JP4394114B2 - 液晶表示装置及びその画素電極アレイ - Google Patents

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Description

本発明は液晶表示装置に関し、特にサブ画素電極（sub-pixel electrode）を有する液晶表示装置に関する。
ＭＶＡ（multi-domain vertical alignment）型液晶表示装置は、広視野角や高画質などの長所を有するため、非常に注目されている。従来のＭＶＡ型液晶表示装置は、２つの透明基板の内表面上に複数の突起又はスリットを形成することにより、突起又はスリットの箇所とその周囲にある液晶分子の配向方向を、平坦箇所にある液晶分子の配列方向に対して傾け、液晶表示装置の視野角を向上させていた。
特許文献１では、ＭＶＡ型液晶表示装置の透明基板の内表面上にあるスリットに印加する横電界を増大させるために、スリットの箇所にある液晶分子の配列方向の傾き角度を増大させ、液晶分子の応答時間（response time）を短縮し、１つの画素電極を２つのサブ画素電極へ分割していた。その後、それら２つのサブ画素電極の電位を等しくするとともに電極を反転させて１つのスリットで隔離し、スリット上に横電界を形成させて液晶分子の応答時間を短縮していた。
しかし、この特許文献１では、２つのサブ画素電極の駆動素子にするために、２つのサブ画素電極をスイッチ素子にそれぞれ接続しなければならなかった。そのため、各画素電極の駆動素子の数は元の２倍となり、サブ画素電極の間を交差させてコンタクトホールを配置しなければ、それぞれの信号を送ることはできなかった。また、１つの画素電極を複数のサブ画素電極に分割した場合、極性が同じサブ画素電極は、さらに導線で接続して同一のスイッチ素子を駆動素子にしなければならなかった。そのため、これら導線のために回路及び製造工程は複雑となった。
米国特許第６９２２１８３号明細書
本発明の第１の目的は、画素電極の駆動スイッチ素子の数を増やす必要のないサブ画素電極を有する液晶表示装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、既存の信号線とスイッチ素子だけで隣り合うサブ画素電極の極性が反対のサブ画素電極を有する液晶表示装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、画面表示の応答時間が短いサブ画素電極を有する液晶表示装置を提供することにある。
本発明の一態様は、上部基板、画素アレイを有する下部基板、及び前記上部基板と前記下部基板の間に配置された液晶層を備える液晶表示装置であって、前記画素アレイは、少なくとも１つの第１の画素電極、少なくとも１つの第２の画素電極及び複数のスイッチ素子を有し、前記第１の画素電極は、複数の画素領域の基板上に配置され、少なくとも２つの第１のサブ画素電極を有し、該第１のサブ画素電極は、隣り合う前記画素領域上にそれぞれ配置され、前記第１のサブ画素電極の隣り合う対角が接続されて前記第１の画素電極が構成され、前記第２の画素電極は、少なくとも２つの第２のサブ画素電極を有し、該第２のサブ画素電極は、隣り合う前記画素領域上にそれぞれ配置され、前記第２のサブ画素電極の隣り合う対角が接続されて前記第２の画素電極が構成され、前記第２の画素電極と前記第１の画素電極とは電位極性が反対で、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極とが交互に配列され、前記画素領域上に、それぞれ少なくとも前記第１のサブ画素電極の１つと前記第２のサブ画素電極の１つとが配置され、前記スイッチ素子は、対応する各画素領域の中にそれぞれ配置され、前記第１の画素電極及び前記第２の画素電極をそれぞれ制御することを特徴とする液晶表示装置に関する。
本発明の一態様は、液晶表示装置であって、前記第１のサブ画素電極及び前記第２のサブ画素電極を配列してパターンの最小重複ユニットを形成し、２つの前記第１のサブ画素電極は、それぞれ平行四辺形の２つの一方の対角上に配置され、２つの前記第２のサブ画素電極は、それぞれ前記平行四辺形の２つの他方の対角上に配置されていることを特徴とする。
本発明の一態様は、上部基板、画素アレイを有する下部基板、及び前記上部基板と前記下部基板の間に配置された液晶層を備える液晶表示装置であって、前記画素アレイは、少なくとも１つの第１の画素電極、少なくとも１つの第２の画素電極及び複数のスイッチ素子を有し、前記第１の画素電極は、複数の画素領域を有する基板上に配置され、少なくとも２つの第１のサブ画素電極を有し、該第１のサブ画素電極は、前記画素領域が共有する一角の２つの前記画素領域上に配置され、前記第１のサブ画素電極の隣り合う対角が接続されて前記第１の画素電極が構成され、前記第２の画素電極は、少なくとも２つの第２のサブ画素電極を有し、該第２のサブ画素電極は、前記画素領域が共有する一角の２つの前記画素領域上に配置され、前記第２のサブ画素電極の隣り合う対角が互いに接続されて前記第２の画素電極が構成され、前記第２の画素電極と前記第１の画素電極とは電位極性が反対であり、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極とは交互に配列され、前記画素領域上に、それぞれ少なくとも前記第１のサブ画素電極の１つと前記第２のサブ画素電極の１つとが配置され、前記スイッチ素子は、対応する各画素領域の中にそれぞれ配置され、前記第１の画素電極及び前記第２の画素電極をそれぞれ制御することを特徴とする液晶表示装置に関する。
本発明の一態様は、液晶表示装置であって、前記第１のサブ画素電極及び前記第２のサブ画素電極を配列してパターンの最小重複ユニットを形成し、２つの前記第１のサブ画素電極は、それぞれ平行四辺形の２つの一方の対角上に配置され、２つの前記第２のサブ画素電極は、それぞれ前記平行四辺形の２つの他方の対角上に配置されていることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置及びその画素電極アレイは、画素電極が複数のサブ画素電極に分割されているが、構造上切断されていないため、１つの画素は１つの駆動スイッチ素子だけを使用する。第１の画素電極と第２の画素電極が交互に配列されているため、信号線及び駆動スイッチ素子の数を増やさずに、隣り合う第１の画素電極と第２の画素電極の電位を等しくして電極を反転させるだけで、各画素領域上に極性が反対である少なくとも１つの第１のサブ画素電極と少なくとも１つの第２のサブ画素電極とを形成することができる。
本発明の液晶表示装置は、各画素電極が複数のサブ画素電極に分割され、同一の画素の中にある隣り合うサブ画素電極の極性が反転されている。そして、既存の信号線及びスイッチ素子を使用するため、画素電極の駆動スイッチ素子の数は増やす必要がなく、同一画素の中にある隣り合うサブ画素電極の極性を反転させて液晶表示装置の画面表示の応答時間を短縮させることができる。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による液晶表示装置の画素アレイを示す平面図である。図１に示すように、画素アレイ１００は、２つのサブ画素電極１１０ａ、１１０ｂを含む画素電極１１０から構成される。サブ画素電極１１０ａ、１１０ｂは、隣り合う２つの画素領域１２０上にそれぞれ配置され、サブ画素電極１１０ａとサブ画素電極１１０ｂの間が連結領域１１０ｃにより接続されている。同様に、画素電極１１５は、２つのサブ画素電極１１５ａ、１１５ｂを含み、これらサブ画素電極１１５ａ、１１５ｂは、それぞれ隣り合う２つの画素領域１２０上に配置され、サブ画素電極１１５ａとサブ画素電極１１５ｂの間が連結領域１１５ｃにより接続されている。
上述の画素領域１２０は、走査線１３０とデータ線１４０との交差により画定された領域である。その上、各画素領域１２０の隅にはスイッチ素子１５０が１つ配置されている。本実施形態のスイッチ素子１５０は薄膜トランジスタであり、そのゲート、ソース及びドレインは、それぞれ走査線１３０、データ線１４０により、サブ画素電極１１０ｂ又はサブ画素電極１１５ｂに接続されている。
上述のように、図１に示す画素電極１１０、１１５は、スイッチ素子基板上で交互に配置されており、隣り合う画素電極１１０、１１５の極性を反対にして、同一の画素領域１２０上に、正負極が反対の２つのサブ画素電極１１５ａ、１１０ｂが設けられている。サブ画素電極１１５ａ、１１０ｂは、２つの異なる画素電極１１５、１１０に属するが、画素電極１１０又は画素電極１１５の２つのサブ画素電極１１０ａ、１１０ｂ又はサブ画素電極１１５ａ、１１５ｂが互いに接続されているため、１つの画素電極１１０又は画素電極１１５に、１つのスイッチ素子１５０を配置するだけで画素電極１１０、１１５を駆動させることができる。なお隣り合う画素電極１１０、１１５の極性を反転させる方法は、従来のドット反転（dot inversion）駆動などの適当な方法でもよい。
（第２実施形態）
図２は、第１実施形態の変形態様である第２実施形態による液晶表示装置の画素アレイを示す平面図である。図２に示すように、画素アレイ２００は、３つのサブ画素電極２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃに分割された画素電極２１０から構成される。サブ画素電極２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、隣り合う２つの画素領域２２０上に配置され、サブ画素電極２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの間は切断された状態でなく、連結領域２１０ｄ、２１０ｅにより接続された状態である。同様に、画素電極２１５は、３つのサブ画素電極２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃに分割され、これらサブ画素電極２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃは、隣り合う２つの画素領域２２０上に配置され、サブ画素電極２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃの間は切断された状態でなく、連結領域２１５ｄ、２１５ｅにより接続された状態である。
上述の画素領域２２０は、走査線２３０とデータ線２４０との交差により画定された領域である。その上、各画素領域２２０の隅にはスイッチ素子２５０が１つ配置されている。本実施形態のスイッチ素子２５０は薄膜トランジスタであり、そのゲート、ソース及びドレインは、それぞれ走査線２３０、データ線２４０により、サブ画素電極２１０ｃ又はサブ画素電極２１５ｃに接続されている。
上述したように、図２に示す画素電極２１０、２１５は、スイッチ素子基板上に交互に配置されて隣り合う画素電極２１０、２１５の極性が反転され、同一の画素領域２２０上に、正負極が反対の３つのサブ画素電極２１０ａ、２１５ｂ、２１０ｃが設けられる。サブ画素電極２１０ａ、２１５ｂ、２１０ｃは、２つの異なる画素電極２１０、２１５に属するが、画素電極２１０又は画素電極２１５のサブ画素電極２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ又はサブ画素電極２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃの間が接続されているため、１つの画素電極２１０又は画素電極２１５には、スイッチ素子２５０を１つだけ配置すれば十分である。隣り合う画素電極２１０、２１５の極性を反転させる方法は、従来のドット反転（dot inversion）駆動などの適当な方法でもよい。
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態による液晶表示装置の画素アレイを示す平面図である。図３に示すように、画素アレイ３００は、２つのサブ画素電極３１０ａ、３１０ｂに分割された画素電極３１０から構成される。第１実施形態及び第２実施形態と異なり、第３実施形態のサブ画素電極は、形状が四角形でなく三角形であり、サブ画素電極３１０ａ、３１０ｂがそれぞれ共有する一角である２つの画素領域３２０上に配置されている。サブ画素電極３１０ａとサブ画素電極３１０ｂとの間は、切断された状態でなく、連結領域３１０ｃにより接続された状態である。同様に、画素電極３１５は、２つのサブ画素電極３１５ａ、３１５ｂに分割されている。これらサブ画素電極３１５ａ、３１５ｂは、それぞれ共有する一角である２つの画素領域３２０上に配置され、サブ画素電極３１５ａとサブ画素電極３１５ｂの間は、切断された状態でなく、連結領域３１５ｃにより接続された状態である。
上述の画素領域３２０は、走査線３３０とデータ線３４０との交差により画定された領域である。その上、各画素領域３２０の隅には１つのスイッチ素子３５０が配置されている。本実施形態のスイッチ素子３５０は薄膜トランジスタであり、そのゲート、ソース及びドレインは、それぞれ走査線３３０、データ線３４０により、サブ画素電極３１０ａ又はサブ画素電極３１５ａに接続されている。
上述したように、図３に示す画素電極３１０、３１５は、スイッチ素子基板上に交互に配置されてから、画素電極３１０、３１５の極性を反転させるだけで、同一の画素領域３２０上に、正負極が反対の２つのサブ画素領域３１０ｂ、３１５ａ又はサブ画素領域３１５ｂ、３１０ａを配置させることができる。同様にサブ画素電極３１０ｂ、３１５ａ又はサブ画素電極３１５ｂ、３１０ａは、２つの異なる画素電極３１０、３１５に属するが、画素電極３１０又は画素電極３１５の２つのサブ画素電極３１０ａ、３１０ｂ又はサブ画素電極３１５ａ、３１５ｂの間が互いに接続された状態であるため、１つの画素電極（３１０又は３１５）にはスイッチ素子３５０を１つ配置するだけで十分である。隣り合う画素電極３１０、３１５の極性を反転させる方法は、従来のドット反転（dot inversion）駆動などの適当な方法で行ってもよい。
上述の画素アレイ構造は、平面表示装置（例えば液晶表示装置）に適用することができる。図４は、一般の液晶表示装置を示す断面図である。図４に示すように、液晶表示装置４００は、下部基板４１０、上部基板４２０、及びそれらの間に配置された液晶層４３０を備える。液晶表示装置４００の下部基板４１０及び上部基板４２０には、様々な態様がある。その第１の態様は、下部基板４１０が制御回路基板であり、上部基板４２０がカラーフィルタ板である態様である。第２の態様は、下部基板４１０上に制御回路及びカラーフィルタ層が配置され、上部基板４２０が１層の共通電極だけを有する態様である。この場合、制御回路とカラーフィルタ層との上下関係により、ＣＯＡ（color filter on array）構造とＡＯＣ（array on color filter）構造の二種類がある。上述の液晶表示装置の様々な態様は、当該施術を熟知する者であれば分かるため、ここでは詳しく述べず、図４でも省略されている。
上述したことから分かるように、本発明の液晶表示装置の画素アレイは、画素電極が複数のサブ画素電極に分割されているが、その構造は切断されていないため、１つの画素は１つの駆動スイッチ素子だけを使用することができる。また、極性が異なる画素電極が交互に配列されているため、信号線及び駆動スイッチ素子を増やさずに、各画素領域上に極性が反対である少なくとも２つのサブ画素電極を配置させることができる。
当該施術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本出願による特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
本発明の第１実施形態による液晶表示装置の画素アレイを示す平面図である。 本発明の第２実施形態による液晶表示装置の画素アレイを示す平面図である。 本発明の第３実施形態による液晶表示装置の画素アレイを示す平面図である。 一般の液晶表示装置を示す断面図である。
符号の説明
１００ 画素アレイ
２００ 画素アレイ
３００ 画素アレイ
１１０ 画素電極
２１０ 画素電極
３１０ 画素電極
１１５ 画素電極
２１５ 画素電極
３１５ 画素電極
１１０ａ サブ画素電極
１１０ｂ サブ画素電極
１１０ｃ 連結領域
１１５ａ サブ画素電極
１１５ｂ サブ画素電極
１１５ｃ 連結領域
１２０ 画素領域
２２０ 画素領域
３２０ 画素領域
１３０ 走査線
２３０ 走査線
３３０ 走査線
１４０ データ線
２４０ データ線
３４０ データ線
１５０ スイッチ素子
２５０ スイッチ素子
３５０ スイッチ素子
２１０ａ サブ画素電極
２１０ｂ サブ画素電極
２１０ｃ サブ画素電極
２１０ｄ 連結領域
２１０ｅ 連結領域
２１５ａ サブ画素電極
２１５ｂ サブ画素電極
２１５ｃ サブ画素電極
２１５ｄ 連結領域
２１５ｅ 連結領域
３１０ａ サブ画素電極
３１０ｂ サブ画素電極
３１０ｃ 連結領域
３１５ａ サブ画素電極
３１５ｂ サブ画素電極
３１５ｃ 連結領域
４００ 液晶表示装置
４１０ 下部基板
４２０ 上部基板
４３０ 液晶層

Claims (4)

  1. 上部基板、画素アレイを有する下部基板、及び前記上部基板と前記下部基板の間に配置された液晶層を備える液晶表示装置であって、
    前記画素アレイは、少なくとも１つの第１の画素電極、少なくとも１つの第２の画素電極及び複数のスイッチ素子を有し、
    前記第１の画素電極は、複数の画素領域の基板上に配置され、少なくとも２つの第１のサブ画素電極を有し、該第１のサブ画素電極は、隣り合う前記画素領域上にそれぞれ配置され、前記第１のサブ画素電極の隣り合う対角が接続されて前記第１の画素電極が構成され、
    前記第２の画素電極は、少なくとも２つの第２のサブ画素電極を有し、該第２のサブ画素電極は、隣り合う前記画素領域上にそれぞれ配置され、前記第２のサブ画素電極の隣り合う対角が接続されて前記第２の画素電極が構成され、
    前記第２の画素電極と前記第１の画素電極とは電位極性が反対で、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極とが交互に配列され、前記画素領域上に、それぞれ少なくとも前記第１のサブ画素電極の１つと前記第２のサブ画素電極の１つとが配置され、
    前記スイッチ素子は、対応する各画素領域の中にそれぞれ配置され、前記第１の画素電極及び前記第２の画素電極をそれぞれ制御することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第１のサブ画素電極及び前記第２のサブ画素電極を配列してパターンの最小重複ユニットを形成し、２つの前記第１のサブ画素電極は、それぞれ平行四辺形の２つの一方の対角上に配置され、２つの前記第２のサブ画素電極は、それぞれ前記平行四辺形の２つの他方の対角上に配置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。
  3. 上部基板、画素アレイを有する下部基板、及び前記上部基板と前記下部基板の間に配置された液晶層を備える液晶表示装置であって、
    前記画素アレイは、少なくとも１つの第１の画素電極、少なくとも１つの第２の画素電極及び複数のスイッチ素子を有し、
    前記第１の画素電極は、複数の画素領域を有する基板上に配置され、少なくとも２つの第１のサブ画素電極を有し、該第１のサブ画素電極は、前記画素領域が共有する一角の２つの前記画素領域上に配置され、前記第１のサブ画素電極の隣り合う対角が接続されて前記第１の画素電極が構成され、
    前記第２の画素電極は、少なくとも２つの第２のサブ画素電極を有し、該第２のサブ画素電極は、前記画素領域が共有する一角の２つの前記画素領域上に配置され、前記第２のサブ画素電極の隣り合う対角が互いに接続されて前記第２の画素電極が構成され、
    前記第２の画素電極と前記第１の画素電極とは電位極性が反対であり、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極とは交互に配列され、前記画素領域上に、それぞれ少なくとも前記第１のサブ画素電極の１つと前記第２のサブ画素電極の１つとが配置され、
    前記スイッチ素子は、対応する各画素領域の中にそれぞれ配置され、前記第１の画素電極及び前記第２の画素電極をそれぞれ制御することを特徴とする液晶表示装置。
  4. 前記第１のサブ画素電極及び前記第２のサブ画素電極を配列してパターンの最小重複ユニットを形成し、２つの前記第１のサブ画素電極は、それぞれ平行四辺形の２つの一方の対角上に配置され、２つの前記第２のサブ画素電極は、それぞれ前記平行四辺形の２つの他方の対角上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
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