JPH0431832A - 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〕 本発明は液晶表示素子に関し、詳しくは、ＭＩＭ（Ｍｅ
ｔａＲＩｎｓｕｕａｔｏｒ−Ｍｅｔａ１２）素子をスイ
ッチング素子として用いかつ少なくとも一方の基板の非
表示領域に遮光層が設けられている、ＯＡ機器用、ＴＶ
用等のフラットパネルデイスプレィに好適に使用しうる
アクティブ・マトリクス型液晶表示装置に関する。

〔従来技術〕

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前記ＯＡ端
末や液晶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
とにスイッチを設け、電圧を保持するように工夫されて
いる。

ところで、前記スイッチの一つとして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。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、　ＡＭ、　Ｔｉ等の金属電極を設け、その上
に前記金属の酸化物又は５ｉＯ１，５ｉＮ１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（１／＠ａ膜）に金属酸化物を用いたＭ
ＩＭ素子（特開昭５７−１９６５８９号、同６１−２３
２６８９号、同６２−６２３３３号等の公報に記ａ）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、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１〜■特性やｒ−ｖ特
性の対称性（プラスバイアス時とマイナスバイアス時と
の電流比Ｌ／Ｉや）のバラツキが大きくなるという問題
も生しる。

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／ＭＩＭ素子容量比は一般
に１０以上が必要とされているので、村阿容量は小さい
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５ｉｎ）（や５ｉＮｚを用いたＭＩＸ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う欠点があ
る。また、これらの＃＠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。

これに加え、これまでの液晶表示装置においては、画素
電極以外の領域に肘Ｓ素子等のスイッチング素子やリー
ド電極が設けられており５従って、例えば電極材料に金
属薄膜等の不透明材料を用いたとしても電極間スペース
等が存在する場合が多く、この領域は液晶が動作しない
いわゆる非変調光が透過することになる。この非変調光
は液晶表示装置にとっては常に漏れ光が存在することを
意味し、コントラストを低下させている。

更には、液晶表示装置にあって、ＴＰＴを用いたスイッ
チング素子基板に対向する基板上に遮光層を設ける方法
（特開昭６１−３８９３１号公報）や、非線形素子（主
としてＴＰＴが用いられている）を設けた基板上に画素
電極以外の領域を絶縁性遮光膜で被覆する方法（特開昭
６３−６４０２３号公報）なども知られているが、これ
らの方法によっただけでは９本発明者らが意図している
低コストでかつ画質をそこなわない液晶表示装置は得ら
れていないのが実情である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のごとき従来の不都合を解消するものであ
って、その第１の目的は、比較的低温でしかも簡単な工
程で形成でき、かつ、膜制御性及び機械的強度にすぐれ
た低誘電率の絶縁膜（硬質炭素膜）をスイッチング素子
の主要部に採用した液晶表示装置を提供するものである
。本発明の第２の目的は、漏れ光が存在することなく高
コントラストの表示が得られる液晶表示装置を提供する
ものである。本発明の第３の目的は、低コストで良質の
画像が形成され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２枚の基板間に液晶物質を挾持してなる液晶表
示装置において、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が少なくとも１つの導体−絶縁
体−導体（ＭＩＭ素子素子弁してリード電極に接続され
るとともに、少なくとも一方の基板の表示領域以外の領
域上に遮光層が設けられ、かつ、前記ＭＩＭ素子の絶縁
体が硬質炭素膜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の研究
・検討を数多く行なってきたが、■前記阿ＩＭ素子の絶
縁体として硬質炭素膜を用いることによって、比較的低
温でしかも簡単な工程で、かつ、膜制御性及び機械的強
度にすぐれた低誘電率の絶縁膜（硬質炭素膜）を有する
信頼性の高いスイッチング素子が得られ、及び■少なく
とも一方の基板の表示領域以外の領域上に遮光層を設け
たことによって漏れ光を防ぎ、これら■■の手段を組み
合わせることで高コントラスト表示が得られる液晶表示
装置が低コストで製造しうろことを確めた。

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に従がいながら更に詳細に
説明する。

第１図は本発明に係る液晶表示装置の主要部の一例を示
すもので、一方の基板上の構成を示しており、（ａ）は
その断面図、（ｂ）はその平面図、図中、１は透明基板
、２は画素電極、３は下部電極、４及び６は絶縁膜（絶
縁層）、５は上部電極（リード電極）、７は遮光層を表
わしている。そして、遮光層７は表示領域以外の領域に
設けられており、またＨＩＭ素子は、図面からは判りに
くいが下部電極３に接続されている金属層と、上部電極
５に接続されている金属層と、これら二つの金属層に挾
まれた絶縁膜４とから構成されている。

ここで、下部電極としてはｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ
、Ｗ。

Ｍｏ　、　Ｐｔ　、　Ｎｉ　、　Ａｕ　、　Ａｇ　、　
ＩＴＯ、ＺｎＯ：　ＡＱ、Ｉｎ２Ｏ，、ＳｎＯ□等の導
電体を蒸着、スパッタリング等の方法で数百〜数千人の
厚さで形成したものが使用される。絶縁膜としては、硬
質炭素膜をプラズマＣＶＤ法、イオンビーム法等により
１００〜８０００人、望ましくは２００〜６０００人さ
らに望ましくは３００〜４０００人の厚さで形成したも
のが使用される。さらに、上部電極としてはＡＱ、Ｃｒ
、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｔ
ａ、ＩＴＯ，ＺｎＯ：ＩＱ、Ｉｎ２Ｏ，、ＳｎＯ□等の
導電体を蒸着、スパッタリング等の方法で数百〜数千人
の厚さで形成したものが使用される。しかし、上部電極
は、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の使用が好ましい。

絶縁膜として硬質炭素膜を用いたＭＩ阿素子は電極の種
類を変えても対称性が変化せず、またＱｎＩｃｃ５の関
係からプールフレンヶル型の伝導をしていることが判る
。またこの事がらこの種の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（ｍＶ特性）の劣化及び変化が生じる。こ
れらを考慮すると、前記のとおり、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｇが
良いことがわかった。

本発明のＭＩＭ素子の電流−電圧特性は第７図のように
示され、近似的には以下に示すような伝導式％式％ ■：主電流Ｖ：印加電圧　に：導電係数　β：プールフ
レンヶル係数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　ε□：硬質炭素膜の誘電率ε。：真空誘電率 本発明の液晶表示装置は、また、表示領域以外の領域上
に遮光層７が形成されている。こうした手段が採られた
ことにより、非変調光の透過することがなく、コントラ
ストの高い表示が得られる。

遮光層７としては有機物質（必要により染顔料を含有さ
せる）又は無機物質による不透明体で形成することがで
きる。なお、この遮光層を絶縁性のものとして、第１図
に示した絶縁層６を省略する（第５図）ことができ、ま
た、ＭＩＭ素子の絶縁膜４を不透明性として遮光層７を
兼ねさせる（第６図）こともできる。

従って、本発明における遮光層７としては、（１）ＡＱ
、Ｔａ、　Ｔｉ、　Ｃｒ、　Ｎｉ、　Ｃｕ、　Ａｕ、　
Ａｇ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｐｔ、　Ｓｉ、Ｃ，ＴｉＣ等の
不透明材料をスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法など
で１００−８０００人、好ましくは３００−４０００人
の厚さに成膜したもの、（２）可視域における平均光学
濃度が約１．０以上で絶縁性を有する材料、例えばポリ
イミド、ポリアミド、ポリエステルイミド、ポリアミド
、ポリニスチルアミド、ポリエーテルスルフォン等に黒
色染料（例えばカーボンブラック、アニリンブラックや
その他の有機物黒色染料）を含有せしめたもの又は硬質
炭素膜を塗布法（スピンコード、ロールコート）又はプ
ラズマＣＶＤ法、イオンビーム法の気相合成法で１００
０人〜５１．好ましくは２０００人〜２Ｉ４に成膜した
もの、（３）＃！縁膜としての前述の硬質炭素膜（膜厚
１１００〜８０００人、好ましくは３０００−６０００
人）の兼用が例示して得る。

本発明の液晶表示装置の遮光層は平均光学濃度が０．５
以上、好ましくは１．０以上のものである。

本発明における平均光学濃度の測定は通常の分光透過率
測定装置を用いて行うことができる。

すなわち、波長λの光学濃度Ａλは透過率をＴλとした
とき Ａλ＝Ｑｏｇ（１／Ｔλ） で表わされる。これを可視域（λ”４００ｎｍ〜７００
ｎｍ）で平均したものが平均光学濃度である。

これらの遮光層のうち、阿ＩＭの絶縁膜としての硬質炭
素膜の兼用が工程短縮、歩留り向上等の面で特に望まし
い。この遮光層の特性を以下に説明する。

硬質炭素膜の光学濃度は、長波長側で小さくなる傾向を
示すが、可視域での平均光学濃度の膜厚依存性は第８図
のごとく示される。なお、平均光学濃度は、成膜条件に
よっても変わり、第８図は一例としてＲＦパワー（作製
方法はプラズマＣＶＤ法）をパラメーターにとっている
。（）内は膜の比抵抗である。後述のごとく、硬質炭素
膜の比抵抗は１０’Ω・０１１以上であるから、第８図
より平均光学濃度が０．５以上の範囲は膜厚１１００Å
以上、１．０以上の範囲は３０００Å以上であることが
わかる。

一方、この硬質炭素膜はＭＩＭの絶縁膜としても機能す
るのであるから、駆動条件から膜厚は８０００λ以下、
好ましくは６０００Å以下である。

続いて１本発明における硬質炭素膜について詳しく説明
する。なお、この硬質炭素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非晶質及び微結晶の少なくと
も一方を含むもの（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、ダイヤモンド簿膜とも呼
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Ｍ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
ＭＳＩ素子（Ｍｅｔａｌ−５ｅｍｉ　−Ｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ）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にドー
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。

硬質炭素膜中には、さらに物性制御範囲を広げるために
、構成元素の一つとして少なくとも周期律表第■族元素
を全構成原子に対し５原子ｘ以下、同じく第■族元素を
２０原子％以下、同じく第■族元素を５原子ｚ以下、ア
ルカリ金属元素を５原子２以下、窒素原子を５原子％以
下、酸素原子を５原子％以下、カルコゲン系元素を２０
原子ｚ以下、また、ハロゲン元素を３５原子％以下含有
させてもよい。なお、これら元素の量は元素分析の常法
１例えばオージェ分析によって測定することができる。

これらの元素の量は原料ガスに含まれる他の化合物の量
や成膜条件等で調節可能である。

こうして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１例えばＣＨ
４，Ｃ２ＨいＣ，ＨいＣ，Ｈｌ。等のパラフィン系炭化
水素、Ｃ２Ｈ４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５例えば、アルコール類、ケ
トン類、エーテル類、エステル類、Ｃ０１ＣＯ□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。

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形成させてもよ
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、概ね、次の通りである。

ＲＦ出カニ　０．１−５０１／ａＪ 圧　　　圧：　ｔｏ−３−１０Ｔｏｒｒ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
５０℃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１０人〜数ｐｍ）の少くとも
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−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）：分光性から吸収
係数（α）を求め、 （αｈ　Ｖ　）””＝Ｂ（ｈ　Ｖ　−Ｅｇｏｐｔ）の関
係より決定する。

膜中水素量（ＣＭ）：赤外吸収スペクトルから２９００
ＣＩ−１付近のピークを積分し、吸収 断面積Ａをかけて求める。

ＣＨ＝Ａ−ｆα（す）７ｗ・ｄｗ Ｓ　Ｐ３／Ｓ　Ｐ２比：赤外吸収スペクトルを、ｓｐ”
、ＳＰ２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）：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２図及び第３図に示
すように、炭素原子がＳＰ３の混合軌道とＳＰ”の混合
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。ＳＰ３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、２８００〜３１５０ｃｍ−”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４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７、その比率を求めればＳ
Ｐ’　／ＳＰ”比を知ることができる。

また、Ｘ線及び電子線回折分布によればアモルファス状
態（ａ−Ｃ：Ｈ）あるいは数５０人〜数−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高出力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５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、ＨＩＭ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、膜の比誘電率も２−
６と従来ＨＩＭに使用されていた、Ｔａ２Ｏ，−ＡＱ２
０．．５ｉＮｚ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素子との容量比は
ＣＬｏＤ：ＣＭＩＮ”ｌＯ：１程度必要である）。また
。

素子のＩ−Ｖ特性の急峻性βはβｃｃ　　　　（ｄ＝絶
縁膜ｆ〒１ の膜厚、Ｅ：誘電率）であるので、誘電率Ｅが小さけれ
ば急峻性βは大きくなり、オン電流Ｉｏｎとオフ電流ｌ
０ＦＦ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ＬＣＤｌ１ｕ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
）、高密度しＣＤ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■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、膜の硬質も改善させることも相まっ
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−８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）（以降こ
れを「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５（ｏｃｚＨ５）３、Ｂ□Ｈ，、ＢＣＱ３、ＢＢｒ、
、ＢＦ、、１（０−ｉ−Ｃ２）１．）、、（ＣＨ２）、
ＡＱ、（Ｃ２Ｈ，）、ＡＱ、（ｉ−Ｃ，Ｈ，）、Ａｆ！
、ｉ（、Ｑ、；Ｇａ（０−ｉ−Ｃ２）１．）、、（Ｃ１
３ｃａ、（Ｃ２Ｈ，）、　Ｇａ　、ＧａＣＱ、、ＧａＢ
ｒ、、（０−ｉ−Ｃ，Ｈ，）、　Ｉｎ、（Ｃ２Ｈ，）、
Ｉｎ等がある６周期律表第■族元素を含む化合物として
は、例えば５ｉ２Ｈい（Ｃ２Ｊ）３ＳｉＨ，ＳｉＦ４．
５ｉｔ（２ＣＩＯ２，５ＩＣＱ４．５ｉ（ＱＣ）Ｉｆｆ
）４．５ｉ（ＯＣ２！（５）４、Ｓｉ　（ＯＣｚ　Ｉｌ
ｔ　）４、ＧａＣＱ４．６ａＨ４、Ｇａ　（ＱＣ２ＨＳ
）４、Ｇａ（Ｃ，Ｈ，）４、（Ｃｏ、）、Ｓｎ、　（Ｃ
，Ｌ）４Ｓｎ、５ｎＣＱ、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
３、ＰＦ２．　ＰＦ、、　ＰＣＱ、Ｆ２、ＰＣＱ２Ｆ、
、　ＰＣＱ、、ＰＢｒ３．ＰＯ（ＯＣＨ，）３．Ｐ（Ｃ
２Ｈ，）２、ＰＯＣＱ２、ＡｓＨ，、ＡＳＣＲＩ、Ａｓ
Ｂｒ、、ＡｓＦ２、ＡｓＦ、、ＡｓＣＱ２、ＳｂＨ，、
ＳｂＦ、、５ｂＣＱ、、ｓｂ　（ｏｃ２ＨＳ）３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，Ｈ７、Ｎａ０−ｉ−Ｃ２Ｈ５，ＫＯ−ｉ−Ｃ
２Ｈ５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　（ｏｃ２Ｈｓ　）ｚ　、Ｈｇ　（ＯＣｚ　Ｈｓ　）
ｚ、（ＣｚＨｓ）２Ｍｇ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Ｈ２Ｓ
、（ＣＨ３）（ＣＨ２）４５（Ｃ）１２）４ＣＨ３、Ｃ
Ｈ２＝ＣＨＣＨ２５ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２、Ｃ，Ｈ，５Ｃ
２Ｈ５、ｃ２Ｈ，ＳＣＨ，、チオフェン、Ｈ２Ｓｅ、（
Ｃ２Ｈ，）、Ｓｅ、Ｈ２Ｔｅ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、弗化炭素、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。

液晶駆動用ＭＩＮ素子として好適な硬質炭素膜は、駆動
条件から膜厚が１００〜８０００人、比抵抗が１０ｒ″
〜１０１３Ω・ｃｍの範囲であることが望ましい。

加えて、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、硬質炭素膜の膜厚は２００Å以上である
ことが望ましく、また、画素部と阿ＩＭ素子部の段差（
セルギャプ差）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（７）膜厚４ｉ　２００−
６００ＯＡ、比抵抗ハ５ｘ　１０’−１０”　Ｑ　−ｃ
ｍ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％を超える）、及び、膜
厚の面内分布の均一性（ひ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１０２を超える）ことから、膜厚
３００Å以上であることがより望ましい。

また、膜ストレスによる硬質炭素膜の剥難が起こりにく
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
下であることが一層望ましい。

これらを総合して考慮すると、硬質炭素膜の膜厚は３０
０−４０００人、比抵抗は１０’−１０”Ω”ｃｍであ
ることがさらに好ましい。

〔実施例〕

次に実施例を示すが、本発明はこれらに限定される訳で
はなく、例えばＭＩＭの作製後、最上層に透明画素電極
を設けたもの、透明画素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
もの等積々の変形した構成が可能である。

実施例１ ここでの液晶表示装置は第１図に示したものの例である
。

まずガラス基板１上にＩＴＯをスパッタリングにより、
約５００人の厚さに成膜し、所定のパターンにエツチン
グして画素電極２とする。次に、ＡＱを蒸着法により約
１０００人の厚さに成膜し、所定のパターンにエツチン
グして下部電極３とする。この際、画素電極２の材質が
Ｉｎを含むもの等の場合には次に形成される硬質炭素膜
と反応を起こし導電性が低下するため、それを避けるた
めに下部電極３は画素電極２の全面をカバーするように
バターニングするのが望ましい。次いで、絶縁膜４とし
て硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法によって約１１００人
の厚さに成膜し、続いてＮｉをＥＢ蒸着法により約１０
００人の厚さに成膜し、所定のパターンにエツチングし
て上部電極（リード電極）５とする０次に絶縁層６とし
てＳｉＯ□、Ｓｉ、　Ｎ４．　ＡＲ２０，、硬質炭素膜
、ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリアミ
ド、ＰＶＤＣ，ＰＶ叶、ＰＶＡ、シリコーン樹脂、フロ
ロカーボン等をＣＶＤ法、スパッタリング法、塗布法（
スピンコード、ロールコート、デイツプコート等）で約
１戸の厚さに成膜したのち所定のパターンにパターニン
グする。ここで絶縁層６の材料としてはポリイミド、ポ
リエステル、エポキシ樹脂等の感光性ポリマーが低温（
Ｕｖ照射）で合成でき、しかもパターニングのためのフ
ォトリソエツチング工程が省略できる点で好ましい。遮
光層７として、ＡＱ、　Ｔａ、　Ｔｉ、　Ｃｒ、　Ｎｉ
、　Ｃｕ、　Ａｕ、　Ａｇ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｐｔ。

Ｓｉ、　Ｃ，ＴｉＣ等の不透明体をスパッタリング、蒸
着。

ＣＶＤ法等で約１０００人の厚さに成膜し、所定のパタ
ーンにエツチングする。なお、絶縁層６及び遮光層７は
、連続して成膜したのち、同一マスクパターンでパター
ニングしてもよい。最後に、遮光層７上のレジストを用
いて、絶縁膜４及び下部電極３（画素電極上）をエツチ
ングすれば完成する。

なお、前記の遮光材料を用いた場合の遮光層７として可
視域における平均光学濃度は（）内に記入したとおりで
あった。

Ａｆｉ（３，５）、Ｃｒ（３，０）、Ｎ１（４，０）、
Ａｕ（４，０）、Ａｇ（４，０）、Ｐｔ（４，０）、　
５ｉ（２，０）、Ｃ（２，０）これらの工程において、
絶縁層を介して遮光層を付加しても基本的にＭＩＭ素子
形成に必要なマスク数より多くはならず、それほどコス
トが増大しない。

実施例２ ここでの液晶表示装置は第５図に示したものの例である
。

画素電極２、下部電極３、絶縁層４、上部電極５を実施
例１と同様の方法で形成する。遮光Ｎ７として可視域に
おける平均光学濃度が概ね１．０以上であり、かつ絶縁
性を有する材料、例えばポリイミド、ポリアミドイミド
、ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリエステルアミ
ド、ポリエーテルスルホン等に黒色染料を含有せしめた
もの、あるいは硬質炭素膜等を塗布法（スピンコード、
ロールコート等）あるいはプラズマＣＶＤ法、イオンビ
ーム法等の気相合成法で約１．５−の厚さに成膜したの
ち。

所定のパターンにパターニングする。最後に遮光層７上
にレジストを用いて、絶縁層４及び下部電極３（画素電
極上）をエツチングすれば完成する。

なお、前記の遮光材料を用いた場合の遮光層７として可
視域における平均光学濃度は、例えばポリイミドに黒色
染料を含有せしめたものでは１．５である。

これらの工程において、遮光層７を付加しても阿ＩＮ素
子形成に必要なマスク数より多くはならず、それほどコ
ストが増大しない。前記実施例１の遮光層材料の場合に
は、光学濃度２以上が容易に得られ、遮光性能は極めて
良好であるのに対し、実施例２での材料はすべての波長
域で透過スペクトルが一定とはなり得ないが、少なくと
も可視域で平均光学濃度が１．０以上であれば、非変調
光の遮光目的は充分に達せられる。また、実施例１では
眉間絶縁膜のピンホール、ゴミ、はこり等によるショー
ト発生の可能性は否定しえないが、この実施例２では起
こり得す、より歩留りの高いものとなる。

実施例３ ここでの液晶表示装置は第６図に示したものの例である
。

画素電極２、下部電極３を実施例１と同様の方法で形成
する。絶縁膜４として硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法に
よって形成する。この絶縁層は遮光層としても機能する
ため、その膜厚は約４０００人とされる（可視域におけ
る平均光学濃度：１．２）。

次にＮ１をＥＢ蒸着法により約１０００人の厚さに成膜
し、所定のパターンにエツチングして上部電極（リード
電極）５とする。最後に絶縁膜４を所定のパターン（例
えば第１図（ｂ）の斜線のごときパターン）にエツチン
グし、同一のレジストにて下部電極３（画素電極上）を
エツチングして完成する。

この実施例３によれば、ＭＩＭ素子の絶縁膜が遮光層を
兼ねているので、遮光層の成膜を別に行う必要がなく、
工程が大幅に短縮できる。

〔発明の効果〕

本発明の液晶表示装置は、ＭＩＮ素子の絶縁膜に硬質炭
素膜を用いており、この膜は １）プラズマＣｖＤ法等の気相合成法で作製されるため
、成膜条件によって物性が広範に制御でき、従ってデバ
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１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る。

等の特長を有し、このため、このＭＩＭ素子は特に信頼
性の高い液晶表示用スイッチング素子とじて好適である
。

更に、本発明の液晶表示装置は、表示領域以外の領域に
遮光層が設けられているので、非変調光が透過すること
なく、コントラストの高い表示が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第５図及び第６図は本発明に係る液晶表示装置
の二側の概略図である。第２図、第３図及び第４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７図は本発明に係るＭＩＭ素子の電流−電圧特性を示
すグラフである。 第８図は本発明における硬質炭素膜の厚さと平均光学濃
度（可視域）との関係を表わしたグラフである。 １・・・透明基板　　　　　　　　　２・・・画素電極
３・・・下部電極　　　　　　　　４，６・・・絶縁膜
（絶縁層）５・・・上部電極（リード電極） ７・・・遮光層 第１図 第２図 第３図 第５図 （ｃｍ”ン 第４ 図 第６図 Φ ジ庚 牲ｃｍ” 第７ （ａ） （ｂ） ■−−−−−、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の基板間に液晶物質を挾持してなる表示装置
   において、少なくとも一方の基板上に設けられた複数個
   の画素電極の各々が少なくとも１つの導体−絶縁体−導
   体（ＭＩＭ）素子を介してリード電極に接続されるとと
   もに少なくとも一方の基板の表示領域以外の領域上に遮
   光層が設けられ、かつ、前記ＭＩＭ素子の絶縁体が硬質
   炭素膜であることを特徴とする液晶表示装置。