JP2619055B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、マトリックス型の液晶表示装置に関し、特
に各画素に薄膜トランジスタ等のアクティブ素子を付加
した液晶表示装置に関する。

（従来の技術） 非線形素子をスイッチング素子として用いたマトリッ
クス型液晶表示装置、特に非線形素子に薄膜トランジス
タを用いたアクティブマトリックス型液晶表示装置は、
多ラインのマルチプレックス駆動を行なった場合でも、
スタティック駆動と同等に高品位な画像が得られること
から、種々の分野で使われている。

このような液晶表示装置を図面を参照して説明する。

第５図に示すように、走査電極駆動手段21に接続され
た複数の走査電極Xi（ｉ＝1,2,・・・,m）と、信号電極
駆動手段23に接続された複数の信号電極Yj（ｊ＝1,2,・
・・,n）によってマトリックス配線部が形成され、その
各交点に薄膜トランジスタ12が設置されている。この薄
膜トランジスタ12は、第６図に示すように、ゲート電極
13が走査電極Xiに、ドレイン電極14が信号電極Yjに接続
され、さらにソース電極15が液晶表示装置の画素電極16
に接続されている。そして各画素電極16には絶縁物を介
して補助容量33を形成するための補助容量電極35が、ま
た対向する側に対向電極17が設けられ、各画素電極と対
向電極間に液晶18が挟持されて画素が構成されて液晶表
示装置となっている。

各画素の対向電極17と各画素の補助容量電極35は共通
に接続され、１つの共通電極としてまとめられ、この共
通電極に補助容量電極および対向電極駆動手段51から共
通電圧を印加する。

このようなアクティブマトリックス型液晶表示装置の
動作を第７図を参照して説明する。第７図（ａ）に示す
ように、走査電極駆動手段21から、各走査電極Xiにゲー
ト電圧Vxが順次入力される。信号電極駆動手段23には１
水平走査期間毎に極性の反転する映像信号が入力され、
各信号電極Yjにはこの映像信号を各表示位置に相当する
時刻でサンプリングした、同図（ｂ）に示すような電圧
Vyが入力される。対向電極17および補助容量電極35に接
続する共通電極には、同図（ｃ）に示すような１水平期
間毎に中心電圧に対して極性が反転する電圧Vcpが印加
される。なお、同図（ｃ）では、各画素の対向電極の電
圧Vcpを振幅Vcの方形波で示している。

ある１画素の駆動電圧波形、即ち画素電極16と画素部
の対向電極17間の電位差（Vs-Vcp）は、第７図（ｄ）の
ようになる。走査電極Xiに印加されたゲート電圧によっ
て、トランジスタ12がオン状態になると、信号電極Yjの
電圧が画素電極16に伝達され、画素電極16と対向電極17
および補助容量電極35とで形成される容量負荷を充電す
る。トランジスタ12がオフになる直前の対向電極17と画
素電極16間の電位差は、トランジスタ12が再びオンにな
るまで保存される。次のフィールドでトランジスタ12が
オンになると、画素電極16には前フィールドと逆極性の
信号を印加して液晶18を交流駆動する。

このように信号電極Yjと対向電極17および補助容量電
極35に１水平走査期間毎に極性が反転する信号を印加す
る方法は、例えば特開昭62-218943に記載されるよう
に、信号電極信号波形の振幅を減らすことができ、また
フリッカ抑制に対しても有効であることが知られてい
る。

即ち、極性の異なる映像信号が必要であるにもかかわ
らず、信号電極信号振幅が１極成分だけでよく消費電力
を小さくできる。また、一般に両極性の光学応答にアン
バランスがあると、１画素で見た光学応答波形の周期
は、書き換え期間の２倍の周期を持つ。例えばNTSC方式
のテレビ信号をノンインターレース方式で表示する場
合、光学応答の周波数は30Hzとなって人間の目にはフリ
ッカとなる。しかしながら、上記の駆動方法によれば位
相が180度異なる光学応答波形を１画面に混在させるこ
とになり、複数水平ラインで見た光学応答の合成波形の
周波数は１画素の場合の２倍になってフリッカをなくす
ることができる。

（発明が解決しようとする課題） 一般に対向電極は、金属材料が使える補助容量電極と
は異なり、透明化するためにインジウム−スズの酸化物
（ITO）が使用され、例えば蒸着法によって基板全面に
形成される。このITOは抵抗値が高く、低抵抗化しよう
として厚膜化すると亀裂が発生し易く、抵抗値を充分に
低くすることができない。

このため、共通電極に入力された方形波は、対向電極
に抵抗成分があることから、画素部の対向電極では方形
波ではなく波形の歪んだ信号となる。特に、画面サイズ
が大きくなって対向電極が広い面積を占めるようになる
と、対向電極の抵抗値と画素間の容量で決まる時定数
が、共通電極に入力される方形波の繰り返し周期に対し
て無視できない値となる。

即ち、共通電極に印加される入力信号が、第７図
（ｃ）に示すように、振幅Vcの方形波であっても、画素
部の対向電極の電圧の振幅は、第７図（ｅ）に示すよう
に、（Vc-Ve）しかとれないことになる。ここで、Veは
画素部における対向電極信号振幅とその入力信号振幅と
の差分である。対向電極の抵抗分布のため、時定数が場
所によって異なり、それに対応して画素部の対向電極の
電圧Vcpの振幅が場所により異なる。異なった場所での
画素部の対向電極の電圧Vcpの振幅の様子を、第７図
（ｅ）および（ｆ）に示す。ここで、VeおよびVe′は画
素部における対向電極信号振幅とその入力信号振幅との
差分である。

上述のように信号電極Yjと対向電極17および補助容量
電極35に１水平走査期間毎に極性が反転する信号を印加
する方法は、フリッカ防止には好ましいものの、対向電
極の抵抗分布のため、液晶層に印加される電位差が場所
によって異なり、画面に表示される輝度が一様でないと
いう別の問題が生じる。特に画面サイズが大型化すると
容量成分も増大し、さらに抵抗のばらつきも顕著にな
る。従って、時定数のばらつきは、ますます大きくなる
傾向にある。

このように、対向電極側の時定数が、入力方形波の信
号周期に対して無視できない大きさである液晶表示装置
において、対向電極に分布する抵抗値により表示輝度に
差が生じるという問題があった。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の液晶表示装置は、複数の走査電極と複数の信
号電極からなるマトリックス配線と、このマトリックス
配線の交点に配置されたスイッチング素子と、このスイ
ッチング素子を介して前記マトリックス配線と接続され
た画素電極と、この画素電極に対向する対向電極および
補助容量電極と、前記画素電極と前記対向電極によって
挟持された液晶を備え、前記対向電極群と前記補助容量
電極群には、１水平走査期間の整数倍の周期で極性の変
化する電圧が印加される液晶表示装置において、前記補
助容量電極と前記対向電極間にバイパス容量を形成し、
さらに前記補助容量電極群と前記対向電極間に抵抗素子
を設け、前記補助容量電極群に極性の変化する電圧を印
加し、該抵抗素子の抵抗値と対向電極の持つ容量で決ま
る時定数が１水平期間の２倍の周期より長い値であるこ
とを特徴とするものである。

（作用） 本発明は、各画素における対向電極の抵抗成分で生じ
る波形歪をなくすために、補助容量電極と対向電極間に
バイパス容量を形成する。そして、信号電圧を補助容量
電極を介して、バイパス容量と画素部の液晶容量との直
列接続体に印加する。補助容量電極は透明対向電極に比
べ抵抗値を容易に低く形成することができるので、各画
素部の対向電極へ歪の無い方形波の伝達が可能になる。
また、各画素部の対向電極には、バイパス容量を介した
電圧と、抵抗素子と対向電極を介した電圧の両方が印加
されるが、抵抗素子および対向電極はその抵抗値が大き
いので１水平走査周期の２倍程度の期間では、画素部の
対向電極における信号振幅は殆ど変化しない。

更に、本発明では、補助容量電極群と対向電極群間に
設けた抵抗素子により、各画素における対向電極信号の
直流バイアスを安定にすることができる。

これらによって、対向電極の抵抗分を小さくすること
無く、画素部の対向電極を駆動することができることか
ら、透明電極の製造コストを小さくでき、かつ均一な表
示をもつ高品位な画像を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の液晶表示装置の１実施例を、図面を参
照して説明する。

本実施例の液晶表示装置は、第１図に示すように走査
電極駆動手段21に接続された複数の走査電極Xi（ｉ＝1,
2,・・・,m）と、信号電極駆動手段23に接続された複数
の信号電極Yj（ｊ＝1,2,・・・,n）によってマトリック
ス配線部が形成され、その各交点に薄膜トランジスタ12
が設置されている。この薄膜トランジスタ12は、第２図
に示すように、ゲート電極13が走査電極Xiに、ドレイン
電極14が信号電極Yjに接続され、さらにソース電極15に
液晶表示装置の画素電極16が接続されている。そして各
画素電極16には、絶縁物を介して補助容量33を形成する
補助容量電極35が、また対向する側には対向電極17が設
けられている。更にに補助容量電極35を対向電極17と対
向させ、両電極間にバイパス容量31を形成し、各画素電
極16と対向電極17に液晶18が挟持されて電気光学変調を
行なう画素を構成し、液晶表示装置となっている。

第３図は、この１画素の構成を示す１例である。薄膜
トランジスタ形成基板50上には、例えばクロム、タンタ
ル、あるいはタンタル−モリブデンの合金等で薄膜トラ
ンジスタ12のゲート電極13と補助容量電極35が形成され
ている。ゲート電極13および補助容量電極35上には、例
えばけい素酸化物あるいは窒素酸化物等でゲート絶縁膜
37および補助容量32の誘電体が形成されている。ゲート
電極13上にはゲート絶縁膜37を介して半導体39としてが
アモルファスシリコンが設けられている。補助容量32の
誘電体上には、補助容量電極35の一部を覆うようにITO
からなる画素電極16が設けられている。また半導体39に
は、ドレイン電極14とソース電極15がアルミニウム等で
形成され、ソース電極15は画素電極16と接続している。
一方、対向電極基板52には対向電極17がITOで形成され
ている。画素電極16で覆われていない部分の補助容量電
極35と対向電極17、およびその電極間の液晶18および絶
縁物37によりバイパス容量31が構成される。

第１図に示すように、各画素部の対向電極17はそれぞ
れ共通に接続され、また各画素の補助容量電極35はそれ
ぞれ共通に接続され、少なくとも１つづつの補助容量電
極群と対向電極群共通電極としてまとめられ、更に抵抗
素子Ri53が、補助容量電極群と対向電極群間に、例えば
画素を構成するパネルの外部に設けられている。この抵
抗値は、対向電極を形成する透明電極の抵抗値より充分
大きな値に選ばれ、少なくとも抵抗素子Riと対向電極の
持つ容量で決まる時定数が１水平期間の２倍の周期より
長い値とする。

また、第１図に示すように補助容量電極および対向電
極駆動手段51からの共通電圧が、液晶パネル11の補助容
量電極35、および抵抗素子Ri53を介して対向電極17に入
力するように接続されている。

このような、液晶表示装置の駆動波形を第４図を参照
して説明する。

第４図（ａ）に示すように、走査電極駆動手段21か
ら、各走査電極Xiにゲート電圧Vxが順次入力される。信
号電極駆動手段23には１水平走査期間毎に極性の反転す
る映像信号が入力される。各信号電極Yjには、同図
（ｂ）に示すようにこの映像信号を各表示位置に相当す
る時刻でサンプリングした電圧Vyが入力される。抵抗素
子Ri53の補助容量電極35群側には、同図（ｃ）に示すよ
うに、１水平期間毎に中心電圧に対して極性が反転する
共通電圧Vcs（方形波）を印加する。

補助容量電極35の材料には、クロムやタンタル−モリ
ブデンの合金といった金属材料を用いて抵抗値を充分小
さくできるので、時定数は小さい。従って、画素部の補
助容量電極35には、パネルに入力した共通電圧Vcsがそ
のまま伝達される。さらにパネル外部にある抵抗素子Ri
の抵抗値を充分大きくしてインピーダンスの高い状態に
しておけば、各画素の対向電極の信号振幅は、同図
（ｄ）に示すように、補助容量電極に加わる信号Vcsの
振幅を画素部の液晶容量とバイパス容量とで分割した振
幅Vcpの方形波となる。なお、このとき各画素部の対向
電極には、この振幅Vcpの方形波と、抵抗素子Ri53およ
び対向電極の抵抗を介して共通電極の入力であるVcsの
方形波の双方が印加されるが、抵抗素子Ri53の抵抗値は
充分大きいので、１水平走査周期の２倍程度の期間では
画素部の対向電極における信号振幅Vcpは殆ど変化しな
い。なお、このときのある１画素の液晶にかかる電位を
同図（ｅ）に示す。

即ち、抵抗素子Riの大きさを対向電極の抵抗値より大
きくすることにより、対向電極の抵抗ばらつきを無視で
きて、さらにインピーダンスの低い補助容量電極を介し
て１画素を独立に駆動できるので、各画素における対向
電極の信号振幅Vcpのばらつきは小さい。拠って、対向
電極の持つ抵抗分によって発生していた画面の表示位置
における輝度差を解消できる。

なお、抵抗素子Ri53は省略することは、原理的には可
能であるが、この場合、電源投入時には、画素部の対向
電極の方形波の中心電圧がグランド電位にバイアスされ
た状態となる。このため、液晶層には直流電圧が印加さ
れ、液晶の劣化を早めてしまう。従って、抵抗素子Riを
設けることは、これを防ぐ意味で重要である。

更に、共通電圧の信号振幅は、容量分割されてバイパ
ス容量に印加される分の損失を補うように、予め大きな
振幅にすればコントラストの高い表示が得られる。

以上説明したように、本発明の液晶表示装置では、１
水平期間毎に対向電極の極性を変化させる駆動であって
も、対向電極の対向値を下げることなく、液晶に安定な
駆動電圧を印加することができる。このため、均一な表
示輝度を得ることができ、平面ディスプレイ装置として
極めて有効な液晶表示装置を実現することができる。

上述実施例の対向電極信号の周波数は、あくまで一実
施例であり、複数の水平ラインで極性変化をしてもよ
い。更に対向電極群と補助容量電極群の間の抵抗として
個別の抵抗器としなくても、一般に対向電極基板52上の
電極を外部駆動回路で駆動するために必要となる、トラ
ンジスタ形成基板50への連絡に使われるトランスファー
材料、例えば導電性接着剤にその機能をもたせてもよ
い。

［発明の効果］ 本発明によれば、対向電極のインピーダンスが、特に
直流抵抗成分が大きい液晶表示装置であっても、各画素
の補助容量電極と対向電極の間にバイパス容量を形成し
て、補助容量電極から対向電極に交流信号を伝達させる
ことにより、大画面化により対向電極のインピーダンス
が大きくなっても１水平期間毎の方形波で駆動でき、フ
リッカの無い、かつ均一な輝度を持つ高品位な画像を得
ることが可能となる。

更に、全対向電極と全補助容量電極間に、抵抗素子を
挿入することによって、安定した信号を印加することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる液晶表示装置の構成
図、第２図は本実施例の画素部の拡大図、第３図は本実
施例の画素部の構成図、第４図は本実施例の液晶表示装
置の駆動波形を示す図、第５図は液晶表示装置の構成
図、第６図はこの液晶パネルの画素部の拡大図、第７図
は液晶表示装置の駆動波形を示す図である。 12……薄膜トランジスタ、13……ゲート電極 14……ドレイン電極、15……ソース電極 16……各画素電極、17……対向電極 18……液晶、21……走査電極駆動手段 23……信号電極駆動手段 31……バイパス容量、35……補助容量電極 51……補助容量電極および対向電極駆動手段 53……抵抗素子

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の走査電極と複数の信号電極からなる
   マトリックス配線と、このマトリックス配線の交点に配
   置されたスイッチング素子と、このスイッチング素子を
   介して前記マトリックス配線と接続された画素電極と、
   この画素電極に対向する対向電極および補助容量電極
   と、前記画素電極と前記対向電極によって挟持された液
   晶を備え、前記対向電極群と前記補助容量電極群には、
   １水平走査期間の整数倍の周期で極性の変化する電圧が
   印加される液晶表示装置において、 前記補助容量電極と前記対向電極間にバイパス容量を形
   成し、さらに前記補助容量電極群と前記対向電極間に抵
   抗素子を設け、前記補助容量電極群に極性の変化する電
   圧を印加し、該抵抗素子の抵抗値と対向電極の持つ容量
   で決まる時定数が１水平期間の２倍の周期より長い値で
   あることを特徴とする液晶表示装置。