JPH075492A - 液晶表示装置及びその装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液晶表示装置の走査電極11と画素電極12との間
にバリスタ素子を設けた液晶表示装置において、比較的
構造を簡単にすることによって製造を容易にするととも
に、駆動電圧印加によって素子特性劣化を起こさず耐久
性があって高性能且つ高安定性をもって駆動できるよう
にすることにある。 【構成】アクティブマトリクス素子としてのバリスタ素
子を配した下側ガラス基板10と対向する上側ガラス基板
17との間に液晶層14を設けた二端子素子型の液晶表示装
置において、下側ガラス基板10上のそれぞれ各画素電極
12に対して異なる各々第一走査電極11と第二走査電極20
とがそれぞれ第一バリスタ素子13と第二バリスタ素子21
を介して接続されている液晶表示装置及びその装置の駆
動方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブ素子として
酸化亜鉛等を主成分とするバリスタ素子を用いた二端子
素子型の液晶表示装置及びその装置の駆動方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶を用いた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クス方式
とがある。単純マトリクス方式は直角をなして設けられ
た一対の帯状電極群（走査電極と信号電極）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。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
液晶画素間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、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、アクティブマトリクス方式
は、各液晶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液
晶画素が選択時の電圧を保持する事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、液晶表示装置の高画質表示を実現できるもので
ある。現在このアクティブ素子として一般に薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）が使用されている。

【０００４】しかしながら、上記薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）によるアクティブ素子は、製造工程が非常に複雑
であるため歩留まりが悪く、価格が高価であり、大画面
の液晶表示装置を製造する事は非常に困難である。

【０００５】このようなことから、上記薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）によるアクティブ素子を用いる場合の液晶
表示装置については、コントラスト等の画質に関する特
性がよく、且つ構造が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、この様な要求を実現す
る方式として、アクティブ素子としてバリスタ素子を用
いた二端子素子型の液晶表示装置が注目されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記バリスタ素子を用
いた従来の二端子素子型の液晶表示装置は、図９に示す
ように、走査電極11と信号電極15との間に、液晶14（液
晶層）と所定のしきい値電圧Ｖｃで導通するバリスタ素
子13とを電気的に直列に配して接続したものであり、図
１０に示すようなバリスタ素子13の非線形的な電流電圧
特性を利用したものである。

【０００７】周知のようにバリスタ素子の電流電圧特性
は、下記の数式で示される。 Ｉ＝ＫＶⁿ ・・・・・（１）

【０００８】ここで数式（１）のＩはバリスタ素子に流
れる電流、Ｖはバリスタ素子の両端子間にかかる電圧、
Ｋは固有抵抗の抵抗値に相当する定数、ｎは電圧非直線
特性の指数を示し（通常ｎは、α値と称す）、この値が
大きいほどバリスタ特性としては優れている。また通常
は、前記Ｉが便宜的にＩ＝１０^-6（Ａ）となる時の電圧
Ｖの値をバリスタ素子の代表的な電気特性の一つとして
電圧のしきい値とみなし、特にバリスタ電圧（ここでは
Ｖｃで示す）と呼んでいる。

【０００９】バリスタ素子を用いた二端子素子型の従来
の液晶表示装置を、図４及び図５に示す。図４に示すよ
うに、下側ガラス基板10上に走査電極11と画素電極12と
を所定の間隔Ｖｇを隔てて設け、これら走査電極11と画
素電極12とを酸化亜鉛から成るバリスタ素子13で接続し
てある。ここで、Ｖｇはバリスタギャップと呼ばれるも
ので、バリスタ素子13の電気的特性（特にバリスタ電圧
Ｖｃ）を決定する重要なパラメータの一つである。そし
て、図５に示すように、これら下側ガラス基板10の上部
に所定の間隔（セルギャップ）を隔てて、信号電極15及
びカラーフィルタ16が設けられた対向する上側ガラス基
板17を設け、該下側ガラス基板10と上側ガラス基板17と
の間に液晶14が注入充填してある。

【００１０】バリスタ素子13は、図７に示すように、粒
径５乃至１０μｍの酸化亜鉛結晶粒子131 の表面をマン
ガン、コバルト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８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で焼結固化
したものである。バリスタ粒子の１粒界あたり約３Ｖの
しきい値電圧が得られる。したがって、前記走査電極11
と画素電極12との電極間隙Ｖｇ（バリスタギャップ）を
２０μｍに設定すれば、この間隙に介在する実質的に直
列６個のバリスタ粒子粒界を介して走査電極11と画素電
極12とが接続され、これら電極間には、３Ｖ×６個＝１
８Ｖのしきい値電圧が得られる。すなわち、このしきい
値電圧を越えた電圧が印加されたときに、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ことができ
る。

【００１１】従来の液晶表示装置における一画素の駆動
電圧波形の一例を図６に示す。信号電極15には通常５Ｖ
程度の交流電圧（６０Ｈｚ程度）が印加され、走査電極
11にはオフ時には０Ｖ、オン時には信号電極15に印加さ
れた電圧と反対の極性の１５Ｖ程度のパルス電圧（６０
μｓｅｃ程度）が印加されて駆動される。したがって画
素のオンオフは走査電極11に印加されるパルスで行われ
ている。画素即ち液晶がオンとなる電圧（オン電圧）
は、バリスタ電圧Ｖｃで決定され、ここでは信号電極15
（−５Ｖ、又は＋５Ｖ）と走査電極11（＋１５Ｖ、又は
−１５Ｖ）間の電位差に相当し２０Ｖである。また、特
に交流駆動している理由は、周知のように直流では液晶
が劣化し易い性質を有しているためである。

【００１２】ところで、特に、画質の良好な二端子素子
型の液晶表示装置を実現するためにはバリスタ素子は高
性能でかつ安定性が高いことが要求される。

【００１３】しかしながら、従来技術による液晶表示装
置においては、バリスタ素子は、図１１に示すように交
流駆動電圧印加前における初期状態では実線ａで示すよ
うに高性能でオフ電流Ｉが低いものであるが、交流駆動
電圧印加後では、点線ｂで示すようによりオフ電流Ｉが
上昇してその特性が劣化し、具体的にはオフ電流Ｉが増
加することでα値（前記数式のｎの数値）が低下し、し
たがって良質な表示画像を得ることが困難であり、一
方、図１２に示すように直流駆動電圧印加前（実線ａ）
と印加後（実線ｂ）においてはオフ電流Ｉは上昇せず、
バリスタ素子特性の劣化が見られないものである。

【００１４】本発明は、前記従来の問題点を鑑みなされ
たものであり、その目的とするところとは、液晶表示装
置中に設けられたバリスタ素子が、駆動電圧印加によっ
て素子特性劣化を起こさず、バリスタ素子が高性能かつ
安定性が高いこと、そして結果として構造が簡単で製造
も容易であり、しかも低コストであるうえに、良好な画
質をも有するという液晶表示装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、アクティブマ
トリクス素子としてのバリスタ素子を配した下側ガラス
基板10と、対向する上側ガラス基板17との間に液晶層14
を設け、該バリスタ素子を介して駆動する二端子素子型
の液晶表示装置において、下側ガラス基板10上のそれぞ
れ各画素電極12に対して、異なる各々第一走査電極11と
第二走査電極20とがそれぞれ第一バリスタ素子13と第二
バリスタ素子21を介して接続されていることを特徴とす
る液晶表示装置である。

【００１６】また、本発明は、前記一方の第一走査電極
11と、他方の第二走査電極20とを一対の走査電極とし
て、第一走査電極11には単一極性の電圧を、第二走査電
極20には前記第一走査電極11と反対の単一極性の電圧を
印加して駆動することを特徴とする液晶表示装置の駆動
方法である。

【００１７】

【作用】本発明の液晶表示装置によると、下側ガラス基
板上の画素電極一個に対して、異なる走査電極（第一走
査電極11、第二走査電極20）とそれぞれ接続する二個の
バリスタ素子（第一バリスタ素子13、第二バリスタ素子
21）を設ける構造とし、各バリスタ素子13,21 に駆動電
圧の極性を分割して印加することにより液晶の交流駆動
を保持し、且つバリスタ素子13,21 の直流に近い駆動を
可能とし、したがって耐久性のある良好な素子特性を維
持でき、高性能でかつ安定性の高いバリスタ素子を搭載
した液晶表示装置を得ることが可能となる。

【００１８】

【実施例】本発明の液晶表示装置を図１、及び図２に基
づいて以下に詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明による液晶表示装置の平面図
であり、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図であって、図２
のように、ガラス基板10上にＣｒ等の金属薄膜から成る
第一走査電極11、第二走査電極20、及びＩＴＯ等の透明
電極から成る画素電極12が形成され、さらに上記第一走
査電極11、第二走査電極20と上記画素電極12の間にそれ
ぞれＺｎＯを主成分とする第一バリスタ素子13及び第二
バリスタ素子21が設けられている。

【００２０】一方、対向する上側ガラス基板17には、Ｃ
ｒ等の金属薄膜からなるブラックマトリックス19及び絶
縁層18、カラーフィルタ16が順に積層され、さらにその
上にＩＴＯ等の透明電極から成る信号電極15が形成され
ている。

【００２１】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。まずガラス基板10上にマグネトロンスパ
ッタリング装置を用いてＣｒ薄膜を厚さ１０００に成膜
し、フォトリソグラフィ法により走査電極11、及び金属
薄膜20を所定の形状に形成する。さらに同様のスパッタ
リング装置により、透明導電膜としてＩＴＯ膜を厚さ１
１００Åに成膜し、フォトリソグラフィ法により画素電
極12を形成する。

【００２２】さらに、市販の酸化亜鉛微粉末を（粒径１
μｍ以下）にドーパントとしてアルミニウム０．００３
ｍｏｌ％をＶ型混合機を用い添加混合し、温度12００℃
で１時間の焼結後に粉砕し、次にエアー分級して粒径５
乃至８μｍの酸化亜鉛結晶粒子を得たのち、温度１００
０℃で１時間の角取り焼成により球状化する。次いで硝
酸コバルト０．２５ｍｏｌ％及び硝酸マンガン０．５０
ｍｏｌ％を水に溶解して水溶液とし、この水溶液に前記
酸化亜鉛結晶粒子粉末を分散し、まず温度１２０℃で水
分を蒸発させ、前記酸化亜鉛結晶粒子に金属被膜をコー
ティング後、温度２００℃に昇温し金属被膜を酸化し酸
化物被膜を生成する。さらに温度１１００℃で１時間焼
成し、酸化亜鉛結晶粒子の表面に無機質絶縁膜を形成
し、得られた粉末を乳鉢等で軽くほぐしバリスタ粒子と
する。

【００２３】次いで、前記バリスタ粒子16重量部に対
し、ガラスフリットを４重量部と、有機バインダーとし
てエチルセルロース（粘度４５ｃｐｓ）を１重量部と、
有機溶剤としてカルビトールを８重量部と、以上を加え
て混練しペースト化し、前記ガラス基板10上に、上記ペ
ーストを４００メッシュのスクリーン印刷版を用いて所
定形状に塗布し印刷基板を得、次に温度４４０℃で１時
間の焼成を経て固化させることにより第一バリスタ素子
13及び第二バリスタ素子21を得た。

【００２４】次に、対向する上側ガラス基板17にＣｒ等
の金属薄膜をスパッタリング装置により成膜し、フォト
リソグラフィ法によりブラックマトリックス19を形成す
る。さらにブラックマトリックス19と信号電極15とのシ
ョートを防止するために、ＳｉＯ₂ からなる絶縁層18を
積層する。次にカラーレジストを用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの
３色からなるカラーフィルタ16を形成した後、マグネト
ロン−スパッタリング装置を用いてＩＴＯ膜を厚さ１５
００Åに成膜する。この時ＩＴＯ膜のシート抵抗値は２
０Ω／ｃｍ² であった。さらにＩＴＯ膜（透明導電膜）
をフォトリソグラフ法により所定の形状に形成して信号
電極15を得る。

【００２５】次に、対向する上側ガラス基板17にガラス
−スペーサー（粒径２０μｍ）を散布した後、対向する
上側ガラス基板の周辺部にガラスビーズを数％混合した
接着用エポキシ樹脂をシルクスクリーン印刷法により印
刷し、ガラス基板10とアライメントして貼り合わせ、加
圧加熱して接着させる。次いで上記接着部の一部に設け
た封入口よりＴＮ液晶14を充填し、液晶表示装置が完成
する。

【００２６】実施例により作製した液晶表示装置におけ
るバリスタ素子の特性について以下に述べる。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１は、本発明による液晶表示装置におけ
るバリスタ素子と、従来の液晶表示装置におけるバリス
タ素子のバリスタ電圧Ｖｃ、α値（数式（１）の数値
ｎ）を初期特性と駆動後でそれぞれ比較し示したもので
ある。表１より、本発明の液晶表示装置におけるバリス
タ素子は、従来の液晶表示装置によるバリスタ素子と比
べてα値の低下が全く見られず、素子特性の劣化がない
ことが判明した。したがって、本発明の液晶表示装置で
のそれぞれバリスタ素子13，21は、高性能を有し且つ安
定性が高いことがわかる。

【００２９】次に、本発明の液晶表示装置の駆動方法に
ついて以下に説明する。本発明の液晶表示装置はバリス
タ素子特性に対する基礎的な実験の結果を根拠に得られ
たものである。すなわち、バリスタ素子特性は交流電圧
印加によって劣化し、直流電圧印加では劣化しないこと
が判明し、具体的には、通常の駆動状態である交流電圧
印加後では、オフ電流領域が上昇するためα値（数式
（１）の数値ｎ）が低下、即ち特性が劣化する。また、
印加電圧が大きいほど劣化の度合いは大きい。なお図11
は交流電圧印加前（グラフａ）及び交流電圧印加後（グ
ラフｂ）におけるバリスタ素子の電圧−電流特性（バリ
スタ素子特性）を示すグラフである。

【００３０】一方、直流電圧印加テストの結果、印加電
圧に係わらずその前後でバリスタ素子特性の変化はない
ことが判明し、バリスタ素子を直流駆動することで特性
劣化が防止できること、即ち初期特性の保持が図れるこ
とが判明した。なお、図12は直流電圧印加前（グラフ
ａ）及び直流電圧印加後（グラフｂ）におけるバリスタ
素子の電圧−電流特性（バリスタ素子特性）を示すグラ
フである。

【００３１】しかしながら、一般的に液晶は、直流駆動
では劣化し易いという相反する特性を有しているため、
単純に直流駆動を液晶表示装置において適応することは
出来ない。

【００３２】そこで、本発明においては、各画素電極12
毎に２個のバリスタ素子13を設け、該それぞれバリスタ
素子13を介してそれぞれ異なる極性の第一走査電極11と
第二走査電極20とに接続し、印加する交流パルス電圧の
相反する各極性をそれぞれ第一走査電極11と第二走査電
極20とに分割して、各バリスタ素子13に片側ずつの極性
を分担させることで、バリスタ素子13単体では直流に近
い駆動をすることが可能となる。

【００３３】この場合に対向側の信号電極15には交流電
圧が印加され、逆バイアス電圧がバリスタ素子13に印加
されることになるが、通常クロストークを防止するため
に、信号電極15には５Ｖ程度の低い電圧を駆け、走査電
極11に１５Ｖ程度の比較的大きな電圧を駆けて駆動する
ため、逆バイアス電圧は５Ｖ程度の微小な電圧であるた
め特性劣化には至らないことが確認できている。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、下側ガラス基板上の画素電極
一個に対して、異なる走査電極と接続するバリスタ素子
を二個設ける構造とし、各バリスタ素子に駆動電圧の極
性を分割して印加することにより、液晶の交流駆動を保
持し、かつバリスタ素子の直流に近い駆動を可能とし、
したがって良好な素子特性を維持でき、高性能でかつ安
定性の高いバリスタ素子を容易に得ることが可能となっ
た。その結果として、構造が簡単で製造も容易でしかも
低コストであるうえに、良好な画質を有する液晶表示装
置を容易に提供し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置の一実施例を説明す
る平面図である。

【図２】本発明に係る液晶表示装置の一実施例を説明す
る図１Ａ−Ａ’断面図である。

【図３】本発明に係る液晶表示装置の一実施例における
一画素電極に対する第一走査電極と第二走査電極、及び
信号電極のオン時の駆動波形の一例である。

【図４】従来の液晶表示装置の一例を説明する平面図で
ある。

【図５】従来の液晶表示装置の一例を説明する図４Ａ−
Ａ’断面図である。

【図６】従来の液晶表示装置における一画素電極に対す
る走査電極と信号電極のオン時の駆動波形の一例であ
る。

【図７】一般的なバリスタ粒子の断面図である。

【図８】一般的なバリスタ素子の要部の拡大断面図であ
る。

【図９】バリスタ素子による二端子素子型の一般的な液
晶表示装置の概略の等価回路図である。

【図１０】一般的なバリスタ素子の電圧−電流特性図で
ある。

【図１１】交流電圧印加前（実線ａ）及び交流電圧印加
後（点線ｂ）におけるバリスタ素子の電圧−電流特性
（バリスタ素子特性）を示すグラフである。

【図１２】直流電圧印加前（実線ａ）及び直流電圧印加
後（実線ｂ）におけるバリスタ素子の電圧−電流特性
（バリスタ素子特性）を示すグラフである。

【符号の説明】

10・・・ガラス基板 11・・・第一走査電極 12・・・画素電極 13・・・第一バリスタ素子 14・・・液晶 15・・・信号電極 16・・・カラーフィルタ 17・・・対向する上側ガラス基板 18・・・絶縁層 19・・・ブラックマトリックス 20・・・第二走査電極 21・・・第二バリスタ素子 13a ・・・バリスタ粒子 13b ・・・ガラスフリット 131 ・・・酸化亜鉛結晶粒子 132 ・・・無機質絶縁膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクティブマトリクス素子としてバリスタ
   素子を配した下側ガラス基板10と、対向する上側ガラス
   基板17との間に液晶層14を設け、該バリスタ素子を介し
   て駆動する二端子素子型の液晶表示装置において、下側
   ガラス基板10上のそれぞれ各画素電極12に対して、異な
   る各々第一走査電極11と第二走査電極20とがそれぞれ第
   一バリスタ素子13と第二バリスタ素子21を介して接続さ
   れていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記一方の第一走査電極11と、他方の第二
   走査電極20とを一対の走査電極として、第一走査電極11
   には単一極性の電圧を、第二走査電極20には前記第一走
   査電極11と反対の単一極性の電圧を印加して駆動するこ
   とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方
   法。