JP2006221021A - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 液晶パネル100は、対向基板151と素子基板201とによって液晶1
70を封止した構成となっている。素子基板201の対向面には、表示画素に対応する画
素電極234と、これに対向する共通電極116(データ線114)と、画素電極234
と分岐電極116との間に凸部250とが設けられている。凸部250は、素子基板20
1の側端面の反射光など、電極形成面に対して角度の大きな入射光を、画素電極234と
分岐電極116との間を通過させて観察側に出射させる。これにより、開口率が同じでも
、明るい表示が可能となる。
【選択図】 図3
Description
する。
である。液晶表示装置において、TN(Twisted Nematic)型などの液晶を用いると、十
分な視野角が得られないので、近年では、非常に広い視野角が得られるIPS(In Plane
Switching)モードが注目を浴びている。このIPSモードの液晶表示装置は、一対の基
板の一方に、画素電極のみならず共通電極も設けるとともに、画素電極および共通電極の
間に画素に応じた電圧を印加することによって基板面の水平方向に電界を発生させる、と
いうものである。このため、液晶としては、分子長軸方向が基板面と水平を保ったまま回
転するホモジニアス配列が用いられる。
劣る。その理由は、IPSモードでは、液晶の配向方向が電界に応じて変化する領域、す
なわち、画素の明るさが変化する領域が、画素電極の端部と共通電極の端部との間であっ
て、電極が形成された領域は、開口率という観点からみれば、デッドスペースとなるため
である。
そこで、一方の基板(素子基板)のうち、他方の基板(カラーフィルタ基板)との対向
面に偏光板を設けて、素子基板の金属配線層で反射された光が直接導光板に戻して、光の
再利用を図る技術が提案された(例えば、特許文献1参照)。この技術によれば、導光板
に戻った光が反射して再び液晶パネルに入射するので、光の再利用効率が高まる結果、開
口率が同一でも、明るい表示が可能になる、と考えられる。
偏光子を設ける必要がある。素子基板の内面に偏光子を設けることは、スイッチング素子
を形成した後に、樹脂等からなる偏光層を形成するというものであるので、品質の良い(
偏光度の高い)ものが得にくいなど、技術的に多くの困難性を伴う。このため、上記技術
を適用した液晶表示装置は、低い歩留まり率のために高コストになりやすい、また、コン
トラスト比も低くなる、と考えられる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡易な
構成によって、高い輝度の表示が可能な液晶表示装置および電子機器を提供することにあ
る。
が挟持される液晶表示装置であって、前記一対の基板のうち、一方の基板に、表示画素に
対応する画素電極と、前記画素電極と対向する共通電極と、前記一方の基板における前記
共通電極と前記画素電極との間に、他方の基板に向かう凸部または凹部が設けられたこと
を特徴とする。この構成によれば、一方の基板内に封じ込められるような光や入射角度の
大きな光が、凸部または凹部によって、画素電極と対向電極とを通過して観察者に視認さ
れるようになるので、その分、画素を明るくすることが可能となる。
中心部に形成される構成が好ましい。
本発明において、前記一方の基板には、複数行の走査線と複数列のデータ線とが絶縁層
を介して互いに交差するように設けられ、前記表示画素は、前記複数行の走査線と複数列
のデータ線との交差に対応して設けられるとともに、ダイオード素子を有し、前記ダイオ
ード素子の一端は、前記走査線または前記データ線のいずれか一方に接続され、前記ダイ
オード素子の他端は、前記画素電極に接続され、前記共通電極は、前記走査線または前記
データ線のいずれか他方である構成としても良い。
また、本発明において、前記一方の基板には、複数行の走査線と複数列のデータ線とが
絶縁層を介して互いに交差するように設けられ、前記表示画素は、前記複数行の走査線と
複数列のデータ線との交差に対応して設けられるとともに、トランジスタ素子を有し、前
記トランジスタのソース・ドレインの一方は前記データ線に接続され、前記トランジスタ
のソース・ドレインの他方は前記画素電極に接続され、前記トランジスタのゲートは前記
走査線に接続された構成としても良い。
さらに、本発明に係る電子機器は、上記液晶表示装置を備えるので、明るい表示が可能
となる。
態に係る液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、液晶表示装置10は、液晶パネル100、データ線駆動回路
20、走査線駆動回路30および制御回路40を含む。このうち、液晶パネル100には
、320行の走査線112が行(X)方向に延在する一方、240列のデータ線114が
列(Y)方向に延在するように、それぞれ設けられている。
画素110は、走査線112とデータ線114との交差に対応して、それぞれ配列して
いる。したがって、本実施形態では、画素110が縦320行×横240列でマトリクス
状に配列するが、本発明をこれに限定する趣旨ではない。
)は、画素110の平面的な構成を示す図であり、図2(b)は、画素110の電気的な
構成を示す図である。いずれも、i行目及びこれに隣接する(i+1)行目と、j列目及
びこれに隣接する(j+1)列目との交差に対応する2×2の計4画素分の構成を示して
いる。また、図3は、図2(a)におけるA−A’線に沿って破断した液晶パネル100
の構造を示す側断面図である。
なお、図2(a)および図2(b)において、i、(i+1)は、画素110の配列に
おいて走査線の行を一般的に示す場合の記号であり、1以上320以下の整数である。同
様に、j、(j+1)は、画素110の配列においてデータ線の列を一般的に示す場合の
記号であり、1以上240以下の整数である。
の一例であるTFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)220とを有する。
ここで、画素容量118の一端はデータ線114に接続される一方、その他端はTFD
220の一端に接続されている。TFD220の他端は、走査線112に接続されている
。
液晶パネル100は、図3に示されるように、ともに透明性を有する対向基板151と
素子基板201とがシール材160によって一定の間隙を保つように、かつ、素子基板2
01の電極形成面が対向基板151に対向するように、貼り合わせた構造となっており、
当該間隙に液晶170が挟持されている。
続されている。また、共通電極(対向電極)116は、データ線114からX方向に分岐
するとともに、さらにデータ線114の分岐部分から末端方向に向かって、データ線11
4と平行となるように、再分岐して、その一方が折れ曲がっている。このため、共通電極
116は、電気的には、データ線114そのものである。
データ線114自身と共通電極116とが、画素電極234と櫛歯状に対向して、これ
により図2(b)における画素容量118が形成されている。
陽極酸化による絶縁体で覆った2層構造である。また、TFD220の部分222は、陽
極酸化後に分岐電極116から分離したものである。一方、走査線112および画素電極
234は、クロムなどの低抵抗金属層をパターニングしたものである。このため、走査線
112とデータ線114とは素子基板201において電気的な絶縁を保ちつつ交差するこ
とになる。
22の金属層、および、島状部分222の金属層/島状部分226の絶縁膜/画素電極2
34の金属層という、導電体/絶縁体/導電体のサンドイッチ構造を2つ逆向きに接続し
た構造となっている。すなわち、TFD220は、電流−電圧特性が正負双方向にわたっ
て非線形となるダイオードを、互いに逆向きに直列接続したBTB(Back To Back:背合
わせ)構造となっている。このため、TFD220は、正負双方向にわたって均質な非線
形スイッチング特性を有することになる。
0が、素子基板201の電極形成面であって、データ線114または共通電極116と、
画素電極234との間に設けられている。
この凸部250は、例えば感光性アクリル樹脂をフォトリソグラフィによりパターニン
グしたものである。また、図2および図3に示されるように、凸部250は、長辺がY方
向に沿って、その頂辺が対向基板151に対向するような三角柱形状となっている。また
、この凸部250は各画素電極234と共通電極116間の中心部に形成されることが望
ましい。
晶分子の初期配向方向が所定方向となるようにラビング処理された配向膜がそれぞれ形成
されている。さらに、対向基板151の観察面および素子基板201の非電極形成面には
、液晶分子の初期配向方向に応じた偏光軸を有する偏光子153、203がそれぞれ貼付
されている。
また、素子基板201の非電極形成面側には、図示しないバックライトユニットが設け
られて、この照射光が液晶パネル100に入射する。なお、バックライトユニットではな
く、外光を取り入れて、液晶パネル100に入射させても良い。
ここで、本実施形態において液晶パネル100は、電圧無印加状態において白表示をす
るノーマリーホワイトモードであるとする。
112に、垂直走査に応じて走査信号Y1、Y2、Y3、…、Y320を供給するもので
あり、1垂直走査期間(1F)にわたって1〜320行目の走査線112を、1行ずつ1
水平走査期間(1H)毎に選択するとともに、選択した走査線に選択電圧±VSのいずれ
かを水平走査期間の後半期間において印加する一方、他の走査線については電圧±Vdの
いずれかを印加するものである。
詳細には、走査線駆動回路30は、i行目の走査線112に印加する走査信号Yiにつ
いて、当該i行目の走査線を選択したときに、当該1水平走査期間の後半期間にわたって
正極性選択電圧+VSとし、この後、選択が終了すれば、正極性非選択電圧+Vdに保持
し、1垂直走査期間(1F)経過して、再び当該i行目の走査線112を選択したときに
、当該1水平走査期間の後半期間にわたって負極性選択電圧−VSとし、この後、選択が
終了すれば、負極性非選択電圧−Vdに保持する、というサイクルの繰り返しとする。
また、走査線駆動回路30は、ある1水平走査期間においてi行目の走査線112を選
択して、その後半期間にわたって走査信号Yiを正極性選択電圧+VSとした場合に、次
の1水平走査期間において(i+1)行目の走査線112を選択したとき、その後半期間
にわたって走査信号Y(i+1)を負極性選択電圧−VSとする一方、走査信号Yiを負
極性選択電圧−VSとした場合に、次の1水平走査期間において(i+1)行目の走査線
112を選択したとき、その後半期間にわたって走査信号Y(i+1)を正極性選択電圧
+VSとする。
走査線112に位置する画素110の階調に応じたパルス幅のデータ信号X1、X2、X
3、…、X240を、1、2、3、…、240列目のデータ線114に供給するものであ
る。
データ線駆動回路20は、縦320行×横240列のマトリクス配列に対応した記憶領
域(図示省略)を有し、各記憶領域には、それぞれ対応する画素110の階調値(明るさ
)を例えば6ビットで指定する階調データDaが記憶される。また、各記憶領域に記憶さ
れる階調データDaは、表示内容に変更が生じた場合に、図示しない上位装置によって書
き換えられる。
本実施形態において、階調データDaを6ビットとした場合に、画素110の階調値が
十進値の「0」から「63」までの64段階で指定可能となる。ここで、6ビットの階調
データDaが「0」(二進値では“000000”)である場合に最も暗い黒色の表示を
指定し、6ビットの十進値が増加するにつれて徐々に明るくなるように階調値を指定する
とともに、6ビットの十進値が「63」(二進値では“111111”)である場合に最
も明るい白色の表示を指定するものとする。
択された走査線112に位置する画素110の階調値を指定する階調データDaを、記憶
領域から読み出すとともに、当該走査線112に印加される選択電圧の極性を考慮して当
該階調値に応じたパルス幅のデータ信号に変換し、対応するデータ線114に供給する。
この供給動作を、データ線駆動回路20は、選択された走査線112に位置する1〜24
0列のそれぞれについて実行する。
について、選択走査線112に位置する画素110の階調データDaとの関係において示
す図である。
この図に示されるように、データ線駆動回路20は、i行目の走査線112が選択され
る1水平走査期間の後半期間に、走査信号Yiが正極性の選択電圧+VSとなる場合、当
該i行目であってj列目の画素110に対応する階調データDaが当該画素を暗くするよ
うに指定するにつれて、当該後半期間にわたってデータ信号Xjが電圧−Vdとなる期間
を長くする一方、電圧+Vdとなる期間を短くする。なお、データ線駆動回路20は、当
該後半期間における電圧−Vdの印加期間については、当該後半期間の終了端を基準とし
て時間的に前方に延ばす一方、電圧+Vdの印加期間については、当該後半期間の開始端
を基準として後方に延ばす。
一方、データ線駆動回路20は、i行目の走査線112が選択される1水平走査期間の
前半期間にわたってデータ信号Xjが電圧±Vdをとる期間を、その後半期間における関
係と予め逆転させておく。
このため、前半、後半期間を通した1水平走査期間全体でみれば、データ信号Xjが電
圧+Vd、−Vdとなる期間は、階調データDaで指定される階調値にかかわらず、互い
に50%ずつとなる。
が負極性の選択電圧−VSとなる場合、データ信号Xjが電圧±Vdをとる関係を、走査
信号Yiが正極性の選択電圧+VSとなる場合の関係と逆転させる。詳細には、データ線
駆動回路20は、i行目の走査線112が選択される1水平走査期間の後半期間に、走査
信号Yiが負極性の選択電圧−VSとなる場合、当該i行目であってj列目の画素110
に対応する階調データDaが当該画素を暗くするように指定するにつれて、当該後半期間
にわたってデータ信号Xjが電圧+Vdとなる期間を長くする一方、電圧−Vdとなる期
間を短くする。
圧+VSが印加される場合に、データ信号Xjの電圧−Vdは、画素容量118における
電圧実効値を大きくさせる電圧、すなわち、ノーマリーホワイトモードにおいて画素の階
調を暗くさせるオン電圧を意味する。一方、負極性の選択電圧−VSが印加される場合に
は、データ信号Xjの電圧+Vdがオン電圧を意味することになる。
なお、図5におけるハッチングは、選択電圧が印加される後半期間において、データ信
号Xjが、オン電圧となる期間(パルス幅)を示している。また、図5では代表的な階調
値だけが示されている。
±VSのいずれかになると、j列目のデータ線114に供給されたデータ信号Xjの電圧
にかかわらず、i行j列の画素110におけるTFD220が強制的に導通状態(オン)
となり、当該TFD220に接続された画素容量118に、当該選択電圧および当該デー
タ電圧の差に応じた電圧が書き込まれる。
電圧保持後、走査信号Yiが非選択電圧±Vdのいずれかになると、TFD220はオ
フするが、画素容量118における電圧保持状態が維持される。画素容量118では、保
持された電圧の実効値に応じて液晶の配向状態が変化するので、偏光子203、153を
通過する光量は、当該電圧実効値に応じた値となる。このため、当該選択電圧が印加され
たときのデータ電圧により、画素容量118において保持される電圧を階調データDaで
指定される階調値に応じた値とすることによって、観察側で視認される光量を制御して、
所定の階調表示が可能となっている。
による絶縁体で覆った2層構造であり、また、走査線112および画素電極234につい
ても、クロム等の低抵抗金属層であって、いずれについても遮光性を有するので、開口率
という観点からすればデッドスペースということができる。そもそもこれらの電極形成領
域は、TN型とは異なり、画素容量118の電圧実効値に応じて液晶分子の分子配列が変
化する領域ではない。
すなわち、本実施形態のようなIPSモードにおいて、画素容量118の電圧実効値に
応じて液晶分子の分子配列が変化する領域は、データ線114または共通電極116から
画素電極234までの対向領域であり、ここを通過して観察側に出射する光量が多ければ
、それだけ画素110が明るいと視認されるはずである。
形成面に対して角度の大きな入射光が、凸部250によって、データ線114または分岐
電極116と、画素電極234との間を通過して観察側に出射するので、その分、開口率
が同じでも、明るい表示が可能となる。
形状であっても良い。要は、電極形成面に対して角度の大きな入射光がデータ線114ま
たは共通電極116と画素電極234との間を通過して観察側に出射するように、素子基
板201の電極形成面に、光学的に不連続となる領域を設ければ良い。また、凸部250
を、素子基板201とは異なる光学特性(屈折率)の部材で形成して、平坦化しても良い
。
さらに、図7に示されるように凹部252を設けても良い。このような凹部252とし
ては、素子基板201に形成した溝を用いても良いし、さらに、そのような溝に素子基板
とは異なる光学特性(屈折率)の部材を充填して、電極形成面を平坦化しても良い。
くわえて、図8に示されるように、凸部250と凹部252との両者を設けても良い。
このように凸部250と凹部252との両者を設ける構成の場合、両者の位置は一致させ
ないで、離間させても良いし、いずれか一方だけを設ける構成としても良い。また、この
凸部250または凹部252は各画素電極234と共通電極116間の中心部に形成され
ることが望ましい。
)を前半および後半期間に分け、このうちの後半期間に選択電圧を印加する構成としたが
、前半期間に印加する構成としても良い。さらに、前半・後半期間に分けることなく、1
水平走査期間(1H)の全域にわたって選択電圧を印加する構成としても良い。
ただし、1水平走査期間(1H)の全域にわたって選択電圧を印加する構成では、1水
平走査期間において、データ信号として電圧+Vd、−Vdとなる期間が50%ずつとは
ならないので、表示パターンによっては、非選択期間のデータ信号の電圧が偏る結果、T
FD220のオフリーク差によって、表示品位が低下する場合がある。
換言すれば、本実施形態のように、1水平走査期間(1H)を前半および後半期間に分
け、このうちのいずれかに選択電圧を印加して、データ信号として電圧+Vd、−Vdと
なる期間が画素の階調にかかわらず50%ずつとなるような構成とすれば、非選択期間の
データ信号の電圧が偏ることに起因する表示品位の低下を未然に防止することが可能であ
る。また、オン電圧については、時間的に後方に寄せたが、これに限られず、オン電圧を
時間的に前方に寄せても良い。
図2では、TFD220を走査線112の側に、画素容量118をデータ線114の側
に、それぞれ接続する構成としたが、これとは逆に、TFD220をデータ線114の側
に、画素容量118を走査線112の側に、それぞれ接続する構成としても良い。
一方、TFD220は、スイッチング素子の一例であり、他に、ZnO(酸化亜鉛)バ
リスタや、MSI(Metal Semi-Insulator)などを用いた素子のほか、これら素子を2つ
逆向きに直列接続または並列接続したものなどがスイッチング素子として用いることが可
能である。
られず、トランジスタのような三端子型素子を用いることができる。そこで、スイッチン
グ素子としてトランジスタを用いて面内スイッチング方式とした画素構成について図9(
a)および図9(b)を参照して説明する。
図9(b)に示されるように、画素110には、薄膜トランジスタ(Thin Film Transi
stor、以下、単にTFTを略称する)240が備えられる。ここで、i行j列の画素11
0におけるTFT240のゲートはi行目の走査線112に接続され、そのソースはデー
タ線114に接続され、そのドレインは画素容量118の一端に接続されている。この構
成でも、走査線112とデータ線114とは、絶縁層を介して電気的な絶縁を保ちつつ互
いに交差するように形成されている。
一方、画素容量118の他端は、時間的に一定の電位LCcomに保たれた共通電極(対
向電極)131である。
Y字形状に2分岐した画素電極234と、この画素電極234に対して櫛歯状に対向する
共通電極131とからなる。なお、図9(a)において、共通電極131は、行毎に設け
られているが、画素の配列領域外において共通接続されている。このため、共通電極13
1は、すべての画素110に対して共通である。
タ線114におけるデータ信号Xjが画素電極234に印加されて、画素容量118に書
き込まれる。このため、走査線駆動回路30は、走査信号Y1〜Y320として、1水平
走査期間毎に順次排他的に選択電圧(Hレベル)とさせれば良く、TFD220のように
1垂直走査期間毎に極性反転する必要はない。
また、データ線駆動回路20は、データ信号Xjとして階調に応じた電圧としても良い
。なお、データ信号Xjは、共通電極131の電位LCcomを基準として高位側・低位側
とで交互に変化させる必要がある。
なお、トランジスタによっては、上記説明に対しソースとドレインとが入れ替わる場合
もある。
31と画素電極234との間に、凸部250のような光学的に不連続な領域が設けられる
ので、電極形成面に対して角度の大きな入射光が、凸部250等によって、共通電極13
1と画素電極234との間を通過して観察側に出射する。このため、TFT240を用い
る構成においても、明るい表示が可能となる。
モードであるとしたが、電圧無印加状態において黒色を表示するノーマリーブラックモー
ドとしても良い。なお、ノーマリーブラックモードであれば、画素容量118における電
圧実効値が大きいほど、画素が明るくなる。
また、64階調表示に限らず、これによりも低階調表示としても良いし、これよりも高
階調表示としても良い。
さらに、R(赤)、G(緑)、B(青)の3画素で1ドットを構成して、カラー表示を
行うとしても良い。
いて説明する。図10は、実施形態に係る液晶表示装置10を用いた携帯電話1200の
構成を示す斜視部である。
この図に示されるように、携帯電話1200は、複数の操作ボタン1202のほか、受
話口1204、送話口1206とともに、上述した液晶パネル100を備えるものである
。なお、液晶表示装置10のうち、液晶パネル100以外の構成要素については電話器に
内蔵されるので、外観としては現れない。
他にも、デジタルスチルカメラや、ノートパソコン、液晶テレビ、ビューファインダ型(
またはモニタ直視型)のビデオレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳
、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネ
ルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示装置として、
上述した液晶表示装置10が適用可能であることは言うまでもない。そして、いずれの電
子機器においても、高い輝度で表示が簡易な構成によって実現されることになる。
路、100…液晶パネル、110…画素、112…走査線、114…データ線、116…
分岐電極、118…画素容量、131…共通電極、151…対向基板、201…素子基板
、220…TFD、234…画素電極、240…TFT、250…凸部、252…凹部、
1200…携帯電話
Claims (5)
- 一対の基板に液晶が挟持される液晶表示装置であって、
前記一対の基板のうち、一方の基板に、
表示画素に対応する画素電極と、
前記画素電極と対向する共通電極と、
前記一方の基板における前記共通電極と前記画素電極との間に、他方の基板に向かう凸
部または凹部が設けられたことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記凸部及び前記凸部は、前記画素電極と前記共通電極間の中心部に形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記一方の基板には、複数行の走査線と複数列のデータ線とが絶縁層を介して互いに交
差するように設けられ、
前記表示画素は、前記複数行の走査線と複数列のデータ線との交差に対応して設けられ
るとともに、ダイオード素子を有し、
前記ダイオード素子の一端は、前記走査線または前記データ線のいずれか一方に接続さ
れ、前記ダイオード素子の他端は、前記画素電極に接続され、
前記共通電極は、前記走査線または前記データ線のいずれか他方である
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記一方の基板には、複数行の走査線と複数列のデータ線とが絶縁層を介して互いに交
差するように設けられ、
前記表示画素は、前記複数行の走査線と複数列のデータ線との交差に対応して設けられ
るとともに、トランジスタ素子を有し、
前記トランジスタのソース・ドレインの一方は前記データ線に接続され、
前記トランジスタのソース・ドレインの他方は前記画素電極に接続され、
前記トランジスタのゲートは前記走査線に接続された
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の液晶表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
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