KR100196202B1 - 복수의 부화소를 가진 액정표시장치 - Google Patents

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미쯔히로 우노
요네하루 타쿠보
카츠히코 쿠마가와
사토시 아사다
나오미 타카다
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모리시따 요오이 찌
마쓰시따덴끼상교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 넓은 시각에 걸쳐서 양호한 계조특성을 얻을 수 있는 화소가 복수의 부화소로 이루어지는 액정표시장치를, 보다 효율적으로, 또, 코스트상승, 성능의 열악화(밝기저하, 콘트라스트저하, 응답열악화)등의 부작용이 발생하지 않도록 실현하는 것을 목적으로한 것이며, 상기 목적을 달성하기위하여, 첫째로, 제어용량전극을, 박막트랜지스터를 구성하는 소오스, 드레인전극과 동시에 형성하여, 새로운 제작공정을 발생시키지 않는다. 둘째로, 부화소간의 간격, 경계선방향등의 구성을 최적화하므로써, 부화소경계부의 표시성능(광누설, domain의 발생)을 개선하고, 본간격부근처를 차폐할 필요가 없는 밝은 표시를 실현한다.

Description

복수의 부화소를 가진 액정표시장치
제1도 (a),(b),(c)는 본 발명의 제1의 실시예에 있어서의 박막트랜지스터(TFT)를 가진 액정표시장치의 평면구성도, 단면구성도, 등가회로도.
제2도는 본 발명의 제2의 실시예에 있어서의 TFT를 가진 액정표시장치의 평면구성도.
제3도는 본 발명에 있어서의 1개의 화소에 있어서, 정면으로부터 관측한 각부의 광량-신호전압특성.
제4도 (a),(b)는 본 발명에 있어서의 1개의 화소에 있어서, 주시각방향으로 40°관점을 기울려서 관측한 각부의 광량-신호전압특성.
제5도 (a),(b)는 본 발명, 및 종래예에 있어서의 액정표시장치의 주시각방향으로 0∼60°로 관점을 기울려서 관측한 휘도-신호전압특성.
제6도는 본 발명, 및 제3의 제안예에 있어서, 액정표시장치를 구성하는 2장의 투명기판에 있어서의 배향방향, 그 결과 발생하는 액정분자의 배열상태, 및 부화소간의 경계선을 표시한 모식도.
제7도는 본 발명에 있어서의 부화소간의 광누설특성을 표시한 특성도.
제8도는 본 발명에 있어서, 백표시로부터 흑표시로 변화할때의 부화소간의 액정층의 중간층에 있어서의 액정분자 동작의 모식도.
제9도는 종래예에 있어서, 백표시로부터 흑표시로 변화할 때의 부화소간의 액정층의 중간층에 있어서의 액정분자 동작의 모식도.
제10도는 종래예의 TFT 액정표시장치의 평면구성도.
제11도 (a),(b)는, 종래 예의 제1의 제안예에 있어서의 액정표시장치의 등가회로도, 및 단면모식도.
제12도는 종래 예의 제2의 제안예에 있어서의 액정표시장치의 사시도.
제13도는 제3의 제안에 있어서의 액정표시장치의 평면구성도.
제14도는 본 발명에 있어서 액정표시장치의 시각특성을 측정할때의 관점을 표시한 모식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a : 투명유리기판 2a,2b : 투명전극
21a,21b : 부화소 3 : 실리콘산화막
4 : TFT의 게이트전극 5 : 게이트절연막(실리콘질화막)
6 : 반도체층 7a,7b : 구멍
8a : 소오스전극 8b : 드레인전극
8c : 제어용량전극 9 : 블랙매트릭스
10 : 투명전극(공통전극) 11 : 액정
22,23 : 제어용량 35 : 액정분자
36 : 전계(電界) 37a∼37d : 광누설
38 : 시점(視點) 133 : 제1의 부화소전극
134 : 제2의 부화소전극 135 : 제어용량전극
e : 시각 d : 두께
W : 간격
본 발명은, 넓은 시각에 걸쳐서 양호한 계조표시를 실현하는 것을 목적으로서, 1개의 화소가 복수의 부화소로 분할되고, 각각의 부화소(副畵素)의 액정층에 각각 다른 전압이 인가되는(화소분할구성이라 부름)액정표시장치에 관한 것이다.
먼저, 종래의 구성에 대해서 설명한다. 상기 구성을 실현하는 하나의 구성예로서, 예를들면, US-4,840,460공보(제1의 제안예)에 표시되어 있다. 제11도 (a)에, 본 제안예의 등가회로를 표시한다. 도면에 있어서, (101),(102)는 게이트배선, (103),(104)는 소오스배선, (105)는 TFT, (106)은 공통전극이며, 게이트배선(101)과 소오스배선(103)의 교차점에 있는 화소에 대해서 등가회로가 표시되어 있다. 1개의 화소는, 3개의 부화소로 분할되는 것으로 되어있다. 각각의 부화소의 액정용량은, CLC1,CLC2,CLC3이고, 제어용량 CC1,CC2,CC3이 각각의 액정용량으로 직렬접속되어 있다. 이 액정표시장치에 있어서, 게이트배선(101)에 선택신호를 부여해서 TFT(105)를 온상태로하고, 소오스배선(103)으로부터 전압V를 공급하면, 각각의 부화소의 액정층에 실제로 인가되는 전압은, 액정층의 용량CLC1과 제어용량 Ci의 비(i=1,2,3)에 의해서 정해지는 값으로 된다. 따라서, 1개의 화소를 동작전압레벨이 다른 몇개의 부화소로 분할하여, 이들의 평균특성에 의해서 표시를 행하게되므로, 시야각(視野角)특성을 개선할 수 있다.
부화소의 구체적인 구성으로서는, 상기 공보에, 분할된 부화소전극과 제어용량전극을 사용하는 것이 개시되어 있다. 제11도 (b)는 그 요점을 표시한 단면모식도로서, 도면에 있어서, (113)은 3개로 분할된 부화소전극이며, 제어용량전극(115)과의 사이에 절연막(114)을 끼워서 제어용량을 형성하고 있다. 제어용량의 값은 제어용량전극(115)의 면적을 부화소마다 바꾸므로서 소망의 값이 설정된다. 제어용량전극(115)은 단자(116)를 개재해서 TFT의 드레인전극에 접속된다. (112)는 액정층이며, 각각의 부화소전극(113)과 공통전극(111)의 사이에서 액정용량이 형성되어 있다. 동공보에는 이 구성외에도, 회소전극은 분할하지 않고, 화소전극과 액정층 사이에 막두께 또는 유전율이 다른 절연막을 부화소에 대응해서 형성하고, 이것을 제어용량으로서 사용하는 기술이 개시되어 있으나, 이 구성은, 제어용량의 콘덴서로서의 면적이 부화소면적에 의해 규제되고 있기 때문에, 제어용량의 값을 소망의 값으로 설정하는 일은 현실적으로 어려우며, 설계자유도가 높은 화소전극을 분할하는 제11도 (b)의 구성의 것이 보다 유망시되고 있다.
그러나 상기 구성에 있어서는, 첫째로, 본 구성을 실현하기 위하여, 제어용량전극(115), 및 절연막(114)를 새로히 형성하지 않으면 안된다. 따라서, 종래의 통상의 구성에 비교해서 제작코스트가 상승한다고하는 과제가 있었다.
또, 둘째로, 상기 구성에 있어서는, 시각(視角)에 의존하지 않는 백과 흑의 레벨을 이용해서, 1개의 화소를 구성하는 복수의 부화소를 백과 흑의 2개의 레벨로 구동하고, 백 또는 흑표시를 행하는 부화소의 수에 의해서, 시각에 의존하지 않는 계조표시(그레이레벨의 표시)를 행하는 것이다. 이 때문에, 표시에 있어서 계조수를 증가할수록 부화소의 수를 증가시킬 필요가 있다는 것, 또 이에 수반해서 구동전압이 상승한다고하는 과제가 발생한다.
또, 셋째로, 부화소형성을 위하여 화소전극을 분할한 액정표시장치는, 화소분할을 행하지 않는 경우에 비해서, 부화소간의 간격부등 전극이 없는 부분이 증가하기 때문에 화소표시영역이 감소하여 표시화면의 밝기가 저하하거나, 화소간격으로부터의 광누설때문에 콘트라스트가 저하하거나, 부화소전극에지부의 가로방향으로 퍼진전계에 의해서, 과도적으로 액정분자의 배열에 혼란이 발생해서 응답속도가 지연되는 등의 과제가 발생하고 있었다.
이 셋째의 과제를 해결하기 위하여, US-5,245,450공보(제2의 제안예)에서는, 제12도에 요부를 표시한 바와같이, 아래쪽기판(127)에 있어서, 절연막(125)의 밑에 있는 제어용량전극(126)을 투광성도전막으로 형성하고, 또한, 이것을 4개의 부화소(124)의 간격부에도 형성하고 있다. 위쪽기판(121)에는 공통전극(122)이 형성되고, 양기판간에는 액정층(123)이 끼워져 유지된다. 이 구성은, 제어용량전극(126)과 공통전극(122)의 사이에 걸리는 전압에 의해서 간격부의 액정(123)을 동작시켜서 상기 과제를 해결하는 것이나, 종래의 TFT액정표시장치에 비해서, 제어용량전극(126)으로서의 투광성도전막, 및 절연막(125)을 새로히 형성할 필요가 있어, 생산성이 뒤떨어진다고하는 결점이 있다.
또 동과제를 해결하기 위하여, 일본국 특개평 5-289108호 공보(제3의 제안예)에서는, 제13도에 기판평면도를 표시한 바와같이, 제어용량전극(135)에 크롬 등의 차광성의 전극을 사용하고, 이로써 부화소전극(133)과 (134)의 간격부나 부화소의 주변부를 덮는 구성이 취해지고 있다. (131)은 게이트배선, (132)는 소오스배선이다. 이 구성은, 순스태거구성의 TFT부의 차광부(136)에 사용하는 크롬막의 제작공정에서 제어용량전극(135)을 동시에 형성할 수 있으므로, 박막형성프로세서의 증가는 없으며, 또 부화소전극(133)과 (134)의 간격부로부터의 광누설이 없기 때문에 콘트라스트가 양호하나, 부화소전극(133)과 (134)의 간격부의 광이 완전히 차단되기 때문에 표시의 밝기는 저하한다고하는 결점이 있다.
본 발명은 첫째로, 넓은시각에 걸쳐서 양호한 계조특성을 얻을 수 있는 액정표시장치를, 종래와 동일한 공정에서 제작하는 것을 가능하게 하므로써, 코스트를 상승시키지않는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 역스태거구성의 박막트랜지스터와 복수의 부화소전극을 가지고, 일부의 수의 부화소전극에 있어서 부화소의 액정용량과 직렬로 접속된 제어용량을 가진 액정표시장치에 있어서, 본 제어용량이, 상기 박막트랜지스터를 형성하는 소오스드레인전극과 동시에 형성되는 도전체패턴과 부화소전극으로 구성하는 것이다.
또 본 발명은 둘째로, 최저 2개의 부화소로 구성된는 액정표시장치로서, 주(主)시각방향에 있어서 저전압으로 양호한 다계조표시를 실현하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 액정이 2장의 기판에 끼워져 유지되고, 화소가 상기 기판의 평면상 매트릭스 형상으로 배열되고, 상기 화소가 복수의 부화소로 형성되고, 상기 복수의 부화소를 구성하는 각각의 액정층에 서로 다른 크기의 전압을 인가하는 수단을 가진 액정표시장치에 있어서, 상기 기판의 단면에 있어서 중간에 위치하는 액정분자의 장축방향을 따라서, 상기기판의 수직선으로부터의 경사각 0°∼40°에 있어서의 휘도-전압특성이 단조(單調)감소, 또는 단조증가하도록, 각 부화소의 표시면적비, 및 각 부화소의 구동전압차를 최적화하는 것이다.
또 본 발명은 셋째로, 부화소 간의 간격부에 있어서, 화소간격으로부터의 광누설때문에 콘트라스트가 저하하거나, 부화소전극에치부의 가로방향으로 퍼진전계에 의해서, 과도적으로 액정분자의 배열에 혼란이 발생해서 응답속도가 지연되는 등의 표시성능의 저하를 개선하므로써, 이화소간격부를 차폐하지않는 밝은 액정표시장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시장치는, 상하기판의 러빙처리의 방향에 따라서 규정되는 액정층의 중간층에 있어서의 액정분자의 장축방향과, 부화소간의 경계선이 이루는 각도를 θ라 하면, 0°≤θ≤40°를 만족하는 것을 특징으로 하는 구성으로 한다. 또, 부화소간의 간격을 액정층의 두께의 2배 이하로 규정하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제1의 실시예를, 제1도 (a),(b),(c)와 함께 설명한다. 제1도(a)는, 본 실시예의 TFT를 가진 액정표시장치의 평면구성도, 제1도(b)는, 제1도에 있어서, a-a'을 따라 절단하여 가로방향으로부터 봤을때의 단면도, 제1도 (c)는, 본 실시예의 액정표시장치의 1화소의 등가회로도이다. 이 액정표시장치의 제작공정을 설명한다. 먼저, 투명유리기판(1a) 상에, 부화소(21a),(21b)의 액정을 구동하는 투명전극(2a),(2b)을 형성한다. 다음에, 절연막으로서 실리콘산화막(3)을 퇴적시킨다. 그리고, 크롬등의 금속으로 TFT의 게이트전극(4)을 형성한다. 그리고 TFT의 게이트절연막(5)으로서 작용하는 실리콘질화막(5)을 그 위에 퇴적시킨다. 다음에 TFT를 구성하는 반도체층(6)을 형성한다. 반도체층은, 게이트전극(4)에 인가되는 전압에 의해서 그저항치가 변화하고, 스위치소자로서의 기능을 부여한다. 다음에, 투명전극(2a)상의 실리콘질화막(3)과 실리콘질화막(5)의 절연막층에 구멍(7a),(7b)을 뚫고, 투명전극(2a)의 일부를 노출시킨다. 다음에 A1/티탄의 2층금속을 사용해서, 소오스전극(8a), 드레인전극(8b), 부가용량전극, 겸제어용량전극(8c)을 동시에 형성한다. 이때, 드레인전극(8b)은, 투명전극(2a) 상에 뚫은 구멍(7a)을 개재해서, 투명전극(2a)과 접속하도록 한다. 또, 부가용량전극, 겸제어용량전극(8c)는, 구멍(7b)을 개재해서, 투명전극(2a)과 접속하도록 한다. 한편, 제어전극(8c)과 (2b)와의 사이에서, 제어용량(23)이 형성되도록 한다. 또, 전단(前段)의 게이트전극과 부용량전극, 겸제어용량전극(8c)의 사이에서 부가용량(22)이 형성되도록 한다. 이상의 공정에 의해서, TFT어레이기판이 완성된다. 그후, TFT어레이기판, 및 블랙매트릭스(9)와 투명전극(10)이 형성된 또 1개의 기판(1b)상에 배향막을 도포하고, 러빙등의 배향처리를 실시한 후, 이 2장의 기판을 약 5㎛의 갭을 형성해서 맞붙이고, 사이에 액정(11)을 주입한다. 그리고, 2장의 기판의 바깥쪽에 편광판을 각각의 편광축이 거의 직행하도록 배치한다.
제1도 (c)의 등가회로에 표시한 바와 같이, 부화소(21a)에 인가되는 전압(V1cl)은, TFT로부터 공급되는 구동전압(Vd)이 그대로 액정층에 공급된다. 한편, 부화소(21b)는, TFT의 드레인전극과 투명전극(2b)의 사이에, 제어용량(22)(Cc)이 직렬로 형성되고 이것이 부화소의 액정용량(21b)과 직렬로 접속된 구성으로 된다. TFT로부터 공급된 구동전압(Vd)는, 제어용량(22)과 부화소 액정용량21b)(C1c2)으로 분할되고, 부화소(21b)의 액정에는, 부화소(21a)의 액정에 비교해서 낮은 전압이 인가된다.
이것을 식으로 표시하면
결과
이 된다.
한편, 제10도는, 종래의 화소분할구성을 가지지 않는 TFT액정표시장치의 평면구성도이다. 이 도면과 제1도를 비교해서 알수 있는 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 제10도의 구성으로부터 새로운 도전체, 및 절연막은 부가되어 있지 않다. 제어용량을, 소오스, 드레인전극과 동시에 형성하기 때문에, 종래와 동일공정에서 제작하는 일이 가능하다. 결과, 본 실시예를 행하므로써, 종래와 동일 코스트로, 넓은 시각에 걸쳐서 양호한 계조표시가 가능한 액정표시장치를 실현할 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서는, 제어용량전극(8c)과 드레인전극(8b)은, 전기적으로 접속된 구성으로되어 있다. 그때문에, 제어용량을 구성하는 전극이 점유하는 면적이, (제3의 제안예)에 비교해서, 대폭적으로 저감된다고 하는 효과가 있다. 이것은, (제3의 제안예)에 있어서의 제어용량은, 제1의 부화소전극(133)-제어용량전극(135)과 제어용량전극(135)-제2의 부화소전극(134)의 2개의 직렬로 접속된 용량으로부터 구성된다. 그 때문에, 본 실시예와 동일제어용량치를 얻을려고 하는 경우, 만약 2개의 직렬로 접속된 용량이 동일용량치인 경우, 각각의 용량의 크기를 2배로 할 필요가 있다. 또한, 2개의 정전용량에 의해서 제어용량이 구성되기 때문에, 전체제어용량의 점유면적은, 최대본실시예의 4배로 된다. 또한, (제3의 제안예)에 있어서, 제1의 부화소전극, 겸드레인전극(133)과 제어용량전극을 접속시킬 경우, 새로히 절연막에의 구멍뚫기공정을 필요로 한다. 그리고, 본 제어용량전극은, 불투명의 반도체에 의해서 형성되기 때문에, 광의 투과율이 저감하여 액정표시장치에 있어서 화면의 밝기가 저감된다.
본 실시예는, (제3의 제안예)에 비교해서, 제어용량의 점유면적이 저감되기 때문에, 종래에 비해서, 액정표시장치의 정면에서의 밝기의 저하가 작아진다고하는 새로운 효과가 있다.
구체적으로는, 컬러 10.4형의 640(R,G,B의 3색소로 1화소)×480의 화소수의 액정표시장치에 있어서, 종래구성에 있어서는, 개구율은 40%로 된다. 즉, 종래에 비교해서, 정면에서 봐서 밝기가 약 2할 저감된다. 한편, 본 실시예에 있어서는, 제어용량의 점유율은, 전체화소면적의 약3%이고, 개구율은 약47%로 된다. 즉, 종래에 비교해서 정면에서 봐서 밝기가 약 6% 저감될뿐이므로, 그 저감은 매우 작아진다고 하는 효과가 있다.
다음에, 제5도(b)는, 주시각방향으로부터 관측한 휘도-신호전압의 특성이다. 여기서 주시각방향이란, 제14도(b)에 표시한 바와같이, 액정이 2장의 투명유리기판(1a),(1b)의 사이에 끼워져 유지되고, 하부기판(1a), 상부기판(1b)의 각각의 배향방향(30a),(30b)이, 화살표시의 방향으로 하였을때, 제14도 (b)를 a-a'면에서 절단해서 가로방향에서 본 제4도 (a)(2장의 기판사이에 전압이 인가되고, 액정분자(35)가 동작을 시작했을때의 것을 표시한것)에 있어서, 우방향으로 시점(38)을 기울게했을때라고 정의(定義)한다. 또, 이후에 있어서의 시각(e)이란, 기판의 수직선으로부터의 관점의 기울기각도라고 정의한다. 종래의 액정표시장치에 있어서는, 제5도 (b)에 표시한 바와같이, 주시각방향으로 관점을 기울렸을때의 계조표시는, 고전압쪽에 새로운 휘도의 피크가 발생하므로서 악화된다고 하는 문제가 있다. 이것은, 계조반전현상이라고 불리며, 백표시부와 흑표시부의 휘도가 역전하여 사진의 네거티브와 같은 화상으로써 보이는 것이다.
제3도는, 본 액정표시장치의 정면에서 관측한 광량-신호전압압특성이다. 여기서 제어용량 Cc는, Cc:C1c2(V50)의 비가, 9:5가 되도록 설정하였다. 여기에서의 액정용량 C1c2는, 그 용량에의 인가전압치, 즉 액정분자의 배열의 방향에 따라서 그 용량치가 변화한다. 여기에서의 C1c2(V50)는, 이 부화소로부터의 광량이, 전압무인가시의 최대광량(액정분자는 기판에 거의 평행으로 배열)에 대해서, 50%가 될때의 용량치이다. 그 결과, 제3도에 있어서, 부화소(1)의 광량-신호전압의 기울기γ, 부화소(1)와 부화소(2)의 구동전압치△V는 이하와 같이 설정되었다.
여기서, V90,V50 및 V10은, 부화소(1)의 정면의 광량-신호전압특성에 있어서, 전압무인가시의 최대광량에 대해서 90%, 50% 및 10%가 되는 신호전압, 마찬가지로 V50'는, 부화소(2)의 정면의 광량-신호전압특성에 있어서, 전압무인가시의 최대광량에 대해서 50%가 되는 신호전압이다.
또, 제1도 (a)에서 표시한 부화소(1)와 부화소(2)의 각각의 표시영역(26a),(26b)의 면적의 비율은, 7:3으로 하였다.
그 결과, 제4도의 주시각방향으로 e=40°시각에서의 광량-신호전압특성에 표시한 바와같이, 부화소(1)와 부화소(2)를 합친 1화소의 광량-신호전압특성은, 단조감소한 스무스한 특성을 얻을 수 있다. 또 제5도에 표시한 바와같이, (b)의 종래의 액정표시장치의 특성에 있어서, 하시각0∼60°의 범위에서 관측된 계조반전현상은, 본 실시예를 행하므로써, (a)에 표시한 바와같이 모든 각도에 있어서 해소되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 γ-△V는, -0.2Vγ-△V0.8V, 또, 부화소(1)와 부화소(2)의 표시면적 비율은, 8:2에서 6:4의 범위에 있어서도, 1화소의 광량-신호전압특성은 마찬가지로, 단조감소한 스무스한 특성을 얻을 수 있다.
이상과 같이 각부화소로 구성되는 액정표시장치에 있어서도, 주시각방향에서 관측된 계조반전현상은 해소되고, 양호한 다계조표시성능을 얻을 수 있다.
또 다음에, 제6도(a)에 본 실시예의 액정표시장치에 있어서의 하부기판(1a)의 러빙방향(31) 및 상부기판(1b)의 러빙방향(32)을 표시하고, 제6도 (b)에 액정층의 중간층에 있어서의 액정분자(34)의 장축방향(33)을 표시하고 제6도 (c) 및 제6도 (d)에 본 실시예, (제3의 제안예)에 있어서의 부화소전극사이의 경계선을 표시한다. 먼저, 종래예로서, (제3의 제안예)에 있어서, 본 실시예와 동일배향처리를 실시하였을 경우에 대해서 설명한다. 제9도 (a),(b)는, 제13도에 있어서의 부화소전극간의 경계부분 C-C'의 단면도와 평면도를 모식적으로 표시한 것이며, 백표시로부터 흑표시로 변화시켰을때의 액정층의 중간층에 있어서의 액정분자의 동작을 표시하고 있다. 제9도 (a),(b)에 있어서, (1)은 백표시시의 정상상태, (4)는 흑표시시의 정상상태, 그리고(2),(3)은 백표시로부터 흑표시로의 변화의 과도상태를 표시하고 있으며, 액정분자(35)가 전계(36)에 대해서 배열해가는 모양을 표시하고 있다. 먼저(1)에 표시한 바와같이, 백표시의 경우, 액정분자(35)는 기판에 대해서 수도의 각도(틸트각)를 가지고 배열되어 있다. 인가전압을 흑표시로 절환하면 액정분자는, 각 부화소전극(2a),(2b)과 공통전극과의 사이의 기판과 수직의 전계에 의해서, 이 틸트각이 서서히 각도를 가지고 동작을 시작한다. 그러나, 부화소전극간의 경계부분에 있어서는, (2)의 파선화살표시로 표시한 바와 같이, 전계방향은 비스듬하게 퍼져, 이 부분의 액정분자의 배열에 영향을 준다. 본 구성에서는, 액정분자의 장축방향을 포함하는 평면과 전계방향을 포함하는 평면은 거의 평행이며, 액정분자는 이 비스듬한 방향의 전계의 영향을 받기쉽다. 이결과, (2),(3)에 표시한 바와같이, 일부의 액정분자가 비스듬한 전계를 따라서 다른 액정분자와 다른 배열로 된다. 이 2개의 다른 배열상태의 액정분자 군(domain)의 경계에서는 광누설(37a)-(37b)이 발생한다. 그러나 최종적으로는, 즉시 주위의 정상적인 배열의 분자의 탄성적인 영향에 의해서, (4)에 표시한 바와 같이 역배열의 액정분자는 소멸하고 정상적인 배열로된다. 그러나, 화소분할을 행하지 않는 통상의 구성에 비교하면, 백표시로부터 흑표시에의 변화시에, 완전히 흑표시로 될때까지 시간이 많이 걸린다. 이 때문에 표시화상에서는, 잔상(殘像)현상으로서 나타난다고하는 문제가 발생한다.
이것을 해결하기 위하여, 제13도에 표시한 바와 같이, 이 경계부를 불투명패턴을 사용해서 차폐하면, 이 잔상현상은 해소된다. 그러나 불투명패턴분만큼 화소의 개구율이 감소, 즉, 표시휘도가 어둡게 된다고하는 새로운 문제가 발생한다.
다음에, 본 실시예의 구성에 대해서 설명한다. 제8도 (a),(b)는, 제1도(a)에 있어서의 부화소전극간의 경계부분 b-b'의 단면도(제8도(a))와 평면도(제8도 (b))이며, 마찬가지로 백표시에서 흑표시로 변화시켰을때의 액정층의 중간층에 있어서의 액정분자(35)의 동작을 표시하고 있다. (10)는 공통전극이다. 마찬가지로, 부화소전극간의 경계부분에 있어서는, (2)의 파선화살표시로 표시한 바와 같이, 전계방향(36)은 비스듬하게 퍼지고, 이 부분의 액정분자의 배열에 영향을 준다. 그러나, 본 구성에서는, 액정분자의 장축방향을 포함하는 평면과 전계방향을 포함하는 평면은 거의 수직이며, 액정분자는 이 비스듬한 전계의 영향을 거의 받지않는다. 따라서, 이 경계부의 액정분자는, 다른 전극상의 액정분자와 마찬가지의 동작을 표시하며, 상기와 같은 부분적인 액정분자의 배열의 혼란은 발생하지 않고, 백표시에서 흑표시로 양호하게 변화한다. 또 분명히, 이 경계부에 차광패턴을 배치할 필요도 없고, 화소의 개구율이 유지되어, 밝은 표시화면을 재현할 수 있다.
또, 정상상태에 대해서 설명한다. 제1도 (b)에 잇어서, 부화소전극간의 간격(W)을 액정층의 두께(d)의 2배 이하로 한다. 부화소(2)의 액정층의 인가전압은, 제1도 (c)의 등가회로에 표시한 바와같이 부화소(1)의 인가전압을 분압한 것이며, 양자는 반드기 동일극성이다. 신호전압중 약 60%가 부화소(2)에 인가되므로, 액정의 포화전압이 6V인 경우에 충분한 흑표시를 행하려면, 신호전압을 10V로 하고, 부화소(1)에의 인가전압을 10V, 부화소(2)에의 인가전압을 6V로 할 필요가 있다. 따라서 부화소전극(1)과 부화소전극(2)사이에 발생하는 전위차는 최대라도 4V이며, 이것은 부화소전극(1)과 소오스배선(8a), 부화소전극(2)과 소오스배선(8a)사이에 발생하는 전압에 비해 매우 작고, 부화소전극(2)과 공통전극(10)사이에 인가되어 있는 전압에 비해서도 약간 작다. 즉, 부화소전극간에서는 기판면내 방향의 전계발상이 약한것을 알 수 있다.
상기한 특성에 착안해서, 부화소전극(1)과 부화소전극(2)의 간격부의 폭(W), 및 부화소(2)에의 신호전압의 분압비를 변화시켜서, 간격부와 그 주변으로부터의 광누설의 발생에 대해서 검토하였던바, 제7도의 실험결과를 얻었다. 부화소전극의 간격부 폭은 액정층의 두께(d)에 의해서 규격화되어 있다. 액정은 인가전압에 의해 그 용량이 변화하나, 상기의 분압비는 신호 전압이 높고 액정이 온상태에 있을때의 용량을 사용해서 정의되어 있다. 분압비가 10% 이하의 영역은 부화소(2)를 동작시키기 위하여 필요한 신호전압이 지나치게 높아지므로 검토를 행하지 않고 있다. 부화소전극간의 간격이 결정층의 두께에 비해서 좁고, 부화소(2)에의 신호전압의 분압비가 높은 경우에 광누설이 발생하기 어렵게 되는 것을 알 수 있다.
부화소전극의 간격이 좁은쪽이 양호한 특성을 주는 이유로서는, 다음의 두가지를 생각할 수 있다. 첫째는, 부화소부분으로부터의 전계의 누출이나 부화소부분의 액정분자의 움직임에 끌리어 간격부의 액정이 동작하기 때문이다. 신호전압이 높은 경우에는, 간격부중 화소에 가까운 영역의 액정이 상기의 효과에 의해 움직이고, 이 부분의 휘도도 어두어져가나, 부화소간격부의 폭이 좁은 경우에는 , 간격부 모두가 신호전압에 응답하게되어, 매우 양호한 흑표시를 얻을 수 있다. 둘째의 이유는, 부화소전극의 간격이 좁은쪽이 배향이상(異常)등이 발생하기 어렵고, 이에의한 광산란이 없기 때문에, 누설광이 감소되기때문이다. 이 현상의 상세는 명백하지는 않으나, 부화소전극간의 간격이 좁은 경우에는,기판면내 방향의 전계강도는 강하게되나 그 퍼짐이 한정되고, 배향이상에 관련이 깊은 액정층의 중앙부에 있는 액정분자에의 영향이 감소하기 때문인것으로 생각된다. 전압분압비가 높은 경우에 광누설이 발생하기 어려운 이유는, 부화소전극간의 전위차가 작아지기 때문이다.
제7도에 있어서,「매우양호」라고 기록된 영역에서는, 배향이상등에 의한 광누설은 전혀 문제로되지 않으며, 또 부화소간격부의 액정이 거의 모두 신호전압에 따라서 움직이므로 흑표시도 매우 양호하다. 이 때문에, 이것을 숨기기위한 차광층은 전혀 필요없다. 다음에, 「양호」라고 기록된 영역에서는, 통상의 구동조건이나 신호전압에서는 부화소간격부는 완전히는 흑색으로는 되지않으나, 배향이상등에 의한 광누설이 부화소의 내부에 까지 침입하는 일은 없으므로, 극단적으로 높은 콘트라스트가 요구되는 경우가 아니면 차광층이 없어도 실용상 충분한 표시를 행할 수 있다. 「광누설큼」이라고 기록된 영역에서는, 광누설이 부화소부에 까지 침입하기 때문에 차광층없이로는 양호한 표시를 행할 수 없었다.
부화소간격부의 폭을 액정층의 두께의 2배이하로 해두면, 전압분압비의 모든 범위에서 「양호」 또는 「매우양호」한 표시특성을 얻을 수 있다. 후술하는 바와같이 시야각특성의 면에서는 전압분압비를 40∼80%의 범위로 설정하는 것이 바람직하나, 이 경우에는, 거의 모두의 영역에서 「매우양호」한 특성을 얻을 수 있다. 제조시의 마아진(margin)을 고려하면, 부화소간격부의 폭은 액정층의 두께의 1.5배 이하로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
프로세스마아진이나 광누설의 발생영역을 생략하면, 차광층은 부화소간의 간격부로부터 각 부화소의 수㎛에서 10㎛정도 중첩해둘 필요가 있다. 이 때문에 차광층은 폭은 20∼30㎛정도가 된다. 이것을 제거하므로써, 백표시시에 이 부분을 투과하는 광을 이용할 수 있으므로, 액정표시장치의 휘도는 이 분만큼 향상된다. 대각 26cm이고 640×400도트의 액정표시장치에서는 그화소피치는 300㎛정도이나, 본 발명을 적용하므로써, 백표시의 휘도가 약10% 향상하였다.
제2의 실시예를 제2도와 함께 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 제어용량전극은, 박막트랜지스터를 형성하는 드레인전극과 접속된 패턴(8d)에 의해서 형성된다. 기타의 구성은, 제1의 실시예와 동일하게 구성되며, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 대향하는 2장의 절연기판에 액정층을 사이에 끼워유지하고, 복수의 메트릭스 형상으로 배치된 화소를 가지고, 상기 각화소가 적어도 2개 이상의 부화소에 의해 구성되고, 상기 2개 이상의 부화소를 구동하는 1개의 역스태거구성의 박막트랜지스터를 가지고, 상기 2개 이상의 부화소중의 일부 또는 전부에 있어서, 부화소의 액정용량과 직렬로 접속된 제어용량을 가진 액정표시장치에 있어서, 상기 제어용량을 구성하는 1쌍의 전극이, 상기 박막트랜지스터를 구성하는 소오스, 드레인전극과 동시에 형성되는 도전체패턴과, 부화소전극으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어용량의 일부를 구성하는 소오스, 드레인전극과 동시에 형성되는 도전체패턴이, 상기 박막트랜지스터를 구성하는 드레인전극과 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 대향하는 2장의 절연기판에 액정층을 사이에 끼워유지하고, 복수의 메트릭스 형상으로 배치된 화소를 가지고, 상기 각 화소가 적어도 2개 이상의 부화소에 의해 구성되고, 상기 복수의 부화소를 구성하는 각각의 액정층에 서로다른 크기의 전압을 인가하는 수단을 가진 액정표시장치에 있어서, 전압무인가시의 액정층의 중간층에 위치하는 액정분자의 장축방향을 따른 상기 절연기판의 수직선으로부터의 경사각 0°∼40°로부터 관측한 광량-신호전압특성이 단조감소, 또는 단조증가하도록, 상기 화소의 복수의 부화소의 표시면적비, 및 각부화소의 광량-신호전압특성의 구동전압차가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 화소가, 2개의 부화소에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 액정표시장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 2개의 부화소의 상기 액정표시장치의 정면으로부터 관찰한 광량-신호전압특성의 구동전압차 △V가,
    -0.2Vγ-△V0.8V
    γ=｜V10-V90｜
    △V=｜V50'-V50｜
    (V10,V50 및 V90은, 저전압으로 구동되는 쪽의 부화소의 광량-신호전압특성에 있어서, 전압무인가시의 최대광량에 대해서 90%, 50% 및 10%가 되는 신호전압, 마찬가지로 V50'는, 고전압으로 구동되는 쪽의 부화소의 광량-신호전압특성에 있어서, 전압무인가시의 최대광량에 대해서 50%가 되는 전압.)의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2개의 부화소의 표시면적비가 8:2∼6:4의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 대향하는 2장의 절연기판에 액정층을 사이에 끼워유지하고, 상기 2장의 절연기판의 양바깥쪽에 서로 편광축이 대략직교하도록 1쌍의 편광판을 배치하고, 복수의 메트릭스 형상으로 배치된 화소를 가지고, 상기 각화소가 적어도 2개 이상의 부화소에 의해 구성되고, 상기 2개 이상의 부화소는, 각각 다른 크기의 전압을 인가하는 전압제어수단을 형성해서 이루어지는 액정표시장치로서, 상기 액정층의 중간층에 있어서의 액정분자를 장축방향과, 상기 부화소간의 경계선이 이루는 각도를 θ로 할때, 0°≤θ≤45°를 만족하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 절연기판의 한쪽에, 각화소가 적어도 2개 이상의 부화소에 의해 구성되고, 상기 2개 이상의 부화소를 구동하는 1개의 역스태서구성의 박막트랜지스터, 및 제어용량이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 대향하는 2장의 절연기판에 액정층을 사이에 끼워유지하고, 상기 2장의 절연기판의 양바깥쪽에 서로 편광축이 대략직교하도록 1쌍의 편광판을 배치하고, 복수의 메트릭스 형상으로 배치된 화소를 가지고, 상기 각 화소가 적어도 2개 이상의 부화소에 의해 구성되고, 상기 2개 이상의 부화소에는, 각각 서로 다른 크기의 전압을 인가하는 전압제어수단을 형성해서 이루어진 액정표시장치로서, 상기 부화소전극간의 간격을 상기 액정층의 두께의 2배 이하로 한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 2장의 절연기판중 어느한쪽의 절연기판상에, 화소영역을제외한 영역에 차광층을 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 절연기판의 한쪽에, 각 화소가 적어도 2 이상의 부화소에 의해 구성되고, 상기 2 이상의 부화소를 구동하는 박막트랜지스터, 및 제어용량이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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