JP3592704B2 - アクティブマトリックス型液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＡＶ・ＯＡ機器などの平面ディスプレイとして用いることのできる液晶表示装置に関するものである。

現在、液晶を用いた表示装置は、ビデオカメラのビューファインダーやポケットＴＶさらには高精細投写型ＴＶ、パソコン，ワープロなどの情報表示端末など種々の分野で応用されてきており、開発，商品化が活発に行われている。特に、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス型方式の液晶表示装置は、大容量の表示を行っても高いコントラストが保たれるという大きな特徴をもち、近年市場要望の極めて高いラップトップパソコンやノートパソコン、さらにはエンジニアリングワークステーション用の大型・大容量フルカラーディスプレイの本命として開発，商品化が盛んである。

このようなアクティブマトリックス方式の液晶表示装置に用いられている液晶表示モードに、ＩＰＳ（In-plane Switching）方式があり、例えば、特許文献１，２により提案されている。ＩＰＳ方式は、液晶に電界を印加する方向を基板の主面に対してほぼ平行な方向とする方式である。液晶層を挟持する２枚の基板の一方に咬合した櫛形状の電極を形成し、その櫛形電極間に電界を印加して液晶分子の配列方向を制御するものであり、この分子の配列状態により、パネルを透過してくる光の偏光状態が変わり、光の透過率が変調される。このＩＰＳ方式の液晶表示装置は優れた視野角特性を持ち、輝度逆転現象すなわち視点を斜めに傾けるとある電圧の時の表示輝度が、それより低い電圧時の輝度より明るくなる現象が発生せず、そのため大型モニターへの展開が期待されている。

しかしながら、上記の方式は輝度逆転現象の視野角特性は優れているものの、図３に示すように櫛形電極２８に対して斜め方向、４５゜，１３５゜の方向に傾けて画面を見ると、各々青色，黄色に色付く欠点があり、画像品質上の課題となっている。この視角による色付きの課題を解決するために特許文献３に提案されているように、櫛形電極２８をくの字に形成して液晶分子２９の配列の変化する方向が異なる領域を有する構成とし、図４に示すように黄色の変色方向と青色の変色方向が重なり、視角に対する色変化を互いに補償し合い、色変わりの無い画像を得ることができる。
特公昭６３ー２１９０７号公報 特開平６ー１６０８７８号公報 特願平７−３１２０１０号

現在、液晶表示装置の表示上の品質課題の一つに水平方向のクロストーク現象がある。この現象は、ウインドウパターンなど固定パターンを表示した時に、そのパターンに水平方向に隣接するバックグランド領域の輝度が変化する現象である。主な発生原因は、信号配線に印加される信号の変化が信号配線と共通電極間の容量を介して、共通電極電位の歪みを引き起こすためであり、これを回避する有効な手段として一般に用いられているのはドット反転駆動方法である。この駆動方法は、隣接する信号配線の信号極性を反転して駆動する方式であり、信号配線との容量カップリングによって生じる共通電極電位の歪みを、隣接する信号配線の信号極性を反転することによって互いに補償し、クロストークを改善するものである。

ここで、従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置のアレイ基板の画素部の平面構成を図５に示す。図５において、複数の走査配線２１および信号配線２２が直交するように形成され、走査配線２１と信号配線２２の各交差点に対応してスイッチング素子であるＴＦＴ２３が設けられる。隣接する２つの走査配線２１の間に、走査配線２１と平行に共通配線２４が形成され、共通配線２４に電気的に接続された櫛形の共通電極２５が形成されている。そして、ＴＦＴ２３に接続した櫛形の画素電極２６が共通電極２５と咬合するように形成され、また画素電極２６と接続して走査配線２１上に蓄積容量部２７が形成されている。２９は液晶分子である。

そして、共通電極２５と画素電極２６が互いにほぼ平行にくの字状に形成されているアレイ基板に配向膜を塗布し、矢印Ｄ方向にラビング処理を行い、一方向に液晶分子２９を配列させる。なお、Ｅは偏光軸方向を示している。この構成により、共通電極２５と画素電極２６との間に電界を発生させたとき、液晶分子２９の配列の変化する方向（矢印Ｆ方向）が異なる領域を有することができ、視角に対する色変化を互いに補償し合い、色変わりの無い画像を得ることができる。ここで、液晶分子２９の配列の変化する方向が異なる領域の面積比はほぼ等しい。

しかしながら、信号配線２２と共通電極２５との間の距離（形状）が画素領域の左右で異なり、すなわち、信号配線２２と共通電極２５の間で形成される容量が画素領域の左右で異なる。このため、隣接する信号配線２２に印加されるデータ信号の極性が異なるドット反転駆動においても、前述した共通電極電位の歪みを相殺することができず、クロストークが発生し、くの字電極構成によって色補償を行う場合の表示上の課題となっている。

この発明の目的は、簡易な構成によって、視角による色付きを防止することができ、かつクロストーク補償が可能となるアクティブマトリックス型液晶表示装置を提供することである。

請求項１記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置は、互いに直交するように形成された複数の走査配線及び信号配線と、前記走査配線と信号配線との交差点に対応して設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、前記画素電極との間に基板に対してほぼ平行な電界を発生させる共通電極と、を有するアクティブマトリックス型液晶表示装置であって、隣接する２本の前記走査配線の間に共通配線が形成され、前記共通配線の両側にそれぞれ逆向きのくの字形状を有する前記共通電極が形成され、かつ、前記共通電極と平行に前記画素電極が形成されたことを特徴とするものである。

請求項２記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置は、請求項１記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置において、隣接する信号配線に印加されるデータ信号の極性が異なるドット反転駆動によって駆動されるものである。

このように構成されたアクティブマトリックス型液晶表示装置によると、画素領域の両側の信号配線と各信号配線に隣接する共通電極または画素電極との間に形成される容量が各々ほぼ等しくなるため、簡易な構成かつ従来と同じ作製工程によって、色付きの発生を防止することができ、かつクロストーク補償が可能となる。

第１の実施の形態
この発明の第１の実施の形態を図１を参照しながら詳細に説明する。

図１は、液晶表示装置に用いた薄膜トランジスタアレイ基板のＴＦＴ画素部の平面構成を示している。

図１において、複数の走査配線１および信号配線２が直交するように形成され、走査配線１と信号配線２の各交差点に対応してスイッチング素子であるＴＦＴ３が設けられる。隣接する２つの走査配線１の間に、走査配線１と平行に共通配線４が形成され、共通配線４に電気的に接続された櫛形の共通電極１５が形成されている。そして、ＴＦＴ３に接続した櫛形の画素電極１６が共通電極１５と咬合するように形成され、また画素電極１６と接続して走査配線１上に蓄積容量部７が形成されている。９は液晶分子である。

まず、走査配線１をクロムを用いて、フォトリソグラフィ法によってアレイ基板上に図のような形状にパターン形成した。それと同時に、共通配線４，共通電極１５を形成し、共通電極１５を図のようなくの字状に形成した。なお、共通電極１５の幅は４μｍであり、材料にはクロムの他、アルミニウムやアルミニウムを主成分とする金属など導電性単層膜または多層膜を用いてもよい。

次に、ＴＦＴ３のゲート絶縁膜として働く第１絶縁体層として、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）をその上に積層させ、ＴＦＴ３のスイッチ機能を司る半導体層となるアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）をプラズマＣＶＤ法によってを積層させる。その後、スパッタリング法によってチタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）の二層を堆積させ、さらにドライエッチングによって信号配線２をパターン形成した。

また、同時に共通電極１５に沿って画素電極１６をくの字状に形成した。なお、画素電極１６の幅は４μｍであり、材料にはチタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）の他、導電性金属の単層膜または多層膜を用いてもよい。この時、画素電極１６を、第１絶縁膜層と半導体層を挟んで走査配線１とオーバーラップして形成することで蓄積容量部７が形成される。この蓄積容量部７は、画素に供給された電圧を保持するために設けられたものである。なお、共通電極１５と画素電極１６との間隔は１２μｍとした。

このようにして完成した薄膜トランジスタアレイ基板と対向基板に配向膜を塗布し、矢印Ａ方向にラビング処理を行った。その後、３μｍのギャップを形成して貼り合わせ、その間に誘電率異方性が正の液晶を注入し、アレイ基板と対向基板の各外面に各々偏光軸を直交（矢印Ｂ方向）させて偏光板を配置し、液晶表示素子を作製した。

図１のように、共通電極１５と画素電極１６が液晶分子９の配向方向に対してくの字状に曲がって形成されているので、共通電極１５と画素電極１６との間に電圧を印加した時、液晶分子９が回転する方向（矢印Ｃ方向）が異なることになる。

また、この実施の形態では、共通配線４の両側にそれぞれ逆向きのくの字状に共通電極１５，１５′を形成し、共通電極１５，１５′と平行になるように共通配線４の両側にて逆向きのくの字状に画素電極１６を形成する。すなわち、共通配線４の両側において、共通電極１５，１５′が左右対称となり、各信号配線２と共通電極１５，１５′との間に形成される容量が画素領域の左右でほぼ等しくなる。しかも、信号配線２と共通電極１５，１５′との間の距離を十分確保でき、信号配線２の付加容量が小さくなり、信号配線２に印加されるデータ信号の波形の歪みを防ぐことができるので、信号配線２の給電端側と終電端側のデータ信号が異なり、表示画面の上下で輝度が異なる輝度傾斜が生じない。このアレイ基板を用いて液晶表示装置を作製し、ドット反転駆動によって駆動させたところ、視角による色付き補償が可能になると同時に、クロストーク補償が可能となり、さらに輝度傾斜を抑制することができた。
この発明の参考例を図２を参照しながら詳細に説明する。

図２は、液晶表示装置に用いた薄膜トランジスタアレイ基板のＴＦＴ画素部の平面構成を示している。なお、第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。

図２のように、この参考例でも共通電極５と画素電極６が液晶分子９の配向方向に対してくの字状に曲がって形成されているので、共通電極５と画素電極６との間に電圧を印加した時、液晶分子９が回転する方向（矢印Ｃ方向）が異なることになる。また、信号配線２に隣接する共通電極５は、図のように信号配線２に面する側の辺５′を信号配線２と平行に形成し、各共通電極５の辺５′と信号配線２との間の距離を等しくする。これにより、信号配線２と共通電極５との間に形成される容量が画素領域の左右でほぼ等しくなる。このアレイ基板を用いて液晶表示装置を作製し、隣接する信号配線２に印加されるデータ信号の極性が異なるドット反転駆動によって駆動させたところ、視角による色付き補償が可能になると同時に、共通電極電位の歪みを相殺することができ、クロストーク補償が可能となった。

なお、前記第１の実施の形態および参考例では、信号配線２に隣接するのは共通電極１５，１５′，５であったが、画素電極１６，６が信号配線２に隣接してもよい。

本発明にかかるアクティブマトリックス型液晶表示装置は、簡易な構成かつ従来と同じ作製工程によって、色付きの発生を防止することができ、かつクロストーク補償が可能となり、ＡＶ・ＯＡ機器などの平面ディスプレイとして用いることのできる液晶表示素子として有用である。

この発明の第１の実施形態の液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板の構成を示す平面図である。 この発明の参考例の液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板の構成を示す平面図である。 従来の液晶表示装置の色付き方向を示す液晶表示素子の平面図である。 従来の液晶表示装置の視角依存の色付きを防止する原理を示す液晶表示素子の平面図である。 従来例の液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板の構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 走査配線
２ 信号配線
３ ＴＦＴ
４ 共通配線
５，１５，１５′ 共通電極
６，１６ 画素電極
７ 蓄積容量部
９ 液晶分子

Claims (2)

1. 互いに直交するように形成された複数の走査配線及び信号配線と、前記走査配線と信号配線との交差点に対応して設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、前記画素電極との間に基板に対してほぼ平行な電界を発生させる共通電極と、を有するアクティブマトリックス型液晶表示装置であって、
   隣接する２本の前記走査配線の間に共通配線が形成され、
   前記共通配線の両側にそれぞれ逆向きのくの字形状を有する前記共通電極が形成され、かつ、
   前記共通電極と平行に前記画素電極が形成されたことを特徴とするアクティブマトリックス型液晶表示装置。
2. 隣接する信号配線に印加されるデータ信号の極性が異なるドット反転駆動によって駆動される請求項１記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。

Images