薄型化、軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示
素子の一部を示す図、第２図は第１図の各部の実寸法を
示す図、第３図は従来のアクティブマトリクス型液晶表
示素子の一部を示す図である。 １・・・基板 ２・・・電圧印加ライン及びＭＩＮ上部電極３・・・絶
縁膜（酸化アルミニウム膜）４・・・ＩＴＯ透明画素電
極 特許出願人　株式会社　リ　　コ 代　理　人　弁理士　池浦敏明（ほか１名）第１図 （ａ） 第２図 第３図 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板間に液晶を挾持してなり、少なくとも
   一方の基板上に、マトリクス状に配列された複数のＩＴ
   Ｏ透明画素電極と、該透明画素電極に信号電圧を供給す
   る電圧印加ラインと、これら両者をそれぞれ接続するＭ
   ＩＭ構成のスイッチング素子が設けられ、 前記各スイッチング素子が、前記電圧印加ラインと接続
   する上部電極と、前記透明画素電極の一部により代替さ
   れる下部電極と、該上部電極と該下部電極の間に介在す
   る絶縁膜とにより構成されているアクティブマトリクス
   型の液晶表示素子であって、 前記絶縁膜が、プラズマ蒸着により基板全面にわたって
   形成された光透過率７０％以上の酸化アルミニウム薄膜
   からなり、かつ、前記透明画素電極は、パターニングの
   後に再酸化処理を施したものであることを特徴とする液
   晶表示素子。