JPH0786610B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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た多数の絵素電極に
より表示を行う、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
示セルが構成されている。絵素電極基板は、絶縁性の透
明基板上にマトリクス状に配設された多数の絵素電極を
有している。各絵素電極には所定の電圧を印加するため
の機能素子が接続されている。絵素電極に接続される機
能素子として、TFT（薄膜トランジスタ）、MIM（金属−
絶縁層−金属）素子、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基板では、各絵素電極及び各機能素
子の機械的損傷や化学的損傷を防止し、且つ、各絵素電
極間の電気的リークを防止するために、外部端子等と接
続するための部分を除いて、絵素電極基板の全面に絶縁
保護膜が形成されている。絶縁保護膜はSiN_x、SiO₂等の
無機質窒化物、無機質酸化物等からなる。絶縁保護膜上
には液晶層の液晶分子を配向させるための配向膜が積層
される。配向膜は、例えば、ポリイミド系樹脂の膜をラ
ビング処理することにより形成される。

液晶層を挟んで絵素電極基板に対向する対向電極基板に
は、対向電極が配設される。更に対向電極上の全面に、
配向膜が形成される。この配向膜は絵素電極基板上の配
向膜と同様にして形成されている。絵素電極基板上の配
向膜と対向電極基板上の配向膜とにより、液晶分子のツ
イスト配向が可能となる。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように配向膜としてポリイミド系樹脂を用いた液
晶表示装置に於いては、該配向膜と絵素電極との間に内
部分極が生じ易いことが明らかにされている（特願昭63
−328150号）。内部分極の発生の詳細なメカニズムは明
らかにされておらず、種々の説がある。本発明らは、極
性分子、イオン等のポリイミド膜内又は表面への特異吸
着により、絵素電極との間に形成される電気二重層が原
因であると考えている。この内部分極は液晶層に印加さ
れる電圧に悪影響を及ぼす。即ち、この内部分極によ
り、液晶分子を配向変換させ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
が重畳され、該交流電圧が非平衡状態となる。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
てオフセット状態となると、表示画面上にはフリッカ
（ちらつき）が発生し、コントラストの低下が生じる。
更に、重畳される直流成分のばらつきにより、コントラ
ストのムラが生じ、表示品位を著しく低下させる。

また、各絵素電極に接続される機能素子としてTFTを用
いる場合には、ゲート電極及びドレイン電極間に形成さ
れる容量によるゲート電圧がドレイン電圧にカップリン
グし、直流成分が重畳される。この直流成分は対向電極
に直流成分を印加することにより、或程度は補償され
る。しかし、このドレイン電極に重畳される直流成分
は、ソース電極電圧レベルにより大きく変化するので、
完全には補償され得ない。従って、完全に補償され得な
い直流成分はポリイミド系樹脂の配向膜に印加され、上
述の内部分極を更に増大させる。このように増大した内
部分極は、残像の一つの原因となっている。

上述した問題点を解決するために、例えば、各絵素電極
上の絶縁保護膜を部分的に除去し、ポリイミド系樹脂の
配向膜を絵素電極の一部分に接するように直接積層する
構成が考えられる。この構成によれば、絵素電極以外の
部分の機能素子等は、絶縁保護膜によって保護され、し
かも、各絵素電極上に生じる内部分極が抑制され得る。

しかし、このような構成では液晶層内に導電性の異物が
混入し、絵素電極の絶縁保護膜が形成されていない領域
上の配向膜と、対向電極上の配向膜とに接触すると、こ
れらの電極間にリーク電流が生じる。このようなリーク
電流が生じると、該電流が生じている部分の液晶層には
電圧が十分に印加されず、絵素欠陥を生じることにな
る。絵素欠陥の発生は液晶表示装置の表示品位の低下を
招き、表示装置の歩留りを低下させる。

液晶層への異物混入による絵素欠陥の発生の問題を解決
するために、第５図に示すように絶縁保護膜が除去され
た領域を多数に分割し、該分割された部分の面積を小さ
くすることが考えられる。第５図の絵素電極基板では、
ゲートバス配線14及びソースバス配線13によって規定さ
れる矩形の領域に形成された絵素電極12上には、矩形領
域27を除く領域に絶縁保護膜（図示していない）が形成
されている。ゲートバス配線14及びソースバス配線13の
交差位置近傍のゲートバス配線14上には、機能素子とし
てTFT15が設けられている。このように絶縁保護膜が除
去された領域を多数の小さな部分に分割すれば、たとえ
異物が液晶層内に混入しても、リーク電流の発生を抑制
することができる。

ところが、絵素電極上に絶縁保護膜が形成されている領
域と、形成されていない領域とが存在すると、その上に
形成される配向膜に凹凸を生じることになる。このよう
な凹凸が存在する配向膜をラビング処理すると、十分な
ラビング処理ができない部分が生じる。配向膜のラビン
グ処理が不十分な部分では液晶層の配向が乱れ、液晶表
示装置の表示品位の低下を招く。

本発明は上述の問題点を解決するものであり、本発明の
目的は、ポリイミド系樹脂を配向膜として用いた場合
に、内部分極現象の影響を抑制し得て、しかも絵素電極
と対向電極間のリークによる絵素欠陥の発生も抑制し得
て、更に、均一なラビング処理を施し得る液晶表示装置
を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明の液晶表示装置は、一対の絶縁性基板と、該一対
の基板の何れか一方の基板内面にマトリクス状に配設さ
れた多数の絵素電極と、該一対の基板間に封入された液
晶層と、を備えた液晶表示装置であって、該絵素電極上
の縦長の領域を除いた領域に形成された、無機質窒化物
及び無機質酸化物の何れかで成る絶縁保護膜と、該絶縁
保護膜及び該縦長の領域上の全面に形成された、ラビン
グ処理されたポリイミド系樹脂で成る配向膜と、を有
し、該縦長の領域の長手方向と、該配向膜のラビング処
理の方向とが略一致しており、そのことによって上記目
的が達成される。

本発明に於いて、縦長の領域とは、長方形、楕円等の形
状を有する領域の他、実質的に該領域の一方方向の長さ
が該方向に直交する方向の長さ（幅）より大きい領域を
いう。

（作用） 内部分極の大きさは、表示画面上のフリッカを消去する
のに必要な対向電極のオフセット直流電圧を測定するこ
とにより測定され得る。この測定に際しては、ゲート電
圧波形のカップリングを除去するために、ゲート電圧を
ON電圧に固定する必要がある。また、TFT等の機能素子
のない単純な液晶セルを作製し、液晶層を挟む電極間に
外部より模擬波形を印加することにより評価することも
可能である。

絶縁保護膜の有無による内部分極の大きさの違いを第３
図に示す。第３図は、この図の横軸に示す直流電圧を表
示装置に30分間印加した後の内部分極の大きさを示して
いる。内部分極の値は、上述のようにフリッカを消去す
るのに必要な電圧を測定することによって求めた。絵素
電極基板上の全面に絶縁保護膜を形成し、更にその上か
らポリイミド系樹脂の配向膜を形成した絵素電極基板を
有する表示装置の内部分極を、第３図のに示してあ
る。また、絵素電極基板の絵素電極上のみの絶縁保護膜
を除去した表示装置の内部分極を、第３図のに示して
ある。第３図の及びの比較から明らかなように、絵
素電極上の絶縁保護膜が除去されている表示装置の内部
分極は、絵素電極基板の全面に絶縁保護膜が形成されて
いる表示装置のそれより小さくなっている。絶縁保護膜
が除去されている領域の大きさが絵素電極面積の約1/10
0以上あれば、内部分極を抑制する効果があることが確
かめられている。

本発明の絶縁保護膜が形成されていない縦長の領域によ
って、リーク電流の発生が抑制される様子を説明する為
の模式図を、第４図（ａ）に示す。比較のため、絶縁保
護膜が形成されていない領域が１つの大きな領域を成し
ている場合の模式図を、第４図（ｂ）に示す。第４図
（ａ）に於いて、絶縁性基板40上に絵素電極41及び機能
素子48が設けられ、その上から絶縁保護膜46が堆積され
ている。絶縁保護膜46は、絵素電極41上の縦長の領域50
を除いた領域に堆積されている。絶縁保護膜46上には配
向膜43が全面に堆積され、絵素電極基板52が構成されて
いる。絵素電極基板52に対向する対向電極基板53では、
絶縁性基板45上にカラーフィルタ47が形成され、カラー
フィルタ47上の全面に対向電極42が形成されている。更
に、対向電極42上の全面に配向膜44が形成されている。
絵素電極基板52及び対向電極基板53の間には液晶55が封
入されている。

このような液晶表示装置に於いて、液晶層に導電性の異
物49が混入した場合には、異物49は対向電極基板45上の
対向電極42と配向膜44を介して電気的に接続された状態
となる。しかし、絵素電極基板52上に配向膜43が接して
いる縦長の領域50は幅が狭いので、異物49と絵素電極41
とは電気的に接続された状態とはならない。即ち、絵素
電極41と対向電極42との間は電気的に絶縁された状態を
保持している。従って、異物49によるリーク電流は生じ
ない。

一方、第４図（ｂ）に示すように、絵素電極41上の絶縁
保護膜46が形成されない大きな領域51を有する表示装置
では、導電性の異物49は絵素電極基板52上の絵素電極41
と配向膜を介して電気的に接続された状態となる。従っ
て、絵素電極41と対向電極42との間は電気的に接続され
た状態となり、これらの電極の間にリーク電流が発生す
る。

更に本発明に於いて、絶縁保護膜が形成されていない縦
長の領域の長手方向と、配向膜のラビング処理の方向と
が略一致しているので、ラビング処理が均一に行われ得
る。従って、液晶分子の配向不良による画像品位の低下
は低減される。

（実施例） 本発明を実施例について以下に説明する。

本発明の液晶表示装置の１実施例に用いられる絵素電極
基板の平面図を第１図に示す。絶縁性基板上に多数のゲ
ートバス配線14が平行して形成され、ゲートバス配線14
に直交して多数のソースバス配線13が形成されている。
ゲートバス配線14及びソースバス配線13によって規定さ
れるマトリクス状の多数の矩形領域には、絵素電極12が
配設されている。ゲートバス配線14及びソースバス配線
13の交差部近傍のゲートバス配線14上には、機能素子と
してTFT15が設けられている。絵素電極12はTFTF15を介
して、ゲートバス配線14及びソースバス配線13によって
駆動される。

第１図のII−II線に沿った断面図を、第２図に示す。本
実施例を製造工程に従って説明する。ガラス基板等の絶
縁性基板11上に、スパッタリング法によりTa金属を3000
Åの厚さに堆積した。フォトリソグラフィ法及びエッチ
ングにより、このTa金属層のパターニングを行い、ゲー
トバス配線14を形成した。ゲートバス配線14の一部がゲ
ート電極として機能する。次に、陽極酸化により、ゲー
トバス配線14上に厚さ2000ÅのTa₂O₅から成る陽極酸化
膜15aを形成した。陽極酸化膜15a上の全面に、プラズマ
CVD法により厚さ2000ÅのSiN_xから成るゲート絶縁膜15b
を堆積した。ゲート絶縁膜15b上の全面に、後に半導体
層15cとなる真性半導体アモルファスシリコン（ａ−Si
（ｉ））層を300Åの厚さに、そして、後に絶縁層15dと
なるSiN_x層を2000Åの厚さに連続して堆積させた。上記
SiN_x層を所定の形状にパターニングし、ゲートバス配線
14のゲート電極として機能する部分の上方のみを残して
絶縁層15dを形成した。

絶縁層15dを覆って全面に、後にコンタクト層15eとなる
ａ−Si（n⁺）層を、プラズマCVD法により400Åの厚さに
堆積した。次に、このａ−Si（n⁺）層及び前述のａ−Si
（ｉ）層を所定の形状にパターニングし、半導体層15c
及びコンタクト層15eを形成した。コンタクト層15eは、
半導体層15cと、ソース電極15f及びドレイン電極15gと
の間のオーミックコンタクトのために設けられる。この
時点ではコンタクト層15eは、絶縁層15d上でつながって
いる。

この基板の全面にスパッタリング法により、Ti金属又は
Mo金属から成る金属層を3000Åの厚さに堆積し、この金
属層をエッチングによりパターニングして、ソース電極
15f及びドレイン電極15gを形成した。この時、絶縁層15
d上ではコンタクト層15eも同時にエッチング除去され、
ソース電極15fの下方の部分と、ドレイン電極15gの下方
の部分とに分割される。以上のようにしてTFT15が作製
される。また、ソースバス配線13もソース電極15f及び
ドレイン電極15gと同時に形成される。従って、ソース
バス配線13はゲート絶縁膜15b及び陽極酸化膜15aを介し
て、ゲートバス配線14と交差することになる。

次に、スパッタリング法により基板11上の全面に、ITO
膜を1000Åの厚さに堆積した。このITO膜を所定の形状
にパターニングし、絵素電極12を形成した。次に、絵素
電極12上の全面に、SiN_xから成る絶縁保護膜16を5000Å
の厚さに堆積した。フォトリソグラフィ法及びエッチン
グにより絶縁保護膜16を除去し、第１図に示す形状の縦
長領域25を形成した。絶縁保護膜16の材料としては、Si
N_x等の無機質窒化物に限らず、SiO₂、Ta₂O₅、Al₂O₃、Y₂
O₃、TiO₂等の無機質酸化物を用いることもできる。縦長
領域25は１つの絵素電極12当り３箇所に設けられ、ほぼ
絵素電極12の対角線の方向に向けて形成されている。こ
の縦長領域25の長手方向は、後に形成されるポリイミド
系樹脂で成る配向膜17のラビング処理の方向に一致して
いる。縦長領域25の幅は何れも７μｍである。３箇所の
縦長領域25のうち、中央に位置する最も長い縦長領域の
長さは130μｍである。他の２つの短い縦長領域の長さ
は65μｍである。

更に絶縁保護膜16上の全面にポリイミド系樹脂膜を形成
した。この膜は、ポリイミド樹脂（商品名オプトマーA
L、日本合成ゴム社製）を600Åの厚さにオフセット印刷
された後、200℃で１時間の熱処理が施されている。こ
の膜をナイロン織布で第１図の矢印26に示す方向にラビ
ング処理することにより、配向膜17を形成した。前述の
ように、本実施例では縦長領域25の長手方向は、配向膜
17のラビング処理の方向に一致させてある。以上のよう
にして、絵素電極基板10が完成される。

次に、対向電極基板20について説明する。まず、ガラス
基板21上にゼラチン染色法によりカラーフィルタ22を形
成した。カラーフィルタ22の色は、赤、緑、青の３色で
ある。カラーフィルタ22上の全面に、ITOから成る対向
電極23を堆積した。更に、対向電極23上に配向膜24を形
成した。配向膜24は前述の配向膜17と同様にして形成さ
れている。

絵素電極基板10及び対向電極基板20の間に、５μｍのプ
ラスチックビーズをスペーサとして挟み、エポキシ系接
着剤を用いてこれらの基板10及び20を貼り合わせた。更
に、これらの基板10及び20の間に液晶（フェニルシクロ
ヘキサン系液晶、メルク社製）を封入し、液晶表示装置
を完成させた。

本実施例では絶縁保護膜16が形成されていない領域が設
けられているので、内部分極が殆ど発生しない。従っ
て、フリッカの発生やコントラストの低下が防止されて
いる。また、本実施例では絶縁保護膜16が形成されてい
ない領域が長い形状を有する縦長領域25として形成され
ているので、液晶に混入した導電性異物による絵素電極
12と対向電極23との間のリーク電流は殆ど発生しない。
更に、縦長領域25の長手方向と配向膜17のラビング処理
の方向とが一致しているので、配向膜17のラビング処理
は均一に施されている。従って、液晶分子の配向不良に
よる画像品位の低下は生じない。

（発明の効果） 本発明によれば、フリッカの発生やコントラストの低下
が防止されているので、高い画像品位を有する液晶表示
装置が得られる。また、液晶層を挟む電極間のリーク電
流の発生が防止されるので、液晶表示装置の歩留りが向
上する。更に、本発明の液晶表示装置では、配向膜のラ
ビング処理が均一に行われているので、そのことによっ
ても高い画像品位を有する液晶表示装置が提供され得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明液晶表示装置の１実施例を構成するアク
ティブマトリクス基板の平面図、第２図は第１図の基板
を用いた本発明液晶表示装置のII−II線に沿った断面
図、第３図は絶縁保護膜の有無による内部分極の違いを
示す図、第４図（ａ）及び（ｂ）は絶縁保護膜が形成さ
れていない領域の形状の違いにより、異物混入によるリ
ーク電流が発生するか否かを示す図、第５図はアクティ
ブマトリクス基板の改良例を示す図である。 10……絵素電極基板、11,21……絶縁性基板、12……絵
素電極、13……ソースバス配線、14……ゲートバス配
線、15……TFT、15a……陽極酸化膜、15b……ゲート絶
縁膜、15c……半導体層、15d……絶縁層、15e……コン
タクト層、15f……ソース電極、15g……ドレイン電極、
16……絶縁保護膜、17,24……配向膜、20……対向電極
基板、22……カラーフィルタ、23……対向電極、25……
縦長領域、26……ラビング処理方向を示す矢印。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−296123（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−171721（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−219028（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−275925（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−136623（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の絶縁性基板と、該一対の基板の何れ
   か一方の基板内面にマトリクス状に配設された多数の絵
   素電極と、該一対の基板間に封入された液晶層と、を備
   えた液晶表示装置であって、 該絵素電極上に上記液晶層に混入される導電性異物より
   幅狭の縦長の領域を除いた領域に形成された、無機質窒
   化物及び無機質酸化物の何れかでなる絶縁保護膜と、該
   絶縁保護膜及び該縦長の領域上の全面に形成された、ラ
   ビング処理されたポリイミド系樹脂で成る配向膜とを有
   し、該縦長の領域の長手方向と、該配向膜のラビング処
   理の方向とが略一致している液晶表示装置。