JPS6381387A - 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）　　（ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳ−Ａ
ＣＴＩＯＮ　　ＯＮ　　Ｅｌ、ＥＣＴＲ０Ｎ　　ＤＥＶ
ＩＣＥＳ　　Ｖｏｌ、ＥＤ−２８，ｋ　　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（ｂｌはこれを
用いた液晶表示用基板の配置図である。同図（ａ）にお
いて、１０１は基板、１０２はタンクル（Ｔａ）層、１
０３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（ＴａｚＯｓ）、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（Ｔａｔ　ｏｓ　）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（ｂｌ
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、同図中）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■型ａ−３ｔ、２０５はＰ型ａ−３ｔ、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／工０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、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
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　　・　■α 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ときも
ある）を積層させることは、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（ａ）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。

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（ＩＴＯ電極）な
いしクロム（Ｃｒ）、またはチタン（Ｔｉ）、アルミニ
ウム（ＡＩ）、アンチモン（Ｓｂ）を添加した酸化錫透
明電極、クロム（Ｃｒ）−金（Ａｕ）多層膜から、接続
配ｆ！４はテルル（Ｔｅ）、チタン（Ｔｉ）、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（ＩＴＯ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Ｉ
ＴＯ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、同様の方
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１ｘ１ｏ
−”ｒ　ｏ　ｒ　ｒ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、ラビング処理し、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ｌにはソーダガラス上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２
）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またはチタ７（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（Ａ
ｓ）とセレン（Ｓｅ）の化合物で、ヒ素が約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。さらに、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）セレ
ン（Ｓｅ）の化合物についてヒ素（Ａ　ｓ　）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
（Ａ　ｓ　）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）とセレン（Ｓｅ）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は膜厚約１５０
０Ａ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、３０
０人、５００人、１００ＯＡ。

２０００人、３０００人、４０００人、５０００人、８
０００人としたもの計９種、蒸着した。半導体層３とし
ては、３セレン化２ヒ素（Ａｓ２Ｓｅ、）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　／１
０００、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ｌＯ：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（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、
２０００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、３セレン化１ヒ素（Ａｓ　　５ｅ３）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　／１
０００、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、比
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　Ａのアルミニウム（ＡＩ）またはアンチモン
（Ｓｂ）を含んだ酸化錫（ＳｎＯｚ）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、３セレン化ｌヒ素（Ａｓ
　　５ｅ３）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−電圧特性の比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　／１
０００、バイアス比ｌ／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としては二酸化ケイ素（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　Ａ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、３セレン化２ヒ
素（ＡｓｚＳｅｉ）を用い、その膜厚を約２００人、５
００人、１０００人、２０００人、３０００人、４００
０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１〜５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）一般のもの、（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、非線形特性の闇
値を高くすることができた。液晶材料の闇値との関連で
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
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。

に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ｆａｌ　（ｂ）は本発明に係わるマトリ
クス型表示装置様基板の配置図、第３図ｆａ）および第
４図（ａ）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ｆｂ）および第４
図（ｂ）は従来例によるマトリ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・・・・・・タンクル（Ｔａ）
層、１０３・・・・・・厚さ約４００〜７００Ａの、陽
極酸化によって得られた酸化タンタル（Ｔ　ａ　ｚ　Ｏ
ｓ　）、１０４・・・・・・表示電極ないし絵素電極、
１０５・・・・・・接続配線であってクロム （Ｃｒ）層、１０６・・・・・・非線形二端子素子、１
０７・・・・・・リード配線ないしバス・バー、１０８
・・・・・・端子、１０９・・・・・・表示電極ないし
絵素電極、２０１・・・・・・基板、２０２・・・・・
・第１電極、２０３・・・・・・Ｎ型ａ−３ｉ、２０４
・・・・・４型ａ　−Ｓ　ｉ、　２０５−＝・Ｐ型ａ−
３ｉ、２０６・・・・・・クロム（Ｃｒ）　Ｎ、　　２
０７・・・・・・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
キス ２−ｍ−下旬す４製ＩＴ促わら リート他℃琴色 ３−−−＃−等乍ド局 赳”ｊｌＱ１色 １）−−−リード塘℃墾艮 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、セレン（Ｓ
   ｅ）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。