JP2999367B2

JP2999367B2 - 表示装置およびその製造方法

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Publication number: JP2999367B2
Application number: JP12029094A
Authority: JP
Inventors: 清岡野
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Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 2000-01-17
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形抵抗素子を備え
たアクティブマトリクス型の表示装置およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータ等のＯＡ
機器のポータブル化が進み、表示装置の低コスト化が重
要な課題となってきている。この表示装置は、電気光学
特性を有する表示媒体を挟んで各々電極が形成された一
対の基板が設けられ、その電極間に電圧を印加すること
によって表示を行う構成である。このような表示媒体と
しては液晶、エレクトロルミネッセンス、プラズマ、エ
レクトロクロミック等が使用されており、特に、液晶を
用いた液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ
Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）は、低消費電力で表示が可能
であるために、最も実用化が進んでいる。

【０００３】この液晶表示装置の表示モードおよび駆動
方式について考えると、超捩れネマティック（Ｓｕｐｅ
ｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ；ＳＴＮ）を初め
とする単純マトリクス方式は、最も低コスト化を実現す
ることができる部類に属する。しかし、今後、情報のマ
ルチメディア化が進むにつれ、ディスプレイの高解像度
化、高コントラスト化、多階調（フルカラー、マルチカ
ラー）化および高視野角化が要求されるようになるの
で、単純マトリクス方式では対応が困難であると考えら
れる。

【０００４】そこで、個々の画素にスイッチング素子
（アクティブ素子）を設けて駆動可能な走査電極本数を
増加させるアクティブマトリックス方式が考案され、こ
の技術によりディスプレイの高解像度化、高コントラス
ト化、多階調化および高視野角化が達成されつつある。
アクティブマトリックス方式の液晶表示装置において
は、マトリクス状に設けられた画素電極と、該画素電極
の近傍を通る走査線とが、アクティブ素子を介して電気
的に接続された構成になっている。

【０００５】このアクティブ素子としては、２端子の非
線形素子、あるいは３端子の非線形素子があり、現在採
用されているアクティブ素子の代表格は、薄膜トランジ
スタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；Ｔ
ＦＴ）である。しかし、薄膜トランジスタは、フォト工
程（フォトレジストを塗布した後、露光および現像を行
ってパターン化する工程）において必要なマスク枚数が
多いので、良品率が低下して商品コストが高くなるとい
う問題がある。

【０００６】それに対して、２端子素子である薄膜ダイ
オード（ＴｈｉｎＦｉｌｍＤｉｏｄｅ；ＴＦＤ）
は、必要なマスク枚数が３枚程度であり、製造工程を簡
略化でき、低価格化が期待できる。現在、薄膜ダイオー
ドに採用されているものとして、酸化タンタル（Ｔａ₂
Ｏ₅）を非線形抵抗層として用いたＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ
ＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）素子（特公平６１−
３２６７４号公報）や、非化学量論的な窒化ケイ素を用
いたＴＦＤ（電気情報通信学会技術報告ＥＩＤ８６−
１９（１９８６），ｐ．１３）等がある。

【０００７】ここで、従来の酸化タンタルＭＩＭ素子を
用いた液晶表示装置について説明する。図６（ａ）は、
対向配設される素子側基板と対向側基板とのうち、ＭＩ
Ｍ素子をスイッチング素子として設けた素子側基板の１
画素分を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の
Ｄ−Ｄ’線断面図である。この素子側基板においては、
ガラス基板６１の上にタンタルからなる走査配線と、走
査配線から分岐された下部電極（走査電極）６２とが形
成されており、その上に酸化タンタルからなる非線形抵
抗層６３が形成されている。非線形抵抗層６３の上には
クロム等からなる上部電極６４が形成され、下部電極６
２、非線形抵抗層６３および上部電極６４からＭＩＭ素
子が構成されている。さらに、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−
Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）などからなる画素電極６５が、上
部電極６４の端部に一部重畳することによりＭＩＭ素子
と電気的に接続されている。上記非線形抵抗層６３は、
下部電極６２を陽極酸化することにより形成されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＭＩＭ素子をスイッチ
ング素子として用いた液晶表示装置においては、ＭＩＭ
素子の容量が液晶の容量に対して充分に小さいこと、お
よびＭＩＭの電流−電圧特性が急峻で電流のオンオフ比
が高いことが、高画質を実現するために必要である。上
記従来の酸化タンタルＭＩＭ素子においては、陽極酸化
法により非線形抵抗層を形成しているので、非常に均一
な膜が形成できる反面、電流のオンオフ比がそれほど高
くないという問題がある。酸化タンタルＭＩＭ素子にお
ける電気伝導度は、下記式（１）に示すプールフレンケ
ル式に従うと考えられている。

【０００９】

【化１】

【００１０】但し、

【００１１】

【化２】

【００１２】ｎ：キャリア密度 μ：移動度ｑ：キャリアの電荷量ｓ：素子面積ｄ：膜厚 φ：トラップ深さ ε：絶縁膜の比誘電率 ε₀：真空の誘電率酸化タンタルにおいては、εが２３〜２５と高い値を示
すため、オンオフ比を決定する重要なパラメータである
βの値が低誘電率な膜に比べて小さくなる。一般的な酸
化タンタルＭＩＭ素子の場合、βの値は３程度であり、
オンオフ比として２０Ｖ印加時の電流と５Ｖ印加時の電
流との比を取ると、その値Ｉ_20V／Ｉ_5V（Ｉ_20Vは２０Ｖ
印加時の電流、Ｉ_5Vは５Ｖ印加時の電流を示す）は１０
³程度に留まり、高いオンオフ比が得られない。また、
高い誘電率は、液晶に対する非線形抵抗素子の容量比を
大きくしてしまい、素子への効率的な電圧印加を妨げる
要因となる。

【００１３】このような酸化タンタルＭＩＭ素子におけ
る低いオンオフ比という欠点を解決すべく開発されてい
るのが、非化学量論的な窒化ケイ素を用いた薄膜ダイオ
ードである。この素子のＩ_20V／Ｉ_5Vは約１０⁵程度であ
り、酸化タンタルＭＩＭ素子と比較して２桁程度高いの
で、より高品位な表示が可能である。しかし、窒化シリ
コン膜はスパッタ法により成膜を行うので、酸化タンタ
ル膜の形成に用いられる陽極酸化法に比べて、膜厚や組
成比等が均一な膜を形成することが困難である。このよ
うな膜厚や組成比のばらつきは、素子の電流−電圧特性
に直接影響を及ぼして表示むらが生じる原因となる。

【００１４】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
べくなされたものであり、電流のオンオフ比を高く、液
晶に対する２端子非線形素子の容量比を小さくして高コ
ントラスト比および高精細の表示が得られると共に、均
一な膜を形成して表示むらを無くすることができ、製造
工程が比較的簡単で低コスト化が図れる表示装置および
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の表示装置は、電
気光学的特性を有する表示媒体を間に挟む一対の基板の
うちの一方に、該表示媒体に電圧を印加するための画素
電極がマトリクス状に設けられていると共に、該画素電
極の近傍に該画素電極をスイッチングするための２端子
非線形素子が少なくとも１つ以上設けられ、該２端子非
線形素子が導電膜または半導体膜の陽極硫化された硫化
膜からなる非線形抵抗層を有するので、そのことにより
上記目的が達成される。

【００１６】本発明の表示装置の製造方法は、電気光学
的特性を有する表示媒体を間に挟む一対の基板のうちの
一方に、該表示媒体に電圧を印加するための画素電極が
マトリクス状に設けられていると共に、該画素電極の近
傍に該画素電極をスイッチングするための２端子非線形
素子が少なくとも１つ以上設けられた表示装置の製造方
法であって、該２端子非線形素子の非線形抵抗層を、導
電膜または半導体膜を陽極硫化することにより形成する
ので、そのことにより上記目的が達成される。

【００１７】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化する
工程において、電解液として非水性電解液を用いるのが
望ましい。

【００１８】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化する
工程において、電解液の溶媒として多価アルコールを用
いてもよい。

【００１９】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化する
工程において、電界液の溶質として硫化アンモニウム、
硫化カリウム、硫化水素アンモニウムおよび硫化ナトリ
ウムからなる群から選択された１種以上を用いてもよ
い。

【００２０】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化する
工程において、両極間に一定の電圧を印加することによ
り該導電膜または半導体膜の化成を行ってもよく、両極
間に通電する電流密度が一定となるように印加電圧を変
化させながら該導電膜または半導体膜の化成を行っても
よい。

【００２１】ここで、陽極硫化とは、硫黄イオンあるい
は硫黄原子を含むイオンが存在する電解液中で、導電膜
あるいは半導体膜を陽極として電圧を印加することによ
り化成を行うことを示す。

【００２２】なお、本発明の表示装置において以下の形
態を採用できる。すなわち、前記非線形抵抗層の膜厚
は、２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であるのが望ましい。
また、前記走査電極と画素電極との間に、２つ以上の２
端子非線形素子が形成され、該２端子非線形素子が並列
または直列に接続されている構成も可能である。また、
前記表示媒体は、液晶物質からなるものであってもよ
く、コレステリック−ネマティック相転移型ゲストホス
ト液晶からなるものであってもよい。また、前記非線形
抵抗層と画素電極とが、画素電極とは異なる材料からな
る上部電極を介して接続されている構成も可能である。
また、前記画素電極として反射性を有するものを用いて
もよく、透明導電膜からなるものを用いてもよい。ま
た、前記非線形抵抗層と画素電極との間、あるいは前記
非線形抵抗層と上部電極との間に絶縁膜が形成され、該
絶縁膜に形成されたスルーホールを介して、該非線形抵
抗層と画素電極とが接続され、あるいは非線形抵抗層と
上部電極とが接続された構成としてもよい。また、前記
絶縁膜が感光性樹脂あるいは感光性樹脂を主成分とする
有機膜からなっていてもよい。また、前記絶縁膜に、反
射型表示装置の反射板の光散乱効果を高めるべく凹凸が
形成されていてもよい。

【００２３】

【作用】本発明においては、２端子非線形素子の非線形
抵抗層が、導電膜または半導体膜を陽極硫化することに
より形成された硫化膜からなる。一般に、硫化物は酸化
物に比べて低い比誘電率を有するので、硫化物を用いた
２端子非線形素子は、酸化タンタルＭＩＭ素子に比べて
大きいオンオフ比を取ることが可能となる。例えば、硫
化亜鉛を用いた場合、比誘電率が７〜８、β値が４以上
の値となるので、Ｉ_20V／Ｉ_5Vは１０⁴を超える。このよ
うに素子のオンオフ比が大きければ、高精細・高コント
ラストの表示が可能となる。さらに、高電圧駆動が要求
されるため酸化タンタルＭＩＭ素子では駆動が困難であ
った、コレステリック−ネマティック相転移型ゲストホ
スト液晶を駆動させることができ、高コントラスト比の
ペーパーホワイト表示が得られる。また、誘電率が低い
ので、液晶に対する非線形抵抗素子の容量比が小さくな
って、素子への電圧印加を効率的に行うことができる。

【００２４】この非線形抵抗層の膜厚は、２０ｎｍ〜２
００ｎｍの範囲にしておくと、上下電極間のリークを防
ぐと共に、ドライバの駆動電圧を低くすることができ
る。

【００２５】走査電極と画素電極との間に、２つ以上の
非線形素子を形成して直列接続または並列接続させる
と、素子の電流電圧時性の非対称性の改善や冗長構造化
を図ることができる。

【００２６】非線形抵抗層と画素電極との間に、画素電
極とは異なる材料からなる上部電極を設けると、画素電
極材料を自由に選択できるようになる。特に、透過型表
示装置の場合には、画素電極として透明導電膜（ＩＴ
Ｏ）等を用いることが多く、そのような場合に有効であ
る。

【００２７】反射型表示装置の場合には、画素電極とし
て反射性を有するものを用いると、反射板としての機能
を持たせることができるので、反射板を基板に外付けす
る必要が無くなってコストを下げることができる上に、
明るい表示を得ることができる。

【００２８】非線形抵抗層と画素電極との間、あるいは
非線形抵抗層と上部電極との間に絶縁膜を形成し、その
絶縁膜に形成されたスルーホールを介して、非線形抵抗
層と画素電極と、あるいは非線形抵抗層と上部電極とを
接続させると、非線形抵抗相の屈曲部でのリークが発生
し難くなるので、素子の絶縁破壊電圧を向上させること
ができる。感光性樹脂あるいは感光性樹脂を主成分とす
る有機膜を用いてこの絶縁膜を形成することにより、フ
ォト工程の簡略化を図ることができ、その表面に凹凸を
形成することにより絶縁膜上部に形成される画素電極に
散乱板の機能を持たせることも可能となる。

【００２９】本発明の表示装置の製造方法においては、
２端子非線形素子の非線形抵抗層を、陽極硫化法により
形成しており、ピンホールの少ない緻密で均一な膜厚お
よび膜質の硫化膜を形成することができる。よって、２
端子非線形素子の特性のばらつきによる表示むらを生じ
にくくすることができる。

【００３０】一般に、陽極硫化工程においては、陽極酸
化と同様に、硫化膜の膜厚が化成電圧に比例する。この
ため、両極間に一定の電圧を印加してその電圧値で膜厚
を制御する方法（定電圧化成）、あるいは両極間に通電
する電流密度が一定となるように印加電圧を上げて行
き、化成時間または最終到達電圧で膜厚制御を行う方法
（定電流化成）を行う方法の２種類が可能である。

【００３１】陽極硫化に用いる電解液中に水等の水酸化
物イオンが含まれていると、下記式（２）に示す陽極酸
化反応の方が下記式（３）に示す陽極硫化反応より起こ
りやすく、硫化物より酸化物の方が優先的に形成されて
しまうので、電解液として非水性溶液を用いるのが望ま
しい。

【００３２】２Ｍ＋ｍＯ^2-→Ｍ₂Ｏ_m＋２ｍｅ^- ・・・（２）２Ｍ＋ｍＳ^2-→Ｍ₂Ｓ_m＋２ｍｅ^- ・・・（３）ここで、Ｍはｍ価の金属イオンを示す。

【００３３】このような電解液の溶媒としては多価アル
コールやエタノール、メタノール等を用いることがで
き、溶質としては上記溶媒に溶解する硫化アンモニウ
ム、硫化カリウム、硫化水素アンモニウムおよび硫化ナ
トリウム等を用いることができる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００３５】（実施例１）この実施例では、亜鉛の陽極
硫化膜を非線形抵抗層として用いた反射型表示装置を作
製した。

【００３６】図３に、本発明の一実施例である表示装置
の数画素分の斜視図を示す。この表示装置は、液晶など
からなる表示媒体３４を挟んで対向配設される一対の基
板３１の一方（素子側基板）に、マトリクス状に画素電
極２５が設けられ、その画素電極２５の近傍を通って走
査配線２２が設けられ、さらに、画素電極２５をスイッ
チングするための２端子非線形素子２６が形成されてい
る。他方の基板３２（対向側基板）には、走査配線２２
に直交する状態でデータ電極２７が形成されている。両
基板３１、３２の表示媒体３４側表面には配向膜３３、
３３が形成されている。

【００３７】図２（ａ）は、素子側基板３１の１画素分
を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−
Ａ’線断面図である。この素子側基板３１においては、
ガラス基板２１の上に走査配線と、走査配線から分岐さ
れた走査電極（下部電極）２２とが形成されており、そ
の上に陽極硫化膜からなる非線形抵抗層２３が形成され
ている。非線形抵抗層２３の上には、凹凸を有する絶縁
膜２４が形成され、その上に反射性を有する画素電極２
５が形成されている。画素電極２５は、絶縁膜２４に形
成されたコンタクトホールを介して２端子非線形素子２
６の非線形抵抗層２３と電気的に接続されている。

【００３８】以下に、この表示装置の作製工程について
説明する。まず、素子側基板３１の作製手順について説
明する。

【００３９】初めに、ガラス等からなる絶縁性基板２１
上に導電性薄膜を形成し、これを所定の形状にパターン
形成して走査配線および走査配線から分岐した走査電極
２２を形成する。この実施例では、ガラス基板（コーニ
ング社製＃７０５９硼ケイ酸ガラス）２１上に厚み約３
００ｎｍの亜鉛膜をスパッタリング法により形成した。
その上にフォトレジストを塗布した後、露光・現像する
工程（フォト工程）を経て、四フッ化炭素と酸素との混
合ガスプラズマによるＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏ
ｎＥｔｃｈｉｎｇ；ドライエッチングの一種）により
亜鉛膜のエッチングを行った。その後、フォトレジスト
を剥離してパターン形成された走査配線および走査電極
２２を得た。

【００４０】次に、非線形抵抗層２３となる陽極硫化膜
を形成する。陽極硫化は、図１に示すような電解装置に
より以下のようにして行うことができる。まず、電解槽
１１内に、硫黄イオンあるいは硫黄原子を含むイオンが
存在する電解液１２を満たし、硫化を行うべき導電体膜
あるいは半導体膜が形成された基板を浸漬して陽極１３
とする。この陽極１３と白金等からなる陰極１４との間
に電圧を印加することにより、導電膜あるいは半導体膜
表面に硫化物からなる膜が形成される。この陽極硫化過
程においては、電解液１２中の硫黄イオンが電解によっ
て陽極１３に移動し、陽極１３の金属イオンと反応する
ことにより不溶性の硫化物が形成される。陽極１３で起
こる反応は、下記式（３）のように表現することができ
る。

【００４１】２Ｍ＋ｍＳ^2-→Ｍ₂Ｓ_m＋２ｍｅ^- ・・・（３）ここで、Ｍはｍ価の金属イオンを示す。

【００４２】上記電解液１２の溶媒および溶質として、
水などの水酸化物イオンを含まないもの（非水性電解
液）を用いると、下記式（２）に示す陽極酸化反応が起
こらず、上記式（３）に示す陽極硫化反応を主反応とす
ることができるので、効率的に硫化膜を形成することが
できる。但し、酸化物形成反応を引き起こさない程度の
少量の水分は含有していてもよい。

【００４３】２Ｍ＋ｍＯ^2-→Ｍ₂Ｏ_m＋２ｍｅ^- ・・・（２）このような非水性電解液の溶媒としてはエチレングリコ
ールやプロピレングリコール等の多価アルコールの他、
エタノールやメタノール等を用いることができる。ま
た、溶質としては上記溶媒に溶解する硫化物、例えば硫
化アンモニウム、硫化カリウム、硫化水素アンモニウ
ム、硫化ナトリウム等を用いることができ、これらを組
み合わせて用いてもよい。

【００４４】陽極１３と陰極１４との間に電圧を印加す
る方法としては、定電圧化成と定電流化成とが考えられ
る。定電圧化成は、印加電圧により膜厚を容易に制御で
きるという利点を有し、定電流化成は、垂直方向に均一
な膜質の硫化膜を形成することができるという利点を有
する。

【００４５】このような陽極硫化膜を形成する技術に関
する報告は、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰ
ｈｙｓｉｃｓ５８（１），１９８５，ｐ３６６等に記
載されている。この報告は、ＭＩＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａ
ｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
におけるゲート絶縁膜の一部として陽極硫化膜を適用し
たものであり、表示装置の駆動デバイスに適用したもの
ではない。

【００４６】非線形抵抗層２３として形成される硫化膜
の膜厚は、２０ｎｍ以下に薄くすると上下電極間のリー
クが多発し、２００ｎｍ以上に厚くするとドライバの駆
動電圧が高くなってしまうので、２０ｎｍ〜２００ｎｍ
の範囲内に形成するのが望ましい。

【００４７】また、この工程に先がけて、走査電極２２
から延びている駆動ドライバとの接続端子部に陽極硫化
が施されないように、プラスチックコートを塗布する等
のカバーを形成する必要がある。

【００４８】この実施例では、硫化ナトリウム等を約
０．１ｍｏｌ／ｌ濃度含んだエチレングリコール溶液中
に基板を浸漬して陽極１３とし、白金電極を陰極１４と
して電圧を印加することにより、基板上に露出している
亜鉛表面に硫化亜鉛の層を形成した。電圧を印加する方
法としては定電圧化成を用い、適当な電圧を設定して約
３時間の通電を行うことにより膜厚が約１００ｎｍの硫
化亜鉛からなる陽極硫化膜２３を形成した。

【００４９】続いて、この状態の基板の全域上に、また
は走査配線、走査電極２２およびその周辺部上に絶縁膜
２４を形成し、非線形抵抗層２３と、後述する画素電極
２５との接続を行うためのコンタクトホールを設ける。
この実施例では、有機系感光性樹脂を用い、スピンコー
ト法により約４００ｎｍの厚みに塗布した後、露光・現
像工程を経ることによりコンタクトホールを設けた絶縁
膜２４を形成した。その後、絶縁膜２４表面を、ＲＩＥ
と同様の手法で四フッ化炭素と酸素との混合ガスプラズ
マ中に曝して凹凸を形成した。この処理により、絶縁膜
２４上に形成される画素電極２５に凹凸が形成されるの
で、反射型液晶表示装置の散乱効果を生じさせることが
できる。

【００５０】次に、反射性を有する材料からなる導電性
薄膜を形成し、これをパターニングして画素電極２５を
形成する。この実施例では、スパッタ法によりアルミニ
ウムを厚み約２００ｎｍに成膜し、フォト工程後、燐酸
あるいは燐酸・硝酸・酢酸の混酸等を用いてウェットエ
ッチングを行った。その後、フォトレジストを剥離する
ことにより、コンタクトホールを介して非線形抵抗層２
３の上部と接続された画素電極２５が形成された。

【００５１】以上により、走査電極２２、非線形抵抗層
２３および画素電極２５の重畳部が２端子非線形素子２
６となって、亜鉛の陽極硫化膜が非線形抵抗層２３とし
て形成された反射型液晶表示装置の素子側基板３１が作
製される。

【００５２】次に、対向側基板３２の作製手順について
説明する。対向側基板３２には、ガラス等からなる絶縁
性基板上にストライプ状のデータ電極を形成する。この
実施例では、ガラス基板（コーニング社製＃７０５９硼
ケイ酸ガラス）上に厚み約２００ｎｍのＩＴＯをスパッ
タリング法により形成した。フォト工程を経た後、臭化
水素酸によりＩＴＯ膜のエッチングを行い、フォトレジ
ストを剥離することによりストライプ状のデータ電極を
得た。

【００５３】その後、以上のようにして作製した素子側
基板３１と対向側基板３２における素子や電極形成側面
に、各々配向膜３３を塗布する。次に、シール印刷を行
い、配向膜３３が形成されている面が内側となるように
両基板３１、３２の貼り合わせを行う。その後、両基板
の間隙に液晶３４を注入し、注入口を封止して反射型液
晶表示装置が完成する。この実施例では、配向膜３３と
して垂直配向膜を形成し、液晶３４としてネマティック
−コレステリック相転移型ゲストホスト液晶を用いた。

【００５４】本実施例の液晶表示装置は、亜鉛の陽極硫
化膜を用いたオンオフ比が高い２端子非線形素子が形成
されているので、ネマティック−コレステリック相転移
型ゲストホストモード（ホワイトテーラードモードとも
称する）の液晶駆動が容易となり、高コントラスト比の
ペーパーホワイト表示が得られた。また、陽極硫化膜の
誘電率が低いので、２端子非線形素子への電圧印加を効
率的に行うことができ、高精細な表示を実現することが
できた。陽極硫化膜は、ピンホールの少ない緻密で均一
な膜厚および膜質の硫化膜であるので、２端子非線形素
子の特性のばらつきによる表示むらが少なかった。非線
形抵抗層２３の膜厚は２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であ
るので、上下電極間のリークを防ぐと共に、ドライバの
駆動電圧を低くすることができた。画素電極２５が反射
板として機能し、反射板を基板に外付けする必要が無い
ので、コストを下げることができる上に、明るい表示を
得ることができた。また、２端子非線形素子２６はフォ
ト工程におけるマスク枚数が３枚程度と少なく、従来の
陽極酸化と類似した工程で作製することができるので、
表示装置の低コスト化を図ることができた。

【００５５】上記実施例においては、走査配線および走
査電極２２の材料として亜鉛を用いたが、銅、カドミウ
ム、タンタル等、陽極硫化が可能である導電体であれば
いずれも用いることができる。また、走査電極２２（下
部電極）を別に形成せずに走査配線の一部を走査電極と
し、その上に非線形抵抗層２３を形成する構成としても
よい。

【００５６】上記絶縁膜２４の形成は省略することもで
きるが、絶縁膜２４が形成されている場合には、非線形
抵抗層２３の屈曲部での電流リークや２端子非線形素子
の絶縁破壊を防ぐことができる。上記絶縁膜２４の材料
としては有機感光性樹脂以外のものを用いてもよく、窒
化ケイ素や酸化ケイ素等の無機膜を形成してもよい。感
光性樹脂を用いた場合にはパターニング工程を簡略化で
きるという利点がある。また、絶縁膜２４表面に凹凸を
形成しない構成も考えられるが、形成した場合には反射
型液晶表示装置の画素電極２５に散乱板の機能を持たせ
ることができ、さらに明るい表示を得ることができる。

【００５７】上記表示媒体３４とは、ネマティック−コ
レステリック相転移型ゲストホスト液晶を用いる代わり
に、捩れ配向やホモジニアス配向のネマティック液晶と
偏光板とを組み合わせて用いた表示モードにしてもよ
い。

【００５８】（実施例２）この実施例では、亜鉛の陽極
硫化膜を用いた２端子非線形素子を逆極性で２つ直列に
接続した構成の透過型表示装置を作製した。

【００５９】図４（ａ）は、素子側基板の１画素分を示
す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’線
断面図である。この素子側基板においては、ガラス基板
４１の上に陽極硫化処理を施される電極（以下、陽極硫
化電極と称する）４２が島状に形成され、その上に陽極
硫化膜からなる非線形抵抗層４３が形成されている。非
線形抵抗層４３の上には島状の絶縁膜４４が形成され、
その上に一部重畳するように走査電極４５および上部電
極４６が形成されている。さらにその上に、透明導電膜
からなる画素電極４７が形成されている。画素電極４７
は、上部電極４６を介して２端子非線形素子の非線形抵
抗層４３と電気的に接続されている。

【００６０】以下に、この表示装置の素子側基板の作製
手順について説明する。

【００６１】初めに、ガラス等からなる絶縁性基板４１
上に導電性薄膜を形成し、これを所定の形状にパターン
形成して陽極硫化電極４２をストライプ状に形成する。
この実施例では、ガラス基板４１上に厚み約３００ｎｍ
の亜鉛膜をスパッタリング法により形成し、フォト工程
およびＲＩＥによるエッチングを行った。その後、フォ
トレジストを剥離してストライプ状の陽極硫化電極４２
を得た。

【００６２】次に、非線形抵抗層４３となる陽極硫化膜
を形成する。この実施例では、硫化ナトリウム等を約
０．１ｍｏｌ／ｌ濃度含んだエチレングリコール溶液中
に基板を浸漬して陽極とし、白金電極を陰極として電圧
を印加することにより、基板上に露出している亜鉛表面
に硫化亜鉛の層を形成した。電圧を印加する方法として
は定電流化成を用い、約１Ａ／ｍ²の一定の電流密度で
適当な化成時間の通電を行うことにより膜厚が約７０ｎ
ｍの硫化亜鉛からなる陽極硫化膜４３を形成した。

【００６３】その後、ストライプ状の陽極硫化電極４２
を島状にパターニングする。この実施例では、フォト工
程、ＲＩＥによるエッチングおよびレジスト剥離により
表面に陽極硫化膜４３が形成された島状の陽極硫化電極
４２を形成した。

【００６４】続いて、その上に絶縁膜４４を形成し、陽
極硫化膜４３と、後述する走査電極４５および上部電極
４６との接続を行うためのコンタクトホールを設ける。
この実施例では感光性樹脂を用い、スピンコート法によ
り約３００ｎｍの厚みに塗布した後、露光・現像工程を
経ることによりコンタクトホールを設けた島状の絶縁膜
４４を形成した。

【００６５】次に、その上に一部重畳するように走査電
極４５を形成し、同時に非線形抵抗層４３と画素電極４
５とを接続するための上部電極４６を形成する。この実
施例では、チタンをスパッタ法によりチタンを厚み約２
００ｎｍに成膜し、フォト工程後、エチレンジアミン四
酢酸溶液を用いてウェットエッチングを行い、フォトレ
ジストを剥離することにより、走査電極４５および上部
電極４６を形成した。

【００６６】最後に、透明導電膜からなる画素電極４７
を形成する。この実施例では、スパッタ法によりＩＴＯ
を厚み約２００ｎｍに成膜し、フォト工程後、臭化水素
酸を用いてウェットエッチングを行った。その後、フォ
トレジストを剥離することにより、上部電極４６を介し
て非線形抵抗層４３の上部と接続された画素電極４７が
形成された。

【００６７】以上により、陽極硫化電極４２、非線形抵
抗層４３および走査電極４５の重畳部と、陽極硫化電極
４２、非線形抵抗層４３および上部電極４６の重畳部が
２端子非線形素子となって、２つの２端子非線形素子が
逆極性で直列に、即ち、バックトゥーバック構造で接続
された透過型液晶表示装置の素子側基板が作製される。

【００６８】以下、対向側基板作製以降の工程は、実施
例１と同様にして表示装置を作製することができる。

【００６９】本実施例の表示装置においては、走査電極
４５と画素電極４７との間に、２つの２端子非線形素子
がバックトゥーバック構造で接続されているので、素子
の電流−電圧特性の非対称性を改善することができた。
また、非線形抵抗層４３と画素電極４５との間に、画素
電極とは異なる材料からなる上部電極４６が設けられて
いるので、画素電極材料を自由に選択できるようにな
り、透過型表示装置の場合には有利である。この上部電
極４６は走査電極４５と同一の材料から形成されている
ので、さらに２端子非線形素子の非対称性を改善するこ
とができた。

【００７０】上記実施例においては、２つの２端子非線
形素子をバックトゥーバック構造に接続したが、２つの
２端子非線形素子を逆極性で並列に、即ち、リング構造
で接続されていてもよい。

【００７１】（実施例３）この実施例では、亜鉛の陽極
硫化膜を用いた２端子非線形素子を同極性で２つ並列に
接続した構成の反射型表示装置を作製した。

【００７２】図５（ａ）は、素子側基板の１画素分を示
す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’線
断面図である。この素子側基板においては、ガラス基板
５１の上に走査配線（およびその一部である走査電極５
２）が形成されており、その上に陽極硫化膜からなる非
線形抵抗層５３が形成されている。非線形抵抗層５３の
上には絶縁膜５４が形成され、その上に反射性を有する
画素電極５５が形成されている。画素電極５５は、絶縁
膜５４に形成されたコンタクトホールを介して２端子非
線形素子の非線形抵抗層５３と電気的に接続されてい
る。

【００７３】以下に、この表示装置の素子側基板の作製
手順について説明する。

【００７４】初めに、ガラス等からなる絶縁性基板５１
上に導電性薄膜を形成し、これを所定の形状にパターン
形成して走査配線を形成する。この実施例では、ガラス
基板５１上に厚み約３００ｎｍの亜鉛膜をスパッタリン
グ法により形成し、フォト工程およびＲＩＥによるエッ
チング工程を経た後、フォトレジストを剥離してパター
ン形成された走査配線を得た。

【００７５】次に、非線形抵抗層５３となる陽極硫化膜
を形成する。この工程に先がけて、走査配線から延びて
いる駆動ドライバとの接続端子部に陽極硫化が施されな
いように、プラスチックコートを塗布する等のカバーを
形成する必要がある。この実施例では、硫化アンモニウ
ム等を約０．１ｍｏｌ／ｌ濃度含んだエチレングリコー
ル溶液中に基板を浸漬して陽極とし、白金電極を陰極と
して電圧を印加することにより、基板上に露出している
亜鉛表面に硫化亜鉛の層を形成した。電圧を印加する方
法としては定電流化成を用い、約１．５Ａ／ｍ²の一定
の電流密度で通電を行うことにより膜厚が約１５０ｎｍ
の硫化亜鉛からなる陽極硫化膜５３を形成した。

【００７６】続いて、絶縁膜５４を形成し、非線形抵抗
層５３と、後述する画素電極５５との接続を行うための
コンタクトホールを複数個設ける。この実施例では、感
光性樹脂を用い、スピンコート法により約３００ｎｍの
厚みに塗布した後、露光・現像工程を経ることにより８
個のコンタクトホールを設けた絶縁膜５４を形成した。

【００７７】次に、反射性を有する材料からなる導電性
薄膜を形成し、これをパターニングして画素電極５５を
形成する。この実施例では、スパッタ法によりアルミニ
ウムを厚み約２００ｎｍに成膜し、フォト工程後、燐酸
あるいは燐酸・硝酸・酢酸の混酸等を用いてウェットエ
ッチングを行った。その後、フォトレジストを剥離する
ことにより、コンタクトホールを介して非線形抵抗層５
３の上部と接続された画素電極５５が形成された。

【００７８】以上により、走査電極５２、非線形抵抗層
５３および画素電極５５の重畳部が２端子非線形素子と
なって、８つの２端子非線形素子が同極性で並列に接続
された反射型液晶表示装置の素子側基板が作製される。

【００７９】以下、対向側基板作製以降の工程は、実施
例１と同様にして表示装置を作製することができる。

【００８０】本実施例の表示装置においては、走査電極
５２と画素電極５５との間に複数の２端子非線形素子が
同極性で並列に接続されているので、冗長構造として表
示装置の信頼性を向上させることができる。また、走査
電極５２が画素電極５５の下部を通っている為、開口率
を向上できるという利点がある。

【００８１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
においては、２端子非線形素子の非線形抵抗層が陽極硫
化膜からなるので、オンオフ比を高くすることができ、
高精細・高コントラストの表示が可能となる。また、コ
レステリック−ネマティック相転移型ゲストホスト液晶
を駆動させることができるので、高コントラスト比のペ
ーパーホワイト表示が得られる。さらに、非線形抵抗層
の誘電率が低いので、液晶に対する非線形抵抗素子の容
量比が小さくなって、素子への電圧印加を効率的に行う
ことができる。ピンホールの少ない緻密で均一な膜厚お
よび膜質の硫化膜を形成することができるので、２端子
非線形素子の特性のばらつきによる表示むらを生じにく
くすることができる。この２端子非線形素子の製造にお
いては、陽極硫化を陽極酸化と類似した工程で行うこと
ができ、フォト工程におけるマスク枚数も３枚程度と少
ないので、表示装置の低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置の製造に使用される電解装置
の一例を示す概念図である。

【図２】（ａ）は、実施例１の表示装置における素子側
基板の１画素分の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ’線断面図である。

【図３】実施例１の表示装置の数画素分の斜視図であ
る。

【図４】（ａ）は、実施例２の表示装置における素子側
基板の１画素分の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−
Ｂ’線断面図である。

【図５】（ａ）は、実施例３の表示装置における素子側
基板の１画素分の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−
Ｃ’線断面図である。

【図６】（ａ）は、タンタルの陽極酸化膜を用いた従来
の表示装置における素子側基板の１画素分の平面図であ
り、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線断面図である。

【符号の説明】

１１電解槽１２電解液１３陽極１４陰極２１、４１、５１ガラス基板２２、４５、５２走査電極２３、４３、５３陽極硫化膜（非線形抵抗層）２４、４４、５４絶縁膜２５、４７、５５画素電極２６２端子非線形素子２７データ電極３１素子側基板３２対向側基板３３配向膜３４液晶（表示媒体）４２陽極硫化電極４６上部電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学的特性を有する表示媒体を間に
挟む一対の基板のうちの一方に、該表示媒体に電圧を印
加するための画素電極がマトリクス状に設けられている
と共に、該画素電極の近傍に該画素電極をスイッチング
するための２端子非線形素子が少なくとも１つ以上設け
られ、該２端子非線形素子が導電膜または半導体膜の陽
極硫化された硫化膜からなる非線形抵抗層を有する表示
装置。
【請求項２】電気光学的特性を有する表示媒体を間に
挟む一対の基板のうちの一方に、該表示媒体に電圧を印
加するための画素電極がマトリクス状に設けられている
と共に、該画素電極の近傍に該画素電極をスイッチング
するための２端子非線形素子が少なくとも１つ以上設け
られた表示装置の製造方法であって、該２端子非線形素子の非線形抵抗層を、導電膜または半
導体膜を陽極硫化することにより形成する表示装置の製
造方法。
【請求項３】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化す
る工程において、電解液として非水性電解液を用いる請
求項２に記載の表示装置の製造方法。
【請求項４】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化す
る工程において、電解液の溶媒として多価アルコールを
用いる請求項２または３に記載の表示装置の製造方法。
【請求項５】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化す
る工程において、電解液の溶質として硫化アンモニウ
ム、硫化カリウム、硫化水素アンモニウムおよび硫化ナ
トリウムからなる群から選択された１種以上を用いる請
求項２乃至４のいずれか１つに記載の表示装置の製造方
法。
【請求項６】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化す
る工程において、両極間に一定の電圧を印加することに
より該導電膜または半導体膜の化成を行う請求項２乃至
５のいずれか１つに記載の表示装置の製造方法。
【請求項７】前記導電膜または半導体膜を陽極硫化す
る工程において、両極間に通電する電流密度が一定とな
るように印加電圧を変化させながら該導電膜または半導
体膜の化成を行う請求項２乃至６のいずれか１つに記載
の表示装置の製造方法。