JPH0230019B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非直線素子と表示素子が電気的に直列
に接続された状態で行及び列電極間に接続された
構成の表示パネルを有するマトリクス表示装置に
関し、非直線素子にアモルフアスシリコンのＰ−
Ｎ接合アレーを利用した非直線抵抗素子を用い、
大型で低コストのマトリクス表示装置を得ようと
するものである。

行電極と、これと交互して配置された列電極と
の間に表示媒体がはさまれた構成のマトリクス表
示装置においては、所謂クロストーク現象が生じ
て表示のコントラストや鮮明度を低させる。この
クロストークを軽減するために、トランジスタ、
ダイオード、バリスタなどのスイツチないし非直
線抵抗素子を絵素と直列に導入することがELパ
ネル等で試みられており、最近では液晶表示への
適用も試みられている。後者の一例としては、例
えば“Liquid Crystal Matrix Displays”とい
うタイトルの論文がProc.of the IEEE，Vol 59、
No.11、Nov、（1971）にのせられている。ここで
はdouble−threshold schemeとして157頁に、ダ
イオードを直列に接続した一対のダイオードアレ
ーを互に整流方向が逆向きになるように接続した
ものを表示素子と直列にして、行及び列電極間に
挿入することが述べられている。

この方法は通常の対称型バリスタ素子と同様に
正負両電圧に対して対称型の電流特性を示すた
め、液晶素子のように交流で駆動する必要のある
表示素子にはふさわしい非直線素子であるといえ
る。しかるに上記論文においては、単に原理的検
討に終り、そのような非直線素子を如何なる材料
に基づいて、どのように製造するか、また大面積
の表示パネルの多数の絵素に対して如何に低コス
トで実現するか等のパネルの構成及び構造方法に
関しては明確ではなかつた。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。本発明のマトリクス表示装置は、第１図に示
すように、ガラス等の絶縁基板２の表面に蒸着、
スパツタリング等によつて設けられた金属或は酸
化インジウム等の透明導電体よりなる行電極４、
絵素電極５と、同じくガラス等の別の絶縁基板１
の前記絶縁基板２に対向する表面に設けられた酸
化インジウム等の透明導電体よりなる列電極３と
の間に表示媒体６がはさまれて構成されている。
特に行電極４と各絵素電極５との間には非直線抵
抗素子１０が介装されており、従つて、行電極４
と列電極３との間には、非直線抵抗素子１０と絵
素１５が直列に介在されていることになる。ここ
で絵素１５とは、絵素電極５と列電極３との間に
はさまれた表示媒体６の領域を意味する。

本発明では、非直線抵抗素子１０として、アモ
ルフアスシリコン（以下ａ−Siと略す）膜により
形成されたＰ−Ｎ接合が複数個直列に接続された
一対のアレーよりなり、各アレーは整流方向が互
に逆向きであるように構成されていることを特徴
としている。

グロー放電法に基づきシラン（SiH₄）或は弗
化シリコン（SiF₄）等を主成分とするガスより作
られる水素或は弗素含有シリコンのａ−Si膜は、
エネルギーギヤツプ中の局在準位が極めて少な
く、Ｐ−Ｎ接合を形成できることは、例えばＷ・
Ｅ、Spear化、Ｐ、Ｇ、Le Comber化により
“Solid statecommun.”誌第17巻1193頁（1975）
に述べられている。一例として、（SiH₄＋PH₃）
混合ガスのグロー放電によりｎ型ａ−Si膜が、ま
た（SiH₄＋B₂H₆）混合ガスのグロー放電により
Ｐ型ａ−Si膜が形成可能である。しかるにａ−Si
膜により形成されるＰ−Ｎ接合１個当りの順方向
立上り電圧は1V以下であり、1V以上に閾値電圧
を有する表示媒体を使用する場合、クロストーク
防止に有効ではない。従つてＰ−Ｎ接合の個数は
使用する表示媒体の閾値電圧或は点灯電圧に応じ
てクロストークを防止するに必要な数だけ直列に
接続して使用される。一方、非直線抵抗素子１０
が例えばダイオードのように一方方向にしか電流
を流さない場合、絵素に逆方向の電圧を印加でき
ない。液晶は通常寿命を伸ばすため交流で駆動さ
れ、電気泳動表示やエレクトロクロミツク表示の
場合も色変化を変更するには逆方向の電圧を印加
する必要がある。本発明での非直線的な抵抗素子
１０は以上のように逆方向の印加電圧を必要とす
る表示にも適用できるように、一対のダイオード
アレーを向きを逆にして設けてある。

複数のダイオードを向きを揃えて設けるには、
積層構成の場合では例えばＰ層とＮ層を繰り返し
形成しなければならず製造が複雑化する。本発明
では製造工程を簡単化し、パネルの低コスト化を
はかるため、Ｐ層とＮ層の形成は各１回のみにと
どめ、Ｐ−Ｎ接合を電極により直列に接続してゆ
く方法を採用したことに特徴がある。この構成の
一例を第３図及び第４図に示す。第３図及び第４
図にはＰ−Ｎ接合が３個直列につながれた場合を
示している。行電極４及び絵素電極５は微視的に
見れば第３図の如き形状をしており、これら電極
４，５の間には、電極７が電極４，５の形成と同
時に設けられている。これら電極４，５，７及び
基板２の上にａ−Si膜によりなるＰ−Ｎ接合層２
０がＰ層とＮ層の各１回のみの形成により第３図
及び第４図に示すような形状に形成される。一旦
全面に形成してのち、フオトエツチング等の手法
により第３図に示すような形状にパタン化されて
もよいし、あらかじめ膜形成時にマスク等を利用
して前記パタン状に形成してもよい。電極８は一
端がＰ−Ｎ接合の一方の電極、すなわち上面側接
続用電極群となるようにＰ−Ｎ接合層２０の上面
に設けられ、他端が第３図の上側部分では隣接Ｐ
−Ｎ接合の他方の電極、くなわち下面側接続用電
極群となる電極７及び電極５に直接に接続され、
第３図の下側部分では隣接するＰ−Ｎ接合の他方
の電極となる電極７及び電極４に直接に接続され
ている。電極８はａ−Si膜よりなるＰ−Ｎ接合形
成後Al，Cr，Ni−Crなど適当な金属の薄膜を、
蒸着或はスパツタの手段或はこれとフオトエツチ
ングの手法を組み合せて、第３図及び第４図に示
すような形状に設けられる。第３図及び第４図に
示すような構成の対称型非直線抵抗素子１０が絵
素の数だけ設けられたアレーは、(イ)基板２の上に
電極４，５，７を形成する工程、(ロ)ａ−Si膜より
なるＰ−Ｎ接合をＰ層とＮ層の各１回だけの形成
により形成し、これをパタン化する工程、(ハ)電極
８を設ける工程により極めて簡単に形成される。
第３図に示されるようなダイオードアレーは第５
図に示すような等価回路で示される。一方第５図
のような等価回路では電極４，５間に印加された
電圧Ｖと電圧Ｉは第６図に示すような対称特性と
なる。

第６図のような特性を示す非直線抵抗素子が
行、列電極間の絵素と直列に挿入されていると
き、行、列電極に電圧を印加した場合、信号電圧
とクロストーク電圧の振幅の比は拡大することに
なり、光学的クロストークは軽減ないし解消し、
コントラストの優れた表示を果たすことができ
る。

尚第１図及び第２図において、行電極４は行電
極駆動信号源に接続され、列電極３は列電極駆動
信号源に接続されているが各信号源の図示は省略
してある。

また表示媒体６として液晶を使用する場合、ネ
ジレネマチツク（TN）、動散乱（DSM）ゲスト
ホスト（GH）、相転移（PT）等の公知のモード
のいずれでも使用できる。本発明によるマトリク
スパネルでは、基板１，２、電極３，５に透明な
ものを使用すれば透過型の表示装置として使用で
きることは言うまでもない。

また表示媒体６としては例えば着色した有機溶
媒中に溶媒とは色の異なる顔料粒子を分散した電
気泳動表示用分散系を使用してもよい。また
WO₃等の金属酸化物と液体ないし固体電解質を
積層したものか或いはビオロゲン化合物を用いた
エレクトロクロミツク表示媒体を使用することも
できる。さらにはZnSを主成分とする蛍光体を薄
膜状態で或いはバインダー物質中に微粒子状態で
分散させた電界発光型表示媒体として使用するこ
ともできる。

また閾値特性の明確でない表示媒体でも、本発
明の構成によつて非直線抵抗素子を挿入すること
により、閾値特性を改善することができ、クロス
トークを軽減することができる。しかしながら単
にクロストークを軽減しただけでは必ずしもコン
トラストのすぐれた表示が達成される訳ではな
い。すなわち、絵素数が多くなると、１つの絵素
を駆動する時間が短かくなり、所謂duty比が低
下するために、輝度やコントラストが低下する。
信号をアクセスするduty比が小さくなつても、
実質上、絵素に印加される時間を長くするには絵
素と並列に信号蓄積容量を付加すればよい。第１
図には信号蓄積容量を図示していないが、薄膜或
いは厚膜技術を用いて例えば、絵素電極５と基板
２との間などに絵素と並列になるような構成で蓄
積容量を設けることが望ましい。一方ａ−Si膜の
表示媒体側表面は常に表示媒体に接触し、場合に
よつてはＰ−Ｎ接合層が汚染され特性が劣化する
場合がある。特性の長期安定性を確保するために
はＰ−Ｎ接合層２０はSiO₂，Si₃N₄，Al₂O₃等の
金属酸化物或いは窒化物等の絶縁体で覆つて保護
することが望ましい。

以上本発明によれば、次のような効果を有す
る。従来、液晶、電気泳動、EL等の表示媒体を
Ｘ−Ｙマトリクス電極間にはさんだマトリクス表
示装置においては、表示媒体の光学特性が明確な
閾値特性を有しないために、多数の文字を表示す
るような場合はクロストーク現象が生じて表示の
コントラストや表示像の鮮明度がよくなかつた。
このように閾値特性のよくない表示媒体をマトリ
クス駆動するには、クロストークを防止するため
に絵素と直列にダイオード、バリスタなどの非直
線抵抗素子或はMOS−FETやTFTのようなトラ
ンジスタを挿入することが提案され或いは現実に
そのようなパネルが試作されている。しかるに
MOS−FETを用いるものでは単結晶のシリコン
ウエーハーを使用するため、大面積の表示パネル
が作り難いことやシリコンウエーハーが透明なた
めに、透過型の表示装置を構成しにくいという欠
点を有していた。一方TFTを用いるものは、大
面積の表示が比較的低コストで可能であるという
利点はあるものの、素子の均一性、信頼性につい
ては未だ不十分である。一方バリスタのような非
直線抵抗基板をパネルの一方の基板に使用してバ
リスタ素子を絵素と直列に介在させるものも望ま
しい非直線効果が得られるものの、バリスタ基板
が不透明なために反射型の表示にしか使用できな
いという制約があつた。ダイオードを介在させて
もクロストークを防止できることは知られている
が、いかなる材料でどのようにパネルを構成する
かについては具体的な提案がなく、今までに実現
していないのが実情である。

これに対し、本発明は第１にａ−Si膜において
もＰ−Ｎ接合が形成されることを利用し、特別の
パネル構成を採用することによつて単にＰ−Ｎ接
合を１回形成するだけで複数個のＰ−Ｎ接合を直
列に接続して各絵素に挿入したものであるから、
その形成は極めて簡単であり、さらに整流方向が
互に逆向きのＰ−Ｎ接合アレーを並列に接続して
あるので、表示媒体に正逆両方向の電圧が印加で
きる。しかも直列に接続するＰ−Ｎ接合の数は表
示媒体を駆動するに必要な電圧に応じて単にパタ
ーンを変更するのみで任意に選択でき製造工程は
何ら変わらない。

また本発明では結晶シリコンでなく、アモルフ
アスシリコンを使用しているため、グロー放電等
の手段により大きな面積の領域にＰ−Ｎ接合を形
成することができるため、大型の表示パネルの製
造が容易である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はその
断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図
は第１図及び第２図における非直線抵抗素子領域
の拡大説明図、第４図は第３図におけるＢ−Ｂ断
面図、第５図は第３図の電気的等価回路図、第６
図は第５図の行、列電極間の電圧−電流特性図で
ある。 １，２……絶縁基板、３……列電極、４……行
電極、５……絵素電極、６……表示媒体、７……
下面側接続用電極、８……上面側接続用電極、１
０……非直線抵抗素子、２０……アモルフアスシ
リコンよりなるＰ−Ｎ接合層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁基板上に設けられたＭ個の行電極の各々
   にＮ個の絵素電極がPN接合よりなる非直線素子
   を介して接続され、上記絵素電極の各々と向きあ
   つたＮ個の列電極間に表示媒体が介在され、上記
   行、列電極の各々が電気信号源に接続された構成
   のＭ行Ｎ列マトリクス表示装置であつて、上記行
   電極と上記絵素電極との間に所定間隔をおいた複
   数の小電極が列状に配置されてなる複数列の下面
   側接続用電極群が形成され、上記下面側接続用電
   極群の各小電極の一部分および上記行電極と上記
   絵素電極の端部を覆うようにアモルフアスシリコ
   ンよりなるPN接合層が形成され、一端部が上記
   下面側接続用電極群の各小電極の一部分または上
   記行電極の端部または上記絵素電極の端部と上記
   PN接合層をはさんで対向するように列状に配置
   されるとともに他端部が上記行電極または上記絵
   素電極または他の上記下面側接続用電極のいずれ
   かに直接電気的接続された複数の小電極よりなる
   上面側接続用電極群が形成されており、上記PN
   接合層をはさんで対向している各電極間に形成さ
   れたPN接合素子が前記絵素電極と上記行電極の
   間に導通方向が互いに逆になるように複数列並列
   接続されるごとく構成されてなるマトリクス表示
   装置。 ２ アモルフアスシリコンはシラン（SiH₄）ガ
   ス或は弗化シリコン（SiF₄）ガスのグロー放電で
   設けられた水素或は弗素含有シリコンであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマトリ
   クス表示装置。 ３ アモルフアスシリコンのＰ層は微量のボロン
   を含有し、Ｎ層は微量のリンを含有することを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載のマトリクス
   表示装置。 ４ 表示媒体は液晶、電気泳動表示用分散系、エ
   レクトロクロミツク層、エレクトロルミネツセン
   ト層より選ばれたものであ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表示装置。 ５ 絵素電極と列電極との間に表示媒体とは別に
   電気信号蓄積のための容量を挿入してあることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマトリク
   ス表示装置。