JPS63170692A - マトリクス表示装置 - Google Patents

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】 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（ＴＰＴ）で構成し、これらト
ランジスタを行列アレーに配置している。複数のデータ
ラインの各々をそれぞれの列のＴＰＴに接続し、複数の
ゲートラインの各々をそれぞれの行のＴＰＴ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ＴＰＴ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ＴＰＴがターンオンすると
、このラインの各ＴＰＴ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ＴＰＴ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）のために光電荷が
各表示素子に蓄えられる。従って、各表示素子は関連す
るＴＰＴが次にターンオンされるまで（ＴＶ信号の場合
には１フイ一ルド周期）、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
に制限する必要性は特に視角のような材料の他の特性の
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装置において、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つのドツ
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
ン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ＴＰＴ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
ＴＰＴのサイズを小さくしてＴＰＴ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つのスイッチイブ手段によってのみ
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（、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−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。スイッング手段の出力
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！
Ｉ！！部分とで直列キャバ／り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ＴＰＴである場合には、１つのＴＰＴ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ＴＰ
Ｔ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ＴＰＴを設けることもできる。追加のＴＰＴは特に
ＴＰＴ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ＴＰＴのみ
が表示素子と関連する場合にはこのＴＰＴ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ＴＰＴを使用する場合には、１つのＴＰＴ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ＴＰ
Ｔ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）　ＩＪクス表示装置
を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ＬＣ［）−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は各ラインごとに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。冥際には、マトリクスアレー内の画素の総
数（＋ｙ＋Ｘｎ）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（ＴＰＴ）　
１１を有している。各ライン内の全てのＴＰＴのゲート
は行（Ｙ）電極１４に接続し、各列内の全てのＴＰＴ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Ｉ５が存在する。

ＴＦＴＩＩ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及びＴＰＴを支持する基板から離
間された基板に支持され、側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ＴＰＴ
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ＴＰ
Ｔは時間Ｔｔ　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。フィール下時間Ｔｆ　（
この時間はｍ・Ｔｔ　に略々等しい）の残りの時間中各
ＴＰＴ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（ＣＬＣ）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をＴＰＴ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からの規則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個以上のシス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×（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ｘＭ電極１５びＴＰＴ
のソース電極に供給する。駆動ラインの゛オン′”ＴＦ
ＴはＸ電極１５とＴＰＴ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圧に充電する。Ｙ（ゲート）電極１
４が低下すると、このラインのＴＰＴ　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ＴＰＴ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２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ＩＴ
Ｖフレームを構成する両フィールドとも同−組の画素に
転送する（即ち、各フィールドを例えばＣＲＴ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
る液晶ＴＶ表示システム及びその動作の上記の説明は意
図的に簡単にしである。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３８６２
３６０号明細書、英国特許第２１５９６５６号明細書、
又はｒＰｒｏｃｅｅ’ｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＩ
ＪＥ　ＪＶｏｌ、５９．　　Ｎｏ、、　１１（１９７１
年１１月り）　　、ＰＰ１５６６−１５７９．　１．：
発表されているＬｅｃｈｎｅｎ等の論文”Ｌｉｑｕｉｄ
　ＣｒｙｓｔａｌＭａｔｒｉｘ　Ｄｉｓｐｌａｙｓ”を
参照されたい。

ＴＦＰを用いる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ＴＰＴの出力端子に接続され且つＴＰ
Ｔ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。ＴＰＦ
の入力端子に供給されるビデオ信号の大きさにより決ま
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の不透過状態ヘ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ツ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ＴＰＴ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の
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示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
接光速へい層３５０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
接フィルタ層のグル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ＴＰＴ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４
５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ＴＰＴ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ＴＰＴの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ＴＰＴ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３５０Ｘ３０μｍ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〜５５０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５５１〜５５０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５５８〜５５０にはＴＰＴ　　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５５
１〜５５０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ＴＰＴのドレ
イン電極４６と、電極５５、液晶材料３２及び電極３３
０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〜５５０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クス光速へ
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ＣＬ
Ｃ及びＣ８で示しである。

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Ｃ８を付加すること
により、ＴＰＴ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状態ヘスイツチす
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ＴＰＴ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ＴＰＴ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
ＴＰＴ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ＴＰＴ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ＴＰＴ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ＴＰＴ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ＴＰＴ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ＴＰＴを設け、各ＴＰ
Ｔ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ＴＰＴを１個のサブ素子に接続し、もう１つのＴＰ
Ｔを３個の他のサブ素子に接続し、もう１つのＴＰＴ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、ＴＰＴ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ＴＰＴ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ＴＰＴにより占められる面積
が第１実施例の単−ＴＰＴ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
ＴＰＴ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ＴＰＴ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ＴＰＴは
複数の小さいＴＰＴに分割されている共通に形成された
ＴＰＴ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）　ＩＪ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（ＴＰＴ）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・・・隣接光速へい層３６・・・配向層　　
　　　　４０・・・ＴＰＴ４１・・・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〜
５５０・・・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 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン Ｆｉｇ、３゜ 〜・４・ Ｆｉｇ、５゜ ＣＬ（ＣＸ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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マトリクス表示装置。 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、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、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、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、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、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、各表示素子の前記複数の電極を平面アレーに配置す
   ると共に、各々を当該表示素子の周縁に隣接して位置す
   る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
   を前記複数の電極と関連する前記導電層の上方をこれら
   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
   てあ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、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、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、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、各表示素子の前記複数の電極を平面アレーに配置
   すると共に各々を当該表示素子の周縁に隣接して位置す
   る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、前記複数個のスイッチング手段の出力
   端子を、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
   あ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、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、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、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、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。