JPS63229484A

JPS63229484A - マトリクス表示装置

Info

Publication number: JPS63229484A
Application number: JP62062925A
Authority: JP
Inventors: 茂吉田; 晋吾藤田; 山添　博司; 勲夫太田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1988-09-26

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、表示品位が高く、大容量表示が可能なマトリ
クス表示装置に関するものである。更に、具体的には、
非線形二端子素子を用いたマトリクス表示装置に関する
ものである。

従来の技術従来、提案された非線形二端子素子を用いたマトリクス
表示装置において、その表示媒体とじては液晶である場
合が最も多い。従って、以下においてはマトリクス型液
晶表示装百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
や画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しかも大容量の表示を実現す
る能力である。その方法としては、（ｋｌ　争純７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）薄膜トランジスター（ＴＰＴ）
などの三端子素子を用いる方法と、（２ｂ）非線形二端
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）は特に、走査電掻数を夕＜シた時の表示品位に
難があり、（２ａ）は、製造工程が複雑であることによ
りコス′トが高くなるという欠点を有する。（２ｂ）は
、（２ａ）よりも容易な工程で製造でき、コストを下げ
ることが可能である。

非線形二端子素子付きマトリクス型液晶表示装置におい
て、主なものには次の二種がある。

先ず、第一のものは、第４図に示した様な金属−絶縁膜
−金属（Ｍ　Ｉ　Ｍ）方式の素子を用いた装置である。

　〔例えばアイトリプルイー・トランザクシジン・エレ
クトロン・デハイシズ、イーディ２８巻、６号、７３６
ベージ　１９８１（ＩＥＥＥ　　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯ
Ｎ　　０ＮＥＬＥＣＴＲＯＮ　　ＤＥＶＩＣＵ！、Ｓ　
　ｖｏｌ。

ＥＤ−２８，Ｎｏ、　６．７３６　１９８１）。第４図
（ａＪは非線形二端子素子の構成断面図であり、第４図
ｔｂｌはこれを用いた液晶表示用基板の配置図である。

同図において、１０１は基板、１０２はタンタル（Ｔａ
）層、１０３は厚さ約４００−７００人の、陽掻酸化に
よって得られた酸化タンタル（Ｔａ２０．）　、１０４
は表示１梅ないし絵素電極、１０５は非線形特性の原因
である酸化タンタルと表示電極とを接続する接続配線で
あってクロム（Ｃｒ）層から成り、同図（ｂ）において
、１０６は非線形二端子素子、１０７はリード配線ない
しバス・バー、１０８は端子、１０９は表示電極ないし
絵素電極である。

第２のものは、第５図に示した様なダイオードリング方
式の素子を用いた装置である。〔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〕。これは二個
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
線形二端子素子を実現している。第５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。この図において、Ｐ
ＩＮダイオードは通常のＩ）Ｎダイオードを表す記号で
示している。第６図において、２０１は基板、２０２は
第一電極、２０３はＮ型ａ−３ｉ、２０４は■型ａ−５
ｉ、２０５はＰ型ａ−Ｓｔ。

２０６はクロム（Ｃｒ）層、２０７は絶縁体からなる保
護層、２０８は第二１掻、２０９はリング状に連結した
ＰＩＮダイオード、２１０はバス・バー、２１１は表示
電極ないし絵素電極である。

これらの非線形二端子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。

発明が解決しようとする問題点しかしながら上記のような構成の非線形二端子素子を用
いた表示装置を駆動することを考えると、非線形素子に
充分に電圧を印加する必要があるが、その為には非線形
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線形素子の
第一のものについては、酸化タンタルの比誘電率が２０
以上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。それに加えて、製造工程において、？ｊ！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
含まれることも問題であるう次に、非線形素子の例の第二のものについては、フォト
リソグラフィ一工程が少なくとも５回ないし６回含まれ
る。このことは生産における歩留りを低下させ、生産コ
ストを上昇させることになる。

従って、節易な工程で製造が可能で、かつ、充分に大き
な非線形的な電圧−電流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上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、この装置を構成する基板上に、複数のリード配線
と、前記リード配線の各々について複数個ずつ設けられ
た表示電極と、前記リード配線と前記各表示電極との間
に介在し、電気的に縦続接続されており、かつ、その上
下に同種の導体層を形成した、’ｔａ導体層を具備する
という構成を備えたものである。

作用本発明は上記導体−半導体−導体構造からなる非線形素
子部において、非線形的な電圧−電流特性を実現してい
る。この非線形性は、かなりの部分、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
のバルク効果であるが、用いる導体の種類により電気的
な性質が多少異なっている。特に、印加する電圧の橿性
に対する特性に相違がある。従って、半導体層を同種類
の導体層で挾むことにより、印加電圧の掻性に対して対
称な特性を得ることができる。

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
の比を太き（することができ、コントラスト特性を向上
させることが可能になる。

また、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以下と比較的小さいことにより、本
発明による非線形素子の形状は比較的大きくすることが
できるので、製造上の歩留り向上が望める。

製造工程を考えると、例えば、基板上に第一導体層（通
常は、リード配線）、第二導体Ｉ５、半導体層、第三導
体層（通常は、接続配線）、次に第四導体層（通常、表
示電極）を積層させることは、第一と第四導体層は同−
材寧″Ｉで一括して形成するので、４回の膜形成工程で
可能である。しかし、前述のこと、すなわち非線形素子
の形状は比較的大きくすることができることと、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
線形素子の製法は筒易であることが判る。すなわち、基
板上にパターン化された第一および第四導体層の上の半
導体層、さらに第二および第三導体層の形成は、メタル
マスクを用いた蒸着の過程でもって容易に達成される。

つまり、製造簡便とは言えないフォトリソグラフィ工程
は一回しか必要としない。従って、このことからも、製
造上の歩留り向上が望める。

実施例以下本発明の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。

先述した様に、非線形素子を用いたマトリクス表示装置
における表示媒体としては、液晶が最も実用に供されて
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。

さらに、前記半導体層に接続する片方の導体はリード配
線、またはリード配線から分岐したそれの一部であり、
もう一方の導体は表示電極の一部、または表示電極への
接続を目的とする接続配線である。如何なる場合にも本
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、片方の導体をリード配線から分岐した電極となし、
他方の導体は接続配線である場合について述べるものと
する。

第１図（ａｌは本実施例に係わる第一の３ｒ−線形素子
の構成断面図であり、第１図山）は平面図である。

第２図ｆａ）は本実施例に係わる第二の非線形素子の構
成断面図であり、第２図山）は平面図である。第１図、
第２図において、１は基板、２は第一導体層、すなわち
リード配線、３は第二導体層、４は半導体層、５は第三
導体層、すなわち接続配線、６は第四導体層、すなわち
表示電−５７は絶縁体膜である。ここで、本発明の特徴
の一つは第二導体層３と第三導体層５を同じ材料で形成
することにある。また、第１図の素子構成では、絶縁膜
を半導体層と導体層の間に成膜し、コンタクトホールを
パターン形成することにより非線形性に係わる、導体−
半導体−導体の重なり部分の面積を制御している。この
構成は、均一な特性を有する多数の素子を製造するのに
適している。これらの例では、非線形素子がリード配線
側に形成されているが、表示電極側に形成されても同様
の特性を示した。

第３図は本実施例に係わるマトリクス表示装置用基板の
配置図であり、１１はリード配線、１２は非線形素子、
Ｉ３は接続電極、１４は表示７ｆ掻である。第３図（ａ
ｌは非線形素子が一段の場合であり、ｔｂｌはそれが二
段の場合に対応する０本実施例では、第１図の素子構成
で、第３図（ａｌの一段の場合について述べる。

以下の実施例においては、リード配線２ないし１１は錫
を添加した酸化インジウム透明電橋（ＩＴＯｔ極）ない
しクロム（Ｃｒ）、またはチタン（Ｔｉ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）を添加した酸化１１遇
明電極から、表示電極６ないし１４はＩＴＯより形成し
た。特に、電橿砥抗による電圧の減衰が問題となる際に
は、リード配線としては高導電性を有するもの、例えば
アルミニウム（ＡＩ）などの材料を使用するのが望まし
い。

先ず、非線形素子付きマトリクス液晶表示パネルの製造
工程の実施例を、リード配線２と表示電極６をＩＴＯよ
り形成した場合について説明する。

所定のパターンにエツチングされたＩＴＯ付きソーダガ
ラスを入手し、この基板を発煙硝酸に浸し、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
のパターンの孔が開けられたマスクと前記基板とをアラ
イナ−を用いて合せ、基板の裏面にサマリウム・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、電子ビーム蒸着法によ
り第二導体層３を形成し、そのままの状態で次に、抵抗
加熱蒸着法によって半導体層４を形成した。次に、メタ
ルマスクを外した後、絶縁膜７としてフォトレジスト膜
を塗布した後、半導体膜上の所定の位置かつ一定面積の
レジスト膜をフォトエ・ノチング工程を経て除去してコ
ンタクトホールを形成した。更に、前述した方法と同様
にメタルマスクを用いた蒸着法により第三導体層即ち接
続配ｆｉ５を形成し、た。かくて、第３図（ａｌに示し
た様な基板を得た。

半導体層の蒸着による形成において真空度は１×１０’
Ｔｏｒｒ程度にし、ヒーターはモリブデン（Ｍ　ｏ　）
製のものを使用した。

更に、この基板と、帯状のＩＴＯ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度ねしれ構造とな
る様にした。

以上の過程を経て、非線形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、非線形素子付き液晶表示パネルを作製
した。作製法は前記した通りである。

基ｖｉ１にはソーダガラス上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ
ｚ）を被覆したものを用いた。リード配線２としては約
２０００人の厚みのＩＴＯまたはアルミニウムの二４！
１Ｍで形成した。また、第二導体層３および第三導体１
ｉ５の材料としてはアルミニウムを用いた。第二導体層
３の膜厚は約４００人、第三導体層５は約４０００人と
した。その各々について、半導体層４は砒素とセレンと
の化合物で、砒素の成分比が約１原子％、約５原子％、
約１０原子％、約２５原子％、約４０原子％、約５０原
子％、約６０原子％、約８０原子％、約８５原子％の計
９種類のものを約１８００人の膜厚で蒸着した。

素子の電圧−電流特性は充分な非線形性を示し、その容
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対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４を構成する砒素とセレンとの
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、砒素とセレンと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
晶表示装置用の非線形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。

半導体層の材料として、砒素と硫黄の化合物および砒素
と硫黄とセレンの化合物を用いた場合についても同様な
条件の素子を作製したが、砒素の成分比に対する適正な
範囲については、上述した砒素とセレンとの化合物の場
合と同様な結果が得られた。

実施例２第１図に示した、非線形素子付き液晶表示パネルを作製
した９作製法は前記した通りである。

基板１にはソーダガラス上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ□
）を被覆したものを用いた。リード配線２としては膜厚
が約２５００人の厚みのＩＴＯまたはアルミニウムの二
種類で形成した。その各々について、半導体層４は砒素
とセレンとの化合物で、砒素の成分比が約４０原子％の
ものを約５００人、約１０００人、約１５００人、約１
８００人、約２０００人、約２５００人、約３０００人
、約４０００人、約５０００人、約７０００人の計ｌＯ
種類の膜厚で蒸着した。また、第二導体層３および第三
導体層５の材料としてはアルミニウムを用い、膜厚はそ
れぞれ約４００人、約３０００人とした。

実施例３第１図に示した、非線形素子付き液晶表示パネルを作製
した。作製法は前記した通りである。

基板１にはソーダガラス上に、二酸化ケイ素（Ｓ　ｉ　
Ｏ２）を被覆したものを用いた。リード配線２としては
膜厚が約２５００人の厚みのＩＴＯまたはアルミニウム
の二種類で形成した。その各々について、第二導体層３
および第三導体層５の材料としてはチタン、クロム、テ
ルルの３種類を用い、膜厚は第二導体層を約４００人、
第三導体層を約３０００人とした。また、半導体層４は
砒素とセレンとの化合物で、砒素の成分比が約４０原子
％のものを約１８００人の膜厚で蒸着した。

以上の実施例においては、半導体層、第二導体層および
第三導体層をパターン形成する方法として、メタルマス
クを用いる方法で行ったが、リフトオフ法やフォトリソ
グラフィ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、半導体層の上に絶縁体膜を形成させた例を示した
が、先に絶縁体膜をパターン形成した後、半導体層、第
三導体層すなわち接続配線を順に蒸着形成して得た素子
においても、以上で説明した効果と同様な効果が示され
ることを確認できている。

ここで、絶縁体層としてフォトレジスト膜を例として挙
げたが、半導体層と導体層との電気的な絶縁が図れるな
らば他の絶縁体材料でも勿論問題はない０例えば、酸化
イツトリウム、二酸化ケイ素などが使用できる。

また、第３図に非線形素子が（５）一段のもの、（ｂｌ
二段のものを示したが（原理的には三段以上の構成も考
えられる）、段数を多くして行くほど非線形特性のしき
い値を高くすることができた。液晶材料のしきい値電圧
との関連で最適の構成を選択すればよい。

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。

発明の効果以上のように本発明は非線形素子を形成する導体−半導
体−導体構造において、半導体層に接触する上下の導体
層の材料を同一にすることにより、非線形素子の印加電
圧の極性に対する電気的特性を対称にすることができる
。つまり、この構成を採れば駆動に対する安定性を確実
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるマトリクス表示装置
に用いる非線形素子の第一の型を示し［ａｌは構成断面
図、（ｂ）は平面図、第２図は本発明の一実施例におけ
るマトリクス表示装置に用いる非線形素子の第二の型を
示し＋ａ＋は構成断面図、（ｂ）は平面図、第３図（ａ
ｌ、　（ｂｌは本発明の一実施例におけるマトリクス表
示装置用基板の配置図、第４図＋ａｌおよび第５図（ａ
ｌは従来例におけるマトリクス表示装置に用いる非線形
素子の構成断面図、第４図（ｂ）および第５図（ｂ）は
従来例におけるマトリクス表示装置用基板の配置図であ
る。１・・・・・・基板、２・・・・・・第一導体層、すな
わちリード配線、３・・・・・・第二導体層、４・・・
・・・半導体層、５・・・・・・第三導体層、すなわち
接続配線、６・・・・・・第四導体層、すなわち表示電
極、７・・・・・・絶縁体層、１１・・・・・・リード
配線、１２・・・・・・非線形素子、１３・・・・・・
接続配線、１４・・・・・・表示電極、１０１・・・・
・・基板、１０２・・・・・・タンタル層、１０３・・
・・・・酸化タンタル層、１０４・・・・・・表示電極
、すなわら絵素電橋、１０５・・・・・・クロムよりな
る接続配線、１０６・・・・・・非線形素子、１０７・
・・・・・リード配線、ないしバスバー電極、１０８・
・・・・・端子、１０９・・・・・・表示電極、すなわ
ち絵素電極、２０１・・・・・・基板、２０２・・・・
・・第一電極、２０３・・・・・・ｎ型ａ−３ｉ、２０
４・・・・・・ｉ型ａ−３ｉ、　２０５−＋＋・ｐ型ａ
−３ｉ、２０６・・・・・・クロム層、２０７・・・・
・・絶縁体からなる保護層、２０８・・・・・・第二電
極、２０９・・・・・・リング状に連結したＰＩＮダイ
オード、２１０・・・・・・バスバー、２１１・・・・
・・表示電極、すなわち絵素電極。代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名；−ｍ−基
板ど−一第一・透体１３−第二講伜１６一−−秦口２ＩＢ体眉７−−縛」象俸１７−−−基販？−窩−薯林１３−一第二羞」６−−第ｗＪｇ体１１３−壽続巳焦第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表示装置を構成する、少なくとも一方の基板上に
、少なくとも、複数のリード配線と、前記リード配線の
各々について複数個ずつ設けられた表示電極と、前記リ
ード配線と前記各表示電極との間に介在し、電気的に縦
続接続された半導体層とを具備するとともに前記半導体
層に接して上下に同種の導体層が形成されていることを
特徴とするマトリクス表示装置。
（２）導体層がアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）
、テルル（Ｔｅ）またはクロム（Ｃｒ）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。
（３）半導体層が砒素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）とセレン（
Ｓｅ）との化合物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）半導体層が砒素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）との化合物
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）半導体層が砒素（Ａｓ）とセレン（Ｓｅ）との化
合物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）半導体化合物において砒素（Ａｓ）の成分比が１
０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（３）項、第（４）項または第（５）項
のいずれかに記載のマトリクス表示装置。