JPS61169884A - 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、
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）を用いた横方向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
構成にマルチブ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その周波数特性が低
いため不可能であることが判明した。

加えて、Ｙ簀ぜｔ板間の間隔も５〜１０μを有していた
。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし強誘電性液晶を用いると、この２つの電極間隔も
２μまたはそれ以下とし得る。この場合は２つの電極間
に粒状のスペーサを散在させる方式では粒子があまりに
小さく、粒子同志が凝集し合い、十分な散在をさせるこ
とが不可能であった。

さらにＴＮ液晶と非線型素子を用いた時、液晶は５〜１
０μの間隙を必要とし、積層体それ自身の高さが１〜２
μであるため低すぎ、スペーサ形成用のプロセス化がど
うしても必要であった。

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」 本発明はかかる問題を解決するため、２つの基板間にＦ
ＬＣに必要な間隙に等しい積層体を設け、この積層体を
マスクプロセスを用い精度のよい一定の間隔でスペーサ
として形成したものである。

さらにこの積層体として本発明は非線型素子（以下ＮＢ
という）を用いた。

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、積層体を作るためのプロセスはそれ
ほど複雑にならない、このクロス・トーク防止用の非線
型素子自体がＦＬＣ固有の２μ以下の間隔のスペーサと
して構成させるものである。そのため、従来のＴＮ液晶
に見られる如きスペーサを散在させる工程がまったくな
く、低価格化が可能である。

特に本発明においては、非線型素子としてＮＩＮＩＮ接
合する複合ダイオード、ＭＩＭ（金属−絶縁膜−金属）
、ＰＩＮ接合ダイオードのダイオードリング。

ＰＩＮ接合ダイオードのＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ接合
を有する積層体等を用いたもので、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ＮＩＮ型非線型素子は非単
結晶半導体を用い、その材料構成は５ｉ（Ｎ）−３ｉｘ
Ｃ，ｘ　（０＜Ｘ≦１）　（Ｉ）　−Ｓｉ　（Ｎ）構造
、　Ｓｔ　（ＮＩＰＩＮ）構造または５ｉ（Ｎ）　　−
３ｉｘＣ＋−ｘ（０＜Ｘ＜１）（１）　　−３ｉｘＣ＋
−ｘ（０く　Ｘ≦１）（Ｐ）　　−５ｉｘＣ＋−ｘ（０
＜Ｘ＜１）（１）　　−５ｔ（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ＮＴＮ構造、即ち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ＮＩＮＩＮ接合する半導体をはじめ、その変形
であるＮＮ−Ｎ、　ＭＰ−Ｎ、　ＮＩＰＩＮ、　Ｎｌｌ
”　ＩＮまたはＮＩＰ”ＩＮ構造を有する。複合ダイオ
ード（以下筒車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ュホールド電圧は、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ＮＩ
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）を得る。

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１±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兼ね与えること
ができる。

「作用」 かくして、非線型素子（ＮＥ）と強誘電性液晶（ＰＬＣ
）とを直列とし、各画素を構成せしめることにより、Ａ
４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。

加えて、本発明の積層体は各画素に１つづつが対応して
設けられており、従来見られた如く一部にスペーサが凝
集し偏在してしまうことがない。。

そしてこのスペーサとして作用する積層体の形成に関し
ては、Ｘ及びＹ方向の合わせ精度に対しても、第２の電
極とそれに連結したリードとを同じ巾とすることにより
、±２００μまたはそれ以下での低い合わせ精度でプロ
セスが可能となった。

第１図、第４図に示す如（、強誘電性液晶の他方のＸ配
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、液晶（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、ＲｌＧ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−へ“の縦断面図に対応している。第２図
（Ｄ−２）　、　（Ｅ）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ユーニン
グ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、これらの全面に公知のプラズマ気相反応法を用
いてＮＩＮ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（５００〜２５
００人）、■型半導体（５００〜１μ）、Ｎ型半導体（
２００〜１５００人）の積層体例えばＮ型半導体（１５
００人）、Ｉ型半導体（２０００人）、Ｎ型半導体（５
００人）合計４０００人とした。

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（２９）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！！！緑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０例えばポリイミド
樹脂を約０．８μの厚さに塗布した６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
。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３００〜４００ｒｖの波長の紫外光（１０ｓ
ｍ／ｃ■：）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）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０次にこれらすべてを１８０
℃３０分＋３００℃３０分＋４００ｔ　３０分の加熱を
窒素中で行いキュアさせた。か（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０．７μ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）および（Ｄ−１）に直角方向より示した（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（１５）をバターニ
ングして眉間絶縁膜（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）は、その画素を構成する半導体に第１の電
極の側面に設けられた絶縁物（２７）上に延在して隣の
画素の第２の電極と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ＦＬＣ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（、対抗電極（間隔１．
０μ）を設け、その際ＦＬＣ例えばＤＯＢＡＭＢＣを充
填材料として用いた時のしきい値特性を（Ｂ）に示す。

他のＦＬＣまたは複数の液晶を混合させることにより、
より双安定性を得ることができる。

図面でも５ｖ加えることにより、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１」 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（Ｂ）　、　（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）およびその上に同一形状
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で各画素に１本
が設けである。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）をコートシている。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廿んとす
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（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（３０Ｃ■
Ｘ２０ｃｍ　）の上布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２００
μ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ＰＬＣ（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スペーサおよび非
線型素子を兼ねた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ＴＮ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。

従来の対抗する電極は、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’）を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毎に一品を有しているため、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／ｃ■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
をパ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の電流値が十分像いため、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。

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（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惑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つの遮光数のみでは
なく、特に強誘電性を用いるため、ＴＨ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
分散処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
しこの実験は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０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
素の作成には、基板作製に必要なフォトマスク数は２枚
でよく、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
±２００μもずれてもまた左右には数ＩＩ■ずれても変
化することがな（、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。

【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、基板状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、液晶が充
   填された相対抗する電極間は２μ以下を有し、前記アク
   ティブ素子を有する積層体をスペーサとして設けること
   により前記電極間の間隔を決定し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、液晶は強誘電性液
   晶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、積層体は非線型素
   子よりなることを特徴とする液晶表示装置。