JPH06160911A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、フォトリソグラフィー工程
を従来に比べて増加させることなく、電流−電圧のスイ
ッチング特性、特に、急峻性に優れた大画面・高精細の
液晶表示装置を提供することにある。 【構成】 液晶表示装置のアレイ基板(12)は、電流−電
圧スイッチング特性を起こす非線形抵抗膜(18)を備え、
この非線形抵抗膜の上面に所定の間隔を置いて対向する
一対の第１および第２の導体(24a,24b) を配置すること
により導体−非線形抵抗膜−導体の構造を持つ非線形抵
抗素子(24)が形成されている。そして、非線形抵抗膜
は、タンタルとVIa 族の金属との混合酸化物により形成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置、特に、
スイッチング素子として導体−非線形抵抗膜−導体（以
下、ＭＩＭと称する）よりなる非線形抵抗素子を用いた
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、パーソナル・コ
ンピューター、ワードプロセッサー、更にはＯＡ用の端
末機器、ＴＶ用画像表示等の大容量情報表示に使用され
てきており、一層高い画質が求められるようになってい
る。液晶表示装置において使用されるスイッチング素子
には種々のものが知られているが、構造が簡単で、製造
の容易な２端子の非線形抵抗素子、中でも、現在のとこ
ろ実用化されているものとしてＭＩＭ素子が挙げられ
る。

【０００３】ＭＩＭ素子の構造をこの素子の製造工程に
従って説明すると、まず、ガラス基板上にＴａ膜をスパ
ッタリング法や真空蒸着法等の薄膜形成法により形成
し、写真食刻法によりパターニングする。これにより、
配線とＭＩＭの片側の電極とがガラス基板上に形成され
る。次に、Ｔａ膜を例えばクエン酸水溶液中で陽極酸化
法により化成し、ＭＩＭの絶縁層として作用する酸化膜
を形成する。更に、ＭＩＭのもう片側の電極としてＣｒ
膜を、薄膜形成・加工法により形成することにより、Ｍ
ＩＭ素子が完成する。その後、ＭＩＭ素子のＣｒ膜と接
するように画像表示用の透明電極を形成する。上記のよ
うな基本的な製造技術は特公昭５５−１６１２７３号公
報に開示され、その改良技術が特開昭５８−１７８３２
０号公報等に示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＭＩＭ素子は、
特開昭５５−１６１２７３号公報に記載されているよう
に、ＭＩＭ素子および画像表示用の透明電極をパターン
形成する為に、３回の薄膜形成・写真食刻を必要とす
る。そのため、ＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置は、従
来の単純マトリックス型の装置と比較すると、性能にお
いて優れながら、製造工程は複雑となり、生産効率の点
では劣っていた。また、これらのＭＩＭ素子はいずれも
基板上に複数の層を積層した構造を有しており、積層時
の各層の破断やリーク等の問題があり、信頼性の高いも
のを作ることが難しかった。

【０００５】そこで、こうした点を改良すべく、製造工
程を簡単にし、信頼性を向上させたＭＩＭ素子の製造方
法が特開平２−１７１７２５号公報に記載されている。
この製造方法によれば、非線形抵抗膜の上面もしくは下
面のいずれかの同一面上に電極を形成し、絶縁膜の均一
性の如何によらず、常に極性反転に対して対称性が保持
されるような構造といるとともに、１〜２回の写真蝕刻
によりＭＩＭ素子を製造可能となる。このような方法で
作ったＭＩＭ素子は、従来のサンドイッチ構造の素子に
近い非線形電流−電圧特性を示し、素子容量も従来より
小さくできる。また、従来のサンドイッチ構造の製造上
の問題点である、積層時の膜の段切れやリークの問題を
解消することができる。

【０００６】しかしながら、スパッタリング法や陽極酸
化法で形成した五酸化タンタル、酸化シリコンやアルミ
ナを非線形抵抗膜に用い、ＩＴＯ、Ｔａ、Ａｌなどを電
極導体に用いて上述のＭＩＭ素子を形成したところ、従
来構造のＭＩＭ素子に比べ、電流−電圧特性の急峻性に
おいては、少なからず劣ることが確認された。小型の液
晶表示装置の場合にはこのようなＭＩＭ素子でも十分な
性能を発揮できるが、走査ライン数が多く、選択時間の
短くなる大型のパソコン表示やワークステーションにこ
の技術を適用しようとすると、書き込み特性が劣り、十
分なコントラストが得られないなどの欠点が有った。

【０００７】この発明は上記した事情に鑑みて成された
もので、その目的は、フォトリソグラフィー工程を従来
に比べて増加させることなく、電流−電圧のスイッチン
グ特性、特に、急峻性に優れた大画面・高精細の液晶表
示装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液晶表示装置によれば、アレイ基板は、電
流−電圧スイッチング特性を起こす非線形抵抗膜を備
え、この非線形抵抗膜の一方の面上に所定の間隔を置い
て対向する一対の導体を配置することにより導体−非線
形抵抗膜−導体の構造を持つ非線形抵抗素子が形成され
ている。そして、非線形抵抗膜は、タンタルとVIa 族の
金属との混合酸化物により形成されている。そのため、
上記構成の非線形抵抗素子は、従来構造の非線形抵抗素
子に比較して両電極間距離が長いにも拘らず抵抗電圧降
下を生じることがなく、非線形抵抗膜の導電性を上げる
ことができる。したがって、電流−電圧特性の急峻性を
改善して、大型・高精細化に対応させたアレイ基板を有
する液晶表示装置を得ることができる。

【０００９】本願発明者等は、前述した特開平２−１７
１７２５号公報に基づき液晶表示装置を形成し、電流−
電圧特性を克明に調査した。その結果、導体（Ｍ）−非
線形抵抗膜（Ｉ）−導体（Ｍ）構造のＭＩＭ素子におい
ては、Ｍ−Ｉ界面近傍で電流−電圧のスイッチングが制
御され、Ｉ部分、すなわち、Ｍ−Ｍ間の部分は、抵抗率
が高いため電圧降下を生じさせ、印加電圧による電流を
低下せしめていることが判った。そして、このような電
圧降下により十分な急峻性が得られないことが判った。

【００１０】Ｉ部分、すなわち、Ｍ−Ｍ間の部分の抵抗
率を下げることが、電流−電圧特性の急峻性改善に有効
と考え、種々の膜を検討した。ＭＩＭ素子の良好な非線
形特性を得るためには、五酸化タンタルをベース材料と
して用いるのが最も良く、この上で、膜抵抗を下げるに
は、ベース材料に他の金属を含有させれば良いことが分
った。特に、陽極酸化によりＩ層を形成する場合、ベー
ス金属として、Ｔａと他の金属との合金を用いることが
好ましいことが分った。他の金属として、Ｔａと混在し
たときにＴａより酸化されにくい金属、例えば、Ｍｏ、
ＷやＡｕ、Ｐｔなどを用いた場合、Ｔａの陽極酸化膜中
にＭｏやＷなどのVIa 族の金属が残存して膜抵抗を下
げ、好ましいことが分った。また、ベース材料である五
酸化タンタルは、電極界面で電流の非線形制御に寄与す
るため、急峻な非線形スイッチング特性を得ることがで
きた。

【００１１】

【作用】非線形抵抗膜として、Ｔａより酸化されにくい
VIa 族の金属を含んだＴａ酸化物の膜を用いることによ
り、平面的な電流経路を有する非線形抵抗素子の非線形
抵抗膜の電極間の抵抗を低減し、かつ、Ｔａ酸化物固有
の非線形電流スイッチング特性を得ることができる。例
えば、Ｔａ膜中にＭｏを２０重量％以上混入して陽極酸
化した膜の抵抗率は、Ｔａ酸化膜の抵抗率の数十分の一
以下に減少し、ＭＩＭ素子における両電極（導体）間の
部分での電圧降下は数十分の一に低減する。従って、１
〜２回の写真蝕刻で、従来の３回の写真蝕刻の非線形抵
抗素子に比較して遜色のない急峻な非線形スイッチング
特性を有する非線形抵抗素子を得ることができる。同様
な効果は、Ｔａ酸化物に、VIａ族の、Ｔａに対して酸化
されにくい元素や貴金属元素を混ぜたときに確認され
た。

【００１２】従って、本発明によれば、性能を低下させ
ることなく液晶表示装置の製造工程数の低減を図ること
ができ、生産性の高い、低コストの液晶表示装置を提供
することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
に係るマトリックスアレイ型の液晶表示装置ついて詳細
に説明する。

【００１４】図１および図２に示すように、液晶表示装
置は、ガラス基板１０を有するアレイ基板１２と、この
アレイ基板と所定の間隔を保って対向保持された対向基
板１４と、これらの基板間に封入された液晶層１６と、
を備えている。

【００１５】アレイ基板１２は、ガラス基板１０の上面
に形成された非線形抵抗膜１８を有し、この非線形抵抗
膜１８上には、互いに平行に延びる多数の信号電極２０
と、各信号電極に沿って互いに所定間隔離間して位置し
た多数の透明な画素電極２２と、が設けられている。信
号電極２０および画素電極２２は共にＩＴＯで形成され
ている。各画素電極２２は、ＭＩＭ素子２４を介して対
応する信号電極２０に接続されている。

【００１６】図１ないし図３に示すように、各ＭＩＭ素
子２４は、信号電極２０の一部を画素電極２２側へ突出
させて形成された第１の導体２４ａと、対応する画素電
極２２の一部を信号電極側へ突出させて形成された第２
の導体２４ｂと、を備え、これら第１および第２の導体
の延出端は所定の間隔ｄ、例えば、５μｍだけ離間して
対向している。それにより、第１の導体２４ａ、絶縁膜
（非線形抵抗膜）１８、第２の導体２４ｂとにより平面
的なＭＩＭ素子２４が構成されている。また、非線形抵
抗膜１８上面には、信号電極２０、ＭＩＭ素子２４、お
よび画素電極２２に重ねて、ポリイミド樹脂からなる配
向膜２６が形成されている。

【００１７】一方、対向基板１４はガラス基板２８を備
え、このガラス基板の内面上には、ＩＴＯからなる互い
に平行な多数の透明な走査電極３０が形成され、信号電
極２０と直交する方向に延びている。また、対向基板１
４の内面上には、走査電極３０に重ねて、ポリイミド樹
脂からなる配向膜３２が形成されている。上記のように
構成された液晶表示装置は、以下の工程により製造され
る。

【００１８】まず、図４(a) に示すように、例えば、Ｓ
ｉＯ2 のアルカリ防御被膜を表面に備えた１．１ｍｍ厚
のソーダライムガラス基板１０上に、Ｗを混在した五酸
化タンタルよりなる１０００オングストローム厚の非線
形抵抗膜１８を、３０重量％Ｗを混ぜたＴａ（Ｗ−Ｔ
ａ）のスパッタリングとそれに続く陽極酸化により形成
する。このとき、ガラス基板１０上に４００オングスト
ローム厚のＷ−Ｔａ膜を予め形成しておき、０．０１％
のクエン酸水溶液中で、Ｐｔを対極にして６０Ｖの電圧
を印加し、全部酸化して１０００オングストローム厚の
五酸化タンタル膜が得られる。化成時の電流密度を０．
１ｍＡ／ｃｍ2 以下に抑えることにより、膜の均一な成
長が行われる。これにより、透明で平坦な非線形抵抗膜
１８が得られる。なお、非線形抵抗膜１は反応性スパッ
タリング法によって形成してもよい。

【００１９】続いて、非線形抵抗膜１８上にスッパタリ
ングによりＩＴＯからなる透明導電膜３２を形成する。
この時に、透明導電膜３２の透過率を高め、抵抗率を十
分下げ、エッチング加工性を上げる為に、ガラス基板１
０の温度を２００℃に上げてスパッタリングを行なう。

【００２０】次に図１(b) に示すように、透明導電膜３
２上にレジスト（感光性樹脂）を全面塗布した後、フォ
トマスクを用いて露光し、現像にてレジストパターン３
４を形成する。レジストパターン３４は画素電極部と信
号電極部とを覆うように形成する。続いて、水、塩酸、
硝酸を１：１：０．１の割合（容量比）に混合し、３０
℃に加熱したエッチング液によりレジストパターン３４
と同一のＩＴＯパターン３６を形成し、続いてレジスト
を除去することにより画素電極２２、信号電極２０並び
に第１および第２の導体２４ａ、２４ｂを得る。

【００２１】上記の例ではＩＴＯ単層を電極に用いた
が、信号電極部をＣｒ、Ａｌ、さらにはＴａなどの他の
金属で形成しても良い。この場合には、画素電極と信号
電極とを別々の工程て形成するため、フォトリソグラフ
ィー工程が一回増える（計２回）が、大型高精細の表示
では適用の必要性が生ずる。また、素子特性の安定化の
為に、電極と非線形抵抗膜との接触部に数十〜百オング
ストロームの薄いＴｉ、Ｃｒ、Ａｌなど金属層を設けて
も良い。この金属膜は、ＩＴＯの上もしくは下にＩＴＯ
と連続的に形成し、同一のフォトレジストマクスにてＩ
ＴＯと同時にエッチングを行うことにより、フォトリソ
グラフィー工程を増やすことなく形成することができ
る。この金属膜は非常に薄いことから、画素電極と重ね
て形成されていても光の透過をそれ程損なわずに済み、
問題は無い。

【００２２】以上の工程によりこの様にして、図１に示
すような導体−非線形抵抗膜−導体の構造を持つ平面的
なＭＩＭ素子２４を有するアレイ基板１２が形成され
る。実施例では、電流経路（第１および第２の導体２４
ａ、２４ｂ距離）を５μｍとした。上記のように形成さ
れたＭＩＭ素子２４によれば、従来のサンドイッチ構造
のＭＩＭ素子に比べて大きな電極間距離ｄを有している
にも拘らず、同様な非線形電流−電圧特性が得られ、電
極間距離１〜１０μｍ程度の範囲で素子の設計が可能で
ある。更に、図４(C) に示すように、電流経路を覆うよ
うに１０００オングストローム厚のＳｉＯ2 絶縁性保護
膜３８をスパッタリング法により形成すれば、これ以降
の工程環境の影響を防ぐ事ができ、より好ましい。絶縁
性保護膜３８の厚さは上記の程度で十分であり、画素電
極上に絶縁保護膜が介在しても表示上、影響は出ない。

【００２３】続いて、アレイ基板１２から液晶表示装置
を形成するには、アレイ基板の素子形成面にポリイミド
樹脂からなる配向膜２６を塗布・焼成しラビングするこ
とにより、液晶配向方向を規制する。対向基板１４にも
上記と同様の工程によりＩＴＯからなる走査電極３０お
よびポリイミド樹脂からなる配向膜３２を形成する。そ
して、配向膜３２を、アレイ基板１２の配向膜２６に対
して約９０°ねじった方向にラビングを行う。

【００２４】上記２種類の基板を用意し、液晶の分子長
軸方向が両基板間が両基板間で約９０°ねじれるように
所定の間隔を保って保持し、液晶を注入し液晶セルを構
成する。そして、液晶セルの外側に、つまり、アレイ基
板１２および対向基板１４の外側に、偏光軸を約９０°
ねじった形で偏光板（図示しない）を配置する。それに
より、液晶表示装置が完成する。

【００２５】図５の特性線Ａは、従来の３回の写真蝕刻
工程で製造されたサンドイッチ構造のＭＩＭ素子（非線
形抵抗膜の厚みを１０００オングストローム）の電流−
電圧特性を、特性線Ｂは、上述した平面的構造を有する
ＭＩＭ素子において、第１および第２の導体間の距離が
５ミクロンで、非線形抵抗膜１８としてＴａ酸化膜を用
いたときの電流−電圧特性を、特性線Ｃは、同様に第１
および第２の導体間の距離が５ミクロンで、非線形抵抗
膜１８としてＭｏを３０重量％混入したＴａを陽極酸化
した膜を用いたときの電流−電圧特性を、それぞれ示し
ている。電極にはＴｉを用い、電流は密度換算して揃え
た。

【００２６】上記特性線Ａ、Ｂ、Ｃを比較して分かるよ
うに、本実施例のようにＭｏを混入としＴａの陽極酸化
膜を非線形抵抗膜１８として用いた場合、非線形抵抗膜
の導電性を上げることができ、ＭＩＭ素子は、従来構造
の非線形抵抗素子に比較して第１および第２の導体間の
距離ｄが長いにも拘らず抵抗電圧降下を低減することが
できる。そのため、ＭＩＭ素子は、Ｔａ酸化物固有の非
線形電流スイッチング特性を得ることができる。従っ
て、１〜２回の写真蝕刻で、従来の３回の写真蝕刻の非
線形抵抗素子に比較して遜色のない急峻な非線形スイッ
チング特性を有する非線形抵抗素子を得ることができ、
大型・高精細化に対応させたアレイ基板を有する低コス
トの液晶表示装置を得ることができる。なお、同様な効
果は、Ｔａ酸化物に、VIａ族の他の元素や貴金属元素を
混ぜたときにも確認された。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明に係る液
晶表示装置によれば、アレイ基板は電流−電圧スイッチ
ング特性を起こす薄膜上に所定の間隔を置いて対向した
一対の電極を配置してなる非線形抵抗素子の非線形抵抗
膜を、タンタルとVIa 族の金属との混合酸化物で形成す
ることにより、製造工程を従来に比べて増加させること
なく、電流−電圧のスイッチング特性に優れた大画面・
高精細の液晶表示装置を提供するができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る液晶表示装置を概略
的に示す平面図。

【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った上記液晶表示装置の断
面図。

【図３】ＭＩＭ素子部分を拡大して示す断面図。

【図４】上記液晶表示装置の製造工程をそれぞれ概略的
に示す断面図。

【図５】従来のＭＩＭ素子および上記実施例に係る液晶
表示装置のＭＩＭ素子の電流−電圧特性をそれぞれ示す
特性図。

【符号の説明】

１０、２８…ガラス基板、１２…アレイ基板、１４…対
向基板、１６…液晶層、１８…非線形抵抗膜、２０…信
号電極、２２…画素電極、２４…ＭＩＭ素子、２４ａ…
第１の導体、２４ｂ…第２の導体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ電極を有し互いに対向した一対
   の基板と、上記基板間に挟持された液晶層と、上記電極
   に接続された非線形抵抗素子と、を備えた液晶表示装置
   において、 上記非線形抵抗素子は、電流−電圧スイッチング現象を
   起こす非線形抵抗膜と、上記非線形抵抗膜の一方の面に
   それぞれ形成され互いに所定間隔離間して対向した一対
   の導体とを備え、上記非線形抵抗膜は、タンタルとVIa
   族の金属との混合酸化物により形成されていることを特
   徴とする液晶表示装置。