JPH1031229A - アクティブマトリクス型液晶表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置およびその駆動方法

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JPH1031229A
JPH1031229A JP18468996A JP18468996A JPH1031229A JP H1031229 A JPH1031229 A JP H1031229A JP 18468996 A JP18468996 A JP 18468996A JP 18468996 A JP18468996 A JP 18468996A JP H1031229 A JPH1031229 A JP H1031229A
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猛志 渡辺
Masatoshi Wakagi
政利 若木
Masahiko Ando
正彦 安藤
Tetsuo Minemura
哲郎 峯村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐用時間が長く残像現象が発生せず、かつ、縦
スメア表示不良が発生しない高開口率、高画質のアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置の提供。 【解決手段】液晶に印加される電界を、同一の信号電極
線に接続された隣接する二つのスイッチングトランジス
タ素子に接続された二つの画素電極間の電位差によって
形成する。各画素電極の電位は前段の走査電極線との間
に形成した蓄積容量素子に保持し、各画素電極への電圧
印加は、ゲート電圧のオフレベルの電位に対して一定の
正のバイアス電位を基準にして、信号電極線方向に隣接
する画素電極間で正負が反転する交流電圧とする。ま
た、信号電極線方向に隣接する画素電極は同一形状とす
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、視野角が広く、か
つ、低消費電力のアクティブマトリクス型液晶表示装置
とその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶に印加する電界の方向を基板界面に
ほぼ平行な方向とする表示方式(横電界方式と云う)
は、広視野角,低負荷容量等の特長を有し、アクティブ
マトリクス型液晶表示装置として有望な技術である。
【0003】こうした横電界方式に関しては、特公昭6
3−21907号公報中で、次段の行電極に基準電極を
兼用させた例がある。この構成は、寄生容量を低減で
き、低負荷,低消費電力の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、かつ、配置電極数が少なく
画素領域の開口率を向上できる。
【0004】しかし、通常のトランジスタ素子の特性で
は、液晶に印加する電圧が常に片極(基準電極電位に対
して表示用電極電位が常に正)性である直流駆動しか行
うことができない。しかし、液晶は直流駆動すると劣化
が激しく、耐用時間が著しく低下する。更に、残留電荷
が蓄積され残像現象が生じて画質が劣化すると云う問題
がある。
【0005】このため、特公昭63−21907号公報
の基本的な構成は、基準電極線を設け、これに接続され
る電極に対して正負の交流駆動を行うものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】横電界方式の基本的な
問題は、電界の方向が基板界面にほぼ垂直な方向とする
縦電界方式に比べて、電極間の間隔が広い点にある。
【0007】横電界方式で、液晶の配向方向を変化させ
るに十分な電界を得るためには、信号電圧振幅を大きく
し、かつ、電極間間隔を比較的狭く設定せざるを得な
い。このため、特公昭63−21907号公報のよう
に、基準電極に対向する画素電極に信号電位を入力する
構成では、画素に占める電極配線の割合が大きく、開口
率が低くなると云う問題がある。
【0008】また、信号線方向の他の画素の表示信号の
飛込みによる画素電極電位の変動が、液晶に印加される
電界に直結しており、縦スメアと呼ばれる表示不良が発
生し易いと云う問題がある。
【0009】本発明の目的は、耐用時間が長く残像現象
が発生せず、かつ、縦スメア表示不良が発生しない高開
口率、高画質のアクティブマトリクス型液晶表示装置の
提供にある。
【0010】本発明の他の目的は、上記液晶表示装置の
駆動方法の提供にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。
【0012】(1) 第一と第二の基板間に液晶が挿入
され、前記第一の基板には、マトリクス状に配置された
複数の走査電極線と信号電極線により複数の画素部が構
成されており、前記画素部に設けたスイッチング素子と
前記電極の入力信号により、前記液晶の配向状態の変調
と偏向手段により入射光の透過率または反射率を変調す
るアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記
スイッチング素子には画素電極が接続され、前記画素電
極と、同一の信号電極線に接続された隣接する他のスイ
ッチング素子に接続された画素電極とが、基板面にほぼ
平行な電界を印加するように配置され、前記両画素電極
による電界により液晶分子の長軸方向を基板面とほぼ平
行に動作させるよう構成されてい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。
【0013】(2) 前記スイッチング素子に接続され
た画素電極は、該当するスイッチング素子の走査電極線
に隣接する走査電極線に絶縁層を介して重なることによ
り蓄積容量を形成すると共に、前記隣接する走査電極線
を乗り越えて隣接する画素に延長され、前記隣接する画
素の一方の画素電極を構成している前記アクティブマト
リクス型液晶表示装置。
【0014】(3) 前記画素電極は信号電極線方向に
隣接する画素電極と同一のパターンを構成している前記
アクティブマトリクス型液晶表示装置。
【0015】(4) 前記画素電極に印加される信号電
圧は、走査電極線に印加される電圧のオフレベルの電位
に対して一定の正のバイアス電位を基準にし、信号電極
線方向に隣接する画素電極間の電位の正負が反転し、か
つ、フレーム表示周期でも前記電位の正負が反転して、
前記液晶の配向状態を変調し、偏向手段により入射光の
透過率または反射率を変調す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の駆動方法。
【0016】
【発明の実施の形態】アクティブマトリクス型液晶表示
装置の駆動は、液晶に印加する電圧をアクティブ素子を
スイッチとし、表示用電極(以下、画素電極と云う)に
電圧を充電,保持することによって駆動する。
【0017】従来の、アクティブマトリクス型液晶表示
装置の横電界方式の構成では、液晶を交流駆動するため
に、画素電極に充電される電位は、基準電極に対してフ
レーム表示周波数で交流波形となるよう、スイッチング
トランジスタ素子のドレイン電極から映像信号を充電す
る。従って、液晶に印加される電界は画素電極電位と基
準電極電位の差によって形成される。
【0018】本発明においては、図1に例示するよう
に、液晶に印加する電界を、同一の信号電極線(4)に
接続された隣接する二つのスイッチングトランジスタ素
子(11',11'')に接続された、二つの画素電極
(5,6)間の電位差によって形成する。
【0019】この電圧印加は、同一の信号電極線(4)
に接続された隣接する二つのスイッチングトランジスタ
素子(11',11'')から、それぞれの画素電極に入
力する電圧信号を、走査電極線に印加されるゲート電圧
のオフレベルの電位に対して一定の正のバイアス電位を
基準にし、信号電極線方向に隣接する画素電極(5,
6)間で正負が反転する交流電圧とすることによって実
現される。
【0020】この場合、画素電極(5,6'')間距離
が、従来構成の画素電極−基準電極間距離に等しい場合
は、同一の映像信号振幅に対し液晶に印加される電界は
従来構成の二倍となるので、上記画素電極間距離を従来
の二倍にすることができる。これにより、画素(イ)に
占める電極配線の割合が低減でき、開口率を増大するこ
とが可能となる。
【0021】各画素電極(5,6)は、信号電極線
(4)の方向に隣接する二つの画素(イ、ロ)のそれぞ
れ一方の画素電極を構成するが、接続されるスイッチン
グトランジスタ素子の走査電極線に隣接するオフ状態の
走査電極線(1)を、絶縁膜(11')を介して重なり
乗り越える画素電極線(6')部分が蓄積容量(13)
となるので、この容量部を利用して、各画素電極に映像
信号電位を1フレーム時間保持することができる。
【0022】各画素電極は、信号電極線方向に隣接する
画素(イ,ロ)間で同一の形状(6−6'−6''で示さ
れる)とする。こうすることにより信号線方向の他の画
素の表示信号の飛込みによる画素電極電位の変動の影響
は、隣接する画素電極間で同一となる。
【0023】即ち、液晶に印加される電界を、同一の信
号電極線に接続された隣接する二つのスイッチングトラ
ンジスタ素子(11',11'')に接続された二つの画
素電極(5,6'')間の電位差によって形成するので、
前記の信号線方向の他の画素の表示信号の飛込みによる
画素電極電位の変動はキャンセルされ、液晶に印加され
る電界にはその影響が現われない。従って縦スメアと呼
ばれる表示不良が発生しにくい。
【0024】前記ように、各画素電極に印加される信号
電圧は、走査電極線(1,2,3)に印加されるゲート
電圧のオフレベルの電位に対して一定の正のバイアス電
位を基準にして、信号電極線方向に隣接する画素電極
(5,6)間で、正負が反転する交流電圧とするが、同
一画素に印加される信号電圧は、走査電極線に印加され
るゲート電圧のオフレベルの電位に対して、一定の正の
バイアス電位を基準にし、1フレーム時間毎に正負が反
転する交流電圧とすることで、液晶を交流駆動すること
ができる。
【0025】これによって、耐用時間が長く、残像現象
が発生せず、かつ、縦スメア表示不良が発生しない高開
口率、高画質の横電界方式の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。
【0026】
【実施例】本発明を実施例により更に具体的に説明す
る。
【0027】厚さ1.1mmの表面を研磨した透明なガ
ラス基板を二枚用意する。一方の基板上に薄膜トランジ
スタ(以下、TFTと云う)を形成し、さらにその上の
最表面に液晶配向膜を形成する。本実施例では、ポリイ
ミド配向膜を用い、その表面にラビング処理を施した。
他方の基板面にも同様にポリイミド配向膜を形成し、そ
の表面にラビング処理を施した。
【0028】上下基板の配向膜面を対向し、それぞれの
ラビング方向が互いにほぼ平行に、かつ、印加電界方向
との角度を85度に構成して、その基板間に誘電率異方
性(Δε)が正でその値が14.8(1kHz)、屈折
率異方性Δnが0.0865(589nm,20℃)の
ネマチック液晶組成物を封入,挾持した液晶パネルを作
製した。
【0029】なお、基板間ギャップ(d)は球状ポリマ
ビーズを分散,挾持し、液晶封入状態で3.6μmとし
た。これによってΔn・dは0.311μmとなった。
【0030】上記液晶パネルを二枚の偏光板で挾み、一
方の偏光板の偏光透過軸方向を前記配向膜のラビング方
向から5°小さい角度に設定し、もう一方の偏光板をこ
れに直交配置した。
【0031】これにより、液晶層に電界を印加し、光強
度を変調する電極間ギャップを12μmとしたとき、電
極間電位差が0Vで暗状態、5.2Vで明状態となるノ
ーマリクローズ特性が得られた。
【0032】次に、TFTおよび各種電極の基本構成を
図1に示す。図1(a)は基板面に垂直な方向から見た
正面図、図1(b)はA−A’、図1(c)はB−B’
の側断面図を示す。
【0033】TFT11は走査(ゲート)電極1の上に
ゲート絶縁膜9を介して形成されるアモルファスシリコ
ン8、信号(ドレイン)電極4、および画素(ソース)
電極5で構成される。このTFT11は逆スタガ構造で
あり、走査電極線1を最下層に形成し、ゲート絶縁膜9
を介して、上層に信号電極線4および画素電極線5を同
一の金属層をパターン化して構成している。
【0034】図1において、2は前段の走査電極線,3
は後段の走査電極線であり、5は前段の画素(イ)の画
素電極線、6は後段の画素(ロ)の画素電極線,7はさ
らに後段の画素における画素電極線である。
【0035】画素電極線5はゲート絶縁膜9を介して前
段の走査電極線2に乗り越えて重なり、蓄積容量素子1
2を形成し、TFT11からの信号電位を保持する。
【0036】同様に、後段のTFT11'からの信号電
位は蓄積容量素子13に、さらに後段のTFT11''か
らの信号電位は蓄積容量素子14に保持される。後段の
画素電極線6は、画素電極線6'において走査電極線1
を乗り越え、画素電極線5と対向するよう画素電極線
6''として画素(イ)が構成される。
【0037】各蓄積容量素子12,13,14,…に、
蓄積する信号電位がVb+Vi,Vb−Vi+1,Vb
i+2,…となるように、基準電位Vbに対して正負が反
転する表示信号を入力すると、画素電極線5と画素電極
線6''との間には|Vi+Vi+1|の電位差による電界E
が、また、画素電極線6と画素電極線7との間には|V
i+ 1+Vi+2|の電位差による電界E'が印加され、液晶
層の液晶分子の配向が制御される。
【0038】この電極間電位差は、正負の電界印加によ
り従来構成の二倍となるから、電極間間隔を従来構成の
二倍としても液晶層に加わる電界強度は同等となる。
【0039】各電極間の液晶層に入射された光は変調さ
れ、電極間間隔を広げることは高開口率化につながる。
【0040】なお、前記の信号入力方式では、各画素の
表示信号は2画素信号の平均となるが、画素配置を交互
に信号線の方向に画素ピッチの1/2ずらした表示装置
と比較すると大きな遜色はない。
【0041】但し、信号線方向の画素ピッチを1/2に
して、信号線方向に連続する各蓄積容量素子に蓄積する
信号電位が、Vb+Vi,Vb−Vi,Vb+Vi+1,Vb
i+1,Vb+Vi+2,Vb−Vi+2,…となるように表示
信号を入力すれば、各電極間の電位差は|2・Vi|,
|Vi+Vi+1|,|2・Vi+1|,|Vi+1+Vi+2|,
|2・Vi+2|,…になり、より高品位の表示を行うこ
とも可能である。
【0042】この場合、走査電極線が増加する分だけ開
口率が低下するが、カラー表示装置の場合の画素は、走
査電極線方向の画素幅が信号線方向の画素幅の1/3で
あるので、従来構成と比較すればより高開口率となる。
【0043】また、同一画素電極線に印加される信号電
圧を、走査電極線に印加されるゲート電圧のオフレベル
の電位に対して一定の正のバイアス電位(Vb)を基準
にして交流電圧とすると、液晶を交流駆動することがで
きる。
【0044】図2に本発明の駆動波形を示す。i−1,
i,i+1番目の走査電極電圧を図(a),(b),
(c)に、i,i+1番目の走査電極線に接続されるT
FTへの信号電極電圧を(d),(e)に、i,i+1
番目の走査電極線に接続されるTFTからの画素電極電
圧(ソース電圧)を(f),(g)に、i,i+1番目
の走査電極線に接続されるTFTからの画素電極電圧に
よって、液晶層に印加される電圧を(h)に示す。
【0045】走査電極電圧VGは、パルス幅34.5μs
で繰返し周期は16.6msの矩形波で、パルスのオン
電圧(ハイレベル)はVGH,オフ電圧(ローレベル)は
GLに設定する。
【0046】信号電極電圧VDは、ゲート電圧のオフレ
ベルの電位VGLに対し一定の正のバイアス電位Vbを中
心電圧VD-Cとして、表示階調に従い1フレーム時間毎
に、正負が反転する信号電圧Voff〜Vonを入力する。
この信号電圧は走査電極電圧VGがオン電圧(ハイレベ
ル)の時に画素電極に入力され、走査電極電圧VGがオ
フ電圧(ローレベル)の時に保持されるが、バイアス電
位Vbを信号電極電圧VDの最低電位VDLがVGLよりも高
くなるように設定すれば、ゲート電圧がオフレベルのと
きはTFTのゲート電圧は常に負となり、TFTは非導
通となって、画素電極電圧VSの最低電位VSLも保持さ
れる。
【0047】本発明の構成では液晶層に印加される電圧
LCはi,i+1番目の走査電極線に接続されるTFT
からの画素電極電圧によって液晶層に印加される電圧V
S(i)とVS(i+1)との差となるので、液晶層には
信号電圧Voff〜Vonの二倍の電圧が印加される。この
電圧は従来構成の二倍であるから、電極間間隔を従来構
成の二倍としても液晶層に加わる電界強度は同等とな
る。
【0048】なお、画素電極電圧VSには、図2
(f),(g)に示すように、前段走査電極からのオン
電圧パルスVGHの飛込みがあるが、液晶層に印加される
電圧VLCでは、このオン電圧パルスVGHの飛込みは、次
段のオン電圧パルスVGHの飛込みによって相殺されるの
で大きな問題にはならない。
【0049】図1(a)の構成で、各画素電極線5,
6,7,…の形状は信号線方向と同じである。各画素電
極線5,6,7,…には信号電極線4および後段の信号
電極線10からの他の表示信号の飛込みがある。
【0050】しかし、各画素電極線5,6,7,…の方
向は信号線方向と同じであるから、他の表示信号の飛込
みによる画素電極電位の変動は、隣接する画素電極間で
同じになる。これらの画素電極電位の変動は、前記した
信号入力方式を用いれば、液晶層にかかる電界Eに対し
てはキャンセルされ、縦スメア表示不良が発生しない。
【0051】図1に示した基本的構成は、電気回路とし
ては図3に示す構成となる。図3で、1はi段目の走査
電極線、2は(i−1)段目の走査電極線、3は(i+
1)段目の走査電極線、4はj段目の信号電極線、10
は(j+1)段目の信号電極線を示す。
【0052】各TFT11のゲート電極は、各走査電極
線1,2,3に接続され、各TFT11のドレイン電極
は各信号電極線4,10に接続されている。各TFT1
1のソース電極は各表示電極線5,6,7に接続され、
各表示電極線は前段の走査電極線との間に各蓄積容量素
子12,13,…を形成している。
【0053】液晶層に対する電界の印加は、表示電極線
5,6間、表示電極線6,7間等で行う。
【0054】本発明の基本的構成は、図3に示す電気回
路構成を満足すればよいので、より実際的な構成として
は図4に示すような構成が採用される。
【0055】図4では表示電極線5,6,7の形状が図
1と異なる以外は図1と同じであり、表示電極線間距離
は図1の場合の約1/2に構成されている。
【0056】複数画素から構成されるパネルの部分の電
気回路を図5に示す。コントローラ15、垂直走査回路
16、映像信号駆動回路17を有し、液晶表示パネル1
8を構成している。
【0057】画素ピッチは水平方向(信号電極線間)は
110μm,垂直方向(走査電極線間)は330μmと
した。電極線幅は、走査電極線,信号電極線をそれぞれ
10μm,9μmとした。表示電極線幅は8μmとし、
表示電極線と信号電極線の間隔は6μmとした。
【0058】図4の構成は画素を2分割しているが、3
分割あるいは4分割することも可能である。特に、奇数
分割が可能であるのは本発明の特長である。
【0059】コントラストを向上するために、表示電極
線間以外の間隙部に絶縁性のブラックマトリクスを形成
した。画素数は640×3本の信号電極線と、480本
の走査電極線とにより640×3×480個とし、R
(赤)、G(緑)、B(青)の三色のカラーフィルタを
TFT素子群を有する基板と対向する基板上に、縦スト
ライプ状に形成しカラー表示を可能とした。
【0060】カラーフィルタの上には表面を平坦化する
透明樹脂からなる平坦化層を形成してある。映像信号駆
動回路17から信号電極線4への映像信号の入力は、通
常のライン反転駆動方式またはドット反転駆動方式が利
用できる。
【0061】なお、本実施例では垂直方向の画素ピッチ
は水平方向の3倍としたが、この比を下げて、より高周
波のライン反転駆動またはドット反転駆動を行えば、よ
り高品位の表示が可能となる。
【0062】
【発明の効果】本発明のアクティブマトリクス型液晶表
示装置によれば、画素電極間距離が、従来構成の画素電
極−基準電極間距離と同じ場合は、同一の映像信号振幅
に対して、液晶に印加される電界は従来の二倍となるの
で、画素電極間距離を従来の画素電極−基準電極間距離
の二倍とすることができる。従って、画素に占める電極
配線の割合が低減できるので、開口率を増大することが
できる。
【0063】また、信号電極線から画素電極への飛込み
電圧は、液晶に印加される電界ではキャンセルされるた
め、縦スメアが発生しない。
【0064】更にまた、低負荷であり耐用時間が長く、
残像現象や縦スメア表示が発生しない高画質の交流駆動
方式の表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画素部の基本的構成を示す説明図。
【図2】本発明の駆動波形を示す説明図。
【図3】本発明の画素部の基本的電気回路構成を示す説
明図。
【図4】本発明の実施例の画素部の構成を示す説明図。
【図5】本発明の複数画素から構成されるパネルの部分
の電気回路図。
【符号の説明】
1,2,3…走査電極線、4,10…信号電極線、5,
6,7…画素電極線、8…アモルファスシリコン、9…
ゲート絶縁膜、11…TFT、12,13,14…蓄積
容量素子、15…コントローラ、16…垂直走査回路、
17…映像信号駆動回路、18…液晶表示パネル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 峯村 哲郎 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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一と第二の基板間に液晶が挿入され、
    前記第一の基板には、マトリクス状に配置された複数の
    走査電極線と信号電極線により複数の画素部が構成され
    ており、前記画素部に設けたスイッチング素子と前記電
    極の入力信号により、前記液晶の配向状態の変調と偏向
    手段により入射光の透過率または反射率を変調するアク
    ティブマトリクス型液晶表示装置において、 前記スイッチング素子には画素電極が接続され、前記画
    素電極と、同一の信号電極線に接続された隣接する他の
    スイッチング素子に接続された画素電極とが、基板面に
    ほぼ平行な電界を印加するように配置され、前記両画素
    電極による電界により液晶分子の長軸方向を基板面とほ
    ぼ平行に動作させるよう構成されていることを特徴とす
    るアクティブマトリクス型液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記スイッチング素子に接続された画素
    電極は、該当するスイッチング素子の走査電極線に隣接
    する走査電極線に絶縁層を介して重なることにより蓄積
    容量を形成すると共に、前記隣接する走査電極線を乗り
    越えて隣接する画素に延長され、前記隣接する画素の一
    方の画素電極を構成している請求項1に記載のアクティ
    ブマトリクス型液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記画素電極は信号電極線方向に隣接す
    る画素電極と同一のパターンを構成している請求項1ま
    たは2に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記画素にカラーフィルタを備えた請求
    項1,2または3に記載のアクティブマトリクス型液晶
    表示装置。
  5. 【請求項5】 第一と第二の基板間に液晶が挿入され、
    前記第一の基板には、マトリクス状に配置された複数の
    走査電極線と信号電極線により複数の画素部が構成され
    ており、 前記スイッチング素子には画素電極が接続され、前記画
    素電極と、同一の信号電極線に接続された隣接する他の
    スイッチング素子に接続された画素電極とが、基板面に
    ほぼ平行な電界を印加するように配置され、前記両画素
    電極による電界により液晶分子の長軸方向を基板面とほ
    ぼ平行に動作させるよう構成されており、 前記画素電
    極に印加される信号電圧は、走査電極線に印加される電
    圧のオフレベルの電位に対して一定の正のバイアス電位
    を基準にし、信号電極線方向に隣接する画素電極間の電
    位の正負が反転し、かつ、フレーム表示周期でも前記電
    位の正負が反転して、前記液晶の配向状態を変調し、偏
    向手段により入射光の透過率または反射率を変調するこ
    とを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の
    駆動方法。
  6. 【請求項6】 前記画素電極間に印加する電位が交流で
    ある請求項5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。
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