JPH01277283A

JPH01277283A - カラー液晶表示素子

Info

Publication number: JPH01277283A
Application number: JP63106539A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Yoshida; 哲志吉田; Tadahisa Toyama; 忠久当山; Naoshige Sugimoto; 杉本　直繁
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1989-11-07

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、カラーテレビ等に用いられる表示装、　　置
に係り、特に三原色のカラーフィルタを備えた１　　カ
ラー液晶表示素子に関する。

〔従来技術〕

カラー液晶表示素子かテレビジョン等のｍｍ表示装置に
使用され【いる。このカラー液晶表示素子は、複数の透
明な走査電極が形成された一方の基板と、前記走査電極
に対向する複数の透明な信号電極か形成された他方の基
板と、これらの基板、　　の関に介在する液晶と、前記
基板の外側に配置された一対の偏光板と、及び複数の前
記７１！査電極に対応して設けられ、赤、緑、及び青か
らなる三原色に着色されたカラーフィルタとを備えてい
る。

そして、前記走査電極と信号電極とが父老する部分で１
つのドツト部が形成され、前記三原色フィルタをそれぞ
れ備えた隣接する３つのドツト部によって１つの一累力
１形成され、カラー画像は複数の前記画素によって形成
される。

この様なカラー液晶表示素子は、画素数が多く、高時分
割駆動されるため、高速応答、高コントラストか要求さ
れ【いる。゛応答速度を速くするには、液晶のΔεの値を大ぎくする
こと、及び電界即ち、液晶層厚ｄの値が小さいことか望
ましい。そして、コントラストを高くするには、入射光
の波長を５５９ｍとすると、液晶の屈折率異方性Δｎと
液晶層厚ｄ（μｍ）との積、Δｎ−ｄの値が１，１の条
件を満せは良いことが報肯されている。

また上述したカラー液晶表示素子は、色バランスが良い
ことか要求され【いる。ところか、一対の偏光板をそり
偏光軸か互いに平行となるように配置した液晶表示素子
は、単一の電源電圧によって各色のドツト部を駆動する
場合、３色それぞれのドツト部を透過する光の透過率が
異なってしまう。これは各波長光ごとの屈折率異方性（
以下Δｎという）が異なっているからであり、透過率は
△ｎと液晶層厚ｄとの積、の値、Δｎ−ｄによって決ま
るからである。その結果、液晶表示素子を透過した光は
着色してみえる。つまり、各色フィルタを透過すべき各
波長の光に対して、各波長光の透過率か異なるため、液
晶表示素子の画面全体が特定の色に片寄ってみえる。例
えは、単純マトリックス型の液晶表示素子では、赤色光
の透過率か高いため、全体的に赤つほく、即ち、セピア
色の表示になってしまう。

上述した問題を解決するため、単純マ）　ＩＪソックス
の液晶表示素子は、透過率の波長依存性か小さく、且つ
上述した条件を満是するように、例えば液晶の△ｎの値
が０．１５７である場合、液晶層厚を７μｍ程度に設定
していた。

一方、各ドツト部を構成する表示電極ごとに薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）等の能動素子が接続されたアクティブ
マ）　ＩＪラックスの液晶表示素子では、各色のカラー
フィルタに対応する部分ごとに液晶層厚を変えることが
提案されている。この様な構造は、例えば、特開昭６０
−１５９８２３公報、６０−１５９８３０公報、６０−
１５９８２７公報％６０−１５９８３１公報、６１−９
８３３０公報、６１−１２１０３３公報にそれぞれ開示
されている。これらの出御に一示された各部の液晶層厚
は、その赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、フィルタに対
応する部分ごとに液晶の層厚かそれぞれ異なっている。

この層厚は、Ｒ，Ｇ％Ｂフィルタを透過する光ごとのΔ
ｎ−ｄに対する透過率を示した第１５図の様に、各色光
り透過率曲ＷｊＡＢ、　Ｇ、　Ｒで示される透過率が最
初に極小値を示す点（α１、”＊　ｓ　”ｌ　）のΔｎ
−ｄに、各色フィルタか形成された部分のΔｎ・ｄの値
か一致する様設定されている。この様に、アクティブマ
トリックス型の液晶表示素子では各色フィルタに対応す
る部分の液晶層厚を異ならすことによって、色バランス
が良くなる。何故ならば、アクティブマトリックス型の
液晶表示素子では、その液晶は與質的にスタティック的
な電圧が印加されるため、各ドツト部は、電圧に対する
透過率特性を示す第１６図の最も暗い状態が得られる電
圧ｖａと最も明い状態か得られる電圧■ｂでオフ、オイ
動作し、オフ状態では液晶分子の配列によ擾Δｎｏｄの
値が初期配向状態のΔｎ−ｄの値と５ｓ質的に等しいか
らである。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、単純マ）　Ｖツクス型の液晶表示素子で
は、応答速度を速くするために液晶層厚を小さくすると
、Δｎ−ｄの値も小さくなるので透過率の波長依存性が
大とくなり着色が著しい。逆に、Δｎ−ｄの値を大きく
すると、視野角特性が悪化するという欠点かある。また
、単純マ）　ＩＪツクス温の液晶表示素子では、各ドツ
ト部がマルチプレックス駆動されるため、オフ状態のド
ツト部の対向する電機間にもバイアス電圧が印加されて
いる。即ち、第１６図においてオフ状態で■８８、オン
状態でＶｂ、の電圧が印加される。そのため、オフ状態
のドツト部に対応する液晶は、バイアス電圧により配向
か変化しており、前述したアクティブマトリックス型の
様に初期状態におけるΔｎ・ｄの値か、各色フィルタに
対応するドツト部ごとに第１５図のα８、α７、α３の
値に設定することによっては、色バランスを合わせるこ
とができない。

この様に従来の単純マ）　ＩＪソックスの液晶表示素子
は、色バランスの調整か困難であった。

本発明は、上述した実情に亀みてなされたものであって
、その目的は、色バランスか良く、応答速度の速い単純
マトリックス型のカラー液晶表示素子を提供することに
ある。

（ＩＮ！鎖を解決するための手段〕本発明は、上述した目的を達成するため、対向する一対
の基板の内面そ扛それに互いに５ｔ、差させて配置され
た複数の第１、及び第２の１１Ｌ極と、前記第１、第２
の電極のうち、少なくとも一方の電極に対応させ【形成
され、少なくとも赤、緑、青の三原色にそれぞれ着色さ
れた複数のカラーフィルタと、前記第１、第２の電極間
に介在された液晶とを備え、前記第１．第２の電極に順
次電圧を印加することにより、前記第１、第２の電極が
交差する部分に形成される複数のドット部が順次時分割
駆動されるカラー液晶表示装置において、前前記第１．
第２の電極間に゛時分割駆動用の信号のバイアス電圧が
印加された状態で前記各色のドツト部を透過する各色の
波長光に対して透過率か最小値を示す層厚に形成したも
のである。

〔作用〕

本発明は、時分割駆動される単純マトリックス型のカラ
ー液晶表示素子において、各色のフィルタに対応する部
分の准晶は、七〇層厚が以下のようにして設定されてい
る。

第３図に示した様な屈折率異方性Δｎの波長依存性を有
する液晶を用い、対向する電極間に電圧を印加しない状
ｖ１４（無電界）のｖｏと、順次高くなる電圧ｖ１〜■
１を印加した場合について、液晶層厚（ギャップ）に対
する透過率の変化なｗｃ４図、第５図及び第６図に示す
。ここで第４図は、赤（λ＝　６１　Ｑｎｍ）の光に、
対して、第５図は緑（Ｊ＝５４０ｎｍ）の光に対して、
第６図は青（λ＝４６０ｎｍ）の九番・こ対して、それ
ぞれギャップ（μｍ）と透過率の関係を示している。こ
れらの第１図〜第２図Ｋ　オイテ、Ｖ、（ＯＦＦ）、Ｖ
、（ＯＦＦ）、Ｖｓ（ＯＦＦ）は、ドツト部を光遮断状
態（ＯＦＦ）Ｋ制御するための電圧であり、これは即ち
、バイアス電圧に相当する。第４図に示す様に赤（λ＝
６１０ｎｍ）の光に対しては、無電界でギャップｄＲが
約４．６Ｊｉｍのとき、透過率Ｔか極小値を示し、−圧
の上昇と共に透過率Ｔの極小値を示すギャップｄＲの値
か大ぎくなる。また第５図に示す様に緑（λ＝５４０ｎ
ｍ）の光に対しては、無電界でギャップｄ０か約３．９
ｓｍのとき透過率Ｔか極小値を示し、電圧の上昇と共に
透過率Ｔの極小値を示すギャップｄｏの値が大きくなる
。さらに第６図に示す様に、青（λ＝　４６０ｎｍ）の
光に対しては、無電界でギャップｄ、が約３．１ａｍの
とぎ、透過率が極小値を示し、電圧の上昇と共に透過率
Ｔの極小値を示すギャップｄ、の値が大ぎくなる。

本発明のカラー液晶表示装置はマルチプレックス駆動さ
れるので、光遮断状態（オフ状Ｔｈ）Ｋ制御されるドラ
）Ｂにもバイアス電圧が印加されている。そのため、Ｒ
，Ｂ％Ｇ各色のフィルタに対応する部分の液晶層厚、（
ギャップ）ｄＲ％ｄ１、ｄＧは、前記バイアス電圧が印
加された状態で、その部分を透過する各波兼の光に対し
て、透過率が極小値を示す厚さに設定されている。例え
は第４図〜第６図におい【、バイアス°電圧かｖ３であ
れは、ｄＲは約５．３　ｍ　ｍ、　ｄ　Ｇは約４．７　
ｍｍ％ｄ　Ｂは約３．７ｊｍである。この様な構成によ
り、本発明のカラー液晶表示素子は、前記バイアス電圧
が印加された状態、即ちオフ状態でほぼ完全な暗状態に
なる。また液晶層厚が小さく、液晶に印加される電界が
強い。

〔実施例〕

以下に、本発明を用いた一実施例について第１図〜第２
図な参照して詳細に説明する。

下側基板１１、上側基板１２は一対の造明なガラス叡で
ある。この一対の下＠ａｎｄ上側基板１１．１２は互い
に対向配置され、枠状のシール材１５により所定の間隔
を保って接着されている。

これら一対の基板１１．１２のうち、下側基板１１の上
面にはゼラチン、カゼイン等のタンパク質を１　ａｍ前
後の庫さに形成し、これをパターニングした後、所定の
染料で染色されたカラーフィルタ１７が配列形成されて
いる。

このカラーフィルタ１７は、赤、緑、青の波長の光を透
過するそれぞれのフィルタ１７Ｒ１１７Ｇ、１７Ｂから
なり、これらのフィルタ１７Ｒ１１７Ｇ、１７Ｂか繰返
えし配列され、第２図上で上下方向のストライプを形成
している。そして、フィルタ１７　Ｒ，１７Ｇ、　　１
７　Ｂはこれらのフィルタ１７Ｒ，１７Ｇ、１７Ｂに対
応する部分の液晶層厚が、それぞれ異なる層厚ｄ３、ｄ
、、ｄＢとなるように、それぞれ異なる膜厚に形成され
ている。このカラーフィルタ１７の上には、２層構造の
透明な保＠［１８か形成されている。この保護膜１８は
カラーフィルタ１７に密着され、厚さが約０．３〜０．
４μｍ程度の樹脂層１８ａと、酸アルカリ等で侵されず
、しかもこれらが浸透しない厚さが約１５０ＯＡ＠程度
の絶縁層１８ｂとからなっている。樹脂層１８ａはアク
リル系エポキシ樹脂（例えは、日本合成ゴムＪＳＳ−１
６）’ｌｋスピンコードして焼成された。膜であり、ま
た絶縁層１８ｂは酸化シリコン（Ｓｉｎ、）をスパッタ
リングして形成したものである。そして、この保護膜１
８上には複数の信号電極１３がカラーフィルタ１γの各
色のフィルタ１７Ｒ，１’７Ｇ、１７Ｂとそれぞれ対応
して縦方向に多数配列形成され１いる。

この信号電極１３はＩＴＯからなる透明な電極である。

さらに、この信号電極１３の上をポリイミド樹脂からな
る配向膜１９か覆っている。

一方、上側の基板１２の前記下−ｊの基板１１と対向す
る面にはＩＴＯからなる透明な走査電極１４が第２図に
示すように信号電極１３と直父する横方向に多数配列形
成されている。この走査電極１４の表面はポリイミド樹
脂からなる配向１１１！２０で覆われている。上述した
各配向膜１９．２０はそれぞれ、その表面が所定方向に
２ピング処理されている。そして、前記各配向膜１９．
２０と及び前記シール材１５によって囲まれた領域に液
晶１６が封入されている。また、各電極１３．１４はそ
れぞれ、リード部１３ａ、１４ａがシール材１５を横切
って各電極基板１１．１２の端部に導出され、各電極端
子１３ｂ、１４ｂに接続されている。

さ′らに、前記下側の基板１１と上側の基板１２の外側
には、偏光軸を、互いに平行圧した一対の偏光板２１．
２１か配置され、これによりＴＮ型の液晶素子を構成し
ている。

そして、液晶の前記ｄＲ，ｄ、％ｄ、は、各ドツト部が
マルチプレックス駆動されるときのバイアス電圧が前記
各ドツト部の液晶に印加されたとぎに各色フィルタを透
過する波長に対して、その光の透過率か実質的に極小値
を示す様な厚さに設定されている。

この様な構造のカラー液晶表示素子は、カラーフィルタ
１７の各色のフィルタ１７Ｒ，１７Ｇ、１７Ｂに対応す
る３つの信号電極１３、・・・と１つの走査電極１４と
が交差する複数の部分がそれぞれ各色のドラ）ｆｆｆｉ
を形成し、各色１つずつのドット部がらなる３つのドツ
ト部によって１つの画素が構成され、このｌＩ！ｌｌ１
ｇがマトリックス状に多数配列されている。そして、こ
の力２−液晶表示素子は、マルチプレックス駆動され、
前述した多数の画素の色調及び透過光強度を制御するこ
とによって、テレビジョン画像等の情報をカラー表示す
る。

この様にして各ギャップｄＲ％ｄ、、ｄＢを設定した場
合のオン及びオフ状態°における分光透過特性を第７図
〜第１０図に示す。第７図及び第８図は、ｄＲ，ｄｏ、
ｄＢがそれぞれ４．７月Ｌ４．２声ｍ、３．８μｍであ
り、このとぎのオフ状態の印加電圧は２．９■である。

第９図及び第１０図は、ｄＲｌｄ、％ｄ、がそれぞれ５
．３Ｂｍ、４．７　ｓｍ、４．０　ａｍであり、このと
きのオフ状態の印加電圧は、３．１Ｖである。第８図及
び第１０図に示す様に、赤色フィルタに対応する部分の
液晶層厚ｄＲに設定したドツト部の分光透過率曲線Ｒは
、波長λが６００ｎｍ近辺で最少値を示し、緑色フィル
タに対応する部分の液晶層厚ｄ。に設定したドツト部の
分光透過率曲線Ｇは、波長スが５４０　ｎｍ近辺で最少
値を示し、また、青色フィルタに対応する部分の液晶層
厚ｄＢＫＪ定したドツト部の分光透過率曲線Ｂは、波長
が４５０ｍｍ近辺で最少値を示しているＯこれらの分光特性図から明らかな如く、この実施例の液
晶表示素子は、バイアス電圧が印加された状態でほとん
ど完全な暗状態が得られ、色バランスも良好である。

また、赤（λ＝６１０ｎｍ）に対してｄＲを４．７ａｍ
及び５．３μｍに設定した場合の印加電圧に対する透過
率特性を第１１図に、線（λ＝　５４５　ｎ　ｍ　）Ｋ
対して、ｄｏを４．２ａｍ及び４．７ａｍＫ設定した場
合の印加電圧に対する透過率特性を第１２図に、青（λ
＝４６０　ｎｍ）に対し′ｃｄＢを３．８ｍｍ及び４．
０μｍに設定した場合の印加電圧に対する透過率特性を
第１３図に示した。ここで、駆動信号は、１１５６ｄｕ
ｔｙの信号を用い、素子温度が３０℃である。第１１図
〜第１３図に示されている様に、ｄ　Ｒ”　４．７　ｕ
ｒｎ　　ｄ　Ｇ　””　４．２　ａｍ　　ｄ　Ｂ　”　
３．８　ｓｒｎを選択した場合及び、ｄＲ＝５．３μｍ
ｍ、ｄｏ＝４．２ａｍ。

ｄ　Ｂ　＝４−　Ｏｐ　ｍを選定した場合は、いずれも
それぞれＶ　＝　２．９　Ｖ、Ｖ＝３．ＩＶでほぼ完全
な暗状態が得られるが、前者は、コントラスト比が小さ
く、後者はコントラスト比、が大ぎい。したがって、液
晶表示素子としては、後者の方が望ましい。

さらに、上述した実施例と同様にしてｄＲを５５−８ａ
、ｄｇを４．２ａｍ、及びｄＢを４．８ａｍに設定した
場合にも、上述した実施例と同様の効果が得られる。こ
の場合、コントラスト比が２２．４と極めて高い。

以上述べた！Ｉ！施例においては、液晶の屈折率異方性
Δｎと液晶層厚ｄとの槓Δｎ−ｃｔの値か０．４以下で
あると視角特性が恐くなり、また、Δｎ・ｄの値が０．
９以上であると、液晶層厚ｄを大きくしなければならず
、液晶に印加される電界強度か弱（なって応答速度が遅
くなる。したがって、この実施例では、Δｎ−ｄの値か
０．４５〜０．８の範囲にあることが望ましい。

第１４図は、上述した実施例の変形例を示しており、第
１図に示した実施例と同様の構成要素には同一の符号を
付して示し、説明を省略する。この第１４図に示す様に
カラーフィルタ１１７は各色のフィルタ１１７Ｂ、１１
７ｏ、１１７ｍが互いにすぎまなく隣接して形成されて
いる。この変形例においても、カラーフィルタ１１７の
各フィルタ１１７Ｂ、１１７Ｇ、１１７Ｒの膜厚を変え
、液晶層厚ｄＲ，ｄｏ、ｄＢを上述した実施例と同様に
設定することにより、同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明のカラー液晶表示素子は、各色のドツトに対応す
る液晶の層厚がマルチプレックス駆動によるバイアス電
圧を対向する電極間に印加したときの各色のフィルタを
透過する光に対し【透過率が最小値を示す値に形成され
ているので、マルチプレックス駆動されるカラー液晶表
示素子において、はぼ完全な黒を表示することかでき、
カラーバランスも良くなる。また、液晶層厚が小さいの
で液晶に印加される電界強度が大きく応答速度が速い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示し、第２図のｖｔ　−
ｖｔ線で切断して示す断面口、第２図は、本発明の一実
施例を示す平面図、第３図は、本発明に用いる液晶に関
する屈折率異方性の波長依存性を示すグラフ、第４図は
、赤色ｆｔ、に関して、液晶層厚ｄＲＫ対する透過率を
、対向する電極間に印加される異なる電圧ごとに示した
グラフ、第５図は、緑色光に関し工、液晶層厚ｄ゛。に
対する透過率を、対向する電極間に印加される異なる電
圧ごとに示したグラフ、第６図は青色光に関して、液晶
層厚ｄＢに対する透過率を、対向する電極間に目」加さ
れる異なる電圧ととに示したグラフ、第７図及び第８図
は、それぞれ本発明を用いた液晶表示素子のオン状態及
びオフ状１ｆｉＫおける各色フィルタに対応する部分ご
との液晶表示素子自体の透過率を示す分光特性図、第９
図及び第１０図は、それぞれ本発明を用いた液晶表示素
子のオン及びオフ状態における各色フィルタに対応する
部分ごとの液　・晶表示素子自体の透過率を示す分光特
性図、第１１因、第１２図、第１３図は、それぞれ本発
明を用いた一冥施例について、目ｊ加電圧に対する透過
率を赤、緑、胃の各色光についてそれぞれ示した動作特
性図、第１４図は本発明の変形例を示す部分断面図、第
１５図は、赤、縁、青の各波長の光について液晶素子の
Δｎｏｄの値に対する透過率を示した透過特性図、第１
６図は、液晶に印加された電圧に対する透過率を示す動
作特性図である。１１・・・下基板、１２・・・上基板、１３・・・信号
電極、１４・・・足置電極、１５・・・シール材、１６
・・・液晶、１７・・・カラーフィルタ、１７Ｒ・・・
赤色のフィルタ、１７Ｇ・・・緑色のフィルタ、１７Ｂ
・・・青色のフィルタ、１８・・・保ＷＪＩＩＪｊ１．
．１９．２０・・・配向膜、２１・・・偏光似、ｄＲ・
・・赤色フィルタ一部の液晶層厚、ｄ、・・・緑色フィ
ルタ一部の液晶層厚、ｄＢ・・・青色フィルタ一部の液
晶層厚。特許出御入カシオ計算機株式会社（八）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対向する一対の基板の内面とそれぞれに互いに交
差させて配置された複数の第１、及び第２の電極と、前
記第１、第２の電極のうち、少なくとも１方の電極に対
応させて形成され、少なくとも赤、緑、青の三原色にそ
れぞれ着色された複数のカラーフィルタと、前記第１、
第２の電極間に介在された液晶とを備え、前記第１、第
２の電極間に順次電圧を印加することにより、前記第１
、第２の電極が交差する部分に形成される複数のドット
部が順次時分割駆動されるカラー液晶表示装置において
、前記カラーフィルタの各色それぞれに対応した第１、
第２の電極間に介在される各色ごとの液晶層は、前記第
１、第２の電極間に時分割駆動用の信号のバイアス電圧
が印加された状態で前記各色のドット部を透過する各色
の波長光に対して透過率が最小値を示す層厚にそれぞれ
形成されていることを特徴とするカラー液晶表示素子。