JPH08320495A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板１１と、基板上に形成した第１の電極１
５と、基板上に形成し第１の電極とは電気的に絶縁して
いる第２の電極１７と、第１の電極の表面を陽極酸化し
て形成し第２の電極とも結合している絶縁体１９と、第
２の電極と結合し透明導電体からなる画素電極２３とを
備え、第１の電極と絶縁体と第２の電極と画素電極とが
電気的に直列に接続する液晶表示装置およびその製造方
法。 【効果】 第１の電極と第２の電極が一回の膜形成工程
で形成した同一の金属からなるため、ＴＦＤ素子の電流
−電圧特性が対称となり、焼き付きのない高品位な画像
を得ることができる。さらに、従来の製造方法に比らべ
て膜形成工程とパターニング工程をそれぞれ一回ずつ減
らすことができ、液晶表示装置の製造方法を簡略化する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属−絶縁体−金属構
造の薄膜ダイオード（以下、ＴＦＤと記す）をスイッチ
ング素子として用いたアクティブマトリクス方式の液晶
表示装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、高品質な画質が得られる、アクテ
ィブマトリクス方式の液晶表示装置において、スイッチ
ング素子として薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記
す）やダイオードやＴＦＤなどが用いられる。

【０００３】本発明の液晶表示装置はスイッチング素子
として、ＴＦＤ素子を有するものを対象とする。

【０００４】従来技術におけるＴＦＤ素子の製造方法を
図１６の平面図と図９から図１５の断面図を用いて説明
する。なお、図９から図１５の断面図は、図１６のＢ−
Ｂ線における断面図である。

【０００５】まずはじめに、図９に示すように、ガラス
からなる基板１１上に、スパッタリング法によりタンタ
ル膜からなる第１の金属４１を１００ｎｍ〜２００ｎｍ
の膜厚で形成する。

【０００６】その後、図１０に示すように、フォトエッ
チング法により、第１の金属４１のパターニングを行
い、第１の電極１５を形成する。この第１の電極１５の
平面パターン形状は、図１６の実線２５で示す。

【０００７】つぎに、図１１に示すように、第１の電極
１５の表面に、陽極酸化法により、五酸化タンタル膜か
らなる絶縁体１９を７０ｎｍ〜８０ｎｍの膜厚で形成す
る。

【０００８】つぎに、図１２に示すように、スパッタリ
ング法により、クロム膜やチタン膜などからなる第２の
金属４３を１００ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚で形成する。

【０００９】その後、図１３に示すように、フォトエッ
チング法により、第２の金属４３のパターニングを行
い、第２の電極１７を形成する。この第２の電極１７の
平面パターン形状は図１６の破線２７で示す。

【００１０】この結果、第１の電極１５／絶縁体１９／
第２の電極１７の構成で、基板１１と垂直方向に第１の
金属４１−絶縁体１９−第２の金属４３というＴＦＤ構
造を形成する。

【００１１】さらに、図１４に示すように、スパッタリ
ング法により、酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＯと記
す）膜からなる透明導電体２１を形成する。

【００１２】その後、図１５に示すように、フォトエッ
チング法により、透明導電体２１のパターニングを行
い、画素電極２３を形成する。この画素電極２３の平面
パターン形状は図１６の一点鎖線２９で示す。

【００１３】このようにして、図１５と図１６に示すよ
うなＴＦＤ素子は、４回の膜形成工程と３回のパターニ
ング工程とを行うことにより形成する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＴＦＤ素子は、
第１の金属４１と第２の金属４３をそれぞれ別の工程で
形成しており、タンタル膜からなる第１の金属４１−絶
縁体１９−ＩＴＯ膜からなる第２の金属４３という非対
称構造である。

【００１５】このために、第１の金属４１からなる第１
の電極１５の極性を正極とした場合と、第２の金属４３
からなる第２の電極１７を正極とした場合とでは、ＴＦ
Ｄ素子の電流−電圧特性は異なり、極性に対して非対称
性を生じる。図１７のグラフは、従来の液晶表示装置の
ＴＦＤ素子の電流−電圧特性である。

【００１６】図１７のグラフから明らかなかに、電流は
印加電圧の極性に依存し、印加電圧に対し非対称な特性
を示していることが分かる。

【００１７】したがって、このようなＴＦＤ素子をスイ
ッチング素子として用いた液晶表示装置を駆動させた場
合、電流−電圧特性の非対称性から生ずる液晶への直流
印加成分は、焼き付き現象と呼ばれる表示劣化の原因と
なってしまうという課題を有する。この焼き付き現象に
ついて図１８のグラフに示す透過率特性を用いて説明す
る。

【００１８】図１８のグラフは従来技術の液晶表示装置
において、任意の画素を５分間隔で非選択（電圧無印
加）と、選択（電圧印加）と、非選択（電圧無印加）と
を繰り返したときの相対透過率の測定結果である。５分
間連続した選択の前後で非選択時の透過率の差（ΔＴ）
は５％変化している。

【００１９】この透過率の差（ΔＴ）は、実際の表示に
おいて数分以上の静止画を表示した場合、表示した画像
が次の異なる表示画像上に残像として認識される。これ
が焼き付き現象である。これは表示装置としては実用上
きわめて問題である。

【００２０】焼き付き現象は、駆動中に液晶層に印加さ
れる直流成分のために、配向膜の分極または液晶劣化が
生じることによって起こる。

【００２１】電流−電圧特性が非対称であると、液晶表
示装置の交流駆動時にプラスフィールドとマイナスフィ
ールドとで液晶層に加わる電圧が異なるため、液晶層に
直流成分が印加される。したがって、図１８のグラフに
示すような焼き付き現象を生じてしまう。

【００２２】また、第１の金属４１と絶縁体１９と第２
の金属４３と透明導電体２１との４回の膜形成工程と、
第１の電極４１を形成する工程と第２の電極４３を形成
する工程と画素電極２３を形成する工程との３回のパタ
ーニング工程を、従来技術では必要としている。

【００２３】液晶表示装置を、低コストでしかも高歩留
まりで製造するためには、膜形成工程とパターニング工
程とを減らし、製造方法を簡略化しなければならない。

【００２４】本発明の目的は、上記課題を解決して、極
性に対して対称な電流−電圧特性を有するＴＦＤ素子を
スイッチング素子とし、焼き付きのない高品位な液晶表
示装置を提供し、さらに液晶表示装置の製造方法を簡略
化することである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の液晶表示装置とその製造方法は、下記記載
の手段を採用する。

【００２６】本発明の液晶表示装置は、基板と、基板上
に設ける第１の電極と、第１の電極とは離間するように
設け電気的に絶縁している第２の電極と、第１の電極と
第２の電極とのあいだに設けしかも第１の電極の表面と
第２の電極の側面と接触区するように設ける絶縁体と、
第２の電極と結合し透明導電体からなる画素電極とを備
え、第１の電極と絶縁体と第２の電極と画素電極とは電
気的に直列に接続していることを特徴とする。

【００２７】本発明の液晶表示装置は、基板と、基板上
に設ける第１の電極と、第１の電極とは離間するように
設け電気的に絶縁している第２の電極と、第１の電極と
第２の電極とのあいだに設けしかも第１の電極の表面と
第２の電極の側面と接触区するように設ける絶縁体と、
第２の電極と結合し透明導電体からなる画素電極とを備
え、第１の電極と第２の電極は同一の金属からなり、第
１の電極と絶縁体と第２の電極と画素電極とは電気的に
直列に接続していることを特徴とする。

【００２８】本発明の液晶表示装置の製造方法は、基板
上に金属を形成する工程と、金属を第１の電極と第２の
電極とを電気的に絶縁するように離間してパターニング
する工程と、第１の電極の表面を陽極酸化して、その表
面が第２の電極と結合する絶縁体を形成する工程と、透
明導電体を形成する工程と、透明導電体をパターニング
し、画素電極を形成する工程とを有することを特徴とす
る。

【００２９】

【作用】本発明における液晶表示装置の構造とその製造
方法においては、第１の電極と第２の電極が一回の膜形
成工程で形成する特性の近い金属あるいは同一の金属か
らなり、第１の電極／絶縁体／第２の電極の構成で、金
属−絶縁体−金属という対称構造のＴＦＤ素子を備え
る。

【００３０】このように、ＴＦＤ素子の構造が完全対称
なため、電流−電圧特性は極性に対してほぼ対称であ
る。このため、本発明の液晶表示装置を駆動させた場
合、液晶層に直流成分が印加されることがなく、焼き付
き現象は生じない。

【００３１】また、第１の電極と第２の電極を一回の膜
形成工程と一回のパターニング工程で形成しているた
め、金属を形成する工程と絶縁体を形成する工程と透明
導電体を形成する工程の３回の膜形成工程と、金属を第
１の電極と第２の電極とにパターニングする工程と透明
導電体を画素電極にパターニングする工程の２回のパタ
ーニング工程のみでＴＦＤ素子を形成することができ
る。

【００３２】このように、従来の製造方法に比らべて、
本発明では膜形成工程とパターニング工程とがそれぞれ
一回ずつ少なくなり、液晶表示装置の製造方法を簡略化
することが可能となる。

【００３３】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例における
液晶表示装置の構成とその製造方法を説明する。図１か
ら図５は本発明の液晶表示装置の構造とその製造方法を
工程順に示す断面図であり、図６は本発明の液晶表示装
置の構造とその製造方法とを説明する平面図である。な
お、図１から図５の断面図は、図６のＡ−Ａ線での断面
を示す断面図である。また、図７は本発明の液晶表示装
置のＴＦＤ素子の電流−電圧特性を示し、図８は本発明
の液晶表示装置の透過率特性を示す。まずはじめに、図
５と図７と図８を用いて本発明の液晶表示装置の構造を
説明する。

【００３４】第１の電極１５と第２の電極１７とは、特
性の近い材料かあるいは同一の材料から構成する金属１
３からなり、図５に示すようにガラスからなる基板１１
上に距離Ｌ２の隙間を設けるように配置する。第１の電
極１５の膜厚は２．０μｍであり、第２の電極１７の膜
厚は１．０μｍである。本発明の実施例においては、金
属１３の材料としてタンタルを用い、距離Ｌ２は２．０
μｍとする。なお、第１の電極１５と第２の電極１７と
は、電気的に絶縁している。

【００３５】第１の電極１５と第２の電極１７とのあい
だには絶縁体１９を設ける。そしてこの絶縁体１９は、
第１の電極１５の表面と第２の電極１７の側面に接触す
るように設ける。絶縁体１９の表面は、図５に示すよう
に第２の電極１７の側面と結合している。本発明の実施
例において、絶縁体１９はタンタルの陽極酸化物である
五酸化タンタルからなる。

【００３６】この構成により、第１の電極１５と絶縁体
と第２の電極１５とは基板１１表面と平行方向に直列に
結合し、金属１３−絶縁体１９−金属１３というＴＦＤ
素子の構造となる。

【００３７】本発明のＴＦＤ素子の構造は、特性が近い
材料あるいは同一材料からなる金属１３で構成する第１
の電極１５と第２の電極１７との間を絶縁体１９によっ
て挟んでいるため、対称構造となる。したがって、図７
のグラフに示す電流−電圧特性から分かるように、電流
値は印加する電圧の極性に対して対称である。

【００３８】また、第２の電極１７は透明導電体２１か
らなる画素電極２３とも結合している。本発明の実施例
では、透明導電体２１の材料としてＩＴＯを用いた。

【００３９】本発明の液晶表示装置の焼き付き現象評価
結果は、図８のグラフに示すように５分間の選択期間の
前後で透過率の変動は起きていない。これは、ＴＦＤ素
子の電流−電圧特性が極性に対して対称特性であり、交
流駆動時に液晶層に直流成分が印加されていないためで
ある。

【００４０】さらに、本発明の液晶表示装置の表示画像
評価を行った結果、静止画像を１０時間表示した後、残
像は生じなかった。

【００４１】つぎに、本発明の液晶表示装置の構造を形
成するための製造方法を、図１から図５の断面図と図６
の平面図とを用いて説明する。

【００４２】まずはじめに図１に示すように、ガラスか
らなる基板１１上にスパッタリング法により、タンタル
膜からなる金属１３を２．０μｍの膜厚で形成する。

【００４３】その後、金属１３上の全面にポジ型のフォ
トレジストを回転塗布法により形成し、第１のフォトマ
スクを用いた露光処理と現像処理とを行い、第１のレジ
ストマスクを形成する。つぎに、六フッ化イオウとヘリ
ウムと酸素との混合ガスを用いたリアクティブイオンエ
ッチング（以下、ＲＩＥと記す）処理により、第１のレ
ジストマスクをエッチングマスクにして、タンタルから
なる金属１３のパターニングを行う。さらに第１のレジ
ストマスクを湿式剥離法により除去し、図２に示すよう
に第１の電極１５と第２の電極１７とを形成する。

【００４４】この金属１３のパターニング工程により、
同一の金属１３からなる第１の電極１５と第２の電極１
７とを同時に形成することができる。

【００４５】これら第１の電極１５と第２の電極１７と
の平面パターン形状は、図６の実線２５で示す。ここ
で、第１の電極１５と第２の電極１７とは電気的に絶縁
するように距離Ｌ１だけ離間するように形成している。
このとき、第１の電極１５と第２の電極１７との距離Ｌ
１は、１．０μｍとする。

【００４６】つぎに、第１の電極１５にのみ、電圧を印
加して陽極酸化処理を行って、図３に示すように、第１
の電極１５の表面に五酸化タンタル膜からなる絶縁体１
９を２．０μｍの膜厚で形成する。

【００４７】このとき、第１の電極１５と電気的に絶縁
している第２の電極１７には電圧が印加されないので、
第２の電極１７の表面には絶縁体は形成されない。この
陽極酸化処理は、クエン酸０．１％の水溶液中で１．０
ｋＶの電圧を印加して行う。この結果、絶縁体１９の表
面は第２の電極１７と結合する。この絶縁体１９の平面
形状は図６の破線２７で示す。

【００４８】このように、第１の電極１５／絶縁体１９
／第２の電極１７の構成でＴＦＤ素子を形成する。この
ＴＦＤ素子の構造は、基板１１の表面に対して平行方向
に金属１３−絶縁体１９−金属１３となり、対称構造と
なる。

【００４９】陽極酸化は第１の電極１５から表面を等方
的に進行していき、また陽極酸化後の第１の電極１５と
第２の電極１７との距離は、それぞれの電極を形成した
際の距離Ｌ１より大きくなり、図３に示すように距離Ｌ
２となる。これは、第１の電極１５の表面が陽極酸化反
応により深さ方向にも侵食するためである。

【００５０】したがって、絶縁体１９の表面が第２の電
極１７と結合するためには、絶縁体１９の膜厚が距離Ｌ
２と等しいか、あるいは厚くなければならない。本発明
の実施例のように、距離Ｌ１が１．０μｍで絶縁体１９
の膜厚が２．０μｍとなるようにした場合、距離Ｌ２は
２．０μｍとなるので、絶縁体１９の表面は第２の電極
１７と結合する。

【００５１】つぎに、図４に示すように、ＩＴＯ膜から
なる透明導電体２１をスパッタリング法により１００ｎ
ｍ〜２００ｎｍの膜厚で形成する。

【００５２】その後、透明導電体２１上の全面にポジ型
のフォトレジストを回転塗布法によって形成し、第２の
フォトマスクを用いた露光処理と現像処理を行い、第２
のレジストマスクを形成する。つぎに、塩化第二鉄と塩
酸の混合液を用いた湿式エッチング法により、第２のレ
ジストマスクをエッチングマスクとして、ＩＴＯからな
る透明導電体２１のパターニングを行い、さらに第１の
レジストマスクを湿式剥離法により除去し、図５に示す
ように画素電極２３を形成する。この画素電極２３の平
面パターン形状は、図６の一点鎖線２９で示す。

【００５３】このようにして、図５に示すような対称の
ＴＦＤ素子を、３回の膜形成と２回のパターニングを行
うことにより形成する。

【００５４】以上の実施例の説明では、金属１３として
タンタルを用いたが、窒素添加タンタルや、窒化タンタ
ルや、タンタルと他の金属との合金や、あるいはアルミ
ニウムなどを用いてもよい。この場合、それぞれの陽極
酸化物が絶縁体１９となる。

【００５５】さらに以上の実施例の説明では、透明導電
体２１としてＩＴＯを用いたが、酸化インジウムや酸化
スズや酸化亜鉛などを用いてもよい。

【００５６】さらにまた以上の実施例の説明では、第１
の電極１５と第２の電極１７とを同一材料で構成する例
で説明したが、特性が近い金属をそれぞれ第１の電極１
５と第２の電極１７として用いてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
おける液晶表示装置のＴＦＤ素子は、第１の電極と第２
の電極とは特性の近い金属あるいは同一の金属からな
り、第１の電極／絶縁体／第２の電極の構成で、金属−
絶縁体−金属という対称な構造となる。このために、電
流−電圧特性は電圧の極性に対して対称特性になる。し
たがって、本発明の液晶表示装置を交流駆動させた場
合、液晶層に直流成分が印加されないため、焼き付き現
象が生じない。

【００５８】また、本発明の製造方法によれば、第１の
電極と第２の電極を一回の膜形成工程と一回のパターニ
ング工程で形成している。このため、金属を形成する工
程と絶縁体を形成する工程と透明導電体を形成する工程
の３回の膜形成工程と金属を第１の電極と第２の電極と
にパターニングする工程と透明導電体を画素電極にパタ
ーニングする工程の２回のパターニング工程のみでＴＦ
Ｄ素子を形成できる。したがって従来の製造方法に比ら
べて、膜形成工程とパターニング工程をそれぞれ１回ず
つ減らすことができ、液晶表示装置の製造方法を簡略化
できる。

【００５９】以上のことから、本発明の製造方法によれ
ば、焼き付きのない高品質な液晶表示装置を低コスト、
高歩留まりで得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における液晶表示装置の構造と
その製造方法とを示す断面図である。

【図２】本発明の実施例における液晶表示装置の構造と
その製造方法とを示す断面図である。

【図３】本発明の実施例における液晶表示装置の構造と
その製造方法とを示す断面図である。

【図４】本発明の実施例における液晶表示装置の構造と
その製造方法とを示す断面図である。

【図５】本発明の実施例における液晶表示装置の構造と
その製造方法とを示す断面図である。

【図６】本発明の実施例における液晶表示装置の構造と
その製造方法とを示す平面図である。

【図７】本発明の実施例における液晶表示装置のＴＦＤ
素子の電流−電圧特性を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例における液晶表示装置の透過率
特性を示すグラフである。

【図９】従来の技術における液晶表示装置を示す断面図
である。

【図１０】従来の技術における液晶表示装置を示す断面
図である。

【図１１】従来の技術における液晶表示装置を示す断面
図である。

【図１２】従来の技術における液晶表示装置を示す断面
図である。

【図１３】従来の技術における液晶表示装置を示す断面
図である。

【図１４】従来の技術における液晶表示装置を示す断面
図である。

【図１５】従来の技術における液晶表示装置を示す断面
図である。

【図１６】従来の技術における液晶表示装置を示す平面
図である。

【図１７】従来の技術における液晶表示装置のＴＦＤ素
子の電流−電圧特性を示すグラフである。

【図１８】従来の技術における液晶表示装置の透過率特
性を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ 基板 １３ 金属 １５ 第１の電極 １７ 第２の電極 １９ 絶縁体 ２１ 透明導電体 ２３ 画素電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、基板上に設ける第１の電極と、
   第１の電極とは離間するように設け電気的に絶縁してい
   る第２の電極と、第１の電極と第２の電極とのあいだに
   設けしかも第１の電極の表面と第２の電極の側面と接触
   区するように設ける絶縁体と、第２の電極と結合し透明
   導電体からなる画素電極とを備え、第１の電極と絶縁体
   と第２の電極と画素電極とは電気的に直列に接続してい
   ることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 基板と、基板上に設ける第１の電極と、
   第１の電極とは離間するように設け電気的に絶縁してい
   る第２の電極と、第１の電極と第２の電極とのあいだに
   設けしかも第１の電極の表面と第２の電極の側面と接触
   区するように設ける絶縁体と、第２の電極と結合し透明
   導電体からなる画素電極とを備え、第１の電極と第２の
   電極は同一の金属からなり、第１の電極と絶縁体と第２
   の電極と画素電極とは電気的に直列に接続していること
   を特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 基板上に金属を形成する工程と、金属を
   第１の電極と第２の電極とを電気的に絶縁するように離
   間してパターニングする工程と、第１の電極の表面を陽
   極酸化して、その表面が第２の電極と結合する絶縁体を
   形成する工程と、透明導電体を形成する工程と、透明導
   電体をパターニングし、画素電極を形成する工程とを有
   することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。