JPS6381386A - マトリクス型表示装置 - 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、高表示品位で、かつ、大容量表示可能なマト
リクス型表示装置に関するものである。

更に、具体的には、非線形素子を用いたマトリクス型表
示装置に関している。

従来の技術 従来、提案された非線形素子を用いたマトリクス型表示
装置において、その表示媒体としては液晶である場合が
最も多い。従って、以下で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
や映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大容量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）は表示品位に難があ
り、（２ａ）は、製造工程が複雑なことによりコストが
高くなるという欠点がある。＜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
なものには二種ある。

先ず、第１のものは、第３図に示した様な素子を用いた
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、７３
６ページ（１９８１）　　ＣＩＥＥＥ　　ＴＲＡ−ＮＳ
ＡＣＴＩＯＮ　　ＯＮ　　ＥＬＥＣＴＲＯＮ　　ＤＥＶ
ｒＣＥＳ　　Ｖｏｌ、　ＥＤ−２８゜階６．７３６　（
１９８１）　）。第３図（ａ）は非線形二端子素子の構
成断面図であり、第３図ｆｂ）はこれを用いた液晶表示
用基板の配置図である。同図（ａｌ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、陽極酸化によって得られた酸化タ
ンタル（Ｔ　ａ　！　Ｏ５）、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（’ｒａｚｏｓ）と表示電極とを接続する接続配線で
あってクロム（Ｃｒ）層からなり、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４図に示した様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２５
日発表〕。これは２個のアモルファス・シリコン（ａ−
３ｔ）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、非線形素子を実現している。第４図
（ａ）は、この素子の構成断面図であり、同図山）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
表わす記号で示している。第４図において、２０１は基
板、２０２は第１電極、２０３はＮ型ａ−３ｉ、２０４
はＩ型ａ−３ｉ、２０５はＰ型ａ−３ｉ、２０６はクロ
ム（Ｃｒ）層、２０７は絶縁体からなる保護層、２０８
は第２電極、２０９はリング状に連結したＰＩＮ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。

これらの非線形抵抗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。デユーティ比で表現すれば、１／１０００程度
のデユ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 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１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。

このことに加えて、製造工程において、複雑で時間を要
するフォト・リソグラフィー工程が少なくとも３回合ま
れることも問題である。

次に、非線形素子の例の第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回ないし６回合ま
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、がっ、充分に大き
な非線形的な電流−電圧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 本発明は前述のような問題点を解決するために、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
半導体層を具備し、かつ、前記半導体層がヒ素（Ａｓ）
と硫黄（Ｓ）とセレン（Ｓｅ）との化合物からなるよう
なマトリクス型表示装置を提供するものである。

作用 本発明は前記半導体層、すなわち、導体−半導体層−導
体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
、可成りの部分、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−Ｖα の形で近似できる特性を示す。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でき、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ヒ素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）と
セレン（Ｓｅ）との化合物の比誘電率が１０以下と比較
的小さいことより、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出来る。

従って、製造上の歩留り向上が望める。

例えば、基板上にパターン化された下部導体層、　（通
常は、これはリード配線）の上に半導体層、次に上部導
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）を積層させることば、２度の膜形成、及び２
度のフォト・リソグラフィー工程で可能である。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
易であることが判る。すなわち、基板上にパターン化さ
れた下部導体層（通常は、これはリード配線）の上の半
導体層の形成は、メタルマスクを用い、マスクのあわせ
一蒸着の過程でもって、容易に達成される。また、前記
上部導体層もこれを構成するものによっては、引き続い
てのマスク蒸着で容易に形成される。

このことからも、製造上の歩留り向上が望める。

この非線形の効果は、前にも述べたが、実験によれば、
前記半導体層と電極との接触部に起因するのは小さく、
前記半導体層内部に主に原因を有することが推測されて
いる。

実施例 以下、本発明のマトリクス型表示装置の一実施例を図面
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型表示装
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。

前述したように、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。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、片方の導体をリード配線となし、
もう−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は本実施例に係る非線形二端子素子の構成
断面図であり、（ｂ）は平面図である。同図において、
１は基板、２は下部導体層、すなわちリード配線、３は
半導体層、４は上部導体層、すなわち接続配線、５は表
示電極、すなわち、絵素電極である。第２図は本実施例
に係るマトリクス型表示装置用基板の配置図であり、１
）はリード配線、１２は非線形二端子素子、１３は島状
電極、１４は表示電極、すなわち、絵素電極である。第
２図（ａｌは非線形素子が一段の場合であり、（ｂ）は
それが二段の場合に対応する。本実施例では、第２図（
ａ）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（■Ｔｏ電極）な
いしクロム（Ｃｒ）、またはチタン（Ｔｉ）、アルミニ
ウム（Ａｔ）、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（Ｔｅ）、チタン（Ｔ
ｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（ＡＩ）から、絵
素電極１４は錫を添加した酸化インジウム透明電極（Ｉ
ＴＯ電極）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、例えばアルミニウム（ＡＩ）等の材料を
使用するのが望ましい。

先ず、非線形二端子素子付きマトリクス型液晶表示パネ
ルの製作工程の実施例をリード配線２ないし１）をＩＴ
Ｏで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
パターンの孔があけられたマスクと、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。更に、とをようの
方法でもって接続配線を形成した。かくて、第２図に示
した様な基板を得た。半導体層の蒸着による形成におい
ては真空度はＩ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ程度にし、ヒー
ターはモリブデン（ＭＯ）製のものを使用した。

この基板をパネル化する前に、素子の電流−電圧特性を
計測した。

更に、この非線形二端子素子を形成した基板と、帯状の
ＩＴＯ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、二枚の基板を貼り合わせてパ
ネルにし、液晶を注入した。

ラビング方向は、液晶分子が９０°ねじれ構造となる様
にした。

以上の過程を経て、非線形二端子素子付き液晶表示パネ
ルを得た。

（実施例１） 第１図に示した非線形二端子素子付き液晶表示パネルを
作製した。作製法は前記に示した通りである。

基板１はソーダガラス上に、二酸化ケイ素（Ｓｉ０ｚ）
を被覆したものを用いた。リード配線２としては約２０
００人の厚みのＩＴＯまたはチタン（Ｔｉ）の二種類で
形成した。その各々について、半導体層３はヒ素（ＡＳ
）と硫黄（Ｓ）とセレン（Ｓｅ）との化合物で、硫黄（
Ｓ）とセレン（Ｓｅ）は同等の成分比、ヒ素（Ａｓ）が
約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種類のものを約１５００人蒸着した。更に接
続配線４として、厚さ約５００人のクロム（Ｃｒ）膜を
形成した。

素子の電流−電圧特性の非線形性はα＝７〜１５と著し
いものであった。またその容量も、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、１０：１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を構成するヒ素（Ａｓ）硫黄
（Ｓ）とセレン（Ｓｅ）との化合物についてヒ素（Ａｓ
）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、ヒ素（Ａｓ）の成分比が８５原子％の素子
ではヒ素（Ａｓ）の析出が見られ実用的ではなかった。

以上のことから、ヒ素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）とセレン（
Ｓｓ）との化合物においてヒ素の成分比が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。

（実施例２） 前記に示した作製法によって、第１図に示した様な、非
線形二端子素子付き液晶表示パネルを作製した。

基板ｌとして二酸化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｏｚ　）で表面を
被覆したソーダガラスを用いた。リード配線２は膜厚約
１５００人のＩＴＯまたはクロム（Ｃｒ）の二種類のも
のを用意した。その各々について、接続配線４の構成材
料としてテルル（Ｔｅ）を用い、その膜厚を約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、蒸着した。半導体層３としては、ヒ素（Ａ
ｓ）を約４０原子％、硫黄（Ｓ）を約４０原子％、セレ
ン（Ｓｅ）約２０原子％からなる化合物を約１００人蒸
着した。

これらの条件の素子について電気的測定を行ったが、電
流−電圧特性の非線形特性は著しく大きく、また、容量
は、その素子に結びついている表示電極部の液晶層の電
気容量に比して充分小さかった。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１／１０
００、バイアス比１／７のマトリクス駆動時において、
表示コントラストが１０＝１以上であった。

（実施例３） 前記に示した作製法によって、第１図に示した様な非線
形二端子素子付き液晶表示パネルを作製した。

基板１として二酸化ケイ素（ＳｉＯｚ）で表面を被覆し
たソーダガラスを用いた。リード配線２は膜厚約２５０
０人のＩＴＯまたはクロム（Ｃｒ）−金（Ａｕ）多層膜
の二種類のものを用意した。その各々について接続配線
４の構成材料として、膜厚約５００人、１０００人、２
０００人のクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（ＡＩ）、チ
タン（Ｔｉ）３種類を蒸着により用意した。半導体層３
としては、ヒ素（Ａｓ）を約２５原子％、硫黄（Ｓ）を
約２５原子％、セレン（Ｓｅ）を約５０原子％からなる
化合物を約２０００人蒸着した。

これらの条件の素子について電気的測定を行ったが、電
流−電圧特性の非線形性は著しく大きく、また、容量は
その素子に結びついている表示電極部の液晶層の電気容
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、表示コントラストが１０：１以上
であった。

（実施例４） 前記に示した作製法によって、第１図に示した様な、非
線形二端子素子付き液晶表示パネルを作製した。

基板１として二酸化ケイ素（ＳｉＯｚ）で表面を被覆し
たソーダガラスを用いた。リード配線２としては膜厚約
２０００人のアルミニウム（Ａ１）またはアンチモン（
Ｓｂ）を含んだ酸化錫（ＳｎＯ２）の二種類のものを用
意した。その各々について、接続配線４の構成材料とし
て、膜厚約５００人のテルル（Ｔｅ）を蒸着により用意
した。半導体層３としては、ヒ素（Ａｓ）を約６０原子
％、硫黄（Ｓ）を約２０原子％、セレン（Ｓｅ）を約２
０原子％からなる化合物を約２０００人蒸着した。

これらの条件の素子について電気的測定を行ったが、電
流−電圧特性の非線形性は著しく大きく、また、容量は
、その素子に結びついている表示電極部の液晶層の電気
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１／１０
００、バイアス比１／７のマトリクス駆動時において、
表示コントラストが１０：１以上であった。

（実施例５） 前記に示した作製法によって、第１図に示した様な、非
線形二端子素子付き液晶表示パネルを作製した。

基板１として二酸化ケイ素（ＳｉＯｚ）で表面を被覆し
たソーダガラスを用いた。リード配線２としては膜厚約
２０００人のＩＴＯまたはチタン（Ｔｉ）の二種類のも
のを用意した。その各々について、接続配線４の構成材
料として、膜厚約３００人のテルル（Ｔｅ）を蒸着によ
り用意した。半導体層３としては、ヒ素（Ａｓ）を約４
０原子％、硫黄（Ｓ）を約２０原子％、セレン（Ｓｓ）
を約４０原子％からなる化合物を用い、その膜厚を約２
００人、５００　　人、１０００人、２０００人、３０
００人、４０００人、５０００人、７０００人としたも
の計８種類を蒸着によって得た。

これらの条件によって作製した素子について電気的測定
を行ったが、電流−電圧特性の非線形性は著しく太き（
、また、容量はその素子に結びついている表示電極部の
液晶層の電気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、表示コントラストが１０：１以上であった
。

（実施例６） 前記に示した作製法によって、第１図に示した様な非線
形二端子素子付き液晶表示パネルを作製した。

基板１として二酸化ケイ素（ＳｉＯ□）で表面を被覆し
たソーダガラスを用いた。リード配線２としては膜厚約
２０００人のＩＴＯまたはチタン（Ｔｉ）の二種類のも
のを用意した。その各々について、接続配線４の構成材
料として、膜厚約２００人のテルル（Ｔｅ）を蒸着によ
り用意した。半導体層３の構成材料としては、ヒ素（Ａ
ｓ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）の三成分化合物を用
いるが、ヒ素（Ａｓ）の成分比を約３０原子％及び約５
０原子％として、残りの組成比をほぼ、硫黄（Ｓ）：セ
レン（Ｓｅ）＝５　：　１．３：１．１：１．１：３．
１：５とした２×５種類の化合物を蒸着した。その膜厚
は約２２００人とした。

これらの条件によって作製した素子について電気的測定
を行ったが、電流−電圧特性の非線形性は著しく大きく
、また、容量は、その素子に結びついている表示電極部
の液晶層の電気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、表示コントラストが１０：１以上の良好
な表示品位を示した。

実施例１〜６においては、半導体層及び接続電極をパタ
ー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によっ
ても同様の形状の素子を得ることができた。

また、第２図に非線形素子が（ａ）−段のもの、（ｂ）
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闇値
を高くすることができた。液晶材料の閾値との関連で最
適の構成を選べばよいことになる。

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
ンク素子、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迄も無い。

発明の詳細 な説明した様に、本発明の非線形二端子素子は簡易な構
造であるが故に高歩留りで製造が可能であり、さらに、
電流−電圧特性に関して優れた非線形性を有している。

従って、本発明による素子を用いたマトリクス型表示装
置は大容量表示が　　　“可能であり、なおかつ、良好
な表示品位を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

用いる非線形二端子素子の（ａｌ構成断面図と（ｂ）平
面図、第２図（ａ）　（ｂ）は本発意に係るマトリクス
型表示装置用基板の配置図、第３図（ａ）および第４図
（ａｌは従来例のマトリクス型表示装置に用いる非線形
二端子素子の構成断面図、第３図（ｂ）及び第４図（ｂ
ｌは従来例によるマＩ−ＩＪクス型表示装置用基板の配
置図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・下部導体層、すな
わちリード配線、３・・・・・・半導体層、４・・・・
・・上部導体層、すなわち接続配線、５・・・・・・表
示電極、すなわち絵素電極、１）・・・・・・リード配
線、１２・・・・・・非線形二端子素子、１３・・・・
・・島状電極、１４・・・・・・表示電極、すなわち絵
素電極、１０１・・・・・・基板、１０２・・・・・・
タンタル（Ｔａ）層、１０３・・・・・・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（
Ｔａ、Ｏ，）、１０４・・・・・・表示電極ないし絵素
電極、１０５・・・・・・接続配線であってクロム（Ｃ
ｒ）層、１０６・・・・・・非線形二端子素子、１０７
・・・・・・リード配線ないしバス・バー、１０８・・
・・・・端子、１０９・・・・・・表示電極ない４し絵
素電極、２０１・・・・・・基板、２０２・・・・・・
第１電極、２０３・・・・Ｎ型ａ　−ｓ　ｔ　、　　２
０４・−・・−１型ａ　−Ｓ　ｉ　、　　２０５−・　
Ｐ型ａ−３ｔ、２０６・・・・・・クロム（Ｃｒ）層、
２０７・・・・・・絶縁体からなる保護層、２０８・・
・・・・第２電極、２０９・・・・・・リング状に連結
したＰＩＮダイオード、２１０・・・・・・バス・バー
、２１）・・・・・・表示電極ないし絵素電極。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名１−一一基
ｓ医 ２−−一下訃傳注壜７Ａわら リート配型艮 ３−−−＋−ロキ１邑 ／／−−−リード篇己ポ艮 第　３　図 第　４　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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し、かつ、前記半導体層がヒ素（
   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マトリクス型表示装置。
2. （２）半導体層を構成するヒ素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）と
   セレン（Ｓｅ）との化合物についてヒ素（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（１）項記載のマトリクス型表示
   装置。