JPH05313207A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、性能において優れているＴｉを用
いながら、従来に比べ腐蝕性や汚染に優れ、工程中や製
品使用状態で特性の変化のないマトリックスアレイ基板
を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。 【構成】この発明の液晶表示装置は、液晶を挾持して対
向配設された２枚の基板の一方が、非線形抵抗素子を有
するマトリックスアレイ基板からなり、更に非線形抵抗
素子は基板に接しＴａを主成分とする第１の導体−絶縁
体層−Ｔｉを主成分とする第２の導体からなり、且つこ
の第２の導体の電位が飽和カロメル電極に対して２５℃
で−０．４５Ｖ〜−０．５５Ｖの範囲になく、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】この発明は液晶表示装置に係り、
特にスイッチング素子として導体−絶縁体層−導体の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
イ基板の改良に関する。

【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，更には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
てきており、より高画質が求められるようになってき
た。

【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、導体間に絶縁物を
挾んだ導体（金属層）−絶縁体層−導体（金属層）（Ｍ
ＩＭ）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２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）およびこの配線の端部である電極端子と、
これらに一体化した非線形抵抗素子の一方の導体である
下部金属層が得られる。

【０００６】次に、Ｔａ膜２を例えばクエン酸水溶液中
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。このような従来例で
は、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
素子の他方の導体である上部金属層としてＣｒ膜４を、
薄膜形成・加工法により形成すると、非線形抵抗素子５
が完成する。

【０００７】更に、画像表示用の透明導電膜からなる画
素電極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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の液晶表示装置におけるマトリックスアレイ基板
においては、非線形抵抗素子５および画素電極６をパタ
−ン形成するために、３回の薄膜形成・写真蝕刻を必要
とした。それゆえ、従来の単純マルチプレックス駆動方
式に比べると、性能において優れながら工程は複雑とな
り、工程中に各種の汚染や特性の変化を引き起こすこと
があった。特に、Ｔｉ膜については、工程中の温度や湿
度、不純物汚染の影響で電極が局部的に酸化や炭化し、
素子の面積を変化せしめ、この結果、素子特性が変化す
ることがあった。この変化の程度が個々の素子で異なる
ため、表示画面内でムラを生じたり、欠陥状になること
があった。こうした問題を解決すべく、The proceeding
s of Eurodisplay 1990,P.336

【０００９】（Ｂｅｒｌｉｎ，Ｖｄｅ−Ｖｅｒｌａｇ，
１９９０，ＩＳＢＮ ３−８００７−１７３０−
１） に示されるようにＴｉに変わるような材料の探索
も行なったが、特性，工程適合性，環境汚染の点から
は、Ｔｉが最も良かった。そこで、Ｔｉを基本とし、酸
化（腐蝕）や炭化の発生し難い構造や、それを達成する
ための工夫が必要とされるに至った。

【００１０】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、性能において優れているＴｉを用いながら、従来に
比べ腐蝕性や汚染に優れ、工程中や製品使用状態で特性
の変化のないマトリックスアレイ基板を用いた液晶表示
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、液晶を挾持
して対向配設された２枚の基板の一方が、非線形抵抗素
子を有するマトリックスアレイ基板からなり、更に非線
形抵抗素子は基板に接しＴａを主成分とする第１の導体
−絶縁体層−Ｔｉを主成分とする第２の導体からなり、
且つこの第２の導体の電位が飽和カロメル電極に対して
２５℃で−０．４５Ｖ〜−０．５５Ｖの範囲にない液晶
表示装置である。

【００１２】

【作用】この発明によれば、腐蝕に対して十分安定な電
極の形成が可能となり、工程中や製品使用状態で特性の
変化がなく、表示ムラや欠陥がない。この結果、信頼性
の高い大規模且つ高精細の液晶表示装置が得られる。

【００１３】即ち、通常、スイッチング素子である非線
形抵抗素子は表示画素に対し、最適な寸法に設計されて
いる。十分なコントラストを得るための書き込み特性か
らは、より電流を取れるように素子面積は大きくしたい
が、クロスト−クやフリッカ−，残像の点からは素子の
要領が大きくなってしまうことは好ましくなく、素子面
積を出来るだけ小さく抑えたい。又、素子面積を小さく
することは製造技術的には難しい方向であり、量産歩留
まりからは好ましくない。これらのことを考慮して、設
計が行なわれる。従って、この素子面積が変化すると、
表示特性の変化を生じ、とりわけ、表示ムラが現れ易
い。加工精度に万全の注意を払い、±６％程度の均一な
素子を形成しても、実質的に電流経路が狭搾されると上
記のような不都合が同様に生じる。

【００１４】そこで、完成後、あるいは素子の形成過程
で電流経路の狭搾、即ち、絶縁体層と導体である金属層
との間の抵抗の増加を、防止しなければならない。抵抗
増加の要因は、先立つ実験によれば、界面Ｔｉ側の雰囲
気からの酸化や表面汚染に起因する酸化である。いずれ
の場合も水分が関与し、電気化学的反応が起こることに
よる。良く知られた電気化学的測定から金属の腐蝕電位
を調べると、この発明の装置におけるＴｉは形成条件に
より広範な電位を取り、通常、生産性上、好ましいとさ
れる膜堆積速度の早いような膜形成条件では、腐蝕領域
に入ってしまい、量産レベルでは全てのＴｉが問題を生
ずることを見出だした。

【００１５】詳細な実験によれば、次のようなことが判
った。Ｔｉ膜の電位と腐蝕の関係を調べると、図２のよ
うに電位が、飽和カロメル電極に対して２５℃で、−
０．４５Ｖ〜−０．５５Ｖの範囲にないようにＴｉの形
成方法を工夫した場合に、腐蝕が起こらないことが判っ
た。一例として、通常のインライン方式の直流マグネト
ロン・スパッタ−装置では、Ｔｉの堆積速度を数百オン
グストロ−ム以上とするが、これを１／３以下となるよ
うにしたところ、電位のマイナス方向へのシフトが見ら
れ、腐蝕し難い状態となることが判った。又、温度につ
いては、通常、基板への膜の密着性を上げるために２０
０℃程度まで上げるが、１００℃以下に抑える必要があ
ることが判った。更に、スパッタ−前のバックグラウン
ド・プレッシャ−は、通常、生産に多用されているクラ
イオポンプや高性能の拡散ポンプを用いると、少なくと
も１×１０⁴ Ｐａ以下になるが、これも３〜５×１０⁴
Ｐａ以上にすることが好ましいことが、実験から判っ
た。

【００１６】この電位を有する金属を非線形抵抗素子に
用いることにより、例え工程中や長期間の使用中に水分
や酸化条件が満たされても、腐蝕反応が進行せず、各非
線形抵抗素子が完全な形で均一に形成される結果、表示
画面上の素子の電流−電圧特性が揃い、表示ムラや欠陥
のない液晶表示装置を得ることが出来る。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
を詳細に説明するが、この発明は液晶表示装置に用いる
マトリックスアレイ基板を改良したもので、マトリック
スアレイ基板についてのみ述べることにする。

【００１８】即ち、図１（ａ）〜（ｅ）はこの発明によ
る液晶表示装置におけるマトリックスアレイ基板の製造
工程を示したもので、製造方法的に述べることにする
と、先ず、図１（ａ）に示すように、光透過性基板例え
ばＳｉＯ₂ のアルカリ防御被膜を表面部に備えた厚さ
１．１ｍｍのガラス基板１０上に、厚さ３０００オング
ストロ−ムのＴａ薄膜１１をスパッタリング法により形
成する。続いてこのＴａ薄膜１１上にレジスト（感光性
樹脂）を全面に塗布した後、フォトマスクを用いて露光
し、現像してレジストパタ−ン１２を形成する。更に、
ケミカルドライエッチング法によりＴａ薄膜１１のエッ
チングを行なう。ここでは、ＣＦ₄ ガスとＯ₂ ガスを等
量混合したプラズマ中でケミカルドライエッチングを行
ない、パタ−ン周辺（エッジ）部テ−パ形状が形成され
る。

【００１９】次に、同図（ｂ）に示すように、レジスト
パタ−ン１２を除去した状態で、非線形抵抗素子の第１
の導体１３であるＴａパタ−ンを陽極とし、白金板を陰
極にして、電解液（０．０１重量％クエン酸水溶液）中
で化成を行ない、この時の電圧をコントロ−ルすること
により、第１の導体１３の表面上に絶縁体層１４を所望
の厚さに形成する。この実施例では、４２Ｖの電圧を印
加し、厚さ７００オングストロ−ムの絶縁体層１４を得
ている。電解液に対し、露出しているＴａでは、厚さ２
８０オングストロ−ムの金属が厚さ７００オングストロ
−ムのＴａ₂ Ｏ₅ に変化する。

【００２０】次に、同図（ｃ）に示すように、全面に厚
さ１５００オングストロ−ムのＴｉ薄膜１５をスパッタ
リング法により形成する。この時、スパッタ−の条件を
考慮し、腐蝕の起こらないような電位（この場合、−
０．４Ｖ）にすることが出来る。続いて、このＴｉ薄膜
１５の上にレジスト（感光性樹脂）を全面に塗布した
後、フォトマスクを用いて露光し、現像してレジストパ
タ−ン１６を形成する。更に、ＥＤＴＡ（エチレンジア
ミン・テトラ・アセティック・アシッド）９ｇと水４０
０ｃｃ，過酸化水素２１６ｃｃ，アンモニア水３０ｍｌ
の割合で混ぜ、室温に保ってＴｉ薄膜１５をエッチング
し、レジストを除去する。これにより、非線形抵抗素子
の基板から遠い側に位置する第２の導体２０が形成され
る（同図の（ｄ）参照）。この実施例では、第２の導体
２０としてＴｉを用い腐蝕の起こらないような形成条件
を選んだが、Ｔｉに異種の金属（例えばＰｄを１０モル
％）を混ぜても良く（＋０．０５Ｖ）、又、異種の腐蝕
電位的に好ましい金属（例えばＮｉ）をオ−バ−コ−ト
（−０．３５Ｖ）して、これをパタ−ニングしても良
い。共に、腐蝕の起こらないような範囲に電位をシフト
出来る。

【００２１】次に、同図（ｄ）に示すように、厚さ１０
００オングストロ−ムのＩＴＯからなる透明導電膜１７
をスパッタリング法により形成する。その後、この透明
導電膜１７上にレジスト（感光性樹脂）を全面に塗布し
た後、フォトマスクを用いて露光し、現像してレジスト
パタ−ン１８を形成する。

【００２２】次に、同図（ｅ）に示すように、水：塩
酸：硝酸＝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によりレジストパタ−ン
１８と同一のＩＴＯパタ−ンを形成して画素電極１９を
設け、レジストを除去する。このようにして、マトリッ
クスアレイ基板が完成する。図中の２１は、非線形抵抗
素子であり、第１の導体１３と絶縁体層１４と第２の導
体２０とからなっている。尚、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。

【００２３】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、５〜１０μｍ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。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、第２の導体の電位
が、飽和カロメル電極に対して２５℃で−０．４５Ｖ〜
−０．５５Ｖの範囲となるように工夫した非線形抵抗素
子を用いている。これにより、腐蝕に対して十分安定な
電極の形成が可能となり、工程中や製品使用状態で特性
の変化がなく、表示ムラや欠陥がない。この結果、信頼
性の高い大規模且つ高精細の液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る液晶表示装置におけ
るマトリックスアレイ基板を製造工程で示す断面図。

【図２】この発明の液晶表示装置における非線形抵抗素
子の第２の導体の飽和カロメル電極に対する電位を示す
特性曲線図。

【図３】従来のマトリックスアレイ基板を示す断面図。

【符号の説明】

１０…ガラス基板、１１…Ｔａ薄膜、１２，１６，１８
…レジストパタ−ン、１３…第１の導体、１４…絶縁体
層、１５…Ｔｉ薄膜、１７…透明導電膜、１９…画素電
極、２０…第２の導体、２１…非線形抵抗素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶を挾持して対向配設された２枚の基
   板の一方が、非線形抵抗素子を有するマトリックスアレ
   イ基板からなる液晶表示装置において、 上記非線形抵抗素子は基板に接しＴａを主成分とする第
   １の導体−絶縁体層−Ｔｉを主成分とする第２の導体か
   らなり、且つ該第２の導体の電位が飽和カロメル電極に
   対して２５℃で−０．４５Ｖ〜−０．５５Ｖの範囲にな
   いことを特徴とする液晶表示装置。