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JP6245957B2 - 表示素子 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、画素の複数色の副画素を複数のスイッチング素子でそれぞれ駆動する表示素子に関する。
従来、表示素子では、赤色、緑色、青色の３原色の副画素に白色の副画素を加えて１つの画素を構成する技術がある。このように、３原色の副画素に白色の副画素を加えることで、輝度の向上や消費電力の低減を図ることが可能となっている。
また、３原色の副画素に、３原色のうちの２色の副画素と白色の副画素とを加えて１つの画素を構成し、さらに、白色の副画素と１つ少ない１色の副画素を他の副画素より大きくすることにより、白色の副画素を加えることによる各副画素領域の開口率の減少を抑制するとともに、白色表示時の色度が補色系側にシフトするのを軽減している。この場合、副画素の大きさを異ならせるだけでは、副画素の大きさを異ならせることによる効果が十分に得られないことがある。
特開２０１３−１１３８８０号公報
本発明が解決しようとする課題は、副画素の大きさを異ならせることによる効果をより向上させることができる表示素子を提供することである。
実施形態の表示素子は、所定の方向に沿って配置された複数の走査線と、前記走査線と直交する方向に沿って配置された複数の信号線と、前記走査線と前記信号線とで囲まれる領域にそれぞれ形成される第１副画素および第２副画素を有する画素と、前記走査線と前記信号線とに接続されて前記第１副画素および前記第２副画素をそれぞれ駆動する第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を有する複数のスイッチング素子と、を具備する表示素子であって、前記第２副画素の大きさは、前記第１副画素の大きさよりも大きく、前記第１スイッチング素子は、前記第１副画素に形成され、前記第２スイッチング素子は、前記第２副画素に形成され、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、半導体層、この半導体層と交差するゲート電極、前記半導体層に接続されているソース電極およびドレイン電極を有しており、前記第１スイッチング素子の前記半導体層は、Ｕ字形状に形成され、前記第２スイッチング素子の前記半導体層は、Ｌ字形状に形成され、前記第１副画素の開口率は、前記第２副画素の開口率よりも小さいものである。
第１の実施形態を示す表示素子の正面図である。 同上表示素子の画素を示す正面図である。 第２の実施形態の表示素子の画素を示す正面図である。
以下、第１の実施形態を、図１および図２を参照して説明する。
図２に示すように、表示素子10には、複数の画素11が第１の方向としての垂直方向（列方向）とこの垂直方向と直交する第２の方向としての水平方向（行方向）とのそれぞれに沿ってマトリクス状に配置されている（図２では２つの画素11のみを示すが、複数の画素11が垂直方向および水平方向に沿ってマトリクス状に配置されている）。
各画素11は、それぞれ複数色の副画素12を有している。本実施形態では、赤色副画素（Ｒ）12R、緑色副画素（Ｇ）12G、青色副画素（Ｂ）12Bおよび白色副画素（Ｗ）12Wをそれぞれ有しており、１つの画素11当たり、２つずつの赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gと、１つずつの青色副画素12Bおよび白色副画素12Wとをそれぞれ有している。すなわち、各画素11は、６つの副画素12を有している。
赤色副画素12R、緑色副画素12Gおよび青色副画素12Bの３つが第１のグループとして水平方向に並んで隣接配置されているとともに、赤色副画素12R、緑色副画素12Gおよび白色副画素12Wの３つが第２のグループとして水平方向に並んで隣接配置され、これら２つのグループが垂直方向に並んで隣接配置されている。したがって、各画素11は、水平方向に３つずつ、垂直方向に２つずつの副画素12を有している。
水平方向に隣接する画素11において、副画素12の垂直方向の位置が交互に反転するようになっている。すなわち、図２左側の画素11においては、上側に第１のグループが位置し、下側に第２のグループが位置し、一方、図２右側の画素11においては、上側に第２のグループが位置し、下側に第１のグループが位置している。そして、画素11全体としては、水平方向に隣接する２つの画素11を１単位として、水平方向および垂直方向にそれぞれ繰り返し配置されている。
各画素11における複数色の副画素12のうち、所定の色の副画素12の大きさ（面積）が他の色の副画素12の大きさ（面積）より大きくなっている。本実施形態では、垂直方向に並ぶ第２副画素としての青色副画素12Bおよび白色副画素12Wの大きさ（面積）が第１副画素としての赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gの大きさ（面積）より大きくなっている。そして、青色副画素12Bおよび白色副画素12Wの水平方向の幅が、赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gの水平方向の幅より広いことにより、大きさを異ならせている。
また、表示素子10は、例えば、カラー表示可能なアクティブマトリクス型の液晶パネルである。図１に示すように、この液晶パネルは、アレイ基板20と対向基板とを互いに対向配置し、これら基板間に光変調層としての液晶層および間隙を一定に保持する図示しないスペーサを介在させてその周縁部を図示しない接着層により貼り合わせて構成されている。液晶パネルの中央部の表示領域には、複数の画素11が垂直方向と水平方向とのそれぞれに沿ってマトリクス状に配置されている。
アレイ基板20は、例えば透光性を有する絶縁性の基板であるガラス基板を有している。このガラス基板の液晶層側の主面上には、複数の走査線（ゲート線）21が水平方向に沿ってそれぞれ互いに離間されて配置されているとともに、複数の信号線（ソース線）22が垂直方向に沿ってそれぞれ互いに離間されて配置されて、これら走査線21と信号線22とが互いに電気的に絶縁された状態で格子状となっている。これら走査線21と信号線22とによって囲まれる位置に、それぞれ副画素12を構成する画素電極が配置されている。画素電極は、例えばＩＴＯなどの透明導電材料にて形成されている。そして、複数の信号線22については、大きさが大きい青色副画素12Bおよび白色副画素12Wの行の領域に対応した信号線22の間隔が、大きさが小さい赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gの各行の領域に対応した信号線22の間隔よりも、広く配置されている。
これら走査線21と信号線22とのそれぞれの交差位置に、各副画素12を駆動するためのスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）23が設けられている。
薄膜トランジスタ23は、ガラス基板上に形成された絶縁膜上に薄膜トランジスタ23のチャンネル領域を構成する半導体層27が形成されている。さらに、この半導体層27上に絶縁膜が形成され、この絶縁膜上に走査線21および走査線21に電気的に接続されたゲート電極26が形成されている。半導体層27はポリシリコン等の多結晶シリコンで構成され、半導体層27の一端側にはスルーホール28を通じて信号線22と電気的に接続されたソース電極29が形成され、半導体層27の他端側には副画素12を構成する画素電極にスルーホール30を通じて電気的に接続されたドレイン電極31が形成されている。
薄膜トランジスタ23は、異なる大きさの副画素12に対応して異なる形状に形成されている。すなわち、大きさが大きい青色副画素12Bおよび白色副画素12Wに対応した薄膜トランジスタ23には第２スイッチング素子としてのＬ字形状薄膜トランジスタ23aが用いられ、大きさが小さい赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gに対応した薄膜トランジスタ23には第１スイッチング素子としてのＵ字形状薄膜トランジスタ23bが用いられている。
Ｌ字形状薄膜トランジスタ23aは、ゲート電極26が走査線21から副画素領域内に突出されるとともに、半導体層27がＬ字形状で、半導体層27の垂直方向に沿った一端側が信号線22上に配置され、半導体層27の水平方向に沿った他端側がゲート電極26上を通過するように配置されている。
Ｕ字形状薄膜トランジスタ23bは、ゲート電極26が走査線21上に形成されているとともに、半導体層27がＵ字形状で、半導体層27の垂直方向に沿った一端側が信号線22上に配置され、半導体層27の水平方向に沿った中間部（屈曲部）が隣接する副画素領域に突出され、半導体層27の垂直方向に沿った他端側が隣接する副画素領域からゲート電極26上を通過するように配置されている。
Ｌ字形状薄膜トランジスタ23aは、Ｕ字形状薄膜トランジスタ23bに比べて、副画素領域の開口率（開口面積）を大きくできるが、高精細化するうえで製造上の制約があり、また、Ｕ字形状薄膜トランジスタ23bは、Ｌ字形状薄膜トランジスタ23aに比べて、副画素領域の開口率（開口面積）が小さくなるが、高精細化に対応しやすいという特徴がある。
一方、対向基板は、ガラス基板上に着色層であるカラーフィルタ層、対向電極および液晶層の液晶分子の配向用の配向膜などが順次積層されている。カラーフィルタ層は、赤、緑、青および白のそれぞれに対応するフィルタ部と、これらフィルタ部間を区画し不要光を遮断する遮光部とを有し、フィルタ部が画素電極に対応する部分にそれぞれ形成されて副画素12のそれぞれを構成している。なお、白に対応するフィルタ部は、透明なフィルタ部としてもよいし、フィルタ部を設けないようにしてもよい。対向電極は、画素電極に対応する位置にて、例えばＩＴＯなどの透明導電材料にて形成されている。
なお、これらカラーフィルタ層および対向電極は、液晶パネルのモードによっては、アレイ基板20側に配置してもよい。
そして、液晶パネルを駆動する駆動回路から走査線21に信号を出力することにより、走査線21に電気的に接続されている薄膜トランジスタ23のゲート電極26に信号が入力されるとともに、駆動回路から信号線22に信号を出力することにより、信号線22に電気的に接続されている薄膜トランジスタ23のソース電極29に信号が入力され、この薄膜トランジスタ23がスイッチング制御され、薄膜トランジスタ23のドレイン電極31から画素電極に画素信号が書き込まれ、画素11の副画素12がそれぞれ独立して駆動される。
このように構成された表示素子10では、３原色の副画素12R，12G，12Bに、３原色のうちの２色の副画素12R，12Gと白色の副画素12Wとを加えて１つの画素11を構成し、さらに、白色の副画素12Wと１つ少ない１色の副画素12Bを他の副画素12R，12Gより大きくすることにより、輝度の向上や消費電力の低減を図ることができるうえに、白色の副画素12Wを加えることによる開口率の減少を抑制し、白色表示時の色度が補色系側にシフトするのを軽減することができる。さらに、赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gは、大きさが小さい方が色合わせしやすい。
しかも、薄膜トランジスタ23を、異なる大きさの副画素12に対応して異なる形状に形成しているため、副画素12の大きさを異ならせることによる効果をより向上させることができる。
すなわち、大きさが大きい青色副画素12Bおよび白色副画素12Wに対応した薄膜トランジスタ23にはＬ字形状薄膜トランジスタ23aを用い、大きさが小さい赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gに対応した薄膜トランジスタ23にはＵ字形状薄膜トランジスタ23bを用いている。そして、Ｌ字形状薄膜トランジスタ23aは、ゲート電極26が走査線21から突出されているとともに、半導体層27がゲート電極26上を走査線21と平行な方向に沿って通過するように形成され、また、Ｕ字形状薄膜トランジスタ23bは、ゲート電極26が走査線21上に配置されているとともに、半導体層27がゲート電極26上を信号線22と平行な方向に沿って通過するように形成されている。
これにより、Ｌ字形状薄膜トランジスタ23aは、高精細化するうえで製造上の制約があるため、大きさが小さい赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gよりも、大きさが大きい青色副画素12Bおよび白色副画素12Wに適している。青色副画素12Bは他の赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gよりも少ないため、色度バランスを揃えるために他の色の副画素よりも大きくする必要がある。また、輝度向上のために青色副画素12Bのかわりに白色副画素12Wが配置されるため、白色副画素12Wの幅は青色副画素12Bの幅と同じにある。
Ｕ字形状薄膜トランジスタ23bは、副画素領域の開口率が小さくなるものの、高精細化に対応しやすいため、大きさが小さい赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gに適している。したがって、薄膜トランジスタ23を、異なる大きさの副画素12に対応して異なる形状に形成することにより、副画素12の大きさを異ならせることによる効果をより向上させることができる。
次に、図３に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を用いてその説明を省略する。
青色副画素12Bの垂直方向の長さを、白色副画素12Wの垂直方向の長さよりも長くしている。また、青色副画素12Bの短辺および長辺は赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gの短辺および長辺よりも長くしている。さらに、白色副画素12Wの短辺は青色副画素12Bの短辺と同等の長さであり、白色副画素12Wの長辺は他の色（赤色、緑色、青色）の副画素の長辺よりも短くしている。したがって、これら副画素の面積は、青色副画素12Bが赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gよりも大きく、青色副画素12B、赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gは白色副画素12Wよりも大きくなっている。
また、赤色副画素12R、緑色副画素12G、青色副画素12Bによって一絵素を構成し、この絵素を構成した副画素とは別の赤色副画素12R、緑色副画素12G、白色副画素12Wによって他の一絵素を構成した本実施形態では、赤色副画素12R、緑色副画素12G、青色副画素12Bから構成される一絵素の上下左右に赤色副画素12R、緑色副画素12G、白色副画素12Wから構成される他の一絵素を配置している。
上述のように各副画素12R，12G，12B，12Wの面積の関係および一絵素の配置の関係を規定することにより、色度バランスおよび輝度バランスを揃え表示品位を向上することができる。
このような各副画素12R，12G，12B，12Wの面積の関係および一絵素の配置の関係の規定で画素の高精細化を行うと、赤色副画素12Rおよび緑色副画素12Gの水平方向の幅は青色副画素12Bの幅と比較して小さくなるため、Ｕ字形状薄膜トランジスタ23bを適用することにより、高精細化に対応できる。一方、青色副画素12Bは、他の色との色度バランスおよび輝度バランスを維持するために画素を大きくしているので、Ｌ字形状薄膜トランジスタ23aを適用することにより、開口率の低下を抑制し所望とする色度および輝度を得ることができる。白色副画素12Wは、青色副画素12Bの水平方向の幅に等しいため、Ｌ字形状薄膜トランジスタ23aを適用することにより、所望とする輝度を得ることができる。
なお、表示素子10（アレイ基板20）は、液晶パネルに限らず、有機ＥＬ表示素子やその他の自発光形表示素子等の表示素子にも適用することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10 表示素子
11 画素
12 副画素
12B 第２副画素としての青色副画素
12G 第１副画素としての緑色副画素
12R 第１副画素としての赤色副画素
12W 第２副画素としての白色副画素
21 走査線
22 信号線
23 スイッチング素子としての薄膜トランジスタ
23a 第２スイッチング素子としてのＬ字形状薄膜トランジスタ
23b 第１スイッチング素子としてのＵ字形状薄膜トランジスタ
26 ゲート電極
27 半導体層
29 ソース電極
31 ドレイン電極

Claims (2)

  1. 所定の方向に沿って配置された複数の走査線と、
    前記走査線と直交する方向に沿って配置された複数の信号線と、
    前記走査線と前記信号線とで囲まれる領域にそれぞれ形成される第１副画素および第２副画素を有する画素と、
    前記走査線と前記信号線とに接続されて前記第１副画素および前記第２副画素をそれぞれ駆動する第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を有する複数のスイッチング素子と、を具備する表示素子であって、
    前記第２副画素の大きさは、前記第１副画素の大きさよりも大きく、
    前記第１スイッチング素子は、前記第１副画素に形成され、
    前記第２スイッチング素子は、前記第２副画素に形成され、
    前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、半導体層、この半導体層と交差するゲート電極、前記半導体層に接続されているソース電極およびドレイン電極を有しており、
    前記第１スイッチング素子の前記半導体層は、Ｕ字形状に形成され、
    前記第２スイッチング素子の前記半導体層は、Ｌ字形状に形成され、
    前記第１副画素の開口率は、前記第２副画素の開口率よりも小さい
    ことを特徴とする表示素子。
  2. 前記第１スイッチング素子の前記半導体層は、前記信号線に沿った方向に、前記第１副画素に隣接する他の副画素と重なっており、
    前記第２スイッチング素子の前記半導体層は、前記信号線に沿った方向に、前記第２副画素に隣接する他の副画素と重なっていない
    ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
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