JPS63253986A

JPS63253986A - マトリクス表示装置

Info

Publication number: JPS63253986A
Application number: JP62089423A
Authority: JP
Inventors: 晋吾藤田; 茂吉田; 山添　博司; 勲夫太田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1988-10-20

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。さらに、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、したがって、以下においてはマトリクス
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、（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、走査電極数を多くし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。

まず、第一のものは、第５図に示したような素子を用い
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、７
３６ページ（１９８１）（ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴ
ＩＯＮ　ＯＮ　ＥＬＥＣＴＲＯＮ　ＤＥＶＩＣＥＳ　ｖ
ａｌ。

ＨＤ−２８，ｍ６．７３６（１９８１））　）、第５図
（ａ）は非線形二端子素子の構成断面図であり、第５図
山）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はタンクル（Ｔａ）
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（Ｔａ２０５）、１０４は表
示電極ないし絵素電極、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（ｂｌにおいて、１
０６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６図に示したよう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６図［ａ）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、ＰＩＮダイオードは通常のＰＮダ
イオードを表す記号で示している。第６図において、２
０１は基板、２０２は第一電極、２０３はＮ型ａ−３ｉ
、２０４はＩ型ａ−３），２０５はｐｙａ−３ｉ、２０
６はクロム（Ｃｒ）層、２０７は絶縁体からなる保護層
、２０８は第二電極、２０９はリング状に連結したＰＩ
Ｎダイオード、２１０はバス・バー、２１）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。デエーティ比で表現すれば、１／１０００程
度のデエ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、そのためには非線
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、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回含まれることも問題である。

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。

したがって、簡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、その一
部分が絶縁体膜と接触している半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−導体構造から成る非線形素
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と推定される。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、たとえば、基板上に第一導体層（
通常は、リード配線）、半導体層、フォトレジスト膜、
次に第二導体層（通常、これは表示電極の一部であるこ
ともあるし、前記半導体層と表示電極を接続する接続配
線であることもある）を積層させることは、４回の膜形
成、および二度のフォトリソグラフィ一工程で可能であ
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
法は簡易であることが判る。すなわち、基板上にパター
ン化された第一導体層の上の半導体層の形成は、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。

したがって、このことからも、製造上の歩留り向上が望
める。

また、非線形素子の電気的な性質は半導体膜の厚さに依
存するが、半導体膜の膜厚均一部分に被覆されているフ
ォトレジスト膜のうち所定の面積領域をフォトエツチン
グすることにより除去した後、さらに、第二導体層を形
成することにより非線形素子の電気的特性の均一化を計
ることができる。つまり、この方法を用いれば膜厚の変
動が推定される、半導体膜の端部の特性に影響されずに
非線形素子を形成することが可能である。同時に、半導
体膜と第二導体層の接触面積の制御も容易である。

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。

先述したように、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。いかなる場合にも本
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ｔａｌは本実施例に係わる第一の非線形素子の構
成断面図であり、第１図（ｂｌは平面図である。

第２図（ａ）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（′ｂ）は平面図である。第３
図（ａｌは本実施例に係わる第三の非線形素子の構成断
面図であり、第３図（ｂｌは平面図である。第１図、第
２図、第３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は半導体層、４は第二導体層、す
なわち接続配線、５は表示電極、すなわち絵素電極、６
はフォトレジスト膜である。第一と第二の型の非線形素
子の形成には４枚のマスクが必要となるが（この内、半
導体層と接続配線の形成にはメタルマスクが利用できる
）、第三の型の非線形素子の形成では半導体層と接続配
線を共通のマスクで形成することができる。この三種類
の構成の非線形素子は基本的に同様の非線形性の電圧’
ｔｉ特性を示す、第４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、１）はリード配線、１
２は非線形素子、１３は接続電極、１４は表示電極、す
なわち絵素電極である。第４図ｆａ＋は非線形素子が一
段の場合であり、（ｂｌ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４図（８）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１）は錫
を添加した酸化インジウム透明電極（ＩＴＯ’ｌ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）を添加した酸化錫透
明電極から、接続配線４はテルル（Ｔｏ）、チタン（（
１）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｊｌ）から、
絵素電極１４はＩＴＯ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、リード配線２ない
し１）としては高導電性、たとえばアルミニウム（Ａｍ
りなどの材料を使用するのが望ましい。

まず、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ないし１）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−を用いて合わせ、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、抵抗加熱蒸着法によ
って基板上に半導体層を形成した０次に、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ツチング工程を経て除去する
。さらに、接続配線を蒸着形成した。かくて、第４図に
示したような基板を得た。半導体層の蒸着による形成に
おいて真空度はｌＸ１０４Ｔ　ｏｒｒ程度にし、ヒータ
ーはモリブデン（Ｍｏ）製のものを使用した。

さらに、この基板と、帯状のＩＴＯ電掻を表面に形成し
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度ねじれ構造と
なるようにした。

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０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としては約２
０００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３は砒素と硫黄
とセレンとの化合物で、硫黄とセレンは同等の成分比、
砒素が約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１５
００大蓋着した。さらに、接続配線４として、厚さ約４
０００人のアルミニウム膜を形成した。

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３を構成する砒素と硫黄とセレ
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、砒素と硫黄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８ｏ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。

〔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０作製法は前記した通りである。

基板ｌにはソーダガラス上に、二酸化ケイ素（Ｓ　ｉ　
０２　）を被覆したものを用いた。リード配線２として
は膜厚約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３は
砒素とセレンとの化合物で、砒素が約１０原子％、約２
５原子％、約４０原子％、約５０原子％、約６０原子％
、約８０原子％の計６種類のものを約２００ＯＡ蒸着し
た。

さらに、接続配線４として、厚さ４０００人のアルミニ
ウム膜を形成した。

ところで、本実施例に関連して、セレンの代りに硫黄を
用いて実験を行ったところ、はぼ同様の効果を得ること
ができた。

（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０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（Ｓｉ０２
）を被覆したものを用いた。リード配線２としては膜厚
約２５００人の厚みのＩＴＯまたはアルミニウムの二Ｍ
ｔｇ４で形成した。その各々について、半導体層３は砒
素とセレンとの化合物で、砒素が約４０原子％のものを
約５００人、約１０００人、約１５００人、約２０００
人。

約２５００人、約３０００人、約４０００人、約５００
０人、約７０００人の計９種類の膜厚で蒸着した。さら
に、接続配線４として、厚さ約３０００人のアルミニウ
ム膜を形成した。

以上の実施例においては、半導体層および接続電極をパ
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ｍ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、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ｉｉ！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、たとえば、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４図に非線形素子がｔａｌ一段のもの、〜）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（してい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−導体構造の接触面積と半導体層の膜厚分布とを、
所定のパターン形成された絶縁体層を介在させることに
より、均一に制！することができる。つまり、この構成
を採れば基板上に形成する複数の非線形素子の特性を均
一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のＴａｌ構成断面図と申）
平面図、第２図は本発明の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の（ａ）構成断面
図と世）平面図、第３図は本発明の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三の型の（ａｌ
構成断面図と山）平面図、第４図は本発明の実施例にお
けるマトリクス表示装置用基板の配置図、第５図ｉａｌ
および第６図（δ）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５図中）および
第６図中）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・・・・・・半導体層、４・・・・・
・第二導体層すなわち接続配線、５・・・・・・表示電
極すなわち絵素電極、６・・・・・・フォトレジスト層
、１）・・・・・・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、１
０４・・・・・・表示電極すなわち絵素電極、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・旧・・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　　Ｓ　ｔ、　２０４＝”　ｉ型ａ−３ｔ、　２０５
−＝−ｐ型ａ−３ｔ、　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、
２１）・・・・・・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１−基　　
枝２−第一導体層６−　フォトレジスト層（Ｑ）（ｂ）ｌ−基　　叔２−第一導体層３−＋溝体層（σＪ（い！　−・・　Ｌ、　　版２−第一導体１３−生成体層４・・・第二厚生層郡ンｂｌ第５図ｔＱ）（ｂ）第６図（ａ）（ｂＪ

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を具備するとともに前記半導体層
の上下少なくとも一方に絶縁体層がパターン形成されて
いることを特徴とするマトリクス表示装置。（２）前記絶縁体層がフォトレジスト膜からなることを
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）前記半導体層が砒素（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）項または第（２）項記載のマトリクス
表示装置。（４）前記半導体層が砒素（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）項または第（２）項記載のマトリクス表示装
置。（５）前記半導体層が砒素（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）項または第（２）項記載のマトリクス表示装置。（６）前記半導体化合物において砒素（Ａｓ）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（３）項、第（４）項、または第（
５）項記載のマトリクス表示装置。