KR100196776B1 - 2단자 비선형 저항소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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KR100196776B1
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쓰지 하루오
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Abstract

제 1전극, 제 2전극, 및 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치한 황화아연층을 포함하는 2단자 비선형 정항소자. 상기 황화아연층은 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함한다. 황화아연층은 전이금속 황화물을 포함하는 소성 ZnS 타겟 또는 전이금속 원소를 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용하는 스퍼터링에 의해 형성된다.

Description

2단자 비선형 저항소자 및 그의 제조방법
제1도는 Ni가 ZnS층에 주입된 경우로서 본 발명에 따른 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸 다이아그램.
제2도는 ZnS소자를 사용하는 표시장치의 표시 매체에 인가된 전압 VLD와 ZnS소자에 인가된 구동전압 V간의 관계를 나타낸 다이아그램.
제3도는 Fe가 ZnS층에 주입된 경우로서 본 발명에 따른 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸 다이아그램.
제4도는 Fe 및 Ni가 ZnS층에 주입된 경우로서 본 발명의 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸 다이아그램.
제5a도는 본 발명의 한 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판의 일부를 나타낸 평면도.
제5b도는 제5a도의 A-A'선 단면도.
제6도는 본 발명의 한 실시예에 의한 LCD 장치의 일부를 나타낸 사시도.
제7a도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판의 일부를 나타낸 평면도.
제7b도는 제7a도의 B-B'선 단면도.
제8a도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판의 일부를 나타낸 평면도.
제8b도는 제8a도의 C-C'선 단면도.
제9a도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판의 일부를 나타낸 평면도.
제9b도는 제9a도의 D-D'선 단면도.
제10도는 Fe 및 Ni가 주입된 ZnS층을 갖는 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸 다이아그램.
제11도는 전이금속 원소를 포함하는 ZnS타겟을 사용하여 형성되는 복수 개의 ZnS소자에 대한 I-V특성 변화를 나타낸 다이아그램.
제12도는 전이금속 황화물을 포함하는 ZnS타겟을 사용하여 형성되는 복수 개의 ZnS소자에 대한 I-V특성 변화를 나타낸 다이아그램.
제13a도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판의 일부를 나타낸 평면도.
제13b도는 제13a도의 E-E'선 단면도.
제14a도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판의 일부를 나타낸 평면도.
제14b도는 제14a도의 F-F'선 단면도.
제15a도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판의 일부를 나타낸 평면도.
제15b도는 제15a도의 G-G'선 단면도.
제16a도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판의 일부를 나타낸 평면도.
제16b도는 제16a도의 H-H'선 단면도.
제17도는 Fe 및 Ni가 주입된 ZnS층을 갖는 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸 다이아그램.
제18a도는 종래의 LCD 장치에서 한 화소에 대응하는 2단자 소자 부분을 나타낸 평면도.
제18b도는 제18a도의 J-J'선 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
51, 59, 71, 81, 91, 131, 141, 151, 161 : 유리기판
52, 72, 86, 92, 132, 142, 156, 162 : 주사선
53, 74, 84, 94, 133, 144, 154, 164 : 절연층
54, 73, 83, 93, 134, 143, 153, 163 : ZnS층
55, 75, 85, 95, 135, 155, 165 : 화소전극
58 : 대향측 기판 61 : 배향층
56, 76, 88, 89, 97, 136, 146, 158, 159, 167 : ZnS소자
본 발명은 황화아연층을 포함하는 2단자 비선형 저항소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 액정표시장치용 스위칭 소자로서 사용된 2단자 비선형 저항소자에 관한 것이다.
최근, 퍼스널 컴퓨터와 같은 휴대용 사무자동화(OA) 기기가 많이 개발되었다. OA기기의 소형화와 관련하여, 이러한 OA기기에 사용된 고기능 플랫 패널 디스플레이를 실현하기 위한 많은 연구개발이 이루어져 왔다. 예를들면, 액정 패널, 전자 루미네슨트(EL) 패널, 플라즈마 패널등이 이러한 플랫 패널 디스플레이로 제안되어 왔다. 이들 중에서, 액정표시(LCD)는 상업화되어 시계, 포켓 계산기, 퍼스널 컴퓨터, 텔레비젼등에 사용된다.
멀티미디어가 개발됨에 따라, 고화상도, 고콘트라스트, 멀티플 그레이 스케일 레벨(풀칼라 디스플레이, 멀티칼라 디스플레이) 및 저소비전력이 특히 중요하다. 최근 사용되는 LCD의 여러 형태 중에서, 각 화소에 액티브 소자(스위칭 소자)가 제공하는 액티브 매트릭스형이 상기 요구를 만족시키기에 가장 유망하다.
액티브 매트릭스형 디스플레이에 전형적으로 사용되는 액티브 소자는 박막 트랜지스터(TFT) 및 박막 다이오드(TFD)이다. TFT는 제조공정에서 포토리소그래피에 사용된 다수의 마스크를 필요로 하기 때문에 생산 수율이 떨어지고 제조비용이 증가하여 불리하다. 한편, TFD는 제조공정에서 사용되는 약 3개의 마스크만을 필요로 하기 때문에 소자의 비용이 비교적 싸다. 최근 사용된 이러한 TFD중에서 산화탄탈(Ta2O5)의 비선형 저항층을 갖는 금속-절연체-금속(MIM)소자가 널리 사용된다.
이러한 MIM소자를 사용하는 LCD 장치는 이를테면, 일본 특허공고 제 61-32674호에 기재되어 있다.
제18a도는 MIM소자를 사용하는 종래의 LCD 장치에서 한 화소의 일반적 구조를 나타낸 도면이다. 제18b도는 제18a도의 J-J'선 단면도이다. MIM소자는 유리기판(101)상에 탄탈(Ta)로 이루어진 하부 전극(102), 산화탄탈(Ta2O5)의 비선형 저항층(103)과 크롬(Cr)등의 상부 전극(104)을 기판(101)으로 부터 그 순서로 성형되어 있다. 상부 전극(104)의 단부를 화소전극(105)으로 중첩함으로써 산화인듐주석(ITO)등의 투명 도전층으로 이루어진 화소전극(105)에 상부 전극(104)이 접속되어 있다. 비선형 저항층(103)은 하부 전극(102)의 양극산화에 의해 통상 형성된다.
종래의 MIM 소자에서, Ta2O5의 비선형 저항층은 Ta의 하부 전극(102)을 양극산화함으로써 균일하게 형성될 수 있다. 그러나, 종래의 MIM 소자는 다음의 문제점을 갖고 있다. 2단자 소자로서 전류-전압(I-V)특성은 급준성(steepness)이 충분하지 못하고, 즉 ON/OFF비가 충분히 높지않다. 일반적으로 MIM소자의 I-V특성은 다음 Poole-Frenkel식으로 나타내진다:
상기식에서, q는 전하, n은 캐리어밀도, μ는 전계효과이동도, ø는 트랩의 깊이, d는 비선형 저항층의 두께, T는 온도, k는 볼쯔만상수, ε0는 진공유전상수, ε는 비유전상수이다.
상기 식으로 부터 알 수 있는 바와같이, 매개변수 β는 I-V특성의 급준성, 즉 스위칭 소자의 ON/OFF비를 나타낸다. Ta2O5의 경우에, β의 값은 비유전상수 ε의 큰값(23∼25)으로 인해 비교적 작다. 일반적으로 β의 값은 약 3이고 Ta2O5의 비선형 저항층을 갖는 MIM소자에서 I20V/I5V는 약 103이며, 여기서 I20V및 I5V는 20V의 ON전압과 5V의 OFF전압이 각각 인가될 때의 전류치이다. 이러한 ON/OFF비를 갖는 MIM소자를 사용함으로써 다중 그레이 스케일 레벨을 얻기가 힘들다. 그 외에, ε의 값이 비교적 크면 액정에 비해 비선형 저항소자의 용량비가 비교적 커진다. 이는 MIM 소자에 인가된 유효전압을 감소시켜 바람직하지 못하다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 비선형 저항층은 비유전상수ε의 값이 적은 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 재료의 예로서는 Ta2O5의 값보다 훨씬 작은 7∼9의 ε값을 갖는 황화아연(이하, ZnS라함)이 있다. ZnS층의 β값은 Ta2O5층보다 102만큼 더 높은 ON/OFF비 105를 실현하기에 충분할 정도로 크다. 그러므로, ZnS 비저항층을 갖는 비선형 저항소자를 사용하는 LCD 장치는 고품위표시를 제공할 수 있다.
본 발명의 2단자 비선형 저항소자는 제 1전극, 제 2전극, 및 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치한 황화아연층을 포함한다. 황화아연층은 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함한다.
본 발명의 한 요지로서, 표시장치의 스위칭 소자로서 사용되는 2단자 비선형 저항소자에서, 표시장치는 제 1기판; 제 2기판; 상기 제 1기판과 제 2기판의 사이에 있는 표시매체; 인가된 전압에 따라 표시매체로 하여금 표시를 행하도록 제 1기판상에 배치되고, 스위칭 소자가 수신된 구동신호에 따라 표시용의 전압을 화소전극에 인가하도록 화소전극에 접속되어 있는 화소전극; 및 스위칭 소자에 구동신호를 공급하는 버스라인을 포함한다. 상기 2단자 소자는 구동신호를 수신하는 제 1전극; 제 1전극에 전기적으로 접속된 황화아연층; 및 황화아연층과 화소전극에 전기적으로 접속된 제 2전극을 포함한다. 상기 황화아연층은 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, ZnS층에 주입된 적어도 하나의 전이금속 원소는 Ni 및 Fe로 이루어진 그룹으로 부터 선택된다.
바람직하게는, 황화아연층은 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼20mg 및 Fe 10㎍∼20mg중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서 표시매체는 액정재료이다.
본 발명의 방법은 제 1및 제 2전극과 그 사이에 있는 황화아연층을 포함하고, 황화아연층이 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 함유하는 2단자 비선형 저항소자를 제조하는 방법이다. 본 발명에 따라, 황화아연층은 황화아연층에 함유될 적어도 하나의 전이금속 원소를 황화시킴으로써 제조되는 적어도 하나의 전이금속 황화물을 포함하는 소성 ZnS 타겟을 스퍼터링함으로써 제 1전극상에 형성된다.
본 발명의 또 다른 요지로서, 제 1 및 제 2전극과, 그 전극들 사이에 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하는 황화아연층을 갖는 2단자 비선형 저항소자의 제조방법은
(a) 기판상에 제 1도전체를 패터닝함으로써 제 1전극을 형성하는 단계,
(b) 소성 ZnS 타겟을 스퍼터링함으로써 제 1전극상에 황화아연층을 형성하는 단계, 및
(c) 황화아연층상에 제 2도전체를 패터닝함으로써 제 2전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 단계(b)에서 사용되는 상기 소성 ZnS 타겟은 상기 황화아연층에 함유되는 적어도 하나의 상기 전이금속 원소를 황화시켜 얻어지는 적어도 하나의 전이금속 황화물을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 소성 ZnS타겟은 황화니켈과 황화철중 적어도 하나를 포함한다.
바람직하게는, 황화아연층은 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼ 20mg 및 Fe 10㎍ ∼ 20mg중 적어도 하나를 포함하도록 단계(b)를 실시한다.
본 발명의 표시장치는 제 1기판; 제 2기판; 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 있는 표시매체; 인가된 전압에 따라 표시매체로 하여금 표시를 행하도록 제 1기판상에 배치된 화소전극; 수신된 구동신호에 따라 표시용의 전압을 화소전극에 인가하도록 화소전극에 접속된 스위칭 소자; 및 스위칭 소자에 구동신호를 공급하는 버스라인을 포함한다. 상기 2단자 소자는 구동신호를 수신하는 제 1전극; 제 1전극에 전기적으로 접속된 황화아연층; 및 황화아연층과 화소전극에 전기적으로 접속된 제 2전극을 포함한다. 상기 황화아연층은 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하고 있다.
본 발명의 한 실시예에서, ZnS층에 주입된 적어도 하나의 전이금속 원소는 Ni 및 Fe로 이루어진 그룹으로 부터 선택된다.
바람직하게는, 황화아연층은 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼ 20mg 및 Fe 10㎍ ∼ 20mg중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서 표시매체는 액정재료이다.
본 발명의 또 다른 요지로서, 2단자 비선형 저항소자를 표시장치의 스위칭 소자로서 사용하는 방법은 2단자 비선형 저항소자를 사용하는데 이 2단자 소자는 제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 있고, 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하는 황화아연층을 포함하고; 그리고 표시장치는 제 1기판, 제 2기판, 상기 제 1기판과 상기 제 2기판사이에 있는 표시매체, 인가되는 전압에 따라 상기 표시매체로 하여금 표시를 행하도록 제 1기판상에 배치되고, 스위칭 소자가 수신된 구동신호에 따라 표시용의 전압을 화소전극에 인가하도록 상기 화소전극에 접속된 화소전극; 및 스위칭 소자에 구동신호를 공급하는 버스라인을 포함한다. 이 방법에서, 상기 제 1전극은 구동신호를 수신하도록 버스라인에 전기적으로 접속되고, 황화아연층은 제 1전극에 전기적으로 접속되고, 그리고 제 2전극은 황화아연층과 화소전극에 전기적으로 접속되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, ZnS층에 주입된 적어도 하나의 전이금속 원소는 Ni 및 Fe로 이루어진 그룹으로 부터 선택된다.
바람직하게는, 황화아연층은 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼20mg 및 Fe 10㎍∼20mg중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서 표시매체는 액정재료이다.
그러므로, 본 발명은 (1)충분한 급준성과 대응 ON/OFF비를 나타내는 I-V 특성을 갖는 2단자 비선형 저항소자를 제공하고, (2) 각 소자의 I-V 특성변화를 감소시키도록 2단자 비선형 저항소자를 제조하는 방법을 제공함으로써 상기 소자를 사용하는 표시장치가 고품위의 표시를 하게되는 장점을 얻을 수 있다.
본 기술분야의 숙련자라면 첨부도면을 참고로 하기 설명을 통해 본 발명의 상기 장점과 기타 장점을 분명히 알 수 있을 것이다.
이하, 본 발명은 첨부도면을 참고로 실시예에 의해 설명된다.
본 발명에 따른 2단자 비선형 저항소자는 제 1전극, 제 2전극, 제 1 및 제 2전극들 사이에 놓이는 비선형 저항층으로서 황화아연(ZnS) 층을 포함한다. 황화아연층은 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함한다.
본 발명에 따라서, ZnS층을 포함하는 2단자 비선형 저항소자(이하, 'ZnS 소자'라 함)의 I-V 특성은 ZnS층에 주입된 적어도 하나의 전이금속 원소에 의해 조절된다. 하기에서 더욱 상세히 설명되는 바와같이 I-V 특성의 급준성(비선형성) 및 ZnS 소자의 ON-전류는 전이금속 원소의 형태 및 ZnS 층중 그의 함량을 적절히 선택함으로서 표시장치의 표시매체에 조절된다.
제1도는 Ni가 ZnS층에 주입된 경우로서 본 발명에 따른 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸다. 제1도에서, 다이아그램의 가로축은 ZnS소자에 인가된 전압V를 나타내고, 세로축은 ZnS소자를 통해 흐르는 전류I를 나타낸다. 세로축의 눈금은 로그 눈금이다. 곡선(10)은 순수 ZnS층을 포함하는 ZnS소자의 I-V특성을 나타내고, 곡선(11-14)은 불순물로서 Ni를 함유하는 ZnS층을 포함하는 것을 나타낸다. 곡선(11-14)은 ZnS 1g당 Ni은 각각 10㎍, 1mg, 10mg 및 50mg을 함유하는 ZnS층을 포함하는 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸다.
제1도에서 알 수 있는 바와같이, I-V 특성은 ZnS층에 주입된 Ni의 양에 따라 달라질 수 있다. 곡선(10-14)은 Ni양의 증가에 따른 ON-전류의 증가를 나타낸다. 그러나, Ni의 양이 ZnS 1g당 50mg을 초과하면 I-V 특성의 급준성이 감소되어 스위칭 소자에 대한 비선형 저항 효과를 상실하게 된다.
제2도는 ZnS소자를 사용하는 표시장치의 표시 매체에 인가된 전압 VLD와 ZnS소자에 인가된 구동전압 V간의 관계를 나타낸다. 곡선(20-24)은 ZnS 1g당 불순물 비함유 ZnS층, Ni 1mg 함유 ZnS층 및 Ni 50mg함유 ZnS층을 갖는 ZnS 소자를 각각 나타낸다.
곡선(20)으로 부터 알 수 있는 바와같이 순수한 ZnS층이 사용되는 경우에, 표시매체에 전압 VLC의 5V를 인가하기 위해 30V이상의 큰 구동전압이 필요하다. 그러나, ZnS소자를 손상시키지 않기 위해서, 구동전압은 약 28V 미만으로 제한되어야 한다. 그러므로, 표시매체에 인가된 전압은 약 3V로서 고품위 표시를 하는데 불충분하다.
ZnS 1g당 Ni 1mg을 함유하는 ZnS층이 사용되는 경우, 곡선(21)으로 부터 알 수 있는 바와같이, 표시매체에 전압 VLC 5V를 인가하는 데 필요한 구동전압은 약 20V이다. 그러므로, Ni를 함유하는 ZnS층을 사용하는 ZnS 소자는 순수 ZnS층을 사용하는 것보다 더 좋은 표시를 제공할 수 있다. 한편, ZnS층이 ZnS 1g당 Ni 50mg을 함유하는 경우에, I-V 특성곡선(22)은 급준성을 상실하게 되고 표시매체에 인가된 전압은 충분하지 못하다.
제3도는 Fe가 ZnS층에 주입된 경우로서 본 발명의 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸다. 제3도에서는, 제1도에서와 마찬가지로 다이아그램의 가로축은 ZnS소자에 인가된 전압V를 나타내고, 세로축은 ZnS소자를 통해 흐르는 전류I를 나타낸다. 세로축의 눈금은 로그 눈금이다. 제3도에서 곡선(30)은 순수 ZnS층을 포함하는 ZnS소자의 I-V특성을 나타내고, 곡선(31-34)은 불순물로서 Fe를 함유하는 ZnS층을 포함하는 것을 나타낸다. 곡선(31-34)은 ZnS 1g당 Fe 100㎍, 20mg, 및 50mg을 각각 함유하는 ZnS층을 포함하는 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸다.
제3도에서 알 수 있는 바와같이, I-V 특성은 ZnS층에 주입된 Fe의 양에 따라 달라질 수 있다. 곡선(30-34)은 Fe양의 증가에 따른 I-V 특성의 급준성(즉, ZnS층의 비선형성)의 증가를 나타낸다. 그러나, Fe의 양이 ZnS 1g당 50mg을 초과하면 I-V 특성의 급준성이 상실되어 ZnS층의 최적의 Fe함량 범위가 존재한다.
ON-전류는 Fe함유 ZnS층에 Ni를 첨가함으로써 증가될 수 있다. 제4도는 Fe 및 Ni가 ZnS층에 주입된 경우로서 본 발명의 ZnS소자에 대한 I-V특성을 나타낸다. 제4도에서 곡선(41)은 ZnS 1g당 Fe 1mg과 Ni 100㎍을 함유하는 ZnS층을 포함하는 ZnS소자의 I-V 특성을 나타내고, 곡선(42)은 ZnS 1g당 Fe 1mg과 Ni 1mg을 함유하는 ZnS층을 포함하는 것을 나타낸다. 제4도에서 나타낸 바와같이, I-V 특성은 ZnS층에 주입된 Fe와 Ni의 양에 따라 달라질 수 있다.
상기한 바와같이, ZnS 1g당 Ni 10㎍∼20mg을 주입하면 Ni의 양에 따라 ON-전류를 증가시킨다. 마찬가지로, ZnS 1g당 Fe 10㎍∼20mg을 주입하면 I-V 특성의 급준성을 증가시킨다. Fe와 Ni를 주입하고 그 성분비를 조절함으로써 ZnS소자의 스위칭특성(예, 비선형성 및 ON-전류)이 표시장치의 표시매체의 특성에 맞게 적절히 조절된다. 이로 인해 고품위의 표시를 할 수 있다.
이하, 본 발명의 ZnS소자를 사용하는 표시장치를 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1에서는, ZnS소자를 사용하는 반사형 화이트-테일러 게스트-호스트 LCD 장치에 대해 설명한다. 본 실시예에서, 비선형 저항층은 불순물로서 니켈을 함유하는 황화아연층이다.
제5a도는 본 발명의 본 실시예에서 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판(57)의 일부를 나타낸 평면도이다. 제5b도는 제5a도의 A-A'선 단면도를 나타낸다. ZnS소자(56)는 유리기판(51)상에 탄탈(Ta)의 제 1 전극(52a)(주사전(52)의 일부), ZnS층(54)(비선형 저항층), 및 알루미늄(Al)의 화소전극(55)의 일부인 제 2전극(55a)을 포함한다. 바람직한 ZnS층의 두께는 100nm이고 ZnS층의 Ni함량은 ZnS 1g당 5mg이다.
제5a 및 5b도에 나타낸 바와같이, Ta의 도전층은 스퍼터링에 의해 두께 200nm로 유리기판(51)상에 형성되고, 주사선(52)은 유리기판(51)상에 도전층을 패터닝함으로써 형성된다. 그 다음 절연층(53)이 유리기판(51)상에 형성된다. 절연층은 다음과 같이 형성된다. 스피너 코팅에 의해 아크릴산 포지티브형 감광성 수지를 유리기판(51)의 표면 전체에 도포한다. 감광성 수지의 두께는 약 1.4㎛이다. 감광성 수지를 사용함으로써 패터닝 공정을 단순화할 수 있다. 포토마스크를 사용하여 노출시킨 후, 상기 현상제로 현상을 하여 관통공(53a)을 갖는 절연층(53)을 형성한다. 관통공(53a)은 ZnS층(54)와 제 2전극(52a)을 접속하는 데 사용된다.
그 다음, 절연층(53)의 표면에는 반응성 이온에칭(RIE)공정에 의해 요철을 형성한다. 요철면은 화소전극의 반사 특성을 개선하는 약 700nm의 요철(uneveness)을 갖는다.
그 다음, ZnS층(54)은 Ni을 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용하여 스퍼터링에 의해 주사선(52)과 절연층(53)상에 형성된다. ZnS층은 약 100nm의 두께로 형성된다. 플레임리스 원자흡광법에 의한 정량분석 결과 ZnS층중 Ni함량은 ZnS 1g당 5mg이다. 그 다음, Al층을 스퍼터링에 의해 기판(57)상에 퇴적하여 약 200nm의 두께를 갖도록 한 다음, 포토리소그래피 공정과 에칭공정을 실시하여 화소전극(55)을 형성한다. 관통공(53a)에 대응하는 화소전극(55)의 부분(55a)은 ZnS소자(56)의 제 2전극으로서 작용한다.
제6도는 본 발명의 실시예1에 의한 LCD 장치(63)의 일부를 나타내는 사시도이다. 제6도에서 나타낸 바와같이, 대향측 기판(58)은 기판(57)과 대향하고 액정재료와 같은 표시매체층(62)은 기판들(57, 58) 사이에 위치해 있다.
대향측 기판(58)은 다음 방법으로 제조된다. 제6도에 나타낸 바와같이, ITO의 투명 도전층은 스퍼터링에 의해 유리기판(59)상에 형성된다. ITO층의 두께는 약 200nm이다. ITO층은 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 띠모양의 대향측 전극(60)(데이타 전극)에 패턴화된다. 에칭공정에서는 브롬화수소산을 사용해도 좋다.
그 다음, 배향층(61)은 기판(57)과 대향측 기판(58)상에 형성된다. 배향층(61)은 폴리이미드(PI)층의 양 표면을 러빙처리함으로써 폴리이미드로 형성될 수 있다.
기판(57)과 대향측 기판(58)은 소정의 간격을 유지한 채 서로 대향하도록 위치하고, 화이트-테일러 게스트-호스트형 액정재료는 기판들(57,58) 사이에 주입되어 표시매체층(62)을 형성한다. 화이트-테일러 게스트-호스트형 액정재료는 비교적 높은 구동전압을 요한다. 본 발명의 ZnS소자를 사용함으로써 화이트-테일러 게스트-호스트형 액정재료를 사용하는 표시장치는 고품위의 표시를 할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 2에서는, ZnS소자를 사용하는 반사형 화이트-테일러 게스트-호스트 LCD 장치에 대해 설명한다. 본 실시예에서, ZnS소자의 ZnS층은 불순물로서 철을 함유한다.
제7a도는 본 발명의 실시예 2에서 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판(77)의 일부를 나타낸 평면도이다. 제7b도는 제7a도의 B-B'선 단면도를 나타낸다. ZnS소자(76)는 유리기판(71)상에 탄탈(Ta)의 제 1전극(72a)(주사선(72)의 일부를 형성), ZnS층(73)(비선형 저항층), 및 알루미늄(Al)의 화소전극(75)의 일부인 제 2 전극(75a)을 포함한다. 바람직한 ZnS층의 두께는 80nm이고 ZnS층의 Fe함량은 ZnS 1g당 1mg이다.
제7a 및 7b도에 나타낸 바와같이, Ta의 도전층은 스퍼터링에 의해 두께 200nm로 유리기판(71)상에 형성되고, 주사선(72)은 유리기판(71)상에 도전층을 패터닝함으로써 형성된다. 그 다음 ZnS층(73)이 Fe함유 소성 ZnS 타겟을 이용하는 스퍼터링에 의해 유리기판(71)상에 형성되어 주사선(72)을 덮는다. ZnS층(73)은 80nm의 두께로 형성된다. 플레임리스 원자흡광법에 의한 정량분석 결과 ZnS층(73)중 Fe함량은 ZnS 1g당 1mg이다.
그 다음, 절연층(74)은 ZnS층(73)상에 형성된다. 본 실시예에서, 아크릴산 포지티브형 감광성 수지를 사용하여 절연층(74)을 형성한다. 감광성 수지를 사용함으로써 패터닝 공정을 단순화할 수 있다. 스피너 코팅에 의해 감광성 수지를 ZnS층(73)의 표면 전체에 도포하여 두께 약 1.4㎛로 한다. 포토마스크를 사용하여 노출시킨 후, 상기 현상제로 현상을 하여 관통공(74a)을 갖는 절연층(74)을 형성한다. 관통공(74a)은 ZnS층(73)과 제 2전극(75a)을 접속하는 데 사용된다. 그 다음, 절연층(74)의 표면에는 RIE 공정에 의해 요철을 형성한다.
그 다음, Al층을 스퍼터링에 의해 기판(77)상에 퇴적하여 약 200nm의 두께를 갖도록 한 다음, 포토리소그래피 공정과 에칭공정을 실시하여 화소전극(75)을 형성한다. 관통공(74a)에 대응하는 화소전극(75)의 부분(75)은 ZnS소자(76)의 제 2전극으로서 작용한다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 실시예 1에서와 동일하다.
[실시예 3]
실시예 3에서는, 역극성(back-to-back) 구조를 형성하도록 직렬로 접속된 한 쌍의 ZnS 소자를 사용하는 LCD 장치에 대해 기재하고 있다.
제8a도는 실시예 3에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판(87)의 일부를 나타낸 평면도이다. 제8b도는 제8a도의 C-C'선 단면도를 나타낸다.
제8a 및 제8b도에서 나타낸 바와같이, 기판(87)에 있어서, Al 화소전극(85), Al 주사선(86) 및 한 쌍의 ZnS소자를 유리기판(81)상에 형성한다. 화소전극(85)은 주사선(86)을 향해 연장되어 있는 돌기(85a)를 포함하고, 주사선(86)은 화소전극(85)을 향해 연장되어 있는 돌기(86a)를 포함한다. 돌기들(85a, 86a) 아래에서 Ta로 된 섬모양 전극(82)이 유리기판(81)상에 형성되어 있다. Ni를 함유하는 ZnS층(83)은 섬모양 전극(82)상에 형성된다. 절연층(84)은 ZnS층(83) 전체를 덮도록 형성된다. 절연층(84)은 관통공(84a,84b)를 갖는다. 화소전극(85)의 돌기(85a)은 관통공(84a)을 통해 ZnS층(83)에 접속되어 있고, 주사선(86)의 돌기(86a)는 관통공(84b)을 통해 ZnS층(83)에 접속되어 있다.
상기 구조를 갖는 LCD 장치는 제1 ZnS소자(88) 및 제2 ZnS소자(89)를 포함한다. 제1 ZnS소자(88)는 관통공(84b)내에 MSM(금속-반도체-금속) 3층 구조를 갖는다. 제1 ZnS소자(88)의 MSM 구조는 주사선(86)의 돌기(86a), ZnS층(83) 및 섬모양 전극(82)을 포함한다. 제2 ZnS소자(89)는 또한 관통공(84a) 내에 섬모양 전극(82), ZnS층(83) 및 화소전극(85)의 돌기(85a)를 포함하는 MSM 3층 구조를 갖는다. 제 1 및 제 2 ZnS소자(88, 89)는 반대측 극에서 직렬로 결합되어 역극성 구조를 형성한다.
상기 구조를 갖는 LCD 장치의 제조공정을 제8a 및 8b도를 참고로 설명한다.
먼저, 섬모양 전극(82)을 제조하기 위한 Ta의 도전층은 스퍼터링에 의해 두께 300nm로 유리기판(81)상에 형성된다. 그 다음, ZnS층(83)이 Ni함유 소성 ZnS타겟을 사용하는 스퍼터링에 의해 유리기판(81)상에 형성되어 섬모양 전극(82)을 덮는다. ZnS층(83)은 ZnS 1g당 Ni 500㎍을 함유하고 80nm의 두께로 형성된다. ZnS층(83)과 전극(82)은 ZnS층(83)으로 덮힌 섬모양 전극(82)을 형성하도록 패턴화된다.
그 다음, 절연층(84)은 감광성 수지를 사용하여 ZnS층(83) 및 유리기판(81)상에 형성된다. 스핀코팅에 의해 감광성 수지를 ZnS층(83)의 표면 전체에 도포하여 두께 약 300nm로 한다. 포토마스크를 사용하여 노출시킨후, 상기 현상제로 현상하여 관통공(84a,84b)을 갖는 절연층(84)을 형성한다. 관통공(84a)은 화소전극(85)의 ZnS층(83)과 돌기(85a)을 접속하는 데 사용된다. 관통공(84b)은 주사선(86)의 ZnS층(83)과 돌기(86a)를 접속하는 데 사용된다.
그 다음, Al층을 스퍼터링에 의해 기판(87)상에 퇴적하여 약 300nm의 두께를 갖도록 한다. 포토리소그래피 공정과 에칭공정에 의해 Al층을 패터닝함으로써 화소전극(85)과 주사선(86)을 형성한다. 에칭공정에서는 브롬화수소산을 사용해도 좋다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 실시예 1 및 실시예 2에서와 동일하다.
본 실시예에서는, ZnS소자가 직렬로 접속되어 역극성 구조를 갖는 스위칭 소자를 형성하므로 스위칭 소자에 인가된 전압의 극성과 관련하여 스위칭 소자의 I-V 특성에서 대칭성이 개선된다. 한편, ZnS소자는 I-V 특성에서 대칭성을 개선하기 위해 고리구조를 형성하도록 병렬로 접속된다.
또한, ZnS층에 주입될 불순물은 Ni 대신에 Fe와 같은 또 다른 전이금속 원소를 사용해도 좋다.
[실시예 4]
실시예 4에서는, ZnS소자를 사용하는 투과형 LCD 장치에 대해 설명한다.
제9a도는 본 발명의 실시예 4에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판(98)의 일부를 나타낸 평면도이다. 제9b도는 제9a도의 D-D'선 단면도를 나타낸다. ZnS소자(97)는 유리기판(91)상에 탄탈(Ta)의 제 1전극(92a)(주사선(92)의 일부를 형성), Ni함유 ZnS층(93)(비선형 저항층), 및 알루미늄(Al)의 제 2전극(상부 전극, 96)을 포함한다. 상부 전극(96)은 ITO의 화소전극(95)에 접속된다. 바람직한 ZnS층의 두께는 100nm이다.
제9a 및 9b도에 나타낸 바와같이, Ta의 도전층은 스퍼터링에 의해 두께 300nm로 유리기판(91)상에 형성되고, 주사선(92)은 유리기판(91)상에 도전층을 패터닝함으로써 형성된다.
그 다음, 절연층(94)이 주사선(92)을 덮는 유리기판(91)상에 형성된다. 본 실시예에서, 아크릴산 포지티브형 감광성 수지를 사용하여 절연층(94)을 형성한다. 스피너 코팅에 의해, 감광성 수지를 유리기판(91)의 표면 전체에 도포하여 두께가 약 400nm가 되도록 한다. 감광성 수지를 사용하여 절연층(94)을 형성하면 기타 절연층 형성방법과 비교할 때 공정을 단순화할 수 있는 장점이 있다. 한편, 감광성 수지로서는 이를테면, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리메틸 메타크릴레이트등이 사용될 수 있다. 포토마스크를 사용하여 노출시킨후, 상기 현상제로 현상을 하여 관통공(94a)을 갖는 절연층(94)을 형성한다.
그 다음, ZnS층(93)은 Ni을 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용하여 스퍼터링에 의해 절연층(94)상에 형성된다. ZnS층(93)은 약 100nm의 두께로 형성된다. ZnS층(93)은 관통공(94a)을 통해 주사선(92)에 접속된다.
그 다음, Al층을 스퍼터링에 의해 퇴적하여 약 300nm의 두께를 갖도록 한 다음, 포토리소그래피 공정을 실시한다. 그후, 제9b도에 나타낸 바와같이, 인산, 또는 인산, 질산 및 초산의 혼합물을 사용하는 습식 에칭에 의해 패터닝하여 ZnS층(93)을 덮는 상부 전극(96)을 형성한다.
그 다음, 제9a 및 9b도에 나타낸 바와같이, ITO층을 스퍼터링에 의해 약 200nm의 두께로 퇴적하고, 화소전극(95)을 패턴화하여 상부 전극(96)에 접속한다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 실시예 1에서와 동일하다. 투과형 LCD의 본 실시예에서, 트위스티드 네마틱형 액정재료를 표시매체로서 사용하고 편광기를 기판에 부착한다.
전이금속 원소를 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용함으로써 Ni 대신에 Fe와 같은 또 다른 전이금속 원소를 ZnS층(93)에 주입할 수 있다.
[실시예 5]
실시예 5에서, ZnS소자는 불순물로서 철과 니켈을 함유하는 ZnS층을 포함한다. 본 실시예에서, ZnS소자를 사용하는 LCD 장치는 실시예2에서와 동일한 반사형 화이트-테일러 게스트-호스트 LCD 장치이다.
주사선과 절연층을 실시예 2에서와 유사한 방법으로 유리기판상에 형성한 후, Ni 및 Fe를 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용하는 스퍼터링에 의해 ZnS층을 형성한다. ZnS층은 약 100nm의 두께를 갖는다. 플레임리스 원자흡광법에 의한 정량분석 결과 ZnS층중 Ni 및 Fe함량은 각각 ZnS 1g당 1mg이다. 화소전극은 실시예 2에서와 동일한 방법으로 Al층을 패터닝함으로써 형성된다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 실시예 2에서와 유사하다.
제10도는 Fe 및 Ni가 주입된 ZnS층을 갖는 실시예 5의 ZnS소자에 대한 I-V특성을 나타낸다. 제10도에서, 곡선(111)은 ZnS층이 ZnS 1g당 Fe 1mg을 함유하는 경우에, 실시예 2의 ZnS소자에 대한 I-V 특성을 나타낸다. 곡선(112)은 ZnS층이 ZnS 1g당 Fe 1mg과 Ni 1mg을 함유하는 경우에, 본 실시예의 ZnS소자에 대한 I-V 특성을 나타낸다. 제10도에서 나타낸 바와같이, ON-전류는 ZnS층에 Ni를 첨가함으로써 증가될 수 있는 반면 I-V특성은 준급성을 유지한다.
Fe와 Ni를 주입하고 그의 함량비를 조절함으로서, ZnS소자의 ON-전류와 I-V특성(즉, 비선형성)의 급준성은 표시매체의 특성에 적절히 조절된다. 이로 인해 고품위의 표시를 할 수 있는 표시장치를 구현할 수 있다.
[실시예 6]
상기 실시예들에서, ZnS소자의 ZnS층은 전이금속 원소를 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용하는 스퍼터링에 의해 형성된다. 본 실시예에서, ZnS층은 전이금속 원소 대신에 전이금속 황화물을 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용함으로써 형성된다.
소성 ZnS 타겟에 포함된 전이금속 원소는 스퍼터링 공정에서 챔버내의 잔류가스로 인해 산화하는 경향이 있다. 그 생성되는 전이금속 산화물은 ZnS층에 주입되어 ZnS소자의 I-V특성에 바람직하지 못한 영향을 미친다. 잔류가스를 제어하기가 어려우므로 ZnS소자의 I-V특성은 동일 공정으로 제조된다 할 지라도 변할 수 있다.
제11도는 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판상에 형성된 화소전극에 대한 복수개의 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸다. 제11도에 나타낸 바와같이, I-V특성은 동일한 액티브 매트릭스 기판상의 ZnS소자중에서 변한다. 액티브 매트릭스 기판상에 형성된 ZnS소자의 I-V특성변화로 인해 표시장치의 품위를 저하시킨다.
상기 문제점을 피하기 위해서, 전이금속 황화물을 포함하는 ZnS 타겟을 본 실시예의 스퍼터링 공정에 사용한다. 전이금속 황화물은 황화아연층에 함유되는 전이금속 원소를 황화함으로써 제조된다. ZnS 타겟의 전이금속 황화물은 ZnS 타겟의 전이금속 원소보다 덜 산화된다. 이로 인해 기판상의 ZnS소자중에서 I-V특성 변화를 감소시킨다.
제12도는 전이금속 황화물을 포함하는 ZnS타겟을 사용하여 형성되는 복수 개의 ZnS소자의 I-V특성을 나타낸다. 제12도에서 나타낸 바와같이, ZnS소자중에서 I-V특성 변화는 매우 작으므로 표시장치의 표시품위를 개선할 수 있다.
전이금속 황화물은 황화니켈에 한정되지 않는다. 황화철이나 황화니켈과 황화철의 혼합물을 ZnS 타겟에 첨가할 수 있다.
이후, 전이금속 황화물을 포함하는 ZnS타겟을 사용함으로써 ZnS소자를 제조하는 방법과 본 발명의 ZnS소자를 사용하는 표시장치에 대해서 설명한다.
[실시예 7]
실시예 7에서는, ZnS소자를 사용하는 반사형 화이트-테일러 게스트-호스트 LCD 장치에 대해 설명한다. LCD 장치는 실시예 1에서와 유사하다.
제13a도는 본 발명에 따른 본 실시예에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판(137)의 일부를 나타낸 평면도이다. 제13b도는 제13a도의 E-E'선 단면도이다. ZnS소자(136)는 유리기판(132)상에 탄탈(Ta)의 제 1전극(132a)(주사선(132)의 일부를 형성), ZnS층(134)(비선형 저항층), 및 알루미늄(Al)의 화소전극(135)의 일부인 제 2전극(135a)을 포함한다. 바람직한 ZnS층의 두께는 100nm이고 ZnS층의 Ni함량은 ZnS 1g당 3mg(즉, 0.3중량%)이다.
제13a 및 13b도에 나타낸 바와같이, 주사선(132)은 스퍼터링에 의해 두께 200nm로 유리기판(131)상에 형성된 Ta의 도전층을 패터닝함으로써 유리기판(131)상에 형성된다. 그 다음 절연층(133)이 유리기판(131)상에 형성된다. 절연층은 다음과 같이 형성된다. 스피너 코팅에 의해 아크릴산 포지티브형 감광성 수지를 유리기판(131)의 표면 전체에 도포한다. 감광성 수지의 두께는 약 1.4㎛이다. 감광성 수지를 사용함으로써 패터닝 공정을 단순화할 수 있다. 포토마스크를 사용하여 노출시킨후, 상기 현상제로 현상을 하여 관통공(133a)을 갖는 절연층(133)을 형성한다. 관통공(133a)은 ZnS층(134)과 주사선(132)을 접속하는 데 사용된다.
그 다음, 절연층(133)의 표면에는 반응성 이온에칭(RIE)공정에 의해 요철을 형성한다. 요철면은 화소전극의 반사 특성을 개선하는 약 700nm의 요철을 갖는다.
그 다음, ZnS층(134)은 황화니켈(NiS2)을 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용하여 스퍼터링에 의해 주사선(132)과 절연층(133)을 덮도록 기판(137)상에 형성된다. ZnS층은 약 100nm의 두께로 형성된다. 플레임리스 원자흡광법에 의한 정량분석 결과 ZnS층중 Ni함량은 ZnS 1g당 3mg이다. 그 다음, Al층을 스퍼터링에 의해 기판(137)상에 퇴적하여 약 200nm의 두께를 갖도록 한 다음, 포토리소그래피 공정과 에칭공정을 실시하여 화소전극(135)을 형성한다. 관통공(133a)에 대응하는 화소전극(135)의 부분(135a)은 ZnS소자(136)의 제 2전극으로서 작용한다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 전기 실시예에서와 유사하다.
황화니켈을 포함하는 ZnS 타겟을 사용함으로서 LCD 장치의 ZnS소자중에서 I-V특성변화를 감소시킬 수 있다. 이로 인해 LCD 장치는 고품위의 표시를 할 수 있다.
[실시예 8]
실시예 8에서는, ZnS소자를 사용하는 반사형 화이트-테일러 게스트-호스트 LCD 장치에 대해 설명한다. ZnS소자의 ZnS층은 불순물로서 철을 함유한다. LCD 장치는 실시예 2의 것과 유사하다.
제14a도는 본 발명의 실시예 2에서 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판(147)의 일부를 나타낸 평면도이다. 제14b도는 제14a도의 F-F'선 단면도를 나타낸다. ZnS소자(146)는 유리기판(141)상에 탄탈(Ta)의 제 1전극(142a)(주사선(142)의 일부를 형성), ZnS층(143)(비선형 저항층), 및 알루미늄(Al)의 화소전극(145)의 일부인 제 2전극(145a)을 포함한다. 바람직한 ZnS층의 두께는 약 80nm이고 ZnS층의 Fe함량은 ZnS 1g당 5mg이다.
제14a 및 14b도에 나타낸 바와같이, Ta의 도전층은 스퍼터링에 의해 두께 200nm로 유리기판(141)상에 형성되고, 주사선(142)은 유리기판(141)상에 도전층을 패터닝함으로써 형성된다. 그 다음 ZnS층(143)이 황화철(FeS, FeS3)을 함유하는 소성 ZnS 타겟을 이용하는 스퍼터링에 의해 유리기판(141)상에 형성하여 주사선(142)을 덮는다. ZnS층(143)은 약 80nm의 두께로 형성된다. 플레임리스 원자흡광법에 의한 정량분석 결과 ZnS층(143)중 Fe함량은 ZnS 1g당 5mg이다.
그 다음, 절연층(144)은 ZnS층(143)상에 형성된다. 본 실시예에서, 아크릴산 포지티브형 감광성 수지를 사용하여 절연층(144)을 형성한다. 감광성 수지를 사용함으로써 패터닝 공정을 단순화할 수 있다. 스피너 코팅에 의해 감광성 수지를 ZnS층(143)의 표면 전체에 도포하여 두께 약 1.4㎛로 한다. 포토마스크를 사용하여 노출시킨후, 상기 현상제로 현상을 하여 관통공(144a)을 갖는 절연층(144)을 형성한다. 관통공(144a)은 ZnS층(143)과 제 2전극(145a)을 접속하는 데 사용된다. 그 다음, 절연층(144)의 표면에는 RIE 공정에 의해 요철을 형성한다.
그 다음, Al층을 스퍼터링에 의해 기판(147)상에 퇴적하여 약 200nm의 두께를 갖도록 한 다음, 포토리소그래피 공정과 에칭공정을 실시하여 화소전극(145)을 형성한다. 관통공(144a)에 대응하는 화소전극(145)의 부분(145)은 ZnS소자(146)의 제 2전극으로서 작용한다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 실시예 1에서와 동일하다.
황화철을 포함하는 ZnS 타겟을 사용함으로써 LCD 장치의 ZnS소자중에서 I-V특성변화를 감소시킬 수 있다. 이로 인해 LCD 장치는 고품위의 표시를 할 수 있다.
[실시예 9]
실시예 9에서는, 역극성 구조를 갖도록 직렬로 접속된 한 쌍의 ZnS 소자를 사용하는 LCD 장치에 대해 기재하고 있다. LCD 장치는 실시예 3에서와 유사하다.
제15a도는 실시예 9에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판(157)의 일부를 나타낸 평면도이다. 제15b도는 제15a도의 G-G'선 단면도를 나타낸다.
제15a 및 제15b도에서 나타낸 바와같이, 기판(157)에 있어서, Al 화소전극(155), Al 주사선(156) 및 한 쌍의 ZnS소자를 유리기판(151)상에 형성하였다. 화소전극(155)은 주사선(156)을 향해 연장되어 있는 돌기(155a)를 포함하고, 주사선(156)은 화소전극(155)을 향해 연장되어 있는 돌기(156a)를 포함한다. 돌기들(155a, 156a) 아래에 Ta로 된 섬모양 전극(152)이 유리기판(151)상에 형성되어 있다. Ni를 함유하는 ZnS층(153)은 섬모양 전극(152)상에 형성된다. 절연층(154)은 ZnS층(153) 전체를 덮도록 형성된다. 절연층(154)은 관통공(154a,154b)을 갖는다. 화소전극(155)의 돌기(155a)는 관통공(154a)을 통해 ZnS층(153)에 접속되어 있고, 주사선(156)의 돌기(156a)는 관통공(154b)을 통해 ZnS층(153)에 접속되어 있다.
상기 구조를 갖는 LCD 장치는 제1 ZnS소자(158) 및 제2 ZnS소자(159)를 포함한다. 제1 ZnS소자(158)는 관통공(154b)내에 MSM 3층 구조를 갖는다. 제1 ZnS소자(158)의 MSM 구조는 주사선(156)의 돌기(156a), ZnS층(153) 및 섬모양 전극(152)을 포함한다. 제2 ZnS소자(159)는 또한 관통공(154a) 내에 섬모양 전극(152), ZnS층(153) 및 화소전극(155)의 돌기(155a)를 포함하는 MSM 3층 구조를 갖는다. 제1 및 제2 ZnS소자(158, 159)는 반대측 극에서 직렬로 결합되어 역극성 구조를 형성한다.
상기 구조를 갖는 LCD 장치의 제조공정을 제15a 및 15b도를 참고로 설명한다.
먼저, 섬모양 전극(152)을 제조하기 위한 Ta의 도전층은 스퍼터링에 의해 두께 300nm로 유리기판(151)상에 형성된다. 그 다음, ZnS층(153)이 NiS함유 소성 ZnS타겟을 사용하는 스퍼터링에 의해 유리기판(151)상에 형성되어 전극(152)을 덮는다. ZnS층(153)은 ZnS 1g당 Ni 500㎍을 함유하고 80nm의 두께로 형성된다. ZnS층(153)과 섬모양 전극(152)은 ZnS층(153)으로 덮힌 섬모양 전극(152)을 형성하도록 패턴화된다.
그 다음, 절연층(154)은 감광성 수지를 사용하여 ZnS층(153) 및 유리기판(151)상에 형성된다. 스핀코팅에 의해 감광성 수지를 ZnS층(153)의 표면 전체에 도포하여 두께 약 300nm로 한다. 포토마스크를 사용하여 노출시킨후, 상기 현상제로 현상하여 관통공(154a,154b)을 갖는 절연층(84)을 형성한다. 관통공(154a)은 화소전극(155)의 돌기(155a)와 ZnS층(153)을 접속하는 데 사용된다. 관통공(154b)은 주사선(156)의 돌기(156a)와 ZnS층(153)을 접속하는 데 사용된다.
그 다음, Al층을 스퍼터링에 의해 기판(157)상에 퇴적하여 약 300nm의 두께를 갖도록 한 다음, 포토리소그래피 공정과 에칭공정에 의해 Al층을 패터닝함으로써 화소전극(155)과 주사선(156)을 형성한다. 에칭공정에서는 브롬화수소산을 사용해도 좋다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 실시예 1 및 실시예 2에서와 동일하다.
황화니켈을 포함하는 ZnS 타겟을 사용함으로써 LCD 장치의 ZnS소자중에서 I-V 특성 변화를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, ZnS소자가 직렬로 접속되어 역극성 구조를 갖는 스위칭 소자를 형성하므로 스위칭 소자에 인가된 전압의 극성과 관련하여 스위칭 소자의 I-V 특성에 있서 대칭성이 개선된다. 이로 인해 LCD 장치는 고품위 표시를 구현할 수 있다. 한편, ZnS소자는 I-V 특성에서 대칭성을 개선하기 위해 고리 구조를 형성하도록 병렬로 접속된다. 또한, ZnS층에 주입되는 불순물은 Ni 대신 Fe과 같은 또 다른 전이금속 원소를 사용해도 좋다.
[실시예 10]
실시예 10에서는, ZnS소자를 사용하는 투과형 LCD 장치에 대해 설명한다.
제16a도는 본 발명의 실시예 4에 의한 LCD 장치의 ZnS소자를 갖는 기판(168)의 일부를 나타낸 평면도이다. 제16b도는 제16a도의 H-H'선 단면도를 나타낸다. ZnS소자(167)는 유리기판(161)상에 탄탈(Ta)의 제 1전극(162a)(주사선(162)의 일부를 형성), Ni함유 ZnS층(163)(비선형 저항층), 및 알루미늄(Al)의 제 2전극(상부 전극,166)을 포함한다. 상부 전극(166)은 ITO의 화소전극(165)에 접속된다. 바람직한 ZnS층의 두께는 100nm이다.
제16a 및 16b도에 나타낸 바와같이, Ta의 도전층은 스퍼터링에 의해 두께 300nm로 유리기판(161)상에 형성되고, 주사선(162)은 유리기판(161)상에 도전층을 패터닝함으로써 형성된다.
그 다음, 절연층(164)이 주사선(162)을 덮는 유리기판(161)상에 형성된다. 본 실시예에서, 아크릴산 포지티브형 감광성 수지를 사용하여 절연층(164)을 형성한다. 스피너 코팅에 의해, 감광성 수지를 유리기판(161)의 표면 전체에 도포하여 두께가 약 400nm가 되도록 한다. 감광성 수지를 사용하여 절연층(164)을 형성하면 기타 절연층 형성방법과 비교할 때 공정을 단순화할 수 있는 장점이 있다. 한편, 감광성 수지로서는 이를테면, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리메틸 메타크릴레이트등이 사용될 수 있다. 포토마스크를 사용하여 노출시킨후, 상기 현상제로 현상을 하여 관통공(164a)을 갖는 절연층(164)을 형성한다.
그 다음, ZnS층(163)은 NiS을 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용하여 스퍼터링에 의해 절연층(164)상에 형성된다. ZnS층(163)은 약 100nm의 두께로 형성된다. ZnS층(163)은 관통공(164a)을 통해 주사선(162)에 접속된다.
그 다음, Al층을 스퍼터링에 의해 퇴적하여 약 300nm의 두께를 갖도록 한 다음, 포토리소그래피 공정을 실시한다. 그후, 제16b도에 나타낸 바와같이, 인산, 또는 인산, 질산 및 초산의 혼합물을 사용하는 습식 에칭에 의해 패터닝하여 ZnS층(163)을 덮는 상부 전극(166)을 형성한다.
그 다음, 제16a 및 16b도에 나타낸 바와같이, ITO층을 스퍼터링에 의해 약 200nm의 두께로 퇴적하고, 화소전극(165)을 패턴화하여 상부 전극(166)에 접속한다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 제 1시예에서와 유사하다. 투과형 LCD의 본 실시예에서, 트위스티드 네마틱형 액정재료를 표시매체로서 사용하고 편광기를 기판에 부착한다.
황화니켈을 포함하는 ZnS 타겟을 사용함으로써 LCD 장치의 ZnS소자중에서 I-V 특성변화를 감소시킬 수 있다. 전이금속 원소를 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용함으로써 Ni 대신에 Fe와 같은 또 다른 전이금속 원소를 ZnS층(163)에 주입할 수 있다.
[실시예 11]
실시예 11에서, ZnS소자는 불순물로서 철과 니켈을 함유하는 ZnS층을 포함한다. 본 실시예에서, ZnS소자를 사용하는 LCD 장치는 실시예2, 5, 또는 8에서와 동일한 반사형 화이트-테일러 게스트-호스트 LCD 장치이다.
주사선과 절연층을 실시예 2에서와 유사한 방법으로 유리기판상에 형성한 후, 황화니켈 및 황화철을 포함하는 소성 ZnS 타겟을 사용하는 스퍼터링에 의해 ZnS층을 형성한다. ZnS층은 약 100nm의 두께를 갖는다. 플레임리스 원자흡광법에 의한 정량분석 결과 ZnS층중 Ni 및 Fe함량은 각각 ZnS 1g당 1mg이다. 화소전극은 실시예2에서와 동일한 방법으로 Al층을 패터닝함으로써 형성된다.
대향측 기판과 액정층의 제조공정은 실시예 2에서와 유사하다.
제17도는 Fe 및 Ni가 주입된 ZnS층을 갖는 실시예 5의 ZnS소자에 대한 I-V특성을 나타낸다. 제17도에서, 곡선(171)은 ZnS층이 ZnS 1g당 Fe 1mg을 함유하는 경우에, 실시예 8의 ZnS소자에 대한 I-V 특성을 나타낸다. 곡선(172)은 ZnS층이 ZnS 1g당 Fe 1mg과 Ni 1mg을 함유하는 경우에, 본 실시예의 ZnS소자에 대한 I-V 특성을 나타낸다. 제17도에서 나타낸 바와같이, ON-전류는 ZnS층에 Ni를 첨가함으로써 증가될수 있는반면, I-V특성은 준급성을 유지한다.
황화철과 황화니켈을 포함하는 ZnS 타겟을 사용함으로써 LCD 장치의 ZnS소자중에서 I-V특성변화를 감소시킬 수 있다. 또한, Fe와 Ni를 주입하고 그의 함량비를 조절함으로서, ZnS소자의 ON-전류와 I-V특성(즉, 비선형성)의 급준성은 표시매체의 특성에 적절히 조절된다. 이로 인해 고품위의 표시를 할 수 있는 표시장치를 구현할 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자라면 본 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않고 기타 여러가지로 변형할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그 기재에 한정되지 않고 더 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 제 1전극, 제 2전극, 및 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치한 황화아연층을 포함하고, 황화아연층은 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하는 2단자 비선형 저항소자.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 전이금속 원소가 Ni 및 Fe로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 2단자 비선형 저항소자.
  3. 제2항에 있어서, 황화아연층이 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼20mg 및 Fe 10㎍∼20mg중 적어도 하나를 포함하는 2단자 비선형 저항소자.
  4. 표시장치의 스위칭 소자로서 사용되는 2단자 비선형 소자에서, 상기 표시장치는 제 1기판; 제 2기판; 상기 제 1기판과 제 2기판의 사이에 있는 표시매체; 인가된 전압에 따라 표시매체로 하여금 표시를 행하도록 제 1기판상에 배치되고, 스위칭 소자가 수신되는 구동신호에 따라 표시용의 전압을 화소전극에 인가하도록 화소전극에 접속되어 있는 화소전극; 및 스위칭 소자에 구동신호를 공급하는 버스라인을 구비하고, 상기 2단자 비선형 저항소자는 구동신호를 수신하는 제 1전극; 제 1전극에 전기적으로 접속된 황화아연층; 및 황화아연층과 화소전극에 전기적으로 접속된 제 2전극을 갖고, 상기 황화아연층은 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하는 2단자 비선형 저항소자.
  5. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 전이금속 원소가 Ni 및 Fe로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 2단자 비선형 저항소자.
  6. 제5항에 있어서, 황화아연층이 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼20mg 및 Fe 10㎍∼20mg중 적어도 하나를 포함하는 2단자 비선형 저항소자.
  7. 제4항에 있어서, 표시매체가 액정재료인 2단자 비선형 저항소자.
  8. 제 1 및 제 2전극과 그 전극들 사이에 있는 황화아연층을 포함하고, 황화아연층이 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 함유하고, 황화아연층에 함유될 적어도 하나의 전이금속 원소를 황화시킴으로써 제조되는 적어도 하나의 전이금속 황화물을 포함하는 소성 ZnS 타겟을 스퍼터링함으로써 제 1전극상에 형성되는 2단자 비선형 저항소자에 제조방법.
  9. (a) 기판상에 제 1도전체를 패터닝함으로써 제 1전극을 형성하는 단계, (b) 소성 ZnS 타겟을 스퍼터링함으로써 제 1전극상에 황화아연층을 형성하는 단계, 및 (c) 황화아연층상에 제 2도전체를 패터닝함으로써 제 2전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계(b)에서 사용되는 상기 소성 ZnS 타겟은 상기 황화아연층에 함유되는 적어도 하나의 상기 전이금속 원소를 황화시켜 얻어지는 적어도 하나의 전이금속 황화물을 포함하는 제 1 및 제 2전극과, 그 전극들 사이에 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하는 황화아연층을 갖는 2단자 비선형 저항소자의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 소성 ZnS 타겟이 황화니켈과 황화철중 적어도 하나를 포함하는 2단자 비선형 저항소자의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 소성 ZnS 타겟이 황화니켈과 황화철중 적어도 하나를 포함하는 2단자 비선형 저항소자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 황화아연층이 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼20mg 및 Fe 10㎍∼20mg중 적어도 하나를 포함하도록 단계(b)가 시행되는 2단자 비선형 저항소자의 제조방법.
  13. 제 1기판; 제 2기판; 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 있는 표시매체; 제 1기판상에 배치되고, 인가되는 전압에 따라 표시매체에 표시를 행하는 화소전극; 화소전극에 접속되고, 수신되는 구동신호에 따라 표시용의 전압을 화소전극에 인가하는 스위칭 소자; 및 스위칭 소자에 구동신호를 공급하는 버스라인을 구비하고, 상기 스위칭 소자는 구동신호를 수신하는 제 1전극; 제 1전극에 전기적으로 접속된 황화아연층; 및 황화아연층 및 화소전극에 전기적으로 접속된 제 2전극을 갖고, 그리고 상기 황화아연층은 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하는 표시장치.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 전이금속 원소가 Ni 및 Fe로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 표시장치.
  15. 제14항에 있어서, 황화아연층이 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼20mg 및 Fe 10㎍∼20mg중 적어도 하나를 포함하는 표시장치.
  16. 제13항에 있어서, 표시매체가 액정재료인 표시장치.
  17. 2단자 비선형 저항소자를 표시장치의 스위칭 소자로서 사용하는 방법에서, 상기 2단자 비선형 저항소자는 제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 있고, 불순물로서 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하는 황화아연층을 포함하고, 그리고 상기 표시장치는 제 1기판; 제 2기판; 상기 제 1기판과 제 2기판사이에 있는 표시매체; 인가되는 전압에 따라 상기 표시매체로 하여금 표시를 행하도록 상기 제 1기판상에 배치되고, 스위칭 소자가 수신된 구동신호에 따라 표시용의 전압을 화소전극에 인가하도록 상기 화소전극에 접속된 화소전극; 및 스위칭 소자에 구동신호를 공급하는 버스라인을 구비하고, 상기 제 1전극은 구동신호를 수신하도록 버스라인에 전기적으로 접속되고, 상기 황화아연층은 제 1전극에 전기적으로 접속되고, 그리고 제 2전극은 황화아연층과 화소전극에 전기적으로 접속되어 있는, 2단자 비선형 저항소자를 표시장치의 스위칭 소자로서 사용하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 적어도 하나의 전이금속 원소가 Ni 및 Fe로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 2단자 비선형 저항소자를 사용하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 황화아연층이 황화아연 1g당 Ni 10㎍∼20mg 및 Fe 10㎍∼20mg중 적어도 하나를 포함하는 2단자 비선형 저항소자를 사용하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 표시매체가 액정재료인 2단자 비선형 저항소자를 사용하는 방법.
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