JPH0829806A - 液晶表示素子および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 縦に列電極の信号線３、横に行電極の走査線
２を配置したアクティブマトリクスのアレイ基板１にお
いて、表示画面に配列されて１つの信号線３に接続され
る画素電極５が、表示画面を上下に２分する行の前半で
左側、行の後半で右側に位置する平面配置になってい
る。 【効果】 隣接する信号線に印加される信号電圧の極性
が相互に逆極性となる信号線反転駆動において、画素電
極と信号線間の電位差を表示画面のどの位置でも小さく
することができ、その結果、チルトリバースを隠すＢＭ
による画面の開口率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子およびこれ
を駆動する液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子（以下ＬＣＤという）のほ
とんどは、ねじれネマティック液晶を用いており、その
代表的な表示方式は旋光モードと複屈折モードの２つで
ある。

【０００３】旋光モードのＬＣＤは例えば９０°ねじれ
た分子配列をもつツイステッドネマティック（ＴＮ）形
液晶であり、原理的に白黒表示で、高いコントラスト比
と良好な階調表示性を示し、また応答速度が数１０msec
と速いことから、時計、電卓、単純マトリクス駆動、ア
クティブマトリクス駆動で、また、カラーフィルターと
組合わせてフルカラー画像表示に応用される。

【０００４】一方、複屈折モードのＬＣＤは、一般に９
０°を越えるねじれ分子配列をもつスーパーツイステッ
ドネマティック（ＳＴＮ）形液晶で、急峻な電気光学特
性を有するため、各画素ごとに薄膜トランジスタやダイ
オードなどのスイッチング素子を配置しなくても単純マ
トリクス構造で時分割駆動により大容量（大画面）表示
を実現することができる。

【０００５】これらの中でも、スイッチング素子を用い
たアクティブマトリクス方式のＬＣＤ（ＴＦＴ−ＬＣ
Ｄ）は大表示容量で高精細、高画質を特徴としている。

【０００６】図６（ａ），（ｂ）に示すように、ＴＦＴ
−ＬＣＤは、ガラスなどの絶縁基板上に互いに交差する
走査線２と信号線３が設けられ、その交差部ごとにＴＦ
Ｔ４と画素電極５が接続されたアレイ基板１と、これに
対向して設けられた共通電極７を有する対向基板６の間
に液晶層８を挟持した構造であり、液晶を駆動する電圧
は画素電極５と対向電極７の間に印加される。各画素電
極５の周囲には、その画素電極あるいは隣接する画素電
極に接続されている走査線２や信号線３があり、これら
線と画素電極間に一般的に電位差がある。このため画素
電極５の周辺部には、対向電極との電位差による液晶を
駆動するための基板に垂直な電界だけでなく、画素電極
５と走査線２あるいは信号線３との電位差によって生じ
る基板に水平な方向の電界成分を持つ電界ｅが生じてい
る。

【０００７】ＴＦＴ−ＬＣＤに用いられる液晶の表示モ
ードは通常ＴＮモードが使用されており、液晶分子Ｍは
基板に対してほぼ水平に配向している。この液晶分子は
基板に垂直な方向に印加される液晶駆動電界によって立
ち上がるわけであるが、液晶分子が立ち上がっていく方
向は、基板表面に施されている配向処理ｒによって制御
された液晶分子のプレチルト角α0 の向きによって制御
されている。上述のように画素電極周辺部には、液晶を
駆動するための基板に垂直な方向の電界だけでなく画素
電極と走査線または信号線との電位差によって生じる基
板に水平な方向の電界成分をもつ横電界ｅが生じている
ため、ＴＦＴ−ＬＣＤ特有の現象として、この横電界に
よって本来意図した液晶分子が立ち上がる向きと逆の方
向に画素電極上の周辺部で液晶分子が立ち上がる場合が
ある。このような逆方向に立ち上がっている領域は一般
にチルトリバース領域ＴＲと呼ばれる。

【０００８】図はチルトリバースの発生の様子を模式的
に表している。また、チルトリバース領域ＴＲと正常領
域の境界には結晶欠陥が生じ、これをディスクリネーシ
ョンラインＤＬという。チルトリバース領域ＴＲは、正
常領域と液晶分子の立ち上がり方向が逆であるため、視
角方向が逆になる。このため、視角特性の違いが生じ
る。また、ディスクリネーションラインＤＬでは光の散
乱が起こり、通常用いられているノーマリーホワイト・
モードで表示する場合、黒を表示したときの輝度が上昇
してしまう。

【０００９】一般にＴＦＴ−ＬＣＤでは、画素電極内の
外側の領域を、対向電極面に形成した通常ブラックスマ
トリクスＢＭと呼ばれる遮光層によって覆い隠し、コン
トラスト比を向上させて画質改善をおこなっている。こ
の場合、画素電極の端に発生するチルトリバース領域Ｔ
ＲとディスクリネーションラインＤＬがＢＭの開口部内
にあると、表示画面がざらついたり、コントラスト比が
低下するなど、画質が著しく劣化する。このため、この
チルトリバース領域とディスクリネーションラインの発
生位置をＢＭで覆うが、開口率を低下させる。したがっ
て、チルトリバースの大きさをできる限り小さくするこ
とが望まれる。

【００１０】この画素電極上に発生するチルトリバース
領域は、画素電極周辺部の横電界によって発生する。こ
こで図４および図５により、画素電極５と信号線３の電
位関係を考えてみる。各画素電極５は表示画面上、垂直
すなわち列方向に延在する信号線３の一方の側例えば右
側に各ＴＦＴを介して接続されている。フレームごとに
信号電圧の極性を反転させるように信号電圧が与えられ
る場合をフレーム反転駆動という。実際の駆動波形はフ
リッカ対策のために信号線反転駆動方法か走査線反転駆
動方法が用いられる。図５は信号線反転駆動方法を示し
ており、信号線に与えている駆動電圧ＶSn、ＶSn+1は隣
接画素ごとに信号電圧の極性が逆になるように供給され
る。

【００１１】フレームの最初に走査線信号ＶG1が与えら
れる画素の画素電位ＶP1は信号線の電位ＶSnと位相がほ
ぼ同位相となる。これに対して、フレームの最後に走査
される画素の画素電極電位ＶPmは次の走査信号ＶGmが印
加されるまで一つ前のフレームの反対極性の電位を維持
し続けるから、現フレームの隣接信号線の電位ＶSn+1と
ほぼ逆位相になる。このため、画素電極と信号線の電位
差は、フレームの最後に走査される画素が最も大きくな
る。したがって、フレームの最後に走査される画素の横
電界が最も大きく、これによって発生するチルトリバー
スも最も大きくなる。

【００１２】ここに、 ＶSC：信号線基準電位 ＶSn：第ｎ列の信号線電位 ＶSn+1：第（ｎ＋１）列の信号線電位 ＶG1：フレームの最初の走査線（最初の行）電位 ＶGm：フレームの最後の走査線（最後の行）電位 ＶCOM ：共通電極電位 ＶP1：最初の行の画素電極電位 ＶPm：最後の行の画素電極電位 である。

【００１３】通常フレームの最初に走査される画素は表
示画面上部の画素であり、フレームの最後に走査される
画素は表示画面下部に位置するから、画素電極上に発生
するチルトリバース領域は表示画面上部で最も小さく、
表示画面下部で最も大きくなり、ＢＭの開口部ＢＭ0 の
形状は、チルトリバースが最も大きくなる画素に合わせ
て設計される。

【００１４】図４にチルトリバースＴＲの発生状態を示
す。

【００１５】以上の信号線反転駆動方法では、隣接する
信号線の電圧極性が逆であるから、チルトリバースは画
素電極の隣の画素に対する信号線との間に発生する横電
界によって生じることになる場合もあり、このような場
合は画面上部でのチルトリバース領域の大きさが大きく
なり、画面下部で大きさが小さくなる。

【００１６】走査線反転駆動方法で駆動する場合は、画
素電極電位と信号線電位の電位差はフレームと走査のタ
イミングに依存しない。すなわち発生するチルトリバー
ス領域の大きさは画面のどこでもフレーム反転駆動にお
ける画面の中央の場合と同じになり、画面上の場所依存
がなくなる。したがってチルトリバースの大きさの点で
は走査線反転駆動は信号線反転駆動よりも有利である。
ところが、走査線反転駆動は信号線反転駆動よりも消費
電力が大きくなる欠点があり、電池駆動の携帯用機器に
用いるＴＦＴ−ＬＣＤについては信号線反転駆動が有利
である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにアクティ
ブマトリクス駆動型液晶表示素子、とくに信号線反転駆
動方法を用いる液晶表示素子は、チルトリバース領域や
ディスクリネーションラインを覆うためにブラックマト
リクスの開口率が低下するという問題点がある。

【００１８】本発明はこのような問題点を解決する液晶
表示素子および装置を得るものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、表示画面を構
成する複数の行と列にマトリクス状に配置された複数の
画素電極、各画素電極に設けられたスイッチング素子、
前記画素電極間に前記行ごとに配置され前記スイッチン
グ素子に接続された行電極である複数の走査線、前記画
素電極間に前記列ごとに配置され前記スイッチング素子
に接続され、かつ前記走査線に交差するように配置され
た列電極である複数の信号線とを有するアレイ基板と、
共通電極を有しこの共通電極が前記画素電極に互いに対
向するように前記アレイ基板に間隙を置いて設置された
対向基板と、前記アレイ基板と対向基板の間隙に挟持さ
れた液晶層と、とを具備してなる液晶表示素子におい
て、前記各１つの信号線に接続された画素電極の位置関
係が前記表示画面の前半の行と後半の行で前記信号線を
挟んで反対となる平面配置になっていることを特徴とす
る液晶表示素子を得るものである。

【００２０】さらに、表示画面を構成する複数の行と列
にマトリクス状に配置された複数の画素電極、各画素電
極に設けられたスイッチング素子、前記画素電極間に前
記行ごとに配置され前記スイッチング素子に接続された
行電極である複数の走査線、前記画素電極間に前記列ご
とに配置され前記スイッチング素子に接続され、かつ前
記走査線に交差するように配置された列電極である複数
の信号線とを有するアレイ基板と、共通電極を有しこの
共通電極が前記画素電極に互いに対向するように前記ア
レイ基板に間隙を置いて設置された対向基板と、前記ア
レイ基板と対向基板の間隙に挟持された液晶層と、とを
具備してなる液晶表示素子において、前記各１つの信号
線に接続された画素電極の位置関係が前記表示画面の前
半の行で第１の列に配置され、後半の行で第２の列に配
置されていることを特徴とする液晶表示素子を得るもの
である。

【００２１】さらに、アレイ基板上の液晶層の液晶分子
の配向方向が信号線と交差する方向である液晶表示素子
を得るものである。

【００２２】さらに、表示画面を構成する複数の行と列
にマトリクス状に配置された複数の画素電極、各画素電
極に設けられたスイッチング素子、前記画素電極間に前
記行ごとに配置され前記スイッチング素子に接続された
行電極である複数の走査線、前記画素電極間に前記列ご
とに配置され前記スイッチング素子に接続され、かつ前
記走査線に交差するように配置された列電極である複数
の信号線とを有するアレイ基板と、共通電極を有しこの
共通電極が前記画素電極に互いに対向するように前記ア
レイ基板に間隙を置いて設置された対向基板と、前記ア
レイ基板と対向基板の間隙に挟持された液晶層とからな
り、前記各１つの信号線に接続された画素電極の位置関
係が前記表示画面の前半の行と後半の行で前記信号線を
挟んで反対となる平面配置になっている液晶表示素子
と、前記信号線を、隣接する信号線に印加される信号電
圧の極性が互いに逆に異なるように駆動する信号線フレ
ーム反転駆動手段とを具備してなる液晶表示装置を得る
ものである。

【００２３】

【作用】本発明の液晶表示素子は、信号線と、この信号
線にスイッチング素子例えばＴＦＴを介して接続された
画素電極の基板上の位置関係が表示画面の行の前半と後
半で反対となる平面配置になっている。すなわち、図２
は本発明をわかりやすくするために、表示画面を４行４
列の画素電極で構成した例を模式的に示しており、画素
電極の第１行Ｉと第２行IIを行の前半、第３行III と第
４行IVを行の後半とする。また、画素電極は第１列から
第４列まであり、第１列の第１信号線３1は第１列の行
前半の画素電極５11，５21と、第２列の行後半の画素電
極５32，５42に接続される。すなわち、表示画面がｎ列
ｍ行（ｍが偶数の場合）であれば、第ｎ信号線３n は第
ｎ列の行前半の画素電極５1n〜５(m/2,n) と、第ｎ＋１
列の行後半の画素電極５(m/2+1),(n+1) 〜５m,(n+1) と
に接続される。

【００２４】図３に示すように、１フレーム期間の第ｎ
信号線電位ＶSnと、隣接する第ｎ＋１信号線電位ＶSn+1
の極性は信号線の基準電位ＶSCを基準にして反対になっ
ておりこの期間にｍ本の走査線に順次ＶG1からＶGmま
で、走査信号パルスが印加される。各画素電極は走査信
号が入力されＴＦＴがオン状態になってはじめて信号線
に電気的に接続され、走査信号がなくなると信号線とは
オフとなり、共通電極に容量的に結合される状態にな
る。このため、当該フレーム期間において、走査信号で
走査されるまで前フレーム期間の極性を保持している。
したがって、フレームの最初に走査信号ＶG1で走査され
る画素電極５1nの電位ＶP1と、まだ走査されない画素電
極５m,(n+1) の電位ＶPmは同位相になり、隣接する第ｎ
＋１信号線の電位ＶSn+1と同極性となり、画素電極と隣
接信号線間の電位差が小さくなって、画素電極内のチル
トリバースの発生領域が小さくなる。

【００２５】図３にチルトリバース発生領域ＴＲを模式
的に示すが、図４に示す従来の電極配列に比べて、チル
トリバースの領域が小さい。

【００２６】なお、行の前後半の振り分けは表示画面の
中間部であればよく、画面を完全に２分する中央位置で
なくても、必要に応じ行後半の行数を少なくするなど選
択できることはいうまでもない。

【００２７】チルトリバース領域を覆うＢＭ幅を低減す
ることができるので、各画素の開口部ＢＭ0 を大きくし
各画素の開口率を高めることができ、さらに、走査線反
転駆動法など他の駆動法を適用することもできる。

【００２８】

【実施例】以下本発明の実施例につき説明する。

【００２９】（実施例１）図１（ａ）は本実施例のＴＦ
Ｔ−ＬＣＤのアレイ基板の一部を模式的に示し、図１
（ｂ）は一つの信号線の両側に画素電極を平面配置した
概略を示す。

【００３０】ガラスのアレイ基板１の画面の上半分すな
わち行の前半の行電極として走査線すなわちゲート線２
S に、スイッチング素子として各薄膜トランジスタＴＦ
Ｔ４を介して接続されている各画素電極５は、図中、列
電極としての信号線３の向かって左側に配置されてい
る。これに対して同じ信号線３に接続されている画素電
極のうち画面の下半分、すなわち行の後半のゲート線２
E に接続されている画素電極５は、信号線の向かって右
側に配置されている。このような平面配置のアレイにお
いて、図のように右下から左上に向かって所定角度例え
ば４５°で信号線３に交差するようにラビングｒを施し
た場合、チルトリバースは各画素電極の右下側に発生す
る。このチルトリバースは、それぞれの画素電極の右側
に位置する信号線３とその画素電極間の電位差によって
生じる横方向電界によって発生し、その横方向電界が強
いほどチルトリバースの大きさが大きくなる。

【００３１】上記画素パターン構成を有する縦４８０画
素、横６４０画素のアモルファスシリコンＴＦＴアレイ
基板を作製し、つぎに基板６の表面にポリイミド（商品
名ＡＬ−１０５１、日本合成ゴム社製）を厚さ１００ｎ
ｍで塗布し、図１（ａ）で示した方向にラビングｒを施
したものを配向膜（図示せず）として形成した。

【００３２】このＴＦＴアレイ基板において、画素ピッ
チは縦横それぞれ０．３ｍｍであり、画素電極５と信号
線３あるいはゲート線２との距離は５μｍとした。図１
（ｂ）に示すように、このＴＦＴアレイ基板と、同様の
配向処理を施した表面に透明共通電極７およびブラック
マトリクスＢＭを有する対向基板６を、各基板の配向方
向が９０°で交差するようにして、粒径６μｍの間隙剤
（商品名ミクロパール、積水ファインケミカル社製）を
配置して間隙を設け、両基板周囲をエポキシ接着剤で接
着封止し、両基板間に正の誘電異方性をもつ，ネマティ
ック液晶（商品名ＺＬＩ−１５６５、イー・メルク社
製）にカイラル剤（商品名Ｓ８１１、イー・メルク社
製）を０．１ｗｔ％添加したものを注入し液晶層８とし
て挟持させた。

【００３３】得られた液晶表示素子に駆動源１０を接続
し、図３に示すように隣接信号線が逆極性になるように
信号電圧ＶSn、ＶSn+1、…を印加し、走査線に走査電圧
パルスＶG1〜ＶGmを印加して駆動したところ、各画素電
極の端付近に発生するチルトリバースの大きさは画素電
極端から高々１μｍであり、ＢＭによる開口率を５０％
にしてもチルトリバースによる画質劣化が起こらなかっ
た。

【００３４】なお、１信号線を挟む画素電極の反対位置
関係は、ラビング処理の関係から行の前半を右側に、行
の後半を左側にすることができる。

【００３５】（比較例）図４に示すように、全画素電極
が信号線の左側に配置されている構造のＴＦＴアレイ基
板で、実施例と同じ寸法ルールで同じ画素数のものを作
製した。このＴＦＴアレイ基板を同様に液晶パネルに組
み立てて駆動し、チルトリバースの大きさを測定したと
ころ、最大で画素端から８μｍあった。このため良質な
画素表示を得るために開口率を３９％にまで下げてＢＭ
を形成する必要が生じた。

【００３６】

【発明の効果】本発明はスイッチング素子を用いたアク
ティブマトリクス型液晶表示素子において、走査線反転
駆動よりも、画素の位置によりチルトリバースが大きく
発生する、隣接する信号線に印加される信号電圧の極性
が相互に逆極性となる信号線反転駆動において、画素電
極と信号線間の電位差を表示画面のどの位置でも従来よ
りも小さくすることができ、その結果、チルトリバース
を隠すＢＭによる画面の開口率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するもので、（ａ）は
アレイ基板の一部平面図、（ｂ）は素子の一部断面図、

【図２】本発明の作用を説明する平面図、

【図３】本発明の作用を説明する波形図、

【図４】従来素子の作用を説明する平面図、

【図５】従来素子の作用を説明する波形図、

【図６】チルトリバースを説明するもので、（ａ）一画
素の平面図、（ｂ）は一画素の断面図。

【符号の説明】

１…アレイ基板 ２…走査線 ３…信号線 ４…スイッチング素子（ＴＦＴ） ５…画素電極 ６…対向基板 ７…共通電極 ８…液晶層 １０…駆動源 ＢＭ…ブラックマトリクス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示画面を構成する複数の行と列にマト
   リクス状に配置された複数の画素電極、各画素電極に設
   けられたスイッチング素子、前記画素電極間に前記行ご
   とに配置され前記スイッチング素子に接続された行電極
   である複数の走査線、前記画素電極間に前記列ごとに配
   置され前記スイッチング素子に接続され、かつ前記走査
   線に交差するように配置された列電極である複数の信号
   線とを有するアレイ基板と、 共通電極を有しこの共通電極が前記画素電極に互いに対
   向するように前記アレイ基板に間隙を置いて設置された
   対向基板と、 前記アレイ基板と対向基板の間隙に挟持された液晶層
   と、とを具備してなる液晶表示素子において、 前記各１つの信号線に接続された画素電極の位置関係が
   前記表示画面の前半の行と後半の行で前記信号線を挟ん
   で反対となる平面配置になっていることを特徴とする液
   晶表示素子。
2. 【請求項２】 表示画面を構成する複数の行と列にマト
   リクス状に配置された複数の画素電極、各画素電極に設
   けられたスイッチング素子、前記画素電極間に前記行ご
   とに配置され前記スイッチング素子に接続された行電極
   である複数の走査線、前記画素電極間に前記列ごとに配
   置され前記スイッチング素子に接続され、かつ前記走査
   線に交差するように配置された列電極である複数の信号
   線とを有するアレイ基板と、 共通電極を有しこの共通電極が前記画素電極に互いに対
   向するように前記アレイ基板に間隙を置いて設置された
   対向基板と、 前記アレイ基板と対向基板の間隙に挟持された液晶層
   と、とを具備してなる液晶表示素子において、 前記各１つの信号線に接続された画素電極の位置関係が
   前記表示画面の前半の行で第１の列に配置され、後半の
   行で第２の列に配置されていることを特徴とする液晶表
   示素子。
3. 【請求項３】 アレイ基板上の液晶層の液晶分子の配向
   方向が信号線と交差する方向である請求項１記載の液晶
   表示素子。
4. 【請求項４】 表示画面を構成する複数の行と列にマト
   リクス状に配置された複数の画素電極、各画素電極に設
   けられたスイッチング素子、前記画素電極間に前記行ご
   とに配置され前記スイッチング素子に接続された行電極
   である複数の走査線、前記画素電極間に前記列ごとに配
   置され前記スイッチング素子に接続され、かつ前記走査
   線に交差するように配置された列電極である複数の信号
   線とを有するアレイ基板と、共通電極を有しこの共通電
   極が前記画素電極に互いに対向するように前記アレイ基
   板に間隙を置いて設置された対向基板と、前記アレイ基
   板と対向基板の間隙に挟持された液晶層とからなり、前
   記各１つの信号線に接続された画素電極の位置関係が前
   記表示画面の前半の行と後半の行で前記信号線を挟んで
   反対となる平面配置になっている液晶表示素子と、 前記信号線を、隣接する信号線に印加される信号電圧の
   極性が互いに逆に異なるように駆動する信号線フレーム
   反転駆動手段とを具備してなる液晶表示装置。