JP3291396B2

JP3291396B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3291396B2
Application number: JP15336394A
Authority: JP
Inventors: 金子　　靖
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JPH0822033A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリクス
液晶表示パネルに適用する液晶スイッチング素子に用い
られる金属−絶縁体−金属、あるいは金属−絶縁体−透
明導電体構造（以下ＭＩＭと記載する）を有する非線形
抵抗素子をもつ液晶表示パネルの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示パネルを用いた液晶表示
装置の表示容量は、大容量化の一途をたどっている。そ
して、単純マトリクス構成の表示装置にマルチプレクス
駆動を用いる表示方式は、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る。し
たがって、２００本程度の走査線をもゆ表示装置では、
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きてい
る。

【０００４】このアクティブマトリクス方式の液晶表示
パネルには、スイッチング素子として、薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）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。そして、これらのなかでは構造
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型はとくに構造が簡単で、そのうえ製造工程が短
いという特徴を備えている。

【０００６】図６は、非線形抵抗素子を用いた従来のＭ
ＩＭ型液晶表示装置の構成を示す平面図である。さらに
図７は、図６の平面図におけるＡ−Ａ線での断面を示す
断面図である。以下図６と図７とを交互に用いて従来技
術を説明する。

【０００７】第１の基板３１上には、第１の電極３２を
設け、この第１の電極３２上に、非線形抵抗層３３を設
ける。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設けて、非線形抵抗素子３０を
構成している。この第２の電極３４の一部は、表示電極
３５を兼ねている。

【０００８】そして第２の基板３６には、表示電極３５
と対向するように対向電極３９を設けている。

【０００９】第１の基板３１上に設ける第１の電極３２
は、図６の平面図に示すように、通常は第１の電極３２
と同一材料で形成する駆動電極３８と接続し、表示電極
３５とは一定の間隔寸法を隔てて配置している。

【００１０】表示電極３５は、対向電極３９と重なり合
うように配置することにより、液晶表示パネルの１画素
を構成する。

【００１１】さらに第１の基板３１と第２の基板３６と
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、４０を設ける。

【００１２】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。

【００１３】駆動電極３８に走査信号を印加するとき
は、対向電極３９にデータ信号を印加することによっ
て、表示電極３５を所望の明るさに制御することができ
る。

【００１４】また逆に、対向電極３９に走査信号を印加
し、駆動電極３８にデータ信号を印加しても、表示電極
３５を所望の明るさに制御することが可能である。

【００１５】書込み時に駆動電極３８と対向電極３９の
間に印加する書込み電圧Ｖｉｎのうち、非線形抵抗素子
３０に印加する電圧Ｖｍｉｍは、表示電極３５の容量Ｃ
ｌｃを非線形抵抗素子３０の容量Ｃｍｉｍで除した値で
ある容量比ＣＲを用い、Ｖｍｉｍ＝Ｖｉｎ×ＣＲ／（１
＋ＣＲ）で決定される。

【００１６】非線形抵抗素子３０の抵抗は、印加電圧が
高いほど低くなるため、容量比ＣＲが大きいとＶｍｉｍ
が大きくなり、非線形抵抗素子３０は低抵抗になり、液
晶にデータ信号を有効に書込むことができる。

【００１７】書込み終了後の保持時には、表示電極３５
と対向電極３９間の液晶４１に保持する電圧Ｖｌｃは、
ＣｌｃとＣｍｉｍの容量結合によりΔＶだけ電圧降下
し、ΔＶ＝Ｖｉｎ／（１＋ＣＲ）で示される。

【００１８】したがって、容量比ＣＲが大きいほどΔＶ
が小さくなる。その結果、液晶４１に保持する電圧Ｖｌ
ｃは大きくできる。その後、つぎの書込みまで、液晶４
１に保持する電圧Ｖｌｃは液晶容量Ｃｌｃにより保持さ
れる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の液晶
表示パネルは、液晶４１の配向状態が第１の基板３１と
第２の基板３６の間で８０〜１００度ねじれた状態にあ
るツイストネマティック（ＴＮ）モードである。このＴ
Ｎモードの液晶表示パネルは、この液晶表示パネルを前
後左右に傾けて見たときの明るさが変わり、視角特性が
悪い。

【００２０】図８に従来例の液晶表示パネルの前後方向
の表示特性を示す。横軸は表示電極３５と対向電極３９
間への印加電圧を示し、縦軸は透過率を示す。９０゜ツ
イストのＴＮモードの液晶表示パネルに、上下の偏光板
を９０゜直交する状態で設置し、ノーマリ白モ−ドのと
きである。

【００２１】図８のグラフの実線Ｌは、液晶表示パネル
を正面から見たときの透過率−電圧特性を示し、実線Ｍ
は前方向に４０゜傾けたときの透過率−電圧特性を示
し、実線Ｎは後方向に４０゜傾けたときの透過率−電圧
特性を示す。

【００２２】正面で、黒表示を出すためにはＶ１の電圧
を印加すればよく、白表示を出すためにはＶ３の電圧を
印加し、中間調の灰色表示をするためにはＶ２の電圧を
印加する。

【００２３】灰色表示と黒表示とを表示した状態で、液
晶表示パネルを後方向に４０゜傾けると、黒表示は実線
Ｌと直線Ｖ１の交点から、実線Ｎと直線Ｖ１の交点へ変
わり明るくなる。これに対して、灰色表示は実線Ｌと直
線Ｖ２の交点から、実線Ｎと直線Ｖ２への交点に変わ
り、かなり白くなりコントラストが低下する。

【００２４】これとは反対に、液晶表示パネルを前方向
に４０゜傾けると、黒表示は実線Ｌと直線Ｖ１の交点か
ら、実線Ｍと直線Ｖ１の交点へ変わり明るくなるが、灰
色表示は実線Ｌと直線Ｖ２の交点から、実線Ｍと直線Ｖ
２への交点に変わり、逆に黒くなり、黒と灰色表示の反
転が生じる。このため、著しく表示品質が低下するとい
う問題点が発生する。

【００２５】この視角特性を改善する手段として、特開
平５−５３１５０号公報に開示されている手段がある。
この公報には、１画素を複数の表示電極とその表示電極
に接続する非線形抵抗素子で構成し、しかも表示電極と
非線形抵抗素子の容量比を異なるように構成することが
記載されている。

【００２６】特開平５−５３１５０号公報で図１として
記載されている図面を、９０゜回転した形で転記した図
９を用いて、この公報に記載の液晶表示装置の構成を説
明する。

【００２７】１画素を１つの対向電極５１と、第１の表
示電極５４と第２の表示電極５５とで構成する。しか
も、第１の表示電極５４と第１の非線形抵抗素子５８の
面積比と、第２の表示電極５５と第２の非線形抵抗素子
５９との面積比を変える。

【００２８】したがって、第１の表示電極５４と第１の
非線形抵抗素子５８との容量比と、第２の表示電極５５
と第２の非線形抵抗素子５９の容量比が異なり、同一の
データ信号で書込んでも、第１の表示電極５４と第２の
表示電極５５の駆動電圧が変わるようになる。

【００２９】図５のグラフを使用して、液晶表示装置で
視角特性が改善される作用を説明する。図５の横軸は駆
動電極５０と対向電極５１間に印加する電圧を示し、縦
軸は液晶表示装置の透過率を示す。

【００３０】実線Ｘは、容量比ＣＲ＝表示電極容量Ｃｌ
ｃ／非線形抵抗素子容量Ｃｍｉｍの大きな第２の表示電
極５５のときの前方向に４０゜傾けた電圧−透過率曲線
を示し、実線Ｙは、容量比の小さな第１の表示電極５４
のときの前方向に４０゜傾けた電圧−透過率特性を示
す。

【００３１】容量比の小さい第１の表示電極５４では、
書込み時の非線形抵抗素子への印加電圧が低くなり、非
線形抵抗素子の抵抗が充分小さくならず、書込み効率が
低下する。さらに、保持時の電圧降下量ΔＶも大きくな
るため、容量比の高い表示電極に比べて高電圧を印加し
なくてはならないため、実線Ｙは実線Ｘよりも高電圧側
へ移動する。

【００３２】画素の明るさは、複数の表示電極の平均と
なる。平均の電圧−透過率曲線を破線Ｚで示す。正面か
ら見て黒表示の印加電圧Ｖ１と灰色表示のＶ２を印加す
るとき、実線Ｘでは黒灰の反転が起きているが、破線Ｚ
では、黒灰反転はおきず、前方向の視角特性が改善され
る。

【００３３】しかしながら、図５の破線Ｚの急峻性が、
実線Ｘの急峻性よりも低下していることからもわかるよ
うに、正面の電圧−透過率曲線Ｌの急峻性も低下する。
このため、黒表示をするためには、図８における電圧Ｖ
１以上の電圧が必要となり、非線形抵抗素子の駆動能力
として、Ｖ１−Ｖ３よりも、さらに大きな駆動能力が必
要になる。

【００３４】ＭＩＭ素子の駆動能力は、素子構造や素子
構成や素子材料や製造条件により決定されるが、最も影
響が大きいのか素子材料である。

【００３５】さきの特開平５−０５３１５０号公報で使
用している非線形抵抗素子は、図９に示すように第１の
電極５２と、第１の電極５２を陽極酸化して設ける非線
形抵抗層と、第２の電極５６と第２の電極５７とで構成
している。

【００３６】この公報中では、詳細には記載されていな
いが、第２の電極５６、５７と表示電極５４、５５の材
質が異なっているのは明白でる。そして、第２の電極５
６、５７としては、クロム（Ｃｒ）などの金属膜が使用
されていると推定される。

【００３７】第１の電極５２としてタンタル（Ｔａ）膜
を用いて、Ｔａ−Ｔａ₂ Ｏ₅ −Ｃｒの素子材料で形成す
る非線形抵抗素子は駆動能力が少ない。このため、充分
大きな駆動電圧を印加することができず、表示コントラ
ストが低下するために、視角特性が改善されても、実用
化が難しい。

【００３８】またさらに、特開平５−５３１５０号公報
の図１、図５、図６のいずれにおいても、面積の大きな
表示電極には面積の大きな非線形抵抗素子を、面積の小
さな表示電極には面積の小さな非線形抵抗素子を接続し
ている。

【００３９】したがって、表示電極と非線形抵抗素子と
の面積比の変化量が少なくなっており、容量比の差も少
なくなり、表示電極間の駆動電圧差を大きくすることは
困難であるといわざるをえない。

【００４０】さらに、非常に小さな第２の非線形抵抗素
子５９を使用しているため、非線形抵抗素子を形成する
フォトエッチング工程でのオーバーエッチングやアンダ
ーエッチングによる面積比の変動を受ける確率が、第１
の非線形抵抗素子５８よりも第２の非線形抵抗素子５９
の方が大きい。このために、駆動電圧が基板毎に変動す
る。

【００４１】本発明の目的は、駆動能力の大きなＭＩＭ
素子と、表示電極と非線形抵抗素子との容量比が大きく
異なる複数の表示電極を用いて、液晶表示パネルを前方
向へ傾けたときに発生する黒と灰色表示の反転を押さえ
て、良好な視角特性を有し、しかもコントラストも充分
な液晶表示装置の構造を提供することである。

【００４２】さらに本発明の目的は、フォトエッチング
工程でのオーバーエッチングやアンダーエッチングがあ
っても、複数の表示電極の駆動電圧差があまり変化せ
ず、常に一定の表示特性が得られる液晶表示装置の構造
を提供することである。

【００４３】

【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は、第１の電極と非線形抵抗
層と第２の電極とからなる非線形抵抗素子と表示電極と
駆動電極とを有する第１の基板と、対向電極を有する第
２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に封入する
液晶とを備え、１画素を１つの対向電極と複数の表示電
極と各表示電極に接続する非線形抵抗素子とで構成し、
そしてそれぞれの非線形抵抗素子の面積は同一で、かつ
表示電極の面積が異なるように構成し、非線形抵抗素子
と表示電極との容量比が異なることを特徴とする。

【００４４】また本発明の液晶表示装置は、第１の電極
と非線形抵抗層と第２の電極とからなる非線形抵抗素子
と表示電極と駆動電極とを有する第１の基板と、対向電
極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板との
間に封入する液晶とを備え、１画素を１つの対向電極と
複数の表示電極と各表示電極に接続する非線形抵抗素子
とで構成し、そしてそれぞれの表示電極の面積は同一
で、かつ非線形抵抗素子の面積が異なるように構成し、
非線形抵抗素子と表示電極との容量比が異なることを特
徴とする。

【００４５】また本発明の液晶表示装置は、第１の電極
と非線形抵抗層と第２の電極とからなる非線形抵抗素子
と表示電極と駆動電極を有する第１の基板と、対向電極
を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間
に封入する液晶とを備え、１画素を１つの対向電極と複
数の大きさの異なる表示電極と各表示電極に接続する複
数の大きさの異なる非線形抵抗素子とで構成し、そして
面積の大きな表示電極には面積の小さい非線形抵抗素子
を接続し、面積の小さな表示電極には面積の大きな非線
形抵抗素子を接続し、非線形抵抗素子と表示電極との容
量比が異なることを特徴とする。

【００４６】さらにまた本発明の液晶表示装置は、第１
の基板に形成する第２の電極は、表示電極と同一材料で
ある透明導電膜で構成ることを特徴とする。

【００４７】またさらに本発明の液晶表示装置は、第１
の基板の非線形抵抗素子の上、あるいは第１の基板の非
線形抵抗素子と表示電極上には、絶縁薄膜を備えること
を特徴とする。

【００４８】

【作用】本発明の液晶表示装置の画素構造は、１画素を
非線形抵抗素子容量と表示電極容量との容量比が異なる
複数の画素に分割した構造となり、容量比が異なってい
る。このため、同一のデータ信号で書込んでも、それぞ
れの表示電極への印加電圧が変わるようになり、電圧−
透過率特性がなだらかになり、視角特性を改善すること
ができる。

【００４９】さらに、１画素を構成する複数の表示電極
と、表示電極に接続する非線形抵抗素子とは、非線形抵
抗素子の面積を一定にして、そして表示電極の面積のみ
を異なるようにする。このことで、従来例よりも容量比
の変化率を大きくすることができ、視角特性の改善効果
が大きくすることができる。

【００５０】さらに、フォトエッチング工程におけるオ
ーバーエッチングやアンダーエッチングが生じても、非
線形抵抗素子の面積が同じである。このために、容量比
の変動率が少なく、常に一定の表示特性が得られる。

【００５１】さらに、第２の電極材料に表示電極と同一
材料である透明導電膜である酸化インジウムスズ膜を用
いて、Ｔａ−Ｔａ₂ Ｏ₅ −ＩＴＯの素子構造にする。こ
のことで、ＭＩＭ素子の駆動能力が向上し、コントラス
トを低下させずに視角特性を改善することができる。

【００５２】

【実施例】以下に本発明の実施例における液晶表示装置
の構成を、図面を使用して説明する。

【００５３】図１は、本発明の第１の実施例における液
晶表示装置の構造を示す平面図である。図２は、図１の
平面図の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
の液晶表示装置の構成を説明する。

【００５４】第１の基板１上には、タンタル（Ｔａ）膜
からなる第１の電極２を設ける。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設ける酸化
タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）膜からなる非線形抵抗層３を設
ける。

【００５５】さらに非線形抵抗層３上に、透明導電膜と
して酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる第２の電
極４を設ける。

【００５６】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構造の第１の非線形抵抗素
子５と第２の非線形素子７とを構成している。

【００５７】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、第１の表示電極６と第２の表示電極
８を兼ねている。また、第１の電極２はタンタル膜から
なる駆動電極９に接続している。

【００５８】第１の表示電極６と第２の表示電極８との
面積は異なるように構成している。本発明の実施例にお
いては、第１の表示電極６の面積は、第２の表示電極８
よりおよそ３０％大きくなるように構成している。

【００５９】さらに第２の基板１０には、第１の表示電
極６と第２の表示電極８と対向するように、酸化インジ
ウムスズ膜からなる対向電極１１を設ける。

【００６０】第１の表示電極６と第２の表示電極８と
は、それぞれ対向電極１１と重なり合うように配置する
ことにより、第１の表示電極６と第２の表示電極８との
２つで液晶表示装置の１画素となり、所定の表示を行
う。

【００６１】さらに第１の基板１と第２の基板１０と
は、液晶１３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１２、１２を設ける。さらにそのう
えスペーサー１４によって、第１の基板１と第２の基板
１０とを所定の間隔をもって対向させ、そしてこの第１
の基板１と第２の基板１０との間には、液晶１３を封入
している。

【００６２】つぎに以上説明した本発明の第１の実施例
における液晶表示装置による、動作について説明する。

【００６３】本発明の第１の実施例では、４型の白黒液
晶表示装置を用いる。表示部の対角１０ｃｍで横６４０
画素×縦２４０画素、画素ピッチは横１２５μｍ×縦２
４０μｍである。

【００６４】第１の表示電極６は横６５μｍ×縦２００
μｍで、第２の表示電極８は横４５μｍ×縦２００μ
ｍ、第１の非線形抵抗素子５と第２の非線形抵抗素子７
の面積は３μｍ×３μｍ、液晶ギャップは４μｍであ
る。

【００６５】非線形抵抗層３は、約０．０７μｍと薄
く、誘電率は２５〜３０と液晶の誘電率３〜５と比較し
て５〜１０倍も大きい。このため、第１の表示電極６と
第１の非線形抵抗素子５の容量比は約４で、第２の表示
電極８と第２の非線形抵抗素子７の容量比は約３とな
る。

【００６６】したがって、書込時に第１の非線形抵抗素
子５に印加される電圧Ｖｍｉｍ１は４／５Ｖｉｎとな
り、第２の非線形抵抗素子７に印加される電圧Ｖｍｉｍ
２は３／４Ｖｉｎとなり、Ｖｍｉｍ２＝Ｖｍｉｍ１×１
５／１６となる。

【００６７】駆動電極９と対向電極１１間の印加電圧Ｖ
ｉｎとして、およそ１０Ｖ印加したとき、第１の表示電
極６と第２の表示電極８との間に約０．５Ｖの電圧差が
発生する。

【００６８】図５において、実線Ｘは容量比４の第１の
表示電極６における前方向に４０゜傾けた電圧−透過率
特性を示し、実線Ｙは容量比３の第２の表示電極８にお
ける前方向に４０゜傾けた電圧−透過率特性を示す。

【００６９】画素の明るさは、２つの表示電極の平均と
なり、平均の電圧−透過率曲線を破線Ｚで示す。正面か
ら見て黒表示の印加電圧Ｖ１と灰色表示のＶ２を印加す
るとき、実線Ｘでは黒灰の反転が起きているが、本発明
の特性を示す破線Ｚでは、黒灰反転は発生せず、前方向
の視角特性が改善されている。

【００７０】第１の非線形抵抗素子５と第２の非線形抵
抗素子７として、Ｔａ−Ｔａ₂ Ｏ₅−ＩＴＯの材料を用
いているために、ＭＩＭ素子の駆動能力が高く、充分な
コントラスト特性も得ることができる。

【００７１】本発明の第１の実施例では、さらに、第１
の非線形抵抗素子５と第２の非線形抵抗素子７の面積を
一定にして、そして第１の表示電極６と第２の表示電極
８との表示電極の面積のみを異なるように構成する。こ
のことで、従来例よりも容量比の変化率を大きくでき、
視角特性の改善効果が大きくすることができる。

【００７２】さらに、フォトエッチング工程におけるオ
ーバーエッチングやアンダーエッチングが生じ、非線形
抵抗素子面積が変化しても、第１の非線形抵抗素子５と
第２の非線形抵抗素子７の面積は同じである。このため
に、第１の表示電極６と第２の表示電極８の電圧差の変
化は少なく、常に一定の表示特性が得られる。

【００７３】つぎに、本発明における第１の実施例の液
晶表示装置の製造方法について、図１と図２を用いて簡
単に説明する。

【００７４】第１の基板１には、アルカリ金属の含有率
の少ないガラスがよく、本発明の第１の実施例では、日
本電気硝子製の商品名ＯＡ２を用い、厚さ１．１ｍｍの
ものを使用する。

【００７５】つぎに、第１の基板１に第１の電極２と駆
動電極９の材料として、全面に厚さ０．１〜０．３μｍ
のタンタル膜をスパッタリング法や真空蒸着法により形
成する。その後、エッチングガスとしてＳＦ₆ とヘリウ
ムと酸素の混合ガスを用いたドライエッチングによりタ
ンタル薄膜をパタ−ンニングし、第１の電極２と駆動電
極９を形成する。駆動電極９の配線線幅は２０μｍで、
第１の電極２の非線形素子部線幅３μｍとする。

【００７６】つぎに、クエン酸やほう酸アンモニウムな
どの陽極酸化液を満たした陽極酸化槽に第１の基板１を
浸漬し、３０Ｖ〜５０Ｖの直流電圧を印加して、陽極酸
化処理により厚さ０．０５〜０．１μｍの酸化タンタル
（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）膜からなる非線形抵抗層３を形成する。

【００７７】さらに、第２の電極４の材料と表示電極と
の材料として、全面に透明導電膜である酸化インジウム
スズ膜をスパッタリング法や真空蒸着法により厚さ０．
１から０．３μｍに設け、フォトエッチング処理によ
り、第２の電極４と第１の表示電極６と第２の表示電極
８を設ける。本発明の第１の実施例では、塩化第２鉄と
塩酸の混合溶液を用いて酸化インジウムスズ膜のエッチ
ングを行い、第２の電極４の線幅は３μｍとする。

【００７８】つぎに、第２の基板１０の製造方法につい
て説明する。第２の基板１０も、第１の基板１と同一の
ガラス基板を用い、対向電極１１の材料として、厚さ
０．１から０．４μｍの酸化インジウムスズ膜をスパッ
タリング法や真空蒸着法により設け、フォトエッチング
により対向電極１１を設ける。

【００７９】第１の基板１と第２の基板１０の両基板に
配向膜１２を印刷法で形成後、ラビング処理を行い、ス
ペ−サ−１４を挟んで、エポキシ系接着材で両基板を所
定の間隔で張り合わせ、液晶１３を注入する。

【００８０】そして第１の基板１と第２の基板１０との
外側に偏光板を偏光軸が９０゜に交差するように張り付
けて、ノーマリー白モードのＭＩＭ方式アクティブマト
リクス液晶表示装置となる。

【００８１】本発明の第１の実施例では、液晶１３は、
フッソ系でΔｎ＝０．１３の材料を用い、セルギャップ
は４μｍにする。

【００８２】本発明の実施例における４型のＭＩＭ方式
の白黒液晶表示装置は、正面でも充分なコントラスト特
性をもち、さらに前後方向に傾けたときの視角特性が改
善され、中間階調の反転のない良好な表示品質が得られ
ている。またさらに、左右方向に傾けたときの視角特性
は、数値上では従来と変わらないが、目視時は上下視野
角の成分が含まれるので、従来より広く見える。

【００８３】本発明の第１の実施例においては、好まし
くは第１の基板１の第１の非線形抵抗素子５と第２の非
線形抵抗素子７の上、あるいは第１の基板１の第１の非
線形抵抗素子５と第２の非線形抵抗素子７と第１の表示
電極６と第２の表示電極８の上に、スパッタリング法を
用いて厚さ０．１〜０．５μｍの２酸化シリコンや酸化
タンタルの絶縁膜を設ける。この絶縁膜は、第１の非線
形抵抗素子５および第２の非線形抵抗素子７と液晶１３
の相互作用を取り除く。このことで、焼き付き現象が低
減し、さらに高品質の表示画像を提供することができ
る。

【００８４】本発明の第１の実施例では、１画素を２組
の非線形抵抗素子と表示電極で構成したが、３組以上の
非線形抵抗素子と表示電極で構成することも可能であ
る。

【００８５】つぎに、本発明の液晶表示装置における第
２の実施例を図３と図４とを用いて説明する。図４は、
本発明の第２の実施例の構成を示す断面図で、図３の平
面図のＣ−Ｃ線における断面を示している。以下、図３
と図４とを交互に用いて本発明の第２の実施例における
液晶表示装置の構成を説明する。

【００８６】第１の基板１上には、タンタル（Ｔａ）膜
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設ける酸化タ
ンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）膜からなる非線形抵抗層３を設け
る。

【００８７】さらに非線形抵抗層３上に透明導電膜とし
て、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる第２の電
極４を設ける。

【００８８】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構造の第１の非線形抵抗素
子５と第２の非線形素子７とを設ける構成としている。

【００８９】なお図３の平面図に示すように、第２の電
極４の一部領域は、第１の表示電極６と第２の表示電極
８を兼ねている。また、第１の電極２はタンタル膜から
なる駆動電極９に接続している。

【００９０】本発明の第２の実施例では第１の表示電極
６の面積と、第２の表示電極８の面積は同じである。し
かしながら、第１の非線形抵抗素子５を構成する第１の
電極２の線幅は３μｍ、第２の非線形抵抗素子７を構成
する第１の電極２の線幅は４μｍと第１の電極２の線幅
寸法を異なるように構成する。

【００９１】さらに第２の基板１０には、クロム膜を図
３で右下がり斜線で示す形状にパターンニングして形成
するブラックマトリクス１５を設ける。さらに、表示部
上にカラーフィルター１６、１７を設ける。

【００９２】カラーフィルター１６、１７の上に、アク
リル系樹脂からなる絶縁膜１８を設ける。さらに第１の
表示電極６と第２の表示電極８とに対向するように、酸
化インジウムスズ膜からなる対向電極１１を設ける。

【００９３】第１の表示電極６と第２の表示電極８と
は、対向電極１１と重なり合うように配置する。このこ
とにより、第１の表示電極６と第２の表示電極８との両
方で液晶表示パネルの１画素となり、所定の表示を行
う。

【００９４】さらに第１の基板１と第２の基板１０と
は、液晶１３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１２、１２を設ける。さらにそのう
えスペーサー１４により、第１の基板１と第２の基板１
０とを所定の間隔をもって対向させる。そして、第１の
基板１と第２の基板１０との間には、液晶１３を封入し
ている。

【００９５】つぎに、本発明の第２の実施例における液
晶表示装置による動作について説明する。

【００９６】本発明の第２の実施例では、４型のカラー
液晶表示装置を用いる。表示部の対角１０ｃｍで横６４
０画素×縦２４０画素、画素ピッチ寸法は、横１２５μ
ｍ×縦２４０μｍである。

【００９７】第１の表示電極６と第２の表示電極８は、
横５５μｍ×縦２００μｍと同一であるが、第１の非線
形抵抗素子５の第１の電極２の線幅は３μｍ、第２の電
極４の線幅は３μｍで、面積は９μｍ² 、第２の非線形
抵抗素子７の第１の電極２の線幅は４μｍ、第２の電極
４の線幅は３μｍで、面積は１２μｍ² となる。液晶ギ
ャップは４μｍである。

【００９８】非線形抵抗層３は、約０．０７μｍと薄
く、誘電率は２５〜３０と液晶の誘電率３〜５と比較し
て５〜１０倍も大きい。

【００９９】このため、第１の表示電極６と第１の非線
形抵抗素子５の容量比は約４で、第２の表示電極８と第
２の非線形抵抗素子７の容量比は約３となる。

【０１００】したがって、書込時に第１の非線形抵抗素
子５に印加する電圧Ｖｍｉｍ１は４／５Ｖｉｎとなり、
第２の非線形抵抗素子７に印加する電圧Ｖｍｉｍ２は３
／４Ｖｉｎとなり、Ｖｍｉｍ２＝Ｖｍｉｍ１×１５／１
６となる。

【０１０１】駆動電極９と対向電極１１間の印加電圧Ｖ
ｉｎとして、およそ１０Ｖ印加したとき、第１の表示電
極６と第２の表示電極８との間に約０．５Ｖの電圧差が
発生する。

【０１０２】図５において、実線Ｘは容量比４の第１の
表示電極６における前方向に４０゜傾けた電圧−透過率
特性を示し、実線Ｙは容量比３の第２の表示電極８にお
ける前方向に４０゜傾けた電圧−透過率特性を示す。

【０１０３】画素の明るさは、複数の表示電極の平均と
なり、平均の電圧−透過率曲線を破線Ｚで示す。正面か
ら見て黒表示の印加電圧Ｖ１と灰色表示のＶ２を印加す
るとき、実線Ｘでは黒灰の反転が起きているが、本発明
の特性を示す破線Ｚでは、黒灰反転はおきず、前方向の
視角特性が改善している。

【０１０４】第１の非線形抵抗素子５と第２の非線形抵
抗素子７として、Ｔａ−Ｔａ₂ Ｏ₅−ＩＴＯの材料を用
いているために、ＭＩＭ素子の駆動能力が高く、充分な
コントラスト特性も得ることができる。

【０１０５】さらに、第１の表示電極６と第２の表示電
極８の面積を一定にして、第１の非線形抵抗素子７と第
２の非線形抵抗素子７の面積のみを異なるように構成し
ている。このことで、従来例よりも容量比の変化率を大
きくでき、視角特性の改善効果が大きくすることができ
る。

【０１０６】さらに、表示電極形成工程におけるオーバ
ーエッチングやアンダーエッチングが生じ、表示電極面
積が変化しても、第１の表示電極６と第２の表示電極８
の面積が同じである。このために、第１の表示電極６と
第２の表示電極８の電圧差の変化は少なく、常に一定の
表示特性が得られる。

【０１０７】非線形抵抗素子形成工程におけるオーバー
エッチングやアンダーエッチングが生じ、非線形抵抗面
積が変化しても、従来例よりも第１の非線形抵抗素子５
と第２の非線形抵抗素子７の面積差が少ない。このた
め、第１の表示電極６と第２の表示電極８の電圧差の変
化は少なくなり、一定の表示特性が得られる。

【０１０８】つぎに、本発明における第２の実施例の液
晶表示装置の製造方法について、図３と図４を用いて簡
単に説明する。

【０１０９】第１の基板１には、アルカリ金属の含有率
の少ないガラスがよく、本発明の第２の実施例では、日
本電気硝子製の商品名ＯＡ２を用い、厚さ１．１ｍｍの
ものを使用する。

【０１１０】つぎに、第１の基板１に、第１の電極２と
駆動電極９の材料として、全面に厚さ０．１〜０．３μ
ｍのタンタル膜をスパッタリング法や真空蒸着法により
設ける。その後、エッチングガスとしてＳＦ₆ とヘリウ
ムと酸素の混合ガスを用いたドライエッチングにより、
タンタル膜をパタ−ンニングして、第１の電極２と駆動
電極９とを設ける。ここで駆動電極９の配線線幅は２０
μｍで、第１の非線形抵抗素子５の第１の電極２の線幅
は３μｍで、第２の非線形抵抗素子７の第１の電極２の
線幅は４μｍである。

【０１１１】つぎに、クエン酸やほう酸アンモニウムな
どの陽極酸化液を満たした陽極酸化槽に第１の基板１を
浸漬し、３０Ｖ〜５０Ｖの直流電圧を印加して、陽極酸
化処理により厚さ０．０５〜０．１μｍの酸化タンタル
（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）膜からなる非線形抵抗層３を設ける。

【０１１２】さらに、第２の電極４の材料と表示電極の
材料として、全面に透明導電膜である酸化インジウムス
ズ膜をスパッタリング法や真空蒸着法により厚さ０．１
から０．３μｍに設ける。そして、フォトエッチング処
理によって、第２の電極４と第１の表示電極６と第２の
表示電極８を設ける。本発明の実施例では、塩化第２鉄
と塩酸の混合溶液を用いてエッチングを行う。なお、第
２の電極４の線幅は３μｍとする。

【０１１３】つぎに、第２の基板６の製造方法について
説明する。第２の基板１０も、第１の基板１と同一のガ
ラス基板を用い、その全面に厚さ０．１〜０．２μｍの
クロム膜をスパッタリング法や真空蒸着法で形成する。
その後、硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合溶
液を用いてクロム膜をフォトエッチングして、ブラック
マトリクス１５とする。

【０１１４】その後、全面に回転塗布法を用いて、ゼラ
チンやカゼインなどの感光性有機材料を形成する。そし
て、乾燥処理後、フォトエッチングを行い、第２の基板
１０を染色槽に含浸して染色し、固着槽に含浸して固着
することにより、厚さ１μｍの緑のカラ−フィルタ−１
６を設ける。この工程を３回繰り返し、青のカラ−フィ
ルタ−１７と赤のカラ−フィルタ−（図示せず）とを設
ける。

【０１１５】カラ−フィルタ−１６，１７上に、絶縁膜
１８の材料として、回転塗布法を用いて、アクリル系の
有機材料を形成後、温度１５０〜２００゜Ｃの熱処理を
行って、有機材料を硬化させて、厚さ２〜５μｍの絶縁
膜１８を設ける。

【０１１６】つぎに、対向電極１１の材料として、厚さ
０．２〜０．４μｍの酸化インジウムスズ膜を低温スパ
ッタリング法により設け、フォトエッチングにより対向
電極１１を設ける。

【０１１７】第１の基板１と第２の基板１０との両基板
に配向膜１２を印刷法で形成後、ラビング処理を行い、
スペ−サ−１４を挟んで、エポキシ系接着材で両基板を
所定の間隔で張り合わせ、液晶１３を注入する。

【０１１８】両基板の外側に偏光板を偏光軸が９０゜に
交差するように張り付けて、ノーマリー白モードのＭＩ
Ｍ方式アクティブマトリクス液晶表示装置となる。

【０１１９】本発明の実施例では、液晶１３は、フッソ
系でΔｎ＝０．１３の材料を用い、セルギャップは４μ
ｍにする。

【０１２０】本発明の第２の実施例の４型のＭＩＭ方式
カラー液晶表示装置は、正面でも充分なコントラスト特
性をもち、さらに、前後方向に傾けたときの視角特性を
改善することができ、中間階調の反転のない良好な表示
品質が得られる。また、左右方向に傾けたときの視角特
性は、数値上では従来と変わらないが、目視時は上下視
野角の成分が含まれるので、従来より広く見える。

【０１２１】本発明の第２の実施例では、好ましくは第
１の基板１の第１の非線形抵抗素子５と第２の非線形抵
抗素子７の上、あるいは第１の基板１の第１の非線形抵
抗素子５と第２の非線形抵抗素子７と第１の表示電極６
と第２の表示電極８の上に、スパッタリング法を用いて
厚さ０．１から０．５μｍの２酸化シリコンや酸化タン
タルの絶縁膜を設ける。この絶縁膜は、第１の非線形抵
抗素子５と第２の非線形抵抗素子７と液晶１３の相互作
用を取り除く役割をもつ。このことで、焼き付き現象が
低減し、さらに高品質の表示画像を提供することができ
る。

【０１２２】本発明の第２の実施例では、１画素を２組
の非線形抵抗素子と表示電極で構成したが、３組以上の
非線形抵抗素子と表示電極で構成することも可能であ
る。

【０１２３】本発明の第２の実施例では、第１の非線形
抵抗素子５と第２の非線形抵抗素子７で、第２の電極４
の線幅は３μｍと同一にして、第１の電極２の線幅を３
μｍと４μｍとに変化させたが、第１の電極２の線幅寸
法は３μｍと同一にして、第２の電極４の線幅寸法を３
μｍと４μｍに変化させても、まったく同一の効果が得
られる。

【０１２４】また、第１の非線形抵抗素子５と第２の非
線形抵抗素子７で、第１の電極２の線幅と第２の電極４
の線幅との両方を変化させることも可能である。第１の
電極２と第２の電極４との両電極の線幅を変えることに
より、第１の非線形抵抗素子５と第２の非線形抵抗素子
７の面積を大きく変化させることが可能となる。

【０１２５】また、第１の表示電極６と第２の表示電極
８の面積を変え、しかも第１の非線形抵抗素子５と第２
の非線形抵抗素子７との面積を変えることも可能であ
る。このとき、第１の表示電極６の面積を第２の表示電
極８より大きくし、第１の非線形抵抗素子５の面積は第
２の非線形抵抗素子７より小さくする。

【０１２６】本発明の液晶表示装置は従来例よりも、容
量比を大きく変えることができるようになり、第１の表
示電極６と第２の表示電極８との電圧差を大きくするこ
とができるようになる。

【０１２７】さらに、従来例と同一の容量比差であれ
ば、第１の表示電極６と第２の表示電極８との面積差、
および第１の非線形抵抗素子５と第２の非線形抵抗素子
７との面積差を小さくできる。このため、フォトエッチ
ング工程におけるオーバーエッチングやアンダーエッチ
ングが生じても、第１の表示電極６と第２の表示電極８
の電圧差の変動は少なく、一定の表示特性を得られる。

【０１２８】

【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、充分な正面の
コントラストもちながら、かつ前後方向の視角特性が改
善し、中間調表示の反転も起きにくく、しかも高コント
ラスト広視角特性のＭＩＭ方式の液晶表示装置を提供す
ることができる。

【０１２９】さらに、フォトエッチング工程でのオーバ
ーエッチングやアンダーエッチングがあっても、複数の
表示電極の駆動電圧差があまり変化せず、常に一定の表
示特性が得られ、安定した表示特性の液晶表示装置を提
供できる。

【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】本発明の第２の実施例における液晶表示装置を
示す平面図である。

【図４】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。

【図５】液晶表示装置を前方向に４０゜傾けときの印加
電圧と透過率との関係を示すグラフである。

【図６】従来例における液晶表示装置を示す平面図であ
る。

【図７】従来例における液晶表示装置を示す断面図であ
る。

【図８】液晶表示装置の前後方向の視角特性を説明する
ための印加電圧と透過率との関係を示すグラフである。

【図９】従来例における液晶表示装置を示す平面図であ
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第１の非線形抵抗素子６第１の表示電極７第２の非線形抵抗素子８第２の表示電極９駆動電極１０第２の基板１１対向電極１２配向膜１３液晶

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極と非線形抵抗層と第２の電極
とからなる非線形抵抗素子と表示電極と駆動電極とを有
する第１の基板と、対向電極を有する第２の基板と、第
１の基板と第２の基板との間に封入する液晶とを備え、１画素を１つの対向電極と複数の表示電極と各表示電極
に接続する非線形抵抗素子とで構成し、そしてそれぞれ
の非線形抵抗素子の面積は同一で、かつ表示電極の面積
が異なるように構成し、非線形抵抗素子と表示電極との
容量比が異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】第１の電極と非線形抵抗層と第２の電極
とからなる非線形抵抗素子と表示電極と駆動電極とを有
する第１の基板と、対向電極を有する第２の基板と、第
１の基板と第２の基板との間に封入する液晶とを備え、１画素を１つの対向電極と複数の表示電極と各表示電極
に接続する非線形抵抗素子とで構成し、そしてそれぞれ
の表示電極の面積は同一で、かつ非線形抵抗素子の面積
が異なるように構成し、非線形抵抗素子と表示電極との
容量比が異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】第１の電極と非線形抵抗層と第２の電極
とからなる非線形抵抗素子と表示電極と駆動電極を有す
る第１の基板と、対向電極を有する第２の基板と、第１
の基板と第２の基板との間に封入する液晶とを備え、１画素を１つの対向電極と複数の大きさの異なる表示電
極と各表示電極に接続する複数の大きさの異なる非線形
抵抗素子とで構成し、そして面積の大きな表示電極には
面積の小さい非線形抵抗素子を接続し、面積の小さな表
示電極には面積の大きな非線形抵抗素子を接続し、非線
形抵抗素子と表示電極との容量比が異なることを特徴と
する液晶表示装置。
【請求項４】第１の基板に設ける第２の電極は、表示
電極と同一材料である透明導電膜で構成することを特徴
とする請求項１、請求項２、あるいは請求項３に記載の
液晶表示装置。
【請求項５】第１の基板の非線形抵抗素子の上、ある
いは第１の基板の非線形抵抗素子と表示電極上とには、
絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、
請求項３、あるいは請求項４に記載の液晶表示装置。