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JPH0566412A - ハーフトーン・グレイスケール液晶デイスプレイ - Google Patents

ハーフトーン・グレイスケール液晶デイスプレイ

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Publication number
JPH0566412A
JPH0566412A JP35669391A JP35669391A JPH0566412A JP H0566412 A JPH0566412 A JP H0566412A JP 35669391 A JP35669391 A JP 35669391A JP 35669391 A JP35669391 A JP 35669391A JP H0566412 A JPH0566412 A JP H0566412A
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electrode
sub
pixel
liquid crystal
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JP35669391A
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Kalluri R Sarma
カルーリ・アール・サーマ
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Honeywell Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクティブ・マトリックス液晶ディスプレイ
（ＡＭＬＣＤ）においてハーフトーン・グレイスケール
を実現することである。 【構成】 本発明のハーフトーン・グレイスケール液晶
ディスプレイは、高いピクセル・アパチャ比を有する複
数のピクセルから成り、各ピクセルは第１基板とＮ個の
サブピクセルとから成り、Ｎ−１個の各サブピクセル
は、第１基板上の第１電極と、第１電極上の絶縁層と、
絶縁層上の第２電極と、第２電極上の液晶層と、液晶層
上の第３電極とから成り、Ｎ番目のサブピクセルは、第
１基板上の第１電極と、第１電極上の絶縁層と、絶縁層
上の液晶層と、絶縁層上の第２電極と、液晶層上の第２
基板とから成り、Ｎ−１個のサブピクセルの第１電極は
相互接続している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ（Ｌ
ＣＤ）に関し、さらに詳しくは、ハーフトーン・グレイ
スケールと高いピクセル・アパチャ比を有するアクティ
ブ・マトリックスＬＣＤに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＣＤ技術は、多くの用途に使われるよ
うに陰極線管（ＣＲＴ）技術に取って代るものとして開
発されてきている。このＬＣＤ技術は、信頼性が高ま
り、消費電力や容積および重量が低減するなど多大な利
益がもたらされた。しかし、現在の開発の段階では、Ｌ
ＣＤ画像の描写能力はＣＲＴよりも劣っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、グレ
イスケール・モードで動作する際のＬＣＤに関するビュ
ーイング・アングルおよび輝度の制約を含む主な技術的
障害の１つを解決することであり、アクティブ・マトリ
ックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）におけるハーフ
トーン・グレイスケールを実現することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】ある従来のグレイスケー
ル・ディスプレイ技術では、４つのサブピクセルを含
み、各サブピクセル間にイナクテイブでピクセル・アパ
チャ比を減少するスペースが設けられている。一方、本
発明のグレイスケールすなわちハーフトーン・ピクセル
では、全ピクセルは本発明の制御キャパシタ・アレイ構
造により光学的にアクティブにされている。本発明は、
均一なセル間隔を有するサブピクセルを備えたハーフト
ーン・ピクセル、または異なる大きさの同心サブピクセ
ルを有するハーフトーン・ピクセルを含んでいる。
【０００５】
【実施例】以下、添付の図面に基いて、本発明の実施例
に関し説明する。本発明は、アクティブ・マトリックス
液晶ディスプレイのハーフトーン方法を含んでおり、こ
の方法は、液晶の電気光学レスポンスが、２レベル・モ
ード、すなわち完全なオンまたは完全なオフで作動され
る時、基本的にはビューイング・アングルに無関係であ
るということに基いている。一方、制御キャパシタ方法
はハーフトーン・グレイスケールを達成するため開発さ
れてきた。この方法は、ピクセルを多くのサブピクセル
に分割し、各サブピクセルに直列に制御キャパシタを配
置している。図１は、４つのサブピクセル１４、１６、
１８、２０を有するハーフトーン・ピクセル１２の配置
図である。サブピクセル１４、１６、１８、２０の間の
斜線領域で示されたスペース２２はイナクティブで、ピ
クセル・アーパチャ比を減少する。図２ａは、図１のハ
ーフトーン・ピクセルの構造をより詳細に示した図であ
る。図２ｂは、図２ａに示されたピクセルの電子等価回
路図である。制御キャパシタ２７、２９、３１は、分圧
器として作用し、液晶サブピクセル１４、１６、１８、
２０における電圧を制御するよう動作し、それにより、
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３２のソース電圧( ＶS ）
が変えられて、ピクセル１２の全グレイ・レベルを変更
する時にターン・オンするサブピクセルの数を制御す
る。１つまたはそれ以上のサブピクセルは、全てオンま
たはオフのいずれかである。制御キャパシタの値は、オ
フ−ノーマル・ビューイング・アングルにおけるグレイ
スケール誤差を最少にするため、多くてもたった１つの
サブピクセルの電圧が液晶の閾値電圧と飽和電圧の間に
あるように決定される。この方法は、ＡＭＬＣＤのビュ
ーイング・アングルの特性を改善する。
【０００６】制御キャパシタ２７、２９、３１は、アク
ティブ・マトリックス基板上か、または共通電極基板上
に形成される。各制御キャパシタ２７、２９、３１のキ
ャパシタンスは、これらキャパシタの各電極の面積にし
たがって決まる。透過性で導電性のインジウムすず酸化
物（ＩＴＯ）の第１層３３は、制御キャパシタ２７、２
９、３１の面積を定める。制御された厚さを有する窒化
シリコンまたは二酸化シリコンのような絶縁膜は、制御
キャパシタ絶縁体として動作する。サブピクセル１４の
制御キャパシタをなくすよう、絶縁体にはバイア(via)
３４が形成されている。ＩＴＯの第２層はサブピクセル
１４、１６、１８、２０の電極となる。キャパシタ２
４、２６、２８、３０はサブピクセル１４、１６、１
８、２０の附随的な液晶ディスプレイ・キャパシタンス
を表している。制御キャパシタ２７、２９、３１はそれ
ぞれディスプレイ・キャパシタンス２６、２８、３０に
直列になっている。
【０００７】前述した方法の主な問題点は、ピクセル・
アパチャ比（ピクセル輝度）を減少して、液晶ディスプ
レイにおいて実現し得る最大輝度およびコントラストを
減少してしまうことである。ピクセル・アパチャ比は、
アクティブ・サブピクセルの面積の合計を、サブピクセ
ルを含んでいる全ピクセル面積で割った値である。ピク
セル・アパチャ比の減少は、サブピクセル１４、１６、
１８、２０間の光学的にアクティブではないスペース３
６に起因している。アパチャ比を高めるためには、サブ
ピクセル１４、１６、１８、２０間のスペース３６を減
少すればよい。しかし、生産歩留りを考えると、サブピ
クセル間のスペース３６を最小にして、満足のいくレベ
ルを得るためアパチャ比の損失を減少することはできな
い。また光学的にイナクティブなスペース３６の場合、
サブピクセル１４、１６、１８、２０間のダーク・マト
リックスか、または並列ポーラライザを有するＡＭＬＣ
Ｄオペレーションのノーマル・ダーク・モードのいずれ
かを使用しなければならない。サブピクセル１４、１
６、１８、２０間のダーク・マトリックスを使用した場
合、寸法の減少により、カラー・フィルタ・レイ回路を
製造する際の複雑性を増すことになる。一方、ＡＭＬＣ
Ｄパネル・オペレーションのノーマル・ホワイト・モー
ドがない場合、デザインのフレキシビリティが減少し、
かつ画像品質の改善ための最適化を行なうことができな
くなる。新しいハーフトーン・ピクセル設計を有する本
発明は、これら欠点や障害をなくしている。
【０００８】図３は、サブピクセル４１、４２、４３、
４４、４５を有する本発明によるハーフトーン・ピクセ
ル・アレイを示している。図４ａは、図３のハーフトー
ン・ピクセル４０の詳細を示している。図４ｂは、図４
ａのハーフトーン・ピクセル４０の電子等価回路図であ
る。第１ＩＴＯ層４６は制御キャパシタ６２、６３、６
４、６５の領域を規定する。層４８は、キャパシタ絶縁
体を表している。第２ＩＴＯ層５０は、サブピクセル４
２、４３、４４、４５の領域を規定する。第１ＩＴＯ層
４６は、制御キャパシタ領域を規定する他、サブピクセ
ル４２、４３、４４、４５の間のスペースであるサブピ
クセル４１の領域を規定する。斜線領域４８は、バイア
を表しかつサブピクセル４１の直列制御キャパシタを除
去するよう働く。ＩＴＯ層４６、５０は絶縁層４８によ
り分離されているので、層４６、５０は図４ａに示され
ているようにわずかに重なり合うことができる。したが
って、この設計では、従来技術の設計のような、フォト
リソグラフィック工程に起因する最小サブピクセル間隔
に関しての制約はない。図４の制御キャパシタ・アレイ
の製造順序は次の通りである。１）第１ＩＴＯ層４６を
被着し、パターン化し、エッチングし、２）制御キャパ
シタ絶縁体４８を被着し、３）第２ＩＴＯ層５０を被着
し、パターン化し、エッチングし、４）絶縁体４８にバ
イアをパターン化しかつエッチングして、サブピクセル
４１を形成する。
【０００９】ハーフトーン・ピクセル４０のこの設計に
より、ピクセルは１００パーセント光学的にアクティブ
になる。その結果、最大ピクセル・アパチャ比、輝度、
コントラストを減少することなく制御キャパシタ方法を
用いたハーフトーン・グレイスケールを実現することが
できる。図４ａおよび４ｂのハーフトーン・ピクセル４
０設計の特徴は、直列な制御キャパシタを有していない
サブピクセル４１がサブピクセル領域間に位置するよう
に、層４６、４８、５０を配置したことである。図３、
４ａ、４ｂは、５つのサブピクセルを有しているが、本
発明ではサブピクセルをいくつ使用してもよい。全ピク
セル４０は光学的にアクティブであるので、サブピクセ
ルを様々に配置するためのフレキシビリティと、目標の
画像品質を実現するためのサブピクセル・ターン−オン
・シーケンスが得られる。図５ａ、５ｂ、５ｃは、ハー
フトーン・ピクセル７０の別のレイアウトを示してい
る。図５ａのピクセル７０は、６つのサブピクセル７
１、７２、７３、７４、７５、７６から成る。層７８
は、図５ａおよび５ｂに示すようにサブピクセル７１の
領域における小さいコンタクト・バイア８０以外は、ピ
クセルにわたって連続している。この層７８の連続性に
より、最大コントラストを得るため、小さいコンタクト
・バイア領域８０以外の全液晶セルすなわちピクセル７
０をグーチ−タリー(Gooch-Tarry）最小セル間隔に保持
することができる。グーチおよびタリーは液晶セルの間
隔に関して最適値を引き出し、その結果、最適なオフ状
態と最大コントラストをもたらす。ＩＴＯの層８１、８
２は図５ａに示されている。サブピクセル７１がサブピ
クセル間の領域に位置しかつその領域がＩＴＯ層８１に
より定められているように、層８１、７８、８２はレイ
アウトされている。
【００１０】図６ａ、６ｂ、６ｃは、３つの同心サブピ
クセル９１、９２、９３を有するハーフトーン・ピクセ
ル９０の配置を示している。図６ｃは、ピクセル９０の
電気的等価回路図である。層９６は、小さいコンタクト
・バイア領域１００以外は、ピクセル９０において連続
している。ＩＴＯ層９４、９８は、制御キャパシタとサ
ブピクセルの領域をそれぞれ示している。図７ａ、７
ｂ、７ｃは別のハーフトーン・サブピクセルの配置を示
している。図７ａは、３つの同心サブピクセル１０１、
１０２、１０３を有するハーフトーン・ピクセル１０４
を示している。図７ｂは、ハーフトーン・ピクセル１０
４の断面図である。図７ｃは、ピクセル１０４の電気的
等価回路図である。この回路は結合キャパシタＣC １０
６を含んでいる。結合キャパシタ１０６の役割は、制御
キャパシタＣ2、Ｃ3 の製造において使用される絶縁材
料や厚さを選択する際のフレキシビリティを増すことで
ある。
【００１１】図８は、図５ａ−ｃに示された制御キャパ
シタ設計を用いているディスプレイの断面図である。制
御キャパシタ・アレイ８４は同じ基板８８上にＴＦＴア
レイ８６とともに製造されている。ＴＦＴ８６のドレイ
ン電極は、アレイ８４の制御キャパシタ領域を定めてい
る第１ＩＴＯ電極８１に接続している。制御キャパシタ
・アレイ８４を有するアクティブ・マトリックス基板８
８を製造した後、普通の液晶ディスプレイ組立技術を用
いて、アクティブ・マトリックス基板８８と共通電極基
板１１４の間に液晶１１２を挟むことにより、ディスプ
レイ装置１１０が製造される。
【００１２】
【発明の効果】サブピクセルと制御キャパシタを有する
本発明のハーフトーン・ピクセルにより、１００パーセ
ントの光学的アクティブ・ピクセルを構成することがで
きる。また、本発明は、サブピクセルを持たないピクセ
ルと同様に最大ピクセル・アパチャ比、輝度またはコン
トラストを低減することがない。さらに、本発明の全ピ
クセルは光学的にアクティブであるので、サブピクセル
を様々に配置するためのフレキシビリティと、目標の画
像品質を実現するためのサブピクセル・ターン−オン・
シーケンスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるハーフトーン・ピクセルの配置
である。
【図２】従来技術のハーフトーン・ピクセルの配置およ
び電気的等価回路図である。
【図３】本発明によるハーフトーン・ピクセルである。
【図４】本発明のハーフトーン・ピクセルの配置および
電気的等価回路図である。
【図５】均一なセル間隔のハーフトーン・ピクセルの配
置である。
【図６】３つの同心サブピクセルを有するハーフトーン
・ピクセルの配置である。
【図７】結合キャパシタを有する同心形ハーフトーン・
ピクセルの配置である。
【図８】図５のディスプレイの断面図である。
【符号の説明】
１４、１６、１８、２０ サブピクセル ２７、２９、３１ 制御キャパシタ ３２ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ） ３３ インジウムすず酸化膜（ＩＴＯ） ３６ スペース ４０、７０、９０、１０４ ハーフトーン・ピクセル ４１、４２、４３、４４、４５ サブピクセル ４６、５０ ＩＴＯ層 ６２、６３、６４、６５ 制御キャパシタ ７１、７２、７３、７４、７５、７６ サブピクセル ８６ ＴＦＴアレイ ９１、９２、９３ 同心サブピクセル １０１、１０２、１０３ 同心サブピクセル １０６ 結合キャパシタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高いピクセル・アパチャ比を有する複数
    のピクセルから成るハーフトーン・グレイスケール液晶
    ディスプレイにおいて、各ピクセルは、 第１基板と、 Ｎ個のサブピクセルと、から成り、 Ｎ−１個の各サブピクセルは、 上記第１基板上の第１電極と、 上記第１電極上の絶縁層と、 上記絶縁層上の第２電極と、 第２電極上の液晶層と、 上記液晶層上の第３電極と、 から成り、 Ｎ番目のサブピクセルは、 上記第１基板上の第１電極と、 上記第１電極上の絶縁層と、 上記絶縁層上の液晶層と、 上記絶縁層上の第２電極と、 上記液晶層上の第２基板と、 から成り、 Ｎ−１個のサブピクセルの上記第１電極は相互接続して
    いることを特徴とするハーフトーン・グレイスケール液
    晶ディスプレイ。
  2. 【請求項２】 高いピクセル・アパチャ比を有する複数
    のピクセルから成るハーフトーン・グレイスケール液晶
    ディスプレイにおいて、各ピクセルは、 第１、第２、第３、第４、第５サブピクセルと、 第１ガラス基板と、 上記ガラス基板上の第１電極と、 上記ガラス基板上の第２電極と、 上記ガラス基板上の第３電極と、 上記ガラス基板上の第４電極と、 上記ガラス基板上の上記第１、第２、第３、第４電極間
    でかつ上記第５サブピクセルの隣りに位置する第５電極
    と、 少なくとも上記第１、第２、第３、第４電極上の絶縁層
    と、 上記絶縁層上で上記第１電極および上記第１サブピクセ
    ルの隣りに位置する第６電極と、 上記絶縁層上で上記第２電極および上記第２サブピクセ
    ルの隣りに位置する第７電極と、 上記絶縁層上で上記第３電極および上記第３サブピクセ
    ルの隣りに位置する第８電極と、 上記絶縁層上で上記第４電極および上記第４サブピクセ
    ルの隣りに位置する第９電極と、 上記第５、第６、第７、第８、第９電極上に位置する液
    晶層と、 上記液晶上の第１０電極と、 上記第１０電極上の第２ガラス基板と、から成ることを
    特徴とするハーフトーン・グレイスケール液晶ディスプ
    レイ。
JP35669391A 1990-12-31 1991-12-26 ハーフトーン・グレイスケール液晶ディスプレイ Expired - Lifetime JP3076938B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/636,534 US5126865A (en) 1990-12-31 1990-12-31 Liquid crystal display with sub-pixels
US636534 1990-12-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0566412A true JPH0566412A (ja) 1993-03-19
JP3076938B2 JP3076938B2 (ja) 2000-08-14

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ID=24552323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35669391A Expired - Lifetime JP3076938B2 (ja) 1990-12-31 1991-12-26 ハーフトーン・グレイスケール液晶ディスプレイ

Country Status (10)

Country Link
US (1) US5126865A (ja)
EP (1) EP0493798B1 (ja)
JP (1) JP3076938B2 (ja)
KR (1) KR100242225B1 (ja)
CA (1) CA2056293C (ja)
DE (1) DE69119389T2 (ja)
DK (1) DK0493798T3 (ja)
FI (1) FI916040A (ja)
IL (1) IL100146A (ja)
NO (1) NO915003L (ja)

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