JPH02271323A - 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】 〔技術分野〕 本発明は液晶表示デイスプレーに関するものであり、コ
ンピュータ一端末等のデイスプレーに応用される。

〔従来技術〕

従来、ＭＩＭ素子としてはガラス板のような絶縁基板上
に下部電極としてＴａ、　ｉ、　Ｔｉ等の金属電極を設
け、その上に前記金属の酸化物系透明電極、又はＳｉＯ
ｘ、　ＳｉＮｘ等からなる絶縁膜を設け、更にその上に
上部電極としてムΩ、　Ｃｒ等の金属電極を設けたもの
が知られている。

しかし絶縁膜に金属酸化物を用いたＭＩＭ素子（特開昭
５７−１９６５８９号、同６１−２３２６８９号、同６
２−６２３３３号等）の場合、絶縁膜は下部金属電極の
陽極酸化又は熱酸化により形成するため、工程が複雑で
あり、しかも高温熱処理を必要としく陽極酸化法でも不
純物の除去等を確実にするため、高温熱処理が必要）、
また膜制御性（膜質及び膜厚の均−性及び再現性）に劣
る上、基板が耐熱材料に限られること、及び絶縁膜は物
性が一定な金属酸化物からなることから、デバイスの材
料やデバイス特性を自由に変えることができず、設計上
の自由度が狭いという欠点がある。これはＭＩＭ素子を
組込んだ装置、例えば液晶表示装置等からの仕様を十分
に満たすデバイスを設計１作製することが不可能である
ことを意味する。またこのように膜制御性が悪いと。

素子特性としての電流（Ｉ）電圧（Ｖ）特性、特に■−
■特性やＩ　−Ｖ特性の対称性Ｒ（プラスバイアス時と
マイナスバイアス時との電流比１−／工。）のバラツキ
が大きくなるという問題も生じる。その他、ＭＩＭ素子
を液晶表示装置（ＬＣＤ）用として使用する場合、液晶
部容量／ＭＩに容量比は１０以上が必要なので、ＭＩＭ
容量は小さい方が望ましいが、金属酸化物膜の場合は誘
電率が大きいことから、素子容量も大きくなり。

このため素子容量、従って素子面積を小さくするための
微細加工を必要とする。またこの場合。

液晶材料封入時のラビング工程等で絶縁膜が機械的損傷
を受けることにより、微細加工とも相まって歩留り低下
を来たすという問題もある。

一方、絶縁膜にＳｉＯｘやＳｉＮｘを用いたＭＩＭ素子
（時開［６Ｉ　−２７５８１９号）の場合、絶縁膜はプ
ラズマＣＶＤ法、スパッタ法等の気相法で成膜するが基
板温度が通常３００℃程度必要であるため。

低コスト基板は使用できず、また大面積化の際。

基板温度分布のため膜厚、膜質が不均一になり易いとい
う欠点がある。又、これらの絶縁膜を合成する際に気相
でダストが発生し、膜のピンホールが多い為、素子の歩
留りが低下する。あるいは膜ストレスが大きく、膜剥離
が起こり、この点からも素子の歩留りが低下する。

また本発明者らは先に絶縁膜として硬質炭素膜（ｉ型カ
ーボン）を使用したＭＩＭ素子を提案したが、絶縁膜の
厚さは２０〜１００人と薄いものである。この絶縁膜の
場合、その伝導機構はトンネル伝導であり、むしろ高速
スイッチやトンネル発光等、超薄膜素子としての応用に
は適している。しかし、液晶表示装置等に応用する場合
は、耐圧、歩留まり（生産率）、素子特性の均一性、閾
値電圧の点から膜厚は厚い方が望ましい。

これらの欠点を解決するために一画素につきＭＩＭ素子
を直列に２個接続することが提案されている（特開昭６
１−２８４７２８号及び特開昭６２−６９２３９号等）
、シかしながら、これらのＭＩＭ素子に使用されている
絶縁層は作製に２００〜３００℃又はそれ以上の基板温
度が必要であり、誘電率が大きいため、ＭＩＭ素子の面
積はそれほど大きくすることができない。

〔目　　的〕

本発明の目的は、スイッチング素子として良好で信頼性
の高いＭＩＭ素子を備えた液晶表示装置、特に絶縁膜を
硬質炭素膜で形成し、一画素につき複数個のＭＩＭ素子
を接続させることによりデバイス設計上の自由度が広く
１機械的強度も高く、基板材質に制約がなく、薄膜デバ
イス用として好適で、しかも大面積化も容易なＭＩＭ素
子を備えた液晶表示装置を提供することである。

〔構　　成〕

本発明は、一対の透明基板間に液晶層を持ち少なくとも
一方の基板の内面に共通電極と金属−絶縁体−金属（Ｍ
ＩＭ）素子を介して接続された複数の画素電極を設けた
液晶表示装置において、前記ＭＩＭ素子が一画素につき
複数個直列に接続されており、且っ複緻層が硬質炭素膜
からなることを特徴とする液晶表示装置に関するもので
ある。

本発明の液晶表示装置に使用されるＭＩＭ素子は、絶縁
基板上に下部電極、硬質炭素膜からなる絶縁膜及び上部
電極からなり、一画素につき複数個直列に接続されてい
ることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置に使用されるＭＩＭ素子の絶縁膜
として用いられる硬質炭素膜とは。

炭素原子及び水素原子を主要な組織形成元素として、非
晶質及び微結晶質の少なくとも一方を含む硬質炭素膜（
ｉ−Ｃ膜、ダイヤモンド状炭素膜、アモルファスダイヤ
モンド膜、ダイヤモンド薄膜とも呼ばれる）である。

硬質炭素膜の一つの特徴は気相成長膜であるがために、
後述するようにその諸物性が製膜条件によって広範囲に
制御できることにある。従って絶縁膜といってもその抵
抗値は半絶縁体〜絶縁体領域までをカバーしており、こ
の意味では本発明のＭＩＭ素子は特開昭６１−２７５８
１９に言うところのＭＳＩ素子（Ｍｄａｌ−Ｓｅｍｉ−
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）としでも位置付けられるものであ
る。

本発明のＭＩＭ素子の電流−電圧特性は第３図のように
示され、近似的には以下に示すような伝導式で表わされ
る。

■＝χｅｘｐ（βＶ”）　　　　　　　　−（１）Ｉｏ
ｆｆ流　Ｖ：印加電圧　χ：導電係数　β：ブールフレ
ンケル係数限は液晶の閾値電圧以上で、概ね１．５Ｖ、
上限は回路系の耐圧以下で概ね２５Ｖである。すなわち
、１，５Ｖ　＜Ｖａｎ＜２５Ｖ　　　　　　・・・（４
）■選択時間内に充分な書き込みが行えること。

そのために書き込みに要する時間（充電時間）Ｔｏｎを
選択パルス幅Ｔより短くする必要がある。

Ｖａｎ Ｔｏｎ：ＣＬＣｏＲＯｎ：ＣＬＣ゛工。ｎｎ：キャリヤ
密度　μ：キャリャモビリテイ　ｑ：電子の電荷量Φニ
ドラップ深さ　ρ：比抵抗　ｄ：硬質炭素の膜厚に：ボ
ルツマン定数　Ｔ：雰囲気温度　Ｅｌ：硬質炭素の誘電
率ε。：真空誘電率 ＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置の一画素の等価回路は
第２図のごとく示される。又、第３図は駆動電圧波形を
模式的に示している。

液晶が駆動されるための必要条件は、 ■駆動電圧（Ｖｏｎ　）が適正な範囲にあること、下Ｃ
ＬＣ：液晶容量、　Ｒｏｎ　：　ＨＩＭ素子のＯｎ抵抗
Ｉｏｎ　：　ＭＩＭ素子のｏｎ電流 Ｖｏｎ　：　ＭＩＭ素子のｏｎ電圧 であるから。

Ｃ，ｃ・薫ｌくム鈷１ヱ Ｉｏｎ　　　Ｎ　　　Ｎ すなわち Ｉｏｎ＞ｖＯｎｏＣＬＣｏｌ、６Ｘ１０−今、ＣＬｃ＝
１．６Ｘ１０−”Ｆとすると（ｉ　　＝　１３．５、画
素サイズ３００　Ｘ　３００μｍ、セルギャップ７．５
μｍを仮定）、 Ｉｏｎ　）　Ｖｏｎ−Ｎ　Ｘ　１Ｏ−１０（Ａ）　　　
　　−（５）■書き込み状態が１フレ一ム時間中保持さ
れること、そのために保持時間（放電時間）Ｔｏｆｆを
フレーム周期Ｔｆより長くする必要がある。

Ｔｏｆｆ：ＣＬｃ　Ｉ　Ｒｏｆｆ＝ＣＬｃ　−皿ｏｆｆ Ｔｆ＝１．６Ｘ１０−’　　（＋ｂｅｃ）Ｒｏｆｆ　：
　ＭＩＭ素子のｏｆｆ抵抗Ｉｏｆｆ　：　ＭＩＮ素子の
ｏｆｆ電流Ｖｏｆｆ　：　ＭＩＭ素子のｏｆｆ電圧であ
るから Ｃ，Ｃ，−）１．６ｘ　１０−” Ｉｏｆｆ すなわち、 Ｉｏｆｆ＜　ＶｏｆｆＸｌｏ−”　　（Ａ）　　（ＣＬ
Ｃ＝１．６Ｘ１０−”Ｆとする）・・・（６） ＭＴＭ素子の電流−電圧特性はβ及びχの値を変化させ
ることで任意に変え得るが、第４図に模式的に示したよ
うに、駆動電圧（Ｖｏｎ）が最大の場合（■）、Ｑｎｒ
・ｆ７直線の傾き（β）が最小で切片（χ）が最大とな
る。この時１式（２）及び（３）から硬質炭素膜の膜厚
（ｄ）が最大で比抵抗ρが最小となる。同様にＶａｎが
最小の場合（■）βが最大でχが最小、すなわちｄが最
小でρが最大となる。

第２図の等価回路かられかるように、　Ｖｉｎを印加し
た時、容量分割によりＭＩＭ素子に印加される電圧Ｖは ｖ＝　　　ＣＬｃ　　　Ｖｉｎ　　　　Ｃ，４，Ｍ：Ｍ
ＩＭ素子の容量ＣＬＣ＋　ＣＭＩＮ　　　　　　　ＣＬ
Ｃ：液晶の容量で表わされる。

ここでほとんどの電圧がＭＩＭ素子に印加されるために
は、　ＣＭｌ、４＜＜　ＣＬＣであることが必要であり
、　ＣＭＩＭ／ＣＬｃ＝１／１０程度以下に設計される
。後述のごとく硬質炭素膜は比誘電率が３〜５程度と比
較的小さいため、それほど素子面積を小さくしなくても
前記制約条件を満たすことができるが、パネル開口率の
点から、画素サイズ３００　Ｘ　３００μｍに対して素
子サイズは１０　ｘ　１０μｍ程度であることカー望ま
しい。

素子サイズを１０Ｘ１０μｍ％Ｎ＝４００（１７４００
デユーテイ）とした場合のｄの最大値及びρの最小値を
求めてみる（第４図■の場合に相当）。

ρの値を固定すれば、Ｖｏｎの値を与えることにより式
（５）を満足するＩｏｎの限界値が求まり。

式（１）　、　（２）　、　（３）を用いることにより
、その時のｄが求まる。ρ＝１０１Ω・備の時の膜厚（
ｄ）と駆動電圧（Ｖａｎ）及び絶縁破壊電圧（ｖｂ）の
関係が第５図■に示されており、Ｖｏｎとｖｂとの間に
充分なマージンがあることがわかる。また、Ｖａｎ≦２
５ｖよりｄ　（８０００人となる。尚、ρ〈１０６Ω・
口の時には非点燈画素の電流値が増し、クロストークが
生じる等の問題が起こり好ましくない。

次にｄの最小値及びρの最大値を求める（第４図■の場
合に相当）。

上述と同様にρ＝１ｏ１２Ω・口の時のｄとＶｏｎ及び
ｖｂの関係が第５図■に示されている１図よりｄ＜１０
０人ではＶａｎ＜１．５Ｖとなり、液晶駆動が困難であ
り、且つＶｏｎとｖｂとの差がなくなり、事実上駆動が
できなくなる。従ってｄ＞１００人となる。第６図に示
されるようにρの増大とともに絶縁耐圧は増すのである
が、駆動電圧の増加率はそれを上回るため（第５図■■
にその傾向が表われている）、ρ＞　１．　ｏ　Ｌ　２
Ω・口の時には（すべての膜厚で）Ｖｏｎとｖｂとの差
がなくなり。

事実上駆動できなくなる。

以上の結果から、液晶駆動用ＭＩＭ素子の絶縁膜として
用いられる硬質炭素膜は膜厚が１００〜８０００人、比
抵抗が１０’〜１０１３Ω・ｌの範囲であることが望ま
しい。尚、駆動電圧と耐圧（絶縁破壊電圧）とのマージ
ンを考慮すると、膜厚は２００Å以上であることが望ま
しく、また画素部とＭＩＭ素子部の段差（セルギャップ
差）に起因する色ムラが実用上問題とならないようにす
るには、膜厚は６０００Å以下であることが望ましいこ
とから、硬質炭素膜の膜厚は２００〜６０００人、比抵
抗は５Ｘ１０’〜１０１２Ω・―であることがより好ま
しい。

さらには、硬質炭素膜のピンホールによる素子の欠陥数
は膜厚の減少にともなって増加し、３００Å以下では特
に顕著になること（欠陥率は１％を越える）、及び膜厚
の面内分布の均一性（しいては素子特性の均一性）が確
保できなくなる（膜厚制御の精度は３０人程度が限度で
、膜厚のバラツキが１０％を越える）ことから、膜厚は
３００人以上であることがより望ましい、また、ストレ
スによる硬質炭素膜の剥離が起こりにくくするため、及
びより低デユーティ比（望ましくは１／１０００以下）
で駆動するために、膜厚は４０００Å以下であることが
望ましい、したがって硬質炭素膜のの膜厚は３００〜４
０００人、比抵抗は１０？〜１０１１Ω・口であること
がさらに好ましい。

本発明における硬質炭素膜についてさらに詳しく説明す
る。

硬質炭素膜を形成するためには有機化合物ガス、特に炭
化水素ガスが用いられる。これら原料における相状態は
常温常圧において必ずしも気相である必要はなく、加熱
或は減圧等により溶融、蒸発、昇華等を経て気化し得る
ものであれば、液相でも固相でも使用可能である。

原料ガスとしての炭化水素ガスについては。

例えばＣＨ，、Ｃ，）Ｉ、　、　Ｃ，Ｈ，、Ｃ４Ｈ，。

等のパラフィン系炭化水素、ＣｘＨ４等のアセチレン系
炭化水素、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
すべての炭化水素を少なくとも含むガスが使用可能であ
る。

さらに、炭化水素以外でも１例えば、アルコール類、ケ
トン類、エーテル類、エステル類。

ｃｏ、　ｃｏ２等、少なくとも炭素元素を含む化合物で
あれば使用可能である。

本発明における原料ガスからの硬質炭素膜の形成方法と
しては、成膜活性種が、直流、低周波、高周波、或いは
マイクロ波等を用いたプラズマ法により生成されるプラ
ズマ状態を経て形成される方法が好ましいが、より大面
積化、均一性向上、低＠製膜の目的で、低圧下で堆積を
行なうため、磁界効果を利用する方法がさらに好ましい
、また高温における熱分解によっても活性種を形成でき
る。その他にも、イオン化蒸着払、或いはイオンビーム
蒸着法等により生成されるイオン状態を経て形成されて
もよいし、真空蒸着法、或いはスパッタリング法等によ
り生成される中性粒子から形成されてもよいし、さらに
は、これらの組み合わせにより形成されてもよい。

こうして作製される硬質炭素膜の堆積条件の一例はプラ
ズマＣＶＤ法の場合、次の通りである。

ＲＦ出カニ　０．１〜５０１１／ａＪ 圧　　　カニ　１０−”〜１０Ｔｏｒｒ堆精温度：室温
〜９５０℃ このプラズマ状態により原料ガスが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）及び微結晶質（結晶の大きさは数１０〜数
μｍ）の少くとも一方を含む硬質炭素膜が堆積する。ま
た、硬質炭素膜の諸特性を下記の表１に示す。

表１ 注）測定法； 比　抵　抗（ρ）：コプレナー型セルによるＩ−Ｖ特性
より求める。

光学的バンドギャップ（Ｅｇｏｐｔ）　：分光特性から
吸収係数（α）を求め、 より決定。

膜中水素量ＣＣＨ）　：赤外吸収スペクトルから２９０
０（！Ｉ＋−”付近のピークを積分し、吸収断面 積Ａをかけて求める。すなりち、 ＣＨ：Ａ＋ｆα（ｖ）／Ｌ１１卆ｄ瞥 Ｓ　Ｐ’／Ｓ　Ｐ”比：赤外吸収スペクトルを、ｓｐ３
．ｓｐ”にそれぞれ帰属されるガウス関数 に分解し、その面積比より求める。

ビッカース硬度（Ｈ）二マイクロビッカース計による。

屈　　折　　率（ｎ）：エリプソメーターによる。

欠　陥　密　度　：ＥＳＲによる。

こうして形成される硬質炭素膜はラマン分光法及びＩＲ
吸収法による分析の結果、夫々、第７図及び第８図に示
すように炭素原子がｓｐ３の混成軌道とｓｐ２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。ＳＰ’結合とＳＰ２結合の比率は、ＩＲ
スペクトルをピーク分離することで概ね推定できる。Ｉ
ＲＸベクトルには、２８００〜３１５０（！１１−’　
Ｌ：多くのモードのスペクトルが重なって測定されるが
、夫々の波数に対応するピークの帰属は明らかになって
おり、第９図の如くガウス分布によってピーク分離を行
ない、夫々のピーク面積を算出し、その比率を求めれば
ＳＰ’　／ＳＰ”を知ることができる。

また、Ｘ線及び電子回折分析によればアモルファス状Ｍ
（ａ−Ｃ：　Ｈ）、及び／又は約５０人〜数μｍ程度の
微結晶粒を含むアモルファス状態にあることか判ってい
る。

一般に量産に適しているプラズマＣＶＤ法の場合には、
ＲＦ出力が小さいほど膜の比抵抗値および硬度が増加し
、低圧力なほど活性種の寿命が増加するために基板温度
の低温化、大面積での均一化が図れ、かつ比抵抗、硬度
が増加する傾向にある。更に、低圧力ではプラズマ密度
が減少するため、磁場閉じ込め効果を利用する方法は、
比抵抗の増加には特に効果的である。

さらに、この方法は常温〜１５０℃程度の比較的低い温
度条件でも同様に良質の硬質炭素膜を形成できるという
特徴を有しているため、ＭＩＭ素子製造プロセスの低温
化には最適である。従って、使用する基板材料の選択自
由度が広がり。

基板温度をコントロールし易いために大面積に均一な膜
が得られるという特徴をもっている。

また硬質炭素膜の構造、物性は第１表に示したように、
広範囲に制御可能であるため、デバイス特性を自由に設
計できる利点もある。さらには、膜の誘電率も３〜５と
従来ＭＩＭに使用されていた、Ｔａｘ　Ｏｓ　ｒ　Ａ　
Ｑ　２０３　Ｈ５ｊＮＸと比較して小さいため、同じ電
気容量をもった素子を作る場合、素子サイズが大きくて
すむので、それほど微細加工を必要とせず、歩留まりが
向上する。

（駆動条件の関係からＬＣＤとＭＩＭ素子の容量比はＣ
ＬｃＤ：ＣＭ工Ｈ＝１０：ｌ程度必要である）であるた
め、誘電率Ｅが小さければ急峻性は大きくなり、オン電
流Ｉｏｎとオフ電流Ｉ　ＯＦＦの比が大きくとれるよう
になる。このためより低デユーティ比でのＬＣＤ駆動が
可能となり、高密度のＬＣＤが実現できる。さらに膜の
硬度が高いため、液晶材料封入時のラビング工程による
損傷が少なくこの点からも歩留まりが向上する。

以上の点を鑑みるに、硬質炭素膜を使用することで低コ
スト、階調性（カラー化）、高密度ＬＣＤが実現できる
。

さらにこの硬質炭素膜が炭素原子及び水素原子の他に、
周期律表第■族元素、同第■族元素、同第■族元素、ア
ルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素原子、酸
素元素、カルコゲン系元素又はハロゲン原子を構成元素
として含んでもよい、構成元素の１つとして周期律表第
■族元素、同じく第■族元素、アルカリ金属元素、アル
カリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子を導入したも
のは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのものに比べて約２
〜３倍に厚くすることができ、またこれにより素子作製
時のピンポールの発生を防止すると共に、素子の機械的
強度を飛躍的に向上することができる。更に窒素原子又
は酸素原子の場合は以下に述べるような周期律表第■族
元素等の場合と同様な効果がある。

同様に周期律表第■族元素、カルコゲン系元素又はハロ
ゲン元素を導入したものは硬質炭素膜の安定性が飛躍的
に向上すると共に、膜の硬度も改善されることも相まっ
て高信頼性の素子が作製できる。これらの効果が得られ
るのは第■族元素及びカルコゲン系元素の場合は硬質炭
素膜中に存在する活性な２重結合を減少させるからであ
り、またハロゲン元素の場合は、１）水素に対する引抜
き反応により原料ガスの分解を促進して膜中のダングリ
ングボンドを減少させ、２）成膜過程でハロゲン元素Ｘ
がＣ−Ｈ結合中の水素を引抜いてこれと置換し＋　Ｃ−
Ｘ結合として膜中に入り、結合エネルギーが増大する（
Ｃ−Ｈ間及びＣ−ｘ間の結合エネルギーはＣ−ｘ間の方
が大きい）からである。

これらの元素を膜の構成元素とする為には、原料ガスと
しては炭化水素ガス及び水素の他に。

膜中に周期律表第■族元素、同第■族元素、同第■族元
素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素原
子５Ｍ素原子、カルコゲン系元素又はハロゲン元素を含
有させるために、これらの元素又は原子を含む化合物（
又は分子）（以下、これらを「他の化合物」ということ
もある）のガスが用いられる。

ニジで周期律表第■族元素を含む化合物としては、例え
ばＢ（ＱＣ，Ｊ）Ｊ　）　ＢＺＨ＠　ｌ　ＢＣＱ　３１
　ＢＢｒ３１ＢＦ、　、　Ａ　Ｑ　（０−ｉ−Ｃ３Ｈｔ
）３ｔ　（ＣＨ３））＾”　、（Ｃｚ）ＬｓＬＡ　Ｑ　
。

ｂ−ｃ４Ｈａン３Ａｎ、Ａ　ＱＣＡ　ｚ　ｇ　　Ｇａ　
（０−ｉ−Ｃｓ　Ｈｔ　）ｘ　ｒ　　（ＣＨｚ　）、Ｇ
ａ、　　（Ｃ，Ｈ，）３Ｇａ、　ＧａＢｒ３＋　ＧａＢ
ｒ３＋　　（０−ｉ−ＣＩＨｔ））工ｎ　ｒ　（Ｃｚ　
Ｈ５）３　Ｉｎ等がある。

周期律表第■族元素を含む化合物としては、例えばＳｉ
、Ｈ，ｔ　（Ｃ２Ｈｉ）ｉＳｉＨ−ＳｉＦ４．５ｉｌ（
ｚｃ　Ｑ　２　＋　ＳｉＣ２４，５ｉ（ＯＣＨｚ）４＋
　５ｉ（ＯＣｉ）Ｉｓ）４ｒ　５ｌ（ＯＣ３Ｈ７）４　
＊ＧｅＣＱ＊＊　ＧｅＨ４１Ｇｅ（ＯＣＪｇ）＊＋　Ｇ
ｅ（ｃａＨｓ）４＋　（ＣＨａ）４Ｓｎ、　（Ｃ，Ｈ，
）４Ｓｎ、　５ｎＣＩ２．等がある。

周期律表第■族元素を含む化合物としては、例えば＋　
ＰＨ，、ＰＦ、、　ＰＦ、、　Ｐｉ２Ｆ３．　ＰＣＲ，
Ｆ。

ＰＣＱｚ、　ＰＢｒ３．　ＰＯ（ＯＣＨｉ）ｉ、Ｐ（Ｃ
ｚＨｉ）ａ、ＰＯＣＱａ。

ＡｓＨ，、ＡｓＣＱ７．　ＡｓＢｒ、、　ＡｓＦ３．　
ＡｓＦｆ、　ＡｓＣＱ、。

ＳｂＨ，、ＳｂＦ□、　ＳｂＣＩ２．　、５ｂ（ＱＣ，
Ｈｔ）ｚ等がある。

アルカリ金属原子を含む化合物としては１例えばＬｉ０
−ｉ−Ｃ３）！、　、　Ｎａ０−ｉ−Ｃ３Ｈ，、ＫＯ−
ｉ−Ｃ，Ｈ，等がある。

アルカリ土類金属原子を含む化合物としては。

例えばＣａ（ＯＣ２Ｈｓ）、　ｌ　Ｍｇ（ＯＣ２Ｈｓ）
ｚ　ｌ　（Ｃ２Ｈｉ）Ｊｇ等がある。

窒素原子を含む化合物としては例えば窒素ガス、アンモ
ニア等の無機化合物、アミノ基、シアノ基等の官能基を
有する有機化合物及び窒素を含む複素環等がある。

酸素原子を含む化合物としては、例えば酸素ガス、オゾ
ン、水（水蒸気）、過酸化水素、−酸化炭素、二酸化炭
素、亜酸化炭素、−酸化窒素、二酸化窒素、三酸化二窒
素、五酸化二窒素、三酸化窒素等の無機化合物、水酸基
、アルデヒド基、アシル基、ケトン基、ニトロ基、ニト
ロソ基、スルホン基、エーテル結合、エステル結合、ペ
プチド結合、酸素を含む複素環等の官能基或いは結合を
有する有機化合物、更には金属アルコキシド等が挙げら
れる。

カルコゲン系元素を含む化合物としては、例えばＨ，Ｓ
、（ＣＨ３）　（Ｃ）Ｉｔ）４Ｓ（ＣＨｔ）４ｃＨ３Ｔ
　ＣＨｔ　＝ＣＨＣＨｚＳＣＨ２Ｃ）ｌ＝ｃＪ　＋　Ｃ
ｔ）ＩｓＳＣｔ）Ｉｓ　ｔ　ＣＪｓＳＣＨ３＊チオフェ
ン、Ｈｚ　Ｓｅ　ｊ　（Ｌｚ　Ｈｓ　）ｘ　Ｓｓ　ｌ　
Ｈ２Ｔｅ等がある。

またハロゲン元素を含む化合物としては１例えば弗素、
塩素、臭素、沃素、弗化水素、弗化塩素、弗化臭素、弗
化沃素、塩化水素、塩化臭素、塩化沃素、臭化水素、臭
化沃素、沃化水素等の無機化合物、ハロゲン化アルキル
、ハロゲン化アリール、ハロゲン化スチレン、ハロゲン
化ポリメチレン、ハロホルム等の有機化合物が用いられ
る。

このように硬質炭素膜をＭＩＭ素子の絶縁層に使用する
ことにより従来に比べ低コストで。

且つ、高精度なＬＣＤの作製が可能となった。

さらにこのＭＩＭ素子を一画素あたり複数個接続するこ
とによりさらに表示欠陥の減少、素子特性のバラツキの
低減が可能となり、しいては、低コストで高密度のＬＣ
Ｄの作製が可能となる。

ＭＩＭ素子を直列に２個接続することによりその全体の
電気容量ＣはＭＩＭ素子それぞれのぞれのＭＩＭ素子の
面積を等しくすればｃ−４ｃ＾となりＭＩＭ素子１つの
時に比べ２倍の面積のＭＩＭ素子で駆動可能となる。さ
らに、３ａ、４個と直列に接続すれば面積も３倍、４倍
となる。このように複数個一画素に接続すれば１例えば
１つのＭＩＭｌｓ子が非線形性を示さなかったり、素子
がショートしていても従来のように点欠陥にはならず、
コントラストは低下するものの表示が可能である。さら
に面積も従来の２倍以上と大さくできる為素子面積のバ
ラツキも低減でき、かつＭＩＭ素子の欠陥も減り、総合
的に歩留りが向上する。これは、絶縁層が硬質炭素膜に
限られず他の物においても同様な効果が得られる。しか
し、硬質炭素膜の場合、他の材料に比べこの効果は大き
い、なぜなら、硬質炭素膜はもともと誘電率が他の材料
に比べ小さく、素子面積が大きい６例えばＴａ、　Ｏ，
で５μｍ×５μｍの素子と同様な特性が得られる硬質炭
素膜の素子は、１０Ｘ１０μｍ程度でよい、又、バター
ニングの際のプロセスの影響は素子の大きさにあまり関
係なく、同じ様に影響する。

その為もともと素子面積が大きいほど面積が増えた効果
が大きくなることになる。さらに陽極酸化膜などはその
対称性の悪さを是正する為にも２個極性を変えてつなげ
る事が有効であった。従って、偶数個の接続が望ましく
、奇数個接続した場合、対称性が悪いという欠点がある
。

しかし硬質炭素膜を使用したＭＩＭ素子はもともと対称
性が良い為、奇数個接続してもなんら悪影響を与えない
ことがわかる。従って硬質炭素をＭＩＭ素子の絶縁層に
使用することにより。

低コスト、高密度ＬＣＤが可能であり、さらに複数個直
列に接続することにより、よりいっそう硬質炭素を使用
した効果が発揮される。直列に接続されるＭＩＭ素子は
、多ければ多いほど素子面積は大きくなり、欠陥も減少
するので欠陥バラツキの点からは多いほうがよいが、開
口率素子プロセスの点から一基板一画素あたり２０個以
下、好ましくは１０個以下が良く、２〜４個が最適な個
数である。

本発明のＭＩＭ素子を作るには、例えば第１０図及び第
１１図に示すように絶縁基板１上に透明電極２を形成し
、ウェット又はドライエツチングにより所定のパターン
にバターニングする。

次に蒸着、スパッタリング等の方法で下部電極及び走査
電極用金属薄膜を形成し、ウェット又はドライエツチン
グにより所定のパターンにバターニングして下部電極８
及び走査電極（共通電極）９とし、その上にプラズマＣ
ＶＤ法、イオンビーム法等により硬質炭素膜５を被覆後
、ドライエツチング、ウェットエツチング又はレジスト
を用いるリフトオフ法により所定のパターンにバターニ
ングして絶縁膜とし、次にその上に蒸着、スパッタリン
グ等の方法により上部電極及び補助電極用金属薄膜を被
覆し、所定のパターンにバターニングして上部電極４及
び補助電極１０を形成した。　このように作られたＭＩ
Ｍ素子は一画素あたり２個直列に接続された構成になっ
ている。他に配置としては、補助電極を使用せず、直接
画素電極と共通電極上に作製したもの、さらに各画素に
複数個、共通電極に複数個配置した構成のように、どの
ように配置されていてもよく、いろいろな変形が可能で
ある。

ここで下部電極８、上部電極４及び透明電極２の厚さは
通常、夫々数百〜数千人、数百〜数千人、数百〜数千人
の範囲である。硬質炭素膜の厚さは１００〜８０００人
、望ましくは２００〜６０００人、さらに望ましくは３
００〜４０００人の範囲である。

次に本発明で使用される材料について更に詳しく説明す
る。

まず絶縁基板１としてはガラス板、プラスチック板又は
フレキシブルなプラスチックフィルム等が使用される。

下部電極８の材料としてはＡｌ１．　Ｔａ、　Ｃｒ、　
Ｉｉ、　Ｎｏ、　Ｐｔ、　Ｎｉ、透明導電体等積々の導
電体が使用されるが、非線形特性にすぐれている点から
ＡＱが好ましい。これを図面によって説明すると、第１
２〜１３図は下部電極に夫々ＡＱ；及びＣｒ、Ｍｏ又は
Ｎｉを用いた本発明のＭＩＭ素子（上部電極はＮｘ＋Ｐ
ｔ＋Ａｆｆ）の電流−電圧特性図（各図中（ａ）はニー
■特性図、（ｂ）はＱｎＩ−１ｆｖ特性図）である。

この図から下部電極にＡＱを用いると、良好な非線形特
性が得られるが、Ａｇ以外の他の金属を用いると、１２
ｎＩ−Ｖ’Ｖ特性の高電圧側で直線性がくずれ、あまり
良好な特性が得られないことが判る。

次に上部電極の材料としてはＡｇ、　Ｃｒ、　Ｎｉ、　
Ｎｏ。

Ｐｔ、　Ａｇ、透明導電体等積々の導電体が使用される
が、Ｉ−Ｖ特性の安定性及び信頼性が特に優れている点
からＮｉ、　Ｐｔ、　Ａｇが好ましい、即ち前述のよう
に絶縁膜として硬質炭素膜を用いたＭＩＭ素子は電極の
種類を変えても対称性が変化せず、またΩｎＩ”ｖ’ｖ
の関係からプールフレンケル型の伝導をしていることが
判る。またこの事からこの種のＭＩＭ素子の場合、上部
電極と下部電極との組合せをどのようにしてもよいこと
が判る。しかし硬質炭素膜と電極との密着力や界面状態
により素子特性（Ｉ　−Ｖ特性）の劣化及び変性が生じ
る。これを図面によって説明すると、第１４〜１５図は
夫々、上部電極にＮｉ、Ｐｔ。

Ａｇ、ムＱ、　Ｍｏ、　Ｃｒを用いたＭＩＭ素子（下部
電極はＡＱ）の電流電圧特性図（但し各図中の（ａ）は
ニー■特性図、（ｂ）はｕｎ　Ｉ−ｖ’″Ｖ特性図であ
る。

これらの図から電圧が低い場合ｆｌｎＩ　−Ｖ’Ｖはど
の電極においても直線関係にあるが電圧が高くなるとＣ
ｒ、　Ｎｏはこの線からはずれ、電流が少なくなる。ま
た密着力の測定から密着の大きい方からＮｉ、　Ｐｔ、
　Ａｇ、　Ｍｏ、　Ｃｒ、　Ａｎとなることが判った。

さらにＩ−Ｖ特性の放置劣化及び各種信頼性テストを実
施したところ、　Ｎｉ、　Ｐｔ、　Ａｇでは放置劣化は
殆んどなく、次いでＮｏ、　Ｃｒ、　Ａｎの順に劣化が
大きくなることが判った。なおＩ−Ｖ特性の劣化テスト
は勿論、密着力のテストもＩ−■特性の安定性及び信頼
性評価の目安となる。

さらに温度サイクル試験（−２０℃〜＋６０℃、夫々保
持３０分、１０回サイクル）を行なったところ、Ｎｉ、
　Ｐｔ、　Ａｇに関しては膜剥れ等、外観上の変化はな
く、またＩ−Ｖ特性もＮｉ、　Ｐｔでは殆んど変化なく
、安定性に優れていることが下表かられかる。

（以下余白） 表２　温度サイクル試験 一方、高温保存（ｇｏ℃、乾燥１０００ｈｒ）、低温保
存（Ｔ２０℃、乾燥ＬＯＯＯｈｒ）の結果を第１６図及
び第１７図に示した。また表３に結果をまとめた。

表３　高、低温保存 この表より、ＮｊｖＰｔｔＡｇともに安定性のよい素子
を与えるが、特に総合的に見てＮｉが優れていた。

またＬＣＤ駆動用ＭＩＭ素子には第１８図のように透明
電極２を使用する必要があるが、この透明電極の材料と
してはＩＴＯ、酸化錫、酸化亜鉛等が挙げられる。

ｆｆｉＩＭ素子を組込んだ液晶パネルの構造は基本的に
は、前述のようにして得られた液晶表示用基板と対向し
て共通透明電極を持つ透明基板にそれぞれ配向膜として
ポリイミド等の配向層を設はラビング処理を行なう。

次に各々の基板の各画素電極側を内側にして対向させ、
ギャップ材を介して貼合せ、更にこうして形成されたセ
ル内の液晶材料を封入することにより液晶表示装置が得
られる。

以上の液晶表示装置は白黒表示のものについて説明した
がこれに限られず、カラーフィルターをセルの内側又は
外側に設けたカラー液晶表示装置としてもよい。

以下に実施例を用いて説明する。

実施例１ 第１９図に示したようなＭＩＭ素子３を作成するに際し
て、一方の透明基板としてパイレックスガラス基板１上
にＩＴＯをスパッタリング法により１０００人厚に堆積
後、パターン化して画素電極２を形成した６次に下部電
極８と走査電極（共通電極）９としてＡＱを蒸着法によ
り１０００人厚に堆積後、バターニングした。この時１
画素電極２と走査電極９は電気的に絶縁されるように間
隔をとった。その上に絶縁膜として硬質炭素膜５をプラ
ズマＣＶＤ法により９００人厚堆積積後。

ドライエツチングによりパターン化した。この時の成膜
条件は以下の通りである。

圧　　　　カニ　０，０３５　ＴｏｒｒＣＨ４流量：　
２０　ＳＣＣＭ ＲＦパワー＝０．２す／− 温　　　度：室温 更に各硬質炭素絶縁膜５上にＮｉを蒸着法によＩＪ１０
０Ｏ人厚に堆積堆積パターンイ′１して上部電極４を形
成した。

次に第２０図しこ示すように、他方の透明基板（対向基
板）としてパイレックス基板１上に工Ｔｏをスパッタリ
ング法により１０００人厚に堆積後、ストライプ状にパ
ターン化して共通画素電極２′形成した。

次に両基板１の上に配向膜１１としてポリイミド膜を形
成しラビング処理を行なった。

次にこれらの基板ｌを共通画素電極２，２′側を内側に
して対向させ、５μｍ径のギャップ材６を介して貼合せ
、更にこうして形成されたセル内の市販の液晶材料７を
封入することにより液晶表示装置を作った。

実施例２ 第２１図に示すように、ガラス基板１上にＡρを蒸着法
により１０００人厚に堆積させた。次に工・ツチングに
よりパターニングして下部電極８材料とした１次にその
上に７５０人の硬質炭素膜５を堆積させ、続いてＩＴＯ
を１０００人Ｅ−８蒸着法により堆積した。このＩＴＯ
を画素電極２と走査ｆ［ｆ１９として間隔をおいてバタ
ーニングを行なった。このようにして直列に２個のＭＩ
Ｍ素子を作製した。

この時の硬質炭素膜の成膜条件は以下の通りである。

圧　　　　カニ　０．０５　Ｔｏｒｒ ＣＨ４流量：　１０　ＳＣＣＭ ＲＦバフ　−：　０．Ｉ　Ｗ／ｃｄ 温　　　　度＝１００℃ 次に対向基板１としてプラスチックフィルム上にスパッ
タリング法によりＩＴＯを５００人厚堆積積後、ストラ
イプ状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続
きその上に実施例１と同様にポリイミド膜１１を設け、
ラビング処理した。　これら２枚の基板を実施例１と同
様にギャップ材６を介して貼合せた後、市販の液晶材料
７を封入することにより液晶表示装置を作製した。

実施例３ 透明基板としてパイレックス基板を使用し、画素電極に
はＩＴＯ１下部電極としてＮｉＣｒ、硬質炭素膜の膜厚
を６００人とし、上部電極にはＡｇを使用し、構成は実
施例１と同様とした。さらにこの時第２２図に示すよう
に１画素電極２上だけでなく、走査電極引き出し部１２
近傍にもＭＩＭ素子３を１個、同一工程を用いて作製し
た。

これにより、各画素に２つのＭＩＭ素子と、共通走査電
極９に１つのＭＩＭ素子３があり１合計で各画素に２つ
のＭＩＭ素子３が直列に接続されていることとなる。

次に対向基板としてパイレックス基板にＩＴＯをマグネ
トロンスパッタリング法により８００人厚堆積積後、ス
トライプ状にパターン化して共通画素電極を形成した。

引続きその上に実施例１と同様にポリイミド膜を設け、
ラビング処理した後、これら２枚の基板を実施例１と同
様にギャップ材を介して貼合せた後、市販の液晶材料を
封入することにより液晶表示装置を作った。

〔効　　果〕

以上述べたように、本発明の液晶表示装置はＭＩＭ素子
の絶縁層に硬質炭素膜を用い、且つ一画素あたり直列に
複数個のＭＩＭ素子を接続している為、一つ一つのＭＩ
Ｍ素子の素子面積が広くなり、加工精度が向上し、バラ
ツキが減少し１表示品質が上がる。さらに一画素に複数
個の素子が付いている為、１つの素子がショート等で非
線形性を示さなくなっても、コントラストは落ちるもの
の表示欠陥とはならず、全体では表示欠陥を著しく減少
させ、高品質、高密度の液晶表示装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭＩＭ素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す
。 第２図はＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置の一画素の等
価回路を示す説明図である。 第３図は駆動電圧波形を模式的に示す説明図である。 第４図はＱｎＩとｆｖとの関係を示すグラフである。 第５図は膜圧（ｄ）と駆動電圧（Ｖｏｎ）及び絶縁破壊
電圧（Ｖｂ）との関係を示すグラフである。 第６図は比抵抗（ρ）と絶縁耐圧との関係を示すグラフ
である。 第７図、第８図及び第９図は硬質炭素膜の特性を示す。 第１０図及び第１１図はＭＩＭ素子の構造を示す説明図
である。 第１２〜１５図はそれぞれのＭＩＭ素子の電流−電圧Ｂ
−ｖ）特性図である。 第１６図はＭＩＭ素子の特性の高温保存経時変化を示し
、第１７図はＭＩＭ素子の特性の低温保存経時変化を示
す。 第１８図、第１９図及び第２１図はＭＩＭ素子の構造の
説明図である。 第２０図は液晶表示装置の説明図である。 第２２図は一画素につき複数個のＭＩＭ素子を直列に設
けた基板の説明図である。 １・・・透明基板　　　　２・・・画素電極２′・・・
共通画素電極 ４・・・上部電極 ６・・・ギャップ材 ８・・・下部電極 １０・・・補助電極 １２・・・引出し電極 ３・・・ＭＩＭ素子 ５・・・硬質炭素絶縁膜 ７・・・液晶材料 ９・・・走査電極 １１・・・配向膜 帛３図 ■（ＲＩＬ＊、ｒ：ｆｌｏｈｂｔ、ＪＬ濃形（ｂ）液シ
内鳩の電圧 ＬＣ 尾２図 苓４園 尾５面 膜厚ｄ　　（Ａ） 第７図 （波数） 第８図 （波数） 摩色井象育すノＥ　　（ＭＶ／ｃｍ　）第９図 市 １図 （ｄ） 市１２面 （ｂ） 市１６図 市１７図 ／６（ミＡ４ｆｆ１８Ｈ：ｐ＋ｕｏｃ＋（ｄ） 帛１５図 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一対の透明基板間に液晶層を持ち、少なくとも一方
   の基板の内面に共通電極と金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ
   ）素子を介して接続された複数の画素電極を設けた液晶
   表示装置において、前記ＭＩＭ素子が一画素につき複数
   個直列に接続されており、且つ絶縁層が硬質炭素膜から
   なることを特徴とする液晶表示装置。