JPH0469370B2 - - Google Patents

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JPH0469370B2
JPH0469370B2 JP57173513A JP17351382A JPH0469370B2 JP H0469370 B2 JPH0469370 B2 JP H0469370B2 JP 57173513 A JP57173513 A JP 57173513A JP 17351382 A JP17351382 A JP 17351382A JP H0469370 B2 JPH0469370 B2 JP H0469370B2
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liquid crystal
color
filter
drive
electrode
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Shinji Morozumi
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Seiko Epson Corp
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Priority to GB08304174A priority patent/GB2130781B/en
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Priority to US06/818,470 priority patent/US4653862A/en
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Priority to US07/457,414 priority patent/USRE33882E/en
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    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
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  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)
  • Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カラー画像表示、カラーグラフイツ
ク表示に適したカラー液晶表示体に関するもので
ある。
従来液晶表示体の多色カラー表示化は、次の点
で実現が不可能であつた。
１つは液晶パネル自体の構成ドツト数、又はラ
イン数が上げられなかつた。通常行なわれている
ダイナミツク駆動は1/16デユーテイが限界であ
り、せいぜい16ラインを実現することがせい一杯
である。一方カラー表示はその性質上少なくとも
100ラインないと、意味がなく、このためには1/1
００デユーテイでの液晶駆動が実現しなければなら
ない。
２つには、液晶の多色カラー表示手段自体優れ
たものがなかつた。ゲスト・ホスト液晶の如くの
色素を混入させて発色させる方式があるが、これ
は一つの基板内に多色を発生させることは非常に
むずかしい。又何色かのパネルを重ね合わせる方
法があるが、これは構成上高価なものになるし、
又何層にもなり彩やかな色を出すこと自体不可能
である。
以上のような理由で液晶の多色カラー表示パネ
ルは実現がむずかしかつた。
従つて本発明の目的は以上の欠点を改善するこ
とにより容易に多色カラー表示パネルを実現する
手段を提供することにある。
本発明はデユーテイを上げる手段として、３つ
の方式を採用する。１つは従来にない高デユーテ
イ即ち1/60〜1/200のダイナミツク駆動方式であ
り、それは液晶材料の改善のみならず、液晶パネ
ルの高度な組立技術により実現される。１つには
パネルの電極間ギヤツプを従来の10μmから５〜
7μmになるようにコントロールされたものであ
る。トランジスタスイツチングによるアクテイ
ブ・マトリツクスが１つであり、MiM素子、ダ
イオード等の非線形系子を用いた方式が３つ目で
ある。また、カラー化技術として、モザイク状、
又はストライブ状のカラーフイルタを有するドツ
トをネガタイプの液晶マイクロシヤツタにより開
閉して多色化する方式により、あざやかなカラー
画像や、カラーグラフイツクの液晶表示体を実現
するものである。
第１図は本発明の基本的な構成例である。まず
ガラス基板１上にカラーフイルタを形成する。例
えば赤フイルタ８と縁フイルタ９と青フイルタ１
０がモザイク状又はストライブ状に形成されてい
る。この上部にSiO2等の保護膜６を形成してそ
の上部に液晶駆動電極となる透明電極５を形成す
る。この保護膜は省略できる場合もある。反対側
の対向電極はガラス基板２上に、アクテイブマト
リツクス用のスイツチング素子や、非線形素子の
配列されている素子層３（図面は簡略化して示し
ている。）を形成し、その上部に、カラーフイル
タの各ドツトに対応した透明駆動電極層４を形成
する。次にこの２つのガラス基板１，２を向い合
わせて、周辺をシールして液晶７を封入する。こ
の表示パネルを透過型で用いる場合はガラス基板
１の下に偏光板を介して下方から光を導入する。
各色のフイルタ部８，９，１０に対応した駆動電
極４が開閉し、所定の色に応じた波長の光を透過
させる。この結果液晶の黒色を呈する部分（液晶
がOFFしている部分）は光が透過せず又液晶が
透明となつた部（ONしている部分）に対応する
光フイルタにあつた波長の光が透過し、三原色の
組み合せにより、グラフイツク表示として７色が
表示できる。又液晶の駆動を完全にON−OFFで
なく、中間調、即ち液晶体が半透明になる状態を
コントロールして階調表示機能を付加すると、全
ての色が、様々な輝度で実現でき、カラー画像表
示を実現できる。第１図において、駆動電極４は
各色のフイルタの８，９，１０のいずれかの１つ
に対向して対応された位置に配置されたものであ
り、以下本発明においては、駆動電極は一つのカ
ラーフイルタと対向して対応した位置に配置され
たものをいう。また、上記駆動電極を分割した複
数の電極をそれぞれ分割駆動電極という。
以上が本発明の１つの例であるが、各部の構造
を説明する。
第２図は光カラーフイルタの構成例を示す。透
明ガラス基板２０上にポリビニールアルコールや
ゼラチン等の水溶性有機樹脂層を形成し、この上
に所定のフイルタ配列になるようなパターンに
赤、青、緑の色素を印刷して、前記有機樹脂層に
染色させる。この結果液晶のシヤツタ部分に対応
して赤部２２，青部２３，緑部２４の各色フイル
タが形成されると同時に、透過光に対するフイル
タの境界での色のにじみを防止する意味で、各色
フイルタの境界は黒色の色系により染色し、黒色
枠２１を形成する。この黒色枠２１は、ゼラチン
等の被染色層がエツチングオフしていれば不要で
ある。又ネガタイプの液晶の場合色素の横方向の
染色度が強い場合、この黒色枠２１は黒色素でな
く、染色を防止する物質を混入させることもでき
る。更に上部に透明保護被膜２５をつけて、その
上に液晶駆動電極となる導電性透明膜２６を形成
し、必要なパターンにフオトエツチングして下方
電極ができ上がる。又透明膜２６を保護膜２５を
介さずに直接つけても、透明膜２６が保護膜を兼
用できることもある。
又フイルタに用いる色素が透明性導電膜の形成
時に退色したり、ダメージを受ける場合もある。
この時は第３図の如くガラス基板３０上のフイル
タ膜３１に保護膜３４をつける。又薄板ガラスか
プラスチツクフイルム３２上に別に透明導電膜３
３を形成し、ガラス基板３０と接着してもよい。
第４図は本発明に用いる上方基板に作成するア
クテイブマトリツクスの構造例である。この方式
の特徴は駆動デユーテイが100以上は簡単に達成
できることと、階調表示が簡単に達成できること
にある。この例はパイレツクスや石英等の比較的
融点の高い透明ガラス基板上にSiの薄膜トランジ
スタを作成するものであり、通常のSi単結晶ウエ
ハ上のアクテイブマトリツクスに比し透明性基板
上に比較的簡単に構成できることが特徴である。
第４図イはマトリツクスの１画素（１ドツト）の
セル４１を示す平面図である。ゲートライン（Ｙ
選択線）４４はトランジスタ４９のゲートに、デ
ータ線（Ｘライン）４３はコンタクトホール４７
を介してトランジスタ４９のソースに、又液晶駆
動電極４２はコンタクトホール４６を介してトラ
ンジスタ４７のドレインに接続されている。又グ
ランドライン４５は液晶駆動電極４２との間で電
荷保持用の容量４８を構成する。第４図ロはこの
セル４１の等価回路であり、トランジスタ４９が
ONした時、データ線４３を介して入力された電
圧が、電荷保持容量４８又は液晶駆動電極４２と
対向電極間の容量により電荷として保持される。
従つてトランジスタや液晶のリーク電流が少ない
ので、かなり長い間電荷が保持されるので原理的
にデユーテイは（保持時間）／（電荷の書き込み
に必要な時間）となり実際には10000以上となる。
又液晶駆動電極の面積が大きいと保持容量４８は
不要となる。第４図ハはイにおけるＡ−Ｂ間の断
面図である。透明基板４０上にチヤネルとなる第
１層目のSi薄膜を減圧CVD法、プラズマCVD法
等により形成し、パターニングの後に表面にSi層
を酸化した酸化膜を形成しその後第２層目のSi層
を形成しゲートライン、GNDラインのパターニ
ングをして、前記パターンをマスクに更に酸化膜
をエツチングして、ゲート絶縁膜５１、ゲート電
極５０をなす。その後ゲート電極５０をマスクに
全体にＰイオンを打込みＮ型層を形成し、トラン
ジスタのソース５３、チヤネル５５、ドレイン５
４ができる。その後酸化膜５２を形成し、コンタ
クトホールをあけてから透明導電性膜をつけて、
パターニングして、データ線４３と駆動電極４２
が形成される。この結果液晶駆動電極が光シヤー
タの役割をし、この電極位置に対応するフイルタ
の色が透過したり、遮ぎられたりする。又データ
線に入力する電圧のレベルにより、液晶の光の透
過率を連続的に変化させられるので、いわゆる階
調表示が可能になり、３原色に重みをつけて加色
混合できるので、全ての色を再現できるという大
きな利点がある。又駆動デユーテイは点順次方式
でも可能な位に非常に高くできるので、500×500
のドツトによる完全カラー画像が実現できる。
本発明における液晶の駆動デユーテイを改善す
る手段として、更に非線形素子を介して液晶を駆
動することにある。第５図，第６図は非線形素子
の構成例である。
第５図は金属−絶縁物−金属（MIM）素子の
構成例である。マトリツクスセル６１はＸ駆動ラ
イン５８からMIM素子６２を介して駆動電極５
７を駆動する構成である。ロはイの断面であり例
えばTa膜をスパツタ後パターニングしてTa膜５
８を形成し、その表面を300Å〜500Å陽極酸化す
る。その後上部電極となるTa膜をスパツタ後パ
ターニングしてTa層６０を形成、更に透明駆動
電極５７を形成する。
第６図は２つのダイオードを向い合わせて直列
に接続した例であり、Ｘ駆動ライン６６よりＮ
（Ｐ）型域６７，Ｐ（Ｎ）型域６８，Ｎ（Ｐ）型域
６９を介して液晶駆動電極６５に接続される。ロ
はイの断面図であり、透明基板６３上にSi層の島
を形成後イオン打込みによりＮ型（Ｐ）域６７，
６９とＰ型（Ｎ）域６８を形成し更に透明導電性
膜を形成し、Ｘ駆動ライン６６と液晶駆動電極６
５をなす。
このようにして形成された非線形素子は第７図
に示すようなＶ−Ｉ特性となり、ある電圧から急
に電流が増加する。この非線形素子を介して液晶
のセルを駆動すると第８図の如くの等価回路とな
る。非線形素子８０は非線形抵抗RMと容量CM
で又液晶８１は等価抵抗RLと容量CLにより表現
できる。液晶を点灯させる時はVTHより高い電
圧を印加するとRMは低抵抗となりVMはほとん
どVDと等しくなり、印加された電圧は殆んど液
晶にかかる。その後電圧がVTHより下がると
RMは非常に高くなり、VMは容量CLにより位加
されたON電圧が保持されてCLとRLの時定数で
放電する。又液晶非点灯時はVTH以下の電位し
かかからないのでVMはほとんど０位置となる。
従つて第４図のアクテイブ・マトリツクス同様に
点灯させる電圧がVMとして容量CLに保持され
るのでデユーテイを大きくすることができる。こ
の場合も同様に第５図５７，第６図６５の液晶駆
動電極が、カラーフイルタに対応して、光に対す
るシヤツタの役割をする。又この非線形素子の特
徴は構造が簡単なことにあり、駆動の方法は従来
の単純な1/8や1/16のダイナミツク駆動方式と同
じでよい。又この方式はグラフイツク表示に適し
ているが、階調表示も可能である。１つはアクテ
イブマトリツクス同様にＸラインから印加する電
圧レベルを連続的になるように設定する方法であ
り、もう１つは時間的に分割して駆動する方式で
ある。
階調表示のための駆動方式は大きく分けて２つ
ある。１つは薄膜トランジスタ（TFT）を用い
たアクテイブ・マトリツクスで行なう方式であり
第４図で言えばデータ線Ｄに階調、即ちコントラ
ストに対応した電圧を印加することにより連続階
調を得るものである。この階調に対応した電圧信
号は画像信号をサンプル／ホールドすることによ
り得られ、点順次方式である。もう１つの方式は
高デユーテイ比のダイナミツク駆動に用いられる
方式であり、階調を駆動パルスの幅で得るもので
あり、一選択期間を例えば16期間に分割し、１期
間を１階調とすると、16階調が得られる。このパ
ルス幅変調方式は線順次駆動方式である。本発明
に用いるともう１つの液晶パネル即ち非線形素子
を用いた場合は、線順次駆動と点順次の２つの方
式で駆動することができる。この駆動方式につい
ては改めて説明する。
本発明に使用されるスイツチング素子や非線形
素子はガラス基板上に構成されて、上部の液晶駆
動電極となり、又フイルタが構成されたもう一方
のガラス基板は下部の液晶駆動電極を構成する。
これは第２図の如く、フイルタ上に直接素子を形
成することは、フイルタの特性を劣化させるのみ
でなく、歩留りを低下させる要因となるからであ
る。これを逃れるためには、第３図の如く薄極ガ
ラス３２上に素子を構成して、下のフイルタ部と
接着して下方電極となす方法と、ガラス基板上に
先にスイツチング素子又は非線形素子を構成して
その後にフイルタ層を形成する方法がある。
第９図は本発明の表示パネルの構成例である。
イは断面図であり上方電極としてガラス基板９０
上にスイツチング素子又は非線形素子を構成し駆
動電極９７を形成する。又下方電極としてガラス
基板９１上にカラーフイルタ９２，９３，９４を
構成し保護膜９５を介して液晶駆動電極９６を形
成する。その後この２枚のガラス基板９０，９１
で液晶層９８をサンドイツチして、更に上方又は
下方に偏光板９９を装着し、光を上方又は下方よ
り照射する。この時、問題となるのはフイルタと
フイルタ、又は駆動電極と駆動電極のすき間であ
り、この部分に光がまわり込むときれいな色の再
現性が乏しくなる。例えば光が下方から透過する
場合もし液晶シヤツタが閉じている時フイルタの
すき間を通過した光が、駆動電極のすき間からも
れてくる。これを防ぐ１つの手段はネガ型の液晶
（電圧が印加されていない時光が透過しないタイ
プ）を用いることである。従つてこの方法では駆
動電極９７のすき間は常に光が遮断されることに
なる。もう１つの手段は第２図に示したようにフ
イルタのすき間に黒色枠を設けることである。又
両者を並用すると更に効果は倍増される。光のに
じみはシヤツタが開いて、光が通過する時に生じ
る。これは例えば赤フイルタ９２上のシヤツタの
み開いている時、その両側にある青フイルタ９４
と緑フイルタ９３のはじの光がまわり込んで赤フ
イルタ上のシヤツタからもれることにあり、やは
り色の再現性を低下させる。これを防止するため
には液晶の実効シヤツタ部より色フイルタを大き
く形成することがよい。例えば第９図ロに示すよ
うなモザイク状のフイルタに対し、例えばアクテ
イブマトリツクスの駆動電極９７を小さくしてお
く。又ハの如く非線形素子の例では下方の液晶駆
動電極９６と上方の液晶駆動電極９７の交叉部が
実効シヤツタ部となるが、この実効シヤツタ部の
大きさをストライブ型の色フイルタより小さくし
ておく。
これはモザイク状のフイルタでも同じである。
このようなカラー液晶表示体の表示方式として
は、液晶のシヤツタの開いている時と閉じている
時の透過率の比が大きい事が要求される。通常の
TN表示体の場合は表示パネルの上下に偏光板を
２枚配列し、ポジ型になるように偏光面をあわせ
る。この場合のシヤツタの透過率比は、２枚の偏
光板の偏光方向が平行の時と垂直時との比になり
偏光板により決定される。実際にはこの偏光板で
はこの比が10〜50程度である。あるいはゲート・
ホスト液晶を用いると偏光板は一枚でよいので、
まずTN液晶に対し明るさが２倍になると同時
に、透過率比が液晶材料によつて決められるの
で、大きくとれる。例えば黒色の色素を含むゲス
ト・ホスト液晶は、通常光をよく遮断し、又電圧
が印加された時はかなり透明となり透過率比は50
を越える。更にゲスト・ホスト液晶はネガ型に対
しポジ型の方が安定性、信頼性に優れており、又
駆動電圧も低く、同時に本発明に必要な透過率比
もポジ型の方がよい。一方前述のように光のまわ
り込み、にじみ、もれをなくすのはポジ型液晶の
方がよく、この点ゲスト・ホストのポジ型液晶は
本発明のカラー表示用に最適である。特に色素が
黒いパネルは三原色の再現性では最も優れてい
る。
第１０図は点順次方式による本発明のカラー液
晶表示体のフイルタの配列及びその駆動方法の一
例を示す。三原色フイルタ１０６はＹ方向にスト
ライブ状に配列されており、又フイルタ側の駆動
電極はフイルタと同方向にライン状もしくはべた
に存在する。又上部電極１０５はＸ方向に画素毎
に区切れて（図面は簡略化してつなげてある。）
存在する。シフトレジスタ１０１はクロツク入力
φ5によりS1からSnを出力し、トランジスタ１０
４を順次ONさせてビデオ信号VSをX1〜Xnに順
次送り込む点順次方式である。又シフトレジスタ
１０２はY1〜Ymをクロツクφ4により順次選択し
てゆく。３つの色信号VSR，VSB，VSGはクロ
ツクφ1〜φ3によりＹの１ライン毎に切換えられ
てゆき、φ1，φ2，φ3はφ4と同じパルス幅で、パ
ルス周期はφ4の３倍である。この方式の特徴は
カラーフイルタがＹ方向のストライブになつてお
り色信号の切換え周波数が遅くもよいのでＹ方向
のライン数を大きくでき、表示分解能がよく、良
質のカラー画像が再生できることにある。
第１１図は第１０図と同じく点順次方式Ｘ方向
にストライブ状のカラーフイルタ１１６を配列し
た例であり、横方向のライン数を大きくとるのに
役立つと共に、ドツトが正方形に近いサイズとな
り画像が自然な感じとなる。
シフトレジスタ１１２はY1〜Ymの信号により
駆動電極１１５を順次選択してゆく。駆動電極１
１５のいずれか１つが選択されている間にシフト
レジスタ１１１はフイルタ群Ｒ，Ｇ，Ｂを１単位
として順次選択する。更にＲ，Ｇ，Ｂ選択クロツ
クφ1，φ2，φ3はクロツクφ5を更に３相に分割し
た信号であり、この選択クロツクに同期して各色
信号VSR，VSG，VABが１つづつ選択されてＸ
駆動ラインに導びかれる。この方式ではビデオシ
グナルラインを各色に応じて３信号並列でサンプ
ルホールドスイツチ１１３に接続するので、シフ
トレジスタ１１１の転送クロツクφ5の周波数は
同一のドツト数に対して1/3の周波数でよく、シ
フトレジスタの消費電力を低減できると共にシフ
トレジスタの動作スピードの余裕のある範囲内で
使えるというメリツトがある。
第１２図はカラーフイルタの各色Ｒ，Ｇ，Ｂを
モザイク配置した例であり、各画素にはＲ，Ｇ，
Ｂの３色が割り当てられており、この例では左下
がりパターンとなるように一列毎にＲ，Ｇ，Ｂの
個々のピツチが左方向にずれていく。第２０図は
カラーフイルタの配置の詳細を示しており、イは
列方向に１行毎に半ピツチずらす方法であり、ロ
は行方向に１列毎に半ピツチずらす方法である。
ここに示す各画素は例えば第４図〜第８図に示す
ようにガラス面上にＸ，Ｙラインの配線により駆
動される。Ｙ側のシフトレジスタ１２２はクロツ
クYCLによりＹラインY1〜Ymを順次選択する
信号を出力する。一方Ｘ側のシフトレジスタ１２
１はＹ側の１ラインの選択期間内にS1〜Snを順
次出力することによりサンプルホールドトランジ
スタ１２３のゲートをONさせてビデオ信号Vsの
出力をＸラインX1〜Xn上に順次サンプルホール
ドする。こうして各画素にはビデオ信号が伝達さ
れて、画像が形成される。ビデオ信号Vsはもと
の各色の信号VSR，VSB，VSGをクロツクφ1〜
φ3により１マルチブレツクスしているので、こ
のクロツクφ1〜φ3と画素に配置されているカラ
ーフイルタの色とが常に付応している必要があ
る。例えばＹ、ラインが選択されている時S1の信
号はφ1と同時に出力されるが、Y2ラインの選択
時はφ2と同時にしないといけない。これはＲの
画素には12VSRの、Ｇの画素にはVSGのビデオ
信号のデータを用いるためである。第１３図はこ
の動作を示しており、色信号のマルチプレツクス
クロツクφ1〜φ3が１ライン毎に位相をずらす回
路がいる。第１４図はこの位相をずらすための具
体的回路例であり、第１５図はこの動作波形であ
る。1/3分周器１４３は垂直同期信号Ｖによりリ
セツトされ、クロツクYeLによりＱ，Q2を出力
する。1/3分周器１４２はＸラインクロツクXCL
により1/3分周器を行うが、水平同期信号の入力
のたびにＱ，Q2の値をカウンタにロード（プリ
セツト）するので、Q3，Q4の出力はYCLの１ク
ロツク毎に位相がずれてゆき、この結果第１２図
の回路で各色のビデオ信号が、各Ｒ，Ｇ，Ｂの画
素に正しく印加できる。即ち、行方向又は列方向
に半ピツチずらしたカラーフイルタに対向する駆
動電極に対し、Ｒ，Ｇ，Ｂの配列順序を狂わすこ
となく信号を印加することができる。さらに、後
述する第２２図又は第２５図における一対の分割
電極に同一信号を送り込むことができる。
第１６図はフイルタをモザイク状に配置した例
である。赤フイルタ１６１，緑フイルタ１６２，
青フイルタ１６３に対し更に白フイルタ１６４を
加えて、１ブロツクとし、これをマトリツク状に
リピートして構成する。この白部はフイルタに対
する光の透過率が低い時に、３つのフイルタを全
て光が通過した状態、即ち白色がきれいに出な
い。これを解決するために、更に透明な部分を白
フイルタとして形成して、映像信号の輝度信号
VSWで制御すると、明度が向上して、白色の再
現性もよく、全体の明度が改善される。この場合
の駆動方式はＸ方向はフイルタブロツク単位で、
シフトレジスタにより選択され第１１図と同様に
動作する。又Ｙ方向はシフトレジスタ１６６によ
り選択され、クロツクφ3に同期した半分の周波
数φ1とφ2によりVSRとVSB，VSGとVSWが交
互に接続される。
第１７図は階調を得るのに電圧振幅にて行なう
前述の方式を詳しく説明したものであり、イに示
すビデオ信号VSをクロツクφ5によりサンプルホ
ールドしてＸラインに印加する。一方液晶の性質
として印加電圧−コントラストＣのカーブはロの
ようになつているので△Ｖの範囲で用いると階調
性のある駆動ができる。当然γ補正や、液晶材に
合わせた信号の電圧補正をやれば更によい階調が
再現できる。
ここに示した電圧レベルにより階調を得る方式
は主に薄膜トランジスタや非線形素子を用いたマ
トリツクスの駆動方式に適応されるが、一方駆動
時間即ちパルス幅変調方式は高デユーテイマルチ
ブレツクス方式や、非線形素子を用いたマトリツ
クスの駆動に用いられる。
第１８図はパルス幅変調方式による、カラー画
像表示パネルの構成を、第１９図にその動作波形
を示す。カラーフイルタ１８６はモザイク状に右
下がりパターンで配置されている。駆動電極は例
えば高デユーテイマルチブレツクス方式であれば
下ガラス基板にＸライン、上ガラス基板にＹライ
ンというように第９図ハに酷似したように配置さ
れており、カラーフイルタはＸ又はＹどちらかの
電極側に存在する。各色のビデオ信号VSR，
VSG，VSBは第１２図と同じ役割をするクロツ
クφ1〜φ3によりマルチブレツクスされて、４ビ
ツトのＡ／Ｄ変換器１８７に入力され、その変換
出力D0〜D3はＹ側の一選択期間中にシフトレジ
スタ１８０により転送され、ラツチ１８１にラツ
チパルスLPにより取り込まれる。そしてこの４
ビツトのデータは、タイムベースTBO〜TB3を
選択し信号に応じたパルスを形成し、ドライバ１
８３によりＸラインX1〜Xnに出力される。一方
Ｙ側はシフトレジスタ１８４により−ラインを順
次選択し、ドライバ１８５により選択信号を出力
する。第１９図において−フレームは正のＡフイ
ールドと負のＢフイールドによりなり、１選択期
間TSEL内に駆動パルスの幅が選ばれる。例えば
階調０の時はXi（０），階調７の時はXi(7)，15の
時はXi（15）のようになる。
高デユーテイマルチブレツクス方式や非線形素
子を用いたマトリツクス駆動方式ではＹ側のライ
ンは、駆動電極が各ライン分離されて形成される
が、薄膜トランジスタ（TFT）を用いたマトリ
ツクス駆動方式ではＹ選択線もＸ側と同一基板上
に形成され、従つて反対側の液晶駆動電極は
ITO、ネサ膜等の透明駆動電極膜は全面にベタ状
に存在する。従つてTFTパネルを第９図の如く
構成するとカラーフイルタ層の上をすき間なく全
面を透明膜が覆う。この結果カラーフイルタの染
色層と液晶層がインタラクシヨンして、両者の信
頼性を低下させることがない。
この透明膜が両者を完全に互いに遮蔽しあうか
らであり、これはTFTパネルにとつて、カラー
フイルタ層上に透明導電膜をパシベーシヨン膜を
兼ねて形成することは大きなメリツトである。
実際のカラー表示においては分解能が大きな問
題となることがあるが、カラーフイルタをモザイ
ク配置してかつ分解能を改善する手段について述
べる。
第２０図は本発明の画素配列を示す基本概念図
である。イはＸ方向に一段おきに半ピツチずらす
方法であり、ロはＹ方向に一段おきに半ピツチず
らす方法である。上記ピツチとは、列方向又は行
方向に配列された複数のカラーフイルタの中心間
の距離をいう。また配列の画素は斜め方向に分解
能が向上するのでモノクロであつてもグラフイツ
クにおいて斜線が不自然にならず、最も少ない画
素でもかなり視覚分解能が得られる。
又マルチカラーにする時、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー
フイルタを平面配置することを考えると、Ｒ，
Ｇ，Ｂが三角形の各頂点において繰り返し配置に
なるのでカラーグラフイツクでも、少ない画素で
結構満足しうる分解能を実現できる。
第２１図は本発明のマルチプレツクス駆動法に
おける応用例である。第２０図イの配列のために
Ｘ電極を一段おきに半ピツチづつずらしながら配
線してゆく。ここでＸ電極，Ｙ電極は通常は透明
導電性電極からなり、必要ならば配線抵抗を下げ
るため金属薄膜による微少幅の配線材が配置され
ることもある。
第２２図イはTFTを用いた本発明による分解
能を向上するための配列方法である。データ線２
１３〜２１５，ゲート線２１０〜２１２により構
成され、奇数列目はトランジスタ２１６と駆動電
極２１７の如く通常の配置となるが、偶数列目は
データ線２１４に対し、トランジスタ２１９，２
２２，分割駆動電極２２１，２２３の如く並列配
置をして、実質的に半ピツチずらす。この例はデ
ータ線２１３〜２１５の配線材と駆動電極２１
７，分割駆動電極２２０，２２１，２２３が同一
層、又は同一層上に形成されている時であるが、
もしデータ線と駆動電極が重なつても差し支えな
い構造の時は第２２図ロの如くトランジスタ２２
５をシングルとして半ピツチずらすのに、駆動電
極２２４をそのままずらすこともある。
第２３図はTFTを用いた本発明の他の具体例
であり、データ線２３０〜２３２をジグザグにし
て半ピツチずらす方法である。この方法は半ピツ
チずらした所とずらさない所との画素構成が全く
同一になり、半ピツチずらした不自然さが解消さ
れることにある。
第２４図はゲート線２６３〜２６５をジグザグ
にして、半ピツチ駆動電極をずらせる方法であ
る。
第２５図はTFTを用いた更に他の配置例であ
る。ドライバ２７０〜２７３はデータ線２７７，
２７９，２８１，２８３に直接つながれており、
又データ線２７８，２８０，２８２はスイツチ２
７４〜２７６により、Ｙ側スキヤンの一ライン毎
に右か左に交互に接続される。例えばゲート線２
８４がTFTをONさせ、スイツチ２７４〜２７６
は左へ倒れている時分割駆動電極２８９と２９
０，２９１と２９２が夫々ペアで同一のデータが
書き込まれる。次にゲート線２８４がTFTを
OFFさせ、ゲート線２８５がTFTをONさせ、
スイツチ２７４〜２７６が右へ倒れると分割駆動
電極２９４と２９５，２９６と２９７，２９８と
２９９が夫々ペアで同一のデータが書き込まれ、
第２０図イの方式が実現できる。
第２６図はデータ線（Ｘライン）３１１，３１
２，３１３がジグザグに配線されていることによ
りやはり第２０図イの構成となる。
以上の如く本発明の液晶表示装置は、斜め方向
に対する画像の解像度が格段に向上し、縦方向、
横方向及び斜め方向の全ての方向に対して画像の
輪郭がなめらかになり、実物により近い画像を再
現できるという、カラーフイルタを半ピツチずら
して配列したことによる効果はもちろんのこと、
更に、駆動電極を少なくとも一対の分割駆動電極
に分割し、該分割駆動電極にはそれぞれスイツチ
ング用能動素子が接続され、同一のタイミングで
同一信号が供給されることにより、例えば一対の
分割駆動電極で構成された駆動電極内の一対のス
イツチング用能動素子の一方が不良になつても、
もう一方は動作するので欠陥が目立ちにくくな
り、さらには液晶表示装置の歩留まり向上につな
がるという特有の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の構成例。 １，２……基板、８，９，１０……カラーフイ
ルタ、３……素子部、４，５……液晶駆動電極、
６……保護膜、７……液晶体。 第２図，第３図は本発明に用いるカラーフイル
タの構成例。 ２０，３０……基板、２２，２３，２４，３１
……フイルタ部、２１……黒色枠、２５，３４…
…保護膜、２６，３３……透明導電性膜、３２…
…薄い基板。 第４図イ，ロ，ハは本発明に用いるアクテイブ
マトリツクス基板の構成例。 ４９……Si薄膜トランジスタ。 第５図イ，ロ，第６図イ，ロは本発明に用いる
非線形素子の実例。 ６２……MIM素子、６７，６８，６９……Si
薄膜ダイオード。 第７図は非線形素子のＶ−Ｉ特性、第８図はそ
の駆動等価回路。 第９図イ，ロ，ハは本発明のカラー表示装置の
構成例。 ９０，９１……基板、９２，９３，９４……フ
イルタ、９５……保護膜、９６，９７……液晶駆
動電極、９８……液晶、９９……偏光板。 第１０図，第１１図，第１２図，第１６図，第
１８図は本発明のカラー表示装置の色フイルタの
配列と駆動例。 又第１３図は第１２図の動作波形、第１４図は
クロツクφ1，φ2，φ3の発生回路例で第１５図は
その動作波形、又第１９図は第１８図の動作波形
である。 １０１，１０２，１１１，１１２，１２１，１
２２，１８０，１８４……シフトレジスタ、
VSR……赤ビデオ信号、VSG……緑ビデオ信号、
VSB……青ビデオ信号、VSW……輝度信号。 第１７図イ，ロは印加電圧レベルに対する液晶
のコントラスト特性を、ビデオ信号のサンプルホ
ールド動作の関係を示す図である。第２０図イ，
ロは本発明の高分解能画素（駆動電極）の基本構
成である。第２１図はマルチプレツクス駆動にお
ける本発明の駆動電極構成例である。第２２図か
ら第２５図はその薄膜トランジスタを利用した本
発明の高分解能画素の実現例である。第２６図は
非線形素子を用いた本発明の高分解画素の実現例
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 液晶層を挾持する一対の基板、該一対の基板
    の一方上に第１のマトリクス状に配列された複数
    のカラーフイルタを有し、かつ、前記複数のカラ
    ーフイルタのそれぞれに対向する様第２のマトリ
    クス状に配列された複数の駆動電極及び該複数の
    駆動電極それぞれに接続されたスイツチング用能
    動素子を前記基板の他方上に有する液晶表示装置
    において、 前記第１のマトリクスの一の行又は列に配列さ
    れた前記複数のカラーフイルターの個々の中心位
    置は、隣接する他の行又は列に配列された前記複
    数のカラーフイルタの個々の中心位置に対して半
    ピツチずらされ、かつ前記第２のマトリクスの一
    の行又は列に配置された個々の前記駆動電極は少
    なくとも一対の分割駆動電極に分割され、該少な
    くとも一対の分割駆動電極にはそれぞれに前記ス
    イツチング用能動素子が接続され、同一のタイミ
    ングで同一信号が供給されることを特徴とする液
    晶表示装置。
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