JPH0822032A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パターンニングの回数を少なくして、液晶表
示装置を簡単な工程で容易に製造する。 【構成】 一方の基板12に、第１導体22と非線形抵抗膜
23を形成する。第１導体22および非線形抵抗膜23を所定
パターンに形成する。第１導体22および非線形抵抗膜23
の所定パターン以外の部分に絶縁膜15を形成する。絶縁
膜15上に配線部を形成するとともに、非線形抵抗膜23お
よび絶縁膜15上に各第２導体24a ，24b を形成する。こ
れにより、第１導体22、非線形抵抗膜23と各第２導体24
a ，24b の積層構造からなる各非線形抵抗素子21a ，21
b を形成する。他方の非線形抵抗素子21b の第２導体24
b および絶縁膜15上に液晶駆動用透明電極を形成する。 【効果】 第１導体22と非線形抵抗膜23のパターニン
グ、第２導体24a ，24b と配線部のパターンニング、液
晶駆動用透明電極のパターニングで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング素子とし
てＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal ）からなる非線形抵
抗素子を有するマトリ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は、
パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、さらには
ＯＡ用の端末機器、ＴＶ用画像表示などの大容量情報表
示用途に使用されてきており、より高画質が求められる
ようになってきている。

【０００３】従来、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）
型液晶表示装置などの単純マトリクス方式が用いられて
いたが、表示容量が増えるにつれて、液晶自体の性質を
利用するだけでは大容量表示に対応しきれず、最近で
は、能動素子を各画素に取り付けたアクティブマトリク
ス型液晶表示装置が開発され、実用化されてきている。

【０００４】アクティブマトリクス型液晶表示装置に
は、大きく分けて２種類ある。１つは、ＴＦＴ（Thin F
ilm Transistor）を用いる三端子型液晶表示装置であ
り、もう１つは、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal ）な
どの非線形抵抗素子（以下、ＭＩＭ素子と呼ぶ）を用い
た二端子型液晶表示装置である。

【０００５】一般に、三端子型液晶表示装置は、画質の
点で単純マトリクス型液晶表示装置よりはるかに優れて
いるが、製造工程が複雑で工程数が多いことからコスト
面で割高となる。二端子型液晶表示装置は、画質の点で
三端子型液晶表示装置に近いにもかかわらず、三端子型
液晶表示装置に比べ、製造工程も簡単で工程数も約半分
と少ない。このような特徴があるために、各所で種々の
開発がなされ、なかでもＭＩＭ素子を用いた二端子型液
晶表示装置が実用化されている。

【０００６】このＭＩＭ素子は、図５にアクティブマト
リクス型液晶表示装置の１画素分について示すように、
液晶を挟んで対向する一方のガラス製の基板１の対向面
に形成されたＴａ（タンタル）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の対向面に設けられたＣｒ（クロム）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、基板１面に液晶駆動用透明電極（画素
電極）５が形成されている。

【０００７】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。次にたとえばクエン酸水溶液を用いた陽極酸化によ
り前記Ｔａ薄膜の表面部を酸化して、前記第１導体２上
にＴａ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、Ｃ
ｒ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、その第２導体４と一部が重なり合
うように基板１の対向面に液晶駆動用透明電極５を形成
することにより製造される。

【０００８】このＭＩＭ素子の基本的な製造技術は、例
えば特公昭５５−１６１２７３号公報に記載されてお
り、またその改良技術が特開昭５８−１７８３２０号公
報などに記載されている。

【０００９】ところで、前記のように形成されたＭＩＭ
素子を有するマトリ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
き付きなどが発生し、画質が劣化するという問題があ
る。

【００１０】すなわち、マトリクス型液晶表示装置は、
一般に信頼性の点で交流駆動され、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
子の電流−電圧特性は、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じ
る。すなわち、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（直流成分）が残り、フリッカーや焼き付きなど
が発生する。

【００１１】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。

【００１２】前記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号公報に記載さ
れているように、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。このスイッチング素子は、図６に示すように、一方
の基板１の対向面に形成されたＴａまたは窒素をドープ
したＴａ薄膜からなる所定パターンに形成された第１導
体２と、この第１導体２上に被着形成されたＴａ酸化膜
または窒素をドープしたＴａ酸化膜からなる非線形抵抗
膜３と、この非線形抵抗膜３の両側部上に形成されたＣ
ｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）などからなる２個の第
２導体4a，4bとからなり、その第２導体4a，4bと一部が
重なり合うように、一方の基板１の対向面にＳｎＯ
₂ （二酸化すず）、Ｉｎ₂ Ｏ₃ （酸化インジウム）など
からなる図示しない液晶駆動用透明電極が形成されてい
る。

【００１３】このように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ことにより、ＭＩＭ素子１
個では電流−電圧特性が非対称であっても、逆極性で直
列接続しているため、２個のＭＩＭ素子を接続したスイ
ッチング素子としては電流−電圧特性の対称性が向上
し、フリッカーや焼き付きなどを軽減できる。

【００１４】しかし、この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液晶表示装置は、製造に
あたり、第１導体２のパターニング、非線形抵抗膜３の
パターニング、第２導体4a，4bのパターニング、液晶駆
動用透明電極５のパターニングと４回の薄膜形成、エッ
チングが必要であり、製造工程が複雑である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、ＭＩＭ
素子をスイッチング素子と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、フリッカーや焼き付きなどが発生し、画質が劣化す
るという問題がある。

【００１６】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が、この液晶
表示装置は、製造にあたり、第１導体のパターニング、
非線形抵抗膜のパターニンン、第２導体のパターニン
グ、液晶駆動用透明電極のパターニングと４回の薄膜形
成、エッチングが必要であり、製造工程が複雑であると
いう問題がある。

【００１７】本発明は、前記問題点に鑑みてなされたも
のであり、フリッカーや焼き付きなどのない液晶表示装
置を簡単な工程で容易に製造し得るようにする液晶表示
装置の製造方法を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液晶表示
装置の製造方法は、液晶を挟んで対向する一方の基板の
対向面に２つの非線形抵抗素子からなる非線形抵抗素子
部、配線部および液晶駆動用透明電極がそれぞれ形成さ
れ、かつ、前記各非線形抵抗素子が共通の第１導体とこ
の第１導体の酸化膜からなる非線形抵抗膜と各第２導体
とからなる積層構造に形成され、一方の非線形抵抗素子
の第２導体が前記配線部に接続され、他方の非線形抵抗
素子の第２導体が前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であって、前記一方の基板
の対向面に前記第１導体および非線形抵抗膜を形成する
工程と、前記第１導体および非線形抵抗膜を所定パター
ンに形成する工程と、前記一方の基板の対向面に形成さ
れた前記第１導体および非線形抵抗膜の所定パターン以
外の部分に、第１導体および非線形抵抗膜の膜厚以上で
絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に配線部を形成
するとともに前記非線形抵抗膜および絶縁膜上に前記各
第２導体を形成して第１導体と非線形抵抗膜と各第２導
体の積層構造からなる前記各非線形抵抗素子を形成する
工程と、前記他方の非線形抵抗素子の第２導体および絶
縁膜上に前記液晶駆動用透明電極を形成する工程とによ
り、前記非線形抵抗素子部、配線部および液晶駆動用透
明電極を形成するものである。

【００１９】請求項２記載の液晶表示装置の製造方法
は、請求項１記載の液晶表示装置の製造方法において、
第１導体はタンタルからなり、第２導体はチタンからな
るものである。

【００２０】

【作用】請求項１記載の液晶表示装置の製造方法では、
非線形抵抗膜を第１導体の酸化膜とし、第１導体および
非線形抵抗膜のパターニングを同工程で同時に行なうこ
とにより、第１導体および非線形抵抗膜のパターニン
グ、第２導体および配線部のパターンニング、液晶駆動
用透明電極のパターニングの３回のパターニングにより
液晶表示装置が製造される。また、非線形抵抗素子の厚
みより液晶駆動用透明電極の部分のほうが厚くなるた
め、非線形抵抗素子および液晶駆動用透明電極が形成さ
れた一方の基板を配向処理するためのラビィングの際
に、非線形抵抗素子が破損されるのが低減される。

【００２１】請求項２記載の液晶表示装置の製造方法で
は、請求項１記載の液晶表示装置の製造方法の作用に加
えて、第１導体はタンタルからなり、第２導体はチタン
からなるため、第２導体と液晶駆動用透明電極との接触
抵抗が低減されるなどの効果を奏する。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例の詳細を図１および
図２を参照して説明する。

【００２３】図２は二端子型液晶表示装置におけるマト
リクスアレイ基板の平面図を示し、図３は図２のＡ−Ａ
断面に対応する二端子型液晶表示装置の断面図を示し、
図４は図２のＢ−Ｂ断面図を示す。

【００２４】図において、液晶表示装置は、液晶11を挟
んで一対のガラス製の基板12，13が対向されている。

【００２５】一方の基板12の対向面には、非線形抵抗素
子部14およびこの非線形抵抗素子部14以外の部分の絶縁
膜15が形成され、それらの上に液晶駆動用透明電極（画
素電極）16が形成され、さらにその上に図示しない配向
膜が形成されている。また、他方の基板13の対向面に
は、透明電極17が形成され、その上に図示しない配向膜
が形成されている。

【００２６】そして、非線形抵抗素子部14は、２個の非
線形抵抗素子（以下、ＭＩＭ素子と呼ぶ）21a ，21b に
より構成されている。その各ＭＩＭ素子21a ，21b は、
一方の基板12の対向面に形成されたＴａ（タンタル）薄
膜からなる第１導体22を共通の導体とし、この第１導体
22の表面にＴａ酸化膜からなる非線形抵抗膜23が形成さ
れ、この非線形抵抗膜23上にＴｉ（チタン）薄膜からな
る２つの第２導体24a，24b が分離形成され、それらの
積層構造から構成されている。

【００２７】また、非線形抵抗膜23上には、一方の第２
導体24a に接続されたＴｉ薄膜からなる配線部としての
配線電極25が形成されている。

【００２８】また、液晶駆動用透明電極16は、ＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）からなる透明導電膜により形成さ
れている。

【００２９】次に、この液晶表示装置の製造方法を図１
(a) 〜(d) により説明する。この図１(a) 〜(d) は、そ
れぞれ図２のＡ−Ａ断面図である。

【００３０】図１において製造工程にしたがって説明す
ると、一方の基板12上にたとえばＳｉＯ₂ （酸化シリコ
ン）からなる図示しないアルカリ防御膜を形成し、この
アルカリ防御膜上にスパッタリング法により膜厚３００
０オングストロームのＴａ薄膜からなる第１導体22を形
成する。

【００３１】続いて、図１(a) に示すように、この第１
導体22の全面を酸化して、その表面部に均一なＴａ酸化
膜からなる非線形抵抗膜23を形成する。この非線形抵抗
膜23の形成は、第１導体22を陽極とし、Ｐｔ（白金）め
っきを施したＴｉメッシュを陰極とし、１重量％硼酸ア
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。一例として、前記陰陽両極間に２４Ｖ
の電圧を印加して、膜厚４００オングストロームの均一
な非線形抵抗膜23を形成することができる。この場合、
第１導体22の表面部の１６０オングストロームの厚さの
部分が４００オングストロームの厚さの非線形抵抗膜23
になる。

【００３２】続いて、図１(b) に示すように、非線形抵
抗膜23の全面に、たとえばポジタイプの感光剤を塗布
し、所定パターンに形成されたフォトマスクを用いて露
光して現像し、所定パターンのレジスト膜31を形成す
る。その後、ケミカルドライエッチングにより、レジス
ト膜31の形成されていない部分の第１導体22および非線
形抵抗膜23を除去し、非線形抵抗素子部14のＴａ薄膜か
らなる第１導体22およびＴａ酸化膜からなる非線形抵抗
膜23を形成する。そのケミカルドライエッチングは、Ｃ
Ｆ₄ （四フッ化炭素）と、Ｏ₂ （酸素ガス）との等量の
混合ガスを用いたプラズマエッチングで行なわれる。

【００３３】続いて、図１同(b) に示すように、レジス
ト膜31の残存した状態で、一方の基板12の全面に、たと
えばスパッタリング法により、たとえばＳｉＯ₂ （酸化
シリコン）からなる絶縁膜15を、第１導体22および非線
形抵抗膜23の厚さ以上の厚さで形成する。具体的には３
４００〜３６００オングストロームの絶縁膜15を形成す
る。これにより、第１導体22の側面を絶縁膜15で覆うこ
とができる。

【００３４】続いて、図１(c) に示すように、レジスト
膜31を除去すると同時にレジスト膜31上に形成された絶
縁膜15を除去する。

【００３５】続いて、図１(d) に示すように、一方の基
板12の全面に、スパッタリング法により膜厚１２００オ
ングストロームのＴｉ薄膜を形成し、このＴｉ薄膜の全
面にたとえばポジタイプの感光剤を塗布し、所定パター
ンに形成されたフォトマスクを用いて露光して現像し、
所定パターンのレジスト膜を形成する。その後、ウエッ
トエッチングによりレジスト膜の形成されていない部分
のＴｉ薄膜を除去し、第２導体24a ，24b および配線電
極25を形成する。そのウエットエッチングは、ＥＤＴＡ
（エチレンジアミン・テトラ・アセティック・アシッ
ド）９ｇ、水４００ｃｃ、アンモニア水３ｍｌの割合で
混合したエッチング液を室温に保って行なわれる。

【００３６】続いて、Ｔｉ薄膜の形成された一方の基板
12の全面に、スパッタリング法により、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。さらにこの透明導電膜上に、たとえばポジタイプの
感光剤を塗布し、所定パターンに形成されたフォトマス
クを用いて露光して現像し、所定パターンのレジスト膜
を形成する。次に塩酸、硝酸、水を１：０．１：１の容
量比で混合したエッチング液を３０℃に加熱してエッチ
ングし、レジスト膜の形成されていない部分の透明導電
膜を除去して、液晶駆動用透明電極16をＴｉ薄膜からな
る第２導体24b に接続するように形成し、二端子型液晶
表示装置におけるマトリクスアレイ基板を得る。

【００３７】さらに、液晶表示装置の製造は、その後、
前記のように形成されたマトリクスアレイ基板の非線形
抵抗素子部14、絶縁膜15、配線電極25および液晶駆動用
透明電極16の形成された面に、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11の配向方向
を規制するラビィングを行なう。

【００３８】一方、他方の基板13の対向面にも、前記一
方の基板12の液晶駆動用透明電極16の形成方法と同様の
方法により透明電極17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、前記マト
リクスアレイ基板に対して、約９０°交差する方向にラ
ビィングする。

【００３９】次に液晶分子の長軸方向が前記２つの基板
12，13間で９０°交差するように、両基板12，13を５〜
１０μｍの間隔を保って接合し、両基板12，13間に液晶
11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°交差した形で偏光板を配
置して液晶表示装置とする。

【００４０】そして、前記のように液晶表示装置を構成
すると、非線形抵抗膜23を第１導体22の酸化膜とし、第
１導体22および非線形抵抗膜23のパターニングを同工程
で同時に行なうことにより、第１導体22および非線形抵
抗膜23のパターニング、第２導体24a ，24b および配線
電極25のパターンニング、液晶駆動用透明電極16のパタ
ーニングと３回のパターニングにより液晶表示装置を製
造することができ、従来の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液晶表示装置の製
造に比べて、パターニングの回数を１回減らして、簡単
な工程で容易に製造することができる。

【００４１】また、従来の構成では、ＭＩＭ素子の厚み
が液晶駆動用透明電極の厚みより大きかったが、本実施
例の構成では、ＭＩＭ素子21a ，21b の厚みより液晶駆
動用透明電極16の部分のほうが厚くなるため、ＭＩＭ素
子21a ，21b および液晶駆動用透明電極16が形成された
一方の基板12を配向処理するためのラビィングの際に、
ＭＩＭ素子21a ，21b が破損されるのを低減できる。

【００４２】

【発明の効果】請求項１記載の液晶表示装置の製造方法
によれば、非線形抵抗膜を第１導体の酸化膜とし、第１
導体および非線形抵抗膜のパターニングを同工程で同時
に行なうことにより、第１導体および非線形抵抗膜のパ
ターニング、第２導体および配線部のパターンニング、
液晶駆動用透明電極のパターニングの３回のパターニン
グにより液晶表示装置を製造できるため、従来の２個の
非線形抵抗素子を逆極性に直列接続してスイッチング素
子とする液晶表示装置の製造に比べて、パターニングの
回数を少なくして液晶表示装置を製造することができ、
フリッカーや焼き付きなどのない高品位の液晶表示装置
を簡単な工程で容易に製造することができる。しかも、
非線形抵抗素子の厚みより液晶駆動用透明電極の部分の
ほうが厚くなるため、非線形抵抗素子および液晶駆動用
透明電極が形成された一方の基板を配向処理するための
ラビィングの際に、非線形抵抗素子が破損されるのを低
減できる。

【００４３】請求項２記載の液晶表示装置の製造方法に
よれば、請求項１記載の液晶表示装置の製造方法の効果
に加えて、第１導体はタンタルからなり、第２導体はチ
タンからなるため、第２導体と液晶駆動用透明電極との
接触抵抗を低減できるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の製造方法を一実施例を
(a) 〜(d) の順に説明する図２のＡ−Ａ断面図に対応し
た断面図である。

【図２】同上実施例の液晶表示装置の一方の基板に形成
される１画素分の構造を示す平面図である。

【図３】同上実施例の図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】同上実施例の図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】従来のマトリクス型液晶表示装置の構成を示す
断面図である。

【図６】従来の２個のＭＩＭ素子を逆極性に直列接続し
たマトリクス型液晶表示装置の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

11 液晶 12，13 基板 14 非線形抵抗素子部 15 絶縁膜 16 液晶駆動用透明電極 21a ，21b 非線形抵抗素子 22 第１導体 23 非線形抵抗膜 24a ，24b 第２導体 25 配線部としての配線電極

Claims (2)

【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２つの非線形抵抗素子からなる非線形抵抗素子部、
   配線部および液晶駆動用透明電極がそれぞれ形成され、
   かつ、前記各非線形抵抗素子が共通の第１導体とこの第
   １導体の酸化膜からなる非線形抵抗膜と各第２導体とか
   らなる積層構造に形成され、一方の非線形抵抗素子の第
   ２導体が前記配線部に接続され、他方の非線形抵抗素子
   の第２導体が前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であって、 前記一方の基板の対向面に前記第１導体および非線形抵
   抗膜を形成する工程と、 前記第１導体および非線形抵抗膜を所定パターンに形成
   する工程と、 前記一方の基板の対向面に形成された前記第１導体およ
   び非線形抵抗膜の所定パターン以外の部分に、第１導体
   および非線形抵抗膜の膜厚以上で絶縁膜を形成する工程
   と、 前記絶縁膜上に配線部を形成するとともに前記非線形抵
   抗膜および絶縁膜上に前記各第２導体を形成して第１導
   体と非線形抵抗膜と各第２導体の積層構造からなる前記
   各非線形抵抗素子を形成する工程と、 前記他方の非線形抵抗素子の第２導体および絶縁膜上に
   前記液晶駆動用透明電極を形成する工程とにより、 前記非線形抵抗素子部、配線部および液晶駆動用透明電
   極を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】 第１導体はタンタルからなり、第２導体
   はチタンからなることを特徴とする請求項１記載の液晶
   表示装置の製造方法。