JPH07181447A - 液晶ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
ブマトリクス液晶ディスプレイ装置を提供する。 【構成】基板は、酸化スズ・酸化インジウムのような透
明な導電性コーティングfを有するガラス板eからな
る。その上に集積回路を備えたシリコンウエハーgは、
液晶分子iを配向せしめるための高分子コーティングh
を有している。コーティングされたガラス板eは、ま
た、液晶分子を配向せしめるためのコーティングjを有
している。
Description
に、液晶のような電気光学的材料から形成されたアクテ
ィブマトリクスコントロールまたはディスプレイに基づ
く装置のようなディスプレイ装置に関する。このような
ディスプレイは、単結晶シリコンウエハーに基づく集積
回路上に形成され得る。
スプレイは、一般に、光の透過に基礎をおいている。そ
れらは、個々のピクセルにおける光の透過が電圧によっ
て制御されるようなマトリクスディスプレイ装置であ
る。これらのアクティブマトリクス液晶ディスプレイ
は、一般に、光の透過を制御するための液晶のツイステ
ッドネマティック効果(TN効果)、並びに個々のピク
セルの光透過状態を制御するための半導体薄膜トランジ
スタ(TFT)に基礎をおいている。TFTは、多結晶
シリコン、アモルファスシリコンまたはセレン化カドミ
ウム等の材料から形成されている。
イ装置の原理は、次のとおりである。すなわち、入射光
は、最初、偏光板(偏光子)を通過することによって偏
光され、その後、液晶セル内に送られる。液晶セルは多
数個のピクセルから構成されている。ピクセルに電圧が
印加されないときは、入射光の偏光ベクトルは、TN効
果を通じて液晶分子によって回転せしめられる。液晶セ
ルの出力側に配置された偏光板は、光を透過せしめ(通
常、オン状態という)、あるいは遮断する(通常、オフ
状態という)ために使用され得る。ピクセルに適当な電
圧が印加されると、TN効果は消失し、光の偏光状態は
変化せしめられない。こうして、装置がオン状態にある
かまたはオフ状態にあるかに依存して、それぞれ、光は
出力側の偏光板を透過し、あるいはこれによって遮断さ
れる。各ピクセルは、印加電圧のアクティブコントロー
ルによって独立に通電または非通電される。グレースケ
ールが、また、中間電圧を適用することによって達成さ
れ得る。これらのアクティブマトリクスディスプレイは
すべて、例外なくガラス基板、および光透過状態におけ
る機能に基礎をおいている。偏光板は液晶パネルの前面
および後面に配置されている。いくつかのディスプレイ
は、液晶パネルの後面にミラーを配置することにより、
反射によって表示が視認される。
トロールは、各ピクセルのトランジスタ上の電気シグナ
ルを制御することによって達成される。加えて、駆動電
気回路が、各ピクセルに対する電気パルスのタイミング
およびスキャニングを制御するために必要とされる。T
FTはピクセルの光透過状態を制御するのに適している
が、アクティブマトリクスディスプレイの駆動部として
は望ましいものではない。その最も重要な理由は、TF
Tがガラス基板上に形成された半導体薄膜に基づいてお
り、製造段階において品質の良好な製品を製造するため
の特殊な処理技術を必要とすることである。TFT集積
回路は、また、TFTの電流−電圧特性が単結晶シリコ
ン上に形成された超大規模集積回路(VLSI)トラン
ジスタとは異なっているという意味において、標準的な
VLSI回路設計手段を用いて容易に設計することがで
きない。
エハー上に形成された高品質トランジスタまたは回路に
置き換えようとする多くの試みがこれまでになされてき
ている。リプトン(Lipton)等は、1978年に、結晶シ
リコンに基づくアクティブマトリクス液晶ディスプレイ
を開示した。液晶からの光の動的散乱がディスプレイ機
構として用いられた。ピクセルに電圧が印加されないと
き、光は透過する。電圧が印加されると、液晶は白濁
し、入射光を散乱せしめる。不都合なことに、この装置
は、低コントラストであり、光透過率も低いものであっ
た。山崎(Yamasaki)等は、単結晶シリコンベースの装置
であって、ディスプレイが色素の混入された液晶中にお
けるゲスト・ホスト効果に基づくものを開示した。この
ディスプレイにおいて、色素の吸収係数は色素分子の配
列方向に関係する。これらのゲスト分子(色素分子)
は、ホスト分子である液晶分子と同じ方向に配列する傾
向がある。それ故、ゲスト・ホストの組合せによる吸収
が印加電圧によって制御され得る。
近年、高分子分散液晶の発明のために再検討された。高
分子フィルム中に分散した液晶小滴は、非常に高い光散
乱効果、およびオン(非散乱)状態とオフ(散乱)状態
との間の高コントラスト比を生じ得る。したがって、そ
れは、結晶シリコン上にアクティブマトリクスディスプ
レイを与えるための重要な技術となり得る。1990年
に、ドゥルザイック(Drzaic)等は、このような高分子分
散液晶に基づく反射型アクティブマトリクス液晶ディス
プレイを開示した。しかしながら、この技術には、高分
子分散液晶の安定性の問題、およびこのようなディスプ
レイを作動せしめるには高電圧を使用する必要があると
いう問題がある。高電圧が必要とされる理由は、単に、
高分子フィルムを、アクティブマトリクス液晶ディスプ
レイ中において、液晶フィルムと同じ厚さ(数ミクロ
ン)に形成することができないということである。液晶
を配向せしめる際に重要なのは、電界(厚さ当たりの電
圧)である。
ピクセルを有し、反射状態において作動し得るアクティ
ブマトリクス制御ディスプレイ素子となる調整可能な複
屈折ディスプレイセルを備え、入射電磁エネルギーが前
記セルを複数回通過し、前記セルのそれぞれのオン/オ
フ状態がゼロでない駆動電圧を必要とすることを特徴と
する画像表示のための電気光学的装置が提供される。
に対して電圧が印加されることにより非複屈折状態にお
いて作動しうるように適合せしめられる。
置は、入射光エネルギーがセルを2回通過するようにせ
しめる手段を備えている。これは、特にこの手段が、例
えばアルミニウムからなる金属電極反射手段からなって
いるとき、入射光の有効利用を可能にする。アルミニウ
ムは相対的に安価であるが、効果的な材料である。本発
明のさらに別の特徴によれば、セルはシリコンチップ、
好ましくは、単結晶シリコンチップからなっている。
電気光学的装置を含むアクティブ液晶ディスプレイ装置
が提供される。本発明のさらに別の特徴によれば、この
ディスプレイ装置は、それぞれ複数の波長における複数
の直線偏光された入射光ビームを生成すべく適合せしめ
られた複数の偏光子を備えている。
プレイ装置は、直線偏光された入射光ビームを生成すべ
く適合せしめられた偏光子を備えており、この偏光子
は、好ましくは、1個またはそれ以上のプリズム、より
好ましくは、立方体を形成する2個のプリズムからなっ
ている。あるいは、偏光子はシート状または薄膜状の偏
光子からなっている。
ディスプレイを与える手段が備えられ、好ましくは、カ
ラーディスプレイを与える手段は、1つまたはそれ以上
のカラーフィルターを有している。本発明のさらに別の
特徴によれば、ディスプレイ装置は、液晶分子を配向せ
しめるための高分子コーティングを備えている。
プレイ装置は、1個またはそれ以上の結晶シリコンベー
スの液晶セルを備えている。この構成は、相対的に容易
に製造可能なディスプレイ装置をもたらす。本発明のさ
らに別の特徴によれば、ディスプレイ装置は、透明な導
電性コーティングを有するガラス板からなる基板を備え
ている。この透明な導電性コーティングは、好ましく
は、酸化スズ・酸化インジウムコーティングからなって
いる。
プレイ装置は光源を備えている。さらに、本発明によれ
ば、前述のアクティブマトリクスディスプレイ装置を含
む装置が提供されることも理解されるだろう。
イを与えるために直線電気光学的効果が利用される。好
ましい実施例において、結晶シリコンが、ピクセル並び
に駆動回路に対するすべての制御トランジスタを形成す
るための基板として使用される。このディスプレイは、
電圧に依存する複屈折を伴う電気光学的材料であればど
うのような材料を用いても構成され得る。液晶は、電界
に依存する顕著な複屈折特性を有している。本発明にお
いて、液晶は、通常のTNモードディスプレイの場合の
ようには配向せしめられない。その代わり、液晶分子
は、ディスプレイエリアの全体にわたって、実質上、正
確に平行に配向せしめられる。こうして、液晶セルは、
複屈折直線電気光学的装置として作動する。このディス
プレイの動作は、入射光ビームの2つの直交する偏光方
向の位相差遅延に基づいている。もし偏光方向が液晶セ
ルの光軸方向に対して45°の角度をなすように入射光
ビームが直線偏光せしめられるならば、照射光ビーム
は、高速の偏光成分と低速の偏光成分との間において位
相差遅延を有する。直線電気光学的装置に対しては、高
速の偏光成分と低速の偏光成分の間の位相の遅延は、 Q=2Π(ne(v)−no)d/λ、 ここで、ne(v) は液晶の電圧に依存する異常屈折率(異
常光線に対する屈折率)を、noは液晶の正常屈折率(常
光線に対する屈折率)を、d は液晶セルの厚さを、λは
光の波長をそれぞれ表す、によって得られる。したがっ
て、印加電圧によって液晶の複屈折の値を制御すること
により、照射光ビームの偏光が操作され、多数のグレー
スケールとともにオン/オフ状態が与えられる。例え
ば、セルを通過する際に90°(または270°等々)
の位相差遅延を与える(ゼロでない)電圧は、偏光ベク
トルが液晶セルから反射する際に90°回転せしめられ
ることを意味する。この光ビームは、直交偏光子を透過
し得る。これは、液晶セル/ピクセルのオン状態であ
る。電圧が180°(または360°等々)の位相差遅
延を与えるときには、反射されたビームの偏光は変化せ
しめられず、直交偏光子は光を遮る。これはピクセルの
オフ状態である。システム全体を通じた透過値がすべ
て、ピクセルに印加される電圧を制御することにより複
屈折の値を適当に選択することによって得られる。
は直線電気光学的効果に基礎をおいている。反射型と呼
ばれるのは、光が、液晶セルの一面から反射する時点
で、液晶セルを複数回、好ましくは2回通過するからで
ある。結晶シリコンが基板として使用されていることか
ら、これは現実に生じる。ガラス板に基づくアクティブ
マトリクス液晶ディスプレイとは異なり、シリコンウエ
ハーを通じての透過は生じない。しかしながら、このシ
ステムにおいては、偏光子およびレンズ等の光透過素子
が存在する。結晶シリコン基板の使用は、今や明白であ
る。個々のピクセルの電圧を制御し、維持するためのト
ランジスタとして、シリコンチップ上に形成された高品
質の金属・酸化物・半導体(MOS)トランジスタが使
用され得る。さらに、駆動回路が、マイクロエレクトロ
ニクス製造技術を用いて、同一のシリコンチップ上に形
成され得る。これらの回路の設計は、また、通常のVL
SI回路設計の原理およびツールを用いてなされ得る。
ピクセルはまた極めて小型に形成され、よって、ディス
プレイマトリクスおよび駆動回路を含むチップ全体の大
きさを極めて小型に形成し、しかも高解像度を備えたも
のとすることができる。このディスプレイは、その表示
が直接に、あるいはスクリーン上への投影によって視認
され得る。駆動回路に依存して、このディスプレイは、
異なる種類の画像情報を表示するために使用され得る。
例えば、ディスプレイは、テレビ画像を表示するため
に、またはコンピュータ端末装置として、またはその他
の形式のビデオディスプレイとして使用され得る。
いているので、液晶以外の別のタイプの電気光学的材料
がまた使用され得る。液晶は、ここでは本発明の好まし
い実施例として説明されたにすぎない。使用可能なその
他の電気光学的材料の例として、鉛・ランタン・ジルコ
ニウム・チタン酸塩(PLZT)、バリウム・チタン酸
塩(BaTi03)およびその他の多くの透明な金属酸
化物を挙げることができる。
実施例について説明する。添付図面には、液晶セルのよ
うな画像表示のための電気光学的装置が示してある。こ
の電気光学的装置は、反射状態において作動し得る調整
可能な複屈折ディスプレイおよび制御素子を備えてお
り、それによって、入射光が複数回、この実施例では2
回セルを通過するようにせしめる。図1に示したよう
に、ディスプレイ全体はピクセルのM×N列からなって
いる。ここで、MおよびNは、コンピュータ端末装置お
よびテレビに対する標準的なディスプレイ解像度に適合
する数である。この実施例では、ピクセルは、マイクロ
エレクトロニクス技術を用いて、単結晶シリコンウエハ
ー上に形成される。
成しており、さらに、液晶セルに印加される電圧を制御
するためのMOS(金属・酸化物・半導体)トランジス
タaを有している。MOSトランジスタのソースbは電
気的にパルス化され、その電圧は当該ピクセルに対する
液晶セルに印加される電圧を決定する。MOSトランジ
スタのゲートcは、トランジスタをオン/オフする電気
的パルスによって駆動され得る。ゲートパルスおよびソ
ースパルスは、ディスプレイが列毎に走査されるように
順序付けられている。ピクセルの大きさよりわずかに小
さく、MOSトランジスタのドレーンに接続された金属
パッドdは、液晶ピクセルの電極として機能する。この
金属としては、アルミニウムまたはマイクロエレクトロ
ニクス処理に適合するその他の金属およびそれ以外の材
料を使用することができる。この金属パッドdと基板と
の間の液晶が、ディスプレイの単位(ピクセル)を形成
する。
酸化インジウム(ITO)のような透明な導電性コーテ
ィングfを有するガラス板eからなっている。このガラ
ス板上に形成された集積回路を備えたシリコンウエハー
gは、液晶分子iを配向せしめるための高分子コーティ
ングhを有している。ITOコーティングを施されたガ
ラス板は、また、液晶分子を配向せしめるための高分子
コーティングjを有している。この実施例では、配向高
分子のコーティングによって、セルに電圧が印加されな
いとき、液晶分子がすべて互いに平行に配向せしめられ
る。この直線的配向を図2に示した。
装置の典型的な実施例における光路が示してある。図3
には、単結晶シリコンベースの液晶セルkが示してあ
る。金属パッドdは光に対するミラーとして機能する。
光源lはハロゲンランプ(またはそれ以外の明るい光
源)である。この実施例では、光源は、立方体プリズム
偏光子mを透過することによって直線偏光せしめられた
後、液晶ディスプレイ上に垂直に入射する。入射光の偏
光は、液晶分子の配向方向に対し45°の角度をなして
いる。光は、金属パッドdから反射するとき、同一の立
方体プリズム偏光子m中に入射し得る。もし光の偏光状
態が変化しなければ、光は偏光子によって反射せしめら
れ、光路Aに沿って光源にもどる。もし光の偏光が90
°回転せしめられるならば、光は偏光子を通過して光路
Bに沿って進む。光路Bはディスプレイに対する視認方
向である。そのとき、この光は直接に視認され、あるい
は(図示はしない)適当な光投影機構によってスクリー
ン上に投影され得る。
いる場合に必要となる。あるいは、カラーフィルター
は、コーティング技術によって液晶セルに組み込まれ得
る。カラーによる出力が要求される場合には、赤色、緑
色および青色のピクセルを同一のディスプレイ上に多重
化せしめること、あるいは3つの独立なディスプレイを
使用することが必要である。
を考案することができる。図4および図5には、所期の
ディスプレイ機能を達成するための光学的レイアウトを
備えた可能な構成を示した。図4の実施例は、基本的に
図3の実施例に類似している。
した。この実施例は、液晶セル上に配置された薄膜偏光
子pを備えている。この場合、液晶セルへの入射光ビー
ムおよび液晶セルからの照射光ビームは、オン状態にお
いて同一の偏光を有していなければならない。図3およ
び図4に示した実施例は、投影型ディスプレイとして適
しており、一方、図5に示した実施例は、周辺光の下に
おける直接視認型のディスプレイとして適している。
とによってディスプレイ効果が生じる。光の強度が変化
せしめられることによってディスプレイ効果が生じる。
偏光子は装置の一体化された部分をなす。したがって、
これを達成するため、個々のピクセルのオンおよびオフ
状態は、ゼロでない駆動電圧を必要とする。言い換えれ
ば、本発明によれば、オンおよびオフ状態の両方に対し
て常に電圧制御が必要とされる。すなわち、本発明は、
正および負の複屈折のいずれを利用しても良好に作用す
る。
反平行に配向されており、液晶分子がゼロ電圧時にセル
壁面に対して実質上平行に配向するようになっている。
電圧が印加されたとき(常時印加されるが)、液晶分子
は同一方向に傾く。こうして、上述の装置を用いること
によって、以下のような構成を提供することができる。
すなわち、
御するトランジスタを備えた、液晶セルの複屈折の電圧
制御に基づくアクティブマトリクス液晶ディスプレイ装
置。ディスプレイ装置を通過する光の偏光状態は、個々
のピクセルに対する印加電圧によって変化せしめられ得
る。ディスプレイ装置は単結晶シリコンウエハー上に形
成されることができ、さらにこの単結晶シリコンウエハ
ー上には個々のピクセルのアクティブコントロールのた
めのすべてのトランジスタ、およびすべての駆動回路、
並びに電圧制御、スキャニングおよびタイミング制御の
ためのすべての集積回路が形成される。アクティブマト
リクスディスプレイの各ピクセルは、シリコン基板上に
形成された反射金属電極を含んでいる。ディスプレイは
光の反射に基づいており、光は、各ピクセルの金属電極
からの反射により、液晶セルを2回通過しなければなら
ない。
イに対して使用され得ること。特に、液晶が使用され得
る。 3.表示される画像は、直接に視認され、あるいは大面
積ディスプレイのためのスクリーン上に投影され得るこ
と。
求されるとき、外部の光学手段が入射光ビームを形成す
るために使用され得ること。周辺光が表示を直接視認す
るために使用され得る。 5.直方体プリズム偏光子が、直線偏光された光ビーム
をディスプレイ装置内に生成し、表示のために適当に偏
光された出力ビームを選択するために使用されること。
レイを得るために使用され得ること。 7.前記ディスプレイは、結晶シリコンウエハー上に形
成されること。ウエハーは、ピクセルのマトリクスを有
するように配置され、ピクセルはそれぞれ、オン(輝)
またはオフ(暗)を切り換えられ、またはこれらの間の
任意の明るさに切り換えられ得る。
能であること。 9.赤色、緑色および青色の3つのディスプレイが、カ
ラー画像を与えるための組合せにおいて使用され得るこ
と。 10.ディスプレイのピクセルは、カラー画像が単一の
ディスプレイ装置において得られうるようなカラー装置
を備え得ること。
イの概略図であり、MOSトランジスタおよび金属電極
を示したものである。
したものである。
Claims (21)
- 【請求項1】 複数個のピクセルを有し、反射状態にお
いて作動し得るアクティブマトリクス制御ディスプレイ
素子となる調整可能な複屈折ディスプレイセルを備え、
入射電磁エネルギーが前記セルを複数回通過し、前記セ
ルのそれぞれのオン/オフ状態がゼロでない駆動電圧を
必要とすることを特徴とする画像表示のための電気光学
的装置。 - 【請求項2】 前記セルに対して電圧が印加されること
によって、非複屈折状態において作動し得ることを特徴
とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 液晶ディスプレイからなるディスプレイ
を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の装置。 - 【請求項4】 入射光エネルギーが前記セルを2回通過
するようにせしめる手段を備えていることを特徴とする
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の装置。 - 【請求項5】 金属電極反射手段dを有する手段を備え
ていることを特徴とする請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】 前記金属電極反射手段dは、アルミニウ
ムからなっていることを特徴とする請求項5に記載の装
置。 - 【請求項7】 シリコンチップから形成されたパネルを
備えていることを特徴とする請求項6に記載の装置。 - 【請求項8】 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の
装置を備えていることを特徴とするアクティブマトリク
ス液晶ディスプレイ装置。 - 【請求項9】 直線偏光された入射光ビームを生成すべ
く適合せしめられた偏光子を備えていることを特徴とす
る請求項8に記載のディスプレイ装置。 - 【請求項10】 それぞれ複数の波長における複数の直
線偏光された入射光ビームを生成すべく適合せしめられ
た複数の偏光子を備えていることを特徴とする請求項9
に記載のディスプレイ装置。 - 【請求項11】 前記偏光子は、1個またはそれ以上の
プリズムからなっていることを特徴とする請求項10に
記載のディスプレイ装置。 - 【請求項12】 前記偏光子は、立方体を形成する2個
のプリズムからなっていることを特徴とする請求項11
に記載のディスプレイ装置。 - 【請求項13】 前記偏光子は、シート状の偏光子また
は薄膜状の偏光子からなっていることを特徴とする請求
項9に記載のディスプレイ装置。 - 【請求項14】 カラーディスプレイを与える手段を備
えていることを特徴とする請求項8〜請求項13のいず
れかに記載のディスプレイ装置。 - 【請求項15】 前記カラーディスプレイを与える手段
は、1個またはそれ以上のカラーフィルタを有している
ことを特徴とする請求項14に記載のディスプレイ装
置。 - 【請求項16】 液晶分子を配向せしめるためのコーテ
ィングを備えていることを特徴とする請求項8〜請求項
15のいずれかに記載のディスプレイ装置。 - 【請求項17】 1個またはそれ以上の結晶シリコンベ
ース液晶セルを備えていることを特徴とする請求項8〜
請求項16のいずれかに記載のディスプレイ装置。 - 【請求項18】 透明な導電性コーティングを備えたガ
ラス板からなる基板を備えていることを特徴とする請求
項8〜請求項17のいずれかに記載のディスプレイ装
置。 - 【請求項19】 前記透明な導電性コーティングは、酸
化スズ・酸化インジウムコーティングからなっているこ
とを特徴とする請求項18に記載のディスプレイ装置。 - 【請求項20】 光源を備えていることを特徴とする請
求項1〜請求項7のいずれかに記載の装置または請求項
8〜請求項19のいずれかに記載のディスプレイ装置。 - 【請求項21】 請求項7〜請求項19のいずれかに記
載のアクティブマトリクスディスプレイ装置を備えてい
ることを特徴とする装置。
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