JP2001117072A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 互いに画素領域の大きさが異なる主表示エリ
アと副表示エリアを有するアクティブマトリクス液晶表
示装置において、フリッカや焼き付きの発生を防止す
る。 【解決手段】 主表示エリアと副表示エリアに対応する
対向電極を分割して設け、主表示エリア用の対向電極と
副表示エリア用の対向電極に、画素領域の大きさに応じ
たそれぞれに最適な電圧を印加するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型液晶表示装置に関する。より詳細には、互いに画
素領域の大きさが異なる主表示エリアと副表示エリアを
具備するアクティブマトリクス型液晶表示装置の対向電
極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アクティブマトリクス方式の液晶
表示装置としては、図６に示すものが知られている。図
６は薄膜トランジスタ（ Thin Film Transistor： 以
下、ＴＦＴと略記する）アレイ基板１４０の平面図であ
る。従来のアクティブマトリクス装置のＴＦＴアレイ基
板１４０には、画素を構成する画素領城１３２がマトリ
クス状に配列された表示エリア１３０、この表示エリア
１３０の走査線１０１から外付けのゲートドライバＩＣ
に接続するための走査線の引き出し配線１３４と走査線
端子１３６、表示エリア１３０の信号線１１９から外付
けのソースドライバＩＣに接続するための信号線の引き
出し配線１３５と信号線端子１３７がそれぞれ形成され
ている。
【０００３】従来のアクティブマトリクス型液晶表示装
置に対して新たな機能を付加できるとの観点から、図１
に示すように、表示エリア３０（以後、主表示エリアと
言う）のほかに、例えば文字情報を表示させることを目
的とした他の表示エリア３１（以後、副表示エリアと言
う）を設ける必要性が唱えられている。この場合、主表
示エリア３０には精細度の高い表示が要求されるために
画素領域３２を小さくするが、副表示エリア３１ではそ
の表示目的から、必ずしも画素領域３３の大きさを主表
示エリアのそれと一致させる必要はない。むしろ、例え
ば文字は大きく表示させて見やすくしたいとの要求か
ら、副表示エリア３１の画素領域３３の大きさは、主表
示エリア３０の画素領域３２の大きさに比べて大きく設
計する。また、従来の副表示エリアを有する液晶表示装
置では、対向電極は図７に示すように対向基板４１の全
面に共通した１個の対向電極１３が形成されていた。
【０００４】ー方、アクティブマトリクス型液晶表示装
置では、対向配置された一対の基板の間に液晶層を狭持
してこれを表示媒体として用いており、液晶層の焼き付
きを防止するために液晶層には直流電圧が重畳しない交
流電圧を印加し、これを表示電圧として用いる。この交
流電圧は、信号線から画素領域を主として成す画素電極
へ、走査線からのゲート電圧でオン状態となったＴＦＴ
を介して印加される。この画素電極と液晶層を介して対
向する対向電極には、ー定の直流電圧を印加する。これ
により、液晶層に電界を与えてその屈折率を変化させる
ことにより、液晶層は表示媒体として使用可能となる。
【０００５】ところが、液晶の誘電率が電界強度に応じ
て変化すること、ＴＦＴのゲート電極とドレイン電極と
の間に寄生容量を有すること、および走査線と画素電極
との間に寄生容量を有することなどに起因して、ＴＦＴ
をオフ状態にすベくゲート電圧を変化させたときに、画
素電極の電位Ｖpに動的な電圧降下が生ずる。図５は液
晶表示装置の駆動電圧を示す概略図である。図５（ａ）
はＴＦＴのゲート電極に印加する電圧Ｖｇを、図５
（ｂ）はＴＦＴのソース電極に印加する電圧Ｖｓを、図
５（ｃ）はＴＦＴのドレイン電極、すなわち、画素電極
の電圧Ｖpを示している。図５（ｃ）のＶscはソース電
極に印加する交流電圧の中心電圧を、図５（ｃ）のＶco
m は対向電極に印加される電圧をそれぞれ示している。
対向電極と画素電極にそれぞれ電圧Ｖcom とＶp を印加
することにより、液晶層に実効的な電位が与えられ表示
媒体として作動するようになる。図５の横軸には時間を
とり、Ｖg、Ｖs、Ｖp のタイミングを示している。図５
（ａ）に示す電圧の高電位がＴＦＴをオン状態にする期
間、低電位がＴＦＴをオフ状態にする期間をそれぞれ示
している。
【０００６】ＴＦＴをオフ状態にすべくゲート電圧Ｖｇ
を変化させたときに、図５（ｃ）に示すように画素電極
の電位Ｖpに動的な電圧降下△Ｖpが生ずる。これは、Ｔ
ＦＴをオフ状態にすべくゲート電圧Ｖｇを変化させたと
きに、一対の基板間の液晶層による容量、走査線とその
上のゲート絶縁膜及び容量電極とからなる蓄積容量およ
び上記寄生容量との間で電荷の分配が生じて、画素電極
の電位Ｖp に電圧降下△Ｖpが生ずるものである。
【０００７】画素電極１１の電位の電圧降下△Ｖpは次
式（１）で示される。 △Ｖp =（ Ｖgh ×（ Ｃgdon + Ｃgp ）- Ｖgl ×（ Ｃgdoff + Ｃgp ) - Ｖs（ Ｃgdon - Ｃgdoff ） ）／（ Ｃs + Ｃlc + Ｃgdoff + Ｃgp ） ・・・・・・・・・・（１） ここで、 △Ｖp ： 画素電極の電位の電圧降下 Ｖgh ： ゲート電圧のハイ電位 Ｃgdon ： ＴＦＴオン時の寄生容量 Ｃgp ： 走査線と画素電極の間の寄生容量 Ｖgl ： ゲート電圧ロウ電位 Ｃgdoff ： ＴＦＴオフ時の寄生容量 Ｖs ： 信号電圧の電位 Ｃs ： 蓄積容量 Ｃlc ： 液晶層の容量 （１）式で示されるように、画素電極の電位の電圧降下
△Ｖp を発生させる因子としては、液晶層の容量Ｃlc、
薄膜トランジスタの寄生容量Ｃgd、蓄積容量Ｃs等を含
んでいる。
【０００８】前記電圧降下△Ｖｐを発生させる一方の要
因である液晶の誘電率が電界強度に応じて変化すること
は、液晶の物性に関わるもので避けられないものであ
る。また、他方の要因である、ＴＦＴのゲート電極とド
レイン電極との間の寄生容量及び走査線と画素電極との
間の寄生容量の２つの寄生容量のうち、ＴＦＴのゲート
電極とドレイン電極の間に寄生容量を有することは、前
記電極間に形成したゲート絶縁膜が容量を形成してしま
うことから、現在のアクティブマトリクス型液晶表示装
置では構造的に避けられないものである。
【０００９】このように画素電極の電位Ｖp に電圧降下
△Ｖp が生じると、画素電極の電位Ｖp の正と負の電圧
振幅に差が生じてしまう。電圧の極性によらず同じ電圧
が印加されれば、液晶は同じ透過率特性を有するので、
例えば電圧を印加しない状態で透過率の高いノーマリホ
ワイト型のアクティブマトリクス型液晶表示装置におい
ては、電圧振幅が大きい極性では透過率がより低く、電
圧振幅が小さい極性では透過率がより高くなる。このた
め、透過率に応じた明暗の繰り返しが生じ、これがフリ
ッカとして視認されてしまうことになる。また、正と負
の極性に対して電圧の振幅が非対称であると、いずれか
の画素電極に交流電圧に重畳して直流的な電圧が常に印
加されることになり、表示が残存するいわゆる焼き付き
現象が発生する。そこで従来は、液晶を駆動する交流電
圧の正と負の電圧振幅が等しくなるように対向電極の電
位を適正に調整すること、および、蓄積容量を液晶層に
よる容量に対して並列に形成することにより、前記フリ
ッカや焼き付きの解消をはかっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、主表示エリ
アのほかに画素領域の大きさの異なる副表示エリアを設
ける場合、前記液晶容量や前記寄生容量の値が画素領域
の大きさに応じて異なるので、主表示エリアと副表示エ
リアとで、それぞれの画素電極の電圧降下△Ｖｐに差が
生じてくる。その結果、主表示エリアと副表示エリアで
対向電極に印加する最適な電位が異なるにもかかわら
ず、従来例のように共通の対向電極を用いた場合には、
どちらかの対向電極には適正電圧が印加されなくなるの
で、主表示エリアもしくは副表示エリアのいずれか一方
にフリッカが生ずるといった問題があった。また、主表
示エリアもしくは副表示エリアのいずれか一方に焼き付
き現象が生ずるといった問題もあった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するためになされたもので、画素領域の大きさが異な
る主表示エリアと副表示エリアとを有するアクティブマ
トリクス型液晶表示装置において、主表示エリアと副表
示エリアとで対向電極を分割することにより、それぞれ
の対向電極に最適な電圧を印加することを可能とし、フ
リッカや焼き付の発生を防止する手段を採用したもので
ある。すなわち、図５（ｃ）において、主表示エリアと
副表示エリアとで異なる電圧降下△Ｖｐが発生する場合
に、それぞれの対向電極に適正な対向電極電圧Ｖcomを
印加して、それぞれの表示エリアで正と負の極性による
電圧振幅が等しくなるようにしたものである。
【００１２】本発明に係わるアクティブマトリクス型液
晶表示装置装置は、対向配置された一対の基板の間に液
晶層が狭持され、前記一方の基板の表面には複数の走査
線および複数の信号線がマトリクス状に交差して形成さ
れ、複数の走査線と信号線とが形成する交差部の近傍
に、前記走査線に接続するゲート電極を有する薄膜トラ
ンジスタと、該薄膜トランジスタに接続する画素電極
と、前記走査線と蓄積容量を形成する容量電極とがそれ
ぞれ形成されている。前記走査線と信号線で囲まれた画
素領域の大きさは互いに異なっており、主表示エリアと
副表示エリアとを構成している。一方、前記他方の対向
基板の液晶層側表面には対向電極が形成されておリ、主
表示エリアに対向する対向電極と副表示エリアに対向す
る対向電極とが、分割して構成してある。さらに、主表
示エリアと副表示エリアとの画素領域の大きさが異なる
場合に、すれぞれに対向する対向電極に画素領域の大き
さに応じて異なった電圧を印加するように、電圧印加手
段も分割して設けたものである。かかる液晶表示装置と
することにより、主表示エリアと副表示エリアの対向電
極に、それぞれの画素電極の大きさに応じた最適な電位
を印加するようにした。
【００１３】たとえば、主表示エリアは画像等を表示す
るためのもので高精度が要求され、副表示エリアは文字
等を表示するためのもので精度はあまり問題にならない
場合、主表示エリアの画素領域の大きさを副表示エリア
の画素領域の大きさよりも小さく構成し、各対向電極に
印加する電圧は、主表示エリアに対向する対向電極に印
加する電圧の方を低くする。すなわち式（１）におい
て、副表示エリアの方が画素領域の大きさが大きく、液
晶層の容量Ｃlcが大きくなり、電圧降下△Ｖｐは小さく
なる。したがって図５（ｃ）において正と負の極性によ
る電圧振幅を等しくするには、対向電極に印加する電圧
は副表示エリアに対向する電極に印加する電圧の方を高
くすればよい。これにより各対向電極に画素領域の大き
さに見合った最適な電圧を印加することができるので、
フリッカや焼き付きを防止することが可能となる。各対
向電極に異なった電圧を印加するには、電圧印加手段も
それぞれに分割して持つようにして行なう。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に従って説明する。図１に、本発明の一実施の形態に
係わるアクティブマトリクス型液晶表示装置におけるＴ
ＦＴアレイ基板４０の平面図を示す。本発明において
は、ＴＦＴアレイ基板４０には主表示エリア３０と副表
示エリア３１にそれぞれ多数の画素領域３２及び３３が
マトリクス状に配列されている。ここで画素領域とは走
査線１と信号線１９で囲まれた領域であり、主表示エリ
ア３０と副表示エリア３１にある画素領域とではその大
きさを異にしている。より具体的には、主表示エリア３
０の画素領域３２の大きさは横幅４０μｍ×縦長１２０
μｍ、副表示エリア３１の画素領域３３の大きさは横幅
４０μｍ×縦長４００μｍである。本実施の形態では、
主表示エリア３０の画素領域３２の大きさに比ベて大き
い画素領域３３から成る副表示エリア３１が、走査線方
向で画素領域の幅が一致するように主表示エリア３０の
上部に形成されている。
【００１５】また、これらの画素領域を走査する走査線
１と、信号を供給する信号線１９とは格子状に形成され
ている。信号線１９は画素領域の大きさが異なる主表示
エリア３０と副表示エリア３１で途切れることなく連続
して配線されている。そしてＴＦＴアレイ基板４０に対
向する対向基板４１には、図４に示すように主表示エリ
ア３０と副表示エリア３１のそれぞれに対向する対向電
極１３ａと１３ｂが配置され、それぞれ異なった電圧を
印加するようにしてある。
【００１６】主表示エリア３０および副表示エリア３１
の周辺には、各表示エリア３０、３１の走査線１から外
付けのゲートドライバＩＣに接続するために、走査線の
端子３６まで引き出された走査線の引出し配線３４と、
各表示エリア３０、３１の信号線１９から外部のソース
ドライバＩＣに接続するために、信号線の端子３７まで
引き出された信号線の引出し配線３５とがそれぞれ形成
されている。なお、本実施の形態とは異なる場合とし
て、同一ＴＦＴアレイ基板上に駆動回路が内蔵されてい
る場合があるが、この場合には、走査線の引出し配線と
前記信号線の引出し配線がこの駆動回路の出力に引き出
されていても構わない。
【００１７】次に、図２に本実施の形態の液晶表示装置
の副表示エリア３１の一画素領域３３を取り出して拡大
した平面図を示す。また、図３に図２中のＴＦＴ２１、
コンタクトホール１８ａ及び容量電極９を貫くＡ−Ａ’
線に沿った断面図を示す。なお、主表示エリア３０の画
素領域３２もその大きさが異なるのみで、構造は副表示
エリア３１の画素領域３３と同様である。図２に示すと
おり、この副表示エリア３１の画素領域３３は走査線１
と信号線１９とに囲まれており、紙面の左下にＴＦＴ２
１が、又紙面上方に蓄積容量２２が形成されている。紙
面中央部には画素電極１１が配置されている。
【００１８】立体的に見ると図３に示すように、このＴ
ＦＴアレイ基板４０を用いた液晶表示装置は、液晶層２
０を介してＴＦＴアレイ基板４０と対向して配置された
対向基板４１がある。対向基板４１には、遮光用のブラ
ックマトリクス１５、カラーフィルタ１４、及び画素電
極１１と同様なインジウムとスズの酸化物（ IndiumTin
Oxide ：以下、ＩＴＯと略記する）からなる透明な対
向電極１３を設けてある。液晶と接する面には配向膜１
２が形成されている。従って、画素電極１１と対向電極
１３との間に電圧を印加すると、液晶層２０に電界が印
加され、液晶分子の配向制御ができるようになってい
る。また、この構造は画素電極１１と対向電極１３をそ
れぞれ電極に持ち、その間に誘電体である液晶層２０を
有することから、容量と見なすことができる（以下、こ
れを液晶容量と呼ぶ）。
【００１９】ＴＦＴは、図２及び図３に示すように、走
査線１から引き出して設けられたゲート電極２を設け、
その上にチッ化珪素からなるゲート絶縁膜３を設け、そ
の上にアモルファスシリコンからなる半導体膜４を設
け、更にその上にはアモルファシリコンにリンを添加し
たｎ＋型アモルファスシリコンからなるオーミックコン
タクト膜５を設け、その上に導電体からなるドレイン電
極７とソース電極８とを設けて形成されている。このう
ちソース電極８は信号線１９から引き出して設けられて
いる。そして更にドレイン電極７とソース電極８の上に
は、これらを覆うようにチッ化珪素からなるパッシベー
ション膜１０を設け、ドレイン電極７上のパッシベーシ
ョン膜１０にはコンタクトホール１８ａが形成されてい
る。そしてドレイン電極７とＩＴＯからなる透明な画素
電極１１とがコンタクトホール１８ａを介して接続され
ている。
【００２０】蓄積容量２２は、走査線１を一方の電極と
し、その上のゲート絶縁膜３を誘電体として形成し、更
にその上に他方の電極となる容量電極９を形成してあ
る。容量電極９はドレイン電極７やソース電極８と同一
の導電体により形成してある。容量電極９の上にはＴＦ
Ｔ２１と同様、パッシベーション膜１０が形成され、こ
のパッシベーション膜１０にはコンタクトホール１８ｂ
を形成して、ＩＴＯからなる画素電極１１を容量電極９
の上に引き出して設けて、容量電極９と画素電極１１と
をコンタクトホール１８ｂを介して接続してある。な
お、蓄積容量２２は先に述べた液晶容量と並列接続の関
係にあり、ともにＴＦＴ２１の負荷容量となる。
【００２１】本実施の形態では、それぞれ横幅４０μｍ
×縦長ｌ２０μｍの大きさの画素領域を有する主表示エ
リア３０と、横幅４０μｍ×縦長４００μｍの大きさの
画素領域を有する副表示エリア３１の２つが同一のＴＦ
Ｔアレイ基板４０上に形成されいる。これらに対向する
対向電極１３ａ及び１３ｂは、図４に示すように一つの
対向基板４１上に各表示エリア毎に分割して配置してあ
る。対向電極１３ａ、１３ｂも画素電極１１と同一のＩ
ＴＯ膜で形成する。各対向電極１３の大きさ（面積）
は、主表示エリア３０と副表示エリア３１の面積にほぼ
等しく構成する。
【００２２】この分割した各対向電極に最適な電圧を印
加するには、電圧印加手段として直流電圧を発生するた
めのＤＣ／ＤＣコンバーター（図示省略）を２系列に分
けて準備する。各ＤＣ／ＤＣコンバーターにつきそれぞ
れの対向電極に最適な電圧に変換して、それぞれの対向
電極に印加すればよい。
【００２３】本実施の形態では、主表示エリア３０の画
素領域３２の大きさが副表示エリア３１の画素領域３３
の大きさよりも小さいので、主表示エリア３０の対向電
極１３ａに印加する電圧は、副表示エリア３１の対向電
極１３ｂに印加する電圧よりも低くする。例えば本実施
の形態では、主表示エリア３０の対向電極１３ａに印加
する電圧は３．７Ｖ、副表示エリア３１の対向電極１３
ｂに印加する電圧は４．０Ｖとする。
【００２４】以上説明したとおり、本発明では画素領域
の大きさの異なる二つの表示エリアにある二つの対向電
極に異なる電圧を印加してある。つまり図５（ｃ）にお
いて表示エリアの画素領域の大きさに応じてＶcom の値
を変化させ、その結果正と負の極性による電圧振幅の差
を解消させるようにした。
【００２５】
【発明の効果】本発明に係わるアクティブマトリクス型
液晶表示装置は、対向電極を分割することにより、それ
ぞれの画素領域の大きさに応じて最適な電圧を印加する
ことが可能となり、その結果フリッカや焼き付きを防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に使用するＴＦＴアレ
イ基板の平面図である。
【図２】 図１に示したＴＦＴアレイ基板の副表示エリ
アの一画素領域近傍を拡大して示す平面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図４】 本発明の対向電極を示す平面図である。
【図５】 液晶表示装置の駆動電圧を説明する図であ
る。
【図６】 従来のＴＦＴアレイ基板を示す平面図であ
る。
【図７】 従来の対向電極を示す平面図である。
【符号の説明】
１・・・・・走査線、２・・・・・ゲート電極、３・・・・・ゲート絶
縁膜、４・・・・・半導体膜、５・・・・・オーミックコンタクト
膜、７・・・・・ドレイン電極、８・・・・ソース電極、９・・・・・
容量電極、１０・・・・・パッシベーション膜、１１・・・・・画
素電極、１２・・・・・配向膜、１３・・・・・対向電極、１３ａ
・・・・・主表示エリアの対向電極、１３ｂ・・・・・副表示エリ
アの対向電極、１４・・・・・カラーフィルタ、１５・・・・ブ
ラックマトリクス、１６、１７・・・・・透明基板、１８ａ,
１８ｂ・・・・コンタクトホール、１９・・・・信号線、２０・・
・・・液晶層、２１・・・・・ＴＦＴ、２２・・・・・蓄積容量、３
０・・・・・主表示エリア、３１・・・・・副表示エリア、３２・・
・・・主表示エリアの画素領域、３３・・・・副表示エリアの
画素領域、３４・・・・・走査線側引出し線、３５・・・・・信号
線側引出し線、３６・・・・・走査線側端子、３７・・・・・信号
線側端子、４０・・・・ＴＦＴアレイ基板、４１・・・・・対向
基板、１０１・・・・・走査線、１１９・・・・・信号線、１３０
・・・・・表示エリア、１３２・・・・・画素領域、１３４・・・・走
査線側引出し線、１３５・・・・・信号線側引出し線、１３
６・・・・・走査線側端子、１３７・・・・信号線側端子、１４
０・・・・・ＴＦＴアレイ基板
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H092 GA15 HA04 JA26 JB14 KA05 NA25 PA06 2H093 NA16 NC03 NC05 NC18 NC34 NC35 ND10 ND12 ND35 NE03 NH12 5C006 AF84 BB16 FA23 FA34 FA37 5C080 AA10 BB05 DD06 DD29 FF11 JJ04 JJ06 5C094 AA03 AA31 AA48 AA55 BA03 BA43 CA19 CA20 DA01 DB01 DB02 EA04 EA05 EA07 EA10 EB02 FA01 FB12 GA10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対向配置された一対の基板の間に液晶層
    が狭持され、前記一方の基板の表面には複数の走査線お
    よび複数の信号線がマトリクス状に交差して形成され、
    複数の走査線と信号線とが形成する交差部の近傍に、前
    記走査線に接続するゲート電極を有する薄膜トランジス
    タと、該薄膜トランジスタに接続する画素電極と蓄積容
    量とがそれぞれ形成されており、走査線と信号線で囲ま
    れた画素領域の大きさが互い異なる主表示エリアと副表
    示エリアとを具備し、前記他方の対向基板の液晶層側表
    面には対向電極が形成されており、前記主表示エリアに
    対向する対向電極と前記副表示エリアに対向する対向電
    極とが分割して構成されていることを特徴とするアクテ
    ィブマトリクス型液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記主表示エリアの画素領域の大きさ
    が、前記副表示エリアの画素領域の大きさよりも小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリク
    ス型液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記主表示エリアに対向する対向電極と
    前記副表示エリアに対向する対向電極とに、異なる電圧
    を印加するような電圧印加手段を備えたことを特徴とす
    る請求項１に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装
    置。
  4. 【請求項４】 前記主表示エリアの画素領域の大きさ
    が、前記副表示エリアの画素領域の大きさよりも小さ
    く、かつ前記主表示エリアに対向する対向電極に印加す
    る電圧が、前記副表示エリアに対向する対向電極に印加
    する電圧よりも低くなるような電圧印加手段を備えたこ
    とを特徴とする請求項３に記載のアクティブマトリクス
    型液晶表示装置。
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