JP2740592B2 - 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】本発明は液晶表示装置に関し、さ
らに詳しくは表示用の絵素電極にスイッチング素子を介
して駆動信号を印加して表示を実行し、カラーフィルタ
ーを用いず高開口率が得られ、高精細で明るく、高開口
率、薄型のカラー液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には、通常反射型と透過型
の２種類がある。反射型は明るくない場所では表示画像
が見にくくなるため、液晶テレビジョン、ラップトップ
型のワードプロセッサやコンピュータ等では透過型が主
に用いられている。最近のワードプロセッサやコンピュ
ータ等では、ラップトップ型からノート型のように携帯
性を良くするために、薄型で軽量化されている。

【０００３】図４は、従来の透過型の液晶表示装置を示
す。この液晶表示装置５０は、マトリクス基板６０を備
えた表示パネル５０ａと、表示パネル５０ａの下部に取
付られたバックライトシステム５０ｂと、を有する。表
示パネル５０ａはマトリクス基板６０と対向電極基板５
８との間に液晶層５５を介在して構成されている。

【０００４】図５はマトリクス基板の構造を示す。マト
リクス基板６０は図５に示すように、ガラス板等の透明
な絶縁性基板６１と、絶縁性基板６１上に互いに直交し
て格子状に配線された複数の走査線６２及び複数の信号
配線６３とを有する。各走査線６２及び各信号配線６３
で囲まれたそれぞれの領域には絵素電極６４が配置され
ている。各領域内の隅部にはスイッチング素子としての
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）６５がそれぞれ配置されて
おり、各ＴＦＴ６５は１本の走査線６２及び１本の信号
配線６３及びＴＦＴ６５が配置された領域内の絵素電極
６４にそれぞれ電気的に接続されている。絵素電極６４
を選択駆動するＴＦＴ６５としては、ＴＦＴ素子以外
に、ＭＩＭ（金属−絶縁膜−金属）素子、ＭＯＳトラン
ジスタ素子等も使用される。対向電極基板５８上には対
向電極５７及び赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色
のマトリクスカラーフイルタ５６が配備されている。

【０００５】バックライトシステム５０ｂは、例えば蛍
光管を使用した一対のバックライト５３及び５３と、そ
のバックライト５３を取り囲むように湾曲した反射板５
２とを有している。反射板５２はバックライト５３の光
を表示パネル５０ａへと反射させている。

【０００６】この液晶表示装置５０では、バックライト
５３の照明光が反射板５２の曲面によって反射されて、
ほぼ均一な強さの照射光として表示パネル５０ａの下面
を照射する。この照射光は透明な絶縁性基板６１を透過
して、絵素電極６４及び液晶層５５を照射し、さらにカ
ラーフイルタ５６を通過させる。従って、この液晶表示
装置５０では、絵素電極６４及び液晶層５５によって表
示された画像がバックライト５３による照射光を受け
て、カラーフイルタ５６によってカラー表示され、観察
側からは明るく見易いカラー画像を視ることができる。

【０００７】各ＴＦＴ６５によって各絵素電極６４と対
向電極５７との間に電圧が印加されると、両電極６４、
５７の間に介在させた液晶層５５が光学的に変調され
る。これにより、その光学的変調が表示パターンとして
視認される。このようなマトリックス基板６０を使用す
る液晶表示装置５０では、高コントラストの表示が可能
であり、液晶テレビジョン、ワードプロセッサ、コンピ
ュータの端末表示装置等として実用化されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような液晶表示装
置５０では以下のような問題がある。バックライト５３
としては、通常、蛍光管等の大型で重量のある照明灯が
用いられている。バックライト５３を収容する反射板５
２は、バックライト５３以上の長さ、及びバックライト
５３の直径の数倍の深さ及び横幅を有する箱状に形成さ
れるために相当の大きさになる。しかも、バックライト
５３を取り囲むように反射板５２が取付られている。反
射板５２は、通常、金属板で形成されるために全体の重
量も大きいものとなる。液晶表示装置５０は全体として
も厚くなり、厚さを１０数ミリより薄くすることは容易
ではない。

【０００９】その結果、薄型、かつ軽量化を必要とする
ラップトップ型やノート型コンピュータ等の液晶表示装
置に利用することは容易でない。また、壁掛けテレビは
全体の重量を一層軽くする必要があるために、反射板５
２及びバックライト５３は使用出来ない。

【００１０】さらに、ノート型コンピュータや壁掛けテ
レビ等は、カラー表示のために表示パネル５０ａの絵素
電極６４に対応して、対向電極基板５８上に赤色
（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルター５
６が設けられている。カラーフィルター５６は製造プロ
セスが複雑で高価であり、しかも、カラーフィルター５
６をマトリクス基板６０と貼り合わす際に、絵素電極６
４とカラーフィルター５６のずれにより開口率が低下す
る等の問題がある。

【００１１】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、その目的は、表示画面の明るさが均一で
あるために表示品位が高く、しかも高開口率であり、さ
らには高精細で明るくて、経済性に優れた液晶表示装置
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、絶縁性基板の上にマトリクス状に配置された絵素電
極を有するアクティブマトリックス基板と、各絵素電極
とは液晶層を挟んで対向する対向電極が各々設けられた
対向電極基板と、を有する液晶表示装置であって、前記
アクティブマトリックス基板は、一方向に沿って列状に
配置された各絵素電極と光学的に接続されるように該絶
縁性基板に相互に平行に設けられた複数本の光導波路
と、各光導波路の内部を光が伝播するように各光導波路
の端部にそれぞれ接続された光源と、を有するものであ
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００１３】好ましくは、前記光導波路は、赤色、青
色、緑色の３個のＬＥＤ光源を端部にそれぞれ接続し、
各ＬＥＤ光源の光を内部に導入する３本の光源側光導波
路と、３本を一まとめにして繰り返しそれぞれの端部を
光路変換部を介して該光源側光導波路に接続し、伝播さ
れた３個のＬＥＤ光源の光を前記絵素電極に向けて放射
する多数本の絵素側光導波路と、を具備しいる。

【００１４】

【作用】本発明の液晶表示装置では、光学的に接続され
るように絶縁性基板に設けられた複数本の光導波路と、
内部を光が伝播するように各光導波路の端部にそれぞれ
接続された光源と、を有する。

【００１５】光源側光導波路は、一方の端部に赤色、青
色、緑色の３個のＬＥＤ光源をそれぞれ接続している。
光源からの光は透明な細い管状の各光導波路の端部から
導入され、内面で反射されつつ他方の端部に伝播され、
光路変換部を介して多数本の絵素側光導波路に伝播され
る。伝播された光の一部は光導波路の壁を透過して外部
の絵素電極を照射する。

【００１６】絵素電極と対向電極との間に印加される電
圧はスイッチング素子でスイッチングして、両電極間に
介在させた液晶層を光学的に変調する。この光学的変調
が表示パターンとして視認され、アクティブマトリック
ス駆動方法で表示が可能となる。絵素電極は３原色の光
の照射を受けて明るい表示を得、高コントラストでカラ
ー表示される。

【００１７】３本の光導波路に接続された３原色の光源
は、多数本の絵素側光導波路の全てを発光させ得、対向
電極基板の側にカラーフィルターを設ける必要がない。
マトリクス基板とカラーフィルタの貼り合わせずれによ
る開口率の低下も無くなり高開口率が得られる。カラー
フィルターは製造プロセスが複雑で高価であったが採用
する必要がなくなり、コストダウンが可能になる。全て
の絵素電極が同一な明るさの光導波路の上に配備される
ために、明るさにムラがなく均一で広い表示画面を構成
できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。図１は本発明液晶表示装置の一実施例
を示す。この液晶表示装置１０は、多数の絵素電極２４
及び光導波路２６を対向して装備したマトリクス基板２
０と、マトリクス基板２０に対向して配備され対向電極
１８を備えた対向電極基板１９と、それらの両基板１
９、２０の間に介在された液晶層１７と、を有する。

【００１９】図２は、この液晶表示装置に使用されるマ
トリクス基板を示す。マトリクス基板２０は図２に示す
ように、ガラス板等の透明な絶縁性基板２１と、絶縁性
基板２１上に互いに直交して格子状に配線された複数の
走査線２２及び複数の信号配線２３とを有する。各走査
線２２及び各信号配線２３で囲まれたそれぞれの領域に
は絵素電極２４が配置されている。各領域内の隅部には
スイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
２５がそれぞれ配置されており、各ＴＦＴ２５は１本の
走査線２２及び１本の信号配線２３及びＴＦＴ２５が配
置された領域内の絵素電極２４にそれぞれ電気的に接続
されている。絵素電極２４を選択駆動するＴＦＴ２５と
しては、ＴＦＴ素子以外に、ＭＩＭ（金属−絶縁膜−金
属）素子、ＭＯＳトランジスタ素子等も使用される。

【００２０】絶縁性基板２１には、例えば各信号線２３
の間を、各信号線２３と平行になるように延びる複数本
の絵素側光導波路２６ｂが設けられており、各絵素側光
導波路２６ｂ上に各信号線２３に沿った列をなす各絵素
電極２４が光学的に接続された状態で配置されている。
絵素電極２４は一方向に沿って列状に配置され、絶縁性
基板２１に相互に平行に設けられた複数本の光導波路２
６の上に配置され、光導波路２６の光を絵素電極２４に
向けて放射することにより光学的に接続される状態にな
っている。

【００２１】図３は本発明液晶表示装置に使用される各
光導波路２６を示す。ＬＥＤ光源３２は、赤色（Ｒ）、
緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３光源がこの順に３本の光源
側光導波路２６ａの一方の端部に接続されている。多数
本の絵素側光導波路２６ｂはそれらの端部が光路変換部
３３を介して３本を一まとめにして繰り返し光源側光導
波路２６ａに連結されている。多数本の絵素側光導波路
２６ｂの上には、絵素電極２４が列状に配備されてい
る。

【００２２】このようなマトリクス基板２０では、３個
のＬＥＤ光源３２から発せられる３原色の光が、平行に
多数本が配置された絵素側光導波路２６ｂの全てを、赤
色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に発光させる。この
３原色の光は絵素電極２４から放射され、全ての絵素電
極２４は明るく照射される。

【００２３】各絵素電極２４に対向する対向電極１８が
配置された対向電極基板１９との間には液晶層１７が介
在される。各ＴＦＴ２５によって各絵素電極２４と対向
電極１８との間に電圧が印加され、両電極１８、２４間
に介在させた液晶層１７が光学的に変調される。この光
学的変調が表示パターンとして視認される。このような
マトリックス基板２０を使用する液晶表示装置１０で
は、高コントラストの表示が可能であり、液晶テレビジ
ョン、ワードプロセッサ、コンピュータの端末表示装置
等として利用される。

【００２４】３個のＬＥＤ光源３２である赤色（Ｒ）３
２ａ、緑色（Ｇ）３２ｂ、青色（Ｂ）３２ｃから発光さ
れた３原色の光は光源側光導波路２６ａに導入された
後、光路変換部３３により各絵素側光導波路２６ｂ内へ
と導入される。光路変換された光は導入後各絵素側光導
波路２６ｂ内を伝播され、伝播の間に各絵素側光導波路
２６ｂ上の絵素電極２４へと各色の光を放射する。

【００２５】マトリクス状に配設された絵素電極２４
は、各々の絵素電極２４に対向する対向電極１８の間に
印加される電圧をスイッチング素子２５でスイッチング
して、両電極１８、２４間に介在させた液晶層１７の表
示媒体を光学的に変調する。これにより、この光学的変
調が表示パターンとして視認される。光源側光導波路２
６ａは小型軽量の３原色のＬＥＤ光源３２から各色の光
が導入され、この光が絵素電極２４に直接放射されるた
めに、高コントラストの明るいカラー表示パターンが得
られる。

【００２６】次に、本発明液晶表示装置の製造方法につ
いて説明する。図１及び図２に示すように、まず、光源
側光導波路２６ａが絶縁性基板２１の表面に、Ｋ⁺イオ
ン交換法により幅１００μm、深さ５μmに形成される。
続いて、絶縁性基板２１の表面に絵素側光導波路２６ｂ
を通常の半導体プロセスにより形成する。光源側光導波
路２６ａの片端はＲ、Ｇ、Ｂの３原色からなる発光素子
であるＬＥＤ光源３２に接続される。光源側光導波路２
６ａと絵素側光導波路２６ｂとを連結する光路変換部３
３はレンズ状の加工がおこなわれている。この光路変換
部３３は光源側光導波路２６ａの内部から伝播された光
が絵素側光導波路２６ｂ内へと伝播されるように構成さ
れている。

【００２７】絵素側光導波路２６ｂの光路上には、絵素
電極２４としての透明電極ＩＴＯ膜厚１００ｎｍが形成
される。絵素電極２４にはスイッチング素子であるアモ
ルファスＳｉを用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２５
及び信号配線２３としてのソース配線が接続される。

【００２８】実験によると、発光ダイオード等のＬＥＤ
光源３２から光源側光導波路２６ａに光を導入し、マト
リクス状に配置された各々の絵素電極２４に光を放射さ
せたところ、従来のようなバックライトシステムがなく
ても均一な明るいカラー表示が得られた。液晶材料が偏
光板を必要とする場合には、ＬＥＤ光源３２の発光側に
偏光システムを設けることにより、外部の偏光板が一枚
で済むため効率的である。

【００２９】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、透明な細い管
状の光源側光導波路の一方の端部に赤色、青色、緑色の
３個のＬＥＤ光源を接続し、その光源から導入された光
はその内面で反射されつつ他方の端部に伝播し、光路変
換部を介して多数本の絵素側光導波路に伝播される。伝
播された光の一部は光導波路の壁を透過して外部に配置
された絵素電極を照射する。

【００３０】マトリクス状に配設された絵素電極は、対
向電極との間に印加される電圧をスイッチング素子でス
イッチングして、両電極間に介在させた液晶層を光学的
に変調する。光学的変調は表示パターンとして視認され
て明るい表示を得、絵素電極は高コントラストでカラー
表示される。

【００３１】この液晶表示装置では、大型で重量のある
蛍光管等を設ける必要がなく、薄型軽量に作製され、反
射板の形状による表示の不均一がなくなり、均一で表示
品位を高くできる。蛍光管等から発生していたノイズも
なくなり、液晶の表示品位が向上し、周辺機器に対する
ノイズもなくなる。

【００３２】絵素側光導波路は各々３本を一まとめにし
て繰り返し３原色の光源に接続されている。３原色の光
源は３本の光導波路の１箇所から光を発するのみで、多
数本の絵素側光導波路の全てを発光させ得、対向電極基
板の側にカラーフィルターを設ける必要がない。マトリ
クス基板とカラーフィルタの貼り合わせずれによる開口
率の低下も無くなり高開口率が得られる。カラーフィル
ターは製造プロセスが複雑で高価であったが採用する必
要がなくなり、コストダウンが可能になる。全ての絵素
電極が同一な明るさの光導波路の上に配備されるため
に、明るさにムラがなく均一で広い表示画面を構成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明液晶表示装置の一実施例を示す断面図。

【図２】本発明液晶表示装置に用いられるマトリクス基
板の一実施例を示す斜視図。

【図３】本発明液晶表示装置に使用される光導波路の一
実施例を示す平面図。

【図４】従来の液晶表示装置を示す断面図。

【図５】従来の液晶表示装置に使用されたマトリクス基
板の構造を示す斜視図。

【符号の説明】

１０ 液晶表示装置 １７ 液晶層 １８ 対向電極 １９ 対向電極基板 ２０ マトリクス基板 ２１ 絶縁性基板 ２２ 走査線 ２３ 信号配線 ２４ 絵素電極 ２５ スイッチング素子（薄膜トランジスタ） ２６ 光導波路 ２６ａ 光源側光導波路 ２６ｂ 絵素側光導波路 ３２ ＬＥＤ光源 ３３ 光路変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｆ 1/133 ５５０ Ｇ０２Ｆ 1/133 ５５０ (72)発明者 田草 康伸 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 服部 吉広 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−136826（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−171009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−105187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−105188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−184504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−52532（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−227118（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−173098（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板の上にマトリクス状に配置さ
   れた絵素電極を有するアクティブマトリックス基板と、
   各絵素電極とは液晶層を挟んで対向する対向電極が各々
   設けられた対向電極基板と、を有する液晶表示装置であ
   って、 該アクティブマトリックス基板は、一方向に沿って列状
   に配置された各絵素電極と光学的に接続されるように該
   絶縁性基板に相互に平行に設けられた複数本の光導波路
   と、 各光導波路の内部を光が伝播するように各光導波路の端
   部にそれぞれ接続された光源と、を有することを特徴と
   する液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記光導波路は、赤色、青色、緑色の３
   個のＬＥＤ光源を端部にそれぞれ接続し、各ＬＥＤ光源
   の光を内部に導入する３本の光源側光導波路と、 ３本を一まとめにして繰り返しそれぞれの端部を光路変
   換部を介して該光源側光導波路に接続し、伝播された３
   個のＬＥＤ光源の光を前記絵素電極に向けて放射する多
   数本の絵素側光導波路と、を具備した請求項１に記載の
   液晶表示装置。