JPH052192A - マトリツクスアレイ基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、電流のＯＮ／ＯＦＦ比を大きくと
ることが出来、コントラストが大幅に高くなって良好な
大画面表示を得ることが出来るマトリックスアレイ基板
及びその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】この発明のマトリックスアレイ基板は、金属層
２−絶縁体層３−金属層４の３層構造をなす非線形抵抗
素子５の絶縁体層が結晶化してなり、その製造方法は、
金属層２を陽極酸化することにより絶縁体層を形成する
際に、化成溶液の温度が１℃以上１０℃以下に設定され
てなり、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、スイッチング素子と
して金属層−絶縁体層−金属層の３層構造をなす非線形
抵抗素子を用いたマトリックスアレイ基板及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、時計，電卓，計
測機器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情報表示用として使用されてき
ている。

【０００３】この種の液晶表示装置における駆動方法と
しては、単純マルチプレックス駆動方式が、２階調表示
品として使用されるワ−ド・プロセッサなどに対して一
般に採用されてきた。しかし、液晶表示装置に対してよ
り大画面，高解像度，高精細度が求められるようにな
り、これまでのマルチプレックス駆動方式の欠点とされ
ていたコントラスト比を向上させるための駆動方法が、
様々行なわれている。その１つが個々の画素を直接にス
イッチ駆動するものであり、スイッチング素子に薄膜ト
ランジスタや非線形抵抗素子を用いている。このうち非
線形抵抗素子は、薄膜トランジスタの３端子に比べて基
本的に２端子であるために構造が簡単であり、製造が容
易である。このため、製造歩留まりの向上が期待出来、
コスト低下の利点がある。

【０００４】このような非線形抵抗素子は、薄膜トラン
ジスタと同様の材料を用いて接合形成したダイオ−ドの
型，酸化亜鉛を用いたバリスタの型，電極間に絶縁物を
挾んだ金属層−絶縁体層−金属層（ＭＩＭ）の型，更に
は金属電極間に半導電性の層を用いた型等が開発されて
いる。このうちＭＩＭ型は、構造が最も簡単なものの１
つで、現在、既に実用化されている。さて、図１は従来
のＭＩＭ型の非線形抵抗素子を有するマトリックスアレ
イ基板の１画素部分の一例を示す断面図であり、製造工
程に従って説明する。

【０００５】先ず、ガラス基板１上にＴａ膜２をスパッ
タリング法や真空蒸着法等の薄膜形成法により形成し、
写真蝕刻法によりパタ−ニングする。これにより、配線
（デ−タ線）とこれに一体化した非線形抵抗素子の一方
の第１の金属層が得られる。次に、Ｔａ膜２をクエン酸
水溶液中で陽極酸化法により化成し、非線形抵抗素子の
絶縁体層を構成する酸化膜３を形成する。この場合、化
成液の温度は室温付近であり、この条件で形成した酸化
膜３はアモルファスである。続いて、非線形抵抗素子の
他方の第２の金属層としてＣｒ膜４を、薄膜形成・加工
法により形成することにより、非線形抵抗素子５が完成
する。更に、画像表示用の透明電極６をＣｒ膜４と接続
するように形成すれば良い。こうした基本的な製造技術
は特公昭５５−１６１２７３号公報に開示され、その改
良技術が特開昭５８−１７８３２０号公報等に開示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、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用いた
液晶表示装置では、素子の非線形性により液晶をＯＮ／
ＯＦＦするので、その電流電圧特性は急俊であることが
要求され、ＯＮ／ＯＦＦ比は最低１０⁵ 程度必要である
ことが知られている。しかし、従来の製造方法により形
成した非線形抵抗素子では、ＯＮ／ＯＦＦ比は１０³ 〜
１０⁴ の特性しか得られなかった。そこで、特性を急俊
にするために金属材料を変えたり、素子構造を変えたり
する試みがなされたが、特性は格段に良くならなかっ
た。そのため、大画面表示においてはコントラスト（単
画素でのＯＮ／ＯＦＦ時の光透過率の比）が４０程度ど
まりで、クロスト−クも発生し易く、画質が悪く問題と
なっていた。

【０００７】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、コントラストが大幅に高くなり、良好な大画面表示
を得ることが出来るマトリックスアレイ基板及びその製
造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の表示
画素及びその各々に電気的に接続した金属層−絶縁体層
−金属層の３層構造をなす非線形抵抗素子を基板上に形
成したマトリックスアレイ基板において、上記絶縁体層
が結晶化しているマトリックスアレイ基板である。

【０００９】又、この発明は、複数の表示画素及びその
各々に電気的に接続した第１の金属層−絶縁体層−第２
の金属層の３層構造をなす非線形抵抗素子を基板上に形
成する際、上記第１の金属層を陽極酸化することにより
上記絶縁体層を形成するマトリックスアレイ基板の製造
方法において、上記第１の金属層を陽極酸化する際の化
成溶液の温度が１℃以上１０℃以下に設定されているマ
トリックスアレイ基板の製造方法である。

【００１０】

【作用】一般に、非線形抵抗素子の絶縁体層を形成する
方法として、膜厚分布が小さく、作業性の良好な陽極酸
化法が用いられる。通常は、化成溶液として濃度０．０
１〜０．１ｗｔ％程度の温度が室温のクエン酸水溶液を
用いる。非線形抵抗素子の電流電圧特性は、絶縁体層の
影響を大きく受けるので、陽極酸化の条件について注目
し、色々な検討を行なった結果、化成溶液の温度を変え
ると非線形抵抗素子の電流電圧特性に大きな影響を与え
ることが判った。実験は、下記のようにして行なった。

【００１１】先ず、Ｔａ膜をスパッタリング法により形
成し、写真蝕刻法により所望のパタ−ンを形成する。次
に、陽極酸化を行なうが、ここで化成液の温度を１，
３，５，１０，２０，３０，５０，７０℃と変えた実験
を行なった（１℃よりも低い温度では、ガラス表面が凍
結するので好ましくない）。これらの絶縁体層の上に、
Ｃｒ膜を形成し、Ｔａ膜と同様の方法により所望のパタ
−ンを形成し、非線形抵抗素子を完成する。

【００１２】このようにして形成した各非線形抵抗素子
の電流電圧特性の測定を行なった結果を図２に示す。図
中の（ａ）は化成液の温度が１，３，５，１０℃の時、
（ｂ）は２０℃の時、（ｃ）は５０℃の時の特性であ
る。化成溶液の温度を低くすることにより、従来の室温
付近という条件よりも急俊性を良くすることが出来るこ
とが判った。この原因を調べるために陽極酸化膜のＸ線
回折をとったところ、室温を境に高温のものはアモルフ
ァス、低温のものは結晶化しており、とりわけ１〜１０
℃のものが結晶性が高かった。図４に（ａ）５℃、
（ｂ）２０℃、（ｃ）５０℃の時のＸ線回折チャ−トの
一部を示す。そして、（ａ）では下地Ｔａ膜の結晶ピ−
クの近傍にＴａＯｘのピ−クが明確に観察されるが、
（ｂ）、（ｃ）ブロ−ドか、もしくはピ−クが観察出来
なく、アモルファスであることが判る。

【００１３】そこで、この発明では、非線形抵抗素子の
絶縁体層が結晶化していることを特徴とし、製造に当た
り、金属層を陽極酸化することにより絶縁体層を形成す
る際に、化成溶液の温度が１℃以上１０℃以下に設定し
ている。その結果、電流のＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとる
ことが出来るので、コントラストが大幅に高くなり、良
好な大画面表示を得ることが出来た。

【００１４】

【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。この発明によるマトリックスアレイ
基板も、従来例と同様に図１に示すように構成され、製
造工程に従って述べることにする。

【００１５】先ず、例えばガラス基板１上に厚さ３００
０オングストロ−ムのＴａ膜３を、Ａｒガスを用いてス
パッタリング法により形成する。この場合、ＮｂやＭｏ
を少量混合したＴａやＮ₂ ガスを用いてスパッタリング
法により形成した膜でもよい。次に、写真蝕刻法により
所望のパタ−ンを形成し、配線（デ−タ線）とこれと一
体になった非線形抵抗素子の第１の金属層を得る。

【００１６】上記の場合、写真蝕刻法により所望のパタ
−ンを形成するためには、レジストを全面に塗布した
後、マスクを用いて光露光し、現像してレジストパタ−
ンを形成する。そして、ケミカルドライエッチング法に
よりＣＦ₄ ガスとＯ₂ ガスを１：２に混合したプラズマ
中でＴａ膜３のエッチングを行なった後、レジストを剥
離する。

【００１７】次に、化成溶液の温度を１〜１０℃の範
囲、例えば５℃にして陽極酸化を行なう。この時、化成
溶液の温度を一定に保つため、又、酸化膜３の成長を均
一にするために、溶液の攪拌を行なうことが望ましい。
こうして、第１の金属層の上に絶縁体層が得られる。

【００１８】次に、上記のようにして形成した酸化膜３
の上に、第２の金属層であるＣｒ膜４を厚さ１５００オ
ングストロ−ム形成する。その後、再び、レジストパタ
−ンを形成し、硝酸第２セリウム・アンモニウム１７ｇ
と過塩素酸５ｃｃを水１０ｃｃの割合に溶解した液を用
いてエッチングをして、第２の金属層のパタ−ンを形成
し、非線形抵抗素子５を得る。最後に、透明電極６を成
膜し、塩酸と硝酸と水を等量づつ混合した液を用いてエ
ッチングをして、画素電極のパタ−ンを形成すると、マ
トリックスアレイ基板が完成する。このマトリックスア
レイ基板を用いて液晶表示装置を形成するには、例えば
次のようにすれば良い。

【００１９】先ず、マトリックスアレイ基板の非線形抵
抗素子５形成面にポリミイド樹脂からなる配向膜を塗布
・焼成し、ラビングすることにより液晶配向方向を規制
する。対向用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、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れば良い。

【００２０】以上のような方法で、対角１２インチ・画
素ピッチ２１０μｍ・画素数１１５２×９００ドットの
大形液晶表示装置を作製した。ここで、化成溶液の温度
が１，３，５，１０，２０，３０，５０，７０℃の時の
表示コントラストの測定結果を図３に示す。従来例の２
５℃付近と比較すると、化成溶液の温度が低い方がコン
トラストが高く非常に良好な画像が得られることが判
る。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、第１の金属層を陽極
酸化する際の化成溶液の温度を１℃以上１０℃以下に設
定しているので、結晶化した絶縁体層を形成することが
出来る。

【００２２】その結果、非線形抵抗素子の電流電圧特性
が非常に急俊になり、電流のＯＮ／ＯＦＦ比を大きくと
ることが出来た。良好な画質を得るためには、ＯＦＦ電
流を十分小さくする必要があるが、従来の非線形抵抗素
子の特性では、酸化膜３を厚くしなければならず、ＯＮ
電流が小さくなってしまい、書き込み不足が生じてい
た。

【００２３】しかし、この発明の非線形抵抗素子は、電
流のＯＮ／ＯＦＦ比を大きくとることが出来るので、Ｏ
ＦＦ電流を小さくすることが出来ると同時に、十分なＯ
Ｎ電流をとることが出来る。従って、コントラストが大
幅に高くなって良好な大画面表示を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例及び従来例を説明するため
に用いるマトリックスアレイ基板の１画素部分の一例を
示す断面図。

【図２】この発明及び従来例のマトリックスアレイ基板
における非線形抵抗素子の電流電圧特性を示す特性曲線
図。

【図３】この発明および従来例のマトリックスアレイ基
板を使用した液晶表示装置の表示コントラストを比較し
た特性曲線図。

【図４】この発明のマトリックスアレイ基板における非
線形抵抗素子の酸化膜（絶縁体層）の性質に係わる分析
結果を示す特性曲線図。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２…Ｔａ膜（第１の金属層）、３…酸
化膜（絶縁体層）、４…Ｃｒ膜（第２の金属層）、５…
非線形抵抗素子、６…透明電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の表示画素及びその各々に電気的に
   接続した金属層−絶縁体層−金属層の３層構造をなす非
   線形抵抗素子を基板上に形成したマトリックスアレイ基
   板において、上記絶縁体層が結晶化していることを特徴
   とするマトリックスアレイ基板。
2. 【請求項２】 複数の表示画素及びその各々に電気的に
   接続した第１の金属層−絶縁体層−第２の金属層の３層
   構造をなす非線形抵抗素子を基板上に形成する際、上記
   第１の金属層を陽極酸化することにより上記絶縁体層を
   形成するマトリックスアレイ基板の製造方法において、
   上記第１の金属層を陽極酸化する際の化成溶液の温度が
   １℃以上１０℃以下に設定されていることを特徴とする
   マトリックスアレイ基板の製造方法。