JP4571855B2 - 液晶表示装置用基板及びそれを備えた液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器の表示部等に用いられる液晶表示装置用基板及びそれを備えた液晶表示装置及びその駆動方法に関する。
近年、液晶表示装置は、テレビ受像機やパーソナル・コンピュータのモニタ装置等として用いられるようになっている。これらの用途では、表示画面をあらゆる方向から見ることのできる高い視角特性が求められている。図23は、VA(Vertically Aligned)モードの液晶表示装置の印加電圧に対する透過率特性(T−V特性)を示すグラフである。横軸は液晶層に対する印加電圧(V)を表し、縦軸は光の透過率を表している。線Aは表示画面に対し垂直な方向(以下、「正面方向」という)でのT−V特性を示し、線Bは表示画面に対して方位角90°、極角60°の方向(以下、「斜め方向」という)でのT−V特性を示している。ここで、方位角は、表示画面の右方向を基準として反時計回りに計った角度とする。また極角は、表示画面の中心に立てた垂線となす角とする。
図23に示すように、円Cで囲んだ領域近傍において、透過率(輝度)変化に歪みが生じている。例えば、印加電圧が約2.5Vの比較的低階調においては斜め方向の透過率が正面方向の透過率より高くなっているが、印加電圧が約4.5Vの比較的高階調においては斜め方向の透過率が正面方向の透過率より低くなっている。この結果、表示画面を斜め方向から見た場合には実効駆動電圧範囲での輝度差が小さくなってしまう。この現象は色の変化に最も顕著に現れる。
図24は表示画面に表示した画像の見え方の変化を示している。図24(a)は正面方向から見た画像を示し、図24(b)は斜め方向から見た画像を示している。図24(a)、(b)に示すように、表示画面を斜め方向から見ると、正面方向から見たときと比較して画像の色が白っぽく変化してしまう。
図25は、赤みがかった画像における赤(R)、緑(G)、青(B)3原色の階調ヒストグラムを示している。図25(a)はRの階調ヒストグラムを示し、図25(b)はGの階調ヒストグラムを示し、図25(c)はBの階調ヒストグラムを示している。図25(a)〜(c)の横軸は階調(0〜255の256階調)を表し、縦軸は存在率(%)を表している。図25(a)〜(c)に示すように、この画像では比較的高階調のRと比較的低階調のG及びBとが高い存在率で存在している。このような画像をVAモードの液晶表示装置の表示画面に表示させて斜め方向から見ると、高階調のRが相対的に暗めに変化し、低階調のG及びBが相対的に明るめに変化する。これにより3原色の輝度差が小さくなるため、画面全体として色が白っぽくなる。
上記の現象は、従来型の駆動モードであるTN(Twisted Nematic)モードの液晶表示装置でも同様に生じる。特許文献1乃至3には、TNモードの液晶表示装置における上記の現象を改善する技術が開示されている。図26はこれらの公知技術に基づく基本的な液晶表示装置の1画素の構成を示し、図27は図26のX−X線で切断した液晶表示装置の断面構成を示し、図28はこの液晶表示装置の1画素の等価回路を示している。図26乃至図28に示すように、液晶表示装置は、薄膜トランジスタ(TFT)基板102と対向基板104と両基板102、104間に封止された液晶層106とを有している。
TFT基板102は、ガラス基板110上に形成された複数のゲートバスライン112と、絶縁膜130を介してゲートバスライン112に交差して形成された複数のドレインバスライン114とを有している。ゲートバスライン112及びドレインバスライン114の交差位置近傍には、スイッチング素子として画素毎に形成されたTFT120が配置されている。ゲートバスライン112の一部はTFT120のゲート電極として機能し、TFT120のドレイン電極121はドレインバスライン114に電気的に接続されている。また、ゲートバスライン112及びドレインバスライン114により画定された画素領域を横切って、ゲートバスライン112に並列して延びる蓄積容量バスライン118が形成されている。蓄積容量バスライン118上には、絶縁膜130を介して蓄積容量電極119が画素毎に形成されている。蓄積容量電極119は、制御容量電極125を介してTFT120のソース電極122に電気的に接続されている。蓄積容量バスライン118と蓄積容量電極119との間には、蓄積容量Csが形成される。
ゲートバスライン112及びドレインバスライン114により画定された画素領域は、副画素Aと副画素Bとに分割されている。副画素Aには画素電極116が形成され、副画素Bには画素電極116から分離された画素電極117が形成されている。画素電極116は、コンタクトホール124を介して蓄積容量電極119及びTFT120のソース電極122に電気的に接続されている。一方、画素電極117は電気的にフローティング状態になっている。画素電極117は、保護膜132を介して制御容量電極125に重なる領域を有し、当該領域に形成される制御容量Ccを介した容量結合によりソース電極122に間接的に接続されている。
対向基板104は、ガラス基板111上に形成されたカラーフィルタ(CF)樹脂層140と、CF樹脂層140上に形成された共通電極142とを有している。副画素Aの画素電極116と共通電極142との間には液晶容量Clc1が形成され、副画素Bの画素電極117と共通電極142との間には液晶容量Clc2が形成される。TFT基板102及び対向基板104の液晶106との界面には、配向膜136、137がそれぞれ形成されている。
TFT120がオン状態になって画素電極116に電圧が印加され、副画素Aの液晶層に電圧Vpx1が印加されるとする。このとき、液晶容量Clc2と制御容量Ccとの容量比に従って電位が分割されるため、副画素Bの画素電極117には画素電極116とは異なる電圧が印加される。副画素Bの液晶層に印加される電圧Vpx2は、
Vpx2=(Cc/(Clc2+Cc))×Vpx1
となる。実際の電圧比(Vpx2/Vpx1(=Cc/(Clc2+Cc)))は液晶表示装置の表示特性に基づく設計事項であるが、およそ0.6〜0.8とするのが理想的である。
このように、液晶層に印加される電圧が互いに異なる副画素A、Bが1画素内に存在すると、図23に示したようなT−V特性の歪みが副画素A、Bで分散される。このため、斜め方向から見たときに画像の色が白っぽくなる現象を抑制でき、視角特性が改善される。以下、上記の手法を容量結合HT(ハーフトーン・グレースケール)法とよぶ。
特許文献1乃至3ではTNモードの液晶表示装置を前提として上記の技術が記載されているが、近年TNモードに代わって主流となったVAモードの液晶表示装置に上記の技術を適用することによって、より高い効果が得られる。
図29は、容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置に生じる焼付きを説明する図である。図29(a)は、焼付き試験の際に画面に表示する白黒のチェッカパターンを示している。焼付き試験では、図29(a)に示すチェッカパターンを一定時間(例えば48時間)連続表示させた直後に画面全体に同階調の中間調(32/64階調)を表示させて、チェッカパターンが視認されるか否かを検査する。チェッカパターンが視認された場合には、画面の輝度をチェッカパターンの一方向に沿って測定し、焼付き率を算出する。ここで、視認されるチェッカパターンのうち低輝度領域の輝度をaとし高輝度領域の輝度をa+b(>a)としたとき、b/aを焼付き率と定義した。
図29(b)は容量結合HT法を用いていない液晶表示装置に中間調を表示させた画面を示し、図29(c)は容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置に中間調を表示させた画面を示している。図29(b)に示すように、容量結合HT法を用いていない液晶表示装置では、中間調表示の際にチェッカパターンはほとんど視認されなかった。図29(b)のY−Y’線に沿って輝度を測定したところ、輝度は図29(d)の線cに示すような分布を有していた。焼付き率は0〜5%に過ぎなかった。これに対し、容量結合HT法を用いた液晶表示装置では、図29(c)に示すようなチェッカパターンが視認された。図29(c)のY−Y’線に沿って輝度を測定したところ、輝度は図29(d)の線dに示すような分布を有していた。焼付き率は10%以上であった。このように、容量結合HT法を用いていない液晶表示装置では焼付きがほとんど発生しないのに対し、容量結合HT法を用いた液晶表示装置では比較的濃い焼付きが発生する。
焼付きが発生した液晶表示装置の画素内の特性分布などを評価して解析した結果、焼付きは、電気的にフローティング状態の画素電極117の形成された副画素Bで発生していることが判明した。画素電極117は、極めて電気抵抗の高いシリコン窒化膜(SiN膜)等を介して制御容量電極125に接続され、また極めて電気抵抗の高い液晶層を介して共通電極142に接続されている。このため、画素電極117に充電された電荷は容易に放電されないようになっている。一方、TFT120のソース電極122に電気的に接続された副画素Aの画素電極116にはフレーム毎に所定の電位が書き込まれ、かつ画素電極116は、SiN膜や液晶層に比較して極めて電気抵抗の低いTFT120の動作半導体層を介してドレインバスライン114に接続されている。このため、画素電極117に充電された電荷が放電されなくなることはない。
以上のように、容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置は、視角特性が向上するものの、焼付きが発生するため良好な表示特性が得られないという問題を有している。
特開平2−12号公報 米国特許第4840460号明細書 特許第3076938号公報 特開平8−146464号公報
本発明の目的は、良好な表示特性の得られる液晶表示装置用基板及びそれを備えた液晶表示装置及びその駆動方法を提供することにある。
上記目的は、基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、(n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記第1のトランジスタのソース電極及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1のトランジスタのソース電極及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部とを有することを特徴とする液晶表示装置用基板によって達成される。
本発明によれば、良好な表示特性の得られる液晶表示装置を実現できる。
〔第1の実施の形態〕
本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置用基板及びそれを備えた液晶表示装置及びその駆動方法について図1乃至図12を用いて説明する。図1は、本実施の形態による液晶表示装置の概略構成を示している。図1に示すように、液晶表示装置は、絶縁膜を介して互いに交差して形成されたゲートバスライン及びドレインバスラインと、画素毎に形成されたTFT及び画素電極とを備えたTFT基板2を有している。また、液晶表示装置は、CFや共通電極が形成された対向基板4と、両基板2、4間に封止された例えば負の誘電率異方性を有する液晶6(図1では図示せず)とを備えている。
TFT基板2には、複数のゲートバスラインを駆動するドライバICが実装されたゲートバスライン駆動回路80と、複数のドレインバスラインを駆動するドライバICが実装されたドレインバスライン駆動回路82とが接続されている。これらの駆動回路80、82は、制御回路84から出力された所定の信号に基づいて、走査信号やデータ信号を所定のゲートバスラインあるいはドレインバスラインに出力するようになっている。TFT基板2のTFT素子形成面と反対側の面には偏光板87が配置され、対向基板4の共通電極形成面と反対側の面には、偏光板87とクロスニコルに配置された偏光板86が配置されている。偏光板87のTFT基板2と反対側の面にはバックライトユニット88が配置されている。
図2は、本実施の形態による液晶表示装置用基板のn行目の1画素の構成を示している。図3は、図2のC−C線に対応する位置で切断した液晶表示装置の断面構成を示している。図4は、本実施の形態による液晶表示装置のn行目の1画素の等価回路を示している。図2乃至図4に示すように、TFT基板2は、ガラス基板10上に形成された複数のゲートバスライン12と、SiN膜等からなる絶縁膜30を介してゲートバスライン12に交差して形成された複数のドレインバスライン14とを有している。ここで、複数のゲートバスライン12は例えば線順次走査され、図2及び図4では、(n−1)番目に走査される(n−1)本目のゲートバスライン12(n−1)と、n番目に走査されるn本目のゲートバスライン12nとを示している。ゲートバスライン12及びドレインバスライン14で囲まれた領域は、画素領域になっている。n行目の画素領域は一般にゲートバスライン12nとゲートバスライン12(n+1)との間に配置されるが、本実施の形態では、n行目の画素領域がゲートバスライン12(n−1)とゲートバスライン12nとの間に配置されている。
ゲートバスライン12及びドレインバスライン14の交差位置近傍には、スイッチング素子として画素毎に形成された第1のTFT21が配置されている。n行目の画素を駆動するTFT21のゲート電極は、ゲートバスライン12nに電気的に接続されている。本実施の形態では、ゲートバスライン12nの一部がTFT21のゲート電極として機能している。ゲートバスライン12上には、絶縁膜(ゲート絶縁膜)30を介してTFT21の動作半導体層(図示せず)が形成され、当該動作半導体層上にはチャネル保護膜21dが形成されている。TFT21のチャネル保護膜21d上には、ドレイン電極21a及びその下層のn型不純物半導体層(図示せず)と、ソース電極21b及びその下層のn型不純物半導体層(図示せず)とが所定の間隙を介して対向して形成されている。TFT21のドレイン電極21aは、ドレインバスライン14に電気的に接続されている。ドレイン電極21a及びソース電極21b上の基板全面には、SiN膜等からなる保護膜32が形成されている。
画素領域の図2中上方には、第2のTFT22が配置されている。TFT22のゲート電極22cは、前段のゲートバスライン12(n−1)に電気的に接続されている。ゲート電極22c上には、絶縁膜30を介して動作半導体層22eが形成され、動作半導体層22e上にはチャネル保護膜22dが形成されている。チャネル保護膜22d上には、ドレイン電極22a及びその下層のn型不純物半導体層22fと、ソース電極22b及びその下層のn型不純物半導体層22fとが所定の間隙を介して対向して形成されている。
またガラス基板10上には、画素領域を横切ってゲートバスライン12に並列して延びる蓄積容量バスライン18が形成されている。図2及び図4では、ゲートバスライン12(n−1)とゲートバスライン12との間に配置された蓄積容量バスライン18nを示している。蓄積容量バスライン18上には、絶縁膜30を介して蓄積容量電極19が画素毎に形成されている。蓄積容量電極19は、接続電極25を介してTFT21のソース電極21bに電気的に接続されている。絶縁膜30を介して対向する蓄積容量バスライン18と蓄積容量電極19との間には、蓄積容量Csが形成される。
画素領域は、第1の副画素Aと第2の副画素Bとに分割されている。画素領域中央部には副画素Bが配置され、副画素Bを挟んで画素領域の図2中上方及び下方には副画素Aがそれぞれ配置されている。副画素Bには画素電極17が形成され、画素領域上方の副画素Aには画素電極17から分離された画素電極16bが形成され、画素領域下方の副画素Aには画素電極17から分離された画素電極16aが形成されている。画素電極16a、16b、17は、いずれもITO等の透明導電膜により形成されている。高い視角特性を得るためには、副画素Aに対する副画素Bの面積比が1/2以上4以下(副画素Aと副画素Bの面積比が2:1〜1:4)であることが望ましい。画素電極16aは、保護膜32が開口されたコンタクトホール50を介して第1のTFT21のソース電極21bに電気的に接続されている。画素電極16bは、ソース電極21に電気的に接続された接続電極26に、保護膜32が開口されたコンタクトホール51を介して電気的に接続されている。画素電極17の一部は、接続電極25、26及び蓄積容量電極19の一部に保護膜32を介して重なって配置されている。画素電極17に重なって配置された領域の接続電極25、26及び蓄積容量電極19は制御容量電極として機能し、画素電極17との間に制御容量Ccを形成する。これにより画素電極17は、制御容量Ccを介した容量結合によってTFT21のソース電極21bに間接的に接続されている。
また画素電極16bは、保護膜32が開口されたコンタクトホール52を介して、第2のTFT22のドレイン電極(又はソース電極)22aに電気的に接続されている。画素電極17は、保護膜32が開口されたコンタクトホール53を介して、TFT22のソース電極(又はドレイン電極)22bに電気的に接続されている。画素電極16a、16bと画素電極17とは、TFT22を介して接続されていることになる。
対向基板4は、ガラス基板11上に形成されたCF樹脂層40と、CF樹脂層40上に形成された共通電極42とを有している。液晶6を介して対向する副画素Aの画素電極16a、16bと共通電極42との間には液晶容量Clc1が形成され、液晶6を介して対向する副画素Bの画素電極17と共通電極42との間には液晶容量Clc2が形成される。液晶容量Clc1は、蓄積容量Csに並列に接続される。ここで、蓄積容量バスライン18に電気的に接続された電極を、絶縁膜30及び/又は保護膜32を介して画素電極17に重なるように配置し、液晶容量Clc2に並列に接続される第2の蓄積容量を形成してもよい。TFT基板2の液晶6との界面には配向膜(垂直配向膜)36が形成され、対向基板4の液晶6との界面には配向膜37が形成されている。これにより、液晶6の液晶分子は、電圧無印加時に基板面にほぼ垂直に配向する。
容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置に比較的濃い焼付きが発生する要因は、副画素Bの画素電極117が制御容量電極125や共通電極142に対してそれぞれ極めて高い電気抵抗を介して接続されるため、蓄えられた電荷が放電され難い点にある。これに対し、本実施の形態では、副画素Bの画素電極17がTFT22を介して画素電極16a、16b及びTFT21のソース電極21bに接続されている。TFT22の動作半導体層22eの電気抵抗は、オフ状態であっても絶縁膜30や保護膜32、液晶層等の電気抵抗よりも極めて低い。また、TFT22のゲート電極22cは前段のゲートバスライン12(n−1)に電気的に接続されているため、TFT21がオン状態になって所定の電圧が画素電極16a、16b、17に印加される直前にTFT22がオン状態になり、画素電極17と画素電極16a、16bとの間の電気抵抗がさらに減少する。このため、画素電極17に蓄えられた電荷は容易に放電されるようになっている。したがって本実施の形態によれば、ハーフトーン法を用いているのにもかかわらず、濃い焼付きが生じることがない。
次に、本実施の形態による液晶表示装置の動作について説明する。図5は、本実施の形態による液晶表示装置の駆動波形を示している。図5(a)は、n行目のある画素のTFT21のドレイン電極21aに接続されたドレインバスライン14に印加されるデータ電圧の波形を示している。図5(b)は、当該画素のTFT22のゲート電極22cに接続された(n−1)本目のゲートバスライン12(n−1)に印加されるゲート電圧の波形を示し、図5(c)は当該画素のTFT21のゲート電極に接続されたn本目のゲートバスライン12nに印加されるゲート電圧の波形を示している。図5(a)〜(c)の横方向は時間(約3フレーム分)を表し、縦方向は電圧レベルを表している。図6は、当該画素のTFT22の動作及び各容量の電圧の変化を説明する図である。ここで、制御容量Ccを容量C1とし、副画素Bの液晶容量Clc2(第2の蓄積容量を有する構成では液晶容量Clc2と第2の蓄積容量との和)を容量C2とし、副画素Aの液晶容量Clc1と蓄積容量Csとの和を容量C3とする。初期状態では当該画素の液晶容量Clc1、Clc2の電圧は共に0であり、当該画素は黒を表示している。
図6(a)は、図5(a)〜(c)の状態1を示している。状態1では、ゲートバスライン12nにオン電圧が印加され、ゲートバスライン12nに接続されたTFT21がオン状態になることによって、初期状態にある画素の画素電極16a、16bに所定の電圧V01が印加される。容量C1、C2、C3の電圧をそれぞれV11、V21、V31とすると、直列に接続された容量C1、C2にそれぞれ蓄えられる電荷Q1はQ1=C1×V11=C2×V21になり、容量C3に蓄えられる電荷Q2はQ2=C3×V31になる。ここで、V11+V21=V31=V01であるため、状態1での容量C1(制御容量Cc)の電圧V11及び容量C2(副画素Bの液晶容量Clc2)の電圧V21はそれぞれ、
V11=C2/(C1+C2)×V01
V21=C1/(C1+C2)×V01
となる。状態1は、次フレームで前段のゲートバスライン12(n−1)にオン電圧が印加されるまでのほぼ1フレーム期間維持される。
次に、前段のゲートバスライン12(n−1)にオン電圧が印加され、状態2になる。図6(b)は、図5(a)〜(c)の状態2を示している。状態2では、TFT21がオフ状態でありTFT22がオン状態である。TFT22がオン状態になることにより、図6(b)に示すように、容量C1(制御容量Cc)を形成する制御容量電極(接続電極25、26及び蓄積容量電極19)と画素電極17とが同電位になり、副画素Aの画素電極16a、16bと副画素Bの画素電極17とが同電位になる。このため、容量C1の電圧が0になり、容量C1に蓄えられた電荷が0になる。副画素Bの画素電極17に溜まっていた電荷は、副画素Aの画素電極16a、16bに移動する。容量C2、C3の電圧をそれぞれV22、V32とすると、容量C2に蓄えられる電荷Q3はQ3=C2×V22になり、容量C3に蓄えられる電荷Q4はQ4=C3×V32になる。電圧V22と電圧V32は等しいため、
Q3/C2=Q4/C3
となる。電荷保存の法則によりQ3+Q4=Q1+Q2であるため、状態2での容量C2(副画素Bの液晶容量Clc2)の電圧V22は、
V22=1/(C2+C3)×(C2×V21+C3×V31)
となる。
次に、ゲートバスライン12(n−1)にオフ電圧が印加されるのとほぼ同時に、ゲートバスライン12nにオン電圧が印加され、状態3になる。図6(c)は、図5(a)〜(c)の状態3を示している。状態3では、TFT21がオン状態でありTFT22がオフ状態である。TFT21がオン状態になることにより、画素電極16a、16bに新たな電圧V02が印加される。容量C1、C2、C3の電圧をそれぞれV13、V23、V33とすると、図6(c)に示すように、容量C1に蓄えられる電荷Q5はQ5=C1×V13になり、容量C2に蓄えられる電荷(Q3+Q5)は(Q3+Q5)=C2×V23になり、容量C3に蓄えられる電荷Q6はQ6=C3×V33になる。V13+V23=V33=V02であるため、状態3での容量C1(制御容量Cc)の電圧V13及び容量C2(副画素Bの液晶容量Clc2)の電圧V23はそれぞれ、
V13=(V02−V22)×C2/(C1+C2)
V23=V02−V13
となる。
次に、ゲートバスライン12nにオフ電圧が印加され、状態4になる。状態4ではTFT21、22が共にオフ状態である。状態4は、次フレームで前段のゲートバスライン12(n−1)にオン電圧が印加されるまでのほぼ1フレーム期間維持され、この間容量C1、C2、C3の電圧はそれぞれ保持される。これ以降、フレーム期間毎に状態4→状態2→状態3→状態4を繰り返すことになる。
副画素Aの画素電極16a、16bは、TFT21を介してドレインバスライン14に接続されている。TFT21の電気抵抗はオフ状態であっても比較的低く、オン状態ではさらに低くなる。一般にドレインバスライン14に印加される電圧はフレーム毎に極性が反転するため、画素電極16a、16bに電荷が溜まってしまうことはない。また、副画素Bの画素電極17は、TFT21と同様に比較的低抵抗のTFT22を介して画素電極16a、16bに接続されている。したがって、画素電極17に電荷が溜まってしまうこともない。
容量結合HT法を用いた液晶表示装置では、副画素Aの液晶層に印加される電圧Vpx1と副画素Bの液晶層に印加される電圧Vpx2との電圧比Vpx2/Vpx1がおよそ0.6以上0.85以下であるときに良好な視角特性が得られ、電圧比Vpx2/Vpx1が約0.72のときに特に良好な視角特性が得られることが分かっている。また容量結合HT法を用いた従来の構成では、Vpx2/Vpx1=Cc/(Clc2+Cc)であるため、電圧比Vpx2/Vpx1を約0.72にするためには、容量比Cc/Clc2を2.5にすればよい。これらに基づき、図2及び図3に示した構成の液晶表示装置において、制御容量電極の面積や保護膜32の膜厚等を調整し、容量比Cc/Clc2が2.5になるように画素を設計した。
図7は、上記の液晶表示装置に対し、第0フレームに電圧0Vを画素電極16a、16bに印加して黒を表示させ、第1〜第10フレームに電圧±5Vを画素電極16a、16bに印加して白を表示させ、第11〜第20フレームに電圧0Vを画素電極16a、16bに印加して黒を表示させた場合の画素電極16a、16b、17の電圧の変化を示すグラフである。グラフの横軸はフレーム数を表し、縦軸は印加電圧(V)を表している。線eは画素電極16a、16bに印加される電圧Vpx1を示し、線fは画素電極17に印加される電圧Vpx2を示している。グラフ中の破線は、電圧Vpx1の0.72倍となる点を正極性側及び負極性側でそれぞれ結んだ線を示している。図7に示すように、第1フレームでは、電圧Vpx1が+5Vだけ変動するため(0V→+5V)、電圧Vpx2は、+5Vの0.72倍である+3.5V程度変動する(0V→+3.5V)。
第2フレームの直前にTFT22がオン状態になることにより画素電極16a、16b、17が同電位になり、電圧Vpx1、Vpx2は共に+4V程度になる。第2フレームでのデータ電圧の書込みにより、電圧Vpx1は−5Vになる。すなわち電圧Vpx1は−9Vだけ変動する。電圧Vpx2は、−9Vの0.72倍である−6.5V程度変動し、ほぼ−2.5Vになる。
第3フレームの直前にTFT22がオン状態になることにより画素電極16a、16b、17が同電位になり、電圧Vpx1、Vpx2は共に−3.5V程度になる。第3フレームでのデータ電圧の書込みにより、電圧Vpx1は+5Vになる。すなわち電圧Vpx1は+8.5Vだけ変動する。電圧Vpx2は、−8.5Vの0.72倍である+6V程度変動し、ほぼ+2.5Vになる。第4〜第10フレームではフレーム毎に電圧の極性が反転すること以外は第3フレームと同様であり、電圧Vpx1は±5Vとなり、電圧Vpx2はほぼ±2.5Vとなる。
第11フレームの直前にTFT22がオン状態になることにより画素電極16a、16b、17が同電位になり、電圧Vpx1、Vpx2は共に−3.5V程度になる。第3フレームでのデータ電圧の書込みにより、電圧Vpx1は0Vになる。すなわち電圧Vpx1は−3.5Vだけ変動する。電圧Vpx2は、−3.5Vの0.72倍である−2.5V程度変動し、ほぼ−1Vになる。第12フレーム以降は、電圧Vpx1、Vpx2は共にほぼ0Vになる。
上記の液晶表示装置の副画素Bの画素電極17に印加される電圧Vpx2は、以下のような2つの特徴を有している。
第1の特徴は、第2〜第10フレームでの電圧Vpx1がほぼ±5Vであり、電圧Vpx2がほぼ±2.5Vであるため、電圧比Vpx2/Vpx1が約0.5になっていることである。これは、Vpx2/Vpx1=Cc/(Clc2+Cc)の関係を用いて求められる電圧比Vpx2/Vpx1(=0.72)よりも小さくなっている。良好な視角特性の得られる電圧比Vpx2/Vpx1の範囲はおよそ0.6以上0.85以下であるため、この液晶表示装置では視角特性の向上が困難である。
図8は、容量比Cc/Clc2を変化させたときの電圧比Vpx2/Vpx1の変化を示すグラフである。横軸は容量比Cc/Clc2を表し、縦軸は電圧比Vpx2/Vpx1を表している。線gはVpx2/Vpx1=Cc/(Clc2+Cc)の関係を用いて求められる従来の液晶表示装置の電圧比を示し、線hは本実施の形態による液晶表示装置の電圧比を示している。図8に示すように、従来の液晶表示装置では、容量比Cc/Clc2をおよそ1.5以上5.5以下にすることにより電圧比Vpx2/Vpx1がおよそ0.6以上0.85以下になり、良好な視角特性が得られていた。これに対し本実施の形態による液晶表示装置では、電圧比Vpx2/Vpx1を0.6以上0.85以下にするためには、容量比Cc/Clc2を3.5以上12以下にする必要がある。また、特に良好な視角特性の得られる電圧比Vpx2/Vpx1(=0.72)は、従来の構成では容量比Cc/Clc2を2.5にすることにより得られていたのに対し、本実施の形態では容量比Cc/Clc2を約6にすることにより得られる。このように本実施の形態では、良好な視角特性の得られる容量比Cc/Clc2の範囲が従来の構成に対して大きくずれるため、従来の考え方では所望の電圧比Vpx2/Vpx1が得られないことが分かった。また本実施の形態では、容量比Cc/Clc2を3.5以上12以下(好ましくは約6)にすることにより良好な視角特性を得られることが分かった。
第2の特徴は、副画素Bの第1フレームでの電圧Vpx2が第2〜第10フレームでの電圧Vpx2よりも大きいことである。すなわち第1フレームの電圧比Vpx2/Vpx1だけは、Vpx2/Vpx1=Cc/(Clc2+Cc)の関係を用いて求められる電圧比Vpx2/Vpx1(=0.72)にほぼ等しい。上記のように容量比Cc/Clc2を6にした場合、第2〜第10フレームの電圧比Vpx2/Vpx1はほぼ0.72になるが、第1フレームの電圧比Vpx2/Vpx1は0.72より大きくなってしまう。
図9は、第1〜第5フレームでの電圧Vpx1及び画素全体の輝度の時間変化を示すグラフである。横方向は時間を表し、縦方向は電圧レベル及び輝度レベルを表している。線iは電圧Vpx1を示し、線jは輝度を示している。電圧Vpx2が大きめになるオーバーシュートが第1フレームに生じると、液晶の応答が十分に速い場合、第1フレームの副画素Bの輝度が高くなってしまう。このため画素全体の輝度も高くなり、図9に示すように、図中楕円で囲んだ第1フレーム(1f)の輝度だけが所望の輝度よりも高くなってしまう。具体的には、動画像を表示した際にエッジが強調され過ぎてしまう現象が起こり得る。
図10は、本実施の形態による液晶表示装置の駆動方法を用いた場合の電圧Vpx1及び画素全体の輝度の時間変化を示すグラフである。例えば本実施の形態による液晶表示装置の有する制御部は、フレームメモリに記憶された2フレーム分の入力階調データ(第mフレームの入力階調データGm、及び第(m+1)フレームの入力階調データG(m+1))を画素毎に比較する。Gm<G(m+1)の場合(本例ではm=0)には、図10に示すように、実際に出力する第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)をGm<G’(m+1)<G(m+1)の範囲内で補正し、第(m+1)フレームに小さめの電圧を液晶層に印加するアンダードライブ方式の駆動を行う。これにより、図10中楕円で囲んだ第1フレームにおいて所望の輝度が得られるようになる。一方、図示していないがGm>G(m+1)の場合(本例ではm=10)には、実際に出力する第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)をGm>G’(m+1)>G(m+1)の範囲内で補正し、第(m+1)フレームに大きめの電圧を液晶層に印加するオーバードライブ方式の駆動を行う。
以上のような2つの特徴は、容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置には存在せず、本実施の形態による液晶表示装置において新たに生じた現象である。したがって、これらの特徴に基づき生じる問題点を解消するための容量比Cc/Clc2の設定や液晶表示装置の駆動方法は、本実施の形態により初めて明らかにされた新しい技術である。
図11は、本実施の形態をMVA(Multi−domain Vertical Alignment)方式の液晶表示装置に適用した構成を示している。図12は、図11のD−D線で切断した液晶表示装置の断面構成を示している。図11及び図12に示すように、対向基板4上には、画素領域端部に対して斜めに延びる線状突起44が、液晶の配向を規制する配向規制用構造物として設けられている。線状突起44は、感光性樹脂等を用いて形成されている。また、配向規制用構造物として、線状突起44の代わりに共通電極42にスリットが設けられていてもよい。画素領域は、副画素Aと副画素Bとに分割されている。副画素Aには画素電極16が形成され、副画素Bには画素電極16から分離された画素電極17が形成されている。画素電極16と画素電極17とを分離する線状のスリット46は、線状突起44に並列し、画素領域端部に対して斜めに延びている。スリット46は、TFT基板2側の配向規制用構造物としても機能する。
容量比Cc/Clc2が約6になるように制御容量電極の面積や保護膜32の膜厚等を調整し、図11及び図12に示すような構成の液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置の表示画面に、50℃の温度条件下で白黒チェッカパターンを48時間連続表示させ、焼付き試験を行った。その結果、この液晶表示装置では、容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置に生じたような焼付きは全く生じないことが確認できた。
一般に、容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置は、極めて良好な視角特性が得られるものの、焼付きが発生するために実用化が困難であった。これに対し、本実施の形態では従来の構成とは異なり、副画素Aの画素電極16(16a、16b)と副画素Bの画素電極17とがいずれもフローティング状態ではない。画素電極16はTFT21を介してドレインバスライン14に接続され、画素電極17はTFT22を介して画素電極16に接続されている。このため、焼付きが生じず視角特性の良好な液晶表示装置が得られる。また、本実施の形態による液晶表示装置で新たに生じた現象に対して、容量比Cc/Clc2を従来用いられていた範囲とは異なる範囲内で設定し、液晶表示装置の駆動方法を最適化することによって、さらに良好な表示特性が得られる。
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態による液晶表示装置用基板及びそれを備えた液晶表示装置及びその駆動方法について図13乃至図21を用いて説明する。図13は、本実施の形態による液晶表示装置用基板のn行目の1画素の構成を示している。図14は、本実施の形態による液晶表示装置のn行目の1画素の等価回路を示している。図13及び図14に示すように、本実施の形態は、蓄積容量バスライン18nと副画素Bの画素電極17とが第2のTFT22を介して接続されている点に特徴を有している。TFT22のドレイン電極(又はソース電極)22aは、保護膜32が開口されたコンタクトホール55を介し、画素電極16a、16b、17と同一の形成材料で同層に形成された繋ぎ替え電極56に電気的に接続されている。繋ぎ替え電極56は、保護膜32及び絶縁膜30が開口されたコンタクトホール54を介し、蓄積容量バスライン18nに電気的に接続されている。TFT22のソース電極(又はドレイン電極)22bは、保護膜32が開口されたコンタクトホール53を介して画素電極17に電気的に接続され、ゲート電極22cは前段のゲートバスライン12(n−1)に電気的に接続されている。ここで、蓄積容量バスライン18に電気的に接続された電極を、絶縁膜30及び/又は保護膜32を介して画素電極17に重なるように配置し、液晶容量Clc2に並列に接続される第2の蓄積容量を形成してもよい。
本実施の形態では、副画素Bの画素電極17がTFT22を介して蓄積容量バスライン18nに接続されている。TFT22の動作半導体層の電気抵抗は、オフ状態であっても絶縁膜30や保護膜32、液晶層等の電気抵抗よりも極めて低い。また、TFT22のゲート電極22cは前段のゲートバスライン12(n−1)に電気的に接続されているため、TFT21がオン状態になって所定の電圧が画素電極16a、16b、17に印加される直前にTFT22がオン状態になり、画素電極17と蓄積容量バスライン18nとの間の電気抵抗がさらに減少する。このため、画素電極17に蓄えられた電荷は容易に放電されるようになっている。蓄積容量バスライン18nは共通電極42と同電位であるため、画素電極17に蓄えられた電荷が大きくても確実に放電される。したがって本実施の形態によれば、ハーフトーン法を用いているのにもかかわらず、濃い焼付きが生じることがない。
次に、本実施の形態による液晶表示装置の動作について説明する。図15は、図5(a)〜(c)に示したような駆動を行ったときのTFT22の動作及び各容量の電圧の変化を説明する図である。ここで、制御容量Ccを容量C1とし、副画素Bの液晶容量Clc2(第2の蓄積容量を有する構成では液晶容量Clc2と第2の蓄積容量との和)を容量C2とし、副画素Aの液晶容量Clc1と蓄積容量Csとの和を容量C3とする。初期状態では当該画素の液晶容量Clc1、Clc2の電圧は共に0であり、当該画素は黒を表示している。
図15(a)は、図5(a)〜(c)の状態1を示している。状態1では、ゲートバスライン12nにオン電圧が印加され、ゲートバスライン12nに接続されたTFT21がオン状態になることによって、初期状態にある画素の画素電極16a、16bに所定の電圧V01が印加される。容量C1、C2、C3の電圧をそれぞれV11、V21、V31とすると、直列に接続された容量C1、C2にそれぞれ蓄えられる電荷Q1はQ1=C1×V11=C2×V21になり、容量C3に蓄えられる電荷Q2はQ2=C3×V31になる。ここで、V11+V21=V31=V01であるため、状態1での容量C1(制御容量Cc)の電圧V11及び容量C2(副画素Bの液晶容量Clc2)の電圧V21はそれぞれ、
V11=C2/(C1+C2)×V01
V21=C1/(C1+C2)×V01
となる。状態1は、次フレームで前段のゲートバスライン12(n−1)にオン電圧が印加されるまでのほぼ1フレーム期間維持される。
次に、前段のゲートバスライン12(n−1)にオン電圧が印加され、状態2になる。図15(b)は、図5(a)〜(c)の状態2を示している。状態2では、TFT21がオフ状態でありTFT22がオン状態である。TFT22がオン状態になることにより、図15(b)に示すように、容量C2(副画素Bの液晶容量Clc2)を形成する画素電極17と共通電極42とが同電位になる。このため、容量C2の電圧が0になり、容量C2に蓄えられた電荷が0になる。容量C1を形成する制御容量電極(接続電極25、26及び蓄積容量電極19)に溜まっていた電荷は、副画素Aの画素電極16a、16bに移動する。容量C1、C3の電圧をそれぞれV12、V32とすると、容量C1に蓄えられる電荷Q3はQ3=C1×V12になり、容量C3に蓄えられる電荷Q4はQ4=C3×V32になる。電圧V12と電圧V32は等しいため、
Q3/C1=Q4/C3
となる。電荷保存の法則によりQ3+Q4=Q1+Q2であるため、状態2での容量C1(制御容量Cc)の電圧V12は、
V12=1/(C1+C3)×(C1×V11+C3×V31)
となる。
次に、ゲートバスライン12(n−1)にオフ電圧が印加されるのとほぼ同時に、ゲートバスライン12nにオン電圧が印加され、状態3になる。図15(c)は、図5(a)〜(c)の状態3を示している。状態3では、TFT21がオン状態でありTFT22がオフ状態である。TFT21がオン状態になることにより、画素電極16a、16bに新たな電圧V02が印加される。容量C1、C2、C3の電圧をそれぞれV13、V23、V33とすると、図15(c)に示すように、容量C1に蓄えられる電荷(Q3+Q5)は(Q3+Q5)=C1×V13になり、容量C2に蓄えられる電荷Q5はQ5=C2×V23になり、容量C3に蓄えられる電荷Q6はQ6=C3×V33になる。V13+V23=V33=V02であるため、状態3での容量C2(副画素Bの液晶容量Clc2)の電圧V23及び容量C1(制御容量Cc)の電圧V13はそれぞれ、
V23=(V02−V12)×C1/(C1+C2)
V13=V02−V23
となる。
次に、ゲートバスライン12nにオフ電圧が印加され、状態4になる。状態4ではTFT21、22が共にオフ状態である。状態4は、次フレームで前段のゲートバスライン12(n−1)にオン電圧が印加されるまでのほぼ1フレーム期間維持され、この間容量C1、C2、C3の電圧はそれぞれ保持される。これ以降、フレーム期間毎に状態4→状態2→状態3→状態4を繰り返すことになる。
本実施の形態においても、電圧比Vpx2/Vpx1を約0.72にするために、従来の考え方に基づき容量比Cc/Clc2が2.5になるように画素を設計した液晶表示装置を作製した。図16は、上記の液晶表示装置に対し、第0フレームに電圧0Vを画素電極16a、16bに印加して黒を表示させ、第1〜第10フレームに電圧±5Vを画素電極16a、16bに印加して白を表示させ、第11〜第20フレームに電圧0Vを画素電極16a、16bに印加して黒を表示させた場合の画素電極16a、16b、17の電圧の変化を示すグラフである。グラフの横軸はフレーム数を表し、縦軸は印加電圧(V)を表している。線kは画素電極16a、16bに印加される電圧Vpx1を示し、線lは画素電極17に印加される電圧Vpx2を示している。グラフ中の破線は、電圧Vpx1の0.72倍となる点を正極性側及び負極性側でそれぞれ結んだ線を示している。
図16に示すように、上記の液晶表示装置の副画素Bの画素電極17に印加される電圧Vpx2は、以下のような2つの特徴を有している。
第1の特徴は、第2〜第10フレームでの電圧Vpx1がほぼ±5Vであり、電圧Vpx2がほぼ±4.75Vであるため、電圧比Vpx2/Vpx1が約0.95になっていることである。これは、Vpx2/Vpx1=Cc/(Clc2+Cc)の関係を用いて求められる電圧比Vpx2/Vpx1(=0.72)よりも大きくなっている。良好な視角特性の得られる電圧比Vpx2/Vpx1の範囲はおよそ0.6以上0.85以下であるため、この液晶表示装置では視角特性の向上が困難である。
また上記の液晶表示装置では、並列容量が存在することにより、印加電圧の直流成分が比較的大きくなる。この影響によって、図16に示したグラフの第2フレームのように、電圧Vpx2が電圧Vpx1より大きくなる場合もある。印加電圧の直流成分は、並列容量のない場合よりも早い8フレーム程度でほぼ0になる。印加電圧の直流成分は液晶の応答に影響を及ぼし、瞬間的にフリッカが発生する要因になる。
図17は、容量比Cc/Clc2を変化させたときの電圧比Vpx2/Vpx1の変化を示すグラフである。横軸は容量比Cc/Clc2を表し、縦軸は電圧比Vpx2/Vpx1を表している。線oはVpx2/Vpx1=Cc/(Clc2+Cc)の関係を用いて求められる従来の液晶表示装置の電圧比を示し、線pは本実施の形態による液晶表示装置の電圧比を示している。図17に示すように、従来の液晶表示装置では、容量比Cc/Clc2をおよそ1.5以上5.5以下にすることにより電圧比Vpx2/Vpx1がおよそ0.6以上0.85以下になり、良好な視角特性が得られていた。これに対し本実施の形態による液晶表示装置では、電圧比Vpx2/Vpx1を0.6以上0.85以下にするためには、容量比Cc/Clc2を0.5以上1.3以下にする必要がある。また、特に良好な視角特性の得られる電圧比Vpx2/Vpx1(=0.72)は、従来の構成では容量比Cc/Clc2を2.5にすることにより得られていたのに対し、本実施の形態では容量比Cc/Clc2を約0.75にすることにより得られる。このように本実施の形態では、良好な視角特性の得られる容量比Cc/Clc2の範囲が従来の構成に対して大きくずれるため、従来の考え方では所望の電圧比Vpx2/Vpx1が得られないことが分かった。また本実施の形態では、容量比Cc/Clc2を0.5以上1.3以下(好ましくは約0.75)にすることにより良好な視角特性を得られることが分かった。
第2の特徴は、第1フレームでの電圧Vpx2が第2〜第10フレームでの電圧Vpx2よりも小さいことである。すなわち第1フレームの電圧比Vpx2/Vpx1だけは、Vpx2/Vpx1=Cc/(Clc2+Cc)の関係を用いて求められる電圧比Vpx2/Vpx1(=0.72)にほぼ等しい。
図18は、容量比Cc/Clc2を0.75にした場合の画素電極16a、16b、17の電圧の変化を示すグラフである。グラフの横軸及び縦軸は図16に示したグラフと同様である。線qは画素電極16a、16bに印加される電圧Vpx1を示し、線rは画素電極17に印加される電圧Vpx2を示し、線sは電圧差(Vpx1−Vpx2)を示している。図18に示すように、容量比Cc/Clc2を0.75にした場合、第2〜第10フレームの電圧比Vpx2/Vpx1はほぼ0.72になるが、第1フレームの電圧比Vpx2/Vpx1は0.72より小さくなる。印加電圧の直流成分は、容量比Cc/Clc2を2.5にした場合(8フレーム程度)よりも早い4フレーム程度でほぼ0になる。
図19は、容量比Cc/Clc2を0.75にした場合の第1〜第5フレームで当該画素の画素電極16a、16bに印加される電圧Vpx1、及び画素全体の輝度の時間変化を示すグラフである。横方向は時間を表し、縦方向は電圧レベル及び輝度レベルを表している。線tは電圧Vpx1を示し、線uは輝度を示している。図19に示すように、液晶の応答が十分に速い場合であっても、副画素Bの輝度が低いため画素全体の輝度は第1フレーム(1f)内で所望の輝度に到達しない。所望の輝度に到達するまでには、例えば2フレームが必要になってしまう。これにより、図中楕円で囲んだ領域に示すように輝度変化の波形が2段になる2段応答が生じる。具体的には、動画像を表示した際にエッジがぼけてしまう現象が起こり得る。
図20は、本実施の形態による液晶表示装置の駆動方法を用いた場合の電圧Vpx1及び画素全体の輝度の時間変化を示すグラフである。例えば本実施の形態による液晶表示装置の有する制御部は、フレームメモリに記憶された2フレーム分の入力階調データ(第mフレームの入力階調データGm、及び第(m+1)フレームの入力階調データG(m+1))を画素毎に比較する。Gm<G(m+1)の場合(本例ではm=0)には、図20に示すように、実際に出力する第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)をG’(m+1)>G(m+1)となるように補正し、第(m+1)フレームに大きめの電圧を液晶層に印加するオーバードライブ方式の駆動を行う。これにより、図10中楕円で囲んだ第1フレームにおいて所望の輝度が得られるようになる。一方、図示していないがGm>G(m+1)の場合(本例ではm=10)には、実際に出力する第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)をG’(m+1)≦G(m+1)となるように補正し、第(m+1)フレームに小さめの電圧を液晶層に印加するアンダードライブ方式の駆動を行う。
図21は、本実施の形態による液晶表示装置の駆動方法の他の例を用いた場合の電圧Vpx1及び画素全体の輝度の時間変化を示すグラフである。図21に示すように、本例では、Gm<G(m+1)の場合に、実際に出力する第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)をGm<G’(m+1)<G(m+1)の範囲内で補正し、第(m+1)フレームに小さめの電圧を液晶層に印加するアンダードライブ方式の駆動を行う。ここで、入力階調データGmに基づいて得られる画素の輝度をBm(図21では第0フレームの輝度)とし、入力階調データG(m+1)に基づいて得られる画素の輝度をB(m+1)(図21では第4フレーム以降の輝度)としたとき、第(m+1)フレーム内での輝度変化ΔBは輝度差(B(m+1)−Bm)の10%以下になるようにする(ΔB≦(B(m+1)−Bm)×0.1)。これにより、図中楕円で囲んだ領域に示すように輝度変化の波形が3段になる3段応答が生じる。このように、第(m+1)フレームで意図的に小さめの電圧を印加することによって、液晶の応答が実質的に1フレーム分遅くなるものの第(m+2)フレームでの輝度の変化が大きくなり、液晶の応答の遅さに起因する動画像のエッジのぼけ等が視認され難くなる。
以上のような2つの特徴は、容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置には存在せず、本実施の形態による液晶表示装置において新たに生じた現象である。したがって、これらの特徴に基づき生じる問題点を解消するための容量比Cc/Clc2の設定や液晶表示装置の駆動方法は、本実施の形態により初めて明らかにされた新しい技術である。
本実施の形態では、副画素Aの画素電極16a、16bと副画素Bの画素電極17とがいずれもフローティング状態でなく、画素電極16a、16bはTFT21を介してドレインバスライン14に接続され、画素電極17はTFT22を介して蓄積容量バスライン18nに接続されている。このため第1の実施の形態と同様に、焼付きが生じず視角特性の良好な液晶表示装置が得られる。また、本実施の形態による液晶表示装置で新たに生じた現象に対して、容量比Cc/Clc2を従来用いられていた範囲とは異なる範囲内で設定し、液晶表示装置の駆動方法を最適化することによって、さらに良好な表示特性が得られる。
〔第3の実施の形態〕
次に、本発明の第3の実施の形態による液晶表示装置について図22を用いて説明する。上記第1及び第2の実施の形態では、画素領域が2つの副画素A、Bに分割された構成を例に挙げたが、本実施の形態では、視角特性をさらに改善するために画素領域を3つ(又はそれ以上)の副画素に分割する。図22は、本実施の形態による液晶表示装置の1画素の等価回路を示している。図22に示すように、本実施の形態では、図4に等価回路を示した第1の実施の形態による液晶表示装置に比較すると、第1の制御容量Cc1(図4では制御容量Cc)に加えて第2の制御容量Cc2が同一画素内に設けられている。制御容量Cc2の一方の電極は、TFT21のソース電極に電気的に接続されている。制御容量Cc2の他方の電極は、第3のTFT23を介してTFT21のソース電極に接続され、また第3の副画素Cに形成された画素電極に電気的に接続されている。第3の副画素Cに形成された画素電極とTFT21のソース電極との間は、制御容量Cc2を介して容量結合されている。副画素Cに形成された画素電極と、当該画素電極に液晶層を介して対向する共通電極42との間には、液晶容量Clc3が形成される。
各副画素A、B、Cの液晶層にそれぞれ印加される電圧Vpx1、Vpx2、Vpx3をそれぞれ異なる値にするため、容量比Cc1/Clc2、Cc2/Clc3は互いに異なる値になるようにする。例えば、電圧Vpx1、Vpx2、Vpx3の関係をVpx1>Vpx2>Vpx3とするためには、(Cc1/Clc2)>(Cc2/Clc3)とすればよい。同様にして、画素領域を4つ以上の副画素に分割することもできる。本実施の形態によれば、第1及び第2の実施の形態よりもさらに良好な視角特性が得られる。
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態ではMVA方式等のVAモードの液晶表示装置を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、TNモード等の他の液晶表示装置にも適用できる。
また、上記実施の形態では透過型の液晶表示装置を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、反射型や半透過型等の他の液晶表示装置にも適用できる。
さらに上記実施の形態では、TFT基板2に対向して配置された対向基板4上にCF樹脂層40が形成された液晶表示装置を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、TFT基板2上にCF樹脂層40が形成された、いわゆるCF−on−TFT構造の液晶表示装置にも適用できる。
以上説明した実施の形態による液晶表示装置用基板及びそれを備えた液晶表示装置及びその駆動方法は、以下のようにまとめられる。
(付記1)
基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、
前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、
前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、
n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、
(n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記第1のトランジスタのソース電極及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1のトランジスタのソース電極及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部と
を有することを特徴とする液晶表示装置用基板。
(付記2)
付記1記載の液晶表示装置用基板において、
n行目の前記画素領域は、前記(n−1)本目のゲートバスラインと前記n本目のゲートバスラインとの間に配置されていること
を特徴とする液晶表示装置用基板。
(付記3)
付記1又は2に記載の液晶表示装置用基板において、
前記第1の副画素に対する前記第2の副画素の面積比は、1/2以上4以下であること
を特徴とする液晶表示装置用基板。
(付記4)
対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶とを備えた液晶表示装置であって、
前記一対の基板の一方に、付記1乃至3のいずれか1項に記載の液晶表示装置用基板が用いられていること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記5)
付記4記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の他方は共通電極を有し、
前記第2の画素電極と前記共通電極との間に形成された液晶容量に対する前記制御容量部の容量比は、3.5以上12以下であること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記6)
付記5記載の液晶表示装置において、
前記容量比は約6であること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記7)
付記4記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の他方は共通電極を有し、
前記第2の画素電極と前記共通電極との間に形成された液晶容量に並列に接続された蓄積容量をさらに有し、
前記液晶容量と前記蓄積容量との和に対する前記制御容量部の容量比は、3.5以上12以下であること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記8)
付記7記載の液晶表示装置において、
前記容量比は約6であること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記9)
基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、
前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、
前記ゲートバスラインに並列して形成された複数の蓄積容量バスラインと、
前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、
n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、
(n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部と
を有することを特徴とする液晶表示装置用基板。
(付記10)
付記9記載の液晶表示装置用基板において、
n行目の前記画素領域は、前記(n−1)本目のゲートバスラインと前記n本目のゲートバスラインとの間に配置されていること
を特徴とする液晶表示装置用基板。
(付記11)
付記9又は10に記載の液晶表示装置用基板において、
前記第1の副画素に対する前記第2の副画素の面積比は、1/2以上4以下であること
を特徴とする液晶表示装置用基板。
(付記12)
対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶とを備えた液晶表示装置であって、
前記一対の基板の一方に、付記9乃至11のいずれか1項に記載の液晶表示装置用基板が用いられていること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記13)
付記12記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の他方は共通電極を有し、
前記第2の画素電極と前記共通電極との間に形成された液晶容量に対する前記制御容量部の容量比は、0.5以上1.3以下であること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記14)
付記13記載の液晶表示装置において、
前記容量比は約0.75であること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記15)
付記12記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の他方は共通電極を有し、
前記第2の画素電極と前記共通電極との間に形成された液晶容量に並列に接続された蓄積容量をさらに有し、
前記液晶容量と前記蓄積容量との和に対する前記制御容量部の容量比は、0.5以上1.3以下であること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記16)
付記15記載の液晶表示装置において、
前記容量比は約0.75であること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記17)
付記4乃至8又は12乃至16のいずれか1項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶は負の誘電率異方性を有し、電圧無印加時に基板面にほぼ垂直に配向していること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記18)
基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、
前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、
前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、
n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、
(n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記第1のトランジスタのソース電極及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1のトランジスタのソース電極及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部とを有する液晶表示装置を駆動する際に、
第mフレームの入力階調データGmと、第(m+1)フレームの入力階調データG(m+1)とを画素毎に比較し、
Gm<G(m+1)の場合に、前記第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)を、Gm<G’(m+1)<G(m+1)となるように補正すること
を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
(付記19)
付記18記載の液晶表示装置の駆動方法において、
Gm>G(m+1)の場合に、前記第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)を、Gm>G’(m+1)>G(m+1)となるように補正すること
を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
(付記20)
基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、
前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、
前記ゲートバスラインに並列して形成された複数の蓄積容量バスラインと、
前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、
n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、
(n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部とを有する液晶表示装置を駆動する際に、
第mフレームの入力階調データGmと、第(m+1)フレームの入力階調データG(m+1)とを画素毎に比較し、
Gm<G(m+1)の場合に、前記第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)を、G’(m+1)>G(m+1)となるように補正すること
を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
(付記21)
基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、
前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、
前記ゲートバスラインに並列して形成された複数の蓄積容量バスラインと、
前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、
n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、
(n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部とを有する液晶表示装置を駆動する際に、
第mフレームの入力階調データGmと、第(m+1)フレームの入力階調データG(m+1)とを画素毎に比較し、
Gm<G(m+1)の場合に、前記第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)を、Gm<G’(m+1)<G(m+1)となり、かつ、前記第(m+1)フレーム内での輝度変化ΔBが、前記入力階調データGmに基づき得られる輝度Bmと前記入力階調データG(m+1)に基づき得られる輝度B(m+1)との輝度差(B(m+1)−Bm)の10%以下となるように補正すること
を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置の概略構成を示す図である。 本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置用基板の構成を示す図である。 本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置の1画素の等価回路を示す図である。 本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置の駆動波形を示す図である。 本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置のTFT22の動作及び各容量の電圧の変化を説明する図である。 液晶表示装置の副画素A、Bの各画素電極の電圧の変化を示すグラフである。 容量比Cc/Clc2を変化させたときの電圧比Vpx2/Vpx1の変化を示すグラフである。 電圧Vpx1及び輝度の時間変化を示すグラフである。 電圧Vpx1及び輝度の時間変化を示すグラフである。 本発明の第1の実施の形態によるMVA方式の液晶表示装置の構成を示す図である。 本発明の第1の実施の形態によるMVA方式の液晶表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第2の実施の形態による液晶表示装置用基板の構成を示す図である。 本発明の第2の実施の形態による液晶表示装置の1画素の等価回路を示す図である。 本発明の第2の実施の形態による液晶表示装置のTFT22の動作及び各容量の電圧の変化を説明する図である。 液晶表示装置の副画素A、Bの各画素電極の電圧の変化を示すグラフである。 容量比Cc/Clc2を変化させたときの電圧比Vpx2/Vpx1の変化を示すグラフである。 本発明の第2の実施の形態による液晶表示装置における副画素A、Bの各画素電極の電圧の変化を示すグラフである。 電圧Vpx1及び輝度の時間変化を示すグラフである。 電圧Vpx1及び輝度の時間変化を示すグラフである。 電圧Vpx1及び輝度の時間変化を示すグラフである。 本発明の第3の実施の形態による液晶表示装置の1画素の等価回路を示す図である。 VAモードの液晶表示装置のT−V特性を示すグラフである。 表示画面に表示した画像の見え方の変化を示す図である。 赤みがかった画像におけるR、G、Bの階調ヒストグラムを示す図である。 公知技術に基づく基本的な液晶表示装置の構成を示す図である。 公知技術に基づく基本的な液晶表示装置の構成を示す断面図である。 公知技術に基づく基本的な液晶表示装置の等価回路を示す図である。 容量結合HT法を用いた従来の液晶表示装置に生じる焼付き現象を説明する図である。
符号の説明
2 TFT基板
4 対向基板
6 液晶
10、11 ガラス基板
12 ゲートバスライン
14 ドレインバスライン
16、16a、16b、17 画素電極
18 蓄積容量バスライン
19 蓄積容量電極
21、22、23 TFT
21a、22a ドレイン電極
21b、22b ソース電極
21d、22d チャネル保護膜
22c ゲート電極
22e 動作半導体層
22f n型不純物半導体層
25、26 接続電極
30 絶縁膜
32 保護膜
36、37 配向膜
40 CF樹脂層
42 共通電極
44 線状突起
46 スリット
50、51、52、53、54、55 コンタクトホール
56 繋ぎ替え電極
80 ゲートバスライン駆動回路
82 ドレインバスライン駆動回路
84 制御回路
86、87 偏光板
88 バックライトユニット

Claims (4)

  1. 基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、
    前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、
    前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、
    n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、
    (n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記第1のトランジスタのソース電極及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1のトランジスタのソース電極及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部とを有する液晶表示装置を駆動する際に、
    第mフレームの入力階調データGmと、第(m+1)フレームの入力階調データG(m+1)とを画素毎に比較し、
    Gm<G(m+1)の場合に、前記第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)を、Gm<G’(m+1)<G(m+1)となるように補正すること
    を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
  2. 請求項記載の液晶表示装置の駆動方法において、
    Gm>G(m+1)の場合に、前記第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)を、Gm>G’(m+1)>G(m+1)となるように補正すること
    を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
  3. 基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、
    前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、
    前記ゲートバスラインに並列して形成された複数の蓄積容量バスラインと、
    前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、
    n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、
    (n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部とを有する液晶表示装置を駆動する際に、
    第mフレームの入力階調データGmと、第(m+1)フレームの入力階調データG(m+1)とを画素毎に比較し、
    Gm<G(m+1)の場合に、前記第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)を、G’(m+1)>G(m+1)となるように補正すること
    を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
  4. 基板上に互いに並列して形成された複数のゲートバスラインと、
    前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成された複数のドレインバスラインと、
    前記ゲートバスラインに並列して形成された複数の蓄積容量バスラインと、
    前記基板上に第1の画素電極が形成された第1の副画素と、前記第1の画素電極から分離された第2の画素電極が前記基板上に形成された第2の副画素とを備えた画素領域と、
    n本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記ドレインバスラインに電気的に接続されたドレイン電極と、前記第1の画素電極に電気的に接続されたソース電極とを備えた第1のトランジスタと、
    (n−1)本目の前記ゲートバスラインに電気的に接続されたゲート電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極のいずれか一方に電気的に接続されたドレイン電極と、前記蓄積容量バスライン及び前記第2の画素電極の他方に電気的に接続されたソース電極とを備えた第2のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタのソース電極に電気的に接続され、絶縁膜を介して前記第2の画素電極の少なくとも一部に対向して配置された制御容量電極を備え、前記第1のトランジスタのソース電極と前記第2の画素電極とを容量結合する制御容量部とを有する液晶表示装置を駆動する際に、
    第mフレームの入力階調データGmと、第(m+1)フレームの入力階調データG(m+1)とを画素毎に比較し、
    Gm<G(m+1)の場合に、前記第(m+1)フレームの出力階調データG’(m+1)を、Gm<G’(m+1)<G(m+1)となり、かつ、前記第(m+1)フレーム内での輝度変化ΔBが、前記入力階調データGmに基づき得られる輝度Bmと前記入力階調データG(m+1)に基づき得られる輝度B(m+1)との輝度差(B(m+1)−Bm)の10%以下となるように補正すること
    を特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
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