JPS6161199A - 固体表示装置 - 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】 「従来の利用分野」　　　　　　　　　１この発明は、
表示素子である液晶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半導体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。このようなアクティブ素子を用い
たパネルとして、１つの絶縁ゲイト型電界効果半導体装
置（ＩＧＦという）とそれに直列に連結した液晶素子と
よりなる１絵素を構成せしめ、これをＸ、Ｙ配線（リー
ド）に連結した７トリツクス構成よりなるものである。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、このＩＧＦを用いた表示パネルにおいて、その
重合わせを伴う製造プロセスに必要なフォトマスク数は
６〜８枚をも有し、そのため製造歩留りが低くなってし
まうことが予想される。

またこのＩＧＦ用の半導体は薄膜構造であるため、アモ
ルファス半導体で作製することを主としているが、この
アモルファス半導体とゲイト絶縁物との界面物性が十分
解明されていない。

このためＩＧＦのスレッシュホールド電圧にバラツキが
発生してしまう、等の根本的な問題があった。

「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、アクティブ素子を
制御する系としてＴＧＦを用いず、ダイオード特にアモ
ルファス半導体の１つの有効な分野である太陽電池で十
分な技術の蓄積がされている水素またはハロゲン元素が
添加された非単結晶半導体よりなる非線形素子を用いた
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、１つのＰＩＮ接合
とその」二下にコンタクトを有する電極より構成される
ダイオードを用いるのではなく、一対の電極はオーム接
触を有するが、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、その代表例はＮ型半導体
−Ｉ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ＮＩＮ接合を有する半導体をばじめ、
その変形であるＮＮ−Ｎ、ＮＰ−Ｎ、　ＰＩＰ、　ＰＰ
−ＰまたはＰＮ−Ｐ構造を有せしめた複合ダイオードで
ある。

かかる複合ダイオードは、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Ｎ型半導体とＩ型半導体または
Ｉ型半導体に添加するＰまたはＮ型の微量の不純物の濃
度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、所望の素子のしきい値電圧に制御し
得る。さらに絶縁膜−半導体の界面物性を用いないため
、温度処理、Ｂ−Ｔ処理（バイアス一温度）処理に対し
不安定性がないという特長を有する。

さらに本発明は、かかる複合ダイオードをＸ方向の電極
・リードとＹ方向の電極・リードが相対する一対の基板
の内側の各主面に設けられたマトリックス構成を有する
固体表示装置に配設したものである。本発明は、一方の
基板側に設けられる液晶表示の一方の電極（第１の電極
）、それと連結した複合ダイオードおよびＸ方向の電極
・リードの形成に必要なマスクの数は２枚のみでプロセ
スさせることができる。この構造の代表例を第１図及び
第５図に示しである。

このため、固体表示素子である液晶に対し、交流バイア
スを液晶の他方の電極（第４の電極）、リードのレベル
を制御することにより制御しやすく、階調制御も可能で
あるという特徴を有する。

「作用」 さらに、液晶の他方の電極を３分割し、それぞれの電極
またはそれぞれのアクティブ素子に対応して赤（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、そのレベルに対し独立に電圧をＹ軸とし
て加えることができる。そのためＲ，Ｇ、Ｉｔに対する
階調を行うことができるという特徴を有する。

またこのパターンを作製するに対し、非線形素子が設け
られる側の基板上のプロセスに必要なマスク数は２枚（
即ち１回の重合わ廿）、他の基板側のマスクは１枚の合
計３枚でよい。このため従来より知られたＩＧＦを用い
た固体表示装置で６〜８枚のマスクを漸次重合わせて作
製してゆく方式に比べ、製造歩留りがきわめて大きいと
いう特徴をもつ。

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。

図面において絵素（１）は複合ダイオード（２）の電極
（２１）　（第２の電極）より液晶（３）の一方の電極
（３１）　（第１の電極）に連結している。複合ダイオ
ードはＸ配線のアドレス線（４）　、　（５）に第３の
電極（２２）により連結している。他方、液晶（３）の
第４の電極（３２）はＹｉｌＩｌｌ！線のデータ線（６
）　、　（７）に連結シテイル。このＸ配線は同一絶縁
基板代表的にはガラス基板（第５図（Ｂ）　、　（Ｃ）
　、　（Ｄ）における（１９））上に設けられ、液晶（
１０）の他方の第４の電極（第５図（Ｂ）における（３
２）　）は対抗した他の透光性絶縁基板代表的にはガラ
ス基板（第５図（Ｂ）　、　ＣＤ）における（１８））
側に設けられている。

かかる絵素をマトリックス構成せしめ、図面では２×２
とした。これはスケール・アップした表示装置例えば（
画素６４０　Ｘ５２５）としても同一技術思想である。

かくの如き複合ダイオードを用いた非線形素子およびそ
の特性の例を第２図、第４図に示している。

この第２図を以下に略記する。

第２図（＾）は実際の素子構造の縦断面図を示している
。即ち第２図（＾）においてガラス基板（１９）」二の
透光性導電膜（１，７）、遮光用クロムマスク（１１）
よりなる第２の電極（２２Ｌ　、Ｎ（ＩＩ）Ｔ（１２）
Ｎ（１３）半導体積層体よりなるＮｌ１ｌｌ接合型複合
ダイオード（２）。

遮光用クロムマスク（１５）と、アルミニューム導体（
１６）よりなる第３の電極（２１）よりなっている。こ
のＮＴＮ構造の場合は第２図（Ｂ）にその記号が記され
、またエネルギバンド図は半導体に水素またはハロゲン
元素が添加された珪素を主成分とする非単結晶半導体を
用いて第２図（Ｄ）に示されている。

さらにこの１層に対しＮ型用不純物を少し添加したＮ−
、Ｐ型用不純物を少し添加したＰ−として、ＮＮ−Ｎ、
　ＮＰ−Ｎとしてしきい値を制御することは有効である
。またこの逆にＮ型半導体（１２）　、　（１４）をＰ
型半導体としてＰＩＰ、　ＰＰ−Ｐ、　ＰＮ−Ｐ接合と
した複合ダイオード（２゛）としてもよい。かかる場合
の記号およびエネルギバンド図をそれぞれ第２図（Ｃ）
　、　（Ｅ）に記している。

第２図（＾）〜（Ｃ）においてのダイオード特性は第４
図における（４２：ｌ、　（４３）の原点に対し対称型
のＶ−１特性を得ることができた。

この値は、従来より公知の第３図に示す特性と異なる。

即ち第３図（Ｃ）に示す順方向のダイオードリングで得
られる特性（４１）（Ｌきい値電圧０．６Ｖ）よりしき
い値電圧を０．５〜３ｖも大きくできる。これは液晶が
１．９ｖ以下においてｒＯＮｊ　　ｒ不透明」、２、フ
Ｖ以上において　ｒＯＦＦ　Ｊ　　ｒ透明」の一般的な
特性において、それに適したしきい値例えば１．５〜３
．Ｏｖ例えば２．Ｏｖに１層中の不純物濃度を制御して
得ることができるという特長を有する。

第３図の公知例において、いわゆるＮＩＦ’接合をＰＩ
Ｎ接合に直列に連結したＢＡＣＫ−ＴＯ−ＢＡＣＫ方式
第３図（Ａ）　、　（Ｂ）をも得ることができる。この
場合のＶ−■特性は第３図（４４）を得ることができる
。しかし、表示素子が液晶であった場合、この特性（４
４）はそのしきい値が高すぎ、ひいては高い電圧印加に
よる接合破壊が起きやすく、信頼性の面においても、実
用性においても、さらにまたプロセス上の作りやすさに
おいても、第２図に示されるＮＩＮ、　ＮＮ−Ｎ。

ＮＰ−Ｐ、　ＰＩＰ、　ＰＰ−Ｐ、　ＰＮ−Ｐの構造が
より好ましいものであった。

「実施例２」 この実施例は第５図にその平面図（八）及び縦断面図（
Ｂ）　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）が示されている。

この図面は、第１図の回路における（１．１）番地の絵
素（１）をパターニングした本発明の実施例で（ｑ） ある。

さらに第５図（Ｂ）　、　（Ｃ）は（Ａ）におけるそれ
ぞれＢ−Ｂ“、Ａ−Ａ’での縦断面図を記す。加えて、
第４図（Ｄ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ’の縦断面図を示
している。

図面において、透光性絶縁基板として無アルカリガラス
（１９）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であるＩＴＯまたは酸化スズ膜
を０．１〜Ｑ、５　μの厚さに、さらにこの上面に遮光
用クロムを３００〜２５００人の厚さに同様に積層形成
した。この後、この導電膜にパターニングをし、電極と
する。即ち液晶用の第１の電極（３１）、　これより延
在した複合ダイオード（２）用の下側電極（２］）（第
２の電極）（１７）即ち透光性導電膜および遮光電極（
１１）よりなる第２の電極（２１）を第１のマスク■に
より不要部を除去して形成した。

この後、これらの全面に公知のプラズマ気相反応法また
は元気相法によりＮＩＮ構造を有する水素またはハロゲ
ン元素が添加された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（１２）をシランを水
素にて３〜５倍に希釈し、１３．５６ＭＨｚの高周波グ
ロー放電を行うことにより、２００〜２５０℃に保持さ
れた基板上の被形成面上に微結晶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−’〜１０２（９
ｃｍ）−’を有し、３００〜１０００人の厚さとした。

さらにシランのみまたは水素と弗化珪素（ＳｉＣ４，５
ＩＦ２）をプラズマ反応炉内に導入し、プラズマ反応を
させ、■型の水素またはハロゲン元素が添加された非単
結晶半導体（１３）を０．３〜１μの厚さにＮ型半導体
上に積層して形成した。さらに再び、同様のＮ型半導体
（１４）を１故結晶構造として３００〜１０００人の厚
さに積層してＮＩＮ接合とした。このＩ型半導体中に、
ホウ素またはリンをＢｚ！Ｉ６／５ｉＨａ　、　ＰＩ＋
３　／５ｉｌ１４＝　１０−’〜１０−４の割合で混入
させ、Ｐ−またはＮ−の導電型としてもよい。

かくするとＮＰ−Ｎ、ＮＮ−Ｎとすることができる。

この後、この上面に遮光用のクロム（５００〜１５００
人）、さらにアルミニューム（０，１〜２μ）を電子ビ
ーム蒸着法またはスパッタ法により積層した。

さらにこの後、Ｘ方向のリード（４）、複合ダイオ−ド
（２）として設ける領域を除き、他部を第２のフォトマ
スク■を用いてフォトエツチング法により除去した。

即ちレジストにより第５図に示す如く、アルミニューム
リード（４）、第３の電極（１６）をＣＣｌ４を用いて
プラズマエツチングした。さらにクロム（１５）。

半導体（２）をエツチングして除去し、さらにこの下側
のクロムも第１の電極上の不要部を除去した。

かくして１回の重ね合わせプロセスを行う第２のマスク
■により、概略同一形状にＸ方向のリード（４）、第３
の電極（２２）　、半導体（２）、複合ダイオードの下
側電極（第２の電極）　（２２）を形成させることがで
きた。加えてこの複合ダイオードはその上下面もともに
遮光用のクロムで余分のマスク工程を用いることなしに
覆うことができ、複合ダイオード特性を有せしめること
ができた。

さらに相対する液晶の他方の第４の電極（３２）　。

リード（６）は他の第１のマスク■によりＹ方向の配線
として形成させた。

以上のことより、この面に１つのアクティブ絵素を形成
するのに３種類のマスクを用いるのみですみ、特にその
場合、重合わせマスクは２枚（１回）のみでよいという
特長を有する。

表示パネルとしては、この後、第１図に示す周辺回路（
８）　、　（９）をハイブリッド構成として基板上に単
結晶ＩＣをボンディングして作製した。さらに対抗する
他の絶縁基板（１８）を約６〜１０μの巾に離間させ、
その隙間を真空引きした後、公知の液晶（１０）を封入
した。

かくして２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、複合ダイオードを用いてアク
ティブマトリックスを構成せしめたものである。このた
め表示素子に適したしきい値を１層またはＰ−、Ｎ−を
用いることによりＮＴ、ＮＰ−、ＮＮ−としきい値のプ
ロセス制御を行うことができる。さらにダイオードと電
極リードとが一体化しているため、きわめて少ないマス
ク（３枚）（重合わせは１回）でパターニングを行うこ
とができ、製造歩留りを向上させることができる。

複合ダイオードのＮＩＮ接合またはＰＩＦ接合特性を用
いるため、プロセス上のバラツキが少ない。

交流駆動方式であり、特にそのダイオードのしきい値を
気相反応法を用いた半導体層の積層時におけるプロセス
条件により制御し得るため、液晶の駆動電圧に最適のし
きい値を得ることができる。

加えてダイナミック駆動方式であるため階調制御がしや
すいという特徴を有する。

本発明における複合ダイオードは形成後、そのダイオー
ド部を含んで１．０６μの波長のパルス光ＹＡＧレーザ
等により強光アニールを行い、水素またはハロゲン元素
が添加された多結晶半導体としてもよい。

【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縦断面図（八）およ
びその記号（Ｂ）　、　（Ｃ）　、対応したエネルギバ
ンド図（Ｄ）　、　（Ｅ）を示す。 第３図は従来より公知のＢＡＣＫ−Ｔｏ−ＢＡＣＫダイ
オード（Ａ）　、　（Ｂ）　、及びダイオードリング（
Ｃ）を示す。 第４図は非線形素子の特性を示す。 第５図は本発明の表示パネルの１絵素の構造を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｘ方向のリードおよび電極と、Ｙ方向のリードおよ
   び電極が相対する一対の基板の内側の各主面に設けられ
   たマトリックス構成を有するアクティブ素子型固体表示
   装置において、前記基板の一方の主面上には表示素子用
   の第１の電極と、該電極より延在した第２の電極と、該
   電極上の非線形素子と、該素子上に前記Ｘ方向のリード
   配線および第３の電極が設けられ、さらに他の基板の裏
   面上にＹ方向の第４の電極、リードとが設けられるとと
   もに、前記一対の基板の内側には液晶が充填されたこと
   を特徴とする固体表示装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、第２および第３の
   電極とオーム接触性を有する一対の逆向整流特性を有す
   る半導体よりなることを特徴とする固体表示装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、非線形素子はＮＩ
   Ｎ、ＮＰ−Ｎ、ＮＮ−Ｎ、ＰＩＰ、ＰＮ−ＰまたはＰＰ
   −Ｐ構造を有することを特徴とする固体表示装置。