JPH0377922A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH0377922A
JPH0377922A JP1215786A JP21578689A JPH0377922A JP H0377922 A JPH0377922 A JP H0377922A JP 1215786 A JP1215786 A JP 1215786A JP 21578689 A JP21578689 A JP 21578689A JP H0377922 A JPH0377922 A JP H0377922A
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electrode
matrix
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浩 浜田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、カ
メラの高精細ファインダ表示やテレビジョンなどの投影
型表示に要求される、表示明度を向上した高精細マトリ
ックス型液晶表示を可能とする液晶表示装置の改良に関
する。
(ロ)従来の技術 従来から、液晶の電気光学効果を画素表示に利用した表
示装置としてマトリックス型液晶表示装置が開発されて
いる。この液晶表示装置は、基本的には、ドツト・マト
リックス状に多数配列された多数の画素電極と、該画素
電極と対向する対向電極との間に印加された電圧に応じ
て入射光を光学変調する液晶層とからなる。
かかるマトリックス型液晶表示装置の動作モードには、
前記液晶層として封入する液晶の種類あるいは電気光学
的性質の差異に応じて、ツィステッドネマティック(T
N)モード、スーパーツィステッドネマティック(ST
N)モード、ゲスト・ホスト(GH)モード、ダイナミ
ックスキャッタリング(DS)モード、相転移モードな
どの多くのモードが開発されている。また、それらの液
晶層と画素電極とからなる個々の表示画素を個別に制御
する方法に関しても、(1)単純マトリックス方式、(
2)多重マトリックス方式、(3)非線形二端子素子(
例えば、ダイオード)を付加した方式、(4)スイッチ
ング三端子素子[例えば、薄膜トランジスタ(TPT)
]を付加したTF’Tアクティブマトリックス方式なが
ある。
これらのうち、DSモード、[G、H,Hei1mei
er他: Proc IEEE 561162(196
8)コやホワイト、テーラ型GHモードCD、L、 W
hite他;J、^pp1.Phys。
454718(1974)]、]コレステリックーネマ
ティック相転移モード J、J、Wysocki他: 
Proc、SID 13/2115(1980)]等の
動作モードと、TPTアクティブマトリックス方式なる
表示方式とを組合仕た液晶表示装置は、偏向フィルタを
用いる必要がなく、表示明度の向上が図れるものである
そしてこの組合せによる液晶表示装置においては、第4
図に示すように、TPTのドレイン電極に接続される画
素電極(C7)と並列に、いわゆる信号蓄積キャパシタ
(C,)を設けると共に、このキャパシタ(C3)の容
量を大きくして、電荷保持機能の改良が図られている。
しかしながら、このような信号蓄積キャパシタを用いて
も原理的に電荷保持機能の低下防止には限界があり、ま
た、高集積化されたマトリックス表示装置において、充
分な電気容量の信号蓄積キャパシタを多数のTPT毎に
設けるのは、ソースドライバー、ソースパスラインやス
イッチングTFTに対する負荷を増すと共に、面積的制
約や製造技術面で困難であった。
上記問題点を解決するものとして、本願出願人等は先に
、ことに比抵抗が小さな液晶層を使用した場合において
もそこでの放電による表示動作への悪影響を防止でき、
それにより偏光フィルターを用いない高い表示明度を実
現できる新しいTPTアクティブマトリドックス方式の
液晶表示装置を出願している(特願平1−95581号
)。
(ハ)発明が解決しようとする課題 この発明は、上記出願の液晶表示装置を更に改良して、
中間調を含む画像を表示するのに好適な駆動方式を有す
るTPTアクティブマトリックス方式の液晶表示装置を
提供しようとするものである。
(ニ)課題を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、(a)X−Yマトリックス
状に配設された電極ラインと、(b)ソース、ドレイン
、ゲートを有し、このソースが上記電極ラインXに、ゲ
ートが電極ラインYに各々接続された多数の第1のスイ
ッチング三端子素子と、(c)上記第1の各スイッチン
グ三端子素子に対応する多数の画素電極と、液晶駆動用
電源に接続される対向電極との間に液晶層を配置してな
り、該スイッチング三端子素子のドレイン出力に基づい
てマトリックス表示動作を行う液晶表示部を備えてなり
、(d)上記画素電極を各々第2のスイッチング三端子
素子を介して共通ラインに接続構成すると共に、前記第
1のスイッチング三端子素子のドレインを信号蓄積キャ
パシタを介してアースラインまたは隣接するゲートライ
ンに接続しかつ上記第2のスイッチング三端子素子のゲ
ートに接続構成し、(e)前記対向電極と前記共通ライ
ンに互いに逆相の交流電圧を印加しうるよう構成されて
なる液晶表示装置が提供される。
すなわちこの発明は、各画素毎に薄膜トランジスタと信
号蓄積キャパシタにより構成されるサンプルホールド回
路を備え、かつ液晶層に直流成分の印加されない新規な
駆動方式を有する液晶表示装置であることを特徴とする
特 なお、一般の電界効果型トランジスタにおいては、キャ
リアの供給側の電極をソースと呼び、キャリアの掃き出
し側をドレインと呼ぶ習慣となっているが、この発明の
液晶表示装置における薄膜トランジスタではソースとド
レインの構造は、後述するごとく対称的でありチャンネ
ル間には双方向に電流を流すので、前述の習慣では区別
できない。
そこで以下の説明では信号又は駆動電圧の供給源に近い
方をソースと呼び、他方をドレインと呼ぶことにする。
この発明の液晶表示装置(以下、この発明の装置という
)は、ことに前述したDSモード、G)fモード、コレ
ステリック−ネマティック相転移モード等のように、偏
光フィルターを用いずかつ液晶層としてイオン性不純物
を含む低比抵抗のものを用いてその光吸収や光散乱特性
についての液晶電気光学効果を表示に利用する動作モー
ドと組合わせた場合に最も有効であり、プロジェクショ
ン(投影)型の液晶表示装置に組合わせるのがさらに一
つの好ましい態様である。
とくにこの発明の装置によれば、従来よりも導電性の高
い液晶層、ことに10”0m以下の低比抵抗の液晶層を
用いた場合においても、放電による表示動作への悪影響
を防止できるものである。従ってこの発明においては、
1010m以下の低比抵抗の液晶層を用いるのが好まし
い態様である。
この発明の装置において、電極ラインの材料としては、
I To、A1.Ti、Ni、W、Mo、Cr。
p−5i(n”) (多結晶シリコン)等の一般的配線
材料を用いることができ、電極ラインの交差部にはSm
og、SiNx、Ta*Os、Altos等の絶縁膜が
用いられて短絡が防止される。
この発明の装置において、第1及び第2のスイッチング
三端子素子としては例えば薄膜トランジスタ(TPT)
が適しており、信号蓄積キャパシタとしても通常のアク
ティブマトリックス方式に用いられるコンデンサ素子を
適用することができる。
例えば、第1及び第2のスイッチング三端子素子として
はa−9i(アモルファスシリコン) 、 p−Si。
Si結晶、CdSe、GaAs、GaP等からなるTF
Tを用いることができる。また、Si基板を用いたいわ
ゆるMOS型トランジスタアレイも反射型装置用として
適用可能である。信号蓄積キャパシタとしては上記配I
s材料と同様な導電体を電極とし絶縁体として上記交差
部絶縁材料と同様の材料を用いて形成したものが適して
いる。但し、信号蓄積キャパシタのもう一方の電極はア
ースラインに接続する代わりに、隣接するゲート電極に
接続しても良い。また信号蓄積キャパシタは、上記第1
のスイッチング三端子素子と別個の素子として設けられ
てなくてもよく、この第1のスイッチング三端子素子の
内在するコンデンサ成分を利用したもの、すなわちその
浮遊容量を利用したものであってもよい。
なお、例えば上記TPTの形成は、特開昭58−147
069号に記載された手法に準じて行うことができる。
また、液晶表示部を構成する画素電極や対向電極には少
なくとも一方が透明の電極(例えばITOと略称される
SnugがドープされたIn*Os膜やNESAという
商品名で知られているSnO,膜)等が用いられ、いわ
ゆる反射型表示装置とする場合には他方はA1.Au等
の金属電極が用いられる。
この発明の装置の液晶表示部において、液晶層はイオン
性不純物を含む低比抵抗のものから構成されていても釘
等支障はなく、この構成は動作モードに応じて適宜選択
される。例えばDSモードを適用する場合には、中性、
又は弱い正の誘電異方性若しくは弱い負の誘電異方性を
有したネマティック化合物及びイオン性不純物が用いら
れる。該ネマティック化合物としては、例えば、(式中
、R,R’は各々独立してC3〜C,のアルキル基;X
は水素原子またはフッ素原子)等が挙げられる。上記液
晶層にはこれらのネマティック化合物を含有しかつ系全
体としては負の誘電異方性を有し正の導電率異方性を有
する混合液晶組成物として用いることが好ましい。一方
、イオン性不純物としては、 / NO! (式中、mは1〜16の整数、Rr、Rrは水素原子、
メチル基又はベンジル基)等の化合物(峰崎他:応物学
会(1979)春期講演会30P−B−13)が好適な
ものとして挙げられる。
また、ホワイトテーラ型GHモードの場合には、正の誘
電異方性を有するコレステリック液晶化合物や正の誘電
異方性を有したネマティック液晶化合物と光学活性化合
物とからなるものが挙げられる。またこのモードの場合
には、用いる二色性染料として、T、Uchidaらの
文献[T、Uchida他:Mol。
Cryst and Liq、Cryst、8319(
1981)コに記載があるように、下記アゾ染料; やアントラキノン染料が一般的なものとして挙げられる
が、これらの染料以外のクマリン系染料等の蛍光染料や
その他の染料でも適用可能である。
この発明の装置において、第2のスイッチング三端子素
子は、そのソース側が共通ラインに接続される。すなわ
ち、このような接続により、該三端子素子はチャンネル
の中央部の電位に対してソースとドレインの電位が正負
対称になるので、ソースとドレインの電位を入れ換える
と正負対称の動作を行う。
この発明において、共通ラインには対向IJ極と逆相の
交流電圧が印加される。この逆相の交流電圧とは、対向
電極に印加される交流電圧と振幅が同じで位相が互いに
逆のものを意味する。すなわちこの逆相の交流電圧を共
通ラインに印加することにより上記第2のスイッチング
三端子素子の各電極の電位関係が対向電圧の極性が正の
場合と負の場合とでほぼ対称になり、従って該スイッチ
ング三端子素子のインピーダンスは対同電圧の極性に拘
わらず一定値となり、液晶表示部の液晶層に印加される
電圧は正負対称とすることができる。
また、この発明において、第2のスイッチング三端子素
子のドレインと共通ラインの間にさらに液晶層と同程度
のダミー負荷を挿入することにより上記対称性をさらに
向上させることができる。
(ホ)作用 電極ラインX及びYによって選択された第1のスイッチ
ング三端子素子からのドレイン出力により、■信号蓄積
キャパシタに電荷が蓄積すると共に■第2のスイッチン
グ三端子素子のゲートに電圧が付与されて閉回路となっ
て液晶表示部の対応する画素電極部位に液晶駆動用電源
から電圧が印加されて表示動作が行われる。
この際、電極ラインX及びYの選択は一定の短いフレー
ム周波数下での走査により行われるため、第1のスイッ
チング三端子素子の出力時間は、一つの画素電極に対し
ては極めて短い。
しかし、信号蓄積キャパシタが付設されているため、第
1のスイッチング三端子素子かOFF状態となった後に
おいても第2のスイッチング三端子素子のゲートに次の
フィールドにて新たな信号電荷が蓄積されるまで電圧が
付与されてON状態が保たれる。そして、信号蓄積キャ
パシタに蓄積した電荷は、第2のスイッチング三端子素
子を介して液晶表示部と切離されているため、放電によ
る消責は実質的に生じず、従来に比して電荷保持時間も
延長される。つまりサンプルホールド回路として動作す
ることとなる。
一方、第2のスイッチング三端子素子のON状態が保た
れる状態においては、液晶層で放電が生じても液晶駆動
用電源からの電荷が連続して供給されるため、放電によ
る悪影響も生じない。
またこの発明の装置において、2値表示つまり白黒表示
を行う場合には次のような駆動条件が選択される。すな
わち、液晶層に電圧が印加された状態をONと呼び、電
圧が印加されない状態をOFFと°呼ぶことにすると、
ON状態では第2のスイッチング素子のインピーダンス
Zswが液晶層のインピーダンスZLCよりも十分に小
さくなるように、また、OF’F状態ではその逆になる
ように、第1のスイッチング素子に供給される信号電圧
Vslのレベルを選択する。対向電極には交流電圧Vc
が印加されるが、これは、直流電圧を印加すると液晶の
電気分解や電極の腐食が生じるからである。対向電極に
印加された交流電圧VCは液晶層のインピーダンスZL
Cとスイッチング素子のインピーダンスZswによって
分割される。両者が前述の条件を満たしておれば、ON
状態では液晶層に印加される電圧VLCは対向電極に印
加された電圧vcとほぼ等しくなり、OFF状態では液
晶層にはほとんど電圧が印加されない。この場合、液晶
層に印加される電圧VLCはほぼ正負対称になり、直流
成分は無視できることとなる。
またこの発明の装置によれば、第2スイツチング素子の
ソース側が共通ラインに接続されて、該スイッチング素
子はチャンネルの中央部の電位に対してソースとドレイ
ンの電位が正負対称になる。
従って共通電極と対向電極に印加する電圧を反転しても
動作点は変わらない。従ってこのとき対向電極に印加さ
れる交流電圧の極性に拘わらず該スイッチング素子のイ
ンピーダンス(Zsw)が一定となり、液晶層のインピ
ーダンス(ZLC)も一定となってZsw#Z*cとな
る。従って上記対向電極に振幅VCの交流電圧を印加し
、それと同一振幅で逆相の電圧を共a1!極に印加する
と、第2のスイッチング素子の各電極の電位関係がVc
の極性が正の場合と負の場合とでほぼ対称になり、Zs
wがほぼ等しくなる。従って液晶層に印加される電圧は
ほぼ正負対称となる。
以下実施例によりこの発明の詳細な説明するが、これに
よりこの発明は限定されるものではない。
(以下余白) (へ)実施例 第1図は、この発明の一実施例のマトリックス型液晶表
示装置におけるマトリックスの一表示単位の構成を示す
等価回路図である。
図中、X、、Xt・・・・・・はX−Yマトリックス状
電極におけるデータ信号パスライン(電極ラインX)を
、Yl、Yt・・・・・・は同じく走査信号パスライン
(電極ラインY)を各々示すものであり、これらの交差
部(アドレス)は絶縁膜で隔離されている。
この交差部の近傍には各々第1の薄膜トランジスタ(T
PT、)が配設されてそのゲートは電極ラインy(yt
)に、ソースは電極ラインX(Xt)に各々接続されて
いる。そして図に示すごと<TPT、のドレインは第2
の薄膜トランジスタ(TPT、)のゲートに接続されて
その途中には信号蓄積キャパシタとなるコンデンサ(C
+)が接続されている。
一方、’rp’r*のソースは、多数の画素電極(a)
と対向電極(b)との間に液晶層を配置せしめた液晶表
示部(CI)における一つの画素電極(a)に接続され
ており、対向電極(b)は液晶駆動用の交流電源(Vc
)に接続されている。
なお、図中Eはアースラインを示し、コンデンサ(C+
)の一端が接続されている。図中Fは共通ラインを示し
、TFTtのドレインが接続されている。
上記回路構成を採用して下記の条件で、偏光フィルタを
用いないDSモード−プロジェクション型アクティブマ
トリックス液晶表示装置を構成した。
1)液晶表示方法 2)光   源 3)パネル寸法 4)パネル画素数 5)パネル基板 6)TPT、、TPTw 7)0゜ 8)C1 9)液 晶 プロジェクション型 メタルハライドランプ 対角3″ 240 X 384ドツト コーニング7059ガラス1.1f アモルファスシリコン TPT ゲート材料Ta、ゲート酸化膜Tatos/5iNX半
導体材料P−CVDによるa−Si ソースドレイン材料n” a−5i/Ti重+l膜:T
a/Ta*Os’SiN、/Ti :ITO/液晶/I T。
(液晶層厚は7μmのプラスチックビーズスベー号を使
用)層: CH30−@−CH=N−◎−C−Ha  
 59.5wt/%CJsO−0−Cfl”1f−0−
CJ、     40  wt/%からなる混合液晶 (以下余白) 10)イオン性不純物:  C+JI3J″H(CH3
) t −00C◎  0.5 wt/%11)駆動交
流電圧:  60Hz矩形波  ±7.5Vなお、上記
液晶層の比抵抗(ρ)は10’Ωm1画素面積(S)は
100μm角= 10−”I11’%液晶層の厚さ(d
)=7μmであり、従って1画素当りの液晶の抵抗値R
+−c=(ρ−d )/S =7X 10”Ωである。
かかる装置において、TPT、と信号蓄積コンデンサ(
C+)はサンプルホールド回路として働き、TFTtは
液晶駆動用交流電圧を液晶表示部(C1)の所定位置の
液晶層に印加するための電流制御素子(一種のバッファ
トランジスタ)として働く。
この構成においては、コンデンサCIは高インピーダン
スのT F T tのゲートに接続されており、液晶表
示部(C2)に直接接続されていないため放電し難く、
そこに蓄積した電荷は、TPT、がOFF状態となった
後にも従来に比して長時間TPT、をON状態に保つよ
う作用する。
従って、比抵抗が低く放電し易い液晶層を用いた場合に
おいてら、この放電によりT F T tが必要とする
時間(通常、フレーム周波数の周期)よりも短時間でO
FFになる現像が防止され・所望の液晶のマトリドック
ス表示動作を行うことができる。
また上記装置において、共通ラインFには対向電極に印
加される交流電圧Vcと同じ振幅で逆相の電圧Vc’が
印加される。このような駆動方法により、TPT、の動
作はVcが正の時と負の時とがほぼ対称となる。
第2図にこの発明の池の実施例を示す。上記実施例との
相違点はキャパシタC1の一方の電極を、隣接するゲー
トラインとしたことである。このような構成とすること
によりアースラインを省略することができる。
かかる液晶表示装置によりスクリーン上に表示を行った
ところ、同一光源を用いて従来のTNモードの約2倍の
明るさ(100fL)の表示(白表示状態での比較)を
得ることが可能となった。
実施例2 上記実施例!の液晶表示素子の第1図に示される等価回
路において、さらに、共通ラインとTFTtのドレイン
の間にダミー負荷(Zo)を挿入して液晶表示素子を構
成した。
上記ダミー負荷(Zo)には、ノンドープミーSi膜(
膜厚d=28nm、比抵抗ρ=10’Ωm)をTPT、
のドレインと共通ラインとの間にサンドイッチ状に介在
さ仕たちのを用いた。これらがオーバラップしている部
分の面積(S′)は20μm角としているので、抵抗値
R’=7X10”Ωとなる。
このように液晶層の抵抗値と等しいダミー負荷をドレイ
ン電極と共通ラインとの間に設けることにより、駆動時
の正負の対称性がさらに改善され、フリッカが目視では
認識できない程度となった。
(ト)発明の効果 この発明の液晶表示装置によれば、液晶層の比抵抗が低
く実質的に電荷保持機能がないものを用いた場合におい
ても、液晶層への電圧印加が時間的に確保され、所望の
液晶マトリドックス表示を行うことが可能となる。
従って、偏光フィルタを用いずに階調表示、高コントラ
スト表示、高速応答表示が可能なりSモードやホワイト
テーラ型GHモードなどを液晶の電気光学的モードとし
て採用して理想的な高い表示明度のアクティブマトリッ
クス表示を行うことができる。
さらに、中間調を表示する場合にも、液晶表示部に印加
される電圧が正負対称となり、直流成分が無視できる程
度に小さくなり、フリッカの発生、液晶の電気分解、画
素電極の腐食が抑制され、良好な表示品位と高い信頼性
を得ることができる。
そして、ことにこの発明の液晶表示装置は、高温動作と
高光利用効率を同時に満足させる必要のあるプロショク
ジョン型の表示装置のライトバルブとして有効であるが
、屋外使用の高精細デイスプレィ、例えばVTRモニタ
ー、LCTV、ビューファインダー等へも有効に利用で
き、また車載用や航空機表示への応用にも適している。
さらに、透過型のみならず反射型表示装置へも適用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の液晶表示装置における一
表示単位の等価回路図、第2図は他の実施例の等価回路
図、第3図はこの発明のさらに他の実施例の等価回路図
、第4図は従来の液晶表示装置の一表示単位を示す第1
図相当図である。 X、、X、・・・・・・電極ライン、 Y、、Y、・・・・・・電極ライン、 T F T l・・・・・・第1の薄膜トランジスタ、
TPT!・・・・・・第2の薄膜トランジスタ、C1・
・・・・・コンデンサ(信号蓄積キャパシタ)、C8・
・・・・・液晶表示岨の容量、 a・・・・・・画素電極、 b・・・・・・対向電極、 vc、Vc’・・・・・・交流電源、 E・・・・・・アースライン、 F・・・・・・共通ライン、 Zo・・・・・・ダミー負荷。 笥 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(a)X−Yマトリックス状に配設された電極ライ
    ンと、 (b)ソース、ドレイン、ゲートを有し、このソースが
    上記電極ラインXに、ゲートが電極ラインYに各々接続
    された多数の第1のスイッチング三端子素子と、 (c)上記第1の各スイッチング三端子素子に対応する
    多数の画素電極と、液晶駆動用電源に接続される対向電
    極との間に液晶層を配置してなり、該スイッチング三端
    子素子のドレイン出力に基づいてマトリックス表示動作
    を行う液晶表示部を備えてなり、 (d)上記画素電極を各々第2のスイッチング三端子素
    子を介して共通ラインに接続構成すると共に、前記第1
    のスイッチング三端子素子のドレインを信号蓄積キャパ
    シタを介してアースラインまたは隣接するゲートライン
    に接続しかつ上記第2のスイッチング三端子素子のゲー
    トに接続構成し、 (e)前記対向電極と前記共通ラインに互いに逆相の交
    流電圧を印加しうるよう構成されてなる液晶表示装置。 2、第2のスイッチング三端子素子と共通ラインの間に
    、液晶表示部のインピーダンスと略等しいインピーダン
    スを有するダミー負荷が挿入されてなる請求項1記載の
    液晶表示装置。
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Cited By (14)

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