JPH0973064A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程を増加させることなく、主視角方向
の視角特性を改善することを目的とする。 【解決手段】 対向する一対の絶縁性基板１０のうち、
一方の絶縁性基板の内側に走査配線２１と信号配線２２
とがマトリクス状に配置されている。走査配線２１と信
号配線２２とにより囲まれた１つの画素は、第１の副画
素電極１３ａ及び第２の副画素電極１３ｂにより分割さ
れている。第１の副画素電極１３ａは、信号配線２２と
第１の薄膜トランジスタ２３ａのドレイン電極を介して
電気的に直列に接続されており、第２の副画素電極１３
ｂは、第２の薄膜トランジスタ２３ｂのドレイン電極を
介して第１の副画素電極１３ａと電気的に直列に接続さ
れている。各薄膜トランジスタ２３ａ、２３ｂのベース
電極は走査配線２１と電気的に並列に接続されている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に複数の副画素電極からなる視角特性が優れたア
クティブマトリクス型液晶表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】アモルファスシリコン薄膜トランジスタ
（ａ−Ｓｉ ＴＦＴ）をスイッチング素子として用いた
アクティブマトリクス型の液晶表示装置（以下、ＴＦＴ
駆動による液晶表示装置と略記する）は、ＬＣＤのなか
でも表示品位において最も優れており、ポケットテレ
ビ、ビデオカメラのビューファインダー，プロジェクシ
ョンテレビ及びＯＡ用ディスプレイとして既に実用化さ
れている。近年、特に開発及び商品化が活発に行なわれ
ているのは、パソコン，ワードプロセッサ等のＯＡ用デ
ィスプレイであり、現在では市場要望の極めて高いラッ
プトップパソコンやノートパソコン、さらにはエンジニ
アリングワークステーション用の大型・大容量フルカラ
ーディスプレイとして応用されている。

【０００３】以下、従来のＴＦＴ駆動による液晶表示装
置の一般的な構成について図面を参照しながら説明す
る。

【０００４】図５は従来のＴＦＴ駆動による液晶表示装
置の構成図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）はＴＦ
Ｔマトリクス部の平面模式図を示している。図５におい
て、１０はガラス等からなる絶縁性基板、１１は液晶の
分子配向を決定する配向膜、１２は無断階の光学的シャ
ッタとして機能する液晶層、１３は液晶分子の配列を変
化させるための電圧を印加する画素電極、１４は画素電
極１３と対をなす対向電極、１５は赤、緑及び青の各色
からなるカラーフィルター、１６は偏光フィルター、２
１はマトリクス状の画素のうち行方向に配置された画素
を一定の周期にて間欠的に励起させるための電圧を画素
電極１３に印加する走査配線、２２はマトリクス状の画
素のうち列方向に配置された画素を励起させるための入
力信号電圧を画素電極１３に印加する信号配線、２３は
走査配線２１にゲート電極が接続され信号配線２２と画
素電極との間に接続された薄膜トランジスタである。

【０００５】前記のように構成されたＴＦＴ駆動による
液晶表示装置の動作を以下に説明する。

【０００６】まず、走査配線２１は走査線駆動回路によ
り周期的にパルス信号が印加され、印加された走査配線
２１に接続されている薄膜トランジスタ２３が導通状態
となる。次に、前記パルス信号に同期して信号配線２２
は、信号線駆動回路により導通状態である薄膜トランジ
スタ２３を介して入力信号が印加され、映像情報に応じ
た前記入力信号が画素電極１３に入力される。

【０００７】以上説明したようなアクティブマトリクス
型のＬＣＤは、容易に高コントラスト比が得られるた
め、ツイステッド・ネマティック（以下、ＴＮと略記す
る）モードの液晶が主として用いられている。しかしな
がら、ＴＮ型モードの液晶を用いたＴＦＴ駆動による液
晶表示装置は、視角方向により明るさ及び階調特性等が
変化するという欠点を抱えている。

【０００８】図６はノーマリーホワイトモード（液晶層
に対し電圧を印加していない時に明状態となり電圧を印
加している時に暗状態となる表示モード）の従来のＴＮ
型ＴＦＴ駆動による液晶表示装置の正面及び主視角方向
の透過率（Ｔ）−信号電圧（Ｖ）特性を示す。主視角方
向とは、液晶層の中間に位置する棒状の液晶分子が電圧
印加時に図５に示す絶縁性基板１０の垂線方向に対して
ある角度で傾いて配列しており、この液晶分子が垂線方
向に対して傾いている方向を主視角方向と呼ぶ。図６に
示すように、主視角方向から観測したＴ−Ｖ特性は、正
面から観測したＴ−Ｖ特性と比較して低い信号電圧にお
いて透過率が低下し、また、透過率が低下した信号電圧
よりも高い信号電圧において新たなピークが発生する。
これらの特性により、主視角方向から見る画像は、第１
に、画像の明るさが著しく低下し、黒つぶれ現象と呼ば
れる現象が起きる。第２に、図６に示すような多階調表
示を行なう場合に、高信号電圧部に現われる新たなピー
クにより、暗部で階調が逆転し、写真のネガのような画
像となる階調反転と呼ばれる現象が発生する。このよう
に従来のＴＮ型ＴＦＴ駆動による液晶表示装置において
主視角方向から観測したＴ−Ｖ特性は、視角特性が低下
する大きな要因となっている。

【０００９】近年、これらの問題を解決するために、１
つの画素を複数の副画素に分割し、各副画素において液
晶容量と直列に新たな制御容量を形成し、副画素毎に液
晶容量と制御容量との比を変更することにより、各副画
素の液晶層に印加される電圧を変化させ、視角特性を向
上させる画素分割法と呼ばれる技術が検討され実用化さ
れている。

【００１０】図７は特開平０２−１２等に示された、従
来の画素分割法を用いたＴＦＴ駆動による液晶表示装置
の構成図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）は等価回
路図を示す。図７（ａ）において、図５（ａ）に対して
新たに追加された部材のみを説明すると、１３ａは画素
を分割する第１の副画素電極、１３ｂは同じく画素を分
割する第２の副画素電極、２４ａは第１の副画素電極１
３ａに印加される信号電圧を制御する第１の制御容量電
極、２４ｂは第２の副画素電極１３ｂに印加される信号
電圧を制御する第２の制御容量電極、２５は第１の副画
素電極１３ａ及び第２の副画素電極１３ｂと第１の制御
容量電極２４ａ及び第２の制御容量電極２４ｂとを絶縁
する絶縁膜である。なお、２４ａ及び２４ｂは１つの導
電体からなり互いに容量が異なっている。図７（ｂ）に
おいて、Ｃ１は第１の副画素電極１３ａと第１の制御容
量電極２４ａとの間に形成される第１の制御容量、Ｃ２
は第２の副画素電極１３ｂと第２の制御容量電極２４ｂ
との間に形成される第２の制御容量、ｌｃ１は副画素電
極１３ａと対向電極１４との間に形成される第１の液晶
容量、ｌｃ２は副画素電極１３ｂと対向電極１４との間
に形成される第２の液晶容量である。

【００１１】前記のように構成された液晶表示装置にお
いて、第１の液晶容量ｌｃ１と第１の制御容量Ｃ１との
比と、第２の液晶容量ｌｃ２と第２の制御容量Ｃ２との
比を変えることにより、同じ信号電圧に対して、各副画
素領域の液晶層１２に異なる電圧が印加される。このと
きのＴ−Ｖ特性を図面に基づいて説明する。

【００１２】図８は従来の画素分割法を用いたＴＦＴ駆
動による液晶表示装置における主視角方向の各副画素及
び全画素のＴ−Ｖ特性を示している。図８において、第
１の副画素は図７に示す第１の副画素電極１３ａと対向
電極１４との間の液晶層１２が占める領域、第２の副画
素は同じく第２の副画素電極１３ｂと対向電極１４との
間の液晶層１２が占める領域である。

【００１３】同一の信号電圧が図７に示す各制御容量電
極２４ａ及び２４ｂに印加された場合に、第１の制御容
量電極２４ａの容量と第２の制御容量電極２４ｂの容量
との値を変えているため、第１の副画素電極１３ａと第
２の副画素電極１３ｂとに印加される信号電圧が異なる
ので、第１及び第２の副画素のＴ−Ｖ特性の曲線は、透
過率の変化する信号電圧範囲に差が生じる。

【００１４】従来のＴＦＴ駆動による液晶表示装置にお
ける主視角方向から観測したＴ−Ｖ特性の特徴として、
まず、各副画素のＴ−Ｖ特性曲線の高信号電圧部におい
て透過率ピークが発生しているが、第１及び第２の副画
素を合わせた全画素のＴ−Ｖ特性は、２つのピークが互
いに打ち消し合うため、滑らかに単調減少する特性とな
る。

【００１５】従って、前記階調反転現象が解消されると
共に全画素のＴ−Ｖ特性曲線の傾きが従来に比較して緩
やかになるため、視角を傾けたことによる透過率の低下
が小さくなるので、前記黒つぶれ現象は緩和される。

【００１６】以上、２つの効果により、視点を主視角方
向に傾けても良好な表示性能が得られる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の画素分割法を用いたＴＦＴ駆動による液晶表示装置
においては、視野角特性は向上するものの、第１の制御
容量電極２４ａ、第２の制御容量電極２４ｂ及び絶縁膜
２５を形成するために、製膜，フォトリソグラフィ及び
エッチング等の製造工程が増加するという問題を有して
いた。

【００１８】本発明は、前記従来の問題を解決し、製造
工程を増加させることなく、主視角方向の視角特性を改
善することを目的とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、複数に分割されている各副画素電極にス
イッチ素子となる薄膜トランジスタを介して信号線に直
列に接続して液晶表示装置を構成するものである。

【００２０】具体的に本発明が講じた解決手段は、液晶
表示装置を、対向する一対の絶縁性基板のうち、一方の
絶縁性基板の内側に走査配線と信号配線とがマトリクス
状に配置されており、前記走査配線と前記信号配線とに
より囲まれてなる１つの画素は複数の副画素電極により
分割されており、前記各副画素電極はそれぞれ薄膜トラ
ンジスタのドレイン電極を介して前記信号配線と電気的
に直列に接続されており、前記薄膜トランジスタは該各
薄膜トランジスタのベース電極が前記走査配線と電気的
に並列に接続されている構成とするものである。

【００２１】前記の構成により、１つの画素が複数に分
割された副画素に信号電圧を供給するのに介在する薄膜
トランジスタの数、又はサイズを異ならせることにより
副画素ごとに信号配線と副画素とを接続する配線の抵抗
値を変えることができるため、各副画素領域の液晶容量
に対する信号電圧の入力時定数が変化するので、各副画
素領域の液晶容量に対して印加する信号電圧の充電率を
変えることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００２３】図１は本発明の一実施形態に係る液晶表示
装置の構成図であって、（ａ）は構成断面図であり、
（ｂ）はＴＦＴマトリクス部の平面模式図である。図１
において、図５（ａ）に示した従来のＴＦＴ駆動による
液晶表示装置に対して新たに追加された部材のみを説明
すると、１３ａは画素を分割する第１の副画素電極、１
３ｂは同じく画素を分割する第２の副画素電極、２３ａ
は第１の副画素電極１３ａに対するスイッチ素子となる
第１の薄膜トランジスタ、２３ｂは第２の副画素電極１
３ｂに対するスイッチ素子となる第２の薄膜トランジス
タである。第１の副画素電極１３ａは、第１の薄膜トラ
ンジスタ２３ａのドレイン電極に接続されており、第２
の副画素電極１３ｂは第２の薄膜トランジスタ２３ｂを
介して第１の副画素電極１３ａと電気的に直列に接続さ
れている。

【００２４】前記のように構成されたＴＦＴ駆動による
液晶表示装置の動作を以下に説明する。なお、本構成の
液晶表示装置は、図５に示した従来のＴＦＴ駆動による
液晶表示装置と全く同一の製造工程により製造すること
ができる。

【００２５】まず、図１（ｂ）に示す走査配線２１に周
期的に印加されるパルス信号により、走査配線２１に接
続されている第１の薄膜トランジスタ２３ａ及び第２の
薄膜トランジスタ２３ｂ等の全ての薄膜トランジスタの
ベース電極に電圧が印加され、該薄膜トランジスタは導
通状態となり、第１の副画素電極１３ａは、信号配線２
２から導通状態となった第１の薄膜トランジスタ２３ａ
を介して入力信号が印加される。また、第２の副画素電
極１３ｂは、信号配線２２から導通状態となった第１の
薄膜トランジスタ２３ａ、第１の副画素電極１３ａ及び
第２の薄膜トランジスタ２３ｂを介して入力信号が印加
される。

【００２６】図８において説明したように、第１の副画
素電極１３ａと対向電極１４との間の領域を第１の副画
素と呼び、同様に第２の副画素電極１３ｂと対向電極１
４との間の領域を第２の副画素と呼ぶことにする。第１
の副画素に対して、該第１の副画素の液晶容量Ｃｌｃ１
と第１の薄膜トランジスタ２３ａの導通時の抵抗Ｒｏｎ
_a とによる近似的な時定数Ｒｏｎ_a ×Ｃｌｃ１により、
第１の副画素の液晶容量Ｃｌｃ１に信号電圧が充電され
る。

【００２７】また、第２の副画素に対して、第２の副画
素の液晶容量Ｃｌｃ２と第１の薄膜トランジスタ２３ａ
の導通時の抵抗Ｒｏｎ_a 及び第２の薄膜トランジスタ２
３ｂの導通時の抵抗Ｒｏｎ_b とを足し合わせた抵抗によ
る近似的な時定数（Ｒｏｎ_a＋Ｒｏｎ_b ）×Ｃｌｃ２に
より、第２の副画素の液晶容量Ｃｌｃ２に信号電圧が充
電される。これにより、第２の副画素における充電の時
定数は、第１の副画素の時定数に比較して大きく設定さ
れることになる。

【００２８】図２は、走査配線２１にパルス信号が印加
されている期間に、第１の副画素の液晶容量及び第２の
副画素の液晶容量に印加される電圧の変化を示してい
る。第１の副画素の液晶容量は、最終的に１００％に充
電され信号電圧と同じ電圧が印加される。一方、第２の
副画素の液晶容量は、６０％程度に充電され信号電圧の
約６０％の電圧が印加される。

【００２９】このとき、図３に示すような各副画素にお
ける透過率（Ｔ）と信号電圧（Ｖ）との関係を示すＴ−
Ｖ特性が得られる。同一の信号電圧に対して、第２の副
画素の液晶容量には、第１の副画素の液晶容量に比較し
て小さな電圧が印加されるため、第２の副画素のＴ−Ｖ
特性曲線は、第１の副画素のＴ−Ｖ特性曲線対して、高
信号電圧側にシフトした特性となる。この結果、図７に
示した従来の画素分割法を用いたＴＦＴ駆動による液晶
表示装置と同じ効果が得られるため、主視角方向から観
測したＴ−Ｖ特性が改善される。

【００３０】図４は本実施形態に係る液晶表示装置にお
ける正面及び主視角方向から観測した第１の副画素と第
２の副画素を合わせた全画素のＴ−Ｖ特性図である。図
４に示すように、本実施形態の液晶表示装置は、図６に
示す従来の液晶表示装置におけるＴ−Ｖ特性に比較し
て、主視角方向において黒つぶれ現象が緩和され、階調
反転現象が解消されていることがわかる。

【００３１】本実施形態の特徴として、図５に示す従来
の液晶表示装置における製造工程を変更することなく、
視角特性に優れた液晶表示装置を得ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液晶
表示装置によると、１つの画素が複数に分割された各副
画素領域の液晶容量に対する信号電圧の入力時定数がそ
れぞれ変更できるため、それに応じて各副画素領域の液
晶容量に対して印加する信号電圧の充電率が変化するの
で、主視角方向における黒つぶれ現象を緩和できると共
に階調反転現象を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の構成
を示す図であって、（ａ）は構成断面図であり、（ｂ）
はＴＦＴマトリクス部の平面模式図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置におけ
る各副画素の印加電圧と走査信号との時間特性を示す図
である。

【図３】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置におけ
る各副画素の正面方向から観測したＴ−Ｖ特性を示す図
である。

【図４】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置におけ
る正面及び主視角方向から観測した透過率（Ｔ）−信号
電圧（Ｖ）特性を示す図である。

【図５】従来のＴＦＴ駆動による液晶表示装置の構成図
であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）はＴＦＴマトリク
ス部の平面模式図を示している。

【図６】従来のＴＦＴ駆動による液晶表示装置の正面及
び主視角方向から観測したＴ−Ｖ特性を示す図である。

【図７】従来の画素分割法を用いたＴＦＴ駆動による液
晶表示装置の構成図であって、（ａ）は構成断面図であ
り、（ｂ）は等価回路図である

【図８】従来の画素分割法を用いたＴＦＴ駆動による液
晶表示装置における主視角方向から観測した各副画素及
び全画素のＴ−Ｖ特性を示す図である。

【符号の説明】

１０ 絶縁性基板 １１ 配向膜 １２ 液晶層 １３ 画素電極 １３ａ 第１の副画素電極 １３ｂ 第２の副画素電極 １４ 対向電極 １５ カラーフィルター １６ 偏光フィルター ２１ 走査配線 ２２ 信号配線 ２３ 薄膜トランジスタ ２３ａ 第１の薄膜トランジスタ ２３ｂ 第２の薄膜トランジスタ ２４ａ 第１の制御容量電極 ２４ｂ 第２の制御容量電極 ２５ 絶縁膜 Ｃ１ 第１の制御容量 Ｃ２ 第２の制御容量 ｌｃ１ 第１の液晶容量 ｌｃ２ 第２の液晶容量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する一対の絶縁性基板のうち、一方
   の絶縁性基板の内側に走査配線と信号配線とがマトリク
   ス状に配置されており、 前記走査配線と前記信号配線とにより囲まれてなる１つ
   の画素は複数の副画素電極により分割されており、 前記各副画素電極はそれぞれ薄膜トランジスタのドレイ
   ン電極を介して前記信号配線と電気的に直列に接続され
   ており、 前記薄膜トランジスタは該各薄膜トランジスタのベース
   電極が前記走査配線と電気的に並列に接続されているこ
   とを特徴とする液晶表示装置。