JP4679331B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画素ごとにスイッチ素子、補助容量、画素電極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。

近年、交差するように配線された複数の信号線と複数の走査線によって区分けされた区画毎にスイッチ素子、補助容量、画素電極を備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の開発が盛んに行われている。

スイッチ素子には例えばＭＯＳ型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が用いられ、このトランジスタのゲート端子は走査線に、ソース端子は信号線に、ドレイン端子は補助容量の一方の端子および画素電極に接続される。補助容量の他方の端子は電源配線に接続される。

通常、スイッチ素子、補助容量、画素電極は、透光性のアレイ基板に形成される。このアレイ基板は液晶層を挟んで対向基板に対向して配置され、アレイ基板における画素電極と、対向基板における対向電極とが液晶層を挟んで相対して配置される。

走査線を通じて走査信号が送られてくるとスイッチ素子がオンし、信号線を通じて送られてきた映像信号電圧がスイッチ素子を介して補助容量および画素電極に印加される。このとき、補助容量に接続された電源配線の電位を変動させることで、補助容量の電荷を再配分し、画素電極に印加される電圧を決定する。このように画素電極の電圧を定める方式は、容量結合駆動方式と呼ばれる。この種の液晶表示装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。

液晶表示装置の用途は多岐に渡るが、特に携帯端末向けの液晶表示装置では、高精細化、高輝度化のニーズが強く、写真等の画像を鮮明に表示するために液晶パネルの階調−輝度特性がばらつかないことが要求される。
特開２００１−２５５８５１号公報

しかしながら、上記の容量結合駆動方式の液晶表示装置では、補助容量を形成する膜の膜厚ばらつきによって階調ずれが起こり易いという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、補助容量を形成する膜の膜厚ばらつきに起因する階調ずれを防止することを課題とする。

本発明に係る液晶表示装置は、複数の走査線と複数の信号線によって区分けされた区画毎にスイッチ素子、補助容量、画素電極を備えた表示部と、前記補助容量と同一の層構造をもつ検出用容量と、前記検出用容量の容量値を検出する検出回路と、前記検出回路により検出された容量値に基づいて前記補助容量に接続された電源配線の電位振幅を調整する調整回路と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、補助容量と同一の層構造をもつ検出用容量を設け、複数ある補助容量の代表として検出用容量の容量値を検出し、この容量値に基づいて補助容量に接続された電源配線の電位振幅を調整することで、補助容量の容量値のばらつきが補助容量の膜厚のばらつきに対応することから、簡易な構成で膜厚ばらつきに起因する階調ずれを防止することが可能になる。

本発明によれば、補助容量を形成する膜の膜厚ばらつきに起因する階調ずれを防止でき、安定した階調−輝度特性を得ることができる。

図１は、本実施形態における液晶表示装置の概略的な構成を示す図である。アレイ基板１は、透光性基板上に表示部２、駆動回路３、検出用容量４が形成されたものである。透光性基板上に形成することを可能とするため、各回路におけるトランジスタには薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が採用される。また、検出回路５がアレイ基板１上に実装したＩＣに形成されている。

表示部２では、複数の走査線と複数の信号線とが交差するように配線され、走査線および信号線で区分けされた区画毎に画素を備える。各画素は、図２の回路図に示すように、スイッチ素子２１、補助容量２２、画素電極２３、液晶容量２４、対向電極２５を備える。スイッチ素子２１は、ここではＭＯＳ型のＴＦＴとする。スイッチ素子２１のゲート端子は、走査線Ｇに接続され、ソース端子は信号線Ｓに接続され、ドレイン端子は補助容量２２の一端子および画素電極２３に接続される。補助容量２２の他方の端子には電源配線Ｙが接続される。本液晶表示装置は、対向電極２５を備える対向基板が、液晶層を挟んでアレイ基板１に対向配置され、アレイ基板１における画素電極２３と対向基板における対向電極２５とは液晶容量２４を挟んで相対するように配置される。

駆動回路３は、走査線および信号線を駆動するための回路である。後述する調整回路は、検出回路５と同様にアレイ基板１上に実装したＩＣに形成されている。なお、走査線駆動回路と信号線駆動回路は、同図に示すように一つの駆動回路として一体に形成されてもよいし、別体として形成されてもよい。この場合、調整回路は走査線駆動回路と信号線駆動回路のいずれに形成されても構わない。

ここで、走査線および信号線が駆動したときの画素の動作について図３の波形図を用いて説明する。図３においては、信号線Ｓにおける映像信号電圧をＶｓ、走査線Ｇにおける走査信号電圧をＶｇ、補助容量２２の電圧をＶcs、対向電極２５の電圧をＶcomで示している。ここでは、対向電極２５の電圧Ｖcomは一定とする。

第１のタイミングで走査信号電圧Ｖｇが一時的にハイレベルになると、そのときの映像信号電圧Ｖｓが補助容量２２に印加され、映像信号電圧Ｖｓと電源配線Ｙの電圧とにより補助容量電圧Ｖcsが決定される。同図では補助容量電圧Ｖcsが上昇した状態を示す。そして、第２のタイミングで、走査信号電圧Ｖｇが一時的にハイレベルになると、そのときの映像信号電圧Ｖｓが補助容量２２に印加され、やはり映像信号電圧Ｖｓと電源配線Ｙの電圧とにより補助容量電圧Ｖcsが決定される。同図では、補助容量電圧Ｖcsが下降した状態を示す。このように、補助容量２２の電圧Ｖcsは、映像信号電圧Ｖｓおよび電源配線電圧に応じた振幅ΔＶcsをもつ。

続いて図１の説明に戻る。検出用容量４は、補助容量２２と同一の層構造をもつ容量である。この検出用容量４は、補助容量２２と同一の製造プロセスによって補助容量２２と同時にアレイ基板１に形成される。また、検出用容量４には抵抗６の一端子が接続され、抵抗６の他方の端子は接地される。

検出回路５は、検出用容量４の容量値を検出する。具体的には、本液晶表示装置の起動時に、検出用容量４に一定の電位を与え、この検出用容量４に蓄積された電荷が抵抗６を介して放電するときの電位、およびこの電位が一定値に低下するまでの時間をモニタリングし、これらの測定値に基づいて容量値を求める。このとき、抵抗６として精度の高いものをアレイ基板の外に配置することによって、検出用容量における電位の変動を正確にモニタリングすることが可能になる。このように容量値を求めるのは、補助容量の膜厚ばらつきは容量値のばらつきに対応するからである。

調整回路は、前述したように駆動回路３に内蔵されたものであって、検出された容量値に基づいて、補助容量２２に接続された電源配線Ｙの電位振幅を調整する。その調整の手法について次に説明する。

図４は、階調−輝度特性を示すグラフである。同図では、理想的な特性を基準ラインＬ１で示している。検出回路５によって検出した容量値Ｃcsが大きい場合には、補助容量電圧Ｖcsが反転するときの電位変動ΔＶが大きくなるので、電圧無印加時に光が透過するように偏向板を直交させて配置したノーマリホワイトモードの場合には、図４の曲線Ｌ２に示すように、輝度が低くなる方向にシフトする。これは、電位変動ΔＶが次式によって定まるためである。

ΔＶ＝ΔＶcs×Ｃcs／Ｃtotal （１）
ここで、Ｃtotalは、補助容量Ｃcs、液晶容量（液晶層の容量）Ｃcl、ＴＦＴの寄生容量Ｃtftを含む総容量であり、次式で示される。

Ｃtotal＝Ｃcs＋Ｃcl＋Ｃtft＋・・・ （２）
式（１）のように電位変動ΔＶが定まるため、検出された容量値Ｃcsが大きい場合には、調整回路は、補助容量２２に接続された電源配線Ｙの電位振幅ΔＶcsを小さくなる方向に調整することで輝度を高くする。また、検出された容量値Ｃcsが小さい場合には、図４の曲線Ｌ３に示すように輝度が高くなる方向にシフトするので、電位振幅ΔＶcsを大きくなる方向に調整することで輝度を低くする。

図５は、検出回路５により検出された検出用容量４の容量値と補助容量２２の電位振幅ΔＶcsの調整値との関係を示すグラフである。このような関係を予め定めておき、調整回路では、この関係に基づいて調整を行うようにする。例えば、画素容量１pＦに対して補助容量の膜厚ばらつきが±１０％程度である場合には補助容量の電位変動ΔＶcsの調整は最大で±０．２Ｖ必要になるので、このような関係を考慮して定めておく。具体的な回路構成としては、こういった調整値をレジスタ等に設定しておき、検出された容量値に対応する調整値を選択して出力するようにする。

補助容量の電位振幅ΔＶcsの調整は、検出された容量値に対して線形で行うことが望ましい。これは、補助容量Ｃcsが液晶容量Ｃclに対して十分に大きい場合に特に有効である。

しかしながら、実際には階調特性のばらつきは補助容量を形成する膜厚だけではなく、液晶層の厚さ（セルギャップ）等のほかの要因によっても変動する。これは、式(１)，(２)で示したように、電位変動ΔＶを定める要因に液晶容量Ｃclが含まれるためである。

そこで、高精細画素を対象とした場合などで補助容量Ｃcsが液晶容量Ｃclに対して十分に大きくない場合には、図６のグラフに示すように、検出した補助容量がある程度大きく外れた場合にだけ調整を行うように、調整値を定めておくようにする。このように、検出された容量値が所定値よりも大きい場合にだけ調整を行うことで、液晶容量Ｃclの影響が大きい範囲では不要な調整を省くことができ、一方で最大の階調ばらつきについては抑えることができる。

また、液晶容量Ｃclの変動の影響を排除するために次のようにすることも望ましい。まず液晶層のように画素電極２３と対向電極２５との間に、液晶容量のばらつきを検出するための検出用容量を設ける。そして、検出回路によりこの検出用容量の容量値を検出し、調整回路によりこの容量値に基づいて補助容量の電位振幅ΔＶcsを調整するようにする。検出回路、調整回路における処理は、前述したものと同様の処理を適用する。

したがって、本実施の形態によれば、各画素に配置された補助容量２２と同一の層構造をもつ検出用容量４を設け、複数ある補助容量２２の代表として検出用容量４の容量値を検出し、この容量値に基づいて補助容量２２に接続された電源配線Ｙの電位振幅ΔＶcsを調整することで、補助容量２２の容量値のばらつきが補助容量の膜厚のばらつきに対応することから、簡易な構成で膜厚ばらつきに起因する階調ずれを防止でき、もって安定した階調−輝度特性を得ることができる。

本実施の形態によれば、調整回路は、予め定めておいた検出用容量４についての検出された容量値と補助容量２２の電位振幅ΔＶcsの調整値との関係に基づいて、電位振幅ΔＶcsの調整を行うことで、調整回路を簡易な構成で実現できるとともに正確な調整を実現できる。特に補助容量Ｃcsが液晶容量Ｃclに対して十分に大きい場合には、両者の関係を線形で定めることにより、補助容量Ｃcsの容量ばらつきによる影響を正確に防止することができる。

本実施の形態によれば、補助容量Ｃcsが液晶容量Ｃclに対して十分に大きくない場合には、検出回路５により検出された容量値が所定値よりも大きいときにだけ調整回路が電位振幅ΔＶcsの調整を行うことで、最大の階調ばらつきについては抑えた上で液晶容量Ｃclの影響が大きい範囲では補助容量Ｃcsの不要な調整を省くことができる。

本実施の形態によれば、液晶容量Ｃclのばらつきを検出するための検出用容量を液晶層と同様に画素電極２３と対向電極２５との間に設け、この検出用容量の容量値に基づいて補助容量２２に接続された電源配線Ｙの電位振幅ΔＶcsを調整することで、液晶容量のばらつきについても排除でき、より安定した階調−輝度特性を得ることができる。なお、液晶容量用の検出回路および調整回路は、補助容量用の検出回路および調整回路で兼用してもよいし、これらとは別体として形成してもよい。

本実施の形態によれば、調整回路を駆動回路３に内蔵し且つこの駆動回路３を透光性基板に実装したことで、液晶表示装置の外形を大きくすることなく良好な階調特性を得ることができる。

一実施の形態における液晶表示装置の概略的な構成を示す図である。 上記液晶表示装置における一画素の構成を示す図である。 上記画素における各部の電圧波形を示す図である。 階調−輝度特性を示すグラフである。 検出用容量について検出された容量値と補助容量の電位振幅の調整値との関係を示すグラフである。 検出用容量について検出された容量値と補助容量の電位振幅の調整値との関係と併せて未調整の範囲を示すグラフである。

符号の説明

１…アレイ基板
２…表示部
３…駆動回路
４…検出用容量
５…検出回路
６…抵抗
２１…スイッチ素子
２２…補助容量
２３…画素電極
２４…液晶容量
２５…対向電極
Ｇ…走査線
Ｓ…信号線
Ｙ…電源配線

Claims (3)

1. 複数の走査線と複数の信号線によって区分けされた区画毎にスイッチ素子、補助容量、画素電極を備えた表示部と、
   前記補助容量と同一の層構造をもつ検出用容量と、
   前記検出用容量の容量値を検出する検出回路と、
   前記検出回路により検出された容量値に基づいて前記補助容量に接続された電源配線の電位振幅を調整する調整回路と、
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記調整回路は、予め定めておいた検出された容量値と補助容量の電位振幅の調整値との関係に基づいて調整を行うことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記関係は、線形であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。

Images