JP2005175248A - フィールドシーケンシャル方式液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、各画素のＴＦＴのサイズを大きくすることなくＯＮ電流を増大させることができ、応答速度の速い液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】 各画素の駆動用素子としてＴＦＴ１０を有するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、前記ＴＦＴ１０のソース電極Ｓとドレイン電極Ｄとの対向面の形状が、ソース電極Ｓの先端部１６が半円弧状であり、ドレイン電極が半円状となるようにする。
この場合、半円弧状のソース電極Ｓと半円状のドレイン電極Ｄとの間の距離即ちチャネル長Ｌを一定にするとよい。
【選択図】 図５

Description

本発明は、駆動に最適なフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置に関する。

一般に液晶表示装置には薄型軽量、低消費電力という特徴があり、特に、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor.以下「ＴＦＴ」という。）方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置は携帯端末から大型テレビに至るまで幅広く利用されている。

通常、広く用いられているアクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された画素電極と各画素電極に接続されたＴＦＴ素子が設けられた基板と共通電極が設けられた基板とを所定間隔を隔てて配設し、両基板間に液晶を封入した液晶表示装置を備えている。そして、液晶表示装置の共通電極側にはそれぞれの画素ごとに赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）のフィルタが備えられたサブ画素が設けられ、Ｒ・Ｇ・Ｂの３つのサブ画素のセットで１画素とされている。また、液晶表示装置の両面には偏光フィルタが配置され、一方の偏光フィルタの背後にはバックライトが配置されて透過型の液晶表示装置とされている。

この形式の液晶表示装置は、空間混合方式と称されるものであって、ＲＧＢ各画素の透過光の強度を変えて混色することにより所望の色の光を得るものであって、現在主流となっているものであるが、光の利用効率が低いという問題がある。すなわち、通常のカラー液晶表示装置の場合、偏光板による光透過率は約１／２以下であり、カラーフィルタによる光透過率は約１／３以下であるので、開口率その他を考えると、バックライトから出射される全光の利用効率は実質的に１０％以下となってしまう。

近年、このようなカラーフィルタを使用しない形式の透過型液晶表示装置として、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置が開発された（下記特許文献１、２参照）。このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、時間差混合方式と称されるものであって、バックライトとしてＲ・Ｇ・Ｂの各光を発することができる光源を使用し、各フィールド中にＲ・Ｇ・Ｂの各光を素早く切り替えて液晶表示装置に照射することにより、カラー表示を得るものである。このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタを有していないために、従来例のようなカラーフィルタによる光吸収を考慮する必要がなく、従来のものよりも低消費電力の光源を使用し得る。なお、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置に使用される光源としては、Ｒ・Ｇ・Ｂの各光を高速に切替発光できる発光ダイオード、無機ないしは有機ＥＬ(Electro Luminescence)素子が使用される。

このように、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、低消費電力で、また、１画素でＲＧＢの各色の光を時分割して透過させてカラー表示を行うことができるために、従来の液晶表示装置に比すると高精細化が可能であるが、液晶表示装置として従来のものよりも高速応答が要求される。すなわち、色の切替に際してフリッカ（画像のちらつき）が生じないようにするためには、現在の慣用規格では１フィールドが１／６０秒であるため、図１に示したように、１フィールド当たり１色の表示を行うためには１／１８０秒以下、すなわち約５．６ｍ秒以下で切り替えする必要がある。従って、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置としては、従来のものよりも遙かに応答速度が速いものが必要とされており、現在においても更なる改良が求められている。

例えば、下記特許文献２には、発光部の単位発光期間内において液晶表示装置への印加電圧のパターンを変化させることにより高速応答で多段階表示が可能な液晶表示装置が、また、下記特許文献３には、ＯＣＢ（Optical Controlled Birefringence)モードの液晶表示装置において、液晶分子を確実にベンド転移するようになすことにより液晶表示装置の応答速度を高める技術が、それぞれ開示されている。
特開２００１−１００６４６号公報（特許請求の範囲、段落［０００４］〜［１００７］、［００４２］〜［００７２］、図１〜図３） 特許第３３３８４３８号公報（特許請求の範囲、段落［００３８］〜［００４８］、図３）

前記特許文献２に開示されている発明は、液晶表示装置への印加電圧の観点から、また、前記特許文献３に開示されている発明は液晶分子の配向の観点から、共に液晶表示装置の応答速度向上を図ったものであるが、未だにフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置として十分な高速応答性を達成するには至ってはいない。そこで、本発明者等はアクティブマトリクス型液晶表示装置のＴＦＴの特性を改善して液晶表示装置の応答速度の向上の可能性を検討することとした。

ＴＦＴは画素電極へのデータ信号入力を選択するスイッチング素子であり、ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極、及び、非晶質半導体層より構成される電界効果トランジスタであり、それぞれの電極は走査線、映像線及び画素電極に接続されている。走査線群は線順次に走査選択されて所定の走査時間の間、１走査線上の全てのＴＦＴをＯＮとし、このＯＮ期間中にデータ信号が各映像線を介してそれぞれの画素電極に入力される。共通電極は走査信号に同期して電圧が設定され、対向する各画素電極との間で画素となる液晶容量が形成されて電圧が保持される。この保持電圧は間隙の液晶を駆動するとともに、次フィールドで正負反転して書き換えられるまで、液晶の駆動状態を所定の１走査期間維持する。

このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の一般的な構成及び等価回路を図２及び３を参照して簡単に説明する。なお、図２はこのフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の１画素分の平面図であり、図３は数画素分の等価回路を示す図である。個々の画素電極ＬＰは液晶表示装置上の走査線Ｘn、Ｘn+1・・・と映像線Ｙm、Ｙm+1・・・で囲まれた区画に設けられており、この画素電極ＬＰは等価的に液晶容量Ｃ_ＬＣで表わされている。通常液晶容量Ｃ_ＬＣには補助容量Ｃ_Ｓが並列に接続されている。液晶容量Ｃ_ＬＣの一端は駆動用のＴＦＴのドレイン電極Ｄに接続されているとともに、他端は対向電極に接続されて所定の基準電圧Ｖcomが印加されている。

ＴＦＴは絶縁ゲート電界効果型の薄膜トランジスタからなり、そのソース電極Ｓは映像線Ｙm、Ｙm+1・・・に接続されて画像信号Ｖsigの供給を受け、また、ドレイン電極Ｄは液晶容量Ｃ_ＬＣの一端、すなわち画素電極ＬＰに接続されている。さらに、ＴＦＴのゲート電極Ｇは走査線Ｘn、Ｘn+1・・・に接続されて所定のゲート電圧Ｖgateを有するゲートパルスＧＰが印加されるようになされている。そして、ドレイン電極とソース電極との間には寄生容量Ｃ_ＤＳがまた、液晶容量Ｃ_ＬＣとゲート電極Ｇとの間には結合容量Ｃ_ＧＤが形成される。この結合容量Ｃ_ＧＤは、画素電極と走査線Ｘnとの間の浮遊容量成分とＴＦＴ内部のドレイン領域とゲート領域との間の寄生容量成分が合わさったものであるが、後者の寄生容量成分が支配的であるので、以下、Ｃ_ＧＤをＣ_ＤＳと共に寄生容量と称する。

液晶表示装置の画素に対して選択期間中に画像信号Ｖsigを書き込み、続く非選択期間中書き込まれた画像信号を保持して一フィールドが構成されるが、一フィールドにおける液晶画素の透過率はその間に液晶に印加される実効電圧によって決定される。したがって、ＴＦＴは、選択期間内に書き込みを完了するために必要なＯＮ電流が確保できるものでなければならず、また、一フィールド期間中に液晶画素を点灯し続けるのに十分な実効電圧が得られるようにするために、非選択期間中あるいは保持期間中のリーク電流はできるだけ小さくする必要がある。

また、液晶表示装置は、ＴＦＴがＯＮ状態となるとＴＦＴのソース電極Ｓに印加されていた画像信号Ｖsigが画素電極ＬＰに印加されるが、画素電極ＬＰの両端の電圧は、液晶容量Ｃ_ＬＣ、補助容量Ｃ_Ｓ、寄生容量Ｃ_ＧＤ及びＣ_ＤＳの充放電を経ながら前記画像信号Ｖsigに近づいていくので、少なくとも寄生容量Ｃ_ＧＤ及びＣ_ＤＳが小さいほど、また、ＴＦＴのＯＮ電流が大きいほど、液晶表示装置の応答速度が速くなる。

したがって、液晶分子は駆動電圧を印加してもすぐに動くわけではないが、液晶表示装置を高速に駆動するためにはＴＦＴのＯＮ電流が大きいほど有利となる。ＴＦＴのＯＮ電流を大きくするためには、従来例のアクティブマトリクス型液晶表示装置のＴＦＴの構成を示す図４を参照すると、ＴＦＴのサイズを大きくして、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄが対向している長さ、すなわちチャネル幅Ｗを大きくすると共に、両電極間の距離、すなわちチャネル長Ｌを短くすることにより一応達成できる。しかしながら、チャネル長Ｌは回路設計上一定の限度があるし、また、チャネル幅Ｗを大きくすることは、それに伴って寄生容量成分Ｃ_ＧＤ及びＣ_ＤＳも大きくなる（図２参照）ため、液晶表示装置の高速駆動の点からは相反する要因となってしまう。

そこで、本発明者等は、このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置のＴＦＴの構成について種々検討を重ねた結果、ＴＦＴのソース電極Ｓとドレイン電極Ｄの形状を工夫することにより、ＴＦＴのサイズを大きくすることなくＴＦＴのＯＮ電流を増大させることができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、各画素のＴＦＴのサイズを大きくすることなくＯＮ電流を増大させることができ、応答速度の速い液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、本願の請求項１に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の発明は、各画素の駆動用素子として薄膜トランジスタを有するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との対向面の形状が、ソース電極が半円弧状であり、ドレイン電極が半円状であることを特徴とする。

また、本願の請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との対向面の間の距離が一定となされていることを特徴とする。

また、本願の請求項３に係る発明は、前記請求項１又は２に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタは、一つのゲート電極に対して前記半円弧状のソース電極及び前記半円状のドレイン電極が複数組形成され、各半円弧状のソース電極及び各半円状のドレイン電極はそれぞれ互いに並列に接続されていることを特徴とする。

本発明の上記構成によれば、以下のような優れた効果を奏する。すなわち、本願の請求項１に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置によれば、ＴＦＴの形状を特に大きくしなくても、寄生容量を増加させることなくソース電極とドレイン電極との対向面の長さ即ちチャネル幅Ｗを広くすることができるので、ＯＮ電流の大きなＴＦＴが得られるため、高速応答のフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置が得られる。

また、本願の請求項２に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置によれば、寄生容量が小さい方が有利であり、各画素ごとにＯＮ電流のばらつきの少ないフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置が得られる。

また、本願の請求項３に記載のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置によれば、複数組の半円弧状のソース電極及び半円状のドレイン電極を並列に設けたので、寄生容量をそれほど増加させずにＴＦＴのＯＮ電流をより増大させることができるようになるため、より応答速度の速いフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置が得られる。

以下、本発明の実施例を図５及び図６を用いて説明する。ただし、以下に示す実施例は本発明の技術思想を具体化するためのフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を例示するものであって、本発明をこの実施例のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置に特定することを意図するものではなく、特許請求範囲に記載された技術的範囲に含まれるものに等しく適用し得るものである。

本発明の第１の実施例に相当するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置のＴＦＴの拡大平面図を図５に示す。このＴＦＴ１０は、ガラス基板の表面に絶縁膜が設けられ（いずれも図示せず）、この絶縁膜上に順次ゲート電極Ｇ及びアモルファス−シリコン等の半導体層１２が積層され、この半導体層の表面にソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄが対向配置されている。そして、ドレイン電極Ｄの先端部１４は半円状とされており、また、前記ドレイン電極Ｄの先端部に対向するソース電極Ｓの先端部１６は半円弧状とされ、両電極間の距離、すなわちチャネル長Ｌは一定とされている。

この場合、ドレイン電極Ｄとゲート電極Ｇ間の寄生容量を減らすため、ゲート電極Ｇ上に位置するドレイン電極Ｄの半円状の先端部１４以外の部分１８の長さは可能な限り短くする方がよい。ソース電極Ｓのドレイン電極Ｄと対向する部分以外の形状は任意であるが、ＴＦＴ１０のＯＮ電流を大きくするためにはある程度太くして抵抗値が小さくなるようにするとよい。

このような形状とすると、チャネル幅Ｗを大きくできると共に、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間の寄生容量Ｃ_ＤＳ及びゲート電極とドレイン電極との間の寄生容量Ｃ_ＧＤを共に小さくできるため、ＴＦＴ１０の大きさを従来例のものと同じ程度となしても、ＯＮ電流を大きくできるので、液晶表示装置の応答速度を向上させることができ、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置として適用できる液晶表示装置が得られる。

本発明の第２の実施例に相当するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置のＴＦＴ２０の拡大平面図を図６に示す。なお、図６において図５に示した実施例１のＴＦＴ１０と同一構成の部分には同一参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。

この実施例２のＴＦＴ２０が実施例１のＴＦＴ１０と構成が相違している部分は、ゲート電極Ｇを大きく信号線Ｙｍに沿って延ばし、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄとの組み合わせを複数組、この例では４組設け、各ソース電極Ｓを互いに電気的に接続すると共に各ドレイン電極Ｄも互いに電気的に接続した構成となっている。したがって、この実施例２のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置では、ＴＦＴ２０は、一つのゲート電極Ｇに対して半円弧状のソース電極Ｓ及び半円状のドレイン電極Ｄが複数組形成され、各半円弧状のソース電極Ｓ及び各半円状のドレイン電極Ｄはそれぞれ互いに並列に接続されていることになる。

この場合、各画素ごとのＴＦＴの特性のばらつきを抑えるために、それぞれのソース電極Ｓがドレイン電極Ｄと対向している部分の長さすなわち、チャネル幅Ｗ１〜Ｗ４を全て等しくすると共に、ソース電極の円弧状部分１６とドレイン電極Ｄの半円状の先端部１４との間の距離、すなわちチャネル長Ｌを全て等しくすることが望ましい。また、ドレイン電極Ｄの半円状の先端部１４以外の部分は、ゲート電極とドレイン電極との間の寄生容量Ｃ_ＧＤを小さくするために、可能な限り短い方が好ましい。

このような構成となすことにより、ＴＦＴ２０のＯＮ電流を実施例１のものに比して大幅に大きくでき、加えて、ソース電極Ｓがドレイン電極Ｄと対向している部分の長さ、すなわちチャネル幅Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４も大きくできるので、図４に示したような構成の従来例のＴＦＴの場合と比すると、チャネル幅Ｗの値が同じあっても、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間の寄生容量Ｃ_ＤＳ及びゲート電極とドレイン電極との間の寄生容量Ｃ_ＧＤを小さくできるために、液晶表示装置の応答速度を向上させることができ、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置として適用できる液晶表示装置が得られる。

フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の表示原理を説明する図である。 フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の１画素分の平面図である。 フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の数画素分の等価回路を示す図である。 従来例のアクティブマトリクス型液晶表示装置のＴＦＴの構成を説明する図である。 本発明の実施例１に相当するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置のＴＦＴの構成を示す拡大平面図である。 本発明の実施例２に相当するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置のＴＦＴの構成を示す拡大平面図である。

符号の説明

Ｘn、Ｘn+1・・・ 走査線
Ｙm、Ｙm+1・・・ 映像線
Ｃ_ＬＣ 液晶容量
Ｃ_Ｓ 補助容量
Ｄ ドレイン電極
Ｇ ゲート電極
Ｓ ソース電極
Ｃ_ＧＤ、Ｃ_ＤＳ 寄生容量
１０、２０ ＴＦＴ
１２ 半導体層
１４ 半円状のドレイン電極Ｄの先端部
１６ ソース電極Ｓの先端部

Claims (3)

1. 各画素の駆動用素子として薄膜トランジスタを有するフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との対向面の形状が、ソース電極が半円弧状であり、ドレイン電極が半円状であることを特徴とするフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置。
2. 前記薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との対向面の間の距離が一定となされていることを特徴とする請求項１に記載のフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置。
3. 前記薄膜トランジスタは、一つのゲート電極に対して前記半円弧状のソース電極及び前記半円状のドレイン電極が複数組形成され、各半円弧状のソース電極及び各半円状のドレイン電極はそれぞれ互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置。

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