JP2009036971A

JP2009036971A - 表示素子

Info

Publication number: JP2009036971A
Application number: JP2007200780A
Authority: JP
Inventors: Masato Nakamura; 真人中村; Hiroyuki Kimura; 裕之木村
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】色種毎に対応する画素間の階調差を低減した構成に容易に対応できる液晶パネルを提供する。
【解決手段】ＴＦＴ19i+1jとの間に補助容量を形成する補助容量線17i+1に、信号線方向に隣接する画素電極30ij側へと突出部33を突出させて、信号線方向に隣接する画素電極30i+1j，30ij間に、画素Ｐの色種毎に容量が異なるカップリング容量を形成する。画素電極30の電位変動を、色種毎に容量が異なるカップリング容量により容易に設定でき、色種毎に対応する画素Ｐ間の階調差を低減した構成に容易に対応できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の色に対応した複数種類の画素を有する表示素子に関する。

従来、この種の表示素子である液晶表示素子としての液晶パネルには、フリッカおよび残像の低減などを目的として、容量結合駆動(ＣＣ駆動)するものがある。このような容量結合駆動方式の液晶パネルは、例えばガラス基板などの絶縁基板上に、複数の走査線と複数の信号線とが格子状に設けられ、これら走査線と信号線との交差位置のそれぞれに、画素を形成する画素電極を駆動するスイッチング素子であるＴＦＴ(薄膜トランジスタ)がそれぞれ配設されてマトリクス状となっている。これらＴＦＴには、隣接段の走査線との間に、補助容量が結合されている。

そして、走査線駆動ＩＣからの信号により駆動された各ＴＦＴを介して、信号線駆動ＩＣからの信号により各画素電極に書き込まれる電位が、液晶容量および補助容量により再配分されることで、各画素が所定の階調で点灯される。

ここで、この液晶パネルがカラー表示用である場合には、カラーフィルタなどにより複数色、例えばＲＧＢの３色に対応した画素がそれぞれ形成される。この際、各色によって波長が異なるため、異なる色に対応する画素電極に同じ電圧を印加しても、透過率が異なることから、同じ階調で同じ電圧を印加すると、電圧−透過率特性(γカーブ)が色によって異なるという問題がある。

そこで、異なる色種毎に補助容量の大きさを変えることで、階調の調整を可能としたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２４１２１３号公報

しかしながら、上述の表示素子では、補助容量の大きさが色種毎に異なるため、突き抜け電圧が色種毎に異なり、この突き抜け電圧分を対向電極電位Ｖcomの調整により補正する際に、最適の対向電極電位Ｖcomが色種毎に変わるので、補正が不充分となって、液晶層に直流成分が印加され、フリッカの悪化を招くおそれがあるという問題点を有している。

また、同じ階調に対する透過率差をなくすためには、それぞれの色種毎に階調電圧を設定する必要があるものの、この場合には駆動ＩＣの外側に複数の抵抗を設ける必要があり、構成が複雑化するという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、色種毎に対応する画素間の階調差を低減した構成に容易に対応できる表示素子を提供することを目的とする。

本発明は、複数の走査線と、これら走査線と交差して設けられた複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交差位置のそれぞれに対応して設けられた複数のスイッチング素子と、これらスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続された複数のコンタクト電極と、これらコンタクト電極を介して前記スイッチング素子に電気的に接続され、画素を形成する複数の画素電極と、前記走査線のそれぞれに対応して略平行に配設され、前記画素電極電位を所定の変動量で変動させる複数の補助容量線とを具備し、前記画素は、複数の色に対応した複数種類設けられ、前記各補助容量線は、前記信号線方向に隣接する前記画素電極側へと突出して設けられていることで、前記画素の色種毎に容量が異なり前記画素電極電位の変動量を設定するカップリング容量を形成する突出部を備えているものである。

そして、各スイッチング素子との間に補助容量をそれぞれ形成する各補助容量線に、信号線方向に隣接する画素電極側へと突出部を突出して設けることで、画素の色種毎に容量が異なるカップリング容量を形成する。

また、本発明は、複数の走査線と、これら走査線と交差して設けられた複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交差位置のそれぞれに対応して設けられた複数のスイッチング素子と、これらスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続された複数のコンタクト電極と、これらコンタクト電極を介して前記スイッチング素子に電気的に接続され、画素を形成する複数の画素電極と、前記走査線のそれぞれに対応して略平行に配設され、前記画素電極電位を所定の変動量で変動させる複数の補助容量線とを具備し、前記画素は、複数の色に対応した複数種類設けられ、前記各コンタクト電極は、前記信号線方向に隣接する前記画素電極側へと延伸されて前記画素の色種毎に容量が異なり前記画素電極電位の変動量を設定するカップリング容量を形成しているものである。

そして、各スイッチング素子に電気的に接続した各コンタクト電極を信号線方向に隣接する画素電極側へと延伸することで、画素の色種毎に容量が異なるカップリング容量を形成する。

本発明によれば、画素電極の電位変動を、色種毎に容量が異なるカップリング容量により容易に設定でき、簡単な構成で色種毎に対応する画素間の階調差を低減できる。

以下、本発明の第１の実施の形態の表示素子の構成を、図面を参照して説明する。

図１ないし図３において、１は表示素子としての液晶表示素子である容量結合(ＣＣ)駆動式のアクティブマトリクス型の液晶パネルで、この液晶パネル１は、対向基板３と、アレイ基板４と、これら対向基板３およびアレイ基板４間に挟持されて保持された液晶層５とを有し、サブ画素である画素Ｐを例えばｍ行×ｎ列(ｍ、ｎはそれぞれ２以上の自然数)のマトリクス状に有する図示しない四角形状の表示領域が形成されている。

なお、図１は、図３のＡ−Ａ断面図である。

対向基板３は、透光性を有する絶縁基板であるガラス基板11の一主面上に、着色層であるカラーフィルタ12が形成され、このカラーフィルタ12を覆って対向電極13が形成され、かつ、この対向電極13を覆って配向膜14が形成されている。

カラーフィルタ12は、１つの画素Ｐに対応して例えばＲＧＢのいずれか１色が形成され、ＲＧＢの各色が例えば左右方向に順次隣接するストライプ状をなし、隣接する３つの画素Ｐで１つのＲＧＢの画素を形成している。

対向電極13の電位である対向電極電位Ｖcomは、一定の共通電位に設定されている。

一方、アレイ基板４は、一主面である内面側に、複数(ｍ段)の走査線16およびこの走査線16と対をなす補助容量線17と、複数(ｎ段)の信号線18とが互いに略直交するように配置され、走査線16と信号線18とのそれぞれの交差位置に、スイッチング素子としてのＴＦＴ19が配設されている。

詳細には、アレイ基板４は、透光性を有する絶縁基板であるガラス基板21の一主面上に層間絶縁膜22が形成され、この層間絶縁膜22上に、各ＴＦＴ19のソース電極およびドレイン電極となるポリシリコン(ｐ−Ｓｉ)層23がそれぞれ形成されている。また、全てのポリシリコン層23を覆う層間絶縁膜22上にゲート絶縁膜24が形成され、このゲート絶縁膜24上に、各ＴＦＴ19のゲート電極となる走査線16と、補助容量線17とがそれぞれ形成され、全ての走査線16と補助容量線17とを覆うゲート絶縁膜24上に層間絶縁膜25が形成され、この層間絶縁膜25上に各ＴＦＴ19に対応するコンタクト電極26がそれぞれ形成されている。これらコンタクト電極26は、層間絶縁膜25に形成されたコンタクトホール27によりそれぞれポリシリコン層23のＴＦＴ19のドレイン電極部分と電気的に接続されている。また、全てのコンタクト電極26を覆う層間絶縁膜25上に保護絶縁膜28が形成され、この保護絶縁膜28上に透明有機絶縁膜29が形成され、この透明有機絶縁膜29上に、各画素Ｐを構成する画素電極30がそれぞれ形成されている。これら画素電極30は、保護絶縁膜28および透明有機絶縁膜29にそれぞれ形成された各コンタクトホール31により各コンタクト電極26に電気的に接続され、かつ、全ての画素電極30を覆う透明有機絶縁膜29上に配向膜32が形成されている。

なお、以下、特にｉ行ｊ列(１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ)に位置するものを示す場合には、ｉ、あるいはｊの添字を付することがある。例えば、ｉ行目の走査線16は、走査線16i、ｊ列目の信号線18は、信号線18j、ｉ行ｊ列目のＴＦＴ19は、ＴＦＴ19ijなどとする。

走査線16は、走査ラインに対して線順次走査をするために選択走査信号を供給する信号線であり、表示領域の左右方向に沿ってそれぞれ配設されており、この表示領域の一辺の外方に配設された走査線駆動手段としての図示しない走査線駆動ＩＣに電気的に接続されている。

補助容量線17は、走査線16に対して略平行に形成され、一端部が、表示領域の一辺の外方に配設された補助容量線駆動手段としての図示しない容量線駆動ＩＣに電気的に接続されている。また、補助容量線17とＴＦＴ19のドレイン電極との間には、補助容量Ｃsが接続されている。さらに、補助容量線17i+1(１≦ｉ≦ｍ−１)の他端側には、信号線18方向に隣接する画素電極30ijの下部へと突出部33が突出して設けられ、画素電極30ijとの間でカップリング容量Ｃcが形成されている。

ここで、補助容量Ｃsは、液晶層５に蓄積された画像電圧の低下を抑制する、すなわち液晶層５の保持特性を向上するために設けられたもので、補助容量線17とポリシリコン層23との重なりの度合いによって、その容量が設定されている。

また、カップリング容量Ｃcは、補助容量Ｃsと同様に、画素電極30の電位である画素電極電位の変動量を設定するとともに、液晶層５に蓄積された画像電圧の低下を抑制する、すなわち液晶層５の保持特性を向上するために設けられたもので、コンタクト電極26(コンタクト電極26i+1j)と画素電極30(画素電極30ij)との重なりの度合い、換言すればコンタクト電極26の延伸量によって、その容量が設定されている。また、カップリング容量Ｃcは、画素Ｐの各色の電圧−透過率特性であるγカーブが互いに略一致するように、色種毎に容量が異なって設定されている。具体的に、透過率が最も低い赤(Ｒ)に対応する画素Ｐの容量が最も大きく、透過率が最も高い青(Ｂ)に対応する画素Ｐの容量が最も小さくなるように設定されている。

信号線18は、画像データに対応した電圧である画像信号を供給するもので、表示領域の上下方向に沿ってそれぞれ配設されており、この表示領域の他辺の外方に配設された信号線駆動手段としての図示しない信号線駆動ＩＣに電気的に接続されている。この信号線駆動ＩＣには、例えばデジタルの表示入力信号から液晶層５を駆動するアナログ電圧に変換する図示しないＤＡコンバータ(ＤＡＣ)などが設けられている。

具体的に、走査線16の電位Ｖgは、図４に示すように、所定の期間幅ＨでＶonとなり、次のフィールド期間ＶはＶoffで保持され、この後に期間幅ＨでＶonとなる周期を繰り返すように制御されている。また、補助容量線17の電位Ｖcは、フィールド期間Ｖ毎にＶe+とＶe-とを繰り返すように制御されている。さらに、信号線18の電位Ｖsは、映像信号によって異なるものの、一様な信号が入力されている場合には、フィールド期間Ｖ毎に極性が反転した信号が出力されるように制御されている。

また、図１ないし図３に戻って、ポリシリコン層23(ポリシリコン層23ij)は、一端部であるＴＦＴ19(ＴＦＴ19ij)のソース電極部分が信号線18(信号線18j)へとコンタクトホール35(コンタクトホール35ij)を介して電気的に接続されている。また、各ポリシリコン層23(ポリシリコン層23ij)は、対応する各補助容量線17(補助容量線17ij)の下部に対向して位置し、この補助容量線17(補助容量線17ij)との間で補助容量Ｃs(補助容量Ｃsij)が形成されている。

さらに、ＴＦＴ19は、ゲート電極が走査線16に、ソース電極が信号線18に、ドレイン電極がコンタクト電極26を介して画素電極30に、それぞれ電気的に接続され、このドレイン電極と補助容量線17との間に補助容量Ｃsが接続されている。そして、ＴＦＴ19は、走査線16に入力された制御信号によりゲート電極に電圧が印加されてオンオフ制御され、信号線18に入力された信号を、ドレイン電極からコンタクト電極26を介して画素電極30に書き込むことにより、表示領域に所定の画像を表示可能となっている。

また、ＴＦＴ19のドレイン電圧、すなわち画素電極電位Ｖpixは、図４に示すように、信号線18の電位Ｖsと、補助容量線17の電位Ｖcと、液晶層５の液晶容量Ｃlc、補助容量Ｃs、カップリング容量Ｃc、および、ＴＦＴ19内にてゲート電極とソース電極との間に形成される図示しない寄生容量の容量比とにより決定され、各画素Ｐで表示される画像は、画素電極電位Ｖpixと対向電極13の対向電位Ｖcomとの電位差である電圧Ｖsigで決定される。

液晶層５は、対向基板３の配向膜14と、アレイ基板４の配向膜32との間に介在されている。

次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。

図４に示すように、各フィールド期間Ｖにおいて、走査線駆動ＩＣにより、走査線16の電位Ｖgが所定の期間幅ＨでＶonとなると、この走査線16に電気的に接続されたＴＦＴ19がオンされる。

このとき、画素電極30には、画素電極電位Ｖpixが、映像信号に対応した信号線18の電位Ｖsと同電位となるまで信号線18から電圧が印加される。

さらに、この期間幅Ｈの後、補助容量線17の電位ＶcがＶe-からＶe+、あるいはＶe+からＶe-へと変動することで、電荷が再配分されて画素電極電位Ｖpixが決定される。このとき、対向電極電位Ｖcomは一定であるため、画素電極電位Ｖpixの変動量ΔＶが、次の式により設定される。

ΔＶ＝ΔＶc×(Ｃs／(Ｃs＋Ｃlc＋Ｃc＋寄生容量))
なお、この式において、ΔＶc＝｜Ｖe+−Ｖe-｜であり、Ｃs、ＣlcおよびＣcは、それぞれ補助容量Ｃs、液晶容量Ｃlcおよびカップリング容量Ｃcの容量値である。

したがって、カップリング容量Ｃcを小さくすると、変動量ΔＶが大きくなる、すなわち電圧−透過率特性が急峻になり、カップリング容量Ｃcを大きくすると、変動量ΔＶが小さくなる、すなわち電圧−透過率特性が緩やかになる。

ここで、ＲＧＢ各画素Ｐの電圧−透過率特性は、同じ電圧を印加したとき、赤(Ｒ)が最も暗く、青(Ｂ)が最も明るくなることから、中間調ラスタを表示した際には、やや青みがかって見える。

このため、上述したように、赤(Ｒ)および緑(Ｇ)に対応した画素Ｐ間のカップリング容量Ｃcを青(Ｂ)に対応した画素Ｐ間のカップリング容量Ｃcに対して相対的に大きくすることにより、画素電極30の電位変動を、色種毎に容量が異なるカップリング容量Ｃcにより設定し、液晶層５に印加する電圧を抑制して、信号線駆動ＩＣのＤＡコンバータの出力振幅とカップリング容量Ｃcの容量値(電位振幅)とを調整することにより、同じ階調抵抗を用いてＲＧＢ間で異なるγカーブを実現し(図５)、色毎の階調差をアレイ基板４上で補正できる。

そして、上記カップリング容量Ｃcijは、各画素電極30i+1jから隣接する画素電極30ijへと突出する突出部33を補助容量線17に形成することで画素電極30i+1j，30ij間に形成することにより、容易に形成できるだけでなく、この突出部33の突出量を変えるだけでカップリング容量Ｃcijの容量値を容易に設定でき、上記のように色種毎にカップリング容量Ｃcの容量を変える構成に容易に対応できる。

この結果、色毎の画素Ｐにおける階調差を低減できることで、液晶パネル１にて良好な表示を得ることができる。

また、補助容量Ｃsは各画素Ｐにおいて略一定であるため、突き抜け電圧が色毎に略一定となり、突き抜け電圧分を対向電極電位Ｖcomの調整により補正する際に、最適の対向電極電位Ｖcomを略一定とすることが可能になるので、この補正が充分にでき、液晶層５に直流成分が印加されにくくなって、フリッカの悪化を抑制できる。

次に、第２の実施の形態を、図６および図７を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態は、カップリング容量Ｃcが、コンタクト電極26(コンタクト電極26i+1j)を信号線18方向に隣接する画素電極30(画素電極30ij)側へと延伸してこの画素電極30(画素電極30ij)の下部に対向した部分に形成されている。

そして、上記第１の実施の形態と同様に、赤(Ｒ)および緑(Ｇ)に対応した画素Ｐ間のカップリング容量Ｃcを青(Ｂ)に対応した画素Ｐ間のカップリング容量Ｃcに対して相対的に大きくすることにより、画素電極30の電位変動を、色種毎に容量が異なるカップリング容量Ｃcにより設定し、液晶層５に印加する電圧を抑制して、信号線駆動ＩＣのＤＡコンバータの出力振幅とカップリング容量Ｃcの容量値(電位振幅)とを調整することで、同じ階調抵抗を用いてＲＧＢ間で異なるγカーブを実現し、色毎の階調差をアレイ基板４上で補正することにより、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、コンタクト電極26i+1jを信号線18方向に隣接する画素電極30ij側に延伸することで画素電極30i+1j，30ij間にカップリング容量Ｃcijを形成することにより、このカップリング容量Ｃcij容易に形成できるだけでなく、コンタクト電極26i+1jの延伸量を変えるだけでカップリング容量Ｃcijの容量値を容易に設定でき、上記のように色種毎にカップリング容量Ｃcの容量を変える構成に容易に対応できる。

なお、上記各実施の形態において、カラーフィルタ12は、３色以外でも、２色、あるいは４色以上の複数の色でもそれぞれ対応できる。

また、カラーフィルタ12は、アレイ基板４側に設けても同様の作用効果を奏することができる。

さらに、上記各構成は、液晶パネル１以外でも、任意のアクティブマトリクス型の表示素子に適用できる。

本発明の第１の実施の形態の表示素子の一部を示す縦断面図である。同上表示素子の一部を示す等価回路図である。同上表示素子の一部を示す平面図である。同上表示素子の画素電極の書き込み動作時の電圧変動を示す波形図である。同上表示素子の各色の電圧−透過率特性を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態の表示素子の一部を示す縦断面図である。同上表示素子の一部を示す等価回路図である。

符号の説明

１表示素子としての液晶パネル
16 走査線
17 補助容量線
18 信号線
19 スイッチング素子としてのＴＦＴ
26 コンタクト電極
30 画素電極
33 突出部
Ｃc カップリング容量
Ｐ画素

Claims

複数の走査線と、
これら走査線と交差して設けられた複数の信号線と、
前記走査線と前記信号線との交差位置のそれぞれに対応して設けられた複数のスイッチング素子と、
これらスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続された複数のコンタクト電極と、
これらコンタクト電極を介して前記スイッチング素子に電気的に接続され、画素を形成する複数の画素電極と、
前記走査線のそれぞれに対応して略平行に配設され、前記画素電極電位を所定の変動量で変動させる複数の補助容量線とを具備し、
前記画素は、複数の色に対応した複数種類設けられ、
前記各補助容量線は、前記信号線方向に隣接する前記画素電極側へと突出して設けられていることで、前記画素の色種毎に容量が異なり前記画素電極電位の変動量を設定するカップリング容量を形成する突出部を備えている
ことを特徴とした表示素子。
複数の走査線と、
これら走査線と交差して設けられた複数の信号線と、
前記走査線と前記信号線との交差位置のそれぞれに対応して設けられた複数のスイッチング素子と、
これらスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続された複数のコンタクト電極と、
これらコンタクト電極を介して前記スイッチング素子に電気的に接続され、画素を形成する複数の画素電極と、
前記走査線のそれぞれに対応して略平行に配設され、前記画素電極電位を所定の変動量で変動させる複数の補助容量線とを具備し、
前記画素は、複数の色に対応した複数種類設けられ、
前記各コンタクト電極は、前記信号線方向に隣接する前記画素電極側へと延伸されて前記画素の色種毎に容量が異なり前記画素電極電位の変動量を設定するカップリング容量を形成している
ことを特徴とした表示素子。