JP5745713B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置に関する。または本発明は、液晶表示装置の駆動方法に関する。または、当該液晶表示装置を具備する電子機器に関する。
液晶表示装置は、テレビ受像機などの大型表示装置から携帯電話などの小型表示装置に至るまで、普及が進んでいる。今後は、より付加価値の高い製品が求められており開発が進められている。近年では高画質化、高付加価値化を図るために、ブルー相の液晶相を有する液晶材料(以下、ブルー相液晶)が注目されている。ブルー相液晶は、電界に対する応答速度が従来の液晶材料に比較して非常に優れており、立体視(3D)映像等の高いフレーム周波数での駆動が必要な液晶表示装置での利用が期待されている。
特許文献1では、ブルー相液晶の駆動方式として、IPS(In−Plane Switching)方式を開示している。特許文献1では特に、液晶素子を駆動する電圧を低減するための液晶材料を挟持する電極の構成について開示している。
特開2007−271839号公報
上記特許文献1に記載のブルー相液晶の駆動方式であるIPS(In−Plane Swithing)方式では、駆動電圧が高くなるといった問題がある。駆動電圧が高く設定される原因について、以下図面を参照して説明する。
図15(A)は、液晶表示装置が有する画素の回路構成を示している。画素1500は、トランジスタ1501と、液晶素子1502と、保持容量1503とを有する。信号線1504(データ線、ソースライン、またはデータ信号線ともいう)には、映像信号(ビデオ信号ともいう)が入力され、走査線1505(ゲート線、ゲートライン、またはゲート信号線ともいう)には、ゲート信号(走査信号、選択信号ともいう)が入力される。また共通電位線1506(コモン線ともいう)には共通電位(コモン電位ともいう)が入力され、容量線1507には固定電位が入力されている。なお説明のため、液晶素子1502のトランジスタ1501に接続される側の電極を第1の電極(画素電極ともいう)、共通電位線1506に接続される側の電極を第2の電極(対向電極ともいう)という。
図15(B)には、反転駆動を行う図15(A)の画素1500の動作を説明するためのタイミングチャートの例を示す。図15(B)に示すタイミングチャートでは、反転駆動の反転駆動期間1511及び非反転駆動期間1512の各1フレーム期間における、走査線(GL)、信号線(SL)、共通電位線(CL)、第1の電極(PE)、第2の電極(CE)についてのタイミングチャートを示している。
図15(B)で、走査線(GL)の走査信号の電位は、画素を選択する期間、すなわちトランジスタ1501を導通(オンともいう)とする期間でVgh、他の期間、すなわちトランジスタ1501を非導通(オフともいう)とする期間でVgl(Vgh>Vgl)としている。また、信号線(SL)の電位は表示する画像に応じて変動するが、ここでは非反転駆動するための電位としてVdh、反転駆動するための電位としてVdl(Vdh>Vdl)としている。なお図15(B)では、信号線(SL)の映像信号の階調に応じて第1の電極(PE)の電位が異なることとなるが、説明のため、走査線(GL)の走査信号に応じて第1の電極(PE)がVdhまたはVdlと反転する様子を示している。また、図15(B)では、共通電位線(CL)、すなわち第2の電極(CE)の電位をVcとしている。
反転駆動の例としてゲートライン反転駆動は、第2の電極の電位よりも高い値の映像信号と第2の電極の電位よりも低い値の映像信号とを1行ずつ交互に画素に入力する駆動である。ソースライン反転駆動は、第2の電極の電位よりも高い値の映像信号と第2の電極の電位よりも低い値の映像信号とを1列ずつ交互に画素に入力する駆動である。ドット反転駆動は、第2の電極の電位よりも高い値の映像信号と第2の電極の電位よりも低い値の映像信号とを1行且つ1列ずつ交互に画素に入力する駆動である。
図15(B)を用いて説明した反転駆動による駆動方法では、映像信号の振幅電圧が大きいため、消費電力が大きくなってしまう。そこで、映像信号の振幅電圧を小さくし、消費電力の削減を図る技術として、第2の電極(CE)の電位を一定期間、例えば1フレーム毎に反転させるコモン反転駆動が知られている。
図15(C)は、コモン反転駆動を行う画素1500の動作を説明するためのタイミングチャートの例を示す。図15(C)は、図15(B)と、第2の電極(CE)の電位は反転駆動期間1511と非反転駆動期間1512とで逆位相となっている点で異なる。図15(C)の駆動方法では、第2の電極(CE)の電位がハイレベル(Vch)になるフレームでは第2の電極(CE)の電位よりも映像信号の振幅電圧を低い値(Vdl)とし、第2の電極(CE)の電位がロウレベル(Vcl)になるフレームでは第2の電極(CE)の電位よりも映像信号の振幅電圧を高い値(Vdh)とする。これにより、図15(B)を用いて説明した駆動方法と比較すると、映像信号の振幅電圧を約半分にすることができる。よって、映像信号の振幅電圧を小さくすることができ、消費電力の削減を図ることができる。
図15(C)に示すようにコモン反転駆動では、第2の電極(CE)の電位が反転すると、第1の電極(PE)の電位が容量結合により変化する。そのため、第1の電極(PE)の電位は、映像信号よりも高くなる、または低くなるといったこととなる。走査線(GL)の走査信号の電位は、このような第1の電極(PE)の電位を保持するため、大きくしておく必要がある。例えば、第1の電極(PE)の電位が映像信号の最大値程度の値Vdhだとする。このとき、第2の電極(CE)の電位がローレベル(Vcl)からハイレベル(Vch)に反転すると、第1の電極(PE)の電位は、映像信号の最大値の値Vdhからさらに上がった値(Vdh+ΔV)となる。また、第1の電極(PE)の電位が映像信号の最小値程度の値Vdlだとする。このとき、第2の電極(CE)の電位がハイレベル(Vch)からロウレベル(Vcl)に反転すると、第1の電極(PE)の電位は、映像信号の最小値Vdlからさらに下がった値(Vdl−ΔV)となる。そのため、トランジスタ1501をオフにするために走査線(GL)の走査信号の電位のロウレベル(Vgl)は、映像信号の最小値Vdlからさらに低減した第1の電極(PE)の電位(Vdl−ΔV)よりも低く設定しておく必要がある。その結果、コモン反転駆動を用いても、走査線(GL)の走査信号の振幅電圧を十分に小さくすることが難しい。
コモン反転駆動による走査線(GL)の走査信号の振幅電圧を十分に小さくできないといった問題は、駆動電圧が大きい液晶モードを用いる際に、特に問題になる。例えば、ブルー相の液晶相を示す液晶材料(以下、ブルー相液晶)の駆動電圧は、+20(V)乃至−20(V)程度である。つまり、映像信号の振幅電圧は、約40(V)であり、走査線(GL)の走査信号の振幅電圧として40(V)以上の電圧(例えば約50(V))が必要となる。そのため、高電圧が印加されるトランジスタ、例えば画素を構成するトランジスタには、大きな電圧がゲートとソース又はドレインとの間に印加される。これにより、トランジスタの特性が変化、トランジスタの特性が劣化、またはトランジスタそのものが破壊される、といった問題が生じることとなる。
そこで本発明の一態様は、走査線の走査信号の振幅電圧を小さくすることができるコモン反転駆動を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、ゲートが走査線に電気的に接続され、第1端子が信号線に電気的に接続され、第2端子が液晶素子の第1の電極に電気的に接続された第1のトランジスタと、ゲートが走査線に電気的に接続され、第1端子が共通電位線に電気的に接続され、第2端子が液晶素子の第2の電極に電気的に接続された第2のトランジスタと、を有し、第1の電極には、液晶素子を反転駆動するための映像信号が信号線より供給され、第2の電極には、映像信号の供給に同期して共通電位が共通電位線より供給される液晶表示装置である。
本発明の一態様において、第1の電極と、第2の電極とで容量素子が設けられる液晶表示装置でもよい。
本発明の一態様は、ゲートが走査線に電気的に接続され、第1端子が信号線に電気的に接続され、第2端子が液晶素子の第1の電極に電気的に接続された第1のトランジスタと、ゲートが走査線に電気的に接続され、第1端子が共通電位線に電気的に接続され、第2端子が液晶素子の第2の電極に電気的に接続された第2のトランジスタと、を有し、第1の電極には、液晶素子を反転駆動するための映像信号が信号線より供給され、第1の電極と容量線とで第1の容量素子が形成されており、第2の電極には、映像信号の供給に同期して共通電位が共通電位線より供給され、第2の電極と容量線とで第2の容量素子が形成されている液晶表示装置である。
本発明の一態様は、ゲートが走査線に電気的に接続され、第1端子が信号線に電気的に接続され、第2端子が液晶素子の第1の電極に電気的に接続された第1のトランジスタと、ゲートが走査線に電気的に接続され、第1端子が共通電位線に電気的に接続され、第2端子が液晶素子の第2の電極に電気的に接続された第2のトランジスタと、を有し、第1の電極には、液晶素子を反転駆動するための映像信号が信号線より供給され、第1の電極と共通電位線とで第1の容量素子が形成されており、第2の電極には、映像信号の供給に同期して共通電位が共通電位線より供給され、第2の電極と共通電位線とで第2の容量素子が形成されている液晶表示装置である。
本発明の一態様において、反転駆動は、走査線毎に極性の異なる映像信号を液晶素子に印加することで行われる液晶表示装置でもよい。
本発明の一態様において、反転駆動は、信号線毎に極性の異なる映像信号を液晶素子に印加することで行われる液晶表示装置でもよい。
本発明の一態様によれば、コモン反転駆動による走査線の走査信号の振幅電圧を小さくし、低消費電力化を図れた液晶表示装置を提供することができる。
本発明の一形態における回路図、及びタイミングチャート図。 本発明の一形態における各信号の電位を説明する図。 本発明の一形態におけるタイミングチャート図。 本発明の一形態における回路図。 本発明の一形態における回路図。 本発明の一形態におけるブロック図。 本発明の一形態における回路図、タイミングチャート図、模式図。 本発明の一形態におけるタイミングチャート図、模式図、回路図。 本発明の一形態における回路図、タイミングチャート図、模式図。 本発明の一形態におけるタイミングチャート図及び模式図。 本発明の一形態における回路図、タイミングチャート図、模式図。 本発明の一形態における上面図及び断面図。 本発明の一形態における断面図。 本発明の一形態における電子機器を説明する図。 反転駆動を説明するための回路図、及びタイミングチャート図。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、信号波形、又は領域は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
なお本明細書にて用いる第1、第2、第3、乃至第N(Nは自然数)という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、液晶表示装置における画素の構成、及び液晶表示装置を駆動するための各信号のタイミングチャートを用いて説明する。
なお本実施の形態における液晶素子としては、ブルー相液晶を用いた場合を例にして説明する。ブルー相液晶は、横電界方式で駆動する液晶であり、液晶素子の第2の電極に相当する共通電極を液晶素子の第1の電極に相当する画素電極と同じ基板に形成して液晶素子を形成する。なお、本実施の形態の構成は、ブルー相液晶に限らず、横電界方式の液晶、または第1の電極及び第2の電極を同じ基板に形成することができる液晶、に用いることができる。
図1(A)は、画素の回路図の例を示す。画素100は、第1のトランジスタ101と、第2のトランジスタ102と、液晶素子103と、を有する。
第1のトランジスタ101の第1端子は、信号線104に接続されている。第1のトランジスタ101のゲートは走査線105に接続されている。第1のトランジスタ101の第2端子は、液晶素子103の第1の電極(画素電極ともいう)に接続されている。第2のトランジスタ102の第1端子は、共通電位線106に接続されている。第2のトランジスタ102のゲートは走査線105に接続されている。第2のトランジスタ102の第2端子は、液晶素子103の第2の電極(共通電極ともいう)に接続されている。
画像を表示するための各画素の階調は、液晶素子103の第1の電極の電位と第2の電極の電位とを変化させて、液晶素子103の第1の電極及び第2の電極に挟持される液晶に印加する電圧を制御することで、表される。第1の電極の電位の制御は、信号線104に入力される映像信号を制御することにより行われ、第2の電極の電位の制御は、共通電位線106の電位を制御することにより行われる。信号線104の映像信号による電位は、第1のトランジスタ101が導通状態となることにより、液晶素子103の第1の電極に供給される。共通電位線106の電位は、第2のトランジスタ102が導通状態となることにより、液晶素子103の第2の電極に供給される。
なお、画素とは、一つの色要素(例えばR(赤)G(緑)B(青)のいずれか1つ)の明るさを制御できる表示単位に相当するものとする。従って、カラー表示装置の場合には、カラー画像の最小表示単位は、Rの画素とGの画素とBの画素との三画素から構成されるものとする。ただし、カラー画像を表示するための色要素は、三色に限定されず、三色以上を用いても良いし、RGB以外の色を用いても良い。
なお、トランジスタは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、ドレイン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことができる。ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、本明細書においては、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第1端子、第2端子と表記する場合がある。あるいは、それぞれを第1の電極、第2の電極と表記する場合がある。あるいは、ソース領域、ドレイン領域と表記する場合がある。
なお、本明細書においてAとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的に接続されているとは、AとBとの間に何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、対象物を含むAとBとの間の部分がノードとなる場合を表すものとする。具体的には、トランジスタをはじめとするスイッチング素子を介してAとBとが接続され、該スイッチング素子の導通によって、AとBとが概略同電位となる場合や、抵抗素子を介してAとBとが接続され、該抵抗素子の両端に発生する電位差が、AとBとを含む回路の動作に影響しない程度となっている場合など、回路動作を考えた場合、AとBとの間の部分を同じノードとして捉えて差し支えない状態である場合を表す。
なお、電圧とは、ある電位と、基準の電位(例えばグラウンド電位)との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧、電位、電位差を、各々、電位、電圧、電圧差と言い換えることができる。
なお画素に設けるトランジスタの構造については逆スタガ型の構造でもよいし、順スタガ型の構造でもよい。または、チャネル領域が複数の領域に分かれて直列に接続された、ダブルゲート型の構造でもよい。または、ゲート電極がチャネル領域の上下に設けられたデュアルゲート型の構造でもよい。また、トランジスタを構成する半導体層を複数の島状の半導体層にわけて形成し、スイッチング動作を実現しうるトランジスタ素子としてもよい。
図1(B)は、図1(A)に示す画素100の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。図1(B)において、GLは走査線105の電位、SLは信号線104の映像信号の振幅電圧、CLは共通電位線の電位、PEは第1の電極の電位、CEは第2の電極の電位を表している。また、期間111は液晶素子103を反転駆動するための反転駆動期間、期間112は液晶素子103を非反転駆動するための非反転駆動期間であり、期間111及び期間112は1フレーム期間に相当する。
図1(B)で、走査線105(GL)の電位は、画素を選択する期間、すなわち第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102を導通状態(オン)とする期間でVgh、他の期間、すなわち第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102を非導通状態(オフ)とする期間でVgl(Vgh>Vgl)としている。また、信号線104(SL)の電位は表示する画像に応じて変動するが、ここでは非反転駆動するための電位としてVdh、反転駆動するための電位としてVdl(Vdh>Vdl)としている。なお図1(B)では、信号線104(SL)の映像信号の階調に応じて第1の電極(PE)の電位が異なることとなるが、説明のため、走査線(GL)の走査信号に応じてVdhまたはVdlと反転する様子を示している。また、図1(B)で、期間111では第2の電極(CE)の電位(Vch)よりも映像信号の振幅電圧を低い値(Vdl)とし、第2の電極(CE)の電位がロウレベル(Vcl)になるフレームでは第2の電極(CE)の電位よりも映像信号の振幅電圧を高い値(Vdh)とする。これにより、上述の図15(C)を用いて説明した駆動方法と同様に、映像信号の振幅電圧を約半分にすることができる。よって、映像信号の振幅電圧を小さくすることができ、消費電力の削減を図ることができる。
図1(B)に示すように期間111と期間112では共に、走査線105(GL)の電位がVghになり、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102が図1(B)中の矢印121及び矢印122の時点でオンになることにより、画素が選択される。すなわち第1の電極に信号線より映像信号が供給されると共に、第2の電極には映像信号の供給に同期して共通電位線より共通電位が供給されることとなる。よって、第1の電極(PE)の電位は、期間111の図1(B)中の矢印121の時点で、映像信号と同じになる。また、第2の電極(CE)の電位は、期間112の図1(B)中の矢印122の時点で、共通電位線(CL)と同じになる。例えば期間111で、画素が選択されたときの共通電位線(CL)の電位がVchであれば、映像信号は共通電位線(CL)のVchの電位よりも低い電位Vdlである。また期間112で、画素が選択されたときの共通電位線(CL)の電位がVclであれば、映像信号は共通電位線(CL)のVclの電位よりも高いVdhである。
その後図1(B)に示すように期間111と期間112では共に、走査線105(GL)の電位がVglになり、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102が図1(B)中の矢印123及び矢印124の時点でオフになることにより、画素が非選択となる。よって、第1の電極(PE)の電位及び第2の電極(CE)の電位は、各々、画素が選択されたときに設定された値のままになる。
次いで図1(B)に示すように走査線105(GL)の電位がVglで、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102がオフの状態の場合に、共通電位線(CL)の電位が図1(B)中の矢印125及び矢印126の時点で反転する。図1(A)の回路構成とすることにより、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102が共にオフの状態になる。すなわち、液晶素子103を挟持する第1の電極(PE)及び第2の電極(CE)は共に電気的に浮遊状態(フローティング)とすることができる。そのため、画素が非選択となっている場合に共通電位線(CL)の電位がローレベル(Vcl)からハイレベル(Vch)及び、ハイレベル(Vch)からローレベル(Vcl)に反転する変化に応じた、容量結合による第1の電極(PE)の電位の変化をなくすことができる。
以上のことより、図1(A)の画素では、共通電位線(CL)の電位が反転しても、第1の電極(PE)の電位は変わらないため、図15(C)を用いて説明した駆動方法と異なり、走査線(GL)の走査信号の振幅電圧を小さくすることができる。
次いで、図15(C)で示した走査線1505(GL)の電位、共通電位線1506(CL)の電位、及び信号線1504(SL)の映像信号の振幅電圧、並びに図1(B)で示した走査線105(GL)の電位、共通電位線106(CL)の電位、及び信号線104(SL)の映像信号の振幅電圧について、電位の高低を具体的に示し、本発明の一態様におけるコモン反転駆動での走査線の走査信号の振幅電圧を小さくし、低消費電力化を図れるといった利点について説明する。
図2(A)に示す図は、図15(C)で説明した走査線1505(GL)の電位、共通電位線1506(CL)の電位、及び信号線1504(SL)の映像信号の振幅電圧の電位を、液晶素子を非反転駆動するための期間(非反転駆動期間)、液晶素子を反転駆動するための期間(反転駆動期間)に分けて簡略化して示したものである。また、図2(B)に示す図は、図1(B)で説明した走査線105(GL)の電位、共通電位線106(CL)の電位、及び信号線104(SL)の映像信号の振幅電圧の電位を、液晶素子を非反転駆動するための期間(非反転駆動期間)、液晶素子を反転駆動するための期間(反転駆動期間)に分けて簡略化して示したものである。
図2(A)では、走査線1505(GL)の電位を信号201、非反転駆動期間の期間200Aでの共通電位線1506(CL)の電位を信号202A、反転駆動期間の期間200Bでの共通電位線1506(CL)の電位を信号202B、非反転駆動期間の期間200Aでの信号線1504(SL)の映像信号の振幅電圧の電位を信号203A、反転駆動期間の期間200Bでの信号線1504(SL)の映像信号の振幅電圧の電位を信号203B、として示している。なお図2(A)では、トランジスタ1501のしきい値電圧をVth(Vth>0)、非反転駆動期間における映像信号の振幅電圧の最大値を0、非反転駆動期間における映像信号の振幅電圧の最小値をVdl(Vdl<0)、反転駆動期間における映像信号の振幅電圧の最大値をVdh、反転駆動期間における映像信号の振幅電圧の最小値を0、非反転駆動期間における共通電位線1506(CL)のハイレベルの電位をVch、反転駆動期間における共通電位線1506(CL)のローレベルの電位をVcl(Vcl<0)、とする。なおVchは、0より大きくVdhより小さい値をとり、VclはVdlより大きく0より小さい値をとる。
図2(A)に示すコモン反転駆動で信号201のハイレベル(Vgh)の電位は、映像信号の最大値の値Vdhからさらにトランジスタ1501のしきい値電圧(Vth)分だけ上がった値(Vdh+Vth)となる。また、信号201のローレベル(Vgl)の電位は、映像信号の最小値の値Vdlからさらにトランジスタ1501のしきい値電圧(Vth)分及び共通電位線1506(CL)のハイレベル(Vch)とローレベル(Vcl)との電位差分低下した値{Vdl−(Vch−Vcl)−Vth}となる。信号201のローレベル(Vgl)の電位を{Vdl−(Vch−Vcl)−Vth}とするのは、共通電位線1506(CL)の電位が反転する際、液晶素子を挟持する第1の電極(PE)の電位が容量結合により変化して映像信号の電位よりも低くなることによる電荷の漏れを低減するためである。
一方、図2(B)では、走査線105(GL)の電位を信号211、非反転駆動期間の期間210Aでの共通電位線106(CL)の電位を信号212A、反転駆動期間の期間210Bでの共通電位線106(CL)の電位を信号212B、非反転駆動期間の期間210Aでの信号線104(SL)の映像信号の振幅電圧の電位を信号213A、反転駆動期間の期間210Bでの信号線104(SL)の映像信号の振幅電圧の電位を信号213B、として示している。なお図2(B)では図2(A)と同様にして、第1のトランジスタ101のしきい値電圧をVth(Vth>0)、非反転駆動期間における映像信号の振幅電圧の最大値を0、非反転駆動期間における映像信号の振幅電圧の最小値をVdl(Vdl<0)、反転駆動期間における映像信号の振幅電圧の最大値をVdh、反転駆動期間における映像信号の振幅電圧の最小値を0、非反転駆動期間における共通電位線106(CL)のハイレベルの電位をVch、反転駆動期間における共通電位線106(CL)のローレベルの電位をVcl(Vcl<0)、とする。なおVchは、0より大きくVdhより小さい値をとり、VclはVdlより大きく0より小さい値をとる。
図2(B)に示すコモン反転駆動で信号211のハイレベル(Vgh)の電位は、映像信号の最大値の値Vdhからさらに第1のトランジスタ101のしきい値電圧(Vth)分だけ上がった値(Vdh+Vth)となる。また、信号211のローレベル(Vgl)の電位は、映像信号の最小値の値Vdlからさらに第1のトランジスタ101のしきい値電圧(Vth)分低下した値(Vdl−Vth)となる。本実施の形態の構成である図2(B)の回路は、信号201のローレベル(Vgl)の電位を(Vdl−Vth)としても共通電位線106(CL)の電位が反転する際、液晶素子を挟持する第1の電極(PE)の電位が容量結合により変化せず、信号201のローレベル(Vgl)の電位を(Vdl−Vth)よりさらに小さくする必要はない。そのため本実施の形態の構成である図2(B)の回路は、走査線105(GL)の走査信号の振幅電圧を小さくすることができ、低消費電力化を図ることができる。
以上説明したよう、走査線の走査信号の振幅電圧を小さくすることができる、その結果、走査線に接続されたトランジスタに印加される電圧を小さくすることができるため、トランジスタの特性の変化、トランジスタの特性の劣化、トランジスタの破壊などを防止することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態1の図1(B)で説明した図1(A)を駆動するためのタイミングチャートとは異なる構成について、図3に示すタイミングチャートで説明する。図3のタイミングチャートが図1(B)で説明したタイミングチャートと異なる点は共通電位線(CL)の電位を1ゲート選択期間(1水平期間、図3中、期間131)毎にVchとVclとが反転するよう駆動させる点にある。従って、図3に示す各配線の電位、映像信号の振幅電圧については、図1(B)と同様である。なお図1(B)で説明した期間111及び期間112は1フレーム期間に相当し、図3では1frameと記している。
すなわち図3に示すように、走査線105(GL)の電位がVghになり、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102が同期してオンになることにより、画素が選択される。また図3に示すように、走査線105(GL)の電位がVglになり、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102が同期してオフになることにより、画素が非選択となる。よって、第1の電極(PE)の電位及び第2の電極(CE)の電位は、各々、画素が選択されたときに設定された値のままになる。そのため図3に示すように走査線105(GL)の電位がVglで、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102がオフの状態の場合に、共通電位線(CL)の電位がローレベル(Vcl)からハイレベル(Vch)に反転する変化に応じた、容量結合による第1の電極(PE)の電位の変化をなくすことができる。
なお、期間131の長さを複数のゲート選択期間毎(例えば2又は3つのゲート選択期間毎)に反転するよう駆動させてもよい。これにより、液晶表示装置の消費電力の削減を図ることができる。
以上のことより、図1(A)の画素では、共通電位線(CL)の電位の反転駆動においてタイミングまたは期間を可変しても、第1の電極(PE)の電位は変わらないものとすることができる。そのため、図15(C)を用いて説明した駆動方法と異なり、走査線(GL)の走査信号の振幅電圧を小さくすることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態1の図1(A)とは異なる画素の構成について説明する。具体的には、図1(A)の構成に加え、第1の電極(PE)の電位を保持するための第1の容量素子、第2の電極(CE)の電位を保持するための第2の容量素子を設けた構成について説明する。
図4(A)は、図1(A)の構成に加え、容量配線501を設け、容量配線501と液晶素子103の第1の電極(PE)とで第1の容量素子502、容量配線501と液晶素子103の第2の電極(CE)とで第2の容量素子503を設ける構成を示す。なお、第1の容量素子502または第2の容量素子503を省略することもできる。
また図4(B)は、図4(A)に示す画素の構成において、容量配線501を省略し、第1の容量素子502が第1の電極(PE)と共通電位線106とで、第2の容量素子503が共通電位線106と第2の電極(CE)とで設けられる構成を示している。図4(B)の構成とすることにより、図4(A)の構成に比べ、容量配線501の分だけ配線の数を減らすことができる。
なお、第1の容量素子502及び第2の容量素子503は、別の行(例えば1つ又は2つ前の行)の走査線105と、第1の電極(PE)または第2の電極(CE)とで設ける構成とすることも可能である。
また図5は、液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)とで容量素子504を設ける構成を示している。図4(B)の構成とすることにより、図4(A)の構成に比べ、容量配線501の分だけ配線の数を減らすことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態1の図1(A)の画素を有する液晶表示装置の表示パネルの構成について説明する。
図6(A)には、表示パネルの概略図について示している。図6(A)は、第1のトランジスタ101、第2のトランジスタ102、及び液晶素子103を有する画素100が複数設けられた画素部601、複数の信号線104を駆動するための信号線駆動回路602、複数の走査線105を駆動するための走査線駆動回路603、複数の共通電位線106を駆動するための共通電位線駆動回路604を有する。
なお信号線駆動回路602、走査線駆動回路603、及び共通電位線駆動回路604は、画素部601と同じ基板上に設ける構成とすることが好ましいが、必ずしも設ける必要はない。画素部601と同じ基板上に信号線駆動回路602、走査線駆動回路603、及び共通電位線駆動回路604を設けることで、外部との接続端子数を削減することができ、液晶表示装置の小型化を図ることができる。
なお、画素100は、マトリクス状に配置(配列)されている。ここで、画素がマトリクスに配置(配列)されているとは、縦方向もしくは横方向において、画素が直線上に並んで配置されている場合や、ギザギザな線上に配置されている場合を含む。
図6(B)には、複数の走査線105を駆動するための走査線駆動回路603に設けられるシフトレジスタ回路の構成の一例について示している。図6(B)に示すシフトレジスタ回路610は、例えば、クロック信号CLK、反転クロック信号CLKB、及びスタートパルスSP等のタイミング信号により、複数のパルス出力回路611の出力端子out1乃至outN(Nは自然数)、すなわち走査線105より順次第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102のゲートに印加する走査信号を供給することとなる。
図6(B)に示すパルス出力回路611を構成するトランジスタを、画素部601における画素100の第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102と同じ基板上に形成する場合、パルス出力回路611は単極性のトランジスタによる回路構成(以下、単極性回路)となる。単極性回路によるパルス出力回路611の簡単な構成について図6(C)に示す。
図6(C)に示す単極性回路のパルス出力回路611は、バッファ部620と、バッファ部を制御する制御回路部621に大別される。バッファ部620はプルアップトランジスタ622及びプルダウントランジスタ623を有し、共に同じ極性のトランジスタである。プルアップトランジスタ622は、制御回路部621の制御に応じてブートストラップ動作をし、クロック信号CLKのハイレベルの電位に応じた信号を走査線105に供給することができる。従って走査線105に高い電位の信号を供給する場合、ブートストラップ動作によりプルアップトランジスタ622のゲートには、より高い電位が印加されることとなる。上記実施の形態1の構成とすることで、走査線105の走査信号の振幅電圧を低減することができる。そのため、プルアップトランジスタ622のゲートに印加される高い電位を低減することができるため、単極性回路によるシフトレジスタ回路の劣化を低減できることがわかる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態1の図1(A)で示した画素の構成について、反転駆動をする複数の構成について説明する。
まず図7(A)乃至(C)では、フレーム反転駆動の駆動をする際の回路図、タイミングチャート図、模式図について示し説明する。図7(A)には画素100がマトリクス状に配置され、共通電位線(CL)が全ての画素で共通である回路図を示している。また、図7(A)で複数の走査線(GL)はGL1乃至GLn(nは任意の自然数)で表し、複数の信号線(SL)はSL1乃至SLm(mは任意の自然数)で表している。
図7(B)は、図7(A)に示した回路図を説明するためのタイミングチャートを示している。フレーム反転駆動の場合、共通電位線(CL)の電位は1フレーム毎に反転する。図1(B)で説明した期間111及び期間112は、図7(B)では1frameと記している。また、図1(B)で説明したように第2の電極(CE)の電位は、走査線(GL)の走査信号により信号線(SL)からの映像信号の供給に同期して共通電位線(CL)の電位が供給される。
図7(C)に示す模式図では、連続するNフレーム目(Nは任意の自然数)と、(N+1)フレームとで、1フレーム毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性(図中、+記号、−記号で表記)が交互に切り替わる様子を示している。これは、いわゆるフレーム反転駆動である。
なお図7(B)で説明した駆動方法は、共通電位線(CL)の電位を複数フレーム毎(例えば2又は3フレーム毎)に反転させるものでもよい。この場合、液晶素子103には、複数フレーム毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性が交互に切り替わる構成となる。これにより、液晶表示装置の消費電力の削減を図ることができる。
次いで図8(A)、(B)では、ゲートライン反転駆動の駆動をする際の、タイミングチャート図、模式図について示し説明する。なお回路図については、図7(A)と同様の回路図で説明する。
図8(A)は、図7(A)に示した回路図をゲートライン反転駆動で駆動をする際のタイミングチャートを示している。ゲートライン反転駆動の場合、共通電位線(CL)の電位は1ゲート選択期間毎に反転する。図1(B)で説明した期間111及び期間112は、図8(A)では1frameと記している。また、図1(B)で説明したように第2の電極(CE)の電位は、走査線GL1の走査信号により信号線SL1からの映像信号の供給に同期して共通電位線(CL)の電位が供給される。
図8(B)に示す模式図では、液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性(図中、+記号、−記号で表記)が交互に切り替わる様子を示している。そして図8(B)では、連続するNフレーム目(Nは任意の自然数)と、(N+1)フレームとで、行毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性が交互に切り替わる様子を示している。これは、いわゆるゲートライン反転駆動である。
なお図8(A)で説明した駆動方法は、共通電位線(CL)の電位を複数のゲート選択期間毎(例えば2又は3ゲート選択期間毎)に反転させるものでもよい。この場合、液晶素子103には、正極の電圧と負極の電圧とが複数行ずつ交互に印加される。これにより、消費電力の削減を図ることができる。
また図7(A)に示す回路図では、隣接する画素間で共通電位線(CL)を共有する構成とすることにより、配線数を削減することができる。具体的な構成について図8(C)に示す。図8(C)に示すように奇数列(図8(C)中SL2m−1)の画素の共通電位線(CL)と偶数列(図8(C)中SL2m)の画素の共通電位線(CL)を共有する構成とすることで、各列の画素に共通電位線(CL)を引き回す分の面積を削減することができる。
次いで図9(A)乃至(C)では、ソースライン反転駆動の駆動をする際の、回路図、タイミングチャート図、模式図について示し説明する。図9(A)には奇数列の画素100A、偶数列の画素100Bがマトリクス状に配置され、第1の共通電位線CL1が奇数列の画素100A、第2の共通電位線CL2が偶数列の画素100Bで共通である回路図を示している。また、図9(A)で複数の走査線(GL)はGL1乃至GL4(GLn(nは任意の自然数))で表し、複数の信号線(SL)はSL1乃至SL4(SLm(mは任意の自然数))で表している。
なお、第1の共通電位線CL1、第2の共通電位線CL2は、複数列(例えば2列又は3列)の画素で共通であることが可能である。例えば、1列目と2列の画素は、第1の共通電位線CL1と接続され、3列目と4列目の画素は、第2の共通電位線CL2と接続され、5列目と6列目の画素は、第1の共通電位線CL1と接続としてもよい。
図9(B)は、図9(A)に示した回路図を説明するためのタイミングチャートを示している。ソースライン反転駆動の場合、第1の共通電位線CL1の電位は1フレーム毎に反転し、第2の共通電位線CL2の電位は1フレーム毎に反転し、第1の共通電位線CL1の電位と第2の共通電位線CL2の電位とは逆位相の関係の信号とする。図1(B)で説明した期間111及び期間112は、図9(B)では1frameと記している。また、図1(B)で説明したように第2の電極(CE)の電位は、奇数列の画素で走査線GL1の走査信号により信号線SL1からの映像信号の供給に同期して第1の共通電位線CL1の電位が供給され、偶数列の画素で走査線GL1の走査信号により信号線SL2からの映像信号の供給に同期して第2の共通電位線CL2の電位が供給される。
図9(C)に示す模式図では、連続するNフレーム目(Nは任意の自然数)と、(N+1)フレームとで、1フレーム毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性(図中、+記号、−記号で表記)が交互に切り替わる様子を示している。そして図9(C)では、連続するNフレーム目(Nは任意の自然数)と、(N+1)フレームとで、列毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性が交互に切り替わる様子を示している。これは、いわゆるソースライン反転駆動である。
なお図9(C)で説明した駆動方法は、第1の共通電位線CL1、第2の共通電位線CL2の電位を複数フレーム毎(例えば2又は3フレーム毎)に反転させるものでもよい。この場合、液晶素子103には、複数フレーム毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性が交互に切り替わる構成となる。これにより、液晶表示装置の消費電力の削減を図ることができる。
次いで図10(A)、(B)では、ドット反転駆動の駆動をする際の、タイミングチャート図、模式図について示し説明する。なお回路図については、図9(A)と同様の回路図で説明する。
図10(A)は、図9(A)に示した回路図をドット反転駆動で駆動をする際のタイミングチャートを示している。ドット反転駆動の場合、奇数列に接続される第1の共通電位線CL1及び偶数列に接続される第2の共通電位線CL2の電位は、共に1ゲート選択期間毎に反転する。図1(B)で説明した期間111及び期間112は、図10(A)では1frameと記している。また、図1(B)で説明したように第2の電極(CE)の電位は、奇数列の画素において走査線GL1の走査信号により信号線SL1からの映像信号の供給に同期して第1の共通電位線CL1の電位が供給され、偶数列の画素において走査線GL1の走査信号により信号線SL2からの映像信号の供給に同期して第2の共通電位線CL2の電位が供給される。
図10(B)に示す模式図では、液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性(図中、+記号、−記号で表記)が1行ずつ且つ1列ずつ交互に切り替わる様子を示している。そして図10(B)では、連続するNフレーム目(Nは任意の自然数)と、(N+1)フレームとで、行毎且つ列毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性が交互に切り替わる様子を示している。これは、いわゆるドット反転駆動である。
なお図10(A)で説明した駆動方法は、共通電位線(CL)の電位を複数のゲート選択期間毎(例えば2又は3ゲート選択期間毎)に反転させるものでもよい。この場合、液晶素子103には、正極の電圧と負極の電圧とが複数行ずつ交互に印加される。これにより、消費電力の削減を図ることができる。
次いで図11(A)乃至(C)では、図7(A)、図8(A)、図8(B)で説明したゲートライン反転駆動とは異なる構成のゲートライン反転駆動の駆動をする際の、回路図、タイミングチャート図、模式図について示し説明する。図11(A)には奇数行の画素100C、偶数行の画素100Dがマトリクス状に配置され、第1の共通電位線CL1が奇数行の画素100C、第2の共通電位線CL2が偶数行の画素100Dで共通である回路図を示している。また、図11(A)で複数の走査線(GL)はGL1乃至GL4(GLn(nは任意の自然数))で表し、複数の信号線(SL)はSL1乃至SL4(SLm(mは任意の自然数))で表している。
なお、第1の共通電位線CL1、第2の共通電位線CL2は、複数行(例えば2行又は3行)の画素で共通であることが可能である。例えば、1行目と2行目の画素は、第1の共通電位線CL1と接続され、3行目と4行目の画素は、第2の共通電位線CL2と接続され、5行目と6行目の画素は、第2の共通電位線CL2と接続としてもよい。
図11(B)は、図11(A)に示した回路図を説明するためのタイミングチャートを示している。図11(A)の構成のゲートライン反転駆動の場合、第1の共通電位線CL1の電位は1フレーム毎に反転し、第2の共通電位線CL2の電位は1フレーム毎に反転し、第1の共通電位線CL1の電位と第2の共通電位線CL2の電位とは逆位相の関係の信号とする。図1(B)で説明した期間111及び期間112は、図11(B)では1frameと記している。また、図1(B)で説明したように第2の電極(CE)の電位は、奇数行の画素において走査線GL1の走査信号により信号線SL1からの映像信号の供給に同期して第1の共通電位線CL1の電位が供給され、偶数行の画素において走査線GL2の走査信号により信号線SL1からの映像信号の供給に同期して第2の共通電位線CL2の電位が供給される。
図11(C)に示す模式図では、連続するNフレーム目(Nは任意の自然数)と、(N+1)フレームとで、1フレーム毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性(図中、+記号、−記号で表記)が交互に切り替わる様子を示している。そして図11(C)では、連続するNフレーム目(Nは任意の自然数)と、(N+1)フレームとで、行毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性が交互に切り替わる様子を示している。これは、いわゆるゲートライン反転駆動である。
なお図11(C)で説明した駆動方法は、第1の共通電位線CL1、第2の共通電位線CL2の電位を複数フレーム毎(例えば2又は3フレーム毎)に反転させるものでもよい。この場合、液晶素子103は、複数フレーム毎に液晶素子103の第1の電極(PE)と第2の電極(CE)との間に印加される電圧の極性が交互に切り替わる構成となる。これにより、液晶表示装置の消費電力の削減を図ることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態6)
本実施の形態では、液晶表示装置が有する表示パネルの画素の平面図及び断面図の一例について図面を用いて説明する。
図12(A)は表示パネルが有する複数の画素の1つの平面図を示している。図12(B)は図12(A)の一点鎖線A−Bにおける断面図である。
図12(A)において、信号線となる配線層(ソース電極層1201a又はドレイン電極層1201bを含む)は、図中上下方向(列方向)に延伸するように配置されている。共通電位線となる配線層(ソース電極層1202a又はドレイン電極層1202bを含む)は、図中上下方向(列方向)に延伸するように配置されている。走査線となる配線層(ゲート電極層1203を含む)は、ソース電極層1201a及びソース電極層1202aに概略直交する方向(図中左右方向(行方向))に延伸するように配置されている。容量配線層1204は、ゲート電極層1203に概略平行な方向であって、且つ、ソース電極層1201a及びソース電極層1202aに概略直交する方向(図中左右方向(行方向))に延伸するように配置されている。
図12(A)において、表示パネルの画素には、ゲート電極層1203を有する第1のトランジスタ1205、及び第2のトランジスタ1206が設けられている。第1のトランジスタ1205及び第2のトランジスタ1206上には、絶縁膜1207、絶縁膜1208、及び層間膜1209が設けられている。
図12(A)、図12(B)に示す表示パネルの画素は、第1のトランジスタ1205に接続される第1の電極層として透明電極層1210、第2のトランジスタ1206に接続される第2の電極層として透明電極層1211を有する。透明電極層1210及び透明電極層1211は、互いの櫛歯状の形状が噛み合うように、且つ離間して設けられている。第1のトランジスタ1205及び第2のトランジスタ1206上の絶縁膜1207、絶縁膜1208、及び層間膜1209には、開口(コンタクトホール)が形成されている。開口(コンタクトホール)において、透明電極層1210と第1のトランジスタ1205とが接続され、他の開口(コンタクトホール)において透明電極層1211と第2のトランジスタ1206とが接続されている。
図12(A)、図12(B)に示す第1のトランジスタ1205は、ゲート絶縁層1212を介してゲート電極層1203上に配置された第1の半導体層1213を有し、第1の半導体層1213に接してソース電極層1201a及びドレイン電極層1201bを有する。図12(A)に示す第2のトランジスタ1206は、ゲート絶縁層1212を介してゲート電極層1203上に配置された第2の半導体層1214を有し、第2の半導体層1214に接してソース電極層1202a及びドレイン電極層1202bを有する。また、容量配線層1204、ゲート絶縁層1212、及びドレイン電極層1201bが積層して、第1の容量素子1215を形成している。また、容量配線層1204、ゲート絶縁層1212、及びドレイン電極層1202bが積層して、第2の容量素子1216を形成している。
また、第1のトランジスタ1205、第2のトランジスタ1206、及び液晶層1217を間に挟んで、第1の基板1218と第2の基板1219とが重畳されるように配置されている。
なお図12(B)では、第1のトランジスタ1205としてボトムゲート構造の逆スタガ型トランジスタを用いる例を示したが、本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、ゲート絶縁層を介してゲート電極層が半導体層の上側に配置されるトップゲート構造のトランジスタ、及び、ゲート絶縁層を介してゲート電極層が半導体層の下側に配置されるボトムゲート構造のスタガ型トランジスタ及びプレーナ型トランジスタなどを用いることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの例を示す。本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず、例えばゲート電極が、ゲート絶縁層を介して、半導体層の上側に配置されるトップゲート構造、又はゲート電極が、ゲート絶縁層を介して、半導体層の下側に配置されるボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された2つのゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい。図13(A)乃至(D)にトランジスタの断面構造の一例を示す。
なお、図13(A)乃至(D)に示すトランジスタは、半導体層として酸化物半導体を用いるものである。酸化物半導体を用いることのメリットは、トランジスタのオン状態において高い電界効果移動度(最大値で5cm/Vsec以上、好ましくは最大値で10cm/Vsec〜150cm/Vsec)と、トランジスタのオフ状態において低い単位チャネル幅あたりのオフ電流(例えば単位チャネル幅あたりのオフ電流が1aA/μm未満、さらに好ましくは10zA/μm未満、且つ、85℃にて100zA/μm未満)が得られることである。
図13(A)に示すトランジスタ410は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタともいう。
トランジスタ410は、絶縁表面を有する基板400上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、酸化物半導体層403、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bを含む。また、トランジスタ410を覆い、酸化物半導体層403に積層する絶縁膜407が設けられている。絶縁膜407上にはさらに保護絶縁層409が形成されている。
図13(B)に示すトランジスタ420は、チャネル保護型(チャネルストップ型ともいう)と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。
トランジスタ420は、絶縁表面を有する基板400上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、酸化物半導体層403、酸化物半導体層403のチャネル形成領域を覆うチャネル保護層として機能する絶縁層427、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bを含む。また、トランジスタ420を覆い、保護絶縁層409が形成されている。
図13(C)に示すトランジスタ430はボトムゲート型のトランジスタであり、絶縁表面を有する基板400上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b、及び酸化物半導体層403を含む。また、トランジスタ430を覆い、酸化物半導体層403に接する絶縁膜407が設けられている。絶縁膜407上にはさらに保護絶縁層409が形成されている。
トランジスタ430においては、ゲート絶縁層402は基板400及びゲート電極層401上に接して設けられ、ゲート絶縁層402上にソース電極層405a、ドレイン電極層405bが接して設けられている。そして、ゲート絶縁層402、及びソース電極層405a、ドレイン電極層405b上に酸化物半導体層403が設けられている。
図13(D)に示すトランジスタ440は、トップゲート構造のトランジスタの一つである。トランジスタ440は、絶縁表面を有する基板400上に、絶縁層437、酸化物半導体層403、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b、ゲート絶縁層402、及びゲート電極層401を含み、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bにそれぞれ配線層436a、配線層436bが接して設けられ接続している。
本実施の形態では、上述のとおり、半導体層として酸化物半導体層403を用いる。酸化物半導体層403に用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、In−Sn−Zn−O系酸化物半導体、In−Al−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Al−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Al−Zn−O系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Zn−O系酸化物半導体、Al−Zn−O系酸化物半導体、Zn−Mg−O系酸化物半導体、Sn−Mg−O系酸化物半導体、In−Mg−O系酸化物半導体や、In−O系酸化物半導体、Sn−O系酸化物半導体、Zn−O系酸化物半導体、In−Ga−O系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にSiOを含んでもよい。ここで、例えば、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体とは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比はとくに問わない。また、InとGaとZn以外の元素を含んでもよい。
また、酸化物半導体層403は、化学式InMO(ZnO)(m>0)で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Mは、Zn、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはGa及びCoなどがある。
また、酸化物半導体としてIn−Zn−O系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比に換算するとIn:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=15:1〜1.5:1(モル数比に換算するとIn:ZnO=15:2〜3:4)とする。例えば、In−Zn−O系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がIn:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
酸化物半導体層403を用いたトランジスタ410、420、430、440は、オフ状態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって画素において、映像信号等の電気信号を保持するための容量素子を小さく設計することができる。よって、画素の開口率の向上を図ることができるため、その分の低消費電力化を図るといった効果を奏する。
また、酸化物半導体層403を用いたトランジスタ410、420、430、440は、酸素添加及び脱水素処理による高純度化をすることでキャリア濃度を極めて小さくでき、オフ電流を少なくすることができる。よって、画素においては映像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって1フレーム期間の周期を長くすることができ、静止画表示期間でのリフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、より消費電力を抑制する効果を高くできる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
絶縁表面を有する基板400に使用することができる基板に大きな制限はないが、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いる。
ボトムゲート構造のトランジスタ410、420、430において、下地膜となる絶縁膜を基板とゲート電極層の間に設けてもよい。下地膜は、基板からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
ゲート電極層401の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。
ゲート絶縁層402は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、第1のゲート絶縁層としてプラズマCVD法により膜厚50nm以上200nm以下の窒化シリコン層(SiN(y>0))を形成し、第1のゲート絶縁層上に第2のゲート絶縁層として膜厚5nm以上300nm以下の酸化シリコン層(SiO(x>0))を積層して、合計膜厚200nmのゲート絶縁層とする。
ソース電極層405a、ドレイン電極層405bに用いる導電膜としては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。また、Al、Cuなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層させた構成としても良い。
ソース電極層405a、ドレイン電極層405bに接続する配線層436a、配線層436bのような導電膜も、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bと同様な材料を用いることができる。
また、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b(これと同じ層で形成される配線層を含む)となる導電膜としては導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ合金(In―SnO、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In―ZnO)またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
酸化物半導体層の上方に設けられる絶縁膜407、427、下方に設けられる絶縁層437は、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。
また、酸化物半導体層の上方に設けられる保護絶縁層409は、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。
また、保護絶縁層409上にトランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化絶縁膜を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタは、オフ電流を少なくすることができる。よって、画素においては映像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって1フレーム期間の周期を長くすることができ、静止画表示期間でのリフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、より消費電力を抑制する効果を高くできる。また、高純度化された酸化物半導体層は、レーザ照射等の処理を経ることなく作製でき、大面積基板へのトランジスタの形成を可能にすることができるため、好適である。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態8)
本明細書に開示する液晶表示装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
図14(A)は、電子書籍の一例を示している。図14(A)に示す電子書籍は、筐体1700及び筐体1701の2つの筐体で構成されている。筐体1700及び筐体1701は、蝶番1704により一体になっており、開閉動作を行うことができる。このような構成により、書籍のような動作を行うことが可能となる。
筐体1700には表示部1702が組み込まれ、筐体1701には表示部1703が組み込まれている。表示部1702及び表示部1703は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部(図14(A)では表示部1702)に文章を表示し、左側の表示部(図14(A)では表示部1703)に画像を表示することができる。
また、図14(A)では、筐体1700に操作部等を備えた例を示している。例えば、筐体1700は、電源入力端子1705、操作キー1706、スピーカ1707等を備えている。操作キー1706により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイス等を備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、及びUSBケーブル等の各種ケーブルと接続可能な端子等)、記録媒体挿入部等を備える構成としてもよい。さらに、図14(A)に示す電子書籍は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
図14(B)は、液晶表示装置を用いたデジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、図14(B)に示すデジタルフォトフレームは、筐体1711に表示部1712が組み込まれている。表示部1712は、各種画像を表示することが可能であり、例えば、デジタルカメラ等で撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
なお、図14(B)に示すデジタルフォトフレームは、操作部、外部接続用端子(USB端子、USBケーブル等の各種ケーブルと接続可能な端子等)、記録媒体挿入部等を備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部1712に表示させることができる。
図14(C)は、液晶表示装置を用いたテレビジョン装置の一例を示している。図14(C)に示すテレビジョン装置は、筐体1721に表示部1722が組み込まれている。表示部1722により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド1723により筐体1721を支持した構成を示している。表示部1722は、上記実施の形態に示した液晶表示装置を適用することができる。
図14(C)に示すテレビジョン装置の操作は、筐体1721が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。リモコン操作機が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部1722に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
図14(D)は、液晶表示装置を用いた携帯電話機の一例を示している。図14(D)に示す携帯電話機は、筐体1731に組み込まれた表示部1732の他、操作ボタン1733、操作ボタン1737、外部接続ポート1734、スピーカ1735、及びマイク1736等を備えている。
図14(D)に示す携帯電話機は、表示部1732がタッチパネルになっており、指等の接触により、表示部1732の表示内容を操作することができる。また、電話の発信、或いはメールの作成等は、表示部1732を指等で接触することにより行うことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
100 画素
101 第1のトランジスタ
102 第2のトランジスタ
103 液晶素子
104 信号線
105 走査線
106 共通電位線
111 期間
112 期間
121 矢印
122 矢印
123 矢印
124 矢印
125 矢印
126 矢印
131 期間
201 信号
211 信号
400 基板
401 ゲート電極層
402 ゲート絶縁層
403 酸化物半導体層
407 絶縁膜
409 保護絶縁層
410 トランジスタ
420 トランジスタ
427 絶縁層
430 トランジスタ
437 絶縁層
440 トランジスタ
501 容量配線
502 容量素子
503 容量素子
504 容量素子
601 画素部
602 信号線駆動回路
603 走査線駆動回路
604 共通電位線駆動回路
610 シフトレジスタ回路
611 パルス出力回路
620 バッファ部
621 制御回路部
622 プルアップトランジスタ
623 プルダウントランジスタ
100A 画素
100B 画素
100C 画素
100D 画素
1203 ゲート電極層
1204 容量配線層
1205 第1のトランジスタ
1206 第2のトランジスタ
1207 絶縁膜
1208 絶縁膜
1209 層間膜
1210 透明電極層
1211 透明電極層
1212 ゲート絶縁層
1213 半導体層
1214 半導体層
1215 容量素子
1216 容量素子
1217 液晶層
1218 基板
1219 基板
1500 画素
1501 トランジスタ
1502 液晶素子
1503 保持容量
1504 信号線
1505 走査線
1506 共通電位線
1507 容量線
1511 反転駆動期間
1512 非反転駆動期間
1700 筐体
1701 筐体
1702 表示部
1703 表示部
1704 蝶番
1705 電源入力端子
1706 操作キー
1707 スピーカ
1711 筐体
1712 表示部
1721 筐体
1722 表示部
1723 スタンド
1731 筐体
1732 表示部
1733 操作ボタン
1734 外部接続ポート
1735 スピーカ
1736 マイク
1737 操作ボタン
200A 期間
200B 期間
202A 信号
202B 信号
203A 信号
203B 信号
210A 期間
210B 期間
212A 信号
212B 信号
213A 信号
213B 信号
405a ソース電極層
405b ドレイン電極層
436a 配線層
436b 配線層
1201a ソース電極層
1201b ドレイン電極層
1202a ソース電極層
1202b ドレイン電極層

Claims (5)

  1. 1列目の第1の画素と、2列目の第2の画素と、3列目の第3の画素と、4列目の第4の画素と、を有し、
    前記第1の画素は、第1の液晶素子と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有し、
    前記第2の画素は、第2の液晶素子と、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、を有し、
    前記第3の画素は、第3の液晶素子と、第5のトランジスタと、第6のトランジスタと、を有し、
    前記第4の画素は、第4の液晶素子と、第7のトランジスタと、第8のトランジスタと、を有し、
    前記第1のトランジスタのゲートは、第1の配線と電気的に接続され、
    前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第2の配線と電気的に接続され、
    前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1の液晶素子の第1の電極と電気的に接続され、
    前記第2のトランジスタのゲートは、前記第1の配線と電気的に接続され、
    前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第3の配線と電気的に接続され、
    前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1の液晶素子の第2の電極と電気的に接続され、
    前記第3のトランジスタのゲートは、前記第1の配線と電気的に接続され、
    前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第4の配線と電気的に接続され、
    前記第3のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2の液晶素子の第1の電極と電気的に接続され、
    前記第4のトランジスタのゲートは、前記第1の配線と電気的に接続され、
    前記第4のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第5の配線と電気的に接続され、
    前記第4のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2の液晶素子の第2の電極と電気的に接続され、
    前記第5のトランジスタのゲートは、前記第1の配線と電気的に接続され、
    前記第5のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第6の配線と電気的に接続され、
    前記第5のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3の液晶素子の第1の電極と電気的に接続され、
    前記第6のトランジスタのゲートは、前記第1の配線と電気的に接続され、
    前記第6のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第3の配線と電気的に接続され、
    前記第6のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3の液晶素子の第2の電極と電気的に接続され、
    前記第7のトランジスタのゲートは、前記第1の配線と電気的に接続され、
    前記第7のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第7の配線と電気的に接続され、
    前記第7のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4の液晶素子の第1の電極と電気的に接続され、
    前記第8のトランジスタのゲートは、前記第1の配線と電気的に接続され、
    前記第8のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第5の配線と電気的に接続され、
    前記第8のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4の液晶素子の第2の電極と電気的に接続され
    前記第3の配線の電位は、1ゲート選択期間毎に反転し、
    前記第5の配線の電位は、前記第3の配線の電位の逆位相であることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項1において、
    前記第3の配線及び前記第5の配線のハイレベルの電位は、前記第2の配線の電位の最大値よりも低く、
    前記第3の配線及び前記第5の配線のローレベルの電位は、前記第2の配線の電位差の最小値よりも高く、
    前記第1の配線の電位の最大値は、前記第2の配線の電位の最大値と前記第1のトランジスタの閾値電圧との和であり、
    前記第1の配線の電位の最小値は、前記第2の配線の電位の最小値から前記第1のトランジスタの閾値電圧を引いた値であることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項1又は請求項2において、
    前記第1の画素は、第1の容量素子を有し、
    前記第2の画素は、第2の容量素子を有し、
    前記第3の画素は、第3の容量素子を有し、
    前記第4の画素は、第4の容量素子を有し、
    前記第1の容量素子の第1の電極は、前記第1の液晶素子の第1の電極と電気的に接続され、
    前記第1の容量素子の第2の電極は、前記第1の液晶素子の第2の電極と電気的に接続され、
    前記第2の容量素子の第1の電極は、前記第2の液晶素子の第1の電極と電気的に接続され、
    前記第2の容量素子の第2の電極は、前記第2の液晶素子の第2の電極と電気的に接続され、
    前記第3の容量素子の第1の電極は、前記第3の液晶素子の第1の電極と電気的に接続され、
    前記第3の容量素子の第2の電極は、前記第3の液晶素子の第2の電極と電気的に接続され、
    前記第4の容量素子の第1の電極は、前記第4の液晶素子の第1の電極と電気的に接続され、
    前記第4の容量素子の第2の電極は、前記第4の液晶素子の第2の電極と電気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
    前記第1乃至第8のトランジスタの少なくとも一は、酸化物半導体にチャネル形成領域を有することを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
    前記第1乃至第8のトランジスタの少なくとも一のオフ電流は、85℃にて100zA/μm未満であることを特徴とする液晶表示装置。
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