JPH0212A - 液晶表示装置の画素および液晶表示装置における画素のグレースケールを実現する方法 - Google Patents

液晶表示装置の画素および液晶表示装置における画素のグレースケールを実現する方法

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JPH0212A
JPH0212A JP63285928A JP28592888A JPH0212A JP H0212 A JPH0212 A JP H0212A JP 63285928 A JP63285928 A JP 63285928A JP 28592888 A JP28592888 A JP 28592888A JP H0212 A JPH0212 A JP H0212A
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Anthony J Bernot
アンソニイ・ジエイ・バーノツト
Michael J Johnson
マイケル・ジエイ・ジヨンソン
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は全体としてデータおよび映像を光学的に表示す
る装置に関するものであシ、更に詳しくいえば液晶表示
装置K関するものである。
〔従来の技術〕
一般K液晶と呼ばれているある種の物質は、適切な大き
さの電圧を印加すると、液晶媒体を透過する光K対する
特性が変化する点で電気−光学的な物質である。液晶媒
体を透過する光K対する光学的41)桂のその変化は光
学的表示装置の基礎として広く受け容れられている。こ
の電気−光学的な挙動は、マトリックス表示装置の各画
素における液晶コンデンザK電圧を伝えるために(フィ
ルムトランジスタまたtiフィルムダイオードのような
)高インピーダンスの固体スイッチが用いられる能動マ
トリックス表示装置−にとくに適する。また、液晶表示
装置は消費電力が小さい。電力は液晶分子の初めの向き
を変えるためK、のみ用いられる。
鏡が液晶表示装置の背後K置かれた時K液晶表示装置は
周囲光の下で動作でき、反射光を制御するために物【の
光学的な性質が利用される。周囲光の利用Kは、光源K
対する液晶表示装置の向きを慎重K定める必要がある。
向きを定める問題を軽くシ、周囲光の必要性を減するた
めK1液晶表示装置パネルを背後から照明できる。最後
に、液晶表示装置パネルは平らK1かつ比較的薄く製造
できる。最近の技術では、関連する回路を希望する任意
の形で比較的狭いスペースを占めるように製作できる。
しかし、現在まで社、液晶表示装置は満足できるグレー
スケールを表示できなかった。従来は、液晶表示装置に
おいてグレースケールを出す試みは、各表示点(以後、
画素と呼ぶ)を複数のそれよ)小さい表示点すなわち副
画素K分割する直接的表や夛方を用いていた。起動させ
られる副画素の数はグレースケールの階調を定める。任
意の有効な数の副画素K対して、アドレス線の密度が極
めて大きく増加するから製造が困難となる。また、各画
素に対して複数の副画素を同時K起動せねばならないか
ら、アドレッシングもますます困難になる。グレースケ
ールを出すために試みられた別の技術は、しきい値電圧
より高いが、光学的K飽和させるような電圧よりは低い
電圧を画素に印加するととKより、液晶物質の分子の向
きを部分的K変えることである。ねじれネマチック液晶
表示装置の場合には、そのような電圧レベルは液晶結晶
分子を部分的K変形させる。しかし、その部分的な変形
Kより、液晶表示装置に垂直な軸を中心とする視角の関
数であるグレースケールが得られることになるから、あ
まシ満足できないことが判明している。ここで、いくつ
かの印加電圧K対するねじれネマチック液晶を透過する
光の角度依存性が示されている第1図を参照する。印加
電圧は電源電圧Vとしきい値電圧V・の比がV/V@ 
=3(第1A図)、=2(第18図)、=15(第1C
図)、=0(第10図)の場合Kついて説明することK
する。視角(すなわち、表示装置の軸からの拡が〕)は
45度であり、角度φは軸の周囲の角度である(それら
の角度が第10図に示されている)。透過の大きさは図
の中央(軸)からの距離Kよ)与えられる。明らかなよ
うに、ねじれネマチック液晶を含むセルにおいて印加電
圧を使用しようとしても、光の透過の角度依存性のため
に満足できるものではない。
したがって、従来の液晶表示装置グレースケール技術K
おける角度依存性の問題のない、液晶表示装置において
グレースケールを生ずる技術の必要性が感じられてきた
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的紘改良した表示装置を得ることである。
本発明の別の目的は、改良した液晶表示装置を得ること
である。
本発明の別の目的は、グレースケールを生ずることがで
きる液晶表示装置を得ることである。
本発明の別の目的は、各画素が複数の副画素を含んでい
るような液晶表示装置を得ることである。
本発明の別の目的は、画素K印加される電圧が起動させ
られる副画素の数を制御できるような液晶表示装置を得
ることである。
本発明の別の目的は、視角とは独立のグレースケールを
生ずる液晶表示装置を得ることである。
本発明の別の目的は、アナログ入力信号K応答する改善
された液晶表示装置を得ることである。
本発明の更K別の目的は、付加アドレス線また社付加能
動素子を用いずK液晶表示装置Kグレースケールを生じ
させることである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的およびその他の目的は、本発明K従って、表示
装置の各画素K関連する複数の副画素を設けることKよ
り達成される。各副画素ごとに実効コンデンサに制御コ
ンデンサが直列K接続されて、実効液晶コンデンサの端
子間電圧を制御する分圧回路を構成する。実効コンデン
サの極板の間K液晶物質が含まれる。光学的K飽和させ
る副画素の数を画素K印加される電圧によシ決定できる
ようKするためK制御コンデンサの値が選択される。副
画素のための制御コンデンサのパラメータを制御する技
術Kついて説明する。電圧で制御される副画素を使用す
るとグレースケールを生ずることができる液晶表示装置
が得られる。各副画素K関連する液晶は印加電圧Kより
影響を受けず、あるいは飽和させられるから、伝えられ
る放射の角度の一様性が大幅に改善される。アナログ信
号へ伝えられる放射の角度の一様性も改善される。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
第1図Kついては従来技術の説明において述べた。
まず、液晶表示マトリックスのブロック図が示されてい
る第2図を参照する。液晶表示装置10は多数の(MX
N)画素を有する。各画素はM列導体の1つと、N行導
体の1つとによプアドレスされる。M列導体は、アドレ
ス信号1FWx K応答するX軸列バス駆動器11Kよ
り選択され、N行導体は、y行バス駆動器12Kよシ選
択される。起動された列導体と起動された行導体の交点
は関連する画素を起動する。
次K1画素への列導体と行導体の結合が示されている第
3C図を参照する。液晶物質の容器の1つの表面を形成
する基板29K行導体と列導体が付着される。行導体と
列導体社絶級パッド21Kより(電気的に)分離される
。列導体−と行導体(社)の交点K薄膜トランジスタ2
0が近接して形成される。この薄膜トランジスタ20の
ソース端子線列導体(m)へ結合され、ゲート端子は行
導体ωへ結合され、ドレイン端子は、基板29(好適な
実施例ではガラス製)の内面K設けられている導体25
へ結合される。液晶画素(n、m)K加えられる電界は
、導体25へ加えられた電圧と、液晶物質を含んでいる
第2の基板32(第4図)に形成されている共通端子の
電圧との電位差の結果である。この実施例では、基板3
2はガラスで製作され、それの内面K共通端子が付着さ
れる。画素の等価電気回路が第38図に示されている。
薄膜トランジスタ25のソース端子が列導体(m)へ接
続され、ゲート端子が行導体へ結合され、ドレイン端子
がコンデンサ5へ結合される。コンデンサ5は導電体2
5により形成される。この場合、液晶物質が誘電体とし
て作用し、アース端子は液晶表示装置の第2の板の上に
設けられる。
次に、カラ一液晶表示装置が示されている第4図を参照
する。ガラス基板29の外面に偏光器31が設けられ、
基板29の内面には電極30(すなわち、第3図の薄膜
トランジスタ20と導体25および列導体と行導体)が
付着される。第2の基板32の外面K偏光器31が設け
られる。その外面Kは色フィルタも設けられる。共通電
極として機能する導体34がガラス基板32の内面K設
けられ、導体34の上Kフィルタ33が設けられる。
第1の基板および第2の基板と物質の間K液晶が置かれ
、スペーサ36が基板間距離を保ち、液晶を含む。
次K1ねじれネマチック液晶表示装置を用いる第4図の
液晶表示装置の透過光に対する動作モードが示されてい
る第5図を参照する。ねじれネマチック液晶においては
分子40は全体として長円形である。第5C図において
、基板32.29K設けられている偏光器31は整列さ
せられ、電極−30と340間K電圧が印加されないと
、ねじれネマチック液晶物質の分子は、拘束表面K平行
K1長軸K沿って全体的K向けられる。しかし、拘束表
面に垂直な軸K沿う最も近い分子に対して分子は少し回
転させられる。この分子構成においては、基板31に設
けられている偏光器21によ〕偏光されて、2つの拘束
表面に垂直な軸K沿って進む光は、基板32に設けられ
ている偏光器31Kよシ伝えられること社々い。第58
図において、電極34と30の間に十分大きい電圧が加
えられると、分子40は電界K!IE列させられ、光を
表示装置を透過させることができる。第5C図において
、中間の電界K対しては、分子4o#′i、電界が加え
られない時に物質中K見られる回転の向きを保持し、表
示装置の内側の分子の電界K対する部分的な整列が起る
。しかし、第1図K示すようK1中間の電界K対しては
透過光は軸対称ではない。
次に、3x3画素マトリックスの領域を選択的K起動す
るととKより、10階調のグレースケールを得る技術が
示されている第6図を参照する。
この技術は半調技術として知られており、副画素(また
は副領域)の分解を阻止するためK、画素が十分K離れ
ているか、十分K小さいかの少くとも一方である場合K
は、眼Kよる積分K依存する。
グレースケールレベルAIKシいては、画素のどの部分
も照明されない(すなわち、光の透過によ))。グレー
スケールレベルA2では、1つの画素副領域を光が透過
する。引き続く各グレースケールのlIjlllにおい
てハ、クレースケールレベル110まで、光が透過する
副領域の数が増し、グレースケールレベル410におい
ては全ての画素を光が透過する。
次K1選択された数の副画素を起動させる技術が示され
ている第7図を参照する。起動される副画素の数は画素
に印加される電圧Kよ〕決定される。複数の副画素86
〜SQは実効コンデンサC(LC) o−C(L C)
 csをそれぞれ有する。それらの実効コンデンサの極
板の間K液晶物質が含まれる。その液晶物J[Kは、実
効コンデンサの極板上の電荷Kより発生される電界を受
ける。各実効コンデンサC(LC)e= C(LC)@
に制御コンデンサC・〜C,が直列に接続される。トラ
ンジスタ2◎が導通状態にされると、直列結合されてい
る各コンデンサ対に電圧vAが印加される。各副画素の
ために液晶K加えられる電圧はV(t、C)q=vA−
■、/〔Cq+C(LC)g〕である。したがって、画
11K加えられる与えられた電圧K対して、各画素の液
晶物質K印加される電圧を制御コンデンサCqは決定で
きる。
次に、実効副画素コンデンサK直列接続され、複数の容
量値を有する制御コンデンサを製造する3種類の技術が
示されている第8C図、第88図および第8C図を参照
する。それらの技術は平行板コンデンサの弐C=Ke 
@ A/d FIC関連して最も良〈理解される。その
式で、Kは媒体の比誘電率、・・は自由空間の誘電率、
ムはコンデンサの極板間の距離である。第8C図におい
て、比誘電率Kを変えるととにより制御コンデンサの容
量が制御される。したがって、副画素goの制御コンデ
ンサの比誘電率社K・で69、副画素S1の制御コンデ
ンサの比誘電率alct 、等である。その結果として
、制御コンデノサの容量を各副画素ごとに変えることが
できる。第88図において、液晶物質を横切って副画素
の制御コンデンサへ直列接続されている制御コンデンサ
の容量社、コンデyすの少くとも1つ極板の面積を変え
ることKより制御される。副画素Kfm達する制御コン
デ/すの一方の極板の面積tiA・、副画素SIK関連
する制御コンデンサの一方の極板の面積はAlN等であ
る。このようにして、副画素制御コンデンサの容量を変
えることができる。第8C図K&いて、副画素中の誘電
体と液晶物質の相対的表厚さを変え(それKより、各副
画素K関連する液晶K加えられる電界を可制御的K変え
)ることKよシ、制御コンデ/すの容量は制御される。
副画素s@K関連する誘電体の厚さはd・、副画素S1
K関連する誘電体の厚さはd11等である。したがって
、各副画素に関連する誘電体の厚さで、関連する副画素
の液晶K加えられる電界の相対的な強さを制御できる。
制御コンデンサパラメータの調整の仁の技術においては
、液晶の実効コンデンサの容量は誘電体の厚さとkよ〉
決定され、誘電体は制御コンデンサとして作用する。
次に、制御コンデ/4jの容量を決定する極板可変面積
技術の実現の分解斜視図が示されている第9図を参照す
る。基板(図示せず)K結合されている共通電極34が
液晶35のための1つの境界を形成する。液晶の反対側
は共通の副画素電極82Kより限られる。共通の副画素
電極82は、実効一液晶コ/デンサと制御コンデンサに
共通の電極である。共通の副画素電極82は表示装置の
残90部分へ導電素子によシ結合されること社ない。共
通のa画雰電極は誘電体層81の上に位置させられる。
誘電体層81の第20儒Kは副画素電極25が設けられ
る。電極25を調べると明らかなように、関連する各共
通副画素M極から見た電極250面請け、共通のを副画
素電極ととK異なる値を有する。電17k25はガラス
板29(第3図)の上に置かれる。
次に、実効液晶副Wi素コンデンサの端子間電圧を決定
するためK1可変誘電体厚さを用いる技術が斜視図で示
されている第10図を参照する。共通の画素電極が画素
の液晶物質35の1つの境界を形成する。第2の電極2
5が画素セルの第2の境界を形成する。電極25K複数
の誘電体領域91〜94が組合わされる。各誘電体領域
の厚さはそれぞれdo=dsである。誘電体領域91〜
94の1番上と電極340間の電圧(したがって、それ
Kよシ発生される電界)社関連する誘電体領域の厚さK
より決定される。
次K1グレースケールを生ずるための副画素パラメータ
を決定する手順がグラブで示されている第11図を参照
する。このグラフの縦軸は実効副画素コンデンサの端子
間電圧V(LC)を示す。横軸は画素セルに印加されろ
電圧vAである。差は制御コンデンサの端子間電圧であ
る。カープV(LC)o 、V(LC)1 .V(LC
)2 .V(LC)3は、印加電圧の関数としての実効
副画素コンデンサの端子間電圧である。電圧レベルV&
は光学的な活動を開始する電圧を示し、Vuは光学的活
動の飽和が起る電圧レベルを示す。したがって、電圧v
L以下では副画素は完全K不透明であシ、電圧Vu以上
では副画素は完全K透明である。とこで、副画素S・の
実効液晶コンデンサの端子間電圧を表すV(LC)oカ
ーブを参照して、電圧vA=v・が加えられると、関連
する副画素は透明である。
v(LC)s カーブでは、副画素81の実効液晶コン
デンサの端子間電圧は、Vム=vo の時Kたかだか、
vT、にすべきである。第9図を参照して、この関係は
副画素S@K関連する電極250面積と、副画素SII
c関連する電極250面積との比を定める。同様に、画
素電圧VA=V、  であると、実効画素コンデンサの
端子間電圧V(LC)□は光学的飽和電圧Vu K達し
、副画素S鵞の実効液晶コンデンサの端子間電圧V(L
C)、は液晶のしきい値レベルVLK達する。この電圧
条件は、副画素81K関連するコンデンサ極板すなわち
電極すの面積と、副画素SzK関連するコンデンサ極板
25の面積との比を決定する。
再び第11図を参照して、カープV(LC)。。
v(LC)l、V(LC)z −V(LC)sは直線状
テ社ナい。この非直線性は、印加電界の作用の下Kおけ
る異方性液晶分子の向きが変化する結果である。
これについては第12図を参照しながら下記に説明する
第12図には、印加電圧の関数としての実効液晶コンデ
ンサの誘電率の変化を示すグラフが示されている。比誘
電率K、は、電圧が光学的活動電圧v1の近くK達する
までほぼ一定K保たれる最小値を有する。比誘電率は、
光学的飽和電圧Vuまで電圧が上昇するKつれて増大し
、誘電的K飽和する電圧レベルvucにおいて最大値に
達する。
光学的K飽和させるために選択された画素に加えねげな
ら危い電圧を定める時Kは、誘電率の変化を考慮K入れ
なければならず、次K選択される画素には光学的活動の
しきい値に近い電圧が印加される。
〔好適な実施例の動作〕
副画素の液晶領域に直列接続され、容量が制御可能であ
る制御コンデンサを用いることによ〕、画素への印加電
圧はどの画素が光を伝えることができるかを決定できる
。画素に制御可能な電圧を加える性能と、画素への印加
電圧の関数として各画素の光学的特性を制御する性能と
によシ、液晶表示装置の画素に、印加電圧の関数として
広い視角のグレースケール性能を持たせることができる
本発明においては、副画素の液晶領域と直列K結合され
る制御コンデンサを導入するととKよシ、選択された副
画素の起動が制御される。直列制御コンデンサは分圧回
路を構成するために製造され、それKよシ、画素K所定
の電圧が印加された時K関連する副画素が光学的K起動
させられる。選択された画素電圧において副画素液晶が
光学的に起動させるためK制御コンデンサを構成するこ
とKより、グレースケールを生ずる性能を画素への印加
電圧の関数として得ることができる。直列制御コンデン
サの容量を、コンデンサの訪電率と、極板の距離と、極
板の面積との少くとも1つの関数として変えることがで
きる。この実施例においては、コンデンサの極板面積技
術が用いられる。この技術社光学的性質と電気的性質を
最も良く制御−する。
この実施例においては、各画素への印加電圧を制御する
トランジスタが、薄膜技術を用いて基板上K製造される
。それらのトランジスタ扛アモルファスシリコン、ポリ
シリコン、セレン化カドミワム、テレリ9ム、その他の
適当な材料を用いて基板上k製造できる。液晶物質社適
当なねじれネマチック物質から選択される。しかし、電
圧の関数として決定される光学的起動を持つ材料に対し
て本発明のやり万を使用できる。基板はガラス、高温度
ガラス、石英または他の適切な材料から製造できる。
液晶表示装置上に表示すべき映像は論理信号の群として
格納され、それから、適切な画素電圧Vムを得るために
デジタル−アナログ変換器を使用できる。
本発明を、非光学的K飽和させられる副画素を無くす画
素に印加される電圧KおけるステップK関して説明した
が、液晶表示装置の画素へのアナログ信号の印加に応答
して、広い視角にわたって光の透過の一様性を向上させ
ることが明らかであろう。この改善社、複数の一画素K
対して、印加されたアナログ信号がただ1つの副画素を
飽和されなくなる、という事実の結果である。したがっ
て、角度依存性はあまり明らかでなく、目立つ角度依存
性なしに光の伝送Kli畳される。同様に、本発明の技
術を用いて、種々の電圧において光学的JC飽和する各
iiii素K対する一連の副画素を形成することにより
、グレースケール画素を形成できるが、必ずしも第11
図K示す関係社持たない。
画素が光伝送飽和状態Kある被数の副画素を典型的K有
する場合には、軸方向の光伝送の一様性が改善される。
【図面の簡単な説明】
第1ム〜lE図はねじれネマチック液晶物質の光の伝送
の角度依存性を示し、第2図は液晶マトリックス表示装
置のブロック図、第3A図は画素への列導体と行導体の
電気的結合を示し、第38図は電気的結合の等価回路図
、第4図は本発明を使用できるマトリックスカラ一液晶
表示装置であり、第5A〜5C図は第4図に示されてい
るカラ一液晶表示マトリックスの動作の概念的が説明図
、第6図社グレースケールレベルを半調技術によシどの
ようにして達成できるかを示し、第7図は複数の副画素
を有する液晶表示装置の画素にグレースケールを生じさ
せる技術を示し、第8A図、第88図および第8C図社
副画素の実効コンデンサK制御コンデンサを直列接続す
る技術を示し、第9図は制御コyデンサの容量を定める
可変面積技術を用いる液晶画素セルの分解斜視図、第1
0図は副画素セルの実効コンデンサ内K電界を生じさせ
るためK誘電体の厚さを用いる液晶画素セルの分解斜視
図、第11図は印加電圧レベルにより決定される副画素
起動を持つ液晶画素セルを設計する手順を示し、第12
図は副画素の構造K影響する液晶物質の性質を示す。 10・・・・液晶表示装置、11・・・・X軸列バス駆
動器、12・・・・y軸行バス駆動器、29.32−−
−一基板、30.34−−−−電極、33・・−・フイ
〃り、35・・・1液晶、81・・・・誘電体層、82
・・・・共通副画素電極。 判、許出好人 ハネ9エル・インコ−ボレーテッド復代
理人 山川政樹(ほか2名) 図面の浄IF(内容に変更なし) Fit;、 IA、               F
lσ、〃1F16. IC−FIG、 /D− 1・71 F16. IE− 土 I τ r31       々メぴ/I Flロー 4゜ r      −−−−−= し−一−−−−−−−−−−−−−−−−一 。 罪、 ?       ハ   ? Flに、 IIA、               F
lに−θl当   ? C”#&[oA) F16.8C。 F16.9゜ F/f;、 10゜ Fl(;、 It 身′” FllL M。 手続補正書(λ代) 1、事件の表示

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の副画素を備え、各副画素は、 前記液晶表示装置を有する領域と、 各前記副画素を画素に印加された電圧の関数として起動
    する起動手段と、 を備えることを特徴とする液晶表示装置の画素。
  2. (2)液晶表示装置の画素を複数の副画素に分割する過
    程と、 前記画素の液晶領域に制御コンデンサを直列に置く過程
    と、 前記制御コンデンサのパラメータを調節して、予め選択
    された電圧に対して、関連する各液晶領域を光学的に飽
    和させる過程と、 を備えることを特徴とする液晶表示装置における画素の
    グレースケールを実現する方法。(3)多数の液晶画素
    を備え、各画素は、 前記画素に印加された光学的なグレースケールに依存す
    る電圧を供給するグレースケール手段と、予め選択した
    画素に電圧を加える電圧手段と、を備え、前記グレース
    ケール手段は、前記副画素の軸方向に対称的な光伝送を
    全体的に行うことを特徴とする液晶表示装置。
JP63285928A 1987-11-13 1988-11-14 液晶表示装置の画素および液晶表示装置における画素のグレースケールを実現する方法 Pending JPH0212A (ja)

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