JPH0697319B2

JPH0697319B2 - マトリクス型表示装置

Info

Publication number: JPH0697319B2
Application number: JP61097170A
Authority: JP
Inventors: 晋吾藤田; 伊佐子菊池; 博司山添; 勲夫太田; 克彦熊川; 秀夫小関
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-04-25
Filing date: 1986-04-25
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPS62253193A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、高表示品位で、かつ、大容量表示可能なマト
リクス型表示装置に関するものである。更に、具体的に
は、非直線素子を用いたマトリクス型表示装置である。

従来の技術従来、提案された非直線素子付きマトリクス型表示装置
において、その表示媒体としては液晶である場合が最も
多い。従って、以下ではマトリクス型液晶表示を例にと
って説明する。

液晶表示装置は、時計、電卓等の表示から、端末用表示
や映像表示へとその応用分野が広がりつつあるが、そこ
で求められるのは高品位に大容量表示を実現する能力で
ある。その方法としては、（１）単純マトリクス法と、
（２）アクティブマトリクス法があり、さらに（２）
は、（2a）薄膜トランジスタ（TFT）などの三端子素子
を用いる方法と、（2b）非直線二端子素子を用いる方法
がある。各方法とも一長一短があり、（１）法は表示品
位に難があり、（2a）は、製造工程が複雑なことにより
コストが高くなるという欠点がある。（2b）は、（2a）
よりも容易な工程であり、コストを下げることが可能で
ある。

非直線素子付きマトリクス型液晶表示装置において、主
なものには二種ある。

先ず、第１のものは、第３図に示した様な素子を用いた
装置である。〔アイトリプルイー，トランザクション，
エレクトロン，デバイシズ，イーディ28巻,6号,736ペー
ジ（1981）（IEEE TRANSA-CTION ON ELECTRON DEVICES
Vol.ED-28,No.6,736（1981）〕第３図（ａ）は非直線二
端子素子の構成断面図であり、第３図（ｂ）はこれを用
いた液晶表示用基板の配置図である。同図（ａ）におい
て、101は基板、102はタンタル（Ta）層、103は厚さ約4
00〜700Åの、陽極酸化によって得られた酸化タンタル
（Ta₂O₅）、104は絵素電極、105はクロム（Cr）層であ
り、同図（ｂ）において、106は非直線二端子素子、107
はバス・バー、108は端子、109は絵素電極である。

第２のものは、第４図に示した様な素子を用いた装置で
ある。〔テレビジョン学会技術報告、昭和59年５月25日
発表〕これは２個のアモルファス・シリコン（ａ−Si）
PINダイオードを並列逆方向にリング状に接続した構成
をなして、非直線素子を実現している。第４図（ａ）
は、この素子の構成断面図であり、同図（ｂ）はこの素
子を用いた液晶表示用基板の配置図である。この図にお
て、PINダイオードは通常のPNダイオードを表わす記号
で示している。第４図において、201は基板、202は第１
電極、203はＮ型ａ−Si、204はＩ型ａ−Si、205はＰ型
ａ−Si、206はクロム層、207は絶縁体からなる保護層、
208は第２電極、209はリング状に連結したPINダイオー
ド、210はバス・バー、211は絵素電極である。

これらの非直線抵抗素子を用いることにより、通常の液
晶表示よりも格段に大規模な表示容量を実現することが
できる。デューティ比で表示すれば、1/1000程度のデュ
ーティ比でも駆動が可能である。

発明が解決しようとする問題点非直線二端子素子を用いた表示装置を駆動することを考
えると、非直線素子に充分に電圧を印加する必要がある
が、その為には非直線素子の電気容量を絵素部分のそれ
の1/10程度以下に設計しなければならない。しかしなが
ら、前述した従来の技術による非直線素子の第１のもの
については、酸化タンタルの比誘導率が20以上と大きい
ことにより、素子の形状を微細にしているが、このこと
は歩留りを著しく悪化させる原因となっている。このこ
とに加えて、製造工程において、複雑で時間を要するフ
ォトリソグラフィー過程が少なくとも３回含まれること
も問題である。

次に、非直線素子の例の第２ものにいては、フォトリソ
グラフィー工程が少なくとも５回ないし６回含まれる。
このことは、生産における歩留りを低下させ、生産コス
トを上昇させることになる。

従って、簡易な工程で製造が可能で、かつ、充分に大き
な非直線的な電流−電圧特性を有する素子が期待されて
いる。

問題点を解決するための手段本発明は前述のような問題点を解決するために、基板上
に、順次、間隙を有する一対の導体層、砒素（As）とセ
レン（Se）との化合物からなる半導体層、さらに導体層
を積層してなる構造の素子を有するマトリクス型表示装
置を提供するものである。

作用本発明は上記した構成によって、非直線的な電流−電圧
特異性を示す素子を実現している。この非直線性は、半
導体層と導体層の接合分における障壁層効果に起因して
いるものと想定される。現実の素子の電流−電圧特性を
測定するとＩ＝Ａ・Ｖ^α の形で近似できる特性を示す。ここで、Ａとαは定数で
ある。この素子をバス・バーと各絵素電極との間に介在
させることにより、絵素部分に印加されるオン電圧とオ
フ電圧との比を大きくすることができ、コントラスト特
性を向上させることが可能となる。

また、本発明による表示装置に用いる非直線素子の製法
は非常に簡易である。すなわち、基板上にパターン化さ
れた下部導体層の上に半導体層、上部導体層を積層させ
る方法としては、一枚のマスクを用い、連続して蒸着す
ることで得ることができる。

さらに、半導体層を形成する砒素とセレンとの化合物の
比誘電率が10以下と比較的小さいことより、本発明によ
る非直線素子の形状は比較的大きくすることができる。

以上二点より、製造上の歩留り向上が望める。

実施例以下、本発明のマトリクス型表示装置の一実施例を図面
を参照しながら説明する。

先述した様に、非直線素子を用いたマトリクス型表示装
置における表示媒体としては、液晶が最も実用に供して
いるので、以下の説明においては、主に液晶表示装置に
ついて述べる。

また、以下の実施例においては、第２図に示した、下部
導体層13とバス・バー12および絵素電極15は同一の材料
より形成した。特に、電極抵抗による電圧の減衰が問題
となる際には、バス・バー12としては高導電性の材料を
使用すればよい。

先ず、非直線二端子素子付きマトリクス型液晶表示パネ
ルの製作工程の実施例を説明する。

所定のパターンにエッチングされた透明電極付きソーダ
ガラスを入手し、この基板を発煙硝酸に浸し、水洗、乾
燥させる。

次に、厚さ約30μｍの磁性ステンレス鋼板性の、所定の
パターンの穴があけられたマスクと、上記基板とを、ア
ライナーを用いて合わせ、基板裏面にサマリウム・ゴハ
ルト磁石を置いて、メタルマスクと基板とを密着させ
た。これを蒸着要真空槽内に設置し、抵抗加熱法によっ
て基板上に成膜した。これによって、第２図に示した様
な基板を得た。

蒸着法を詳しくのべる。モリブデン（Mo）製の蒸発源を
真空槽内下部の周囲に４個、その中央に１個、合計５個
を独立に加熱できる様に設置した。中央蒸発源に上部導
体槽層の材料を、周囲の４個の蒸発源に半導体層の材
料、砒素とセレンの化合物を適量置く。基板は真空槽内
上部中央に設置した。槽内を１×10^-6Torr程度まで廃棄
したところで、先ず周囲の蒸発源のうち一つを加熱し、
シャッターを開け、所定の膜厚が蒸発されたら、シャッ
ターを閉じる。膜厚は水晶振動子を用いた膜厚モニタを
用いて検知した。続いて順次、周囲の蒸発源を加熱し、
それぞれ同程度の膜厚となる様に蒸着した。次に、中央
の蒸発源を加熱して所定の膜厚となる様に蒸着した。こ
れより、第１図に示した様に、砒素とセレンの化合物半
導体の島状の薄膜上に、上部導体層がその島の内側に付
着した如き構造の素子を形成することができた。

この基板をパネル化する前に、素子の電流−電圧特性を
計測した。

さらに、この非直線二端子素子を形成した基板と、帯状
の透明電極を表面に形成した対向基板とに、各々、配向
膜を形成した後、ラビング処理し、二枚の基板を貼り合
わせてパネルにし、液晶を注入した。ラビング方向は、
液晶分子が90゜ねじれ構造となる様にした。

以上の過程を経て、非直線二端子素子付き液晶表示パネ
ルを得た。

（実施例１）第１図に示した、非直線二端子付き液晶表示パネルを作
製した。作製法は上記に示した通りである。

基板１にはソーダガラス上に、二酸化ケイ素（SiO₂）を
被覆したものを用いた。下部導体層２は2000Åの厚みの
ITOまたはチタン（Ti）の二種類で形成した。その各々
について、半導体層３は砒素とセレンの化合物では砒素
が１原子％、５原子％、10原子％、25原子％、40原子
％、50原子％、60原子％、80原子％、85原子％の計９種
類のものを約1000Å蒸着させた。さらに、上記導体層４
として、厚さ約500Åのテルル膜を形成させた。

素子の電流−電圧特性の非直線性はα＝７〜15と著しい
ものであった。またその容量も、液晶層の容量に比して
充分に小さかった。

これらの基板を用いて液晶表示パネルを製作したこと
ろ、デューティ比1/1000、バイアス比1/7のマトリクス
駆動時において、10:1以上のコントラストで表示が実現
できた。

ところで、パネル製作工程において、液晶注入や配向膜
形成等の際には基板を少なくとも90℃以上に加熱する必
要があるが、半導体層３を構成する砒素とセレンの化合
物について砒素の成分比が10原子％未満のものはそのガ
ラス化温度がかなり低くなることにより、熱処理時に、
素子が破壊された。また、砒素の成分比が85原子％の素
子では砒素の析出が見られ実用的ではなかった。

以上のことから、砒素とセレンの化合物において砒素の
成分比が10原子％以上80原子％以下であれば、液晶表示
装置用の非直線二端子素子として満足し得る特性を備え
ていることが判明した。

（実施例２）上記に示した作製法によって、第１図に示した様な、非
直線二端子素子付き液晶表示パネルを作製した。

基板１として二酸化ケイ素（SiO₂）で表面を被覆したソ
ーダガラスを用いた。下部導体層２は膜厚約1500ÅのIT
Oまたはチタンの二種類のものを形成させた。その各々
について、上部導体層４の構成材料としてテルルを用
い、その膜厚を約200Å、300Å、500Å、1000Å、2000
Å、3000Å、4000Å、5000Å、8000Åとしたもの計９
種、蒸着した。半導体層３は、３セレン化２砒素（As₂S
e₃）を約2000Å蒸着させた。

これらの条件の素子について電気的測定を行ったが、電
流−電圧特性の非直線性は著しく大きく、また、容量
は、その素子に結びついている絵素電極部の液晶層の容
量に比して充分に小さかった。これらの基板を用いて液
晶表示パネルを製作したところデューティ比1/1000、バ
イアス比1/7のマトリクス駆動時において、表示コント
ラスト10:1以上であった。

（実施例３）前記作製法に従い、第１図に示した様な非直線二端子素
子付き液晶パネルを作製した。

基板１として二酸化ケイ素（SiO₂）で表面を被覆したソ
ーダガラスを用いた。下部導体層２として膜厚約2500Å
のITOまたはチタンの二種類のものを用意した。その二
種類について各々、上部導体層４の構成材料として、膜
厚約500Å、1000Å、2000Åのクロム（Cr）、アルミニ
ウム（Al）、チタン（Ti）３種類を形成させた。半導体
層３としては、３セレン化１砒素（AsSe₃）を約2000Å
蒸着した。

これらの条件によって作製した素子の電気的特性を測定
したが、電流−電圧特性の非直線性は大きく、また容量
は充分に小さく、マトリクス駆動に適していた。これら
の基板を用いて液晶表示ぱねるを作製した。デューティ
比1/1000、バイアス比1/7のマトリクス駆動時におい
て、表示コントラストが10:1以上であった。

（実施例４）前記作製法に従い、第１図に示した様な非直線二端子素
子付き液晶表示パネルを製作した。

基板１として、二酸化ケイ素（SiO₂）で表面を被覆した
ソーダガラスを用いた。下部導体層２として、膜厚約20
00Åのクロム（Cr）、アルミニウム（Al）またはアンチ
モン（Sb）を含んだ酸化錫（SnO₂）を形成させた。その
上に半導体層３として３セレン化２砒素（As₂Se₃）を膜
厚約2000Å、さらに、上部導体層４として、テルルを膜
厚約500Å、順に、抵抗加熱法により蒸着した。

以上の条件によって作製した素子の電気的特性は、著し
く非直線的な電流−電圧特性を示し、また、容量は充分
に小さかった。

これらの基板を用いてマトリクス型液晶表示パネルを製
作したところ、デューティ比1/1000、バイアス比1/7で
駆動させたとき、表示コントラストが10:1以上あった。

（実施例５）前記作製法に従い、第１図に示した様な非直線二端子素
子付き液晶パネルを製作した。

基板１として、二酸化ケイ素（SiO₂）で表面を被覆した
ソーダガラスを用いた。下部導体層２としては膜厚約20
00ÅのITOまたはチタンの二種類のものを用意した。そ
の二種類について、半導体層３の構成材料としては３セ
レン化２砒素（As₂Se₃）を用い、その膜厚を約300Å、5
00Å、1000Å、2000Å、3000Å、4000Å、5000Å、6000
Åとしたもの計８種類を蒸着によって得た。さらに、そ
の上に、上部導体層４として厚さ約400Åのテルル膜を
形成させた。

以上の条件によって作製した素子の電気的特性は、すべ
て、著しく非直線的な電流−電圧特性を示し、また、容
量は充分に小さかった。

これらの非直線素子付き基板を用いてマトリクス型液晶
表示パネルを製作したところ、デューティ比1/1000、バ
イアス比1/7で駆動させたところ、表示コントラストが1
0:1以上の良好な表示品位を示した。

実施例１〜５においては、半導体層及び上部導体層をパ
ナーニングする方法として、メタルマスクを用いる方法
で実施したが、フォトレジストを用いたリフトオフ法に
よっても同様の形状の素子を得ることができた。

また、第２図に非直線素子が（ａ）一段のもの、（ｂ）
二段のものを示したが（原理的には三段以上の構成も考
えられる）、段数を多くして行くほど、非直線特性の閾
値を高くすることができた。液晶材料の閾値との関連で
最適の構成を選べばよいことになる。

さらに、表示媒体としては液晶を例にとったが、他に電
場発光素子（EL）、電気泳動素子、エレクトロクロミッ
ク素子、プラズマ発光素子などを用いても、同様の効果
を得ることができるのは言うまでもない。

発明の効果以上説明した様に、本発明の非直線二端子素子は簡易な
構造であるが故に、高歩留りで製造が可能であり、さら
に、電流−電圧特性に関して優れた非直線性を有してい
る。従って、本発明による素子を用いたマトリクス型表
示装置は、大容量表示が可能であり、なおかつ、良好な
表示品位を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るマトリクス型表示装置に用いる非
直線二端子素子の（ａ）の構成断面図と（ｂ）平面図、
第２図は本発明に係るマトリクス型表示装置用基板の配
置図、第３図（ａ）および第４図（ａ）は従来例のマト
リクス型表示装置に用いる非直線二端子素子の構成断面
図、第３図（ｂ）及び第４図（ｂ）は従来例によるマト
リクス型表示装置用基板の配置図である。１……基板、２……下部導体層、３……半導体層、４…
…上部導体層、11……電極端子、12……バス・バー、13
……下部導体層、14……半導体層と上部導体層の積層、
15……絵素電極、101……基板、102……タンタル層、10
3……酸化タンタル層、104……絵素電極、105……クロ
ム層、106……非直線二端子素子、107……バス・バー、
108……端子、109……絵素電極、201……基板、202……
第１電極、203……Ｎ型非晶質シリコン、204……Ｉ型非
晶質シリコン、205……Ｐ型非晶質シリコン、206……ク
ロム層、207……絶縁体からなる保護層、208……第２電
極、209……PINダイオード、210……バス・バー、211…
…絵素電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田勲夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者熊川克彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小関秀夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、順次間隙を有する下部導体層、
前記間隙上及び前記導体層の上に砒素（As）とセレン
（Se）との化合物からなる半導体層、さらに前記半導体
層の上に上部導体層を積層してなる構造からなる素子を
有することを特徴とするマトリクス型表示装置。
【請求項２】半導体層を構成する砒素とセレンの化合物
について砒素の成分非が10原子％以上80原子％以下であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のマ
トリクス型表示装置。
【請求項３】下部導体層が、錫（Sn）を含んだ酸化イン
ジウム（In₂O₃）、アンチモン（Sb）を含んだ酸化錫（S
nO₂）、クロム（Cr）、アルミニウム（Al）、チタン（T
i）の何れかからな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型表示装置。
【請求項４】上部導体層が、テルル（Te）、クロム（C
r）、チタン（Ti）、アルミニウム（Al）の何れかから
なることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
マトリクス型表示装置。