JPS59131974A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPS59131974A
JPS59131974A JP58006502A JP650283A JPS59131974A JP S59131974 A JPS59131974 A JP S59131974A JP 58006502 A JP58006502 A JP 58006502A JP 650283 A JP650283 A JP 650283A JP S59131974 A JPS59131974 A JP S59131974A
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/1365—Active matrix addressed cells in which the switching element is a two-electrode device
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S359/00—Optical: systems and elements
    • Y10S359/90—Methods

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明し［金属−絶縁体−金属構造の非線形素子１− （以下ＭＩＭ素子と呼ぶ）′ｆｒ表示画素に対応してマ
トリクス状に配置した液晶表示装置を有する電気光学装
置に関する。
□近年、液晶表示装置の実用化が進み腕時計・電卓を始
めとして多くの分野に応用がなされている。
しかし、他の分野例えば情報端末や個人用小型電子機器
等の表示部への応用を考える時、表示ユニットの容積が
小さい、低電圧駆動可能、消費電力が小さいなどという
利点にもかかわらず、駆動電圧−コントラスト特性があ
ま）良くなく、多桁のマトリクス駆動ができないため表
示可能な情報音が少ないという欠点が問題となっていた
。
この方法は、第１図に一画素分の等価回路を示すように
非線形抵抗ＲＭＩＭと容ｉｃＭＩＭが並列につながった
Ｍ工Ｍ素子ｌ及び抵抗ＲＬＯと容量ＣＬＯが並列につな
がった液晶を誘電体としたコンデンサ２とが直列に結合
されていると考えることができ、マトリクス駆動の選択
期間にＭ工Ｍ累子１の低抵抗状態を利用して液晶は誘電
体としたコンデンサ２に電荷を蓄積し、非選択期間はＭ
工Ｍ素子１の２− 高抵抗状態を利用して前述の電荷を保持することによシ
液晶に電界を印加して液晶の配向状態を制御して表示を
行うものである。
この方式の場合、Ｍ工Ｍ素子１の容量ＣＭＩＭが液晶を
誘電体としたコンデンサ２の容量ＣＬＯに対して十分小
さいとして、Ｍ工Ｍ素子１の非綜形性と液晶を誘電体と
したコンデンサ２の容量ＣＬＯ及び抵抗ＲＬＯの３者の
相関で液晶に印加される実効値が決定される。これら３
者のうち液晶ヲ訪電体としたコンデンサ２の容量ＣＬＯ
と抵抗ＲＬＯは画素電極の寸法とセルギャップ及び使用
する液晶を定めれば必然的にその値が定まってしまう。
そのためＭＩＭ素子１には液晶部分に応じた特性が要求
さえ、例えば０．４間角の画素電極を持った７μｍギャ
ップのセルに誘電異方性△ε＝２７（εＨ＝３５ｅ　　
ｉ　　ＪＬ＝８　　）　　、　　”Ｉｔｈ＝　　１．Ｉ
　　Ｖｒｍｓ　　、　　Ｖｓａｔ＝１．５Ｖｔｍｓのネ
マチック液晶を封入してツイストネマチックセルとして
１１５００デユーテイで駆動したい場合には、例えば’
ｒ、　−’ｒａ、ｏ、−Ｃｒ構造のＭ工Ｍ素子に要求さ
れる寸法は約５μｍ角となる。
３一 液晶に印加される実効値はＭ工Ｍ累子１の容量ＣＭＩＭ
と液晶をｕ電体としたコンデンサ２の容量ＣＬＯで容量
分割される。このためＭＩＮ素子１の容量ＣＭＩＭと液
晶を誘電体としたコンデンサ２の容量ＣＬＯとの比ＣＬ
　Ｏ／ＣＭ　Ｉ　Ｍの値が問題となってくる。
前記条件では、ＭＩＭ素子寸法が７μｍ角以下であれば
容量分割の影響は小さい。
Ｍ工Ｍ素子は以下の方法で形成される。ガラス等の透明
基板５上にＴ、膜６をスパッタ蒸着等によ多形成し、フ
ォトエツチング法によＪ）　Ｔａを選択的にエツチング
して所定の形状になす。このときＴａ配線とＭＩＭ素子
の一方の電極が同時に形成される。Ｔα膜６を０　、０
１ｗｔチクエン酸水溶液中で陽極酸化した後、ＩＴＯ等
の透明導電膜を形成し使定の形状にフォトエツチングし
て透明電極９とする。
次にＣｆを蒸着し所定の形状にフォトエツチングしてＭ
工Ｍ素子の一方の電極８とする。以上によりＭＩＭ累子
を具備した液晶表示パネル基板の一方の電極基板となし
、以後通常の液晶表示パネルと同様にして液晶表示パネ
ルとなす。
４− したがってＭＩＭ素子を具備した液晶表示パネルの画素
寸法はＭ工Ｍ素子寸法により最小限界が決定され、Ｍ工
Ｍ素子はフォトエツチング精度、特にフォトリソグラフ
ィの精度によシ最小限界が決定される。すなわち画素寸
法を０．４　ｍｓ角とするためには５μｍ寸法のパター
ン精度を必要とし、これを実現するためＫは高精度のマ
スクアライナ−を必要となるが、こういった高精度マス
クアフィナーは、基板寸法が小さく現段階では５インチ
径の基板が最高で、これ以上大きな基板が可能なマスク
アフィナーは解像度が低くなる。またこれら高精度マス
クアライナ−は非常に高価な装置であシ液晶表示パネル
のコストが高くなる。さらにまた液晶表示パネルのＩｉ
ｉ！ｉｉ累寸法を小さくして高解像度の表示装置としよ
うとする場合、例えば画素寸法を０．２藺とするとすれ
ば、ＭＩＭ寸法は２．５μｍ角となる。この値は現在微
細加工技術の最先端を行く半導体装置の中でも最先端の
技術であり、これを大面積で１００％に近い歩留ルとす
ることは現段階において量産的にみて不可能である。
５一 本発明の目的はかかる欠点を除去しパターン形成におけ
るフォトリソグラフィのパターン寸法に対する制限を緩
やかにし、大型基板上への製造を容易ならしめることに
より大型表示パネルを有する電気光学装置を提供するこ
とにある。
本発明は、従来Ｍ工Ｍ素子が縦方向であったものを横方
向にすることによシ、フォトエツチング技術によシ制限
されていたＭ工Ｍ素子寸法の下限を大巾に下げることが
出来るようにしたものである。
本発明について第４図を用いて詳しく説明する。
絶縁基板５上の金属１１の表面は金属１１の酸化膜１２
でおおわれておル、金属ｌＩ上には金属酸化膜１２の上
にさらに絶縁体膜１３が積み重なっておル、金属°１１
上の絶縁膜（金属酸化膜１２と絶縁体膜１３を含む）の
膜厚は厚く、金属１１の側面は薄くなっている、さらに
金Ｒ１１の側面側に金属１４を形成し、金属１１−金属
酸化膜１２−金属１４のＭ工Ｍ構造としＭ工Ｍ素子１５
となる。金属１４は金属１１の側面にのみ形成すること
は出来ず、金属１１と平面上で重なルを生６− する。したがってこのかさなシ部分にもＭ工Ｍ構造の素
子１６が形成され、絶縁体膜１３が無ければ面積的に大
きなＭｒＭ素子素子例６気特性を支配するようになるた
め、絶縁体膜１３を金属１１の平面上に形成し、これを
防いでいる。
以上の構造によシ高精度マスクアフィナーを用いること
なぐＭ工Ｍ累子寸法を大巾に減少することが可能となる
。例えば、１５μｍの寸法精度のマスクアフィナーを用
いる場合、従来の構造のＭＩＭ素子寸法は最小で１５μ
ｍ角（素子面積２２５μｍ”）となるが、前述の横型Ｍ
工Ｍ素子の場合、Ｍ工Ｍ素子寸法は金属１１の膜厚を２
ｓｏｏＸとし、金属１４の寸法は最小寸法の１５μｍと
すればＭ工Ｍ素子寸法は２５００ＡＸ１５−ｌｉｍとな
夛、約１．９μｍ角（素子面積３．７５μｍ”）に相当
する。
以上のように本発明によれば素子寸法は、およそ１割に
減少することが可能となる。
横型ＭＩＭ累子を液晶表示パネルに適用すると第５図に
示すようになる。この場合金属１１の上に形成する絶縁
膜１３が重要になる。
７− ここで、金属酸化膜、絶縁膜及び液晶の透電率と膜厚を
それぞれＣ１，Ｃ２，Ｃ３とｄ１ｅｄ２＊ｄｍとし、金
属１１の膜厚をα、金属１１と金属１４のオーパーラッ
プをす、金属１４の巾をＣ，液晶のセル寸法をｈとする
と、Ｍ工Ｍ素子の容量ＣＩ　、オーバーラツプによる容
量Ｃ２、液晶の画素容ｉ＃ＣＬＯはそれぞれ、 αＸＣ １０１ｄ８ １、／ｃ、＝　（６１２％　−’　＋　（’　ｏ’　ｔ
　川−’ｄ、　　　　　　　ｄｌ ユム ＯＲ，１Ｂ となる。
ここで、画素寸法を２００μｍ口とした場合の画素容ｆ
ｊｋＣＬＯは、ε３＝８．セルギャップｄｓｐ＝６μ常
として、ＣＬＯ＝　０．４７’ｌ）’となる。
またＭ工Ｍ素子容量Ｃ１は、前述のよう［Ｔａ−Ｔａｚ
Ｏｓ　　ｃｔ−ｍ造で酸化Ｍｄ１ｔ−ｓｏｏＸとすると
素子面積は約６μｍ”となることからｓ　’１ヰ０．０
２７　ｐＰとなる。
一方、液晶に印加される実効値の減少を防ぐた８− めには素子容量ＣＩとオーバーラツプ容ｉｔ　Ｃｚ　カ
画素容量ｃｒ、ａに比べ十分少さくしなければならない
ことから、ＣＬＯ〉１０（Ｃ１十０２）の関係からオー
バーラツプ容量Ｃ２は０．０２７）Ｐ以下にする必要が
ある。
仮に金属１１　（Ｔａとする）上の絶縁物１３を金属酸
化膜１２と同じＴａ　ｓ　Ｏｓ　（ε＝２５）とすると
、絶縁体の膜厚を３４０ＯＡ（陽極酸化電圧２００ｖに
相当し、これ以上の高電圧では膜質に異常が発生する）
とし、オーバーラツプｂを１０μｍとす□。
れば、容量Ｃ２＝０゜１５６　ｐ１１′となり、液晶に
十分な実効値がとれなくなってしまう。したがって金属
　・。
１１の絶縁体膜には誘電率の小さな絶縁物を選択する必
要がある。そこで比誘電率の小さいｓｈｏ　Ｒを絶縁体
膜１３とした場合について考えると５ｈｏｌＯ比誘電率
を３．８とするとオーバーラツプｂが１０μｔル、　ｓ
ｈｏ婁膜厚ｄ鵞が４０００Ｘで、オーバーラツプ容量Ｃ
８は０．０２　ｐ’Ｆとなる。絶縁体膜１３の材料とし
ては、５ｉＯ１１の他、ＡＪ２０３やポリイミドなどの
有機物が誘電率が小さく絶縁性に優れていること９− から望ましいと思われる。
〈実施例〉 本発明の実施例を第６図に示す。ガラス基板２１上に２
５０ＯＡの膜厚のＴα膜２２が所定の形状で形成されて
おル、Ｔａ膜２２はＭ工Ｍ素子の一方の電極と配線が同
時形成されている。Ｔ（１Ｍ２２の周囲はＴａの陽極酸
化膜おとなっておシ、酸化膜厚は５００Ｘとなっている
。Ｔα膜ρの平面上にはｓｈｏ！膜冴が５０００Ｘの膜
厚で形成されておシ、ｓ４ｏ、　　パターンは、Ｔａ膜
ｎをマスクとして基板２１の裏面から露光することによ
シフオドエツチングを行ったためＴａ膜パターンとｓｈ
ｏ、のパターンの合せ誤差は無込。液晶駆動用の透明電
極δを工ＴＯ膜で形成し、Ｍ工Ｍ素子？対向電極を６０
０ＡのＣデ膜部で形成すると同時に透明電極５とＭ工Ｍ
素子の接続を行っている。素子寸法ｌｌ１２５０Ｑ　Ａ
　Ｘ　２５　Ａ　ｒｎ　、オーバーラツプは１０　Ａ　
ｍ　、画素寸法ｔｉＯ，２＋ｓａとした。以上の基板と
透明電極配線された対向基板とを通常の液晶表示パネル
の組立て工程に従って組立てることによ）Ｍ工Ｍ素子１
０− を具備した液晶表示パネルとした。以上によシ１１５０
０駆動で、コントラストのよい表示が得られた。
以上のように本発明によシバターン寸法に対する制限を
緩やかにし、大型基板の製造を容易にすることが出来た
。また画素ピッチも小さく出来、高解像のパネルの可能
性も生まれた。
【図面の簡単な説明】
第１図は一画素分のＭ工Ｍ累子と液晶部分の等何回路を
示す。 第２図、第３図は従来のＭ工Ｍ素子を示す。 第４図は本発明によるＭ工Ｍ素子の構造を示し、第５図
は本発明による液晶表示パネル基板の構造を示す。 第６図は本発明による液晶表示パネル基板を示し、Ｃα
）図は断面図、（り図は平面図を示す。 １１・・金属　１２・・金属酸化膜　１３−・絶縁膜１
４・・金属　２２・・Ｔａ　お・・Ｔα酸化膜２４１１
　＠　８ｉ０２　２５　ｍ−工Ｔｏ　　２６ａａＣｒ０
第１目 ワ ７５４ （ｂン 第 ７５５− ６図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、金属−絶縁体−金属（以後Ｍ工Ｍと略す）構造の非
    線形素子を表示動電に対応してマトリクス配列した表示
    装置を有する電気光学装置において、前記Ｍ工Ｍ構造の
    第一の金属膜をおおう絶縁膜が第一の金、）ｐｉ４膜の
    側面では薄く、平面上では厚くなっていることを特徴と
    する電気光学装置。 ２、Ｍ工Ｍ構造の非線形素子において第一の金属膜パタ
    ーン表面を第一の金属の酸化物でおおい、さらに第一の
    金属の平面上方で第一の金属の酸化物上に第一の絶縁物
    を重ねて、第一の金属の側面に比べ平面上の絶縁物を厚
    くしたことを特徴とする特許請求の範囲第一項記載の電
    気光学装置。
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