JP4688006B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等の表示装置に係り、特に消費電力の増大を回避する表示装置に関する。

従来、液晶表示装置等の表示装置が知られている。この種の表示装置は、ノートパソコン、携帯電話装置、テレビジョン受信装置などの電子機器に広く用いられている。

ところで、表示装置については、種々の技術が知られているが、例えば、特許文献１では、RGB3原色にWを加え、この４種の表示信号を各画素の大量発光量よりも低く抑えることで、入力信号に対して各画素の最大発光量までの飽和余裕を拡大し、輝度のダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。

このような液晶表示装置等、従来の表示装置は、技術の進展に伴い、表示素子の高精細化が進み画質が向上しつつある。

特許第３１６７０２６号公報

しかしながら、従来の表示装置は高精細化に伴い、画像を表示するための電力が増加している。その原因のひとつとして、画像を表示するための走査線および信号線の本数の増加に伴う表示クロックの増大が上げられる。

液晶表示装置は、向かい合わせに配置された２枚の透明基板の一方に複数の走査線と信号線とが縦横規則的に形成されるとともに、走査線と信号線とで区画される各表示領域に表示素子駆動用のＴＦＴ等画素スイッチが形成されている。

そして、通常、表示素子は、ライン走査駆動で駆動されている。各走査線は画素スイッチのオンオフを行い、信号線はオンにされた走査線に対して画素表示に必要な信号を入力する。すると、例えば、４対３の表示装置がVGAで画像を表示する場合の表示解像度は480×640画素となる。そのため、フレーム周波数が60Hzであることを考慮すると、１走査線あたりの信号線からの書き込みに要する時間は約35μsとなる。

しかし、信号線からの書き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き込み本数を増やすのみで書き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（120Hz駆動など）は、信号線の書き込み時間の縮小を余儀なくされる。そのため、１）画素電位が十分書き込めない、２）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するといった点が課題になる。

そこで、本発明は、高解像度化やフレーム周波数の増加があっても、十分な画素電位による信号線からの書き込みが行え、消費電力の増大を回避できるようにした表示装置を提供することを課題とする。

本発明の表示装置は、複数のサブピクセルが２次元格子状に配列されたピクセルを複数備えた表示画素部と、前記複数のサブピクセルを個々に駆動する複数の画素スイッチと、該複数の画素スイッチのうちの縦横いずれかひとつの方向に沿って配列されている一連の画素スイッチによって構成される画素スイッチ群が接続されている走査線とを備え、前記画素スイッチ群が前記走査線を挟むように対向して配置され、前記走査線と交差するように配置されている複数の信号線を更に有し、サブピクセルの下を通る信号線とサブピクセル端を通る信号線とが等間隔に配置されているようにしたものである。

従って、画素スイッチ群が走査線を挟むように対向して配置されるので、走査線の本数が低減される。

本発明によれば、高解像度化やフレーム周波数の増加があっても、十分な画素電位による信号線からの書き込みが行え、消費電力の増大を回避できるようにした表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態と称する）について詳細に説明する。

この発明の、以下に説明する実施の形態では、表示素子の画素配列において、スイッチング素子を選択する走査線を中心として上下方向に書き込みを行う構造において、走査線の本数が走査線方向の画素数に対して間引かれていることを特徴とする。この間引く間隔としては、例えば、１ライン置きであってよい。また、信号線を等間隔に配列してよい。

以下、比較の形態及び各実施の形態について詳述する。

（比較の形態）

図１には、比較の形態に係る表示装置としての液晶表示装置の画素表示を行うための表示画素部の構成を示し説明する。

この図１に示されるように、この液晶表示装置では、信号線１が複数本垂直方向（縦方向）に並べられ、この信号線１と直交状に交差する水平方向（横方向）に複数の直線上の走査線２が形成されている。そして、複数のＴＦＴ３のうち、走査線２と同じように横方向に沿って配列されている一連のＴＦＴ３が画素スイッチ群４ａ，４ｂを形成し、各画素スイッチ群４ａ，４ｂが走査線２を挟むように対向して配置されて走査線２に接続されている。即ち、走査線２を挟んで垂直（縦）方向に向かい合わせに配置されている２つの画素スイッチ群４ａ，４ｂが同じ走査線２に接続されている。

さらに、各信号線１と、各走査線２とによって区画される領域に複数のサブピクセル３が形成され、各サブピクセル５毎にＴＦＴ３が形成されている。

図２には、比較の形態に係る表示装置としての液晶表示装置の断面図を示し説明する。

この図２に示されるように、この液晶表示装置は、上部透明基板１１と、上部透明基板１１に向かい合わせに配置された下部透明基板１２と、上部透明基板１１と下部透明基板１２との間に保持され、液晶分子を有する液晶層１３と、上部透明基板１１の外側に粘着剤１４を介して固定されている偏光板１５と、下部透明基板１２の外側に配置されている偏光板２３とを有している。また、図示はしないが、偏光板２３側にバックライトが配置されている。そして、上部透明基板１１の下部透明基板１２側にカラーフィルタ１６が形成され、カラーフィルタ１６の下部透明基板１２側に液晶層１３中の液晶分子の配向方向を制御する配向膜１７が形成されている。

一方、下部透明基板１２には、画素スイッチとしてのスイッチング素子２０が形成されている。この下部透明基板１２上には、上部透明基板１１側にゲート電極Ｇが形成されており、ゲート電極Ｇを被覆して例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２２が形成されている。ゲート絶縁膜２２上には、画素スイッチとしての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）２４が形成され、このＴＦＴ２４に直線上の信号線１が接続されている。また、ゲート絶縁膜２２上に平坦化層２０が形成され、平坦化層２０にコンタクトホール２１が形成されている。

平坦化層２０は、上部透明基板１１側に共通電極Ｃが形成され、共通電極Ｃ上に層間絶縁膜１８を介して画素電極Ｐが形成されている。画素電極Ｐは、コンタクトホール２１の内側に回りこむように形成されるとともに、ＴＦＴ２４に接続されている。さらに、画素電極Ｐを被覆するように、平坦化層２０の表面上に配向膜９が形成されている。

画素電極Ｐは、例えばアルミニウムなどの反射電極材料や、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極材料、ＡＧＦＡ製の有機透明導電性材料等により形成されている。例えば、画素電極Ｐは、反射電極材料で形成すると、画素電極Ｐの領域が反射部となり、それ以外の領域が透過部となる。画素電極Ｐは、ＴＦＴ２４がオン状態となると、所望の画像に応じた電圧が供給される。

ここで、共通電極Ｃは反射電極材料により形成されていてもよいし、ＩＴＯ等の透明電極材料やＡＧＦＡ製の有機透明導電性材料により形成されていてもよい。有機透明導電性材料を採用する場合には、ＩＴＯなどを採用する場合に比べて低コスト化を図ることができる。尚、共通電極Ｃが反射電極材料により形成されるときは、共通電極Ｃの領域も反射部となる。共通電極Ｃが透明電極材料により形成されるときは、共通電極Ｃの領域は透過部となる。下部透明基板１２に形成されている共通電極Ｃは共通電位に固定される。

図３には、比較の形態に係る表示装置としての液晶表示装置のサブピクセルを上面よりみた平面図を示し説明する。

この図３に示されるように、各サブピクセルの両端には垂直方向に信号線１が延出されており、該信号線１と交差する関係で、水平方向に走査線２が延出されている。この走査線２にＴＦＴ３が接続されている。開口面には、画素電極６が配設されている。

ここで、図４に示されるように、サブピクセルにおいては、製造上の安定化のためにダブル・ゲート構造を採用することもできる。即ち、図４に示されるように、信号線２５と交差する関係にある走査線２６に、ＴＦＴ部２７の２つのＴＦＴのゲート電極Ｇ１，Ｇ２が接続されるようにしてもよいことは勿論である。

次に画素の配列について説明する。

図５（ａ）に示す例は、ピクセルがＲ、Ｇ、Ｂの３原色で発光するサブピクセル３１ｅ，３１ｆ、３１ｇで構成され、これらが走査線２に沿った方向に並ぶもの同士の発光色が異なるように、隣接する走査線２の間に配置される、所謂ストライプ型の配列である。

図５（ｂ）に示す例では、４種類のサブピクセル３１ａ，３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが画素スイッチ群４ａ，４ｂの配列方向（即ち走査線２に沿った方向）と交差する方向に沿って並ぶサブピクセル同士の発光色が異なるように配置されている。図５（ｂ）では、縦方向に発光色がＲ、Ｂのサブピクセル３１ａ，３１ｃが並び、その横に発光色がＧ、Ｗのサブピクセル３１ｂ、３１ｄが並んでいる。所謂モザイク型の配列である。

図５（ｃ）に示す例では、サブピクセルは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色およびＷの４種類で発光し、かつ縦長のサブピクセル３１ｅ，３１ｆ、３１ｇ、３１ｈで構成され、これらが走査線２に沿った方向に並ぶもの同士の発光色が異なるようにして、隣接する走査線２の間に配置される。これも、所謂ストライプ型の配列である。

（第１の実施の形態）

ここでは、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗの４つのサブピクセルが前述したモザイク型で配列された例を想定して説明を進める。

図６には、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置としての液晶表示装置における画素表示を行うための表示画素部を示し説明する。

この図６に示されるように、液晶表示装置では、前述した信号線１が複数本垂直方向（縦方向）に並べられており、この信号線１と直交状に交差する水平方向（横方向）に複数の直線上の走査線２が形成されている。そして、複数のＴＦＴ４のうち、走査線２と同じように横方向に沿って配列されている一連のＴＦＴ４が画素スイッチ群４ａ，４ｂを形成し、各画素スイッチ群４ａ，４ｂが走査線２を挟むように対向して配置されて走査線２に接続されている。即ち、換言すれば、走査線２を挟んで垂直（縦）方向に向かい合わせに配置されている２つの画素スイッチ群４ａ，４ｂが同じ走査線２に接続されている。

さらに、各信号線１と、各走査線２とによって区画される領域に複数のサブピクセル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが形成され、各サブピクセルにＴＦＴ４が形成されている。

また、サブピクセルは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色で発光するサブピクセル５ａ，５ｂ、５ｃのほか、これらよりも輝度の高い第４の発光色としてのＷ（白）で発光するサブピクセル５ｄの４種類で構成され、その４種類のサイズの等しいサブピクセル５ａ乃至５ｄが隣接する走査線２の間に配置されている。

このように、この第１の実施の形態に係る液晶表示装置では、画素スイッチ群４ａ，４ｂが走査線２を挟むように対向して配置されている、即ち走査線２を挟んで垂直方向に配置されている２つの画素スイッチ群４ａ，４ｂが同じ走査線２に接続されているため、画素スイッチ群４ａ，４ｂを１つずつ走査線２に接続する場合に比べて走査線の本数を半分にすることができる。その為、各走査線に割り当てられる信号線１からの書き込み時間を増やすことができる。従って、信号線１からの書き込みの際に、十分な画素電位で書き込みを行うことができるようになる。また、駆動周波数を増加させても、駆動回路における消費電力の増大を抑制することもできるようになる。

この液晶表示装置は、４種類のサブピクセル５ａ乃至５ｄを用いる場合に特に効果的である。先に図５（ｃ）に示した配列の場合、走査線２や信号線１のライン幅は最小値が決まっており、画素が縦長になった場合には、特に信号線１が開口率（光が通る割合）を圧迫する構造となり、開口率が低下するおそれがある。

これに対して、４種類のサブピクセル５ａ乃至５ｄを、先に示した図５（ｂ）のように配置する場合、縦方向に並んだもの同士を別々に駆動する必要があるため、本来であれば図５（ｃ）の場合よりも走査線の本数を増やさねばならない。しかし、本実施の形態にかかる液晶表示装置では、画素スイッチ群４ａ，４ｂが走査線２を挟むように対向して配置されて走査線２に接続されているため、走査線の本数を減らすことができる。

さらに、４種類のサブピクセル５ａ乃至５ｄを、図５（ｂ）のように配置したことに伴う走査線２の本数増加の影響を受けにくくなる。

また、信号線１からの信号の書き込み周波数も増やさなくてもよい。

その一方、液晶表示装置では、信号線１がサブピクセル５ａ乃至５ｄの形成領域を回避するべく配置されている関係で、隣接する信号線Ｙ同士が接近している。そのため、信号の書き込みの際にノイズが混入するなどして干渉するおそれがある。これを回避するためには、更に、図７に示されるように、信号線１を水平方向に沿って等間隔に配置することも可能であることは勿論である。即ち、より詳細には、先に示した図６のように２本の信号線が近い位置に配置される場合、書き込みの電位によって隣接する信号線からの電界によるカップリングを受けて、実際に書き込みたい信号と若干異なる信号が書き込まれることがある。そして、これが、周期的な筋や班となって視覚化される場合がある。この問題を回避するために、図７に示したような構造となるように信号線間隔を均等にすることで、信号線間のカップリングの影響を大幅に低減することが可能となる。

（第２の実施の形態）

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。

図８、９には、本発明の第２の実施の形態に係る表示装置としての液晶表示装置の表示画素部の構成を示し説明する。尚、図９は図８の一部拡大図である。

この図８に示されるように、この液晶表示装置では、走査線４１は直線上に形成されているが、信号線４２は隣接する走査線４１の間に位置する中間部分がくの字状に屈曲した屈曲構造を有している。画素電極４４は、走査線４１に接続されている基部４４ａの間に複数の細長い帯状部４４ｂが形成されると共に、その間がスリット４４ｃとなり、更に信号線４２に沿って中間部分がくの字状に屈曲した構造を有している。

液晶表示装置は、横電界モードで駆動することができる。この場合、画素電極４４と図示しない共通電極とが図示しない平坦化層上に並んで形成されている。そして、画素電極４４と共通電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極４４と共通電極との間に、図示しない下部透明基板（下部透明基板２と同様の基板）の表面と略平行な横電界が生じるようになっている。この横電界により液晶層中の液晶分子の方向が、下部透明基板の表面と平行な面内において制御される。横電界モードで駆動するので、階調による色ずれや階調による視野角変化が少なく、Ｗ画素（白）とＲＧＢ画素を混合して表示する場合にほかの要素を考慮する必要がなく非常に簡単に表示することが可能となる。

また、横電界モードで画素表示を行う場合、さらに視野角を改善するために、画素内で分割配向を行い、左回りと右回りに液晶分子を回転する方向を作成することが知られている（図９中、符号ｍで示す）。この手法の場合、回転する中心部は液晶が回転することができない領域が発生する。この部分の透過率寄与率は非常に小さく、無効領域となっている。この部分に信号線４２を配置すると非常に効率が高い構造とすることができる。

図８，９に示される構造の場合、隣接する信号線４２同士が接近しているので図１０に示されるように、信号線４２同士を等間隔に配置してもよい。なお、図１０の場合は、画素電極４４の向きを変えて示している。

以上詳述したように、本発明の前述した実施の形態によれば、高解像度化やフレーム周波数の増加があっても、十分な画素電位による信号線からの書き込みが行え、消費電力の増大を回避できるようにした表示装置を提供することができる。

以上、本発明の第１及び第２の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能である。

RGBWを例にとって説明したが、W以外のイエロー（Yellow）やシアン（Cyan）並びにマゼンダ（Magenda）等でもよい。

比較の形態に係る表示装置としての液晶表示装置の画素表示を行うための表示画素部の構成図。 比較の形態に係る表示装置としての液晶表示装置の断面図。 比較の形態に係る表示装置としての液晶表示装置のサブピクセルを上面よりみた平面図。 ダブル・ゲート構造を示す図。 （ａ）乃至（ｃ）は画素の配列を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る表示装置としての液晶表示装置における画素表示を行うための表示画素部の構成図。 本発明の第１の実施の形態に係る表示装置としての液晶表示装置における画素表示を行うための表示画素部の他の構成図。 本発明の第２の実施の形態に係る表示装置としての液晶表示装置の表示画素部の構成図。 図８の一部拡大図。 本発明の第２の実施の形態に係る表示装置としての液晶表示装置の表示画素部の他の構成図。

符号の説明

１…信号線、２…走査線、３…ＴＦＴ、４ａ，４ｂ…画素スイッチ群、５…サブピクセル。

Claims (3)

1. 複数のサブピクセルが２次元格子状に配列されたピクセルを複数備えた表示画素部と、
   前記複数のサブピクセルを個々に駆動する複数の画素スイッチと、
   該複数の画素スイッチのうちの縦横いずれかひとつの方向に沿って配列されている一連の画素スイッチによって構成される画素スイッチ群が接続されている走査線とを備え、
   前記画素スイッチ群が前記走査線を挟むように対向して配置され、
   前記走査線と交差するように配置されている複数の信号線を更に有し、サブピクセルの下を通る信号線とサブピクセル端を通る信号線とが等間隔に配置されている
   表示装置。
2. 前記表示画素部における画素表示を行うための画素電極を更に有し、
   前記画素電極は、前記画素スイッチ群の配列方向と交差する方向の中間部分が屈曲した屈曲構造を有し、
   前記信号線は前記画素電極と同様の屈曲構造を有する
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記表示画素部における画素表示を行うための画素電極と、
   前記画素電極と並んで形成されている共通電極とを更に備え、
   前記画素電極と前記共通電極の間に前記画素スイッチ群の配列方向に沿った横方向の電界を生じさせる横電界モードで作動する
   請求項１に記載の表示装置。

Images