JP2007072257A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広視野角で高開口率、高精細化が可能な垂直配向方式の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】垂直配向方式の液晶表示装置において、液晶に印加する電圧の極性を周期的に反転させる反転駆動方式としてドット反転駆動を行うことにより、隣の画素電位の影響を抑制し、画素電極間の距離を小さくして、広視野角で高開口率、高精細化が可能な垂直配向方式の液晶表示装置を提供することができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、液晶表示装置、特に垂直配向（ＶＡ）方式の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（以下ＬＣＤと呼ぶこともある）は、薄型で低消費電力であるという特徴を備え、現在コンピュータのモニタや、テレビ、携帯電話等の携帯情報機器のモニタとして広く用いられている。このようなＬＣＤは、一対の基板間に液晶が封入され、それぞれの基板に形成された電極間に電圧信号を印加し、配向状態によって光学特性が変化する液晶の配向を制御して光源からの光の透過率を制御することで表示を行う。

この液晶表示装置に利用される液晶には、ＴＮ（ツイスト・ネマティック）タイプ、ＳＴＮ（スーパー・ツイスト・ネマティック）タイプ、ＶＡ（垂直配向）タイプ等各種のものがある。

このうち垂直配向（Ｖａｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）型液晶（以下ＶＡ液晶）では、例えば負の誘電率異方性を持ち、垂直配向膜を採用して電圧非印加での液晶分子の長軸が垂直方向（基板平面の法線方向）を向く。このＶＡ液晶を用いたＬＣＤにおいて、一対の基板にはそれぞれ互いに９０°偏光軸の異なる偏光板が設けられている。電圧非印加状態において、光源側に配置される基板側の偏光板から液晶層に入射される直線偏光は、液晶が垂直配向しているため、液晶層で複屈折が起こらず、そのままの偏光状態で観察側の基板の偏光板に到達するため、この観察側の偏光板を透過することができず、「黒」が表示される。電極間に電圧を印加すると、ＶＡ液晶は、基板平面方向に分子の長軸が向くように倒れる。ここで、ＶＡ液晶は負の光学異方性（屈折率異方性）を備えており、液晶分子の短軸が基板平面の法線方向を向くこととなり、光源側から液晶層に入射した直線偏光は、この液晶層で複屈折を受け、直線偏光が、液晶層を進むにつれ楕円偏光となり、さらに円偏光、そして楕円偏光又は直線偏光（いずれの偏光も、入射直線偏光とは９０°異なる偏光軸を持つ）へと変化する。このため、入射された直線偏光の全てが液晶層による複屈折によって９０°逆の直線偏光になれば、これが観察側の基板の偏光板を透過し、表示は「白（最大輝度）」となる。複屈折量は、液晶分子の倒れ方によって決まる。よって、複屈折量によって、入射直線偏光が同じ偏光軸の楕円偏光、円偏光、或いは９０°異なる偏光軸の楕円偏光となり、射出側偏光板の透過率がその偏光状態によって決定され、中間調の表示が得られることとなる。

ＶＡ液晶は、図１５（ｂ）に示すように、初期配向が基板１００の法線方向を向いており、観察方向が図の右上からの場合と、左上からの場合のいずれでも、その方向に対する液晶分子の傾きの角度の差は小さい。従って、図１５（ａ）に示すＴＮ液晶に比較すると、原理的に視覚依存性が低い。つまり、視野角が広いという特徴がある。

さらに、ＶＡ液晶を用いた表示装置では、１画素内を突起やスリットによって複数の領域（ドメイン）に分割するマルチドメイン方式のものがある。このマルチドメイン方式によれば、各ドメイン毎に液晶の倒れる方向を異なる方向にでき、視野角依存性をさらに改善することができる。

ここで、基板の対向面側に形成されている電極間に直流電圧を印加し続けると、液晶分子の配向状態が固定される、つまり、いわゆる焼き付きの問題が発生することが知られており、従来より、液晶を駆動する電圧信号としては、基準電圧に対する極性が周期的に反転する交流電圧信号が採用されている。

この液晶駆動電圧信号の極性反転のタイミングは、マトリクス状に複数の画素が配列されている液晶表示装置において、１フレーム毎の反転、１垂直走査（１Ｖ）期間（または１フィールド期間）毎の反転、１水平走査（１Ｈ）期間毎の反転、１画素（１ドット）期間毎の反転等が知られている。

本来的に表示品質、特に他の方式に比較して動画の表示品質の高いアクティブマトリクス型ＬＣＤは、その表示領域内にマトリクス状に複数の画素が配列されており、各画素は、それぞれ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のようなスイッチング素子、補助容量、画素電極と液晶層を挟んで対向する対向電極により構成される液晶容量を備えている。そして、対向電極（共通電極）側に印加する電圧信号（共通電圧信号）Ｖｃｏｍに対して、ＴＦＴに接続され画素毎に個別の画素電極に印加される画素電圧ＶＰを、周期的に極性反転している。対向電極及び補助容量の両方の矯正を周期的に変化させることにより、液晶の劣化を防止すると同時に、各データラインにデータ信号を出力するＨドライバの電圧振幅を小さくし、Ｈドライバの低消費電力を実現していた。

上記のようなＶＡ液晶を用いたＬＣＤでは、液晶に印加する電圧の極性を周期的に反転させる反転駆動方式として一般にライン反転駆動を採用している（例えば、特許文献１参照）。ライン反転駆動は縦または横方向１ラインごとに極性を反転するもので、データ信号と共にＶｃｏｍを反転（データ電圧の印加電圧が大きくなるような電圧に変更）させる。

特開平１０−１６１５９５号公報

しかし、ＶＡ液晶を用いたＬＣＤで、反転駆動方式としてライン反転駆動を行うと、隣の画素電位の影響を受けて液晶の配向が乱れるという問題があった。また、隣の画素電位の影響を避けるためには、画素電極間の距離を大きくする必要があり、開口率が小さくなり、近年求められている画素の高精細化を達成することが困難である。

本発明は、広視野角で高開口率、高精細化が可能な垂直配向方式の液晶表示装置である。

本発明は、第１基板と第２基板との間に液晶層が封入されて構成されるとともに、この液晶層を利用した液晶素子を含む画素がマトリクス配置される液晶表示装置であって、画素の各行に対応して設けられ、ゲート電圧が印加される複数のゲートラインと、画素の各列に対応して設けられ、データ信号が印加される複数のデータラインと、画素毎に配置され、前記ゲートラインのゲート信号によってオンオフされ、前記データラインからのデータ信号を取り入れるスイッチング素子と、画素毎に配置され、前記スイッチング素子に接続され、液晶素子にデータ電圧に応じた電圧を印加する画素電極と、を含み、各データラインに供給するデータ信号の極性を順次反転して、隣接する画素の液晶素子に印加する電圧を交互に反転するとともに、前記液晶層の初期配向は、基板の平面方向に対して垂直な方向である。

また、前記液晶表示装置において、画素毎に設けられ、一端が前記画素電極に接続されて前記画素電極に印加する電圧を保持する補助容量と、前記画素の各行に対応して行方向に延在し、各画素の補助容量が交互に接続される第１および第２の補助容量ラインと、を有し、前記データラインに印加されるデータ信号の極性に対応して第１および第２補助容量ラインに印加される電圧が決定されていることが好ましい。

また、前記液晶表示装置において、隣接する前記画素電極の間隔は１μｍ以上４μｍ未満であることが好ましい。

本発明は、垂直配向方式の液晶表示装置において、液晶に印加する電圧の極性を周期的に反転させる反転駆動方式としてドット反転駆動を行うことにより、隣の画素電位の影響を抑制し、画素電極間の距離を小さくして、広視野角で高開口率、高精細化が可能な垂直配向方式の液晶表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

［液晶表示装置の構成］
まず、最初に構成の概要および補助容量ライン（以下、ＳＣラインという）の配置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＬＣＤである半透過型ＬＣＤ１０の構成の概略を示す図であり、図２は、ＬＣＤ１０の等価回路図である。なお、以下では半透過型ＬＣＤを例に説明するが、本実施形態に係る液晶表示装置は透過型ＬＣＤであっても、反射型ＬＣＤであってもよい。

図１に示すように、本実施形態に係るＬＣＤ１０は、ドライバ内蔵のアクティブマトリクス型ＬＣＤであり、このＬＣＤ１０は、同一基板上にＨドライバ１２と、Ｖドライバ１４と、補助容量ドライバ（ＳＣドライバ）１６と、表示を行う表示領域２０とを有する。Ｈドライバ１２は、表示領域２０の各画素に垂直方向に複数延びたデータライン（ＤＬ）を介してデータ信号を順次出力する。Ｖドライバ１４は、表示領域２０の各画素に水平方向に複数延びたゲートライン（ＧＬ）を介して表示領域２０の行方向の画素１８を順次選択するための選択信号を順次出力する。ＳＣドライバ１６は、表示領域２０の各画素に水平方向に複数延びた補助容量ラインＳＣ１及び第２の補助容量ラインＳＣ２を介して補助容量に電圧を印加する。

表示領域２０には、複数の画素１８がマトリクス配置される。各画素１８には、Ｈドライバ１２からの配線パターンであるデータライン（ＤＬ）と、Ｖドライバ１４からの配線パターンであるゲートライン（ＧＬ）と、ＳＣドライバ１６からの配線パターンである第１の補助容量ラインＳＣ１及び第２の補助容量ラインＳＣ２と、が配線される。ＧＬとＳＣ１およびＳＣ２とは並設される。

図２に示すように、画素１８は、スイッチング素子としてＧＬにゲート電極が接続され、ドレイン（または、ソース）がＤＬに接続されたダブルゲート構成のＴＦＴ３０と、２枚の電極とこの電極間の液晶層とにより構成される液晶容量ＣＬＣを備え、ＣＬＣの一方の電極にはＴＦＴ３０を介してＤＬが接続される。ＣＬＣの他方の電極は、通常前画素共通の対向電極であり、この対向電極は共通電圧信号（Ｖｃｏｍ）が供給されるＶｃｏｍに接続される。また、ＣＬＣの一方の電極である画素毎に配置された画素電極には、補助容量ＣＳＣの一方の極が接続され、ＣＳＣの他方の極はＳＣ１もしくはＳＣ２のいずれかに隣接する画素において交互に接続されている。

図３は、本実施形態に係る半透過型ＬＣＤ１０の第１基板側の概略平面図であり、図４、図５、および図６は、それぞれ図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、およびＣ−Ｃ線に沿った位置におけるＬＣＤ１０の概略断面図である。

図３に示すように、ゲートラインＧＬ２４が水平（行）方向に配置され、データラインＤＬ２２が垂直（列）方向に配置されている。ＧＬ２４とＤＬ２２との交差点付近にスイッチング素子であるＴＦＴ３０が配置され、ＴＦＴ３０に接続されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極からなる画素電極（第１電極）２８が接続される。第１の補助容量ライン２６ａと第２の補助容量ライン２６ｂとは、ＧＬ２４を挟むように並設されている。各画素の行方向の境界および第１の補助容量ライン２６ａと第２の補助容量ライン２６ｂとの外側の領域のＧＬ２４に重畳して遮光パターン３４が設けられる。遮光パターン３４は、画素電極２８の境界領域で、液晶層に所望の電圧が印加できない領域を遮光する。

図４に示すように、ＴＦＴ３０は、第１及び第２基板の一方、例えば第１基板４０側に画素ごとに形成され、このＴＦＴ３０に個別パターンに形成された画素電極（第１電極）２８が接続される。

第１及び第２基板４０，７０には、ガラスなどの透明基板が用いられ、第１基板４０と対向する第２基板７０側には、カラー表示液晶装置の場合にはカラーフィルタ６８が画素電極２８に対応して形成され、このカラーフィルタ６８上に透明導電材料からなる第２電極である対向電極６６が形成される。対向電極６６の透明導電材料としては、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）やＩＴＯなどが採用される。なお、アクティブマトリクス型では、この対向電極６６は各画素に対する共通電極として形成されている。また、このような対向電極６６の上には、ポリイミドなどからなる第２配向膜６４が形成されている。

また、図６に示すように、第１基板４０上のゲート絶縁膜４４の直上に、ゲートラインＧＬ２４およびＳＣライン２６となる第１金属層４６を形成し、その上にこれらを覆うようにＳｉＮｘ等からなる層間絶縁膜４８、Ａｌ、Ｍｏ等からなりデータラインＤＬ２２となる第２金属層５０を形成し、さらにその上に平坦化絶縁膜５４を形成している。ソース電極５２は、データラインＤＬ２２と共通の第２金属層５０をエッチング工程によりパターニングして形成している。平坦化絶縁膜５４の上に反射型ＬＣＤとするための、第２基板側からの入射光を反射する反射層５６が形成されている。反射層５６は、Ａｌ、Ａｇ、これらの合金、例えばＡｌ−Ｎｄ合金から構成され、この反射層５６の上に画素電極２８、第１配向膜６０が順に形成されている。この第１基板側と、第２基板側との間に液晶層６２が挟まれる。

図７は、本実施形態に係るＬＣＤ１０における反射層５６の配置を示す平面図である。画素１８のＳＣ１とＳＣ２とに挟まれる領域に反射層５６が配置され、反射層５６が配置される反射領域が反射型ＬＣＤとして機能し、反射層５６が配置されない透過領域が透過型ＬＣＤとして機能する。

このような構成をとることにより、反射層５６を備える反射型ＬＣＤの領域では、第２基板７０側から入射した光が液晶層６２を通過し、反射層５６で反射されて第２基板７０側に戻る光路中にＳＣラインは無いため、画素領域の開口がＳＣラインにより妨げられることが無い。また、反射層５６が設けられていない透過型ＬＣＤの領域においても、第１基板４０側から第２基板７０側に抜ける光の径路にＳＣラインが無いため、画素領域の開口がＳＣラインにより妨げられることが無い。したがって、画素一行当たりＳＣラインを２本必要とするドット反転駆動を行うＬＣＤにおいて、開口率を高くすることができる。

以下、本実施形態に係る半透過型ＬＣＤ１０のその他の構成について説明する。図３および図４に示すように、ＴＦＴ３０としては、トップゲート型を採用しており、また、能動層４２としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をレーザアニールで多結晶化して得た多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いている。もちろん、ＴＦＴ３０は、トップゲート型ｐ−Ｓｉに限定されるものではなく、ボトムゲート型でもよいし、能動層４２にａ−Ｓｉが採用されていてもよい。図４に示す、ＴＦＴ３０の能動層４２のソース・ドレイン領域４２ｓ、４２ｄにドープされる不純物は、ｎ導電型、ｐ導電型のいずれでもよいが、本実施形態ではリンなどのｎ導電型不純物をドープし、ｎ−ｃｈ型のＴＦＴ３０を採用している。そして不純物がドープされないチャネル領域４２ｃが形成される。ＴＦＴ３０の能動層４２のソース領域４２ｓは、コンタクトを介してソース電極５２に接続され、さらにソース電極５２は、コンタクトを介してＴＦＴ３０の能動層４２と共通の多結晶シリコン薄膜４３よりなる補助容量電極３２ｘに接続されている。

図３および図６に示すように、第１の補助容量３２ａは、ゲート絶縁膜４４を挟んで対向する補助容量電極３２ｘと第１の補助容量ライン２６ａから延びて形成された補助容量電極３２ｙとで形成されている。第２の補助容量３２ｂは、ゲート絶縁膜４４を挟んで対向する上記の補助容量電極３２ｘと、第２の補助容量ライン２６ｂから延びて形成された補助容量電極３２ｚとで形成されている。補助容量電極３２ｘは、能動層４２と共通の多結晶シリコン薄膜４３をエッチング工程により、第１の補助容量ライン２６ａおよび第２の補助容量ライン２６ｂに重畳する領域にパターン化して形成される。

図６に示すように、ゲート絶縁膜４４は、能動層４２を覆うように、例えばＳｉＮｘ及びＳｉＯ２の積層構造又はいずれか一方より形成され、その上にＣｒ、Ｔａ、Ｍｏ等の第１金属層４６をパターニングしてゲートラインＧＬ２４が形成されている。また、遮光パターン３４は、第１金属層４６と共通の層により形成される。

また、図４に示すように、ＤＬ２２となる第２金属層５０およびソース電極５２は、層間絶縁膜４８に設けられたコンタクトホールにおいて上記能動層４２に形成されたソース領域３０ｓ、ドレイン領域３０ｄに接続されている。

このような構成のＴＦＴ３０及び層間絶縁膜４８を覆うように平坦化のための平坦化絶縁膜５４が１μｍ程度或いはそれ以上の厚さに形成されている。平坦化絶縁膜５４は、例えばＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｒａｓｓ）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、アクリル樹脂等が用いられている。反射層５６が設けられる反射型領域において、平坦化絶縁膜５４上に反射層５６が設けられ、反射層５６および反射層５６が設けられていない透過型領域の平坦化絶縁膜５４上にＩＴＯ等の透明導電膜を用いた液晶駆動用の画素電極２８が画素領域上を覆うように形成される。この画素電極２８は、接続用金属層５５により平坦化絶縁膜５４に設けられたコンタクトホールを介してＴＦＴ３０のソース電極５２に接続されている。

画素電極２８とＴＦＴ３０のソース電極５２とを接続する接続用金属層５５に求められる条件は、
（ｉ）ＩＺＯやＩＴＯなどからなる画素電極２８との電気的接続がとれること、
（ｉｉ）ＴＦＴ３０のＡｌなどのソース電極５２と電気的にコンタクトでき、ソース電極５２が省略される場合には、半導体（ここでは多結晶シリコン）能動層と電気的接続できること、
（ｉｉｉ）画素ごとの個別形状に反射層５６をパターニングする際に、この反射層５６のエッチング液によって除去されないこと、
などである。このような接続用金属層５５としては、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒなどの高融点金属材料を用いることが好適である。

なお、図５の構成では、平坦化絶縁膜５４の各画素領域内に所望の角度の傾斜面が形成されており、この平坦化絶縁膜５４を覆って反射層５６を積層することで、反射層５６の表面に同様な傾斜が形成されている。このような傾斜面を最適な角度、位置で形成すれば、各画素毎に外光を集光して射出することができ、例えば液晶表示装置の正面位置での表示輝度の向上を図ることが可能である。もちろん、このような傾斜面は必ずしも存在しなくてもよい。

上述のように反射層５６はＡｌ−Ｎｄ合金などの導電性材料によって構成されるが、この反射層５６上に積層される画素電極２８と、反射層５６とは電気的に絶縁される。絶縁される理由は、Ａｌなどからなる反射層５６の表面が、画素電極２８の材料としてＩＺＯや、ＩＴＯ等をスパッタリングによって成膜される際に、スパッタリング雰囲気に晒されることで、その表面で酸化反応が起き、自然酸化膜で覆われるためである。そこで、本実施形態では、反射層５６の上に形成した透明導電層を画素電極２８として用いて液晶層６２に表示内容に応じた電圧を印加する。

また、図４から図６に示すように、画素電極２８を覆うように第１基板４０のほぼ全面には、液晶分子を垂直方向に配向させるための配向膜として、例えばポリイミド等を用いた第１垂直配向膜６０が形成されている。

以上のような各素子が形成された第１基板側と液晶層６２を挟んで対向配置される第２基板側は、第１基板と同様にガラス等から構成されており、図４から図６に示すように、第１基板４０との対向側表面には、液晶分子を垂直方向に配向させるための配向膜として、例えばポリイミド等を用いた第２垂直配向膜６４が形成されている。

第２垂直配向膜６４の第２基板７０側には、図４から図６に示すように、対向する画素電極２８とで液晶を駆動するためのＩＴＯなどからなる第２電極である対向電極６６が形成されている。また、対向電極６６の第２基板７０側には画素電極２８と対応するようにＲＧＢのカラーフィルタ６８が所定の配列で形成されている。カラーフィルタ６８の画素１８間には隣接画素との光の干渉を避けるためブラックマトリクス７２が設けられる。

次に、上述した構成の機能について説明する。Ｈドライバ１２は、互いに逆の極性を持つ第１のデータ信号電圧ＶＤａ及び第２のデータ信号電圧ＶＤｂが入力され、ＤＬ２２を順次選択して第１のデータ信号電圧ＶＤａもしくは第２のデータ信号電圧ＶＤｂのいずれかを印加してゆく。Ｖドライバ１４は、ＧＬ２４を順次選択して、ゲート信号ＧＶを印加する。

なお、第１の補助容量ライン２６ａには、第１の補助容量電圧が供給され、第２の補助容量ライン２６ｂには、第１の補助容量電圧とは逆の極性をもつ第２の補助容量電圧が供給される。ＴＦＴ３０は、ＧＬ２４に電圧が印加されたときにだけ、ソース領域３０ｓからドレイン領域３０ｄへの方向もしくはドレイン領域３０ｄからソース領域３０ｓへの方向のいずれかに、ＧＬ２４の直下にある能動層４２のチャネル領域４２ｃ中を電流が流れるスイッチング素子である。

第１の補助容量３２ａ及び第２の補助容量３２ｂは、ＤＬ２２からＴＦＴ３０を介して供給されたデータ信号電圧ＶＤによる電荷を１フレーム期間保持し、ＣＬＣの電荷の損失を補う。

対向電極６６には、一定の電圧が印加され、画素電極２８に印加されたデータ信号電圧ＶＤに応じて画素電極２８と共に液晶を駆動する。ＣＬＣは、液晶が保持している、ＤＬからＴＦＴ３０を介して供給されたデータ信号電圧ＶＤによる電荷である。ＣＬＣが保持する電荷は、第１の補助容量３２ａや第２の補助容量３２ｂの保持する電荷に比べて非常に少なく、ＴＦＴ３０のオフ動作時のリークや液晶中の不純物からのリークによって流出しやすいため、第１の補助容量３２ａ及び第２の補助容量３２ｂの保持する電荷によって電荷を保っている。

なお、本実施形態では、できるだけ画像のムラやフリッカを小さくするために第１及び第２の補助容量ラインが、１つの画素電極を単位として、行方向において交互に補助容量電極となる構成としていたが、本発明はこれに限定されることはなく、連続する画素電極の複数列を単位として、交互に補助容量電極を有する構成としても構わない。例えば、ＲＧＢの原色を表示する３つの画素電極を一つの単位として、この単位ごとに第１もしくは第２の補助容量ラインのいずれかに補助容量電極を有する構成としても構わない。

また、本実施形態において、ダブルゲート型のＴＦＴを例示したが、本発明はこれに限定されず、ゲート電極は１つでもそれ以上でも構わない。また、補助容量ラインをゲートラインと同じ層に形成していたが、補助容量ラインをゲートラインと別の層に形成しても、本発明を実施することができる。

また、本実施形態において、表示領域２０の画素はストライプ配列するものとしたが、画素の配列はストライプ配列に限定されない。例えば、画素は図８に示すようにデルタ配列としても構わない。図８に示す液晶表示装置において、多結晶シリコン薄膜４３で構成される補助容量電極３２ｘは、対応する液晶容量ＣＬＣが属する画素に隣接する両隣の画素領域まで延びている。この構成によれば、補助容量電極３２ｘの幅が画素の幅に制限されることがない。補助容量ＣＳＣは、能動層４２と重畳する補助容量電極３２ｘの面積に比例するため、画素ピッチの極小化、ＳＣライン幅の細化等により、当該画素内において補助容量電極３２ｘの面積が所望の補助容量ＣＳＣを確保することができない場合においても、隣接画素領域にまで補助容量電極３２ｘが延びることにより、所望の補助容量ＣＳＣを確保することができる。本構成が実現できるのは、行方向に隣接する画素間において、補助容量が、それぞれ異なる補助容量ライン２６ａおよび２６ｂと交互に構成されていることによる。したがって、補助容量電極３２ｘの境界は、２つ隣の同じ補助容量ラインにより補助容量を構成する画素に属する補助容量電極３２ｘと絶縁がとれる幅、すなわち、隣接する画素の中央から絶縁が確保できる幅だけ狭い領域まで最大でとることができる。なお、図８に液晶表示装置において、スイッチング素子であるＴＦＴは、シングルゲート構造となっており、多結晶シリコン薄膜は、ＴＦＴの能動層から補助容量の電極まで一体に形成されている。

本実施形態に係る液晶表示装置１０は、垂直配向型（Ｖａｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ；ＶＡ）であり、液晶層６２に使用される液晶は垂直配向型液晶（ＶＡ液晶）である。また、ＶＡ型の場合、ＬＣＤの一層の視野角の拡大と表示品質の向上のため、電極不在部（窓）もしくは突起などを画素内に設けて液晶の配向を１画素内で分割することが好ましい。例えば図９に示すように、対向電極６６にＸ字状の電極不在部を各画素電極２８と対向する領域に配向制御窓８０として形成する。電極不在部による配向制御窓８０は、各画素の反射領域に１つ、２つの透過領域にそれぞれ１つずつ設けられ、各領域内において液晶の配向を分割している。

この電極不在部による配向分割は、画素電極２８と対向電極６６との間に電圧を印加し始めたときの弱電界の傾きを利用している。この弱電界下では、電極不在部からの電気力線は、電極不在部による配向制御窓８０の端部、つまり、電極の端から電極不在部の中央に向かって広がるように斜めに傾く。そして、負の誘電率異方性を有する液晶の短軸が、この斜めの電気力線に沿うように配向していくので、液晶への印加電圧の上昇に追随して液晶分子が初期の垂直配向状態から倒れていく方角が斜め電界によって規定される。

また、対向電極６６の上又は電極の下に突起部を形成した場合、これらを覆って形成される配向膜６４には、突起に応じた傾斜が形成される。液晶は配向膜６４の面に垂直に配向されるため、したがってここでは対向電極６６側に設けられた突起を境に液晶の配向を分割できる。なお、以上では、電極不在構造を対向電極に設けるものとしたが、画素電極側に設けても良い。

本実施形態に係る液晶表示装置１０において、ＶＡ液晶を使用して、ドット反転駆動を行った場合の液晶の配向状態の模式図を図１０に示す。ドット反転駆動を行うことにより図１１のように上下左右隣り合う画素全てに逆の極性が印加されるため、隣接する画素電位の影響がなくなり、液晶の配向乱れがほとんどなくなる。このため、隣接する画素電極間の間隔ｄを４μｍ未満とすることができ、好ましくは１μｍ以上４μｍ未満、より好ましくは１μｍ以上３μｍ以下とすることができる。

これに対して、ＶＡ液晶を使用して、ライン反転駆動を行った場合の液晶の配向状態の模式図を図１２に示す。ライン反転駆動を行うと、隣接する画素電極間の間隔ｄを４μｍ未満とすると、隣接する画素電位の影響を受け、液晶の配向乱れが生じる。

［液晶表示装置の動作］
図１３は、本実施形態に係る液晶表示装置１０における各制御信号の関連を示すタイミングチャートである。これは、垂直スタート信号ＳＴＶ及びゲート信号ＧＶ、水平スタート信号ＳＴＨ及び水平クロック信号ＣＫＨと、第１の補助容量ラインＳＣ１の電位ＳＣａ及び第２の補助容量ラインＳＣ２の電位ＳＣｂにおける電圧変化のタイミングを示している。

まず、垂直スタート信号ＳＴＶのパルスの立ち下がりに応じてゲート信号ＧＶ１のパルスが立ち上がり、１行目のＧＬ１にゲート信号ＧＶ１が供給されてこれに接続されたＴＦＴ３０がオンになる。それから、水平スタート信号ＳＴＨのパルスが立ち上がり、このパルスの立ち下がりに同期して、１行目のＧＬ１が選択される期間で最初の水平クロック信号ＣＫＨのパルスが立ち上がる。

１行目のゲートラインＧＬ１にゲート信号ＧＶ１が供給されている期間中に、水平クロック信号ＣＫＨのパルスが順次立ち上がり、これらのパルスの立ち上がりに同期して、ＤＬが順次選択され、順次データ信号電圧ＶＤが、ＴＦＴ３０を介して、画素電極２８と、第１の補助容量３２ａ及び第２の補助容量３２ｂに印加されてゆく。第１のデータ信号電圧ＶＤａは、画素電極２８及び第１の補助容量３２ａに、第２のデータ信号電圧ＶＤｂは、画素電極２８及び第２の補助容量３２ｂに印加される。

全てのＤＬにデータ信号電圧ＶＤが印加されると、１行目のゲートラインＧＬ１のゲート信号ＧＶ１はＬｏｗレベルとなり、これに接続されるＴＦＴ３０はオフとなる。そして、順次ゲート信号ＧＶ２、ゲート信号ＧＶ３のパルスが立ち上がり、２行目のゲートラインＧＬ２にはゲート信号ＧＶ２、３行目のゲートラインＧＬ３にはゲート信号ＧＶ３がそれぞれ印加され、上記の動作を繰り返す。

そして、ＧＬ１に接続されたＴＦＴ３０がオフ状態、即ち、ゲートラインＧＬ１にゲート信号ＧＶが供給されていない期間中に、第１の補助容量ライン３２ａの電位ＳＣａと、第２の補助容量ライン３２ｂの電位ＳＣｂの極性が反転する。そして、全てのゲートラインＧＬにゲート信号ＧＶが供給されると、再び垂直スタート信号ＳＴＶのパルスが立ち上がり、それに同期して１行目のゲートラインＧＬ１にゲート信号ＧＶが供給され、同様の動作を繰り返す。

図１４は、本実施形態に係る液晶表示装置１０の駆動方法を示す信号波形図であり、ゲートライン方向に隣り合う画素領域における１フレーム間の信号波形を示している。図１４（ａ）は、第１の補助容量３２ａの信号波形を示し、図１４（ｂ）は、第２の補助容量３２ｂの信号波形を示すこととする。

図１４（ａ）および図１４（ｂ）には、ゲート電圧ＶＧ、画素電圧ＶＰ、ソース電圧ＶＳ、データ信号電圧ＶＤ、補助容量電圧ＶＳＣ、対向電極電圧Ｖｃｏｍが示されている。ゲート電圧ＶＧは、１フレーム間に一度、ＯＮ期間がある。ゲートのＯＮ期間において、ＧＬに印加されるゲート電圧ＶＧが高（以下、「Ｈｉｇｈ」という。）レベルになる。この期間中、ＴＦＴ３０がオンしてドレイン・ソース間が導通し、ソース電圧ＶＳが、ＶＬに印加されているデータ信号電圧ＶＤに追従して同じレベルになり、液晶容量ＣＬＣ及び補助容量ＣＳＣの一方に印加される。ゲートのＯＦＦ期間になるとゲート電圧ＶＧが低（以下、「Ｌｏｗ」と称する。）レベルとなってＴＦＴ３０がオフし、ソース電圧ＶＳが決まるとともに、ゲート電圧ＶＧの立ち下がりに伴ってΔＶＳだけレベルが降下し、ＶＰＬとなる。対向電極電圧Ｖｃｏｍは一定の電圧で、予めソース電圧ＶＳの降下分ΔＶＳだけ、データ信号電圧ＶＤのセンターレベルＶＣよりも低下したレベルにある。

各補助容量ラインには、対応するゲートラインＧＬに印加されるゲート電圧ＶＧの立ち下がり後に反転する補助容量電圧ＶＳＣが印加される。補助容量電圧ＶＳＣはＶＳＣＨ及びＶＳＣＬという高低２つのレベル間で反転し、例えば、ソース電圧ＶＳが対向電極電圧Ｖｃｏｍよりも高い正極性期間では、ゲート電圧ＶＧの立ち下がり後に、低いレベルＶＳＣＬから高いレベルＶＳＣＨに立ち上がる。したがって、ゲート電圧ＶＧが立ち下がってソース電圧ＶＳがいったん決まり得られた画素電圧ＶＰは、補助容量ＣＳＣを介して補助容量電圧ＶＳＣの立ち上がりの影響を受けてΔＶＰだけ上昇する。このときの画素電圧ＶＰが、ゲートのＯＦＦ期間中、即ち１フレーム間、保持される。

補助容量電圧ＶＳＣの立ち上がりによって、液晶容量ＣＬＣと補助容量ＣＳＣ間で電荷の再配分が生じ、画素電圧ＶＰは、ΔＶＰ＝ＶＰＨ−ＶＰＬだけ上昇する。ソース電圧ＶＳが対向電極電圧Ｖｃｏｍよりも低い負極期間では、逆に、補助容量電圧ＶＳＣは正側から負側へ立ち下がるので、画素電圧ＶＰは、ΔＶＰだけ降下する。この結果、画素電圧ＶＰの振幅が大きくなり、液晶容量ＣＬＣに印加される電圧を大きくすることができる。つまり、補助容量電圧ＶＳＣを２つのレベルに反転させることによって、対向電極電圧Ｖｃｏｍを一定電圧としても、データ信号電圧ＶＤの振幅を小さくすることができ、ドット反転駆動を低消費電力で行うことができる。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成の概略を示す図である。 図１の液晶表示装置の等価回路を示す図である。 図１の液晶表示装置の第１基板側の概略を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った位置における液晶表示装置の概略断面構成を示す図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った位置における液晶表示装置の概略断面構成を示す図である。 図１のＣ−Ｃ線に沿った位置における液晶表示装置の概略断面構成を示す図である。 図１に示す液晶表示装置における反射層５６の配置を示す平面図である。 デルタ配列とした液晶表示装置の平面図である。 ＶＡ型の液晶表示装置の配向制御窓を示す図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置におけるドット反転駆動時の液晶の配向状態を示す図である。 ドット反転駆動及びライン反転駆動を示す概念図である。 従来のライン反転駆動時の液晶の配向状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置における各制御信号の関連を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の駆動方法を示す信号波形図である。 ＶＡ液晶の視野角を説明する図である。

符号の説明

１０ 液晶表示装置、１２，１４，１６ ドライバ、１８ 画素、２０ 表示領域、２２ データライン、２４ ゲートライン、２６ 補助容量ライン、２８ 画素電極、３０ ＴＦＴ、３２ 補助容量、３４ 遮光パターン、４０ 第１基板、４２ 能動層、４３ シリコン薄膜、４４ ゲート絶縁膜、４６ 第１金属層、４８ 層間絶縁膜、５０ 第２金属層、５２ ソース電極、５２ｇ 短絡処理領域、５４ 平坦化絶縁膜、５５ 接続用金属層、５６ 反射層、６０，６４ 配向膜、 ６２ 液晶層、６６ 対向電極、６８ カラーフィルタ、７０ 第２基板、７２ ブラックマトリクス、７４ 配向突起、７６ 液晶、８０ 配向制御窓、１００ 基板。

Claims (3)

1. 第１基板と第２基板との間に液晶層が封入されて構成されるとともに、この液晶層を利用した液晶素子を含む画素がマトリクス配置される液晶表示装置であって、
   画素の各行に対応して設けられ、ゲート電圧が印加される複数のゲートラインと、
   画素の各列に対応して設けられ、データ信号が印加される複数のデータラインと、
   画素毎に配置され、前記ゲートラインのゲート信号によってオンオフされ、前記データラインからのデータ信号を取り入れるスイッチング素子と、
   画素毎に配置され、前記スイッチング素子に接続され、液晶素子にデータ電圧に応じた電圧を印加する画素電極と、
   を含み、
   各データラインに供給するデータ信号の極性を順次反転して、隣接する画素の液晶素子に印加する電圧を交互に反転するとともに、
   前記液晶層の初期配向は、基板の平面方向に対して垂直な方向であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   画素毎に設けられ、一端が前記画素電極に接続されて前記画素電極に印加する電圧を保持する補助容量と、
   前記画素の各行に対応して行方向に延在し、各画素の補助容量が交互に接続される第１および第２の補助容量ラインと、
   を有し、
   前記データラインに印加されるデータ信号の極性に対応して第１および第２補助容量ラインに印加される電圧が決定されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
   隣接する前記画素電極の間隔は１μｍ以上４μｍ未満であることを特徴とする液晶表示装置。

Images