JPH05249468A - アクティブマトリックス液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】製造中に静電気によって能動素子が破壊される
のを防いで、液晶表示素子の製造歩留を向上させる。 【構成】対向電極７を形成した基板２上の配向膜９はそ
の膜面を一方向にラビングしたラビング処理膜とし、画
素電極３と能動素子（ＴＦＴ）４を形成した基板１上の
配向膜８は非ラビング膜とするとともに、両基板１，２
間に、反強誘電性液晶１０（または強誘電性液晶）を封
入した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリックス液晶表示素子
は、液晶層をはさんで対向する一対の透明基板の一方に
画素電極とその能動素子（薄膜トランジスタや薄膜ダイ
オード等）とを形成し、他方の基板に対向電極を形成し
たもので、このアクティブマトリックス液晶表示素子と
しては、ＴＮ（ツイステッド・ネマティック）モードの
ものが知られている。

【０００３】上記ＴＮモードの液晶表示素子は、両基板
間にネマティック液晶を封入し、この液晶の分子を両基
板間においてほぼ９０°のツイスト角でツイスト配列さ
せたもので、このＴＮモードの液晶表示素子において
は、両基板の電極形成面上にそれぞれポリイミド等の有
機高分子化合物からなる水平配向膜を設け、これら配向
膜の膜面をラビング処理して、各配向膜に、液晶分子の
配列方向を規制する機能をもたせている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｔ
Ｎモードのアクティブマトリックス液晶表示素子は、そ
の両方の基板の配向膜の膜面をそれぞれラビング処理し
たものであるため、その製造中に、一方の基板に画素電
極とともに形成されている能動素子を破壊させてしまう
ことがあるという問題をもっていた。

【０００５】これは、配向膜のラビング処理時に発生す
る静電気の影響によるもので、配向膜の膜面をラビング
すると強い静電気が発生するため、画素電極と能動素子
とを形成した基板上の配向膜をラビング処理する際に、
薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等の半導体素子から
なる能動素子の電極間に高い静電気電圧がかかって電極
間の絶縁膜が破壊され、能動素子が絶縁破壊してしま
う。

【０００６】本発明は、製造中に静電気によって能動素
子が破壊されるのを防いで製造歩留を向上させることが
できるアクティブマトリックス液晶表示素子を提供する
ことを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶層をはさ
んで対向する一対の透明基板の一方に画素電極とその能
動素子とを配列形成し、他方の基板に対向電極を形成す
るとともに、両基板の電極形成面上にそれぞれ水平配向
膜を設けたアクティブマトリックス液晶表示素子におい
て、前記対向電極を形成した基板上の配向膜はその膜面
を一方向にラビングしたラビング処理膜とし、前記画素
電極と能動素子を形成した基板上の配向膜は非ラビング
膜とするとともに、前記両基板間に、強誘電性もしくは
反強誘電性の液晶を封入したことを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【作用】すなわち、本発明のアクティブマトリックス液
晶表示素子は、分子配列状態の安定性をもちかつ電界に
応じて液晶分子の配列方向が変化する強誘電性もしくは
反強誘電性の液晶を用いたものであり、誘電性液晶また
は反強誘電性液晶を用いる液晶表示素子では、液晶層を
はさんで対向する一対の基板のうち少なくとも一方の基
板の配向膜に液晶分子の配列方向を規制する機能をもた
せておけば、無電界状態および電界印加状態での液晶分
子の配列方向を十分規制できるため、いずれかの基板の
配向膜は、水平配向性だけをもつ非ラビング膜でよい。

【０００９】そして、本発明では、対向電極を形成した
基板上の配向膜をラビング処理膜とし、画素電極と能動
素子を形成した基板上の配向膜は水平配向機能だけをも
つ非ラビング膜としているため、液晶表示素子の製造に
際して、画素電極と能動素子を形成した基板上の配向膜
をラビング処理する必要はなく、したがってこの基板に
は配向膜のラビングによる静電気は作用しないから、製
造中に静電気によって能動素子が破壊されることはな
い。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。図１は液晶表示素子の一部分の断面
図、図２は画素電極と能動素子を形成した基板の一部分
の平面図である。

【００１１】この実施例の液晶表示素子は、薄膜トラン
ジスタ（以下ＴＦＴと記す）を能動素子とするアクティ
ブマトリックス液晶表示素子であり、液晶層をはさんで
対向する一対の透明基板１，２のうち、図１において下
側の基板（以下ＴＦＴ基板という）１には、透明な画素
電極３とこの画素電極３に接続された能動素子であるＴ
ＦＴ４とが縦横に配列形成されている。

【００１２】上記ＴＦＴ４は例えば逆スタガー構造のも
のであり、基板１上に形成されたゲート電極Ｇと、この
ゲート電極Ｇを覆うＳi Ｎ（窒化シリコン）等からなる
ゲート絶縁膜５と、このゲート絶縁膜５の上に形成され
たａ−Ｓi （アモルファスシリコン）からなる半導体層
６と、この半導体層６の上に形成されたソース電極Ｓお
よびドレイン電極Ｄとからなっている。

【００１３】また、上記ＴＦＴ基板１には、各画素電極
３の行間に対応させてゲートラインＧＬが配線されると
ともに、各画素電極３の列間に対応させてデータライン
ＤＬが配線されており、ＴＦＴ４のゲート電極Ｇはゲー
トラインＧＬにつながり、ドレイン電極Ｄはデータライ
ンＤＬにつながっている。なお、ゲートラインＧＬはそ
の端子部（図示せず）を除いてＴＦＴ４のゲート絶縁膜
５で覆われており、データラインＤＬは前記ゲート絶縁
膜５の上に形成されている。また、画素電極３は前記ゲ
ート絶縁膜（透明膜）５の上に形成されており、その一
端部においてＴＦＴ４のソース電極Ｓに接続されてい
る。

【００１４】一方、図１において上側の基板（以下、対
向基板という）２には、上記ＴＦＴ基板１の各画素電極
３と対向する透明な対向電極７が形成されている。この
対向電極７は、表示領域全体にわたる面積の１枚電極と
されている。

【００１５】また、上記ＴＦＴ基板１および対向基板２
の電極形成面の上にはそれぞれ配向膜８，９が設けられ
ている。これら配向膜８，９はいずれもポリイミド等の
有機高分子化合物からなる水平配向膜であり、対向基板
２上の配向膜９は、その膜面を一方向にラビングしたラ
ビング処理膜とされ、ＴＦＴ基板１上の配向膜８は、そ
の膜面をラビングしない非ラビング膜とされている。

【００１６】上記ＴＦＴ基板１と対向基板２とは、その
外周縁部において図示しない枠状のシール材を介して接
着されており、この両基板１，２間の前記シール材で囲
まれた領域には、反強誘電性液晶１０が封入されてい
る。この反強誘電性液晶１０は、スメクティック層構造
をなしており、分子配列状態の安定性をもちかつ電界に
応じて液晶分子の配列方向が変化する。

【００１７】すなわち、反強誘電性液晶１０は、スメク
ティック層構造の法線に対しあるチルト角（22.5〜30
°）で傾いた方向に液晶分子が配列する性質をもってお
り、その分子配列状態には３つの安定状態がある。

【００１８】第１の安定状態は、無電界時または液晶の
しきい値より低い電界が印加されたときの状態であり、
この状態では、液晶分子が各層ごとに互い違いの向きで
配列（スメクティック層構造の法線に対し同じチルト角
で交互に逆向きに配列）する。したがって、無電界また
は低電界印加状態における液晶層全体での液晶分子の平
均的な配列方向はスメクティック層構造の法線方向にあ
る。

【００１９】第２の安定状態は、液晶層に液晶のしきい
値より高い一方向の電界を印加したときの状態であり、
このときは、液晶分子の自発分極が電界と作用して、全
ての液晶分子が、スメクティック層構造の法線に対し、
一方向に上記チルト角（22.5〜30°）で一様に配列す
る。

【００２０】第３の安定状態は、液晶層に液晶のしきい
値より高い逆方向の電界を印加したときの状態であり、
このときは、液晶分子の自発分極が逆方向電界と作用し
て液晶分子が反転し、全ての液晶分子が、スメクティッ
ク層構造の法線に対し、上記第２の安定状態とは逆方向
に上記チルト角（22.5〜30°）で一様に配列する。

【００２１】また、反強誘電性液晶１０の液晶分子配列
方向は、両基板１，２の水平配向膜８，９のうち、対向
基板２上の配向膜（ラビング処理膜）９によって規制さ
れるため、上記第１の安定状態（無電界状態）では、液
晶分子が、その平均的な配列方向が前記配向膜９のラビ
ング処理方向にほぼ一致する状態に配列し、また第２お
よび第３の安定状態（電界印加状態）では、全ての液晶
分子が、分子長軸方向が前記ラビング処理方向に対して
上記チルト角だけ傾いた方向を向く状態に配列する。

【００２２】なお、この液晶表示素子では、ＴＦＴ基板
１上の配向膜８には液晶分子の配列方向を規制するラビ
ング処理を施していないが、反強誘電性液晶を用いる液
晶表示素子では、液晶層をはさんで対向する一対の基板
１，２のうち少なくとも一方の基板の配向膜に液晶分子
の配列方向を規制する機能をもたせておけば、無電界状
態および電界印加状態での液晶分子の配列方向を十分規
制できるため、上記ＴＦＴ基板１上の配向膜８は、水平
配向性だけをもつ非ラビング膜でよい。

【００２３】また、上記両基板１，２の外面にはそれぞ
れ偏光板１１，１２が積層されている。この両偏光板１
１，１２は、その透過軸が互いにほぼ直交するようにク
ロスニコルに配置されており、さらに一方の偏光板、例
えば図１において下側の入射側偏光板１１の透過軸の方
向は、上記第１の安定状態における液晶分子の平均的な
配列方向とほぼ平行にしてある。

【００２４】上記液晶表示素子の表示動作について説明
すると、両基板１，２の電極３，７間に電圧を印加して
いない状態、または電極３，７間に液晶のしきい値より
低いＯＦＦ電圧を印加した状態では、液晶分子が上記第
１の安定状態に配列する。そして、この第１の安定状態
では、入射側偏光板１１を透過して直線偏光になった光
は、その偏光の方向が液晶分子の平均的な配列方向とほ
ぼ等しいため、前記直線偏光のまま液晶層を出射して、
クロスニコルに配置されている出射側偏光板１２で遮ら
れる。したがってこのときは、液晶表示素子の出射光は
ほとんどなく、表示が暗（ＯＦＦ）状態になる。

【００２５】一方、両基板１，２の電極３，７間に一方
向の極性のＯＮ電圧（液晶のしきい値より高い電圧）を
印加すると、液晶分子が第２の安定状態に配列する。そ
して、この第２の安定状態では、液晶分子の長軸方向
が、入射側偏光板１１を透過して直線偏光になった光の
偏光方向に対し、上記チルト角（22.5〜30°）とほぼ同
じ角度ずれているため、液晶層に入射した直線偏光が液
晶層の複屈折効果によって楕円偏光または円偏光とな
り、そのうち出射側偏光板１２の透過軸方向の成分の光
が液晶表示素子の出射光となって、表示が明（ＯＮ）状
態になる。

【００２６】これは、両基板１，２の電極３，７間に逆
方向の極性のＯＮ電圧を印加したときも同様であり、こ
のときは液晶分子が第３の安定状態に配列するが、この
第３の安定状態でも、液晶層に入射した直線偏光が液晶
層の複屈折効果によって楕円偏光または円偏光となり、
そのうち出射側偏光板１２の透過軸方向の成分の光が液
晶表示素子の出射光となって、表示が明（ＯＮ）状態に
なる。

【００２７】すなわち、上記実施例のアクティブマトリ
ックス液晶表示素子は、分子配列状態の安定性をもちか
つ電界に応じて液晶分子の配列方向が変化する反強誘電
性液晶１０を用いたものであり、この反強誘電性液晶１
０を用いる液晶表示素子では、液晶層をはさんで対向す
る一対の基板１，２のうち少なくとも一方の基板の配向
膜に液晶分子の配列方向を規制する機能をもたせておけ
ば、無電界状態および電界印加状態での液晶分子の配列
方向を十分規制できるため、いずれかの基板の配向膜
は、水平配向性だけをもつ非ラビング膜でよい。

【００２８】そして、上記液晶表示素子では、対向電極
７を形成した対向基板２上の配向膜９をラビング処理膜
とし、画素電極３とその能動素子であるＴＦＴ４とを形
成したＴＦＴ基板１上の配向膜８は水平配向機能だけを
もつ非ラビング膜としているため、液晶表示素子の製造
に際して、上記ＴＦＴ基板１上の配向膜８をラビング処
理する必要はなく、したがってこのＴＦＴ基板１には配
向膜のラビングによる静電気は作用しないから、製造中
に静電気により能動素子（ＴＦＴ）４が破壊されるのを
防いで、製造歩留を向上させることができる。

【００２９】なお、上記実施例では、ＴＦＴ（薄膜トラ
ンジスタ）を能動素子とするアクティブマトリックス液
晶表示素子について説明したが、本発明は、薄膜ダイオ
ード等を能動素子とするアクティブマトリックス液晶表
示素子にも適用できるし、また液晶は、強誘電性液晶で
あってもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明のアクティブマトリックス液晶表
示素子は、対向電極を形成した基板上の配向膜はその膜
面を一方向にラビングしたラビング処理膜とし、画素電
極と能動素子を形成した基板上の配向膜は非ラビング膜
とするとともに、両基板間に、強誘電性もしくは反強誘
電性の液晶を封入したものであるから、液晶表示素子の
製造に際して、上記画素電極と能動素子を形成した基板
上の配向膜をラビング処理する必要はなく、したがっ
て、製造中に静電気によって能動素子が破壊されるのを
防いで、製造歩留を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すアクティブマトリック
ス液晶表示素子の一部分の断面図。

【図２】上記液晶表示素子の画素電極と能動素子を形成
した基板の一部分の平面図。

【符号の説明】

１，２…基板、３…画素電極、４…ＴＦＴ（能動素
子）、Ｇ…ゲート電極、ＧＬ…ゲートライン、５…ゲー
ト絶縁膜、６…半導体層、Ｓ…ソース電極、Ｄ…ドレイ
ン電極、ＤＬ…データライン、７…対向電極、８…水平
配向膜（ラビング処理膜）、９…水平配向膜（非ラビン
グ膜）、１０…反強誘電性液晶、１１，１２…偏光板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶層をはさんで対向する一対の透明基板
   の一方に画素電極とその能動素子とを形成し、他方の基
   板に対向電極を形成するとともに、両基板の電極形成面
   上にそれぞれ水平配向膜を設けたアクティブマトリック
   ス液晶表示素子において、前記対向電極を形成した基板
   上の配向膜はその膜面を一方向にラビングしたラビング
   処理膜とし、前記画素電極と能動素子を形成した基板上
   の配向膜は非ラビング膜とするとともに、前記両基板間
   に、強誘電性もしくは反強誘電性の液晶を封入したこと
   を特徴とするアクティブマトリックス液晶表示素子。