JPH07318981A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配線抵抗による電圧降下、製造工程数を増加
などを避けて、液晶表示装置を安価に得られるようにす
ることを目的とする。 【構成】 一方の基板11に透明画素電極13と非線形抵抗
素子15と信号線14とが形成され、その非線形抵抗素子が
上部電極／非線形抵抗膜／下部電極／非線形抵抗膜／上
部電極からなる構造の液晶表示装置において、非線形抵
抗素子を、上部電極を透明電極17、下部電極を金属電極
18として、透明電極／非線形抵抗膜／金属電極／非線形
抵抗膜／透明電極からなる構造に形成し、信号線を透明
画素電極に沿って延在する信号線Ａ部14a と、この信号
線Ａ部と非線形抵抗素子とを接続する信号線Ｂ部14b と
から構成し、その信号線Ａ部を金属電極と同一材料、信
号線Ｂ部を透明電極または透明画素電極と同一材料で形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示装置に係
り、特に非線形抵抗素子からなるスイッチング素子を有
する液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示器を用いた表示装置は、
時計、電卓、計測機器などの比較的簡単なものから、パ
ーソナル・コンピュータ、ワードプロセッサー、さらに
はＯＡ機器の端末機器、ＴＶ用画像表示装置などの大容
量情報表示用まで用途が拡大している。このような大容
量情報表示用の液晶表示装置には、ＳＴＮ（Super Twis
ted Nematic ）形の液晶表示装置が用いられている。

【０００３】しかしこの液晶表示装置は、液晶自体の電
気光学特性におけるしきい値の急峻性を利用しているい
るため、表示部分（オン画素）と非表示部分（オフ画
素）のコントラスト比が、２００本程度の走査電極を有
する場合でも不十分であり、さらに走査電極を５００本
以上として大規模なマトリックス表示をおこなう場合に
は、コントラスト比の劣化が致命的になる。また応答速
度が１００msec〜３００msecと遅く、コンピュータの端
末ディスプレイなどの高度な利用には無理であるという
問題がある。

【０００４】この液晶表示装置の問題点を解決する開発
が盛んにおこなわれている。その一つの方向として、個
々の画素を直接スイッチ駆動するものがある。そのスイ
ッチング素子として、薄膜トランジスタがある。この薄
膜トランジスタは、これを構成する半導体として、これ
まで単結晶シリコン、セレン化カドニウム、テルルなど
の各種の材料が提案されているが、現在は非晶質シリコ
ンが最も多く研究されている。しかしながらこの種の液
晶表示装置は、微細加工を必要とする工程が数工程あ
り、製造が複雑で歩留が悪くなることがある。その結
果、製品コストが高くなる。また大規模な液晶表示装置
の製造がいちじるしく困難となる。

【０００５】上記液晶表示装置の問題点を解決する他の
方向として、スイッチング素子列（アレイ）を用いて駆
動するものがある。そのスイッチング素子としては、非
線形な電流電圧特性を有する非線形抵抗素子が用いられ
る。この非線形抵抗素子は、薄膜トランジスタが三端子
であるのに対し、基本的に二端子で構造が簡単であり、
製造が容易である。そのため、製品歩留の向上が期待で
き、製品コストを低下できる利点がある。

【０００６】この非線形抵抗素子には、薄膜トランジス
タと同様の材料を用いて接合形成されるダイオード型、
酸化亜鉛を用いて形成されたバリスタ型、金属電極間に
絶縁体を介在させた金属／非線形抵抗膜（絶縁物）／金
属からなるＭＩＭ型、さらには金属電極間に半導電性層
（ＭＩＳ）を介在させた型などが開発されている。この
うち、ＭＩＭ型は、構造が最も簡単なものの一つであ
り、現在最も実用化が進んでいる。

【０００７】このＭＩＭ型の非線形抵抗素子を用いた液
晶表示装置（ＭＩＭ型液晶表示装置）では、液晶を挟ん
で対向する電極間に駆動電圧が印加されると、小さい時
定数で充電がおこなわれ、駆動電圧が印加されなくなる
と、大きい時定数で放電する。すなわち、図３に示す液
晶に印加する電圧波形１において、駆動電圧がオンされ
てから短い選択期間τonで液晶は充電され、オフされた
のちも、長い時間τoff 十分な電圧を保持する。その結
果、選択期間τonにおける印加電圧が駆動電圧の実効値
を決定し、通常のマトリックス表示の時分割駆動方式の
液晶表示装置よりも、オンとオフの実効値比を大きくす
ることができ、コントラスト比の大きい液晶表示装置を
実現することができる。

【０００８】しかしこのＭＩＭ型液晶表示装置では、特
開昭５５−１６１２７３号公報に示されているように、
ＭＩＭ型の非線形抵抗素子を金属／非線形抵抗膜／金属
からなる構造に形成すると、非線形抵抗素子の電流電圧
特性が正負非対称であるため、液晶に直流電圧が印加さ
れ、液晶表示装置としての信頼性がいちじるしく損なわ
れる。そのため、この非線形抵抗素子の電流電圧特性を
対称にする試みが種々なされている。

【０００９】その一つとして、特開昭５８−１８９６８
３号公報には、金属／非線形抵抗膜／金属からなる構造
の両端の金属を同じにする方法が示されている。しかし
このように両端の金属を同じにしても、金属と絶縁物と
の界面まで含めて対称にすることは容易でなく、非線形
抵抗素子の電流電圧特性を十分に対称にすることは困難
である。

【００１０】他の方法として、特開昭５８−４０５２７
号公報には、液晶表示装置の非線形抵抗素子を直列構造
としたものが示されている。このように直列構造とする
と、電流電圧特性を十分に対称にすることができる。し
かしこの構造は、製造工程が多くなるという問題があ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来Ｍ
ＩＭ型液晶表示装置は、そのスイッチング素子を金属／
非線形抵抗膜／金属からなる構造に形成されている。し
かしこのＭＩＭ型の非線形抵抗素子は、電流電圧特性が
正負非対称であるため、液晶に直流電圧が印加され、液
晶表示装置としての信頼性がいちじるしく損なわれる。
この非線形抵抗素子の電流電圧特性を対称にするものと
して、非線形抵抗素子を直列構造にするとよいことが知
られている。しかしこのように直列構造とすると、製造
工程が多くなるという問題がある。

【００１２】これを解決するためには、直列構造の信号
線を透明な画素電極と同じ材料で形成すれば、工程数が
減り、解決できる。しかしこのように信号線を画素電極
と同じＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料
で形成すると、金属にくらべて抵抗が高くなり、配線抵
抗による電圧降下が生じ、表示むらが発生するようにな
る。

【００１３】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、非線形抵抗素子の電流電圧特性の非対称、
配線抵抗による電圧降下、工程数の増加などを避けて、
高コントラストで信頼性の高い大容量情報表示用の液晶
表示装置が安価に得られるようにすることを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】相対向する２枚の基板の
うち一方の基板の対向面に、透明画素電極とこの透明画
素電極に供給される信号電圧をスイッチングする非線形
抵抗素子とこの各非線形抵抗素子を介して透明画素電極
に信号電圧を供給する信号線とが形成され、その非線形
抵抗素子が上部電極／非線形抵抗膜／下部電極／非線形
抵抗膜／上部電極からなる構造に形成されている液晶表
示装置において、非線形抵抗素子を、上部電極を透明電
極、下部電極を金属電極として、透明電極／非線形抵抗
膜／金属電極／非線形抵抗膜／透明電極からなる構造に
形成し、信号線を透明画素電極に沿って延在する信号線
Ａ部と、この信号線Ａ部と非線形抵抗素子とを接続する
信号線Ｂ部とから構成し、その信号線Ａ部を金属電極と
同一材料、信号線Ｂ部を透明電極または透明画素電極と
同一材料で形成した。

【００１５】また、信号線Ａ部と信号線Ｂ部とを少なく
とも一部が重なり合うように形成した。

【００１６】

【作用】従来の直列構造の非線形抵抗素子は、上部金属
電極／非線形抵抗膜／下部金属電極／非線形抵抗膜／上
部金属電極という構造に形成され、その製造は、 （１） 下部金属電極のパターンニング （２） 下部金属電極の陽極酸化による非線形抵抗膜の
形成 （３） 上部金属電極のパターンニング （４） 透明画素電極のパターンニング （５） 下部金属電極の不要部分の除去（パターンニン
グ） という工程でおこなわれる。このうち、上部金属電極の
パターンニングは、 （イ） 上部金属膜の形成 （ロ） レジストの形成 （ハ） ベーキング （ニ） 露光 （ホ） 現像 （ヘ） エッチング （ト） レジストの剥離 という工程でおこなわれるが、この発明のように非線形
抵抗素子を、上部電極を透明電極、下部電極を金属電極
として、透明電極／非線形抵抗膜／金属電極／非線形抵
抗膜／透明電極からなる構造に形成すると、従来の非線
形抵抗素子の製造における上部金属電極のパターンニン
グが不要となり、少ない工程で非線形抵抗素子を形成す
ることができる。また信号線を画素電極に沿って延在す
る信号線Ａ部と、この信号線Ａ部と非線形抵抗素子とを
接続する信号線Ｂ部とから構成し、その信号線Ａ部を金
属電極と同一材料、信号線Ｂ部を透明電極または画素電
極と同一材料で形成すると、信号線を簡単にパターニン
グすることができ、かつ信号線を透明導電材料のみで形
成する場合にくらべて配線抵抗を低く抑えることができ
る。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例に基
づいて説明する。

【００１８】図１にその一実施例である液晶表示装置を
示す。この液晶表示装置は、液晶１０を挟んで対向する
たとえばガラスからなる２枚の基板１１、１２のうち、
一方の基板１１（マトリックス基板）の対向面にＩＴＯ
などの透明導電材料からなる透明画素電極１３が縦横両
方向に複数個、マトリックス状に形成されている。この
透明画素電極１３に沿って、横方向に隣接する透明画素
電極１３間に下記非線形抵抗素子を介して透明画素電極
１３に信号電圧を供給する信号線１４がそれぞれ縦方向
に延在している。またその透明画素電極１３とこの透明
画素電極１３に沿って縦方向に延在する信号線１４との
間に、各透明画素電極１３に対応して複数個の非線形抵
抗素子１５が設けられ、信号線１４により直列構造に接
続されている。

【００１９】特にこの例の液晶表示装置では、上記信号
線１４は、縦方向に配列された透明画素電極１３に沿っ
て形成された信号線Ａ部１４a と、この信号線Ａ部１４
a から横方向に延びて、信号線Ａ部１４a と非線形抵抗
素子１５とを接続する信号線Ｂ部１４b とからなる。こ
れら信号線Ａ部１４a と信号線Ｂ部１４b とは少なくと
も一部が重なり合うように積層形成されている。その信
号線Ａ部１４a はＴaなどの金属材料から、また信号線
Ｂ部１４b は透明画素電極１３と同一の透明導電材料か
らなる。

【００２０】また非線形抵抗素子１５は、上部電極を透
明画素電極１３と同一のＩＴＯなどの透明導電材料から
なる透明電極１７とし、下部電極を信号線Ａ部１４a と
同一のＴa などの金属材料からなる金属電極１８とし、
これら上部電極と下部電極との間の非線形抵抗膜１９を
金属電極１８を構成する金属材料の酸化膜としている。
そしてその透明電極１７が対応位置にある透明画素電極
１３および信号線１４に接続され、透明電極／非線形抵
抗膜／金属電極／非線形抵抗膜／透明電極の構造に形成
されている。

【００２１】また上記一方の基板１１に対向する他方の
基板１２の対向面には、その一方の基板１１の信号線Ａ
部１４a と直交する方向にＩＴＯなどの透明導電材料か
らなる走査電極２１が形成されている。

【００２２】このような液晶表示装置は、つぎのように
製造される。

【００２３】図２（ａ）に示すように、一方の基板の対
向面にスパッターリングなどの既知の成膜法により、た
とえばＴa 膜を成膜し、このＴa 膜をフォトリソグラフ
ィ法により、非線形抵抗素子の金属電極１８、信号線Ａ
部１４a および金属電極１８に接続された陽極酸化用電
極２３をパターニングする。つぎにその陽極酸化用電極
２３を介して上記金属電極１８を陽極酸化し、金属電極
１８の表面上にＴa 酸化膜からなる非線形抵抗膜を形成
する。つぎに同（ｂ）に示すように、非線形抵抗膜の形
成により不要になった陽極酸化用電極をフォトリソグラ
フィ法によりエッチングして除去する。その後、上記信
号線Ａ部１４a 、金属電極１８および非線形抵抗膜１９
の形成された基板１１の対向面にＩＴＯからなる透明導
電膜を成膜し、この透明導電膜をフォトリソグラフィ法
によりエッチングして、図１（ａ）に示したように、透
明画素電極１３、非線形抵抗膜１９上に非線形抵抗素子
１５の上部電極である透明電極１７および信号線Ｂ部１
４b をパターニングする。

【００２４】一方、上記一方のマトリックス基板の製作
とは別に、他方の基板の対向面にＩＴＯからなる透明導
電膜を成膜し、この透明導電膜をフォトリソグラフィ法
によりエッチングして、マトリックス基板の信号線Ａ部
とは直交する方向に走査電極を形成する。そしてこれら
一方の基板と他方の基板との対向面間隔を５μm に保持
し、その対向面間に液晶を注入することにより製造され
る。

【００２５】このような液晶表示装置は、一方の基板１
１に形成された透明画素電極１３、その透明画素電極１
３に対応して設けられた非線形抵抗素子１５、信号線１
４および液晶１０の組合わせにより１つの画素が構成さ
れ、たとえば６４０×４８０ドットの画素により表示画
面が構成される。その各画素は、信号線１４および非線
形抵抗素子１５を介して透明画素電極１３に供給される
表示信号電圧と、他方の基板１２に形成された走査電極
２１に供給される走査信号電圧との組合わせにより駆動
される。またこの液晶表示装置は、デューティ比１／４
８０、バイアス比１／１０で時分割駆動法により駆動さ
れ、それにより表示画面上に画像を表示する。

【００２６】ところで、上記のように非線形抵抗素子１
５を、上部電極を透明画素電極１３と同一透明導電材料
からなる透明電極１７とし、下部電極を信号線Ａ部１４
a と同一金属材料からなる金属電極１８として、透明電
極／非線形抵抗膜／金属電極／非線形抵抗膜／透明電極
からなる構造に形成すると、従来の非線形抵抗素子の製
造における上部電極のパターンニングが不要となり、少
ない製造工程で非線形抵抗素子１５を形成することがで
きる。また信号線１４を透明画素電極１３に沿って延在
する信号線Ａ部１４a とこの信号線Ａ部１４a と非線形
抵抗素子１５とを接続する信号線Ｂ部１４b とから構成
し、その信号線Ａ部１４a を金属電極１８と同一金属材
料とし、信号線Ｂ部１４b を非線形抵抗素子の透明電極
１７または透明画素電極１３と同一透明導電材料で形成
すると、信号線１４のパターニングを複雑にすることな
く簡単に形成することができ、かつ透明導電材料のみで
形成する場合にくらべて配線抵抗を低く抑えることがで
きる。特に信号線Ａ部と信号線Ｂ部とを少なくとも一部
が重なり合うように形成することにより、配線抵抗によ
る電圧降下がほとんどない信号線とすることができる。
その結果、液晶表示装置を安価に製造することができ
る。またこの液晶表示装置を実際に駆動したところ、コ
ントラスト比が４０以上と高く、かつ均一な表示が得ら
れ、また３００時間連続駆動しても、表示特性の経時変
化がなく、安定した表示が得られるという良好な特性が
得られた。

【００２７】なお、上記実施例では、一方の基板の信号
線Ａ部を透明画素電極に沿って縦方向に形成し、他方の
基板の走査電極を信号線Ａ部と直交する横方向に形成し
たが、これら信号線Ａ部、走査電極は、逆に信号線Ａ部
を透明画素電極に沿って横方向に形成し、走査電極を縦
方向に形成してもよい。

【００２８】なおまた、上記実施例では、非線形抵抗素
子の上部電極である透明電極を形成する前に陽極酸化用
電極を除去したが、この陽極酸化用電極の除去は、非線
形抵抗素子の透明電極を形成したのちに除去してもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】相対向する２枚の基板のうち一方の基板
の対向面に、透明画素電極とこの透明画素電極に供給さ
れる信号電圧をスイッチングする非線形抵抗素子とこの
非線形抵抗素子を介して透明画素電極に信号電圧を供給
する信号線とが形成され、その非線形抵抗素子が上部電
極／非線形抵抗膜／下部電極／非線形抵抗膜／上部電極
からなる構造に形成されている液晶表示装置において、
その非線形抵抗素子を、上部電極を透明電極、下部電極
を金属電極として、透明電極／非線形抵抗膜／金属電極
／非線形抵抗膜／透明電極からなる構造に形成し、信号
線を透明画素電極に沿って延在する信号線Ａ部と、この
信号線Ａ部と非線形抵抗素子とを接続する信号線Ｂ部と
から構成し、その信号線Ａ部を金属電極と同一材料、信
号線Ｂ部を透明電極または透明画素電極と同一材料で形
成すると、従来の非線形抵抗素子の製造における上部金
属電極のパターンニングが不要となり、少ない工程で非
線形抵抗素子を形成することができる。また信号線Ａ部
を金属電極と同一材料とし、信号線Ｂ部を透明電極また
は透明画素電極と同一材料としているため、信号線を簡
単にパターンニングでき、かつ透明導電材料のみで形成
する場合にくらべて、信号線の配線抵抗を低く抑えるこ
とができる。特に信号線Ａ部と信号線Ｂ部とを少なくと
も一部が重なり合うように形成することにより、配線抵
抗による電圧降下がほとんどない信号線とすることがで
きる。その結果、安価でかつ信頼性が高く、しかも高く
コントラストかつ均一な表示が得られる大容量液晶表示
装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）はこの発明の一実施例である液晶表
示装置の要部構成を示す平面図、図１（ｂ）はそのＢ−
Ｂ線断面図、図１（ｃ）はそのＣ−Ｃ線断面図である。

【図２】図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ上記液晶表
示装置の製造方法を説明するための図である。

【図３】ＭＩＭ型液晶表示装置の液晶層に印加される電
圧波形を示す図である。

【符号の説明】

１１…一方の基板 １２…他方の基板 １３…透明画素電極 １４…信号線 １４a …信号線Ａ部 １４b …信号線Ｂ部 １５…非線形抵抗素子 １７…透明電極 １８…金属電極 １９…非線形抵抗膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対向する２枚の基板のうち一方の基板
   の対向面に透明画素電極とこの透明画素電極に供給され
   る信号電圧をスイッチングする非線形抵抗素子とこの非
   線形抵抗素子を介して上記透明画素電極に上記信号電圧
   を供給する信号線とが形成され、上記非線形抵抗素子が
   上部電極／非線形抵抗膜／下部電極／非線形抵抗膜／上
   部電極からなる構造に形成されている液晶表示装置にお
   いて、 上記非線形抵抗素子は、上記上部電極を透明電極、上記
   下部電極を金属電極として、透明電極／非線形抵抗膜／
   金属電極／非線形抵抗膜／透明電極からなる構造に形成
   され、上記信号線が透明画素電極に沿って延在する信号
   線Ａ部と、この信号線Ａ部と上記非線形抵抗素子とを接
   続する信号線Ｂ部とからなり、上記信号線Ａ部が上記金
   属電極と同一材料、上記信号線Ｂ部が上記透明電極また
   は上記透明画素電極と同一材料で形成されていることを
   特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 信号線Ａ部と信号線Ｂ部とは少なくとも
   一部が重なり合っていることを特徴とする請求項１記載
   の液晶表示装置。