JPH03181917A - 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〕 本発明は液晶表示装置に関し、詳しくは、能動素子とし
てＭＩ阿（導体−Ｍ縁膜−導体）素子を使用したアクテ
ィブ・マトリクス型液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示装置の主流は、今では、単純マトリクス方式の
パネルからアクティブ・マトリクス方式に移行している
。その理由は大面積の液晶パネルへの要望がＯＡ機器や
液晶ＴＶなどから出されているのに由来している。そし
て、このアクティブ・マトリクス方式では各画素ごとに
能動素子を設ける手段が採られている。

ところで、前記能動素子の一つとして阿工阿素子が多く
用いられている。これはスイッチングに良好な非線形な
電流−電圧特性を示すためである。阿ＩＭ素子としては
、従来より、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
記金属の酸化物又は５ｉｎ）（，５ｉＮｚ等からなる絶
縁膜を設け、更にその上に、上部電極としてＡＱ、Ｃｒ
等の金属電極を設けたものが知られている。

しかし、絶縁体（絶縁膜）に金属酸化物を用いた阿工阿
素子（特開昭５７−１９６５８９号、同６１−２３２６
８９号、同６２−６２３３３号等の公報に記載）の場合
、＃４ＡＳ膜は下部電極の陽極酸化又は熱酸化により形
成されるため、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
には、高温熱処理が必要である）、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
化物からなること等から、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素子を組込んだ液晶表
示装置からの仕様を十分に満たすデバイスを設計・作製
することが極めて困難であることを意味している。さら
に、後述のごとく、比誘電率Ｅｒと素子の急峻性βとに
はβｃｅ　ｌ　／　イ１の関係があり、εｒが高いと急
峻性は小さくなってしまい高密度の表示には不適となる
、等の欠点を有している。

また、絶縁膜に５ｉＯｚや５ｉＮｚを用いたＭＩＭ素子
（特開昭６１−２７５８１９号公報）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３− う欠点がある。また、これらの絶縁膜を合成する際には
気相でなされることから、ダストが多く発生し、膜のピ
ンホールが多いため素子の歩留りが低下する。更には、
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。

一方、液晶材料には一般に閾値電圧の温度特性があり、
また、従来の能動素子における温度依頼性などのため、
液晶表示装置には温度補償回路が必要である。そして、
通常この温度補償回路は駆動回路系の一部を形成するよ
うに設計されている。

例えば、市販されているＴａ−Ｔａ２０３−ＩＴＯ構造
のＭＩＭ素子の駆動回路系に組込んだ液晶表示装置（Ｌ
ＣＤ）では、温度補償係数が１２０Ｉｌｌｖ／℃と可成
の大きな値となる〔日本学術振興情報科学用有機材料第
１４２委員会Ａ部会（液晶部会）第３７回研究会資料（
６２，６，１１））。その具体例の１つとして、温度補
償センサーを用いた液晶表示装置が特開昭５８−１７６
６２２号公報にも記載されている。

だが、駆動回路系の一部に温度補償回路を組込むことは
装置自体が複雑となり、コスト高をまね＝４− くことが避けられない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はＨＩＭ素子における絶縁膜を前述の金属酸化物
や５ｉＯｚ、　５ｉＮ１などでなく、低温で成膜しうる
特定のものにかえ、同時に、温度補償回路を組込まない
ようにした液晶表示装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、一対の透明基板間に液晶材料を挟持してなり
、かつ、少なくとも一方の基板上しこ設置ｔられた複数
個の画素電極の各々に少なくとも１つの導体−絶縁膜−
導体からなる能動素子力Ｓ接続されているアクティブ・
マトリクス型液晶表示装置しこおいて、前記絶縁膜は硬
質炭素膜であり、力１つ、駆動回路系には温度補償回路
を有してｂ）なし）ことを特徴としている。

本発明者らは、以前より液晶表示装置しこつｂ）て多く
の研究検討を行なってきたが、能動素子として絶縁膜が
硬質炭素膜であるＨＩＭ素子を用％Ｎ、こうしたＭＩＭ
素子が形成されるのであれ１、敢えて、温度補償回路を
組込まなくても不都合なく液晶表示が行ない得ることを
確めた。本発明はこれに基づいてなされたものである。

以下に、本発明を添付の図面を参照しながらさらに詳細
に説明する。

本発明の液晶表示装置は、前記のように、能動素子（Ｍ
ＩＭ素子）の絶縁膜を室温程度の堆積温度で形成しうる
硬質炭素膜で成膜し、また、前記能動素子を含む駆動回
路系は温度補償回路を有することなく構成されてなるも
のである。

即ち、本発明の液晶表示装置は、従来のものに比べて、
温度依頼性の小さな能動素子〔絶縁膜に硬質炭素膜を用
いた導体−絶縁膜−導体（ＭＩＭ）素子〕を使用し、温
度変化が生じたとしても補償回路を必要とすることなく
表示特性を維持せしめるようにしたものである。

本発明でのＭＩＭ素子における絶縁膜は、炭素原子及び
水素原子を主要な組織形成元素としては非晶質及び微結
晶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）からなっている。

硬質炭素膜の一つの特長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
に制御できることである。従って、絶縁膜といってもそ
の抵抗値は半絶縁体〜′ＭＡ縁体領域までをカバーして
おり、この意味では本発明で用いられるＭＩＭ素子は、
特開昭６１−２７５８１９号公報に記載されているとこ
ろのＭＳＴ素子（Ｍｅｔａｌ−５ｅｍｊ、−Ｉｎｓｕｌ
、ａｔｏｒ）や、ＳＩＳ素子（半導体−絶縁体一半導体
からなる素子であり、ここでの半導体は不純物を高濃度
でドープさせたものである）等を含めて位置付けられる
ものである。

また、本発明での透明基板にはガラス板、プラスチック
板、フレキシブルな高分子フィルムなど絶縁性のものが
用いられる。

次に第１図、第２図により能動素子（訂阿素子）及びこ
れを用いた液晶表示装置の作製について述べる。

第１図は画像電極４力律■Ｈ素子５に接続されている様
子を表わしたものである。このものは、まず、透明基板
（図示されていない）上に、画素電極用透明電極材料を
蒸着、スパッタリング等の方法で堆積し、所定のパター
ンにパターニングして画素型［ｊ４を形成し、次に、蒸
着、スパッタリング等の方法で下部電極用導体薄膜を形
成し、ウェット又はドライエツチングにより所定のパタ
ーンにパタニングして下部電極となる第１導体７とし、
その上にプラズマＣＶＤ法、イオンビーム法等により硬
質炭素膜２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Ｉ・を用いるリフトオフ法により所定
のパターンにパターニングしてｔＩＡ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パスライン
用導体薄膜を被覆し、所定のパターンにパターニングし
てパスライン（共通電極）となる第２導体６を形成し、
最後に下部電極７の不必要部分を除去し、透明電極パタ
ーンを露出させ、画素電極４とする。この場合、Ｍ丁阿
素子（能動素子）５の構成はこれに限られるものではな
く、ＭＩＮ素子の作成後、最上層に透明電極を設けたも
８− の、透明電極が上部又は下部電極を兼ねた構成のもの、
下部電極の側面にＭＩＭ素子を形成したもの等、種々の
変形が可能である。

ここで下部電極、上部電極及び透明電極の厚さは通常、
夫々数百〜数千人、数百〜数千人、数百〜数千入の範囲
である。硬質炭素膜の厚さは１００−８０００Ａ、望ま
しくは２００〜５０００Å、さらに望ましくは３００〜
４０００人の範囲である。

硬質炭素膜２を用いたＨＩＭ素子５を用いることにより
、表示品質の向上、低温での作製が可能となるだけでな
く、これまで駆動回路系の一部を構成していた温度補償
回路を設ける必要性が解消されるようになった。その理
由は後に述べることから明らかである。

続いて、本発明で使用されるＨＩＭ素子の材料について
説明する。

下部電極となる第１導体７の材料としては、肝、Ｔａ、
　Ｃｒ、　Ｊ　Ｎｏ、　Ｐｔ、　Ｎｉ、透明導電体等の
種々の導電体が使用される。

パスラインとなる第２導体６の材料としては、肝、Ｃｒ
、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、　Ａｇ、透明導電体等積々の導電
体が使用されるが、Ｉ−■特性の安定性及び信頼性が特
に優れている点からＮｊ、　Ｐｔ、　Ａｇが好ましい。

絶縁膜として硬質炭素膜２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ＱｎＩ　ｃｅ　
ｓｒ；；（７）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
及び変化が生じる。これらを考慮すると、Ｎｉ、　Ｐｔ
、　Ａｇの使用が望ましい。

本発明におけるＭＩＭ素子の電流−電圧特性は第２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。

Ｉ＝にｅｘｐ（βＶ１Ａ）　　　　　　　・（１）■＝
雷電流Ｖ：印加電圧　に：導電係数　β：プールフレン
ケル係数ｎ：キャリヤ密度　μ：キャリャモビリティ　
ｑ：電子の電荷量Φニドラップ深さ　ρ：比抵抗　ｄ：
硬質炭素膜の厚さに：ボルツマン定数　Ｔ：雰囲気温度
　Ｃ１：硬質炭素膜の誘電率ε。；真空誘電体 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、液相でも同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、Ｃ
Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ，）１．、Ｃ４Ｈ１ｏ等のパラフィ
ン系炭化水素、　Ｃ，Ｈ４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、例えば、アルコール類、ケ
トン類、エーテル類、エステル類、ｃｏ、ＣＯ□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
。

これら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、低温製膜の目的で、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。もっとも
、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、イオン化蒸着法、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硬質炭素膜が形
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製膜がなされて
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、概ね次の通りである。

ＲＦ出カニ０．１〜５０１／ｃｍ” 圧　　　カニ　１０””〜１０Ｔｏｒｒ堆積温度：室温
〜９５０℃（このような広い範囲を採用できるが、好ま
しくは室温〜３００℃であり、更に好ましくは室温〜１
５（１℃である。） 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ＩＯλ〜数μｍ）の少なくと
も一方を含む硬質炭素膜が堆積する。硬質炭素膜の諸性
性を表−１に示す。

表−１ ＩＺ− 注）測定法； 比　抵　抗（ρ）：コプレナー型セルによるニー■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、 （ａ　ｈ　ｖ　）１／２＝Ｂ（ｈ　Ｖ　−Ｅｇｏｐｔ）
の関係より決定する。

膜中水素量（ＣＯ）　：赤外吸収スペクトルから２９０
０ａ１＋−’付近のピークを積分し、 吸収断面積Ａをかけて求める。

Ｃ）ｌ＝Ａ・ｆα（ｖ）／１１・ｄｗ ｓｐ″／ＳＰ”比：赤外吸収スペクトルを、ｓｐ３゜Ｓ
Ｆ３にそれぞれ帰属されるガラ 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ＩＲ吸収法及びラマン
分光法による分析の結果、夫々、第３図及び第４図に示
すように炭素原子がＳＦ３の混成軌道とＳＦ３の混成軌
道とを形成した原子間結合が混ａしていることが明らか
になっている。ＳＰ３結合とＳＰ２結合との比率は、Ｉ
Ｒスペクトルをピーク分離することで概ね推定できる。

ＩＲスペクトルには、２８００〜３１５０ｃｍ−’に多
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５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ＳＰ３
／ＳＰ２比を知ることができる。

また、Ｘ線及び電子線回折分析によればアモルファス状
態（ａ−Ｃ：　Ｈ）あるいは数１０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が判っている
。

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刃金が増加するために基板温度
の低温化、大面積での均一５− 化が図れ、かつ、比抵抗及び硬度が増加する傾向が認め
られる。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〜１．５０℃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（絶縁
性透明基板材料）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
いう特長をもっている。また、硬質炭素膜の構造、物性
等は表−１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２〜６と従来ＭＩＭに使用され
ていた、Ｔａ２Ｏ，、、Ａ　Ｑ　２０３．　ＳｉＮｘ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（能動条件の関係
からＬＣＤとＭＩＭ素子との容量比はＣＬＣＤ　：　Ｃ
ＨＩＮ６− ＝１０：１程度必要である）。

工 であるため、誘電率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との比が大きくと
れるようになる。このため、より低デユーティ比でのＬ
ＣＤ廓動開動能となり、高密度のＬＣＤが実現できる。

さらに、硬質炭素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）、高密度のＬＣＤが実現で
きる。

さらにこの硬質炭素膜は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Ｖ
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ホールの発生を
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
る。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にダングリ
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、結合エネルギーを増大させる（
Ｃ−８間及びＣ−ｘ間の結合エネルギーはＣ−ｘ間に方
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、周構律表第■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、酸素原子、カルコゲ
ン系元素又はハロゲン元素を含む化合物（又は分子）（
以下、これらをｒ他の化合物」ということもある）のガ
スが用いられる。

ここで周期律表第■族元素を含む化合物としては、例え
ばＢ（ＯＣ，Ｈ５））、Ｂ、Ｈ，、ＢＣＱ３、ＢＢｒ、
、ＢＦ３、Ａ氾（０−ｉ−Ｃｉ　Ｈｔ　）］、（ｃｏａ
　）ａ　ｈａ、（Ｃ２１（、）ａ　ｈＱ、（ｉ−Ｃ４Ｈ
，）３ＡＱ、ＡｎＣＱ、、Ｇａ　（０−ｉ−Ｃｉ　Ｈｖ
　）ａ、（ＣＨ，）３Ｇａ、（Ｃ，Ｊ）、Ｇａ、Ｇ　ａ
　ＣＱ　３、ＧａＢｒ、、（０−ｉ−Ｃ３Ｈｔ　）３、
Ｉｎ、（Ｃ２Ｌ　）ａ　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，、Ｓｉ、Ｈい５ｘ３Ｈ，、（Ｃ，）ｌ、）、ＳｉＨ
，５ＩＦ４、Ｓｉｎ、　Ｃら、５ｉ（ＯＣＨａ）＊、Ｓ
ｉ　（ＱＣ，Ｈ，）　４．５ｉ（ＱＣ，Ｈｔ　）４、Ｇ
ｅＣＱ４、ＧｅＨ４，Ｇｅ（ＯＣＪＷ＊−Ｇｅ（ＣｚＨ
ｓ）４、（ＣＨａ）４Ｓｎ、（ＣＪｓ）４Ｓｎ、　５ｎ
ＣＱ４等がある。

１９− 周期律表第■族元素を含む化合物としては、例えば、Ｐ
Ｈ，、ＰＦ３、ＰＦ、、ＰＣｆ１２Ｆ、、ｐｃ党２Ｆ、
　Ｐ（、Ｑ、、ＰＢｒ３、ｐＯ（ＯＣＨ３）３、Ｐ（ｃ
ｚ　Ｉｓ　）３、ｐｏｃｕ、、ＡｓＨ３、ＡｓＣＱ３、
ＡｓＢｒ３、ＡｓＦ、、ＡｓＦ、、ＡｓＣｆ１．、Ｓｂ
Ｈ３，ＳｂＦ３．５ｂｃｎ、、Ｓｂ　（ＱＣ２Ｈ５）ａ
等がある。

アルカリ金属原子を含む化合物としては、例えばＬｉ０
−ｉ−Ｃ３Ｈ，、Ｎａ０−ｉ−Ｃ３Ｈ７、ＫＯ−１−Ｃ
３Ｈ７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Ｃ
ａ（ＱＣ，Ｈ，）３．　Ｍｇ（ＯＣｚＨｓ）ｚ、（Ｃｚ
Ｈｓ）ｚＭｇ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２０− 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Ｈ２Ｓ
、（Ｃ１３）　（ＣＨ，）　、　ｓ　（Ｃ１２）　、　
ＣＨ３、Ｃ８，＝ＣＨＣＨ２５ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ，、Ｃ
，Ｈ，ＳＣ，Ｈ，、Ｃ，Ｈ，５Ｃ）Ｉ、、チオフェン、
Ｈ，Ｓｓ　。

（ＣＪｓ）ｉｓｅ、　Ｈ，Ｔｅ等がある。

またハロゲン元素を含む化合物としては、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、塩素水素、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。

第６図は液晶の閾値電圧と透過率の温度依存性との関係
を示したグラフである。第６図から判るように、雰囲気
温度が上がれば閾値電圧が下がる。

従って、一般には温度補償回路が必要である。液晶の温
度補償係数は３〜２０１ｍＶ／　’Ｃ程度である。硬質
炭素膜の温度補償係数はＯＮ時１６Ｖ印加時で１０〜４
０１１１ｖ／℃とかなり小さいことが判った。しかし、
係数の符号が同じ為、液晶の温度係数とのたし算となり
大きな値になると考えられたが、ＯＦＦ抵抗も温度変化
によって変化する為に単純に評価できない。

前記式（２）及び（３）よりβ、には雰囲気温度とトラ
ップ深さとにより変化することが判る。第７図ににと加
わる実効電圧の一例を示した。いま、素子特性を第７図
の実ＩＩＡにしたとき、例えば温度が上った場合、前記
（２）及び（３）からβが小さくにが大きくなることが
わかる。第７図でいえば右方向に動くと考えてよい。こ
のことから、温度が上がった場合液晶の閾値電圧と、液
晶層に加わる実効電圧が下がることが判る。先に記述し
たように、硬質炭素膜を用いたＭＩＭ素子の特性は、硬
質炭素膜の特性から広く制御することが可能であり、各
液晶材料ごとに反応したＨＩＭ特性を利用することがで
きる。

従って、β、にの値及びにの温度依存性を制御すること
により液晶の温度特性と、液晶層に加わる実効電圧の整
合が可能となり温度補償回路を使用しなくても表示能力
が変化しないことが判る。

実際に、本発明の液晶表示装置をつくるには、まず透明
基板１上に共通電極４用の透明基体たとえばＩＴＯ５Ｚ
ｎＯ：Ａｆｌ、ＺｎＯ：Ｓｉ、　ＳｎＯ２、Ｉｒ＋、０
３等をスパッタリング、蒸着等の方法で数百人から数μ
Ｉｌｌ厚に堆積させ、ストライプ状にパターニングして
共通電極４とする。この共通電極４′設けた透明基板１
と先にＭＩＭ素子５をマトリックス状に設けた透明基板
１との各々の表面にポリイミドの様な配向材８を付け、
ラビング処理を行ない、シール材を取付け、ギャップ材
９を入れてギャップを一定にし、液晶３を封入して液晶
表示装置とすればよい（第８図）。

〔実施例〕

次に実施例を示すが、本発明はこれに限定されるもので
はない。

実施例１ 透明基板にはパイレックス基板を用いた。次に、ＩＴＯ
を約８００Ａ厚にマグネトロンスパッタ法を用い堆積さ
せた。次いで、パターン化して画素電極を３− 形成した。

続いて、能動素子として硬質炭素膜を使用したＭＩ阿素
子を以下のようにして設けた。まず、基板の画素電極上
にＡｆｌを蒸着法により約１００ＯＡ厚に堆積後、パタ
ーン化して下部電極を形成した。その上に、Ｍ縁膜とし
て硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法により約１１０ＯＡ厚
に堆積後、ドライエツチングによりパターン化した。更
に、各硬質炭素絶縁膜上にＮｉを蒸着法により約１００
０入厚に堆積後、パターン化して上部電極を形成した。

他方の透明基板（対向基板）としてのＰＥＳ基板上にＩ
ＴＯをスパッタリング法により約１００ＯＡ厚に堆積し
、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。さらに共通画素電極を設けた逆の表面にカラーフィ
ルターを設けた。

両基板の上に配向膜としてポリイミド膜を形成し、ラビ
ング処理を行なった。

これらの基板を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
内に市販の液晶材料を封入するこ４ とによりカラー液晶表示装置を作った。

この時、ＭＩＭ素子に用いた硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　カニ０．０３　　Ｔｏｒｒ ＣＨ４流量：ｔｏ　ＳＣＣＭ ＲＦパワー：０．２Ｗ／ｃＪ 温　　度：室温 であった。

この表示装置を雰囲気温度０〜６０℃まで変化させ駆動
したところ、なんら表示能力変化は見られなかった。

実施例２ 透明基板にはパイレックス基板を用いた。次に、画素電
極としてＩＴＯを約１０００入厚にＥ、Ｂ、蒸着法によ
り堆積させた後、パターニングを行なった。次に、下部
電極としてＡＱを蒸着法により約１５００入厚に堆積さ
せた後、パターニングした。

続いて、硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法で約９００Ａ厚
に堆積させた後、ドライエツチングによりパターン化し
た。更に、上部電極としてＮ１をＥ、Ｂ、蒸着法により
約１５００入厚に堆積させた後、パターニングした。

他方の透明基板（対向基板）としてパイレックス基板に
ＩＴＯをスパッタリング法により約１００ＯＡ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を形成
した。

両基板の上に配向膜としてポリイミド膜を形成しラビン
グ処理を行なった。

これらの基板を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
内に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。

この時、ＭＩＭ素子に用いた硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　カニ０，０５　Ｔｏｒｒ ＣＨ４流量：２０５ＣＣＭ ＲＦパワー：０．８Ｗ／− 温　　　度：１００℃ であった。

この表示装置を雰囲気温度が０〜６０℃まで変化させ駆
動したところ、なんら表示能力ば変化は見られなかった
。

実施例３ 一方透明基板として、パイレックス基板上に次のように
してＭＩＭ素子を設けた。まず、Ｃｒをスパッタリング
法により約１０００λ厚に堆積後、パターン化して下部
共通電極を形成した。　ｐ−ｃｖｏ法により８００人厚
０硬質炭素膜を形成後、パターン化して絶縁膜を形成し
た。更にその上に、ｐｔを約２０００λ厚に蒸着後、パ
ターン化して上部電極とした。

こうして形成されたＨＩＭ素子上にＩＴＯをスパッタリ
ング法で約５００Ａ厚に堆積後、パターン化して画素電
極とした。

対向基板としてパイレックス基板を用いた。

ＩＴＯをスパッタリング法で約５００Ａ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を形成した。

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。

２７ 硬質炭素膜の成膜条件は、 圧　　　カニ０．０７　Ｔｏｒｒ ＣＨ４流量：１５　ＳＣＣＭ ＲＦ小パワーｉｗ／ｉ 温　　　度：８０℃ であった。

この表示装置を雰囲気温度が０〜６０℃まで変化させ駆
動したところ、表示能力に変化はみられなかった・ 実施例４ 透明基板にはＰＥＴ基板を用いＩＴＯをＥ、Ｂ、蒸着法
により約１０００入厚に堆積させた。次いで、パターン
化して画素電極を形成した。

次に、能動素子として硬質炭素膜を使用した肘Ｈ素子を
以下のように設けた。まず、基板の画素電極上にｉを蒸
着法により約９００Ａ厚に堆積後パターン化して下部電
極を形成した。その上に、絶縁層として硬質炭素膜をプ
ラズマＣＶＤ法により約１３００λ厚に堆積後ドライエ
ツチングによりパターンニングした。更に、上部電極と
してＮｉを蒸着法８− により約１５００λ厚に堆積後パターニングした。

他方の透明基板としてＰＥＴとしてＩＴＯをＥ、Ｂ、蒸
着法により約１００ＯＡ厚に堆積した後、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。

両基板上に配向膜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、これらの基板を各画素電極側
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に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。

この時、ＨＩＭ素子に用いた硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　カニ０．０２Ｔｏｒｒ ＣＨ４流量：５５ＣＣＭ ＲＦ小パワー０．］、５す／ｄ 温　　度：室温 であった。

この表示装置を雰囲気温度０〜６０℃まで変化させ駆動
したところ、なんら表示能力に変化は見られなかった。

〔発明の効果〕

本発明に係る液晶表示装置によれば、絶縁膜を硬質炭素
膜としたＭＩＭ素子が用いられていることから、下記の
ような効果がもたらされる。

１）プラズマＣＶＤ法等の気相合成法で作成されるため
、成膜条件によって物性が広範に制御でき、従ってデに
イス設計上の自由度が大きい。

２）硬質でしかも厚膜にできるため、機械的損傷を受は
難く、また厚膜化によるピンホールの減少も期待できる
。

３）室温付近の低温においても良質な膜を形成できるの
で、基板材質に制約がない。

４）膜厚、膜質の均一性に優れているため、薄膜デバイ
ス用として適している。

５）誘電率が低いので、高度の微細加工技術を必要とせ
ず、従って素子の大面積化に有利であり、さらに誘電率
が低いので素子の急峻性が高くＩ　ｏｎ／　Ｉ　ｏｆｆ
比がとれるので、低デユーティ比での駆動が可能である
。

６）液晶材料の温度特性と整合させることにより、雰囲
気温度が変化しても原動回路系に温度補償回路を設ける
ことがなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は阿ＩＭ素子と画像電極とが連続している状態を
表わした図である。 第２図は本発明におけるＨＩＭ素子の電流−電圧特性図
である。 第３図、第４図及び第５図は本発明における硬質炭素膜
の性質を説明するための図である。 第６図は電圧の温度特性と透過率との関係を示したグラ
フである。 第７図は導電係数と液晶層に加わる実効電圧との関係を
測定したグラフである。 第８図は液晶表示装置の一部切欠斜視図である。 １・・・透明基板　　　　　　　２・・硬質炭素膜３・
・液晶　　　　　　　　　４・・画素電極５・・・能動
素子（ＭＩＭ素子）　　６・・・共通電極７・・・下部
電極　　　　　　　８・・配向膜９・・・ギャップ材 １−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の透明基板間に液晶材料を挟持してなり、か
   つ、少なくとも一方の基板上に設けられた複数個の画素
   電極の各々に少なくとも１つの導体−絶縁膜−導体から
   なる能動素子が接続されているアクティブ・マトリクス
   型液晶表示装置において、前記絶縁膜は硬質炭素膜であ
   り、かつ、駆動回路系には温度補償回路を有していない
   ことを特徴とする液晶表示装置。