(57)【特許請求の範囲】
【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つの画素は複数の接続体を有し、
前記接続体は、副画素電極が該副画素電極に対応する１つの薄膜トランジスタのドレイン電極に接続されることにより構成され、
前記各接続体は、該各接続体を構成する薄膜トランジスタのソース電極を介して、前記画素を囲む信号配線のうちの１つに電気的に直列に接続され、
前記各接続体は、該各接続体を構成する薄膜トランジスタのベース電極を介して、前記画素を囲む走査配線のうちの１つに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。
【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ＴＦＴ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、２１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１３ａ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、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つの画素は複数の接続体を有し、前記接続体は、副画素電極が該副画素電極に対応する１つの薄膜トランジスタのドレイン電極に接続されることにより構成され、前記各接続体は、該各接続体を構成する薄膜トランジスタのソース電極を介して、前記画素を囲む信号配線のうちの１つに電気的に直列に接続され、前記各接続体は、該各接続体を構成する薄膜トランジスタのベース電極を介して、前記画素を囲む走査配線のうちの１つに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、１３ｂ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１３ｂ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２２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１４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Ｒｏｎａ  とによる近似的な時定数Ｒｏｎａ  ×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Ｒｏｎａ  及び第２の薄膜トランジスタ２３ｂの導通時の抵抗Ｒｏｎｂ  とを足し合わせた抵抗による近似的な時定数（Ｒｏｎａ  ＋Ｒｏｎｂ  ）×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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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