JPH06138494A - Active matrix type liquid crystal display device and its production - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス型
液晶表示装置およびその製造方法に関し、とくに、ＭＩ
Ｍ型素子の容量低減技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active matrix type liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, and more particularly to MI.
The present invention relates to technology for reducing the capacitance of M-type devices.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、アクティブマトリクス方式の液
晶表示パネルにおいては、画素領域毎に非線形素子を設
けて、マトリクスアレイを形成した一方側の基板と、カ
ラフィルタなどが形成された他方側の基板との間に、液
晶を充填しておき、各画素領域毎の液晶の配向状態を制
御して、所定の情報を表示する。ここで、非線形素子と
して、薄膜トランジスタなどの３端子素子または金属−
絶縁体−金属（ＭＩＭ）型非線形素子などの２端子素子
を用いるが、液晶表示素子に対する画面の大型化および
低コスト化などの要求に対応するには、ＭＩＭ型非線形
素子を用いた方式が有利である。しかも、ＭＩＭ型非線
形素子を用いた場合には、マトリックスアレイを形成し
た一方側の基板に走査線を設け、他方側の基板に信号線
を設けることができるので、３端子素子の不良の大きな
原因となっている走査線と信号線とのクロスオーバー短
絡が発生しないというメリットもある。2. Description of the Related Art Generally, in an active matrix type liquid crystal display panel, a non-linear element is provided for each pixel area to form a matrix array on one side and a substrate on the other side on which a color filter or the like is formed. A liquid crystal is filled in between, and the alignment state of the liquid crystal in each pixel region is controlled to display predetermined information. Here, as the non-linear element, a three-terminal element such as a thin film transistor or a metal-
A two-terminal element such as an insulator-metal (MIM) type non-linear element is used, but a method using the MIM type non-linear element is advantageous in order to meet the demand for a larger screen and lower cost of the liquid crystal display element. Is. Moreover, when the MIM type non-linear element is used, the scanning line can be provided on the substrate on one side where the matrix array is formed and the signal line can be provided on the substrate on the other side, which is a major cause of the defect of the three-terminal element. There is also an advantage that a crossover short circuit between the scanning line and the signal line does not occur.
【０００３】このようなＭＩＭ型非線形素子を用いたア
クティブマトリクス方式の液晶表示パネルにおいては、
図１に示すように、各画素領域２で各走査線５と各信号
線６との間にＭＩＭ型非線形素子３０（図中、バリスタ
の符号で示す。）と液晶表示素子４０（図中、コンデン
サの符号で示す。）が直列接続された構成として表さ
れ、走査線５および信号線６に印加された信号に基づい
て、液晶表示素子４０を表示状態および非表示状態ある
いはその中間状態に切り換えて表示動作を制御する。す
なわち、図３（ａ）に実線５１で示すように、ＭＩＭ型
非線形素子３０において、印加電圧ＶNLと電流ＩNLとは
非線形性の関係を有している。ここで、ＭＩＭ型非線形
素子３０のしきい値電圧をＶth、液晶表示素子４０のし
きい値電圧をＶb 、表示状態となる電位を（Ｖb ＋Δ
Ｖ）とすると、図３（ｂ）に実線６１で示すように、選
択期間では、所定の画素領域２における走査線５と信号
線６との間の電位差（単位画素への印加電圧Ｖ）を（Ｖ
b ＋Ｖth）とすることによって、液晶表示素子４０を非
表示状態とすることができ、走査線５と信号線６との間
の電位差Ｖを（Ｖb ＋Ｖth＋ΔＶ）とすることによって
表示状態とすることができる。一方、非選択期間には、
単位画素に印加する電位Ｖを、液晶表示素子４０に残留
した電位に概ね接近するように設定して、その電位差が
Ｖth以下であれば、非選択期間内でＭＩＭ型非線形素子
３０が常に遮断状態となり、選択期間に定められた状態
をそのまま維持する。In an active matrix type liquid crystal display panel using such a MIM type non-linear element,
As shown in FIG. 1, an MIM type non-linear element 30 (indicated by a varistor symbol in the figure) and a liquid crystal display element 40 (in the figure, between each scanning line 5 and each signal line 6 in each pixel region 2). Are shown as capacitors connected in series, and the liquid crystal display element 40 is switched between a display state and a non-display state or an intermediate state thereof based on a signal applied to the scanning line 5 and the signal line 6. Control the display operation. That is, as indicated by the solid line 51 in FIG. 3A, in the MIM type non-linear element 30, the applied voltage V NL and the current I NL have a non-linear relationship. Here, the threshold voltage of the MIM type nonlinear element 30 is V th , the threshold voltage of the liquid crystal display element 40 is V b , and the potential in the display state is (V b + Δ).
V), the potential difference (voltage V applied to the unit pixel) between the scanning line 5 and the signal line 6 in the predetermined pixel region 2 in the selection period, as indicated by the solid line 61 in FIG. 3B. (V
b + V th ), the liquid crystal display element 40 can be brought into a non-display state, and the potential difference V between the scanning line 5 and the signal line 6 is (V b + V th + ΔV). Can be On the other hand, during the non-selection period,
The potential V applied to the unit pixel is set so as to be substantially close to the potential remaining in the liquid crystal display element 40, and if the potential difference is V th or less, the MIM nonlinear element 30 is always cut off within the non-selection period. Then, the state defined in the selection period is maintained as it is.
【０００４】ここで、ＭＩＭ型非線形素子３０は、図２
に示すとおり、一方の基板１０の表面側に形成されて、
走査線５を介して走査回路４の側に導電接続する下層側
電極層３１と、その表面側の絶縁膜３２と、その表面側
に形成されて画素電極４１が導電接続する上層側電極層
３３とから構成されており、従来は、下層側電極層３１
としてはタンタル層が採用され、絶縁膜３２としてはタ
ンタル酸化膜が採用され、上層側電極層３３としてはク
ロム層が採用されている。Here, the MIM type non-linear element 30 is shown in FIG.
Is formed on the front surface side of one substrate 10, as shown in FIG.
A lower electrode layer 31 conductively connected to the scanning circuit 4 side through the scanning line 5, an insulating film 32 on the front surface side thereof, and an upper electrode layer 33 formed on the front surface and electrically connected to the pixel electrode 41. And is conventionally composed of a lower electrode layer 31.
Is a tantalum layer, the insulating film 32 is a tantalum oxide film, and the upper electrode layer 33 is a chromium layer.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液晶表示パネルにおいては、以下に説明する液晶表示パ
ネルの動作に対するＭＩＭ型非線形素子３０の容量Ｃ
MIM の影響に配慮がなされず、液晶表示パネルに適合し
た構成要素の材料設定や表面状態の制御などが行われて
いなかったため、表示の信頼性が低いという問題点があ
る。However, in the conventional liquid crystal display panel, the capacitance C of the MIM type non-linear element 30 with respect to the operation of the liquid crystal display panel described below.
Since the influence of MIM was not taken into consideration, and the material settings and surface conditions of the constituent elements suitable for the liquid crystal display panel were not controlled, there was the problem of low display reliability.
【０００６】すなわち、単位画素における等価回路は、
図４に示すように、液晶表示素子４０が容量ＣLCを有す
るものとして、また、ＭＩＭ型非線形素子３０は容量Ｃ
MIMを有するものとして表され、選択時に、それらの間
に印加される電圧（単位画素に印加される電圧Ｖ）は、
容量分割されて、ＭＩＭ型非線形素子３０に印加される
電圧ＶMIM は、以下の式により規定される。That is, the equivalent circuit in the unit pixel is
As shown in FIG. 4, the liquid crystal display element 40 has a capacitance C LC , and the MIM type non-linear element 30 has a capacitance C LC.
The voltage applied between them (the voltage V applied to the unit pixel), which is represented as having MIMs , is:
The voltage V MIM that is capacitance-divided and is applied to the MIM type nonlinear element 30 is defined by the following equation.
【０００７】 ＶMIM ＝Ｖ・ＣLC／（ＣLC＋ＣMIM ）・・・式（１） ここで、ＭＩＭ型非線形素子３０の容量ＣMIM が液晶表
示素子４０の容量ＣLCに比較して十分に小さければ、ほ
とんどの電圧がＭＩＭ型非線形素子３０にかかり、ＭＩ
Ｍ型非線形素子３０は極めて小さな抵抗ＲMIM をもった
オン状態となって、表示データに対応する電荷が液晶表
示素子４０の容量ＣLC（液晶容量）に書き込まれる。そ
して、上記のオン後に、単位画素に印加される電圧Ｖが
立ち下がるときには、液晶表示素子４０に印加される電
圧ＶLCは、ＭＩＭ型非線形素子３０の容量ＣMIM と液晶
表示素子４０の容量ＣLCとの容量結合によって、下式で
表されるΔＶ1 に相当する電位だけ低下する。V MIM = V · C LC / (C LC + C MIM ) Equation (1) Here, the capacitance C MIM of the MIM type nonlinear element 30 is sufficient as compared with the capacitance C LC of the liquid crystal display element 40. If it is small, most of the voltage is applied to the MIM type nonlinear element 30,
The M-type non-linear element 30 is turned on with an extremely small resistance R MIM, and charges corresponding to display data are written in the capacitance C LC (liquid crystal capacitance) of the liquid crystal display element 40. When the voltage V applied to the unit pixel falls after the above-mentioned turning on, the voltage V LC applied to the liquid crystal display element 40 is equal to the capacitance C MIM of the MIM type non-linear element 30 and the capacitance C M of the liquid crystal display element 40. Due to capacitive coupling with LC , the potential corresponding to ΔV 1 represented by the following formula is lowered.
【０００８】 ΔＶ1 ＝Ｖ・ＣMIM ／（ＣLC＋ＣMIM ）・・・式（２） そして、書き込まれたデータは、再び選択されて新たな
データが書き込まれるまでの間、液晶表示素子４０の容
量ＣLCに保持される。ΔV 1 = V · C MIM / (C LC + C MIM ) Equation (2) Then, the written data is selected again and new liquid data is written until the liquid crystal display element 40. Held at the capacity C LC of.
【０００９】ここで、従来の液晶表示パネルにおいて
は、ＭＩＭ型非線形素子３０の絶縁膜３２として、誘電
率が約２８と高いタンタル酸化膜が採用されているた
め、ＭＩＭ型非線形素子３０の容量ＣMIM が大きい。従
って、式（１）で規定されるＶMI M 、すなわち、ＭＩＭ
型非線形素子３０に印加される電圧が十分に確保されな
いという問題点に加えて、式（２）で規定されるΔＶ1
が大きいため、液晶表示素子４０に印加される電圧ＶLC
の実効値が低下し、データクロストークやフリッカーが
発生しやすいという問題点もある。Here, in the conventional liquid crystal display panel, since the tantalum oxide film having a high dielectric constant of about 28 is adopted as the insulating film 32 of the MIM type nonlinear element 30, the capacitance C of the MIM type nonlinear element 30 is adopted. MIM is large. Therefore, V MI M defined by the equation (1), that is, MIM
In addition to the problem that the voltage applied to the non-linear element 30 is not sufficiently secured, ΔV 1 defined by the equation (2) is also added.
Is large, the voltage V LC applied to the liquid crystal display element 40 is
There is also a problem that the effective value of is reduced and data crosstalk and flicker are likely to occur.
【００１０】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
ＭＩＭ型素子に対する電圧−電流特性を犠牲することな
く、その容量を小さくして、表示の信頼性の高いアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置およびその製造方法を実
現することにある。In view of the above problems, the object of the present invention is to
An object of the present invention is to realize an active matrix type liquid crystal display device having a high display reliability and a manufacturing method thereof by reducing the capacity without sacrificing the voltage-current characteristics for the MIM type element.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置
において講じた手段は、アクティブマトリクスアレイの
各画素領域に形成されたＭＩＭ型素子に対し、走査線に
導電接続する下層側電極層には、タンタルとシリコンと
の合金層を採用し、その表面側において下層側電極層と
上層側電極層との間に介在する絶縁膜には、タンタル酸
化物とシリコン酸化物との混合物層を採用することであ
る。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, means taken in an active matrix type liquid crystal display device according to the present invention are as follows, for an MIM type element formed in each pixel region of an active matrix array: An alloy layer of tantalum and silicon is used for the lower electrode layer that is conductively connected to the scanning line, and tantalum oxide is used for the insulating film interposed between the lower electrode layer and the upper electrode layer on the surface side. The use of a mixture layer of a substance and a silicon oxide.
【００１２】ここで、絶縁膜としては、下層側電極層に
対する陽極酸化によって形成された陽極酸化膜であるこ
とが好ましい。Here, the insulating film is preferably an anodized film formed by anodizing the lower electrode layer.
【００１３】このような構成のアクティブマトリクス型
液晶表示装置を製造するために、そのＭＩＭ型素子の形
成工程においては、下層側電極層を形成すべきタンタル
とシリコンとの合金層を形成する工程と、この合金層の
表面側に陽極酸化を施して、タンタル酸化物とシリコン
酸化物との混合物層からなる絶縁膜を形成する工程とを
行う。In order to manufacture the active matrix type liquid crystal display device having such a structure, in the step of forming the MIM type element, there is a step of forming an alloy layer of tantalum and silicon for forming a lower electrode layer. Then, a step of performing anodization on the surface side of the alloy layer to form an insulating film formed of a mixture layer of tantalum oxide and silicon oxide is performed.
【００１４】[0014]
【作用】本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示
装置において、その各画素領域に形成されたＭＩＭ型素
子は、下層側電極層と上層側電極層との間に介在する絶
縁膜がタンタル酸化物とシリコン酸化物との混合物層か
ら構成されているため、その誘電率が小さいので、ＭＩ
Ｍ型素子の容量が小さい。従って、信号線と走査線との
間において、ＭＩＭ型素子と液晶表示素子とが直列接続
状態にあっても、容量分割および容量結合による影響が
小さいので、選択時にＭＩＭ型素子に分割印加される電
圧および非選択時に液晶表示素子にかかる実効電圧のい
ずれもが所定の電圧値を維持するので、データクロスト
ークなどの表示トラブルが発生しない。しかも、基本的
には、タンタルを構成成分として使用しているため、ア
クティブマトリクス型液晶表示装置において、ＭＩＭ型
素子として要求される電圧−電流特性、たとえば、電圧
−電流特性におけるオン電流とオフ電流の比が十分に大
きいこと、電圧−電流特性が正電圧側と負電圧側とで対
象であることなどの基本特性を維持することができる。In the active matrix type liquid crystal display device according to the present invention, in the MIM type element formed in each pixel area, the insulating film interposed between the lower electrode layer and the upper electrode layer is made of tantalum oxide. Since it is composed of a mixture layer with silicon oxide, its dielectric constant is small.
The capacity of the M-type element is small. Therefore, even if the MIM type element and the liquid crystal display element are connected in series between the signal line and the scanning line, the influence of the capacitive division and the capacitive coupling is small, and thus the divided application is applied to the MIM type element at the time of selection. Both the voltage and the effective voltage applied to the liquid crystal display element at the time of non-selection maintain a predetermined voltage value, so that display trouble such as data crosstalk does not occur. Moreover, basically, since tantalum is used as a constituent component, in the active matrix liquid crystal display device, the voltage-current characteristics required for the MIM type element, for example, the on-current and the off-current in the voltage-current characteristics are required. It is possible to maintain basic characteristics such as that the ratio is sufficiently large, and the voltage-current characteristics are symmetrical between the positive voltage side and the negative voltage side.
【００１５】[0015]
【実施例】つぎに、本発明の一実施例に係るアクティブ
マトリクス型液晶表示装置（以下、液晶表示パネルと称
す。）について説明する。なお、本例の液晶表示パネル
の基本的な構造は、従来の液晶表示パネルと同様であっ
て、その材質のみが異なるので、従来の技術の説明と同
様に、図１ないし図４を参照して説明する。EXAMPLE An active matrix type liquid crystal display device (hereinafter referred to as a liquid crystal display panel) according to an example of the present invention will be described below. The basic structure of the liquid crystal display panel of this example is the same as that of the conventional liquid crystal display panel, and only the material is different. Therefore, referring to FIGS. Explain.
【００１６】図１は本例の液晶表示パネルの全体構成を
示すブロック図、図２はそのマトリクスアレイの各画素
領域に形成されているＭＩＭ型非線形素子周囲の構成を
示す断面図である。FIG. 1 is a block diagram showing the overall structure of the liquid crystal display panel of this embodiment, and FIG. 2 is a sectional view showing the structure around the MIM type non-linear element formed in each pixel region of the matrix array.
【００１７】これらの図において、本例の液晶表示パネ
ル１は、各画素領域２で各走査線５と各信号線６との間
にＭＩＭ型非線形素子３０と液晶表示素子４０が直列接
続された構成として表され、走査回路４から走査線５に
印加された信号および信号供給回路３から信号線６に印
加された信号に基づいて、液晶表示素子４０を表示状態
および非表示状態あるいはその中間状態に切り換えて表
示動作を制御する。なお、基本的な表示動作は、従来の
技術の説明において述べたとおりであるので、その説明
は省略する。In these figures, in the liquid crystal display panel 1 of this example, the MIM type non-linear element 30 and the liquid crystal display element 40 are connected in series between each scanning line 5 and each signal line 6 in each pixel region 2. The liquid crystal display element 40 is displayed as a configuration and is in a non-display state or an intermediate state thereof based on a signal applied from the scanning circuit 4 to the scanning line 5 and a signal applied from the signal supply circuit 3 to the signal line 6. Switch to and control the display operation. The basic display operation is the same as that described in the description of the related art, and thus the description thereof is omitted.
【００１８】これらの構成要素のうち、図２に画素領域
２の断面を示すように、ＭＩＭ型非線形素子３０は、一
方の基板１０の側に形成されており、この基板１０にお
いては、ガラス基板１１の表面側に基板側タンタル層１
２が形成され、この基板側タンタル層１２の表面側は、
酸化処理が施されて基板側タンタル酸化膜１３になって
いる。ここで、ＭＩ型非線形素子３０は、基板１０の表
面に形成された下層側電極層３１と、その表面側におい
て、下層側電極層３１と上層側電極層３３との間に介在
する絶縁膜３２とを有する。また、液晶表示素子４０
は、対向する一方の基板１０と他方の基板２０との間に
液晶４２が充填されたことによって構成されており、一
方の基板１０の表面側には上層側電極層３３に導電接続
する画素電極４１が形成されている一方、他方の基板２
０の側には、ガラス基板２１の表面側にカラーフィルタ
２３および液晶駆動用電極２２が形成されている。この
ため、画素電極４１と液晶駆動用電極２２との間に印加
された電位によって液晶４２の配向状態を制御可能にな
っている。ここで、ＭＩ型非線形素子３０の下層側電極
層３１は、図１に示す各走査線５と一体に形成されてい
る一方、液晶表示素子４０の液晶駆動用電極２２は、図
１に示す信号線６の一部に相当するものであるため、走
査線５に印加された信号および信号線６に印加された信
号に基づいて、液晶表示素子４０を表示状態および非表
示状態あるいはその中間状態に切り換え可能である。Of these constituent elements, as shown in the cross section of the pixel region 2 in FIG. 2, the MIM type non-linear element 30 is formed on one substrate 10 side. In this substrate 10, a glass substrate is used. Substrate side tantalum layer 1 on the surface side of 11
2 is formed, and the surface side of the substrate side tantalum layer 12 is
The substrate side tantalum oxide film 13 is formed by the oxidation treatment. Here, the MI non-linear element 30 includes a lower electrode layer 31 formed on the surface of the substrate 10 and an insulating film 32 interposed between the lower electrode layer 31 and the upper electrode layer 33 on the surface side. Have and. In addition, the liquid crystal display element 40
Is configured by filling the liquid crystal 42 between the one substrate 10 and the other substrate 20 facing each other, and the pixel electrode that is conductively connected to the upper electrode layer 33 is provided on the front surface side of the one substrate 10. 41 is formed, while the other substrate 2 is formed.
On the 0 side, a color filter 23 and a liquid crystal driving electrode 22 are formed on the surface side of the glass substrate 21. Therefore, the alignment state of the liquid crystal 42 can be controlled by the potential applied between the pixel electrode 41 and the liquid crystal driving electrode 22. Here, the lower electrode layer 31 of the MI type nonlinear element 30 is formed integrally with each scanning line 5 shown in FIG. 1, while the liquid crystal driving electrode 22 of the liquid crystal display element 40 is connected to the signal shown in FIG. Since it corresponds to a part of the line 6, the liquid crystal display element 40 is brought into a display state and a non-display state or an intermediate state thereof based on the signal applied to the scanning line 5 and the signal applied to the signal line 6. It can be switched.
【００１９】このような構成の液晶表示パネル１に対し
て、本例においては、そのＭＩＭ型非線形素子３０の下
層側電極層３１には、タンタルとシリコンとの合金層を
採用し、その絶縁膜３２としては、下層側電極層３１の
表面側を陽極酸化してなるタンタル酸化物とシリコン酸
化物との混合物層を採用している。また、下層側電極層
３１および絶縁膜３２におけるシリコンに対するタンタ
ルの組成比は、約３０アトミック％から約８０アトミッ
ク％までの範囲に設定されている。ここで、組成比の上
限は、絶縁膜３２の誘電率を充分に低くできるように、
下限はＭＩＭ型非線形素子３０の電流電圧特性（図３
（ａ）に示す。）の非線形性を損なわないように定めた
値である。なお、上層側電極層３３としてはクロム層を
採用し、画素電極４１としてはＩＴＯ層を採用してい
る。本例の液晶表示パネル１においては、ＭＩＭ型非線
形素子３０の絶縁膜３２の誘電率を約１８にまで下げる
ことができており、図４に示す等価回路におけるＭＩＭ
型非線形素子３０の容量ＣMIMが小さい。それ故、選択
時に選択パルスが立ち上がって、ＭＩＭ型非線形素子３
０に電圧ＶMIM が印加された状態になった後に、選択パ
ルスが立ち下がるときに、液晶表示素子４０に印加され
る電圧ＶLCが大きく低下しない。すなわち、選択時に液
晶表示素子４０およびＭＩＭ型非線形素子３０に印加さ
れる電圧Ｖは、前述の式（１）に規定されて容量分割さ
れた状態になる。In contrast to the liquid crystal display panel 1 having such a structure, in this example, an alloy layer of tantalum and silicon is used for the lower electrode layer 31 of the MIM type non-linear element 30, and its insulating film is used. As 32, a mixture layer of tantalum oxide and silicon oxide obtained by anodizing the surface side of the lower electrode layer 31 is adopted. The composition ratio of tantalum to silicon in the lower electrode layer 31 and the insulating film 32 is set in the range of about 30 atomic% to about 80 atomic%. Here, the upper limit of the composition ratio is set so that the dielectric constant of the insulating film 32 can be made sufficiently low.
The lower limit is the current-voltage characteristic of the MIM type nonlinear element 30 (see FIG. 3).
It shows in (a). ) Is a value determined so as not to impair the non-linearity. A chromium layer is used as the upper electrode layer 33, and an ITO layer is used as the pixel electrode 41. In the liquid crystal display panel 1 of this example, the dielectric constant of the insulating film 32 of the MIM type non-linear element 30 can be lowered to about 18, and the MIM in the equivalent circuit shown in FIG.
The capacitance C MIM of the non-linear element 30 is small. Therefore, the selection pulse rises during selection, and the MIM type nonlinear element 3
When the selection pulse falls after the voltage V MIM is applied to 0, the voltage V LC applied to the liquid crystal display element 40 does not significantly decrease. That is, the voltage V applied to the liquid crystal display element 40 and the MIM type non-linear element 30 at the time of selection is in the state of being capacity-divided according to the above-mentioned formula (1).
【００２０】 ＶMIM ＝Ｖ・ＣLC／（ＣLC＋ＣMIM ）・・・式（１） ここで、ＭＩＭ型非線形素子３０の容量ＣMIM は、液晶
表示素子４０の容量ＣLCに比して十分に小さい。従っ
て、ほとんどの電圧がＭＩＭ型非線形素子３０にかか
り、ＭＩＭ型非線形素子３０は、極めて小さな抵抗Ｒ
MIM をもったオン状態となって、表示データに対応する
電荷が液晶表示素子４０の容量ＣLC（液晶容量）に確実
に書き込まれる。そして、上記のオン後に、選択パルス
が立ち下がるときには、液晶表示素子４０に印加される
電圧ＶLCは、ＭＩＭ型非線形素子３０の容量ＣMIM と液
晶表示素子４０の容量ＣLCとの容量結合によって、下式
で表されるΔＶ1 に相当する電位だけ低下する。V MIM = V · C LC / (C LC + C MIM ) (1) Here, the capacitance C MIM of the MIM type non-linear element 30 is larger than the capacitance C LC of the liquid crystal display element 40. Small enough. Therefore, most of the voltage is applied to the MIM type non-linear element 30, and the MIM type non-linear element 30 has an extremely small resistance R.
In the ON state with MIM , the charge corresponding to the display data is surely written in the capacitance C LC (liquid crystal capacitance) of the liquid crystal display element 40. Then, when the selection pulse falls after the above-mentioned turning on, the voltage V LC applied to the liquid crystal display element 40 is due to the capacitive coupling between the capacitance C MIM of the MIM type nonlinear element 30 and the capacitance C LC of the liquid crystal display element 40. , The potential corresponding to ΔV 1 represented by the following equation is lowered.
【００２１】 ΔＶ1 ＝Ｖ・ＣMIM ／（ＣLC＋ＣMIM ）・・・式（２） ここでも、本例の液晶表示パネル１においては、ＭＩＭ
型非線形素子３０の容量ＣMIM が液晶表示素子４０の容
量ＣLCに比して十分に小さいため、ΔＶ1 が小さい。従
って、ＭＩＭ型非線形素子３０に印加される電圧ＶMIM
が十分に確保され、液晶表示素子４０に印加される電圧
ＶLCの実効値が低下しないので、クロストークやフリッ
カーが発生しない。それ故、表示の信頼性が向上する。
しかも、ＭＩＭ型非線形素子３０としては、下層側電極
層３１および絶縁膜３２がタンタルを構成成分として有
し、しかも、絶縁膜３２は陽極酸化膜であるため、ピッ
トなどが発生しにくいので、電圧−電流特性におけるオ
ン電流とオフ電流の比が十分に大きいこと、電圧−電流
特性が正電圧側と負電圧側とで対象であることなど、基
本的な電圧−電流特性が大きく低下しない。ΔV 1 = V · C MIM / (C LC + C MIM ) Equation (2) Here, in the liquid crystal display panel 1 of this example, the MIM
Since the capacitance C MIM of the non-linear element 30 is sufficiently smaller than the capacitance C LC of the liquid crystal display element 40, ΔV 1 is small. Therefore, the voltage V MIM applied to the MIM type nonlinear element 30 is
Is sufficiently secured, and the effective value of the voltage V LC applied to the liquid crystal display element 40 does not decrease, so that crosstalk and flicker do not occur. Therefore, the reliability of the display is improved.
Moreover, in the MIM type non-linear element 30, since the lower electrode layer 31 and the insulating film 32 have tantalum as a constituent component, and the insulating film 32 is an anodized film, pits and the like are less likely to occur, so that the voltage is reduced. The basic voltage-current characteristics are not significantly deteriorated such that the ratio of the on-current and the off-current in the current characteristics is sufficiently large and the voltage-current characteristics are targeted for the positive voltage side and the negative voltage side.
【００２２】つぎに、図２を参照して、本例の液晶表示
パネル１の製造方法のうち、基板１０にＭＩＭ型非線形
素子３０を形成する工程について説明する。Next, with reference to FIG. 2, a step of forming the MIM type non-linear element 30 on the substrate 10 in the method of manufacturing the liquid crystal display panel 1 of the present example will be described.
【００２３】まず、ガラス基板１１の表面側に基板側タ
ンタル層１２をスパッタ形成し、それを熱酸化すること
で、厚さが約１０００Åの基板側タンタル層１２を形成
して、一方の基板１０を構成する。First, the substrate-side tantalum layer 12 is sputtered on the front surface of the glass substrate 11 and thermally oxidized to form the substrate-side tantalum layer 12 having a thickness of about 1000 Å. Make up.
【００２４】つぎに、一方の基板１０の表面側に、ＭＩ
Ｍ型非線形素子３０の下層側電極層３１および絶縁膜３
２を形成するための厚さが約５０００Åのタンタル−シ
リコン合金層を形成する。そして、このタンタル−シリ
コン合金層をパターニングして、ＭＩＭ型非線形素子３
０の下層側電極層３１（走査線５）を残す。ここで、ス
パッタ形成に用いるターゲットとしては、タンタルシリ
サイドとタンタルとを混合した後にホットプレスを行っ
た焼結ターゲットを用いる。なお、焼結ターゲットのタ
ンタルシリサイドとタンタルとを混合比は、形成すべき
下層側電極層３１および絶縁膜３２の組成、すなわち、
絶縁膜３２の誘電率とＭＩＭ型非線形素子３０の電流特
性が液晶表示パネル１に最適な組成に対応して調整され
る。Next, on the front surface side of one substrate 10, MI
The lower electrode layer 31 and the insulating film 3 of the M-type nonlinear element 30
2. Form a tantalum-silicon alloy layer having a thickness of about 5000Å to form 2. Then, by patterning this tantalum-silicon alloy layer, the MIM type non-linear element 3 is formed.
The lower electrode layer 31 (scanning line 5) of 0 is left. Here, as the target used for sputtering formation, a sintered target obtained by mixing tantalum silicide and tantalum and then hot pressing is used. The mixing ratio of tantalum silicide and tantalum as the sintering target is determined by the composition of the lower electrode layer 31 and the insulating film 32 to be formed, that is,
The dielectric constant of the insulating film 32 and the current characteristic of the MIM type non-linear element 30 are adjusted according to the optimum composition for the liquid crystal display panel 1.
【００２５】つぎに、りん酸の水溶液などの化成液を用
いて、下層側電極層３１に陽極酸化を施して、その表面
側にタンタル酸化物とシリコン酸化物との混合膜層から
なる絶縁膜３２を形成する。Next, a chemical conversion solution such as an aqueous solution of phosphoric acid is used to anodize the lower electrode layer 31, and an insulating film composed of a mixed film layer of tantalum oxide and silicon oxide on the surface side thereof. 32 is formed.
【００２６】つぎに、温度が４００〜６００℃の真空雰
囲気中で、１〜２時間の熱処理を行った後に、ＭＩＭ型
非線形素子３０の上層側電極層３２を形成するための厚
さが約１５００Åのクロム層を形成し、このクロム層を
パターニングして、上層側電極層３２を残す。これによ
って、ＭＩＭ型非線形素子３０が形成される。Next, after a heat treatment is performed in a vacuum atmosphere at a temperature of 400 to 600 ° C. for 1 to 2 hours, the thickness for forming the upper electrode layer 32 of the MIM type non-linear element 30 is about 1500Å. Is formed, and this chromium layer is patterned to leave the upper electrode layer 32. As a result, the MIM type non-linear element 30 is formed.
【００２７】しかる後に、画素電極４１を形成するため
の厚さが約２０００ÅのＩＴＯ層を形成した後に、それ
をパターニングして画素電極４１を残す。Thereafter, after forming an ITO layer having a thickness of about 2000 Å for forming the pixel electrode 41, it is patterned to leave the pixel electrode 41.
【００２８】このようにして形成された一方の基板１０
の側と、他方の基板２０の側との間に、液晶４２を充填
した構造にして、液晶表示パネル１が製造される。One of the substrates 10 thus formed
The liquid crystal display panel 1 is manufactured with a structure in which the liquid crystal 42 is filled between the side of the substrate 20 and the side of the other substrate 20.
【００２９】以上のとおり、本例の液晶表示パネル１の
製造方法においては、焼結ターゲットのタンタルシリサ
イドとタンタルとを混合比を変えることによって任意の
組成の下層側電極層３１を構成でき、それを陽極酸化し
て、絶縁層３２を形成するので、液晶表示パネル１の動
作に最適な容量および電流特性を備えたＭＩＭ型非線形
素子３０を構成できる。しかも、絶縁層３２は、陽極酸
化膜であるため、ピットが発生しにくいので、液晶表示
パネル１の信頼性が高い。As described above, in the method for manufacturing the liquid crystal display panel 1 of this example, the lower electrode layer 31 having an arbitrary composition can be formed by changing the mixing ratio of tantalum silicide and tantalum as the sintering target. Since the insulating layer 32 is formed by anodizing, the MIM type non-linear element 30 having optimum capacitance and current characteristics for the operation of the liquid crystal display panel 1 can be constructed. Moreover, since the insulating layer 32 is an anodic oxide film, pits are unlikely to occur, so that the reliability of the liquid crystal display panel 1 is high.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上のとおり、本発明に係るアクティブ
マトリス型液晶表示装置において、ＭＩＭ型素子の下層
側電極層がタンタルとシリコンとの合金層で構成され、
その表面側の絶縁膜がタンタル酸化物とシリコン酸化物
との混合物層から構成されていることに特徴を有する。
従って、本発明によれば、絶縁膜の誘電率を、たとえば
約１８にまで下げることができるので、ＭＩＭ型素子の
容量が小さい。従って、直列接続するＭＩＭ型素子と液
晶表示素子との間で、容量分割および容量結合による影
響が小さいので、選択時にＭＩＭ型素子に分割印加され
る電圧および非選択時に液晶表示素子にかかる実効電圧
のいずれもを所定の電位を維持するので、データクロス
トークなどが発生せず、表示の信頼性が向上する。As described above, in the active matrix type liquid crystal display device according to the present invention, the lower electrode layer of the MIM type element is composed of an alloy layer of tantalum and silicon,
The insulating film on the surface side is characterized by being composed of a mixed layer of tantalum oxide and silicon oxide.
Therefore, according to the present invention, the dielectric constant of the insulating film can be lowered to, for example, about 18, so that the capacitance of the MIM type element is small. Therefore, since the effect of capacitive division and capacitive coupling between the MIM type element and the liquid crystal display element connected in series is small, the voltage applied to the MIM type element during selection and the effective voltage applied to the liquid crystal display element during non-selection are small. Since both of them maintain a predetermined potential, data crosstalk or the like does not occur and the reliability of display is improved.
【００３１】上記構成のアクティブマトリクス型液晶表
示装置の製造方法において、下層側電極層を形成するタ
ンタルとシリコンとの合金層の表面側に陽極酸化を施し
て、タンタル酸化物とシリコン酸化物との混合物層から
なる絶縁膜を形成した場合には、絶縁膜にピットが発生
しにくく、その信頼性が向上する。In the method of manufacturing the active matrix type liquid crystal display device having the above structure, the surface side of the alloy layer of tantalum and silicon forming the lower electrode layer is anodized to form a tantalum oxide and a silicon oxide. When the insulating film composed of the mixture layer is formed, pits are less likely to occur in the insulating film, and the reliability thereof is improved.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の実施例に係るＭＩＭ型アクティブマト
リクス方式の液晶表示パネルの全体構成を示すブロック
図である。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a MIM type active matrix liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す液晶表示パネルのＭＩＭ型非線形素
子の構成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a configuration of a MIM type non-linear element of the liquid crystal display panel shown in FIG.
【図３】（ａ），（ｂ）はＭＩＭ型アクティブマトリク
ス方式の液晶表示パネルの動作を示す説明図である。3A and 3B are explanatory diagrams showing the operation of a MIM type active matrix liquid crystal display panel.
【図４】ＭＩＭ型アクティブマトリクスアレイ方式の液
晶表示パネルにおける画素領域の等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a pixel region in a MIM type active matrix array type liquid crystal display panel.
１・・・液晶表示パネル ２・・・画素領域 ３・・・信号供給回路 ４・・・走査回路 ５・・・走査線 ６・・・信号線 １０，２０・・・基板 １１，２１・・・ガラス基板 ２２・・・液晶駆動用電極 ３０・・・ＭＩＭ型非線形素子 ３１・・・下層側電極層 ３２・・・絶縁膜 ３３・・・上層側電極層 ４０・・・液晶表示素子 ４１・・・画素電極 ４２・・・液晶 1 ... Liquid crystal display panel 2 ... Pixel area 3 ... Signal supply circuit 4 ... Scanning circuit 5 ... Scanning line 6 ... Signal line 10, 20 ... Substrate 11, 21 ... -Glass substrate 22 ... Liquid crystal driving electrode 30 ... MIM type non-linear element 31 ... Lower layer side electrode layer 32 ... Insulating film 33 ... Upper layer side electrode layer 40 ... Liquid crystal display element 41. ..Pixel electrodes 42 ... Liquid crystal
Claims (2)
域に形成されたＭＩＭ型素子は、走査線に導電接続する
下層側電極層としてのタンタルとシリコンとの合金層
と、その表面側において前記下層側電極層と上層側電極
層との間に介在する絶縁膜としてのタンタル酸化物とシ
リコン酸化物との混合物層と、を有することを特徴とす
るアクティブマトリクス型液晶表示装置。1. An MIM type element formed in each pixel region of an active matrix array includes an alloy layer of tantalum and silicon as a lower electrode layer conductively connected to a scanning line, and the lower electrode on the surface side thereof. An active matrix liquid crystal display device, comprising: a mixture layer of tantalum oxide and silicon oxide as an insulating film interposed between the layer and the upper electrode layer.
ス型液晶表示装置の製造方法であって、前記下層側電極
層を形成すべきタンタルとシリコンとの合金層を形成す
る工程と、この合金層の表面側に陽極酸化を施して、タ
ンタル酸化物とシリコン酸化物との混合物層からなる前
記絶縁膜を形成する工程と、を有することを特徴とする
アクティブマトリクス型液晶表示装置の製造方法。2. A method of manufacturing an active matrix type liquid crystal display device as defined in claim 1, wherein a step of forming an alloy layer of tantalum and silicon for forming the lower electrode layer, and a step of forming the alloy layer And a step of forming an insulating film composed of a mixture layer of tantalum oxide and silicon oxide by performing anodic oxidation on the front surface side, the method of manufacturing an active matrix type liquid crystal display device.
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|---|---|---|---|
| JP28727592A JP3291793B2 (en) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | Active matrix substrate, liquid crystal display device, and manufacturing method thereof |
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