JPH08160455A

JPH08160455A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08160455A
Application number: JP6299595A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kumakawa; 克彦熊川; Mitsuhiro Uno; 光宏宇野; Yoneji Takubo; 米治田窪
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】視野角特性が良好で、明るく、かつ生産性の
良い液晶表示装置を提供する。【構成】画素電極およびＴＦＴ１等を形成した下側基
板と共通電極等を形成した上側基板との間にＴＮ型の液
晶層を挟持し、上下基板の両外側に偏光軸が直交する一
対の偏光板を配置した液晶表示装置であって、画素電極
を副画素電極２，３に分割し、第１の副画素電極２と第
２の副画素電極３の一部を覆うように絶縁膜を介して制
御容量電極４を形成し、２つの副画素電極２，３をコン
デンサにより結合している。上側基板の内側に遮光層５
を形成し、ＴＦＴ１部分や、副画素電極２，３と走査・
信号電極線６・７との間隙部などからのもれ光を遮断し
ているが、２つの副画素電極２，３の間隙部に対応する
遮光層は形成していないため、白表示時の輝度を向上で
きる。副画素電極２，３の間隙を液晶層の厚みの２倍以
下とすることにより、副画素電極２，３の間隙によるも
れ光は発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パーソナル，コンピ
ュータやワードプロセッサなどの情報機器の表示端末
や、テレビやビデオ，モニターなどの映像機器に用いら
れる液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置はＣＲＴにかわるフ
ラットディスプレイとして情報機器端末や映像表示装置
として広く応用されるようになっている。なかでも各画
素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transisto
r）や２端子型非線形素子などのスイッチング素子を設
けたいわゆるアクティブマトリクス型液晶表示装置は、
高画質表示を得ることができるため、その需要は急速に
増大してきている。

【０００３】アクティブマトリクス型において通常用い
られる表示モードは、ツイステッドネマティック型（Ｔ
Ｎ型）であるが、このＴＮ型表示にはその動作原理上、
中間調表示を行なった場合に視野角特性が大幅に低下す
るという問題がある。この問題を解決する１つの考え方
として、例えば特開平２−１２号公報（第１の提案例）
に示されるように、１つの画素をいくつかの副画素に分
割し、その全部または一部に制御容量を直列接続するも
のがある。図１１はその基本概念を示す等価回路図で、
図において、１０１，１０２は走査電極線、１０３，１
０４は信号電極線、１０５はＴＦＴ、１０６は共通電極
であり、走査電極線１０１と信号電極線１０３の交点に
ある画素について等価回路が示されている。１つの画素
は３つの副画素に分割されるものとしてある。それぞれ
の副画素の液晶容量はＣ _(LC)1，Ｃ_(LC)2，Ｃ_(LC)3で
あり、制御容量Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃が各々の液晶容量に直
列接続されている。この液晶表示装置において、走査電
極線１０１に選択信号を与えてトランジスタ１０５をオ
ン状態にし、信号電極線１０３より電圧Ｖを供給する
と、それぞれの副画素の液晶層に実際にかかる電圧は、
液晶層の容量Ｃ_(LC)iと制御容量Ｃ_iの比（ｉ＝１，
２，３）によって定まる値となる。したがって、１つの
画素を動作電圧レベルの異なるいくつかの副画素に分割
し、これらの平均特性で表示を行なうことになるので、
視野角特性を改善することができる。

【０００４】副画素の具体的な構成としては、上記公報
に、分割された副画素電極と制御容量電極を用いるもの
が開示されている。図１２はその要点を示す断面図で、
図において、１１３は３つに分割された副画素電極であ
り、制御容量電極１１５との間に絶縁膜１１４を挟んで
制御容量を形成している。制御容量の値は、制御容量電
極１１５の面積を副画素ごとに変えることにより所望の
値に設定される。制御容量電極１１５は端子１１６を介
してＴＦＴのドレイン電極に接続される。１１２は液晶
層であり、各々の副画素電極１１３と共通電極１１１の
間で液晶容量が形成されている。同公報にはこの構成の
他にも、画素電極は分割せずに、画素電極と液晶層の間
に膜厚あるいは誘電率の異なる絶縁膜を副画素に対応し
て形成し、これを制御容量として用いる技術が開示され
ているが、この構成は、制御容量のコンデンサとしての
面積が副画素面積により規定されているため、制御容量
の値を所望の値に設定することは現実的には難しく、設
計自由度が高い画素電極を分割する図１２の構成のもの
がより有望視されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、副画素
形成のために画素電極を分割した液晶表示装置は、画素
分割を行わない場合に比べて、副画素間の間隙部など電
極のない部分が増加するため開口率が低下し明るさが劣
ったり、間隙部からの光もれのためコントラストが低下
するなどの課題が発生していた。

【０００６】この課題を解決するために、特開平４−３
４８３２４号公報（第２の提案例）では、図１３に要部
を示すように、下側基板１２７において、絶縁膜１２５
の下にある制御容量電極１２６を透光性導電膜で形成
し、かつ、これを４つの副画素１２４の間隙部にも形成
している。上側基板１２１には共通電極１２２が形成さ
れ、両基板間には液晶層１２３が挟持される。この構成
は、制御容量電極１２６と共通電極１２２の間にかかる
電圧で間隙部の液晶１２３を動作させて上記課題を解決
するものであるが、従来のＴＦＴ液晶表示装置に比べ
て、制御容量電極１２６としての透光性導電膜を新たに
形成する必要があり、生産性に劣るという欠点がある。

【０００７】また、特開平５−２８９１０８号公報（第
３の提案例）では、図１４に基板平面図を示すように、
制御容量電極１３５にクロムなどの遮光性の電極を用
い、これで副画素電極１３３と１３４の間隙部や副画素
の周辺部を覆う構成がとられている。１３１は走査電極
線、１３２は信号電極線である。この構成は、ＴＦＴ部
の遮光部１３６に用いるクロム膜の作製工程で制御容量
電極１３５を同時に形成することができるので、薄膜形
成プロセスの増加はなく、また副画素電極１３３と１３
４の間隙部からの光もれがないためコントラストも良好
であるが、副画素電極１３３と１３４の間隙部の光が完
全に遮断されるため表示の明るさは低下する。

【０００８】さらに、上記の図１３，図１４に示す２つ
の構成においては、副画素電極のいくつかの辺あるいは
全周囲に制御容量を形成しているので画素電極との重な
り部の長さが長くなる。このため、所定の制御容量値を
得るためには、画素電極との重なり幅を小さくするか、
あるいは絶縁膜の膜厚を厚くする必要があるが、前者は
重なり幅に対する設計マージンや製造マージンの低下を
招く。また後者を採用した場合には、絶縁膜形成のプロ
セス時間が長くなったり、制御容量用の絶縁膜を他と兼
用することができなくなるなどの弊害が生じてくる。

【０００９】この発明の目的は、このような従来の液晶
表示装置における課題を解決し、視野角特性が良好で、
明るく、生産性の良い液晶表示装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液晶表示
装置は、対向配置した一対の基板間に略９０度のねじれ
角で配列した液晶層を挟持し、一対の基板の両外側に互
いに偏光軸が略直交するように一対の偏光板を配置し、
一対の基板のうち一方の基板に複数のスイッチング素子
とこれに接続される配線電極および画素電極とを有した
液晶表示装置であって、画素電極を複数の副画素電極に
分割し、複数の副画素電極のうち少なくとも一つは制御
容量を介してスイッチング素子に電気的に接続し、副画
素電極間の間隙を液晶層の厚みの２倍以下としたことを
特徴とする。

【００１１】請求項２記載の液晶表示装置は、請求項１
記載の液晶表示装置において、一対の基板のうちどちら
かの基板上に、画素領域を除く領域に遮光層を設けてい
る。請求項３記載の液晶表示装置は、請求項１または２
記載の液晶表示装置において、制御容量の値と制御容量
に接続されている副画素のオン状態での液晶容量の値の
和に対する制御容量の値の占める割合を４０パーセント
以上、かつ８０パーセント以下としている。

【００１２】請求項４記載の液晶表示装置は、請求項
１，２または３記載の液晶表示装置において、スイッチ
ング素子として薄膜トランジスタを用いている。請求項
５記載の液晶表示装置は、請求項１または２記載の液晶
表示装置において、制御容量の値と制御容量に接続され
ている副画素のオン状態での液晶容量の値の和に対する
制御容量の値の占める割合を５０パーセント以上、かつ
８０パーセント以下としている。

【００１３】請求項６記載の液晶表示装置は、請求項１
または２記載の液晶表示装置において、スイッチング素
子として２端子型の非線形素子を用いている。

【００１４】

【作用】この発明の構成によれば、画素電極を複数の副
画素電極に分割し、各画素を特性の異なる副画素に分割
しているため画素分割を行わないものに比べて視野角特
性が向上する。また、副画素電極間の間隙を液晶層の厚
みの２倍以下としたことにより、副画素電極間の間隙に
対応する遮光層を設けなくても副画素の間隙部からの光
もれが無くなる。副画素電極間の間隙に対応する遮光層
を設けず、かつ、ノーマリーホワイト表示を行なってい
るため、白表示時には画素分割を行わない場合と比べて
実質的に開口率の低下がなく、従来の画素分割構成に比
べて表示輝度を大幅に向上させることができる。また、
従来のように副画素電極間の間隙に対応する遮光層など
の形成にともなう設計マージン，製造マージンの低下や
プロセスの増加もない。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例の液晶表示装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。（第１の実施例）図１は、この発明の第１の実施例にお
ける液晶表示装置の構成を示す平面図である。この図１
は１つの画素とその周辺部分の構成を示している。図２
は図１のＡ−Ａ’部の、図３は図１のＢ−Ｂ’部の断面
構成を示すものである。図２と図３では制御容量部の有
無が異なっている。

【００１６】まず、下側の基板１０の上にある構成要素
について説明すると、図において、１は薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）であり、配線電極の走査電極線６と信号電
極線７の交点に配置され、スイッチング素子として作用
している。２はインジウムとスズの酸化物（ＩＴＯ）な
どの透明導電膜からなる第１の副画素電極で、図示され
ていないが、たとえばコンタクトホールによりＴＦＴ１
のドレイン電極と電気的に接続されている。３は同様の
透明導電膜からなる第２の副画素電極であり、第１の副
画素電極２と第２の副画素電極３の一部を覆うように、
絶縁膜８と制御容量電極４がこの順に積層されている。
この結果、２つの副画素電極２，３はこの部分に形成さ
れるコンデンサ（制御容量）により結合される。この構
成では制御容量は２つの直列接続されたコンデンサの合
成容量により構成されることになる。図１で制御容量の
形成位置が左右にずれたとしても、これが副画素上にあ
る限り容量値に変化はない。上下にずれた場合には、２
つの容量の片方が増加し他方は減少するので、合成容量
としての制御容量値の変化は小さい。したがって、この
実施例の制御容量構成は、設計マージンや製造マージン
に優れている。

【００１７】一方、上側の基板１１には共通電極１２が
形成されており、これと上記の２つの副画素電極２，３
の間にかかる電圧により、液晶層９が動作する。液晶層
９は上下基板間でほぼ９０度ねじれた構造を持つＴＮ型
である。上側基板１１の内側には、さらに遮光層５が所
定の形状で形成され、ＴＦＴ１およびその周辺や、第１
の副画素電極２と走査電極線６，信号電極線７との間隙
部や、第２の副画素電極３と上記の電極線６，７の間隙
部などからのもれ光を遮断しているが、２つの副画素電
極２，３の間隙部に対応する遮光層は形成されていな
い。

【００１８】１３と１４は偏光板であり、上下の基板１
０，１１の外側に、互いの偏光軸がほぼ直交するように
配置されている。この構成により、液晶層９への電圧印
加がない場合に白表示となる、いわゆるノーマリーホワ
イト表示を得ることができる。液晶層９との関係におい
ては、偏光板１３の偏光軸を下側基板１０の界面での液
晶分子配列方向にほぼ一致させ、偏光板１４の偏光軸を
上側基板１１の界面での液晶分子配列方向にほぼ一致さ
せた場合と、両偏光軸をそれぞれの界面での液晶分子配
列方向にほぼ直交させた場合に、良好な表示特性が得ら
れるが、両者の間に大きな差はなく、これはどちらを選
んでもかまわない。

【００１９】この実施例の液晶表示装置の動作について
次に説明する。走査電極線６にオン信号を印加すると、
そのライン上のＴＦＴ１がオン状態となり、信号電極線
７からの信号電圧が第１の副画素電極２に印加される。
さらに、この信号電圧は、制御容量と、第２の副画素電
極３と共通電極１２間に形成される液晶容量とによって
分圧され、第２の副画素電極３の電位がある値に定ま
る。その後、走査電極線６にオフ信号が与えられている
間はＴＦＴ１がオフ状態となるため、これらの電位が保
持される。各画素にはその表示輝度に応じた信号電圧が
供給される。たとえば、偏光板１３の背後から照明を行
うと、液晶層９には偏光板１３により直線偏光された光
が入射する。信号電圧がゼロの場合には液晶層９のねじ
れ構造に応じて偏光はその偏光面を９０゜回転させても
う一方の偏光板１４に到達する。ノーマリーホワイト表
示を行なっているので、この時の表示は白である。副画
素電極２，３の中央部では、液晶層９の中の電界は基板
に垂直な成分のみであるので、信号電圧が増加するにつ
れて液晶分子は副画素電極２，３と共通電極１２の間に
発生する電界の方向に徐々に整列し、液晶層９のねじれ
構造が失われていくため、表示輝度は徐々に低下してい
く。

【００２０】一方、副画素電極２，３の周辺部分を考え
ると、副画素電極２，３は、表示に応じて±数ボルト程
度に充電されており、走査電極線６の電位はＴＦＴ１の
オン・オフに応じて２０ボルト程度の振幅をもつ。この
ため、副画素電極２，３と走査電極線６の間には瞬間的
に十数ボルトあるいはそれ以上の電圧が発生する。ま
た、信号電極線７には画素充電のため±数ボルトの電圧
が信号に応じてかかっている。画素に充電されている電
圧とこの信号電圧が逆極性の場合には、最大で十ボルト
程度の電圧が副画素電極２，３と信号電極線７の間に発
生する。これらの電圧は基板面内方向にかかっており、
また副画素電極２，３と共通電極１２の間にかかる電圧
に比べて大きい。このため、副画素電極２，３の周辺部
分では、液晶分子が立ち上がる方向が場所によって不揃
いとなるため、配向異常やディスクリネーションと呼ば
れる液晶配向の不連続が生じ、これによりもれ光が発生
する。遮光層５はこのもれ光を遮断し、良好なコントラ
ストを保つために形成されている。

【００２１】次に、第１の副画素電極２と第２の副画素
電極３の間隙部について考える。第２の副画素電極３の
電圧は、上記のように第１の副画素電極２の電圧を分圧
したものであり、両者は必ず同極性である。例えば、信
号電圧のうち６０％が第２の副画素電極３に印加される
条件で、液晶の飽和電圧が６ボルトの場合に十分な黒表
示を行うには、信号電圧を１０ボルトとし、第１の副画
素電極２への印加電圧を１０ボルト、第２の副画素電極
３への印加電圧を６ボルトとする必要がある。したがっ
て、第１の副画素電極２と第２の副画素電極３の間に生
じる電位差は最大でも４ボルトであり、これは副画素電
極２，３と電極線６，７の間に発生する電圧に比べて非
常に小さく、第２の副画素電極３と共通電極１２の間に
印加されている電圧に比べてもやや小さい。すなわち、
副画素電極２，３間では基板面内方向の電界発生が弱い
ことがわかる。

【００２２】上記の特性に着目して、副画素電極２，３
の間隙部の幅、および第２の副画素電極３への信号電圧
の分圧比を変化させて、副画素電極２，３の間隙部とそ
の周辺からの光もれの発生について検討したところ、図
４の実験結果を得た。副画素電極２，３の間隙部の幅は
液晶層９の厚みによって規格化されている。液晶は印加
電圧によりその容量が変わるが、上記の分圧比は信号電
圧が高く液晶がオン状態にある時の容量を用いて定義さ
れている。分圧比が１０％以下の領域は、第２の副画素
を動作させるために必要な信号電圧が高くなりすぎるの
で検討を行なっていない。副画素電極２，３の間隙部の
幅が液晶層９の厚みに比べて狭く、第２の副画素への信
号電圧の分圧比が高い場合に光もれが生じにくいことが
わかる。

【００２３】副画素電極２，３の間隙が狭い方が良好な
特性を与える理由としては、次の二つのものが考えられ
る。第１の理由は、副画素部分からの電界のしみ出しや
副画素部分の液晶分子の動きにつられて間隙部の液晶が
動作するためである。信号電圧が高い場合には、間隙部
のうち画素に近い領域の液晶が上記の効果により動き、
この部分の輝度も暗くなっていくが、副画素電極２，３
の間隙部の幅が狭い場合には、間隙部すべての液晶が信
号電圧に応答するようになり、非常に良好な黒表示を得
ることができる。第２の理由は、副画素電極２，３の間
隙が狭い方が、配向異常やディスクリネーションなどが
発生しにくく、これによる光散乱がないためもれ光が減
少することである。この現象の詳細は明らかではない
が、副画素電極２，３の間隙が狭い場合には、基板面内
方向の電界強度は強くなるもののその広がりが限定さ
れ、配向異常やディスクリネーションに関連の深い液晶
層９の中央部にある液晶分子への影響が減少するためと
考えられる。

【００２４】また、第２の副画素への信号電圧の分圧比
が高い場合に光もれが発生しにくい理由は、副画素電極
２，３の間の電位差が小さくなるためである。図４にお
いて、「非常に良好」と記された領域では、配向異常や
ディスクリネーションによる光もれは全く問題になら
ず、また副画素電極２，３の間隙部の液晶がほとんどす
べて信号電圧に応じて動くので黒表示も非常に良好であ
る。このため、これを隠すための遮光層は全く必要な
い。次に、「良好」と記された領域では、通常の駆動条
件や信号電圧では副画素電極２，３の間隙部は完全には
黒くはならないが、配向異常やディスクリネーションに
よる光もれが副画素の内部にまで侵入することはないの
で、極端に高いコントラストが要求される場合でなけれ
ば副画素電極２，３の間隙部に対応する遮光層がなくて
も実用上十分な表示が行える。「光もれ大」と記された
領域では、光もれが副画素部にまで侵入するため、副画
素電極２，３の間隙部に対応する遮光層がないと良好な
表示を行うことができなかった。

【００２５】副画素電極２，３の間隙部の幅を液晶層９
の厚みの２倍以下にしておけば、電圧分圧比のすべての
範囲で「良好」または「非常に良好」な表示特性を得る
ことができる。後述するように視野角特性の面からは電
圧分圧比を４０〜８０％の範囲に設定することが好まし
く、この場合には、ほぼすべての領域で「非常に良好」
な特性を得ることができる。製造時のマージンを考慮す
ると、副画素電極２，３の間隙部の幅は液晶層の厚みの
１．５倍以下に設定するのがより好ましい。

【００２６】従来では、プロセスマージンや光もれの発
生領域を考えると、遮光層は副画素間の間隙部から各副
画素に数μｍから１０μｍ程度重ねておく必要がある。
このため遮光層の幅は２０〜３０μｍ程度となる。これ
を除くことにより、白表示時にこの部分を透過する光が
利用できるので、この実施例の液晶表示装置の輝度はこ
の分だけ向上する。対角２６ｃｍで６４０×４００ドッ
トの液晶表示装置ではその画素ピッチは３００μｍ程度
であるが、この発明を適用することにより、白表示の輝
度が約１０％向上した。

【００２７】次に、視野角特性について説明する。図５
はこの実施例の液晶表示装置の輝度−信号電圧特性を示
し、図５（ａ）は正面方向から観察した結果を、図５
（ｂ）はたおれ角θが３０゜の方向から観察した結果を
示すものである。この特性は、制御容量と第２の副画素
電極３の上にある液晶容量との比が６対４であり、ま
た、第１の副画素電極２の面積と第２の副画素電極３の
面積との和で示される１画素あたりの有効画素面積のう
ち、第１の副画素電極２が７０％の面積を占める場合の
ものである。容量比は上記のように、液晶がオン状態に
ある場合について定義している。コンデンサの直列接続
では、それぞれのコンデンサへの印加電圧は容量値に反
比例するので、信号電圧のうち６０％の電圧が第２の副
画素電極３に印加されることになる。また、図５には第
１，第２の副画素の輝度−信号電圧特性が併せて示され
ている。たおれ角の方向は、両側の基板界面での液晶分
子配列方向を二等分する方向のなかで、印加電圧を増加
していった場合に、最初に輝度が暗くなる方向に設定し
た。

【００２８】図５（ａ）におけるＢ１〜Ｂ８は、正面方
向で隣接階調間の輝度差が一定となるように８階調表示
を行なった場合の、各階調での輝度レベルを示してい
る。Ｖ１〜Ｖ８はそれぞれの階調に対応する信号電圧で
ある。この信号電圧で階調表示を行ない、これをたおれ
角３０゜の方向から観察すると、図５（ｂ）のＢ１’〜
Ｂ８’の輝度が表示される。各階調間の輝度差は一定で
はないが、階調間での輝度の順序は良好に保たれている
ことがわかる。これは、２つの副画素の特性を合わせた
この実施例の液晶表示装置においては、たおれ角３０゜
の方向からも信号電圧の増加にともなって表示輝度がほ
ぼ単調に減少する特性が得られているからである。

【００２９】副画素単独の特性については、たおれ角３
０゜の特性に信号電圧の増加にともなって表示輝度が増
加する電圧領域が存在するため、同様に考えると、この
方向からは一部の階調で輝度の順序が反転してしまう。
これは、画素を分割しない場合の特性と同様である。こ
のように、各副画素単独の特性は階調反転特性を解消し
ていないが、第２の副画素は、第１の副画素に比べて、
制御容量を介している分だけ信号電圧が高い方に特性が
シフトしている。この電圧シフト量と２つの副画素の面
積比とを変えることにより、全体の表示特性を所望のも
のに設定できる。

【００３０】制御容量による特性のシフト量について
は、第２の副画素電極３に印加される電圧が信号電圧の
４０〜８０％になるようにすれば実用的には良好な視野
角特性が得られるが、さらに好ましくはこの値が５０〜
７０％となるように各容量値を設定するのがよい。より
具体的には、第２の副画素電極３上にある液晶層９がオ
ン状態にある場合の第２の副画素の液晶容量と制御容量
の和を分母とし、制御容量の値を分子とした値が、上記
の範囲内にあるように各容量値を設定すればよい。ま
た、第１の副画素電極２が１画素あたりの有効表示面積
に占める割合は、実用的には６０〜８０％であればよい
が、６５〜７５％の間にあればさらに良好な視野角特性
を得ることができる。

【００３１】（第２の実施例）図６はこの発明の第２の
実施例における液晶表示装置のＴＦＴ基板の平面図、図
７（ａ），（ｂ）はそれぞれ図６のＡ−Ａ’部，Ｂ−
Ｂ’部における断面図である。以下の説明において、第
１の実施例と共通の機能を有する部分には同一符号を付
して説明を省略する。

【００３２】この実施例は、第１の副画素の液晶容量と
並列に付加容量２２を形成し、画素電位の保持能力を高
めたものである。図６において、走査電極線６の上に形
成された半導体層２４上に信号電極線７とドレイン電極
２５が向きあって配置されて逆スタガー型のＴＦＴ１が
構成されている。ドレイン電極２５はコンタクトホール
２６により第１の副画素電極２に接続されている。２３
は第１の副画素電極２と制御容量電極４ａをつなぐコン
タクトホールである。制御容量電極４ａは、第２の副画
素電極３との間に制御容量２１を形成するとともに、前
段の走査電極線６との間に付加容量２２を形成してい
る。

【００３３】このＴＦＴ基板は次のようにして作製され
た。まず、下側基板１０の上にＩＴＯなどからなる透明
電極膜を形成し、所定のパターンにエッチングして副画
素電極２，３を得る。次に、第１の絶縁膜２７として、
例えば酸化シリコン膜を堆積させる。その後、クロムな
どの金属で走査電極線６を形成し、その上にＴＦＴ１の
ゲート絶縁膜として作用する第２の絶縁膜２８を、例え
ば窒化シリコン膜を用いて形成する。次に、ＴＦＴ１の
半導体層２４として作用するアモルファスシリコンを所
定のパターンに形成する。第１，第２の絶縁膜２７，２
８に、コンタクトホール２３，２６を開けた後、アルミ
ニウムなどの金属により、信号電極線７、ドレイン電極
２５、制御容量電極４ａを所定のパターンに形成する。
この結果、制御容量電極４ａと第２の副画素電極３との
重なり部には、第１の絶縁膜２７と第２の絶縁膜２８を
介して制御容量２１が形成される。また、制御容量電極
４ａと走査電極線６との重なり部には、第２の絶縁膜２
８を介して付加容量２２が形成される。

【００３４】以上のように、この実施例においては、Ｔ
ＦＴ１を形成するプロセスで作製された絶縁膜や金属を
制御容量２１を構成する絶縁膜や電極の形成に用いてい
るため、画素を２つの副画素に分割したことに伴うプロ
セスの増加はない。このようにして作製されたＴＦＴ基
板を対向基板と組合せ、その間に液晶層を挟持すること
により、液晶表示装置が作製される。

【００３５】この実施例の液晶表示装置全体の断面は図
３に示すものとほぼ同様で、ＴＦＴ基板と対向する基板
１１に共通電極１２と遮光層５が形成されている。図８
は、ＴＦＴ基板とそれに対向する基板の配置関係を示す
平面図である。図８においては、図面の簡単化のためＴ
ＦＴ基板側の制御容量電極４ａとその周辺部については
記載を省略している。

【００３６】第１の実施例同様、ＴＦＴ１とその周辺、
第１の副画素電極２と走査電極線６，信号電極線７との
間、および第２の副画素電極３と両電極線６，７との間
に対応する対向基板上には遮光層５が設けられ、この部
分からのもれ光を遮断しているが、第１の副画素電極２
と第２の副画素電極３との間に対応する領域には、遮光
層は設けられていない。この実施例では、図６に示すよ
うに前段の走査電極６に付加容量２２を形成しているの
で、第１の副画素電極２が左上の方に延びた形状をして
おり、第１の実施例に比べて、第１の副画素電極２と第
２の副画素電極３の間隙部が長くなっている。このよう
な構成では、副画素電極２，３の間隙部に遮光層を設け
ないこの発明の構成は表示輝度の向上に特に有効であ
る。この実施例では図８に示すように、画素中央部に加
えて画素左上にある副画素電極２，３の間隙部にも遮光
層が形成されていないので、この部分にも遮光層を形成
した場合に比べて白表示輝度が約１４％向上した。

【００３７】この実施例では制御容量２１が単一のコン
デンサで形成されている点が、第１の実施例とは異なる
が、基本的な動作は第１の実施例と同様である。副画素
電極２，３の間隙部からの光もれがなく良好なコントラ
ストの表示を行うために、副画素電極２，３の間隙部の
幅と第２の副画素電極３への電圧分圧比に要求される条
件は、図４に示すものと同様であった。この実施例にお
いても第１の実施例と同様に、副画素電極２，３の間隙
部の幅は液晶層の厚みの２倍以下、より好ましくは１．
５倍以下に設定するのがよい。第２の副画素への電圧分
圧比は、第１の実施例と同じく、オン状態にある第２の
副画素の液晶容量と制御容量の値により定義されてい
る。

【００３８】次に、この実施例の液晶表示装置の視野角
特性について説明する。この実施例において、第２の副
画素電極３への電圧分圧比が６０％であり、第１の副画
素電極２の面積と第２の副画素電極３との面積の和で示
される１画素あたりの有効画素面積のうち、第１の副画
素電極２が７０％の面積を占めるように設計した液晶表
示装置では、その視野角特性は図５に示す第１の実施例
のものとほとんど同一であった。これらの設計パラメー
タについては、第１の実施例と同様に、第２の副画素電
極３上の液晶層に印加される電圧が信号電圧の４０〜８
０％になるようにすれば実用的には良好な視野角特性が
得られるが、さらに好ましくはこの値が５０〜７０％と
なるように各容量値を設定するのがよい。また、第１の
副画素電極２が１画素あたりの有効表示面積に占める割
合は、実用的には６０〜８０％であればよいが、６５〜
７５％の間にあればさらに良好な視野角特性を得ること
ができる。

【００３９】（第３の実施例）図９はこの発明の第３の
実施例における液晶表示装置の構成を示す平面図、図１
０（ａ），（ｂ）はそれぞれ図９のＡ−Ａ’部，Ｂ−
Ｂ’部における断面図である。以下の説明において、上
記の実施例と共通の機能を有する部分には同一符号を付
して説明を省略する。

【００４０】この実施例はスイッチング素子として、金
属−絶縁体−金属の積層構造からなり非線形の電流−電
圧特性を示す２端子型の非線形素子（ＭＩＭ素子：Ｍｅ
ｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ素子）を用い
たものである。ＭＩＭ素子３１は信号電極線７と電極３
２の間に絶縁体３３を挟んだ構造により形成されてい
る。例えば、信号電極線７をタンタルを用いて形成し、
その表面を陽極酸化することにより酸化タンタルよりな
る絶縁体３３をその表面に形成し、クロムを用いて所定
形状の電極３２をその上に形成すれば、この構造を容易
に作製することができる。電極３２は第１の副画素電極
２に接続されている。

【００４１】この実施例においては、上側基板１１に形
成されたＩＴＯなどの透明導電膜をストライプ状に加工
することにより走査電極線６ａが形成され、これと副画
素電極２，３との間の電界により液晶層９が動作する。
遮光層５は上側基板１１に形成されており、ＭＩＭ素子
３１とその周辺、副画素電極２，３と信号電極線７との
間隙部、および走査電極線６ａの間隙部からのもれ光を
遮断しているが、第１の副画素電極２と第２の副画素電
極３との間隙部にはこの遮光層５は形成されていない。

【００４２】この実施例においても第１の実施例と同様
に、制御容量は２つの直列接続されたコンデンサの合成
容量により構成されており、設計マージンや製造マージ
ンに優れた構成となっている。制御容量電極４は、ＭＩ
Ｍ素子３１の電極３２と同時に形成することができる。
図１０には示されていないが、この実施例においても第
１の実施例と同様に２枚の偏光板が上下の基板１０，１
１の外側に互いに偏光軸を直交させて配置され、液晶層
９はねじれ角が約９０゜のＴＮ型であり、ノーマリーホ
ワイト表示を行なっている。

【００４３】この液晶表示装置の動作を説明する。走査
電極線６ａに正の走査電圧が印加されると、これが液晶
容量を通じて第１の副画素電極２の電位を引き上げる。
この結果、ＭＩＭ素子３１の両端にその電流−電圧特性
のしきい値を越える電圧が印加されるようになってＭＩ
Ｍ素子３１が導通し、ＭＩＭ素子３１両端の電圧がしき
い値以下となるまで、信号電極線７からの電流が電極３
２を通じて第１の副画素電極３を充電する。このとき、
第２の副画素電極３の電位は制御容量とこの副画素の液
晶容量で分圧されたものとなる。制御容量は、第１の実
施例と同じく直列接続された２つのコンデンサにより形
成されている。次のラインが走査されると、この走査電
極線６ａの電位はゼロとなる。この電圧の変化が各副画
素の液晶容量を通じて副画素電極２，３の電位を下げ、
各電位は所定の値に落ち着く。走査電極線６ａに走査信
号が印加されていない場合には、ＭＩＭ素子３１の両端
にかかる電圧が低く素子はオフ状態となるので、各副画
素の電位は保持される。走査信号が負となる場合でも動
作はまったく同じである。なお、走査電極と信号電極を
入れ換えて駆動を行なっても、同様の原理によりほぼ同
等の表示特性を得ることができる。

【００４４】この実施例においても、２つの副画素電極
２，３の間にかかる電圧は、上記２つの実施例と同様に
数ボルト程度と低いので、副画素電極２，３の間隙部に
遮光層５を形成しなくても良好なコントラストの表示を
行うことができる。これにより、この部分に遮光層を形
成した場合に比べて白表示輝度が約１０％向上した。副
画素電極２，３の間隙部からの光もれがなく良好コント
ラストの表示を行うために、副画素電極２，３の間隙部
の幅と第２の副画素電極３への電圧分圧比に要求される
条件は、図４に示すものと同様であった。この実施例に
おいても第１の実施例と同様に、副画素電極２，３の間
隙部の幅は液晶層９の厚みの２倍以下、より好ましくは
１．５倍以下に設定するのがよい。第２の副画素電極３
への電圧分圧比は、第１の実施例と同じく、オン状態に
ある第２の副画素の液晶容量と制御容量の値により定義
されている。

【００４５】ノーマリーホワイト型の液晶表示装置にお
いて良好な黒表示を得るためには、液晶層９にかかる電
圧があるレベル以上でなければならないので、第２の副
画素電極３への電圧分圧比が低い場合には、信号電圧を
より高くする必要が生じてくる。一方、ＭＩＭ素子はＴ
ＦＴに比べてそのスイッチング特性が不十分なため、信
号電圧が高すぎると走査信号が印加されていない場合で
もＭＩＭ素子が若干の導通状態となることがある。この
場合、他の画素に印加されるべき電圧が混入する、いわ
ゆるクロストーク現象が発生し、表示特性が大きく損な
われてしまう。この理由により、スイッチング素子とし
てＭＩＭ素子３１を用いた場合は、第２の副画素電極３
への電圧分圧比をＴＦＴ素子の場合に比べてやや高めに
設定することが望ましい。

【００４６】この実施例においては、第２の副画素電極
３への電圧分圧比を７０％、第１の副画素電極２の面積
と第２の副画素電極３との面積の和で示される１画素あ
たりの有効画素面積のうち、第１の副画素電極２が７０
％の面積を占めるように設計したところ、視野角特性が
大幅に改善され、クロストークがなく、黒レベルが良好
な液晶表示装置を得ることができた。視野角特性、クロ
ストーク、および良好な黒表示の３点を考慮すると、第
２の副画素電極３への電圧分圧比を５０〜８０％になる
ようにすれば実用的には良好な視野角特性が得られる
が、さらに好ましくはこの値が６０〜７５％となるよう
に各容量値を設定するのがよい。また、第１の副画素電
極２が１画素あたりの有効表示面積に占める割合は、実
用的には６０〜８０％であればよいが、６５〜７５％の
間にあればさらに良好な視野角特性を得ることができ
る。

【００４７】以上説明を行なった３つの実施例では、遮
光層５がスイッチング素子の形成された基板１０と対向
する基板１１側にあるものとして説明を行なったが、こ
の構成に限定されるものではなく、遮光層５をスイッチ
ング素子のある基板１０側に形成した場合にもこの発明
の効果はまったく同様に発揮される。また、上記の３つ
の実施例のいずれにおいても、上下どちらかの基板にカ
ラーフィルターを形成すれば、視野角が広く明るいカラ
ー液晶表示装置を得ることができる。

【００４８】また、上記の３つの実施例では、画素電極
を２つの副画素電極２，３に分割したが、副画素電極
２，３をさらに分割して３つ以上の副画素電極とし、分
割した副画素電極間を、副画素電極２，３間と同様に、
絶縁膜と制御容量電極による制御容量で結合し、隣接す
る副画素電極間の間隙を液晶層の厚みの２倍以下とする
ことにより、この発明の効果は得られる。

【００４９】

【発明の効果】以上のようにこの発明の液晶表示装置
は、画素電極を複数の副画素電極に分割し、各画素を特
性の異なる副画素に分割しているため画素分割を行わな
いものに比べて視野角特性が向上する。また、副画素電
極間の間隙を液晶層の厚みの２倍以下としたことによ
り、副画素電極間の間隙に対応する遮光層を設けなくて
も副画素の間隙部からの光もれが無くなる。副画素電極
間の間隙に対応する遮光層を設けず、かつ、ノーマリー
ホワイト表示を行なっているため、白表示時には画素分
割を行わない場合と比べて実質的に開口率の低下がな
く、従来の画素分割構成に比べて表示輝度を大幅に向上
させることができる。また、従来のように副画素電極間
の間隙に対応する遮光層などの形成にともなう設計マー
ジン，製造マージンの低下やプロセスの増加もなく、生
産性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の液晶表示装置の構成
を示す平面図。

【図２】この発明の第１の実施例の液晶表示装置の構成
を示す断面図。

【図３】この発明の第１の実施例の液晶表示装置の構成
を示す断面図。

【図４】この発明の第１の実施例における副画素間の光
もれ特性を示す特性図。

【図５】この発明の第１の実施例の液晶表示装置をθ＝
０°、θ＝３０°から観察した場合の輝度−電圧特性
図。

【図６】この発明の第２の実施例におけるＴＦＴ基板の
構成を示す平面図。

【図７】この発明の第２の実施例におけるＴＦＴ基板の
構成を示す断面図。

【図８】この発明の第２の実施例の液晶表示装置の構成
を示す平面図。

【図９】この発明の第３の実施例の液晶表示装置の構成
を示す平面図。

【図１０】この発明の第３の実施例の液晶表示装置の構
成を示す断面図。

【図１１】第１の提案例の液晶表示装置の動作原理を説
明する等価回路図。

【図１２】第１の提案例の液晶表示装置の構成を示す断
面図。

【図１３】第２の提案例の液晶表示装置の構成を示す斜
視図。

【図１４】第３の提案例の液晶表示装置の構成を示す平
面図。

【符号の説明】

１薄膜トランジスタ２第１の副画素電極３第２の副画素電極４，４ａ制御容量電極５遮光層６，６ａ走査電極線７信号電極線８絶縁膜９液晶層１０下側基板１１上側基板１２共通電極１３，１４偏光板３１ＭＩＭ素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置した一対の基板間に略９０度の
ねじれ角で配列した液晶層を挟持し、前記一対の基板の
両外側に互いに偏光軸が略直交するように一対の偏光板
を配置し、前記一対の基板のうち一方の基板に複数のス
イッチング素子とこれに接続される配線電極および画素
電極とを有した液晶表示装置であって、前記画素電極を複数の副画素電極に分割し、前記複数の
副画素電極のうち少なくとも一つは制御容量を介して前
記スイッチング素子に電気的に接続し、前記副画素電極
間の間隙を前記液晶層の厚みの２倍以下としたことを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項２】一対の基板のうちどちらかの基板上に、
画素領域を除く領域に遮光層を設けた請求項１記載の液
晶表示装置。
【請求項３】制御容量の値と前記制御容量に接続され
ている副画素のオン状態での液晶容量の値の和に対する
前記制御容量の値の占める割合を４０パーセント以上、
かつ８０パーセント以下とした請求項１または２記載の
液晶表示装置。
【請求項４】スイッチング素子として薄膜トランジス
タを用いた請求項１，２または３記載の液晶表示装置。
【請求項５】制御容量の値と前記制御容量に接続され
ている副画素のオン状態での液晶容量の値の和に対する
前記制御容量の値の占める割合を５０パーセント以上、
かつ８０パーセント以下とした請求項１または２記載の
液晶表示装置。
【請求項６】スイッチング素子として２端子型の非線
形素子を用いた請求項１，２または５記載の液晶表示装
置。