JPH0667214A - 液晶表示パネルとその製造方法 - Google Patents
液晶表示パネルとその製造方法Info
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- JPH0667214A JPH0667214A JP21792992A JP21792992A JPH0667214A JP H0667214 A JPH0667214 A JP H0667214A JP 21792992 A JP21792992 A JP 21792992A JP 21792992 A JP21792992 A JP 21792992A JP H0667214 A JPH0667214 A JP H0667214A
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 アクティブマトリクアレイにＭＩＭ型非線形
素子を用いても、電圧印加時の電圧と電流特性の関係を
安定化させて、表示性能を向上可能な液晶表示パネルお
よびその製造方法を実現すること。 【構成】 ＭＩＭ型非線形素子１を構成する第一金属電
極層であるＴａ膜１２の表面の凹凸を陽極酸化膜の膜厚
の１／３０〜１／３にする。表面の凹凸が１／３０以下
ならば、基板の素子側を不活性ガス雰囲気中でスパッタ
リングすればよい。このとき陽極酸化の化成液はリン酸
にするとより効果があがる。
素子を用いても、電圧印加時の電圧と電流特性の関係を
安定化させて、表示性能を向上可能な液晶表示パネルお
よびその製造方法を実現すること。 【構成】 ＭＩＭ型非線形素子１を構成する第一金属電
極層であるＴａ膜１２の表面の凹凸を陽極酸化膜の膜厚
の１／３０〜１／３にする。表面の凹凸が１／３０以下
ならば、基板の素子側を不活性ガス雰囲気中でスパッタ
リングすればよい。このとき陽極酸化の化成液はリン酸
にするとより効果があがる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示パネルおよびそ
の製造方法に関し、特に、そのＭＩＭ型非線形素子のス
イッチング動作の安定化技術に関する。
の製造方法に関し、特に、そのＭＩＭ型非線形素子のス
イッチング動作の安定化技術に関する。
【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、画素領域ごとに非線形素子を
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、各画素領域ごと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、他方側の基板には信号線を設
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−バ−短絡が
発生しないというメリットもある。
晶表示パネルにおいては、画素領域ごとに非線形素子を
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、各画素領域ごと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、他方側の基板には信号線を設
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−バ−短絡が
発生しないというメリットもある。
【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４に示すように、各画素領域２で各走査線４０１と各
信号線４０２との間にＭＩＭ型非線形素子１（図中、バ
リスタの符号で示す。）と液晶表示素子３（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４０１および信号線４０２に印加された信
号に基づいて、液晶表示素子３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。
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４に示すように、各画素領域２で各走査線４０１と各
信号線４０２との間にＭＩＭ型非線形素子１（図中、バ
リスタの符号で示す。）と液晶表示素子３（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４０１および信号線４０２に印加された信
号に基づいて、液晶表示素子３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。
【０００４】図５（ａ）の５０１で示すように、ＭＩＭ
型非線形素子１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。ＭＩＭ型非線形素子１の
しきい値電圧をＶth、液晶表示素子３のしきい値電圧を
Ｖb、表示状態となる電位を（Ｖb＋△Ｖ）とすると、図
５（ｂ）に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４０１と信号線４０２との間の電位差Ｖ
（単位画素への印加電圧）を（Ｖb＋Ｖth）とすること
によって、液晶表示素子３を非表示状態とする事がで
き、走査線４０１と信号線４０２との間の電位差Ｖを
（Ｖb＋Ｖth＋△Ｖ）とすることによって、液晶表示素
子３を表示状態とする事ができる。一方、非選択期間で
は単位画素に印加する電位Ｖを、液晶表示素子３に残留
した電位に対して概ね近接する様に設定しその差がＶth
以下であれば、非選択期間ないでＭＩＭ型非線形素子１
は常に遮断状態となり、選択期間に定められた状態をそ
のまま維持する事になる。
型非線形素子１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。ＭＩＭ型非線形素子１の
しきい値電圧をＶth、液晶表示素子３のしきい値電圧を
Ｖb、表示状態となる電位を（Ｖb＋△Ｖ）とすると、図
５（ｂ）に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４０１と信号線４０２との間の電位差Ｖ
（単位画素への印加電圧）を（Ｖb＋Ｖth）とすること
によって、液晶表示素子３を非表示状態とする事がで
き、走査線４０１と信号線４０２との間の電位差Ｖを
（Ｖb＋Ｖth＋△Ｖ）とすることによって、液晶表示素
子３を表示状態とする事ができる。一方、非選択期間で
は単位画素に印加する電位Ｖを、液晶表示素子３に残留
した電位に対して概ね近接する様に設定しその差がＶth
以下であれば、非選択期間ないでＭＩＭ型非線形素子１
は常に遮断状態となり、選択期間に定められた状態をそ
のまま維持する事になる。
【０００５】以上は、容量が十分小さく、電圧−電流特
性の非線形性が十分高い理想的なＭＩＭ型非線形素子１
を得る事ができた場合の最も基本的な動作例である。実
際には、ＭＩＭ型非線形表示素子１は、液晶表示素子３
に対して容量比が小さい事や電圧−電流特性の不十分な
非線形性などの問題が存在するために、非常に複雑な駆
動法（印加電圧波形）が考案され、使用されている。
性の非線形性が十分高い理想的なＭＩＭ型非線形素子１
を得る事ができた場合の最も基本的な動作例である。実
際には、ＭＩＭ型非線形表示素子１は、液晶表示素子３
に対して容量比が小さい事や電圧−電流特性の不十分な
非線形性などの問題が存在するために、非常に複雑な駆
動法（印加電圧波形）が考案され、使用されている。
【０００６】ＭＩＭ型非線形素子１は、図３に示すとお
り、透明基板１１の表面側に形成されて、走査線４０１
を介して走査回路側に導電接続するＴａ膜１２と、その
表面側のＴａＯX膜１３と、その表面側に形成されて画
素電極１４に導電接続するＣｒ膜１５とから構成されて
いる。また、ＴａＯX膜１３は、Ｔａ膜１２の表面に膜
厚が均一で、しかもピンホ−ルがない状態で形成される
ように、Ｔａ電極１２に対する陽極酸化によって形成さ
れる。
り、透明基板１１の表面側に形成されて、走査線４０１
を介して走査回路側に導電接続するＴａ膜１２と、その
表面側のＴａＯX膜１３と、その表面側に形成されて画
素電極１４に導電接続するＣｒ膜１５とから構成されて
いる。また、ＴａＯX膜１３は、Ｔａ膜１２の表面に膜
厚が均一で、しかもピンホ−ルがない状態で形成される
ように、Ｔａ電極１２に対する陽極酸化によって形成さ
れる。
【０００７】この構造を実現する一般的なプロセス例は
以下のようになる。
以下のようになる。
【０００８】１．ガラス基板上に、Ｔａ膜をスパッタリ
ングで堆積し、熱酸化をすることで、約１０００ÅのＴ
ａ2Ｏ5膜を形成する工程と、 ２．次に、スパッタリング法でＴａ膜を約５０００Å堆
積し、パタ−ニングする工程と、 ３．次に、例えば、リン酸の希薄水溶液を化成液とし３
０Ｖで陽極酸化しＴａＯXを形成する工程と、 ４．次に、真空中で４００〜６００℃の温度で１〜２時
間熱処理する工程と、 ５．次に、ＭＩＭ型非線形素子の上電極となるＣｒを１
５００Åスパッタリング法で堆積し、パタ−ニングする
工程と、 ６．次に、画素電極となるＩＴＯ膜をスパッタリング法
で２０００Å堆積し、パタ−ニングする工程からなる。
ングで堆積し、熱酸化をすることで、約１０００ÅのＴ
ａ2Ｏ5膜を形成する工程と、 ２．次に、スパッタリング法でＴａ膜を約５０００Å堆
積し、パタ−ニングする工程と、 ３．次に、例えば、リン酸の希薄水溶液を化成液とし３
０Ｖで陽極酸化しＴａＯXを形成する工程と、 ４．次に、真空中で４００〜６００℃の温度で１〜２時
間熱処理する工程と、 ５．次に、ＭＩＭ型非線形素子の上電極となるＣｒを１
５００Åスパッタリング法で堆積し、パタ−ニングする
工程と、 ６．次に、画素電極となるＩＴＯ膜をスパッタリング法
で２０００Å堆積し、パタ−ニングする工程からなる。
【０００９】従来は、このＴａ膜１２の表面状態とＭＩ
Ｍ型非線形素子の電圧電流特性の関係は把握されておら
ず、表面状態はまったく制御していなかった。
Ｍ型非線形素子の電圧電流特性の関係は把握されておら
ず、表面状態はまったく制御していなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＩＭ
型非線形素子１を用いた液晶表示パネルにおいては、従
来より静止画像などを表示した後に残像が発生しやす
く、表示性能が低いという問題点があった。その原因と
して、本発明ではマトリクスアレイの各構成要素と表示
性能との関係を調査した結果、その原因がＭＩＭ型非線
形素子１を構成するＴａ膜１２の表面状態と関連がある
ことを確認した。
型非線形素子１を用いた液晶表示パネルにおいては、従
来より静止画像などを表示した後に残像が発生しやす
く、表示性能が低いという問題点があった。その原因と
して、本発明ではマトリクスアレイの各構成要素と表示
性能との関係を調査した結果、その原因がＭＩＭ型非線
形素子１を構成するＴａ膜１２の表面状態と関連がある
ことを確認した。
【００１１】すなわち、ＭＩＭ型非線形素子１におい
て、印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係が、初期状態にお
いて図５（ａ）の５０１で示す関係であったものが、電
圧印加によって経時的に５０２または５０３で示すよう
にシフトしてしまうためである。ここで、印加電圧ＶNL
と電流ＩNLの関係が電圧印加によって経時的にシフトし
た場合には、例えば、表示状態から非表示状態に切り換
えるために、走査線４０１と信号線４０２との電位差Ｖ
を（Ｖa＋Ｖth＋△Ｖ）から（Ｖa＋Ｖth）に切り換えて
も、ＭＩＭ型非線形素子１を表示状態から非表示状態に
切換，制御することができなくなって、残像などを発生
させてしまう。また、逆の表示動作の場合も同様であ
る。
て、印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係が、初期状態にお
いて図５（ａ）の５０１で示す関係であったものが、電
圧印加によって経時的に５０２または５０３で示すよう
にシフトしてしまうためである。ここで、印加電圧ＶNL
と電流ＩNLの関係が電圧印加によって経時的にシフトし
た場合には、例えば、表示状態から非表示状態に切り換
えるために、走査線４０１と信号線４０２との電位差Ｖ
を（Ｖa＋Ｖth＋△Ｖ）から（Ｖa＋Ｖth）に切り換えて
も、ＭＩＭ型非線形素子１を表示状態から非表示状態に
切換，制御することができなくなって、残像などを発生
させてしまう。また、逆の表示動作の場合も同様であ
る。
【００１２】上記の問題を解決するために、本発明は、
Ｔａ膜１２の表面状態を制御し、Ｔａ膜１２の表面の凹
凸の度合いを最適化し、ＴａＯX膜１３を堆積するさい
の陽極酸化電解液を定めることで、ＭＩＭ型非線形素子
１への印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係を安定化するよ
うに改質をはかることを提案するものである。Ｔａ膜の
表面状態の制御は、Ｔａ膜をエッチングした後にスパッ
タリングに代表される物理的処理を施すことで達成でき
るので、ＭＩＭ型非線形素子１を用いたアクティブマト
リクス方式のコストメリットを確保しながら、表示性能
が向上可能な液晶表示パネルおよびその製造方法を実現
することにある。
Ｔａ膜１２の表面状態を制御し、Ｔａ膜１２の表面の凹
凸の度合いを最適化し、ＴａＯX膜１３を堆積するさい
の陽極酸化電解液を定めることで、ＭＩＭ型非線形素子
１への印加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係を安定化するよ
うに改質をはかることを提案するものである。Ｔａ膜の
表面状態の制御は、Ｔａ膜をエッチングした後にスパッ
タリングに代表される物理的処理を施すことで達成でき
るので、ＭＩＭ型非線形素子１を用いたアクティブマト
リクス方式のコストメリットを確保しながら、表示性能
が向上可能な液晶表示パネルおよびその製造方法を実現
することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係わる液晶表示パネルにおいて講じた手
段は、透明基板の表面側に形成されたマトリクスアレイ
の各画素に、その駆動回路側に導電接続する第一の金属
電極層と、この金属電極層表面に形成された陽極酸化膜
と、この陽極酸化膜の表面側に形成された第二の金属電
極層とによって金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭ）型非線形
素子が構成されており、前記第一の金属層にはＴａ膜を
用い、このＴａ膜の表面の凹凸は陽極酸化膜の厚さの１
／３から１／３０にしておくことである。ここで、画素
電極は一般に第二の金属電極層の側に導電接続するよう
に形成されている。
めに、本発明に係わる液晶表示パネルにおいて講じた手
段は、透明基板の表面側に形成されたマトリクスアレイ
の各画素に、その駆動回路側に導電接続する第一の金属
電極層と、この金属電極層表面に形成された陽極酸化膜
と、この陽極酸化膜の表面側に形成された第二の金属電
極層とによって金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭ）型非線形
素子が構成されており、前記第一の金属層にはＴａ膜を
用い、このＴａ膜の表面の凹凸は陽極酸化膜の厚さの１
／３から１／３０にしておくことである。ここで、画素
電極は一般に第二の金属電極層の側に導電接続するよう
に形成されている。
【００１４】また、エッチング等を行って表面の凹凸が
陽極酸化膜の膜厚の１／３０以下であるＴａ膜を含む面
にＭＩＭ素子を作製する場合は、陽極酸化を行う前にこ
のＴａ膜を物理的エッチングすれば良く、例えば、不活
性ガスを用いたスパッタリング等の処理をすればよい。
陽極酸化膜の膜厚の１／３０以下であるＴａ膜を含む面
にＭＩＭ素子を作製する場合は、陽極酸化を行う前にこ
のＴａ膜を物理的エッチングすれば良く、例えば、不活
性ガスを用いたスパッタリング等の処理をすればよい。
【００１５】
【実施例】以下、本発明について、実施例に基づき詳細
に説明する。ここで、マトリクスアレイの構造及び動作
を図１から５を用いて説明する。
に説明する。ここで、マトリクスアレイの構造及び動作
を図１から５を用いて説明する。
【００１６】本例に係わる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３および図４に示すよう
に、マトリクスアレイの画素領域２ごとに、走査線２０
１を介して走査回路（駆動回路）側に導電接続するＴａ
膜１２（第一の金属電極層）と、このＴａ膜の表面に陽
極酸化により形成されたＴａＯX膜１３（陽極酸化膜）
と、この陽極酸化膜１３の表面側に形成されて、ＩＴＯ
（透明伝導膜）からなる画素電極１４に導電接続するＣ
ｒ膜１５（第二の金属電極層）とによってＭＩＭ型非線
形素子１が構成されている。
液晶表示パネルにおいては、図３および図４に示すよう
に、マトリクスアレイの画素領域２ごとに、走査線２０
１を介して走査回路（駆動回路）側に導電接続するＴａ
膜１２（第一の金属電極層）と、このＴａ膜の表面に陽
極酸化により形成されたＴａＯX膜１３（陽極酸化膜）
と、この陽極酸化膜１３の表面側に形成されて、ＩＴＯ
（透明伝導膜）からなる画素電極１４に導電接続するＣ
ｒ膜１５（第二の金属電極層）とによってＭＩＭ型非線
形素子１が構成されている。
【００１７】ここで、Ｔａ膜１２の表面形状は、この凹
凸が陽極酸化膜厚（図２の中では”Ｌ”で表記してあ
る。）の１／３０から１／３の範囲内にあればよい。表
面の凹凸とは、図２に示すように頂上と底の面に垂直方
向の差の１つのＭＩＭ非線形素子内での最大値で定義し
ている。（図２の中では”ｔ”で表記してある。）陽極
酸化膜の１／３０の厚さは通常３０Å以下になるため、
測定には注意する必要がある。つまり、表面の凹凸は、
試料の垂直方向への分解能が０．１Å以下になるような
ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）またはＡＦＭ（原子間
力顕微鏡）等の測定装置で求めるべきである。
凸が陽極酸化膜厚（図２の中では”Ｌ”で表記してあ
る。）の１／３０から１／３の範囲内にあればよい。表
面の凹凸とは、図２に示すように頂上と底の面に垂直方
向の差の１つのＭＩＭ非線形素子内での最大値で定義し
ている。（図２の中では”ｔ”で表記してある。）陽極
酸化膜の１／３０の厚さは通常３０Å以下になるため、
測定には注意する必要がある。つまり、表面の凹凸は、
試料の垂直方向への分解能が０．１Å以下になるような
ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）またはＡＦＭ（原子間
力顕微鏡）等の測定装置で求めるべきである。
【００１８】また、図１のＡ領域に表されているような
Ｔａ膜１２のエッチングされた面にＭＩＭ素子を形成す
る場合、前記Ｔａ膜１２のエッチングされた表面は図２
（ｂ）に示すような凹凸の小さな面になって、この凹凸
は陽極酸化膜の厚さの１／３０に満たないことになり、
ＭＩＭ素子の安定性を損ねることがある。このようなと
きには、陽極酸化膜を形成する直前のＴａ膜の表面を、
物理的なエッチングを施すことで問題が解決できる。こ
のときのエッチングの方法は、２０インチ程度の基板で
も均一性が保てるやり方である、Ａｒ，Ｋｒなどの不活
性ガス中でのスパッタリングが最適である。
Ｔａ膜１２のエッチングされた面にＭＩＭ素子を形成す
る場合、前記Ｔａ膜１２のエッチングされた表面は図２
（ｂ）に示すような凹凸の小さな面になって、この凹凸
は陽極酸化膜の厚さの１／３０に満たないことになり、
ＭＩＭ素子の安定性を損ねることがある。このようなと
きには、陽極酸化膜を形成する直前のＴａ膜の表面を、
物理的なエッチングを施すことで問題が解決できる。こ
のときのエッチングの方法は、２０インチ程度の基板で
も均一性が保てるやり方である、Ａｒ，Ｋｒなどの不活
性ガス中でのスパッタリングが最適である。
【００１９】このため、本例のＭＩＭ型非線形素子１に
おいては、詳しくは実験結果に基ずいて後述するが、印
加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係が、初期状態において図
５（ａ）の５０１で示す関係であったものが、たとえ
ば、静止画を表示するために長時間電圧が印加された後
でも、５０１の関係を保持し、図５（ａ）の５０２また
は５０３で示す関係にシフトすることがない。それ故、
走査線４０１および信号線４０２に対してそれぞれ印加
された信号に基ずいて発生する走査線４０１と信号線４
０２との間に生じた電位差によって、液晶表示素子３を
表示状態と非表示状態との間で確実に切り換えて表示動
作を制御することができる。
おいては、詳しくは実験結果に基ずいて後述するが、印
加電圧ＶNLと電流ＩNLとの関係が、初期状態において図
５（ａ）の５０１で示す関係であったものが、たとえ
ば、静止画を表示するために長時間電圧が印加された後
でも、５０１の関係を保持し、図５（ａ）の５０２また
は５０３で示す関係にシフトすることがない。それ故、
走査線４０１および信号線４０２に対してそれぞれ印加
された信号に基ずいて発生する走査線４０１と信号線４
０２との間に生じた電位差によって、液晶表示素子３を
表示状態と非表示状態との間で確実に切り換えて表示動
作を制御することができる。
【００２０】すなわち、図５（ｂ）に示すように、走査
線４０１と信号線４０２との間の電位差Ｖを（Ｖb＋Ｖ
th）とすることによって、液晶表示状態３を非表示状態
とする一方、走査線４０１と信号線４０２との間の電位
差Ｖを（Ｖb＋Ｖth＋△Ｖ）とすることによって、液晶
表示素子３を表示状態とするときに、ＭＩＭ型非線形素
子１の印加電圧ＶNLと電流ＩNLが使用履歴によってシフ
トすることがないので、走査線４０１および信号線４０
２からの信号の変化に追従して、液晶表示パネルの配向
状態が変化する。それ故、液晶表示パネルに残像などの
発生がなく、その表示品質は高くなる。
線４０１と信号線４０２との間の電位差Ｖを（Ｖb＋Ｖ
th）とすることによって、液晶表示状態３を非表示状態
とする一方、走査線４０１と信号線４０２との間の電位
差Ｖを（Ｖb＋Ｖth＋△Ｖ）とすることによって、液晶
表示素子３を表示状態とするときに、ＭＩＭ型非線形素
子１の印加電圧ＶNLと電流ＩNLが使用履歴によってシフ
トすることがないので、走査線４０１および信号線４０
２からの信号の変化に追従して、液晶表示パネルの配向
状態が変化する。それ故、液晶表示パネルに残像などの
発生がなく、その表示品質は高くなる。
【００２１】このような構成の液晶表示パネルの製造方
法を以下に説明する。
法を以下に説明する。
【００２２】まず、予め透過率の高いＴａＯX膜１１ａ
などを形成した透明基板１１の表面側にＴａ膜１２をス
パッタリングで形成する。スパッタリング法で堆積され
たＴａ膜は表面の凹凸は２５Å前後であり、ＭＩＭ素子
の陽極酸化膜１３の厚さは３００〜６００Åになるの
で、このＴａ膜１２の表面の凹凸は陽極酸化膜の膜厚の
１／３０〜１／３の範囲に必ずはいっている。ここで、
堆積されたＴａ膜の表面の凹凸を２５Å前後にするため
のスパッタリング条件は、スパッタ圧を０．０５〜０．
２Ｐａ，スパッタ温度を１２０℃〜２５０℃，スパッタ
パワ−を１〜３ｋＷ，Ｔａ膜厚を０．２〜１μｍにすれ
ばよい。
などを形成した透明基板１１の表面側にＴａ膜１２をス
パッタリングで形成する。スパッタリング法で堆積され
たＴａ膜は表面の凹凸は２５Å前後であり、ＭＩＭ素子
の陽極酸化膜１３の厚さは３００〜６００Åになるの
で、このＴａ膜１２の表面の凹凸は陽極酸化膜の膜厚の
１／３０〜１／３の範囲に必ずはいっている。ここで、
堆積されたＴａ膜の表面の凹凸を２５Å前後にするため
のスパッタリング条件は、スパッタ圧を０．０５〜０．
２Ｐａ，スパッタ温度を１２０℃〜２５０℃，スパッタ
パワ−を１〜３ｋＷ，Ｔａ膜厚を０．２〜１μｍにすれ
ばよい。
【００２３】次に、Ｔａ膜１２をパタ−ニングする。こ
のＴａ膜１２は、走査回路まで延長されて走査線４０１
も構成している。更に、Ｔａ膜１２に陽極酸化を施し
て、その表面層を膜厚約３００〜６００ÅのＴａＯX膜
１３とする。ここで、陽極酸化用電解液としては、例え
ばリン酸水溶液を用いるとよい。また、膜厚は陽極酸化
の化成液やパネルの仕様によって変化させる。この後、
ＴａＯX膜１３の表面上にＣｒをスパッタリングで形
成、およびパタ−ニングしてＣｒ膜１５を形成し、Ｔａ
膜１２，ＴａＯX膜１３，Ｃｒ膜１５からなるＭＩＭ型
非線形素子１を構成する。ここで、画素電極１４につい
ては、図１に示すように、Ｃｒ膜１５の下層側に形成す
る場合は、Ｃｒ膜１５の形成工程の前に形成しておく
が、画素電極１４を形成する工程の順序は、各電極材料
と、それをエッチングするエッチャント種との関係など
によって任意に設定される。
のＴａ膜１２は、走査回路まで延長されて走査線４０１
も構成している。更に、Ｔａ膜１２に陽極酸化を施し
て、その表面層を膜厚約３００〜６００ÅのＴａＯX膜
１３とする。ここで、陽極酸化用電解液としては、例え
ばリン酸水溶液を用いるとよい。また、膜厚は陽極酸化
の化成液やパネルの仕様によって変化させる。この後、
ＴａＯX膜１３の表面上にＣｒをスパッタリングで形
成、およびパタ−ニングしてＣｒ膜１５を形成し、Ｔａ
膜１２，ＴａＯX膜１３，Ｃｒ膜１５からなるＭＩＭ型
非線形素子１を構成する。ここで、画素電極１４につい
ては、図１に示すように、Ｃｒ膜１５の下層側に形成す
る場合は、Ｃｒ膜１５の形成工程の前に形成しておく
が、画素電極１４を形成する工程の順序は、各電極材料
と、それをエッチングするエッチャント種との関係など
によって任意に設定される。
【００２４】ところで、上記の方法でＭＩＭ型非線形素
子１を作製すると素子容量が大きくなり、液晶表示素子
３との容量比がとれなくなり液晶の保持機能が低下する
が、図１のＡ領域に示すように、横方向に素子を作製し
て素子面積を小さくし容量比が大きくなるように作られ
ることもある。この場合は図１のＡ領域に示すように、
ＭＩＭ型非線形素子となるＴａ膜１２の表面は、Ｔａ膜
を成膜後一部エッチングされた面となる。つまり、この
場合のＴａ膜１２の表面の凹凸は、陽極酸化膜１３の膜
厚の１／３０より小さくなることが多く、初期状態では
図５（ａ）の５０１のようになっている特性が、ＭＩＭ
型非線形素子１に長時間の電圧を印加した後では５０２
または５０３の様な特性になってしまう。このときに
は、図６に示すような工程で液晶表示パネルを作製すれ
ばよい。
子１を作製すると素子容量が大きくなり、液晶表示素子
３との容量比がとれなくなり液晶の保持機能が低下する
が、図１のＡ領域に示すように、横方向に素子を作製し
て素子面積を小さくし容量比が大きくなるように作られ
ることもある。この場合は図１のＡ領域に示すように、
ＭＩＭ型非線形素子となるＴａ膜１２の表面は、Ｔａ膜
を成膜後一部エッチングされた面となる。つまり、この
場合のＴａ膜１２の表面の凹凸は、陽極酸化膜１３の膜
厚の１／３０より小さくなることが多く、初期状態では
図５（ａ）の５０１のようになっている特性が、ＭＩＭ
型非線形素子１に長時間の電圧を印加した後では５０２
または５０３の様な特性になってしまう。このときに
は、図６に示すような工程で液晶表示パネルを作製すれ
ばよい。
【００２５】まず、上記に示したようなスパッタリング
の条件でＴａ膜６０１を堆積し、パタ−ニングを行う。
次に、図６（ａ）のように実際のＭＩＭ型非線形素子１
のＴａＯX膜の２倍以上の膜厚になるように、陽極酸化
法や熱酸化法を用いてＴａＯX膜６０２を形成する。次
に、図６（ｂ）のように、Ｔａ膜６０１をマスクにして
ポジレジスト６０３を裏露光し、次に、側面のＴａＯX
膜６０２とＴａ膜６０１の端部の一部をエッチングする
（図６ｃ）。Ｔａ膜６０１の一部がエッチングされるの
は、ＴａＯX膜６０２がＴａ膜６０１の側面に残らない
ようにすると、レジスト６０３の後退から必然的であ
る。ここで、ＴａＯX膜６０２が作製しようとするＭＩ
Ｍ型非線形素子１のＴａ膜６０１の表面にあると、図１
のＴａＯX膜１３の膜厚が制御できなくなり素子の不安
定性を引き起こすので、ＴａＯX膜６０２のエッチング
残りは避けなければならないことである。次に、図６
（ｃ）の状態でＡｒに代表される不活性ガスを用いて、
基板の素子側を高周波電源を使い基板が電気的にフロ−
ティングした状態でスパッタリングして基板のエッチン
グを行う。このエッチングはほかにも、イオンビ−ムエ
ッチング法など物理的エッチング法を用いてもよい。次
に、図６（ｄ）のように、Ｔａ膜６０１を陽極酸化し、
ＴａＯX膜６０４を形成する。このときの、陽極酸化の
化成液は例えば、リン酸水溶液にするとよい。このあと
は、前に記したようにＣｒなどの上電極と、画素電極と
なるＩＴＯ膜を堆積する。
の条件でＴａ膜６０１を堆積し、パタ−ニングを行う。
次に、図６（ａ）のように実際のＭＩＭ型非線形素子１
のＴａＯX膜の２倍以上の膜厚になるように、陽極酸化
法や熱酸化法を用いてＴａＯX膜６０２を形成する。次
に、図６（ｂ）のように、Ｔａ膜６０１をマスクにして
ポジレジスト６０３を裏露光し、次に、側面のＴａＯX
膜６０２とＴａ膜６０１の端部の一部をエッチングする
（図６ｃ）。Ｔａ膜６０１の一部がエッチングされるの
は、ＴａＯX膜６０２がＴａ膜６０１の側面に残らない
ようにすると、レジスト６０３の後退から必然的であ
る。ここで、ＴａＯX膜６０２が作製しようとするＭＩ
Ｍ型非線形素子１のＴａ膜６０１の表面にあると、図１
のＴａＯX膜１３の膜厚が制御できなくなり素子の不安
定性を引き起こすので、ＴａＯX膜６０２のエッチング
残りは避けなければならないことである。次に、図６
（ｃ）の状態でＡｒに代表される不活性ガスを用いて、
基板の素子側を高周波電源を使い基板が電気的にフロ−
ティングした状態でスパッタリングして基板のエッチン
グを行う。このエッチングはほかにも、イオンビ−ムエ
ッチング法など物理的エッチング法を用いてもよい。次
に、図６（ｄ）のように、Ｔａ膜６０１を陽極酸化し、
ＴａＯX膜６０４を形成する。このときの、陽極酸化の
化成液は例えば、リン酸水溶液にするとよい。このあと
は、前に記したようにＣｒなどの上電極と、画素電極と
なるＩＴＯ膜を堆積する。
【００２６】ここでは、Ｔａ膜１２の側面にＭＩＭ型非
線形素子１を形成する方法を述べたが、図３のように膜
の厚さ方向に素子を作製する場合でも、Ｔａ膜１２を分
子線成長法（ＭＢＥ）等で堆積すると、表面の凹凸が陽
極酸化膜の膜厚の１／３０よりも小さくなることがあ
る。このようなときも、Ｔａ膜１２の表面を不活性ガス
を用いたスパッタリング法で基板をエッチングしてから
陽極酸化してＴａＯX膜１３を形成すればよい。
線形素子１を形成する方法を述べたが、図３のように膜
の厚さ方向に素子を作製する場合でも、Ｔａ膜１２を分
子線成長法（ＭＢＥ）等で堆積すると、表面の凹凸が陽
極酸化膜の膜厚の１／３０よりも小さくなることがあ
る。このようなときも、Ｔａ膜１２の表面を不活性ガス
を用いたスパッタリング法で基板をエッチングしてから
陽極酸化してＴａＯX膜１３を形成すればよい。
【００２７】図６に示した製造方法で作製したＭＩＭ型
非線形素子１は、図１のＡ，Ｂに示すようにＴａＯX膜
１３の膜厚の異なった素子が２つ並列に形成されること
になる。ところで、一般的にはＭＩＭ型非線形素子１に
おける印加電圧と電流の関係は、
非線形素子１は、図１のＡ，Ｂに示すようにＴａＯX膜
１３の膜厚の異なった素子が２つ並列に形成されること
になる。ところで、一般的にはＭＩＭ型非線形素子１に
おける印加電圧と電流の関係は、
【００２８】
【数１】
【００２９】のように表される。つまり、ＭＩＭ型非線
形素子に流れる電流は、酸化膜の膜厚が増加すると小さ
くなり、しかも指数関数的に減少する。ＭＩＭ型非線形
素子１でＢ部分のＴａＯX膜１３の膜厚は、Ａ部分の２
倍以上（通常は５倍程度）になるためにＢ部分に流れる
電流密度は、Ａ部分よりも１桁以上小さくなる。また、
Ａ，Ｂ部分の面積は、Ｔａ膜１２のテ−パを十分につけ
て、現在得られる最小線幅４μｍのアライメントの技術
を利用すれば、Ａ部分の面積はＢ部分の面積よりも小さ
くすることは可能である。従って、Ａ部分に比してＢ部
分流れる電流は、１桁以上小さくなり、実質的にＭＩＭ
型非線形素子１はＡ部分からなっていると考えて差し支
えない。
形素子に流れる電流は、酸化膜の膜厚が増加すると小さ
くなり、しかも指数関数的に減少する。ＭＩＭ型非線形
素子１でＢ部分のＴａＯX膜１３の膜厚は、Ａ部分の２
倍以上（通常は５倍程度）になるためにＢ部分に流れる
電流密度は、Ａ部分よりも１桁以上小さくなる。また、
Ａ，Ｂ部分の面積は、Ｔａ膜１２のテ−パを十分につけ
て、現在得られる最小線幅４μｍのアライメントの技術
を利用すれば、Ａ部分の面積はＢ部分の面積よりも小さ
くすることは可能である。従って、Ａ部分に比してＢ部
分流れる電流は、１桁以上小さくなり、実質的にＭＩＭ
型非線形素子１はＡ部分からなっていると考えて差し支
えない。
【００３０】Ｔａ膜１２の表面の状態とＭＩＭ型非線形
素子１のＶthの安定性との関係を検討した結果を説明す
る。一般に、ＭＩＭ型非線形素子における印加電圧と電
流の関係は数１のように表される。従って、ｌｏｇ（Ｉ
／Ｖ）をＶ1/2に対してプロットすると直線で表され
る。本例における検討では、前記のプロットで直線上に
あるように、Ｖthを１ｍＡ／ｃｍ2の電流値が流れると
きの印加電圧値と定め、ＭＩＭ型非線形素子１のＶth安
定性を評価した。すなわち、所定の電流値に対応する印
加電圧値Ｖthは、従来のＭＩＭ型非線形素子においては
電圧を印加した時間と、Ｖthがシフトする電圧△Ｖthと
の間には図７に示すような関係があり、表示の安定性を
低下させる原因となることが確認されているので、ここ
では、従来および本例のＭＩＭ型非線形素子に対して、
同一の電圧を印加し、所定時間が経過した後の△Ｖthを
比較した。従って、△Ｖthの値が小さな方が好ましい。
素子１のＶthの安定性との関係を検討した結果を説明す
る。一般に、ＭＩＭ型非線形素子における印加電圧と電
流の関係は数１のように表される。従って、ｌｏｇ（Ｉ
／Ｖ）をＶ1/2に対してプロットすると直線で表され
る。本例における検討では、前記のプロットで直線上に
あるように、Ｖthを１ｍＡ／ｃｍ2の電流値が流れると
きの印加電圧値と定め、ＭＩＭ型非線形素子１のＶth安
定性を評価した。すなわち、所定の電流値に対応する印
加電圧値Ｖthは、従来のＭＩＭ型非線形素子においては
電圧を印加した時間と、Ｖthがシフトする電圧△Ｖthと
の間には図７に示すような関係があり、表示の安定性を
低下させる原因となることが確認されているので、ここ
では、従来および本例のＭＩＭ型非線形素子に対して、
同一の電圧を印加し、所定時間が経過した後の△Ｖthを
比較した。従って、△Ｖthの値が小さな方が好ましい。
【００３１】Ｔａ膜１２表面の凹凸と△Ｖthとの関係
は、凹凸が陽極酸化膜したＴａＯX膜１３の１／３０〜
１／３の範囲内であれば、△Ｖthは約０．２Ｖで一定と
なり変化しなくなる。ところが、Ｔａ膜１２の凹凸がＴ
ａＯX膜１３の１／３０以下になれば、凹凸が小さくな
るに従って△Ｖthは増加していく。表面の凹凸が前記の
ように小さい場合は、基板の素子側を不活性ガス雰囲気
中でスパッタリングすると、△Ｖthは０．２Ｖ程度まで
小さくなる。このときのスパッタリングの条件は、高周
波電源の出力が３００Ｗ程度で５分程行えば良い。ま
た、Ｔａ膜１２の凹凸がＴａＯX膜１３の１／３以上に
なれば、第一の金属電極層と第二の金属電極層が、電界
集中によって短絡してしまい非線形素子となりえなくな
る。このときの陽極酸化の化成液はリン酸のときの例で
あり、クエン酸を用いると△Ｖthは大きくなる。この傾
向については、電圧を第一の金属層に対して第二の金属
層を正にかけようが負にかけようがかわりはない。
は、凹凸が陽極酸化膜したＴａＯX膜１３の１／３０〜
１／３の範囲内であれば、△Ｖthは約０．２Ｖで一定と
なり変化しなくなる。ところが、Ｔａ膜１２の凹凸がＴ
ａＯX膜１３の１／３０以下になれば、凹凸が小さくな
るに従って△Ｖthは増加していく。表面の凹凸が前記の
ように小さい場合は、基板の素子側を不活性ガス雰囲気
中でスパッタリングすると、△Ｖthは０．２Ｖ程度まで
小さくなる。このときのスパッタリングの条件は、高周
波電源の出力が３００Ｗ程度で５分程行えば良い。ま
た、Ｔａ膜１２の凹凸がＴａＯX膜１３の１／３以上に
なれば、第一の金属電極層と第二の金属電極層が、電界
集中によって短絡してしまい非線形素子となりえなくな
る。このときの陽極酸化の化成液はリン酸のときの例で
あり、クエン酸を用いると△Ｖthは大きくなる。この傾
向については、電圧を第一の金属層に対して第二の金属
層を正にかけようが負にかけようがかわりはない。
【００３２】このように、本例の液晶表示パネルにおい
ては、マトリクスアレイを構成するＭＩＭ型非線形素子
１のＴａ膜１２の表面状態を制御することでＭＩＭ型非
線形素子１のＶthの経時的なシフトを抑制して、そのス
イッチング動作の安定化を図っている。その結果、液晶
表示パネルにおいて、固定パタ−ンを長時間表示させて
も、残像，フリッカ−などの発生がなく品質の高い表示
が可能である。
ては、マトリクスアレイを構成するＭＩＭ型非線形素子
１のＴａ膜１２の表面状態を制御することでＭＩＭ型非
線形素子１のＶthの経時的なシフトを抑制して、そのス
イッチング動作の安定化を図っている。その結果、液晶
表示パネルにおいて、固定パタ−ンを長時間表示させて
も、残像，フリッカ−などの発生がなく品質の高い表示
が可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上のとうり本発明において、ＭＩＭ型
非線形素子の第一の金属層をなすＴａ膜の表面の凹凸を
陽極酸化膜の膜厚の１／３０〜１／３にすることに特徴
を有しており以下の効果がある。また、Ｔａ膜の表面の
凹凸が陽極酸化膜の膜厚の１／３０以下であるならば、
基板の素子側を不活性ガス雰囲気でスパッタリングする
と以下の効果がある。
非線形素子の第一の金属層をなすＴａ膜の表面の凹凸を
陽極酸化膜の膜厚の１／３０〜１／３にすることに特徴
を有しており以下の効果がある。また、Ｔａ膜の表面の
凹凸が陽極酸化膜の膜厚の１／３０以下であるならば、
基板の素子側を不活性ガス雰囲気でスパッタリングする
と以下の効果がある。
【００３４】ＭＩＭ型非線形素子の印加電圧と電流との
関係が、電圧印加時において経時的に変化しにくくなる
ので、駆動信号の変化に液晶の配向状態の変化が確実に
追従する。それ故、液晶表示パネルに固定パタ−ンを表
示させた後においても残像が生じないなど、表示品質を
向上させることができる。このときの陽極酸化膜の形成
工程における陽極酸化用化成液はリン酸化成液を用いる
のがよい。
関係が、電圧印加時において経時的に変化しにくくなる
ので、駆動信号の変化に液晶の配向状態の変化が確実に
追従する。それ故、液晶表示パネルに固定パタ−ンを表
示させた後においても残像が生じないなど、表示品質を
向上させることができる。このときの陽極酸化膜の形成
工程における陽極酸化用化成液はリン酸化成液を用いる
のがよい。
【００３５】
【図１】 本発明の液晶表示パネルのマトリックスアレ
イを構成するＭＩＭ型非線形素子の構造を示す断面図。
イを構成するＭＩＭ型非線形素子の構造を示す断面図。
【図２】 第一金属電極層のＴａ膜の表面状態図。
【図３】 従来の液晶表示パネルののマトリクスアレイ
を構成するＭＩＭ型非線形素子の構造を示す断面図。
を構成するＭＩＭ型非線形素子の構造を示す断面図。
【図４】 アクティブマトリクス方式の液晶表示パネル
の等価回路図。
の等価回路図。
【図５】 （ａ）は液晶表示パネルのマトリクスアレイ
を構成するＭＩＭ型非線形素子の印加電圧と電流との関
係図。（ｂ）は単位画素への印加電圧と表示の明るさと
の関係を示す関係図。
を構成するＭＩＭ型非線形素子の印加電圧と電流との関
係図。（ｂ）は単位画素への印加電圧と表示の明るさと
の関係を示す関係図。
【図６】 第一の金属電極層であるＴａ膜の側面にＭＩ
Ｍ型非線形素子を作るときの工程図。
Ｍ型非線形素子を作るときの工程図。
【図７】 ＭＩＭ型非線形素子に対して電圧を印加した
時間と、そのＶthがシフトした値との関係図。
時間と、そのＶthがシフトした値との関係図。
１ ＭＩＭ型非線形素子 ２ 画素領域 ３ 液晶表示素子 １１ 透明基板 １１ａ ＴａＯX膜 １２、６０１ Ｔａ膜（第一の金属電極層） １３、６０４ ＴａＯX膜（陽極酸化膜） １４ 画素電極 １５ Ｃｒ膜（第二の金属電極層） ４０１ 走査線 ４０２ 信号線 ６０２ ＴａＯX膜 ６０３ ポジレジスト
Claims (2)
- 【請求項１】透明基板の表面側に形成されたマトリクス
アレイの各画素領域には、その駆動回路側に導電接続す
る第一の金属電極層と、この金属電極層表面に形成され
た陽極酸化膜と、この陽極酸化膜の表面側に形成された
第二の金属電極層とによって構成された金属−絶縁膜−
金属（ＭＩＭ）型非線形素子において、陽極酸化をする
前の第一の金属層の表面の凹凸は、陽極酸化膜の膜厚の
１／３０〜１／３の厚さの範囲にあることを特徴とする
液晶表示パネル。 - 【請求項２】透明基板の表面側に形成されたマトリクス
アレイの各画素領域には、その駆動回路側に導電接続す
る第一の金属電極層と、この金属電極層表面に形成され
た陽極酸化膜と、この陽極酸化膜の表面側に形成された
第二の金属電極層とによって構成された金属−絶縁膜−
金属（ＭＩＭ）型非線形素子において、陽極酸化をする
前の第一の金属層の表面を、Ａｒ，Ｋｒ，Ｎｅなどの不
活性ガス雰囲気中で高周波スパッタリングを施した後で
陽極酸化を行って絶縁膜を形成することを特徴とする液
晶表示パネルの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21792992A JP3303345B2 (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | 液晶表示パネルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21792992A JP3303345B2 (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | 液晶表示パネルの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0667214A true JPH0667214A (ja) | 1994-03-11 |
| JP3303345B2 JP3303345B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=16711936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21792992A Expired - Fee Related JP3303345B2 (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | 液晶表示パネルの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303345B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-17 JP JP21792992A patent/JP3303345B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP3303345B2 (ja) | 2002-07-22 |
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