JPH0580346A

JPH0580346A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0580346A
Application number: JP24206591A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Nagase; 俊郎長瀬
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】アクティブ−マトリックス方式として、焼結体
バリスター素子を用いた二端子素子型液晶表示装置にお
いて、低欠陥で表示ムラが無く高画質であり、しかも容
易に高歩留りを得られる液晶表示装置を提供する。【構成】上側ガラス基板上の遮光パターンとなる層の材
質として陽極酸化による化成が可能な金属薄膜を用い、
本遮光パターンの表面に陽極酸化による絶縁性被膜を形
成し、その上に直接信号電極を形成する構造とした液晶
表示装置。【効果】前記遮光パターンは、陽極酸化によりその表面
に良質で強固な絶縁性被膜を備えているため、直接その
上に信号電極を形成出来た。

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
クス方式として、印刷法により形成する焼結体バリスタ
ー素子を二端子素子に用いた、液晶表示装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイの構造には、大別し
て、単純マトリッ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
設けられた一対の帯状電極群（走査電極群と信号電極
群）の交点で画素電極を構成したものであり、これらの
電極群に駆動回路によって所定の電圧を印加して画素部
の液晶を動作させるものである。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、各画素間でのクロストークが生ずるため、コント
ラストが低く、液晶テレビ等の高精細の画像表示を行う
際、画質の低下は避けられないものであった。

【０００３】これに対し、アクティブ−マトリックス方
式は、各画素毎にスイッチング素子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画素
部の液晶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
る特性がよく、液晶テレビの高画質表示を実現できるも
のである。

【０００４】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になって歩留りが悪く、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層以上の薄膜を
積層し、所定の形状に微細加工する必要があるため、製
品歩留りを上げることは困難であり、特に表示面積の大
型化を行うには決定的に不利である。

【０００５】上記の様なことから、コントラスト等の画
質に関する特性が良く、且つ構造の簡単にして、低コス
トな方式の液晶表示装置の実現が強く望まれており、こ
の様な要求を実現する方法として、焼結体バリスター素
子を用いた二端子素子型液晶表示装置が非常に有望視さ
れている。

【０００６】二端子素子型液晶表示装置は、単純マトリ
ックス方式に改良を加えたもので、図５に等価回路の概
略図を示すように、微細な所定の間隔をもって対向する
一対の基板上で、片方の内側面にストライプ状の走査電
極２が、そして他方の内側面にストライプ状の透明な信
号電極１とが、互いに直行しかつ表面が向き合うように
配置されてあり、その間に液晶４と所定のしきい値電圧
Ｖｃで導通するバリスター素子３とを電気的に直列に接
続したものであり、図６に示す様な、焼結体バリスター
素子13の非線型な電圧−電流特性を利用して液晶を駆動
する装置である。

【０００７】図２にバリスター素子を用いた二端子素子
型の液晶表示装置の一般的な構造を示す。ここに示す様
に、走査電極11のそれぞれに対して多数の画素電極12が
一定の間隔ｄをもって設けられ、走査電極11と画素電極
12とは各々の焼結体バリスター素子13により一定のしき
い値電圧Ｖｃをもって接続されている。焼結体バリスタ
ー素子13は、図４に詳示するように、ＺｎＯを主成分と
する単結晶粒子131 の表面を、Ｍｎ、Ｃｏの酸化物等か
らなる無機絶縁膜132 で被覆したバリスター粒子13a か
らなり、図３に詳示する様に、これらバリスター粒子13
a をガラスフリット13b で融着したものである。

【０００８】従来のバリスター素子を用いた二端子素子
型液晶表示装置の例を図７に示す。下側ガラス基板10上
にＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極12及び走査電
極11がフォトプロセスにより形成されている。更に、粒
径が２〜１０μｍの範囲で、なるべく単分散になる様に
分級されたバリスター粒子に、ガラスフリットを２５重
量部、及びエチルセルロース（粘度５０ｃｐｓ）を１０
重量部加えて、カルビトールを溶剤としてペースト化
し、このペーストをガラス基板10上にシルクスクリーン
印刷で、走査電極11と画素電極12の間のギャップに跨が
る様に焼結体素子を印刷し、これを４８０℃で３０分間
焼成して焼結体バリスター素子13とする。この時、焼結
体バリスター素子13は、所定の厚み（１０〜２５μｍ）
に印刷される。この上には配向処理されたポリイミドに
よる配向膜15が形成されている。

【０００９】一方、上側ガラス基板17上には、Ｃｒ等の
金属薄膜からなる遮光層をフォトプロセスにより所望す
る形状で遮光パターン18として形成されている。遮光パ
ターン18は一般にブラック−マトリックスと称される
が、このブラック−マトリックスは、画素間の非表示部
に生ずる光漏れを防ぎ、液晶表示装置の表示コントラス
トを向上する上で非常に有効なものである。そして、こ
れらを覆うようにディップ法により形成されたＳｉＯ₂
からなる第１絶縁層20が積層されている。この時のＳｉ
Ｏ₂膜厚は、凡そ１，０００Åである。ここで、第１絶
縁層20は、焼成時の収縮によるクラック防止の目的か
ら、膜厚を１，５００Å以下に設定するが、この膜厚の
範囲ではピンホールによるショートを完全には防止出来
ない為、この上にアクリル樹脂等による第２絶縁層21を
形成し、より高い絶縁性を確保する処置が行われてい
る。またこのとき、絶縁層として、例えば有機高分子膜
のみを用いる事も考えられるが、樹脂中に混入した異物
や空気、あるいは塗布ムラ等により、やはり単一層で完
全に絶縁性を保つ事は困難である。さらに、この上にＩ
ＴＯ等の透明導電膜からなる信号電極16がパターン形成
されている。そして、この上に配向処理されたポリイミ
ドによる配向膜15が形成されている。

【００１０】前記のような構造の下側ガラス基板10と上
側ガラス基板17とが、前記構造物を向き合わせて、液晶
の特性に合わせたセルギャップ値になる様に、間隔をス
ペーサを用いて所定の値に保って貼り合わせられてお
り、その間隙に液晶14が充填されている。また、このセ
ルの外側の両表面には偏光板19が設置される。尚、ここ
ではＴＮ液晶を用いた場合を代表例として説明した。

【００１１】この様に、液晶表示装置は通常、金属薄膜
による遮光層18を有しているが、その上に形成される信
号電極16との間の絶縁性を保つ目的で、この間に絶縁層
を形成する必要がある。しかしながら前述した様に、単
一の絶縁層で完全な絶縁性を確保する事は困難であり、
最低でも二層以上の構成からなる絶縁層が必要であっ
た。そのために製造工程が複雑となる上、二層構成に於
いてもなお数％の確率でショート欠陥が起こり、液晶表
示装置の製造上の大きな障害となっている。

【００１２】そこで、図８に示す様に、絶縁性のある遮
光パターン18としてゼラチンをパターン化した後、黒色
に染色し、表面の保護及び液晶材料への汚染防止を目的
としたオーバーコート層22を形成した後、信号電極16及
び配向膜15を形成した、染色ブラック−マトリックス構
造の液晶表示装置が検討されている。しかしながら、こ
の様な構造の液晶表示装置においては、充分な遮光性を
得る為には、遮光層18の厚みが１〜２μm 必要であり、
画素部と遮光層間での段差が大きく、この上に形成され
る透明導電膜からなる信号電極16のその段差部での断線
や、段差に起因する配向膜15のラビング配向処理の不均
一による配向ムラが生じ易く、やはり液晶表示装置製造
上の大きな障害となっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
液晶表示装置の欠点に鑑みなされたものであり、ブラッ
ク−マトリックスと信号電極との間に、完全な絶縁層を
簡便且つ高収率で製造でき、また遮光層と画素部との段
差が非常に小さくでき、信号電極の段差部での断線や配
向膜の配向ムラが生じ難く、さらに液晶材料への汚染の
虞もなく、表示欠陥や表示ムラが無い高性能で容易に高
歩留りを得られる液晶表示装置を提供することを課題と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、下側ガラス基板と上側ガラス基板の
間に液晶層を設け、二端子素子としてのバリスター素子
を介して駆動する液晶表示装置において、上側ガラス基
板上に遮光パターン表面は陽極酸化により絶縁性を有す
る被膜で覆われた金属薄膜であり、前記遮光パターン上
に透明導電層からなる信号電極が形成されていることを
特徴とする液晶表示装置を提供する。ここで、陽極酸化
する事が可能な金属としては、例えばタンタル、アルミ
ニウム、またはモリブデン−タンタル合金等の金属薄膜
を用いることが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明では、上側ガラス基板としてガラス基板
上に陽極酸化可能な金属薄膜からなる遮光層を形成し、
陽極酸化により遮光層の表面部に良質でピンポールの非
常に少ない強固な絶縁性を有する酸化皮膜を形成する。
このため、従来の金属薄膜による遮光層と同等の遮光性
を確保している上に、金属遮光層の表面が、前記の酸化
皮膜で覆われているので、直接この上に信号電極を形成
する事が可能となる。従って、遮光層と画素部の段差が
非常に小さく、遮光層と信号電極間の絶縁性が良好にな
る。

【００１６】

【実施例】本発明に係る液晶表示装置の実施例を図面を
用いて具体的に説明する。図１は本発明による液晶表示
装置を示す断面図である。図１に示す様にＳｉＯ₂コー
トを施したソーダガラスを基材とした下側ガラス基板10
上にマグネトロン−スパッタ装置を用いて、透明導電性
のＩＴＯ（酸化インジウム−酸化錫）膜を厚さ１，４０
０Åに成膜する。この時のシート抵抗は１５Ω／□であ
った。これにフォトプロセスによりレジストパターンを
形成して、濃塩酸：水：硝酸＝１：１：0.０８の組成か
らなるエッチング液（液温４０℃）にて、走査電極11、
及び画素電極12を形成する。

【００１７】さらに、原料となるＺｎＯの粉を１，２０
０℃で１時間焼成した後、これをボールミルで粉砕して
エア分級し、粒径が３〜５μｍのＺｎＯ単結晶粉を得、
これにＣｏ₂Ｏ₃を０．５モル％及びＭｎＣＯ₃を０．
５モル％加えて再度１，１５０℃で１時間焼成してバリ
スター特性を有するバリスター粉とした。このバリスタ
ー粉にガラスフリットを２５重量部およびエチルセルロ
ース（粘度５０ｃｐｓ）を１０重量部加えてカルビトー
ルを溶剤としてペースト化し、このペーストを下側ガラ
ス基板10上にシルクスクリーン印刷で焼結体素子13のパ
ターンに印刷する。更に、印刷後４７０℃で１時間焼成
し、焼結体素子13を完成する。

【００１８】次に、シリカコート青板ガラス上にマグネ
トロン−スパッタ装置によりタンタル膜を厚み３，００
０Åで成膜した。次に、ドライエッチング法でタンタル
膜を所定の形状にパターン化し遮光パターン18とした。
更に、この膜を０．１重量％クエン酸溶液中で１５０Ｖ
まで化成し、タンタルの表面に酸化被膜18’を形成し
た。この時の酸化被膜18’の厚みは２，５００Åであ
る。

【００１９】次に、同様にマグネトロン−スパッタ装置
を用いて、ＩＴＯターゲットからＩＴＯ（厚み１，１０
０Å）を成膜する。この時のシート抵抗値は、３０Ω／
□以下が望ましい。更に、このＩＴＯ膜をウエットエッ
チング法によりパターン化し、信号電極16とする。

【００２０】しかる後、上側ガラス基板17、及び下側ガ
ラス基板10両方に配向剤（日立化成（株）製：商品名Ｈ
Ｌ１１０）を約８００Åの膜厚で塗布し、ローラーラビ
ング装置で互いに約９０°の角度でラビング方向が成す
ようにラビングし、配向膜15とする。

【００２１】次に、上側ガラス基板17にギャップ値のス
ペーサ（粒径１０μｍ）を混入したシール様エポキシ樹
脂を、シルクスクリーン印刷により印刷し、シール部を
形成する。また、同時にセル中央部にもスペーサを散布
する。更に、下側ガラス基板10を正確に位置合わせをし
た後、このセルを加圧治具を用いて、均一に加圧・加熱
しシール材を硬化する。この時の加圧圧力は、一般的に
は１ｋｇｆ／ｃｍ²程度である。

【００２２】最後に、ＴＮ液晶を注入し、セル外側両面
に偏光板19を貼り合わせ液晶表示装置を完成する。尚、
使用する液晶は、ＴＮ型液晶に限らず、ゲスト−ホスト
型液晶、高分子分散型液晶等も使用可能である。但し、
液晶の種類により、液晶表示装置の構造はことなるのが
普通である。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、上側ガ
ラス基板上に設けた遮光パターンとして陽極酸化が可能
な金属薄膜を用い、遮光パターンの表面に陽極酸化によ
り良質で強固な絶縁性の酸化被膜を備えてやることによ
って、遮光パターンと信号電極との間に単一層で完全な
ショート防止の為の絶縁層を、簡便且つ高収率で製造で
き、またその上に直接信号電極が形成出来る。さらに遮
光層と画素部との段差が非常に小さく出来、信号電極の
段差部での断線や配向膜の配向ムラが生じ難く、そして
液晶材料への汚染の虞もない構造が得られた。つまると
ころ表示欠陥や表示ムラが無い高画質で、容易に高歩留
りを得られる液晶表示装置を得ることが可能となった。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一実施例を断面図であ
る。

【図２】一般的な二端子素子型液晶表示装置の構造の一
例を示す平面図である。

【図３】バリスター素子の主要部の拡大図である。

【図４】バリスター粒子の断面図である。

【図５】二端子素子型液晶表示装置の等価回路の概略図
である。

【図６】焼結体バリスター素子の電圧−電流特性を示す
グラフ図である。

【図７】従来法の液晶表示装置の一実施例を示す断面図
である。

【図８】従来法の液晶表示装置の他の一実施例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１・・・信号電極（等価回路図）２・・・走査電極（等価回路図）３・・・焼結体バリスター素子（等価回路図）４・・・液晶（等価回路図） 10・・・下側ガラス基板 11・・・走査電極 12・・・画素電極 13・・・焼結体バリスター素子 13a ・・・バリスター粒子 13b ・・・ガラスフリット 14 ・・・液晶 15・・・配向膜 16・・・信号電極 17・・・上側ガラス基板 18・・・遮光パターン 18’・・・酸化被膜 19・・・偏光板 20・・・第１絶縁層 21・・・第２絶縁層 22・・・オーバーコート層 131 ・・・ＺｎＯ単結晶粒子 132 ・・・無機絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下側ガラス基板と上側ガラス基板の間に液
晶層を設け、二端子素子としてのバリスター素子を介し
て駆動する液晶表示装置において、上側ガラス基板上に
遮光パターン表面は陽極酸化により絶縁性を有する被膜
で覆われた金属薄膜であり、該遮光パターン上に透明導
電層からなる信号電極が形成されていることを特徴とす
る液晶表示装置。