JPH08313915A

JPH08313915A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08313915A
Application number: JP11855795A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Koma; 徳夫小間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】配向制御膜を改良し、表示品位を向上する。【構成】配向制御膜（１５，２３）をＳｉＮxにより
形成し、ラビングを行っている。これにより、パッシベ
ーション膜との兼用ができるので、結果的に液晶層と表
示電極（１３，２１）との間の誘電層の薄膜化が成され
るとともに、導電性異物の被覆が実現される。このた
め、残留電荷の制御性が向上され直流成分電圧の低減、
電圧保持率の上昇が達成され、また基板間のリークが防
がれる。更に、プレチルトが無くなるので、所定の電極
及び電極不在領域を形成して画素容量内の電界を変形し
配向を制御する構造においては、プレチルトによる配向
の制御作用による妨害が無くされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に関し、特
に、液晶の基板との接触界面において、液晶の配向を制
御する配向制御膜を改良した液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は小型、薄型、低消費電力
などの利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実
用化が進んでいる。特に、液晶駆動用の透明電極を交差
配置して表示点をマトリクス的に選択しながら電圧を印
加するマトリクス型、更には、液晶駆動用の表示電極を
複数、共通電極に対向配置させ、各表示電極にスイッチ
素子を接続形成することにより、線順次に書き換え画素
を選択しながら、信号電圧を保持させていくアクティブ
マトリクス型は、高精細、高コントラスト比の動画表示
が可能となり、パーソナルコンピュータのディスプレ
イ、テレヴィジョンなどに実用化されている。

【０００３】液晶表示装置は、液晶駆動用の透明電極を
有した電極基板を細隙をもって貼り合わせ、内部に液晶
を密封することにより構成されている。図７に、液晶表
示装置の構造を示す。ガラス基板（５０）（６０）上に
は、各々ＩＴＯ（Indium TinOxide）の透明電極（５
１）（６１）が形成されており、両電極（５１，６１）
の対向部分は、両基板（５０，６０）間に内封された液
晶層（７０）を区画して画素容量を構成している。ま
た、透明電極（５１）を覆う全面には必要によりパッシ
ベーション膜（５２）が形成され、更に両基板の最表面
には全面にポリイミドなどの有機高分子膜が被覆され、
表面にラビング処理を施すことにより、液晶との相互作
用によりディレクター（７１）を指定する配向制御膜
（５３，６２）が形成されている。液晶ディレクター
（７１）は、ラビングの方向に沿って２〜３°の初期傾
斜角（プレチルト角）もって揃えられている。

【０００４】各画素容量は所望の電圧が印加されるよう
に構成されているが、特に、アクティブマトリクス型の
場合、透明電極（６１）は基板に全面的に形成された共
通電極であり、また透明電極（５１）はマトリクス的に
配置された表示電極である。更に表示電極にはスイッチ
素子として、図示は省いたが、アモルファスシリコンや
ポリシリコンを用いた電界効果型の薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ：Thin FilmTransistor）が接続され、信号電
圧が選択されて画素容量により保持される。液晶は誘電
率及び屈折率に異方性を有しており、各画素容量により
形成された電界に従ってその配向状態が変化して透過光
を変調する。透過率は電界強度に依存して微調整される
ため、画素容量ごとに印加電圧を制御することにより、
階調表示がなされ、所望の表示画面が作成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の、配向制御膜
（５３，６２）としてポリイミドを用いた液晶表示装置
には以下のような問題点がある。まず、ＴＦＴを有した
アクティブマトリクス型の場合、ＴＦＴを保護するため
にＳｉＮxなどのパッシベーション膜（５２）が必要不
可欠であるため、透明電極（５１）上にパッシベーショ
ン膜（５２）と配向制御膜（５３）が被覆された構造と
なる。このため、液晶層（７０）の厚さが５μｍ程度で
あるのに対し、透明電極（５１）と液晶層（７０）の間
には０．５〜１μｍ程度の離間距離が生じる。このため
画素容量の誘電層が液晶層（７０）の領域とパッシベー
ション膜（５２）及び配向制御膜（５３）の領域の垂直
方向結合により成り立ち、パッシベーション膜（５２）
と配向制御膜（５３）による容量成分が無視できなくな
る。即ち、ＴＦＴの寄生容量に起因する電圧シフトや、
印加電圧の大きな表示を行った場合に、液晶の誘電分
極、あるいは僅かながらの自由電子による電気伝導性の
ために、液晶層（７０）と配向制御膜（５３）との界面
に電荷が蓄積される。いったん、このような電荷が生じ
ると、配向制御膜（５３）を誘電層として透明電極（５
１）との間に容量を形成するため、配向制御膜（５３）
が厚く容量が小さくなるとリアクタンスが大きくなるの
で、透明電極（５１）の電圧によって、蓄積された電荷
を制御することが困難になってくる。このため、保持中
に残留電荷が液晶層中（７０）中を移動して、画素容量
の電圧の保持率が低下したり、画素間で保持電圧が互い
に干渉し合ってクロストーク現象を招くことになる。ま
た、交流反転駆動においては、例えば、液晶層（７０）
へ印加された正電界により生じた電荷は、続くフィール
ド期間で極性が反転しても電荷が残ってしまい、負電界
を強める方向に働き、これが直流成分電圧となって、透
過率に影響を及ぼし、焼き付きなどの原因にもなる。

【０００６】一方、このような問題を防ぐために、透明
電極（５１）上のみパッシベーション膜（５２）を除去
する構造がある。この場合、フォトリソグラフィー及び
エッチングの工程が増え、コストが増大するとともに、
以下の問題が生じる。即ち、透明電極（５１）と液晶層
（７０）の間には、ポリイミドの配向制御膜（５３）の
みが介在される構造となるため、透明電極（５１）上
に、金属片や導電性の反応物などが在ると、ポリイミド
はこれら導電性異物を含んで成膜される。異物がポリイ
ミドの膜厚よりも大きな場合、異物が配向制御膜（５
２，６２）から突き出されて直接に液晶層（７０）に接
触する。液晶は、僅かではあるが電気伝導性を有してお
り、導電性異物を通じて透明電極（５１）に接触する
と、液晶層（７０）中で電荷が移動し、電圧保持率の低
下や、保持中の電圧が画素間で干渉するクロストーク現
象、更には、透明電極（５１，６１）が液晶層（７０）
を介して通電する基板間ショートなどの問題となってい
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために成され、第１に、液晶層を挟んで対向配置さ
れた一対の基板上に、液晶駆動用の画素容量を構成する
複数の液晶駆動用電極が形成され、前記液晶駆動用電極
に電圧を印加することにより前記画素容量に対応する液
晶層中に電界を形成し液晶の配向を変化して透過率を変
える液晶表示装置において、前記液晶駆動用電極が形成
された基板上には、無機膜からなる配向制御膜が形成さ
れ、液晶の初期配向を制御する構成である。

【０００８】第２に、液晶層を挟んで対向配置された一
対の基板上に液晶駆動用の画素容量を構成する複数の液
晶駆動用電極が形成され、前記液晶駆動用電極に電圧を
印加することにより前記画素容量に対応する液晶層中に
電界を形成し液晶の配向の第１成分を指定して透過率を
変化するとともに、前記一対の基板の一方の基板上には
前記画素容量の周辺に画素容量内の電界を変形する配向
制御電極が配置され、液晶の配向の第２成分を指定して
視角特性を変える液晶表示装置において、前記液晶駆動
用電極が形成された基板上には、無機膜からなる配向制
御膜が形成され、液晶の初期配向を制御する構成であ
る。

【０００９】第３に、第１または第２の構成において、
前記一対の基板の一方に形成された液晶駆動用電極中に
は、電極の不在部分である配向制御窓が形成されている
構成である。第４に、第１から第３のいずれかの構成に
おいて、前記配向制御膜は、ラビング処理が施され、液
晶の初期配向方向は前記配向制御膜との接触界面におい
て前記ラビングの方向に沿った一定方向に揃えられてい
る構成である。

【００１０】第５に、第１から第４のいずれかの構成に
おいて、前記配向制御膜は、ＣＶＤあるいはスパッタリ
ングにより形成された膜であることを特徴とする請求項
１から請求項４記載の液晶表示装置。

【００１１】

【作用】本発明の構成で、液晶の配向制御膜として、無
機膜からなる絶縁層を用いることにより、例えば、周知
の化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposisio
n）、あるいは物理的堆積法、即ち、スパッタリングな
どにより成膜することができる。このため、配向制御膜
をパッシベーション膜に兼用させることができ、液晶層
と液晶駆動用電極の間の誘電層が薄くなるので、配向制
御膜上に生じた電荷と液晶駆動用電極との間で形成され
る容量を大きくすることができ、この容量のリアクタン
スが小さくなる。従って、液晶駆動用電極の電圧により
配向制御膜上の電荷が十分に制御され、液晶層中で電荷
が移動して、電圧保持率が低下したり、画素間で保持電
圧が影響し合うクロストーク現象などを防ぐことができ
る。特に交流反転駆動においても、電荷の残留が無くさ
れ、直流成分電圧を防ぐことができる。

【００１２】また、ＣＶＤやスパッタリングにより形成
された膜は、ステップカヴァレッジが良く、電極配線上
に異物があっても、この異物の上を覆って被着されるた
め、異物が液晶に直に接触することが無くなる。このた
め、導電性異物により電極配線が液晶層を介して通じて
リークすることが防がれる。また、このような配向制御
膜自体を薄くすることができるので、配向制御膜を誘電
層とした容量のリアクタンスを小さくすることにより、
液晶駆動用電極による配向制御膜上の電荷の制御性が高
まるので、クロストーク、電圧保持率の低下、残留電荷
による直流成分電圧などの問題が無くされる。

【００１３】更に本発明で、無機膜に周知のラビング処
理を施すことにより、配向制御膜との接触界面において
液晶の初期配向を制御することができる。この時、液晶
ディレクターの初期状態における傾斜角（プレチルト
角）をほぼ０°にすることができる。このため、配向制
御電極、即ち、透明電極の周辺に配され液晶層中の電界
を変形して配向を所定の方向に制御して視角依存性を改
善するための電極、あるいは、液晶駆動用電極中の所定
領域に電極不在部として形成され無電界領域を作ること
により配向状態の異なる領域の境界をそこに固定して全
体の配向を安定させる配向制御窓を設けた構造に適用す
ることにより、電圧印加時にプレチルトによる配向の制
御性が電界による配向制御性を妨げることが無くなるの
で、配向制御電極や配向制御窓の効果が高められる。

【００１４】

【実施例】続いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は本発明の実施例にかかる液晶表示装置の平面図で
あり、図２はそのＡ−Ａ線に沿った断面図である。ま
ず、基板（１０）上にＣｒからなる配向制御電極（１
１）が形成され、これを覆う全面にはＳｉＮxからなる
絶縁層（１２）が形成されている。層間絶縁層（１２）
上には、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide）からなる液晶駆動
用の表示電極（１３）、表示電極（１３）の間にはＴＦ
Ｔとそのゲート・ドレインなどの電極配線（１４）が形
成された領域がある。配向制御電極（１１）は表示電極
（１３）を囲うように配されている。これら表示電極
（１３）とＴＦＴの電極配線（１４）を覆う全面にはＳ
ｉＮx、ＳｉＯ2などの無機膜からなる配向制御膜（１
５）が設けられ、ラビング処理がなされている。対向位
置に固定された基板（２０）上には、ＩＴＯからなる液
晶駆動用の共通電極（２１）と、エッチングにより形成
された電極不在部からなる配向制御窓（２２）が設けら
れている。これらを覆う全面には、ＳｉＮxからなる配
向制御膜（２３）が形成され、ラビング処理がなされて
いる。これら両基板（１０，２０）間には液晶層（３
０）が介在され、基板周縁でシールされて密封されてい
る。

【００１５】図３から図６に、配向制御膜（１５，２
３）として、このような無機膜を用いた液晶表示装置に
ついて、各種測定結果を示す。測定では、配向制御膜
（１５，２３）は、プラズマＣＶＤにより形成したＳｉ
Ｎxにラビング処理を行ったものである。ラビングは、
レーヨン性のローラーで、押し込み量０．６ｍｍ、回転
数５００ｒｐｍで行っている。

【００１６】図３は、膜厚を変えた時の基板間ショート
の数である。測定では、マザーパネルで１ｍ↑2中につ
き、配向制御膜中の異物が原因と見られる基板間のショ
ートによる不良数の平均を求めグラフ（Ａ）を作成し
た。また、比較例としてポリイミドの配向制御膜を用い
た測定結果もグラフ（Ｂ）に示した。図から分かるよう
に、ポリイミドでは１０〜２０個程度のショート不良が
見られたが、ＳｉＮxを用いるとにより０．５個以下に
減少しており、特に、膜厚１０００Å以上では、基板間
ショートによる画素不良は見られなかった。これより、
プラズマＣＶＤにより成膜した配向制御膜はステップカ
ヴァレッジが良く、膜厚が薄くても異物を覆い込むこと
ができるため、表示電極（１３）と液晶層（３０）との
絶縁性が高まり、液晶層中の電荷移動による基板間ショ
ートを防ぐことができることが分かる。

【００１７】図４は、同様に膜厚を変えたときの残留直
流成分電圧である。測定では、直流電圧１０Ｖを２０分
間印加後の残留電圧を求めた。ポリイミドを用いた場合
（Ｂ）よりもＳｉＮxを用いた場合（Ａ）の方が残留電
圧は大きくなっているが、図３で見たように、ＳｉＮx
の配向制御膜は、膜厚を薄くすることができるので、結
果的に、残留直流成分電圧を低減することが可能とな
る。即ち、膜厚が大きくなるに従い配向制御膜を誘電層
とした容量のリアクタンスも大きくなるため、いったん
液晶層と配向制御膜の界面に生じた電荷は、その後、液
晶駆動用電極の電圧により制御されにくくなり、残留直
流成分電圧となっている。通常、液晶の閾値は１〜２
Ｖ、画素容量への印加電圧範囲は０〜５Ｖ程度であり、
残留直流電圧により透過率が変化する影響が認識されな
いレベルは、本測定法では、０．０５Ｖ程度以下であ
る。この時、図よりＳｉＮxを用いた配向制御膜は膜厚
５００Å以下が実現される。

【００１８】図５に、膜厚を変えたときの電圧保持率の
測定結果を示す。図のＡに示されるように、ＳｉＮxを
用いることにより電圧保持率は１００％に近い値が得ら
れており、ポリイミド膜を用いた場合（Ｂ）に９０％程
度だった値よりも上昇している。図６に、膜厚を変えた
ときのプレチルト角の大きさを示す。測定では、いずれ
の膜厚においてもプレチルト角の存在は確認されなかっ
た。

【００１９】以上、図３から図６に示すように、配向制
御膜としてＳｉＮxを用いることにより、各種測定結果
の向上が見られるが、本発明は、ＳｉＮxのみに限定さ
れることはなく、他にＣＶＤあるいはスパッタリングに
より形成される無機膜、例えば、ＳｉＯ2などを用いて
も同様の効果が得られるものである。本発明では、この
ようなＳｉＮx、あるいは、ＳｉＯ2などの無機膜を配向
制御膜（１５）として用いることにより、パッシベーシ
ョンと兼用とすることにより、表示電極（１３）上の誘
電層を配向制御膜（１５）のみとするものである。これ
により、液晶層（３０）と表示電極（１３）間の容量が
大きくなることが無くなり、配向制御膜（１５）上の残
留電荷の制御が表示電極（１３）の電圧制御により効率
的に成され、液晶層（３０）中での電荷の移動に起因す
るクロストーク現象、電圧保持率の低下、あるいは配向
制御膜（１５）上の残留電荷に起因する直流成分電圧に
よる焼き付きなどの問題が防がれる。

【００２０】特に、異物に対する被覆性の向上から、液
晶駆動用電極（１３，２１）上の導電性異物による液晶
層（３０）との通電が防がれ、図３に示すように、基板
間ショート数が減少するとともに、このような導電性異
物に起因すると見られる液晶層（３０）中での電荷の移
動が抑えられるため、図５に示されているように、平均
的に電圧保持率の上昇が達成されている。また、膜厚を
薄くすることが可能となるので、リアクタンスにより電
荷の制御性が減じられることが無くなるので、これによ
っても、直流成分電圧の低減、電圧保持率の上昇、クロ
ストークの抑制が達成される。

【００２１】更に、図６に示すように、プレチルト角が
０°であるため、ツウィスト・ネマチック・モードにお
いて、本出願人が既に特願平５−８４６９６、特願平５
−１５３６７１、特願平５−１５７１２０、特願平５−
１６９０８７、特願平５−１６９０８８、特願平５−２
１６４４１、特願平５−２９５７３１、特願平６−２１
１５２、特願平６−９２２８３、特願平６−１０４０４
４、特願平６−２０７５８９、特願平６−２３７４８２
で出願済みの構造に適用するのが最も効果的である。即
ち、液晶駆動用電極とは別に液晶の配向の指向性を制御
する配向制御電極、液晶の配向方向の異なる領域の境界
を固定するために液晶駆動用電極内に電極不在領域とし
て形成した配向制御窓、または、液晶層との接触界面を
部分的に隆起または陥没させて液晶の配向の指向性を付
与する配向制御断層などを設け、液晶の配向が複数方向
に分割するように制御することにより、視野角を拡大し
表示品位を高めた構造に最適である。なぜならば、本発
明の配向制御膜を用いることにより、プレチルト角が０
°となるため、電界の制御により付与された配向の指向
性が、プレチルトによる指向性により妨げられることが
避けられ、良好な配向制御効果が得られるからである。

【００２２】図１及び図２に示した実施例は、配向制御
電極（１３）と配向制御窓（２２）を有した液晶表示装
置において、配向制御膜（１５，２３）をＳｉＮxによ
り形成した構造である。表示電極（１３）のエッジ部で
は、配向制御電極（１１）との電圧差もあって電界（３
２）は、表示電極（１３）から共通電極（２１）へ向か
って表示電極（１３）の外側へ広がるような形状となっ
ている。このような電界（３１）が斜め方向に傾いた領
域においては、特に、液晶ディレクター（３１）は、最
短の変位でもって電界（３２）の方向へ沿うように変化
し、連続体性により画素内部もこれに従った配向とな
る。即ち、液晶ディレクター（３１）の法線方向に対す
る角度とともに、法線を軸とした回転角も指定される。
表示電極（１３）の各エッジ部でこのように制御された
配向は、画素の中央部で食い違うが、電極の不在により
形成された配向制御窓（２２）により確保された無電界
領域においては、液晶ディレクター（３１）が比較的強
く初期状態に固定されているため、ここにおいて、配向
の異なった領域の境界が固定されて画素全体で配向が安
定する。

【００２３】このように、図１及び図２に示した構造
は、画素容量の電界（３２）を部分的に制御することに
より、液晶ディレクター（３１）の配向が変化する際
に、最短の経路をとらせることにより、エネルギー的に
安定させ、駆動時の配向法線方向成分と平面方向成分を
定めるものである。このため、配向制御膜により一定方
向に揃えられたプレチルトが与えられると、画素領域内
においてエネルギー差にばらつきがでて、設計時に予定
した配向が得られず、不安定となる。このため、本発明
により実現されたプレチルトの無い配向制御膜（１５，
２３）を用いることにより、電界による配向制御が効果
的に成される。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明
で、化学的、あるいは、物理的堆積法により成膜された
無機膜にラビング処理を行った配向制御膜を用いること
により、パッシベーション膜と配向制御膜を別に設ける
必要が無くなる。このため、液晶層と液晶駆動用電極の
間の誘電層が厚くなって配向制御膜と液晶層の界面に生
じた電荷が制御しにくくなるといったことが防がれる。
そしてこのような残留電荷による直流電圧成分が低減さ
れるとともに、保持中の電荷の移動による電圧保持率の
低下やクロストークが抑えられる。また、このような問
題を防ぐために液晶駆動用電極上のパッシベーションを
除去する工程が不要となり、コスト的にも有利である。

【００２５】また、このような堆積法により成膜した配
向制御膜は、基板上に付着した導電性の異物を覆い込む
ため、液晶駆動用電極が異物を介して液晶層に直に接触
して、液晶層中でリークが生じ、クロストーク現象や電
圧保持率の低下、更には基板間でのショートなどの問題
が防がれる。同時に、配向制御膜を薄くすることもでき
るので、直流成分電圧の低減、電圧保持率の上昇、クロ
ストークの抑制が達成され、表示品位がいっそう向上す
る。

【００２６】更に、このような堆積法により成膜した配
向制御膜は、プレチルトを与えないので、例えば、画素
容量の周辺に設けられて電界を変形することにより配向
を制御する配向制御電極や、液晶層内に無電界領域を形
成してそこで液晶を初期配向状態に固定することにより
全体の配向を安定させる配向制御窓を有した構造に用い
ることにより、電界の制御による配向指向性がプレチル
トによる配向指向性により減じられることが無くなり、
配向制御電極や配向制御窓が効果的に作用し、視野角の
拡大、表示品位の向上が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる液晶表示装置の平面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。。

【図３】配向制御膜の膜厚と基板間のショート数の関係
図である。

【図４】配向制御膜の膜厚と直流成分電圧との関係図で
ある。

【図５】配向制御膜の膜厚と電圧保持率との関係図であ
る。

【図６】配向制御膜の膜厚とプレチルト角の関係図であ
る。

【図７】従来の液晶表示装置の構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０，２０基板１１配向制御電極１２絶縁層１３表示電極１４ＴＦＴとその電極配線１５，２３配向制御膜２１共通電極２２配向制御窓３０液晶層３１液晶ディレクター３２電界

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶層を挟んで対向配置された一対の基
板上に液晶駆動用の画素容量を構成する複数の液晶駆動
用電極が形成され、前記液晶駆動用電極に電圧を印加す
ることにより前記画素容量に対応する液晶層中に電界を
形成し液晶の配向を変化して透過率を変える液晶表示装
置において、前記液晶駆動用電極が形成された基板上には、無機膜か
らなる配向制御膜が形成され、液晶の初期配向を制御す
ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】液晶層を挟んで対向配置された一対の基
板上に液晶駆動用の画素容量を構成する複数の液晶駆動
用電極が形成され、前記液晶駆動用電極に電圧を印加す
ることにより前記画素容量に対応する液晶層中に電界を
形成し液晶の配向の第１成分を指定して透過率を変化す
るとともに、前記一対の基板の一方の基板上には前記画
素容量の周辺に画素容量内の電界を変形する配向制御電
極が配置され、液晶の配向の第２成分を指定して視角特
性を変える液晶表示装置において、前記液晶駆動用電極が形成された基板上には、無機膜か
らなる配向制御膜が形成され、液晶の初期配向を制御す
ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】前記一対の基板の一方に形成された液晶
駆動用電極中には、電極の不在部分である配向制御窓が
形成されていることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記配向制御膜は、ラビング処理が施さ
れ、液晶の初期配向方向は前記配向制御膜との接触界面
において前記ラビングの方向に沿った一定方向に揃えら
れていることを特徴とする請求項１から請求項３のいず
れかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記配向制御膜は、ＣＶＤあるいはスパ
ッタリングにより形成された膜であることを特徴とする
請求項１から請求項４記載の液晶表示装置。