JP3141086B2 - アクチブマトリックス表示装置及びその製造方法 - Google Patents

アクチブマトリックス表示装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、各々が、表示素子の電極とアドレス導体と
の間に接続された少なくとも1つの2端子非直線性装置
に関連する表示のアレイを具えるアクチブマトリックス
表示装置及びその製造方法に関するものである。
(従来の技術) 2端子非直線性装置を表示素子のスイッチング素子と
して用いるアクチブマトリックスアドレス指定液晶表示
装置は既知である。かかる非直線性装置は、例えば、ダ
イオードリング、逆直列ダイオード(バックツウバック
ダイオード)又はMIM(金属・絶縁体・金属)装置の形
態とすることができる。LC(液晶)表示装置の代表的な
構成では、2つの絶縁透明基板、例えばガラス基板を用
いて電極の各組を分離し、且つ支持して、これら電極に
より基板間のLC材料と相俟ってXYアレイの個別の表示素
子を規定するようにしている。関連する表示素子の電極
と隣接して基板の片側に非直線性装置を設ける。又、こ
の基板には1組の行アドレス導体を設け、これら導体に
装置の駆動時に駆動電圧を供給する。表示素子の1行に
関連する非直線性装置を表示素子の電極と基板の各行導
体との間に電気的に接続する。
かかる表示装置の製造に当たっては、基板に一連の薄
膜層を堆積し、次いでこれらの層を写真蝕刻技術を用い
所望のパターンに画成して、表示素子の電極、アドレス
導体及び非直線性装置を1つの基板の表面に2次元アレ
イの形態で形成する。
(発明が解決しようとする課題) この技術は一般に受け入れられているがそれでも或る
種の欠点がある。写真蝕刻技術を必要とすることは、表
示装置の製造が高価となることを意味する。又、表示面
積が徐々に増大する表示装置が要望されている。この場
合には必要な写真蝕刻の使用が著しくなり、必要な主要
コストが著しく高くなる。更に、かように形成した非直
線性装置は、特に欠陥及び故障をできるだけ無くし、且
つアドレス導体及び表示素子電極との相互接続を十分信
頼性のあるものとすることに多大の注意を払う必要があ
る。例えば短絡回路を発生する欠陥のある非直線性装置
を用いる場合には1つ以上の表示素子の作動が故障し、
装置を使用し得なくするようになる。これがため、特に
表示面積が比較的大きい場合には収率を高くするのが困
難となる。従って余分の素子を組み込んで或る程度の故
障許容率又は冗長度を得ることによってこの種の問題を
解決することが試みられた。しか、この場合には製造費
が著しく嵩むようになる。
本発明の目的は表示面積を大きくし、しかも比較的低
コストで製造し得るアクチブマトリックス表示装置を提
供せんとするにある。
本発明の他の目的は2端子非直線性装置を用い、簡単
且つ信頼性良くアクチブマトリックス表示装置を製造す
る方法を提供せんとするにある。
(課題を解決するための手段) 本発明方法は第1及び第2の離間された電極と、これ
ら電極間に介挿された電気・光学材料とより成る表示素
子のアレイを有し、前記第1電極は各々を少なくとも1
つの2端子非直線性装置を経て関連するアドレス導体に
電気的に接続すると共に2次元アレイに形成してアクチ
ブマトリックス表示装置を製造するに当たり、前記第1
電極アレイから分離してアドレス導体を形成し、前記非
直線性装置は予め形成された個別の装置として設け、前
記非直線性装置と、これに対するアドレス導体及び第2
電極とを前記第1電極アレイ及びアドレス導体間に配列
して各非直線性装置を個別の第1電極と関連するアドレ
ス導体との間に電気的に結合することを特徴とする。
この方法を用いて形成され、非直線性装置の厚さを均
等とした構体では、第1電極とアドレス導体とを各平面
に互いに離間し、且つ第1電極及びアドレス導体間に電
気的に接続された非直線性装置はこれらの面間に延在す
る。従って実際には非直線性装置は、その厚さによって
決まる一定距離にアドレス導体及び第1電極を保持する
スペーサとして作用する。このスペーサの密度を高くす
る必要がある場合には非直線性装置と厚さが等しい電気
的に不活性なスペーサ素子に非直線性装置を分布配置す
ることができる。
アドレス導体及び表示素子の電極間に非直線性装置を
接続して得た電気回路は、2端子非直線性装置を用いる
通常の表示装置の電気回路と等価となる。しかし、重要
な相違点は、表示素子の電極、アドレス導体及び非直線
性装置が共通の支持体に形成されないことである。アド
レス導体及び第1電極は、互いに分離され、その上非直
線性装置からも分離されたアレイとして形成する。この
方法によれば、写真蝕刻を大きくする必要なく、面積の
大きな表示装置を容易に製造することができる。従来の
形態の表示装置と比較するに、アレイを簡単に製造する
ことができ、従って大きな信頼性が期待できる。例えば
アドレス導体の幅は、例えばこれと同一方向の表示素子
の寸法に対応し、著しく大きくすることができ、従って
断線の可能性は回避されるようになる。同様に、導体及
び電極アレイとは無関係に装置を形成することにより非
直線性装置の信頼性を更に増大させることもできる。非
直線性装置は他の素子から分離して製造するため、その
製造処理は選択でき、且つ優先でき、従って例えば電極
及び導体を形成するために用いられる処理と両立させる
必要性により制限されるものではない。大面積の表示装
置を製造し得ることは特に有利である。個別に形成され
たアレイ及び予め製造された非直線性装置を用いること
により、大面積全体に亘り写真蝕刻、相互接続等を必要
とする複雑な規格のパターンを共通支持体に形成するこ
とを含むアドレス導体、表示素子電極及び非直線性装置
に対する通常の製造処理の規則を不必要とする。本発明
方法によれば、左程複雑でない処理を採用して、コスト
を下げ、収率を高めることができる。その理由は従来の
製造処理で共通に経験する種類の問題を十分に回避する
からである。
又、本発明は、第1及び第2の離間された電極と、こ
れら電極間に介挿された電気・光学材料より成る表示素
子のアレイを有し、前記第1電極は2次元アレイに配設
すると共に各々を少なくとも1つの2端子非直線性装置
を経て関連するアドレス導体に電気的に接続したアクチ
ブマトリックス表示装置において、前記アドレス導体を
前記第1電極のアレイから分離し、第1電極及びアドレ
ス導体間にあらかじめ製造された物理的に個別の非直線
性装置を配列し、各非直線性装置を各第1電極と関連す
るアドレス導体との間に電気的に結合するようにしたこ
とを特徴とする。
2端子非直線性装置は、薄膜ダイオード構体、例えば
各端子を構成する両平坦面を有するMIM又はpnp装置を具
える。これら装置は、その2つの端子間の距離である厚
さをほぼ一定とするのが好適である。従ってこれら装置
はスペーサ素子としても作用させることができる。
MIM型の好適な非直線性装置の1例では、各層がほぼ
均等な厚さの3層構体を具え、外側の2層を導電材料、
例えば金属で造り、中間層を絶縁材料で造る。これら装
置は、共通の堆積層を用いバルクに形成する。好適な製
造方法では、3層構体を支持体上に形成し、次いで構体
を例えば矩形パターンにスクライブして構体の個別の部
分に画成して分離し、その各々にMIM装置を設け、その
後支持体を例えばエッチングにより除去して物理的に個
別のMIM装置を残存させるようにする。これら装置を共
通の層から造るため、装置は、層の厚さが極めて均一と
なり、ほぼ同一の性能を呈する。スクライビンクは層に
対し完全に行うか又は部分的にのみ行なうことができ
る。部分的にスクライビングを行なう場合にはMIM装置
は、支持体の除去後に互いに固着することもできる。次
いでこれらを分割してローリングのような好適な技術を
用いて物理的に分離されたMIMを提供することができ
る。この方法の特定の例では、ポリイミドの支持体、例
えばカプトン(商品名)フィルム支持体にタンタル層を
蒸着する。次いでこのタンタル層に陽極酸化処理を施し
て前記フィルム支持体とは反対側の表面に五酸化タンタ
ル絶縁層を形成する。その後例えば蒸着により、絶縁層
上全体に亘り他のタンタル層を堆積し、これを完全に直
線状にスクライブして行及び列の正規なアレイの3層構
体を形成する。次いでポリイミドフィルムをエッチング
により除去する。
ダイオード型の好適な非直線性装置の他の例ではp+np
+層構体のパンチスルーダイオードを設ける。この型の
装置をバルクで製造する好適な方法では、CVD又はMBEを
用い、単結晶ウェファにエピタキシャル処理を施す。例
えば、n+型のウェファに、p型層、p+型層、n型層及び
他のp+型層をこの順序で順次に形成する。かくして形成
した4層構体を行及び列の正規なアレイ状に完全に又は
部分的に且つ直列状にスクライブし、次いで基板ウェフ
ァをエッチング除去し、このエッチングをp型層の界面
で停止して、厚さ全体が構成層の厚さで決まり、他の寸
法がスクライビング処理で決まる個別のダイオード構体
を残存させるようにする。これがため、厚さが極めて均
一であり、且つ性能がほぼ等価のダイオードを得ること
ができる。
部分的なスクライブのみを行なう場合には、装置を分
離してローリングのような任意の好適な手段により物理
的に個別の装置を残存させることができる。
例えば、非直線性装置は、装置の種類及び製造処理に
依存し、代表的には、大きさが10×12μmで、厚さが5
〜10μmである。又、上述したダイオード構体では両主
面は2つの接点端子を構成する。
非直線性装置は第1電極上に擬似ランダムに形成す
る。この目的のためにバルクでパウダの形態をとり得る
ものと考えられる装置は第1電極のアレイ、或いは又、
アドレス導体上にスピンニング等により分布させて、装
置を第1電極又はアドレス導体上でほぼ均等に分散させ
“パウダ”の量を適宜定めて擬似ランダム分布密度によ
りアレイの各個別の第1電極の表面に少なくとも1つの
装置が存在し得るようにする。特定の第1電極上に1個
以上の非直線性装置を設けることが不利とならないよう
にする。その理由は最終表示装置では、これら非直線性
装置が互いに平行に作動するだけであるからである。実
際上、各第1電極に2個以上の装置を設けることは、冗
長度が好適に得られるようになるものとみなすことがで
きる。
本発明方法では非直線性装置を第1電極アレイ上に分
布させ、その後非直線性装置上にアドレス導体のアレイ
を分布させるか、又はその逆とする。
或いは又、非直線性装置を透明な絶縁材料の支持フィ
ルムに設けることができる。この支持フィルムは第1電
極アレイ及びアドレス導体間に予め形成した素子として
配置することができる。
従来の表示装置の構体とは相違して、第1電極アレイ
及びアドレス導体アレイを夫々離間した平面に配列し、
アドレス導体が各関連する第1電極と重なり合うように
することは、非直線性装置の位置決めが臨界的でないこ
とを意味することは明らかである。更に同様の理由で、
第1電極の寸法を、従来の表示装置の寸法と比較して拡
大することができる。その理由は第1電極の隣接行間又
は列間に間隙を設けてアドレス導体を収容する必要性が
無くなったからである。簡単のため、アドレス導体の少
なくとも第1電極の領域における幅はこの方向における
第1電極の寸法とほぼ同一とするのが好適である。例え
ばアドレス導体が行導体を具える場合には、その幅が第
1電極の厚さにほぼ等しくするのが好適である。これが
ため、表示素子の第1電極とその関連するアドレス導体
との重なり合う面積が最大となり非直線性装置の分布が
容易となる。非直線性装置の寸法は第1電極の寸法に比
べ小さく(代表的にはほぼ250μm平方)であり、従っ
て非直線性装置が不透明であり、且つ表示装置が透明モ
ードで作動するものとすると、1個又は数個の非直線性
装置が存在することによる表示素子の光透過の影響は無
視することができる。アドレス導体はITOのような透明
材料の層で造る。更にこのアドレス導体は、透明材料に
比べ細い、例えばアルミニウムのような他の金属層を具
える。
更に表示装置を製造するには、第1電極から離間さ
れ、これら電極間の電気光学材料より成る第2電極を表
示素子の反対側に設ける。
本発明は、特に、電気光学材料が液晶材料を具える表
示装置に対し興味を有するが、他の電気光学材料をも用
い得ることは明らかである。
液晶を電気光学材料として用いる例では、反対側の表
示素子の第2電極は、これと重なり合う液晶フィルム及
びこのフィルム上に設けられる表示素子の第1電極と共
に第2支持体で支持する。液晶材料を含む自己支持フィ
ルム、例えばカプセル封止液晶フィルム、時としてはポ
リマー拡散液晶フィルムと称されるフィルムを用いるこ
とができる。カプセル封止液晶フィルムは既知であり、
主として、代表的には作動がネマチック型で、正の誘電
体異方性を有する液晶材料の小滴を具え、これを固体で
可撓性のポリマーフィルムに埋設するか又はカプセル封
止する。この種のフィルムの例及び表示装置における光
を変調する作動は、ヨーロッパ特許願EP−A−88126号
及びJ.L.Fergusonの論文“ポリマー エンカプスレイテ
ッド ネマチック リキッド クリスタル フォー デ
ィスプレイ アンド ライト コントロール アプリケーション“SID 85 DIG
EST、第68−69頁に記載されている。カプセル封止液晶
フィルムが固体であるため、支持体とは反対側のフィル
ム面に設けた表示素子の電極、即ち第1電極をフィルム
により自己支持し、従ってこれら電極に対する個別の支
持は必要ではなくなる。
かようにしてカプセル封止液晶フィルムを用いること
によって表示装置の製造が極めて容易となる。反対側の
表面に電極を設けた液晶フィルムは、これらフィルムの
標準技術を用いるサブアセンブリとして提供することが
できる。従って、予め形成した非直線性装置は、それ自
体によって、又は前述した絶縁支持フィルムで支持し、
次いでアドレス導体を支持する支持体によって前記サブ
アセンブリ上に配置してアセンブリを完成することがで
きる。装置を支持フィルムに設ける場合には第1電極の
アレイを支持フィルムに形成することもできる。
液晶材料のポケット又はセルを含む他のフィルムを用
いることもできる。
液晶ポリマーとして既知の比較的新規な型の液晶材料
をフィルムの形態で用いることもできる。この材料はカ
プセル封止液晶フィルムと同様に固体であり、自己支持
型であり、フィルムの形態であり、従って両表面に予定
の空間関係で電極を保持するために、内部スペーサ素子
を何等必要としない。
又、最も一般的な液相の液晶材料を用いることもでき
る。
これがため、上記例の変形である他の例では、アドレ
ス導体及び第2電極を夫々支持する支持体間に絶縁材料
の中間支持層を設け、これにより表示素子の第1電極を
も支持する。この第1電極は液晶材料と対向する層の表
面に設けると共にこの第1電極と整合する追加の電極組
を反対側の表面に設け、これにより非直線性装置を接触
する。この例の変形例では中間支持層の両側の電極の組
を支持層により完全に分離する。
中間層に設けた整合電極の各対の電極は、この層の絶
縁材料と相俟ってコンデンサを形成し、これによりこの
例では個別の表示素子に関連する1つ以上の非直線性装
置を表示素子に容量結合する。
この例の他の変形例では中間支持層に少なくとも1つ
の孔を整合電極の各対の個所に設け、この孔を経て電極
の対を互いに接触させるようにする。
液相の液晶材料を用いた表示装置の他の例では非直線
性装置を絶縁材料の支持フィルムで支持し、その表面に
第1電極アレイを支持する。この場合アドレス導体は、
このフィルムの反対側の表面に形成するか、或いはフィ
ルムを配置する基板に形成し、これによりアドレス導体
及び第1電極を非直線性装置を経て電気的に接続する。
前述したように表示素子の他の電極は他の基板に形成
し、液晶材料を対向する第1及び第2電極間に配置し、
これら第1及び第2電極間のスペースを通常のようにス
ペース素子によって保持する。
上述した例の全てにおいて、表示素子の第2電極は便
宜上、簡単のため、アドレス導体の第2組の部分を具え
る。この第2組のアドレス導体は列又は行アドレス導体
を具え、この場合、非直線性装置に隣接する第1組のア
ドレス導体は夫々行又は列アドレス導体を具える。
(実施例) 図面につき本発明の実施例を説明する。
第1〜3図に示すアクチブマトリックス液晶表示装置
は、m行の画素12と、各行のn個の水平方向画素12とを
具える。行列のマトリックスアレイの画素の総数は例え
ば200,000個以上とする。図面には、簡単のため、数個
の代表的な画素のみを示す。特に第1図に示すように、
各画素12は、スレシホルド特性を呈すると共に、画素を
アドレス指定する行アドレス導体18及び列アドレス導体
20間でスイッチング素子として作用する2端子双方向非
直線性抵抗素子16に電気的に直列に接続された液晶表示
素子14を具える。各非直線性抵抗素子16は1個以上の非
直線性装置を具える。第1図ではこの素子16を単一装置
として示す。行及び列アドレス導体の組はその交差領域
に位置する画素に対し互いに直角に延在させる。
かかる画素の回路及び作動態様は既知であるため、更
に詳細な説明は行わない。しかし、行導体18は走査電極
として用い、これに行駆動回路から走査信号を順次供給
する。走査信号の同期を行なう場合には列駆動回路から
列アドレス導体20にデータ信号を供給し、各行の表示素
子からこれら素子を走査して所望の表示信号を発生し得
るようにする。ビデオ又はTV表示を行なうためにはこれ
らデータ信号にビデオ情報を含めるようにする。走査信
号及びデータ信号の電圧を適宜に選定することにより各
行の表示素子14の光透過性を順次制御して表示装置に向
けられた光を変調して可視効果が得られるようにする。
表示素子の各行は1行アドレス周期にアドレスし、この
周期中表示素子を供給されたデータ信号の値に応じて充
電し、表示素子を走査信号の除去時に分離して電荷を表
示素子に蓄積し、表示素子が次にアドレスされるまで1
フィールド周期の残部に対し表示効果を保持し得るよう
にする。表示素子の行の個別の表示効果を合成して1フ
ィールド周期で完全な画像を形成し、次のフィールド周
期で表示素子を再びアドレス指定する。2端子非直線性
スイッチング素子を用いる液晶装置の一般的な駆動及び
作動に関する更に他の説明は例えば米国特許願US−A−
4223308号及び英国特許願GB−A−2091468号に夫々紹介
されている。
表示装置の1例の構成を第2及び3図に示す。これら
の図面は装置の代表的な部分を夫々断面図及び平面図で
示す。特に第2図は、表示装置が2つの区分、即ち表示
素子区分A及びスイッチング区分Bを有し、各区分にア
ドレス導体が含まれる場合を示す。
本例では表示素子区分Aはポリマー分散型の液晶マト
リックス表示装置を具える。例えば、ガラス、その他の
剛固な絶縁材料の透明基板23は、その片側表面に、幅が
一定で、厚さが均等な1組の平行で、透明なITO細条電
極を設け、これにより行アドレス導体18を構成する。IT
O材料の堆積及び画成並びに平坦面への延在は通常のよ
うに行なう。この行アドレス導体18及び基板の介在表面
区域には固体ポリママトリックスより成るポリマー分散
液晶フィルム材料21を被覆し、このフィルム内において
個別の一般に球形のネマチック液晶のドロップレット22
が分散し、その基板とは反対側の表面は基板表面にほぼ
平行に延在する。フィルム21の表面にはITOの透明な表
示素子電極24を通常のように2次元の正規のアレイ状に
形成し、その面を行導体18の面に平行とすると共にこれ
からフィルム21の厚さ分だけ分離する。この電極24は、
互いに物理的に分離すると共に行導体18と整合するフィ
ルム21により支持された個別の矩形パッドの形態とし、
その一方の寸法を第3図から明らかなように行導体の横
方向寸法にほぼ相当するようにする。電極24の下側の行
導体18の部分は表示素子に対する第2電極として作用す
る。各電極24はその関連する行導体18の下側部分及びそ
の間のフィルム21と相俟って表示素子を構成する。
表示素子区分Aの構成は上述した従来のポリマー分散
液晶表示装置の構成とほぼ同様であり、表示素子の電極
24を列導体の各部分を具えるよりも個別に画成する点が
相違するものである。
各表示素子14の大きさは全表示面積の大きさ及び所望
の解像度に従って決めるようにする。ビデオ、例えばTV
の表示に対しては、その寸法を代表的には250μm平方
とする。既知のポリマー分散液晶フィルムでは、液晶の
ドロップレット22はその直径を1〜20μmとし、その大
きさを適宜選定して表示素子の寸法が好適となるように
する。ポリマーマトリックス材料の厚さは2〜50μmと
し、ドロップレット22の数層が収容され得るようにす
る。かかるポリマーとしては、ラテックス、ポリビニル
アルコール、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカ
ーボネート樹脂又はポリビニルブチル樹脂を用いること
ができる。液晶ドロップレットは、化学的、熱的又は光
誘導相分離によりポリマーマトリックスにランダムに分
散させて形成し、固定することができる。例えばフィル
ム21は、液晶をポリマーシェルにカプセル封止し、これ
らシェルをポリマー連続スペクトルで埋設するか、又は
液晶ドロップレットがフィルム形成中にマトリックス材
料に瞬時に分散する種類のものとしたカプセル封止群の
1つとすることができる。
第2図に示すように、装置には、例えば電極24のアレ
イ上に延在するガラス製の他の基板30を設ける。基板30
によって、列導体20を構成する1組の幅が一定で厚さが
均一なITO細条電極を支持し、この列導体は行導体18に
対し直角に延在させる共に電極24の面に平行な面にこれ
から離間して位置させるようにする。列導体20の幅は同
一方向における電極24の寸法にほぼ一致させる。
基板30及びフィルム21間には列導体20及び表示素子電
極24間のスペースをブリッジする個別の2端子非直線性
装置35を配置し、これをここでは簡単なブロック形態で
示す。本例では装置35は、MIM又はパンチスルーダイオ
ードを具える。装置35は、予め形成すると共に両端のほ
ぼ平坦な主面を有する矩形状のものとする。これら装置
35は厚さを均等とすると共に導体20及び電極24間でスペ
ーサ素子として作用する。この装置35の両端の主面は個
別の端子を構成し、特に、各装置の2つの端子は列導体
20及び表示素子電極24と夫々電気的に接触し、従って第
1図に示す回路構体を形成する。この装置35はフィルム
21上に擬似ランダムに分布させると共に充分な密度とし
て各電極24及びその関連する列導体20間に少なくとも1
つの装置が得られるようにする。
基板30及びフィルム21間の残存スペースは部分的に真
空とするか又はこれに空気又は不活性ガスを充填し得る
ようにする。
かかる回路構成から明らかなように、装置の作動は2
端子非直線性装置を用いる表示装置の従来の形式のもの
と同様とする。使用に際し、光を基板30に向けるように
する。表示素子14に電界が印加されていない場合にはド
ロップレットは異方性で整合されていない状態にあり、
その光軸がランダムに配向され、従って表示素子に入る
光は散乱されるようになる。行導体18及び表示素子電極
24に印加される電位差によって生じる電界が表示素子に
存在する場合にはドロップレットの光軸が電界に対し整
合されて光の最小散乱が発生し、表示素子が透明となっ
て実際上方向が変化しない光をこれに通過せしめるよう
にする。印加電界を変化させることによりこれに従って
透明度を変化しグレイスケールを生ぜしめるようにす
る。表示素子を走査によりアドレス指定する際に、所望
の表示効果を生ぜしめるに充分な表示素子の電極24の電
圧を印加し、且つ装置35、即ち電極24に1つ以上が存在
する際の装置のスレシュホルド以上となるに充分なデー
タ信号電圧をその関連する行及び列導体18及び20に印加
し、これによりデータ信号電圧に依存する電圧を電極24
に書込むようにする。電極24及び列導体20間のオーバー
ラップにより寄生容量Cpを導入する。この容量Cpにより
生じる不所望な影響を最小にするためには、電極24と、
導体20及び導体18間の関連するスペースを適宜選定して
表示素子の容量Cpが寄生容量Cpよりも充分大きくなるよ
うにする。この目的のため、フィルム21の厚さを適宜選
定して非直線性装置35の厚さよりも薄くするのが好適で
ある。この非直線性装置35は作動時に或る容量を呈する
が、この容量も表示素子の容量より充分小さくし、従っ
て影響が最小となるようにする。
かかる表示装置は次に示すように製造する。装置の区
分Aは素子20,18,21及び24を具えると共にポリマー分散
液晶表示装置に対し、従来既知の技術を用いサブアセン
ブリとして形成する。同様に、基板30及び導体20はITO
を堆積し、パターニングする従来の処理を用い他のサブ
アセンブリとして形成する。
次いで、予め形成した非直線性装置35をサブアセンブ
リAの電極24の露出表面上に分布させる。これは、スピ
ンニング又はスプリンクリング処理によって通常のよう
に達成するが、他の技術を用いて達成することもでき
る。装置35は以下に示すように形成する“パウダ”の形
態で設ける。
個別の双方向ダイオード構体の装置、例えばMIM又はp
np型の装置のパウダを得るために、面積の大きな多層ダ
イオード構体を一時的な支持体上に形成し、次いで分割
して物理的に個別の装置を形成する。一時的な支持体か
らの分離は支持体をエッチング除去して行なう。分割は
多重層構体を経て少なくとも部分的にスクライブするこ
とにより行い、しかも構体の個別の部分を画成するため
に支持する。支持体を次に除去する際には多層構体を個
別の素子にスクライビングパターンとすることにより分
割し、その各々によって非直線性装置を構成する。
この技術を用い、第4A図に示すように、タンタル・五
酸化タンタル・タンタル重畳層を具える既知の構体を有
するMIMをポリイミド(例えば前述したカプトン)支持
フィルム40に形成する。先ず最初厚さがほぼ2.5μmの
タンタル層41をフィルム40上に蒸着する。次いで、この
層に例えば弱いクエン酸溶液を用い、30〜60Vの陽性酸
化電圧で陽極酸化処理を施して厚さが0.1μmの絶縁性
五酸化タンタルの表面薄層42を形成する。次いで五酸化
タンタル層の表面に厚さほぼ2.5μmまでタンタルの他
の層43を蒸着する。これら3つの層の全部は連続の同一
の広がりを有する層として形成する。
支持フィルムに形成した3層構体を直線的にスクライ
ブして網目状にし、行及び列のパターンに形成し、ほぼ
10μm×20μmの個別の部分45を画成する。このスクラ
イビングは3層に対し完全に行なうか又は部分的に行な
う。第4A図はかかるスクライビングを行った後の構体の
一部分を線図的に示し、この場合のスクライビングは3
層の厚さにほぼ等しい深さまで行なう。実際上、フィル
ム40の大きさ並びに層40〜43の面積を適宜定めてこれら
網目の部分45の数10万個を画成することができる。次い
でポリイミド支持フィルム40をドライエッチング処理又
はヒドラジンのウェットエッチングによって除去する。
このフィルムを除去すると、かかる構体の個別の部分45
が物理的に個別の素子に分離され、その各々によってMI
M装置35を構成する。部分スクライビングのみを用いる
場合には素子は支持フィルムの除去後にも接合されてい
る。この場合には3層構体にローリングその他の好適な
既知の技術を施して物理的な分離を行い構体を所望の個
別の素子に分割する。
かようにして、タンタル層間に五酸化タンタルの薄い
フィルムを具える個別の矩形MIM装置を形成し、その全
体の厚さをほぼ5μmとする。タンタル層により画成さ
れ、素子の2つの両端の平坦な主表面は装置の個別の端
子として作用させる。
この方法を用いる代わりに従来既知の種々の材料を用
いるMIM装置を造ることができる。金属化層としては、
アルミニウム、クロム、ニッケル又はタンタルを用いる
こともでき、絶縁層材料として、酸化アルミニウム、窒
化シリコン及びオキシ窒化シリコンを用いることができ
る。
シリコン材料のp+np+型のダイオード構体を有するパ
ンチスルーダイオードも同様に形成することができる。
かかる装置を形成する好適な方法では一時的な支持体と
してn+単結晶シリコンのウェファを用いることができ
る。第4B図に示すように、CVD又はMBEを用い、エピタキ
シャル処理によりウェファ50上に厚さが均一な連続層を
順次成長させる。これらの直接重畳した層は、ウェファ
表面から出発し、厚さが0.1μmのp型を少量ドープし
たシリコン層51と、厚さ4μmのp+型のシリコン層52
と、厚さが2μmのn型のシリコン層53と、厚さが4μ
mのp+型のシリコン層54とをこの順序に具える。ウェフ
ァ上の多層構体は直線状のスクライビングを構体に対し
完全又は部分的に行って網目状とし、行及び列のパター
ンに形成して寸法がほぼ20μm×40μmの構体の個別の
部分を画成する。第4A図と同様に、第4B図はスクライビ
ング処理を行った後の多層構体の一部分を示し、この場
合にもスクライビングは層の厚さにほぼ等しい深さとす
る。MIM構体の場合と同様に、これら部分45は数10万個
を造ることができる。次いでn+ウェファはHNO3中に0.5
%のHFを溶解した溶液を用いエッチング処理により除去
することができる。この場合p型層51はエッチングスト
ッパーとして作用し、従ってエッチングはp型層の境界
で終了する。ウェファを除去すると、スクライビングに
より画成された多層構体の個別の部分45は物理的に個別
の素子に分離され、その各々によってパンチスルーダイ
オード装置を構成する。この際、部分スクライビングの
みを用いる場合には、ローリング処理等により素子を所
望の個別の素子に分割することにより、互いに結合され
ている任意の素子を物理的に分離する必要がある。この
層51は非選択シリコンエッチングにより除去することが
できる。しかし、その厚さのため、抵抗値が僅かだけ増
大するも、ダイオード構体の作動は悪影響を与えない。
かくして形成した個別のダイオードは、均等な厚さが
ほぼ10μmで大きさが20μm×40μmの矩形多層構体を
各々が具えるようになる。この場合にも両端の平坦な主
表面によって装置の2つの端子を構成する。
同様にpip構体、nin構体又はnpn構体を有する平坦表
面の2端子非直線性装置をこの方法により形成すること
ができる。
2つの平坦な主表面を有するスラブを具える非直線性
装置35の形状によって、これら装置が電極34上に堆積さ
れる際、これら装置を、第1電極24及びアドレス導体20
の面に平行に延在する主面で所望のように配向させるこ
とができる。装置35の作動時間の電気特性の対称性及び
双方向性のため、装置がどの経路をたどるかは最早や重
要ではない。2個以上の非直線性装置35を任意の1つの
電極24に関連させる場合にはこれら装置は互いに並列に
作動して冗長度が改善されるようになる。
電極24を好適に分離して隣接する電極24間のギャップ
が1つの非直線性装置の最大寸法よりも大きくなり、ラ
ンダムに分散させる際の非直線性装置による2つの隣接
電極24のブリッジングが不可能となるようにする。しか
し電極24のスペースが減少して非直線性装置が位置し、
一方の端子により2つの隣接電極をブリッジングする場
合でも、製造時の影響は殆ど変化しない。
上述した方法の変形例では非直線性装置35を基板30の
アドレス導体20上に分散させ、且つ区分Aを非直線性装
置の露出表面上に配置する。
2つの基板20及び30を接合した後、これら基板をその
周縁で加圧下で互いに緊締して、非直線性装置35をその
関連する電極24と導体20との間で剛固に保持し、且つ、
信頼し得る電気接点を確実に達成することができる。基
板30及びフィルム21間の残存スペースには空気又は不活
性ガスを充填する。しかし、このスペースは部分真空と
してその影響により装置を緊締する手助けとなるように
する。
非直線性装置を別個に形成し、これらを予め形成した
電極間に前もって形成した装置として配設するため、表
示素子電極及びアドレス導体を共通基板上に非直線性装
置と一緒に画成するのに複雑な写真蝕刻処理の必要性が
なくなる。区分A及び基板30を具えている表示装置を列
導体と一緒に製造するのにそれぞれ用いられるサブアセ
ンブリは、複雑な写真蝕刻法及び大きな領域にわたる導
体の相互接続を必要としない標準の技法を用いて簡単に
形成することができる。これがため、これらのコンポー
ネントは非常に高い信頼性をもって製造することができ
る。同様に、非直線性装置を形成する方法も高信頼度に
供する。本発明による表示装置の製造方法は既存の取り
組み方の形式にこだわらず、慣例の技法を極めて簡単に
したものである。本発明によれば、表示装置の大量生産
及びかなりの低コスト化を期待することができる。表示
装置の構成にとって重要なことは、表示面積の大きな装
置を首尾良く、しかも比較的簡単な方法で形成し得るよ
うにすることにある。
表示装置及びその製造方法についての上述した実施例
は種々変更することができる。例えば、行及び列アドレ
ス導体についての上述した配置は、非直線性装置を基板
上に設けた行導体及び基板20上に設けた列導体に接触さ
せて反転させることができる。
さらに、非直線性装置35は、電極24と導体20との間の
空所を非直線性装置そのものだけで部分的に占有させる
と言うよりもむしろ前記空所内に設けた例えばポリイミ
ド樹脂又はポリウレタン樹脂のような透明の絶縁性ポリ
マー材料製のフィルム内に包含させるか、又は埋設させ
ることができる。本来絶縁材料マトリックスは、非直線
性装置35を電極24又は導体20の上に分散させた後に、そ
の材料を非固体状態で電極24又は導体20の上に堆積し
て、場合によってはその材料が装置35のまわりに流れて
電極24と導体20との間の空所を満たして、それらの空所
の厚さを装置35の厚さよりも僅かに薄くなるようにして
形成することができる。その後、絶縁材料をその種類に
応じて硬化させるか、又は適当に処理して固体マトリッ
クスとすることにより非直線性装置35をトラップして、
物理的に抑止する。しかし、好ましくは絶縁材料と非直
線性装置とを組合せるフィルムを別個のコンポーネント
として形成してから電極24又は導体20の上に載せて、例
えば分散(スキャタリング)による電極24の上への装置
の配設工程を省くようにする。斯種のフィルムは、支持
体の上に装置を分散させて絶縁材料を前述した方法と同
様な方法で堆積して、装置の密度を最終的に少なくとも
1つの装置が各表示素子に関連するようにして、その後
上記支持体からフィルムを取外すことにより得ることが
できる。次いで、非直線性装置を内蔵し、マトリックス
材料によって支持されるフィルムを電極24又は導体20の
上に載せる。絶縁材料は支持体の上に堆積し、その後非
直線性装置をこの絶縁材料の上に分散させて、これら装
置を稼働プレートにより絶縁材料中に押し込んでこの絶
縁材料内に埋設させることもできる。この埋設処理後に
フィルムを取外し、次いでこのフィルムを前述したよう
に使用することができる。
埋設した装置の主表面、即ちこれら装置の端面は露出
したままとし、フィルムの使用時にこれらの端面と電極
24及び20とを直接接触させるようにする。これらの方法
を用いることによりポリイミド材料の薄層を端面の上に
載せることができる。しかし、フィルムを電極24と導体
20との間に配設する場合には、斯かる端面と、その関連
する電極又は導体20との間の電気的な結合は直接接触す
ると言うよりはむしろ容量的に行われ、関連する表示素
子の作動は通常損なわれることはない。従って、第1図
に関する限り、この場合の実際の回路は表示素子14とそ
のアドレス導体20との間の非直線性装置16にコンデンサ
が直列に含まれることになる。
この表示素子は、固体ポリマー分散材料や同様な形態
のものではなく液晶材料で構成することができる。第5
図、第6図及び第7図はこの型式の液晶表示装置の3個
の実施例の線図的断面図である。第5図〜第7図におい
て、前述した実施例に用いた部材と同一の部材には同一
符号を付して説明する。
第5図を参照する。本例は、ポリイミドのようなポリ
マー材料から成る支持フィルムを用いる前述した実施例
と種々の点において対応しており、この支持フィルム中
に非直線性装置が含まれている。装置35を含む支持フィ
ルムを符号66で示し、この支持フィルム中に埋設されて
いる非直線性装置は、前述した方法を用いて個別の素子
として予め作成しておくことができる。本例では、支持
フィルムは表示素子電極24も支持し、これら表示素子電
極は支持フィルムの面上にITO材料を堆積しパターニン
グすることにより形成される。導体20はフィルム66の他
方の面上に同様な方法で形成でき、又は基板30上に形成
し、その後支持フィルムを導体20に隣接して形成するこ
とも可能である。或いは導体20を基板30上に形成し、次
に非直線性装置35を導体20上に分布形成し、次に支持フ
ィルムを構成するポリマー材料を堆積して装置35間の空
間を充填し前述した方法と同様な方法で支持フィルムを
形成することもできる。その後、電極24をフィルム66の
面上に形成する。
これらの方法を用いることにより、部材30,20,35,66
及び24を有するサブ構造体(アセンブリ)が得られる。
このサブ構造体を基板23及び導体18を有するサブ構造
体と結合し、これら構造体間に不活性なスペース素子63
を配置して2個のサブ構造間を予め定めた距離だけ離間
させる。従って、得られた構造体において導体20及び18
と電極24は離間した互いにほぼ平行な面内に位置し、各
表示素子電極24は、前述した実施例と同様に少なくとも
1個の非直線性装置35を介して関連する導体20と電気的
に結合される。フィルム66と基板23との間の空間は構造
物の周縁に設けた密封部材とこの空間を完全に満たすよ
うに封入した液晶材料61とによって接する。実際には、
電極24と導体18は通常の方法により単分子性アラインメ
ント層で被覆する。尚第5図においては図面を簡単化す
るためこれらの層は省略した。
第6図において、この実施例ではツウィステッドネマ
ティック液晶61を用い、この液晶61を、基板23と透明な
絶縁材料から成り、表示区域全体に亘って連続的に延在
する別の中間層60との間に含ませる。前述したように、
行電極18は基板23上に支持する。表示素子電極24は、基
板23と対向する中間層60の面上に支持する。基板23及び
中間層60は、不活性材料から成るスペーサ素子63により
通常の方法で予め定めた距離だけ離間させる。各電極24
について、ITOから成る付加のパッド電極64を中間層60
の面上にそれぞれ形成する。このパッド電極は電極24と
同一の広がりを有している。従って、本例においては非
直線性装置35は電極24に直接接続されず補償用の電極64
と接することになる。電極24及び64の電極対とその間に
存在する絶縁層60を構成する絶縁材料とがコンデンサを
構成し、その容量は絶縁層60の厚さによって決定され
る。従って、各表示素子について関連する1又はそれ以
上非直線性装置35が表示素子電極24に容量結合される。
絶縁層60の材料は、この点に関して要求される支持機能
及び機械的特性に基いて選択される。層60の絶縁材料は
充分な硬度を有し、基板20及び30を一緒に把持する際、
装置35とスペーサ素子63によって層60に生ずる圧力によ
り層60の面に歪みが生ずるのを回避する必要がある。本
例による装置を作製する場合、基板23及び導体18を具え
る第1のサブ構造体、電極64及び24を有する層60を具え
る第2のサブ構造体、及び導体20が形成されている基板
30を具える第3の構造体を個別に作製する。非直線性装
置35を導体20上に分布配置し第2のサブ構造体を位置決
め固定ことにより把持する。次に、予め定めた厚さのギ
ャップを規定するように作用するスペーサ63を有する第
3のサブ構造体を結合し、上記ギャップ中に液晶材料を
充填する。
第7図の実施例は第6図の実施例を変形したものであ
る。この装置において、層60に規則的なアレイ状の貫通
孔を形成し、これら貫通孔を表示素子電極34の位置に対
応させる。電極34及び64を層60の互いに対向する面上に
形成し、従って堆積した電極材料は貫通孔を経て延在
し、この結果電極34と64の各対は電気的に接続される。
従って、表示素子と対向する非直線性装置35の端子は図
示する表示素子電極34と電気的に接続されることにな
る。
第5図、第6図及び第7図に基いて説明した全ての実
施例において、第2図及び第3図に基いて説明した作用
効果と同一の作用効果が達成される。特に、大面積の表
示装置を製造する場合、大面積の複雑なリソグラフィ工
程が不要になる。
尚、図面は線図的なものであり、寸法通りに表示され
ていない。特に、層や領域の厚さのような寸法は拡大表
示し、他の寸法は縮小して表示した。全図面を通して同
一又は類似の部材には同一の符号が付されているものと
理解すべきである。
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形
や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明アクチブマトリックス液晶表示装置の一
部分を示す平面図、 第2図は本発明表示装置の一例の構成を示す断面図、 第3図は第2図の表示装置の一部分を示す平面図、 第4A及び4B図は本発明表示装置に用いる非直線性装置の
製造時の1工程を示す部分斜視図、 第5,6及び7図は本発明表示装置の他の3例の構成を夫
々示す断面図である。 12……画素 14……液晶表示素子 16……非直線性抵抗素子 18……行アドレス導体 20……列アドレス導体 21……ポリマー分散液晶フィルム 22……ドロッスレット 23……透明基板 24……透明表示素子電極 30……基板 35……非直線性装置 40……ポリイミド支持フィルム 41……タンタル層 42……五酸化タンタルフィルム 43……タンタル層 50……ウェファ 51……p型シリコン層 52……p+シリコン層 53……n型シリコン層 54……p+型シリコン層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1362 G02F 1/13 101 G02F 1/1343 G09F 9/00 - 9/46 H01L 29/78

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1及び第2の離間された電極と、これら
    電極間に介挿された電気・光学材料とより成る表示素子
    のアレイを有し、前記第1電極は各々を少なくとも1つ
    の2端子非直線性装置を経て関連するアドレス導体に電
    気的に接続すると共に2次元アレイに形成してアクチブ
    マトリックス表示装置を製造するに当たり、前記第1電
    極アレイから分離してアドレス導体を形成し、前記非直
    線性装置は予め製造された個別の装置として設け、前記
    非直線性装置と、これに対するアドレス導体及び第2電
    極とを前記第1電極アレイ及びアドレス導体間に配列し
    て各非直線性装置を個別の第1電極と関連するアドレス
    導体との間に電気的に結合することを特徴とするアクチ
    ブマトリックス表示装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記アドレス導体を絶縁支持体上に形成
    し、その後前記第1電極アレイの上方に絶縁支持体を配
    置し、第1電極アレイ及び前記アドレス導体間に前記非
    直線性装置を配設するようにしたことを特徴とする請求
    項1に記載のアクチブマトリックス表示装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】前記第1電極上に前記アドレス導体を配置
    する前に第1電極又はアドレス導体上に前記非直線性装
    置を擬似ランダムに分布させるようにしたことを特徴と
    する請求項2に記載のアクチブマトリックス表示装置の
    製造方法。
  4. 【請求項4】前記アドレス導体及び第1電極並びに非直
    線性装置により形成されるスペースに絶縁材料を設ける
    ことを特徴とする請求項3記載のアクチブマトリックス
    表示装置の製造方法。
  5. 【請求項5】前記非直線性装置を透明絶縁材料のフィル
    ムで支持することを特徴とする請求項1記載のアクチブ
    マトリックス表示装置の製造方法。
  6. 【請求項6】前記フィルムの片側面に第1電極のアレイ
    を形成することを特徴とする請求項5記載のアクチブマ
    トリックス表示装置の製造方法。
  7. 【請求項7】支持体上にアドレス導体を形成し、その後
    前記非直線性装置を支持するフィルムを前記アドレス導
    体上に配置するようにしたことを特徴とする請求項6記
    載のアクチブマトリックス表示装置の製造方法。
  8. 【請求項8】前記フィルムの反対側の面に前記アドレス
    導体を形成することを特徴とする請求項6記載のアクチ
    ブマトリックス表示装置の製造方法。
  9. 【請求項9】絶縁基板上に表示素子の第2電極アレイを
    形成し、前記第1電極アレイ上にこれに平行に前記絶縁
    基板と互いに対向し離間された個別の第1及び第2電極
    とを配置し、前記第1及び第2電極間のスペースに液晶
    材料を設けるようにしたことを特徴とする請求項1〜8
    の何れかの項に記載のアクチブマトリックス表示装置の
    製造方法。
  10. 【請求項10】表示素子の第2電極アレイを形成し、前
    記第1及び第1電極のアレイを互いに平行且つ離間して
    配列し、これら両アレイ間に液晶材料を含む自己支持フ
    ィルムを設けるようにしたことを特徴とする請求項1〜
    8の何れかの項に記載のアクチブマトリックス表示装置
    の製造方法。
  11. 【請求項11】前記非直線性装置は薄膜ダイオード装置
    を具えることを特徴とする請求項1〜10の何れかの項に
    記載のアクチブマトリックス表示装置の製造方法。
  12. 【請求項12】ダイオード構体を構成する選択された材
    料の一連の層を具える多層構体を支持体上に形成して薄
    膜ダイオード装置を造り、前記多層構体をスクライブし
    てその個別の部分を画成し、その後前記支持体を除去し
    て前記画成部分を各々がダイオード装置を有する個別の
    素子に分離するようにしたことを特徴とする請求項11記
    載のアクチブマトリックス表示装置の製造方法。
  13. 【請求項13】第1及び第2の離間された電極と、これ
    ら電極間に介挿された電気・光学材料より成る表示素子
    のアレイを有し、前記第1電極は2次元アレイに配設す
    ると共に各々を少なくとも1つの2端子非直線性装置を
    経て関連するアドレス導体に電気的に接続したアクチブ
    マトリックス表示装置において、前記アドレス導体を前
    記第1電極のアレイから分離し、第1電極及びアドレス
    導体間に予め製造された物理的に個別の非直線性装置を
    配列し、各非直線性装置を各第1電極と関連するアドレ
    ス導体との間に電気的に結合するようにしたことを特徴
    とするアクチブマトリックス表示装置。
  14. 【請求項14】前記非直線性装置は、各端子を構成する
    両平坦表面を有する薄膜ダイオード装置を具えることを
    特徴とする請求項13記載のアクチブマトリックス表示装
    置。
  15. 【請求項15】前記非直線性装置は前記第1電極とアド
    レス導体との間に擬似ランダムに分布させるようにした
    ことを特徴とする請求項13又は14記載のアクチブマトリ
    ックス表示装置。
  16. 【請求項16】前記アドレス導体は透明な絶縁支持体で
    支持するようにしたことを特徴とする請求項13〜15の何
    れかの項に記載のアクチブマトリックス表示装置。
  17. 【請求項17】前記非直線性装置は、前記アドレス導体
    及び第1電極間に延在する透明な絶縁材料のフィルムに
    設けるようにしたことを特徴とする請求項13〜16の何れ
    かの項に記載のアクチブマトリックス表示装置。
  18. 【請求項18】前記第1電極のアレイは前記非直線性装
    置を含むフィルムの表面に支持するようしたことを特徴
    とする請求項17に記載のアクチブマトリックス表示装
    置。
  19. 【請求項19】透明な基板に支持され、前記第1電極と
    対向する表示素子の第2電極のアレイと、前記第1電極
    アレイ及び第2電極アレイ間に延在する液晶材料を含む
    自己支持電気・光学フィルムとを更に具えることを特徴
    とする請求項13〜18の何れかの項に記載のアクチブマト
    リックス表示装置。
  20. 【請求項20】透明基板上に支持され、前記第1電極ア
    レイと対向する表示素子の第2電極アレイと、前記第1
    電極アレイ及び第2電極アレイ間に設けられた液晶材料
    の層と、これら両アレイ間に延在し、これら両アレイを
    所定距離離間して保持するスペーサ素子とを更に具える
    ことを特徴とする請求項13〜18の何れかの項に記載のア
    クチブマトリックス表示装置。
  21. 【請求項21】前記第1電極アレイは透明絶縁支持層で
    支持し、表示素子の第2電極アレイは前記第1電極アレ
    イと対向し、これから前記スペーサ素子により離間され
    た透明基板で支持し、前記第1電極アレイ、第2電極ア
    レイ、透明基板及び絶縁支持体間に液晶材料の層を設け
    るようにしたことを特徴とする請求項13〜18の何れかの
    項に記載のアクチブマトリックス表示装置。
  22. 【請求項22】前記非直線性装置の各端子を前記アドレ
    ス導体及び第1電極に直接電気的に接触させるようにし
    たことを特徴とする請求項13〜21の何れかの項に記載の
    アクチブマトリックス表示装置。
  23. 【請求項23】前記表示素子の第1電極と重なり合う少
    なくとも領域におけるアドレス導体の幅を第1電極のこ
    の方向における寸法にほぼ等しくするようにしたことを
    特徴とする請求項13〜22の何れかの項に記載のアクチブ
    マトリックス表示装置。
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