JP2009015049A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置において十分な補助容量を確保しつつ画素の開口率を向上させる。
【解決手段】画素において第１補助容量Ｃｓ１と第２補助容量Ｃｓ２を並列に接続し、第１補助容量線５と第２補助容量線６とを重ねて形成する。これにより、所定の容量値を確保することができると共に、補助容量の面積を削減して効率的な配置が可能となるので、画素の開口部となる画素電極８の面積を大きくすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に各画素にスイッチング素子を備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量且つ低消費電力であることから、各種機器の表示装置として用いられている。近年、従来の液晶表示装置に用いられてきたアモルファスシリコンを材料とする薄膜トランジスタに比べ、電子移動度が高いポリシリコンによる薄膜トランジスタを比較的低温のプロセスで形成する技術が確立され、トランジスタの小型化が可能となった。これにより、高精細化が可能となると共に、ガラス基板上に画素とその周辺の駆動回路とを一体的に形成することができるようになった。また、最近では、狭額縁化の要求に伴って駆動回路の面積を削減するために、駆動回路の電源ラインなどのバス配線を多層化する技術が開発されている。

一般に、液晶表示装置は、対向して配置されたアレイ基板及び対向基板と、両基板の間隙に挟持された液晶層とを備える。更に、交差して配線された複数の信号線及び複数の走査線の各交差部に配置された画素と、信号線及び走査線を駆動する駆動回路をアレイ基板上に備える。

図９に示すように、各画素は、映像信号の電圧を表示材料である液晶に印加する画素電極と、この電位を保持する補助容量と、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）を備える。表示の際には、順次走査のために走査線から供給されるゲート信号により、ＴＦＴは一定期間オンする。このとき映像信号が信号線を通じて画素電極と補助容量に書き込まれる。

カラー表示の際にはＲ，Ｇ，Ｂ毎に映像信号のガンマ特性を調整する必要がある。予め各色毎に補助容量の大きさを適宜調整しておき、画素電極へ同じ信号レベルの映像信号を書き込んだ後、補助容量線を通じて補助容量の電位を変化させる。これにより、画素電極の電位を変動させ液晶に印加される実効的な電圧を制御して映像信号を補償することができる（例えば、特許文献１参照）。その他、各色毎に補助容量を同じ容量値とし、補助容量線の電位の変化量を調整することで液晶に所定の電位変化を与える方法がある。このように、液晶表示装置では補助容量において所定の容量値を維持する必要があるため、画素毎に一定の面積を確保する必要がある。
特開２００７−４７６１５号公報

しかしながら、近年、画素の更なる微細化の要求に伴って、画素電極の面積を小さくした場合には、画素の開口率が低下してしまうという問題がある。これに対し、画素電極の面積を例えば従来と同様な大きさとした場合には、補助容量の面積が小さくなってしまうため、十分な容量値を確保できなくなるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、液晶表示装置において十分な補助容量を確保しつつ画素の開口率を向上させることにある。

本発明に係る液晶表示装置は、対向配置されているアレイ基板及び対向基板と、前記アレイ基板及び前記対向基板の間隙に挟持された液晶層と、前記アレイ基板上に交差して配線された複数の信号線及び複数の走査線と、前記アレイ基板上に配線された複数の補助容量線と、前記各交差部において信号線と走査線に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と接続された画素電極及び第１補助容量と、前記第１補助容量と並列に接続された第２補助容量とを備え、前記第１補助容量及び前記第２補助容量のそれぞれの補助容量線が重なって形成されることを特徴とする。

本発明にあっては、第１補助容量と第２補助容量を並列に接続しそれぞれの補助容量線を重ねて形成することで、所定の容量値を確保することができると共に補助容量の面積を削減して効率的な配置が可能となるので、画素の開口部となる画素電極の面積を大きくすることができる。

また、上記液晶表示装置は、前記アレイ基板上に設けられた表示領域の周囲に配置され、多層化して形成された配線層を有する駆動回路を更に備え、前記第２補助容量の補助容量線は、前記配線層と同層で形成されたものであることを特徴とする。

本発明にあっては、アレイ基板上に設けられた表示領域の周囲において、多層化して形成された配線層を有する駆動回路を配置すると共に、第２補助容量の補助容量線を、上記配線層と同層で形成するようにしたことで、液晶表示装置において狭額縁化が可能となると共に、製造時において第２補助容量の形成にあたって製造工程数を増加させることはないので製造コストを抑制することができる。

また、上記液晶表示装置における駆動回路は、前記信号線を通じて前記画素電極に映像信号を書き込んだ後、前記補助容量の電位を変化させて前記画素電極の電位のシフト量を制御する容量結合駆動を行うものであって、前記画素電極毎に前記第１補助容量と前記第２補助容量のそれぞれの補助容量線に順次駆動パルスを印加することを特徴とする。

本発明にあっては、駆動回路により容量結合駆動を行う際に、画素電極毎に第１補助容量と第２補助容量のそれぞれの補助容量線に順次駆動パルスを印加するようにしたことで、駆動パルスによりシフト変動した画素電極の電位に含まれるノイズ成分が分散されるので、周辺回路の動作への影響を軽減することができる。

また、上記液晶表示装置における第２補助容量は、赤・緑・青のそれぞれの色毎に異なる容量値を有することを特徴とする。

本発明にあっては、第２補助容量の容量値を赤・緑・青のそれぞれの色毎に異なるようにすることで、駆動回路により容量結合駆動を行う際に、第２補助容量の電位を変動させて、画素電極に印加された映像信号のガンマ特性を色毎に調整することが可能となる。また、第２補助容量に印加する電圧の変動量を色毎に一定とした場合には、駆動回路の出力レベルが抑制されるので消費電力を削減することができる。

本発明の液晶表示装置によれば、十分な補助容量を確保しつつ画素の開口率を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
液晶表示装置は、アレイ基板１００と、アレイ基板１００に対向配置された対向基板と、両基板の間隙に挟持された液晶層とを備えた構成である。

図１の平面図に示すように、アレイ基板１００上には、中央に設けられた表示エリア２０と、表示エリア２０の周辺に配置された信号線駆動回路３０、走査線駆動回路４０、及びデータ処理回路５０を備える。表示エリア２０において画素２がマトリクス状に配列される。尚、本実施の形態では、ポリシリコンによる薄膜トランジスタを形成することにより、ガラス製のアレイ基板上に画素とその周辺回路とを一体的に形成する。また、ここでは図示しないが、駆動回路などの周辺回路では、回路面積を削減するために信号配線や電源ラインを形成するための金属配線層を多層化している。これにより、液晶表示装置において狭額縁化が可能となる。

図２は、画素２の構成を等価回路で概略的に示している。同図に示すように、複数の走査線３及び複数の信号線４が交差して配線される。各交差部において信号線と走査線に接続されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ７（以下、ＴＦＴと称する）及び画素電極８が配置される。

具体的には、ＴＦＴ７のゲート端子が走査線３に接続され、ドレイン端子が信号線４に接続され、ソース端子が画素電極８、第１補助容量Ｃｓ１、及び第１補助容量Ｃｓ２に接続される。画素電極８は、液晶層３００を介して対向基板上に形成された対向電極２００との間で液晶容量を形成する。ここで対向電極２００は共通電位Ｖｃｏｍに設定される。第１補助容量Ｃｓ１および第２補助容量Ｃｓ２は互いに並列に接続され、第１補助容量Ｃｓ１を形成する第１補助容量線５、及び第２補助容量Ｃｓ２を形成する第２補助容量線６がそれぞれ走査線３と平行して配線される。

図３は、図２の画素２のレイアウト図である。同図に示すように、第１補助容量線５と、破線で示した第２補助容量線６が重なって形成される。このように、第１補助容量Ｃｓ１の投影面積上に、第２補助容量Ｃｓ２を形成することで、所定の容量値を確保しつつ補助容量の面積を大幅に削減することができる。一方、開口部となる画素電極８の面積を十分に確保することができる。これにより、画素の開口率を向上させることが可能となる。

図４は、図３のＡ−Ａ’部の概略的な断面図である。第１補助容量Ｃｓ１は、スイッチング素子引き出し配線９と第１補助容量線５との間で形成される。スイッチング素子引き出し配線９はコンタクトホール１２を通じてゲート接続配線１０及び画素電極８と接続されスイッチング素子引き出し配線９と画素電極８は同電位に設定される。ここで画素電極８には透明性のＩＴＯ膜が使用される。スイッチング素子引き出し配線９にはポリシリコン半導体層が使用される。第１補助容量線５には導電性のアルミ薄膜で形成された配線が使用される。

トランジスタが、トップゲート構造であれば、第１補助容量線５は、ゲート配線にも使用される。加工プロセスの選択比向上のために、アルミ薄膜材料でも、合金化された材料やアルミ以外の金属材料、たとえば、モリブテン系合金材料、タングステン系合金材料、タンタル系合金材料を採用することで、加工性能の向上が見込める。

第２補助容量Ｃｓ２は、画素電極８と第２補助容量線６との間で形成される。ここでも第２補助容量線６には導電性のアルミ薄膜で形成された配線が使用される。第２補助容量線６は、多層化された駆動回路の信号配線や電源配線を形成するための配線層と同層で形成する。これにより、製造時において第２補助容量Ｃｓ２の形成にあたって製造工程数を増加させることはないので製造コストを抑制することができる。

更に、第２補助容量線６の上に絶縁膜１１が形成される。ここでは第２補助容量線６としてのアルミ薄膜の表面を強制的に酸化させることで表面にアルミの酸化膜を形成する。このようにして絶縁膜１１として形成されたアルミの酸化膜の上に画素電極８を形成する。第２補助容量Ｃｓ２の容量値は、絶縁膜１１の誘電率と膜厚に依存するので、形成時の条件によりアルミ酸化膜の膜厚を調整して容量値を増加させることができると共に、容量素子としての安定性・信頼性を向上させることができる。また、第１補助容量線５と第２補助容量線６との間には結合容量Ｃｓ３が形成される。

次に、駆動回路による駆動方法について説明する。図５のブロック図は、走査線駆動回路４０の構成を概略的に示している。走査線駆動回路４０は、縦列に接続された複数段のシフトレジスタ４１と、各シフトレジスタの出力段に設けられたバッファ回路４２とを備える。

シフトレジスタ４１は、１段目のシフトレジスタに入力されたパルス信号の位相を順次シフトさせて出力する。バッファ回路４２は、走査線３、第１補助容量線５、第２補助容量線６それぞれに接続された出力端子を備え、出力電圧のタイミング、振幅を調整しつつ各配線に出力する。ここでは説明の便宜上、Ｎ段目〜Ｎ＋３段目のシフトレジスタを示し、Ｎ段目のバッファ回路に接続された走査線、Ｎ＋１段目のバッファ回路に接続された第１補助容量線５、Ｎ＋２段目のバッファ回路に接続された第２補助容量線６を示した。

走査線駆動回路４０は、表示の際に順次走査のために走査線３を通じてゲート信号を供給しＴＦＴ７は一定期間オンする。このとき信号線駆動回路３０により映像信号が信号線４を通じて画素電極と補助容量に書き込まれる。その後、第１補助容量線５、第２補助容量線６の電位を変化させて画素電極の電位のシフト量を制御する容量結合駆動を行う。

図６は、上記駆動回路の動作を説明するための電圧波形図である。Ｖｃｓ１は第１補助容量線５の電位、Ｖｃｓ２は第２補助容量線６の電位、Ｖｇは走査線３に印加されるゲート信号、Ｖｓは信号線４に印加される映像信号をそれぞれ示している。同図に示すように、容量結合駆動を行う際に、第２補助容量線６と第１補助容量線５に順次駆動パルスを印加して、第２補助容量線６の電位Ｖｃｓ２を変動させた後、第１補助容量線５の電位Ｖｃｓ１を変動させる。このとき第２補助容量線６へのバッファ出力は固定しておく。これにより、従来の画素電極毎に補助容量が一つの場合に印加される駆動パルスに比べて、２つの補助容量Ｃｓ１，Ｃｓ２それぞれに振幅がより小さな駆動パルスを書き込むことができるので、シフト変動した後の画素電極の電位に含まれるノイズ成分が分散される。よって、周辺回路の動作への影響を軽減することができる。

一方、第１補助容量線５の電位を変動させる際に、電位変動後の第２補助容量線６をフローティング状態にすることで、結合容量Ｃｓ３により第２補助容量Ｃｓ２を介して画素電極の電位を更に上昇させることができる。

したがって、本実施の形態によれば、画素２において第１補助容量Ｃｓ１と第２補助容量Ｃｓ２を並列に接続し、第１補助容量線５と第２補助容量線６とを重ねて形成する。これにより、所定の容量値を確保することができると共に、補助容量の面積を削減して効率的な配置が可能となるので、画素の開口部となる画素電極８の面積を大きくすることができる。よって、十分な補助容量を確保しつつ画素の開口率を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、表示エリアの周囲において、多層化して形成された配線層を有する駆動回路を配置すると共に、第２補助容量線６を、上記配線層と同層で形成するようにしたことで、液晶表示装置において狭額縁化が可能となると共に、製造時において第２補助容量Ｃｓ２の形成にあたって製造工程数を増加させることはないので製造コストを抑制することができる。

更に、本実施の形態によれば、容量結合駆動を行う際に、画素電極毎に第１補助容量と第２補助容量のそれぞれの補助容量線に順次駆動パルスを印加するようにしたことで、駆動パルスによりシフト変動した画素電極の電位に含まれるノイズ成分が分散されるので、周辺回路の動作への影響を軽減することができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る液晶表示装置について説明する。この液晶表示装置の基本的な構成は、第１の実施の形態で説明したものと同様である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。尚、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、その説明は省略する。

図７は、本実施の形態に係る液晶表示装置の画素の構成を概略的に示した等価回路である。同図に示すように、カラー表示を行うために、表示エリアにおいて赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）それぞれの映像信号が供給される３つの画素毎に配列される。

ここで第１の実施の形態と異なる点は、第２補助容量の容量値が赤・緑・青のそれぞれの色毎に異なる点である。具体的には、赤色の画素の第２補助容量Ｃｓ２ｒ、緑色の画素の第２補助容量Ｃｓ２ｇを有し、青色の画素の第２補助容量Ｃｓ２ｂについて、色毎に第２補助容量線６が第１補助容量線５と重なる面積を変える。ここでは例えば、赤、緑、青色の順番に、第２補助容量線６が第１補助容量線５と重なる面積を大きくなるようにして、以下の関係式（１）が成立するように第２補助容量の容量値を設定する。

Ｃｓ２ｒ ＜ Ｃｓ２ｇ ＜ Ｃｓ２ｂ ・・・（１）
更に、容量結合駆動を行う際に第２補助容量の電位を変化させ、画素電極の電位のシフト量を制御する。その結果、画素電極に印加される映像信号のガンマ特性を色毎に調整することが可能となる。この場合には、液晶に加わる実効電圧Ｖｌｃも以下の関係式（２）に示すように、赤、緑、青の順番に大きくなる。

Ｖｌｃｒ ＜ Ｖｌｃｇ ＜ Ｖｌｃｂ ・・・（２）
一方、駆動回路の出力レベルを過度に上昇させてしまうと消費電力が増大してしまう。本実施の形態では第２補助容量に印加する電圧の変動量を色毎に一定とする。これにより、駆動回路の出力レベルが抑制されるので消費電力を削減することができる。

したがって、本実施の形態によれば、第２補助容量の容量値を赤・緑・青のそれぞれの色毎に異なるようにすることで、駆動回路により容量結合駆動を行う際に、第２補助容量の電位を変動させて、画素電極に印加された映像信号のガンマ特性を調整することが可能となる。また、第２補助容量に印加する電圧の変動量を色毎に一定とした場合には、駆動回路の出力レベルが抑制されるので消費電力を削減することができる。

［変形例］
次に、上記各実施の形態に係る液晶表示装置の変形例について説明する。この液晶表示装置の基本的な構成は、第１の実施の形態で説明したものと同様である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。尚、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して、その説明は省略する。

第１の実施の形態と異なる点は、図８のレイアウト図に示すように、画素電極８を信号線４付近まで拡大し、第２補助容量線６の一部を拡大した画素電極８に重なるような構成とした点である。このような構成としたことで、画素電極８と第２補助容量線６が重なる面積が大きくなるので、第２補助容量Ｃｓ２の容量値を大きくすることができる。

その他、上記各実施の形態における液晶表示装置は、画素電極に透明性のＩＴＯを使用した透過型の液晶表示装置としたが、これに限られるものではない、例えば第２補助容量線は、導電性のアルミ薄膜としたが、その良好な反射特性から反射電極として使用することが可能である。これにより、反射型、若しくは半透過型の液晶表示装置として利用することができる。

第１の実施の形態に係る液晶表示装置のアレイ基板の概略的な構成を示す平面図である。 上記液晶表示装置の一画素の構成を概略的に示した等価回路である。 図２の画素のレイアウト図である。 図３のＡ−Ａ’部の断面を概略的に示した断面図である。 上記液晶表示装置における走査線駆動回路の構成を概略的に示したブロック図である。 上記走査線駆動回路の動作を説明するための電圧波形図である。 第２の実施の形態に係る液晶表示装置の画素の構成を概略的に示した等価回路である。 上記実施の形態の変形例として液晶表示装置の一画素の構成を示したレイアウト図である。 従来の液晶表示装置の一画素の構成を概略的に示した等価回路である。

符号の説明

２…画素
３…走査線
４…信号線
５…第１補助容量線
６…第２補助容量線
７…ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
８…画素電極
９…スイッチング素子引き出し配線
１０…ゲート接続配線
１１…絶縁膜
１２…コンタクトホール
２０…表示エリア
３０…信号線駆動回路
４０…走査線駆動回路
４１…シフトレジスタ
４２…バッファ回路
５０…データ処理回路
１００…アレイ基板
２００…対向電極（対向基板）
３００…液晶層
Ｃｓ１…第１補助容量
Ｃｓ２…第２補助容量
Ｃｓ２ｒ，Ｃｓ２ｇ，Ｃｓ２ｂ…第２補助容量（赤，緑，青）

Claims (4)

1. 対向配置されているアレイ基板及び対向基板と、
   前記アレイ基板及び前記対向基板の間隙に挟持された液晶層と、
   前記アレイ基板上に交差して配線された複数の信号線及び複数の走査線と、
   前記アレイ基板上に配線された複数の補助容量線と、
   前記各交差部において信号線と走査線に接続されたスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子と接続された画素電極及び第１補助容量と、
   前記第１補助容量と並列に接続された第２補助容量と
   を備え、
   前記第１補助容量及び前記第２補助容量のそれぞれの補助容量線が重なって形成されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記アレイ基板上に設けられた表示領域の周囲に配置され、多層化して形成された配線層を有する駆動回路を更に備え、
   前記第２補助容量の補助容量線は、前記配線層と同層で形成されたもの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。
3. 前記駆動回路は、前記信号線を通じて前記画素電極に映像信号を書き込んだ後、前記補助容量の電位を変化させて前記画素電極の電位のシフト量を制御する容量結合駆動を行うものであって、前記画素電極毎に前記第１補助容量と前記第２補助容量のそれぞれの補助容量線に順次駆動パルスを印加することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２補助容量は、赤・緑・青のそれぞれの色毎に異なる容量値を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。

Images