JPH04371929A - 液晶表示装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス素子として酸化亜鉛を主成分とするバリスタ素子を用
いた液晶表示装置（ＬＣＤ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、例えば液晶テレビの画像表示装置
には大別して単純マトリクス方式とアクティブマトリッ
クス方式とがある。単純マトリックス方式は直角をなし
て設けられた一組の帯状電極群（行電極群と列電極群）
の間に複数の液晶画素を行列状に配して接続したもので
あり、これら帯状電極間に駆動回路によって所定の電圧
を印加して液晶画素を作動させる。

【０００３】この方式は、構造が簡単なため低価格でシ
ステムを実現できるという利点があるが、各液晶画素で
のクロストークが生じるため画素のコントラストが低く
、液晶テレビの画像表示を行う際、画質の低下は避けら
れないものであった。

【０００４】これに対し、アクティブマトリックス方式
は、各液晶画素毎にスイッチを設けて電圧を保持するも
のであり、液晶表示装置を時分割駆動しても液晶画素が
選択時の電圧を保持することができるため、表示容量の
増大が可能で、コントラスト等の画質に関する特性が良
く、液晶テレビの高画質画像表示を実現できるものであ
る。

【０００５】しかしながら、アクティブマトリックス方
式にあっては、構造が複雑となって製造コストが高くな
ってしまうという欠点があった。例えば、スイッチング
素子として薄膜トランジスタを用いるＴＦＴ型では、そ
の製造工程において５枚以上のフォトマスクを用いて５
層以上の薄膜を重ねるため、製品歩留まりを上げること
が困難である。

【０００６】上記のようなことから、コントラスト等の
画質に関する特性が良くかつ構造簡単にして低コストな
方式の液晶表示装置の実現が望まれており、このような
要求を実現する方式として、焼結体バリスタ素子を用い
た二端子素子方式アクティブマトリックス型液晶表示装
置が注目されている。

【０００７】二端子素子方式アクティブマトリックス型
液晶表示装置は単純マトリックス方式に改良を加えて、
図８に示すように行電極１と列電極２との間に液晶画素
４と所定のしきい値電圧で導通する焼結体バリスタ素子
３とを電気的に直列に配して接続したものであり、図９
に示すような焼結体バリスタ素子３の非線形な電流−電
圧特性を利用したものである。

【０００８】すなわち、単純マトリックス方式における
時分割駆動では、図１０に示すように液晶画素がオン（
光透過率が９０％）する電圧Ｖ９０とオフ（光透過率が
１０％）する電圧Ｖ１０との比γ（　　＝Ｖ９０／Ｖ１
０＝（　Ｖ１０＋ΔＶ）　／Ｖ１０　　）から、各液晶
画素間のクロストークを生ずることなく許容される最大
の走査線数Ｎｍａｘ　は、Ｎｍａｘ　＝（（　γ２　＋
１）　／（　γ２　−１）　）２　であり、γ値が小さ
い方が走査線数が多くなって液晶テレビ表示に有利であ
る。

【０００９】これに対し、二端子素子方式アクティブマ
トリックス型では、焼結体バリスタ素子３によりそのし
きい値電圧Ｖｖ　を超えた分の電圧が液晶画素４　に印
加されるようにして、焼結体バリスタ素子を設けない場
合の液晶画素の動作電圧（図１１参照）を焼結体バリス
タ素子を設けることによってそのしきい値電圧Ｖｖ　だ
け高くしている（図１２参照）。

【００１０】この結果、前記γの値はＶ９０／Ｖ１０か
ら（Ｖｖ　＋Ｖ９０）／（Ｖｖ　＋Ｖ１０）に改善され
、γ値の低下によって最大走査線数Ｎｍａｘ　の増加が
図られ、良質な液晶表示を実現することができる。

【００１１】従来のバリスタを用いた二端子素子方式ア
クティブマトリックス型液晶表示装置を図４から図７、
および図１３から図１６に示す。

【００１２】図４に示すように、下側ガラス基板上に行
電極１１それぞれに対して多数の画素電極１２が一定の
間隔ｄ１　をもって設けられ、行電極１１と画素電極１
２とは各焼結体バリスタ素子１３で一定のしきい値電圧
Ｖｖ　をもって接続されている。

【００１３】液晶画素一つについてみると、図１３、図
１４および図５に示すように、下側ガラス基板１０上に
行電極１１と画素電極１２とを所定の間隔ｄ１　を隔て
て設け、これら行電極１１と画素電極１２とを酸化亜鉛
（ＺｎＯ）からなる焼結体バリスタ素子１３で接続して
あり、それらの上には透明絶縁層２０が設けられている
。　　これらの上部に対向して列電極１５、カラーフィ
ルタ１６および透明絶縁層２０が設けられた上側ガラス
基板１７との間に液晶１４が注入充填してある。

【００１４】ここで使用される液晶１４は、通常ＴＮ（
ツイストネマチック）型の液晶が一般的であり、液晶は
光のシャッターとして用いられる。この場合、下側ガラ
ス基板１０と液晶１４の層との間、および上側ガラス基
板１７と液晶１４の層との間には、それぞれ液晶を配向
させるための配向膜層１８が設置され、また下側ガラス
基板１０と上側ガラス基板１７の外側に偏向板１９が設
置される。

【００１５】行電極１１に印加された電圧に基づいて液
晶１４をスイッチ駆動する焼結体バリスタ素子１３は、
図７に詳示するように、ＺｎＯ単結晶粒子１３１　の表
面をＣｏやＭｎの酸化物等の無機質絶縁膜１３２　で被
覆したバリスタ粒子１３ａ　からなり、図６に詳示する
ように、これらバリスタ粒子１３ａ　をガラスフリット
１３ｂ　で焼結したものである。

【００１６】このような焼結体バリスタ素子１３におい
ては、粒径約５μｍのバリスタ粒子１個あたり約３Ｖの
しきい値電圧が得られる。したがって、行電極１１と画
素電極１２との間隔ｄ１　を２５μｍに設定すれば、こ
の間隔ｄ１　内に存在する実質的に直列５個のバリスタ
粒子１３ａ　を介して行電極１１と画素電極１２とが接
続され、これら行電極１１と列電極１２との間には５個
×３Ｖ＝１５Ｖのしきい値電圧が得られる。

【００１７】すなわち、このしきい値電圧を越えた電圧
が印加された時に液晶１４が駆動される状態になり、他
の液晶素子への印加電圧の影響を排除して、クロストー
クの発生を防止する事ができる。

【００１８】また、画像表示の際のコントラスト及び駆
動等の面から良好な画質を得るためには、下側ガラス基
板と上側ガラス基板間距離ｄ２　が短く、均一であるこ
とが必要である。

【００１９】従来技術では粒径５μｍのバリスタ粒子を
ペースト化し、スクリーン印刷で印刷していた為、バリ
スタ素子が最低でも１５μｍの厚みで存在していた。そ
れ故、スペーサーとしてガラスビーズを用いるのではな
くバリスタ素子自体をスペーサーとして用い、下側ガラ
ス基板と上側ガラス基板間の距離ｄ２を均一にしていた
。

【００２０】しかしながら、以上述べた様な従来の構造
の液晶表示装置では、バリスタ自身をスペーサーとして
用いているため焼結体バリスタと上側列電極とが導通し
てしまい鮮明な画像表示を達成する液晶表示装置を得る
事が困難であった。

【００２１】この対策として図１５、図１６に示すよう
に上側列電極と下側ガラス基盤上のバリスタ素子とが重
なり合う部分において上側列電極をバリスタ素子部と重
ならないように切り欠く構造にすることが考えられる。

【００２２】しかし、画素を高精細化した場合、バリス
タ素子の部分と重ならないように切り欠いた構造にパタ
ーニングした上側列電極は、その投影像が下側行電極と
交差する部分の面積が過度に減少し、上側列電極の配線
抵抗が増加することによってコントラストが悪く、表示
ムラが生じ、良好な表示品質を得ることが困難であった
。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の事
情に鑑みなされたもので、焼結体バリスタ素子と上側列
電極間の導通を防止すること。および、バリスタ素子部
と重ならないように切り欠いた形状にパターニングされ
た上側列電極の下側ガラス基板への投影像が、下側行電
極と交差する面積の減少を防ぐことにより、鮮明な画像
表示を達成する液晶表示装置を得ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶表示装
置は、下側ガラス基板上で行電極から分岐して延びた補
助電極を、隣接する各２つずつの画素電極間に設け、１
区画のバリスタ素子を補助電極を覆いこむように介して
両側２つの画素電極間に接続する。一方、下側ガラス基
板上のこれらに対向する上側ガラス基板上の列電極を、
その投影像が下側ガラス基板上の行電極と交差するよう
に配置された構成にするが、このとき列電極は、その投
影像がバリスタ素子と重なり合う部分をバリスタ素子の
各１区画分全体をそれぞれ切り欠く形状にしておき、こ
れら列電極とバリスタ素子とが重ならないように形成し
たことを特徴とするものである。

【００２５】

【作用】本発明では、２つの画素電極間に下側行電極か
ら延びた補助電極を設け、該バリスタ１素子を補助電極
を介した２つの画素電極間に接続し、上側列電極を該バ
リスタ素子との交差部において重ならないように形成す
る。

【００２６】このような構造にすることにより、焼結体
バリスタ素子と上側列電極とが重なり合わない為、焼結
体バリスタ素子と上側列電極間の導通を防止することが
できる。また、焼結体バリスタを補助電極上に形成する
ため、上側列電極と下側行電極間の交差面積の過度な減
少を防ぎ、上側列電極の抵抗値の増加を抑制することが
できる。

【００２７】

【実施例】本発明に係る液晶表示装置を実施例に基づい
て具体的に説明する。

【００２８】図１は、本発明による液晶表示装置の平面
図である。図２は、図１のＡ−Ａ’による断面図、図３
は、図１のＢ−Ｂ’による断面図である。

【００２９】図１から図３に示すように、本実施例の液
晶表示装置は、下側ガラス基板１０に行電極１１、行電
極１１から分岐して延びた補助電極２１、画素電極１２
、二端子素子として焼結体バリスタ素子１３の層および
、透明絶縁層２０が設けられている。そして列電極１５
、透明絶縁層２０、およびカラーフィルタ１６が設けら
れた上側ガラス基板１７と下側ガラス基板１０の間にＴ
Ｎ型液晶１４が注入充填してある。

【００３０】ここでＴＮ型液晶を用いているため、下側
ガラス基板１０、液晶１４の層、および上側ガラス基板
１７との間に液晶を配向させるための配向膜層１８が設
置され、下側ガラス基板１０と上側ガラス基板１７の外
側に偏向板１９が設置されている構成である。

【００３１】なお列電極１５は、補助電極２１上に形成
されたバリスタ素子層１３と重ならないように切り欠き
のある形状にパターニングされている。

【００３２】上記構成の液晶表示装置は、次のような工
程で製造される。

【００３３】まず、下側ガラス基板１０上にマグネトロ
ンスパッタ装置を用いてＩＴＯ膜（酸化インジウム〜酸
化スズ膜）を厚さ１１００Åに成膜し、これにフォトリ
ソグラフィープロセスによりレジストパターンを形成し
て酸化第二鉄：塩酸＝１：３のエッチング液にて行電極
１１及び画素電極１２を形成する。

【００３４】更に原料となるＺｎＯの粉を１２００℃で
１時間焼結した後、これをボールミルで粉砕してエアー
分級し、５μｍ　〜１０μｍ　のＺｎＯ単結晶粒子を得
る。

【００３５】そして、コバルト、マンガンの各硝酸塩を
、Ｃｏ（ＮＯ３　）２　・６Ｈ２　Ｏ、Ｍｎ（ＮＯ３　
）　２　・５Ｈ２　Ｏに換算して各０．５ｍｏｌ　％を
蒸留水に溶解し、その水溶液にＺｎＯ単結晶粒子を加え
て混合し、２２０℃で１時間焼成した後、１１００℃で
１時間焼成してバリスタ特性を有するバリスタ粉を得、
このバリスタ粉にガラスフリットを２５重量％及び有機
バインダーとしてエチルセルロース（粘度５０ｃｐｓ）
を１０重量％加え、溶剤としてカルビトールを用いてペ
ースト化する。

【００３６】このペーストを下側ガラス基板上にシルク
スクリーン印刷で焼結体素子にパターニング印刷し、４
２０℃で３０分焼成して焼結体バリスタ素子層を形成す
る。

【００３７】しかるのちスパッタ法によりＳｉＯ２　を
１０００Å成膜し透明絶縁層２０を形成したあと、ポリ
イミド系下部配向膜１８を５００Å塗布焼成する。

【００３８】次に、上部配向膜１８、透明絶縁層２０、
カラーフィルタ１６、および補助電極２１上に形成され
たバリスタ素子１３の層と重ならないように切り欠き形
状にパターニングされているＩＴＯ膜による列電極１５
からなる上側ガラス基板１７に、ガラスビーズを２．５
％混ぜた接着用エポキシ樹脂をシルクスクリーン印刷に
より印刷し、下側ガラス基板１０とアライメントして貼
り合わせ、加圧加熱し接着させる。

【００３９】ついで、このパネルに液晶としてＴＮ型液
晶を接着部の一部に設けた封入口より充填する。

【００４０】そして下側ガラス基板１０及び上側ガラス
基板１７の外側に偏光板１９を設置する。

【００４１】上記のように隣接する２つの画素電極間に
下側行電極から延びた補助電極を設け、１区画のバリス
タ素子を補助電極を介して２つの画素電極間に接続し、
上側列電極が該バリスタ素子と重ならないように切り欠
いた形状にパターニングすることにより、焼結体バリス
タ素子と上側列電極との間の導通を防止することができ
る。

【００４２】また、焼結体バリスタ素子を補助電極を覆
うように形成するため、上側列電極上の、その投影像が
下側行電極と交差する部分の面積の過度な減少を防ぐこ
とができる。

【００４３】また、本発明は配線抵抗低減のための行電
極材料として、Ｃｒ膜等の金属薄膜を使用することが可
能であり、ＴＮ型のみならず、ゲストホストタイプ、高
分子分散型液晶を用いた液晶表示装置にも勿論適用する
ことができる。

【００４４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、隣接する各２つの画素電極間に下側行電極から分岐
して延びた補助電極を設け、１区画のバリスタ素子を補
助電極を介して両側２つの画素電極間に接続したうえで
、上側ガラス基板上にこれらと対向する列電極をこれら
のバリスタ素子と重なり会わないように切り欠いた形状
にパターニングすることにより、焼結体バリスタ素子と
上側列電極間の導通を防止することができる。

【００４５】また、焼結体バリスタ素子を補助電極上に
形成するため、上側列電極の投影像が下側行電極と交差
する面積の過度な減少を防ぎ、上側列電極の抵抗値の増
加を抑制することができる。これらにより、高画像品質
で大画面、高精細な液晶表示装置を容易に得ることが可
能となる。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる液晶表示装置の平面
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’に沿って切断したところを示す
断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ’に沿って切断したところを示す
断面図である。

【図４】一般的な液晶表示装置の電極形状の一例を示す
平面図である。

【図５】図３の液晶表示装置の一画素の拡大平面図であ
る。

【図６】図１中のバリスタ要部の拡大図である。

【図７】バリスタ粒子の断面図である。

【図８】二端子素子型液晶表示装置の等価回路である。

【図９】焼結体バリスタ素子の電圧−電流特性を示すグ
ラフ図である。

【図１０】単純マトリックス方式の液晶画素の動作特性
を示すグラフ図である。

【図１１】焼結体バリスタ素子を用いない場合の液晶画
素の動作特性を示すグラフ図である。

【図１２】焼結体バリスタ素子を用いた場合の液晶画素
の動作特性を示すグラフ図である。

【図１３】バリスタ素子を用いた従来の液晶表示装置に
一例を示す平面図である。

【図１４】図１２のＡ−Ａ’に沿って切断したところを
示す断面図である。

【図１５】バリスタ素子を用いた従来法の液晶表示装置
の他の一例を示す平面図である。

【図１６】図１４のＡ−Ａ’に沿って切断したところを
示す断面図である。

【符号の説明】

１０…下側ガラス基板 １１…行電極 １２…画素電極 １３…焼結体バリスタ素子 １３ａ　…バリスタ素子 １３ｂ　…ガラスフリット １４…液晶 １５…列電極 １６…カラーフィルタ １７…上側ガラス基板 １８…配向膜 １９…偏光板 ２０…透明絶縁層 ２１…補助電極 １３１…ＺｎＯ単結晶粒子 １３２…無機質絶縁膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクティブマトリックス素子として、酸化
   亜鉛を主成分とするバリスタ素子を用いた下側ガラス基
   板と上側ガラス基板との間に液晶層を設け、アクティブ
   マトリックス素子を介して駆動する液晶表示装置におい
   て、隣接した２つの画素電極間に行電極から延びた補助
   電極を設け、１区画のバリスタ素子を補助電極を介して
   ２つの画素電極間に接続したことを特徴とする液晶表示
   装置。
2. 【請求項２】下側ガラス基板上のバリスタ素子と上側ガ
   ラス基板上の列電極とが重なり合う部分における列電極
   を、バリスタ素子と重ならないように形成したことを特
   徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。