JPH0372967B2

JPH0372967B2 -

Info

Publication number: JPH0372967B2
Application number: JP56090601A
Authority: JP
Inventors: Shinji Morozumi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1981-06-12
Filing date: 1981-06-12
Publication date: 1991-11-20
Also published as: JPS57205778A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、カラー画像表示、カラーグラフイツ
ク表示に適したカラー液晶表示体に関するもので
ある。

従来液晶表示体の多色カラー表示体は、次の点
で実現が不可能であつた。

１つは液晶パネル自体の構成ドツト数、又はラ
イン数が上げられなかつた。通常行なわれている
ダイナミツク駆動は1/16デユーテイが限界があ
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
100ラインないと、意味がなく、このためには1/1
００デユーテイでの液晶駆動が実現しなければなら
ない。

２つには、液晶の多色カラー表示手段自体優れ
たものがなかつた。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。又液晶の背後にカラーフイルタを配置し
てカラー化を実現する方式があるが、これは透過
型で背面よりバツクライトを用いるため、バツク
ラクトの消費電力が大きすぎ、液晶の低消費電力
性を生かしされないこと、又フイルタそのもので
はあざやかな色彩を再現することに困難さがあつ
た。同時にバツクライトも十分薄くて、発光効率
の良いものがなく、例えば白熱電灯は簡単に1W
以上を必要とするし、螢光灯も低電力でかつ薄型
のものは困難であつた。

従つて本発明の目的は、低電力、かつ十分薄型
化の可能な、あざやかなカラーパネルデイスプレ
イ装置を提供することにある。

本発明は液晶デイスプレイ装置の裏側に、電子
により螢光体を発光させる光源を配置してなる構
造により十分薄型の、かつ低電力のカラー、液晶
表示体を実現するものである。

第１図は本発明の基本的な構成例であり、イは
断面、ロは平面を各々デイスプレイ装置の一部分
について示したものである。まずガラス基板５の
下側に透明導電性膜であるアノード６を全面に形
成し、その上に各三原色に応じた螢光体７〜９を
形成する。例えば緑色部７はCuを不純物とする
ZnS、赤色部８はY₂O₃、青色部９はAgを不純物
とするZnSである。その後ガラス基板５上に、下
部の螢光発色部７〜９の位置に対応して、液晶の
光シヤツタをなすための液晶駆動電極４を形成
し、対向電極２をのせたガラス板１と向い合わせ
てシールをして、液晶３を封入し上側に液晶パネ
ルを形成する。その後に熱電子を放出するための
ヒータを兼用したワイア状のカソード１０を配置
して、下側のガラス基板１１とはさんで、この間
を真空にする。この結果カソード１０に電流を流
し、アノード６に正バイアスを印加すると、カソ
ード１０から熱電子が放出され、螢光体７〜９を
励起し、螢光を発生する。この時、この上部の液
晶シヤツタが、表示したい所望の色に応じて開
閉、又は階調を伴つて透過率を変化させると、パ
ネルの表面から見て、自由なあざやかな色が再現
できる。この方式ではガラス板１１とカラス基板
５との間のスペースは2um以下にすることができ
るので、デイスプレイとしては十分薄くなる又電
力も５cm×５cmのパネルでは約100mw程度と、
バツクライト方式に比し一桁小さくて、又色もあ
ざやかになる。

この方式では、各表示ドツト間の色のにじみが
問題となる。例えばガラス基板５の厚さが、各螢
光体７〜９の各々の間隔より大きいこと、発光し
た光が隣のドツトに入りこみ分解能を低下させ
る。従つてガラス基板５は極力薄い方がよいが、
ガラス板１１との間を真空にするので、余り薄い
と強度的に問題となる。そのためにはある工夫を
要する。

第２図は各螢光体２４〜２６の間に補強のため
のガラス、プラステイツク、等の部材を挿入する
ものである。薄板ガラス２７上にアノードの膜２
０を形成した後に各螢光体２４〜２６を形成し、
その後第３図に示すように、螢光体に応じて穴３
１を開けた部材３０を２３として薄板ガラス２７
上にはりつけ、その後ワイア状、又は平面板状の
カソード２１を配置し、下のガラス板２２との間
で真空にする。

第９図はまず、ガラス、又はプラステイツク基
板９０にレンズアレイ４５を配置している。これ
はセルフオツクレンズアレイ、又は光フアイバの
集束したものを切断したものである。この上にア
ノード膜９６、螢光体９３〜９５を配置して、そ
の後カソード９１をつけて、ガラス板９２との間
で真空にする。この方法は、光のまわり込みを防
ぐのみならず、前面に集光して、表示面へ導出す
るため、少ない光量、即ちより低電力で十分な表
示性能が得られるというメリツトがある。

第１２図は光のまわり込みを防ぐため光の遮断
層をガラス内に用いる方法であり、ガラス基板１
２０に、黒色帯又は反射帯となる光遮断層に７を
設けこの上部にアノード膜１２６、螢光体１２３
〜１２５、及びカソード１２１を配置して、ガラ
ス基板１２２との間で真空に保つ。

第１図に示すような液晶表示体においては、前
述のドツト間の光のにじみを防止するためには液
晶駆動電極４のすき間の液晶は光を透過させない
ことが望ましい。そのため表示タイプとしてはネ
ガタイプ（黒地に白の表示体）がよい。又この黒
の地はかなり光を遮断する効果、即ち光の透過率
が低い方がよい。このためにはゲスト、ホスト液
晶を用いて、ゲスト、ホストの色素により光を遮
断する方式、特に黒の色素がよい。

第１図に示す液晶パネルは通常のTN型のよう
に、偏光板ではさみ込むことはむずかしいので、
上側のみに偏光板を用いるか、又は全く偏光板を
用いない液晶表示方式がよい。これに適合するの
がゲスト、ホスト液晶である。従つて、光のにじ
みを防止して分解能を高めた表示品質で、かつ下
方の偏光板を必要としないということからゲス
ト、ホスト液晶が最適である。

本発明によるカラー液晶表示体には、その表示
分解能を高めるために、液晶駆動ライン数、即ち
デユーテイ比を改善するとより効果があがる。そ
のためにはスイツチング素子又は非線形素子等の
薄膜素子を用いて実現する。例えば第１図におい
て、この薄膜素子はガラス基板５又は１上に形成
され、液晶はこの薄膜素子を介して駆動される。
次にこれらの薄膜素子の具体例を示す。

第４図は本発明に用いる上方基板に作成するア
クテイブマトリツクスの構造例である。この方式
の特徴は駆動デユーテイが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。この例はパイレツクスや石英等の比較低
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系結晶ウエ
ハ上のアクテイブマトリツ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。
第４図イはマトリツクスの１画素（１ドツト）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。又グ
ランドライン４５は液晶駆動電極４２との間で電
荷保持用の容量４８を構成する。第４図ロはこの
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。
従つ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
的にデユーテイは（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４
８は不要となる。第４図ハはイにおけるＡ−Ｂ間
の断面図である。透明基板４０上にチヤネルとな
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
酸化膜をエツチングして、ゲート絶縁膜５１、ゲ
ート電極５０をなす。その後ゲート電極５０をマ
スクに全体にＰイオンを打込み、Ｎ型層を形成
し、トランジスタのソース５３、チヤネル５５、
ドレイン５４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。この結果液晶駆動電極が光シヤータの役割を
し、この電極位置に対応する螢光体の色が透過し
たり、遮ぎられたりする。又データ線に入力する
電圧のレベルにより、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。又駆動デユ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、500×5000ドツトによ
る完全カラー画像が実現できる。

本発明における液晶の駆動デユーテイを改善す
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。第５図、第６図は非線形素子
の構成例である。

第５図は金属−絶縁物−金属（MIM）素子の
構成例である。マトリツクスセル６１はＸ駆動ラ
イン５８からMIM素子６２を介して駆動電極５
７を駆動する構成である。ロはイの断面であり、
例えばTa膜をスパツタ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膜をスパツタ後
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。

第６図は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。ロはイの断面図
であり、透明基板６３上にSi層の島を形成倍イオ
ン打込みによりＮ型(p)域６７，６９とＰ型(n)域６
８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。

このようにして形成された非線形素子は第７図
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。この非線形素子を介して液晶
のセルを駆動すると第８図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。液晶を点灯させる時はVTHより高い電
圧を印加するとRMは低抵抗となりVM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、
RM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。
従つて第４図のアクテイブ、マトリツクス同様に
点灯させる電圧がVMとして容量CLに保持され
るのでデユーテイを大きくすることができる。こ
の場合も同様に第５図５７、第６図６５の液晶駆
動電極が、螢光体に対応して、光に対するシヤツ
タの役割をする。又この非線形素子の特徴は構造
が簡単なことにより、駆動方法は従来の単純な1/
８や1/16のダイナミツク駆動方式と同じでよい。
又この方式はグラフイツク表示に適しているが、
階調表示も可能である。１つはアクテイブマトリ
ツクス同様にＸラインから印加する電圧レベルを
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。

第１０図は本発明のカラー液晶表示体の螢光体
の配列及びその駆動方法の一例を示す。三原色螢
光体１０６はＹ方向にストライプ状に配列されて
おり、又螢光体側の駆動電極は螢光体と同方向に
ライン状もしくはべたに存在する。又上部電極１
０５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。シフトレジスタ
１０１はクロツク入力φ₅によりS₁からSnを出力
し、トランジスタ１０４を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〜Ymを
クロツクφ₄により順次選択してゆく。３つの色
信号VSR，VSB，VSGはクロツクφ₁〜φ₃により
Ｙの１ライン毎に切換えられてゆき、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。この方式の特徴は螢光体がＹ方向のス
トライプになつており、色信号の切換え周波数が
遅くもよいので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。

第１１図はＸ方向にストライプ状の螢光体１１
６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、ドートが正方形に近い
サイズとなり画像が自然な感じとなる。シフトレ
ジスタ１１２はY₁〜Ymの信号により駆動電極１
１５を順次選択してゆく。駆動電極１１５のいず
れか１つが選択されている間にシフトレジスタ１
１１は発色群Ｒ，Ｇ，Ｂを１単位として順次選択
する。更にＲ，Ｇ，Ｂ選択クロツクφ₁，φ₂，φ₃
はクロツクφ₅を更に３相に分割した信号であり、
この選択クロツクに同期して各色信号VSR，
VSG，VSBが１つづつ選択されて、Ｘ駆動ライ
ンに導びかれる。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
ドスイツチ１１３に接続するので、シフトレジス
タ１１１の転送クロツクφ₅の周波数は同一のド
ツト数に対して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で使用できる
というメリツトがある。

以上のような構成とすることによつて、以下の
ような効果が得られる。

すなわち、 (a) ただ単に、液晶表示体の各画素に対応して、
螢光発光体を設けた場合には、各表示ドツト間
の色のにじみが問題となる。つまり、発光した
光が隣のドツトに入り込み分解能を低下させ
る。

しかし、本願のような構成とすることによつ
て、発光した光の他の画素への回り込みを防ぐ
ことができるので、極めて分解能のよい光を各
画素に供給できる。

(b) 本願の目的の一つは極めて消費電力の低い光
源を提供することにあるが、本願のような構成
とすることによつて、発光された光を集光し
て、液晶表示面へ、導出、供給できるので、少
ない光量で、すなわち、低消費電力で十分な表
示性能が得られる。

(c) 本発明の螢光体の発光は、電子を直接螢光体
に照射し発光させる電子−螢光体発光であるの
で、従来の陰極線管等を用いて発光させる電子
−光−螢光体発光と比べて、低消費電力とな
る。

(d) 本発明の螢光体を発光させる系は、非常に薄
型の面発光体であり、しかも螢光体は電気光学
表示装置の第二の基板を兼用し、さらに、この
第二の基板にレンズアレーを形成したので、非
常に薄型で分解能の高い表示装置が提供ででき
る。

(e) 電子を発生させる複数のカソードと複数の螢
光体とレンズアレーの位置の対応がとれている
ので、複数の螢光体の発光は均一な輝度分布で
液晶表示体に当てられることになり、従来のバ
ツクライト方式の欠点である色むらが解消でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成例。１，５，１１……基板、２，４，６……透明導
電膜、３……液晶、７〜９……螢光体、１０……
カソード。第２図、第９図、第１２図は螢光発光体の構成
例であり、第３図は第２図に用いる補強材の平面
図。２４〜２６，９４〜９６，１２３〜１２５……
螢光体、２７……薄板ガラス、２３……補強材、
２１，９１，１２１……カソード、２０，９６，
１２６……アノード、２２，９２，１２２……基
板、９５……レンズアレイ、１２７……光遮断
層。第４図は本発明に用いるアクテイブマトリツク
ス基板の構成例。４９……Si薄膜トランジスタ。第５図、第６図は本発明に用いる非線形素子の
実例。６２……MIM素子、６７，６８，６９……Si
薄膜ダイオード。第７図は非線形素子のＶ−Ｉ特性、第８図はそ
の駆動等価回路。第１０図、第１１図は本発明のカラー表示装置
の螢光体の配列と駆動例。１０１，１０２，１１１，１１２，１２６……
シフトレジスタ、VSR，VSB，VSG……ビデオ
色信号、VSW……輝度信号。

Claims

【特許請求の範囲】

１第一、第二の透明基板内に封入された液晶、
該第一の透明基板上に形成された全面電極、該第
二の透明基板上に形成され、マトリクス状に配置
されてなる複数の画素電極、該第二の透明基板の
液晶が封入されていない外面に対向して配設され
てなる第三の基板、該第二の透明電極基板の外面
上に形成されたアノード電極、該アノード電極上
に設けられ該画素電極と対向して位置決めされて
なる複数の蛍光発光体、該第二の基板に配置され
該複数の蛍光発光体と該複数の画素電極の間に設
けられたセルフオツク、レンズアレイ、該第二お
よび該第三の基板間に設けられた面状または該蛍
光発光体と対応して位置決めされてなるライン状
のカソードとからなり、かつ該第二、第三の基板
に狭持される空間が真空に保持されてなることを
特徴とする電気光学的表示装置。