JPH0618908A

JPH0618908A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0618908A
Application number: JP19916092A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Yamada; 勝幸山田; Hiroyuki Takahashi; 裕幸高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1992-07-02
Publication date: 1994-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、明るい表示を実現し、表示品質の
高い液晶表示装置を提供することを目的としたものであ
る。【構成】液晶駆動用電極を設けた一対の基板間に液晶
層を挾持した構造を有するアクティブ駆動型液晶表示装
置において、一方の基板に形成された画素電極が光散乱
層を兼ねていることを特徴とする液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示装置における表示方式の一つに、
液晶層に電圧が印加された場合と印加されない場合と
で、光を透過する状態と光を散乱する状態とに変化する
ことを利用した、いわゆる散乱型がある。この方式は偏
光板を必要とするＴＮ型やＳＴＮ型に対して偏光板が不
要である。したがって偏光板による光の損失を伴わず、
明るい表示が可能となり、バックライト等の照明を必要
としない直視型（反射型）の液晶表示装置が可能とな
る。また、近年、散乱型液晶表示装置の一つとして、ポ
リマーマトリックス中に液晶を分散させたポリマー分散
型液晶表示装置の提案がなされているが、これらは、液
晶層の厚さの影響を受けにくい、大面積化が可能、偏光
板を必要としない等の特徴を持つことから注目されてい
る。また、電子通信学会技報ＥＩＤ８９−１０３には、
紫外線重合性化合物が形成する３次元網目構造中に液晶
を分散させたポリマーネットワーク型液晶を表示素子の
液晶層として用いることにより、低電圧駆動、優れた急
峻性等の利点が得られることが示してある。しかし、こ
れらの方法では液晶と高分子の複合体を形成する際に用
いられる溶剤や未反応のプレポリマー、および紫外線に
よって液晶やプレポリマーが分解して生じた不純物など
が液晶層に取り囲まれるために、特に信頼性の点で危惧
される。しかも、上下電極間に液晶以外にポリマーの層
が何層も形成されることになって、液晶層に実際に印加
される電圧は低下してしまい、駆動電圧はどうしても高
くなってしまう傾向があった。このような問題を解決す
る目的で凹凸を形成した基板上に光散乱層を兼ねた電極
を形成することが示されている。しかし、高精細、大画
面ディスプレイを実現するために、アクティブマトリッ
クス（画素毎にスイッチング素子を付加）構成とした
時、凹凸上にスイッチング素子を形成することになり、
素子の信頼性等に問題を生じた。液晶駆動用のスイッチ
ング素子としては、薄膜トランジスターやＭＩＭが知ら
れているが、低温プロセス、高開口率、低コスト等の点
で硬質炭素膜を絶縁層としたＭＩＭが好適であった。ま
た、液晶表示がバックライト光による透過型である場
合、透明な画素電極（ＩＴＯなど）とＭＩＭを接続する
か、ＭＩＭの一方の電極を透明電極とする必要を生じ、
透明電極の微細パターン化はさけられなかった。しか
し、透明電極の微細パターン化では、ＭＩＭ素子の信頼
性に悪影響をあたえるＩＴＯのエッチ残やエッチャント
残の問題が発生しやすく、出来ればＩＴＯのパターン形
成プロセスは削除したかった。また、透過型液晶表示装
置では、透明な基板を使用しなければならず、基板の選
択が限られた。

【０００３】

【目的】本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてな
されたもので、上記のような問題を改善し、かつ明るい
表示を実現し、表示品質の高い液晶表示装置を提供する
ことを目的としたものである。

【０００４】

【構成】本発明の液晶表示装置の基本構成をモデル的に
示す図１に基づいて、本発明の液晶表示装置の構成、お
よび動作メカニズムを説明する。液晶表示装置の構成に
ついて説明する。画素電極３が設けられる側の基板１の
所定の表面（画素電極３が設けられる部分）には、微細
な凹凸が形成され、該凹凸はその上に設けられるパシベ
ーション膜２および画素電極３に反映される。該基板の
反対面にもパシベーション膜２′が形成されている。但
し、前記パシベーション膜２、２′は、信頼性が確保さ
れれば必ずしも設ける必要はない。もう一方の基板１０
には透明電極９がストライプ状に形成されている。液晶
表示装置は基板１と１０の間に液晶層を挾んで作製され
る。該液晶層として高分子６中に液晶７が分散したもの
を使用した。表示のモードによっては液晶相７に色素８
特に二色性色素を含有させた構成も採用することができ
る。画素電極表面の光散乱は、画素電極の表面構造の不
均一性によっても生じる。特にＡｌのスパッタ膜では、
共存ガス種や基板温度によって鏡面反射率は９０〜０％
の間で任意に変化する。一般的な薄膜デバイスでは、表
面平滑な鏡面反射率の大きいＡｌスパッタ膜を配線とし
て使用している。鏡面反射率の小さい薄膜の好適な作製
条件は、圧力１×１０^-3 〜１×１０^-1ｔｏｒｒ基板温度室温〜３５０℃ 共存ガスＮ₂、Ｏ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、炭化水素堆積速度３０００Å／ｍｉｎ以下である。中でも共存ガスの効果が大きく、Ｎ₂、Ｏ₂、炭
化水素がスパッタ膜の鏡面反射率の低下に効果的であ
る。これら膜表面の鏡面反射率の低下は膜の配向面の不
均一性〔Ａｌのスパッタ膜では、（１１１）、（２０
０）、（２２０）、（３１１）面が明確になると鏡面反
射率が低下し、（１１１）面が選択的に形成されると鏡
面となる〕およびヒルロックの発生による表面不均一性
に起因している。これら不均一表面が形成できれば、そ
の作製法、作製条件、画素電極材料等は限定されない。

【０００５】前記液晶装置の液晶表示のメカニズムにつ
いて説明する。液晶層（６、７、８）に電圧が印加され
ない状態では、液晶相７中の液晶分子は不規則にならん
でおり、基板１０から入射した光１１は液晶層内を散乱
および色素により吸収され、反射光量１２は大幅に減少
する。一方、液晶層に電圧を印加した状態では、液晶相
７中の液晶分子は電界方向に配向し、入射光１１は液晶
相を透過し、画素電極３で反射し、反射光量は、電圧非
印加時にくらべ大幅に増大する。このとき、入射光は画
素電極表面の凹凸によって、散乱光として反射される。
このようにして、電圧印加、非印加によって反射光量に
差ができて表示が可能となる。また、基板１０に各種カ
ラーフィルターを形成することで液晶表示のカラー化も
可能となる。

【０００６】基板における微細凹凸パターン構造の大き
さは、基板平面方向で１〜５μｍ程度、基板垂直方向で
１μｍ以下程度が好ましい。基板上に微細凹凸パターン
を形成する方法としては、フィラーあるいは無機微粒子
を含んだ高分子基板あるいは無機微粒子を表面に分散さ
せた高分子基板を、Ａｒ等の不活性ガスのプラズマ処理
する方法があげられる。前記フィラーあるいは無機微粒
子を含んだ高分子基板がプラズマ処理されると、高分子
部分はエッチングされるがフィラーや無機微粒子部分は
エッチングされないためにフィラーや無機微粒子の大き
さに応じた凹凸が形成される。また、無機微粒子を散布
した高分子基板を使用して該基板上に凹凸を形成しても
よい。この場合においても無機微粒子がない部分が選択
的にエッチングされ凹凸が形成される。これらエッチン
グにおいて、エッチング速度が小さい場合、無機微粒子
やフィラー表面にエッチングされた成分のプラズマ重合
膜が被覆される。エッチング速度が大きい場合、フィラ
ー含有高分子基板はフィラーが露出して凹凸が形成され
る。さらに、別の態様として基板上に成膜した凹凸を有
しない薄膜をエッチングすることにより所定の凹凸を形
成する方法、熱可塑性、熱硬化性、または紫外線硬化性
高分子等を基板表面に塗布し、金属表面のエッチング等
によって形成した特定の凹凸パターンを有するスタンパ
ーを用いて高分子表面に特定の構造を形成する方法等も
採用される。

【０００７】本発明で使用する基板としては、ソーダガ
ラス、パイレックスガラス、石英ガラスなどの各種ガラ
ス、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタ
レート、ポリアリレート、ポリエーテルサルフォン、ポ
リエーテルイミド、ポリサルフォン、ポリカーボネー
ト、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、
ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリフッ化
ビニリデン等のプラスチックを挙げることができる。ま
た、必要に応じて、基板の片面あるいは両面に、ＳｉＯ
₂、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ：Ｈ、ＳｉＮ：Ｈ、Ｓｉ
ＯＮ：Ｈ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＯ₂、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＧｅＯ、ＺｒＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｓ
ｉＣ、Ｔａ₂Ｏ₅等のパシベーション膜を形成することが
できる。プラスチック基板の厚さは、５０μｍ〜２ｍｍ
のものを使用するが、５００μｍ以下、特に３００μｍ
以下が好ましい。一般に基板のカールは、基板上に形成
される薄膜の内部応力によって決定される。さらに、薄
膜作製時の温度によって生じる熱応力も線膨張係数の大
きなプラスチックフィルム基板においては問題となる。
従って、プラスチック基板上に液晶駆動素子を形成し、
フラットなものを得るためには薄膜積層デバイスを作製
する際に生じる内部応力および熱応力を打ち消す応力を
有する基板構成が要求される。両面に無機物質からなる
薄膜を形成した基板を用いる場合、下式のような応力を
持った無機物質からなる薄膜が必要となる。液晶駆動素子の応力＋第２無機材料層（２）の応力＝第
１無機材料層（２′）の応力第１および第２の無機物質が同一組成、同質の材料の場
合、その応力は膜厚によって決まることから、無機物質
を両面に形成したプラスチック基板の応力の調節は、無
機物質の膜厚で制御することが容易である。

【０００８】液晶駆動用素子としては、金属−絶縁体−
金属の層構成のＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ−Ｍｅｔａｌ）型素子、特開昭６１−２７５８１１号
公報でいうところのＭＳＩ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉ−Ｉ
ｎｓｕｌａｔｏｒ）素子、半導体−絶縁体−半導体の層
構成のＳＩＳ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｉｎｓｕ
ｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子、特開
昭６４−７５７７号公報に記載の金属−絶縁体−金属−
絶縁体−金属の層構成のＭＩＭＩＭ素子などがある。な
かでも、絶縁体に硬質炭素膜を用いたＭＩＭ素子が有利
である。硬質炭素膜を絶縁層に用いた場合プラスチック
基板（フィルム）は大きくカールするので基板両面に無
機物質膜を形成し基板の剛性を大きくすることにより対
応する。

【０００９】この硬質炭素膜を絶縁層とした場合のＭＩ
Ｍ素子の製法について、図１および図２にもとづいて説
明する。画素電極３を設ける部分のみに微細な凹凸を設
けた前記の無機物質を両面にコート（２、２′）した基
板１のコート層２上に画素電極用電極材料を蒸着、スパ
ッタリング等の方法で堆積し、所定のパターンにパター
ニングし、画素電極３とする。画素電極３の表面および
無機物質表面には、前記の下地に設けた微細な凹凸を反
映した微細な凹凸が形成される。次に、蒸着、スパッタ
リング等の方法で下部電極用導体薄膜を形成し、ウエッ
ト又はドライエッチングにより所定のパターンにパター
ニングして下部電極となる第１導体３′とする。画素電
極と下部電極が兼ねられる場合は一方のパターニングを
削除できる。その上にプラズマＣＶＤ法、イオンビーム
法等により硬質炭素膜を被覆後、ドライエッチング、ウ
エットエッチング又はレジストを用いるリフトオフ法に
より所定のパターンにパターニングして絶縁膜４とし、
次にその上に蒸着、スパッタリング等の方法によりバス
ライン用導体薄膜を被覆し、所定のパターンにパターニ
ングしてバスラインとなる第２導体５を形成する。画素
電極３に透明電極を使用する場合は、最後に下部電極の
不必要部分を除去し、透明電極パターンを露出させ、画
素電極３とする。この場合、ＭＩＭ素子の構成はこれに
限られるものではなく、ＭＩＭ素子の作製後、最上層に
画素電極を設けたもの、下部電極の側面にＭＩＭ素子を
形成したもの等、種々の変形が可能である。下部電極
３′が数μｍの厚さを有する場合には、ＭＩＭの段差が
大きくなり、素子の断線を生じやすくなるため、下部電
極の側面にＭＩＭ素子を形成したラテラル構造が有利で
ある。ここで下部電極３′、上部電極５及び画素電極３
の厚さは通常、夫々数百〜数千Å、数百〜数千Å、数百
〜数千Åの範囲である。硬質炭素膜４の厚さは、１００
〜８０００Å、望ましくは２００〜６０００Å、さらに
望ましくは３００〜４０００Åの範囲である。

【００１０】又プラスチック基板の場合、いままでその
耐熱性から能動素子を用いたアクティブマトリックス装
置の作製が非常に困難であった。しかし硬質炭素膜は室
温程度の基板温度で良質な膜の作製が可能であり、プラ
スチック基板においても作製が可能であり、非常に有効
な画質向上手段である。

【００１１】次に本発明で使用されるＭＩＭ素子の材料
について更に詳しく説明する。下部電極及び画素電極と
なる第１導体の材料としては、Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，
Ｍｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｗ，ＩＴＯ，Ｚ
ｎＯ：Ａｌ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂等種々の導電体が使用
される。次にバスラインとなる第２導体５の材料として
は、Ａｌ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｃ
ｕ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，Ｉｎ
₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂等種々の導電体が使用されるが、Ｉ−Ｖ
特性の安定性及び信頼性が特に優れている点からＮｉ，
Ｐｔ，Ａｇが好ましい。絶縁膜として硬質炭素膜４を用
いたＭＩＭ素子は電極の種類を変えても対称性が変化せ
ず、また１ｎＩ∝√ｖの関係からプールフレンケル型の
伝導をしていることが判る。またこの事からこの種のＭ
ＩＭ素子の場合、上部電極と下部電極との組合せをどの
ようにしてもよいことが判る。しかし硬質炭素膜と電極
との密着力や界面状態により素子特性（Ｉ−Ｖ特性）の
劣化及び変化が生じる。これらを考慮すると、Ｎｉ，Ｐ
ｔ，Ａｇが良いことがわかった。本発明のＭＩＭ素子の
電流−電圧特性は図５のように示され、近似的には以下
に示すような伝導式で表わされる。

【００１２】

【数１】

【００１３】Ｉ:電流Ｖ:印加電圧 κ:導電係数 β:
プールフレンケル係数ｎ:キャリヤ密度 μ:キャリヤモビリティｑ:電子の
電荷量 Φ:トラップ深さ ρ:比抵抗ｄ:硬質炭素の膜厚(Å) ｋ:ボルツマン定数Ｔ:雰囲気温度 ε₁：硬質炭素の
誘電率 ε₂:真空誘電率液晶駆動用ＭＩＭ素子としては、Ｔａ、Ａｌを陽極酸化
したＴａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃を絶縁層としたＭＩＭ素子やプ
ラズマＣＶＤにより作製したＳｉＮｘ、ａ−Ｃ：Ｈ（硬
質炭素膜）を絶縁層としたＭＩＭ素子が知られている。
なかでも、プロセス温度が１５０℃以下、素子の急峻性
が大きい硬質炭素膜を絶縁層としたＭＩＭが有効であ
る。

【００１４】以下に、ＭＩＭ素子の絶縁層に好適に使用
しうる硬質炭素膜について詳しく説明する。硬質炭素膜
を形成するためには有機化合物ガス、特に炭化水素ガス
が用いられる。これら原料における相状態は常温常圧に
おいて必ずしも気相である必要はなく、加熱或は減圧等
により溶融、蒸発、昇華等を経て気化し得るものであれ
ば、液相でも固相でも使用可能である。原料ガスとして
の炭化水素ガスについては、例えばＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₆，Ｃ₃
Ｈ₈，Ｃ₄Ｈ₁₀等のパラフィン系炭化水素、C₂H₂等のアセ
チレン系炭化水素、オレフィン系炭化水素、ジオレフィ
ン系炭化水素、さらには芳香族炭化水素などすベての炭
化水素を少なくとも含むガスが使用可能である。さら
に、炭化水素以外でも、例えば、アルコール類、ケトン
類、エーテル類、エステル類、ＣＯ，ＣＯ₂等、少なく
とも炭素元素を含む化合物であれば使用可能である。本
発明における原料ガスからの硬質炭素膜の形成方法とし
ては、成膜活性種が、直流、低周波、高周波、或いはマ
イクロ波等を用いたプラズマ法により生成されるプラズ
マ状態を経て形成される方法が好ましいが、より大面積
化、均一性向上、低温成膜の目的で、低圧下で堆積を行
なうため、磁界効果を利用する方法がさらに好ましい。
また高温における熱分解によっても活性種を形成でき
る。その他にも、イオン化蒸着法、或いはイオンビーム
蒸着法等により生成されるイオン状態を経て形成されて
もよいし、真空蒸着法、或いはスパッタリング法等によ
り生成される中性粒子から形成されてもよいし、さらに
は、これらの組み合せにより形成されてもよい。

【００１５】こうして作製される硬質炭素膜の堆積条件
の一例はプラズマＣＶＤ法の場合、次の通りである。ＲＦ出力：０．１〜５０Ｗ／ｃｍ² 圧力：１０^-3〜１０Ｔｏｒｒ堆積温度：室温〜３５０℃、好ましくは室温〜２５０℃ このプラズマ状態により原料ガスがラジカルとイオンと
に分解され反応することによって、基板上に炭素原子Ｃ
と水素原子Ｈとからなるアモルファス（非晶質）及び微
結晶質（結晶の大きさは数１０Å〜数μｍ）の少くとも
一方を含む硬質炭素膜が堆積する。また、硬質炭素膜の
諸特性を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】注）測定法; 比抵抗(ρ) ：コプレナー型セルによるＩ-Ｖ特性より
求める。光学的バンドギャップ(Egopt)：分光特性から吸収係数
(α)を求め、数２式の関係より決定。

【００１８】

【数２】膜中水素量〔Ｃ（Ｈ）〕：赤外吸収スペクトルから２９
００／ｃｍ近のピークを積分し、吸収断面積Ａを掛けて
求める。すなわち、〔Ｃ（Ｈ）〕＝Ａ・∫α（ν）／ν・ｄν ＳP³／ＳP²比：赤外吸収スペクトルを、SP³,SP²にそれ
ぞれ帰属されるガウス関数に分解し、その面積比より求
める。ビッカース硬度（Ｈ）：マイクロビッカース計による。屈折率（ｎ）：エリプソメーターによる。欠陥密度：ＥＳＲによる。

【００１９】こうして形成される硬質炭素膜はラマン分
光法及びＩＲ吸収法による分析の結果、夫々、図６，７
及び８に示すように炭素原子がＳＰ³の混成軌道とＳＰ²
の混成軌道とを形成した原子間結合が混在していること
が明らかになっている。ＳＰ³結合とＳＰ²結合の比率
は、ＩＲスペクトルをピーク分離することで概ね推定で
きる。ＩＲスペクトルには、２８００〜３１５０ｃｍ^-1
に多くのモードのスペクトルが重なって測定されるが、
夫々の波数に対応するピークの帰属は明らかになってお
り、図５の如くガウス分布によってピーク分離を行な
い、夫々のピーク面積を算出し、その比率を求めればＳ
Ｐ³／ＳＰ²を知ることができる。また、Ｘ線及び電子線
回折分析によればアモルファス状態（ａ-Ｃ：Ｈ）、及
び／又は約５０Å〜数μｍ程度の微結晶粒を含むアモル
ファス状態にあることが判っている。一般に量産に適し
ているプラズマＣＶＤ法の場合には、ＲＦ出力が小さい
ほど膜の比抵抗値および硬度が増加し、低圧力なほど活
性種の寿命が増加するために基板温度の低温化、大面積
での均一化が図れ、かつ比抵抗、硬度が増加する傾向に
ある。更に、低圧力ではプラズマ密度が減少するため、
磁場閉じ込め効果を利用する方法は比抵抗の増加には特
に効果的である。さらに、この方法は常温〜１５０℃程
度の比較的低い温度条件でも同様に良質の硬質炭素膜を
形成できるという特徴を有しているため、ＭＩＭ素子製
造プロセスの低温化には最適である。従って、使用する
基板材料の選択自由度が広がり、基板温度をコントロー
ルし易いために大面積に均一な膜が得られるという特徴
をもっている。また硬質炭素膜の構造、物性は表１に示
したように、広範囲に制御可能であるため、デバイス特
性を自由に設計できる利点もある。さらには膜の比誘電
率も２〜６と従来のＭＩＭ素子に使用されていたＴａ₂
Ｏ₅,Ａｌ₂Ｏ₃,ＳｉＮｘと比較して小さいため、同じ電
気容量を持った素子を作る場合、素子サイズが大きくて
すむので、それほど微細加工を必要とせず、歩留りが向
上する（駆動条件の関係からＬＣＤとＭＩＭ素子の容量
比はＣ（ＬＣＤ）／Ｃ（ＭＩＭ）＝１０：１程度必要で
ある)。また、素子急峻性は、β∝１／√ε・√ｄであ
るため、比誘電率εが小さければ急峻性は大きくなり、
オン電流Ｉonとオフ電流Ｉoffとの比が大きくとれるよ
うになる。このためより低デューティ比でのＬＣＤ駆動
が可能となり、高密度のＬＣＤが実現できる。さらに膜
の硬度が高いため、液晶材料封入時のラビング工程によ
る損傷が少なくこの点からも歩留りが向上する。以上の
点を顧みるに、硬質炭素膜を使用することで、低コス
ト、階調性（カラー化）、高密度ＬＣＤが実現できる。
さらにこの硬質炭素膜が炭素原子及び水素原子の他に、
周期律表第III族元素、同第IV族元素、同第V族元素、ア
ルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素原子、酸
素元素、カルコゲン系元素又はハロゲン原子を構成元素
として含んでもよい。構成元素の１つとして周期律表第
III族元素、同じく第V族元素、アルカリ金属元素、アル
カリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子を導入したも
のは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのものに比べて約２
〜３倍に厚くすることができ、またこれにより素子作製
時のピンホールの発生を防止すると共に、素子の機械的
強度を飛躍的に向上することができる。更に窒素原子又
は酸素原子の場合は以下に述べるような周期律表第IV族
元素等の場合と同様な効果がある。同様に周期律表第IV
族元素、カルコゲン系元素又はハロゲン元素を導入した
ものは硬質炭素膜の安定性が飛躍的に向上すると共に、
膜の硬度も改善されることも相まって高信頼性の素子が
作製できる。これらの効果が得られるのは第IV族元素及
びカルコゲン系元素の場合は硬質炭素膜中に存在する活
性な２重結合を減少させるからであり、またハロゲン元
素の場合は、1)水素に対する引抜き反応により原料ガス
の分解を促進して膜中のダングリングボンドを減少さ
せ、2)成膜過程でハロゲン元素ＸがＣ−Ｈ結合中の水素
を引抜いてこれと置換し、Ｃ−Ｘ結合として膜中に入
り、結合エネルギーが増大する(Ｃ−Ｈ間及びＣ−Ｘ間
の結合エネルギーはＣ−Ｘ間の方が大きい)からであ
る。これらの元素を膜の構成元素とするためには、原料
ガスとしては炭化水素ガス及び水素の他に、ドーパント
として膜中に周期律表第III族元素、同第IV族元素、同
第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元
素、窒素原子、酸素原子、カルコゲン系元素又はハロゲ
ン元素を含有させるために、これらの元素又は原子を含
む化合物(又は分子)(以下、これらを「他の化合物」と
いうこともある)のガスが用いられる。ここで周期律表
第III族元素を含む化合物としては、例えばＢ(ＯＣ
₂Ｈ₅)₃，Ｂ₂Ｈ₆，ＢＣl₃，ＢＢr₃，ＢＦ₃，Ａl(Ｏ-i-Ｃ
₃Ｈ₇)₃，(ＣＨ₃)₃Ａl，(Ｃ₂Ｈ₅)₃Ａl，(i-Ｃ₄Ｈ₉)₃Ａ
l，ＡlＣl₃，Ｇa(Ｏ-i-Ｃ₃Ｈ₇)₃,(ＣＨ₃)₃Ｇa，(Ｃ
₂Ｈ₅)₃Ｇa，ＧaＣl₃，ＧaＢr₃，(Ｏ-i-Ｃ₃Ｈ₇)₃Ｉn，
(Ｃ₂Ｈ₅)₃Ｉn等がある。周期律表第IV族元素を含む化合
物としては、例えばＳi₂Ｈ₆，(Ｃ₂Ｈ₅)₃ＳiＨ，Ｓi
Ｆ₄，ＳiＨ₂Ｃl₂，ＳiＣl₄，Ｓi(ＯＣＨ₃)₄，Ｓi(ＯＣ₂
Ｈ₅)₄，Ｓi(ＯＣ₃Ｈ₇)₄，ＧeＣl₄，ＧeＨ₄，Ｇe(ＯＣ₂
Ｈ₅)₄,Ｇe(Ｃ₂Ｈ₅)₄,(ＣＨ₃)₄Ｓn，(Ｃ₂Ｈ₅)₄Ｓn，Ｓn
Ｃl₄等がある。周期律表第V族元素を含む化合物として
は、例えばPH₃，ＰＦ₃，ＰＦ₅，ＰＣl₂Ｆ₃，ＰＣl₃，Ｐ
Ｃl₂Ｆ，ＰＢr₃，ＰＯ(ＯＣＨ₃)₃，Ｐ(Ｃ₂Ｈ₅)₃，ＰＯ
Ｃl₃，ＡsＨ₃，ＡsＣl₃，ＡsＢr₃，ＡsＦ₃，ＡsＦ₅，Ａ
sＣl₃，ＳbＨ₃,ＳbＦ₃，ＳbＣl₃，Ｓb(ＯＣ₂Ｈ₅)₃等が
ある。アルカリ金属原子を含む化合物としては、例えば
ＬiＯ-i-Ｃ₃Ｈ₇，ＮaＯ-i-Ｃ₃Ｈ₇，ＫＯ-i-Ｃ₃Ｈ₇等が
ある。アルカリ土類金属原子を含む化合物としては、例
えばＣa(ＯＣ₂Ｈ₅)₃，Ｍg(ＯＣ₂Ｈ₅)₂，(Ｃ₂Ｈ₅)₂Ｍg等
がある。窒素原子を含む化合物としては、例えば窒素ガ
ス、アンモニア等の無機化合物、アミノ基、シアノ基等
の官能基を有する有機化合物及び窒素を含む複素環等が
ある。酸素原子を含む化合物としては、例えば酸素ガ
ス、オゾン、水（水蒸気）、過酸化水素、一酸化炭素、
二酸化炭素、亜酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、三
酸化二窒素、五酸化二窒素、三酸化窒素等の無機化合
物、水酸基、アルデヒド基、アシル基、ケトン基、ニト
ロ基、ニトロソ基、スルホン基、エーテル結合、エステ
ル結合、ペプチド結合、酸素を含む複素環等の官能基或
いは結合を有する有機化合物、更には金属アルコキシド
等が挙げられる。カルコゲン系元素を含む化合物として
は、例えばＨ₂Ｓ，(ＣＨ₃)(ＣＨ₂)₄Ｓ(ＣＨ₂)₄ＣＨ₃，
ＣＨ₂＝ＣＨＣＨ₂ＳＣＨ₂ＣＨ＝ＣＨ₂，Ｃ₂Ｈ₅ＳＣ
₂Ｈ₅，Ｃ₂Ｈ₅ＳＣＨ₃，チオフェン、Ｈ₂Ｓe，(Ｃ₂Ｈ₅)₂
Ｓe，Ｈ₂Ｔe等がある。またハロゲン元素を含む化合物
としては、例えば弗素、塩素、臭素、沃素、弗化水素、
弗化炭素、弗化塩素、弗化臭素、弗化沃素、塩化水素、
塩化臭素、塩化沃素、臭化水素、臭化沃素、沃化水素等
の無機化合物、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリー
ル、ハロゲン化スチレン、ハロゲン化ポリメチレン、ハ
ロホルム等の有機化合物が用いられる。液晶駆動ＭＩＭ
素子として好適な硬質炭素膜は、駆動条件から膜厚が10
0〜8000Å、比抵抗が10⁶〜10¹³Ω・cmの範囲であること
が有利である。なお、駆動電圧と耐圧（絶縁破壊電圧）
とのマージンを考慮すると膜厚は200Å以上であること
が望ましく、また、画素部と薄膜二端子素子部の段差
（セルギャップ差）に起因する色むらが実用上問題とな
らないようにするには膜厚は6000Å以下であることが望
ましいことから、硬質炭素膜の膜厚は200〜6000Å、比
抵抗は５×10⁶〜10¹³Ω・cmであることがより好まし
い。硬質炭素膜のピンホールによる素子の欠陥数は膜厚
の減少にともなって増加し、300Å以下では特に顕著に
なること(欠陥率は１％を越える)、及び、膜厚の面内分
布の均一性(ひいては素子特性の均一性)が確保できなく
なる(膜厚制御の精度は30Å程度が限度で、膜厚のバラ
ツキが10％を越える)ことから、膜厚は300Å以上である
ことがより望ましい。また、ストレスによる硬質炭素膜
の剥離が起こりにくくするため、及び、より低デューテ
ィ比（望ましくは1/1000以下）で駆動するために、膜厚
は4000Å以下であることがより望ましい。これらを総合
して考慮すると、硬質炭素膜の膜厚は300〜4000Å、比
抵抗率は10⁷〜10¹¹Ω・cmであることが一層好ましい。

【００２０】次に図１により液晶表示装置の作製法を述
べる。まず、絶縁基板１０上に共通電極９用の透明導
体、例えばＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，ＺｎＯ：Ｓｉ，Ｓｎ
Ｏ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃等をスパッタリング、蒸着等で数百Åか
ら数μｍ堆積させ、ストライプ状にパターニングして共
通電極９とする。この共通電極９を設けた基板１０と先
にＭＩＭ素子をマトリックス状に設けた基板１の各々の
表面にポリイミドのような配向材を付け、ラビング処理
を行ない、シール材を付け、ギャップ材を入れてギャッ
プを一定にし、液晶３を封入して液晶表示装置とする。
このようにして液晶表示装置が得られる。液晶３に高分
子−液晶複合体を使用し、光散乱モードの表示を形成す
る場合には、配向材を設ける必要はなくなる。高分子−
液晶複合体における高分子材料としては、ポリメタクリ
ル酸メチル、ポリスチレン、ポリフマレート、ポリエチ
レンオキサイド等が使用可能である。なかでも剛直な高
分子であるポリフマレートが好ましい。液晶材料として
は、従来の液晶表示用に使用されてきたＴＮ液晶等が使
用可能である。高分子−液晶複合体の構造は、液晶が高
分子内でドロップレット状に分散した系や液晶が高分子
内で連続相を形成した系が存在する。いずれの系におい
ても本発明に使用可能である。これら複合層は、クロロ
ホルム等を溶媒とした高分子−液晶溶液を調整し、キャ
スティング等によって作製可能である。また、モノマー
と液晶を混合したのち、光集合させる方法によっても作
製可能である。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を説明するが、本発明はこれ
ら実施例のものに限定されるものではない。実施例１１００μｍ厚のフィラー含有ポリエチレンテレフタレー
トフィルム上に画素電極パターン以外の部分をレジスト
コートし、それを０．１ｔｏｒｒ、Ａｒガスによりプラ
ズマ処理した。その結果、レジスト非被覆部分は、図３
（ｂ）のような凹凸が形成された。次にフィルムの両面
に６０００Å厚のＳｉＯ₂スパッタ膜を形成した。次に
ＳｉＯ₂上にＡｌ薄膜を真空蒸着により１０００Å厚に
堆積後、パターン化し、画素電極およびＭＩＭの下部電
極を同時に作製した。そのうえに、絶縁層４として、硬
質炭素膜をプラズマＣＶＤ法により１０００Å厚に堆積
後、ドライエッチングによりパターン化した。この時の
硬質炭素膜の成膜条件は以下の通りである。圧力：０．０３５ｔｏｒｒＣＨ₄流量：１０ＳＣＣＭＲＦパワー：０．２Ｗ／ｃｍ² 更に、この上にＮｉをＥＢ蒸着法により約１０００Å厚
に堆積後パターン化して上部電極５を形成し、ＭＩＭ素
子を完成させた。次に、絶縁基板１０上に共通電極９用
の透明導体ＩＴＯをスパッタリングによって７００Å堆
積させ、ストライプ状にパターニングして、共通電極９
とする。次にＭＩＭ素子を設けた基板１上にポリフマレ
ートと黒色色素を含有したＥ８クロロホルム溶液をキャ
スティングし、溶媒蒸発法により高分子−液晶複合膜を
設けた。次に、共通電極基板１０とはり合わせ、液晶表
示装置とした。このように作製した液晶表示装置はバッ
クライトなしでも明るく高精細な表示が得られ、かつ軽
量、薄型であるため、耐衝撃性、屈曲性にすぐれた。ま
た、反射板や透明画素電極を必要としないため、歩留ま
りの向上、低いコスト化が図られた。

【００２２】実施例２ガラス基板上に、Ｎ₂分圧２×１０^-3ｔｏｒｒ、基板温
度１００℃で鏡面反射率０％の２μｍ厚、Ａｌスパッタ
膜を堆積後、パターン化して画素電極とした。次に実施
例１と同様のプロセスでＡｌ画素電極の側面にラテラル
構造のＭＩＭ素子を作製した。次に、実施例１と同様
に、液晶表示装置を作製した。このように作製した液晶
表示装置は、バックライトなしでも明るく高精細な表示
が得られ、かつ反射板や透明画素電極を必要としないた
め、歩留まりの向上、低コスト化が図られた。また、Ｍ
ＩＭをラテラル構造とすることで、表面平滑な面（側
面）に作製することが出来るようになり、素子の信頼性
も確保された。

【００２３】

【効果】

（１）本発明の液晶表示装置は、画素電極と光散乱層を
兼ねているため歩留まりの向上、低コスト化された、明
るく高精細な液晶表示装置を提供することができる。（２）本発明の液晶表示装置で使用する基板は、フィラ
ーを含有あるいは無機微粒子が散布された高分子材料基
板をプラズマ処理して容易に作製でき、軽量、フレキシ
ブルな液晶表示装置を提供できる。（３）本発明の液晶表示装置は、ラテラル型のＭＩＭ素
子を使用することにより、表面凹凸な画素電極へも信頼
性あるＭＩＭ素子を接続可能とする。（４）本発明の液晶表示装置は、液晶として高分子−液
晶の複合膜を用いた光散乱型の液晶表示装置であるた
め、バックライトなしでも明るく高精細な表示を可能と
する。（５）液晶駆動素子を絶縁層に硬質炭素膜を用いたＭＩ
Ｍ型素子にすると、硬質炭素膜が、 1) プラズマＣＶＤ法等の気相合成法で作製されるた
め、成膜条件によって物性が広範に制御でき、従ってデ
バイス設計上の自由度が大きい、 2) 硬質でしかも厚膜にできるため、機械的損傷を受け
難く、また厚膜化によるピンホールの減少も期待でき
る、 3) 室温付近の低温においても良質な膜を形成できるの
で、基板材質に制約がない、 4) 膜厚、膜質の均一性に優れているため、薄膜デバイ
ス用として適している、 5) 誘電率が低いので、高度の微細加工技術を必要とせ
ず、従って素子の大面積化に有利であり、さらに誘電率
が低いので素子の急峻性が高くIon/Ioff比がとれるの
で、低デューティ比での駆動が可能である、等の特長を有し、このため特に信頼性の高い液晶表示用
スイッチング素子として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の基板構成を模式的に示
した図である。

【図２】本発明で使用するＭＩＭ液晶駆動素子の斜傾図
である。

【図３】フィラー含有高分子基板をエッチング処理した
場合の凹凸の形成状態を模式的に示す図である。（ａ）フィラー含有高分子フィルム基板の断面を模式的
に示す図である。（ｂ）前記（ａ）の基板を速度小でエッチングした場合
の該基板の断面を模式的に示す図である。（ｃ）前記（ａ）の基板を速度大でエッチングした場合
の該基板の断面を模式的に示す図である。

【図４】無機微粒子散布の高分子基板をエッチング処理
した場合の凹凸の形成状態を模式的に示す図である。（ａ）無機微粒子を散布した高分子基板の断面を模式的
に示す図である。（ｂ）前記（ａ）の基板を速度小でエッチングした場合
の該基板の断面を模式的に示す図である。（ｃ）前記（ａ）の基板を速度大でエッチングした場合
の該基板の断面を模式的に示す図である。無機微粒子は
エッチング後除去される。

【図５】（ａ）は、本発明のＭＩＭ素子のＩ−Ｖ特性曲
線、（ｂ）は同ＭＩＭ素子のｌｎＩ−√Ｖ特性曲線を示
す図である。

【図６】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜のＩＲスペクトルのガウス分布を示す図である。

【図７】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜をラマンスペクトル法で分析した分析結果を示すス
ペクトル図である。

【図８】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜をＩＲ吸収法で分析した分析結果を示すスペクトル
図である。

【図９】本発明で使用するラテラル構造のＭＩＭ素子の
断面を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１基板２パシベーション膜２′ パシベーション膜３画素電極３′ 下部電極４硬質炭素絶縁膜５上部電極(第２導体) ６高分子相７液晶相８色素９共通電極１０基板１１入射光１２反射光１３フィラー１４高分子フィルム１５無機微粒子１６ポリイミド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶駆動用電極を設けた一対の基板間に
液晶層を挾持した構造を有するアクティブ駆動型液晶表
示装置において、一方の基板に形成された画素電極が光
散乱層を兼ねていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記画素電極が凹凸面を有しているもの
であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記画素電極が微細な凹凸が形成された
基板上に設けられたものであることを特徴とする請求項
１または２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記基板として、少なくとも画素電極が
設けられた基板が高分子材料で形成されたものを使用す
ることを特徴とする請求項１、２または３記載の液晶表
示装置。
【請求項５】液晶駆動素子がラテラル構造を有するＭ
ＩＭ素子である請求項１、２、３または４記載の液晶表
示装置。
【請求項６】前記ＭＩＭ素子の絶縁膜が硬質炭素膜で
形成されたものである請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】液晶層が電圧を印加された場合と印加さ
れない場合とで、光を散乱する状態と光を透過する状態
とに変化するものであって、かつ高分子／液晶の分散層
で構成されていることを特徴とする請求項１、２、３、
４、５または６記載の液晶表示装置。