JPH0850287A - カラー階調表示素子、階調表示用画素の配列方法及び階調表示用画素配列体 - Google Patents

カラー階調表示素子、階調表示用画素の配列方法及び階調表示用画素配列体

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JPH0850287A
JPH0850287A JP7079344A JP7934495A JPH0850287A JP H0850287 A JPH0850287 A JP H0850287A JP 7079344 A JP7079344 A JP 7079344A JP 7934495 A JP7934495 A JP 7934495A JP H0850287 A JPH0850287 A JP H0850287A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 １つの画素の点灯の光学的中心の任意の総合
的移動を実質的に最小限度にする画素配列体、その画素
の配列方法、その画素を有するカラー階調表示素子を提
供すること。 【構成】 多数の点灯原色サブピクセル領域をそれぞれ
が有する多数の画素からなる画素パターンを有し、前記
原色サブピクセル領域がそれぞれ点灯状態あるいは非点
灯状態に設定可能である多数の点灯エリアを設ける。前
記原色サブピクセル領域は、実質的に画素の一方の側か
ら他方の側まで第１の方向に広がっているが、前記第１
の方向に実質的に垂直な第２の方向においてはその画素
内の限られた範囲しか有しない。また、前記点灯エリア
は、前記第１の方向における移動に対して実質的に安定
である明るさの中心とともに変化する強度で点灯可能な
ように、かつ、前記第２の方向における前記明るさの中
心の移動が実質的になされるように、配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カラー階調表示用の画
素配列体、その配列方法及びそれを有するカラー階調表
示素子に関する。より詳しくは、本発明は、プラズマパ
ネル表示や液晶表示素子の如き階調又は離散（不連続）
レベル表示素子におけるカラー階調画像表示用の画素配
列体、その画素の配列方法、及びその画素を有する階調
表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第５，１２４，６９５号（グリ
ーン／ソーンＥＭＩ社）はグレースケールの表示に適合
した単色（モノクロ）の階調又は離散レベル表示素子を
開示している。その表示素子において、各画素は、それ
ぞれ１：２：４：８の比率の相対的な光強度出力を有す
る別々にエネルギーをもつことのできる４つのエリアか
ら形成されている。米国特許第５，１２４，６９５号の
図５がここでは図１として再現されている。ローマ数字
Ｉ−ＩＶで示された点灯エリアは、それぞれ、点灯時に
同じ平均位置をもつように一定間隔をあけ、かつ、中心
を共有して配置されたいくつかの部分をもつ。その結
果、異なるビットパターンが、いかなる外見上の位置変
化もなくその画素を明状態にのみ変化させる。
【０００３】この米国特許の図５（本願の図１）から最
もよくわかるように、中心を共有するように配置された
明るさのエリアを維持する必要性は、画素２におけるそ
のエリアの実体的部分１がローマ数字Ｉ乃至ＩＶで仕切
られた結果として生じる開口部をもつ不透明のスクリー
ン部で占められていることに帰する。その開口部が厳格
に制限されているのがよくわかるであろう。通常、この
開口部は、その表示用の設定状態に関連する各画素の種
々の開口部によって決まる点灯エリアをもつ表示素子を
通過する強い白色バックライトを照らすことによって利
用される。
【０００４】カラー表示素子を得るために、複数のカラ
ーフィルターが通常、開口部の上方に置かれ、この場
合、各カラーフィルターはそれぞれ所望の表示用の原色
のために用いられる。普通にある１つのカラー表示素子
の形態は、赤・緑・青（ＲＧＢ）表示であり、表示素子
の各画素ごとに個々の赤、緑及び青のサブピクセル部を
もつ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記米国特許第５，１
２４，６９５号は、さらに、それぞれモノクロ表示用の
図１の配置に従って形成されている赤、緑及び青の画素
の並列によるカラー表示素子の作成について検討してい
る。
【０００６】一定の予定された表示の最終的な明るさの
ために、開口部が小さくなるとより高強度のバックライ
トの使用を必要とするだろう。もちろん、より高い強度
のバックライトは、より多くの熱を放出するのに加え、
より多くの電力を必要とするだろう。これは、より短い
バッテリー寿命をもたらすより高い電力要求を伴う携帯
用のバッテリー付きのシステムに用いられるように設計
された液晶表示素子にとって特有の問題である。
【０００７】米国特許第５，１２４，６９５号は、画素
の透明電極カラムを駆動させる試みに起因して、エネル
ギー損失を減らすための表示素子構成において金属化層
の使用についても開示している。
【０００８】欧州特許出願公開公報ＥＰ−Ａ ３６１，
９８１（中川ら／シャープ（株））は、液晶表示素子用
の単色（モノクロ）画素配置を開示している。ＥＰ−Ａ
３６１，９８１号公報は、各画素が別々の２のべき乗
の重み付けがなされた点灯可能エリアを含む画素パター
ンに主に向けられている。本願の図２として再現されて
いるＥＰ−Ａ ３６１，９８１号公報の図８ｃに示され
たある具体例では、明るさの中心が各点灯増加レベルに
関して実質的な移動を伴なう画素配置が開示される。ま
た、本願の図３として再現されているＥＰ−Ａ ３６
１，９８１号公報の図１０に示された第２の具体例で
は、明るさの中心が各点灯レベルに関して実質的に一定
のままである画素配置パターンが開示される。ＥＰ−Ａ
３６１，９８１号公報は、純粋に透明物質でできてい
る電極をもった金属化層の使用について開示していな
い。大型パネル表示に伴い、長い透明電極を駆動させる
必要性が、得られる表示素子を透明電極の高い抵抗率の
ために運転不能にしている。表示素子が大きくなるにつ
れて、表示素子の駆動に必要な電圧を最小限度にするた
めに、任意の透明電極と結合した不透明な金属製の導体
を使うことが必要となる。
【０００９】さらに、ＥＰ−Ａ ３６１，９８１号公報
に開示された画素配置は点灯状態が不確定となる各電極
間にかなりの間隙を残したままである。最後に、ＥＰ−
Ａ３６１，９８１号公報はモノクロの表示素子について
のみ関係があり、フルカラー表示素子へのいかなる拡大
も開示しない。
【００１０】高品質のカラー表示素子の構成には、極端
な清潔さの条件下、正確な方法で形成されるべき多数の
画素パターンが必要である。従って費用がかかり、かつ
高度な半導体加工技術がそのような素子の製作に通常必
要とされる。また、これらの技術のうちのたった１つの
誤りが表示素子を使用不能にする場合がある。
【００１１】各画素はおそらく数百万回は繰り返される
ので、かねあいが（トレードオフ）単一画素の設計者に
は要求される。つまり、一方では、別々の制御回路構成
要素を必要とするおのおのの付加的な別々に制御される
エリア及び故障の可能性を増加させる付加的な複雑さの
それぞれのレベルについて、各画素ができる限り単純で
あることを確保する要求がある。他方では、すべての表
示画像中の不必要な擬似（人工）輪郭（アーティファク
ト）は観察者に容易に見つけられるので減少させるか又
は除去することが非常に重要である。擬似輪郭の一形態
は、一画素の点灯の光学的（あるいは視覚的）中心の変
化によって生じたものであり、米国特許第５，１２４，
６９５号に開示された発明がそれに向けられている。
【００１２】大画面表示素子の構成で考慮されるべき付
加的な競争要因は、各画素が所定サイズであると仮定す
れば、不透明な配線及び他の制御回路構成要素に向けら
れる場所が多くなればそれだけ点灯の役割を担うべき画
素の部分に利用できる場所が少なくなることである。例
えば、液晶型表示素子においては、透明エリアの制御信
号を運ぶ責任を負う一般に不透明の駆動回路構成要素に
割り当てられた場所を犠牲にして点灯の役割を果たす透
明電極のエリアを最大にするのが望まれる。
【００１３】本発明の目的は、１つの画素の点灯の光学
的中心の任意の全移動を実質的に最小限度にするのと同
時に上述した要因の改善されたかねあいに備える改良さ
れた形態のフルカラー階調表示素子を提供することであ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明のカラー階調画素表示素子において
は、多数の点灯原色サブピクセル領域をそれぞれが有す
る多数の画素からなる画素パターンを有し、前記原色サ
ブピクセル領域がそれぞれ点灯状態あるいは非点灯状態
に設定可能である多数の点灯エリアからなり、前記原色
サブピクセル領域は、実質的に画素の一方の側から他方
の側まで第１の方向に広がっているが、前記第１の方向
に実質的に垂直な第２の方向においてはその画素内の限
られた範囲しか有しておらず、前記点灯エリアは、前記
第１の方向における移動に対して実質的に安定である明
るさの中心とともに変化する強度で点灯可能なように、
かつ、前記第２の方向における前記明るさの中心の移動
が実質的になされるように、配置されていることを特徴
とする。この場合、前記点灯エリアは、実質的に安定で
ある明るさの中心とともに変化する強度で点灯可能なよ
うに配置され、かつ、前記第１の方向における任意の原
色サブピクセル領域の明るさの中心と次の近接する画素
の明るさの中心との距離が前記第２の方向における該原
色サブピクセル領域の明るさの中心と次の近接する画素
の対応する原色サブピクセル領域の明るさの中心との距
離と等しいことが好ましい。また、前記点灯エリアは、
実質的に安定である明るさの中心とともに変化する強度
で点灯可能なように配置され、かつ、任意のサブピクセ
ル領域の明るさの中心と任意の次の近接する画素の対応
する原色サブピクセル領域の明るさの中心との距離が最
大限度にされているのが好ましい。
【００１５】また、前記目的を達成するために、本発明
の階調表示用画素の配列方法においては、多数の点灯原
色サブピクセル領域をそれぞれが有する多数の画素から
なり、前記原色サブピクセル領域がそれぞれ点灯状態あ
るいは非点灯状態に設定可能である多数の点灯エリアか
らなる不連続レベル表示素子を提供し、前記原色サブピ
クセル領域から近接するとなりの画素のそれぞれ対応す
る原色サブピクセル領域までの距離の尺度を決定し、前
記原色サブピクセル領域から最も近接するとなりの原色
サブピクセル領域までの距離の尺度の最小値を決定し、
各構成要素が、その距離が前記最も近接するとなりの原
色サブピクセル領域の対応する点灯レベルに関連して実
質的に一定のままであるが該原色サブピクセル領域の方
向に対して直角な方向へは移動可能であるように一連の
点灯エリアを配列することを特徴とする。
【００１６】さらに、前記目的を達成するために、本発
明のカラー階調表示用の画素配列体においては、多数の
点灯原色サブピクセル領域をそれぞれが有する多数の画
素からなるり、前記原色サブピクセル領域がそれぞれ点
灯状態あるいは非点灯状態に設定可能である多数の点灯
エリアからなり、前記点灯エリアは、それぞれが点灯の
光学的中心を有する一連の点灯レベルに分割されてお
り、第１の画素方向が前記原色サブピクセル領域の点灯
の光学的中心から近接した対応する原色サブピクセル領
域までが最短距離となる方向であり、前記点灯の光学的
中心が前記第１の画素方向に関する各レベルに対して実
質的に一定のままである一方、該光学的中心は前記第１
の画素方向に対して実質的に直角である方向に移動可能
であることを特徴とする。
【００１７】光学上の点灯の中心を維持する必要性の研
究の結果、驚いたことにこの必要性は一定の画素に存在
する点灯とその周囲の隣接部分に存在する点灯との間で
起こりうる相互作用の影響の結果として主に生じること
が明らかになっている。目は画素位置の外見上の変化に
対して非常に敏感であり、かつ、この敏感さは、それに
隣接する画素に関する１つの画素の総合的な点灯位置に
関して、画素色がゆっくり変化するエリアにおいてとり
わけ顕著である。
【００１８】図４に米国特許第５，１２４，６９５号に
従って作成されたフルカラー表示素子の一画素６の簡略
化した図を示す。所定の色を表示するために、赤のサブ
ピクセル３、緑のサブピクセル４及び青のサブピクセル
５からなる種々の部分が照らされる。あいにく、これら
のサブピクセル部の色の強度が変化するのと同様に総合
的な点灯の中心もまた変化する。例えば、主に赤色を表
示する場合は点灯の光学的中心は実質的に赤サブピクセ
ル３の近くにあり、また、主に青色を表示する場合は実
質的に青サブピクセル５の近くにあるだろう。以下で明
らかにされる理由により、各原色サブ領域３、４、５の
点灯の光学的中心は実質的にそれぞれの表示されたエリ
アの中心であることに着目してもらいたい。
【００１９】図５には、図４により示唆される画素に従
って作成された各画素を有する６×２の配列のカラー画
素７の簡略図が示される。各点灯レベルが正確に中心に
置かれていない結果を考慮する場合、例として、赤サブ
ピクセル８を考えると、画素配置の反対称性により、水
平方向における異なる赤色の点灯レベルを伴う赤サブピ
クセル８の光学的中心の移動は対応するとなりの表示画
素カラムの赤サブピクセル１１をほとんど妨害しないと
いうことがわかる。しかしながら、赤サブピクセル１０
に対する赤サブピクセル８の光学的中心の移動は、それ
らが非常に近いためにかなりの干渉効果を生じるだろ
う。結果として、赤サブピクセル８の横方向への光学的
中心の移動はその隣接する赤サブピクセル１１に最小限
度の干渉効果しか生じさせないのに対して、その縦方向
への光学中心の移動はその隣接する赤サブピクセル９及
び１１に実質的な干渉効果を生じさせる。このことは、
まず、光学的に平均のとれた安定な画素を維持する要求
はこの配置においては水平方向において緩和できる。そ
して、この条件緩和は、配線経路、画素設計あるいは開
口部の比率といった他の条件に改善をもたらす。
【００２０】また、図６に第１の改良した画素配置１３
を示す。この配置では、水平寸法に関し縦寸法が引き伸
ばされており、画素全体の残りのコントラストによって
実際上のエリア全体が占められる。縦寸法を引き伸ばす
ことにより、水平方向の光学的中心の減少を犠牲にして
縦方向の光学画素の点灯中心の対応する隔離が可能にな
る。
【００２１】図７は、図６に従って各画素が構成されて
いる３×４配列の画素１４を示す。赤サブピクセル１５
の光学的中心は同じ横の列であり次のカラム上にある赤
サブピクセル１６の光学的中心に接近している。その
上、赤サブピクセル１５の光学的中心は赤サブピクセル
１７からさらに離れている。画素構造の引き伸ばしは、
横の列方向における光学的中心間の距離の短縮という代
価を払って縦の列方向の点灯の光学的中心の引き離しに
帰する。しかしながら、この配列画素１４はフルカラー
画素からなるので、赤サブピクセル１５とその横方向の
隣接する赤サブピクセル１６との間の距離は緑サブピク
セル及び青サブピクセルの存在によりなお実質のあるも
のとなっている。
【００２２】この隣接するサブピクセルの光学的中心間
の最小距離を最大限度にするという好ましい画素配列
は、光学中心の任意の移動の結果としての画像中の不必
要な擬似輪郭を減少させる点でかなり重要である。おの
おののサブピクセル部、例えば１５の提案された光学上
の点灯中心をその隣接する該当部分から引き離すことに
より、十分に光学的に安定したサブピクセルのための必
要条件を部分的に緩和することができる一方で、光学的
に不安定な配列画素に関連した混乱する擬似輪郭をもた
らすことがない。
【００２３】
【実施例】そのため、本発明の第１の実施態様において
は、サブピクセルの残部の点灯の光学的中心が水平方向
において一定であることを確保する要求が緩和される。
本発明の実施例について強誘電性液晶素子を例にとり以
下に説明する。本発明は、これに限定されるものではな
く、例えば、反強誘電性液晶素子、プラズマパネル表示
素子、あるいはエレクトロルミネセンス表示素子のよう
な他の階調（または離散レベル）表示素子にも等しく適
用できる。
【００２４】図８は、一対の電極基板（通常は透明電極
でおおわれたガラス基板からなる）２１及び２２とその
電極基板間に垂直方向に配置された分子層２３を有する
強誘電液晶層とからなる強誘電液晶素子（以下、「ＦＬ
ＣＤ」と略す）２０の基本動作の説明図である。この強
誘電性液晶はカイラルスメクチックＣ相又はＨ相を呈
し、カイラルスメクチック相に固有のらせん構造を解除
するのに十分に薄い厚さ（例えば０．５〜５μｍ）で配
置されている。
【００２５】ある一定のしきい値を越える電界Ｅ（又は
−Ｅ）２４が上下基板２１、２２の間に印加される時、
液晶分子２３はその電界に従って配向する。１つの液晶
分子は細長い形状を有し、その長軸と短軸との間で屈折
率異方性を示す。従って、強誘電液晶素子２０がガラス
基板２１、２２上に配設された不図示の一対の直交偏光
子間に挾持されるならば、液晶光変調素子が得られるで
あろう。
【００２６】ある一定のしきい値を越える電界（Ｅ）２
４が印加されると、液晶分子２３は第１の分極配向状態
２５に配列する。さらに、逆向きの電界（−Ｅ）が印加
されると、液晶分子２３は第２の分極配向状態２６に配
列する。これらの配向状態は、印加された電界Ｅ又は−
Ｅが逆向きの一定のしきい値を越えない限り保持され
る。
【００２７】図８に本発明の一つの好ましい態様である
液晶表示素子２０の画素配置部分を示す。この液晶表示
素子２０は、高解像度フルカラー画像表示用に設計され
ており、第１の基板上に配置された多数のコモン線及び
対応するコモン透明電極２８を有している。コモン線は
第２の基板上に形成された多数のデータ駆動線及びデー
タ透明電極２９と実質的に垂直に配置されている。
【００２８】高解像度コンピューターディスプレー用の
一般的な大きさは横１０２４個の別々の画素と縦１２８
０個の別々の画素を含んでおり、第１のガラス基板上に
形成された一組の線と第２の基板上に形成された他の一
組の駆動線を有する。これらの横と縦の線の交差部分が
表示用の画素を構成し、例えば箱型部分３０で示される
領域が一画素となる。本発明においては、表示素子の各
画素は１本より多くの駆動線と１本より多くのそれと関
連するコモン線を有するのが好ましい。
【００２９】特に図１０において、１つの画素３０は３
本のコモン駆動線３１、３２、３３を有し、このうち外
側の２本のコモン駆動線３１、３３は互いに電気的に接
続されていてもよい。同様に各画素１１２は赤データ駆
動線３５及び３６、緑データ駆動線３９及び４０、そし
て青データ駆動線３７及び３８に分割された多数（図３
においては６本）のデータ駆動線を有する。
【００３０】データ駆動線は各色について同様に処理さ
れるので、赤データ駆動線３５、３６の動作についての
み説明する。赤データ駆動線３５、３６は透明電極エリ
ア４２−４７を制御する。具体的には、第１の赤データ
駆動線３５が透明電極エリア４２、４４、４６を制御
し、第２の赤データ駆動ライン３６が透明電極エリア４
３、４５、４７を制御する。
【００３１】個々に駆動させることができる各透明電極
エリア４２−４７は、他のエリアと２進法面積関係をも
つのが好ましい。例えばエリア４４が１面積単位、エリ
ア４５が２面積単位、エリア４２及び４６が２つ合わせ
て４面積単位、そしてエリア４３及び４７が２つ合わせ
て８面積単位にそれぞれ相当するというような関係であ
る。従って、データ駆動線とコモン駆動線による駆動の
組合せにおいては、上述の外側のコモン駆動線３１及び
３３が電気的に互いに接続されるのが好ましいというこ
とを覚えていれば、画素３０の各原色について１６の可
能レベルあるいは画素３０について１６3 ＝４０９６の
異なる色彩を達成できる。もちろん点灯エリアについて
上記の２進法面積関係をもたせることによって、各エリ
アがすべて同じサイズの場合よりも実質的により多くの
レベルを達成できる。
【００３２】図１１に画素３０の赤原色についての１６
の可能レベルを示す。同様に、図１２及び図１３に緑原
色についての１６の可能レベル及び青原色についての１
６の可能レベルをそれぞれ示す。これらの組合せによ
り、本実施例における各画素は４０９６色の異なる可能
色を表示できる。
【００３３】図１１から図１３において作り出されるパ
ターンの観察からわかるように、各原色強度はレベルご
とに増加するので、各原色の光学的中心又は点灯の中心
は実質的に同じ位置に残ったままである。つまり、１つ
の原色サブピクセルに着目した場合、縦方向には点灯エ
リアが同心状に配列されるので点灯中心の移動がない。
横方向の長さは縦方向の長さに比べてかなり短いので、
点灯エリアが同心状に配列されていなくても、その点灯
中心の移動は微小なので、それを目で認識できない。よ
って、サブピクセル内の点灯中心は実質的に同じ位置で
あるいうことになる。強度が増加するので、画素強度の
光学上の点灯中心の移動を最小限度にする必要性は、Ｆ
ＬＣＤ上に表示される画像中の不必要な擬似輪郭の除去
の点で重要な考慮事項である。また、主にこの理由によ
り、２本の外側のコモン線が設けられている。しかしな
がら、先に検討したように、光学的中心化プロセスがわ
ずかではあるが水平方向において緩和されている。
【００３４】図１０において、コモン線３１、３３は多
数の方法を用いて素子の端部で任意に互いに接続可能で
ある。また、コモン線３１、３３とコモン線３２とは異
なる時間周期で選択できる。好ましい方法は、論理回路
構成要素及び相互に連結された駆動線に必要な種々の接
合パッドを２倍にして、両方の線を同じ復調（復号）信
号を用いて駆動することである。あるいは、駆動線を、
両面ＴＡＢ（ｔａｐｅａｕｔｏｍａｔｅｄ ｂｏｎｄｉ
ｎｇ）トレースを用いてＴＡＢフレキシブル配線板上で
接続可能である。
【００３５】本発明はあらゆる形態の表示素子に適用で
きるが、例として、図１０に従った画素配置を有するＦ
ＬＣＤの作成について以下に説明する。
【００３６】ＦＬＣＤの作成において用いられる製造方
法は超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）素子の作成あるいは
組立に用いられる方法と非常に類似しており、そして、
そのような素子の作成方法は良く知られていると考えら
れる。
【００３７】ＦＬＣＤの作成にはまず２枚のガラス基板
が用いられる。図１４を参照しながら下部ガラス基板２
１の構成について説明する。
【００３８】ガラス基板の表面をすっかり清浄化した
後、アルミニウムキレートカップリング剤（不図示）が
ガラス基板に塗布され次のガラス層に対する適当な接着
力を確保する。
【００３９】その後スピンコート法が、第１の場合にお
いては赤となる原色用の染料を含む１．５μｍ厚の感光
性ポリアミド層を塗布するのに用いられる。残留溶剤を
除去するために感光性ポリアミドは約８０℃で約１０分
間予備加熱された後、露光されるべき赤カラーフィルタ
ー５１のエリアに対応する開口部５０を有する図１５に
示されるような画素マスクを用いて露光される。ポリア
ミド層はその後、基板２１上に各画素の赤カラーフィル
ター部５１を残すように現像される。この第１のカラー
フィルター部はそれから後加熱され、安定な構造を形成
する。その後、同じ方法が、画素幅の１／３だけ適当に
ずらされた開口部をもつ不図示の適当なマスクを用いて
緑カラーフィルター５２及び青カラーフィルター５３の
作成のために繰り返される。このようにすれば、この画
素の中心から横方向の隣接する同色サブピクセルまでの
距離より、この画素の中心から縦方向の隣接する同色サ
ブピクセルまでの距離を大きくとることができる。
【００４０】図１６には、次に作成されるのが好ましい
表示素子の部分であるデータ線金属層３５−４０を示
す。これらの金属層の蒸着はカラーフィルター上に直接
行われる。
【００４１】金属層を使用する素子作成において、モリ
ブデン（Ｍｏ）の使用は関連する電気回路構成の形成に
とって好ましい。モリブデンは優れたパターニング特性
と平坦化特性をもつため使用されている。
【００４２】アルミニウムもまた金属層のパターニング
に用いることができる。アルミニウムの抵抗率は２５℃
で０．０２７μΩｍであるが、モリブデンの抵抗率は２
５℃で０．０５４７μΩｍである。したがって、アルミ
ニウムでできた金属導電層はモリブデンでできたものよ
り約２倍の導電性がある。しかしながら、アルミニウム
の示差的な熱膨張の間の応力の除去の結果としてアルミ
ニウム中に生じる小丘（ヒロック）あるいはスパイクの
形成は、表示基板の作成に使用される他の材料と比較し
たとき重大な問題点となり、それは一般にアルミニウム
の使用を妨げている。
【００４３】基板間の距離は１〜２μｍ程度であるの
で、これと同じかあるいはより大きな金属層中の小丘
（ヒロック）はパネルの規格値を越えて基板分離をもた
らし結果的に不良パネルを生じる場合がある。上述した
製造方法は小丘の形成を除去するものではない。しかし
ながら、カラーフィルター層の上部にデータ金属層を配
置し、かつ、そのデータ金属層を２μｍの平坦化した誘
電体層（これについては後述する）でおおうことによ
り、大部分の小丘はその誘電体層中に吸収されることに
なるので小丘形成の影響はかなり減らすことができる。
もちろん、極端に大きな小丘（３乃至４μｍを越えるも
の）はなおパネル分離を引き起こす。
【００４４】金属層の蒸着については半導体回路製作の
技術分野ではよく知られており、以下にそのような蒸着
法の一例を示す。
【００４５】０．３μｍのアルミニウムと０．５％の銅
との合金（ＡｌＣｕ）の層をまず基板表面上にスパッタ
リングを行い形成する。アルミニウム層は平坦化され
０．０９μｍの表面高低差（高さの差）とするのが望ま
しい。このスパッタリングを施されたアルミニウム層に
はヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）の単分子層（下
塗層）をスピンコート法により塗布してフォトレジスト
付着に対する下塗りを行う。例えば、ＡＺ１３７０（シ
ップレイ社製）のようなポジ形のフォトレジストの１μ
ｍ厚の層をその後上記下塗層の上部にスピンコート法に
より塗布する。そのフォトレジストはそれから赤外線加
熱炉を用い９０℃で３分間熱処理（プレベーク）を行
う。その後、フォトレジストには、データ金属層３５−
４０の種々のエリアに対応する単純な縦縞を有する図１
７に示す画素マスク（データ線金属マスク）を用いて露
光を３５ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギーで行う。
【００４６】フォトレジストは、その後、例えば、２５
％水溶液（ＡＺ−３５１、シップレイ社製）及び４０％
水溶液（ＡＺ−３１１、シップレイ社製）からなる現像
液中において２３℃で５０秒間現像を行う。フォトレジ
ストをはく離する前に現像検査を行い、すべての許容範
囲外のパネルを処分あるいは再生させることができる。
フォトレジストは、スパッタリングを行ったアルミニウ
ムに、例えば、８０％のリン酸、５％の硝酸、５％の酢
酸及び１０％の水からなる撹拌溶液中で４０℃で２分間
ウエットエッチングを行う前に１５０℃で熱処理（ポス
トベーク）を行うことができる。
【００４７】最後に、残留しているフォトレジストが、
例えば、シップレイ社の除去剤“１１１２Ａ”のような
低フェノール有機はく離剤を用いてはがされ、下基板２
１上にデータレベル金属層３５−４０が残る。
【００４８】図１８にデータレベル誘電体層６５を示
す。この層は簡単な感光性ポリアミド法により形成され
る。この層の形成に使用される工程は、２μｍ厚の感光
性透明ポリアミド層のスピンコーティングを含む。より
一般的なＰＩＱポリアミド酸法よりもむしろ樹脂分５０
％のエステルオリゴマー溶剤を使用した方が良好な平坦
（平面）性が得られ好ましい。
【００４９】ポリアミドは、その後８０℃で１０分間熱
処理（プレベーク）される。さらに、現像する前に図１
９に示すようなマスク（データ線誘電マスク）を使って
露光されたポリアミドは熱処理（ポストベーク）され、
図１８に示すような形状をもつ誘電体層６５を最終的に
確保できる。
【００５０】図２０は、赤原色エリアを制御する第１の
部分６６、６７を有するデータ線透明電極層を示す。こ
の層は、基板２１上にＩＴＯのような透明電極を塗布す
ることにより形成される。
【００５１】機能的な表示素子は、カラーフィルター上
に最初に形成されているデータ線透明層とデータ線誘電
層の上部に形成されているデータ線金属層を用いて作成
できるけれども、本実施例では、データ線透明層の前に
形成されているデータ線誘電層を用いる。これはデータ
線透明層がその上で該層が動作する液晶部に非常に近く
形成できるという利点がある。従って、隣接するデータ
線透明電極と対応するコモン線透明電極との間に生じる
電界は実質的に増加する。
【００５２】データ線透明電極層の形成方法は、インジ
ウムとスズの酸素化雰囲気中でのスパッタリングを含
み、最初に０．０７μｍ厚のＩＴＯ層を形成する。この
ＩＴＯ層は再びＨＭＤＳの単分子層をスピンコート法に
より塗布して下塗りを施す。該下塗層の上部にスピンコ
ート法により、例えばＡＺ１３７０（シップレイ社製）
のようなフォトレジストの１μｍ厚の層を設ける。この
フォトレジストはその後、赤外線加熱炉を用い９０℃で
３分間熱処理（プレベーク）を行い溶剤を除去する。
【００５３】フォトレジストには、それから図２１に示
すようなデータ線透明電極形成用のマスクを用いて約３
５ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギーで露光を行う。その後、フ
ォトレジストは、２５％水溶液（ＡＺ−３５１、シップ
レイ社製）及び４０％水溶液（ＡＺ−３１１）からなる
現像液中で２３℃、５０秒間の現像を行う。フォトレジ
ストは次に１２０℃で熱処理（ポストベーク）される。
ＩＴＯ層にその後ウエットエッチングを施し、また、残
留しているフォトレジストは除去剤“リムーバー１１１
２Ａ”（シップレイ社製）のような低フェノールの有機
はく離剤を用いて除去され、その後にはデータ金属層に
接続されたデータ透明電極層が形成される。
【００５４】図２２において、図２１に示すような透明
電極層上にはその後、表面層６８を形成できる。表面層
６８は、０．１μｍ厚の五酸化タンタルのスパッタリン
グ層、０．１μｍ厚のシリコン・チタニウム・オキシド
の塗布層、及び０．０２μｍ厚のポリアミドのスピンコ
ート層を含み、その後、熱処理（ポストベーク）が行わ
れ、さらに、適切な液晶分子配列を与えるために表面に
ラビング処理が施される。
【００５５】上部ガラス基板２２（図８、図２６参照）
は下部ガラス基板と同様にして配置されるが、上部ガラ
ス基板２２にはカラーフィルター層は設けない。
【００５６】上基板の表面をすっかり清浄化した後、コ
モン金属層、コモン誘電層、コモン透明電極層、及び種
々の表面層が対応するデータ線層に関し述べた方法と同
様の方法で配設される。この場合、図２３に示すコモン
線金属マスク、図２４に示すコモン線誘電マスク、及び
図２５に示すコモン線電極マスクが用いられる。
【００５７】図２６に図１０のＡ−Ａラインに沿って描
かれた本実施例の液晶表示素子の一画素の最終横断面７
９を示す。本実施例をうまく説明するために、この断面
の近似的な縮尺は、垂直方向に拡大してある。
【００５８】この断面は上部ガラス基板２２と下部ガラ
ス基板２１を含む。各ガラス基板上には、必要とされる
駆動メカニズムに応じてお互いに平行もしくは垂直の偏
光軸をもつことが可能な偏光膜７１及び７２が配置され
ている。
【００５９】基板上に設けられた層は、上基板２２と下
基板２１との間に必要な電界を生じさせ基板間に挾持さ
れた液晶７３がそれに関連する双安定状態に強制配列さ
せることができるようにするための電圧源を透明電極に
運ぶための供給手段のほかに必要とされる特定の透明エ
リア用の透明電極部を形成するように設計されている。
【００６０】上述したように、双安定性は偏光に及ぼす
液晶の影響に関するものである。従って、光７４はバッ
クライト（不図示）を用いてパネルを貫いて照らされ、
また、下基板の偏光子（膜）７２によって偏光させられ
る。光はその偏光状態を液晶の双安定状態に応じて変化
させ、第２の偏光膜７１を通過する前に、必要な駆動配
置に応じてその偏光軸を下基板の偏光子７２に対し直角
あるいは平行にする。従って、液晶７３、好ましくは強
誘電性液晶、の状態に依存して、光は偏光子７１及び７
２の組合せにより遮断されるかあるいは透過するかのい
ずれかとなる。
【００６１】上で述べたように、液晶７３の状態は上下
基板の透明電極間に電界を生じさせることにより変化す
る。これは主に上部のコモン透明電極７６と下部のデー
タ透明電極、例えば、６６、６７を含む透明電極の交差
部分により行われる。これらの透明電極は、例えば、
０．７μｍの金属の電圧供給ラインに接続された約０．
７μｍ厚のインジウム−チンオキサイド（ＩＴＯ）の層
からなる。コモン線透明層７６は、図１０のコモン金属
線３１、３２、３３を含むコモン金属層７７に接続され
ている。データレベル透明層あるいはセグメント線透明
層、例えば６６や６７は、図１０の対応するデータ線金
属層部分３５、３６に接続されている。
【００６２】透明コモン電極層７６は隣接するコモン金
属電極７７からコモン誘電層７８を使って隔離又は絶縁
されている。加えて、そのコモン透明層７６はそれ自
体、液晶から隔離される必要がある。この隔離は、例え
ば、五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）でできた０．１μｍ
厚の絶縁層７９によってなされる。その後、０．１μｍ
のシリコン・チタニウム・オキサイド（ＳｉＴｉＯｘ）
層８０が基板表面上のすべての凹凸あるいは高さのむら
を除去し平坦化するために設けられる。約０．０２μｍ
のポリアミドからなる配向層８１は、ポリアミド層を配
設した後にその表面をビロード、布、紙などを使って一
方向にラビングすることにより形成され、上記層８０の
上に配置される。上述したように、種々の層が、カラー
フィルター層の付加を含めて下基板２１についても繰り
返される。
【００６３】２枚の基板２２、２１は、直径１．５μｍ
のガラス球８２により離れて保持されている。但し、図
２６において、これらのガラス球はパネルの縮尺寸法に
起因して細長く表示されている。また、これらのガラス
球は約１００個／ｍｍ2 の密度とするのが適当である。
基板同士は接着剤液滴８３で保持されているため、上記
液滴８３及び／又はガラス球８２の間では、パネルはガ
ラス球８２の直径である約１．５μｍの厚さの液晶層７
３と静的平衡を保っている。
【００６４】先に述べたように、画像表示は通常所定の
標準に従う。例えば、コンピューター端末として一般に
使用されているＣＲＴタイプの表示素子について用いら
れる１つの標準規格は１２８０画素に１０２４ラインの
解像度をもつ画像を表示することである。上記表示フォ
ーマットに関連して保存される１つの画像は、テレビジ
ョン表示がさまざまな表示サイズで行われるにもかかわ
らずすべて同じ画像を表示するのと同様のやり方で多種
多様な表示サイズで表示させることができる。相違点は
各画素の実際のサイズにある。
【００６５】本実施例においては、異なるサイズの画素
を透明電極エリアの面積を変更することにより達成でき
る。図１０において、寸法Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは所望の画
素サイズに応じて変更できる。金属線の幅は用いられる
製造方法に依存するが、好ましくは２０μｍで一定に保
持される。表１には異なるサイズの表示をするための寸
法Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤについての種々のサイズ（単位はミ
クロン）を示しており、パネルサイズは対角線に沿って
測定された値であり、また、関連画素の各寸法は最近接
の０．１ミクロンの単位まで示してある。図２７は、表
１に示されたデータを利用したカラーＦＬＣＤの対応す
る開口部の比率を示したグラフである。
【００６６】
【表１】
【００６７】以上説明した実施例においては、Ｒ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の画素（ピクセ
ル）が、それぞれ１６レベルの階調表示を行えるように
各画素をすべて６つのサブピクセル又は点灯エリアに分
割した場合について述べている。
【００６８】本発明はこの構成に限らず、Ｒ・Ｇ・Ｂの
３原色のピクセルのうち少なくとも１つの原色ピクセル
が、図１１−図１３に示すような表示レベルを与える構
成になっている限り、他の原色ピクセルは前記原色ピク
セルと異なる点灯エリアに分割されていてもよい。具体
的には、図２８に示すようにＲ（赤）とＧ（緑）の原色
ピクセルがそれぞれ図１１、１２の表示レベルを与える
ように６つのサブピクセル（例えばＲについての点灯エ
リア４２−４７）に分割され、残りのＢ（青）原色ピク
セルが３つの点灯エリアに分割された構成が挙げられ
る。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１つの画素の光学的な点灯中心の任意の総合的な移動を
実質的に最小限度にすることができるので、表示画像中
の不必要な擬似輪郭（アーティファクト）を除去するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】米国特許第５，１２４，６９５号で説明されて
いる配置画素を再現した図である。
【図２】ＥＰ−Ａ ３６１，９８１号公報で説明されて
いる第１の配置画素を用いて可能なレベルを再現した図
である。
【図３】ＥＰ−Ａ ３６１，９８１号公報で説明されて
いる第２の配置画素を用いて可能なレベルを再現した図
である。
【図４】従来から用いられている単一のフルカラー配置
画素を示す図である。
【図５】図４の配列画素を用いた６×２配列のフルカラ
ー画素配列体である。
【図６】本発明に従って構成された単一画素を示す図で
ある。
【図７】図６の画素を用いた３×４配列の画素配列体を
示す図である。
【図８】強誘電性液晶の駆動原理を説明するための斜視
図である。
【図９】本発明の実施例における画素の配列を示す平面
図である。
【図１０】本発明の実施例における一画素の平面図であ
る。
【図１１】本発明の実施例において利用できる赤レベル
数を示す図である。
【図１２】本発明の実施例において利用できる緑レベル
数を示す図である。
【図１３】本発明の実施例において利用できる青レベル
数を示す図である。
【図１４】本発明の実施例におけるカラーフィルターの
構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施例におけるカラーフィルターマ
スクの平面図である。
【図１６】本発明の実施例におけるデータ線金属層の構
成を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施例におけるデータ線金属マスク
の平面図である。
【図１８】本発明の実施例におけるデータ線誘電層の構
成を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施例におけるデータ線誘電画素マ
スクの平面図である。
【図２０】本発明の実施例におけるデータ線透明電極層
の構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施例におけるデータ線透明電極マ
スクの平面図である。
【図２２】本発明の実施例におけるデータ線表面層の構
成を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施例におけるコモンレベル金属層
形成用のコモン線金属マスクの平面図である。
【図２４】本発明の実施例におけるコモンレベル誘電層
形成用のコモン線誘電マスクの平面図である。
【図２５】本発明の実施例におけるコモンレベル誘電層
形成用のコモン線電極マスクの平面図である。
【図２６】図１０のＡ−Ａ線に沿った画素の断面図であ
る。
【図２７】本発明の実施例におけるパネルサイズに対す
るカラーパネルの開口率を示すグラフである。
【図２８】本発明の実施例における他の一配列画素を示
す平面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｇ 3/20 Ｋ 4237−5Ｈ 3/28 Ｋ 4237−5Ｈ 3/36 (72)発明者 キア シルヴァーブルック オーストラリア国、2040、ニューサウスウ エールズ州、ライカーツ、キャサリン ス トリート214 (72)発明者 ウイリアム クラーク ネイラー ジュニ ア アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95051、サンタクララ、キーリー ブルバ ード1000、＃93

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数の点灯原色サブピクセル領域をそれ
    ぞれが有する多数の画素からなる画素パターンを有し、
    前記原色サブピクセル領域がそれぞれ点灯状態あるいは
    非点灯状態に設定可能である多数の点灯エリアからな
    り、 前記原色サブピクセル領域は、実質的に画素の一方の側
    から他方の側まで第１の方向に広がっているが、前記第
    １の方向に実質的に垂直な第２の方向においてはその画
    素内の限られた範囲しか有しておらず、 前記点灯エリアは、前記第１の方向における移動に対し
    て実質的に安定である明るさの中心とともに変化する強
    度で点灯可能なように、かつ、前記第２の方向における
    前記明るさの中心の移動が実質的になされるように、配
    置されていることを特徴とするカラー階調表示素子。
  2. 【請求項２】 前記多数の原色が赤、青及び緑からなる
    ことを特徴とする請求項１記載のカラー階調素子。
  3. 【請求項３】 多数の点灯原色サブピクセル領域をそれ
    ぞれが有する多数の画素からなる画素パターンを有し、
    前記原色サブピクセル領域がそれぞれ点灯状態あるいは
    非点灯状態に設定可能である多数の点灯エリアからな
    り、 前記原色サブピクセル領域は、実質的に画素の一方の側
    から他方の側まで第１の方向に広がっているが、前記第
    １の方向に実質的に垂直な第２の方向においてはその画
    素内の限られた範囲しか有しておらず、 前記点灯エリアは、実質的に安定である明るさの中心と
    ともに変化する強度で点灯可能なように配置され、か
    つ、前記第１の方向における任意の原色サブピクセル領
    域の明るさの中心と次の近接する画素の明るさの中心と
    の距離が前記第２の方向における該原色サブピクセル領
    域の明るさの中心と次の近接する画素の対応する原色サ
    ブピクセル領域の明るさの中心との距離と等しいことを
    特徴とするカラー階調表示素子。
  4. 【請求項４】 前記多数の原色が赤、青及び緑からなる
    ことを特徴とする請求項３記載のカラー階調表示素子。
  5. 【請求項５】 多数の点灯原色サブピクセル領域をそれ
    ぞれが有する多数の画素からなる画素パターンを有し、
    前記原色サブピクセル領域がそれぞれ点灯状態あるいは
    非点灯状態に設定可能である多数の点灯エリアからな
    り、 前記原色サブピクセル領域は、実質的に画素の一方の側
    から他方の側まで第１の方向に広がっているが、前記第
    １の方向に実質的に垂直な第２の方向においてはその画
    素内の限られた範囲しか有しておらず、 前記点灯エリアは、実質的に安定である明るさの中心と
    ともに変化する強度で点灯可能なように配置され、か
    つ、任意のサブピクセル領域の明るさの中心と任意の次
    の近接する画素の対応する原色サブピクセル領域の明る
    さの中心との距離が最大限度にされていることを特徴と
    するカラー階調表示素子。
  6. 【請求項６】 前記多数の原色が赤、青及び緑からなる
    ことを特徴とする請求項５記載のカラー階調表示素子。
  7. 【請求項７】 多数の点灯原色サブピクセル領域をそれ
    ぞれが有する多数の画素からなり、前記原色サブピクセ
    ル領域がそれぞれ点灯状態あるいは非点灯状態に設定可
    能である多数の点灯エリアからなる不連続レベル表示素
    子を提供し、 前記原色サブピクセル領域から近接するとなりの画素の
    それぞれ対応する原色サブピクセル領域までの距離の尺
    度を決定し、 前記原色サブピクセル領域から最も近接するとなりの原
    色サブピクセル領域までの距離の尺度の最小値を決定
    し、 各構成要素が、その距離が前記最も近接するとなりの原
    色サブピクセル領域の対応する点灯レベルに関連して実
    質的に一定のままであるが該原色サブピクセル領域の方
    向に対して直角な方向へは移動可能であるように一連の
    点灯エリアを配列することを特徴とする階調表示用画素
    の配列方法。
  8. 【請求項８】 多数の点灯原色サブピクセル領域をそれ
    ぞれが有する多数の画素からなるり、前記原色サブピク
    セル領域がそれぞれ点灯状態あるいは非点灯状態に設定
    可能である多数の点灯エリアからなり、前記点灯エリア
    は、それぞれが点灯の光学的中心を有する一連の点灯レ
    ベルに分割されており、第１の画素方向が前記原色サブ
    ピクセル領域の点灯の光学的中心から近接した対応する
    原色サブピクセル領域までが最短距離となる方向であ
    り、前記点灯の光学的中心が前記第１の画素方向に関す
    る各レベルに対して実質的に一定のままである一方、該
    光学的中心は前記第１の画素方向に対して実質的に直角
    である方向に移動可能であることを特徴とするカラー階
    調表示用の画素配列体。
  9. 【請求項９】 前記多数の原色が赤、青及び緑からなる
    ことを特徴とする請求項８記載のカラー階調表示用の画
    素配列体。
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