JP2005004212A - 多重ドメイン液晶表示装置及びそれに用いられる表示板 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明が目的とする技術的課題は、視認性に優れた多重ドメイン液晶表示装置を実現させることにある。
【解決手段】 絶縁基板上に形成されているゲート線、ゲート線と絶縁されて交差しているデータ線、ゲート線とデータ線とが交差して定義する各画素領域ごとに形成されている第１画素電極、ゲート線、データ線、及び第１画素電極に３端子が各々連結されている第１薄膜トランジスタ、画素領域ごとに形成され、第１画素電極に連結されている結合電極と重なって第１画素電極に容量性結合されている第２画素電極を含む、液晶表示装置を提供する。第２画素電極は、維持電極線に第２薄膜トランジスタを通じて電気的に連結されて、共通電極に対して第１画素電極の電圧より高い電圧が形成される。この時、第１画素電極は、第２画素電極より広い面積を有し、低い電圧は高い電圧に対して０．５０-０．９５の比率を有する。このようにして、側面視認性が向上した広視野角液晶表示装置を得ることができると同時に、良好な開口率及び透過率を確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶表示装置及びそれに用いられる表示板に関する。

液晶表示装置は、一般に、共通電極及び色フィルターなどが形成されている上部表示板と、薄膜トランジスタ及び画素電極などが形成されている下部表示板との間に、液晶物質を注入し、画素電極及び共通電極に互いに異なる電圧を印加することによって電界を形成して液晶分子の配列を変更させ、これにより、光の透過率を調節して、画像を表現する装置である。

ところが、液晶表示装置は、視野角が狭いのが大きな短所である。このような短所を克服し、視野角を広くするための様々な方案が開発されているが、その中でも、液晶分子を上下表示板に対して垂直に配向して、画素電極及びその対向電極である共通電極に一定の切開パターンを形成したり、突起を形成する方法が有力視されている。

切開パターンを形成する方法は、画素電極及び共通電極に各々切開パターンを形成し、これらの切開パターンによって形成されるフリンジフィールド（fringe field）を利用して、液晶分子が横になる方向を調節することによって、視野角を広くする方法である。

突起を形成する方法は、上下表示板に形成されている画素電極及び共通電極上に各々突起を形成し、突起によって歪曲される電場を利用して、液晶分子が横になる方向を調節する方法である。

その他の方法として、下部表示板上に形成されている画素電極には切開パターンを形成し、上部表示板に形成されている共通電極上には突起を形成し、切開パターン及び突起によって形成されるフリンジフィールドを利用して、液晶が横になる方向を調節することにより、ドメインを形成する方法がある。

このような多重ドメイン液晶表示装置は、１:１０のコントラスト比を基準とするコントラスト比基準視野角や、階調間の輝度反転の限界角度として定義される階調反転基準視野角は、全方向８０°以上と非常に優れている。しかし、正面のガンマ曲線と側面のガンマ曲線とが一致しない側面ガンマ曲線歪曲現象が発生し、ＴＮ（twisted nematic）モードの液晶表示装置に比べて左右側面で視認性が劣っている。例えば、ドメイン分割手段として切開部を形成するＰＶＡ（patterned vertically aligned）モードの場合には、側面に向かうにつれて全体的に画面が明るくなり、白色に移動する傾向がある。ひどい時には、明るい階調間の間隔差がなくなり、映像が崩れて見えることもある。ところが、最近、液晶表示装置がマルチメディア用に用いられるようになり、静画像や動映像を見ることが増え、視認性が益々重要視されている。

本発明が目的とする技術的課題は、視認性に優れた多重ドメイン液晶表示装置を実現することである。

このような課題を解決するために、本発明では、画素電極を少なくとも二つに分け、分けられたサブ画素電極に互いに異なる電位を印加する。この時、サブ画素電極は、結合電極を通じて容量性結合されているが、共通電極に対して電圧が低いサブ画素電極は、電圧が高いサブ画素電極より広いか、または低い電圧と高い電圧との間の電圧差の比率が０．５０〜０．９５の範囲である。

本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板は、絶縁基板上に、第１信号線が形成され、第１信号線と絶縁されて交差して画素領域を定義する第２信号線が形成され、第１信号線と第２信号線とが交差して定義する各画素領域ごとに少なくとも二つ以上に分割されている画素電極が形成されている。また、各々の画素領域には、第１信号線、第２信号線、及び画素電極に３端子が各々電気的に連結されている薄膜トランジスタが形成され、少なくとも一つの分割された画素電極と電気的に連結されている端子と連結され、少なくとも一つの分割された他の画素電極と重なっている結合電極が形成されている。この時、画素電極は、液晶分子を分割配向するドメイン分割手段を有し、画素電極は、互いに異なる面積に分割されている。

ここで、ドメイン分割手段は、切開部であることができ、結合電極は、薄膜トランジスタの３端子のうちのドレーン電極から延長され、画素電極は切開部を通じて分割され、切開部は、第１信号線と±４５°をなすのが好ましい。

このような薄膜トランジスタ表示板は、第２信号線と絶縁されて交差して基準電位が印加される第３信号線をさらに含み、結合電極によって容量性結合されている第１画素電極及び第２画素電極を含む。ここで、薄膜トランジスタは、第１信号線、第１画素電極、及び第２信号線に３端子が各々連結されている第１薄膜トランジスタと、第１信号線、第２画素電極、及び第３信号線に３端子が電気的に連結されている第２薄膜トランジスタとを含む。

この時、第１画素電極及び第２画素電極と第１薄膜トランジスタ及び第２薄膜トランジスタとの間に形成されている絶縁膜をさらに含み、第２画素電極及び第２薄膜トランジスタのドレーン電極は、保護膜の第１接触孔を通じて直接連結されているのが好ましい。第１画素電極は、保護膜の第２接触孔を通じて第１薄膜トランジスタのドレーン電極と直接連結されたり、保護膜を介在して第１薄膜トランジスタのドレーン電極と重なっていることができる。

第１画素電極は、第２画素電極より大きな面積、より好ましくは、第２画素電極の面積の１〜６倍の範囲の面積を有する。

ここで、画素電極は、第１画素電極及び結合電極を通じて容量性結合で電気的に連結されている第３画素電極をさらに含むことができる。

本発明の実施例による液晶表示装置は、このような薄膜トランジスタ表示板と画素電極と対向し、液晶分子を駆動するための電位を形成する共通電極を有する共通電極表示板、薄膜トランジスタ表示板及び共通電極表示板のうちの少なくとも一つに形成されている第１ドメイン分割手段、薄膜トランジスタ表示板及び共通電極表示板のうちの少なくとも一つに形成され、第１ドメイン分割手段と共に画素領域を複数の小ドメインに分割する第２ドメイン分割手段を有する。

この時、第１ドメイン分割手段は、画素電極が有する切開部であることができ、第２ドメイン分割手段は、共通電極が有する切開部であることができる。

本発明の他の実施例による液晶表示装置は、第１絶縁基板、第１絶縁基板に形成されている第１信号線、第１絶縁基板に形成され、第１信号線と絶縁されて交差して画素領域を定義する第２信号線、第１信号線と第２信号線とが交差して定義する各画素領域ごとに形成され、少なくとも二つ以上に分割されている画素電極、第１信号線、第２信号線、及び画素電極に３端子が各々電気的に連結されている薄膜トランジスタ、少なくとも一つの分割された画素電極と電気的に連結されている端子と連結され、少なくとも一つの分割された他の画素電極と重なっている結合電極、第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板、第２絶縁基板上に形成されている共通電極、第１基板及び第２基板のうちの少なくとも一つに形成されている第１ドメイン分割手段、第１基板及び第２基板のうちの少なくとも一つに形成され、第１ドメイン分割手段と共に画素領域を複数の小ドメインに分割する第２ドメイン分割手段を含む。この時、共通電極と分割された複数の画素電極との間の電圧差の比率は０．５〜０．９５の範囲である。

第１ドメイン分割手段または第２ドメイン分割手段は、切開部であることができる。

結合電極は、薄膜トランジスタの３端子のうちのドレーン電極から延長されるのが好ましく、第１ドメイン分割手段及び第２ドメイン分割手段は、第１信号線と±４５°をなすのが好ましい。

このような液晶表示装置は、第２信号線と絶縁されて交差して基準電位が印加される第３信号線をさらに含み、結合電極により容量性結合されている第１画素電極及び第２画素電極を有する。この時、薄膜トランジスタは、第１信号線、第１画素電極、及び第２信号線に３端子が各々連結されている第１薄膜トランジスタと、第１信号線、第２画素電極、及び第３信号線に３端子が電気的に連結されている第２薄膜トランジスタとを含む。

第１画素電極及び第２画素電極と第１薄膜トランジスタ及び第２薄膜トランジスタとの間に形成されている絶縁膜をさらに含み、第２画素電極及び第２薄膜トランジスタのドレーン電極は、保護膜の第１接触孔を通じて直接連結されているのが好ましい。第１画素電極は、保護膜の第２接触孔を通じて第１薄膜トランジスタのドレーン電極と直接連結されたり、保護膜を介在して第１薄膜トランジスタのドレーン電極と重なることができる。

第１画素電極は、第２画素電極より大きい面積を有するのが好ましい。画素電極は、第１画素電極及び結合電極を通じて容量性結合で電気的に連結されている第３画素電極をさらに含むことができる。

低い電圧が印加されるサブ画素電極の面積を高い電圧が印加されるサブ画素電極の面積より広く設計し、高い電圧と低い電圧との間の電圧差の比率を調節することにより、液晶表示装置の側面視認性、開口率、透過率などの特性を良好なものに確保することができる。

添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は様々な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。

図面は、各種層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については、同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。

以下、図面を参照して、本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造について説明する。

図１は本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図２は本発明の第１実施例による液晶表示装置用共通電極表示板の配置図であり、図３は本発明の第１実施例による液晶表示装置の配置図であり、図４は図３のIV-IV´線による断面図であり、図５は本発明の第１実施例による液晶表示装置の回路図である。

本発明の実施例による液晶表示装置は、下部表示板１００、これと対向している上部表示板２００、及び下部表示板１００と上部表示板２００との間に注入されて表示板に垂直に配向されている液晶分子を含む液晶層３１０からなる。

まず、下部表示板１００である薄膜トランジスタ表示板は、次のような構成を有する。

ガラスなどの透明な絶縁物質からなる絶縁基板１１０上に、ＩＴＯ（indium tin oxide）やＩＺＯ（indium zinc oxide）などの透明な導電物質からなる第１画素電極１９０a及び第２画素電極１９０bが形成されている。このうち、第１画素電極１９０aは、薄膜トランジスタに連結されて画像信号電圧の印加を受け、第２画素電極１９０bは、第１画素電極１９０aと連結されている結合電極１７６bと重なることにより、第１画素電極１９０aと電磁気的に結合（容量性結合）している。この時、薄膜トランジスタは、走査信号を伝達するゲート線１２１及び画像信号を伝達するデータ線１７１に各々連結され、走査信号によって第１画素電極１９０aに印加される画像信号をオン（ON）、オフ（OFF）する。この時、第１画素電極１９０a及び第２画素電極１９０bは、各画素電極を切開する切開部１９１、１９２、１９３、１９４、１９５を有し、結合電極１７６bは、第２画素電極１９０bと重なって、多様な形態の分枝を含む。

また、絶縁基板１１０下には下部偏光板１２が付着されている。ここで、第１画素電極１９０ａ及び第２画素電極１９０bは、反射型液晶表示装置である場合には透明な物質からならないこともあるが、そのときは下部偏光板１２も不要である。

次に、上部表示板２００の構成は、次の通りである。

ガラスなどの透明な絶縁物質からなる絶縁基板２１０下に、光漏れを防止するためのブラックマトリックス２２０、赤、緑、青の色フィルター２３０、及びＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質からなる共通電極２７０が形成されている。共通電極２７０には、共通電極２７０を切開する切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６が形成されている。ブラックマトリックス２２０は、画素領域の周縁部分だけでなく、共通電極２７０の切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６と重なる部分にも形成することができる。これは、切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６によって発生する光漏れを防止するためである。

次に、本発明の第１実施例による液晶表示装置用下部表示板、つまり薄膜トランジスタ表示板１００について詳細に説明する。

下部絶縁基板１１０上に、図１において、主に横方向に延在している複数のゲート線１２１及び維持電極線１３１が形成されている。

ゲート線１２１は、複数の部分において、その線幅が拡張されて、第１薄膜トランジスタＴＦＴ１のゲート電極１２３aをなし、一部は、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のゲート電極１２３bをなす。ゲート線１２１の一端部１２５は、外部回路との連結のために広く拡張されている。

各維持電極線１３１には、そこから延在して出て画素の周縁に配置されている複数組の維持電極（storage electrode）１３３a、１３３b、１３３c、１３３dが連結されている。一組の維持電極１３３a、１３３b、１３３c、１３３dのうちの二つの維持電極１３３a、１３３bは、図１において、縦方向に延在し、横方向に延在した一つの維持電極１３３cは、維持電極線１３１と共に横に延在しており、もう一つの維持電極１３３dは、互いに隣接する画素の二つの維持電極１３３a、１３３bを連結する。この時、各維持電極線１３１は、画素の上部及び下部に配置されて二つ以上の横方向に延在する配線からなることもできる。

ゲート線１２１及び維持電極配線１３１、１３３a、１３３b、１３３c、１３３d、は、AlまたはAl合金、AgまたはAg合金、Cr、Ti、Ta、Moなどの金属などからなる。図４のように、本実施例のゲート線１２１及び維持電極配線１３１、１３３a、１３３b、１３３c、１３３dは、単一層からなるが、物理化学的特性に優れたCr、Mo、Ti、Taなどの金属層及び比抵抗が小さいAl系列またはAg系列の金属層を含む二重層からなることもできる。この他にも、多様な金属または導電体でゲート線１２１及び維持電極配線１３１、１３３a、１３３b、１３３c、１３３dを形成することができる。

ゲート線１２１及び維持電極配線１３１、１３３a、１３３b、１３３c、１３３dは、側面が傾斜を有しており、水平面に対する傾斜角は３０-８０°であるのが好ましい。

ゲート線１２１及び維持電極配線１３１、１３３a、１３３b、１３３c、１３３d上には、窒化ケイ素（SiNx）などからなるゲート絶縁膜１４０が形成されている。

ゲート絶縁膜１４０上には、複数のデータ線１７１をはじめとして、複数の第１薄膜トランジスタＴＦＴ１のドレーン電極１７５a及び複数の結合電極１７６bが形成されている。各データ線１７１は、主に縦方向に延在して、各ドレーン電極１７５aに対向する複数の分枝を含み、第１薄膜トランジスタＴＦＴ１のソース電極１７３aをなす。また、データ線１７１と同一な層には、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のソース電極１７３bがゲート電極１２３bと重なって配置される。そして、ゲート電極１２３bを中心にソース電極１７３bの対向側には、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のドレーン電極１７５bが形成されている。結合電極１７６bは、第１薄膜トランジスタＴＦＴ１のドレーン電極１７５aと連結され、切開部１９１、１９２の間に延在した部分、画素の周縁に配置されて維持電極１３３aと重なる部分、画素の上部及び下部に位置して画素の内側に曲がった部分を含む。

データ線１７１、ドレーン電極１７５a、１７５b、ソース電極１７３ａ、１７３b、及び結合電極１７６bも、ゲート線１２１と同様に、クロム及びアルミニウムなどの物質からなり、単一層または多重層からなることができる。

データ線１７１及びドレーン電極１７５a下には、データ線１７１に沿って主に縦に長く延在した複数の線状半導体１５４（１５４ａ、１５４ｂ・・・）が形成されている。非晶質シリコンなどからなる各線状半導体１５４ａは、各ゲート電極１２３a、ソース電極１７３a、及びドレーン電極１７５aに向かって分枝を形成し、薄膜トランジスタのチャンネル部１５４aを構成する。また、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２の上部には、複数の島状半導体１５４bが形成されている。

線状半導体１５４とデータ線１７１及びドレーン電極１７５aとの間には、両者の接触抵抗を減少させるための複数の線状抵抗性接触部材１６１及び島状ドレーン部抵抗性接触部材１６５aが形成されている。抵抗性接触部材１６１は、ソース電極１７３aの下部に位置するソース部抵抗性接触部材１６３aを含む。これらの抵抗性接触部材１６１、１６３ａ、１６５aは、シリサイドやn型不純物が高濃度にドーピングされた非晶質シリコンなどからなる。断面図には示されていないが、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２の半導体１５４bとソース及びドレーン電極１７３b、１７５bとの間にも抵抗性接触部材が形成されている。

データ線１７１、ドレーン電極１７５a、１７５b、ソース電極１７３ａ、１７３b、及び半導体１５４上には、窒化ケイ素などの無機絶縁物質や樹脂などの有機絶縁物からなる保護膜１８０が形成されている。

図１中において、保護膜１８０には、ドレーン電極１７５a、１７５b及び第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のソース電極１７３bの少なくとも一部とデータ線１７１の端部１７９とを各々露出する複数の接触孔１８１a、１８１b、１８３、１８６が備わっており、ゲート線１２１の端部１２５及び維持電極線１３１の一部を各々露出する複数の接触孔１８２、１８４、１８５はゲート絶縁膜１４０及び保護膜１８０を貫通している。

保護膜１８０上には、複数の画素電極１９０a、１９０bをはじめとして、複数の接触補助部材９５、９７及び複数の維持電極線連結橋９１が形成されている。画素電極１９０a、１９０b、接触補助部材９５、９７、及び連結橋９１は、ＩＴＯやＩＺＯのような透明導電体やアルミニウム（Al）のような光反射特性に優れた不透明導電体などからなる。

画素電極１９０は、第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bとに分類される。第１画素電極１９０aは、接触孔１８１aを通じてドレーン電極１７５aと連結されている。そして、第２画素電極１９０bは、接触孔１８１bを通じてドレーン電極１７５bと連結されていると同時に、ドレーン電極１７５aと連結されている結合電極１７６bと重なっている。したがって、第２画素電極１９０bは、第１画素電極１９０aに電磁気的に結合（容量性結合）されている。この時、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のソース電極１７３bは、接触孔１８６を通じて維持電極線連結橋９１と連結されている。

第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bとを分ける切開部１９１、１９５は、図１中の横方向に延在するゲート線１２１に対して４５°をなす部分と垂直をなす部分とに区分される。垂直をなす部分は維持電極１３３aと重なり、４５°をなす二つの部分は垂直をなす部分により連結されて互いに垂直をなしている。

第１画素電極１９０aは、各々切開部１９２、１９３、１９４を有し、ゲート線１２１に対して４５°又は−４５°をなし、各々は第１画素電極１９０a、１９０bの内部に形成されている。また、第１画素電極１９０aの切開部１９４は、図１において、第１画素電極１９０aの右側辺から左側辺に向かって凹む形で、その右側の入口は広く拡張されている。第１画素電極１９０aの切開部１９３は、ゲート線１２１に対して４５°をなす部分と右側辺から左側辺に向かって凹んだ部分とを含む。

第１画素電極１９０a、第２画素電極１９０b、及びこれら１９０a、１９０bの形状を定義する切開部１９１、１９２、１９３、１９４、１９５は、各々ゲート線１２１とデータ線１７１とが交差して定義する画素領域を上下に二等分する線（ゲート線と並ぶ線）に対して実質的に鏡状対称をなしている。
また、保護膜１８０上には、ゲート線１２１を介在してその両側に位置する二つの維持電極線１３１を連結する維持配線連結橋９１が形成されており、維持配線連結橋９１は、保護膜１８０及びゲート絶縁膜１４０を貫通する接触孔１８４、１８５を通じて維持電極１３３c及び維持電極線１３１に接触している。維持配線連結橋９１は、下部絶縁基板１１０上の維持電極線１３１全体を電気的に連結する役割をする。このような維持電極線１３１は、必要な場合には、ゲート線１２１やデータ線１７１の欠陥を修理するために利用することができる。また、このような修理のためにレーザーを照射する時に、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２の代わりにゲート線１２１及び維持配線連結橋９１の電気的連結を補助するために、これらの間にはデータ線１７１と同一な層に橋部金属片だけを配置することもできる。

接触補助部材９５、９７は、各々接触孔１８２、１８３を通じてゲート線の端部１２５及びデータ線の端部１７９に連結されている。一方、薄膜トランジスタ表示板と対向している上部表示板２００は、次のような構造を有する。

次に上部表示板２００について、詳細に説明する。下部絶縁基板１１０と対向している上部絶縁基板２１０には、光漏れを防止するためのブラックマトリックス２２０が形成されている。ブラックマトリックス２２０上には、画素領域に順に配置されている赤、緑、青の色フィルター２３０が形成されている。色フィルター２３０上には、図２に示す複数組の切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６を有する共通電極２７０が形成されている。共通電極２７０は、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電体からなる。

共通電極２７０の一組の切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６は、二つの画素電極１９０a、１９０bの切開部１９１、１９２、１９３、１９４、１９５のうちでゲート線１２１に対して４５°をなす部分を間に挟んで配置され、これらと並ぶ斜線部と画素電極１９０a、１９０bの辺と重なっている端部とを含む。この時、端部は縦方向端部と横方向端部とに区分される。例えば、切開部２７４は、斜線部２７４ａ、縦方向端部２７４ｂ及び横方向端部２７４ｃを含む。

以上のような構造の薄膜トランジスタ表示板及び色フィルター表示板を位置合わせして結合し、その間に液晶物質を注入して垂直配向すれば、本発明の一実施例による液晶表示装置の基本構造が形成される。

薄膜トランジスタ表示板と色フィルター表示板とを位置あわせした時に、共通電極２７０の一組の切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６は、二つの画素電極１９０a、１９０bを各々複数の副領域に区分するが、本実施例では、図２及び３のように、二つの画素電極１９０a、１９０bを各々８個の副領域に分ける。図３から分かるように、各副領域は長く形成され、幅方向と長さ方向とが区別される。

画素電極１９０a、１９０bの各副領域とこれと対応する基準電極２７０の各副領域との間にある液晶層３００部分を、以下では小領域（subregion）という。これらの小領域は、電圧印加時にその内部に位置する液晶分子の平均長軸方向によって８種類に分けられるが、以下ではそれをドメイン（domain）という。

このような液晶表示装置における第２画素電極１９０bは、第１画素電極１９０aと連結されている結合電極１７６bと重なることにより、第１画素電極１９０aと電磁気的に結合（容量性結合）され、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のドレーン電極１７５bに連結されて基準電位の印加を受ける。

第１薄膜トランジスタＴＦＴ１のゲート電極１２３a及びソース電極１７３aは、走査信号を伝達する前段ゲート線１２１及び画像信号を伝達するデータ線１７１に各々連結されて、走査信号によって第２画素電極１９０bに印加される画像信号をオン、オフする。

第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のゲート電極１２３b及びソース電極１７３bは、前段ゲート線１２１及び維持電極連結橋９１に各々連結されて、前段ゲート線１２１に印加される走査信号によって第２画素電極１９０bを基準電位にリフレッシュする。

この時、第１画素電極１９０aは、薄膜トランジスタを通じて画像信号電圧の印加を受けるのに対して、第２画素電極１９０bは、結合電極１７６との容量性結合によって電圧が変動するので、第２画素電極１９０bの電圧は、第１画素電極１９０aの電圧に比べて、常に絶対値が高くなる。このように、一つの画素領域内に異なる電圧の二つの画素電極を配置すれば、二つの画素電極が互いに補償してガンマ曲線の歪曲を減らすことができる。

以下、第１画素電極１９０aの電圧が第２画素電極１９０bの電圧より低く維持される理由について、図５を参照して説明する。

図５のC_lcaは、第１画素電極１９０aと対向基板の共通電極２７０との間で形成される液晶容量を示す。C_staは、第１画素電極１９０aと維持電極配線１３１、１３３a、１３３b、１３３cとの間で形成される保持容量を示す。C_lcbは、第２画素電極１９０bと対向基板の共通電極２７０との間で形成される液晶容量を示す。C_stbは、第２画素電極１９０bと維持電極線１３１との間で形成される保持容量を示す。C_cpbは、結合電極１７６bと第２画素電極１９０bとの間で形成される結合容量を示す。

対向基板の共通電極２７０に印加された共通電圧または基準電圧に対する第１画素電極１９０aの電圧をVa（Vd１）とし、第２画素電極１９０bの電圧をVbとすれば、電圧分配法則に基づいて、
Vb=１/（C_１+２C_２）×[（２-C_３/C_２）×（C_１+C_２）×Vd１]
となる。Vbは、前記した各々の容量を調節してVaに近接するが、Vaに比べて常に大きくなるように調節することができる。ここで、C_１=C_lca+C_sta、C_２=C_cpb、C３=C_lcb+C_stbであり、ゲート電極とソース電極との間で発生する寄生容量は非常に小さいので考慮しなかった。

この時、第１薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第２薄膜トランジスタＴＦＴ２の配置、または第１画素電極１９０a及び第２画素電極１９０bの連結は、多様に変形することができる。これについて、次の実施例で説明する。

C_cpbを調節することによって、Vaに対するVbの比率を調整することができる。C_cpbの調節は、結合電極１７６bと第２画素電極１９０bとの重畳面積及び距離を調整することによって可能である。重畳面積は、結合電極１７６bの幅を変化させることによって容易に調整することができ、距離は、結合電極１７６bの形成位置を変化させることによって調整することができる。つまり、本発明の実施例では、結合電極１７６bをデータ線１７１と同一な層に形成したが、ゲート線１２１と同一な層に形成することにより、結合電極１７６bと第２画素電極１９０bとの間の距離を増加させることができる。

この時、低い電圧が印加される第１画素電極１９０aの面積は、高い電圧が印加される第２画素電極１９０aの面積より広くすべきであるが、６倍を超えないようにするのが好ましい。高い電圧と低い電圧との間の電圧差の比率は０．５０-０．９５の範囲が好ましい。本発明の実験例で、低い電圧が印加される第１画素電極１９０aの面積を高い電圧が印加される第２画素電極１９０aの面積より広く形成した後、様々な表示特性を測定した結果、側面視認性は０．２２乃至０．３５の範囲で非常に良好なものであった。同様に、第１画素電極と第２画素電極とに分割しない場合と比べて、開口率はほとんど減少せず、高い開口率を確保することができた。ここで、側面視認性は、正面のガンマ曲線勾配に対する側面のガンマ曲線勾配を１から引いた値で、１に近いと側面視認性が悪く、０に近いと側面視認性が良好であることを意味する。

本発明の第１実施例で、第１画素電極１９０aは、第２画素電極１９０aの面積に対して５倍程度の面積に設計した。

結合電極１７６bの配置及び構造は、画素分割手段である切開部の形状によって、またはドレーン電極１７５及び第１画素電極または第２画素電極１９０a、１９０bのうちのどこに連結されるかによって、多様に変形することができる。これに関する一例を次の実施例で説明する。

図６は本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図７は図６の薄膜トランジスタ表示板を適用した液晶表示装置の回路図である。第１実施例と同一の符号番号は、下記に説明する構成以外は、第１実施例と同様の構成であり、説明を省略する。

第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板では、第１薄膜トランジスタ乃至第３薄膜トランジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２、ＴＦＴ３を適用した構造である。第２薄膜トランジスタＴＦＴ２の構成は、第１実施例と同様であり、ゲート電極１２３b、ソース電極１７３b及びドレーン電極１７５bを有し構成される。第１薄膜トランジスタＴＦＴ１と第３薄膜トランジスタＴＦＴ３は、ゲート線１２１を中心にして対向し、データ線１７１は、ゲート電極１２３aと重なるこれらＴＦＴ１、ＴＦＴ３のソース電極１７３a、１７３cを有する。また、第１薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第３薄膜トランジスタＴＦＴ３のドレーン電極１７５ａ、１７５cは、ゲート線１２１を中心にして対向して配置され、維持電極１３３bと重なる分枝と二つの切開部１９３、１９４との間に、これらと平行に延在している分枝を通じて互いに連結されている。

第１画素電極１９０a及び第２画素電極１９０bは、第１実施例とは異なって、切開部１９２を通じて分離されており、第２画素電極１９０bは、第１薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第３薄膜トランジスタＴＦＴ３のドレーン電極１７５ａ、１７５cに連結されている結合電極１７６b、１７６cと重なって、第１画素電極１９０aと電気的に連結されている。この時、結合電極１７６bは、切開部１９１の両側に配置され、結合電極１７６cは、切開部１９５、１９２との間に各々配置されている。ここで、第１画素電極１９０aは、接触孔１８１aを通じて第１薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第３薄膜トランジスタＴＦＴ３のドレーン電極１７５a及びドレーン電極１７５ｃと連結されている。そして、第２画素電極１９０bは、接触孔１８１bを通じて第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のドレーン電極１７５bと連結されていると同時に、ドレーン電極１７５ａ、１７５cと連結されている結合電極１７６b、１７６cと重なっている。したがって、第２画素電極１９０bは、第１画素電極１９０aに電磁気的に結合（容量性結合）されている。この時、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のソース電極１７３bは、接触孔１８６を通じて維持電極線連結橋９１と連結されている。

このような本発明の第２実施例による液晶表示装置において、結合電極１７６b、１７６c及びドレーン電極１７５ａ、１７５cの分枝は、第１実施例の図２に示す共通電極表示板と位置あわせされた時に、共通電極２７０の切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６と重なって、光漏れを遮断する機能を有することができる。

このとき、第１画素電極１９０aは、薄膜トランジスタを通じて画像信号電圧の印加を受けるのに対して、第２画素電極１９０bは、結合電極１７６b、１７６cとの容量性結合によって電圧が変動するので、第２画素電極１９０bの電圧は、第１画素電極１９０aの電圧に比べて、常に絶対値が高くなる。このように、一つの画素領域内に異なる電圧の二つの画素電極を配置すれば、二つの画素電極が互いに補償してガンマ曲線の歪曲を減らすことができる。

以下、第１画素電極１９０aの電圧が第２画素電極１９０bの電圧より低く維持される理由について、図７を参照して説明する。図７は本発明の第２実施例による液晶表示装置の回路図である。

図７のC_lcaは、第１画素電極１９０aと対向基板の共通電極２７０との間で形成される液晶容量を示す。C_staは、第１画素電極１９０aと維持電極配線との間で形成される保持容量を示す。C_lcbは、第２画素電極１９０bと対向基板の共通電極２７０との間で形成される液晶容量を示す。C_stbは、第２画素電極１９０bと維持電極配線との間で形成される保持容量を示す。C_cpbは、結合電極１７６b、１７６cと第２画素電極１９０bとの間で形成される結合容量を示す。

対向基板の共通電極２７０に印加された共通電圧または基準電圧に対する第１画素電極１９０aの電圧をVa（Vd１）とし、第２画素電極１９０bの電圧をVbとすれば、電圧分配法則に基づいて、第１実施例と同様に、
Vb=１/（C_１+２C_２）×[（２-C_３/C_２）×（C_１+C_２）×Vd１]
となる。Vbは、前記した各々の容量を調節してVaに近接するが、Vaに比べて常に大きくなるように調節することができる。ここで、C_１=C_lca+C_sta、C_２=C_cpb、C３=C_lcb+C_stbであり、ゲート電極とソース電極との間で発生する寄生容量は非常に小さいので考慮しなかった。この式は、第１実施例と同様の式であり、C_cpbを調節することによって、Vaに対するVbの比率を調整することができる。C_cpbの調節は、結合電極１７６bと第２画素電極１９０bとの重畳面積及び距離を調整することによって可能である。

一方、本発明の第２実施例では、画素電極を二つの部分に分割したが、それ以上に分割することもできる。画素電極が三つの部分に分割された構造について、図面を参照して説明する。

図８は本発明の第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図９は図８の薄膜トランジスタ表示板を適用した液晶表示装置の回路図である。第１実施例と同一の符号番号は、下記に説明する構成以外は、第１実施例と同様の構成であり、説明を省略する。

第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板では、第１薄膜トランジスタ乃至第３薄膜トランジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２、ＴＦＴ３を適用した構造である。第２薄膜トランジスタＴＦＴ２の構成は、第１実施例と同様であり、
ゲート電極１２３b、ソース電極１７３b及びドレーン電極１７５bを有し構成される。第１薄膜トランジスタＴＦＴ１と第３薄膜トランジスタＴＦＴ３は、ゲート線１２１を中心にして対向し、データ線１７１は、ゲート電極１２３aと重なるこれらＴＦＴ１、ＴＦＴ３のソース電極１７３a、１７３cを有する。また、第１薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第３薄膜トランジスタＴＦＴ３のドレーン電極１７５ａ、１７５cは、ゲート線１２１を中心にして対向して配置され、維持電極１３３bと重なる分枝と二つの切開部１９３、１９４との間に、これらと平行に延在している分枝を通じて互いに連結されている。

さらに、本発明の第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタでは、画素電極１９０が切開部１９１、１９５、１９２を通じて第１画素電極乃至第３画素電極１９０a、１９０b、１９０cに分離されている。第２薄膜トランジスタＴＦＴ２のドレーン電極１７５bは、延長されて接触孔１８１bを通じて第１画素電極１９０aと第３画素電極１９０cとの間に位置する第２画素電極１９０bと連結されている。

第１薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第３薄膜トランジスタＴＦＴ３のドレーン電極１７５a、１７５cは、第２実施例と同一な構造を有するが、ドレーン電極１７５aから延長された結合電極１７６bは、維持電極１３３aと重なりながら画素の下部から上部まで延在して、画素の上部及び下部に位置する二つの部分の第３画素電極１９０cと重なっている。

このような構造の第３実施例による液晶表示装置において、第１画素電極１９０aは、薄膜トランジスタを通じて画像信号電圧の印加を受けるのに対し、第２画素電極１９０b及び第３画素電極１９０cは、結合電極１７６bとの容量性結合によって電圧が変動する。第２画素電極１９０bの電圧は、第１実施例と同様に、第２薄膜トランジスタを通じて維持電極線１３１に連結されているので、第１画素電極１９０aに印加される電圧に比べて絶対値が常に高く、第３画素電極１９０cは、第１画素電極１９０aと容量性だけで電気的に結合されているので、第３画素電極１９０cの電圧は第１画素電極１９０aに印加される電圧に比べて絶対値が常に低い。

以下、第１画素電極１９０aの電圧が第３画素電極１９０cの電圧より低く維持される理由を、図９を参考にして説明する。

図９で、C_lccは、第３画素電極１９０cと共通電極２７０（図２、図３参照）との間で形成される液晶容量を示し、C_stcは、第３画素電極１９０cと維持電極線１３１との間で形成される保持容量を示す。C_cpcは、第１画素電極１９０aと第３画素電極１９０cとの間で形成される結合容量を示す。

共通電極２７０の電圧に対する第１画素電極１９０aの電圧をVaとし、第３画素電極１９０cの電圧をVcとすれば、電圧分配法則に基づいて、
Vc=Va×[_Ccpc/（C_cpc+C_lcc）]
となり、C_cpc/（C_cpc+C_lcc）は常に１より小さいので、VcはVaに比べて常に小さい。

ここでも、C_cpcを調節することによって、Vaに対するVcの比率を調整することができる。C_cpcの調節は、結合電極１７６bと第３画素電極１９０cとの重畳面積及び距離を調整することによって可能である。

本発明の第３実施例による液晶表示装置において、第１画素電極乃至第３画素電極１９０a、１９０b、１９０cは、１:１．３７:０．４４の面積比に分割した構造である。

図１０は本発明の第４実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図であり、図１１は本発明の第４実施例による薄膜トランジスタ表示板を含む液晶表示装置の回路図である。第１実施例と同一の符号番号は、下記に説明する構成以外は、第１実施例と同様の構成であり、説明を省略する。

大部分の構造は図１及び図３と同一であり、第１薄膜トランジスタＴＦＴ１は、ゲート電極１２３ａ、ソース電極１７３ａ及びドレーン電極１７５ａを有し、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２は、ゲート電極１２３b、ソース電極１７３b及びドレーン電極１７５bを有して構成される。ここで、第１画素電極１９０aは、第１薄膜トランジスタのドレーン電極１７５aと容量性結合され、保護膜１８０（図４参照）は、ドレーン電極１７５bを露出する接触孔を有しない。

この時、第１画素電極１９０aとドレーン電極１７５aとの間には、結合容量（C_cpa）が形成され、第１画素電極１９０aの電圧Ｖａは、ドレーン電極１７５bとの容量性結合によりデータ線を通じて印加される画素電圧（Vd）より絶対値が常に小さく、第２画素電極１９０bの電圧Ｖｂは、第１実施例と同様に、第２薄膜トランジスタＴＦＴ２を通じて維持電極線１３１に連結されているので、画素電圧Ｖｄより絶対値が常に大きい。ここで、図１１のC_cpaは、結合電極１７６bと第１画素電極１９０ａとの間で形成される結合容量を示す。

図１２及び図１３は本発明の第５及び第６実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。

図１２及び図１３は、本発明の第２実施例と同様に、第１薄膜トランジスタ乃至第３薄膜トランジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２、ＴＦＴ３を適用した構造であり、画素電極１９０は、５:１に第１画素電極１９０a及び第２画素電極１９０bを分割した構造である。

図１２のように、本発明の第５実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板では、第１画素電極１９０aが接触孔１８１aを通じて第１薄膜トランジスタＴＦＴ１のドレーン電極１７５aに連結されている。これとは異なって、図１３のように、本発明の第６実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板では、第１画素電極１９０aが第１薄膜トランジスタＴＦＴ１のドレーン電極１７５aと容量性結合されている。

前記のように、低い電圧が印加されるサブ画素電極の面積が高い電圧が印加されるサブ画素電極の面積より広くなるように画素電極を設計し、高い電圧と低い電圧との間の電圧差の比率を調節することにより、液晶表示装置の側面視認性、開口率、透過率などの特性を良好なものに確保することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者のいろいろな変形及び改良形態も、本発明の権利範囲に属するものである。特に、画素電極及び共通電極に形成する切開部の配置は様々な変形が可能であり、液晶分子を分割配向する画素分割手段として切開部の代わりに突出部を利用することもできる。

本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図である。 本発明の第１実施例による液晶表示装置用共通電極表示板の配置図である。 本発明の第１実施例による液晶表示装置の配置図である。 図３のIV-IV´線による断面図である。 本発明の第１実施例による液晶表示装置の回路図である。 本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図である。 図６の薄膜トランジスタ表示板のVII-VII´線による断面図である。 本発明の第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。 本発明の第３実施例による薄膜トランジスタ表示板を含む液晶表示装置の回路図である。 本発明の第４実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。 本発明の第４実施例による薄膜トランジスタ表示板を含む液晶表示装置の回路図である。 本発明の第５及び第６実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。 本発明の第５及び第６実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。

符号の説明

１２１ ゲート線
１２３ ゲート電極
１３３a、１３３b、１３３c 維持電極
１７６ 結合電極
１７１ データ線
１７３ ソース電極
１７５ ドレーン電極
１９０ 画素電極
１９１、１９２、１９３ 切開部
１５１、１５４ 非晶質シリコン層
２７０ 基準電極
２７１、２７２、２７３ 切開部

Claims (21)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に形成されている第１信号線と、
   前記第１信号線と絶縁されて交差して画素を定義する第２信号線と、
   前記第１信号線と前記第２信号線とが交差して定義する各画素領域ごとに形成され、少なくとも二つ以上に分割されている画素電極と、
   前記第１信号線、前記第２信号線、及び画素電極に３端子が各々電気的に連結されている薄膜トランジスタと、
   少なくとも一つの分割された前記画素電極と電気的に連結されている端子と連結され、少なくとも一つの分割された他の前記画素電極と重なっている結合電極とを含み、
   前記画素電極は、液晶分子を分割配向するドメイン分割手段を有し、前記画素電極は、互いに異なる面積に分割されている、薄膜トランジスタ表示板。
2. 前記ドメイン分割手段は切開部である、請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
3. 前記結合電極は、前記薄膜トランジスタの３端子のうちのドレーン電極から延在している、請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
4. 前記画素電極は、切開部を通じて分割され、切開部は、前記第１信号線と±４５°をなす、請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
5. 前記第２信号線と絶縁されて交差して基準電位が印加される第３信号線をさらに含み、
   前記画素電極は、前記結合電極によって容量性結合されている第１画素電極及び第２画素電極を含み、
   前記薄膜トランジスタは、前記第１信号線、前記第１画素電極、及び前記第２信号線に３端子が各々連結されている第１薄膜トランジスタと、前記第１信号線、前記第２画素電極、及び前記第３信号線に３端子が電気的に連結されている第２薄膜トランジスタとを含む、請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
6. 前記第１画素電極及び第２画素電極と前記第１薄膜トランジスタ及び第２薄膜トランジスタとの間に形成されている絶縁膜をさらに含み、
   前記第２画素電極及び前記第２薄膜トランジスタのドレーン電極は、前記保護膜の第１接触孔を通じて直接連結されている、請求項５に記載の薄膜トランジスタ表示板。
7. 前記第１画素電極は、前記保護膜の第２接触孔を通じて前記第１薄膜トランジスタのドレーン電極と直接連結されたり、前記保護膜を介在して前記第１薄膜トランジスタのドレーン電極と重なっている、請求項６に記載の薄膜トランジスタ表示板。
8. 前記第１画素電極は、前記第２画素電極より大きい面積を有する、請求項７に記載の薄膜トランジスタ表示板。
9. 前記第１画素電極は、前記第２画素電極の面積に対して１〜６倍の範囲の面積を有する、請求項８に記載の薄膜トランジスタ表示板。
10. 前記画素電極は、前記第１画素電極及び前記結合電極を通じて容量性結合で電気的に連結されている第３画素電極をさらに含む、請求項５に記載の薄膜トランジスタ表示板。
11. 前記請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板と、
    前記薄膜トランジスタ表示板と対向し、前記画素電極と対向して、液晶分子を駆動するための電位を形成する共通電極を有する共通電極表示板と、
    前記薄膜トランジスタ表示板及び前記共通電極表示板のうちの少なくとも一つに形成されている第１ドメイン分割手段と、
    前記薄膜トランジスタ表示板及び前記共通電極表示板のうちの少なくとも一つに形成され、前記第１ドメイン分割手段と共に画素領域を複数の小ドメインに分割する第２ドメイン分割手段とを含む、液晶表示装置。
12. 前記第１ドメイン分割手段は、前記画素電極が有する切開部であり、前記第２ドメイン分割手段は、前記共通電極が有する切開部である、請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. 第１絶縁基板と、
    前記第１絶縁基板に形成されている第１信号線と、
    前記第１絶縁基板に形成され、前記第１信号線と絶縁されて交差して画素を定義する第２信号線と、
    前記第１信号線と前記第２信号線とが交差して定義する各画素領域ごとに形成され、少なくとも二つ以上に分割されている画素電極と、
    前記第１信号線、前記第２信号線、及び画素電極に３端子が各々電気的に連結されている薄膜トランジスタと、
    少なくとも一つの分割された前記画素電極と電気的に連結されている端子と連結され、少なくとも一つの分割された他の前記画素電極と重なっている結合電極と、
    前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板と、
    前記第２絶縁基板上に形成されている共通電極と、
    前記第１基板及び前記第２基板のうちの少なくとも一つに形成されている第１ドメイン分割手段と、
    前記第１基板及び前記第２基板のうちの少なくとも一つに形成され、前記第１ドメイン分割手段と共に画素領域を複数の小ドメインに分割する第２ドメイン分割手段とを含む液晶表示装置において、
    前記共通電極と分割された複数の前記画素電極との間の電圧差の比率は０．５-０．９５の範囲である、液晶表示装置。
14. 前記第１ドメイン分割手段または第２ドメイン分割手段は、切開部である、請求項１３に記載の液晶表示装置。
15. 前記結合電極は、前記薄膜トランジスタの３端子のうちのドレーン電極から延在している、請求項１３に記載の液晶表示装置。
16. 前記第１ドメイン分割手段及び第２ドメイン分割手段は、前記第１信号線と±４５°をなす、請求項１３に記載の液晶表示装置。
17. 前記第２信号線と絶縁されて交差して基準電位が印加される第３信号線をさらに含み、
    前記画素電極は、前記結合電極によって容量性結合されている第１画素電極及び第２画素電極を含み、
    前記薄膜トランジスタは、前記第１信号線、前記第１画素電極及び前記第２信号線に３端子が各々連結されている第１薄膜トランジスタと、前記第１信号線、前記第２画素電極及び前記第３信号線に３端子が電気的に連結されている第２薄膜トランジスタとを含む、請求項１３に記載の液晶表示装置。
18. 前記第１画素電極及び第２画素電極と前記第１薄膜トランジスタ及び第２薄膜トランジスタとの間に形成されている絶縁膜をさらに含み、
    前記第２画素電極及び前記第２薄膜トランジスタのドレーン電極は、前記保護膜の第１接触孔を通じて直接連結されている、請求項１７に記載の液晶表示装置。
19. 前記第１画素電極は、前記保護膜の第２接触孔を通じて前記第１薄膜トランジスタのドレーン電極と直接連結されたり、前記保護膜を介在して前記第１薄膜トランジスタのドレーン電極と重なっている、請求項１８に記載の液晶表示装置。
20. 前記第１画素電極は、前記第２画素電極より大きい面積を有する、請求項１９に記載の液晶表示装置。
21. 前記画素電極は、前記第１画素電極及び前記結合電極を通じて容量性結合で電気的に連結されている第３画素電極をさらに含む、請求項１７に記載の液晶表示装置。
    

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