JPH03107825A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は液晶表示素子に関し、さらに詳しく（よ非線形
抵抗素子を用いた薄膜二端子素子型アクティブマトリク
ス液晶表示素子に関する。

［従来の技術］ 近年、ツィステッド・ネマチック型（ＴＮ型）を中心と
した液晶表示素子（ＬＣＤ）の応用か発展し、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、文字
、図形等の任意の表示が可能なマトリクス型も使われ始
めている。この画素をマトリクス状に配したマトリクス
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−透過率特性の立ち上がり
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力口
というクロストークが生じる（偏光板をパラレルに配置
したノーマリブラックの場合〉。その結果、表示コント
ラストが著しく低下し、ある程度の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６
０本ぐらいが高画質の限界であった。

最近、スーパー・ツィステッド・ネマチック型（ＳＴＮ
型）といわれるものがあるが、コントラストはＴＮ型よ
りも優れているものの、応答が遅いという大きな欠点が
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画素を直列に配
置したアクティブマトリクスＬＣＤが提案されている。

これまでに発表されたアクティブマトリクスＩｃＤの試
作品のスイッチング素子には、アモルファス３ｉやポリ
３ｉを半導体材料とした薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ
）が多く用いられている。また一方では、製造方法およ
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も
注目されている。このＴＦＤは回路的には非線形抵抗素
子である。

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−非
線形抵抗体−金属構造を有する素子（以下、ＭＩＭ素子
またはＭＩＭと略す）を用いたＬＣＤ　（以下、ＭＩＭ
−ＬＣＤと略す）で必る。ＭＩＭのようなＴＦＤを液晶
と直列に接続することにより、ＴＦＤの電圧−電流特性
の高非線形により、ＴＦＤ−液晶の電圧−透過率変化特
性の立ち上がりは急峻になり、液晶表示素子の走査本数
を大幅に増やすことが可能になる。このＴＦＤ−ＬＣＤ
の等価回路図を第３図に示す。図中、１０はデータ電極
、１１は非線形抵抗素子、１２は液晶素子、１３は走査
電極である。

ＭＩＭ素子において、最も重要な材料は非線形抵抗体の
材料である。最も知られている非線形抵抗体材料として
は酸化タンタルが知られている。

このようなＭＩＭを用いたＬＣＤの従来例は、論文では
、例えば、Ｄ、　Ｒ，Ｂａｒａｆｆ　ｅｔ　ａｌ、”　
ＴｈｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　）ｉｅｔａｌ
−Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ　Ｎｏｎ１ｉｎｅａ
ｒ　［）ｅｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎ　Ｍｕｌ
ｔｉｐｌｅｘｅｄ　Ｌｉｑ−ｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　
Ｄｉｓｐｌａｙ”　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　Ｅｌｅｃ
ｔｏｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ、　ｖｏｌ、ＥＤ−２８，ｐ
ｐ、７３６〜７３９（１９８１）　、および、両角伸冶
、他著、　　２５０Ｘ　２４０画素のラテラルＭＩＭ−
ＬＣＤ、テレビジョン学会技術報告（■ＰＤ８３−８）
　、　ｐ、３９〜４４．１９８３年１２月発行に代表的
に示されている。

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、素子を流りるｉｉ流（Ｉ＞
　と印７＋Ｄｉ圧（Ｖ）を１＝Ａ−Ｖａ（ａは定数）と
表したときの非線形係数ａ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および
ＭＩＭ素子の容量が小さいことである。ところが、非線
形抵抗体として酸化タンタルを用いたＭＩＭ素子は、対
称性は良いが非線形係数が５〜６とそれほど大きくなく
、また誘電率も大きいた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素子用非
線形抵抗体として開発されている（例えば、Ｍ、　５ｕ
ｚｕｋｉ　ｅｔ　ａｔ、、”＾Ｎｅｗ　Ａｃｔｉｖｅ　
ＤｉｏｄｅＭａｔｒｉｘ　ＬＣＤ　ｕｓｉｎｇ　Ｏｆｆ
−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ　５ｉＮｘｔ、ａｙｅ
ｒ″Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩＤ、
　ｖｏｌ、２８　、　ｐ。

１０１〜１０４　、１９８７参照）。

これらの文献に示された従来型のＭＩＭ−ＬＣＤの構造
のうち、窒化シリコン系ＭＩＭ素子を用いた液晶素子の
一例の部分断面図を第４図に、その下部基板面上の平面
図を第５図にそれぞれ示し、ＭＩＭ−ＬＣＤの一部の透
視構造平面図を第６図に示す。

第４図では、リード電＠４を下部電極とし、その上に非
線形抵抗体３の窒化シリコンが成膜され、画素接続電極
２が上部電極として成膜されている。

さらに、画素電極５は非線形抵抗体３の段差を介してこ
の画素接続電極２と接続されている。

一方、第６図に示すように、リード電極４は液晶セルの
外まで引き出され、駆動回路に接続される。対向透明電
極８は、リード電極４と直交し、画素電極５にほぼ対応
する幅でストライプ状にパターン化され、駆動回路に接
続される。リード電極４は第３図に示すデータ電極１０
または走査電極１３のいずれか一方に対応し、対向透明
電極８はデータ電極１０または走査電極１３の残りに対
応する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の薄膜二端子素子の構造ではリード電極上
を非線形抵抗体が覆う構造となっているので、段差切れ
の防止のためにはリード電極を厚膜化することができな
かった。このため、リード電極抵抗で電圧降下を起こし
、液晶にかかる電圧が画素の位置により異なり、表示む
らが起こるという欠点がめった。また、非線形抵抗体の
膜厚が厚いためその段差部分で段差切れが起こり、オー
プン欠陥が発生しやすいという欠点もあった。

本発明の目的は、上記のような表示むらをなくし、かつ
オープン欠陥の起こりにくい薄膜二端子素子型液晶表示
素子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、非線形抵抗体を介してリード電極と画素電極
とが接続された素子を備えた下部基板と、前記画素電極
と対応する対向電極を備えた上部基板と、前記下部基板
と前記上部基板に挟まれた液晶とからなる液晶表示素子
において、リード電極は非線形抵抗体の上部電極として
形成され、かつ該非線形抵抗体の上部平坦面のみに接し
ていることを特徴とする液晶表示素子でおる。

［作用］ 本発明における薄膜二端子素子型アクティブマトリクス
液晶素子を、その１画素の一例を示した第１図に基づい
て説明する。

薄膜二端子素子の構造は、上部電極としてリード電極４
を用いている。このリード電極４の幅より３〜５卯程度
幅の広い非線形抵抗体３をリード電極４の不全体に設け
ている。さらにこの非線形抵抗体３の下に上部電極と直
交する形で下部電極として画素接続電極２を形成し、画
素電極５と接続させる。

上記のような構造にすることにより、第４図に示された
従来例と同じく薄膜二端子素子と画素電極が直列に接続
された構造で、かつ従来リード電極４の段差部での二端
子間のショートを防止するためにリード電極４の厚膜化
が不可能であったのを従来例と違ってリード電極４を上
部電極としているため厚膜化が可能となる。また、画素
接続電極２と画素電極５を接続するのに非線形抵抗体３
の段差部分を介さずに接続できるため、非線形抵抗体３
による段差切れを起こさない。さらに、リード電極４の
不全体に非線形抵抗体３を設けているため、リード電極
４はまったく非線形抵抗体３による段差切れを起こすこ
とがない。

このように、本発明による薄膜二端子素子型アクティブ
マトリクス液晶表示素子はリード電極４の厚膜化が可能
であり、電圧降下による表示むらをなくすことができる
。また、まったく非線形抵抗体３の段差部を介さないた
め非線形抵抗体３による段差切れを起こすことがない。

［実施例］ 以下に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

実施例１ 第１図および第２図は、本実施例により得られる薄膜二
端子素子を用いたアクティブマトリクスＬＣＤの１画素
の断面図およびその下部基板面上の平面図でおる。下部
ガラス基板１はＳ　ｉ　０２等のガラス保護層で被覆す
ることも多いが、不可欠なものではないので、本実施例
では省略している。

まず下部電極として、下部ガラス基板１上にＣｒを３０
０〜６００人程度形成し、通常のフォトリソグラフィー
法により、薄膜二端子素子の下部電極となる画素接続電
極２を形成する。

次に非線形抵抗体３としてＳ　！　Ｈ４ガスとＮ２ガス
を用いてグロー放電分解法により窒化シリコン層を１２
００〜４０００人程度形成し、フォトリソグラフィ法に
よりパターン化する。続いて上部電極としてＣｒを１０
００人形成し、フォトリソグラフィ法によりパターン化
し、リード電極４を形成する。ざらに画素電極５として
酸化インジウム−スズ（以下、ＩＴＯと称する）をパタ
ーン化形成する。

一方、上部ガラス基板９上にＩＴＯ膜を形成、パターン
化し、対向透明電極８とする。これは第４図に示した従
来例の薄膜二端子素子型アクティブマトリクス液晶パネ
ルと同様であり、また通常の単純マトリクスＬＣＤとも
ほとんど同一である。

下部ガラス基板１と上部ガラス基板９とを、配向処理を
施した後ガラスファイバ等のスペーサを介して貼り合わ
せ、通常のエポキシ系接着剤によりシールする。セル厚
は５声とした。その後、ＴＮ型液晶を注入し、液晶層７
とする。これを封止して薄膜二端子素子型アクティブマ
トリクス液晶素子を完成した。

このように、本発明によればリード電極を１０００八以
上にすることができ、その結果、リード電極の面抵抗を
従来の１／４の４Ω／口以下にすることができた。

実施例２ 実施例１における画素接続電極２の形成と画素電極５の
形成の順序を変えて、始めに画素電極５を成膜する以外
は、実施例１と同様にして第７図に示すような断面構造
を有する薄膜二端子素子型アクティブマトリクス液晶素
子を作製した。

なお、実施例１および２では非線形抵抗体を窒化シリコ
ンに限ったが、この他、シリコンカーバイドや酸化シリ
コンなどでも同様な効果が得られた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の液晶素子によればリード
電極の面抵抗を従来に比べて大幅に低減することができ
、その結果、リード電極抵抗による電圧降下で起こる表
示むらをなくすることができる。また、画素電極と画素
接続電極との接続は、非線形抵抗体の段差部を介さずに
行われるので、従来のように、非線形抵抗体の段差部で
の段差切れによって起こるオープン欠陥がなくなるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の部分断面図、第２図はその
下部基板面上の平面図、第３図はＴＦＤ−ＬＣＤの一般
的な等価回路図、第４図は従来例による薄膜二端子素子
型アクティブマトリクス液晶素子の一例の部分断面図、
第５図はその下部基板面上の平面図、第６図は従来例に
よるＮ膜二端子素子型アクティブマトリクス液晶素子の
一例の部分透視構造平面図、第７図は本発明の別の一実
施例の部分断面図である。 １・・・下部ガラス基板 ３・・・非線形抵抗体 ５・・・画素電極 ７・・・液晶層 ９・・・上部ガラス基板 １１・・・非線形抵抗素子 １３・・・走査電極 ２・・・画素接続電極 ４・・・リード電極 ６・・・配向膜 ８・・・対向透明電極 １０・・・データ電極 １２・・・液晶素子 １４・・・端子部 代　理　人　弁理士 舘 野 千 甫 子 第１図 第５図 第６図 第３図 下部ガラス基板 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）非線形抵抗体を介してリード電極と画素電極とが
   接続された素子を備えた下部基板と、前記画素電極と対
   応する対向電極を備えた上部基板と、前記下部基板と前
   記上部基板に挟まれた液晶とからなる液晶表示素子にお
   いて、リード電極は非線形抵抗体の上部電極として形成
   され、かつ該非線形抵抗体の上部平坦面のみに接してい
   ることを特徴とする液晶表示素子。