JPH02219028A - 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、Ｔ　Ｐ　Ｔ　　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔ
ｒａｎｓｉｓｔｏｒ：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、５ｔｙｘ、　５ｉ０２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−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、ＴＰＴ
を用いた場合には、該ＴＰＴ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、ＴＰＴ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。ＴＰＴ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５ｔＯ
２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しない。

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、ＴＰＴ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ＴＰＴ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ＴＰＴ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、画電極
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ＩＯとは液晶層３
０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ＩＯは、透明基板１１上に、チタン（ＴＩ）よ
りなる多数のソース配線■３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１
４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。各ゲート配置１１１４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Ｔ　Ｆ　Ｔ　１５がそれぞれ配設されており
、各Ｔ　Ｆ　Ｔ　１５と所定の絵素電極１２とが電気的
に接続されている。

各Ｔ　Ｆ　Ｔ　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１
１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（Ｔａ
２０６）　１５ａにて覆われており、該酸化タンタル１
５ａは、ゲート絶縁膜を構成する窒化シリコン（ＳＩに
Ｘ）膜１５ｂにより覆われている。該窒化シリコン膜１
５ｂ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−Ｓ　ｌ膜１５ｃの各側部を除く
中央部上には、例えばＳｉＮｘでなる保護膜１ｓｄ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
１５ｅは、保護膜ＩＳｄが積層された部分を除いて、ａ
−Ｓ１膜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１５ｆは、ゲート絶縁膜のＳｉＮｘ膜１５
ｂ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５ＪＮｘ膜１
５ｂの上方に達しており、該５ＩＮｘ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Ｔ　Ｆ　Ｔ　１５は、このような構成により、ソース
配！＠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Ｔ　Ｆ　Ｔ　１５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１４、各ソー
ス配線１３およびＴ　Ｆ　Ｔ　１５全体は、外部端子と
の接続部等の不要部を除いて、例えば５ＬＮｘ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ｒｔＩ４１１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ｌＯは、公知のプロセス
により、透明基板ｌｌ上に、スノでツタリングによりタ
ンタル（Ｔａ）を３０００人の厚さに積層し、ホトエツ
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（Ｔａ２０５）膜１５ａを２０００
人の厚さにを形成する。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１
５ａを厚さ２０００人の厚さに形成した後に、半導体膜
として３００人の厚さのａ−Ｓ　ｉ膜１５ｃ、保護膜と
して２０００人の厚さのＳｉＮｘ膜１５ｂを形成して、
ホトエツ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４００
人の厚さのａ−Ｓｔ（ｎつ膜１５ｅを形成してホトエツ
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
３０００人の厚さに形成してホトエツチングによりパタ
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ＩＴ
Ｏ膜を１０００人の厚さに積層してホトエツチングによ
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Ｔ　Ｆ　Ｔ　１５、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
トエツチングにより、第２図に二点鎖線で示すように、
絵素電極１２の？ｊｆ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１
６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■社製、商
品名オプトマーＡＬ）を６００人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、２００℃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ＩＯ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ｌＯと対向電極基板２０とは適当な間隔を
あけて配設され、両糸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
を除いて、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Ｉ２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、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１
６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−が発生
するおそれがなく、フ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ｌ／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−（ちらつき）の消去に必要な対句電極基板のオフセ
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ＴＰＴ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、その結果を第３図に併記した。

Ｏｖ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、ＴＰＴ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１
２の所定領域１２ａ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Ｔ　Ｆ　Ｔ　１５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２０００人のＳｔＯ，、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Ｐ１３）それぞれについても、ＴＰＴ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。

（以下余白） ０・・・最良、 Ｏ・・・良、 表 △・・・やや良、 ×・・・不良 このように、本発明の液晶表示装置は、ＴＰＴ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５
ｉ０２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。

４、　　　の。　な説６ 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。

ｌＯ・・・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・・・ＴＦＴ１１６・・・絶縁保ＬＩ膜、
１７・・・配向膜、２ｏ・・・対句電極基板、２３・・
・対向電極、３０・・・液晶層。

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。