JPH11258572A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置

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JPH11258572A
JPH11258572A JP5857298A JP5857298A JPH11258572A JP H11258572 A JPH11258572 A JP H11258572A JP 5857298 A JP5857298 A JP 5857298A JP 5857298 A JP5857298 A JP 5857298A JP H11258572 A JPH11258572 A JP H11258572A
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JP
Japan
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liquid crystal
potential
crystal display
wiring
pixel electrode
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Application number
JP5857298A
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Inventor
Satoshi Asada
智 浅田
Yoneji Takubo
米治 田窪
Tatsuhiko Tamura
達彦 田村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362Active matrix addressed cells
    • G02F1/136213Storage capacitors associated with the pixel electrode
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い開口率を有し、駆動時におけるDC電圧
の残留等のない良好な表示品位を有するアクティブマト
リクス型液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 基板と、走査配線1と、信号配線2と、
スイッチング素子と、基板上に形成された平坦表面を有
する絶縁性の平坦化層と、平坦化層上に設けられたコン
タクトホール6を介してスイッチング素子に接続された
画素電極5とを備えたアクティブマトリクス型液晶表示
装置において、各スイッチング素子に対応した走査配線
1の前段または後段のいずれか一方の走査配線1aと各
画素電極5との間に付加容量電極7を設け、スイッチン
グ素子のオン期間に、信号配線2の電位が画素電極5に
印加され、スイッチング素子のオフ期間に、画素電極5
に印加された信号配線2からの電位を適切に変化させる
変調電位が、付加容量電極7を介して走査配線1aから
画素電極5に印加されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、映像機器・情報機
器などの平面ディスプレイとして用いることのできるア
クティブマトリクス型液晶表示装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】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(テレビジョン受
像機)、高精細投射型TV、パソコン、ワープロ等の情
報表示端末等の種々の分野で応用されている。特に、ス
イッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT)を用
いたアクティブマトリックス型方式のTN(Twist
ed Nematic)液晶表示装置は、大容量の表示
を行っても高いコントラストが保たれるという大きな特
徴を有するため、近年市場要望の極めて高いラップトッ
プパソコン、ノートパソコン、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
として期待されている。
【0003】アクティブマトリックス型方式の液晶表示
装置(以下、単に「液晶表示装置」という)において、
液晶表示モードとしては、TN(Twisted Ne
matic)方式のNW(Normally Whit
e)モードが広く用いられている。TN方式とは、2つ
の透明電極間に挟持された液晶層の液晶分子が90゜捻
じれた構造を有し、その液晶層および透明電極を含むパ
ネルを2枚の偏光板で挟んだものである。NWモードに
おいては、2枚の偏光板の偏光軸方向が互いに直交し、
一方の偏光板の偏光軸は一方の基板に接している液晶分
子の長軸方向と平行または垂直になるように配置されて
いる。この場合、電圧無印加または所定のしきい値電圧
以下の電圧を印加した場合に白表示となり、所定のしき
い値よりも高い電圧を印加していくと徐々に光透過率が
低下し、黒表示となる。このような表示特性が得られる
のは、パネル上の透明電極間に電圧を印加すると、液晶
分子が捻じれ構造をほどきながら電界の向きに配列しよ
うとし、この分子の配列状態により、パネルを透過して
くる光の偏光状態が変わり、光の透過率が変調されるか
らである。
【0004】今日、以上のような構成を有する液晶表示
装置に求められる市場ニーズの一つとして、消費電力の
低減があげられる。これ(低消費電力化)を実現させる
ための一つの手段としては、液晶表示装置を構成するバ
ックライトの消費電力を低減させることがあげられる。
バックライトの消費電力を低減させるためには、パネル
透過率を大きくする必要があり、このパネル透過率を大
きくするためには、バックライト光が透過する部分、す
なわち画素電極の面積を大きくする必要がある。
【0005】この種の液晶表示装置は、例えば特開昭6
3−279228号公報に開示されている。この公報に
開示されている技術によれば、アレイ基板の画素電極を
最上層に設ける構成によって、画素電極の面積の拡大を
図っている。
【0006】図4は、従来技術に係る液晶表示装置の一
部の平面図を示したものであり、図5は、図4に示され
た液晶表示装置のV−V断面図を示したものである。
【0007】この図4および図5によれば、従来技術に
係る液晶表示装置は、ガラス等で形成された基板40の
上に、マトリクス状に、走査配線41と信号配線42と
が直交するように形成され、走査配線41と信号配線4
2とが交差する領域には、スイッチング素子としてのT
FT43が形成されている。そして、これらの各配線4
1,42およびTFT43を備えた基板40上には、表
面が略平坦な絶縁層44が形成されている。この絶縁層
44の上には、画素電極45が形成されており、この画
素電極45は、絶縁層44に設けられたコンタクトホー
ル46を介して、絶縁層44下のドレイン電極53に接
続されている。
【0008】ここで、TFT43は、走査配線41に接
続されたゲート電極51と、信号配線42に接続された
ソース電極52と、画素電極45に接続されたドレイン
電極53と、ゲート電極51上に形成されたゲート絶縁
膜54と、このゲート絶縁膜54上に形成されたアモル
ファスSi膜55とを用いて構成されている。ゲート電
極51と、ソース電極52およびドレイン電極53と
は、ゲート絶縁膜54およびアモルファスSi膜55を
介して積層されている。また、各画素電極45のうちの
隣接する画素電極45間には、電気的分離領域60が形
成されている。
【0009】以上の構成によって、従来技術に係る液晶
表示装置は、画素電極の面積の拡大を実現して、パネル
透過率を増加させ、バックライトの消費電力を低減させ
ている。
【0010】図6は、従来技術に係る液晶表示装置に印
加される駆動波形図を示したものである。図6(a)は
偶フレームに印加される駆動信号波形を示し、図6
(b)は奇フレームに印加される駆動信号波形を示して
いる。この図6においては、走査配線41に印加される
駆動信号が走査信号波形(以下、単に「走査信号」とも
いう)71として記載され、信号配線42に印加される
駆動信号がデータ信号波形(以下、単に「データ信号」
ともいう)72として記載されている。そして、画素電
極45の電位波形が画素電位波形(以下、単に「画素電
位」ともいう)75として記載され、対向電極(図示省
略)の電位波形が対向電位波形(以下、単に「対向電
位」ともいう)76として記載されており、画素電位7
5と対向電位76との差が液晶印加電圧となる。
【0011】この駆動方法においては、まず、TFT4
3のオン期間に信号配線42からの信号電位が画素電極
45に供給され、その後TFT43がオフになった瞬
間、画素の電位は低下してしまう。これは突き抜け電圧
ΔVgと呼ばれ、次式で表される。
【0012】
【数1】ΔVg=Vg×Cgd/(Cgd+Clc) ここで、Vg :走査信号のオン電位とオフ電位との差 Cgd:ゲート電極51とドレイン電極53との間で形
成される寄生容量 Clc:液晶容量
【0013】この従来技術においては、図6に示すよう
に、突き抜け電圧ΔVgだけ画素の電位が低下するの
で、対向電位76をデータ信号72の中心電位に設定す
ると、画素電位75が対向電位76に対して正負対称と
ならず、突き抜け電圧ΔVgのDC電圧が液晶に印加さ
れることとなる。
【0014】そこで、この従来技術においては、画素電
位75を次のように変調する。すなわち、この突き抜け
電圧ΔVgの影響を抑えるために、対向電位76を、デ
ータ信号72の中心電位よりΔVgの大きさだけ下げた
位置に設定し、DC電圧が液晶にかからないようにす
る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術に係る液晶表示装置においては、高い開口率を
得ることは可能であるが、駆動方法に起因して、以下の
ような問題が生ずる。
【0016】すなわち、液晶には誘電率異方性が存在
し、黒表示と白表示の液晶容量Clcが異なるために、
従来の駆動方法によっては完全に補償することはでき
ず、DC電圧が残留し、表示品位が劣化する。例えば、
表示画面のチラツキ(フリッカー)や静止画を長時間表
示させた場合、そのパターンが画面に焼き付くという問
題が生ずる。すなわち、画素電極を最上層に形成する構
成をとっても、画素電極の面積を大きくすると黒表示と
白表示の液晶容量の差が大きくなり、上記課題が悪化す
ることになる。結果として、画素電極の面積はあまり大
きくできない。
【0017】そこで、本発明は、このような課題を解決
するためになされたもので、従来の画素電極を最上層に
形成する構成より高い開口率を有するとともに、駆動時
におけるDC電圧の残留等のない良好な表示品位を有す
るアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供すること
を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置
は、基板と、前記基板上にマトリクス状に配置された信
号配線および走査配線と、前記信号配線と前記走査配線
とが交差する部分の近傍に形成されたスイッチング素子
と、前記信号配線と前記走査配線と前記スイッチング素
子とを有する前記基板上に形成された平坦表面を有する
絶縁性の平坦化層と、前記平坦化層上に形成された画素
電極とを備え、前記画素電極が前記平坦化層に設けられ
たコンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接
続されているアクティブマトリクス型液晶表示装置にお
いて、前記各画素電極に接続されている前記各スイッチ
ング素子に対応した前記走査配線の前段または後段のい
ずれか一方の走査配線と前記各画素電極との間に付加容
量電極を設け、前記スイッチング素子のオン期間に、前
記信号配線の電位が前記画素電極に印加され、前記スイ
ッチング素子のオフ期間に、前記画素電極に印加された
前記信号配線からの電位を適切に変化させる変調電位
が、前記付加容量電極を介して前記走査配線から前記画
素電極に印加されることを特徴とする。
【0019】本発明に係るアクティブマトリクス型液晶
表示装置によれば、前記画素電極を最上層(前記平坦化
層の上)に形成する構成と、1ライン前(あるいは1ラ
イン後)の走査配線から変調電圧を重畳するような駆動
方法を組み合わせることにより、従来の画素電極を最上
層に形成する構成より高い開口率を有することができ、
なおかつ、DC電圧が発生せず、フリッカーおよびパタ
ーン焼き付きの少ない、良好な画像を得ることができ
る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る液
晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。図
1は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の一部の平
面図を示したものであり、図2は、図1に示された液晶
表示装置のII−II断面図を示したものである。
【0021】図1および図2によれば、本実施形態に係
る液晶表示装置は、ガラス等で形成された基板10の上
に、マトリクス状に、走査配線1と信号配線2とが直交
するように形成され、走査配線1と信号配線2とが交差
する領域には、スイッチング素子としてのTFT3が形
成されている。そして、これらの各配線1,2およびT
FT3を備えた基板10上には、表面が略平坦な絶縁層
(以下、「平坦化層」と言う)4が形成されている。平
坦化層4は、アクリル系樹脂等を用いて形成されてい
る。この平坦化層4の上には、画素電極5が形成されて
おり、画素電極5は、平坦化層4に設けられたコンタク
トホール6を介して、平坦化層4下のドレイン電極13
に接続されている。また、画素電極5は、1ライン前の
走査配線1aに設けられている付加容量電極7に、この
付加容量電極7に形成されているコンタクトホール8を
介して接続されている。
【0022】ここで、TFT3は、走査配線1上に形成
されたゲート電極11と、信号配線2下に形成されたソ
ース電極12と、画素電極5に接続されたドレイン電極
13と、ゲート電極11上に形成された第一絶縁体層1
4と、この第一絶縁体層14の上に形成された半導体層
15と、半導体層15の上に形成された第二絶縁体層1
6とを用いて構成されている。ゲート電極11と、ソー
ス電極12およびドレイン電極13とは、第一絶縁体層
14、半導体層15および第二絶縁体層16を介して積
層されている。また、付加容量電極7は、第一絶縁体層
14および半導体層15aを介して、走査配線1a上に
積層して形成されている。
【0023】次に、本実施形態に係る液晶表示装置の製
造工程について説明する。
【0024】まず、ガラス等で形成された基板10の上
にアルミニウム(Al)を積層させ、フォトリソグラフ
ィ法によって走査配線1をパターン形成する。次に、走
査配線1の上に、TFT3のゲート絶縁膜として機能す
る第一絶縁体層14を積層させる。この第一絶縁体層1
4は、例えば窒化シリコン(SiNx)等を用いて形成
されている。次に、第一絶縁体層14の上に、TFT3
のスイッチ機能を司る半導体層15を積層させる。この
半導体層15は、例えばアモルファスシリコン(α−S
i)等を用いて形成されている。次に、半導体層15の
上に、TFT3のチャンネル保護膜として機能する第二
絶縁体層16を積層させる。この第二絶縁体層16は、
例えば窒化シリコン(SiNx)等を用いて形成されて
いる。
【0025】そして、以上のような各種の機能を有する
金属等を積層した基板10上に、n +アモルファスシリ
コン(n+−α−Si)、チタン(Ti)、アルミニウ
ム(Al)の3層を連続堆積させて、一括パターン形成
を行い、信号配線2、ドレイン電極13、付加容量電極
7を形成させる。次に、その上に、アクリル系樹脂を用
いて形成された平坦化層4を積層させ、この平坦化層4
の所定位置には、コンタクトホール6,8が形成され
る。さらに、平坦化層4の上に、画素電極5が形成され
る。
【0026】本実施形態に係る液晶表示装置において
は、以上のように、TFT3等に起因する段差を平坦化
するための平坦化層4の上に、画素電極5が形成されて
いる。すなわち、TFT3等を覆うように平坦化層4が
形成され、その上に画素電極5が形成されているので、
走査配線1および信号配線2の上方領域まで画素電極5
を形成することができる。したがって、画素電極5が拡
大され、高い開口率を有することが可能となる。
【0027】図3は、本実施形態に係る液晶表示装置に
印加される駆動波形図を示したものである。図3(a)
は偶フレームに印加される駆動信号波形を示し、図3
(b)は奇フレームに印加される駆動信号波形を示して
いる。
【0028】この図3(a)および図3(b)の上図に
は、(n−1)番ラインの走査配線に印加される駆動信
号が走査信号波形(以下、単に「走査信号」ともいう)
21として記載され、対向電極の電位波形が対向電位波
形(以下、単に「対向電位」ともいう)26として記載
されている。図3(a)および図3(b)の下図には、
n番ラインの走査配線に印加される駆動信号が走査信号
波形(以下、単に「走査信号」ともいう)31として記
載され、信号配線に印加される駆動信号がデータ信号波
形(以下、単に「データ信号」ともいう)32として記
載され、画素電極の電位波形が画素電位波形(以下、単
に「画素電位」ともいう)35が記載され、対向電極の
電位波形が対向電位波形(以下、単に「対向電位」とも
いう)36として記載されている。
【0029】走査信号21,31は、TFTのオン電位
Vgt、オフ電位Vgbの他に、次の水平走査期間に変
調信号Vg(+)、Vg(-)を有している。また、画素電位
35と対向電位36との差が液晶印加電圧となる。
【0030】本実施形態においては、画素電位35が、
次のように変調される。
【0031】まず、TFTのオン期間に信号配線から信
号電位が画素電極に供給され、その後、TFTがオフに
なった瞬間、突き抜け電圧によって降下した後、1ライ
ン前の走査配線の電圧変化成分による変調電圧が、走査
配線と付加容量電極によって形成される付加容量を介し
て画素電極に重畳される。この電位変化ΔV’は次式で
表され、偶フレームでの電位変化ΔV’は[数2]で、
奇フレームでの電位変化ΔV’は[数3]で表される。
【0032】
【数2】ΔV’=−(Vgt−Vgb)×Cgd/(C
gd+Cst+Clc)+(Vgb−Vg(-))×Cs
t/(Cgd+Cst+Clc)
【0033】
【数3】ΔV’=−(Vgt−Vgb)×Cgd/(C
gd+Cst+Clc)+(Vg(+)−Vgb)×Cs
t/(Cgd+Cst+Clc)
【0034】ここで、本実施形態においては、それぞれ
の電位変化(ΔV’)をゼロにするため、すなわち突き
抜け電圧を変調電圧で補償するために、[数2]および
[数3]をそれぞれゼロとおくことによって、適切な変
調信号Vg(-),Vg(+)を得ることができる。これを次
の[数4]および[数5]に示す。
【0035】
【数4】 Vg(-)=(Vgt−Vgb)×Cgd/C
st
【0036】
【数5】 Vg(+)=−(Vgt−Vgb)×Cgd/
Cst 以上の[数2]から[数5]において、各符号は以下の
値を示す。 Vgt:TFTのオン電位 Vgb:TFTのオフ電位 Cgd:ゲート電極とドレイン電極との間で形成される
寄生容量 Cst:ゲート配線と画素電極との間で形成される付加
容量 Clc:液晶容量
【0037】このように、Vg(-)およびVg(+)を設定
すれば、両方とも液晶容量Clcを含まないこととな
る。すなわち、本実施形態によれば、Vg(-)およびV
(+)は液晶容量とは無関係に設定されるので、以降液
晶による誘電率異方性の影響は消失し、従来技術におい
て問題となっていた、液晶の誘電率異方性によるDC電
圧の発生を防止することができる。
【0038】したがって、本実施形態に係る液晶表示装
置によれば、画素電極を最上層(平坦化層の上)に形成
する構成と、1ライン前(あるいは1ライン後)の走査
配線から変調電圧を重畳するような駆動方法を組み合わ
せることにより、従来の画素電極を最上層に形成する構
成より高い開口率を有することができ、なおかつ、DC
電圧が発生せず、フリッカーおよびパターン焼き付きの
少ない、良好な画像を得ることができる。
【0039】なお、本実施形態においては、液晶表示装
置が透過型のアクティブマトリクス型液晶表示装置であ
る場合について説明したが、本発明はこの構成に限定さ
れるものではなく、例えば、液晶表示装置が反射型のア
クティブマトリクス型液晶表示装置であっても、本発明
に係る構成および駆動方法を採用することにより、高開
口率と良好な画像を有する液晶表示装置を得ることがで
きる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易なアレイ構成と駆動方法との組み合わせによって、
高い開口率を有するとともに、駆動時におけるDC電圧
の残留等のない良好な表示品位を有するアクティブマト
リクス型液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の一部の
平面図
【図2】図1に示された液晶表示装置のII−II断面図
【図3】図1に示された液晶表示装置に印加される駆動
波形図
【図4】従来技術に係る液晶表示装置の一部の平面図
【図5】図4に示された液晶表示装置のV−V断面図
【図6】図4に示された液晶表示装置に印加される駆動
波形図
【符号の説明】
1,1a 走査配線 2 信号配線 3 TFT 4 平坦化層 5 画素電極 6,8 コンタクトホール 7 付加容量電極 10 基板 11 ゲート電極 12 ソース電極 13 ドレイン電極 14 第一絶縁体層 15,15a 半導体層 16 第二絶縁体層 21,31 走査信号 26,36 対向電位 32 データ信号 35 画素電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板上にマトリクス状に配
    置された信号配線および走査配線と、前記信号配線と前
    記走査配線とが交差する部分の近傍に形成されたスイッ
    チング素子と、前記信号配線と前記走査配線と前記スイ
    ッチング素子とを有する前記基板上に形成された平坦表
    面を有する絶縁性の平坦化層と、前記平坦化層上に形成
    された画素電極とを備え、前記画素電極が前記平坦化層
    に設けられたコンタクトホールを介して前記スイッチン
    グ素子に接続されているアクティブマトリクス型液晶表
    示装置において、 前記各画素電極に接続されている前記各スイッチング素
    子に対応した前記走査配線の前段または後段のいずれか
    一方の走査配線と前記各画素電極との間に付加容量電極
    を設け、前記スイッチング素子のオン期間に、前記信号
    配線の電位が前記画素電極に印加され、前記スイッチン
    グ素子のオフ期間に、前記画素電極に印加された前記信
    号配線からの電位を適切に変化させる変調電位が、前記
    付加容量電極を介して前記走査配線から前記画素電極に
    印加されることを特徴とするアクティブマトリクス型液
    晶表示装置。
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