JPH0326367B2 - - Google Patents

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JPH0326367B2
JPH0326367B2 JP57067694A JP6769482A JPH0326367B2 JP H0326367 B2 JPH0326367 B2 JP H0326367B2 JP 57067694 A JP57067694 A JP 57067694A JP 6769482 A JP6769482 A JP 6769482A JP H0326367 B2 JPH0326367 B2 JP H0326367B2
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mim
liquid crystal
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wiring
mim element
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JP57067694A
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JPS58184119A (ja
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Ryosuke Araki
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Publication of JPS58184119A publication Critical patent/JPS58184119A/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362Active matrix addressed cells
    • G02F1/1365Active matrix addressed cells in which the switching element is a two-electrode device

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は電気光学装置の製造方法に関する。更
に詳しくは金属−酸化膜−金属構造を持つ非線型
素子(以下MIM素子と呼ぶ)を用いて各画素電
極に電荷を蓄積・保持させることにより表示を行
なう液晶を用いた電気光学装置の製造方法に関す
る。 近年、液晶表示装置の実用化が進み腕時計・電
卓を始めとして多くの分野に応用がなされてい
る。しかし、他の分野、例えば情報端末や個人用
小型電子機器等の表示部への応用を考えた時、表
示ユニツトの容積が小さい、低電圧駆動可能、消
費電力が少ないなどという利点にもかかわらず、
駆動電圧−コントラスト特性があまり良くなく、
多桁のマトリクス駆動ができないため表示可能な
情報量が少ないという欠点が問題となつていた。 この液晶表示装置の持つ欠点を解消するための
一方法としてMIM素子を用いたマトリクス駆動
が考えられた。 この方法は、第1図に一画素分の等価回路を示
すように非線形抵抗RMIMと容量CMIMが並列
につながつたMIM素子1及び抵抗RLCと容量CLC
が並列につながつた液晶を誘電体としたコンデン
サ2とが直列に結合されていると考えることがで
き、マトリクス駆動の選択期間にMIM素子1の
低抵抗状態を利用して液晶を誘電体としたコンデ
ンサ2に電荷を蓄積し、非選択期間はMIM素子
1の高抵抗状態を利用して前述の電荷を保持する
ことにより液晶に電界を印加して液晶の配向状態
を制御して表示を行なうものである。 この方式の場合、MIM素子1の非線形性と液
晶を誘電体としたコンデンサ2の容量CLC値及び
抵抗RLC値の3者の相関で液晶に印加される実効
値が決定される。これら3者のうち液晶を誘電体
としたコンデンサ2を容量CLCと抵抗RLCは画素電
極の寸法とセルギヤツプ及び使用する液晶を定め
れば必然的にその値が定まつてしまう。そのため
MIM素子1には液晶部分に応じた特性が要求さ
れ、例えば0.4mm角の画素電極を持つた7μmギヤ
ツプのセルに誘電異方性△ε=27(ε11=35,ε⊥
=8)、Vth=1.1Vrms,Vsat=1.5Vrmsのネマ
チツク液晶を封入してツイストネマチツクセルと
して1/500デユーテイで駆動したい場合には、
例えばTa−Ta2O5−Ni Cr/Au構造のMIM素子
に要求される寸法は約5μm角となる。 MIM素子は、以下の方法で形成される。ガラ
ス等の透明基板5上にTa膜6をスパツタ蒸着等
により形成し、フオトエツチング法によりTaを
選択的にエツチングして所定の形状になす。この
ときTa配線とMIMの一方の電極が同じに形成さ
れる。 前記パターニングされたTa6を0.01wt%クエ
ン酸水溶液中で陽極酸化した後、Cr(NiCrもしく
は、さらに上層にAuを連続蒸着したものでもよ
い)8を蒸着し、これをフオトエツチング法によ
り所定の形状にパターンニングしてMIM素子と
なす。〔 〕の後透明電極9を形成して液晶表示
装置の一方の電極基板とする。以後通常の表示装
置と同様に組立てることにより液晶表示装置とな
す。 したがつてMIM素子寸法は、フオトエツチン
グの精度、特にフオトリソグラフイの精度により
最小限界が決まる。5μm寸法のパターン化には高
精度マスクアライナーを必要とするが、こういつ
た高精度マスクアライナーは、基板寸法が小さく
現段階では4インチ径の基板が最高で、これ以上
大きな基板が可能なマスクアライナーは解像度が
低くなる。別の方法としてマスク製作に利用され
ているパターンジエネレーターという装置を用い
る方法がある。このパターンジエネレーターは、
解像度は2〜3μmで基板寸法も6インチ四角のも
のが可能であるが処理能力が小さく、1時間当り
1枚程度でコスト高となり量産にはむかない。 本発明の目的は、かかる欠点を除去しパターン
形成におけるフオトリソグラフイのパターン寸法
に対する制限を緩やかにし、大型基板上への製造
を容易ならしめることにより大型の電気光学装置
を提供することにある。 本発明は、従来MIM素子が縦方向であつたも
のを横方向にすることにより、フオトエツチング
技術により制限されていたMIM素子寸法の下限
を大巾に下げることが出来るようにしたものであ
る。 MIM構造の電流−電圧特性は以下のように表
わされる。 I=KVexp(β√) …(1) ここで、I,Vはそれぞれ電流、電圧である。 K及びβは K=neμ・s/d・exp(−φ/kT) …(2) β=1/kT(e3/πε0εd)1/2 …(3) ここで、nは電子密度、eは電荷、μは移動度
sは面積、dは絶縁体膜厚、φはドナーレベル、
kはボルツマン定数、Tは温度、ε0は真空中の誘
電率、εは絶縁体の比誘電率である。 以上からわかるように絶縁体膜厚が増加すると
電流は小さくなり、しかも指数関数的に減少す
る。 そこで、絶縁体の膜厚dと素子面積sが異なる
MIM素子の電流の比は、MIM素子1とMIM素
子2の各パラメータにそれぞれ添字1,2をつけ
て表わすと、 I1/I2=d2′/d1・s1/s2exp{1/kT(e3v/πε0
ε) 1/2(1/d1−1/d2)1/2} …(4) となり、温度Tを300〓とし各値を代入すると、 I1/I2=d2/d1・s1/s2exp {1.276×10-3(1/d1−1/d2)1/2v1/2}…(5) となる。 ここで、MIM素子1,2の寸法S1,S2を同じ
にし、素子1の絶縁体膜厚d1をd1=500Åとして
電圧v及び素子の絶縁体膜厚d2をパラメータとし
て電流値の比I1/I2を求めると表1のようにな
る。
【表】 表1から明らかなように絶縁体の膜厚を500Å
から1000Åに2倍にすると電流値は1Vで約2ケ
タ減少する。電圧が高ければさらにこの傾向は大
きい。 本発明は上記MIM素子の特徴をいかし従来
MIM素子としていた平面上の絶縁体の膜厚を厚
くし、横側の絶縁体膜厚を薄くすることにより実
質的に横方向のMIM素子となし、これにより
MIM素子寸法の縮少をはかつたものである。 すなわち第4図に示すようにMIM素子の一方
の電極となる金属11上に厚い絶縁体膜12を形
成し金属11の側面には薄い絶縁体膜13を形成
し、さらにMIM素子の他の一方の電極となる金
属14を形成する。このとき金属14はできるな
らば厚い絶縁体膜12上にはない方(第4図a)
がよいが、実際の工程上において金属14が厚い
絶縁体膜上にオーバーラツプする(第4図b)こ
とはさけられない。第4図bには2つのMIM構
造があり、絶縁体膜の膜厚の薄いMIM素子(以
後素子1とする)と、絶縁体膜の膜厚の厚い
MIM素子(以後素子2とする)が形成されてい
る。そこで前説明において述べたようにMIM素
子はその絶縁膜の膜厚によりその電流−電圧特性
が大きく異なつていることから、素子1と素子2
の絶縁体膜厚を変えることにより素子1に対する
素子2の電流−電圧特性への影響を無視できるよ
うにすることは、第1式あるいは第4式から可能
である。しかし実際製造するにはフオトエツチン
グ法で数回のパターンの合せが必要であり、この
ためパターンは、数μmの余裕が必要となること
から素子1の寸法に比べ素子2の寸法のほうが数
十倍大きくなる。したがつて素子1が素子2と比
べより支配的であるためには、素子2に比べ素子
1が低抵抗領域においてより低抵抗にまた高抵抗
領域において、同程度であることが望ましい。な
お第4図cは第4図bの拡大図であり素子1と素
子2を示す。15……素子1,16……素子2ま
た第4図dは、第4図bの平面図を示す。 そこで、金属11の膜厚が2000Å、金属14の
パター巾が10μm、金属1と金属2のオーバーラ
ツプが5μmの場合について考えると、第4図から
わかるように素子1の素子寸法(面積)S1はS1
2000A×10μm、素子2の素子寸法(面積)S2は、
S2=5μm×10μmとなり、結局S1=2μm2、S2
5μm2で素子2は素子1の25倍の面積となる。そ
こで素子1の絶縁体膜厚d1、素子2の絶縁体膜厚
d2をそれぞれ500Å,1000Åとすると電流比I1/I2
はV=1Vで、I1/I2=4.5,V=10VでI1/I2=664
となり、高抵抗領域で約20%低抵抗領域で約0.2
%、すなわち高抵抗領域では同様程度でやや素子
1が支配的であり、低抵抗領域においては完全に
素子1が支配的である。 以上のように、素子1の絶縁膜の膜厚が500Å
の場合は、1000Å以上の膜厚とすることにより、
素子2の影響を無視することができる。 実施例 MIM素子を液晶表示体に応用した表示装置の
例を第5図及び第6図を用いて説明する。 ガラス等の透明基板22上にTa膜を約2500Å
の膜厚で形成し、Ta膜22を陽極酸化してTa膜
表面に1000ÅのTa酸化膜23を形成する。陽極
酸化は0.01%クエン酸水溶液中で電圧60Vの条件
で行うことにより、約1000Aの陽極酸化膜が得ら
れる(a)。次にフオトエツチング法により所定の形
状にTa膜22及びTa酸化膜23を選択的にエツ
チングする(b)。エツチングにより露光したTa膜
22のエツチング面24を陽極酸化する(c)。陽極
酸化はその酸化膜厚がその印加電圧に比例するこ
とからこの陽極酸化膜25の形成のための印加電
圧は、前陽極酸化電圧の半分の30Vで行い酸化膜
の膜厚を約500Åとした(いいかえれば、MIM素
子の絶縁膜の膜厚の2倍以上の膜厚に第1の絶縁
膜の膜厚とする)。 次にMIM素子の一方の電極となるCr膜26を
形成し、所望の形状にフオトエツチングする(d)。
このとき、Taとのオーバーラツプをできるかぎ
り少なする必要がある。以上によりMIM素子が
基板上に形成され、さらに液晶表示のための透明
電極を形成し、パツシベーシヨン膜としてsio2
を1500Åの膜厚で形成し、その後液晶配向のため
ポリイミド膜を形成しラビング処理を行つて液晶
表示装置の一方の基板となす。一方基板上に所定
の形状に形成した透明電極を有する基板を対向基
板とし、前記MIM素子を具備した基板と透明電
極を形成した基板の間に液晶を注入して液晶表示
装置となす。 以上本発明により従来と比べ素子寸法が1ケタ
以上小さいMIM素子を従来と同じ装置で製造可
能となつた。 また本発明により以下のような付随的な効果が
生じた。第7図に本発明によるMIM素子を具備
した液晶表示装置(a)と従来のMIM素子を具備し
た液晶表示装置(b)のそれぞれ一画素を示す。第7
図から明らかなように液晶駆動のための透明電極
27のサイズが本発明による装置の方が大きくし
たがつて表示効率が高い。また素子構造も本発明
により単純化されているため設計上の制限をより
小さくでき、その応用も拡がることが期待され
る。 上述の如く本発明は、一対の基板内に電気光学
物質が封入され、該基板の一方の基板上に形成さ
れた第1配線、該第1配線を被覆してなる絶縁薄
膜、該第1配線の側部に該絶縁薄膜を介して接し
てなる第2配線を有し、該第1配線の側部−該絶
縁薄膜−該第2配線により非線型素子が形成され
てなるようにしたから、非線型素子の容量を十分
小さくとることができるのでスイツチング特性を
大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一画素分のMIM素子と液晶部分の等
価回路を示す。第2図、第3図は従来のMIM素
子を示す。第4図は本発明によるMIM素子を示
す。第5図、第6図は本発明によるMIM素子の
製造方法を示し、第5図は断面図、第6図は平面
図である。第7図は、MIM素子を具備した液晶
表示装置の一画素分を示した平面図であり、a図
は本発明による画素、b図は従来の画素を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一対の基板内に電気光学物質が封入され、該
    基板の一方の基板上に形成された第1配線、該第
    1配線を被覆してなる絶縁薄膜、該第1配線の側
    部に該絶縁薄膜を介して接してなる第2配線を有
    し、該第1配線の側部−該絶縁薄膜−該第2配線
    により非線型素子が形成されてなることを特徴と
    する液晶表示装置。
JP57067694A 1982-04-22 1982-04-22 液晶表示装置 Granted JPS58184119A (ja)

Priority Applications (1)

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JP57067694A JPS58184119A (ja) 1982-04-22 1982-04-22 液晶表示装置

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JP57067694A JPS58184119A (ja) 1982-04-22 1982-04-22 液晶表示装置

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JPS58184119A JPS58184119A (ja) 1983-10-27
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60149025A (ja) * 1984-01-13 1985-08-06 Seiko Epson Corp 液晶表示装置
JPS61164279A (ja) * 1985-01-16 1986-07-24 Seiko Epson Corp Mim液晶表示体製造方法

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