(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板に向かい合う第２の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との間に挟まれた液晶層と、
前記第１の絶縁基板と前記液晶層との間および第２の絶縁基板と前記液晶層との間にそれぞれ設けられた前記液晶層を配向させるための配向膜と、
前記第１および第２の絶縁基板のいずれか一方の絶縁基板と前記配向膜との間に設けられた保護膜と、
前記保護膜と前記一方の絶縁基板との間に平面視において互いに対向するように設けられ前記液晶層に表示のための電圧を印加する画素電極及び対向電極と、を備えるＩＰＳ型液晶画面表示装置であって、
前記保護膜と前記一方の絶縁基板との間に設けられ所定の電圧が印加される第１の導電部材であるゲート信号線を備え、
前記第１の導電部材の平面視における面積の１０％以上５０％以下を占める領域が、前記保護膜に設けられた開口部によって前記配向膜と接している、液晶画面表示装置。
【請求項２】
ソース信号線と交差する領域の前記ゲート信号線の表面に酸化層が形成されている、請求項１に記載の液晶画面表示装置。
【請求項３】
前記第１または第２の絶縁基板上に設けられた遮光層をさらに備え、前記第１の導電性部材が、表示装置の平面視において前記遮光層と重なり合う領域に設けられた請求項１に記載の液晶画面表示装置。
【請求項４】
前記一方の絶縁基板と前記配向膜との間にその一部が前記配向膜と接して設けられ、前記第１の導電性部材に印加される所定の電圧が負でありかつ該所定の電圧よりも高い電圧が印加される第２の導電性部材をさらに備えている、請求項１に記載の液晶画面表示装置。
【請求項５】
前記一方の絶縁基板上に設けられた、ソース信号線に接続されたソース電極、前記ゲート信号線に接続されたゲート電極、および前記画素電極に接続されたドレイン電極を有するスイッチング素子をさらに備え、前記第２の導電性部材が前記画素電極である、請求項４に記載の液晶画面表示装置。
【請求項６】
前記一方の絶縁基板上に設けられた、ソース信号線に接続されたソース電極、前記ゲート信号線に接続されたゲート電極、および前記画素電極に接続されたドレイン電極を有するスイッチング素子をさらに備え、前記第２の導電性部材が前記対向電極である、請求項４に記載の液晶画面表示装置。
【請求項７】
前記一方の絶縁基板上に設けられた、ソース信号線に接続されたソース電極、前記ゲート信号線に接続されたゲート電極、および前記画素電極に接続されたドレイン電極を有するスイッチング素子をさらに備え、前記第２の導電性部材が前記画素電極および前記対向電極である、請求項４に記載の液晶画面表示装置。
【請求項８】
前記第１または前記第２の絶縁基板上に設けられた遮光層をさらに備え、前記第２の導電性部材が、表示装置の平面視において前記遮光層と重なり合う領域に設けられた、請求項４に記載の液晶画面表示装置。
【請求項９】
前記配向膜に接している前記第１の導電性部材の近傍に配された、イオン化していない液晶分子とイオン化した液晶分子との間の反応における活性化エネルギーを低下させるための触媒をさらに備えた請求項１に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１０】
前記触媒に金属酸化物が含まれている、請求項９に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１１】
前記触媒に貴金属が含まれている、請求項９に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１２】
前記触媒に有機半導体化合物が含まれている、請求項９に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１３】
前記液晶層に添加された電解質を有している、請求項１に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１４】
前記第２の絶縁基板に設けられたイオン吸着体をさらに備えた、請求項１に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１５】
前記電解質が、化学式（ｔ−Ｂｕ）4ＮＸにより表される化合物である、請求項１３に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１６】
前記化学式中のＸがハロゲンである、請求項１５に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１７】
前記化学式中のＸがＣＯＯＲ（ここで、Ｒは水素、炭化水素基、またはアルカリ金属である）である、請求項１６に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１８】
前記開口部が所定数の画素ごとに設けられている、請求項１に記載の液晶画面表示装置。
【請求項１９】
前記開口部が画素ごとに設けられている、請求項１８に記載の液晶画面表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶画面表示装置に関するものであって、より詳しくはアクティブマトリクス型の液晶画面表示装置の表示むらの発生を抑制するための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶画面表示装置は、薄い、軽量、低電圧での駆動が可能などの長所を有することから、腕時計、電子卓上計算機、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等の表示部や、光シャッタ等に利用されている。
【０００３】
液晶画面表示装置としては、液晶層を挟持した一対の基板上に液晶層中の液晶分子を駆動するための電界を形成する電極がそれぞれ配されたツイステッドネマティック（ＴＮ）型のそれが一般的である。ＴＮ型液晶画面表示装置は、充分な視野角を有さない。そこで、液晶分子を駆動するための一対の電極が同一基板上の同一画素内に配さたＩＰＳ（In-Plane Swiching）型の液晶画面表示装置、同一画素内に一対の基板のそれぞれに交互に略線状の電極が配されたＰＶＡ（Patterned Vertical Alignment）型のそれ、ＴＮ型のそれと同様の電極構造を有し、より広い視野角を得られるＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）型のそれおよびＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）型のそれ等、ＴＮ型液晶画面表示装置よりも広い視野角が得られる様々な駆動モードの液晶画面表示装置が提案されている。
【０００４】
図１７にＩＰＳ型液晶画面表示装置用のアレイ基板の例を示す。また、図１８の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）にそれを用いた液晶画面表示装置の断面図を示す。アレイ基板２上の一対のゲート信号線４および一対のソース信号線５により囲まれた領域によって構成される画素領域には、ともに櫛形の画素電極６および共通電極７が、両者の間に絶縁層１１を隔てて配されている。共通電極７は、それと一体に形成された共通電極線８によって図中隣接する左右の画素領域の共通電極７と電気的に接続されている。画素電極６と同一層に形成されたソース信号線５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９を介して画素電極６と接続されている。ゲート信号線４は、共通電極７等と同一層に形成されていて、ソース信号線５と画素電極６との電気的接続を制御するための信号をＴＦＴ９に供給する。画素電極６と共通電極線８が重なり合った領域には、蓄積容量２３が形成されている。
【０００５】
これら信号線および電極が形成されたアレイ基板２の表面には、保護膜（パシベーション膜）１２が形成されていて、さらにそれを覆って配向膜１６が形成されている。
液晶画面表示装置１は、図１７に示すアレイ基板２とともに、液晶層１８を挟んでそれに向かい合って配された対向基板３を有する。対向基板３のアレイ基板２と対峙した表面には、画素領域を区画する格子状のブラックマトリクス１４および画素領域に対応したカラーフィルタ１５が形成されていて、さらにそれらを覆って配向膜１６が形成されている。なお、共通電極線８の直上の領域は正常な画素の表示に寄与しないため、対向基板３の共通電極線８に対向する領域にカラーフィルタに代えてブラックマトリクスが配される場合がある。
液晶画面表示装置用基板上への電極および信号線の形成において、異物の混入や電極のパターニング不良によってこれら要素が短絡しやすい。とりわけ、ＩＰＳ型液晶画面表示装置のアレイ基板は、櫛形の画素電極および共通電極が配されることから、それらの形成工程において短絡が発生しやすい。
【０００６】
この短絡した部分をレーザの照射によって分離すると、レーザが照射された領域の保護膜が破壊され、信号線等が保護膜より露出しやすい。レーザ照射によりゲート信号線が露出すると、その基板を用いた液晶画面表示装置は、連続した駆動を行ったときに、レーザ照射により補修された領域に表示むらが発生しやすい。たとえば、ノーマリーブラックの表示パネルでは、その領域の画素は周囲よりもより黒く表示される。
実際に、ゲート信号線が配された箇所の保護膜をレーザの照射により除去したアレイ基板を用いて組み立てたＩＰＳ型液晶画面表示装置を、５０℃の恒温槽中で１２時間連続駆動させた後、それに中間調の画像を表示させたところ、レーザ照射した箇所に表示むらが確認された。この表示むらは、レーザ照射した箇所周辺の液晶層でのイオンの局所的な発生または液晶層中にあらかじめ混入していた不純物イオンのそこへの吸引に起因して、その領域の液晶層の電圧保持率が局所的に低下するために発生すると考えられる。保護膜が破壊された領域では、所定の電位を有する信号線が露出する。したがって、信号線等から液晶層に電子が注入されて液晶分子が分解しまたは電荷を帯びて、イオンが発生したり、イオンがその領域に吸引される。これらイオンの局所的な偏在は、その領域の液晶層の電圧保持率を低下させることから、表示むらを生じさせる。画素電極および共通電極は共通電極に対する画素電極の極性を交互に入れ替えるいわゆる反転駆動が一般的に採用されていることから、露出したそれらは、ある期間はイオンを生成する一方で、ある期間はそれを回収する。したがって、画素電極、共通電極またはソース信号線が配された領域の保護膜が破壊されても深刻な問題にはならない。それに対して、駆動中のほとんどの期間、画素電極および共通電極に対する極性が負であるゲート信号線が配された領域の保護膜が破壊されると、ほぼ恒常的にその領域で負のイオンが発生したり、そこに正のイオンが吸引される。したがって、他の領域と比べてイオン濃度が極端に高くなる。同様の表示むらは、たとえばゲート信号線上の保護膜にピンホールが形成された場合や、ゲート信号線が表面に段差を有する場合にも生じる。
ピンホールによる影響を抑制するために、たとえば特開平１０−２０６８５７号公報には、保護膜の厚さをそれに接する電極の厚さよりも０．４μｍ以上厚くすることが提案されている。同公報によると、充分な厚さの保護膜を用いることでピンホールを介しての電極の液晶層への露出は低減できるものの、レーザ照射による保護膜の破壊に起因した信号線等の露出の抑制に効果はない。
【０００７】
特開平１０−１８６３９１号公報には、ＩＰＳ方式の液晶画面表示装置において、保護膜（絶縁膜）に残留した直流電圧成分に起因した表示異常を抑制するために、電極の一部が配向膜に接して形成され、液晶材料の比抵抗が１０13Ω以上である液晶表示装置が提案されている。画素電極を露出させることにより、その露出した表面で、液晶層内のイオンを回収することができる。しかしながら、画素電極はパネルが駆動中のほとんどの期間は、蓄積容量によってのみ電圧が維持されることから、積極的なイオンの回収は電極間電圧を低減させることになる。すなわち、液晶層のイオン濃度を効果的に低減することはできない。また、画面の焼き付きの防止や高速応答の観点から、比抵抗の値に基づいた液晶材料の選択は必ずしも適当ではない。
したがって、液晶層内で局所的に発生するイオンに起因した表示むらの発生を効果的に抑制することができる液晶画面表示装置が求められていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、液晶層内で局所的に発生するイオンに起因した表示むらの発生を抑制することができ、長時間にわたって良好な表示が可能な液晶画面表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶画面表示装置は、
第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板に向かい合う第２の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との間に挟まれた液晶層と、
前記第１の絶縁基板と前記液晶層との間および第２の絶縁基板と前記液晶層との間にそれぞれ設けられた前記液晶層を配向させるための配向膜と、
前記第１および第２の絶縁基板のいずれか一方の絶縁基板と前記配向膜との間に設けられた保護膜と、
前記保護膜と前記一方の絶縁基板との間に設けられ所定の電圧が印加される第１の導電部材とを備える。
好ましくは、前記保護膜に開口部が設けられるとともにこの導電性部材の該開口部によって配向膜に露出する面積の比は、液晶層中のイオン濃度を均一にすることおよび無駄な量の保護膜１２の除去を避けるため、１０〜５０％以下とする。
また、好ましくは、前記保護膜に開口部が設けられるとともに前記配向膜が該開口部中に入り込むように設けられ、前記第１の導電部材が該開口部中に入り込んだ配向膜と接する。
【００１０】
たとえば、画素電極および共通電極に対して実質的に正または負に安定した極性を有する導電性部材が配された領域の保護膜に、導電部材の一部が液晶層と接してまたは間に配向膜のみを介して対面するよう、開口部が設けられる。開口部が形成された領域の導電性部材は、レーザ照射箇所やピンホール発生箇所と同様にイオンを生成する。すなわち、信号線および電極を含む導電性部材が液晶層と接してまたは間に配向膜のみを介して対面し、イオンを生成する領域を、意図的に設ける。上記した液晶画面表示装置の表示むらは、局所的にそのイオン濃度が他とは異なる領域が液晶層内に形成されることによる。したがって、液晶層内のイオン濃度がその大きさに関わらず均一であれば、表示むらは発生しない。
【００１１】
より効果的に液晶層中にイオンを発生させるためには、上記導電部材にはゲート信号線を用いることが好ましい。ゲート信号は、フレーム期間中の１水平走査期間のみＯＮであって、他の期間においてはＯＦＦである。したがって、そのほとんどの期間においてゲート信号線の画素電極および対向電極に対する極性は負である。イオンは主に負電極、とりわけゲート信号線において発生しやすい。対向電極は、電位が一定であるかその変動が小さく、イオンの発生にほとんど寄与しない。ソース信号線は、一般に対向電極に対して極性が反転した電位が交互に繰り返されることから、イオンを生成するとともにそれを回収する。なお、導電部材には、画素電極および共通電極とは独立して駆動する第三の電極が含まれる。ただし、駆動信号の形態によっては、他の信号線や電極も含まれる。
【００１３】
他の信号線と交差する領域のゲート信号線の表面に陽極酸化により絶縁膜を形成すると、より効果的に短絡の発生を抑制することができる。たとえば、その上方に開口部を形成しようとする領域、接続端子部等、信号線表面の導電性を確保したい領域にマスクを配して、その他の領域にのみ選択的に陽極酸化膜を形成する。ゲート信号線の材料には、アルミニウム、タンタル、ジルコニウムまたはこれらの金属を８０重量％以上含む合金が、陽極酸化の容易性、形成される酸化膜の安定性の観点から好ましい。
【００１４】
液晶層のイオン濃度が上昇すると、液晶層の比抵抗が低下し、さらに液晶層への実質的な駆動電圧にも変動を及ぼす。したがって、好ましくは、液晶層のイオン濃度を低いレベルに維持するために、液晶層内のイオンを回収するイオン回収のための導電性部材をさらに設ける。
【００１５】
イオン回収用の導電性部材は、イオン生成用のそれと同様に、少なくとも一部が液晶層と接してまたは間に配向膜のみを介して配され、所定の電位を有する。導電部材はゲート信号線に対して正の極性を有する。たとえば、画素電極および共通電極が用いられる。イオン生成手段を有さない液晶画面表示装置においてイオン回収のための手段にこれら電極を用いても大きな効果は得られないが、イオンを生成するともにこれら導電性部材によってイオンを回収することで、液晶層のイオン濃度を所定の範囲内に維持することが可能になる。導電部材は、さらに、他の信号線や第３の電極を含む。
【００１６】
一般に、画素電極および共通電極は、その間に絶縁層を隔てて互いに異なる層に形成される。下層側の電極を配向膜または液晶層に露出させる場合には、この下層に配された電極に上層の電極と同一層またはさらに上の層に位置する電極要素を付加し、この付加された電極要素上の保護膜に開口部を形成すればよい。
【００１７】
下層の電極をゲート信号線と同時に形成する場合には、ゲート信号線と隣接した領域に電極要素を配することで、ゲート信号線とそれと同一層に形成される電極との間に充分なマージンが得られる。したがって、これらの形成時の短絡発生を抑制することができる。ゲート信号線の近傍には、それとは絶縁層を隔てた異なる層に電極要素を形成する。
【００１８】
また、保護膜をスイッチング素子を含む領域のみに配し、電極および信号線の上には保護膜を配さないことで、上層側の信号線または電極を容易に露出させることができる。
【００１９】
さらに液晶層または配向膜に接して設けられたイオン回収能を有する物質を含む。たとえば、酸化アルミニウム等の吸着物質や、イオンを吸着する多孔質ガラス、多孔質シリコン等の物理的吸着物質や、イオン交換樹脂等の化学的吸着物質が用いられる。
【００２０】
イオンの生成および回収のため保護膜に形成する開口部のサイズは、それらのイオン生成能およびイオン回収能に影響を及ぼす。充分なイオン生成能およびイオン回収能を有する手段を得るためには、開口部の直径または辺長は５μｍ以上であることが好ましい。また、開口部が表示品質に及ぼす影響を抑制するために、開口部の直径または辺長を肉眼により検知しにくい１００μｍ以下にする。
【００２１】
イオンの生成または回収のための導電性部材としての第三電極は、パネルの表示品質に与える影響を避けるため、好ましくは、対向基板のブラックマトリクス上や共通電極線に対向する領域など、表示装置の平面視における正常な画素の表示に寄与しない領域に配する。
【００２２】
イオン生成のための導電性部材を画素ごとに配すると、最も効果的に表示むらの発生を抑制することができる。もちろん、所定数の画素ごとに一つの導電性部材を配してもよい。そのイオン生成能を考慮して、さらにはその配置がパネルの表示品質に及ぼす影響を考慮して、その分布が決定される。イオン回収のための導電性部材の分布も、同様にそのイオン回収能およびその配置がパネルの表示品質に及ぼす影響を考慮して決定される。なお、青色画素にこれら導電性部材を配すると、青色の輝度変化に対する人間の視感度は、他色（すなわち赤および緑）の輝度変化に対するそれと比べて低いため、他色の画素にそれを配する場合と比べて使用者に与える違和感を小さくすることができる。
【００２３】
本発明の他の液晶画面表示装置では、液晶層中にイオンを形成する電解質塩が添加されている。予め液晶層中に電解質塩が添加されていると、局所的にイオンが発生しても、領域間のイオン濃度の格差が低減され、パネルの表示むらが低減される。
【００２４】
たとえば、電解質塩には、化学式（ｔ−Ｂｕ）4ＮＸにより表される化合物が用いられる。好ましくは、ＸはハロゲンまたはＣＯＯＲ（ここで、Ｒは水素、炭化水素基、またはアルカリ金属である）である。
【００２５】
本発明は、あらゆる駆動モードの液晶表示装置に適用される。とりわけ、ＩＰＳ型、ＰＶＡ型等、電極等の形成に微細な加工が求められる液晶画面表示装置に有用である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を、ＩＰＳ型液晶画面表示装置を例にして図面を用いて詳細に説明する。
《実施例１》
本実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板を図１に示す。また、このアレイ基板を用いた液晶画面表示装置を図２に示す。
【００２７】
このアレイ基板２は、図１７に示す従来のアレイ基板と同様の構成の電極および信号線を有する。一対のゲート信号線４および一対のソース信号線５により囲まれた領域により構成される画素領域には、ともに櫛形の画素電極６および共通電極７が両者の間に絶縁層１１を隔てて配されている。共通電極７は、それと一体に形成された共通電極線８によって図中隣接する左右の画素領域の共通電極７と電気的に接続されている。画素電極６と同一層に形成されたソース信号線５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９を介して画素電極６と接続されている。ゲート信号線４は、共通電極７等と同一層に形成されていて、ソース信号線５と画素電極６との電気的接続を制御するための信号をＴＦＴ９に供給する。
これら信号線および電極が形成されたアレイ基板２の表面には、保護膜１２が形成されていて、さらにそれを覆って配向膜１６が形成されている。
【００２８】
液晶層１８を挟んでアレイ基板２と対峙した対向基板３の表面には、画素領域を区画する格子状のブラックマトリクス１４および画素領域に対応したカラーフィルタ（図示せず）が形成されていて、さらにそれらを覆って配向膜１６が形成されている。
【００２９】
アレイ基板２は、図１および図２に示すように、ゲート信号線４直上の保護膜１２に保護膜開口部１３を有する。この開口部１３が形成された領域においては、図２に示すように、ゲート信号線４と配向膜１６が接している。この配向膜に対して露出した領域のゲート信号線４は、パネルの使用時に液晶層１８内にイオンを発生させる。
このアレイ基板２は、たとえば、以下のようにして製造される。
【００３０】
ガラス基板１０の表面にアルミニウム等からなる導電膜を形成した後、これを加工してゲート信号線４、共通電極７および共通電極線８を形成する。開口部１３の大きさについて説明すると、平面視において、ゲート信号線４の１０％以上５０％以下の領域が開口部１３によって開口されていることが好ましい。１０％未満である場合には、開口部１３の大きさが十分大きくないので液晶層中のイオン濃度を均一にすることが困難であり、逆に５０％を超えるような開口部１３を形成しようとすると、保護膜１２を除去する量が必要以上に増えてしまう場合がある。なお、ゲート信号線４の１５％以上４０％以下の領域が開口部１３によって開口されていることがより好ましい。
ついで、これらを覆うように酸化ケイ素等からなる絶縁膜を形成し、さらにその上に所定の形状のＴＦＴ９用半導体層を形成する。なお、ここで形成される絶縁膜は、ＴＦＴ９のゲート絶縁膜を兼ねる。形成された半導体層の所定の領域に不純物を注入した後、これらを覆うように同様に酸化ケイ素等からなる絶縁膜を形成する。この二層の絶縁膜により絶縁膜１１が構成される。
【００３１】
絶縁膜１１の形成の後、基板１０の半導体層が形成された領域の所定の箇所にコンタクトホールを形成する。基板１０の全面を覆ってアルミニウム膜およびチタン膜を形成し、さらにこの多層膜を加工して、ＴＦＴ９のソース電極と一体化されたソース信号線５、およびＴＦＴ９のドレイン電極と一体化された画素電極７を形成する。
以上のようにして、信号線および電極が形成された基板１０の表面を覆って窒化ケイ素等からなる保護膜１２を形成し、さらにゲート信号線４が配された領域内の所定部位の保護膜１２を選択的に除去して開口部１３を形成する。なお、必要に応じて、それと同時に基板１０の周縁部に形成された保護膜１２を除去し、そこに配された信号線の外部駆動回路との接続端子（図示せず）を露出させる。その後、所定の方法で基板１０の表面にポリイミド等からなる配向膜１６を形成して、図１に示すような、開口部１３が設けられている部分に、ゲート信号線４の一部と配向膜１３とが接しているアレイ基板が得られる。
背景技術において述べたような、レーザを使用して保護膜および配向膜を除去してゲート信号線４を露出させた場合にもゲート信号線４から液晶層１８に電子が移動して液晶分子がイオン化される。しかし、この場合には、ゲート信号線４が露出している個所が小さいので、ゲート信号線４を露出している個所にイオン化された液晶分子がたまりやすい。このようにしてゲート信号線４が露出している個所にイオン化された液晶分子がたまることによりイオン濃度が偏在化し、これが表示ムラの原因となるが、本実施例においては、ＴＦＴ９をオンにする時以外には負の電圧が印加されているゲート信号線４から非常に薄い配向膜１３を介して電子が液晶層１８に移動して液晶分子をイオン化（アニオン化）し、このイオン化された液晶分子が液晶層１８全体に広く拡散したため、イオン濃度が液晶層１８全体として均一化され（＝ばらつきがなくなり）、これにより表示ムラがなくなったと考えられる。
【００３２】
なお、液晶層１８中でイオン化した液晶分子があまりにも増えてイオン濃度が高くなりすぎると表示に支障をきたす場合があるが、本実施例では、イオン化した液晶分子が液晶層１８内で広く拡散することにより、液晶層１８全体としては表示に支障をきたすほどイオン濃度は高くならなかったと考えられる。
実際に、図３に示すようにゲート信号線４と画素電極６との間にパターン異常部２０を意図的に形成した後、それらを覆って保護膜１２を形成した。異常部２０にレーザを照射してゲート信号線４と画素電極６とを分離した後、図１および図２に示すように保護膜に開口部１３を形成し、さらに配向膜１６を形成してアレイ基板２を得た。これを用いて液晶画面表示装置を組み立てた。
【００３３】
以上のようにして得られた本実施例の液晶画面表示装置は、５０℃において３００時間連続して駆動させた後も、中間調にもむらが無い良好な画像を表示した。なお、このとき、ソース信号線５に印加される電圧は±５Ｖ（矩形パルス電圧）、ゲート信号線４に印加される電圧は−１０Ｖに設定した。
ここで、ゲート信号線４に代表される第１の導電性部材に印加される「負の電圧」とは、ＴＦＴ９がオフである期間内において、ソース信号線５に印加される電圧（±５Ｖの矩形パルス電圧）のうち、最も低い電圧（ここでは、−５Ｖ）よりも低い電圧（一例を挙げれば、−１０Ｖ）を意味する。なお、この場合、ＴＦＴ９がオンになる期間内には、＋１０Ｖの電圧がゲート信号線４に印加されることになる。
【００３４】
また、本明細書においては、２つの電圧間の関係について「高い・低い」という用語を用いるが、この「高い・低い」という用語は、絶対的な電圧が高いか低いかということを意味している。一例を挙げれば、＋５Ｖは±０Ｖよりも高く、±０Ｖは−５Ｖより高く、−５Ｖは−１０Ｖより高い。
一方、保護膜開口部を有さない従来の液晶画面表示装置は、同じ条件の連続駆動後に、レーザ照射による補修箇所にむらが確認された。
【００３５】
なお、本実施例によれば、従来の製造方法と比べて、新たな工程を付加する必要はない。すなわち、信号線の外部駆動回路との接続端子を保護膜１２から露出させる工程において同時に開口部１３を形成すればよく、従来の製造プロセスにおいてこの保護膜１３を加工する工程に用いるマスクの形状を変更するだけで、表示むらの発生を抑制することができる本実施例の液晶画面表示装置を得ることができる。
信号線の交差部やＴＦＴ９のゲート電極を含む領域において信号線の表面に陽極酸化により絶縁膜を形成すると、要素間の絶縁性が向上し、それらの間の短絡の発生をより効果的に抑制することができる。たとえば、アルミニウムを含むゲート信号線４の形成の後、開口部１３に位置する領域および信号線の外部駆動回路との接続端子を覆うパターンを有するマスクを用いた陽極酸化により、図４に示すように、所定の領域のゲート信号線４の表面に酸化アルミニウムからなる陽極酸化膜４ａを形成する。
【００３６】
《実施例２》
上記実施例ではゲート信号線をイオン発生のための部材に利用した例について説明したが、本実施例では他の形態について説明する。
従来の液晶画面表示装置に、イオン生成用の導電性部材として、画素電極および共通電極とは独立して配向膜と接した第３の電極を設けると、実施例１のそれと同様に、イオンの偏在による表示むらの発生を抑制することができる液晶画面表示装置が得られる。本実施例の液晶画面表示装置には、図１７に示す従来の液晶画面表示装置に用いるそれと同様の構造を有するアレイ基板２とともに、図５に示すように電極６および７に対して負の電位を有する第３電極１７が配された対向基板３が用いられる。
第３電極１７は、配向膜１８に接していて、その電位は、ＯＦＦ電位（すなわちそれに接続されたＴＦＴ９がＯＦＦの時のゲート信号線４の電位）と等しく設定されている。たとえば、画素電極６の電位は、パネルの駆動中、共通電極７に対して±５Ｖで反転し、共通電極７は接地されている（０Ｖ）。パネルの駆動中、第３電極１７は、−１０Ｖに保たれていて、絶えず負のイオンを発生させる。
【００３７】
なお、第３電極は、本実施例のように対向基板のゲート信号線に対向した領域に配されるほか、蓄積容量が配された領域、ソース信号線が配された領域等、その配置が表示品質に与える影響が小さい領域のアレイ基板または対向基板の上に配される。好ましくは、第３電極は、対向基板３上のブラックマトリクス１４にそれと重ねあわせて配される。また、クロム等の導電性材料からなるブラックマトリクス１４を、第３電極として用いることができる。
【００３８】
《実施例３》
上記実施例のようにイオンを連続して発生させると、液晶層の比抵抗が徐々に低下して、表示むらを抑制する一方で、長時間の使用において電圧保持率の一様の低下に基づく表示品質の低下を引き起こすことも懸念される。そのような変化は駆動信号によって補償することも可能ではあるが、本実施例では、そのような駆動信号による補償によらず本質的に表示品質を防止することができる液晶画面表示装置の例について説明する。
本実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板を図６に示す。また、その液晶画面表示装置を図７ａおよび図７ｂに示す。
【００３９】
本実施例の液晶画面表示装置は、実施例１のそれと同様にゲート信号線４上の領域に保護膜１２を除去して形成されたイオン生成用開口部１３ａを有するとともに、画素電極６上の蓄積容量を形成する領域にも同様にイオン回収用開口部１３ｂを有する。開口部１３ａおよび１３ｂは、上記実施例で開口部１３を形成する場合と同様に、あらかじめ形成された保護膜１２を加工して形成される。
駆動中のほとんどの期間において、画素電極６の電位は、ゲート信号線４のそれと比べて高い。一例を挙げると、画素電極６に印加される電圧は±５Ｖ（矩形パルス電圧）なので、最も低い画素電圧の電位は−５Ｖであるが、ＴＦＴ９がオフである期間にゲート信号線に印加される電圧は−１０Ｖである。したがって、イオン回収用開口部１３ｂにおいて液晶層１８に露出した画素電極６は、液晶層１８中の負のイオンを回収する機能を有し、このためイオン発生用開口部１３ａにおいてイオンを発生させて液晶層１８中のイオンの分布を均一化する一方で、イオン回収用開口部１３ｂにおいてイオンを回収することにより液晶層１８のイオン濃度の過度の上昇を抑制することができる。すなわち、本実施例の液晶画面表示装置では、イオン生成用の導電部材とともにイオン回収用の導電部材を有する。
以上のようにして得られた液晶画面表示装置は、５０℃において５００時間連続して駆動させた後も、むらが無い良好な画像を表示した。
【００４０】
本実施例３においても実施例１と同様、液晶層１８中のイオン化した液晶分子が均一化することにより表示ムラがなくなるが、本実施例３においては、イオン化（アニオン化）した液晶分子は、画素電極６に代表される第２の導電性部材により、その電子が奪われて通常の液晶分子となる。このため、液晶層１８中でイオン化した液晶分子があまりにも増えてイオン濃度が高くなりすぎると表示に支障をきたす可能性も小さくなる。これだけでなく、イオン発生用開口部１３ａにおいてゲート信号線４に代表される第１の導電性部材から電子を受け取ってアニオン化した液晶分子が、イオン回収用開口部１３ｂにおいてゲート信号線４より高い電位を有する画素電極６に引き寄せられる。この電気的な引力により、実施例１と比較して、イオン化した液晶分子が液晶層中に速やかに拡散され、かつ均一化される。このため、表示ムラをより少なくすることができる。
なお、このイオン回収用開口部１３ｂが形成された領域は、図７（ａ）に示すように対向基板３に配されたブラックマトリクス１４により覆われるため、そこにイオン回収用開口部１３ｂを形成してもパネルの表示品質に影響を与えない。また、この領域は、正常な画素の表示に寄与しないため、そこにブラックマトリクス１４を有さない液晶画面表示装置においても、その表示品質にほとんど影響を与えない。
【００４１】
《実施例４》
本実施例では、実施例２における第３電極と同様の電極をイオン回収用の導電性部材として用いた例について説明する。
本実施例では、実施例１と同様にゲート信号線直上の保護膜にイオン生成用開口部を設けたアレイ基板と、実施例２で用いたものと同様に第３電極を備えた対向基板を組み合わせた液晶画面表示装置において、第３電極の電位をゲート信号線のそれに対して正にする。なお、第３電極の電位を所定の値、好ましくはソース信号の中間値または共通電極電位の近傍の値に固定すると、効果的なイオン回収が行われる。
本実施例の他の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板を図８に示す。このアレイ基板２は、実施例３で用いたものと同様であって、ゲート信号線４が配された領域にイオン生成用開口部１３ａを有し、さらに共通電極線８の直上にイオン回収用開口部１３ｂを有する。一方、このパネル１に用いる対向基板３には、図９ａ、図９ｂおよび図９ｃに示すように、その電位を共通電極のそれと等しくした第３電極１７を有する。第３電極１７は、液晶層１６と接して配されていて、イオンを回収する。
この液晶画面表示装置は、５０℃において１，０００時間連続して駆動させた後も、むらが無い良好な画像を表示した。
【００４２】
《実施例５》
本実施例では、保護膜の共通電極直上の領域にイオン回収用の開口部を配した例について説明する。
本実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板を図１０に示す。また、液晶画面表示装置を図１１の（ａ）および（ｂ）に示す。
【００４３】
共通電極７は、ゲート信号線４、共通電極線８等と一体に形成された第一共通電極７ａおよび絶縁層１１を隔ててそれらより上層に配された第二共通電極７ｂからなる。第一共通電極７ａおよび第二共通電極７ｂは、絶縁層１２に形成されたコンタクトホール２２を介して電気的に接続されている。
【００４４】
共通電極７は、駆動中のほとんどの期間においてゲート信号線４のそれと比べて高い電位を有する。したがって、保護膜１２の共通電極７を覆う領域に開口部１３ｃを設けると、開口部１３ｃより露出した領域のゲート信号線４に、イオンを回収する機能を付与することができる。
たとえば、実施例１等の液晶画面表示装置に用いたアレイ基板の共通電極を直接露出させるためには、共通電極よりも上層に絶縁層および保護膜が配されることから、絶縁層および保護膜を貫通した開口部を形成する必要がある。開口部の深さが大きくなると、液晶層中のイオンの円滑な回収が困難になる。また、複数層を貫通した孔を形成するプロセスは、煩雑である。
【００４５】
これに対して本実施例によると、その直上に開口部が配される共通電極要素としての第二共通電極７ｂを、第一共通電極７ａよりも上層に、保護膜１２と接して配することができ、上記のようなイオン回収の阻害要因を排除することができる。また、第一共通電極７ａとゲート信号線４を一体に形成する工程において、両者間の短絡の発生を防止することができる。共通電極７を第一共通電極７ａと第二共通電極７ｂの２種類の要素によって構成しても、画素電極６との間に電界を形成する電極としての機能は阻害されない。
第一共通電極７ａは、上記実施例と同様の工程によって形成される。コンタクトホール２２の形成は、基板１０の端部の絶縁層１１を除去してゲート信号線４を外部回路と接続するための端子を露出させる工程において同時に行われる。第二共通電極７ａの形成は、ソース信号線５、画素電極６等と同時に行われる。したがって、本実施例の液晶画面表示装置は、従来の液晶画面表示装置の製造に新たな工程を付加することなく得ることができる。
なお、図１２および図１３に示すように、全ての共通電極７を第一共通電極７ａと第二共通電極７ｂの２種類の要素によって構成すると、第一共通電極７ａとゲート信号線４を一体に形成する工程において、両者間の短絡の発生をより確実に防止することができ、さらに表示パネルの駆動中においてはより効果的なイオンの回収が可能になる。
【００４６】
なお、イオンの回収をより効果的に行うためには、共通電極の電位は、パネルの駆動中一定であることが好ましい。
【００４７】
《実施例６》
本実施例では、さらに効果的にイオンの生成および回収が可能な液晶画面表示装置の例について説明する。
本実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板を図１４に示す。このアレイ基板２は、実施例５のそれと同様に互いに異なる層に配された複数の要素からなる共通電極を有し、ＴＦＴ９とその周辺の領域にのみ保護膜１２が形成されている。したがって、ソース信号線５、画素電極６および第二共通電極７ｂが露出している。
【００４８】
露出したこれらの要素はイオンを回収する機能を有する。したがって、大面積でイオンを回収することが可能になる。
【００４９】
本実施例のアレイ基板は、保護膜１２の加工パターンを除き、実施例７のそれと同様の方法により製造することができる。
【００５０】
本実施例の液晶画面表示装置は、５０℃において１０００時間連続して駆動させた後も、むらが無い良好な画像を表示した。
なお、以上の実施例１〜６においては、液晶層１８中においてイオン化した液晶分子はアニオンであることを前提に説明した。これは、数々の実験を行った結果、レーザを照射する等によりゲート信号線４を露出させた状態で画面を表示させた際に表示ムラが生じる１つの原因がアニオン化された液晶分子であるという本発明者らが見出した知見に基づいている。したがって、液晶層中においてカチオン化した液晶分子を有する液晶画面表示装置においては、電圧の正負および高低関係がすべて逆となる。したがって、ゲート信号線および画素電極に例示される第１の導電性部材には「負の電圧」ではなく「正の電圧」が印加され、第２の導電性部材には「正の電圧」ではなく「負の電圧」が印加されることになる。
【００５１】
《実施例７》
本実施例では、上記実施例のようなイオンの生成および回収をより効果的に行うことができる例について説明する。
本実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板を図１５に示す。このアレイ基板２は、実施例３で用いたそれと同様にゲート信号線４が配された領域に保護膜開口部１３ａを有し、さらに共通電極線８の直上に保護膜開口部１３ｂを有する。このアレイ基板２は、さらにこれら開口部１３ａおよび１３ｂに隣接して、触媒としての酸化チタン（微粒子を含む触媒層１９ａおよび１９ｂが配されている。本実施例の液晶画面表示装置では、触媒層１９ａおよび１９ｂによってイオン生成用開口部１３ａおよびイオン回収用１３ｂの配された領域において、イオン化した液晶分子とイオン化していない液晶分子の間の反応における活性化エネルギーを低下させ、両者間の電気化学的反応を促進して、より効果的なイオンの生成および回収を実施する。
【００５２】
触媒層１９ａおよび１９ｂは、たとえば触媒微粒子が分散した光硬化性樹脂プレポリマーのペーストを保護膜１２が形成された基板１０の表面に塗布し、さらにこの塗膜を所望の形状に加工して形成される。加熱により触媒層１９ａおよび１９ｂを硬化収縮させ、それらの表面にクラックを発生させると、表面積を大きくすることができ、より高い触媒作用が得られる。
触媒層には、たとえば酸化スズ等他の無機半導体触媒、白金、パラジウム、ルビジウム等の貴金属触媒、およびポリアニリン、ポリチオフェン等の有機半導体触媒を用いることができる。触媒を担持した微粒子を用いて作製した触媒層は、大きい表面積を有することから、高い触媒作用を示すことができる。イオンの生成および回収をより効果的に行うためには、触媒層は、イオン生成用の導電性部材またはイオン回収用の導電性部材の近傍に配することが好ましい。
【００５３】
《実施例８》
本実施例では、イオン回収のためにイオン吸着性物質を用いた例について説明する。
光硬化性樹脂に、触媒としてのニッケルを担持した酸化アルミニウムの微粒子を分散させて得られたペーストをブラックマトリクス１４上に塗布し、さらにこの塗膜を加工して図１６に示すように、イオン吸着層２１を形成する。イオン吸着物質を液晶層に接して配することで、上記実施例のようにイオンを回収する要素の形成のために保護膜等を加工する必要はない。
【００５４】
《実施例９》
あらかじめイオン性物質すなわち電解質塩を液晶層中に溶解させておくと、イオンの偏在による表示むらの発生の抑制に効果的である。ゲート信号線等の電位によって液晶層内にイオンが生成されても、そのイオン濃度のばらつきは小さく、表示むらの発生を抑制することができる。たとえば、
（ｔ−Ｂｕ）4ＮＣｌおよび（ｔ−Ｂｕ）4ＮＢｒに代表されるような（ｔ−Ｂｕ）4ＮＸ（Ｘはハロゲン）、
（ｔ−Ｂｕ）4ＮＣＯＯＲ（但しＲ＝Ｈ、Ｃ2nH2n+1などの炭化水素基、またはアルカリ金属）
等を２００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加する。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、液晶層中に生成されたイオンに起因した表示むらの発生を抑制することができ、長時間の駆動後も良好な画像を表示することができる液晶画面表示装置を提供することが可能になる。したがって、液晶表示装置の性能の向上および信頼性の向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板の一部を切り欠いた要部を示す平面図である。
【図２】同液晶画面表示装置の要部を示す縦断面図である。
【図３】同実施例において評価用に作製したパターン異常部を有するアレイ基板の要部を示す平面図である。
【図４】本発明の他の実施例の液晶画面表示装置の要部を示す縦断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例の液晶画面表示装置の要部を示す縦断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板の一部を切り欠いた要部を示す平面図である。
【図７】同液晶画面表示装置の断面を示す図であって、（ａ）はＢ−Ｂ’断面図であり、（ｂ）はＣ−Ｃ’断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板の一部を切り欠いた要部を示す平面図である。
【図９】同液晶画面表示装置の断面を示す図であって、（ａ）はＤ−Ｄ’断面図であり、（ｂ）はＥ−Ｅ’断面図であり、（ｃ）はＦ−Ｆ’断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板の一部を切り欠いた要部を示す平面図である。
【図１１】同液晶画面表示装置の断面を示す図であって、（ａ）はＧ−Ｇ’断面図であり、（ｂ）はＨ−Ｈ’断面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板の一部を切り欠いた要部を示す平面図である。
【図１３】同液晶画面表示装置の断面を示す図であって、（ａ）はＩ−Ｉ’断面図であり、（ｂ）はＪ−Ｊ’断面図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板の一部を切り欠いた要部を示す平面図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施例の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板の一部を切り欠いた要部を示す平面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施例の液晶画面表示装置の要部を示す縦断面図である。
【図１７】従来の液晶画面表示装置に用いるアレイ基板の一部を切り欠いた要部を示す平面図である。
【図１８】同液晶画面表示装置の断面を示す図であって、（ａ）はＫ−Ｋ’断面図であり、（ｂ）はＬ−Ｌ’断面図であり、（ｃ）は、Ｍ−Ｍ’断面図である。
【符号の説明】
１    液晶画面表示装置
２    アレイ基板
３    対向基板
４    ゲート信号線
４ａ    陽極酸化膜
５    ソース信号線
６    画素電極
７    共通電極
７ａ    第一共通電極
７ｂ    第二共通電極
８    共通電極線
９    薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１０    ガラス基板
１１    絶縁層
１２    保護膜
１３、１３ａ  イオン生成用開口部
１３ｂ、１３ｃ  イオン回収用開口部
１４    ブラックマトリクス
１５    カラーフィルタ
１６    配向膜
１７    第３電極
１８    液晶層
１９ａ、１９ｂ    触媒層
２０    パターン異常部
２１    イオン吸着層
２２    コンタクトホール
２３    蓄積容量
【図１】
0003842088.tif 000002
【図２】
0003842088.tif 000003
【図３】
0003842088.tif 000004
【図４】
0003842088.tif 000005
【図５】
0003842088.tif 000006
【図６】
0003842088.tif 000007
【図７】
0003842088.tif 000008
【図８】
0003842088.tif 000009
【図９】
0003842088.tif 000010
【図１０】
0003842088.tif 000011
【図１１】
0003842088.tif 000012
【図１２】
0003842088.tif 000013
【図１３】
0003842088.tif 000014
【図１４】
0003842088.tif 000015
【図１５】
0003842088.tif 000016
【図１６】
0003842088.tif 000017
【図１７】
0003842088.tif 000018
【図１８】
0003842088.tif 000019