JPH02166419A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH02166419A
JPH02166419A JP63320564A JP32056488A JPH02166419A JP H02166419 A JPH02166419 A JP H02166419A JP 63320564 A JP63320564 A JP 63320564A JP 32056488 A JP32056488 A JP 32056488A JP H02166419 A JPH02166419 A JP H02166419A
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light
pixels
display unit
liquid crystal
pixel
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Haruhiro Machino
町野　治弘
Toshihiro Ueki
俊博 植木
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IBM Japan Ltd
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NIPPON I B M KK
IBM Japan Ltd
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Publication date
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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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、多階調表示を可能にする液晶表示装置に関す
る。
Ｂ、従来の技術 特開昭５８−２２０１８５号公報には、第７図に示すよ
うに、１つの表示単位を、面積比が１：２：４：８ である４つの画素１０１．１０２．１０４および１０８
により構成し、４の画素の選択および非選択の組合せに
より１６階調（グレー・スケール）の表示を可能とする
液晶表示装置が開始されている。
また、液晶に印加される電圧を変化させると液晶の光透
過率が変化するから、液晶印加電圧を変化させて所要の
階調を得ることが理論的には考えられる。
Ｃ０発明が解決しようとする問題点 上記特開昭５８−２２０１８５号の従来技術は、最小面
積の画素１０１に対して８倍の面積の画素１０８を形成
しなければならず、１つの表示単位の面積を小さくする
ことに限界があり、従って、高解像度大面積の液晶表示
装置には適用できない。
また、液晶印加電圧の変化に対して液晶の光透過率の変
化は非常に大きく、液晶変化電圧を調整して多数の階調
を得るためには、極めて高密度ｔ動作する電子回路を装
備する必要があり、実現が非常に困難である。
本発明は、１つの表示単位の面積を大きくする必要なく
、また各画素の液晶への印加電圧値を細かく調整する必
要なく電圧印加および非印加の選択だけで、多階調表示
を実現できる液晶表示装置を提供することを目的とする
。
Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明は、各画素毎に液晶への電圧印加を制御する液晶
表示装置において、 ｎ（ｎは正の整数）個の隣接した画素で１つの表示単位
を構成し、 各画素毎にその画素の光透過率を制御する光透過率制御
層を設け、 １つの表示単位内のｎ個の画素の光透過率制御層の光透
過率の比を ２０：２１：２２・・・・・・・・・　２ｎ−１とする
ことにより、２０個の階調表示を可能にするものである
。
Ｅ、実施例 第１図は、１６階調を実現する本発明による液晶表示装
置の一実施例を示す、この実施例では、第２図に示され
ているように、液晶表示装置の表示単位ＤＩを正方形と
し、この正方形を４等分して形成される４つの正方形の
位置にある４つの画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４によ
り表示単位ＤＵが構成されている。
第１図を参照するに、いわゆるＴＦＴアレイ慕板である
透明なガラス基板２のうち第２図の画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ
３およびＴ４に対応する領域はインジウム・すず酸化物
（以下、ＩＴＯという）からなる透明な画素電極１１．
１２．１３および１４が設けられる０画素電極１１．１
２．１３および１４には、それぞれ、その画素領域の液
晶への電圧印加を制御するアモルファス・シリコンから
なる薄膜トランジスタ（以下、ａ−５Ｉ　　ＴＦＴとい
う）１８のソース電極２０が接続されている。
ａ−５Ｉ　　ＴＦＴ１８のゲート電極（図示せず）は、
アドレス配線２２に接続され、ａ−８ＩＴＦＴ１６のド
レイン電極１８は、データ配線２３に接続されている。
また、画素電極１２の内側には液晶配向膜（図示せず）
が基板２全体にわたって設けられる。
いわゆる対向基板と呼ばれる透明なガラス基板４は、Ｔ
ＦＴアレイ基板２と対向するように配置されている。対
向基板４の内側（すなわちＴＦＴアレイ基板２の側）に
は、光透過率制御層３１．３２．３３および３４が設け
られている。光透過率制御層３１．３２．３３１．およ
び３４は、第２図に示された画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およ
びＴ４の領域に配置され、その光透過率の比は、２０．
２１，２２：２３ すなわち、 １：２：４：８ に設定されている。
光透過率制御層３１．３２．３３および３４の内側（す
なわちＴＦＴアレイ基板２の側）には、対向基板４の全
面にわたって共通ＩＩ！ｔｉ４ｉ３６が設けられている
。共通電極３６の内側には液晶配向膜（図示せず）が基
板４の全面にわたって設けられる。ＴＦＴアレイ基板２
と対向基板４との間、より正確に述べるならば、画素電
極１１．１２．１３、および１４上に設けられた配向膜
と共通？！！極３極上６上けられた配向膜との間に液晶
３が充填される。ＴＦＴアレイ基板２の背後には、背面
照明源４６が設けられ、ＴＦＴアレイ基板２の外側（す
なわち背面照明源４６側）には、偏光板４０が設けられ
る。背面照明源４６と偏光板４０との闇には、光を拡散
する拡散板４４が設けられる。
また、対向基板４の外側（すなわちＴＦＴアレイ基板２
の反対側）に、偏光板４２が設けられる。
アドレス配Ｉ＆１ｉＩ２２に、ゲート・パルスが印加さ
れると、その配線上のａ−３Ｉ　　ＴＦＴ１８がオン状
態となり、その時のデータ配４ｊｉ２３上のデータ電圧
が液晶３に印加される。第１図に示された液晶表示装置
の偏光板４０および４２の向きが平行で且つ液晶３に電
圧が印加されていないときに液晶分子軸が９０度ねじれ
ているものとすると、データ電圧が液晶３に印加される
と、液晶分子軸が平行になって、光が液晶を通過する。
第１図の液晶表示配置の偏光板４０および４２の向きが
直交しており且つ液晶３に電圧が印加されていないとき
に液晶分子軸が９０度ねじれているものとすると、電圧
また印加時に液晶は光を通し、電圧が印加されると液晶
はその分子が平行となって光を通さなくなる。いずれに
しても、ａ−８ＩＴＰＴ１６のオン・オフを制御するだ
けで、各画素の液晶の光通過および光遮断を制御できる
。
このように、画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４への電圧
印加はａ−５Ｉ　　ＴＦＴ１６により独立に制御可能で
あり、光の通過および遮断も独立に制御可能である。従
って、画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４の光の通過およ
び遮断の組合せは、第３図に示されているように、１６
通りとなる。
第３図（ａ）は、画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４がい
ずれも光を通さない状態を示し、この場合の表示単位Ｄ
Ｕ全全体光透過量は、相対値で、１＋２＋４＋８−１５ となる。
第３図（ｂ）は、画素Ｔ１が光を通過させ、画素Ｔ２、
Ｔ３およびＴ４が光を遮断している状態を示し、この場
合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で １＋２＋４＋８　　”　　１５ となる。
第３図（ｅ）は、画素Ｔ２が光を通過させ、画素Ｔ１、
Ｔ３およびＴ４が光を遮断している状態を示し、この場
合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 ｉ＋２＋４＋８　　１５ となる。
第３図（ｄ）は、画素Ｔ３が光を通過させ、画素Ｔ１、
Ｔ２およびＴ４が光を遮断している状態を示し、この場
合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２＋４＋８　＝１５ となる。
第３図（ｅ）は、画素Ｔ４が光を通過させ、画素Ｔ１、
Ｔ２およびＴ４が光を遮断している状態を示し、この場
合の表示単位ＤＯ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２＋４＋８　”　１５ となる。
第３図（ｆ）は、画素Ｔ１およびＴ“２が光を通過させ
、画素Ｔ３およびＴ４が光を遮断している状態を示し、
この場合の表示単位ＤＯ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２　　　３ １＋２＋４＋８　”　１５ となる 第３図（ｇ）は、画素Ｔ２およびＴ３が光を通過させ、
画素Ｔ１およびＴ４が光を遮断している状態を示し、こ
の場合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 ２＋４　　　　６ １＋２＋４＋８　　：　１５ となる。
第３図（ｈ）は、画素Ｔ３およびＴ４が光を通過させ、
画素Ｔ１およびＴ２が光を遮断している状態を示し、こ
の場合の表示単位ＤＩ全全体光透過量は、相対値で、 ４＋８　　　　１２ １＋２＋４＋８　”　１５ となる。
第３図（＋）は、画素Ｔ１およびＴ３が光を通過させ、
画素Ｔ２およびＴ４が光を遮断している状態を示し、こ
の場合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋４　　　　５ １＋２＋４＋８　　”　　１５ となる。
第３図（ｊ）は、画素Ｔ２およびＴ４が光を通過させ、
画素Ｔ１およびＴ３が光を遮断している状態を示し、こ
の場合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 ２＋８　　　　１０ １＋２＋４＋８　　”　　１５ となる。
第３図（ｋ）は、画素Ｔ１およびＴ４が光を通過させ、
画素Ｔ２およびＴ３が光を遮断している状態を示し、こ
の場合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋８　　　　９ １＋２＋４＋８　　１５ となる。
第３図（１）ハ、ａｉＸ：Ｔ２、Ｔ３およびＴ４が光を
通過させ、画素Ｔ１が光を遮断している状態を示し、こ
の場合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 ２＋４＋８　　　１４ １＋２＋４＋８　　＝　１５ となる。
第３図（Ｉｎ）は、画素Ｔ１、Ｔ３およびＴ４が光を通
過させ、画素Ｔ２が光を遮断している状態を示し、この
場合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋４＋８　　　１３ １＋２＋４＋８　　”　　１５ となる。
第３図（ｎ）は、画素Ｔ１、Ｔ２およびＴ４が光を通過
させ、画素Ｔ３が光を遮断している状態を示し、この場
合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２＋８　　　　　１１ １＋２＋４＋８　”　１５ となる。
第３図（ｏ）は、画素Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が光を通過
させ、画素Ｔ４が光を遮断している状態を示し、この場
合の表示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２＋４　　　　　　７ １＋２＋４＋８　　１５ となる。
第３図（ｐ）は、画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４が全
部が光を通過させた状態を示し、この場合の表示単位Ｄ
Ｕ全全体光透過量は、相対値で、１＋２＋４＋８　　１
５ １＋２＋４＋８　”　１５ となる。
上記説明から明らかなように、画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３お
よびＴ４の光透過率の比を １：２：４：８ にしておけば、画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４の光通
過および光遮断を組合せることにより、０／１５．１／
１５．２／１５．３／１５．４／１５．５／１５．６／
１５．７／１５．８／１５．９／１５．１０／１５．１
１／１５．１２／１５．１３／１５．１４／１５．１５
／１５の相対光透過量を得ることができ、１６個の階調
を実現できる。
上述のように画素Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４の光透過
率の比を １：２：４：８ にするには、光透過率制御層３１．３２．３３および３
４の光透過率をそれぞれ例えば１２．５％、２５．０％
、５０６０％および１００％にすればよい、これは、例
えば、アクリル系樹脂中へのカーボン・ブラックの分散
量を制御することにより実現できる０例えば、アクリル
系樹脂に、光重合開始剤およびカーボン・ブラックを加
えて粘度調整、希釈してなる標準溶液（以下、ＳＴＤ溶
液という）を５２０ＲＰＭ、９ＱＱＲＰＭで回転塗工し
て、透過率１２．５％および２５．０％を得ることがで
きる。ＳＴＤ溶液をカーボン・ブラック成分が３０％に
なるように希釈した溶液を６５０ｒｔＰＭで回転したと
きに透過率５０．０％を得ることができる。
第４図は、回転塗工により所要の光透過率を得る場合の
回転数と光透過率との関係を示す、上述のように光重合
開始剤を加えて樹脂成分に感光性を付与すれば、現像の
みでパターンが得られ、感光性がないものについては、
その上にフォトレジストを塗工し、公知の技術でパター
ニング後、エツチングにより加工できる。
第５図は、３つの隣接した画素により１つの表示単位を
構成する場合の画素配列例を示す、逆止三角形の各頂点
に位置する３つの正方形状の画素Ｓ１、Ｓ２およびＳ３
が１つの表示単位を構成し、光透過率の比は、 ２０：２１：２２ すなわち、 １：２：４： である、この画素配列の場合１画素Ｓ１、Ｓ２およびＳ
３の光の通過および遮断の組合せは、第６図に示されて
いるように、８通りとなる。
第６図（ａ）は、画素Ｓ１、Ｓ２およびＳ３がいずれも
光を通さない状態を示し、この場合の表示単位ＤＵ全全
体光透過量は、相対値で、１＋２＋４　−７ となる。
第６図（ｂ）は、画素Ｓ１が光を通過させ、画素Ｓ２お
よびＳ３が光を遮断しでいる状態を示し、この場合の表
示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２＋４　　７ となる。
第６図（Ｑ）は、画素Ｓ２が光を通過させ、画素Ｓ１お
よびＳ３が光を遮断している状態を示し、この場合の表
示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２＋４−″７ となる。
第６図（ｄ）は、画素Ｓ３が光を通過させ、画素Ｓ１お
よびＳ２が光を遮断している状態を示し、この場合の表
示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２＋４　”　？ となる。
第６図（ｅ）は、画素Ｓ１およびＳ２が光を通過させ、
画素Ｓ３が光を遮断している状態を示し、この場合の表
示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋２　　３ １＋２＋４−７ となる。
第６図（ｆ）は、画素Ｓ１およびＳ３が光を通過させ、
画素Ｓ２が光を遮断している状態を示し、この場合の表
示単位ＤＵ全全体光透過量は、相対値で、 １＋４　　　　５ １＋２＋４　　：　？ となる。
第６図（ｇ）は、画素Ｓ２およびＳ３が光を通過させ、
画素Ｓ１が光を遮断している状態を示し、この場合の表
示単位ＤＩ全全体光透過量は、相対値で、 ２＋４　　　　６ １＋２＋４　　７ となる。
第６図（ｈ）は、画素Ｓ１、Ｓ２およびＳ３がいずれも
光を通過させている状態を示し、この場合の表示単位Ｄ
Ｕ全全体光透過量は、相対値で、１＋２＋４　　７ ｉ＋２＋４　ニア となる。
このように、３つの画素で１つの表示単位を構成しでも
、３つの画素の光透過率を、 １：２：４ にしておけば、３つの画素の光通過および光遮断を組合
せることにより、０／７．１／７．２／７．３／７．４
／７．５／７．６／７．７／７の相対光透過量を得るこ
とができ、８個の階調を実現できる。
上記２つの実施例は、１つの表示単位をそれぞれ４個お
よび３個の画素辷より構成した場合であるが、本発明は
、これらの画素数に限定されず、１つの表示単位をｎ個
（ｎは正の整数）で構成する場合に適用できる。すなわ
ち、１つの表示単位を構成する画素はオン（光通過）お
よびオフ（光遮断）の２値しか取り得ないから、これら
の画素の光透過率の比を２つの指数関数（２ｘ：χ＝０
゜１．２　・・、・・・・・・・）に従って決めたとき
、多階調は最もリニアになる。従って、ｎ個の画素の光
透過率の比を ２０：　２１　：　　２２：　・・・・・・・・・・・
・・・・２ｎ−１とすればよい。
また、上記実施例では、画素債域の液晶への電圧印加を
制御するスイッチング素子としてＴＰＴを使用したが、
本発明は、これに限定されず、例えば、ＭＩＭ（金属−
絶縁物・金属）を使用できる。
また、本発明は、上述したいわゆるアクティブ・マトリ
クス型だけでなく、シンプル・マトリクス型にも適用で
きる。シンプル・マトリクス型では、Ｘ電極とＹ電圧と
の交差領域の画素への電圧の印加を選択して当該画素領
域の液晶のその通過および遮断を制御するものだからで
ある。
また、上記実施例では、対向基板４の側に光透過率制御
層を設けているが、ＴＰＴ等のスイッチング素子側の基
板の画素電極上に設けてもよい。
Ｆ１発明の効果 本発明によれば、１つの表示単位内の面積を大きくする
必要なく、また、各画素の液晶への印加電圧を細かく調
整する必要なく、多階調表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による液晶表示装置の一実施例を示す
斜視図、 第２図は、第１図に示された液晶表示装置の表示単位と
画素との関係を示す説明図、 第３図は、第１図に示された液晶表示装置の１つの表示
単位内の４つの画素の光通過および光遮断の組合せによ
り１６個の階調が得られることを示す説明図、 第４図は、回転塗工によって所要の光透過率を得る場合
の回転数と光透過率との関係を示すグラフ 第５図は、本発明の別の実施例の表示単位と画素との関
係を示す説明図、 第６図は、第５図に示された表示単位内の３つの画素の
光通過および光遮断の組合せにより８個の階調が得られ
ることを示す説明図、 第７図は、従来技術による表示単位と画素との関係を示
す説明図である。 １１．１２．１３．１４・・・画素電極、１６・・・ａ
−８Ｉ　　ＴＦＴ、３１．３２．３３．３４、・・・光
透過率制御、ＤＵ・・・表示単位、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、
Ｔ４、Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３・・・画素。 １１．１２ｊ３．１４−・・−素電権 ら−・−背面！！！明漁

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 各画素毎に液晶への電圧印加を制御する液晶表示装置に
    おいて、 ｎ（ｎは正の整数）個の隣接した画素で１つの表示単位
    を構成し、 各画素毎にその画素の光透過率を制御する光透過率制御
    層を設け、 前記１つの表示単位内のｎ個の画素の光透過率制御層の
    光透過率の比を ２＾０：２＾１：２＾２………２＾ｎ＾−＾１にしたこ
    とを特徴とする液晶表示装置。
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