JP3073908B2

JP3073908B2 - 表示素子

Info

Publication number: JP3073908B2
Application number: JP07079346A
Authority: JP
Inventors: シルヴァーブルックキア
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: AUPM441294A0; JPH0850284A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンピュ−タ画像やビデ
オ画像を表示するのに用いられるコンピューターディス
プレイやテレビジョンの如きカラー表示素子に関し、特
にかかる表示についてコントラストを改善した表示素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の従来技術について図面を参照し
ながら説明する。図１は液晶表示素子の基本的な駆動に
ついて説明するための図であり、図２は液晶素子の１部
分を示した平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線の断面
図である。

【０００３】図１により、強誘電性液晶素子２の基本的
な駆動が説明される。強誘電性液晶素子２は、１対の電
極基板（通常は透明電極で被覆されたガラス基板からな
る）３及び４と当該電極基板間に配置され、かつ、当該
電極基板に対し垂直な分子層５を有する強誘電性液晶層
とからなる。かかる強誘電液晶はカイラルスメクチック
Ｃ相又はＨ相を呈し、そのカイラルスメクチック相に固
有のらせん構造を解除するのに十分に薄い厚さ（例えば
０．５〜５ミクロン）で配置されている。

【０００４】ある一定のしきい値を越える電界Ｅ（又は
−Ｅ）６が上下基板３及び４の間に印加される時、液晶
分子５はその電界に従って配向する。１つの液晶分子は
細長い形状を有し、その長軸と単軸との間で屈折率異方
性を示す。従って、強誘電性液晶素子２が不図示の一対
の直交偏光子間に挟持されるならば、液晶光変調素子が
得られるであろう。

【０００５】ある一定のしきい値を越える電界（Ｅ）６
が印加されると、液晶分子５は第１の分極配向状態７に
配列する。さらに、逆向きの電界（−Ｅ）が印加される
と、液晶分子５は第２の分極配向状態８に配列する。こ
れらの配向状態は印加された電界Ｅ又は−Ｅが逆向きの
一定のしきい値を越えない限り保持される。

【０００６】液晶表示上に画像を表示する際は、表示さ
れる画像の明るさを最大限にするのが望ましい。フラッ
トパネル表示方式においては、この明るさはしばしばバ
ックライトにより達成される。従って、そのバックライ
トから表示素子を通って移動できる光の部分を最大限に
するのが望ましい。しかしながら、高いコントラスト比
を確保するには１００％の光がパネル素子を通過するよ
うに制御されることを確実にする必要がしばしば生じ
る。液晶型の素子においては、これは光の移動がないエ
リアか、あるいは、さらに後述するようにある一定の制
御信号の状態に依存して光の通過を可能にする表示部に
より制御されるエリアのいずれかを用いることによって
確実なものとすることができる。

【０００７】図２および図３は、より詳細な液晶表示素
子１０の構成要素について説明するための図である。図
２は一部の内部構造が描かれたその表示素子１０の平面
図であり、図３は図２のＡ−Ａ線における表示素子１０
の一画素の断面図である。その表示構造体１０は、ガラ
ス板でできた下基板１１及び上基板１２からなる一対の
基板が、その基板間に位置する分散したスペーサー１３
により所定の間隔で離れて保持されている形態を採って
いる。基板１１、１２は分布させられた後再びその基板
間に置かれた接着剤１４の液滴により一緒に保持され全
体的なセル構造を形成している。フルカラー表示素子を
形成するのが望まれる場合、さまざまなカラーフィルタ
ー２８、２９、３０を公知の方法で上基板１２の底部に
設けることができる。

【０００８】上基板１２の底部表面上に次に形成される
のが電極構造であり、表示素子内に電界を発生させるべ
く情報電圧を印加するための駆動層を構成する。駆動層
は、対応する金属の駆動線１６、７１、３３、３２、２
４、７２と所定のパターンにより接続されたＩｎ
₂Ｏ₂、ＳｎＯ₂あるいはＩＴＯ（インジウム−チン−
オキサイド）からなる多数の透明電極１５、６９、７０
からなる。金属の駆動線は各透明電極を取り囲んでお
り、１つの電極のある部分から別の部分への電圧降下を
最小限にするように電極の抵抗を低くしている。

【０００９】一方の基板１１の上には複数のコモン金属
細線１７を含んだコモン層からなる別の電極群が接続さ
れており、それに複数の透明なコモン電極群１９が接続
されている。透明コモン電極群１９は、対応する透明駆
動層電極群１５の下に並べられ、かつ、実質的に垂直に
広がっている。電気的な駆動手段（不図示）は、通常は
各対応駆動層電極１５とその下に配置されたコモン透明
電極１９との間に電界を発生させるように設けられてい
る。

【００１０】２枚のガラス基板１１、１２の間には、電
界に対して双安定の分極状態を有する液晶材料（不図
示）が配置されている。液晶の例としてはカイラルスメ
クチック液晶が挙げられ、中でも特に、カイラルスメク
チックＣ相（ＳｍＣ^*）又はＨ相（ＳｍＨ^* ）を呈する
ものが挙げられる。

【００１１】表示素子の背後にある光源２７は、偏光シ
ート２１、２２と共に用いられ、その結果、液晶が第１
の分極状態にあるときは、光は表示素子１０を通過する
のをさえぎられ、また、液晶が第２の分極状態にあると
きは、光は透明電極、例えば１５及び１９を通して表示
素子を横切ることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したタイプの表示
素子を作成する場合、ある一定の最小限度の設計規則が
用いられなければならない。例えば、配列の不正確さや
さまざまな層の作成方法のために、隣接する金属の駆動
線３２及び２４の間には一定の最小分離間隔が保持され
なければならない。さらに、上基板１２と下基板１１の
相対的な移動の他に、下基板上のコモン電極群と上基板
上の対応する電極群とのアライメント（配列）にある程
度の不正確さが生じることがある。

【００１３】下基板に対する上基板の相対移動は、もし
それが各画素の点灯エリアの変更をもたらすならば、点
灯エリアの変更は表示される画像に結果として変化を生
じさせるので一つの重要な問題点となる。

【００１４】上記の分離間隔と配列の問題は、単にある
一定の全体的な所定の最小限度の設計規則あるいは製造
上の許容誤差を用いることにより処理することができ
る。

【００１５】説明のために、用いられる設計規則はどの
金属線の最小厚みも１０μｍであるというように仮定す
る。どの２つの電気的に絶縁されたエリアも短絡する危
険なしに分離されなければならない最小距離もまた１０
μｍと仮定する。同様に、２枚の上張り付きの基板の最
小の誤配列あるいは移動の許容範囲は約５μｍである。
実際問題として実行されなければならない現実の設計規
則は用いられる装置の種類や製造方法に応じて変更され
る。

【００１６】２枚の基板を正しく配列させる必要性は、
特にそれぞれ個々の画素の大きさが減少するので重要で
ある。上述したように、表示素子の配列の変動は結果的
に正確に画像を再現できなくなる表示画素サイズの変更
という結果をもたらす場合がある。

【００１７】図３の表示素子は、下基板１１に対する上
基板１２の横又は縦のいずれかの方向における誤配列ま
たは移動３５の結果を考慮に入れて設計されている。先
に述べたように、データ線上の１つの画素を決める各透
明電極１５あるいは上基板１２は金属縁３２で囲まれて
いる。これらの金属縁は下基板コモン金属線３１の対応
する金属部の上に張り出すように設計されている。その
張り出し幅３４は、関連する設計規則に適応できるよう
になっており、この場合においてはコモン金属層３１の
それぞれの側で５μｍである。さらに、コモン金属層３
１の幅は情報層３６に関して５μｍの移動を可能にする
に違いない。従って、５μｍの上張りが必要となる。

【００１８】そのため不透明な光遮断金属線３７に向け
られる各画素の合計部分は約３０μｍである。もし各画
素が約６０μｍの幅であれば、これは有効な開口部エリ
アの減少、ひいては各画素の明るさの本質的な減少を意
味する。しかしながら、上記原理に従って設計された表
示素子は、１つの基板の他の基板に関連する移動を対応
する画素サイズを変えることなく横又は縦方向において
５μｍまでまさに許容している。

【００１９】画素エレメントの透明エリアの減少は、対
応する個々の表示の光度の減少をもたらし、また逆に、
必要となるバックライティングの量を実質的に増加させ
る場合がある。これは表示素子中に例えば、携帯用のコ
ンピューターやテレビジョンのようなそれ自身バッテリ
ー電源を有しているポータブルシステムを導入する際に
は特に不利である。

【００２０】本発明の目的は、横又は縦方向において表
示素子の基板のいくらかの相対移動を同時に可能にしつ
つ増加した光度を与える表示素子を提供することにあ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明の１つの好ましい態様によれば、第
１基板と第２基板とからなり、該第１基板上に複数の隣
接する平面的な画素電極構造が設けられており、その画
素電極構造は実質的に不透明な電極部、実質的に透明な
電極部を含んでおり、又、該第１基板はその上の画素開
口部を定める所定位置を除き、上記実質的に透明な絶縁
部を通過する光を遮断するように配置された複数の実質
的に不透明なブロッキング部からなることを特徴とする
表示素子が提供される。

【００２２】上記表示素子においては、該第１基板と該
第２基板との間の小さな誤配列が該第２基板から該第１
基板の開口部を通過する光の量を実質的に変更しないこ
とが望ましい。

【００２３】また、上記表示素子においては、該実質的
に不透明なブロッキング部はそれぞれ所定間隔で隣接す
る実質的に不透明なブロッキング部から電気的に隔離さ
れていることが望ましい。この場合、該実質的に不透明
なブロッキング部はそれぞれ１つの画素電極を基準とし
て隔離されているのが望ましい。

【００２４】本発明の表示素子に用いられる第１基板
は、さらに該画素電極群と該不透明なブロッキング部と
の間に透明な電気絶縁層を有しているのが好ましい。ま
た、該不透明なブロッキング部は金属、特にアルミニウ
ム又はモリブデンであるのが好ましい。

【００２５】本発明の表示素子はさらに該透明電極部を
通過するフィルター光に適合させたカラーフィルター層
を有するのが好ましい。

【００２６】また、本発明の表示素子においては、不透
明なブロッキング部は該カラーフィルター層と該画素電
極構造の中間にあるのが望ましい。

【００２７】本発明の表示素子用の第２基板は、複数の
金属細線からなる複数のコモン電極群を有し、且つ、該
金属細線はそれぞれ該金属細線と平行に配置されている
対応する透明電極細線と接続されているのが好ましい。

【００２８】本発明の表示素子において、第１基板上の
画素電極群は実質的に平行な１列単位で配置され、そし
て第２基板上のコモン電極群は実質的に平行な１行単位
で配置されており、該画素電極群と該コモン電極群とは
実質的に互いに垂直であるのが望ましい。

【００２９】

【実施例】本発明の好ましい態様を実施例として図面を
参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。

【００３０】図４は本発明の表示素子の一例を示す断面
図である。図４を参照すると、表示素子４３の開口部の
比率あるいは明るさがコントラスト増加層４６、４７、
７４を使用することにより増加する。コントラスト増加
層は、下基板４５と上基板４４の位置合わせの際の位置
ずれをなおも可能にしながら考えられる透明電極エリア
を増加させ、結果的にパネルの明るさを増加させる。こ
のコントラスト増加層４６、４７、７４は光を受けるサ
ブピクセルとしての不透明マスクを提供し、また、上基
板４４に一体化された部分として形成されている。従っ
て、下基板に対する上基板の移動という従来の設計に関
連した誤配列の問題は生じない。上記コントラスト増加
層４６、４７、７４は従来用いられていた例えば図３に
おける３１のようなコモン金属層の部分の代わりに用い
られており、必要とされるカラーフィルター４８を配設
した後に配置することができる。

【００３１】図５乃至図８は、コントラスト増加層を中
に組み込んだ表示素子の種々の層部分を示したものであ
る。

【００３２】図５は、データ線駆動線４９とデータ線透
明層５０を示す。カラー再生用に設計されたこの実施態
様においては、表示素子は１画素が破線６２で仕切られ
た領域である多数の画素からなる。各画素６２はデータ
線層とコモン線層とが交差した部分により構成されてお
り、赤の電極エリア６３、緑の電極エリア６４及び青の
電極エリア６５に仕切られた情報（データ）電極エリア
を含む。各電極エリアは４レベルの明るさを表示でき
る。例えば、赤エリア透明電極５０、５１、５２を用い
ることにより、各画素につき４種類の明るさの赤レベル
を作り出すことができる。この４種類の明るさの赤レベ
ルは、各透明電極が非点灯状態にあるゼロレベル、透明
電極５１のみが点灯状態にセットされている第１の点灯
状態、透明電極５０と５２（両者ともに同じ駆動線６６
に接続されている）が光を受けている第２の点灯状態、
及びそれによって全ての透明電極５０、５１、５２が光
を受けることになる第３の点灯状態の４つのレベルであ
る。もちろん、もし各色につきより多くのレベルが必要
であれば、さらに透明電極及び駆動線を設けてもよい。

【００３３】図６は、図５に示されるようなデータ線層
部分に相当する図４の上基板４４のコントラスト増加層
５３の部分を示す。この層は、内部に仕切られた多数の
開口部５４を有する不透明部を含んでいる。これらの開
口部５４は光を通すために用いられ、その偏光は、例え
ば図５の対応するデータ線透明電極５０により制御され
るであろう。

【００３４】コントラスト増加層５３を用い、かつ、コ
モン線層及びデータ線層の各透明電極をかなりの重複部
分を有する金属の駆動線で取り囲む必要性を取り除くこ
とにより、上述した設計規則により決定されるようなサ
ブピクセルの透明部分の間隔を１０μｍまで減らすこと
ができる。

【００３５】コントラスト増加層５３が表示動作を可能
にするのに十分に平坦であることを確保するには、コン
トラスト増加層５３は非常に薄く（１μｍ以下）するの
が好ましい。これらの制約のためにコントラスト増加層
に用いられる材料は高い電子移動度をもちやすく、そし
て、コントラスト増加層５３自体かなりの導電性である
場合がある。コントラスト増加層５３として好適に用い
られる材料は金属、特にモリブデンである。これは、モ
リブデンが適用しやすく、ガラスに対し良好な接着力を
もち、そして容易に高い解像度をもつようにパターニン
グできるからである。

【００３６】再び図４を参照すると、コントラスト増加
層５３の導電率は、下に配置されたデータ（情報）駆動
線４９あるいは下に配置された透明情報電極５０からコ
ントラスト増加層が絶縁される程度であることが必要で
ある。導電性のコントラスト増加層５３をデータ線層４
９、５０から絶縁（隔離）する１つの方法は、コントラ
スト増加層４６、４７、７４を配設した後に化学蒸着法
（ＣＶＤ）により平坦化したＳｉＯ₂層５５を設けるこ
とである。尚、上下基板の間には、液晶材料６１が配置
される。液晶材料としては、先に述べたカイラルスメク
チック液晶やツイスト・ネマチック（ＴＮ）液晶等が挙
げられる。

【００３７】しかしながら、実際にＳｉＯ₂層５５の蒸
着を行う際に、可能性のある短絡５６がコントラスト増
加層とデータ線層４９、５０との間に起こりうるという
欠点が生じるかもしれない。もし多数の短絡が発生する
ならば、表示素子は役に立たなくなる場合がある。ここ
で図６を参照すると、それら２層間の短絡の影響を減ら
すために、コントラスト増加層は各画素の周囲の境界領
域にはいかなるコントラスト増加層も設けないことによ
り画素ごとを基準として電気的に絶縁性とする（図中５
７の部分参照）のが好ましい。この電気的絶縁の結果と
して、データ線層とコントラスト増加層との間の全ての
単一画素の短絡は、２つの短絡が同一画素内のコントラ
スト増加層５３と２つの電気的に絶縁されたデータ線層
電極４９との間で起きる場合にのみ動作不能となる縦に
並んだ画素群を有する表示素子の動作に対しては何ら影
響を与えないであろう。

【００３８】図７及び図８を参照すると、下基板のコモ
ン層を形成する部分が示してある。これらはコモン金属
層５９（図７）及びコモン線透明層６０（図８）を含
む。図７及び図８を図６と比較すると、コモン層の透明
部分のエリアを実質的に増加させ、かつ、コモン層の不
透明部分６７を実質的に減少させることにより表示素子
を通過できる光の量をさらに増加させることができるの
が理解されるはずである。また、コモン層の一部分６７
（図７）と１本の金属の駆動線４９（図５）はすべての
光が表示素子を通過するように制御できるようにするた
めにコントラスト増加層の透明部分５７（図６）と重な
るように設計されている。

【００３９】コントラスト増加層５３と平坦化されたＳ
ｉＯ₂層５５を表示素子の中に組み込むためには、多数
の特別な製造工程が必要となる。これらの工程はデータ
透明層５０とデータ金属層４９を設ける前であり、か
つ、好ましくはカラーフィルター層５８を設けた後に行
われる。コントラスト増加層の作成方法は、まず０．５
μｍのモリブデン層を配設し、図６のコントラスト増加
層５３用のマスクを使ってモリブデンのエッチングを行
う。次に、２μｍのＳｉＯ₂層５５の蒸着を行い、さら
にＳｉＯ₂層の平坦化（同一平面化）を行う。

【００４０】コントラスト増加層５３の作成の一形態に
ついて説明する。この方法は、コントラスト増加層を形
成するのに利用される新しい層がカラーフィルターの配
設後ただちに、ただしフィルター層が平面的にされる前
に設けられると考える。コントラスト増加層はモリブデ
ンでできているのが好ましい。しかしながら、例えばア
ルミニウムのように半導体素子製造の技術分野で知られ
ているような他の材料も使用できる。

【００４１】半導体素子の製造において通例であるよう
に、次の主要な工程はモリブデンの金属層の形成に用い
られる。まず、６０μｍ厚のチタニウム層を基板４４
（図４）の上にスパッタ付着させる。次に、０．５μｍ
のモリブデン層をスパッタ付着させる。コントラスト増
加層５３は、その後、予備硬化、露光そして図６に示す
ような必要とされる配置により決定されるマスクパター
ンを使って現像されるレジスト材料をスピンコーティン
グして形成できる。そのレジスト、モリブデン及びチタ
ニウムにはその後マスクパターンに従ってカラーフィル
ター層に至るまでＳＦ₆とＯ₂の混合ガスを用いてエッ
チングが施される。最後に、レジストが取り除かれ、モ
リブデンに焼きなましが施される。

【００４２】絶縁性の誘電層５５であるＳｉＯ₂は情報
電極層からモリブデン製のコントラスト増加層を絶縁す
るために後から設けられる。この絶縁層は基板４４の表
面を平坦化するのにも用いられる。絶縁層は基板４４の
表面上に２μｍのＳｉＯ₂層を化学蒸着法（ＣＶＤ）を
用いて形成することができる。

【００４３】その後、図５のデータ線金属層を０．５μ
ｍのモリブデン層を蒸着して形成でき、さらに０．７μ
ｍのＩＴＯ層を蒸着することによりデータ線透明層が形
成できる。

【００４４】下基板の作成は、図７及び図８に従ったコ
モン線形成用マスクへの変更を除き従来技術の表示素子
に準じて行なうことができる。

【００４５】

【発明の効果】上述したように、本発明の表示素子によ
れば、コントラスト増加層を用いることにより正確な画
素サイズを維持しつつ、基板間の相対移動を許容できる
ため画像を高コントラストかつ正確に再現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来用いられていた液晶表示素子の基本的な駆
動原理を説明するための模式図である。

【図２】従来用いられていた液晶素子の平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線の断面図である。

【図４】本発明の一実施例である表示素子の断面図であ
る。

【図５】本発明の一実施例の表示素子の一部分であるデ
ータ金属層とデータ透明層を示す平面図である。

【図６】本発明の一実施例の表示素子に用いられるコン
トラスト増加層を示す平面図である。

【図７】本発明の一実施例の表示素子の一部分であるコ
モン金属層を示す平面図である。

【図８】本発明の一実施例の表示素子の一部分であるコ
モン線透明電極層を示す平面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１基板と第２基板とからなり、該第１
基板はその上に形成された複数の隣接する平面的な画素
電極構造を有しており、該画素電極構造はそれぞれ実質
的に不透明な電極部、実質的に透明な電極部及び実質的
に透明な絶縁部を含んでおり、そして該第１基板はさら
にその上の画素開口部を定める所定位置を除き、該実質
的に透明な絶縁部を通過する光を遮断するように配置さ
れた複数の実質的に不透明なブロッキング部からなり、
該実質的に不透明なブロッキング部がそれぞれ所定間隔
で隣接する実質的に不透明なブロッキング部から電気的
に隔離されていることを特徴とする表示素子。
【請求項２】該第１基板と該第２基板との間の小さな
誤配列が該第２基板から該第１基板の開口部を通過する
光の量を実質的に変更しないことを特徴とする請求項１
記載の表示素子。
【請求項３】該実質的に不透明なブロッキング部はそ
れぞれ１つの画素電極を基準として隔離されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の表示素子。
【請求項４】該第１基板がさらに該画素電極群と該不
透明なブロッキング部との間に透明な電気絶縁層を有し
ていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
載の表示素子。
【請求項５】該不透明なブロッキング部が金属からな
ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
表示素子。
【請求項６】該金属がアルミニウム又はモリブデンで
あることを特徴とする請求項５記載の表示素子。
【請求項７】該表示素子がさらに該透明電極部を通過
するフィルター光に適合させたカラーフィルター層から
なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載
の表示素子。
【請求項８】該不透明なブロッキング部が該カラーフ
ィルター層と該画素電極構造の中間にあることを特徴と
する請求項７記載の表示素子。
【請求項９】該第２基板は、複数のコモン電極を有し
ており、該コモン電極は、それぞれ、金属細線と該金属
細線と平行に配置された対応する透明電極とからなり、
各金属細線は対応する透明電極に接続されていることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の表示素
子。
【請求項１０】前記第１基板が有する該画素電極構造
中の実質的に不透明な複数の電極部は、第１の方向に互
いに実質的に平行に配置されており、かつ、該第２基板
が有する該コモン電極の複数の金属細線は第２の方向に
互いに実質的に平行に配置されており、該第１の方向と
該第２の方向とが互いに実質的に垂直であることを特徴
とする請求項９記載の表示素子。