JPH0713715B2 - カラ−液晶表示素子 - Google Patents

カラ−液晶表示素子

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JPH0713715B2
JPH0713715B2 JP62013171A JP1317187A JPH0713715B2 JP H0713715 B2 JPH0713715 B2 JP H0713715B2 JP 62013171 A JP62013171 A JP 62013171A JP 1317187 A JP1317187 A JP 1317187A JP H0713715 B2 JPH0713715 B2 JP H0713715B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は液晶セルに画素電極、その画素電極に対して
電荷を充放電させる薄膜トランジスタ、各画素電極と対
応しほゞ均一に分布して設けられた三色の色フイルタと
を備えたアクテイブカラー液晶表示素子に関する。
「従来の技術」 従来のこの種の液晶表示素子は、例えば第１図に示すよ
うにガラスのような透明基板11及び12が近接対向して設
けられ、その周縁部にはスペーサ13が介在され、これら
透明基板11,12間に液晶14が封入されている。一方の透
明基板11の内面に画素電極15が複数行列に配列形成さ
れ、これら各画素電極15に接してそれぞれスイツチング
素子として薄膜トランジスタ16が形成され、その薄膜ト
ランジスタ16のドレインは画素電極15に接続されてい
る。これら複数の画素電極15と対向して他方の透明基板
12の内面に透明な共通電極17がほゞ全面に形成されてい
る。
ほゞ正方形の画素電極15は第２図に示すように透明基板
11上に行及び列に近接配列されており、画素電極15の各
行配列と近接し、かつこれに沿つてそれぞれゲートバス
18が形成され、また画素電極15の各列配列と近接してそ
れに沿つてソースバス19がそれぞれ形成されている。こ
れら各ゲートバス18及びソースバス19の交差点において
薄膜トランジスタ16が設けられ、各薄膜トランジスタ16
の各ゲートは両バスの交差点位置においてゲートバス18
に接続され、各ソースはソースバス19にそれぞれ接続さ
れ、更に各ドレインは画素電極15に接続されている。
これらゲートバス18とソースバス19との各一つを選択し
てそれら間に電圧を印加し、その電圧が印加された薄膜
トランジスタ16のみが導通し、その導通した薄膜トラン
ジスタ16のドレインに接続された画素電極15に電荷を蓄
積して、液晶14中のその画素電極15と共通電極17との間
の部分にのみ電圧を印加し、これによつてその画素電極
15の部分のみが光透明、或は光不透明となることによつ
て選択的に表示が行われる。この画素電極15に蓄積した
電荷を放電させることによつてその表示を消去させるこ
とができる。
薄膜トランジスタ16は従来においては例えば第３図及び
第４図に示すように構成されていた。
即ち透明基板11上に画素電極15とソースバス19とがITO
のような透明導電膜によつて形成され、画素電極15及び
ソースバス19の互に平行近接した部分間にまたがつてア
モルフアスシリコンのような半導体層21が形成され、更
にその半導体層21上に窒化シリコンなどのゲート絶縁膜
22が形成される。このゲート絶縁膜22上に、半導体層21
を介して画素電極15及びソースバス19とそれぞれ一部重
なつてゲート電極23が形成される。ゲート電極23の一端
はゲートバス18に接続される。このようにしてゲート電
極23とそれぞれ対向した画素電極15、ソースバス19はそ
れぞれドレイン電極15a、ソース電極19aを構成し、これ
ら電極15a,19a、半導体層21、ゲート絶縁膜22、ゲート
電極23によつて薄膜トランジスタ16が構成される。ゲー
ト電極23及びゲートバス18は、例えばアルミニウムによ
り同時に形成される。
各画素電極15に対向して透明基板12側に赤色フイルタ1
R、緑色フイルタ1G、青色フイルタ1Bのうちの一つがそ
れぞれ形成される。これらの色フイルタは第３図に示す
ようにほゞ均一に混在分布するように形成されている。
このようにしてアクテイブカラー液晶表示素子が構成さ
れる。
ところで例えば色フイルタとTN液晶とを組み合せて構成
されたカラー液晶表示素子においては、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の各色信号電圧に対する透過率特性
は、第５図に示すように同一にならず差異がある。この
まゝの状態では良好な表示品位のカラー表示が得られな
い。そこで例えば特開昭60−159823号公報に示されてい
るように、液晶セルの対向透明基板内の間隔を色フイル
タごとに変えて、各色信号電圧−透過率特性を補償する
ことが提案されている。これはマルチギヤツプ構造と呼
ばれている。
このマルチギヤツプ構造のカラー液晶表示素子では、色
フイルタの厚み制御が困難であり、また色フイルタの凹
凸による配向むらが発生し易いとともに、透明基板内の
間隔に差異があるため、赤色信号、緑色信号、青色信号
間で応答時間が異なる。
「問題点を解決するための手段」 この発明によればアクテイブカラー液晶表示素子におい
て、三色の色フイルタと対応して薄膜トランジスタの構
造が選定され、三つの色フイルタ部分における透過率−
電圧特性がほゞ同一にされる。
このように薄膜トランジスタの構造を選定するには以下
に述べる各種の手段をとることができる。
薄膜トランジスタのドレイン電流IDは飽和領域で次式で
示される。
W:チヤネル幅、L:チヤネル長、μ：電界効果移動度、
Cg：ゲート容量、 ε０：空気の誘電率、εｒ：ゲート絶縁膜の誘電率、S:
ゲート電極の面積、d:ゲート絶縁膜の厚さ、VG：ゲート
電圧、VT：しきい値電圧。
（ａ）式（１）よりドレイン電流IDはW/Lに比例する。
ドレイン電圧VDはドレイン電流IDに比例するから、第５
図の特性より、赤色フイルタの画素電極と接続された薄
膜トランジスタ（以下赤色フイルタの薄膜トランジスタ
と記す）のW/Lより、緑色フイルタの画素電極と接続さ
れた薄膜トランジスタ（以下緑色フイルタの薄膜トラン
ジスタと記す）のW/Lを大とし、青色フイルタの画素電
極と接続された薄膜トランジスタ（以下青色フイルタの
薄膜トランジスタと記す）のW/Lを更に大とし、従って
赤色フィルタに対応する液晶セルの印加電圧より緑色フ
ィルタに対応する液晶セルの印加電圧が大となり、青色
フィルタに対応する液晶セルの印加電圧が更に大とな
り、これら各色フィルタに対応する液晶セルにおける透
過率が同一なものを得ることができ、表示色に拘らずコ
ントラストのよい画像を得ることができる。
このように各色フイルタの薄膜トランジスタによりW/L
の値を制御するには製造時にW/Lを決定するマスクの寸
法を色フイルタトランジスタごとに選定することにより
容易に行える。
（ｂ）式（１）よりドレイン電流はゲート容量Cgに比例
し、この容量Cgはゲート絶縁膜の厚さｄに反比例し、ド
レイン電流はゲート絶縁膜の厚さｄに反比例する。従つ
て赤フイルタの薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の厚さ
より、緑フイルタの薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の
厚さを薄くし、青フイルタの薄膜トランジスタのゲート
絶縁膜の厚さを更に薄くすることにより赤フイルタ、緑
フイルタ及び青フィルタにそれぞれ対応する液晶セル
（画素）の透過率を揃えることができる。
このゲート絶縁膜の厚さの制御は、最も薄い青フイルタ
の薄膜トランジスタに対するものを全面に形成後、緑フ
イルタ及び赤フイルタの各薄膜トランジスタに対する部
分のみを、マスクを用いて厚くし、更に赤フイルタの薄
膜トランジスタに対する部分のみを、マスクを用いて厚
くすればよい。
（ｃ）式（１）よりドレイン電流は(VG−VT)2に比例し
ており、このしきい値電圧VTは半導体層のアモルフアス
シリコンの不純物濃度に応じて変化する。例えば５族の
不純物をアモルフアスシリコンに入れるとしきい値VTが
下る。従つて赤色フイルタの薄膜トランジスタにおける
半導体層としてのアモルフアスシリコンの不純物濃度を
小とし、青色フイルタの薄膜トランジスタのそれを大と
し、三つの色フイルタの透過率を揃えることもできる。
（ｄ）液晶表示素子においては第６図に示すように薄膜
トランジスタ16のドレインに画素電極15によるコンデン
サ31が負荷容量として接続され、そのコンデンサ31に対
し薄膜トランジスタ16を通じて電荷が充電され、その電
荷によりその画素電極15と接する部分の液晶に共通電極
との間に電圧が印加される。この電圧Ｖはコンデンサ31
の電荷量Ｑが一定の場合、コンデンサ31の容量Cdは反比
例する。
従つて例えば赤フイルタ及び緑フイルタの各薄膜トラン
ジスタについては第６図に示すようにコンデンサ31と並
列に容量Csの補助コンデンサ32を接続し、同一注入電荷
に対し、電圧Ｖが青フイルタの薄膜トランジスタに接続
されたコンデンサ31に得られる電圧よりも小さくなるよ
うにし、また補助コンデンサ32の容量Csの赤フイルタに
対するものを緑フイルタのそれよりも大とする。このよ
うにして各色フイルタの透過率を揃えることができる。
このような補助コンデンサ32を並列に設けるには例えば
第７図に示すように、基板11上にSiO2のような絶縁層33
を介して画素電極15と対向して補助電極34を例えばITO
で形成すればよい。なおこの例では半導体層21と絶縁層
33を介して対向して光遮蔽層35がクロムなどにより基板
11上に形成され、半導体層21に外来光が達しないように
されている。
「発明の効果」 以上述べたように薄膜トランジスタの構造、つまりW/L,
d、負荷容量、半導体層の不純物濃度を、対応する色フ
ィルタに応じて選定することにより、赤フイルタ、緑フ
イルタ、青フイルタの各部でほゞ同一の透過率が得ら
れ、コントラストが表示色により変えることなく、良好
な表示が得られる。
また色フイルタの厚み制御を行う必要がなく製造が容易
であり、各色フイルタの厚さを同一とすることができ、
均一な配向が容易に得られ、また各色信号の応答時間も
ほゞ同一となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は液晶表示素子の一部を示す断面図、第２図はそ
の画素電極15、薄膜トランジスタ16、バス18,19の関係
を示す回路図、第３図は第１図の液晶表示素子の基板11
側と色フイルタとの関係を示す平面図、第４図は第３図
のAA線断面図、第５図は３色の色フィルタの各１つを備
えた画素（薄膜トランジスタを含む）の透過率−印加電
圧特性図、第６図は薄膜トランジスタの等価回路図、第
７図は補助コンデンサをもつ薄膜トランジスタの例を示
す断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液晶セル内に画素電極を配列形成し、その
    画素電極と対応して三色の色フィルタをほゞ均一に分布
    させて設け、入力カラー画像信号に応じて各画素電極に
    接続された薄膜トランジスタをスイッチ制御してその画
    素電極に対する充電、放電を行ってカラー画像を表示す
    るカラー液晶表示素子において、 上記三色の色フィルタと対応して上記薄膜トランジスタ
    の構造が選定され、三つの色フィルタの各一つを備えた
    画素（上記薄膜トランジスタを含む）の透過率−電圧特
    性がほゞ同一にされていることを特徴とするカラー液晶
    表示素子。
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