JP2578145B2 - マトリクス表示装置 - Google Patents

マトリクス表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マトリクスに配置された複数の表示素子を
具え、これら表示素子は電気的に励起し得る表示材料を
介挿した対向基板上に支持されたそれぞれの電極で画成
され、動作中この表示材料がこれら電極と相まって容量
を示すものであって、これら表示素子を、それぞれの電
極に電圧を一方の基板上に支持されたそれぞれのスイッ
チング手段を経て選択的に供給することにより制御する
ようにしたマトリクス表示装置に関するものである。
電気的に励起し得る表示材料が液晶材料である斯る表
示装置の既知の例では、各表示素子を一方の基板上に支
持された各別の電極と、他方の基板上に支持された全表
示素子に共通の電極の対向部分とで構成し、スイッチン
グ手段は薄膜トランジスタ（TFT）で構成し、これらト
ランジスタを行列アレー配置している。複数のデータラ
インの各々をそれぞれの列のTFTに接続し、複数のゲー
トラインの各々をそれぞれの行のTFTに接続している。
この表示装置はゲートラインを順次に繰返し走査して
各行の全てのFETをターンオンさせると共にデータライ
ンに画像（データ）信号を供給することにより駆動して
画像を表示する。各ラインのTFTがターンオンすると、
このラインの各TFTがデータラインとこのラインの各表
示素子の一方の電極との間の導電通路を形成し、各表示
素子を供給されるデータ電圧に充電する。ゲートライン
電圧がこのラインの駆動の終了時に低下すると、このラ
インのTFTが全てターンオフし、これにより表示素子の
電極が遮断され、表示素子の固有の容量（ストレーキャ
パシタを用いることもできる）のために充電荷が各表示
素子に蓄えられる。従って、各表示素子は関連するTFF
が次にターンオンされるまで（TV信号の場合には１フィ
ールド周期）、供給されたデータ電圧により決まる状態
に維持される。
この種の表示装置は、ビデオ信号の各ラインをサンプ
リングし、サンプルした電圧をデータラインに供給する
ことによりグラフィック表示又はTV画像表示に使用する
ことができる。
特にこの表示装置をTV画像表示に使用する場合には、
グレースケール表示機能が必要になる。既知の装置では
これを、表示素子の透過率−電圧特性を利用すると共
に、各表示素子に印加する電圧を調整することにより達
成している。使用する液晶材料としては、指数関数状の
傾きを示し、印加電圧に対しゆっくり変化する電圧スイ
ッチング特性を有するものを選択する。この使用する液
晶材料の種類をゆるやかなスイッチング特性を有するも
のに制限する必要は特に視角のような材料の他の特性を
制限を生ずる。
本発明の目的は、グレースケールレベルを容易に達成
し得ると共に上述の既知の装置と関連する欠点が少くと
もある程度解消されるようにしたマトリクス表示装置、
特に液晶表示装置を提供することにある。
本発明は、マトリクスに配置された複数の表示素子を
具え、これら表示素子は電気的に励起し得る表示材料を
介挿した対向基板上に支持されたそれぞれの電極で画成
され、動作中この表示材料がこれら電極と相まって容量
を示すものであって、これら表示素子をそれぞれの電極
に電圧を一方の基板上に支持されたそれぞれのスイッチ
ング手段を経て選択的に供給することにより制御するよ
うにしたマトリクス表示素子において、前記一方の基板
上に支持されたスイッチング手段と関連する表示素子電
極の各々を複数のサブ素子を画成する複数の各別の電極
で構成し、これら各別の電極の各々を前記スイッチング
手段に直列キャパシタを介して容量的に結合し、これら
サブ素子の容量とそれらの直列キャパシタの容量との比
を互に相違させてあることを特徴とする。
斯る表示装置は特定の電気−光学表示材料、例えばゆ
るやかなスイッチング特性、即ち一方の状態から他方の
状態に徐々に変化する特性を有する液晶材料を使用する
必要がなくなる。また、他の電気−光学表示材料を用い
て、ゆるやかなスイッチング特性を有する特定の材料の
使用と関連する種々の他の特性の制限を除去することも
できる。
この利点は、各表示素子が実際上複数の電極で画成さ
れる種々のしきい値を有する複数のサブ素子（即ち、サ
ブ領域）に分割される事実による。各表示素子はある範
囲のグレースケールレベルを表示することができ、その
レベルは異なる状態にスイッチされたサブ素子の数によ
り決まり、この数は表示材料のスイッチング電圧に到達
した又はこの電圧を越えた各表示素子の各別の電極の数
により決まる。表示素子のサブ素子とそれらの直列キャ
パシタとの容量比は互に相違するため、所要のスイッチ
ング電圧に到達するサブ素子の数はスイッチング手段を
経て供給される電圧に応じて変化する。各容量性サブ素
子と直列キャパシタの直列接続回路は実際上容量性分圧
回路として作用し、複数のこれら回路が印加電圧源間に
互に並列に接続されているものとみなせる。従って、こ
れらサブ素子の各々の両端間の電圧をしきい値電圧に到
達させるには各別の所定レベルの印加電圧が必要にな
る。印加電圧を増大すると、しきい値が越えられてスイ
ッチされるサブ素子、即ち状態の変化を生ずるサブ素子
の数及び従って表示素子のターンオン面積の割合がこれ
に応じて増大する。各表示素子の面積は小さいため、代
表的な視聴環境の下では視聴者はサブ素子が別々になっ
ていることを識別することはできず、各表示素子はスイ
ッチされたサブ素子の数に従って変化する輝度（グレー
スケールレベル）を有する１つのドットして知覚され
る。この結果、種々のグレースケールレベルを印加電圧
に応じて達成することができる。この点に関連し、例え
ば表示材料がしきい値電圧の印加時に明状態から暗状態
にスイッチされる液晶材料である場合を考察すると、し
きい値電圧に到達する各表示素子の電極の数が増大する
とこの表示素子が暗くなり、逆にこの電極の数が減少す
るとこの表示素子が明るくなる。
本発明の一実施例では、表示材料を液晶材料とする。
本発明は液晶表示装置に適用すると特に有用である。グ
レースケール表示を達成する本発明の方法によれば、液
晶の電圧特性はあまり重要でなく、ゆるやかなスイッチ
ング特性を示す液晶材料以外の液晶材料も使用すること
ができ、従来より広い他の特性の選択が得られる。従っ
て、必要に応じ動作中に改善された視角特性を与える材
料を使用することができる。しかし、使用する液晶材料
に適度に鋭い電圧スイッチング特性を有するものとする
のが好ましい。
本発明は動作中容量性を示す他の電気−光学表示材
料、例えばエレクトロルミネッセンス材料又はエレクト
ロミック材料を用いる表示装置に用いて同様の利点を得
ることもできること明らかである。
表示素子のスイッチング手段を例えばTFTとする場合
には、本発明は更に他の利点を提供する。即ち、各表示
素子が複数の電極の各々で画成される複数の各別のサブ
素子で構成され、各サブ素子が他のキャパシタと直列に
接続されるため、表示素子の総合容量が同一サイズの各
表示素子を画成する単一電極を用いる既知の表示装置と
比較して小さくなり、従って必要とされるTFTのサイズ
を小さくしてTFT面積に対する表示素子の面積の比を大
きくすることができる。
各表示素子のサブ素子の数及び従って前記複数の電極
の数は表示すべきグレースケールレベルの数に従って選
択するのが好ましい。代表的には、TV画像表示に対して
は16個のグレースケールレベルが望ましく、この場合に
は各表示素子に対し15個のサブ素子を設ける。この場
合、16番目のグレースケールレベルは表示素子の全ての
サブ素子をオフ状態にすることにより得られる。
各表示素子には、前記複数のサブ素子に加えて、同様
に直列キャパシタを経てスイッチング手段に接続された
他の１個以上のサブ素子を含ませ、これらサブ素子とそ
れぞれの直列キャパシタの容量の比を前記複数のサブ素
子と関連する各別の容量の比の１つ又はそれぞれと同一
にすることができる。この場合、前記複数のサブ素子の
１つをスイッチするに十分な所定の電圧が印加される
と、これに加えて他のサブ素子の１個以上がスイッチさ
れる。このようにすると、単一グレースケールレベルを
表示素子の２個以上のサブ素子により与えることができ
る。このような他のサブ素子を設けることにより所望の
グレースケールレベルを得ることができるため、前記複
数のサブ素子の特定の１つのスイッチイグ手段によって
のみ異なるグレースケールレベルを達成する代りに、１
個以上の他のサブ素子をこの特定のサブ素子と同時にス
イッチすることによりこの異なるグレースケールレベル
を得ることができる。
本発明は有用な範囲のグレースケールレベルを提供し
得るが、必要に応じこれらレベルの中間のレベルを、従
来のような表示材料のスイッチング特性を同時に利用す
ることにより従来のものと合成されたグレースケールを
与えることにより達成することができる。そのスイッチ
ング特性は既知の装置に必要とされるほどゆるやかにす
る必要はなく、かなり鋭くすることができる。
表示装置の視聴者により知覚される所望のグレーレベ
ル変化を与えるために、各表示素子の前記複数の電極の
各々の面積及び従ってサブ素子の各々の面積を知覚すべ
きグレースケールレベルに従って互に変える。人間の眼
の輝度レベル変化に対する応答特性は略々対数特性であ
る。
従ってこの場合には、順次にスイッチされるサブ素子
の前記複数の電極の各々の面積を略々対数関係になるよ
うに選択してリニアグレースケールの眼の知覚に合うよ
うにするのが好ましい。
このように複数の電極の面積を相違させると、その結
果としてこれら電極により画成されるサブ素子の容量も
相違することになる。これがため、これらサブ素子と直
列のキャバパシタの容量の値を、これらサブ素子とそれ
らの直列キャパシタとの容量の比の間に所要の差が得ら
れるように決める必要がある。
液晶材料を表示材料として用い得る本発明表示装置の
実施例においては、各表示素子のサブ素子と関連する直
列キャパシタを共通のスイッチング手段、例えば薄膜ト
ランジスタの出力端子に接続する。各表示素子の複数の
電極を平面アレーに配置し、各々を直列キャパシタの一
部を構成する各別の導電層に接続する。これら導電層は
電極の延長部として電極と一体に形成して表示素子の周
縁に隣接して設けることができる。スイチング手段の出
力電極は複数の電極と関連する導電層の上方をこの導電
層から絶縁されて延在する導電細条に接続し、これら導
電層と、これら導電層の上に位置するこの導電細条の重
複部分とで直列キャパシタを構成するようにする。この
導電細条は略々一定の幅に形成し、各直列キャパシタの
容量値はこの細条の下側に位置する導電層の面積により
決まるようにするのが好適である。表示素子を略々矩形
とする場合には、上述の導電細条は表示素子の２辺に隣
接して延在させるのが好ましく、この構成によると複数
の電極の配置が容易になる。
他の実施例においては、各表示素子に対して複数個の
スイッチング手段、例えば薄膜トランジスタを設け、こ
れらスイッチング手段の出力端子をそれぞれ表示素子の
１個以上の直列キャパシタに接続する。例えば、スイッ
チング手段がTFTである場合には、１つのTFTの出力端子
を２個の直列キャパシタに接続し，もう１つのTFTの出
力端子を１個以上の他の直列キャパシタに接続し、以下
同様に接続する。直列キャパシタの各々に対し各別のTF
Tを設けることもできる。追加のTFTは特にTFTの数が表
示素子のサブ素子の数に等しくなる後者の場合に表示装
置の構造をある程度複雑にするが、この構成は重要な利
点を提供する。即ち、単一のTFTのみが表示素子と関連
する場合にはこのTFTの故障がこの表示素子全体の故障
につながる。他方、上述のように複数のTFTを使用する
場合には、１つのTFTの故障（２つ以上の場合もあり得
る）が表示素子全体の故障にならず、この表示素子はま
だ有効に作用する。複数のTFTが故障する確率は極めて
小さい。
薄膜トランジスタ以外のスイッチング手段、例えばMI
M（金属−絶縁体−金属）ダイオード又は薄膜ダイオー
ドを用いることもできる。
表示装置の他の基板により共通電極又は複数の各別の
電極を既知のように支持することもできる。
以下、図面を参照して本発明のマトリクス表示装置の
特にマトリクス液晶表示装置について詳細に説明する。
第１図は本発明表示装置を含むLCD−TV表示システム
のブロック図を示すものであり、本例ではアクティブマ
トリクスアドレス形液晶表示パネル10を具えている。パ
ネル10は各ライごとにｎ個の水平表示素子（画素）20
（１〜ｎ）を具えたｍ個のライン（１〜ｎ）から成る。
実際には、マトリクスアレー内の画素の総数（ｍ×ｎ）
は100000個以上にすることができる。各表示素子20はス
イッチング素子として作用するアモルファスシリコン薄
膜トランジスタ（TFT）11を有している。各ライン内の
全てのTFTのゲートは行（Ｙ）電極14に接続し、各列内
の全てのTFTのソース電極は列（Ｘ）電極15に接続し、
ｍ個の行電極14とｎ個の列電極15が存在する。
TFT11のドレインは表示素子のそれぞれの電極に後に
詳述するように接続する。表示素子の共通電極は表示素
子のそれぞれの電極TFTを支持する基板から離間された
基板に支持され、両基板間に液晶材料が介挿される。液
晶材料15は印加電圧に応じて光を変調する。表示素子と
位置合わせして配置されたカラーフィルタにより三原色
加色混法によるカラー表示が得られる。
表示素子20のマトリクスアレーのラインアドレッシン
グは行電極14にゲート電圧を供給することにより達成さ
れる。これによりマトリクスのこの行の全てのTFTがタ
ーンオンする。行電極を順次にアドレスしてライン走査
を行なう。線順次アドレッシングを用いると各TFTは時
間Tl中スイッチオンされ、この時間中ビデオ情報が表示
素子に転送される。フィールド時間Tf（この時間はｍ・
Tlに略々等しい）の残りの時間中各TFTがターンオフさ
れ、その結果液晶表示素子の固有のキャパシタンス（C
LC）のために液晶間に印加されたビデオ電圧が維持され
る。液晶材料は有効に直接駆動され、従って任意の本数
のラインFETのスイッチング特性に応じてアドレスする
ことができる。
第１図に示すように、Ｙ（行）電極14は、クロック回
路22からの規制正しいタイミングパルスが供給されるデ
ィジタルシフトレジスタ21により駆動され、クロック回
路23にはチューナ24、IF回路25及びビデオ増幅器26を経
て到来する入力信号から同期分離器23により取り出され
たライン同期パルスが供給される。
ビデオ情報信号は１個以上のシフトレジスタから成る
アナログシフトレジスタ回路28から全てのＸ（列）電極
15に同時に供給され、このシフトレジスタ回路にはビデ
オ増幅器26からビデオ信号が、クロック回路22からタイ
ミングパルスがライン駆動と同期して供給される。この
シフトレジスタ回路はビデオ信号の対応するラインをサ
ンプルし、対応する電圧をＸ電極15及びTFTのソース電
極に供給する。駆動ラインの“オン"TFTはＸ電極15とTF
Tのドレインに接続された表示素子の電極との間の導電
通路を形成してこのラインの液晶表示素子をソース電極
に充電する。Ｙ（ゲート）電極14が低下すると、このラ
インのFETはタンーンオフする。これにより液晶表示素
子が遮断され、電荷が表示素子のキャパシタに蓄えられ
たままになる。従ってこれらの表示素子は関連するTFT
がＹ電極14の駆動により次にターンオンされるまでそれ
らの両端間の電圧VLCにより決まる状態に維持される。
Ｘシフトレジスタ回路28の目的はパネル10の線順次ア
ドレッシングに適した直列−並列変換を得ることにあ
る。フル解像度のTV表示のためには２個のシフトレジス
タが必要である。ライン時間中、１ラインのビデオ情報
を一方のレジスタ内にシフトさせると同時にその別のラ
インのビデオ情報を他方のレジスタからパネルのＹ電極
14に転送する。
次のライン時間中、第１レジスタのビデオ情報をパネ
ルに転送すると同時に第２レジスタに次のラインのビデ
オ情報をロードする。半解像度のTV表示においては1TV
フレームを構成する両フィールドとも同一組の画素に転
送する（即ち、各フィールドを例えばCRTの表示の場合
のように飛越し走査表示しないで重ね合わせ表示す
る）。従ってシフトレジスタ28に供給されるビデオ信号
の極性をフィールドの終了ごとに変えて液晶材料の劣化
の可能性を低減するのが好ましい。
アクティブマトリクスアドレス形液晶表示パネルを用
いて液晶TV表示システム及びその動作の上記の説明は意
図的に簡単にしてある。同様のTV表示システムが公知で
あり、広く開示されている。この理由のためにその一般
的な構成原理及び動作についてこれ以上詳細に説明する
必要はないものと考えられる。これ以上の情報について
は例えば米国特許第3862360号明細書、英国特許第21596
56号明細書、又は「Proceedings of the IEEE」Vol.59.
No.11（1971年11月）、PP1566−1579,に発表されている
Lechnen等の論文“Liquid Crystal Matrix Displays"を
参照されたい。
TFFを用いて斯る既知の液晶表示パネルにおいては、
個々の表示素子はTFTの出力端子に接続され且つTFTと同
一の基板上に支持された単一の電極を具え、この電極が
対向基板上に支持された対向共通電極の対向部分と相ま
って表示素子を構成するようにしている。TFFの入力端
子に供給されるビデオ信号に大きさにより決まるグレー
スケールレベルの差は液晶材料の特性に依存し、グレー
スケール表示のためにはゆるやかなスイッチング特性、
通常は指数関数状の傾きを有してその透過率が印加電圧
とともにゆっくり変化する液晶材料を用いる必要があ
る。
しかし、本発明のこの実施例においては、各表示素子
を複数個のサブ素子に分割し、単一の電極の代りに複数
個の電極を具えるものとする。この複数個の個々の電極
はこの表示素子と関連する共通電極部分のそれぞれのサ
ブ領域及びこれらの間の液晶材料とともに複数のサブ表
示素子を構成する。これらサブ素子は全体で慣例の単一
表示素子と略々同一の面積を占めるため、解像度の損失
を生ずることはない。各表示素子は前と同様にＸ導体15
を経てビデオ信号が供給されると共に、Ｙ導体14上のゲ
ート信号により制御されて画像を表示する。しかし、グ
レースケールレベルは、液晶材料の電圧スイッチング特
性によらずに、例えば液晶材料が光を透過する第１の状
態から第２の不透過状態へスイッチされるサブ素子の数
を選択制御することにより達成される。これがため表示
素子の殆んどのサブ素子が第２状態の場合にはこの表示
素子は視聴者に暗部として知覚され、殆んどのサブ素子
が第１状態の場合にはこの表示素子は明部として知覚さ
れる。これがため、第１及び第２状態におけるサブ素子
の相対数を変化させることにより種々のグレースケール
レベルを一種のドットマトリクス原理に従って達成する
ことができる。
所要のグレースケールレベルに対する各サブ素子の所
望の制御は容量特性を利用することにより達成される。
サブ表示素子は慣例の表示素子と同様にキャパシタとし
て動作する。サブ素子の各々をビデオ信号が供給される
点、即ち関連するTFTの出力端子にそれぞれの直列キャ
パシタを経て接続する。各サブ素子の容量とそれぞれ直
列キャパシタの容量との比を予め決め、少くともいくつ
かの直列接続に対して互に相違させる。これらのサブ素
子とキャパシタの直列接続は分圧回路のように動作す
る。これらの直列接続の容量比は互に異なるため、これ
らの直列キャパシタに印加された特定のビデオ信号電圧
によってこの表示素子の複数個の電極のうちのいくつか
がこれらサブ素子の状態を変化させるのに必要な液晶ス
イッチング（しきい値）電圧に達することになる。ビデ
オ信号がしだいに増大すると、しだいに多数のサブ素子
が状態を変化する。逆にビデオ信号電圧がしだいに減少
すると、これに応じて状態を変化するサブ素子の数が減
少する。従って、状態を変化したサブ素子の数により各
瞬時のグレースケールレベルが決まる。
これがため、最早液晶材料はゆるやかなスイッチング
特性を有するものとする必要はなくなる。最適な結果を
得るための液晶材料の選択においては適度に鋭いスイッ
チング特性を有するものとするのが好ましいという条件
があるだけである。しかし、通常よりは鋭いかもしれな
いが幾分ゆるやかなスイッチング特性を有する液晶材料
を選択することにより、サブ素子の電圧／透過率特性を
従来の表紙素子と同様に利用して追加のグレースケール
変化を達成することもできる。
第２図は、パネルの各表示素子が上述のようにそれぞ
れのキャパシタと直列に接続された複数個のサブ素子を
構成する複数個の電極を具えている第１図のシステム用
の本発明液晶パネルの特定の実施例の代表的な表示素子
の一部分の断面図を示すものである。第３図は第２図に
示す表示素子の一部分の平面図で、この表示素子の複数
個の電極及びそれらの関連する直列キャパシタを示すも
のである。
第２図において、パネル10は互に離間して間に空隙を
構成する２個のガラス基板30及び31を具え、その空隙内
に捩れネマチック液晶材料32が配置される。通常の如
く、偏光層（図示せず）が基板30及び31の外表面上に設
けられる。上側基板30はその内表面上に全ての表示素子
に共通のITO（インジウム錫酸化物）の連続電極層を支
持する。
この電極33上に、色フィルタ層34及び絶縁材料の隣接
光遮へい層35の個別の区域をマトリクス状に配置する。
色フィルタ34はそれぞれ赤、緑及び青の３つの隣接フィ
ルタ層のグレープにしてそれぞれの表示素子上に配置し
て対応する３個の表示素子のグループからの出力が合成
されてフルカラー表示が得られるようにする。次に層34
及び35をポリマー材料の配向層36で被覆する。
下側基板31はTFT40を表示素子の関連電極41と一緒に
支持する。各TFTは図に示すように基板31上に直接配置
された金属ゲート電極42と、SiNゲート絶縁層43と、ゲ
ート上のアモルファスシリコン層44と、層44上に横方向
に離間して位置する２個のn+層47と、層47上を延在する
ソース及びドレイン電極45及び46とを具えている。不活
性層48として作用する絶縁層を図に示すように全構造上
に被覆する。次いでこの絶縁層48を層36と同様のポリマ
ー材料の配向層49で被覆する。
ソース電極45を同じ列15内の他のTFTのソース電極と
相互接続し、ゲート電極42を同じ行14内の他のTFTゲー
トと相互接続し、これらの相互接続導体は関連する電極
と一体に形成する。
第３図に明瞭に示されているように、各TFTのドレイ
ン電極46にはこれと一体に延長導電細条層を形成する。
この延長細条は点線で示す表示素子区域53（本例では約
350×30μｍの矩形区域）の隣り合う２辺に沿って互に
直角に延在する略々一定の幅の２個のアーム部50及び51
を有する。
アーム部50及び51はゲート絶縁層43上に設ける。この
層43の下側には、同一平面に配置された複数個の各別の
表示素子電極55a〜55oをガラス基板31上に直接設け、こ
れら電極は表示素子区域53内にかなり小さな間隔で配置
され、これらが相まって１つの表示素子を構成するよう
にする。これら電極55a〜55oの各々は共通電極のそれぞ
れの対向部分及び間の液晶材料32とともに表示素子のサ
ブ素子を構成する。
電極55a〜55oにはFETドレイン電極の延長細条層の下
側を通って延在するとともにこの層から絶縁層43により
分離された延長部56を一体に設け、電極55a〜55hがアー
ム部51の下側を通り、電極50i〜55oがアーム部50の下側
を通るようにする。これらの電極延長部56はそれらの上
に位置する絶縁層43及びアーム部50及び51との重複部分
とともにキャパシタを構成し、これらのキャパシタはTF
Tのドレイン電極46と、電極55、液晶材料32及び電極33
の対向分から成るそれぞれの容量性サブ表示素子との間
に直列に接続されたものとなる。
第３図においては、15個の電極を設けてあり、これに
より表示素子が実際上15個のサブ素子に分割され、これ
らサブ素子の順次のスイッチングにより16個のグレース
ケールレベルを達成することができること明らかである
（全てのサブ素子がオフ状態のときに16番目のグレース
ケールレベルが得られる）。
グレースケールレベル間の適切な知覚差を与えるため
には、順次にスイッチされる電極55a〜55o及び従ってサ
ブ素子の面積を互に相違させて指数関数状変化に従わせ
るのが好ましい。このようにすると、輝度レベル変化に
対する眼の対数応答特性のためにサブ素子の面積が眼の
リニアグレースケール知覚に適合することになる。この
ようにするとサブ素子の容量がこれに応じて互に相違す
ることになる。この場合各サブ素子とその直列キャパシ
タとの容量比も互に相違することになる。各サブ素子の
容量はその電極55の面積により略々決まるので、所要の
容量比の差はアーム部50及び51の下側の電極延長部56の
サイズを適当に調整して各場合の直列キャパシタの所望
の容量値を得ることにより達成される。代表的にはこれ
ら直列キャパシタは表示素子の総合容量の単位面積当り
の容量の10〜20倍の単位面積当りの容量値を有する。
アーム部50及び51は電極33の対向部分及びそれらの間
の液晶材料とともにサブ素子の容量と並列の所定の容量
を生じ、これが表示素子の小さい総合容量をある程度増
大する。動作中にこれらアーム部50及び51により発生す
るかもしれない表示の影響はマトリックス光遮へい層35
によりマスクされる。この表示素子の電気回路を第４図
に示してあり、この図においてサブ素子の容量及びそれ
らの関連直列キャパシタの容量をそれぞれCLC及びCXで
示してある。
ここで、サブ素子のキャパシタの一方の極板は実際に
は共通電極層33のそれぞれの部分で形成されている点に
注意されたい。
各サブ素子CLCに直列キャパシタCXを付加することに
より、TFTのドレイン電極に存在するビデオ信号が所定
のグレースケールレベルに対応する電圧に到達するとき
にのみ所定のサブ素子間の電圧が液晶材料を例えば光透
過の第１状態から光不透過の第２状態へスイッツするの
に必要なしきい値電圧に到達するようにできる。動作中
にTFTのドレイン電極の電圧が順次のフィールド中に増
大すると、一層多数のサブ素子が第１状態から第２状態
にスイッチされて対応するグレースケールが得られる。
グレースケールレベルの変化はサブ素子を２つの状態
の下で適当にスイッチングさせることにより達成される
ため、液晶材料の選択は今までほど重要でなく、視角範
囲のような他の特性を向上させることが可能になる。特
に良好な結果を得るためには液晶材料は適度に鋭い電圧
スイッチング特性を有するものとするのが望ましい。
上述の実施例ではサブ素子とそれらの直列キャパシタ
の容量比の全てを互に相違させているが、２個以上のサ
ブ素子と関連する容量比を同一レベルにしてこれらサブ
素子が同時にスイッチするようにし、２個以上のサブ素
子を一緒に作動させて１つのグレースケールレベルの変
化を得ると共に電極パターンを第３図に示すものと相違
させることができる。達成されるグレースケールレベル
の数は先に述べたような液晶材料のスイッチング特性を
用いることにより維持することができる。
第５図は本発明表示パネルの他の実施例の代表的な表
示素子の回路構成を示すものである。この実施例では、
表示素子の全てのサブ素子を単一のTFTで駆動する代り
に、各サブ素子を各別のTFT60で駆動する。これらTFTの
ゲート及びソースをそれぞれ同一の行14及び15に接続し
てこれらTFTが同一のゲート信号及びビデオ信号を受信
するようにする。この表示素子の動作は前のままであ
る。この構成は、単一のTFTの故障が表示素子全体の故
障になる前述の実施例と異なり、１つのTFTの故障が表
示素子全体の故障にならず、表示能力の若干の制限が生
ずるだけであるという利点を有する。従って歩留りが向
上する。
各サブ素子に各別のTFTを設けるのは高い冗長性を与
えるが、各表示素子に２個以上のTFTを設け、各TFTを１
個以上のサブ素子に接続することにより有用な程度の冗
長性をもっと簡単に得ることができる。例えば１つのTF
Tを１個のサブ素子に接続し、もう１つのTFTを３個の他
のサブ素子に接続し、もう１つのTFTを２個の他のサブ
素子に接続するというふうに接続することができる。
これらの可能な構成例においては、TFTのドレインと
それらの関連サブ素子との間の相互接続は第２図に示す
ものと異なる形態の導電層を必要とすること勿論であ
る。複数個のTFTを各表示素子に隣接して設ける必要が
あるが、このことはこれらTFTにより占められる面積が
第１実施例の単一TFTに必要とされる面積と比較して著
しく大きくなることを必ずしも意味しない。これらTFT
は表示素子全体ではなくサブ素子を駆動する必要がある
ものであるから、これらTFTはこれに応じて小形に形成
することができる。実際にはこれらのTFTは複数の小さ
いTFTに分割されている共通に形成されたTFT構造にする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は表示素子のマトリクスを有するカラー液晶表示
パネルを含むTV画像表示用に好適な液晶表示システムの
簡略ブロック図、 第２図は第１図のシステム用の本発明によるカラー液晶
表示パネルの一実施例の一部分の断面図、 第３図は第２図の表示パネルの１つの表示素子の電極構
成を示す平面図、 第４図は第２図の表示パネルの１つの表示素子の電気回
路図、 第５図は本発明表示パネルの他の実施例の１つの表示素
子の電気回路図である。 10……表示パネル 11……薄膜トランジスタ（TFT） 14……行電極、15……列電極 20……表示素子 21……ディジタルシフトレジスタ回路 22……クロック回路、23……同期分離器 24……チューナ、25……IF回路 26……ビデオ増幅器、30,31……基板 32……液晶材料、33……共通電極層 34……色フィルタ、35……隣接光遮へい層 36……配向層、40……TFT 41……表示素子電極、42……ゲート電極 43……ゲート絶縁層 44……アモルファスシリコン層 45……ソース電極、46……ドレイン電極 47……n+層、48……不活性層 49……配向層 50,51……ドレイン電極の延長アーム部 55a〜55o……表示素子の分割電極 56……電極55の延長部 CLC……サブ表示素子の容量 CX……直列キャパシタ

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マトリクスに配置された複数の表示素子
    （20）を具え、これら表示素子は電気的に励起し得る表
    示材料（32）を介挿した対向基板（30、31）上に支持さ
    れたそれぞれの電極で画成され、動作中この表示材料が
    これら電極と相まって容量を示すものであって、これら
    表示素子を、それぞれの電極に電圧を一方の基板（31）
    上に表示素子電極に隣接して支持されたそれぞれのスイ
    ッチング手段（11）を経て選択的に供給することにより
    制御し、表示素子に供給される電圧が所定のレベルに到
    達するときその表示素子により発生される表示効果が変
    化するするようにしたマトリクス表示装置において、前
    記一方の基板（31）上に支持された表示素子電極の各々
    を複数のサブ素子を画成する平面アレーに配列された複
    数の各別の電極（55a−ｏ）で構成し、これらの各別の
    電極の各々を前記スイッチング手段に各別の直列キャパ
    シタ（56、46）を介して容量的に結合し、これらの各別
    の直列キャパシタを各別のサブ素子電極の延長部（56）
    と、前記スイッチング手段の出力電極の延長部（46）の
    重複部分と、介在絶縁層（43）とで構成し、且つ各別の
    直列キャパシタに対する前記出力電極の延長部の重複部
    分及びサブ素子電極の延長部の面積を、各別のサブ素子
    の容量に関連して、各サブ素子の容量とその直列キャパ
    シタの容量との比が互に相違し、それぞれのサブ素子が
    異なる電圧動作しきい値を有するように選択してあるこ
    とを特徴とするマトリクス表示装置。
  2. 【請求項２】各表示素子の前記複数のサブ素子の数は表
    示すべきグレースケールレベルの数に従って選択してあ
    ることを特徴とする特許請求の範囲１記載のマトリクス
    表示装置。
  3. 【請求項３】各表示素子は、前記複数のサブ素子に加え
    て、前記スイッチング手段に直列キャパシタを経て容量
    結合された他の１個以上のサブ素子を含み、この他の１
    個以上のサブ素子とそれらの直列キャパシタとの容量比
    を、前記複数のサブ素子と関連する容量比の１つ又は各
    々と同一にしてあることを特徴とする特許請求の範囲１
    または２記載のマトリクス表示装置。
  4. 【請求項４】各表示素子の前記複数のサブ素子のそれぞ
    れの面積を表示すべきグレースケールレベルに従って互
    に相違させてあることを特徴とする特許請求の範囲１〜
    ３の何れかに記載マトリクス表示装置。
  5. 【請求項５】順次にスイッチされるサブ素子の電極のそ
    れぞれの面積を略々対数関係にしてあることを特徴とす
    る特許請求の範囲４記載のマトリクス表示装置。
  6. 【請求項６】各表示素子の直列キャパシタは当該表示素
    子の縁に隣接して配置してあることを特徴とする特許請
    求の範囲１〜５の何れかに記載のマトリクス表示装置。
  7. 【請求項７】各表示素子のサブ素子と関連する直列キャ
    パシタは共通のスイッチング手段の出力端子に接続して
    あることを特徴とする特許請求の範囲１〜６の何れかに
    記載のマトリクス表示装置。
  8. 【請求項８】各表示素子の前記複数の電極の各々を、当
    該表示素子の周縁に隣接して位置し且つそれらの直列キ
    ャパシタの一部を構成するそれぞれの導電層に接続し、
    且つ前記スイッチング手段の出力端子を、前記複数の電
    極に接続された前記導電層の上方をこれら導電層から絶
    縁層により絶縁されて延在する導電細条に接続し、これ
    らの導電層とこれら導電層の上方に位置するこの導電細
    条のそれぞれの重複部分とで前記直列キャパシタを構成
    していることを特徴とする特許請求の範囲７記載のマト
    リクス表示装置。
  9. 【請求項９】前記導電層の各々は前記複数の電極の各々
    と一体の延長部として形成してあることを特徴とする特
    許請求の範囲８記載のマトリクス表示装置。
  10. 【請求項１０】各表示素子は略々矩形にし、各表示素子
    の前記導電細条を当該表示素子の２つの縁に隣接して延
    在させてあることを特徴とする特許請求の範囲８又は９
    記載のマトリクス表示装置。
  11. 【請求項１１】各表示装置に対し複数個のスイッチング
    手段を設け、これらスイッチング手段の出力端子を各別
    に当該表示素子の１個以上との直列キャパシタに接続し
    てあることを特徴とする特許請求の範囲１〜６の何れか
    に記載のマトリクス表示装置。
  12. 【請求項１２】各表示素子の前記複数の電極の各々を、
    当該表示素子の周縁に隣接して位置し且つそれらの直列
    キャパシタの一部を構成するそれぞれの導電層に接続
    し、且つ前記複数個のスイッチング手段の出力端子が、
    前記導電層の別々の１個以上の上方をこれら導電層から
    絶縁層により絶縁されて延在する別々の導体に接続し、
    これら導電層とこれら導電層の上方に位置するこれらの
    導体のそれぞれの重複部分とで前記直列キャパシタを構
    成していることを特徴とする特許請求の範囲11記載のマ
    トリクス表示装置。
  13. 【請求項１３】各表示素子の直列キャパシタは当該表示
    素子の縁に隣接して設けてあることを特徴とする特許請
    求の範囲12記載のマトリクス表示装置。
  14. 【請求項１４】前記表示材料は液晶材料であることを特
    徴とする特許請求の範囲１〜13の何れかに記載のマトリ
    クス表示装置。
  15. 【請求項１５】前記スイッチング手段は薄膜トランジス
    タであることを特徴とする特許請求の範囲１〜14の何れ
    かに記載のマトリクス表示装置。
  16. 【請求項１６】全ての表示素子に共通の電極を他方の基
    板上に支持してあることを特徴とする特許請求の範囲１
    〜15の何れかに記載のマトリクス表示装置。
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