JP2007047615A

JP2007047615A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2007047615A
Application number: JP2005233800A
Authority: JP
Inventors: Tamahiko Saito; 玲彦齋藤; Hiroyuki Kimura; 裕之木村
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: JP4874599B2

Abstract

【課題】信号線に供給する画像信号について、同じ階調電圧で供給しても、カラーフィルターの色毎に透過率の差を無くし、また、この場合に駆動回路でその調整を行うことなく、アレイ基板上で色毎の階調差をなくす補正ができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】容量結合駆動方を行う液晶表示装置１０において、アレイ基板１２には補助容量線２２が配線され、補助容量線２２に対応する位置であって、かつ、画素毎に補助容量用半導体層３６が設けられ、カラーフィルター層６６の色の透過率が低いほど、補助容量線２２と補助容量用半導体層３６との重なる部分の面積Ｓを小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものである。

従来より、ＩＰＳ（ｉｎ−ｐｌａｎｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードにおいて、液晶表示装置を容量結合駆動方に基づいて駆動させる技術が提案されている。この場合に、液晶表示装置に設けられたＲ、Ｂ、Ｇの色毎の輝度の損失を補うために、各画素毎に設けられた電荷蓄積容量について、Ｃｇ、Ｃｒ、Ｃｂの順番で小さくなるように設定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２４１２１３公報

しかしながら、上記構成の液晶表示装置において、色毎に電荷蓄積容量を変化させるための具体的な構成が開示されていない。また、Ｒ、Ｇ、Ｂによるカラー表示を行う場合に、各色により波長が異なるため、同じ電圧を印可しても透過率が異なり、上記のようにＧ色、Ｒ色、Ｂ色の順番で電荷蓄積容量を変化させると、最大輝度にムラが見られるという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、信号線に供給する画像信号について、同じ階調電圧で供給しても、カラーフィルターの色毎に透過率の差を無くし、また、この場合に駆動回路でその調整を行うことなく、アレイ基板上で色毎の階調差をなくす補正ができる液晶表示装置を提供する。

請求項１に係る発明は、アレイ基板と、前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、前記両基板間に配置された液晶層と、前記アレイ基板上に格子状に配線された複数のゲート線及び複数の信号線と、前記アレイ基板上に前記ゲート線と平行に配線された補助容量線と、前記ゲート線と前記信号線に接続されたスイッチング半導体層と、前記スイッチング半導体層が前記補助容量線と重なる位置まで延びて形成された補助容量用半導体層と、前記スイッチング半導体層に接続された画素電極と、前記対向基板側に配置された対向電極と、前記アレイ基板に設けられた画素毎に色が異なるカラーフィルター層と、を具備し、前記カラーフィルター層の色の透過率が低いほど前記補助容量線と前記補助容量用半導体層との重なる部分の面積Ｓを小さくすることを特徴とする液晶表示装置である。

本発明について説明する。カラーフィルター層が、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）色より構成されている場合に、各色により波長が異なるため、本発明者の実験によると、図６に示すようにその透過率がＢ色、Ｇ色、Ｒ色の順番で低くなる。なお、この順番は特許文献１の順番とは異なっている。そのため、この透過率の低いほど、補助容量線と補助容量用半導体層との重なる部分の面積を小さくし、階調電圧を調整する。これによって、色が異なっても、同じ階調電圧を掛ければ、同じ透過率を得るため良好な表示を実現できる。

以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図７に基づいて説明する。

（１）アレイ基板１２の構造について
図１に基づいてアレイ基板１２上の画素部分について説明する。必要に応じて図１のＡ−Ａ'部分の断面図である図２、および、図１のＢ−Ｂ'部分の断面図である図３を参照する。

アレイ基板１２上には、画素毎にポリシリコンよりなる半導体層３６、３８が積層される（図１では、ハッチングで示した部分である）。この半導体層３６は、平面形状がＬ字型をなしスイッチング素子としての役割を持つ。また、半導体層３８は、平面形状が長方形を形成するための半導体層であり、その面積は画素毎によって異なる。半導体層３８の領域は、補助容量部Ｃｓを構成する。すなわち補助容量部Ｃｓは、図２および図３から、半導体層３８、ゲート絶縁膜４０、補助容量線４２によって構成される。

なお、半導体層３６と半導体層３８とは、同じ半導体層で形成された第１接続線４６で接続されている。

半導体層３６，３８には、図２、図３にあるゲート絶縁膜４０が積層され、このゲート絶縁膜４０の上に図１にある補助容量線（Ｃｓ線）４２とゲート線２０を形成する層（以下、まとめてゲート線層という）が積層される。このゲート線層の上には、図２にある層間絶縁膜４４を介して信号線１８が積層される。図１のこの信号線１８を積層するときに、図３の半導体層３８と第１接続線４６との上方にこの信号線１８と共に第２接続線１９を形成する。そして、第２接続線１９と第１接続線４６とはコンタクトホール４８によって接続する。さらに、図１の信号線１８とＬ字型の半導体層３６とを接続するためにコンタクトホール５２を設ける。

信号線１８の上には、図３にある保護膜５４を介して有機絶縁膜５６が積層される。そして、半導体層３８に対応する接続線４６の位置にある有機絶縁膜５６にコンタクトホール５０を設け、このコンタクトホール５０を設けた後にＩＴＯで透明な画素電極６０を設ける。最後に、この画素電極６０の上に図２、図３にある配向膜６２を積層する。

図２にある対向基板１４においては、画素毎を仕切るようにブラックマトリックス６４をガラス基板７０の下面に設け、このブラックマトリックス６４の間にカラーフィルター層６６を設ける。このカラーフィルター層６６は、画素毎に対応してＲ色（赤色）とＧ色（緑色）とＢ色（青色）を形成したものである。そして、最後にこのカラーフィルター層６６の下面に配向膜６８を形成する。

（２）補助容量部Ｃｓの構成について
次に、図１に基づいて補助容量部Ｃｓの構成について説明する。

画素毎に補助容量部Ｃｓが設けられている。この補助容量部Ｃｓは、図１にある補助容量線４２と半導体層３８とが重なった面積によってその補助容量が決定される。そのため、この面積Ｓを色毎に変化させている。具体的には、図１におけるハッチングの場所がその部分であり、Ｂ色にあたる面積Ｓｂ、Ｇ色にあたる面積Ｓｇ、Ｒ色にあたる面積Ｓｒとして、その面積がＳｂ＞Ｓｇ＞Ｓｒとなるようにする。

この面積Ｓが順番に小さくなるように形成するために、上記したように半導体層３８の面積をＢ、Ｇ、Ｒの順番で小さくしている。

例えば、Ｂ色における半導体層３６の横方向が４２μｍ、縦方向が２２μｍであり、補助容量部２６の補助容量ＣｓＢは０．６ｐＦとなる。

Ｇ色においては、半導体層３６の横方向が４０μｍ、縦方向が２０μｍであり、補助容量部２６の補助容量ＣｓＧは０．５ｐＦとなる。

Ｒ色においては、半導体層３６の横方向が３８μｍ、縦方向が１８μｍであり、補助容量部２６の補助容量ＣｓＲは０．４ｐＦとなる。

このように、Ｂ、Ｇ、Ｒの順番で補助容量部Ｃｓの補助容量を小さくしているのは、図６に示すように、透過率がＢ、Ｇ、Ｒの順番で低くなるためである。そして、透過率が低くなると、輝度が落ちるため、同じ階調電圧を掛けても同じような輝度になるために、色毎に同じ階調電圧を掛けても輝度が同じになるように液晶印可電圧を透過率が低い色ほど高くなるようにするためである。即ち、同じ階調電圧を掛けても、透過率が低い色ほど液晶印可電圧を高くするようにするため、補助容量を透過率が低いほど小さくしている。

ここで、補助容量Ｃｓが、半導体層３８の面積によって決まる理由について図３に基づいて説明する。

図３に示すように、半導体層３８と補助容量線２２とはゲート絶縁膜４０を介して設けられており、この間に補助容量Ｃｓが生じる。この半導体層３８は、コンタクトホール４８によって、第１接続線４６、第２接続線１９で画素電極６０に接続されている。即ち、この半導体層３８が電位的に画素電極６０と同じであるため、前記補助容量Ｃｓが画素電極６０における補助容量Ｃｓとなる。

（３）液晶表示装置の回路構成について
図４は、本実施の形態における液晶表示装置の回路構成図である。

液晶表示装置１０は、ツイステッド・ネマチック（ＴＮ）モード等の液晶容量部１６と補助容量部２６がスイッチング素子である薄膜トランジスタ２４（以下、ＴＦＴという）のドレイン電極に接続されることによって、画素部の等価回路を構成している。このＴＦＴ２４のゲート電極はゲート線２０に接続されており、ＴＦＴ２４のソース電極は、信号線１８と接続されている。

また、このゲート線２０と平行に補助容量部２２と接続された補助容量線２２が配線されている。

信号線１８は、信号線ドライバー回路３０に接続され、この信号線ドライバー回路３０は、外部から入力した映像信号に基づいて、各信号線１８に画像信号を出力する。

ゲート線２０は、ゲートドライバー回路３２に接続され、このゲートドライバー回路３２は、制御回路（図示せず）から出力されるクロック信号に基づいてトリガー状のゲート信号を出力する。また、このゲートドライバー回路３２には、補助容量線２２が接続され、電位が反転する補助容量信号が供給される。

なお、液晶容量部１６は信号線１８を介して信号線ドライバー回路３０にも接続され、一定の電位を有した対向電圧が供給される。

（４）液晶表示装置１０の駆動方法について
図４における液晶表示装置１０は、いわゆる容量結合駆動法によって駆動している。即ち、画素電極と補助容量線間に形成された補助容量部２６を持ち、この補助容量部２６に接続された補助容量線２２の電位を変動させたときの電荷再配分により、液晶容量部１６に印可される電圧を決定するものである。従来の液晶表示装置においては画素電極に書き込まれた電位と対向電極間電位との電位差が液晶印可電圧となる。これに対し、容量結合駆動法では、補助容量部２６の補助容量Ｃｓにつながる補助容量線２２の電位を振ることにより図１にある画素電極６０の電位を変化させ、液晶印可電圧を決定する。そのため、各画素の補助容量Ｃｓを異なる大きさにすることにより、階調電圧を調整することができる。ゲートドライバー回路３２のデジタルアナログコンバーター（ＤＡＣ）の出力振幅と容量サイズ／電位振幅を調整することで同じ階調抵抗を用いて異なるγカーブを実現することができる（図７参照）。

具体的に、図５に基づいて説明する。

図５は、ゲート電圧Ｖｇと、画素電極Ｖｐｉｘと、対向電極電位Ｖｃｏｍと、画像信号Ｖｓと、反転駆動される補助容量電位Ｖｃｓの関係を示している。

図５に示すように、補助容量線２２の補助容量電位Ｖｃｓを振ることで画素電極Ｖｐｉｘを決定する。このとき、対向電極電位Ｖｃｏｍは一定であるため、画素電位Ｖｐｉｘの変動量ΔＶｐｉｘは、（１）式のようになる。

ΔＶｐｉｘ＝ΔＶｃｓ・Ｃｓ／（Ｃｓ＋Ｃ_ｌｃ）・・・（１）式

このため、補助容量Ｃｓを大きくすると電圧／透過率特性は急峻になり、補助容量Ｃｓは小さいと穏やかになる。

そのため、ＲＧＢ各画素の階調−透過率特性は従来の場合には、同じ電圧を印可したときＲが一番暗く、Ｂが一番明るい。このため、中間調ラスターを表示した際はやや青み掛かって見える。これを防ぐために、上記で説明したようにＢ、Ｇ、Ｒの順番で補助容量部２６の補助容量を順番に小さくし、液晶印可電圧を小さくすると、図７に示すようにほぼ同じような電圧−透過率特性となる。

なお、ＴＦＴ２４をポリシリコンで形成しているので、ＴＦＴ２４のサイズを小さくすることができ、より高い回効率を得ることができるからである。

（５）変更例１
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

上記実施形態では、カラーフィルター層６６を対向基板１４側に設けたが、これに代えてアレイ基板１２側に設けてもよい。即ち、有機絶縁膜５６を、ＲＧＢでそれぞれ形成してもよい。

また、上記実施形態では、補助容量の変化を０．４ｐＦ、０．５ｐＦ、０．６ｐＦとしたが、０．１ｐＦから１．０ｐＦの範囲で順番に変化させてもよい。

また、上記実施形態では、ＲＧＢの３色について説明したが、これに加えて４色以上のカラーフィルター層を有する場合でも本発明を適用することができ、この場合であっても最も透過率の低い補助容量部２６の補助容量を小さくすればよい。

また、上記実施形態では、ＴＮモードの液晶層１６について説明したが、これに限らずＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶を用いてもよい。

また、上記実施形態において、補助容量部２６の補助容量Ｃｓを変えるのに画素毎に半導体層３６の面積を変化させたが、これに代えて、補助容量線２２の面積を画素毎に変化させてもよい。

また、補助容量線２２と半導体層３６とが重なる部分を画素毎にずらし、その重なる部分によって形成される面積を色毎に変化させてもよい。

また、上記実施形態では、ポリシリコンＴＦＴ２４を用いたが、これに代えて単結晶シリコン薄膜トランジスタあるいはアモルファスシリコン薄膜トランジスタを用いてもよい。

本発明の一実施形態を示す液晶表示装置のアレイ基板の平面図である。図１におけるＡ−Ａ’線の縦断面図である。図１におけるＢ−Ｂ’線の縦断面図である。液晶表示装置の回路構成を示す図である。電圧の印可状態を示す図である。従来の電圧−透過率特性を示すグラフである。本実施形態の電圧−透過率の特性を示すグラフである。

符号の説明

１０液晶表示装置
１２アレイ基板
１４対向基板
１６液晶層
１８信号線
２０ゲート線
２２補助容量線
２４ＴＦＴ
２６補助容量部
３８対向電極
３０信号線ドライバー回路
３２ゲート線ドライバー回路
３６半導体層
３８半導体層
６６カラーフィルター層

Claims

アレイ基板と、
前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、
前記両基板間に配置された液晶層と、
前記アレイ基板上に格子状に配線された複数のゲート線及び複数の信号線と、
前記アレイ基板上に前記ゲート線と平行に配線された補助容量線と、
前記ゲート線と前記信号線に接続されたスイッチング半導体層と、
前記スイッチング半導体層が前記補助容量線と重なる位置まで延びて形成された補助容量用半導体層と、
前記スイッチング半導体層に接続された画素電極と、
前記対向基板側に配置された対向電極と、
前記アレイ基板に設けられた画素毎に色が異なるカラーフィルター層と、
を具備し、
前記カラーフィルター層の色の透過率が低いほど前記補助容量線と前記補助容量用半導体層との重なる部分の面積Ｓを小さくすることを特徴とする液晶表示装置。
前記カラーフィルター層がＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）から形成され、前記面積Ｓを、Ｂ（青色）、Ｇ（緑色）、Ｒ（赤色）の順番で小さくすることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記補助容量用半導体層の面積を前記色の透過率が低いほど小さくする
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記補助容量線の画素毎の面積を前記色の透過率が低いほど小さくする
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記カラーフィルター層を前記対向基板側に設けることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記対向電極に供給する対向電圧を一定とし、前記補助容量線に供給する補助容量信号を反転させることにより容量結合駆動法を行うことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記面積Ｓを小さくすることにより、前記補助容量線と前記補助容量用半導体層とによって形成される補助容量部の補助容量Ｃｓを０．１ｐＦから１．０ｐＦの範囲内の値とすることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。