JPH01193714A - 表示パネル用非線形２端子素子およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は液晶表示パネル等の表示パネルの駆動、特にア
クティブマトリックス方式の表示パネルの駆動、すなわ
ちスイッチング素子として好適な非線形２端子素子に関
するものである。

［従来の技術］ 液晶表示パネル等の表示パネルのコントラスト比を低下
させることなく、画素数を増加させる方法として、各画
素に薄膜トランジスタまたは非線形２端子素子等のスイ
ッチング素子を設けたアクティブマトリックス方式が検
討されている。

特に非線形２端子素子を用いたアクティブマトリックス
方式は、Ｒ％トランジスタを用いたアクティブマトリッ
クス方式と比較して、素子の製造プロセスが簡単である
ことから高い歩留りが期待できる。

第３図に非線形２端子素子をスイッチング素子に用いた
液晶表示パネルの断面図を示し、第４図に非線形２端子
素子に用いた液晶表示パネルの等価回路図を示す。

この表示パネルは、電導膜−絶縁膜ｍ−導膜、または電
４膜−半導体膜−電導膜の３層構造よりなる。図中、２
１はガラス基板、２２は透明電極、２３は偏光膜、２４
はＴＮ（ツィステッド・ネマティック）液晶、２５は配
向膜、２６は走査電極、２７は絶縁体層または半導体層
、２８は液晶セル、２９は非線形２端子素子である。

表示パネルに用いられる非線形２端子素子としては電導
膜−Ｔａ２０ｓ　（絶縁膜）−電導膜からなる構成の旧
Ｎ１素子が知られている（特開昭６０−１０６１８１号
公報）。

また、水素化アモルファスシリコン（ａ−５ｉ：Ｈ）（
特開昭６０−１３８５１５号公報）、水素化アモルファ
スシリコンカーバイド（ａ−５ｉＣｘ：ｔ（１）　（特
開昭６０−５０９６２号公報）等の薄膜の層を電導膜の
間に形成した３層構造よりなる非線形２端子素子や、こ
れらの非線形２端子素子をリング接続したものが検討さ
れてきた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、電導膜−Ｔａ２０ｓ−電！１ｆｆｉ；！
膜からなる構成の旧Ｍ素子の製造においては、Ｔａ薄服
をスパッタ法で形成する必要があり、一方、ａ−５ｔ：
ｔｌ。

ａ−５ｉＣｘ＋Ｈ等の半導体、もしくは半絶縁体の薄膜
を用いた薄膜素子ではこれらの薄膜をスパッタリング法
またはＣＶＤ法で形成する必要があり、いずれの場合も
半導体もしくは半絶縁体の薄膜を製造するのに真空装置
を用いなければならない。従って、大面積表示用のアク
ティブマトリックス方式の表示パネルを量産するために
大規模な設備を必要とし、また製造コストも増加する。

そこで、本発明の目的は、上述のような問題点を解決し
、小型の設備で製造でき、製造コストが廉価な表示パネ
ル用非線形２端子素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明の表示パネル
用非線形２端子素子は、第１の電極層と第１の電極層上
に形成されたポリイミド＠膜とポリイミド薄膜上に形成
された第２の電極層とを具備する。

また本発明の表示パネル用非線形２端子素子の製造方法
は、基板上に第１の電極層を形成する工程と、第１の電
極層上にラングミュア・プロジェット法によりポリイミ
ド前駆体薄膜を形成する工程と、ポリイミド前駆体薄膜
を化学的処理または熱的処理によってポリイミド薄膜と
する工程と、ポリイミド薄膜上に第２の電極層を形成す
る工程とからなることを特徴とする。

本発明の表示パネル用非線形２端子素子の基板としては
、例えば、ガラス、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリ
ウレタン、ポリイミド等の絶縁基板を使用することがで
きる。

非線形２端子素子の第１および第２の電極層は電導膜か
らなり、この電導膜としては、例えば、スパッタ法、気
相成長法、無電解メツキ法、スプレー法の各種公知の方
法で形成したＣｒ、　Ｔｉ、　ＡＩ、Ｎｉ等の金、＠薄
膜、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、Ｉｎ２Ｏ３等の透
明導電膜、金属粒子をバインダー中に分１１にさせたへ
ｇペースト、へＵペースト、Ｃｕベースト等が使用でき
る。なお、第１および第２の電極層の厚さはそれぞれ、
通常０．１〜２μｍである。

電極層間のポリイミド薄膜は有機溶媒に可溶なポリイミ
ドを用いて形成することもできるが、第１の電極層に例
えば後記するポリアミドの製造に用いる様な有機溶媒に
可溶なポリイミド前駆体の薄膜を形成し、さらに薄膜を
化学的もしくは熱的処理をすることにより得ることもで
きる。ここで、使用できる有機溶媒に可溶なポリイミド
前駆体としては、例えば有機溶媒中でテトラカルボン酸
類とジアミンとを略ｌ：１で反応させ製造したポリイミ
ド前駆体やポリイミド前駆体のカルボキシル基に長鎖ア
ルキルアミンを付加したポリイミド前駆体のアルキルア
ミン塩を挙げることができる。

なお、本発明において、テトラカルボン酸類とは、テト
ラカルボン酸、テトラカルボン酸−無水物、テトラカル
ボン酸二無水物を表すものである。

かかるテトラカルボン酸類としては、ブタンテトラカル
ボン酸類、１，２，３．４−シクロブタンテトラカルボ
ン酸類、１，２，３．４−シクロペンタンテトラカルボ
ン酸類、２，３．５−トリカルボキシシクロペンチル酢
酸類、３，５．６−ドリカルボキシーノルボルナンー２
−酢酸類、５−（２，５−ジオキソテトラヒドロフリル
）−３−メチル−シクロヘキセンジカルボン酸類、ビシ
クロ（２，２，２）−オクト−７−ニンーテトラカルボ
ン酸類、１，２，３．４−フランテトラカルボン酸類、
３．３°、４．４°−パーフルオロイソプロピリデンテ
トラカルボン酸類等の脂肪族または脂環族テトラカルボ
ン酸、４．４°−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキ
シ）ジフェニルスルフィド類、４，４°−ビス（３，４
−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン類、４
．４゜−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフ
ェニルプロパンＭ、３，３°、４．４“−パーフルオロ
イソプロピリデンテトラカルボン酸類、３゜３”、４．
４°−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸類、ビス（
フタル酸）フェニルホスフィンオキサイト類、ｐ−フェ
ニレン−ヒス−（トリフェニルフタル酸）類、ｍ−フェ
ニレン−ビス−（トリフェニルフタル酸）類、ビス（ト
リフェニルフタル酸）−４，４°−ジフェニルエーテル
類、ビス（トリフェニルフタル酸）−４，４’−ジフェ
ニルメタン類、ピロメリット酸類、３．３°、４．４°
−ベンゾフエノンテトラカルボン酸類、３．３’。

４．４′−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸類、１
．４，５．８−ナフタレンテトラカルホン酸類、２，３
，６．７−ナフタレンテトラカルボン酸類、３，３°、
４．４°−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸類、３
．３°、４．４°−ジメチルジフェニルシランテトラカ
ルボン酸類、３．３°。

４．４゛−テトラフェニルシランテトラカルボン酸類等
の芳香族テトラカルボン酸類が挙げられ、好ましくは２
．３．５−トリカルボキシシクロペンチル酢酸類、ピロ
メリット酸類等が好ましい。

また、テトラカルボン酸類と反応させる一般的なジアミ
ンとしては、一般式、　１１２Ｎ−Ｔ＋’−Ｎ１１２で
示される化合物（ｎｌは、２価の芳香族基、脂肪族基、
脂環族基、オルガノシロキサン基等の有機基を示す）を
挙げることができる。

このジアミンの具体例としては、パラフェニレンジアミ
ン、メタフェニレンジアミン、４．４°−ジアミンジフ
ェニルメタン、４．４“−ジアミノジフェニルエタン、
ベンジジン、４．４’−ジアミノジフェニルスルフィド
、４．４゛−ジアミノジフェニルスルホン、４．４’−
ジアミノジフェニルエーテル、１，４−ジアミノナフタ
レン、３，３°−ジメチル−４，４゛−ジアミノビフェ
ニル、３，４°−ジアミノヘンズアニリド、３．３°−
ジアミノジフェニルエーテル、３．３°−ジアミノベン
ゾフェノン、３．４”−ジアミノベンゾフェノン、４．
４’−ジアミノヘンシフエノン、２．２−ビス（４−（
４−アミノフェノキシ）フェニル）プロパン、ビス（４
−（４−アミノフェノキシ）フェニル）スルホン、１．
４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１．３−
ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１．３−ビス
（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、９．９−ビス（４
−アミノフェニル）−１０−ヒドロ−アンスラセン、９
．９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、４．４
’−メチレン−ビス（２−クロロアニリン）、２゜２°
、５，５°−テトラクロロ−４，４°−ジアミノビフェ
ニル、２．２゛−ジクロロ−４，４−ジアミノ）−５，
５’ 等で示されるジアミノオルガノシロキサンを挙げること
ができる。

これらのテトラカルボン酸類およびジアミンは、それぞ
れ１種阜独でも、２種以上を組み合わせても使用するこ
とができる。

このポリイミド前駆体の製造に用いることのてきる有機
溶媒としては、ポリイミド前駆体を溶解させるものであ
れば特に制限はなく、例えばＮ−メチル−２−ピロリド
ン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチル
ホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラク
トン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリア
ミド等の非プロトン系極性溶媒、ｍ−クレゾール、キシ
レノール、フェノール、ハロゲン化フェノール等のフェ
ノール系溶媒を挙げることができる。

ポリイミド前駆体を合成する際の反応温度は、例えばテ
トラカルボン酸または一無水物を原料とする場合には、
通常、５０〜２５０℃、好ましくは７０〜２３０℃であ
る。

また、テトラカルボン酸二無水物を原料とする場合は、
通常は０〜１００℃で反応を行えばよい。

本発明においては、第１の電極層上に形成されるポリイ
ミド前駆体薄膜はラングミュア・プロジェット法により
形成されることが好ましい。この場合、ポリイミド前駆
体としてはポリイミド前駆体のアルキルアミン塩を使用
する。

ポリイミド前駆体中のカルボキシル基に付加させるアル
キルアミンとしては、−数式：で示される化合物（Ｒ１
およびＲ２は同一でも異なってもよく炭素数１〜５の１
価の脂肪族基、Ｒ３は炭素原子数１〜３０の１価の脂肪
族基、炭素数３〜３０の１価の脂環式族基、またはこれ
らの基の一部がハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、シ
アノ基、ナトキシ基、アセトキシ基等で置換された基を
示す。）を挙げることができる。

このアルキルアミンとしては、Ｎ、Ｎ−ジメチル−ｎ−
ドデシルアミン、　Ｎ、Ｎ−ジメチル−〇−ヘキサデシ
ルアミン、Ｎ、Ｎ−ジメチルイソプロピルアミン、　Ｎ
、Ｎ−ジメチル−〇−オクタデシルアミン、Ｎ、Ｎ−ジ
メチル−ｎ−オクチルアミン、　Ｎ、Ｎ＝ジメチル−〇
−テトラデシルアミンを挙げることができる。

ポリイミド前駆体中のカルボキシル基とアルキルアミン
の反応は、必ずしも高温で反応させる必要はなく、通常
は０−１００℃で反応を行えばよい。

ラングミュア・プロジェット法では、上記で得られたポ
リアミド酸アルキルアミン塩に後述する有機溶媒を加え
濃度０．１〜ｌＯｍｍｏＩＬ／　Ｉｔ　、好ましくは０
．２〜５ｍｍｏμ／Ｉｌの溶液に調整し、このポリアミ
ド酸アルキルアミン塩溶液を水を入れた容器に数滴、例
えば水面の面積１　ｃｍ’あたり０．１〜５μｇ程度を
滴下することにより、水面上にポリアミド酸アルキルア
ミン塩の単分子層を形成し、次にこの容器に第１の電極
を形成した基板を垂直に浸漬し、通常、速度０．１　＝
　１０ｃｍ／ｍｉｎ、表面圧３０〜５０ｍＮ／ｍで引き
上げる垂直浸漬法により第１の電極層が形成された基板
上にポリアミド酸アルキルアミン塩の単分子膜を電極層
上に累積する。

ラングミュア・プロジェット法の特徴は第１の電極層上
に形成する単分子膜の累積数が制御できることにあり、
従ってこの方法を用いることによって均一な膜厚の薄膜
が形成できる。

ここでポリアミド酸アルキルアミン塩に加える有機溶媒
としてはポリイミド前駆体の製造に用いる溶媒と同様の
有機溶媒を挙げることができ、さらに一般的有機溶媒で
あるアルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類
、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類、例えばメチルア
ルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール
、シクロへギサノール、エチレングリコール、プロピレ
ングリコール、１．４−ブタンジオール、トリエチレン
グリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト
ン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸
ブチル、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジエチル、ジエチ
ルエーテル、エチレングリコールメチルエーテル、エチ
レングリコールエチルエーテル、エチレングリコール−
ｎ−プロピルエーテル、エチレングリコール−１−プロ
ピルエーテル、エチレングリコール−ｎ−ブチルエーテ
ル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレング
リコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコ
ールジメチルエーテル、デトラヒトロフラン、ジクロル
エン、１゜２−ジクロルエタン、１．４−ジクロルブタ
ン、トリクロルエタン、クロルベンゼン、０−ジクロル
ベンゼン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、
トルエン、キシレン等を、ポリイミド前駆体を析出させ
ない程度に混合することができる。

また、ラングミュア・プロジェット法に用いる水として
は特に限定はないが、できれば超純水等の不純物および
不溶微粒子が少ない水が好ましい。

上記方法等にて形成されたポリイミド前駆体の薄膜は化
学的処理、もしくは熱的処理を行なうことによりポリイ
ミド薄膜となる。化学的処理としては、ポリイミド前駆
体をイミド化する脱水剤、例えば無水酢酸とピリジンの
混合溶液に１−１０時間、ポリイミド前駆体のＲ膜を浸
漬する方法を挙げることができる。

また熱的処理としてはポリイミド前駆体のＷ！膜を０５
〜３０ｊ間、２００〜４００℃で加熱する方法を挙げる
ことができる。

以上に述へたポリイミド薄膜の膜厚は１０人〜１０００
人の範囲にあることが好ましく、非線形２端子素子が絶
縁状態から導通状態に変わるしぎい値電圧から最適な膜
厚が決まる。

［作　用］ 本発明は電極層−ポリイミド薄膜−電極層の３層よりな
る表示パネル用非線形二端子素子において、ポリイミド
薄膜をラングミュア・プロジェット法により形成するこ
とにより大型表示パネル用のアクティブマトリフックス
基板を安価に製造することができる。。

［実ｈζ例］ 以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

実すへ例】 （１）第１図に本発明の実施例を示す。同図（八）は平
面図、同図ＣＢ）は図（八）におけるＡ−Ａ’線に沿っ
た断面図である。

１　ｍｍｘ　５０ｍｍＸ　６０ｍｍのガラス基板１３を
無電界メツキ液Ｎｉ−８０１Ｂ　　（高純度化学研究新
製）により約２μｍの厚さでメツキ後、ホトリソグラフ
ィ工程、さらにエツチング工程により、ストライブ状に
ニッケル薄膜をパターンニングして走査電極ｌＯを形成
した。

（２）無水ピロメリット酸２．１８ｇと４．４°−ジア
ミノジフェニルエーテル２ｇにジメチルアセトアミド５
５ｇを加え、３０℃で１０時間反応させ、ポリイミド前
駆体溶液を得た。次いで得られたポリイミド前駆体溶液
０．５ｇ、Ｎ、Ｎ’−ジメチルヘキサデシルアミン０．
０４６ｇ、ジメチルアセトアミド４２．５　ｍＡおよび
ベンゼン４２．５　ｍＪＺを加え、反応させ、濃度１　
ｍｍｏρ／ｌのポリイミド前駆体のアルキルアミン塩溶
液を合成した。

（３）　　（２）で合成したポリイミド前駆体のアルキ
ルアミン塩溶液を超純水１（ｌＯＱｇを人れた水面が６
００ｃｍ２となる容器にｏ、ｏ３ｇ滴下し、水面上にポ
リイミド前駆体のアルキルアミン塩の単分子膜層を形成
し、垂直侵禎法にて（１）で得られたニッケルｆｉｔ　
ＩＩＱをパターンニングしたガラス基板１３上にポリイ
ミド前駆体薄膜を表面圧３０ｍＮ／ｍ、基板引上げ速度
ＩＱｍｍ／ｌ１ｉｎの条件で成膜した。

（４）　　（３）　と同様の操作を３０回繰り返すこと
により、（１）で得られた基板上の電極層上にポリイミ
ド前駆体薄膜をｉｏｏ層累積した後、基板を無水酢酸と
ピリジンとベンゼンをｌ　：　ｌ　：　３　　（Ｓ　量
比）で混合した処理液に１０時間浸漬することにより、
約５００人の膜厚のポリイミド薄膜１１を得た。続いて
、基板をメタノールで十分に洗浄し、５時間、室温で真
空乾燥した後、ポリイミド薄膜１１上にＩＴＯコーティ
ング液をスクリーン印刷して透明電極１２を形成し、表
示パネル用非線形２端子素子を配列した基板を得た。

上記方法で作製した非線形２端子素子のＩ−Ｖ特性を測
定したところ良好な非線形特性が確認された。第５図に
Ｉ−Ｖ特性のｄ１１１定結果を示す。

（５）上記（１）〜（４）により得られた非線形２端子
素子を形成したガラス基板上と別途製造したＩＴＯ電極
をストライブ状に形成したガラス基板上のそれぞれに、
スピンナーを用い回転数５０００ｒｐｍで液晶配向膜Ｊ
ＩＢ　（日本合成ゴム製）を塗布し乾燥した後、　１８
０℃で６０分間加熱した。加熱後の基板上の液晶配向膜
を、ナイロン製の布を巻きつけたロールを有するラビン
グマシーンにより、ロールの回転数５０００ｒｐｍ　１
ステ一ジ移動速度１ｃｍ／秒でストライブ状の電極方向
にラビング処理を行った。

次いで、基板上に直径１７μｍのスペーサー入り接着剤
をスクリーン印刷した後、上下基板をストライプ状の走
査電極とＩＴＯ電極が直交するように圧着した。

次にＴ　Ｎ　９ｉ晶を注入後、注入口を封止して第３図
に示したと同様の構造の液晶表示素子を得た。

得られた液晶表示素子の上下電極間にパルス幅１／１０
０ｓｅｃの２０Ｖのパルス電圧を印加した後、液晶両端
の電圧保持性を調へたところ良好な電圧保持性を示した
。

実施例２ （１）第２図に本発明の他の実施例を示し、同図（Ａ）
は平面図、同図（Ｂ）は図（Ａ）のＡ−Ａ　’線に沿っ
た断面図である。

１　ｍｍｘ　５０ｍｏ＋ｘ　６０ｍｍのＩＴＯコートガ
ラス基板１３（松崎真空製）上にリソグラフィー工程続
いてエツチング工程を施して、透明電極１２をパターン
ニングした。

次にこの透明電極１２をバターニングした基板上にニッ
ケル無電解メツキ法により、ニッケル層を形成後、リソ
グラフィー工程およびエツチング工程により走査電極１
０をストライプ状に形成した。

（２）上記（１）で得られた透明電極１２および走査電
極ｌＯを有するガラス基板上に、実施例１の（２）で製
造したと同様のポリイミド前駆体のアルキルアミン塩溶
液を用い、実施例１の（３）および（４）と同様にして
ポリイミド薄膜を形成後、ベースト電極１４をスクリー
ン印刷で形成し、第２図に示すような表示パネル用非線
形２端子素子を配列した基板を得た。

上記方法で作製した非線形２端子素子のＩ−Ｖ特性を測
定したところ良好な非線形特性が確認された。

（３）上記（１）　、　＋２）により得られた非線形２
端子素子を形成したガラス基板を用い、実施例１の（５
）と同様の方法により液晶表示素子を得た。

得られた液晶表示素子の上下電極間にパルス幅１／１０
０　ｓｅｃの２０Ｖのパルス電圧印加後の液晶両端の電
圧保持性を調べたところ良好な電圧保持性を示した。

［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明によれば、電極層／ポリ
イミド薄膜／電極層の３層構成よりなる非線形２端子素
子のポリイミド薄膜はラングミュア・プロジェット法に
より形成することができるので、蒸６法、スパッタ法、
プラズマＣｖＤ法のように真空下で薄膜形成を行なう必
要がなく、製造が簡便である。

なお、本発明による表示パネル用非線形２端子素子は、
液晶デイスプレー、エレクトロクロミックデイスプレー
、ＰＬＺＴデイスプレー、蛍光表示デイスプレィ、エレ
クトロルミネッセンスデイスプレー、プラズマ発光デイ
スプレィ等の駆動に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ本発明の実施例
を示す平面図および断面図。 第２図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ本発明の他の実
施例を示す平面図および断面図、 第３図および第４図は、それぞれ従来の表示パネルの一
例を示す断面図および等価回路図である。 第５図は実施例１で作製した非線形２端子素子のｌ−Ｖ
特性を示す図である。 １０．２６・・・走査型イ÷、 １１・・・ポリイミド薄膜、 １２．２２・・・透明電極、 １３．２１・・・ガラス基板、 １４・・・ペースト電極。 １０東友電極 ネ、資−口月　！（太２．イダＵ　拍示す図第１図 参治らＢ月Ｏイ糧コ０　更プンＬイ列　をホす６０第２
図 液：ＢＬホハ゛才りしの酢面口 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の電極層と、該第１の電極層上に形成された
   ポリイミド薄膜と、該ポリイミド薄膜上に形成された第
   ２の電極層とを具備したことを特徴とする表示パネル用
   非線形２端子素子。
2. （２）基板上に第１の電極層を形成する工程と、該第１
   の電極層上にラングミュア・プロジェット法によりポリ
   イミド前駆体薄膜を形成する工程と、該ポリイミド前駆
   体薄膜を化学的処理または熱的処理によってポリイミド
   薄膜とする工程と、該ポリイミド薄膜上に第２の電極層
   を形成する工程とからなることを特徴とする表示パネル
   用非線形２端子素子の製造方法。