JPH0554642B2

JPH0554642B2 -

Info

Publication number: JPH0554642B2
Application number: JP59017722A
Authority: JP
Inventors: Shohei Naemura; Toshihiko Ueno
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-02-03
Filing date: 1984-02-03
Publication date: 1993-08-13
Also published as: JPS60163018A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は高輝度高コントラストのカラー表示が
可能で大容量の表示能力をもつた液晶表示素子に
関する。

（従来技術）グラフイツクやキヤラクターの表示を行なうデ
イスプレイ装置は、特にオフイスオートメーシヨ
ンや各種コンピユータシステムにおける表示装置
として大きな需要がある。そして、これらの表示
装置に対しては表示の多色化および表示の大容量
化の要望が極めて強い。これまでのところ、この
ような要望に答え得るデイスプレイ装置として、
陰極線管（CRT）が一般に用いられている。し
かしながらCRTは装置体積が大きく、重い、ま
た画面のちらつきのために眼性疲労が激しい等の
欠点も多く、これらの欠点のない新規な方式の薄
型デイスプレイパネルの出現が熱望されている。
このような目的で開発されているのがプラズマデ
イスプレイパネル（PDP）、エレクトロルミネセ
ンス（EL）パネル、液晶デイスプレイ（LCD）
パネル等であるが、いずれも性能的に未だ不充分
であり、特に表示の多色化に関しては極めて不満
足な状況にある。これらの新規な方式の薄型デイ
スプレイパネルの中でCRTに置き替わるものと
して最有力視されているのがLCDである。従来
方式のLCD技術については、例えば松本正一、
角田市良共著「液晶の最新技術」（工業調査会刊）
に詳しい。LCDの大表示容量化は各表示画素に
スイツチング素子を積層する方式で実現されてお
り、スイツチング素子としては多結晶Si、アモル
フアスSi、Te等の薄膜トランジスタ（TFT）等
が用いられている。また表示のカラー化方式とし
ては背景板を多色に塗り分ける各表示画素にカラ
ーフイルタを取り付ける等の方式が取られてい
る。すなわち、液晶層はツイストマツテイツク
（TN）モードあるいは黒色のゲストホスト
（GH）モードで光シヤツターとして動作し、液
晶層がオン状態の表示画素では背景板あるいはカ
ラーフイルタの色が見え、液晶層がオフ状態の表
示画素では黒く見える訳である。しかしながら、
このような方式は反射型表示では表示面が暗く非
実用的であり、透過型表示として用いざるを得な
い。そして透過型表示として用いてもなお高輝
度・高コントラストの両立という点では不充分で
あるのが現状である。すなわちTNモードを用い
る場合にはコントラストは比較的良好であるが輝
度の点で不充分である。これはTNモードの場合
には２枚の直線偏光板を挿入する必要があり、こ
の為に光源の光の利用率が通常約35％に低下する
ことによるものである。

一方、GHモードを用いる場合には輝度の点で
はTNモードを用いる場合よりも勝るが一般にコ
ントラストが著しく低下する。これはGHモード
で用いられる２色性色素の２色比が充分に大きく
ないことが主因である。GHモードにも幾つかの
方式があり、例えば２層型GHモードと呼ばれる
方式においては輝度をあまり低下させずにある程
度コントラストを向上させることができる。２層
型GHモードとは平行配向したネマチツク液晶
GHセル２枚をその配向方向が互いに直交するよ
うに重ねあわせた構造のものである。従つて、そ
れぞれのGHセルの各表示画素に前述のスイツチ
ング素子を積層した構造のセルを２枚用いれば大
容量表示が可能で高輝度かつある程度コントラス
トの高い表示素子が得られることになる。

しかしながら単に２枚のセルを重ねた構造で
は、重なるべき２層の画素間に奥行が生じ表示面
を斜め方向から見た場合に画素のずれが生じて画
質の低下を招く結果となる。それにも増して問題
となるのは製造コストであり、単純には通常の
LCDの２倍となる。特にスイツチング素子を積
層したLCDの場合には通常の１層構成において
もコスト高が問題となつており、スイツチング素
子積層LCDTの２層構成セルはコスト面で非実用
的なものであつた。また、２層構造のGHセルに
おいて、未だに充分なコントラストが得られてい
ないのが現状である。その主な原因は前述のよう
に２色性色素の２色比が充分に大きくないことに
ある。特に、光シヤツターとして動作させる黒色
のGHモードに要求される黒色の２色性色素は単
一の色素材料では実現できず、例えば赤色、青
色、黄色の３種類の色素材料を構成成分とする２
色性色素混合物が用いられる。その際に青色の２
色性色素は比較的大きい２色比を有するが、赤色
や黄色の２色珪色素の２色比が不充分で結局、黒
色の２色性色素混合物としては充分な２色比が得
られないという不都合が生じることになる。ま
た、単体の２色性色素で比較的２色比の良好な成
分があつたとしても、他成分色素との相溶性が悪
く２色性色素混合物として液晶に添加する場合に
必要量を溶解させることができないという不都合
が生じる場合が多い。すなわち、例えば単体では
液晶に１％ずつ溶解し得る２色性色素であつて
も、２種類を液晶に溶解させる場合にはそれぞれ
0.7％程度で両者あわせて１％強しか溶解しない
というような場合が多い。

このように、特に複数の成分からなる２色性色
素混合物を用いる場合には高コントラストを得る
のに不都合な障害が多く、例えば黒色のGHセル
では充分なコントラストが得られないのが現状で
あつた。従つて、光シヤツターとして充分な性能
をもつた液晶セルが得られず、従来のカラー液晶
表示素子は高輝度・高コントラストのカラー表示
が実現されていないという欠点があつた。

（発明の目的）本発明の目的は、上記欠点を除去し、高輝度・
高コントラストの高画質カラー表示が可能なカラ
ー液晶表示素子を提供することにある。

（発明の構成）本発明のカラー液晶表示素子は、画素に対応し
て配置された導電性スルーホールを有する透明な
中間ガラス基板と、該中間ガラス基板の両面にそ
れぞれ画素に対応して配置され前記スルーホール
を介して１対１で電気的に接続される画素電極対
の群と、前記画素電極対の各々に各１個接続され
前記画素電極対に印加される電位を制御するスイ
ツチング素子と、前記画素電極を含んで前記中間
のガラス基板面のいずれか一方の表面に設けら
れ、かつ２色性色素混合物の構成成分を２組に分
け、そのいずれか一方の組の構成成分が添加され
た液晶層と、前記画素電極を含んで前記中間のガ
ラス基板面の他方の表面に設けられ、かつ２色性
色素混合物の構成成分のうちの他方の組の構成成
分が添加された液晶層と、前記二つの液晶層にそ
れぞれ接続する共通電極層を一面に有し、前記二
つの液晶層を外側から覆う２枚の透明なガラスイ
基板と、該２枚のガラス基板のうちのいずれか一
方のガラス基板面に前記画素電極に１対１対応で
設けられ、入射光をスペクトル的に選択透過する
複数色のカラーフイルタとを含むことを特徴とし
て構成される。

ここで、前記２色性色素混合物を構成成分であ
る２組の２色性色素は互いに補色関係にあるもの
を用いると良い結果が得られる。

（実施例）次に、本発明の実施例について図面を用いて説
明する。

第１図は本発明の一実施例の断面図である。

第１図において、１，２，３はそれぞれ２層型
GH液晶表示素子を構成するガラス基板であり、
中間のガラス基板２の両側にはそれぞれITO
（Indium Tin Oxide）で形成された画素電極１
２の１群および画素電極２２の１群が形成されて
いる。これらの画素電極は中間のガラス基板２に
形成されたスルーホール４を通じて１対１で電気
的に接続されて画素電極対を形成している。ま
た、各画素電極対には各１個のスイツチング素子
が取付けられている。この実施例においては、ス
イツチング素子はアモルフアスシリコンTFTで
あり、以下のように構成されている。５はMoゲ
ート電極、６はSi₃N₄絶縁膜、７はアモルフアス
シリコン層、８はMoドレイン電極、９はMoソ
ース電極である。ソース電極は画素電極１２およ
び２２で形成される画素電極対に接続されてい
る。またTFTはSi₃N₄保護膜１０で覆われてい
る。１３および２３は黒色の２色性色素混合物を
構成する２成分である２色性色素「G206」（日本
感光色素研究所製）および「ND50」（）をそれぞれ別個に液晶「E43」（BDH ケミカ
ルズ社）に添加した液晶層である。すなわち、液
晶層１３は「E43」に0.40％の「G206」を添加し
た液晶層であり、液晶層２３は「E43」に0.99％
の「ND50」に添加した液晶層である。両側のガ
ラス基板１，３の内面にはそれぞれ全面に共通電
極１４および１５が形成されており、これらは外
部で電気的接続されている。さらにガラス基板１
にはカラーフイルタ１１および２１が形成され、
例えばカラーフイルタ１１は画素電極１２および
２２で構成される画素電極対と１：１に対応して
いる。ここでカラーフイルタ１１は緑色光を選択
透過し、カラーフイルタ２１は赤色光を選択透過
するものである。

カラーフイルタ１１および２１はポリエーテル
サルフオン樹脂をそれぞれ染料「スミカロンＥ−
4GL」の混合物および染料「イーストマン・スカ
ーレツトBG」で染色することによつて形成し
た。なお、それぞれの基板の液晶と接する面には
通常の平行配向処理を施してあるが第１図では繁
雑となるので省略した。平行配向処理の方向は第
１図において液晶層１３の両面では紙面内上下方
向であり、液晶層２３の両面では紙面に垂直方向
である。また、第１図の３枚のガラス基板１，
２，３のスペーサ粒子を含む接着剤で周囲を接着
固定されており、液晶層１３および２３の層厚は
スペーサ粒子の効果によつて、ともに約10μｍに
保持されている。

次に、この実施例の動作について説明する。

共通電極１４と１５を共に0Vの位置に保ち、
ドレイン電極８には画像に応じて25Vまたは0V
の電圧を印加する。次に、ゲート電極５に周期的
に30Vのパルス電圧を印加すると、電圧パルスが
印加されている間だけアモルフアスシリコン
TFTはオン状態となり、ドレイン電極８に25V
の電圧が印加されている場合はソース電極９を通
じて画素電極１２および２２に25Vの電位が発生
し、共通電極１４と画素電極１２との間および共
通電極１５と画素電極２２との間にそれぞれ25V
の電位差が生じる。この結果、画素電極１２およ
び２２に対応する部分の液晶は「オン状態」とな
る。一方、アモルフアスシリコンTFTがオン状
態にあつてもドレイン電極の印加電圧が0Vの場
合には共通電極１４と画素電極１２との間および
共通電極１５と画素電極２２との間にはいずれも
電位差は生じず、液晶は「オフ状態」となる。こ
のように、画像に応じて液晶の「オン状態」と
「オフ状態」を作り出すことができる。

今迄はゲート電極にパルス電圧が印加されてい
る間について述べたが、次の周期でパルス電圧が
印加されるまでの間も、画素電極と共通電極との
間の電位差はアモルフアスシリコンTFTおよび
液晶で形成される放電回路の時定数が充分に大き
い為に保持され、従つて液晶の「オン状態」（お
よび「オフ状態」）は保持される。すなわち、ゲ
ート電極アレイを時分割走査し、ドレイン電極ア
レイに並列に画像信号を印加することによつてゲ
ート電極アレイおよびドレインによるマトリクス
電極構成で大容量のドツトマトリクス表示が可能
となる。ここで液晶の「オフ状態」においては、
液晶層２３の液晶分子およびそれに従つて液晶層
２３に含まれる２色性色素「ND50」は紙面と垂
直方向に配向し、この方向に偏波面をもつ直線偏
光を吸収する。

第２図は第１図に示す一実施例に用いた２色性
色素の吸収スペクトルを示す特性曲線図である。

第２図において、曲線３１，３２はそれぞれ２
色性色素「ND50」、「G206」の吸収スペストルを
示し、曲線３３は曲線３１，３２の合成吸収スペ
クトルを示す。

第１図の液晶層１３に含まれる２色性色素
「G206」は紙面内で上下方向に配向し、この方向
に偏波面をもつ直線偏光を吸収する。このように
液晶の「オフ状態」においては入射光の直交する
２つの偏光成分が吸収され、その吸収スペクトル
は曲線３１および３２を合成した曲線３３のよう
になり、ほぼ可視域の全波長を吸収する。この結
果、液晶が「オフ状態」にある画素電極対領域は
ほぼ完全に黒く見える。これは「G206」と
「ND50」の色相が互いに補色の関係にあるから
である。一方、液晶の「オン状態」においては液
晶相１３，２３に添加される２色性色素は共に画
素電極面にほぼ垂直の方向に配向し、ほとんど入
射光を吸収しなくなる。従つて、入射光は例えば
画素電極対１２および２２の領域においては液晶
層を透過し、カラーフイルタ１１で波長選択され
て緑色光として出射する。このように、液晶が
「オン状態」にある画素電極対領域はその領域に
対応して配置されたカラーフイルタで選択される
色に見える。

このようにしてカラー表示が実現され、本実施
例のカラー液晶表示素子においては、背後から
1500ニツトの輝度を有する螢光灯で照明した場
合、「オン状態」の画素で450ニツト、「オフ状態」
の画素で28ニツトの輝度となつた。すなわち、本
実施例のカラー液晶表示素子においては450ニツ
トという高輝度、16：１という高コントラストの
表示が可能であり、また中間のガラス基板２は
0.1mm程度の厚さで極めて薄い為に表示面を斜方
から見ても画素電極対がずれて見えることもなく
極めて高画質の表示が得られる。更に、スイツチ
ング素子を積層した表示素子においてコストの大
部分を占めるスイツチング素子の製造プロセス
も、１個のスイツチング素子で１対の画素電極を
駆動する構造である為にスイツチング素子を基板
の２面に付ける等の必要がなく、ほとんど従来構
造のスイツチング素子積層型表示素子と変わりな
く、従つて低コストで製造することができる。

なお、比較のために２色性色素「G206」およ
び「ND50」の両方を、実施例同じ0.40：0.99の
比率になるように液晶「E43」に混合したとこ
ろ、両者にあわせて1.1％、すなわち「G206」が
0.32％、「ND50」が0.78％しか溶解しなかつた。
この２色性色素混合物含有液晶を用いた従来の１
層構造のGHセルにおいては吸収スペクトルの形
状は第２図の曲線３３と同じであつたが吸収率が
相対的に低下し、コントラストは10：１しか得ら
れなかつた。

上述の実施例において補色の関係にある２種類
の２色性色素のそれぞれを別個の液晶に添加する
場合について述べたが、例えば５成分からなる２
色性色素混合物を２成分と３成分との２組に分
け、それぞれを別個の液晶に添加して２層構造の
ゲストホスト型液晶表示奏子を構成した場合等を
含めて多くの実施例において高輝度・高コントラ
スト高画質の表示が得られることが確認された。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、
高輝度・高コントラストで高画質の大容量表示が
可能なカラー液晶表示素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は
第１図に示す一実施例に用いた２色性色素の吸収
スペクトルを示す特性曲線図である。１，２，３……ガラス基板、４……スルーホー
ル、５……ゲート電極、６……絶縁膜、７……ア
モルフアスシリコン層、８……ドレイン電極、９
……ソース電極、１０……Si₃N₄保護膜、１１…
…カラーフイルタ、１２……画素電極、１３……
液晶層、１４，１５……共通電極、２１……カラ
ーフイルタ、２２……画素電極、２３……液晶
層、３１……２色性色素「ND50」の吸収スペク
トル、３２……２色性色素「G206」の吸収スペ
クトル、３３……合成吸収スペクトル。

Claims

【特許請求の範囲】１画素に対応して配置された導電性スルーホー
ルを有する透明な中間ガラス基板と、該中間ガラ
ス基板の両面にそれぞれ画素に対応して配置され
前記スルーホールを介して１対１で電気的に接続
される画素電極対の群と、前記画素電極対の各々
に各１個接続され前記画素電極対に印加される電
位を制御するスイツチング素子と、前記画素電極
を含んで前記中間のガラス基板面のいずれか一方
の表面に設けられ、かつ２色性色素混合物の構成
成分を２組に分け、そのいずれか一方の組の構成
成分が添加された液晶層と、前記画素電極を含ん
で前記中間のガラス基板面の他方の表面に設けら
れ、かつ２色性色素混合物の構成成分のうち他方
の組の構成成分が添加された液晶層と、前記二つ
の液晶層にそれぞれ接続する共通電極層を一面に
有し、前記二つの液晶層を外側から覆う２枚の透
明なガラス基板と、該２枚のガラス基板のうちの
いずれか一方のガラス基板面に前記画素電極に１
対１対応で設けられ、入射光をスペクトル的に選
択透過する複数色のカラーフイルムとを含むこと
を特徴とするカラー液晶表示素子。２２色性色素混合物の構成成分である２組の２
色性色素が互いに補色関係にある特許請求の範囲
第１項記載のカラー液晶表示素子。