JPS63186291A - 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、タンタル層４２、陽極酸化タンタル層４
３、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、デバイシズ、イーディー　２８巻
−６号−１９８１（ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ
ＯＮ　ＥＬＥＣＴＯＲＯＮ　ＤＩＥＶＩＣＥＳ、　ＶＯ
Ｌ、ＨＤ−２８，ＮＯ，６，１９８１）。

情報表示学会（Ｓ　Ｉ　Ｄ　；　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｆｏ
ｒ　ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）の１９８
４年国際シンポジウム技術論文集（ＳＩＤ　Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｊｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ
　Ｏｆ　Ｔｅｃｈ−ｎｉｃａｌ　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＋
ａｌはＰＩＮダイオードの構成断面図、第３図ｆｂ）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（ｂ）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１電極層５２、Ｎ型非晶質硅素５３、Ｉ
型非晶質硅素５４、Ｎ型非晶質硅素５５、クロム層５６
、絶縁体からなる保ｉ１層５７、第２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６０、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２５日発表〕通常の液晶表示パネルではデ
ユーティ比が１７２００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〜ＩＩＶ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）５００〜１　／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一工程が少
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一工程が少
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、さらにはコストアンプの
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１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２導体層、前
記第１導体層、第２導体層との間に介在し、電気的に縦
続接続された第１無機絶縁体層と砒素（Ａｓ）と硫黄（
Ｓ）とセレン（Ｓｅ）との化合物からなる半導体層と、
さらに第２無機絶縁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２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無機絶縁体層一導
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　　　・　　■“ 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）とセレン（Ｓｅ）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、比線形
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１導体層（通常
これはリード配線）の上に半導体層、次に第２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、二層の
被膜形成、及び二層のフォト・リソグラフィ一工程で可
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１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２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る。さらに、導体層−無機絶縁体
層一半導体層一無機絶縁体層−導体層構造という対称な
構造を持つことにより、電気的にも対称な特性が得られ
、液晶の安定性にも大きく寄与することが出来る。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１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２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１４
体層をリード配線、第２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１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）１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Ｍ４を形成する。その後、引出し
端子部を除く基板の全面に再度、無機絶縁体被膜５を形
成した後、低温スパッタ法により第２導体層６を形成す
る。基板１は石英ガラス、ソーダガラス等、第１）体Ｎ
２は錫を含んだ酸化インジウム（■ＴＯ）、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は砒素と硫黄とセレンとの合金からそれぞれ形
成されている。また第２導体Ｎ６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（ＳｉＯ２）を被覆したものを
、第１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２導体層６は
厚さ約５００人のテルル被膜を形成した。第１無機絶縁
体層、及び第２無機絶縁体層には、それぞれ約３００人
の酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）を蒸着した。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し
かも対称で、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　／１００
０、バイアス比１／７のマトリクス駆動時において、１
０：１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硫黄とセレンの化
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１導体Ｊｉ２には約１５００人の厚みのＩＴＯ
ｌまたはチタン（Ｔ　ｉ　）の２種類を形成した。その
各々について第２導体Ｎ６にテルル被膜を膜厚２００人
、３００人、５００人、１０００人、２０００人、３０
００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、２硫黄
１セレンｌ砒素（Ａ！！５ｅＳ２）を約１００人蒸着し
、第１無機絶縁体層、及び第２無機絶縁体層には、それ
ぞれ約５００人の酸化アルミニウム（ＡｌｚＯ３）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しかも対称で
、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、ｌＯ：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１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２導体層６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、■
硫黄２セレン１砒素（ＡｓＳｅ２３）を約１５００人蒸
着した。第１無機絶縁体層、及び第２無機絶縁体層には
、それぞれ約５００人の酸化イツトリウム＜Ｙｚ　Ｏｘ
　）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しか
も対称で、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１導体層２には約２０００人の厚みのＩＴＯ，
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、■硫黄２セレン２砒素（ＡＳ２３ｅ
２　Ｓ）を膜厚３００人、５００　人、１０００人、２
０００人、３０００人、４０００人、５０００人、６０
００人としたものを計８種類それぞれ蒸着した。第２導
体層６には４００人のテルル被膜を形成し、第１無機絶
縁体層、及び第２無機絶縁体層には、それぞれ約３００
人のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）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しかも対称で、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１導体層２には約２０００人の厚みのＩＴＯ、
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は砒素、硫黄、セレン、の化合物で、砒
素の成分比を３０原子％及び５０原子％とし、残りの成
分比を硫黄：セレン＝５：１＋　　３：１，１：１．１
：３．１：５とした計１０種類のものをそれぞれ約２０
００蒸着した。

第１無機絶縁体層、及び第２無機絶縁体層には、それぞ
れ約５００人のフン化マグネシウム（ＭｇＦ２）を、第
２導体層５は約２００人のテルルを形成した。

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しかも対称で、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。尚無機絶縁体層は、その
膜厚が１０００Å以上になると、第１導体層、半導体層
、第２導体膚の電気的な接続が困難となり、また１００
Å以下になるとピンホールが発生し、短絡を起してしま
う。従ってその膜厚としては、１００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２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１導体層、第１無機絶縁体層・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、第２無機絶縁体層、さらに第２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一工程、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、しかも電流−電圧特性が非常に対称性を
もった、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（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。 ■・・・・・・基板、２・・・・・・第１導体層、３・
・・・・・第１無機絶縁体層、４・・・・・・半導体層
、５・・・・・・第２無機絶縁体層、６・・・・・・第
２導体層。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名！−基枚 ／？　　　　　　３ 第２図 第３図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に順次間隙を有する第１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２導体層、前
   記第１導体層、第２導体層との間に介在し、電気的に縦
   続接続された第１無機絶縁体層と砒素（Ａｓ）と硫黄（
   Ｓ）とセレン（Ｓｅ）との化合物からなる半導体層と、
   さらに第２無機絶縁体層の複合層を有してなるような非
   直線二端子素子アレイと、帯状電極を有する第２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１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）項記載のマトリクス表示装置
   。
4. （４）第２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）項記載の
   マトリクス表示装置。
5. （５）無機絶縁体層を酸化イットリウム（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）項記
   載のマトリクス表示装置。