JPH08262499A - スイッチング素子及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コントラストが高く、表示むら、残像及び焼き
付きの認識できない液晶表示装置を提供する。 【解決手段】主成分であるタンタルにタングステンが添
加された金属膜からなる第１の導電膜と、該第１の導電
膜を陽極酸化して形成された絶縁膜と、第２の導電膜
と、を積層して構成される第１及び第２のＭＩＭ素子を
備え、該第１及び第２のＭＩＭ素子を前記第１の導電膜
同士又は前記第２の導電膜同士を電気的に接続すること
により前記第１及び第２のＭＩＭ素子を直列に接続させ
た非線形素子を液晶表示装置のスイッチング素子として
用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置等に
用いるスイッチング素子に関する。また、本発明は、そ
のようなスイッチング素子を用いた液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【背景技術】アクティブマトリクス方式の液晶表示装置
は、画素領域ごとにスイッチング素子を設けてマトリク
スアレイを形成したアクティブマトリクス基板と、カラ
ーフィルタを設けた対向基板と、の間に液晶を充填して
おき、各画素領域ごとの液晶の配向状態を制御して、所
定の情報を表示するものである。スイッチング素子とし
ては一般に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの３端子
素子又はＭＩＭ型非線形素子（以下，「ＭＩＭ素子」と
いう。）などの２端子素子が用いられているが、２端子
素子を用いたスイッチング素子が、クロスオーバー短絡
の発生がなく、製造工程を短くできるという点で優れて
いる。

【０００３】図２に、スイッチング素子１として２端子
素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置
の等価回路を示す。各画素領域３で、各走査線２１と各
信号線２２との間にスイッチング素子１（図中、バリス
タの符号で示す。）と液晶表示要素２（図中、コンデン
サの符号で示す。）とが直列接続されている。走査線２
１と信号線２２とに印加された信号に基づいて、液晶表
示要素２を表示状態、非表示状態又はその中間状態に切
り換えて表示動作を制御する。図２では、スイッチング
素子１が走査線２１に接続され、液晶表示要素２が信号
線２２に接続されているが，これとは逆にスイッチング
素子１が信号線２２に接続され、液晶表示要素２が走査
線２１に接続されたものもある。

【０００４】図３に、図２の２端子素子としてＭＩＭ素
子を用いた場合の電圧−電流特性を示す。ここで、ＶNL
はＭＩＭ素子に印加される電圧であり、ＩNLは流れる電
流である。図３より明らかなように、この電圧−電流特
性は非線形特性を有している。

【０００５】図４に、単位画素への印加電圧Ｖ（走査線
と２１と信号線との差電圧）と単位画素の明るさＢｒ
（透過率）との関係を示す。ＭＩＭ素子のしきい値電圧
をＶth、液晶表示要素２のしきい値電圧をＶｂ、表示状
態となる電位を（Ｖｂ＋△Ｖ）とする。すると、選択期
間では、図４に示すように、単位画素への印加電圧Ｖを
（Ｖｂ＋Ｖth＋△Ｖ）にすることによって、液晶表示要
素２を表示状態とすることができ、単位画素への印加電
圧Ｖを（Ｖｂ＋Ｖth）にすることによって、液晶表示要
素２を非表示状態とすることができ、単位画素への印加
電圧Ｖを（Ｖｂ＋Ｖth）から（Ｖｂ＋Ｖth＋△Ｖ）の間
にすることによって、液晶表示要素２を中間調状態とす
ることができる。一方、非選択期間では、ＭＩＭ素子に
印加される電圧をＶNLをＶth以下、すなわち単位画素へ
の印加電圧Ｖを（Ｖｂ＋Ｖth）以下にすれば、ＭＩＭ素
子は常に高抵抗状態となり、選択期間に定められた状態
を非選択期間中そのまま保持することができる。

【０００６】ここで、ＭＩＭ素子とは、第１の導電膜と
絶縁膜と第２の導電膜とを積層して構成され、第１の導
電膜と第２の導電膜との間の電圧−電流特性が非線形特
性を示すスイッチング素子である。

【０００７】（第１の背景技術）特開昭５２−１４９０
９０号公報は、第１の背景技術に係るＭＩＭ素子を開示
している。図５にこのＭＩＭ素子の構造を示す。（ａ）
は平面図であり、（ｂ）はそのＡＡ´断面図である。こ
のＭＩＭ素子は、透明基板５０（又はその表面に形成さ
れることもあるＴａＯｘ膜５１）の表面側に形成されて
いる。そして、このＭＩＭ素子は、タンタルからなる第
１の導電膜５２と、その表面側に形成され金属酸化膜か
らなる絶縁膜５３と、その表面側に形成されＣｒからな
る第２の導電膜５４と、から構成されている。このＭＩ
Ｍ素子の第１の導電膜５２は走査線を介して走査線駆動
回路に接続され、第２の導電膜は画素電極５５に接続さ
れている。走査線は第１の導電膜５２と同一層としてい
るが、第１の導電膜５２の代わりに第２の導電膜５４と
同一層で形成することもできる。絶縁膜５３は、第１の
導電膜５２の表面を陽極酸化することによりピンホール
がなく均一の膜厚となるように形成されている。

【０００８】（第２の背景技術）国際公開された国際出
願ＰＣＴ／ＪＰ９４／００２０４（国際公開番号ＷＯ９
４／１８６００）は、第２の背景技術に係るＭＩＭ素子
を開示している。第１の背景技術に係るＭＩＭ素子の第
１の導電膜を、タンタルに代えてタンタルとタングステ
ンの合金膜にした構造を有している。

【０００９】（第３の背景技術）特開昭５８−３４４２
８号公報は、第３の背景技術に係るＭＩＭ素子を開示し
ている。このＭＩＭ素子は、第１の背景技術に係るＭＩ
Ｍ素子を２つ備え、この２つのＭＩＭ素子を第１の導電
膜同士を電気的に接続することにより直列に接続させ
た、いわゆるバック・トウ・バック構造（以下、「ＢＴ
Ｂ構造」という。）を有している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】２端子素子からなるス
イッチング素子を用いた液晶表示装置において、コント
ラストが高く、表示むら、残像及び焼き付きの認識でき
ない高画質の液晶表示装置を実現するためには、そのス
イッチング素子の特性は以下の条件を満足することが必
要である。

【００１１】スイッチング素子の容量が液晶表示要素
の容量に対して十分に小さいこと、 スイッチング素子の電圧−電流特性の経時的変化が十
分に小さいこと、 スイッチング素子の電圧−電流特性の対称性が十分に
良好であること、 スイッチング素子の電圧−電流特性の急峻性が幅広い
電圧範囲において十分に一様でありかつ十分に大きいこ
と。

【００１２】すなわち、コントラストを高くするために
は、のスイッチング素子の電圧−電流特性の急峻性が
幅広い電圧範囲において十分に大きいこと、が必要であ
り、表示むらが認識できないようにするには、のスイ
ッチング素子の電圧−電流特性の急峻性が幅広い電圧範
囲において十分に一様あること、が必要であり、残像が
認識できないようにするには、のスイッチング素子の
電圧−電流特性の経時的変化が十分に小さいこと、が必
要であり、焼き付きが認識できないようにするには、
のスイッチング素子の電圧−電流特性の経時的変化が十
分に小さく、かつ、のスイッチング素子の電圧−電流
特性の対称性が十分に良好であること、が必要とされ
る。

【００１３】ここで、「残像」とは、ある絵を数分表示
した後に違う絵を表示したときに、以前に表示していた
絵が認識される現象のことである。また、「焼き付き」
とは、ある絵を数時間表示した後に違う絵を表示したと
きに以前に表示していた絵が認識される現象のことであ
る。

【００１４】しかしながら、上記した第１から第３の背
景技術に係るＭＩＭ素子は必ずしもこれらの特性を十分
に満足するものではなかった。

【００１５】まず、第１の背景技術に係るＭＩＭ素子で
は、、及びの各特性が必ずしも十分に良好でなか
った。すなわち、電圧−電流特性の経時的変化が十分
小さくなく、対称性が十分に良好でなく、かつの急
峻性が幅広い電圧範囲において十分に一様でなく、十分
に大きいものではなかった。ここで、対称性が十分に
良好でないとは、図６のＤとＥの電流の絶対値の差が十
分小さくないことであり、反転駆動によっても液晶層に
印加される電圧の低周波の直流成分が残存してしまうと
いう問題を生ずる。したがって、このＭＩＭ素子を用い
た液晶表示装置は、広い温度範囲のもとでコントラスト
を高く保つことが困難で、動画より静止画を多く表示す
るような用途においては残像・焼き付きが認識されてし
まうことがあり、表示むらもでやすい、という問題があ
った。

【００１６】次に、第２の背景技術に係るＭＩＭ素子で
は、第１の背景技術に係るＭＩＭ素子の第１の導電膜
を、タンタルに代えてタンタルとタングステンの合金膜
にしたため、上記したの経時的変化の特性が改善さ
れ、第１の背景技術の場合に比べて広い温度範囲でコン
トラストを高く保つことができるようになり、残像を認
識できないようになレベルにすることができるようにな
った。しかしながら、それでも高温時のコントラスト特
性を要求されるような用途にはマージンが不十分であ
り，動画より静止画を多く表示するような用途において
は焼き付き現象が認識されてしまうことがある、という
問題があった。

【００１７】次に、第３の背景技術に係るＭＩＭ素子で
は、第１の背景技術に係るＭＩＭ素子を２つ備え、その
ＭＩＭ素子を第１の導電膜同士を電気的に接続すること
により直列に接続させたＢＴＢ構造を有するため、図６
のＤ、Ｅの電流量の絶対値の差が小さくなり、上記した
対称性の特性が改善され、第１の背景技術の場合に比
べて、焼き付きが改善された。しかしながら、それでも
高温時のコントラスト特性を要求されるような用途には
マージンが不十分であり，動画より静止画を多く表示す
るような用途においては焼き付き現象が認識されてしま
うことがある、という問題があった。

【００１８】そこで、本発明の目的は、電流−電圧特性
の経時的変化が十分に小さく、対称性が十分に良好
であり、かつ、急峻性が幅広い電圧範囲において十分
に一様でありかつ十分に大きいスイッチング素子を提供
することであり、また、そのようなスイッチング素子を
備えた、コントラストが高く、表示むら、残像及び焼き
付きの認識できない液晶表示装置を提供し、幅広い用途
に対応することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング素
子は、主成分であるタンタルにタングステンが添加され
た金属膜からなる第１の導電膜と、該第１の導電膜を陽
極酸化して形成された絶縁膜と、第２の導電膜と、を積
層して構成される第１及び第２のＭＩＭ素子を備え、該
第１及び第２のＭＩＭ素子を前記第１の導電膜同士又は
前記第２の導電膜同士を電気的に接続することにより前
記第１及び第２のＭＩＭ素子を直列に接続させたことを
特徴とする。

【００２０】すなわち、本発明のスイッチング素子は、
主成分であるタンタルにタングステンが添加された金属
膜を第１の導電膜として用いたＭＩＭ素子を用い、その
２つのＭＩＭ素子を極性を反転して直列に接続したＢＴ
Ｂ構造構造を有する。

【００２１】このように構成することにより、本発明の
スイッチング素子は，主成分であるタンタルにタングス
テンが添加された金属膜を第１の導電膜として用いたた
め、経時的変化の特性が改善されており、また、ＢＴ
Ｂ構造を有するため、対称性の特性が改善されてい
る。さらに主成分であるタンタルにタングステンが添加
された金属膜を第１の導電膜として用いたＭＩＭ素子を
２つ用いたＢＴＢ構造を有するため、経時的変化がさ
らに改善され、急峻性が幅広い電圧範囲において十分
に一様で、かつ十分に大きくなった。このため、このス
イッチング素子を用いた液晶表示装置のコントラストを
高くし、表示むら、残像及び焼き付きを認識できないレ
ベルとすることができる。

【００２２】ここで、本発明のスイッチング素子の電圧
−電流特性の経時的変化がさらに改善されることについ
て説明する。図６に、ＭＩＭ素子の電圧−電流特性の経
時的変化を評価するための加速試験の結果を示す。選択
期間に印加する駆動電圧をその極性を周期的に反転させ
ながら、このＭＩＭ素子の第１の金属層と第２の金属層
との間に印加し、流れる電流（およそ１×１０^-7Ａ）を
測定する。ここで、第２の背景技術に係るＭＩＭ素子
は、主成分であるタンタルにタングステンが添加された
金属膜を第１の導電膜として用いたため、図６のＡから
Ｂへの電流値変動を抑えることができるようになり、そ
の結果、より短い時定数を有する経時的変化に影響を受
ける残像を認識できないレベルにすることができるよう
になった。しかしながら、第２の背景技術に係るＭＩＭ
素子では、より長い時定数を有する経時的変化は残存す
る（図６のＢとＣとを参照。）。この長い時定数を有す
る経時的変化は、電流の変動量が印加時間の対数に比例
して増加するという関係を有し，このＭＩＭ素子では焼
き付きを認識できないレベルにすることはできなかっ
た。Ｂは最初の周期の電流値で、Ｃは１００秒後の電流
値で、実使用時に換算すると８時間後の電流値に対応す
る。

【００２３】本発明によるスイッチング素子は、時定数
の短い電流値変動（Ａ→Ｂ）を小さくするだけでなく、
時定数の長い電流値変動（Ｂ→Ｃ）をも小さくすること
ができるので、その結果、電圧−電流特性の経時的変化
をさらに改善できるのである。

【００２４】次に、本発明のスイッチング素子の電圧−
電流特性の急峻性が幅広い電圧範囲において十分に一
様で、かつ十分に大きくなることについて図８を用いて
説明する。図８は、種々のスイッチング素子の電圧−電
流特性を示す図である。横軸は印加電圧の平方根であ
り、縦軸は導電率の常用対数である。参照番号８１は、
本発明のスイッチング素子のＭＩＭ素子の電圧−電流特
性であり、参照番号８２は、背景技術２に係るＭＩＭ素
子の電圧−電流特性であり、参照番号８３は、背景技術
３に係るＭＩＭ素子の電圧−電流特性であり、参照番号
８４は、背景技術１に係るＭＩＭ素子の電圧−電流特性
である。

【００２５】図８から明らかなように、背景技術３に係
るＭＩＭ素子及び背景技術１に係るＭＩＭ素子は印加電
圧が低い領域では急峻性が大きいが、印加電圧が高い領
域では急峻性が小さい。したがって、スイッチング素子
の特性ばらつきによってコントラストが不規則に変動
し、その結果表示むらを生じやすい。それに対して，本
発明のスイッチング素子と背景技術２に係るＭＩＭ素子
は、幅広い電圧範囲にわたって急峻性が一様であり、表
示むらが改善されている。そのうえ、本発明のスイッチ
ング素子の電圧−電流特性の急峻性は背景技術２に係る
ＭＩＭ素子の急峻性より大きく（背景技術２のβ値（直
線の傾き）が３．４であるのに対して本発明のβ値は
３．７）、その結果コントラストをさらに高めることが
できる。

【００２６】したがって、本発明によるスイッチング素
子は、電圧−電流特性の急峻性が幅広い電圧範囲にわ
たって一様であり、かつ、大きいので、その結果、表示
むらを防止するとともにコントラストを高めることがで
きるのである。

【００２７】また、本発明のスイッチング素子は、その
ようなスイッチング素子において、前記第１及び第２の
ＭＩＭ素子を前記第１の導電膜同士を電気的に接続する
ことにより前記第１及び第２のＭＩＭ素子を直列に接続
させたことを特徴とする。この場合，電気的に接続され
る２つの第１の導電膜は共通の導電膜であることが好ま
しい。

【００２８】本発明のスイッチング素子は、このように
２つのＭＩＭ素子を第１の導電膜同士を電気的に接続す
ることにより直列に接続させたため、ＭＩＭ素子の有す
る非対称性を完全に補償ことができ、焼き付きを現象を
さらに効果的に認識できないようにすることができる。

【００２９】また、本発明のスイッチング素子は、第１
の導電膜を共通の導電膜としたので、回路パターンが単
純となり開口率を高めることができ、その結果明るくコ
ントラストの高い液晶表示装置を提供することができ
る。また、第１の導電膜同士を接続するための配線パタ
ーンを設けたり、コンタクトホールを設けたりする工程
が省略できるので、製造工程を短くでき、製造歩留りも
高くすることができ、製造製造コストも低くすることが
できる。

【００３０】また、本発明のスイッチング素子は、その
ようなスイッチング素子において、前記第１及び第２の
ＭＩＭ素子を、第１の導電膜同士を電気的に接続するの
ではなく、第２の導電膜同士を電気的に接続することに
より、前記第１及び第２のＭＩＭ素子を直列に接続させ
たことを特徴とする。この場合，電気的に接続される２
つの第２の導電膜は共通の導電膜であることが好まし
い。

【００３１】本発明のスイッチング素子は、このように
２つのＭＩＭ素子を第２の導電膜同士を電気的に接続す
ることにより直列に接続させたため、ＭＩＭ素子の有す
る非対称性を完全に補償ことができ、焼き付きを現象を
さらに効果的に認識できないようにすることができる。

【００３２】また、本発明のスイッチング素子は、第２
の導電膜を共通の導電膜としたので、回路パターンが単
純となり開口率を高めることができ、その結果明るくコ
ントラストの高い液晶表示装置を提供することができ
る。また、第２の導電膜同士を接続するための配線パタ
ーンを設ける工程が省略できるので、製造工程を短くで
き、製造歩留りも高くすることができ、製造製造コスト
も低くすることができる。そのうえ、走査線（又は信号
線）を酸化膜で覆うことが可能となり液晶表示装置の上
下ショートが少なくなる。

【００３３】また、本発明のスイッチング素子は、上記
したようなスイッチング素子において、前記第１の導電
膜は０．１乃至０．５重量％のタングステンを含むこと
が望ましく、前記第１の導電膜は、０．１乃至０．４重
量％のタングステンを含むことがさらに望ましく、前記
第１の導電膜は、０．１乃至０．３重量％のタングステ
ンを含むことがさらに望ましい。

【００３４】タングステンの含有量を０．１重量％以上
としたのは、図６におけるＡＢ間のＭＩＭ素子の電流値
変動を少なくして液晶表示装置の残像をなくするためで
ある。

【００３５】また、タングステンの含有量を０．５重量
％以下としたのは、電流シフトを２％以内にして焼き付
きをなくするためである。さらに、タングステンの含有
量を０．４重量％以下としたのは、電圧−電流特性の急
峻性を大きくできるのでどのような温度環境でもコント
ラストを大きくするためである。さらにまた、タングス
テンの含有量を０．３重量％以下としたのは、電流シフ
トを１％以内にしてマージンを確保して焼き付きを完全
になくするためである。

【００３６】さらに、本発明の液晶表示装置は，上記し
たようなスイッチング素子を備えたことを特徴とする。

【００３７】このように構成したから，本発明の液晶表
示装置は、コントラストが高く、表示むら、残像及び焼
き付きが認識できず、幅広い用途に対応することができ
る。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、実施例に
基づき詳細に説明する。

【００３９】図１は、本発明のスイッチング素子を説明
するための図である。２つのＭＩＭ素子を極性が反対に
なるようにして直列に接続したＢＴＢ構造を有する。こ
こで、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）はそのＡＡ´断面
図を示す。

【００４０】１１は上層の膜の密着力を高め、第１の導
電膜の加工性を良好にするために形成される酸化タンタ
ル膜で、１２は主成分であるタンタルにタングステンが
添加された金属膜からなる第１の導電膜で、１３は第１
の導電膜に対する陽極酸化膜で、１４はクロム，チタ
ン，アルミニウム又はモリブデンからなる第２の導電膜
で、１５は第２の導電膜と導電接続した画素電極であり
ＩＴＯ膜などからなっている。また、第２の導電膜は走
査線の役割も果たしている。

【００４１】図７に、本発明の非線形素子の製造方法を
示す。

【００４２】まず、（ａ）に示すように、主成分である
タンタルにタングステンが添加された金属膜からなる第
１の導電膜１２を１００〜４００ｎｍの厚さにスパッタ
法により形成し、その後２０〜４０ｎｍの金属酸化膜で
ある絶縁膜１３を第１の金属膜に対する陽極酸化法で堆
積する。陽極酸化は、クエン酸、酒石酸又はタングステ
ン酸アンモニウム水溶液中で、所定の電圧までは定電流
法で行い、その後定電圧法にして１から３時間程放置す
ることによって行う。このとき、第１の導電膜１２中に
含まれるタンタルとタングステンは、陽極酸化されると
絶縁膜１３中に含まれることになる。

【００４３】次に、（ｂ）に示すように、１００〜２０
０ｎｍの例えばクロムからなる第２の導電膜１４をスパ
ッタ法により形成する。ここで、必要があれば第２の導
電膜１４を成膜する前に、ＭＩＭ素子基板を２５０〜５
００℃で熱処理をすると、電圧−電流特性の急峻性を大
きくできる。

【００４４】さらに、（ｃ）に示すように、第１の導電
膜１２の素子部分を陽極酸化を行うために用いた配線部
から分離する。（ａ）を加工するときに用いたのと同じ
方法を用いることができる。また、第１の導電膜１２と
絶縁膜１３を同時にエッチングする。

【００４５】さらに、（ｄ）に示すように、第２の導電
膜１４で走査線に導電接続していない側と画素電極のＩ
ＴＯ膜１５とが導電接続するように形成する。また、走
査線の外部回路との接続部分には、第２の導電膜１４の
上に実装しやすいようにＩＴＯ膜１５が残るようにする
とよい。ここでは、画素電極をＩＴＯ膜としたが、反射
型液晶表示装置とする場合は、アルミニウム、マグネシ
ウム等の金属膜を用いてもよい。透過型液晶表示装置の
場合でも画素電極はＩＴＯ膜には限られず、他の透明導
電膜を用いることもできる。

【００４６】〔実施例１〕第１の導電膜にタンタルとタ
ングステンの合金膜を用い、２つのＭＩＭ素子を極性を
反対にして直列に接続したＢＴＢ構造にしたときの効果
について説明する。

【００４７】ＭＩＭ素子の素子容量を同じにして、従来
のようにＭＩＭ素子が１つの場合と、本発明のように２
つのＭＩＭ素子を極性を反対にして直列に接続したＢＴ
Ｂ構造を有する場合と、でその電圧−電流特性を図８を
比較する。

【００４８】図８の横軸は印加電圧の平方根であり縦軸
は導電率の常用対数である。タンタルの陽極酸化膜中を
流れる電流は、プールフレンケルの関係式で記述できる
ので図８の形式にすれば直線になる。８１は、ＢＴＢ構
造で第１の導電膜をタングステン原子を０．７重量％含
んだタンタル膜にし２８ｎｍの酸化膜厚にしたＭＩＭ素
子の電圧−電流特性である。８２は、素子の数を１つに
し、第１の導電膜をタングステン原子を０．７重量％含
んだタンタル膜にし５６ｎｍの酸化膜厚にしたＭＩＭ素
子の電圧−電流特性である。８３は、ＢＴＢ構造で第１
の導電膜をタンタル膜にし２８ｎｍの酸化膜厚にしたＭ
ＩＭ素子の電圧−電流特性である。８４は、素子の数を
１つにし、第１の導電膜をタンタル膜にし５６ｎｍの酸
化膜厚にしたＭＩＭ素子の電圧−電流特性である。な
お、図８に示した特性のＭＩＭ素子は陽極酸化終了後に
４３０℃の熱処理を乾燥窒素雰囲気中で１時間施してあ
り、素子容量はすべて同じである。

【００４９】図８をみてわかるように、ＢＴＢ構造のＭ
ＩＭ素子のほうが、直線の傾きを示すβ値は３．７と、
素子の数が１つである８２のそれの３．４より大きくな
っている。また、従来の第１の導電膜を純粋なタンタル
膜にした場合は、７３のように直線にならないので単純
に比較はできない。このように、β値を３．７にするこ
とで、ＭＩＭ素子の電圧−電流特性と用いる液晶を最適
化すれば、室温での液晶表示装置のコントラスト比を
１：１００以上にできた。なお、β値が３．４では、最
高でもコントラスト比を１：８０にすることが限度であ
った。

【００５０】さらに、β値を大きくするためには、第１
の導電膜に含まれるタングステン原子の割合を少なくし
ていけばよい。第１の導電膜中に含まれるタングステン
原子の割合とβ値の関係を図９に示す。図９のデータを
得るために用いたＭＩＭ素子は、酸化膜厚が２８ｎｍで
ＢＴＢ構造にしたもので、陽極酸化して絶縁膜を堆積し
た後に１％程度の水分を含んだ窒素雰囲気中において４
３０℃で１時間の熱処理を行い、上電極にはクロムを用
いている。図８に示したデータとは熱処理の方法が異な
るために、若干β値は大きくなっている。

【００５１】ここで、β値を４以上にすれば、室温での
液晶表示装置のコントラスト比は、ツイストネマテック
液晶を用いれば、必ず１：１００以上にできる。さら
に、４．５より大きくなれば、液晶表示装置を８０℃の
環境においても、コントラスト比は１：１００以上が実
現できる。このときの、タングステン原子の濃度は０．
４重量％以下にすればよい。ただし、図８に示したよう
に第１の導電膜を純粋なタンタル膜にすれば、電圧−電
流特性がプールフレンケルのプロットで直線にならなか
った。この関係は、タングステン原子が０．１重量％以
上ならば直線になり、電圧−電流特性の不安定性も解消
され、液晶表示装置の残像現象は認識されなくなる。

【００５２】以上をまとめると、第１の導電膜をタンタ
ルとタングステンの合金膜にしたときに、ＢＴＢ構造に
すれば電圧−電流特性の急峻性であるβ値を大きくでき
る。また、第１の導電膜のタングステンの濃度を０．１
〜０．４重量％にすればβ値を４．５以上にでき、８０
℃の環境でもコントラスト比が１：１００以上にでき
る。

【００５３】〔実施例２〕第１の導電膜中に含まれるタ
ンタルとタングステンの量を最適化し、ＭＩＭ素子をＢ
ＴＢ構造にすれば、液晶表示装置の焼き付きが小さくな
ることについて説明する。

【００５４】焼き付きを低減するためには、ＭＩＭ素子
の極性差を解消することと、電流シフトの低減を同時に
達成することが必要であることは前述した。

【００５５】まず、極性差が解消されることについて説
明する。図１（ｂ）からわかるように、ＭＩＭ素子を構
成する膜の電流が流れる経路は、第２の導電膜１４−陽
極酸化膜１３−第１の導電膜１２−陽極酸化膜１３−第
２の導電膜１４と対称な構造になっているために極性差
は解消されている。実際にＭＩＭ素子を作製してみた
が、電圧印加の方向を変えても図８の８１のような極性
差のない電圧−電流特性が得られている。

【００５６】第２の導電膜１４と画素電極１５とのコン
タクト抵抗に極性差があるためにこの量が問題になるこ
ともあるが、該コンタクト部分の面積を素子部分よりも
大きくしたり、第２の金属膜と配線膜との間に画素電極
と同じ膜を挿入すれば問題にはならない。

【００５７】次に、電流シフトが低減されることについ
て説明する。図５に示すような従来の１素子のＭＩＭ素
子では、図１０の１０２に示すような関係がある。図１
０は、横軸にＭＩＭ素子に４Ｖの電圧を印加したときに
流れる電流値をとり、縦軸を電流シフトとした図であ
る。１０２に示すように、４Ｖ印加時の電流値が大きく
なるに従って電流シフトは小さくなっている。４Ｖの印
加時に素子に流れる電流値を変化させるためには、陽極
酸化膜の膜厚を変化させたり、陽極酸化膜形成後の熱処
理条件を変えるなどする。

【００５８】液晶表示装置の焼き付きを目立たなくする
ためには、 ＭＩＭ素子の電流シフトを±２％以内に抑
える必要がある。また、液晶を駆動するためには、用い
る液晶の閾値電圧によっても異なるが、一般に４Ｖ印加
時の電流値を１×１０^-10Ａ以下にする必要がある。さ
らに、８０℃の環境でも十分に動作するためには、それ
を１×１０^-11Ａ 以下にする必要がある。従って、１素
子のＭＩＭ素子にして焼き付きのない液晶表示装置にす
るには図１０からわかるように制約が多すぎる。

【００５９】第１の導電膜を、タングステン原子が０．
２重量％含まれるタンタルとの合金膜にし、ＭＩＭ素子
の構造をＢＴＢ構造にすれば、図１０の１０１に示すよ
うに電流シフトが半減している。このとき、４Ｖ印加時
にＭＩＭ素子に流れる電流値を、２×１０^-12Ａ〜１×
１０^-11Ａにすれば、ＢＴＢ構造であるので極性差がな
く電流シフトも２％以下と小さくなる。従って、焼き付
きがなく十分なコントラスト比のある液晶表示装置にす
ることができる。

【００６０】次に、十分なコントラスト比が達成される
液晶表示装置になるための必要条件であるＭＩＭ素子に
４Ｖ印加したときに流れる電流値が１×１０^-11Ａのと
きに、電流シフトが±２％以内になるためのタングステ
ン原子の濃度を調べてみた。

【００６１】図１１は、ＢＴＢ構造のＭＩＭ素子に４Ｖ
印加したときの電流値が１×１０^{-1 1}Ａのときの、第１
の金属膜のタングステン原子の含有量と電流シフトの関
係を示した図である。この図から、タングステン原子の
含有量が０．５重量％以下ならば電流シフトが±２％の
範囲内（図中のＷ１で表示）にあることがわかる。ま
た、タングステン原子の含有量が０．１重量％以下にな
ると、ＭＩＭ素子の電圧−電流特性の安定性が保てなく
なってしまう。したがって、焼き付きがなく十分なコン
トラスト比のある液晶表示装置にするためには、第１の
金属膜のタングステン原子のタンタル膜に対する含有量
を０．１〜０．５重量％にしたＢＴＢ構造にすることで
ある。

【００６２】さらに、好ましくは電流シフトを±１％以
内にすれば（図中のＷ２で表示）ＭＩＭ素子を製造する
ためのマージンが広くなり製造歩留まりを高くすること
ができる。そのためには、第１の導電膜のタングステン
の含有量を０．１〜０．３重量％にしたＢＴＢ構造にす
ることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチング素子の構造図。

【図２】アクティブマトリクス方式の液晶表示装置の等
価回路図。

【図３】ＭＩＭ素子の印加電圧と電流値の関係を示す
図。

【図４】走査電圧と信号電圧の差電圧と液晶表示装置の
明るさの関係を示す図。

【図５】従来のＭＩＭ素子の構造図。

【図６】電流シフト測定の際にＭＩＭ素子に電圧を印加
したときに流れる電流の波形図。

【図７】本発明のスイッチング素子の製造プロセスを表
す平面図。

【図８】各種スイッチング素子への印加電圧と電流値の
関係を示す図。

【図９】第１の導電膜中に含まれるタングステンの含有
量とβ値との関係を示す図。

【図１０】ＭＩＭ素子に４Ｖの電圧を印加したときの電
流値と電流シフトの関係を示す図。

【図１１】ＭＩＭ素子に４Ｖの電圧を印加したときの電
流値を１×１０^-11Ａにしたときの、第１の金属膜中の
タングステン原子の含有量と電流シフトの関係を示す
図。

【符号の説明】

１ スイッチング素子 ２ 液晶表示要素 １２，４２ 第１の導電膜 １３，４３ 絶縁膜 １４，４４ 第２の導電膜

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主成分であるタンタルにタングステンが添
   加された金属膜からなる第１の導電膜と、該第１の導電
   膜を陽極酸化して形成された絶縁膜と、第２の導電膜
   と、を積層して構成される第１及び第２のＭＩＭ型非線
   形素子を備え、 該第１及び第２のＭＩＭ型非線形素子を前記第１の導電
   膜同士又は前記第２の導電膜同士を電気的に接続するこ
   とにより前記第１及び第２のＭＩＭ型非線形素子を直列
   に接続させたことを特徴とするスイッチング素子。
2. 【請求項２】請求項１に記載のスイッチング素子におい
   て、 前記第１及び第２のＭＩＭ型非線形素子を前記第１の導
   電膜同士を電気的に接続することにより前記第１及び第
   ２のＭＩＭ型非線形素子を直列に接続させたことを特徴
   とするスイッチング素子。
3. 【請求項３】請求項２に記載のスイッチング素子におい
   て、 前記第１のＭＩＭ型非線形素子の第１の導電膜と第２の
   ＭＩＭ型非線形素子の第１の導電膜とが共通の導電膜で
   あることを特徴とするスイッチング素子。
4. 【請求項４】請求項１に記載のスイッチング素子におい
   て、 前記第１及び第２のＭＩＭ型非線形素子を前記第２の導
   電膜同士を電気的に接続することにより前記第１及び第
   ２のＭＩＭ型非線形素子を直列に接続させたことを特徴
   とするスイッチング素子。
5. 【請求項５】請求項４に記載のスイッチング素子におい
   て、 前記第１のＭＩＭ型非線形素子の第２の導電膜と第２の
   ＭＩＭ型非線形素子の第２の導電膜とが共通の導電膜で
   あることを特徴とするスイッチング素子。
6. 【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかの請求項
   に記載のスイッチング素子において、 前記第１の導電膜は、０．１乃至０．５重量％のタング
   ステンを含むことを特徴とするスイッチング素子。
7. 【請求項７】請求項１乃至請求項５のいずれかの請求項
   に記載のスイッチング素子において、 前記第１の導電膜は、０．１乃至０．４重量％のタング
   ステンを含むことを特徴とするスイッチング素子。
8. 【請求項８】請求項１乃至請求項５のいずれかの請求項
   に記載のスイッチング素子において、 前記第１の導電膜は、０．１乃至０．３重量％のタング
   ステンを含むことを特徴とするスイッチング素子。
9. 【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれかの請求項
   に記載のスイッチング素子を備えたことを特徴とする液
   晶表示装置。