JPS6262333A - 薄膜二端子素子型アクテイブマトリツクス液晶表示装置の製造方法 - 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） 本発明は非線形抵抗電導を示す薄膜二端子素子を用いた
アクティブマトリックス液晶表示装置の製造方法に関す
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（ＬＣＤ）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）　Ｉ）ックス型も使われ始
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りはあまり急
峻ではないので、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ると、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ＬＣＤ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ＬＣＤ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（ＴＦ″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、高歩留り、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も注目されている。

このような薄膜二端子素子型アクティブマトリックスＬ
ＣＤ（以下ＴＦＤ−ＬＣＤと略す）において、一番実用
化に近いと考えられているＬＣＤは、ＴＦＤに金属−絶
縁体−金属素子（以下ＭＩＭ素子又はＭＩＭと略す）を
用いたＬＣＤである。ＭＩＭのようなＴＦＤを液晶と直
列に接続することにより、電圧、透過率変化特性の立上
りは急峻になり、走査本数を大幅に増やすことが可能な
る。

このようなＭＩＭを用いたＬＣＤの従来例は、論文では
ディ・アールバラフ、他、著「ジ・オプティマイゼーシ
ョン・オプ・メタル・インシュレータ・メタル・ノンリ
ニア・デバイシズ・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Ｊ１
アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン・エ
レクトロン・デバイシーズ、２８巻、６号、頁７３６−
７３９（１９８１年発行）［Ｄ、Ｒ，Ｂａｒａｆｆ、　
ｅｔ　ａｌ、、　”Ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｉ−ＩＥＥＥ　
Ｔｒａｎｓ、ＥＩｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　ｖ
ｏｌ、ＥＤ−２８，ｐｐ、７３６−７３９（１９８１）
］、及び両角伸治、他、著ｒ２５０Ｘ２４０画素のラテ
ラルＭＩＭ−ＬＣＤ　Ｊテレビジョン学会技術報告（Ｉ
ＰＤ８３−８）、　ｐｐ３９−４４．　（１９８３年１
２月発行）に代表的に示され、特許公開公報では特開昭
５２−１４９０９０号公報、及び特開昭５５−１６１２
７３号公報中に代表的に示され、その動作原理について
も詳細に述べられている。

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されたＭＩＭ
では、絶縁体層の材料に、タンタル（Ｔａ）又は窒化タ
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、アルミニウム（Ａｌ
）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（
Ｎｂ）、モリブデン（ＭＯ）等の金属の酸化物、又は、
シリコン（Ｓｉ）の酸化物が用いられている。又、希土
類酸化物もＭＩＭに使用される。この絶縁体層を挟む金
属としては、上記の金属（Ｔａ、　ＡＩ。

Ｚｒ、Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｍｏ）の他に電極として通常用
いられる金属であるクロム（Ｏｒ）、金（Ａｕ）、！（
Ａｇ）が用いられている。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、
半導体の構造であり、ＳＩＳ素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、以下こ
のような素子も含めてＭＩＭと称する。

このようなＭＩＭに流れる電流（Ｉ）と両端電圧（ｖ）
との関係は、次に示すプール・フレンケル式に従うこと
が知られている。

Ｉ　＝　ｋｖ　ｅｘｐ　（％Ｖ） ここで、ｋは比例定数であり、ＭＩＭの接合面積に比例
する。ｐは非線形性を表す係数である。ｐ＝０では、Ｉ
はＶに比例し、ＶのＩに対する比である抵抗値Ｒ（＝Ｖ
／Ｉ）は一定であり、通常の抵抗の特性を表す。

ｐ〉０では、ＩはＶの増加とともに急激に増加する。

即ち、抵抗ＲはＶの増加により急激に低下する。このＲ
の変化は、ｐが大きい程急激である。ｐが大きい程、Ｔ
ＦＤ−ＬＣＤのＴＦＤに適していることは、前出のバラ
フ著の論文に述べられている。このようにｐ値が大きい
ことが、ＭＩＭに必要な素子特性の一つである。又、Ｍ
ＩＭの容量Ｃが小さいことが、もう一つの必要な素子特
性である。このためには、絶縁体層の材料の誘電率８が
小さいことが必要である。

従来のＭＩＭを用いたＴＦＤ−ＬＣＤは、既述の文献等
により、大表示容量が実現できることが示されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらその製造工程は、ＴＦＴ−ＬＣＤに比べる
と、簡略化されているものの、いまだかなり複雑である
。具体的には従来の製造方法は基本的には次の７エ程か
らなっている。すなわち、（１）ＭＩＭ下部金属の形成
工程、（２）そのバターニング工程、（３）陽極酸化等
による絶縁体層の形成工程、（４）ＭＩＭ上部金属の形
成工程、（５）そのバターニング工程、（６）画素電極
の形成工程、（７）そのバターニング工程である。これ
は従来の単純マルチプレックスＬＣＤが、（１）画素電
極の形成工程、（２）そのバターニング工程の計二工程
であるのに比べて、従来のＴＦＤ−ＬＣＤの試作工程は
著しく工数が多く、且つフォトリソグラフィを用いたパ
ターニング回数が３回あることが問題である。

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、製造工程数が少なく、特にパターニング回数が２回と
少ないＴＦＤ−ＬＣＤの製造方法を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、２つの基板上にパターン化された電極をそれ
ぞれ形成する工程と、電極が形成された２つの基板の間
に液晶を保持する工程とを備えている薄膜２端子素子型
アクティブマトリックス液晶表示装置の製造方法におい
て、前記一方の基板上に形成する電極形成工程が、パタ
ーン化されたリード電極を形成する工程と、リード電極
表面に絶縁体層を形成する工程と、一部リード電極部を
覆うようにしてパターン化された透明電極を形成する工
程と、少なくとも電極部分を加熱する熱処理工程とを少
なくとも有することを特徴としている。

ここで金属酸化物系電導体とは、高い電子伝導性を有し
、且つ高い透明性を有する金属酸化物をいう。具体的に
は、各種表示装置、太陽電池、及び光センサ等に用いら
れている酸化インジウム、酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化ス
ズ（ＳｎＯ２）等を用いることができる。又、透明金属
体とは、厚みが１００Å以下の金属薄膜体をいう。この
ような金属薄膜体は高い透明性を有する。

又、熱処理とは、通常の電気炉、又は、ガス炉中にて、
加熱するプロセス、又は、ランプ・アニール、レーザ・
アニールのように瞬間的に加熱するプロセスをさす。こ
のような熱処理を、透明金属体−金属酸化物系電導体の
２層構造の透明電極を形成する前後に加えることにより
、前記の非線形性係数ｐが上昇し、正負電圧印加時に流
れる電流に殆ど差異のない対称性をもつＭＩＭが得られ
る。後者の特性はＬＣＤをＡＣ駆動する際に重要である
。従って、熱処理を加えることにより、１０００本以上
の走査本数が可能になる。

［実施例１ 以下実施例に基づいて本発明を説明する。

（実施例１） 本実施例により得られるＴＦＤ−ＬＣＤの代表例の断面
図を第１図に示す。

最初に下部ガラス基板１上の膜形成、ＭＩＭ素子の製作
について述べる。下部ガラス基板１をＴａ２０５゜Ｓｉ
Ｏ２等のガラス保護膜２で被覆する。この保護膜２は不
可欠なものではなく、被覆を省略することもできる。次
に、ガラス保護膜２上に、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で
のスパッタリングにより、タンタル（Ｔａ）薄膜を形成
する。このＴａ膜を通常のフォトリソグラフィによりパ
ターン化して、リード電極３を形成する。このパターン
化されたリード電極３のＴａを陽極酸化することにより
、酸化タンタル（Ｔａ２０ｓ）からなる絶縁体層４を得
る。陽極酸化は０．１ｗｔ％のクエン酸水溶液等の弱酸
水溶液中で３０Ｖの電圧印加により行い、５００人の酸
化タンタルが形成された。純水にて十分洗浄し、イオン
等の不純物を除いた。その後、空気中で３００°Ｃ１３
０分の熱処理を加えた。

従来のＭＩＭ素子では、絶縁体層４の上に、クロム（Ｃ
ｒ）等の上部電極を形成するのに対し、本実施例では、
絶縁体層４の上に直接透明電極を形成し、通常のフォト
リソグラフィによりパターン化し、これを下部透明電極
５とした。即ち下部透明電極５は、ＭＩＭ素子上部電極
と各画素に対応する画素電極とを兼ねている。又、本透
明電極は透明金属体、金属酸化物系電導体の二層構造で
ある。次いで本実施例では、絶縁体層４の上に、Ｃｒを
真空蒸着法により１０人形成し、引き続いて真空を破ら
ずに、酸素含有アルゴン雰囲気中のイオンブレーティン
グ蒸着法によりＩＴＯを１０００人形成した。

こののち、電気炉中にて、空気中にて３００°０１３０
分の熱処理を加えた。以下、特記なき限り雰囲気は空気
とする。このようにして得られたＭＩＭ素子は、前記の
非線形係数ｐが６と高く、且つ、正負電圧印加時に流れ
る電流に殆ど差異のない対称的な特性をもつことが確認
された。なお、熱処理を加わえない場合は、正負電圧印
加時電流に１０４倍の差異があった。

上部ガラス基板６上の膜形成、パターン化は通常の単純
マルチプレックスＬＣＤとほとんど同一である。上部ガ
ラス基板６は、５Ｌ０２等のガラス保護膜７で被覆され
ているが、この保護膜７は不可欠ではない。上部透明電
極８も、下部透明電極５と同じく酸化インジウム−酸化
スズであり、イオンブレーティング法により形成し通常
のフォトリソグラフィ法によりパターン化した。

下部ガラス基板１と上部ガラス基板６とは、ガラスファ
イバー等のスペーサを介して張り合わされ、通常のエポ
キシ系接着剤によりシールした。

セル厚は８μｍとした。

両ガラス基板１，６はラビングにより配向処理をした。

この場合、ポリイミド等の配向処理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）を注入孔より注入して、液
晶層９とした。注入孔を接着剤で封止することによりＴ
ＦＤ−ＬＣＤを完成した。

第２図に、下部ガラス基板１上の１画素の素子パターン
を示す。このように下部透明電極５は、１画素毎に分離
されている。リード電極３は陽極酸化により前面が絶縁
体層４で覆われており、又、リード電極３からは各画素
に対応して小さな突起がでている。この突起状電極１０
は、電極５と交差しており、この交差部がＭＩＭ素子に
なっている。

第３図に、本実施例ＴＦＤ−ＬＣＤの構造の一部を示す
。このように、第２図に示した下部ガラス基板１上の各
画素が格子状に並び、リード電極３は横につながり、端
部で端子部１１を構成している。上部ガラス基板６上の
上部透明電極８は、各画素を縦につなげた形で帯状に形
成されている。この上部透明電極８の形状は、単純マル
チプレックス駆動のＬＣＤの電極形状とほぼ同一である
。

本実施例によるＭＩＭ素子及びこれを用いたＴＦＤ−Ｌ
ＣＤの構造は、前出のバラフ著の論文等で述べられた構
造と多少類似点がある。しかし、ＭＩＭ素子の上部電極
を画素電極と同一の材質とし、且つ同一の工程で製作し
た点が基本的に異なり１．二のことにより、工程が顕著
に短縮化されている。

本実施例により得られたＭＩＭ素子の非線形性は比較的
高く、β値は６であった。この特性は走査本数が１００
０本程度０大表示容量ＴＦＤ−ＬＣＤに十分使用可能な
特性である。

上記の構造及び材料構成をもつ１００　ｘ　１００画素
、ピッチ０．４ｍｍのＴＦＤ−ＬＣＤを試作し、通常の
マトリックスＬＣＤに対する単純マルチプレックス駆動
法により駆動した。このような駆動の結果、本実施例Ｔ
ＦＤ−ＬＣＤは、スタティック駆動とほぼ同様のコント
ラスト及び視野角が得られた。偏光板に日東電工製のＮ
ＰＦＪｌｏｏＦ（を用い、前出のツイスト・ネマティッ
ク型液晶ＺＬＩ−１５６５を用いた場合、５：１のコン
トラスト比ＣＲが得られる視野角は±５０°であった。

（実施例２） 下部透明電極５と、上部透明電極８とをマグネトロンス
パッタにより形成したＩＴＯとした点以外は、実施例１
と全く同一の方法に従い、ＴＦＤ−ＬＣＤを試作した。

本実施例におけるＭＩＭ素子も良好な特性を示し、走査
本数１０００本程度０ＬＣＤに適用可能であることが示
された。

（実施例３） 熱処理のプロセスを、２５０°Ｃ１３０分加熱と３００
°Ｃ１３０分加熱した点以外は実施例１と全く同一の方
法に従い、ＴＦＤ−ＬＣＤを試作した。本実施例におけ
るＭＩＭ素子も良好な特性を示し、走査本数１０００本
程度０ＬＣＤに適用可能であることが示された。

（実施例４） 熱処理のプロセスを、窒素雰囲気中の５００°Ｃのラン
プ・アニール５分間とした意思外は、実施例１と全く同
一の方法に従い、ＴＦＤ−ＬＣＤを試作した。本実施例
におけるＭＩＭ素子も良好な特性を示し、走査本数１０
００本程度０ＬＣＤに適用可能であることが示された。

（実施例５） 透明金属体−金属酸化物系電導体の２層構造の透明電極
を形成する前の熱処理を省いた点・以外は、実施例１と
全く同一の方法に従い、ＴＦＤ−ＬＣＤを試作した。本
実施例におけるＭＩＭ素子も良好な特性を示し、走査本
数１０００本程度０ＬＣＤに適用可能であることが示さ
れた。ただし、実施例１に比較して、若干、経時変化が
生じた。

以上の実施例においては、３００°Ｃ１及び２５０°Ｃ
と３００°Ｃ及び５００’Ｃの温度の熱処理のみをあげ
たが、これらの温度には本発明は限定されず、１００°
Ｃ以上の温度は全て本発明に適用される。又、時間も待
には限定されない。又、雰囲気も、空気中、窒素中に限
定されず、アルゴン中、酸素中、水素中も用いることが
できる。又、通常は熱処理を、２層構造の透明電極を形
成する前後に加えるが、いずれか、一方のみでも有効で
ある。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、ＭＩＭ素子の製作
工程が顕著に短縮化され、大表示容量、且つ低コストの
薄膜二端子素子型アクティブマトリックス液晶表示装置
の製造方法を提供することができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＴＦＤ−ＬＣＤの一実施例の断面
図、第２図は第１図の実施例の一画素の構造平面図、第
３図は第１図の実施例の一部分の構造平面図である。 １・・・下部ガラス基板　　２・・・ガラス保護膜３・
・・リード電極　　　　４・・・絶縁体層５・・・下部
透明電極　　　６・・・上部ガラス基板７・・・ガラス
保護膜　　　８・・・上部透明電極９・・・液晶層　　
　　　　　１０・・・突起状電極１１・・・端子部 第１図 第２図 ′；＋　３　図 １、事件の表示　　昭和６０年　特許願　第２０３８３
６号２、発明の名称 薄膜二端子素子型アクティブマトリックス液晶表示装置
の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　出　願　人 東京都港区芝五丁目３３番１号 ＜４２３）日本電気株式会社 代表者　関本忠弘 ４、代理人 ５、補°正の対象 明細書の発明の名称の欄 明細書の特許請求の範囲の欄 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）、明細書の発明の名称に、「薄ｌｌＩ２端子素子
型アクティブマトリックス液晶表示装置の製造方法Ｊと
あるのを「薄膜二端子素子型アクティブマトリックス液
晶表示装置の製造方法」と補正する。 （２、特許請求の範囲を別紙のとおり補正する。 （３）、明細書第８頁第４行に［薄膜２端子素子型アク
テイブマトリツクス液晶・・・」とあるのを［薄膜二端
子素子型アクティブマトリックス別紙 特許請求の範囲

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つの基板上にパターン化された電極をそれぞれ形成す
   る工程と、電極が形成された２つの基板の間に液晶を保
   持する工程とを備えている薄膜２端子素子型アクティブ
   マトリックス液晶表示装置の製造方法において、前記一
   方の基板上に形成する電極形成工程が、パターン化され
   たリード電極を形成する工程と、リード電極表面に絶縁
   体層を形成する工程と、一部リード電極部を覆うように
   してパターン化された透明電極を形成する工程と、少な
   くとも電極部分を加熱する熱処理工程とを少なくとも有
   することを特徴とする薄膜２端子素子型アクティブマト
   リックス液晶表示装置の製造方法。