JPH0652347B2 - 固体表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体表示装置に関する。

この発明は絵素の一方の透明導電膜の電極の一面（表
面）が液晶用の電極面を構成し、この電極の、他の一面
（裏面）をスト−レイジキャパシタの電極の面として透
電体膜を介し、その下に他の透明導電膜が基板上に設け
られた積層構造の固体表示装置に関する。

この発明は絵素の外周辺を絶縁物で囲むことにより、こ
の絶縁物をスペーサとし、さらにコントラストを増加す
る枠として用いるとともに、制御部を覆い隠し、高信頼
性化を成就することを目的とする。

本発明は絵素の制御に非単結晶半導体を用いた縦チャネ
ル型の積層型の絶縁ゲイト型半導体装置（以下ＩＧＦと
いう）を用いたことを特徴とする。

この発明は固体表示装置において、絵素の一方の電極の
外周辺に絶縁物を設け、絵素の面積を精密に制御するに
加えて、この絶縁物の厚さの精密な制御により絵素の表
示に必要な液晶の充填されている厚さを大面積例えば２
０cm×３０cmにわたって例えば５μｍ±１μｍと精密に
制御すること、さらにスト−レイジキャパシタの一方の
電極をして絵素を構成するキャパシタの一方の電極を併
用せしめることにより、固体表示装置としての高精度の
空間の有効利用を目的としたものである。

本発明はさらにこの外周辺の絶縁物により、絵素の明暗
を制御する制御部、すなわち縦チャネルＩＧＦを覆い、
このＩＧＦが液晶によりショート等の劣化がしないよう
にした高信頼性を有せしめたことを特長とする。

従来、平面型の固体表示装置を設ける場合、平行な透光
性基板例えばガラス、プラスチック板内に一対の電極を
設けてこの電極間に液晶を注入した液晶の固体表示装置
が知られている。

しかしこの表示パネルの一方を圧迫すると、オフの状態
のはずの表示部がオンになり、有色化してしまう。さら
にその絵素の大きさの制御が十分できない。また５００
×５００のごとき大絵素化をした時、そのマトリックス
のデコーダ等の周辺回路を同一基板に配設することがで
きない等の多くの欠点を有している。

本発明はこれらの多くの表示装置としての実用化を図る
ための問題を解決したものである。

本発明は、互いに離間した一対の透光性絶縁基板間に液
晶が挟まれた固体表示装置であって、前記装置は、複数
の絵素よりなるマトリックス領域を有し、かつ、前記絵
素を構成する透光性導電膜よりなる第１の電極と前記マ
トリックス領域に共通の第２の電極との間に挟まれた液
晶を含み、前記一対の基板のうちの一方の側に第１の電
極および透光性導電膜よりなる第３の電極が設けられ、
他方の基板の側に前記第２の電極が設けられ、前記第３
の電極は、前記マトリックス領域に対向して一つ設けら
れ、前記各絵素を構成する第１の電極と前記第３の電極
とが誘電体膜を介してキャパシタを構成し、前記絵素に
は絶縁ゲイト型半導体装置が連結されていることを特徴
とする固体表示装置である。

即ち、この表示部を複数の絵素とし、それをマトリック
ス構成させ、任意の絵素をその周辺部に設けられたデコ
ーダ、ドライバの論理回路により制御してオンまたはオ
フ状態にするには、その絵素に対応したＩＧＦおよびイ
ンバータ等を同一プロセス、同一構造で作ることを必要
としていた。そしてこのＩＧＦに制御信号を与えて、そ
れに対応した絵素をオンまたはオフさせたものである。

この液晶表示またはエレクトロクロミック表示素子はそ
の等価回路としてキャパシタ（以下Ｃという）にて示す
ことができる。このためＩＧＦとＣとを例えば２×２の
マトリックス構成せしめたものを第１図（Ａ）に示す。

第１図（Ａ）において、マトリックス（４０）の１個の
番地（絵素（１００））は１個のＩＧＦ（１０）と２個
のＣ（即ち表示部としてのＣ（７０）とスト−レイジ用
のＣ（３４）により１個の絵素を構成させている。そし
てこの２個のＣの電極（３０），（３３）はともに接地
レベルにさせている。すなわち、液晶（３１）を挟んで
一対の電極（３０），（３２）を有し，この（３２）は
スト−レイジ用キャパシタの一方の電極（３２）を併用
している。

本発明はこの固体表示装置におけるスト−レイジ用のキ
ャパシタ（３４）を基板側（液晶表示用電極の下側）に
設け、さらにその一方の電極は絵素の一方の電極を併用
させたものであるに加えて、この絵素の面積制御を精密
に行うため、この電極を絶縁物で囲んだこと、さらにこ
の絶縁物の厚さを制御することにより、絵素の他の電極
との間の電極間距離を大面積にわたって精密に例えば５
μｍ±１μｍに決めることができるという特長を有す
る。

加えてこの絶縁物はＩＧＦを覆い、黒色等の非透光性と
することによりコントラストを大きく有せしめるいわゆ
るブラックマトリックス構成をさせることができるとい
う他の特長を有する。

この１つのＩＧＦの制御部と２つのキャパシタを行に
（５１），（５２）としてビット線に連結し、他方、ゲ
イトを連結して列（４１），（４２）（ワード）を設け
たものである。

すると、例えば（５１），（４１）を「１」とし、（５
２），（４２）を「０」とすると、ＩＧＦ（１０）はオ
ンとなり、ＩＧＦ（１０）等の他のＩＧＦはオフとな
る。そして（２，１）番地のみを選択してオンとし、電
気的にＣ（３１）として等価的に示される表示部を選択
的にオン状態にすることができる。

本発明は第１図（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すごとく、
同一基板上にデコーダ、ドライバを構成せしめるため、
他の絶縁ゲイト型半導体装置（Ｂ）および他のインバー
タ（Ｃ）、抵抗（Ｄ）を同一基板上に同一プロセスで設
けることができることを特長としている。

かくすることにより、本発明をその設計仕様に基づいて
組み合わせることにより、ブラウン管に代わる平面テレ
ビ用のマトリックス構成の固体表示装置を作ることがで
きた。

本発明はこのマトリックス構成を例えば２つのＩＧＦを
対構成せしめて、表示部以外のＩＧＦ配線に必要な面積
を少なくさせたことを特長としている。

さらに縦チャネル型とすることにより、チャネル形成領
域を構成する半導体は、水素または弗素が添加された珪
素を主成分とする非単結晶半導体を用いている。さらに
キャリア移動度が小さいという欠点を有するため、第２
の半導体または絶縁体の膜厚を１μｍまたはそれ以下と
し、その結果、第４の半導体に形成されるチャネルを短
チャネルとし、１０ＭHz以上のカットオフ周波数を有せ
しめた。

第２図は本発明の固体表示装置の縦断面図を示し、その
等価回路は第１図（Ａ）の表示パネルに対立させてい
る。

第２図（Ａ）は２つのＩＧＦ（１０），（１０′）がペ
ア構成で設けられている。さらにその一方の電極（１
２），（１２′）より延在して酸化スズを主成分とする
透光性導電膜の電極（３２），（３２′）、液晶キャパ
シタ（３１）ストーレッジキャパシタ（３４）の電極
（第２図では下側に設けられている）を構成している。
他方の電極は、液晶（３１）の第２の配向処理がなされ
た透光性の電極（３０）ストーレッジキャパシタ（３
４）の透光性導電膜よりなる電極（３３）が設けられて
いる。

即ち、図面において、基板（１）の下側の発光体例えば
螢光灯の光を第２の透光性導電膜（３３）第１の透光性
導電膜（３２）を経て液晶（３１）に至る。この液晶が
「明」ならば第３の透光性導電膜（３０）を経て、対抗
電極（１′）より上方に表示される。「暗」ならばここ
で遮蔽される。かくして制御部のＩＧＦ（１０），（１
０′）で制御された表示を行うことができた。

第２図（Ａ）の平面図のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′の縦断面図
を（Ｂ），（Ｃ）に示す。

第２図の製造工程を略記する。

まず、第２の導電膜（３３）を形成した。さらにその上
に酸化珪素、窒化珪素のごとき透光性絶縁体（３４）を
１０００〜２０００Åの厚さにＰＣＶＤ法で第２の透光
性導電膜上に形成した。さらにこの透光性膜上の第１の
透光性導電膜（３２）を所定のパターンに公知の塩酸、
硝酸等の液体にてエッチングをし、第１の電極を構成さ
せている。さらに縦チャネルのＩＧＦ（１０），（１
０′）を作製し、オーバーコートの絶縁物（２６）をＰ
ＩＱ等の有機樹脂で充填し、絵素の部分をエッチングを
した。このエッチングをして空穴（３１）に液晶を充填
して固体表示装置とした。

積層体（６０）に対し、下側電極は２つ（３２），（３
２′）が設けられている。上側電極（１６）は、さらに
それにコンタクト（１９）をへてＸ方向のリード（５
１）を連設している。ゲイト電極（２０），（２０′）
は２つのＩＧＦ（１０），（１０′）領域（第２図
（Ａ）での破線で囲まれた領域（１０）（１０′））を
除き、リード（４１）（４２）をＹ方向に構成してい
る。

かくしてＸ方向、Ｙ方向にマトリックス構成を有し、１
Ｔｒ／絵素構造を有せしめることができた。

このＩＧＦのオーバコート用有機樹脂例えばポリイミド
樹脂（２６）により、絵素の部分のみに液晶（３１）が
充填させている。またこの絵素（７０），（７０′）の
周辺部は２つの電極（３０），（３２）間のスペーサ
（厚さ１〜１０μｍ）をも兼ね、加えて絵素周辺部を黒
色化（無反射）してブラックマトリックスとして、この
絵素のコントラストを向上させてることができた。さら
に（３１）の領域に表示体である例えば液晶が充填さ
れ、この絵素をＩＧＦ（１０），（１０′）のオン、オ
フにより制御を行なわしめた。

さらに第２図より明らかなごとく、このディスプレイの
ＩＧＦの必要な面積は全体の１％以下である。表示部は
９１％、リード部８％となる。このことは、対を為すＩ
ＧＦ（１０），（１０′）を用いるに加え、チャネル長
の短いＩＧＦであるため、基板上における必要な面積を
少なくできた。かつフォトリソグラフィの精度が動作周
波数の上限を限定しないという他の特長を有する。

さらにこれらの絵素を高周波で動作させるため、ＩＧＦ
の周波数特性がきわめて重要であるが、本発明のＩＧＦ
はＶ_ＤＤ＝５Ｖ，Ｖ_ＧＧ＝５Ｖにおいてカットオフ周波
数１０ＭＨｚ以上（１５．５ＭＨｚ（ＮチャネルＩＧ
Ｆ）を有せしめることができた。Ｖ_ｔｈ＝０．２〜２Ｖ
にすることが半導体層（２５）への添加不純物の濃度制
御で可能となった。

参考までに、周辺部のデコーダ、ドライバに必要な抵抗
インバータについて以下に記す。

第１図（Ｃ）のインバータの縦断面図を第３図に示す。

第３図（Ａ）および（Ｂ）においてＩＧＦ（６１），
（６４）は第２図とその番号を対応させている。ドライ
バ（６１）は左側のＩＧＦを、ロードは右側のＩＧＦを
用いた。第３図の（Ａ）ではロードのゲイト電極（２
０）とＶ_ＤＤ（６５）とを連続させるエンヘンスメント
型を示す。第３図（Ｂ）は出力（６２）とゲイト電極
（２０）とを連続させたディプレッション型のＩＧＦを
示す。

これらのインバータの出力は（６２）よりなる。ここで
は基板上に２つのＩＧＦ（６１），（６４）を互いに離
間することなく同一半導体積層体（６０）に複合化して
設けている。

この第３図（Ａ）のインバータは上側電極を２つのＩＧ
Ｆとして独立せしめ（１６），（１６′）とした。

すなわち、第３図（Ａ）においては、基板（１）上に、
１つのＩＧＦ（６４）（ロード）を、上側電極（１
６）、電極（１９）を設け、（１５）をドレイン、（１
３）をソースとし、チャネル（９）として設け、また他
のＩＧＦ（６１）（ドライバ）を、上側電極（１６′）
とし、（１５）をソース、（１３）をドレインとし、チ
ャネル（９′）、電極（６６）を設け、（１２）を電極
即ち出力（６２）として設け、２つのＩＧＦを一体化し
たインバータを示した。（１４）は絶縁体層、（２４）
は絶縁膜、（２５）はチャネル領域を形成する半導体層
を示す。

また第３図（Ｂ）は、下側の電極を２つに分割した構成
を示したものである。即ち１つのＩＧＦ（６４）（ロー
ド）において、電極（１２）をＶ_ＤＤ（６５）とし、
（１３）をドレイン、（１５）をソースとし、チャネル
（９）、上側電極（１６）即ち出力（６２）として設
け、また他のＩＧＦ（６１）（ドライバ）を、（１５）
をドレイン、（１３）をソースとし、チャネル
（９′）、電極（１２′）をＶ_ＳＳ（６６）として設
け、入力（６３）をゲイト電極（２０′）に、上側電極
（１６）を出力（６２）として設け、インバータを構成
した。

本発明における第２図のディスプレイは１つの電極（３
２）が１つの絵素の大きさを決定する。第１図のごとき
走査型の方式において、１０μｍ^２〜５mm²のマトリッ
クス状の絵素として５００×５００とした。しかし積層
体としては対構成のＩＧＦのためＩＧＦ用のプロックは
その半分でよく、積層の横チャネルＩＧＦに比べてきわ
めて製造しやすかった。

さらに液晶（３１）用の配向処理がされた２つの電極
（３０），（３２）間を１〜１０μｍとし、その間隙に
例えばネマチック型の液晶を注入して設けた。

またこのディスプレイをカラー表示してもよい。

さらに例えばこれらの絵素を三重に重あわせて作製して
もよい。そして赤緑黄の３つの要素を交互に配列せしめ
ればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、絶縁ゲイト型半導体装置、インバータ、絶縁
ゲイト型半導体装置とキャパシタとを絵素としたマトリ
ックス構造の等価回路を示す。 第２図は、縦チャネル型絶縁ゲイト型半導体装置とキャ
パシタまたは表示部とを一体化した平面ディスプレイを
示す固体表示装置の縦断面図である。 第３図は、本発明の固体表示装置を駆動させるための積
層型絶縁ゲイト半導体装置のインバータ構造を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに離間した一対の透光性絶縁基板間に
   液晶が挟まれた固体表示装置であって、 前記装置は、 複数の絵素よりなるマトリックス領域を有し、 かつ、前記絵素を構成する透光性導電膜よりなる第１の
   電極と前記マトリックス領域に共通の第２の電極との間
   に挟まれた液晶を含み、 前記一対の基板のうちの一方の側に第１の電極および透
   光性導電膜よりなる第３の電極が設けられ、他方の基板
   の側に前記第２の電極が設けられ、 前記第３の電極は、前記マトリックス領域に対向して一
   つ設けられ、 前記各絵素を構成する第１の電極と前記第３の電極とが
   誘電体膜を介してキャパシタを構成し、 前記絵素には絶縁ゲイト型半導体装置が連結されている ことを特徴とする固体表示装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において絵素の外周
   辺に配設された前記絵素の明暗を制御する制御部は、絶
   縁物により覆われて設けられたことを特徴とする固体表
   示装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、系の外周
   辺の絶縁膜は、絵素の明暗を制御する制御部を覆い、か
   つ黒色の非透光性を有することを特徴とする固体表示装
   置。