JPH03223722A - スイッチング用非線形抵抗素子及びそれを用いたアクティブマトリックス液晶パネル及びそのスイッチング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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶表示装置等に用いるスイッチング用非線
形抵抗素子に関している。

［従来の技術］ 現在液晶テレビの画像表示方法は大別して単純マトリク
ス方式とアクティブマトリクス方式がある。単純マトリ
クス方式は互いにその方向が直角をなすように設けられ
た２組の帯状電極群間に液晶をはさんだもので、これら
の帯状電極のそれぞれ駆動回路が接続される。この方式
は構造が簡単なため低価格のシステムが実現できるが、
クロストークによりコントラストが低いという問題があ
る。これに比較してアクティブマトリクス方式は各画素
ごとにスイッチを設は電圧を保持するもので、時分割駆
動しても選択時の電圧を維持できるので表示容量を増や
せ、コントラストなど画質に関する特性が良い半面、構
造が複雑で製造コストが高いことが欠点である。

たとえばＴＦＴ　（Ｔｈｉｎ　　ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）は５枚以上のフォトマスクを使って５〜６層
の薄層を重ねるため、歩留りを上げることが難しい。そ
こで最近アクティブ素子のなかでも歩留りが上げられる
低製造コストの２端子素子が注目されている。代表的な
２ｇｍ子素子はＭＩＭ　（Ｍｅｔａｌ　　Ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒＭｅｔａｌ）である。

従来素子絶縁膜には下電極を陽極酸化したＴａＯｘを用
いていたが、その比誘電率は２６程度であるため、一般
的な素子形状５μｍｘ４μｍ、陽極酸化膜厚が６０ＯＡ
の条件では素子キャパシタンスが０．１ｐＦになり、一
般的な画素部分（２００μｍｘ２００μｍ）の液晶キャ
パシタンスの１／３程度と大きなものとなっていた。

しかしこれでは液晶パネルに電圧を印加した際液晶と素
子の容量比が３程度であるため、ＭＩＭ素子に十分に電
圧がかからずスイッチング特性が悪くなり、その結果パ
ネル表示品質もＴＰＴパネルより劣るという問題点を有
していた。

そこで、この問題を解決するために、ＭＩＭの工　（イ
ンシュレーター）部に、有機電解重合法による有機絶縁
膜を用い、スイッチング特性の改善を行った（特願平１
−８５３７４）。一般に有機絶縁膜の非誘電率は１０以
下であり、十分に特性改善が可能である。しかし、この
有機絶縁膜の成膜において、電解重合法により有機膜を
成膜した後、完全に絶縁膜化するために、電気化学的な
脱ドープ処理を行う必要があった。しかしこの方法では
、完全なドーパントイオン除去が困難であり、膜表面状
態にも影響を与えるため、再現性のある特性を得ること
が困難であり、また工程的にも長くなるというという問
題点を有していた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の有機電解重合ＭＩＭ素子の製造方法は、電解重合
法により有機膜を成膜した後、電気化学的脱ドープ処理
を行うことで絶縁膜化していた。

しかしこの方法では完全なドーパントイオン除去が困難
であり、膜表面状態にも影響を与えるため、再現性のあ
る特性を得ることが困難であるという課題があった。ま
た、スイッチング用非線形抵抗素子としては双方向に非
線形な特性が要求されるが、この特性に極性差が生じて
しまうという問題があった。

本発明の目的は、この問題を解決するものであり、すな
わち電気化学的脱ドープ処理を行うことなく、より簡便
に電気化学的に不活性な膜を形成し、安定した特性を持
つスイッチング用非線形抵抗素子を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ 本発明のスイッチング用非線形抵抗素子及びそれを用い
たアクティブマトリックス液晶パネル及びそのスイッチ
ング用非線形抵抗素子の製造方法は、 （１）　一方の基板上に所定のパターンを持った導電性
の高い電極上に、電解重合法により絶縁性の高い有機電
解重合膜が形成され、該電極材料と同じかあるいは異な
る導電体を前記有機電解重合膜上に形成されており、導
電体／絶縁体／導電体という構造を持つことを特徴とす
る。

（２）　一方の透明基板上に所定のパターンをもった電
極が形成され、該電極上に絶縁性の高い膜が形成され、
さらに絶縁膜上に前ｇ己と同じかあるいは異なる導電体
がパターニングされており、導電体／絶縁体／導電体と
いう構造の非線形抵抗素子の構造を有し、他方が所定の
パターンをもった透明電極あるいは、透明ｔｍ及びカラ
ーフィルターが形成された透明基板とシール材により貼
り合わせられたことを特徴とする。

（３）　一方の導電性の高い電極基板に所定のパターン
をもった電極を形成し、該電極上に絶縁性の高い有機電
解重合膜を電解重合法により成膜し、該電極材料と同じ
か、あるいは異なる導電体を、前記有機電解重合膜上に
形成し、所定のパターンをパターニングすることにより
、導電体／絶縁体／導電体という構造のスイッチング用
非線形抵抗素子を形成する製造方法において、該スイッ
チング用非線形抵抗素子の絶縁体（インシュレーター）
を、支持電解質に水酸化アルカリを用い、水酸化アルカ
リ水溶液中、または水酸化アルカリを含む塩基性アルコ
ール水溶液中で有機物を電解重合させることにより成膜
することを特徴とする。

次に本発明を工程を追って説明する。

■　透明な基板上に導電体となる物質を形成する導電体
としては、Ａｕ、　　Ａｇ、　　Ｃｕ、　　Ｎｉ、　　
Ｃｒ。

Ｔａ、Ｉｎ２Ｏ３，Ｓｎ○２．ＩＴ○（ＩｎｄｉｕｍＴ
ｉｎ　　０ｘｉｄｅ）等の透明導電膜等あるいは、半導
体であってよい。

成膜方法としては、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、メツキ等
の手段を用いる。

透明電極基板に形成された導体を、フォトリソ・エツチ
ングにより所定のパターンに形成する。

［第１図（ａ）、　　（ｂ）コ ■　次に、この導電体上に電解重合法により有機膜を形
成する方法について述べる。

電解重合液は、少なくとも重合しようとするモノマーを
含んだ水酸化アルカリ水溶液、あるいは水酸化アルカリ
を含んだ塩基性アルコール水溶液、でなければならない
。さらに必要な場合はｐＨ緩衝溶液などを加える。モノ
マーとしては、ピロール、あるいはピロール誘導体、フ
ェノール、あるいはフェノール銹導体、のうち少なくと
も１種類を使用するものであればよい 溶媒としては、　ＮａＯＨ，ＫＯＨ，Ｌｉ０Ｈ１等の水
酸化アルカリを含んだ水酸化アルカリ水溶液、あるいは
水酸化アルカリを含んだ塩基性アルコール溶液であれば
よい。アルカリ溶液のｐＨは１０以上であれば良いが、
望ましくは１０〜１３が良い。

有機物を重合させるための電解モードには、電位走引電
解法、定電位電解法、定電流電解法、交流電解法がある
が、本発明は特に限定はない。

これらの条件を適当に組み合わせて電解重合を行うこと
により、電気化学的な脱ドープを行うことなく、電気化
学的に不活性な膜を成膜することができる。　［第１図
（Ｃ）］ ■　このようにして得られた有機絶縁体上に、スパッタ
、蒸着、ＣＶＤ、等の手段により所定のパターニングを
持つ金属膜、たとえば、Ａｕ、Ａｇ。

Ｃｕ、　　Ｐｔ、　　Ｎｉ、　　Ｃｏ、　　Ｃｒ、　　
Ｆｅ、　　Ｔａ。

Ｔｉ、等や、金属酸化物、たとえば、ＳｎＯ２゜Ｉ　ｎ
２０ｚ、ＺｎＯ，ＣｄＯ，ＺｎＳ、ＣｄＳ。

ＣｄＳｎ０ａ等をベースとした化合物を形成することに
より、導電体／絶縁体／導電体の非線形抵抗素子（２端
子素子）を形成する。

［第１図（ｄ）］ 以下実施例を用いて詳細に説明する。

［実施例１］ ガラス基板上に、スパッタによりＩＴＯ膜を１５０ＯＡ
形成した。これに直径５０μｍの大きさのパターンを形
成した。

電解重合液として、 ２．６ジメチルフエノール０．０５ｍｏｌ／１水酸化ナ
トリウム　　　　０．０５ｍｏｌ／１の水溶液を調整し
た。対極として白金板を用い、参照極としては、銀塩化
銀電極を用い、この中に上記ＩＴＯ付きガラス基板を浸
漬し、定電位＋１゜６Ｖで３０分間電解重合を行いポリ
メチルフェノール膜を約２００ＯＡ形成した。この後、
Ｈ２Ｏとエタノールで洗浄したのち、Ａｒガスにより緩
やかに乾燥した。さらにスパッタによりＩＴＯを５００
Ａの厚さで形成したものを素子として、■−■特性を測
定した結果、脱ドープ処理を行うことなく、十分かつ安
定したスイッチング特性が得られることがわかった。

［実施例２］ ガラス基板上に、スパッタによりＩＴＯ膜を１５０ＯＡ
形成した。これに直径５０μｍの大きさのパターンを形
成した。

電解重合液として、 ピロール　　　　０．２５ｍｏｌ／１ 水酸化カリウム　０．０５ｍｏｌ／１ の水溶液を調整した。対極として白金板を用い、参照極
としては、銀塩化銀電極を用い、この中に上記ＩＴＯ付
きガラス基板を浸漬し、定電位＋１゜４ｖで３０分間電
解重合を行いポリピロール膜を約２００ＯＡ形成した。

この後、Ｈ２Ｏとエタノールで洗浄したのち、Ａｒガス
により緩やかに乾燥した。さらにスパッタによりＩＴＯ
を５０ＯＡの厚さで形成したものを素子として、Ｉ−Ｖ
特性を測定した結果、脱ドープ処理を行うことなく、十
分かつ安定したスイッチングに必要な非線形特性が得ら
れることがわかった。この特性の一例を第２図に示す。

第２図において横軸は印加電圧を示し、縦軸は導電率（
抵抗値の逆数）の対数値を示している。同図中ｅは下側
導電体２が−（マイナス）電位の場合の特性であり、ｆ
は下側導電体が＋（プラス）の電位の場合の特性である
。同図より、本実施例におけるスイッチング素子の特性
は、電圧を印加してゆくと非線形的に導電率が上昇する
。すなわち低電圧印加時と高電圧印加時では、その抵抗
値が３桁以上変化するためスイッチング素子として十分
な動作が得られ、かつ双方向で差の小さい特性が得られ
ていることがわかった。

［実施例３］ ガラス基板上に、スパッタによりＴａ膜を１５０ＯＡ形
成した。これに直径５０μｍの大きさのパターンを形成
した。

電解重合液として、 ピロール　　　　　０．２５ｍｏｌ／１水酸化ナトリウ
ム　０．０５ｍｏｌ／１の水溶液を調整した。対極とし
て白金板を用い、参照極としては、銀塩化銀電極を用い
、この中に上記ＩＴＯ付きガラス基板を浸漬し、定電位
＋１゜３Ｖで３０分間電解重合を行いポリピロール膜を
約２００ＯＡ形成した。この後、Ｈ２Ｃとエタノールで
洗浄したのち、Ａｒガスにより緩やかに乾燥した。さら
にスパッタによりＩＴＯを５０ＯＡの厚さで形成したも
のを素子として、Ｉ−Ｖ特性を測定した結果、脱ドープ
処理を行うことなく、十分かつ安定したスイッチング特
性が得られることがわかった。

［実施例４］ ガラス基板上にスパッタによりＩＴＯ膜を形成し、複数
の行電極にパターニングした。続いてこのＩＴＯ行電極
上に実施例２と同様な方法でポリピロールの電解重合膜
を形成した。次にスパッタにより、ガラス基板全面にＩ
ＴＯ膜を５０ＯＡの厚さで形成した。このＩＴＯ膜をフ
ォトリソ・エツチングにより、第３図に示した素子形状
にパタニングを行い、複数の行電極上の所定の位置にＩ
ＴＯ／ポリピロール／Ｉ　Ｔｏの積層構造からなるスイ
ッチング用非線形抵抗素子を形成した。尚この素子（積
層構造部）の面積は２５Ｘ　１５μｍとした。この基板
の対向基板として、複数のＩＴＯ列電極を備えたガラス
基板を所定の液晶パネルの製造プロセスを通すことによ
り貼り合わせ、アクティブマトリックス液晶パネルを製
造した。この構造を第４図に示す。この時、一画素の面
積は２００Ｘ２００μｍとした。この液晶パネルを、画
素面積が同一で、ＭＩＭ素子面積が５Ｘ４μｍである従
来のＭＩＭパネルと同じ駆動回路を用いて駆動させコン
トラストを測定したところ、従来パネルと比較してコン
トラストがアップしていることがわかった。すなわち、
従来よりも作成容易な大きな素子面積でも優れたスイッ
チング性能を発揮するという大きなメリットが確認でき
た。

［実施例５］ 実施例４において、ガラス基板上にパターニングした複
数の行電極上にポリピロールの電解重合膜を形成する際
に、実施例３と同様な方法によりポリピロールの電解重
合膜を形成した。これを用いてアクティブマトリックス
液晶パネルを製造したところ実施例４と同様に、従来パ
ネルと比較してコントラストがアップしていることがわ
かった。

〔発明の効果〕

以上の実施例かられかるように、本発明の液晶表示装置
のスイッチング用非線形抵抗素子は、従来必要であった
電解重合による有機膜成膜後の脱ドープ処理が不用であ
り、工程が簡略化でき、さらに、脱ドープ処理を行った
ものと比較して、表面状態も平滑であり、安定した特性
が得られた。

又、本発明のスイッチング用非線形抵抗素子を用いて製
造したアクティブマトリックス液晶パネルは従来パネル
と比較してコントラストがアップし、さらに従来よりも
作成容易な大きな素子面積でも優れたスイッチング性能
を発揮するという大きなメリットが確認できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスイッチング用非線形抵抗素子の各製
造プロセスにおける断面図。 第２図は実施例１により作成した本発明のスイッチング
用非線形抵抗素子の特性図。 第３図は本発明のスイッチング用非線形抵抗素子を用い
たアクティブマトリックス液晶バネルの素子構造図。 第４図は本発明のスイッチング用非線形抵抗素子を用い
たアクティブマトリックス液晶パネルの断面図。 基板 導電体（下側） 電解重合展 導電体（上側） 液晶 対向電極 対向基板 シール材 以

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の基板上に所定のパターンを持った導電性の
   高い電極上に、電解重合法により絶縁性の高い有機電解
   重合膜が形成され、該電極材料と同じかあるいは異なる
   導電体を前記有機電解重合膜上に形成されており、導電
   体／絶縁体／導電体という構造を持つことを特徴とする
   スイッチング用非線形抵抗素子。
2. （２）前記絶縁体が水酸化アルカリ、または水酸化アル
   カリを含む塩基性アルコール中で電解重合された有機物
   であることを特徴とする請求項１記載のスイッチング用
   非線形抵抗素子。
3. （３）前記絶縁体がピロール、またはピロール誘導体の
   うち少なくとも１種類を用いた電解重合体であることを
   特徴とする請求項１記載のスイッチング用非線形抵抗素
   子。
4. （４）前記絶縁体がフェノール、またはフェノール誘導
   体のうち少なくとも１種類を用いた電解重合体であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のスイッチング用非線形抵
   抗素子。
5. （５）一方の透明基板上に所定のパターンをもつた電極
   が形成され、該電極上に絶縁性の高い膜が形成され、さ
   らに絶縁膜上に前記と同じかあるいは異なる導電体がパ
   ターニングされており、導電体／絶縁体／導電体という
   構造の非線形抵抗素子の構造を有し、他方が所定のパタ
   ーンをもった透明電極あるいは、透明電極及びカラーフ
   ィルターが形成された透明基板とシール材により貼り合
   わせられたことを特徴とするスイッチング用非線形抵抗
   素子を用いたアクティブマトリックス液晶パネル。
6. （６）前記絶縁体が水酸化アルカリ、または水酸化アル
   カリを含む塩基性アルコール中で電解重合された有機物
   であることを特徴とする、請求項５記載のスイッチング
   用非線形抵抗素子を用いたアクティブマトリックス液晶
   パネル。
7. （７）前記絶縁体がピロール、またはピロール誘導体の
   うち少なくとも１種類を用いた電解重合体であることを
   特徴とする請求項５記載のスイッチング用非線形抵抗素
   子を用いたアクティブマトリックス液晶パネル。
8. （８）前記絶縁体がフェノール、またはフェノール誘導
   体のうち少なくとも１種類を用いた電解重合体であるこ
   とを特徴とする請求項５記載のスイッチング用非線形抵
   抗素子を用いたアクティブマトリックス液晶パネル。
9. （９）一方の導電性の高い電極基板に所定のパターンを
   もった電極を形成し、該電極上に絶縁性の高い有機電解
   重合膜を電解重合法により成膜し、該電極材料と同じか
   、あるいは異なる導電体を、前記有機電解重合膜上に形
   成し、所定のパターンをパターニングすることにより、
   導電体／絶縁体／導電体という構造のスイッチング用非
   線形抵抗素子を形成する製造方法において、該スイッチ
   ング用非線形抵抗素子の絶縁体（インシュレーター）を
   、支持電解質に水酸化アルカリを用い、水酸化アルカリ
   水溶液中、または水酸化アルカリを含む塩基性アルコー
   ル水溶液中で有機物を電解重合させることにより成膜す
   ることを特徴とする、スイッチング用非線形抵抗素子の
   製造方法。
10. （１０）電解重合を行う有機物として、ピロール、ある
    いはピロール誘導体のうち少なくとも１種類を使用した
    ことを特徴とする、請求項９記載のスイッチング用非線
    形抵抗素子の製造方法。
11. （１１）電解重合を行う有機物として、フェノール、あ
    るいはフェノール誘導体のうち少なくとも１種類を使用
    したことを特徴とする、請求項９記載のスイッチング用
    非線形抵抗素子の製造方法。