JPH08286207A

JPH08286207A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH08286207A
Application number: JP7112594A
Authority: JP
Inventors: Keitaro Miyata; 敬太郎宮田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】画像の微妙な色相変調や階調表現を安定して
行うことができる液晶表示素子を提供することにある。【構成】この液晶表示素子は、ゲートライン５ａ、ド
レインライン６ａ、薄膜トランジスタ７および画素電極
８を備えた表示駆動パネル１と共通電極３１を備えた共
通電極パネル２との間に液晶が封入された構造となって
いる。共通電極３１のドレインライン６ａと対応する箇
所のうちの、ゲートライン５ａとドレインライン６ａと
の重なり部分と対応する箇所を除く箇所に開口部２５が
設けられている。この場合、ドレインライン６ａと共通
電極３１との間に形成される液晶容量を小さくすること
ができ、共通電極３１の電位の局所的な変動を小さくす
ることができ、画素電極８と共通電極３１との間に印加
する階調電圧の変動を小さくすることができる。この結
果、画像の微妙な色相変調や階調表現を安定して行うこ
とができる。

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素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５および図６は従来のアクティブマト
リックス型の液晶表示素子の一例を示したものである。
この液晶表示素子では、表示駆動パネル１とその上に配
置された共通電極パネル２との間に液晶３が封入されて
いる。表示駆動パネル１には、ガラスなどからなる透明
な下側基板４の上面にストライプ状の複数のゲートライ
ン（走査線）５ａとストライプ状の複数のドレインライ
ン（信号線）６ａとがゲート絶縁膜１５を介して互いに
直交して配置されている。ゲートライン５ａとドレイン
ライン６ａとの交点近傍には、ゲート電極５、ゲート絶
縁膜１５、半導体層１４、その両端に接続されたソース
電極１３、ドレイン電極６からなる薄膜トランジスタ７
が形成されている。薄膜トランジスタ７のドレイン電極
６はドレインライン６ａと一体的に形成され、電気的に
導通され、ゲート電極５はゲートライン５ａと一体的に
形成され、電気的に導通されている。また、ソース電極
１３はゲート絶縁膜１５上に形成されたＩＴＯからなる
画素電極８に接続されている。下側基板４は、上面に画
素電極８を覆うように下側の配向膜９が形成され、下面
に偏光板２１が設けられている。一方、共通電極パネル
２は、ガラスなどからなる透明な上側基板１０と、その
下面に設けられたＩＴＯなどからなる１枚の共通電極１
１と、共通電極１１の下面に設けられた上側の配向膜１
２と、上側基板１０の上面に設けられた偏光板２４とか
ら構成されている。

【０００３】図７はこのような液晶表示素子の等価回路
を示したものである。画素電極８と共通電極１１との間
には液晶３等を誘電体とした液晶容量Ｃ_LCが形成されて
いる。そして、共通電極１１を所定の共通電極電位にす
るとともに、ゲートライン５ａおよびドレインライン６
ａにそれぞれ所定の駆動電圧を印加すると薄膜トランジ
スタ７が駆動するようになっている。すなわち、例え
ば、Ｎチャンネルの薄膜トランジスタ７の場合、ゲート
電圧が選択状態（共通電極電位に比較してハイレベル）
になると、薄膜トランジスタ７が導通し、画素電極８の
電位がドレインライン６ａの電位とほぼ等しくなり、画
素電極８と共通電極１１との間に電界が形成され、ドレ
インライン６ａの映像信号が液晶容量Ｃ_LCに書き込まれ
る。ゲート電圧が非選択状態（共通電極電位に比較して
ローレベル）になると、薄膜トランジスタ７がハイイン
ピーダンスとなり、ドレインライン６ａの映像信号が液
晶容量Ｃ_LCに漏れるのが防がれ、画素電極８と共通電極
１１との間に印加された電圧が保持され、液晶容量Ｃ_LC
に書き込まれた映像信号が保持される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のこの
ような液晶表示素子では、上側基板１０には共通電極１
１が全面に形成されているので、ドレインライン６ａと
共通電極１１との間に、液晶３を誘電体とした液晶容量
Ｃ_DCが形成され、この液晶容量Ｃ_DCと共通電極１１自体
の抵抗とによってハイパス形のＣＲ回路が形成される。
このため、所定のドレインライン６ａに映像信号が印加
されると、共通電極１１の所定のドレインライン６ａに
対応する箇所の電位が局所的に変動することになる。し
たがって、例えば、隣り合うドレインライン６ａに異な
る映像信号が印加された場合、共通電極１１の隣り合う
ドレインライン６ａに対応するそれぞれの箇所の電位が
局所的に変動し、隣り合うドレインライン６ａの近傍に
位置する画素電極８への印加電圧を変動させることにな
る。この結果、共通電極１１と画素電極８との間に階調
電圧を印加することで画像の色相変調や階調表現を行っ
ているような場合、共通電極１１と画素電極８との間に
印加する階調電圧が変動し、画像の微妙な色相変調や階
調表現が不安定になり、場合によっては画像の微妙な色
相変調や階調表現が困難になるという問題があった。こ
の発明の目的は、画像の微妙な色相変調や階調表現を安
定して行うことができる液晶表示素子を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ゲートラインおよびドレインラインを備えた表示駆動パ
ネルと共通電極を備えた共通電極パネルとの間に液晶が
封入されてなる液晶表示素子において、共通電極のドレ
インラインと対応する箇所に開口部を設けたものであ
る。また、請求項２記載の発明は、表示駆動パネルには
表面に位相差板および偏光板が順次設けられ、共通電極
パネルには表面に偏光板および反射板が順次設けられて
おり、位相差板、偏光板および液晶の偏光作用に応じて
色表示を行うものである。

【０００６】

【作用】この発明によれば、共通電極のドレインライン
と対応する箇所に開口部を設けたので、共通電極とドレ
インラインとの間に形成される液晶容量を小さくするこ
とができ、画素電極に印加される電圧を供給するドレイ
ンラインの、液晶容量による電位の変動を抑制するとと
もに、共通電極の電位の局所的な変動を小さくすること
ができ、共通電極と画素電極との間に印加する階調電圧
の変動を小さくすることができる。この結果、特に位相
差板、偏光板、液晶の偏光作用に応じて色表示を行うよ
うな印加電圧のわずかな違いにより表示色が異なってし
まう場合でも、画像の微妙な色相変調や階調表現を安定
して行うことができる。

【０００７】

【実施例】図１および図２はこの発明の第１実施例にお
ける液晶表示素子を示したものである。これらの図にお
いて図５および図６と同一名称部分には同一の符号を付
し、その説明を適宜省略する。この液晶表示素子では、
表示駆動パネル１とその上に配置された共通電極パネル
２との間に液晶３が封入され、表示駆動パネル１には、
下側基板４の下面に下側の偏光板２１および反射板２２
がこの順で設けられ、共通電極パネル２には、上側基板
１０の上面に位相差板２３および上側の偏光板２４がこ
の順に設けられている。

【０００８】共通電極パネル２では、上側基板１０の下
面にＩＴＯなどからなる共通電極３１が設けられてい
る。共通電極３１のドレインライン６ａと対応する箇所
のうちの、ドレインライン６ａとゲートライン５ａとの
重なり部分と対応する箇所を除いた箇所には、方形状の
開口部２５が設けられている。この場合、図１（Ｂ）に
示すように、開口部２５の幅Ｗ₁はドレインライン６ａ
の幅Ｗ_Dに、表示駆動パネル１と共通電極パネル２との
横方向の位置ずれ誤差ｅ_Sを２倍した値２ｅ_Sを加えたも
のである。また、開口部２５の長さＬ₁はドレインライ
ン６ａのゲートライン５ａ間の長さＬ_Gから、表示駆動
パネル１と共通電極パネル２との縦方向の位置ずれ誤差
ｅ_Lを２倍した値２ｅ_Lを引いたものである。開口部２５
の内側を含む共通電極３１の下面には、ポリイミドなど
からなる上側の配向膜１２が設けられている。

【０００９】液晶３は、例えば、カイラル液晶を添加し
たネマティック液晶などからなっている。液晶３の光学
異方性Δｎと液晶３の層厚ｄとの積Δｎ・ｄが大きすぎ
ると、視野角が狭くなるとともに応答速度が遅くなり、
また印加電圧の微妙な変化により表示色が急激に変化し
て好ましくない。一方、Δｎ・ｄが小さすぎると、フル
カラー表示が困難になる。このため、この実施例では、
液晶３の光学異方性Δｎを０．１９〜０．２５、液晶３
の層厚ｄを４〜５μｍ、その積であるΔｎ・ｄを０．７
μｍ以上１．１μｍ未満、望ましくは、０．８５〜１．
０５μｍ、さらに望ましくは、０．９５〜１．０３μｍ
に設定する。ところで、上側の配向膜１２の配向処理方
向１２ａは、下側の配向膜９の配向処理方向９ａに対し
て反時計回りにほぼ９０度で交差している（図３（Ｃ）
参照）。これにより、液晶分子は、下側基板４側から上
側基板１０側に向かってほぼ９０度ツイストした配向状
態となっている。

【００１０】位相差板２３は、例えば、ポリカーボネイ
ト系樹脂を延伸して形成されたもので、厚み方向にも位
相差を有する２軸位相差板で、リタデーション（（ｎｘ
−ｎｙ）・ｄ）が例えば３７０ｎｍ±３０ｎｍ、Ｎｚ係
数値（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）が０．２〜０．８
のものである。この場合、ｎｘは位相差板の平面上で屈
折率が最大となる方向の屈折率、ｎｙは位相差板の平面
上でｎｘの方向と直交する方向の屈折率、ｎｚはｎｘの
方向およびｎｙの方向とそれぞれ直交する方向の屈折率
を表している。

【００１１】下側の偏光板２１、位相差板２３および上
側の偏光板２４の光学軸は、図３に示すように、下側の
配向膜９の配向処理方向９ａを基準として設定されてい
る。すなわち、下側の偏光板２１の透過軸２１ａは下側
の配向膜９の配向処理方向９ａに対して１５０度で交差
しており、上側の偏光板２４の透過軸２４ａは下側の配
向膜９の配向処理方向９ａに対して１７０度で交差して
いる。この結果、下側の偏光板２１の透過軸２１ａと上
側の偏光板２４の透過軸２４ａとはほぼ２０度で交差し
ている。位相差板２３はその延伸軸（平面上で最も屈折
率が大きい軸）２３ａが下側の配向膜９の配向処理方向
９ａに対して１５０度で交差するように、つまり下側の
偏光板２１の透過軸２１ａと平行になるように配置され
ている。

【００１２】そして、このような液晶表示素子では、図
２に示すように、上方から入射した光（自然光または照
明光源からの光）が反射板２２で反射されて上方へ出射
するようになっている。この場合、画素電極８と共通電
極３１との間に階調電圧を印加すると、印加された階調
電圧に応じて液晶分子の配向状態が変化し、液晶３層と
位相差板２３との合成リタデーションも変化する。この
結果、入射した光はその波長毎に異なった複屈折を起こ
し、印加する階調電圧の変化に応じて上側の偏光板２４
から出射する光のピーク波長が変化し、表示色が変化す
る。したがって、画素電極８と共通電極３１との間に印
加する階調電圧を制御することで表示色（色相）を制御
することができるようになっている。

【００１３】また、Δｎ・ｄが０．７μｍ以上１．１μ
ｍ未満の液晶３、二軸性の位相差板２３、２枚の偏光板
２１、２４を用いることにより、赤、緑、青、黒、白の
表示が可能となり、カラーフィルタを用いないでも、い
わゆるフルカラーの表示が可能となっている。この場
合、透過率を低減させるカラーフィルタを用いないの
で、コントラストが高く、色純度も優れたものとなる。
また、液晶分子のツイスト角が９０度と小さいので、応
答速度が速く、動画などの表示も可能となる。さらに、
液晶３を９０度程度ツイストさせることはほぼ全ての液
晶材料で可能であり、液晶材料および配向膜の材質の選
択の幅が広くなる。

【００１４】このように、この液晶表示素子では、共通
電極３１のドレインライン６ａと対応する箇所のうち
の、ドレインライン６ａとゲートライン５ａとの重なり
部分と対応する箇所を除いた箇所に開口部２５を設けた
ので、ドレインライン６ａと共通電極３１との間に形成
される液晶容量Ｃ_DCを小さくすることができ、画素電極
８に印加される電圧を供給するドレインライン６ａの、
液晶容量Ｃ_DCによる電位の変動を抑制するとともに、共
通電極３１の電位の局所的な変動を小さくすることがで
き、共通電極３１と画素電極８との間に印加する階調電
圧の変動を小さくすることができる。この結果、画像の
微妙な色相変調を安定して行うことができる。また、共
通電極３１におけるドレインライン６ａとゲートライン
５ａとの重なり部分と対応する箇所には開口部２５を設
けないので、この部分に開口部２５を設けた場合と比較
すると共通電極３１全体の抵抗を低くすることができ
る。さらに、ドレインライン６ａと共通電極３１との間
に形成される液晶容量Ｃ_DCを小さくすることができるの
で、ドレインライン６ａの時定数を小さくすることがで
きる。

【００１５】図４はこの発明の第２実施例における液晶
表示素子を示したものである。これらの図において、図
１および図２と同一名称部分には同一の符号を付し、そ
の説明を適宜省略する。この液晶表示素子では、共通電
極３２のゲートライン５ａと対応する箇所のうちの、ド
レインライン６ａとゲートライン５ａとの重なり部分と
対応する箇所を除いた箇所に方形状の開口部２６が設け
られている。この場合、図４（Ｂ）に示すように、開口
部２６の幅Ｗ₂はゲートライン５ａの幅Ｗ_Gに、表示駆動
パネル１と共通電極パネル２との縦方向の位置ずれ誤差
ｅ_Lを２倍した値２ｅ_Lを加えたものである。また、開口
部２６の長さＬ₂はゲートライン５ａのドレインライン
６ａ間の長さＬ_Dから、表示駆動パネル１と共通電極パ
ネル２との横方向の位置ずれ誤差ｅ_Sを２倍した値２ｅ_S
を引いたものである。

【００１６】このように、この液晶表示素子では、共通
電極３２のゲートライン５ａと対応する箇所のうちの、
ドレインライン６ａとゲートライン５ａとの重なり部分
と対応する箇所を除いた箇所に開口部２６を設けたの
で、ゲートライン５ａと共通電極３２との間に形成され
る液晶容量Ｃ_GCを小さくすることができ、ゲートライン
５ａの時定数を小さくすることができる。

【００１７】なお、上記第１および第２実施例では、液
晶３をツイスト配向した液晶表示素子に適用したが、こ
れに限定されず、光干渉色型（ＤＡＰ型、ホモジニアス
型、ＨＡＮ型）、カラーフィルタ型（ＶＡＮ型、ＣＳＨ
型）およびカラー光源型のＥＣＢ方式の液晶表示素子に
適用することができ、さらにＳＴＮ（超ねじれネマティ
ック）複屈折型などの液晶表示素子に適用することがで
きる。また、上記第１および第２実施例では、液晶３に
カイラル液晶を添加したネマティック液晶を用いたが、
これに限定されず、ＳＴＮ型、強誘電性型、反強誘電性
型、高分子分散型の液晶を用いてもよい。また、上記第
１および第２実施例では、表示駆動パネル１が下側で共
通電極パネル２が上側に配置したが、表示駆動パネル１
を上側で共通電極パネル２を下側に配置してもよい。ま
た、上記第１および第２実施例では、液晶表示素子が２
枚の偏光板２１、２４、１枚の位相差板２３および１枚
の反射板２２を備えた反射型であるが、これに限定され
ず、位相差板２３あるいは一方の偏光板２１、２４を用
いない構成であってもよく、反射板２２の代わりにバッ
クライトを設けてもよい。また、上記第１および第２実
施例では、共通電極３１、３２と画素電極８との間に印
加する階調電圧を制御することで表示色の色相を制御し
ているが、これに限定されず、例えば、カラーフィルタ
を用い、共通電極３１、３２と画素電極８との間に印加
する階調電圧を制御することで表示色の明度を制御する
ようにしてもよい。この場合、上記実施例と同様に画像
の微妙な階調表現（明度）を安定して行うことができ
る。さらに、表示駆動素子として薄膜トランジスタを用
いたが、これに限定されず、例えばＭＩＭ素子であって
もよい。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、共通電極のドレインラインと対応する箇所に開口部
を設けたので、共通電極とドレインラインとの間に形成
される液晶容量を小さくすることができ、画素電極に印
加される電圧を供給するドレインラインの、液晶容量に
よる電位の変動を抑制するとともに、共通電極の電位の
局所的な変動を小さくすることができ、共通電極と画素
電極との間に印加する階調電圧の変動を小さくすること
ができる。この結果、特に位相差板、偏光板、液晶の偏
光作用に応じて色表示を行うような印加電圧のわずかな
違いにより表示色が異なってしまう場合でも、画像の微
妙な色相変調や階調表現を安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の第１実施例における液晶表
示素子の要部を示す平面図、（Ｂ）はその部分拡大図。

【図２】同液晶表示素子の要部を示す断面図。

【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は同液晶表示素子における偏光
板、位相差板、液晶の設定を示す図。

【図４】（Ａ）はこの発明の第２実施例における液晶表
示素子の要部を示す平面図、（Ｂ）はその部分拡大図。

【図５】従来の液晶表示素子の要部を示す平面図。

【図６】同液晶表示素子の要部を示す断面図。

【図７】同液晶表示素子を示す等価回路。

【符号の説明】

１表示駆動パネル２共通電極パネル３液晶５ａゲートライン（走査線）６ａドレインライン（信号線）７薄膜トランジスタ（表示駆動素子）２５、２６開口部３１、３２共通電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゲートラインおよびドレインラインを備
えた表示駆動パネルと共通電極を備えた共通電極パネル
との間に液晶が封入されてなる液晶表示素子において、前記共通電極の前記ドレインラインと対応する箇所に開
口部を設けたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】前記表示駆動パネルには表面に位相差板
および偏光板が順次設けられ、前記共通電極パネルには
表面に偏光板および反射板が順次設けられており、前記
位相差板、前記偏光板および前記液晶の偏光作用に応じ
て色表示を行うことを特徴とする請求項１記載の液晶表
示素子。
【請求項３】前記共通電極の前記ドレインラインおよ
び前記ゲートラインと対応する箇所のうちの、前記ドレ
インラインと前記ゲートラインとの重なり部分と対応す
る箇所を除いた箇所に開口部を設けたことを特徴とする
請求項１記載の液晶表示素子。