JPH0992909A - スイッチング素子、スイッチング素子の製造方法、およびスイッチング素子を用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性のバラツキが少なく、安定したスイッチ
ング動作が行えるとともに、低コストで製造することが
でき、リーク電流の少ないスイッチング素子およびそれ
を用いた表示装置を提供するようにする。 【解決手段】 スイッチング素子２１は、アースライン
２５と画素電極２８の２つの電極間に中空部３０を設
け、可撓性のあるＩＴＯ膜の画素電極２８上に窒化膜の
オーバーコート膜２９を形成して、その画素電極２８と
オーバーコート膜２９とが電極クロム２７により片持支
持されている。ゲートメタル２３にオン電圧が印加され
ると、画素電極２８上のオーバーコート膜２９の表面に
静電誘導によってゲートメタル２３の電荷と逆極性の電
荷が誘起され、電荷間のクーロン引力によりオーバーコ
ート膜２９がゲートメタル２３側に引き寄せられて電極
同士が接触してオンし、ゲートメタル２３にオフ電圧が
印加されると、電極同士が離反してオフ動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メカニカルなスイッチ
ング動作を行うスイッチング素子、そのスイッチング素
子の製造方法、およびそのスイッチング素子を用いた表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスイッチング素子には、例えば、
ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタな
どがあり、半導体の電気的な性質を変化させて、電流が
流れる状態（導通状態）と、電流が流れ難い状態（非導
通状態）とを作り出してスイッチングを行うものが一般
的に知られている。例えば、図６は、従来のＭＯＳ型の
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）素
子の断面構成図であり、ゲート電極に印加する電圧を変
化させることにより、活性層の電気的特性を変化させて
ソース／ドレイン間をオン／オフ制御するものである。

【０００３】図６に示すＴＦＴ素子１は、ガラス基板２
上にゲートパターン３を所定の長さに形成し、前記ガラ
ス基板２とゲートパターン３とを覆うようにゲート絶縁
膜４を形成し、そのゲート絶縁膜４上には前記ゲートパ
ターン３を少なくとも覆うように活性層５が延在形成さ
れている。この活性層５は、半導体層からなり、上記し
たゲートパターン３にゲート電圧を印加することによっ
て、正孔の多いｐ型やキャリアの多いｎ型のチャネル領
域が形成され、電気的な性質として導通状態、あるいは
非導通状態となる。さらに、この活性層５の両端部に
は、オーミック層６、７が形成され、そのオーミック層
６の上には、ソース電極となるソースメタル８が形成さ
れるとともに、オーミック層７の上には、ドレイン電極
となるドレインメタル９が形成され、その表面にはＴＦ
Ｔ素子１を覆って保護するオーバーコート膜１０が形成
されている。

【０００４】上記したＴＦＴ素子１は、ｐＭＯＳ型であ
れば、ゲートパターン３にしきい値電圧よりも高い「Ｈ
（High）」レベルの電圧を印加すると、上記した活性層
５がｎチャネル化するので電流が流れ難くなり、ソース
／ドレイン間はオフする。逆に、ゲートパターン３にし
きい値電圧よりも低い「Ｌ（LOW）」レベルの電圧を印
加すると、上記した活性層５がｐチャネル化するので電
流が流れ易くなり、ソース／ドレイン間はオンする。

【０００５】また、上記したＴＦＴ素子１がｎＭＯＳ型
の場合は、ゲートパターン３にしきい値電圧よりも高い
「Ｈ（High）」レベルの電圧を印加すると、上記した活
性層５がｎチャネル化するので電流が流れ易くなり、ソ
ース／ドレイン間はオンする。逆に、ゲートパターン３
にしきい値電圧よりも低い「Ｌ（LOW）」レベルの電圧
を印加すると、上記した活性層５がｐチャネル化するの
で電流が流れ難くなり、ソース／ドレイン間はオフす
る。

【０００６】従って、上記したＴＦＴ素子１は、ゲート
パターン３に印加する電圧を変化させるだけで、ソース
／ドレイン間を電気的にオン／オフさせてスイッチング
動作を行うことができる。従来は、このようなＴＦＴ素
子等のスイッチング素子を用いて、例えば、アクティブ
マトリクス駆動を行う液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ：
Thin Film Transistor −Liquid Crystal Display）な
どに利用されている。

【０００７】図７は、ＴＦＴ−ＬＣＤの液晶表示パネル
の１画素分の回路構成を示す図である。液晶表示パネル
のＴＦＴ基板１１側には、ゲートライン１２とソースラ
イン１３とが直交方向にマトリクス状に配置され、各ゲ
ートラインとソースラインとが交差する位置にＴＦＴ素
子１４が設けられている。そのＴＦＴ素子１４がｐＭＯ
Ｓトランジスタの場合は、ＴＦＴ素子１４のソース電極
がソースライン１３に接続され、ゲート電極がゲートラ
イン１２に接続され、ドレイン電極が液晶容量（ＣLC）
を形成する画素電極にそれぞれ接続されている。ＴＦＴ
素子のドレイン１４側の液晶表示パネル内では、実際に
は液晶容量（ＣLC）以外に寄生容量（ＣS）や抵抗分
（Ｒ）が並列接続されているのと同視できることから、
図７に示すような等価回路を描くことができる。

【０００８】そして、このＴＦＴ基板１１は、対向配置
されている図示しないコモン基板との間にシール材を使
って貼り合わされ、その間に液晶を注入して封止するこ
とで液晶表示パネルが構成される。このように構成され
た、ＴＦＴ−ＬＣＤの液晶表示パネルは、各ゲートライ
ン１２から供給される走査信号によってゲート電極にオ
ン電圧が印加されると、選択状態になったＴＦＴ素子１
４は、ソースライン１３から供給される表示信号の電荷
を液晶容量（ＣLC）に供給して蓄積した後、ゲート電極
にオフ電圧を印加して非選択状態として、その蓄積電荷
を保持することにより液晶をその間駆動するものであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のスイッチング素子およびこれを用いた表示装
置にあっては、大面積のガラス基板上の各画素毎にＴＦ
Ｔ素子が形成されることから、多数の素子を同一製造工
程によって同時に形成しなくてはならない。このため、
各ＴＦＴ素子を構成する半導体からなる活性層などは、
膜質や膜厚にそれぞれバラツキがあると、電気的特性が
異なるという問題がある。特に、上記のようなＭＯＳ型
のスイッチング素子では、半導体層の電気的性質をゲー
ト電極に印加する電圧を変えることによって、電流の流
れが制御されてスイッチング動作が行われるため、例え
ば、特性が変化して耐圧が低下するとリーク電流の増大
を招き、クロストーク現象が生じるなどの問題がある。

【００１０】また、従来のスイッチング素子を製造する
場合は、真性半導体層をｐ型化あるいはｎ型化するため
に、成膜工程後、さらにイオンドーピング工程を要する
ことから、製造工程数が増加するとともに、高価なイオ
ン注入装置等も必要になるため、製造コストが高くなる
という問題がある。そこで、本発明は、上記課題に鑑み
てなされたものであって、特性のバラツキが少なく、安
定したスイッチング動作が行えるスイッチング素子と、
そのスイッチング素子を低コストで製造することができ
るスイッチング素子の製造方法、および、スイッチング
素子のリーク電流によってクロストーク現象が生じ難
く、良好なコントラストが得られるスイッチング素子を
用いた表示装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のスイッチ
ング素子は、中空部を介して少なくとも一部が重なり合
う２つの電極を対峙配置し、該２つの電極の何れか一方
を撓ませて電極同士が接触・離反するように一方の電極
を片持支持した第１および第２の電極部と、前記第１お
よび第２の電極部の何れか一方を撓ませて電極同士を接
触・離反させる電極駆動用の第３の電極部と、を備え、
前記第３の電極部が前記第１の電極部または第２の電極
部を機械的に駆動してスイッチングさせることを特徴と
する。

【００１２】例えば、従来は、超小型電子回路のスイッ
チング素子として、半導体等を使ったソリッドステート
方式によるものが一般的に用いられているが、これは半
導体の性質を電気的に変化させてスイッチングを行うた
め、リーク電流が多く、また、その製造工程も不純物注
入等の工程を要するため工程数が多く、高コストであっ
た。

【００１３】そこで、本発明のスイッチング素子は、中
空部を介して対峙した２つの電極を機械的に駆動して接
触、あるいは離反させることによりスイッチング動作を
行わせるものである。従って、オフ時には、２つの電極
が離れて中空部により確実に絶縁されるので、リーク電
流がほとんど無く、また、オン時には、電極同士が接触
するので電流を確実に流すことができる。このように、
電極同士をメカニカルに駆動するスイッチング素子の場
合は、不純物を注入する半導体が不要となるため、その
製造工程も簡単となり、製造コストを低減することがで
きる。

【００１４】また、請求項２記載のスイッチング素子
は、前記第１および第２の電極部にそれぞれ隣接する絶
縁層を有し、前記第３の電極部にオン電圧を印加して、
前記第１および第２の電極部にそれぞれ隣接する絶縁層
の表面に逆極性の電荷を誘起させ、該誘起された電荷間
のクーロン引力により前記片持支持された電極部側を撓
ませて第１の電極部と第２の電極部とを接触させ、前記
第３の電極部にオフ電圧を印加して、前記第１および第
２の電極部にそれぞれ隣接する絶縁層の表面に誘起した
電荷を解消し、前記片持支持された電極部の復元力によ
り第１の電極部と第２の電極部とを離反させ、前記第１
の電極部あるいは第２の電極部を前記第３の電極部によ
る静電誘導で駆動してスイッチングさせることを特徴と
する。

【００１５】すなわち、第１および第２の電極部を駆動
して接触・離反させる第３の電極部は、電圧を印加して
静電誘導により誘起される電荷同士のクーロン引力を利
用してスイッチングを行うものである。このように、誘
電体である絶縁層を介してそれぞれの電極を配し、前記
第１の電極部または第２の電極部を片持支持して可動な
ようにする簡単な構成だけで、スイッチング素子が構成
できることから、製造コストが低減化されるとともに、
確実でリーク電流のほとんど無いスイッチングが可能な
メカニカルスイッチとすることができる。

【００１６】請求項３記載のスイッチング素子の製造方
法は、基板上に電極駆動用の前記第３の電極部を形成す
る工程と、該第３の電極部上に絶縁層を介して前記第２
の電極部を形成する工程と、該第２の電極部上の少なく
とも一部に重なるように選択除去可能な所定膜厚の中空
部形成層を形成する工程と、該中空形成層上に前記第１
の電極部を形成する工程と、該第１の電極部上に絶縁層
を形成する工程と、前記中空形成層を選択的に除去して
前記第１の電極部と前記絶縁層とを片持支持するととも
に、前記第１の電極部と第２の電極部との間に中空部を
形成する工程と、を含むことを特徴とする。従って、上
記したように、通常の半導体製造工程と同様の成膜技術
やフォトリソグラフィ技術、あるいはエッチング技術等
を使うことによって、超小型のメカニカルスイッチを容
易に製造することが可能となる。

【００１７】請求項４記載のスイッチング素子を用いた
表示装置は、マトリクス状に配置された各画素毎に前記
スイッチング素子が設けられ、該スイッチング素子をオ
ンにして各画素の画素電極に所定の電荷を供給するとと
もに、前記スイッチング素子をオフにして該画素電極に
供給された電荷を保持して各画素部の液晶を駆動するア
クティブマトリクス駆動により表示制御を行うことを特
徴とする。従って、従来はＴＦＴ等のスイッチング素子
を用いて構成していたアクティブマトリクス駆動用の液
晶表示パネルを、本発明ではメカニカルなスイッチング
素子を用いてアクティブマトリクス駆動用の液晶表示パ
ネルを構成したため、リーク電流が少なくなり、クロス
トークが防止されるとともに、低消費電力化され、製造
工程も簡略化されて、低コスト化される。

【００１８】請求項５記載のスイッチング素子を用いた
表示装置は、液晶表示パネルを構成する一対の基板の一
方側には、マトリクス状に多数配置された画素電極と、
該画素電極毎に配置され、画素電極をグラウンドに接地
するか否かを切換える前記スイッチング素子と、走査ラ
イン上に配置された画素電極のスイッチング素子をオン
／オフ制御して順次選択状態とする走査電極と、を有
し、液晶表示パネルを構成する一対の基板の他方側に
は、前記走査ラインに直交方向に配置された画素電極に
沿って対向配置され、表示データを印加して前記選択状
態にある画素電極に所定の表示電荷を誘起させるストラ
イプ状の信号電極を備えていることを特徴とする。従っ
て、上記請求項４記載の作用に加えて、液晶表示パネル
の構成を対向配置された一対の基板に走査信号用の走査
電極と表示信号用の信号電極とを別々に配置してアクテ
ィブマトリクス駆動を行うように構成したため、電極の
立体配線構造が少なくなって、絶縁不良や短絡などの不
良発生を大幅に低減することができ、製造歩留りを向上
させることができる。

【００１９】

【実施の形態】以下、本発明に係るスイッチング素子と
それを用いた表示装置の実施の形態を図面に基づいて説
明する。図１〜図５は、本発明のスイッチング素子とそ
れを用いた表示装置を説明する図であり、本実施の形態
に係るスイッチング素子として、電極の一部を機械的に
駆動することによりスイッチングを行うメカニカルスイ
ッチとし、そのメカニカルスイッチを各画素毎に配置し
てアクティブマトリクス駆動を行う液晶表示パネルを構
成して実施したものである。

【００２０】まず、構成を説明する。図１は、本実施の
形態に係るスイッチング素子２１の断面構成図である。
図１において、スイッチング素子２１は、ガラス基板２
２、ゲートメタル２３、層間絶縁膜２４、アースライン
２５、層間絶縁膜２６、電極クロム（Ｃｒ）２７、画素
電極（ＩＴＯ）２８、オーバーコート膜２９、中空部３
０などから構成されている。そして、この図１は、上記
ＴＦＴ素子２１を液晶表示パネル内に配置した状態を示
しており、液晶３１を介して対向電極のデータライン３
２が配置されている。

【００２１】本実施の形態に係るスイッチング素子２１
の特徴は、アースライン２５と画素電極２８との２つの
電極との間に中空部３０が形成されており、オフ状態で
はこの中空部３０が絶縁体となって、２つの電極間には
電流が流れない状態（いわゆる、非導通状態）にある。
ここで、上記画素電極２８は、可撓性のある酸化インジ
ウム膜（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）などで形成されて
おり、その画素電極２８上には窒化膜等のオーバーコー
ト膜２９が形成されていて、その画素電極２８とオーバ
ーコート膜２９とは、電極クロム２７などによって片持
支持されている。

【００２２】このため、画素電極２８になんらかの引力
が作用したり、その引力が取り除かれたりすると、可撓
性を有するが故に図１中の矢印方向に回動して、アース
ライン２５と接触、あるいは、離反したりする機械的な
スイッチング動作が行われる。本実施の形態例に係る引
力は、図１のゲートメタル２３に所定のオン電圧を印加
すると、画素電極２８上のオーバーコート膜２９が誘電
体である窒化膜で形成されているため、その表面に静電
誘導によってゲートメタル２３の電荷と逆極性の電荷が
誘起されて、この電荷間のクーロン引力によってオーバ
ーコート膜２９がゲートメタル２３側に引き寄せられる
ことによるものである。

【００２３】従って、ゲートメタル２３にオン電圧が印
加されると、画素電極２８がアースライン２５と接触し
てスイッチオンの状態となり、また、ゲートメタル２３
への電圧印加が中止されると、上記クーロン力が働かな
くなって、画素電極２８とオーバーコート膜２９の持っ
ている復元力により、画素電極２８がアースライン２５
から離れてスイッチオフの状態に戻る。

【００２４】上記したように、本実施の形態例に係るス
イッチング素子２１は、２つの電極間に中空部３０を設
けるとともに、少なくとも一方の電極が可動なように支
持され、その可動電極側を引力等によって駆動して、電
極同士を機械的に接触、あるいは、離反させてスイッチ
をオン／オフさせるメカニカルスイッチとしたものであ
る。このため、オフ時には、中空部３０を介して両電極
が対峙し、両電極間が確実に絶縁されることから、従来
のように耐圧不良等によるリーク電流等が発生する余地
がなくなり、消費電力を低減することができる。

【００２５】また、スイッチング素子を構成する膜質や
膜厚のバラツキは、従来の素子であれば電気的な特性が
変化するため、しきい値が変化するなどスイッチング特
性等に直接影響を与えることになる。しかし、本実施の
形態例のスイッチング素子の場合は、電極を機械的に動
かしてスイッチングさせるため、膜質や膜厚がスイッチ
ング特性に与える影響がそれ程大きくないことから、常
に安定したスイッチング動作が得られるという利点があ
る。

【００２６】次に、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１のスイ
ッチング素子２１の製造工程を説明する図である。ま
ず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板２２上にアル
ミニウム（Ａｌ）を１０００オングストロームの膜厚で
堆積させ、これを所定形状のゲート電極となるようにパ
ターニングしてゲートメタル２３を形成する。次いで、
ゲートメタル２３上には、陽極酸化法を用いてアルミ酸
化膜（ＡｌＯｘ）からなる層間絶縁膜２４を２０００オ
ングストロームの厚さに形成する。

【００２７】さらに、その層間絶縁膜２４の上には、ア
ルミニウム（Ａｌ）を１０００オングストロームの厚さ
に堆積した後、これをパターニングしてアースライン２
５を形成する。次いで、上記アースライン２５の一部に
重なり、上記層間絶縁膜２４上からガラス基板２２にま
で延びる所定膜厚の電極クロム（Ｃｒ）層３０´が形成
される。この電極クロム層３０´は、後述するエッチン
グ工程により一部が除去されて、２つの電極を対峙させ
る中空部３０を形成するとともに、画素電極２８を片持
支持するものとなる。

【００２８】次いで、図２（ａ）の状態で、全面に画素
電極２８となる所定膜厚のＩＴＯ膜を堆積させるととも
に、その上にオーバーコート膜２９となる窒化膜を２０
００オングストロームの膜厚で堆積させた状態が図２
（ｂ）である。そして、図２（ｃ）に示すように、アー
スライン２５に一部重なった電極クロム層３０´の端部
（図中の矢印で示す位置）の直上で上記画素電極２８と
オーバーコート膜２９とがカットされるように、異方性
エッチングによりパターニングが行われる。

【００２９】次いで、図２（ｃ）の状態で、電極クロム
層３０´のみを等方性エッチングを使って選択的に除去
する際には、エッチャントとして第２硝酸セリウムアン
モンが使われる。電極クロム層３０´は、この第２硝酸
セリウムアンモンによる等方性エッチングを一定時間行
うと、図１に示すような中空部３０が形成される。この
エッチング深度は、一般的に等方性エッチングを行う時
間に比例するもので、エッチング時間を調整することに
より、電極クロム層３０´の除去位置を変えることがで
きる。

【００３０】ここでは、上記した電極クロム層３０´
は、全部除去するのではなく、図１に示すように、中空
部３０の奥の電極クロム２７が残るようにエッチング時
間を制御したものである。除去せずに残した電極クロム
２７は、画素電極２８とオーバーコート膜２９とを片持
支持する支えとなる。

【００３１】本実施の形態例では、上記のように製造さ
れたスイッチング素子２１を使って、液晶表示パネルの
各画素毎に設けられるスイッチング素子として利用して
いる。すなわち、図１では、スイッチング素子２１が液
晶層３１を介して、対向電極のデータライン３２に対向
配置されている。

【００３２】この図１を上方から見た平面図が図３であ
り、その図３のＡ−Ａ線断面図が図１である。図３に示
すように、スイッチング素子２１は、ゲートメタル２３
にオン電圧を印加することにより、アースライン２５と
画素電極２８とが接触してスイッチオンとなり、アース
ライン２５と画素電極２８とが同電位となる。また、ゲ
ートメタル２３に対するオン電圧の印加を中止すると、
アースライン２５と画素電極２８とが離反してスイッチ
オフとなり、当該電位が画素電極に保持される。

【００３３】このようなスイッチング素子２１は、通常
のＴＦＴ−ＬＣＤのスイッチング素子として利用するこ
ともできるが、本実施の形態例では、このスイッチング
素子２１を各画素電極毎に複数配置し、その基板側に走
査信号を供給して、所定の水平走査ライン上の画素電極
２８にそれぞれ選択電圧を印加して選択状態とし、この
画素電極２８と液晶３１とを介して対向配置されたデー
タライン３２に表示信号を印加することにより、液晶を
走査駆動する液晶表示装置に適用したものである。

【００３４】すなわち、通常のＴＦＴ−ＬＣＤの場合
は、走査信号を供給するスキャンラインと、表示信号を
供給するデータラインとが同一基板上に配設されている
が、本実施の形態例では、上記スキャンラインとデータ
ラインとが対向する２枚のガラス基板に別々に設けられ
た構造をとるアクティブマトリクス駆動を行う液晶表示
パネルを構成したものである。

【００３５】図４は、図３のスイッチング素子２１を用
いてマトリクス状に画素部を構成した例を示す図であ
り、図５は、図４の画素部とこれに対向配置されたデー
タライン３２とで構成される液晶表示パネル４１の部分
斜視図を示す図である。図４に示すように、スキャンラ
インの各ゲートメタル２３に対して、走査信号である選
択電圧（ここでは、スイッチング素子のオン電圧）順次
印加すると、そのゲートメタル２３に接続された（図４
の縦方向に配列された各画素部の）スイッチング素子２
１がオン動作し、各アースライン２５と画素電極２８と
が接続されて画素電極２８がグラウンド電位（０Ｖ）と
なる。

【００３６】これに対して、図５に示すように、画素電
極２８と対向する基板側に配置されたデータライン３２
は、グラウンド電位となって選択状態にある画素電極２
８のラインと直交方向にストライプ状にデータライン３
２が配設されている。

【００３７】次に、上記した液晶表示装置の動作を説明
する。まず、図４および図５に示す各アースライン２５
は共通のグラウンド（ＧＮＤ）に接続されていて、電位
は０Ｖに保たれている。また、図５に示す対向電極のデ
ータライン３２には、走査タイミングに合わせてデータ
電圧Ｖdataを＋Ｖａと−Ｖａのように極性を交互に変化
させて印加することにより、各画素毎の液晶を交流駆動
するものである。

【００３８】そして、画素電極２８に掛かる電圧Ｖpad
は、走査時にはゲートメタル２３の電圧を「Ｈ」として
スイッチング素子２１をオン状態にするので、このスイ
ッチング素子２１を通って充放電が行われて０Ｖに戻
る。ここで、走査時には、データライン３２のデータ電
圧Ｖdataを＋Ｖａから０に変化させると、これにともな
って、液晶容量ＣLCを介してデータライン３２と結合さ
れている画素電極２８の電圧Ｖpad が０Ｖから−Ｖａに
変化する。

【００３９】そして、非走査時には、ゲートメタル２３
の電圧を「Ｌ」としてスイッチング素子２１をオフ状態
にすることにより、画素電極２８の電圧Ｖpad は、次の
走査時までこの−Ｖａがそのまま維持されることにな
り、この−Ｖａによって当該画素の液晶が次の走査時ま
で駆動される。また、次の走査時には、再びスイッチン
グ素子２１をオン状態として充放電を行って０Ｖに戻し
た後、データライン３２のデータ電圧Ｖdataを−Ｖａか
ら０に変化させると、これにともなって、液晶容量ＣLC
を介してデータライン３２と結合されている画素電極２
８の電圧Ｖpad が０Ｖから＋Ｖａに変化する。

【００４０】そして、非走査時には、ゲートメタル２３
の電圧を「Ｌ」としてスイッチング素子２１をオフ状態
にすることにより、画素電極２８の電圧Ｖpad は、次の
走査時までこの＋Ｖａがそのまま維持され、この＋Ｖａ
によって当該画素の液晶が次の走査時まで駆動されるこ
とになる。このように、画素電極２８に保持される液晶
駆動電圧は、極性が交互に変化して交流駆動が行われ
て、各画素毎の液晶が駆動される。なお、各画素毎の液
晶素子に印加される電圧ＶLCは、（データ電圧Ｖdata−
画素電極電圧Ｖpad ）の値となる。

【００４１】このように、上記実施の形態例に係る液晶
表示装置は、マトリクス状に配列された各画素電極２８
毎にメカニカルなスイッチング素子２１が１個ずつ配設
され、画素電極２８がスイッチング素子２１を介して共
通のグラウンドに接地されたアースライン２３にそれぞ
れ接続されており、前記スイッチング素子２１のゲート
メタル２３にはスキャンラインとしてスイッチング素子
２１を駆動する走査信号が印加される。

【００４２】上記したゲートメタル２３に対する印加電
圧は、スイッチング素子２１をオン／オフ制御するもの
で、ゲートメタル２３に「Ｈ」レベルのオン電圧を印加
すると、図１に示すように、オーバーコート膜２９の表
面に静電誘導によってゲートメタル２３の電荷と逆極性
の電荷が誘起され、この電荷間のクーロン引力によって
オーバーコート膜２９がゲートメタル２３側へ引き寄せ
られ、アースライン２５に画素電極２８が接触してスイ
ッチオンとなり、選択状態（走査時）となる。この場合
の画素電極２８は、グラウンドに接地されて０Ｖとな
る。

【００４３】そして、走査時には、対向電極のデータラ
イン３２にデータ電圧が印加されると、液晶表示パネル
が一種のコンデンサとなって画素電極２８の電圧を変化
させ、非走査時にはスイッチング素子２１がオフとなる
ので、その変化した電圧状態が画素電極２８に保持され
ることになる。このようにして、順次ラインを走査しな
がら各画素電極に所定の電荷を保持させて液晶を駆動す
るので、コントラストの良好なアクティブマトリクス駆
動を行うことができる。

【００４４】上記したように、本実施の形態例に係るス
イッチング素子は、２つの電極間に中空部３０を設ける
とともに、少なくとも一方の電極が可動するように支持
され、その可動する電極側をクーロン引力等により駆動
して、電極同士を機械的に接触・離反させてスイッチを
オン／オフするメカニカルスイッチとしたものである。
このため、オフ時には、中空部３０を介して両電極が対
峙し、両電極間が確実に絶縁されることから、従来のよ
うに耐圧不良等によるリーク電流が発生し難くなり、ク
ロストークが減少するとともに、消費電力を低減化する
ことができるようになった。

【００４５】また、従来のアクティブマトリクス型の液
晶表示装置では、走査信号を供給するスキャンライン
と、表示信号を供給するデータラインとが同一基板上に
配設されているため、何れかのラインに断線が発生し易
く、また、両ラインが交叉する位置において絶縁不良が
発生する確率が高くなり、その結果、画素欠陥が発生す
ると、製造歩留りに問題があった。しかし、上記実施の
形態例では、上記スキャンラインとデータラインとを対
向する２枚のガラス基板に別々に配置したため、ライン
の断線や両ラインの交叉位置における絶縁不良の発生す
る確率が低下し、製造歩留りを向上させることができ
る。

【００４６】さらに、本実施の形態例では、スイッチン
グ素子として、機械的な動作によりスイッチングを行う
スイッチング素子を用いたため、従来の電気的特性の変
化を利用したスイッチング素子と比べて膜質や膜厚のバ
ラツキに影響され難い、安定したスイッチング動作を行
うことができる。また、本実施の形態例のスイッチング
素子２１は、オフ状態において中空部３０により２つの
電極間を絶縁しているため、絶縁耐圧が高く、ソース−
ドレイン間の電流を多くとることができるとともに、オ
フ電流（リーク電流）がほとんど流れないため、ＥＬ
（Electro Luminescence ）やプラズマディスプレイな
どの高電圧で消費電力の大きな表示装置のスイッチング
素子として利用することができる。

【００４７】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態例に基づき具体的に説明したが、本発明
は上記実施の形態例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうま
でもない。例えば、上記実施の形態例では、スイッチン
グ素子を用いた液晶表示装置の液晶容量に対して容量を
付加しなかったが、付加容量をゲートメタル２３と同様
にパターニングすることにより、容易に作成することが
できる。

【００４８】また、上記実施の形態例では、スイッチン
グ素子２１を用いてアクティブマトリクス駆動を行う液
晶表示装置に適用した例を説明したが、この例に限定さ
れるものではなく、上述したように、本発明のスイッチ
ング素子は、ＥＬやプラズマディスプレイなどのよう
に、高電圧で消費電力の大きな表示装置のスイッチング
素子としても好適に適用することができる。

【００４９】

【発明の効果】請求項１記載のスイッチング素子によれ
ば、中空部を介して対峙した２つの電極を機械的に駆動
して接触、あるいは離反させることによりスイッチング
動作を行わせることから、オフ時には、２つの電極が離
れて中空部により確実に絶縁されてリーク電流がほとん
ど無く、また、オン時には、電極同士を接触させるため
電流を確実に流すことができる。このように、電極同士
をメカニカルに駆動するスイッチング素子の場合は、不
純物を注入する半導体が不要となるので、その製造工程
も簡単となり、製造コストを低減化することができる。

【００５０】また、請求項２記載のスイッチング素子に
よれば、第１および第２の電極部を駆動して接触・離反
させる第３の電極部は、電圧を印加して静電誘導により
誘起される電荷同士のクーロン引力を利用してスイッチ
ングを行うものである。このため、誘電体である絶縁層
を介してそれぞれの電極が配され、前記第１の電極部ま
たは第２の電極部を片持支持して可動なようにする簡単
な構成を採用するだけで、スイッチング素子が構成でき
ることから、製造コストが低減化されるとともに、確実
でリーク電流のほとんど無いスイッチングが可能なメカ
ニカルスイッチとすることができる。

【００５１】請求項３記載のスイッチング素子の製造方
法によれば、通常の半導体製造工程と同様の成膜技術や
フォトリソグラフィ技術、あるいはエッチング技術等を
使うことによって、超小型のメカニカルスイッチを容易
に製造することが可能となる。

【００５２】請求項４記載のスイッチング素子を用いた
表示装置によれば、メカニカルなスイッチング素子を用
いてアクティブマトリクス駆動用の液晶表示パネルを構
成したので、リーク電流が少なくなり、クロストークが
防止されるとともに、低消費電力化され、製造工程が簡
略化されるとともに、低コスト化することができる。

【００５３】請求項５記載のスイッチング素子を用いた
表示装置によれば、液晶表示パネルの構成を対向配置さ
れた一対の基板に走査信号用の走査電極と表示信号用の
信号電極とを別々に配置してアクティブマトリクス駆動
を行うように構成したので、電極の立体配線構造が少な
くなって、絶縁不良や短絡などの不良発生を大幅に低減
することができ、製造歩留りを向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るスイッチング素子の断面構
成図。

【図２】図１のスイッチング素子の製造工程を説明する
図。

【図３】図１のスイッチング素子の平面図。

【図４】図３のスイッチング素子を用いてマトリクス状
に画素部を構成した例を示す図。

【図５】図４の画素部とこれに対向配置されたデータラ
インとで構成される液晶表示パネルの部分斜視図を示す
図。

【図６】従来のＭＯＳ型の薄膜トランジスタ素子の断面
構成図。

【図７】ＴＦＴ−ＬＣＤの液晶表示パネルの１画素分の
回路構成を示す図。

【符号の説明】

２１ スイッチング素子 ２２ ガラス基板 ２３ ゲートメタル ２４ 層間絶縁膜 ２５ アースライン ２６ 層間絶縁膜 ２７ 電極クロム ２８ 画素電極 ２９ オーバーコート膜 ３０ 中空部 ３０´ 電極クロム層 ３１ 液晶 ３２ データライン ４１ 液晶表示パネル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空部を介して少なくとも一部が重なり合
   う２つの電極を対峙配置し、該２つの電極の何れか一方
   を撓ませて電極同士が接触・離反するように一方の電極
   を片持支持した第１および第２の電極部と、 前記第１および第２の電極部の何れか一方を撓ませて電
   極同士を接触・離反させる電極駆動用の第３の電極部
   と、 を備え、 前記第３の電極部が前記第１の電極部または第２の電極
   部を機械的に駆動してスイッチングさせることを特徴と
   するスイッチング素子。
2. 【請求項２】前記第１および第２の電極部にそれぞれ隣
   接する絶縁層を有し、 前記第３の電極部にオン電圧を印加して、前記第１およ
   び第２の電極部にそれぞれ隣接する絶縁層の表面に逆極
   性の電荷を誘起させ、該誘起された電荷間のクーロン引
   力により前記片持支持された電極部側を撓ませて第１の
   電極部と第２の電極部とを接触させ、 前記第３の電極部にオフ電圧を印加して、前記第１およ
   び第２の電極部にそれぞれ隣接する絶縁層の表面に誘起
   した電荷を解消し、前記片持支持された電極部の復元力
   により第１の電極部と第２の電極部とを離反させ、 前記第１の電極部あるいは第２の電極部を前記第３の電
   極部による静電誘導で駆動してスイッチングさせること
   を特徴とする請求項１記載のスイッチング素子。
3. 【請求項３】請求項１記載のスイッチング素子の製造方
   法において、 基板上に電極駆動用の前記第３の電極部を形成する工程
   と、 該第３の電極部上に絶縁層を介して前記第２の電極部を
   形成する工程と、 該第２の電極部上の少なくとも一部に重なるように選択
   除去可能な所定膜厚の中空部形成層を形成する工程と、 該中空形成層上に前記第１の電極部を形成する工程と、 該第１の電極部上に絶縁層を形成する工程と、 前記中空形成層を選択的に除去して前記第１の電極部と
   前記絶縁層とを片持支持するとともに、前記第１の電極
   部と第２の電極部との間に中空部を形成する工程と、 を含むことを特徴とするスイッチング素子の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１記載のスイッチング素子を用いた
   表示装置であって、 マトリクス状に配置された各画素毎に前記スイッチング
   素子が設けられ、該スイッチング素子をオンにして各画
   素の画素電極に所定の電荷を供給するとともに、 前記スイッチング素子をオフにして該画素電極に供給さ
   れた電荷を保持して各画素部の液晶を駆動するアクティ
   ブマトリクス駆動により表示制御を行うことを特徴とす
   るスイッチング素子を用いた表示装置。
5. 【請求項５】請求項１記載のスイッチング素子を用いた
   表示装置であって、 液晶表示パネルを構成する一対の基板の一方側には、 マトリクス状に多数配置された画素電極と、 該画素電極毎に配置され、画素電極をグラウンドに接地
   するか否かを切換える前記スイッチング素子と、 走査ライン上に配置された画素電極のスイッチング素子
   をオン／オフ制御して順次選択状態とする走査電極と、 を有し、 液晶表示パネルを構成する一対の基板の他方側には、 前記走査ラインに直交方向に配置された画素電極に沿っ
   て対向配置され、表示データを印加して前記選択状態に
   ある画素電極に所定の表示電荷を誘起させるストライプ
   状の信号電極を備えていることを特徴とする請求項４記
   載のスイッチング素子を用いた表示装置。