JPS61204681A - 液晶パネル - Google Patents

液晶パネル

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JPS61204681A
JPS61204681A JP60043791A JP4379185A JPS61204681A JP S61204681 A JPS61204681 A JP S61204681A JP 60043791 A JP60043791 A JP 60043791A JP 4379185 A JP4379185 A JP 4379185A JP S61204681 A JPS61204681 A JP S61204681A
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signal line
display
crystal panel
electrode
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泰之 田村
伸二郎 岡田
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、液晶素子、LED  (発光ダイオード)素
子等の画像表示素子を用いた表示パネルに関するもので
あり、特に強誘電液晶素子を、アクティブマトリックス
構成により駆動する液晶パネルに関するものである。
[従来の技術] 最づ、本発明に係わる光学変調物質について述べる。
本発明の液晶パネルに用いる光学変調物質としては、加
えられる電界に応じて第1の光学的安定状態と第2の光
学的安定状態とのいずれかを取るすなわち電界に対す、
る双安定状態を有する物質、特にこのような性質を有す
る液晶が用いられる。
このような双安定性を有する液晶としては、強誘電性を
有するカイラルスメクテイック液晶が最も好ましく、そ
のうちカイラルスメクテイツクC相(5fficり又は
H相(SmHりの液晶が適している。この強誘電性液晶
については、「ラ ジャーナル ドウ フィジイク レ
タース″ (“LEJOURNAL DE P)IYS
IQIJE LETTERS”) 1975年基(L−
89)、「フェロエレクトリック リキッドクリスタル
スJ (Ferroelect−ric Liquid
Crystals) ;アプライド フィジックス レ
タース°′ (“Applied Physics L
ett、ers ” ) 1980年36(11)号、
「サブマイクロセコンド ビステーブルエレクトロオプ
ティックスイツチング イン リキッド クリスタルス
J  (Submicr。
5econd B15table Electroop
tic  Switchingin Liquid C
rystals) ;  “固体物理”113 (14
1)1981、  r液晶」等に記載されており、本発
明ではこれらに開示された強誘電性液晶を用いることが
できる。
より具体的には、本発明法に用いられる強誘電性液晶化
合物の例としては、デシロキシベンジリデン−p′−ア
ミノル2−メチルブチルシンナメートCDOBAMBG
 ) 、ヘキシルオキシベンジリデン−p′−’アミノ
ー2−クロロプロピルシンナメート(HOBAC:PC
)および4−o−(2−メチル)−ブチルレゾルシリテ
ン−4′−オクチルアニリン(MBRA8 )等が挙げ
られる。
これらの材料を用いて、素子を構成する場合、液晶化合
物が、5s(j相又はSm旧相となるような温度状態に
保持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれ
た銅ブロック等により支持することができる。
第2図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもノ
テある。24と24′は、In2O3、5n02やビO
(indium−Tin−Oxide)等の透明電極が
コートされた基板(ガラス板)であり、その間に液晶分
子層25がガラス面に垂直になるよう配向した5taC
本相の液晶が封入されている。太線で示した線26が液
晶分子を表わしており、この液晶分子26は、その分子
に直交した方向に双極子モーメント(Pよ)27を有し
ている。基板24と24′上の電極間に一定の閾値以上
の電圧を印加すると、液晶分子26のらせん構造がほど
け、双極子モーメント(PJL)2?はすべて電界方向
に向くよう、液晶分子2Bの配向方向を変えることがで
きる。液晶分子26は細長い形状を有しており、その長
袖方向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って例えば
ガラス面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配置
した偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が
変わる液晶光学変調素子となることは、容易に理解され
る。さらに液晶セルの厚さを充分に薄くシた場合(例え
ばIIL)には、第3図に示すように電界を印加してい
ない状態でも液晶のらせん構造はほどけ、その双極子モ
ーメントP又はP′は上向き(27a)又は下向き(2
7b)のどちらかの状態をとる。このようなセルに第3
図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る電界E又はE
′を付与すると、双極子モーメント電界E又はE′は電
界ベクトルに対応して上向き27a又は、下向き27b
′と向きを変え、それに応じて液晶分子は第1の安定状
態28かあるいは第2の安定状態28′の何れか一方に
配向する。
このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は2つある。第1に、応答速度が極めて速いこ
と、第2に液晶分子の配向が双安定性を有することであ
る。第2の点を、例えば第2図によって説明すると、電
界Eを印加すると液晶分子は第1の安定状態28に配向
するが、この状態は電界を切っても安定である。又、逆
向きの電界E′を印加すると、液晶分子は第2の安定状
態28′に配向して、七の分子の向きを変えるが、やは
り電界を切ってもこの状態に留っている。又、与える電
界Eが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態
にやはり維持されている。このような応答速度の速さと
、双安定性が有効に実現されるには、セルとしては出来
るだけ薄い方が好ましく、一般的には、0.51L〜2
0IL、特に1弘〜5ルが適している。この種の強誘電
性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する液晶−電気
光学装芒は1例えばクラークとラガバルにより、米国特
許第4367924号明細書で提案されている。
次に、実際に画像表示を行なう場合について以下に述べ
る。
液晶ディスプレイ法の一つであるマトリクス形表示の原
理は、走査電極群と信号電極群をマドリスク状に構成し
、その電極間に液晶化合物を充填し、多数の画素を形成
して画像或いは情報の表示を行うものであるが、この方
式の場合、画像密度を高くしたり、あるいは画面を大き
くすると、走査電極、表示電極ともそれぞれ膨大な数が
必要になり、その結果液晶の応答速度が遅くなり、表示
画素以外の画素にも電圧が分配される、いわゆるクロス
トークによる弊害が生ずる。そこでこの点を改良するた
めに、電圧平均化駆動法、二周波駆動法、分割マトリク
ス方式、多重マトリクス方式等がすでに提案されている
が、いずれの方法においても1表示素子の大画面化およ
び高密度化に伴う、走査線数の増大に対応することは、
難しかった。そこで最近になってFET  (電界効果
トランジスタ)等のスイッチング素子を各画素ごとにマ
トリクス状に配列し、液晶を直接駆動するアクティブマ
トリクス表示(Active Matrix Disp
lay )方式が考えられ、実用化されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、前記アクティブマトリクス方式において
は、クロストークの問題は解決されるものの、従来の液
晶(ネマチック)素子を用いるものでは、表示の高速化
に限界があり、大画面表示にも繰返し周波数からの制約
があった。また、液晶素子として強誘電性液晶を用いた
場合には、前記ネマチック液晶における欠点は改善され
るものの、表示画像の高密度化に伴う回路構成の簡素化
という面においては、さらに改善の余地があった。本発
明はこのような従来の問題点を解決するためになされた
もので、アクティブマトリクスを用いた表示電極の回路
構成を改良することにより、信号線数の大幅な減少によ
る回路の簡素化を図ることを目的としている。
[手 段] 第1図は本発明の基本概念を示す回路構成図である。図
において明らかなように、マトリクス配線の各々の交差
点に対して、複数の電界効果トランジスタ(以下FET
と略す)素子を或け、ゲート端子及びソースまたはドレ
インとして機能する第1の端子を、それぞれ共通の画像
信号線及び走査信号線■に接続し、ソースまたはドレイ
ンとして機能する第2の端子の各々に画素電極を接続し
、この画素電極に対応した数の複数の対向電極を形成し
たものである。さらに、走査信号を前記FET素子のソ
ースまたはドレインとして機能する第1の端子から導か
れる走査信号線■及びこの走査信号線と平行に配置した
複数の対向電極から導かれる走査信号線■に走査信号を
印加し、前記走査信号線■及び走査信号線■と直交する
ように配置した表示信号線に、表示信号を印加すること
によって表示パネルを駆動させるものである。
一般に、従来のマトリクスによる表示方法では、n画素
の表示を行うには/T X 2本以上の引き出し線が必
要であるが、本発明においては、3汀×3本の引き出し
線で表示が可能となる。なお、3αが自然数で存在しな
い場合には引き出し線数を若干増す必要がある。
[作 用] 本発明は、第1図の回路構成図において明らかなように
、三系統の信号線群のうち二つを走査信号線として、書
き込みラインの選択をすると共に、残った一系統の信号
線に、表示信号を入力することによって、画像表示を行
うものである。具体的には、駆動素子であるFETのゲ
ートがゲートオン状態となるように信号電圧を印加し、
それと同期させてFETのゲート以外の端子であるソー
ス端子及びドレイン端子の間に電界を形成させると共に
、その極性を変えることによって、電極間に挟持された
液晶の第一の配向状態と第二の配向状態の二つの表示状
態を制御するものである。したがって、本発明で用いら
れる強誘電性液晶としては、電界の極性に応じて第一の
光学的安定状態及び第二の光学的安定状態のいずれかを
取る物質、すなわち電界に対して双安定状態を有する物
質が用いられる。また、駆動素子であるFETにおいて
は、P型であってもN型であっても、ゲート以外の端子
のいずれがソースとして作用し、いずれがドレインとし
て作用するかは、電圧の印加の方向によって定まる。す
なわちN型では電圧の低い方がソースであり、P型では
電圧の高い方がソースとして作用する。なお各信号電極
における電圧レベルは各信号間の電位差を相対的に維持
するものであれば、以下に述べる実施例にとられれるこ
となく任意の値に設定することが出来る。
[実施例] 本発明の液晶表示装置を用いた画像表示の具体例を第1
図及び第4図〜第7図に基づいて説明する。
第1図の回路構成において、駆動素子としてN型FET
好ましくはTPT  (薄膜トランジスタ)、液晶素子
として強誘電性液晶を使用し、第5図に示した所定の表
示パターンを書き込むための、各々の電圧値は、以下の
条件を満足する所望の値に設定される。
[11走査信号線■でn=a、走査信号線■でn=b、
表示信号線でn=cの位置に「明」を書き込む場合。
【2]走査線■でn=a、走査線■でn=bを選び表示
信号線1ζCで「暗」を書き込む場合。
む の 点 但し、各記号は下記事項を表わす。
V LC:強誘電性液晶の閾値電圧の絶対値vPニアク
チイブマトリクスを構成しているFETのゲート閾値電
圧 vsn:走査信号電圧■ vc、:走査信号電圧■ VG交:表示信号電圧 以上の各信号電圧の、位相t1〜七〇における電気信号
波形を第6図に示す。第6図においては、それぞれ横軸
が時間を、縦軸が電圧を表わしている。この様な電気信
号が与えられた時の各画素への書き込み動作を第7図に
示す。第7図においては、横軸が時間を表わし、縦軸は
上側ON(暗)、下側、OFF  (明)の各表示状態
を表わす。
すなわち、各位相時間において、各々の画素が「暗」又
は「明」のいづれの状態にあるかを表わしている。なお
、図中QN−1は前回走査されたときの信号状態をその
まま保持しているものとする。
またfFf17図における各画素の座標は、第4図によ
る。以上、位相t1〜七8の各動作によって第5図に示
される所望の表示パターンが完成する。
なお、本実施例では、第6図においてvp=、。
としたが、V p k、 Oであるならば、VG  (
ゲート電圧)をVp分だけシフトすればよい、又、実施
例において、強誘電性液晶としてDOBAMBGを使用
した場合の具体的数値は、VLC=1〜20(V)、使
用温度としては75℃〜85℃、一画素を書き込むのに
必要な時間は約501Lsである。
本発明による液晶表示パネルは、FETによるアクティ
ブマトリクスであるため、従来のパッシブマトリクスに
よる画像表示にみられるクロストークの問題は生じない
様にする事ができる0例えば、一つのマトリクスの交差
点に共通に接続されたFETは、複数個同時にONまた
はOFFされるが、各FETがON状態の時、選択さ−
れていない画素の対向極(走査信号線■)の電位を、走
査信号線■と同電位にすれば、選択されていない画素に
°は電圧は加わらない。すなわち、FETがON状態の
時に、選択されない画素においては、走査信号線■と走
査信号線■の間に電位差が無いため、液晶層に電圧は加
わらない、一方、 FETがOFF状態の時には、FE
Tが各々の画素に対して独立に設けられているので、各
々の画素の液晶層は走査信号線■の電圧にかかわらず電
圧は印加されない、したがって、選択された画素のみに
所定の電圧が印加されるため、クロストークは生じない
、上記実施例では、1つの画素電極に対して1つの対向
電極が対向するように構成されているが、これを1′つ
の′画素電極に対して複数の対向電極が対向・する□よ
うに構成しても良い。このようにすれば、表示画素数を
パネル上のFET素子の数よりも多くする事ができる。
その場合、1つの画素電極に対応して形成される複数の
画素の間でFET素子がOFF状態の時、クロストーク
を生じるが1.1つの画素電極に対応する画素の数が少
ない場合にはクロストークの大きさを上方小さくする基
が可能である。
第8図は本発明において使用されるTETにおけるFE
Tの構成を示す断面図、第9図はTETを用いた強誘電
性液晶セルの断面図、第10図はTET基板のモ面図、
第11図は第10図はA−A ′線で切断した部分断面
図、第12図は第1θ図のB−B ′線で切断した部分
断面図であり、以とに示す各図はいずれも本発明の一実
施態様を示すものである。
第9図は1本発明の方法で用いうる液晶素子の1つの具
体例を表わしている。ガラス、プラスチック等の基板1
4のトにゲート電極18、絶縁膜16、(水素原子をド
ーピングした窒化シリコン膜など)を介して形成した半
導体膜10(水素原子をドーピングしたアモルファスシ
リコン)と、この半導体膜lOに接する2つ端子lと5
で構成したTETと、TFTの端子4と接続した画素電
極5(TTO;Indnium Tin 0xide 
)が形成されている。
さらに、この上に絶縁層7(ポリイミド、ポリアミド、
ポリビニルアルコール、ボロパラキシレン、5iO15
i02)とアルミニウムやクロムなどからなる光遮蔽膜
2が設けられている。対向基板となる基板14′の上に
は対向電極15(ITO)と絶縁rfi18が形成され
ている。
この基板14と14′の間には、前述の強誘電性液晶1
7が挟持されている。又、この基板14と14’の周囲
部には強誘電性液晶17を封止するためのシール材19
が設けられている。
この様なセル構造の液晶素子の両側にはクロスニコル状
態の偏光子13と13′が配置され、観察者Aが入射光
■。よりの反射光重 によって表示状態を見ることがで
きる様に偏光子13′の背後に反射板12(乱反射性ア
ルミニウムシート又は板)が設けられている。
又、上記の各図においてソース電極、ドレイン電極とは
、ドレインからソースへ電流が流れる場合に限定した命
名である。FETの働きではソースがドレインとして働
く場合も可能である。
[効 果] 以りの説明で明らかなように、本発明は従来の回路構成
に比べ、信号線数を著しく減らすことが出来る。したが
って回路の簡素化という点において大幅な改善が期待で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念を示す回路構成図、第2図及
び第3図は、本発明の方法に用いる強誘電性液晶を模式
的に表わす斜視図。第4図は対応画素の座標を示す説明
図、第5図は対応画素の表示パターン例を示す説明図、
第6図は走査電極及び表示電極に印加する電気信号波形
を表わす説明図、第7図は各画素への書き込み動作を表
わす説明図、第8図はTFTにおけるFETの構成を示
す断面図、第9図はTPTを用いた強誘電性液晶セルの
断面図、第10図はTPT基板のモ面図、第11図はA
−A ′線部分断面図、第12図はB−B ’部分断面
図である。 l:ソース電極(ドレイン電極) 2;連番金属又は光吸収層 3;n+層 4;ドレイン電極(ソース電極) 5;画素電極 6;第一の絶縁層 7;第二の絶縁層 8 、 TPTの基板 9;半導体直下の光遮蔽効果をもつゲート部10;半導
体 11;ゲート配線部の透明電極 12;反射板 13.13’、偏光板 14.14′、ガラス、プラスチック等の透明基板15
、対向電極 18;絶縁膜 17;強誘電性液晶層 18、ゲート電極 19;シール材 20;薄膜半導体 21;ゲート配線 22:パネル基板 23;光遮断効果を有するゲート部 24;24’、透明電極がコートされた基板25;液晶
分子層 26:液晶分子 27;双極子モーメント(Pl) 27aHh向き双極子モーメント 27b;ド向き双極子モーメント 28;第1の安定状態 28′;第2の安定状態

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)交差して配線した第1の信号線S_1〜S_n−
    S_Nと、第2の信号線G_1〜G_l〜G_Lと、該
    交差部に配置した電界効果トランジスタとを有し、該電
    界効果トランジスタの第1の端子が第1の信号線に接続
    され、該トランジスタのゲート端子が第2の信号線に接
    続されているとともに、該トランジスタの第2の端子が
    画素電極に接続され、該画素電極に対向して配置した対
    向電極を有することを特徴とする液晶パネル。
  2. (2)前記電界効果トランジスタのソースまたはドレイ
    ンとして機能する第1の端子に共通に結線された信号線
    と、複数の対向電極から導かれる信号線を平行に配置し
    、かつゲート端子を複数共通化して結線した信号線と直
    交して配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の液晶パネル。
  3. (3)電界効果トランジスタが薄膜トランジスタである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の液晶パネ
    ル。
JP60043791A 1985-03-07 1985-03-07 液晶パネル Pending JPS61204681A (ja)

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