JPH03148638A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の画素のそれぞれを金属膜−絶縁膜−金
属膜から成る非線形抵抗素子（Ｍ　Ｉ　Ｍ素子）により
駆動する液晶表示装置において、非線形抵抗素子を形成
する液晶表示装置の製造方法に関するものである。

（従来の技術） ドツトマトリックス型の液晶表示装置では、画素が高密
度に配設されると、画素間のクロストークが問題となり
、これを防ぐために、各画素ごとにスイッチング素子を
設けることが必要となる。

このスイッチング素子としては、薄膜トランジスタや薄
膜整流素子のほか、製造の容易な非線形抵抗素子（以下
、Ｍ夏Ｍ素子と呼ぶ。）が多用されている。

第１１図はスイッチング素子にＭＩＭ素子を用いた液晶
表示装置の単位画素部を示すもので、絶縁性の基板１の
上に第１の金属膜２を形成・パターニングし、この第１
の金属膜２の表面に絶縁膜３を形成し、この絶縁膜３の
上の一部に第２の金属膜４を形成・パターニングしてあ
り、この第１の金属膜２と絶縁膜３と第２の金属膜４が
オーバーラップしている部分がＭＩＭ素子５で、第２の
金属膜４は画素電極６に接触している。

このＭＩＭ素子５を形成する最も簡便な方法として用い
られていたのは、たとえば、ガラス製の基板１の上に第
１の金属膜２としてＴａ膜を形成・パターニングした後
、基板１をクエン酸、リン酸等の化成液に浸し、陽極酸
化法により第１の金属膜２としてのＴａ膜の表面を酸化
して、第１の金属膜２の表面に絶縁膜３としてＴａ２０
．膜を形成し、この絶縁膜３としてのＴａ、０．膜の上
に第２の金属膜４としてＴａ膜、Ｔｉ膜、Ｃｒ膜等を形
成・パターニングする方法である。

しかしながら、このような方法でＭＩＭ素子５を形成し
た液晶表示装置では、フリッカ現象や表示の焼付きとい
った問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の液晶表示装置の問題は、ＭＩＭ素子５の
電流一電圧特性がゼロ電圧に関して正負非対称であるこ
とに起因するものである。

第１２図及び第１３図は上述した従来の方法で形成した
Ｔｉ膜−Ｔ　ａ　２０９膜−Ｔａ膜から成るＭＩＭ素子
５の電流一電圧特性を示し、片対数表示してあり、縦軸
は電流の絶対値を表し、横軸の電圧の正負は第１の金属
膜２としてのＴａ膜に印加する電圧の極性に一致してい
る。

第１２図では電流値がゼロ電圧に関して正負非対称とな
っており、一方、第１３図ではゼロ電流を与える電圧が
負となっており、低電圧領域で非対称性が著しい。

これらの現象は、絶縁膜３つまりＴａ、Ｏ。

膜の両側の界面の性質が、第１の金属膜２側と第２の金
属膜４側で異なることに起因する。

すなわち、化成液中で陽極酸化された第１の金属膜２側
の界面においては、金属イオンの過剰からｎ層が形成さ
れ、一方、第２の金属膜４側の界面においては、酸素過
剰からｐ層が形成されるためといわれている。

ＭＩＭ素子５の電流一電圧特性がゼロ電圧に関して正負
非対称性をもつと、液晶に正味のＤＣバイアスが印加さ
れることとなり、さらに、液晶の不可逆的な電子−化学
的劣化が生じるという問題もある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、スイッ
チング素子にＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置において
、フリッカ現象や表示の焼付きを防止し、さらに、液晶
の劣化を少なくすることを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、複数の画素を設け内部に液晶を封入した一対
の基板の少なくとも一方の内面に上記複数の画素のそれ
ぞれに対して第１の金属膜−絶縁膜一第２の金属膜から
成る非線形抵抗素子を配設した液晶表示装置において、
上記非線形抵抗素子を形成する液晶表示装置の製造方法
であって、第１の金属膜を形成する工程と、この第１の
金属膜の表面を陽極酸化法により酸化して第１の絶縁膜
を形成する工程と、この第１の絶縁膜の上に上記第１の
金属膜と同種の金属膜を形成する工程と、この金属膜−
のほぼ全てを陽極酸化法により酸化して第２の絶縁膜を
形成する工程と、この第２の絶縁膜の上に第２の金属膜
を形成する工程とを具備したものである。

（作用） 本発明の液晶表示装置の製造方法によると、上述したよ
うな、ＭＩＭ素子の電流一電圧特性の非対称性がなくな
る。

すなわち、ＭＩＭ素子の電流一電圧特性の非対称性は、
絶縁膜の両側の金属膜との界面について、化成液中で陽
極酸化された第１の金属膜側の界面においては、金属イ
オンの過剰からｎ層が形成され、第２の金属膜側の界面
においては、酸素過剰からｐ層が形成されるため、絶縁
膜の両側の金属膜との界面の性質が異なるからであるが
、本発明の方法によると、第１の金属膜の表面を陽極酸
化して絶縁膜を形成した後、第１の金属膜と同種の金属
膜を形成し、後から形成したこの金属膜のほぼ全てを陽
極酸化して第２の絶縁膜を形成するため、この第２の絶
縁膜の第２の金属膜との界面にも金属イオンの過剰から
ｎ層が形成され、絶縁膜の両側の金属膜との界面の性質
が同等となるからである。

（実施例） 本発明の液晶表示装置の製造方法の実施例を図面を参照
して説明する。

第２図ないし第７図はＭＩＭ素子と画素電極を形成する
手順を示すものである。

まず、第２図に示すように、一縁性の基板１の表面全体
に第１の金属膜２として厚さ３０００人のＴａ膜をスパ
ッタリング法等により形成し、この第１の金属膜２を通
常のフォトリソグラフィ法を用いて所定の形状にバター
ニングする。

つぎに、第３図に示すように、基板１を濃度０．１ない
し１％のクエン酸溶液に浸し、液中で第１回の陽極酸化
を行なって、第１の金属膜２としてのＴａ膜の表面を酸
化して、第１の金属膜２の表面に第１の絶縁膜１１とし
て厚さ５００ないし１０００人のＴａ２０．．膜を形成
する。

なお、この陽極酸化は、周知のように、基板１の外周部
において、第１の金属膜２に定電流・電圧源の電極を接
続し、定電流・・電圧源の一極をクエン酸溶液中に基板
１とは別に浸漬したＰｔ等の電極に接続して行なう。

つぎに、第４図に示すように、基板１の表面全体に金属
膜１２としてＴａ膜を２０Å以下程度に薄く形成し、第
１の絶縁膜■としてのＴａ２０゜膜の上に第１の金属膜
２と同じＴａから成る薄い金属膜１２を形成する。

つぎに、第５図に示すように、クエン酸溶液中で第２回
の陽極酸化を行なって、薄い金属膜■２としてのＴａ膜
のほぼ全てを酸化して、第１の絶縁膜１１の上に第２の
絶縁膜１３としてのＴａ２０．。

膜を形成する。

なお、この第２回の陽極酸化も、電源の電極を第１の金
属膜２に接続した。このため、薄い金属膜１２を形成す
る際には、第１６金属膜２の電源を接続する部分にマス
キングを行ない、この部分に薄い金属膜１２が重ならな
いようにしておいた。

また、ここでＴａの金属膜！２から形成されるＴａ、Ｏ
，の第２の絶縁膜１３の厚さは、５０Å以下程度である
。

つぎに、第６図に示すように、基板１の表面全体に第２
の金属膜４として厚さ２０００人のＴａ膜あるいはＣｒ
膜を形成し、この第２の金属膜４を第１の金属膜２のパ
ターンと交差するように所定の形状にパターニングして
、第２の絶縁膜Ｉ３の上に第２の金属膜４を形成する。

ここで、第１の金属膜２と第１の絶縁膜１１と第２の絶
縁膜１３と第２の金属膜４がオーバーラップしている部
分がＭＩＭ素子ｉ４である。

つぎに、第７図に示すように、基板１の表面全体にＩＴ
Ｏ（インジウム・チン・オキサイド）膜を形成し、この
ＩＴＯ膜を所定の形状にパターニングして、第２の絶縁
膜１３の上に液晶材料の駆動電極となる透明な画素電極
６を形成し、それぞれの画素電極６をそれぞれのＭＩＭ
素子１４の第２の金属膜４に１対１の関係で接続した状
態とする。

第８図は第１回の陽極酸化工程の一般的な条件を示すも
ので、定電圧化成といわれているものである。

まず、工程の初期には、第１の金属膜２としてのＴａ膜
とｐｔ等の電極の間に一定電流を印加する。この期間は
両極間の電圧が時間とともに上昇する。（図示のを１の
期間） そして、両極間の電圧が所ｔの化成電圧に到達したら、
その時点から一定電圧印加に切換え、両極間の電流が十
分に小さくなるまで化成を続ける（図示ｔ２の期間）。

ここで、第１の金属膜２としてのＴａ膜の表面に生成す
る第１の絶縁膜１１としてのＴａ２０゜膜の厚さは、化
成電圧でほぼ決定され、化成電圧が４０Ｖの場合、第１
の絶縁膜１１としてのＴａ、Ｏ，膜の厚さは約７００人
であった。

この第８図のプロファイルは、絶縁膜１１の厚さをｘｌ
両極間の電圧をｖｌ電流を！１時間をｔとして、次の式
を解くことで理解できる。

１＝Ａｅｘｐ　　（ＢＹ／ｘ）　　　＝−（１）１　＝
Ｃｄ　ｘ／ｄ　　ｔ　　　　　　　　　−１２）ただし
、Ａ、Ｂ、Ｃは定数である。

また、電圧Ｖは第１の金属膜２としてのＴａ膜とｐｔ等
の電極との間の電圧であるが、化成液中の電圧降下は無
視できるので、第１の金属膜２の表面でＴａが酸化して
できる第１の絶縁膜１１としてのＴ　ａ　２０　．Ｓ膜
の両面にかかる電圧に等しいとしてよい。

そして、第９図は上述の第１回の陽極酸化工程により形
成した第１の絶縁膜１目としてのＴａ、Ｏ，膜の上に薄
い金属膜１２として２０人のＴａ膜を形成した後、第１
の金属膜２としてのＴａ膜とｐｔ等の電極との間に一定
電圧を印加して、第２回の陽極酸化を行なったときのプ
ロファイルである。

この第２回の陽極酸化工程での化成電圧を４６ｖとした
ところ、第１の絶縁膜１１と第２の絶縁膜！３の膜厚の
合計は８０５人であった。

これは、薄い金属膜１２の全てが酸化されて、できた第
２の絶縁膜１３の膜厚が元の金属膜１２の膜厚よりも厚
くなるとともに、その下の第１の金属膜２の酸化が進ん
で、第１の絶縁膜１１の膜厚が増加したためである。

第１図は上述したような実施例の方法によって形成した
ＭＩＭ素子１４の構造図である。

第１の金属膜２としてのＴａ膜と第２の金属膜４として
のＴａ膜あるいはＣｒ膜との間に第１回の陽極酸化で形
成された第１の絶縁膜１１としてのＴａ２Ｏ２膜と第２
回の陽極酸化で形成された第２の絶縁膜１３としてのＴ
ａ２Ｏ２膜がある。

そして、第１の金属膜２と第１の絶縁膜１１との界面に
は、第１回の陽極酸化工程で生成される厚さ約４０人の
金属イオンリッチのｎ層があり、また、第２の金属膜４
としてのＴａ膜あるいはＣｒ膜の下地となっている第２
の絶縁膜１３は、第２回の陽極酸化工程の条件で、はぼ
全体が金属イオンリッチのｎ層となっている。

すなわち、絶縁膜１１、１３つまりＴａ２０．．膜の両
側の界面が、第１の金属膜２一つまりＴａＩｌＩ側と第
２の金属膜４っまりＴａ膜あるいはＣｒ膜側とも同じ金
属イオンリッチのｎ層となっている。

第１０図は上述した実施例の方法で形成したＭＩＭ素子
Ｉ４の電流一電圧特性である。

この第１０図と先の第１２図及び第１３図を比較すると
、この実施例の方法で形成したＭＩＭ素子１４では、従
来の方法で形成したＭＩＭ素子５に比べてゼロ電圧に関
する正負対称性が格段に改善されており、実用上問題の
ないレベルにある。

これは、ＭＩＭ素子１４自体の構造が、第１図に示すよ
うに、対象であるため、電流一電圧特性も正負対称にな
ったものと理解できる。

さらに、この実施例の方法によって形成した多数のＭ　
Ｉ　Ｍ素子１４を画素電極６に配設した液晶表示装置で
は、フリッカ現象や表示の焼付きの問題がなくなった。

つぎに、変形例として、上述した実施例では第２回の陽
極酸化を電源の電極を第１の金属膜２に接続したのに対
し、この第２回の陽極酸化を電源の電極を第１の金属膜
２と同種の薄い金属膜１２に接続して行なった。

そして、この変形例では、第２回の陽極酸化を第８図に
示した通常の定電圧化成条件のプロファイルによって行
ない、また、第１の金属膜２と薄い金属膜１２をそれぞ
れ先の実施例と同じ厚さのＴａ膜とし、化成電圧は３■
とした。

その結果、この変形例の場合も、薄い金属膜１２として
のＴａ膜は、その全てが陽極酸化され、金属膜！２とし
てのＴａ膜から形成された第２の絶縁膜１３としてのＴ
ａ、０．膜の厚さは約５０人であった。

このように第２回の陽極酸化の条件を変えた変形例の場
合も、形成されたＭＩＭ素子１４の電流一電圧特性は、
第１０図に示した先の実施例の場合と同様に、ゼロ電圧
に関して正負対称となった。

さらに、この変形例の方法によって形成した多数のＭＩ
Ｍ素子１４を画素電極６に配設した液晶表示装置では、
先の実施例と同様に、フリッカ現象や表示の焼付きの問
題がなくなった。

〔発明の効果） 上述したように、本発明によれば、複数の画素のそれぞ
れを金属膜−絶縁膜−金属膜から成る非線形抵抗素子（
Ｍ　Ｉ　Ｍ素子）により駆動する液晶表示装置において
、ＭＩＭ素子の電流一電圧特性をゼロ電圧に関して正負
対称にすることができるので、フリッカ現象や表示の焼
付きの問題がなくなり、さらに、ＭＩＭ素子の特性が正
負対称となることにより、液晶に正味のＤＣバイアスが
印加されず、液晶の不可逆的な電子−化学的劣化もなく
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によって製造した液晶表示装置の
一部の構造図、第２図ないし第７図は本発明の方法によ
って液晶表示装置のＭＩＭ素子を形成する手順を示す斜
視図、第８図及び第９図は陽極酸化工程の条件のプロフ
ァイル図、第１０図は本発明の方法によって形成したＭ
ＩＭ素子の電流一電圧特性図、第１１図は従来の液晶表
示装置の一部の斜視図、第１２図及び第１３図は従来の
液晶表示装置のＭＩＭ素子の電流一電圧特性図である。 １・・基板、２・・第１の金属膜、４・・第２の金属膜
、１１・・第１の絶縁膜、１２・・金属膜、１３・・第
２の絶縁膜、■・・非線形抵抗素子（ＭＩＭ素子）。 ｒ覧 １　　　　　＼メ；Ｘ 　　　　　　　　　　　　　　＼　ゝ（１＼８Ｎ 馬　１１　　　　　　　　　　　ν ｆｏ″ ｊ番巳ａ二（Ｖン 侘１１ス ；ｆ−下■ ｆｃ瓦（Ｖ） ：＝■下］ 愛Ｌ（ｖ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の画素を設け内部に液晶を封入した一対の基
   板の少なくとも一方の内面に上記複数の画素のそれぞれ
   に対して第１の金属膜−絶縁膜−第２の金属膜から成る
   非線形抵抗素子を配設した液晶表示装置において、上記
   非線形抵抗素子を形成する液晶表示装置の製造方法であ
   って、第１の金属膜を形成する工程と、 この第１の金属膜の表面を陽極酸化法により酸化して第
   １の絶縁膜を形成する工程と、 この第１の絶縁膜の上に上記第１の金属膜と同種の金属
   膜を形成する工程と、 この金属膜のほぼ全てを陽極酸化法により酸化して第２
   の絶縁膜を形成する工程と、 この第２の絶縁膜の上に第２の金属膜を形成する工程と
   を具備したことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。