JP5396224B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に係り、特に、横電界方式と称される液晶表示装置に関する。

横電界方式と称される液晶表示装置は、液晶を挟持する一対の基板の面と平行な面内において、液晶の分子を回転駆動させるようにし、いわゆる広視野角特性に優れたものとして構成することができる。

図５は、このような液晶表示装置の一例を示す画素の断面図である。液晶ＬＣを挟持して対向配置される第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２のうち、第１基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣ側の面に、絶縁膜ＩＮを介して配置される画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとが配置されている。対向電極ＣＴは、絶縁膜ＩＮのたとえば下層に面状のパターンとして形成され、画素電極ＰＸは、絶縁膜ＩＮの上層に並設された複数の線状のパターンとして形成されている。なお、画素電極ＰＸの上層には、液晶ＬＣの分子の初期配向方向を決定させる第１配向膜ＯＲＩ１が形成されている。画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとの間には、電界が発生し、この電界によって液晶ＬＣの分子を駆動させるようになっている。

なお、図５は、本発明の実施例を示す図１に対応して描いた図となっている。このため、図５の上述した構成以外の他の構成については図１における説明を参照されたい。

本願発明に関連する文献としては、たとえば下記特許文献１に示した液晶表示装置が知られている。前記特許文献１には、図５に示した構成において、隣接する画素電極ＰＸの間の絶縁膜ＩＮをその下層の対向電極ＣＴが露出するまで除去された構成が開示されている。

特開２００７−１８３２９９号公報

しかし、図５に示した液晶表示装置において、第１配向膜ＯＲＩ１の近傍に前記第１配向膜ＯＲＩ１の容量および抵抗によって、図６に示す等価回路が形成される。図６において、等価回路は、たとえば画素電極ＰＸから対向電極ＣＴに至る電界の電気力線（図５において矢印ＥＦで示す）に沿って、画素電極ＰＸと第１配向膜ＯＲＩ１との界面抵抗Ｒ１、第１配向膜ＯＲＩ１の容量Ｃ４と抵抗Ｒ４との並列接続体、第１配向膜ＯＲＩ１の抵抗Ｒ２および液晶ＬＣの容量Ｃ２の並列接続体、第１配向膜ＯＲＩ１の容量Ｃ４と抵抗Ｒ４との並列接続体、および絶縁膜ＩＮの容量Ｃ３が直列接続された回路として把握される。

このため、第１配向膜ＯＲＩ１内にＤＣ電流Ｉが流れ、このＤＣ電流Ｉによって絶縁膜ＩＮに電荷が蓄積（残留ＤＣ）されるようになる。そして、絶縁膜ＩＮに、このような残留ＤＣが蓄積されると、いわゆる焼き付け、あるいはフリッカが生じる原因となる。

この場合、第１配向膜ＯＲＩ１の抵抗を大きくすることによって、前記ＤＣ電流の発生を抑制することができる。しかし、絶縁膜ＩＮにＤＣ電流が発生してしまった場合に、残留ＤＣが抜け難くなり、焼き付けが消え難くなるという不都合が生じる。

また、上述した特許文献１に示した構成を採用することによって、上述した焼き付けを減少させることができるが、対向電極ＣＴの表面と画素電極ＰＸの表面との段差による凹凸が大きくなり、液晶ＬＣ側の面の平坦化が損なわれることになる。ことのことは、対向電極ＣＴおよび画素電極ＰＸを被って形成する第１配向膜ＯＲＩ１の表面に前記凹凸が反映され、信頼性あるラビング処理ができず、配向不良が生じてしまうことになる。

本発明の目的は、液晶側の面の平坦化を損なうことなく、焼き付きの大幅な減少を図った液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、上述した第１配向膜ＯＲＩ１を、たとえば２層構造で形成し、前記画素電極ＰＸ側の層の抵抗を液晶ＬＣ側の層の抵抗よりも大きくするようにしたものである。

本発明の構成は、たとえば、以下のようなものとすることができる。

（１）本発明の液晶表示装置は、液晶を挟持して対向配置される第１基板と第２基板とを備え、
前記第１基板の前記液晶側の面の画素領域において、前記第１基板側に形成する第１電極を設けるとともに、この第１電極の前記液晶側の面に絶縁膜を介して形成される複数の線状パターンを有する第２電極を設け、
前記第１電極および前記第２電極のうちの何れか一方を画素電極とするとともに、何れか他方を対向電極として構成し、
前記第２電極をも被って前記液晶と接触して形成される第１配向膜を設けてなる液晶表示装置であって、
前記第１配向膜に、
前記第２電極側に設けられる層であって、前記第２電極の前記液晶側の面全体、および、前記複数の第２電極間における前記絶縁膜の前記液晶側の面全体を被って形成する第１の層と、
前記液晶側に設けられる層であって、前記第１の層の前記液晶側の面全体に重畳するとともに、前記液晶側において、この液晶と接触して形成する第２の層と、
を設け、
前記第１の層の抵抗を、前記第２の層の抵抗よりも大きくすることを特徴とする。

（２）本発明の液晶表示装置は、（１）において、前記第１配向膜は、前記第１の層の抵抗を、１０１５〜１０１６（Ω・ｃｍ）のオーダーとし、前記第２の層の抵抗を、１０１３〜１０１４（Ω・ｃｍ）のオーダーとしたものであることを特徴とする。

（３）本発明の液晶表示装置は、（２）において、前記第２基板の前記液晶側の面に前記液晶と接触して形成される第２配向膜を備え、この第２配向膜の抵抗は１０１３〜１０１４（Ω・ｃｍ）のオーダーで形成されていることを特徴とする。

（４）本発明の液晶表示装置は、（１）において、前記第１電極は、対向電極として構成され、隣接する画素の第１電極と電気的に接続されて構成され、前記第２電極は、画素電極として構成され、隣接する画素の第２電極とは電気的に分離されて構成されていることを特徴とする。

（５）本発明の液晶表示装置は、（１）において、前記第１電極は、画素電極として構成され、隣接する画素の第１電極と電気的に分離されて構成され、前記第２電極は、対向電極として構成され、隣接する画素の第２電極とは電気的に接続されて構成されていることを特徴とする。

（６）本発明の液晶表示装置は、（１）において、前記第１電極および前記第２電極は、それぞれ、透光性導電膜で構成されていることを特徴とする。

なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。

上述のように構成した液晶表示装置は、液晶側の面の平坦化を損なうことなく、焼き付きの大幅な減少を図ることができるようになる。

本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。

本発明の液晶表示装置の実施例１を示す構成図で、図３のI−I線における断面図である。 本発明の液晶表示装置の概略を示す平面図である。 本発明の液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。 本発明の液晶表示装置の効果を説明するための等価回路図である。 従来の液晶表示装置の例を示す構成図で、図１と対応づけて示した断面図である。 従来の液晶表示装置の不都合を示す等価回路図である。

本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。

〈全体の構成〉
図２は、本発明の液晶表示装置の実施例１の概略を示す平面図である。図２において、液晶（図示せず）を挟持して対向配置される第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２がある。第２基板ＳＵＢ２は観察者側に配置されるようになっている。第１基板ＳＵＢ１の背面にはバックライト（図示しない）が配置されるようになっている。第２基板ＳＵＢ２は、第１基板ＳＵＢ１よりも若干小さな面積となっており、第１基板ＳＵＢ１の図中下側の辺部ＳＤを露出させるようになっている。第１基板ＳＵＢ１の図中下側の辺部ＳＤには半導体装置（チップ）ＳＥＣが搭載されている。この半導体装置ＳＥＣは後述の表示領域ＡＲにおける各画素を駆動する制御回路となっている。第２基板ＳＵＢ２の周辺には、第１基板ＳＵＢ１との固着を図るシール材ＳＬが形成され、このシール材ＳＬは液晶を封止させる機能をも有している。

シール材ＳＬで囲まれた領域は表示領域ＡＲとなっている。第１基板ＳＵＢ１の前記表示領域ＡＲにおける液晶側の面には、図中ｘ方向に延在しｙ方向に並設されるゲート信号線ＧＬ、および図中ｙ方向に延在しｘ方向に並設されるドレイン信号線ＤＬが形成されている。隣接する一対のゲート信号線ＧＬと隣接する一対のドレイン信号線ＤＬとで囲まれる領域は画素領域を構成するようになっている。これにより、表示領域ＡＲにはマトリックス状に配置された多数の画素を有するようになっている。

各画素領域には、図中の点線楕円枠内の等価回路図である図Ａに示すように、ゲート信号線ＧＬからの信号（走査信号）によってオンされる薄膜トランジスタＴＦＴと、この薄膜トランジスタＴＦＴを通してドレイン信号線ＤＬからの信号（映像信号）が供給される画素電極ＰＸと、この画素電極ＰＸとの間に電界を生じさせる対向電極ＣＴとが形成されている。前記電界は第１基板ＳＵＢ１の面に平行な成分を有し、液晶の分子は第１基板ＳＵＢ１の面に水平な状態のままで配向状態が変化するようになっている。この種の液晶表示装置はたとえば横電界方式と称される。なお、対向電極ＣＴはたとえばゲート信号線ＧＬに平行して走行するコモン信号線ＣＬを介して映像信号に対して基準となる基準信号が供給されるようになっている。

なお、ゲート信号線ＧＬ、ドレイン信号線ＤＬ、およびコモン信号線ＣＬは、それぞれ図示しない引き出し線によって前記半導体装置ＳＥＣに接続され、ゲート信号線ＧＬには走査信号、ドレイン信号線ＤＬには映像信号、コモン信号線ＣＬには基準信号が供給されるようになっている。

〈画素の構成〉
図３は、図２の図Ａに示す画素の構成を示し、第１基板ＳＵＢ１の液晶側に形成された画素の平面図である。また、図１は、図３のI−I線における断面図で、第２基板ＳＵＢ２とともに描画している。

図３において、第１基板ＳＵＢ１（図1参照）の液晶側の面（表面）に、図中ｘ方向に延在しｙ方向に並設されるゲート信号線ＧＬが形成されている。これらゲート信号線ＧＬは後述のドレイン信号線ＤＬとともに画素の領域を画するようになっている。ゲート信号線ＧＬには、画素領域側に突出する突出部ＰＪが形成され、この突出部ＰＪは後述の薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極ＧＴを構成するようになっている。

第１基板ＳＵＢ１の表面には、ゲート信号線ＧＬ（ゲート電極ＧＴ）をも被って、絶縁膜ＧＩ（図１参照）が形成されている。この絶縁膜ＧＩは、薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域において前記薄膜トランジスタＴＦＴのゲート絶縁膜として機能し、ゲート信号線ＧＬとドレイン信号線ＤＬとの交差部においてこれら信号線の層間絶縁膜として機能するようになっている。

絶縁膜ＧＩの上面であって少なくともゲート電極ＧＴと重なる個所に、たとえばアモルファスシリコンからなる島状の半導体層ＡＳが形成されている。この半導体層ＡＳは薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層となるものである。この半導体層ＡＳの上面にドレイン電極ＤＴ、ソース電極ＳＴが対向配置されて形成されることにより、いわゆるボトムゲート構造のＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型の薄膜トランジスタＴＦＴが構成されるようになる。

ここで、ドレイン電極ＤＴ、ソース電極ＳＴは、たとえばドレイン信号線ＤＬの形成と同時に形成されるようになっている。ドレイン信号線ＤＬは図中ｙ方向に延在されｘ方向に並設して形成され、ドレイン電極ＤＴは、前記ドレイン信号線ＤＬの一部が半導体層ＡＳ上に延在することによって形成されている。ソース電極ＳＴは、半導体層ＡＳの形成領域の外側にまで延在され、前記半導体層ＡＳに隣接して配置されるパッド部ＰＤと一体に形成されている。このパッド部ＰＤは面積が比較的大きく形成され、後述の画素電極ＰＸとのコンタクト部として機能するようになっている。

第１基板ＳＵＢ１の表面には、ドレイン信号線ＤＬ、薄膜トランジスタＴＦＴ、パッド部ＰＤをも被って保護膜ＰＡＳが形成されている。この保護膜ＰＡＳは、薄膜トランジスタＴＦＴの液晶との直接の接触を回避させ、薄膜トランジスタＴＦＴの特性の安定化を図っている。保護膜ＰＡＳは、たとえば、無機絶縁膜からなる第１保護膜ＰＡＳ１と有機絶縁膜からなる第２保護膜ＰＡＳ２の順次積層体によって形成されている。保護膜ＰＡＳの上層に塗布によって形成できる有機絶縁膜を用いることにより、表面の平坦化を図ることができる。

保護膜ＰＡＳの上面には、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透光性導電膜からなる対向電極ＣＴが形成されている。この対向電極ＣＴは、表示領域ＡＲの全域にわたって形成され、各画素において共通の信号（基準信号）が供給される電極として形成されている。ただし、対向電極ＣＴは、前記パッド部ＰＤが形成されている領域に重なるようにして開口ＯＰが形成されている。パッド部ＰＤは、上述したように画素電極ＰＸとのコンタクト部となることから、この部分において画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとの短絡が生じてしまうのを前記開口ＯＰによって回避させるようになっている。このように形成される対向電極ＣＴは各画素において面状のパターンで形成されることになる。

第１基板ＳＵＢ１の表面には、対向電極ＣＴをも被って絶縁膜ＩＮが形成されている。この絶縁膜ＩＮは対向電極ＣＴと後述する画素電極ＰＸとの層間絶縁膜として機能するようになっている。

画素領域における前記絶縁膜ＩＮ上には、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透光性導電膜からなる画素電極ＰＸが形成されている。画素電極ＰＸは、たとえば図中ｙ方向に延在されｘ方向に並設（たとえば４個）された線状パターンの電極によって形成されている。画素電極ＰＸの各電極は、それぞれの両端において互いに接続されたパターンとして形成されている。そして、画素電極ＰＸの薄膜トラジスタＴＦＴ側の端部は前記パッド部ＰＤの形成個所を被って形成され、絶縁膜ＩＮ、保護膜ＰＡＳに形成されたスルーホールＴＨを通して、前記パッド部ＰＤに接続されるようになっている。これにより、画素電極ＰＸは、薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極ＳＴと電気的に接続されるようになる。なお、スルーホールＴＨは、対向電極ＣＴの開口ＯＰ内において形成され、スルーホールＴＨの側壁に対向電極ＣＴが露出されないようになっている。

第１基板ＳＵＢ１の表面には、画素電極ＰＸをも被って第１配向膜ＯＲＩ１が形成されている。ここで、第１配向膜ＯＲＩ１は、この実施例１の場合、たとえば液晶層側に配置した上層配向膜ＵＲＩと第１基板側（又は画素電極ＰＸ側）に配置した下層配向膜ＤＲＩとの２層構造として形成されている。そして、第１配向膜ＯＲＩ１において、液晶ＬＣ側の上層配向膜（図中符号ＵＲＩで示す）に対して、画素電極ＰＸ側の下層配向膜（図中符号ＤＲＩで示す）は抵抗が高い材料で形成されている。たとえば、上層配向膜ＵＲＩの抵抗が１０１３〜１０１４（Ω・ｃｍ）のオーダーに対し、下層配向膜ＤＲＩの抵抗が１０１５〜１０１６（Ω・ｃｍ）のオーダーで高抵抗となっている。

第１配向膜ＯＲＩ１は、たとえば、抵抗の高い樹脂膜を塗布によって下層配向膜ＤＲＩを形成した後に、抵抗の低い樹脂膜を塗布によって上層配向膜ＵＲＩを形成し、その後、上層配向膜ＵＲＩの表面をラビング処理することによって形成する。この場合、抵抗の高い樹脂膜は、たとえば、可溶性のポリイミドを塗布することで形成でき、また抵抗の低い樹脂膜は、例えばポリアミック酸を成分とする樹脂を塗布した後焼成することによって形成することができる。

なお、このように構成した第１基板ＳＵＢ１は、液晶ＬＣを介して第２基板ＳＵＢ２が対向配置され、この第２基板ＳＵＢ２の液晶ＬＣ側の面には該液晶ＬＣと接触するようにして第２配向膜ＯＲＩ２が形成されている。この第２配向膜ＯＲＩ２の抵抗は、たとえば１０１３〜１０１４（Ω・ｃｍ）のオーダーとなっており、前記第１配向膜ＯＲＩ１の上層配向膜ＵＲＩの抵抗とほぼ同じとなっている。図１に示す第２基板ＳＵＢ２の液晶ＬＣ側の面には、通常、ブラックマトリックス、カラーフィタル等が形成されるが、これらの描画は省略している。

このように構成した液晶表示装置において、たとえば画素電極ＰＸから対向電極ＣＴに至る電界の電気力線ＥＦに沿った第１配向膜ＯＲＩ１の等価回路を図４に示す。なお、図４には、下層配向膜ＤＲＩおよび上層配向膜ＵＲＩからなる第１配向膜ＯＲＩ１を点線で示している。図４に示すように、等価回路は、画素電極ＰＸと下層配向膜ＤＲＩとの界面抵抗Ｒ１、下層配向膜ＤＲＩの容量Ｃ１、上層配向膜ＵＲＩの抵抗Ｒ２および液晶の容量Ｃ２の並列接続体、下層配向膜ＤＲＩの容量Ｃ１、および絶縁膜ＩＮの容量Ｃ３が直列接続された回路として把握できる。この場合、下層配向膜ＤＲＩは、上述したように抵抗が高く形成されていることから、この部分において図６に示した抵抗がないものと想定でき、図６に示したＤＣ電流の流れを発生させることなく構成できる。このため、絶縁膜ＩＮに残留ＤＣが蓄積されることがなく、いわゆる焼き付け、あるいはフリッカの発生を抑制させることができる。また、仮に、絶縁膜ＩＮにＤＣ電流が発生してしまうようなことがあっても、絶縁膜ＩＮに発生する残留ＤＣは抵抗の低い上層配向膜ＵＲＩを通して抜けるようになり、焼き付けが消え易くなる（回復する）ようにできる。

上述した実施例１では、第１配向膜ＯＲＩ１は、２層構造となっており、下層配向膜ＤＲＩは高抵抗層に、上層配向膜ＵＲＩは低抵抗層に形成するようにしたものである。しかし、第１配向膜ＯＲＩ１は必ずしも２層構造に限定されることはなく、２層よりも多層に形成するようにしてもよい。この場合、液晶ＬＣ側の層よりも画素電極ＰＸ側の層において抵抗の大きな層を存在させることによって実施例１に示したと同様の効果を奏することができる。

また、このように第１配向膜ＯＲＩ１を多層構造で構成した場合、それぞれの層の界面において抵抗は段差的な変化をともなうものとなる。しかし、第１配向膜ＯＲＩ１は画素電極ＰＸ側の抵抗が液晶ＬＣ側の抵抗よりも滑らかに大きくなっている場合でも実施例１に示したと同様の効果を奏することができる。このことから、第１配向膜ＯＲＩ１は、その膜厚方向に滑らかな抵抗分布を形成できるならば、必ずしも多層で構成しなくてもよい。

上述した実施例１では、液晶表示装置の画素において、面状のパターンからなる対向電極ＣＴの上面に絶縁膜ＩＮを介して複数の線状のパターンからなる画素電極ＰＸを具備した構成としたものである。しかし、これに限らず、上述の面状のパターンとして構成した電極を画素電極ＰＸとし、上述の複数の線状のパターンとして構成した電極を対向電極ＣＴとして構成するようにしてもよい。面状のパターンの電極と複数の線状のパターンの電極のうち、いずれを画素電極ＰＸとしても画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの間に発生する電界の分布に変化がないからである。この場合、画素電極ＰＸは、画素ごとに独立した映像信号が供給されることから、隣接する画素の画素電極ＰＸとは電気的に分離させて構成し、対向電極ＣＴは、各画素に共通の基準信号が供給されることから、隣接する画素の対向電極ＣＴと電気的に接続させて構成するようにする。また、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの両方を線状の電極としてもよい。

以上、本発明を実施例を用いて説明してきたが、これまでの各実施例で説明した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、それぞれの実施例で説明した構成は、互いに矛盾しない限り、組み合わせて用いてもよい。

ＳＵＢ１……第１基板、ＳＵＢ２……第２基板、ＳＬ……シール材、ＡＲ……表示領域、ＳＥＣ……半導体装置（チップ）、ＧＬ……ゲート信号線、ＤＬ……ドレイン信号線、ＣＬ……コモン信号線、ＴＦＴ……薄膜トランジスタ、ＰＸ……画素電極、ＣＴ……対向電極、ＧＩ……絶縁膜、ＰＡＳ……保護膜、ＰＡＳ１……無機絶縁膜、ＰＡＳ２……有機絶縁膜、ＩＮ……絶縁膜、ＯＲＩ１……第１配向膜、ＵＲＩ……上層配向膜、ＤＲＩ……下層配向膜、ＬＣ……液晶、ＯＲＩ２……第２配向膜、ＥＦ……電気力線。

Claims (7)

1. 液晶を挟持して対向配置される第１基板と第２基板とを備え、
   前記第１基板の前記液晶側の面の画素領域において、前記第１基板側に形成する第１電極を設けるとともに、この第１電極の前記液晶側の面に絶縁膜を介して形成される複数の線状パターンを有する第２電極を設け、
   前記第１電極および前記第２電極のうちの何れか一方を画素電極とするとともに、何れか他方を対向電極として構成し、
   前記第２電極をも被って前記液晶と接触して形成される第１配向膜を設けてなる液晶表示装置であって、
   前記第１配向膜に、
   前記第２電極側に設けられる層であって、前記第２電極の前記液晶側の面全体、および、前記複数の第２電極間における前記絶縁膜の前記液晶側の面全体を被って形成する第１の層と、
   前記液晶側に設けられる層であって、前記第１の層の前記液晶側の面全体に重畳するとともに、前記液晶側において、この液晶と接触して形成する第２の層と、
   を設け、
   前記第１の層の抵抗を、前記第２の層の抵抗よりも大きくすることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１配向膜は、
   前記第１の層の抵抗を、１０１５〜１０１６（Ω・ｃｍ）のオーダーとし、
   前記第２の層の抵抗を、１０１３〜１０１４（Ω・ｃｍ）のオーダーとしたものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２基板の前記液晶側の面に前記液晶と接触して形成される第２配向膜を備え、この第２配向膜の抵抗は１０１３〜１０１４（Ω・ｃｍ）のオーダーで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１電極は、対向電極として構成され、隣接する画素の第１電極と電気的に接続されて構成され、前記第２電極は、画素電極として構成され、隣接する画素の第２電極とは電気的に分離されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１電極は、画素電極として構成され、隣接する画素の第１電極と電気的に分離されて構成され、前記第２電極は、対向電極として構成され、隣接する画素の第２電極とは電気的に接続されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１電極および前記第２電極は、それぞれ、透光性導電膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１電極は面状パターンに形成され、前記第２電極は線状パターンに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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