JPS6236608B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は液晶表示素子の表示スイツチング素子
に適した電圧非直線抵抗器に関するものである。 液晶表示素子はガラス基板上に設けられた対向
する２つの電極間に液体をはさんで、両電極間に
電圧を加えた時の液晶分子の特異な挙動を利用し
て、光の透間ないしは反射状況を変化させ、文字
ないし画像を表示する素子である。一対の対向電
極とそれにはさまれた液晶部分を絵素と呼ぶ。絵
素の数を増していけば表示できる文字数が増加す
る。しかし一般のマトリツクス駆動方式では絵素
の増大と共に絵素間のクローストークの影響が大
きくなり、コントラストが低下する。これを改善
する方法として、各絵素に直列にスイツチング素
子を接続する方法が知られている。文字の解像度
を上げるためには各絵素の大きさを小さくし、数
千〜数万個の絵素で１枚の表示パネルを形成する
ことが必要となる。したがつてこれらの絵素に接
続されるスイツチング素子は小さな素子（具体的
には200ミクロン×200ミクロンあるいはそれ以
下）でしかも集積回路のように一枚の基板の上に
一度に形成されているようなものが望ましい。こ
のようなスイツチングアレイとして、MOSFET
アレイまたは金属酸化物バリスタアレイが知られ
ている。MOSFETアレイは集積回路技術を用い
て、１枚のSi基板の上にMOSFETを集積化して
形成したものである。しかし現在の製造技術では
歩留りが悪く、１枚の基板の上に数万個もの
MOSFETを形成しようとするとその何％かは正
常に動作しないものが得られる。そのようなスイ
ツチングアレイを用いるならば、表示パネルの一
部に正常に動作しない部分が生じ、表示素子とし
てきれいな表示を行うことはできない。一方バリ
スタアレイは、酸化亜鉛を主成分とし、これに
Bi₂O₃、Co₂O₃、MnO₂、Sb₂O₃などを加えて高温
で焼き固めた焼結体の一方を鏡面研磨し、その上
に真空蒸着などで電極を設けたものである。その
代表的構造を第１図に示す。第１図において１は
ZnOを主成分とする金属酸化バリスタ基板、２，
３は基板上１に設けられた電極、４は電極３に外
部から電圧を加えるためのリード電極、５はガラ
ス基板、６はガラス基板５の上に、電極２に対向
して設けられた透明電極、７は電極６に外部から
電圧を加えるためのリード電極、８は液晶であ
る。実際にはこのような構成部分がいくつも形成
される。次にこの装置の動作を説明する。第２図
に第１図の構成部分が２つある場合の回路構成を
示す。第２図において１は金属酸化物バリスタ、
２，３，６はそれぞれ第１図の電極２，３，６に
対応する部分であり、４は金属酸化物バリスタ側
のリード電極、７，７′はガラス基板側のリード
電極に対応するものであり、８は液晶である。さ
て画像の表示は第１図において、電極２−６間に
加わる電圧を液晶のオン電圧以上にすることによ
り、電極２−６間の液晶分子の配合状態を変化さ
せ、ガラス５を通過して電極２および基板１に達
し、そこで反射されて再びガラスを通過して行く
光の状態を変化させることにより行う。一方金属
酸化物バリスタは、ある電圧までは電流をほとん
ど流さず。ある電圧（立上り電圧）以上で急激に
電流が流れ出す性質を有している。したがつて第
２図において上の絵素をオン状態にする場合には
電極４−７間に、金属酸化物バリスタの立上り電
圧（Ｖ_T）と液晶８のオン電圧（Ｖ_ON）の和（Ｖ_T
＋Ｖ_ON）以上の電圧を加えれば良い。更に具体的
にのべるならば、たとえば電極４に（Ｖ_Ｔ＋Ｖ_ＯＮ）／
２、 電極７に−（Ｖ_Ｔ＋Ｖ_ＯＮ）／２の電圧を加える。これ
によ り電極４−７間にＴ_T＋Ｖ_ONの電圧が加わり、上
の金属酸化物バリスタに電流が流れ、上の絵素は
オン状態となる。さらに金属酸化物バリスタの立
上り電圧が（Ｖ_Ｔ＋Ｖ_ＯＮ）／２以上（いいかえればＶ
_T＞ Ｖ_ON）になるように設定しておき、電極７′の電
位をOVとしておけば、この時下の金属酸化物バ
リスタに加わる電圧は（Ｖ_Ｔ＋Ｖ_ＯＮ）／２であり、金
属酸 化物バリスタには電流が流れず、そのため下の絵
素をオン状態にせずに、上の絵素のみをオン状態
にすることができる。次に下の絵素をオン状態に
するには、電極４に（Ｖ_Ｔ＋Ｖ_ＯＮ／２を、電極７′に
− （Ｖ_Ｔ＋Ｖ_ＯＮ／２の電圧を加えれば良い。このような
構 成とすることにより、各絵素間のクロストークを
なくしコントラストのよく画像を表示することが
できる。ところで第１図の構成とした時のバリス
タ作用は、電極２−３間の基板のごく表面のみの
特性を利用したものである。その部分の具体的構
造を第３図に示す。第３図において、１の部分が
金属酸化物バリスタの基板部分である。２，３は
基板に設けられた電極、１４は金属酸化物バリス
タの主要構成成分であるZuO粒子、１５は非リフ
オーム性を示す高抵抗の粒界部分である。１６は
表面に付着した不純物である。ZnO粒子１４の粒
径は通常数μｍ前後である。この図に示すように
表面は、研磨によつて生じた欠陥や、不純物が存
在し、きわめて不規則な状態となつている。さて
電極２−３間に電圧を加えると、電流は電極２−
３間の最短部分のみを流れる。また不純物１６は
一般にアルカリ金属などを含むものが多いので低
抗が低く不純物を介して流れる場合もありうる。
したがつて電流径路は１７で示したような道筋を
通る。これによりわかるように、このような構造
のバリスタは、表面の欠陥や不純物の状態によつ
て変化しやすく、初期特性においてバラツキを生
じると共に、使用中の特性変化を生じ易い。その
ため数万個もの絵素のスイツチングアレイとして
用いるには十分でない。 本発明は以上のような点に鑑み、初期特性のバ
ラツキが少く、また長期信頼性にも優れたバリス
タアレイを提供するものである。 第４図に本発明の素子構造を示す。１は金属酸
化物バリスタ基板部分、２，３は基板１に設けら
れた凹部の表面に形成された凹型電極、２′，
３′はリード電極、１４はZnO粒子、１５は粒
界、１６は表面に付着した不純物である。このよ
うな構成で電極２−３間に電圧を加えると、電極
２−３間の最短距離部分の断面積が広いため電流
は分散して流れると共に、矢印１７で示すよう
に、電流は主として焼結基板の内部を流れるよう
になる。このため第３図の構造に比べ、初期特性
のバラツキが少く、安定性に優れた素子を得るこ
とができる。第１表に電極２−３間の距離を200
μｍとした時の立下り電圧（10μＡを流した時の
電圧V₁₀μＡとする）のバラツキの違いを示す。
なお比較のために従来の電極構造を用いた場合の
特性も合せて示した。いずれも同一基板上に100
対の電極対を設けた場合の立上り電圧のバラツキ
を示したものである。また第２表は70℃で10μＡ
の電流を連続100時間通電した場合のV₁₀μＡの変
化率を示したものである。いずれの特性も本発明
の構造の方が優れている。

【表】

【表】 本発明の構造の素子は次のように作成した。ま
ずZnO（97モル％）、Bi₂O₃（0.5モル％）、Co₂O₃
（0.5モル％）、MnO₂（0.5モル％）、Sb₂O₃（1.0モ
ル％）、Cr₂O₃（0.5モル％）からなる粉体を混
合、円板状に焼成し、1200℃で２時間焼成した。
次にこの焼結体の平面部を十分鏡面に研磨した
後、溶剤で洗い、レジストを塗布した。次に凹型
電極形成部にのみ露光し、現像してレジスト除去
後、レジスト除去部分の選択エツチングを行なつ
た。このエツチング操作によつてバリスタ基板の
表面の所定の部分に凹部を形成した。ついでスパ
ツタリングにより凹部表面にのみ電極を形成し
た。ついで一度レジストを除去し、再度レジスト
を塗布、表面の電極成形部分にのみ露光した後、
現像して露光部分のレジスト除去、その除去部分
に真空蒸着によつて表面電極を形成した。そして
再度レジスト除去することにより第４図の構造の
素子を得た。 本実施例ではある特定の組成の金属酸化物バリ
スタを用いたが、本発明の効果は、その電極構造
に由来するものであり、組成が異なつたとしても
同じような効果を上げ得ることは明らかである。 また金属酸化物バリスタ基板として、焼結後、
LiやCuなどの一価元素を表面に拡散し、原子価
制御の原理に基づいて表面のZnO層の抵抗を上げ
たものや、基板表面に高抵抗膜を形成したものを
用いることにより、本発明の効果を更に上げるこ
とができる。 次に本構造の電圧非直線素子を用いた液晶表示
素子用バリスタアレイの構造と動作を説明する。 第５図は本発明の素子の構造の一例を示したも
のである。図において５１は金属酸化物バリスタ
基板、５２は液晶駆動用面電極、５３は凹型電極
でリード電極５４により面電極５２に電気的に接
続されている。５５は５３と対をなす他方の凹型
電極で、リード電極５６により走査用のリード電
極に接続されている。５７はガラス基板、５８は
ガラス基板上に設けられた電極５２と同じ形状の
対向透明面電極、５９は電極５８に外部から電圧
を加えるためのリード電極、６０は液晶である。
次に第６図に、金属酸化物バリスタ基板上に設け
られた各種電極形状を上から見た図を示す。番号
は第５図に対応して付けてある。すなわち５２が
面電極、５３と５５が対をなす凹型電極であり、
５４，５６はそれぞれリード電極である。このよ
うな構造とした場合、第５図において電極５６−
５９間に電圧を加えれば、電極５３−５５間に形
成されたバリスタを介して電極５２−５８間に電
圧を加えることができ、電極５２−５８間にはさ
まれた液晶をスイツチング的に動作させることが
できる。面電極を大きくとり、電極５３，５５の
凹型電極を小さくすれば電極５３，５５周辺の表
示できない部分の空白は実質的に文字や画像に影
響を与えなくすることができる。 次に多数の絵素を構成する場合の構造の１例を
第７図に示す。図において第５図と同じ部分には
同符号を付す。すなわち５２，５２′，５２″，５
２は面電極、５３，５３′，５３″，５３と５
５，５５′，５５″，５５はそれぞれ対をなす凹
型電極で５５，５５′は走査用リード線１１に電
極５５″，５５は走査用リード線１２に接続さ
れている。そしてこの場合各対をなす凹型電極５
３，５５間の距離５３′−５５′，５３″−５５″，
５３−５５間の距離が他の電極間との距離、
たとえば５３−１１，５２−１１間、５２−５
２′，５２−５３′間、５２−１２間など電気的に
導体で接続されていない電極との距離よりも短か
くなるように配置してある。このような構成とす
ることにより、意図しない電極間に形成されるバ
リスタ作用に基づくクロストークを起こすことな
く、多数の絵素をスイツチングすることができ
る。 以上詳細に述べた如く本発明は電極構造に工夫
を施すことによつて、同一基板表面上に形成され
た電極を用いながら、焼結体内部の安定な電圧非
直線性を利用できるようにしたものであり、とく
に液晶表示素子用バリスタアレイとして有用なも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はバリスタを用いた液晶表示素子の基本
構造を示す断面図、第２図はバリスタを用いた液
晶表示素子の回路構成を示す結線図、第３図は従
来の電極構成を説明する模式図、第４図は本発明
の電圧非直線抵抗素子の電極構造を示す模式図、
第５図は同素子の構造を示す断面図、第６図、第
７図はその電極の配置を示す平面図である。 ５１……金属酸化物バリスタ基板、５２……液
晶駆動用電極、５３，５５……凹型電極、５４，
５６，５９……リード電極、５７……ガラス基
板、５８……透明面電極、６０……液晶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電圧の増大に伴つて抵抗値の減少する特性を
   有する金属酸化物バリスタ基板の一方の面に複数
   個の凹部を設け、この凹部の内面に凹型電極を設
   け、上記凹型電極間の電圧非直線性を利用するこ
   とを特徴とする電圧非直線抵抗器。 ２ 電圧の増大に伴つて抵抗値の減少する特性を
   有する金属酸化物バリスタ基板の一方の面に複数
   対の凹部を設け、上記凹部内面に凹型電極を設
   け、各対の凹型電極の一方を、上記金属酸化物バ
   リスタの上記面上に設けられた液晶駆動用の面電
   極に接続し、他方の凹型電極をやはり上記金属酸
   化物バリスタの上記面上に設けられた走査用の電
   極に接続し、前記１対の凹型電極間の金属酸化物
   バリスタの電圧非直線性を利用して、上記面電極
   と対向するガラス基板上に設けられた透明対向電
   極間にはさまれた部分の液晶をスイツチング的に
   駆動するようにしたことを特徴とする電圧非直線
   抵抗器。