JP2674551B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、カラー画像表示、カラ
ーグラフィック表示に適したカラー液晶表示体に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】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った。 【０００３】１つは、液晶パネル自体の構成ドット数、
又はライン数が上げられなかった点である。通常行なわ
れているダイナミック駆動は１／１６デューティが限界
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１０
０ラインないと、意味がなく、このためには１／１００
デューティでの液晶駆動が実現しなければならない。 【０００４】２つには、液晶の多色カラー表示手段自体
優れたものがなかった。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。 【０００５】又、光のにじみはシャッタが開いて光が透
過するときに生じる。例えば、赤のフィルタに対応する
シャッタのみが開いているとき、その両側にある青、緑
のフィルタのはしに光がまわり込んで赤のフィルタのシ
ャッタから光が漏れるという問題があり、色再現性を低
下させるという問題を有していた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】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った。 【０００７】従って本発明の目的は、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り、主な目的は、隣接するシャ
ッタからの光漏れを防止することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、一対の基板間に液晶を挟持してなり、一方の前記基
板にマトリックス状に形成された駆動電極及び該駆動電
極に接続するスイッチング素子が配置されてなり、前記
スイッチング素子は、互いに隣接する前記駆動電極の間
の領域の前記駆動電極と平面的にずれた位置に形成さ
れ、前記一方の基板上に形成された前記駆動電極に対向
する位置の他方の前記基板上に複数の色要素からなるカ
ラーフィルタが配置されてなり、前記各色要素のカラー
フィルターは前記駆動電極の面積より大きな面積を有し
且つ前記駆動電極を平面的に包含するように対向配置さ
れ、前記他方の基板上の互いに隣接する前記各色要素の
カラーフィルターの間には前記一方の基板上の互いに隣
接する前記駆動電極の間の領域と対向するように黒色枠
が形成されてなることを特徴とする。 【０００９】 【実施例】〔実施例１〕 図１は本発明の基本的な構成例である。まず、ガラス基
板１上にカラーフィルタを形成する。例えば、赤フィル
タ８と緑フィルタ９と青フィルタ１０がモザイク状又は
ストライプ状に形成されている。 【００１０】この上部にＳｉ０₂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。反対側の対向電極はガラス基板２上に、アクティブ
マトリックス用のスイッチング素子や、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、カラーフィルタの各ドッ
トに対応した透明駆動電極層４を形成する。 【００１１】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し、液晶体としては黒色
系のネガ型のゲストホスト液晶を用いる。各色のフィル
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。 【００１２】又、駆動電極４のすき間は光を透過させな
いようにするためにネガ型のゲストホストを用いて黒色
を常に保持させておく。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
液晶が透明となった部分（ＯＮしている部分）に対応す
る光フィルタにあった波長の光が透過し、三原色の組み
合せにより、グラフィック表示として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。 【００１３】以上が本発明の１つの例である。 【００１４】〔実施例２〕他の構成例を示すために各部
の構造を説明する。 【００１５】図２は光カラーフィ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
ィルタ配列になるようなパターンに黒、赤、青、緑の色
素を印刷して、前記有機樹脂層に染色させる。 【００１６】この結果、液晶のシャッタ部分に対応して
赤部２２、青部２３、緑部２４の各色フィルタが形成さ
れると同時に、透過光に対するフィルタの境界での色の
にじみを防止する意昧で、各色フィ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、液晶がポジタイプの時は、シャッタのすき間を
光が透過しないようにする意味で不可欠である。 【００１７】又、ネガタイプの液晶の場合も黒色枠があ
ると光のにじみを減少させる働きをする。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ォトエッチングして下方
電極ができ上がる。 【００１８】又、フィルタに用いる色素が透明性導電膜
の形成時に減色したり、ダメージを受ける場合もある。 【００１９】この時は図３の如くガラス基板３０上のフ
ィルタ膜３１に保護膜３４をつける。 【００２０】又、薄板ガラスかプラスチックフィルム３
２上に別に透明導電膜３３を形成し、ガラス基板３０と
接着してもよい。 【００２１】〔実施例３〕 図４は本発明に用いる上方基板に作成するアクティブマ
トリックスの構造例である。この方式の特徴は駆動デュ
ーティが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。この例はパイレック
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ックスに比し透明性
基板上に比較的簡単に構成できることが特徴である。 【００２２】図４（イ）はマトリックスの１画素（１ド
ット）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。 【００２３】又、グランドライン４５は液晶駆動電極４
２との間で電荷保持用の容量４８を構成する。 【００２４】図４（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。従って、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ュ
ーティは（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。 【００２５】図４（ハ）は（イ）におけるＡ〜Ｂ間の断
面図である。透明基板４０上にチャネルとなる第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ッチングして、ゲート絶
縁膜５１、ゲート電極５０をなす。その後ゲート電極５
０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−ス５３、チャネル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。 【００２６】この結果、液晶駆動電極が光シャッタの役
割をし、この電極位置に対応するフィルタの色が透過し
たり、遮ぎられたりする。又、データ線に入力する電圧
のレべルにより、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。 【００２７】又、駆動デュ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のドット
による完全カラー画像が実現できる。 【００２８】本発明における液晶の駆動デューティを改
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。 【００２９】〔実施例４〕図５、図６は非線形素子の構
成例である。 【００３０】図５は金属一絶縁物一金属（ＭＩＭ）素子
の構成例である。マトリックスセル６１はＸ駆動ライン
５８からＭＩＭ素子６２を介して駆動電極５７を駆動す
る構成である。（ロ）は（イ）の断面であり例えば、Ｔ
ａ膜をスパッ夕後パターニングしてＴａ膜５８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膜をスパッ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。 【００３１】図６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。 【００３２】（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
６５をなす。 【００３３】このようにして形成された非線形素子は図
７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。 【００３４】この非線形素子を介して液晶のセルを駆動
すると図８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。画素を点灯させる時はＶ
ＴＨより高い電圧を印加すると、ＲＭは低抵抗となりＶ
Ｍ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Ｒ
Ｍは非常に高くなり、ＶＭは容量ＣＬにより印加された
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電位となる。 【００３５】従って、図４のアクティブマトリックス同
様に点灯させる電圧がＶＭとして容量ＣＬに保持される
のでデューテイを大きくすることができる。この場合も
同様に図５の５７、図６の６５の液晶駆動電極が、カラ
ーフィルタに対応して、光に対するシャッタの役割をす
る。 【００３６】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１／１
６のダイナミック駆動方式と同じでよい。又、この方式
はグラフイック表示に適しているが、階調表示も可能で
ある。１つはアクティブマトリックス同様にＸラインか
ら印加する電圧レべ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。 【００３７】本発明に使用されるスイッチング素子や非
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、又フィ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。これは図２の如
く、フィルタ上に直接素子を形成することは、フィルタ
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、図３の如
く薄板ガラス３２上に素子を構成して、下のフィル夕部
と接着して下方電極となす方法と、ガラス基板上に先に
スイッチング素子又は非線形素子を構成してその後にフ
ィルタ層を形成する方法がある。 【００３８】〔実施例５〕図９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上にスイッ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上にカラーフィルタ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。 【００３９】その後、この２枚のガラス基板９０、９１
で液晶層９８をサンドイッチして、更に上方又下方に偏
光板９９を装着し、光を上方又は下方より照射する。こ
の時、問題となるのはフィルタとフィルタ、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、もし液晶シャッタが閉じている時
フィ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。 【００４０】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。従って、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。 【００４１】もう１つの手段は図２に示したようにフィ
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。光のにじみはシャッ
タが開いて、光が通過する時に生じる。 【００４２】これは、例えば赤フィルタ９２上のシャッ
タのみ開いている時、その両側にある青フィルタ９４と
緑フィルタ９３のはしの光がまわり込んで赤フィルタ上
のシャッ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。 【００４３】これを防止するためには、液晶の実効シャ
ッタ部より色フィルタを大きく形成することがよい。例
えば、図９（ロ）に示すようなモザイク状のフィルタに
対し、例えばアクティブマトリックスの駆動電極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の交差
部が実効シャッタ部となるが、この実効シャッタ部の大
きさをストライプ型の色フィルタより小さくしておく。
これはモザイク状のフィルタでも同じである。 【００４４】このようなカラー液晶表示体の表示方式と
しては、液晶のシャッ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。この場合のシャッ
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。 【００４５】実際には、この偏光板ではこの比がせいぜ
い１０程度であり、偏光板に工夫を要する。一方、ゲス
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
が液晶材料によって決められるので、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。 【００４６】一方、前述のように光のまわり込み、にじ
み、もれをなくすのはボ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。 【００４７】〔実施例６〕 図１０は本発明のカラー液晶表示体のフィルタの配列及
びその駆動方法の一例を示す。三原色フィルタ１０６は
Ｙ方向にストライプ状に配列されており、又フィルタ側
の駆動電極はフィルタと同方向にライン状もしくはベタ
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。 【００４８】シフトレジスタ１０１はクロック入力φ５
よりＳ１からＳｎを出力し、トランジスタ１０４を順次
ＯＮさてビデオ信号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〜Ｙ
ｍをクロックφ４により順次選択してゆく。 【００４９】３つの色信号ＶＳＲ、ＶＳＢ、ＶＳＧは、
クロックφ１〜φ３によりＹの１ライン毎に切換えられ
ていき、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。 【００５０】この方式の特徴は、カラーフィルタがＹ方
向のストライプになっており、色信号の切換え周波数が
遅くてもよいので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。 【００５１】〔実施例７〕図１１はＹ方向にストライプ
状のカラーフィルタ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、ドットが正
方形に近いサイズとなり画像が自然な感じとなる。 【００５２】シフトレジスタ１１２はＹ１〜Ｙｍの信号
により駆動電極１１５を順次選択していく。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はフィルタ群Ｒ、Ｇ、Ｂを１単位として順次選
択する。更にＲ、Ｇ、Ｂ選択クロックφ１、φ２、φ３
はクロックφ５を更に３相に分割した信号であり、この
選択クロックに同期して各色信号ＶＳＲ、ＶＳＧ、ＶＳ
Ｂが１つずつ選択されてＸ駆動ラインに導かれる。 【００５３】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ッチ１１３
に接続するので、シフトレジスタ１１１の転送クロック
φ５の周波数は同一のドット数に対して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
えるというメリットがある。 【００５４】〔実施例８〕 図１２はフィルタをモザイク状に配置した例である。赤
フィルタ１２１、緑フィルタ１２２、青フィルタ１２３
に対し、更に白フィルタ１２４を加えて１ブロックと
し、これをマトリック状にリピートして構成する。 【００５５】この白部はフィルタに対する光の透過率が
低い時に、３つのフィ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
透明な部分を白フィ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方向はフィルタブロック単位で、シフトレジス
タにより選択され図１１と同様に動作する。 【００５６】又、Ｙ方向はシフトレジスタ１２６により
選択され、クロック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。 【００５７】 【発明の効果】本発明は、以上のような構成にすること
によって、以下のような効果が得られます。すなわち、
カラーフィルターの各色要素は駆動電極の面積より大き
な面積を有し且つ駆動電極を包含するように対向配置さ
れているため、隣接する駆動電極からの光漏れを防止す
る。更に、他方の基板上の互いに隣接するカラーフィル
ターの各色要素の間には一方の基板上の互いに隣接する
駆動電極の間の領域と対向するように黒色枠が形成され
いるため、隣接するカラーフィルターの間からの光漏れ
が完全になくなり、完全に表示の色のにじみを防止する
ことができ、且つコントラストの低下も防止でき色再現
性に優れた液晶表示装置が得られる。 【００５８】表示形式としては、電力消費のある程度許
容できる用途は透過型、又少なく押える用途には下側に
反射面を配置した反射型で使用できる。 【００５９】本発明の表示体は１００＊１００ライン以
上のカラー表示が可能であり、非常に高性能、即ちＣＲ
Ｔに比し、小型、コンパクト、ひずみが少なく低消費電
力のグラフィック、又は画像表示を実現するものであ
り、従来にないパフォーマンスを得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す図。 【図２】本発明の液晶表示装置に用いるカラーフィルタ
の構成図。 【図３】本発明の液晶表示装置に用いるカラーフィルタ
の構成図。 【図４】本発明の液晶表示装置に用いるスイッチング素
子を基板に形成した構成図。 【図５】本発明の液晶表示装置に用いる非線形素子を基
板に形成した構成図。 【図６】本発明の液晶表示装置に用いる非線形素子を基
板に形成した構成図。 【図７】本発明に用いる非線形素子のＶ−Ｉ特性図。 【図８】本発明の一実施例を示す駆動等価回路図。 【図９】本発明の一実施例を示す液晶表示装置の構成
図。 【図１０】本発明の一実施例を示す液晶表示装置の色フ
ィルタの配列と駆動を示す図。 【図１１】本発明の一実施例を示す液晶表示装置の色フ
ィルタの配列と駆動を示す図。 【図１２】本発明の一実施例を示す液晶表示装置の色フ
ィルタの配列と駆動を示す図。 【符号の説明】 １．基板 ２．基板 ３．素子部 ４．液晶駆動電極 ５．液晶駆動電極 ６．保護膜 ７．液晶体 ８．カラーフィルタ ９．カラーフィルタ １０．カラーフィルタ ２０．基板 ３０．基板 ２２．フィルタ部 ２３．フィルタ部 ２４．フィルタ部 ３１．フィルタ部 ２１．黒色枠 ２５．保護膜 ３４．保護膜 ２６．透明導電性膜 ３３．透明導電性膜 ３２．薄い基板 ４９．Ｓｉ薄膜トランジスタ ６２．ＭＩＭ素子 ６７．Ｓｉ薄膜ダイオード ６８．Ｓｉ薄膜ダイオード ６９．Ｓｉ薄膜ダイオード ９０．基板 ９１．基板 ９２．フィルタ ９３．フィルタ ９４．フィルタ ９５．保護膜 ９６．液晶駆動電極 ９７．液晶駆動電極 ９８．液晶 ９９．偏光板 １０１．シフトレジスタ １０２．シフトレジスタ １１１．シフトレジスタ １１２．シフトレジスタ １２６．シフトレジスタ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．一対の基板間に液晶を挟持してなり、一方の前記基
   板にマトリックス状に形成された駆動電極及び該駆動電
   極に接続するスイッチング素子が配置されてなり、 前記スイッチング素子は、互いに隣接する前記駆動電極
   の間の領域の前記駆動電極と平面的にずれた位置に形成
   され、 前記一方の基板上に形成された前記駆動電極に対向する
   位置の他方の前記基板上に複数の色要素からなるカラー
   フィルタが配置されてなり、前記各色要素のカラーフィ
   ルターは前記駆動電極の面積より大きな面積を有し且つ
   前記駆動電極を平面的に包含するように対向配置され、 前記他方の基板上の互いに隣接する前記各色要素のカラ
   ーフィルターの間には前記一方の基板上の互いに隣接す
   る前記駆動電極の間の領域と対向するように黒色枠が形
   成されてなることを特徴とする液晶表示装置。