JPS60163018A - カラ−液晶表示素子 - 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】 （技術分野） 本発明は高輝度高コントラストのカラー表示が可能で大
容量の表示能力をもった液晶表示素子に関する。

（従来技術） グラフィックやキャラクタ−の表示全行なうディスプレ
イ装置は１％にオフィスオートメーシ雪ンや各種コンピ
ュータシステムにおける表示装置として大金なｍｅがめ
る。そして、こｔらの表示装置に対しては表示の多色化
Ｐよび表示の大容量化の要望が極めて強い。こＣまでの
ところ、このような要望に答え得るディスプレイ装置と
して。

隘＆線管（ＣＲＴ）が一般に用いらｎている。しかしな
がらＣｌ−４Ｔは装置体積が太きくｈｘい、また画面の
ちらつらのために眼性疲労が撤しい等の欠点も多く、こ
ｔらの欠点のない新規な方式の薄型ディスプレイパネル
の出現が熱望さｎている。

このような目的で開発さ■ているのがプラズマディスプ
レイハネル（ＦＤＰ）、エレクトロルミネセンス（ＥＬ
）パネル、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル等である
が、いすｎも性能的に末だ不充分でメツ、特に表示の多
色化に関しては極めて不満足な状況にある。こｎらの新
規な方式の薄型ディスプレイパネルの中で（、ＲＴに置
き替わるものとして最有力視されているのがＬＣＤであ
る。従来方式のＬＣＤ技術については、例えば松本正−
１角田市艮共著「液晶の最新技術」（工業調画会刊）に
詳しい。ＬＣＤの大表示容量化は各表示画素にスイッチ
ング素子を積ＩＩする方式で実現さｎておＬスイッチン
グ素子としては多結晶ｓ１．アモルファスｓｉ、　Ｔｅ
等の薄膜トランジスタ（ＴＦ’Ｔ）等が用いら扛ている
。また表示のカラー化方式としては背景板全多色に塗９
分けるか各表示画素にカラーフィルタを取り付ける等の
方式が取らしている。すなわち、液晶層はツイストネマ
ッティヅク（ＴＮ）モードあるいは黒色のゲストホスト
（Ｇ）ｌ）モードで光シヤツターとして動作し、液晶層
がオン状態の表示画素では背景板あるいはカラーフィル
タの色が見え、液晶１ｍがオフ状態の表示画素では黒く
見える訳でめる。しかしながら、このような方式は反射
型表示では表示面が暗く非実用的でめｐ、透過型表示と
して用いざるを得ない。そして透過型表示として用いて
もなお高輝度・高コントラストの両立という点では不充
分でろるのが現状でゐる。すなわ５ＴＮモードを用いる
場合にはコントラストは比較的良好でめるが輝度の点で
不充分でめる。こ扛は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め９．この為に光源の光の利用
率が通常約３５％に低下することによるものである。

一万、ＧＨモードを用いる場合には輝度の点でｄＴＮモ
ードを用いる場甘よシも勝るが一般にコントラストが者
しく低下する。こｎはＧＨモードで用いらｒしる２色性
色累の２色比が充分に大きくないことが主因でめる。Ｇ
Ｈモードにも幾つかの方式があり、例えば２ＩＩＩＩｉ
型ＧＨモードと呼ばｎる方式１Ｃ′＆いては輝度を必１
９低下させずにめる程度コントラスト（ｒ同上させるこ
とができる。２１ｉｉ型ＧＨモードとは平行配向したネ
マチック液晶ＧＨセル２枚をその配向方向が互いに＠ダ
するように電ねあわせた構造のものでめる。従って、そ
ｎぞＧのＧＨナセル各表示画素に前述のスイッチング素
子を積層した構造のセルを２枚用いｎば大容量表示が可
能で高輝度かつめる程度コントラストの高い表示素子が
得らｎることになる。

し７０≧しながら単に２枚のセルを重ねた構造では。

ｌなゐべき２１＠の画素間に奥行が生じ表示ｌｆｉを斜
５− め方向から見た場合に画素のずｎが生じて画質の低下を
招く結果となる。そ１にも増して問題となるのは製造コ
ストで１ハ単純には通常のＬＣＤの２倍となる。臀にス
イッチング素子全積層した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って２す、スイッチ
ング素子積層ＬＣＤの２層構造セルはコスト面で非実用
的なものでめった。また、２層構造のＧＨナセルおいて
も、未だに光分なコントラストが得らｎていないのが現
状でめる。その王な原因は前述のように２色性色累の２
色比が充分に大きくないことにめる。

特に１光シヤツターとして動作させる黒色のＧＨモード
に要求される黒色の２色性色素は単一の色素材料では実
限できず、例えば赤色、青色、黄色の３種類の色素材料
を構成成分とする２色性色素混合物が用いらｎる。その
際に青色の２色性色素は比較的大きい２色比を有するが
、赤色や黄色の２色性色素の２色比が不光分で結局、黒
色の２色性色素混付物としては光分な２色比が得られな
いという不都合が生じることになる。’Ｊｔ、単体の６
　− ２色性色素で比較的２色比の艮好な成分がめったとして
も、他成分色票との相溶性が悪く２色性色素混合物とし
て液晶に添加する場合に必要量を溶解させることができ
ないという不都合が生じる場合が多い。すなわち１例え
ば単体では成品に１％ずつ溶解し得る２色性色素であっ
ても、２街類を液晶に溶解させる場合にはそｎぞ匹が０
．７％程度で両者あわせて１％強しか溶解しないという
ような場合が多い。

このように１％に榎数の成分からなる２色性色素混合物
を用いる場合には高コントラストを得るのに不都合な障
吾が多く５例えば黒色のＧＨセルでは充分なコントラス
トが得らＣないのが現状でめった。従って、元シャッタ
ーとして充分な性能をもった液晶セルが得らｎず、従来
のカラー液晶表示素子は高輝度・高コントラストのカラ
ー表示が央現さ扛ていないという欠点がめった。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記欠点を除去し、高輝度・高コント
ラストの高画質カラー表示が可能なカラー液晶表示素子
を提供することにめる。

（発明の構成） 本発明のカラー液晶表示素子は１画素に対応して配Ｉｔ
さｎた導電性スルーホールを有する透明な中間ガラス基
板と、該中間ガラス基板の両面にそｎぞ扛画素に対応し
て配置さｎ＃紀ススルーホール介してｌ対ｌで電気的に
接続される画素電極対の群と、前記画素電極対の各々に
各１個接続さｎ前記画素電極対に印加さｎる電位を制御
するスイッチング素子と、前記画素電極を含んで前記中
間のガラス基板面のいず扛か一万の表面に設けら′ｎ。

かつ２色性色累混合物の構成成分を２組に分け。

そのいずｎか一万の組の構成成分が添加さ′ｎだ液晶層
と、前記画素電極を含んで前記中間のガラス基板面の他
方の表面に設けらｎ、かつ２色性色素混合物の構成成分
のうちの他方の組の構成成分が添加さｎた液晶層と、前
記二つの液晶層にそ扛ぞｎ接続する共通電極層を一面に
有し、前記二つの液晶ｒａｔ外側から榎５２枚の透明な
ガラス基板と、該２枚のガラス基板のうちのいず肚か一
万のガラス基板面に前記画素電極にｌ対ｌ対応で設けら
′ｎ１入射光をスペクトル的に選択透過する核数色のカ
ラーフィルタとを含むことを特徴として構成さｎる０ ここで、前記２色性色素混合物を構成成分でめる２組の
２色性色素は互いに補色関係にあるものを用いると艮い
結果が得ら扛る。

（実施例） 次に５本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は不発明の一実施例の断面図でおる。

第１図において、１，２，３はそ牡ぞｎ２層型ＯＨ液晶
表示累子を構成するガラス基板でめ９、中間のガラス基
板２０両側にはそｎぞ７−ＬＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔ
ｉｎ　０ｘｉｄｅ）７形成ｇｒ＋、た画素電極１２の１
＃υよび画素電極２２の１群が形成ざｎている。こｎら
の画素電極は中間のガラス基板２に形成さｎたスルーホ
ール４を通じて１対ｌで電気的に接続さｎて画素電極対
を形成している。また。

各画素ば極対ＶＣは各１個のスイッチング素子が取９− 付けらｎている。この実施例においては、スイッチング
素子は”ｒモルファスシリコン’Ｉ’　Ｆ　Ｔであり、
以下のように構成ざｎている。５はＭ。ゲート電ａ、　
６ｕＳｉ、Ｎ、絶縁膜、７はアモルファスシリコン層、
８はＭＯドレイン−極、９はＭ。ンース電極でおる。ン
ース電極は画素電極１２および２２で形成さ詐る画素電
極対に接続さｎている。またＴＰＴは８１ａＮ４保護膜
１０で覆ゎ；ｒｔティル。１３および２３は黒色の２色
性色素混合物を構成するルズ社）に添加した液晶層であ
る。すなわち、液晶層１３はｒＥ４３ｊＫ０．４０Ｘ（
ＤｒＧ２０６Ｊ’を添加した液晶層でめり、液晶１１ｉ
ｉ２３は［、ｉ　３Ｊに０．９９％の「ＮＤ５０４′ｆ
ｒ添加した液晶層である。

両側のガラス基板１．３の内面には七〇（Ｊｆ″Ｌ全面
に共通電極１４および１５が形成さｎており、こｎらは
外部で電気的に接続されている。さらにガラス基板１に
はカラーフィルタ１１および２１が１０− 形成さｎｌ例えばカラーフィルタ１１は画素電極１２お
よび２２で構成さｎる画素電極対とｌ：１に対応しそい
る。ここでカラーフィルタ１１は緑色光を選択透過し、
カラーフィルタ２１は赤色光を選択するものである。

カラーフィルタ１１２よび２１はポリエーテルサルフオ
ン樹脂をそｎぞｎ？料［スミカロンＥ−４０ＬＪ　の混
合物および染料［イーストマン・スカーレットＢＱＪで
染色することによって形成した。な２、それぞｎの基板
の液晶と接する面には通常の平行配向処理を施しである
がｉ１図では繁雑となるので省略した。平行配向処理の
方向は第１図に２いて液晶１Ｉｉ１３０両面では紙面円
上下方向でメジ、液晶＃２３の両面では紙面に垂直方向
である。また、第１図の３枚のガラス基板１，２゜３は
スペーサ粒子ケ含む接着剤で周囲を接着固定されてｐｐ
１液恒層１３？よび２３の層厚はスペーサ粒子の効果に
よって、ともに約１０μｍ　に保持さｎている。

次に、この実施例の動作について説明する。

共通電極１４と１５倉共にＯ■の電位に保ち。

ドレインＮ極８には画像に応じて２５Ｖ筐たは０■の電
圧全印加する。次に、ゲート電極５に周期的に３０Ｖの
パルス電圧を印加丁ゐと、電圧パルスが印加さｎている
間だけアモルファスシリコンＴＰＴはオン状態となり、
ドレインぼ極６に２５Ｖの電圧が印加さｎている場合は
ンース′１極９を通じて画素電極１２ｊ？よび２２に２
５Ｖの電位が発生し、共通電極１４と画素″１を極１２
との間２よび共通゛電極１５と画素電極２２との間にそ
ｎぞｎ２５Ｖの電位差が生じる。この結果、画素′１極
１２２よび２２に対応する部分の液晶は「オン状態」と
なる。−万、アモルファス７リコンＴＰＴがオン状態に
あってもドレイン電極の印加電圧がＯ■の場合には共通
電極１４と画素１［極１２との間および共通を極１５と
画素電極２２との間にはいずｎも電位差は生じず、ｔＬ
品は「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」を作り出すことかできる。

今迄はゲート′１ｉ極Ｖこパルス電圧が印加さｎている
間について述べたが５次の周期でパルス電圧が印加さ扛
るまでの間も５画素電極と共通電極との間の電位差はア
モルファスシリコンＴＰＴｐ！び液晶で形成さ詐る放電
回路の時足数が充分に大きい為に保持さｎ、従って液晶
の１オン状態」（ｐよび「オフ状態」）は保持ざｎる。

すなわち、ゲ−１”＋［極アレイを時分割定食し−ドレ
イン電極アレイに並列に画像・１ｇ号を印加することに
よってゲート電極アレイ２よびドレインによるマトリク
ス電極構成で大容量のドットマ）　ＩＪ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１１ｆ　２３の液晶分子２よびそルに従って液晶ｌ
ｌＩ２：ｌｌＣ含まｎる２色性色素１’−ＮＤ５０ｊ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
偏光を吸収する。

第２図は第１図に示す一実施例に用いた２色性色素の吸
収スペクトルを示す特性曲線図である。

第２図に２いて、曲＋ｉ３１，３２はそ扛ぞｎ２色性色
素「ＮＤ５０Ｊ、ｒＧ２０６ｊの吸収スペクトルを示し
５曲線３３は曲線３１．３２の合成吸収１３− スペクトルを示す〇 第１図の液晶Ｉｉｌ＃１３に含゛まＣる２色性色素「Ｇ
２０６」　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を吸収する。このように液晶の［オ
フ状態ＪＩＣＴｈいては入射光の直父する２つの偏光成
分が吸収１創亀その吸収スペクトルは曲線３１および３
２を合成した曲線３３のようになＬはぼ可視域の全波長
τ吸収する。この結果、液晶が「オフ状態」にある画素
電極対領域はほぼ元金に黒く見える。こｎはｒＵ２０６
Ｊと「へＤ５０」の色相が互いに補色の関係にあるから
である。−万、液晶の「オン状態」においては液晶１−
１３．２３に添加さｎ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、はとんど入射光を吸収しなく
なる。従って、入射光は例えば画素電極対１２２よび２
２の領域においては液晶１−を透過し、カラーフィルタ
１１で波長選択ざ扛て緑色光として出射する。このよう
に、液晶が「オン状態」Ｖｃめる１ｆｆｌｌ累電極対領
域はその領域に対応して配置さｎたカラーフィルタで選
択さｎる色に見１４− える。

このようにしてカラー表示が実現さｎ、不実施例のカラ
ー液晶表示素子においては、背後から１５００＝ツトの
輝度を有する螢光灯で照明した場合、１オン状態」の画
素で４５０ニツト、「オフ状態」の画素で２８ニツトの
輝度となった。すなわち、不実施例のカラー液晶表示素
子においては４５０ニツトという高輝度、１６：１　と
いう高コントラストの表示が可能でめり、また中間のガ
ラス基板２は０．１ｍｍ程度の厚さで極めて薄い為に表
示面を斜方から見ても画素電極対がず匹て見えることも
なく極めて高画質の表示が得らｎる。更に、スイッチン
グ素子全積層した表示素子においてコストの大部分を占
めるスイッチング素子の製造フロセスも、１個のスイッ
チング素子で１対の画素電極を躯動する構造である為に
スイッチング素子を基板の２面に付ける等の必要がなく
、はとんど従来構造のスイッチング素子積層型表示素子
と変わりなく、従って低コストで製造することがで君る
。

なお、比較の次めに２色性色累［Ｇ２０６Ｊ２よび［Ｎ
Ｄ５０Ｊの両方を、実施例と同じ０．４０：０１９９の
比率になるように液晶「Ｅ４３Ｊに混合したところ、両
者あわせて１．　Ｉ　Ｎ　、すなわち［Ｇ２０６Ｊが０
．３２Ｘ、ｒＮＤ５０Ｊが０．７８Ｘｌ、が俗解シなカ
ッタ。

この２色性色累混甘物含有液晶を用い窺従来０１層構造
のＧＨセルに２いては吸収スペクトルの形状は第２図の
曲＠３３と同じでめったが吸収率が相対的に低下し、コ
ントラストは１０：Ｉ　Ｌ、か得ら扛なかった。

上述の実施例においては補色の関係にるる２種類の２色
性色素のそｎぞｎを別個の液晶に添加する場合について
述べたが、例えば５成分からなる２色性色素混合物を２
成分と３成分との２組に分け、そ几ぞｎを別個の液晶に
添加して２層構造のゲストホスト型液晶表示実子を構成
した場合等を含めて多くの実施例ＶＣ＆いて高輝度・高
コントラストで高画質の表示が得らｎることが確認さｎ
た。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、不発明によｎは。

高輝度・高コントラストで高画質の人容１′表示が可能
なカラー液晶表示素子が得らｎる。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明の一実施例の断面図、第２図は纂１図に
示す一実施例に用いた２色性色素の吸収スペクトルを示
す時性曲線図でめる。 １．２．３・・・・・・ガラス基板、４・・・・・・ス
ルーホール、５・・・・・・ゲート電極、６・・・・・
・絶縁膜、７・・・・・・アモルファスシリコン層、８
・・・・・・ドレイン電極、９・・・・・・ソース電極
、１０・・・・・・８　ｉ、Ｎ４保護膜、１１・・・・
・・カラーフィルタ、１２・・・・・・画素電極、１３
・・・・・・液晶層、１４．１５・・・・・・共通電極
、２１・・・・・・カラーフィルタ、２２・・・・・・
画素′喧極、２３・・・・・・液晶層、３１・・・・・
・２色性色素［ＮＤ５０Ｊの吸収スペクトル。 ３２・・・・・・２色性色素ｒＧ２０６Ｊの吸収スペク
トル、３３・・・・・・合成吸収スペクトル。 １７− 第１図 ≠ａｏ　ｋθθ　６７７ρ シｒｊＬ表（７り 第Ｚ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　画素に対応して配置さｎた導電性スルーホール
   を有する透明な中間ガラス基板と、該中間ガラス基板の
   両面にそｎぞｎ画素に対応して配置さｎ前記スルーホー
   ルを介してｌｎｌで電気的に接続さＣる画素電極対の群
   と、前記画素電極対の各々に各１個接続さ扛前記画素′
   １極対に印加ざするぽ位を制御するスイッチング素子と
   、前記画素′電極を含んで前記中間のガラス基板面のい
   すｎか一万の表面に設けらｎ、かつ２色性色素混合物の
   構成成分を２組に分け、そのいずｎか一万の組の構成成
   分が添加さｎた液晶層と、前記画素電極を含んで前記中
   間のガラス基板面の他方の表面に設ｉら亀かつ２色性色
   累混合物の構成成分のりち他方の組の構成成分が添加さ
   ｎた液晶層と、前記二つの液晶層にそｎぞ扛ぞｔ′Ｌ接
   続する共通電極層を一面に有し、前記二つの結晶層を外
   側から榎う２枚の透明なガラス基板と＆該２枚のガラス
   基板のうちのいずｎか一万のガラス基板面に前記画素電
   極にｌ対ｌ対応で設けら牡、入射光をスペクトル的に選
   択透過する複数色のカラーフィルムとを含むことを特徴
   とするカラー液晶表示素子。
2. （２）２色性色素混付物全構成成分でめる２組の２色性
   色素が互いに補色関係にある特許請求の範囲第（１）項
   記載のカラー液晶表示素子。