JPS61169883A - 液晶表示装置 - 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】 「発明の利用分野」 この発明は、強誘電性液晶（以下ＦＬＣという）を用い
た表示パネルを設けることにより、マイクロコンピュー
タ、ワードプロセッサまたはテレビ等の表示部の固体化
を図る固体表示装置に関するものである。

「従来の技術」 固体表示パネルは各絵素を独立に制御する方式が大面積
用として有効である。このようなパネルとして、従来は
、二周波液晶例えばツウイスティック・ネマチック液晶
（以下ＴＮ液晶という）を用い、横方向４００素子また
縦方向２００素子とするＡ４判サイズの単純マトリック
ス構成にマルチプレキシング駆動方式を用いた表示装置
が知られている。

しかし、これ以上の画素数を有する大面積の表示装置を
作るのに、ＴＮ液晶を用いることは不可能であることが
判明した。加えて、それぞれの画素を所定の距離離間し
、マトリックス状に配設せしめても、隣の画素との間で
クロストーク（電気的に弱く導通してしまう現象）をし
てしまいやすい。

そのため一方がＯＮ、他方がＯＦＦ機能を作っても、画
素のそれぞれが十分なＯＮまたはＯＦＦをとり得ず、コ
ントラストに不十分さが発生してしまった。

かかる欠点を除去するため、各画素にアクティブ素子を
連結する方式が知られている。その代表的例は素子とし
てＴＰＴ（＊膜型絶縁ゲイト電界効果半導体装置）を用
いるものである。

また、非線型素子を用いる方法が知られている。

さらにパッシブ型構成（単純マトリックス方式）におい
て、液晶として従来より公知のＴＮ型液晶を用いるので
はなく　、ＦＬＣを用いることが試みられている。

このＦＬＣはメモリ機能を有する双安定型の液晶であり
、特に周波数特性に優れている。

「発明が解決しようとする問題点」 以上の如く、これらを組合わせた方式、即ち、パッシブ
方式（以下Ｐという）またはＴＦＴを用いる方式、さら
に液晶にＴＮを用いる方式またはＦＬＣを用いる方式を
検討すると、以下の表１の如くになる。

但し、◎は非常に良、○は良、△はやや不可、×は不可
を示す。

以上の４つの方式を考える時、どの方式においてもＸ印
が必ず存在し、これらのいずれにおいても最終的な答え
がないことが判明した。

その結果、これらの４つの方式以外の方式が求められる
。

本発明はかかる問題点を解くものである。

「問題を解決するための手段」 かかる問題を解決するため、本発明は双方向性の非線型
素子（以下ＨＥという）とＦＬＣとを結合せしめた。以
下に、固体表示装置の理想像（要素）及びＮＥとＴＮ液
晶（ＴＮともいう）を組合わせた場合を比較した。

表２にその概要を示す。

表２ 以上において明らかなごとく、本発明は非線型素子とＦ
ＬＣとを用いるため、双方が相乗的に動作しあいクロス
・トークがなく、プロセスはそれほど複雑にならず、Ｆ
ＬＣを用いるため視野角も向上でき、理想型にきわめて
近い構成であることがわかった。

また本発明でも残された問題点の使用温度範囲は、現在
複数の異なったＦＬＣを組合わせて０〜５０℃において
使用が可能となっている。このため実用上はそれぞれ問
題とならず、また解調に関してはカラーも８色までとす
るならば解調が不要であり、マイクロコンピュータ等の
ディスプレイとしては十分実用が可能であることが判明
した。さらにＴＮ液晶と非線型素子を用いた時、ＴＮ液
晶の周波数特性が低いため、４００　Ｘ２００画素は可
能であるが、６４０　Ｘ４００画素またカラー化した時
の１９２０　Ｘ４００画素にはまったく追随できない、
このため、特に本発明に述べる如く、非線型素子と強誘
電性液晶とを直列に連結して設ける画素によって初めて
大型大面積液晶ディスプレイの製造が可能であることが
判明した。

特に本発明においては、非線型素子として複合ダイオー
ドを用いたもので、この非線型素子と画素との構成をよ
り一体化したものである。

即ち、この発明に用いられる非線型素子は非単結晶半導
体を用い、材料構成は５ｔ（Ｎ）　−５ｉｘＣ１−Ｘ（
０＜Ｘ≦１）　（Ｉ）　−Ｓｔ　（Ｎ）構造、５ｉ（Ｎ
ＩＰＩＮ）構造または５ｉ（Ｎ）　　−３ｉｘＣ＋−Ｘ
（０＜Ｘ＜１）（Ｉ）　　−５ｉｘＣ，−Ｘ（０＜Ｘ　
≦１）（Ｐ）　　−５ｉｘＣ＋−Ｘ（０＜Ｘ＜１）（Ｉ
）−Ｓｔ（Ｎ）構造（但し、ＮはＮ型、■は真性または
ホウ素が０．１〜２０ＰＰＭ添加されてＮ型を相殺した
実質的に真性、ＰはＰ型を示す）またはそのタンデム型
積層構造および変形構造を有せしめたことを主としてい
る。

かかる本発明に用いる非線形素子は、一対の電極（第１
及び第２の電極）とはそれぞれオーム接触性を有するが
、逆向整流特性を構成する複合ダイオードを有する素子
よりなるものである。その代表例はＮ型半導体−■型（
以下真性または実質的に真性という）半導体−Ｎ型半導
体を積層して設けたＮＩＮＩＮ構造ちＮｌ接合とＩＮ接
合とが電気的に逆向きに連結され、かつ半導体として一
体化したＮＩＮ接合を有する半導体をはじめ、その変形
であるＮＮ−Ｎ、ＮＰ−Ｎ、ＮＩＰＩＮ、ＮＩＰ−ＩＮ
またはＮＩＰ”ＩＮ構造を有する複合ダイオード（以下
簡単のためこれらをまとめてＮＩＮ型ダイオードという
）である。

かかる複合ダイオードのスレッシェホールド電圧は、ダ
イオード特性を互いに逆向きに相対せしめ、そのビルド
イン（立ち上がり）電圧（しきい値）はＮｌ接合のＮＴ
界面でのエネルギ端の高低差または１層の厚さ及び電気
抵抗で決めることができる。このため、製造プロセスを
制御することにより、所望の電圧では十分の電流を流し
得、またＯＶまたはその近傍の電圧での十二分の電流の
流れにくさくその比は４桁以上を必要とする）を得る。

さらに本発明は、かかる複合ダイオードとマトリックス
を構成するＹ配線とそれに連結して非線型素子とが概略
同一形状を有する１つのマスク合わせで行うのみで完成
させ得るため、基板側に設けられる液晶表示の一方の電
極（第３の電極）と連結した複合ダイオードの一方の電
極（第１の電極）とを共通の矩形電極と、さらにその上
方の半導体上のＹまたはＸ配線（図面ではＹ配線のみの
ため以下Ｙ配線として代表して示す）の形成に必要な第
２のマスクよりなる２枚のみでプロセスさせることがで
きる。この本発明の構造の代表例を第４図にまたその製
造工程を第２図に示しである。

さらに、本発明において、液晶としてＦＬＣを用いてい
るため、相対抗する電極間を２μ以下代表的にはｌ±０
．５μにできる。そのため、ＴＮ液晶に比べて少ない使
用量であるに加えて、以上に述べた非線型素子を有する
積層体は２つの電極同志が互いに電気的にショートしな
いようにするスペーサとしての作用をも与えることがで
きる。

「作用」 かくして、非線型素子（Ｎｌｌりと強誘電性液晶（ＦＬ
Ｃ）とを直列にして各画素を構成せしめることにより、
Ａ４版またはそれ以上の大面積のマトリックス化に対し
てもそれぞれの画素間のクロストークを除去し、初めて
成就せしめることが可能となった。

第１図、第４図に示すごとく、強誘電性液晶の他方のＸ
＆！線に対応して赤（Ｒという）、緑（Ｇという）。

青（Ｂという）のフィルタを通すことにより、カラー表
示も可能となるという特徴を有する。

以下に実施例に従って本発明を説明する。

「実施例１」 第１図は本発明の固体表示装置を用いた回路図を示す。

図面において、画素は複合ダイオード（２）の電極（２
１）　（第１の電極）より強誘電性液晶（３）の一方の
電極（２３）　（第３の電極）に連結している。複合ダ
イオードはＹ配線（４）　、　（５）に第２の電極（２
２）により連結している。他方、ＦＬＣ（３）の第４の
電極（２４）はＸ配線（６）　、　（７）に連結してい
る。Ｘ配線は第３の電極（２３）に対応して他の透光性
絶縁基板代表的にはガラス基板（第４図（Ｃ）における
（２０’））側に密接して第４の電極（２４）　（第１
図、第４図（Ｃ）における（６）または（２４））がそ
れぞれ対応して連結させている。そしてこの第４の電極
（２４）はＲ，ＧまたはＢのフィルタを有しており、フ
ルカラー化を施している。

かくの如き複合ダイオードを用いた画素の一部である非
線形素子の製造工程およびその特性の例を第２図、第３
図に示している。

この第２図の製造工程は、第４図（Ａ）における（４０
）の領域を特に拡大して製造する場合に対応している。

第２図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）　、　（Ｄ−１
）は第４図Ａ−Ａ’の縦断面図に対応している。第２図
（Ｄ−２）　、　（ＩＩりは第４図におけるｃ−ｃ’の
縦断面図に対応し、その素子構造を示している。

第２図（Ａ）において、透光性絶縁基板としてコーニン
ク７０５９ガラス（２０）を用いた。この上面にスパッ
タ法または電子ビーム蒸着法により、導電膜（１３）で
あるＩＴＯまたは酸化スズ膜を０．１〜０．５μの厚さ
に形成した。さらに遮光用の被膜（１４）例えばクロム
を０．１〜０．２μの厚さに形成した。

この後、これらの全面にプラズマ気相反応法を用いてＮ
ＩＮ構造を有する非単結晶半導体よりなる複合ダイオー
ドを形成した。即ち、Ｎ型半導体をシランを用い、１３
．５６ＭＨｚの高周波グロー放電法を用いることによっ
て、２００〜３００℃に保持された基板上の被形成面上
にアモルファス構造を有する非単結晶半導体を作る。

その電気伝導度は、１０−７〜１０−’（Ωｃ−）　−
’を有し、５００〜２５００人の厚さとした。さらに、
１０−−〜１０−　’　ｔｏｒｒまで、十分真空引きを
した０次にシラン（ＳｉｍＨｚｓ＋ｚ例えばｍ＝ｌのＳ
ｉＨ＊）を用い、■型の非単結晶半導体を５００人〜１
μの厚さに、Ｎ型半導体上に積層して形成した。例えば
０．２μの厚さにＤＮＳ　（ジメチルシラン）を用い、
ＤＮＳ／　（ＤＮＳ＋ＳｉＨ＊）＝１／８０．ＢｔＨａ
／ＳｉＨｔ＝７ＰＰＭとしてホウ素により相殺させた実
質的に真性の５ｉｘｌ＋−ｘ　（ｘ＝０．９７〜０．９
９５）半導体を形成した。

さらに、１ｏ−−〜１０−　’　ｔｏｒｒまで十分真空
引きをした。再び、ＰＨｓ／５ｉＨａ＝１．０χとして
Ｎ型半導体を２００〜１５００人、例えば５００人形成
させＮＩＮ接合を有する半導体（２）を積層させた。

この後、この上面に、クロム（５００〜１５００人）　
（１５）を電子ビーム蒸着法またはスパッタ法により０
．１〜０．２μの厚さに積層した。

さらに第２図（Ｂ）に示す如く、第１のフォトマスク■
により周辺部（２６）を垂直になるように異方性プラズ
マエッチを行った。

次にこれらの全面に感光性ポリイミド樹脂（２７）をコ
ーティング法にて約１μの厚さに形成させた。

かくして、積層体（５０）の電極（１５）上面とポリイ
ミド樹脂（２７）の上面（３９）とは積層体の凸部を除
きキュア後で絶縁物表面と積層体表面とがなめらかに連
続した構造となるようにさせた。例えばポリイミド樹脂
を約０．８μの厚さに塗布した０次にガラス基板（２０
）側の裏面側より紫外光を公知のマスクアライナにより
マスクを用いることなくガラス面側から露光させた０例
えばコビルト社のアライナでは約２分間露光した。その
強度が３００〜４００ｎｍの波長の紫外光（１０ｍＷ／
ｃｌＩ”）においては１５〜３０秒で十分である。

すると、側面（２６）を有する積層体（厚さ約１μ）（
５０）に対し蔭となるその上方の凸領域は感光せず、そ
の側周辺のみが感光する。さらに現像を行った後、リン
ス液により非感光性の凸部を溶去した。

次にこれらすべてを１８０℃３０分＋３００℃３０分＋
４００℃３０分の加熱を窒素中で行いキュアさせた。か
くして積層体の上面である非線型素子の第２の電極をフ
ォトマスクを用いることなく露呈せしめるに加えて、こ
の上面と周辺部のポリイミド樹脂の絶縁物の表面とをな
めらかに連続させ、第２図（Ｃ）を得ることが可能とな
った。

次にこの第２図（Ｃ）の上面全面にアルミニュームを０
．５〜１μの厚さ例えば０．７　μに形成せしめ、さら
にこの上面に絶縁膜を０．２〜０．４μ、例えばポリイ
ミドコート（１７）を０．３μの厚さに形成させて第２
図（Ｄ−１）　、　（Ｄ−２）を得た。この後、第２図
（Ｅ）に示す如く、第１の側面（２６）に直角方向に対
し第２のマスク■によりパターニングを行った。即ち絶
縁膜（１７）、アルミニューム（１６）　、クロム（１
５）をパターニングし眉間絶縁膜（１７）　、第２の電
極（２２）を形成した。さらにこの電極をマスクとして
半導体（２）、第１の電極のうちクロム（１４）をパタ
ーニングをして第２図（Ｅ）を得た。

かくして１つの画素の第２の電極（１５）より延在した
リード（６）を、その画素を構成する半導体の側面に設
けられた絶縁物（２７）上に延在させ隣の画素の第２の
電極に連結させることができた。

即ち、第２図において、ガラス基板（２０）上の透光性
導電膜よりなるｐｔｃ用の第３の電極、これに連結した
第１の電極（２１）、　ＮＩＮ半導体積層体よりなる複
合ダイオード（２）、クロムの第２の電極（１５）　。

アルミニューム（１６）よりなる電極リード（２２）よ
りなっている、このＮＩＮ構造の記号が第１図において
（２）として記されている。

結果として、第３図（Ａ）に示す如き非線型特性（電極
面積２０μ×４２０μ）を第２図（縦軸は絶対値をログ
スケールにて示している）に対応して有せしめることが
できた。

またこの上側に第４図に示す如く、対抗電極（間隔１．
０μ）を設け、その間隙に、ＦＬＣ例えばＤＯＢＡＭＢ
Ｃを充填材料として用いた時のしきい値特性を（Ｂ）に
示す０図面でも±５Ｖ加えることにより、透過、非透過
をさせ得、十分反転させ得ることが判明した。第３図（
Ｂ）において縦軸は透過率である。

「実施例２」 第４図に本発明の構成を示すが、第１図における破線で
囲んだ領域（１）での平面図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）
　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）が示されている。

さらに、第４図ＣＢ）　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）は（Ａ
）におけるそれぞれＡ−Ａ’、Ｂ−８”、　ｃ−ｃ’で
の縦断面図を記す。加えて、第４図（Ｃ）　、　（Ｄ）
は液晶（３）および上側電極（６）。

（７）および基板（２０’）をも示しているが、他の（
Ａ）。

（Ｂ）は非線型素子を有する側のみを簡単のため示した
。

この素子の製造方法は実施例１と同様である。

即ち、２つのマスク■、■により矩形の第１の電極（２
１）および第３の電極（２３）およびその間に同一形状
の半導体および第２の電極の一部を構成する導体を構成
せしめている。この第３の電極を構成する透光性導電膜
の形状は４２０μ×４２０μとした。

また積層体の大きさは４２０μ×２０μである０図面に
おいて半導体の側面および下側の第１、第２および第３
の電極を覆って配向膜を形成するためのポリイミド樹脂
（２９）をコートしている。また、ＦＬＣの上側電極（
２４）　、　（２４’　）　、　　リード（６）　、　
（７）に対しても配向膜（２９°）をコートしている。

第２の電極は矩形の第１、第３の電極の上方に設けられ
ているため、その位置は当初の位置を中央部にせんとす
ると、その上下に±２００μ（最大）ずれても非線型素
子の電極面積が不変であり、電気特性（電流値）にまっ
たく影響を与えずパターン化が可能である。即ち６４０
　ｘ５１２の素子における例えばガラス基板（３０ｃｍ
ｘ２０ｃｍ　）の上古端と下人端とがマスクのずれをお
こし従来の１０倍ものズレ例えば一方が＋側に２００μ
他方が一側に２００μずれた悪い精度でもマスク合わせ
が可能となった。

図面においてＦＬＣ（３）は２つの基板（２０）　、　
（２０’　）の間に充填されている。そのうち第３の電
極（２３）と第４の電極（２４）の間の領域（３０）が
シャッタ機能を有する強誘電性液晶として動作する。

また、第４図（Ｄ）より明らかな如く、この非線型素子
を有する積層体（５０）の厚さは０．５〜１．５μ一般
には１μを有する。そしてその上面は第４の電極（２４
）に連結したリード（６）　、　（７）上の配向膜と密
着している。即ち双方のガラス基板は積層体により一体
化した構造を有している。加えてこの積層体の厚さがＴ
Ｎ液晶で用いられた５〜１０μよりきわめて薄い１μの
厚さで十分である。従来、対抗する電極がガラス板の凹
凸により一部でショートしてしまうが、本発明において
は上側のガラス板（２０”）にセミハードな可曲性を有
せしめたこと、さらに積層体がスペーサを兼ね、このス
ペーサ間の間隙は４００μ毎に一品を有しでいるため、
その間に充填されたＦＬＣは電極間の厚さに所定の厚さ
例えば１μ±０．２μとすることが可能となった。

そのため±５ｖを印加しても、その電界は±５０ＫＶ／
ｃｍとなり、ＦＬＣの駆動に十分な電界を与えることが
できた。

表示パネルとしては、この後反射型では反射板を、透過
型では裏面側に光源を設け、さらに第１図に示す周辺回
路（８）　、　（９）をプリント基板に配設し、このプ
リント基板のリードと表示素子の各リードとを対応させ
て連結した。

かくして３枚のみのマスクでアクティブ素子型のパネル
をバターニングさせることが可能となった。

「効果」 本発明は以上に示す如く、非線型素子とＦＬＣとを組合
わせたものである。その結果、図示した如き２×２のマ
トリックス構成においても、非線型素子と第１図に示す
如き（１，１）をＯＮとした時、（１゜２）　、　（２
，２）　、　（２，１）を経て同時に加えられる電圧に
対し非線型素子のＯＶの電流値が十分低いため、流れ出
ない、その結果、（１，１）をＯＮとした時、同時に他
の番地をＯＦＦとしておくことが非線型素子により初め
て可能となり、クロストークを完全に防ぐことができた
。また製造プロセスも実施例に示した構造においてはき
わめて簡単であった０周波数応答特性もＮＩＮダイオー
ドはバルクを多数キャリアの電子に移相させるため良好
であり、１００ＫＨｚの周波数応答が可能であった。

また非線型素子として知られているＷＩＮ構造はキャパ
シタであるため、これとＦＬＣとの直列接続は周波数応
答特性を下げてしまう、このため、本発明のＮＩＮダイ
オードをダイオードリング構造に用いる方法が知られて
いる。これとＦＬＣとを直列に連結する方法がある。し
かしこの方式はダイオードリングを作るのに４枚のマス
クを用いるため、プロセスが複雑になるという欠点があ
る。

開口率は図面のパターンの場合８６．７χを有し、素子
をまったく用いないパッシブ方式の９１．２χに比し４
．５χの減少にとどめることができた。これは開口率が
８０％以上あればわずられしさを感じないという仕様に
十分入り、満足すべきものである。

また視野角はＦＬＣを用いるため１つの遮光板のみでは
なく、特に強誘電性を用いるため、ＴＮに見られる狭い
視野角をまったく有さない。

また積層体がスペーサを兼ねているため、従来より公知
のＴＮを用いたディスプレイに見られる如きスペーサの
分散配置を施す必要がなく、工程的に容易になった。

本発明の実施例は２×２のマトリックスを示した。しか
し実験は１００　Ｘ１００のマトリックスを作成して試
みたものである。そして文字等の表示を十分に行うこと
が確認できた。周波数特性を考慮するならば、８ビツト
パラレル処理を施し、１９２０（６４０Ｘ　３）　Ｘ　
４００のフルカラーの表示装置を作成することも可能で
あると推定される。

また、本発明は、非線型素子と強誘電性液晶よりなる画
素の作成に基板作製に必要なフォトマスク数は２枚でよ
（、加えて、非線型素子の電極面積（所定の電圧を加え
る時の電流値）は矩形電極の中央部より上下に最大±２
００μもずれてもまた左右には数−饋ずれても変化する
ことがなく、一定の非線型特性を有し、マトリックス全
体へのアクティブ駆動の電気特性へのバラツキを防ぐこ
とができた。

本発明におけるＮＩＮ接合複合ダイオードの１層は５ｉ
ｘＣｔ−＋ｔ　（０＜Ｘ＜１）　　とした、しかしＳｉ
２Ｎｎ−ｘ　（０＜Ｘ＜４）＋ｓｔｏ、−翼（０＜Ｘ＜
２）を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示パネルの回路図を示す。 第２図は本発明の複合ダイオードの製造工程を示す一方
の縦断面図である。 第３図は本発明の複合ダイオードの非線形素子および強
誘電性液晶の動作特性を示す。 第４図は本発明の表示パネルの平面図および縦断面図を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に複数のアクティブ素子を有する画素をマト
   リックス状に配設した固体表示装置において、前記画素
   は強誘電性液晶と複合ダイオード構造を有する非線型素
   子とが直列に連結して設けられたことを特徴とする液晶
   表示装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、複合ダイオード構
   造を有する非線型素子はＮ型珪素非単結晶−Ｉ型半導体
   −Ｎ型非単結晶半導体よりなることを特徴とする液晶表
   示装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、水素または弗素が
   添加されたＩ型半導体はホウ素が微量に添加されたＳｉ
   ｘＣ１＿−＿ｘ（０．５＜Ｘ＜１）、Ｓｉ＿２Ｎ＿４＿
   −＿ｘ（０＜Ｘ＜４）またはＳｉＯ＿２＿−＿Ｘ（０＜
   Ｘ＜１）を主成分とすることを特徴とする液晶表示装置
   。