JP2806741B2 - カラー液晶ディスプレイ - Google Patents

カラー液晶ディスプレイ

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JP2806741B2 JP5142524A JP14252493A JP2806741B2 JP 2806741 B2 JP2806741 B2 JP 2806741B2 JP 5142524 A JP5142524 A JP 5142524A JP 14252493 A JP14252493 A JP 14252493A JP 2806741 B2 JP2806741 B2 JP 2806741B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶ディスプレ
イに関し、特に対向する2枚の透明基板の一方に、スイ
ッチング素子をアレイ状に配置したアクティブマトリク
スカラー液晶ディスプレイに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の液晶ディスプレイ(以下LCDと
略す)、特にアクティブマトリクスLCD(以下AM−
LCDと略す)では図5に見られるように、信号線51
と走査線52の交点に、各単位画素53に対応するスイ
ッチング素子54を、アレイ状に配置する構造を有す
る。スイッチング素子54は、各単位画素53を個々独
立にON/OFFさせる機能を有し、従来のAM−LC
Dでは薄膜トランジスタ(以下TFTと略す)や、Meta
l-Insulator-Metal ダイオード(以下MIMダイオード
と略す)等がスイッチング素子として利用されている。
【0003】図6及び図7を用いてTFTを利用したカ
ラーAM−LCDについて説明する。カラーAM−LC
Dでは、図6に見られるように、TFTアレイ基板1
と、カラー表示機能をもたせるために透明基板21に着
色層22を重ねたカラーフィルター基板(以下CF基板
と略す)2を対向させて、両基板間に液晶3をはこみ込
む。液晶3はTFTアレイ基板1及びCF基板2の上に
形成された配向膜4上に分子の光軸が一定方向を向くよ
うに配向される。TFTアレイ基板1上のTFT素子1
2は、透明基板11上に、ゲート電極13、絶縁膜1
4、アモルファスSi15、ドレイン電極16、ソース
電極17、及びカバー絶縁膜18を有し、ソース電極1
7には透明表示電極19を接続する。図5の信号線51
がドレイン電極16に、走査線52がゲート電極13
に、スイッチング素子54がTFT素子12に、単位画
素53が透面表示電極19に相当する。
【0004】CF基板2は、透明基板21、遮光膜2
3、着色層22、透明電極24からなる。遮光膜23
は、通常TFTアレイ基板1に対向させた場合、TFT
素子12、ゲート電極13、ドレイン電極16の上部に
位置するように設置され、光透過用の開口部が設けられ
る。遮光膜23の材質は金属、樹脂などである。着色層
22は樹脂等で形成され、赤、緑、青の各着色層が規則
正しく配列されている。また着色層22は、さらに樹脂
によって被覆される場合がある。配列の規則はカラーL
CDの用途(TV用、OA機器用等)によって、モザイ
ク型、トライアングル型、ストライプ型などがあるが、
ストライプ型の場合の平面透過図を図7に示す。
【0005】次にTFTを、スイッチング素子としたカ
ラーAM−LCDの動作の概略を図6を参照して述べ
る。ゲート電極13に電圧をかけると、アモルファスS
i15内にチャネルが形成され、ソース電極17及び透
明表示電極19は、ドレイン電極16と同電位になる。
ドレイン電極16から透明表示電極19に注入された電
荷は、ゲート電極13の電圧を切って、アモルファスS
i15内のチャネルが消滅した後も、透明表示電極19
と、CF基板2の透明電極24間をコンデンサとなし
て、一定時間保持される。アモルファスSi15内に、
チャネルが形成されない間は、透明表示電極19と、透
明電極24間の電位は、ドレイン電圧の変化に影響を受
けない。液晶3は、透明表示電極19と、透明電極24
間の電位差に従って、配向方向を変化させる。すなわ
ち、液晶分子の光軸方向が、電位差に従って変化するこ
とになり、透明表示電極19と、透明電極24間の光透
過率が電位差に依存して変化する。色表示は赤、緑、青
の着色層を透過した、各々の色の透過光の混合として表
現されるので、各単位画素部(=透面素子電極19)の
光透過量の変化が色変化として対応する。このように、
カラーAM−LCDでは個々の単位画素を独立して駆動
させ、カラー表示をすることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この従来のTFTをス
イッチング素子とした、カラーAM−LCD(以下カラ
ーTFTLCDと称す)は、カラーTFTLCD内に入
射する光によって、TFT素子内に、光電流によるチャ
ネルが形成され、単位画素部に保持された電圧が変化す
るという問題点を有す。特に、CF基板上に遮光膜を有
するカラーTFTLCDでは、遮光膜からの反射光がア
モルファスSi内部に光電流を生じさせるという問題点
がある。光電流によりチャネルが形成され、単位画素部
の電圧が変化すると、所望の光透過率が得られないこと
になり、表示画面上は色むらといった欠陥となり現れ
る。
【0007】通常、光電流によるチャネルの形成を抑制
するため、ゲート電極に逆電圧をかけるが、そのため多
大な駆動電力を要するという問題がある。遮光膜は、ゲ
ート電極、ドレイン電極からの横電界による、液晶の配
向異常に伴う表示不良(以下ディスクリネーションと称
する)を、表示画面から遮蔽するため不可欠のものであ
る。特開昭62−250416号のように、TFT側に
遮光層を設けたり、CF側の遮光膜を廃し、着色層の重
なりで遮光しようという試みもあるが、十分な遮光効果
を得るためには、着色層の重なりを十分厚くしなければ
ならず、段差によるディスクリネーション発生の可能性
が考えられるので好ましくない。
【0008】
【課題を解決するための手段】 本発明は、カラー液晶
ディスプレイにおいて、対向する2枚の透明基板のうち
一方が、少なくとも透明基板上に所定パターンで形成さ
れる遮光膜と、前記透明基板上に、前記遮光膜の一部を
覆う形で形成され、かつ他の色の着色層と互いに重なる
部分を持つ、各々赤、緑、青の着色層と透明電極とを有
するカラー液晶ディスプレイである。本発明のカラー液
晶ディスプレイは、CF基板の、対向するTFTアレイ
基板上に形成した、TFT素子と対向する部分の着色層
を、複数層重ねるという構造を有し着色層の上に形成さ
れた透明電極の液晶に接する側の表面がディスクリネー
ションが発生しないように平坦化されている。さらに
記遮光膜上の各着色膜の厚さは透明基板上に直接形成さ
れた着色層の厚みより薄いまた、着色層の重なり部分
のみに、着色層表面に故意に凹凸を形成する場合もあ
る。
【0009】
【作用】 着色層を複数層重ねることによって、光の吸
収率を大きくし、遮光膜からの反射を低減するという効
果が得られる。遮光膜を覆う部分の着色層を全領域にわ
たって重ねると、それによる段差を原因とするディスク
リネーションが発生する。これを表示画面から遮蔽する
ためには、遮光膜領域を広げなければならず、開口率が
低下し画面が暗くなるという問題が生ずる。この問題を
回避するためには、着色層を重ねる領域をTFT素子に
光が反射する部分のみに限定する。遮光領域の拡大が必
要となっても最小限に留められるためである。また、重
なり部分で着色層表面に凹凸を形成するのは、凹凸によ
る光の乱反射を利用して、TFT素子内に反射される光
を低減するためである。
【0010】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。 〔実施例1〕図1は、本発明の第1実施例のカラーTF
TLCDの断面図、図2は本発明の第1実施例のカラー
LCDのCF基板の平面透過図である。TFTアレイ基
板1上に、TFT素子12を形成する場合、透明基板1
1上に、ゲート電極13、絶縁膜14、アモルファスS
i15、ドレイン電極16、ソース電極17を各々フォ
トレジスト工程によって形成する。さらに表示部となる
透明表示電極19と、カバー絶縁膜18を形成すると、
TFTアレイ基板1が完成する。透明表示電極19は、
CF基板2にTFTアレイ基板1を対向させた場合、透
明基板21上に形成した遮光膜23の開口部と対向し、
これが表示画素となる。CF基板2には、遮光膜23以
外に赤、緑、青の着色層22と、透明電極24が設けら
れている。カラーTFTLCDは、TFTアレイ基板1
及び、CF基板2の表面に配向膜4を形成し、これらを
対向させて液晶3を封入して得られる。
【0011】本発明のカラーTFTLCDの特徴は、C
F基板2の着色層22の形状にある。図1に見られるC
F基板2の断面図では、TFT素子12と、対向する部
分の着色層22が、赤、青、緑と3層になっている。こ
れを平面透過図に示したものが図2である。各色の着色
層22はストライプ形状であるが、TFT素子12と対
向する部分のみ、遮光膜23下で突起もしくは独立した
島状の着色層22が重なっている。これらの重なりは、
着色層22をフォトレジスト工程、もしくは印刷工程に
よって形成する際、図2の各々の着色層形状のマスクに
より、赤、青、緑の順に着色層22を形成することによ
って得られる。これらの重なりの色順は任意であり、任
意の色順に着色層を形成していくことにより、任意の色
順の重なりが得られる。
【0012】図1に見られる着色層22の三層の重なり
によって、遮光膜23からのアモルファスSi15への
反射光が低減される。遮光膜23上の着色層22が厚さ
1μmの時、一層の場合はアモルファスSi15上への
反射率が約35%、二層では約15%、三層で約5%に
低下する。これに伴い、アモルファスSi15内に発生
する光電流が低下し、チャネルの形成を抑制するため
に、ゲート電極に印加しておく逆電圧の限界値が小さく
なる。例えば、nチャネル型TFTで着色層22が一層
の場合、光電流による色ムラ抑制のために必要なゲート
電極の逆電圧は、−5Vであったが、二層の場合は−3
V、三層の場合−1Vまで低減できた。
【0013】〔実施例2〕図3に本発明の第2の実施例
のカラーTFTLCDの断面図、図4に第2の実施例に
使用したCF基板の平面透過図である。第2の実施例の
着色層の配例はトライアングル型である。第2の実施例
のCF基板作成において、着色層の形成は印刷工程によ
って行う。まず透明基板21上に遮光膜23を形成した
後、赤の着色層22を図4のパターンに従って印刷す
る。次に青の着色層22を図4のパターンに従って印刷
する。最後に緑の着色層22を図4のパターンに従って
印刷する。この時、着色層22はTFT素子1上で他の
色の着色層22と重なる部分の表面に凹凸を設ける。こ
の凹凸は、着色層22を印刷する版上に凹凸を形成して
おき、これを転写することによって形成される。さらに
樹脂コート膜25により、着色層22を被覆した後透明
電極24を形成する。ただし、着色層の形成の色順は任
意であり、それに従って着色層重なりの色順も任意に決
定される。
【0014】着色層表面上の凹凸によって、着色層に入
射し、着色層下部の遮光膜から反射する光は、散乱され
る。従って、着色層の重なり部分の表面に凹凸を設けて
おくと、着色層の重なりによる吸収率の増大と光の乱反
射の効果により、TFT素子内アモルファスSi上に反
射される光量は、着色層表面に凹凸を設けていない場合
に比べ更に低減する。例えば、実施例1と同様、着色層
厚さが1μmの時、第2の実施例では、着色層3層の重
ねの時、アモルファスSi15上への反射は約2%まで
低減される。また、実施例1と同様、着色層3層重ねに
よりアモルファスSi15上への反射を5%にするため
には着色層厚さは0.7μmで良い。すなわち、カラー
TFTLCD開口部の光透過率を大きくすることがで
き、より高輝度の画面が得られる。
【0015】しかし、一方第2の実施例では、着色層表
面の凹凸が、ディスクリネーションの発生の原因になら
ないように、樹脂コート膜25で被覆して平坦化をはか
らなければならない。また、着色層22をフォトレジス
ト工程を利用して形成すると、部分的に凹凸を形成する
工程を別に加えなければならず、製造工程が繁雑にな
る。このように、第2の実施例ではCF基板の構造、製
造工程などに制約をうける。従って、カラーTFTLC
Dに要求される特性に従って、CF基板に要求される構
造、特性などにより、第1の実施例の方式もしくは第2
の実施例の方式を選択することが望ましい。
【0016】
【発明の効果】 以上説明したように本発明は、CF基
板の着色層をTFT素子と対向する部分で複数層重ねる
構造をとることにより、CF基板遮光膜からTFT素子
内への光入射を低減できるという効果を有する。これに
よりTFT素子内に発生する光電流を抑制し、ゲート電
極への逆電圧を低減することができる。すなわち、カラ
ーTFTLCDの駆動電力を低減することができるとい
う効果を有する。さらに、上記の着色層重ね領域のみに
着色層表面に故意に凹凸を導入することにより、着色層
表面で光を散乱させ、TFT素子内への光入射をさらに
低減するという効果を複合して奏させることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のカラーTFTLCDの断
面図。
【図2】本発明の第1実施例のカラーTFTLCDのC
F基板の平面透過図。
【図3】本発明の第2実施例のカラーTFTLCDの断
面図。
【図4】本発明の第2実施例のカラーLCDのCF基板
の平面透過図。
【図5】AM−LCDの配線平面略図。
【図6】従来のカラーTFTLCDの断面図。
【図7】ストライプ状着色層を有する従来のカラーTF
TLCDの平面図。
【符号の説明】
1 TFTアレイ基板 2 CF基板 3 液晶 4 配向膜 11 透明基板 12 TFT素子 13 ゲート電極 14 絶縁膜 15 アモルファスSi 16 ドレイン電極 17 ソース電極 18 カバー絶縁膜 19 透明表示電極 21 透明基板 22 着色層 23 遮光膜 24 透明電極 25 樹脂コート膜 51 信号線 52 走査線 53 単位画素 54 スイッチング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−59522(JP,A) 特開 平1−188801(JP,A) 特開 昭62−250416(JP,A) 特開 平3−136021(JP,A) 特開 平2−24604(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 着色層と透明電極とを有する第1の透明
    基板とスイッチング素子を有する第2の透明基板とを液
    晶を挟んで対向配置したカラー液晶ディスプレイにおい
    て、前記第1の透明基板上に所定パターンで遮光膜を形
    成し、前記遮光膜の上に赤、緑、青の着色層を互いに重
    ねた領域を形成するとともに前記透明電極の前記液晶に
    接する側の表面がディスクリネーションが発生しないよ
    うに平坦化されていることを特徴とするカラー液晶ディ
    スプレイ。
  2. 【請求項2】 前記遮光膜上の各着色膜の厚さは前記第
    1の透明基板上に直接形成された着色層の厚みより薄い
    ことを特徴とする請求項1記載のカラー液晶ディスプレ
    イ。
  3. 【請求項3】 赤、緑、青の着色層と透明電極とを有す
    る第1の透明基板とスイッチング素子を有する第2の透
    明基板とを液晶を挟んで対向配置したカラー液晶ディス
    プレイにおいて、前記第1の透明基板上に所定パターン
    で遮光膜を形成し、前記遮光膜上に前記赤、緑、青の着
    色層を互いに重ねるとともに前記着色層の相互に重なる
    部分のみ、各色ごとの着色層表面に故意に形成された凹
    凸を有することを特徴とするカラー液晶ディスプレイ。
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