JPS61156026A - 液晶セルとその製法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は映像や、アルファ・ニエーメリノクな表示に用
いることの出来る液晶セルとその製法に関する。特に本
発明は向上したコントラストを有する液晶セルとその製
法を提供するものである。

従来の技術 現在、液晶セルは時計・電卓の簡単な駆動タイプのもの
から、ポータプル・コンピューターやワード・プロセッ
サー等の大容量情報表示のだめのマトリックス駆動タイ
プに発展しつつある。ところが液晶自身は、マトリック
ス駆動に木質的に不向きな点があり、従って、コントラ
ストの点では、２００本程鹿の走査線を有するマトリッ
クス駆動においては不満足である。さらに走査線が５０
０木以上程度の大規模なマ）　ＩＪノクス駆動を行う場
合にはコントラストの劣化が致命的である。

近年、前述の点を解決し、より大規模なマ）　ＩＪワッ
クス動を行う液晶セルの開発が盛んである。

一つの開発の方向として薄膜トランジスターを用いた液
晶セルを目ざす方向がある。この場合、半導体としては
、単結晶硅素、多結晶硅素、非晶質硅素、セレン化カド
ミウム（ＣｄＳｅ）等を用いている。（例えば、日経エ
レクトロニクス１９８４年９月１０日号（７に３５１）
や１９８４年１１月１９日号（／に３５６　））。

しかし、この種の液晶セルの製造には、微細加工の際、
マスクが少なくとも４層必要なこと、工程がかなり複雑
であること、従って、製品歩留りも悪くなる。これらの
ことから製品値段が高くなり、また、大規模マトリ、ク
ス駆動による液晶セルの製造においては歩留りが厳しく
なる。

もう一つの開発の方向としては、非直線素子を用いた液
晶セルを目ざす方向である。木発明はこの方向に沿った
ものである。この種の液晶セルの製造には、薄膜トラン
ジスターの場合に比べて、マスクが少ないこと、工程が
簡単でちること、従って製品歩留りが向上し、また製品
値段を比較的低くし得ること等の利点がある。

非直線素子としては非直線抵抗やＰＮあるいはＰＩＮ・
ダイオードが使われる。

これらの場合、液晶層と直列に入る非直線素子の容量が
大きくなりがちであり、従ってパルス駆動の場合、電圧
が液晶層に全ど印加され、非直線素子の非直線抵抗が効
果を発揮しないことが起こる。

これを避けるだめ、非直線素子の断面積を小さくする工
夫が行われており、結果として製造歩留りが低下すると
想定される。

前述のような点を考慮された、非直線素子を用いた液晶
セルは知られている。（例えば、テレビジコノ学会誌、
Ｖｏｌ　、　３８　、４４　（１９８４）　）。

この液晶セルめ片側の基板の構造を第３図に示す。

第３図は構成斜視図である。第３図において、２１は絶
縁基板、２２は熱酸化タンタル、２３は絵素電極層で通
常は錫を添加した酸化インジウム電極（以后、これをＩ
ＴＯ電極と弥する）、２４はタンタル鳴、２５は陽極酸
化タンタル層、２６はポリイミド層、２７はクロム層で
ある。

このような液晶セルは、構造が簡単で、微細加工の際、
マスクは３層を必要とするのみであり、従って、薄膜ト
ランジスターの場合に比べ、工程が簡単となり、歩留り
も向上する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、液晶セルの第３図のような基板構造にお
いて、微細加工において、タンタル層２５やポリイミド
層２６を規定するマスク、クロム層２７を規定するマス
ク、絵素電極２３を規定するマスクの３＠のマスクが最
低必要となる。これは、より大規模なマ）　ＩＪクス駆
動型の液晶セルの製造の場合には、いまだ工程が複雑す
ぎると思われる。

また、タンタルの陽極酸化膜２６が主に非直線抵抗の原
因となっているのだが、このタンタルの陽極酸化膜２５
に接続する金萬がこの場合、一方はタンタル２４であり
、一方はクロム２７である。

いずれにしても、第３図のような基板構造を採用する場
合、製造プロセス上、°タンタルの陽極酸化膜２５に接
続する２つの金嘆は異種のものを選択する必要がある。

また、陽極酸化膜の研究から、第３図のタンタルの陽極
酸化膜２らにおいて、タンタル２４側の部分と、クロム
２７側の部分とは、性質が異なることが知られている。

これらの理由から、第３図のタンタルの陽極酸化膜２５
の電流・電圧特性は非直線性を示すものの、電圧の正負
において非対称な特性となりがちである。これは、液晶
セルを駆動するにおいて、回路を複雑にし、不都合なこ
とである。

マタ、クロム２７とタンタルの陽極酸化膜２６との電気
的接続を再現性よく確実にするだめには、タンタル２４
のテーパー・エッチが制御性よく行われねばならないが
、これは至難のことである。

常々、クロム２７とタンタルの陽極酸化膜２５との接触
不良が起りがちである。

木発明は、前述のような間頂点を解決しようとするもの
である。

間頂点を解決するだめの手段 木発明は前記問題点を解決するために、液晶・〒うを挟
持する少なくとも一方の基板において、この基板の主表
面に接して、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｆｆ
ｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ　）、ｙｓ
７＝ウム（Ｈｆ）、チタｙ（Ｔｉ）からなる群のうち、
一種からなる金属で形成された層と、この金属を酸化し
て生成された物質から形成された層と、この金属で形成
された層と、絵素電極層とがこの順に接続されてなるよ
うな液晶セルを提供するものである。

さらに本発明は、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａ
ｇ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、・・フ
ニウム（ＨＩ）、チタン（Ｔｉ）成された層と、さらに
この金属で形成された層とを製造するにおいて、基板上
にこの金属の薄膜層を形成し、つぎにこの金属の薄膜層
の一部を針の先端で研削して溝を形成し、溝近傍の金属
の薄膜層の厚み全体に酸化され、溝以外の所の金、閑の
薄膜層は、表層のみ酸化されるように酸化処理を行うこ
とを特徴とする前述の液晶↓ルの製法を提供するもので
ある。

また、本発明は前述に加えて、酸化処理の後、熱処理す
ることを特徴とする前述の液晶セルの製法を提供するも
のである。

作　　用 本発明の前記問題点の解決原理を述べる前に、本発明に
係る液晶層を挾持する少なくとも一方の基板の構造を第
１図を用いて説明する。第１図は構成斜視図である。第
１図において、１は絶縁性基板、２はＩＴＯ等で形成さ
れた絵素電極層、３バタンタル（Ｔａ）、アルミニウム
（ＡＭ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハ
フニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ　）のうち１種の金属
から形成された層、４はこの金属を酸化して構成された
物質から形成された層、５は加工された溝である。なお
、第１図においては、溝は１筋であるが平行な複数の溝
を採用しても本発明の効果は発揮される。本発明の効果
を発揮するためには、第１図の如く溝６の近傍において
は、前記金属がすぺて酸化されること、他の部分では金
属の層の断面において、電気抵抗が問題にならない程度
にかなりの部分が酸化されないで残ることを要請する。

電圧・電流特性の非直線性は溝５において、前記金属−
前記金属の酸化された部分−前記金属からなる構造から
由来する。酸化膜が非直線・電圧電流特性を示すことが
よく知られている。このような基板構造を有する液晶セ
ルにおいて、駆動電圧をあまり高くしないためには、第
１図の中２は３μｍ以下が望ましい。

第１図のような基板を製造するにおいて、絵素電極層２
を規定するマスクと、前記金属層３ないし酸化された前
記金属層４を規定するマスクの２層が必要とされるのみ
で従来より少なくとも１層は少くなる。溝６は通常、機
械的に容易に加工される。

電圧・電流特性の非直性特性については、電圧の正負に
ついて全く対称となる。これは溝６の近傍の構造の対称
性から明瞭に理解される。このような基板構造を有する
液晶セルでは、このことは駆動回路が簡略化され、好都
合なことである。

つぎに液晶セルの製法のうち、本発明の木質に係る構造
を有する基板の製法を第２図を用いて説明する。第２図
は構成斜視図である。第２図において、１１は絶縁性基
板、１２は工ＱＴ等で形成された絵素電極層、１３はタ
ンタル（Ｔａ）、アルミニウム（ＡＮ）、ニオブ（Ｎｂ
）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈ’　）　、
チタン　（Ｔｉ　）のうち１種の金属から形成された層
、１４は加工された溝、１５は前記金属を酸化して生成
された物質から形成された層である。

本発明に係る液晶セルの基板内の製法を第２図を用いて
説明する。まず、絶縁性基板１１上に工Ｔｏ等導電性薄
膜を蒸着法やスパッター法で形成し、写真蝕刻法でもっ
て、絵素電極層１２を得る。

さらに、その上に、スパッター法等でもってタンタル（
Ｔａ）層、アルミニウム（ＡＱ）層、ニオブ（Ｎｂ）層
、ジルコニウム（Ｚｒ）Ｆｉ、ハフニウム（Ｈｆ）層あ
るいはチタン（Ｔｉ）層１３を形成する。層の厚さは約
３０００Å以上が望ましい（第２図ａ）。つぎにＩＣ産
業でよく使われるスクライバ−等を用いて、ダイアモン
ドの針先で金属層１３を加工して溝１４を形成する。必
要とあれば、Ｐｉ故の平行な溝加工を行う。溝１４にお
いて、１１４加工したあとの金属層１３の厚みは、約２
００Å以上約２６００Å以下が望ましい（第２図ｂ）。

つぎに、金属層１３を陽極酸化液を用いて陽極酸化する
か、酸素プラズマ中で酸化する（第２図Ｃ）。この段階
では、すなわち、第２図Ｃにおいては、金属層１３が１
７４１４の部分では完全に酸化され、他の部分ではバス
・バーとして役立つ程に金属層１３が存在する。このあ
と、２００℃程度で熱処理するのは、さらに望ましい結
果を与えた。つぎに、酸化層１６と金属層１３を乾式エ
ツチング法または湿式エツチング法を用いたｙ真蝕刻法
を用いて微細加工する（第２図ｄ）。

前記の酸化処理を陽極酸化で行う場合、金属の酸化層の
厚みは陽極酸化処理時の陽極電圧でｉＥ確に規定され、
ＩＩ御性が優れており、製造歩留りの向上に・資するこ
と大である。また、従来の金闇層のテーパー加工の厳密
な制御の重・汐性や、町原酸化膜とクロム（Ｃｒ　）の
（χ続の不ｎ＋に夫性等袈遣上の歩留りを制限する因子
が少ない。

実施例 第２図を用いて本発明に関する実施例を説明する。

透明なアルカリ・ガラス上に二酸化硅Ｊ（ＳｉＣ２）を
彼擬した平板１１上に、場（Ｓｎ　）を含む酸１ヒイ／
ジウム（■ｎ２０３）透明導電波膜ＩＴＯ波膜を形成し
、通常の写真蝕刻法でもって絵素電極層１２を形成する
。つぎに、直流マグネトロン・スパッター法で、タンタ
ル（Ｔａ）　波膜、アルミニウム（Ａｎ）ｉｌ膜、ニオ
ブ波膜、ジルコニウム（Ｚｒ　）　被膜、ハフニウム（
Ｈｆ）１膜、チタン波膜の各被膜１３を形成する。膜厚
はすべて約４ｏ００人　とした。（第２図（ａ））。

つぎに、テクトロニクス社製スクライバー用ヒール・ス
クライブ・ダイアモンド・力、ター・型式ＴＤ−８１５
を用いて、荷重１０　ｇｒ　−１００ｑｒの範囲で調整
して、：ｆｊ　１４の尖突において、金属層１３の厚み
がは５１００〜３００人となるように、金属層１３を切
削した。前記厚みは破断面を走査型７！ｉ、顕で観察し
て確認した（第２図（ｂ））。

つぎに、各金属に適当な陽極酸化処理液に浸漬して、γ
♂４１４の近傍の金属１３が酸化物になるまで、陽極酸
化した。破断面の走査型電顕の観察の結果、１Ｍ１４以
外の所の酸化物層１６の厚みは約２００〜５００Ａ程度
であった。また、１苫１４の尖端において、金属層１３
の厚みが約ｉｏｏへ程度のサンプルについては、反応性
イオン・ビーム・エッチ装置を用いて、酸素プラズマ中
に晒した。

破断面の走査型電顕の観察の結果、７Ｍ１４の近傍の金
属１３は、はｙ完全に酸化物に変換していると判断され
た。この場合のｆ１′’ｆ　１４以外の所の酸化物層１
５の厚みはｉｏｏ八弱へあった（第２図（ｅ））。

また一部のサンプルについては空中で２ｏｏ℃で熱処理
した。

さらに、写真蝕刻法ならびに、アルゴン（Ａｒ　）・プ
ラズマを用いたイオン・ビーム・エッチｔｕｔを用いて
、酸化された金属１６及び金属１３をパターニングして
、第２図（ｄ）を得た。

つぎに、通常の如く、配向膜を形成するか、あるいはさ
らにｆｌｆＪ記配向膜をラビングするか、あるいは、液
晶配向膜として斜め蒸着膜を形成すること等をする。つ
ぎに対向する基板との間に、所望の液晶を注入・封止し
た。さらに、必要とあれば、打機偏光板を貼りつけた。

本実施例では透過光でコントラストは測られた。

本実施例では、走査線３２木、信号線３２木のマトリッ
クス表示について、液晶セル及び表示装置を製造した。

駆動法は電圧平均１ヒ法に類した方法によった。

製造した液晶セルを用いた表示装置のデータを第１表に
示す。第１表において、第２図の金属１３の種類、液晶
表示の方式、金属１３の酸化の後の熱処理の有無、コン
トラストの改善度、使った陽極酸化液を示した。ｆｉＴ
ｆ記の酸化処理を省ｍ′、！ｒシた液晶セルを用いた表
示装置の選択点、非選択点のコントラストをＣｏ　とし
、本発明による表示装置のコントラストをＣＡとすると
き、 とした。回し、通常コントラストはｘ：ｙと表記される
が、ここではコントラストとしてはｘ／ｙ又はｙ／ｘと
し、このうち１より大きい方を採った。

Ｑ′人Ｔ４＼り 本発明による液晶セルを用いた液晶表示装置は、非直線
特性層をもたないそれに比べてマ）　ＩＪクス表示の場
合にコントラストの点で優れていることがわかる。また
、第３図のような構造を有する基板から構成された液晶
セルを用いた表示装置に比べても、駆動回路はかなり簡
略化され、表示特性は向上した。これは、本発明によれ
ば、基板上に形成された非直線抵抗層の電流電圧特性が
対称になり得たことに起因するのが犬と思われる。

また、本発明が開示した液晶セルの製法は、マスクが２
枚で十分であり、また歩留りも従来より向上した。

発明の効果 以上要するに、本発明はマトリクス液晶表示において、
駆動回路がかなり簡略化され、製造においてマスク２枚
のみ要し、かつ、向上した表示特性を示す液晶セル及び
、製造工程がそれ程複雑でなく、従って製造歩留りが向
上するような液晶セルの製法を開示するもので、情報端
末の分靜において、産業上、資すること犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液晶セルの基板の斜視図、第２図
は本発明に係る液晶セルの製法を説明するだめの斜視図
、第３図は従来の液晶セルの基板の斜視図である。 １・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・絵素電極層
、３・・・・・・金属層、４・・・・・・前記金属の酸
化物の層、５・・・・・・加工された溝、１１・・・・
・・絶縁性基板、１２・・・・・・絵素電極層、１３・
・・・・・金属層、１４・・・・・・加工された溝、１
６・・・・・・前記金属を酸化して生成された層、２１
・・・・・・絶縁性基板、２２・・・・・・熱酸化タン
タル、２３・・・・・・絵素電極層、２４・・・・・・
タンタル（Ｔａ）、２５・・・・・・陽極酸化タンタル
、２６・・・・・・ポリイミド層、２了・・・・・・ク
ロム層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｅ１
図 ＋−１１＊魁生纂駅 ４−−一橘り脂Ｈど↑フめ４ σ−旬りごに旧１ 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶層を挾持する少なくとも一方の基板において
   、絶縁性基板の主表面に接して、タンタル、アルミニウ
   ム、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、チタンからな
   る群のうち、一種からなる金属で形成された層と、この
   金属を酸化して生成された物質から形成された層と、こ
   の金属で形成された層と、絵素電極層とがこの順に接続
   されてなることを特徴とする液晶セル。
2. （２）金属で形成された層と、この金属を酸化して生成
   された物質から形成された層と、この金属で形成された
   層とを絶縁性基板上に形成するにおいて、絶縁性基板上
   にこの金属薄膜層を形成し、つぎにこの金属薄膜層の一
   部を針の先端で研削して溝を形成し、溝近傍の金属薄膜
   層の厚み全体に酸化され、溝以外の所の金属薄膜層は、
   表層のみ酸化されるように酸化処理を行うことを特徴と
   する液晶セルの製法。
3. （３）酸化処理の後、熱処理することを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の液晶セルの製法。