JPS63121080A - 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ＩＩ　Ｍｕ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（ａ）は非直線二端子素子（ＭＩＭ素子：Ｍｅｔ
ａｌ−１ｎｓｕｌａｔｏｒ−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（ｂｌはその配置図であ
る。

基板４１、タンタルＪＷ４２、陽極酸化タンタル層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４
Ｂ、絵素電極層４９をもって非直線二端子アレイとする
。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、デバイクズ。イーディー　２８巻−６
号−１９８１（ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ　０
ＮＥＬＥＣＴＯＲＯＮ　ＤＥＶＩＣＥＳ、　ＶＯＬ、Ｅ
Ｄ−２８，Ｎ［Ｌ６．１９８１））、〔情報表示学会（
Ｓ　Ｉ　Ｄ　；　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｆｏｒ　ｌｎｆｏｒ
ｍａ−ｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）の１９８４年国際シ
ンポジウム技術論文集（ＳＩＤ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｊｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ　０ｆＴｅ
ｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ）　Ｐ２Ｏ３−３０５）
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Ｔｂｌ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
る保護層５７、第二電極Ｊｉ５８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１／１０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７〜１）ｖ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
てデユーティが１）５００〜Ｉ　／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（大幅なコストアン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
続接続された無機絶縁体層と砒素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）
との化合物からなる半導体層の複合層を有する非直線二
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−無機絶縁体層一半導体層一導体層構造からな
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）と硫黄（Ｓ）の化合物の比誘電率が１０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）を積層させることは、二度の被膜形成、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、無機絶縁体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、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（ａ）は構成断面図、第１図（ｂ）は平面図を示
す。第１図において１は基板であり、基板１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
く基板の全面に無機絶縁体Ｎ被膜３を形成した後、厚さ
約３０μｍの磁性ステンレス鋼Ｆｉ’Ａ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を形成する。基板１は石英ガラス、ソー
ダガラス等、第一導体Ｎ２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は砒素と硫黄との合
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（ＳｉＯ□）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は砒素と硫黄の化合物で、砒素が１原子％
、５原子％、１０原子％、２５原子％、４０原子％、５
０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５
００人のテルル被膜を形成し、無機絶縁体層３には約５
００人の酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ，）を形成した。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、ＩＯ：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
と硫黄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の化合物において砒素が１０
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（Ｓ　ｉ　Ｏ□）を被覆した
ものを、第一導体層２には約１５００人の厚みのＩＴＯ
ｌまたはチタン（Ｔｉ）の２種類を形成した。また無機
絶縁体層３には約３００人の酸化アルミニウム（Ａｌｚ
ｏｓ）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、１
０００人、２０００人、３０００人、４０００人、５０
００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硫化２砒素（Ａ　ｓ　ｔ　Ｓ’
ｘ　）を約２０００１ｉ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、１ｏ：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（Ｓｉｎｇ）を被覆したもの
を、第一導体層２には約２５００人の厚みのＩＴＯ，ま
たはチタン（Ｔｉ）の２種類を形成した。無機絶縁体層
３にはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ、）を約１００人蒸
着した。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（Ａｔ）被膜を膜厚５００人、１０
００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硫化２砒素（Ａ５ｚＳ、）を約１５
００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（ＳｉＯ□）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（Ａ１）、またはアンチモン（Ｓｂ
）を含んだ酸化錫（Ｓｎ０２）を形成し、無機絶縁体層
３は、酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）をＥＢ蒸着により
約１０００人形成後、半導体層４　（３硫化２砒素（Ａ
ｓ２Ｓ３））を２０００人蒸着し第二導体層５　（テル
ル）を５００人順に抵抗加熱法により蒸着した。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硫化２砒素（ＡｓｚＳ：＋）を膜厚
３００人、５００人、１０００人、２０００人、３００
０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。無機絶縁体層３には約３
００人のフン化マグネシウム（ＭｇＦｚ）を、第二導体
層５には４００人のテルル被膜を形成した。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。尚無機絶縁体層３は、その膜厚が１０００Å以上
になると、第一導体層と、半導体層、第二導体層の電気
的な接続が困難となる。従ってその膜厚としては、１０
０人〜１０００人程度が好適である。

本発明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、無機絶縁体層、砒素（Ａ
ｓ）と硫黄（Ｓ）との化合物からなる半導体層、さらに
第二導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（、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ことが出来た。

【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（ｂｌ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図世）及び第３図（ｂ）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・
・・・・・無機絶縁体層、４・・・・・・半導体層、５
・・・・・・第二導体層。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第２図 第３図 第４図 第５図 ａ３Ｂ／

Claims (6)

【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
   続接続された無機絶縁体層と砒素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）
   との化合物からなる半導体層の複合層を有し、前記無機
   絶縁体層が、前記基板に接してな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硫黄の化合物について
   、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）無機絶縁体層を酸化イントリウム（Ｙ＿２Ｏ＿３
   ）、酸化アルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）、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。
6. （６）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
   。