JP4625645B2 - 液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板及びこれを含む液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明はスイッチング素子にMIM（metal insulator metal）ダイオードを利用する液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板及びこれを含む液晶表示装置に関するもので、さらに詳しくは、DSD（dual select diode）方式の液晶表示装置用表示板及びこれを含む液晶表時装置に関する。

液晶表示装置は現在最も広く用いられている平板表示装置のうちの１つであって、電界生成電極が形成されている２枚の表示板とその間に挿入されている液晶層からなる。２つの電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、電場の強さを変化させて液晶層の液晶分子を再配列させることによって透過する光の透過率を調節して画像を表示する。

このような液晶表示装置を利用して様々な色の画像を表示するためには、マトリックス方式で配列されている複数の画素をスイッチング素子を利用して選択的に駆動するが、これをアクティブマトリックス方式の液晶表示装置という。この時、スイッチング素子は代表的に薄膜トランジスタとダイオードに区別されるが、ダイオードとしてはMIMダイオードが主に使用される。

このようなMIMダイオードを利用する液晶表示装置は、２つの金属で厚さ数十ナノの絶縁膜を嵌合したMIMダイオードの電気的非線形性を利用して画像を表示する構造であって、３端子型である薄膜トランジスタに比べて２端子を有していて構造や製造工程が簡単であり、薄膜トランジスタより安価に製造できる特徴を有する。しかし、コントラスト比や画質の均一性面では課題が残されていた。

このような問題を解決するために２つのダイオードを対称にして画素電極に連結し、２つのダイオードを通じて互いに反対の極性を有する信号を印加して画素を駆動する二重選択ダイオード（DSD:dual select diode）方式が開発された。

DSD方式の液晶表示装置は、互いに反対の極性を有する信号を画素電極に印加して画質の均一性を向上することができ、階調を均一に制御することができ、コントラスト比を向上することができ、画素の応答速度を向上することができるので、薄膜トランジスタを利用する液晶表示装置における高解像度の画像に近づけることができる。

しかしながら、このようなDSD方式の液晶表示装置においても液晶の物質的特性によって階調電圧に対する透過率を示すガンマ曲線が正面と側面とで一致しない側面歪曲現象が発生し、左右側方からの視認性に劣るという問題がある。例えば、側面に向かうにつれて全体的に画面が明るく見えることとなり、色は白くなる傾向があり、激しいときには明るい階調の間の間隔差がなくなって画像が潰れて見えることも生じる。さらに、最近モニターがマルチメディア用として使用されるようになり、画像や動映像を見ることが増えるにつれて視認性が益々重要視されている。

本発明が目的とする技術的課題は、側方からの視認性が優れたDSD（dual select diode）方式の液晶表示装置用表示板及びこれを含む液晶表示装置を提供することにある。

第１信号線と、
前記第１信号線と同一方向に延設されている第２信号線と、
前記第１及び第２信号線と交差するデータ電極線と、
前記データ電極線と重なって液晶蓄電器を構成し、第１切開部によって２つの部分に分割されている第１及び第２画素電極と、
前記第１信号線に連結されている第１引入電極と、前記第１引入電極を覆う第１絶縁膜と、一部は前記第１絶縁膜を介して前記第１引入電極と重なっており両端は前記第１及び第２画素電極と各々連結されている第１接触電極とからなる第１ダイオードと、前記第２信号線に連結されている第２引入電極と、前記第２引入電極を覆う第２絶縁膜と、一部は前記第２絶縁膜を介して前記第２引入電極と重なっており両端は前記第１及び第２画素電極と各々連結されている第２接触電極とからなる第２ダイオードと、を含み、
前記第１画素電極と前記第１接触電極との接触面積を接触面積（Ｓ１）とし、前記第１画素電極と前記第２接触電極との接触面積を接触面積（Ｓ２）とし、前記第２画素電極と前記第１接触電極との接触面積を接触面積（Ｓ３）とし、前記第２画素電極と前記第２接触電極との接触面積を接触面積（Ｓ４）とすると、
接触面積（Ｓ１）：接触面積（Ｓ２）と、接触面積（Ｓ３）：接触面積（Ｓ４）と、を異ならせることで前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの抵抗を異ならせるか、
あるいは、
前記第１引入電極と前記第１接触電極との重畳面積（Ｏ１）と、前記第２引入電極と前記第２接触電極との重畳面積（Ｏ２）と、を異ならせることで前記第１ダイオードの抵抗と前記第２ダイオードの抵抗を異ならせる、液晶表示装置を提供する。

ここで、前記ダイオードはMIMダイオードである。

ここで、前記データ電極線は前記第１切開部と共に画素を少なくとも２つ以上の小画素に分割する複数の切開部または突起を有する。

ここで、前記第１画素電極と前記第１接触電極との接触面積（Ｓ１）は、前記第１画素電極と前記第２接触電極との接触面積（Ｓ２）よりも小さく、及び／又は、前記第２画素電極と前記第１接触電極との接触面積（Ｓ３）は前記第２画素電極と前記第２接触電極との接触面積（Ｓ４）よりも大きい。

ここで、前記第１及び第２画素電極は、前記第１及び第２信号線の間に形成されており、１つの単位画素において切開部によって２つの部分に分割されている。

本発明により、MIMダイオードをDSD方式で利用する液晶表示装置の側方からの視認性を向上させ、表示特性を向上させることができる。

添付した図面を参照して本発明の実施例に対して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。

図面は、各種の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時は、中間に他の部分がないことを意味する。

以下、図面を参照して本発明の実施例による液晶表示装置用表示板及びこれを含む液晶表示装置の構造について説明する。

本発明の実施例による液晶表示装置は、下部表示板（薄膜ダイオード表示板）とこれと対向している上部表示板（対向表示板）及び下部表示板と上部表示板の間に注入されて表示板の面に対して垂直に配向されている液晶分子を含む液晶層からなる。この時、下部表示板にはそれぞれの画素に２つの部分に分割されていて異なる電圧が印加される画素電極、２つの部分に分割された画素電極に反対極性を有する信号を伝達する二重の走査信号線などが形成されており、上部表示板には画素電極と対向して液晶分子を駆動するための電界を形成して二重の走査信号線と交差して画素領域を定義するデータ電極線とそれぞれの画素に順次に形成されている赤、緑、青のカラーフィルターが形成されている。

このような本発明の実施例による液晶表示装置において下部表示板の構成を詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例による垂直配向モードの液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板の配置図であり、図２は図１のII-II’線に沿った断面図である。

ガラス等の透明な絶縁物質からなる絶縁基板１１０上に、ITO（インジウム錫酸化物）やIZO（インジウム亜鉛酸化物）などの透明な導電物質からなっている第１及び第２画素電極１９０a、１９０bが形成されている。この時、第１及び第２画素電極１９０a、１９０bは、各々これらの上部及び下部に横方向に各々のびている第１及び第２走査信号線１２１、１２２と２つのMIMダイオードD１、D２を通じて電気的に各々連結されている。ここで、反射型液晶表示装置の場合には、第１及び第２画素電極１９０a、１９０bは透明でない物質を用いることも可能である。

さらに詳細に、本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板には、透明な絶縁基板１１０上に走査信号またはゲート信号を伝達する第１及び第２走査信号線１２１、１２２が画素領域の上部及び下部に図左右方向にのびている。それぞれの第１及び第２走査信号線１２１、１２２に分枝で連結されている第１及び第２引入電極１２３、１２４が第１及び第２走査信号線１２１、１２２から互いに対向する方向にのびている。ここで、第１及び第２走査信号線１２１、１２２と第１及び第２引入電極１２３、１２４はタンタル（Ta）で構成されており、他の低抵抗金属を含む構成とすることもできる。この時、基板１１０の上には酸化タンタルからなるバッファー層を形成することができる。

それぞれの第１及び第２引入電極１２３、１２４は、その上に形成されている酸化タンタル（Ta_２O_５）を含む第１及び第２絶縁膜１５１、１５２によって完全に覆われている。この時、酸化タンタル（Ta_２O_５）薄膜の厚さは５０nmの程度であることが好ましく、第１及び第２絶縁膜１５１、１５２は酸化アルミニウム膜（Al_２O_３）を含む構成とすることができる。

また、基板１１０上には透明な導電物質からなり、単位画素領域で２つの部分に分割されている第１及び第２画素電極１９０a、１９０bが形成されている。この時、第１画素電極１９０aは第１及び第２隣接電極１２３、１２４に隣接するようにのびている第１及び第２接触部１９１a、１９２aを有し、第２画素電極１９０bも同様に第１及び第２隣接電極１２３、１２４に隣接するようにのびている第１及び第２接触部１９１b、１９２bを有する。

また、基板１１０上には、中央部は第１及び第２引入電極１２３、１２４と絶縁膜１５１、１５２を介して重なっており、両端は第１及び第２画素電極１９０a、１９０bの第１及び第２接触部１９１a、１９１b、１９２a、１９２bと連結されている第１及び第２接触電極１４１、１４２が形成されている。

本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板において第１絶縁膜１５１とこれを介して形成されている第１接触電極１４１と第１引入電極１２３は第１MIMダイオードD１を構成し、第２絶縁膜１５２とこれを介して形成されている第２接触電極１４２と第２引入電極１２４は第２MIMダイオードD２を構成する。このような第１及び第２MIMダイオードは、第１及び第２絶縁膜１５１、１５２の薄膜が非常に非線形的な電流−電圧特性を有していて、第１及び第２走査信号線１２１、１２２を通じて臨界電圧以上の電圧が印加されるときのみ該当画素に電圧が印加される。一方、信号が伝達されない場合には、MIMダイオードの抵抗が大きいことから、画素に印加された電圧は次回の駆動電圧が印加される時まで液晶層を介して対向する第１及び第２画素電極１９０a、１９０bと対向基板に形成されているデータ電極線（図示せず）からなる液晶蓄電器に保存される。

このような本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板で、第１画素電極１９０aの第１及び第２接触部１９１a、１９２aと第１及び第２接触電極１４１、１４２と接触する面積は互いに異なっており、第２画素電極１９０bの第１及び第２接触部１９１b、１９２bと第１及び第２接触電極１４１、１４２と接触する面積は互いに異なる。つまり、第１画素電極１９０aの第１接触部１９１aと第１接触電極１４１と接触する面積（S１）は第１画素電極１９０aの第２接触部１９２aと第２接触電極１４１、１４２と接触する面積（S２）に比べて小さく、逆に第２画素電極１９０bの第１接触部１９１bと第１接触電極１４１と接触する面積（S３）は第２画素電極１９０bの第２接触部１９２bと第２接触電極１４２と接触する面積（S４）に比べて大きい。したがって、第１及び第２走査信号線１２３、１２４によって互いに反転された信号を第１及び第２画素電極１９０a、１９０bに印加しても、実質的に伝達される信号は異なる抵抗を有するMIMダイオードD１、D２を経由するので、第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bに伝達される有効画素電圧は変わり、データ電極線を通じてデータ電圧を印加すると第１及び第２画素電極１９０a、１９０bが形成されている２つの副画素A、Bには互いに差異のある電界が形成される。これについては後に等価回路図を通じて具体的に説明する。この時の電圧差は、接触面積S１、S２、S３、S４またはこれを含むMIMダイオードD１、D２の抵抗を調節して自由に調整できるが、０．３〜１．５Vの範囲であるのが好ましい。この時、電圧差を調節するために接触面積S１、S２、S３、S４が全て異なっている必要はなく、２つの副画素A、Bに伝達される有効画素電圧が異なるように、少なくとも２つの接触面積のみが異なるように構成することができ、接触抵抗のみだけでなく第１及び第２引入電極１２３、１２４と第１及び第２接触電極１５１、１５２の重畳面積を調節して、第１及び第２MIMダイオードD１、D２の抵抗が異なるように調節することもできる。本発明の実施例では、接触抵抗をMIMダイオードの抵抗に含めて一緒に説明している。

このように、本発明のように１つの画素領域内に異なる電圧の２つの画素電極を配置すると、２つの副画素電極に印加された電圧が互いに補償してガンマ曲線の歪曲を減らすことができる。

一方、本発明の第１実施例では、垂直配向モードの液晶表示装置はコントラスト比は優れているが、視野角が狭いのが大きな短所である。このような短所を克服しようと視野角を広くするために液晶分子を上下表示板に対して垂直に配向し、画素電極とそのデータ電極線に一定の切開パターンを形成したり、対向表示板に突起を形成する方法がある。

切開パターンを形成する方法として、画素電極とデータ電極線に各々切開パターンを形成し、これら切開パターンによって形成されるフリンジフィールド（fringe field）を利用して液晶分子が横になる方向を調節することで視野角を広くする方法がある。

突起を形成する方法は、上下表示板に形成されている画素電極とデータ電極線の上に各々突起を形成することによって突起により歪曲される電場を利用して液晶分子が横になる方向を調節する方式である。

その他に、下部表示板の上に形成されている画素電極には切開パターンを形成し、対向表示板に形成されているデータ電極線の上には突起を形成し、切開パターンと突起によって形成されるフリンジフィールドを利用して液晶の横になる方向を調節することによってドメインを形成する方法がある。

本発明の第２実施例では、一例として画素電極とデータ電極線に切開パターンを形成する方法について具体的に説明する。

図３は本発明の第２実施例による垂直配向モード液晶表示装置で単位画素の構造を示した配置図であり、図４は図３のIII-III’線に沿った断面図である。

図３及び図４のように、下部表示板である薄膜ダイオード表示板２００に形成されている第１及び第２走査信号線１２１、１２２、第１及び第２引入電極１２３、１２４及び第１及び第２接触電極１４１、１４２などの大部分の構造は図１及び図２と同一である。

ところが、第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bの切開部１９３が不等号（<）模様で形成されている。

薄膜ダイオード表示板と対向する対向表示板２００には、薄膜ダイオード表示板１００と対向する絶縁基板２１０の上に画素領域に順次に形成されている赤、緑、青のカラーフィルター２２０が形成されており、その上にはITOまたはIZOなどの透明な導電物質からなるデータ電極線２３０が第１及び第２走査信号線１２１、１２２と交差して画素領域を定義するデータ電極線２３０が形成されている。データ電極線２３０には第１及び第２画素電極１９０a、１９０bの切開部１９３と平行な切開部２３１、２３２、２３３、２３４が形成されている。

この時、図示していないが、対向表示板２００は画素領域に開口部を有するブラックマトリックスを含む構成とすることができ、切開部２３１、２３２、２３３、２３４と重畳する部分にも形成することができる。これは切開部２３１、２３２、２３３、２３４によって発生する光漏れを防止するためである。

以上のような構造の薄膜ダイオード表示板と対向表示板を整列して結合し、その間に液晶物質３００を注入して垂直配向すると、本発明の一実施例による液晶表示装置の基本構造を用意することができる。

薄膜トランジスタ表示板と対向表示板を整列した時に、データ電極線２３０の１組の切開部２３１、２３２、２３３、２３４は第１及び第２画素電極１９０a、１９０bを副領域（subarea）に区分するが、本実施例では副領域の間にある液晶層３部分を以下小領域（subregion）と称し、これら小領域は電界印加の時にその内部に位置する液晶分子３１０の平均長軸方向によって４種類に分割配向する。

このような本発明の第２実施例による液晶表示装置では、画素領域の液晶分子を分割配向することによって視野角を向上させることができる。

この時、前述したように、対向表示板２００のデータ電極線２３０に形成されている切開部２３１、２３２、２３３、２３４は、突起パターンで代替することができ、このような場合には、データ電極線２３０の配線抵抗を減少できるという長所がある。

一方、本発明の第１及び第２実施例では、液晶分子が互いに対向する２つの表示板に対して垂直に配向されている垂直配向モードについてのみ言及しているが、本発明の実施例のように、MIM薄膜ダイオードをDSD方式で連結して画素を駆動する時に画素領域を分割して異なる電圧が印加されるようにする方法は、２つの表示板に対して平行に配列されていて、下部表示板から上部表示板に至るまで螺旋形に捩じれて配列されているツイステッドネマチック（twisted nematic）方式、または２つの表示板の中心面に対して対称していて屈曲した配列を有するOCB（optically compensated bend）方式などの異なる配列を有する液晶表示装置にも同様に適用することができる。

次に、前述したように、本発明の実施例による液晶表示装置についてさらに詳細に説明する。

図５はMIM薄膜ダイオード表示板をDSD方式に適用した本発明の実施例による液晶表示装置の単位画素構造に対する等価回路図である。ここで、図面符号は第１及び第２実施例と同じものを使用した。

図５のように、本発明の実施例による液晶表示装置において単位画素には横方向に第１及び第２走査信号線１２１、１２２が形成されており、縦方向にはデータ電極線２３０が形成されている。それぞれの単位画素は２つの副画素に分割されており、分割された２つの副画素には第１及び第２画素電極１９０a、１９０bが形成されており、第１及び第２画素電極１９０a、１９０bとデータ電極線２３０の間には液晶物質層３００（図４参照）を誘電体とする第１及び第２液晶蓄電器C_LCA、C_LCBが設けられている。第１及び第２走査信号線１２１、１２２と第１画素電極１９０aは異なる接触抵抗と異なる大きさのMIMダイオードを通じて連結されており、第１及び第２走査信号線１２１、１２２と第２画素電極１９０bも異なる接触抵抗と異なる大きさのMIMダイオードを通じて連結されている。ここで、接触抵抗を含むMIMダイオードR１、R２、R３、R４は、互いに異なる抵抗を有する。

それぞれの第１及び第２画素電極１９０a、１９０bに連結されているMIMダイオードの抵抗R１、R２、R３、R４の大きさが異なるため、任意のフレームで互いに反対極性を有する電圧Vs１、Vs２を印加しても第１及び第２画素電極１９０a、１９０bには異なる電圧が伝達され、第１及び第２画素電極１９０a、１９０bに伝達された電圧には差が生じる。一方、次のフレームで第１及び第２走査信号線１２１、１２３によって反転された信号が伝達されれば、データ電極線２３０を通じて伝達される電圧も反転されて印加されるので液晶にかかる電圧は直前のフレームと大きさが同じであり、反対の符号を有する電圧が印加される。したがって階調電圧に対する透過率を示すガンマ曲線は１つの画素において二重に表れる。この時、観察者は正面から平均値のガンマ曲線を通じて画像を見ることになるが、側面からは二重に表れるガンマ曲線のうち歪曲が生じないガンマ曲線の補償で画像を感じるようになり、側面からの視認性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。特に、画素電極とデータ電極線に形成する切開部の配置は様々に変形することができ、液晶分子の配列による様々なモードの適用が可能である。

本発明の第１実施例による垂直配向モード液晶表示装置用薄膜ダイオード表示板の配置図である。 図１のII-II’線に沿った断面図である。 本発明の第２実施例による垂直配向モード液晶表示装置で単位画素の構造を示した配置図である。 図３のIII-III’線に沿った断面図である。 本発明の実施例による薄膜ダイオード表示板を適用した液晶表示装置の単位画素構造に対する等価回路図である。

符号の説明

３ 液晶層
１００ 薄膜ダイオード表示板
１１０、２１０ 絶縁基板
１２１、１２２ 走査信号線
１２３、１２４ 引入電極
１５１、１５２ 絶縁膜
１４１、１４２ 接触電極
１９０a、１９０b 画素電極
１９３ 切開部
D１、D２ MIMダイオード

Claims (5)

1. 第１信号線と、
   前記第１信号線と同一方向に延設されている第２信号線と、
   前記第１及び第２信号線と交差するデータ電極線と、
   前記データ電極線と重なって液晶蓄電器を構成し、第１切開部によって２つの部分に分割されている第１及び第２画素電極と、
   前記第１信号線に連結されている第１引入電極と、前記第１引入電極を覆う第１絶縁膜と、一部は前記第１絶縁膜を介して前記第１引入電極と重なっており両端は前記第１及び第２画素電極と各々連結されている第１接触電極とからなる第１ダイオードと、前記第２信号線に連結されている第２引入電極と、前記第２引入電極を覆う第２絶縁膜と、一部は前記第２絶縁膜を介して前記第２引入電極と重なっており両端は前記第１及び第２画素電極と各々連結されている第２接触電極とからなる第２ダイオードと、を含み、
   前記第１画素電極と前記第１接触電極との接触面積を接触面積（Ｓ１）とし、前記第１画素電極と前記第２接触電極との接触面積を接触面積（Ｓ２）とし、前記第２画素電極と前記第１接触電極との接触面積を接触面積（Ｓ３）とし、前記第２画素電極と前記第２接触電極との接触面積を接触面積（Ｓ４）とすると、
   接触面積（Ｓ１）：接触面積（Ｓ２）と、接触面積（Ｓ３）：接触面積（Ｓ４）と、を異ならせることで前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの抵抗を異ならせるか、
   あるいは、
   前記第１引入電極と前記第１接触電極との重畳面積（Ｏ１）と、前記第２引入電極と前記第２接触電極との重畳面積（Ｏ２）と、を異ならせることで前記第１ダイオードの抵抗と前記第２ダイオードの抵抗を異ならせる、液晶表示装置。
2. 前記ダイオードはMIMダイオードである請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記データ電極線は前記第１切開部と共に画素を少なくとも２つ以上の小画素に分割する複数の切開部または突起を有する請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１画素電極と前記第１接触電極との接触面積（Ｓ１）は、前記第１画素電極と前記第２接触電極との接触面積（Ｓ２）よりも小さく、及び／又は、前記第２画素電極と前記第１接触電極との接触面積（Ｓ３）は前記第２画素電極と前記第２接触電極との接触面積（Ｓ４）よりも大きい、請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１及び第２画素電極は、前記第１及び第２信号線の間に形成されており、１つの単位画素において切開部によって２つの部分に分割されている、請求項１に記載の液晶表示装置。

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