JP2858499B2 - 液晶素子の駆動方法 - Google Patents

液晶素子の駆動方法

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JP2858499B2
JP2858499B2 JP4647992A JP4647992A JP2858499B2 JP 2858499 B2 JP2858499 B2 JP 2858499B2 JP 4647992 A JP4647992 A JP 4647992A JP 4647992 A JP4647992 A JP 4647992A JP 2858499 B2 JP2858499 B2 JP 2858499B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いた表示素子
及び光変調素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶素子は表示素子もしくは光変調素子
として精力的な研究開発が行われており、現在これを用
いた直視型表示装置が広く用いられているほか、投射型
表示装置などに適用されている。
【0003】上記液晶素子は一般に相対する2枚の電極
板とこれに狭持された液晶材を基本構成要素として持つ
が、複数の画素を持つ液晶素子の場合双方の電極の大き
さが異なることが多い。特にTFT(薄膜トランジス
タ)などの能動素子をもつ液晶素子では一方の基板(主
基板)に能動素子とこれに接続された画素電極が設けら
れ、他方の基板(対向基板)に一面共通の対向電極が設
けられる。
【0004】図5(a)はTN(ツイスト・ネマチッ
ク)液晶とTFTを用いた一般的な液晶表示装置に適用
した液晶素子の画素分を示した平面図である。図5
(b)は図5(a)におけるA−A’線での断面を示し
たものである。主基板101、対向基板108にそれぞ
れ透明な画素電極107、信号電極104及び対向電極
109が形成され、その上に配向膜110が塗布されて
おり、これらの間にTN液晶材111が狭持されてい
る。この種の液晶素子は通常液晶駆動電圧を与えないと
きに光が透過し、電圧を与えたときに遮光する、いわゆ
るノーマリホワイトモードで利用される。こうした液晶
素子は画素電極の隙間(境界部112)に電圧を与える
ことができないため、そのままでは画素の明暗比を上げ
ることができない。また画素電極107の周縁部では電
場の方向が電極に対して垂直でなくなるため液晶層に配
向以上(ディスクリネーション等)が発生し、画像の焼
き付き、残像といった表示不良の原因となる。
【0005】このため通常は何らかの遮光部が画素境界
部112に設けられる。一般には図5(b)のごとく対
向基板上に画素間遮光層102を設け、透過光を制御で
きない境界部及びその近傍を画素開口部から隠ぺいする
ことが行われる。また特に配向異常の現れ易い部位につ
いては画素間遮光層502の面積を広げ、問題となる箇
所を重点的に隠ぺいすることも行われている(特開平1
−266512号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】液晶配向異常は電圧印
加時に画素電極周縁部に発生し、ノーマリホワイトモー
ドの液晶素子は電圧印加時に遮光することから、こうし
た液晶素子では開口面積を画素電極の大きさにまで広げ
ることはできない。対向基板上に画素間遮光部を設けた
場合、画素電極に対して視野角に相当する張り出し部分
が必要となる。また基板貼り合わせ時のずれも考慮せね
ばならず、画素電極の面積に対し開口面積を大幅に狭め
なければならない。基板貼り合わせ工程に高い位置合わ
せ精度が要求されればそれだけ製作が困難となる。投射
型表示装置に用いる液晶素子などでは視野角を考慮する
必要が殆どないため基板貼り合わせ精度を向上させれば
開口率を向上させることはできるが、基板全体が小型化
するため電極間隔が狭くなり、液晶配向異常が画素内部
に発生しやすくなる。画素間遮光層を主基板上に設けた
場合、画素電極との位置合わせはフォトリングラフィの
精度で決定できるため容易に高精度が得られるものの、
画素間遮光層と飽和電圧の印加された画素(オン画素)
との間に横方向電界がかかると画素電極内部に液晶配向
異常が発生する。以上の理由によりこの種の素子では光
利用効率が上げられず、消費電力を増加させる原因とな
る。こうしたことから表示品位を落とさずに開口率を確
保できる手段が要求され、更に基板貼り合わせ精度を従
来より極端に挙げずとも実現されることが望ましい。
【0007】本発明は上述の問題点を解決し、画素境界
部の光もれを防ぐと同時に画素電極周縁部に発生する液
晶の配向異常を隠ぺいすることを、画素開口部を必要以
上に狭めることなく、あるいは基板貼り合わせ工程に高
い位置合わせ精度を要求することなく実現し、液晶素子
の性能を向上させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、画素電極並び
にこれと接続する能動素子及び配線を有する主基板と対
向電極を有する対向基板との間隙に液晶材料が狭持され
ており、電圧印加時に遮光状態となる液晶素子におい
て、導電性の画素間遮光層を主基板上の画素電極周縁部
に設けた構造になっている。また、この液晶素子は、画
素間遮光層に、この画素間遮光層によって囲まれる画素
電極に印加される最大電圧と概略等しい実効電圧で且つ
その画素電極が保持する電圧波形と概略等しい波形の電
圧を与えることによってその効果を最大限に発揮でき
る。
【0009】
【作用】図1(a),(b)に示すように画素間遮光層
102を主基板101上に設けることにより、画素電極
107との位置合わせがフォトリソグラフィの精度で決
定でき、容易に高精度が得られる。また対向基板108
に遮光層がないため基板貼り合わせ時に高精度を要求さ
れず、製作も困難とならない。
【0010】画素間遮光層102にそれによって囲まれ
る画素電極に印加される最大電圧と概略等しい実効電圧
で電圧で且つその画素電極が保持する電圧波形と概略等
しい波形の電圧を与えることにより、画素間遮光層とオ
ン画素との間の横方向電圧は問題にならない大きさにな
り、液晶配向異常に画素内での発生を抑止することがで
きる。画素間遮光層102は画素ごとに独立に設けるこ
とはできないため、全面一斉もしくは縦横いずれかのラ
インごとにまとめて一定の電圧を与えることになる。こ
の場合電圧の印加されない、もしくは印加電圧がしきい
値電圧に近い画素(オン画素)との間には横方向電界が
発生し、それに伴って液晶配向異常も発生するが、画素
明暗比は暗時(オン時)の遮光能により決まるため問題
とはならない。このほか別の要因により画素間遮光層1
02の膜厚が薄くせざるを得ず、遮光能が不十分と考え
られる場合でも電圧印加により液晶の配向が遮光時の状
態にのっているなめ十分な遮光能が得られるという利点
もある。
【0011】以上の作用により画素明暗比を低下するこ
となく、また目合わせ精度を従来より改善せずとも開口
率を向上することができる。
【0012】
【実施例】図2(a)は本発明を適用した液晶素子の一
実施例を示す平面図であり、図2(b)は図2(a)に
おいてA−A’線て示した箇所の断面図である。主基板
となるガラス基板101にはクロムからなる走査電極1
03、信号電極104、多結晶シリコンからなる能動素
子106、透明なITO(Indium TinOxi
de:酸化インジウム錫)からなる画素電極107、さ
らに絶縁層105を介してクロムからなる画素間遮光層
102をそれぞれ形成し、対向基板108となるガラス
基板にはITOからなる対向電極109を形成した。こ
こで画素間遮光層102は連続した一つの導体からな
り、画素電極107の周縁部に約2μmの幅で重なりを
持っている。双方の基板表面にポリイミド配向膜110
を塗布、焼成し、それらを基板貼り合わせ時に各基板表
面における配向方向が互いにほぼ90°をなすような方
向に配向処理した後、約5μmの間隙を持つよう基板を
貼り合わせ、TN液晶材料211を注入、封止して液晶
素子を得た。かかる素子において走査電極103に走査
電圧、信号電極104に信号電圧、対向電極109にコ
モン電圧を各々与え、画素間遮光層102には電圧の印
加されている信号電極とほぼ同じ電圧を与えた。このよ
うな駆動電圧を与えてノーマリホワイトモードにて表示
を行ったところ、80μmピッチの画素で開口率35%
以上、明暗比100:1以上の鮮明な画像を容易に実現
することができた。液晶配向異常はオフ画素の周縁部に
若干観察されたもののオン画素内には全く見られず、本
発明の効果が確かめられた。比較のため従来構造の液晶
表示素子を作製して確認したところ開口率35%では明
暗比が10:1以下となり100:1の明暗比を得るた
めには開口率を15%以下にまで落とさねばならなかっ
た。
【0013】画素間遮光層102に与える電圧は概ね液
晶飽和電圧の90%以上の矩形波であり、オン画素に対
する実効電圧が液晶のしきい値電圧を越えない値にする
必要がある。また走査を開始する箇所と走査を終了する
箇所ではそれぞれ画素電圧にかかる波形の位相がずれて
いるために画素間遮光層に与える電圧は最適な位相を選
ぶことが望ましい。なお配線間容量を減らし、能動素子
への影響を小さくするために画素間遮光層102は図2
(a)のごとく配線上及び能動素子との重なりを極力な
くすような構造をとる必要がある。
【0014】図3は本発明を適用した液晶素子の一実施
例を示す平面図である。主基板101にはクロムからな
る走査電極103、信号電極104、多結晶シリコンか
らなる能動素子106、ITOからなる画素電極10
7、さらに絶縁層105を介してクロムからなる画素間
遮光層102をそれぞれ形成し、対向基板となるガラス
基板にはITOからなる対向電極を形成した。ここで画
素間遮光層102は走査電極配線103に沿って連続し
た複数の導体からなり画素電極107の周縁部に約2μ
mの幅で重なりを持っている。双方の基板表面にポリイ
ミド配向膜を塗布、焼成し、それらを基板貼り合わせ時
に各基板表面における配向方向が互いにほぼ90°をな
すような方向に配向処理した後、約5μmの間隙を持つ
よう基板を貼り合わせ、TN液晶材料を注入、封止して
液晶素子を得た。かかる素子において走査電極103に
走査電圧、信号電極104に信号電圧、対向電極にコモ
ン電圧を各々与え、画素間遮光層102には電圧の印加
されている信号電極とほぼ同じ電圧を与えた。この素子
においては一回の走査ごとに信号電圧を正負を反転する
いわゆる走査線反転駆動を行い、画素間遮光層102に
はこれに応じて各々の遮光層電極ごとにオン画素に対す
る実効電圧が液晶のしきい値電圧を越えないような電圧
を与えている。このような駆動電圧を与えてノーマリホ
ワイトモードにて表示を行ったところ、80μmピッチ
と画素で開口率35%以上、明暗比130:1以上の鮮
明な画像を容易に実現することができた。画素部を顕微
鏡にて拡大観察したところ隣接する画素間遮光層の間隙
部とオフ画素の周縁部に若干観察されたものの、オン画
素内には明暗比の低下に結びつくような配向以上は見ら
れず、本発明の効果が確かめられた。
【0015】図4は本発明を適用した液晶素子の一実施
例を示す平面図である。主基板101にはクロムからな
る走査電極103、信号電極104、多結晶シリコンか
らなる能動素子106、ITOからなる画素電極10
7、さらに絶縁層105を介してクロムからなる画素間
遮光層102をそれぞれ形成し、対向基板にはITOか
らなる対向電極を形成した。ここで画素間遮光層102
は信号電極配線104に沿って連続した複数の導体から
なり画素電極107の周縁部に約2μmの幅で重なりを
持っている。双方の基板表面にポリイミド配向膜を塗
布、焼成し、それらを基板貼り合わせ時に各基板表面に
おける配向方向が互いにほぼ90°をなすような方向に
配向処理した後、約5μmの間隙を持つよう基板を貼り
合わせ、TN液晶材料を注入、封止して液晶素子を得
た。かかる素子において走査電極103に走査電圧、信
号電極104に信号電圧、対向電極コモン電圧を各々与
え、画素間遮光層102には電圧を印加されている信号
電極とほぼ同じ電圧を与えた。この素子においては隣合
う信号電極ごとに信号電圧の正負を反転するいわゆる信
号線反転駆動を行い、画素間遮光層102にはこれに応
じて各々の遮光層電極ごとにオン画素に対する実効電圧
が液晶のしきい値電圧を越えないような電圧を与えてい
る。このような駆動電圧を与えてノーマリホワイトモー
ドにで表示を行ったところ、80μmピッチの画素で開
口率35%以上、明暗比120:1以上の鮮明な画像を
容易に実現することができた。画素部を観察したところ
画素間遮光層の間隙部とオフ画素の周縁部に若干観察さ
れたもののオン画素内には配向異常は見られず、本発明
の効果が確かめられた。
【0016】なお以上の例では走査電極、信号電極、画
素間遮光部の各電極材料としてクロムを用いたが適する
材料はこれに限らず、アルミ、モリブデン等の遮光性導
電対であれば何を用いてもかまわず、また画素電極及び
対向電極の材料は光透過性導電材料であればITOに限
るものではない。
【0017】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明を適用すれ
ば、能動素子を持つ液晶素子において画素境界部の光も
れを防ぎ、且つ画素電極周縁部に発生する液晶の配向異
常((ディスクリネーション)液晶欠陥)を隠ぺいする
ことが、画素開口部を狭めることなく高い位置合わせ精
度で可能となる。このことにより素子の光利用高率を下
げることなく高品位の表示が実現でき、特に液晶表示素
子を小型化高密度化する際に大きな利点となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概略を示す図。
【図2】本発明の実施例を示す図。
【図3】本発明の実施例を示す図。
【図4】本発明の実施例を示す図。
【図5】従来素子の例を示す図。
【符号の説明】
101 主ガラス基板 102 画素間遮光層 103 走査電極 104 信号電極 105 絶縁層 106 能動素子 107 画素電極 108 対向ガラス基板 109 対向電極 110 配向膜 111 液晶層 112 画素電極境界部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/133 550 G02F 1/136 500

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画素電極並びにこれと接続する能動素子
    及び配線を有する主基板と、対向電極を有する対向基板
    との間隙に液晶材料が狭持されており、導電性の画素間
    遮光層を主基板上の画素電極周縁部に設け、電圧印加時
    に遮光状態となる液晶素子の走査電極に走査電圧を、信
    号電極に信号電圧を、対向電極にコモン電圧をそれぞれ
    印加し、画素間遮光層にこの画素間遮光層によって囲ま
    れる画素電極に印加される最大電圧と概略等しい実効電
    圧で且つその画素電極が保持する電圧波形と概略等しい
    波形の電圧を与えることを特徴とする液晶素子の駆動方
    法。
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