JPH11295763A

JPH11295763A - アクティブマトリクス型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11295763A
Application number: JP731099A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Umeda; 啓之梅田; Yasushi Tomioka; 冨岡　　安; Sukekazu Araya; 介和荒谷; Katsumi Kondo; 克己近藤; Shigeru Matsuyama; 茂松山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】低駆動電圧の横電界方式アクティブマトリクス
型液晶表示装置を長時間使用した際に生じる輝度ムラの
低減。【解決手段】横電界方式アクティブマトリクス型液晶表
示装置において、電極と配向制御層との間に有機物層を
形成することにより、電極上の絶縁膜や保護絶縁膜に生
じた欠陥部に有機物層が形成され、電極が液晶と接触す
ることを防ぐことができる。また、誘電体基板上に絶縁
膜を介して形成される電極、たとえば信号電極や画素電
極を酸化膜で覆うことにより、走査電極よりも正電位に
ある電極が液晶と接触することを防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用して液晶を
駆動するアクティブマトリクス型液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクティブマトリクス型液晶表示
装置においては、液晶層を駆動する電極は２枚の基板上
にそれぞれ形成された、対向している透明電極を用いて
いた。これは液晶に印加する電界の方向を基板表面にほ
ぼ垂直な方向とすることで動作する、ツイステッドネマ
チック（ＴＮ）方式を採用していたことによるものであ
る。一方、液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ
平行にして視野角を飛躍的に拡大した横電界方式が、例
えば特公昭63−21907 号，USP4345249号，WO91／10936
号，特開平6−222397 号及び、特開平6−160878 号等に
より提案され、実用化されている。これらのアクティブ
マトリクス型液晶表示装置では、通常基板上の金属電極
が液晶と直接接触することを防ぐために、電極上に無機
物の絶縁膜や保護絶縁膜が窒化珪素等で形成されてい
る。これらの絶縁膜にはその製造工程において、例えば
窒化珪素の成膜不良やエッチング不良によりピンホール
のような欠陥が生じる場合がある。この様な欠陥が生じ
た液晶表示装置を長時間使用すると、以下のような理由
により、表示面に輝度ムラが生じる。電極を覆う絶縁膜
や保護絶縁膜にピンホールのような欠陥があると、その
欠陥部分では液晶と金属電極とが直接接触する。ここ
で、走査電極は薄膜トランジスタがオンになる僅かな選
択期間を除いたほとんどの期間、他の電極に対して１０
Ｖ以上の負電位に維持される。従って、長時間にわたっ
て液晶表示装置を駆動すると、常時１０Ｖ以上の直流電
圧が液晶層を介して走査電極や他の電極に印加されるよ
うになるため、電気化学反応が徐々に生じてイオン性不
純物が発生する。この結果、欠陥部分の近辺で液晶中の
イオン濃度が増加したり、生じたイオンが配向膜に吸着
したりして、液晶に印加される実効的な駆動電圧が局所
的に低下し輝度ムラが発生する。横電界方式における液
晶と金属電極とが直接接触することに起因して生じる輝
度ムラの低減方法として、ＴＦＴ基板上の電極の高さと
保護絶縁膜の膜厚との関係や、電極形状，保護絶縁膜材
料を規定することにより保護絶縁膜に欠陥が生じること
を抑制する方法が特開平10−206857号に提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記の横電界方式の公
知技術では、基板上の電極段差構造に起因したクラック
状の保護絶縁膜欠陥の発生を抑制する方法が提案されて
いるが、窒化珪素の成膜不良やエッチング不良により生
じる保護絶縁膜の欠陥は抑制できないという問題があ
る。

【０００４】また、従来の横電界方式では、電極上の絶
縁膜や保護絶縁膜に生じた欠陥により液晶と金属電極と
が直接接触すると、縦電界方式に比べて輝度ムラが特に
顕著に生じるという問題がある。横電界方式では液晶を
駆動するための電界の方向が基板面内方向であるため
に、不純物イオンの発生源から画素領域への拡散を助長
する。また、横電界方式では液晶層の厚さが縦電界方式
に比べて薄いため、１画素当たりの液晶層の体積が小さ
く、同じ量の不純物イオンの発生によっても縦電界方式
に比べて液晶層のイオン濃度が高くなる。さらに液晶層
の容量が縦電界方式の１／１０程度であるため液晶層の
イオン濃度が増加した時に液晶層に印加される実効的な
電圧の低下が縦電界方式に比べて大きい。これらの要因
により横電界方式では縦電界方式に比べて輝度ムラが顕
著に生じる。

【０００５】一方、従来の横電界方式液晶表示装置で
は、上記の輝度ムラを抑制するために窒化珪素の絶縁保
護膜を電極上に厚く形成していた。この様な構成とする
ことで成膜不良やエッチング不良により生じる窒化珪素
の欠陥数を減少させることができるが、横電界方式で
は、電極と液晶層の間の距離が遠くなるため駆動電圧が
上昇するという問題がある。つまり横電界方式では、長
期間使用した場合に生じる輝度ムラを抑制するために高
い液晶駆動電圧が必要であるという問題もある。

【０００６】本発明はこれらの問題を解決するものであ
り、その目的は電極上の保護絶縁膜に欠陥が生じた場合
でも、電極と液晶の接触を抑制することにより液晶の劣
化を抑制して、長時間の駆動によっても輝度ムラを生じ
ない高画質で広視野角，低駆動電圧のアクティブマトリ
クス型液晶表示装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置
は、少なくとも一方が透明な一対の誘電体基板，該基板
間に誘電異方性を有する液晶組成物層，液晶を配向させ
るための配向制御層，誘電体基板上の電極群，偏光手
段，駆動電圧波形を発生させる駆動ＬＳＩを備え、これ
ら電極群のうち少なくとも１つの電極と配向制御層との
間に有機物層を有するようにしているものである。

【０００８】上記手段によると、保護絶縁膜や絶縁膜に
欠陥が生じた場合でも金属電極が液晶と接触することを
防止できる。電極と配向制御層との間に有機物層を形成
すると、絶縁膜や絶縁保護膜に欠陥が生じた場合でも、
その欠陥部が有機物層で埋められるので、欠陥部での電
極と液晶との接触が防止され、電気化学反応によるイオ
ン性不純物の発生が抑制される。このとき、液晶に電圧
を印加する電極間の有機物層を除去して、有機物層が電
極部に選択的に形成された構成にすると、電極間におけ
る液晶層と電極との距離が離れず、電極間に印加した電
圧が有効に液晶層に印加されるので、駆動電圧の上昇を
抑制する効果が得られる。従って電極上の保護絶縁膜を
薄くした場合でも不純物イオンの発生を抑制することが
できるので、輝度ムラの抑制と駆動電圧の低減が同時に
可能となる。

【０００９】また、前記有機物層を、絶縁保護膜や絶縁
膜の欠陥が電極上に生じた部分に選択的に形成すると、
絶縁保護膜や絶縁膜の欠陥部以外の電極上には有機物層
が形成されないので、駆動電圧をさらに低減する効果が
得られる。この様な有機物層としてはポリアミノ樹脂を
用いることができる。ポリアミノ樹脂は電着法で成膜す
ることができるので、樹脂溶液中で電圧印加することに
より電極が露出する欠陥部に選択的に成膜される。電着
法では、保護絶縁膜や絶縁膜に欠陥が生じた基板を対向
電極とともに樹脂溶液に浸漬して、基板上の電極と対向
電極との間に直流電圧を印加する。このとき、保護絶縁
膜の欠陥が電極上に生じた部分を電流は流れるため、保
護絶縁膜の欠陥が電極上で生じた部分に樹脂溶液中のポ
リマーが析出し、電極上の欠陥部分が選択的にポリマー
で覆われる。また、絶縁保護膜や絶縁膜の欠陥が電極上
に生じた部分に選択的に有機物層を形成する方法として
電解重合法を用いることもできる。電解重合法では保護
絶縁膜や絶縁膜に欠陥が生じた基板を対向電極とともに
原料モノマー溶液に浸漬して、基板上の電極と対向電極
との間に直流電圧を印加する。この時保護絶縁膜の欠陥
が電極上で生じた部分で電解重合が生じ、欠陥部分の電
極上に選択的にポリマーが形成されて電極が覆われる。
電解重合により形成されるポリマーは分子量の小さいモ
ノマーが電極上で重合して生成するので緻密な膜とな
る。また、モノマーが電極上で重合する際に気体の発生
を伴わないので、絶縁膜や保護絶縁膜の欠陥部分に気泡
が生じることなく緻密な有機膜が形成される。

【００１０】尚、前記有機物が複素五員環化合物，芳香
族炭化水素，芳香族アミン，環状エーテルの少なくとも
１種を原料モノマーとするポリマーであることで、正極
性の電極上に電解重合による有機物を好適に形成するこ
とができる。

【００１１】また、前記有機物はピロール，チオフォ
ン，フラン，インドール，ベンゼン，ナフタレン，アン
トランセン，アニリン，フェノール，テトラヒドロフラ
ンまたはこれらの誘電体のうち少なくとも１つを原料モ
ノマーとするポリマーである。また、前記有機物がビニ
ル化合物を原料モノマーとするポリマーであることで、
負極性の電極上に電解重合による有機物を好適に形成す
ることができる。

【００１２】また、前記ビニル化合物はアクリロニトリ
ル，メタクリロニトリル，メチルアクリレート，メチル
メタクリレート，ブタジエン，スチレン，イソプレン，
α−メチルスチレンまたはこれらの誘電体である。

【００１３】また、前記有機物が絶縁体であることで、
液晶と電極とが確実に絶縁され、電気化学反応によって
生じる液晶の劣化を抑制する効果が大きい。

【００１４】また、前記液晶組成物中にシアノ基を有す
る化合物が少なくとも１種類含まれることで、駆動電圧
を低減することができるとともに、液晶組成物のインピ
ーダンスは低下するものの輝度ムラの発生を抑制するこ
とができる。

【００１５】一方、本発明者らは、液晶と電極とが接触
して電気化学反応が生じる際、相対的に正電位になる電
極側で金属電極の溶解が生じ易いことを見出した。走査
電極上に絶縁膜を介して形成された信号電極などの電極
を酸化膜で覆うと、絶縁膜や絶縁保護膜に欠陥が生じた
場合でも、走査電極に対して１０Ｖ以上も正電位にある
金属電極が液晶と接触しなくなり、金属電極の溶解が抑
制される。金属電極の溶解は、輝度ムラの原因となるイ
オン性不純物を発生させるので、金属電極の溶解を抑制
する上記の手段によって、輝度ムラの原因となるイオン
性不純物の発生を抑制することができる。また、電極を
覆う酸化膜を形成したことによって、電極上の保護膜が
多層構造になり、酸化膜の欠陥と保護絶縁膜の欠陥が同
じ場所に生じる確率が著しく低くなる。従って、酸化膜
の膜厚以上に保護絶縁膜の膜厚を薄くしても、輝度ムラ
の原因となる不純物イオンの発生を抑制する効果が得ら
れるので、輝度ムラの抑制と駆動電圧の低減が同時に可
能となる。

【００１６】本発明によれば保護絶縁膜や絶縁膜の欠陥
が電極上に生じた場合でも金属電極が液晶と接触するこ
とを防止できるので、輝度ムラの抑制と保護絶縁膜の薄
膜化による駆動電圧の低減が同時に可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により説明
するが、これらの実施例は本発明の例示であり、本発明
の範囲を何等制限するものではない。

【００１８】（実施例１）図１に本発明によるアクティ
ブマトリックス型液晶表示装置における画素の断面の一
部を示す。図１において、１は第１誘電体基板、２は共
通電極、３は自己酸化膜、４は絶縁膜、５は画素電極、
６は信号電極、７は保護絶縁膜、８は配向膜、９は液晶
層、１０は有機物層、１１はオーバーコート膜、１２は
カラーフィルタ、１３はブラックマトリクス、１４は第
２誘電体基板、１５は偏光板である。本発明におけるア
クティブマトリックス型液晶表示装置では、共通電極２
と画素電極５との間に、第１誘電体基板１の表面にほぼ
平行な電界を発生させ、液晶層９内の液晶分子を第１誘
電体基板１の表面に平行方向に回転させることによって
画像表示を行う。

【００１９】以下に本実施例の具体的な構成を説明す
る。第１誘電体基板上には各種電極群、短絡を防ぐため
の絶縁膜，薄膜トランジスタ，薄膜トランジスタや電極
群を保護する保護絶縁膜が形成されＴＦＴ基板が構成さ
れる。

【００２０】図２はＴＦＴ基板上の１画素とその周辺を
示す平面図である。また、図１に示した液晶表示装置の
画素の一部を表す断面構造は図２のＡ−Ａ′切断線部分
に対応している。図２に示すように、各画素は走査電極
１６と、共通電圧信号線１７と、隣接する２本の信号電
極６との交差領域内(４本の信号線で囲まれた領域内)に
配置される。各画素は薄膜トランジスタ１８，蓄積容量
１９，画素電極５および共通電極２を含んでいる。走査
電極１６，共通電圧信号線１７は図では左右方向に延在
し、上下方向に複数本配置されている。信号電極６は上
下方向に延在し、左右方向に複数本配置されている。画
素電極５は薄膜トランジスタ１８と接続され、共通電極
２は共通電圧信号線１７と一体になっている。画素電極
５と共通電極２は互いに対向して櫛歯状に構成され、そ
れぞれ、図の上下方向に長細い電極となっている。

【００２１】図３は図２のＢ−Ｂ′切断線における薄膜
トランジスタ１８の断面を示す図である。薄膜トランジ
スタ１８は、走査電極１６と兼用のゲート電極，絶縁膜
４，ｉ型半導体層２０，画素電極５と兼用で一体に形成
されたソース電極，信号電極６と兼用で一体に形成され
たドレイン電極を有する。

【００２２】共通電極２と走査電極１６はアルミニウム
（Ａｌ）をパターニングすることによって形成されてい
る。さらに共通電極２と走査電極１６には陽極酸化法に
よって形成した自己酸化膜３が形成されている。また、
信号電極６と交差する部分は信号電極６との間で短絡す
る確率を小さくするために細くし、さらに短絡した場合
でもレーザートリミングで切り離すことができるように
二股にしてある。

【００２３】共通電極と走査電極１６の上には絶縁膜が
窒化珪素で形成されており、本実施例における膜厚は約
０.２４μｍである。

【００２４】ｉ型半導体層２０は、０.２μｍの非晶質
シリコンで形成されている。また、走査電極１６と信号
電極６との交差部及び、共通電圧信号線１７と信号電極
６との交差部での短絡を低減するために、これらの交差
部にもｉ型半導体層２０が形成されている。

【００２５】ソース電極，ドレイン電極とｉ型半導体層
２０の間にはオーミックコンタクト用にｉ型半導体層２
０の表面にリン（Ｐ）をドープしたＮ（＋）型非晶質シ
リコン半導体層２１が形成されている。

【００２６】信号電極６と画素電極５はクロム（Ｃｒ）
をパターニングすることによって形成されている。

【００２７】薄膜トランジスタ１８や信号電極６，画素
電極５上には０.３μｍの保護絶縁膜７が窒化珪素で形
成されている。

【００２８】ここで、絶縁膜４や保護絶縁膜７には、そ
の製造工程において、窒化珪素の成膜不良やエッチング
不良によって、例えばピンホールのような欠陥が生じる
場合がある。このような欠陥が絶縁膜４や保護絶縁膜７
に生じると走査電極１６や信号電極６等の電極が液晶と
接触し、電気化学反応による不純物イオンの発生を助長
して輝度ムラを生じる。そこで、ＴＦＴ基板を対向電極
とともにポリアミノ樹脂溶液に浸漬して、ＴＦＴ基板上
の電極が対向電極に対して負極性となるように直流電圧
２０Ｖを印加した。このような工程を実施することによ
り、絶縁膜４や保護絶縁膜７の欠陥が電極上に生じた部
分にポリアミノ樹脂が有機物層１０として形成され電極
が覆われる。

【００２９】本実施例では絶縁膜４や保護絶縁膜７の欠
陥が電極上に生じた場合でも、欠陥部に形成された有機
物層１０により電極と液晶とが物理的に接触しなくな
る。この結果、電気化学反応によるイオン性不純物の発
生が抑制され、輝度ムラの発生を抑制する効果が得られ
る。

【００３０】図４は第２の誘電体基板上にブラックマト
リクス１３，カラーフィルタ１２，オーバーコート膜１
１を順次形成して構成したカラーフィルタ基板である。
ブラックマトリクス１３には、たとえば、カーボンや有
機顔料をレジスト材に混入した材料が用いられる。カラ
ーフィルタ１２は赤，青，緑の繰り返しでストライプ状
に構成されている。カラーフィルタ１２には、たとえば
アクリル樹脂に顔料を分散した材料が用いられる。オー
バーコート膜１１は、たとえば、アクリル樹脂，エポキ
シ樹脂等の透明樹脂材料で形成される。

【００３１】ＴＦＴ基板の保護絶縁膜７上および、カラ
ーフィルタ基板のオーバーコート膜１１上には配向膜８
として膜厚約８０ｎｍのポリイミドが形成されており、
液晶を配向させるためにその表面がラビング処理されて
いる。ラビング方向は上下基板で互いに平行であり、か
つ印加電界方向とのなす角度は７５°になっている。液
晶層は、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板の間に構成さ
れ、両基板の配向膜を形成した面が液晶層に接してい
る。また、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板の間には、
液晶層の厚み（ギャップ）を一定に保つためのスペーサ
としてポリマビーズが分散され、両基板間の液晶層は表
示領域を取り囲むようにシール材で密封されている。シ
ール材としては、たとえば、エポキシ樹脂が用いられ
る。

【００３２】液晶材料ＬＣとしては、誘電率異方性Δε
が正でその値が７.３、屈折率異方性Δｎが０.０７４
(５８９ｎｍ，２０℃）のネマチック液晶を用いた。液
晶層の厚み(ギャップ）は、上下基板間に分散したポリ
マビーズで制御し、４.０μｍとした。

【００３３】偏光板１５は、ＴＦＴ基板上の偏光板１５
の偏光透過軸をラビング方向に一致させ、カラーフィル
タ基板上の偏向板１５の偏光透過軸を、それに直交させ
てある。これにより、本発明の画素に印加される電圧
（画素電極５と共通電極２の間の電圧）を増加させるに
伴い、透過率が上昇するノーマリクローズ特性の液晶パ
ネルが得られる。

【００３４】表示マトリクス部の等価回路とその周辺回
路の結線図を図５に示す。同図は回路図ではあるが、実
際の幾何学的配置に対応して描かれている。２２は複数
の画素を２次元状に配列したマトリクス・アレイであ
る。図中、Ｘは信号電極６を意味し、添字Ｇ，Ｂおよび
Ｒがそれぞれ緑，青および赤画素に対応して付加されて
いる。Ｙは走査電極１６を意味し、添字１，２，３，
…，end は走査タイミングの順序に従って付加されてい
る。走査電極Ｙ（添字省略）は垂直走査回路２３に接続
されており、信号電極Ｘ（添字省略）は映像信号駆動回
路２４に接続されている。２５は１つの電圧源から複数
の分圧した安定化された電圧源を得るための電源回路で
あり、ホスト（上位演算処理装置）からのＣＲＴ（陰極
線管）用の情報をＴＦＴ液晶表示装置用の情報に交換す
る回路や、共通電圧信号線１７を駆動する回路を含めて
も良い。

【００３５】図６は、液晶表示モジュール２６の各構成
部品を示す分解斜視図である。２７は金属板から成る枠
状のシールドケース（メタルフレーム）、２８はその表
示窓、２９は液晶表示パネル、３０は映像信号駆動回路
基板、３１は走査信号駆動回路基板、３２は電源回路基
板、３３は駆動回路基板どうしを電気的に接続するフラ
ットケーブル、３４は光拡散板、３５は導光体、３６は
反射板、３７はバックライト蛍光管、３８はバックライ
トケース、３９はインバータ回路であり、図に示すよう
な上下の配置関係で各部材が積み重ねられてモジュール
ＭＤＬが組み立てられている。

【００３６】モジュール２６は、シールドケース２７に
設けられた爪とフックによって全体が固定されるように
なっている。バックライトケース３８はバックライト蛍
光管３７，光拡散板３４，導光体３５，反射板３６を収
納する形状になっており、導光体３５の側面に配置され
たバックライト蛍光管３７の光を、導光体３５，反射板
３６，光拡散板３４により表示面で一様なバックライト
にし、液晶表示パネル２９側に出射する。バックライト
蛍光管３７にはインバータ回路基板３９が接続されてお
り、バックライト蛍光管３７の電源となっている。

【００３７】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、上下左右１６０°以上においてコントラスト
比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広視野角を
保持し、かつ連続１００日間の使用によっても輝度ムラ
による表示不良は生じなかった。

【００３８】（比較例１）本比較例は以下を除いて実施
例１と同じ構成である。

【００３９】保護絶縁膜を形成した後、電着工程を実施
せずに配向膜を形成した。従って本比較例では、絶縁膜
や保護絶縁膜の欠陥部分に有機物層１０が形成されない
ため、電極が液晶と配向膜を介して接触する。

【００４０】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右160度以上においてコン
トラスト比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広
視野角ではあるが、連続して１０日間使用したところ輝
度ムラが多数発生した。これは欠陥部における配向膜の
成膜性が悪く、配向膜による絶縁効果が低下したため
に、段差構造のある欠陥部分で電極と液晶とを十分に絶
縁できなかったためと考えられる。

【００４１】（比較例２）本比較例は以下を除いて比較
例１と同じ構成である。

【００４２】窒化珪素で形成した保護絶縁膜７の膜厚を
０.９μｍとした。

【００４３】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、上下左右１６０度以上においてコントラスト
比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広視野角を
保持し、かつ連続１００日間の使用によっても輝度ムラ
による表示不良は生じなかったが、保護絶縁膜を厚膜化
したことにより、駆動電圧が実施例１に比べて０.７Ｖ
増加した。但し、ここでは液晶パネルの透過率が最大と
なる信号電圧を駆動電圧とした。この結果、映像信号駆
動回路などからの出力電圧では、液晶層を充分に駆動で
きなくなり、表示の輝度が低下した。

【００４４】（実施例２）本実施例は以下を除いて実施
例１と同じ構成であり、有機物層１０が電解重合法によ
り形成されている例である。

【００４５】共通電極，走査電極１６，信号電極６およ
び画素電極を白金（Ｐｔ）で形成し、保護絶縁膜を形成
後、ポリアミノ樹脂水溶液の代わりにテトラエチルアン
モニウムテトラフルオロボレイトを溶解させたアニリン
水溶液にＴＦＴ基板を対向電極と共に浸漬し、ＴＦＴ基
板上の電極が対向電極に対して正極性となるように直流
電圧３.５Ｖを印加した。このような工程を実施するこ
とにより、絶縁膜や保護絶縁膜の欠陥が電極上に生じた
部分で電解重合が生じポリアニリンが有機物層１０とし
て緻密に形成される。

【００４６】電解重合により形成されるポリマーは分子
量の小さいモノマーが電極上で重合して生成するので緻
密な膜となる。また、電着法では、保護絶縁膜の欠陥が
微細な場合、ポリマー分子が電極上に析出する際に水が
電気分解して生じるガスが微細な欠陥部分に気泡として
溜まるため、ポリマー溶液と電極との接触を妨げ、絶縁
膜が形成されない場合が生じるが、電解重合法ではモノ
マーが電極上で重合する際に気体の発生を伴わず欠陥部
分に気泡が生じないため、保護絶縁膜の欠陥が電着膜を
形成できないほど微細な場合でも欠陥部分に緻密な有機
膜が形成される。この結果、液晶と電極との接触を抑制
するのに十分な絶縁効果が得られる。したがって、電気
化学反応によるイオン性不純物の発生が抑制され、輝度
ムラの発生を抑制する効果が得られる。

【００４７】本実施例では絶縁膜や保護絶縁膜の欠陥が
電極上に生じた場合でも、欠陥部に形成された緻密な有
機物層により電極と液晶とが物理的に接触しなくなる。
また、欠陥部分が有機物層１０で埋められた後に絶縁性
の配向膜が形成されるので、配向膜による絶縁効果が欠
陥部分でも低下しない。従って有機物層１０がポリアニ
リンのような半導体膜である場合でも、有機物層１０に
よる物理的な遮蔽効果と配向膜による絶縁効果により、
電気化学反応によって生じる液晶の劣化が抑制され、輝
度ムラを抑制する効果が生じる。また、本実施例では有
機物層として芳香族アミンであるポリアニリンを用いた
が、電解重合により緻密な膜が正極性の電極上に形成さ
れる材料であれば特にこの材料に限定する必要はない。
この様な有機材料として、ポリピロール，ポリチオフェ
ン，ポリフラン等の複素五員環化合物，ポリ−ｐ−フェ
ニレン，ポリナフタレン等の芳香族炭化水素，ポリアズ
レン，ポリインドール，ポリ−ｐ−フェニレンオキシド
等の芳香族化合物、これらポリマーの原料モノマーやそ
の誘導体を少なくとも１種含むポリマーの共重合体等が
挙げられる。また、テトラヒドロフラン等の環状エーテ
ルを原料モノマーとして用いる事もできる。

【００４８】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、上下左右１６０°以上においてコントラスト
比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広視野角を
保持し、かつ連続１００日間の使用によっても輝度ムラ
による表示不良は生じなかった。

【００４９】（比較例３）本比較例は以下を除いて実施
例２と同じ構成である。

【００５０】共通電極２，走査電極１６としてＡｌを、
信号電極６６，画素電極５としてＣｒを用いた。さらに
共通電極２と走査電極１６には信号電極６６との交差部
での絶縁信頼性を向上させるために陽極酸化法によって
自己酸化膜３を形成した。このようにして得られたアク
ティブマトリクス型液晶表示装置では、表示面に線欠陥
や点欠陥が多数発生した。これは、電極材料として用い
たＡｌやＣｒは有機物層の原料モノマーであるアニリン
よりも酸化還元電位が低いため、電解重合工程でアニリ
ンが酸化されずに金属電極が酸化溶解して断線が生じた
ためである。従って、ＴＦＴ基板を正極性として電解重
合膜を形成する場合には、ＴＦＴ基板上の電極材料のう
ちで最も低い酸化還元電位の金属(本比較例においては
Ａｌ)よりも低い酸化還元電位を有する原料モノマーを
用いる必要がある。また、本明細書中ではＴＦＴ基板を
正極性とした電解重合工程で金属電極が溶解せずに有機
物層が形成される電圧条件が存在する場合に、原料モノ
マーの酸化還元電位がＴＦＴ基板上の電極群のうち最も
低い酸化還元電位を有する電極の酸化還元電位よりも低
いものとする。

【００５１】（実施例３）本実施例は以下を除いて比較
例３と同じ構成である。

【００５２】アニリン溶液の代わりにメチルメタクリレ
ートをアセトニトリルに溶解したメチルメタクリレート
溶液にＴＦＴ基板を対向電極と共に浸漬し、ＴＦＴ基板
上の電極が対向電極に対して負極性となるように直流電
圧２０Ｖを印加した。このような工程を実施することに
より、絶縁膜や保護絶縁膜の欠陥が電極上に生じた部分
で電解重合が生じポリメチルメタクリレートが有機物層
１０として緻密に形成された。この結果、絶縁膜や保護
絶縁膜の欠陥が電極上に生じた場合でも、欠陥部に形成
された緻密な有機物層により電極と液晶が接触しなくな
るので、液晶の劣化が抑制され、輝度ムラを抑制する効
果が生じる。また、本実施例では欠陥部に形成される有
機物層が絶縁膜なので、液晶と電極とが確実に絶縁さ
れ、電気化学反応によるイオン性不純物の発生を抑制す
る効果が大きい。

【００５３】また、本実施例では有機物層としてポリメ
チルメタクリレートを用いたが、電解重合により緻密な
膜が負極性の電極上に形成される材料であれば特にこの
材料に限定する必要はない。この様な有機材料として、
ポリアクリロニトリル，ポリメタクリロニトリル，ポリ
メチルアクリレート，ポリブタジエン，ポリスチレン，
ポリイソプレン，ポリメチルスチレン等のビニル化合物
や、これらのポリマーの原料モノマーやその誘導体を少
なくとも１種含むポリマーの共重合体等が挙げられる。
本実施例に示した様にＴＦＴ基板を負極性として電解重
合膜を形成する場合には、原料モノマーが各種電極群の
うちで最も還元され易い電極よりも還元され易ければ良
い。本明細書中ではＴＦＴ基板を負極性とした電解重合
工程で電極が還元されずに有機物層が形成される電圧条
件が存在する場合に、ＴＦＴ基板上の電極群のうち最も
還元され易い電極よりも原料モノマーが還元され易いも
のとする。

【００５４】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、上下左右１６０°以上においてコントラスト
比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広視野角を
保持し、かつ連続１００日間の使用によっても輝度ムラ
による表示不良は生じなかった。

【００５５】（実施例４）本実施例は以下を除いて実施
例３と同じ構成である。

【００５６】ＴＦＴ基板と対向基板の間に挟んだネマチ
ック液晶組成物にシアノ基を有する液晶化合物として４
−（４−シアノ−３，５−ジフルオロフェニル）ペンチ
ルシクロヘキサンを５重量％添加した。

【００５７】シアノ基を有する液晶化合物は駆動電圧を
低減するために有効であるが、液晶層のインピーダンス
が低下し易いという問題がある。したがって電極と液晶
が接触した場合には電気化学反応によるイオン性不純物
の発生を助長する。しかしながら、本実施例のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置は、上下左右１６０°以上
においてコントラスト比１０以上を維持しつつ階調反転
が生じない広視野角を保持し、かつ連続１００日間の使
用によっても輝度ムラによる表示不良は生じなかった。
この様に、シアノ基を有する液晶化合物のような液晶層
のインピーダンスを低下させる液晶化合物を用いた場合
でも、絶縁膜や保護絶縁膜の欠陥部に形成された有機物
層の効果が十分に高いため、輝度ムラが発生しない高画
質な画像を得る事ができる。

【００５８】（比較例４）本比較例は以下を除いて実施
例４と同じ構成である。

【００５９】保護絶縁膜を形成した後、電解重合工程を
実施せずに配向膜を形成した。従って本比較例では、絶
縁膜や保護絶縁膜の欠陥部分に有機物層が形成されない
ため、電極が液晶と配向膜を介して接触する。

【００６０】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右160度以上においてコン
トラスト比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広
視野角ではあるが、連続して２日間使用したところ輝度
ムラが多数発生した。これは欠陥部における配向膜の成
膜性が悪く、配向膜による絶縁効果が低下したために、
段差構造のある欠陥部分で電極と液晶とを十分に絶縁で
きなかったためと考えられる。また、液晶組成物以外は
同じ構成である比較例１に比べて輝度ムラが短期間の連
続使用で発生した理由は、シアノ基を有する液晶化合物
を用いたことにより液晶層のインピーダンスが低下し、
欠陥部での電気化学反応によるイオン性不純物の発生を
助長したためと考えられる。

【００６１】（実施例５）図７に本実施例のアクティブ
マトリクス型液晶表示装置における画素の断面の一部を
示す。本実施例では電極上の保護絶縁膜上に有機絶縁膜
が有機物層１０として形成されていることを除いて比較
例４と同じ構成である。有機絶縁膜としては、たとえば
アクリル樹脂，エポキシ樹脂，ポリイミドなどが用いら
れ、画素電極５と共通電極２との間の有機絶縁膜はフォ
トリソグラフィー技術を用いて除去されている。この様
に、画素電極５と共通電極２との間の開口部に有機絶縁
膜が形成されない構成にすることにより、開口部での液
晶層と電極との距離が離れないので、駆動電圧の上昇を
抑制する効果が得られるとともに、絶縁膜や保護絶縁膜
の欠陥が電極上に生じた場合でも、有機絶縁膜によって
電極と液晶とが接触しないので、輝度ムラを抑制する効
果が生じる。

【００６２】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、上下左右１６０°以上においてコントラスト
比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広視野角を
保持し、かつ連続１００日間の使用によっても輝度ムラ
による表示不良は生じなかった。

【００６３】（実施例６）図８に本実施例のアクティブ
マトリクス型液晶表示装置における画素の断面の一部を
示す。本実施例では信号電極６上に信号電極６を覆うよ
うに０.３μｍの電極保護膜４０が酸化珪素で形成さ
れ、その上に０.３μｍの保護絶縁膜７が窒化珪素で形
成されていることを除いて比較例４と同じ構成である。
このような構成にすることにより、窒化珪素の成膜不良
やエッチング不良によって数μｍ程度の比較的大きな欠
陥が保護絶縁膜７に生じた場合においても、電極保護膜
４０の欠陥が同じ場所に生じる可能性は低いので、信号
電極６が液晶と接触することを有効に防ぐことができ
る。また、信号電極６と走査電極１６の交差部では、信
号電極６が走査電極１６に極めて接近した状態になって
いるとともに、信号電極６が走査電極１６に対して１０
Ｖ以上も高い正電位になっている。従って、この交差部
で保護絶縁膜７と絶縁膜４に欠陥が生じて信号電極６と
走査電極１６が液晶中に露出すると、電気化学反応によ
る信号電極６の溶解が顕著に生じる。従って、走査電極
１６との交差部が多数存在する信号電極６を電極保護膜
４０で覆うことで、電気化学反応によるイオン性不純物
の発生が著しく抑制できる。

【００６４】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右160度以上においてコン
トラスト比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広
視野角を保持し、かつ連続１００日間の使用によっても
輝度ムラによる表示不良は生じなかった。

【００６５】（実施例７）図９に本実施例のアクティブ
マトリクス型液晶表示装置における画素の断面の一部を
示す。本実施例では信号電極６と画素電極５を覆うよう
に０.３μｍの電極保護膜４０が酸化珪素で形成されて
いることを除いて実施例６と同じ構成である。

【００６６】画素電極５には薄膜トランジスタ素子１８
部を除いて走査電極１６と重なる部分が無いため信号電
極６に比べると電気化学反応による溶解は生じにくい
が、その電位は走査電極１６に対して１０Ｖ以上も高く
なっている。従って、画素電極５を電極保護膜４０で覆
うことにより保護絶縁膜７の欠陥部で走査電極１６に対
して正極性となる電極が液晶と接触することを防ぐ効果
をより高めることができる。

【００６７】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右160度以上においてコン
トラスト比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広
視野角を保持し、かつ連続１００日間の使用によっても
輝度ムラによる表示不良は生じなかった。

【００６８】（比較例５）本実施例は以下を除いて実施
例７と同じ構成である。

【００６９】酸化珪素の電極保護膜を形成せずに、窒化
珪素の保護絶縁膜を膜厚０.６μｍで形成した。

【００７０】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、上下左右１６０度以上においてコントラスト
比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広視野角で
はあるが、連続して１０日間使用したところ輝度ムラが
数ヶ所で発生した。これは膜厚０.６μｍの窒化珪素で
は無欠陥の保護絶縁膜を形成できなかったためと考えら
れる。

【００７１】（比較例６）本実施例は以下を除いて比較
例５と同じ構成である。

【００７２】窒化珪素で形成した保護絶縁膜７の膜厚を
０.９μｍとした。

【００７３】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、上下左右１６０度以上においてコントラスト
比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広視野角を
保持し、かつ連続１００日間の使用によっても輝度ムラ
による表示不良は生じなかったが、保護絶縁膜を厚膜化
したことにより実施例７と比べて駆動電圧が０.４Ｖ増
加した。但し、ここでは液晶パネルの透過率が最大とな
る信号電圧を駆動電圧とした。この結果、映像信号駆動
回路などからの出力電圧では、液晶層を充分に駆動でき
なくなり、表示の輝度が低下した。

【００７４】（実施例８）本実施例は以下を除いて実施
例７と同じ構成である。

【００７５】信号電極６と画素電極５の上を覆う電極保
護膜４０を陽極酸化法により形成した自己酸化膜とし
た。また、信号電極６と画素電極５にはＡｌ，Ｔａ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｕなどやこれらの合金を用い、その
自己酸化膜を電極保護膜４０として用いても良い。この
ような構成により、高真空を必要とする酸化珪素を形成
するためのプラズマＣＶＤ工程が不必要となるため生産
性が向上する。

【００７６】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右160度以上においてコン
トラスト比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広
視野角を保持し、かつ連続１００日間の使用によっても
輝度ムラによる表示不良は生じなかった。

【００７７】（実施例９）本実施例は以下を除いて実施
例７と同じ構成である。

【００７８】信号電極６と画素電極５の上を覆う電極保
護膜４０をＩＴＯで形成した。このような構成とするこ
とにより、電極保護膜４０は内側の金属電極を保護する
機能と電極としての機能を兼ね備えることがわかった。
この結果、電極保護膜の部分も電極として機能するので
配線抵抗を低減することができる。また、電極保護膜４
０の厚さ分だけ画素電極５が液晶層９に近づくため、電
極と液晶層９の間で生ずる電圧降下が減り液晶を駆動す
る為の駆動信号電圧が液晶層９に有効に印加されるよう
になり、駆動電圧を０.２Ｖ低減することができた。但
し、ここでは透過率最大となる信号電圧を駆動電圧とし
た。

【００７９】導電性酸化膜が内側の金属電極を保護する
機能と電極としての機能を兼ね備えることができるのは
以下の理由によると考えられる。信号電極６や画素電極
５はＴＦＴがＯｎとなる僅かな選択期間を除いたほとん
どの間、走査電極１６に対して正電位となる。従って信
号電極６や画素電極５のイオン化による溶解は酸化反応
によって生ずる。ＩＴＯのように既に酸化されている導
電性酸化物はこれ以上の酸化が起こり難いので信号電極
６や画素電極５の電極保護膜として機能するのだと考え
られる。また、共通電極２が走査電極１６の上層に絶縁
層を介して形成されている構成の場合には共通電極２の
電極保護膜４０としても用いることができる。また、電
極保護膜４０にはＩＴＯの代わりに酸化インジウム，酸
化スズ，酸化チタンなどの導電性酸化膜を用いても良
い。さらに、画素電極５や共通電極２などをこれらの導
電性酸化膜で形成して電極保護膜と兼用させても良く、
この場合は画素電極５や共通電極２などの電極上に保護
絶縁膜のような無機膜を形成しなくても良い。

【００８０】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右160度以上においてコン
トラスト比１０以上を維持しつつ階調反転が生じない広
視野角を保持し、かつ連続１００日間の使用によっても
輝度ムラによる表示不良は生じなかった。

【００８１】

【発明の効果】本発明により横電界方式アクティブマト
リクス型液晶表示装置において、電極と配向制御層との
間に有機物層を形成するか、誘電体基板上に絶縁膜を介
して形成される電極、たとえば信号電極や画素電極をそ
れぞれ酸化膜で覆うことにより、長時間の使用によって
も輝度ムラの生じない高画質で、広視野角，低駆動電圧
の液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置における単位画素内の断
面の一部を示す図。

【図２】本発明の液晶表示装置における１画素とその周
辺の電極構造の典型例を示す図。

【図３】本発明の液晶表示装置における薄膜トランジス
タ素子の断面図。

【図４】本発明の液晶表示装置におけるカラーフィルタ
基板の典型例を示す図。

【図５】本発明の液晶表示装置のマトリクス部とその周
辺を含む回路図。

【図６】本発明の液晶表示装置における液晶モジュール
の分解斜視図。

【図７】本発明の液晶表示装置の第５実施例における単
位画素内の断面の一部を示す図。

【図８】本発明の液晶表示装置の第６実施例における単
位画素内の断面の一部を示す図。

【図９】本発明の液晶表示装置の第７実施例における単
位画素内の断面の一部を示す図。

【符号の説明】

１…第１誘電体基板、２…共通電極、３…自己酸化膜、
４…絶縁膜、５…画素電極、６…信号電極、７…保護絶
縁膜、８…配向膜、９…液晶層、１０…有機物層、１１
…オーバーコート膜、１２…カラーフィルタ、１３…ブ
ラックマトリクス、１４…第２誘電体基板、１５…偏光
板、１６…走査電極、１７…共通電圧信号線、１８…薄
膜トランジスタ、１９…蓄積容量、２０…ｉ型半導体
層、２１…Ｎ（＋）型非晶質シリコン半導体層、２２…
複数の画素を２次元状に配列したマトリクス・アレイ、
２３…垂直走査回路、２４…映像信号駆動回路、２５…
電源回路、２６…液晶表示モジュール、２７…シールド
ケース、２８…表示窓、２９…液晶表示パネル、３０…
映像信号駆動回路基板、３１…走査信号駆動回路基板、
３２…電源回路基板、３３…フラットケーブル、３４…
光拡散板，３５…導光体、３６…反射板、３７…バック
ライト蛍光管、３８…バックライトケース、３９…イン
バータ回路基板、４０…電極保護膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤克己茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者松山茂千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の誘電体基
板，該基板間に誘電異方性を有する液晶組成物層，液晶
を配向させるための配向制御層，誘電体基板上の電極
群，偏光手段，駆動電圧波形を発生させる駆動ＬＳＩを
備え、表示画素が、走査電極，共通電極，信号電極，画
素電極及びアクティブ素子により前記誘電体基板上に構
成されており、前記誘電体基板上の電極群は同一基板上
に形成され、前記電極群が前記液晶組成物層に対して、
主として基板面に平行な電界を印加する構造を有する液
晶表示装置において、前記電極群のうち少なくとも１つの電極と前記配向制御
層との間に有機物層を有することを特徴とするアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項２】前記有機物層が前記電極部に選択的に形成
されていることを特徴とする請求項１項記載のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項３】前記有機物層がポリアミノ樹脂であること
を特徴とする請求項２項記載のアクティブマトリクス型
液晶表示装置。
【請求項４】前記有機物層が電解重合により形成された
ことを特徴とする請求項２項記載のアクティブマトリク
ス型液晶表示装置。
【請求項５】前記有機物層が複素五員環化合物，芳香族
炭化水素，芳香族アミン，環状エーテルの少なくとも１
種を原料モノマーとするポリマーであることを特徴とす
る請求項４項記載のアクティブマトリクス型液晶表示装
置。
【請求項６】前記有機物層がピロール，チオフェン，フ
ラン，インドール，ベンゼン，ナフタレン，アントラセ
ン，アニリン，フェノール，テトラヒドロフランまたは
これらの誘導体のうち少なくとも１つを原料モノマーと
するポリマーであること特徴とする請求項５項記載のア
クティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項７】前記有機物層がビニル化合物を原料モノマ
ーとするポリマーであることを特徴とする請求項４項記
載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項８】前記ビニル化合物がアクリロニトリル，メ
タクリロニトリル，メチルアクリレート，メチルメタク
リレート，ブタジエン，スチレン，イソプレン，α−メ
チルスチレンまたはこれらの誘導体であること特徴とす
る請求項７項記載のアクティブマトリクス型液晶表示装
置。
【請求項９】前記有機物層が有機絶縁膜であることを特
徴とする請求項１項から請求項８項記載のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置。
【請求項１０】前記電極群と前記配向制御層との間に無
機物により形成される保護絶縁膜を備え、前記保護絶縁
膜の一部が前記有機物層により形成されていることを特
徴とする請求項１項から請求項９項記載のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置。
【請求項１１】前記電極群を形成した基板を樹脂溶液中
または前記モノマー溶液中に浸漬させ、前記電極群に電
圧を印加する工程を含むことを特徴とする請求項２項か
ら請求項１０項記載のアクティブマトリクス型液晶表示
装置の製造方法。
【請求項１２】少なくとも一方が透明な一対の誘電体基
板，該基板間に誘電異方性を有する液晶組成物層，液晶
を配向させるための配向制御層、誘電体基板上の電極
群，偏光手段，駆動電圧波形を発生させる駆動ＬＳＩを
備え、表示画素が、走査電極，共通電極，信号電極，画
素電極及びアクティブ素子により前記誘電体基板上に構
成されており、前記誘電体基板上の電極群は同一基板上
に形成され、前記電極群が前記液晶組成物層に対して、
主として基板面に平行な電界を印加する構造を有する液
晶表示装置において、前記走査電極の前記液晶組成物層側の面上に絶縁層を介
して形成された電極が酸化膜で覆われていることを特徴
とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項１３】前記酸化膜は前記電極の自己酸化膜であ
ることを特徴とする請求項１２項記載のアクティブマト
リクス型液晶表示装置。
【請求項１４】前記酸化膜は導電性酸化膜であることを
特徴とする請求項１２項記載のアクティブマトリクス型
液晶表示装置。
【請求項１５】前記電極はＡｌ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｃ
ｒ，Ｔｉ，Ｃｕのうち少なくとも１種を含むことを特徴
とする請求項１２項から請求項１４項記載のアクティブ
マトリクス型液晶表示装置。
【請求項１６】前記電極は信号電極であることを特徴と
する請求項１２項から請求項１５項記載のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置。
【請求項１７】前記酸化膜を陽極酸化法により形成する
ことを特徴とする請求項１２項から請求項１６項記載の
アクティブマトリクス型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１８】前記液晶組成物層中にシアノ基を有する
化合物が少なくとも１種類含まれることを特徴とする請
求項１項から請求項１０項および請求項１２項から請求
項１６項記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。