JP2015099331A - 液晶表示装置 - Google Patents

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健伍 岡崎
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Abstract

【課題】液晶表示装置、特に一画素が3つの副画素から構成され、4色の光を出射させる副画素を有する液晶表示装置の画質を高めることを目的とする。【解決手段】液晶表示装置は、表示領域にマトリクス状に並ぶ副画素のそれぞれに配置された画素電極(228)と、マトリクスの列方向に延び、画像信号が印加される複数の画像信号線(222)と、副画素のそれぞれに配置され、画像信号を画素電極に印加するスイッチである画素トランジスタ(226)と、マトリクスの行方向に延び、画素トランジスタの導通を制御する走査信号線(221)と、を備え、画像信号線が延びる方向に一列に並ぶ画素電極は、隣接する2つの画像信号線のうち、6副画素周期で、5副画素の画素電極が連続して一方の画像信号線に、画素トランジスタを介して接続され、1副画素の画素電極が他方の画像信号線に、画素トランジスタを介して接続される。【選択図】図3A

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。
コンピュータ等の情報通信端末やテレビ受像機の表示デバイスとして、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置は、電界を変化させることにより、2つの基板の間に封じ込められた液晶組成物の配向を変え、2つの基板と液晶組成物を通過する光の透過度合いを制御することにより画像を表示させる装置であり、この電界を変化させるために、各画素の階調値に対応する電圧を、各画素の画素トランジスタを介して画素電極に印加している。
液晶組成物は、長時間同じ極性の電圧が印加され続けると化学変化が生じ劣化してしまう。このため、液晶表示装置では、画素電極とそれに対向する対向電極との間の極性を反転させながら駆動する、いわゆる反転駆動により画像表示を行うことが一般的となっている。
反転駆動には、あるフレームにおける各画素の極性が同一のフレーム反転駆動や、横方向に同極性となるライン反転駆動、縦方向に同極性となるカラム反転駆動、同極性の画素が市松状となるドット反転駆動、同極性の画素がピクセル単位(RGB等で1ピクセル)で市松状であるピクセル反転駆動等がある。
一般に、反転駆動において正極が印加される場合と、負極が印加される場合との輝度差を完全になくすことは難しく、フレーム反転駆動ではフリッカ、ライン反転・カラム反転駆動では視線移動によるスジが現れてしまうことが知られている。また、フレーム反転駆動、カラム反転駆動では、ドレイン信号の極性が1フレームで同じ極性であることから容量性、リーク性のクロストークが発生しやすく、画質面ではドット反転やピクセル反転駆動が望ましい。
特許文献1は、4色の副画素を有する液晶表示装置の反転駆動について開示している。
特許第4877363号公報
3つの副画素を有する画素の構成において、2つの副画素がR(赤)G(緑)であり、残りの1つの副画素がB(青)及びW(白)のいずれかの副画素となる疑似RGBWの4色表示の液晶表示装置においては、例えば、図11A及び図11Bに示されるように、3ライン毎に極性を入れ替えるピクセル反転駆動において、図11Aの奇数フレームではWで示されるW副画素は−(負)極性で揃ってしまい、図11Bの偶数フレームでは、+(正)極性で揃ってしまう。また、図12A及び図12Bに示されるように、1ライン毎に極性を入れ替えるドット反転駆動においても同様に、図12Aの奇数フレームではW副画素は−極性で揃ってしまい、図11Bの偶数フレームでも+極性で揃ってしまう。このようにある色の副画素の極性が揃ってしまうと、表示においてフリッカとして視認されてしまい、画質を低下させる要因となっていた。
本発明は、上述の事情に鑑みてしたものであり、液晶表示装置、特に一画素が3つの副画素から構成され、4色の光を出射させる副画素を有する液晶表示装置の画質を高めることを目的とする。
本発明の液晶表示装置は、表示領域にマトリクス状に並ぶ副画素のそれぞれに配置された画素電極と、前記マトリクスの列方向に延び、画像信号が印加される複数の画像信号線と、前記副画素のそれぞれに配置され、前記画像信号を前記画素電極に印加するスイッチである画素トランジスタと、前記マトリクスの行方向に延び、前記画素トランジスタの導通を制御する走査信号線と、を備え、前記画像信号線が延びる方向に一列に並ぶ前記画素電極は、隣接する2つの前記画像信号線のうち、6副画素周期で、5副画素の前記画素電極が連続して一方の画像信号線に、前記画素トランジスタを介して接続され、1副画素の画素電極が他方の画像信号線に、前記画素トランジスタを介して接続される、ことを特徴とする液晶表示装置である。
また、本発明の液晶表示装置において、前記画像信号線が延びる方向に一列に並ぶ、連続する3つの前記副画素は、一つの画素を構成し、前記画素は、第1色、第2色及び第3色の3種類の波長領域の光をそれぞれ透過させる前記3つの副画素から構成される第1画素と、第1色、第2色及び第4色の3種類の波長領域の光をそれぞれ透過させる前記3つの副画素から構成される第2画素と、を有し、前記第1画素と前記第2画素とが互いに隣合うように市松模様状に配置されており、前記他方の画像信号線に接続される前記1副画素は、前記第3色又は前記第4色のカラーフィルタに対応する副画素である、こととしてもよい。
また、本発明の液晶表示装置において、前記画像信号線に印加される画像信号は、連続する3つの走査信号線毎に極性を入れ替えるピクセル反転駆動とすることができ、又、1走査信号線毎に極性を入れ替えるドット反転駆動とすることもできる。
また、本発明の液晶表示装置において、前記表示領域の一方の端で、前記画像信号線の延びる方向に並ぶ前記画素電極は、すべて1つの前記画像信号線に接続されることとしてもよい。
また、本発明の液晶表示装置において、前記画像信号線の数は、前記表示領域に並ぶ前記副画素の列の数より1つ多いこととしてもよい。
また、本発明の液晶表示装置において、前記表示領域の一方の端の前記画像信号線は、隣接する画像信号線に同電位となるように接続されていてもよい。
また、本発明の液晶表示装置において、前記画素トランジスタと前記画素電極とを接続する電極の向きは、半導体膜の境界において、前記画像信号線と平行又は垂直とすることとしてもよい。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す図である。 図1の液晶表示パネルを概略的に示す平面図である。 ピクセル反転駆動の奇数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 ピクセル反転駆動の偶数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 表示領域の最も右端の副画素の画素電極における画像信号線との接続の例について示す図である。 表示領域の最も右端の副画素の画素電極における画像信号線との接続の例について示す図である。 左側で画像信号配線に接続され、画像信号線に平行なソース線を有する画素トランジスタについて概略的に示す図である。 右側で画像信号配線に接続され、画像信号線に平行なソース線を有する画素トランジスタについて概略的に示す図である。 左側で画像信号配線に接続され、画像信号線に対して斜めに延びるソース線を有する画素トランジスタについて概略的に示す図である。 右側で画像信号配線に接続され、画像信号線に対して斜めに延びるソース線を有する画素トランジスタについて概略的に示す図である。 左側で画像信号配線に接続され、画像信号線に垂直なソース線を有する画素トランジスタについて概略的に示す図である。 右側で画像信号配線に接続され、画像信号線に垂直なソース線を有する画素トランジスタについて概略的に示す図である。 第1変形例の奇数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 第1変形例の偶数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 第2変形例の奇数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 第2変形例の偶数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 従来のピクセル反転駆動の奇数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 従来のピクセル反転駆動の偶数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 従来のドット反転駆動の奇数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。 従来のドット反転駆動の偶数フレームにおける各画素電極の極性について示す図である。
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
図1には、本発明の実施形態に係る液晶表示装置100が概略的に示されている。この図に示されるように、液晶表示装置100は、上フレーム110及び下フレーム120に挟まれるように固定された液晶表示パネル200から構成されている。
図2には、図1の液晶表示パネル200の構成が示されている。液晶表示パネル200は、TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)基板220とカラーフィルタ基板250の2枚の基板を有し、これらの基板の間には不図示の液晶組成物が充填されている。TFT基板220は、表示領域202にマトリクス状に配置された副画素285を有し、縦方向に並ぶ3つの副画素285が一つの画素280を構成している。カラーフィルタ基板250は、副画素285のそれぞれに対応して、R(赤)G(緑)B(青)及びW(白)の波長領域の光を透過させるカラーフィルタを有している。なおWは、RGBの波長領域の光のうち、少なくとも2つの波長領域の光を透過させるものであればよく、ここでWのカラーフィルタは透明のフィルタとしてもよいし、何も形成しないことによりRGBの波長領域の光を出射させることとしてもよい。また、画素280は、列(縦)方向に連続する3つの副画素285から構成されており、図2に示されるように、第1色、第2色及び第3色として、それぞれRGBの3色の光を出射させる第1画素281と、第1色、第2色及び第4色として、それぞれRGWの3色の光を出射させる第2画素282との2種類を有している。また、RとGのそれぞれは行(横)方向に同じ色で並び、BとWは、行方向に交互に並んでいる。なお、本実施形態においては、3副画素285の組合せとして、RGB及びRGWを用いることとしたが、RGY(黄)等その他の色の組合せを用いることができる。また、TFT基板220には、副画素285のそれぞれに配置された画素トランジスタ226(図3A参照)の走査信号線221に対してソース・ドレイン間を導通させるための電位を印加すると共に、各画素トランジスタ226の画像信号線222に対して副画素285の階調値に対応する電圧を印加する駆動回路である駆動IC(Integrated Circuit)260が載置されている。
図3A及び図3Bは、3ライン毎に極性を変化させるピクセル反転駆動の各画素電極228の極性について示す図である。なお、これらの図においては、説明を分かりやすくするために、副画素285の数を減らして示している。これらの図に示されるように、画素電極228には画素トランジスタ226を介して、図の列(縦)方向に延びる画像信号線222が接続され、画素トランジスタ226の導通は、行(横)方向に延びる走査信号線221により制御される。走査信号線221の6×nライン目(nは自然数)に接続される画素トランジスタ226は、画素電極228の右側に延びる画像信号線222に接続されるように配置され、その他のラインに接続される画素トランジスタ226は、画素電極228の左側に延びる画像信号線222に接続されている。つまり、画素電極228の右側に延びる画像信号線222に接続される副画素は、第3色であるB又は第4色であるWのカラーフィルタに対応する副画素となる。
一般に、液晶表示装置では、フレームと呼ばれる時間周期毎に各画素電極228の電位を書き換え、不図示の対向電極との電位差の変化より液晶組成物を配向を制御し、画像を表示させている。各画素電極228において、対向電極との電位差の極性は、フレーム毎に異ならせるように印加される。ここで図3Aは、奇数フレームにおける各画素電極228の極性について示し、図3Bは偶数フレームにおける各画素電極228の極性について示している。これらの図においては、説明のために、画素電極228上に、各副画素285に対応するカラーフィルタの色と反転表示における極性が示されている。
図3Aに示されるように、奇数フレームにおいてW色の副画素285の極性は+極性と−極性との2種類が同数存在しており、また、互いに一番近い距離のW色の副画素285の極性が異なっている。B色の副画素285の極性においてもW色と同様である。また図3Bにおいても、図3Aの場合と同様に、W色及びB色の副画素285の極性は、それぞれ+極性と−極性との2種類が同数存在している。また、互いに一番近い距離のW色の副画素285の極性が異なっており、互いに一番近い距離のB色の副画素285の極性も異なっている。そのため、W色及びB色の極性が偏ることなく画像信号が印加されるため、これらの色を原因とするフリッカを抑制し、より高品質な画像を表示することができる。
したがって、本実施形態では、6副画素周期で5副画素の画素電極228を連続して一方の画像信号線222に接続し、1副画素の画素電極228、つまり6×nライン目の画素電極228を他方の画像信号線222に接続しているため、同じ色の副画素285が同時に同じ極性となることはなく、より高品質な画像を表示することができる。
ここで、上述したように、走査信号線221の6×nライン目に接続される画素トランジスタ226は、画素電極228の右側に延びる画像信号線222に接続されるように配置されるため、表示領域202の最も右端にも画像信号線222が必要となる。このため、図3A及び図3Bの構成では、副画素285の列の数より、1つ多い画像信号線222を必要とし、駆動IC260も画像信号線222の数に応じて信号を出力する。ここで、図4に示されるように、表示領域202の最も右端の副画素285の画素電極228は、6×nライン目の副画素285の画素電極228であっても、他の画素電極228と同じ側、つまり左側に接続することとし、画像信号線222の数を副画素285の列の数と同数とすることとしてもよい。このように構成することにより、画像信号線222の本数及び駆動IC260からの出力信号の数を副画素285の数と同数としたまま、上述の効果を得ることができる。
また、図5に示されるように、画像信号線222の数を副画素285の列の数より1つ多くする場合であっても、一番右端の画像信号線222とそれに隣接する画像信号線222が同電位となるようにを電気的に接続し、駆動IC260から出力される信号の数を副画素285の列の数と同数とすることとしても、上述の効果と同様の効果を得ることができる。
図6A及び図6Bは、本実施形態のW副画素及びB副画素に用いられる画素トランジスタ226について示す図である。図6Aは、画素電極228の左側の画像信号線222に接続された場合の画素トランジスタ226であり、図6Bは、画素電極228の右側の画像信号線222に接続された場合の画素トランジスタ226である。これらの図に示されるように、走査信号線221上に形成された半導体膜231は、走査信号線221の電位に応じて、画素トランジスタ226及び画素電極228を接続する電極であるソース電極232と、画像信号線222との導通を制御する。
W副画素及びB副画素は、これらの図のように、画素電極228の右側に画素トランジスタ226を形成する場合と、画素電極228の左側に画素トランジスタ226を形成する場合とがある。例えば、図7A及び図7Bに示されるように、画素トランジスタ226と画素電極228とを接続する電極であるソース電極232が半導体膜231と重なる境界において斜めに延びた構成の場合には、画素トランジスタ226の形成工程において膜の形成位置がずれた場合には、左右で付き方の異なる画素トランジスタ226は、ずれ方向が異なることとなり、特性の差が大きくなることによる輝度差が生じ、スジとして視認されてしまう恐れがある。
しかしながら、図6A及び図6Bのように、ソース電極232が半導体膜231と重なる境界において画像信号線222の延びる方向と平行な場合には、画素トランジスタ226の形成工程において膜の形成位置がずれた場合であっても、画素トランジスタ226の特性の差を最小限に抑えることができ、表示品質を向上させることができる。また、ソース電極232は、画像信号線222の延びる方向に平行とは限らず、図8A及び図8Bに示されるように、画像信号線222の延びる方向に垂直であっても、同様の効果を得ることができる。なお、R副画素及びG副画素については、すべての画素280が同じ側の画像信号線222に接続されるため、図7A及び図7Bに示されるような斜めのソース電極232を有する画素トランジスタ226であってもよいし、W副画素及びB副画素と同様に、画像信号線222の延びる方向に平行又は垂直に延びるソース電極232であってもよい。
図9A及び図9Bは、上述の実施形態の第1変形例について示す図であり、図3A及び図3Bと同様の視野による図である。上述の実施形態と異なる点は、画素電極228の右側に延びる画像信号線222に接続される画素トランジスタ226は、3ライン目と、3ライン目から6ライン毎に配置されている点であり、その他の点は同様である。このような配置であっても画素電極228の右側に延びる画像信号線222に接続される画素トランジスタ226は6副画素285毎であり、これにより、W色及びB色の副画素285の極性は、それぞれ+極性と−極性との2種類が同数存在することとなる。また、互いに一番近い距離のW色の副画素285の極性は異なっており、互いに一番近い距離のB色の副画素285の極性も互いに異なっている。そのため、W色及びB色の極性が偏ることなく画像信号が印加されるため、これらの色を原因とするフリッカを抑制し、より高品質な画像を表示することができる。
図10A及び図10Bは、上述の実施形態の第2変形例について示す図であり、図3A及び図3Bと同様の視野による図である。第2変形例は、上述の実施形態が3ライン毎に極性が入れ替わるピクセル反転駆動であったのに対し、第2変形例では1ライン毎に極性が入れ替わるドット反転駆動である点で異なっており、その他の点は同様である。これらの図に示されるように、ドット反転駆動とした場合であっても、W色及びB色の副画素285の極性は、それぞれ+極性と−極性との2種類が同数存在することとなる。また、互いに一番近い距離のW色の副画素285の極性が異なっており、互いに一番近い距離のB色の副画素285の極性も異なっている。そのため、W色及びB色の極性が偏ることなく画像信号が印加されるため、これらの色を原因とするフリッカを抑制し、より高品質な画像を表示することができる。
なお、上述の実施形態では、RGBWの4色についてRGB及びRGWの2種類の画素を形成する場合について述べたが、色の組合せはこれに限られず、3副画素を有する画素において、各副画素は4種類の波長領域(4色)のうち1の波長領域の光を出射する液晶表示装置に適用することができる。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
100 液晶表示装置、110 上フレーム、120 下フレーム、200 液晶表示パネル、202 表示領域、220 TFT基板、221 走査信号線、222 画像信号線、226 画素トランジスタ、228 画素電極、250 カラーフィルタ基板、231 半導体膜、232 ソース電極、260 駆動IC、280 画素、281 第1画素、282 第2画素、285 副画素。

Claims (12)

  1. 表示領域にマトリクス状に並ぶ副画素のそれぞれに配置された画素電極と、
    前記マトリクスの列方向に延び、画像信号が印加される複数の画像信号線と、
    前記副画素のそれぞれに配置され、前記画像信号を前記画素電極に印加するスイッチである画素トランジスタと、
    前記マトリクスの行方向に延び、前記画素トランジスタの導通を制御する走査信号線と、を備え、
    前記画像信号線が延びる方向に一列に並ぶ前記画素電極は、隣接する2つの前記画像信号線のうち、6副画素周期で、5副画素の前記画素電極が連続して一方の画像信号線に、前記画素トランジスタを介して接続され、1副画素の画素電極が他方の画像信号線に、前記画素トランジスタを介して接続される、ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項1に記載の液晶表示装置において、
    前記画像信号線が延びる方向に一列に並ぶ、連続する3つの前記副画素は、一つの画素を構成し、
    前記画素は、
    第1色、第2色及び第3色の3種類の波長領域の光をそれぞれ透過させる前記3つの副画素から構成される第1画素と、
    第1色、第2色及び第4色の3種類の波長領域の光をそれぞれ透過させる前記3つの副画素から構成される第2画素と、を有し、
    前記第1画素と前記第2画素とが互いに隣合うように市松模様状に配置されており、
    前記他方の画像信号線に接続される前記1副画素は、前記第3色又は前記第4色のカラーフィルタに対応する副画素である、ことを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項1又は2に記載の液晶表示装置において、
    前記画像信号線に印加される画像信号は、連続する3つの走査信号線毎に極性を入れ替えるピクセル反転駆動である、ことを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項1又は2に記載の液晶表示装置において、
    前記画像信号線に印加される画像信号は、1走査信号線毎に極性を入れ替えるドット反転駆動である、ことを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項1又は2に記載の液晶表示装置において、
    前記表示領域の一方の端で、前記画像信号線の延びる方向に並ぶ前記画素電極は、すべて1つの前記画像信号線に接続される、ことを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項1又は2に記載の液晶表示装置において、
    前記画像信号線の数は、前記表示領域に並ぶ前記副画素の列の数より1つ多いことを特徴とする、ことを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項6に記載の液晶表示装置において、
    前記表示領域の一方の端の前記画像信号線は、隣接する画像信号線に同電位となるように接続されている、ことを特徴とする液晶表示装置。
  8. 請求項1又は2に記載の液晶表示装置において、
    前記画素トランジスタと前記画素電極とを接続する電極の向きは、半導体膜の境界において、前記画像信号線と平行又は垂直である、ことを特徴とする液晶表示装置。
  9. 表示領域にマトリクス状に並ぶ副画素と、
    前記副画素のそれぞれに配置された画素電極と画素トランジスタとカラーフィルタと、
    前記マトリクスの列方向に延び、画像信号が印加される複数の画像信号線と、
    前記マトリクスの行方向に延び、前記画素トランジスタの導通を制御する走査信号線を備え、
    前記副画素は、カラーフィルタによりRの副画素、Gの副画素、Bの副画素、Wの副画素に分類され、
    前記画像信号線は第1、第2、第3の画像信号線が順番に並び、
    前記第1の画像信号線と第2の画像信号線との間に、前記副画素の第1列目がRGBRGWの順番で、前記画像信号線の伸びる方向に並び、
    前記第2の画像信号線と第3の画像信号線との間に、前記副画素の第2列目がRGWRGBの順番で、前記画像信号線の伸びる方向に並び、
    前記第1列目のRGBの副画素は前記第1の画像信号線に、前記画素トランジスタを介して接続され、前記第1列目のWの副画素は前記第2の画像信号線に、前記画素トランジスタを介して接続されることを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項9に記載の液晶表示装置において、
    前記第2列目のRGWの副画素は前記第2の画像信号線に、前記画素トランジスタを介して接続され、前記第2列目のBの副画素は前記第3の画像信号線に、前記画素トランジスタを介して接続されることを特徴とする液晶表示装置。
  11. 請求項9に記載の液晶表示装置において、
    前記第1列目のWの副画素は、第1の極性の信号が供給され、
    前記第2列目のWの副画素は、前記第1の極性に対して逆極性の第2の極性の信号が供給されることを特徴とする液晶表示装置。
  12. 請求項9に記載の液晶表示装置において、
    n本(n>3)の前記画像信号線を有し、第n本目の前記画像信号線に隣接して形成される第n列目のRGBWの副画素は、前記第n本目の前記画像信号線に前記画素トランジスタを介して接続されることを特徴とする液晶表示装置。
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