JPH03185425A - 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、透明基体の表
裏両面を硬質炭素膜で被覆し、これらの間に液晶材料を
挾持せしめるようにした液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示装置には、単純マトリクス方式、アクティブ・
マトリクス方式の２つが知られているが。

今では後者のアクティブ・マトリクス方式の方に移行し
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。ただし、
いずれにしても、両方式の液晶表示装置とも一対の透明
基板間に液晶材料層を挾持した構造が採用される点では
共通している。

ところで、従来の液晶表示装置においては、透明基板と
してガラスが使用されているのが一般的である。だが、
透明基板にガラス板が使用されている場合↓こは、その
ガラスからＮａ、　ＯｌＫ、ＯｌＢｅＯｌＭｇＯｌＺｎ
ＯｌＦｅｄｌＭｎＯ，Ｃａｂ、　５ｒＯ１ＢａＯなとの
アルカリ性酸化物が基板表面に溶出し液晶材料を劣化さ
せたり、能動素子特性の劣化゛をもたらすといった不都
合が認められる。

こうした点を配慮して、（１）ＳｉＯ，とＡｍ、０３と
Ｂ２０゜とＮａ、　Ｏとからなる成分を用いて構成した
ガラス基板を液晶用電極基板として使用することが提案
されている（特開昭６０−６９２６号公報）、これによ
れば。

基板内のソーダ成分が充分に少ないことから、液晶パネ
ルのソーダ成分の溶出防止が図られるとしているが、ソ
ーダ成分の溶出を完全に防止することは実際上困難であ
る。（２）能動素子を配置していない方の透明基板とし
てプラスチック基板を使用して軽量化させた液晶表示装
置も知られている（特開昭６０−１３０７１７号公報、
特開昭６０−２４７６８５号公報）、シかし、この構造
によったのでは、能動素子が配置される側の透明基板は
高温におかれ、従って、能動素子側の透明基板としてプ
ラスチック基板は使用できず、また、ガラス基板が使用
された場合にはアルカリ性酸化物の表面への溶出が発生
する。また、（３）ガラス基板のパッシベーションとし
て硬質炭素を設けることが特開昭６４−９２１号公報に
記載されている。この硬質炭素をガラス基板のパッシベ
ーションに採用したことにより、ガラス基板表面からの
液晶層へのアルカリ性酸化物の溶出は阻止されるが、こ
こでは３００℃程度の熱処理が必要であり、透明基板に
プラスチック基板の使用は不適当である。

これらに加え、前記能動素子の一つとしてＭＩＭ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。　ＭＩＭ素子と
しては、従来より、ガラス板のような透明基板上に下部
電極としてＴａ、＾α、Ｔｉ等の金属電極を設け、その
上に前記金属の酸化物又は５ｉＯ１，５ｉＮｚ等からな
る絶縁膜を設け、更にその上に、上部電極としてＡｆｔ
、　Ｃｒ等の金属電極を設けたものが多い。

しかし、絶縁体（絶縁膜）に金属酸化物を用いたＭＩＭ
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
、絶縁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、Ｍ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β
ｏｃ　１／ｖ’ｉ’〒の関係があり、Ｃｒが高いと急峻
性は小さくまってしまい高密度の表示には適当でない１
等の欠点を有している。

また、絶縁膜に５ｉＯ１や５ｉＮｚを用いたＨＩＭ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底膜するが
、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
。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、透明基板には、前記のように、ガラス板が通常用
いられている。これは、これまでの能動素子における絶
縁膜の形成では３００〜６００℃の熱処理が必要である
ことに由来している。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、ガラス基板に含まれるアルカリ性酸化
物が基板から溶出するのを防止して液晶物質並びに能動
素子の素子特性の劣化を阻止し、加えて、各工程での作
業による傷の発生を未然に防ぎ、表示品質が良好で長期
安定性にすぐれた液晶表示装置を提供するものである。

本発明の他の目的は、透明基板としてプラスチック基板
を使用した場合においても、その吸湿性、通気性等のあ
るプラスチック基板からの不純物の拡散や気泡の発生な
どを防止でき、しかも、基板の反り、剥れ等の不祥事が
生じない液晶表示装置を提供するものである。

本発明の更に他の目的は、能動素子としてＭＩＭ素子を
用いた場合には、その素子機能的強度を向上せしめ、長
期安定性及び歩留りの向上がはかられ、また、プラスチ
ック基板の使用においてもアクティブ・マトリクス表示
が可能である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た液晶
表示装置において、前記透明基板は表裏両面が硬質炭素
膜で被覆されたものである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について多くの研
究検討を行なってきたが、透明基板の表裏両面に硬質炭
素膜を被覆せしめるようにすれば、ガラス基板からのア
ルカリ性酸化物の基板表面の溶出が有効に防止され、か
つ、プラスチック基板表面からの不純物の拡散や気泡の
発生などが有効に防止され、加えて、基板の反りが生じ
ることもなく、また望ましくは、肘阿素子の絶縁膜とし
て同様な硬質炭素膜を用いるようにすれば、前記透明基
板表面両面への硬質炭素膜の被覆と相俟って、透明基板
の選択の幅がより拡がるだけでなく、良好な素子特性が
得られることも確めた０本発明はこれらによりなされた
ものである。

以下に１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、透明基板の表
裏両面を室温温度の堆積温度で形成しうる硬質炭素膜で
形成するようにしたものであり、望ましくはこれに加え
て、能動素子（ＨＩＭ素子）の絶縁膜をも硬質炭素膜で
形成したものである。

即ち１本発明での基板表裏両面の被覆層（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
−ｅｇｇ、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〜絶縁体領域までをカバーしており
、この意味では、望ましくは１本発明で用いられるＨＩ
Ｍ素子は、特開昭６１−２７５８１９号公報に記載され
ているところのＭＳＩ素子（Ｍｅｔａｌ−５ｅｍｉ−Ｉ
ｎｓｕｌａｔｏｒ）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。

本発明での透明基板には多くの素材例えばガラス、高分
子材料（プラスチック板、フレキシブルな高分子フィル
ム等）などが用いられ、特に高分子材料が使用される場
合には、より低コスト、薄型、軽量、耐衝撃性の液晶パ
ネルが得られる。

ガラス基板材料としては石英、パイレックス、青板ガラ
スなどがあげられるが、ガラス中の成分は特に限定さな
い。高分子フィルム基板やプラスチック基板などの材料
としてはポリエステル（ＰＵＴ）、ポリエーテルサルフ
ォン（ＰＥＳ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
アミド、ポリカーボネート、ポリアセテートなどがあげ
られるが、これらに限られるものではない。

このような透明基板の表裏両面には、先に触れたように
、硬質炭素膜が設けられる。なお、この硬質炭素膜の製
膜方法及び膜物性については、ＭＩＨ素子の絶縁膜と共
通することなので、まとめて後に詳しく述べることにす
る。

次に、本発明に係る液晶表示装置の作製について説明す
る。まず、透明基板の表裏両面に設けられる硬質炭素膜
の一般的厚さは１００−３０．０００λであり、一般に
室温−９５０℃、好ましくは室温〜２５０℃の温度で形
成される。しかしながら、能動素子として硬質炭素膜を
使用したＭＩ阿素子を用いる場合。

その硬質炭素膜の形成温度についてはこの範囲に限られ
るものではない。

この透明基板の表裏両面に硬質炭素膜を形成したものの
上に、液晶表示用透明電極材料としてＩＴＯｌＺｎＯ：
＾２、ＺｎＯ：ＳＬ、　ＳｎＯ，：Ｓｂのような透明電
極材料をスパッタリング、蒸着、ＣＶＤ法等の方法で数
百人から数−堆積させ、次に所定のパターンにパターニ
ングする。このとき、単純マトリックス用基板であれば
透明電極をストライプ状にバターニングして、液晶表示
用基板とする。アクティブマトリックス用基板にするに
は、第１図にみられるように、透明電極をバターニング
後、各画素電極４ごとに能動素子（スイッチング素子）
５と共通電極６を設ける。能動素子５としては、ａ−３
Ｌ、Ｐｏｌｙ−５ｉ等を用いたＴＰＴ素子や絶縁層とし
て硬質炭素膜、ＳｉＮｘ、ＳｉＣ，Ｔａ、Ｏ，、Ａｌｌ
、Ｏ，などを用いたＨＩＭ素子、ＸＳＩ素子や、ＰＩＮ
ダイオード、バックトウバックダイオード、バリスタ等
を用いる。共通電極配線には、先に用いた透明電極材料
やＡｆｉ、　Ｎｉ、　Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、　Ｎｏ、　Ｔ
ａ、　Ｔｉ、　Ａｕ、　Ａｇ、　Ｐｔ等の高導電材料を
用い、スパッタリング、蒸着、　ＣＶＤ法等の方法で数
百六から数−堆積させ、パターニングする。このように
してアクティブマトリクス用基板が得られる。

これらの基板の対向基板には、同様に作製された表面に
硬質炭素膜２を形成した透明基板１を用い、その表面に
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る（第２
図）、このようにして得られた液晶表示装置は透明基板
からの液晶層及び能動素子活性層への不純物の汚染を防
止する事が可能となり、液晶層及び能動素子の劣化を防
止でき、しいては、液晶表示装置の長期安定性を増す、
さらに、透明基板１が高分子フィルムの場合吸湿性通気
性がある為、それが原因で液晶層に気泡が発生するが、
両面に硬質炭素膜２，２がコートされていることにより
、これを防止することができ効果は大きい、なお、透明
基板の片面だけに硬質炭素膜をコートした場合、膜スト
レス、熱膨張率の差によって、ＷＡハガじゃ基板のカー
リングの生じることがあるが、基板両面に硬質炭素膜を
コートすることにより基板の変形もなく精度良く液晶装
置の作製が可能となる。

また、透明基板の表裏両面を硬質炭素膜２，２が被覆さ
れている為きずがつきにくく、各プロセスやラビング時
に発生するきすを防止でき、表示品質の良い液晶表示装
置の作製が可能となる。特に表面がきすつきやすいプラ
スチック基板では１表面のきすを防止する効果が非常に
有効である。

更にまた。硬質炭素膜を表裏両面に被覆した透明基板上
に、硬質炭素膜を絶縁層に用いたＭＩＭ素子を形成する
ことにより１表示品質の良い液晶表示装置の作製が可能
である。下記にＭＩＭ素子の作製について第１図に従っ
て述べる。

第１図は画像電極４が？ＩＩＭ！子に接続されて塾する
様子を表わしたものである。このもの３客、まず。

透明基板の表裏両面に硬質炭素膜を設＆フたもの（図示
されていない）の上に、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電極４を形成し
１次に、蒸着、スノ（ツタリング等の方法で下部電極用
導体薄膜を形威し、ウェットスミよドライエツチングに
より所定の）くターンし二ノくターニングして下部電極
となる第１導体７とし、その上しこプラズマＣｖＤ法、
イオンビーム法等↓こより硬質炭素膜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トを用
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
して絶縁膜とし次にその上に蒸着、スパッタリング等の
方法番こよりパスライン用導体薄膜を被覆し、所定のノ
くターンにパターニングしてパスラインとなる第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館山させ、画素電極４とする。この
場合、　ＨＩＭ素子（能動素子）５の構成はこれに限ら
れるものではなく、ＭＩＭ素子の作成後、最上層に透明
電極を設けたもの、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１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Ａ、数百−数千人、数百〜数千人の範囲
である。　ＫＩＮ素子における硬質炭素膜２′の厚さは
１００〜８０００人、望ましくは２００−ｓｏｏｏ人。

さらに望ましくは３００〜４０００Ａの範囲である。

硬質炭素膜を用いたＨＩＭ素子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、
基板表面に同様な硬質炭素膜がある為、従来透明基板上
に直接、絶縁層の硬質炭素膜が付いていたのに比べ密着
力が向上し、ラビング工程等の外的負荷に対し、より強
度を増し、歩留りの向上となる。また、プラスチック基
板の場合、いままでは、その耐熱性から能動素子を用い
たアクティブ・マトリクス装置の作製が非常に困難であ
ったが、硬質炭素膜は室温程度の基板温度で良質な膜の
作製が可能であり、プラスチック基板においても作製が
可能であり、非常に有効な画質向上手段である。

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、肋、Ｔａ、
　Ｃｒ、　Ｗ、　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、＾Ｑ、Ｃ
ｒ、　Ｎｉ、　Ｍｏ、　Ｐｔ、　Ａｇ、透明導電体等積
々の導電体が使用されるが、！−■特性の安定性及びｆ
ａ頼性が特に優れている点からＮｉ、　Ｐｔ、　Ａｇが
好ましい。

絶縁膜として硬質炭素膜を用いたＨＩＭ素子は電極の種
類を変えても対称性が変化せず、またＱｎＩｃｃｆマの
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ＨＩＭ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（１−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が良い
ことがわかった。

本発明における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。

Ｉ＝にｅｘｐ（βＶ１／２）　　　　　　　・（１）■
＝電流　Ｖ：印加電圧　に：導電係数　β：プールフレ
ンケル係数ｎ：キャリャ密度　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　ｔ８：硬質炭素膜の誘電率ε。：真空誘電体 透明基板の表裏両面に形成される及びＨＩＭ素子におけ
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ば、例えば、Ｃ
Ｉ４．ＣｚＨａ、　Ｃ３Ｈ１ＣＪｚｏ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１例えば、アルコール類、ケ
トン類、エーテル類、エステル類、Ｃ０１ＣＯ２等、少
なくとも炭素元素を含む化合物であれで使用可能である
。

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　Ｏｎ　１〜５０１７ｃｍ”圧　　　カニ　
１０−３ｗ　１ＯＴｏｒｒ堆積温度：堆積−９５０℃（
このような広い範囲を採用できるが、好ましくは室温〜
３０ ０℃であり、更に好ましくは室温〜 １５０℃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１０λ〜数μ−の少なくとも
一方を含む硬質炭素膜が堆積する。硬質炭素膜の諸特性
を表−ｌ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−■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　ｙ　）１／２＝Ｂ（ｈ　ｖ　−Ｅｇｏｐｔ）
の関係より決定する。

膜中水素量（ＣＨ）　：赤外吸収スペクトルから２９０
０（）−１付近のピークを積分し。

吸収断面ＭＡをかけて求める。

ＣＭ：Ａ−ｆα（ｖ）／ｖ−ｄｖ Ｓ　Ｐ’／Ｓ　Ｐ”比：赤外吸収Ｘ／＜’）ト）Ｌｉを
、ｓｐ”、ＳＰ２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）：マイクロビッヵース計による。

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＠収法及びラマン
分光法による分析の結果、夫々、第４図及び第５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結合との比率は、
ＩＲスペクトルをピーク分離することで概ね推定できる
。　ＩＲスペクトルには、２８００〜３１５０＞−”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６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
３／　ＳＰ”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１０λ〜数μ−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〜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，。

ＡＱｚＯ，、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（Ｈ１動条件の関係からＬＣＤとＨＩＭ素子との
容量比はＣＬｃＤ：　ＣＮＩＮ＝１０：１程度必要であ
る）。

であるため、！Ｉ誘電率小さければＡｌｌ！Ｉｉ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ＬＣＤ＠動が可能となり、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Ｖ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■
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、■）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「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　（ＯＣｚ　Ｉｓ　）３、Ｂ、Ｈ，、Ｒｃｌ、、Ｂ
Ｂｒｌ、ＢＦ、　。

ＡＱ　（０−ｉ−Ｃ，Ｈ７）ａ、（ＣＨ３）３ＡＱ、（
ＣｚＨｓ）ａＡｆｌ−（１−Ｃ４ＨＪｉＡｌ−ＡＱＣＱ
、、Ｇａ（０−ｉ−ＣＪｖ）ｚ−（ＣＨｚ）３Ｇａ、（
Ｃａｌ（ｓ）ａＧａ、ＧａＣＱ、、ＧａＢｒ３、（０−
ｉ−Ｃ，Ｈ，）、、　Ｉｎ、　（ＣＪ、）、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５ｉ
）１．、　Ｓｉ、Ｈい５ｉ３Ｈ，、（Ｃ２）１．）、Ｓ
ｉＨ，ＳｉＦ４、ＳｉＨ，ＣＱ、、５ｉ（ＯＣＨ□）い
Ｓｔ　（ＱＣ，Ｈ，）いＳｔ　（ＱＣ３）１？　）４、
ＧｅＣＱｌ、ＧｅＨ４，Ｇａ（ＱＣ，Ｈ，）、、　Ｇｅ
（Ｃ２Ｈ，）、、　（ＣＨ，）４Ｓｎ、（Ｃ２Ｈｓ）４
Ｓｎ、　５ｎｃａ４等がある。

周期律表第■族元素を含む化合物としては１例えば、　
ＰＨ，、ＰＦ、、ＰＦいＰＣＱ、　Ｆ、、ＰＣＱ、Ｆ、
ＰＣも、ＰＢｒ、、ＰＯ（ＯＣＨａ）ａ、Ｐ（ＣｚＨｓ
）ａ、ＰＯ（４，、ＡｓＨ３，ＡｓＣＱ、、ＡｓＢｒ、
、　ＡｓＦ、、＾ｓＦ、、　ＡｓＣＱ３、ＳｂＨ，、Ｓ
ｂＦ、、５ｂＣＱ３゜５ｂ（ｏｃ、ｏ、）、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−Ｃ，Ｈ，、Ｎａ０−ｉ−Ｃ，Ｈ，、ＫＯ−ｉ−Ｃ
，ＩＩ、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　（ｏｃ、　Ｈｓ　）ａ　−Ｋｇ　Ｃ０Ｃｘ　＋ｌ５
）ｓ、（ＣＪｓ）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
、（ｃｏ、）（ｃｕｔ）ｍｓ（ｃｌ、ｃｕｉ、ＣＨ，＝
Ｃ１（ＣＩｌ、　ＳＣＨ□Ｃ）１＝ｃＨ，、ＣＪｓＳＣ
Ｊｓ、　ＣＪｓＳＣＨ：＋、チオフェン、　Ｈ，Ｓｅ、
（ＣＪｓ）ｚｓｅ、　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。

実際に、本発明のうち例えばアクティブ−マトリクス方
式の液晶表示装置をつくるには、まず透明基板ｌの表裏
両面に硬質炭素膜２，２を堆積させ、このものの一方の
面に共通電極用の透明導体たとえばＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａ
Ｑ、ＺｎＯ：Ｓｉ、　ＳｎＯ，、Ｉｎ、Ｏａ等をスパッ
タリング、蒸着等の方法で数百人から数μ厚に堆積させ
、ストライブ状にバターニングして共通電極４とする。

この共通電極４を設けた透明基板ｌと先にＨＩＭ素子を
マトリックス状に設けた透明基板（表裏両面に硬質炭素
膜を形威したもの）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る（第１図）。

〔実施例〕

次に実施例を示すが１本発明はこれらに限定されるもの
ではない。

実施例Ｉ ＰＥＴ基板両面に硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法で約２
００ＯＡ厚に堆積させた。

この時、成膜条件は、 圧　　　力　：　０．０５　Ｔｏｒｒ ＣＨ４流量：　５５ＣＣＭ ＲＦパワー　：　１１ｔ／ｄ 温　　度：室温 とした。

次に、エレクトロンビーム（［！、Ｂ、）蒸着法により
。

ＩＴＯを約１００ＯＡ厚に堆積後、ストライブ状にパタ
ーニングして共通画素電極を形成した。引続き、この上
に配向膜としてポリイミド膜を形威し、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た対向させ、約
５μ径のギャップ材を介して貼り合せ、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。

実施例２ 透明基板にはＰＥＳ基板を用い、この基板両面にプラズ
マＣＶＤ法を約１００ＯＡ厚に硬質炭素膜を堆積する０
次に、ＩＴＯを約８００入庫にマグネトロンスパッタ法
を用い堆積させた８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Ｍ素子を
以下の様に設けた。

まず基板の画素電極上にＡｌｌを蒸着法により約１００
ＯＡ厚に堆積後、パターン化して下部電極を形成した。

その上に絶縁膜として硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法に
より約９００入庫に堆積後、ドライエツチングによりパ
ターン化した。

更に、各硬質炭素絶縁層上にＮｉを蒸着法により約１０
０ＯＡ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基板両面に
硬質炭素膜を約１００ＯＡ厚に堆積後、　ＩＴＯをスパ
ッタリング法により約１００ＯＡ厚に堆積し、ストライ
ブ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般
けた。

両基板の上に配向膜としてポリイミド膜を形威し、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カラー
液晶表示装置を作った。

この時、ＮＩＮ素子に用いた硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　力　：　０．０３５　ＴｏｒｒＣＨ，流量：　
１０　ＳＣＣＭ ＲＦパ’７−　　：　０．２　Ｖ／ｅｓｉ温　　度：室
温 であった。

また、基板上に堆積させた硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　力　：　０．０７　Ｔｏｒｒ ＣＨ，流量：　５　ＳＣＣＭ ＲＦパ’７−：　０．５　Ｖ／ｃｄ 温　　　度＝１００℃ であった・ 実施例３ 透明基板にはパイレックス基板を用い、この基板両面に
硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法で約３０００入厚に堆積
させた１次に画素電極としてＩＴＯを約１０００入厚に
Ｅ、Ｂ、蒸着により堆積させた後、ノくターニングを行
なった０次に下部電極としてＡ２を蒸着法により約１５
００厚に堆積させた後、パターニングした。

次に、硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法で約８００人堆積
させた後、ドライエッチによりパターン化した。

更に上部電極としてＮｉ＆ｆ！、Ｂ、蒸着法により約１
５００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両
面に硬質炭素膜を約３０００人堆積させた後、ＩＴＯを
スパッタリング法により約１０００入厚に堆積後、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。

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第１図
に示したような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　　　力　：　Ｏ，Ｑ２　Ｔｏｒｒ ＣＨ４流量：　２０５ＣＣＭ ＲＦパワー　　：０．８１１／ｄ 温　　　度＝１００℃ であった。

また、基板上に堆積させた硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　力 ＣＨ９流量 ＲＦパワー 温　　　度 であった。

実施例４ ：　０．Ｉ　　Ｔｏｒｒ ：　２５　　ＳＣＣＭ ：　Ｉ　　Ｖ／ｄ ：　１５０℃ 一方の透明基板としてパイレックスガラス基板上に次の
ようにしてＭＩＭ素子を設けた。まず硬質炭素膜をプラ
ズマＣＶＤ法で約１０００入厚にパイレックス基板の両
面に堆積した。

次に、　Ｃｒをスパッタリング法により約１０００入厚
に堆積後、パターン化して下部共通電極を形成した。そ
の上にＳｉＨ，及びＮＨ，からＰ−ＣＶＤ法により約１
００厚の５ｉＮｘｌｌ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Ｃｒを約２０００入厚に蒸
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ＭＩＭ素子上にＩＴＯをスパッタリング法で約１０
０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、この両面に硬
質炭素膜を約１０００入厚に堆積した。

次に、ＩＴＯをスパッタリング法で約１００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。

更に、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。

実施例５ 透明基板にはＰＥＴ基板を用いこの基板両面にプラズマ
ＣＶＤ法により、約１５００入厚に硬質炭素膜を堆積し
た０次に、ＩＴＩＥ、Ｂ、蒸着により約１０００入厚に
堆積させた１次に、パターン化して画素電極を形成した
０次に、能動素子として硬質炭素膜を使用したＨＩＭ素
子を以下のように設けた。

まず基板の画素電極上にＡｎを蒸着法により約１００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
１２００入厚に堆積後、ドライエツチングによりパター
ニングした。更に、上部電極としてＮｉを蒸着法により
約１５００入厚に堆積後パターニングした。

他方の透明基板をＮＥＴとし、基板両面に硬質炭素膜を
約ｔｓｏｏ入厚に堆積後、ＩＴＯをｆ！、Ｂ、蒸着法に
より約１０００入厚に堆積し、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。

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、　ＭＩＭ素子に用いた硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　力　：　０．０３５　ＴｏｒｒＣＨ，流量：　
５　ＳＣＣＭ ＲＦパワー　：　０．１５　Ｖ／ａＪ 温　　度：室温 であった・ また、基板上に堆積させた硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　力 Ｃ１，流量 ＲＦパワー 温　　　度 であった。

〔発明の効果〕

：　０．Ｉ　　Ｔｏｒｒ ：　８　　ＳＣＣＭ ：　０．３　１／ｃｓｆ ：　８０℃ 本発明に係る液晶表示装置によれば下記のような効果が
もたらされる。

１）透明基板の表裏両面に硬質炭素膜をコーティングす
ることによりガラス基板に含まれるＮａ、Ｏ。

Ｋ、　Ｏ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＦｅＯ、ＭｎＯ、
ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等のアルカリ性酸化物が基板表
面に溶出させたり、液晶物質を劣化させたり、能動素子
の素子特性の劣化させたりすることの防止が可能となる
。さらに、硬質炭素膜を透明基板の表裏両面にコーティ
ングした為に各工程における作業によるキズの発生を防
止でき表示品質が良く長期安定性に富んだ液晶表示装置
が可能となる。

２）プラスチック基板両面に硬質炭素をコーティングす
ることにより、吸湿性１通気性のあるプラスチック基板
においても、基板からの不純物の拡散や気泡の発生を防
止でき、かつ、基板両面に硬質炭素膜がコートされてい
る為、基板の反り、剥がれも防止することができる。

３）基板表面に硬質炭素膜をコーティングしかつＨＩＮ
素子の絶縁層に硬質炭素膜を使用すれば、素子の機械的
強度が向上し、長期安定性及び歩留りが向上する。

さらに、基板がプラスチックの場合いままで基板温度が
高い為能動素子の作製が困難であったが、硬質炭素膜を
用いたＨＩＭ素子を用いることによりプラスチック基板
においてもアクティブマトリックス表示が可能となり表
示品質が良く高密度液晶表示装置の作製が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＨＩＭ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図は液晶表示装置の一部切欠斜視図である。 第３図は本発明におけるＨＩＭ素子の電流−電圧特性図
である。 第４図、第５図及び第６Ｗｉ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。 ｌ・・・透明基板　　２．２′・・・硬質炭素膜３・・
・液晶　　　　４・・・画素電極５・・・能動素子　　
６・・・共通電極（パスライン）７・・・下部電極（下
地電極）　　８・・・配向膜９・・・ギャップ材

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た液晶表示
   装置において、前記透明基板は表裏両面が硬質炭素膜で
   被覆されたものであることを特徴とする液晶表示装置。