(57)【要約】【課題】液晶表示装置の液晶層から発生する音ノイズを抑制する。【解決手段】液晶表示装置は、行状のゲート線Ｇ１、列状の信号線及び両者の交差部に配された画素を含む一方の基板１と、対向電極１２が形成された他方の基板１１と、両基板の間隙に保持された液晶１３とからなる。該画素は、ゲート線Ｇ１により導通制御されるトランジスタと、導通したトランジスタを介して信号線から画像信号が書き込まれる画素電極と、該画素電極に書き込まれた画像信号を保持する補助容量とからなる。ゲート線Ｇ１は画素間ではなく画素内で該画素電極の下方に配して、対向電極１２からゲート線Ｇ１を電気的に遮蔽し、以って対向電極とゲート線間の相互作用に起因する液晶の音ノイズを抑制する。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
行状のゲート線、列状の信号線及び両者の交差部に配された画素を含む一方の基板と、対向電極が形成された他方の基板と、両基板の間隙に保持された液晶とからなる液晶表示装置であって、
該画素は、ゲート線により導通制御されるトランジスタと、導通したトランジスタを介して信号線から画像信号が書き込まれる画素電極と、該画素電極に書き込まれた画像信号を保持する補助容量とからなり、
該ゲート線は画素間ではなく画素内で該画素電極の下方に配して、対向電極からゲート線を電気的に遮蔽し、以って対向電極とゲート線間の相互作用に起因する液晶の音ノイズを抑制することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記他方の基板の該対向電極には交番電圧が印加されており、前記一方の基板には画素と画素の間に各補助容量に接続する補助容量線が配されており、該補助容量線にも交番電圧を印加して液晶の音ノイズを防ぐことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関する。より詳しくは、上下の電極基板に挟まれた液晶に発生する音ノイズの抑制技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の全体的な構成を示すブロック図である。ガラスなどからなる基板１は中央の画素アレイと周辺のゲートドライバ及び信号ドライバとで構成されている。
【０００３】
図９は図８に示した画素アレイの構成例を示す模式図である。互いに直交配列されたｍ本のゲート線（Ｇ１，Ｇ２，・・・Ｇｍ）とｎ本の信号線（Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｎ）の交差部にＭＯＳ−ＦＥＴ型の薄膜トランジスタＴＦＴ、補助容量ＣＳ及び液晶素子ＬＣが形成されている。これらＴＦＴ、ＣＳ及びＬＣで個々の画素を構成している。各ゲート線Ｇは図８のゲートドライバに接続されている。又各信号線Ｓは図８の信号線ドライバに接続されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１３６２６号公報
【０００５】
係る構造を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置は以下の様に駆動する。すなわち、ゲート線Ｇ１，Ｇ２，・・・Ｇｍには、ゲートドライバから一水平期間毎に選択パルスが順次印加される。各ゲート線は選択時以外所定のＤＣ電位に保持されている。一本のゲート線が選択されている期間内に、信号線ドライバによってサンプリングされた画像信号が信号線Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｎにホールドされ、更にそれぞれの画素に画像信号が書き込まれる。画素に書き込まれた画像信号は液晶素子ＬＣ及び補助容量ＣＳによって一フィールド期間保持され、次のフィールドで反対極性の画像信号に書き換えられる。
【０００６】
個々の液晶素子ＬＣはＴＦＴ側に接続された画素電極とこれに対面する対向電極ＣＯＭとの間に保持された液晶で構成されている。対向電極ＣＯＭには一水平期間毎に極性が反転する交番電圧（ＡＣ電圧）Ｖｃｏｍが印加される。補助容量ＣＳはＴＦＴ側に接続する一方の電極と誘電層を間にしてこれに対向する他方の電極とで構成されている。他方の電極はゲート線と平行に配されたＣＳ線に接続されている。ＣＳ線は一つに束ねられ、例えばＶｃｏｍと同じＡＣ電圧が印加される。
【０００７】
図１０は図８及び図９に示したアクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造を表わしており、例えば特許文献１に開示されている。図示する様に、この表示装置は、ＴＦＴ基板１と対向基板１１と両者の間に保持された液晶１３とで構成されている。対向基板１１の内面には対向電極１２があらかじめ全面的に形成されている。液晶１３はいわゆる電気光学物質の一種であり、所定の誘電性を備える他粘弾性も有する。
【０００８】
ＴＦＴ基板１は、画素電極２、これをスイッチング駆動する薄膜トランジスタＴＦＴ及びこれに接続する補助容量ＣＳを備えている。画素電極２と対向電極１２の間に保持された液晶１３が、前述した液晶素子ＬＣを構成している。
【０００９】
薄膜トランジスタＴＦＴは基板１上に成膜された半導体薄膜３の一部を活性領域として利用する。個々の活性領域の上には絶縁膜４ａを介してゲート電極５がパタニング形成されている。図示しないが、個々のゲート電極５に連続してゲート線Ｇが形成されている。これに対し、補助容量ＣＳは半導体薄膜３の一部に活性領域と隣接して設けた低抵抗化領域を第１電極６とする。又、絶縁膜４ｂを介して低抵抗化領域の上にパタニング形成された金属からなる補助容量線（ＣＳ線）を第２電極７とする。尚、ＴＦＴのゲート電極５は多結晶シリコンからなる第１層８と、金属又は金属シリサイドからなる第２層７ａを重ねた積層構造を有している。従って、補助容量ＣＳの第２電極７とＴＦＴのゲート電極５の第二層７ａは同一の金属又は金属シリサイドからなる同一層に属する。加えて、補助容量ＣＳの誘電体となる絶縁膜４ｂと薄膜トランジスタＴＦＴのゲート絶縁膜４ａも同一層に属する酸化物もしくは窒化物などから構成される。
【００１０】
補助容量ＣＳ及び薄膜トランジスタＴＦＴは層間絶縁膜９により被覆されている。その上には画素電極２と信号線Ｓがパタニング形成されている。画素電極２は層間絶縁膜９に開口したコンタクトホールを介してＴＦＴのドレイン領域に電気接続している。一方、信号線Ｓは同じく層間絶縁膜９に開口したコンタクトホールを介してＴＦＴのソース領域に電気接続している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示装置は、電気光学物質である液晶を、上下からそれぞれ電極が形成された基板で挟み込んだパネル構造を有している。液晶は所定の誘電性及び弾性を備えており、電気力学物質でもある。この為、上下の電極基板に印加されるＡＣ電圧やＤＣ電圧に応答して、振動を呈する場合がある。振動数が６ＫＨｚ〜１６ＫＨｚ程度の可聴範囲に入ると、音ノイズの発生源になるという課題がある。特に、液晶層の振動数がパネルの固有振動数に近い場合、共鳴により振動が増幅され、耳障りなノイズになる場合がある。
【００１２】
液晶表示装置（ＬＣＤパネル）は、例えばＰＤＡのディスプレイデバイスに応用されている。ＰＤＡの多機能化及びマルチメディア化が進んでおり、音声付動画の撮影及び再生が可能な機種が開発されている。又、ボイス録音／再生機能を搭載した機種も開発されている。更には、携帯電話機能を備えたＰＤＡも考えられている。この様なＰＤＡは、ＬＣＤパネルの近傍にマイク・スピーカが組み込まれている。ＬＣＤパネルから発生した音ノイズがマイクによって収音され、スピーカによって拡声された場合、耳障りな音ノイズになる恐れがあり、解決すべき課題となっている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は音ノイズの発生源とはならない液晶表示装置を提供することを目的とする。係る目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち、行状のゲート線、列状の信号線及び両者の交差部に配された画素を含む一方の基板と、対向電極が形成された他方の基板と、両基板の間隙に保持された液晶とからなる液晶表示装置であって、該画素は、ゲート線により導通制御されるトランジスタと、導通したトランジスタを介して信号線から画像信号が書き込まれる画素電極と、該画素電極に書き込まれた画像信号を保持する補助容量とからなり、該ゲート線は画素間ではなく画素内で該画素電極の下方に配して、対向電極からゲート線を電気的に遮蔽し、以って対向電極とゲート線間の相互作用に起因する液晶の音ノイズを抑制することを特徴とする。更に、前記他方の基板の該対向電極には交番電圧が印加されており、前記一方の基板には画素と画素の間に各補助容量に接続する補助容量線が配されており、該補助容量線にも交番電圧を印加して液晶の音ノイズを防ぐ。
【００１４】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、ＴＦＴ基板、液晶層、対向基板を重ね合わせて駆動させると、従来構造では可聴領域の周波数帯域において音ノイズが発生する。その発生原因は、誘電性及び弾性を備えた媒体に対して、ＡＣ電圧とＤＣ電圧が、媒体の厚み方向（Ｚ軸方向）にオフセットのある状態で印加される為である。これは、現在の液晶表示装置の中で、対向電極に印加するコモン電圧Ｖｃｏｍをライン反転させているタイプでは、原理的に発生するものと考えられる。一ライン毎にコモン電圧を反転させると、その周波数はライン数及びリフレッシュレートにもよるが１０ＫＨｚ前後となり、可聴領域に入ってしまう。この様に対向基板側には可聴領域の周波数のＡＣ電圧が印加される一方、ＴＦＴ基板には接地ライン（ＧＮＤライン）や電源ラインなどのＤＣ電位ラインが配されている。又、ゲート線もある水平期間にパルスが印加されるだけで一フィールド期間のほとんど大部分は所定のＤＣ電圧に維持されている。この為、現在の液晶表示装置は、対向基板側にＡＣ電圧が印加される一方、ＴＦＴ基板にはＤＣ電圧が印加される構造となっており、原理的に音ノイズの発生源となり得る。特に、ゲート線に印加されるＤＣ電圧レベルは、対向電極側のＡＣ電圧の中心レベルから大きくオフセットしているのが通常であり、これが音ノイズの最も大きな発生原因となっている。
【００１５】
従来、ゲート線はレイアウト上、画素と画素の間に配されていた。この様な構造では、対向電極とゲート線が液晶層を間にして直接対向する構成となっており、ゲート線と対向電極との間の相互作用により、液晶層が振動を呈していた。そこで本発明は、このゲート線を画素間ではなく画素内で画素電極の下方にレイアウトしている。この様にすると、ゲート線がその上方の画素電極によって電気的に遮蔽される為、対向電極とゲート線との間の相互作用が遮断され、液晶層の振動を抑制することが可能になる。加えて、ゲート線を画素内に配するとその分画素の開口率が犠牲になるので、補助容量線（ＣＳ線）を従来の画素内から画素間に配置させることが好ましい。この場合は、ＣＳ線が液晶層を間にして対向電極と対面することになる。そこで、ＣＳ線に対向電極と同じくＡＣ電圧を印加させることで、音ノイズを防ぐことができる。すなわち、液晶層はＡＣ電圧とＡＣ電圧によって挟まれることになるので、音ノイズは発生しない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はＬＣＤパネルから発生する音ノイズを測定した結果を示すグラフである。この測定では、ＬＣＤパネルの対向基板側に７ＫＨｚで振幅が１０Ｖのコモン電圧Ｖｃｏｍを印加する一方、ＴＦＴ基板のＧＮＤラインにＤＣ電圧を印加して、音ノイズを測定している。Ｖｃｏｍの中心レベルに対してＤＣレベルをオフセットさせ、ノイズの強度を調べたものである。グラフの横軸にオフセット電位を取り、縦軸に検出信号強度（ｄＢ）を取ってある。検出信号はドプラー振動計でＬＣＤパネル表面の振動を検出したものである。グラフから明らかな様に、オフセット電位が０の場合に比べ、オフセット電位が±６Ｖを超えると、相対強度にして２０ｄＢ程度のノイズが発生していることが分かる。この様に、ＬＣＤパネルはＡＣ電圧とＤＣ電圧がＺ軸方向にオフセットのある状態で印加されると、発生することが判明した。
【００１７】
図２は、対向基板及びＴＦＴ基板に種々の電圧を印加して、音ノイズの発生程度を調べた実験を示す模式図である。（Ａ）は対向基板にＶｃｏｍ（ＡＣ電圧）を印加する一方、ＴＦＴ基板側はＧＮＤ（ＤＣ電圧）に落としてある。但し、ＧＮＤはＶｃｏｍの中心からオフセットしている。図では理解を容易にする為、ＡＣ電圧の印加されている領域を右傾斜ハッチングで表わし、ＤＣ電圧の印加されている領域を左傾斜ハッチングで表わしている。ＡＣ電圧が全面的に印加されている対向基板と所定のＤＣ電位に落ちているＴＦＴ基板とを重ねた場合、基板全体がＡＣ電圧とオフセットＤＣ電圧が印加された領域（ＡＣ／ＤＣ領域）になる。図では、このＡＣ／ＤＣ領域を右傾斜ハッチングと左傾斜ハッチングが重なった網目パタンで表わしている。（Ａ）の場合、ＡＣ／ＤＣ領域は基板の全体に亘っている。すなわち、音ノイズの発生源は基板の全体に亘っている。
【００１８】
（Ｂ）は、対向基板側をＧＮＤに落とす一方、ＴＦＴ基板はＣＳ線にＶｃｏｍと同じＡＣ電圧を印加している。図示する様に、ＣＳ線はＴＦＴ基板の中央に位置する画素アレイ部に配される為、周辺部はＡＣ電圧が印加されず、枠状に残されている。従って（Ｂ）の場合、ＡＣ／ＤＣ領域は基板の中央領域を占めることになる。
【００１９】
（Ｃ）は対向基板側にＶｃｏｍを印加する一方、ＴＦＴ基板側はＣＳ線にＶｃｏｍと同じＡＣ電圧を印加する一方、枠状に残された周辺部はＧＮＤに落としている。この結果（Ｃ）の場合、ＡＣ／ＤＣ領域は基板の周辺部のみとなる。
【００２０】
図３は、図２に示した実験の結果を示すグラフである。Ｖｃｏｍのみ入力した（Ａ）の場合、ノイズピークは相対的に高くなっている。Ｖｃｏｍ＋ＣＳのみ入力した（Ｃ）の場合、ノイズピークは最も低くなっている。ＣＳのみ入力した（Ｂ）の場合ノイズピークは（Ａ）に比べ少し低くなっているが、（Ｃ）の場合に比べ高くなっている。この様に、ノイズピークの値は、明らかにＡＣ／ＤＣ領域の面積に対応していることが分かる。すなわち、ＡＣ領域とオフセットＤＣ領域の重なる部分を極力少なくすることで、音ノイズの発生源を可能な限り取り除くことができる。
【００２１】
図４は、参考例に係るＬＣＤパネルの画素アレイ配置を示す模式図である。図示する様に、ＴＦＴ基板側は、行状のゲート線Ｇ１，Ｇ２、列状の信号線Ｓ１，Ｓ２及び両者の交差部に配された画素１，２，３，４を備えている。各画素は、ゲート線Ｇにより導通制御されるトランジスタＴＦＴと、導通したトランジスタＴＦＴを介して信号線Ｓから画像信号が書き込まれる画素電極２と、画素電極２に書き込まれた画像信号を保持する補助容量ＣＳとからなる。補助容量ＣＳの一方の電極はＴＦＴのドレインに接続される一方、他方の電極はＣＳ線に接続されている。尚画素電極２もＴＦＴのドレイン側に接続されている。この参考例に示した様に従来の一般的なＬＣＤパネルでは、ゲート線Ｇと信号線Ｓが画素と画素の間にレイアウトされる一方、ＣＳ線は画素内で画素電極２の下方に配されている。係る構成において、音ノイズの発生原因となるオフセットＤＣ電圧が印加される部分は、まず第一にゲート線Ｇが挙げられる。ゲート線Ｇは一フィールド期間の大部分所定のＤＣ電位に維持され、ある水平走査期間だけ選択パルスが印加される。しかも、ゲート線Ｇは画素間に配され、液晶を間にして対向電極と直接向かい合う構成となっている。それ以外の画素電極２、信号線Ｓ、ＣＳ線などは一般的にＡＣ電圧が印加される為、音ノイズ発生源とはなりにくい。
【００２２】
図５は、図４に示したＬＣＤパネルを信号線Ｓ１に沿って切断した模式的な断面図である。図示する様に、液晶層１３は対向基板１１とＴＦＴ基板１とで挟まれている。対向基板１１の内面には対向電極１２が形成されており、所定のＡＣ電圧が印加される。一方、ＴＦＴ基板１側で画素１と画素３の間にゲート線Ｇ１が配されており、所定のＤＣ電圧に保持されている。例えば対向電極１２には振幅が０〜５Ｖで変化する８ＫＨｚのＶｃｏｍが印加される。一方、ゲート線Ｇ１には−６．５Ｖに保持されたゲート電圧Ｖｇが印加される。但しゲート線Ｇ１には一フィールド期間中ある水平期間だけ選択パルスが印加される。図から明らかな様に液晶層１３にはＡＣ電圧とＤＣ電圧がＺ軸方向にオフセットする状態で印加される為、音ノイズが発生する。
【００２３】
図６は、本発明に係るＬＣＤパネル（液晶表示装置）の実施形態を示す模式的な平面図である。理解を容易にする為、図４に示した参考例に係るＬＣＤパネルと対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、ゲート線Ｇが画素と画素の間ではなく、画素内で画素電極２の下方に配していることである。画素電極２で対向電極からゲート線Ｇを電気的に遮蔽し、以って対向電極とゲート線間の相互作用に起因する液晶の音ノイズを抑制している。一方、ＣＳ線は画素と画素の間に配置することで、画素の開口率を高めている。ＣＳ線には対向電極に印加されるＶｃｏｍと同じＡＣ電圧を印加することで、音ノイズの発生源とならない様にしている。
【００２４】
図７は、図６に示したＬＣＤパネルの信号線Ｓ１に沿った模式的な断面図である。液晶層１３は対向基板１１とＴＦＴ基板１で挟まれている。対向基板１１の内面に形成された対向電極１２にはＶｃｏｍ（ＡＣ電圧）が印加されている。これに対し、ＣＳ線は画素１と画素３の間に配され、液晶層１３を介して対向電極１２に対面している。ＣＳ線にはＶｃｏｍと同じＡＣ電圧が印加される為、音ノイズは発生しない。一方、ゲート線Ｇ１は画素間ではなく画素１内で画素電極の下方に配されている。ゲート線Ｇ１にはオフセットＤＣ電圧が印加されるが、画素１の画素電極によって対向電極１２側から電気的に遮蔽されている為、対向電極１２とゲート線Ｇ１との間の相互作用は液晶層１３に影響をほとんど及ぼさない。従って、対向電極１２とゲート線Ｇ１との間でも音ノイズは発生しない。
【００２５】
【発明の効果】
今後のＰＤＡの開発傾向として、録音機能や携帯電話機能など、マイク・スピーカを備えた多機能型マルチメディア対応の製品が急増していくものと考えられている。その際、従来の画素構造レイアウトでは、液晶表示デバイス自体から可聴域の振動が生じ、マイク・スピーカを通して耳障りな音ノイズへと増幅されていく。そこで本発明の画素内構造を採用することで、音ノイズを低減することが可能である。又、従来の様に画素間にゲート線を配置する構成では、ゲート線がほとんどＤＣ電位に保持されている為、ＤＣ電界に弱い液晶は信号保持率などの劣化を引き起こす恐れがある。そこで本発明の構造を採用することにより、ゲート線を画素内に配することでその上の画素電極により遮蔽し、液晶層には実質上ＡＣ電界のみが印加される様にしている。これにより、液晶層における画像信号保持率の低下を防止でき、画品位劣化をもたらす焼きつきの低減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置におけるオフセット電位と音ノイズとの関係を示すグラフである。
【図２】液晶表示装置の音ノイズの発生源を示す模式図である。
【図３】図２に示した発生源から生じる音ノイズのピーク値を示したグラフである。
【図４】参考例に係る液晶表示装置の模式的な部分平面図である。
【図５】参考例に係る液晶表示装置の模式的な部分断面図である。
【図６】本発明に係る液晶表示装置の部分平面図である。
【図７】本発明に係る液晶表示装置の部分断面図である。
【図８】従来の液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。
【図９】従来の液晶表示装置の画素アレイを示す回路図である。
【図１０】従来の液晶表示装置の部分断面図である。
【符号の説明】
１・・・ＴＦＴ基板、２・・・画素電極、３・・・半導体薄膜、５・・・ゲート電極、９・・・層間絶縁膜、１１・・・対向基板、１２・・・対向電極、Ｇ・・・ゲート線、Ｓ・・・信号線、ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ、ＣＳ・・・補助容量
【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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