JP3049588B2

JP3049588B2 - 薄膜トランジスタ液晶表示装置

Info

Publication number: JP3049588B2
Application number: JP11882894A
Authority: JP
Inventors: 光宏宇野; 米治田窪
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JPH07325322A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ(Ｔ
ＦＴ)アレイ基板によって駆動される液晶表示装置に関
し、その視角特性を改善する構成に係る。

【０００２】

【従来の技術】１つの画素を複数の副画素に分割し、各
副画素の液晶層に印加する電圧を変化させることによっ
て、広い視野角で良好な多階調表示をさせ、視角特性を
改善する技術(画素分割法と呼ばれる従来技術)として、
特開昭61−166590号「液晶表示素子及びその駆動方
法」，特開昭62−182717号「液晶表示装置」、または特
開平２−12号「液晶表示装置の画素および液晶表示装置
における画素のグレースケールを実現する方法」等があ
る。

【０００３】図７は、従来のノーマリーホワイトモー
ド、すなわち液晶層に電圧が印加されないとき明状態と
なり、電圧が印加されたとき暗状態となるように、液晶
表示装置の前後に配置された偏光板の偏光軸が設定され
たモードのＴＦＴ液晶表示装置における液晶表示装置の
駆動電圧に対する輝度特性を示している。図７(a)は液
晶表示装置の真正面から見たときの駆動電圧に対する輝
度特性であり、図７(b)は、液晶表示装置の下方向30゜
に視点を傾けて見たときの駆動電圧に対する輝度特性で
ある。

【０００４】図８は液晶表示装置の視角特性を測定する
ときの視点を示す模式図であり、図７でいう下方向と
は、図８(a)に示すように液晶が２枚の透明なガラス基
板１a，１bの間に挟持され、このガラス基板１a，１bの
垂直方向から見た各ガラス基板の液晶分子10aの図８(b)
に示す配向方向21a，21bが矢印の方向としたとき、図８
(b)をａ−ａ′面で切断して横方向から見た図８(a)(２
枚のガラス基板１a，１b間に電圧が印加され、液晶分子
10aが立ち上がったときのものを示したもの)において、
右方向に視点Ｅを傾けたときと定義する。また、ここで
の角度は、ガラス基板１bの垂線からの視点Ｅの傾き角
度θを示す。

【０００５】図７(a)に示すように従来の液晶表示装置
において、８階調表示をさせるとき、まず真正面(０゜)
から見て輝度を８等分割(Ｂ1，Ｂ2，………，Ｂ8)し、
各々の輝度レベルに対して電圧レベル(Ｖ1，Ｖ2，……
…，Ｖ8)を設定する。

【０００６】一方、図７(b)に示すように視点を下方向
に30゜傾けた場合、駆動電圧−輝度特性は、図７(a)の
真正面(０゜)に比べて低電圧側にシフトするとともに、
高電圧側に新たなピークが現れる。この状態で各電圧レ
ベルに対する輝度レベル(Ｂ1′，Ｂ2′，………，Ｂ
8′)を見てみると、高輝度部分(Ｂ1′とＢ2′間等)で
は、輝度レベル間の差が大きくなり、一方、低輝度部分
では輝度レベル間の差が小さくなる。

【０００７】これは目視では、真正面から見た画像に比
べて非常に暗い画像として見える(黒つぶれ現象と呼
ぶ)。さらに、Ｂ6′とＢ7′の輝度レベルは、新たなピ
ークによって逆転している。これは階調反転現象と呼ば
れ、目視では写真のネガのような画像として見える。以
上のように、従来の液晶表示装置では、視点を下方向に
傾けると、階調表示がかなり悪化するという課題があっ
た。

【０００８】次に、図９は画素分割法による液晶表示装
置の駆動電圧に対する輝度特性を示し、図11は画素分割
構成した図10に示すＴＦＴ液晶表示装置の断面構成図の
等価回路である。図11に示すように、画素が２つの副画
素11a，11bに分割され、副画素(Ｃlc１)11aには直接、
ＴＦＴ14のドレイン電極(Ｄ)が接続されている。一方、
副画素(Ｃlc２)11bには、制御容量(Ｃc)12が直列にドレ
イン電極(Ｄ)と接続されている。また、付加容量(Ｃst)
13もドレイン電極(Ｄ)と接続されている。これによっ
て、ＴＦＴ14から供給された駆動電圧(Ｖd)は、副画素1
1aには同じ電圧値が供給されるが、副画素11bにおいて
は、駆動電圧の一部が制御容量(Ｃc)12に分割される。
つまり、副画素11aおよび副画素11bに供給される駆動電
圧Ｖlc１およびＶlc２は、

【０００９】

【数１】Ｖlc１＝Ｖd

【００１０】

【数２】Ｖlc２＝Ｖd×Ｃc／(Ｃlc２＋Ｃc) 結果、Ｖlc１＞Ｖlc２となる。

【００１１】これによって、駆動電圧−輝度特性は、図
９(a)に示す視点を真正面から見たときは、副画素11aに
おいては前記図７(a)と同じ特性となるが、副画素11bの
駆動電圧−輝度特性は、副画素11aに比較して高電圧側
にシフトする。その結果、全画素11cの駆動電圧−輝度
特性は２つが合成された特性となり、その傾きは図７
(a)に比べて緩くなる。

【００１２】一方、図９(b)に示す視点を下方向30゜に
傾けたときは、副画素11aは前記図７(b)と同じ特性であ
るが、副画素11bは高電圧側にシフトする。そして、い
ずれの副画素11a，11bにおいても、高電圧側に新たなピ
ークが現れる。その結果、合成された全画素11cの駆動
電圧−輝度特性は、図７(b)に比べて傾きが緩くなる。

【００１３】ここで、視点を０゜から下方向30゜に傾け
たことによる駆動電圧−輝度特性の低電圧側へのシフト
する電圧値は図７の場合と変わらないため、８階調の各
輝度レベル間の差は、画素分割構成でない液晶表示装置
の構成の視点30゜の輝度レベル間の差に比べて均一にな
っているのがわかる。これによって、従来、観測された
黒つぶれ現象は緩和される。また、下方向30゜における
高電圧側のピークは、各々の副画素のピークが互いに打
ち消し合うため、全画素の特性は単調減少する滑らかな
特性となる。これによって、従来、観測された階調反転
現象はなくなる。以上、画素分割構成では、この２つの
効果で下方向の視点において、画素分割構成でない液晶
表示装置に比べてかなり階調表示が改善される。

【００１４】次に、薄膜トランジスタで駆動される液晶
表示装置について説明する。図12は従来のＴＦＴ液晶表
示装置の平面構成図、図13は図12のａ−ａ′線で切断し
たＴＦＴ液晶表示装置の１画素の断面図、図14は図13の
ＴＦＴ液晶表示装置の１画素の等価回路である。

【００１５】図12に示すＸ方向にゲート配線群、Ｙ方向
にソース配線群が延在する。そして、ゲート配線とソー
ス配線の各交点には、ＴＦＴ14と、ＴＦＴ14に接続する
形で透明電極２が存在する。ＴＦＴ14は、スイッチ素子
として働き、透明電極２はその上の液晶分子を駆動する
画素電極として働く。

【００１６】図14に示すゲート配線端(Ｇn)に接続され
た駆動ＩＣより各ゲート配線に時間的に順次与えられた
パルス信号によって、そのゲート配線上のＴＦＴ14がオ
ン状態となる。そして、ゲート配線端(Ｇn)に接続され
た駆動ＩＣからソース配線端(Ｓ)を通じて供給された映
像信号が、そのオン状態のＴＦＴ14を通じて、各透明電
極(画素電極)２に供給される。また、画素11と並列に付
加容量13が接続されている。この付加容量13は、画素11
に供給された映像信号の保持特性を向上させるためのも
のである。

【００１７】次に、図12ないし図14を用いて、逆スタガ
ー構成のＴＦＴアレイ基板の製作工程の概要を説明す
る。まず、図13に示す透明なガラス基板１a上に、画素1
1の液晶を駆動する透明電極(画素電極)２を形成する。
次に、絶縁体としてシリコン酸化膜３を堆積させる。そ
して、クロム等の金属でゲート電極４を形成する。そし
て、ＴＦＴ14のゲート絶縁膜として働くシリコン窒化膜
５をその上に堆積させる。次に、ＴＦＴ14を構成する半
導体層６を形成する。この半導体層６は、ゲート電極４
に印加される電圧によってその抵抗値が変化し、スイッ
チ素子としての機能を与える。

【００１８】次に、透明電極(画素電極)２の上のシリコ
ン酸化膜３とシリコン窒化膜５の絶縁膜層にコンタクト
ホール７を開け、透明電極(画素電極)２の一部を露出さ
せる。次に、アルミニウム等の金属を用いて、ソース電
極８a，ドレイン電極８b，付加容量電極８c(図12参照)
を同時に形成する。このとき、ドレイン電極８bは、透
明電極(画素電極)２の上に開けたコンタクトホール７を
介して、ドレイン電極８bと透明電極(画素電極)２が接
続するように形成し、また同様にコンタクトホール７を
介して、付加容量電極８cと透明電極(画素電極)２が接
続するように形成する。以上の工程によって、ＴＦＴア
レイ基板が完成する。その後、本ＴＦＴアレイ基板を、
透明電極９が一面に堆積されたもう１つのガラス基板１
bと、約５μmのギャップを形成して貼り合わせ、その間
に液晶10を注入する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の画素分
割法を行った図10に示すＴＦＴ液晶表示装置の断面構成
図と、図11に示すその１画素の等価回路は、特開平４−
348323号公報より引用したものである。本構成のＴＦＴ
14は、図10に示すようにゲート電極４aが最上層にある
スタガー構成である。本スタガー構成のＴＦＴでは、２
aがドレイン電極で、副画素11aの電極を兼用として働
き、２bが副画素11bの電極として働き、２cがソース電
極として働き、８がソース配線として働く。そして、そ
の上に半導体層６が形成され、更にその上にゲート絶縁
膜として働くシリコン窒化膜５が形成された後、ゲート
電極４aが形成される。

【００２０】また図10に示すように、画素電極は、２つ
の副画素11a，11bの電極２a，２bに分割されている。２
つの副画素11a，11bの電極２a，２bの下には、第２の絶
縁膜33を介して、平面的に見てその一部が重なるように
第１の導電体32を形成する。この第１の導電体32は、第
２の絶縁膜33のコンタクトホール34を介して、第１の副
画素11aの電極２aに接続する。また、第１の導電体32と
第２の副画素11bの電極２bの間では、駆動電圧を分割す
るための制御容量12を形成する。また、第１の副画素11
aの電極２aの上には、ゲート絶縁膜としてのシリコン窒
化膜５を介して、ゲート電極４aと同時に形成された導
電体パターン４bを形成する。この導電体パターン４bと
第２の副画素11bの電極２bの間で、液晶印加電圧を保持
するための付加容量13を形成する。ここで、第１の絶縁
膜31の裏面に形成される部材30は、裏面から半導体層６
に光が当たって、ＴＦＴのオフ時の抵抗が下がることを
防ぐための不透明の遮光膜である。

【００２１】このように従来の画素分割法を行ったＴＦ
Ｔ液晶表示装置は、従来の構成に加えて、図10に示すよ
うに新たに第１の導電体32と第２の絶縁膜33を形成する
必要があるため、従来のＴＦＴ液晶表示装置に比較して
製作コストが向上するという課題があった。

【００２２】本発明は、このような従来の課題を解決
し、広視角化が可能な画素分割構成の薄膜トランジスタ
液晶表示装置を通常の構成の液晶表示層と同様な簡単な
工程で製作可能とすることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１は、上記目
的を達成するため、部材である基板上に複数の逆スタガ
ー構成の薄膜トランジスタと、複数の画素電極とがマト
リクス状に配列され、前記複数の画素電極の中の一部の
数の画素電極において画素容量と直列に接続された制御
容量を有する薄膜トランジスタ液晶表示装置において、
前記制御容量を形成する電極が、前記薄膜トランジスタ
を形成するソース−ドレイン電極と同時に形成される導
電体パターンと画素電極とで構成されていることを特徴
とする。

【００２４】本発明の実施例によれば、部材である基板
上に、２つ以上に分割された画素電極を駆動する１つの
逆スタガー構成の薄膜トランジスタがマトリクス状に配
列され、前記２つ以上に分割された画素電極の中の一
部、または全部の副画素電極において、副画素容量と直
列に接続された制御容量を有することを特徴とする。

【００２５】

【作用】本発明は、複数の逆スタガー構成のＴＦＴと複
数の画素電極を有し、一部の数の画素電極に於て画素容
量と直列に接続された制御容量を有するＴＦＴ液晶表示
装置を製作する際、本制御容量が、前記薄膜トランジス
タを形成するソース−ドレイン電極と同時に形成される
導電体パターンと画素電極で構成することによって、制
御容量を形成するために、従来のような新たな導電体、
または新たな絶縁体を形成する必要がなく、従来と同じ
コストでＴＦＴ液晶表示装置を製作することが可能とな
る。

【００２６】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例におけるＴＦＴ
液晶表示装置の平面構成図、図２は、図１のａ−ａ′線
で切断した１画素の断面図、図３は図２のＴＦＴ液晶表
示装置の等価回路図である。

【００２７】図１ないし図３において、前記従来例の図
７ないし図14と同じ構成要素には同じ符号を付してあ
る。

【００２８】以下に本実施例によるＴＦＴ液晶表示装置
の構成と製作工程を、図１ないし図３により説明する。

【００２９】まず、図２に示す透明なガラス基板１a上
に、副画素11a，11bの液晶を駆動する透明電極２a，２b
を形成する。次に、絶縁膜としてシリコン酸化膜３を堆
積させる。そして、クロム等の金属でゲート電極４を形
成する。そして、ＴＦＴ14のゲート絶縁膜として働くシ
リコン窒化膜５をその上に堆積させる。次に、ＴＦＴ14
を構成する半導体層６を形成する。この半導体層６は、
ゲート電極４に印加される電圧によってその抵抗値が変
化し、スイッチ素子としての機能を与える。

【００３０】次に、透明電極２aの上のシリコン酸化膜
３とシリコン窒化膜５の絶縁膜層にコンタクトホール７
を開け、透明電極２の一部を露出させる。次に、アルミ
ニウム等の金属を用いてソース電極８a，ドレイン電極
８b，付加容量電極８c(図１参照)を同時に形成する。こ
のとき、透明電極２a上のドレイン電極８bは、透明電極
２aの上に開けたコンタクトホール７を介して、ドレイ
ン電極８bと透明電極２aが接続するように形成する。

【００３１】一方、透明電極２b上のドレイン電極８b
は、透明電極２bとの間で制御容量12が形成される。ま
た、同様にコンタクトホール７を介して付加容量電極８
cと透明電極２aが接続するように形成し、前段のゲート
電極４と付加容量電極８cの間で付加容量13が形成され
るようにする。以上の工程によって、ＴＦＴアレイ基板
が完成する。その後、本ガラス基板１aを、透明電極９
が一面に堆積されたもう１つの透明なガラス基板１b
と、約５μmのギャップを形成して貼り合わせ、間に液
晶10を注入する。

【００３２】図３の等価回路に示すように、副画素11a
には、ＴＦＴ14から供給される駆動電圧(Ｖd)がそのま
ま液晶層に供給される。一方、副画素11bは、ＴＦＴ14
のドレイン電極８bと透明電極２bの間で制御容量(Ｃc)1
2が形成され、これが副画素11bの容量(Ｃlc２)と直列に
接続された構成となるため、ＴＦＴ14から供給された駆
動電圧は、制御容量12と副画素11bの容量(Ｃlc２)に分
割され、副画素11bの液晶には、副画素11aの液晶に比較
して低い電圧が印加される。これを式で表すと、

【００３３】

【数３】Ｖlc１＝Ｖd

【００３４】

【数４】Ｖlc２＝Ｖd×(Ｃc／(Ｃlc２＋Ｃc)) 結果、Ｖlc２＜Ｖlc１となる。

【００３５】以上、画素分割構成が形成され、先に述べ
たように下方向の視点において良好な階調表示が得ら
れ、視角特性が改善される。

【００３６】透明電極２aと２bの面積比は、約６：４に
設定し、また制御容量12と副画素11bの容量の容量比
は、約４：６に設定すると、充分に広い視角特性が得ら
れる。

【００３７】以上のような構成にすることによって、制
御容量12を形成するために、新たな導電体、または新た
な絶縁体を形成する必要がなく、従来と同じコストで広
視角の画素分割構成のＴＦＴ液晶表示装置を製作するこ
とが可能となる。

【００３８】図４は本発明の第２の実施例におけるＴＦ
Ｔ液晶表示装置の平面構成図、図５は図４のａ−ａ′線
で切断した１画素の断面図、図６は図５のＴＦＴ液晶表
示装置の等価回路図である。

【００３９】本実施例と前記第１の実施例との違いを説
明すると、本実施例の構成では第１の実施例と異なり、
ソース−ドレイン電極８a，８b並びに付加容量電極８c
を形成すると同時に制御容量電極８dを形成する。この
ＴＦＴ液晶表示装置の製作工程は第１の実施例と同じで
ある。制御容量電極８dと透明電極２aおよび２bとの間
で、それぞれ制御容量12a，12bが形成されるようにす
る。

【００４０】図６の等価回路に示すように、副画素11a
には、ＴＦＴ14から供給される駆動電圧(Ｖd)がそのま
ま液晶層に供給される。一方、副画素11bは、ＴＦＴ14
のドレイン電極(Ｄ)と透明電極２bの間で制御容量(Ｃc)
が形成され、これが副画素11bの容量(Ｃlc２)と直列に
接続された構成となるため、ＴＦＴ14から供給された駆
動電圧は、制御容量12a，12bと画素容量に分割され、副
画素11bには副画素11aに比較して低い電圧が印加され
る。これを式で表すと、

【００４１】

【数５】Ｖlc１＝Ｖd

【００４２】

【数６】Ｖlc２＝Ｖd×(Ｃc／(Ｃlc２＋Ｃc)) ここで、Ｃc＝１／((１／Ｃc１)＋(１／Ｃc２)) 結果、Ｖlc２＜Ｖlc１となる。

【００４３】これによって、制御容量を形成するため
に、新たな導電体、または新たな絶縁体を形成する必要
がなく、従来と同じコストでＴＦＴ液晶表示装置を製作
することが可能となる。

【００４４】なお、本発明の実施例では、画素を２つの
副画素に分割する場合について説明したが、本構成のみ
ならず、３つ以上に分割する構成においても採用するこ
とが可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＴＦＴ液
晶表示装置は、制御容量がＴＦＴを形成するソース−ド
レイン電極と同時に形成される導電体パターンと画素電
極で構成するか、または薄膜トランジスタを形成するゲ
ート電極と同時に形成される導電体パターンと画素電極
で構成することによって、制御容量を形成するため、従
来のような新たな導電体または絶縁体を形成することな
く、同じ工程，コストで広視角のＴＦＴ液晶表示装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるＴＦＴ液晶表示
装置の平面構成図である。

【図２】図１のａ−ａ′線で切断した１画素の断面図で
ある。

【図３】図２のＴＦＴ液晶表示装置の１画素の等価回路
図である。

【図４】本発明の第２の実施例におけるＴＦＴ液晶表示
装置の平面構成図である。

【図５】図４のａ−ａ′線で切断した１画素の断面図で
ある。

【図６】図４のＴＦＴ液晶表示装置の１画素の等価回路
図である。

【図７】従来のノーマリーホワイトモードのＴＦＴ液晶
表示装置におけるθ＝０゜，θ＝30゜の各角度で観察し
たときの駆動電圧に対する輝度特性図である。

【図８】液晶表示装置の視角特性を測定するときの視点
を示す模式図である。

【図９】画素分割法によるθ＝０゜，θ＝30゜の各角度
で観察したときの液晶表示装置の駆動電圧に対する輝度
特性図である。

【図１０】従来の画素分割構成したＴＦＴ液晶表示装置
の断面図である。

【図１１】図10の画素分割構成したＴＦＴ液晶表示装置
の１画素の等価回路図である。

【図１２】従来のＴＦＴ液晶表示装置の平面構成図であ
る。

【図１３】図12のａ−ａ′線で切断したＴＦＴ液晶表示
装置の１画素の断面図である。

【図１４】図13のＴＦＴ液晶表示装置の１画素の等価回
路図である。

【符号の説明】

１a，１b…ガラス基板、２，２b，９…透明電極、
２a…透明電極(ドレイン電極)、２c…ソース電極、
３…シリコン酸化膜、４，４a…ゲート電極、４b…導
電体パターン、５…シリコン窒化膜、６…半導体
層、７，34…コンタクトホール、８…ソース配線、
８a…ソース電極、８b…ドレイン電極、８c…付
加容量電極、８d…制御容量電極、 10…液晶、 10a
…液晶分子、 11…画素、 11a，11b…副画素、 11c
…全画素、 12…制御容量、 13…付加容量、 14…薄
膜トランジスタ(ＴＦＴ)、 21a，21b…液晶分子の配向
方向、 30…遮光膜、 31…第１の絶縁膜、 32…第１
の導電体、 33…第２の絶縁膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/136 G02F 1/1343 G02F 1/1345

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】部材である基板上に複数の逆スタガー構
成の薄膜トランジスタと、複数の画素電極とがマトリク
ス状に配列され、前記複数の画素電極の中の一部の数の
画素電極において画素容量と直列に接続された制御容量
を有する薄膜トランジスタ液晶表示装置において、前記
制御容量を形成する電極が、前記薄膜トランジスタを形
成するソース−ドレイン電極と同時に形成される導電体
パターンと画素電極とで構成されていることを特徴とす
る薄膜トランジスタ液晶表示装置。
【請求項２】部材である基板上に、２つ以上に分割さ
れた画素電極を駆動する１つの逆スタガー構成の薄膜ト
ランジスタがマトリクス状に配列され、前記２つ以上に
分割された画素電極の中の一部、または全部の副画素電
極において、副画素容量と直列に接続された制御容量を
有することを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジス
タ液晶表示装置。
【請求項３】前記制御容量の一部を構成するソース−
ドレイン電極と同時に形成される導電体パターンが、前
記薄膜トランジスタの一部を構成するドレイン電極と接
続されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜トラ
ンジスタ液晶表示装置。