JPH11337963A

JPH11337963A - 垂直配向型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11337963A
Application number: JP10146331A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Koma; 徳夫小間; Kiyoshi Yoneda; 清米田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】垂直配向型液晶表示装置において焼き付きを
防ぐ。【課題】補助容量ＣSCを、液晶容量ＣLCの０．６１倍
に設定する。液晶容量ＣLCと補助容量ＣSCとの合成容量
が十分に大きくなり、液晶容量ＣLCのＯＮ／ＯＦＦ比が
大きくなっても、液晶容量ＣLCへの保持電圧の降下量Δ
ＶLCのばらつきを小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、垂直配向型の液晶
表示装置（ＬＣＤ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＣＤ、有機エレクトロルミネッ
センス（ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ
等、のフラットパネルディスプレイの開発が盛んに行わ
れ、実用化が進められている。中でも、ＬＣＤは薄型、
低消費電力などの点で優れており、既にＯＡ機器、ＡＶ
機器の分野で主流となっている。特に、各画素に画素情
報の書き換えタイミングを制御するスイッチング素子と
してＴＦＴを配したアクティブマトリクス型ＬＣＤは、
大画面、高精細の動画表示が可能となるため、各種テレ
ビジョン、パーソナルコンピュータ、更には、携帯コン
ピュータ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等のモ
ニターに多く用いられている。

【０００３】図２はこのようなＬＣＤの等価回路図であ
る。ゲートライン（１）とドレインライン（２）とが交
差して配置され、その交差部には、スイッチング素子で
ある薄膜トランジスタ（ＴＦＴ)（３）と、容量電極の
一方をＴＦＴ（３）に接続した液晶容量（４）と補助容
量（５）、液晶容量（４）及び補助容量（５）の容量電
極の他方に接続された対極ライン（６）を有する。対極
ライン（６）は、全ての液晶容量（４）及び補助容量
（５）に共通となっている。ＴＦＴ（３）と、液晶容量
（４）の一方、及び補助容量（５）は同一の基板上に形
成され、液晶容量（４）の他方は、別の基板上に形成さ
れている。ＬＣＤは、これらの基板間に液晶を挟み込む
ことにより成り立っている。

【０００４】ゲートライン（１）には走査信号電圧が印
加され、フィールド毎にＴＦＴ（３）を所定期間オンす
るハイレベルが到来する。この期間中、ドレインライン
（２）に印加された表示信号電圧が液晶容量（４）及び
補助容量（５）に与えられる。一方、対極ライン（６）
には対極電圧が印加され、これら表示信号電圧と対極電
圧との電圧の差が液晶の駆動電圧として印加され、表示
画面を形作るべく所望の透過率に制御される。この表示
状態は、ＴＦＴのオフ抵抗により、液晶容量（４）及び
補助容量（５）に印加された駆動電圧が保持され、１フ
ィールド期間継続される。

【０００５】補助容量（５）は液晶容量（４）に並列接
続されているが、このように合成容量を大きくすること
により、電圧の保持率を高め、１フィールド期間にわた
って一定の表示を行えるように設けられている。

【０００６】また、ゲート電圧がハイレベルからロウレ
ベルに立ち下がる瞬間、ＴＦＴ内部の寄生容量のため
に、いったん液晶容量（４）へ保持された電圧ＶLCがゲ
ート電圧の立ち下がりに伴って、下式により表される分
だけ降下する現象が生ずる。

【０００７】

【数２】ここで、ＶGはゲート電圧、ＣGSは寄生容量、ＣSCは補
助容量、ＣLCは液晶容量である。このように、補助容量
（５）を設けることにより、ゲート電圧の変化幅ΔＶG
に対する液晶容量（３）の降下量ΔＶLCを小さくしてい
る。更に、ＬＣＤでは通常、液晶の劣化を抑える目的で
液晶容量（４）へ印加する電圧の極性を所定期間毎に反
転した、いわゆる交流駆動が行われる。しかしながら、
（２）式のΔＶLCは、正極性期間においては、液晶に印
加される電圧をより小さくする方向に、負極性期間にお
いては、液晶に印加される電圧をより大きくする方向に
生じるので、残留直流成分として、常時、液晶へ印加さ
れる続けることとなり、いわゆる焼き付きを招いてしま
う。このため、対極電圧をあらかじめΔＶLC分だけ、降
下したレベルに設定することで、正極性期間と負極性期
間とで、液晶へ印加される電圧を等しくし、焼き付き現
象を防止するようにされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、正の誘電率異方
性を有する液晶を用いたＴＮ型ＬＣＤにおいては、補助
容量ＣSCは、液晶容量ＣLCの０．２倍程度に設定されて
いる。しかしながら、これと同じ設計で、液晶として負
の誘電率異方性を有したものを用いた垂直配向型ＬＣＤ
では、焼き付き現象が見られる問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために成され、対向面に液晶駆動用の電極が形成さ
れた一対の基板間に液晶が封入され、画素毎に液晶の初
期配向を基板に対して垂直方向に制御した液晶容量と、
該液晶容量に並列に接続された補助容量が形成されてな
る垂直配向型液晶表示装置において、前記液晶容量ＣLC
と補助容量ＣSCとは、

【００１０】

【数３】の関係を満たす構成である。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態にか
かるＬＣＤの表示画素部の断面図である。基板（１０）
上に、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ等からなるＴＦＴのゲート電極
（１１）、及び、補助容量を構成する補助容量電極（１
２）が形成され、これを覆ってゲート絶縁膜（１３）が
形成されている。ゲート絶縁膜（１３）上には、ｐ−Ｓ
ｉ膜（１４）が、ゲート電極（１１）の上方を通過する
ように、ＴＦＴの島状に形成されている。ｐ−Ｓｉ膜
（１４）は、ゲート電極（１１）の直上領域がノンドー
プのチャンネル領域（ＣＨ）とされ、チャンネル領域
（ＣＨ）の両側は、燐等のＮ型不純物が低濃度にドーピ
ングされた低濃度領域（ＬＤ）、更にその外側は、同じ
不純物が高濃度にドーピングされたソース領域（ＮＳ）
及びドレイン領域（ＮＤ）となっており、ＬＤＤ（ligh
tly doped drain）構造とされている。ｐ−Ｓｉ膜（１
４）のソース領域（ＮＳ）はＴＦＴ領域のみならず、ゲ
ート絶縁膜（１３）上を延在されて補助容量電極（１
２）の上方に重畳され、補助容量を構成している。

【００１２】チャンネル領域（ＣＨ）の上には、低濃度
領域（ＬＤ）を形成する際に、イオン注入時のマスクと
して用いられた注入ストッパー（１５）が残されてい
る。ｐ−Ｓｉ膜（１４）を覆ってシリコン窒化膜、シリ
コン酸化膜等の層間絶縁膜（１６）が形成され、層間絶
縁膜（１６）上にはＡｌ／Ｍｏ等のドレイン電極（１
７）及びソース電極（１８）が形成され、各々層間絶縁
膜（１６）に開口されたコンタクトホールを介して、ｐ
−Ｓｉ膜（１４）のドレイン領域（ＮＤ）及びソース領
域（ＮＳ）に接続されている。これらドレイン電極（１
７）およびソース電極（１８）を覆って、ＳＯＧ、ＢＰ
ＳＧ、アクリル樹脂等の平坦化絶縁膜（１９）が形成さ
れ、この平坦化絶縁膜（１９）上にはＩＴＯ（indium t
in oxide）、あるいは、Ａｌからなる画素電極（２０）
が形成され、平坦化絶縁膜（１９）に開口されたコンタ
クトホールを介してソース電極（１８）に接続されてい
る。この上には、ポリイミド等の垂直配向膜（４５）が
形成されている。以上で、ＴＦＴ基板が構成されてい
る。

【００１３】このＴＦＴ基板（１０）に対向する位置に
は、対向基板となる基板（３０）が配置され、この基板
（３０）上には、フィルムレジストからなるＲ、Ｇ、Ｂ
のカラーフィルター（３１）が形成され、各々の画素電
極（２０）に対応する位置に設けられている。また、カ
ラーフィルター（３１）の間隙領域には、不透光性のフ
ィルムレジストからなるブラックマトリクス（３２）が
設けられている。これらカラーフィルター（３１）及び
ブラックマトリクス（３２）の層上には、ＩＴＯ等の共
通電極（３３）が形成されている。共通電極（３３）中
には、ＩＴＯの不在領域として形成された配向制御窓
（３４）が設けられている。共通電極（３３）上には、
基板（１０）側と同じ垂直配向膜（４６）が設けられて
いる。以上で、対向基板が構成されている。

【００１４】これらＴＦＴ基板（１０）と対向基板（３
０）間には、負の誘電率異方性を有する液晶（４０）が
装填されている。

【００１５】この例において、共通電極（３３）に設け
られた配向制御窓（３４）は、初期状態即ち電圧無印加
時において、垂直配向された液晶分子（４１）が、電圧
印加により傾斜する方角を分割する働きを有する。即
ち、画素電極（２０）のエッジにおいて、斜め方向に生
ずる電界（４２）に抗する方角に連続的に傾斜した液晶
分子（４１）の境界が、配向制御窓（３４）における弱
電界及び斜め電界（４１）により固定されるものであ
る。また、ＴＦＴ基板側の平坦化絶縁膜（１９）は、画
素電極（２０）の下地として平坦性を高める働きをし、
液晶（４０）との界面の凹凸により、液晶分子（４１）
の配向が乱れることを防ぎ、斜め電界（４１）及び配向
制御窓（３４）による制御性を有効にするものである。

【００１６】本発明では、ｐ−Ｓｉ膜（１４）と補助容
量電極（１２）及びゲート絶縁膜（１３）からなる補助
容量ＣSCは、画素電極（２０）と共通電極（３３）及び
液晶（４０）からなる液晶容量ＣLCとの間で、以下の関
係を満たすように設定される。

【００１７】まず、ＴＮ方式において、誘電率（ε⊥，
ε//）が（４．０，８．０）の液晶を用いた場合（誘電
率異方性は、Δε＝４．０＞０）、電圧無印加時（Ｏ
Ｎ）及び電圧印加時（ＯＦＦ）における液晶容量ＣLC//
の比誘電率（ε(OFF)，ε(ON)）は（４．０，５．５）
となる。この時、｜ε(ON)−ε(OFF)｜＝１．５であ
る。前述の如く、補助容量ＣSCは液晶容量ＣLCの０．２
倍であるので、液晶容量ＣLC//と補助容量ＣSCとの合成
容量ＣCOM//のＯＮ／ＯＦＦ比は、

【００１８】

【数４】となる。

【００１９】液晶容量ＣLCがＯＮ時とＯＦＦ時とで異な
っていると、（２）式におけるΔＶLCも異なる。例え
ば、（２）式における液晶容量ＣLCとして、ＣLC(ON)を
採用した時のΔＶLCに基づいて対極電圧レベルを設定し
た場合、ＯＦＦ期間において、ΔＶLCは異なったものと
なるので、そのように対極電圧を設定しても、直流成分
を完全に消去することができない。しかしながら、補助
容量ＣSCを十分に大きく、合成容量のＯＮ／ＯＦＦ比Ｃ
COM(ON)／ＣCOM(OFF)を（３）式により得られる程度の
小さな値にすれば、実際には、目立つほどの焼き付き現
象が発生することは防がれる。

【００２０】これに対して、本発明の垂直配向型ＬＣＤ
において、液晶（４０）として、誘電率（ε⊥，ε//）
が（８．０，４．０）で、誘電率異方性（Δε＝−４．
０）が負のものを用いた場合、電圧印加時（ＯＮ）及び
電圧無印加時（ＯＦＦ）における液晶容量ＣLC⊥の比誘
電率（ε(ON)，ε(OFF)）は（６．０，４．０）とな
る。この時、｜ε(ON)−ε(OFF)｜＝２．０であり、Ｔ
Ｎの場合よりも大きい。このため、ＴＮの場合と同様、
補助容量ＣSCが液晶容量ＣLCの０．２倍の設定のままだ
と、合成容量ＣCOM⊥のＯＮ／ＯＦＦ比は、

【００２１】

【数５】となり、ＴＮの場合よりも大きくなる。この結果、
（２）式において、ＯＮ時とＯＦＦ時とで液晶容量ＣLC
の値の差が許容範囲を越えてしまい、ΔＶLCのばらつき
が大きく、対極電圧レベルを調整しても、大きな残留直
流成分が生じ、焼き付き現象が発生する。

【００２２】このように、液晶の誘電率異方性Δεが同
じであるにも関わらず、ＴＮ型と垂直配向型とで違いが
生じるのは、｜ε(ON)−ε(OFF)｜値が、ＴＮ型と垂直
配向型とで異なることに起因する。しかしながら、垂直
配向型においても、合成容量ＣCOMのＯＮ／ＯＦＦ比
が、ＴＮ型におけると同様、１．３１、あるいは、それ
以下であることが好ましいことには変わりはない。従っ
て、補助容量ＣSCと液晶容量ＣLCとの比を以下の如く、
再設定することができる。

【００２３】

【数６】が要求される。ＣLC⊥(OFF)：ＣSC＝１：Ｘとして、
（５）式を変形していくと、

【００２４】

【数７】となり、これを解いて、

【００２５】

【数８】が得られる。

【００２６】このように、垂直配向型においては、補助
容量ＣSCを液晶容量ＣLC⊥(OFF)の０．６１倍、あるい
は、それ以上とすることにより、液晶容量ＣLC⊥と補助
容量ＣSCの合成容量ＣCOMが十分りに大きくなるので、
液晶容量ＣLC⊥のＯＮ／ＯＦＦ比が大きくなっても、Δ
ＶLCの変動幅が許容範囲内に収まるので、焼き付き現象
が生じることが防がれる。ただし、補助容量ＣSCが大き
くなると、合成容量ＣCOMが大きくなり、この結果、時
定数が大きくなって書き込みに要する時間が長くなる。
経験上、補助容量ＣSCの上限は、液晶容量ＣLC⊥の２倍
程度が適当である。従って、垂直配向型ＬＣＤにおける
補助容量ＣSCと液晶容量ＣLC⊥の関係は、

【００２７】

【数９】

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
より、垂直配向型液晶表示装置の補助容量を、電圧無印
加時の液晶容量の０．６１倍以上に設定することによ
り、交流駆動における残留直流成分のばらつきを抑え、
焼き付きを防止することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態かかる垂直配向型液晶表示
装置の断面図である。

【図２】液晶表示装置の等価回路図である。

【符号の説明】

１ゲートライン２ドレインライン３ＴＦＴ４液晶容量５補助容量１０，３０基板１１ゲート電極１３ｐ−Ｓｉ１７ドレイン電極１８ソース電極１９平坦化絶縁膜２０画素電極３１カラーフィルター３３共通電極３４配向制御電極４０液晶層４１液晶分子４２電界４５，４６垂直配向膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向面に液晶駆動用の電極が形成された
一対の基板間に液晶が封入され、画素毎に液晶の初期配
向を基板に対して垂直方向に制御した液晶容量と、該液
晶容量に並列に接続された補助容量が形成されてなる垂
直配向型液晶表示装置において、前記液晶容量ＣLCと補助容量ＣSCとは、【数１】の関係を満たすことを特徴とする垂直配向型液晶表示装
置。