JPH0764117A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 液晶を挟んで対向する一方の基板に形成され
た非線形抵抗素子部の２個の非線形抵抗素子が第１導体
を共通の導体として第１導体／第１導体の酸化膜からな
る非線形抵抗膜／第２導体の積層構造に形成され、一方
の非線形抵抗素子の第２導体が配線部に、他方の非線形
抵抗素子の第２導体が液晶駆動用透明電極に接続されて
なる液晶表示装置の製造方法において、非線形抵抗素子
部を、一方の基板11に第１導体19を形成する工程と、こ
の第１導体の表面部を酸化して膜厚５００〜８００オン
グストロームの第１導体の酸化膜を形成して非線形抵抗
膜20にする工程と、この非線形抵抗膜上に２個の非線形
抵抗素子の第２導体21a,21bを形成する工程と、２００
〜３００℃で熱処理する工程とにより形成するようにし
た。 【効果】 ＩＣの耐圧範囲で焼付きをなくすことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示装置の製造
方法に係り、スイッチング素子としてＭＩＭからなる非
線形抵抗素子を有するマトリックス型液晶表示装置の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示器を用いた表示装置が、
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機器の端末機器、ＴＶ用画像表示装置などの
大容量情報の表示用として使用されるようになり、それ
にともなって、より高画質の画像表示が要求されてい
る。

【０００３】これら大容量情報の表示には、所定配列の
複数個のスイッチング素子からなるスイッチングアレイ
の形成されたマトリックス型液晶表示装置が用いられ
る。そのスイッチング素子として、既に各種構成のもの
が知られているが、構造が簡単でありかつ製造が容易な
２端子の非線形抵抗素子として、なかでもＭＩＭ（導体
／非線形抵抗膜／導体）素子が実用化されている。

【０００４】このＭＩＭ素子は、図４にマトリックス型
液晶表示装置の１画素分について示すように、液晶（図
示せず）を挟んで対向する一方のガラス基板１の対向面
に形成されたＴａ薄膜からなる第１導体２、この第１導
体２の表面を覆うＴａの酸化膜からなる非線形抵抗膜
３、この非線形抵抗膜３と一部が重なるように基板１の
対向面に形成されたＣｒ薄膜からなる第２導体４からな
り、その第２導体４と一部が重なり合うように、ガラス
基板１の対向面に液晶駆動用透明導電膜５（画素電極）
が設けられている。

【０００５】この複数個のＭＩＭ素子を有するアレイ基
板の製造方法は、スパッタリング法や真空蒸着法などの
薄膜形成法によりガラス基板１の対向面にＴａ薄膜を形
成し、フォトエッチング法によりパターニングして、配
線とともにＭＩＭ素子の一方の電極である第１導体２を
形成する。つぎにたとえばクエン酸水溶液を用いた陽極
酸化により上記Ｔａ薄膜の表面部を酸化して、第１導体
２上にＴａの酸化膜からなる非線形抵抗膜３を形成す
る。さらにこの非線形抵抗膜３上に薄膜形成・加工法に
より、Ｃｒ薄膜からなるＭＩＭ素子の他方の電極である
第２導体４を形成する。その後、スパッタリング法およ
びフォトエッチング法により、第２導体４と一部が重な
り合うようにガラス基板１の対向面に液晶駆動用透明導
電膜５を形成することにより製造される。

【０００６】このＭＩＭ素子の基本的な製造技術は、特
公昭５５−１６１２７３号公報に開示されており、また
その改良技術が、特開昭５８−１７８３２０号公報など
に開示されている。

【０００７】ところで、上記のように形成されたＭＩＭ
素子を有するマトリックス型液晶表示装置は、ＭＩＭ素
子の電流−電圧特性の非対称性のために、フリッカーや
焼付きなどが発生し、画質が劣化するという問題があ
る。

【０００８】すなわち、マトリックス型液晶表示装置
は、一般に信頼性の点で交流駆動、すなわち、正負対称
な交流電圧によって駆動され、ＭＩＭ素子に極性の異な
る電圧が周期的に印加される。この場合、ＭＩＭ素子の
非線形抵抗性は、第１、第２導体２，４の材料の相違、
第１、第２導体２，４と非線形抵抗膜３との界面状態の
相違などにより、正負対称にならない場合が生ずる。つ
まり、正負対称の駆動電圧を印加しても、液晶に印加さ
れる電圧は正負非対称となり、液晶にオフセット電圧
（ＤＣ成分）が残り、フリッカーや焼付きなどが発生す
る。

【０００９】この原因は、必ずしも明確ではないが、電
流の発生機構が酸化膜（非線形抵抗膜３）のバルクの物
性に依存しており、酸化膜の膜質の不均一や経時変化な
どによるものと考えられる。

【００１０】上記ＭＩＭ素子の問題を回避する手段とし
て、たとえば特開昭５７−１４４５８４号公報には、２
個のＭＩＭ素子を逆極性に直列接続して、スイッチング
素子とするとよいことが示されている。

【００１１】このようにＭＩＭ素子を逆極性に直列接続
して用いると、必要な駆動電圧が倍になり、その駆動電
圧の上昇により電流−電圧特性の対称性が向上し、動作
開始初期におけるフリッカーや焼付きを十分に軽減でき
る。しかし長時間動作後に電流−電圧特性の対称性が崩
れ、焼付きが発生することがある。また駆動電圧の上昇
により駆動回路のＩＣの耐圧を越え、液晶表示装置の駆
動が困難になるばかりでなく、十分なコントラストが得
られなくなるなどの問題がある。

【００１２】したがってこのような問題をなくすために
は、駆動電圧を下げ、十分なコントラストが得られよう
にＭＩＭ素子の非線形抵抗膜を薄くしなければならな
い。

【００１３】一方、画素ごとに１個のＭＩＭ素子が配置
される液晶表示装置の製造方法として、ＭＩＭ素子の第
１導体、非線形抵抗膜形成後、第２導体形成前に熱処理
する方法が、特開昭５８−５２６８０号公報、特開昭６
２−６２３３３号公報、特開昭６３−５００８１号公報
などに開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＭＩＭ
素子をスイッチング素子として有する液晶表示装置は、
正負対称な交流電圧を印加しても、ＭＩＭ素子の第１、
第２導体の材料の相違や第１、第２導体と非線形抵抗膜
との界面状態の相違などにより、正負対称にならない場
合が生じ、フリッカーや焼付きなどが発生し、画質が劣
化するという問題がある。

【００１５】このＭＩＭ素子の問題を回避する手段とし
て、２個のＭＩＭ素子を逆極性に直列接続してスイッチ
ング素子とするとよいことが知られている。しかしこの
ように２個のＭＩＭ素子を接続しても、長時間動作後の
電流−電圧特性の対称性が崩れ、フリッカーや焼付きな
どか発生する。また駆動電圧が上昇して駆動回路のＩＣ
の耐圧を越え、液晶表示装置の駆動が困難になるばかり
でなく、十分なコントラストが得られなくなるなどの問
題がある。したがってこのような問題をなくすために
は、駆動電圧を下げ、十分なコントラストが得られよう
にＭＩＭ素子の非線形抵抗膜を薄くしなければならな
い。

【００１６】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、動作開始初期ばかりでなく、長時間動作後
も、焼付きなどをおこさない液晶表示装置を得ることを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】液晶を挟んで対向する一
方の基板の対向面に配線部、液晶駆動用透明電極および
２個の非線形抵抗素子からなる非線形抵抗素子部が形成
され、その各非線形抵抗素子が第１導体を共通の導体と
して第１導体／第１導体の酸化膜からなる非線形抵抗膜
／第２導体の積層構造に形成され、一方の非線形抵抗素
子の第２導体が配線部に接続され、他方の非線形抵抗素
子の第２導体が液晶駆動用透明電極に接続されてなる液
晶表示装置の製造方法において、非線形抵抗素子部を、
一方の基板の対向面に第１導体を形成する工程と、この
第１導体の表面部を酸化して膜厚５００〜８００オング
ストロームの第１導体の酸化膜を形成して非線形抵抗膜
にする工程と、この非線形抵抗膜上に２個の非線形抵抗
素子の第２導体を形成する工程と、２００〜３００℃で
熱処理する工程とにより形成するようにした。

【００１８】

【作用】上記のように、非線形抵抗素子部を形成する
と、非線形抵抗膜の膜厚を５００〜８００オングストロ
ームと厚く形成しても、その後の２００〜３００℃の熱
処理により、電流がよく流れるようになり、ＩＣの耐圧
以下の駆動電圧で焼付きの原因である電流−電圧特性の
非対称性をなくすことができる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例に基
づいて説明する。

【００２０】図２にこの発明の一実施例に係るマトリッ
クス型液晶表示装置の要部の断面構造を、また図３にそ
の一方の基板に形成される１画素分の平面構造を示す。
このマトリックス型液晶表示装置は、液晶１０を挟んで
対向する一方のガラス基板１１の対向面に、非線形抵抗
素子部１２、配線部１３および液晶駆動用透明電極１４
（画素電極）が、さらにその上に配向膜（図示せず）が
設けられ、他方のガラス基板１５の対向面にも、透明電
極１６およびその上に配向膜（図示せず）が設けられた
構造に形成されている。

【００２１】上記非線形抵抗素子部１２は、２個のＭＩ
Ｍ素子１８a 、１８b により構成されている。その各Ｍ
ＩＭ素子１８a 、１８b は、一方の基板１１の対向面に
形成されたＴａ薄膜からなる第１導体１９を共通の導体
とし、この第１導体１９の表面を覆うＴａ酸化膜からな
る非線形抵抗膜２０、およびこの非線形抵抗膜２０と一
部が重なるように一方のガラス基板１１の対向面に形成
されたＴｉ薄膜からなる２つの第２導体２１a 、２１b
から構成され、一方の第２導体２１a が配線部１３に、
他方の第２導体２１b が透明電極１４に接続されてい
る。

【００２２】したがってこの非線形抵抗素子部１２を有
する液晶表示装置では、逆極性に直列接続された２個の
ＭＩＭ素子１８a 、１８b を介して配線部１３から透明
電極１４に駆動電圧を供給する。

【００２３】なお、配線部１３は、Ｔａ薄膜とこのＴａ
薄膜を覆うＴａ酸化膜とこのＴａ酸化膜上に形成された
Ｔｉ膜からなる。また透明電極１４および１６は、それ
ぞれＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる。

【００２４】つぎに、この液晶表示装置の製造方法を、
図３のＡ−Ａ線断面で示した図１により説明する。

【００２５】まず、図１（ａ）に示すように、板厚０．
７mmの一方のガラス基板１１の対向面にたとえばＳｉＯ
₂ からなるアルカリ防御膜（図示せず）を形成し、この
アルカリ防御膜上に、スパッタリング法により、膜厚３
０００オングストロームのＴａ薄膜２２を形成する。そ
して同（ｂ）に示すように、既知のフォトエッチング法
により、上記Ｔａ薄膜２２を所定形状にパターニングす
る。このＴａ薄膜２２のパターニングには、ＣＦ₄ とＯ
₂ の等量混合ガスを用いたプラズマ・エッチングが有効
である。

【００２６】つぎに、上記所定形状にパターニングされ
たＴａ薄膜２２の全面を酸化して、その表面部に膜厚５
００〜８００オングストロームの均一なＴａ酸化膜２３
を形成する。このＴａ酸化膜２３の形成は、Ｔａ薄膜２
２を陽極とし、Ｐｔめっきを施したＴｉメッシュを陰極
とし、１重量％ほう酸アンモニウム水溶液を電解液とす
る陽極酸化により形成することができる。具体的には、
上記陰陽両極間に４２Ｖの電圧を印加して、膜厚７００
オングストロームの均一なＴａ酸化膜２３を形成するこ
とができた。

【００２７】つぎに、同（ｃ）に示すように、上記Ｔａ
酸化膜の形成された所定形状のＴａ薄膜をフォトエッチ
ング法によりエッチングして、Ｔａ薄膜とその表面のＴ
ａ酸化膜からなる所定形状の配線２４と、Ｔａ薄膜から
なる第１導体１９およびその表面のＴａ酸化膜からなる
非線形抵抗膜２０からなる所定形状の素子部２５とに分
断する。この配線２４と素子部２５とに分断するための
エッチングは、前記Ｔａ薄膜を所定形状にパターニング
するときのエッチングと同一方法でおこなうことができ
る。

【００２８】つぎに、上記配線２４と素子部２５の形成
されたガラス基板１１の対向面の全面に、スパッターリ
ング法により、膜厚１２００オングストロームのＴｉ薄
膜２６を形成する。そして同（ｄ）に示すように、フォ
トエッチング法により、上記素子部２５の非線形抵抗膜
２０上に所定間隔離して２つの第２導体２１a ，２１b
を形成すると同時に、上記配線２４のＴａ酸化膜上にそ
の下のＴａ薄膜の側面に接続されかつ一方の第２導体２
１a に接続された所定形状のＴｉ薄膜からなる配線２７
を形成する。。このＴｉ薄膜からなる第２導体２１a ，
２１b および配線２７のパターニングは、ＥＤＴＡ（エ
チレンジアミン−テトラアセティックアシド）９ｇ、水
４００cc、アンモニア水３mlの割合いで混合したエッチ
ング液により、室温に保っておこなわれる。

【００２９】つぎに、上記ガラス基板１１を２００〜３
００℃の温度範囲で約１時間、たとえば２８０℃で１時
間熱処理して、図２および図３に示したように、ガラス
基板１１の対向面に第１導体１９、非線形抵抗膜２０お
よび第２導体２１a ，２１bからなる２個のＭＩＭ素子
１８a ，１８b を備える非線形抵抗素子部１２、および
その一方のＭＩＭ素子１８a の第２導体２１a に接続さ
れた配線部１３を形成する。

【００３０】その後、上記非線形抵抗素子部１２および
配線部１３の形成されたガラス基板１１の対向面に、ス
パッターリング法により、膜厚１０００オングストロー
ムのＩＴＯからなる透明導電膜を形成する。そしてフォ
トエッチング法により、この透明導電膜を所定の形状に
パターニングして透明電極１４形成する。この透明電極
１４パターニングは、水、塩酸、硝酸を１：１：０．１
の容積比で混合したエッチング液によりおこなうことが
できる。

【００３１】液晶表示装置の製造は、その後、上記のよ
うに形成されたアレイ基板の非線形抵抗素子部１２や透
明電極１４の形成された面（一方のガラス基板の対向
面）にポリイミド樹脂を塗布し焼成して配向膜を形成す
る。そして液晶の配向方向を規制するラビィングをおこ
なう。一方、他方のガラス基板１５の対向面にも、上記
一方のガラス基板の透明電極の形成方法と同様の方法に
より、透明電極１６を形成し、さらにポリイミド樹脂を
塗布し焼成して配向膜を形成する。そして上記アレイ基
板に対して、約９０°捩じった方向にラビィングする。
つぎに液晶分子の長軸方向が上記２種類の基板間で約９
０°捩れるように、両基板を５〜１０μmの間隔を保っ
て接合し、両基板間に液晶を注入して液晶セルを形成す
る。その後、この液晶セルの外面に、偏光軸を約９０°
捩った形で偏光板を配置して液晶表示装置とする。

【００３２】ところで、上記方法により逆極性に直列接
続された２個のＭＩＭ素子１８a 、１８b を備える非線
形素子部１２を形成すると、動作開始初期は勿論、長時
間動作後も焼付きのない液晶表示装置とすることがで
き、高画質で信頼性の高い、大規模かつ高精細のマトリ
ックス形液晶表示装置を実現することができる。

【００３３】すなわち、２個のＭＩＭ素子を逆極性に直
列接続した従来の液晶表示装置では、長時間動作後の焼
付きには効果がなく、かつ駆動電圧の上昇により、駆動
回路のＩＣの耐圧を越え、液晶表示装置の駆動が困難に
なるばかりでなく、十分なコントラストが得られない。
そのため、駆動電圧を下げ、十分なコントラストが得ら
れるようにＭＩＭ素子の非直線抵抗膜を薄くしなければ
ならなかったが、この例の製造方法のように、Ｔａ薄膜
からなる第１導体１９上に膜厚５００〜８００オングス
トロームのＴａ酸化膜からなる非直線抵抗膜２０を形成
し、さらにＴｉからなる第２導体２１a 、２１b を形成
したのち、２００〜３００℃で１時間熱処理すると、Ｔ
ａ酸化膜の膜厚を厚くでき、かつ膜厚が厚いにもかかわ
らず、電流がよく流れるようになり、駆動回路のＩＣの
耐圧内の駆動電圧で、動作開始初期の焼付きは勿論、長
時間動作後の焼付きもなくすことができる。たとえば従
来の２個のＭＩＭ素子を逆極性に直列接続した液晶表示
装置では、１時間駆動したのちにオフにすると、数分程
度の焼付きが生じたが、この例の方法により製造された
液晶表示装置では、その焼付きを３０秒以下にすること
てができた。

【００３４】なお、上記製造方法において、熱処理条件
を２００℃未満とすると、十分な効果が得られず、また
３００℃を越えると、電導機構が変化して電流−電圧特
性がいちじるしく劣化する。またＴａ酸化膜の膜厚を５
００オングストローム未満にすると、薄くなりすぎて十
分な電流−電圧特性の対称性が得られなくなる。また８
００オングストロームを越えると、３００℃の熱処理を
施したときに、駆動電圧が駆動回路のＩＣの耐圧を越え
るようになる。

【００３５】

【発明の効果】液晶を挟んで対向する一方の基板の対向
面に形成される２個の非線形抵抗素子を、第１導体の表
面部に膜厚５００〜８００オングストロームの第１導体
の酸化膜からなる非線形抵抗膜を形成し、さらにこの非
線形抵抗膜上に第２導体を形成し、２００〜３００℃で
熱処理する方法で製造すると、非線形抵抗膜の膜厚を５
００〜８００オングストロームと厚く形成しても、その
後の熱処理により、駆動電圧を引下げ、ＩＣの耐圧範囲
で焼付きの原因である電流−電圧特性の変動をなくすこ
とができ、動作開始初期の焼付きは勿論、長時間動作後
の焼付きもなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）ないし（ｄ）はそれぞれこの発明の
一実施例であるマトリックス型液晶表示装置の製造方法
を説明するための図である。

【図２】この発明の一実施例に係るマトリックス型液晶
表示装置の断面構造を示す図である。

【図３】同じく一方の基板に形成される１画素分の平面
構造を示す図である。

【図４】従来のマトリックス型液晶表示装置の要部構成
を示す図である。

【符号の説明】

１１…一方のガラス基板 １２…非直線抵抗素子部 １３…配線部 １４…液晶駆動用透明電極 １５…他方のガラス基板 １６…透明電極 １８a ，１８b …ＭＩＭ素子 １９…第１導体 ２０…非直線抵抗膜 ２１a ，２１b …第２導体 ２２…Ｔａ薄膜 ２３…Ｔａ酸化膜 ２４…配線 ２６…透明導電膜 ２７…配線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶を挟んで対向する一方の基板の対向
   面に配線部、液晶駆動用透明電極および２個の非線形抵
   抗素子からなる非線形抵抗素子部が形成され、上記各非
   線形抵抗素子が第１導体を共通導体として第１導体／第
   １導体の酸化膜からなる非線形抵抗膜／第２導体の積層
   構造に形成され、一方の非線形抵抗素子の第２導体が上
   記配線部に接続され、他方の非線形抵抗素子の第２導体
   が上記液晶駆動用透明電極に接続されてなる液晶表示装
   置の製造方法において、 上記非線形抵抗素子部を、上記一方の基板の対向面に上
   記第１導体を形成する工程と、この第１導体の表面部を
   酸化して膜厚５００〜８００オングストロームの第１導
   体の酸化膜を形成して非線形抵抗膜にする工程と、この
   非線形抵抗膜上に上記２個の非線形抵抗素子の第２導体
   を形成する工程と、２００〜３００℃で熱処理する工程
   とにより形成することを特徴とする液晶表示装置の製造
   方法。