JPH0230020B2 - - 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、非直線素子に金属と半導体のシヨツトキバ
リヤ接合を複数個直列に接続したアレーを利用し
た非直線抵抗素子を用い、大型で低コストのマト
リクス表示パネル装置を得ようとするものであ
る。

行電極と、これと直交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下させる。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
討に終わり、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製造方法
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域は酸
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、半導
体と金属の接合により形成される所謂シヨツトキ
バリヤが複数個同方向に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。

さて、第３図及び第４図には第２図の非直線抵
抗素子１０の領域の拡大図が示されており、電極
４，５の間には、下面側接続用電極である電極７
が設けられている。ここで例えば電極４，７，５
は同時に形成された同一材質の導電体であり、こ
れら電極４，７，５及び基板２の上に半導体層２
０が第３図及び第４図に示すような形状に形成さ
れる。上面側接続用電極である電極８は一端が一
方の電極となるように半導体層２０の上面に設け
られ、他端が第３図上側部分では電極７及び電極
５に直接接続され、第３図下側部分では電極７及
び電極４に直接に接続される。そして電極４，
７，５の仕事函数をφ_A、電極８の仕事函数をφ_B、
電極４，７，５のいずれかと電極８によつてはさ
まれている半導体層２０の仕事函数をφ_Sとすると
き、半導体層２０がｎ型でφ_A＞φ_Sのとき或いは
半導体がｐ型でφ_A＜φ_Bのとき、電極４，７，５
と半導体層２０の界面にはシヨツトキバリヤが形
成され、整流性を示すことになる。いずれにして
もφ_A＞φ_S＞φ_B或いはφ_A＜φ_S＜φ_Bとなるような電
極を使用すれば、半導体層２０の片面で整流接触
を、他面でオーミツク接触することになり、１つ
のダイオードが形成される。第３図の上側部分で
はこのようなダイオードが３個同方向に直列に接
続されて１つ目のダイオードアレーを構成し、第
３図の下側部分では同じく３個のダイオードが上
記方向とは逆の方向に直列に接続されて２つ目の
ダイオードアレーを構成し、これらで非直線抵抗
素子１０が構成されている。この電気的等価回路
は第５図に示される通りであり、第５図の電極
４，５間に加えた電圧と電流の関係は第６図に示
すような傾向を示す。

第６図に示されたような特性をもつ非直線素子
が行、列電極間の絵素と直列に挿入されていると
き、行、列電極間に電圧を印加した場合信号電圧
とクロストーク電圧により実際に表示媒体に印加
される振幅の比は拡大されることになり、光学的
クロストークは軽減ないしは解消し、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、第２図において、行、列電極は各々
行、列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。

第３図における半導体層２０としてはシラン
（SiH₄）或は弗化シリコン（SiF₄）を主成分とす
るガスのグロー放電により設けた水素或いは弗素
含有アモルフアスシリコン、蒸着、スパツタ等に
より設けたセレン、テルル、硫化カドミウム、硫
化亜鉛、硫化銀、硫化鉛或いはカドミウム、鉛、
銀のセレン化物などの薄膜が使用される。一方電
極４，７，５ないし８としては、仕事函数が
4.5evないしそれ以上の電極材料としての金、白
金、パラジウム、クロム、イリジウム、ロジウム
等が、またより小さい仕事函数の電極材料として
のアルミニウム、チタン、タンタル酸化インジウ
ム、酸化スズ等が使用され、蒸着、或いはスパツ
タリングにより設けることができる。

通常シヨツトキバリヤの高さは1V以下であり、
1V以上の駆動電圧を要する表示媒体を使用する
場合には、シヨツトキバリヤ１個ではクロストー
ク防止に有効ではない。従つてシヨツトキバリヤ
の直列につなぐべき個数は、使用する表示媒体が
必要とする電圧に応じて必要な数だけ直列に接続
される。一方、非直線抵抗素子１０が一方向にし
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。液晶や電気泳動表示、エレクトロク
ロミツク表示、薄膜EL層等を表示媒体に使用す
る場合、絵素に逆方向の電圧を印加する必要があ
る。本発明での非直線抵抗素子１０は以上のよう
に逆方向の印加電圧を必要とする素子にも適応で
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。

閾値電圧を上げるために複数個のダイオードを
向きを揃えて直列に接続するには、積層構成の場
合では第１種の電極、半導体、第２種の電極とい
うふうにつぎつぎと膜を形成しなければならず、
製造工程が複雑化する。本発明では製造工程を簡
略化し、表示パネルの低コスト化をはかるため、
半導体の形はただ１回のみにとどめ、シヨツトキ
バリヤを同方向に直列に接続してゆく方法を採用
したことに特徴がある。第３図において、第１種
の電極４，７，５は同時に形成でき、この上に半
導体層２０をマスクないしフオトエツチングによ
り所定の形状に形成し、その上から第２種の電極
８を設けるという簡単な工程により、任意の数の
シヨツトキバリヤダイオードを同時に一括して形
成できる。

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性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
いは厚膜を技術を用いて、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、半導
体の表示媒体側表面は常に表示媒体に接触し、場
合によつては半導体層或いはシヨツトキバリヤが
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半導体層２０の表面は
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。
第１〜４図では非直線素子と絵素電極は異なる場
所に設けられた例が示されているが、絶縁層でお
おつた非直線素子が、絵素電極でおおわれるよう
に配置されてもよい。この場合、有効な表示領域
が拡大するため、より望ましい構成と言える。

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
線抵抗素子或いは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不透明
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、本発明はシヨツトキバリヤダイオ
ードを複数個同時に直列に設ける特別のパネル構
成を採用することによつてパネルの製造を簡易か
つ低コスト化すると共に、表示媒体に正逆両方向
の電圧が印加できるよう整流方向が互に逆向きの
ダイオードアレーを並列に接続した構成を採用し
ている。しかも直列に接続するシヨツトキバリヤ
ダイオード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、通常の半
導体薄膜と電極間の整流接合を使用しているた
め、グロー放電、蒸着、スパツタ等の手段により
大きな面積の領域に整流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
という大きな特徴を有している。

【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……半導体層。

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個の絵素電極がシヨツトキバリアよりなる非
   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一層の半
   導体層が形成され、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半導体層をはさ
   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、上記半導体層をはさんで対
   向している各電極部に形成されたシヨツトキバリ
   ア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 半導体はシラン（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
   或は弗素含有アモルフアス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 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。 ４ 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。