JPS6037591A - カラ−表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は画像や文字のカラー表示装置に関するものであ
る。

現代は情報を視覚で取り入れる時代であると云われ、Ｔ
Ｖを代表として、各種の計測器やコンピューター等によ
る情報処理端末装置等の広範な機器に表示装置が使用さ
れている。表示装置には、非常に多くの方式がある。そ
の主なものとしては陰極線管（ＣＲＴ）　、液晶、　Ｌ
ＥＤ、プラズマディスプレイ、螢光表示管、電場発光デ
ィスプレイ等が実用に供されている。これらの内で表示
、容量、解像度、動画表示、カラー表示の点で、ＣＲＴ
が格段に優れた性能を示している。しかしＣＲＴは大容
積でアシ、画面のちらつ詮や画面のわん曲等の欠点があ
る。従来からいわゆる壁用はテレビを理想とする平面型
表示装置が望まれてきた。近年、前述のＣＲＴ以外の各
方式においても表示容量の向上が図られ、プラズマディ
スプレイでは１ｆ画素以上の表示が、液晶、　ＬＥＤ　
、電場発光ディスプレイ、螢光表示管等においても１０
４−１０１’画素の表示が行われてきておシ、またこれ
らの平面表示装置は、解像度動画表示の点でも、　ＣＲ
Ｔに迫シつつある状態にある。しかし、カラー表示に関
しては更に困難な技術的問題がＴｏａ、−ｙルカラー表
示のみならず、２色の表示においてさえ、まだ現実的で
はない。

カラー表示の困難さは次の点にある０その第１は、特性
の優れた２色あるいは３原色の発光が得られていない材
料上の問題である。例えば、螢光表示管では効率的に高
輝度の発光を示すのは緑色のみであるし、薄膜型電界発
光ディスプレイにおいて４黄橙色だけが高輝度で実用に
供されている。

同様にＬＥＤにおいても實色の発光が得がたいしプラズ
ｖ７’イスプレイにおいても赤橙色に限られている。次
の問題点は、例えばフルカラー表示するためには、３色
の表示画素で１表示画素を形成するためには、実質的に
３倍の表示容量が必要な点である。すなわち、通常力２
−光表示行う場合は、第１図に示されるように１画素中
に赤、緑。

青の３Ｍ色の微小な色ドツトを空間的に配置した構造と
なり、各色のドツトを個別に駆動できることが必要であ
る。

本発明は以上のカラー表示の困難性を新規な発想により
解決するものである。すなわち、カラー表示を行う場合
、空間的に原色を配置して表示していたのに対して、本
発明は原色を時分割的に発色させ、目の時間的な応答速
度の限界を利用して表示しようとするものである。第２
図に従来の空間的カラー表示の代表としてＣＲＴの場合
と本発明の時分割の盛合の各原色の発色のタイミングを
示す。第２図（ＩＬ）はカラーＣＲＴの１画素の発光の
状態を示す。１画素内でシャドーマスクによ多空間的に
分解された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各螢光体が
１７レームに１度ずつ発色し、各々の発光強度を変える
ことによシ任意の色を形成する。第２図（ｂｌは本発明
を導いた基本的な考え方であシ、１画素そのものが１フ
レーム中に赤、緑、青の発色を繰シ返し、その強度によ
シカラーの画像、文字を表示するものである。これを平
面型表示装置として実現する最良の方法は発光色を高速
で切り換えることができる背面に設置された面光源と光
の透過量を制御することによって画素表示を行うことが
できる光スィッチとの組み合せによるものでおる。す表
わち、背面の光源が赤、緑、青と繰シ返し全面にわたっ
て発光する。その前面におかれた各画素の光スィッチに
よシその画素の表示色に対応して赤、緑、青の各色が発
光するタイミングに合わせて順次透過光量の股定が行わ
れる。従って、各画素の光スィッチは通常の単色表示の
場合に対して３倍の繰）返し周期で駆動される。このよ
うな方式においては、１画素でアルカ２−表示となるた
めに表示画素数を力２−化に伴い、３倍に増大させる必
要がない。また空間分割での混色法ではないために、混
色を実現するために高解像度化を図る必要がない。

本発明はこのよう表方式のカラー表示を実現するもので
あシ、液晶を光スィッチとし、背面の面光源として薄膜
電場発光素子を使用した基本構造を有している。液晶は
外部から印加される電圧によってその配向状態を変化さ
せることができ、偏光子との組み合せによシ外部光の透
過光量を制御することができる。

本発明の表示装置においては、液晶に電圧を印加する電
極は上下とも透明電極とし、透過型で使用する。液晶の
型としてはツイストネマティック型でも良いし、黒色染
料によるゲスト・ホスト型でも良いが、数ミＩＪ以下の
高速応答性を有するものが好ましい。また、液晶の駆動
方式としては、Ｘ−Ｙのストライプ電極による単純マト
リックス駆動でも良く、各画素にセレン化カドミウムや
多結晶シリコン、非晶質シリコンを牛導体層としたアク
ティブマトリックス駆動型としても良い。

電場発光部は発光材料により種々の発光色を得ることが
できる。例えば、硫化亜鉛を母体としてＭｎを付活材と
することによシ黄色の発光色が得られ、またＴｂ、　Ｓ
ｍ、　Ｔｍあるいはこれらのフッ化物を付活材とするこ
とによって緑、赤、青の発光色を得ることができる。ま
た薄膜電場発光素子はＩＴＯ等の透明電極を使用するこ
とによって素子全体を透明なものとすることができる。

従って、各種の発光色を呈する薄膜電場発光素子を順次
積み重ねその各人を独立に発光させることにより、液晶
スイッチ部の背面全体を照明する力２−光源とすること
ができる。勿論、各色の発光層を積み重ね構造とはせず
、同一平面上にモザイク状あるいはストライプ状に配置
しても良いが、各色の均一な面光源とするために抹微小
パターンとする必要がある。この場合、独立に各色を発
光させるためには電極構造も微細にする必要がある。従
って、積み重ね構造とする方が適している。積み重ね構
造で最も容易に実現で色るのは、各色の発光色を示す電
場発光素子を一枚ずつの透明ガラス基板に形成し、それ
を積み重ねたものである。更に洗練された構造は、一枚
のガラス基板に各色の電場発光素子を積層して成膜形成
したものである。この場合ガラス基板線液晶部の下部ガ
ラス基板と兼用しても良い。電場発光層自身は直流駆動
型としてもよいし、発光層を２枚の絶縁層で挟み込んだ
交流駆動型としてもよい。

次に、実施例によυ更に詳しく本発明のカラー表示装置
とその駆動方法を述べる。

え、８□１，７ジＸブ１動、□− イッチと積層型薄膜電界発光パネルを利用したドツトマ
トリックス型のフルカラー表示装置について具体的に述
べる。

第３図は本発明の一実施例で苓溶カラー表示装置の断面
図を模式的に示す。

本実施例におけるフルカラー表示装置は液晶ノ（ネル部
１〜６と、薄膜電場発光）（ネル部７＝１６に分けるこ
とができる。順次説明する。

液晶パネル部は透明ガラス基板２上に共通電極となる透
明電極３を形成し、また相対する透明ガラス基板６上に
は非晶質シリコンからなる駆動用の薄膜トランジスター
５を画素ごとに形成する。

両差板間にＧＨモードの高速応答する液晶４が封入され
る。図が煩艙になるために薄膜トランク（ン′ 膜トランジスタ上部には液晶の配量処理膜を形成してい
ゐが図上では省略した。表お、ＩＦｉ偏光板である０こ
れらの基本的な構成杖薄膜トランジスター駆動の透過型
液晶表示装置に一致する吃のであシ、薄膜トランジスタ
ーのゲート電極とソース電極がそれぞれＸ−Ｙドツトマ
トリックスパネルの走査側電極及びデーター側電極、：
ｌ）＃順次駆動によル選択された画素の薄膜トランジス
ターのドレイン電極、すなわち画素電極と共通電極間の
電圧により各画素に対応した光スィッチを形成するもの
である。本実施例ではＧＨｆｌｉ液晶を使用した。この
場合は偏光板は１枚で良く、背面光源の輝度の点で有利
であシ、また視野角の点でも良好である０ＧＨＩＩ液晶
にはいろ埴ろな色があるが、本実施例では黒色ＧＨ型液
晶が適している。なおＴＮモード液晶を使用することも
轟然可能でありこの＃Ａ合は偏光板を追加すれば良いし
、また偏光板を使用しないＧＨモード液晶の使用も轟然
可能である。また、第３図の液晶部を逆転した、すなわ
ち、上部ガラス基板に薄膜トランジスタ一部を形成する
構造としても本実施例の目的からは同様である。次に電
場発光パネル部を説明する。

ガラス基板１６上に９　、１１　、１３　、１５の４枚
の電極とそれらに挟持された１０　、１２　、１４の３
枚の薄膜電場発光層を形成した構造である。ここで最下
部となる電極１５は反射膜とも表るために金属電極とす
ることが好ましいが、上部の３枚の電極９　、１１　。

Ｉ３はＩＴＯからなる透明電極として形成される。本実
施例では発光層は二重絶縁屋の電場発光層としているた
めに、より詳細ＫＢ各各党光層絶縁体層−電場発光螢光
体層−絶縁体層の構造と逢っている０絶縁体層ｔｉｓｌ
、Ｎ４のスパッタ膜を使用した。

また、各電場発光層社青色発光層１０．緑色発光層１２
．赤色発光層１４の３原色の発光を行う電場発光螢光体
層からなりている◇本実施例ではこれらはいずれもＺｎ
Ｓを母体として、ＴｍＦｇ　、　ＴｂＦｇ　、　５ｒｎ
Ｆ＠で付活されたものを使用した。これらの各発光層を
挾持している２枚の電極を選んで交播電圧パルスを印加
するととによシ選択的に各色を電場発光されることがで
きる。また、電極及び発光層がすべて透明なので、各色
を外部に放射する面光源として使用することができる。

なお、液晶パネル部と電場発光光源部はシリコーンオイ
ル封止層７で接着されている。これは電場発光層の耐湿
等の保護とともにシリコーンオイルの高屈折率により単
にエアーギャップとして残すよシ効率的に光を液晶部へ
導入するととができる効果もある。なお、８は電場発光
層の劣化及び電気絶縁のための保膜屑で′りシ、これも
Ｓｉ、Ｎ、スパック膜を採用した。

以上述べたような基本的構造であるが、これの変形とし
て電場発光層をガラス基板Ｉ６の下部に形成してもよい
。この場合、当然ガラス基板側の電極は透明電極である
必要がＴｏし、逆に最後に形成される電極は反射層とし
て金属電極とする。またこの場合は電場発光層を形成す
るガラス基板として液晶パネル部の下部のガラス基板６
と兼用することもできる。また、電界発光層を積層せず
、ガラス基板に各発光層を個別に製造した後にガラス基
板をはり合わせても良い。

以」二の↓うに５本実施例のフルカラー表示装置のパネ
ルは第３図の構成の場合、ガラス基板３孜程度の厚さで
あり、厚さが数ミリメートルの極薄型の千両表示装置と
して実現される。以上のように本実施例では液晶パネル
部、電場発光部を別々に製造し、検査後に一体化を図れ
ることは製造歩出シにおいて有利である。

次に本発明の駆動方法の一実施例について説明する。な
お１本実施例は２４０ライン×３２０ラインの７６８０
０画素表示のカラーグラフィック・ディスプレイの駆動
について述べる。

液晶パネル部は、薄膜トランジスターを使用した通常の
アクティブマトリックスアドレス方式を採用している。

すなわち、第４図に示すようにゲート電極を走査側電極
（Ｇ、　−Ｇ、４ｏ）とし、ソース電極をデーター側電
極（Ｓ、−８，２゜）とするＸ−Ｙマトリックス構造で
ある。

走査側電極に順次電圧パルスを印加し、走査線を選択す
る。その走査線の線上の各画素情報に応じて各データー
側電極に選択的に電圧印加を行う。

この操作によシ画素電極となるドレイン電極に画素情報
に応じた電圧が印加される。印加された画素電極の電圧
は薄膜トランジスターのオフ抵抗が大籾いために、次に
ゲート電極が選択されるまでその電圧を保゛っている。

この操作がＧ、がらＧ　ａｔ。

までいわゆる線順次方式で実行され、パネル全体の全画
素電極と共通電極間に画像情報に対応した電圧が形成さ
れ、それに従って液晶の光透過度が各画素ごとに設定さ
れる。次に背面の赤色発光の電場発光層に電圧を印加し
、全面均−表赤色のパルス発光を生じさせる。

ここで、前述の液晶パネルに書き込まれた画素情報は赤
色要素に対するものである。従って、全面均一な赤色の
電場発光によらて本表示装置に瞬間的に赤色の画曹が形
成される。

次に、緑色要素の画素情報に従りて液晶パネルが線順次
で書き込まれ、その後に緑色の電場発光を行う。次いで
、青色要素についても同様の駆動を行う。以上の動作に
よ３１１フレームが完了する。

すなわち、本発明Ｋ＞いては、１フレームの中に赤。緑
、青の各色要素に対するサブフレームを包含しているも
のである。

以上の動作のタイミングチャートを第５図に簡単に示す
。＃￥５図には例としてＤｎ、ｍ番号の液晶セルが、赤
と緑に対して透過、青を遮断するようにデーターを与え
られた場合のＤｎ　、ｍ　セルの透過度の状態をも示し
た。

以上の駆動法は１フレームが各色の色フレームで構成さ
れ、また各色フレーム社前半において各液晶セルの配向
状態の設定が行われ、その完了後に背面光源の点灯を−
行うことを基本としているが第６図に示すように、各色
フレームの間、背面光源が赤、緑、青と交互に点灯を継
続し、各液晶セルが選択された短時間のみ透過状態とな
る駆動法を採用してもよい。この駆動方法Ｆｉ考に抵抗
値の小さい多結晶シリ・ン等を薄膜トランジス”Ｒした
時に有効であシ、パルス巾制御等による中間表示にも適
している。

以上のような駆動ダ法において、視覚的にちらつきが感
じられず、また赤、緑、青の各発光色が加色して感じら
れるためには、毎秒２０フレ一ム以上が必要であシ、好
ましくは３０フレ一ム以上がよい。本実施例のカラー表
示装置では液晶パネル部のデーター書き込み電圧レベル
あるいはパルス［１］を変調することによシ中間調表示
を行い、フルカラーの表示が実現される。また３原色間
の輝度調整は電場発光の各層への電圧あるいは電圧パル
ス波形で調整することが可能である。

このように本発明の力２−表示装置は極薄型であり、製
造も比較的容易である。また通常の３原色が空間的に配
置されたカラー表示の場合に比較して解ｇｌｆを上げな
くても良好なカラー表示が実現される。

仁のように本発明のカラー表示装置は極薄型の力９−Ｔ
Ｖやコンビ＾−夕のカラー表示端末として優れておシ、
ボータプルな用途にも適用できる。

以上フルカラードツトマトリックス表示の装置について
説明したが、より簡単なものとして発光層を２層とした
カラー表示とすることも轟然可能である。例えば、赤と
緑の発光層及び液晶パネルも中間調駆動しない場合でも
赤、黄、緑のカラー表示が実現される。また、液晶パネ
ル部は薄膜トランジスターよるアクティブマトリックス
方式を採用したが、本発明では本質的で社なく単純マト
リックス方式でもよい。また７セグメント等の固定パタ
ーン表示のカラー化のためには、従来は発光色により固
定パターンの発光位置を変える必要があり、非常に見辛
らく、また加色による混色は不可能であった。

本発明の方式によるカラー表示では固定パターンが大籾
くて４、任意の発光色を得るカラー表示が可能であり、
桃覚的にも優れたものが実現される。以上のように本発
明は工業的価値の大きなも、のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の色ｇ！素を画素内に空間的に配置した通
常のカラー表示部を示したものである。 第２図（ＪＬＩは通常の色要素を空間的に配置した通常
のカラー表示装置の典型としてのＣＲＴの１画素の発光
のタイミングを示したもので多る。また、第２図＋ｂ＋
は本発明のカラー表示装置の１画素の時分割的発光のタ
インングを示したものである。 第３図は本発明の代表的Ｉ実施例のカラー表示装置の模
式的な断面図である。１〜６は液晶による光スイツチ部
である。ｔた８〜１６は薄膜電場発光面光源部である。 ７は接着層となるオイルである。第４図は本実施例の液
晶パネルの薄膜トランジスター駆動部である。Ｇ、〜Ｇ
□。は走査側電極となる薄膜トランジスターのゲート電
極、８１〜”ｓｕはデーター電極となるソース電極であ
る。またり。 〜Ｄ１４ｏ　ｓｈｏは各画素電極となるドレイン電極で
ある。 第５図は本実施例の駆動法を説明するためのタイミング
チャートを示したものである。第６図はさらに他の駆動
法を説明するためのタイミングチャートを示したもので
ある。 ６７） ７１′１　図 オ　２　図 （ｃＬ） ＲＧＢＲＧＢＲ ；＋　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　２色以上の異なる発光色を電気的信号にょシ独立
   に発光させ得る電場発光面光源と、該電場発光面光源の
   前面に設けられ、該電場発光面光源から入射する光の透
   過光量を制御する液晶シャッタ一群とから構成されてい
   ることを特徴とするカラー表示装置。 ２２色以上の異なる発光色を電気的信号によシ独立に発
   光させ得る電場発光面光源と、該電場発光面光源の前面
   に設けられ、該電場発光面光源から入射する光の透過光
   量を制御する液晶シャッタ一群とから構成されたカラー
   表示装置において、前記電場発光面光源を順次異なる発
   光色を毎秒四回以上の繰シ返し周期で発光せしめ、該電
   場発光面光源からの各タ一群によシ透過光量を制御せし
   めてカラー表示することを特徴とするカラー表示装置の
   駆動方法。