JPS63121077A - マトリクス表示装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は映像機器や情報機器などに用いて有効な、高コ
ントラスト等の高表示品位を有する簡易な構成の低コス
ト非直線二端子素子からなるマトリクス表示装置に関す
るものである。

従来の技術 近年、特に液晶表示装置に代表されるマトリクス表示装
置は、コンピュータを中心とする情報機器分野および映
像機器分野において、大容量表示、特に画像表示に向け
てのアプローチが活発であり、低価格デバイスが実現出
来るディスプレイとして注目されている。非直線二端子
素子とは、電流−電圧特性が非直線性を示し、比較的大
電圧領域において近似的に定電圧特性を示すような二端
子素子をいう。以下図面を参照しながら従来の提案され
た非直線二端子素子を用いた液晶表示装置の一例につい
て説明する。

第２図（ａｌは非直線二端子素子（ＭＩＭ素子：Ｍｅｔ
ａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ素子）を各絵素
ごとに具備した液晶表示パネルの片側の基板の絵素近辺
の断面図の一例であり、第２図（ｂ）はその配置図であ
る。

基板４１、タンタルＮ４２、陽極酸化クンタル層４３、
絵素電極層４４、クロム層４５、から非直線二端子素子
４６を形成しており、バス・バー４７、引出し端子４８
、絵素電極層４９をもって非直線二端子プレイとする。

例えば〔アイトリプルイー、トランザクション、オン、
エレクトロン、デバイシズ、イーディー、２８巻−６号
−１９８１（ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ　０Ｎ
ＥＬＥＣＴＯＲＯＮ　　ＤＥＶＩＣＥＳ、　　ＶＯＬ、
ＥＤ−２８，ＮＯ，６，１９８１）　　）　　、〔情報
表示学会（Ｓ　Ｉ　Ｄ　：　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｆｏｒ　
Ｉｎｆｏｒｍａ−ｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）の１９８
４年国際シンポジウム技術論文集（Ｓ　Ｉ　Ｄ　Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙａ＋ｐｏｊｉｕｍ　Ｄｉｇ
ｅｓｔＯｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ）Ｐ２
Ｏ３−３０５）。

また第３図はＰＩＮダイオードをリング状に連結し非直
線二端子素子とした例であり、第３図（ａ）はＰＩＮダ
イオードの構成断面図、第３図（ｂ）はこのＰＩＮダイ
オードを使った液晶表示パネルの片側の基板の配置図で
ある。第３図（ｂｌにおいてＰＩＮダイオードは通常の
ＰＮダイオード記号で示されている。基板５１上には第
一電極層５２、Ｎ型非晶質硅素５３、■型非晶質硅素５
４、Ｎ型非晶質硅素５５、クロム層５６、絶縁体からな
る保ｉｉ層５７、第二電極層５８が形成されており、リ
ング状に連結したＰＩＮダイオード５９、バス・バー６
０、絵素電極６１をもって非直線二端子アレイとする。

例えば〔テレビジョン学会技術報告、昭和５９年５月２
５日発表〕通常の液晶表示パネルではデユーティ比が１
／２００程度が限度であるが、これらの非直線抵抗素子
を用いることにより、デユーティ比が１／１０００の高
品位な液晶表示特性を得ることが可能となる。

第４図は非直線二端子素子を用いた液晶表示パネルの等
価回路図である。このパネルが正常に動作する為には、
電流が主に非直線抵抗７０、液晶層の容量７３という経
路を流れる必要がある。非直線二端子素子が正常に機能
するためには、非直線抵抗並列容量７１を小さくしなけ
ればならない。尚７２は液晶層の抵抗、７４は非直線抵
抗素子、７５は液晶層を示す。

第５図は非直線二端子素子を用いたマトリクス表示パネ
ルの構成を示す図である。帯状電極を有する基板８０と
、非直線二端子素子アレイ基板８１のそれぞれ表示媒体
８２と接する面に配向膜８３を形成し、ガラスファイバ
ー或いは樹脂微粒子を散布しスペーサー８４を設けた後
シール材８５にて貼り合せ、スペーサー８４により形成
された間隙に表示媒体８２を充填しマトリクス表示装置
とする。

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例えば液晶表示装置を駆動す
るためには、非直線素子に充分な電圧を印加する必要が
ある。それには非直線素子の電気容量を液晶層の電気容
量の１７１０程度以下に設計しなければならない。従来
の技術による第１のものについては、酸化タンタルの厚
みを約５００人にすると闇値電圧は７〜ｌｌｖで非直線
特性も著しく好適であるが、酸化タンタルの比誘電率が
２０以上あり非直線素子の電気容量が大きくなる。従っ
てデューティが１）５００〜１／１０００の高品位な液
晶表示特性を得るためにはやや不利となり、そのため非
直線素子の形状を微細にしているが、このことはアレイ
の歩留りを著しく悪化させる原因となっており、さらに
複雑で時間を要するフォトリソグラフィー工程が少なく
とも３回以上含まれるため作業効率が悪化するだけでな
く大幅なコストアップの原因ともなっている。また第２
のものについては、フォトリソグラフィー工程が少なく
とも５回〜６回含まれることになり、このことは作業効
率の悪化、歩留りの悪化、さらにはコストアップの原因
となっている。

問題点を解決するための手段 前記問題点を解決するために本発明のマトリクス表示装
置は、基板上に順次間隙を有する第一導体層、前記導体
層の各々について複数個ずつ設けられた第二導体層、前
記第一導体層、第二導体層との間に介在し、電気的に縦
続接続された樹脂層と砒素（Ａｓ）とセレン（Ｓｅ）と
の化合物からなる半導体層の複合層を存し、前記樹脂層
が前記基板に接してなり、さらに絶縁体層を有するよう
な非直線二端子素子アレイと、帯状電極を有する第二の
基板との間に表示媒体を挟み込んだものである。

作用 本発明は前記した構成によって、前記半導体層、すなわ
ち導体層−樹脂層一半導体層一導体層一絶縁体層構造か
らなる非線形素子部によって、非線形的な電流−電圧特
性を実現している。現在ではこの非線形性はかなりの部
分、半導体層に原因があるように推定される。現実の素
子の電流−電圧特性を測定すると、 １＝Ａ−Ｖ“ の形で近似出来る特性を示す。ここでＡとαは定数であ
る。この素子をリード配線と表示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出来、コントラスト特性を
向上させることが可能となる。また半導体層を形成する
砒素（Ａｓ）とセレン（Ｓｅ）の化合物の比誘電率が１
０以下と比較的小さいことにより、非線形素子の形状は
比較的大きく出来、歩留りの向上が望める。例えば、基
板上にパターン化された第一導体層（通常これはリード
配線）の上に半導体層、次に第二導体層（通常これは絵
素電極の一部、或いは前記半導体層と絵素電極を接続す
る接続配線）、絶縁体層を積層させることは、三度の被
膜形成、及び二度のフォト・リソグラフィー工程で可能
である。しかし非線形素子の形状は比較的大きくするこ
とが出来ることと、前記半導体層、を蒸着法で形成する
場合には基板加熱を必要としないことを考える゛と、本
発明による表示装置に用いる非線形素子の製法は簡易で
あることがわかる。すなわち、基板上にパターン化され
た第一導体層の上の半導体層の形成はメタルマスクを用
い、マスク合せ一蒸着の過程で容易に達成される。また
前記第二導体層もこれを構成するものによっては、引続
きマスク蒸着で容易に形成される。

また、樹脂層は基板と半導体層との応力の緩和に起因し
ており、特性の均一化に貢献し、より安定な非直線二端
子素子が得られる。

さらに絶縁体層は上下基板間のショートを防止するだけ
でなく、保護膜の役割をも果す為、導体層及び半導体層
に支障を来すことなくパネルの製造工程を経てより安定
な非直線二端子素子が得られ、以上のようなことから、
歩留りの低下をきたさずに、低コストで表示品位の高い
液晶表示装置の実現が可能となる。

実施例 以下、本発明の代表的な一実施例のマトリクス表示装置
について、図面を参照しながら説明する。

前記したように、第一導体層はリード配線、またはリー
ド配線から分岐したそれの一部であり、第二導体層は絵
素電極の一部、または絵素電極への接続を目的とする接
続配線である。どのような場合にも本発明の効果は発揮
されることを確認したが、本実施例では以下に、第一導
体層をリード配線、第二導体層は絵素電極の一部である
場合について述べるものとする。

第１図ｆａ）は構成断面図、第１図（ｂｌは平面図を示
す。第１図において１は基板であり、基板Ｉ上に形成さ
れた第一導体層２をバタンニングし、引出し端子部を除
く基板の全面にポリイミド被膜３を形成した後、厚さ約
３０μｍの磁性ステンレス鋼板製の所定の穴が開けられ
たマスクとアライナ−を用いて位置合せを行ない、基板
裏面よりサマリウム・コバルト磁石を置いて密着させ、
その後これを蒸着用真空槽内に設置し、抵抗加熱法によ
って基板上に半導体層４、さらに同様の方法により第二
導体層５を形成し、その後引き出し端子部を除く基板の
全面に絶縁体層６をＥＢ蒸着により形成する。基板１は
石英ガラス、ソーダガラス等、第一導体層２は錫を含ん
だ酸化インジウム（ＩＴＯ）、アンチモンを含んだ酸化
錫、クロム、アルミニウム、チタン等、半導体層４は砒
素とセレンとの合金からそれぞれ形成されている。また
第二導体層５はテルル、クロム、アルミニウム等、絶縁
体層６は酸化インドリウム（Ｙ２Ｏ，）、酸化アルミニ
ウム（Ａ　１２０：＋　）　、フン化マグネシウム（Ｍ
ｇＦ２）等から形成されている。以上のようにして得ら
れた非直線二端子素子アレイの素子の電流−電圧特性を
測定し、非直線二端子素子アレイと透明を有する帯状電
極付基板のそれぞれの表面に配向処理を施した後、前記
２枚の基板を貼り合せてパネルとし表示媒体を注入し液
晶表示パネルとした。

本発明の一実施例は、第１図に示した基板１には、ソー
ダガラス上に二酸化硅素（ＳｉＯ２）を被覆したものを
、第一導体層２には約２０００人の厚みのＩＴＯｌまた
はチタン（Ｔｉ）の２種類を形成した。その各々につい
て半導体層４は砒素とセレンの化合物で、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種類のものをそれぞれ蒸着し、第二導体層５は厚さ約
５００人のテルル被膜を形成した。また絶縁体層６には
酸化イツトリウム（ＹｚＯｌ）を約２５００人蒸着した
。非直線二端子素子の電流−電圧特性の非直線性は著し
く大きく、またその容量も液晶層の容量と比べて充分に
小さいものであった。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、ｌ０＝
１以上のコントラストでの表示が確認出来た。

ところでパネルの製作工程において、配向膜の形成や、
液晶材料の注入時には基板の温度を少なくとも９０℃以
上に加熱する必要があるが、半導体層４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
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
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が１
０原子％以上８０原子％以下であれば、液晶表示用の非
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
が確認出来た。

本発明の他の実施例は、第１図に示した基板１には、ソ
ーダガラス上に二酸化硅素（Ｓｉｎ２）を被覆したもの
を、第一導体層２には約１５００人の厚みのＩＴＯ，ま
たはチタン（Ｔｉ）の２種類を形成した。その各々につ
いて第二導体層５にテルル被膜を膜厚２００人、３００
人、５００人、１０００人、２０００人、３０００人、
４０００人、５０００人、８０００人としたものを計９
種類それぞれ蒸着した。半導体層４は、３セレン化２砒
素（ＡｓｚＳｅ３）を約１００人蒸着し、絶縁体層６は
酸化アルミニウム（Ａｌ□０３）を約１５００人蒸着し
た。以上のようにして得られた非直線二端子素子の電流
−電圧特性の非直線性は著しく大きく、またその容量も
液晶層の容量と比べて充分に小さいものであった。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、１０：１以上のコントラストでの
表示が確認出来た。

本発明の他の実施例は、第１図に示した基板１には、ソ
ーダガラス上に二酸化硅素（ＳｉＯ２）を被覆したもの
を、第一導体層２には約２５００人の厚みのＩＴＯｌま
たはチタン（Ｔｉ）の２種類を形成した。その各々につ
いて第二導体層５にクロム（Ｃｒ）及びアルミニウム（
Ａｌ）被膜を膜厚５００人、１０００人、２０００人と
したものを計６種類それぞれ蒸着し半導体層４は、３セ
レン化２砒素（ＡｓＺ　Ｓｅｚ　）約２５００人、また
絶縁体層には酸化イツトリウム（ＹｚＯｌ）を約１５０
０人蒸着した。

以上のようにして得られた非直線二端子素子の電流−電
圧特性の非直線性は著しく大きく、またその容量も液晶
層の容量と比べて充分に小さいものであった。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、１０：１以上のコントラストでの表示
が確認出来た。

本発明の他の実施例は、第１図に示した基板１には、ソ
ーダガラス上に二酸化硅素（ＳｔＯ□）を被覆したもの
を、第一導体層２には約１５００人の厚みのクロム（Ｃ
ｒ）、アルミニウム（Ａｔ）、またはアンチモン（Ｓｂ
）を含んだ酸化錫（Ｓｎ０２）を形成しポリイミド被膜
形成後、半導体層４（３セレン化２砒素（ＡｓｔＳｅ＝
　））を２０００人蒸着し第二導体層５（テルル）を５
００人順に抵抗加熱法により蒸着した。その後に絶縁体
層として約１５００人のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２
）をＥＢ蒸着により形成した。以上のようにして得られ
た非直線二端子素子の電流−電圧特性の非直線性は著し
く大きく、またその容量も液晶層の容量と比べて充分に
小さいものであった。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、１０：
１以上のコントラストでの表示が確認出来た。

本発明の他の実施例は、第１図に示した基板１には、ソ
ーダガラス上に二酸化硅素（ＳｉＯ２）を被覆したもの
を、第一導体層２には約２０００人の厚みのＩＴＯｌま
たはチタン（Ｔｉ）の２種類を形成し、その各々につい
て半導体層４は、３セレン化２砒素（ＡｓｚＳｉ）を膜
厚３００人、５００人、１０００人、２０００人、３０
００人、４０００人、５０００人、６０００人としたも
のを計８種類それぞれ蒸着した。第二導体層５には４０
０人のテルル被膜を形成した。また絶縁体層は約５００
人のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）をＥＢ蒸着により
形成した。以上のようにして得られた非直線二端子素子
の電流−電圧特性の非直線性は著しく大きく、またその
容量も液晶層の容量と比べて充分に小さいものであった
。

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、１０：１以上のコントラスト
での表示が確認出来た。尚絶縁体層は、その膜厚が２０
００Å以上になると駆動電圧が高くなってしまい、３０
０Å以下になるとピンホール等が発生し易くなり均一な
被膜を形成することが困難となる。従って絶縁体層の膜
厚としては、４００人〜１９００人位が好適である。

本発明の実施例は半導体層及び第二導体層をバタンニン
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・オフ法を用いても
、また表示媒体として液晶組成物以外の例えば電気泳動
表示素子（ＥＰＩＤ）電場発光表示素子（ＥＬ）、エレ
クトロクロミック表示素子（ＥＣＤ）等を用いた場合に
も同様のものが得られることはいうまでもない。

発明の効果 以上のように本発明のマトリクス表示装置は、基板上に
順次間隙を有する第一導体層、樹脂層、砒素（Ａｓ）と
セレン（Ｓｅ）との化合物からなる半導体層、第二導体
層、さらに絶縁体層を積層するという構成を備えたこと
により、例えば実施例で示したようなフォトリソグラフ
ィー工程、リフト・オフ・プロセスを用いない簡易なプ
ロセスで剥離等の不良を生起しないより安定な特性を示
すマトリクス表示用非直線二端子アレイが得られ、作業
効率及び歩留りが大幅に向上しただけでなく、表示品位
の高いマトリクス表示装置を低コストで実現する供とが
出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明による液晶表示用非直線二端子素
子の構成断面図、第１図（ｂ）はその平面図、第２図（
ａ）及び第３図（ａ）は従来の非直線二端子素子の構成
断面図、第２図（ｂｌ及び第３図（ｂｌは従来の非直線
二端子素子の配置図、第４図は非直線二端子素子付き液
晶表示パネルの等価回路図、第５図は非直線二端子素子
を用いたマトリクス表示パネルの構成図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・第一導体層、３・
・・・・・ポリイミド層、４・・・・・・半導体層、５
・・・・・・第二導体層、６・・・・・・絶縁体層。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に順次間隙を有する第一導体層、前記導体
   層の各々について複数個ずつ設けられた第二導体層、前
   記第一導体層、第二導体層との間に介在し、電気的に縦
   続接続された樹脂層と砒素（Ａｓ）とセレン（Ｓｅ）と
   の化合物からなる半導体層の複合層を有し、前記樹脂層
   が前記基板に接してなり、さらに絶縁体層を有するよう
   な非直線二端子素子アレイと、帯状電極を有する第二の
   基板との間に表示媒体を挟み込んだことを特徴とするマ
   トリクス表示装置。
2. （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
   トリクス表示装置。
3. （３）第一導体層が錫（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（Ａ
   ｌ）、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）項または第（２）項のいずれ
   かに記載のマトリクス表示装置。
4. （４）第二導体層が錫（Ｓｎ）を含んだ酸化インジウム
   （Ｉｎ＿２Ｏ＿３）、テルル（Ｔｅ）、アルミニウム（
   Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、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）項または
   第（２）項のいずれかに記載のマトリクス表示装置。
5. （５）樹脂層をポリイミドから形成することを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項または第（２）項のいずれ
   かに記載のマトリクス表示装置。
6. （６）絶縁体層は酸化イットリウム（Ｙ＿２Ｏ＿３）、
   酸化アルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）、及びフッ化マグ
   ネシウム（ＭｇＦ＿２）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）項または第（２）項のいず
   れかに記載のマトリクス表示装置。
7. （７）表示媒体は液晶組成物、電気泳動表示素子、電場
   発光表示素子、エレクトロクロミック表示素子の何れか
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ま
   たは第（２）項のいずれかに記載のマトリクス表示装置
   。