JP6283522B2 - 表示装置及び反射型液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、表示装置及び反射型液晶表示装置に関する。
一般に、液晶表示装置が知られている。また、近年、モバイル機器が急速に普及している。モバイル機器としては液晶表示装置を用いたスマートフォン等が知られている。モバイル機器としての液晶表示装置においては、高精細化、高色純度化、高輝度化等に代表される表示性能の向上が強く求められている。また、モバイル機器としての液晶表示装置においては、バッテリによる長時間駆動を達成するための低消費電力化も強く求められている。
上記のような高色純度化、高輝度化、低消費電力化等の相反する要求を満足させるために、通常のRGB(赤、緑、青)の3色の画素構成に替えて、RGBW(赤、緑、青、白)の4色の画素構成を採用する液晶表示装置の開発、製品化が進められている。
しかしながら、画素としていわゆるRGBWストライプ画素(列方向に延在したRGBWの4個の画素が行方向に並んで形成された画素)の構成を採用する場合、画素単位での形状が細長い形となり、表示の均一性が大幅に低下するといった問題がある。そこで、表示品位が低下する問題を解消するために、画素としていわゆるRGBW正方画素(RGBWの4個の正方形の画素が正方配列化された画素)の構成を採用する技術が開発されている。
ところで、RGBW正方画素の場合、RGBWストライプ画素に比べて各列に並ぶ画素の数が2倍になる。すると、走査線の本数も2倍になる。しかし、信号線から画素への映像信号の書込み時間は、走査線の本数に依存し、走査線の本数が増えればその分短くせざるを得ない。水平方向の解像度の向上は信号線側の書込み本数を増やすのみで書込み時間への影響はないが、高解像度化やフレーム周波数の増加は、映像信号の書込み時間の短縮を余儀なくされる。これにより、映像信号を書き込む時間を十分に確保できなくなったり、駆動周波数の増加に伴い駆動回路の消費電力が大幅に増加したりしてしまう。
そこで、行方向に並んだ1行のRGBW正方画素に対して走査線を1本の割合で設け、列方向に並んだ1列のRGBW正方画素に対して信号線を2本の割合で設ける技術が開発されている。即ち、RGBW正方画素を構成する4つの副画素は、1本の走査線を共用している。これにより、RGBW正方画素の構成を採用し、駆動周波数を増加させても、映像信号を書き込む時間を十分に確保することができる。また、駆動回路の消費電力の増大を抑制することができる(低消費電力化を図ることができる)。
国際公開第2011/089838号パンフレット 特開2010−26245号公報
ところで、反射型液晶表示装置を複数の画素を含む単位画素(例えば、RGBW正方画素)で構成した場合、共有する走査線をどのように配置するかが重要である。
従来の反射型液晶表示装置では、正方画素の上側もしくは下側のいずれかの側の2つの副画素の反射電極の下層に重畳して走査線を形成していた。しかしこの構造では、走査線と反射電極とで生ずるカップリング容量が、上側の副画素と下側の副画素とで異なるため画質の低下を生じる。これを回避する方策として、上側の副画素と下側の副画素との境界部の隙間に走査線を形成することが考えられる。しかしこの構造では、反射電極間の隙間から表示に寄与しない配線が大きく露出し画質の低下を生じる。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、単位画素で構成された表示装置において、共有する走査線による画質の低下を抑制することのできる高品位な表示装置及び反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
一実施形態に係る液晶表示装置は、第1画素電極を有した第1画素と、前記第1画素に列方向に隣合い第2画素電極を有した第2画素と、前記第1画素に行方向に隣合い第3画素電極を有した第3画素と、前記第2画素に前記行方向に隣合い前記第3画素に前記列方向に隣合い第4画素電極を有した第4画素と、を備えた単位画素と、前記第1乃至第4画素に電気的に接続する走査線と、前記列方向に延在し前記行方向に互いに間隔を置いて設けられて、それぞれ前記第1乃至第4画素に電気的に接続する第1乃至第4信号線と、を備え、前記第1乃至第4画素電極は、光反射型であり、前記走査線は、前記第1乃至第4画素のそれぞれの画素領域を、全幅が当該画素領域内に含まれるように順次経由して設けられ、前記走査線は、前記単位画素内において、行方向及び列方向に沿う方向に設けられた配線で構成される矩形波形状、鋸歯形状、及び鋸歯形状の頂上部と谷底部とを行方向に沿う配線で置換した形状、のいずれか1つの形状を有する表示装置である。
第1の実施の形態の反射型液晶表示装置を示す概略の平面構成図である。 第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の概略の断面構成図である。 第1の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板の概略構成を示す平面図である。 第1の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板の1つの単位画素UPXを取り出して示す図である。 第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の画素回路の等価回路を示す図である。 第1の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンを示す図である。 従来の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンを示す図である。 第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の隣接する画素領域間の配線を抽出して示すレイアウト図である。 従来の反射型液晶表示装置の隣接する画素領域間の配線を抽出して示すレイアウト図である。 第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の動作原理を説明するための図である。 第2の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンを示す図である。 第2の実施の形態の変形例の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンを示す図である。
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。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置を示す概略の平面構成図である。
液晶表示装置は、液晶表示パネル10、信号線駆動回路90、制御部100と、FPC(flexible printed circuit)110とを備えている。
液晶表示パネル10は、アレイ基板1と、アレイ基板1に所定の隙間を置いて対向配置された対向基板2と、これら両基板間に挟持された液晶層3とを備えている。信号線駆動回路90は、映像信号出力部として機能する。制御部100は、液晶表示装置の動作を統括して制御する。FPC110は、液晶表示パネル10を駆動するための信号を授受するための通信路である。また、液晶表示パネル10の表示領域AAには、後述する画素PXがマトリクス状に配置されている。
図2は、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の概略の断面構成図である。
上述のように、液晶表示パネル10は、アレイ基板1、対向基板2、及び両基板間に狭持された液晶層3を備えている。
アレイ基板1は、透明な絶縁性の基板として、例えばガラス基板4aを備えている。このガラス基板4aの液晶層3と対向する面には、画素電極(反射電極)、画素回路を構成する後述する走査線、信号線、スイッチング素子などが積層されている。アレイ基板1の外面部(液晶層3と反対の面)には第1光学部7が設けられている。第1光学部7は、例えば偏光板である。
対向基板2は、透明な絶縁基板として、例えばガラス基板4bを備えている。図示しないが、ガラス基板4b上には、カラーフィルタ、対向電極(共通電極)及び配向膜が順に形成され、対向基板2を形成している。対向基板2の外面部(液晶層3と反対の面)には第2光学部8が設けられている。第2光学部8は、例えば偏光板である。第2光学部8の外面は表示面である。
アレイ基板1及び対向基板2間の隙間はスペーサにより、例えば柱状スペーサ5により保持されている。アレイ基板1及び対向基板2は、これら両基板の周縁部に配置されたシール材6により接合されている。
図3は、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板の概略構成を示す平面図である。
表示領域AAにおいて、ガラス基板4a上にはマトリクス状に配置された複数の単位画素UPXが形成されている。単位画素UPXは、行方向Xにm個並べられ、行方向Xに直交した列方向Yにn個並べられている。ここで、単位画素UPXは、RGBW正方画素を表す。
各単位画素UPXは、複数の画素PXを備えている。ここでは、各単位画素UPXは、第1乃至第4画素PXa乃至PXdを備えている。第2画素PXbは、第1画素PXaに列方向Yに隣合って位置している。第3画素PXcは、第1画素PXaに行方向Xに隣合って位置している。第4画素PXdは、第2画素PXbに行方向Xに隣合い第3画素PXcに列方向Yに隣合って位置している。
ここで、単位画素UPXの単位ではなく画素PXの単位に着目すると、複数の画素PXは、行方向Xに2m個並べられ、列方向Yに2n個並べられている。奇数行において、第2画素PXb及び第4画素PXdが交互に順に並べられている。偶数行において、第1画素PXa及び第3画素PXcが交互に順に並べられている。奇数列において、第2画素PXb及び第1画素PXaが交互に順に並べられている。偶数列において、第4画素PXd及び第3画素PXcが交互に順に並べられている。
なお、上記単位画素UPXを絵素と言い換えることができる。また、単位画素UPXを画素と言い換えることができ、この場合、上記画素PXを副画素と言い換えることができる。
表示領域AAの外側において、ガラス基板4a上に、走査線駆動回路11及びアウタリードボンディング(outer lead bonding)のパッド群(以下、OLBパッド群と称する)pGが形成されている。
表示領域AAにおいて、ガラス基板4a上には、複数本(n本)の走査線15、複数本(2n本)の補助容量線C(C1、C2)、及び複数本(4m本)の信号線16が配置されている。信号線16は、列方向Yに延出し行方向Xに互いに間隔を置いて設けられている。走査線15は、行方向Xに延出し、第1乃至第4画素PXa乃至PXdに電気的に接続されている。行方向Xに並べられた複数の単位画素UPXの第1乃至第4画素PXa乃至PXdは、同一の走査線15に電気的に接続されている。なお、走査線15と複数の単位画素UPXの第1乃至第4画素PXa乃至PXdとの接続方法については後述する。
補助容量線Cは、行方向Xに延出し、第1乃至第4画素PXa乃至PXdに電気的に接続されている。行方向Xに並べられた複数の単位画素UPXの第2画素PXb及び第4画素PXdは、同一の補助容量線C1に電気的に接続されている。行方向Xに並べられた複数の単位画素UPXの第1画素PXa及び第3画素PXcは、同一の補助容量線C2に電気的に接続されている。なお、補助容量線C1と補助容量線C2とは別の線でなくとも良く、同一の補助容量線Cから分岐したものであっても良い。また、補助容量線Cと複数の単位画素UPXの第1乃至第4画素PXa乃至PXdとの接続態様については後述する。
図4は、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板の1つの単位画素UPXを取り出して示す図である。
第1乃至第4画素PXa乃至PXdは、互いに異なる色の画像を表示するように構成された画素である。この実施形態において、第1乃至第4画素PXa乃至PXdは、緑色(G)、青色(B)、白色(無彩色、W)及び赤色(R)の画像を表示するように構成された画素である。
複数の信号線16のうち、第1信号線16a乃至第4信号線16dの4本の信号線は、それぞれ列方向Yに延線されて、第1乃至第4画素PXa乃至PXdと接続している。補助容量線Cのうち、補助容量線C1と補助容量線C2は、それぞれ行方向Xに並べられた複数の単位画素UPXの上部行の画素(第2画素PXb及び第4画素PXd)及び下部行の画素(第1画素PXb及び第3画素PXd)に対応している。走査線15は、行方向Xに延線され単位画素UPX内においては経路を変更しつつ第1乃至第4画素PXa乃至PXdと接続している。
図5は、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の画素回路の等価回路を示す図である。この画素回路は、単位画素UPXのそれぞれの画素(PXa乃至PXd)で共通であるため、第1画素PXaを例として説明する。
走査線15および信号線16aの交差位置近傍には、2つのスイッチング素子22a、23aが配置される。各スイッチング素子22a、23aは例えばゲートが走査線15に接続され、ソース−ドレインパスが信号線16aおよび画素電極21a間に接続されるTFT(薄膜トランジスタ)からなり、走査線15を介して駆動されたときに信号線16aおよび画素電極21a間で導通する。スイッチング素子22a、23aは、例えばポリシリコン薄膜トランジスタで構成される。
画素電極21aは光を反射する不透明電極材質(例えばメタル)からなり、対向電極CEは、例えばITO(インジュウム・錫酸化物)等の透明電極材料からなり、それぞれ配向膜で覆われている。液晶3は、画素電極21aおよび対向電極CEからの電界によって、対応した液晶分子配列に制御される。画素電極21aおよび対向電極CE間には液晶容量CLCを有する。補助容量線Cは画素電極21aに容量結合した補助容量Csを構成する。補助容量Csはスイッチング素子22a、23aの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。
なお、図5に示したTFTはダブルゲートであるが、この形状に限定されず、シングルゲート、トリプルゲートであっても良い。
図6は、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンを示す図である。
図6の点線で囲われた4つの部分がそれぞれ1画素領域を示している。即ち、1画素領域(画素領域)は、画素電極21a(21b、21c、21d)に対応する領域で示される。
なお、以下のレイアウトパターンでは、第1信号線16aは第1画素PXaと接続し、第2信号線16bは第2画素PXbと接続し、第3信号線16cは第3画素PXcと接続し、第4信号線16dは第4画素PXdと接続するように構成している。従って、第1信号線16a乃至第4信号線16dの4本の信号線の配列順序は適宜変更されていることに留意されたい。
図6の左から供給される走査線15は、第2画素PXb内に延線される。走査線15は、第2画素PXb内において、TFTのゲートと2ヶ所で接続した後、第1画素PXa内に延線される。走査線15は、第1画素PXa内において、TFTのゲートと2ヶ所で接続した後、第3画素PXc内に延線される。走査線15は、第3画素PXc内において、TFTのゲートと2ヶ所で接続した後、第4画素PXdに延線される。走査線15は、第4画素PXd内において、TFTのゲートと2ヶ所で接続した後、隣接する右側の正方画素(不図示)に延線される。
第1の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板上のレイアウトパターンでは、走査線15は、正方画素内の全ての画素領域内を、全幅が画素領域内に含まれるように順次経由して配線されている。この態様を更に限定すると、走査線15は、正方画素内においては行方向Xと列方向Yとに沿う方向に設けられる配線で構成される矩形波形状を備えている。
なお、補助容量線Cと走査線15とは同層に配置されるため、走査線15が画素領域内に配線されることに伴って補助容量線Cと走査線15とが接触しないように、画素領域内における補助容量線Cの形状が変形される。そして、この補助容量線Cの形状変更に合わせてTFTの形状も変更される。また、走査線15の全幅が画素領域内に含まれるように配線されることに伴う色表示特性の劣化を回避するため、第1乃至第4画素PXa乃至PXdのそれぞれの補助容量Csがほぼ等しくなるように、それぞれの画素領域内における補助容量線Cの形状を定めることが望ましい。
なお、正方画素内における走査線15の形状は、第1画素PXaと第2画素PXbとの境界線に対して線対称な形状であっても良い。
続いて、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の奏する効果について説明する。
図7は、従来の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンを示す図である。
従来の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンでは、走査線15は、正方画素内の列方向に隣接する2つの画素領域間の間隙に(あるいは間隙を覆って)行方向に延線されている。図7に示すレイアウトでは補助容量線Cの形状を変形しなくとも、補助容量線Cと走査線15とが接触しないように構成することができるため、補助容量線Cの形状は長方形となっている。
なお、上述の内容以外のレイアウトについては、図6に示す第1の実施の形態の構成と同様であると理解することができるため、その詳細の説明は省略する。
図8は、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の隣接する画素領域間の配線を抽出して示すレイアウト図である。
図9は、従来の反射型液晶表示装置の隣接する画素領域間の配線を抽出して示すレイアウト図である。
図8と図9に示すように、隣接する画素領域同士の間隙には各配線(16a〜16d、C1〜C2、15)が露出している。図8と図9とを対比すると、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の方が従来の反射型液晶表示装置よりも露出する配線の面積が小さくいことがわかる。さらに、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の方が従来の反射型液晶表示装置よりも露出する配線が正方画素内に均一に分散していることがわかる。
図10は、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の動作原理を説明するための図である。図10には、正方画素を行方向に沿って切断したときの、アレイ基板1の積層構造と対向基板2との断面図を表している。
アレイ基板1を構成するガラス基板4a上には下地部14が形成されている。下地部14は、順に積層された不図示のアンダーコート膜、TFT(半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極等)、走査線15、層間絶縁膜等で形成されている。下地部14上には、信号線16a〜16d等が形成されている。下地部14及び信号線16上には、平坦化膜19が形成されている。第1乃至第4画素電極21a乃至21dは、平坦化膜19上に形成されている。平坦化膜19及び画素電極21上に、配向膜23が形成されアレイ基板1を形成している。
画素電極21と対向電極CEとの間に付加された電圧値に対応して液晶層3の透過率が変化する。反射型液晶表示装置では、画素電極21は光を反射するメタルなどで構成されている。図10に示すように、対向基板2側から光路Aで入射した光は、画素電極21で反射される。このとき液晶層3の透過率によって反射光の階調が制御される。一方、対向基板2側から光路Bで入射した光は、隣接する画素電極間の間隙を透過するため、反射光は生じない。
図8と図9に示すように、隣接する画素領域間には各配線(16a〜16d、C1〜C2、15)が露出している。反射型液晶表示装置では、これらの配線にはメタルが使用されているため、各配線に照射した光は画素電極21と同様に反射される。しかしながら、各配線は画素電極21と異なり所望の電圧を保持していないため、望ましい階調の光が反射されるわけではない。従って、隣接する画素領域間に露出する配線は少ないほうが望ましい。
上述のように、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置の方が従来の反射型液晶表示装置よりも露出する配線の面積が小さく、さらに露出する配線が正方画素内に均一に分散している。従って、第1の実施の形態の反射型液晶表示装置は、高品位の表示性能を備えている。
[第2の実施形態]
第2の実施の形態では、走査線15のレイアウトパターンが第1の実施の形態と異なっている。第1の実施の形態と同一または同様の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
図11は、第2の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンを示す図である。
第2の実施の形態の反射型液晶表示装置のアレイ基板上のレイアウトパターンでは、走査線15は、第1の実施の形態と同様に、正方画素内の全ての画素領域内を、全幅が画素領域内に含まれるように順次経由して配線されているが、この態様をさらに限定すると走査線15が正方画素内において山切り形状となっている。即ち、走査線15は、正方画素内において行方向Xと列方向Yとに交差する方向に設けられる配線で構成される鋸歯形状を備えている。
なお、正方画素内における走査線15の形状は、第1画素PXaと第2画素PXbとの境界線に対して線対称な形状であっても良い。
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態よりも補助容量Csを大きくすることができる。
図12は、第2の実施の形態の変形例の反射型液晶表示装置のアレイ基板上の正方画素のレイアウトパターンを示す図である。
第2の実施の形態の変形例の反射型液晶表示装置のアレイ基板上のレイアウトパターンでは、走査線15は、第2の実施の形態の山形の形状の頂上部と谷底部とを平坦化した形状である。即ち、走査線15は、正方画素内において行方向Xと列方向Yとに交差する方向に設けられる配線で構成される鋸歯形状の頂上部と谷底部とを行方向Xに沿う配線で置換した形状としている。
なお、正方画素内における走査線15の形状は、第1画素PXaと第2画素PXbとの境界線に対して線対称な形状であっても良い。
変形例によれば、第2の実施の形態よりも補助容量Csを大きくすることができる。
ここで、正方画素に使用する色の種類、及び正方画素内の色の配列については上述の各実施の形態で示した例に限定されない。
なお、第1の実施の形態、及び第2の実施の形態で述べた走査線15を備えた構成の正方画素は、表示領域AAに設けられた全ての正方画素に用いても良く、一部の正方画素に用いても良い。
なお、上述の実施の形態では、適宜正方画素、単位画素の用語を使用しているが、本願発明が正方画素に限定されないことは明らかである。
本発明の実施の形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
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、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除も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。
また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
1…アレイ基板、2…対向基板、3…液晶層、10…液晶表示パネル、15…走査線、16,16a,16b,16c,16d…信号線、21,21a,21b,21c,21d…信号線、UPX…単位画素、PX,PXa,PXb,PXc,PXd…画素、C,C1,C2…補助容量線、AA…表示領域、X…行方向、Y…列方向。

Claims (6)

  1. 第1画素電極を有した第1画素と、前記第1画素に列方向に隣合い第2画素電極を有した第2画素と、前記第1画素に行方向に隣合い第3画素電極を有した第3画素と、前記第2画素に前記行方向に隣合い前記第3画素に前記列方向に隣合い第4画素電極を有した第4画素と、を備えた単位画素と、
    前記第1乃至第4画素に電気的に接続する走査線と、
    前記列方向に延在し前記行方向に互いに間隔を置いて設けられて、それぞれ前記第1乃至第4画素に電気的に接続する第1乃至第4信号線と、を備え、
    前記第1乃至第4画素電極は、光反射型であり、
    前記走査線は、前記第1乃至第4画素のそれぞれの画素領域を、全幅が当該画素領域内に含まれるように順次経由して設けられ
    前記走査線は、前記単位画素内において、行方向及び列方向に沿う方向に設けられた配線で構成される矩形波形状、鋸歯形状、及び鋸歯形状の頂上部と谷底部とを行方向に沿う配線で置換した形状、のいずれか1つの形状を有する表示装置。
  2. 前記第1乃至第4画素は、互いに異なる色の画像を表示するように構成された画素である請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記第1乃至第4画素は、赤色の画像を表示するように構成された画素、緑色の画像を表示するように構成された画素、青色の画像を表示するように構成された画素、及び白色の画像を表示するように構成された画素である請求項に記載の表示装置。
  4. 前記単位画素は、正方画素である請求項1に記載の表示装置。
  5. 液晶表示装置である請求項1乃至の何れか1項に記載の表示装置。
  6. 請求項1乃至の何れか1項に記載の画素領域と、
    前記画素領域を有するアレイ基板と、
    前記アレイ基板と対向して配される対向基板と、を備える反射型液晶表示装置。
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