JPH02210331A - 液晶表示装置 - 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〕 本発明はコンピュータ一端末等のデイスプレィ、ポケッ
トＴＶ、壁掛けＴＶ等に使用される液晶表示装置に関し
、特にＭＩＭ素子を用いたアクティブマトリックス型液
晶表示装置に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕液晶表
示装置の代表的な駆動方式の１つにアクティブマトリッ
クス駆動方式があり、この方式は、走査電極数を数千水
も必要とするビデオ表示やＣＲＴ表示に匹敵する大容量
表示が可能という点で着目されている。アクティブマト
リックス駆動方式を用いた液晶表示装置は、各画素ごと
にスイッチング素子を付加する構成となっている。

このようなアクティブマトリックス駆動方式の液晶表示
装置において使用されるスイッチング素子として、金属
−絶縁体−金属から構成されたＭＩＭ素子が種々の論文
、特許公開公報等に発表されている。

第６図ないし第９図に従来の液晶表示装置におけるアク
ティブマトリックス基板構成を示す、第６図ないし第８
図はそれぞれ異なった構成例であり、第６図（ａ）、第
７図（ａ）、第８図（ａ）が断面図、第６図（ｂ）、第
７図（ｂ）、第８図（ｂ）が平面図、第９図は第６図の
構成例の斜視図である。これらの図において、５１は共
通及び上部電極、５２は絶縁層、５３は下部及び補助電
極、５４は画素電極、５１′は共通及び下部電極、５３
′は上部及び補助電極、５４′は上部及び画素電極であ
る。第６図及び第９図は補助電極を設けてＭＩに素子を
構成した例、第７図は同じく補助電極を設けてに工に素
子を構成したものであるが、共通電極と画素電極の上下
相対位置関係が第６図とは逆になっている例、第８図は
補助電極を用いないで画素電極及び共通電極がそれぞれ
ＭＩＭ素子の共通電極になっている例である。このよう
に表示画素電極の各々に、液晶の駆動ないしは液晶表示
の性能向上のために少なくとも１つのＭＩＭ素子が備わ
っている。

ところが、上記のような構成では、一部に電極が多層に
なっている所があるものの、共通電極が全体に多層とな
っておらず、各層の形成工程で断線するおそれがある。

さらに抵抗の比較的高い材料を使用した場合、全体の配
線抵抗が大きくなり、液晶駆動に問題が生じる。その上
、画素電極と共通電極をエツチングする際、これらに用
いる２つの材料がエツチングの選択比のとれない材料の
場合、共にエツチングされるため、共通電極又は画素電
極もエツチングされ、表示欠陥が生じるという欠点があ
る。

一方、特開昭６２−２５１７２５号公報には、共通電極
を二層にして配線欠陥を低減させ、かつ配線抵抗を減少
させる技術が開示されている。しかしながら、この場合
、共通電極の第−層と第二層のエツチングの選択比がと
れない場合、第−層がエツチングされ、断線などの欠陥
が生じるという問題があった。

本発明は１以上のような配線の断線を低減させるととも
に配線抵抗の低抵抗化を行ない、さらにはエツチングの
選択比の得にくい材料を使用しても欠陥の少ない液晶表
示装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明によれば、−対の基板間に液晶層が挟
持され、少なくとも一方の基板の内面に、共通電極と、
該共通電極とそれぞれＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素
子を介して接続された複数の画像電極が形成されている
液晶表示装置において、前記共通電極が少なくとも二層
の多層構造をなし、その最上層が前記画素電極と同じ材
料からなり、かつ、その下層が該最上層又は前記阿工河
素子を構成する絶縁層で被覆されていることを特徴とす
る液晶表示装置が提供される。

前記液晶表示装置におけるＨＩＭ素子の絶縁体には、炭
素原子及び水素原子を主な組成形成元素とする非晶質材
料及び微細結晶材料の少なくとも一方を含む硬質炭素膜
を用いるのが好ましい。

次に１本発明による液晶表示装置におけるアクティブマ
トリックス基板の構成例を図面により詳細に説明する。

第１図は第１の構成例を示し、第１図（ａ）は断面図、
第１図（ｂ）は平面図である。また。

第２図は第２の構成例を示し、第２図（ａ）は断面図、
第２図（ｂ）は平面図である。こ九らの図において、１
は基板、２は共通及び下部電極、３は透明電極、４は絶
縁層、５は上部及び補助電極、６は画素電極、６′は上
部及び画素電極である。

まず、第１の構成例の構成及び作製方法について説明す
る。基板ｌにはガラス、プラスチック又はフレキシブル
なプラスチックスなどの透明基板を用いる。このような
基板ｌ上に共通及び下部電極２を形成する。共通及び下
部電極２はＡｆｌ、Ｎｉ−Ｃｒ。

Ｎｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ｔａなどの高導電材料を用い、スパッタリン
グ法、蒸着法、ＣＶＤ法等により数百人〜数千人程度の
膜厚に堆積形成する。これをフォトリソグラフィー・エ
ツチング工程により所定のパターンにパターン化する。

更に、このような共通及び下部電極２ないしは基板１上
にＳｉＮｘやｉ−Ｃ（硬質炭素）、ＳｉＣなどによる絶
縁膜４をＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等により
堆積形成し、これをフォトリソグラフィー・エツチング
工程又はリフトオフ法により所定のパターンにパターン
化する０次に、これらの上に上部及び補助電極５を共通
及び下部電極２に使用したと同様な材料を用いて形成す
る。その後に、透明画素電極６と、共通電極の最上層を
なす透明電極３とを同じ透明電極材料により同時に堆積
形成する。材料としては、ＩＴＯ，ＺｎＯ：ｌ、　Ｚｎ
Ｏ：Ｓｉ、　ＳｎＯ，：Ｓｂが用いられ、ＣＶＤ法、ス
パッタリング法、蒸着法等により数百人〜１４程度の膜
厚に堆積される。そして。

フォトリソグラフィー・エツチング工程により以下に述
べるようなパターンにパターン化する。すなわち、透明
電極材料のパターニング形状は、表示画素部分のパター
ンと透明電極（共通電極最上層）部分のパターンを有し
、後者のパターンが共通及び下部電極２の露出している
部分を覆い、かつ、上部及び補助電極５と接しないよう
にする。

このように画素電極６の透明電極材料をパターニングす
る際に共通及び下部電極２上にも透明電極３を残すパタ
ーンでパターニングを行なうと。

共通電極の実質的な抵抗が下がるとともに、配線抵抗が
下がり、液晶の駆動に有利である。その上、前工程まで
に共通電極が断線しているようなことがあっても、この
工程で補正することになり、トータルでの欠陥が減少す
る。さらには、もし画素電極６の透明電極材料のエッチ
ャントで共通及び下部電極２がエツチングされるような
場合であっても上記のごときパターンであれば、露出部
は透明電極３とレジストに覆われているためエツチング
されず、ＭＩＭ素子部も上部及び補助電極５と絶縁層４
があるためエツチングされず、共通及び下部電極２の電
極材料と透明電極３の電極材料とのエツチングの選択比
を考慮する必要がなく、どのような導電材料も使用が可
能となる。

なお、上記パターンの場合で心配されるのは、共通及び
下部電極２が絶Ｓ′層４だけで覆われている部分（第１
図の■の部分）において絶ｍＭ４のピンホールからエッ
チャントがしみ込み電極材料がエツチングされることで
ある。ところが、もしそのようなピンホールがあればＭ
Ｉ阿素子もショートなどの欠陥が多くなりＭＩＭ素子と
して機能しない。

さらにＭＩＭ素子が機能するがピンホールがある場合で
も、この０部分の面積が非常に挟いためピンホールのあ
る確率は非常に小さく、共通電極がエッチャントにより
エツチングされ断線する事はまず考えられない。

上記構成において、絶縁層４に硬質炭素膜（ｉ−Ｃ）を
用いると、該硬質炭素膜はピンホールが非常に少なく、
かつ化学的に安定であるため、上述の０部のエツチング
は起こらず、液晶表示装置のＭＩＭ素子に特に有利な絶
縁材料であることがわかった。

次に、第２の構成例の構成及び作製方法について説明す
ると、共通及び下部電極２の形成と、絶縁層４の形成ま
では第１の構成例と同様に行なう。

次に、上部及び画素電極６′と、共通電極の最上層をな
す透明電極３とを同じ透明電極材料により同時に堆積形
成する。この場合の透明電極材料のパターニング形状は
、表示画素部分及び上部電極部分のパターンと、透明電
極（共通電極最上Ｍ）部分のパターンを有し、後者のパ
ターンが共通及び下部電極２の露出している部分を覆い
、かつ、上部及び画素電極６′と接しないような形状と
する。以上のような構成及び工程としても、第１の構成
例と同様な利点が得られる。

次に、上記構成例の絶縁層４に好ましく使用される硬質
炭素膜について詳述する。

この硬質炭素膜はイオンビーム法等によっても作成でき
るが、ここではプラズマＣＶＤ法による例にて説明する
。装置としては、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置
が使用される。まず、膜を形成すべき基板はセルフバイ
アスのため正イオンの衝撃が促進されるＲＦ給電側に取
付けられる。そして、炭化水素（例えばＣｌ−１４，Ｃ
２Ｈ，、Ｃ３Ｈ，、Ｃ４Ｈ□。等のパラフィン系炭化水
素、Ｃ２）１．等のアセチレン系炭化水素等）と水素と
を混合した原料ガスを装置内に導入し、平行平板電極間
に１３．５６ＭＨｚの高周波電界を印加するとグロー放
電が発生する。尚、原料ガスとしてはオレフィン系炭化
水素、アセチレン系炭化水素、ジオレフィン系炭化水素
、さらには芳香族炭化水素などすべての炭化水素と水素
の混合が可能である。このグロー放電により原料ガスは
ラジカルとイオンとに分解され反応することによって、
基板上に炭素原子Ｃと水素原子Ｈとからなるアモルファ
ス（非晶質）或いは微結晶質を一部に含む硬質炭素膜が
堆積する。この硬質炭素膜が一般にダイヤモンド状炭素
膜又はｉ−Ｃ膜或いはアモルファスダイヤモンド膜ない
しはダイヤモンド薄膜と称されるものである。このよう
な硬質炭素膜の堆積条件は、 ＲＦ出カニ　０．１−５０ｗ／ａＪ 圧　　　力＝　１０−”−１０Ｔｏｒｒ堆積温度：室温
−９５０℃ である。

このような堆積条件により作成された膜物性及びＭＩＭ
素子の非線形特性は。

比抵抗（１））　　　　：１０”−１０Ｌ３０ｃｍビッ
カース硬度（Ｈ）：〜９５００ｋｇ−ｍｍ−”屈折率（
ｎ）　　　　　：１．９〜２．４欠陥密度　　　　＝ｌ
Ｏ１１〜１０１３０−３非線形特性β　　　：２〜９ なる物性、特性を有する。但し、比抵抗の測定はコプレ
ナー型セルによるＩ−Ｖ特性により測定し。

ビッカース硬度はマイクロビッカース計、屈折率はエリ
プソメータ、欠陥密度はＥＳＲにより各々測定したもの
である。また、Ｘ線及び電子回折分析によればアモルフ
ァス状態（ａ−Ｃ：Ｈ）、或いは約５０人〜数Ｐ程度の
微結晶粒を含むアモルファス状態にあることがわかって
いる。ラマン分光法及びＩＲ吸収法による分析の結果、
第３図、第４図に示す様・に、炭素原子がＳＦ３の混成
軌道とＳＰｌの混成軌道とを形成した原子間結合が混在
していることが明らかになっている。なお、このような
硬質炭素膜はＳＦ３を主体としてＳＦ３を含むものと、
ＳＦ３を主体としてＳＦ３を含むものとがある。又、成
膜においては、ＲＦ小出力小さく圧力が低い程、膜の比
抵抗値及び硬度が増加し、水素混合比が大きい程、屈折
率が増加して欠陥密度が減少、つまり、良質な膜を得る
ことができる。

このように、　ＭＩＭ素子の絶縁膜を硬質炭素膜により
形成することにより、素子特性のバラツキが少なくなり
、機械的損傷に耐え得るＭＩＭ素子とし得る。このにＩ
Ｎ素子を液晶表示用能動素子として使用する場合、液晶
材料封入時のラビング工程による損傷が少なく、歩留ま
りが向上するものとなる。

又、　ＬＣＤとＭＩＭ素子の電気容量はＣｂｅｏ：ＣＭ
＋Ｍ＝ＩＯ：１程度必要であり、絶縁膜の誘電率が小さ
い方が加工に有利である。硬質炭素膜の誘電率ε　がｉ
　　”Ｆ４ｒ　　　　　ｒ 程度と小さいのでそれ程微細加工を必要とせずに高精度
に形成でき、この点からも歩留まりが向上する。

ＭＩに素子はＩ−Ｖ特性において、ＱｎＩ　ｏｅ　ｓｒ
’ｒ４　シ＜はｎｎｌ／Ｖｏｃｖ’Ｖ−の関係がある。

この場合のＩ−Ｖ特性を第５図に示す。

上記構成例の作製方法にしたがって得た基板は、例えば
もう一方の基板として共通の全面透明電極を設けた基板
を用い、これら２つの基板間に液晶を封入し、液晶表示
装置を構成するのに使用される。この場合の液晶表示装
置は白黒表示となっているが、カラーフィルターを液晶
層の中に又は外に設けることにより、カラー表示とする
ことも可能である。このように本発明の液晶表示装置は
白黒表示あるいはカラー表示のどちらかに限定されるも
のでなく、所望の表示方式のアクティブマトリックス能
動の液晶表示装置に適用されるものである。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を挙げるが、本発明はこれら実施
例のみに限定されるものではない。

実施例１ 透明基板としてパイレックス基板を用い、該透明基板上
にＡｌ１を蒸着法により１０００人の膜厚に堆積させ、
所定のパターンにパターニングして、下部及び共通電極
を形成した。次に、プラズマＣｖＤ法により硬質炭素膜
を６００人の膜厚に堆積させた。

この時の成膜条件は以下の通りである。圧力０．０３５
Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力０．２Ｖ／ｃｄ、基板温度３０℃、
Ｃ）ｌＪＣＨ４＋Ｈ，＝１００Ｖｏ部、トータル流量１
０ｓｅｃｘ、次に、硬質炭素膜をドライエツチング法に
より所定のパターンにパタニングし、絶縁層とした。こ
の時、エツチングガスとしてはＡｒとＣＯの混合ガスを
用いた。次に上部及び補助電極が付着形成される所以外
にレジストが残るようにレジストをパターニングし、そ
の上にｐｔをＥＢ蒸着により５００人の厚さに堆積させ
た。

そ、の後、レジストをアセトンにより剥離し、ｐｔをリ
フトオフして所定のパターンにパターニングして、上部
及び補助電極を形成した。次に、ＥＢ蒸着によりＩＴＯ
を１０００人の厚さに堆積させ、さらにこのＩＴＯ膜に
対し、共通電極（下層）を覆いかつ上部電極と接しない
パターン部と、上部電極と接続し画素電極となるパター
ン部とをレジストでパターニングし、これをエツチング
して画素電極と透明電極（共通電極最上層）を形成し、
液晶表示装置用基板とした。ＩＴＯのエツチングにはＨ
Ｃｌ２：Ｈ２０＝１：１のエッチャントを使用した。こ
のエッチャントを用いた場合、従来のように共通電極の
ＡＱが露出していればＡ［がエツチングされ断線として
欠陥になるが、本実施例の構成ではＡＱのエツチング断
線は見られなかった。以上のようにして得た基板を用い
て液晶表示装置を作製したところ、欠陥が少なく、表示
品質の良いものが得られた。

実施例２ 透明基板としてプラスチック基板を用い、該基板上に電
極材料としてＣｒを使用し蒸着法により１２００人の厚
さに堆積させた後、フォトリソグラフィー・エツチング
工程により所定のパターンにバターニングを行ない、共
通及び下部電極を形成した。

次に、硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法により８００人の
厚さに堆積させた後、ドライエツチングにより所定のパ
ターンにバターニングを行ない、＃＠緑層を。

形成した。さらに電極材料としてＩＴＯを使用し蒸着法
により１０００人の厚さに堆積させた後、画素電極が上
部電極を兼ねるパターン部と、Ｃｒ共通電極（共通電極
下層）を覆いかつ画素電極とは接しないパターン部とか
らなるパタ−ンでＩＴＯ膜をパターニングし、画素電極
及び透明電極（共通電極最上Ｍ）を形成し、液晶表示装
置用基板を得た。この基板を用いて液晶表示装置を作製
したところ、実施例１と同様、欠陥が少なく表示品質が
良好なものであった。

実施例３ 透明基板としてパイレックス基板を用い、該基板上に電
極材料としてＮｉ−Ｃｒを使用してＥＢ蒸着により６０
０人の厚さに堆積させた後、フォトリソグラフィー・エ
ツチング工程により所定のパターンにバターニングを行
ない、共通及び下部電極を形成した。次に、プラズマＣ
ＶＤ法を用いて５ｉ）Ｉ４とＮＨ３からＳｉＮｘ膜を８
００人の厚さに堆積させた後、フォトリソグラフィー・
エツチング工程により所定のパターンにパターニングを
行ない、絶縁層を形成した。さらに、電極材料としてＺ
ｎＯ：ｔＱを使用しＲＦマグネトロンスパッタにより８
００人の厚さに堆積させ、その後、実施例２と同様なパ
ターンでパタニングを行ない、画素電極及び透明電極（
共通電極最上層）を形成し、液晶表示装置用基板を得た
。この基板を用いて液晶表示を作製したところ、実施例
１及び実施例２と同様に良好な特性が得られた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、共通電極
を多層構造としているため、配線抵抗が小さく、液晶駆
動に有利である。また、共通電極の下層がゴミや各工程
でのハンドリング等によって断線した場合でも、最上層
の透明電極により断線が自然に補正されるため、歩留り
が向上する。

さらに、透明電極（共通電極最上層）と絶縁膜が共通電
極下層を覆っているため、共通電極下層の電極材料が透
明電極材料のエッチャントでエツチングされる材料であ
っても透明電極をエツチングする工程でエツチングされ
ず、どの様な電極材料でも使用可能となる。

上記の利点に加えて、本発明の液晶表示素子のＭＩＭ素
子の一部をなす絶縁層に硬質炭素膜を使用すると、この
膜は、他の絶縁体に比ベピンホールが少なく化学的に安
定なため、断線の確率がより少なくなり、歩留りが向上
する。さらに、硬質炭素膜は誘電率が小さいため素子面
積を大きくすることが可能で、素子精度のバラツキが小
さくなる。

そのうえ、硬質炭素膜は機械的強度も強いため液晶パネ
ル作製に有利であり、作製の歩留りを向上させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示装置におけるアクティブ
マトリックス基板の第１の構成例を示す図、第２図は本
発明による液晶表示装置におけるアクティブマトリック
ス基板の第２の構成例を示す図、第３図はラマン分光法
による硬質炭素膜の分析結果を示す図、第４図はＩＲ吸
収法による硬質炭素膜の分析結果を示す図、第５図はＭ
ＩＭ素子のＩ−Ｖ特性を示すグラフ、第６図ないし第８
図はそれぞれ従来の液晶表示装置におけるアクティブマ
トリックス基板の構成例を示す図、第９図は第６図のタ
イプのアクティブマトリックス基板の斜視図である。 １・・・基板 ３・・・透明電極 ５・・・上部及び補助電極 ６′・・・上部及び画、素電極 ２・・・共通及び下部電極 ４・・・絶縁層 ６・・・画素電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板間に液晶層が挟持され、 少なくとも一方の基板の内面に、共通電極と、該共通電
   極とそれぞれＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子を介し
   て接続された複数の画像電極が形成されている液晶表示
   装置において、 前記共通電極が少なくとも二層の多層構造をなし、その
   最上層が前記画素電極と同じ材料からなり、かつ、その
   下層が該最上層又は前記ＭＩＭ素子を構成する絶縁層で
   被覆されていることを特徴とする液晶表示装置。