JPH0335223A - 表示装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、表示セルの駆動回路要素として金属膜−絶縁
膜−金属膜からなる非線形抵抗素子（Ｍ　Ｉ　Ｍ素子）
を用いたアクティブ・マトリクス方式の表示装置に関す
る。

（従来の技術） 液晶表示装置は、小型、軽量、低消費電力を武器に最近
各種ＯＡ機器や小型テレビジョンなどに広く実用されて
いる。大容量液晶表示装置の開発の主流は、駆動回路に
能動素子を用いるアクティブ・マトリクス方式である。

アクティブ・マトリクス方式は、単純マトリクス方式に
比べて構造が複雑であるが各画素毎にスイッチを有して
いるので、時分割駆動を行っても選択時の信号電圧を保
持することができ、これにより各種画像特性の改善がな
されている。

アクティブ・マトリクス方式の液晶表示装置として、現
在はアモルファスＳｉを用いた薄膜トランジスタ（Ｔ　
Ｐ　Ｔ）を利用するものと、ＭＩＭ素子を利用するもの
とが実用化されている。前者は、表示画質や応答特性に
優れているが、５層以上の膜形成とパターニングを必要
とするため、画素欠陥率が高く、歩留まりが低いという
難点がある。

これに対して、電圧−電流特性が非線形であるＭＩＭ素
子を用いたアクティブ・マトリクス方式は、３回の膜形
成とパターニングにより駆動回路基板を得ることができ
、低コスト、量産向きであることから、今後の発展が期
待されている。

ＭＩＭ素子としてはこれまで、Ｔａの陽極酸化膜やシリ
コン窒化膜を絶縁膜として用いたものが注目されている
。

第５図は、ＭＩＭ素子を用いたアクティブ・マトリクス
方式の表示装置の等価回路である。Ｄｌ。

Ｄ２．・・・は信号電極母線（データ配線）、Ｓｌ。

Ｓ２．・・・は走査電極母線（アドレス配線）であり、
それぞれ複数本ずつ互いに交差して配列されている。こ
れらの配線の各交差部に、液晶表示セルＬＣとＭＩＭ素
子素子Ｎ底列接続されて配置されている。ＭＩＭ素子を
流れる電流は、金属膜−絶縁膜の界面特性に依存するが
、近似的には、１−ａＶ”で与えられる。したがってそ
の非線形性はｎ値により評価することができる。

上述のＭＩＭ素子を用いた表示装置の各画素の等価回路
は、第６図のように示される。ＲＮＬ＋ＣＮＬはそれぞ
れＭＩＭ素子の抵抗と容量であり、ＲＬＣ＋　ＣＬＣは
それぞれ液晶セルの抵抗と容量である。時分割により駆
動を行う場合、走査電極数が増大すると、リフレッシュ
時間に対する画素への書き込み時間が必然的に短くなる
。このデユーティ比の減少に対処するためには、電荷保
持特性の優れたＭＩＭ素子が必要である。選択画素への
書き込み時間ｔ　ａｓは、 ｉ　ｏａ＝　Ｃｔｃｘ　ＲＮＬ（ａｍ）で表され、電荷
保持時間ｉ　ｏｌｌは、ｔ　ａｒｔ　−ＣＬＣＸ　ＲＮ
Ｌ＜ａｔｔ＋で表される。ここで、ＲＮＬｌａａ）＋　
ＲＮＬ（１１１１）はそれぞれオン、オフ時におけるＭ
ＩＭ素子の抵抗値である。コントラストを確保するため
には、Ｌ１１ｇ＋ｊ　ｍｅｔに対して、 １、、＜１．　　　（１，：書き込みパルス幅）ｔｓｒ
ｔ＜＊ｔ　　　（ｉｒ　’リフレッシュ時間）なる関係
が要求される。これらの必要条件をＭＩＭ素子の特性に
置き換えると、オン状態とオフ状態の抵抗値の比ＲＮＬ
ｔａｍ）／　ＲＮＬｌ＊ｆｌ）をできるだけ小さく、液
晶セルとＭＩＭの容量比ｅ　ｔｃ／すなＣＮＬをできる
だけ大きくすることが必要である。わち非線形性が大き
く、かつ容量が小さいＭＩＭ素子が望ましい事になる。

以上の点を考慮して液晶表示素子用ＭＩＭ素子として要
求される特性を要約すれば、次のようになる。

■　電流−電圧特性の非線形性が十分大きいこと。オン
状態とオフ状態の電流比で表される急峻性を示すβ値が
少なくとも１０５以上であること。

■　電流−電圧特性が極性を持たず、対称性が良いこと
。

■　液晶セルの容量に比べて十分小さい容量であること
。

■　全画素に対して安定した電流−電圧特性を示すこと
。

■　配線材料を兼ねるＭＩＭ素子の金属電極は高い伝導
度を有すること。

この様な観点から、現在実用されているＴａ陽極酸化膜
やシリコン窒化膜を用いたＭＩＭ素子をみると、表示装
置の大容量化のためにはまだ特性が不十分である。例え
ば、Ｔ　ａ　−Ｔ　ａ　２０　ｓＣｒ系からなる代表的
なＭＩＭ素子では、第３図に曲線Ｂで示したようにβ値
は約１０３〜１０’である。容量値も比較的大きい。ま
た極性反転による非対称性も大きい。この非対称性は液
晶寿命に悪影響を与える。さらに駆動電圧を２０Ｖ以下
として、オン電流を１０−’Ａ以上、オフ電流を１ｏ”
２に以下に抑えるためには、絶縁膜の膜厚＠御も重要で
ある。このため、ＭＩＭ素子の容量を液晶セルのそれに
比べて小さい所定の値に設定することがなかなか困難で
ある。Ｔａ膜は抵抗率が１００〜２００μΩ・（至）と
大きく、大画面用の配線としても問題である。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来のアクティブ・マトリクス型液晶表示
装置に用いられているＭ！Ｍ素子は、表示装置の高画質
化や大容量化を図る上で、電流−電圧特性の急峻性を示
すβ値その他の特性が不十分であるという問題があった
。

本発明は、この様な問題を解決して、高画質化。

大容量化を可能としたＭＩＭ素子を持つ表示装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、表示セルの駆動回路要素としてのＭＩＭ素子
を、Ｔａ−ＡＮ複合膜とその表面に形成した陽極酸化膜
およびこの上に形成した上部電極により構成したことを
特徴とする。Ｔａ−ＡｆＩ複合膜の１組成比は、２０〜
８０原子％、より好ましくは３０〜７０原子％の範囲に
設定する。

（作　用） 本発明におけるＭＩＭ素子は、下地金属にＴａ−Ａ１１
複合膜を用いることにより、電流−電圧特性の急峻性を
示すβ値が大きいものとなる。

これは、Ｔａ−Ａｌ１複合膜を陽極酸化して得られる絶
縁膜が高濃度のイオン化したトラ・ソプを含むことと、
誘電率の低減によるものと思われる。そして急峻性の改
善の結果として、絶縁膜を従来より厚くすることが可能
になり、これによって容量を小さくすることができる。

またＴａ−ＡＮＩ合膜はＴａ膜に比べて抵抗率が低く、
表示装置を大容量化した場合のアドレス配線の抵抗値を
低くすることができる。また本発明におけるＭＩＭ素子
は、特性の対称性も優れている。これは、金属／絶縁膜
界面における空間電荷層形成に基づく電流制限機構が従
来に比べて弱くなり、バルクによる伝導が支配的になる
ためと考えられる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）　（ｂ）は、一実施例に係る液晶表示装置
の駆動回路基板の要部構成を示す平面図とそのＡ−Ａ’
断面図である。第２図は同じく斜視図である。これを製
造工程に従って説明すると、まずガラス基板１上に、Ａ
ｒ雰囲気中でＴａとＡｇの同時スパッタによりＴａ−Ａ
ｌ７複合膜２を形成する。Ｔａ−Ａ、Ｑｌｉ合膜２の膜
厚は約３００　ｎｍ程度とする。次いでこの複合膜が形
成された基板状にレジストパターンを形成し、複合膜を
選択エツチングして、複数本のアドレス配線、および各
配線から一部突出してＭＩＭ素子の下地電極となる部分
をパターン形成する。次にパターン形成された複合膜２
を化成電源の正側に接続して陽極酸化を行い、表面に約
８０　ｒｖの酸化膜３を形成する。

その後Ｃｒ膜を約１５０ｎｍ形成し、これをＭＩＭ素子
の下地電極上をクロスするように閉路をなすパターンに
選択エツチングしてＭＩＭ素子の上部電極４を形成する
。さらに上部電極４に一部重なるようにＩＴＯＭを用い
た各画素毎の画素電極５を形成する。

この様に構成された駆動回路基板に対して、図には示さ
ないが、アドレス配線と交差する複数本のデータ配線が
形成された対向基板を配置し、これらの基板間に液晶を
挾むことによって、液晶表示装置が完成する。

この実施例によるＭＩＭ素子の特性を以下に具体的に説
明する。

第３図は、この実施例によるＭＩＭ素子の電流電圧特性
（Ａ）を従来のＴａの陽極酸化膜を用いた場合ＣＢ）と
比較して示している。ただしこのデータは、複合膜のＡ
１組成が５０原子％の場合である。また、Ｔａ膜の従来
例は、陽極酸化膜厚を７０ｎｍとした他、実施例と同様
の条件とした場合である。図から明らかなようにこの実
施例では、電流の急峻性を示すβ値（電圧２Ｖ〜１６Ｖ
間の電流比で示す）は、１０５である。これは、Ｔａの
陽極酸化膜を用いた従来例に比べて１桁以上大きくなっ
ている。

またこの実施例でのＭＩＭ素子の容量は、面積７μｍＸ
７μｍで０．０７ｐＦであり、従来例での容ｊｌＯ，２
１ｐＦに比べて十分小さくなっている。これは誘電率の
低減および酸化膜の膜厚増大の結果である。

更に図には示さないが、電流−電圧特性の対称性も大き
く向上していることが確認された。抵抗率もＴａ膜の場
合に比べて小さく、長いアドレス配線を低抵抗に形成す
ることが可能になる。

第４図は、本発明によるＭＩＭ素子について、Ｔａ−Ａ
１３１合膜のＡ１組成比を種々変化させた場合の各種特
性（β値、抵抗率ρ、絶縁破壊電圧ＢＤＶ）をａｌｌ定
した結果である。絶縁耐圧はＡ１添加量の増大と共に低
下し、特に８０原子％以上になると急激に低下する。β
値や抵抗率ρは、Ａｌ）添加ｊ１２０原子％以上でＴａ
膜の場合に比べて十分効果が認められる。したがって本
発明におけるＴａ−Ａｌ複合膜の好ましいＡＩｍ成範囲
は２０〜８０原子％であり、更に３０〜７０原子％で一
層好ましい特性が得られる。

本発明は上記実施例に限られない。例えば、ＭＩＭ素子
を構成する上部電極については、Ｃ「の場合を説明した
がＴａ、Ｔｉ等他の金属を用いることもでき、また下地
金属と同様にＴａ−Ａｌ複合膜を用いることもできる。

また本発明は液晶表示装置に限られず、例えばＥＬなと
他の表示セルを用いた場合にも同様に本発明を適用して
効果が得られる。

［発明の効果］ 以上の−べたように本発明によれば、Ｔａ−Ａｌ複合膜
とその陽極酸化膜を利用してＭＩＭ素子を構成すること
により、アクティブ・マトリクス型表示装置の高画質化
や大容量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）　（ｂ）は本発明の一実施例による液晶表
示装置の駆動回路基板を示す平面図とそのＡ−Ａ′断面
図、 第２図は同じくその斜視図、 第３図は同実施例に用いたＭＩＭ素子の電流−電圧特性
を示す図、 第４図はＡ１組成比とＭＩＭ素子の各種特性を示す図、 第５図はＭＩＭ素子を用いたアクティブ・マトリクス方
式の表示装置の等価回路図、 第６図は同じくその画素部の等価回路図である。 １・・・ガラス基板、２・・・Ｔａ−Ａｌ複合膜（アド
レス配ｍｌ）、３・・・陽極酸化膜、４・・・上部電極
（Ｃｒｌｌｌｌ）　、５−・・画素電極（ＩＴＯ膜）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属膜−絶縁膜−金属膜からなる非線形抵抗素子および
   これに接続された画素電極がマトリクス配列された駆動
   回路基板と、この駆動回路基板により駆動される表示セ
   ルとを備えた表示装置において、前記非線形抵抗素子は
   、Ｔａ−Ａｌ複合膜とその表面に形成された陽極酸化膜
   、およびこの上に形成された上部電極膜により構成され
   ていることを特徴とする表示装置。