JPS62253194A

JPS62253194A - マトリクス型表示装置

Info

Publication number: JPS62253194A
Application number: JP61097171A
Authority: JP
Inventors: 晋吾藤田; 菊池　伊佐子; 山添　博司; 勲夫太田; 克彦熊川; 小関　秀夫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-04-25
Filing date: 1986-04-25
Publication date: 1987-11-04
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH0697320B2

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】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
示装置に関するものである。

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装置を例
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（ＴＰＴ）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
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）　　（ＩＥ肛Ｔ！ＩＡＮ−３ＡＣＴＩＯＮ　
ＯＮ　［！ＬＥＣＴＩ？ＯＮ　ＤＥＶＩＣＥＳ　Ｖｏｌ
、ＥＤ−２８、Ｎａ　６．７３６（１９８１）　）第３
図ｆａｌは非直線二端子素子の構成断面図であり、第３
図ｆｂｌはこれを用いた液晶表示用基板の配置図である
。同図（ａｌにおいて、１０１は基板、１０２はタンタ
ル（Ｔ　ａ　）層、１０３は厚さ約４００〜７００人の
、陽極酸化によって得られた酸化タンタル（Ｔ　ａ　２
０５）、１０４は絵素電極、１０５はクロム（Ｃｒ）層
であり、同図＋ｂｌにおいて、１０６シよ非直線二端子
素子、】０７はハス・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２
５日発表〕これは２個のアモルファス・シリコン（ａ−
３ｉ）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
（ａｌは、この素子の構成断面図であり、同図（ｂｌ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）ｍ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−３ｔ、２０
４は■型ａ−３ｉ、２０５はＰ型ａ−８ｉ、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、２１）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。デユーティ比で表現すれば、１　／１０００程
度のデユ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電率が２０以」二
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回合まれ
ることも問題である。

次に、非直線素子の例の第２のものについては、フォト
リソグラフィ一工程が少なくとも５回ないし６回合まれ
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」−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
硫黄（Ｓ）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部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　　・　■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・ノ＼−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」二にパターン化
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硫黄とセレンとの化
合物の比誘電率が１０以下と比較的小さし１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ツ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漫し、水洗、乾
燥させる。

次に、厚さ約３０μｍの磁性ステンレス鋼板製の、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−を用いて合わせ、基板裏面にサマリウム・コ
バルト磁石を置いて、メタルマスクと基板とを密着させ
た。これを蒸着用真空槽内に設置し、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。

蒸着法を詳しく述べる。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。中央の蒸発源に上
部導体層の材料を、周囲の４個の蒸発源に半導体層の材
料、砒素と硫黄とセレンの化合物を適量置く。基板は真
空槽上部中央に設置した。槽内をＩ　Ｘ　１Ｏ−６Ｔｏ
ｒｒ程度まで排気したところで、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、所定の膜厚が蒸着
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
硫黄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前
述した方法により作製した。

基板１にはソーダガラス」二に、二酸化ケイ素（Ｓｉｎ
ｇ）を被覆したものを用いた。下部導体層２は２０００
人の厚みのＩＴＯまたはチタン（Ｔｉ）のもの二種類を
用意した。その各々について、半導体層３は砒素と硫黄
とセレンの化合物で、硫黄とセレンは同等の成分比、砒
素は１原子％、５原子％、１０原子％、２５原子％、４
０原子％、５０原子％、６０原子％、８０原子％、８５
原子％の計９種類のものを約２０００１蒸着した。さら
に、」二部導体層４として、厚さ約５００人のテルル膜
を形成させた。

得られた素子の電流−電圧特性の非直線性はα−７〜１
５と著しく大きかった。またその電気容量も、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
、デユーティ比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を構成する砒素と硫黄とセレ
ンの化合物について砒素の成分比が１０原子％未溝のも
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８
５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、砒素と硫黄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（Ｓｉ０２）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１５０
０人のＴＴＯ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、」二部導体層４の構成材料として
テルルを用い、その膜厚を約２００人、　３００人、　
５００人、１０００人、２０００人、３０００人、４０
００人、５０００人、８０００人としたもの計９種、蒸
着した。半導体層３は、２硫黄１セレン１砒素（Ａ　Ｓ
２　Ｓ　８３　Ｓ２　）を約２０００１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
、デユーティ比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２
５００人の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５００人、１０００人、２０００人のク
ロム（Ｃｒ）、アＪＬ／ミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔ
＋）３種類を形成させた。

半導体層３としては、１硫黄２セレン１砒素（ＡｓＳｅ
、Ｓ）を約２０００１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パネルを作製した。デユーティ
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（ＳｉＯ□）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２０００人のクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａ１）
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２硫黄１セレ
ン２砒素（Ａ　ｓ　ｚＳｅＳｚ）を膜厚約２０００人、
さらに、上部導体層４として、テルルを膜厚約５００人
、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、デユーティ比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」−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（Ｓ　＋　０２　）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２０００人の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１硫黄２セレン２砒素（Ａｓ２　Ｓ　ｅｘ
　Ｓ）を用い、その膜厚を約３００人、　５００人、１
０００人、２０００人、３０００人、４０００人、５０
００人、６０００人としたもの計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４
００人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　／１０
００、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１０：１以上の良好な表示品位を示した。

（実施例６）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（ＳｊＯｚ）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２０００人の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、砒素、硫黄、セレンの三成分化合物を用いるが
、砒素の成分比を３０原子％及び５０原子％として、残
りの組成比を硫黄：セレンー５：１．３：１．１：１、
ｔｅａ、１：５とした２×５種類の化合物を蒸着した。

その膜厚は約２２００人とした。さらに、その上に上部
導体層４として膜厚約２００人のテルル膜を蒸着形成し
た。

以上の条件によって作製した素子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
表示パネルを作製したところ、デユーティ比１　／１０
００、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１０＝１以上の良好な表示品位を示した。

実施例１〜６においては、半導体層及び上部導体層をパ
タ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（ａｌ一段のもの、山）二
段のものを示したが（原理的には三段板」二の構成も考
えられる）、段数を多くして行くほど、非直線特性の闇
値を高くすることができた。液晶材料の闇値との関連で
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。

発明の詳細な説明した様に、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、なおかっ、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（ａｌは構成断面図とｆｂｌは平面図
、第２図は本発明に係るマ）　ＩＪクス型表示装置用基
板の配置図、第３図（ａｌおよび第４図（ａｌ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ｆｂ）および第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・
・・・・・半導体装置層、４・・・・・・上部導体層、１）・・・・・・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、１０３・・・・
・・酸化タンタル層、１０４・・・・・・絵素電極、１
０５・・・・・・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、２０
３・・・・・・Ｎ型非晶質シリコン、２０４・・・・・
弓型非晶質シリコン、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、２１）・・・・・・絵素電極。代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名／　−ｍ＝
基板？−下部譚イ本層３−半導体１第１図　　　　　　４−よ竜ｐ尊俸屑！嶺直に計＼へ第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（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）と硫黄（Ｓ）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
。
（２）半導体層を構成する砒素と硫黄とセレンの化合物
について砒素の成分比が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。
（３）下部導体層が、錫（Ｓｎ）を含んだ酸化インジウ
ム（Ｉｎ＿２Ｏ＿３）、アンチモン（Ｓｂ）を含んだ酸
化錫（ＳｎＯ＿２）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（
Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）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。
（４）上部導体層が、テルル（Ｔｅ）、クロム（Ｃｒ）
、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。