JPH05232517A - 液晶表示装置用基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造コストを上昇させることなく、非点灯部
分をほぼ完全に覆い隠せるブラックマトリクスを備えた
液晶表示装置用基板を提供する。 【構成】 第２の電極基板12に形成されるブラックマト
リクス28を、第１の電極基板11に形成される非線形抵抗
素子17の第１の金属21および絶縁体22と同じ材料で形成
する。ブラックマトリクス28自体の表面には、非線形抵
抗素子17を形成する絶縁体22と同じ絶縁体30を形成する
ので、隣設部分と短絡しない。画素電極18間の非点灯部
分を完全に覆い隠せ、コントラストが向上する。共通の
基板材15上で、非線形抵抗素子17の第１の金属21と絶縁
体22とを形成する際に、ブラックマトリクス28となる金
属29および表面に形成される絶縁体30を並行して形成す
るので、製造コストが大幅に上昇することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング素子とし
て金属−絶縁体−金属（Metal-Insulator-Metal)素子を
用いた液晶表示装置用基板およ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、パーソナル・コンピ
ュータ、ワードプロセッサ、さらには、オフィス・オー
トメーション用の端末機器、テレビ用の画像表示等、大
容量の情報表示用にも広く用いられるようになってきて
いる。

【０００３】このような大容量の液晶表示装置では、一
般にマトリクス表示のマルチプレックス駆動方式が採用
されていた。ところが、このマルチプレックス駆動方式
では、走査線の増加に伴い、液晶自体の本質的な特性に
よって、オン画素である表示部分とオフ画素である非表
示部分とのコントラストが低下するので、大規模なマト
リクス表示には好ましくない。

【０００４】そして、液晶表示装置の持つ問題点を解決
するため、個々の画素をスイッチング素子により直接駆
動する、いわゆるアクティブマトリクス方式が開発され
ている。このアクティブマトリクス方式におけるスイッ
チング素子としては、薄膜トランジスタ（Thin Film Tr
ansistor）や、特開昭６１−３２６３７号公報に示され
ている非線形抵抗素子が用いられている。

【０００５】ここで、非線形抵抗素子は、薄膜トランジ
スタが３端子であるのに比べ、基本的に２端子であるの
で、構造が簡単であり、製造も容易となる。このため、
製品歩留まりの向上が期待でき、コストを低減させるこ
とができる。

【０００６】そして、非線形抵抗素子としては様々なも
のが開発されているが、なかでも金属−絶縁体−金属
（ＭＩＭ）の素子構造を持つ、いわゆるＭＩＭ素子の実
用化が進んでいる。このような、ＭＩＭ素子を用いた液
晶表示装置用基板は、たとえば特開昭５５−１６１２７
３号公報あるいは特開昭５８−１７８３２０号公報に開
示されているように、次のように製造されている。

【０００７】まず、ガラス基板上にタンタル（Ｔａ）膜
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、フォトリソグラフィ技術等を用いて所望の信号
電極とＭＩＭ素子を構成する第１の金属とを形成する。

【０００８】次に、第１の金属をクエン酸水溶液等を用
いた陽極酸化法（ＡＯ法）により化成し、絶縁体を形成
する。さらに、ＭＩＭ素子のもう一方の金属電極とし
て、クロム（Ｃｒ）膜を薄膜形成法により形成し、この
クロム膜を第２の金属とし、ＭＩＭ素子を構成する。

【０００９】このように形成された第１の電極基板と、
ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電体によってス
トライプ状に形成された対向電極を有する第２の電極基
板とを、液晶組成物を介して対向配置することにより、
液晶表示装置が構成される。

【００１０】そして、従来の液晶表示装置では、表示画
面全体を黒く点灯させた場合でも、表示用の画素電極お
よび信号電極のいずれもが形成されていない領域では点
灯状態とはならず、白として表示されることになる。こ
の部分は、表示面全体に対してごく僅かの面積ではある
が、全面に生じるので、表示コントラストを低下させる
こととなる。

【００１１】この問題を解決する手段として、ＭＩＭ素
子を配列した第１の電極基板と対向する第２の電極基板
の、非画素部分に対抗する領域に、光を遮断する、いわ
ゆるブラックマトリクスとよばれる膜を形成することが
用いられている。このブラックマトリクスを形成する材
料としては、遮光性の強い金属膜が用いられる。

【００１２】ここで、前述のＭＩＭ素子を用いた液晶表
示装置では、対向電極を形成した第２の電極基板は、通
常はＩＴＯ膜のみの一層構造であるため、ブラックマト
リクスを形成するためには、金属薄膜層のデポおよびそ
のパターニング工程が追加されることとなり、コスト増
加が生じる。

【００１３】また、第２の電極基板上に、コスト上昇を
最小限に抑えながら、対向電極としてのＩＴＯ膜とは別
の金属膜を形成する方法として、特開平３−３１８２３
号公報に記載された方法が知られている。この方法は、
共通のガラス基板上の一方の領域に、ＭＩＭ素子や画素
電極からなる第１の基板部分を形成すると共に、ガラス
基板の他方の領域に対向電極や他の金属膜からなる第２
の基板部分を同時に形成し、この後、これら第１の基板
部分および第２の基板部分を切り離すものである。この
切離された第１電極基板および第２の電極基板は前述の
ように対向配置し、液晶表示装置として組み立てるもの
である。

【００１４】この方法では、第２の電極基板の部分にお
ける他の金属膜は、第１の電極基板の部分に、第１の金
属を形成する際に同時に形成することができる。したが
って、この金属膜をブラックマトリクスとして用いれ
ば、ブラックマトリクスを形成するために大幅な製造コ
ストの上昇は生じない。

【００１５】しかし、このようにして形成したブラック
マトリクスは、導電性の金属膜であるため、隣設部分と
の短絡を防止するため、できるだけ細く形成しなくては
ならず、各画素電極間との対向部に配置されても、図９
で示すように、点灯部となる画素電極１と、この画素電
極１に配設される配線電極２およびブラックマトリクス
３との間に、隙間４が生じ、画素電極１の周囲の非点灯
部分を完全に覆い隠すことはできず、ブラックマトリク
ス３としては不充分であった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このように、コントラ
ストを上昇させるべくブラックマトリクス３を形成する
場合、製造コストが上昇してしまい、また、製造コスト
を上昇させることなくブラックマトリクス３を形成しよ
うとすると、画素電極１の周囲の非点灯部分を完全に覆
い隠すことができず、ブラックマトリクス３としては不
充分である。

【００１７】本発明の目的は、製造コストを上昇させる
ことなく、しかも非点灯部分をほぼ完全に覆い隠すこと
ができるブラックマトリクスを備えた液晶表示装置用基
板およびその製造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液晶表示
装置用基板は、複数の画素電極およびこれら画素電極の
それぞれに電気的に接続された第１の金属−絶縁体−第
２の金属からなる非直線抵抗素子を形成した第１の電極
基板と、この第１の電極基板の各画素電極に対向する対
向電極を備えた第２の電極基板とを、同一の基板材内に
分割可能に形成した液晶表示装置用基板において、前記
対向電極が形成される第２の電極基板上の、前記第１の
電極基板上における前記各画素電極間の非点灯部分との
対向部分に、この非点灯部分とほぼ等しい形状のブラッ
クマトリクスを、前記非直線抵抗素子を構成する第１の
金属−絶縁体と同一の材料で形成したものである。

【００１９】請求項２記載の液晶表示装置用基板の製造
方法は、基板材の一方の領域に、複数の画素電極および
これら画素電極のそれぞれに電気的に接続された第１の
金属−絶縁体−第２の金属からなる非直線抵抗素子を形
成して第１の電極基板の部分を構成し、前記基板材の他
方の領域に、対向電極および前記各画素電極に対するブ
ラックスマトリクスを形成して第２の電極基板の部分を
構成した後、この第１の電極基板の部分と第２の電極基
板の部分とを切り離す液晶表示用基板の製造方法であっ
て、前記一方の領域に前記非直線抵抗素子の第１の金属
を構成する際に、この第１の金属と電気的に独立して前
記他方の領域に同時にブラックマトリクス用の金属部分
を形成し、前記第１の金属の表面に絶縁体を形成する際
に、前記ブラックマトリクス用の金属部分の表面にも陽
極酸化法によって絶縁体を形成してブラックマトリクス
を構成するものである。

【００２０】

【作用】請求項１記載の液晶表示装置用基板では、第２
の電極基板に形成されるブラックマトリクスを、第１の
電極基板に形成される第１の金属−絶縁体−第２の金属
からなる非直線抵抗素子の第１の金属および絶縁体と同
じ材料で形成しており、ブラックマトリクス自体の表面
は絶縁体となるので、隣接部分と短絡することなく、画
素電極間の非点灯部分を完全に覆い隠すことができる形
状とすることができ、表示装置としてのコントラストが
向上する。

【００２１】請求項２記載の液晶表示装置用基板の製造
方法では、共通の基板材料上で、第１の金属−絶縁体−
第２の金属からなる非線形抵抗素子の第１の金属と絶縁
体とを形成する際に、ブラックマトリクスとなる金属お
よびこの金属の表面に形成される絶縁体を並行して形成
できるので、金属薄膜層のデポおよびそのパターニング
工程が追加されることはなく、製造コストが大幅に上昇
することなく、ブラックマトリクスが隣接部分と短絡す
ることなく、画素電極間の非点灯部分を完全に覆い隠す
ことができる形状とすることができ、表示装置としての
コントラストが向上する。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００２３】図２は液晶表示装置における１画素分の断
面構造を示しており、図６のＩ−Ｉ線に沿って切断した
部分を示している。

【００２４】図２に示す液晶表示装置は、マトリクスア
レイパターン側の基板である第１の電極基板11と、対向
電極パターン側の基板である第２の電極基板12と、これ
ら第１の電極基板11および第２の電極基板12の間に挟持
された液晶組成物13とで構成されている。

【００２５】第１の電極基板11は、酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ₂ ）コートしたソーダライムの基板材としてのガラス
基板15上に形成された図６に示す複数本のストライプ状
の信号電極16を複数本有する。この信号電極16は、横方
向に沿って形成されており、この信号電極16の側辺部に
は、各画素毎のスイッチング素子となる金属−絶縁体−
金属（Metal-Insulator-Metal ）素子である非線形抵抗
素子17が一体に形成され、さらに、この非線形抵抗素子
17には、対応する画素電極18が電気的に接続している。
そして、これらガラス基板15および画素電極18は配向膜
19により覆われている。

【００２６】そして、非線形抵抗素子17は、信号電極と
一体のタンタル（Ｔａ）よりなる第１の金属21と、絶縁
体22と、チタン（Ｔｉ）よりなる第２の金属23とを積層
構造としたものである。

【００２７】一方、第２の電極基板12は、同様にＳｉＯ
₂ コートを有するガラス基板15上に、ＩＴＯ等の透明電
極材よりなるストライプ状の対向電極26を複数本、平行
に形成したものである。この対向電極26の幅寸法は、図
４で示すように、１画素分の表示範囲より僅かに大きく
設定されており、対向電極26の長さ方向は、第１の電極
基板11に形成された信号電極16と直交するように組み合
わされる。

【００２８】また、この第２の電極基板12上には、図４
および図６において斜線で示す部分、すなわち、各画素
間の非点灯部分に、ブラックマトリクス28を形成してい
る。このブラックマトリクス28は、図２で示すようにガ
ラス基板15上に設けられた金属29上に絶縁体30を形成し
たもので、第１の電極基板11側に形成された非線形抵抗
素子17の第１の金属21および絶縁体22と同じもので、こ
れら第１の金属21および絶縁体22と同様の手法で形成さ
れる。そして、これらブラックマトリクス28および対向
電極26上は配向膜31により覆われている。

【００２９】そして、第１の電極基板11、第２の電極基
板12および液晶組成物13からなる液晶表示装置は、図６
で示すように、第１の電極基板11の各信号電極16を信号
電極駆動手段35にそれぞれ接続し、また、第２の電極基
板12の各対向電極26を対向電極駆動手段36にそれぞれ接
続し、制御手段37により制御することで液晶表示装置を
動作させる。この信号電極駆動手段35および対向電極駆
動手段36は、それぞれシフトレジスタとドライバ回路と
で構成されており、制御手段37からのタイミング信号に
同期して情報信号を順次印加する。

【００３０】ここで、ブラックストライプ28の表面部分
は絶縁体30であるため、隣設部分との短絡を考慮する必
要はなく、図７で示すように、各画素電極18間の非点灯
部分と対向する部分を完全に覆い隠せる大きさおよび形
状とすることができ、表示装置としてのコントラストを
向上させることができる。

【００３１】次に、このような液晶表示装置の製造方法
を、図１ないし図６を参照して説明する。

【００３２】図３において、基板材であるＳｉＯ₂ コー
トしたソーダライムガラス基板15は、始めは一体のもの
で、一方の領域に第１の電極基板11の部分が形成され、
他方の領域に第２の電極基板12の部分がそれぞれ形成さ
れる。これら第１の電極基板11および第２の電極基板12
は、それぞれ形成が完了した時点で切り離される。

【００３３】また、図４は図３における第２の電極基板
12部分Ａを拡大して示しており、図５は図３における第
１の電極基板11部分Ｂを拡大して示している。さらに、
図２は、第１の電極基板11と第２の電極基板12とを、液
晶表示装置として所定の関係で組み合わせた状態を、１
画素分について示している。

【００３４】図１は各電極基板11，12部分の製造工程を
説明するものであり、右部分は図５で示した第１の電極
基板11の部分ＢのＶ−Ｖ断面部分を示し、また、左部分
は図４で示した第２の電極基板12の部分ＡのIV−IV断面
部分を示している。

【００３５】以下、各電極基板11，12の製造工程を順次
説明する。

【００３６】まず、図１（ａ）で示すように、ガラス基
板15上に、スパッタリングによってタンタル（Ｔａ）膜
41を３０００オングストロームの膜厚で形成する。この
とき、スパッタリングの初期の状態でアルゴンガスに１
０％程の酸素を添加することにより、タンタル膜41のガ
ラス基板15との接触面である３００オングストローム程
度の図示しない酸化物層は、良好な密着性を確保するこ
とができる。また、タンタル膜41の表面で外光が反射す
ることを防ぐ効果も生じる。

【００３７】次に、タンタル膜41上の所定位置にレジス
ト42a ，42b を塗布した後、マスクを用いて露光、現像
を行い、第１の電極基板11の部分Ｂには、信号電極16お
よび非線形抵抗素子17の第１の金属21を形成するための
レジストパターン形成する。また、第２の電極基板12の
部分Ａには、ブラックマトリクス28の金属29を形成する
ためのレジストパターン形成する。そして、ガラス基板
15をＣＦ₄ とＯ₂ ガスを１：２の割合で混合したプラズ
マ中でドライエッチングして所望のパターンを形成し、
図１（ｂ）で示すように、信号電極16および非線形抵抗
素子17の第１の金属21と、ブラックマトリクス28用の金
属29とを得る。

【００３８】次に、これら信号電極16および非線形抵抗
素子17の第１の金属21の表面に対し、０．０１重量％ク
エン酸水溶液中で陽極酸化法（ＡＯ法）よる処理を行
い、これら信号電極16および非線形抵抗素子17の表面に
膜厚７００オングストロームの絶縁体22を形成する。ま
た、この絶縁体22の形成と同時に、ブラックマトリクス
28用の金属29の表面に対しても、ＡＯ法で異なる化成電
圧を印加して、金属29の表面に膜厚１７００オングスト
ロームの絶縁体30を形成する。

【００３９】次に、第１の電極基板11の部分Ｂに形成さ
れた絶縁体22上にスパッタリングにより１５００オング
ストロームの膜厚でチタン（Ｔｉ）膜を形成し、このチ
タン膜域にレジストを塗布する。そして、マスクを用い
て露光、現像を行い、アンモニア水と過酸化水素水とエ
チレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）と水との混合溶液に
よりエッチングを行い、図１（ｃ）で示すように、絶縁
体22上にのみチタン膜による第２の金属23を形成する。
この結果、第１の電極基板11の部分Ｂには信号電極16と
非線形抵抗素子17とが形成され、第２の電極基板12の部
分Ａにはブラックマトリクス28が形成されたこととな
る。

【００４０】次に、図１（ｄ）で示すように、ＩＴＯ膜
43をスパッタリングによって全面に形成する。そして、
非線形抵抗素子17に接続される画素電極18および対向電
極26を形成するために所定形状のレジスト44を設置す
る。

【００４１】この後、エッチング処理を施して、図１
（ｅ）で示すように、非線形抵抗素子17の第２の金属23
に接続される画素電極18と、ブラックマトリクス28上に
設置されるストライプ状の対向電極26を形成する。

【００４２】このようにして、同一のガラス基板15上に
第１の電極基板11の部分Ｂと第２の電極基板12の部分Ａ
とが形成される。これら第１の電極基板11の部分Ｂと第
２の電極基板12の部分Ａとが形成された後は、第１の電
極基板11の部分Ｂおよび第２の電極基板12の部分Ａを切
断し、第１の電極基板11の部分Ｂおよび第２の電極基板
12の部分Ａの上面に、ポリイミド樹脂からなる配向膜1
9，31を塗布、焼成し、ラビリンスすることにより液晶
組成物13の配向方向を規制するようにする。

【００４３】そして、第１の電極基板11の信号電極16と
第２の電極基板12の対向電極26とが直交する方向で、し
かも画素電極18と対向電極とが重なるようにして互いに
対向させ、これら第１の電極基板11および第２の電極基
板12の間に液晶組成物13を注入して一体的に組み立て
る。すなわち、液晶組成物13の分子長軸方向が、両基板
11，12間で９０゜捩じれるようにして、５〜２０μｍの
間隔を保った状態とする。

【００４４】さらに、図２で示すように、第１の電極基
板11および第２の電極基板12の外側に、偏光軸を９０゜
ねじった形で偏光板51，52を配置すればよい。

【００４５】上記製造方法によれば、同一のガラス基板
15上において、非線形抵抗素子17を形成する際、ブラッ
クマトリクス28も同じ手法により平行して形成すること
ができるので、従来のように金属薄膜層のデポおよびそ
のパターニング工程が追加されることはなく、製造コス
トが大幅に上昇することはない。

【００４６】なお、上記説明では非線形抵抗素子17等の
材料について例示しているが、他の材料であってもよ
い。

【００４７】

【発明の効果】請求項１記載の液晶表示装置用基板によ
れば、第２の電極基板に形成されるブラックマトリクス
を、第１の電極基板に形成される第１の金属−絶縁体−
第２の金属からなる非直線抵抗素子の第１の金属および
絶縁体と同じ材料で形成しており、ブラックマトリクス
自体の表面は絶縁体となるので、隣設部分と短絡するこ
となく、画素電極間の非点灯部分を完全に覆い隠すこと
ができる形状とすることができ、表示装置としてのコン
トラストを向上することができる。

【００４８】請求項２記載の液晶表示装置用基板の製造
方法によれば、共通の基板材料上で、第１の金属−絶縁
体−第２の金属からなる非線形抵抗素子の第１の金属と
絶縁体とを形成する際に、ブラックマトリクスとなる金
属およびこの金属の表面に形成される絶縁体を並行して
形成できるので、金属薄膜層のデポおよびそのパターニ
ング工程が追加されることはなく、製造コストが大幅に
上昇することなく、ブラックストライプが隣設部分と短
絡することなく、画素電極間の非点灯部分を完全に覆い
隠すことができる形状とすることができ、表示装置とし
てのコントラストを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置用基板の製造方法の一実
施例を説明する工程図である。

【図２】同上液晶表示装置の１画素部分を示す断面図で
ある。

【図３】同上液晶表示装置用基板を示す平面図である。

【図４】図３に示す第２基板の部分Ａを示す拡大図であ
る。

【図５】図３に示す第１基板の部分Ｂを示す拡大図であ
る。

【図６】図４および図５の部分を組み合わせた１画素部
分を示す平面図である。

【図７】同上液晶表示装置の回路構成を示すブロック図
である。

【図８】同上液晶表示装置の表示状態を１画素分につい
て示す平面図である。

【図９】従来の液晶表示装置の表示状態を１画素分につ
いて示す平面図である。

【符号の説明】

11 第１の電極基板 12 第２の電極基板 15 基板材としてのガラス基板 17 非線形抵抗素子 18 画素電極 21 第１の金属 22 絶縁体 23 第２の金属 26 対向電極 28 ブラックマトリクス 29 金属 30 絶縁体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素電極およびこれら画素電極の
   それぞれに電気的に接続された第１の金属−絶縁体−第
   ２の金属からなる非直線抵抗素子を形成した第１の電極
   基板と、この第１の電極基板の各画素電極に対向する対
   向電極を備えた第２の電極基板とを、同一の基板材内に
   分割可能に形成した液晶表示装置用基板において、 前記対向電極が形成される第２の電極基板上の、前記第
   １の電極基板上における前記各画素電極間の非点灯部分
   との対向部分に、この非点灯部分とほぼ等しい形状のブ
   ラックマトリクスを、前記非直線抵抗素子を構成する第
   １の金属−絶縁体と同一の材料で形成したことを特徴と
   する液晶表示装置用基板。
2. 【請求項２】 基板材の一方の領域に、複数の画素電極
   およびこれら画素電極のそれぞれに電気的に接続された
   第１の金属−絶縁体−第２の金属からなる非直線抵抗素
   子を形成して第１の電極基板の部分を構成し、前記基板
   材の他方の領域に、対向電極および前記各画素電極に対
   するブラックマトリクスを形成して第２の電極基板の部
   分を構成した後、この第１の電極基板の部分と第２の電
   極基板の部分とを切り離す液晶表示用基板の製造方法で
   あって、 前記一方の領域に前記非直線抵抗素子の第１の金属を構
   成する際に、この第１の金属と電気的に独立して前記他
   方の領域に同時にブラックマトリクス用の金属部分を形
   成し、 前記第１の金属の表面に絶縁体を形成する際に、前記ブ
   ラックマトリクス用の金属部分の表面にも陽極酸化法に
   よって絶縁体を形成してブラックマトリクスを構成する
   ことを特徴とする液晶表示装置用基板の製造方法。