JP3480722B2 - アクティブマトリックス型液晶表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
として薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリック
ス型液晶表示装置およびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、ビデオカメラのビュー
ファインダー、ポケットＴＶ、高精細投写型ＴＶ、パソ
コンなど広い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（Thin Film Transistor：
以下ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリック
ス型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もち、開発、商品
化が盛んである。

【０００３】上記のアクティブマトリックス方式の液晶
表示装置において、広く用いられている液晶の表示モー
ドは、ＴＮ（Twisted Nematic）方式のＮＷ（Normally
White）モードである。ＴＮ方式は液晶層を狭持する電
極基板間で液晶分子が約９０゜捻れた構造となっている
パネルを２枚の偏光板によりはさんだものである。ＮＷ
モードでは２枚の偏光板は互いの偏光軸方向が直交し、
一方の偏光板はその偏光軸が一方の基板に接している液
晶分子の長軸方向と平行か垂直になるように配置され
る。この場合、電圧無印加または、しきい値電圧以下の
電圧において白表示、それより高い電圧を印加していく
と、徐々に光透過率が低下して黒表示となる。このよう
な表示特性が得られるのは、液晶パネルに電圧を印加す
ると液晶分子は捻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。しかし同じ分子配列状態でも、液晶パ
ネルに入射してくる光の入射方向によって透過光の偏光
状態は変化するので、入射方向に対応して光の透過率は
異なってくる。すなわち液晶パネルの特性は視角依存性
を持つ。ＴＮ方式のもつ上記視角依存特性は、近年開発
が活発となっている大画面液晶ディスプレイでは特に、
画像特性上の深刻な課題となっている。

【０００４】この課題を解決する一つの手段として、Ｔ
Ｎ型液晶表示方式のように基板垂直方向に電界を印加す
るのではなく、液晶に印加する電界方向を基板に対して
ほぼ平行な方向とし、基板面内で液晶分子の方向を制御
して光を変調する方式、いわゆる横電界方式が、特公昭
６３−２１９０７号公報や特開平７−３６０５８号公報
などで提案されている。図３に横電界方式の基本的な画
素構成概略図を示す。

【０００５】図３において３０２は対向基板である。３
０３、３０４、３０５はそれぞれガラス基板３０１上に
形成された信号電極配線、共通電極配線、走査電極配線
を示す。３０６は、画素電極３０７に対応して形成され
たスイッチング素子である。液晶は、前記ガラス基板３
０１と対向基板３０２間に配置されている。液晶分子
は、信号電極配線３０３からスイッチング素子３０６を
介して画素電極３０７に供給された画素電圧と、共通電
極３０４に供給された電圧による横方向の電界により変
調される。上記したように本方式は、液晶分子を基板平
面内でスイッチングする方式であるため、原理的に非常
に優れた視野角特性を実現できることが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
横電界方式は視野角特性は優れているものの、図３に示
すように、構造上前記共通電極３０４と画素電極３０７
間のいわゆる液晶容量が非常に小さくなるので、画素領
域での画素の静電容量が小さくなる。一方、信号電極配
線と画素電極間の寄生容量（以下Ｃｓｐという）や、ス
イッチング素子のゲート−ドレイン間、すなわち、走査
電極配線と画素電極間に生じる寄生容量（以下Ｃｇｄと
いう）による画素電極電位の歪みを受けやすくなる。こ
の影響を低減するために、一般的には、画素領域内に画
素電極に付加的な容量（付加容量）を形成するのが通常
である。しかしながら、上記付加容量の形成は、画素領
域の開口率を低減することとなり、現実的には限界があ
る。したがって、本方式は、特に上記した寄生容量によ
る容量結合的な画素電位の歪みを受けやすく、これによ
って、クロストークといった表示上の課題が発生しやす
くなるという問題がある。クロストークとは、本来同一
輝度を持たなければならない画面上の領域が、画像のパ
ターンに依存して異なる輝度となる現象であり、特に、
大型・高精細の液晶ディスプレイでは画像品質の非常に
大きな課題となる。このようなクロストークの原因は、
前記したように、寄生容量Ｃｓｐが、信号電極配線の電
位変化によって、画素電極の電位が歪みを受け、結果と
して本来希望する液晶印加電圧が得られないことにあ
る。従来からよく知られている、信号電極配線毎に信号
電極配線の電位変化の方向が反転する、即ち信号電極配
線毎に電圧の極性を反転する駆動法（以下、カラム反転
駆動と記す。）によれば、隣接する信号線電位同士で、
画素電極への歪みを打ち消し合うために、クロストーク
は特殊な画像パターンを除き解消されるが、信号振幅が
大きい等の大きな問題が存在する。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、前記横電界表示方式において画像品質上の課題であ
るクロストークを解消する方法であって、従来のカラム
反転駆動方式において必要とされていた信号振幅の大幅
な増大なしに低電圧駆動でクロストーク現象を解消する
方法を実現するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１番目のアクティブマトリックス型液晶
表示素子は、マトリックス状に配置された複数の信号配
線および走査配線と、前記信号配線および走査配線の各
交差点に対応して設けられた少なくとも一つ以上のスイ
ッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された櫛
形状の画素電極と、前記画素電極と咬合して形成された
共通電極とを有するアレイ基板と、前記アレイ基板に対
向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対
向基板との間に挟持された液晶層とを具備し、前記画素
電極と前記共通電極との間に、前記両基板に対して平行
な電界を発生させることにより液晶分子の配列を変化さ
せるアクティブマトリックス型液晶装置において、前記
各画素電極は、この各画素電極に接続されたスイッチン
グ素子に対応した走査配線の前段または後段のいずれか
一方の走査配線との間で付加容量を形成し、かつそれら
前段走査配線との間の付加容量の形成と、後段走査配線
との間の付加容量の形成とが、互いに隣接する信号配線
毎に交互であるという構成を備えたものである。

【０００９】 次に、本発明のアクティブマトリックス
型液晶表示装置の駆動方法は、信号配線に印加する電位
を隣接する信号配線毎にその極性を反転させ、スイッチ
ング素子のオン期間に、前記信号配線の電位を画素電極
に伝達し、前記スイッチング素子のオフ期間に、前記画
素電極との間に付加容量を形成した走査配線に前記画素
電極に伝達されている信号配線の電位の極性と同じ極性
方向に変化する変調電位を印加するいう構成を備えたも
のである。

【００１０】さらに本発明のアクティブマトリックス型
液晶表示装置の駆動方法は、前記画素電極の電位を変調
するために印加される走査配線の変調電位が、走査配線
の選択期間の前後で印加されることが好ましい。

【００１１】かかる構成および方法により、信号配線毎
に極性反転して与えられている信号電位に対して同じ方
向に変化する変調信号電位を付加容量を介して走査配線
から印加することができるので、信号配線の信号振幅を
小さく抑えることができ、クロストーク現象を解消しつ
つ低電圧駆動が実現できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形
態のアクティブマトリックス型液晶表示装置に用いた薄
膜トランジスタアレイ基板の４画素分の画素領域を示し
た平面構成概略図を示したものである。図中１０１は走
査電極配線、１０３は共通電極配線を示しており、本実
施形態では、上記両電極配線１０１、１０３は、同一の
平面状に形成されており、アルミニウムを主成分とする
金属薄膜を成膜し、図に示す形状をフォトリソグラフィ
ー法によって形成した。使用する金属材料は特にアルミ
ニウム系金属に限定する必要はなく、また単層膜、多層
膜を用いても良い。次に、絶縁膜として上記アルミニウ
ム膜の陽極酸化層と窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、半導体
層としてのアモルファスシリコンを積層したのち、スパ
ッタリング法によって堆積させたアルミニウム／チタン
（Ａｌ／Ｔｉ）の２層を堆積させ、その後ドライエッチ
ングによって半導体層と共に、信号電極配線１０２およ
び画素電極配線１０４をパターン形成した。１０５はス
イッチング素子である薄膜トランジスタを示している。
本実施形態では、画素電極配線１０４および共通電極配
線１０３の線幅は５μｍとした。また画素電極配線１０
４には、走査電極配線１０１との間で付加容量１０６を
形成した。付加容量１０６は、それに対応する走査電極
査配線１０１の１ライン前、又は１ライン後の走査電極
配線との間で形成され、その形成位置は、隣り合う信号
電極配線１０２毎に交互に配置した。

【００１３】次に、図１に示したアクティブマトリック
ス型液晶表示装置に印加される本発明の駆動信号波形と
その動作について図２を参考にしながら説明する。２０
１、２０２はそれぞれ走査電極配線１０１及び信号電極
配線１０２に印加される駆動波形を示している。２０３
は共通電極配線１０３に供給される駆動波形である。図
２の２０４は、付加容量が１ライン前の走査電極配線と
の間に形成された画素での画素電極１０４の電圧波形、
例えば図１において４つある液晶セルのうち左上の液晶
セルの画素電極１０４の電圧波形を示し、２０５は１ラ
イン後の走査電極配線１０１との間に形成された画素で
の画素電極１０４の電圧波形、例えば図１において４つ
ある液晶セルのうち右下の液晶セルの画素電極の電圧波
形を示している。

【００１４】ここで付加容量１０６が１ライン前の走査
電極配線に形成された画素電極１０４の電位２０４は以
下のように変調される。まず信号電極配線１０２に印加
される信号電位は、隣接する信号電極配線電極１０２毎
にその極性を反転させる。次にスイッチング素子１０５
がオンの間に、信号電極配線１０２から前記信号電位が
画素電極１０４に供給され、その後、スイッチング素子
１０５がオフになった状態で、１ライン前の走査電極配
線１０１の電圧変化成分による変調電圧が付加容量１０
６を介して画素電極１０４に重畳される。２０４では印
加されていた信号電圧の極性が正で、変調電圧の極性も
正方向となっている。一方、２０５に示した１ライン後
の走査電極配線１０１に付加容量１０６が形成された画
素電極１０４の電位は、前述と同様、スイッチング素子
がオンの間に信号電極配線１０２から信号電位が供給さ
れ、その後、スイッチング素子がオフになった状態で、
１ライン後ろの走査電極配線１０１の電圧変化成分によ
る変調電圧が付加容量を介して画素電極１０４に重畳さ
れる。２０５では印加されていた信号電圧の極性が負
で、変調電圧の極性も負方向となっている。

【００１５】以上のように、隣接している信号電極配線
毎に信号電位の極性を反転させ、かつ各走査電極配線１
０１での画素電極１０４への電圧変調方向が印加されて
いる信号電位と極性が同じ方向になるように制御されて
いるので、横電界型表示モードでの画質上の大きな課題
であるＣｓｄの寄生容量による画素電圧歪みを補償する
ことが可能となり、クロストークなどのない広視野・高
画質の画像を実現することができると共に、走査電極配
線から変調電圧を重畳する方式であることから、表示信
号振幅は小さいままで液晶印加電圧を大きくすることが
できるため、低消費電力も実現できる。

【００１６】実際に、図１に示すＴＦＴアレイ構造を持
つ液晶パネルに図２で示した電位を印加して、特性改善
の効果を検証した。表示画面内にウィンドウ状のパター
ンを表示して対向電極の電位波形を観察したところ、信
号電極配線電位による電圧振動成分は観察されなかっ
た。また、実際の表示画面を目視観察したところでも、
クロストークは完全に解消した。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のアクティブ
マトリックス型液晶表示装置およびその駆動方法によれ
ば、広視野角特性を実現できる横電界表示方式の液晶表
示装置において、隣接している信号電極配線毎に信号電
位の極性を反転させ、かつ各走査電極配線からの画素電
極への電圧変調方向が印加されている信号電位と極性が
同じ方向となるように制御することができ、走査電極配
線から変調電圧を重畳する方式であることから、表示信
号振幅は小さいままで信号電極配線毎に極性を反転制御
した液晶への大きな印加電圧を得ることができる。これ
により表示信号振幅の小さい低消費電力駆動で、隣接す
る信号線電位同士が画素電極への歪みを打ち消し合い、
横電界型表示モードでの画質上の大きな課題であるＣｓ
ｄの寄生容量による画素電圧歪みを補償することが可能
となり、クロストークなどのない広視野・高画質の画像
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態のアクティブマトリックス
型液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板の構成を示す平
面図。

【図２】本発明の実施形態のアクティブマトリックス型
液晶表示装置に印加される信号駆動波形平面図。

【図３】 従来の横電界方式の液晶表示装置の構成概略
図。

【符号の説明】

１０１ 走査電極配線 １０２ 信号電極配線 １０３ 共通電極配線 １０４ 画素電極配線 １０５ 薄膜トランジスタ素子 １０６ 付加容量部 ２０１ 走査電極配線に印加される走査信号 ２０２ 信号電極配線に印加される走査信号 ２０３ 共通電極の電位 ２０４ 前段(n-1)の走査電極配線と付加容量を介して
接続されている画素電極の電位 ２０５ 後段(n+1)の走査電極配線と付加容量を介して
接続されている画素電極の電位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｇ 3/20 Ｇ０９Ｇ 3/20 ６２１Ｍ 3/36 3/36 (56)参考文献 特開 平６−148675（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265846（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−318901（ＪＰ，Ａ) 特許3194873（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1368 G02F 1/133

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリックス状に配置された複数の信号
   配線および走査配線と、前記信号配線および走査配線の
   各交差点に対応して設けられた少なくとも一つ以上のス
   イッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された
   櫛形状の画素電極と、前記画素電極と咬合して形成され
   た共通電極とを有するアレイ基板と、 前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、 前記アレイ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶
   層とを具備し、 前記画素電極と前記共通電極との間に、前記両基板に対
   して平行な電界を発生させることにより液晶分子の配列
   を変化させるアクティブマトリックス型液晶装置におい
   て、 前記各画素電極は、この各画素電極に接続されたスイッ
   チング素子に対応した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の間で付加容量を形成し、かつそ
   れら前段走査配線との間の付加容量の形成と、後段走査
   配線との間の付加容量の形成とが、互いに隣接する信号
   配線毎に交互であることを特徴とするアクティブマトリ
   ックス型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアクティブマトリクス
   型液晶表示装置の駆動方法であって、信号配線に印加す
   る電位を隣接する信号配線毎にその極性を反転させ、ス
   イッチング素子のオン期間に、前記信号配線の電位を画
   素電極に伝達し、前記スイッチング素子のオフ期間に、
   前記画素電極との間に付加容量を形成した走査配線に前
   記画素電極に伝達された信号配線の電位の極性と同じ極
   性方向に変化する変調電位を印加することを特徴とする
   アクティブマトリックス型液晶表示装置の駆動方法。
3. 【請求項３】 前記画素電極の電位を変調するために印
   加される走査配線の変調電位が、走査配線の選択期間の
   前後で印加されることを特徴とする請求項２に記載のア
   クティブマトリックス型液晶表示装置の駆動方法。