JPH0675250A - 液晶表示パネル及びその製造方法 - Google Patents

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、第一の金属層であるＴａ膜の結晶構造
をかえて、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。 【構成】 ＭＩＭ型非線形素子を構成する第一金属電極
層であるＴａ膜に急加熱および急冷却処理を施して結晶
構造を体心立方格子にし、電圧印加時の素子特性の安定
化を図る事及び低電圧印加時の電流値を低減する。この
とき陽極酸化の化成液はリン酸またはアンモニアを含ん
だ水溶液にするとより効果があがる。

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型非線形素子の液
晶保持機能の向上に関する。

【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。

【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。

【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Ｖ_NLと電流Ｉ_NL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Ｖ_th、液晶表示素子３のしきい値電圧を
Ｖ_b、表示状態となる電位を（Ｖ_b＋△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（Ｖ_b＋Ｖ_th）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
（Ｖ_b＋Ｖ_th＋△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Ｖ_th
以下であれば、非選択期間内で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。

【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ＴａＯ_X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、ＴａＯ_X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。

【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ＴａＯ_X膜を形成する工程と、 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程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
で約２０００Å堆積し、パタ−ニングする工程からな
る。

【０００９】従来は、走査線４０１ともなるＴａ膜１２
を、スパッタリングで堆積すると、結晶構造が正方晶で
あるＴａ膜となっていた。

【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ＭＩＭ型非線形素子１の非選択期間での漏洩電流
が大きく、クロストークが発生し、その結果コントラス
トの低下を招き、表示性能が低くなるという問題点があ
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の結晶
構造と関連があることを確認した。

【００１１】すなわち、スパッタリングで堆積されたＴ
ａ膜１２は、結晶系が正方晶になって（一般にβ相と呼
ばれている)比抵抗が約１８５μΩ・ｃｍと普通の金属
よりも１桁ほど高いために、走査線４０１の負担が重く
なり、信号遅延が問題となりやすく駆動方法に制約が多
くなって、パネルの画質，大きさやコストの最適化が難
しくなる。次に、このＴａ膜１２を用いたＭＩＭ型非線
形素子１において、印加電圧Ｖ_NLと電流Ｉ_NLとの関係
が、図５（ａ）の５０１で示す関係であるとする。この
とき、ＭＩＭ型非線形素子１が非選択状態のときには、
最大Ｖ_thの電圧がＭＩＭ型非線形素子１にかかることに
なる。ここで、Ｖ_thの電圧をＭＩＭ型非線形素子１に印
加すると、漏洩電流が大きく液晶に書き込まれた情報を
保持しにくいためにクロストークが発生し、その結果が
コントラストの低下を招くことになり、表示性能が良く
なかった。

【００１２】上記の問題を解決するために、本発明は、
Ｔａ膜１２の結晶構造を制御し体心立方格子に近ずけ走
査線４０１をもなすＴａ膜１２の抵抗値を低下させ、Ｔ
ａＯ_X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Ｖ_NLがＶ_th
のときに流れる電流Ｉ_NLを小さくするように改質をはか
ることを提案するものである。Ｔａ膜の結晶構造の制御
は、Ｔａ膜をスパッタリング法などで堆積した後に、レ
−ザ−アニ−ルやランプアニ−ル等を施す工程を付け足
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、前記第一の金属層は体心立方格
子であって膜抵抗が３０μΩ・ｃｍ以下のＴａ膜を用い
ることである。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、体心立方格子で膜抵抗が３０μΩ・
ｃｍ以下のＴａ膜を作製するためには、スパッタリング
で膜を堆積後、レ−ザ−アニ−ルやランプアニ−ル等の
急加熱、急冷却が行えるアニ−ルを実施すればよい。

【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を図３，
４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ＴａＯ_X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
膜（透明伝導膜）からなる画素電極１４に導電接続する
Ｃｒ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の比抵抗は３０μΩ・
ｃｍ以下にすればよい。このとき、Ｔａ膜１２の結晶構
造は、ほぼ体心立方格子となっている。Ｔａ膜は、薄膜
にしたときに結晶構造が体心立方格子となり比抵抗が２
０μΩ・ｃｍであるα相と、正方晶となり比抵抗が１８
０μΩ・ｃｍであるβ相の２種類がある。（尚、比抵抗
の値については、上記の結晶構造がバルクとして存在し
たときの値である。）従って、３０μΩ・ｃｍ以下の比
抵抗となるＴａ膜は、ほぼα相Ｔａ膜であると考えて良
い。

【００１８】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。

【００１９】まず、予め透過率の高いＴａＯ_X膜１１ａ
などを形成した透明基板１１の表面側にＴａ膜１２をス
パッタリングで堆積する。スパッタリングで堆積された
後のＴａ膜の比抵抗は最小で１８０μΩ・ｃｍ程になっ
ている。このときのスパッタリング条件は、スパッタ圧
を０．０５〜０．３Ｐａ，スパッタ温度を１２０℃〜２
５０℃，スパッタパワ−を１〜３ｋＷ，Ｔａ膜厚を０．
２〜１μｍにすればよい。この後のＴａ膜１２のアニ−
ル方法には図１，２に示すように２とうり考えられるの
で、順番に説明する。

【００２０】第１の方法は、図１に示すようにＴａ膜１
２を堆積後、基板全面にレ−ザ−ビ−ムを照射するか、
ランプアニ−ル等によってＴａ膜１２を急加熱，急冷却
し、Ｔａ薄膜の結晶構造を正方晶から体心立方格子に変
更する。例えば、透明基板上に形成されている５０００
Åの厚さのＴａ薄膜の場合、波長が３０８０Å，半値幅
が５０ｎｓ，Ｔａ薄膜面で３６０ｍＪ／ｃｍ₂のエネル
ギ−強度を持ったＸｅＣｌエキシマレ−ザ−ビ−ムを、
基板温度が室温のときに１０パルス照射することによっ
て、Ｔａ膜１２の結晶構造が正方晶のβ相から体心立方
構造のα相に変化すると共に、比抵抗が１８０μΩ・ｃ
ｍから３０μΩ・ｃｍ以下に低下する。このエネルギ−
強度では、０．２〜１μｍの厚さのＴａ膜１２にレ−ザ
−を照射する場合、どの膜厚でも同様に膜抵抗は低下す
る。エネルギ−密度が小さいとＴａ膜の抵抗が低下せ
ず、エネル−密度が大きいとＴａ膜が基板から剥がれる
ことが起こる。このとき、照射回数が少なくても抵抗は
低下しなく、照射回数が多くなると抵抗値に変化はなく
膜にも損傷は入らないが、スル−プットが悪くなり歓迎
すべきことではない。また、レ−ザ−アニ−ルやランプ
アニ−ル処理でガラス基板が変形することはない。ここ
で、Ｔａ薄膜に対するレ−ザ−ビ−ムの照射は、真空中
又はＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中で行うの
が好ましい。ガラス基板の温度は、室温に限らず３００
℃程度の高温や−１９６℃の低温でも、適当なエネルギ
−強度のレ−ザ−ビ−ムの照射でＴａ薄膜の結晶構造を
変更できる。

【００２１】さらに、レ−ザ−ビ−ムはこのＸｅＣｌエ
キシマレ−ザ−に限らず、Ａｒエキシマレ−ザ−，Ｋｒ
Ｆエキシマレ−ザ−，ＹＡＧレ−ザ−，ルビ−レ−ザ−
などのパルスレ−ザ−や、アルゴンレ−ザ−，炭酸ガス
レ−ザ−，半導体レ−ザ−，Ｘ線レ−ザ−などの連続発
振レ−ザ−、あるいはシンクロトロン軌道放射（ＳＯ
Ｒ），電子ビ−ムなどのエネルギ−ビ−ムや、ア−クラ
ンプや水銀灯が発する高エネルギ−密度の光照射によっ
てもＴａ薄膜の結晶構造を変更できる。

【００２２】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ＴａＯ_X膜
１３とする。ここで、陽極酸化用電解液としては、例え
ばリン酸水溶液やアンモニアを含んだ水溶液を用いると
よい。また、ＴａＯ_X膜１３の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、ＴａＯ_X
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，Ｔ
ａＯ_X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
（ｃ）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。

【００２３】第２の方法は、図２に示すようにＴａ膜を
パタ−ニング後、Ｔａ膜１２に陽極酸化を施して、その
表面層を膜厚約３００〜６００ÅのＴａＯ_X膜１３を形
成する。次に、基板全面にレ−ザ−アニ−ルを行う。し
かしながら、この順序でアニ−ルを実施してもＴａ膜１
２の膜抵抗は、第一の方法場合ほど低下しない。つま
り、エネルギ−密度が３６０ｍＪ／ｃｍ²以下であれば
膜抵抗は低下しなく、４００ｍＪ／ｃｍ²で１２０μΩ
・ｃｍになり、４００ｍＪ／ｃｍ²以上であれば膜表面
が荒れて素子の信頼性を損なうことになり、さらにエネ
ルギ−密度を大きくするとＴａ膜１２が昇華してなくな
ってしまう。しかし、この方法で作製されたＭＩＭ型非
線形素子１はＴａＯ_X膜１３のアニ−ル効果があるの
で、図５（ａ）の印加電圧と電流の関係は従来５０１で
あったものが、Ｖ_th以上の電圧を加えたときには５０１
の傾きよりも大きくなる。

【００２４】第１の方法で得られたＭＩＭ型非線形素子
１を用いてパネルを作製した際の効果を説明する。Ｔａ
膜１２にレ−ザ−アニ−ルやランプアニ−ルを行うと、
結晶構造がα相となり、膜抵抗が低下する効果とＭＩＭ
型非線形素子１に印加電圧Ｖ_thを加えたときの電流Ｉ_NL
が低くなる２つの効果がある。

【００２５】ここで、Ｖ_thは以下のように定義した。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

【００２６】

【数１】

【００２７】のように表される。従って、ｌｏｇ（Ｉ／
Ｖ）をＶ^1/2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、Ｖ_thを１ｍＡ／ｃｍ²の電流値が流れるときの
印加電圧値と定めた。

【００２８】まず最初に、Ｔａ膜１２の抵抗値が低下し
たときの効果を説明する。図４のように、直列につなが
れたＭＩＭ型非線形素子１と液晶表示素子３には、図６
（ａ）のような信号電圧が走査回路と信号供給回路から
加えられている。このときＭＩＭ型非線形素子１にかか
る電圧は図６（ｂ）に示すようになるので、液晶表示素
子３には図６（ｃ）の如く電圧がかかることになり光の
スイッチング動作を制御することになる。ここで”Ｔ”
で記した領域がある画素の選択期間であり、他の領域は
非選択期間である。図６は、選択期間でＭＩＭ型非線形
素子１をオン状態にしたものを記してある。

【００２９】さて、図６（ａ）のような信号電圧は、走
査回路と信号供給回路に近い画素（図４のＡ領域）に
は、ほぼ印加波形と同じ波形が加えられる。ところが、
通常走査線４０１はＭＩＭ型非線形素子１の第一の金属
層となるＴａ膜１２で形成されるので、Ｔａ膜１２の抵
抗値が高いと信号遅延を起こし走査回路から離れている
画素領域２は波形がかなりなまってしまう。

【００３０】例えば、図４のように走査回路と信号供給
回路が配置されたパネルにおいて、１行目の一番左の画
素（図４のＡ領域）と一番右の画素（図４のＢ領域）に
印加される電圧波形を比べてみる。尚、１行目の画素を
選んだ理由は、１つの画素に印加される電圧は信号供給
回路から与えられる電圧と走査回路から与えられる電圧
の差で決まるので、信号線４０２の信号遅延を無視する
ためである。従って、ｎ行目では信号線の遅延も問題に
なってくる。ここで、この走査線４０１の信号遅延が問
題になるのは、電圧値の変動が激しい画素の選択期間に
あるのでこの場合に限って説明する。

【００３１】図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は図４のＡ領
域にかかる電圧で、（ｄ），（ｅ），（ｆ）はＢ領域に
かかる電圧の選択期間の前後の波形であり、同じ信号を
入力した場合のものである。（ａ）と（ｄ），（ｂ）と
（ｅ），（ｃ）と（ｆ）は、それぞれ画素領域２に印加
される電圧波形，ＭＩＭ型非線形素子１に印加される電
圧波形，液晶表示素子３に印加される電圧波形を示す。

【００３２】図４のＡ領域には、図７（ａ）の電圧がか
かるのが、Ｂ領域には走査線４０１の信号遅延のため
に、図７（ｄ）のような波形のなまりが生じる。その結
果、Ａ領域のＭＩＭ型非線形素子１に図７（ｂ）に示す
ような電圧が印加されるのに、Ｂ領域では図７（ｅ）の
ようになり、ＭＩＭ型非線形素子１に印加される電圧が
△Ｖ_Mだけ低下するので、液晶表示素子３の書き込み電
圧に△Ｖ_Lの電圧差が生じる。この電圧差△Ｖ_Lが一階調
分に達しないときには、△Ｖ_Lがディスプレイとして絵
を表示させても、人間の目では違いを感知できない。と
ころが、画面が大きくなったり、多階調表示になると、
絵を表示したときに△Ｖ_Lに起因する画面のムラが認識
されるようになってくる。このときＴａ膜がβ相である
と抵抗値が高いために、△Ｖ_Lの大きさが問題となると
きでも、Ｔａ膜１２をレ−ザ−アニ−ルもしくはランプ
アニ−ル等の急加熱，急冷却すれば抵抗値は約１８０μ
Ω・ｃｍから約３０μΩ・ｃｍまで低下し１／６になる
ので、△Ｖ_Lも１／６になり画面のムラが人間の目で感
知しにくくなる。

【００３３】さて、Ｔａ膜１２の抵抗値を低下するだけ
ならば、Ｔａ膜をスパッタリングで堆積するさいに、ス
パッタガスにクリプトン（Ｋｒ）を用いて少量の窒素を
ド−プすれば、レ−ザ−アニ−ルやランプアニ−ル処理
をしたＴａ膜とほぼ同様の約３５μΩ・ｃｍの比抵抗の
膜が得られることは知られている（’９２年春応用物理
学講演会２９ａ−ＺＸ−７）。ところが、この窒素がド
−プされたＴａ膜をＭＩＭ型非線形素子１の第一の電極
層に使用すると、印加電圧Ｖ_NLと電流Ｉ_NL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
圧が印加されると、５０１の関係にあったＶ_NLとＩ_NLの
関係が、図５（ａ）の５０２または５０３で示す関係に
シフトしてしまう。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４０２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な
くなる。

【００３４】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（Ｖ_b＋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（Ｖ_b＋Ｖ_th＋△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Ｖ_NLと電流Ｉ_NLが使用履歴によってシフ
トするので、走査線４０１および信号線４０２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
しなくなる。それ故、液晶表示パネルに残像などの発生
し、その表示品質が低下するなどの問題が生じてしま
う。

【００３５】ＭＩＭ型非線形素子１では、長時間電圧を
印加すると、図８に示すようにＶ_thの値が変化する。Ｍ
ＩＭ型非線形素子１に対して、同一の電圧を印加し、所
定時間が経過した後のＶ_thの変化量を△Ｖ_thと定義す
る。このとき、第一の電極層に窒素をスパッタ時にド−
プしたＴａ膜を用いると、レ−ザ−アニ−ルしたＴａ膜
を用いた場合に比べて、△Ｖ_thの値は約３倍となり非常
に液晶表示パネルでの残像が目立ってしまう。また、第
一の電極層がスパッタリングで堆積しただけの正方晶構
造をしたＴａ膜とレ−ザ−アニ−ル処理して体心立方格
子となったＴａ膜では、△Ｖ_thの値は同じである。第一
の電極層にレ−ザ−アニ−ルをしたＴａ膜を用いて、Ｔ
ａＯ_X膜１３を形成するときの陽極酸化化成液に、リン
酸水溶液やアンモニアを含んだ水溶液を用いれば、残像
はほとんど目立たなくなる。

【００３６】次に、ＭＩＭ型非線形素子１に印加電圧Ｖ
_thを加えたときの電流Ｉ_NLが低くなる効果について説明
する。Ｖ_thを画素領域２に加えたときに電流Ｉ_NLが低下
したときに効果が表れるのは、図６の”Ｔ”で示す以外
の非選択期間での、液晶の保持機能に大きく関与する。
つまり、理想的には非選択期間ではＭＩＭ型非線形素子
１には電流が流れないので、液晶表示素子３には図６
（ｃ）のような電圧波形がかかるはずである。ところ
が、現実はＭＩＭ型非線形素子１に漏洩電流があるため
に走査線４０１と信号線４０２の電位差の平均値が液晶
表示素子３にかかるようになってくるので、その様子を
図９に示す。図９は、選択期間でＭＩＭ型非線形素子１
をオン状態にしたもので、このとき非選択期間で画素領
域にかかる電圧波形を図９（ａ）に示し、液晶にかかる
電圧波形を図９（ｂ）に示してある。

【００３７】非選択期間で液晶表示素子３に加わる電圧
が印加電圧の平均値に減衰していく割合は、ＭＩＭ型非
線形素子１にＶ_thの電圧を印加した時の抵抗値と容量の
積の大きさで決まり、この値は大きい程減衰時間が長く
なる。従って、Ｖ_thの電圧を印加したときの電流値が小
さくなると、ＭＩＭ型非線形素子１の抵抗値が大きくな
り液晶の保持機能が向上することになり、パネルのコン
トラストの向上につながる。

【００３８】図１０には、レ−ザ−アニ−ルのやり方に
よってＴａ膜１２の比抵抗を変化させたときに、ＭＩＭ
型非線形素子１にＶ_thの電圧を印加したときに流れる電
流値の関係を示す。レ−ザ−アニ−ルのエネルギ−密度
およびパルスの照射回数を制御すれば、Ｔａ膜の抵抗値
は３０〜１８０μΩ・ｃｍまで連続的に変化させること
ができる。第一の電極層にレ−ザ−アニ−ルして十分に
抵抗値が低下したＴａ膜を用いると、図１０に示すよう
にアニ−ルしていない従来使われているＴａ膜を使用し
た場合のＭＩＭ型非線形素子にＶ_thの電圧を印加したと
きにながれる電流値は半分程度になり、液晶の保持機能
は向上する。但し、図１０に示すようにレ−ザ−アニ−
ルによってＴａ膜１２の抵抗が十分に低下しないとＶ_th
印加時の電流値の低下の度合いは小さくなる。

【００３９】さらに、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液晶表示パネルでは、コスト
低減のために駆動電圧を低下したい。この場合、液晶へ
の信号の書き込み電圧を低減するために、ＭＩＭ型非線
形素子１の容量は液晶表示素子３に比べてできるだけ小
さくしたい。このようにすると、保持特性を決めるＭＩ
Ｍ型非線形素子１が非選択状態での印加電圧の減衰時間
が短くなる。ここで、この減衰時間を長くするために
は、ＭＩＭ型非線形素子１にＶ_thの電圧を印加したとき
に流れる電流値を低減することが効果的である。

【００４０】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の結晶構造を制御することで、走査線４
０１の抵抗を低減し、Ｖ_th印加時の電流値を低減できる
ので、液晶表示パネルにおいて画面の左右のムラをなく
すことができまた、コントラストを向上させ品質の高い
表示が可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上のとおり本発明において、ＭＩＭ型
非線形素子の第一の金属層をなすＴａ膜の結晶構造を体
心立方格子にして膜抵抗を３０μΩ・ｃｍ以下にするこ
とに特徴を有しており以下の効果がある。また、この抵
抗値のＴａ膜を得るには、スパッタリング法などで、膜
を堆積後レ−ザ−アニ−ル法やランプアニ−ル法等の急
加熱，急冷却の処理をすればよい。

【００４２】こうすることで、ＭＩＭ型非線形素子の印
加電圧と電流との関係で、Ｖ_thの電圧印加時に電流値が
小さくなり画面のコントラストが向上する。また、Ｎ₂
ド−プスパッタリングで堆積したＴａ膜を第一の金属層
にした場合よりも△Ｖ_thが小さくなり画面の残像が目立
たなくなっている。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またはアンモニ
アを含んだ水溶液を用いるのがよい。

【図面の簡単な説明】

【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型非線形素子の製造工程図。

【図２】 液晶表示パネルのマトリックスアレイを構成
するＭＩＭ型非線形素子の製造工程図。

【図３】 従来の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。

【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】 ＭＩＭ型非線形素子を用いたマトリクスアレ
イを駆動する電圧波形図。

【図７】 ＭＩＭ型非線形素子の選択期間に印加する電
圧波形図。

【図８】 ＭＩＭ型非線形素子に対して電圧を印加した
時間と、そのＶ_thがシフトした値との関係図。

【図９】 ＭＩＭ型非線形素子の非選択期間に印加する
電圧波形図。

【図１０】Ｔａ膜の比抵抗とＭＩＭ型非線形素子にＶ_th
の電圧を印加したときの電流値との関係図。

【符号の説明】

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 ＴａＯ_X膜 １２、６０１ Ｔａ膜（第一の金属電極層） １３、６０４ ＴａＯ_X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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、第一の金属層に
   は、比抵抗が３０μΩ・ｃｍ以下のタンタル（Ｔａ）薄
   膜を用いることを特徴とする液晶表示パネル。
2. 【請求項２】物理的方法で堆積されたＴａ膜を、レーザ
   ーアニール法またはランプアニール法等の急加熱，急冷
   却処理をして、ＭＩＭ型非線形素子の第一の金属層とす
   る請求項１記載の液晶表示パネルの製造方法。