JPH0135352B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶（LC）表示装置、ことに高い
レベルにマルチプレクス（multiplex）されたこ
のような表示セルのマトリツクスに関する。

LC表示セルのためのマトリツクス・マルチプ
レクスド・アドレス指定の構成において、一連の
走査電圧V_sは、たとえば、一連の行導体（走査
ライン）のおのおのに順次に加えられ、一方一連
のデータ・パルスV_dは一連の列導体（データ・
ライン）の選択されたものに加えられる。LC画
要素（ベル、pel）を選択された行列のインター
セクシヨンにおいてオンにするために、それぞれ
選択された行列に加えられたV_sおよびV_dの間の
差を十分に大きくして、この分野で知られている
方法において、液晶の分子配向を変え、こうして
セルの光学透過率を変える。

いくつかの因子は、LC表示セルにおいてマル
チプレクスできるラインの数を制限する。

第１に、ペルを選んだとき、選ばれた列中の他
の選択されないペルもパルスV_dを経験する。１
つのアドレス期間について、これらのペルが経験
する交流電圧のRMS値はそれらをオンにするの
には不十分であるが、列中のＮ個のペルが単一の
場の走査においてオンおよびオフにスイツチされ
る場合、オフのペルはＮ個のアドレス期間につい
てV_dを経験するであろう。これはペルをオンに
するのに十分であることがある。オンのペルによ
り見られるRMS電圧対オフのペルに見られる
RMS電圧の比は、 であることを、示すことができる。Ｎが増加する
につれて、この比は小さくなり、そして液晶はオ
ンとオフを分離する鋭い閾値をもたないので、オ
ンおよびオフのペル間のコントラスト比は小さく
なる。行導体のある数において、コントラスト比
は許容できなくなる。

この問題はセルを見る角度が最適値からはずれ
るとき複合する。また、LC電子―光応答は温度
に依存するので、LCがV_pffで高温においてオフ
となり、そしてV_poで低温においてオンになる場
合、V_pffとV_poとの間の差は一定温度における使
用よりも大きくなくてはならない。

上の理由で、先行技術はマルチプレクシングを
約４ライン（または、温度補正表示セルについて
８ライン）に制限する。

この問題を解決する１つの提案は、走査ライン
およびデータ・ラインのインターセクシヨンにお
いて各液晶ペルと直列にスイツチを配置し、これ
によつてパルスV_dがスイツチまたはそれにより
制御されるペルを作動させず、これに対しLCが
電圧を経験したとき選択パルスV_s＋V_dがスイツ
チを作動するようにすることである。このような
スイツチはゼロ電圧に関して対称であるべきであ
る。なぜなら、液晶の不可逆的電子―化学的劣化
を防止する目的で、正味のDCバイアスは避ける
べきである。

その最も広い面において、本発明はスイツチと
して薄い金属―絶縁体―金属（MIM）装置の使
用を提案する。MIM装置はトンネル効果
（tunnelling）またはトラツプ深さの変調により
機能する。前者において、キヤリヤは場の増大し
た量子機械的トンネル効果により薄い絶縁体を通
過する。後者において、金属層間に発生した場が
電位バリヤーを電流に減少するとき、キヤリヤは
絶縁体中のトラツプから解放される。スイツチの
支配において、電圧を倍にするため通つたもとの
電流の500〜10000倍の増加を示す、このような装
置は知られている。このオンの切換えは十分に鋭
くして、スイツチを使用しないとき可能である数
に比べて、少なくとも８倍、マルチプレクスド・
ラインの数を増加する。他方において、マルチプ
レクスド・ラインの数を維持する場合、MIMス
イツチを使用すると、大きく増加した見る角度、
コントラスト比および可能な温度範囲が得られ
る。

薄いフイルムのMIMは酸化アルミニウム、五
酸化タンタル、窒化ケイ素および二酸化ケイ素の
ような絶縁体を有することができる。誘電層の厚
さは導電過程を決定する。50〜100Å以下である
と、トンネル効果は可能であり、100〜1000Åで
あると、トラツプ深さの変調導電過程が優位を占
める。MIMの金属は、オームまたは弱いブロツ
キングのコントラストを形成する任意の材料であ
ることができる。

さて、本発明のいくつかの態様を、添付図面を
参照しながら説明する。

第１図の左下に示す、LC表示セルのための従
来のマトリツクス・マルチプレクスド・アドレス
指定構成において、一連の走査パルスV_sは使用
時に一連の行導体１０呼出し走査ラインの各行に
順次に加えられ、一方一連のデータ・パルスV_d
は一連の列導体１２呼出しデータ・ラインの選ば
れたものに加えられる。“オン”パルスがLCペル
１４において選ばれた行および列のインターセク
シヨンにおいて望まれると、それぞれ選ばれた行
および列に加えられたV_sおよびV_dの間の差はLC
ペルをこの分野で知られた方法でオンにするのに
十分な大きさにされる。

前に説明したように、LCはオンおよびオフを
分離する鋭い閾値をもたないので、１つのペルは
同じ列中の他のペルを推進するデータ・パルス
V_dを経験するために、特定的にアドレス指定さ
れないが、オンになることができる。

第１図の右上に示すように、本発明は各LCペ
ル１４をもつ直列の薄いフイルムMIM装置１６
の形成を提案する。

第２図を参照すると、LCセルは１対のガラス
板１８，２０からなり、それらの間に１層のねじ
れたネマチツク（nematic）LC２２が密封され
ている。板１８，２０の内表面は、この分野で既
知の方法で処理され、LC分子は適切に配向され
ている。よく知られているように、LC層の選ん
だ領域を横切つて電圧を印加することにより、
LCは局部的な分子の再配向を行うことができ、
その結果セルを通過する光学的透過率が変化す
る。

スイツチは各ペル１４の位置に隣接して設置さ
れており、ペルは板１８の内表面上のインジウム
スズ酸化物の透明電極２４の行列配列と、板２０
の内表面上の透明電極の対応する配列（図示せ
ず）とによつて定められる。図解しないが、スイ
ツチを各ペル電極に直列に接続することができ、
各ペルはこうして各板１８および２０上に連合す
る薄いフイルムで作つたMIM装置を有する。

板１８の内側にMIMを製作するためには、タ
ンタルの薄いフイルム２６をスパツタリングによ
り析出させる。この層を465℃で熱的に酸化して、
ガラスの次のエツチング工程のために保護する。
タンタルの第２層をスパツタリングにより析出さ
せ、幅が２〜25ミルであり、板の幅を走る行導体
１０中に光形成（photodefine）する。金属―絶
縁体―金属（MIM）装置の１つの側面として機
能する導体は、MIM活性領域において0.5ミルの
幅に局部的に減少できる。導体１０を弱酸性クエ
ン酸浴中で30〜60Vの陽極酸化電圧で陽極酸化し
て、五酸化タンタルの表面層２８を生成し、この
層はMIM装置の絶縁体として作用する。次いで
交さ導体を明確な金の棒３０において0.5〜5.0ミ
ルの幅で五酸化タンタルの線にわたつて析出さ
せ、各棒はそれぞれの電極２４の上に横たわり、
それと電気的に接触する。MIMの典型的には1.0
平方ミルの活性領域は、層２８および棒３０のイ
ンターセクシヨンの領域において形成する。こう
して各MIMは電極２４の１つとタンタル導体１
０との間に直列に接続される。セルはガラス板１
８および２０の間にネマチツク液晶の層２２を密
封することによつて製作される。ガラス板２０上
の特定の列に共通の電極２４は、薄いフイルムの
導電性リード３２（または別法で連続ストリツプ
として形成されたもの）によつて電気的に接続さ
れ、これによりデータおよび走査のパルスV_dお
よびV_sを板１８上の適切な行導体１０および板
２０上の列導体３２に加えることによつて、パル
スをLCペル１４へ選択的に加えることができる。

MIM装置の他の例は、オキシ窒化タンタル、
酸化アルミニウム（Al₂O₃）、窒化ケイ素
（Si₃N₄）、二酸化ケイ素（SiO₂）、オキシ窒化ケ
イ素および一酸化ケイ素（SiO）の絶縁体を有す
る。金属化の他の例はアルミニウムである。

金属―絶縁体―金属装置と呼ばれているが、こ
の装置の重要な性能の特性は、それが薄いフイル
ムの装置として製造されるべきこと、そしてそれ
が前述の場の増大量子機械的トンネル効果または
トラツプ深さの変調によりスイツチとして機能す
べきことである。こうして本発明の別の態様にお
いて、MIMの１つの面上の「金属」はインジウ
ムスズ酸化物であり、これは本来透明であり、そ
のためそれを透過する光を有意に減衰しないとい
う利点を有する。この性質の利点により、他の態
様（図示せず）は単一の薄いフイルムのインジウ
ムスズ酸化物の領域を用いて、液晶電極および
MIMの１つの「金属」層としての両方の機能を
させる。MIM装置において使用する他の材料は、
たとえば、NiCrであり、これはわずかに数百Å
程度であるということにより効果的に透明であ
り、結合した電極および金属化物として使用する
こともできる。

MIM層の形成において使用する特定の薄いフ
イルム技術（スパツタリング、真空蒸着、陽極酸
化など）を選んで、形成される材料およびガラス
支持体材料と適合させる。

別の態様において、製作順序を逆にし、交さ導
体３０を析出および陽極酸化し、次いでイオン導
体を引き続いて析出させる。便宜上、絶縁層は陽
極酸化により得るが、それは別の析出工程におい
て形成することもできる。

ほかの態様は第３図に示されている。液晶セル
の１つの側面として機能する１枚の平坦なガラス
１８の内側に、エツチング保護剤の薄いフイルム
層２６を前述のように形成する。次いでタンタル
の薄いフイルムをエツチング保護剤上に形成し、
次いで光エツチングして別確な領域３４を形成す
る。タンタルの領域を陽極酸化して五酸化タンタ
ルの表面層３６を形成する。次に金の薄いフイル
ム層を支持体上に形成する。この層から、２つの
金のパツド３８ａおよび３８ｂを各領域３４上に
光形成して、１対の背面対背面のMIMに等しい
構造を生成する。リード４０ａおよび４０ｂは金
のパツドと一体的に形成する。各リード４０ａは
領域３８ａの１つとMIMが制御するペルの電極
２４との間を延びる。各リード４０ｂは互いに同
じ列においてMIM上のパツド３８ｂを相互に接
続する。この態様の利点は、装置が対称であるた
めスイツチの特性が電流の極性に依存しないとい
うことである。MIM装置の１つの側に金を使用
するという利点は、それが装置の回路との低い抵
抗の接続を許すということである。

この態様を製作する別の方法において、リード
４０ａおよび４０ｂはタンタルであり、そして領
域３４と同時に形成する。リードは、引き続いて
除去するホトレジストで被覆することにより、陽
極酸化から保護する。

第１図の態様を参照して前述したように、第３
図のセルの製作の工程数は、パツド３８、リード
４０および電極２４を、インジウムスズ酸化物の
部分的に透明な薄いフイルムとして、同時に形成
する場合、減少する。

マトリツクスの交さ点においてMIMスイツチ
を用いると、液晶表示画要素のマトリツクス・ア
ドレス呼出し配列の高いレベルのマルチプレクシ
ング（100〜1000ライン）を、狭い見る角度、オ
ン・オフ要素の間の低いコントラスト比および大
きく制限された使用温度範囲という先行技術の問
題を生じさせないで、得ることができる。MIM
スイツチはセルの透明側に作ることができ、かつ
画要素を妨害するほど大きくないので、透過およ
び反射の表示の両方において使用できる。

薄いフイルムのMIM装置は厚さが10ミクロン
よりも非常に薄い、すなわち、１ミクロン程度で
あるので、LC材料と側面を接する透明な板上に
MIM装置が存在しても、厚いフイルムの装置の
ようにLC材料の対応する薄い層の使用を妨害し
ない。それゆえ、LC材料の抵抗が非常に高く、
10¹⁰オーム／cmの程度であると仮定すると、
MIM装置を通る電荷はLC抵抗によつて制限され
る。使用するMIM装置が非常に低い電流、すな
わち、−10μA程度の電流においてスイツチ特性を
示すという事実と結合して、MIM装置は非常に
低い電流のもとに使用でき、これによつて過度の
熱を放散することにより破壊する機会が減少す
る。大きい領域（たとえば、９インチ×９イン
チ）の高いペル密度（たとえば、25ミル平方より
小さいペル領域）への意図する応用において、
MIM装置の製作は、薄いフイルムのトランジス
タ・スイツチの製作が一層複雑でありかつ収率が
低いということにより特徴づけられるので、薄い
フイルムのトランジスタ・スイツチよりも有意の
コストの利益を提供する。その上、提案された製
作技術は、コストのため、さらに既知の技術を用
いることにより精確に平坦なガラス表面を形成で
き、このためLCセルの厚さの変動をほとんどな
くすことができるので、ケイ素のIC技術よりも
非常にすぐれる。

本発明に従うと、第２図及び第３図に明示され
ている如く、スイツチ要素であるMIM装置１６
の面積が画要素１４の面積よりも実質的に小さ
く、これによつて、スイツチ要素の電気容量が画
要素の電気容量よりも実質的に小さくなつてい
る。

MIM装置１６と画要素１４とは直列に接続さ
れているので、上記の通りに構成することによつ
て、MIM装置１６に加わる電圧を大きくするこ
とができ、MIM装置を適切に作動せしめること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、LC表示のマトリツクス・マルチプ
レクスド・アドレス指定構成を示す略図である。
第２図は、MIMの１つの形態を用いる液晶表示
セルの一部分の、縮尺ではない、部分断面、部分
斜視図である。第３図は、第２図と類似するが、
MIMの別の形態を用いる表示セルの１枚の板を
示す。 １０…一連の行導体、１２…一連の列導体、１
４…LC画要素（ペル）、１６…薄いフイルムの
MIM装置、２８…表面層、３０…金の棒、３２
…薄いフイルムの導電性リード、３４…明確な領
域、３６…表面層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液晶材料と側面を接する１対の板を備えた液
   晶表示セルであつて、複数個の画要素を有し、該
   画要素の各々は、それぞれの板の内側表面上の１
   対の対抗した電極によつて規定されており且つ該
   板の１つの内側表面上に形成された、それぞれ直
   列に接続された薄いフイルム金属一絶縁体一金属
   （MIM）スイツチ装置を持つており、該スイツチ
   装置の面積が、該画要素の面積より実質的に小さ
   く、該画要素及び該スイツチ装置が相互に横方向
   にずれており、行と列とを形成するように配置さ
   れており、そして更に、各MIMスイツチ装置を
   その直列に接続された画要素に電気的に接続する
   第１のリード手段と、行のMIMスイツチ装置を
   電気的に接続する第２のリード手段と、列の画要
   素を電気的に接続する第３のリード手段とを具備
   することを特徴とする液晶表示セル。 ２ 該第１のリード手段が、各MIMスイツチ装
   置の一方の側の金属をその直列に接続された画要
   素の１つの電極に電気的に接続しており、該第２
   のリード手段が、行のMIMスイツチ装置の他の
   側の金属を電気的に接続しており、該第３のリー
   ド手段が列の画要素の他方の電極を電気的に接続
   している特許請求の範囲第１項記載の液晶表示セ
   ル。 ３ 各MIM装置の一方の側の金属が第１及び第
   ２の別個の領域の形状に形成されており、該第１
   のリード手段が該第１の領域の各々を直列に接続
   された画要素に電気的に接続しており、該第２の
   リード手段が行の該第２の領域を共に電気的に接
   続している特許請求の範囲第１項記載の液晶表示
   セル。 ４ 該MIMスイツチ装置の絶縁体が五酸化タン
   タル、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、二酸化ケ
   イ素、オキシ窒化ケイ素及び一酸化ケイ素からな
   る群から選ばれた１つである特許請求の範囲第１
   項、第２項又は第３項記載の液晶表示セル。 ５ 該MIMスイツチ装置の少なくとも一方の側
   の金属が、タンタル、アルミニウム、金、インジ
   ウムスズ酸化物及びNiCrからなる群から選ばれ
   た１つである特許請求の範囲第１項、第２項、又
   は第３項記載の液晶表示セル。 ６ 該MIMスイツチ装置が、タンタル―五酸化
   タンタル―金装置である特許請求の範囲第１項、
   第２項又は第３項記載の液晶表示セル。 ７ 該MIMスイツチ装置が、アルミニウム―酸
   化アルミニウム―金装置である特許請求の範囲第
   １項、第２項又は第３項記載の液晶表示セル。