JP2010231244A - 液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】側面視認性に優れた多重ドメイン液晶表示装置を実現する。
【解決手段】液晶表示装置は、第１絶縁基板と、第１基板上において第１領域及び第２領域に分割される画素領域と、第１絶縁基板に対向する第２絶縁基板と、第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板の間に配置される液晶層とを備え、第１領域及び第２領域の各液晶層は複数のドメインに分割され、複数のドメインのそれぞれは電界が印加された時の液晶分子の配向方向により定義され、第２領域の電界の値は第１領域の電界の値よりも弱い。
【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基板に関する。

液晶表示装置は一般に共通電極とカラーフィルターなどが形成されている上部基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基板との間に液晶物質を注入しておいて画素電極と共通電極に互いに異なる電位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、これによって光の透過率を調節することによっ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重要な短所である。このような短所を克服しようと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基板に対して垂直に配向し、画素電極とその対向電極である共通電極に一定の切除パターンを形成したり突起を形成して画素を多くのドメインに分割する多重ドメイン化の方法が有力視されている。

切除パターンを形成する方法としては、画素電極と共通電極とに各々切除パターンを形成し、これら切除パターンによって形成されるフリンジフィールド（パターン輪郭部電界）を利用して液晶分子が傾く方向を調節することによって視野角を広くする方法がある。

突起を形成する方法は、上下基板上に形成されている画素電極と共通電極上に各々突起を形成し、この突起によって歪曲される電界を利用して液晶分子の傾く方向を調節する方法である。

他の方法としては、下部基板上に形成されている画素電極には切除パターンを形成し上部基板に形成されている共通電極上には突起を形成して切除パターンと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の傾く方向を調節することによって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で定義される階調反転基準視野角は全方向８０゜以上で非常に優れている。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てＴＮモード液晶表示装置に比べても左右側面で劣等な視認性を示す。例えば、ドメイン分割手段として切除部を形成するＰＶＡ（patterned vertically aligned）モードの場合には、側面に向かうほど全体的に画面が明るく表示され、色は白い側に移動する傾向があり、激しい場合には、明るい階調の間の間隔差がなくなって絵が崩れるように表示される場合も発生する。しかし、液晶表示装置がマルチメディア用として用いられ、絵や動画像を見ることが増加しているので、視認性がますます重要視されている。

本発明が目的とする技術的課題は、側面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、第１絶縁基板と、第１基板上において第１領域及び第２領域に分割される画素領域と、第１絶縁基板に対向する第２絶縁基板と、第１絶縁基板及び第２絶縁基板の間に配置される液晶層と備え、第１領域及び第２領域の各液晶層は複数のドメインに分割され、複数のドメインのそれぞれは電界が印加された時の液晶分子の配向方向により定義され、第２領域の電界の値は第１領域の電界の値よりも弱いことを特徴とする液晶表示装置を提供する。

ここで、複数の第１信号線と、第１基板上に形成される画素電極とをさらに含むように構成できる。

また、画素電極は第１薄膜トランジスタにより第１信号線に電気的に接続されていることが好ましい。

複数の第２信号線をさらに備え、第２信号線はそれぞれ２つの隣接する第１信号線の間に配置されていることが好ましい。

第２信号線は画素電極と容量結合することが好ましい。

画素電極は第２信号線の一部と重畳することが好ましい。

液晶層のドメインはドメイン分割部材により分割されていることが好ましい。

ドメイン分割部材は第１基板上に形成されていることが好ましい。

ドメイン分割部材は、第１基板上の画素電極に形成された複数のスリットであることが好ましい。

スリットの幅は約２μｍ〜５μｍであることが好ましい。

第１領域のスリットの幅は、第２領域のスリットの幅と異なることが好ましい。

ドメイン内の液晶分子は第１基板に対して垂直方向に初期配向されていることが好ましい。

液晶層のドメインはドメイン分割部材によって分割されていることが好ましい。

ドメイン分割部材は第１基板上に形成されていることが好ましい。

ドメイン分割部材は、第１基板上の画素電極に形成された複数のスリットを含むことが好ましい。

スリットの幅は約２μｍ〜５μｍであることが好ましい。

第１領域のスリットの幅は第２領域のスリットの幅と異なることが好ましい。

本発明の他の実施形態による液晶表示装置は、第１絶縁基板と、少なくとも１つはそれぞれ第１絶縁基板上において同一の層に配置される第１画素電極及び第２画素電極を含む複数の画素電極と、第１絶縁基板と対向する第２絶縁基板と、第１絶縁基板及び第２絶縁基板の間に介在する液晶層とを備え、第１画素電極及び第２画素電極のそれぞれに位置する液晶層は電界が印加される時の液晶分子の方向によって定義される複数のドメインに分割されており、第２画素電極によって生成される電界の値は、第１画素電極によって生成される電界の値より弱いことを特徴とする。

ここで、第１絶縁基板上に形成される複数の第１信号線をさらに備えることが好ましい。

第１画素電極は、第１薄膜トランジスタを介して第１信号線に接続されており、第２画素電極は、第２薄膜トランジスタを介して第１信号線に接続されていることが好ましい。

第１薄膜トランジスタ及び第２薄膜トランジスタがオフである場合に、第１画素電極の電界が第２画素電極の電界と異なることが好ましい。

第１画素電極及び画素電極は第１信号線の反対側に位置して互いに対であることが好ましい。

第１画素電極は第１薄膜トランジスタを介して第１信号線に電気的に接続され、第２画素電極は第２薄膜トランジスタを介して第１信号線に電気的に接続されることが好ましい。

複数の第２信号線をさらに備え、第２信号線のうち少なくとも１つは２つの隣接する第１信号線の間に配置されていることが好ましい。

第２信号線は、第１画素電極及び第２画素電極の少なくとも１つと容量結合していることが好ましい。

第２信号線は、隣接する画素の第１及び第２画素電極のうちの１つと容量結合していることが好ましい。

第１画素電極は第２信号線の一部と重畳することが好ましい。

第２画素電極は、第１画素電極と重畳する第２信号線と異なる第２信号線の一部と重畳することが好ましい。

液晶層のドメインはドメイン分割部材によって分割されていることが好ましい。

ドメイン分割部材は、第１絶縁基板上に形成されていることが好ましい。

ドメイン分割部材は、複数のスリットを含むことが好ましい。

スリットの幅は約２μm〜５μｍであることが好ましい。

ドメインの液晶分子は、第１絶縁基板に対して垂直方向に初期配向されることが好ましい。

液晶層のドメインはドメイン分割部材によって分割されることが好ましい。

ドメイン分割部材は、第１絶縁基板上に形成されていることが好ましい。

ドメイン分割部材は、第１画素電極に形成された複数のスリットを含むことが好ましい。

スリットの幅は、約２μｍ〜５μｍであることが好ましい。

第１画素電極に適用される電圧は第２画素電極に適用される電圧よりも高いことが好ましい。

第２画素電極に接続される結合電極をさらに備えることが好ましい。

結合電極は、絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して第２画素電極に接触することが好ましい。

結合電極は、絶縁層を介して第１画素電極と重畳することが好ましい。

複数の第２信号線をさらに含み、第２信号線の少なくとも１つは、２つの隣接する第１信号線の間に配置されることが好ましい。

第２信号線は、第１画素電極と前記第２画素電極のうちの少なくも１つと容量結合することが好ましい。

第２信号線は、隣接する画素の第１画素電極及び第２画素電極のうちの一方と容量結合することが好ましい。

第１画素電極は第２信号線の一部と重畳することが好ましい。

第２画素電極は、第１画素電極に重畳する第２信号線と異なる第２信号線の一部と重畳することが好ましい。

結合電極は、第１画素電極に重畳する第２信号線の少なくとも一部と重畳することが好ましい。

第１画素電極の面積は、第２画素電極の面積と異なることが好ましい。

第１画素電極の面積は、第１画素電極及び第２画素電極の面積の約30%〜70%を占めることが好ましい。

第１及び第２画素電極は互いに絶縁されていることが好ましい。

本発明では、第１領域及び第２領域の各液晶層が複数のドメインに分割され、複数のドメインのそれぞれは電界が印加された時の液晶分子の配向方向により定義され、第２領域の電界の値は第１領域の電界の値よりも弱いことを特徴としており、第２領域に形成されたドメイン内の液晶分子の配向方向に側面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ができる。

本発明の第１実施例による液晶表示装置のドメインレベル配置図である。 図１のII-II’線による断面図である。 テスト用セルの正面と側面６０゜でのガンマ曲線を示すグラフである。 単一ドメインの垂直配向液晶セルを８方向の側面から見る時のＶＴ曲線を示すグラフである。 ラビングを上下方向にアンチパラレル（anti parallel）するように作った単一ドメインＶＡセルで正面でのＶＴ曲線と左右方向６０度でのＶＴ曲線を平均した曲線と、上下方向６０度でＶＴ曲線を平均した曲線と上下方向の曲線を０．３Ｖ移動させた曲線を同じグラフに示した図面である。 本発明の第２及び第３実施例による液晶表示装置のドメインレベル配置図である。 図６のVII-VII’線による断面図であって、本発明の第２実施例による断面図である。 図６のVII-VII’線による断面図であって、本発明の第３実施例による断面図である。 本発明の第４実施例による液晶表示装置の画素レベル配置図である。 図９のX-X’線による断面図である。 図９のXI-XI’線による断面図である。 図９の薄膜トランジスタ基板を適用した液晶表示装置の等価回路図である。 本発明の第５実施例による液晶表示装置の画素レベル配置図である。 図１３の薄膜トランジスタ基板を適用した液晶表示装置の等価回路図である。

以下、図面を参考として本発明の実施例による液晶表示装置について説明する。

図１は、本発明の第１実施例による液晶表示装置の配置図であり、図２は図１のII-II’線による断面図である。

ガラスなどの透明な絶縁基板１０上に横方向にのびているゲート線２０が形成されており、ゲート線と平行して保持容量線３０が形成されている。ゲート線２０にはゲート電極が枝２１の形態で形成されており、保持容量線３０には第１乃至第４維持電極３１、３２、３３、３４と維持電極連結部３５、３６が連結されている。第１維持電極３１は保持容量線３０に直接連結されて縦方向に形成されており、第２維持電極３２と第３維持電極３３は各々第１維持電極３１に連結されて横方向にのびている。第４維持電極３４は第２及び第３維持電極３２、３３に連結されて縦方向にのびている。維持電極連結部３５、３６は第４維持電極３４と隣接する画素の第１維持電極３１を連結している。ゲート配線２０、２１と保持容量配線３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６上にはゲート絶縁膜４０が形成されており、ゲート電極２１上部のゲート絶縁膜４０上には非晶質シリコンからなる半導体層５０が形成されている。半導体層５０上にはリン（P）などのＮ形不純物が高濃度でドーピングされている非晶質シリコンからなる接触層６１、６２が形成されている。両側接触層６１、６２上には各々ソース電極７１とドレーン電極７２が形成されており、ソース電極７１はゲート絶縁膜４０上に縦方向にのびているデータ線７０に連結されている。データ配線７０、７１、７２上にはドレーン電極７２を露出させる接触孔８１を有する保護膜８０が形成されており、保護膜８０上には接触孔８１を通じてドレーン電極７２と連結されている画素電極９０が形成されている。画素電極９０はＩＴＯ（indium tin oxide）またはＩＺＯ（indium zinc oxide）などの透明な導電物質からなる。

この時、画素電極９０は第１乃至第３小部分９１、９２、９３に分離されており、これら小部分は連結部９４、９５、９６を通じて互いに連結されている。第１小部分９１は二つのゲート線２０と二つのデータ線７０の交差によって定義される画素領域の下半面に四つの角部が切れた（以下、“面取り”という）長方形模様で形成されており、接触孔８１を通じてドレーン電極７２と直接連結されている。第２及び第３小部分９２、９３は画素領域の上半面にはやり四つの角部が切れた長方形模様で形成されている。第２小部分９２は第１小部分９１と第１及び第２連結部９４、９６を通じて連結されており、第３小部分９３は第２小部分９２と第３連結部９５を通じて連結されている。

この時、第１小部分９１には複数のスリット９９が形成されている。これらスリット９９によって有効電極面積率が減少し、電束が拡散するので、第１小部分９１と共通電極４００との間に形成される電界は第２小部分９２や第３小部分９３と共通電極４００の間に形成される電界に比べて弱い。

一方、第１小部分９１と第２小部分９２との間には第２維持電極３２が位置し、第２小部分９２と第３小部分９３との間には第３維持電極３３が位置し、第１維持電極３１と第４維持電極３４とは画素電極９０とデータ線７０との間に位置する。第１小部分９１はデータ線と平行した辺がゲート線と平行した辺に比べて長く、第２小部分と第３小部分はデータ線と平行した辺がゲート線と平行した辺に比べて短い。この時、第２及び第３小部分９２、９３は第１及び第４維持電極３１、３４と重なるが、第１小部分９１は第１及び第４維持電極３１、３４と重ならない。また、保持容量線３０はゲート線２０と第３小部分９３との間に位置する。この時、保持容量線３０、維持電極３１、３２、３３、３４及び維持電極連結部３５、３６には後述する色フィルター基板の共通電極に印加される電位が印加されることが普通である。

以上のように、データ線と画素電極との間及びゲート線と画素電極との間に共通電位が印加される保持容量線や維持電極を配置すれば、データ線電位またはゲート線電位が画素領域の電界に与える影響を保持容量線または維持電極により遮断して安定したドメインを形成することができる。

次に、本発明の第１実施例による液晶表示装置の色フィルター基板について説明する。

ガラスなどからなる透明な基板１００上にクロム/酸化クロム二重層からなるブラックマトリックス２００が形成されていて画素領域を定義している。各画素領域には色フィルター３００が形成されており、色フィルター３００上には透明な導電体からなる共通電極４００が基板１００全面に形成されている。共通電極４００には切除パターン５１０、５２０、５３０が形成されている。この時、切除パターン５１０、５２０、５３０は第１乃至第３切除部５１０、５２０、５３０からなっている。第１切除部５１０は画素領域の下半部を左右に２分しており、第２切除部５２０と第３切除部５３０は画素領域の上半部を上下に３分している。各切除部５１０、５２０、５３０の両端部はしだいに拡張されて二等辺三角形模様をなしており、これら各切除部５１０、５２０、５３０は互いに分離されている。

前記でブラックマトリックスは有機物質で形成することもでき、色フィルターは薄膜トランジスタ基板に形成することもできる。

以下、本発明の第１実施例による液晶表示装置について図１を参照しながら説明する。

薄膜トランジスタ基板と色フィルター基板を整列して結合し、２枚の基板の間に液晶物質９００を注入して、それに含まれている液晶分子の方向子（普通は長軸方向）を垂直に配向し、二つの偏光板１１、１０１を２枚の基板１０、１００の外部にその偏光軸が互いに直交するように配置すれば、第１実施例による液晶表示装置が備えられる。

２枚の基板１０、１００が整列された状態では薄膜トランジスタ基板の画素電極９０の各小部分９１、９２、９３と色フィルター基板の共通電極４００に形成されている第１乃至第３切除部５１０、５２０、５３０が重畳して画素領域を複数の小ドメインに分割する。ここで、第１小部分９１と第１切除部５１０によって分割される小ドメインを上左右ドメイン（縦方向に長く形成される）、第２及び第３小部分９２、９３と第２及び第３切除部５２０、５３０によって分割される小ドメインを上下ドメイン（横方向に長く形成される）と区分する。これは電界印加時に液晶が傾く方向によって区分したものである。このように区分することにより、左右ドメインでは液晶分子の方向子が左右方向に傾き、上下ドメインでは液晶分子の方向子が上下方向に傾くので、ＶＡモードの上下左右全ての方向で一定水準の視野角を得ることができる。この時、画素電極９０の各小部分９１、９２、９３は二つの長辺と二つの短辺からなり、各小部分の長辺はデータ線７０またはゲート線２０と平行しており、偏光板の偏光軸とは４５゜をなす（図２参照）。ここで、データ線７０やゲート線２０と隣接して画素電極９０の各小部分９１、９２、９３の長辺が位置している場合にはデータ線７０と長辺との間及びゲート線２０と長辺との間に保持容量線３０や維持電極３１、３２、３３、３４が配置される。一方、画素電極の各小部分９１、９２、９３の短辺周囲には保持容量配線３０、３１、３２、３３、３４が配置されなかったり、配置されている場合には画素電極９０によって完全に覆われたりまたは画素電極９０から３μm以上遠く離れているのが好ましい。このように保持容量配線３０、３１、３２、３３、３４を配置する理由はデータ線７０またはゲート線２０が画素電極小部分９１、９２、９３の長辺と隣接する部分ではデータ線７０またはゲート線２０の電位がドメイン形成を妨害する方向に作用し、反対に短辺と隣接する部分ではデータ線７０またはゲート線２０の電位がドメイン形成を助ける方向に作用するためである。

一方、画素電極の第１小部分９１に形成されているスリット９９によって左右ドメイン内に形成される電界は上下ドメイン内に形成される電界に比べて弱い。これによって液晶表示装置の左右側面視認性が向上する。この時、液晶表示装置のセルギャップをｄとすれば、左右ドメイン内に形成される電界が上下ドメイン内に形成される電界に比べて弱い程度は０．０２/ｄ（Ｖ/μｍ）から０．５/ｄ（Ｖ/μｍ）の間の値になるのが適当である。つまり、共通電極と画素電極との間の電圧差は左右ドメインをなす部分が上下ドメインをなす部分に比べて０．１Ｖから１Ｖ程度弱いのが適当である。このためにスリット９９の幅は２〜５μmの間になるのが好ましく、隣接する二つのスリット９９の間の距離は２〜１０μmの間になるのが好ましい。

以下、左右ドメイン内に形成される電界が上下ドメイン内に形成される電界に比べて弱い時、視野角が改善される理由を見てみる。

図３は、テスト用セルの正面と側面６０゜でのガンマ曲線を示すグラフである。

図３は階調レベルと輝度の関係を示し、正面で液晶表示装置を見る時のガンマ曲線に比べて、側面（６０゜）で見る時のガンマ曲線がさらに高いことが分かる。特に、低い階調では正面ガンマ曲線と側面ガンマ曲線との間の幅が非常に大きくて、同一な階調を正面で見るか、そうでなければ側面から見るかによって２倍乃至１０倍以上の輝度差が発生する。ところが、赤、緑、青画素の階調が互いに独立的に変動されるので側面からのガンマ曲線の歪曲程度も赤、緑、青画素が互いに異なる。したがって、側面から見る時は正面から見る時とは全く異なる色に感じるようになる。例えば、図５に示したように、赤、緑、青画素が各々５６階調、４８階調、２４階調を示しているとする時、これを正面から見れば 、赤、緑、青の比率は
Ｒ：Ｇ：Ｂ=７３:５０:１０=５５％:３７％:８％
であるのに対し、側面６０゜から見れば、赤、緑、青の比率が
Ｒ：Ｇ：Ｂ=７５:６６:４１=４１％:３６％:２３％
になって、正面に比べて青色の比率が３倍以上高まって正面でとは全く異なる色に見える。

図５のような形態でガンマ曲線が歪曲されれば正面で比率が低い色は側面で比率が高くなり、反対に、正面で比率の高い色は側面では比率が低くなるので、赤、緑、青色の比率が似ている傾向を示す。結果的に、正面から見れば互いに異なる色が側面からは色感差が減って似た色に見え、全般的に色が薄くなりながら白に近づく傾向（ホワイトシフト）を示す。このような現象により色再現性が落ちるようになり、絵が霞んで現れる。ホワイトシフトの最も大きい原因は低い階調でガンマ曲線の歪曲が大きいということである。高い階調ではガンマ歪曲が発生しても割合で見れば大きい変化ではないが、低い階調（３２階調以下）ではガンマ歪曲によって輝度が２倍から１０倍以上差が出る。このような大きい変化はホワイトシフト現象が顕著に現れるようにする。

図４は、単一ドメインの垂直配向液晶セルを８方向の側面から見る時のＶＴ曲線を示すグラフである。

図４を見れば、低い階調でＶＴ曲線が左側に移動する現象が上側や下側で顕著に現れ、左側と右側では低い階調で正面とほとんど同じ曲線を描いて上昇しており、左下側と右下側では初期に階調反転が発生して再びＶＴが右側に移動して上昇曲線を描くことが分かる。結局、低い階調でガンマ曲線が上側に歪曲される現象は液晶セルを観測する方向と電界印加によって液晶分子が傾く方向が同様な場合（液晶分子の頭側または尻側で見る場合）に激しく現れ、液晶セルを観測する方向と電界印加によって液晶分子が傾く方向が垂直をなす場合には少なく現れる。したがって、左右側面での視認性基準の視野角に悪影響を及ぼす要素としては左右ドメインのガンマ曲線歪曲が重要であって、上下側面での視認性基準の視野角に悪影響を及ぼす要素としては上下ドメインのガンマ曲線歪曲が重要である。しかし、液晶表示装置を使用する観点から見る時、左右側面での視野角が上下側面での視野角に比べて重要である。したがって、本発明では左右側面視認性に悪影響を及ぼす左右ドメインのガンマ曲線歪曲を補償する方案として、左右ドメイン内の電界強さを上下ドメイン内に比べて弱くする。これについてさらに詳しく見てみる。

図５は、ラビングを上下方向にアンチパラレル（anti parallel）するように作った単一ドメイン（上下ドメインと同一に上下方向に液晶分子が傾く）ＶＡセルで正面でのＶＴ曲線、左右方向６０度でのＶＴ曲線を平均した曲線、上下方向６０度でＶＴ曲線を平均した曲線及び上下方向の曲線を０．３Ｖ移動させた曲線を同じグラフに示したものである。

図５に示したように、単一ドメインセルにおいては、左右方向ＶＴ曲線は低階調で正面ＶＴ曲線とほとんど一致するが、上下方向ＶＴ曲線は正面ＶＴ曲線に比べて低い電圧で上昇し始める。つまり、ＶＴh（臨界電圧）が正面に比べて上下方向で低く現れる。しかし、上下方向ＶＴ曲線を約０．３Ｖ移動させれば正面ＶＴ曲線と低階調でほとんど一致する。上下方向ＶＴ曲線が正面ＶＴ曲線と一致するというのは、上下側面での視認性が正面での視認成果と同一になるということを意味する。つまり、図５を通じて該当側面（上下側面または左右側面）の視認性を向上させるためには、該当ドメイン（上下または左右ドメイン）の電圧を０．３Ｖ程度低くしなければならない事を確認した。結局、多重ドメインセルにおいて、左右側面での視認性を正面での視認性と同一な水準に向上させるためには、左右ドメインの左右側面ＶＴ曲線を所定の電圧ほど移動させれば良い。左右側面ＶＴ曲線を移動させることと同一な効果が得られる方法が、左右ドメイン内の電界を上下ドメイン内の電界に比べて低くする方法である。

図６は、本発明の第２及び第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の配置図であり、図７は、図６のVII-VII’線による断面図で、本発明の第２実施例による断面図である。

第２実施例による液晶表示装置は、画素電極の第１小部分９１にスリットを形成する代わりに、第１小部分９１上に液晶より低誘電率の誘電体層６００が形成されているという点が異なるだけであって、他は第１実施例による液晶表示装置と同一である。

第２実施例で誘電体層６００を形成する効果は第１実施例で第１小部分９１にスリットを形成することと同一である。つまり、左右ドメイン内の電界を誘電体に吸収させて液晶内電界を上下ドメイン内の電界より弱くする。ここで、誘電体層６００の厚さは５００Å〜１．５μmの間に形成するのが好ましい。

図８は、図７と同じく図６のVII-VII’線による断面図で、本発明の第３実施例による断面図である。

第３実施例による液晶表示装置は画素電極の第１小部分９１にスリットが形成されないで、共通電極４００上の第１小部分９１に対応する部分に誘電体層６００が形成されているという点が異なるだけであって、他は第１実施例による液晶表示装置と同一である。

第３実施例で誘電体層６００を形成する効果は第２実施例と同様に第１実施例で第１小部分９１にスリットを形成することと同一である。つまり、左右ドメイン内の電界を上下ドメイン内の電界より弱くする。

図９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基板の画素レベル配置図であり、図１０と図１１は、各々図９のX−X’線とXI−XI’線による断面図であり、図１２は、図９の薄膜トランジスタ基板を適用した液晶表示装置の等価回路図である。

第４実施例は、第１〜第３実施例とは異なり、第１画素電極９１と第２画素電極９２の夫々が薄膜トランジスタを有している。

まず、薄膜トランジスタ基板について説明する。

ガラスなどの透明な絶縁基板１０上にゲート配線２０、２１と保持容量線３０が形成されている。

ゲート配線２０、２１は横方向にのびているゲート線２０を含み、ゲート線２０の一部は図の上下方向に枝状に突出してゲート電極２１を構成する。

保持容量線３０はゲート線２０と平行して形成されており、示していないが、枝線を有することもある。

ゲート配線２０、２１と保持容量線３０とはゲート絶縁膜４０で覆われており、ゲート絶縁膜４０上には非晶質シリコンからなる半導体層５０が形成されている。半導体層５０はゲート電極２１と重複して薄膜トランジスタのチャンネル部を形成する。半導体層５０上にはリンなどのＮ形不純物が高濃度でドーピングされた非晶質シリコンからなる抵抗性接触層６１、６２、６３が形成されている。

接触層６１、６２、６３及びゲート絶縁膜４０上にはデータ配線７０、７１、７２、７３及び結合電極７４が形成されている。データ配線７０、７１、７２、７３は半導体層５０に沿ってのびたデータ線７０とこれに連結されたソース電極７１及びこれらと分離された第１及び第２ドレーン電極７２、７３を含む。ソース電極７１はゲート電極２１上部でデータ線７０から突出しており、第１及び第２ドレーン電極７２、７３はソース電極７１の両側に各々配置されていて、それぞれの一端はゲート線２０を中心にして両側に位置する第１及び第２画素領域の内側にのびている。結合電極７４は保持容量線３０と一部が重なっており、後述するように、保持容量線３０を中心にして両側が分離されている第１画素電極９１と第２画素電極９２を電磁気的に容量性結合している。ここで、抵抗性接触層６１、６２、６３は半導体層５０とデータ配線７０、７１、７２、７３が重複する部分にだけ形成されている。

データ配線７０、７１、７２、７３上には保護膜８０が形成されている。この時、保護膜８０は第１及び第２ドレーン電極７２、７３の一端を各々露出する第１及び第２接触孔８１、８２と結合電極７４の一端を露出する第３接触孔８３を有している。

保護膜８０上には第１接触孔８１と第２接触孔８２を通じて第１ドレーン電極７２及び第２ドレーン電極７２、７３と各々連結されている第１及び第２画素電極９１、９２が形成されている。ここで、第２画素電極９２は結合電極７４と第３接触孔８３を通じて連結されており、第１画素電極９１は結合電極７４下端のＬ字形導電部と重なっていて電磁気的に結合（容量性結合）されている。結局、第１画素電極９１と第２画素電極９２は結合電極７４を媒介として容量性結合をなしている。画素電極９１、９２はＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質からなる。一方、第１画素電極９１は横方向に長くのびている横切除部９５を有している。横切除部９５の数は図９とは異なって複数個形成されることも可能であり、第２画素電極９２には縦切除部が形成されることがある。第１画素電極９１が一つの画素領域で占める比率は３０％〜７０％になるのが好ましい。

保持容量配線３０には第１、第２画素電極９１、９２と対向する共通電極の電位が印加されることが普通である。

次に、色フィルター基板について説明する。

色フィルター基板には第１実施例による液晶表示装置でと同様に、ブラックマトリックス、色フィルター、共通電極が形成されており、共通電極には第１乃至第３切除部５１０、５２０、５３０が形成されている。この時、縦方向に長くのびている第１切除部５１０は第２画素電極９２を左右に二分して二つの左右ドメインに分割しており、横方向に長くのびている第２及び第３切除部５２０、５３０は第１画素電極９１を上下に３分する位置に形成されている。第２及び第３切除部５２０、５３０と横切除部９５によって第１画素電極９１は上下に４分されて四つの上下ドメインに分割している。

以上の第４実施例では結合電極７４をデータ配線７０、７１、７２、７３と同一層に形成しているが、これと異なって結合電極７４をゲート配線２０、２１と同一層に形成することもできる。この場合には、保持容量配線３０を結合電極７４と重複しないように形成しなければならない。

このような薄膜トランジスタ基板を使用する液晶表示装置は次のような構造を有する。

このような薄膜トランジスタ基板に対向して共通電極基板が所定の間隔をおいて配置されており、薄膜トランジスタ基板と共通電極基板との間には液晶物質が注入されている。この時、液晶物質は基板に対して垂直配向されている。この他、色フィルター基板上には二軸性（biaxial）フィルムなどの補償フィルムが付着されており、二つの偏光板が薄膜トランジスタ基板と共通電極基板の外側に配置されている。

以上のように、薄膜トランジスタと画素電極を一つの画素領域当り２つずつ形成し、結合電極を使用して隣接する画素領域の二つの画素電極を容量性結合しておけば液晶表示装置を左右側面から見る時、視認性が低下することを防止することができる。これは左右ドメインをなす第２画素電極９２の電圧が上下ドメインをなす第１画素電極９１の電圧に比べて低く維持されて左右ドメイン内の電界が上下ドメイン内の電界に比べて弱くなるためである。

以下、左右ドメインを構成する第２画素電極９２の電圧が上下ドメインをなす第１画素電極９１の電圧に比べて低く維持される理由を説明する。

まず、図１２を参考として、一つの画素領域内に配置されている二つの画素電極[Ｐ（ｎ）−ａ、Ｐ（ｎ）−ｂ]の電位{Ｖ[Ｐ（ｎ）−ａ]、Ｖ[Ｐ（ｎ）−ｂ]}}の間の関係を導出する。

図１２でＣｌｃａは第１画素電極９１が位置するａ画素電極と共通電極との間で形成される液晶容量、Ｃｓｔａは保持容量線とａ画素電極の間で形成される保持容量、Ｃｌｃｂは第２画素電極９２が位置するｂ画素電極と共通電極の間で形成される液晶容量、Ｃｓｔｂは保持容量線とｂ画素電極の間で形成される保持容量、Ｃｐｐはａ画素電極とｂ画素電極の間で形成される結合容量を示す。

図１２を見れば、同じゲート線とデータ線に第１及び第２薄膜トランジスタが連結されており、第１及び第２薄膜トランジスタには各々第１画素電極と第２画素電極が連結されている。保持容量線３０を隔てている第１画素電極と第２画素電極は互いに容量性結合（Cpp）を構成している。

一つのデータ線７０を基準に見る時、ｎ番目ゲート線２０がオン（on）になると二つの薄膜トランジスタ（TFT）チャンネルがオンになって、これを通じて第１及び第２画素電極[Ｐ（ｎ）−ａ、Ｐ（ｎ）−ｂ]に電圧が印加される。ところが、Ｐ（ｎ）−ｂはＰ（ｎ＋１）−ａと容量性で結合されているため、Ｐ（ｎ＋１）−ａがオンされる時、Ｐ（ｎ）−ｂが影響を受ける。したがって、Ｐ（ｎ）−ａ、とＰ（ｎ）−ｂの電圧は次の通りになる。

数式１及び２で、Ｖｄ（ｎ）はＰ（ｎ）画素を駆動するためにデータ線に印加される電圧を意味し、Ｖｄ（ｎ＋１）はＰ（ｎ＋１）を駆動するために印加されたデータ線電圧を意味する。また、Ｖ’ｄ（ｎ＋１）は前回フレーム（frame）のＰ（ｎ＋１）画素に印加された電圧を意味する。

数式１及び２に示したように、Ｐ（ｎ）−ｂ画素に印加される電圧とＰ（ｎ）−ａに印加される電圧は互いに異なる。特に、点反転駆動または線反転駆動をし、次の画素行が前回画素行と同じ階調を表示する場合（実際に殆どの画素がこのようなケースに該当する時間が多い）には、Ｖｄ（ｎ）＝−Ｖｄ（ｎ＋１）、Ｖｄ（ｎ）=−Ｖ’ｄ（ｎ）（共通電極電圧は接地電圧と仮定する）であるので、数式２は次の通りに整理できる。

数式３によれば、Ｐ（ｎ）−ｂにはＰ（ｎ）−ａより低い電圧が印加されることが分かる。この時、Ｔは０．６５〜０．９５程度が適当である。

本発明の第５実施例による液晶表示装置について説明する。

図１３は、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基板の画素レベル配置図であり、図１４は、図１３の薄膜トランジスタ基板を適用した液晶表示装置の等価回路図である。

本発明の第５実施例では一つの画素列に含まれている薄膜トランジスタ及び画素電極が二つのデータ線に交互に連結されている。つまり、Ｐ（ｎ）画素の薄膜トランジスタと二つの画素電極（ａ，ｂ）はｍ番目データ線に連結されており、Ｐ（ｎ＋１）画素の薄膜トランジスタと二つの画素電極（ａ，ｂ）はｍ＋１番目データ線に連結されている。薄膜トランジスタと画素電極個々の具体的な構造は切除部９５、５１０、５２０、５３０の位置が変わった点を除いては第３実施例と同一である。つまり、第４実施例では横切除部９５が第２画素電極９２に形成されており、第１切除部５１０は第１画素電極９１を左右に両分する位置に形成されており、第２及び第３切除部５２０、５３０は第２画素電極９２を上下に３分する位置に形成されている。したがって、第１画素電極９１が左右ドメインを構成し、第２画素電極９２が上下ドメインを構成する。

このような構造で点反転駆動を遂行すれば、左右ドメイン内の電界が上下ドメイン内の電界に比べて弱く維持される。つまり、第１画素電極９１電位が第２画素電極９２電位に比べて常に低く維持されるため左右側面からの視認性が向上する。以下、第１画素電極９１電位が第２画素電極９２電位に比べて常に低く維持される理由を見てみる。

図１４のような構造で点反転駆動を遂行すれば同じ画素列に属する画素電極には同一な極性の電圧が印加されるので列（column）反転駆動と同一な特性を示す。したがって、次の画素行が以前画素行と同一な階調を表示する場合（実際にほとんどの画素がこのようなケースに該当する時間が多い）を考慮すればＶｄ（ｎ）=Ｖｄ（ｎ＋１）、Ｖｄ（ｎ）=-Ｖ’ｄ（ｎ）になって、数式２は次の通りに整理できる。

数式４によれば、第５実施例ではｂ画素の電圧がａ画素より高い。したがって、左右ドメイン内の電界が上下ドメイン内の電界に比べて常に低く維持されることができる。

前記では本発明の最も実際的で好ましい実施例を参照して説明したが、本発明は前記に開示された実施例に限られるわけではない。本発明の範囲は特許請求範囲内に属する様々な変形及びなど等価物も含む。

１０ 下側絶縁基板（薄膜トランジスタ基板）
２０ ゲート線
２１ ゲート電極
３０ 保持容量線
３１〜３４ 第１〜第４維持電極
４０ ゲート絶縁膜
５０ 半導体層
７０ データ線
７１ ソース電極
７２ ドレーン電極
８０ 保護膜
９０ 画素電極
９１ 上下ドメイン用の電極
９２ 左右ドメイン用の電極
１００ 色フィルター基板
２００ ブラックマトリックス
３００ 色フィルター
４００ 共通電極
５００ 台切除パターン
６００ 低誘電率誘電体

Claims (50)

1. 第１絶縁基板と、
   前記第１基板上において第１領域及び第２領域に分割される画素領域と、
   前記第１絶縁基板に対向する第２絶縁基板と、
   前記第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板の間に配置される液晶層と、
   を備え、前記第１領域及び第２領域の各液晶層は複数のドメインに分割され、複数のドメインのそれぞれは電界が印加された時の液晶分子の配向方向により定義され、前記第２領域の電界の値は前記第１領域の電界の値よりも弱いことを特徴とする液晶表示装置。
2. 複数の第１信号線と、前記第１基板上に形成される画素電極とをさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記画素電極は第１薄膜トランジスタにより第１信号線に電気的に接続されている、請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 複数の第２信号線をさらに備え、前記第２信号線はそれぞれ２つの隣接する第１信号線の間に配置されている、請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 第２信号線は前記画素電極と容量結合することを特徴とする、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記画素電極は第２信号線の一部と重畳することを特徴とする、請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶層のドメインはドメイン分割部材により分割されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記ドメイン分割部材は第１基板上に形成されている、請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記ドメイン分割部材は、前記第１基板上の画素電極に形成された複数のスリットである、請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記スリットの幅は約２μｍ〜５μｍである、請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記第１領域のスリットの幅は、前記第２領域のスリットの幅と異なる、請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. ドメイン内の液晶分子は前記第１基板に対して垂直方向に初期配向されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
13. 前記液晶層のドメインはドメイン分割部材によって分割されている、請求項１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記ドメイン分割部材は前記第１基板上に形成されている、請求項１３に記載の液晶表示装置。
15. 前記ドメイン分割部材は、前記第１基板上の画素電極に形成された複数のスリットを含む、請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 前記スリットの幅は約２μｍ〜５μｍである、請求項１５に記載の液晶表示装置。
17. 前記第１領域のスリットの幅は前記第２領域のスリットの幅と異なる、請求項１６に記載の液晶表示装置。
18. 第１絶縁基板と、
    少なくとも１つはそれぞれ前記第１絶縁基板上において同一の層に配置される第１画素電極及び第２画素電極を含む複数の画素電極と、
    前記第１絶縁基板と対向する第２絶縁基板と、
    前記第１絶縁基板及び第２絶縁基板の間に介在する液晶層と、
    を備え、前記第１画素電極及び前記第２画素電極のそれぞれに位置する液晶層は電界が印加される時の液晶分子の方向によって定義される複数のドメインに分割されており、前記第２画素電極によって生成される電界の値は、前記第１画素電極によって生成される電界の値より弱い、液晶表示装置。
19. 前記第１絶縁基板上に形成される複数の第１信号線をさらに備える、請求項１８に記載の液晶表示装置。
20. 前記第１画素電極は、第１薄膜トランジスタを介して前記第１信号線に接続されており、前記第２画素電極は、第２薄膜トランジスタを介して前記第１信号線に接続されている、請求項１９に記載の液晶表示装置。
21. 前記第１薄膜トランジスタ及び第２薄膜トランジスタがオフである場合に、前記第１画素電極の電界が前記第２画素電極の電界と異なる、請求項２０に記載の液晶表示装置。
22. 前記第１画素電極及び前記画素電極は前記第１信号線の反対側に位置して互いに対である、請求項１９に記載の液晶表示装置。
23. 前記第１画素電極は第１薄膜トランジスタを介して前記第１信号線に電気的に接続され、前記第２画素電極は第２薄膜トランジスタを介して前記第１信号線に電気的に接続される、請求項２２に記載液晶表示装置。
24. 複数の第２信号線をさらに備え、前記第２信号線のうち少なくとも１つは２つの隣接する第１信号線の間に配置されている、請求項１９に記載の液晶表示装置。
25. 前記第２信号線は、前記第１画素電極及び前記第２画素電極の少なくとも１つと容量結合している、請求項２４に記載液晶表示装置。
26. 前記第２信号線は、隣接する画素の第１及び第２画素電極のうちの１つと容量結合している、請求項２５に記載の液晶表示装置。
27. 前記第１画素電極は前記第２信号線の一部と重畳する、請求項２４に記載の液晶表示装置。
28. 前記第２画素電極は、前記第１画素電極と重畳する第２信号線と異なる第２信号線の一部と重畳する、請求項２７に記載の液晶表示装置。
29. 前記液晶層のドメインはドメイン分割部材によって分割されている、請求項１８に記載の液晶表示装置。
30. 前記ドメイン分割部材は、前記第１絶縁基板上に形成されている、請求項２９に記載の液晶表示装置。
31. 前記ドメイン分割部材は、複数のスリットを含む、請求項２９に記載の液晶表示装置。
32. 前記スリットの幅は約２μm〜５μｍである、請求項３１に記載の液晶表示装置。
33. ドメインの液晶分子は、前記第１絶縁基板に対して垂直方向に初期配向される、請求項１８に記載の液晶表示装置。
34. 前記液晶層のドメインはドメイン分割部材によって分割される、請求項３３に記載の液晶表示装置。
35. 前記ドメイン分割部材は、前記第１絶縁基板上に形成されている、請求項３４に記載の液晶表示装置。
36. 前記ドメイン分割部材は、前記第１画素電極に形成された複数のスリットを含む、請求項３５に記載の液晶表示装置。
37. 前記スリットの幅は、約２μｍ〜５μｍである、請求項３６に記載の液晶表示装置。
38. 前記第１画素電極に適用される電圧は前記第２画素電極に適用される電圧よりも高い、請求項１８に記載の液晶表示装置。
39. 前記第２画素電極に接続される結合電極をさらに備える、請求項１８に記載の液晶表示装置。
40. 前記結合電極は、絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して前記第２画素電極に接触する、請求項３９に記載の液晶表示装置。
41. 前記結合電極は、前記絶縁層を介して前記第１画素電極と重畳する、請求項４０に記載の液晶表示装置。
42. 複数の第２信号線をさらに含み、前記第２信号線の少なくとも１つは、２つの隣接する前記第１信号線の間に配置される、請求項４１に記載の液晶表示装置。
43. 前記第２信号線は、前記第１画素電極と前記第２画素電極のうちの少なくも１つと容量結合する、請求項４２に記載の液晶表示装置。
44. 前記第２信号線は、隣接する画素の第１画素電極及び第２画素電極のうちの一方と容量結合する、請求項４１に記載の液晶表示装置。
45. 前記第１画素電極は前記第２信号線の一部と重畳する、請求項４４に記載の液晶表示装置。
46. 前記第２画素電極は、前記第１画素電極に重畳する前記第２信号線と異なる第２信号線の一部と重畳する、請求項４５に記載の液晶表示装置。
47. 前記結合電極は、前記第１画素電極に重畳する前記第２信号線の少なくとも一部と重畳する、請求項４６に記載の液晶表示装置。
48. 前記第１画素電極の面積は、前記第２画素電極の面積と異なる、請求項１８に記載の液晶表示装置。
49. 前記第１画素電極の面積は、前記第１画素電極及び第２画素電極の面積の約30%〜70%を占める、請求項４８に記載の液晶表示装置。
50. 前記第１及び第２画素電極は互いに絶縁されている、請求項１８に記載の液晶表示装置。

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