KR950013550B1 - 액정표시소자 - Google Patents

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KR950013550B1
KR950013550B1 KR1019910012567A KR910012567A KR950013550B1 KR 950013550 B1 KR950013550 B1 KR 950013550B1 KR 1019910012567 A KR1019910012567 A KR 1019910012567A KR 910012567 A KR910012567 A KR 910012567A KR 950013550 B1 KR950013550 B1 KR 950013550B1
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KR
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electrode
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liquid crystal
control capacitor
insulating film
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KR1019910012567A
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야스히로 우가이
토미히사 스나타
토시야 이나다
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호시덴 가부시기가이샤
후루하시 켄지
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Abstract

내용 없음.

Description

액정표시소자
제1a도는 종래의 액정표시소자에 있어서의 화소구성을 도시한 사시도.
제1b도는 상기 제1a도의 각각의 전극사이에 형성되는 정전용량을 도시한 도면.
제 2 도는 제1a도에 도시한 화소의 전기적 등가회로도.
제 3 도는 제1a도, 제1b도의 부화소 "Fi(i=1∼4)"에 대한 인가전압(Va) 대 액정콘덴서전압(VLa)의 특성을 표시한 그래프.
제4a도는 본 발명의 제1측면과 제2측면에 따른 실시예에 의한 화소구성을 도시한 사시도.
제4b도는 제4a도의 각각의 전극사이에 형성되는 정전용량을 도시한 도면.
제5도는 제4a도의 화소의 전기적 등가회로도.
제6a도는 제4a도의 각각의 부화소에 대한 전압대 광투과율 특성의 일예를 표시한 그래프.
제6b도는 제6a도의 경우에 있어서 전체 전압대 광투과율 특성을 표시한 그래프.
제7a도는 제4a도의 각각의 부화소에 대한 전압대 광투과율 특성의 다른 예를 표시한 그래프.
제7b도는 제7a도의 경우에 있어서 전체 전압대 광투과율 특성을 표시한 그래프.
제8a도는 TN형 컬러액정표시소자에 있어서의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 화소의 각각에 대한 일반적인 전압대 광투과율 특성을 표시한 그래프.
제8b도는 본 발명의 액정표시소자에 있어서의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 화소의 각각에 대한 전압대 광투과율 특성의 일예를 표시한 그래프.
제9a도는 본 발명의 제3측면에 따른 화소구성의 실시예를 도시한 사시도.
제9b도는 제9a도에 있어서의 제어콘덴서 전극(control capacitor electrode)의 평면도.
제10a도는 본 발명의 다른 실시예의 주요부를 도시한 평면도.
제10b도는 제10a도의 선(10B-10B)을 따라서 취하여 도시한 단면도.
제10c도는 제10a도의 선(10C-10C)을 따라서 취하여 도시한 단면도.
제11도는 제10a도, 제10b도, 제10c도의 화소의 전기적 등가회로도.
제12도는 제10a도, 제10b도, 제10c도의 실시예의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도.
제13도는 제10a도, 제10b도, 제10c도의 실시예의 변형예를 도시한 단면도.
제14a도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 평면도.
제14b도는 제14a도의 선(14B-14B)을 따라서 취하여 도시한 단면도.
제15a도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 평면도.
제15b도는 제15a도의 선(15B-15B)을 따라서 취하여 도시한 단면도.
제15c도는 제15a도의 선(15C-15C)을 따라서 취하여 도시한 단면도.
제16a도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 평면도.
제16b도는 제16a도의 선(16B-16B)을 따라서 취하여 도시한 단면도.
제16c도는 제16a도의 선(16C-16C)을 따라서 취하여 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,5 : 투명기판 2 : 제어콘덴서전극
3,11,14,15 : 절연막 41,42,43,44: 부화소전극
6 : 공통전극 7 : 액정
8 : TFT 12 : 부가콘덴서전극
13 : 차광층 21 : 소스버스
22 : 드레인전극 23 : 반도체층
24 : 게이트절연막 25 : 게이트버스
21a : 소스전극 25a : 게이트전극
Ca: 제어콘덴서용량 CLa: 액정콘덴서용량
CS1: 부가콘덴서용량
본 발명은 화소가 복수의 부화소로 분할되고, 다계조표시(multi-gradation display)가 가능한 액정표시소자의 화소의 구성에 관한 것으로서, 특히 다계조표시 특성가 개구율을 개선한 화소의 구성에 관한 것이다.
상기 종류의 종래 기술로서 미국 특허 제4,840,460호(일본국 특개평 2-12호 공보)에 「액정표시장치의 화소 및 액정표시장치」에 있어서의 화소의 그레이스케일을 실현하는 방법이 공지되어 있다. 즉, 제1a도에 액정표시패널의 1개의 화소영역을 패널과 수직으로 절단하여 표시한 바와같이, 유리등의 투명기판(1)의 내면에 제어콘덴서전극(control capacitor electrode)(2)이 형성되고, 상기 제어콘덴서전극(2)을 포함하는 투명기판(1)의 내부표면의 전체면적에 대해서 절연막(3)이 형성된다. 상기 절연막(3)위에 4개로 등분할된 사각형상의 부화소전극(41) 내지 부화소전극(44)이 형성된다. 상기 부화소전극과 간격을 두고 대향해서, 형성된 유리등의 투명기판(5)의 내면에 공통전극(6)이 형성되고, 상기 공통전극(6)과 부화소전극(41)(i=1∼4)사이에 액정(7)을 봉입한 공간이 형성되어 있다. 제어콘덴서전극(2), 부화소전극(41) 및 공통전극(6)은 ITO등으로 형성된 투명전극이다. 따라서, 1화소는 부화소전극(41)∼(44)에 대응하여 4개의 부화소(F1)∼(F4)로 분할되어 있다. 제1b도에 도시한 바와같이, 각각의 부화소전극(41)과 제어콘덴서전극(2)사이에 절연막(3)을 유전체로 사용하는 제어콘덴서(Ca)가 형성되어 있고, 또한 각각의 부화소전극(41)과 공통전극(6)사이에 액정(7)을 유전체로 사용하는 액정콘덴서(CLa)가 형성되어 있다. 제1a도의 화소의 전기적 등가회로를 제2도에 표시한다. 제어콘덴서(Ca)와 액정콘덴서(CLa)의 정전용량을 편의상 "Ca"와 "CLa"로 나타내면,
C1〉C2〉C3〉C4
의 조건을 만족하도록, 각각의 부화소전극(41)을 중첩하는 제어콘덴서전극(2)의 부분면적이 조정되어 있다.
제어콘덴서전극(2)은 제1a도의 화소와 인접해서, 투명기판(1)위에 형성되어 있는 박막트랜지스터(TFT)(8)의 드레인전극(D)에, 제1b도에 도시한 바와같이, 접속되어 있다. 제어콘덴서전극(2)과 공통전극(6)사이에는 소정의 전압(Va)이 TFT(8)을 통하여 인가된다. TFT(8)가 온으로 된때에, 각각의 부화소(F1)에 대해서 인가전압(Va)은 제어콘덴서(Ca)에 인가되는 전압(Va)과 액정콘덴서(CLa)에 인가되는 전압(VLa)으로 분압된다. 전압(VLa)은,
로 표시된다. 각각의 제어콘덴서(Ca)의 용량을 ①식과 같이 설정함으로써, 각각의 액정콘덴서(CLa)에 인가되는 전압(VLa)은,
VLC1〉VLC2〉VLC3〉VLC4
의 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.
액정의 광투과가 포화상태로 되는 전압을 "VU"로 하고, 한계치 전압을 "VL"로 하면, 제3도에 표시한 바와 같이, 화소에 인가되는 전압(Va)의 값에 따라서, 액정콘덴서(CLa)에 인가되는 전압(VLa)은 이하의 경우로 가정할 수 있다.
(a) VLa=0(i=1∼4)인 경우, Va=0이다.
(b) VLC1=VU, VLC4=VL인 경우, VLC3과 VLC4는 VL보다 낮다.
이때의 인가전압(Va)을 Va1로 표시한다.
(c) VLC2=VU, VLC3=VL인 경우, 이때의 인가전압(Va)을 Va2로 표시한다.
(d) VLC3=VU, VLC4=VL인 경우, 이때의 인가전압(Va)을 Va3로 표시한다.
(e) VLC4=VU인 경우, 이때의 인가전압(Va)을 Va4로 표시한다.
상기 인가전압(Va1)은,
Va1〉Va2〉Va3〉Va4〉0
이다. 인가전압(Va)의 값을 변동하여 다계조표시를 행한다.
종래의 기술에서는, 부화소(F1)에 있어서, 화소에 인가되는 전압(Va)이 Va1일때에, 액정의 광투과가 포화되는 전압(VU)과 동등하게 되도록 액정콘덴서(CLa)에 인가되는 전압(VLa)이 설정된다. 즉,
부화소전극(41)을 중첩하는 각각의 제어콘덴서(Ca)의 면적은, 상기 제어콘덴서의 용량이 ⑤식을 만족하도록 설정된다. 상기 식 ⑤로부터 알 수 있는 바와같이, 상기 부화소전극(41)의 액정콘덴서(VLa)에 인가되는 전압을 매우 작게하기 위해서는, 대응하는 제어콘덴서(Ca)의 용량을 작게하지 않으면 안된다. 즉, 부화소전극(41)을 중첩하는 제어콘덴서전극(2)의 면적을 작게할 필요가 있다. 그러나, 이와같이 중첩되는 면적이 감소될 때에(상기한 예에서는 제어콘덴서전극(CC4)의 중첩면적이 가장 작게될때에), 패턴오차등에 의해서 부화소전극(41)∼(44)을 중첩하는 제어콘덴서전극(2)의 부분적인 면적의 변동에 기인하여 용량치(Ca)의 오차가 증가한다. 액정콘덴서전압(VLa)은 광투과의 포화전압(VU)에 대한 편차가 크게되고, 이 때문에 다계조표시의 오차가 커지고, 표시특성이 현저하게 저하되는 문제가 있었다.
또한, 각각의 화소전극의 부화소전극(41)은 인접하는 부화소전극사이에 형성된 특정한 갭에 의해 분리되어야 하지만, 종래의 제어콘덴서전극(2)은, 이들 갭의 대부분과 중첩되지 않는 형상이기 때문에, 제어콘덴서전극(2)과 중첩되지 않는 갭에 대응하는 액정층에 전압을 인가할 수 없고, 따라서 유효한 화소면적이 작아지고, 화소의 개구율이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 부화소전극(41)은 화소전극을 행방향과 열방향으로 간단히 분할해서 형성하고 있으므로, 각각의 화소의 ON영역의 중심은 ON이 되는 부화소의 계수에 따라서 변동되고, 결과적으로 표시화상의 화질이 좋지 않았다.
본 발명의 제1목적은, 계조시에, 각각의 제어콘덴서의 용량을 분산하여 다계조 표시특성의 저하가 적은 액정표시소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은, 상기 제1목적에 부가하여, 인접하는 부화소전극사이의 갭에 기인하는 개구율의 저하의 가능성을 배제하는 액정표시소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 제3목적은 화소의 ON영역이 증가해도 화소의 ON영역의 중심이 이동하지 않고, 이에 의해 화상표시의 특성이 개선된 액정표시소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 제1측면에 따르면, 각각의 화소영역의 일부를 점유하고, 제2기판상의 공통전극과 대향해서 액정을 횡단하여 제1기판위에 형성된 절연막위에 배치되는 1개 이상의 부화소전극과, 상기 절연막을 개재하여 상기 1개 이상의 부화소전극과 부분적으로 대향하고, 또한 상기 부화소전극과 상기 공통전극사이에 형성되는 액정콘덴서에 직렬로 접속된 제어콘덴서를 상기 1개 이상의 부화소전극과 제어콘덴서전극에 의해 형성하도록 배치되고, 제어콘덴서전극과 상기 공통전극사이에 구동전압이 인가되는 제어콘덴서전극을 포함하는 액정표시소자에 있어서, 상기 액정콘덴서와 병렬로 등가적으로 부가콘덴서를 형성하기 위하여, 제2절연막을 개재하여 상기 1개 이상의 부화소전극에 대향하여 부가콘덴서전극을 부가하여 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공한다.
본 발명의 제2측면에 따르면, 각각의 화소를 형성하고, 갭에 의해서 분리되고, 제2기판상의 공통전극과 대향해서 액정을 횡단하여 제1기판위에 형성한 절연막위에 배치되는 복수의 부화소전극과, 상기 절연막을 개재하여 상기 부화소전극중 1개 이상의 부화소전극과 부분적으로 대향하고, 또한 상기 부화소전극과 상기 공통전극사이에 형성되는 액정콘덴서에 직렬로 접속된 제어콘덴서를 상기 1개 이상의 부화소전극과 제어콘덴서전극에 의해 형성하도록 배치되고, 제어콘덴서전극과 상기 공통전극사이에 구동전압이 인가되는 제어콘덴서전극을 포함하는 액정표시소자에 있어서, 상기 제어콘덴서전극은, 상기 절연막을 개재해서 상기 복수의 부화소전극의 상호간을 분리하는 갭의 전체길이를 중첩하는 영역과, 상기 부화소전극의 각각에 대해서 소정의 면적을 중첩하는 영역을 포함하고, 액정표시소자는, 상기 액정콘덴서와 병렬로 등가적으로 부가콘덴서를 형성하기 위하여, 제2절연막을 개재하여 상기 부화소전극에 대향하여 부가콘덴서전극을 부가하여 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공한다.
본 발명의 제3측면에 따르면, 각각의 화소영역의 일부를 점유하고, 제2기판상의 공통전극과 대향해서 액정을 횡단하여 제1기판위에 형성된 절연막위에 배치되는 복수의 부화소전극과, 상기 절연막을 개재하여 상기 복수의 부화소전극과 부분적으로 대향하고, 또한 상기 복수의 부화소전극과 상기 공통전극사이에 각각 형성되는 액정콘덴서에 각각 직렬로 접속된 제어콘덴서를 상기 1개 이상의 부화소전극과 제어콘덴서전극에 의해 형성하도록 배치되고, 상기 제어콘덴서전극과 상기 공통전극사이에 구동전압이 인가되는 제어콘덴서전극을 포함하는 액정표시소자에 있어서, 상기 복수의 부화소전극은, 중앙에 배치된 아일랜드형상의 1개의 전극을 제외한 전극중에서 1개 이상의 전극에 의해서 상기 아일랜드형상의 1개의 전극을 에워싸고 또한 이들 주연부에서 상기 절연막을 개재해서 중첩되도록 동심형상으로 배치되어, 상기 중앙에 배치된 아일랜드형상의 제1부화소영역과 상기 제1부화소영역을 에워싸는 루프형상의 제2부화소영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
제4도는 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치의 1화소영역을 도시하고, 제1a도에 대응하는 구성요소에는 동일부호와 문자를 부여하고, 이에 대한 상세 설명은 생략한다. 본 발명의 제1측면에 의하면, 부가콘덴서전극(12)과 부화소전극(41)(i=1∼4)사이에 절연막(11)을 유전체로 사용하는 부가콘덴서(CS1)가 제4b도에 도시한 바와같이 형성된다. 즉, 본 실시예에서는, 부가콘덴서전극(12)은, +자형상 갭(Ga)에 의해서 분리된 부화소전극(41)∼(44)위에 V자형의 알루미늄으로 형성되고, 질화실리콘(S1NX)등의 절연막(11)으로 덮는다. U자형상의 부가콘덴서전극(12)은 이들 부화소전극(41)∼(44)의 상부에서 순차적으로 통과해가도록 형성되어 있다. 또 각각의 행에 대한 각각의 화소의 부가콘덴서전극(12)은 도시하지 않은 배선에 의해 순차적으로 접속되고, 액정표시소자의 동작시에 일정한 전위가 부여된다. 본 발명의 제2측면에 의하면, 상기 제1측면에 부가하여 ITO를 형성하는 제어콘덴서전극(2)은, 부화소전극을 분리하는 +자형상의 갭(Ga)의 길이전체를 연장하고 또한 본 실시예에서는 직사각형의 화소영역의 모서리의 각각에서 소정의 영역이 제거된 4개의 모서리를 가지는 넓은 +자형상의 전극으로 형성된다. 따라서, 부화소전극사이의 갭에 대응하는 액정은 제언콘덴서전극(2)에 인가되는 전압에 의해 구동된다.
본 발명의 상기 제1측면과 제2측면은 서로 독립해서 유효하고, 따라서 제1측면은 부화소전극을 분리하는 갭(Ga)에 의해 한정되지 않고, 또한, 제2측면은 부가콘덴서전극(12)에 의해 한정되지 않는다.
제5도는 제4a도에 도시된 화소의 전기적 등가회로를 도시한다. 부가콘덴서(CS1)는 도시하지 않은 배선에 의해 일정의 전위로 유지되기 때문에, 액정콘덴서(CLa)와 병렬로 등가적으로 접속되어 있다. 제어콘덴서전극(2)과 공통전극(6)사이에 인가되는 구동전압(Va)은 제어콘덴서용량(Ca) 및 액정콘덴서용량(CLa)와 부가콘덴서용량(CS1)의 합성용량(CLa+CS1)에 의해 분압되고, 액정콘덴서(CLa)에 인가되는 접압(VLa)은,
로 표시된다. 종래예에서는, 액정콘덴서에 인가되는 전압(VLa)은 제어콘덴서용량(Ca)의 조정에 의해서만 설정되고 있지만, 본 발명에서는 부가용량(CS1)의 조정이 병용된다. 예를들면, 콘덴서(CLC4)에 인가된 전압(VLC4)의 전압(VLC1)∼(VLC4)중에서 가장 작은 값으로 설정되는 경우, 제어콘덴서의 용량(CC4)이 작은 값으로 설정되지만, 부가콘덴서의 용량(CS4)은 큰값으로 설정되고, 이에 의해 ⑥의 CC4/(CLC4+CS4+CC4)의 값이, i=1∼3의 경우보다 작은 값으로 설정된다. 이와 같이 부가콘덴서(CS1)를 병용하면, 제어콘덴서용량(Ca)는 종래와 같이 작은 값으로 설정할 필요가 없으므로 제조시에 제어콘덴서(Ca)의 위치결정에 의한 오차에 영향을 받지 않는다. 부가콘덴서전극(12)은 제조시에 위치편차를 가지고 형성되는 경우에도 각각의 부화소전극(41)을 중첩하는 영역은, 용량의 분산을 억제하도록, 상당히 변경되지 않는 것이 바람직하다.
넓은 +자형상의 제어콘덴서전극(2)은 부화소전극(41)∼(44)을 분리하는 갭의 전체길이에 대해서 연장되어 있기 때문에, 이들의 갭위의 액정에서는, 제어콘덴서전극(2)과 공통전극(6)사이에 인가되는 전압(Va)이 절연막(3),(11)과 액정으로 분압되고, 전압(Va)의 크기에 따라서, 이 액정부분을 광투과나 광차단의 상태로 제어하여, 부화소전극의 경우와 마찬가지로 다계조표시에 기여하도록 한다.
이에 의해 화소의 개구율이 향상된다.
또한 제어콘센서(CC1)∼(CC4)중에서 최대용량을 형성하는 부화소전극(41)의 영역의 액정에는 최대전압이 인가되게 된다. 화소의 공급되는 전압(Va)을 일정하게 했을 때, 상기 최대전압을 가능한한 크게하기 위해서는, 제어콘덴서전극(2)은 부화소전극(41)의 전체면과 대향해서 중첩되는 형상으로 하면 되나, 부화소전극(41)과 제어콘덴서전극(2)을 전기적으로 접속할 수도 있다.
나중에 설정하는 실시예는 후자의 경우인 전기적 접속을 사용하고, 이것은 제어콘덴서(Ca)의 용량을 무한대로 설정한 것과 등가이다. 이 경우에는 제어콘덴서전극(2)과 부화소전극(41)을 중첩하는 양은 임의의 값이거나 "0"이어도 된다.
[전압대 투과율 특성의 설계]
부화소(F1)∼(F4)의 전압대 투과율 특성을 상기와 같이 부가콘덴서용량(CS1)과 제어콘덴서용량(Ca)을 사용하여 제어함으로써, 화소전체의 투과율 특성을 설계하는 자유도가 증가하여, 여러 가지의 바람직한 특성을 얻을 수 있다.
(a) 제6a도에 표시한 바와같이 전압측의 방향으로 간격을 둔 값에 대해서 부화소(F1)∼(F4)의 특성을 설정함으로써, 화소의 종합특성을 제6b도에 표시한 바와 같이 계단형상으로 형성할 수 있다.
(b) 제7a도에 표시한 바와같이, 부화소(F1)의 광투과율이 90%로 될 때의 인가전압(Va)과 부화소(Fi+1)의 광투과율이 10%로 될 때의 인가전압(Va)이 동일하게 되도록, 부화소(F1)∼(F4)의 특성을 설정하면, 화소의 종합특성은 제7b도에 표시한 바와같이 직선형상으로 되고, 화소를 부화소로 분할하지 않은 경우보다 특성곡선의 경사를 완만하게 할 수 있다. 이와같이 하면, 제7a도의 직선으로부터 각각의 화소(F1)의 투과율의 편차는, 제7b도의 종합특성보다 작게 압축된 특성으로 되어 직선성이 개선된다. 또한, 화소의 종합특성의 직선영역도 제7a도의 각각의 특성보다 넓어진다. 이 때문에, 액정표시소자를 비디오신호의 표시기로서 일반적으로 사용할 때, 인가전압치를 조정해서 직선성을 보정하는 소위 γ(감마)보정이 불필요하게 된다. 또한, 전압대 투과율 특성이 완만하기 때문에, 비디오표시등을 행할 때, 소스버스에 신호를 공급하는 구동 IC의 출력편차에 대한 마진을 크게 설정할 수 있다. 제7a도에 표시한 바와같이 각각의 부화소의 전압대 투과율 특성을 설정하면, 제7b도로부터 알 수 있는 바와같이 각각의 부화소의 전압대 투과율 특성을 설정하면 제7a도로부터 알 수 있는 바와같이 화소의 투과율이 포화하는 전압을 제6b도의 경우보다 낮게 형성할 수 있고, 따라서 보다 낮은 전압으로 화소를 구동할 수 있다.
(c) 컬러표시용의 TN형 액정표시소자의 본질적인 특성으로서 선광분산에 의거하여 R, G, B의 각 색마다 화소의 전압대 투과율 특성이 제8a도에 표시한 바와같이 다르다는 것이 알려져 있으나, 본 발명에 의하면, 화소의 전압대 투과율 특성의 설계의 자유도가 증가하였기 때문에 소정의 특성으로 설계하는 것이 용이하게 되고, 제8b도와 같이 각각의 색을 모두 대략 동일한 특성으로 보정할 수 있다. 또한, 화소가 부화소로 분할되지 않을 경우에도, 제어콘덴서용량(Cc)과 부가용량(Cs)에 의해 액정콘덴서전압 "VLC=VaCc/(CLC+Cs+Cc)"을 각각의 색마다 조정할 수 있으므로, 상기와 마찬가지의 보정이 가능하다.
지금까지는 화소를 4개의 부화소로 분할하는 경우를 설명하였으나, 일반적으로 n(2 이상의 정수)계로 분할할 수 있는 것이 명백하다.
본 발명의 제3측면에 의하면, 각각의 화소를 분할한 복수의 부화소의 영역을 서로 동심형상으로 배치한다. 예를 들면, 제4a도와 대응하는 부분을 동일부호로 나타낸 제9a도에 도시한 바와 같이, ITO의 화소전극은, 사각형 루프형상의 갭(Ga)에 의해 2개의 사각형 루프형상의 부화소전극(41)(42)으로 동심형상으로 분할되어 있다. 부화소전극(41)의 중앙에는 사각형의 창(W)이 형성되어 있다.
제어콘덴서전극(2)은, 제9b도에 도시한 바와 같이, 부화소전극(41)의 대략 절반의 영역에 대응하는 구멍(2a)을 가지고, 또한 상기 구멍(2a)을 제외한 부화소전극(41)(42)과 사각형의 창(W)에 대항하도록 화소의 대략 전체영역에 대해서 ITO로 형성되어 있고, 상기 제어콘덴서전극(3)은 절연막(3)으로 덮여 있다. 이 예에서는 절연막(3)을 통해서 중앙의 창(W)에서 전기적으로 노출되는 제어콘덴서전극(2)의 영역은 부화소영역(F1)을 형성한다. 따라서, 제어콘덴서전극(2)과 공통전극(6)사이에 인가하는 구동전압(Va)증가함에 따라서, 최초로 중앙의 창(W)의 부화소영역(F1)은 ON으로 되고, 다음에 부화소전극(41)에 의해 형성된 부화소영역(F2)은 부가적으로 ON으로 되고, 최후에 부화소전극(42)에 의해 형성된 부화소영역(F3)은 부가적으로 ON으로 된다. 이와 같이 ON영역이 증가하는지 감소하는지의 여부에 관계없이 ON영역의 중심위치는 화소의 중심에서 대략 고정되어 있기 때문에, 이와같은 구성의 화소를 가진 액정표시소자에 의하면 육안으로 보기 쉬운 화상을 표시할 수 있고, 또한 제1a도에 도시한 바와 같이 화소전극을 행방향과 열방향으로 분할한 경우에 비해서 화상의 표시특성이 양호하다는 것이 실험에 의해서 확인되었다.
[다른 실시예]
제10a도는 본 발명의 제1측면에 따라서 각각의 화소를 2개의 부화소로 구성하고, 제1부화소전극을 제어콘덴서전극에 접속한 실시예의 평면도이고, 제10b도와 제10c도의 각각은 제10a도의 선(10B-10B)과 선(10C-10C)을 따라서 취하여 도시한 단면도이다. 제10a도, 제10b도, 제10c도에서 제4a도와 제4b도에 대응하는 부분은 동일부호로 표시한다.
투명기판(1)위에 아일랜드형상으로 차광층(13)이 형성된다. 차광층(13)은 TFT에 광이 입사되지 않도록 하는 것이다. 투명기판(1)과 차광층(13)위에 산화실리콘(SiO2)등의 절연막(14)을 형성하고, 그위에 루프형상의 제어콘덴서전극(2)이 ITO등을 형성한다. 제어콘덴서전극(2)과 절연막(14)위에 산화실리콘등의 절연막(15)을 형성하고, 그위에 소스버스(21), 소스전극(21a), 드레인전극(22), 부화소전극(41),(42)이 ITO등을 형성한다. 부화소전극(41)은, 제어콘덴서전극(2)위의 절연막(15)에 형성된 콘택트홀(15H)에서 제어콘덴서전극(2)와 접촉해서 형성되고, 서로 도통상태가 된다. 또한, 부화소전극(41)은 TFT(8)의 드레인전극(22)까지 연장되고, 서로 연결된다. 소스전극(21a)과 드레인전극(22)사이에 연장되어 비결정성 실리콘등의 반도체층(23)이 현성된다. 반도체층(23)과 부화소전극(41),(42)은 질화실리콘(SiNX)등의 게이트절연막(24)으로 덮히고, 예를들면, 그위에 게이트버스(25), 게이트전극(25a), 부가콘덴서전극(12)이 알루미늄에 의해 동시에 형성된다.
상기한 바와같이 TFT(8), 부화소전극(41),(42)등이 형성된 투명기판(1)은 공통전극(6)이 내면에 형성되어 있는 투명기판(5)과 대향해서 배치되고, 이들의 기판사이에 액정(7)이 봉입된다.
게이트버스(25)를 가지는 소스버스(21)와 부가콘덴서전극(12)의 교차부에는 아일랜드형상의 반도체층(23a),(23b)이 게이트절연막(24)의 아래에 적층되어 게이트버스(25)로부터 소스버스(21)의 절연성을 높이고 있다. 게이트버스(25)와 소스버스(21)의 교차점의 근처에 TFT(8)가 형성된다. 좌우의 소스버스(21)와 상하의 게이트버스(25)에 의해서 형성된 영역내에 소면적의 부하소전극(41)과 대면적의 부화소전극(42)이 형성된다. 제어콘덴서전극(2)은 부화소전극(42)의 주연부를 에워싸는 동시에 상기 주연부와 중첩되어 루프형상으로 형성된다. 부화소전극(41)과 제어콘덴서전극(2)은 이미 설명한 바와같이 콘택트홀(15H)에서 전기적으로 상호 접속된다.
부화소전극(41)에 접속된 제어콘덴서전극(2)은 부화소전극(42)을 에워싸고 동심형상으로 배치되어 있으므로, 액정표시소자의 구동시에 TFT(8)을 통해서 화소에 전압(Va)이 인가될 때에 먼저 부화소전극(42)를 에워싸는 제어콘덴서전극(2)의 영역(부화소(42)영역도 포함)은 ON(광투과)으로 되고, 전압(Va)이 소정치만큼 높게하면 또한 부화소(42)의 영역도 ON으로 된다. 상기한 바와같이 화소의 표시영역을 동심적으로 제어하면 제4a도에 도시한 바와같이 부화소를 길이방향이나 폭방향으로 배치한 경우 보다 표시화질이 높아진다.
부가콘덴서전극(12)은 게이트절연막(24)을 개재해서 부화소전극(42)위에 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 부가콘덴서전극(12)은 H자형상을 가지고, 부가콘덴서전극의 수평부(12C)가 제어콘덴서전극(2)의 대략 중앙을 수평으로 횡단해서 연장되고, 그 양단부의 각각에 수직부(12A)(12B)를 가지고 있다. 수직부(12A),(12B)는 제어콘덴서전극(2)의 측연부와 중첩되어 연장되어 있다. 수직부(12A)(12B)는 제어콘덴서전극(2)의 측연부와 중첩되어 연장되어 있다. 수평부(12C)는 양단부가 연장되어 게이트버스(25)의 연장방향에 인접하는 화소의 부가콘덴서전극(12)과 접속되어 있다. 액정표시소자의 동작시에는 모든 화소의 상기 부가콘덴서전극(12)은 수평부(12C)의 연장단부에 일정한 직류전압을 인가함으로써, 소정의 전위로 유지된다. 제어콘덴서전극(2)은, 부화소전극(41)(42)사이의 갭(Ga)과 중첩되도록 배치된다.
제어콘덴서전극(2)과 부화소전극(42)사이에 제어콘덴서(CC2)가 형성되나, 제어콘덴서전극(2)과 부화소전극(41)은 전기적으로 단락되어 있으므로, 제어콘덴서(CC1)는 형성되지 않는다(또는 제어콘덴서(CC1)가 형성되어 있으나 양단부가 단락된 것으로 볼 수도 있다). 부가콘덴서전극(12)과 부화소전극(42)사이에 부가용량(CS2)이 형성된다. 본 실시예에서는, 부가용량(CS1)은, 부화소전극(41)과 부가콘덴서전극(12)사이에 직접 형성되지 않는 대신에, 제어콘덴서전극(2)(부화소전극(41)과 접속되어 있다)과 부가콘덴서전극(12)사이에 형성된다. 부화소전극(41)과 공통전극(6)사이에 액정콘덴서(CLC1a)가 형성되고, 부화소전극사이의 갭과 대향하는 제어콘덴서전극(2)과 공통전극(6)사이에 액정콘덴서(CLC1b)가 형성되고, 부화소전극(42)과 공통전극(6)사이에 액정콘덴서(CLC2)가 형성된다. 따라서, 제10a도, 제10b도, 제10c도의 실시예에 있어서의 화소의 전기적 등가회로는 제11도에 표시한 것이 된다.
제10a도의 예에서는, 제어콘덴서전극(2)이 부화소전극(42)의 주연부와 중첩되는 치수는 12μm정도이나, 종래예와 같이 부가용량을 병용하지 않는 구성으로 하면, 상기 중첩되는 치수는 예를들면 1.5μm정도로 매우 작게할 필요가 있고, 패턴오차에 대한 충분한 여유를 갖지 못한다.
제10a도로부터 알 수 있는 바와같이, 부가콘덴서전극(12)의 수직부(12A),(12B)는 그 폭방향의 중앙에서 제어콘덴서(2)의 양측연부와 중첩되어 있으므로, 부가 콘덴서전극(12)의 상하방향과 좌우방향의 제조상의 위치오차에 관계없이, 부화소전극(42)과 중첩되는 면적 및 제어콘덴서전극(2)(부화소전극(41)과 접속되어 있다)과 중첩되는 면적은 모두 거의 변화하지 않는다. 따라서, 패턴오차등에 의한 위치오차에 관계없이 부가콘덴서용량(CS1),(CS2)은 거의 일정하게 유지된다. 또한 상기 부가콘덴서(CS1),(CS2)는 신호전하를 유지하기 위한 축적용량으로서 기능하고 또한 누설전류가 증가하는 고온상태에서 표시의 안정성에 기여한다.
제10a도, 제10b도, 제10c도에 있어서, 부화소전극(42)을 에워싸도록 제어콘덴서전극(2)이 형성되어 있으나, 제12도에 개략적으로 도시한 바와같이, 제어콘덴서전극(2)은 화소영역의 중앙에 배치되고, 부화소전극의 주연부와 중첩되고 또한 에워싸도록 부화소전극(42)을 형성해도 된다. 이 경우에는 인가전압(Va)을 증가함에 따라서 중앙의 부화소영역은 ON으로 되고, 다음에 외주의 부화소영역도 ON으로 된다.
또 제13도에 단면으로만 표시한 바와같이, 제10a도, 제10b도, 제10c도의 실시예에 의한 TFT(8)의 소스전극(21a) 및 드레인전극(22)을 제어콘덴서전극(2)과 동일층에 형성하고, 부화소전극(41)과 제어콘덴서전극(2)을 연속한 일체구조로 형성할 수도 있다.
제10a도, 제10b도, 제10c도의 실시예에서는 부화소전극(42)의 상부에 부가콘덴서전극(12)을 형성했으나 제14a도, 제14b도에 도시한 바와같이 부화소전극(41),(42)의 아래에 제어콘덴서전극(2)과 동일면에 형성해도 된다. 즉, 제14a도, 제14b도에 도시한 실시예에 있어서는 제5a도에 있어서의 사각형 루프형상의 제어콘덴서전극(2)의 일부를 제거해서 통로(2A)를 형성하고, 이 통로(2A)를 통하여 변형된 H형 상의 부가콘덴서전극(12)의 수평부(12C)가 통과되고, H형 상의 부가콘덴서전극(12)의 수직부(12A),(12B)는 각각 사각형 루프현상전극(2)의 바깥쪽과 안쪽과 배치되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 부화소전극(41)의 양측연부가 제어콘덴서전극(2)의 측연부 및 부가콘덴서전극(12)과 중첩되도록 형성되고, 또한 대략 장방형의 부화소전극(42)의 긴쪽변과 간격(Ga)을 두고 대략 평행하게 전체길이를 따라서 연장되어 있다. H형상의 부가콘덴서전극(12)의 수직부(12A)는 그 양단부가 연장되고 각각 상하로 인접하는 화소의 부가콘덴서전극의 수직부(12A)에 접속되고, 액정표시소자의 동작시에는 부가콘덴서전극(12)은 일정전위로 유지된다.
본 실시예의 등가회로는 제11도에 표시한 것과 같이 완전히 동일하게 된다.
상기한 각 실시예에 있어서는 모든 부화소전극(41,42,…,)에 대하여 각각의 부가콘덴서(CS1,CS2,…,)를 형성한 경우를 표시했으나, 경우에 따라서는 적어도 1개의 부화소전극에는 부가콘덴서를 접속하지 않아도 된다. 예를들면, 제10a도, 제10b도, 제10c도에 도시한 실시예에 있어서의 부가콘덴서(CS1)를 생략한 구조를 개략적으로 제15a도, 제15b도, 제15c도에 도시한다. 본 실시예에서는, 게이트절연막(24)을 개재해서 대략 장방형의 부화소전극(42)의 한쪽주연부와 중첩되도록 부가콘덴서전극(12)과 게이트버스(25)는 동일재료(예를들면 알루미늄)에 의해 동시에 평행하게 형성되어 있다. 부화소전극(41)은, 제10a도, 제10b도, 제10c도의 실시예와 마찬가지로, 절연막(15)에 형성된 콘택트홀(15H)을 통해서 제어콘덴서전극(2)에 접속되어 있다. 제어콘덴서전극(2)은 부가콘덴서전극(12)과 서로 중첩되지 않고, 따라서, 본 실시예에서는 부화소전극(41)에 부가콘덴서가 접속되어 있지 않다. 본 실시예의 화소의 전기적 등가회로는, 부가콘덴서(CS1)를 제거한 것을 제외하고는, 제11도와 동일하다.
마찬가지로 제14a도, 제14b도에 도시한 실시예에서 부가콘덴서(CS1)를 생략한 구성을 개략적으로 제16a도, 제16b도, 제16c도에 도시한다. 본 실시예에서는 부가콘덴서전극(12)은 제어콘덴서전극(2)과 동일면에 ITO를 형성되고, 부화소전극(42)과 중첩되도록 소스버스(21)와 동일방향으로 연장되어 있다. 부화소전극(41)은, 절연막(15)에 형성된 콘택트홀(15H)을 통해서 제어콘덴서전극(2)에 접속되어 있으나 부가콘덴서전극(12)과는 서로 중첩되지 않는다. 따라서, 부화소전극(41)에는 부가콘덴서가 접속되어 있지 않고, 본 실시예에서는 화소의 전기적 등가회로는 부가콘덴서(CS1)를 제거한 것을 제외하고는 제11도의 회로와 동일하다.
상기한 바와같이 본 발명의 제1측면에 따른 원리에 의건한 부가콘덴서의 효과는 부과콘덴서가 접속되는 부화소전극에 관계되는 제어콘덴서의 설계시에 자유도를 높이는 점에 있다. 따라서, 제15a도, 제15b도, 제15c도의 실시예 및 제16a도, 제16b도, 제16c도의 실시예로부터 명백한 바와같이, 제어콘덴서전극이 직렬로 접속되지 않은 부화소전극에 대해서는 본 발명의 원리를 적용할 수 없으므로, 상기 부화소전극에 관련하여 부가콘덴서를 형성하지 않아도 된다. 그러나, 부가콘덴서를 접속하여 액정콘덴서의 용량이 증가하고, 이에 의해 전하를 많이 축적할 수 있으므로, 주지한 바와같이 고온에서 누설전류의 증가에 의한 전압강하를 지연시키는 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명의 제1측면에 의하면, 복수의 부화소중 적어도 1개의 부화소(F1)에 대하여는 부가콘덴서(CS1)는 종래의 제어콘덴서(Ca)와 함께 액정콘덴서(CLa)에 인가되는 전압(VLa)을 결정하는데 사용되고, 상기 부화소의 전압대 투과율 특성의 자유도가 설계시에 그만큼 증가한다. 이 때문에, 패턴위치오차에 의한 용량오차의 영향이 문제가 될수록, 부화소전극(41)을 중첩하는 제어콘덴서전극(2)의 면적을 작게 형성할 필요가 없어지고, 각각의 액정콘덴서전압(VLa)을 종래보다 고정밀도로 설정할 수 있다. 이 때문에, 화소에 의한 다계조표시를 종래보다 정확하게 행할 수 있고, 표시화질을 향상할 수 있다. 상기 부가콘덴서의 병용에 의해서 각각의 부화소에 대한 전압대 투과율 특성을 고정밀도로 설정할 수 있으므로, 화소의 종합적인 전압대 투과율 특성의 직선성을 용이하게 향상시킬 수 있고, 직선성을 보정하기 위하여, 종래에 필요했던 소위 γ보정이 불필요하게 된다. 또한, 마찬가지의 이유에서, TN형 액정컬러표시소자에 있어서의 선광분산에 기인하고, 색이 다른 화소간의 전압대 투과율 특성의 편차를 용이하게 보정할 수 있다.
본 발명의 제2측면에 의하면, 상기 제1측면에 부가하여, 부화소전극(41)을 분리하는 갭과 중첩되도록 제어콘덴서전극(2)이 형성되고, 상기 제어콘덴서전극(2)을 통하여 상기 갭에 대응하는 액정에 구동전압을 인가한다. 즉, 제어콘덴서전극(2)을 1개의 부화소전극으로서 사용할 수 있으므로, 화소의 개구율을 그만큼 증가할 수 있다.
본 발명의 제3측면에 의하면, 각각의 화소는 복수의 부화소가 동심형상으로 배치되도록 구성되므로 화상표시의 화질을 높일 수 있다.

Claims (15)

  1. 각각의 화소영역의 일부를 점유하고, 제2기판상의 공통전극과 대향해서 액정을 횡단하여 제1기판위에 형성된 절연막위에 배치되는 1개 이상의 부화소전극과, 상기 절연막을 개재하여 상기 1개 이상의 부화소전극과 부분적으로 대향하고, 또한 상기 부화소전극과 상기 공통전극사이에 형성되는 액정콘덴서에 직렬로 접속된 제어콘덴서를 상기 1개 이상의 부화소전극과 제어콘덴서전극에 의해 형성하도록 배치되고, 제어콘덴서전극과 상기 공통전극사이에 구동접압이 인가되는 제어콘덴서전극을 포함하는 액정표시소자에 있어서, 상기 액정콘덴서와 병렬로 등가적으로 부가콘덴서를 형성하기 위하여, 제2절연막을 개재하여 상기 1개 이상의 부화소전극에 대향하여 부가콘덴서전극을 부가하여 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 각각의 화소를 형성하고, 갭에 의해서 분리되고, 제2기판상의 공통전극과 대향해서 액정을 횡단하여 제1기판위에 형성된 절연막위에 배치되는 복수의 부화소전극과, 상기 절연막을 개재하여 상기 부화소전극중 1개 이상의 부화소전극과 부분적으로 대향하고, 또한 상기 부화소전극과 상기 공통전극사이에 형성되는 액정콘덴서에 직렬로 접속된 제어콘덴서를 상기 1개 이상의 부화소전극과 제어콘덴서전극에 의해 형성하도록 배치되고, 제어콘덴서전극과 상기 공통전극사이에 구동전압이 인가되는 제어콘덴서전극을 포함하는 액정표시소자에 있어서, 상기 제어콘덴서전극은, 상기 절연막을 개재해서 상기 복수의 부화소전극의 상호간을 분리하는 갭의 전체길이를 중첩하는 영역과, 상기 부화소전극의 각각에 대해서 소정의 면적을 중첩하는 영역을 포함하고, 상기 액정표시소자는, 상기액정콘덴서와 병렬로 등가적으로 부가콘덴서를 형성하기 위하여, 제2절연막을 개재하여 상기 부화소전극에 대향하여 부가콘덴서전극을 부가하여 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 각각의 화소영역의 일부를 점유하고, 제2기판상의 공통전극과 대향해서 액정을 횡단하여 제1기판위에 형성된 절연막위에 배치되는 1개 이상의 부화소전극과, 상기 절연막을 개재하여 상기 1개 이상의 부화소전극과 부분적으로 대향하고, 또한 상기 부화소전극과 상기 공통전극사이에 형성되는 액정콘덴서에 직렬로 접속된 제어콘덴서를 상기 1개 이상의 부화소전극과 제어콘덴서전극에 의해 형성하도록 배치되고, 제어콘덴서전극과 상기 공통전극사이에 구동전압이 인가되는 제어콘덴서전극을 포함하는 액정표시소자에 있어서, 상기 1개 이상의 부화소전극과 상기 제어콘덴서전극은, 이들 전극중 선택된 한쪽의 전극이 다른 쪽의 전극을 에워싸고 또한 이들 주연부에서 상기 절연막을 개재하여 서로 중첩되도록 동심형상으로 배치되어, 아일랜드형상의 제1부화소영역과 상기 제1부화소영역을 에워싸는 루프형상의 제2부화소영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1부화소영역은, 상기 제2부화소영역의 안쪽에 형성된 상기 제어콘덴서전극의 일부이고, 상기 부화소전극은, 상기 제1부화소영역을 에워싸는 루프형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1부화소영역은, 상기 제2부화소영역의 안쪽에 배치된 1개 이상의 부화소전극이고, 상기 제어콘덴서전극은 상기 1개 이상의 부화소전극을 에워싸는 영역을 가지고, 상기 제2부화소영역을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제2항에 있어서, 상기 1개 이상의 부화소전극으로부터 갭에 의해서 분리되어 형성되고, 상기 제어콘덴서전극에 전기적으로 접속되는 제2부화소전극을 부가하여 포함한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어콘덴서전극은, 상기 1개 이상의 부화소전극의 주연부를 에워싸고 또한 상기 주연부를 중첩하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제6항에 있어서, 상기 1개 이상의 부화소전극은, 상기 제어콘덴서전극의 주연부를 에워싸고 또한 상기 주연부를 중첩하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제2절연막은, 상기 1개 이상의 부화소전극을 포함하는 상기 제1기판의 전체면에 대해서 형성되어 있고, 상기 부가콘덴서전극은 상기 제2절연막위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제2부화소전극은 상기 제어콘덴서전극과 일체적으로 동일면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 제2항에 있어서, 상기 제2절연막은 상기 제1절연막으로 사용되고, 상기 제어콘덴서전극과 상기 부가콘덴서전극은 동일면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제6항에 있어서, 상기 제2부화소전극은, 상기 제1절연막에 형성한 콘택트홀을 통해서 상기 제어콘덴서전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  13. 제6항에 있어서, 상기 제2부화소전극은, 상기 1개 이상의 부화소전극과 동일면에서 갭에 의해 분리되어 형성되고, 상기 제어콘덴서전극은 상기 갭의 전체길이에 대해서 중첩하는 영역을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  14. 제2항에 있어서, 상기 부가콘덴서전극은, 행방향과 열방향중 선택된 방향으로 인접하는 상기 화소의 상기 부가콘덴서전극에 접속되는 연장부를 가진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  15. 각각의 화소영역의 일부를 점유하고, 제2기판상의 공통전극과 대향해서 액정을 횡단하여 제1기판위에 형성된 절연막위에 배치되는 복수의 부화소전극과, 상기 절연막을 개재하여 상기 복수의 부화소전극과 부분적으로 대향하고, 또한 상기 복수의 부화소전극과 상기 공통전극사이에 각각 형성되는 액정콘덴서에 각각 직렬로 접속된 제어콘덴서를 상기 1개 이상의 부화소전극과 제어콘덴서전극에 의해 형성하도록 배치되고, 제어콘덴서전극과 상기 공통전극사이에 구동전압이 인가되는 제어콘덴서전극을 포함하는 액정표시소자에 있어서, 상기 복수의 부화소전극은, 중앙에 배치된 아일랜드형상의 1개의 전극을 제외한 전극중에서 1개 이상의 전극에 의해서 상기 아일랜드형상의 1개의 전극을 에워싸고 또한 이들 주연부에서 상기 절연막을 개재해서 중첩되도록 동심형상으로 배치되어, 상기 중앙에 배치된 아일랜드형상의 제1부화소영역과 상기 제1부화소영역을 에워싸는 루프형상의 제2부화소영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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