JPS646467B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶表示装置、特に表示装置を構成
する表示基板上に駆動用の半導体アレイが一体化
されて設けられた液晶用表示セルの改良に関す
る。

液晶による表示装置は、 (1) 受動型（パツシブ）デイスプレイで消費電力
が非常に小さいこと。

(2) 低電圧で動作できること。

(3) パネル型の素子にできること (4) 大型表示も可能なこと 等、発光型（アクテイブ）デイスプレイに見られ
ない特徴を有しているので、近年数多くの研究、
開発が進められている。

この様な液晶表示装置の中でも、特開昭50−
17599号公報に示されている様な数多くの画素を
マトリクス駆動する表示装置は特に注目を集めて
来ている。

即ち、この種の装置は第１図ａに示す様に、表
示用パネルを構成する基板（ガラス等）上に２〜
10本／mm程度の密度でマトリクス配置された駆動
用薄膜トランジスタ（TFT：Thin Film
Transistor）を設けたものである。TFTは、基
板Ｓ上に形成されたゲート線１ａ及び１a′（透明
又は金属の薄膜導電膜からなる）、該ゲート線上
に設けたゲート電極１，１′，１″，１、該電極
上に積層した絶縁膜１、前記ゲート電極に絶縁膜
を介して形成した薄膜状の半導体２，２′，２″，
２、半導体の一端に接して設けたソース線（導
電膜から成る）３，３′、及び半導体の他端に接
して設けたドレイン電極４，４′，４″，４等か
ら構成されている。第１図ｂは、第１図ａの矢印
Ｂ方向から眺めた平面図であり、マトリクス駆動
回路の一部を示している。

又、第２図は、第１図ｂを線分AA′に沿つて切
断した拡大断面図を示している。第２図に於い
て、７及びＳはガラス等の基板、４及び４は前
述のドレイン電極、８は対向電極である。４，４
，８等には、Iu₂O₃，SnO₂等の透明導電膜或い
は場合によつてAu，Al，Pd、等の金属薄膜が使
用される。１″，１はゲート電極で３，３′はソ
ース線であつて、Al，Au，Ag，Pt，Pd，Cu等
の金属が使用される。５，５′及び９は絶縁膜で
あり、２″，２はCdS，CdSe等の半導体、１０
はスペーサー、１１は液晶層である。

尚、表示装置では、動的散乱モード（DSM）
ねじれ配列ネマテイツク（TN）等表示モードの
いずれを利用するか或いは装置を透過型又は反射
型にするか等に応じて、種々の液晶分子配向状態
及び偏向板・λ／４板・反射板等の光学検知手段
が適宜設定される。

駆動方法を概説すれば、例えばゲート線１ａ，
１a′に画像信号を、ソース線３，３′には駆動用
電圧を走査して印加すると（ゲート線に信号が入
力されている間に限つて）、これらの電極の交点
のうちの選択された箇所でソース３，３′−ドレ
イン４，４間が導通して、ドレイン電極と対向
電極８との間に電場が生じ、液晶層１１の液晶分
子の配列状態が変化して表示が行なわれる。

この様な表示装置によつて、テレビ画像信号の
表示の様に、複数の階調性或いは高速応答性が要
求される表示を行なう場合、表示セルの動作特性
は、液晶層の厚さに非常に鋭敏なことが知られて
いる。

従つて、良好な階調性或いは高速応答性を得る
為には、液晶層の厚さを、一定面積以上（例えば
10cm平方以上の範囲）にわたつて、できる限り薄
く（例えば数μｍ〜10μｍ）且つ均一にする必要
がある。

上記の様な観点から、液晶層の厚さを一定に保
つ為に、液晶中に一定の粒径の不活性な部材を混
入せしめる方法、或いは基板のほぼ全表面に樹脂
製の平行線状或いは円形・三角形・多角形状の点
状物を形成する方法等も知られている。

しかしながらこれらの方法では、液晶の分子配
列が乱され、「見え」が低下する恐れがある。又
表示面全体で、液晶中に不活性部材を均一に混入
させることは実際には相当に困難である。

又、前述した一定の粒径の不活性な部材として
は、これまでガラスフアイバーやアルミナ粒子な
どの透明部材が用いられていたが、下述するネガ
表示方式の場合では、暗状態のバツクグランド中
に透明な部材が観察者に識別される問題があつ
た。例えば、ねじれ配列ネマテイツク液晶を１対
の平行偏光子で動作させた時、バツクグランドが
暗状態となり、かかる暗状態のバツクグランド下
で表示セグメントをスイツチングすることによつ
て、ネガ表示が行なわれるが、１対の偏光子が平
行ニコルとなつているため、透明な部材が存在す
る個所では常に光透過状態となり、このため透明
部材の光透過状態が暗状態のバツクグランド下で
は観察者によつて目立つものとなる問題点があ
る。更に、上記の様な表示セルは、パツシブ型で
ある為に従来では次の様な不都合が生ずることが
ある。即ち、パツシブ型表示であるから、外光に
よつて表示面を照射する必要があるが、TFTの
材料であるCdS，CdSe等の半導体は、顕著な光
導電性を有しており、観察用の外光により動作特
性が不安定になることがある。この改良方法とし
てTeを用いる方法、或いはCaF₂及び透明なSiO₂
から成る（多層）増反射膜を半導体上に積層する
方法等も知られているが、材料の汎用性・毒性或
いは工程の複雑さ等を考慮すると、必ずしも実用
的ではない。

本発明は、上記諸点に鑑みて成されたものであ
り、その主な目的は、安定な動作特性を有し、広
い面積にわたつて良好な階調性及び応答性を有す
る表示セルを得ることにある。

又、本発明の別な目的は、汎用性・毒性の点で
材料の選択の自由度が制限されない表示セルを得
ることにある。

或いは又、本発明の更に別な目的は、生産上実
用的な表示セルを得ることにある。

この様な目的を同時に達成する本発明表示セル
は、半導体駆動部が表示基板に配置された液晶用
表示セルに於いて、半導体が設けられている部分
が基板上の距離を一定に保つスペーサー機能を有
することを特徴とする。

この様に半導体が設けられている部分の層厚
を、液晶層の厚さを一定にする為のスペーサーと
して使用することによつて、動作特性が安定する
のみならず、広い面積にわたつて、良好な階調
性・応答性を有するコンパクトな液晶表示セルが
得られる。そして特に半導体が形成されている部
分に、光遮へい部材を設け、この積層部分の厚さ
をスペーサーとして利用すれば、特に動作特性が
安定化し、又半導体材料の選択の自由度も制限さ
れない実用的な液晶用表示セルが得られる。

第３図は本発明表示セルの断面構成の一例を示
す（第２図と同一の番号は第２図と同一のものを
示す）。液晶層１１の厚さは、ゲート電極／絶縁
層／半導体／ソース電極等の積層構造により、所
定の値に設定される。該装置では半導体形成部に
必要に応じて所定の液晶層の厚さを得る為の制御
部材６，６′が設けられている。部材６，６′の材
料としては、絶縁性で化学的に安定なものが使用
されることが望ましい。そして６，６′を光遮へ
い部材で形成すれば、動作特性の安定化に於いて
より好ましい結果が得られる。

光遮へい部材の材料としては、黒色又は暗色の
光吸収性で化学的に安定な材料が好ましい。例え
ば遮へい部材を液晶層、半導体２，２′等に直接
接触させる場合には、これらと光遮へい部材とが
不要な化学反応を生じないものを選択することが
望ましい。具体的には光吸収性で高抵抗のもの；
例えばCoO，MnO₂，V₂O₃，NbO₂，WO₃，
MoO₃，TiO，CaOAl₂O₃，NiOAl₂O₃，
CoOCr₂O₃，FeOCr₂O₃，MnOCr₂O₃，
CoOFe₂O₃，MnOFe₂O₃等が蒸着、スパツタリン
グ等により薄膜として使用される。

尚１０′は液晶層１１を基板７とＳとの間に封
じ込めておく為のシール材であつて、前述の従来
のセルに於けるスペーサー１０の様に、必ずしも
液晶層の厚みを一定に保つ為の部材として機能さ
せる必要はない。

この様なスペーサーは、第３図に示す表示セグ
メント（ドレイン電極４，４′，４″，４の頂点
にそれぞれ設けられることになり、基板７とＳと
が適度に圧接されていれば表示装置のほぼ全面に
わたつて液晶層を一定の厚みで正確に保持するこ
とができる。その結果、液晶層への印加電圧を変
えることによつて階調表示を行なわせる際には、
所定の階調で表示を行なおうとするセグメントの
すべてに、一様な電場が印加され、表示ムラのな
い忠実な表示が行なわれる。

更に、表示応答時間は一般に液晶層の厚さとと
もに大きくなるが、本発明の表示装置では極めて
薄い液晶層が得られるので、応答性に優れた表示
が行なえるという利点もある。

或いは又、各表示セグメントの画像を表示しな
い部分にスペーサーが点在しているので、表示面
内での液晶分子の配列の乱れも生じにくく「見
え」の低下も起こりにくいだけでなく、表示装置
の薄型化の点でも、本発明の液晶表示セルは見え
を低下させることなく良好な結果を与える。

即ち、表示装置を薄型化する場合、基板７及び
Ｓをできる限り薄くする必要があるが、従来の方
法では、（基板を薄くすると）広い面積で液晶層
の厚さを正確に保持することが困難であつたり或
いは表示が行なわれる面の液晶分子の配列状態を
乱す傾向にあつた。本発明によればこの様な不都
合を生じることがない。

本発明表示セルでは、投影型或いは透過型のい
ずれのタイプにしても良いし、又その表示モード
についても、動的散乱モード（DSM）、ねじれ配
列ネマテイツク（TN）、相転移型、垂直−水平
配向効果型（DAP）、ハイブリツド配列ネマテイ
ツク（HAN）等いずれのタイプが選択されても
良い。これらのうちいずれのタイプで表示を行な
うかに従つて、適当な液晶分子の初期配列状態及
び光学的検知手段（偏光板、λ／４板反射板等）
が設定される。

上述の構成の本発明表示セルに液晶を充填する
には、基板１１及び１４の間の空間を負圧にした
後、外圧との気圧差を利用して液晶を充填するこ
とが望ましい。

例えば、表示面を構成する２枚の基板（その一
方には、半導体駆動部がマトリクス配列されてい
る）を、低融点ガラス、樹脂等適当な接着層を用
いて接着しておく。構造体には、１つの排気注入
口を設けておき構造体を減圧状態に置いた後、上
記の排気注入口に液晶を浸しながら除々に常圧状
態を戻すと、２枚の基板間に液晶が注入される。
或いは、排気口及び注入口をそれぞれ少なくとも
１つ設けておき、排気口を減圧吸引すると同時
に、注入口側から液晶を注入する方法をとつても
良い。

尚、液晶の注入が完了した状態で基板内部がわ
ずかに負圧になつていると、基板上の半導体が設
けられている積層構造部によるスペーサーとして
の働きが良好になる。或いは、半導体が設けられ
ている積層構造部の対向する基板との接触面に、
接着層を設けておけば、上記と同様に良好なスペ
ーサー効果が得られる。

表示のモードに関しては、液晶の応用分野で知
られている、例えば動的散乱モード（DSM）、ね
じれ配列ネマテイツク（TN）、相転移型等種々
のタイプが採用されて良い。

本発明の表示セルは、スタテイツクな表示に対
して良好なコントラストが得られるのみならず、
テレビ画像の様な高い応答性が要求される動画表
示に於いても安定で高コントラストの表示が行な
える。テレビ画像信号の様に高速応答性が要求さ
れる場合には、各セグメントに並列に蓄積用コン
デンサーを設け、フレームメモリーとして利用す
ることが望ましい。

本発明の液晶表示セルは偏光板、反射板、λ／
４板、カラーフイルター等を適宜設けることによ
り種々の表示モード、及び投影型・透過型或いは
反射型にして薄型化、コンパクト化された表示装
置として、各種パネルデイスプレイ：例えば時計
或いは計算機等の表示板、小型テレビ、ビデオカ
メラ用モニター等に応用される。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは半導体駆動回路を有する基板の一部
分を示す斜視図、第１図ｂはその平面図、第２図
は第１図ａ及びｂに示す基板を有する表示セルの
部分断面図、第３図は本発明の表示セルの一部を
示す断面図である。 図に於いて、１ａ，１a′……ゲート線、１，
１′，１″，１……ゲート電極、２，２′，２″，
２……半導体、３，３′……ソース線、４，
４′，４″，４……ドレイン電極、５，５′，９，
１２，Ｉ……絶縁膜、６，６′……制御部材、７，
Ｓ……基板、８……導電膜、１０……スペーサ
ー、１０′……シール材、１１……液晶層、１３
……導電膜、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マトリクス配置した半導体駆動部を備えた第
   １の透明基板と、該第１の透明基板に対向配置し
   た第２の透明基板との間に液晶を有する液晶セル
   と偏光手段とを有する透過型液晶装置において、
   前記液晶セル内に第１の透明基板と第２の透明基
   板との距離を保持するとともに、前記セル内に照
   射された外光に対して光吸収性を有するスペーサ
   部材を前記半導体駆動部の上に配置したことを特
   徴とする透過型液晶装置。