JPH1020338A

JPH1020338A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1020338A
Application number: JP17206396A
Authority: JP
Inventors: Ritsuo Fukaya; 律雄深谷; Makoto Tsumura; 津村　　誠; Masuyuki Ota; 益幸太田; Masahiko Ando; 正彦安藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】基板面に平行に電界を印加して画像表示を制御
する方式の液晶表示装置で画素開口率を向上させ、装置
の低消費電力化をはかる。【解決手段】画素間の遮光を、浮遊電位の金属膜と最上
層絶縁層上の固定電位電極で行い、画素信号線の負荷容
量を増大させずに当該部分のブラックマトリクスを省略
可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】本発明は液晶表示装置のうち、基板面に
平行な電界を利用する方式（以後、横電界方式と称す
る）のものに関するものである。この方式は従来の液晶
表示装置が対向する２枚の基板間に電圧を印加し基板面
に直交する方向の電界を利用する（以後、縦電界方式と
称する）のに対し、一方の基板面上に略並行して配置さ
れた一対あるいはそれ以上の電極間に電界を発生させる
ことにより、液晶の光学的異方軸をガラス基板と平行な
面内で回転させることにより平面ガラス基板間の光学特
性を変化させて画像を表示するものである。この方式で
は従来の縦電界方式に対し画像の色調が変化しない視野
角がはるかに広範囲に設計できるという特徴がある。こ
の方式に関してはたとえば、特開平5−505247 号公報に
記述がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に液晶表示装置は
自発光せず表示素子面を透過する光を利用するが、通常
素子の光透過率は１０％以下のため素子背面に光源を設
ける。素子の光透過率は素子を構成する各画素内の有効
な光透過可能領域面積と画素全体の面積の比に依存す
る。この比を開口率と称する。素子背面光源の消費電力
は通常、素子自体の数倍の電力を消費するが、開口率が
大きな素子ほどこれを抑制できるため、表示装置全体の
低消費電力化には画素の高開口率化がきわめて重要であ
る。しかし、横電界方式は前述のように優れた表示特性
を持つが、反面、縦電界方式に比べ消費電力が増大する
傾向にある。すなわち、縦電界方式では、対向する基板
の両面に形成された透明電極間に電界を発生させるため
電極部が全て光透過可能領域となるが、横電界方式では
電極近くの領域の電界は液晶の偏光透過率を有効に変化
させる方向を向かないため、電極近くの領域は光透過可
能領域とすることができず、この部分が開口率に寄与し
ないからである。このため横電界方式では、高開口率化
の手段が縦電界方式にも増して強くもとめられていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題を
解決するため、画素間の遮光構造を改良した。各画素の
間隙部は液晶を制御する電界を印加できないため表示素
子として無効な部分であり、通常はこれを対向基板側に
設けた遮光膜（ブラックマトリクス、以後ＢＭと称す
る）で覆うことにより表示画質低下を防いでいる。ま
た、非晶質シリコンなどを用いた薄膜トランジスタ（以
後ＴＦＴと称する）を備えたアクティブマトリクス方式
の表示素子では、ＴＦＴの光導電効果によるスイッチン
グ特性劣化を防ぐためＴＦＴ上のＢＭは必須である。と
ころが、ＢＭは対向基板側に設けられるため、対向基板
との貼り合わせ時における位置合わせ誤差(通常１０μ
ｍ程度)を見込むため、本来覆われるべき部分よりはる
かに広い部分を覆うように設計される必要があり、高開
口率化の障害となっていた。さて、画素は一般に走査信
号線と画像信号線の互いに直交する２本信号線に接続さ
れている。走査信号線は画面の画素を前記信号線に沿っ
た行単位で選択し、選択期間中のある行の各画素に対し
画像信号線から画像信号が供給される。これら信号線は
各画素間に略直交するように敷設されており各画素は両
信号線によって分離された状態にある。

【０００５】本発明の目的は、画素信号線の敷設された
画素間においてＢＭを省略できるような遮光構造を提供
する。すなわち、あ）画素信号線を遮光に利用するい）画素信号線と少なくともその一部が基板面に鉛直な
方向から見て重なるように配置された遮光膜を設ける。
これは電気的に他の画素構成要素とは絶縁されているこ
とが重要である。

【０００６】う）横電界方式に必要な構成である電界遮
蔽電極を、液晶に直接接しても安定なＩＴＯなどの金属
酸化物で画素の最上層絶縁膜上に形成し、その一部が前
記画素信号線あるいは遮光膜と基板面に鉛直な方向から
見て重なるように配置する。前記遮蔽電極は画素信号線
から容量結合により非選択中の画素に加わる電位変動を
抑制するように電位を固定し、各画素内で画素信号線に
並行して配置される。電位の固定は別途敷設される接地
電位配線への接続によりなされるが、隣接画素の走査信
号線を接地電位配線として利用してもよい。

【０００７】これらの施策により以下のような効果が生
じる。

【０００８】１）画素信号線，遮光膜および遮蔽電極の
それぞれその一部が基板面に鉛直な方向から見て重なっ
ているため、これら三つの構成要素により画素間の遮光
が可能となり、この部分に対応する対向基板側のＢＭを
省略できる。

【０００９】２）三つの構成要素により形成される浮遊
容量を抑制できる。これらの浮遊量は画素信号電源に対
しては容量負荷であり、画素信号線内において信号歪み
の原因となって表示品質を低下させる。したがってこれ
ら浮遊容量は可能な限り小さくすることが望ましい。本
発明では、電源電位となる画像信号線と固定電位の電界
遮蔽電極を直接重ね合わせることなく遮光構造を形成で
き、かつ遮光膜を介する容量は画素信号線からみて直列
接続となるため、実効負荷は小さくすることが可能であ
る。

【００１０】３）工程増が少ない。遮蔽電極は直接液晶
に接することが可能な金属酸化物で形成するため、あら
たに絶縁膜を積層する必要がない。なお、透明な材料を
用いても固定電位の電極上で液晶の偏光透過率が略０に
なるように光学設計をなせば、遮蔽電極に遮光効果を持
たせることができる。

【００１１】なお、画素非選択時に液晶容量に保持され
る画像信号電圧の保持特性を補償するため、液晶容量に
並列の保持容量が必要となるが、本発明では画素の層構
造が、遮光層，画素信号線層および遮蔽電極層の三つの
導体層とそのあいだの絶縁層からなるため、最上層と最
下層を電気的に接続することにより保持容量を積層キャ
パシタとして形成することができる。これを利用すれば
保持容量の平面投影面積を削減できるため、開口率向上
に寄与できる。

【００１２】このように、本発明の構成によれば浮遊容
量による画質低下を防ぎ、工程数を増やすことなく画素
間を遮光しＢＭを省略して開口率を向上することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の実施形態の
一例を説明する。対向する２枚のガラス基板１０１およ
び１０８の間に液晶が封入されている。

【００１４】ガラス基板１０１上には画素駆動回路が形
成されているが、図１は画素間の画像信号線１０６近く
の断面である。これは図４のＡ−Ａ′及びＡ−Ａ″に相
当する。画素信号線の１０６の下層には絶縁層１０４を
はさんで本発明の本質的構成要素たる遮光層１０２があ
る。この例では遮光層１０２の幅は画素信号線１０６よ
り広くなっている。遮光層は電気的に他の構成要素から
絶縁されており、その電位は近くの導体の電位変動の影
響を受けて変化する。画素信号線１０６の上層には絶縁
層１０５をはさんで電界遮蔽電極１０７が形成されてい
る。遮蔽電極１０７はスルーホール部１０９で遮光膜１
０２と同層の接地電位配線１０３と接続されている。遮
蔽電極１０７は画素信号線１０６とは重なり合っていな
いが、遮光膜１０２とはその一部が重なり合っている。
したがって遮蔽電極１０７と遮光膜１０２とでこの部分
の遮光が可能となっている。有効開口幅は画素電極110
との間隔、すなわち図中寸法ｂとなる。図２には本発明
を用いない従来の構造が示されている。ガラス基板２０
１と２０７の間に液晶が封入されており、２０１側に画
素駆動回路が形成されている。画像信号線２０５の下層
には絶縁層２０３をはさんで電界遮蔽電極２０２が形成
されている。遮蔽電極２０２と画像信号線２０５との間
には画素信号線の容量負荷を低減するため空隙が存在
し、これを通過する光を遮光するため対向基板２０７側
にＢＭ２０６が形成されている。ＢＭの幅は、基板間の
位置合わせ誤差に対処するため、図中寸法ｃだけ広く作
られ、有効開口幅は画素電極２０８との間隔ｂからｃだ
け減少する。一方、本発明の構成ではＢＭが省略される
ため、有効開口幅の減少がない高開口率の画素を形成で
きる。

【００１５】つぎに、本発明が画像信号線の負荷容量の
増大を抑制する効果を図３（ａ）および（ｂ）を以て説
明する。図３（ａ）には図１の構成要素間に生じる浮遊
容量の関係を模式的に示した。ガラス基板３０１上に遮
光膜３０２，画像信号線303,画素電極３０４，遮蔽電極
３０５がそれぞれ絶縁膜をはさんで存在する。遮蔽電極
３０５の上方には液晶が存在する。これらはそれぞれ浮
遊容量３０７〜３１１を形成する。このうち液晶容量Ｃ
ｌｃ３１１は液晶に印加される画像信号電圧を受ける容
量であり、この容量両端の電位差は極力他の要素の電位
変動を受けないことが望ましい。これらの容量の等価回
路を図３(ｂ)に示す。画像信号線３０３には信号源３０
６が接続されており、一方遮蔽電極３０５は電極層の電
気抵抗３１２を介して電位が固定されている。信号源か
ら見て各容量が小さい方が望ましい。図１から判るよう
に、Ｃｄｆ３０９は遮光層３０２と画像信号線３０３と
がほぼ全面で重なっているので、比較的大きい（数百ｆ
Ｆ）が、遮光層電位が固定されていないためＣｃｆが直
列接続される。Ｃｃｆは２層の絶縁層をはさんでいるの
で容量が小さく（十数ｆＦ）、合成容量は抑制される。
Ｃｄｃは信号線３０３と遮蔽電極３０５が重なり合って
いないので比較的小さく（数十ｆＦ）できる。以上を要
するに本発明では容量の直列接続を利用して負荷容量を
抑制している。

【００１６】図４で本発明の実施例の画素平面構成を説
明する。これは請求項２に記述したものである。画素の
最下層には走査信号線４０１，接地電位配線４０２及び
遮光膜４０３，４０３′が形成されている。走査信号線
は隣接画素間を接続しているが、遮光膜は電気的に分離
されている。走査信号線４０１上には絶縁膜をはさんで
非晶質シリコン層４０６が形成され、画像信号線４０７
及び画素電極４０５とともにＴＦＴを構成している。画
像信号線４０７および隣接画素の画像信号線４０７′の
上層にはこれらに並行した電界遮蔽電極４０９が絶縁層
をはさんで形成されている。遮蔽電極４０９はスルーホ
ール部４１１および４１１′で接地電位配線４０２と電
気的に接続され電位を固定されている。図から判るよう
に画像信号電極をはさむ画素間は遮光膜４０３，４０
３′と遮蔽電極４０９により遮光されているので対向電
極側のＢＭ５１２，５１２′はこの部分では必要ない。
非晶質シリコン層４０７，４０７′，４０８，４０８′
は配線交差部の段差を緩和するためのものである。保持
容量部４１０の断面を図中の線Ｂ−Ｂ′にそって図５に
示す。ガラス基板５０１上に下層より順に接地電位配線
５０２，絶縁層503,画素電極５０４，絶縁層５０５，電
界遮蔽電極５０６が積層されており、スルーホール部５
０７で上層及び下層の導体層が接続されているので中層
とのあいだで並列接続された２層のキャパシタを形成し
ている。このため、単位面積当たりの容量が大きく取れ
るので所望の容量をより小さな平面投影面積で確保でき
ることになる。これは請求項５に記述されている。

【００１７】図６に請求項３に記述した構成を部分的に
示す。本構成では、画素最下層の接地電位配線が省略さ
れ、かわりに電界遮蔽電極６０１が隣接画素間を直接貫
通接続している。その延長を画素配列外まで引き出して
電位を固定すれば良い。スルーホールは本構成では必要
ない。図中の６０２，６０２′は遮光膜、６０３は自画
素の画像信号配線、６０３′は隣接画素の画像信号配
線、６０４は画素電極である。

【００１８】図７に請求項４に記載した構成を部分的に
示す。本構成では、接地電位配線が隣接する画素の走査
信号線７０１′で兼用されており、遮蔽電極７０２は走
査信号線７０１′にスルーホール部７０４で接続される
と同時に同線上に保持容量７０３を形成している。接地
電位配線が省略された分、開口率を向上させることがで
きる。

【００１９】図８は電界遮蔽電極層を金属と金属酸化物
多層膜で構成した例であり、電極層の電気抵抗低減に効
果がある。図中の各部分は図１と同様であるが、遮蔽電
極が酸化物層８０１，８０１′と金属層８０２，８０
２′の積層構造からなり、金属層が酸化物層で完全に被
覆されている点が特徴である。

【００２０】

【発明の効果】本発明を実施することにより、横電界方
式の液晶画像表示装置で画質劣化を伴うことなく開口率
向上を実現できる。一般的な１０インチ対角の画面サイ
ズ，画素数６４０×４８０×３個の装置では、１０％程
度の開口率増大が見込め、これにより装置全体の消費電
力を抑制することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の本質的な構成要素の断面図。

【図２】本発明を用いない場合を比較のために示した断
面図。

【図３】本発明の効果を説明するための電気的等価回路
図。

【図４】本発明の一実施例の平面図。

【図５】本発明の副次的効果の説明図。

【図６】本発明の他の実施例の別な構成を示した説明
図。

【図７】本発明の他の実施例の別な構成を示した説明
図。

【図８】本発明の他の実施例の別な構成を示した説明
図。

【符号の説明】

１０１…ガラス基板、１０２，１０３…遮光層、１０
４，１０５…絶縁層、１０６…画像信号線、１０７…電
界遮蔽電極、１０８…対向ガラス基板、１０９…スルー
ホール部、１１０…画素電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤正彦茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する２枚のガラス基板に液晶材料を封
入し、前記ガラス基板の一方に、一対あるいはそれ以上
の略並行する電極及び前記電極間に所望の電圧を印加す
るための駆動回路要素を備えた画素を、略直交する走査
信号線群と画像信号線群のそれぞれ１本ずつに接続しつ
つ面状に配置し、前記走査信号線を用いて逐次選択した
画素群に対し前記画像信号線から印加した画像信号を前
記電極間に印加し、前記電極間の電圧によって前記封入
液晶の光学的異方軸を前記ガラス基板と平行な面内で回
転させることにより前記ガラス基板間の光学特性を変化
させて画像を表示する液晶表示装置において、走査信号線方向にみた画素間の遮光を画素信号線と、走
査信号線と同層で画素信号線の全部あるいは一部と重な
るように配置され、電気的に絶縁されている導電性の遮
光膜層と、最上層の絶縁膜上に、その一部が前記遮光膜層と重なる
ように、液晶中で安定なＩＴＯなどの金属酸化物薄膜あ
るいはそれを含む多層膜で形成され、その電位をほぼ一
定に保つことにより前記画素信号線の発する電気力線を
遮蔽する機能を持つ電界遮蔽電極によって行うことを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項２】請求項１において、前記走査信号線と同層
で並行する接地電位配線を備え、前記電界遮蔽電極が画
素領域内部で前記接地電位配線と接続されている液晶表
示装置。
【請求項３】請求項１において、前記走査信号線と並行
する接地電位配線が前記電界遮蔽電極と同層かつ少なく
とも一部が同材料で形成されている液晶表示装置。
【請求項４】請求項１において、隣接する画素の前記走
査信号線をもって接地電位配線を兼用させる液晶表示装
置。
【請求項５】請求項２において、液晶で形成される電気
容量と並列される保持容量を前記遮光層と同層の前記接
地電位配線と前記画素信号線と同層の画素電極の一部と
前記電界遮蔽電極の一部およびこれらの層間絶縁層から
なる積層キャパシタとする液晶表示装置。