JP4157307B2 - 液晶表示素子及びそれを備えた画像表示応用装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示性能が良好で且つ低コストであるアクティブマトリクス型の液晶表示素子及びそれを備えた画像表示応用装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットパネルディスプレイの基幹デバイスとして、液晶表示素子の商品化や研究開発が活発に行われており、特に、画像表示に代表される大容量表示に向けてのアプローチが活発である。このような大容量表示を可能とするアクティブマトリクス型の液晶表示素子は、ＣＲＴ代替として、省電力化、軽量化、薄型化が実現出来るディスプレイとして最も注目されている。
【０００３】
上記のアクティブマトリクス型の液晶表示素子において、広く用いられている表示モードは、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モードである。ＴＮモードとは、液晶に対して基板界面にほぼ垂直な方向の電界を印加することにより液晶を動作させる表示モードである。しかしながら、ＴＮモードの液晶表示素子においては、その構造に起因する寄生容量の発生が問題となっていた。そこで、この問題を解決する技術として、液晶に印加する電界の方向を基板界面にほぼ平行とする方式である、いわゆる横電界方式（ＩＳＰモード）の液晶表示素子が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の横電界方式の液晶表示素子には液晶の複屈折により以下に示すような課題があった。
【０００５】
図３には、横電界方式のカラー液晶表示素子におけるＲ（Red）Ｇ（Green）Ｂ（Blue）各表示部の電圧−透過率特性を示す関係図が示されている。この関係図からわかるように、Ｂ表示部は印加電圧Ｖｂ、Ｒ表示部は印加電圧Ｖｒ、Ｇ表示部は印加電圧Ｖｇで最大輝度が得られる。このように、各色表示部において最大輝度が得られる印加電圧は異なっており、その大きさにはＶｂ＜Ｖｒ＜Ｖｇの関係がある。また、各色表示部の電圧−透過率特性は最大輝度を境に反転している。
【０００６】
このような液晶表示素子に印加する電圧は、全色の表示部において電圧−透過率特性の反転を避けるために、最大輝度を得るための印加電圧のうち最も小さい印加電圧Ｖｂに設定されなければならない。
【０００７】
しかしながら、液晶表示装置に印加する電圧をＶｂと設定すると、Ｒ表示部及びＧ表示部において十分に輝度が得られず、輝度の損失が大きくなってしまう。
【０００８】
本発明はこれらの問題を解決するために、輝度の損失を解消し、かつ、高性能で安価な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示素子は、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を備え、前記アレイ基板には、マトリクス状に配置された走査信号配線および映像信号配線と、前記走査信号配線と前記映像信号配線との交差部に設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、前記画素電極に対向する位置に配置された対向電極とが設けられており、前記対向基板には、画素ピッチにあわせて周期的に配置されたＲＧＢ色層が設けられており、画素の表示部の輝度が最大となる電圧が、前記色層の異なる画素間で異なり、容量結合駆動法を用いて駆動される液晶表示素子において、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を、ＲＧＢのうちのいずれかの互いに異なる色層に対応する表示部の電荷蓄積容量とし、各電荷蓄積容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に対応する表示部により最大輝度が得られるときの各表示部の電圧をそれぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３とするとき、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３である場合に、Ｃ１＜Ｃ２＜Ｃ３の関係を満たすことを特徴とする。ただし、容量結合駆動法とは、液晶表示素子の駆動方法の一つであり、詳しくは特開平２−１５７８１５号公報に開示されている。
また、前記各電荷蓄積容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、前記映像信号配線に共通の所定電圧が印加された場合に、各表示部の電圧が各表示部により最大輝度が得られる電圧になる容量値に設定された構成にすることもできる。
前記第１色層の色がＢｌｕｅであり、前記第２色層の色がＲｅｄであり、前記第３色層の色がＧｒｅｅｎである構成にしてもよい。
【００１０】
電荷蓄積容量は、走査信号配線と画素電極とを容量結合させることにより形成されている。これより、走査信号配線に補償電圧パルスを印加することで、画素電極の電位を変化させることができる。このとき、画素電極の電位は電荷蓄積容量の大きさに比例する。このことから、本発明の液晶表示素子によれば、Ｃｇ＞Ｃｒ＞Ｃｂとすることにより、Ｒ（Red）Ｇ（Green）Ｂ（Blue）の画素電極の電位を（Ｇの画素電位）＞（Ｒの画素電位）＞（Ｂの画素電位）とすることができる。従って、ＲＧＢの各色表示部において最大輝度が得られる印加電圧を一定とすることが可能となる。すなわち、ある一定電圧を画素電極に供給すると、ＲＧＢ各画素において最大輝度を得ることができる。従って、ＲＧＢの全色表示部において輝度の低下を抑制することができる。また、横電界方式の構成であるため、寄生容量等の問題も同時に防ぐことができる。
【００１１】
これにより、輝度の損失を解消し、かつ、高性能で安価な液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の画像表示応用装置は、本発明の前記液晶表示素子を備えたことを特徴とする。
【００１３】
これにより、高性能な画像表示応用装置を安価で実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置を構成するアレイ基板の一部を示す平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、且つ本実施の形態における液晶表示素子の全体構成を示している。
【００１５】
図２の断面図に示すように、本実施の形態に係る液晶表示素子１は、アレイ基板２と、アレイ基板２に対向配置された対向基板３と、両基板２，３の間隙内に配置された液晶層４と、前記間隙内に設けられたスペーサ５と、両基板２，３を貼り合わせているシール材６と、両基板２，３の外側表面（液晶層４配置側と反対側の面）にそれぞれ配置された偏光板７，８とを備えている。スペーサ５は、ガラスファイバや樹脂性微粒子からなる。シール材６は、樹脂性接着剤である。
【００１６】
次に、アレイ基板２の構成について説明する。アレイ基板２は、ガラス基板９上に、画素電極１３がマトリクス状に配置された画像表示領域と、外部駆動回路からの信号を受け取る信号入力電極群（図示せず）とが設けられた構成である。
【００１７】
前記画像表示領域には、図１に示すように、１画素毎に設けられたスイッチング素子である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）と記す）１０と、該ＴＦＴ１０にそれぞれ接続された走査信号配線１１、映像信号配線１２、および画素電極１３と、画素電極１３に対向する対向電極１４と、対向電極１４に電気的に接続された共通信号配線１５とが設けられている。走査信号配線１１と映像信号配線１２とはほぼ直交しており、両配線１１，１２の各交差部にＴＦＴ１０が配置されている。対向電極１４は、画素電極１３の両側部にそれぞれ配置されている。また、共通信号配線１５は、互いに隣接する走査信号配線１１間に配置され、走査信号配線１１にほぼ平行である。
【００１８】
また、図１においてはＲ（Red）表示部、Ｇ（Green）表示部、Ｂ（Blue）表示部の３画素分が示されており、図中、各色表示部はＲ，Ｇ，Ｂと示されている。さらに、画素電極１３と走査信号配線１１と図２に示すゲート絶縁膜１８とにより、Ｒ表示部電荷蓄積容量１７ｒ、Ｇ表示部電荷蓄積容量１７ｇ、Ｂ表示部電荷蓄積容量１７ｂが形成されている。
【００１９】
一方、対向基板３は、ガラス基板２３上に、遮光層２４と、ＲＧＢ色層２５ｒ，２５ｇ，２５ｂと、オーバーコート層２６とが設けられた構成である。ＲＧＢ色層２５ｒ，２５ｇ，２５ｂは、画素ピッチにあわせて周期的に配置されている。オーバーコート層２６はアクリル樹脂からなり、遮光層２４およびＲＧＢ色層２５ｒ，２５ｇ，２５ｂの形成面を平坦化する目的で配置されている。
【００２０】
アレイ基板２と対向基板３との間にスペーサ５を設け、画素電極１３とＲＧＢ色層２５ｒ，２５ｇ，２５ｂとを対向させて両基板２，３をシール材６にて貼り合わせる。スペーサ５により形成された両基板２，３間の間隙に液晶組成物を充填することにより液晶層４を形成する。このように貼り合わされた両基板２，３の外側表面に偏光板７，８をそれぞれ貼り付けて、液晶表示素子１を完成させる。なお、アレイ基板２に配置され、図１中２２で示されているのは保護絶縁膜である。
【００２１】
本実施形態の液晶表示素子１の駆動方式は、映像信号配線１２からＴＦＴ１０を介して画素電極１３に電圧を選択的に供給し、画素電極１３と対向電極１４との電位差から得られる横方向電界を得て、この電界によって液晶層４の液晶分子をスイッチングする横電界方式であり、且つ容量結合駆動法が適用される。
【００２２】
上述したように、アレイ基板のＲ表示部にはＲ表示部蓄積容量１７ｒ、Ｇ表示部にはＧ表示部電荷蓄積容量１７ｇ、Ｂ表示部にはＢ表示部電荷蓄積容量１７ｂが個別に配置されている。これら各色表示部電荷蓄積容量１７ｒ，１７ｇ，１７ｂは液晶層４への印加電圧を調整するために設けられている。各色電荷蓄積容量の大きさは、Ｇ表示部電荷蓄積容量１７ｇの大きさＣｇが最も大きく、Ｒ表示部電荷蓄積容量１７ｒの大きさＣｒが次に大きく、Ｂ表示部電荷蓄積容量１７ｂの大きさＣｂが最も小さくなるような関係とする。つまり、Ｃｇ＞Ｃｒ＞Ｃｂの関係を満たすように設定される。このような容量の関係を実現する方法としては、例えば、走査信号配線１１と画素電極１３とが重なる領域の面積が（Ｇ表示部における面積）＞（Ｒ表示部における面積）＞（Ｂ表示部における面積）となるように、各色表示部の画素電極１３のパターンを形成する。また、容量絶対値については、画素の寄生容量及び液晶の波長分散等を考慮して最適値を決める。
【００２３】
これより、ある一定電圧を画素電極１３に供給した場合に各色表示部に印加される電圧は、Ｇ表示部が最も大きく、Ｒ表示部が次に大きく、Ｂ表示部が最も小さくなる。これにより、全色表示部において最大輝度が得られ、輝度の損失を抑えることができる。
【００２４】
さらに、このような液晶表示素子１をＴＶ等の画像表示応用装置に備えることにより、高性能で安価な画像表示応用装置を実現することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示素子によれば、容量結合駆動法を適用した液晶表示素子において画素電極に一定の電圧を印加すると、ＲＧＢ表示部全てにおいて最大輝度が得られ、輝度の損失が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る横電界方式の液晶表示素子を構成するアレイ基板の平面図である。
【図２】 前記液晶表示素子の全体構成を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 従来の横電界方式の液晶表示素子における電圧−透過率特性を示す関係図である。
【符号の説明】
１ 液晶表示素子
２ アレイ基板
３ 対向基板
４ 液晶層
１０ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（スイッチング素子）
１１ 走査信号配線
１２ 映像信号配線
１３ 画素電極
１４ 対向電極
１７ｒ Ｒ表示部電荷蓄積容量
１７ｇ Ｇ表示部電荷蓄積容量
１７ｂ Ｂ表示部電荷蓄積容量

Claims (3)

1. 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を備え、
   前記アレイ基板には、
   マトリクス状に配置された走査信号配線および映像信号配線と、
   前記走査信号配線と前記映像信号配線との交差部に設けられたスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子に接続された画素電極と、
   前記画素電極に対向する位置に配置された対向電極とが設けられており、
   前記対向基板には、画素ピッチにあわせて周期的に配置されたＲＧＢ色層が設けられており、
   画素の表示部の輝度が最大となる電圧が、前記色層の異なる画素間で異なり、
   容量結合駆動法を用いて駆動される液晶表示素子において、
   Ｃｒ、Ｃｇ、ＣｂをそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色層に対応する表示部の電荷蓄積容量とし、
   Ｃｒ＝Ｃｇ＝Ｃｂの場合に、前記画素の表示部により最大輝度が得られるときの各表示部の電圧がＶｂ＜Ｖｒ＜Ｖｇの関係にあり、前記電荷蓄積容量がＣｇ＞Ｃｒ＞Ｃｂの関係を満たすように設定されたことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記各電荷蓄積容量Ｃｒ、Ｃｇ、Ｃｂは、前記映像信号配線に共通の所定電圧が印加された場合に、各表示部の電圧が各表示部により最大輝度が得られる電圧になる容量値に設定された請求項１記載の液晶表示素子。
3. 請求項１または２に記載の液晶表示素子を備えたことを特徴とする画像表示応用装置。

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