JP2005175248A - Liquid crystal display of field sequential system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動に最適なフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a field sequential liquid crystal display device that is optimal for driving.
一般に液晶表示装置には薄型軽量、低消費電力という特徴があり、特に、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor.以下「TFT」という。)方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置は携帯端末から大型テレビに至るまで幅広く利用されている。 In general, liquid crystal display devices are characterized by thinness, light weight, and low power consumption. In particular, thin film transistor (“TFT”) type active matrix liquid crystal display devices are widely used from portable terminals to large-sized TVs. It's being used.
通常、広く用いられているアクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された画素電極と各画素電極に接続されたTFT素子が設けられた基板と共通電極が設けられた基板とを所定間隔を隔てて配設し、両基板間に液晶を封入した液晶表示装置を備えている。そして、液晶表示装置の共通電極側にはそれぞれの画素ごとに赤(R)、緑(G)又は青(B)のフィルタが備えられたサブ画素が設けられ、R・G・Bの3つのサブ画素のセットで1画素とされている。また、液晶表示装置の両面には偏光フィルタが配置され、一方の偏光フィルタの背後にはバックライトが配置されて透過型の液晶表示装置とされている。 In general, an active matrix type liquid crystal display device widely used has a predetermined distance between a pixel electrode arranged in a matrix and a substrate provided with a TFT element connected to each pixel electrode and a substrate provided with a common electrode. And a liquid crystal display device in which liquid crystal is sealed between both substrates. A sub-pixel provided with a red (R), green (G), or blue (B) filter for each pixel is provided on the common electrode side of the liquid crystal display device, and three R, G, and B filters are provided. One set of sub-pixels is used as one pixel. Further, a polarizing filter is disposed on both surfaces of the liquid crystal display device, and a backlight is disposed behind one of the polarizing filters to form a transmissive liquid crystal display device.
この形式の液晶表示装置は、空間混合方式と称されるものであって、RGB各画素の透過光の強度を変えて混色することにより所望の色の光を得るものであって、現在主流となっているものであるが、光の利用効率が低いという問題がある。すなわち、通常のカラー液晶表示装置の場合、偏光板による光透過率は約1/2以下であり、カラーフィルタによる光透過率は約1/3以下であるので、開口率その他を考えると、バックライトから出射される全光の利用効率は実質的に10%以下となってしまう。 This type of liquid crystal display device is referred to as a spatial mixing method, and obtains light of a desired color by changing the intensity of transmitted light of each RGB pixel and mixing them. However, there is a problem that the light use efficiency is low. That is, in the case of a normal color liquid crystal display device, the light transmittance by the polarizing plate is about ½ or less, and the light transmittance by the color filter is about 3 or less. The utilization efficiency of all light emitted from the light is substantially 10% or less.
近年、このようなカラーフィルタを使用しない形式の透過型液晶表示装置として、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置が開発された(下記特許文献1、2参照)。このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、時間差混合方式と称されるものであって、バックライトとしてR・G・Bの各光を発することができる光源を使用し、各フィールド中にR・G・Bの各光を素早く切り替えて液晶表示装置に照射することにより、カラー表示を得るものである。このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタを有していないために、従来例のようなカラーフィルタによる光吸収を考慮する必要がなく、従来のものよりも低消費電力の光源を使用し得る。なお、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置に使用される光源としては、R・G・Bの各光を高速に切替発光できる発光ダイオード、無機ないしは有機EL(Electro Luminescence)素子が使用される。
In recent years, field-sequential liquid crystal display devices have been developed as transmission-type liquid crystal display devices that do not use such color filters (see
このように、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、低消費電力で、また、1画素でRGBの各色の光を時分割して透過させてカラー表示を行うことができるために、従来の液晶表示装置に比すると高精細化が可能であるが、液晶表示装置として従来のものよりも高速応答が要求される。すなわち、色の切替に際してフリッカ(画像のちらつき)が生じないようにするためには、現在の慣用規格では1フィールドが1/60秒であるため、図1に示したように、1フィールド当たり1色の表示を行うためには1/180秒以下、すなわち約5.6m秒以下で切り替えする必要がある。従って、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置としては、従来のものよりも遙かに応答速度が速いものが必要とされており、現在においても更なる改良が求められている。 As described above, the field sequential type liquid crystal display device has low power consumption and can perform color display by time-dividing and transmitting light of each color of RGB by one pixel. Although high definition can be achieved as compared with a device, a liquid crystal display device is required to have a higher response than a conventional liquid crystal display device. That is, in order to prevent flicker (flickering of an image) from occurring at the time of color switching, one field is 1/60 second in the current common standard, and therefore, 1 field per field as shown in FIG. In order to display the color, it is necessary to switch within 1/180 seconds or less, that is, about 5.6 milliseconds or less. Therefore, a field-sequential liquid crystal display device is required to have a response speed much faster than that of a conventional one, and further improvements are still required.
例えば、下記特許文献2には、発光部の単位発光期間内において液晶表示装置への印加電圧のパターンを変化させることにより高速応答で多段階表示が可能な液晶表示装置が、また、下記特許文献3には、OCB(Optical Controlled Birefringence)モードの液晶表示装置において、液晶分子を確実にベンド転移するようになすことにより液晶表示装置の応答速度を高める技術が、それぞれ開示されている。
前記特許文献2に開示されている発明は、液晶表示装置への印加電圧の観点から、また、前記特許文献3に開示されている発明は液晶分子の配向の観点から、共に液晶表示装置の応答速度向上を図ったものであるが、未だにフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置として十分な高速応答性を達成するには至ってはいない。そこで、本発明者等はアクティブマトリクス型液晶表示装置のTFTの特性を改善して液晶表示装置の応答速度の向上の可能性を検討することとした。 The invention disclosed in Patent Document 2 is a response of the liquid crystal display device from the viewpoint of the voltage applied to the liquid crystal display device, and the invention disclosed in Patent Document 3 is a response of the liquid crystal display device from the viewpoint of the alignment of liquid crystal molecules. Although it is intended to improve the speed, it has not yet achieved sufficient high-speed response as a field sequential type liquid crystal display device. Therefore, the present inventors have examined the possibility of improving the response speed of the liquid crystal display device by improving the TFT characteristics of the active matrix liquid crystal display device.
TFTは画素電極へのデータ信号入力を選択するスイッチング素子であり、ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極、及び、非晶質半導体層より構成される電界効果トランジスタであり、それぞれの電極は走査線、映像線及び画素電極に接続されている。走査線群は線順次に走査選択されて所定の走査時間の間、1走査線上の全てのTFTをONとし、このON期間中にデータ信号が各映像線を介してそれぞれの画素電極に入力される。共通電極は走査信号に同期して電圧が設定され、対向する各画素電極との間で画素となる液晶容量が形成されて電圧が保持される。この保持電圧は間隙の液晶を駆動するとともに、次フィールドで正負反転して書き換えられるまで、液晶の駆動状態を所定の1走査期間維持する。 A TFT is a switching element that selects a data signal input to a pixel electrode, and is a field effect transistor composed of a gate electrode, a drain electrode, a source electrode, and an amorphous semiconductor layer, each electrode being a scanning line, It is connected to the video line and the pixel electrode. The scanning line group is selected in a line-sequential manner, and all the TFTs on one scanning line are turned on for a predetermined scanning time. During this ON period, a data signal is input to each pixel electrode via each video line. The A voltage is set to the common electrode in synchronization with the scanning signal, and a liquid crystal capacitor serving as a pixel is formed between the opposing pixel electrodes to hold the voltage. This holding voltage drives the liquid crystal in the gap and maintains the driving state of the liquid crystal for a predetermined one scanning period until it is rewritten by reversing the polarity in the next field.
このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の一般的な構成及び等価回路を図2及び3を参照して簡単に説明する。なお、図2はこのフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の1画素分の平面図であり、図3は数画素分の等価回路を示す図である。個々の画素電極LPは液晶表示装置上の走査線Xn、Xn+1・・・と映像線Ym、Ym+1・・・で囲まれた区画に設けられており、この画素電極LPは等価的に液晶容量CLCで表わされている。通常液晶容量CLCには補助容量CSが並列に接続されている。液晶容量CLCの一端は駆動用のTFTのドレイン電極Dに接続されているとともに、他端は対向電極に接続されて所定の基準電圧Vcomが印加されている。 A general configuration and equivalent circuit of the field sequential type liquid crystal display device will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 2 is a plan view of one pixel of the field sequential type liquid crystal display device, and FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of several pixels. Each pixel electrode LP is provided in a section surrounded by scanning lines Xn, Xn + 1... And video lines Ym, Ym + 1... On the liquid crystal display device. Is represented by the liquid crystal capacitance CLC . Usually the liquid crystal capacitance C LC auxiliary capacitor C S is connected in parallel. One end of the liquid crystal capacitance C LC is connected to the drain electrode D of the TFT for driving and the other end is connected to the counter electrode a predetermined reference voltage Vcom is applied.
TFTは絶縁ゲート電界効果型の薄膜トランジスタからなり、そのソース電極Sは映像線Ym、Ym+1・・・に接続されて画像信号Vsigの供給を受け、また、ドレイン電極Dは液晶容量CLCの一端、すなわち画素電極LPに接続されている。さらに、TFTのゲート電極Gは走査線Xn、Xn+1・・・に接続されて所定のゲート電圧Vgateを有するゲートパルスGPが印加されるようになされている。そして、ドレイン電極とソース電極との間には寄生容量CDSがまた、液晶容量CLCとゲート電極Gとの間には結合容量CGDが形成される。この結合容量CGDは、画素電極と走査線Xnとの間の浮遊容量成分とTFT内部のドレイン領域とゲート領域との間の寄生容量成分が合わさったものであるが、後者の寄生容量成分が支配的であるので、以下、CGDをCDSと共に寄生容量と称する。 The TFT is an insulated gate field effect type thin film transistor, and its source electrode S is connected to the video lines Ym, Ym + 1... And supplied with the image signal Vsig, and the drain electrode D is a liquid crystal capacitor CLC . One end is connected to the pixel electrode LP. Further, the gate electrode G of the TFT is connected to the scanning lines Xn, Xn + 1... So that a gate pulse GP having a predetermined gate voltage Vgate is applied. Then, Kamata parasitic capacitance C DS between the drain and source electrodes, the coupling capacitance C GD is formed between the liquid crystal capacitor C LC and the gate electrode G. The coupling capacitance CGD is a combination of the stray capacitance component between the pixel electrode and the scanning line Xn and the parasitic capacitance component between the drain region and the gate region inside the TFT. since dominant, hereinafter referred to as C GD and the parasitic capacitance with C DS.
液晶表示装置の画素に対して選択期間中に画像信号Vsigを書き込み、続く非選択期間中書き込まれた画像信号を保持して一フィールドが構成されるが、一フィールドにおける液晶画素の透過率はその間に液晶に印加される実効電圧によって決定される。したがって、TFTは、選択期間内に書き込みを完了するために必要なON電流が確保できるものでなければならず、また、一フィールド期間中に液晶画素を点灯し続けるのに十分な実効電圧が得られるようにするために、非選択期間中あるいは保持期間中のリーク電流はできるだけ小さくする必要がある。 An image signal Vsig is written to a pixel of a liquid crystal display device during a selection period, and an image signal written during a subsequent non-selection period is held to form one field. The transmittance of the liquid crystal pixel in one field is Is determined by the effective voltage applied to the liquid crystal. Therefore, the TFT must be able to secure an ON current necessary for completing writing within the selection period, and obtain an effective voltage sufficient to keep the liquid crystal pixels lit during one field period. In order to achieve this, the leakage current during the non-selection period or the holding period needs to be as small as possible.
また、液晶表示装置は、TFTがON状態となるとTFTのソース電極Sに印加されていた画像信号Vsigが画素電極LPに印加されるが、画素電極LPの両端の電圧は、液晶容量CLC、補助容量CS、寄生容量CGD及びCDSの充放電を経ながら前記画像信号Vsigに近づいていくので、少なくとも寄生容量CGD及びCDSが小さいほど、また、TFTのON電流が大きいほど、液晶表示装置の応答速度が速くなる。 In the liquid crystal display device, when the TFT is turned on, the image signal Vsig applied to the source electrode S of the TFT is applied to the pixel electrode LP. The voltage across the pixel electrode LP is the liquid crystal capacitance C LC , Since the image signal Vsig is approached while charging and discharging the auxiliary capacitance C S and the parasitic capacitances C GD and C DS , at least as the parasitic capacitances C GD and C DS are smaller and the ON current of the TFT is larger, The response speed of the liquid crystal display device is increased.
したがって、液晶分子は駆動電圧を印加してもすぐに動くわけではないが、液晶表示装置を高速に駆動するためにはTFTのON電流が大きいほど有利となる。TFTのON電流を大きくするためには、従来例のアクティブマトリクス型液晶表示装置のTFTの構成を示す図4を参照すると、TFTのサイズを大きくして、ソース電極Sとドレイン電極Dが対向している長さ、すなわちチャネル幅Wを大きくすると共に、両電極間の距離、すなわちチャネル長Lを短くすることにより一応達成できる。しかしながら、チャネル長Lは回路設計上一定の限度があるし、また、チャネル幅Wを大きくすることは、それに伴って寄生容量成分CGD及びCDSも大きくなる(図2参照)ため、液晶表示装置の高速駆動の点からは相反する要因となってしまう。 Therefore, the liquid crystal molecules do not move immediately even when a driving voltage is applied, but it is more advantageous as the ON current of the TFT is larger in order to drive the liquid crystal display device at high speed. In order to increase the ON current of the TFT, referring to FIG. 4 showing the configuration of the TFT of the conventional active matrix liquid crystal display device, the TFT is increased in size so that the source electrode S and the drain electrode D face each other. This can be achieved by increasing the length, that is, the channel width W, and shortening the distance between both electrodes, that is, the channel length L. However, the channel length L has a certain limit in circuit design, and increasing the channel width W increases the parasitic capacitance components C GD and C DS accordingly (see FIG. 2). This is a contradictory factor in terms of high-speed driving of the apparatus.
そこで、本発明者等は、このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置のTFTの構成について種々検討を重ねた結果、TFTのソース電極Sとドレイン電極Dの形状を工夫することにより、TFTのサイズを大きくすることなくTFTのON電流を増大させることができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。 Accordingly, as a result of various studies on the configuration of the TFT of the field sequential type liquid crystal display device, the present inventors have increased the size of the TFT by devising the shape of the source electrode S and the drain electrode D of the TFT. The present inventors have found that the ON current of the TFT can be increased without doing so, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、各画素のTFTのサイズを大きくすることなくON電流を増大させることができ、応答速度の速い液晶表示装置を提供することを目的とする。 That is, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that can increase the ON current without increasing the TFT size of each pixel and has a high response speed in a field sequential type liquid crystal display device. .
本発明の上記目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、本願の請求項1に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の発明は、各画素の駆動用素子として薄膜トランジスタを有するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との対向面の形状が、ソース電極が半円弧状であり、ドレイン電極が半円状であることを特徴とする。
The above object of the present invention can be achieved by the following configurations. That is, the field sequential type liquid crystal display device according to
また、本願の請求項2に係る発明は、前記請求項1に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との対向面の間の距離が一定となされていることを特徴とする。
Further, in the invention according to claim 2 of the present application, in the field sequential type liquid crystal display device according to
また、本願の請求項3に係る発明は、前記請求項1又は2に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタは、一つのゲート電極に対して前記半円弧状のソース電極及び前記半円状のドレイン電極が複数組形成され、各半円弧状のソース電極及び各半円状のドレイン電極はそれぞれ互いに並列に接続されていることを特徴とする。
The invention according to claim 3 of the present application is the field sequential type liquid crystal display device according to
本発明の上記構成によれば、以下のような優れた効果を奏する。すなわち、本願の請求項1に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置によれば、TFTの形状を特に大きくしなくても、寄生容量を増加させることなくソース電極とドレイン電極との対向面の長さ即ちチャネル幅Wを広くすることができるので、ON電流の大きなTFTが得られるため、高速応答のフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置が得られる。
According to the above configuration of the present invention, the following excellent effects can be obtained. That is, according to the field sequential type liquid crystal display device according to
また、本願の請求項2に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置によれば、寄生容量が小さい方が有利であり、各画素ごとにON電流のばらつきの少ないフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置が得られる。 In addition, according to the field sequential type liquid crystal display device according to claim 2 of the present application, it is advantageous that the parasitic capacitance is small, and a field sequential type liquid crystal display device with little variation in ON current for each pixel is obtained. It is done.
また、本願の請求項3に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置によれば、複数組の半円弧状のソース電極及び半円状のドレイン電極を並列に設けたので、寄生容量をそれほど増加させずにTFTのON電流をより増大させることができるようになるため、より応答速度の速いフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置が得られる。 Further, according to the field sequential type liquid crystal display device according to claim 3 of the present application, since a plurality of sets of semicircular arc-shaped source electrodes and semicircular drain electrodes are provided in parallel, the parasitic capacitance is increased so much. Accordingly, the ON current of the TFT can be further increased, so that a field sequential type liquid crystal display device with a faster response speed can be obtained.
以下、本発明の実施例を図5及び図6を用いて説明する。ただし、以下に示す実施例は本発明の技術思想を具体化するためのフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を例示するものであって、本発明をこの実施例のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置に特定することを意図するものではなく、特許請求範囲に記載された技術的範囲に含まれるものに等しく適用し得るものである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. However, the embodiment shown below exemplifies a field sequential type liquid crystal display device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is specified as the field sequential type liquid crystal display device of this embodiment. It is not intended to be applied, but is equally applicable to what is included in the technical scope described in the claims.
本発明の第1の実施例に相当するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置のTFTの拡大平面図を図5に示す。このTFT10は、ガラス基板の表面に絶縁膜が設けられ(いずれも図示せず)、この絶縁膜上に順次ゲート電極G及びアモルファス−シリコン等の半導体層12が積層され、この半導体層の表面にソース電極S及びドレイン電極Dが対向配置されている。そして、ドレイン電極Dの先端部14は半円状とされており、また、前記ドレイン電極Dの先端部に対向するソース電極Sの先端部16は半円弧状とされ、両電極間の距離、すなわちチャネル長Lは一定とされている。
FIG. 5 shows an enlarged plan view of a TFT of the field sequential type liquid crystal display device corresponding to the first embodiment of the present invention. This
この場合、ドレイン電極Dとゲート電極G間の寄生容量を減らすため、ゲート電極G上に位置するドレイン電極Dの半円状の先端部14以外の部分18の長さは可能な限り短くする方がよい。ソース電極Sのドレイン電極Dと対向する部分以外の形状は任意であるが、TFT10のON電流を大きくするためにはある程度太くして抵抗値が小さくなるようにするとよい。
In this case, in order to reduce the parasitic capacitance between the drain electrode D and the gate electrode G, the length of the
このような形状とすると、チャネル幅Wを大きくできると共に、ドレイン電極Dとソース電極Sとの間の寄生容量CDS及びゲート電極とドレイン電極との間の寄生容量CGDを共に小さくできるため、TFT10の大きさを従来例のものと同じ程度となしても、ON電流を大きくできるので、液晶表示装置の応答速度を向上させることができ、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置として適用できる液晶表示装置が得られる。
With such a configuration, it is possible to increase the channel width W, since the parasitic capacitance C GD between parasitic capacitance C DS and the gate electrode and the drain electrode between the drain electrode D and the source electrode S may both small, Even if the size of the
本発明の第2の実施例に相当するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置のTFT20の拡大平面図を図6に示す。なお、図6において図5に示した実施例1のTFT10と同一構成の部分には同一参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。
An enlarged plan view of the
この実施例2のTFT20が実施例1のTFT10と構成が相違している部分は、ゲート電極Gを大きく信号線Ymに沿って延ばし、ソース電極Sとドレイン電極Dとの組み合わせを複数組、この例では4組設け、各ソース電極Sを互いに電気的に接続すると共に各ドレイン電極Dも互いに電気的に接続した構成となっている。したがって、この実施例2のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置では、TFT20は、一つのゲート電極Gに対して半円弧状のソース電極S及び半円状のドレイン電極Dが複数組形成され、各半円弧状のソース電極S及び各半円状のドレイン電極Dはそれぞれ互いに並列に接続されていることになる。
The
この場合、各画素ごとのTFTの特性のばらつきを抑えるために、それぞれのソース電極Sがドレイン電極Dと対向している部分の長さすなわち、チャネル幅W1〜W4を全て等しくすると共に、ソース電極の円弧状部分16とドレイン電極Dの半円状の先端部14との間の距離、すなわちチャネル長Lを全て等しくすることが望ましい。また、ドレイン電極Dの半円状の先端部14以外の部分は、ゲート電極とドレイン電極との間の寄生容量CGDを小さくするために、可能な限り短い方が好ましい。
In this case, in order to suppress variations in TFT characteristics for each pixel, the length of the portion where each source electrode S faces the drain electrode D, that is, the channel widths W1 to W4 are all made equal, and the source electrode It is desirable that the distance between the arc-shaped
このような構成となすことにより、TFT20のON電流を実施例1のものに比して大幅に大きくでき、加えて、ソース電極Sがドレイン電極Dと対向している部分の長さ、すなわちチャネル幅W=W1+W2+W3+W4も大きくできるので、図4に示したような構成の従来例のTFTの場合と比すると、チャネル幅Wの値が同じあっても、ドレイン電極Dとソース電極Sとの間の寄生容量CDS及びゲート電極とドレイン電極との間の寄生容量CGDを小さくできるために、液晶表示装置の応答速度を向上させることができ、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置として適用できる液晶表示装置が得られる。
With this configuration, the ON current of the
Xn、Xn+1・・・ 走査線
Ym、Ym+1・・・ 映像線
CLC 液晶容量
CS 補助容量
D ドレイン電極
G ゲート電極
S ソース電極
CGD、CDS 寄生容量
10、20 TFT
12 半導体層
14 半円状のドレイン電極Dの先端部
16 ソース電極Sの先端部
Xn, Xn + 1... Scanning line Ym, Ym + 1... Video line C LC liquid crystal capacitance C S auxiliary capacitance D drain electrode G gate electrode S source electrode CGD , CDS
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