JPH05196969A - マトリクスアレイ基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、従来と同じピッチで画素面積だけ
を広げ、単画素でのコントラスト比を向上したマトリク
スアレイ基板を提供することを目的とする。 【構成】この発明のマトリクスアレイ基板は、基板１１
上に金属層−絶縁体層−金属層の３層構造をなす複数の
非線形抵抗素子をアレイ状に形成し、各非線形抵抗素子
にそれぞれ画素電極を直列に配置し、更に複数の配線電
極により各行又は各列方向を接続してなり、且つ複数の
配線電極は、隣り合う２つの配線電極１３，２３が絶縁
層１７を介して積層されてなることにより、上記の目的
を達成することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属層−絶縁体層−
金属層の３層構造をなす非線形抵抗素子をスイッチング
素子として設けたマトリクスアレイ基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、時計，電卓等の
比較的簡単なものから、パ−ソナル・コンピュ−タ，ワ
−ド・プロセッサ，更にＯＡ用の端末機器，ＴＶ画像表
示等の大容量表示用途に使用されてきている。

【０００３】この種の液晶表示装置においては、従来、
マトリクス表示のマルチプレックス駆動方式、いわゆる
単純マトリクス方式を用いるのが一般的であった。しか
しながら、この方式は走査線数の増加に伴なって表示部
分と非表示部分のコントラスト比が劣化するため、大規
模なマトリクス表示には不適であるという欠点がある。

【０００４】そこで、この欠点を解決する１つの手段と
して、個々の画素をスイッチング素子により駆動する方
法、いわゆるアクティブマトリクス方式が開発されてい
る。この場合、スイッチング素子としては薄膜トランジ
スタや非線形抵抗素子を用いるが、基本的に２端子で構
造が簡単な非線形抵抗素子は、製造コストの面で有利で
ある。

【０００５】非線形抵抗素子としては種々の方式が開発
されているが、その中で金属層−絶縁体層−金属層（Ｍ
ＩＭ）の３層構造を持つ素子が、現在唯一実用化がなさ
れている。

【０００６】このようなＭＩＭ型の非線形抵抗素子は、
通常、第１金属層，第２金属層，表示画素電極の形成の
３回のフォトリソグラフィ工程により形成される。以下
に、その例を示す。

【０００７】即ち、図１４は従来のマトリクスアレイ基
板における２画素の平面図であり、図１５（ａ）〜
（ｃ）および図１６（ａ）〜（ｄ）は、従来のマトリク
スアレイ基板の製造工程を示す平面図と断面図である。
尚、図１６（ａ）〜（ｄ）は図１５（ａ）のＡ−Ｂ線に
対応している。

【０００８】製造方法的に説明すると、先ず、図１５
（ａ）および図１６（ａ）に示すようにガラス基板１上
に例えばＴａ膜をスパッタリング法により形成した後、
１回目のフォトリソグラフィ工程を用いてパタ−ニング
を行ない、非線形抵抗素子の第１の金属層（下部電極）
２およびこれと一体の配線電極３を形成する。

【０００９】次に、図１６（ｂ）に示すように、陽極酸
化法等を用いて第１の金属層２および配線電極３の表面
に酸化膜を形成し、非線形抵抗素子の絶縁体層４を得
る。更に、全面に例えばＴｉ膜をスパッタリング法によ
り形成した後、図１５（ｂ）および図１６（ｃ）に示す
ように、２回目のフォトリソグラフィ工程を用いてパタ
−ニングを行ない、非線形抵抗素子の第２の金属層（下
部電極）５を形成する。最後に、図１５（ｃ）および図
１６（ｄ）に示すように、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）
を全面に薄膜形成して透明電極を得た後、３回目のフォ
トリソグラフィ工程を用いて画素電極６のパタ−ニング
を行なうことにより、全工程が終了する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一般にTFD(Thin-Film-
Diode)の液晶表示装置において、画素数を大きくする
と、コントラスト比が小さくなるという問題がある。コ
ントラスト比を上げようとすると、構造的には、(1) 光
遮断部の面積を小さくする、(2) 画素部の面積を大きく
する、などという方法が考えられる。

【００１１】しかしながら、従来のマトリクスアレイ基
板では、(1) の場合、光遮蔽に最も影響を及ぼしている
配線電極３を細くしようとすると配線抵抗が大きくな
り、駆動波形の歪みが生じる。その結果、コントラスト
の分布や部分的なムラが生じて好ましくない。又、工程
歩留まり上も、より微細な加工となるために断線の危険
性が増え好ましくない。(2) の方法についても画素の面
積を大きくすることは、画素部と配線電極３、画素と画
素が接触する、即ち表示欠陥を生じる可能性が高くな
り、歩留まり低下を引き起こす。総括的に設計上、工程
歩留まり上、の制約から最大限の寸法になっているのが
普通で、従来の構造では、通常、これ以上コントラスト
比を上げることは困難であった。

【００１２】この発明は、上記問題点を解決するために
なされたもので、２つの配線電極を十分な厚さの絶縁層
を介して積層することにより、画素部面積を大きくとり
コントラスト比の高いマトリクスアレイ基板を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に金
属層−絶縁体層−金属層の３層構造をなす複数の非線形
抵抗素子をアレイ状に形成し、各非線形抵抗素子にそれ
ぞれ画素電極を直列に配置し、更に複数の配線電極によ
り各行又は各列方向を接続したマトリクスアレイ基板に
おいて、上記複数の配線電極は、隣り合う２つの配線電
極が絶縁層を介して積層されてなるマトリクスアレイ基
板である。

【００１４】

【作用】この発明によれば、隣り合う２つの配線電極が
絶縁層を介して積層されているので、空いたスペ−ス分
で画素面積を大きくすることが出来、コントラスト比を
向上させることが可能となる。即ち、従来技術では単画
素でのコントラスト比が４０であるときに、具体的に最
大コントラスト比を比較すると、４．８であるものが、
この発明では５．５へ向上させることが出来る。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
を詳細に説明する。

【００１６】この発明によるマトリクスアレイ基板は図
１に示すように構成され、２画素を表わしている。又、
図２〜図７と図８〜図１３は、いずれもこの発明のマト
リクスアレイ基板の製造工程を示す平面図と断面図であ
る。

【００１７】即ち、製造方法的に述べることにすると、
先ず、図２と図８に示すように、ＳｉＯ₂ のアルカリ防
御被膜を表面部に備えた１．１ｍｍ厚のガラス基板１１
上に、厚さ３０００オングストロ−ムのＴａからなる非
線形抵抗素子の第１の金属層（下部電極）１２およびこ
れと一体の配線電極１３を、スパッタリング法により薄
膜形成する。その後、第１の金属層１２および配線電極
１３上に感光性樹脂のフォトレジスト（図示せず）を全
面塗布し、フォトマスクを用いて露光し現像して、レジ
ストパタ−ンを形成する。

【００１８】次に、１回目のエッチングとして、ケミカ
ルドライエッチング法（ＣＤＥ法）により、薄膜のエッ
チングを行なうが、エッチングはＣＦ₄ とＯ₂ ガス比を
２：３に混合したプラズマ中で行なう。パタ−ン周辺部
（エッジ）にはテ−パ−形状が形成される。この後、フ
ォトレジストは除去する。

【００１９】次に、図３および図９に示すように、ガラ
ス基板１１とパタ−ン形成された第１の金属層１２上
に、フォトレジストを全面塗布する。そして、フォトマ
スクを用いて露光し現像して、レジストパタ−ン１４，
１５を形成する。

【００２０】次に、図４に示すように、レジストパタ−
ン１５，露出したガラス基板１１，配線電極１３，およ
びレジストパタ−ン１４上に、厚さ２０００オングスト
ロ−ムのＴａ₂ Ｏ₅ １６，１７，１８をスパッタリング
法により薄膜形成する。続いて、その上に厚さ３０００
オングストロ−ムのＴａ１９，２０，２１をスパッタリ
ング法により薄膜形成する。

【００２１】ここで、レジストパタ−ン１４，１５の剥
離を行ない、レジストパタ−ン１４，１５の上に形成さ
れているＴａ₂ Ｏ₅ １６，１８、およびＴａ１９，２１
も除去すると、図５および図１０に示すようになる。

【００２２】次に、感光性樹脂のフォトレジスト（図示
せず）を全面塗布し、フォトマスクを用いて露光し現像
して、レジストパタ−ンを形成する。そして、ＣＤＥ法
により薄膜のエッチングを行なうが、ＣＦ₄ とＯ₂ ガス
比を２：３とする。このエッチング後、フォトレジスト
を除去すれば、図６および図１１に示すようになる。こ
の場合、図中のＴａ２０のうちの符号２２が上記とは別
の非線形抵抗素子の第１の金属層（下部電極）となり、
符号２３がこれと一体の配線電極となる。従って、図６
から明らかなように、２つの配線電極１３と配線電極２
３は絶縁層であるＴａ₂ Ｏ₅ １７を介して積層されてい
ることになり、この発明の特徴となっている。つまり、
従来は図１３に示すように、別々になっていた隣り合う
２つの配線電極３，３が、この発明では上記のように積
層されて重なり合っている。

【００２３】次工程として、Ｔａパタ−ン１２，１３，
２２，２３を陽極に、白金板を陰極にして、電解液
（０．１ｗｔ％クエン酸水溶液）中で化成を行なう。こ
の時、化成電圧を４５Ｖとして７００オングストロ−ム
の陽極酸化膜２４を得た。

【００２４】次に、ガラス基板１１全面に、膜厚１５０
０オングストロ−ムのＴｉをスパッタリング法により形
成する。Ｔｉ膜上にフォトレジストを全面塗布し、フォ
トマスクを用いて露光し現像して、レジストパタ−ンを
形成する。続いて、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン・テト
ラ・アセッティック・アシッド）９ｇと水４００ｃｃ、
過酸化水素２１６ｃｃ、アンモニア水３０ｍｌの割合で
混ぜ、室温にてＴｉ膜をエッチングする。その後、レジ
ストを除去して、図７および図１２に示すように非線形
抵抗素子の第２の金属層（上部電極）２５を形成する。

【００２５】次に、図１３に示すように、ＩＴＯをスパ
ッタリングして厚さ１０００オングストロ−ムの透明導
電膜２６を形成する。そして、薄膜上にフォトレジスト
（図示せず）を全面塗布し、フォトマスクを用いて露光
し現像して、レジストパタ−ンを形成する。ここで水、
塩酸、硝酸を１：１：０．１の割合（容量比）に混合
し、３０℃に加熱したエッチング液でエッチングし、フ
ォトレジストを除去すれば図１３に示した透明導電膜２
６のパタ−ンが得られる。このようにして、マトリクス
アレイ基板が完成する。上記のようなマトリックスアレ
イ基板を用いて液晶表示装置を形成するには、例えば次
のように行なう。

【００２６】先ず、マトリックスアレイ基板の非線形抵
抗素子形成面にポリイミド樹脂からなる配向膜を塗布・
焼成し、ラビング処理（布でこする）することにより液
晶配向方向を規制する。対向基板にも同様の処理を行な
い、一方の液晶表示用基板より約９０°捩じった方向に
ラビングを行なう。上記２種類の基板を用意し、液晶の
分子長軸方向が両基板間で約９０°捩じれるように、５
〜２０μｍの間隔を保って保持させ、その間隙に液晶を
注入し液晶セルを構成する。そして、液晶セルの外側に
偏光軸を約９０°捩じった形で偏光板を配置する。その
後、駆動回路を付与すれば、液晶表示装置が完成する。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、隣り合う２つの配線
電極が絶縁層を介して積層されているので、従来と同じ
ピッチで画素面積だけを広げることが出来る。即ち、単
画素でのコントラスト比が４０であるときの最大コント
ラスト比を、４．８から５．５へ向上させることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るマトリクスアレイ基
板における２画素を示す平面図。

【図２】この発明のマトリクスアレイ基板の製造工程を
示す断面図。

【図３】この発明のマトリクスアレイ基板の他の製造工
程を示す断面図。

【図４】この発明のマトリクスアレイ基板の他の製造工
程を示す断面図。

【図５】この発明のマトリクスアレイ基板の他の製造工
程を示す断面図。

【図６】この発明のマトリクスアレイ基板の他の製造工
程を示す断面図。

【図７】この発明のマトリクスアレイ基板の他の製造工
程を示す断面図。

【図８】図２に対応する平面図。

【図９】図３に対応する平面図。

【図１０】図５に対応する平面図。

【図１１】図６に対応する平面図。

【図１２】図７に対応する平面図。

【図１３】この発明のマトリクスアレイ基板の他の製造
工程を示す断面図。

【図１４】従来のマトリクスアレイ基板における２画素
を示す平面図。

【図１５】従来のマトリクスアレイ基板の製造工程を示
す平面図。

【図１６】従来のマトリクスアレイ基板の製造工程を示
す図１５に対応する断面図。

【符号の説明】

１１…ガラス基板、１２…第１の金属層、１３…配線電
極、１４，１５…レジストパタ−ン、１６，１７，１８
…Ｔａ₂ Ｏ₅ （絶縁層）、１９，２０，２１…Ｔａ、２
２…第１の金属層、２３…配線電極、２４…陽極酸化
膜、２５…第２の金属層、２６…透明導電膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に金属層−絶縁体層−金属層の３
   層構造をなす複数の非線形抵抗素子をアレイ状に形成
   し、各非線形抵抗素子にそれぞれ画素電極を直列に配置
   し、更に複数の配線電極により各行又は各列方向を接続
   したマトリクスアレイ基板において、 上記複数の配線電極は、隣り合う２つの配線電極が絶縁
   層を介して積層されてなることを特徴とするマトリクス
   アレイ基板。