JP3224438B2

JP3224438B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3224438B2
Application number: JP34134192A
Authority: JP
Inventors: 関口　　金孝
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 2001-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JPH0675252A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は第１の基板に第１の電極
と第２の電極とを有し、この第１の電極と第２の電極の
重なり合う領域の第１の電極と第２の電極との間に非線
形抵抗層として、第１の電極の陽極酸化膜、酸化シリコ
ン膜、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、酸化タンタル
膜、あるいは酸化アルミニウム膜を有する金属−絶縁膜
−金属（ＭＩＭ）構造からなる非線形抵抗素子を有する
液晶表示装置の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年液晶表示パネルを用いた表示装置の
表示画素数は、大容量化の一途をたどっている。そのう
ち、単純マトリクス構成の表示装置にマルチプレクス駆
動を用いる方式では、高時分割化するに従ってコントラ
ストの低下、あるいは応答速度の低下が生じ、２００本
程度の走査線を有する場合では、充分なコントラストを
得ることが難しくなる。

【０００３】そこで、このような欠点を除去するため
に、個々の画素にスイッチング素子を設けるアクティブ
マトリクス方式の液晶表示パネルが採用されている。

【０００４】このアクティブマトリクス液晶表示パネル
には、大別すると薄膜トランジスタを用いる三端子系
と、非線形抵抗素子を用いる二端子系とがあるが、構造
や製造方法が簡単な点で、二端子系が優れている。

【０００５】この二端子系には、ダイオード型や、バリ
スタ型や、ＭＩＭ型などが開発されている。このうち、
ＭＩＭ型は特に構造が簡単で、そのうえ製造工程が短い
という特徴を備えている。以下に、ＭＩＭ型の非線形抵
抗素子を備える、従来技術における液晶表示装置を説明
する。

【０００６】図１０は非線形抵抗素子を用いた液晶表示
装置の構成を示す平面図である。さらに図１１は、図１
０の液晶表示装置を示す平面図におけるＡ−Ａ線での断
面を示す断面図である。以下図１０と図１１とを交互に
用いて、従来技術における液晶表示装置を説明する。

【０００７】第１の基板３１上には、第１の電極３２を
形成し、この第１の電極３２上に、非線形抵抗層３３を
形成する。さらに第２の電極３４を非線形抵抗層３３上
にオーバーラップするように形成して、非線形抵抗素子
３０を形成している。この第２の電極３４の一部は、表
示電極３５を兼ねている。

【０００８】第２の基板３６上には、第１の基板３１に
形成するそれぞれの表示電極３５の隙間からの光の漏れ
を防止するために、斜線６１によって示すブラックマト
リクス３７を形成している。

【０００９】さらに、第２の基板３６には、表示電極３
５と対向するように、対向電極３９をブラックマトリク
ス３７と接触して短絡しないように絶縁膜３８を介し
て、形成している。

【００１０】第１の基板３１上に設ける第１の電極３２
は、非線形抵抗素子３０を形成するために張り出してい
る領域を形成し、この張り出し領域が第２の電極３４と
オーバーラップして非線形抵抗素子３０を形成してい
る。

【００１１】またさらに、図１０の平面図に示すよう
に、第１の電極３２と表示電極３５とは、一定の間隙を
有している。

【００１２】表示電極３５は、対向電極３９と重なり合
うように、対向して配置することにより、液晶表示パネ
ルの画素部となる。

【００１３】ブラックマトリスク３７は、表示電極３５
の形成領域にまで、はみ出すように形成し、表示電極３
５の周辺部の領域からの光りの漏れを防止する役割を持
っている。

【００１４】表示電極３５上のブラックマトリクス３７
の形成されていない領域の液晶の透過率変化により、液
晶表示装置は所定の表示を行う。

【００１５】さらに第１の基板３１と第２の基板３６と
には、液晶４１の分子を規則的に並べるための処理層と
して、それぞれ配向膜４０を形成する。

【００１６】さらにそのうえスペーサー４２によって、
第１の基板３１と第２の基板３６とを所定の間隔をもっ
て対向させ、第１の基板３１と第２の基板３６との間に
は、液晶４１を封入する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、非線形抵抗
素子には、印加電圧の極性により、非対称な変化を示す
ものがある。この非対称特性を有する非線形抵抗素子の
特性例を、図面を用いて説明する。

【００１８】図１２は、第１の電極としてタンタル（Ｔ
ａ）、非線形抵抗層として酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ
₅ ）、第２の電極として透明導電膜であるＩＴＯ（酸化
インジウムスズ）を、それぞれ用いた非線形抵抗素子の
電圧−電流特性を示すグラフである。

【００１９】図１２のグラフにおいて、曲線Ｌは非線形
抵抗素子の初期の特性を示す。これに対して曲線Ｍは、
非線形抵抗素子を駆動した後の特性を示している。

【００２０】非線形抵抗素子を駆動した後の特性を示す
曲線Ｍにおいて、非線形抵抗素子の第１の電極に正の電
圧を印加するときは、初期の特性を示す曲線Ｍよりも、
同一電圧にて非線形抵抗素子に流すことができる電流値
は、大きく低下している。

【００２１】また初期特性を示す曲線Ｌにおいて、非線
形抵抗素子の第１の電極に負の電圧を印加するときに
は、駆動後の特性を示す曲線Ｍと同一電圧にて非線形抵
抗素子に流すことができる電流値は、ほとんど差がな
い。

【００２２】ここで、非線形抵抗素子の第１の電極（Ｔ
ａ）に正の電圧を印加するときの初期特性を示す曲線Ｌ
と、駆動した後の特性を示す曲線Ｍとの差分をＰで示
し、同じように、第１の電極（Ｔａ）に負の電圧を印加
するときの初期特性を示す曲線Ｌと駆動した後の特性を
示す曲線Ｍとの差分をＱで示す。この差分Ｐ，Ｑは、図
１２のグラフから明らかなように、非線形抵抗素子の第
１の電極に負電圧を印加したときの差分Ｑよりも、第１
の電極に正の電圧を印加したとき差分Ｐのほうがきわめ
て大きい。

【００２３】さらに図１３のグラフに、図１２のグラフ
を用いて説明した差分Ｐと差分Ｑの駆動時間による変化
を示す。

【００２４】曲線Ｒは、非線形抵抗素子の第１の電極に
正の電圧を印加したときの差分Ｐの駆動時間による変化
を示している。図１３のグラフから明らかなように、第
１の電極に正電圧を印加したときの差分Ｐは駆動時間に
より、電流値は急激に上昇する。

【００２５】これに対して曲線Ｓは、第１の電極に負の
電圧を印加したときの差分Ｑの駆動時間による変化を示
している。図１３のグラフから明らかなように、第１の
電極に負電圧を印加したときの差分Ｑは駆動時間が増加
しても、電流値はほとんど変化が発生していない。

【００２６】この様子は、曲線Ｒと曲線Ｓとの差分Ｕに
より示すことができる。図１３のグラフに示すように、
差分Ｕは駆動時間の増加により急激に増加する。

【００２７】この差分Ｕは、前述の駆動時間の増加によ
る変化のほかに、非線形抵抗素子に流す電流量や、非線
形抵抗素子の駆動する環境や、非線形抵抗素子の履歴に
より変化する。

【００２８】そのため、差分Ｕの変化を補償すること
は、きわめて難しい。

【００２９】この差分Ｕが発生することによって、液晶
画素に加わる電圧は、非線形抵抗素子の第１の電極に正
の電圧を印加するときと、負の電圧を印加するときとで
は異なる。このため、フリッカによる画像のチラツキ現
象や、固定パターンを長時間表示すると画面を切り換え
ても、そのパターンが残像として見える、液晶中のイオ
ンの偏りに起因する残像現象である画像の焼き付き現象
が生じ、液晶表示装置の表示品質が著しく低下するとい
う問題点が発生する。

【００３０】本発明の目的は、上記の非線形抵抗素子の
極性による非対称な特性変化を抑えて、液晶への直流印
加を減らし、液晶の品質の低下をなくし、コントラスト
の低下、フリッカ現象および画像焼き付き現象を防止し
て、良好な画像品質を有する液晶表示装置を提供するこ
とである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の液晶表示装置においては、下記記載の構造
を採用する。

【００３２】本発明の液晶表示装置においては、第１の
基板上に第１の電極と第２の電極とを形成し、第１の電
極と第２の電極との重なり合う領域に非線形抵抗素子を
形成し、第１の基板と第２の基板とを所定の間隔で張り
合わせ、第１の基板と第２の基板との間に液晶を封入す
る液晶表示装置にあって、第２の電極は透明導電膜で構
成し、光を非線形抵抗素子に照射することを特徴とす
る。

【００３３】本発明の液晶表示装置においては、第１の
基板上に第１の電極と第２の電極とを形成し、第１の電
極と第２の電極との重なり合う領域に非線形抵抗素子を
形成し、第１の基板と第２の基板とを所定の間隔で張り
合わせ、第１の基板と第２の基板との間に液晶を封入す
る液晶表示装置にあって、第１の電極の膜厚を薄膜に
し、第１の電極を透過して非線形抵抗素子に光を照射す
ることを特徴とする。

【００３４】本発明の液晶表示装置は、第１の基板に第
１の電極と第２の電極とを形成し、第１の電極と第２の
電極との重なり合う領域に非線形抵抗素子を形成し、第
２の基板にはブラックマトリクスを形成し、第１の基板
と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、第１の基板
と第２の基板との間に液晶を封入する液晶表示装置にあ
って、第２の基板上に形成するブラックマトリクスは、
非線形抵抗素子に対向する領域に開口部を設け、非線形
抵抗素子に光を照射することを特徴とする。

【００３５】本発明の液晶表示装置における非線形抵抗
素子は、第１の基板にタンタルからなる第１の電極と、
第１の電極を陽極酸化して形成する酸化タンタルからな
る非線形抵抗層と、第１の電極の一部領域と交差し非線
形抵抗素子となる第２の電極とを有することを特徴とす
る。

【００３６】本発明の液晶表示装置は、第２の基板に形
成するブラックマトリクスの開口部にカラーフィルター
を設けることを特徴とする。

【００３７】本発明の液晶表示装置は、第１の基板にタ
ンタルからなる第１の電極と、第１の電極を陽極酸化し
て形成する酸化タンタルからなる非線形抵抗層と、第１
の電極の一部領域と交差して非線形抵抗素子となる第２
の電極とを有する液晶表示装置にあって、第２の電極は
透明導電膜で構成することを特徴とする。

【００３８】本発明の液晶表示装置は、第１の基板にタ
ンタルからなる第１の電極と、第１の電極を陽極酸化し
て形成する酸化タンタルからなる非線形抵抗層と、第１
の電極の一部領域と交差して非線形抵抗素子となる第２
の電極とを有する液晶表示装置にあって、非線形抵抗素
子の周辺領域に第１の電極、あるいは第２の電極の構成
材料からなる光シールド部を設けることを特徴とする。

【００３９】本発明の液晶表示装置における非線形抵抗
素子に光照射を行うための表示用照明部は、第２の基板
側に設けることを特徴とする。

【００４０】本発明の液晶表示装置は、第１の基板に第
１の電極と第２の電極とを形成し、第１の電極と第２の
電極との重なり合う領域に非線形抵抗素子を形成し、第
１の基板と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、第
１の基板と第２の基板との間に液晶を封入する液晶表示
装置にあって、第１の基板上の非線形抵抗素子の周辺領
域に第１の電極、あるいは第２の電極の構成材料からな
る光反射部を設けることを特徴とする。

【００４１】本発明の液晶表示装置は、第１の基板に第
１の電極と第２の電極とを形成し、第１の電極と第２の
電極との重なり合う領域に非線形抵抗素子を形成し、第
１の基板と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、第
１の基板と第２の基板の間に液晶を封入する液晶表示装
置にあって、第１の基板上の非線形抵抗素子の周辺領域
にドーム状パターンを設けることを特徴とする。

【００４２】本発明の液晶表示装置は、第１の基板に第
１の電極と第２の電極とを形成し、第１の電極と第２の
電極との重なり合う領域に非線形抵抗素子を形成し、第
１の基板と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、第
１の基板と第２の基板の間に液晶を封入する液晶表示装
置にあって、第１の基板上の非線形抵抗素子の周辺領域
にドーム状パターンと光反射部とを設けることを特徴と
する。

【００４３】

【実施例】以下に本発明の液晶表示装置における実施例
を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の液晶表示
装置を示す平面図である。図２は、図１の平面図に示す
液晶表示装置のＢ−Ｂ線における断面を示す断面図であ
る。以下図１と図２とを交互に用いて、本発明の第１の
実施例における液晶表示装置を説明する。

【００４４】第１の基板１上には、タンタル（Ｔａ）か
らなる第１の電極２を設け、さらにこの第１の電極２上
には、第１の電極２を陽極酸化処理して形成する酸化タ
ンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）からなる非線形抵抗層３を設け
る。

【００４５】さらに非線形抵抗層３上に透明導電膜とし
てＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる第２の電極４
を設ける。

【００４６】この第１の電極２と非線形抵抗層３と第２
の電極４とによって、ＭＩＭ構造の非線形抵抗素子１４
を形成している。

【００４７】なお図１の平面図に示すように、第２の電
極４の一部領域は、表示電極５を兼ねている。

【００４８】さらに第２の基板６には、表示電極５と対
向するように、ＩＴＯ膜からなる対向電極９を設ける。
この対向電極９は、ＩＴＯからなる透明導電膜で構成す
る。

【００４９】図１の平面図に示すように、第１の電極２
と表示電極５とは、両者が短絡しないようにするため
に、一定の間隙を有している。

【００５０】表示電極５は、対向電極９と重なり合うよ
うに、対向して配置することによって、液晶表示パネル
の画素部となる。

【００５１】この画素部の液晶の透過率変化によって、
液晶表示装置は所定の画像表示を行う。

【００５２】さらに第１の基板１と第２の基板６とは、
液晶１１の分子を規則的に並べるための処理層として、
それぞれ配向膜１０を形成する。さらにそのうえスペー
サー１２によって、第１の基板１と第２の基板６とを所
定の間隔をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板
６との間には、液晶１１を封入している。

【００５３】液晶表示装置は自己発光しないために、外
部からの光として表示用照明部１６が必要になる。

【００５４】ここで、たとえば３波長蛍光管と反射板と
拡散板とからなる表示用照明部１６側に第２の基板６を
配置する。このことにより、表示用照明部１６を用い
て、透明導電膜で構成する対向電極９を透過し、さらに
第２の電極４を透明導電膜で構成しているため、容易に
非線形抵抗素子１４に光を照射することができる。

【００５５】表示用照明部１６により非線形抵抗素子１
４に光を照射する本発明の第１の実施例を用いたとき
の、非線形抵抗素子の駆動による素子特性（電流−電圧
特性）の変化の様子を、図３のグラフと図４のグラフと
を用いて説明する。

【００５６】図３は、図１２のグラフに示す非線形抵抗
素子の第１の電極（Ｔａ）に、正の電圧を印加するとき
の初期特性を示す曲線Ｌと、駆動した後の特性を示す曲
線Ｍとの差分を示す差分Ｐの非線形抵抗素子に光照射す
る光量による依存性を示す曲線Ｄと、第１の電極（Ｔ
ａ）に負の電圧を印加するときの初期特性を示す曲線Ｌ
と駆動した後の特性を示す曲線Ｍとの差分を示す差分Ｑ
の非線形抵抗素子に光照射する光量による依存性を示す
曲線Ｅとを示すグラフである。

【００５７】図３のグラフから明らかなように、第１の
電極に正電圧を印加した状態を示す曲線Ｄは、非線形抵
抗素子に照射する光量が１０００ルクスより大きくなる
に従い、急激に減少している。

【００５８】これに対して第１の電極に負の電圧を印加
した状態を示す曲線Ｅは、光量の増加により、徐々に減
少するが、曲線Ｄに比較して、光量５０００ルクス程度
までは、その変化量はきわめて小さい。

【００５９】曲線Ｄと曲線Ｅとの差分Ｆが大きいときに
は、第１の電極へ印加する電圧の極性により液晶に非対
称な電圧が印加されることになり、フリッカ現象、ある
いは残像現象である画像焼き付き現象が生じる。

【００６０】さらに図３のグラフから明らかなように、
５０００ルクス以上の光量を非線形抵抗素子に照射する
ことにより、第１の電極に印加する電圧の極性による非
対称な変化量、すなわち差分Ｆをきわめて小さくするこ
とができる。

【００６１】そのため、光量５０００ルクス程度の光り
を非線形抵抗素子に照射しながら、液晶表示装置を駆動
することにより、非線形抵抗素子の非対称な特性変化
を、きわめて小さくすることができる。

【００６２】この結果、液晶への直流電圧印加を減少す
ることができ、液晶の品質の低下をなくし、コントラス
トの低下、フリッカ現象、および画像の焼き付き現象を
防止することが可能となる。したがって、良好な画像品
質を有する液晶表示装置を得ることができる。

【００６３】図４は、本実施例の非線形抵抗素子に光量
５０００ルクスの光を照射しながら駆動を行ったときの
駆動時間（ｔ）と、電流の変化量（Ｐ，Ｑ）との関係を
示すグラフである。

【００６４】図４のグラフに示す曲線Ｗは、図１２のグ
ラフに示す第１の電極（Ｔａ）に正の電圧を印加すると
きの初期特性と、駆動した後の特性との差分を示す電流
の変化量Ｐの駆動時間による依存性を示す曲線である。
これに対して曲線Ｘは、第１の電極（Ｔａ）に負の電圧
を印加するときの初期特性と、駆動した後の特性との差
分を示す電流の変化量Ｑの駆動時間による依存性を示す
曲線である。

【００６５】図４のグラフに示すように、第１の電極に
正の電圧を印加した状態を示す曲線Ｗは、駆動時間によ
り、電流の変化量はわずかに増加するにとどまってお
り、さらに第１の電極に負の電圧を印加した状態を示す
曲線Ｘは、駆動時間の増加により、その変化量はきわめ
て小さな変化となっている。

【００６６】またさらに、曲線Ｗと曲線Ｘとの差分Ｔ
も、駆動時間の増加があっても小さくなっている。

【００６７】ここで、図２に示す非線形抵抗素子１４を
構成する第２の電極４を透明導電膜で形成することによ
り、透過率８０％以上を得ることは、簡単なことであ
る。なお、５０００ルクス程度の光量は、バックライト
型の表示用照明部１６を用いた液晶表示装置であれば、
この表示用照明部１６より、容易に非線形抵抗素子１４
に照射することができる光量である。

【００６８】とくに、カラーフィルターを有するカラー
液晶表示装置においては、暗い表示になる。このため
に、表示用照明部１６には、さらに明るい表示用照明部
が利用されている。したがって、５０００ルクス程度の
光量は、なお一層容易に得たことができる。

【００６９】以上に記載するように、光を非線形抵抗素
子１４に照射することによって、素子特性の変化を小さ
くすることができる。

【００７０】さらに、電流−電圧特性における駆動電圧
の極性による、非対称な非線形抵抗素子特性変化を小さ
くすることができる。このため、液晶表示装置の駆動に
よる表示品質の変化、および液晶への直流電圧の印加に
よるフリッカ現象や、画像の焼き付き現象を低減するこ
とができる。

【００７１】さらに、非線形抵抗素子１４を構成する第
２の電極４に、光の透過特性が高い透明導電膜としてＩ
ＴＯ膜を用い、そのうえ、第１の電極２に光反射特性が
高いタンタルからなる金属膜を用いている。このため
に、非線形抵抗素子１４へは効率よく光照射を行うこと
ができる。

【００７２】本発明においては、液晶表示パネルの画素
部の周辺領域にブラックマトリクスは形成していない。
このため、コントラストはわずかに減少するが、明るい
表示が可能となる。

【００７３】つぎに本発明の液晶表示装置における第２
の実施例を説明する。図５は、本発明の第２の実施例に
おける液晶表示装置を示す断面図である。

【００７４】図５に示すように、本発明の第２の実施例
においては、タンタルで構成する第１の電極２の膜厚の
薄膜化を行い薄膜タンタル１５とし、第１の基板１側に
配置する表示用照明１６を用いて、第１の電極２を透過
して非線形抵抗素子１４に光照射を行うものである。

【００７５】図６のグラフに、第１の電極２であるタン
タルの膜厚（単位：ナノメーター）と透過率（単位：パ
ーセント）との関係を示す。透過率は入射光を１００パ
ーセントとした場合の、タンタルの膜厚依存性を示して
いる。測定波長は、４５０ｎｍから５００ｎｍの値であ
る。

【００７６】図６のグラフから明らかなように、２５ｎ
ｍのタンタルの膜厚では、２５パーセントの透過率が得
られている。

【００７７】本発明の第２の実施例では、図５に示すよ
うに、第１の基板１上に形成する第１の電極２として薄
膜タンタル１５を６０ｎｍの膜厚で形成する。

【００７８】さらに薄膜タンタル１５上には、薄膜タン
タル１５を陽極酸化処理して形成する酸化タンタルから
なる非線形抵抗層３を６５ｎｍの膜厚で形成する。酸化
タンタルを形成することにより薄膜タンタル１５の厚さ
は減少し、陽極酸化処理後では、前述の６０ｎｍの膜厚
が２５ｎｍの膜厚になる。

【００７９】さらに第２の電極４として、ＩＴＯ膜から
なる透明導電膜を非線形抵抗層３上にオーバーラップす
るように形成して、ＭＩＭ構造の非線形抵抗素子１４を
形成する。

【００８０】なお第２の電極４の一部領域は、表示電極
５を兼ねている。

【００８１】第２の基板６上には、第１の基板１に形成
するそれぞれ表示電極５の隙間からの光の漏れを防止す
るために、ブラックマトリクス７を形成する。

【００８２】表示電極５と対向して、第２の基板６にＩ
ＴＯ膜からなる透明導電膜で対向電極９を形成する。こ
の対向電極９は、ブラックマトリクス７と接触して短絡
しないように、絶縁膜８を介して形成する。

【００８３】またさらに、薄膜タンタル１５と表示電極
５とは、接触して短絡しないようにするために、両者は
一定の隙間を有している。

【００８４】表示電極５は、対向電極９と重なり合うよ
うに、対向して配置することによって、液晶表示パネル
の画素部となる。

【００８５】ブラックマトリスク７は、表示電極５の形
成領域にまで、はみ出すように形成して、表示電極５の
周辺領域からの光りの漏れを防止する役割を持ってい
る。

【００８６】表示電極５上のブラックマトリクス７が形
成されていない領域の液晶の透過率変化により、液晶表
示装置は所定の表示を行う。

【００８７】さらに第１の基板１と第２の基板６とは、
液晶１１の分子を規則的に並べるための処理層として、
それぞれ配向膜１０を形成する。

【００８８】さらにそのうえスペーサー１２によって、
第１の基板１と第２の基板６とを所定の間隔をもって対
向させ、第１の基板１と第２の基板６との間には、液晶
１１を封入する。

【００８９】またさらに、表示用照明部１６を薄膜タン
タル１５を形成した第１の基板１側に配置することによ
り、効率よく非線形抵抗素子１４へ光の照射を行うこと
ができる。

【００９０】図５から明らかなように、第１の電極２を
薄膜化して薄膜タンタル１５とすることにより、表示用
照明部１６の光を非線形抵抗素子１４に照射することが
可能となる。

【００９１】本発明の第２の実施例においては、表示用
照明部１６として、２００００ルクス程度の光量の照明
を利用する。この光量は液晶表示装置用の照明部として
は、一般的である。

【００９２】この表示用照明部１６を利用することによ
って、膜厚２５ｎｍの薄膜タンタル１５で第１の電極２
を構成しているため、光量５０００ルクスの光を非線形
抵抗素子１４に照射することが可能となる。したがっ
て、薄膜タンタル１５を用いる本発明の第２の実施例を
適用しても、非線形抵抗素子特性の変化を小さくするこ
とができる。

【００９３】さらに、電流−電圧特性における駆動電圧
の極性による、非対称な非線形抵抗素子特性変化を小さ
くすることができる。このため、液晶表示装置の駆動に
よる表示品質の変化、および液晶への直流電圧の印加に
よるフリッカ現象や、画像の焼き付き現象を低減するこ
とができる。なお、図５を用いて説明した本発明の第２
の実施例において、第２の基板６に設けるブラックマト
リクス７は、形成しなくても良い。

【００９４】つぎに本発明の液晶表示装置における第３
の実施例を説明する。図７は、本発明の液晶表示装置を
示す平面図である。図８は、図７の平面図に示す液晶表
示装置のＣ−Ｃ線における断面を示す断面図である。以
下図７と図８とを交互に用いて、本発明の第３の実施例
における液晶表示装置を説明する。

【００９５】第１の基板１上には、１５０ｎｍの膜厚の
タンタル（Ｔａ）からなる第１の電極２を設け、さらに
この第１の電極２上には、第１の電極２を陽極酸化処理
して形成する膜厚６５ｎｍの酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ
₅ ）からなる非線形抵抗層３を設ける。第１の電極２
は、陽極酸化処理後に、前述の１５０ｎｍの膜厚が１１
５ｎｍの膜厚となる。

【００９６】さらに非線形抵抗層３上に透明導電膜とし
てＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる第２の電極４
を設ける。

【００９７】この第１の電極２と非線形抵抗層３と第２
の電極４とによって、ＭＩＭ構造の非線形抵抗素子１４
を形成している。

【００９８】なお図７の平面図に示すように、第２の電
極４の一部領域は、表示電極５を兼ねている。

【００９９】さらに第２の基板６には、表示電極５と対
向するように、ＩＴＯ膜からなる対向電極９を設ける。
なお、この対向電極９は、ＩＴＯからなる透明導電膜で
構成する。

【０１００】図７の平面図に示すように、第１の電極２
と表示電極５とは、両者が短絡しないようにするため
に、一定の間隙を有している。

【０１０１】表示電極５は、対向電極９と重なり合うよ
うに、対向して配置することによって、液晶表示パネル
の画素部となる。

【０１０２】この画素部の液晶の透過率変化によって、
液晶表示装置は所定の画像表示を行う。

【０１０３】さらに第１の基板１と第２の基板６とは、
液晶１１の分子を規則的に並べるための処理層として、
それぞれ配向膜１０を形成する。さらにそのうえスペー
サー１２によって、第１の基板１と第２の基板６とを所
定の間隔をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板
６との間には、液晶１１を封入している。

【０１０４】図７と図８とを用いて説明した本発明の第
３の実施例では、斜線６１で示すブラックマトリクス７
に、非線形抵抗素子１４に光を照射するための開口部１
３を設け、しかもこの開口部１３の面積は非線形抵抗素
子１４の面積より小さくしている。

【０１０５】この開口部１３の面積を非線形抵抗素子１
４の面積より小さくし、さらに非線形抵抗素子１４を構
成する第１の電極２に、膜厚１５０ｎｍのタンタルから
なる金属膜を用い陽極酸化処理後においても１１５ｎｍ
の膜厚のタンタルが残っている。このため、透過率を充
分に小さくできるため、ブラックマトリクス７からの光
の漏れを完全に防止することができる。このため、液晶
表示装置の表示品質が低下することはない。

【０１０６】液晶表示装置は自己発光しないために、外
部からの光として表示用照明部１６が必要になる。

【０１０７】ここで、たとえば３波長蛍光管と反射板と
拡散板とからなる表示用照明部１６側に第２の基板６を
配置する。このことにより、表示用照明部１６を用い
て、容易に非線形抵抗素子１４に光を照射することがで
きる。

【０１０８】図７と図８とを用いて説明した本発明の第
３の実施例の液晶表示装置においても、非線形抵抗素子
１４に容易に光を照射することが可能であるため、第１
の電極２に印加する電圧の極性による非対称な変化量を
きわめて小さくすることができる。この結果、液晶への
直流電圧印加を減少することができ、液晶の品質の低下
をなくし、コントラストの低下、フリッカ現象、および
画像の焼き付き現象を防止することが可能となる。した
がって、良好な画像品質を有する液晶表示装置が得られ
る。

【０１０９】つぎに本発明の液晶表示装置における第４
の実施例を説明する。図９は、本発明の第４の実施例に
おける液晶表示装置を示す断面図である。

【０１１０】微細化を行って非線形抵抗素子１４の素子
面積が小さくなり、第１の基板１と第２の基板６との重
ね合わせの精度が、非線形抵抗素子１４の寸法より大き
くなったときには、ブラックマトリクス７に形成した非
線形抵抗素子１４に光りを照射するための開口部と、非
線形抵抗素子との位置ずれが発生し、効率よく非線形抵
抗素子に光りを照射することができなくなる。

【０１１１】この位置ずれが発生したときには、図９に
示すように、ブラックマトリクスに形成する開口部１３
の面積を、非線形抵抗素子１４の面積よりも大きくする
ことが必要になる。

【０１１２】しかしながら、このブラックマトリクス７
に形成する開口部１３の面積を大きくすると、非線形抵
抗素子１４だけでは開口部１３を遮蔽することができ
ず、開口部１３から光りが洩れて、液晶表示装置の表示
品質が低下する。

【０１１３】このため、図９を用いて説明する実施例で
は、非線形抵抗素子１４に光りを照射するための開口部
１３にカラーフィルターを形成する。

【０１１４】またさらに、この開口部１３に形成するカ
ラーフィルターの光の吸収特性（分光特性）が、たとえ
ば、赤、青、緑のように異なると、非線形抵抗素子１４
に照射する光のエネルギー量が異なる。このために、非
線形抵抗素子１４の駆動による特性（電流−電圧特性）
の変化量が異なってしまうため、表示むらが発生し、表
示品質を低下させる。

【０１１５】そこで、本実施例では、液晶表示装置のそ
れぞれの非線形抵抗素子１４に光りを照射するための開
口部１３に形成するカラーフィルターは、吸収特性の一
致するものを利用する。

【０１１６】さらに、非線形抵抗素子１４の駆動による
特性変化は、可視光領域の短波長、波長４５０ｎｍから
５００ｎｍの光を非線形抵抗素子１４に照射することに
よって、充分低く抑えることができる。

【０１１７】このため開口部１３より光りが洩れたとき
にも、液晶表示装置の表示品質の低下を防止するため、
視感度特性の最も悪い青色のカラーフィルターを開口部
１３に形成することにする。

【０１１８】さらに、対向電極９での光の吸収を防止す
るために、非線形抵抗素子１４上の対向電極９には、開
口部１３より開口面積の大きな開口領域１９を設ける構
成とする。

【０１１９】図９に示すように、第１の基板１上には、
タンタル膜からなる第１の電極２を形成する。

【０１２０】さらに第１の電極２上には、第１の電極２
のタンタルを陽極酸化処理して形成する酸化タンタルか
らなる非線形抵抗層３を形成する。

【０１２１】さらに第２の電極４として、ＩＴＯ膜から
なる透明導電膜を非線形抵抗層３上にオーバーラップす
るように形成して、ＭＩＭ構造の非線形抵抗素子１４を
形成する。

【０１２２】第２の電極４の一部領域は、表示電極５を
兼ねている。

【０１２３】第２の基板６上には、第１の基板１に形成
するそれぞれ表示電極５の隙間からの光の漏れを防止す
るために、ブラックマトリクス７を形成する。

【０１２４】このブラックマトリクス７には、非線形抵
抗素子１４に光を照射するための開口部１３を形成す
る。

【０１２５】この開口部１３の大きさは、非線形抵抗素
子領域１８よりも大きく形成している。

【０１２６】ブラックマトリクス７上には、表示電極５
と対向するように、カラーフィルターを形成する。

【０１２７】液晶表示装置をフルカラー表示するため
に、赤１７、緑２１、青２０のカラーフィルターを表示
電極５に対向して形成する。

【０１２８】さらに、青２０のカラーフィルターをブラ
ックマトリクス７の開口部１３上に形成する。

【０１２９】表示電極５と対向して形成するカラーフィ
ルター上には、ＩＴＯ膜からなる対向電極９を形成す
る。この対向電極９は、ＩＴＯ膜からなる透明導電膜で
構成する対向電極９が、ブラックマトリクス７と接触し
て短絡しないように、絶縁膜８を介して形成する。

【０１３０】第２の基板６に設ける対向電極９には、非
線形抵抗素子領域１８と対向するように開口領域１９を
形成する。

【０１３１】またさらに、第１の電極２と表示電極５と
は、接触して短絡しないようにするために、両者は一定
の間隙を有している。

【０１３２】表示電極５は、対向電極９と重なり合うよ
うに、対向して配置することによって、液晶表示パネル
の画素部となる。

【０１３３】ブラックマトリスク７は、表示電極５の形
成領域にまで、はみ出すように形成して、表示電極５の
周辺領域からの光りの漏れを防止する役割を持ってい
る。

【０１３４】表示電極５上のブラックマトリクス７が形
成されていない領域の液晶の透過率変化により、液晶表
示装置は所定の表示を行う。

【０１３５】さらに第１の基板１と第２の基板６とは、
液晶１１の分子を規則的に並べるための処理層として、
それぞれ配向膜１０を形成する。さらにそのうえスペー
サー１２によって、第１の基板１と第２の基板６とを所
定の間隔をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板
６との間には、液晶１１を封入する。

【０１３６】図９から明らかなように、ブラックマトリ
クス７に形成する開口部１３面積を非線形抵抗素子１４
面積よりも大きくし、さらに非線形抵抗素子１４に光り
を照射するための開口部１３に、青２０のカラーフィル
ターを形成することにより、効率よく非線形抵抗素子１
４に光りの照射を行うことができる。

【０１３７】さらにこれと同時に、ブラックマトリクス
７と非線形抵抗素子１４との間からの光りの漏れを、カ
ラーフィルターにより減衰することができる。このため
に、液晶表示装置の表示品質の低下を防止することがで
きる。

【０１３８】またさらに、非線形抵抗素子１４に光りを
照射するための開口部１３領域に形成するカラーフィル
ターの吸収特性を選択することにより、液晶表示装置の
表示品質の低下を、さらに小さくすることができる。

【０１３９】つぎに本発明の液晶表示装置における第５
の実施例を説明する。図１４は、本発明の第５の実施例
における液晶表示装置を示す平面図である。

【０１４０】図１４に示す実施例においては、非線形抵
抗素子１４に光を照射するための斜線６１で示すブラッ
クマトリクス７に形成する開口部１３からの光の漏れを
防止するために、第１の電極２、あるいは第２の電極４
の構成材料からなる光シールド部２２を、非線形抵抗素
子１４の周辺領域に形成する。

【０１４１】この光シールド部２２を形成することによ
り、工程を増やすことなく、ブラックマトリクス７の開
口部１３からの光の漏れを防止することができ、液晶表
示装置の表示品質の向上を行うことが可能となる。

【０１４２】第１の基板上には、タンタル（Ｔａ）膜か
らなる第１の電極２を形成する。

【０１４３】この第１の電極２上には、第１の電極２の
タンタルを陽極酸化処理して形成する酸化タンタルから
なる非線形抵抗層（図示せず）を形成する。

【０１４４】さらに第２の電極４としてクロム（Ｃｒ）
膜と、ＩＴＯ膜からなる透明導電膜との積層膜を、非線
形抵抗層上にオーバーラップするように形成して、第１
の電極２と非線形抵抗層と第２の電極４とからなるＭＩ
Ｍ構造の非線形抵抗素子１４を形成する。

【０１４５】非線形抵抗素子１４の周辺領域には、第１
の電極２の構成材料であるタンタルからなる光シールド
部２２を、非線形抵抗素子１４から１μｍ程度の距離で
離間するように形成する。

【０１４６】第２の電極４の一部領域は、表示電極５を
兼ねている。

【０１４７】ここで第２の電極４として使用しているク
ロム膜は、厚さが１０ｎｍから３０ｎｍであり、表示電
極５と使用しても、透過率の低下は、１０％から２０％
程度と実用上問題とならない程度である。

【０１４８】第２の基板上には、第１の基板に形成する
それぞれの表示電極５の隙間からの光の漏れを防止する
ために、斜線６１に示すように、ブラックマトリクス７
を形成する。

【０１４９】このブラックマトリクス７には、非線形抵
抗素子１４に光を照射するための開口部１３を形成す
る。

【０１５０】さらに表示電極５と対向するように、第２
の基板には、ＩＴＯ膜からなる対向電極９をブラックマ
トリクス７と接触して短絡しないように絶縁膜（図示せ
ず）を介して形成する。

【０１５１】図１４から明らかなように、非線形抵抗素
子１４に光りを照射するためにブラックマトリクス７に
形成する開口部１３からの光の漏れを防止するために、
第１の電極２、あるいは第２の電極４の構成材料からな
る光シールド部２２を、非線形抵抗素子１４の周辺領域
に形成している。

【０１５２】この光シールド部２２を形成することによ
り、工程を増やすことなく、ブラックマトリクス７に形
成する開口部１３からの光の漏れを、完全に防止するこ
とができる。

【０１５３】この結果、液晶表示装置の表示品質の低下
を発生することなく、非線形抵抗素子１４へ効率良く光
りの照射を行うことができる。そのため、非線形抵抗素
子特性の変化を小さくすることができる。

【０１５４】さらに、駆動電圧の極性による非対称な非
線形抵抗素子特性変化を小さくすることができるため、
液晶表示装置の駆動による表示品質の変化、あるいは液
晶への直流電圧の印加によるフリッカ現象や、画像の焼
き付き現象を低減することができる。

【０１５５】つぎに本発明の液晶表示装置における第６
の実施例を説明する。図１５は、本発明の第６の実施例
における液晶表示装置を示す断面図である。

【０１５６】非線形抵抗素子１４を構成する第１の電極
２と第２の電極４とが光りを１０％以下しか透過しない
ときの実施例を示す。

【０１５７】この場合、効率よく非線形抵抗素子１４へ
光りを照射するために、非線形抵抗素子１４の周辺領域
に、第１の電極２の構成材料からなる光反射部２４を形
成して、非線形抵抗素子１４へ光りを照射することが必
要になる。

【０１５８】さらに、光りを非線形抵抗素子１４へ導く
ために、この非線形抵抗素子１４の周辺領域に光りを透
過するポリイミド樹脂を、ディスペンサーによって滴下
することによってポリイミド樹脂の表面張力を利用し
て、円丘状に形成したドーム状パターン２３を形成す
る。

【０１５９】図１５に示す実施例においては、非線形抵
抗素子１４の周辺領域に、光反射部２４と、ポリイミド
樹脂からなるドーム状パターン２３との両方を形成した
場合を示したが、非線形抵抗素子１４の周辺領域にドー
ム状パターン２３を形成せず光反射部２４だけを形成す
るだけでも、充分に非線形抵抗素子１４に光りの照射は
可能となる。

【０１６０】またさらに、光反射部２４の形成を省略し
て、非線形抵抗素子１４の周辺領域に、光りを透過する
特性を有するポリイミド樹脂からなるドーム状パターン
２３を形成することによって、非線形抵抗素子１４に、
充分に光り照射を行うことができる。

【０１６１】この図１５に示す液晶表示装置において
は、第２の基板６上に形成するブラックマトリクス７に
は、開口部を形成しない。

【０１６２】この図１５に示す実施例においては、非線
形抵抗素子１４に光りを照射するための表示用照明部
（図示せず）は、図５を用いて説明した第２の実施例と
同じように、第１の基板１側に配置する。

【０１６３】以上の説明から明らかなように、非線形抵
抗素子１４の周辺領域に、非線形抵抗素子１４へ光を導
入するためのドーム状パターン２３や光反射部２４を設
ける構造を採用することによって、光りを直接、非線形
抵抗素子に照射がしにくい構造の非線形抵抗素子におい
ても、効率よく非線形抵抗素子に光りを照射することが
可能となる。したがって、非線形抵抗素子特性の変化を
小さくすることができる。

【０１６４】さらに、駆動電圧の極性による非対称な素
子特性変化を小さくすることができるため、液晶表示装
置の駆動による表示品質の変化、あるいは液晶への直流
電圧の印加によるフリッカ現象や、画像の焼き付き現象
を低減することができる。

【０１６５】以上説明した本発明の第１の実施例から第
６の実施例においては、ＭＩＭの構造として、タンタル
―酸化タンタル―ＩＴＯの構造を用いた例で説明した
が、非線形抵抗層として、第１の電極の陽極酸化膜、あ
るいは気相成長法やスパッタリング法や真空蒸着法など
により形成する酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、炭化
シリコン膜、酸化タンタル膜、あるいは、酸化アルミニ
ウムを適用する非線形抵抗素子においても当然有効であ
る。

【０１６６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
液晶表示装置の構成を用いることにより、非線形抵抗素
子の極性による非対称な変化を抑え、液晶への直流電圧
印加を減らし、液晶の品質の低下をなくし、コントラス
トの低下、フリッカ現象や、残像現象である画像焼き付
き現象を防止することができる。

【０１６７】このため、液晶表示装置の表示品質を向上
することができる。とくに、焼き付き現象に関しては、
三端子系に勝とも劣らない程度の特性に改善することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における液晶表示装置を
示す平面図である。

【図２】本発明の第１の実施例における液晶表示装置を
示す断面図である。

【図３】液晶表示装置の非線形抵抗素子の初期特性およ
び駆動後の特性の電流値と非線形抵抗素子に照射する光
量との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例における液晶表示装置の非線形
抵抗素子に光りを照射したときの非線形抵抗素子特性と
駆動時間との関係を示すグラフである。

【図５】本発明の液晶表示装置に薄膜タンタルを用いた
第２の実施例を示す断面図である。

【図６】タンタルの膜厚と透過率との関係を示すグラフ
である。

【図７】本発明の第３の実施例における液晶表示装置を
示す平面図である。

【図８】本発明の第３の実施例における液晶表示装置を
示す断面図である。

【図９】本発明の液晶表示装置にカラーフィルターを用
いた第４の実施例を示す断面図である。

【図１０】従来例における液晶表示装置を示す平面図で
ある。

【図１１】従来例における液晶表示装置を示す断面図で
ある。

【図１２】液晶表示装置の非線形抵抗素子における電圧
−電流特性を示すグラフである。

【図１３】液晶表示装置の非線形抵抗素子に光りの照射
を行わないときの非線形抵抗素子特性と駆動時間との関
係を示すグラフである。

【図１４】本発明の液晶表示装置の非線形抵抗素子の周
辺に光シールド部を形成した第５の実施例を示す平面図
である。

【図１５】本発明の液晶表示装置の非線形抵抗素子の周
辺領域に光反射部とドーム状パターンとを形成した第６
の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１第１の基板２第１の電極３非線形抵抗層４第２の電極５表示電極６第２の基板７ブラックマトリクス１３開口部１５薄膜タンタル２３ドーム状パターン２４光反射部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板上に第１の電極と第２の電極
とを形成し、前記第１の電極と前記第２の電極との重な
り合う領域に非線形抵抗素子を形成し、前記第１の基板
と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、前記第１の
基板と前記第２の基板との間に液晶を封入する液晶表示
装置にあって、前記第１の電極を薄膜化し、該第１の電極を透過して前
記非線形抵抗素子に光を照射することを特徴とする液晶
表示装置。
【請求項２】第１の基板上に第１の電極と第２の電極
とを形成し、前記第１の電極と前記第２の電極との重な
り合う領域に非線形抵抗素子を形成し、前記第１の基板
と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、前記第１の
基板と前記第２の基板との間に液晶を封入する液晶表示
装置にあって、前記第２の基板上に形成するブラックマトリクスは、前
記非線形抵抗素子に対向する領域に開口部を設け、前記
非線形抵抗素子に光を照射することを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項３】前記第１の基板上にタンタルからなる前
記第１の電極と、前記第１の電極を陽極酸化して形成す
る酸化タンタルからなる非線形抵抗層と、前記第１の電
極の一部領域と交差し前記非線形抵抗素子となる透明導
電膜からなる前記第２の電極とを有する請求項１、また
は２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記第２の基板上に形成する前記ブラッ
クマトリクスの開口部にカラーフィルターを設ける請求
項２記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記第１の基板上にタンタルからなる前
記第１の電極と、前記第１の電極を陽極酸化して形成す
る酸化タンタルからなる非線形抵抗層と、前記第１の電
極の一部領域と交差し前記非線形抵抗素子となる前記第
２の電極とを有する液晶表示装置にあって、前記非線形
抵抗素子の周囲に前記第１の電極、あるいは前記第２の
電極の構成材料からなる光シールド部を設ける請求項２
記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記非線形抵抗素子に光照射を行うため
の表示用照明部は、前記第２の基板側に設ける請求項２
記載の液晶表示装置。
【請求項７】第１の基板上に第１の電極と第２の電極
とを形成し、前記第１の電極と前記第２の電極との重な
り合う領域に非線形抵抗素子を形成し、前記第１の基板
と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、前記第１の
基板と前記第２の基板との間に液晶を封入する液晶表示
装置にあって、前記第１の基板上の前記非線形抵抗素子の周囲領域に前
記第１の電極の構成材料からなる光反射部を設け、その光反射部は、前記非線形抵抗素子の方向に光を反射
することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】第１の基板上に第１の電極と第２の電極
とを形成し、前記第１の電極と前記第２の電極との重な
り合う領域に非線形抵抗素子を形成し、前記第１の基板
と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、前記第１の
基板と前記第２の基板との間に液晶を封入する液晶表示
装置にあって、前記第１の基板上の前記非線形抵抗素子の周囲領域に、
光を透過し、円丘状の面を利用し光を前記非線形抵抗素
子へ導くためのドームパターンを設けることを特徴とす
る液晶表示装置。
【請求項９】第１の基板上に第１の電極と第２の電極
とを形成し、前記第１の電極と前記第２の電極との重な
り合う領域に非線形抵抗素子を形成し、前記第１の基板
と第２の基板とを所定の間隔で張り合わせ、前記第１の
基板と前記第２の基板との間に液晶を封入する液晶表示
装置にあって、前記第１の基板上の前記非線形抵抗素子の周囲領域に前
記第１の電極の構成材料からなる光反射部を設け、その光反射部は、前記非線形抵抗素子の方向に光を反射
し、さらに前記第１の基板上の前記非線形抵抗素子の周
囲領域に、光を透過し、円丘状の面を利用し光を前記非
線形抵抗素子へ導くためのドームパターンを設けること
を特徴とする液晶表示装置。