JPH08146383A - アクティブマトリックス型液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広視野角化と低電圧駆動化を実現できるアク
ティブマトリックス型液晶表示素子を提供する。 【構成】 画素電極を第１，第２の副画素電極１０４，
１０５に分割し、第１の副画素電極１０４に電気的に接
続した補助電極１０６を、絶縁膜を介して第２の副画素
電極１０５，前段の走査配線１０１および前段の第１の
画素電極１０４上に設けている。このように、分割した
副画素電極１０４，１０５間が容量によって電気的に接
続されたことにより、複数の副画素の異なる光学特性の
重ね合わせにより視野角を拡大できる。また、第１の副
画素電極１０４が前段の第１の副画素電極１０４と容量
によって電気的に接続されたことにより、各副画素電極
の電圧は、走査配線の選択期間に充電される信号電圧
に、次の走査配線の選択期間に充電される次段の副画素
電極の電位変化を容量を介して重畳することができるた
め、低電圧駆動化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＯＡ機器やＡＶ機器
などに利用されているアクティブマトリックス型液晶表
示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶を用いた表示素子は、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。その中でも特に、アクティブマ
トリックス型の液晶表示素子は、高画質化が実現できる
ことから非常に注目を集めている。アクティブマトリッ
クス型とは従来の単純マトリックス型に対比して言われ
ている液晶の駆動方式を意味しているもので、マトリッ
クス上に配置された画素電極にそれぞれスイッチング素
子を設け、それらのスイッチング素子を介して各画素電
極に液晶の光学特性を制御する電気信号を独立に供給す
る方式である。スイッチング素子としては、薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）を用いたものが主流である。

【０００３】図３に従来の薄膜トランジスタアレイを用
いたアクティブマトリックス型液晶表示素子の一般的な
構成概略図を示す。図に示すように、各画素電極に設け
られたスイッチング素子である薄膜トランジスタ３０１
は、走査配線（ゲート線）３０２によって選択された時
に信号配線（ソース線）３０３の電気信号を画素電極に
供給する。このとき液晶層３０４には、画素電極と対向
基板３０５上に形成された対向電極３０６との間の電圧
が印加されることになる。その後、走査配線３０２が非
選択状態となり、信号配線３０３と画素電極間は電気的
に絶縁される。液晶層３０４に印加された電圧は、画素
電極と対向電極３０６間の液晶の静電容量によって保持
される。なお、非選択時の液晶電圧の保持能力を向上さ
せるために、画素電極に補助容量を形成した構成もよく
用いられている。いずれにしても、上記したように、ア
クティブマトリックス型液晶表示素子は、各画素に設け
られたスイッチング素子によって液晶に印加する電圧を
独立に制御できるため、原理的には単純マトリックス方
式のようなクロストークがなく、多階調表示に極めて適
しているものである。

【０００４】上記したように、アクティブマトリックス
型の液晶表示素子は、大容量の表示を行っても高いコン
トラストや階調性といった画像性能が保たれるという大
きな特徴をもち、近年特に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。

【０００５】現在、上記したアクティブマトリックス型
の液晶表示素子には、ツイストネマッチック型（ＴＮ
型）液晶が用いられており、入射光の偏光状態を制御す
ることによって光の透過率を変調する方式がとられてお
り、特に液晶層に電圧が印加されていない状態で光が透
過する、いわゆるノーマリーホワイトモードで液晶を動
作させるのが一般的である。この表示モードは、コント
ラストが高く、色付きの少ない多階調の画像を実現でき
る特徴を持つことから、特にアクティブマトリックス型
では広く利用されている。

【０００６】しかし、上記したＴＮ型液晶表示素子は、
観察者の観察角度によって表示特性が変化する、いわゆ
る視野角特性が非常に悪く、観察角度によっては、明る
い部分と暗い部分が反転する現象（階調反転現象）等も
発生する。図４は、上記した階調反転現象が発生する方
向での、幾つかの観察角度から測定した液晶表示素子の
電気光学特性の結果である。図４に示すように、観察角
度を変えていくと、黒表示に近い電圧領域で液晶の透過
率の山ができることがわかる。この現象は、液晶分子の
配列の方向に起因して発生するものであるが、この特性
が、階調反転現象として人間の目に観察されることにな
る。このような特性を改善することを目的として、近年
色々な視野角拡大方式が各社で研究・開発されてきてい
る。

【０００７】現在、視野角拡大の手段としては、特開平
４−３４８３２３号公報に記載されているように、画素
を複数の副画素に分割し、各副画素には液晶層によって
構成される液晶容量に直列に制御容量を形成し、各副画
素の液晶層に供給される電圧を調整することによって、
視野角特性を改善する方法が実用化されている。図５
に、上記した従来の視野角拡大方式を説明するため画素
部の概略図を示す。図５において、５０１は走査配線、
５０２は信号配線、５０３は薄膜トランジスタ、５０４
は薄膜トランジスタ５０３を介して信号配線５０２と接
続された第１電極、５０５は画素部を構成する複数の副
画素電極を示している。５０６は対向基板に形成された
対向電極である。５０７は対向電極５０６と副画素電極
５０５との間に配置された液晶層、５０８は第１電極５
０４と副画素電極５０５との間に配置された制御容量で
ある。

【０００８】このような構成の場合、副画素電極５０５
には、走査配線５０１の選択期間に、薄膜トランジスタ
５０３を通して第１電極５０４に供給された信号配線５
０２の電圧と、対向電極５０６との電圧差を、制御容量
５０８と液晶層５０７の容量の比で分割された電圧が印
加されることになる。したがって、各副画素毎に制御容
量５０８と液晶層５０７の容量の比を変化させることに
よって、各副画素の液晶層５０７に印加される電圧を制
御できる。これによって、画素を構成する各副画素の光
学特性を変化させ、これらの特性の異なる各副画素を重
畳することによって、視野角特性を改善しようとするも
のである。つまり、各副画素の光学特性において、図４
に示した透過率の山の発生する位置をずらすことによっ
て、結果として、透過率の山の発生を抑えるものであ
る。この方式では、液晶層５０７への印加電圧を、液晶
層５０７の容量と直列に配置した制御容量５０８によっ
て制御するので、液晶層５０７へ同一の電圧を供給しよ
うとした場合、通常の構成よりも画素に高い電圧が必要
となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】現在実用化されている
広視野角化の実現手段として、上述のような制御容量５
０８を形成した画素分割構成を採用しようとすると、高
い駆動電圧が必要となり、消費電力の増大や薄膜トラン
ジスタへの電圧ストレスの増大とそれに伴う信頼性の低
下など色々な課題が発生する。

【００１０】この発明の目的は、広視野角化を実現する
とともに低電圧駆動化を実現できるアクティブマトリッ
クス型液晶表示素子を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のアクティ
ブマトリックス型液晶表示素子は、複数の走査配線と複
数の信号配線とが交差し、それらの各交差点に対応して
スイッチング素子を介して画素電極を設けた第１のガラ
ス基板と、対向電極を設けた第２のガラス基板との間に
液晶層を挟持したアクティブマトリックス型液晶表示素
子であって、画素電極を複数の副画素電極に分割し、各
副画素電極間を第１のコンデンサによって電気的に接続
し、同一の信号配線に対応して隣接する画素の１つ以上
の副画素電極間を第２のコンデンサによって電気的に接
続したことを特徴とする。

【００１２】請求項２記載のアクティブマトリックス型
液晶表示素子は、請求項１記載のアクティブマトリック
ス型液晶表示素子において、各画素の１つ以上の副画素
電極と前段の走査配線との間に容量を形成したことを特
徴とする。請求項３記載のアクティブマトリックス型液
晶表示素子は、請求項１または２記載のアクティブマト
リックス型液晶表示素子において、第２のコンデンサの
容量は、第２のコンデンサによって電気的に接続された
各副画素電極に対応する各副画素のもつ容量の１０分の
１以下であることを特徴とする。

【００１３】

【作用】この発明の構成によれば、画素電極を複数の副
画素電極に分割し、各副画素電極間を第１のコンデンサ
によって電気的に接続したことにより、複数の副画素の
異なる光学特性の重ね合わせにより視野角拡大を実現で
きる。また、同一の信号配線に対応して隣接する画素の
１つ以上の副画素電極間を第２のコンデンサによって電
気的に接続したことにより、各副画素電極の電圧は、走
査配線の選択期間に充電される信号電圧に、次の走査配
線の選択期間に充電される次段の副画素電極の電位変化
を、副画素電極間に形成された第２のコンデンサを介し
て重畳することができるため、各副画素電極には外部よ
り供給される信号電圧以上の電圧を印加することがで
き、低電圧駆動化が可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら詳細に説明する。図１はこの発明の一実施例の
アクティブマトリックス型液晶表示素子の薄膜トランジ
スタアレイの画素部の平面構成概略図を示したものであ
る。図１において、１０１は走査配線、１０２は信号配
線を示している。１０３は逆スタガ型の薄膜トランジス
タである。１０４，１０５は透明導電膜で形成された第
１，第２の副画素電極を示している。１０６は補助電極
を示している。

【００１５】第１の副画素電極１０４は、薄膜トランジ
スタ１０３を介して信号配線１０２と電気的に接続され
ており、走査配線１０１の電圧により信号配線１０２と
第１の副画素電極１０４間の電気的な導通状態が制御さ
れる。また、補助電極１０６は、第１の副画素電極１０
４と電気的に接続され、第２の副画素電極１０５との間
に容量を形成するとともに、前段の走査配線１０１との
間に蓄積容量を形成し、かつ前段の第１の副画素電極１
０４との間に容量を形成する役割を持っている。補助電
極１０６と、第２の副画素電極１０５，前段の走査配線
１０１，前段の第１の副画素電極１０４との間の容量
は、絶縁層を介して形成されており、図１において、補
助電極１０６と第２の副画素電極１０５との重なり部、
補助電極１０６と前段の走査配線１０１との重なり部、
補助電極１０６と前段の第１の副画素電極１０４との重
なり部が各々の容量部である。補助電極１０６と第１の
副画素電極１０４は導通状態にあるので、上記した各重
なり部の容量は、電気的には第１の副画素電極１０４と
の間の容量となる。そして、この図１に示す薄膜トラン
ジスタアレイ（第１のガラス基板）に、内側に透明導電
膜からなる対向電極を形成した第２のガラス基板（図示
せず）を対向配置し、その間に液晶層（図示せず）を挟
持して液晶表示素子となる。

【００１６】以上のように構成されるアクティブマトリ
ックス型液晶表示素子について、その動作を説明する。
第１の副画素電極（前段の第１の副画素電極）１０４に
は、走査配線１０１の選択期間に、薄膜トランジスタ１
０３を介して信号配線１０２に印加された電圧が供給さ
れる。このとき、第２の副画素電極１０５には、第１の
副画素電極１０４の電圧に対して、第１の副画素電極１
０４との間の容量と第２の副画素電極１０５と対向電極
間の液晶容量との分割比に相当する電圧が供給される。
その後、次の走査配線１０１によって選択された隣接す
る次段の第１の副画素電極１０４への電圧供給が起こる
が、このとき、この次段の第１の副画素電極１０４の電
位の変化に応じた電圧が、第１の副画素間の容量（補助
電極１０６と前段の第１の副画素電極１０４との重なり
部の容量）を介して、前段の第１の副画素電極１０４に
電圧が供給される。同時に前段の第２の副画素電極１０
５の電圧も各容量比に応じて変化する。つまり、副画素
電極１０４，１０５には、最初に信号配線１０２から供
給された電圧に、第１の副画素間の容量を介して、次段
の第１の副画素電極１０４の電圧の変化に応じたカップ
リング電圧が重畳されることになる。これによって、第
１，第２の副画素電極１０４，１０５は、信号配線１０
２から供給された信号電圧以上の電圧が印加され、かつ
各々の副画素電極１０４，１０５には、容量分割された
適正な電圧差が生じ、低電圧でしかも視野角特性の向上
した液晶表示素子を実現できる。

【００１７】この発明の実施例のアクティブマトリック
ス型液晶表示素子を作製し、ノーマリーホワイトモード
で、信号電圧と液晶素子の透過率との関係を測定した結
果を図２に示す。図２において、Ａのラインは、この発
明の実施例の液晶表示素子の電気光学特性の測定結果で
あり、Ｂのラインは、図３に示す従来の構成の液晶表示
素子の電気光学特性の結果である。図２の測定結果から
明らかなように、この実施例によれば、液晶駆動電圧を
低減することができる。また、この発明の実施例の液晶
表示素子と図５に示す従来の視野角改善の液晶表示素子
の視野角特性を評価したところ、従来の特性とほぼ同等
の視野角特性を得ることができた。

【００１８】以上のようにこの実施例によれば、各画素
の副画素電極１０４，１０５には、各副画素間に適正な
電位差を保った状態で、外部より供給される信号電圧以
上の電圧を印加することができ、従来の視野角改善方法
の最大の課題であった駆動電圧のアップを抑え、広視角
でかつ消費電力の低い液晶表示素子を実現できる。な
お、この実施例では、各第１の副画素間に形成した第１
の副画素間容量値を、各第１の副画素のもつ全容量の１
２分の１としたが、特定の画像パターン時に発生するク
ロストークを抑える上で、第１の副画素間の容量値は、
各第１の副画素のもつ全容量の１０分の１以下であるこ
とが好ましい。この実施例における各第１の副画素のも
つ全容量は、第１の副画素電極１０４と対向電極との間
の液晶容量と、補助電極１０６と前段の走査配線１０１
との重なり部の蓄積容量と、薄膜トランジスタ１０３の
ゲート・ドレイン間寄生容量との和となる。

【００１９】なお、この実施例では、補助電極１０６を
第１の副画素電極１０４と電気的に接続しているが、補
助電極１０６を第１の副画素電極１０４と接続しない
で、第２の副画素電極１０５と電気的に接続し、第１の
副画素電極１０４と第２の副画素電極１０５とは容量で
接続されるように補助電極１０６を形成してもよい。こ
の場合、第２の副画素電極１０５と前段の第１の副画素
電極１０４とが容量で接続されることになる。また、補
助電極１０６は、同一の走査配線１０１に対応する隣接
した画素の副画素電極１０４間に容量が形成できれば、
前段の第１の副画素電極１０４上に重ねずに、間をあけ
て設けてもよい。また、補助電極１０６を設ける代わり
に、第１の副画素電極１０４または第２の副画素電極１
０５を延長して一体的に形成してもよい。

【００２０】また、この実施例では、画素電極を２つの
副画素電極１０４，１０５に分割したが、容量で接続さ
れた３つ以上の副画素電極に分割してもよい。この場
合、３つ以上の副画素電極のうち１つ以上が前段の副画
素電極と容量で接続されるようにする。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、この発明のアクティ
ブマトリックス型液晶表示素子によれば、画素電極を複
数の副画素電極に分割し、各副画素電極間を第１のコン
デンサによって電気的に接続したことにより、複数の副
画素の異なる光学特性の重ね合わせにより視野角拡大を
実現できる。また、同一の信号配線に対応して隣接する
画素の１つ以上の副画素電極間を第２のコンデンサによ
って電気的に接続したことにより、各副画素電極の電圧
は、走査配線の選択期間に充電される信号電圧に、次の
走査配線の選択期間に充電される次段の副画素電極の電
位変化を、副画素電極間に形成された第２のコンデンサ
を介して重畳することができるため、各副画素電極には
外部より供給される信号電圧以上の電圧を印加すること
ができ、低電圧駆動化が可能となり、消費電力を低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のアクティブマトリックス
型液晶表示素子の薄膜トランジスタアレイの画素部の平
面構成概略図。

【図２】この発明の一実施例のアクティブマトリックス
型液晶表示素子の電気光学特性を示す図。

【図３】従来のアクティブマトリックス型液晶表示素子
の構成概略図。

【図４】従来のアクティブマトリックス型液晶表示素子
の視角特性を示す図。

【図５】他の従来の視野角拡大方式の液晶表示素子の画
素部の概略構成図。

【符号の説明】

１０１ 走査配線 １０２ 信号配線 １０３ 薄膜トランジスタ １０４ 第１の副画素電極 １０５ 第２の副画素電極 １０６ 補助電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の走査配線と複数の信号配線とが交
   差し、それらの各交差点に対応してスイッチング素子を
   介して画素電極を設けた第１のガラス基板と、対向電極
   を設けた第２のガラス基板との間に液晶層を挟持したア
   クティブマトリックス型液晶表示素子であって、 前記画素電極を複数の副画素電極に分割し、前記各副画
   素電極間を第１のコンデンサによって電気的に接続し、
   同一の信号配線に対応して隣接する画素の１つ以上の副
   画素電極間を第２のコンデンサによって電気的に接続し
   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
   素子。
2. 【請求項２】 各画素の１つ以上の副画素電極と前段の
   走査配線との間に容量を形成したことを特徴とする請求
   項１記載のアクティブマトリックス型液晶表示素子。
3. 【請求項３】 第２のコンデンサの容量は、前記第２の
   コンデンサによって電気的に接続された各副画素電極に
   対応する各副画素のもつ容量の１０分の１以下であるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のアクティブマト
   リックス型液晶表示素子。