JP2015031960A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 側面視認性を正面視認性に近づけながらも、データ駆動部のコストを削減することのできる液晶表示装置を提供すること。【解決手段】 本発明の液晶表示装置は、第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板の上に形成されているゲート線、分圧基準電圧線及びデータ線と、前記ゲート線、前記データ線及び第1液晶キャパシタに接続されている第1スイッチング素子と、前記ゲート線、前記データ線及び第2液晶キャパシタに接続されている第2スイッチング素子と、前記ゲート線、前記第2液晶キャパシタ及び第3液晶キャパシタに接続されている第3スイッチング素子と、前記ゲート線、前記第3液晶キャパシタ及び前記分圧基準電圧線に接続されている第4スイッチング素子と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図1
Description
本発明は、液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、現在最も幅広く用いられているフラットパネル表示装置の一つであり、画素電極と共通電極など電場生成電極が形成されている二枚の表示板と、これらの間に挟持されている液晶層と、を備える。
液晶表示装置は、電場生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成し、これにより液晶層の液晶分子の配向を決定し、入射光の偏光を制御することにより映像を表示する。また、液晶表示装置は、各画素電極に接続されているスイッチング素子及びスイッチング素子を制御して画素電極に電圧を印加するためのゲート線とデータ線など多数の信号線を備える。
このような液晶表示装置の中でも、電場が印加されていない状態で表示板に対して液晶分子の長軸が垂直になるように配列した垂直配向方式(vertically aligned mode)の液晶表示装置は、コントラスト比が大きく、しかも、基準視野角が広いことから脚光を浴びている。ここで、基準視野角とは、コントラスト比が1:10の視野角または階調間の輝度反転限界角度のことをいう。
このような方式の液晶表示装置の場合には、側面視認性を正面視認性に近づけるために、一つの画素を二つの副画素に分割し、二つの副画素の電場生成電極に印加する電圧を異ならせることにより、液晶層の透過率を異ならせる方法が提示されている。
しかしながら、このように一つの画素を二つの副画素に分割し、透過率を異ならせて側面視認性を正面視認性に近づける場合、側面から見た場合の階調が表現しにくく、その結果、画質が低下するという問題点が発生する。
一方、液晶表示装置の画素にデータ電圧を印加するためのデータ線の数が増大するほどデータ駆動部のコストが増大し、これは、液晶表示装置のコストアップにつながる。
本発明が解決しようとする課題は、側面視認性を正面視認性に近づけながらも、データ駆動部のコストを削減することのできる液晶表示装置を提供することである。
本発明の一実施形態による液晶表示装置は、第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板の上に形成されているゲート線、分圧基準電圧線及びデータ線と、前記ゲート線、前記データ線及び第1液晶キャパシタに接続されている第1スイッチング素子と、前記ゲート線、前記データ線及び第2液晶キャパシタに接続されている第2スイッチング素子と、前記ゲート線、前記第2液晶キャパシタ及び第3液晶キャパシタに接続されている第3スイッチング素子と、前記ゲート線、前記第3液晶キャパシタ及び前記分圧基準電圧線に接続されている第4スイッチング素子と、を備えることを特徴とする。
前記第3スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第3スイッチング素子の入力端子は前記第2液晶キャパシタに接続され、且つ、前記第3スイッチング素子の出力端子は前記第3液晶キャパシタに接続されてもよい。
前記第4スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第4スイッチング素子の入力端子は前記第3液晶キャパシタに接続され、且つ、前記第4スイッチング素子の出力端子は前記分圧基準電圧線に接続されてもよい。
前記第3スイッチング素子の入力端子は前記第2スイッチング素子の出力端子に接続され、かつ、前記第3スイッチング素子の出力端子は前記第4スイッチング素子の入力端子に接続されてもよい。
前記第1スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第1スイッチング素子の入力端子は前記データ線に接続され、且つ、前記第1スイッチング素子の出力端子は前記第1液晶キャパシタに接続されてもよい。
前記第2スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第2スイッチング素子の入力端子は前記データ線に接続され、且つ、前記第2スイッチング素子の出力端子は前記第2液晶キャパシタに接続されてもよい。
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、前記第1絶縁基板の上に形成されているゲート線、分圧基準電圧線及びデータ線と、前記ゲート線、前記データ線及び第1液晶キャパシタに接続されている第1スイッチング素子と、前記ゲート線、前記データ線及び第2液晶キャパシタに接続されている第2スイッチング素子と、前記ゲート線、前記第2液晶キャパシタ及び第3液晶キャパシタに接続されている第3スイッチング素子と、前記ゲート線、前記第3液晶キャパシタ及び第4液晶キャパシタに接続されている第4スイッチング素子と、前記ゲート線、前記第4液晶キャパシタ及び前記分圧基準電圧線に接続されている第5スイッチング素子と、を備えることを特徴とする。
前記第3スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第3スイッチング素子の入力端子は前記第2液晶キャパシタに接続され、且つ、前記第3スイッチング素子の出力端子は前記第3液晶キャパシタに接続されてもよい。
前記第4スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第4スイッチング素子の入力端子は前記第3液晶キャパシタに接続され、且つ、前記第4スイッチング素子の出力端子は前記分圧基準電圧線に接続されてもよい。
前記第5スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第5スイッチング素子の入力端子は前記第4液晶キャパシタに接続され、且つ、前記第5スイッチング素子の出力端子は前記分圧基準電圧線に接続されてもよい。
前記第3スイッチング素子の入力端子は前記第2スイッチング素子の出力端子に接続され、かつ、前記第3スイッチング素子の出力端子は前記第4スイッチング素子の入力端子に接続されてもよい。
前記第4スイッチング素子の入力端子は前記第3スイッチング素子の出力端子に接続され、かつ、前記第4スイッチング素子の出力端子は前記第5スイッチング素子の入力端子に接続されてもよい。
前記第1スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第1スイッチング素子の入力端子は前記データ線に接続され、且つ、前記第1スイッチング素子の出力端子は前記第1液晶キャパシタに接続されてもよい。
前記第2スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第2スイッチング素子の入力端子は前記データ線に接続され、且つ、前記第2スイッチング素子の出力端子は前記第2液晶キャパシタに接続されてもよい。
前記ゲート線、前記第2液晶キャパシタ及び前記第3液晶キャパシタの間に接続されている第5スイッチング素子をさらに備え、前記第5スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第5スイッチング素子の入力端子は前記第2液晶キャパシタに接続され、且つ、前記第5スイッチング素子の出力端子は第4液晶キャパシタ及び前記第4スイッチング素子の前記入力端子に接続されてもよい。
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、前記第1絶縁基板の上に形成されているゲート線及び分圧基準電圧線と、前記ゲート線及び前記分圧基準線の上に形成されているゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に形成されている第1半導体、第2半導体、第3半導体及び第4半導体と、前記第1半導体、前記第2半導体、前記第3半導体及び前記第4半導体の上に形成されており、第1ソース電極及び第2ソース電極を有するデータ線、第1ドレイン電極、第2ドレイン電極、第3ソース電極及び第3ドレイン電極、第4ソース電極及び第4ドレイン電極と、前記データ線、前記第1ドレイン電極、前記第2ドレイン電極、前記第3ソース電極及び前記第3ドレイン電極、前記第4ソース電極及び前記第4ドレイン電極の上に形成されている絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成されており、前記第1ドレイン電極に接続されている第1副画素電極、前記第2ドレイン電極に接続されている第2副画素電極及び前記第3ドレイン電極に接続されている第3副画素電極を有する画素電極と、前記第1絶縁基板と向かい合う第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の上に形成されている共通電極と、を備えることを特徴とする。
前記第2ドレイン電極と前記第3ソース電極は互いに接続されていてもよい。
前記第3ドレイン電極と前記第4ソース電極は互いに接続されていてもよい。
前記分圧基準電圧線は基準電極を備え、前記第4ドレイン電極と前記基準電極は互いに接続されていてもよい。
前記第1副画素電極、前記第2副画素電極及び前記第3副画素電極は画素列方向にこの順に配置されていてもよい。
前記第1副画素電極、前記第2副画素電極及び前記第3副画素電極は、十字状幹部と、前記十字状幹部から複数の方向に延びている複数の微細枝電極と、を備えていてもよい。
前記第1副画素電極は、前記第2副画素電極及び前記第3副画素電極から離隔されており、前記第3副画素電極はひし形の平面状を有し、前記第2副画素電極は前記第3副画素電極を囲むように配置されていてもよい。
前記第1副画素電極及び前記第3副画素電極は、十字状幹部と、前記十字状幹部から複数の方向に延びている複数の微細枝電極と、を備え、前記第2副画素電極は、周縁部に配設される幹電極と、前記幹電極から複数の方向に延びている複数の微細枝電極と、を備えていてもよい。
本発明の実施形態による液晶表示装置によれば、側面視認性を正面視認性に近くしながら、データ駆動部の製造コストを減らすことができる。
以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態について本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できる程度に詳細に説明する。しかしながら、本発明は種々の異なる形態に実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
図中、明確に表現するために、層、膜、表示板、領域等の厚さを拡大して示す。明細書全般に亘って同じ参照番号が付されている部分は、同じ構成要素であることを意味する。層、膜、領域、基板などの要素が他の要素の「上に」あるとしたとき、これは、他の部分の「直上に」ある場合だけではなく、これらの間に他の要素がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「真上に」あるとしたときには、これらの間に他の要素がないことを意味する。
まず、図1に基づき、本発明の実施形態による液晶表示装置の信号線及び画素の配置について説明する。図1は、本発明の一実施形態による液晶表示装置のある画素に対する等価回路図である。
図1を参照すると、この実施形態による液晶表示装置のある画素は、ゲート信号を伝達するゲート線GL及びデータ信号を伝達するデータ線DL、分圧基準電圧を伝達する分圧基準電圧線RDを有する複数の信号線、複数の信号線に接続されている第1スイッチング素子Qa、第2スイッチング素子Qb、第3スイッチング素子Qc及び第4スイッチング素子Qd、第1液晶キャパシタLCa、第2液晶キャパシタLCb及び第3液晶キャパシタLCcを備える。
第1スイッチング素子Qa及び第2スイッチング素子Qbはそれぞれゲート線GL及びデータ線DLに接続されており、第3スイッチング素子Qcはゲート線GL及び第2スイッチング素子Qbの出力端子に接続されており、第4スイッチング素子Qdはゲート線GL及び分圧基準電圧線RDに接続されている。
第1スイッチング素子Qa及び第2スイッチング素子Qbは薄膜トランジスタなどの三端子素子であり、その制御端子はゲート線GLに接続されており、入力端子はデータ線DLに接続されており、第1スイッチング素子Qaの出力端子は第1液晶キャパシタLCaに接続されており、第2スイッチング素子Qbの出力端子は第2液晶キャパシタLCb及び第3スイッチング素子Qcの入力端子に接続されている。
また、第3スイッチング素子Qcも薄膜トランジスタなどの三端子素子であり、制御端子はゲート線GLに接続されており、入力端子は第2液晶キャパシタLCbに接続されており、出力端子は第3液晶キャパシタLCcに接続されている。
さらに、第4スイッチング素子Qdも薄膜トランジスタなどの三端子素子であり、制御端子はゲート線GLに接続されており、入力端子は第3液晶キャパシタLCcに接続されており、出力端子は分圧基準電圧線RDに接続されている。
以下、図1及び図2に基づき、本発明の実施形態による液晶表示装置の駆動方法について説明する。図2は、本発明の一実施形態による液晶表示装置の駆動方法を説明するための回路図である。
まず、図1を参照すると、ゲート線GLにゲートオン信号が印加されれば、ここに接続されている第1スイッチング素子Qa、第2スイッチング素子Qb、第3スイッチング素子Qc及び第4スイッチング素子Qdがターンオンされる。これにより、データ線DLに印加されたデータ電圧は、ターンオンされた第1スイッチング素子Qa及び第2スイッチング素子Qbを介して第1副画素電極PEa及び第2副画素電極PEbに印加される。このとき、第1副画素電極PEa及び第2副画素電極PEbに印加されたデータ電圧は互いに等しく、第1液晶キャパシタLCa及び第2液晶キャパシタLCbは共通電圧とデータ電圧との差分に見合う分だけ同じ値に充電される。
これと同時に、第2液晶キャパシタLCbに充電された電圧はターンオンされた第3スイッチング素子Qcにより分圧されて、第3液晶キャパシタLCcに充電され、第3液晶キャパシタLCcに充電された電圧はターンオンされた第4スイッチング素子Qdにより分圧される。これにより、第2液晶キャパシタLCbに充電された電圧値は第1液晶キャパシタLCaに充電された電圧値よりも低くなり、第3液晶キャパシタLCcに充電された電圧は第2液晶キャパシタLCbに充電された電圧値よりも低くなる。
以下、図1及び図2に基づき、電圧の分配方式についてより具体的に説明する。データ線DLを介して印加される電圧は第1電圧Vaであり、第2スイッチング素子Qbの出力端子に印加されて第2液晶キャパシタLCbに充電される電圧は第2電圧Vbであり、且つ、第3スイッチング素子Qcの出力端子に印加されて第3液晶キャパシタLCcに充電される電圧は第3電圧Vcである。
第2スイッチング素子Qbの出力端子に印加されて第2液晶キャパシタLCbに充電される第2電圧Vbの大きさは、入力される第1電圧Vaから第1減圧値ΔVAを差し引いた値である。
このため、第2液晶キャパシタLCbに充電される第2電圧Vbはデータ線DLを介して第1液晶キャパシタLCaに充電される第1電圧Vaよりも小さくなり、第3液晶キャパシタLCcに充電される第3電圧Vcは第2液晶キャパシタLCbに充電される第2電圧Vbよりも小さくなる。
また、第2液晶キャパシタLCbに充電される第2電圧Vbと第3液晶キャパシタLCcに充電される第3電圧Vcの大きさは、第2スイッチング素子Qbと第3スイッチング素子Qcのチャンネルの幅の差分及び第3スイッチング素子Qcと第4スイッチング素子Qdのチャンネルの幅の差分により変化可能である。
このように、一つの画素領域を異なる大きさの電圧が充電される第1液晶キャパシタLCa、第2液晶キャパシタLCb及び第3液晶キャパシタLCcを含めることにより、第1液晶キャパシタLCa、第2液晶キャパシタLCb、第3液晶キャパシタLCcに対応する液晶分子に加えられる電場の強さが異なってきて、液晶分子が傾く角度が異なり、これにより、各領域の輝度が変化する。
このように、一つの画素領域を異なる輝度を有する三つの領域に分割すれば、階調による透過率の変化を緩やかに調節することにより、側面から見た場合において階調の変化により透過率が急変することを防ぐことができ、側面視認性を正面視認性に近づけながらも正確な階調が表現可能である。なお、一つの画素領域にデータ信号を印加するための一本のデータ線を用いることにより、データ駆動部のコストを削減することができる。
以下、図3乃至図5に基づき、本発明の一実施形態による液晶表示装置の構造について詳細に説明する。図3は、本発明の一実施形態による液晶表示装置の平面図であり、図4は、図3における液晶表示装置をIV-IV線に沿って切り取った断面図であり、図5は、図3における液晶表示装置をV-V線に沿って切り取った断面図である。
図3乃至図5を参照すると、この実施形態による液晶表示装置は、相対向する下部表示板100及び上部表示板200、これらの二枚の表示板100、200の間に挟持されている液晶層3及び表示板100、200の外側面に付着されている一対の偏光子(図示せず)を備える。
まず、下部表示板100について説明する。
透明ガラス製またはプラスチック製の第1絶縁基板110の上にゲート線121及び分圧基準電圧線131を有するゲート導電体が形成されている。
ゲート線121は、第1ゲート電極124a、第2ゲート電極124b、第3ゲート電極124c、第4ゲート電極124d及び他の層または外部駆動回路との接続のためのゲートパッド部(図示せず)を備える。
分圧基準電圧線131は、第1容量電極133a及び基準電極134を備える。分圧基準電圧線131に接続されていないが、第2副画素電極191bと重なり合う第2容量電極133bが形成されている。
ゲート線121及び分圧基準電圧線131の上には、ゲート絶縁膜140が形成されている。
ゲート絶縁膜140の上には、第1半導体154a、第2半導体154b、第3半導体154c及び第4半導体154dが形成されている。
半導体154a、154b、154c、154dの上には、複数のオーミックコンタクト部材163a、165a、163b、165b、163c、165c、163d、165dが形成されている。
オーミックコンタクト部材163a、165a、163b、165b、163c、165c、163d、165d及びゲート絶縁膜140の上には、第1ソース電極173a及び第2ソース電極173bを有する複数のデータ線171、第1ドレイン電極175a、第2ドレイン電極175b、第3ソース電極173c、第3ドレイン電極175c、第4ソース電極173d及び第4ドレイン電極175dを有するデータ導電体が形成されている。
データ導電体及びその下に配設されている半導体並びにオーミックコンタクト部材は、一枚のマスクを用いて同時に形成することができる。
データ線171は、他の層または外部駆動回路との接続のためのデータパッド部(図示せず)を備える。
第1ゲート電極124a、第1ソース電極173a及び第1ドレイン電極175aは、第1半導体154aとともに第1スイッチング素子Qaである第1薄膜トランジスタ(thin-film-transistor;TFTQa)を構成し、第1薄膜トランジスタのチャンネル(channel)は、第1ソース電極173aと第1ドレイン電極175aとの間の半導体154aに形成される。
同様に、第2ゲート電極124b、第2ソース電極173b及び第2ドレイン電極175bは、第2半導体154bとともに第2スイッチング素子Qbである第2薄膜トランジスタを構成し、第2薄膜トランジスタのチャンネルは第2ソース電極173bと第2ドレイン電極175bとの間の第2半導体154bに形成される。
また、第3ゲート電極124c、第3ソース電極173c及び第3ドレイン電極175cは、第3半導体154cとともに第3スイッチ素子Qcである第3薄膜トランジスタを構成し、第3薄膜トランジスタのチャンネルは、第3ソース電極173cと第3ドレイン電極175cとの間の第3半導体154cに形成される。
また、第4ゲート電極124d、第4ソース電極173d及び第4ドレイン電極175dは、第4半導体154dとともに第4スイッチ素子Qdである第4薄膜トランジスタを構成し、第4薄膜トランジスタのチャンネルは、第4ソース電極173dと第4ドレイン電極175dとの間の第4半導体154dに形成される。
第3ドレイン電極175cは、下方に長く拡張された拡張部176を有し、第3ドレイン電極175cと第4ソース電極173dは接続されている。
データ導電体171、173a、173b、173c、173d、175a、175b、175c、175d及び露出された半導体154a、154b、154c、154d部分の上には、第1保護膜180aが形成されている。第1保護膜180aは、窒化ケイ素または酸化ケイ素などの無機絶縁膜を備えていてもよい。第1保護膜180aは、カラーフィルタ230の顔料が露出された半導体154a、154b、154c、154dの部分に流れ込むことを防ぐことができる。
第1保護膜180aの上には、カラーフィルタ230が形成されている。
カラーフィルタ230の上には、第2保護膜180bが形成されている。
第2保護膜180bは、窒化ケイ素または酸化ケイ素などの無機絶縁膜を備えていてもよい。第2保護膜180bはカラーフィルタ230が浮き上がることを防ぎ、カラーフィルタ230から流入する溶剤(solvent)などの有機物による液晶層3の汚染を抑えて画面駆動時に招かれる残像などの不良を防ぐ。
第1保護膜180a及び第2保護膜180bには、第1ドレイン電極175a、第2ドレイン電極175b及び第3ドレイン電極175cを露出させる第1コンタクト孔(contact hole)185a、第2コンタクト孔185b及び第3コンタクト孔185cが形成されている。
第1保護膜180a及び第2保護膜180b、並びにゲート絶縁膜140には、基準電極134の一部と第4ドレイン電極175dの一部を露出させる第4コンタクト孔185dが形成されており、第4コンタクト孔185dは接続部材195が覆っている。接続部材195は、第4コンタクト孔185dを介して露出されている基準電極134と第4ドレイン電極175dを電気的に接続する。
第2保護膜180bの上には、複数の画素電極(pixel electrode)191が形成されている。各画素電極191はゲート線121を挟んで互いに分離されて、ゲート線121を中心として列方向に隣り合う第1副画素電極191aと第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cを備える。
第3副画素電極191cは、第2副画素電極191bと列方向に隣り合うように配置されている。すなわち、第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cは、列方向を基準として一列に配置されている。
画素電極191は、ITO及びIZOなどの透明物質から形成されてもよい。画素電極191は、ITOまたはIZOなどの透明な導電物質やアルミニウム、銀、クロムまたはその合金などの反射性金属から形成されてもよい。
画素電極191の上には、第1配向膜(図示せず)が形成されていてもよい。
第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cは、それぞれ図6に示す基本電極199またはその変形を1以上備えている。
第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cは、第1コンタクト孔185a、第2コンタクト孔185b及び第3コンタクト孔185cを介してそれぞれ第1ドレイン電極175a、第2ドレイン電極175b及び第3ドレイン電極175cと物理的・電気的に接続されている。第1副画素電極191a及び第2副画素電極191bには、第1ドレイン電極175a及び第2ドレイン電極175bからデータ電圧が印加される。このとき、第2ドレイン電極175bに印加されたデータ電圧のうちの一部は第3ソース電極173cにより分圧され、第3ドレイン電極175cに印加された電圧のうちの一部は第4ソース電極173dにより分圧される。
このため、第1副画素電極191aに印加される電圧の大きさは第2副画素電極191bに印加される電圧の大きさよりも大きく、第2副画素電極191bに印加される電圧の大きさは第3副画素電極191cに印加される電圧の大きさよりも大きくなる。
このように、異なる大きさの電圧が印加された第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cは、上部表示板200の共通電極270と共に電場を生成することにより二つの電極191、270の間の液晶層3の液晶分子の方向を決定する。このようにして決定された液晶分子の方向に応じて液晶層3を通過する光の輝度が変化する。
図示はしないが、下部表示板100には遮光部材が形成されていてもよい。
次に、上部表示板200について説明する。
絶縁基板210の上に共通電極270が形成されている。共通電極270の上には第2配向膜(図示せず)が形成されている。
第1配向膜及び第2配向膜は、垂直配向膜であってもよい。
液晶層3は負の誘電率異方性を有し、液晶層3の液晶分子は電場がない状態でその長軸が二枚の表示板100、200の表面に対して垂直になるように配向されている。
上述したように、本発明の実施形態による液晶表示装置によれば、画素電極191は異なる大きさの電圧が印加される第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cを含めて形成され、第1副画素電極、第2副画素電極、第3副画素電極に対応する液晶分子に加えられる電場の強さが異なる。そのため、液晶分子が傾く角度が副画素ごとに異なり、これにより、各領域の輝度が変化する。
このように、一つの画素領域を異なる輝度を有する三つの領域に分割すれば、階調による透過率の変化を緩やかに調節することにより、側面から見た場合において階調の変化により透過率が急変することを防ぐことができ、側面視認性を正面視認性に近づけながらも正確な階調が表現可能である。なお、一つの画素領域にデータ信号を印加するための一本のデータ線を用いることにより、データ駆動部のコストを削減することができる。
次に、図6に基づき、基本電極199について説明する。
図6に示すように、基本電極199は全体的に矩形状であり、横幹部193及びこれと直交する縦幹部192からなる十字状幹部を備える。また、基本電極199は、横幹部193及び縦幹部192により第1副領域Da、第2副領域Db、第3副領域Dc及び第4副領域Ddに分割され、各部領域Da-Ddは、複数の第1微細枝部194a、複数の第2微細枝部194b、複数の第3微細枝部194c及び複数の第4微細枝部194dを備える。
第1微細枝部194aは、横幹部193または縦幹部192から左上方に斜めに延びており、第2微細枝部194bは、横幹部193または縦幹部192から右上方に斜めに延びている。また、第3微細枝部194cは、横幹部193または縦幹部192から左下方に延びており、第4微細枝部194dは、横幹部193または縦幹部192から右下方に斜めに延びている。
第1乃至第4微細枝部194a、194b、194c、194dは、ゲート線121a、121bまたは横幹部193と略45°または135°の角度をなす。なお、隣り合う二つの副領域Da、Db、Dc、Ddの微細枝部194a、194b、194c、194dは、互いに直交していてもよい。
第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cに電圧が印加されれば、第1乃至第4微細枝部194a、194b、194c、194dの辺は電場を歪ませて液晶分子31の傾斜方向を決定する水平成分を作り出す。電場の水平成分は、第1乃至第4微細枝部194a、194b、194c、194dの辺に略水平である。
このため、図6に示すように、液晶分子31は微細枝部194a、194b、194c、194dの長手方向に平行な方向に傾く。ある画素電極191は、微細枝部194a、194b、194c、194dの長手方向が異なる四つの副領域Da-Ddを備えるため、液晶分子31が傾く方向は略4方向となり、液晶分子31の配向方向が異なる四つのドメインが液晶層3に形成される。このように液晶分子が傾く方向を多様化させれば、液晶表示装置の基準視野角が大きくなる。
次に、液晶分子31がプレチルトを有するように初期配向する方法について図7に基づいて説明する。
図7は、紫外線などの光により重合されるプレポリマーを用いて液晶分子にプレチルトを持たせる過程を示す図である。
まず、紫外線などの光による重合反応(polymerization)により硬化される単量体(monomer)などのプレポリマー(prepolymer)33を液晶物質と共に二枚の表示板100、200の間に注入する。プレポリマー33は、紫外線などの光により重合反応をする反応性メソゲン基(reactive mesogen)であってもよい。
第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cに電圧を印加し、上部表示板200の共通電極270に共通電圧を印加して二枚の表示板100、200の間の液晶層3に電場を生成する。すると、液晶層3の液晶分子31はその電場に応答して上述したように二段階に亘って微細枝部194a、194b、194c、194dの長手方向に平行な方向に傾き、ある画素において液晶分子31が傾く方向は合計で四方向となる。
液晶層3に電場を生成した後に紫外線などの光を照射すれば、プレポリマー33が重合反応をして、図7に示すように、重合体370を形成する。重合体370は、表示板100、200に接するように形成される。重合体370により液晶分子31は上述した方向にプレチルトを有するように配向方向が決定される。このため、電場生成電極191、270に電圧を加えていない状態でも液晶分子31は異なる四方向にプレチルトをもって配列される。
次に、図8乃至図10に基づき、本発明の他の実施形態による液晶表示装置の構造について説明する。図8は、本発明の他の実施形態による液晶表示装置の平面図であり、図9は、図8における液晶表示装置をIX-IX線に沿って切り取った断面図であり、図10は、図8における液晶表示装置をX-X線に沿って切り取った断面図である。
図8乃至図10を参照すると、この実施形態による液晶表示装置は、図3乃至図5に示す実施形態による液晶表示装置とほとんど同様である。
図8乃至図10を参照すると、この実施形態による液晶表示装置は、相対向する下部表示板100及び上部表示板200、これらの二枚の表示板100、200の間に挟持されている液晶層3及び表示板100、200の外側面に付着されている一対の偏光子(図示せず)を備える。
まず、下部表示板100について説明する。
透明ガラス製またはプラスチック製の第1絶縁基板110の上にゲート線121及び分圧基準電圧線131を有するゲート導電体が形成されている。
ゲート線121は、第1ゲート電極124a、第2ゲート電極124b、第3ゲート電極124c、第4ゲート電極124d及び他の層または外部駆動回路との接続のためのゲートパッド部(図示せず)を備える。
分圧基準電圧線131は、第1容量電極133a及び基準電極134を備える。分圧基準電圧線131に接続されていないが、第2副画素電極191bと重なり合う第2容量電極133bが形成されている。
ゲート線121及び分圧基準電圧線131の上には、ゲート絶縁膜140が形成されている。
ゲート絶縁膜140の上には、第1半導体154a、第2半導体154b、第3半導体154c及び第4半導体154dが形成されている。
半導体154a、154b、154c、154dの上には、複数のオーミックコンタクト部材163a、165a、163b、165b、163c、165c、163d、165dが形成されている。
オーミックコンタクト部材163a、165a、163b、165b、163c、165c、163d、165d及びゲート絶縁膜140の上には、第1ソース電極173a及び第2ソース電極173bを有する複数のデータ線171、第1ドレイン電極175a、第2ドレイン電極175b、第3ソース電極173c、第3ドレイン電極175c、第4ソース電極173d及び第4ドレイン電極175dを有するデータ導電体が形成されている。
データ線171は、他の層または外部駆動回路との接続のためのデータパッド部(図示せず)を備える。
第3ドレイン電極175cは、下方に長く拡張された拡張部176を有し、第3ドレイン電極175cと第4ソース電極173dは接続されている。
データ導電体171、173a、173b、173c、173d、175a、175b、175c、175d及び露出された半導体154a、154b、154c、154dの部分の上には、第1保護膜180aが形成されている。
第1保護膜180aの上には、カラーフィルタ230が形成されている。
カラーフィルタ230の上には、第2保護膜180bが形成されている。
第1保護膜180a及び第2保護膜180bには、第1ドレイン電極175a、第2ドレイン電極175b及び第3ドレイン電極175cを露出させる第1コンタクト孔(contact hole)185a、第2コンタクト孔185b及び第3コンタクト孔185cが形成されている。
第1保護膜180a及び第2保護膜180b、並びにゲート絶縁膜140には、基準電極134の一部と第4ドレイン電極175dの一部を露出させる第4コンタクト孔185dが形成されており、第4コンタクト孔185dは接続部材195が覆っている。接続部材195は、第4コンタクト孔185dを介して露出されている基準電極134と第4ドレイン電極175dを電気的に接続する。
第2保護膜180bの上には、複数の画素電極(pixel electrode)191が形成されている。各画素電極191は、ゲート線121を挟んで互いに分離されて、ゲート線121を中心として列方向に隣り合う第1副画素電極191aと第2副画素電極191b及び第2副画素電極191bの内部に形成されている第3副画素電極191cを備える。
第2副画素電極191bは、周縁部を画定する幹部と、幹部から図6に示す基本電極199の複数の第1乃至第4微細枝部と同じ方向に延びている複数の微細枝部と、を備える。第2副画素電極191bは全体的に四つの直角三角形が集まっている形状を有し、第3副画素電極191cは全体的にひし形を有する。第3副画素電極191cは、第2副画素電極191bに囲まれている。
第1副画素電極191aと第3副画素電極191cは、図6に示す基本電極199またはその変形を1以上備えていてもよい。
画素電極191の上には、第1配向膜(図示せず)が形成されていてもよい。
第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cは、第1コンタクト孔185a、第2コンタクト孔185b及び第3コンタクト孔185cを介してそれぞれ第1ドレイン電極175a、第2ドレイン電極175b及び第3ドレイン電極175cと物理的・電気的に接続されている。
第1副画素電極191a及び第2副画素電極191bには、第1ドレイン電極175a及び第2ドレイン電極175bからデータ電圧が印加される。このとき、第2ドレイン電極175bに印加されたデータ電圧のうちの一部は第3ソース電極173cにより分圧され、第3ドレイン電極175cに印加された電圧のうちの一部は第4ソース電極173dにより分圧される。
このため、第1副画素電極191aに印加される電圧の大きさは、第2副画素電極191bに印加される電圧の大きさよりも大きく、第2副画素電極191bに印加される電圧の大きさは、第3副画素電極191cに印加される電圧の大きさよりも大きくなる。
このように、異なる大きさの電圧が印加された第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cは、上部表示板200の共通電極270と共に電場を生成することにより、二つの電極191、270の間の液晶層3の液晶分子の方向を決定する。このようにして決定された液晶分子の方向に応じて液晶層3を通過する光の輝度が変化する。
図示はしないが、下部表示板100には遮光部材が形成されていてもよい。
次に、上部表示板200について説明する。
絶縁基板210の上に共通電極270が形成されている。共通電極270の上には、第2配向膜(図示せず)が形成されている。
第1配向膜及び第2配向膜は、垂直配向膜であってもよい。
液晶層3は負の誘電率異方性を有し、液晶層3の液晶分子は電場がない状態でその長軸が二枚の表示板100、200の表面に対して垂直になるように配向されている。
本実施形態による液晶表示装置は、図3乃至図5に示す実施形態による液晶表示装置とは異なり、画素電極191はゲート線121を挟んで互いに分離されて、ゲート線121を中心として列方向に隣り合う第1副画素電極191a及び第2副画素電極191b、第2副画素電極191bの内部に形成されている第3副画素電極191cを備える。第2副画素電極は、四つの直角三角形が集まっている形状を有し、第3副画素電極191cはひし形を有する。第3副画素電極191cは、第2副画素電極191bに囲まれている。
上述したように、本発明の実施形態による液晶表示装置によれば、画素電極191は異なる大きさの電圧が印加される第1副画素電極191a、第2副画素電極191b及び第3副画素電極191cを含めて形成され、第1副画素電極、第2副画素電極、第3副画素電極に対応する液晶分子に加えられる電場の強さが異なる。そのため、液晶分子が傾く角度が副画素ごとに異なり、これにより、各領域の輝度が変化する。
このように、一つの画素領域を異なる輝度を有する三つの領域に分割すれば、階調による透過率の変化を緩やかに調節することにより、側面から見た場合において階調の変化により透過率が急変することを防ぐことができ、側面視認性を正面視認性に近づけながらも正確な階調が表現可能である。なお、一つの画素領域にデータ信号を印加するための一本のデータ線を用いることにより、データ駆動部のコストを削減することができる。
次に、図11に基づき、本発明の他の実施形態による液晶表示装置について説明する。図11は、本発明の他の実施形態による液晶表示装置のある画素に対する等価回路図である。
図11を参照すると、この実施形態による液晶表示装置は、図1に示す実施形態による液晶表示装置とほとんど同様である。
図11を参照すると、この実施形態による液晶表示装置のある画素は、ゲート信号を伝達するゲート線GL及びデータ信号を伝達するデータ線DL、分圧基準電圧を伝達する分圧基準電圧線RDを有する複数の信号線、複数の信号線に接続されている第1スイッチング素子Qa、第2スイッチング素子Qb、第3スイッチング素子Qc、第4スイッチング素子Qd及び第5スイッチング素子Qe、第1液晶キャパシタLCa、第2液晶キャパシタLCb、第3液晶キャパシタLCc及び第4液晶キャパシタLCdを備える。
第1スイッチング素子Qa及び第2スイッチング素子Qbはそれぞれゲート線GL及びデータ線DLに接続されており、第3スイッチング素子Qcはゲート線GL及び第2スイッチング素子Qbの出力端子に接続されており、第4スイッチング素子Qdはゲート線GL及び第3スイッチング素子Qcの出力端子に接続されており、第5スイッチング素子Qeはゲート線GL及び分圧基準電圧線RDに接続されている。
第1スイッチング素子Qa及び第2スイッチング素子Qbは、薄膜トランジスタなどの三端子素子であり、その制御端子はゲート線GLに接続されており、入力端子は、データ線DLに接続されており、第1スイッチング素子Qaの出力端子は、第1液晶キャパシタLCaに接続されており、第2スイッチング素子Qbの出力端子は、第2液晶キャパシタLCb及び第3スイッチング素子Qcの入力端子に接続されている。
第3スイッチング素子Qcの出力端子は、第3液晶キャパシタLCc及び第4スイッチング素子Qdの入力端子に接続されており、第4スイッチング素子の出力端子は、第4液晶キャパシタLCd及び第5スイッチング素子Qeの入力端子に接続されている。第5スイッチング素子Qeの出力端子は、分圧基準電圧線RDに接続されている。
本実施形態による液晶表示装置は、四つの液晶キャパシタLCa、LCb、LCc、LCdを備え、四つの液晶キャパシタLCa、LCb、LCc、LCdに充電される電圧の大きさは異なる。
このように、一つの画素領域を異なる輝度を有する四つの領域に分割すれば、階調による透過率の変化を緩やかに調節することにより、側面から見た場合において階調の変化により透過率が急変することを防ぐことができ、側面視認性を正面視認性に近づけながらも正確な階調が表現可能である。
次に、図12及び図13に基づき、本発明のある実験例について説明する。図12は、従来の液晶表示装置における実験例の結果を示すグラフであり、図13は、本発明の液晶表示装置における実験例の結果を示すグラフである。
本実験例においては、既存の液晶表示装置のように、一つの画素領域を第1副画素電極及び第2副画素電極に分割されるように形成し、第2副画素電極の出力端子に分圧スイッチング素子を接続した第1の場合と、本発明の実施形態による液晶表示装置のように、一つの画素領域を第1副画素電極、第2副画素電極及び第3副画素電極に分割されるように形成し、第2副画素電極、第3副画素電極の電圧を、分圧スイッチング素子を用いて分圧した第2の場合について、液晶表示装置の正面及び側面において階調による透過率の変化を測定し、その結果をそれぞれ図12及び図13に示す。
図12は、第1の場合において、液晶表示装置の正面における階調による透過率の変化と、液晶表示装置の側面における階調による透過率の変化を示すグラフであり、A1は、正面における階調による透過率の変化を示すグラフであり、B1は、側面における階調による透過率の変化を示すグラフである。
これと同様に、図13は、第2の場合において、液晶表示装置の正面における階調による透過率の変化と、液晶表示装置の側面における階調による透過率の変化を示すグラフであり、A2は、正面における階調による透過率の変化を示すグラフであり、B2は、側面における階調による透過率の変化を示すグラフである。
図12を参照すると、従来の液晶表示装置に対する第1の場合において、中間階調、例えば、約130階調乃至約180階調において正面における透過率と側面における透過率との差分が非常に大きいことが分かる。つまり、正面における透過率と側面における透過率は、高階調、特に、約250階調の近くにおいてほとんど変化せず、次いで、階調が変化するにつれて急変することが分かる。
しかしながら、図13を参照すると、本発明の実施形態による液晶表示装置に対する第2の場合において、中間階調、例えば、約130階調乃至約180階調において正面における透過率と側面における透過率との差分が第1の場合に比べて減っていることが分かる。また、正面における透過率と側面における透過率は、高階調、特に、約250階調の近くにおいても階調が変化するにつれて緩やかに変化することが分かる。
このように、本発明の実施形態による液晶表示装置のように、一つの画素領域を第1副画素電極、第2副画素電極及び第3副画素電極に分割されるように形成し、第2副画素電極、第3副画素電極の電圧を、分圧スイッチング素子を用いて分圧すれば、側面視認性を正面視認性に近づけることができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに何ら限定されるものではなく、下記の特許請求の範囲において定義している本発明の基本概念を用いた当業者の種々の変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
GL、121:ゲート線
RD、131:分圧基準電圧線
DL、171:データ線
LCa、LCb、LCc、LCd:液晶キャパシタ
Qa、Qb、Qc、Qd、Qe:スイッチング素子(薄膜トランジスタ)
110、210:基板
124a、124b、124c、124d:ゲート電極
140:ゲート絶縁膜
154a、154b、154c、154d:半導体
163a、165a、163b、165b、163c、165c、163d、165d:オーミックコンタクト部材
173a、173b、173c、173d:ソース電極
175a、175b、175c、173d:ドレイン電極
180a、180b:保護膜
191a、191b、191c:副画素電極
230:カラーフィルタ
RD、131:分圧基準電圧線
DL、171:データ線
LCa、LCb、LCc、LCd:液晶キャパシタ
Qa、Qb、Qc、Qd、Qe:スイッチング素子(薄膜トランジスタ)
110、210:基板
124a、124b、124c、124d:ゲート電極
140:ゲート絶縁膜
154a、154b、154c、154d:半導体
163a、165a、163b、165b、163c、165c、163d、165d:オーミックコンタクト部材
173a、173b、173c、173d:ソース電極
175a、175b、175c、173d:ドレイン電極
180a、180b:保護膜
191a、191b、191c:副画素電極
230:カラーフィルタ
Claims (10)
- 第1絶縁基板と、
前記第1絶縁基板の上に形成されているゲート線、分圧基準電圧線及びデータ線と、
前記ゲート線、前記データ線及び第1液晶キャパシタに接続されている第1スイッチング素子と、
前記ゲート線、前記データ線及び第2液晶キャパシタに接続されている第2スイッチング素子と、
前記ゲート線、前記第2液晶キャパシタ及び第3液晶キャパシタに接続されている第3スイッチング素子と、
前記ゲート線、前記第3液晶キャパシタ及び前記分圧基準電圧線に接続されている第4スイッチング素子と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記第3スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第3スイッチング素子の入力端子は前記第2液晶キャパシタに接続され、且つ、前記第3スイッチング素子の出力端子は前記第3液晶キャパシタに接続され、
前記第4スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第4スイッチング素子の入力端子は前記第3液晶キャパシタに接続され、且つ、前記第4スイッチング素子の出力端子は前記分圧基準電圧線に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記第3スイッチング素子の入力端子は前記第2スイッチング素子の出力端子に接続され、かつ、前記第3スイッチング素子の出力端子は前記第4スイッチング素子の入力端子に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記第1スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第1スイッチング素子の入力端子は前記データ線に接続され、且つ、前記第1スイッチング素子の出力端子は前記第1液晶キャパシタに接続され、
前記第2スイッチング素子の制御端子は前記ゲート線に接続され、前記第2スイッチング素子の入力端子は前記データ線に接続され、且つ、前記第2スイッチング素子の出力端子は前記第2液晶キャパシタに接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。 - 第1絶縁基板と、
前記第1絶縁基板の上に形成されているゲート線、分圧基準電圧線及びデータ線と、
前記ゲート線、前記データ線及び第1液晶キャパシタに接続されている第1スイッチング素子と、
前記ゲート線、前記データ線及び第2液晶キャパシタに接続されている第2スイッチング素子と、
前記ゲート線、前記第2液晶キャパシタ及び第3液晶キャパシタに接続されている第3スイッチング素子と、
前記ゲート線、前記第3液晶キャパシタ及び第4液晶キャパシタに接続されている第4スイッチング素子と、
前記ゲート線、前記第4液晶キャパシタ及び前記分圧基準電圧線に接続されている第5スイッチング素子と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 第1絶縁基板と、
前記第1絶縁基板の上に形成されているゲート線及び分圧基準電圧線と、
前記ゲート線及び前記分圧基準線の上に形成されているゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に形成されている第1半導体、第2半導体、第3半導体及び第4半導体と、
前記第1半導体、前記第2半導体、前記第3半導体及び前記第4半導体の上に形成されており、第1ソース電極及び第2ソース電極を有するデータ線、第1ドレイン電極、第2ドレイン電極、第3ソース電極及び第3ドレイン電極、第4ソース電極及び第4ドレイン電極と、
前記データ線、前記第1ドレイン電極、前記第2ドレイン電極、前記第3ソース電極及び前記第3ドレイン電極、前記第4ソース電極及び前記第4ドレイン電極の上に形成されている絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成されており、前記第1ドレイン電極に接続されている第1副画素電極、前記第2ドレイン電極に接続されている第2副画素電極及び前記第3ドレイン電極に接続されている第3副画素電極を有する画素電極と、
前記第1絶縁基板と向かい合う第2絶縁基板と、
前記第2絶縁基板の上に形成されている共通電極と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記第2ドレイン電極と前記第3ソース電極は互いに接続されており、
前記第3ドレイン電極と前記第4ソース電極は互いに接続されていることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。 - 前記第1副画素電極、前記第2副画素電極及び前記第3副画素電極は画素列方向にこの順に配置されており、
前記第1副画素電極、前記第2副画素電極及び前記第3副画素電極は、十字状幹部と、前記十字状幹部から複数の方向に延びている複数の微細枝電極と、を有することを特徴とする請求項6または7に記載の液晶表示装置。 - 前記第1副画素電極は、前記第2副画素電極及び前記第3副画素電極から離隔されており、
前記第3副画素電極はひし形の平面状を有し、前記第2副画素電極は前記第3副画素電極を囲むように配置されており、
前記第1副画素電極及び前記第3副画素電極は、十字状幹部と、前記十字状幹部から複数の方向に延びている複数の微細枝電極と、を備え、
前記第2副画素電極は、周縁部に配設される幹電極と、前記幹電極から複数の方向に延びている複数の微細枝電極と、を有することを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の液晶表示装置。 - 前記分圧基準電圧線は基準電極を備え、
前記第4ドレイン電極と前記基準電極は互いに接続されていることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の液晶表示装置。
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