(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、色純度が高く、高輝度且つ高解像度なカラー表示が可能であるフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供する。【解決手段】    画素電極１９とＴＦＴ２１とを備えた第１の基板１１と、対向電極３３を備えた第２の基板３１と、を備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置の、ＴＦＴ２１の半導体層１５に形成されるチャネル５０の面積は９０μｍ２以上であり、あるいはチャネル５０におけるソース電極１７とドレイン電極１８それぞれ対向している部分の長さは両電極の間隙の長さの６倍以上である。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素電極と駆動素子であるＴＦＴとを備えた第１の基板と、対向電極を備えた第２の基板と、複数の異なる色の光源と、を備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴの半導体層のうちソース電極とドレイン電極の間に形成されるチャネル領域の面積が９０μｍ２以上であることを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項２】
前記チャネル領域の面積が９０μｍ２以上２００μｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載のフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項３】
画素電極と駆動素子であるＴＦＴとを備えた第１の基板と、対向電極を備えた第２の基板と、複数の異なる色の光源と、を備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴの半導体層のうちソース電極とドレイン電極の間に形成されるチャネル領域は、平面視で前記ソース電極と前記ドレイン電極それぞれ対向している部分の長さは、両電極の間隙の長さの６倍以上であることを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項４】
前記ソース電極と前記ドレイン電極それぞれ対向している部分の長さは、両電極の間隙の長さの６倍から１２倍まであることを特徴とする請求項３に記載のフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１の基板と前記第２の基板との間におけるセルギャップは２μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４いずれかに記載のフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドシーケンシャル用の液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近液晶ディスプレイにおいて、特許文献１のようなフィールドシーケンシャル方式が盛んに開発されている。前記フィールドシーケンシャル方式の液晶パネルは、バックライトに赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３原色のランプを有しており、該ＲＧＢ３原色ランプを時分割にて点灯、非点灯（換言すると点滅）させ、タイミングを計ってランプを隠すことで任意のカラー表現を行うものであり、カラーフィルタが不要な液晶パネルである。
【０００３】
人間の目（脳）は目から入った視覚情報を認識するまでにわずかながら時間がかかる（残像現象）。この認識に要する時間、すなわち、ランプが発光してから目（脳）で発光を認識するまでの時間の間に次のランプを点灯させることで、Ｒ、Ｇ、Ｂのランプを順に発光させて人間の目(脳）には混色発光していると認識させることが可能である。たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂランプそれぞれから発光された光が混合されることで、Ｒ、Ｇ、Ｂランプを備えたセルは白色発光したと認識される。
【０００４】
フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、上記のようなＲ、Ｇ、Ｂランプを液晶セルのバックライトとして前記残像現象が起こる速さで順次発光させると共に、前記Ｒ、Ｇ、Ｂランプの前面に配置された液晶セルに印加する電圧を切替えて、所定のタイミングで透過状態、遮断状態に切替えることで、任意のカラー表示を可能にするものである。たとえば、Ｒランプが発光しているときに、液晶セルを光が透過するようにしておき、Ｇ、Ｂ各ランプが発光するときには、光が透過しないようにすると、人間の目（脳）では液晶セルは赤く発光していると認識される。
【０００５】
例えば、前記フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を用いて、ＴＶ表示を行う場合、１秒間に６０コマの画面表示が行われている。すなわち、１画面（フィールド）あたり１／６０秒（約１７ｍｓ）の表示時間となる。さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂランプを順次点灯して色を再現するので、Ｒ、Ｇ、Ｂ各ランプの点灯時間は約６ｍｓとなる。ＴＶ表示用でなくほかの用途に用いるときでも、ちらつき（フリッカ）を防止するためには、略同じ時間で点灯、非点灯を繰り返さなくてはならない。
【０００６】
フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、従来の液晶セルのように１画素がＲ、Ｇ、Ｂのサブセルに分割されないので高輝度（高開口率）であり、カラーフィルタを備えた液晶セルに比べて微細加工が緩やかであるために高解像度化しやすい。
【０００７】
液晶セル組立時にカラーフィルタの貼り合わせ工程を省くことができるので、セル組立時のカラーフィルタを貼り合わせる工程に要求されるような、セル組立の精度が緩和される。
【０００８】
上述のような高速で順次点滅するバックライトを備えたフィールドシーケンシャル液晶セルにおいて十分な解像度及び輝度を得るためには、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ランプの動作に追従できる高速動作が可能な液晶セルが必要である。
【特許文献１】特開平８−９５５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のフィールドシーケンシャル液晶表示装置の場合、液晶がノーマリーホワイトの液晶とすると駆動電圧をＯＮにしたときから透過率が１０％になるまでの時間を立ち上がり時間τｒ、駆動電圧をＯＦＦにしたときから透過率が９０％になるまでの立ち下がり時間τｄを、上述のように高速化することができない。すなわち、高速で順次点滅するバックライトに対して追従できる高速動作が可能な液晶セルを作成することは非常に困難である。ノーマリーブラックの液晶の場合でも同様である。
【００１０】
これはフィールドシーケンシャルを製造する際、画素電極とその駆動素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）が形成されるアレイ側基板は、カラーフィルタを必要としないカラーフィルタ基板と異なり、一般的な液晶表示装置と基本的に同様な設計思想の下で作成されており、非常に高速な応答が要求されるフィールドシーケンシャルに用いるにはその能力として十分でないからである。
【００１１】
このような問題を鑑みて、本発明は、簡単な構造で、色純度が高く、高輝度且つ高解像度なカラー表示が可能であるフィールドシーケンシャルに最適なＴＦＴを備えたフィールドシーケンシャル型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、画素電極と駆動素子であるＴＦＴとを備えた第１の基板と、対向電極を備えた第２の基板と、複数の異なる色の光源と、を備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置であって、前記ＴＦＴの半導体層のうちソース電極とドレイン電極の間に形成されるチャネル領域の面積が９０μｍ２以上であることを特徴とし、請求項２の発明は、前記チャネル領域の面積が９０μｍ２以上２００μｍ２以下であることを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置である。
【００１３】
また請求項３の発明は、画素電極と駆動素子であるＴＦＴとを備えた第１の基板と、対向電極を備えた第２の基板と、複数の異なる色の光源と、を備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置であって、前記ＴＦＴの半導体層のうちソース電極とドレイン電極の間に形成されるチャネル領域は、平面視で前記ソース電極と前記ドレイン電極それぞれ対向している部分の長さは、両電極の間隙の長さの６倍以上であることを特徴とし、請求項４の発明は、前記ソース電極と前記ドレイン電極それぞれ対向している部分の長さは、両電極の間隙の長さの６倍から１２倍まであることを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置である。
【００１４】
更に請求項５の発明は、前記第１の基板と前記第２の基板との間におけるセルギャップは２μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４いずれかに記載のフィールドシーケンシャル液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、ソース電極からドレイン電極に多くの電荷が移動する、すなわち、画素電極に電荷が溜まるまでの時間が少ないので、液晶層の光の透過、非透過（反射、散乱）を高速で切替えることができる（換言すれば、高速応答性を有する）フィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１に本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第１の基板（アレイ基板）側の平面図、図２にフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第２の基板（対向基板）側の平面透過図、図３は本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の電極部の断面図を示す。
【００１７】
本実施形態においては、フィールドシーケンシャル液晶表示装置の液晶パネル以外の部分は従来のものを採用することができるため、その説明を省略する。
【００１８】
図１、２、３に示すフィールドシーケンシャル液晶表示装置の液晶パネル１０は、第１の基板１１と第２の基板３１とを有している。
【００１９】
第１の基板１１には、ゲート線１２（ゲート電極１３を含む）と、絶縁膜１４と、半導体活性層１５と、データ線１６（ソース電極１７を含む）と、ドレイン電極１８と、画素電極１９と、配向膜２０とが順に積層されている。ゲート線１２とデータ線１６とはマトリクス状に配置され、ゲート線１２とデータ線１６の交差する部分にゲート電極１３とソース電極１７とドレイン電極１８とが設けられ、ＴＦＴ２１が形成されている。各ＴＦＴ２１は、ドレイン電極１８と画素電極１９が絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。そして複数の画素電極１９を配置して表示領域を形成している。このときゲート線１２とデータ線１６とで囲まれた１つの領域の大きさは、大体一辺１２０μｍ〜１３０μｍの略正方形となっている。また、図中下側の第１の基板１１の外側には、液晶パネル１０のバックライトとして複数の色の光源、具体的には赤色発光のランプR１、緑色発光のランプG１、青色発光のランプB１の３色の光源を備えている。
【００２０】
ゲート線１２は、第１の基板１１上にスパッタリングにて金属膜を堆積させ、パターニングすることで形成される。この金属膜の材料としては、それには限定されないが、タンタル（Ｔａ）、モリブデンタンタル（ＭｏＴａ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）等の合金やアルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。
【００２１】
絶縁膜１４は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、やシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）からなっており、化学的気相成長（以下、ＣＶＤと記す）技術にて形成され、パターニングされる。
【００２２】
半導体層１５はアモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）と、場合により接合抵抗を低減するためのリンを微量添加したＮ＋ａ−Ｓｉ層とからなり、ＣＶＤ技術により形成され、パターニングされる。
【００２３】
データ線１６、ソース電極１７、ドレイン電極１８は、アルミ（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属をスパッタリング後にパターニングして形成される。
【００２４】
画素電極１９は透明導電膜であるインジウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）等からなっており、スパッタリング後にパターニングして形成される。
【００２５】
配向膜２０は、ポリイミド樹脂等を溶剤に溶かし、精密なゴム板当で印刷するか、スピンナ法によって塗布する。その後乾燥させ、焼成する。
【００２６】
また、液晶パネル１０の第２の基板３１側は、図２に示すように、ガラスからなる第２の基板３１に、第１の基板１１の隣接する画素電極１１の間と重なるように形成されたブラックマトリクス（以下、ＢＭと記す）３２と、基板全体にベタに形成された対向電極３３と、対向電極３３上にベタに形成された配向膜３４とが順に配置される。なおこのＢＭ３２は、光を遮蔽する金属クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯｘ）等からなる。
【００２７】
また、図３において第１の基板１１と第２の基板３１との間は液晶４０で充たされている。このとき、画素電極１１上の配向膜２０と、対向電極３３上の配向膜３４との間、所謂セルギャップは、約２μｍという狭ギャップとしている。これは液晶の高速応答を実現するための方法として、セルギャップを狭くするのが有効だからである。このようなセルギャップとすることで、フィールドシーケンシャルにより適したものとなる。このセルギャップは、液晶４０に配布された、球状スペーサ等により保持されている。
【００２８】
図４にチャネル部の拡大図を示す。
【００２９】
チャネル５０は、半導体層１５のうちソース電極１７及びドレイン電極１８の間の隙間のことであり、ソース電極１７及びドレイン電極１８の互いに向き合った面の長さをチャネル幅５１とし、ソース電極１７とドレイン電極１８の隙間の長さをチャネル長５２としている。またチャネル５０は、平面視でチャネル幅５１を長辺とし、チャネル長５２を短辺とする長方形である。また、半導体層１５のチャネル５０と下層側にはゲート電極１３が位置しており、ゲート電極１３に電圧を印加すると半導体層１５が導通状態になり、ソース電極１７からドレイン電極１８に電流が流れる。
【００３０】
ソース電極１７からドレイン電極１８に流れ込む電流が大きいと、多くの電荷がドレイン電極１８を介して画素電極１９に搬送される。つまり、画素電極１９に多くの電荷が送られるので、液晶の応答性を高めることが可能である。
【００３１】
図５に本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置に用いたＴＦＴのチャネル幅とドレイン電流の関係を示す。
【００３２】
図５に示すグラフは、ソース電圧６V、ゲート電圧１６V、チャネル長を４μｍとして行った結果である。チャネル長５２は短いほうが迅速に電荷を移動することが可能であるが、あまり短すぎると種々不具合も発生するので通常用いられているサイズである４μｍ程度とした。ドレイン電流とは、ドレイン電極１８に流れる電流のことである。
【００３３】
そして、チャネル幅が、６μｍ、１２μｍ、２４μｍ、３５μｍ、４０μｍ、５０μｍのときのドレイン電流をそれぞれ計測した。
【００３４】
このグラフを見ると、チャネル幅５１が大きくなると共にドレイン電流が大きくなっていることがわかる。そして検討を重ねた結果、フィールドシーケンシャル液晶表示装置に用いられる液晶セルの場合、バックライトＲ１、Ｇ１、Ｂ１の高速点滅に対応した液晶パネルの応答性を得るにはドレイン電流が約１．５μA以上必要である。グラフを見るとドレイン電流が１．５μA（図５中1点鎖線）を越えているのは、チャネル幅５１が約２４μｍ以上のときであり、グラフよりチャネル幅５１が約２４μｍでドレイン電流が１．５μＡとなる。このとき、チャネルの平面視長方形の面積は約９０μｍ２であり、チャネル幅５１／チャネル長５２の比では６を越えていることがわかる。
【００３５】
よって、フィールドシーケンシャルに最適なＴＦＴとしては、チャネルの面積が９０μｍ２以上が好ましい。なお余りチャネルの面積が大きくなりすぎると、それに伴ってゲートドレイン間の寄生容量も大きくなってしまい、液晶容量に対して無視できない値になり、画質劣化の一因となってしまう。そこでチャネルの面積は、９０μｍ２から２００μｍ２までがより好ましい。
【００３６】
また、フィールドシーケンシャルに最適なＴＦＴとしては、チャネル幅５１／チャネル長５２の比が６を越えていることが好ましい。なお余りチャネル幅５１がチャネル長５２より長くなりすぎると、それに伴ってゲートドレイン間の寄生容量も大きくなってしまい、液晶容量に対して無視できない値になり、画質劣化の一因となってしまう。そこでチャネル幅５１の長さはチャネル長５２の長さの６倍から１２倍までがより好ましい。
【００３７】
通常の液晶表示装置であればこのような大きなチャネルを有するＴＦＴは、開口率の低下を招き、またドレイン電流としてここまでの電流値を必要としないため、現実的なサイズではないが、フィールドシーケンシャルの場合、１画素がＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素で構成されていないので高開口率であるため、このようなサイズのＴＦＴを採用しても、表示に大きく影響を与えるまでの開口率の低下を招く恐れはない。
【００３８】
上述の実施例において、バックライトとして赤色発光ランプＲ１、緑色発光ランプＧ１、青色発光ランプＢ１を採用しているが、それに限定されるものではなく、高速点滅に対応することが可能な発光体を広く採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第１の基板（アレイ基板）側の平面図である。
【図２】本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第２の基板（対向基板）側の平面透過図である。
【図３】本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の電極部の断面図である。
【図４】本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置のチャネル部分を拡大した正面図である。
【図５】本発明にかかるフィールドシーケンシャル液晶表示装置のチャネル幅とドレイン電流の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  液晶パネル
１１  第１の基板
１３  ゲート電極
１５  半導体層
１７  ソース電極
１８  ドレイン電極
１９  画素電極
２１  ＴＦＴ
３１  第２の基板
３３  対向電極
４０  液晶層
５０  チャネル
５１  チャネル幅
５２  チャネル長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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