JPH02171721A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、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により液晶層が挾まれて
、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、マトリクス状に配設された多数の絵素電極を有
し、各絵素電極に所定の電圧を印加するＴＰＴ　（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、バリスタ等の機能素子が
各絵素電極に接続されて、該透明基板上に配設されてい
る。このような絵素電極基板では、各絵素電極および各
機能素子の機械的損傷や化学的損傷を防止し、かっ、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、
各機能素子および各絵素電極を、絶縁性の保護膜にて、
外部端子等と接続される一部を除いて全面に被覆してい
る。そして、該絶縁保護膜上に、液晶層の液晶分子を配
向させるために２例えばポリイミド系樹脂を用いた配向
膜が積層されており、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基板と対向配設される対向電極基
板には対向電極が配設されている。

特開昭６２−２９６１２３号公報には、絵素電極基板の
絶縁保護膜としてポリイミドを用い、各絵素電極上では
その一部上にのみ該ポリイミドの絶縁保護膜を積層し、
該絶縁保護膜および絵素電極をポリイミドからなる液晶
配向膜にて覆った液晶表示装置が開示されている。この
場合、絶縁保護膜として用いられるポリイミドは、膜質
が粗いためにピンホールが生じやすく、また透湿性も高
いために電流がリークしやすいという欠点がある。この
ため、このようなポリイミドを、　ＴＰＴ等の機能素子
を保護するための絶縁保護膜として使用する場合には、
２μｍ以上の膜厚が必要になる。上記公報では、ポリイ
ミド絶縁保護膜の膜厚は約２．５μｍとされている。液
晶表示装置では、液晶層は９通常１１０μｍ程度の厚さ
とされるため、ポリイミド絶縁保護膜を絵素電極全面に
被覆すれば、該絶縁保護膜のインピーダンスは液晶の１
／２〜１／３に相当し、電圧ロスが著しく、液晶層に高
電圧を印加しなければ、液晶分子は配向変換されない。

このように、ポリイミド絶縁保護膜を絵素電極全面に被
覆すれば、液晶層の駆動に高電圧を必要とし。

ＴＰＴ等の機能素子の負荷、配線の負荷が増大し。

液晶表示装置はその寿命が著しく低減される。上記公報
の液晶表示装置では、絵素電極上のポリイミド絶縁保護
膜を除去して、比較的低い電圧により液晶層を駆動し得
るようにしており、このような問題が解消される。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記公報に開示された液晶表示装置用は、絵素
電極の一部に積層されるポリイミド絶縁保護膜の膜厚を
厚くしなければならず、そのために該保護絶縁膜のイン
ピーダンスが大きくなり。

液晶層を駆動するべく絵素電極に電圧が印加されると、
ポリイミド絶縁保護膜が積層された絵素電極部分は、ポ
リイミド絶縁保護膜が積層されていない他の部分よりも
液晶層への印加電圧が低（なり、一つの絵素電極にて駆
動される絵素内にコントラストムラが生じ２表示品位が
著しく低下するという問題がある。

また、液晶層の配向膜としてポリイミド系樹脂を用いた
場合には、絵素電極との間に内部分極が生じやすい。こ
の内部分極についての詳細なメカニズムについては不明
であるが、ポリイミド系樹脂が Ｏ という構成を有し、極性基を多数有しているため。

ポリイミド系樹脂性の配向膜は、その膜内または表面に
極性分子またはイオン等が特異吸着され。

絵素電極との間に電気二重層が形成されるために内部分
極が発生すると考えられる。このように。

内部分極が生じると、液晶層に印加される電圧に悪影響
を及ぼす。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、該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−の発生、コントラストの低下等が生じ、
さらには１重畳される直流成分のバラツキにより。

コントラストムラが生じる等１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保護膜が介装されて
いる場合には、その膜厚により影響を受け、絶縁保護膜
が厚くなるほど大きくなる。上記公報に開示された液晶
表示装置のように、絶縁保護膜としてポリイミドを用い
る場合には、その膜厚が２μｍ以上を必要とし、絵素電
極の一部に絶縁保護膜が積層された状態であっても。

内部分極の発生によるコントラストムラ等の表示品位の
低下を無視することができない。

また、各絵素電極に接続される機能素子としてＴＰＴを
使用する場合には、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、直流電
圧成分が重畳する。このように、ドレイン電圧に直流電
圧成分が重量される場合には、対向電極に印加される電
圧に直流電圧を印加して、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電
圧成分を補償する方法が知られている。しかし、ドレイ
ン電圧に重畳される直流電圧成分は、ソース電圧のレベ
ルにより大きく変化することがよく知られており、実際
には、完全に補償することができない。完全に補償され
ない直流電圧成分は、液晶層に印加され、上述した内部
分極の容量を大きくシ、内部分極の極性を緩和させるた
めに長時間を要する。その結果１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の強い極性は。

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
す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
リクス型液晶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た。

このように、絵素電極上に絶縁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。

内部分極の発生により種々の問題が生じるが、配向膜と
してＳｉｎｇ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る場合には、絵素
電極上に積層される絶縁保護膜の影響により、上述した
問題が生じるために１例えば、絶縁保護膜を配設しない
ことも考えられる。しかし。

絶縁保護膜を取り除くと、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２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１例えばＴＦＴのオフ電
流の増加等により表示ムラ等が生じて表示品位が低下す
ると共に。

表示の信軌性も低下する。

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
合に生じる内部分極現象の影響を防止し得る液晶表示装
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、および各絵素電極にそれぞれ電気的に接続さ
れて該基板上に配設された機能素子とを有する絵素電極
基板と、を備えた液晶表示装置であって。

該絵素電極基板が、各絵素電極の一部に積層された無機
質窒化物または無機質酸化物でなる絶縁保護膜と、該絶
縁保護膜および該絶縁保護膜が積層されていない各絵素
電極部分を覆うポリイミド系樹脂の配向膜とを有してな
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図に示すように。

多数のＩＴＯ膜でなる絵素電極１２が配設された絵素電
極基板ｌＯ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。

絵素電極基板１０は、透明基板１１上に第２図に示すよ
うに、チタン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とは相互に
絶縁状態で直交するようにタンタル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
より囲まれた領域内に、各絵素電極１２がそれぞれ収納
されて、該透明基板ｌｌ上に多数の絵素電極が、マトリ
クス状にパターン化されて配置される。

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１機能素子としてのＴＦＴ　１５がそれぞれ設
けられており、各ＴＦＴ　１５と所定の絵素電極１２と
が電気的に接続されている。

各ＴＦＴ　１５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ｌｌ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おり、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ＳｉＮｘ　（窒化シリコン）膜１５ｂにより
覆われている。該５ｉＮｘｌｆ莫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
表面体を覆っている。

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ＳｉＮｘ膜１５ｂの２層に
て構成されるゲート絶縁膜を介してａ−Ｓｔ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、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−５ｉ　（ｎ’
）膜１５ｅおよび１５ｅの一側部分がそれぞれ積層され
ている。各ａ−３ｔ　（ｎ”）　１ｉ１５ｅは、保護膜
１５ｄが積層された部分を除いてａ−５ｉＪ模１５ｃ上
に積層されている。

一方のａ−Ｓｔ　（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１５「は、ゲート絶縁膜のＳｉＮｘ膜１５
１１の上方に達している。

他方のａ−３ｉ　（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１
５ｂ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。絵素電極工２は、ゲート電極１５ｇ
上に積層された部分を除いて、　ＳｉＮｘ膜１５ｂ上に
積層されている。

各ＴＦＴ　１５は、このような構成により、ソース配線
１４およびゲート配線１３とは電気的に接続され。

かつ、絵素電極１２とも電気的に接続されている。

透明基板ｌｌ上に配線された各ゲート配線１３．各ソー
ス配線１４および各ＴＰＴ　１５全体、および絵素電極
１２の一部は、外部端子との接続部等の不要部を除いて
１例えばＳｉＮｘでなる絶縁保護膜１６にて覆われてい
る。該絶縁保護膜１６は２例えば第２図に一点ｆＡ線で
示すように、絵素型Ｆｉ１２上ではその周縁部にのみ積
層されて、該周縁部を覆っている。そして、該絶縁保護
膜１６．および絶縁保護膜１６が積層されていない絵素
電極１２部分の全体にわたって２ポリイミド（例えば日
本合成ゴム■社製、商品各オプトマーＡＬ）よりなる配
向膜１７が６００人の厚さに積層されて、該配向膜１７
にて、絵素電極基ｖｉｌＯ全体が覆われている。

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、透明基板上に、ゲート配ｍ１３．　ソース配線
１４．　ＴＦＴ１５および絵素電極１２を形成した後に
２例えばＣＶＤ法により窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を５
０００人の厚さに形成して、このＳｉＮｘ膜を、フォト
レジストを塗布してマスクを重ねて露光（マスク露光）
した後に、フッ酸エツチングし、絵素電極１２の周縁部
以外の部分に積層されたＳｉＮｘ膜および外部端子との
接続部等の不要部に積層されたＳｉＮｘ膜を除去して、
絶縁保護膜１６が形成される。その後に、該絶縁保護膜
１６が積層された側の面全体にわたってポリイミド系樹
脂を積層して配向膜１７が形成される。

該絵素電極基板１０に対向配設される対向電極基板２０
は、透明基板２１上に１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）の三色の、カラーフィルターパターン２２が
各絵素電極１２と対向するように配設されている。そし
て、全カラーフィルターパターン２２を覆うように１例
えば膜厚６００人のＩＴＯ膜をスパッタリングにより積
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が積層されて
いる。

該配向膜２４は９例えば、前述の配向膜１７と同様のポ
リイミドを用いて、オフセット印刷によりパターニング
形成した後に、　２００　”Ｃの熱処理を１時間行い、
さらに、ナイロン織布によりラビングした後に、フロン
系溶剤により洗浄して得られる。

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１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ることにより、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
力される走査信号および各ソース配線１３から入力され
る表示データ信号に基づき、各ＴＦＴ　１５がオンされ
、各絵素電極１２に所定電圧が印加される。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は２周縁部を除いてポリイミ
ド系樹脂の配向膜１７が直接積層されているため、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の周縁部は配向膜１７との間に絶縁保護膜
１６が介装されているが、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、　２０００人程度０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
直接積層された他の部分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−が発生す
るおそれがなく、コントラストの低下やコントラストム
ラ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
保護膜を介装させることなく直接積層される面積は各絵
素電極１２全体の面積の１／１００以上であれば、内部
分極の発生を抑制できるが、大きければ大きいほど効果
があり、　１／３０以上で十分な効果が得られる。内部
分極の発生を抑制し得るのは。

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
の測定は、所定の直流電圧を３０分間印加して、フリッ
カ−（ちらつき）の消去に必要な電圧を評価して行った
。なお、第３図に、各ＴＦＴおよび各絵素電極の全てに
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、その結果を併記した０本実施例では、内部分
極はほとんど発生しなかった。

なお、ポリイミド配向膜１７の膜厚を３００〜１０００
人程度、好ましくは、６００〜８００人にすることによ
り、絶縁保護膜１６の厚さに基因する特性の変化にほと
んど影響を与えない。また、保護絶縁膜としては、　Ｓ
ｉＮｘ等の無機質窒化物に限らず、　ＳｉＯ□。

ＴａｚＯｓ、　Ａｌ２Ｏ３，ＹｚＯｉ＋　Ｔｉ０ｚ等の
無機質酸化物であってもよい。配向膜に使用されるポリ
イミド系樹脂としては、イミド基を有する高分子樹脂全
般について通用し得る。

第１図および第２図に示す本実施例の液晶表示装置のＴ
ＰＴのオフ特性劣化による表示ムラ、内部分極による分
極表示品位低下（ちらつき、コントラストムラ等）、お
よび残像について調べたところ２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２０００人のＳｉＯ□絶縁保護膜を設けた
もの（実施例２）。

絵素電極基板に絶縁保護膜を全く設けず、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
）、絵素電極基板の絶縁保護膜を、各絵素電極の全面に
被覆すると共に、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
こと以外比較例２とおなじもの（比較例３）についても
、　ＴＰＴのオフ特性劣化による表示ムラ、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。結果
を表１に併記する。

表１ ◎・・・最良、Ｏ・・・良、Δ・・・やや不良、×・・
・不良このように１本発明の液晶表示装置は、　ＴＰＴ
オフ特性劣化による表示ムラ、内部分種表示品位の低下
、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間膜との
間に、絶縁保護膜を介装させない方が。

より良好な表示が得られる。また、絵素電極基板の保護
絶縁膜として、　５ｉＯ１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２このように、各絵素電極の一
部上にのみ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
ポリイミド系樹脂の配向膜が積層されているため、絵素
電極上にポリイミド系樹脂の配向膜が直接積層された部
分にて内部分極の発生が抑制されると共に、該配向膜と
絵素電極との間の絶縁保護膜が無機質窒化物または無機
質酸化物であって比較的薄肉であるため、この積層部分
においても内部分極の発生が抑制される。

さらに、各絵素電極により液晶画像に印加される電圧も
均一化されるため１表示画像にフリッカ−が発生するこ
とが防止され、コントラストの低下やコントラストムラ
のない高品位な表示が得られる。

１−」旧１Ｑ捕ｊＵ１１哩 第１図は本発明の絵素電極基板を有する液晶表示装置の
一例を示す断面図、第２図はその絵素電極基板の平面図
、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・・・ＴＰＴ。

１６・・・絶縁保護膜、１７・・・配向膜、　２０・・
・対向電極基板。

２１・・・透明基板、２２・・・カラーフィルターパタ
ーン。

２３・・・対向電極、２４・・・配向膜、３０・・・液
晶。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、および各絵
   素電極にそれぞれ電気的に接続されて該基板上に配設さ
   れた機能素子とを有する絵素電極基板と、を備えた液晶
   表示装置であって、該絵素電極基板が、各絵素電極の一
   部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該絶縁保護膜が積層
   されていない各絵素電極部分を覆うポリイミド系樹脂の
   配向膜とを有してなる 液晶表示装置。