JPH051443B2 - - Google Patents
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- JPH051443B2 JPH051443B2 JP58147104A JP14710483A JPH051443B2 JP H051443 B2 JPH051443 B2 JP H051443B2 JP 58147104 A JP58147104 A JP 58147104A JP 14710483 A JP14710483 A JP 14710483A JP H051443 B2 JPH051443 B2 JP H051443B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液晶を用いた液晶表示装置に関する。
さらに詳しくは液晶表示装置に非線型素子を組み
合わせ表示特性を改良したマトリツクス型液晶表
示装置に関する。近年、液晶表示装置の応用が進
み、その消費電力の少ないことあるいは表示部が
薄型化出来るなどの利点を生かして腕時計、電卓
などの他に小型電子機器用の表示装置として大量
に用いられるようになつた。この液晶表示装置の
応用分野をさらに拡げるためには表示容量の増大
が必要であるが従来のTN型液晶表示装置では電
圧−コントラスト特性の立上りがあまり急峻でな
いため、マルチプレツクスの桁数を増すと非選択
点および半選択点と選択点とに印加される実効電
圧に差が少なくなつてクロストークを生じるせい
ぜい60桁ぐらいの多桁駆動が限界であつた。この
ような欠点を避けるための一方法として非線形素
子あるいはスイツチング素子を液晶表示装置に組
み合わせたマトリツクス型の装置が考えられたア
モルフアスシリコンやポリシリコンあるいは化合
物、半導体などを用いたTFTやダイオード、酸
化亜鉛など用いたバリスタを用いるなど種々の検
討がなされてきた。このような非線型素子の中で
も金属−絶縁体−金属（Metal−Insulator−
Metal略してMIM）構造を有する非線型素子
（以下MIM素子と呼ぶ）は素子構成が簡単である
ため、他の非線型素子にくらべ製造工程が短かく
素子設計も容易であるといつた利点を有してい
る。このMIM素子はトンネル効果、シヨツトキ
効果あるいはプール・フレンケル効果などによつ
て電流が流れると考えられ第１図に示すように非
線型な電圧−電流特性を示す。絶縁体としては、
Al，Ta，Nb，Ti，Si，Mo，等の酸化物、ある
いは窒素をドープした前記金属の酸化物、カルコ
ゲナイドガラス等に無機材料さらにポリイミド樹
脂等の有機材料も使用することができる。前記絶
縁膜を金属でサンドイツチすればMIM構造にな
り、この金属としては前記金属及びNi，Cr，
Au，あるいはそれらの合金等を用いることがで
きる。MIM素子に電圧を印加した場合、絶縁膜
の厚さによつて伝導機構が異なり50〜100Åでは
トンネル効果、100〜1000Åではシヨツトキ効果
及びプール・フレンケル効果が優位を占めると言
われている。
さらに詳しくは液晶表示装置に非線型素子を組み
合わせ表示特性を改良したマトリツクス型液晶表
示装置に関する。近年、液晶表示装置の応用が進
み、その消費電力の少ないことあるいは表示部が
薄型化出来るなどの利点を生かして腕時計、電卓
などの他に小型電子機器用の表示装置として大量
に用いられるようになつた。この液晶表示装置の
応用分野をさらに拡げるためには表示容量の増大
が必要であるが従来のTN型液晶表示装置では電
圧−コントラスト特性の立上りがあまり急峻でな
いため、マルチプレツクスの桁数を増すと非選択
点および半選択点と選択点とに印加される実効電
圧に差が少なくなつてクロストークを生じるせい
ぜい60桁ぐらいの多桁駆動が限界であつた。この
ような欠点を避けるための一方法として非線形素
子あるいはスイツチング素子を液晶表示装置に組
み合わせたマトリツクス型の装置が考えられたア
モルフアスシリコンやポリシリコンあるいは化合
物、半導体などを用いたTFTやダイオード、酸
化亜鉛など用いたバリスタを用いるなど種々の検
討がなされてきた。このような非線型素子の中で
も金属−絶縁体−金属（Metal−Insulator−
Metal略してMIM）構造を有する非線型素子
（以下MIM素子と呼ぶ）は素子構成が簡単である
ため、他の非線型素子にくらべ製造工程が短かく
素子設計も容易であるといつた利点を有してい
る。このMIM素子はトンネル効果、シヨツトキ
効果あるいはプール・フレンケル効果などによつ
て電流が流れると考えられ第１図に示すように非
線型な電圧−電流特性を示す。絶縁体としては、
Al，Ta，Nb，Ti，Si，Mo，等の酸化物、ある
いは窒素をドープした前記金属の酸化物、カルコ
ゲナイドガラス等に無機材料さらにポリイミド樹
脂等の有機材料も使用することができる。前記絶
縁膜を金属でサンドイツチすればMIM構造にな
り、この金属としては前記金属及びNi，Cr，
Au，あるいはそれらの合金等を用いることがで
きる。MIM素子に電圧を印加した場合、絶縁膜
の厚さによつて伝導機構が異なり50〜100Åでは
トンネル効果、100〜1000Åではシヨツトキ効果
及びプール・フレンケル効果が優位を占めると言
われている。
本発明の目的である液晶表示装置とMIM素子
の組み合わせでは液晶の駆動方法との兼ね合いか
らプール・フレンケル効果を示す領域を利用する
のが望ましいと思われ、その領域では電圧−電流
特性はプール・フレンケル式 Ｉ＝KVe×Ｐ（β√） ……(1) (1)式中Ｉは電流、Ｖは印加電圧、Ｋ，βはそれ
ぞれ電流の流れ易さと非線型性を表わす比例定数
を示す、で表わされる。
の組み合わせでは液晶の駆動方法との兼ね合いか
らプール・フレンケル効果を示す領域を利用する
のが望ましいと思われ、その領域では電圧−電流
特性はプール・フレンケル式 Ｉ＝KVe×Ｐ（β√） ……(1) (1)式中Ｉは電流、Ｖは印加電圧、Ｋ，βはそれ
ぞれ電流の流れ易さと非線型性を表わす比例定数
を示す、で表わされる。
このMIM素子を組込んだ液晶表示装置を、通
常のマトリツクス型液晶表示装置の駆動に用いら
れている電圧平均化法で駆動すると、MIM素子
の非線型性によつて実際に液晶に印加される
ON／OFF実効値比が、電圧平均化法自体の
ON／OFF実効値比より大きくなり、より多桁の
マトリツクス駆動が可能となる。MIM素子を液
晶表示装置と組み合わせた場合、一画素分の等価
回路は第２図に示すように容量分CMIMと非線型抵
抗分RMIMとが並列になつたMIM素子１と、容量
CLOと抵抗分RLOとが並列になつた液晶部分２が直
列に接続されていると考えることができる。そし
てこの両端に電圧を印加するわけであるが実際に
液晶部分２に印加される実効電圧はMIM素子１
の時定数、液晶部分２の時定数及びMIM素子１
の容量分CMIMと液晶部分２の容量分CLOとの比
CLO／CMIMとの組み合わせで定まり、液晶部分２
の時定数及びCLO／CMIMの値が大きく、MIM素子
１の時定数が適当な値の時実効電圧は最も大きく
なる。勿論、MIM素子１の非線型性が大きい程
マトリツクス駆動の桁数は多くとれるようにな
る。
常のマトリツクス型液晶表示装置の駆動に用いら
れている電圧平均化法で駆動すると、MIM素子
の非線型性によつて実際に液晶に印加される
ON／OFF実効値比が、電圧平均化法自体の
ON／OFF実効値比より大きくなり、より多桁の
マトリツクス駆動が可能となる。MIM素子を液
晶表示装置と組み合わせた場合、一画素分の等価
回路は第２図に示すように容量分CMIMと非線型抵
抗分RMIMとが並列になつたMIM素子１と、容量
CLOと抵抗分RLOとが並列になつた液晶部分２が直
列に接続されていると考えることができる。そし
てこの両端に電圧を印加するわけであるが実際に
液晶部分２に印加される実効電圧はMIM素子１
の時定数、液晶部分２の時定数及びMIM素子１
の容量分CMIMと液晶部分２の容量分CLOとの比
CLO／CMIMとの組み合わせで定まり、液晶部分２
の時定数及びCLO／CMIMの値が大きく、MIM素子
１の時定数が適当な値の時実効電圧は最も大きく
なる。勿論、MIM素子１の非線型性が大きい程
マトリツクス駆動の桁数は多くとれるようにな
る。
ここで従来のMIM素子の構造を説明すると、
例えば第３図及び第４図に示すように、ガラス基
板３を酸化膜４で被覆しエツチストツプとした後
金属薄膜５を形成、所望の形状に金属薄膜５をパ
ターニングした後表面に絶縁体薄膜６を形成す
る。さらに金属薄膜をつけてパターニングし
MIM素子の対向電極７とする。この時MIM素子
の面積は金属電極５と対向電極７が互いに重なり
合う部分の面積となる。液晶表示装置とするには
次に透明導電極により画素電極８を形成し、表面
に液晶配向層を形成して一定の間隙を保たせた対
向基板でセルとなし、その間隙に液晶封入し偏光
板を貼り付けてTN液晶表示をするもので、
MIM素子を用いての本目的である中間調表示を
行うにはONの実効電圧の最小値を液晶の飽和電
圧よりも大きく、OFFの実効電圧の最大値を液
晶のしきい値電圧より小さく取らなければならな
い。当然ながら非線型素子の特性も厳しく要求さ
れることになるしまた、中間的な実効電圧で中間
表示する場合には他画素のMIM素子のバラツキ
対画素面積による影響はより受けやすく、不安定
で中間調表示がムラになる。
例えば第３図及び第４図に示すように、ガラス基
板３を酸化膜４で被覆しエツチストツプとした後
金属薄膜５を形成、所望の形状に金属薄膜５をパ
ターニングした後表面に絶縁体薄膜６を形成す
る。さらに金属薄膜をつけてパターニングし
MIM素子の対向電極７とする。この時MIM素子
の面積は金属電極５と対向電極７が互いに重なり
合う部分の面積となる。液晶表示装置とするには
次に透明導電極により画素電極８を形成し、表面
に液晶配向層を形成して一定の間隙を保たせた対
向基板でセルとなし、その間隙に液晶封入し偏光
板を貼り付けてTN液晶表示をするもので、
MIM素子を用いての本目的である中間調表示を
行うにはONの実効電圧の最小値を液晶の飽和電
圧よりも大きく、OFFの実効電圧の最大値を液
晶のしきい値電圧より小さく取らなければならな
い。当然ながら非線型素子の特性も厳しく要求さ
れることになるしまた、中間的な実効電圧で中間
表示する場合には他画素のMIM素子のバラツキ
対画素面積による影響はより受けやすく、不安定
で中間調表示がムラになる。
本発明は、かかる欠点を解消するもので各
MIM素子の面積を等しく作ると同じに、微小面
積のMIM素子を得ることにより安定した中間調
表示を可能ならしめ、テレビ画像表示を行うもの
である。以下実施例によつて本発明を説明する。
MIM素子の面積を等しく作ると同じに、微小面
積のMIM素子を得ることにより安定した中間調
表示を可能ならしめ、テレビ画像表示を行うもの
である。以下実施例によつて本発明を説明する。
実施例
第５図及び第６図を用いて説明する、第５図、
第６図はそれぞれ本発明について示した断面図及
び平面図である。ガラス等の透明基板９上にスパ
ツタ蒸着によりTa膜１０を形成し（ａ）、フオト
エツチング法により選択的にTaをCF4にO2ガス
を５〜50％混合によりプラズマエツチでゆるやか
なテーパエツチで所定の形状にTaをパターニン
グする１２（ｂ）。この時配線（データ線）１１
とMIM素子の一方の電極１２は同時に形成され
る。次に0.01Wt％クエン酸水溶液中で陽極酸化
することによりTa電極１２の表面にTa酸化膜１
３を形成する。この時同時にTa配線１１の一部
も陽極酸化される（ｃ）。次にNicr／Au又はcr膜
１４を熱蒸着等により全体に形成（ｄ）、これを
Ta酸化膜１３の上をCr／Au膜で等分に割つた形
状にフオトエツチングする（ｅ）。このときTa電
極１１上のCr膜を除去する。これによりTa膜厚
を利用したMIM素子１６が形成される。この後
透明電極１７を所定の形状で形成してMIM基板
が出来る（ｆ）、以下第１０図に示すごとく通常
の液晶表示装置と同様MIM基板９表面にポリイ
ミド樹脂を塗布、焼成し綿布でラビングすること
によつて液晶配向処理を施す。別にストライブ状
の透明電極１９を形成し、ポリイミド樹脂とラビ
ングによつて液晶配向処理を施したパイレツクス
ガラス対向基板１９を用意し、５〜20μｍの間隙
を保つて接着し液晶２０を封入する。この時液晶
分子が上下の基板９，１８間で約90度ねじられる
様ラビングしておく。この液晶セルの外側に偏光
軸を液晶の配向状態に合わせて偏光板２１，２２
を配置しTN型液晶表示装置とする。
第６図はそれぞれ本発明について示した断面図及
び平面図である。ガラス等の透明基板９上にスパ
ツタ蒸着によりTa膜１０を形成し（ａ）、フオト
エツチング法により選択的にTaをCF4にO2ガス
を５〜50％混合によりプラズマエツチでゆるやか
なテーパエツチで所定の形状にTaをパターニン
グする１２（ｂ）。この時配線（データ線）１１
とMIM素子の一方の電極１２は同時に形成され
る。次に0.01Wt％クエン酸水溶液中で陽極酸化
することによりTa電極１２の表面にTa酸化膜１
３を形成する。この時同時にTa配線１１の一部
も陽極酸化される（ｃ）。次にNicr／Au又はcr膜
１４を熱蒸着等により全体に形成（ｄ）、これを
Ta酸化膜１３の上をCr／Au膜で等分に割つた形
状にフオトエツチングする（ｅ）。このときTa電
極１１上のCr膜を除去する。これによりTa膜厚
を利用したMIM素子１６が形成される。この後
透明電極１７を所定の形状で形成してMIM基板
が出来る（ｆ）、以下第１０図に示すごとく通常
の液晶表示装置と同様MIM基板９表面にポリイ
ミド樹脂を塗布、焼成し綿布でラビングすること
によつて液晶配向処理を施す。別にストライブ状
の透明電極１９を形成し、ポリイミド樹脂とラビ
ングによつて液晶配向処理を施したパイレツクス
ガラス対向基板１９を用意し、５〜20μｍの間隙
を保つて接着し液晶２０を封入する。この時液晶
分子が上下の基板９，１８間で約90度ねじられる
様ラビングしておく。この液晶セルの外側に偏光
軸を液晶の配向状態に合わせて偏光板２１，２２
を配置しTN型液晶表示装置とする。
以上説明した様に本発明によれば第７図、第８
図に示すようにフオトリソグラフ工程でパターン
ズレがおきてもMIM素子の面積は右によるか左
に寄るかで各MIM素子の面積は同じであり、
MIM素子のサイドのテーパ状の所で電気的結合
をとるのでなく、MIM素子部１６で電気的結合
をとるものでフオトリソグラフイ工程でパターン
ズレ１〜4μが生じても第７図、第８図に示すご
とく左右どちらかに、かたよつただけでMIM素
子面積は変わらない。又Taエツチング工程では
CF4ガスO2ガスを５〜50％の混合ガス中でプラズ
マエツチングするが、テーパエツチング部が同じ
形状のMIM素子を得ることはむずかしい。第９
図のようにテーパエツチング部が変形エツチング
されてもMIM素子１６でおもに電気結合を取る
ために、安定したバラツキの少ない微小面積の
MIM素子を得ることができ、同一信号電極上の
他画素に影響することなく安定した中間調表示が
できテレビの画像表示が可能となつた。
図に示すようにフオトリソグラフ工程でパターン
ズレがおきてもMIM素子の面積は右によるか左
に寄るかで各MIM素子の面積は同じであり、
MIM素子のサイドのテーパ状の所で電気的結合
をとるのでなく、MIM素子部１６で電気的結合
をとるものでフオトリソグラフイ工程でパターン
ズレ１〜4μが生じても第７図、第８図に示すご
とく左右どちらかに、かたよつただけでMIM素
子面積は変わらない。又Taエツチング工程では
CF4ガスO2ガスを５〜50％の混合ガス中でプラズ
マエツチングするが、テーパエツチング部が同じ
形状のMIM素子を得ることはむずかしい。第９
図のようにテーパエツチング部が変形エツチング
されてもMIM素子１６でおもに電気結合を取る
ために、安定したバラツキの少ない微小面積の
MIM素子を得ることができ、同一信号電極上の
他画素に影響することなく安定した中間調表示が
できテレビの画像表示が可能となつた。
以上の如く、本発明の液晶表示装置は、一対の
基板間に液晶が挟持され、該一対の基板の一方の
基板上には複数の画素電極、第１金属−絶縁体−
第２金属構造からなる複数の非線形素子が形成さ
れてなり、該画素電極は非線形素子の第２金属と
電気的に接続されてなる液晶表示装置において、
該非線形素子の第２金属は、該第１金属と該絶縁
体の重なる部分で該絶縁体上に２つに分割されて
形成されてなり、該分割された該第２金属の一方
は、該第１金属と該絶縁体と該一方の第２金属と
からなる第１の非線形素子を構成し、他方の該第
２金属は、該第１金属と該絶縁体と該他方の第２
金属とからなる第２の非線形素子を構成し、該２
つの非線形素子の第２金属のそれぞれが該画素電
極と接続されてなるようにしたから、非線形素子
の形状を精度良く、しかもバラツキがない微小面
積の非線形素子を形成することができ、非線形素
子の容量が小さくなることにより、信号が非線形
素子で消費されるロス分が少なくなり、コントラ
ストの優れた液晶表示装置の提供を可能にしたも
のである。
基板間に液晶が挟持され、該一対の基板の一方の
基板上には複数の画素電極、第１金属−絶縁体−
第２金属構造からなる複数の非線形素子が形成さ
れてなり、該画素電極は非線形素子の第２金属と
電気的に接続されてなる液晶表示装置において、
該非線形素子の第２金属は、該第１金属と該絶縁
体の重なる部分で該絶縁体上に２つに分割されて
形成されてなり、該分割された該第２金属の一方
は、該第１金属と該絶縁体と該一方の第２金属と
からなる第１の非線形素子を構成し、他方の該第
２金属は、該第１金属と該絶縁体と該他方の第２
金属とからなる第２の非線形素子を構成し、該２
つの非線形素子の第２金属のそれぞれが該画素電
極と接続されてなるようにしたから、非線形素子
の形状を精度良く、しかもバラツキがない微小面
積の非線形素子を形成することができ、非線形素
子の容量が小さくなることにより、信号が非線形
素子で消費されるロス分が少なくなり、コントラ
ストの優れた液晶表示装置の提供を可能にしたも
のである。
第１図はMIM素子の非線型特性を示す。第２
図はMIM素子と液晶を組み合わせた場合の等価
回路を示す。第３図は従来のMIM素子の断面及
び見取図。第４図は同じく従来のMIM素子と一
画素の配置を示す平面図である。第５図ａ〜ｆ、
第６図ａ〜ｆは本発明によるMIM素子を示す断
面図及び平面図である。第７図は本発明による
MIM素子の製作例で右側にパターンズレをおこ
したところの図でａは断面図、ｂは平面図であ
る。第８図は本発明によるMIM素子の製作例で
左側にパターンズレをおこしたところの図でａは
断面図、ｂは平面図である。第９図は本発明によ
るMIM素子の製作例でサイドエツチングの変形
パターンとなつた図でａは断面図、ｂは平面図で
ある。第１０図は本発明実施例による液晶表示装
置の断面図である。
図はMIM素子と液晶を組み合わせた場合の等価
回路を示す。第３図は従来のMIM素子の断面及
び見取図。第４図は同じく従来のMIM素子と一
画素の配置を示す平面図である。第５図ａ〜ｆ、
第６図ａ〜ｆは本発明によるMIM素子を示す断
面図及び平面図である。第７図は本発明による
MIM素子の製作例で右側にパターンズレをおこ
したところの図でａは断面図、ｂは平面図であ
る。第８図は本発明によるMIM素子の製作例で
左側にパターンズレをおこしたところの図でａは
断面図、ｂは平面図である。第９図は本発明によ
るMIM素子の製作例でサイドエツチングの変形
パターンとなつた図でａは断面図、ｂは平面図で
ある。第１０図は本発明実施例による液晶表示装
置の断面図である。
Claims (1)
- １ 一対の基板間に液晶が挟持され、該一対の基
板の一方の基板上には複数の画素電極、第１金属
−絶縁体−第２金属構造からなる複数の非線形素
子が形成されてなり、該画素電極は非線形素子の
第２金属と電気的に接続されてなる液晶表示装置
において、該非線形素子の第２金属は、該第１金
属と該絶縁体の重なる部分で該絶縁体上に２つに
分割されて形成されてなり、該分割された該第２
金属の一方は、該第１金属と該絶縁体と該一方の
第２金属とからなる第１の非線形素子を構成し、
他方の該第２金属は、該第１金属と該絶縁体と該
他方の第２金属とからなる第２の非線形素子を構
成し、該２つの非線形素子の第２金属のそれぞれ
が該画素電極と接続されてなることを特徴とする
液晶表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58147104A JPS6037523A (ja) | 1983-08-11 | 1983-08-11 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58147104A JPS6037523A (ja) | 1983-08-11 | 1983-08-11 | 液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6037523A JPS6037523A (ja) | 1985-02-26 |
| JPH051443B2 true JPH051443B2 (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15422598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58147104A Granted JPS6037523A (ja) | 1983-08-11 | 1983-08-11 | 液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6037523A (ja) |
-
1983
- 1983-08-11 JP JP58147104A patent/JPS6037523A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6037523A (ja) | 1985-02-26 |
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