JPH06250227A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明の目的は、従来の製造工程数を著し
く増加させることなく、表示むらのない高画質の液晶表
示装置を提供するこにある。 【構成】 液晶表示装置は複数の表示画素電極（18）を
有し、各表示画素電極は、直列に接続された第１および
第２の非線形抵抗素子（30，32）を介して電極配線（1
6）に接続されている。第１の非線形抵抗素子は、上記
電極配線に接続された第１の金属層と、上記第１の金属
層上に形成された第１の絶縁膜（38）と、を有し、上記
第２の非線形抵抗素子は、上記表示画素電極に接続され
た第２の金属層と、上記第２の金属層上に形成された第
２の絶縁層（42）と、を有している。そして、第１およ
び第２の絶縁層は、第３の金属層（52）を介して互いに
接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係り、
特に非線形抵抗素子からなるスイッチング素子を各画素
に組み込んだ液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示器を用いた表示装置は、
時計・電卓・計測器機等の比較的簡単なものから、パー
ソナル・コンピューター、ワード・プロセッサー、さら
にはＯＡ用の端末機器、ＴＶ画像表示等の大容量情報表
示用と使用されてきている。こうした大容量の液晶表示
装置においては、一般に、マトリックス表示のマルチプ
レックス駆動方式が採用されている。しかし、この駆動
方式は、液晶自身の本質的な特性により、表示部分（オ
ン画素）と非表示部分（オフ画素）とのコントラスト比
の点では、２００本程度の走査線を有する場合でも不十
分であり、更に走査線が５００本以上程度の大規模なマ
トリックス駆動を行う場合には、コントラストの劣化が
大きな問題となる。

【０００３】そこで、この液晶表示装置の持つ欠点を解
決するための開発が、各所で盛んに行われている。その
一つの方向としては、個々の画素を直接スイッチ駆動す
るものがあり、スイッチング素子に薄膜トランジスタや
非線形抵抗素子を用いている。このうち非線形抵抗素子
は、基本的に二端子構造であることから薄膜トランジス
ターに比べて構造が簡単であり、製造が容易である。そ
のため、液晶表示装置の製造歩りの向上が期待でき、コ
スト低下の利点がある。

【０００４】非線形抵抗素子は、薄膜トランジスターと
同様の材料を用いて接合形成したダイオードの型、酸化
亜鉛を用いたバリスタの型、電極間に絶縁物を挟んだ金
属−絶縁層−金属（ＭＩＭ）型、さらには金属電極間に
半導電性の層を用いた型等が開発されている。このうち
ＭＩＭ型は構造がもっとも簡単なものの一つで、現在の
ところ実用化がもっとも近いものということがいえる。

【０００５】一般に、ＭＩＭ素子は、ガラス基板２上に
タンタル（Ｔａ）膜により電極配線と一体に形成された
下部金属層と、下部金属層および電極配線の表面を覆う
酸化膜からなる絶縁層と、下部金属層上の絶縁膜を跨い
でガラス基板上に形成されたクローム（Ｃｒ）膜からな
る上部金属層と、を備え、上部金属層が表示画素領域に
形成された透明導電膜からなる表示画素電極に接続され
ている。

【０００６】ＭＩＭ素子は、次のように形成される。ま
ずガラス基板上にタンタル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、これをフォトリソ
グラフィ法により下部金属層と電極配線とからなる所定
のパターンに形成する。次に、一体の下部金属層および
電極配線をクエン酸水溶液を用いた陽極酸化法により化
成し、その表面に酸化膜からなる絶縁膜を形成する。そ
の後、薄膜形成法によりクローム膜を形成し、このクロ
ーム膜をフォトリソグラフィ法により所定のパターンの
上部金属層を形成する。なお、透明導電膜からなる表示
画素電極は、フォトリソグラフィ法によりＭＩＭ素子の
形成後にガラス基板上に形成される。

【０００７】こうした基本的な製造技術は特開昭５５−
１６１２７３号公報に開示され、その改良技術が特開昭
５８−１７８３２０号公報等に示されている。

【０００８】一方上記のようにＭＩＭ素子および表示画
素電極が形成されたマトリクスアレイ基板とは別に、例
えばガラスからなる基板上に、例えばＩＴＯからなるス
トライプ状の対向電極を形成することにより、対向基板
を得る。そして、対向基板８とマトリクスアレイ基板の
それぞれにポリイミド樹脂を塗布し、ラビング処理（布
で擦る）を施して液晶の配向層を形成する。その後に、
両基板を５〜２０μｍの間隔を保って保持させ、この隙
間に液晶を注入する。そして、両基板８、９に偏光板を
張りつけて液晶表示装置とする。そして、接続されたＭ
ＩＭ素子、表示画素電極、対向基板及び液晶の組み合わ
せにより一つの画素が構成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のＭＩＭ
素子を用いた液晶表示装置では、ＭＩＭ素子の絶縁膜の
不均一や、絶縁膜と上部金属層との間の電気的界面と、
絶縁層と下部金属層との間の電気的界面状態との違いか
ら、電流電圧特性の正電圧と負電圧での電流値に違いが
生じてしまうのが避けられなかった。こうした特性のＭ
ＩＭ素子を用いた液晶表示装置を交流波形で駆動する
と、液晶にかかる電圧の正極と負極との大きさが異なっ
てしまい、直流成分が液晶層に残ってしまう。そのた
め、画像にちらつき等の表示むらを生じる。

【００１０】この発明は以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、従来の製造工程数を著しく増加させる
ことなく、表示むらのない高画質の液晶表示装置を提供
するこにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る液晶表示装置によれば、各表示画素
電極は、直列に接続された第１および第２の非線形抵抗
素子を介して電極配線に接続されている。つまり、第１
の非線形抵抗素子は、上記電極配線に接続された第１の
金属層と、上記第１の金属層上に形成された第１の絶縁
膜と、を有し、上記第２の非線形抵抗素子は、上記表示
画素電極に接続された第２の金属層と、上記第２の金属
層上に形成された第２の絶縁層と、を有している。そし
て、第１および第２の絶縁層は、第３の金属層を介して
互いに接続されている。

【００１２】

【作用】本発明の液晶表示装置によれば、電極配線は、
第１の金属層、第１の絶縁膜、第３の金属層を有する第
１の非線形抵抗素子に接続され、表示画素電極は、第３
の金属層、第２の絶縁膜、第２の金属層を有する第２の
非線形抵抗素子に接続されている。そして、第３の金属
層を共通に用いることにより、第１および第２の非線形
抵抗素子は互いに直列に接続されている。従って、各々
の非線形抵抗素子の電流電圧特性が正電圧と負電圧とで
異なった（非対称）場合でも、１画素の特性としては完
全に対称になる。

【００１３】また、液晶表示装置の製造に必要なパター
ニング工程は、３枚のフォトマスクを使ったフォトリソ
グラフィーと裏面露光によるセルフアライメントで作製
でき、従来の工程数を著しく増やす事がない。

【００１４】従って、ＭＩＭ素子特性の非対称による表
示むらの発生がなく、しかも、従来工程とほぼ同じプロ
セスで作製できるので、高歩留まりで液晶表示装置を提
供する事ができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
に係る液晶表示装置ついて詳細に説明する。

【００１６】図１および図２に示すように、液晶表示装
置は、互いに所定の間隔を置いて対向して設けられたマ
トリクスアレイ基板１０および対向基板１２を備えてい
る。マトリクスアレイ基板１０はガラス基板１４を有
し、このガラス基板上には、互いに平行に伸びる複数の
電極配線１６と、各電極配線に沿って並んで設けられた
複数の表示画素電極１８とが形成されている。また、ガ
ラス基板１４上には、電極配線１６および表示画素電極
１８を覆うように配向膜２０が形成されている。対向基
板１２はガラス基板２２を有し、このガラス基板上に
は、互いに平行にかつ電極配線１６と直交する方向に伸
びる複数のストライプ状の対向電極２４と、これらの対
向電極を覆う配向膜２５とが形成されている。そして、
マトリクスアレイ基板１０と対向基板１２との間には液
晶２６が封入されている。また、ガラス基板１４、２２
の外面には、それぞれ偏向膜２８が形成されている。

【００１７】図１および図２に示すように、各表示画素
電極１８は、第１の非線形抵抗素子としての第１のＭＩ
Ｍ素子３０および第２の非線形抵抗素子としての第２の
ＭＩＭ素子３２を介して対応する電極配線１６に接続さ
れている。つまり、第１のＭＩＭ素子３０は電極配線１
６に接続され、第２のＭＩＭ素子３２は表示画素電極１
８に接続され、そして、第１および第２のＭＩＭ素子は
直列に接続されている。

【００１８】次に、液晶表示装置の構成を、その製造工
程と合わせて一層詳細に説明する。まず、図３ａ、３ｂ
に示すように、例えば、ほう珪酸ガラスからなるガラス
基板１４上に、ＩＴＯからなる透明導電膜を、０．１５
μｍの膜厚でスパッタリング法により形成した後に、フ
ォトリソグラフィにより表示画素電極１８を形成する。

【００１９】次に、図４ａ、４ｂに示すように、Ｔａ膜
３３をスパッタリング法により０．３０μｍの厚さに形
成した後、図５ａ、５ｂに示すように、０．０１重量％
クエン酸水溶液中でＴａ膜を陽極酸化を行い、０．０３
μｍの陽極酸化膜をＴａ膜の表面に形成する事で絶縁膜
３４を得る。

【００２０】続いて、図６ａ、図ｂに示すように、ＣＦ
4 とＯ2 との混合ガスを用いたドライエッチングを行
い、Ｔａ膜３３および絶縁膜３４のパターニングを行
う。それにより、電極配線１６、第１のＭＩＭ素子３０
の下部金属層および絶縁層としての第１の金属層３６お
よび第１の絶縁層３８、第２のＭＩＭ素子３２の下部金
属層および絶縁層としての第２の金属層４０および第２
の絶縁層４２、を形成する。この場合、第１の金属層３
６は、第１のＭＩＭ素子３０に信号を伝える電極配線１
６と一体に形成されている。また、第２の金属層４０
は、第２のＭＩＭ素子３２を表示画素電極１８と接続す
るために、表示画素電極上に重ねて形成されている。第
１の絶縁膜及び第２絶縁膜は、それぞれ第１電極および
第２電極の上面のみに形成される。

【００２１】次に、図７ａ、７ｂに示すように、第３の
絶縁膜となるＳｉＮｘ層４４をＣＶＤ法により膜厚０．
３５μｍでガラス基板１４全面に形成した後に、ネガレ
ジスト４６を塗布する。続いて、電極配線１６、第１お
よび第２の金属層３６、４０のパターンをマスクに利用
して、ネガレジスト４６をガラス基板１４の裏面側から
露光する。露光の際に光が電極配線１６、第１および第
２の金属層３６、４０の側面から上面側へ回り込むよう
に露光条件を最適化する事により、現像後、ＳｉＮｘ４
４の下の第１および第２の絶縁膜３８、４２上の周縁部
にもネガレジスト４６を残す事ができる。その後エッチ
ングを行う事で、図８ａ、８ｂに示すように、ＳｉＮｘ
４４により、電極配線１６、第１および第２の金属層３
６、４０の側面と、第１および第２の絶縁膜３８、４２
の周縁部分を被覆する第３の絶縁膜４８が形成される。
なお、第３の絶縁膜４８は表示画素電極１８上にも形成
される。

【００２２】次に、図９ａ、９ｂに示すように、ネガレ
ジスト４６を除去した後、例えば、Ｔｉ膜５０をスパッ
タリング法により０．１５μｍの厚さに形成する。そし
て、図１０ａ、１０ｂに示すように、第１の金属層３６
上の第１の絶縁膜３８と第２の金属層４０上の第２の絶
縁膜４２とを接続するための第３の金属層５２を、第３
の絶縁膜４８を跨ぐようにパターニングする。第３の金
属層５２は、第１および第２のＭＩＭ素子３０、３２の
上部金属層として機能する。

【００２３】この際、第３絶縁膜４８が、第１および第
２の金属層３６、４０の側面を完全に被覆しているた
め、第３の金属層５２電極は、第１および第２の金属層
に導通することなく、第１および第２の絶縁膜３８、４
２のみに接続される。

【００２４】Ｔｉ膜５０のエッチングは過酸化水素水２
０００ｍｌとアンモニア水５００ｍｌとエチレンジアミ
ン四酢酸（ＥＤＴＡ）６０ｇと水２２００ｍｌとから混
合調整されたエッチング液により行う。

【００２５】以上の工程により、電極配線１６に接続さ
れた第１のＭＩＭ素子３０と表示画素電極１８に接続さ
れた第２のＭＩＭ素子３２が形成される。また、これら
のＭＩＭ素子３０、３２の上部金属層は共通の第３の金
属層５２で形成されていることから、２つのＭＩＭ素子
は直列に接続されている。

【００２６】その後、マトリクスアレイ基板１０と対向
基板１２の両基板上にポリイミド樹脂を塗布し、ラビン
グ処理を施して液晶の配向層２０、２５を形成する。し
かる後、両基板１０、１２を５μｍの間隔を保って保持
させ、この間隔に液晶２６を注入する。更に、図示しな
い駆動回路を接続することにより液晶表示装置が完成す
る。

【００２７】以上のようにして構成された液晶表示装置
を駆動し、表示を観察したところ、表示むらはなく、表
示均一性の良い高画質が得られた。

【００２８】以上のように構成された本発明によれば、
各ＭＩＭ素子３０、３２の絶縁膜の不均一や、絶縁膜と
の上部及び下部金属層と間の電気的界面状態の違いから
電流電圧特性の正電圧と負電圧との電流値に違いが起き
た場合でも、２つのＭＩＭ素子を直列に接続する事で、
各ＭＩＭ素子の特性の相違を相殺することができる。従
って、１画素での電流電圧特性を対称にする事ができ
る、表示むらがない液晶表示装置を実現できる。

【００２９】また、上述した液晶表示装置は、３枚のフ
ォトマスクを使ったフォトリソグラフィーと１回の裏面
露光によるセルフアライメントで形成でき、従来構造の
製造工程数を著しく増やす必要がないことから、高歩留
まりで液晶表示装置が実現できる。

【００３０】なお、この発明は上述した実施例に限定さ
れることなく、この発明の範囲内で種々変形可能であ
る。例えば、第３の絶縁膜の材料は、実施例のようなＳ
ｉＮｘ以外にも、Ｔａ2 Ｏｘ、ＳｉＮｘ等を使用しても
よい。

【００３１】また、第３の絶縁膜として液晶配向層材料
を適用してもよい。例えば、ＳｉＮｘを形成する代わり
に、ポリイミド樹脂をスピンコートあるいは、印刷法に
より、ガラス基板上に塗布した後に、実施例と同様に、
ネガレジストを塗布し、裏面露光・現像を行う。この
時、ポリイミド樹脂は、現像液により溶解するのでネガ
レジストと同様なパターニングが可能となる。ネガレジ
ストを剥離した後は、実施例と同様に第３の金属層を形
成する。そして、ラビング処理を施せば、第３の絶縁層
をなす液晶配向層が得られる。それにより、この場合、
配向層の製造工程を省略することができ、製造工程の簡
略化を図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、直列に接続された２つ
のＭＩＭ素子を介して表示画素電極を電極配線に接続す
ることにより、従来の製造工程数を著しく増加させるこ
となく、表示むらのない高画質の液晶表示装置を提供す
ることができる。

【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のマト
リクスアレイ基板の１画素部分を示す平面図。

【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】図３（ａ）は、表示画素電極の製造工程におけ
る１画素部の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線Ａ
−Ａに沿った断面図。

【図４】図４（ａ）は、金属層の製造工程における１画
素部の平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の線Ａ−Ａに
沿った断面図。

【図５】図５（ａ）は、絶縁膜の製造工程における１画
素部の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の線Ａ−Ａに
沿った断面図。

【図６】図６（ａ）は、第１および第２の金属層、第１
および第２の絶縁膜の製造工程における１画素部の平面
図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面
図。

【図７】図７（ａ）は、露光工程における１画素部の平
面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断
面図。

【図８】図８（ａ）は、第３の絶縁膜のエッチング工程
における１画素部の平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）
の線Ａ−Ａに沿った断面図。

【図９】図９（ａ）は、第３の金属層の製造工程におけ
る１画素部の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の線Ａ
−Ａに沿った断面図。

【図１０】図１０（ａ）は、第３の金属層のエッチング
工程における１画素部の平面図、図１０（ｂ）は、図１
０（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図。

【符号の説明】

１０…マトリクスアレイ基板、１２…対向基板、１４、
２２…ガラス基板、１６…電極配線、１８…表示画素電
極、３０…第１のＭＩＭ素子、３２…第２のＭＩＭ素
子、３６…第１の金属層、３８…第１の絶縁膜、４０…
第２の金属層、４２…第２の絶縁膜、４８…第３の絶縁
膜、５２…第３の金属層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス基板上に形成された電極配線および
   複数の表示画素電極を有するマトリクスアレイ基板と、 ガラス基板上に形成された対向電極を有し、上記マトリ
   クスアレイ基板と対向して設けられた対向基板と、 上記マトリクスアレイ基板と対向基板との間に設けられ
   た液晶と、を備え、 上記各表示画素電極は、直列に接続された第１および第
   ２の非線形抵抗素子を介して上記電極配線に接続され、 上記第１の非線形抵抗素子は、上記電極配線に接続され
   た第１の金属層と、上記第１の金属層上に形成された第
   １の絶縁膜と、を有し、 上記第２の非線形抵抗素子は、上記表示画素電極に接続
   された第２の金属層と、上記第２の金属層上に形成され
   た第２の絶縁層と、を有し、 上記第１および第２の絶縁層は第３の金属層で接続され
   ていることを特徴とする液晶表示装置。