JP2006234895A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高い電圧書き込み率を実現させた表示装置を提供する。
【解決手段】 画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンする薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを介してドレイン信号線からの映像が供給される電極を少なくとも有する表示装置において、
前記走査信号は、前記薄膜トランジスタをオンする電圧レベルにあってその途中に該電圧レベルを低減させる谷部を備え、この谷部の低減された電圧レベルは該薄膜トランジスタをオフする電圧レベル以上となっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は表示装置に係り、特に、アクティブ・マトリクス型の表示装置に関する。
アクティブ・マトリクス型の表示装置は、その基板の面に、たとえばx方向に延在しy方向に並設される複数のゲート信号線と、y方向に延在しx方向に並設される複数のドレイン信号線が形成され、これら各信号線の交差部を一角とする画素領域を備える。
各画素領域には、ゲート信号線からの信号(走査信号)の供給によってオンされる薄膜トランジスタと、この薄膜トラジスタを介してドレイン信号線からの信号(映像信号)が供給される電極とを少なくとも具備する。
この電極は、たとえば液晶表示装置の場合には、液晶内に電界を生じせしめる一方の側の電極として構成され、また、有機EL表示装置の場合には、有機EL素子に電流を流すための駆動スイッチ素子を動作させるための電極として構成される。
このような構成からなる表示装置において、各ゲート信号線にたとえばその上段から下段にかけて走査信号を順次供給することによって、各ドレイン信号線のそれぞれに映像信号を該走査信号の順次供給のタイミングに合わせて供給するようにしている。
これにより、各段の画素列毎にオンされる薄膜トラジスタを通して、該画素列の各画素の電極に映像信号が供給されることになる。
そして、薄膜トランジスタをオンさせるための前記走査信号は、通常、矩形波信号が用いられる。すなわち、該矩形波信号は、基準電位(ローレベル)から立ち上がり一定の電圧(ハイレベル)を維持した後、該基準電位にまで降下するパルスからなる。
しかし、走査信号として、このような矩形波信号に限らず、たとえば下記の特許文献1に開示されているように、波形に工夫がなされているものも知られるに至っている。
すなわち、特許文献1に開示される走査信号は、矩形のパルスではなく、一定の電圧(ハイレベル)を維持した後、電圧が経時的かつ連続的に低下し、その後基準電位(ローレベル)まで降下するパルスが用いられるもので、これにより、ゲート信号線による信号の遅延に起因する輝度のばらつきを抑制するようにしている。
特開2001−125069号公報
しかし、薄膜トランジスタをオンさせる走査信号として、矩形波信号を用いた場合、該薄膜トランジスタの一方の電極に供給された信号(映像信号)に対して他方の電極から取り出される信号は、該薄膜トランジスタに走査信号が供給された時点(立ち上がり時点)から映像信号の電圧値に向かって上昇するが、該走査信号の供給がなくなった時点(立ち下り時点)において、該映像信号のレベルにまで達し得ないもので、電圧書き込み率の向上が要望されていた。
この要望は、前記特許文献1による波形の工夫によってはなされないものである。
したがって、本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、その目的は、高い電圧書き込み率を実現させた表示装置を提供することにある。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
(1)本発明による表示装置は、たとえば、画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンする薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを介してドレイン信号線からの映像が供給される電極を少なくとも有する表示装置において、
前記走査信号は、前記薄膜トランジスタをオンする電圧レベルにあってその途中に該電圧レベルを低減させる谷部を備え、この谷部の低減された電圧レベルは該薄膜トランジスタをオフする電圧レベル以上となっていることを特徴とする。
(2)本発明による表示装置は、たとえば、(1)の構成を前提として、前記谷部は、その電圧レベルにあって、時間の経過に伴いなだらかに下降し、その後急峻に立ち上がるように構成されていることを特徴とする。
(3)本発明による表示装置は、たとえば、(1)の構成を前提として、前記谷部は、その電圧レベルにあって、t1時間の間立ち下り、t2時間の間立ち上がるように構成され、t1>t2の関係にあることを特徴とする。
(4)本発明による表示装置は、たとえば、(1)、(2)、(3)のうちいずれかの構成を前提として、走査信号線の前記谷部の低減された電圧レベルは、薄膜トランジスタに供給される映像信号の電圧レベルよりも大きくなっていることを特徴とする。
(5)本発明による表示装置は、たとえば、画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンする薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを介してドレイン信号線からの映像が供給される電極を少なくとも有する表示装置において、
前記走査信号は、前記薄膜トランジスタをオンする電圧レベルにあって、その途中に該電圧レベルを低減させる谷部を備えるとともに、該薄膜トランジスタをオフする手前で該電圧レベルをなだらかに低減させる低減部を備え、
前記谷部および低減部の低減された電圧レベルは該薄膜トランジスタをオフする電圧レベル以上となっていることを特徴とする。
(6)本発明による表示装置は、たとえば、(5)の構成を前提として、前記低減部において電圧レベルがなだらかに低減された後、急峻に走査信号のローレベルに至ることを特徴とする。
(7)本発明による表示装置は、たとえば、(5)の構成を前提として、前記谷部は、その電圧レベルにあって、時間の経過に伴いなだらかに下降し、その後急峻に立ち上がるように構成されていることを特徴とする。
(8)本発明による表示装置は、たとえば、(5)の構成を前提として、前記谷部は、その電圧レベルにあって、t1時間の間立ち下り、t2時間の間立ち上がるように構成され、t1>t2の関係にあることを特徴とする。
(9)本発明による表示装置は、たとえば、(5)、(6)、(7)、(8)のうちいずれかの構成を前提として、走査信号線の前記谷部および低減部の低減された電圧レベルは、薄膜トランジスタに供給される映像信号の電圧レベルよりも大きくなっていることを特徴とする。
(10)本発明による表示装置は、たとえば、画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンする薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを介してドレイン信号線からの映像が供給される電極を少なくとも有する表示装置において、
前記走査信号は、前記薄膜トランジスタをオンする電圧レベルにあって、その途中に該電圧レベルを低減させる谷部を備えるとともに、該薄膜トランジスタをオフする手前で該電圧レベルをなだらかに低減させる低減部を備え、
前記谷部および低減部の低減された電圧レベルは該薄膜トランジスタをオフする電圧レベル以上となっており、
一の走査信号とこの一の走査信号の次に供給される他の走査信号は、該一の走査信号の低減部と該他の走査信号の谷部とが時間的に一致づけられて、一部重なって供給されることを特徴とする。
(11)本発明による表示装置は、たとえば、(10)の構成を前提として、前記低減部において電圧レベルがなだらかに低減された後、急峻に走査信号のローレベルに至ることを特徴とする。
(12)本発明による表示装置は、たとえば、(10)の構成を前提として、前記谷部は、その電圧レベルにあって、時間の経過に伴いなだらかに下降し、その後急峻に立ち上がるように構成されていることを特徴とする。
(13)本発明による表示装置は、たとえば、(10)の構成を前提として、前記谷部は、その電圧レベルにあって、t1時間の間立ち下り、t2時間の間立ち上がるように構成され、t1>t2の関係にあることを特徴とする。
(14)本発明による表示装置は、たとえば、(10)、(11)、(12)、(13)の構成を前提として、走査信号線の前記谷部および低減部の低減された電圧レベルは、薄膜トランジスタに供給される映像信号の電圧レベルよりも大きくなっていることを特徴とする。
なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
以下、図面を用いて本発明による表示装置の実施例を説明する。
図2(a)は、本発明による液晶表示装置の一実施例を示す概略平面図である。
透明基板SUB1の主表面に液晶を介して対向配置される透明基板SUB2がある。透明基板SUB1は透明基板SUB2よりも若干大きめに形成され、該透明基板SUB2と対向しない部分には電子回路(後述の半導体チップVCP、HCP)が搭載されるようになっている。
透明基板SUB1に対して透明基板SUB2は、該透明基板SUB2の周辺に形成されたシール材SLによって固定されている。このシール材SLは透明基板SUB1と透明基板SUB2によって挟持される液晶を封止する機能をも兼ねている。
また、このシール材SLによって囲まれる領域は液晶表示部ARとして機能し、この液晶表示部AR内にはマトリックス状に配置された多数の画素が形成されるようになっている。
すなわち、透明基板SUB1の主表面(液晶側の面)の液晶表示部ARには、図中x方向に延在されるゲート信号線GLがy方向に多数並設されている。このゲート信号線GLの一端側(図中、左側)は前記シール材SLを越えて該シール材SLの外側にまで延在されて構成され、その延在端にはゲート信号端子GLTが形成されている。
各ゲート信号線GLは隣接するもの同士を1グループとし、これら各グループ内のゲート信号線GLはシール材SLを越えて延在される過程においてそれらが互いに収斂するように形成されて前記ゲート信号端子GLTに至るようになっている。
前記各グループのゲート信号端子GLTは走査信号駆動回路からなる1つの半導体チップVCPの出力バンプに接続されるようになっている。前記ゲート信号線GLの上述した収斂はゲート信号線GL同士の離間距離が前記半導体チップVCPの出力バンプ同士の離間距離よりも大きいことによる。
なお、前記半導体チップVCPの入力バンプに接続される端子も透明基板SUB1面に形成され、この端子は該透明基板SUB1の周辺から信号が供給されるようになっている。
また、透明基板SUB1の主表面(液晶側の面)の液晶表示部ARには、図中y方向に延在されるドレイン信号線DLがx方向に多数並設されている。このドレイン信号線DLの一端側(図中、上側)は前記シール材SLを越えて該シール材SLの外側にまで延在されて構成され、その延在端にはドレイン信号端子DLTが形成されている。
各ドレイン信号線DLは隣接するもの同士を1グループとし、これら各グループ内のドレイン信号線DLはシール材SLを越えて延在される過程においてそれらが互いに収斂するように形成されて前記ドレイン信号端子DLTに至るようになっている。
前記各グループのドレイン信号端子DLTは映像信号駆動回路からなる1つの半導体チップHCPの出力バンプに接続されるようになっている。前記ドレイン信号線DLの上述した収斂はドレイン信号線DL同士の離間距離が前記半導体チップHCPの出力バンプ同士の離間距離よりも大きいことによる。
なお、前記半導体チップHCPの入力バンプに接続される端子も透明基板SUB1面に形成され、この端子は該透明基板SUB1の周辺から信号が供給されるようになっている。
ここで、ゲート信号線GLとドレイン信号線DLとで囲まれる領域は画素領域として形成されるようになっている。
図2(b)は、互いに隣接するゲート信号線GLと互いに隣接するドレイン信号線DLとで囲まれた画素領域内の構成の一実施例を等価回路で示している。
ゲート信号線GLからの信号(走査信号)の供給によってオンする薄膜トランジスタTFTを有し、ドレイン信号DLからの信号(映像信号)は該薄膜トランジスタTFTを介して画素電極PXに供給されるようになっている。
画素電極PXと対向電極CTとの間には該映像信号に応じた電界が発生し、この電界によってその大きさに応じて液晶を挙動させるようになっている。なお、図中において対向電極CTは画素電極PXが形成された透明基板SUB1とは異なる他の透明基板SUB2側に形成されているため図示されていないものとなっている。
また、当該画素領域を間にして配置される各ゲート信号線GLのうち該画素領域の薄膜トランジスタTFTを駆動するゲート信号線GLと異なる他のゲート信号線GLと画素電極PXとの間には容量素子Caddが形成され、この容量素子Caddによって該画素電極PXに供給された映像信号を比較的長い時間蓄積させるようになっている。
また、図2(c)は、前記画素領域内の構成の他の実施例を示す等価回路図である。図2(b)の場合と比較して異なる構成は、まず、ゲート信号線GL、ドレイン信号線DLの他に、対向電圧信号線CLを備えたものとなっている。対向電極CTが透明基板SUB1側に設けられ、この対向電極CTに対向電圧信号を供給するための信号線を該対向電圧信号線CLとして必要になるからである。
そして、共に透明基板SUB1側に設けられた画素電極PXと対向電極CTとの間に発生する電界によって液晶を挙動するようになっている。この場合の対向電極PXと対向電極CTは、通常、それぞれ複数の電極群から構成され、それらの各電極が入れ子状に配置されている。
また、画素電極PXに供給される映像信号を蓄積させるための容量素子は、該画素電極PXと前記対向電圧信号線CLとの間に接続された容量素子Cstgで構成されたものとなっている。
図2(b)および図2(c)の場合のいずれの画素においても、ゲート信号線GLに走査信号が供給されることによって、それに接続される薄膜トランジスタTFTがオンし、該走査信号の供給のタイミングに合わせて供給されるドレイン信号線DLからの映像信号が該薄膜トランジスタTFTを介して画素電極PXに供給されるように構成されるようになっている。
図1は、前記走査信号駆動回路Vから各ゲート信号線GLへ順次供給する走査信号Vgの波形を示した図である。
走査信号Vgは、そのローレベルVglから一定期間の間にハイレベルVghとなる矩形波で概略的に示されるが、そのハイレベルVghの間の途中において谷部VLを有したものとなっている。
すなわち、ローレベルVglからハイレベルVghにまで立ち上がり、そのハイレベルVghを一定時間維持した後、その電圧が徐々に低下し、再びハイレベルVghにまで急峻に立ち上がるようになっている。この場合、電圧の徐々なる低下、およびその後の再びのハイレベルVghへの立ち上がりが、前記谷部VLとして称したものとなっている。その後は、ハイレベルVghを一定時間維持した後にローレベルVglとなるようになっている。
なお、後述の説明からも明らかとなるが、前記谷部VLにおける電圧の低下の度合いは、ローレベルVglからハイレベルVghまでに至る電圧の変化に比較すれば、大幅に小さくなっている。このため、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極(ドレイン信号線DLに接続される側の電極)に映像信号Vdが印加されている状態で、ゲート電極に走査信号Vgが印加される場合には、たとえ走査信号Vgに前記谷部VLにおける電圧低下が生じても、依然として走査信号Vgの方が映像信号Vdよりも大きな電圧値を有するようになっている。
図3は、前記走査信号Vgの供給によって、オン動作する薄膜トランジスタTFTのドレイン電極(ドレイン信号線DLに接続される側の電極)に供給される映像信号Vdと、該薄膜トランジスタTFTのソース電極(画素電極PXに接続される側の電極)に現出する信号(便宜上、画素信号Vsと称する)の各波形の関係を示した図である。
なお、図3において、走査信号VgがハイレベルVghとなって前記谷部VLにまで至る区間をA区間、前記谷部VLにおける区間をB区間、前記谷部VLを経てローレベルVglにまで至る区間をC区間として示している。
画素信号Vsは、走査信号Vgの供給時点から映像信号Vdに向かい上昇するようになる。このとき、B区間において、走査信号Vgはその電圧が低下し、これに伴い画素信号Vsも低下するが、該走査信号Vgの低下が映像信号Vdの最高電圧以上の値に留まっているため、該画素信号Vsの低下は限られたものとなる。
そして、B区間からC区間への変化で走査信号Vgの電圧が急増するため、ゲートとソースの容量カップリングにより画素信号Vsの電圧が急増することになる。
このことから、走査信号Vgに谷部VLがない場合と比べると、高い電圧書き込み率が得られることになる。
上述した走査信号Vgは、その谷部VLにおいて、最初なだらかに下降し、その後に急峻に立ち上がるようになっている。
この場合、下降後の立ち上がりの急峻さは程度的なものと把握できる。すなわち、前記谷部VLにおいて、下降し始めた時点から最も下降した時点までの時間をt1とし、最も下降した時点から立ち上がってVghのレベルまでに至る時間をt2とした場合、t1>t2の関係があればよく、t2が0に近づくほどに下降の値の立ち上がりが急峻となることになる。
また、上述した走査信号Vgは、そのローレベルVglからハイレベルVghへの立ち上がり後、再びローレベルVglとなるまでの間に、A区間、B区間、C区間に区分けされて、B区間において谷部VLを有するものである。
その場合、A区間の時間幅をtA、B区間の時間幅をtB、C区間の時間幅をtCとした場合、tB<tA、およびtB<tCと設定されている。
ハイレベルVghの高い状態を維持しつつ、谷部VLによるブースト効果を実現するものであり、仮に、この関係が逆転すると、ゲートON状態の見かけの時間が不足し、逆に書き込みが悪化してしまうからである。
図4(a)、(b)は、それぞれ上述した走査信号駆動回路Vを示した図で、そのゲート信号線GLに前記走査信号Vgを出力する際において、該走査信号駆動回路Vに入力させる信号について示したものである。
図4(a)、(b)において、走査信号駆動回路VにはコンデンサCを介して走査信号Vgが入力されるように構成されているとともに、該コンデンサCの両端にはスイッチング素子SWが接続されている。
図4(a)においては、該スイッチング素子SWがONとなっており、走査信号VgはコンデンサCを介することなく、スイッチング素子SWを介して走査信号駆動回路Vに入力されるようになっている。
走査信号駆動回路Vに入力される該走査信号Vgは走査信号Vgのハイレベル期間中の信号として用いられるもので、上述した図3において出力される走査信号Vgのうち、A区間およびC区間に相当する期間中において前記スイッチング素子SWがONとなるように動作するようになっている。
図4(b)においては、該スイッチング素子SWがOFFとなっており、走査信号Vgはスイッチング素子SWを介することなく、コンデンサCを介して走査信号駆動回路Vに入力されるようになっている。
上述した図3において出力される走査信号Vgのうち、B区間に相当する期間中において前記スイッチング素子SWがOFFとなるように動作するようになっている。
このため、走査信号Vgの谷部VLに相当する箇所では、該スイッチング素子SWをOFFにすることでコンデンサCに蓄積された電圧が徐々に低下するためスロープ状となり、再びC区間でスイッチング素子SWをONにすると走査信号Vgが直接供給されハイレベル状態の電圧Vghにすばやく復帰できるようになる。
図5は、走査信号Vgの他の実施例を示す波形図で、図2に対応した図となっている。図2と比較して異なる構成は、ローレベルVglに至る立ち下りにおいて、その僅か手前からなだらかな電圧低下を経る低減部RDを有するようになっていることにある。
したがって、走査信号Vgは、それを全体的に見た場合、ローレベルVglからハイレベルVghとなって、谷部VLを経た後、ハイレベルVghからなだらかな電圧低下がなされる低減部RDを経て、急峻に立ち下がりローレベルVglに至るようになっている。
この場合、この実施例で特徴的な前記低減部RDの電圧低下は、その勾配が前記谷部VLにおける電圧低下の勾配と同じである必要はないが、同じであってもよい。
なお、後述の説明からも明らかとなるが、低減部RDにおける立ち下りの際のなだらかな電圧低下の度合いは、ハイレベルVghからローレベルVglまでに至る電圧の変化に比較すれば、大幅に小さくなっている。このため、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極(ドレイン信号線DLに接続される側の電極)に映像信号Vdに印加されている状態で、ゲート電極に走査信号Vgが印加される場合には、たとえ走査信号Vgに立ち下りの際のなだらかな前記電圧低下が生じても、依然として走査信号Vgの方が映像信号Vdよりも大きな電圧値を有するようになっている。
図6は、前記走査信号Vgの供給によって、オン動作する薄膜トランジスタTFTのドレイン電極(ドレイン信号線DLに接続される側の電極)に供給される映像信号Vdと、該薄膜トランジスタTFTのソース電極(画素電極PXに接続される側の電極)に現出する信号(便宜上、画素信号Vsと称する)の各波形の関係を示した図で、図3に対応した図となっている。
図3の場合と比較して異なる部分は、A区間、B区間、C区間の他に、走査信号Vgの低減部RDにおける立ち下りの際のなだらかな電圧低下がなされる新たなD区間を有するようになっている。A区間、B区間、C区間における動作は図3の説明において説明した通りである。そして、D区間では、走査信号Vgとしてオンからオフの際の飛び込みを低下でき、さらにVsの値をVdの値に近づけることができる効果を奏する。
図7は、本発明による表示装置の他の実施例を示すもので、隣接する各ゲート信号線GLに供給される走査信号Vgを示している。
図7(a)は、上から(n−1)番目に位置づけられるゲート信号線GL(n−1)に供給される走査信号Vg(n−1)を、図7(b)は、上から(n)番目に位置づけられるゲート信号線GL(n)に供給される走査信号Vg(n)を、図7(c)は、上から(n+1)番目に位置づけられるゲート信号線GL(n+1)に供給される走査信号Vg(n+1)を示している。
ここで、各走査信号Vg(n−1)、Vg(n)、Vg(n+1)の各波形は、前述の図5に示したゲート信号線Vgの波形と同じとなっており、また、時間的に見て、走査信号Vg(n−1)と走査信号Vg(n)とが、また、走査信号Vg(n)と走査信号Vg(n+1)とが一部重なり合うようにして、対応するゲート信号線GLに供給されるようになっている。
すなわち、走査信号Vg(n−1)と走査信号Vg(n)は、該走査信号Vg(n−1)の低減部RDにおけるなだらかな電圧低下の部分(図6に示すD区分の箇所)と、該走査信号Vg(n)の谷部VLにおけるなだらかな電圧低下の部分(図6に示すB区分の箇所)が時間的に一致づけられるようにして、互いに重なりを有するようになっている。
同様に、走査信号Vg(n)と走査信号Vg(n+1)は、該走査信号Vg(n)の低減部RDにおけるなだらかな電圧低下の部分(図6に示すD区分の箇所)と、該走査信号Vg(n+1)の谷部VLにおけるなだらかな電圧低下の部分(図6に示すB区分の箇所)が時間的に一致づけられるようにして、互いに重なりを有するようになっている。
このように構成した場合、重なりが生じる部分であって、一方の走査信号Vgの低減部RDにおけるなだらかな電圧低下の部分と他方の走査信号Vgの谷部VLにおけるなだらかな電圧低下の部分を、同一の給電電圧で形成することができるため、回路の複雑化を回避させることができるようになる。
また、各走査信号Vgは、それ本来の機能を発揮し得るのが図6に示すCおよびD区間であって、その余のAおよびB区間はプリチャージ期間として働くことになるため、プリチャージの効率を向上させることができるようになる。
また、この場合はゲート信号線GLの全ラインの走査が終わるまでドレイン信号線DLの極性を一定にするように該ドレイン信号線DLに映像信号Vdを印加することが望ましい。プレチャージの効果を充分に活かすためである。
図8は、液晶表示部ARにおいて、各画素の対向電極に対する画素電極の極性を+、−で示している。同図から明らかとなるように、図中y方向の画素列の各画素は極性が全て同じとなっており、これらの極性はx方向への各画素毎に交互に入れ替わるようになっている。したがって、隣接する画素列毎に映像信号線DLの極性を変えたものとして構成されるようになっている。そして、フレーム間で交互に極性を入れ替えるいわゆるフレーム反転駆動を行うようにしている。
このようにすることにより、書き込み効率を向上でき、かつフリッカを抑制させる効果を奏することができるようになる。
図9は、図2(c)に示した等価回路に相当する画素の具体的な構成の一実施例を示す平面図である。
図9のI(a)−I(b)線における断面図を図10に、II(a)−II(b)線における断面図を図12に、III(a)−III(b)線における断面図を図13に、IV(a)−IV(b)線における断面図を図14に示している。図11は、本液晶モードの液晶分子の電圧オン、オフ時における動作を模式的に表す平面図である。
まず、図9において、図中x方向に延在されy方向に並設されるゲート信号線GLが、たとえば第1の透明基板側からモリブデン(Mo)、アルミニューム(Al)、モリブデン(Mo)の3層積層膜で形成されている。このゲート信号線GLは後述するドレイン信号線DLとで矩形状の領域を形成し、その領域は画素領域を構成するようになっている。
そして、この画素領域には、後述する画素電極PXとの間で電界を発生せしめる対向電極CTが形成され、この対向電極CTは該画素領域の僅かな周辺を除く中央のほぼ全域に形成され、透明導電体であるたとえばITO(Indium−Tin−Oxide)から構成されている。なお、この対向電極CTには一部切欠きを有するが、このことについては後述する。
この対向電極CTは、隣り合うゲート信号線GLのほぼ中央付近に前述のゲート信号線GLと平行に配置された対向電圧信号線CLと接続され、この対向電圧信号線CLは図中左右の画素領域(ゲート信号線GLに沿って配置される各画素領域)における対向電極CTに同様に形成された対向電圧信号線CLと一体的に形成されている。
この対向電圧信号線CLは、たとえばモリブデン(Mo)、アルミニューム(Al)、モリブデン(Mo)の3層積層膜からなる不透明の材料で形成されている。
また、上述したように、対向電圧信号線CLの材料をゲート信号線GLと同一の材料とすることにより、それらを同一の工程で形成でき製造工数の増大を回避させることができる。
ここで、前記対向電圧信号線CLは、上記三層膜に限定されることなく、たとえばCr、Ti、Moの単層膜あるいは、これらとAlを含有する材料との2層膜あるいは3層膜で形成するようにしてもよいことはいうまでもない。
しかし、この場合、この対向電圧信号線CLは対向電極CTに対して上層に位置づけるのが効果的となる。けだし、対向電極CTを構成するITO膜の選択エッチング液(たとえばHBr)は容易にAlを溶解してしまうからである。
さらに、対向電圧信号線CLの対向電極CTとの少なくとも接触面にはTi、Cr、Mo、Ta、W等の高融点金属を介在させることが効果的となる。けだし、対向電極CTを構成するITOは対向電圧信号線CL中のAlを酸化させて高抵抗層を生成させてしまうからである。
このため、一実施例として、Al、あるいはAlを含有する材料からなる対向電圧信号線CLを形成する場合、前記高融点金属を一層目とする多層構造とすることが好ましい。
そして、このように対向電極CT、対向電圧信号線CL、およびゲート信号線GLが形成された透明基板の上面には、それらをも被ってたとえばSiNからなる絶縁膜GIが形成されている。
この絶縁膜GIは、後述のドレイン信号線DLに対しては対向電圧信号線CLおよびゲート信号線GLの層間絶縁膜としての機能を、後述の薄膜トランジスタTFTの形成領域においてはそのゲート絶縁膜としての機能を、後述の容量素子Cstgの形成領域においてはその誘電体膜としての機能を有するようになっている。
そして、ゲート信号線GLの一部(図中左下)に重畳されて薄膜トランジスタTFTが形成され、この部分の前記絶縁膜GI上にはたとえばa−Siからなる半導体層ASが形成されている。
この半導体層ASの上面にドレイン電極SD1およびソース電極SD2が形成されることによって、ゲート信号線GLの一部をゲート電極とする逆スタガ構造のMIS型トランジスタが形成されることになる。そして、このドレイン電極SD1およびソース電極SD2はドレイン信号線DLと同時に形成されるようになっている。
すなわち、図1中y方向に延在されx方向に並設されたドレイン信号線DLが形成され、このドレイン信号線DLの一部が前記薄膜トランジスタTFTの半導体層ASの表面にまで延在されることによって薄膜トランジスタTFTのドレイン電極SD1を構成するようになっている。
また、該ドレイン信号線DLの形成の際にソース電極SD2が形成され、このソース電極SD1は画素領域内にまで延在されて後述の画素電極PXとの接続を図るコンタクトホールCNをも一体的に形成されるようになっている。
なお、図12に示すように、半導体層ASの前記ソース電極SD2およびドレイン電極SD1との界面にはたとえばn型不純物がドーピングされたコンタクト層d0が形成されている。
このコンタクト層d0は、半導体層ASの表面の全域にn型不純物ドーピング層を形成し、さらにソース電極SD2およびドレイン電極SD1の形成後において、該各電極をマスクとしてこれら各電極から露出された半導体層ASの表面のn型不純物ドーピング層をエッチングすることによって形成されるようになっている。
そして、このように薄膜トランジスタTFTが形成された透明基板の表面には、該薄膜トランジスタTFTをも被ってたとえばSiNからなる保護膜PASが形成されている。薄膜トラジスタTFTの液晶LCとの直接の接触を回避するためである。
さらに、この保護膜PASの上面には画素電極PXがたとえばITO(Indium−Tin−Oxide)からなる透明な導電膜によって形成されている。
画素電極PXは、前記対向電極CTの形成領域に重畳されて、それぞれ図中x方向に対して約10度の角度を持ち、延在して等間隔に形成されているとともに、その両端はそれぞれy方向に延在する同材料層で互いに接続されるようになっている。
ちなみに、この実施例では、隣り合う画素電極PX間の間隔Lはたとえば3〜10μm、幅Wはたとえば2〜6μmの範囲で設定されるようになっている。
この場合、各画素電極PXの下端の同材料層は前記保護膜PASに形成されたコンタクト孔を通して前記薄膜トランジスタTFTのソース電極SD2のコンタクト部と接続されるようになっており、また、上端の同材料層は前記対向電極CTと重畳されて形成されている。
このように構成した場合、対向電極CTと各画素電極PXとの重畳部にはゲート絶縁膜GIと保護膜PASとの積層膜を誘電体膜とする容量素子Cstgが形成されるようになっている。
この容量素子Cstgは、薄膜トランジスタTFTを介してドレイン信号線DLからの映像信号が画素電極PXに印加された後に、該薄膜トランジスタTFTがオフとなっても該映像信号が画素電極PXに比較的長く蓄積される等のために設けられたものとなっている。
ここで、この容量素子Cstgの容量は、対向電極CTと各画素電極PXとの重畳面積に比例し、その面積が比較的大きくなってしまう。誘電体膜は絶縁膜GIと保護膜PASとの積層構造となっている。
なお、前記保護膜PASとしては、SiNに限定されることなく、たとえば合成樹脂によって形成されていてもよいことはいうまでもない。この場合、塗布により形成することから、その膜厚を大きく形成する場合においても製造が容易であるという効果を奏する。
そして、このように画素電極PXおよび対向電極CTが形成された透明基板SUB1の表面には該画素電極PXおよび対向電極CTをも被って配向膜ORI1が形成されている。この配向膜ORI1は液晶LCと直接に接触する膜で該液晶LCの初期配向方向を決定づけるものとなっている。
上記実施例において、透明導電膜としてITOを用いて説明したが、たとえばIZO(Indium−Zinc−Oxide)を用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。
このように構成された第1の透明基板SUB1はTFT基板と称され、このTFT基板と液晶LCを介して対向配置される第2の透明基板SUB2はフィルタ基板と称されている。
フィルタ基板は、図3あるいは図6ないし図7に示すように、その液晶側の面に、まず、各画素領域を画するようにしてブラックマトリクスBMが形成され、このブラックマトリクスBMの実質的な画素領域を決定する開口部にはそれを被ってフィルタFILが形成されるようになっている。
そして、ブラックマトリクスBMおよびフィルタFILを被ってたとえば樹脂膜からなるオーバーコート膜OCが形成され、このオーバーコート膜の上面には配向膜ORI2が形成されている。
上記が本実施例1の概略の平面および断面構成である。次に本液晶モードの動作を図10および図11で説明する。本実施例では液晶としては電界方向に液晶分子の長軸方向に揃う、いわゆるポジ型のネマチック液晶を使用している。液晶表示のオン、オフは無電界で黒状態、電圧を印加すると白状態へと遷移するノーマリブラックの電圧―透過率特性を持つ挙動を示す。
図10は図9のI(a)からI(b)線をつなぐ2点破線上の断面図である、図10の正面から見て左手側からI(a)、右手側がI(b)である。本インプレーン表示モード(すなわち第1の透明基板SUB1側に画素電極PXおよび対向電極CTを有する)では、櫛歯状の画素電極PXからの電気力線(図10のE)が液晶LC中へ印加され、その電気力線は液晶LC中を経て上記櫛歯の隙間の保護膜PAS、ゲート絶縁膜GIを通過し、画素領域でほぼ方形に全面に形成された対向電極CTへ至る。図10において、中央の対向電圧信号線CLに対して左手側の液晶分子LC1(すなわち図9の画素領域で横方向に走る対向電圧信号線CLの下側の領域)では第1の基板SUB1にほぼ平行方向に対して時計回りに回転、図10の右側の領域においてはその液晶分子LC2は反時計回り回転する。
図11の模式的な平面図でその光学的動作を説明する。対向電圧信号線CLが横方向に1画素の中央領域に配置されている。その上方の領域では櫛歯状の画素電極PXは対向電圧信号線CLに対して、時計回り方向で約10度の傾きを持つように延在し、一方、下方の領域では、画素電極PXは対向電圧信号線CLに対して反時計回りに約10度の方向に延在するように配置されている。第1の基板SUB1の偏光板での偏光軸は対向電圧信号線CLの延在方向に平行方向、第2基板SUB2側の偏光板の偏光軸は垂直方向に配置される、いわゆる、クロスニコルの偏光軸配置である。液晶分子をその配向膜(ORL1およびORL2)界面で方向制御するラビング方向は上下基板側共に平行(対向電圧信号線CLおよびゲート信号線GL延在方向に平行)に処理されている。
液晶の印加電圧がないか、あるいは小さい時は、対向電圧信号線CLの延在方向にその液晶分子LC1およびLC2の長軸がそろう。上方領域の画素電極PXは時計回り方向に10度の傾きを持つ。一方、電圧が印加される、図10の断面で示す画素電極PXから液晶を経て対向電極CTへ至る電気力線Eの方向は画素電極PXと垂直すなわち、対向電圧信号線CL時計回りに110度の角度を持つ。液晶分子LC1はこれに追従し電界方向すなわち反時計回りに回転し、偏光板の偏光軸と45度方向に長軸が回転した際に透過率が最大となる。下方領域の液晶分子は画素電極PXが対向電圧信号線CLに対して、上下対称に配置されているため、その回転方向は逆向きの時計回りとなる。本実施例ではこのように1画素の液晶分子を時計回りと反時計回りの2つの領域に分けているため、画面の視野角はどの方向から見ても反転することがなく、また色変化が小さい広視野角の表示が可能となる。また、画素電極PXおよび対向電極CTが透明のITOで形成され、さらに液晶LCに充分な電界が印加されるのでブラックマトリクスBMの内側の画素領域ではほぼ全面に透過して明るい画像が表示できる。
次に本実施例が開口率あるいは透過率を高めた画素構造を持ちさらに、その際に点欠陥が発生しにくい良好な画質を持つ特徴を説明する。
開口率を落とす最大の原因は不透過の金属材料で形成されるゲート信号線GL、ドレイン信号線DL、あるいは対向電圧信号線CLに加えて、ソース電極SD2、ドレイン電極SD1の面積の占める割合が大きくなってしまうことである。特に、本実施例のようにゲート絶縁膜GI上に形成されたソース電極SD2と保護膜PAS上に形成された画素電極PXをコンタクトホールCNで接続する必要がある場合、そのコンタクトホールCN付近のソース電極SD1はその面積が保護膜PASの厚さに応じて増加し開口率が低下する。
また薄膜トランジスタTFTのパターン設計のみならず、実質的に透過率が低下する場合がある。一番大きい要因は、液晶分子の界面制御の配向膜が良好にラビングされない場合である。特に、段差の大きいコンタクトホールCNはその穴付近ではラビングが充分されなく、ラビング方向の影にあたる部分に影状の液晶分子が制御されない領域がコンタクトホールの面積の数倍にもわたり広がる。本現象は単純に透過率が低下するだけでなく、液晶分子の制御乱れであるため、応答速度が低下したような画像にも見える。この乱れを少なくとも応答速度への影響をなくすにはブラックマトリクスBMや第1の基板SUB1上の配線のような不透明材料で遮光する必要があるが、逆に開口率を低下させてしまう場合がある。
以下図面を引用しながら、その対策を行った構造を示す。開口率低下を回避するにはすでに、不透過の領域である対向電圧信号線CL上に上記コンタクトホールCNのソース電極SD2を薄膜トランジスタTFTから延在しこれを重畳し配置すれば、その透過率損失が新たに増えることはない。しかしながら、この場合新たに、点欠陥の不良が増加する問題を生じる。
本実施例の液晶表示モードは前記のように透明の対向電極CTを画素内に矩形に配置し、その上部にゲート絶縁膜GIおよび保護膜PASを積層し、その上部に透明の画素電極PXを配置する。この両電極の積層面積は1画素領域の20から30%に及び、これは他の液晶モードに比べて大きな値である。絶縁膜にピンホールなどがあるとショート不良となり画面上の点欠陥となる。これを最小限に防ぐためにも、本実施例は工程が異なる2つの絶縁膜であるゲート絶縁膜GIと保護膜PASの積層膜として片方の膜にピンホールがあった際にも他の膜でこの絶縁性を保つ冗長構造となっている。
しかるに前述のように、透過率を向上させるために、図14に示すように、対向電圧信号線CL上にコンタクトホールCNのソース電極SD2を形成すれば良い。このためソース電極SD2を図9のように単純に薄膜トランジスタTFTのドレイン電極SD1から延在させると、対向電極CT上の単層のゲート絶縁膜GI上をソース電極SD1が延在することになり、ショート不良に対する冗長性が損なわれることが自明となる。
本実施例はまず、図9の平面図でわかるように、ソース電極SD1が延びる領域の下部の対向電極CTをスリット状に切り込みを入れている。これにより下部の対向電極CTとソース電極SD1はショート不良を起こすことはない。図12の断面構造でわかるように前記ソース電極SD1は対向電圧信号線CLに重なる部分で初めてゲート絶縁膜GIの単層部分で重なる。これにより透過率を向上させた場合でも点欠陥の発生を防止でき良好な画質が得られる。
一方、ソース電極SD1を横切るように保護膜PAS上に配置された画素電極PXは単層の保護膜PASと大きな面積で重なっているが、画素電極PXとソース電極SD1は同一画像電位が与えられているため、仮に物理的にショートしても点欠陥になることはない。このため、画素電極PXは対向電極CTにスリットのない対向電圧信号線CLの図9における上部領域と同様にレイアウトができる。これでスリットを設けたことによる開口率低下が抑えられる。上記対向電極のスリットは図13に示すように最小加工寸法で形成されたソース電極SD1より、各レイヤのホト工程の位置合わせずれを考慮して、広めの幅が設定される。
一方、コンタクトホールCNのラビングに起因する液晶配向も乱れは以下のように改善し透過率を向上させている。図11を用いて説明したように、ラビング方向はゲート信号線GL及び対向電圧信号線CLに平行に規定した。そのため、コンンタクトホールCN径の数倍にも及ぶラビング影の液晶分子の乱れは対向電圧信号線CLに沿って発生する。図9の平面図でわかるように、コンタクトホールCNのラビング方向には対向電圧信号線CLが延在し、第1の透明基板SUB1側の光源を遮光する。
上述した実施例では液晶表示装置を例に挙げて説明をしたが、他の表示装置、たとえば有機EL表示装置にも適用できることはいうまでもない。有機EL表示装置においても、液晶表示装置と同様に、ゲート信号線とドレイン信号線の交差部を一角とする画素領域を備え、該画素領域には、ゲート信号線からの信号(走査信号)の供給によってオンされる薄膜トランジスタと、この薄膜トラジスタを介してドレイン信号線からの信号(映像信号)が供給される電極を具備して構成されるからである。
上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。
本発明による表示装置に適用される走査信号の構成の一実施例を示す図である。 本発明による表示装置の概略を示す平面図と画素の等価回路図である。 本発明による表示装置に適用される走査信号の映像信号との関係を示す図である。 本発明による表示装置に適用される走査信号を形成する手段を示した構成図である。 本発明による表示装置に適用される走査信号の構成の他の実施例を示す図である。 本発明による表示装置に適用される走査信号の映像信号との関係を示す図である。 本発明による表示装置に適用される走査信号を順次ゲート信号線に供給する際におけるタイミングを示した図である。 図7に示す走査信号の供給にあって、ドレイン信号線に供給する映像信号における極性を示した図である。 本発明による表示装置の画素の構成の一実施例を示す平面図である。 図9のI(a)−I(b)線における断面図である。 図9に示す構成における液晶モードの液晶分子の電圧オン、オフ時における動作を示す模式的平面図である。 図9のII(a)−II(b)線における断面図である。 図9のIII(a)−III(b)線における断面図である。 図9のIV(a)−IV(b)線における断面図である。
符号の説明
Vg…走査信号、VL…谷部、RD…低減部、Vgl…ローレベル、Vgh…ハイレベル、Vd…映像信号、GL…ゲート信号線、DL…ドレイン信号線、CL…対向電圧信号線、PX…画素電極、CT…対向電極、TFT…薄膜トランジスタ

Claims (14)

  1. 画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンする薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを介してドレイン信号線からの映像が供給される電極を少なくとも有する表示装置において、
    前記走査信号は、前記薄膜トランジスタをオンする電圧レベルにあってその途中に該電圧レベルを低減させる谷部を備え、この谷部の低減された電圧レベルは該薄膜トランジスタをオフする電圧レベル以上となっていることを特徴とする表示装置。
  2. 前記谷部は、その電圧レベルにあって、時間の経過に伴いなだらかに下降し、その後急峻に立ち上がるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記谷部は、その電圧レベルにあって、t1時間の間立ち下り、t2時間の間立ち上がるように構成され、t1>t2の関係にあることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  4. 走査信号線の前記谷部の低減された電圧レベルは、薄膜トランジスタに供給される映像信号の電圧レベルよりも大きくなっていることを特徴とする請求項1、2、3のうちいずれかに記載の表示装置。
  5. 画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンする薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを介してドレイン信号線からの映像が供給される電極を少なくとも有する表示装置において、
    前記走査信号は、前記薄膜トランジスタをオンする電圧レベルにあって、その途中に該電圧レベルを低減させる谷部を備えるとともに、該薄膜トランジスタをオフする手前で該電圧レベルをなだらかに低減させる低減部を備え、
    前記谷部および低減部の低減された電圧レベルは該薄膜トランジスタをオフする電圧レベル以上となっていることを特徴とする表示装置。
  6. 前記低減部において電圧レベルがなだらかに低減された後、急峻に走査信号のローレベルに至ることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記谷部は、その電圧レベルにあって、時間の経過に伴いなだらかに下降し、その後急峻に立ち上がるように構成されていることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  8. 前記谷部は、その電圧レベルにあって、t1時間の間立ち下り、t2時間の間立ち上がるように構成され、t1>t2の関係にあることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  9. 走査信号線の前記谷部および低減部の低減された電圧レベルは、薄膜トランジスタに供給される映像信号の電圧レベルよりも大きくなっていることを特徴とする請求項5、6、7、8のうちいずれかに記載の表示装置。
  10. 画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンする薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを介してドレイン信号線からの映像が供給される電極を少なくとも有する表示装置において、
    前記走査信号は、前記薄膜トランジスタをオンする電圧レベルにあって、その途中に該電圧レベルを低減させる谷部を備えるとともに、該薄膜トランジスタをオフする手前で該電圧レベルをなだらかに低減させる低減部を備え、
    前記谷部および低減部の低減された電圧レベルは該薄膜トランジスタをオフする電圧レベル以上となっており、
    一の走査信号とこの一の走査信号の次に供給される他の走査信号は、該一の走査信号の低減部と該他の走査信号の谷部とが時間的に一致づけられて、一部重なって供給されることを特徴とする表示装置。
  11. 前記低減部において電圧レベルがなだらかに低減された後、急峻に走査信号のローレベルに至ることを特徴とする請求項10に記載の表示装置。
  12. 前記谷部は、その電圧レベルにあって、時間の経過に伴いなだらかに下降し、その後急峻に立ち上がるように構成されていることを特徴とする請求項10に記載の表示装置。
  13. 前記谷部は、その電圧レベルにあって、t1時間の間立ち下り、t2時間の間立ち上がるように構成され、t1>t2の関係にあることを特徴とする請求項10に記載の表示装置。
  14. 走査信号線の前記谷部および低減部の低減された電圧レベルは、薄膜トランジスタに供給される映像信号の電圧レベルよりも大きくなっていることを特徴とする請求項10、11、12、13のうちいずれかに記載の表示装置。
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