JPS62227130A

JPS62227130A - アクテイブマトリクス型液晶表示装置

Info

Publication number: JPS62227130A
Application number: JP61071800A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Hirai; 良彦平井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1987-10-06

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、少なくとも一方の基板上にスイッチング素子
を形成した高デユティ・マルチプレックス駆動可能な大
表示容量液晶表示装置に関する。

その中でも特に１スイツチング素子として、非線形抵抗
素子を用いた液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、ツイスト・ネマティック型を中心とした液晶表示
装置（ＬＯＤ）の応用が発展し、腕時計や電卓の分野で
大量に用いられている。それに加え、近年、文字、図形
等の任意の表示が可能なマ）　ＩＪソックスも使われ始
めている。このマトリックス型ＬＣＤの応用分野を広げ
るためには、表示容量の増大が必要である。しかし、従
来のＬＣＤの電圧−透過率変化特性の立上シはあまシ急
峻ではない。このことに因り、表示容量を増加させるた
めにマルチプレックス駆動の走査本数を増加させた時、
即ち高デユティ駆動時においては、選択画素と非選択画
素各々にかかる実効電圧比は低下するので、選択画素の
透過率増加と非選択画素の透過率低下というクロストー
クが生じる。その結果表示コントラストが著しく低下し
、ある程度のコントラストが得られる視野角も著しく狭
くなる。従って、従来のＬＣＤでは走査本数は、６０本
ぐらいが限界である。

マトリックス型ＬＣＤの表示容量を大幅に増加させるた
めに、ＬＣＤの各画素にスイッチング素子を直列に配置
したアクティブマトリックスＬＯＤが考案されている。

これまでに発表されたアクティブマトリックスＬＯＤの
試作品のスイッチング素子には、アモルファスシリコン
やポリシリコンを半導体材料とした薄膜トランジスタ素
子（Ｔ　ｌｉ”ｒ　）が多く用いられている。また一方
では、製造法および構造が比較的単純であるため、製造
工程が簡略化でき、高歩留シ、低コスト化が期待される
薄膜二端子素子（以下ＴＦＤと略す）を用いたアクティ
ブマトリックスＬＣＤ　（以下ＴＦＤ−ＬＯＤ　　と略
す）も注目されている。

これまで、ＬＣＤに用いられたＴＦＤは、殆ど非線形抵
抗素子であシ、その電流−電圧特性（ｌ−Ｖ特性）は、
近似的に次の式で表わされる。

！＝Ａ−Ｖ’ ここで、Ａは比例定数であシ、αは抵抗の非線形性を表
わす係数である。

α＝１では、１１ｄＶに比例し、ＶのＩに対する比であ
る抵抗値几（＝Ｖ／１　）は一定であシ、通常の抵抗の
特性を示す。α〉１では、ｌはＶの増加とともに急激に
増加する。即ち、抵抗ＲはＶの増加によシ急激に低下す
る。この凡の変化は、αが大きい程急激である。従って
、αが大きい程、大きなスイッチング比がとれる。

ＬＣＤＫ用いるＴＦＤには、金属−絶縁体−金属素子（
以下ＭＩＭ素子又はＭＩＭと略す）と、アモルファス・
シリコン（以下ａ−８ｉと略す）を用いたダイオードが
知られている。ＭＩＭを用いたＬＣＤ　（以下、ＭＩＭ
−ＬＣＤと略す）従来例は、論文ではディ・アールバラ
フ、他、著［ジ・オブティマイゼーション・オン・メタ
ル・インシュレータ・メタル・ノンリニア・デパイシズ
・フォア・ユース・イン・マルチブレツクスト・リキッ
ド・クリスタル・ディスプレイズ」、アイ・イー・イー
・イー・トランザクシラン・オン・エレクトロン・デバ
イシーズ、２８巻、６号、頁７３６−７３９　（１９８
１年発行）　（Ｄ、Ｒ，Ｂａｒａｆｆ、ｅｔａｌ、。

“Ｔｂｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔａ
ｌ　−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　−Ｍｅｔａｌ　Ｎｏｎ１ｉ
ｎｅａｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎ　Ｍ
ｕｌｔ　−１ｐｌｅｘｅｄ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔ
ａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙｓ、”　Ｉ　ＢＥＥＴｒｄｎｓ、
Ｂｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、ｖｏｌ、　ｇＤ−
２８＊　０Ｌ７３６−７３９　（１９８１）：）％及び
両角伸治、他、著「２５０Ｘ２４０画素のラテラルＭＩ
Ｍ−ＬＯＤＪテレビジョン学会技術報告（ＩＰＤ８３−
ｓ　）　、頁３ｇ−４４゜（１９８３年１２月発行）に
代表的に示され、特許公開公報では特開昭５２−１４９
０９０号公報、及び特開昭５５−１６１２７３号公報中
に代表的に示され動作原理についても詳細に述べられて
いる。

以下、ＬＣＤ用ＴＦＤとして最も実用に近いと考えられ
ているＭＩＭを代表例にとって、従来技術の問題点につ
いて述べる。

従来のＴＦＩ）−ＬＯＩ）の代表例の断面図を第５図に
、平面図を第６図に示す。下部ガラス基板１０と上部ガ
ラス基板１６は、通常、Ｔａｘｅｓ　、　８　ｉｏｘ等
のガラス保護膜１９で被覆されている。この保護膜は、
不可欠なものではなく、省略可能である。下部ガラス基
板１０上に、ＭＩＭと画素電極とを形成して、アクティ
ブマトリクス基板とする。ＭＩＭは、既に述べたように
、金属−絶縁体−金属の３層構成になっている。

第１層の金属膜は、代表的にはＴａのスパッタ膜が用い
られ、第６図に示されるように、ＩＪ−ド電極２０と下
部電極１３の形状にパターン化される。これらの電極の
表面は陽極酸化等によ多形成された絶縁体層１４で覆わ
れている。

第６図に示されるように、下部電極１３は、各画素に対
応してお夛、絶縁体層１４を介して上部電極１５と交差
しておシ、この交差部がＭＩＭ素子になりている。更に
、上部電極１５は、画素電極ｌに接続されている。

第７図に、２枚のガラス基板を組み合わせた時の平面図
を示す。このように１対向透明電極１１は帯状にパター
ン化され、各画素電極に対応している。

又、リード電極２０は、パネルの端まで引き出され端子
部２１に接続される。

ａ−８ｉ−ＬＣＤ、即ち、ａ−８ｉダイオードを用いた
ＴＦＤ−ＬＣＤの構造も上記のＭＩＭの部分がａ−８ｉ
ダイオードに代わっただけで、基本的にはＭＩＭ−ＬＣ
Ｄの構造と同一である。

以上のような従来型構造を有するＴＦＤ−ＬＣＤの等価
回路は、第８図に示すようになる。基本的には、これは
ＴＦＤと液晶とが直列に接続された回路である。第８図
に示される等価回路を第５図から第７図に示されたＴＦ
Ｄ−ＬＣＤの構造に対応させると、第８図中の第１リー
ド電極４は下部電極１３、及びリード電極２０に、第２
リード電極９は対向透明電極１１に対応する。これらの
電極への印加電圧は、スイッチング素子を用いていない
単純マトリックスＬＣＤの駆動波形と同一のものが通常
用いられ、第１、第２リード電極各々に、走査信号をデ
ータ信号とが印加される。

等価回路を詳細に述べると、ＴＩｌ’Ｄは、ベキ乗式で
表わされる非線形抵抗几ア、２とＴＦＤ容量ＯＴＦ　３
の並列の形に表現される。又、液晶も、液晶層ｆｉＯＬ
Ｏ５と液晶抵抗丸。６の並列回路を表現される。ＴＦＤ
がＭＩＭの場合％　ＯＴＦは印加電圧に依存せず一定値
をとる。又、ａ−８ｉダイオードの場合、空乏層等の発
生によ’）、０？ｖは若干変化するが、はぼ一定と近似
される。通常、液晶の比抵抗は１０”Ω・１と高く、融
。も一定値と考えられる。これらに対し、Ｃ５゜は印加
電圧にょシ、大きく変化する。

通常の液晶の分子軸と平行の比誘電率ε１．が約１５垂
直の比誘電率εｍが約５であシ、３倍も異なる。画素電
極が０．２　Ｘ　０．２　ｍＷ　、セル厚１０ｐｍの場
合、ＯＬＯは、　５．４Ｘ１０−”又は１．８Ｘ　１０
−　”　Ｆ　ａｒａｄであシ、丸０は、２．５Ｘ１０″
Ωであり、液晶層の時定数ａｔ、ｏ　’　”ＬＯは、１
３５又は４５　Ｆｊｌ　ｓｅｃとなる。しかし、通常の
製法でパネルを試作した場合、桟々の汚染で時定数はこ
の数分の１になる。液晶層への印加電圧ｖＬｏがＯｖ　
　０時は、液晶分子は基板と平行に並ぶので、ＯＬＯ＝
　１．８Ｘ　１０−”　Ｆ　ａｒａｄである。

ＶＬＯが液晶の閾電圧シフ以上になると、液晶分子は立
ちはじめ％　ｖｔ、ｏが液晶の飽和電圧ν３以上にすよ
うに、ＭＩＭのようなＴＦＤを液晶と直列に接続するこ
とによ、！１１、ＴＦＤのスイッチング特性の効果で電
圧−透過率変化特性の立上シは急峻になシ、走査本数を
大幅に増やすことが可能になる。

詳細に先に述べた文献に述べられている。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

ＴＦＤと液晶とを直列に組み合わせた従来型のＴＦＤ−
ＬＣＤには、次のような３点の問題点があり、これらは
全て、表示のコントラスト、視野角の低下につながる。

（ｉ）　０ＬＯ１０？アの比を大きくとれない。ｏｎ　
ａＬｏが印加電圧によ９３倍変化する。

（ｉｉｌ液晶層の時定数ＯＬＯ”几ＬＯが短い。（１）
は、ＴＦＤがＭＩＭの時、特に問題であり、ｆ＋ｉ）　
、　（ｉｎ）はテレビ等の階調表示を行う時間題となる
。

以下、（１）から（ｉｉｉ）の問題点について述べる。

ＯＴＰがａｔ、Ｏよシ十分小の場合は、ＴＦＤ−ＬＣＤ
が理想的に動作する。この時、走査信号とデータ信号の
差の電圧が全てＴＦＤの両端にかかシ、その電圧に対応
して、ＴＦＤに電流が流れる。しかしｓ　ＣＴＦがＯＬ
Ｏに比較して無視できない場合、両信号の差の電圧は、
ＯＴＷとＯＬＯとで容量分割される形で、ＴＦＤと液晶
とにかかる。このことに因’）ｓ　　ＯＴＦが０．。と
同程度の値をもつようになると、ＴＦＤは非線形抵抗と
してではなく、単なる容量として働くため、スイッチン
グ素子としての機能を示さなくなる。ＯＬＯは、既に述
べたように画素サイズ、液晶層厚、液晶材料で決まシ、
これらの値はほぼ決まっているので、大表示容量のＴＦ
Ｄ−ＬＣＤを実現するには％　０．ｒＰを小さくする方
法しかない。

ＭＩＭの場合、ＣＴＰは、絶縁体の誘電率と層厚、及び
、ＭＩＭ接合部面積できまる。既に述べたように、絶縁
体層を厚くすると、非線形係数β又はαが小さくなシ、
抵抗のスイッチング比がとれなくなる。従って、接合部
を小さくせざるをえない。

又、液晶に電圧が印加される前、液晶分子は、基板に平
行に並んでいるので、液晶の誘電率は、ε工に等しくな
っている。従って％　”ＬＯは前に述べたように、かな
シ小さい値となる。

ここで、代表的なＭＩＭの材料であるＴａ２０ｇを例に
とシ、ａｔ、ＯとＯＴｔを計算する。Ｔａ５ｋｓ　。

比誘電率は約２２であり、膜厚は通常６００Ｘであるの
で、接合部を１０μｍ角とすると、ＯＴ、＝３．３Ｘ１
０”　Ｆ　ａｒａｄとなる。

非線形性を確保するために膜厚をこれ以上厚くすること
は困難である。

液晶の比誘電率ε、。を１０とし、液晶層厚を１０μｍ
とした場合、画素電極が２７０ｐｍ角の時に％　ＣＬＯ
とｃ？ｙとは等しくなる。

従来から、容量比Ｏｘ、ｏ／ＣＴｙは１０以上でなけれ
ばならないと通常いわれている。

従って、画素部が２００ＰｍＸ２００ｐｍの時、ＣＬｏ
ｌｏＴ、＝１０を得ようとすると、ＭＩＭの接合部は２
．３μｍ角にしなければならない。このような大きさに
Ｍ　Ｉ　Ｍ接合部を形成するためには、ＩＳＩレベルの
マスク技術、及びフォトリソグラフィー技術が必要であ
る。ＴＦＤ−ＬＣＤを用いて、実現しようとしている高
精細大容量ディスプレイの表示部対角は、最低でも５イ
ンチ、将来的には１０インチ程度である。このような大
面積を無欠陥で２．３μｍ程度にパターン化することは
不可能に近い。

伺らかの方法でこの点を解決しない限り、ＴＦＤ−ＬＯ
Ｄの用途は限定されてしまう。

この点を解決する方法として１両角、他、によシラチラ
ル構造のＭＩＭが提案されている。この構造を第９図に
示す。ガラス保護膜１９で被覆された下部ガラス基板１
０上に第１層の金属膜を形成した後、リーク電流が無視
できる程度の比較的厚い（約２０００Ａ以上）絶縁膜を
形成し、第６図に示すように、リード電極２０と、下部
電極１３の形状にパターン化する。このエツチングにお
いて、断面がテーパー状になるようにする。この時、第
９図に示すように下部電極１３の上にブロック絶縁体層
２２が形成されている。この後、陽極酸化を行うとブロ
ック絶縁体層２２で被覆されていないラテラル部分のみ
薄い絶縁体層１４が形成される。この上に上部電極１５
を形成すると、ＭＩＭの接合部はラテラル部のみになる
。従って、接合部の一辺は上部電極の線巾になるが、他
の一辺は突起状電極のテーパ一部分の長さになるので、
小面積の接合部が比較的容易に実現できる。例えば、テ
ーパー長が０．５ｐｍの時、電極巾は２２ｐｍでよいこ
とになる。上部電極１５は従来と同じく、画素電極１に
接続される。

本ラテラル構造は、ＣＴＦとａｔ、Ｏの比を大きくする
ための良好な方法であるが、各ＭＩＭの歩留シの点で次
のような欠点を有する。（ａ）現在のエツチング技術で
は、大面積で全面にわたって均一なテーパー形状を得る
ことは非常に困難である。従ってテーパー長が空間的に
不均一となシ、これによシ接合部の面積も不均一である
。即ち、ＭＩＭ特性は１パネル内でも大きな不均一性を
示す、（ｂ）陽極酸化は膜厚の増加を伴うので、ブロッ
ク絶縁体層１４のハガレを引き起こしやすい。このこと
により陽極酸化が不均一に進行しやすく、膜厚のバラツ
キになる。

（ｃ）上部電極がテーパーになっているとはいえ、ラテ
ラル部には均一に付着しにくい。特にテーパーの度合い
が少ない部分ではそうである。

これらのことＫよシ、ラテラル構造は、歩留シに問題を
残し、特にＴＦＤ−ＬＯＤの大面積化時が問題とみられ
る。

以上まとめると、ＴＦＤにラテラル構造のＭＩＭを用い
れば、上記のように大きな問題点はあるものの、一応０
ＬＯ１０？Ｆの比に関する問題点は解決できる。又、Ｔ
ＦＤに、ａ−８＋ダイオードを用いた場合は、ａ−８ｉ
の誘電率が１２程度と小さく、又、各層の層厚が１μｍ
近くと大きいためｓ　ＯＴＦはＣＬ。

よシ、非常に小さくすることができる。しかし、このよ
うなラテラル構造Ｍ　Ｉ　Ｍ、又はａ−８＋ダイオード
をＴＦＤに用いた場合でも印加電圧によるＣ４゜の変動
、液晶層の短い時定数ＯＬＯ・”ＬＯＯ問題は解決され
ていない。従来型のＴＦＤ−ＬＣＤでは、第６図をみて
もわかるように、ＣＬｏ及びＯＬｏ・ＲＬＯの変動は、
直接、液晶にかかる電圧ＶＬＯに影響を及ぼす。

従って、従来型のＴＩ’Ｄ−ＬＣＤではｖＬｏの正確な
制御は困難である。このことはキャラクタ表示グラフ表
示等の場合はあまシ問題にならないが、正確なＶｔ、Ｏ
の制御を必要とする階調表示、即ちテレビ表示の場合は
問題になる。

ＴＦＤ−ＬＣＤの問題点である（１）　ａＬＱ／ｃＴＦ
比、（１１）ＯＬＯの変動、（ｉｉ）液晶層時定数の諸
点を解決する方法として、従来から、液晶層と並列に、
液晶容量ＯＬｏよシ大きい容量を有する蓄積コンデンサ
８を設ける方法が提案されている。この方法を用いた場
合の等価回路を第１０図に示す。蓄積コンデンサ８を付
加した以外は、第８図に示される従来の等価回路と同一
である。この方法によれば、等何回路上液晶容量ＣＬ０
が大幅に増加し、且つ、一定値をとるのと同じになる。

従って、上記の＋１１％　ｆｉｉ）、（ｉｉｉ）の問題
は解決される。しかし、第１０図に示される等価回路を
実際のＴＦＤ−ＬＣＤで実現することは、パネル構造、
及び、端子の取出しが複雑になり、容易ではない。この
ため、第１０図の基本回路構成を有するＴＦＤ−ＬＣＤ
は、これまで本格的な試作例はない。このように、従来
から提案されている蓄積コンデンサ並列型ＴＦＤ−ＬＣ
Ｄでは、構造的な複雑性のために、実用的な大面積・高
精細ディスプレイは製作不可能である。

以上述べてきたように、従来技術によるＴＦＤ−ＬＯＤ
は、大表示容量化には対応できるが、画素の高精細化や
大面積化には対応できない。

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、無欠陥の大面積・高精細・大表示容量の’ｒＦＤ−Ｌ
ＣＤを低コストで提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明によれば、一方の基板をアクティブマトリクス基
板とし、他方の基板を対向基板とし、両者を液晶層を介
して東ね合わせた構造を有するアクティブマ）　ＩＪク
ス液晶表示装置において、前者のアクティブマ）　ＩＪ
クス基板を、互いに直交し異なる膜厚の陽極酸化物を表
面に有する金属薄膜細線群を形成し、よシ薄い陽極酸化
物上に上部電極を形成して金属−絶縁物−金属素子とし
、よシ厚い陽極酸化物上に画素電極を形成して蓄積コン
デンサとした基板とし、後者の対向基板を、共通電極を
形成した基板としたことを特徴としている。

本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤの等価回路の代表例を第１
図に示す。このように、本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤは
、第１０図に示される蓄積コンデンサ並列型ＴＦＤに類
似しているが、次の点で大きく異なる。本等何回路中液
晶容量５と液晶抵抗６の並列回路で表わされる液晶層の
対向電極は、全画素とも共通であシ、共通電極７である
。この液晶層の他方の電極である画素電極ｌは、ＴＦＤ
容量３と非線形抵抗２の並列回路で表わされるＴＦＤと
蓄積コンデンサ容量８で表わされる蓄積コンデンサとに
接続される。ＴＦＩ）はよシ薄い陽極酸化物を有する金
属薄膜細線群、即ち、第１リード電極４に又、蓄積コン
デンサはよシ厚い陽極酸化物を有する金属薄膜群、即ち
、第２リード電極９に、各々接続され、この第１・第２
リード電極の間でマトリクス・アドレスされる。即ち、
第８図に示される従来型Ｔ　Ｆ　Ｄ　−Ｌ　ＯＤの等価
回路図において、液晶層の代わシに蓄積コンデンサを置
き、液晶層はＴＦＤと蓄積コンデンサの接点に接続した
構造が本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤの基本構造である。

この点から本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤは、蓄積コンデ
ンサアドレスダイオード型ＬＣＤとよばれる。

蓄積コンデンサ容量８（Ｏｓｔ）　　は、ＴＦＤ容量３
（Ｃｙｙ）及び液晶容量５（ＯＬＯ）に比べて十分大き
くしであるので、画素電極１の電位は、液晶層が接続さ
れたことによっても、殆ど影響を受けない。従って、液
晶層の対向電極は、共通にしておくことができる。

以下、ＭＩＭを代表例にとって、本発明によるＴＦＤ−
ＬＣＤを説明する。

ＭＩＭにおいて、最も重要な材料は、絶縁体層の材料で
ある。従来の論文、特許公開公報等に記載のＭＩＭでは
、絶縁体層の材料に、タンタル（Ｔａ）又は窒化メンタ
ルの酸化物を用いたものが主として使われている。その
他の絶縁体層の材料としては、アルミ（Ａ））、ジルコ
ニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ　）、
モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム
（Ｉ　ｒ　）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（８ｎ）、ク
ロム（Ｏｒ）、ランタノイド等の金属の酸化物、及び、
これらの金属の合金の酸化物、又は、シリコンの酸化物
が用いられている。更に、Ｓｉ、Ｎ４、ＡＪＮ等の窒化
物も用いられている。

この絶縁体層を挟む金属としては、上記の金属（Ｔａ、
Ａｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｉｎ、８ｎ
。

Ｏｒ、　　ランタノイド）の他に１ｃ極として通常用い
られる金属である（ＡＵ）、銀（Ａｇ）が用いられてい
る。酸化スズ、酸化インジウム−スズ（通称ＩＴＯ）等
の透明電極も用いられる。又、不純物を高濃度にドープ
した半導体も、絶縁体層を挟む電極として用いることが
できる。この半導体としてはａ−８ｉが代表的であるが
、これに限らない。

この場合、素子は半導体−絶縁体一半導体の構造であ、
９．ＳＩＳ累子とでも称するべきであるが、機能的には
ＭＩＭ素子と変わらないので、以下ではこのような素子
も含めてＭＩＭと称する。

これらの膜は、抵抗加熱法、又は電子ビーム加熱法によ
る通常の真空蒸着の他に、スパッタリング法、イオン、
グレーティング法、イオンクランスタービーム法、等が
用いられている。特に１絶縁体層に関しては、Ｔａ等の
金属の陽極酸化による酸化膜が、ピンホール・７リー、
カバレッジ、等の点からよく用いられている。金属の熱
酸化膜・プラズマ酸化膜も陽極酸化膜と同じ利点を有す
る。

本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤの重要な構成要素である蓄
積コンデンサについて説明する。蓄積コンデンサは第１
図に示されるごとく、画素電極と第２リード電極との間
に位置する。従って、通常、蓄積コンデンサは、第２リ
ード電極上に誘電体層を形成し、その上に画素電極を形
成することにょシつくられる。この誘電体としては、通
常の薄膜コンデンサに使われる種々の材料（Ｔａ、０１
．　Ｓｉｎ。

ｓｉｏ、、ｓｉ、Ｎ４）が使われる。製膜法も、真空蒸
着法、イオンプレーテング法、イオン・クラスタ・ビー
ム法、スパッタ法、陽極酸化法、等がある。

誘電体はこれに限られず、種々のものを用いることがで
きる。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

本実施例によシ得られるＴＦＤ−ＬＣＤの代表例の断面
図を第２図に、又、鳥畝図を第３図に、更に下部ガラス
基板１０上の平面透視図を第４図に示す。

まず、下部ガラス基板１０上のプロセスについて第２図
に基づき述べる。

下部ガラス基板ｌＯをＴａ１０ｇ　、　Ｓ　ｉｏ＠等の
ガラス保護膜で被覆する。この保護膜は不可欠なもので
ないので、第２図では省略した。この上に、タンタル（
Ｔａ　）をスパッタリング法又はイオンブレーティング
法により４０００Ｘに形成し、ＯＦ４ガスを用いた反応
性エツチングによシ線巾６０ｐｍ、ピッチ２００μｍの
帯状にパターン化し、コンデンサ対向電極１１とした。

これがより厚い陽極酸化物を有する金属薄膜細線群、即
ち、第２リード電極である。この上に、０．１ｗｔ９６
クエン酸中の陽極酸化法によシＴａ、Ｏ，を１８０ＯＡ
形成し、誘電体層１２とした。誘電体層１２は、対向透
明電極の取出し部を除いて、下部ガラス基板上全面に形
成した。この際、蒸着マスクを用いた。

この後のプロセスは、従来例に述べたＴＦＤ−製法とほ
ぼ共通する。スパッタリング法にょシ、再ヒＴａを３０
００Ｘ形成し、それをＯＦ４ガスを用いた反応性イオン
エツチングによシ、パターン化し、下部電極１３とした
。ここで、第３図に示すように、コンデンサ対向電極１
１と下部電極１３とは直交する。第４図、第５図に示さ
れるようにＴａの下部電極はリード電極にっながシ、更
に端子部２１につながる。コンデンサ対向電極もそれと
直交してはしシ、端子部に到る。これがよシ薄い陽極酸
化物を有する金属薄膜細線群、即ち、第１リード電極で
ある。

この下部ガラス基板を再び０．１％クエン酸中に浸しタ
ンタル板を対向電極として陽極酸化を行い、下部電極上
にＴａＢ２．の絶縁体層１４を形成した。

陽極酸化電圧は３３Ｖとし、十分長い間電圧印加するこ
とによシ、全面のＴａ上均−に、６００ＸのＴａ１Ｏ＠
を形成した。

この絶縁体上に、真空蒸着法によ、９Ｏｒを形成し、通
常のフォトリングラフィによシバターン化し、上部電極
１５とした。更にＩＴＯをスパッタリングにより形成し
、パターン化し、画素電極１とした。なお、ＩＴＯを形
成・パターン化後、Ｏｒを形成、パターン化した基板も
試作したが、特性上、差異はなかった。

下部電極と上部電極のクロス部分がＭＩＭ接合部になシ
本実施例では２０ｊｍＸ１０μｍであった。

又、リード電極の幅は２０ｐｍであシ、画素電極は１９
０μＦ＃Ｘ１６０μｍである。本実施例においては、第
３図、第４図に示されるように、画素電極と対向透明電
極の誘電体層を介した重なシが蓄積コンデンサとなシ、
その容量Ｏｓｔは１２ｐＦ　　である。

この値はＭＩＭの並列容量”？Ｆ　０．６６ｐＦに比べ
て非常に犬きく、ＣＴＦの効果は無視できる。

ＭＩＭは、第６図に示される従来例のように、リード電
極２０から突起した下部電極１３上につくることも当然
可能であるが、開口率の点から不利である。本実施例で
は、第４図に示されるように、特に突起状のパターンは
設けず、上下に通っている下部電極１３上に、絶縁体層
１４を介して、上部電極１５を形成することによ、９．
ＭＩＭを構成した。目合せ時の精度を粗くするために、
画素電極の右側に凹部を設けた。

第３図と第４図に示されるように、下部電極１３と対向
透明電極１１とは、誘電体層１２を介して直交している
。

従って、これら両電極のクロス部は寄生容量とな、９、
ＬＣＤパネルの動作速度を制限する。これを防ぐため、
本実施例では、第４図に示すように、下部電極とのクロ
ス部のみ、対向透明電極の線巾を他の箇所のイ以下にし
た。これにより、し’ｘｏｏ。

デユティ以上の動作速度が得られた。

本実施例では、上部ガラス基板１６は、下部ガラス基板
と同じく、ガラス保護膜で被覆されるが、この保護膜は
不可欠ではないので、第２図では省略した。この基板上
の表示部全面にＩＴＯが形成され、共通透明電極１７と
した。

下部ガラス基板１０と上部ガラス基板１６は、ガラスフ
ァイバー等のスペーサを介して張）合わされ通常のエポ
キシ系接着剤にニジシールした。

セル厚は８μｍとした。

両ガラス基板１０．１６はラビングによシ配向処理をし
た。この場合、ポリイミド等の配向処理膜を塗布するこ
とが多いが不可欠ではないので、第１図では省略した。

上記のセルに、ツイスト・ネマティック型液晶であるＺ
ＬＩ−１５６５（メルク製）を注入孔よシ注入して、液
晶層１８とした。注入孔を接着剤で°封止することによ
、Ｄ８０ＡＤ−ＬＯＤを完成した。

偏光板は、目東電工製ＮＰＦ−１１００Ｈを用いた。

本実施例による８０ＡＤ−ＬＣＤは、画素ピッチＱ、２
ｍｍ、画素数４５０Ｘ４５０の高精細大容量ディスプレ
イである。

本実施例による５ＯＡＤ−ＬＣＤを第１図の等何回路と
比較する。等何回路中のＴＦＤは、本実施例では下部電
極のＴａ　、絶縁体層のＴａ２Ｏ５と上部電極のＯｒ　
とから構成されるＭＩＭである。等何回路中の蓄積コン
デンサは、本実施例では、対向透明電極のＩＴＯ，誘電
体層のＴａ１０＠と画素電極のＩＴＯとから構成される
。液晶の画素部は本実施例では、画素電極のＩＴＯ１液
晶層、共通透明電極のＩＴＯから構成される。又、等何
回路中の第１リード電極と第２リード電極は、各々本実
施例中の下部電極とコンデンサ対向電極になっている。

各々の電極は、第３図に示すように、ＭＩＭと蓄積コン
デンサを介して対向しておシ、互いに直交している。こ
の両電極にマトリクスアドレスすることによシ、各液晶
画素に電圧が印加される。これに対し、等何回路中の共
通電極に対応する本実施例中の共通透明電極は、表示部
全面に形成され１フレーム内においては、一定電圧に保
持されている。

本発明による８０ＡＤ−ＬＣＤの駆動方法は、１画素か
ら３電極（第１リード電極、第２リード電極共通電極）
が出ているため、従来のＴＦＤ−ＬＣＤの駆動方法とは
異なる。液晶を交流駆動する場合の駆動方法の一例を表
に示す。

この駆動方法においては、第２リード電極に走査信号を
印加し、第１１ｊ−ド電極にデータ信号を印加し、共通
電極には非アドレス時の走査信号電圧を印加する。表に
示した例では、走査信号とデータ信号は通常の単純マト
リクスＬＣＤに適用されている波形と同じである。

ここで、ｖ０〜Ｖ、は、Ｖ・＜　Ｖｓ　＜　Ｖａ　＜　
Ｖｓ　＜Ｖａ　＜　Ｖｓ　　又は％Ｖｅ　＞　Ｖｔ＞　
Ｖａ　＞　ＶＢ　＞　Ｖａ　〉Ｖｓである。又、ＩＶＰ
−Ｖａｌ　、　ＩＶＩ−Ｖａｌ　、　Ｉｖ、−ｙ、Ｉ　
。

ｌ　Ｖ４−　Ｖ、ｌＩ　は一定値をとシ、ここではＶ、
とおく。

又、Ｉｖ雪−ｖ！　１＝（ｎ−４）Ｖｏ　とおく。通常
、１／。

がバイアス比とよばれる。この時、表に示すごとく、走
査電極アドレス時には、選択画素に：Ｉ＝ｎＶ（１、非
選画素に士（ｎ　−２）　Ｖ６が印加され、走査電極非
アドレス時には画素には±ｖ０が印加される。

ＭＩＭは非線形抵抗性が高いために、アドレス時におい
て印加電圧がｎｖ６と（ｎ−２）ｖ。と違うだけで、流
れる電流が大きく異なる。蓄積コンデンサの容量が他に
比べ十分大きいので、ＭＩＭを流れる電荷は大部分蓄積
コンデンサに流れる。選択画素の蓄積コンデンサには電
荷が蓄積され、液晶を完全にＯＮさせるのに十分な電圧
が、画素電極と第２リード電極との間に発生するが、非
選択画素の蓄積コンデンサには殆ど電荷が蓄積されず電
圧も殆ど発生しない。蓄積コンデンサ容量は、液晶容量
及び、ＴＦＤ容量に比べて十分大きいため非アドレス時
においても１画素電極と第２リード電極間の蓄積コンデ
ンサの電圧は殆ど変わらない。

又、共通電極の電位は非アドレス時の第２リード電極の
電位に等しいのでその電圧がそのまま画素電極と共通電
極の間の液晶層にかかる。従って、選択画素の液晶は完
全にＯＮになり、非選択画素の液晶は完全にＯＦＦにな
るため、高コントラストの表示が得られる。

本実施例の５ＯｋＤ−ＬＣＤパネルを、デエティ比’／
１５０　％　　バイアス比ｎ＝’／ｉ、Ｖｏ＝３．３Ｖ
　のパラメータで表に示される波形によシ駆動したとこ
ろ、１０：１の高コントラストの得られる視野角が±４
５゜以上あシ、良好な表示が得られた。又、１６階調以
上の階調表示を再現性よく行えた。

本発明の駆動方法は上に述べた駆動波形に限られない。

他の代表的な駆動方法として、第１１Ｊ−ド電極に走査
信号を印加し、第２リード電極にデータ信号を印加し、
共通電極に選択時データ信号電圧と非選択時データ信号
電圧の間の電圧を印加する方法がある。この方法を本実
施例によるＳＯＡＤ−ＬＣＤパネルに適用したところ、
１／４５ｏデユテイ比で１０：１の高コントラストが得
られた。

以上、ＴＦＤとしてＭＩＭを用いた場合についてのみ述
べたが、ＴＦＤとして種々のａ−８ｉダイオードを用い
たＴＦＤ−ＬＣＤにも本発明は適用できる。本発明の適
用によシ、液晶の容量が印加電圧によシ変化する事、及
び、液晶の時定数が短い事に因る階調表示時の問題点は
なくなった。

本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤは、第３図に示されるよう
に、アクティブマ）　ＩＪクス基板が立体構造になって
いるため、製造コストの上昇が心配される。しかし、誘
電体層は表示部全面に形成されるため、下部電極形成と
同時に形成できるので、製造コストは殆ど上昇しない。

又、従来は上部ガラス基板上の透明電極を帯状にパター
ン化していたのに対し、本発明では、表示部全体に形成
すれば良いため、対向透明電極のパターン化の工程増加
は相殺される。従来は上部、下部両ガラス基板から多数
の端子の取出しが必要だったのに対し、本発明によれば
、共通透明電極は銀ペースト等によシ、下部ガラス基板
上の電極に接続できるため、下部ガラス基板からのみ端
子を取出せばよい。

このことはパネルの端子を外部と接続するのを容易にす
る。駆動用ＩＣをガラス基板上に直接付ける場合に特に
低コストになる。ラテラル構造ＭＩＭ−ＬＣＤは、端子
接続に関しては、従来型のＴＦＤ−ＬＣＤと同じである
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、画素高精細化時も
ＴＦＤのパターン精度が粗くて良いだめ、大面積高精細
大表示容１ＴＦＤ−ＬＣＤを高歩留シ低コストで提供す
ることが可能になる。又、液晶の容量が等価回路的に増
加したことになるため、階調表示性能が著しく向上した
。従来の類似技術であるラテラル構造ＭＩＭ−ＬＣＤに
比べると、歩留シ、隔調表示性能、端子接続法、等の点
で、本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤの方が優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による５ＯＡＤ−ＬＣＤの一実施例の
等価回路、第２図は、第１図の実施例の一画素の断面図
、第３図は、第１図の実施例の一画素の鳥緻図、第４図
は第１図の実施例の下部ガラス基板の平面透視図、第５
図は、従来のＴＦＤ−ＬＣＤの断面図、第６図は、第５
図のＴＦＤ−ＬＣＤの一画素の平面図、第７図は、第５
図のＴＦＤ−ＬＣＤの一部分の平面図、第８図は、第６
図のＴＦＤ−ＬＯＤの等価回路、第９図は、従来のラテ
ラル構造ＭＩＭ−ＬＣＤのアクティブマトリクス基板の
断面図の一例、第１０図は、従来の蓄積コンデンサ並列
型ＴＦＤ−ＬＣＤの等価回路の一例である。ｌ・・・・・・画素電極、２・・・・・・非線形抵抗、
３・・・・・・ＴＦＤ容量、４・・・・・・第１リード
電極、５・・・・・・液晶容量、６・・・・・・液晶抵
抗、７・・・・・・共通電極、８・・・・・・蓄積コン
デンサ容量、９・・・・・・第２リード電極、１０・・
・・・・下部ガラス基板、１１・・・・・・コンデンサ
対向電極、１２・・・・・・誘電体層、１３・・・・・
・下部電極、１４・・・・・・絶縁体層、１５・・・・
・・上部電極、１６・・・・・・上部ガラス基板、１７
・・・・・・共通透明電極、１８・・・・・・液晶層、
１９・・・・・・ガラス保膿膜、２０・・・・・・リー
ド電極、２１・・・・・・端子部、２２・・・・・・ブ
ロック絶縁体層。代理人　弁理士　内　原　　　翼／　　−日、　　　　
− １＋− 第１図第４図１５上部電極　　　　１画素電極１３下部電極第６図第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

一方の基板をアクティブマトリクス基板とし、他方の基
板を対向基板とし、両者を液晶層を介して重ね合わせた
構造を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置に
おいて、前記アクティブマトリクス基板は、基板上にコ
ンデンサ対向電極として金属薄膜細線群を形成し、その
上に誘電体層として陽極酸化物層を形成し、更にその上
に画素電極として透明電極を形成し、又、前記金属薄膜
細線群と直交して下部電極として金属薄膜細線群を形成
し、その上に絶縁体層として陽極酸化物層を形成し、そ
の上に画素電極と接続する形で上部電極を形成した構造
とし、前記対向基板は、基板上に共通電極を形成した構
造としたことを特徴とするアクティブマトリクス型液晶
表示装置。