JPH0646273B2 - カラ−液晶表示素子 - Google Patents
カラ−液晶表示素子Info
- Publication number
- JPH0646273B2 JPH0646273B2 JP59277289A JP27728984A JPH0646273B2 JP H0646273 B2 JPH0646273 B2 JP H0646273B2 JP 59277289 A JP59277289 A JP 59277289A JP 27728984 A JP27728984 A JP 27728984A JP H0646273 B2 JPH0646273 B2 JP H0646273B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- crystal display
- diffraction grating
- display element
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Optical Filters (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は液晶駆動用半導体アレイを基板上に一体化させ
たカラー液晶表示素子に関する。
たカラー液晶表示素子に関する。
（従来技術とその問題点） 液晶による表示素子は、消費電力が小さく、平面パネル
の表示が可能、安価に製作できるという特徴を有してい
るため、実用化が進んでいる。近年、特に液晶によるテ
レビジョン表示の研究開発が盛んであり、多数の画素を
マトリクス駆動する方式として薄膜トランジスタ（TFT:
Thin Film Transistor）を用いる方式が注目を集めてい
る。TFTを用いる方式は第６図(a)、(b)に示すように、
表示パネルを構成する基板（ガラス等）上にマトリクス
配置の駆動用TFTを設けたものである。第６図(a)は駆動
用ＴＦＴを設けた液晶表示素子の平面図、第６図(b)は
第６図(a)の線分AA′に沿って切断した断面図である。
第６図(a)、(b)において、トランジスタ部にはガラス等
の基板１上にゲート電極４を設けて、その上に絶縁層７
で覆い、半導体５，ドレイン電極３、ソース電極２を構
成する。表示部には透明電極６をドレイン電極３に接続
する形で絶縁層７Ｆに構成する。対向基板１１には、対
向電極１０、絶縁膜９をこの順に設け、対向基板１１と
先のTFT基板１とで液晶８をスペーサ１３を介して封止
する。ドレイン電極３、対向電極１０には、In2O3、SnO
2等の透明導電膜もしくはAu,Al等の金属薄膜が使用され
る。ソース電極２およびゲート電極４はAu,Al,Ag,Pt,M
o,Cu等の金属薄膜、半導体５はCdS,CdSe,アモルファス
シリコン等の半導体薄膜、が用いられる。液晶８にはネ
マチック液晶が用いられ、絶縁膜７、９に施こされた配
向処理によって液晶は特定の方向に配向が保たれてい
る。このTFTを用いた液晶表示素子の表示は以下のよう
に行なわれる。すなわち、ゲート電極４に画像信号を、
ソース電極２に駆動用電圧を印加すると、電圧が印加さ
れているソース電極２と交又するドレイン電極４との間
が導通して、ドレイン電極４とつながっている透明電極
６と対向電極８との間で電界が生じ、液晶８の配列状態
が変化する。ソース電極２を選択して走査的に電圧を印
加することによって２次元マトリクス的に各表示セグメ
ントをアクセスすることが可能で、液晶８にネマチック
液晶を使用した時、動的散乱モード（DSM）、ツイスト
ネマチック表示（TN）の動作モードで表示ができる。
の表示が可能、安価に製作できるという特徴を有してい
るため、実用化が進んでいる。近年、特に液晶によるテ
レビジョン表示の研究開発が盛んであり、多数の画素を
マトリクス駆動する方式として薄膜トランジスタ（TFT:
Thin Film Transistor）を用いる方式が注目を集めてい
る。TFTを用いる方式は第６図(a)、(b)に示すように、
表示パネルを構成する基板（ガラス等）上にマトリクス
配置の駆動用TFTを設けたものである。第６図(a)は駆動
用ＴＦＴを設けた液晶表示素子の平面図、第６図(b)は
第６図(a)の線分AA′に沿って切断した断面図である。
第６図(a)、(b)において、トランジスタ部にはガラス等
の基板１上にゲート電極４を設けて、その上に絶縁層７
で覆い、半導体５，ドレイン電極３、ソース電極２を構
成する。表示部には透明電極６をドレイン電極３に接続
する形で絶縁層７Ｆに構成する。対向基板１１には、対
向電極１０、絶縁膜９をこの順に設け、対向基板１１と
先のTFT基板１とで液晶８をスペーサ１３を介して封止
する。ドレイン電極３、対向電極１０には、In2O3、SnO
2等の透明導電膜もしくはAu,Al等の金属薄膜が使用され
る。ソース電極２およびゲート電極４はAu,Al,Ag,Pt,M
o,Cu等の金属薄膜、半導体５はCdS,CdSe,アモルファス
シリコン等の半導体薄膜、が用いられる。液晶８にはネ
マチック液晶が用いられ、絶縁膜７、９に施こされた配
向処理によって液晶は特定の方向に配向が保たれてい
る。このTFTを用いた液晶表示素子の表示は以下のよう
に行なわれる。すなわち、ゲート電極４に画像信号を、
ソース電極２に駆動用電圧を印加すると、電圧が印加さ
れているソース電極２と交又するドレイン電極４との間
が導通して、ドレイン電極４とつながっている透明電極
６と対向電極８との間で電界が生じ、液晶８の配列状態
が変化する。ソース電極２を選択して走査的に電圧を印
加することによって２次元マトリクス的に各表示セグメ
ントをアクセスすることが可能で、液晶８にネマチック
液晶を使用した時、動的散乱モード（DSM）、ツイスト
ネマチック表示（TN）の動作モードで表示ができる。
このような、TFT駆動による液晶表示素子をカラー化す
るためには、各表示セグメントに対応して、対向電極側
に無機や有機のカラーフィルターを形成すれば良く、こ
のような原理に基づく表示素子が提案されている。無機
材料のカラーフィルターは、低屈折率薄膜と高屈折率薄
膜、例えばMgF2薄膜とTiO2薄膜を交互に重ねた干渉フィ
ルターを基板１あるいは基板11上に設けたものである。
異なる色の干渉フィルターを各表示セグメントの微小領
域に形成していくことは、技術的に難しく、多くの工程
を要するので、実用的ではない。また、有機材料のカラ
ーフィルターは、染料フィルターであり、染料をゼラチ
ン膜に浸透させたり、直接染料を蒸着することによって
形成でき、上記干渉フィルターより容易に製作が可能で
ある。しかし、有機材料のカラーフィルターは耐光性、
耐熱性に十分なものが得られず、また微細パターンの限
度が100μｍ程度であるために表示セグメントの大きさ
はこの程度に制限される欠点をもっていた。
るためには、各表示セグメントに対応して、対向電極側
に無機や有機のカラーフィルターを形成すれば良く、こ
のような原理に基づく表示素子が提案されている。無機
材料のカラーフィルターは、低屈折率薄膜と高屈折率薄
膜、例えばMgF2薄膜とTiO2薄膜を交互に重ねた干渉フィ
ルターを基板１あるいは基板11上に設けたものである。
異なる色の干渉フィルターを各表示セグメントの微小領
域に形成していくことは、技術的に難しく、多くの工程
を要するので、実用的ではない。また、有機材料のカラ
ーフィルターは、染料フィルターであり、染料をゼラチ
ン膜に浸透させたり、直接染料を蒸着することによって
形成でき、上記干渉フィルターより容易に製作が可能で
ある。しかし、有機材料のカラーフィルターは耐光性、
耐熱性に十分なものが得られず、また微細パターンの限
度が100μｍ程度であるために表示セグメントの大きさ
はこの程度に制限される欠点をもっていた。
（発明の目的） 本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、半導
体駆動回路が基板上に一体化されて設けられた液晶表示
素子に適した耐光性、耐熱性、画素密度に優れたカラー
液晶表示素子を提供することにある。
体駆動回路が基板上に一体化されて設けられた液晶表示
素子に適した耐光性、耐熱性、画素密度に優れたカラー
液晶表示素子を提供することにある。
（発明の構成） 本発明は、対向する基板間に液晶材をはさみ、半導体駆
動回路が前記基板のうち少なくとも一方に設けられた液
晶表示素子に於いて、前記基板のうち少なくとも一方の
内壁側に回折格子が設けられている点に特徴がある。
動回路が前記基板のうち少なくとも一方に設けられた液
晶表示素子に於いて、前記基板のうち少なくとも一方の
内壁側に回折格子が設けられている点に特徴がある。
（発明の作用・原理） 本発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問題
点を解決した。回折格子は投射光を回折し、回折格子の
ピッチと位相を制御することにより、特定の光の波長領
域を任意の方向に回折することができる。この回折格子
を液晶表示素子の内部に構成すれば、回折格子は光を吸
収しないで、耐光性、耐熱性において問題がなく、かつ
従来のカラーフィルターと同様の色付けができるので、
高精度のカラーディスプレイが可能になる。
点を解決した。回折格子は投射光を回折し、回折格子の
ピッチと位相を制御することにより、特定の光の波長領
域を任意の方向に回折することができる。この回折格子
を液晶表示素子の内部に構成すれば、回折格子は光を吸
収しないで、耐光性、耐熱性において問題がなく、かつ
従来のカラーフィルターと同様の色付けができるので、
高精度のカラーディスプレイが可能になる。
第４図は本発明に用いる回折格子による波長選択の原理
を示す図である。第４図において、深さｄの矩形状の凹
凸をもつ基板２２の表面に反射膜２３をコーティングし
た反射型の回折格子があり、これに白色光２５が入射し
た時、主に０次回折光26、＋１次回折光27、−１次回折
光28が回折される。＋１次回折光27、−１次回折光28は
波長によって異なった方向に回折され、その回折方向は
回折格子のピッチに依存する。正反射方向に戻る０次回
折光26の波長分布は深さｄに依存する。任意の波長λの
０次回折光強度ηは光の進む媒質の回折率をｎとすれば
次式で得られる。
を示す図である。第４図において、深さｄの矩形状の凹
凸をもつ基板２２の表面に反射膜２３をコーティングし
た反射型の回折格子があり、これに白色光２５が入射し
た時、主に０次回折光26、＋１次回折光27、−１次回折
光28が回折される。＋１次回折光27、−１次回折光28は
波長によって異なった方向に回折され、その回折方向は
回折格子のピッチに依存する。正反射方向に戻る０次回
折光26の波長分布は深さｄに依存する。任意の波長λの
０次回折光強度ηは光の進む媒質の回折率をｎとすれば
次式で得られる。
η＝cos2(2πnd/λ) (1) (1)式が最大値１になるのは、格子の深さｄが次式を満
足する時である。
足する時である。
ｄ＝mλ/2n （ｍは整数） (2) また、最小値０になるのは、格子の深さｄが次式を満た
す時である。
す時である。
ｄ＝(2m+1)λ/4n （ｍは整数） (3) 第５図は、屈折率ｎとして液晶の屈折率1.5、回折格子
の深さｄの値が(a)310nm，(b)260nm，(c)210nmの時の０
次回折光の波長分布を示す。各場合についての色は(a)
シアン、(b)マゼンタ、(c)イエローが得られる。
の深さｄの値が(a)310nm，(b)260nm，(c)210nmの時の０
次回折光の波長分布を示す。各場合についての色は(a)
シアン、(b)マゼンタ、(c)イエローが得られる。
また、透過型の表示セルには透過型の回折格子を用いる
ことができ、透過型の回折格子は種々の屈折率の異なる
誘電体膜を周期的に面内に配列することで得られる。こ
の時、回折格子構成膜の屈折率をｎ，n0とすれば、(1)
式に相当する０次の回折強度ηは次式で与えられる。
ことができ、透過型の回折格子は種々の屈折率の異なる
誘電体膜を周期的に面内に配列することで得られる。こ
の時、回折格子構成膜の屈折率をｎ，n0とすれば、(1)
式に相当する０次の回折強度ηは次式で与えられる。
η＝cos2〔π(n-n0)d/λ〕 (4) ここでｄは格子の厚み、λは波長である。
ｎ＝2.8，n0＝1.5のとき、シアン、マゼンタ、イエロー
の色の０次光を得るには、ｄの値として720nm,600nm,47
0nmに設定すれば良い。
の色の０次光を得るには、ｄの値として720nm,600nm,47
0nmに設定すれば良い。
回折格子は投射光の位相を変えるものであるからして、
投射光を吸収して劣化したり、高温になって退色するこ
とはない。また、ＬＳＩ製造の微細加工技術を用いれば
１μｍピッチ以下の格子が可能で、高密度なカラースト
ライプを構成できる。
投射光を吸収して劣化したり、高温になって退色するこ
とはない。また、ＬＳＩ製造の微細加工技術を用いれば
１μｍピッチ以下の格子が可能で、高密度なカラースト
ライプを構成できる。
（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す図である。第６図
の従来の表示素子に比較して、回折格子12がガラス基板
11に形成されているのが異なる。回折格子１２のピッチ
は表示素子内で同一であるが、表示セグメント毎に深さ
が周期的に異なっている。例えば、２μｍピッテの格子
が、それぞれの表示セグメントでａ部は377nm、ｂ部は4
55nm、ｃ部は522nmの深さに構成されているとすると、
第３図に示すようにそれらの部分からの反射光の０次光
は赤(R)、青(B)、緑(G)の各色となり、各a、b、cの表示セ
グメントは赤、青、緑の画素を表示するセグメントにな
る。回折格子12はフォトポリマ、フォトレジスト、ポリ
イミド等を塗布、又は、SiO2等の誘電体材料をスパッタ
ーし、フォトリソグラフィの技術で形成する。次に、そ
の上に対向電極10としてAl、Au等の金属反射膜を蒸着す
ることで反射型回折格子が製作できる。対向電極10の上
には、絶縁膜９としてSiO2、SiOをスパッター、蒸着し
てその表面をラビング処理、SiO斜め蒸着を施こして液
晶配向膜を形成する。また、回折格子１２のピッチを１
μｍ以下にした場合には、回折格子１２の周期構造が液
晶に配向効果を与えるので、液晶配向膜を用いない構成
も可能である。また、回折格子１２をイオンエッチング
でガラス基板11に刻み込むことで形成し、対向電極１
０、絶縁膜９をその上に形成してもさしつかえない。こ
のようにして製作したガラス基板１１とTFTを形成した
基盤１とをスペーサ１２を介してシール材で貼り合せ、
液晶を注入することで表示素子が製作できる。
の従来の表示素子に比較して、回折格子12がガラス基板
11に形成されているのが異なる。回折格子１２のピッチ
は表示素子内で同一であるが、表示セグメント毎に深さ
が周期的に異なっている。例えば、２μｍピッテの格子
が、それぞれの表示セグメントでａ部は377nm、ｂ部は4
55nm、ｃ部は522nmの深さに構成されているとすると、
第３図に示すようにそれらの部分からの反射光の０次光
は赤(R)、青(B)、緑(G)の各色となり、各a、b、cの表示セ
グメントは赤、青、緑の画素を表示するセグメントにな
る。回折格子12はフォトポリマ、フォトレジスト、ポリ
イミド等を塗布、又は、SiO2等の誘電体材料をスパッタ
ーし、フォトリソグラフィの技術で形成する。次に、そ
の上に対向電極10としてAl、Au等の金属反射膜を蒸着す
ることで反射型回折格子が製作できる。対向電極10の上
には、絶縁膜９としてSiO2、SiOをスパッター、蒸着し
てその表面をラビング処理、SiO斜め蒸着を施こして液
晶配向膜を形成する。また、回折格子１２のピッチを１
μｍ以下にした場合には、回折格子１２の周期構造が液
晶に配向効果を与えるので、液晶配向膜を用いない構成
も可能である。また、回折格子１２をイオンエッチング
でガラス基板11に刻み込むことで形成し、対向電極１
０、絶縁膜９をその上に形成してもさしつかえない。こ
のようにして製作したガラス基板１１とTFTを形成した
基盤１とをスペーサ１２を介してシール材で貼り合せ、
液晶を注入することで表示素子が製作できる。
第２図は電極の第２の実施例を示す図である。第１図と
比較して、回折格子１４が基板１側に構成されている。
回折格子膜は透過型であるため、ｎを屈折率とすると酸
化ジルコン（ｎ＝2.8）、酸化マグネシウム（ｎ＝1.7
4）、酸化ケイ素（ｎ＝1.5）、フッ化マグネシウム（ｎ
＝1.38）などの材料から屈折率の異なる材料を交互に配
列することによって製作する。表示素子の動作は、第１
の実施例と同様である。
比較して、回折格子１４が基板１側に構成されている。
回折格子膜は透過型であるため、ｎを屈折率とすると酸
化ジルコン（ｎ＝2.8）、酸化マグネシウム（ｎ＝1.7
4）、酸化ケイ素（ｎ＝1.5）、フッ化マグネシウム（ｎ
＝1.38）などの材料から屈折率の異なる材料を交互に配
列することによって製作する。表示素子の動作は、第１
の実施例と同様である。
（発明の効果） 電極（第１図、第２図に示すもの）と従来の液晶表示素
子とを用いて、投射光輝度に対する耐光性を調べた結果
を第７図に示す。液晶表示素子に106ルクスの光を照射
したときの彩度の低下を示したもので、従来の液晶表示
素子のカラーフィルター（口）は１０分以内に退色して
しまうのに対して、本発明による液晶表示素子は第７図
曲線(イ)に示すように１０時間を経過しても変化せず、
高耐光性を示した。また、表示画素の大きさはカラーフ
ィルターの精度によらず、高精細な画像表示素子の製作
が可能になった。
子とを用いて、投射光輝度に対する耐光性を調べた結果
を第７図に示す。液晶表示素子に106ルクスの光を照射
したときの彩度の低下を示したもので、従来の液晶表示
素子のカラーフィルター（口）は１０分以内に退色して
しまうのに対して、本発明による液晶表示素子は第７図
曲線(イ)に示すように１０時間を経過しても変化せず、
高耐光性を示した。また、表示画素の大きさはカラーフ
ィルターの精度によらず、高精細な画像表示素子の製作
が可能になった。
以上、詳細に述べた様に本発明によれば、高耐光性、高
耐熱性、高密度のカラー液晶表示素子が得られる。
耐熱性、高密度のカラー液晶表示素子が得られる。
第１図は本発明による液晶表示素子の第１の実施例を表
わす図、第２図は本発明による液晶表示素子の第２の実
施例を表わす図、第３図は本発明による液晶表示素子を
説明する図、第４図、第５図は本発明に用いる回折格子
を説明する図、第６図は従来の液晶表示素子を説明する
図、第７図は本発明による効果を示す図である。図にお
いて、１、11はガラス基板、２はソース電極、３はドレ
イン電極、４はゲート電極、５は半導体、６は透明電
極、７、９は絶縁膜、８は液晶、10は対向電極、12、14
は回折格子、13はスペーサ、をそれぞれ示す。
わす図、第２図は本発明による液晶表示素子の第２の実
施例を表わす図、第３図は本発明による液晶表示素子を
説明する図、第４図、第５図は本発明に用いる回折格子
を説明する図、第６図は従来の液晶表示素子を説明する
図、第７図は本発明による効果を示す図である。図にお
いて、１、11はガラス基板、２はソース電極、３はドレ
イン電極、４はゲート電極、５は半導体、６は透明電
極、７、９は絶縁膜、８は液晶、10は対向電極、12、14
は回折格子、13はスペーサ、をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 【請求項１】対向する基板間に液晶材をはさみ、半導体
駆動回路が前記基板のうち少なくとも一方に設けられた
液晶表示素子に於いて、前記基板のうち少なくとも一方
の内壁側に回折格子が設けられていることを特徴とする
カラー液晶表示素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59277289A JPH0646273B2 (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | カラ−液晶表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59277289A JPH0646273B2 (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | カラ−液晶表示素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61151618A JPS61151618A (ja) | 1986-07-10 |
| JPH0646273B2 true JPH0646273B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=17581459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59277289A Expired - Lifetime JPH0646273B2 (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | カラ−液晶表示素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0646273B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0875919A (ja) * | 1994-09-07 | 1996-03-22 | Kureha Chem Ind Co Ltd | アクリル系樹脂製光学フィルター |
| US6346977B1 (en) * | 1999-09-28 | 2002-02-12 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Reflective liquid crystal display panel with diffraction grating between pixel electrodes |
-
1984
- 1984-12-26 JP JP59277289A patent/JPH0646273B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61151618A (ja) | 1986-07-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |