JP3112571B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示装置に関
し、詳しくは、戸外や待合室，列車内等での表示に適し
た比較的大きな画素が配置された液晶表示パネルを有
し、いわゆるダイナミック駆動方式によりその画素の液
晶セルが駆動される液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に、従来の液晶表示装置の例を示
す。（ａ）は、その主要部品である液晶表示パネルであ
り、（ｂ）は、その中の１つの液晶セルについての断面
拡大図である。ここで、１はガラス基板、２はＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）、３は透明電極、である。（ａ）
に示した液晶表示パネルには、複数の液晶セルがマトリ
ックス状（４×４）に配置されている。なお、図が繁雑
で難解なものとなるのを避けるべく、回路等が形成され
たガラス基板１についてのみ図示し、ガラス基板１に対
向する他のガラス板やカラーフィルタ，封入された液晶
等の図示は割愛する。

【０００３】液晶セルは、それぞれ、ＴＦＴ２と透明電
極３とを有する。透明電極３は、ＩＴＯ等の透明な導電
体がパターン形成されたものである。ＴＦＴ２は、ガラ
ス基板１の一方の表面上にＣＶＤ，スパッタ，エッチン
グ等によりパターン形成されたアモルファスシリコンや
ポリシリコンのＭＯＳ型薄膜トランジスタである。ガラ
ス基板１が変性・変形しないような温度範囲で形成せざ
るを得ないため単結晶シリコンでは作れない。そのゲー
トはラインＧに接続され、ソースはラインＳに接続さ
れ、ドレインはラインＤを介して透明電極３に接続され
ている。なお、ＴＦＴ２の一部２ａは半導体層であり、
２ｂは絶縁体層で遮光も兼ねている。

【０００４】この液晶セルは、ガラス基板１に対向する
ガラス板上の共通電極の電圧を基準としたときの透明電
極３に印加される電圧の値により液晶の屈折率が変化さ
せられて、その表示状態は透光状態または遮光状態に制
御される。この印加電圧は、ラインＧに伝えられる選択
信号に従ってＴＦＴ２が“ＯＮ”しているときに、ライ
ンＳに伝えられるデータ信号の電圧値が透明電極３に印
加されたものである。そして、ラインＧが選択されずに
ＴＦＴ２が“ＯＦＦ”しているときには、前記の印加電
圧が保持されるので、このときには、他の液晶セルが選
択されてその液晶セルの透明電極にデータ信号の電圧値
が印加される。

【０００５】さらに、これらの印加電圧は順次更新され
て、リーク等に対するリフレッシュや表示状態の更新が
行われる。このように液晶セルごとに又はそのグループ
ごとに時分割して制御することにより、いわゆるダイナ
ミック駆動が行われる。特に画素数の多い液晶表示パネ
ルの液晶表示装置にあっては、ダイナミック駆動により
可能となる配線パターンの簡素化や液晶ドライバの削減
等は重要である。

【０００６】一方、大型の表示パネルを有して大画面の
表示が可能な現在実用化されている表示装置としては、
発光ダイオードを用いたＬＥＤ表示装置が最も普及して
いる。ＬＥＤは、通常数mm径の２端子の素子であり、こ
れに所定の電流が流されている間発光する。このＬＥＤ
が複数個配置されて表示パネルが構成され、各ＬＥＤに
電流を流すか否かが制御されることによりＬＥＤ表示パ
ネルの表示状態が制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の液晶
表示装置では、透明電極への印加電圧をスイッチングす
るトランジスタがアモルファスシリコン又はポリシリコ
ンの薄膜によって形成される。これにより液晶パネルの
薄型化や液晶セルの微細化等が容易なことから、いわゆ
る壁掛けテレビや携帯ワープロ等への応用に向けての開
発が押し進められている。しかし、アモルファスシリコ
ン又はポリシリコンは、その電子移動度が小さい。単結
晶シリコンのそれの数十分の１程度である。このため、
画素を大きくすべく単純に透明電極を大きくしたので
は、透明電極の増大に連れて増大した液晶セルの容量成
分を充電してデータ信号に従う印加電圧を発生するに際
し、必要とされる大きな電流を、液晶セルに形成された
トランジスタを介して十分に供給することができなくな
る。よって、微細な画素の場合には可能であったダイナ
ミック駆動方式を維持しつつ、大画素化による液晶表示
パネルの大型化を図ることは困難である。

【０００８】一方、従来のＬＥＤ表示装置では、各画素
ごとに発光ダイオードを使用する。このことから、ＬＥ
Ｄ表示装置は画素が大きく大型化に適する。しかし、発
光ダイオードは、通電時のみ発光する２端子の素子であ
ることから、ダイナミック駆動には適さない。このた
め、各素子ごとに配線を施したりドライバを設ける必要
があり、配線の簡素化やドライバの削減は困難である。
さらに、青色の発光ダイオードは出力が小さいため、Ｌ
ＥＤ表示装置にはフルカラーの表示に難があるという不
都合もある。この発明の目的は、このような従来技術の
問題点を解決するものであって、大画素化による液晶表
示パネルの大型化に適し、しかもダイナミック駆動が可
能な構成の液晶表示装置を実現することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の液晶表示装置の構成は、トランジスタを介
して駆動される液晶セルが複数個配置された液晶表示パ
ネルを具備する液晶表示装置において、前記液晶表示パ
ネルの基板の第１の面上に形成された前記液晶セルごと
の透明電極と、前記複数の液晶セルからその一部の液晶
セルを選択する第１の信号を伝える前記第１の面上に形
成された第１の金属配線と、前記液晶セルに印加する電
圧の第２の信号を伝える前記第１の面上に形成された第
２の金属配線と、前記第１の面上に形成されて前記透明
電極に接続された前記透明電極ごとの第３の金属配線
と、前記第１の面上で前記第１，第２，第３の金属配線
上に塗布または堆積された透明のプラスチックと、前記
基板についての前記第１の面の裏面である第２の面側か
ら形成され又は機械加工後に形成されて前記第２の面か
ら前記第１の面に至るように前記基板に前記透明電極対
応に設けられた開口部と、前記開口部に埋設されてソー
ス及びドレインの何れか一方が前記第３の金属配線に接
続されソース及びドレインの何れか他方が前記第２の金
属配線に接続されゲートが前記第１の金属配線に接続さ
れた前記開口部ごとのトランジスタと、を備えるもので
ある。

【００１０】

【作用】このような構成のこの発明の液晶表示装置で
は、トランジスタが個別素子なので、アモルファスシリ
コン又はポリシリコン製に限定されず、電流能力の大き
なものを採用することが容易である。しかも、配線が金
属なので、配線抵抗も小さい。よって、電子回路として
は従来と同様の回路構成であっても、その電流能力が著
しく増大している。したがって、各液晶セルの透明電極
を大きくして大画素化した場合であっても、選択信号で
選択された液晶セルに十分な電流を供給できるので、デ
ータ信号に従う電圧を短時間で印加することができる。
そこで、この発明の液晶表示装置は、大画素化による液
晶表示パネルの大型化に適し、しかもそれをダイナミッ
ク駆動することができる。

【００１１】

【実施例】図１に、この発明の構成の液晶表示装置の一
実施例を示す。（ａ）は、その主要部品である液晶表示
パネルであり、（ｂ）は、その中の１つの液晶セルにつ
いての断面拡大図である。なお、図が繁雑で難解なもの
となるのを避けるべく、回路等が形成されたガラス基板
の構造およびその１つの液晶セルの詳細構造についての
み特に図示する。他のドライブ回路やガラス板，カラー
フィルタ，封入された液晶等は標準的な構成のものであ
るので、その図示は割愛する。ここで、１はガラス基
板、２０は開口部、３は透明電極である。また、２１は
ポリイミド膜、２２はＭＯＳトランジスタ、２２ａ，２
２ｂ，２２ｃはバンプ、２３は収縮性接着剤、２４は対
湿性樹脂である。

【００１２】（ａ）の液晶表示パネルには、複数の液晶
セルがマトリックス状（４×４）に配置されている。実
用的には、数十×数十、例えば２４×２４程度のものが
需要が多い。液晶セルは、それぞれ、開口部２０と透明
電極３とを有する。透明電極３は、ＩＴＯ等の透明な導
電体膜がパターン形成されたものである。なお、液晶セ
ルについての符号は（ａ）の右上に位置する液晶セルに
ついての符号をもって示すが、他の液晶セルも同様の構
造である。

【００１３】ガラス基板１には各液晶セルに対応して開
口部が設けられる。（ｂ）はその１つの拡大断面図であ
る。開口部２０の中には、ＭＯＳトランジスタ２２が埋
設されている。そのゲートはラインＧに接続され、ソー
スはラインＳに接続され、ドレインはラインＤを介して
透明電極３に接続されている。つまり、論理的な回路構
成としては従来と同様の構成であるが、従来はＴＦＴで
あったスイッチング素子が、ＭＯＳトランジスタ２２に
よって置換されている。

【００１４】この液晶表示パネルの製造手順を説明す
る。先ず、厚さ０．５〜１．１mmの平板状態のガラス基
板１の表面にＩＴＯ膜をＣＶＤにより膜形成し、レジス
トコーテング，露光，現像，エッチング等の処理を経て
パターン形成することにより透明電極３を形成する。次
に、各々約０．１μm 厚さにＴｉ／Ｐｔ膜をスパッタに
より膜形成し、パターン形成によりラインＳやラインＤ
等の金属配線や電極等を形成する。さらに、絶縁膜を形
成してから接続のための部分を除去し、その上にライン
Ｇ等の金属配線を形成する。

【００１５】これらの配線パターン等の上部に、ポリイ
ミドを約２０μm 厚さにコーターにより膜形成する。そ
の後は、ガラス基板１の裏面から、開口部２０の位置
に、開口部の径よりも約０．６mm小さな径のダイヤモン
ドドリルを用いた機械研削等により凹みを形成する。こ
の凹みの底に残ったガラスの厚さが約０．３mm程度にな
るまで、機械加工により処理する。

【００１６】そして、開口部以外をＣｒでマスクし、沸
硝酸でガラスを約０．３mmエッチングする。開口部２０
のエッチングが済むと、不要となったマスクのＣｒを他
のエッチング液でエッチングして除去する。これによ
り、ガラス基板の裏面から表面に至る開口部２０が形成
される。ガラス基板１の表面側のポリイミド膜２１や金
属配線Ｇ，Ｄ，Ｓは沸硝酸でエッチングされることはほ
とんどなく、開口部２０の裏面から見た底部に金属配線
Ｇ，Ｄ，Ｓの一部が露出して残っている。

【００１７】裏面側から、その底部に収縮性接着材２３
を薄く塗り、バンプ２２ａ，２２ｂ，２２ｃが付いたト
ランジスタ２２のチップを挿入し接着する。接着材２３
が固まる前に、バンプ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを挟ん
で、トランジスタ２２のゲートとラインＧの接続点、ソ
ースとラインＳの接続点、ドレインとラインＤの接続点
が、それぞれ一致するように位置合わせを行う。このと
き、ラインＧ，Ｓ，Ｄの接続点を含む金属配線は、ポリ
イミド膜２１により支持されている。

【００１８】収縮性接着材２３が収縮しながら固化し、
これにより、トランジスタ２２とラインＧ，Ｓ，Ｄとの
接続が確立する。収縮性接着材２３の固化後、対湿性樹
脂２４を開口部２０内に充填し、これによりトランジス
タ２２の保護を図る。以上の手順により、この発明の特
徴部分である液晶表示パネルの一方の基板が完成する。
後は、通常の手順通り、共通電極やカラーフィルタの付
いた他方のガラス基板と貼り合わせ、これらの間隙に液
晶を封入して、液晶表示パネルが完成する。そして、こ
れにドライバ等の周辺制御回路を接続して最終的に液晶
表示装置が完成する。

【００１９】このようにして形成された液晶セルは、そ
の大きさが数mm角であり、画素が比較的大きい。さら
に、そこに埋設されるトランジスタ２２は、シリコンウ
エハー上に形成されて切り出された０．３〜０．５mm角
の個別素子のチップである。このため、パネルの歩留り
低下の元凶であるトランジスタに関し、良品のトランジ
スタのみを選別して用いることができる。この大画素化
により、歩留りが向上して生産性が上がるので、この発
明の液晶表示装置は大型化に適する。

【００２０】このような液晶セルの表示状態は、ガラス
基板１に対向するガラス板上の共通電極の電圧を基準と
したときの透明電極３に印加される電圧の値によりそれ
に対応する領域の液晶の屈折率が変化させられ、透光状
態または遮光状態に制御される。この印加電圧は、ライ
ンＧに伝えられる選択信号に従ってトランジスタ２２が
“ＯＮ”しているときに、ラインＳに伝えられるデータ
信号の電圧値が透明電極３に伝えられることにより、透
明電極３に印加される。同時に、ラインＧに接続される
他の液晶セルにはラインＳ’，Ｓ”等からの電圧が印加
される。

【００２１】また、ラインＧが選択されずにトランジス
タ２２が“ＯＦＦ”しているときには、ラインＧに接続
された液晶セルでは前記の印加電圧が保持される。そし
て、このときには、ラインＧ’に接続された他の液晶セ
ルが選択されてその液晶セルの透明電極にラインＳ’，
Ｓ”等からの電圧が印加される。さらに、選択がライン
Ｇ”等と進み同様のことが繰り返されて、それが一巡す
ると再びラインＧが選択される。このような繰り返しに
より、これらの印加電圧は順次更新されて、リーク等に
対するリフレッシュや表示状態の更新が行われる。

【００２２】この選択のためのスイッチングを担うトラ
ンジスタ２０等は、ほぼ単結晶シリコンのウエハー等を
用いて個別素子として製造されるので、その電流能力は
十分に大きい。しかも、信号を伝えるラインも金属配線
なので配線抵抗が小さい。よって、液晶セルに対して短
時間の間に十分な電流を供給することができる。したが
って、画素が大きくても、上述の如く液晶セルごとに又
はそのグループごとに時分割して制御することにより、
いわゆるダイナミック駆動を行うことが可能である。

【００２３】ダイナミック駆動では、液晶セルを選択す
るためのラインや印加電圧を伝えるためのラインが共通
化可能である。そこで、ＬＥＤ表示装置ではコストの大
半を占める配線接続作業やドライブ回路に関して、配線
パターンの簡素化や液晶ドライバの削減等が可能とな
り、安価に大画素で大画面の表示装置を実現することが
できる。その上、液晶表示装置の場合にはカラーフィル
タにより容易に任意の色がだせるので、いわゆるフルカ
ラー化が実現できる。これに対し、従来の発光素子を用
いたＬＥＤ表示装置やＥＬ表示装置，プラズマディスプ
レイ等では、３原色の何れかが不備なため未だにフルカ
ラー化が困難である。この点でも、この発明の液晶表示
装置は優れている。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明の構成の液晶表示装置にあっては、ガラス基板の表
面側に透明電極や金属配線を設け、裏面側から開口部を
設け、その開口部に個別素子のトランジスタを埋設して
金属配線に接続することにより、液晶セルを作り上げ
る。このトランジスタには選別された良品のみを用いる
ことが可能であるので、歩留りが向上する。よって、大
画素化による液晶表示パネルの大型化に適する。

【００２５】さらに、個別素子のトランジスタは電流能
力が大きくて短時間に十分な電流を供給し得る。よっ
て、時分割制御の１種であるダイナミック駆動が可能で
あり、ドライブ回路等が安価に構成できる。したがっ
て、この発明の液晶表示装置は、従来のＬＥＤ表示装置
のもつ大画面化の容易性と、従来の液晶表示装置のもつ
低価格化，フルカラー化の容易性と、を兼ね備えること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の構成の液晶表示装置の一実
施例について、特にその表示パネルと、液晶セルの断面
拡大図である。

【図２】図２は、従来の液晶表示装置の表示パネルの図
と液晶セルの断面拡大図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ） ３ 透明電極 ２０ 開口部 ２１ ポリイミド膜 ２２ ＭＯＳトランジスタ ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ バンプ ２３ 収縮性接着剤 ２４ 対湿性樹脂

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トランジスタを介して駆動される液晶セル
   が複数個配置された液晶表示パネルを具備する液晶表示
   装置において、 前記液晶表示パネルの基板の第１の面上に形成された前
   記液晶セルごとの透明電極と、前記複数の液晶セルから
   その一部の液晶セルを選択する第１の信号を伝える前記
   第１の面上に形成された第１の金属配線と、前記液晶セ
   ルに印加する電圧の第２の信号を伝える前記第１の面上
   に形成された第２の金属配線と、前記第１の面上に形成
   されて前記透明電極に接続された前記透明電極ごとの第
   ３の金属配線と、前記第１の面上で前記第１，第２，第
   ３の金属配線上に塗布または堆積された透明のプラスチ
   ックと、前記基板についての前記第１の面の裏面である
   第２の面側から形成され又は機械加工後に形成されて前
   記第２の面から前記第１の面に至るように前記基板に前
   記透明電極対応に設けられた開口部と、前記開口部に埋
   設されてソース及びドレインの何れか一方が前記第３の
   金属配線に接続されソース及びドレインの何れか他方が
   前記第２の金属配線に接続されゲートが前記第１の金属
   配線に接続された前記開口部ごとのトランジスタと、を
   備えることを特徴とする液晶表示装置。