JPH0574832B2

JPH0574832B2 -

Info

Publication number: JPH0574832B2
Application number: JP25785684A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Hirai
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-12-06
Filing date: 1984-12-06
Publication date: 1993-10-19
Also published as: JPS61134789A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は高輝度高コントラストの表示が可能で
ある液晶表示素子に関する。（従来技術）グラフイツクやキヤラクターの表示を行なうデ
イスプレイ装置は特にオフイスオートメーシヨン
や各種コンピユータシステムにおける表示装置と
して大きな需要がある。そして、これらの表示装
置に対しては、特に表示の大容量化が望まれてい
る。これまでのところ、このような要望に答え得
るデイスプレイ装置として、カソードレイチユー
ブ（CRT）が一般に用いられている。しかしな
がらCRTは装置体積が大きく、重い、また画面
のちちつきのために眼精疲労が激しい等の欠点も
多く、これらの欠点のない新規な方式の薄型デイ
スプレイパネルの出現が熱望されている。このよ
うな目的で開発が進められているのがプラズマデ
イスプレイパネル（PDP）、エレクトロルミネセ
ンス（EL）パネル、液晶デイスプレイ（LCD）
パネル等であるが、いずれも性能的に未だ不充分
であり、CRTに置き替わるに至つていない。これらの新規な方式の薄型デイスプレイパネル
の中で特に注目を集めているのがLCDである。
従来方式のLCD技術については例えば工業調査
会刊「液晶の最新技術」松本正一、角田市良共
著）に詳しい。しかしながら、LCDにおいては
未だ表示の高輝度、高コントラストの両立という
点で不充分であるのが現状である。すなわち、現
在主流となつているLCDにはツイストネマチツ
ク（TN）モードとゲストホスト（GH）モード
とがあるが、TNモードを用いる場合にはコント
ラストは比較的良好であるが輝度の点で不充分で
ある。これはTNモードの場合には２枚の直線偏
光板を挿入する必要があり、このために周囲光あ
るいは照明用光源の光の利用率が通常約35％に低
下することによるものである。一方、GHモード
を用いる場合には輝度の点ではTNモードを用い
る場合よりも勝るが一般にコントラストが著しく
低下する。これはGHモードで用いられる２色性
色素の２色比が充分に大きくないことが主因であ
る。GHモードにも幾つかの方式があり、特開昭
53−55047の明細書中に示された２層型GHモー
ドと呼ばれる方式においては輝度をあまり低下さ
せずにコントラストを向上させることができる。
２層型GHモードとは平行配向したネマチツク液
晶GHセル２枚をその配向方向が互いに直交する
ように重ねあわせた構造のものである。従つて、
２層型GHモードを用いれば高精度・高コントラ
ストの表示が可能となる。しかしながら、GHモ
ードは時分割特性が悪く、表示の大容量化の点で
は極めて劣つている。一方で、TNモードにもGHモードにも共通し
て表示の大容量化を実現する方法としてアクテイ
ブマトリクス方式と呼ばれる方法が開発されてい
る。これは各表示画素にスイツチング素子を積層
してスイツチング素子によつて液晶を駆動する方
法である。スイツチング素子としては多結晶シリ
コン、アモルフアスシリコン、テルル等の薄膜ト
ランジスタ（TFT）等が用いられている。従つ
て、GHモードLCDの各表示画素にスイツチング
素子を積層した構造のセルを２枚用いれば高輝度
高コントラストで大容量の表示素子が得られるこ
とになる。しかしながら単に２枚のセルを重ねた
構造では、重なるべき２層の画素間に奥行が生じ
て表示面を斜め方向から見た場合に画素のずれが
生じて画質の低下を招く結果となる。それにも増
して問題となるのは製造コストであり、単純には
通常のLCDの２倍となる。特にスイツチング素
子を積層したLCDの場合には通常の１層構造に
おいてもコスト高が問題となつており、スイツチ
ング素子積層LCDの２層構造セルはコスト面で
非実用的なものであつた。（発明の目的）本発明の目的は高輝度高コトラストの表示が可
能である低価格の液晶表示素子を提供することに
ある。（発明の構成）本発明の液晶表示素子は、３枚の電極基板を有
する２層型ゲスト・ホスト液晶表示素子におい
て、両側に画素電極群を有する中間基板に表裏の
電極間を導電する貫通電極を各画素毎に形成する
ことにより画素電極対の群を構成し、かつ、他の
二枚のいずれかの上に各画素に対応して各１個の
スイツチング素子を取付けたことを特徴とする。（実施例）次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。図は、本発明の１実施例の断面を示す図であ
る。１，２，３は各々２層型GH液晶表示素子を
構成するガラス基板であり、各々の片側又は両側
に酸化インジウム・スズ（ITO）透明電極１４，
１５，１６，１２が形成されており、各電極は図
中に示したごとく、第１から第４まである。中間
のガラス基板２の両側には、各画素に相当する形
状に第２電極１５と第３電極１６とが形成されて
おり、それらは貫通電極４を通して１対１で電気
的に接続された画素電極対を形成している。この
貫通電極４は、中間ガラス基板２としてコーニン
グ社の感光性ガラス「フオトフオーム」を用い、
フオト・リソグラフイにより初めにスルーホール
を形成した後スパツタリングによりCrを充填す
ることにより形成した。又、第１電極１４は全面
に形成されている。ガラス基板３の上には、以下に述べるごとくア
モルフアスシリコンTFTと、各画素に相当する
第４電極１２が形成されている。Moゲート電極
５、チツ化シリコン絶縁膜６、アモルフアスシリ
コン層７、Moドレイン電極８およびMoソース
電極９でTFTを構成している。ドレイン電極８
はITO画素電極である第４電極１２に接続されて
いる。また、TFTはチツ化シリコン保護膜１０
でおおわれている。液晶層１３，２３は構造式

【化】においてＲがｎ−C₅H₁₁である２色性色素「ND
−50」とＲがｎ−C₉H₁₉である２色性色素「ND
−55」とを液晶物質ZLI−1840（メルク社）に対
してそれぞれ0.6％および0.9％添加した液晶であ
る。ガラス基板１，２，３の液晶と接する各面に
は、通常の平行配向処理を施してあるが、図では
繁雑となるので省略した。平行配向処理の方向は
図において液晶１３の両面では紙面内上下方向で
あり、液晶２３の両面では紙面に垂直方向であ
る。また、図の３枚の基板はスペーサー粒子を含
む接着剤で周辺を接着固定されており、液晶１３
および２３の層厚はスペーサー粒子の効果によつ
て、ともに約10μｍに保持されている。又、第１
電極１４、Moソース電極９、及びMoゲート電
極５は、外部の駆動回路に接続されている。従来の二層型の構造では、第２電極、第３電極
にスイツチング素子を付加して第１電極と第２電
極の間及び第３電極と第４電極の間に、各々独立
に外部から電圧を印加する必要があり、スイツチ
ング素子の形成、端子接続、駆動回路等において
問題が多い。本発明による構造では、外部から電
圧がかかるのは、第１電極と第４電極の間であ
り、各液晶層１３，２３には、容量分割により電
圧がかかる。以下に、図の実施例の液晶表示素子の動作を説
明する。まず図の第１電極１４は0Vの電位に保
ち、ソース電極９には画像に応じて50Vまたは
0Vの電圧を印加する。次にゲート電極５に周期
的に30Vのパルス電圧を印加すると、電圧パルス
が印加されている間だけアモルフアスシリコン
TFTはオン状態となり、ドレイン電極に50Vの
電圧が印加されている場合はドレイン電極８を通
じて画素電極１２に50Vの電位が発生し、第１電
極１４と第２電極１５との間および第３電極１６
と第４電極１２との間にそれぞれ25Vの電位差が
生じる。この結果、各電極１２，１５、および１
６に対応する部分の液晶は「オン状態」となる。
一方、アモルフアスシリコンTFTがオン状態に
あつてもドレイン電極８の印加電圧が0Vの場合
には第１電極１４と第２電極１５との間および第
３電極１６と第４電極１２との間にはいずれも電
位差は生じず、液晶は「オフ状態」となる。この
ように画像に応じて液晶の「オン状態」と「オフ
状態」を作り出すことができる。今はゲート電極
にパルス電圧が印加されている間について述べた
が、次の周期でパルス電圧が印加されるまでの間
も、画素電極と共通電極との間の電位差はアモル
フアスシリコンTFTおよび液晶で形成される放
電回路の時定数が充分に大きいために保持され、
従つて液晶の「オン状態」（および「オフ状態」）
は保持される。すなわち、ゲート電極アレイを時
分割走査し、ドレイン電極アレイに並列に画素信
号を印加することによつてゲート電極アレイおよ
びドレイン電極アレイによるマトリクス電極構成
で大容量のドツトマトリクス表示が可能となる。
ここで液晶の「オフ状態」においては、液晶２３
に含まれる２色性色素は紙面と垂直方向に配向
し、この方向に偏波面をもつ直線偏光の特定波長
域を吸収する。同様に液晶１３に含まれる２色性
色素は紙面内で上下方向に配向し、この方向に偏
波面をもつ直線偏光の特定波長域を吸収する。こ
の特定波長域は２色性色素の吸収スペクトルによ
つて決まるものであり、本実施例においては吸収
される主波長は610nｍである。すなわち、液晶
の「オフ状態」においては入射光の直交する２つ
の偏光成分について共に610nｍを中心とする波
長域が吸収されるために、液晶が「オフ状態」に
ある画素電極対領域は青色にみえる。一方、液晶
の「オン状態」においては液晶２３および１３に
含まれる２色性色素は共に画素電極面にほぼ垂直
の方向に配向し、ほとんど入射光を吸収しなくな
る。従つて、液晶が「オン状態」にある画素電極
対領域は入射光がほぼそのまま透過する。このよ
うに、本実施例の液晶表示素子においては、偏光
板を用いなくても「オフ状態」の画素は充分に着
色して見え、「オン状態」の画素は入射光がほと
んどそのまま透過するので極めて高輝度で高コン
トラストの表示が得られる。本実施例の液晶表示
素子においては背後から1500ニツトの輝度を有す
る蛍光灯で照明した場合、「オン状態」の画素で
960ニツト、「オフ状態」の画素で27ニツトの輝度
となつた。すなわち、本実施例の液晶表示素子に
おいては960ニツトという高輝度、約35：１とい
う高コントラストの表示が可能であり、また中間
基板２は0.1mmと極めて薄いために表示面を斜方
から見ても画素電極対がずれて見えることもなく
極めて高画質の表示が得られる。更に、スイツチ
ング素子を積層した表示素子においてコストの大
部分を占めるスイツチング素子の製造プロセス
も、１個のスイツチング素子で１対の画素電極を
駆動する構造であるためにスイツチング素子を基
板の両面に付ける等の必要がなく、ほとんど従来
構造のスイツチング素子積層型表示素子と変わり
なく、従つて低コストで製造することができる。
比較のために、従来構造のTN型液晶表示素子お
よび１層構造のGH型液晶表示素子を本実施例と
同様に1500ニツトの蛍光灯で照明したところ、
TN型で輝度460ニツト、コントラスト約30：１
（オン画素460ニツト、オフ画素15ニツト）、GH
型で輝度620ニツト、コントラスト約10：１（オン
画素620ニツト、オフ画素60ニツト）であつた。本発明では、スイツチング素子として、アモル
フアスシリコンTFTを用いた実施例のみを述べ
たが、ポリシリコンTFT、テルルTFT、カドミ
ニウム・セレンTFTも同様に用いることができ
る。又、第１電極を帯状電極にすることにより、
非線形抵抗のような二端子素子もスイツチング素
子として用いることができる。具体的には、ZnO
バリスタ、メタル−インシユレーターメタル
（MIM）ダイオード、アモルフアスシリコンダイ
オード等があげられる。又、スイツチング素子を
用いない、数字表示、等のスタテイツク駆動の液
晶表示素子においても、本発明が適用できるのは
当然である。（発明の効果）以上述べたように、本発明によれば高輝度・高
コントラストで高画質の表示が可能で、大容量の
表示能力をもつた液晶表示素子が低価格で得られ
る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例の構造を示す断面図であ
る。１，２，３……ガラス基板、４……貫通電極、
５……Moゲート電極、６……チツ化シリコン絶
縁膜、７……アモルフアスシリコン層、８……
Moドレイン電極、９……Moソース電極、１０
……チツ化シリコン保護膜、１２……第４電極、
１４……第１電極、１５……第２電極、１６……
第３電極、１３，２３……液晶層である。

Claims

【特許請求の範囲】

１３枚の電極基板を有する２層型ゲスト・ホス
ト液晶表示素子において、両側に画素電極群を有
する中間基板に表裏の電極間を導通する貫通電極
を各画素毎に形成することにより画素電極対の群
を構成し、かつ、他の二枚の電極基板のいずれか
の上に各画素に対応して各１個のスイツチング素
子を設けたことを特徴とする液晶表示素子。