JP2007248999A - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】FFS方式の液晶装置において、透過率の低下を招くドメイン領域を減少させることが可能な画素構造を提供する。
【解決手段】FFS方式を有する液晶装置において、素子基板は、3行1列に配置され、前記行方向に長辺を有し、前記列方向に短辺を有する複数のサブ画素により構成された単位画素を含み、サブ画素たる画素電極は横ストライプ形状に形成され、第3絶縁膜を介して共通電極との間でフリンジフィールドを発生させる複数のスリットを有し、各スリットの長辺の延在方向は画素電極の長辺の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されている。各スリットは横ストライプ形状を構成しているので、その設定数を減らすことができる。よって、液晶の駆動時に各スリットの長辺方向の両端部のうちいずれか一方の端部付近にはドメイン領域が生じるが、スリットの設定数を減らしているのでドメイン領域を減らすことができる。よって、透過率が低下するのを防止できる。
【選択図】図2

Description

本発明は、各種情報の表示に用いて好適な液晶装置及び電子機器に関する。
一般的に、液晶の表示モードを大別すると、TN(Twisted Nematic)方式、或いは広視野角及び高コントラストを目的とする垂直配向方式、或いはIPS(In−Plane Switching)方式若しくはFFS方式(Fringe Field Switching)に代表される横電界方式などが存在する。
このうち、IPS方式は、液晶に印加する電界の方向を基板にほぼ平行な方向とする方式であり、TN方式などに比べて視角特性の向上を図ることができるという利点がある。
しかしながら、このような液晶装置では、一般に、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料からなる画素電極と、その画素電極との間で横電界を発生させる共通電極とが同一層に設けられているため、画素電極の上側に位置する液晶分子は十分に駆動されず、透過率等の低下を招いてしまうといった課題がある。
この点、FFS方式では、共通電極が形成される層が画素電極の形成される層の下側に設けられているので、画素電極の上側に位置する液晶分子に対しても横方向の電界を印加することができ、その位置に存在する液晶分子を十分に駆動することができる。その結果、上記したIPS方式に比べて、透過率等の向上を図ることができるといった利点を有している。
このようなFFS方式の液晶装置の一例が特許文献1及び2に記載されている。
ここで、特許文献1及び2に記載の液晶装置は、いずれもα−Si(アモルファスシリコン)型のTFT素子を適用したFFS方式の液晶装置となっている。また、特許文献2に記載の液晶装置では、画素電極は、データバスラインの延在方向に長辺を有すると共にゲートバスラインの延在方向に短辺を有する縦長状の形状(縦ストライプ形状)に形成され、当該画素電極には、その下層に形成されるカウンタ電極(共通電極)との間でフリンジフィールド(横方向の電界)を生じさせる複数のスリットが設けられている。
特開2001−235763号公報 特開2002−182230号公報
上記の特許文献2に記載の液晶装置は、画素電極が縦ストライプ形状に形成され、各スリットが画素電極の長辺方向の中心に対して対称をなすように所定の傾きで配列されているため、スリットの設定数が多い構造となっている。
ここで、一般的なFFS方式の液晶装置の場合、画素電極に設けられるスリットの長辺方向の両端部のうち、いずれか一方の端部付近では、液晶の駆動時に、各スリットの端部付近でない位置と比較してフリンジフィールドのかかり方が変わり、液晶分子が殆ど駆動されないドメイン領域(液晶の配向異常領域)が発生する。このため、このドメイン領域では、明るさが低下して表示上暗い領域となってしまう。なお、このドメイン領域は、現象的に、スリットの設定数分だけ発生し、且つ、隣接する各スリットの間では互い違いに且つ千鳥状に発生する。したがって、上記の特許文献2に記載の液晶装置では、スリットの設定数が多い画素構造なので、明るさに寄与しないドメイン領域が増加し、その分、液晶装置の透過率が著しく低下してしまうという問題がある。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、透過率の低下を招くドメイン領域を減少させることが可能な画素構造を有するFFS方式の液晶装置及びそれを用いた電子機器を提供することを課題とする。
本発明の1つの観点では、液晶装置は、複数行1列に配置され、前記行方向に長辺を有すると共に前記列方向に短辺を有する複数のサブ画素により構成された単位画素を含む基板を有し、前記基板は、スイッチング素子と、少なくとも前記スイッチング素子の上側に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の上側に設けられた第1の透明電極と、前記第1の透明電極の上側に設けられた他の絶縁膜と、前記他の絶縁膜の上側に設けられ、前記サブ画素毎に形成された複数のスリットを有すると共に前記第1の透明電極との間で前記スリットの各々を通じて電界を発生させる第2の透明電極と、を備え、前記スリットの各々の長辺の延在方向は、前記サブ画素の前記短辺の延在方向と非同一の方向に規定されている。
上記の液晶装置は、複数行1列に配置され、当該行方向に長辺を有すると共に当該列方向に短辺を有する複数のサブ画素により構成された単位画素を含む基板を有する。このため、各サブ画素は、行(横)方向に長辺を有する、横長状の長方形(横ストライプ形状)に形成されている。基板は、スイッチング素子と、少なくともスイッチング素子の上側に設けられ、例えば透明のアクリル樹脂等により形成された絶縁膜と、かかる絶縁膜の上側に設けられた第1の透明電極と、かかる第1の透明電極の上側に設けられ、例えばSiOやSiNx(シリコン窒化膜)等により形成された他の絶縁膜と、かかる他の絶縁膜の上側に設けられ、サブ画素毎に形成された複数のスリットを有すると共に第1の透明電極との間で当該スリットの各々を通じて電界を発生させる第2の透明電極と、を備えて構成される。好適な例では、前記電界は、前記基板と略平行な方向及び略垂直な方向(基板の上側方向)に強い電界成分を有するフリンジフィールドとすることができる。これにより、FFS方式の液晶装置を構成することができる。
好適な例では、スイッチング素子としては、例えば、ガラス基板上に600℃以下の温度で製造されるLTPS(Low Temperature Poly Silicon)型のTFT素子又はP−Si(ポリシリコン)型のTFT素子又はα−Si(アモルファスシリコン)型のTFT素子などに代表される三端子型素子、或いはTFD(Thin Film Diode)素子などに代表される二端子型非線形素子などを用いることができる。
ここで、第2の透明電極に設けられるスリットの各々の長辺の延在方向が、サブ画素の短辺の延在方向と同一の方向に規定されている比較例を想定した場合、FFS方式を用いて適正に液晶を駆動させためには、スリットをサブ画素の全体に亘って均一に設ける必要がある。そうすると、比較例では、サブ画素の長辺方向に適宜の間隔をおいてスリットを並べるように設ける必要があり、その分だけスリットの設定数が増加してしまう。また、一般的なFFS方式の液晶装置の場合、スリットの長辺方向の両端部のうち、いずれか一方の端部付近では、液晶の駆動時に、各スリットの端部付近でない位置と比較してフリンジフィールドのかかり方が変わり、液晶分子が殆ど駆動されないドメイン領域(液晶の配向異常領域)が発生する。このため、このドメイン領域では、明るさが低下して表示上暗い領域となってしまう。なお、このドメイン領域は、現象的に、スリットの設定数分だけ発生し、且つ、隣接する各スリットの間では互い違いに且つ千鳥状に発生する。したがって、上記の比較例のようにサブ画素に設けるスリットの数が多いほど明るさに寄与しないドメイン領域が増加し、その分、液晶装置の透過率が著しく低下してしまうという問題がある。
この点、この液晶装置では、第2の透明電極に設けられたスリットの各々の長辺の延在方向は、サブ画素の短辺の延在方向と非同一の方向に規定されている。好適な例では、前記スリットの各々の長辺の延在方向は、前記サブ画素の前記長辺の延在方向と同一の方向又は前記サブ画素の前記長辺の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されているのが好ましい。
これにより、第2の透明電極に設けるスリットは、上記の比較例と比較して細長形状に形成される。したがって、スリットを第2の透明電極の全体に均一に配置しつつ、上記の比較例と比べて、そのスリットの設定数を減らすことができる。よって、この液晶装置でも、液晶の駆動時に、各スリットの長辺方向の両端部のうち、いずれか一方の端部付近にドメイン領域が生じるが、第2の透明電極に設定されるスリットの数を上記の比較例と比較して減らしているので、それに伴ってドメイン領域を減らすことができる。その結果、透過率が低下するのを防止できる。
好適な例では、前記スイッチング素子の各々に電気的に接続され、前記列方向に延在する複数の第1の配線及び前記行方向に延在する複数の第2の配線を有し、前記スリットの各々の長辺の延在方向は、前記複数の第2の配線の延在方向と同一の方向又は前記複数の第2の配線の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されているのが好ましい。なお、第1の配線は画像信号が供給されるデータ線又は走査信号が供給されるゲート線とすることができると共に、これに対応して、第2の配線は走査信号が供給されるゲート線又は画像信号が供給されるデータ線とすることができる。
上記の液晶装置の一つの態様では、前記第1の透明電極は、共通電位に接続された共通電極であると共に、前記第2の透明電極は、前記サブ画素毎に形成され、前記絶縁膜及び前記他の絶縁膜の各々に設けられたコンタクトホールを介して前記スイッチング素子と電気的に接続された単位サブ画素電極である。
この態様では、第1の透明電極は、共通電位に接続された共通電極とすることができると共に、第2の透明電極は、サブ画素毎に形成され、絶縁膜及び他の絶縁膜の各々に設けられたコンタクトホールを介してスイッチング素子と電気的に接続された単位サブ画素電極とすることができる。
上記の液晶装置の他の態様では、前記第1の透明電極は、前記サブ画素毎に形成され、前記絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記スイッチング素子と電気的に接続された単位サブ画素電極であると共に、前記第2の透明電極は、共通電位に接続された共通電極である。
この態様では、第1の透明電極は、サブ画素毎に形成され、絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介してスイッチング素子と電気的に接続された単位サブ画素電極とすることができると共に、第2の透明電極は、共通電位に接続された共通電極とすることができる。
上記の液晶装置の他の態様では、前記複数の第1の配線は、信号線駆動回路と電気的に接続され、当該信号線駆動回路から画像信号が供給される複数のソース線であると共に、前記複数の第2の配線は、走査線駆動回路と電気的に接続され、当該走査線駆動回路から走査信号が供給される複数のゲート線であり、前記単位画素を構成する前記サブ画素の各々は、対応する前記ゲート線の各々に電気的に接続されていると共に、1つの前記ソース線に電気的に共通接続され、前記走査線駆動回路は、一水平走査期間に当該サブ画素の各々に電気的に接続された前記ゲート線の各々を順次走査して前記単位画素を駆動する。
この態様では、複数の第1の配線は、信号線駆動回路と電気的に接続され、当該信号線駆動回路から画像信号が供給される複数のソース線とすることができる。一方、複数の第2の配線は、走査線駆動回路と電気的に接続され、当該走査線駆動回路から走査信号が供給される複数のゲート線とすることができる。そして、単位画素を構成するサブ画素の各々は、対応するゲート線の各々に電気的に接続されていると共に、1つのソース線に電気的に共通接続されている。また、走査線駆動回路は、一水平走査期間(1H期間)に当該サブ画素の各々に電気的に接続されたゲート線の各々を順次走査して単位画素を駆動する。
これにより、次の作用効果を得ることができる。例えば、単位画素が、N(任意の自然数、以下同様)行1列に配置され、当該行方向に長辺を有すると共に当該列方向に短辺を有する複数のサブ画素により構成されている場合は、走査線駆動回路により一水平走査期間に単位画素内のN個のサブ画素が順次走査(つまり、N回の走査)されて、その各々のサブ画素は同一のソース線により画像信号が供給される。したがって、従来方式の液晶装置と比較してN倍の駆動デューティで単位画素が駆動される結果、表示品位の向上を図ることができる。ここで従来方式の液晶装置とは、1行N列に配置された複数のサブ画素により単位画素が構成され、当該単位画素内において、各サブ画素が1つのゲート線に電気的に共通接続されていると共に、対応するN個のソース線の各々に電気的に接続されている構成を備える液晶装置をいう。かかる液晶装置では、一水平走査期間(1H期間)に単位画素内のN個のサブ画素が1つのゲート線により走査されて、その各サブ画素は、それらに接続されたN個のソース線の各々により映像信号が供給される。
本発明の他の観点では、上記の液晶装置を表示部として備える電子機器を構成することができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。尚、以下の各種実施形態は、本発明を液晶装置に適用したものである。なお、本明細書では、「内面上」との文言は、液晶層4側に位置する「内面上」の意味で用いる。したがって、例えば、「素子基板の内面上」といった場合には、「液晶層4側に位置する素子基板の内面上」を意味することになる。
[第1実施形態]
(液晶装置の構成)
まず、図1等を参照して、本発明の第1実施形態に係る液晶装置100の構成等について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る液晶装置100の概略構成を模式的に示す平面図である。図1では、紙面手前側(観察側)にカラーフィルタ基板92が配置されている一方、紙面奥側に素子基板91が配置されている。なお、図1では、紙面縦方向(列方向)をY方向と、また、紙面横方向(行方向)をX方向と規定する。また、図1において、R、G、Bの各色に対応する領域は1つのサブ画素領域SGを示していると共に、R、G、Bの各色のサブ画素領域SGにより構成される3行1列の画素配列は、1つの画素領域AGを示している。ここで、各サブ画素領域SGは、行方向に長辺を有すると共に列方向に短辺を有する横長状の矩形領域であり、各サブ画素領域SGの長辺方向は、ゲート線33の延在方向に規定されている一方、各サブ画素領域SGの短辺方向は、ソース線32の延在方向に規定されている。なお、以下では、1つのサブ画素領域SG内に存在する1つの表示領域を「サブ画素」と称し、また、1つの画素領域AG内に対応する表示領域を「単位画素」と称することもある。
液晶装置100は、素子基板91と、その素子基板91に対向して配置されるカラーフィルタ基板92とが枠状のシール材5を介して貼り合わされ、そのシール材5の内側に液晶が封入されて液晶層4が形成されてなる。
ここに、液晶装置100は、R、G、Bの3色を用いて構成されるカラー表示用の液晶装置であると共に、スイッチング素子として後述する第1基板1上に600℃以下の温度で製造され、ダブルゲート構造を有するLTPS(低温ポリシリコン)型のTFT素子(以下、「LTPS型TFT素子21」と呼ぶ)を用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置である。また、この液晶装置100は、画素電極等の各種電極が形成された素子基板91側において、当該素子基板91面に略平行な方向、及び略垂直な方向(観察側)にフリンジフィールド(電界E)を発生させて液晶分子の配向を制御する、いわゆるFFS方式の液晶装置である。このため、この液晶装置100では高い視野角等を得ることが可能となっている。また、液晶装置100は、透過型表示のみを行う透過型の液晶装置である。
まず、素子基板91の平面構成は次の通りである。
素子基板91の内面上には、主として、複数のソース線32、複数のゲート線33、複数のLTPS型TFT素子21、複数の画素電極10、共通電極20、信号線駆動回路40、走査線駆動回路41、外部接続用配線35及びFPC(Flexible Printed Circuit)などの実装部品42が形成若しくは実装されている。
図1に示すように、素子基板91は、カラーフィルタ基板92の隣り合う二辺側から夫々の外側へ張り出してなる張り出し領域36を有している。カラーフィルタ基板92の一辺側の外側であって、Y方向に位置する張り出し領域36上には信号線駆動回路40が実装されていると共に、カラーフィルタ基板92の他の一辺側の外側であって、X方向に位置する張り出し領域36上には走査線駆動回路41が実装されている。信号線駆動回路40及び走査線駆動回路41の各入力側の端子(図示略)は、複数の外部接続用配線35の一端側と電気的に接続されていると共に、複数の外部接続用配線35の他端側は実装部品42と電気的に接続されている。なお、図1では、便宜上、走査線駆動回路41と実装部品42との外部接続用配線35を通じた接続状態の図示は省略する。
各ソース線32は、X方向に適宜の間隔をおいてY方向に延在するように形成されており、各ソース線32の一端側は、信号線駆動回路40の出力側の端子(図示略)に電気的に接続されている。
各ゲート線33は、例えば、Ti(チタン)/Al(アルミニウム)/Ti(チタン)の3層構造を有し、Y方向に適宜の間隔をおいてX方向に且つ有効表示領域V内に延在するように形成されている。各ゲート線33の一端側は、走査線駆動回路41の出力側の端子(図示略)に電気的に接続されている。
各ソース線32と各ゲート線33の交差位置付近にはLTPS型TFT素子21が対応して設けられており、LTPS型TFT素子21は各ソース線32、各ゲート線33及び各画素電極10等に電気的に接続されている。
各画素電極10は、例えばITOなどの透明導電材料により形成され、各サブ画素領域SG内に対応して設けられている。
共通電極20は、画素電極10と同一の材料により形成され、有効表示領域Vと略同一の大きさの領域(太い破線で囲まれた領域)を有し、図3に示す第3絶縁膜(誘電膜)53を挟んで各画素電極10の下側に略べた状に設けられる。共通電極20は、当該共通電極20と同一の材料などからなる共通配線27を通じて、例えば、信号線駆動回路40内の共通電位用端子(COM端子)と電気的に接続されている。
1つの画素領域AGがX方向及びY方向に複数個、マトリクス状に並べられた領域が有効表示領域V(2点鎖線により囲まれる領域)である。この有効表示領域Vに、文字、数字、図形等の画像が表示される。なお、有効表示領域Vの外側の領域は表示に寄与しない額縁領域38となっている。また、各画素電極10等の内面上には、図示しない配向膜が形成されている。かかる配向膜は、所定の方向Rにラビング処理(図2を参照)が施されている。
次に、カラーフィルタ基板92の平面構成は次の通りである。
カラーフィルタ基板92は、図3も参照して分かるように、遮光層(一般に「ブラックマトリクス」と呼ばれ、以下では、単に「BM」と略記する)、R、G、Bの3色の着色層6R、6G、6B、オーバーコート層16及び配向膜18などを有する。なお、以下の説明において、色を問わずに着色層を指す場合は単に「着色層6」と記し、色を区別して着色層を指す場合は「着色層6R」などと記す。BMは、各サブ画素領域SGを区画する位置等に形成されている。
以上の構成を有する液晶装置100では、電子機器等と接続された実装部品42側からの信号及び電力等に基づき、走査線駆動回路41によって、G、G、・・・、Gm−1、G(m:自然数)の順にゲート線33が順次排他的に1本ずつ選択されるとともに、選択されたゲート線33には、選択電圧のゲート信号が供給される一方、他の非選択のゲート線33には、非選択電圧のゲート信号が供給される。そして、信号線駆動回路40は、選択されたゲート線33に対応する位置に存在する画素電極10に対し、表示内容に応じたソース信号を、それぞれ対応するS、S、・・・、Sn−1、S(n:自然数)のソース線32及び各LTPS型TFT素子21を介して供給する。その結果、液晶層4の表示状態が、非表示状態または中間表示状態に切り替えられ、液晶層4内の液晶分子の配向状態が制御されることとなる。これにより、有効表示領域V内において所望の画像を表示することができる。
(画素構成)
次に、図2(a)及び図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る液晶装置100の画素構成等について説明する。
図2(a)は、第1実施形態に係る素子基板91における1画素分の平面構成を示す。なお、図2(a)では、素子基板91の説明に必要な最小限の要素のみ図示している。図3は、図2(a)における切断線A−A’に沿った断面図を示すと共に、LTPS型TFT素子21を通る位置で切断したときの1サブ画素を含む断面構成を示す。
まず、第1実施形態の素子基板91における画素構成等について説明する。
ガラス基板である第1基板1の内面上には、ソース線32とゲート線33の交差位置に対応して、ゲート線33に対して二度交差するように略Uの字状の平面形状を有する低温型のP−Si(ポリシリコン)層19が形成されている。P−Si層19及び第1基板1の内面上には、その略一面に亘って、例えばSiOなどからなるゲート絶縁膜50が形成されている。
ゲート絶縁膜50は、P−Si層19の一端側に且つソース線32の一部と平面的に重なる位置に第1のコンタクトホール50aを有すると共に、P−Si層19の他端側に対応する位置に第2のコンタクトホール50bを有する。ゲート絶縁膜50の内面上にはゲート線33が形成されており、そのゲート線33は、図2(a)に示すように、Y方向に一定の間隔をおいてX方向に延在するように形成され、さらにP−Si層19と部分的且つ平面的に重なっている。なお、後述するソース線32の延在方向に相隣接するサブ画素の間隔は、ゲート線33の延在方向に相隣接するサブ画素の間隔より大きくなっている。
ゲート線33及びゲート絶縁膜50の内面上には、例えばSiOなどからなる透明の第1絶縁膜51が形成されている。第1絶縁膜51は、第1のコンタクトホール50aに対応する位置に第1のコンタクトホール51aを有すると共に、第2のコンタクトホール50bに対応する位置に第2のコンタクトホール51bを有する。第1絶縁膜51の内面上には、ソース線32及び中継電極77が設けられている。
ソース線32は、図2(a)に示すように、X方向に一定の間隔をおいてY方向に延在するように形成されている。ソース線32の一部は、P−Si層19の一端側の一部と平面的に重なっている。ソース線32の一部は、第1のコンタクトホール50a及び51a内まで入り込むように設けられており、当該ソース線32は、P−Si層19の一端側と電気的に接続されている。中継電極77は、P−Si層19の他端側の一部と平面的に重なり合っている。中継電極77の一部は、第2のコンタクトホール50b及び51b内まで入り込むように設けられており、当該中継電極77は、P−Si層19の他端側と電気的に接続されている。これにより、各ソース線32は、対応する各P−Si層19を介して、対応する各中継電極77に電気的に接続されている。こうして、各P−Si層19に対応する位置に且つソース線32とゲート線33との交差位置に対応してダブルゲート構造のLTPS型TFT素子21が設けられている。
ソース線32、中継電極77及び第1絶縁膜51の内面上には、例えば透明のアクリル樹脂等からなる第2絶縁膜52が形成されている。第2絶縁膜52の内面上は平坦性を有し、第2絶縁膜52は平坦化膜を構成している。第2絶縁膜52は、中継電極77の一端側に且つ第2のコンタクトホール50b及び51bの近傍位置にコンタクトホール52aを有する。なお、本発明では、第1絶縁膜51と第2絶縁膜52との間に、例えばSiNx(シリコン窒化膜)などからなる絶縁膜を更に設けるようにしても構わない。
第2絶縁膜52の内面上には、その略一面に亘って、COM端子(共通電位用端子)に電気的に接続された共通電極20が形成されている(図1も参照)。共通電極20は、例えばITOなどの透明導電材料により形成され、コンタクトホール52aに対応する位置に開口20aを有する。コンタクトホール52a内に位置する第2絶縁膜52の一部、及び共通電極20の内面上には、例えばSiOやSiNxなどからなる第3絶縁膜53が形成されている。第3絶縁膜53は、第2絶縁膜52のコンタクトホール52aに対応する位置にコンタクトホール53aを有する。第3絶縁膜53は、共通電極20と後述する画素電極10との間に設けられるため、補助容量を形成する誘電膜として機能する。ここで、十分な補助容量を確保するためには、第3絶縁膜53の厚さd1は、できる限り薄く設定されているのが好ましい。
かかる目的を実現するため、好適な例では、第3絶縁膜53の厚さd1は、自身に形成される補助容量の大きさが約100〜600fF、より好ましくは約200〜800fFに設定するように決定するのが好ましい。また、精細度200PPi以上では、第3絶縁膜53の厚さd1は約50〜400nmに設定するのが好ましい一方、精細度200PPi未満では、第3絶縁膜53の厚さd1は約200〜1000nmに設定するのが好ましい。
第3絶縁膜53の内面上であって、各サブ画素領域SG内には、例えばITOなどの透明導電材料よりなる画素電極10が形成されている。画素電極10は、サブ画素領域SGと略同一の形状に形成され、サブ画素領域SGの長辺方向(X方向又は行方向)に長辺10Lを有すると共に、サブ画素領域SGの短辺方向(Y方向又は列方向)に短辺10Sを有する、横長状の長方形(横ストライプ形状)に形成されている。このため、画素電極10の長辺10Lの方向は、ゲート線33の延在方向に規定されている一方、画素電極10の短辺10Sの方向は、ソース線32の延在方向に規定されている。画素電極10は、コンタクトホール52a及び53a内まで入り込むように設けられ、当該コンタクトホール52a及び53aを介して中継電極77と電気的に接続されている。このため、ソース線32からのソース信号(映像信号)は、LTPS型TFT素子21及び中継電極77を介して画素電極10へ供給される。また、画素電極10は、第3絶縁膜53を介して共通電極20と対向し且つ平面的に重なっている。画素電極10には、自身と共通電極20との間で、フリンジフィールド(電界E)を発生させるための複数のスリット10xが設けられている。各スリット10xは、細長状の横ストライプ形状に形成され、各スリット10xの長辺10xaの延在方向は、画素電極10の短辺10Sの延在方向及びソース線32の延在方向と非同一の方向に規定されている。なお、本例では、各スリット10xの長辺10xaと繋がる、当該各スリット10xの短辺(符号は省略する)は曲線状の形状を有するように形成されているが、これに限らず、本発明では、当該短辺の形状に限定はなく、例えば直線状の形状に形成されていても構わない。本例では、各スリット10xの長辺10xaの延在方向は、画素電極10の長辺10Lの延在方向及びゲート線33の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されている。但し、本発明では、各スリット10xの長辺10xaの延在方向は、画素電極10の長辺10Lの延在方向及びゲート線33の延在方向と同一の方向に規定されていても構わない。
第3絶縁膜53の一部、及び画素電極10の内面上には図示しない配向膜が形成されている。かかる配向膜には、図2(a)に示すように、ゲート線33の延在方向であるX方向(以下、「ラビング方向R」と呼ぶ)にラビング処理が施されている。このため、液晶分子4aは、初期配向状態において、その長軸方向がラビング方向Rに沿った状態で配向している。また、第1基板1の下側には偏光板11が設けられていると共に、偏光板11の下側には照明装置としてのバックライト15が設けられている。こうして、第1実施形態に係る画素構成を含む素子基板91が構成されている。
一方、上記の画素構成に対応するカラーフィルタ基板92の構成は次の通りである。
ガラス基板である第2基板2の内面上であって、1つの画素領域AG内には、サブ画素領域SG毎に赤色(R)の着色層6R、緑色(G)の着色層6G及び青色(B)の着色層6Bのいずれかからなる着色層6が設けられている。このため、1つの画素領域AG内において、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各着色層6の配列方向は、ソース線32の延在方向に規定されている。第2基板2の内面上であって、各サブ画素領域SGを区画する位置及びLTPS型TFT素子21に対応する位置にはBMが設けられている。このため、LTPS型TFT素子21、ソース線32及びゲート線33等はBMと平面的に重なっている。BM及び各着色層6の内面上にはオーバーコート層16が形成されている。このオーバーコート層16は、液晶装置100の製造工程中に使用される薬剤等による腐食や汚染から、着色層6等を保護する機能を有している。オーバーコート層16の内面上には所定の方向にラビング処理が施された配向膜18が形成されている。こうして、第1実施形態に係るカラーフィルタ基板92が構成されている。
以上の構成を有する液晶装置100では、その駆動時、ラビング方向Rに沿って初期配向状態にある液晶分子(図示略)は、ソース線32の延在方向に生じるフリンジフィールド(電界E)によって反時計廻り又は時計廻りに回転してソース線32の延在方向に再配向する。なお、図3の断面構成では、フリンジフィールド(電界E)は、素子基板91と略平行な方向(紙面横方向)及び略垂直な方向(カラーフィルタ基板側)に強い電界成分を有し、画素電極10と、その複数のスリット10x及び第3絶縁膜53を介して共通電極20との間で生じる。これにより、液晶分子の配向制御がなされ、透過型表示をすることができる。そして、透過型表示の際、バックライト15から出射した照明光は、図3に示す経路Tに沿って進行し、共通電極20、画素電極10及びR、G、Bの各着色層6等を通過して観察者に至る。この場合、その照明光は、その着色層6等を透過することにより所定の色相及び明るさを呈する。こうして、所望のカラー表示画像が観察者により視認される。
(電気的等価回路の構成)
次に、図5を参照して、第1実施形態に係る液晶装置100の電気的等価回路の構成について説明する。図5は、液晶装置100の電気的等価回路の構成を示すブロック図である。なお、図5では、実際は、走査線駆動回路41と実装部品42とは外部接続用配線35を通じて接続されているが、便宜上、その図示は省略している。
液晶装置100は、1つの画素領域AG内に設けられる単位画素(以下、「単位画素P」と呼ぶ)を行方向(X方向)及び列方向(Y方向)にマトリクス状に配列してなる有効表示領域Vと、その外側に設けられ、各サブ画素領域SG内に設けられる各サブ画素(以下、「サブ画素SP」と呼ぶ)を駆動する信号線駆動回路40及び走査線駆動回路41と、信号線駆動回路40及び走査線駆動回路41と電気的に接続され、液晶装置100と電子機器とのインターフェースである実装部品42と、を有する。
液晶装置100は、所定間隔おきに交互に設けられた複数のゲート線33およびコモン線80と、所定間隔おきに設けられてゲート線33およびコモン線80に交差する複数のソース線32と、を備える。単位画素Pは、サブ画素SPを3行1列に配置して構成され、各サブ画素SPは、各ゲート線33および各コモン線80と各ソース線32との交差位置に対応して設けられている。なお、本発明では、上記したように、画素電極10と共通電極20の間に設けられた誘電膜たる第3絶縁膜53に補助容量が形成されるので、コモン線80及び後述する蓄積容量81を設けることは必須ではない。
各サブ画素SP内には、LTPS型TFT素子21、画素電極10、当該画素電極10に第3絶縁膜53(図示略)を挟んで対向する共通電極20、並びに画素電極10及びコモン線80に電気的に接続された蓄積容量81が設けられている。
LTPS型TFT素子21のゲート電極には、ゲート線33が接続され、LTPS型TFT素子21のソース電極には、ソース線32が接続され、LTPS型TFT素子21のドレイン電極には、画素電極10および蓄積容量81が接続されている。画素電極10と共通電極20との間には、液晶層4が挟持される。したがって、このLTPS型TFT素子21は、ゲート線33から選択電圧が印加されると、ソース線32と画素電極10および蓄積容量81とを導通状態とする。
走査線駆動回路41は、LTPS型TFT素子21を導通状態にする選択電圧を各ゲート線33に線順次で供給する。例えば、あるゲート線33に選択電圧が供給されると、このゲート線33に接続されたLTPS型TFT素子21が全て導通状態になり、このゲート線33に係るサブ画素SPの全てが選択される。具体的には、走査線駆動回路41は、シフトレジスタ回路41a、出力制御回路41b及びバッファ回路41cを有し、当該走査線駆動回路41には、実装部品42を介して、図示しない電子機器の外部回路側から電力及び各種の信号が供給される。シフトレジスタ回路41aは、順次転送型シフトレジスタであり、電子機器の外部回路側からスタート信号VSP(1フレームの開始信号)、クロック信号VCK、及びディレクション信号VDIR(ゲート線の走査方向を指定する信号)などの各種信号が供給されると、それらの各種信号を出力制御回路41bへ出力する。出力制御回路41bは、走査線駆動回路41の動作を制御する回路であり、電子機器の外部回路内の電源回路から供給される駆動信号VENBがLレベルのとき、ゲート線33を選択可能とする制御信号をバッファ回路41cへ出力すると共に、シフトレジスタ回路41aから出力されたスタート信号VSP、クロック信号VCK及びディレクション信号VDIRなどの各種信号をバッファ回路41cへ出力する。バッファ回路41cは、出力制御回路41bから出力された各種信号の波形整形を行う波形整形用回路である。なお、本発明では、出力制御回路41bとバッファ回路41cとの間に、出力制御回路41bから出力された各種信号のレベルを増幅するレベルシフタ回路を設けるようにしても構わない。以上の構成を有する走査線駆動回路41は、一垂直走査期間(1V期間)内に、アドレス番号G、G、・・・、Gm−1、Gのゲート線33を(図1も参照)を順次走査すると共に、一水平走査期間(1H期間)内に3本のゲート線33を順次走査して単位画素Pを駆動する。
信号線駆動回路40は、画像信号を各ソース線32に供給し、オン状態のLTPS型TFT素子21を介して、各サブ画素領域SG内の画素電極10に画像情報を順次書き込む。
以上の構成を有する液晶装置100は、以下のように動作する。
すなわち、走査線駆動回路41から選択電圧を線順次で供給することで、あるゲート線33に係るサブ画素SPの全てを選択する。そして、これらサブ画素SPの選択に同期して、信号線駆動回路40からソース線32に画像信号を供給する。これにより、走査線駆動回路41および信号線駆動回路40で選択した全てのサブ画素SPに、ソース線32からLTPS型TFT素子21を介して画像信号が供給されて、画像情報が画素電極10に書き込まれる。
サブ画素領域SG内の画素電極10に画像情報が書き込まれると、この画素電極10と共通電極20との電位差により、液晶層4に駆動電圧が印加される。したがって、画像信号の電圧レベルを変化させることで、液晶の配向や秩序を変化させて、各サブ画素SPの光変調による階調表示を行う。
なお、液晶に印加される駆動電圧は、蓄積容量81により、画像情報が書き込まれる期間よりも3桁も長い期間に亘って保持される。
図6は、液晶装置100の駆動方法に係るタイミングチャートを示す。
上記したように、VSPはスタート信号、VCKはクロック信号であり、これらスタート信号VSP及びクロック信号VCKは、走査線駆動回路41を通じて液晶装置100に供給される。また、VENBは駆動信号であり、この駆動信号VENBがLレベルのとき、走査線駆動回路31は、ゲート線33に供給される制御信号GATE1〜640(例えば、ゲート線33の本数が1920本の場合)が選択可能となる。
また、VDIRは走査方向を指定する信号であり、このディレクション信号VDIRは、第1実施形態では、常時Hレベルであり、図5中左側から右側に向かって走査する。
VCOMは、上述のように、共通電極20及びコモン線80に供給される駆動信号である。第1実施形態では、1ラインごとに共通電極20の電位を反転するライン反転駆動方式を採用しており、VCOMは、1ラインごとに反転する。
GATEは、上述のように、ゲート線33に供給される制御信号である。第1実施形態では、ゲート線33の本数は例えば1920本であり、GATE1aは、単位画素Pにおいて、任意のアドレス番号Gm-2に対応する最上段のゲート線33aに供給される制御信号であり、GATE1bは、任意のアドレス番号Gm-1に対応する最上段の1つ下の段のゲート線33bに供給される制御信号であり、GATE1cは、任意のアドレス番号Gに対応する最下段のゲート線33cに供給される制御信号である。GATE640cは、有効表示領域V内において、最下段のゲート線33に供給される制御信号である。
DISPLAY DATA信号は、信号線駆動回路40に供給される時分割の画像信号である。
ここで、1H期間に着目したとき、VCOMがLレベルの状態でVENBがHレベルからLレベルへ立ち下がると、それに同期して時刻t1からt2の間、GATE1aがHレベルになり、単位画素P内において、最上段のゲート線33aに係る、赤色(R)に対応するサブ画素SPの群が選択される。また、このサブ画素SPの群の選択に同期して、DATAとして、赤色(R)に対応する画像情報が電子機器の外部回路側から実装部品42を通じて信号線駆動回路40へ供給される。これにより、赤色(R)に対応する画像情報(V001)が、ソース線32を介して、最上段のゲート線33aに係る、赤色(R)に対応するサブ画素SPの群に供給される。
続いて、時刻t2からt3の間だけVENBがHレベルになり、さらにVCOMが反転してHレベルの状態になり、時刻t3でVENBがHレベルからLレベルへ立ち下がると、それに同期して時刻t3からt4の間、GATE1bがHレベルになり、単位画素P内において、最上段の1つ下の段のゲート線33bに係る、緑色(G)に対応するサブ画素SPの群が選択される。また、このサブ画素SPの群の選択に同期して、DATAとして、緑色(G)に対応する画像情報が電子機器の外部回路側から実装部品42を通じて信号線駆動回路40へ供給される。これにより、緑色(G)に対応する画像情報(V001)が、ソース線32を介して、最上段の1つ下の段のゲート線33bに係る、緑色(G)に対応するサブ画素SPの群に供給される。
続いて、時刻t4からt5の間だけVENBがHレベルになり、さらにVCOMが反転してLレベルの状態になり、時刻t5でVENBがHレベルからLレベルへ立ち下がると、それに同期して時刻t5からt6の間、GATE1cがHレベルになり、単位画素P内において、最下段のゲート線33cに係る、青色(B)に対応するサブ画素SPの群が選択される。また、このサブ画素SPの群の選択に同期して、DATAとして、青色(B)に対応する画像情報が電子機器の外部回路側から実装部品42を通じて信号線駆動回路40へ供給される。これにより、青色(B)に対応する画像情報(V001)が、ソース線32を介して、最下段のゲート線33bに係る、青色(B)に対応するサブ画素SPの群に供給される。そして、以上に述べた駆動制御を1V期間内において更に画像情報V640に対応する、GATE640a、GATE640b、GATE640cまで行う。
以上のように、この液晶装置100では、1H期間に単位画素P内の3つのサブ画素SPを順次走査(つまり、3回の走査)して、その各々のサブ画素SPを同一のソース線32により画像信号を供給する駆動方法を採用している。
次に、第1及び第2比較例と比較した、第1実施形態に係る液晶装置100の特有の作用効果について説明する。
以下では、まず、図7(a)及び(b)を参照して、第1比較例に係るFFS方式の液晶装置500の素子基板91xの構成及びその問題点について説明し、続いて、図8を参照して、第2比較例に係る液晶装置600の素子基板91yの構成及びその問題点について説明し、その後、第1及び第2比較例と比較した第1実施形態の特有の作用効果について説明する。なお、第1及び第2比較例において、第1実施形態と共通する要素については同一の符号を付し、その説明は簡略化又は省略する。
図7(a)は、図2(a)に対応する、第1比較例に係る素子基板91xにおける1画素分の平面構成を示す。図7(b)は、図7(a)の切断線C−C’に沿った、素子基板91xにおける1サブ画素の断面構成を示す。なお、第1及び第2比較例の各サブ画素領域SG1は、第1実施形態のサブ画素領域SGと異なり、サブ画素の並びである列方向に長辺を有すると共に、その行方向に短辺を有する矩形領域であり、各サブ画素領域SG1の長辺の方向は、ソース線32の延在方向に規定されている一方、各サブ画素領域SGの短辺の方向は、ゲート線33の延在方向に規定されている。
第1比較例に係る液晶装置500は、スイッチング素子としてα−Si型TFT素子23を有する素子基板91xと、図示しないカラーフィルタ基板92との間に液晶が封入されて液晶層4が形成されてなる。
まず、素子基板91xの構成は次の通りである。
第1基板1上には、サブ画素領域SG1毎にITO等からなる共通電極20(二点鎖線で囲まれた領域)が設けられている。共通電極20は、サブ画素領域SGの行方向(短辺方向)に短辺を有すると共に、サブ画素領域SGの列方向(長辺方向)に長辺を有する、縦長状の長方形(縦ストライプ形状)に形成されている。共通電極20の一部上及び第1基板1上には、図7(a)に示すように、Y方向に一定の間隔をおいて形成され、X方向に延在する共通電極線20sが設けられている。このため、共通電極20は、共通電極線20sに電気的に接続されている。共通電極線20sは、図示を省略するが素子基板91x上の所定位置において共通電位用端子(COM端子)と電気的に接続されている。第1基板1上には、Y方向に一定の間隔をおいてX方向に延在するようにゲート線33が設けられている。ゲート線33は、隣接する単位画素に対応して設けられた共通電極線20sの近傍位置に設けられている。
共通電極20、共通電極線20s、ゲート線33及び第1基板1の上には、ゲート絶縁膜50が形成されている。ゲート絶縁膜50上であって、後述するソース線32と、ゲート線33の交差位置近傍には、α−Si型TFT素子23の要素となるα−Si層26が設けられている。
図7(a)において、ゲート絶縁膜50上には、Y方向に延在するようにソース線32が設けられている。ソース線32は、α−Si層26上に重なるように折れ曲がり、当該α−Si層26と電気的に接続される折れ曲がり部分32xを有する。また、α−Si層26及びゲート絶縁膜50上には、ドレイン電極34が設けられている。このため、ドレイン電極34は、α−Si層26と電気的に接続されている。このため、ソース線32の折れ曲がり部分32xは、α−Si層26を介してドレイン電極34に電気的に接続されている。こうして、その領域にはα−Si型TFT素子23が形成されている。
ゲート絶縁膜50及びα−Si型TFT素子23上には、例えばSiNxなどからなるパシベーション層54が形成されている。バシベーション層54は、共通電極20の一部と重なる位置に且つドレイン電極34の一端側と重なる位置にコンタクトホール54aを有する。
パシベーション層54上には、サブ画素領域SG1毎にITOなどからなる画素電極10が形成されている。画素電極10は、サブ画素の並びである行方向に短辺10Sを有すると共に、サブ画素の並びである列方向に長辺10Lを有する、縦長状の長方形(縦ストライプ形状)に形成されている。画素電極10は、複数のスリット10xを有し、各スリット10xは、細長状の横ストライプ形状に形成され、各スリット10xの長辺10xaの延在方向は、画素電極10の長辺10Lの延在方向及びゲート線33の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されている。画素電極10は、コンタクトホール54aを通じてドレイン電極34に電気的に接続されている。このため、画素電極10には、ソース線32からのソース信号(画像信号)がα−Si型TFT素子23を介して供給される。画素電極10等の上には図示しない配向膜が形成されている。かかる配向膜には、第1実施形態と同様の方向にラビング処理が施されている。
以上の構成を有する比較例に係る液晶装置500では、その駆動時、第1実施形態に係る液晶装置100と同様の原理により液晶の配向が制御され、透過型表示がなされる。
このような構成を有する比較例では、次のような課題を有している。
即ち、比較例では、図7(a)に示すように、画素電極10を縦ストライプ形状に形成して、その各スリット10xを画素電極10の短辺10Sの延在方向に且つゲート線33の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定している。このため、比較例では、スリット10xを画素電極10の全体に亘って均一に設ける必要があるため、その構造上、スリット10xの設定数が増加している。ここで、画素電極10の各スリット10xの長辺10xaの方向の両端部のうち、いずれか一方の端部付近では、各スリット10xの端部付近でない位置と比較してフリンジフィールド(電界E)のかかり方が変わり、液晶分子が殆ど駆動されないドメイン領域(液晶の配向異常領域)DArが発生する。このため、このドメイン領域DArでは、明るさが低下して表示上暗い領域となってしまう。なお、このドメイン領域DArは、現象的に、スリット10xの設定数分だけ発生し、且つ、Y方向に隣接する各スリット10xの間では互い違いに且つ千鳥状に発生する。したがって、第1比較例のように画素電極10に設けるスリット10xの数が多いほど明るさに寄与しないドメイン領域DArは増加し、その分、液晶装置の透過率が著しく低下してしまうという問題がある。
したがって、FFS方式による適正な駆動をするため、スリット10xを画素電極10の全体に均一に設けつつ、画素電極10に設けるスリット10xの設定数をできる限り減らすことができれば、表示状態を適切な状態に保持しつつドメイン領域DArを減らすことができ、上記のような問題を改善することができる。
そこで、第2比較例では、画素電極10に設ける各スリット10xを、第1比較例のように画素電極10の短辺10Sの延在方向に且つゲート線33の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定するのではなく、画素電極10の長辺10Lの延在方向に且つソース線32の延在方向に規定することにより、第1比較例よりも各スリット10xの長辺10xaの長さを長くし、さらにスリット10xを画素電極10の全体に均一に設けつつ、スリット10xの設定数を減らす。
図8は、図7(a)に対応する、第2比較例に係る素子基板91yにおける1画素分の平面構成を示す。なお、第2比較例では、図8に示すように、ラビング方向はソース線32の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた矢印R方向に、また、フリンジフィールド(電界E)の方向はゲート線33の延在方向である矢印Eの方向に夫々設定されている。
第2比較例と第1比較例とを比較した場合、第2比較例は、画素電極10に設けるスリット10xの長辺10xaの延在方向が上記したように第1比較例と異なり、それ以外の点については第1比較例と同様である。なお、各サブ画素領域SG1及び各画素電極10の面積は第1比較例と同様である。したがって、第2比較例では、図8に示すように、各スリット10xの長辺10xaの方向の両端部のうち、いずれか一方の端部付近にドメイン領域DArが生じるが、画素電極10のスリット10xの設定数を第1比較例と比較して減らしているので、それに伴ってドメイン領域DArを減らすことができる。その結果、第2比較例では、液晶装置の透過率が低下するのを防止できるという利点がある。
しかしながら、第2比較例では、そのような利点が得られる反面、次のような種々の問題も生じ得る。
即ち、第2比較例では、画素電極10のスリット10xの長辺10xaの延在方向を、ソース線32の延在方向に規定し、当該スリット10xを縦長状のスリット構造としている。したがって、この縦長状のスリット構造を、高精細の画素構造を有する液晶装置に適用した場合、サブ画素のサイズが小さくなるのに伴って画素電極10に設けることのできるスリット10xの数も減少するため、スリット10xの幅と、相隣接するスリット10xの間に位置する画素電極10の電極部分の幅との調整又は最適化が設計上困難になるという問題がある。また、第2比較例では、図8に示すように、画素電極10のスリット10xを縦長状のスリット構造としているので、フリンジフィールド(電界E)は、ゲート線33の延在方向に生じる。このため、ゲート線33の延在方向に相隣接する任意のサブ画素に着目したとき、液晶の駆動時、その一方のサブ画素に生じるフリンジフィールド(電界E)が他方のサブ画素にまで及び、当該他のサブ画素に係る液晶分子を不要に動作させてしまう可能性がある。そこで、かかる不具合の発生を防止するためには、ゲート線33の延在方向に相隣接する任意のサブ画素の間隔をできる限り大きくして、当該一方のサブ画素に生じるフリンジフィールド(電界E)が当該他方のサブ画素にまで及ぶのを防止する必要がある。しかしながら、そのような構成を採るとサブ画素の面積を小さくせざるを得なくなり、それに伴って開口率が低下してしまうという問題がある。
以上の点を踏まえ、第1実施形態では、次のような画素構造を採用することとしている。即ち、第1実施形態では、単位画素を、3行1列に配置してなる複数のサブ画素により構成し、サブ画素に対応する画素電極10を、サブ画素領域SGの長辺方向(行方向)に長辺10Lを有すると共に、サブ画素領域SGの短辺方向(列方向)に短辺10Sを有する、横長状の長方形(横ストライプ形状)に形成している。そして、画素電極10の長辺10Lの延在方向を、ゲート線33の延在方向に規定している一方、画素電極10の短辺10Sの延在方向を、ソース線32の延在方向に規定している。また、画素電極10にはサブ画素領域SG毎に複数のスリット10xを設け、各スリット10xを、細長状の横ストライプ形状に形成し、各スリット10xの長辺10xaの延在方向を、画素電極10の短辺10Sの延在方向及びソース線32の延在方向と非同一の方向に規定している。本例では、各スリット10xの長辺10xaの延在方向を、画素電極10の長辺10Lの延在方向及びゲート線33の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定している。但し、本発明では、各スリット10xの長辺10xaの延在方向を、画素電極10の長辺10Lの延在方向及びゲート線33の延在方向と同一の方向に規定しても構わない。
これにより、画素電極10の全体にスリット10xを均一に配置しつつ、第1比較例と比較して、そのスリット10xの設定数を減らすことができる。このような構成を有する第1実施形態では、液晶の駆動時に、図2(a)に示すように、各スリット10xの長辺10xaの方向の両端部のうち、いずれか一方の端部付近にドメイン領域DArが生じるが、画素電極10に設定されるスリット10xの数を第1比較例と比較して減らしているので、それに伴ってドメイン領域DArを減らすことができる。その結果、液晶装置100の透過率が低下するのを防止できる。
また、第1実施形態では、図2(a)に示すように、画素電極10に設けるスリット10xの長辺10xaの延在方向を当該画素電極10の長辺10Lの方向と概ね同一の方向に規定することにより、当該スリット10xを横長状のスリット構造としている。このため、液晶の駆動時に画素電極10と共通電極20との間で生じるフリンジフィールド(電界E)は、ソース線32の延在方向に生じる。しかし、第1実施形態では、ソース線32の延在方向に相隣接するサブ画素の間隔は、ゲート線33の延在方向に相隣接するサブ画素の間隔より大きいので、ソース線32の延在方向に相隣接する任意のサブ画素に着目したときに、その一方のサブ画素に生じるフリンジフィールド(電界E)が他方のサブ画素にまで及ぶことはなく、当該他のサブ画素に係る液晶分子を不要に動作させてしまうようなことはない。つまり、かかるスリット構造を採用すれば、ソース線32の延在方向に相隣接する任意のサブ画素間において、その夫々に生じるフリンジフィールド(電界E)が相互に影響を及ぼすのを防止できる。したがって、その副次的な効果として、ソース線32に対応する位置では液晶の配向乱れが生じ難いので、カラーフィルタ基板92側において、当該ソース線32に対応する位置にはBMを設けなくても構わない。
また、第1実施形態では、上記したように3行1列に配置された複数のサブ画素により単位画素が構成され、当該単位画素内において、各サブ画素に係る各画素電極10は、対応するゲート線33の各々電気的に接続されていると共に、1つのソース線32に電気的に共通接続されている。なお、各サブ画素は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の着色層6のいずれかに対応して設けられている。このため、1H期間(1フィールド期間)に単位画素内の3つのサブ画素が順次走査(つまり、3回の走査)されて、その各々のサブ画素は同一のソース線32により映像信号が供給される。
したがって、従来方式の液晶装置と比較して3倍の駆動デューティで単位画素が駆動される結果、表示品位の向上を図ることができる。ここで従来方式の液晶装置とは、1行3列に配置された複数のサブ画素により単位画素が構成され、当該単位画素内において、各サブ画素が1つのゲート線33に電気的に共通接続されていると共に、対応する3つのソース線32の各々に電気的に接続されている構成を備える液晶装置をいう。かかる液晶装置では、1H期間内に単位画素内の3つのサブ画素が1つのゲート線により走査されて、その各サブ画素は、それらに接続されたソース線32の各々により映像信号が供給される。
[第2実施形態]
次に、図2(b)及び図4を参照して、本発明の第2実施形態に係る液晶装置200について説明する。
図2(b)は、第2実施形態に係る素子基板93における1画素分の平面構成を示す。なお、図2(b)では、素子基板91の説明に必要な最小限の要素のみ図示している。図4は、図2(b)における切断線B−B’に沿った断面図を示すと共に、LTPS型TFT素子21を通る位置で切断したときの1サブ画素を含む断面構成を示す。
第2実施形態と第1実施形態とを比較した場合、主として、その両者は素子基板において誘電膜たる第3絶縁膜53に対する、共通電極20と画素電極10の位置関係が逆になっており、それ以外の点はその両者は構成上共通している。よって、以下では、第1実施形態と共通する要素については同一の符号を付し、その説明は簡略化又は省略する。
具体的には、第1実施形態と異なる、素子基板93の部分の構成は次の通りである。
即ち、第2実施形態は、第1実施形態と同様に3行1列に配置された複数のサブ画素により単位画素が構成され、当該単位画素内において、各サブ画素(各画素電極10)は、対応するゲート線33の各々に電気的に接続されていると共に、1つのソース線32に電気的に共通接続されている。そして、素子基板93において、平坦化膜たる第2絶縁膜52上には、サブ画素領域SG毎に画素電極10が横長状の形状(横ストライプ形状)を有するように設けられている。画素電極10の形状、及び画素電極10とソース線32及びゲート線33との位置関係は第1実施形態と同様である。画素電極10は、コンタクトホール52a内まで入り込むように設けられ、中継電極77と電気的に接続されている。このため、画素電極10にはLTPS型TFT素子21を通じてソース線32から映像信号が供給される。画素電極10及び第2絶縁膜52の上には、誘電膜たる第3絶縁膜53が設けられている。第3絶縁膜53上には、共通電極20がべた状に設けられている。共通電極20は、サブ画素領域SG毎に、複数のスリット20xを有し、各スリット20xは細長状の横ストライプ形状に形成され、各スリット20xの長辺20xaの延在方向は、画素電極10の短辺10Sの方向及びソース線32の延在方向と非同一の方向に規定されている。なお、本例では、各スリット20xの長辺20xaと繋がる、当該各スリット20xの短辺(符号は省略する)は曲線状の形状を有するように形成されているが、これに限らず、本発明では、当該短辺の形状に限定はなく、例えば直線状の形状に形成されていても構わない。本例では、各スリット20xの長辺20xaの延在方向は、画素電極10の長辺10Lの方向及びゲート線33の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されている。なお、これに代え、本発明では、各スリット20xの長辺20xaの延在方向は、画素電極10の長辺10Lの方向及びゲート線33の延在方向と同一の方向に規定されていても構わない。また、共通電極20は、サブ画素領域SG内において、複数のスリット20xのうち、コンタクトホール52aの近傍に位置するスリット20xの一端側に、当該スリット20xと繋がる切り欠き部分20xbを有する。切り欠き部分20xbは、コンタクトホール52aの面積より大きく形成され、当該コンタクトホール52aに対応する位置に設けられている。
以上の構成を有する第2実施形態では、3行1列に配置された複数のサブ画素により単位画素が構成されている。そして、サブ画素に対応する画素電極10は、横長状の形状(横ストライプ形状)に形成されている。また、共通電極20は、サブ画素毎に、複数のスリット20xを有し、各スリット20xは細長状の横ストライプ形状に形成され、各スリット20xの長辺20xaの延在方向は、画素電極10の短辺10Sの方向及びソース線32の延在方向と非同一の方向に規定されている。本例では、各スリット20xの長辺20xaの延在方向は、画素電極10の長辺10Lの方向及びゲート線33の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されている。
これにより、スリット20xを共通電極20の全体に均一に配置しつつ、共通電極20に設けるスリット20xを、画素電極10の短辺10Sの方向及びソース線32の延在方向と同一の方向に規定してなる比較例と比較した場合に、そのスリット20xの設定数を減らすことができる。よって、このような構成を有する第2実施形態では、液晶の駆動時に、図2(b)に示すように、各スリット20xの長辺20xaの方向の両端部のうち、いずれか一方の端部付近にドメイン領域DArが生じるが、共通電極20に設定されるスリット20xの数を上記した比較例と比較して減らしているので、それに伴ってドメイン領域DArを減らすことができる。その結果、液晶装置200の透過率が低下するのを防止できる。
また、第2実施形態では、図2(b)に示すように、共通電極20に設けるスリット20xの長辺20xaの延在方向を画素電極10の長辺10Lの方向と概ね同一の方向に規定することにより、当該スリット20xを横長状のスリット構造としている。このため、液晶の駆動時に画素電極10と共通電極20との間で生じるフリンジフィールド(電界E)は、第1実施形態と同様にソース線32の延在方向に生じる。しかし、第2実施形態では、ソース線32の延在方向に相隣接するサブ画素の間隔は、第1実施形態と同様にゲート線33の延在方向に相隣接するサブ画素の間隔より大きく設定されており、ソース線32の延在方向に相隣接する任意のサブ画素に着目したときに、その一方のサブ画素に生じるフリンジフィールド(電界E)が他方のサブ画素にまで及ぶことはなく、当該他のサブ画素に係る液晶分子を不要に動作させてしまうようなことはない。つまり、かかるスリット構造を採用すれば、ソース線32の延在方向に相隣接する任意のサブ画素において、その夫々に生じるフリンジフィールド(電界E)が相互に影響を及ぼすのを防止できる。
また、第2実施形態では、上記したように3行1列に配置された複数のサブ画素により単位画素が構成され、当該単位画素内において、各サブ画素は、対応するゲート線33の各々に電気的に接続されていると共に、1つのソース線32に電気的に共通接続されている。なお、各サブ画素は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の着色層6のいずれかに対応して設けられている。このため、第2実施形態では、第1実施形態と同様に、1H期間(1フィールド期間)に単位画素内の3つのサブ画素が順次走査(つまり、3回の走査)されて、その各々のサブ画素は同一のソース線32により映像信号が供給され、上記した第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
[変形例]
上記の各種実施形態では、横ストライプ形状を有し、3行1列に配置された3つのサブ画素により単位画素を構成し、カラーフィルタ基板92側の各サブ画素に対応する位置に、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の着色層6を設けた。これに限らず、本発明では、N(任意の自然数、以下同様)行1列に配列され、横ストライプ形状を有するN個のサブ画素により単位画素を構成し、カラーフィルタ基板92側の各サブ画素に対応する位置に、任意の複数の色の着色層6を設けるように構成しても構わない。この構成を採ると、単位画素内において、各サブ画素は、ゲート線33の各々に電気的に接続されると共に、1つのソース線32に電気的に共通接続されるので、1H期間(1フィールド期間)に単位画素内のN個のサブ画素が順次走査(つまり、N回の走査)されて、その各々のサブ画素は同一のソース線32により映像信号が供給される。したがって、上記した従来方式の液晶装置と比較してN倍の駆動デューティで単位画素が駆動されることになる。
例えば、その一例として、本発明では、横ストライプ形状を有し、4行1列に配列された4つのサブ画素により単位画素を構成し、カラーフィルタ基板92側の各サブ画素に対応する位置に、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、任意の色(Other)の4色の着色層6を設けるように構成することができる。この変形例の構成を採ると、単位画素内において、各サブ画素は、対応するゲート線33の各々に電気的に接続されると共に、1つのソース線32に電気的に共通接続されるので、1H期間(1フィールド期間)に単位画素内の4つのサブ画素が順次走査(つまり、4回の走査)されて、その各々のサブ画素は同一のソース線32により映像信号が供給される。したがって、上記した従来方式の液晶装置と比較して4倍の駆動デューティで単位画素が駆動されることになる。
ここで、図9(a)には、第1実施形態の基本的構成を踏襲しつつ、かかる変形例の構成を採用した画素構造が示されている。一方、図9(b)には、第2実施形態の基本的構成を踏襲しつつ、かかる変形例の構成を採用した画素構造が示されている。これにより、上記した本発明の作用効果を得ることができるのに加え、第1及び第2実施形態以上の高演色の表示画像が得られる。
また、本発明では、上記の各種実施形態において、対応する各色の着色層6の配列順序に限定はなく、その配列順序は任意である。
また、上記の各種実施形態では、走査線駆動回路41を1つだけ設け、その走査線駆動回路41からサブ画素側へ延在するようにゲート線33を引き回していたが、これに限らず、本発明では、図10に示すように、有効表示領域Vを挟むように2つの走査線駆動回路41を設け、その各々からサブ画素側へ延在するように当該ゲート線33を交互に引き回すようにしても構わない。特に、上記した4行1列に配置された4つのサブ画素により単位画素が構成される液晶装置の場合、第1及び第2実施形態よりも高精細なので、第1及び第2実施形態よりも1つの走査線駆動回路41から各サブ画素側へのゲート線33の引き回しは難くなるので、このような高精細の画素構成の場合は、2つの走査線駆動回路41を設けて上記のようにゲート線33を引き回すのが有効である。
また、本発明では、信号線駆動回路40の構成は、上記の第1実施形態の構成に限定されず、例えば、1つずつのサブ画素にソース線32を介して順次画像情報を書き込む点順次駆動回路、又はデマルチプレクサなどの既知の各種の回路により構成されていても構わない。ここで、デマルチプレクサとは、1つの入力端子及び複数の出力端子を有し、トランジスタなどのスイッチング素子により、これら複数の出力端子を順に選択して入力端子に接続し、映像信号源から時分割信号として供給される映像信号をソース線32に振り分ける回路をいう。
また、本発明では、共通電極20に係る時定数に問題が無ければ、上記の各種の実施形態において、金属膜等により形成される共通電極線を適当な位置に設け、共通電極20が共通電極線を介して共通電位用端子に接続される構成としても構わない。
また、上記の各種の実施形態では、本発明を透過型の液晶装置に適用することとしたが、これに限らず、本発明を反射型又は半透過反射型の液晶装置に適用することとしても構わない。
また、上記の各種の実施形態では、本発明を、LTPS型TFT素子21を有する液晶装置に適用した。これに限らず、本発明では、その趣旨を逸脱しない範囲において、P−Si型のTFT素子若しくはα−Si型のTFT素子などに代表される三端子型素子、或いはTFD素子に代表される二端子型非線形素子に本発明を適用しても構わない。
その他、本発明では、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形をすることができる。
[他の実施形態]
上記の説明では、第1及び第2の実施形態の夫々に対応する変形例において、4色の着色領域として、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、任意の色(Other)の4色の着色領域の一例を挙げて説明したが、本発明の適用はこれには限定されず、他の4色の着色領域により1つの画素領域を構成することもできる。
この場合、4色の着色領域は、波長に応じて色相が変化する可視光領域(380〜780nm)のうち、青系の色相の着色領域(「第1着色領域」とも呼ぶ。)、赤系の色相の着色領域(「第2着色領域」とも呼ぶ。)と、青から黄までの色相の中で選択された2種の色相の着色領域(「第3着色領域」、「第4着色領域」とも呼ぶ。)からなる。ここで「系」との語を用いているが、例えば青系であれば純粋の青の色相に限定されるものでなく、青紫や青緑等を含むものである。赤系の色相であれば、赤に限定されるものでなく橙を含む。また、これら着色領域は単一の着色層で構成されても良いし、複数の異なる色相の着色層を重ねて構成されても良い。また、これら着色領域は色相で述べているが、当該色相は、彩度、明度を適宜変更し、色を設定し得るものである。
具体的な色相の範囲は、
・青系の色相の着色領域は、青紫から青緑であり、より好ましくは藍から青である。
・赤系の色相の着色領域は、橙から赤である。
・青から黄までの色相で選択される一方の着色領域は、青から緑であり、より好ましくは青緑から緑である。
・青から黄までの色相で選択される他方の着色領域は、緑から橙であり、より好ましくは緑から黄である。もしくは緑から黄緑である。
ここで、各着色領域は、同じ色相を用いることはない。例えば、青から黄までの色相で選択される2つの着色領域で緑系の色相を用いる場合は、他方は一方の緑に対して青系もしくは黄緑系の色相を用いる。
これにより、従来のRGBの着色領域よりも広範囲の色再現性を実現することができる。
また、上記では4色の色相の着色領域による広範囲の色再現性を色相で述べたが、着色領域を透過する波長で表現すると以下のようになる。
・青系の着色領域は、該着色領域を透過した光の波長のピークが415〜500nmにある着色領域、好ましくは、435〜485nmにある着色領域である。
・赤系の着色領域は、該着色領域を透過した光の波長のピークが600nm以上にある着色領域で、好ましくは、605nm以上にある着色領域である。
・青から黄までの色相で選択される一方の着色領域は、該着色領域を透過した光の波長のピークが485〜535nmにある着色領域で、好ましくは、495〜520nmにある着色領域である。
・青から黄までの色相で選択される他方の着色領域は、該着色領域を透過した光の波長のピークが500〜590nmにある着色領域、好ましくは510〜585nmにある着色領域、もしくは530〜565nmにある着色領域である。
この波長は、透過表示の場合は、照明装置からの照明光がカラーフィルタを通して得られた数値である。反射表示の場合は、外光を反射して得られた数値である。
さらに、4色の色相の着色領域をx−y色度図で表現すると以下のようになる。
・青系の着色領域は、x≦0.151、y≦0.200にある着色領域であり、好ましくは、0.134≦x≦0.151、0.034≦y≦0.200にある着色領域である。
・赤系の着色領域は、0.520≦x、y≦0.360にある着色領域であり、好ましくは、0.550≦x≦0.690、0.210≦y≦0.360にある着色領域である。
・青から黄までの色相で選択される一方の着色領域は、x≦0.200、0.210≦yにある着色領域であり、好ましくは、0.080≦x≦0.200、0.210≦y≦0.759にある着色領域である。
・青から黄までの色相で選択される他方の着色領域は、0.257≦x、0.450≦yにある着色領域であり、好ましくは、0.257≦x≦0.520、0.450≦y≦0.720にある着色領域である。
このx−y色度図は、透過表示の場合は、照明装置からの照明光がカラーフィルタを通して得られた数値である。反射表示の場合は、外光を反射して得られた数値である。
これら4色の着色領域は、サブ画素に透過領域と反射領域を備えた場合、透過領域及び反射領域も上述した範囲で適用することができるものである。
なお、本例における4色の色相の着色領域を用いた場合、バックライト(照明装置)には、上記のようにRGBの光源としてのLED(Light Emitting Diode)、或いは蛍光管、有機EL(organic electroluminescence)などを用いても良い。または白色光源を用いても良い。なお、白色光源は、上記のように青の発光体とYAG系蛍光体により生成される白色光源でもよい。
但し、RGB光源としては、以下のものが好ましい。
・Bは発光する光の波長のピークが435nm〜485nmにあるもの
・Gは発光する光の波長のピークが520nm〜545nmにあるもの
・Rは発光する光の波長のピークが610nm〜650nmにあるもの
そして、RGB光源の波長によって、上記した着色層を適切に選定すればより広範囲の色再現性を得ることができる。また、波長が例えば、450nmと565nmにピークがくるような、複数のピークを持つ光源を用いても良い。
上記の4色の色相の着色領域の構成の例としては、具体的には以下のものが挙げられる。
・色相が、赤、青、緑、シアン(青緑)の着色領域。
・色相が、赤、青、緑、黄の着色領域
・色相が、赤、青、深緑、黄の着色領域
・色相が、赤、青、エメラルドグリーン、黄緑の着色領域
・色相が、赤、青、エメラルドグリーン、黄の着色領域
・色相が、赤、青、深緑、黄緑の着色領域
[電子機器]
次に、上記の各種の実施形態に係る液晶装置を適用可能な電子機器の具体例について図11を参照して説明する。
まず、上記の各種の実施形態に係る液晶装置を、可搬型のパーソナルコンピュータ(いわゆるノート型パソコン)の表示部に適用した例について説明する。図11(a)は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ710は、キーボード711を備えた本体部712と、本発明に係る液晶表示装置をパネルとして適用した表示部713とを備えている。
続いて、上記の各種の実施形態に係る液晶装置を、携帯電話機の表示部に適用した例について説明する。図11(b)は、この携帯電話機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機720は、複数の操作ボタン721のほか、受話口722、送話口723とともに、上記の各種の実施形態に係る液晶装置を適用した表示部724を備える。
なお、上記の各種の実施形態に係る液晶装置を適用可能な電子機器としては、図11(a)に示したパーソナルコンピュータや図11(b)に示した携帯電話機の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、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、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。
本発明の第1実施形態に係る液晶装置の構成を模式的に示す平面図。 第1及び第2実施形態に係る画素構成等を示す拡大平面図。 第1実施形態に係るサブ画素を含む要部断面図。 第2実施形態に係るサブ画素を含む要部断面図。 第1実施形態に係る液晶装置の電気的等価回路を示すブロック図。 第1実施形態の液晶装置の駆動方法に係るタイミングチャート。 第1比較例に係る画素構成を示す拡大平面図及び要部断面図。 第2比較例に係る画素構成を示す拡大平面図。 各種の変形例に係る画素構成等を示す拡大平面図。 変形例に係る他の液晶装置の構成を模式的に示す平面図。 本発明の液晶装置を適用した電子機器の例。
符号の説明
1 第1基板、 2 第2基板、 4 液晶層、 10 画素電極、 10x スリット、 10L、10xa 長辺、 10S 短辺、 20 共通電極、 20x スリット、 20xa 長辺、 21 LTPS型TFT素子、 32 ソース線、 33 ゲート線、 41 走査線駆動回路、 91、93 素子基板、 92 カラーフィルタ基板、 100、200 液晶装置

Claims (8)

  1. 複数行1列に配置され、前記行方向に長辺を有すると共に前記列方向に短辺を有する複数のサブ画素により構成された単位画素を含む基板を有し、
    前記基板は、スイッチング素子と、少なくとも前記スイッチング素子の上側に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の上側に設けられた第1の透明電極と、前記第1の透明電極の上側に設けられた他の絶縁膜と、前記他の絶縁膜の上側に設けられ、前記サブ画素毎に形成された複数のスリットを有すると共に前記第1の透明電極との間で前記スリットの各々を通じて電界を発生させる第2の透明電極と、を備え、
    前記スリットの各々の長辺の延在方向は、前記サブ画素の前記短辺の延在方向と非同一の方向に規定されていることを特徴とする液晶装置。
  2. 前記スリットの各々の長辺の延在方向は、前記サブ画素の前記長辺の延在方向と同一の方向又は前記サブ画素の前記長辺の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
  3. 前記スイッチング素子の各々に電気的に接続され、前記列方向に延在する複数の第1の配線及び前記行方向に延在する複数の第2の配線を有し、
    前記スリットの各々の長辺の延在方向は、前記複数の第2の配線の延在方向と同一の方向又は前記複数の第2の配線の延在方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に規定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶装置。
  4. 前記第1の透明電極は、共通電位に接続された共通電極であると共に、前記第2の透明電極は、前記サブ画素毎に形成され、前記絶縁膜及び前記他の絶縁膜の各々に設けられたコンタクトホールを介して前記スイッチング素子と電気的に接続された単位サブ画素電極であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液晶装置。
  5. 前記第1の透明電極は、前記サブ画素毎に形成され、前記絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記スイッチング素子と電気的に接続された単位サブ画素電極であると共に、前記第2の透明電極は、共通電位に接続された共通電極であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液晶装置。
  6. 前記複数の第1の配線は、信号線駆動回路と電気的に接続され、当該信号線駆動回路から画像信号が供給される複数のソース線であると共に、前記複数の第2の配線は、走査線駆動回路と電気的に接続され、当該走査線駆動回路から走査信号が供給される複数のゲート線であり、
    前記単位画素を構成する前記サブ画素の各々は、対応する前記ゲート線の各々に電気的に接続されていると共に、1つの前記ソース線に電気的に共通接続され、
    前記走査線駆動回路は、一水平走査期間に当該サブ画素の各々に電気的に接続された前記ゲート線の各々を順次走査して前記単位画素を駆動することを特徴とする請求項3に記載の液晶装置。
  7. 前記電界は、前記基板と略平行な方向及び略垂直な方向に強い電界成分を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の液晶装置を表示部として備えることを特徴とする電子機器。
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