JPH0782171B2

JPH0782171B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0782171B2
Application number: JP4119089A
Authority: JP
Inventors: 誠司深見; 道久大西; 久人永富
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH02219028A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、マトリクス状に配設され多数の絵素電極によ
り、液晶層の各絵素を駆動するマトリクス型の液晶表示
装置に関する。

（従来の技術）アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、絵素電極
基板と対向電極基板との間に液晶層が挟まれて、液晶表
示セルが構成される。絵素電極基板は、透明基板上に多
数の絵素電極がマトリクス状に配設されており、各絵素
電極に所定の電圧を印加するための機能素子が各絵素電
極に電気的に接続されている。このような機能素子とし
ては、通常、TFT（Thin Film Transistor:薄膜トランジ
スタ）、MIM（金属−絶縁層−金属）トランジスタ、ダ
イオード、バリスタ等が用いられる。このような絵素電
極では、各絵素電極及び機能素子の機械的損傷や化学的
損傷を防止し、かつ、各絵素電極間に電流がリークする
ことを防止するために、各絵素電極および機能素子が、
SiNx、SiO₂等の絶縁性保護膜にて、外部端子等と接続さ
れる一部を除いて全面に被覆されている。そして、該絶
縁性保護膜上に、液晶層の液晶分子を配向させるため
に、例えば、ポリイミド系樹脂を用いた配向膜が積層さ
れている。該配向膜にて、絵素電極基板上に積層される
液晶層の液晶分子がツイスト配向される。液晶層を挟ん
で該絵素電極と対向配設される対向電極基板には、各絵
素電極に対向して対向電極が配設されている。

（発明が解決しようとする課題）このような液晶表示装置では、配向膜としてポリイミド
系樹脂を用いた場合には、該配向膜と絵素電極との間に
内部分極が生じる。この内部分極については、その詳細
については解明されていないが、ポリイミド系樹脂製の
配向膜内または表面に極性分子またはイオン等が特異吸
着し、電気二重層が絵素電極との間に形成されることが
原因と考えられる。このような内部分極は、液晶層に印
加される電圧に悪影響を与える。具体的には、液晶層を
駆動するために、絵素電極と対向電極との間に印加され
る交流電圧に直流オフセット電圧が印加され、この印加
交流電圧を非平衡状態とする。このように、液晶層に印
加される交流電圧に直流成分が重畳されてオフセット状
態になると、液晶層の表示には、フリッカーの発生、コ
ントラストの低下等が生じ、さらには、重畳される直流
成分のばらつきにより、コントラストむらが生じる等、
表示品位を著しく低下させる。このような内部分極の容
量は、ポリイミド系樹脂製の配向膜と絵素電極との間に
絶縁性保護膜が介装されている場合には、その膜厚によ
り影響され、絶縁性保護膜が厚くなるほど内部分極が大
きくなる。

また、各絵素電極に接続される機能素子として、TFTを
用いた場合には、該TFTのドレイン電圧に、ゲート・ド
レイン電極間容量によるゲート電圧がカップリングし
て、直流成分が重畳する。このように、TFTのドレイン
電圧に直流成分が重畳される場合には、対向電極に印加
される電圧に直流成分を印加して、対向電極の電圧波形
をオフセットすることにより、ドレイン電圧に重畳され
る直流成分を補償することが知られている。しかし、ド
レイン電圧に重畳される直流成分は、ソース電圧のレベ
ルにより大きく変化することが知られており、実際に
は、ドレイン電圧に重畳される直流成分を完全には補償
することができない。完全に補償されない直流成分は、
液晶層に印加され、上述した内部分極の容量を増大させ
る。内部分極が増大すると、該内部分極の極性を緩和す
るために長時間を要する。その結果、画像信号として印
加されたソース電圧により生じる内部分極は、所定時間
にわたってメモリーされることになるため、ソース電圧
（画像信号）の変化に追従させて液晶層を駆動させるこ
とができなくなり、該液晶層に残像となって表示され
る。TFTを機能素子として用いたアクティブマトリクス
基板型表示装置では、残像が表示される原因の一つは、
この内部分極の発生にあることが判明している。

絵素電極上に絶縁性保護膜を介してポリイミド系樹脂の
配向膜を積層する場合には、このように、内部分極の発
生により、様々な問題が生じるが、配向膜としてSiO₂等
の無機材料やシランカップリング剤を用いる場合には、
上述のような問題はほとんど生じない。

ポリイミド系樹脂を配向膜として用いた場合には、絵素
電極上に積層される絶縁性保護膜の影響により、上述し
た問題が生じるため、例えば、絶縁性保護膜を絵素電極
基板上に配設しないことも考えられる。しかし、絶縁性
保護膜を配設しない場合には、絵素電極基板の製造時の
機械的および化学的損傷に対する耐性が劣化し、例え
ば、配向膜として用いられるポリイミド系樹脂をラビン
グ配向処理する際に、透明基板上の絵素電極等の膜はが
れが生じる。さらに、各絵素電極間のリーク電流の増
加、例えば、TFTのオフ電流の増加等により、表示むら
等が生じて、表示品位が低下すると共に、表示性能の信
頼性も低下する。

このような問題を解決するために、例えば、絵素電極基
板における各絵素電極上の絶縁性保護膜を取り除き、各
絵素電極上にポリイミド系樹脂製の配向膜を直接積層さ
せ、それ以外の各TFT等を絶縁性保護膜にて被覆する構
成が考えられる。このような構成とすることにより、各
絵素電極での内部分極の発生を抑制し、しかも、各絵素
電極間のリーク電流の防止や各TFTを保護し得る。

しかしながら、このような構成であれば、液晶層内に異
物が混入し、絵素電極基板における絶縁保護膜が積層さ
れていない領域と対向電極との間に位置すると、両電極
と異物とがそれぞれポリイミド系樹脂製の配向膜を介し
て接触することになり、両電極間に電流がリークするお
それがある。このようなリーク電流が生じると、その部
分の液晶層には電圧が十分に印加されずに絵素欠陥とな
り、液晶表示装置の表示品位の低下を来し、しかも製造
歩留りが低下する。

本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、その
目的は、ポリイミド系樹脂を配向膜として用いた場合に
も、内部分極現象の影響を抑制し得て、しかも、絵素電
極と対向電極との間がリークすることにより生じる絵素
欠陥の発生も抑制し得る液晶表示装置を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段）本発明の液晶表示装置は、液晶層と、該液晶層の各絵素
を駆動すべく基板上にマトリクス状に配設された多数の
絵素電極と、各絵素電極にそれぞれ電気的に接続されて
該基板上にマトリクス状に配設された機能素子と、各絵
素電極上の複数領域を除いて基板上に積層された無機質
窒化物または無機質酸化物でなる絶縁保護膜と、該絶縁
保護膜および各絵素電極上の前記複数領域に直接積層さ
れたポリイミド系樹脂製の配向膜とを有する絵素電極基
板と、該絵素電極基板とは前記液晶層を挟んで配設さ
れ、各絵素電極に対向する対向電極を有する対向電極基
板と、を具備してなり、そのことにより上記目的が達成
される。

（実施例）以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の液晶表示装置は、第１図および第２図に示すよ
うに、ITO膜でなる多数の絵素電極12が配設された絵素
電極基板10と、該絵素電極基板10とは液晶層30を介して
対向配設された対向電極基板20とを有する。

絵素電極10は、透明基板11上に、チタン（Ti）よりなる
多数のソース配線13が相互に平行に配線されており、ま
た、各ソース配線13とは絶縁状態で相互に直交して、タ
ンタル（Ta）よりなる多数のゲート配線14が配線されて
いる。そして、各ソース配線13および各ゲート配線14と
により囲まれた透明基板11の領域内に、各絵素電極12が
それぞれ位置されて、マトリクス状にパターン化されて
いる。各ゲート配線14における各ソース配線13との交差
部近傍には、機能素子としてのTFT15がそれぞれ配設さ
れており、各TFT15と所定の絵素電極12とが電気的に接
続されている。

各TFT15および絵素電極12の具体的な構成は次のとおり
である。第１図に示すように、透明基板11上に配線され
たタンタル製のゲート配線14の一部にてゲート電極が構
成されている。該ゲート電極を構成する部分は、ゲート
絶縁膜を構成する酸化タンタル（Ta₂O₅）15aにて覆われ
ており、該酸化タンタル15aは、ゲート絶縁膜を構成す
る窒化シリコン（SiNx）膜15bにより覆われている。該
窒化シリコン膜15bは、酸化タンタル膜15aおよび各ゲー
ト配線14間の透明基板11表面全体を覆っている。

各ゲート電極に相当するゲート配線14部分は、酸化タン
タル膜15aおよび窒化シリコン膜15bの二層にて構成され
るゲート絶縁膜を介して、ａ−Si膜15cにて覆われてい
る。該a-Si膜15cの各側部を除く中央部上には、例えばS
iNxでなる保護膜15dが積層されており、該保護膜15dの
中央部を除く各側部に一対のa-Si（n⁺）膜15eおよび15e
の一側部がそれぞれ積層されている。各a-Si（n⁺）膜15
eは、保護膜15dが積層された部分を除いて、a-Si膜15c
上に積層されている。

一方のa-Si（n⁺）膜15e上には、ソース配線13から延出
したソース電極15fが積層されている。該ソース電極15f
は、ゲート絶縁膜のSiNx膜15bの上方に達している。

他方のa-Si（n⁺）膜15e上には、チタンで構成されたド
レイン電極15gが積層されている。該ドレイン電極15gは
ゲート絶縁膜を構成するSiNx膜15bの上方に達してお
り、該SiNx膜15bの上方に積層されたドレイン電極15g上
に、絵素電極12の一部が積層されている。

各TFT15は、このような構成により、ソース配線13およ
びゲート配線14とは電気的に接続され、かつ所定のTFT1
5とも電気的に接続されている。

透明基板11上に配線された各ゲート配線14、各ソース配
線13およびTFT15全体は、外部端子との接続部等の不要
部を除いて、例えばSiNxでなる絶縁保護膜16にて覆われ
ている。また、各絵素電極12は、第２図に二点鎖線で示
すように、縦および横方向にそれぞれ３列ずつ適当な間
隔をあけて、矩形状の９カ所の領域12a,12a,…を除いた
部分に、該絶縁保護膜16が積層されている。透明基板11
上に積層された該絶縁保護膜16および該絶縁保護膜16が
積層されていない絵素電極12部分には、全体にわたって
ポリイミド製の配向膜17が積層されている。従って、各
絵素電極12における複数の所定領域12aには、ポリイミ
ド製の配向膜17が絶縁保護膜16を介することなく直接積
層されている。

このような構成の絵素電極基板10は、公知のプロセスに
より、透明基板11上に、スパッタリングによりタンタル
（Ta）を3000Åの厚さに積層し、ホトエッチングによ
り、ゲート配線14およびゲート電極をパターニングす
る。次に、陽極酸化法により、ゲート絶縁膜として酸化
タンタル（Ta₂O₅）膜15aを2000Åの厚さに形成する。そ
の後にプラズマCVD法により、ゲート絶縁膜として窒化
シリコン（SiNx）膜15aを厚さ2000Åの厚さに形成した
後に、半導体膜として300Åの厚さのa-Si膜15c、保護膜
として2000Åの厚さのSiNx膜15bを形成して、ホトエッ
チングによりパターニングする。さらに、プラズマCVD
法により、半導体コンタクト膜として400Åの厚さのa-S
i（n⁺）膜15eを形成してホトエッチングによりパターニ
ングする。次に、スパッタリング法によりチタン（Ti）
あるいはモリブデン（Mo）を3000Åの厚さに形成してホ
トエッチングによりパターニングすることにより、ソー
ス配線13およびソース電極とドレイン電極とを形成す
る。このようにして機能素子としてのTFT15とソース配
線13およびゲート配線14が形成される。

その後、スパッタリング法により透明導電膜としてITO
膜を1000Åの厚さに積層してホトエッチングによりパタ
ーニングすることにより絵素電極12を形成する。

このようにしてTFT15、ソース配線13、ゲート配線14、
および絵素電極12が形成された透明基板全面にSiNxでな
る絶縁保護膜16を積層し、フォトエッチングにより、第
２図に二点鎖線で示すように、絵素電極12の複数の所定
領域12a上に積層された絶縁保護膜16を除去する。そし
て、該絶縁保護膜16上および該絶縁保護膜16が除去され
た部分の全面にわたって、ポリイミド（例えば日本合成
ゴム（株）社製、商品名オプトマーAL）を600Åの厚さ
にオフセット印刷によりパターニング形成した後に、20
0℃の温度にて１時間の熱処理を行い、さらに、ナイロ
ン織布にてラビングして配向膜17を形成する。

このようにして製造される絵素電極基板10に、液晶層を
挟んで対向配設される対向電極基板20は、例えばゼラチ
ン染色法により、光三原色である赤色（Ｒ）、緑色
（Ｇ）、青色（Ｂ）三色の、カラーフィルターパターン
22が各絵素電極12とそれぞれ対向して配設されている。
そして、全カラーフィルターパターン22を覆うように、
例えばITO膜をスパッタ法により積層して形成された対
向電極23が設けられている。該対向電極23上にはポリイ
ミドの配向膜24が全面にわたって積層されている。

絵素電極基板10と対向電極基板20とは適当な間隔をあけ
て配設され、両基板間の周縁部がシールされてその間隙
内に液晶が注入されて液晶層30が構成されている。

本実施例の液晶表示装置では、各ゲート配線14から入力
される走査信号と、各ソース配線13から入力される表示
データ信号とに基づき、各TFT15がオンされ、各絵素電
極12に所定の電圧が印加される。これにより、所定電圧
が印加された各絵素電極12に対向する液晶層30部分（絵
素部分）が駆動される。

このとき、各絵素電極12には、複数の所定領域12aにお
いて、ポリイミド系樹脂製の配向膜17が直接積層されて
いるため、各絵素電極12に所定電圧が印加されても、内
部分極の発生が抑制される。各絵素電極12は、複数の所
定領域12aを除いて、配向膜17との間に絶縁保護膜16が
介在されているが、該絶縁保護膜16は、膜質が緻密でし
かも高耐湿性および高誘電率を有するSiNx膜で構成され
ているため、膜厚は、2000Å程度の薄さとされており、
該絶縁保護膜16に積層された配向膜17部分においても内
部分極の発生が抑制される。しかも、各絵素電極12によ
り液晶層30の各絵素に印加される電圧は、絶縁保護膜16
が積層された部分と、ポリイミド配向膜17が直接積層さ
れた複数の領域12aとでもほとんど差がなく均一になっ
ているため、駆動される絵素にフリッカーが発生するお
それがなく、コントラストむらのない高品位な画像が得
られる。各絵素電極12上におけるポリイミド配向膜17が
絶縁保護膜16を介することなく直接積層される領域12a
の総面積は、各絵素電極12の面積の1/100以上であれば
内部分極の発生を抑制し得る。内部分極の発生が抑制さ
れる理由は、各絵素電極12とポリイミド配向膜17とが直
接積層される部分での電気容量が大きくなるために、そ
の部分にイオン、極性分子等が集中するためと考えられ
る。

本実施例の液晶表示装置における内部分極の発生状態を
調べたところ、第３図に示す結果が得られた。内部分極
の発生は、所定の直流電圧を30分間印加して、フリッカ
ー（ちらつき）の消去に必要な対向電極基板のオフセッ
ト電圧の波形を検出して評価した。このとき、ゲート電
圧の波形のカップリングを除くために、ゲート電圧をオ
ン電圧に固定した。なお、各TFTおよび各絵素電圧の全
てにSiNx製の絶縁保護膜を設けた場合の内部分極につい
て測定し、その結果を第３図に併記した。0vは、初期状
態を示す。本実施例の液晶表示装置では、内部分極はほ
とんど発生しなかった。

内部分極の発生状態は、TFT等の機能素子のない単純な
液晶セルを製造し、液晶層を挟む電極間に外部より模擬
電圧を印加することによっても、評価し得る。

さらに、本発明の液晶表示装置では、絵素電極12におけ
る絶縁保護膜16を介することなく直接ポリイミド配向膜
17が積層された領域12aが複数になっているために、液
晶層30内に異物が混入しても、第１図に二点鎖線で示す
ように、その異物40は、通常、絵素電極12の所定領域12
a上に直接積層されたポリイミド配向膜17に接するおそ
れがほとんどなく、該異物40と絵素電極12との間には、
ポリイミド配向膜17および絶縁保護膜16が介在するた
め、該異物40による絵素電極12と対向電極23との間のリ
ークを防止し得る。

第１図および第２図に示す本実施例の液晶表示装置にお
けるTFT15のオフ特性劣化による表示むら、内部分極に
よる表示品位の低下（ちらつき、コントラスト等）、お
よび残像について調べたところ、表１の実施例１に示す
結果が得られた。比較のために、第１図において対向電
極基板20の対向電極22とポリイミド配向膜24との間に、
厚さ2000ÅのSiO₂絶縁保護膜を設けたもの（実施例
２）、絵素電極に絶縁保護膜をまったく設けず、かつ対
向電極基板にも絶縁保護膜を設けないもの（比較例
１）、絵素電極の絶縁保護膜を、各絵素電極の全面に積
層するとともに、対向電極基板に絶縁保護膜を設けたも
の（比較例２）、対向電極基板に絶縁保護膜を設けない
こと以外は比較例２と同様のもの（比較例３）それぞれ
についても、TFTのオフ特性劣化による表示むら、内部
分極による表示品位の低下、および残像について調べ
た。それぞれの結果を表１に併記する。

このように、本発明の液晶表示装置は、TFTオフ特性劣
化による表示むら、内部分極による表示品位の低下、お
よび残像がほとんど生じず、良好な表示が得られた。

なお、対向電極基板の対向電極とポリイミド配向膜との
間に、絶縁保護膜を介在させない方が、より良好な表示
が得られる。また、絵素電極基板の絶縁保護膜としてSi
O₂を用いた場合にも同様の結果が得られた。

（発明の効果）本発明の液晶表示装置は、このように、各絵素電極の複
数の領域を除いて無機質窒化物または無機質酸化物でな
る絶縁保護膜が積層されて、該絶縁保護膜および絵素電
極上にポリイミド系樹脂製の配向膜が積層されているた
め、絵素電極上のポリイミド系樹脂製の配向膜が直接積
層された複数領域にて内部分極の発生が抑制されるとと
もに、液晶層に異物が混入しても該異物により、絵素電
極と対向電極との間がリークするおそれがほとんどな
い。絶縁保護膜は絵素電極基板上の機能素子を覆ってい
るため、各機能素子を保護し得るとともに、各絵素電極
間のリーク電流の発生も防止し得る。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の液晶表示装置の一例を示す断面図、第
２図はその絵素電極の平面図、第３図は絵素電極に直流
電圧を印加した場合に発生する内部分極について示すグ
ラフである。 10…絵素電極基板、11…透明基板、12…絵素電極、13…
ソース配線、14…ゲート配線、15…TFT、16…絶縁保護
膜、17…配向膜、20…対向電極基板、23…対向電極、30
…液晶層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶層と、該液晶層の各絵素を駆動すべく基板上にマトリクス状に
配設された多数の絵素電極と、各絵素電極にそれぞれ電
気的に接続されて該基板上にマトリクス状に配設された
機能素子と、各絵素電極上の複数領域を除いて基板上に
積層された無機質窒化物または無機質酸化物でなる絶縁
保護膜と、該絶縁保護膜および各絵素電極上の前記複数
領域に直接積層されたポリイミド系樹脂製の配向膜とを
有する絵素電極基板と、該絵素電極基板とは前記液晶層を挟んで配設され、各絵
素電極に対向する対向電極を有する対向電極基板と、を具備してなる液晶表示装置。