説明

液晶表示素子およびその駆動方法

【課題】 ドットマトリクス型液晶表示素子で曲線の滑らかなキャラクター表示を行う。
【解決手段】
液晶表示素子は、対向する一対の基板と、一対の基板の一方に設けられ、表示面内に敷き詰められた多数のアクティブ素子を含む画素と、一対の基板の他方に設けられたコモン電極と、一対の基板間に挟持された液晶層とを有する液晶表示素子であって、画素とコモン電極とが一対の基板の対向面側に形成され、コモン電極は、表示パターンの輪郭の少なくとも一部を表すキャラクターパターンと、該キャラクターパターンと電気的に絶縁された反転パターンとを含み、画素の設けられた表示面がキャラクターパターンを内包する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示素子およびその駆動方法に関し、特に電極パターンを工夫した液晶表示素子およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【0002】
薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)を用いた液晶表示素子は、高画質なドットマトリクス表示が可能な液晶表示素子として知られている。その詳細については、特開2006−245924号公報等で開示されている。
【0003】
【特許文献1】特開2006−245924号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
TFTを用いたドットマトリクス表示の液晶表示素子であっても、比較的解像度が低い場合、キャラクター表示を行おうとすると、曲線が滑らかに表示できず、意匠性が良く保てない。ドットのみによる文字等の表示では、少なくとも500μm×500μm以下、好ましくは300μm×300μm以下の画素サイズが求められる。現在、これ以上の画素サイズにおいても滑らかな曲線の表示を行いたい要求が存在する。
【0005】
本発明の目的は、曲線の滑らかなキャラクター表示を行うドットマトリクス型の液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一観点によれば、対向する一対の基板と、前記一対の基板の一方に設けられ、表示面内に敷き詰められた多数のアクティブ素子を含む画素と、前記一対の基板の他方に設けられたコモン電極と、前記一対の基板間に挟持された液晶層とを有する液晶表示素子であって、前記画素と前記コモン電極とが前記一対の基板の対向面側に形成され、前記コモン電極は、表示パターンの輪郭の少なくとも一部を表すキャラクターパターンと、該キャラクターパターンと電気的に絶縁された反転パターンとを含み、前記画素の設けられた表示面が前記キャラクターパターンを内包する液晶表示素子が提供される。
【0007】
本発明の他の観点によれば、対向する一対の基板と、前記一対の基板の一方に設けられ、表示面内に敷き詰められた多数のアクティブ素子を含む画素と、前記一対の基板の他方に設けられたコモン電極と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と前記画素および前記コモン電極に電圧を印加する制御回路とを有し、前記画素と前記コモン電極とが前記一対の基板の対向面側に形成され、前記コモン電極は、表示パターンの輪郭の少なくとも一部を表すキャラクターパターンと、該キャラクターパターンと電気的に絶縁された反転パターンとを含み、前記画素の設けられた表示面が前記キャラクターパターンを内包する液晶表示素子の駆動方法であって、前記コモン電極を構成する前記キャラクターパターンおよび前記反転パターンが画定する領域の各々を表示させるか否かによって、該コモン電極を構成するパターンの各々とそれらと表示面内で重なる画素との間に、ON電圧またはOFF電圧を印加する液晶表示素子の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【0008】
ドットマトリクス型の液晶表示素子において、曲線の滑らかなキャラクター表示を行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
図1は、液晶表示素子の概略断面図である。ここでは、ノーマリブラック型の液晶表示素子について説明する。実施例による液晶表示素子は、対向する一対の透明(例えばガラス製)基板1a、1bが液晶層2を挟持する構造である。上側基板1aの液晶層側にコモン電極3cが形成され、下側基板1bの液晶層側にはそれぞれTFTを備えた画素(構造)3tが形成される。電極3c、3tをそれぞれ覆うように、機能性材料膜(配向膜、絶縁膜)4a、4bが形成される。ガラス基板1a、1bの液晶層と反対側に偏光板5a、5bが形成される。コモン電極3cとガラス基板1aとの間もしくはコモン電極3cと機能性材料膜4aとの間に、ブラックマスクBMが配置される。
【0010】
この液晶表示素子の電極3c、3tと外部の制御回路10が接続され、電極3c、3tに電圧を印加して素子の表示を制御する。
【0011】
液晶表示素子の作製方法(ここではツイステッドネマチック「TN」モードの場合)について説明する。ガラス基板1aの表面に透明であるインジウムスズオキサイド(ITO)膜をCVD、蒸着、スパッタなどにより形成し、パターニングにてコモン電極3cを形成する。コモン電極3cのパターニングは、マスクレス露光機を用いてレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしたエッチングで行うことができる。マスクレス露光機は、レジストパターンをフォトマスク無しで形成出来る装置である。ここではオーク製作所の露光機を用いる。なお、フォトマスクを用いてレジストパターンを作製してコモン電極3cのパターニングをしても良い。なお、ここでのエッチャントは、例えば関東化学製ITOシリーズ(ITO−02、ITO−06N、ITO−07他)などの硝酸・塩酸系の溶液である。
【0012】
図2のような画素3tガラス基板1b表面に形成する。図2は、画素3tの一つ(図1の実線で囲った部分3tA)の拡大断面図である。図示のように、画素3tは、一つ一つがTFTを有する。
【0013】
図2を参照して、画素3tの構成要素であるTFTの作製方法について説明する。まず、ガラス基板1bの上にゲート電極3g(およびゲート電極ライン)を形成する。ゲート電極3g(およびゲート電極ライン)の材料はMo、Ta、Al、Cr等の金属である。電極3gは、ガラス基板上にスパッタや真空蒸着で金属膜を形成した後、フォトリソグラフィーで形成したレジストパターンをマスクとしたウェットエッチングにてパターニングすることにより形成する。コモン電極3c形成と同じマスクレス露光機でレジストパターンの形成が可能である。エッチャントは例えば関東化学製ITOシリーズ(ITO−02、ITO−06N、ITO−07他)などの硝酸・塩酸系の溶液である。
【0014】
次に、ゲート絶縁膜6を形成し、ガラス基板表面およびゲート電極3gを覆う。ゲート絶縁膜6の形成は、SiNx、SiO、TaOx等の材料をプラズマ(P−)CVD、陽極酸化(Taを酸化させる)、スパッタ等の方法を用いて行う。
【0015】
次に、a(アモルファス)−Si膜7、na−Si膜8を形成する。膜の形成は、P−CVDにより行う。なお、これらの膜をアニールしてp(ポリ)−Si膜(np−Si膜)を形成しても良い。その後、これらの膜をパターニング(フォトリソグラフィーで作成したレジストパターンをマスクとしたドライエッチング)してa−Si(p−Si)膜のアイランドを形成する。
【0016】
次に、ソース電極3s、ドレイン電極3dをゲート電極3gと同様の方法で形成する。ソース電極3sの形成と併せてソースライン3slを形成する。
【0017】
続いて、インジウムスズオキサイドITO導電膜等で表示を制御する電極3eを形成する。形成方法はスパッタ、真空蒸着等である。その後、パターニングを行う。パターニングのためのレジストパターンは先述のマスクレス露光機で形成可能である。エッチャントは例えば関東化学製ITOシリーズ(ITO−02、ITO−06N、ITO−07他)などの硝酸・塩酸系の溶液である。
【0018】
次に、na−Si(p−Si)膜8の、外部に晒されている部分をドライエッチングで除去する。なお、na−Si(p−Si)膜8の下のa−Si(p−Si)膜7をエッチングしないように2つの膜7、8の間にエッチストッパを設けてもよい。
【0019】
その後、パッシベーション膜9をP−CVD、スパッタ、蒸着などにより形成する。パッシベーション膜9の材料はSiNx、SiO等の透明絶縁膜である。こうして、TFT構造の画素3tを形成する。
【0020】
なお、画素3tの電極3eの面内サイズは、400μm×400μm程度である。
【0021】
図1に戻って液晶表示素子の作製方法を説明する。コモン電極3c側に、先述のようにブラックマスクBMを設ける。材料は金属もしくはブラックカラーフィルムである。金属の場合はブラックマスクBMとコモン電極3cとの間に絶縁膜を形成する。
【0022】
ブラックマスクBM、画素3tがそれぞれ形成されたガラス基板1a、1b上に配向膜4a、4bをスピンコートで形成する。ここでは、スピンナー回転数:2000rpmで30秒スピンコートを行い、厚さ700Å程度の配向膜4a、4bを形成する。配向膜4a、4bの形成はフレキソ印刷、インクジェット印刷等でも良い。配向膜材料としてSE−7992(日産化学製)などの可溶性ポリイミド配向膜を用いる。
【0023】
なお、必要に応じて、配向膜形成の前に絶縁膜を形成しても良い。
【0024】
次にラビング処理を施す。ラビングは布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ、配向膜上を擦る工程である。ラビングは、例えばTN(ツイステッドネマチック)モードの場合、上下基板間の液晶2の捩れ角が90°(左捩れ)になるよう処理を行う。なお、TNモードの場合、液晶分子のプレチルト角が低い(基板平面に対して2°以下)ことが好ましい。
【0025】
シール材を所定のパターンにスクリーン印刷する。シール材の形成にはスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いても良い。シール材には熱硬化性のES−7500(三井化学製)を用いるが、光硬化性のものや、光・熱併用型シール材でも良い。このシール材には直径6μmの大きさのグラスファイバーを数%含んでいる。
【0026】
導通材を所定の位置に印刷する。ここではシール材ES−7500に6.5μmのAu鍍金を施したスチレンボールを数%含んだものを導通材として所定の位置にスクリーン印刷する。
【0027】
シール材パターン及び導通材パターンは上側の基板1aにのみ形成し、下側の基板1bにはギャップコントロール材を乾式散布法にて散布する。ギャップコントロール材には6μmのプラスチックボールを用いるが、シリカボールを用いても良い。
【0028】
2つの基板1a、1bを、配向膜が内側になるよう所定の位置で重ね合わせセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール材を硬化する。
【0029】
次にスクライバー装置によりガラス基板に傷をつけ、ブレイキングにより所定の大きさ、形に分割して空セルを作成する。
【0030】
上記の空セルに真空注入法で液晶を注入し、その後エンドシール材で注入口を封止する。その後ガラス基板の面取りと洗浄を行い、液晶セルを作成する。上下ガラス基板外側に偏光板5a、5bを配置すると液晶表示素子となる。
【0031】
図3に、比較例として、ドットマトリクス型液晶表示素子の表示例を示す。図3では、数字の「8」をドットマトリクスで表示する。図中「curve」が示す、本来であれば滑らかな曲線が望ましい部分において、ジグザグパターンが形成されている。
【0032】
通常のドットマトリクス表示では、視覚にとってジグザグに見えない程度まで解像度(単位面積当たりのドットの数)を上げることでこの問題に対応する。一方で、工程ないし構造の簡略化という理由から、解像度を低くして(結果として1画素のサイズが大きくなる)表示を行いたいというニーズがあり、この場合においても滑らかな曲線を表示したい。
【0033】
発明者らは、コモン電極3cのパターンを工夫することによって、解像度の比較的低いドットマトリクスにおいても滑らかな曲線表示を行う液晶表示素子を発案した。
【0034】
図4に、実施例による液晶表示素子のコモン電極3cのパターン例を示す。コモン電極3cは、表示させたいキャラクターパターン3c1と、パターン3c1と電気的に絶縁された反転パターン3c2とで構成される。キャラクターパターン3c1は、座した人と、エアコンの風向き(上下)を表す矢印と、それらをつなぐ引き回し線からなる。キャラクターパターン3c1と反転パターン3c2との絶縁距離は5μm〜20μm程度であり、電気的絶縁を保ちつつ人間の目に識別できない程度の距離である。
【0035】
先述のように、キャラクターパターン3c1および反転パターン3c2の描画は、マスクレス露光機を用いて行う。キャラクターパターンの最小露光精度は8μm程度であり、既存のマスクレス露光機で対応可能である。なお、フォトマスクを用いてレジストパターンを作製し、キャラクターのパターニングを行っても良い。但し、キャラクターパターン3c1のカスタム性はマスクレス露光機を用いた方が良い。
【0036】
図5は、画素3tを表す平面図である。画素3tは、図示のように、ドットマトリクス型に並べる。画素の占める範囲は、少なくともキャラクターパターン3c1を面内で覆う範囲である。
【0037】
図6は、ブラックマスクBMの配置を示す平面図である。ブラックマスクBMは、画素3tの走査線(ゲート電極ラインおよびソース電極ライン)およびコモン電極3cの引き回し線に面内で重なる部分に設ける。
【0038】
図7に、版下を示す。実施例による版下は、図示のように座した人と矢印の輪郭のみである。
【0039】
上記構造の液晶表示素子の表示のさせ方を説明する。ここでは、90°TNモードで、上下偏光板5a、5bがパラレルニコル配置のノーマリブラックモード液晶表示素子の例を説明する。
【0040】
フルドット表示をさせる場合、所望の画素3tに駆動電圧(例えば矩形波)を印加し、コモン電極には駆動電圧に対応するアース電圧(アース電圧に限らず、画素3tへの駆動電圧との差によって液晶分子が基板に対して垂直に立つような電圧であれば良い)を印加する。すると、電圧が印加された画素3tが画定する部分の液晶分子が基板に対し垂直に立ち上がり、光を透過してドット表示される。この場合、コモン電極3cを分割している分割線は人間の目には認識されず、ドット表示だけが認識される。
【0041】
キャラクター表示をさせたい場合は次のように表示を行う。
【0042】
図8に、キャラクター表示をさせる場合の表示例を示す。図8では、人に向けて上向きの風が吹くエアコンの状態を示している。
【0043】
図9に、画素3tに電圧を印加する範囲を示す。斜線が電圧印加範囲である。図示のように、画素3tにおいて、図8に示したパターンを面内で覆う範囲に駆動電圧を印加する。
【0044】
図10に、コモン電極3cに電圧を印加する範囲を示す。図示のように、図8の表示を行う場合、キャラクターパターン3c1に駆動電圧(画素に印加される電圧との電位差により液晶分子が配向し、液晶表示素子を光が通過するような電圧)を印加する(図中斜線部分)と共に、反転パターン3c2に画素3tに印加したのと同じ電圧を印加する。
【0045】
図9と図10に示した重なり部分の液晶分子が立ち上がって光を透過し、図8の表示となる。
【0046】
なお、液晶表示素子を光が透過するような電極間の電位差をON電圧、光が透過しないような電極間の電位差をOFF電圧と呼ぶこととする。従って、非表示としたい部分のパターンは、OFF電圧を維持していれば、若干の電圧が印加されても構わない。
【0047】
なお、コモン電極3cにおいて、キャラクターパターン3c1を複数設けてもよい。その場合の駆動は、コモン電極3cの分割数に対応したDuty駆動を行う。例えば、コモン電極3cが2つのキャラクターパターン3c1と、それらの反転パターン3c2の3つに分割されている場合、キャラクターパターン3c1に面内で対応する画素3tに駆動電圧を印加しておき、2つのキャラクターパターン3c1のそれぞれに、1/2Dutyの駆動電圧(画素に印加される電圧との電位差がON電圧となるような電圧)を印加する。また、2つのパターン3c1がそれぞれ非表示のタイミングでは、画素3tとの電位差が生じないように3tと同じ大きさの電圧をパターン3c1に印加する。また、反転パターン3c2についても、画素3tと電位差が生じないように画素3tに印加したのと同じ電圧を印加する(OFF電圧が維持できていれば良い)。
【0048】
なお、カラー表示を行いたい場合、カラーフィールタを設けるか、キャラクターパターン3c1へのDuty駆動に同期してバックライトの色を変化させるフィールドシーケンシャル(FS)駆動により表示を行えば良い。さらに、背景のカラー表示も行いたい場合は、反転パターン3c2をキャラクターパターン3c1の一つとみなしてDuty駆動すれば良い。
【0049】
実施例のように、コモン電極にキャラクターパターンとその反転パターンを設けることにより、曲線の滑らかなキャラクター表示を行うことが出来る。なお、ドットのみの表示では、概ね100μm×100μm以上の画素サイズにおいてキャラクターの曲線に滑らかさが得られなくなる。この現象は特に300μm×300μm以上の画素サイズにおいて顕著である。実施例のように、画素3tの画素部3eの平面サイズが400μm×400μm程度のドットマトリクス型の液晶表示素子では、実施例を用いた場合とそうでない場合とで、人間の目に観察されるキャラクターの曲線の滑らかさに大きな違いが出るであろう。
【0050】
また、駆動方法を工夫することにより、一つの液晶表示素子でフルドット表示(コモン電極が画定する面内においてドットで形を表示する)とキャラクター表示の両方を行うことが可能である。
【0051】
上記実施例においては、ノーマリブラック液晶表示素子への本発明の適用について説明したが、本発明はノーマリホワイト液晶表示素子においても実施可能である。TN型のノーマリホワイト液晶表示素子においては、偏光板をクロス配置とし、表示のON/OFF制御を行う信号電圧の印加方法が逆である点が上記実施例と異なる。すなわち、画素3tとコモン電極3cとの間にON電圧が印加された場合は非表示となり、OFF電圧が維持されている場合は表示となる。
【0052】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、液晶表示素子のモードはTNに限らない。スーパーツイステッドネマチック(STN)、MVA(multi vertical alignment )、一軸配向されたVA、OCB(Optical Compensated Bend)、IPS(in−plane switching)等のモードであっても適用可能であろう。
【0053】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】図1は、液晶表示素子の概略断面図である。
【図2】図2は、画素3tの一つ(図1の実線で囲った部分A)の拡大断面図である。
【図3】図3は、比較例によるドットマトリクス型液晶表示素子の表示例である。
【図4】図4は、実施例による液晶表示素子のコモン電極3cのパターン例である。
【図5】図5は、画素を表す平面図である。
【図6】図6は、ブラックマスク(BM)の配置を示す平面図である。
【図7】図7は、版下である。
【図8】図8は、キャラクター表示をさせる場合の表示例である。
【図9】図9は、画素に電圧を印加する範囲である。
【図10】図10は、コモン電極に電圧を印加する範囲である。
【符号の説明】
【0055】
1a、1b 基板
2 液晶層
3c、3c1、3c2、3d、3e、3g、3s、3t 電極
4a、4b 機能性材料膜
5a、5b 偏光板
6 ゲート絶縁膜
7 a−Si(p−Si)膜
8 na−Si(np−Si)
9 パッシベーション膜
10 制御回路
BM ブラックマスク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する一対の基板と、
前記一対の基板の一方に設けられ、表示面内に敷き詰められた多数のアクティブ素子を含む画素と、
前記一対の基板の他方に設けられたコモン電極と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と
を有する液晶表示素子であって、
前記画素と前記コモン電極とが前記一対の基板の対向面側に形成され、
前記コモン電極は、表示パターンの輪郭の少なくとも一部を表すキャラクターパターンと、該キャラクターパターンと電気的に絶縁された反転パターンとを含み、
前記画素の設けられた表示面が前記キャラクターパターンを内包する
液晶表示素子。
【請求項2】
さらに、
前記画素および前記コモン電極に電圧を印加する制御回路
を有し、
前記制御回路は、前記コモン電極を構成する前記キャラクターパターンおよび前記反転パターンが画定する領域の各々を表示させるか否かによって、前記コモン電極を構成するパターンの各々とそれらと表示面内で重なる前記画素との間に、ON電圧またはOFF電圧を印加する請求項1記載の液晶表示素子。
【請求項3】
前記コモン電極において、前記キャラクターパターンと前記反転パターンとの絶縁距離が2μm〜50μmである請求項1または2記載の液晶表示素子。
【請求項4】
さらに、前記コモン電極の一部である引き回し線に面内で重なる位置に配置されたブラックマスクを有する請求項1〜3のいずれか1項記載の液晶表示素子。
【請求項5】
対向する一対の基板と、
前記一対の基板の一方に設けられ、表示面内に敷き詰められた多数のアクティブ素子を含む画素と、
前記一対の基板の他方に設けられたコモン電極と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と
前記画素および前記コモン電極に電圧を印加する制御回路と
を有し、
前記画素と前記コモン電極とが前記一対の基板の対向面側に形成され、
前記コモン電極は、表示パターンの輪郭の少なくとも一部を表すキャラクターパターンと、該キャラクターパターンと電気的に絶縁された反転パターンとを含み、
前記画素の設けられた表示面が前記キャラクターパターンを内包する
液晶表示素子の駆動方法であって、
前記コモン電極を構成する前記キャラクターパターンおよび前記反転パターンが画定する領域の各々を表示させるか否かによって、該コモン電極を構成するパターンの各々とそれらと表示面内で重なる画素との間に、ON電圧またはOFF電圧を印加する液晶表示素子の駆動方法。
【請求項6】
前記コモン電極において、前記キャラクターパターンと前記反転パターンとの絶縁距離が2μm〜50μmである請求項5記載の液晶表示素子の駆動方法。
【請求項7】
さらに、前記コモン電極の一部である引き回し線に面内で重なる位置に配置されたブラックマスクを有する請求項5または6記載の液晶表示素子の駆動方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2009−162863(P2009−162863A)
【公開日】平成21年7月23日(2009.7.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−340149(P2007−340149)
【出願日】平成19年12月28日(2007.12.28)
【出願人】(000002303)スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Fターム(参考)】