JPS59204879A - 液晶表示装置 - Google Patents

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】 本発明は能動素子を用いて液晶を駆動する、いわゆるア
クティブ・マトリックス型カラー液晶表示装置（力２−
液晶パネル）の構造に関し、耐久性め良い色分離フィル
ター（カラーフィルター）構造を形成し、高信頼性、長
寿命のカラー液晶パネルを供給することを目的とする。

アクティブ・マトリックス型液晶パネルは、Ｍ０８型ト
ランジスタ等のアクティブ素子を用いて、１画素毎に表
示データを書き込み、前記データの保持をおこなうもの
で、従来、時計電車を、中心に用いられている電圧平均
化法の液晶表示体では、駆動デー−ティーは１／６ｏ〜
１１５ｏが限界で、大容量化は困難であったが、アクテ
ィブ・マトリックス型では、線順次方式で数百分の１、
点順次方式では数万分の１に相当する大容量表示が可能
となり、小型液晶ＴＶやコンピューター用の端末表示に
使用できるものである。

第１図は（ｙＬＸｇ）個のマトリックス状に配置された
セルを示し、３本のデータ線とｍ本のゲート線により各
画素を選択し書き込み一保持動作を行うアクティブ・マ
トリックスパネルである。

第２図は薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）を用いたアクティ
ブ・マトリックスの構成と駆動方法の１例で、ある特定
のデータ線Ｄ１について示している。セルはＰｉｘ−Ｆ
ｉｚまで縦に常備配列されており、ゲート線（Ｇｌ〜Ｇ
　ｍ　）によりトランジスタをＯＮさせて、データ線か
ら画素に表示内容を書き込み、次にトランジスタをＯＦ
Ｆさせて次に選択されるまで、書き込んだデータを保持
させる。トランジスタには等測的な液晶の抵抗ＲＬと容
量ＯＬが接続される。このデータ線は画像信号Ｖ、Ｓを
順次シフトレジスタ１からの選択により、トランジスタ
２を介して容量Ｏｓｉ　　にサンプルホールドさせる。

いわゆる点順次駆動であり、第１図に示したように単位
画素をマトリックス状に配列し、ＧおよびＤ方向に信号
を走査することにより画像表示することが可能である。

第３図（イ）〜（ハ）はこの点順次駆動における動作波
形の１例である。液晶を交流駆動するために１フレーム
を２フイールドに分け、奇数フィールドでは正電圧を偶
数フィールドでは負電圧を書き込む：データ線の電位Ｖ
Ｄは液晶飽和点灯時は±ＶＤＨ、非点灯時は±ＶＤＬ　
　を与え、階調表示はこの範囲内の電圧を印加すること
により実現する。

第４図に液晶表示体を構成するアクティブ・マトリック
ス基板をＴＰＴを用いた場合の１例で、第２図の単位画
素を示す。第４図（イ）は第２図の単位画素の平面図で
あり、第４図（ロ）は、第４図（イ）のＡ−Ｂでの断面
図を示している。

ここでは透明石英基板１０上に、ポリシリコンゲートト
ランジスタを形成した透過型の画像表示パネルについて
例示するが、アルミゲートトランジスタであっても、透
明基板がサファイヤや高融点ガラスであっても全く同様
である。

単位画素セル２１内には石英透明基板１０上に第１層目
のＳｉ薄膜によりソース１１．チャネル１３、ドレイン
１２が形成されゲート絶縁膜例えば酸化シリコン膜１４
を介してゲート電極及びゲート配線層２０となす第２層
目の８１導電層、更には酸化シリコン改の絶縁膜１５を
介して第３層目の配線層であるデータ線配線１６と第４
層目の透明駆動電極１７が配置されている。透明駆動電
極は例えば１９ｎ０２　　、工”２０８＠ＢＨｘ工２１
３１０２など透明導伝性材で形成する。データ線配線材
はｈｔなどの金属か、透明駆動電極で使う前記した透明
導伝性材を使う。又データ線配線１６とソース１１はコ
ンタクトホール１８により、又透明駆動電極１７はドレ
イン１２とコンタク、トホール１９により結合されて画
素セルを”構成している。

この単位画素は、普通１０（ＩＸｌ　２５μｍ程度の大
きさが使われる。

第５図は、第４図のアクティブ・マトリックス基板を用
いて構成される液晶表示体の１例を示す断面図である。

１は第４図で説明したアクティブ・マトリックス基板で
、２は対向電極を形成するためのガラス板であり、３は
２上に形成された透明導伝性材の電極である。４は液晶
でアクティブ・マトリックス基板１と透明電極３との間
を満たして透明駆動電極５とともに液晶セルを構成して
いる。

透明石英基板１側Ｃより入射した光６は前記液晶セルに
よって散乱もしくは相転移を受けるので透過型の画像表
示パネルとして作用する。入射光を逆のＤ側から透過さ
せても同様の効果となり表示方向は制約されない。

この画像表示パネルをカラー化するためには、周知の如
く光の６原色すなわちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の
カラーフィルターを画素上に配列すれば良く、例えば第
６図のようにふり分けて配列することにより、液晶セル
のＯＮ、ＯＦ’Ｅ’により通過してきた光は、カラーフ
ィルターによ・リセル部に対応する波長の光が透過し、
三原色の組み合せにより様々な色が得られカラー画像表
示を実現できる。第６図はモザイク状配列で例示したが
、ストライブ配列でも同様である。

このカラー液晶表示体として従来知られている構造とし
ては、第７図に示す透明駆動電極５に対応する位置、第
７図（イ）では対向電極を形成しているガラス板２の表
面にカラーフィルター７α、７ｂとして形成するか、第
７図（ロ）ではアクティブ・マトリックス基板１のアク
ティブ素子形成面と反対の透明基板面にカラーフィルタ
ー７α、７ｂとして形成し、カラー画像表示機能を得て
いる。第７図（ハ）は第７図（イ）、（口〕の平面図で
、透明駆動電極５と対応するカラーフィルター第７図（
イ）、（ロ）の７α、７ｂ部を示すしかしこの構造では
、第７図のガラス基板２、またはアクティブ・マトリッ
クス透明基板１の厚さが、各画素セル第７図（ハ）８の
各々の間隔より大きいと、透過光が障りの画素セルに入
りこみ色分解能を低下させ、各表示画素間の色のにじみ
の問題となり、鮮明な画像表示が得られない。従ってガ
ラス板第７図（イ）−２にカラーフィルターをのせる場
合はガラス板を、第７図（ロ）のアクティブ・マトリッ
クス透明基板にカラーフィルターを形成する場合は透明
基板１を極力薄くする必要がある力１１これらの基板の
肉厚を１００μ常以下に薄くすることは強度的な問題が
ら基板製作が困難、となり実用的でない。

したがらて色のにじみの問題を解決するために液晶セル
内の基板面にカラーフィルターを形成する第８図の方法
がある。第８図（インはアクティブ・マトリックス基板
１の対向電極３上にカラーフィルター７を形成する方法
、第８図（ロ）はアクティブ・マトリックス基板１の駆
動電極５上にカラーフィルター７を形成する方法で、こ
れらの構造では変調する液晶に接する位置にあるので、
透過光の隣りの画素セルからの入りこみは最小限におさ
えることができ高色分解が得られ、画像表示はかなり斜
めから見ても鮮明に表示可能であるしかしこの表示体構
造では、カラーフィルターは絶縁膜でもあるため液晶駆
動に、より大電圧を印加する必要があるということと、
カラーフィルターと液晶の相互作用により、カラーフィ
ルターの寿命が短かくなるという問題が発生する。第８
図のこの構造の表示体を駆動すると数日から致述間でカ
ラーフィルターが劣化し分光特性が大きく変化して色が
退色してしまい鮮明なカラー画像表示が得られなくなっ
てしまう。時にはセル内の液晶材も影響を受は正常動作
しなくなる場合もおこる。特にカラーフィルター材が有
機物質よりなる成分例えばポリビニルアルコールやゼラ
チンにＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの目的とする分光特性が得
られるように有機染料により染色したもの、あるいはＲ
，Ｇ、Ｂの色素を用いて印刷法により印刷して形成した
製法のものは劣化現象は著しい。このカラーフィルター
の色の劣化現象は、透過光による色素の退色ではなく、
カラーフィルター材から液晶中へ色素が徐々に溶けだす
ためと液晶やカラーフィルター材に含まれる微量水分が
影響して液晶駆動時の印加される電圧により、液晶やカ
ラーフィルター材の色素の一部が電気分解をおこすため
である。これらの問題を解決するためにカラーフィルタ
ー材上に保護膜として、有機または無機材からなる絶縁
膜をコートする方法も検討されているが、電極の上に絶
縁物であるカラーフィルタ。

−膜さらにその上に保護膜を被覆する構造は、絶縁膜層
が厚くなってしまう。絶縁膜層が厚いと液晶セル駆動時
には絶縁膜と液晶は直列抵抗となるため電極に印加され
る電圧は液晶にかかる分が低下゛して液晶が作動しなく
なってしまい、表示体としてのセルの機能が得られない
問題がおこる。以上のようにアクティブ・マトリックス
基板によるカラー液晶表示体としては困難な問題が多く
、耐久性の良い信頼性の高い表示体としては実用化され
ていない。

本発明においては、これらの数々の問題を解決し、鮮明
なカラー画像表示を得、耐久性の良い長寿命で実用性の
高いアクティブ・マトリックス型カラー表示体の構造を
提供するものである。

第９図を用いて本発明のカラー表示体を説明する。カラ
ーフィルター７をガラス板２にまず形成する。

この上に透明伝導性膜３を形成し、カラーフィルター７
の保護膜とすると同時に電極の機能と併用させる。この
構造により、カラーフィルターからの染料または色素、
微量水分の溶出による劣化現象を防止することができる
。しかしこの構造で耐久性を調べると、カラーフィルタ
ーの劣化はまったく起らなく良好な結果が得られるが、
液晶は徐々に分解することが軸明した。この原因を解明
した結果、第３図−（ハ）に示した電圧波形が１フレー
ムの中で奇数フィールドと偶数フィールドの＋Ｖｎと−
Ｖｏの電圧波形が上下対象となっていないことに起因す
ることが判明した。これは＋　Ｖ　Ｄと−ＶＤの交流駆
動波形が上下対象となっていない場合、その波形のずれ
差分（第３図のΔ■＋とΔＶ−分）の電圧が、直流電圧
となって交流駆動波形に重じようされ、これが液晶を電
気分解をおこしてしまう。

本発明は、この直流印加電圧成分がかかつても、電極上
に８１０２等の無機材から成る絶縁膜でわずか数百Ｘ〜
１ｏｏｏＸ程度被覆することにより、液晶はまったく影
響を受けず電気分解をおこさないことを見い出した。

第１０図は、本発明のパネル構造で、第９図で説明した
構造の欠点が解決された耐久性のすぐれたものである。

第１０図−８，９は、８ｉ０２等の絶縁膜−６、ａ　、
９のどちらか一方だけ、あるいは８．９の両面に形成し
ても、液晶の耐電気分解性°の効果は十分である。また
、８，９あるいは８．９のどちらか一方だけでもＳｉｎ
、等の絶縁膜はｉ、ｏｏｏＸ前後と薄いため液晶駆動の
障害とはならない。

以上本発明の構造によるカラー液晶画像表示装置は、カ
ラーフィルターが電極にもっとも近いところに位置する
ことが可能であり、各画素間の色にじみをおこさないた
め鮮明な画像表示が得られる。さらに、カラーフィルタ
ー材からの液晶への溶出、液晶の電気分解をおこす直流
印加電圧成分もカットできるため、耐久性の良い長寿命
の信頼性の高いカラー画像処理装置を提供できるように
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は（ｎ　Ｘ　ｍ　）のマトリックスによる表示パ
ネルを示す図、第２図はアクティブ・マトリックスパネ
ルの回路図、第３図はその動作波形を示す図。 第゛４図は従来のアクティブ・マトリックス基板の構造
図。第５図は第４図の基板を用いて液晶表示体を構成し
た断面図。 第６図はカラーフィルターの配列の１例でモザイク状配
列を例示した図、 第７図は従来知られているカラー液晶パネルの構造断面
図、 第８図は従来知られているカラー液晶パネルの構造断面
図で、カラーフィルターを液晶セル内部に形成したタイ
プである。 第９図は本発明を説明するための構造断面図、第１０図
は本発明のアクティブ・マトリックス型カラー液晶パネ
ルの構造図。 １・・・・・・石英透明基板または高融点ガラス２・・
・・・・透明ガラス板 ３・・・・・・透明伝導性薄膜 ４・・・・・・液　晶 ５・・・・・・透明伝導性薄膜 ７・・・・・・カラーフィルター ８・・・・・・５１０１等無機材絶縁膜９・・・・・・
同　上 以上 〜　　第１図 °：１ 第２図 ↓ｉ＋＋↓↓ 第５図 第６図 （２＼） 第７図 第８図 １ 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の透明基板の一主面上に形成された第１の透明電極
   とＭＯ８型トランジスタより成るアクティブ・マ）　Ｉ
   Ｊソックス板と、前記第１の透明基板に対向する第２の
   透明基板の一主面上に形成された透明着色剤（カラーフ
   ィルター）と、前記透明着色剤の上に形成され、第１の
   透明基板と対向する第２の透明電極と、前記第１及び第
   一なの透明電極間に封入されている液晶とから成るカラ
   ー液晶面像表示装置において、前記第２の透明電極上か
   、前記第１の透明電極上のいずれかの一方に、または前
   記両者の透明電極上に８１０□等の無機材から成る絶縁
   膜を有する構造を特徴とするカラー液晶画像表示装置。