JPH0558169B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 この発明は、表示素子好ましくは液晶表示パネ
ルを設けることにより、マイクロコンピユータ、
ワードプロセツサまたはテレビ等の表示部の固体
化を図る固体表示装置、イメージセンサまたは液
晶プリンタに応用する非線型特性を有する半導体
装置に関するものである。

「従来の技術」 固体表示パネルは各絵素を独立に制御する方式
が大面積用として有効である。このようなアクテ
イブ素子を用いたパネルとして、横方向640素子
（フルカラーの場合は640×３＝1920素子）または
縦方向は200素子または526素子とするA4判また
はそれ以上の大面積マトリツクス構成の表示装置
が知られている。しかし、かかる大面積の表示装
置においては、それぞれのアクテイブ素子（以下
画素ともいう）は、隣に所定の距離を離間させて
マトリツクス状に配設せしめている隣の画素との
間でクロストーク（電気的に弱く導通してしまう
現象）をしてしまいやすい。そのため一方が
ON、他方がOFF機能を作つても、それぞれの画
素が十分なON、OFFをとり得ず、コントラスト
に不十分さが発生してしまいやすかつた。

「発明が解決しようとする問題点」 かかる大面積デイスプレー装置においては、そ
れぞれの画素間のクロストークを完全に除去する
ため、アモルフアス半導体を含む半導体が隣同志
の画素間に存在しないようにするとともに、絶縁
物で覆つて電気的アイソレイシヨンを行うことが
重要である。しかし各画素とその画素を構成する
半導体とを１：１で対応させた時、その製造工程
におけるフオトマスク数は４種類を必要としてし
まつた。

このため、このフオトマスクは１回行うと、そ
の工程において７工程（レジストコート、ベー
ク、パターニング、現像、レジストの一部除去、
被加工物の選択エツチ、レジスト除去）を必要と
してしまい、製造歩留りを下げるのにきわめて大
きな支障となつてしまつていた。このため、マス
ク合わせ数は２種類に１回のみであつて、かつ隣
合う画素同志のクロストークを完全に防止し得る
半導体装置の構造が求められていた。

「問題を解決するための手段」 本発明はかかる問題を解決するため、基板上に
複数のアクテイブ素子型画素をマトリツクス状に
設けた表示装置において、各画素は、第１の電
極、非線型材料、第２の電極の積層からなる非線
型素子と、該素子の前記第１の電極に連結した画
素電極となる第３の電極と、前記第２の電極に接
続されたリードとを有し、 前記リードは、マトリツクスを構成する一方の
配線であり、かつ、前記リードは複数の前記第３
の電極にわたつて設けられ、かつ前記第３の電極
とリードが重なり合う部分に前記非線型素子が設
けられていることを特徴とする表示装置であり、
さらに各画素の第２の電極と該電極下の非線型材
料とは概略同一形状を有して設けられていること
を特徴とする表示装置である。

上記において、マトリツクス配線の一方の配線
であるリードを複数の画素電極にわたつて設けた
構成というのは、このリードが複数の画素電極を
横断するように設けられているということであ
る。

この構成は、本発明の実施例を示した図面の第
４図Ａに示されている。

本発明を用いた表示装置は具体的には、液晶の
電極（第３の電極）と非線型素子の一方の電極
（第１の電極）とを共通パターンとし、かつその
第１の電極上に半導体をその側部を絶縁化させて
アイソレイシヨンをさせた構成をとつている。さ
らにこの半導体上の第２の電極より延在したリー
ドはこの絶縁膜上（実際は側面）を横切つて、隣
合つた画素の他の第２の電極と導体で連結させた
ものである。その結果、マスク合わせはセルフア
ライン工程を用いるため、２回マスクのみでよ
く、かつ隣合つた画素間には半導体が残存せず、
結果としてクロストートを完全に防ぐことができ
た。加えて半導体はその側周辺（上下は電極）が
絶縁物で覆われ、パツシベイシヨンされている。
またこのパツシベイシヨン膜が画素間のクロスト
ークの防止を同時に行つている。

またこの発明に用いられる非線型素子は非単結
晶半導体を用い、その材料構成はSi(N)−SixC_1-x
（０＜Ｘ≦１）(I)−Si(N)構造、Si（NIPIN）構造
またはSi(N)−SixC_1-x（０＜Ｘ＜１）(I)−SixC_1-x
（０＜Ｘ≦１）(I)−SixC_1-x（０＜Ｘ＜１）(I)−Si
(N)構造（但し、ＮはＮ型、Ｉは真性または実質的
に真性、ＰはＰ型、(I)はバリア層を示す）または
そのタンデム型積層構造および変形構造を有せし
めたことを主としている。

かかる本発明に用いる非線型素子は、一対の電
極（第１第２の電極）とはそれぞれオーム接触性
を有するが、逆向整流特性を構成する複合ダイオ
ードを有する素子よりなるもので、その代表例は
Ｎ型半導体−型（以下真性または実質的に真性
という）半導体−Ｎ型半導体を積層して設けた
NIN構造、即ちNI接合とIN接合とが電気的に逆
向きに連結され、かつ半導体として一体化した
NIN接合を有する半導体をはじめ、その変形で
あるNN^-N、NP^-N、NIPIN、NIP^-INまたは
NIP⁺IN構造を有せしめた複合ダイオード（以下
簡単のためこれらをまとめてNIN型ダイオード
という）である。

かかる複合ダイオードのスレツシユホールド電
圧は、ダイオード特性を互いに逆向きに相対せし
め、そのビルドイン（立ち上がり）電圧（しきい
値）はNI接合（NIP接合）のNI界面またはその
近傍での導電型を決める微量のリン等の不純物、
NI界面とIP界面でのエネルギ端の高低差で決め
ることができる。このため、製造プロセスを制御
することにより、所望の素子のしきい値電圧の値
およびしきい値以下での電流の流れにくいおよび
しきい値以上への電流の流やすさを制御し得る。

さらに本発明は、かかる複合ダイオードとマト
リツクスを構成するＸ配線とその下の非線型素子
とが概略同一形状を有する１つのマスク合わせを
行うのみで完成させ得るため、一方の基板側に設
けられる液晶表示の一方の電極（第３の電極）と
連結した複合ダイオードの一方の電極（第１の電
極）とを共通の矩形電極と、さらにその上方の半
導体上のＸまたはＹ配線（図面ではＸ配線のみの
ため以下Ｘ配線として代表して示す）の形成に必
要な第２のマスクよりなる２枚のみでプロセスさ
せることができる。この本発明の構造の代表例を
第４図にまたその製造工程を第２図に示してあ
る。

さらに、固体表示素子である例えば液晶に対し
て、交流バイアスを液晶の他方の電極（第４の電
極）、リードをＹ方向の配線とし、その電気的レ
ベルを制御することによりフルカラー化および階
調制御も可能であるという特徴を有する。

「作用」 かくして、A4版またはそれ以上の大面積のマ
トリツクス化に対してもそれぞれの画素間のスト
ライブ部においてＸ方向のリードを絶縁物上に密
接して配設させ、かつそれぞれの画素はパツシベ
イシヨンにより隣の素子での電気的リークを除去
させることができた。加えて、Ｘ方向の合わせ精
度に対しても、第２の電極とそれに連結したリー
ドとを同じ巾とすることにより、±200μｍまたは
それ以下（理論的には±３mm以内を示す）での低
い合わせ精度でプロセスが可能となつた。

加えて、第１図、第４図に示すごとく、液晶の
他方のＹ配線および電極を３分割し、それぞれの
電極またはそれぞれのアクテイブ素子に対応して
赤（Ｒという）、緑（Ｇという）、青（Ｂという）
のフイルタを通すことにより、そのレベルに対し
独立に電圧をＹ軸として加えることができる。そ
のため、Ｒ、Ｇ、Ｂに対する階調を行うことがで
きるという特徴を有する。

以下に実施例に従つて本発明を説明する。

実施例 １ 第１図は本発明の固体表示装置を用いた回路図
を示す。

図面において、絵素は複合ダイオード２の電極
２１（第１の電極）より液晶３の一方の電極２３
（第３の電極）に連結している。複合ダイオード
はクロツク信号を与えるＸ配線のアドレス線４，
５に第２の電極２２により連結している。他方、
液晶３の第４の電極２４はＹ配線のデータ線６，
７に連結している。Ｙ配線は１つの第３の電極２
３に対応して３分割された第４の電極２４（第１
図、第４図Ｃにおける６−１，６−２，６−３即
ち６または２４）は対応した他の透光性絶縁基板
代表的にはガラス基板（第４図Ｃ）における２
０′））側にそれぞれ対応して連結させている。そ
してこの第４の電極１４はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）のフイルタを有しており、フルカラー化を
施している。

このＸ配線は同一絶縁基板代表的にはガラス基
板（第４図Ｂ，Ｃ，Ｄにおける２０）上に設けら
れている。その結果、クロストーク３３がおきや
すく、この部分の低抗を10⁹Ω以上、好ましくは
10¹⁰Ω以上とすることが本発明の目的である。

かかる絵素をマトリツクス構成せしめ、図面で
は２×２×３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を示した。しかし本
発明はかかる小マトリツクスではなく、スケー
ル・アツプした表示装置例えば（画素640×３
（Ｒ、Ｇ、Ｂ）×200または512）といつた大きなマ
トリツクスのパネルに対し有効である。

かくの如き複合ダイオードを用いた画素の一部
である非線型素子の製造工程およびその特性の例
を第２図、第３図に示している。

この第２図の製造工程は、第４図Ａにおける３
０の領域を特に拡大して製造する場合に対応して
いる。

第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ−１は第４図Ａ−A′の
縦断面図に対応している。第２図Ｄ−２，Ｅは第
４図におけるＣ−C′の縦断面図に対応し、その素
子構造を示している。

第２図Ａにおいて、透光性絶縁基板として無ア
ルカリガラス２０を用いた。この上面にスパツタ
法または電子ビーム蒸着法により導電膜である
ITOまたは酸化スズ膜を0.1〜0.5μｍの厚さに形
成した。

この後、これらの全面にプラズマ気相反応法を
用いてNIN（Ｎ(I)Ｉ(I)Ｎ、NIPIN、Ｎ(I)IPI(I)Ｎ
を含む）構造を有する非単結晶半導体よりなる複
合ダイオードを形成した。即ち、Ｎ型半導体をシ
ランに13.56MHzの高周波グロー放電を行うこと
によつて、200〜300℃に保持された基板上の被形
成面上にアモルフアス構造を有する非単結晶半導
体を作る。その電気伝導度は、10^-7〜10^-4（Ωcm）
^-1を有し、50〜500Åの厚さとした。さらに次に、
10^-6〜10^-7torrまで、十分真空引きをした。さら
に、シラン（SimH_2n+2例えばｍ＝１のSiH₄）を
用い、Ｉ型の非単結晶半導体を500Å〜1μの厚さ
に、例えば0.2μの厚さに、Ｎ型半導体上に積層し
て形成した。さらに、10^-6〜10^-7torrまで十分真
空引きをした。再び、B₂H₆／SiH₄＝0.1％として
Ｐ型半導体を100〜500Å、例えば200Å形成させ
た。同様にＩ型半導体層（500〜〜2000Å）、さら
にその上にＮ型半導体をアモルフアス構造として
50〜500Åの厚さに積層してNIPIN接合またはＮ
(I)IPI(I)Ｎ接合（(I)はバリア層（厚さ５〜50Å）
であるが以下簡単のため省略する）とした。

この後、この上面に、クロム（500〜1500Å）
を電子ビーム蒸着法またはスパツタ法により0.1
〜0.2μｍの厚さに積層した。

さらに、第２図Ｂに示す如く、第１のフオトマ
スクにより周辺部２６を垂直になるように異方
性プラズマエツチを行つた。次にこれら全面に対
し例えば200℃にて半導体にプラズマ酸化を行い、
固相−気相酸化による酸化珪素の作製を行つた。
次にこれらの全面に窒化珪素または酸化珪素２７
を0.1〜0.2μｍの厚さにプラズマCVD法によりコ
ーテイング（特に側面２６のコーテイング）を行
つた。

次に第２図Ｃに示す如く、この絶縁物に対し異
方性プラズマエツチを行い、半導体２、第１の電
極２１の側面２６を覆つて絶縁物２８を残し、他
の第２の電極１５上および基板２０上を除去し
た。かくして第２図Ｃを得た。即ち次にこの第２
図Ｃの上面全面にアルミニユームを0.5〜1μｍの
厚さに形成せしめ、第２図Ｄ−１，Ｄ−２を得
た。この後、第２図Ｅに示す如く、第１の側面２
６に直角方向に対し第２のマスクによりパター
ニーグを行つた。かくして１つの画素の第２の電
極より延性したリードは、その画素を構成する半
導体に第１の電極の側面に設けられた絶縁物上に
延在して隣の画素の第２の電極と連結させること
ができた。

さらにこの後この側面に対しても２８と同様の
絶縁物２９を形成してもよい。

またマスク数を増やすならぱ、第２図Ｃにおい
て１まいのマスクを用いて側面およびその近傍を
通常のプラズマエツチ法を用いて残す方法を用い
ることも可能である。しかしかかる場合は全マス
ク使用数は３まいとなつてしまう。

即ち、第２図において、ガラス基板２０上の透
光性導電膜よりなる第１の電極２１、NIPINま
たはNIN半導体積層体より複合ダイオード２、
クロムの第２の電極１５、アルミニユーム１６よ
りなる電極リード２２よりなつている。この
NIPINまたはNIN構造の記号が第１図において
２として記されている。

結果として、第３図に示す如き非線型特性３
１，３２を第２図に対応して有せしめることがで
き得る 実施例 ２ 第４図に本発明の構成を示すが、第１図におけ
る破線で囲んだ領域１での平面図Ａ及び縦断面図
Ｂ，Ｃ，Ｄが示されている。

さらに、第４図Ｂ，Ｃ，ＤはＡにおけるそれぞ
れＡ−A′，Ｂ−B′，Ｃ−C′での縦断面図を記す。
加えて、第４図Ｃは液晶３および上側電極６，７
および基板２０′をも示しているが、他のＡ，Ｂ，
Ｄは非線型素子を有する側のみを簡単のため示し
た。

この素子の製造方法は実施例１と同様である。
即ち、第１のマスクにより矩形の第１の電極２
１および第３の電極２３およびその上に同一形状
の半導体および第２の電極の一部を構成する導体
を構成せしめる。この第１の電極、第２の電極を
構成する透光性導電膜の形状は420×420ｍμとし
た。さらに、これらに半導体および下側の第１お
よび第２の電極の側面を絶縁するためのパツシベ
イシヨン膜を構成させる。さらに上側電極用のリ
ード用材料を全面に形成する。次に、第２のフオ
トマスクによりリード４，５を構成する電極１
６および第２の電極１５を同じ巾（ここでは20μ
ｍ）でCCl₄を用いてアルミニユームをプラズマ
エツチングした。半導体２をエツチングして除去
した。

この時、リード４における第１の画素の電極２
２とこの隣の第２の画素の電極２２′さらにその
間のリード２５（第４図Ｂ）とを同じ巾として横
方向のパターンのズレに対しても同時的に構成さ
せた。そして２つの半導体２，２′間の開溝は半
導体が除去され、リードが半導体側面の絶縁物２
８，２８′上及び基板２０上に設けられている。
即ち２つの半導体２，２′は絶縁物２８，２８′に
よりアイソレイトされているため、クロストーク
を伴ないにくい等価抵抗を10⁹Ω以上の実質的に
無限大として除去することができた。

さらに第２の電極は矩形の第１、第３の電極の
上方に設けられているため、その位置は当初の位
置を中央部にせんとすると、その上下に±200μ
ｍ（最大）ずれても非線型素子の電極面積が不変
であり、電気特性（電流値）にまつたく影響を与
えずパターン化が可能である。即ち640×512の素
子における例えばガラス基板（30cm×20cm）の上
右端と下左端とがマスクのずれをおこして、従来
の10倍ものズレ例えば一方が＋側に200μｍ他方
が−側に200μｍずれた悪い精度でもマスク合わ
せが可能となつた。

かくして１回の重ね合わせプロセスを行う第２
のマスクにより、第３の電極１５に概略同一形
状に複合ダイオード２を形成させることができ
た。

さらに第４図Ｂより明らかなごとく、１つの画
素を制御する素子の第１の電極２１と、隣の画素
を制御する素子の第１の電極２１′との間に在す
るクロストーク的な抵抗３３は、15μｍもの間隔
を半導体が残存することなく有し、かつそれぞれ
に半導体が絶縁膜２６で覆われているため高抵抗
型の10¹⁰Ω以上（リード２５の巾が20μｍの場合）
を有していた。

さらに相対する液晶の他方の第４の電極２４，
２４′、リード６，７は他の第１のマスクによ
りＹ方向の配線として形成させた。

この後、このＹ方向の配線のそれぞれに対し、
公知の電着法によりこの電極６−１，７−１に対
し赤のフイルタを、６−２，７−２に対し緑のフ
イルタを、６−３，７−３に対し青のフイルタ
を、形成せしめた。その後、ポリイミド例えば
PIQをコートし、保護膜とするとともに、この
PIQに配向処理を施した。

このフルカラー化に対し、電着法ではなく、染
色法を用いてもよい。この方法はガラス基板にま
ずＲ、Ｇ、Ｂのフイルタを形成し、さらにパツシ
ベイシヨン膜を作り、この膜に６−１，６−２，
６−３，７−１…と３分割させて電極を形成させ
た。

かくすることにより、１つの下側電極に対応し
て３つの電極を設けることができた。

以上のことより、この面に１つのアクテイブ絵
素を形成するのに３種類のマスクを用いるのみで
すみ、特にその場合、重合わせマスクは２枚（１
回）のみでよいという特長を有する。

さらに、対抗する他の絶縁基板２０′を約６〜
10μｍの巾に離間させ、その〓間を真空引きをし
た後、公知の液晶１０を封入した。

表示パネルとしては、この後反射型では反射板
を、透過型では裏面側に光源を設け、さらに第１
図に示す周辺回路８，９をプリント基板に配設
し、このプリント基板のリードと表示素子の各リ
ードとを対応させて連結した。

かくして３枚のみのマスクでアクテイブ素子型
のパネルをパターニングさせることが可能となつ
た。

「効果」 本発明は以上に示す如く、非線型素子と液晶よ
りなる画素と隣の画素との間をクロストークを除
去するに加え、アクテイブ素子を有する側の基板
作製に必要なフオトマスク数は２枚でよく、加え
て、非線型素子の電極面積（所定の電圧を加える
時の電流値）は矩形電極の中央部より上下に最大
±200μｍもずれてもまた左右には数mmずれても
変化することがなく、一定の非線型特性を有し、
マトリツクス全体へのアクテイブ駆動の電気特性
へのバラツキを防ぐことができた。

交流駆動方式であり、特にそのダイオードのし
きい値を気相反応法を用いた半導体層の積層時に
おけるプロセス条件により制御し得るため、階調
制御がしやすいという特徴と有する。

本発明において、非線型素子NIN接合または
NIPIN接合とした。

さらにこれをタンデムを設けるNIPIN，
NIPINIPIN接合としてしきい値を高くしてもよ
い。

しかし他方、PIN接合を複数ケ並列に設けるダ
イオード・リング、または直列に設けるBACK
−TO−BACK方式、その他ツエナ特性またはア
バランシエ特性を用いた第３図の原点対称特性を
有する他の非線型半導体装置に対しても本発明は
有効である。

本発明において、非線型素子が非感光性である
場合は、第１の電極を透光性導電膜のみとしそれ
に密接して半導体を設けることが可能である。ま
た感光性であり、かつ素子の暗状態を利用せんす
る時は、矩形状の透光性導電膜と半導体との間に
は遮光用導体例えばクロムを半導体と同一形状に
設けることが必要であることはいうまでもない。
もちろん非線型素子が感光性を有し、かつその感
光特性を利用する場合もその応用に従つて本発明
を適用すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構成を利用した液晶表示パ
ネルの回路図を示す。第２図は、本実施例におい
て用いた複合ダイオードの製造工程を示す一方の
縦断面図である。第３図は、本実施例において用
いた複合ダイオードの非線型素子の動作特性を示
す。第４図は、本実施例である表示パネルの平面
図および縦断面図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に複数のアクテイブ素子型画素をマト
   リツクス状に設けた表示装置において、各画素
   は、第１の電極、非線型材料、第２の電極の積層
   からなる非線型素子と、該素子の前記第１の電極
   に連結した画素電極となる第３の電極と、前記第
   ２の電極に接続されたリードとを有し、 前記リードは、マトリツクスを構成する一方の
   配線であり、かつ、前記リードは複数の前記第３
   の電極にわたつて設けられ、かつ前記第３の電極
   とリードが重なり合う部分に前記非線型素子が設
   けられていることを特徴とする表示装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、各画素の第
   ２の電極と該電極下の非線型材料とは概略同一形
   状を有して設けられていることを特徴とする表示
   装置。