JPH03103831A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、各画素に非線形素子を設けて成る液晶表示
装置に関する。

（従来の技術） 近年、液晶素子を用いた液晶表示装置は、時計・電卓・
計測機器等の比較的簡単なものから、パーソナル・コン
ピューター、ワード◆プロセッサー、更にはＯＡ用の端
末機器、ＴＶ画像表示等の大容量情報の表示用途に使用
されてきている。

こうした大容量の液晶表示装置においては、マトリック
ス表示のマルチプレックス駆動方式が一般に採用されて
いる。ところがこの方式は、液晶自身の本質的な特性に
よって、表示部分（オン画素）と非表示部分（オフ画素
）のコントラスト比の点では、２００本程度の走査線を
有する場合でも不十分であり、更に走査線が５００本以
上程度の大規模なマトリックス駆動を行なう場合には、
コントラストの劣化が致命的であった。

１ ２ そして、この液晶表示装置のもつ欠点を解決するための
開発が各所で盛んに行われており、個々の画素を直接に
スイッチ駆動することにより、高いコントラスト比を得
ることが考えられた。

その一つの方向としては、スイッチング素子として薄膜
トランジスタを採用するものがある。この薄膜トランジ
スタを構成する半導体として、これまで単結晶シリコン
、多結晶シリコン、セレン化カドニウム及びテルル等の
種々の材料が提案されてきたが、現在では非晶質シリコ
ンが最も多く研究されている。しかしながら、この種の
液晶表示装置の製造工程においては、微細加工工程が数
回必要となり、工程が複雑で歩留りを低下させるといっ
た欠点があった。この結果、製品コストが高くなると共
に、大規模な液晶表示装置の製造が困難となる。

別の方向としては、スイッチング素子として非線形素子
を用いるものがある。この非線形素子は、薄膜トランジ
スタの３端子に比べて２端子と構逍が簡単で、容易に製
造が可能であることから、歩留りの向上、コストの削減
が期待できる。

非線形素子は、薄膜トランジスタと同様の材料を用いて
、接合形成したダイオードの型、酸化亜鉛を用いたバリ
スタの型、電極間に絶縁体を挟んだ下部金属一絶縁体一
上部金属（ＭＩＭ）型、更には金属電極間に半導電性の
層（ＭＳＩ）を用いた型等が開発されている。

この中でＭＩＭ型は構造が最も簡単なものの一つで、そ
の実用化も進んでいる。

このようなＭＩＭ素子をスイッチング素子として備えた
液晶表示装置の構成を簡単に説明すると、基板上に複数
の信号電極と、この信号電極にＭＩＭ素子を介して接続
される画素電極とを備えた第１の電極基板と、画素電極
に対向するストライプ状の対向電極が形成されて成る第
２の電極基板とによって液晶組成物が挟持されて成って
いる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のＭＩＭ素子は、特開昭５５−１８１２７３号公報
に記載されているように、ＭＩＭ素子の片側の電極を構
成する下部金属と信号電極を一体形成することにより、
工数を削減し製造コストを低下させている。

このため液晶表示装置の信号電極に使用される金属に要
求される条件は、単に比抵抗が小さいだけでなく、ＭＩ
Ｍ素子として良好な特性が得られる金属であることが必
要である。

このような理由から、従来では必ずしも抵抗値の小さい
金属を使用することができず、一般にタンタル（β−Ｔ
ａ）等の比較的抵抗の高い材料を利用していた。

ところが、液晶表示装置はＯＡ用のディスプレイ等とし
ても利用されるようになり、大型化の要求は高まってい
る。

このため、従来のように信号電極の配線抵抗が高いと信
号電極のなまりが大きいために、画面全体にわたって均
一な表示を得ることが困難となってきた。

このため信号電極の配線抵抗を低下させることは、表示
面積の大型化には不可欠の課題である。

この発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、
素子特性を損なうことなく、配線電極の抵抗を低減する
ことが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする
。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の液晶表示装置は、基板上に設置される良数の信
号電極と、この信号電極に接続された下部金属一絶縁体
一上部金属から成る非線形素子と、上部金属に接続され
た画素電極とを備えた第１の電極基板と、画素電極に対
向する対向電極とを備えた第２の電極基板と、第１の電
極基板と第２の電極基板とによって挟持される液晶組成
物とを具備した液晶表示装置であって、信号電極及び非
線形素子を構成する下部金属は上層と、この上層よりも
比抵抗の小さい下層とを備え、下部金属の上層の一部ま
たは全部が転化されて成る第１の絶縁体と、少なくとも
第１の絶縁体が形成されていない下部金属と上部金属と
の間に設置される第１の絶縁体よりも絶縁性の高い第２
の絶縁体とを具備したことを特徴としたものである。

５ Ｇ （作　用） 本発明者は信号電枠の配線抵抗の低減を目的とし種々検
討した結果、信号電極及び非線形素子の下部金属を一体
で多層構造とすることにより上記課題が解決されること
を見い出した。

配線抵抗の低減だけを目的とすると、抵抗値の代い伺料
で信号電梅を４１カ成し、ＭＩＭ累子の？ｄ林に最適な
材料で非線形素子の下部金属を夫々構成することが考え
るが、このように別材料で信号電極と下部金属を形成す
ることは、工数の増加を招くため好ましい構造とは言え
ない。

これに対して、信号電極と下部金属を一体に構成し、更
に多層＋Ｆｊａとすると、上述した方法に比べて容易で
ある。

例えば、信号電極と非線形素子の下部金属を２層とし、
下層を抵抗値の低い金属で形成し、上層は良好な素子特
性が得られるように従来と同様の金属を使用することに
より、配線抵抗を低減すると共に良好な素子特性をも得
ることができる。

この場合、下層の金属としては抵抗値の低いＭｏ，ＡＩ
，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｎｂ−Ｔａ等が好ましい。また、上層の
金属としては非線形素子として良好な特性が得られるよ
うに、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔａ，ＡＩ等が好ましい。

また、絶縁体の形成方法には種々あり、いずれもこの発
明に適用可能であるが、Ｔａ等の金属では所定の電解液
により陽極化成して得た絶縁体がとりわけ好ましい。陽
極酸化では、Ｔａ及びその合金膜は約２．５倍の体積を
有する酸化物に変化する。従って、予め金属層を０．０
０４〜Ｏ．Ｏ４ミクロンの厚さに形成しておくことによ
り、０．０４〜０．０８ミクロンの好ましい膜厚の絶縁
体が得られ、良好な素子特性を得ることができる。

ところで、上記したように非線形素子を形成する下部金
属を多層構造とし、下部金属の上層及び下層に同様の抵
抗値の絶縁体を形成すると、素子形成に寄与してほしく
ない下層の金属までもが素子形成に寄与し、素子特性に
悪影響をおよぼすことが種々の実験によって判明した。

このため本発明者は、少なくとも下部金属の下層に絶縁
性の高い第１の絶縁体を設置し、下部金属の第１の絶縁
体が設置されていない上層にのみ良好な素子特性が得ら
れる第２の絶縁体を設置することにより、第２の絶縁体
以外の部分が素子形成に寄与することを防止した。

このようにして初めて、非線形素子の特性に影響なく信
号電極の配線抵抗を低減し、良好な表示画像が得られる
液晶表示装置とすることができた。

この第１の絶縁体を形成する方法としては、表面を陽極
酸化することにより第２の絶縁体に比べて膜厚で絶縁性
に優れた陽極酸化膜を第１の絶縁体として形成すること
も考えられるが、スパッタリングによって第１の絶縁体
を形成することがより好ましい。

スパッタリング法では、均一で厚膜な絶縁体が容易に形
或でき、また比較的緻密な膜形或も可能なため、第１の
絶縁体の製遣には最適である。このスパッタリングで形
或する第１の絶縁体としては、ＳｉＯ２，Ｔａ２０２等
が好ましい。

（実　施　例） 以下、本発明の一実施例に係る液晶表示装置を図面を参
照して説明する。

第１図は本実施例の液晶表示装置（１）の一部概略正面
図を示すもので、第２図は第１図におけるＡ−Ａ−線に
沿って切断した断面図を示すものである。

この液晶表示装置（１）は一対の電極基板（１１），（
３ｌ〉に液晶組成物（５１〉が挟持され成っている。

第１の電極基板（１ｌ〉はガラス基板（Ｉ３）上に複数
本の信号電極（１５）と、この信号電極（ｌ５〉と一体
の下部金属（１７〉が形成されている。これら信号電極
（１５）と下部金属（１７）は２層構造となっており、
下層（１７ａ）はニオブ（Ｎｂ）によって、上層（１７
ｂ）はタンタル（Ｔａ）によって構成されている。そし
て上層（１７ｂ）の一部を除いた信号電極（ｌ５）及び
下部金属（ｌ７）表面には酸化シリコン膜（　Ｓ　ｉ　
Ｏ　２　）が０．２ミクロンの厚膜で第１の絶縁体（１
８ａ）として被着されている。また第１の絶縁体（１８
ａ）が被着していない上層（１７ａ）には、第１の絶縁
体（１８ａ）に比べて０．０７ミクロンと膜厚が小さい
タン９ １０ タル（Ｔａ）が陽極酸化されて成る第２の絶縁体（１８
ｂ）が設置されている。この第２の絶縁体（１８ｂ）上
には、Ｉ．　Ｔ．　Ｏ．薄膜より成る画素電極（２１）
と接続するクロム（Ｃｒ）によって形或される上部金属
（１９〉が設置されＭＩＭ素子（２０）は構成されてい
る。

この上に液晶分子の配向方向を規定する配向１１免（２
７）が設置されて第１の電極越板（｛｛）は形成されて
いる。

次に、第２の電極県板（３１）は、ガラス基板（３３）
上に複数のストライプ状の対向電極（３５）が形成され
ており、更に液晶分子の配向方向を規定する配向膜（３
７）が設置されて第２の電極基板（３１）は形成されて
いる。

このような第１の電極基板（１１）と第２の電極基板（
３ｌ）の電極形成面で液晶組或物（５１）が挟持されて
いる。そして第１の電極基板（１ｌ）と第２の電極基板
（３１）の外側には偏光板（２９）　，　（３９）が各
々設置され、本実施例の液晶表示装置（１）は構威され
ている。

以上詳述したように、本実施例の液晶表示装置（Ｌ）で
は、信号電極（ｌ５）及びＭＩＭ素子（２０）を構成す
る下部金属（ｌ７）を低抵抗の下層（１７ａ）と良好な
素子特性が得られる上層（１７ｂ）の２層によって構成
することにより、従来に比べて配線抵抗を大幅に低減す
ると共に従来と同様に良好な素子特性が得られる。

更に、下部金属（ｌ７）のＭＩＭ素子（２０）の素子形
威に寄与すべきでない領域に、厚膜で第１の絶縁体（１
８ａ）よりも絶縁性の高い第２の絶縁体（１８ｂ）を形
成することにより、各素子均一な素子部分を得ることが
できた。

このため、本実施例の液晶表示装ｍ　（１）では、各画
素毎にバラツキなく、高いコントラスト比で良好な表示
画像を得ることができた。

本実施例の液晶表示装置（１）では、光透過型液晶表示
装置を例にとり説明したが光反射型等であっても良い。

次に上記実施例の液晶表示装置の製造方法について第３
図を参照して説明する。

１１ １２ まず第３図（ａ）に示すように、例えばホウ珪酸ガラス
からなるガラス基板（ｌ３）上に、低抵抗金属として例
えば０．２　ミクロンの膜厚でニオブ（Ｎｂ）膜（１４
ａ）を、更にこのニオブ（Ｎｂ）膜（１４ａ）上に０．
０４ミクロンの膜厚でタンタル（Ｔａ）膜（１４ｂ）を
順次、スパッタリング法により連続して形成する。

そして、第３図（ｂ）に示すように、ニオブ（Ｎｂ）膜
（１４ａ）及びタンタル（Ｔａ）膜（Ｌ４ｂ）をパター
ニングし、ＭＩＭ素子（２０）の下部金属（ｌ７）及び
信号電極（１５）の上層（１７ａ）　、下層（１７ｂ）
を得る。このためには、レジストを全面に塗布した後、
マスクを用いて光露光し現像して、レジストパターンを
形成した後、更にケミカルドライエッチング法により合
金膜のエッチングを行えばよい。なお、このエッチング
は、ＣＦ４と０２ガスを混合したプラズマ中で行う。

更に、第３図（Ｃ）に示すようにレジスト膜（ｌｅａ）
を設置し、ガラス基板（１３〉側から光を照射し、現像
し、余剰のレジスト（１６ａ）を除去して同図（ｄ）に
示すように下部金属（１７）上のみにレジスト（２ｌｂ
）を残存させる。

次に、第３図（ｅ）に示すようにレジスト（１１３ａ）
を残したまま、全面にスパッタリングにより酸化シリコ
ン（Ｓ　ｉ０２　）を第１の絶縁体（１８ａ）として０
．２ミクロンの膜厚で着膜させる。

この後、第３図（ｆ）に示すように下部企屈（１７）上
に設置されたままのレジスト（１８ａ）を除去すること
により、下部金属（１７）の上層（Ｈｂ）の上表面には
第１の絶縁体（１８ａ）が設置されていない状態とする
。

そして、下部金属（ｌ７）の上層（１７ａ）表面を０．
Ｏｌ重量％クエン酸水溶液中で陽極酸化し、上層（１７
ａ）表面上に厚さｏ．ｏｙミクロンの第２の絶縁体（１
８ｂ）を形成する。

続いて、Ｉ　．　Ｔ．　０．　　（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉ
ｎ　Ｏｘｉｄｅ）膜をスパッタリング法により形成した
後にパターニングして、第１図（ｇ）に示すように、画
素電極（２１）を形成する。このためには、レジストを
全面に塗布した後、マスクを用いて光露光し現像して、
１３ １４ レジストパターンを形成し、更に、塩酸にてエッチング
すればよい。

そして、レジストを剥離した後、全面にクロム（Ｃｒ）
膜を０．１５ミクロンの厚さに形成し、この後、再びレ
ジストを塗布し、光露光・現像してレジストパターンを
形成し、クロム（Ｃｒ）膜をこのレジストパターンでエ
ッチングし、残ったレジストパターンを剥離することに
より、Ｍｌ図（ｅ）に示すように、画素電極（２１）に
接続されるＭＩＭ素子（２０〉部の上部金属（１９）を
形成する。こうして、ＭＩＭ素子（２０）を有する第１
の電極基板（ｌ１）が得られる。

なお、得られた第１の電極基板（１１）から液晶表示装
置（１）を形成するには、例えば次のようにすればよい
。得られた第１の電極基板（１１）のＭＩＭ素子（２０
）形成面に更に、ポリイミド樹脂を塗布・焼成しラビン
グすることにより配向膜（１７）とし、液晶組成物（５
１）の配向方向を規制する。一方別に、ガラス基板（３
１）上にストライプ状のＩ．Ｔ．Ｏ．薄膜からなる対向
電極（３５）を、第１の電極基板（ｌ１）の信号電極（
ｌ５〉と直交する方向で液晶組成物（５１）を介して画
素電極（２ｌ〉と重なるように形成し、且つポリイミド
樹脂からなる配向膜（４７）とラビングによって液晶配
向方向を規制した第２の電極基板（３１〉を用意し、液
晶組成物（５１）の分子長軸方向が両基板間（１１）　
．　（３１）で約９０°ねじれるように、３〜２０ミク
ロンの間隔を保って保持させ、液晶組成物（５１）を注
入する。そして、偏光軸を約９０″ねじった形で偏光板
（２９）　，　（３９）を両基板（１１）．（３１）の
外側に配置すればよい。

以上詳述したような方法で本実施例の液晶表示装置を製
造することにより、第１の絶縁体（１８ａ）、第２の絶
縁体（１８ｂ）と異なる絶縁体を形成するにもかかわら
ず、マスクの枚数が増加することなく、容易に、しかも
精度良く製造することが可能である。

また前述したように、このような構成の液晶表示装置（
１）では、少なくともＭＩＭ素子（２ｏ〉の下層（１７
ａ）が素子形成に寄与することがないように、第２の絶
縁体（１８ｂ）よりも厚膜で絶縁性の高い第１５ １の絶縁体（１８ａ）を被着させることにより、均一に
精度良い素子部分が形成できる。このように第１の絶縁
体（ｆ８ａ）及び第２の絶縁体（１８ｂ）の膜厚を制御
し、少なくとも下部金属（ｌ７〉がＭＩＭ素子（２０）
の素子形或に寄与しないようにしとたが、この他にも第
２の絶縁体（１８ｂ）よりも第１の絶縁体（１８ａ）の
比抵抗を高めることにより素子特性に悪影響を与えるこ
とを解消させるものであっても良い。

また、信号電極（ｌ５）を比抵抗が小さい下層（１７ａ
）を備えた２層構造とすることにより、配線抵抗を大幅
に減少させて良好な表示画像を得ることができる。

また本実施例では、信号電極（Ｉ５）及びＭＩＭ素子（
２０）の下部金属（１７）を２層構造としたが、本発明
はこれに限ることなく、多層構造であっても良い。

［発明の効果］ この発明は、非線形素子及び信号電極を比抵抗が異なる
上層部と下層部の金属から構成し配線１６ 抵抗を低下させると共に、更に下部金属が非線形抵抗素
子の素子形成に寄与しないように、非線形素子を構成す
る絶縁体とは異なる絶縁体を設置することにより、均一
な素子部分の形成を可能にした。このため、本発明を用
いることにより、例えば大規模なマトリックス型液晶表
示装置であっても良好な画像表示が可能である。

【図面の簡単な説明】

簗１図は本発明の一実施例に係る液晶表示装置の一部概
略正面図、簗２図は第１図における液晶表示装置のＡ−
Ａ−線に沿って切断した概略断面図、第３図はこの実施
例の液晶表示装置の概略プロセス図である。 （１）・・・液晶表示装置 （１ｌ）・・・第１の電極基板 （ｌ７）・・・下部金属 （１８ａ）・・・第１の絶縁体 （１８ｂ）・・・第２の絶縁体 （１９〉・・・上部金属 （２０）・・・ＭＩＭ素子 １７ １８ （３ｌ）・・・第２の電極基板 （５ｌ）・・・液晶組成物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に設置される複数の信号電極と、この信号電極に
   接続された下部金属−絶縁体−上部金属から成る非線形
   素子と、前記上部金属に接続された画素電極とを備えた
   第１の電極基板と、前記画素電極に対向する対向電極と
   を備えた第２の電極基板と、前記第１の電極基板と前記
   第２の電極基板とによって挟持される液晶組成物とを具
   備した液晶表示装置において、 前記信号電極及び前記非線形素子を構成する前記下部金
   属は上層と、この上層よりも比抵抗の小さい下層とを備
   え、前記下部金属の前記上層の一部または全部が転化さ
   れて成る第１の絶縁体と、少なくとも前記第１の絶縁体
   が形成されていない前記下部金属と前記上部金属との間
   に設置される前記第１の絶縁体よりも絶縁性の高い第２
   の絶縁体とを具備したことを特徴とした液晶表示装置。