JPS63113425A - マトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明Ｖｉｇ晶を用Ａた７ド装貨ｉｃ関する。

書らに詳しくは液晶表示装ｒｄＫ非線型素子を組合せ表
示管性を改良したマトリクス型液晶表示装置に関する。

近年、液晶衣示礒イ４の応用が進入、その消費な力の少
ないことあるいは衣示部が薄型化出来るなどの利点を生
かして腕時計、電車などの仲に小型重子機器用の表示装
ｊ清として大陸に用いらハるようになった。

この液晶表示ｇ；肴の応用分野をさらに砿げるためには
表示客用の増大が必要であるが従来のＴＮ型液晶異示装
聞では回圧−コントラスト＠性の立上軸があまり急峻で
ないため、マルチプレツクスの桁数を増すと非選択点お
よび半選択点と選択点と釦印加される実効電圧に葺が少
なくなってクロストークを生じるため２文士桁の多桁駆
動が限界であった。このような欠点を避けるための一方
法として非線型素子あるいけスイッチング素子を液晶表
示装置に組合せたマトリクス型の装置が考えられアモル
ファスシリコンやｄ′リシリコンあるいけ仕合物半導体
などを用いたＴＰＴやダイオード、酸化亜鉛などを月１
いたパリヌタを用いるなど３１々の検討がなされてぎた
。

このような非線型素子の中で特開昭５２−１４９０９０
や特開昭５５−１６１２７３において述べられている金
属−絶縁体一金）／１４　（Ｍｅｔａｌ　−Ｉｎ５ｕｌ
ａｔｏｒ　−Ｍｅｔａｌ略してＭ工Ｍ）！造を有する非
ａ型素子（以下ＭＩＭ素子と呼ぶ）は素子構成が簡単で
あるため、他の非線型素子にくらぺ製造丁和が短かく素
子設計も容易であるといった利点を有している。

このＭｒＭ素子はトンネル効果、シｗ−Ｊト、キ効果あ
るいけブール・フレンケル効果など釦よって市流が流れ
るに考えられ第１図に示すように非線型な重圧−電流時
性を示す。

絶縁体としてはＡＩ　、　Ｔａ　、　Ｎｂ　、　Ｔｉ　
、　ｌ１７１　＊　Ｍｏ　、　Ｗ　。

Ｉｆ等の酸化物、あるいは９素をドープした前記金属の
酸化物、カルコゲナイドガラス郷の無機材料、さらｋは
ポリイはド樹脂婢の有機材料も使用することができる。

前記絶縁膜を金属でサンドイッチすればＭ工Ｍ構造にな
シ、この金属２しては前記金Ｍ及びＮｉ。

Ｏｒ、Ａｕあるいけそれらの合金鱒を用いることができ
る。

ＭＩＭ素子Ｖｃ′ＷＩＫ、圧を印加した場合、絶縁膜の
厚さによって伝導ｍ構が異な抄５０〜１００又　ではト
ンネル効果、１００〜ＩＱＱＱχではシ冒ットキ効朶及
びブール・フレンケル効果が優位を占めると言われてい
る。本発明の目的である液晶表示装置とＭＩＭ素子の組
合せでは液晶の駆動方法との兼ね合いからプール・フレ
ンケル効果を示す領域を利用するのが望ましいと思われ
、その領域では電圧−回流特性はプール・フレンケル式 ％式％（１１ このＭ工Ｍ素子を絹込んだ液晶表示装置を、通常のマ）
　ＩＩクス型液晶表示装ＶのＷｆｌ　ｌＩ＋　Ｋ用いら
れている電圧平均化法で駆動すると、Ｍ工Ｍ素子の非線
型性によりて実際釦液晶に印加されるＯ　Ｎ１０ＦＦ実
効値比が、重圧平均化法自体の０Ｎ１０ＦＦ　ｌ！効値
比よりも大とくなり、よハ多桁のマトリクス原価が可能
となる。ＭＩＭ素子を液晶表示装置と組合せた場合、一
画素分の等価回路は第２図に示すように容量分Ｃν１１
１と非紡型抵抗分ＲＬＩＩＩＪ、！−が並列になったＭ
工Ｍ素子１と、容−ｆｆｉＯＬｏ　と抵抗外ＲＬＯとが
並列になった液晶部分２が百列に接続されていると考え
ることができる。

そしてこの両端ｌＩｃｍ！圧を印加するわけであるが実
際）ζ液晶部分２に印加される実効電圧はＭｒＭ素子１
０時定数、液晶部分２の時定数及びＭＩＭ素子１の容量
分Ｑｌ／ｆＭと液晶部分２の容量分ｃＬσにの比ＯＬＯ
／ＱＩＪ！ＩＪとの組合せで定まり、液晶部分２の詩定
詐及びＣ！ｃｏ／ａｖｔｕの値が大きく、Ｍ　Ｉ　Ｍ素
子１の時定計が適当な値の時実効電圧は最も太ぎくなる
。もち論、ＭｒＭ素子１の非す型性が大とい程マド１１
タス駆動の桁数は多くとれるよう忙なる。

ここで従来のＭＩＭ素子の構造をｌｌｌ引明ると、例え
ば第３図及びｇ４ｏｔｃ示すように、ガラス基板３を酸
化膜４で被覆しエッチヌトツブとした後金属薄膜５を形
成、所望の形状に金Ｒ１４膜５をパターニングした後表
面に絶Ｖ体薄原６を形成する。

さらに金属薄膜をつ叶てパターニングしＭ工Ｍ素子の対
向Ｗ極７とする。この時Ｍ、１Ｍ素子の面積は金１’＠
ｍｆｆ１５と対向酊ｆ７が互いに１「なり合う部分の面
積となる。液晶表示装置とするには次に透明導言膜によ
り画素Ｗ極８を形放し、表面に液晶配向層を形成して一
定の間１ｌｉｐを保たせた動向基板でセルとなし、その
間隙に液晶を封入し偏光板を貼シ付けてＴＮｐ品表示装
Ａとする。

このような檜造のＭＴＭ素子を用いてマトリクヌ型液晶
表示装竹を作ろうとすると、従来マトリクスΔり液晶表
示装置では０３〜０５龍ピツチの画素寸法が多く使わね
てお沙、このような寸法の画素に合せたＭＴＭ紫子の寸
法け３〜６ｐｍ角といった寸法になる。」状のフォトリ
ングラフ技術ではこの３〜６μｍ角という寸法領域けＬ
８工とＶＢ２工の境界領域であわ、さらに！トリクヌ型
の表示装置ということでその表示部寸法は５〜１０ｃｗ
ｌ七いう大ｔさになりかなシの面８＃剖分にサブミクロ
ン領域の寸法を持つ素子を形成する必要が少じかなねの
困離を伴う。まかさらに微小寸法の画素を持つマトリク
ス型液晶表示装置を作ろうきする鳩舎には完全ＫＶＬＢ
Ｉ用の技術を用いなければならずコスト上望ましくない
。

一方、ＭＩＭ素子！ＪＪ３Ｉｔ時の寸法上の間１１の仙
に従来のＭｒＭ素子の１今方法では弊全に対称な素子を
得ることが非常に因数で、絶縁体として用いる酸化膜の
不均一性や金属−酸化膜界面の不揃いのためｌＩｃ％Ｍ
ＴＭ２子に印加される電圧の極性がタノ）とＶ−１特性
が９化するという非対称性を有しており、このよった非
対称な時性な持つＭＸＭ素子を通して対称な交番波形で
液晶を駆動すると液晶に非対称な交番波形が印加される
ようにな抄Ｖｆ流分が残って液晶表示装置の寿命を著し
く損なう。

本発明は新規なＭＴＭ素子の親端方法を考案すること九
より微小面積のλ（工Ｍ素子を得ると同時Ｋｔｆｌ／Ｉ
Ｍ素子を２個用い、互い（非対称性を打消す方向に直列
接続して対称なＶ−工特性を得て液晶表示装置の鍔命を
侠く寸ろものである。

以下、実施例に、ｒりて本発明を％Ｍ明する。

実施例１ パイレックスガラス基板９上に工”２０Ｂ　＋　　Ｅ　
ｎ　Ｏｘ　。

工Ｔｏ（Ｉｎ、０３＋　８ｎ０，１　あるいは＞Ｂａｒ
／＾Ｕ薄膜等の透明溝１ｊ膜で画素ｒｔ極１０を形成す
る。１１５図（ａ） 次に１０００〜１００００尺厚のタンタルＮ膜を形成し
所定の形状にパターニングしたり表面を酸化してリード
♂及びＭＩＭ素子の一方の金用１！甑１１と絶縁膜１２
を形成する。１１５図（ｂ） タンタルのパターニングの際ＣＦ４ガヌに０２ガスを５
〜５０チ混合してプラズマエッチすることによｈタンタ
ルのテーパーエッチを行なう。

次に全面に１５００〜７０００　Ｈの酸化亜鉛薄膜層１
３及び約１〜２μｍ厚のポジ型レジストｗ１１４を形成
する。１１５図（ｃ＞ この状態でパイレックスガラス基板９の裏口、即ちポジ
型しジスト層１４０反対側から露光を行なりとリード部
及び）ｌ工Ｍ素子の一方の金ａｍ極１１のタンタル邸が
マ２りの役割を果し、現像すると第５図（ａ）の様にレ
ジスト１４が残る。

次に酸化亜鉛薄膜層１３をエラ井ングしｗｃＳ図（θ）
の＠にする。この時、酸化亜鉛薄膜層１３のエツチング
条件をコントロールしてサイドエッチ隆を１０００〜ｔ
ｏｏｏｏＸとする。

次１Ｃｔｏｏｏ　〜１ｏｏｏｏＸの厚さＩｃ　Ｎｉ　Ｏ
ｒ／Ａｕ薄Ｗ！Ｘ１５を形成する。１１５図（ｆ）　　
この時、１）−ド部及びＭＩＭ素子の一方の金属？極１
１と絶縁膜１２のテーパ一部におけるステップカバレッ
ジが良くなる方法（例えば自公転形基板増付治具を用い
て蒸着したね、スパッタリングを用いたりする）ｆ用い
ると食い。

次に酸化亜鉛薄膜層１３の残留ｎシを除去すること圧よ
ね、その上層のレジスト１４及びＮｉ　Ｏｒ／Ａｕ　薄
膜１５も除去して第５図Ｑ）の状態にする。次に、Ｎｉ
　Ｏｒ／Ａｕ薄膜１５の不？部分を除去しｔ’ｕｘＭ素
子を完成させると共に画素電極１０を露出させる、→第
５図Ｃｈ） この時、完成したＭＩＭ素子及び画素電葎１０の平面配
管図の一例を示すとｔ１ｃ６図の様になる。

Ｍ工Ｍ素子の面積は絶縁ＩＩス１２のテーパー１’ｆｌ
ｌの長さと対向Ｍ極のド１０ｒ／Ａｕ薄膜１５の１冨で
決定される。

このＭＩＭ素子及び画素側９１５を形成したパイレック
スガラス基板９　＆ｌｉＫポリイミド樹脂を塗布−焼成
し綿布でラビングすることＫよって液晶配向処理を施す
。別にストライブ状の透明電′５−１６を形Ｉヤし、ポ
リイミド樹脂とラビングによって液晶配向処理を施した
パイ１ノリクスガラス対向基板１７を用意し、５〜２０
μｍの間詰を保って接着し液晶１日を＋ｌ入する。この
時、液晶分子が上下の基板９．１７間で約９０度ねじら
れる様ラビングしておく。この液晶セルの外側に偏光軸
を液晶の配向状態に合わせて偏光板１９．２０を配置し
、ＴＮ型液晶界赤水置とする。→第７図 以上の様和して作ったマドＩＪクヌ型液ｒ２表示装置ν
の等価回路は第８図の様になる。

実施例２ 実施例１とほぼ同様の製造工程であるが酸化膜の形成工
８において、１９図（ａ）Ｋ示す様にガラヌ基板２１上
に画３１ｃ覆伜２２とリード部及びＭＴＭニジ素子方の
金圀す極２３を形譚した後、全面ＫＴａをスパッタリン
グした後４００〜５００°Ｃの酸素中で熱酸化を行なっ
て全面に酸化［２４を形成する。

さらに実施例１と同様の工程でＭニジ素子を完成させ第
９図（ｔ＋１の様にする。

以上実施例について説明を行なったが本発明は上記実施
例に限定されるものではｆｃ　（、ｆｌｌえば基板に関
してはパイレヅクスガラスに限らずソーダライムガラス
等、通常の液晶表示装省に用いられる材料なら伺でも用
いることがＴ′νる。

Ｘ、絶縁膜の形５ｖ法についても全開薄膜を形ｈ７啓せ
てから、陽極醇化、熱酸化、プラズマ酸化あるいは酸素
イオンの打込み等各種の酸化法を甲いることがでとる。

又、酸化物や有機材料をｉ′［接スバッ／リング、Ｃｖ
１′）、プラズマＣｖＤ、ｒｌ！子ビーム蒸着％訪導加
熱蒸着、イオンビーム蒸着、塗布法等各稽の膜形成技術
を用いることがで款る。

さらに、実施例中で述べた酸化亜鉛薄膜についても、２
菖介時に光線を透過し、フォトレジスト、絶縁体陣及び
基板材質と選択的にエツチングが可能な材質ならば何を
用いても肉く、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ゆ
化ケイ素等の無機材料やポリイミド樹脂等の有機材料を
用いることも可能である。

実施例１に従ってｐ（ｒ、　ｓ図におけるリード部及び
νＴＭニジ素子方の覆俸１１となるタンタルを、３ｏｏ
ＯＸ、絶饅膜１２として上記メンタルを陽極酸化して３
００＾の酸化膜を形成しｔ、−０酸化亜鉛薄膜１３の叶
イドエ９チ肘を３００ＯＡとして２５００ＡのＮ１ｃｒ
／＾４薄膜をつけＭＩＭニジ素子成しｔ・。ＮｉＣｒ／
Ａｕ薄ｇＫよるｙニジ素子の他の一方の可極１５の幅を
３０μｍとし３００μｍ角の画素市価と岨合せマトリク
ス型液晶衣示装置を作り、ｖｔｈ＝ｔｓｖｒｍｓ　、　
Ｖｓａｔ　＝　２．　ＯＶｒｍｓの液晶を封入し、１１
５バイ１ス、５１２分の１デ瓢−ティの重圧平均化法で
Ｅ動を行なうｔところ、１２〜１５　ＶＴ）−Ｐの重圧
範囲でＯＮ、：９０チ以上、ＯＦＦ　：　１０チ以下の
コントラストが得られた。

以上説明した様に本発明によれば、フォトリングラフ工
程でＦ１１０βｍ　ｆｌ　［Ｑ’のパターン精度の工程
を用いてもセルファライン効果によって微小面積のＭニ
ジ素子を得ることかでき、しかもＭＩＭニジ素子１個合
の極件差を持ったＶ−１特性を２個のＭニジ素子で任性
差が熱い様に修正することが可能で液晶赤水装置の寿命
を長くすることかで縫る。従って将来、さらに微細）く
ターンの大型マトリクヌ液晶表示装置ｔが必要にｔ「つ
だ場合でも、高Ｎ　Ｉ！ｆなマヌクアライナを使用する
必要が無くなり製造コスト上有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭＴＭニジ素子線型特性を示す。 第２図はＭニジ素子と液晶を組合せた場合の等価回路を
示す。 第３図は従来のＭニジ素子の断面及び見取図。 ＩＪｒ、４図は同じ〈従来のＭニジ素子と一画素の配置
を示す平面図である。 第５図は本発明におけろＭｒＭニジ素子造工程のり明図
である。 第６図は本発明実施例１１Ｃよる液晶衣示装置−画素分
の平面図であり第７図はその澄晶表示装置の断面図であ
る。 第８図は実施例１のマトリクヌ型液晶表示装置の等価回
路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の表示画素を有し、該表示画素の各々に金属
   −絶縁体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍ
   ｅｔａｌ略してＭＩＭ）構造を有する非線型素子（以下
   ＭＩＭ素子と呼ぶ）を結合したマトリクス型液晶表示装
   置において、該ＭＩＭ素子が透明基板への透明導電性薄
   膜の形成及びパターニング、金属薄膜の形成及びパター
   ニング、絶縁体薄膜の形成、透明薄膜の形成、ポジ形フ
   ォトレジスト層の形成、透明基板裏面からの露光、感光
   したフォトレジスト部の除去、透明薄膜不要部の除去、
   金属薄膜の形成、前述の透明薄膜不要部の除去工程で残
   った透明薄膜及びその上面のフォトレジスト及び金属薄
   膜の除去、さらに残った２層目の金属薄膜のパターニン
   グなる工程にて完成されることを特徴とするマトリクス
   型液晶表示装置。
2. （２）一表示画素に対し二個のＭＩＭ素子が接続されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマト
   リクス型液晶表示装置。
3. （３）二個のＭＩＭ素子が互いに逆方向に直列接続され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のマ
   トリクス型液晶表示装置。