JPH06230435A - アクティブマトリクス基板 - Google Patents
アクティブマトリクス基板Info
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Abstract
して、非線形特性の対称性を良好にすることができるア
クティブマトリクス基板を得る。 【構成】 基板13上に、下部電極10と上部電極12
との間に絶縁膜11が介装されてなるMIM素子7が形
成されている。また、MIM素子7近傍には、下部電極
10と離隔した状態で、下部電極10と同一材料からな
る島状部14が形成されている。島状部14は上部電極
12および画素電極8の両方に接しており、上部電極1
2と画素電極8との間を流れる電流は、主として島状部
14を通って流れる。
Description
いられ、2端子非線形素子を有するアクティブマトリク
ス基板に関する。
rfaceを担うディスプレイ装置の中でも、CRT(Catho
de Ray Tube)を凌ぐ表示品位であり、薄型・軽量・低
消費電力・長寿命などの特性を有していることから、近
年、OA・AV各分野への進出が目覚ましい。特に、表
示画面の大型化・高解像度化に伴って、表示品位のさら
なる向上が望まれ、アクティブマトリクス駆動方式の液
晶表示装置の需要が大いに高まっている。
表示装置の内、TFT(Thin FilmTransistor)に代表
される3端子非線形素子をスイッチング素子として設け
た液晶表示装置は、その製造に関して6〜8回以上の薄
膜成膜工程およびフォトリソ工程が必要であり、工程が
繁雑であるため、コスト低減が最大の課題となってい
る。これに対して、2端子非線形素子をスイッチング素
子として設けた液晶表示装置は、コスト面で優位性を有
しているので、急速な展開を示している。
ては、MIM(Metal-Insulator-Metal)型素子(以
下、MIM素子と称する)が知られている。MIM素子
をスイッチング素子として設けた液晶表示装置において
は、画素電極およびMIM素子が設けられたアクティブ
マトリクス基板と、対向電極が形成された対向基板との
間に設けられた液晶層に、印加される電圧の急峻性が向
上するので、表示画面の大型化・高解像度化に伴う高デ
ューティー駆動においても高コントラストの表示が可能
である。
の間に絶縁膜が介装された構成を有している。非線形特
性の双曲性の対称性を考慮した場合には、下部電極と上
部電極とは、同一材料を用いて形成するのが望ましい。
しかし、同一材料を用いた場合には、上部電極のパター
ニングの際に下部電極を浸食する虞れがあるので、フォ
トリソグラフィーによるパターニングを行うことができ
ない。よって、上部電極を形成する材料としては、上部
電極のパターニングの際に下部電極を浸食せず、かつ、
MIM素子の非線形特性の対称性を損なわない材料を用
いる必要がある。例えば、下部電極の材料としてタンタ
ルを用いた場合には、上部電極の材料としてチタンなど
が用いられる。
グ素子として設けた従来のアクティブマトリクス基板を
示す。この図は、1画素分を示すものである。
は、基板13の上に、タンタルからなる信号配線9およ
び信号配線9から分岐された下部電極10が形成されて
おり、下部電極10の上を覆うように、五酸化タンタル
からなる絶縁膜11が形成されている。その上には、チ
タンからなる上部電極12が形成されてMIM素子7と
なっており、ITO(Indium-Tin-Oxide)などからなる
画素電極8と電気的に接続されている。このアクティブ
マトリクス基板は、信号配線9に直交する状態でITO
などからなる配線が形成された対向側基板と貼り合わせ
られて、液晶セルを構成するものである。
ば、以下のようにして作製することができる。
グ法などにより、信号配線9および下部電極10となる
タンタル薄膜を厚み3000オングストロームに積層
し、フォトリソグラフィー法により所定の形状にパター
ニングして、信号配線9および下部電極10とする。そ
の後、陽極酸化法により、下部電極10の表面を陽極酸
化して、厚み600オングストロームの五酸化タンタル
からなる絶縁膜11を形成する。次に、この状態の基板
全面にスパッタリング法などにより上部電極12となる
チタンを厚み4000オングストロームに積層し、フォ
トリソグラフィー法により所定の形状にパターニングし
て、上部電極12とする。さらに、ITOなどからなる
透明導電膜を積層し、これをパターニングして画素電極
8を形成する。
は、非線形素子の容量と、アクティブマトリクス基板お
よび対向側基板によって挟まれた液晶層の容量との容量
結合により分割される。よって、液晶層を駆動して表示
を得るために、非線形素子の容量は、液晶層の容量の1
0分の1以下になるように設計される。例えば、液晶表
示装置の画素ピッチが300μmの場合には、非線形素
子のサイズは5×6μm程度に形成される。
マトリクス基板においては、液晶層に印加される電流
は、信号配線9からMIM素子7の下部電極10を通
り、さらに、絶縁膜11、上部電極12および画素電極
8の順に流れ、またはその逆の順に流れる。しかし、酸
化物であるITOなどからなる画素電極8と、チタンか
らなる上部電極12とでは、この部分に電気的障壁が形
成されて電気的な接続が十分になされず、非オーミック
接続となる。また、電圧降下が生じて非線形素子の電流
−電圧特性における双曲性の対称性が損なわれる。よっ
て、液晶表示装置の表示状態に、残像やフリッカーなど
の好ましくない現象が現れる。
れたものであり、2端子非線形素子の上部電極と画素電
極との電気的な接続を改善し、非線形特性の対称性を良
好にすることができるアクティブマトリクス基板を提供
することを目的とする。
リクス基板は、基板上にマトリクス状に設けられた画素
電極の近傍を通って信号配線が設けられ、下部電極と上
部電極との間に絶縁膜が介装されてなる2端子非線形素
子が、該信号配線および画素電極に電気的に接続された
アクティブマトリクス基板において、該2端子非線形素
子近傍に、該下部電極とは離隔して該下部電極と同一材
料からなる島状部が設けられ、該上部電極および該画素
電極が、該島状部の上で互いに離隔してまたは島状部の
上で一方の上に他方が一部重なる状態で、共に島状部に
接して設けられて、該上部電極と該画素電極との電気的
接続が主として該島状部を介してなされ、そのことによ
り上記目的が達成される。
からなっていてもよい。
素電極の各々に5×10-11m2以上の領域で接するよう
に設けられているのが好ましい。
子として設けられた2端子非線形素子の近傍に、下部電
極と同一材料からなる島状部が設けられている。この島
状部に接して、2端子非線形素子の上部電極および画素
電極が設けられており、上部電極と画素電極との間の電
気的接続が主として島状部を介してなされる。上部電極
と画素電極との間に流れる電流は、主として島状部を通
って流れるので、上部電極と画素電極との間の電気的接
続が良好になり、オーミック接続とすることができる。
との接する面積を大きくすると、さらに良好な上部電極
と画素電極との電気的接続が得られる。
れており、下部電極と同時に形成することができる。
しながら説明する。
ブマトリクス基板の平面図を示し、図2に、図1のA−
A’線断面図を示す。これらの図は、帯状電極群からな
る表示の内、1画素分を示している。これらの図におい
て、同じ機能を有する部分については、図8および図9
と同じ番号を用いて示している。
は、基板13の上に、タンタルからなる信号配線9が形
成されており、信号配線9から分岐して、MIM素子7
の下部電極10が形成されている。下部電極10の表面
を覆うように五酸化タンタルからなる絶縁膜11が形成
されている。
隔した部分に、タンタルからなる島状部14が形成され
ている。この島状部14の半分程度を覆うようにして、
チタンなどからなるMIM素子7の上部電極12が形成
されている。さらに、上部電極12の一部と島状部14
を覆うようにITOからなる画素電極8が形成されてい
る。このアクティブマトリクス基板においては、上部電
極12と画素電極8との間に流れる電流は、主として島
状部14を通って流れる。
ば、以下のようにして作製することができる。
グ法などにより、信号配線9、下部電極10および島状
部14となるタンタル薄膜を厚み3000オングストロ
ームに積層する。これをフォトリソグラフィー法により
所定の形状にパターニングして、信号配線9、下部電極
10および島状部14を形成する。この時、タンタルの
エッチング精度の点から、島状部14は、信号配線9お
よび下部電極10から10μm以上の距離を置くのが望
ましい。この実施例では、下部電極10の線幅を5μm
に形成した。また、島状部14は、信号配線9および下
部電極10から10μmの距離を置いて、8×14μm
の長方形に形成した。尚、基板13上には、基板からの
汚染を防ぐために、予めベースコート絶縁膜を形成して
おいてもよい。
て、膜厚600オングストロームの五酸化タンタルから
なる絶縁膜11を形成する。
により、上部電極12となるチタン薄膜を厚み4000
オングストロームに積層し、フォトリソグラフィー法に
より所定の形状にパターニングする。この実施例では、
下部電極を覆い、かつ、島状部14に半分程度重なるよ
うに、線幅6μmの上部電極12を形成した。以上によ
り5×6μm2のMIM素子7が得られた。
膜を厚み1000オングストロームに積層し、フォトリ
ソグラフィー法により所定の形状にパターニングして画
素電極8を形成する。以上により、画素電極8とMIM
素子7の上部電極12との間に、島状部14を介して電
流が流れる構成のアクティブマトリクス基板が得られ
る。
示すような液晶表示装置に用いられる。この液晶表示装
置においては、対向側基板3の上に、アクティブマトリ
クス基板13に形成された信号配線9に直交する状態
で、ITOなどからなる対向側電極4が形成されてい
る。対向側基板3およびアクティブマトリクス基板13
の電極形成側表面には、各々配向膜5が形成されてい
る。両基板の間には、液晶層6が封入され、両基板の液
晶層6と反対側の表面に各々偏光板2が設けられてい
る。
性を示す。この図において、曲線15は上部電極12か
ら島状部14を介して画素電極8に電流が流れる場合
(正方向)を示し、曲線16は画素電極8から島状部1
4を介して上部電極12に電流が流れる場合(負方向)
を示す。比較例として、島状部を設けていないアクティ
ブマトリクス基板のMIM素子について正方向(曲線1
7)および負方向(曲線18)の電流−電圧特性を調べ
た結果を同時に示す。
との間の絶縁膜を流れる電流は、下記式(1)に示すPo
ole-Frenkel電流に従って表される。
気伝導度を示す係数であり、係数αが大きい程、素子抵
抗が小さくなる。また、係数βは素子抵抗の非線形性を
示し、係数βが大きい程、閾値電圧付近の電圧比VON/
VOFFが大きく取れて、液晶表示装置の高コントラスト
化が可能となる。
lプロットを示す。この図において、直線19は正方向
を示し、直線20は負方向を示す。比較例として、島状
部を設けていないMIM素子についての正方向(直線2
1)および負方向(直線22)のPoole-Frenkelプロッ
トを同時に示す。
βは直線の傾きにより表される。実施例のMIM素子7
の係数α=9.36×10-14、係数β=3.28とな
り、比較例のMIM素子の係数α=5.11×1
0-12、係数β=1.15となった。この図から理解さ
れるように、下部電極と同一材料からなる島状部を設け
た実施例においては、島状部を設けていない比較例と比
べて係数βが大きくなっていると共に、正方向および負
方向の直線19および20がほぼ一致している。よっ
て、実施例のMIM素子においては非線形性が良好で、
非線形特性が対称性を有していることがわかる。
電極8との電気的接続を良好なものにするために、上部
電極12と島状部14とが接する領域および画素電極8
と島状部14とが接する領域は、広い面積であるのが好
ましい。この領域を充分広い面積に形成した場合には、
画素電極8の上に上部電極12を形成した構成も可能で
ある。
状部14の上で、上部電極12と画素電極8とが離隔し
た構成とすると、MIM素子7の上部電極12から画素
電極8に流れる電流は、専ら島状部14を通って流れ
る。よって、MIM素子の非線形性が良好で、非線形特
性の対称性にも優れたアクティブマトリクス基板が得ら
れる。この場合においても、上部電極12と島状部14
とが接する領域および画素電極8と島状部14とが接す
る領域は、広い面積であるのが好ましい。
-11m2以上の領域で接するように設計すると、上部電極
12と画素電極8との間に、良好な電気的接続が得られ
る。
上部電極の材料としてチタンを用いたが、本発明は、こ
れに限られず、上部電極のパターニングの際に下部電極
を浸食しない材料であれば、その他の導電材料を用いる
こともできる。例えば、上部電極としてアルミニウムな
どの非常に酸化されやすい金属を用いた場合には、上部
電極とITOなどの酸化膜からなる画素電極とを直接接
触させると、アルミニウムなどがITOとの界面で酸化
されて酸化物となり、上部電極と画素電極との電気的接
続が不十分となる。この場合にも、タンタルなどの酸化
に強い材料を用いて島状部を形成することにより、上部
電極と画素電極との良好な電気的接続を確保することが
できる。また、上部電極として、クロム、金などを用い
た場合にも同様の効果が得られる。
によれば、2端子非線形素子の上部電極と画素電極との
間に流れる電流が、主として下部電極と同一材料からな
る島状部を通って流れるので、上部電極と画素電極との
間に良好な電気的接続が得られる。このため、2端子非
線形素子の非線形性を損なうことなく、良好なデータ伝
達が行われる。また、MIM素子の電流−電圧特性にお
ける双曲性の対称性が損なわれることもない。よって、
このアクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置に
おいては、残像やフリッカーなどの生じない高品位な映
像を実現できる。さらに、島状部を下部電極と同一の材
料により同時に形成することができ、製造工程が繁雑に
なることがない。
を示す平面図である。
製した液晶表示装置の断面図である。
である。
例を示す平面図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上にマトリクス状に設けられた画素
電極の近傍を通って信号配線が設けられ、下部電極と上
部電極との間に絶縁膜が介装されてなる2端子非線形素
子が、該信号配線および画素電極に電気的に接続された
アクティブマトリクス基板において、 該2端子非線形素子近傍に、該下部電極とは離隔して該
下部電極と同一材料からなる島状部が設けられ、該上部
電極および該画素電極が、該島状部の上で互いに離隔し
てまたは島状部の上で一方の上に他方が一部重なる状態
で、共に島状部に接して設けられて、該上部電極と該画
素電極との電気的接続が主として該島状部を介してなさ
れるアクティブマトリクス基板。 - 【請求項2】 前記下部電極および前記島状部がタンタ
ルからなる請求項1に記載のアクティブマトリクス基
板。 - 【請求項3】 前記島状部が、前記上部電極および前記
画素電極の各々に5×10-11m2以上の領域で接するよ
うに設けられている請求項1または2に記載のアクティ
ブマトリクス基板。
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US (1) | US5539549A (ja) |
JP (1) | JP2915732B2 (ja) |
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