JPS63229483A

JPS63229483A - マトリクス型表示装置

Info

Publication number: JPS63229483A
Application number: JP62062919A
Authority: JP
Inventors: 晋吾藤田; 山添　博司; 茂吉田; 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、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
を例に取って説明する。

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、更に（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、（１１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（なるという欠点がある。（２ｂ）は、
（２ａ）よりも容易な工程で製造出来、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、三
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〔例えばアイトリプルイー。

トランザクシロン。エレクトロン、デハイシズ。

イーディ２８巻、６号、７３６ページ（１９８１）　　
（ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ　ＯＮ　ＥＬＥＣＴ
ＲＯＮ　ＤＥＶＩＣＥＳ　Ｖｏｌ、　ＥＤ−２８゜Ｎ［
Ｌ６．７’３６　（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１ｂ）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（Ｔａｚ　ｏｓ　）、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（Ｔａ２ｏｓ　）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図に示したような素子を用いた装置
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２個のアモルファス・シリコ
ン（ａ　−５ｔ）　Ｐ　Ｉ　Ｎ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Ｔａ）は、この素子の構成断面図であ
り、同図（ｂ）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４図にお
いて、２０１は基板、２０２は第１電極、２０３はＮ型
ａ−Ｓｉ、２０４はＩ型ａ−Ｓｉ、２０５はＰ型ａ−３
ｉ、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、２１１は
表示電極ないし絵素電極である。

第三のものは、第５図に示した様な素子を用いた装置で
ある〔例えばプロシーディングズ　オヴザ　シックスス
　インターナショナル　ディスプレイ　リサーチ　コン
ファランス、７２ページ（Ｐｒｏｃ、　６ＴＨＩｎｔ、
　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｃｏｎｆ、　＋
　ｐｐ７２〕。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（ｂ）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、３０１は基
板、３０２は透明導電体層等からなるリード配線、３０
３は厚さ約１０００人程度硅素（Ｓｔ）と窒素（Ｎ）と
水素（Ｈ）との化合物からなる非線形層、３０４は表示
電極ないし絵素電極、３０５は前記非線形層と表示電極
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、３０６は非線形二端子素子、
３０７はリード配線ないしバス・バー、３０８は端子、
３０９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
度のデユーティ比の駆動においても十分高コントラスト
の表示が可能である。

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
。

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。

従来例の第３の場合について述べる。公知の文献で見る
限り、非線形特性の由来する層は非晶質の水素と窒素と
硅素の化合物からなっている。一般に、非晶質の水素と
窒素と硅素の化合物は非晶質の窒素と硅素の化合物より
半導体的性質は優れていると言われている。しかしなが
ら、電気的な非線形特性の大小と、半導体的性質との間
にそれほどの対応はないと思われる。何はともあれ、非
晶質の水素と窒素と硅素の化合物はプラズマ化学蒸着法
（プラズマＣＶＤ法）や水素雰囲気中でのスパッター法
による必要がある。この方法は、危険であるとか、下地
加熱がかなりの高温で必要とか、均一なプラズマを作る
必要があるとか、問題が多い。

また、非晶質の水素と窒素と硅素の化合物は水素を含む
故に、水素の離脱によって特性の変化は比較して大きい
。

従って、簡易な工程で製造が可能な、かつ、安定で、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、複数のリード
配線と、該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、電気的に縦続された複合層とを、少なくとも
具備し、かつ、前記複合層は硅素（Ｓｔ）層と非晶質半
導体層と硅素（Ｓｉ）層をこの順に積層してなり、前記
非晶質半導体層は砒素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）からなるが
、砒素（Ａｓ）とセレン（Ｓｅ）からなるか、砒素（Ａ
ｓ）とセレン（Ｓｅ）と硫黄（Ｓ）からなることを特徴
とするマトリクス型表示装置を提供するものである。

作用本発明は前記複合層、すなわち、導体−複合層−導体構
造からなる非線形素子部、とりわけ、複合層に含まれる
非晶質半導体層によって、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、かなりの部
分、非晶質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Ｉ＝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、非晶質半導体層を形成する化合物の比誘電率が、
組成比によって若干異なるが、２０以下と比較的小さい
。従って、本発明による非線形素子の形状は比較的太き
（することが出来る。このことにより、製造上の歩留り
の向上が望める。

本発明が前記複合層に期待する非線形性の発現は、例え
ば、故意の基板加熱無しに、電子ビーム加熱蒸着法と抵
抗加熱蒸着法により、容易に形成された複合層によって
も、なされることが出来る。

すなわち、第３の実施例のものに比べて、本質的に製法
が簡単である。

複合層を形成する時には、水素を故意には混入されない
。このことにより、水素原子の複合層からの離脱による
特性の経時変化は著しく小さくなった。マトリクス表示
装置用の非線形素子側の基板の作成には、３度のフォト
・リソグラフィー、或いは、それ以下の回数のフォト・
リソグラフィーで可能である。前述のように、非線形素
子の形状は比較的大きく出来ること、前記複合層を蒸着
法で形成する場合には基板加熱を必ずしも必要としない
ことを考えると、本発明による表示装置に用いる非線形
素子の製法は簡単になりうる。常識的には、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
）の上に複合層、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、前記複合層と表示電極を
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、３度の膜形成、及び３度のフォト・リソグラフィ一
工程で可能である。前述の考えから、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Ｎ１Ａ）
の上に複合層を形成するのは、メタルマスクを用い、メ
タルマスクと基板の合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、
前記非晶質半導体層と硅素層との接触部に起因するのは
小さく、前記非晶質半導体層内部に、主に、原因を有す
ることが推測されている。

著者達の実験によれば、マトリクス表示装置の製造時に
かかる温度を考えると、前記非晶質半導体層における砒
素の含有比率は１０％〜９０％が望ましい範囲であった
。

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。

先述したように、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。どの様な場
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
う一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（ａ）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、（ｂｌ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
複合層、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、６は硅素層、７は非晶質半導
体層である。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、１１はリード配線、１２は
非線形二端子素子、１３は表示電極、すなわち絵素電極
である。

以下の実施例においては、リード配線２ないし１１は、
錫（Ｓｎ）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、接続配線４はチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ
）　、アルミニウム（ＡＩ）から、絵素電極１３は錫（
Ｓｎ）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
題となるさいには、リード配線２ないし１１としては高
導電性、例えばアルミニウム（Ａｌ）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１１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３０ミクロン・メートルの磁性ステンレス
鋼製の、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、電
子ビーム加熱蒸着法によって基板上に硅素層を形成し、
抵抗加熱蒸着法によって非晶質半導体層を、更に、前述
のようにして硅素層を形成した。更に、メタルマスクを
用いて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。複合層の蒸着による
形成においては真空度は１＊１０−”Ｔｏｒｒ程度にし
た。

この基板をパネル化する前に、素子の電流−電圧特性を
測定した。

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°捻れ構造となるようにした。

以上の経過を経て、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にはソーダガラス上に、二酸化硅素（ＳｉＯ□）
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で形成した。非晶質半導体層形成
の際のソースとしては、砒素を４０原子％含む砒素−セ
レン化合物を用い、蒸着用ヒ−ターはモリブデン製を用
いた。更に、接続配線４としては、厚さ約７００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＝１２〜１８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
べて充分に小さかった。また、前記非線形性は妥当な時
間にわたって充分に安定であった。

こ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、１．０８１以上のコントラストの
表示が実現出来た。

（実施例２）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にはソーダガラス上に、二酸化硅素（ＳｉＯ□）
を被覆したものを用いた。リード配線２としては約６０
０人の厚みのチタン（Ｔｉ）で形成した。

非晶質半導体層形成の際のソースとしては、砒素を６０
原子％含む砒素−硫黄化合物を用いた。更に、接続配線
４としては、厚さ約７００人のクロム（Ｃｒ）膜を形成
した。

こ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の表
示が実現出来た。

（実施例３）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にはソーダガラス上に、二酸化硅素（ＳｔＯ□）
を被覆したものを用いた。リード配線２としては約６０
０人の厚みのチタン（Ｔｉ）で形成した。

半導体層形成の際のソースとしては、砒素を５０原子％
、セレンを２５原子％、硫黄を２５原子％含む化合物を
用いた。更に、接続配線４としては、厚さ約７００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−１３〜２４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
べて充分に小さかった。また、前記非線形性は妥当な時
間にわたって充分に安定であった。

実施例１〜３においては、半導体層及び接続電極をバタ
ーニングする方法として、メタルマスクを用いる方法を
採用したが、フォトレジストを用いたりフトオフ法によ
っても同様の効果を得ることが出来た。

更に、表示媒体としては液晶を例にとったが、電場発光
素子（ＥＬ）、電気泳動素子（ＥＰＩＤ）、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。

発明の詳細な説明したように、本発明の非線形二端子素子は而易な
構造である故に、高歩留りで製造が可能であり、更に、
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出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るマトリクス型表示装置に用いる非
線形二端子素子の（ａ）構成断面図とｆｂｌ平面図、第
２図は本発明に係るマトリクス型表示装置用基板の配置
図、第３図（ａ）、第４図（ａ）、第５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（ｂ）、第４図（ｂ）、第５図（ｂ
）は従来例におけるマトリクス型表示装置に用いる非線
形二端子素子の配置図である。１・・・・・・基板、２・・・・・・下部導体層、すな
わちり一ド配線、３・・・・・・複合層、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、６・・・・・・硅素層、７・
・・・・・非晶質半導体層、１１・・・・・・リード配
線、１２・・・・・・非線形二端子素子、１３・・・・
・・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（ＴａｚＯ６）、１０４・・・
・・・表示電極ないし絵素電極、１０５・・・・・・非
線形特性の原因である酸化タンタル（Ｔａ２０、）と表
示電極とを接続する接続配線、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・・・・・
・表示電極ないし絵素電極、２０１・・・・・・基板、
２０２・・・・・・第１電極、２０３−−−−−＝Ｎ型
ａ　　Ｓｉ、２０４−・・−１型ａ　−Ｓｉ、　　２０
５・・・・・・Ｐ型ａ−５ｉ、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、２１１・・・・・・表示電極ないし絵
素電極、３０１・・・・・・基板、３０２・・・・・・
透明導電体層等からなるリード配線、３０３・・・・・
・厚さ約１ｏｏｏ人程度硅素（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）と水
素（Ｈ）との化合物からなる非線形層、３０４・・・・
・・表示電極ないし絵素電極、３０５・・・・・・前記
非線形層と表示電照とを接続する接続配線、３０６・・
・・・・非線形二端子素子、３０７・・・・・・リード
配線ないしバス・バー、３０８・・・・・・端子、３０
９・・・・・・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／−−−某
販？−−−　下イｈ＼１１本参ノ督丁Ｊわらリー＋−（ｋ
ｉＪ％Ｊ−弓復令着／７−−−リーＹ酉Ｃ畔に／２−　非球形二端子素子／Ｊ−一一表示重腸すなわち禿剰転震Ｊ参第２図Ｈ／／　　／Ｊ　　／Ｉ　　／Ｊ第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

表示装置を構成する少なくとも一方の基板上に、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
電極の間に介在し、電気的に縦続された複合層とを、少
なくとも具備し、かつ、前記複合層は硅素（Ｓｉ）層と
非晶質半導体層と硅素（Ｓｉ）層をこの順に積層してな
り、前記非晶質半導体層は砒素（Ａｓ）と硫黄（Ｓ）か
らなるか、砒素（Ａｓ）とセレン（Ｓｅ）からなるか、
砒素（Ａｓ）とセレン（Ｓｅ）と硫黄（Ｓ）からなるこ
とを特徴とするマトリクス型表示装置。