JP2007511787A - ２重選択ダイオードを用いる液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

第１絶縁基板と；前記第１絶縁基板上に形成された第１及び第２ゲート線（１２１，１２２）と；前記第１絶縁基板上に形成された画素電極（１９０）と；第１ゲート線（１２１）と画素電極（１９０）を連結する前記第１絶縁基板上に形成された第１ＭＩＭダイオード（Ｄ１）と；第２ゲート線（１２２）と画素電極（１９０）を連結する前記第１絶縁基板上に形成された第２ＭＩＭダイオード（Ｄ２）と；前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板（２１０）と；前記第２絶縁基板上に形成され第１及び第２ゲート線（１２１，１２２）と交差するデータ電極線（２７０）とを含み、前記データ電極線（２７０）は左右の画素電極（１９０）の所定個数と交互に重なるように左右交互に突出部を含む液晶ディスプレイが提供される。

Description

（ａ）発明の分野
本発明はスイッチングエレメントとして金属絶縁体金属（ＭＩＭ）ダイオードを利用する薄膜ダイオードアレイパネル及びその製造方法に関する。より詳しくは２重選択ダイオード（ＤＳＤ）方式の薄膜ダイオードアレイパネル及びこれを用いた液晶ディスプレイに関するものである。

（ｂ）関連技術の説明
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は最も広く使用されているフラットパネルディスプレイのうちの一つである。ＬＣＤは、電界生成電極を装備する２枚のアレイパネルと、その間に挿入されている液晶（ＬＣ）層を含む。前記ＬＣＤは前記ＬＣ層に電界を生成するために、前記電界生成電極に電圧を印加することによって画像を表示し、入射する光の分極を調節するために前記ＬＣ層中のＬＣ分子の配向を決定する。

ＬＣＤはマトリックス方式で配列されている複数画素の電圧を切り替えるスイッチングエレメントを有することができる。ＬＣＤは画素電圧が個別に切り替えられるため様々な画像を表示できる。個別に画素電圧を切り替えるスイッチングエレメントを有するＬＣＤを、アクティブマトリックスＬＣＤと言う。

薄膜トランジスタまたは薄膜ダイオードはスイッチングエレメントとして用いることができる。薄膜ダイオードを使用する場合は、ＭＩＭダイオードを用いることができる。

ＭＩＭダイオードは、２つの金属層と、その間にある１つの絶縁層を有し、厚さはマイクロメーターで測定できる。ＭＩＭダイオードは、前記絶縁層の電気的非線形性によりスイッチとして作用可能である。ＭＩＭダイオードは２端子を有しており、結果的に前記ＭＩＭダイオードの製造工程が、３端子を有する前記薄膜トランジスタの場合に比べシンプルである。従って、ＭＩＭダイオードは薄膜トランジスタより低コストで製造できる。

しかし、ダイオードをスイッチングエレメントとして使用する場合、前記の極性に関し印加される電圧の非対称性があるため、画質やコントラスト比の均一性が低下しうる。

前記の非対称性を解決するために、２重選択ダイオード（ＤＳＤ）パネルが開発された。ＤＳＤパネルは、２つのダイオードを含み、これらは対称に画素電極に連結し、反対の極性の電圧を印加することで動く。

ＤＳＤのＬＣＤは互いに反対極性を持つ電圧を同じ画素電極に連なる２つのダイオードに印加することで、画質、コントラスト比、グレースケールの均一性、及び応答速度を各々向上させることができる。従って、ＤＳＤ型のＬＣＤは薄膜トランジスタを利用するＬＣＤの場合と同様の高解像度で画像を表示することができる。

ＤＳＤのＬＣＤの動作原理は次の通りである。

ＭＩＭダイオードに臨界電圧以上の電圧が印加されれば、ＭＩＭダイオードのチャンネルがオンになって連なる画素電極をチャージさせる。一方、信号電圧が前記ＭＩＭダイオードに印加されない場合には、前記ＭＩＭダイオードのチャンネルが閉じているので、前記チャージ電圧は、前記画素電極とデータ電極線の間に形成された液晶キャパシタ中に保たれる。

前記液晶キャパシタのチャージ電圧は安定であることが好ましい。しかし、前記液晶キャパシタのチャージ電圧は周辺画素とデータ線の電圧の影響により安定しない。前記液晶キャパシタのチャージ電圧が変動すれば前記画素の明るさも変動し、結果として画質が低下する。

発明の要約
本発明は、ＤＳＤのＬＣＤの画質を向上するために、液晶キャパシタのチャージ電圧の安定性を向上することを目的としている。

本発明は以下よりなる液晶ディスプレイを提供する：第１絶縁基板；前記第１絶縁基板上に形成される第１及び第２ゲート線；前記第１絶縁基板上に形成される画素電極；前記第１絶縁基板上に形成され前記第１ゲート線と前記画素電極を連結する第１ＭＩＭダイオード；前記第１絶縁基板上に形成され前記第２ゲート線と前記画素電極を連結する第２ＭＩＭダイオード；前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板；前記第２絶縁基板上に形成され前記第１及び第２ゲート線と交差するデータ電極線からなり、そこで前記データ電極線は左右交互に突き出た突出部を含み、左右の画素電極の所定の数と交互に重複する。

前記液晶ディスプレイは、前記第２絶縁基板と前記データ電極線との間に配置されるブラックマトリックス、カラーフィルター及びオーバーコーティング層をさらに含むことも可能である。前記ブラックマトリックスの主要なエレメントを有機物質とすることも可能である。

前記データ電極線の長さ方向を縦列方向とする時、前記の左右の突出周期は２つの画素の縦列方向の長さとなる。

前記第１ＭＩＭダイオードは前記第１ゲート線に連結される第１入力電極、前記画素電極に連結される第１接触部、前記第１入力電極と前記第１接触部上に形成される第１チャンネル絶縁層、及び前記第１チャンネル絶縁層上に形成され前記第１入力電極及び前記第１接触部と交差する第１浮遊電極を含み；前記第２ＭＩＭダイオードは前記第２ゲート線に連結される第２入力電極、前記画素電極に連結される第２接触部、前記第２入力電極と前記第２接触部上に形成される第２チャンネル絶縁層、及び前記第２チャンネル絶縁層上に形成され前記第２入力電極及び前記第２接触部と交差する第２浮遊電極を含む。

２つの隣接したデータ電極線には互いに反対の極性を有する信号電圧を印加することができる。

前記第１ゲート線と前記画素電極はＩＴＯまたはＩＺＯからなることができる。

図面の簡単な説明
本発明の好ましい実施形態は下記添付図面に関する説明から、より詳細に理解されうる：
図１は、本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの斜視図である；
図２は、本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの配置図である；
図３は、本発明の一実施形態による図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿って切断した液晶ディスプレイの断面図である；
図４は、列反転駆動する場合の、画素の極性を示す液晶ディスプレイの配置図である。

図５は、図４に示すような画素の極性を生じさせるためにデータ電極線に印加したデータ信号電圧の波形図である。

図６は、点反転駆動する場合の、画素の極性を示す液晶ディスプレイの配置図である。

図７は、図６に示すような画素の極性を生じさせるためにデータ電極線に印加したデータ信号電圧の波形図である。

図８は、データ信号電圧、走査信号電圧及び液晶電圧の波形図である。

好ましい実施形態に関する詳細な説明
本発明の好ましい実施形態を、前記実施形態が示される添付図面を参照しながら以下でより十分に記述する。

しかし、本発明は多様な形態で実施することができ、ここでの説明に限定されないと解される。ここでの開示が完全となるよう実施形態を提示し、本技術分野の当業者に対して本発明の範囲を十分に開示する。

図面において、様々な層、膜及び領域を明確にするため、厚さを拡大して示した。全体にわたって、類似な要素に対しては類似の図面符号を付けた。層、膜、領域、または基板などの要素が他の要素の“上”にあるとする時、これは他の要素の“直上”にある場合だけでなく、その中間に他の要素がある場合も含むと解される。

図１は本発明の実施形態による液晶ディスプレイの斜視図である。

図１に示されているように、前記の液晶ディスプレイは、下部パネル（薄膜ダイオードアレイパネル）１００と、下部パネル１００と対向している上部パネル（カラーフィルターアレイパネル）２００、及び前記の２枚のパネル１００とパネル２００との間に挿入され、それらのパネル１００及び２００の面に対して水平方向に一列に整列された液晶分子を持つ液晶層３を有する。

下部パネル１００は、赤色画素、緑色画素、青色画素に対応する領域上に形成される複数の画素電極１９０を；反対極性を持つ信号を伝達する複数の一対ゲート線１２１、１２２を；ならびにスイッチングエレメントである複数のＭＩＭダイオードＤ１、Ｄ２を有する。

上部パネル２００は、液晶分子を駆動し、一対のゲート線１２１、１２２と交差することで画素領域を定義する目的で前記画素電極１９０と共に電界を形成する複数のデータ電極線２７０、及び赤色画素、緑色画素及び青色画素を規定するように各々の画素領域に対応する複数の赤色、緑色及び青色のカラーフィルター２２０を含む。カラーフィルターが形成されない白色の画素領域が含まれていてもよい。

以下では本発明の実施形態による薄膜ダイオードアレイパネル１００の構造についてさらに詳細に説明する。

図２は本発明の実施形態による液晶ディスプレイの配置図である。

図２に示されているように、本発明の実施形態による液晶ディスプレイはマトリックス形状に配列された赤色画素（Ｒ）、緑色画素（Ｇ）及び青色画素（Ｂ）を有している。例えば、横列方向には前記赤色画素、緑色画素及び青色画素が順次かつ繰り返し示されており、縦列方向には同一色の画素のみが示されている。つまり、赤色、緑色及び青色画素の各縦列は互いに平行に帯状構造を形成するように配列されている。

ここで、前記赤色、緑色及び青色画素の配列順は、多様な方法に代替できる。また、白色画素が含まれていてもよい。

前記のＬＣＤでは、１セットの赤色、緑色及び青色画素が画像を表示するための基本単位である点を構成する。各画素の大きさは同一である。

このような本発明の実施形態による薄膜ダイオードアレイパネル１００と上部パネル２００の構造について、以下で詳細に説明する。

図３は本発明の実施形態による、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿って切断した時の前記液晶装置の断面図である。

まず、前記薄膜ダイオードアレイパネル１００について説明する。

図２及び図３に示されているように、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明な導体からなる複数の画素電極１９０が、ガラス等の透明な絶縁基板１１０上に形成されている。

画素電極１９０はＭＩＭダイオードＤ１、Ｄ２を通じて、横方向に伸びている第１及び第２ゲート線１２１、１２２と電気的に連結されている。

前記画素電極１９０は反射型ＬＣＤである場合、光反射性能に優れたアルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）等の導体で形成してもよい。

さらに詳細に説明すれば、各々の画素電極１９０が前記絶縁基板１１０上で画素領域に形成されている。前記画素電極１９０は第１接触部１９１及び第２接触部１９２を含む。

また、走査信号を伝達する第１及び第２ゲート線１２１、１２２が前記絶縁基板１１０上の前記画素領域の上部及び下部に各々配置されている。前記第１及び第２ゲート線１２１、１２２にそれぞれ連結している第１及び第２入力電極１２３、１２４がそれぞれの方へ伸びている。前記第１及び第２入力電極１２３、１２４はそれぞれ前記画素電極１９０の前記第１及び第２接触部１９１、１９２に、所定間隔をおいて隣接している。

前記第１及び第２ゲート線１２１、１２２は前記画素電極１９０と同一物質からなることが製造工程の単純化のために好ましい。しかし、抵抗減少などの他の目的がより重要な場合には、前記第１及び第２ゲート線１２１、１２２は前記画素電極１９０と異なる物質からなってもよい。この場合には、前記第１及び第２ゲート線１２１、１２２は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タリウム（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）やこれらの合金のうちの一つからなってもよい。

第１及び第２入力電極１２３、１２４の上には第１及び第２チャンネル絶縁層１５１、１５２が各々形成されている。第１及び第２絶縁層１５１、１５２は窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなる。

前記第１チャンネル絶縁層１５１は前記第１入力電極１２３と前記第１接触部１９１の上部に局地的に位置する。前記第２チャンネル絶縁層１５２は前記第２入力電極１２４と前記第２接触部１９２の上部に局地的に位置する。しかし、前記チャンネル絶縁層１５１、１５２は前記絶縁基板１１０の領域全体上に形成されてもよい。この場合、前記チャンネル絶縁層は前記ゲート線１２１、１２２を外部回路に連結する目的で接触孔を有する。

前記第１入力電極１２３及び前記第１接触部１９１と交差するように、前記第１チャンネル絶縁層１５１の上には、第１浮遊電極１４１が形成されている。前記第２入力電極１２４及び前記第２接触部１９２と交差するように、前記第２チャンネル絶縁層１５２上には、前記第２浮遊電極１４２が形成されている。

また、前記の上部パネル２００は、絶縁基板２１０、ブラックマトリックス２２０、赤色、緑色及び青色の複数のカラーフィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ及び２３０Ｂ、前記カラーフィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ及び２３０Ｂ上に形成されたオーバーコーティング層２５０、及び前記オーバーコーティング層２５０上に形成された複数のデータ電極線２７０を含む。

ここで、前記データ電極線２７０は左右の画素の境界部分に沿って縦方向に実質的に伸びており、周期的に左右に突き出た突出部を有する。前記の左右の突出部は交互に現れる。したがって、前記のデータ電極線２７０は前記の右側のデータ電極線２７０と前記の左側のデータ電極線２７０と交互に重なる。例えば、前記第１及び第２画素縦列との間に位置する前記データ電極線２７０は、前記第２画素縦列と前記第１画素横列、前記第１画素縦列と前記第２画素横列、前記第２画素縦列と前記第３画素横列、及び前記第１画素縦列と前記第４画素横列等の前記画素電極と重なる。

前記の左右の突出部の周期を変えてもよい。例えば、前記データ電極線２７０の突出部は２つの画素電極と１列に重なるように形成されてもよい。この場合に、４つの画素の縦列方向の長さは前記の左右の突出部の周期である。

前記ブラックマトリックス２２０はクロム単一層、またはクロムと酸化クロムの二重層からなっている。前記ブラックマトリックス２２０は有機物質からなってもよい。前記ブラックマトリックスが有機物質からなる場合、前記基板２１０のストレスは減少する。有機のブラックマトリックスは柔軟なディスプレイに対して有用である。

前記ブラックマトリックス２２０は前記ＭＩＭダイオード上及び画素同士の境界上に置かれる。

前記オーバーコーティング層２５０は窒化シリコン又は酸化シリコンからなってもよい。しかし、前記オーバーコーティング層２５０は有機絶縁物質からなることが、平らな表面を形成するのに好ましい。

前記データ電極線２７０はＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導体からなっている。前記データ電極２７０は前記画素電極１９０と重なり、液晶層３は前記データ電極線２７０と前記画素電極１９０の間に挟まれており、液晶キャパシタを形成する。

前記第１浮遊電極１４１、前記第１入力電極１２３、前記第１接触部１９１、及びこれらの間に挿入される前記第１チャンネル絶縁層１５１が第１ＭＩＭダイオードＤ１を形成する。前記第２浮遊電極１４２、前記第２入力電極１２４、前記第２接触部１９２、及びこれらの間に挿入される前記第２チャンネル絶縁層１５２が第２ＭＩＭダイオードＤ２を形成する。

前記チャンネル絶縁層１５１、１５２が非線形的な電流-電圧特性を持っているため、前記チャンネル絶縁層１５１、１５２の臨界電圧を超える電圧が印加される場合にのみ、前記第１及び第２ＭＩＭダイオードＤ１、Ｄ２の作用で、前記画素電極１９０はチャージされる。一方、前記ＭＩＭダイオードＤ１、Ｄ２に信号電圧が印加されなかった場合には、前記ＭＩＭダイオードＭ１、Ｍ２のチャンネルが閉じているため、前記画素電極１９０とデータ電極線２７０との間に形成された液晶キャパシタに、前記のチャージされた電圧が保たれる。

以上のような構造を有するようにＬＣＤを製造すれば、列反転駆動を実行することで点反転駆動の効果を得ることができる。これは液晶電圧の変動を低減させてコントラスト比増大及び画質向上の効果をもたらすと共に、消費電力節減の効果も得られる。

以下ではこのような効果が得られる理由を説明する。

図４は列反転駆動する場合の画素の極性を示す、液晶ディスプレイの配置図である。図５は図４に示すような画素の極性を生じるデータ電極線に印加されたデータ信号電圧の波形図である。図６は点反転駆動する場合の画素の極性を示す、液晶ディスプレイの配置図である。図７は図６に示すような画素の極性を生じるデータ電極線に印加されたデータ信号電圧の波形図である。

図４では、前記データ電極線が、線ごとに反対の極性を有するデータ信号電圧で印加されると、前記点反転駆動の特徴が、左右交互に突き出た前記データ電極線の形状により発揮される。

前記点反転駆動を発揮するために、前記データ電極線に印加された電圧の波形は図５に示した通りである。

図５に示すように、１フレームタイム間で、Ｖｄ１とＶｄ３はＶｏｎ、Ｖｄ２とＶｄ４は−Ｖｏｎである。したがって、グレースケーリングによる電圧変動を考慮すると、１フレームタイム間の各データ電極線の最大電圧変動（ΔＶ_ｄａｔａ）はＶｏｎである。

しかし、従来のＬＣＤにおいて、前記点反転駆動を行うためには、図７に示したように各データ電極線Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３及びＶｄ４がＶｏｎと−Ｖｏｎの間を電圧振幅するよう印加されることが必要である。したがって、グレースケーリングによる電圧の変動を考慮すると、１フレームタイム間の各データ電極線の最大電圧変動（ΔＶ_ｄａｔａ）は２Ｖｏｎである。

前記データ電極線の前記電圧変動が減少すれば、消費電力も減少する。

更に、前記データ電極線の電圧変動が減少すれば、前記液晶電圧Ｖ_ＬＣの変動も減少するが、その理由は次の通りである。

ＭＩＭダイオードがオフの場合の前記液晶電圧の変動を誘導する要因としては、前記ゲート線電圧の変動、前記データ電極線電圧の変動、隣接画素電圧の変動がある。

ＤＳＤ方式のＬＣＤの場合、前記ゲート線電圧の変動は前記液晶電圧（Ｖ_ＬＣ）の影響を受けない。なぜなら反対の極性を持つゲート信号電圧が前記第１及び第２ゲート線に同時に印加して、互いの効果を相殺するためである。

前記データ電極線電圧の変動（ΔＶ_ｄａｔａ）により誘導される液晶電圧の変動（ΔＶ_ＬＣ）は、前記画素電極と連結された前記ＭＩＭダイオードの構造により形成される寄生キャパシタンス（Ｃ_ＭＩＭ）が原因となっている。前記データ電極線電圧の変動（ΔＶ_ｄａｔａ）により誘導される液晶電圧の変動（ΔＶ_ＬＣ）は、以下の数式によって表現される。下記数式でＣ_ＬＣは液晶キャパシタンスであり、ΔＶ_ｐは浮遊状態にある前記画素電極電圧の変動を示す。

図８にはデータ信号電圧、走査信号電圧及び液晶電圧の波形図が示されている。

図８に示すように、前記データ電極線の電圧が変化するたびに、液晶電圧の変動（ΔＶ_ＬＣ）が起こる。

前記数式に関しては、ΔＶ_ＬＣはΔＶ_ｄａｔａに比例する。したがって、前記データ電極線電圧（ΔＶ_ｄａｔａ）が減少すると前記液晶電圧の変動（ΔＶ_ＬＣ）も減少する。従って、本発明の上述した実施形態において、各データ電極線の最大電圧変動（ΔＶ_ｄａｔａ）が従来のＬＣＤに対してＶｏｎの分だけ減少する。結果として、液晶電圧の変動（ΔＶ_ＬＣ）も減少する。

隣接画素の電圧変動による液晶電圧の変動は、前記点反転駆動を使用すれば無視することができる。これは反対の極性を有する画素がある画素の周辺に対称的に置かれ、互いの効果を相殺するためである。

本発明の実施形態に従って、列反転駆動を実行することで前記点反転駆動の効果が発揮される。これにより液晶電圧の変動は減少し、コントラスト比や画質が向上すると共に消費電力が節減される。

添付図面に関してここまで実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、関連技術分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変更及び修正を加えた他の実施形態を行うことが当然可能である。従って、このような多様な変更及び修正は全て、添付した請求範囲が定義する本発明の範疇に含まれる。

本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの斜視図である； 本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの配置図である； 本発明の一実施形態による図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿って切断した液晶ディスプレイの断面図である； 列反転駆動する場合の、画素の極性を示す液晶ディスプレイの配置図である。 図４に示すような画素の極性を生じさせるためにデータ電極線に印加したデータ信号電圧の波形図である。 点反転駆動する場合の、画素の極性を示す液晶ディスプレイの配置図である。 図６に示すような画素の極性を生じさせるためにデータ電極線に印加したデータ信号電圧の波形図である。 データ信号電圧、走査信号電圧及び液晶電圧の波形図である。

Claims (7)

1. 第１絶縁基板と；
   前記第１絶縁基板上に形成されている第１及び第２ゲート線と；
   前記第１絶縁基板上に形成されている画素電極と；
   前記第１絶縁基板上に形成されていて、前記第１ゲート線と前記画素電極を連結する第１ＭＩＭダイオードと；
   前記第１絶縁基板上に形成されていて、前記第２ゲート線と前記画素電極を連結する第２ＭＩＭダイオードと；
   前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板と；
   前記第２絶縁基板上に形成されていて、前記第１及び第２ゲート線を交差させるデータ電極線とを含み、前記データ電極線は、左右の所定数の画素電極と交互に重なるように、左右交互に突出する突出部を有する液晶ディスプレイ。
2. 前記第２絶縁基板と前記データ電極線との間に配置されているブラックマトリックス、色フィルター及びオーバーコーティング層をさらに含む、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
3. 前記データ電極線の長さ方向を列方向とする時、前記の左右の突出周期は単位画素２個の列方向長さである、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
4. 前記ブラックマトリックスは有機物質を主成分とする、請求項２に記載の液晶ディスプレイ。
5. 前記第１ＭＩＭダイオードは、前記第１ゲート線に連結されている第１入力電極、前記画素電極に連結されている第１接触部、前記第１入力電極と前記第１接触部上に形成されている第１チャンネル絶縁層、及び前記第１チャンネル絶縁層上に形成されていて前記第１入力電極及び前記第１接触部と同時に重なる第１浮遊電極で構成されており；
   前記第２ＭＩＭダイオードは、前記第２ゲート線に連結されている第２入力電極、前記画素電極に連結されている第２接触部、前記第２入力電極と前記第２接触部上に形成されている第２チャンネル絶縁層、及び前記第２チャンネル絶縁層上に形成されていて前記第２入力電極及び前記第２接触部を交差させる第２浮遊電極を含む、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
6. 隣接した二つの前記データ電極線には互いに極性が反対である信号電圧を印加する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
7. 前記第１ゲート線と前記画素電極はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）からなっている、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。