JP2003287746A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】蛍光体を利用する液晶表示装置において、蛍光
体からの可視光は全方位への散乱光であるために、表示
に利用される光はその一部であり、光利用効率が低い。
そこで、蛍光体からの光利用効率を向上し、消費電力の
増大なしに液晶表示装置の輝度を向上することが課題で
ある。 【解決手段】蛍光体１０を利用する液晶表示装置におい
て、蛍光体１０と光源１との間に、蛍光体１０の励起光
１２（主には紫外光）を透過し、蛍光体１０から発光さ
れる可視光を反射する、特徴を有する可視反射板１１を
配置する。なお、可視反射板１１は金属膜より形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関わ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、軽量，薄型，低消費電
力といった特徴を生かし、時計や携帯電話などの小型表
示装置から、ノート型パソコンモニタ、さらにはＣＲＴ
(Cathode Ray Tube）に替わるデスクトップ型パソコン
用モニタとして市場を拡大し、その用途は多岐にわた
る。

【０００３】従来、これら液晶表示装置では主に静止画
像が表示され、特に高コントラスト化や高精細化が要求
されてきた。さらに最近では、静止画像の表示だけに留
まらず、テレビやＤＶＤ再生対応モニタなどへの用途も
拡大されつつあり、動画像に対応できる液晶表示装置の
開発が進められている。

【０００４】これにともない、液晶表示装置には、低消
費電力化はもちろんのこと、従来の高コントラスト化、
高精細化に加え、特に高輝度化という特性が要求されて
いる。またテレビ用途などに向けて、３０インチ以上の
大型液晶表示装置の開発も求められている。

【０００５】従来の液晶表示装置の断面構成を図１に示
す。光源１には三波長蛍光管が用いられ、ここより出射
された光は導光層３及びその背面に配置された反射板２
により液晶層側に導かれる。そして、第１の偏光板４Ａ
を透過し、第１のガラス基板５，液晶層６を透過する。

【０００６】液晶層と基板との間には配向膜と呼ばれる
高分子薄膜（図１では省略）が配置され、液晶分子を配
列させるために配向処理が施されている。光の透過制御
は、この配列された液晶分子の配向方向を変化させ、そ
れにより生じる液晶層の光学特性の変化により行われ
る。

【０００７】液晶層を透過した光は、３色ＲＧＢカラー
フィルタ８に入射する。カラーフィルタ８には、各画素
に対応して、赤色フィルタ８Ａ，緑色フィルタ８Ｂ，青
色フィルタ８Ｃが配置され、その境界には光を遮光する
ためのブラックマトリクス７が配置されている。

【０００８】各フィルタは、各色に応じた波長の光のみ
を透過し、それ以外の光を吸収あるいは反射する。緑色
フィルタは５５０ｎｍ程度の光（Ｇ）のみ透過し、それ
以外の波長の光を吸収し、熱エネルギーとして消費す
る。同様に、赤色フィルタと青色フィルタは、それぞれ
６５０ｎｍ程度の光（Ｒ）と４５０ｎｍ程度の光（Ｂ）
のみ透過する。

【０００９】カラーフィルタにおいて、可視光４００ｎ
ｍから７００ｎｍのうち、約１／３の領域の光しか透過
せず、それ以外の約２／３はフィルタにより消費され光
として活用されない。すなわち、各フィルタでの透過率
は原理的に３０％程度が限界である。

【００１０】そして、カラーフィルタを透過した光は、
第２のガラス基板９，第２の偏光板４Ｂを透過し、観測
者側に出射される。

【００１１】これら各フィルタから透過したＲＧＢ３色
の光の強度を、液晶の配向状態を制御することにより変
化させ、ほぼすべての色を創出しカラー画像を表示す
る。

【００１２】しかしながら、カラーフィルタを用いる従
来の液晶表示装置では、上記したようにカラーフィルタ
での光利用効率が低く、このことは今後の高輝度化を要
求される液晶表示装置にとっては非常に大きな課題であ
る。

【００１３】また、カラーフィルタを用いる従来の液晶
表示装置において、液晶テレビなどに対応できるよう
に、高輝度化を達成するためには、光源の光量を大きく
することが考えられる。しかし、これは液晶表示装置と
しての消費電力増大を引き起こすことになる。

【００１４】このような課題を解決するための手段が、
特開平６−１２３８８３号公報や特開平８−３６１５８
号公報などに開示されている。これら発明に関する液晶
表示装置の構成を図２に示す。

【００１５】このような液晶表示装置では、液晶表示素
子の表面もしくは背面に蛍光体を配置すること、そし
て、光源として紫外光源を用いることが特徴である。こ
の時、液晶表示装置の構成部材としてカラーフィルタは
必ずしも必要ではない。

【００１６】図２では、蛍光体を液晶表示素子の背面
（液晶層に対して光源側）に配置した構成を示してい
る。

【００１７】光源１から出射した紫外光は、各画素に対
応して配置される蛍光体１０（赤色蛍光体１０Ａ，緑色
蛍光体１０Ｂ，青色蛍光体１０Ｃ）に照射される。紫外
光はこの蛍光体により各画素において可視光（赤色，緑
色，青色）に変換される。変換された可視光は、偏光板
４Ａ，第１のガラス基板５，液晶層６，第２のガラス基
板９，偏光板４Ｂを透過し、観測者側に出射される。

【００１８】液晶層６では、その配向状態を制御するこ
とにより、蛍光体からのＲＧＢ３色の光強度を調整し、
ほぼすべての色を創出しカラー画像を表示する。

【００１９】従って、このような液晶表示装置では、光
利用効率のきわめて低いカラーフィルタを必要としない
ため、低消費電力でありながら輝度の高い液晶表示装置
を実現できる可能性がある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記蛍
光体を利用する液晶表示装置の構成だけでは輝度の向上
は難しい。それは以下の理由による。

【００２１】蛍光体は、紫外光を照射されることによ
り、その紫外光を長波長に変換し、可視光を発光する
が、この可視光は蛍光体を中心とする全方位に発光され
る散乱光である。散乱光のうち前方に導かれる光は、ほ
ぼ１／３程度であり、その他２／３程度の光は、後方も
しくは側方へ導かれ観測者側には出射されない。すなわ
ち、表示用の光として有効に利用されない。

【００２２】さらに蛍光体の発光効率（可視光変換効
率）を考慮すれば、その光利用効率はさらに低くなる。
励起波長にもよるが、例えば、蛍光体の発光効率を８０
％としても、前方へ導かれる光は入射する紫外光の光量
の約２７％（８０％×１／３）となる。したがって、カ
ラーフィルタを用いる従来の液晶表示装置に比べ、輝度
が同程度もしくは輝度が低下することになり、その向上
は期待できない。

【００２３】この課題を解決するためには、次のような
特徴を有する可視反射板が、蛍光体と光源との間に必要
である。すなわち、光源からの光を透過し、蛍光体から
の光を反射する可視反射板である。特に、蛍光体は一般
に波長が４００ナノメートル以下の紫外光により励起さ
れることから、可視反射板としては、紫外光（蛍光体励
起光）を透過し、可視光を反射する特性が必要である。

【００２４】このことを解決する一つの手段として、特
開平８−３６１７５号公報に光源からの紫外光を透過
し、可視光を反射する光学フィルタの利用が開示されて
いる。しかし、その光学フィルタの具体的構成や材料な
どは一切明示されていない。

【００２５】また、特開平７−９２４６５号公報などで
は、このような光学フィルタとして、誘電体を多層に積
層したダイクロイックミラーやＺｎＳ−ＳｉＯ₂多層膜
などが提案されている。しかし、このような多層膜は、
大型基板上での形成が非常に困難であり、また多層形成
という多段階プロセスにより、生産効率の低下，コスト
増大を引き起こし、大きな課題となる。

【００２６】本発明の目的は、低消費電力でありなが
ら、高輝度，高精細，高コントラストを同時に達成でき
る表示性能に優れた液晶表示装置を提供することにあ
る。

【００２７】具体的には、蛍光体を用いた液晶表示装置
において、光源より発せられる蛍光体励起光を透過し、
かつ蛍光体から発せられる可視光を反射する可視反射板
を利用し、光の利用効率を向上することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】これら目的を達成するた
めに、本発明では以下の手段を用いる。

【００２９】対向する一対の基板と、その一対の基板間
に挟持された液晶の層と、液晶の層を挟持する一対の基
板の外側に配置された偏光板と、光源とからなり、画素
毎に液晶の配向方向を制御して表示を行う液晶表示装置
において、偏光板より外側に、各画素に対応して蛍光体
を配置し、金属膜を用いて形成される可視反射板を、蛍
光体と光源との間に配置する。なお、可視反射板と蛍光
体は、互いに接するよう配置されていることが望まし
い。

【００３０】そして、可視反射板は、金属薄膜から構成
される。あるいは、金属薄膜と、その金属薄膜を支持す
ることが可能な支持基板とから構成されてもよい。

【００３１】この可視反射板を形成する金属薄膜は、単
一の組成からなるものでもよいし、複数の組成からなる
ものでもよい。さらには、組成の異なる少なくとも２層
以上の薄膜からなるものでもよい。

【００３２】また、金属薄膜は、各画素に対応する領域
内で、領域のほぼ全域を覆うように形成されるか、ある
いは、部分的に形成される。そして、その表面は、必要
に応じて、凹凸形状を有する。

【００３３】可視反射板を構成する支持基板は、その表
面に凸状部を備え、凹凸な表面形状を有し、凸状部の少
なくとも一部に上記のような金属薄膜が形成されている
ことが望ましい。そして、その凸状部は、基板面に垂直
な少なくとも一つの方向における断面が、三角形または
台形または円弧形状であればよい。

【００３４】金属薄膜の具体的な組成としては、銀（Ａ
ｇ）と銅（Ｃｕ）と金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）
とロジウム（Ｒｈ）とからなる群から選択された一種ま
たは複数の組成を含むことが望ましく、また、その厚み
は７０ナノメートル以下とする。高い効果を得るために
は、その膜厚が５ナノメートル以上６５ナノメートル以
下であることが望ましい。

【００３５】支持基板の具体的材料としては、石英ガラ
ス基板やポリカーボネートのような紫外線を透過する樹
脂基板でなければならない。

【００３６】各画素に対応する部分毎に配置される蛍光
体は、１種の組成で構成される、または、少なくとも２
種以上の組成で構成される。そして、励起波長の異なる
少なくとも２種以上で構成されてもよい。

【００３７】各画素の面積は、上記した可視反射板の反
射特性に応じて、（式１）または（式２）を満たすこと
が望ましい。

【００３８】

【数１】 Ｓ_B＞Ｓ_G Ｓ_B＞Ｓ_R …（式１）

【００３９】

【数２】 Ｓ_B＞Ｓ_G＞Ｓ_R …（式２） Ｓ_R：赤色画素面積、Ｓ_G：緑色画素面積、Ｓ_B：青色画
素面積 蛍光体の具体的材料としては、３価のユーロピウムイオ
ン（Ｅｕ³⁺）と２価のマンガンイオン（Ｍｎ²⁺）と２価
のユーロピウムイオン（Ｅｕ²⁺）と４価のマンガンイオ
ン（Ｍｎ⁴⁺）と３価のテルビウムイオン（Ｔｂ³⁺）と３
価のジスプロシウムイオン（Ｄｙ³⁺）とからなる群か
ら、少なくとも１種のイオンを含むものであればよく、
または、硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含むものでもよい。

【００４０】光源としては、蛍光体を高い効率で励起す
る必要があり、４００ナノメートル以下の波長を有する
光を発する紫外光源であればよく、特に低圧水銀灯や高
圧水銀灯であることが望ましい。あるいは、選択する蛍
光体によって、４５０ナノメートル近傍の波長を有する
光を発する青色光源であってもよい。

【００４１】次に、コントラスト低下を抑制するため
に、液晶層を挟持する一対の基板のうち、蛍光体が配置
される側の基板は、厚みが０.５mm 以下の薄板基板であ
ること、または、その厚みが画素短辺方向幅の√３／２
倍以下の薄板基板であることが望ましい。

【００４２】そして、この薄板基板は、一対の超薄板ガ
ラスと、該超薄板ガラスに挟持された光透過可能な光透
過性樹脂層とから成るものでもよく、この時、超薄板ガ
ラス基板は、その厚みが薄板基板の厚みの１／２未満、
または、厚みが０.２mm 以下であることが望ましい。

【００４３】なお、光透過性の樹脂層は、光学部材であ
ること、さらには偏光機能を有することが望ましい。

【００４４】

【発明の実施の形態】本発明の最大の特徴は、光源と蛍
光体との間に配置する、金属膜を用いて形成される可視
反射板にある。

【００４５】上記したように、蛍光体を利用する液晶表
示装置において、光利用効率を向上するためには、蛍光
体から発光される可視光を反射する可視反射板を必要と
する。そして、この可視反射板は、蛍光体からの可視光
を反射するとともに、蛍光体を励起する光を透過する必
要がある。

【００４６】一般の蛍光体を励起する光は、２５４ナノ
メートルや３６５ナノメートルなど４００ナノメートル
以下の波長を有する紫外光、または近紫外光である。従
って、可視反射板としては、紫外光を透過し、可視光を
反射するものでなければならない。

【００４７】従来、このような要求を満たす可視反射板
として多層誘電体を利用する例もある。しかし、多層誘
電体の形成は、多段階のプロセスが必要であり製造コス
トが高く、さらに大画面液晶テレビなどの大型基板への
適応が非常に困難である。

【００４８】そこで、本発明者らが検討した結果、金属
膜を用いて形成される可視反射板が、蛍光体を利用する
液晶表示装置に対して有効であることがわかった。これ
は金属膜が以下の特徴を有するためである。 （１）可視光を高い効率で反射することができる。 （２）例えば蒸着法などにより容易に形成でき、大型基
板にも対応できる。 （３）後述するように、組成，膜厚及び構造を選択する
ことで紫外光などの蛍光体励起光を透過することができ
る。

【００４９】金属膜は、従来の多層誘電体膜のように、
多層形成しなくとも、上記（１）及び（３）を両立する
ことが可能である。また、特に液晶テレビなどの大画面
を必要とする大型基板に対しても容易に形成できる。こ
のことは、従来の多層誘電体膜を利用するものに比べ、
プロセス簡略化と製造コストの低減につながる。

【００５０】本発明者らが検討した、このような金属膜
の一例を以下に説明する。

【００５１】図３に、本発明者らが検討した銀膜（Ａｇ
膜）の反射率及び透過率を示す。銀膜は１００℃に加熱
して真空蒸着により形成したものであり、その膜厚は５
４ナノメートルである。縦軸は反射率または透過率であ
り、横軸は銀膜へ入射する光の波長である。破線は反射
率を、実線は透過率を表す。

【００５２】この銀膜における反射率は、可視光（４５
０から７００ナノメートル）領域では８５％以上であ
り、特に人間の視感度の高い５５０ナノメートル近傍で
は９０％以上である。

【００５３】一方、透過率は可視光領域で１０％以下と
非常に低いが、４００ナノメートル以下で徐々に高くな
り、３２０ナノメートル近傍では６０％以上である。こ
の透過率の高い領域の波長を有する光は、蛍光体を発光
させるための励起光として有効な光である。

【００５４】従って、このような銀膜では、蛍光体を励
起する４００ナノメートル以下の光を十分に透過し、ま
た、蛍光体から発光される可視光を高い効率で反射する
ことができ、蛍光体を利用する液晶表示装置における可
視反射板として非常に有効である。

【００５５】また、詳細は後述するが、一つの画素内
で、金属膜を配置する領域と、配置しない領域を分ける
ことにより、蛍光体からの可視光を反射する領域と、蛍
光体励起光を透過する領域を作ることも可能である。こ
のような場合には、金属膜として可視光を反射できるも
のであれば制約はない。

【００５６】本発明における、このような金属膜により
形成される可視反射板を用いた液晶表示装置の断面構成
を図４に示す。なお、図４（ｂ）は図４（ａ）でのＡ部
拡大図である。

【００５７】本発明では、対向する一対の基板、すなわ
ち第１のガラス基板５と第２のガラス基板９と、それら
一対の基板間に挟持された液晶の層６と、液晶の層を挟
持する一対の基板の外側に配置された偏光板４（４Ａ，
４Ｂ）と、光源１とからなり、画素毎に前記液晶の配向
方向を制御して表示を行う液晶表示装置において、偏光
板４（４Ａ，４Ｂ）より外側に、各画素に対応して蛍光
体１０を配置し、金属膜を用いて形成される可視反射板
１１を、蛍光体１０と光源１との間に配置する。

【００５８】なお、図４では液晶を配向させるための配
向膜や、液晶を駆動するための電極群については省略し
てある。

【００５９】図４に示すように、光源１から出射した蛍
光体励起光１２は、金属膜からなる可視反射板１１を透
過し、蛍光体１０に照射される。そして、この励起光１
２により蛍光体１０からは蛍光体散乱光１３が発光され
る。蛍光体１０から発光される蛍光体散乱光１３は、全
方位に散乱され、その一部のみ前方向へ進む。一方、蛍
光体１０から後方や側方へ発光される可視光は、可視反
射板１１により反射され、可視反射光１４として、前方
（観測者側）に導かれる。

【００６０】そして、蛍光体１０からの前方への散乱す
る蛍光体散乱光１３と反射により前方へ導かれる可視反
射光１４は、偏光板４Ａ，第１のガラス基板５，液晶層
６及び第２のガラス基板９，偏光板４Ｂを透過し、観測
者側に出射される。

【００６１】なお、図４（ａ）では、蛍光体１０が、液
晶層６よりも光源１側に配置された構成であるが、図５
に示すように、液晶層６に対して、光源１と反対側（観
測者側）に配置される構成でもよい。ただし、この場合
においても、可視反射板１１は蛍光体１０と光源１との
間に配置される。

【００６２】この蛍光体１０の配置箇所に対して、可視
反射板１１は、できるだけ近い位置に配置されている方
がよく、さらには互いに接するように配置されているこ
とが望ましい。

【００６３】これは、蛍光体からの光が、反射板に達す
るまでに、他の部材を透過することにより、その強度が
減衰することを抑制するためである。

【００６４】本発明では、これら蛍光体１０からの後方
や側方へ散乱する光を可視反射板１１により反射させる
ことで再利用し、光源の強度を上げる（光源の消費電力
を増大させる）ことなく、液晶表示装置の輝度向上を達
成するものである。

【００６５】次に、可視反射板の構成について説明す
る。

【００６６】可視反射板は、金属薄膜で構成されるもの
がよく、また、金属薄膜とその金属薄膜を支持可能な支
持基板とから構成されるものでもよい。

【００６７】そして、上記金属薄膜は、先に示した銀膜
のように単一の組成から構成される膜でもよいし、また
複数の組成から構成される膜でもよい。さらに、組成の
異なる少なくとも２層以上の薄膜から構成される膜でも
よい。

【００６８】可視反射板の具体的な構造の一例を図６か
ら図９に示す。

【００６９】図６（ａ）に示すように、可視反射板を構
成する金属膜１１Ａは、液晶表示装置の表示領域内でベ
タ状に形成されてもよいし、また各画素に対応するよう
にパターニングされ、各画素に対応する領域内でほぼ全
面を覆うように形成されてもよい。この時、金属膜１１
Ａは光源からの光を透過し、蛍光体から発光される可視
光を反射するものでなければならない。上記一例に示し
た銀膜は、このような条件を満たしており、画素内でベ
タ状に形成されていてもよい。

【００７０】また、図６（ｂ）に示すように、金属膜１
１Ａは、各画素に対応する領域内で、部分的に形成され
てもよい。この時、金属膜１１Ａは、特に光源からの光
を透過する部材である必要はなく、蛍光体から発光され
る可視光を反射するものであればよい。光源からの光
は、金属薄膜の形成されていない領域を透過し、蛍光体
に照射され、蛍光体から発光される可視光は部分的に形
成される金属薄膜により反射される。このような構成に
より、金属材料の選択幅が広がる。

【００７１】さらに、図６（ｃ），図６（ｄ）に示すよ
うに、金属膜１１Ａは、各画素に対応する領域内で、そ
の表面が凹凸形状を有してもよい。このような凹凸形状
を有する表面とすることで、反射した可視光を効率良
く、所定の画素に対応する液晶層へ入射することができ
る。

【００７２】なお、本発明における凹凸形状を有する可
視反射板は、図６に示す構造には限らない。

【００７３】また、図７と図８に示すように、可視反射
板１１は、金属膜１１Ａとその金属薄膜を支持すること
ができる支持基板１１Ｂとからなるものでもよい。そし
て、支持基板１１Ｂが、その表面に凸状部を備え、凹凸
な表面形状を有し、その凸部の少なくとも一部に金属膜
１１Ａが形成されている構成でもよい。

【００７４】支持基板を用いることで、金属薄膜表面の
凹凸形成を容易にでき、プロセスを簡略化できる。ま
た、支持基板と金属薄膜を一体とすることで、可視反射
板としての耐圧性，耐震性が向上する。

【００７５】凸状部の形状は、図７（ａ），図７
（ｂ），図７（ｃ）にそれぞれ示すように、少なくとも
一つの方向における基板面に垂直な断面が、三角形，台
形でもよく、さらには円弧を有する形状でもよい。この
ような形状とすることで、反射した可視光を効率良く、
所定の画素に対応する液晶層へ入射することができる。

【００７６】また、図８に示すように、これら支持基板
１１Ｂの凸状部の一部に金属膜11Ａが形成されている場
合には、その金属薄膜は光源からの光を透過する膜でも
よいし、透過しない膜でもよい。透過しない膜を用いる
場合には、金属薄膜の形成されていない領域から光源の
光を通過させればよい。

【００７７】図８（ａ）に示す構造では、円弧部の真下
には金属薄膜が形成されておらず、光源からの光は、こ
こから透過し蛍光体に入射される。そして、蛍光体から
の可視光は、円弧部の両脇に形成された金属薄膜により
反射され、観測者側に導かれる。

【００７８】図８（ｂ）では、光源からの光は側方から
透過し、蛍光体に入射される。そして、蛍光体からの可
視光は、各画素の真下に形成される金属薄膜により反射
され、観測者側に導かれる。

【００７９】また、図９に示すように、蛍光体１０と可
視反射板が直接接する構成であってもよい。上記したよ
うに、直接接する構成により、蛍光体からの光が他の部
材を透過し、その強度を減衰させることなく、効率良く
反射することができる。

【００８０】図９（ａ）ように表面に凹凸を有する形状
や、図９（ｂ）のように断面が円弧を有する形状では、
１画素あたりに光照射される蛍光体の表面積が実質的に
広くなるために、蛍光体からの発光効率が向上し、結果
として液晶表示装置の輝度向上が可能となる。

【００８１】さらに図９（ｃ）では、円弧形状を有する
金属薄膜に沿って蛍光体を配置する。この構成では、蛍
光体からの光を、入射角を制御して、所定の画素に入射
することができる。これにより、コントラスト向上が期
待できる。

【００８２】次に金属薄膜の具体的な材料について説明
する。

【００８３】図６（ｂ）や図８（ａ），図８（ｂ）に示
すように、部分的に金属薄膜が形成されている構造の場
合には、金属薄膜の組成としては可視光を高い効率で反
射するものが望まれ、特に銀（Ａｇ）やアルミニウム
（Ａｌ），ロジウム（Ｒｈ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ）
などがよい。また、これらのうち複数の組成を含んでも
よい。

【００８４】図１０に各金属膜における反射率を示す
（理科年表２００２年度版参照）。これからわかるよう
に、特に銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）は可視領域
において、９０％以上の反射率を有するので輝度向上に
は有効である。

【００８５】また、図６（ａ），図６（ｃ），図６
（ｄ）や図７，図９に示す構造のように、画素に対応す
る全領域において金属薄膜を形成する場合には、その金
属薄膜は光源からの光を透過する必要がある。

【００８６】光源からの光としては、蛍光体を励起でき
る波長を有する光でなければならず、特に４００ナノメ
ートル以下の光が有効である。すなわち、金属薄膜とし
ては４００ナノメートル以下の光を透過し、可視光を反
射する特性を有することが必要である。このような金属
材料としては銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）が適
当であり、特に銀（Ａｇ）が可視反射板の材料として有
効であることが本発明者らの検討によりわかった。上記
したように、銀薄膜では、図３に示すように、可視光を
高い効率で反射し、紫外光を高い効率で透過する特性を
有する。

【００８７】また、上記金属薄膜の反射率や透過率は、
その金属薄膜の膜厚によって変化する。基本的には膜厚
が厚いほど可視領域の光の反射率は高くなり、４００ナ
ノメートル以下の光の透過率は低下する。逆に、薄い膜
ほど可視領域の光の反射率は低下し、４００ナノメート
ル以下の光の透過率は高くなる。

【００８８】すなわち、可視光領域の反射率と４００ナ
ノメートル以下の紫外光の透過率はトレードオフの関係
にあり、本発明を効果的に実施するためには、金属薄膜
の膜厚を選択する必要がある。

【００８９】そこで、本発明者らは、銀膜における透過
率と反射率の波長依存性を、膜厚を変化させて評価し
た。その結果を図１１と図１２に示す。図１１は、銀膜
の各膜厚における透過率の波長依存性を示したものであ
る。図１２は、銀膜の各膜厚における反射率の波長依存
性を示したものである。

【００９０】上記したように、銀膜の膜厚が薄いほど可
視光の反射率は低くなり、４００ナノメートル以下の光
の透過率は高くなる。膜厚が１３０ナノメートルの銀膜
においては可視光領域のほぼ全領域において９５％以上
の高反射率を達成しており、透過率は３２０ナノメート
ル近傍にピークを有し、その透過率は１７％程度であ
る。

【００９１】一方、膜厚が３０ナノメートルの銀膜では
可視光領域において、５０％から７０％の反射率であ
り、反射率は低下するが、４００ナノメートル以下の光
の透過率は高くなり、３２０ナノメートル近傍では８０
％程度の透過率を有する。

【００９２】すなわち、可視光領域の反射率と４００ナ
ノメートル以下の紫外光の透過率はトレードオフの関係
にあり、従って、本発明を効果的に実施するためには、
金属薄膜の膜厚を選択することが重要となる。

【００９３】そこで、本発明者らは、上記銀膜膜厚の異
なる可視反射板を用いた液晶表示装置の輝度について検
討した。

【００９４】検討結果を図１３に示す。なお、各構成に
おける検討の詳細は、以下の各実施例において説明す
る。横軸に銀膜の膜厚を、縦軸に液晶表示装置の相対輝
度を示した。ここで、縦軸は、可視反射板を用いない構
成での輝度を１としたときの相対輝度である。

【００９５】図１３からわかるように、膜厚が３０ナノ
メートル近傍で輝度がほぼ最大になるような上に凸の曲
線を描く。

【００９６】銀膜が薄い領域（０＜ｔ＜３５ｎｍ）で
は、膜厚が厚くなるにともない、相対輝度は高くなる。
これは、紫外光の透過率低下に比べ、可視光反射率の上
昇する割合が大きいためである。

【００９７】一方、銀膜の膜厚が３５ｎｍ以上では徐々
に相対輝度が低下する。これは、４００ナノメートル以
下の透過率、すなわち蛍光体を発光させるのに必要な励
起光の透過率低下に比べ、反射率がそれほど大きくなら
ないためである。

【００９８】さらに７０ナノメートルより厚い場合に
は、励起光の透過率が極度に小さくなるために、可視反
射板を備えない場合（銀膜膜厚が０ｎｍに相当）よりも
液晶表示装置の輝度は低くなる。

【００９９】このことから、本発明の効果を得るために
は、金属薄膜は、その膜厚が７０ナノメートル以下であ
ることが望ましい。

【０１００】さらに、人間の視覚が、２％の輝度変化率
を効果として認識できること（ウェーバー比）を考えれ
ば、金属薄膜の膜厚は少なくとも５ナノメートル以上６
５ナノメートル以下であることが望ましい。

【０１０１】また、可視反射板が金属薄膜と、それを支
持するための支持基板から構成される場合には、その支
持基板は蛍光体を励起する光を透過する必要がある。具
体的材料としては、石英ガラスや、ポリカーボネートな
ど紫外線を透過する樹脂が望ましい。

【０１０２】次に蛍光体材料について述べる。

【０１０３】蛍光体は各画素に対応する部分毎に配置さ
れ、その蛍光体は、１種の組成で構成されてもよい。ま
た、蛍光体の発光色は直接液晶表示装置としての色純度
に影響するため、高色純度を達成するために少なくとも
２種以上の組成で構成されていてもよい。

【０１０４】さらに、蛍光体は材料により、高い発光効
率を与える励起光の波長が異なり、２５４ｎｍ近傍の光
で高効率発光するものもあれば、３６５ｎｍ近傍，３１
０ｎｍ近傍の光で高効率に発光するものもある。従っ
て、これら励起波長の異なる少なくとも２種以上で構成
される蛍光体を用いてもよい。

【０１０５】ここで、各色に対応する画素の面積につい
て検討する。通常画素の面積は、色に関係無くほぼ同じ
大きさで設計される。赤色画素，緑色画素，青色画素
で、その面積は変わらない。しかしながら、上記可視反
射板を、液晶表示装置の部材として導入する場合には、
各色における画素面積について検討する必要がある。

【０１０６】例えば、可視反射板の金属薄膜として、金
（Ａｕ）膜を用いることを考える。金膜は図１０に示す
ような反射率特性を示し、赤色光（６５０ｎｍ近傍）と
緑色光（５５０ｎｍ近傍）については、ほぼ８５％以上
の反射率を示すが、青色光（４５０ｎｍ近傍）では４０
％とその反射率は大きく低下する。すなわち、各色の蛍
光体からの可視光が同程度の強度で発せられても、各光
における反射率の違いから、表示色（観測者側で表示さ
れる色）は黄色味がかったものとなる。

【０１０７】これを解決するためには、青色光の強度を
増加させる必要がある。そこで、本発明では、青色画素
の面積を拡大することにより、青色光の光強度を増大さ
せる。すなわち、（式１）を満たす構成とすることで可
能である。

【０１０８】

【数１】 Ｓ_B＞Ｓ_G Ｓ_B＞Ｓ_R …（式１） Ｓ_R：赤色画素面積、Ｓ_G：緑色画素面積、Ｓ_B：青色画
素面積 これにより、各光の強度をほぼ同程度に調整でき、白表
示が可能となる。

【０１０９】またこの手段は、上記した銀薄膜を用いる
場合にも有効である。例えば、３３ナノメートルで形成
される銀薄膜の場合、図１２に示すような反射率特性を
示し、赤色光（６５０ｎｍ近傍）では７０％程度の反射
率を示すが、緑色光（５５０ｎｍ近傍）では、６０％程
度、青色光（４５０ｎｍ近傍）では４５％とその反射率
は大きく低下する。すなわち、各色の蛍光体からの可視
光が同程度の強度で発せられても、各光における反射率
の違いから、赤味がかった表示色となる。

【０１１０】これを解決するためには、緑色光，青色光
の強度を増加させる必要がある。そこで本発明では、緑
色画素及び青色画素の面積を拡大することにより、それ
ぞれの光強度を増大させる。すなわち、（式２）を満た
す構成とする。

【０１１１】

【数２】 Ｓ_B＞Ｓ_G＞Ｓ_R …（式２） Ｓ_R：赤色画素面積、Ｓ_G：緑色画素面積、Ｓ_B：青色画
素面積 これにより、各光の強度をほぼ同程度に調整でき、白表
示が可能となる。

【０１１２】ここで、具体的な蛍光体材料について説明
する。

【０１１３】蛍光体は一般に絶縁体である母体と発光中
心とからなる。発光中心は通常、原子やイオンであり、
これら発光中心で生じるエネルギー準位間の電子遷移に
より蛍光体は発光する。従って、蛍光体からの発光色
は、発光中心の種類に大きく依存する。

【０１１４】赤色を発光する蛍光体は、その発光中心と
して、主に３価ユーロピウムイオン（Ｅｕ³⁺）や２価マ
ンガンイオン（Ｍｎ²⁺）などを含む。

【０１１５】Ｅｕ³⁺（３価ユーロピウムイオン）は、そ
の電子遷移により６１０ｎｍから６３０ｎｍの赤色領域
に強い発光を示し、赤色の発光を生じる。

【０１１６】また、Ｍｎ²⁺（２価マンガンイオン）で
は、母体材料により主に緑色から橙色の発色を生じる
が、３.５ＭｇＯ・０.５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂を母体材料と
した場合には赤色の発光を生じる。

【０１１７】緑色を発光する蛍光体は、その発光中心と
して、主にＴｂ³⁺（３価テルビウムイオン）などを含
む。Ｔｂ³⁺（３価テルビウムイオン）は、その電子遷移
により緑色の発光を生じる。

【０１１８】青色を発光する蛍光体は、その発光中心と
して、主にＥｕ²⁺（２価ユーロピウムイオン）を含む。
Ｅｕ²⁺（２価ユーロピウムイオン）は、その電子遷移に
より紫外から青緑色の発光を生じるが、母体材料により
青色を発色する。

【０１１９】また、上記のように発光中心での電子遷移
を利用する蛍光体のほかに、半導体中の電子と正孔が再
結合する際に生じる発光を利用する蛍光体もある。例え
ば、半導体であるＺｎＳ（硫化亜鉛）を含む蛍光体であ
る。

【０１２０】上記蛍光体材料の具体的な材料を、各発光
色及び各励起波長ごとに表１にまとめた。なお、ここで
は赤色蛍光体，緑色蛍光体，青色蛍光体は、６００から
700ナノメートルの領域、５００から６００ナノメート
ルの領域、４００から５００ナノメートルの領域にそれ
ぞれ主な発光スペクトルを有する蛍光体として分類して
いる。ただし、本発明を実施するにおいては、表１に示
す化合物に限定されるものではない。

【０１２１】

【表１】

【０１２２】また、特に可視反射板として、銀膜を用い
る場合には、銀膜が３２０ナノメートル近傍の光を透過
しやすいことから、この領域の波長により効率よく励起
される蛍光体が有効である。

【０１２３】表２に、３２０ナノメートル近傍の波長を
有する光により、効率よく発光する蛍光体材料をまとめ
た。

【０１２４】

【表２】

【０１２５】これら蛍光体においては、幅広い励起波長
を有し、３２０ナノメートル近傍の光でも高効率で発光
する。ただし、本発明を実施するにおいては、表２に示
す化合物に限定されるものではない。

【０１２６】ここで、本発明における液晶表示装置の光
源について説明する。上記のように蛍光体は光源からの
光により励起され発光するため、本発明において光源の
選択も重要である。

【０１２７】主な蛍光体は一般に４００ナノメートル以
下の光を発する紫外光源により励起され、発光する。具
体的には表１に示すように、２５４ナノメートルや３６
５ナノメートルの波長を有する紫外光により発光する。
従って、光源としては、400ナノメートル以下の光を発
する紫外光源であればよい。

【０１２８】また、表２に示す蛍光体を用い、さら銀薄
膜により形成される可視反射板からなる液晶表示装置の
場合には、３００ナノメートルから３５０ナノメートル
の光を発する光源を用いると非常に効率がよい。水銀灯
は、この波長領域で発光する光を有しているために、こ
のような構成に対して有効な光源である。具体的には低
圧水銀灯や高圧水銀灯である。

【０１２９】低圧水銀灯は、水銀の共鳴線である１８５
ｎｍと２５４ｎｍの光を放射するとともに、３１０ｎｍ
近傍の光もかなり大きな強度で放射する特性を有する。
310ｎｍ近傍の光は、銀薄膜を高い透過率で透過可能で
あり、表２に示す蛍光体を励起することも可能である。

【０１３０】また、高圧水銀灯は、３００ｎｍ近傍と３
６５ｎｍ近傍に高強度の光を有する。これら波長の光
は、銀薄膜を高い透過率で透過可能であり、また、３６
５ｎｍで励起される多種の蛍光体材料を利用できること
は大きな利点である。

【０１３１】また、蛍光体として、表１に示すように４
５０ナノメートルの波長を有する光により効率よく励起
発光する材料を用いる場合には、光源として、４５０ナ
ノメートル近傍の波長を有する光を発する青色光源が有
効である。この時、青色画素に対応する部分には蛍光体
を配置せず、光源からの光をそのまま表示用の光として
利用する。これにより、青色蛍光体の発光効率による光
利用率の低下を抑制できるために、輝度を向上すること
が可能である。

【０１３２】ここで、本発明のように、液晶表示装置に
蛍光体を利用する場合には、その蛍光体１０は、液晶層
６に対して、必ず一対の偏光板４Ａ，４Ｂより外側に配
置する必要がある。これは次の理由による。

【０１３３】液晶表示装置は、液晶層６を挟む一対の偏
光板４Ａ，４Ｂの間で直線偏光を制御し表示を行う。す
なわち、偏光板４Ａにより直線偏光に変換された光は、
液晶層６を通過する間に、偏光状態を制御され、偏光板
４Ｂの透過軸方向と一致する光のみを透過する。液晶層
では、液晶の配向状態により、偏光状態を制御してい
る。

【０１３４】一方、蛍光体からの光は散乱光であり、一
対の偏光板の内側に配置された場合には、その間で制御
されている偏光光が乱されることになり、液晶表示装置
としての表示が不可能となる。従って、蛍光体１０は偏
光光が制御される領域の外側、つまり偏光板４の外側に
必ず配置しなければならない。

【０１３５】しかし、このことはコントラスト低下とい
う大きな課題を生じる。以下、コントラスト低下の理由
を、図１４を用いて説明する。図１４（ａ）は、一つの
画素に対応する液晶表示装置の断面図であり、図１４
（ｂ）は電極の平面構造である。また、図１４（ｂ）の
Ａ−Ａ′による断面図が図１４（ａ）に相当する。な
お、この図ではＩＰＳ方式の電極構造を示しているが、
特にＩＰＳ方式に限るものではない。

【０１３６】従来のカラーフィルタを用いる液晶表示装
置においては、図１に示すように、着色層であるカラー
フィルタは液晶層に接しているのに対し、本構成では図
１４に示すように、液晶層６と着色層である蛍光体１０
との間に必ず基板５が介在するために、基板厚みｔの分
だけこれらの距離は離れる。

【０１３７】この時、蛍光体１０からの光及び可視反射
板１１からの反射光は、完全な平行光（基板に対して完
全な垂直）でないために、それら光は対応する画素に入
射されず、隣接する画素に入射される可能性がある。こ
の可能性は、液晶層と蛍光体の距離が離れる（基板厚み
ｔが大きくなる）にともない大きくなる。つまり、基板
の厚みｔが増すほど、光クロストーク（光の混色）を生
じ、その結果としてコントラストが低下する。

【０１３８】このような現象を抑制するために、一つの
画素サイズ（画素ピッチＰ）を大きくすることが考えら
れる。しかし、このことは精細度を低くすることに相当
し、根本的な解決とはならない。

【０１３９】そこで本発明では、基板厚みｔ（液晶層と
蛍光体との距離）を小さくすることを検討した。基板厚
みｔを小さくすることにより、コントラストの向上と高
精細化を両立できる可能性がある。

【０１４０】図１４（ａ）の構成では、蛍光体からの光
及び可視反射板からの反射光が、光の進行方向に対して
角度２θ₁ の広がりを持って、偏光板４Ａと厚みがｔの
基板５に入射し、液晶層６に達する。

【０１４１】ここで、１画素の短辺方向幅をＷ（＝Ｐ／
３，Ｐ：画素ピッチ）とし、１／２画素のクロストーク
を許容すると、基板の厚みｔは（式３）の条件を満たす
必要がある。ただし、ここで言う基板厚みｔは、偏光子
の厚みも含む。

【０１４２】

【数３】

【０１４３】例えば、蛍光体からの光が、６０度の広が
り(θ₁＝３０°）をもって、基板に入射するとする。通
常、蛍光体からの光は全方位への散乱光であるが、図９
(ｃ)に示すような構造とすることで、基板への入射角を
制御することは可能である。この時、（式３）は次の
（式４）のように表せる。

【０１４４】

【数４】

【０１４５】液晶表示装置として、今後主流となると考
えられる３０インチＸＧＡ（７６８×１０２４）の液晶
テレビを考えた場合、精細度はほぼ４２ppi であり、Ｗ
は１９８μｍ（画素ピッチＰ＝５９５μｍ）である。こ
の時、（式４）より基板厚みｔは０.１７mm 以下である
必要がある。

【０１４６】さらに、蛍光体からの光をコリメート化
し、３０度の広がり(θ₁＝１５°）をもって、基板に入
射するとする。この時、（式３）は（式５）のように表
せる。

【０１４７】

【数５】 ｔ＜１.８７×Ｗ …（式５） 液晶表示装置として、上記同様３０インチＸＧＡ（７６
８×１０２４）の液晶テレビを考えた場合、Ｗが１９８
μｍであることから、（式５）より基板厚みｔは０.３
７mm 以下であることが望ましい。

【０１４８】また、液晶表示装置として、４０インチＸ
ＧＡ（７６８×１０２４）を考えた場合には、Ｗは２６
５μｍ（画素ピッチＰ＝７９４μｍ、３２ppi 相当）で
あり、基板厚みｔは０.５０mm 以下であることが望まし
い。

【０１４９】さらに、このような厚みの薄板基板は、一
対の超薄板ガラスと、これら超薄板ガラスに挟持された
光透過性の樹脂層とから成るハイブリッド基板であって
もよい。このような基板は、厚みが非常に薄いことに加
え、同様の厚みを有するガラス基板に比べ、強度的に非
常に優れ扱いやすく、また軽量である。

【０１５０】また、上記ハイブリッド基板を形成する光
透過性の樹脂層が偏光などの光学機能を有する材料であ
ってもよい。このような機能を付加した薄板基板によ
り、液晶表示装置としての軽量化及び製造プロセスの簡
略化が可能となる。

【０１５１】そして、薄板基板を構成する超薄板ガラス
は、上記光学部材を介在する構成を考えれば、少なくと
も薄板基板の半分未満の厚さである必要がある。例え
ば、薄板基板の厚みが０.５mm である場合には、少なく
とも０.２５mm 未満であればよい。現状では、厚みが５
０μｍ程度の薄板ガラス基板もある。

【０１５２】上式（式３）からもわかるように、薄板基
板あるいはこれを構成する超薄板ガラスの厚みは、画素
ピッチ（精細度）に直接影響し、例えばその厚みが従来
の基板の半分であれば、液晶表示装置は従来の約２倍の
高精細度を実現することが可能となる。

【０１５３】なお、この点のみ考えれば、蛍光体を液晶
層に対して光源の反対側、すなわち観測者側に配置する
のがよい。この構成では、蛍光体からの散乱光を、特に
コリメート化する必要がないためである。

【０１５４】ただし、この場合には蛍光体を励起するた
めの励起光が、一対の偏光板，基板，液晶層を透過する
必要があり、この過程で強度が減衰してしまう。したが
って、光利用率を考えれば、蛍光体を光源側（背面）に
配置するのがよい。

【０１５５】次に本構成における液晶表示モードについ
て述べる。本発明における輝度向上効果を得るために
は、特に表示モードは限定されない。ただし、生産効率
の向上を考えれば、後述するように一対の基板の片側に
のみ電極群を形成する液晶表示モードが適当である。

【０１５６】一対の基板が、対向する面にそれぞれ電極
群が形成されており、画素内に形成される液晶を駆動す
るための画素電極と共通電極が、それぞれ異なる基板上
に形成される構成でもよい。

【０１５７】このような電極構造を有する具体的な液晶
表示モードとしては、ＴＮ(TwistedNematic）方式やＶ
Ａ（Vertical Alignment）方式などがある。

【０１５８】また、一対の基板のうち、一方の基板にの
み電極群が形成されているものでもよい。さらには、こ
れら電極群は画素内に形成される液晶を駆動するための
共通電極及び画素電極のうち、少なくとも一方が、櫛歯
状に形成された構成であってもよい。

【０１５９】このような電極構造を有する具体的な液晶
表示モードとしては、ＩＰＳ(InPlane Switching）方式
やＦＦＳ(Fringe Field Switching）方式などがある。

【０１６０】これらの方式では、ＴＮ方式など一対の両
基板に電極を形成する液晶表示装置に比べ以下の利点を
有する。すなわち、一対の基板のうち、一方の基板にの
み電極群が形成される構成では、高輝度，高精細，高コ
ントラストなどの表示性能向上に加えて、生産効率の向
上が可能である。これは、電極群を形成する基板の対向
基板が素ガラスでよいため、製造プロセス上、通常の厚
みを有するガラス基板に比べ取り扱いの困難な薄板基板
を対向基板として用い、その上に電極群を形成する必要
がないからである。従って、一方の基板のみに電極を形
成する方式では薄型基板の取り扱いが容易で歩留まり向
上が望める。

【０１６１】また、さらに生産効率向上を考えれば、電
極群を形成する基板はできるだけ厚みを有する方が取り
扱いやすい。これは、電極を基板上に形成するために
は、現像・露光など様々な装置内を移動し、そのプロセ
スは多岐にわたるためである。

【０１６２】上記した光クロストークの問題から、液晶
層を挟む一対の基板のうち、蛍光体に近い側の基板には
厚みの制限があり、もう一方の基板に対しては厚みの制
限がない。従って、電極群を形成する基板としては、厚
み制限のない基板が望ましい。この時、厚み制限のある
基板には、電極群を形成する必要はない。

【０１６３】すなわち、蛍光体が、液晶層を挟持する一
対の基板を挟んで、光源と逆の側に配置されている液晶
表示装置において、電極群の形成される基板は、液晶層
より光源側に配置されることが望ましい。また、蛍光体
が液晶層を挟持する一対の基板を挟んで、光源側に配置
されている液晶表示装置において、電極群の形成される
基板は、液晶層より観測者側に配置されることが望まし
い。

【０１６４】また、蛍光体の背面配置構造では、生産効
率向上を考慮すると上記したように、ＴＦＴなどの電極
群を形成する基板が観測者側に配置される。この時、外
光がマトリクス状に形成された各配線により反射され、
この反射光によりコントラストが低下するという問題を
生じる。

【０１６５】これは、電極が金属で形成され、その反射
率が高いためである。特にＩＰＳ方式などでは画素内の
画素電極や共通電極さえも金属で形成されているため
に、コントラスト低下の問題は重要である。

【０１６６】そこで本発明では、画素内に配置されてい
る画素電極及び共通電極のうち、少なくとも一方の電極
が透明導電膜で形成する。これにより、外光からの反射
を低く抑えることができる。

【０１６７】また、別の手段としては、外光を反射する
金属電極（配線，画素内の電極）とこれらを形成する基
板との間にのみ光吸収膜を形成することによっても反射
率を低く抑えることができる。さらには、金属電極とこ
れらを形成する基板との間にのみ屈折率の異なる膜を形
成し、外光を屈折させ、金属電極に光が当たらなくする
ことにより反射率を低く抑えることも可能である。これ
ら手段を用いることにより、外光反射によるコントラス
ト低下を抑制することができる。

【０１６８】以上の構成では、液晶表示装置の高輝度，
高精細，高コントラスト化について検討したが、その構
成は特に静止画対応と動画対応に区別されない。しかし
ながら、動画への対応を考えると液晶表示装置は、以下
の固有な課題を生じる。

【０１６９】従来の液晶表示装置では、その光源は画像
の表示期間中は常時点灯している、いわゆるホールド型
表示である。このホールド型表示では、原理的に動画ぼ
やけを生じることが指摘されており、高速で動くような
画像を鮮明に表示することは困難である。

【０１７０】一方、従来のＣＲＴでは、高速で動くよう
な画像をも鮮明に表示することができるが、これは電子
銃をビームスキャンすることによりインパルス型の表示
を行うためである。

【０１７１】従って、液晶表示装置における、このよう
な動画ぼやけを改善するためには、インパルス型駆動、
すなわち、光源を１フレーム期間内で間欠的に点灯する
ことが望ましい。

【０１７２】また、本構成のように蛍光体を利用する場
合には、以上の間欠点灯光源に加えて、蛍光体の残光時
間が１フレーム期間に相当する時間以下であることが望
ましい。すなわち、光源からの励起光が蛍光体に照射さ
れなくなった時点から、次の表示フレームが始まるまで
の時間内に、蛍光体からの発光が消灯する、または発光
強度が１／ｅ以下に減衰する必要がある。

【０１７３】逆に、残光時間が長い蛍光体を利用する場
合には、光源を１フレーム期間内で点灯させても、間欠
時間は、蛍光体の残光時間により決定され、蛍光体の残
光時間が長い場合には、ホールド型表示と結果的に同じ
となってしまい、動画表示には対応できない。

【０１７４】従って、１フレーム期間以下の残光特性を
有する蛍光体を選択することで、鮮明な動画像を表示す
ることが可能となり、液晶テレビなどに対応可能な液晶
表示装置を得ることができる。

【０１７５】以下、各実施例において、詳細な構成と、
輝度向上効果について述べる。

【０１７６】（実施例１）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図１５に示す。また、図１６に電極平面
図を示す。これら図中では液晶表示装置の１画素に対応
する部分のみ示しており、図１６のＡ−Ａ′における断
面が図１５である。液晶表示素子は、表示部が対角４０
インチサイズＸＧＡ（３２ppi 相当）のＩＰＳ方式の液
晶テレビである。なお、図１５及び図１６では、画素内
の構造をわかりやすくするために、画素内が櫛歯状の電
極により４分割された図面としたが、本実施例において
は、１２分割の画素である。

【０１７７】まず、厚さ０.５mm の第１のガラス基板５
上に走査配線１６と共通配線１５を形成する。次に窒化
シリコンＳｉＮｘなどの絶縁膜１７Ａが形成され、その
上に信号配線１８，画素電極１９が形成される。これら
電極材料には、クロムモリブデンＣｒＭｏを用いてい
る。また、信号配線や走査配線の材料には電気抵抗の低
いものであれば特に問題はなく、アルミニウムや銅など
でもよい。これら電極の上にさらに窒化シリコンＳｉＮ
ｘなどの絶縁膜１７Ｂを形成する。

【０１７８】次にこれら絶縁膜の上に、低容量絶縁膜２
０が形成され、その後、共通電極２１が信号配線１８と
走査配線１６に重畳するように形成される。共通電極２
１はスルーホール２２を通して、下層に形成されている
共通配線１５に接続される。

【０１７９】マトリクス状に形成された走査配線１６と
信号配線１８の交点付近にスイッチング素子であるＴＦ
Ｔが配置され、これらマトリクス状に形成される各配線
に囲まれた領域に対応して画素が形成されている。画素
電極１９は、このＴＦＴを介して信号配線１８に接続さ
れている。ＴＦＴとしてはアモルファスシリコンにより
形成されたものでもよいし、また、ポリシリコンにより
形成されたものでもよい。本実施例ではＴＦＴとしてア
モルファスシリコンＴＦＴによる層構成を記述したが、
ポリシリコンＴＦＴにおいては配線及び絶縁膜の層配置
などが多少異なる。しかし、その違いは本発明の効果に
対しては特に問題とはならない。なお、ここではＴＦＴ
が形成された第１のガラス基板５をＴＦＴ基板と呼ぶこ
とにする。

【０１８０】一方、厚みが０.５mm である薄板ガラス基
板である第２のガラス基板９には、特に電極群を形成す
る必要なない。なお、この基板９を対向基板と呼ぶこと
にする。

【０１８１】このようにして作製するＴＦＴ基板と、対
向基板の表面に、液晶分子を配向させるためのポリイミ
ド配向膜２４を形成する。一般にポリイミド膜は、その
前駆体であるポリアミック酸を基板表面に印刷機などで
塗布し、これらを高温で焼成することにより形成され
る。ここで形成されたポリイミド配向膜２４の表面をラ
ビング処理することにより配向処理を施す。

【０１８２】次に、これらＴＦＴ基板と対向基板のう
ち、一方の基板の表示領域周縁部にシール材を塗布し、
もう一方の対向基板を重ね合わせる。なお、シール材
は、後に液晶素子内に液晶を注入するための封入口が形
成されるように塗布する。シール材に紫外線を照射しな
がら加圧し、両基板を接着固定する。シール材としては
熱硬化型の材料を用い、加熱しながら加圧し、両基板を
接着固定してもよい。

【０１８３】基板間には直径４マイクロメートルの高分
子ビーズが分散され、基板間の間隔を保持できるように
なっている。その後、封入口から真空封入法により液晶
を液晶表示素子内に注入し、封入口を紫外線硬化樹脂な
どで封止する。

【０１８４】組合せた基板の裏面に第１の偏光板４Ａと
第２の偏光板４Ｂをノーマリークローズ特性（低電圧で
黒表示，高電圧で白表示）となるようにクロスニコル配
置で貼りつけ、液晶パネルとする。

【０１８５】一方、支持基板（図中省略）上には、１０
０℃下での真空蒸着により銀薄膜を形成する。この銀薄
膜と支持基板からなる基板が可視反射板１１となる。銀
膜の厚みは３３ナノメートルである。なお、本実施例に
おける可視反射板の構造は、蛍光体からの散乱光をでき
るだけ効率よく所定の画素に入射すること、すなわち集
光能力を考慮して、図９（ｃ）の構造とする。

【０１８６】さらに、各画素に対応して、蛍光体を形成
する。本実施例では、赤色蛍光体に６ＭｇＯ・Ａｓ
₂Ｏ₅：Ｍｎ⁴⁺，緑色蛍光体にＹ₂ＳｉＯ₆：Ｃｅ，Ｔ
ｂ³⁺，青色蛍光体にＢａ_0.87Ｍｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ
_0.13 ²⁺を用いる。

【０１８７】そして、この蛍光体の形成される基板を、
上記液晶パネルの第１の偏光板４Ａ側に貼りつけて液晶
表示素子を組立てる。この液晶表示素子に、光源１，反
射板２，導光層３からなるバックライトユニットを組合
せることにより液晶表示装置を組立てた。光源１には、
３００ナノメートルから３２０ナノメートルの紫外光を
有する水銀灯を用いる。

【０１８８】次に、光利用効率を図１５と表３を用いて
説明する。表３は各部材での光利用率及び各部材透過後
の光強度の変化をまとめたものである。ここで、光源か
らの光強度を１とする。

【０１８９】光源１より出射する紫外光は反射板２，導
光層３によりほぼ全て液晶層方向に導かれる。そして、
この紫外光は、まず銀薄膜の形成されている可視反射板
１１に入射する。本実施例で形成される銀薄膜（３３ナ
ノメートル厚）は、図１１に示す透過率特性を有するこ
とから、光源からの光は、ほぼ８０％の光利用率（透過
率（３１０ナノメートル近傍））で可視反射板を透過す
る。

【０１９０】可視反射板１１を透過した光は、蛍光体に
照射され、蛍光体は可視光を発光する。蛍光体による紫
外光−可視光変換効率はほぼ８０％であり、そのうち約
１／３（２６％）の光は前面方位へ散乱され、約１／３
は後方（可視反射板方向）へ散乱される。残り１／３は
側方に散乱される。

【０１９１】可視反射板１１により、後方へ散乱される
光を反射し再利用する。本実施例における銀薄膜は、図
１２に示す反射率特性を有することから、蛍光体からの
可視光はそれぞれ６９％（赤色光），６０％（緑色
光），４７％（青色光）の反射率で反射する。従って、
前方に散乱される光も加え、表中での可視反射板効果
は、それぞれ１６９％（１００＋６９％：赤色光），１
６０％（１００＋６０％：緑色光），１４７％（１００
＋４７％：青色光）となる。

【０１９２】次に、これら可視光はそれぞれ第１の偏光
板４Ａを透過し、ほぼ４５％程度の強度となり、直線偏
光に変換される。そして、これら直線偏光は第１のガラ
ス基板５を透過する。第１のガラス基板５上には液晶を
駆動するための画素電極１９及びこれらに電圧を供給す
る配線やスイッチング素子などが形成されており、これ
ら電極群には非透過な金属材料が用いられているために
光が透過できる面積は一部である。なお、本実施例では
液晶の表示モードとしてＩＰＳ方式を用いており、４０
インチＸＧＡ（３２ppi 相当）から、光の透過できる面
積の比率（開口率）はほぼ６５％である。

【０１９３】ＴＦＴ基板を透過した直線偏光はさらに液
晶層に入射される。液晶層では、液晶を駆動するための
電界によりすべての液晶分子が理想的に回転するわけで
はなく、また、透過率の波長依存性を有することから、
各光の光利用率（透過率）は赤色光で７１％、緑色光で
７５％、青色光では６３％である。

【０１９４】各直線偏光はこの液晶層を透過する間にそ
の複屈折性により楕円偏光に変換され、基板９を透過
し、その後第２の偏光板４Ｂより偏光板の透過軸方向に
一致する光のみ出射される。第２の偏光板４Ｂでは、偏
光板自身での光吸収があるため、その光利用率（透過
率）は９０％となる。

【０１９５】表３において、出射光量は入射光量に各部
材の光利用率をすべて掛けた値である。そして、各色の
出射量の平均値が光利用率平均値となる。同じ光量の光
源を用いた場合には、光利用率の高い方が、輝度は高
い。

【０１９６】本構成では、光利用率は６.２０％ であ
り、後述する（比較例１）での可視反射板を利用しない
従来の構成に比べて、約１.５９ 倍の輝度を得ることが
できる。また、０.５mm厚の基板を利用しているため
に、本実施例における精細度(３２ppi ）では十分にコ
ントラスト比を確保できる。

【０１９７】以上の構成により、高輝度，高コントラス
トな液晶表示装置を得ることが可能である。

【０１９８】

【表３】

【０１９９】（比較例１）本比較例における液晶表示装
置の断面構成を図１７に示す。液晶表示素子は、表示部
が対角４０インチサイズＸＧＡ（３２ppi 相当）のＩＰ
Ｓ方式の液晶テレビである。本比較例では、実施例１と
比較して、銀薄膜からなる可視反射板を利用していない
点のみ異なる。なお、図１７では、画素内の構造をわか
りやすくするために、画素内が櫛歯状の電極により４分
割された図面としたが、本実施例においては、１２分割
の画素である。

【０２００】表４に各部材の光利用率及び液晶表示装置
の光利用率をまとめた。本構成では、光利用率は３.９
１％ である。

【０２０１】

【表４】

【０２０２】（実施例２）本実施例における液晶表示素
子は、表示部が対角３０インチサイズＸＧＡ（42ppi 相
当）のＩＰＳ方式の液晶テレビである。断面構成は、基
板の厚みが異なるのみで、図１５と同様である。なお、
図１５では、画素内の構造をわかりやすくするために、
画素内が櫛歯状の電極により４分割された図面とした
が、本実施例においては、１０分割の画素である。

【０２０３】まず、厚さ０.５mm の第１のガラス基板５
上に走査配線１６と共通配線１５を形成する。次に窒化
シリコンＳｉＮｘなどの絶縁膜１７Ａが形成され、その
上に信号配線１８，画素電極１９が形成される。これら
電極材料には、クロムモリブデンＣｒＭｏを用いてい
る。また、信号配線や走査配線の材料には電気抵抗の低
いものであれば特に問題はなく、アルミニウムや銅など
でもよい。これら電極の上にさらに絶縁膜１７Ｂを形成
する。

【０２０４】次にこれら絶縁膜の上に、低容量絶縁膜２
０が形成され、その後、共通電極２１が信号配線１８と
走査配線１６に重畳するように形成される。共通電極２
１はスルーホール２２を通して、下層に形成されている
共通配線１５に接続される。

【０２０５】マトリクス状に形成された走査配線１６と
信号配線１８の交点付近にスイッチング素子であるＴＦ
Ｔが配置され、これらマトリクス状に形成される各配線
に囲まれた領域に対応して画素が形成されている。画素
電極１９は、このＴＦＴを介して信号配線１８に接続さ
れている。ＴＦＴとしてはアモルファスシリコンにより
形成されたものでもよいし、また、ポリシリコンにより
形成されたものでもよい。本実施例ではＴＦＴとしてア
モルファスシリコンＴＦＴによる層構成を記述したが、
ポリシリコンＴＦＴにおいては配線及び絶縁膜の層配置
などが多少異なる。しかし、その違いは本発明の効果に
対しては特に問題とはならない。なお、ここではＴＦＴ
が形成された第１のガラス基板５をＴＦＴ基板と呼ぶこ
とにする。

【０２０６】一方、厚みが０.５mm である薄板ガラス基
板である第２のガラス基板９には、特に電極群を形成す
る必要なない。なお、この基板９を対向基板と呼ぶこと
にする。

【０２０７】このようにして作製するＴＦＴ基板と、対
向基板の表面に、液晶分子を配向させるためのポリイミ
ド配向膜２４を形成する。一般にポリイミド膜は、その
前駆体であるポリアミック酸を基板表面に印刷機などで
塗布し、これらを高温で焼成することにより形成され
る。ここで形成されたポリイミド配向膜２４の表面をラ
ビング処理することにより配向処理を施す。

【０２０８】次に、これらＴＦＴ基板と対向基板のう
ち、一方の基板の表示領域周縁部にシール材を塗布し、
もう一方の対向基板を重ね合わせる。なお、シール材
は、後に液晶素子内に液晶を注入するための封入口が形
成されるように塗布する。シール材に紫外線を照射しな
がら加圧し、両基板を接着固定する。シール材としては
熱硬化型の材料を用い、加熱しながら加圧し、両基板を
接着固定してもよい。

【０２０９】基板間には直径４マイクロメートルの高分
子ビーズが分散され、基板間の間隔を保持できるように
なっている。その後、封入口から真空封入法により液晶
を液晶表示素子内に注入し、封入口を紫外線硬化樹脂な
どで封止する。

【０２１０】次に、蛍光体１０を配置する側の基板５を
研磨することにより、その厚みを薄くする。本構成にお
ける精細度では、実施例１と同様の基板厚み（０.５mm
）では、光クロストークによるコントラスト低下を生
じてしまう。上記したように、本構成の精細度（４２pp
i ）において、光クロストークによるコントラスト低下
を抑制するためには０.３mm 以下が望ましい。本実施例
では、基板５の厚みを０.３mm とする。

【０２１１】組合せた基板の裏面に第１の偏光板４Ａと
第２の偏光板４Ｂをノーマリークローズ特性（低電圧で
黒表示、高電圧で白表示）となるようにクロスニコル配
置で貼りつけ、液晶パネルとする。

【０２１２】以下、可視反射板の形成及び組立工程は実
施例１と同様である。

【０２１３】次に、光利用効率を図１５と表５を用いて
説明する。表５は各部材での光利用率及び各部材透過後
の光強度の変化をまとめたものである。ここで、光源か
らの光強度を１とする。

【０２１４】光源１より出射する紫外光は反射板２，導
光層３によりほぼ全て液晶層方向に導かれる。そして、
この紫外光は、まず銀薄膜の形成されている可視反射板
１１に入射する。本実施例で形成される銀薄膜（３３ナ
ノメートル厚）は、図１１に示す透過率特性を有するこ
とから、光源からの光は、ほぼ８０％の光利用率（透過
率（３１０ナノメートル近傍））で可視反射板を透過す
る。

【０２１５】可視反射板１１を透過した光は、蛍光体に
照射され、蛍光体は可視光を発光する。蛍光体による紫
外光−可視光変換効率はほぼ８０％であり、そのうち約
１／３（２６％）の光は前面方位へ散乱され、約１／３
は後方（可視反射板方向）へ散乱される。残り１／３は
側方に散乱される。

【０２１６】可視反射板１１により、後方へ散乱される
光を反射し再利用する。本実施例における銀薄膜は、図
１２に示す反射率特性を有することから、蛍光体からの
可視光はそれぞれ６９％（赤色光），６０％（緑色
光），４７％（青色光）の反射率で反射する。従って、
前方に散乱される光も加え、表中での可視反射板効果
は、それぞれ１６９％（１００＋６９％：赤色光），１
６０％（１００＋６０％：緑色光），１４７％（１００
＋４７％：青色光）となる。

【０２１７】次に、これら可視光はそれぞれ第１の偏光
板４Ａを透過し、ほぼ４５％程度の強度となり、直線偏
光に変換される。そして、これら直線偏光は第１のガラ
ス基板５を透過する。第１のガラス基板５上には液晶を
駆動するための画素電極１９及びこれらに電圧を供給す
る配線やスイッチング素子などが形成されており、これ
ら電極群には非透過な金属材料が用いられているために
光が透過できる面積は一部である。なお、本実施例では
液晶の表示モードとしてＩＰＳ方式を用いており、３０
インチＸＧＡ（４２ppi 相当）から、光の透過できる面
積の比率（開口率）はほぼ６０％である。

【０２１８】ＴＦＴ基板を透過した直線偏光はさらに液
晶層に入射される。液晶層では、液晶を駆動するための
電界によりすべての液晶分子が理想的に回転するわけで
はなく、また、透過率の波長依存性を有することから、
各光の光利用率（透過率）は赤色光で７１％、緑色光で
７５％、青色光では６３％である。

【０２１９】各直線偏光はこの液晶層を透過する間にそ
の複屈折性により楕円偏光に変換され、基板９を透過
し、その後第２の偏光板４Ｂより偏光板の透過軸方向に
一致する光のみ出射される。第２の偏光板４Ｂでは、偏
光板自身での光吸収があるため、その光利用率（透過
率）は９０％である。

【０２２０】表５において、出射光量は入射光量に各部
材の光利用率をすべて掛けた値である。そして、各色の
出射量の平均値が光利用率平均値となる。同じ光量の光
源を用いた場合には、光利用率の高い方が、輝度は高
い。

【０２２１】本構成では、光利用率は５.７３％ であ
り、後述する（比較例２）での可視反射板を利用しない
従来の構成に比べて、約１.２７ 倍の輝度を得ることが
できる。また、研磨することにより０.３mm 厚の基板を
利用しているために、本実施例における精細度（４２pp
i ）では十分にコントラスト比を確保できる。

【０２２２】以上の構成により、高輝度，高コントラス
トな液晶表示装置を得ることが可能である。

【０２２３】

【表５】

【０２２４】（比較例２）本比較例における液晶表示素
子は、表示部が対角３０インチサイズＸＧＡ（42ppi 相
当）のＩＰＳ方式の液晶テレビである。本比較例では、
実施例２と比較して、銀薄膜からなる可視反射板を利用
していない点のみ異なる。

【０２２５】表６に各部材の光利用率及び液晶表示装置
の光利用率をまとめた。本構成では、光利用率は４.５
１％ である。

【０２２６】

【表６】

【０２２７】（実施例３）本実施例は、実施例２に比較
して、可視反射板を形成する銀薄膜の膜厚のみ異なり、
それ以外は同様である。実施例２では銀薄膜の膜厚は３
３ナノメートルであるが、本実施例では膜厚は５４ナノ
メートルである。

【０２２８】表７に各部材の光利用率及び液晶表示装置
の光利用率をまとめた。本構成では、光利用率は５.２
４％ であり、（比較例２）での可視反射板を利用しな
い従来の構成に比べて、約１.１６ 倍の輝度を得ること
ができる。また、研磨することにより０.３mm 厚の基板
を利用しているために、本実施例における精細度（４２
ppi ）では十分にコントラスト比を確保できる。

【０２２９】以上の構成により、高輝度，高コントラス
トな液晶表示装置を得ることが可能である。

【０２３０】

【表７】

【０２３１】（比較例３）本比較例は、実施例２に比較
して、可視反射板を形成する銀薄膜の膜厚のみ異なり、
それ以外は同様である。実施例２では銀薄膜の膜厚は３
３ナノメートルであるが、本実施例では膜厚は１３４ナ
ノメートルである。

【０２３２】表８に各部材の光利用率及び液晶表示装置
の光利用率をまとめた。本構成では、光利用率は１.５
１％ であり、（比較例２）での可視反射板を利用しな
い従来の構成に比べて、輝度は低下する。これは、可視
反射板において、可視光の反射率は高いものの、蛍光体
を励起する紫外光の透過率が極度に低下することによ
る。

【０２３３】

【表８】

【０２３４】（実施例４）本実施例の液晶表示装置にお
ける断面構成図を図１８に示す。本実施例では、実施例
２において、ガラス基板５及び偏光板４Ａに替えて、ハ
イブリッド基板２７を用いる点以外は同様である。な
お、図１８では、画素内の構造をわかりやすくするため
に、画素内が櫛歯状の電極により４分割された図面とし
たが、本実施例においては、１０分割の画素である。

【０２３５】ハイブリッド基板２７は、一対の超薄板基
板２６Ａ，２６Ｂとこれら基板に挟持される偏光子４Ａ
からなる。超薄板基板及び偏光子の厚みは、それぞれ５
０μｍ，０.２mm である。すなわちハイブリッド基板の
厚みは０.３mm となる。

【０２３６】光利用率は実施例２と同様であり、５.７
３％ を達成できる。また、ハイブリッド基板２７を用
いることにより、液晶表示装置の軽量化が可能となると
同時に、実施例２と同様に、４２ppi という精細度にお
いて、高コントラストを達成できる。

【０２３７】（実施例５）本実施例の液晶表示装置にお
ける断面構成を図１９に示す。本実施例は、実施例４に
比較して、ＴＦＴを含む電極群が、ハイブリッド基板２
７の対向基板９ｇ側に形成される点のみ異なる。なお、
図１９では、画素内の構造をわかりやすくするために、
画素内が櫛歯状の電極により４分割された図面とした
が、本実施例においては、１０分割の画素である。

【０２３８】基板５の厚みは、上記するように光クロス
トークの問題から生じる制約を受けない。従って、電極
群形成のような多岐プロセスを容易に通ることが可能で
あり、生産効率を向上できる可能性がある。

【０２３９】なお、本実施例における光利用効率は実施
例４と同様であり、５.７３％ を達成できる。

【０２４０】（実施例６）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図２０に示す。なお、図２０では、画素
内の構造をわかりやすくするために、画素内が櫛歯状の
電極により４分割された図面としたが、本実施例におい
ては、１０分割の画素である。

【０２４１】本実施例では、実施例２に比較して、蛍光
体の配置が液晶層より観測者側に配置される点が異な
る。これにより、研磨して薄くする基板が異なる。すな
わち、蛍光体の配置される側の基板９を研磨することに
より、その厚みを０.３mm とする。

【０２４２】表９に各部材の光利用率及び液晶表示装置
の光利用率をまとめた。本構成では、光利用率は１.８
１％ であり、後述する（比較例４）での可視反射板を
利用しない従来の構成に比べて、輝度は１.２７ 倍向上
する。

【０２４３】

【表９】

【０２４４】（比較例４）本比較例は、実施例６に比較
して、可視反射板である銀薄膜を利用しない点のみ異な
る。

【０２４５】表１０に各部材の光利用率及び液晶表示装
置の光利用率をまとめた。本構成では、光利用率は１.
４３％ である。

【０２４６】

【表１０】

【０２４７】（実施例７）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図２１に示す。本実施例における液晶表
示装置は、実施例２に比較して、各画素面積が異なる。
すなわち、Ｓ_B＞Ｓ_G＞Ｓ_R となるよう構成される。ここ
で、Ｓ_R：赤色画素面積、Ｓ_G：緑色画素面積、Ｓ_B：青
色画素面積である。

【０２４８】図１２からわかるように、３３ナノメート
ルの銀薄膜の反射率特性は、可視光の長波長側で大き
く、低波長側で小さい。この時、ＲＧＢの画素面積が同
じ場合には、観測者側に出射する光の色には、赤色と緑
色が強く反映され、赤色から黄色味を帯びた表示色とな
る。

【０２４９】蛍光体からの光強度をαとすれば、前方位
に散乱する１／３αの光に加え、反射板により再利用さ
れる光を加えれば、観測者側に出射される光の光量は、
青色光は、

【０２５０】

【数６】

【０２５１】、緑色光は、

【０２５２】

【数７】

【０２５３】、赤色光は、

【０２５４】

【数８】

【０２５５】となる。従って、本構成の場合、画素２８
の面積比率を、

【０２５６】

【数９】

【０２５７】とすればよく、最も単純には各画素の幅の
比率を

【０２５８】

【数１０】

【０２５９】とすればよい。

【０２６０】画素サイズを変えることにより、強度を補
正することで、色付きのない白表示を可能とする。

【０２６１】（実施例８）本実施例における液晶表示装
置は、実施例２に比較して、大きく異なる点は以下の２
点である。

【０２６２】（１）可視反射板の金属薄膜として金（Ａ
ｕ）を用いる （２）Ｓ_B＞Ｓ_G及びＳ_B＞Ｓ_R を満たす （Ｓ_R：赤色画素面積、Ｓ_G：緑色画素面積、Ｓ_B：青色
画素面積） 青色画素の面積が緑色画素及び赤色画素の面積のほぼ４
／３倍になるように設計している。具体的には、

【０２６３】

【数１１】

【０２６４】とする。

【０２６５】金（Ａｕ）薄膜を反射板として用いる場合
には、各可視光に対する反射率が大きく異なる。緑色や
赤色の光に対してはほぼ９０％の効率で反射するのに対
して、青色の光は４０％しか反射されない。従って、観
測者側には、蛍光体からの光強度をαとすれば、前方位
に散乱する１／３αの光に加え、反射板により再利用さ
れる光を加えれば、青色光は

【０２６６】

【数１２】

【０２６７】、一方赤色及び緑色光はそれぞれ、

【０２６８】

【数１３】

【０２６９】となり、およそ４／３倍光強度が大きい。
このような表示は黄色がかった色となる。

【０２７０】従って、この強度さを画素サイズにより補
正することで、白表示を可能とする。

【０２７１】（実施例９）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図２２に示す。また、図２３に電極平面
図を示す。これら図中では液晶表示装置の１画素に対応
する部分のみ示しており、図２３のＡ−Ａ′における断
面が図２２である。液晶表示素子は、表示部が対角４０
インチサイズＸＧＡ（３２ppi 相当）のＴＮ方式の液晶
テレビである。

【０２７２】まず、厚さ０.５mm の第１のガラス基板５
上に走査配線１６を形成する。次に窒化シリコンＳｉＮ
ｘなどの絶縁膜（図中では省略）が形成され、その上に
信号配線１８，ソース電極（図中では省略）が形成され
る。これら電極材料には、クロムモリブデンＣｒＭｏを
用いている。また、信号配線や走査配線の材料には電気
抵抗の低いものであれば特に問題はなく、アルミニウム
や銅などでもよい。なお、マトリクス状に形成された走
査配線１６と信号配線１８の交点付近にスイッチング素
子であるＴＦＴ２３が配置され、これらマトリクス状に
形成される各配線に囲まれた領域に対応して画素が形成
されている。ＴＦＴとしてはアモルファスシリコンによ
り形成されたものでもよいし、また、ポリシリコンによ
り形成されたものでもよい。本実施例ではＴＦＴとして
アモルファスシリコンによる層構成を記述したが、ポリ
シリコンにおいては配線及び絶縁膜の層配置などが多少
異なる。しかし、その違いは本発明の効果に対しては特
に問題とはならない。

【０２７３】その後、さらに絶縁膜１７を介して、各画
素内にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により画素電極１９
を形成する。画素電極１９はＴＦＴ２３を介して、信号
配線１８に接続されている。なお、ここではＴＦＴが形
成された第１のガラス基板５をＴＦＴ基板と呼ぶことに
する。

【０２７４】一方、厚みが０.５mm である薄板基板であ
る第２のガラス基板９には、各画素部にＩＴＯにより共
通電極２１を形成する。共通電極の形成された基板を対
向基板と呼ぶことにする。

【０２７５】このようにして作製するＴＦＴ基板と、対
向基板の表面に、液晶分子を配向させるためのポリイミ
ド配向膜２４を形成する。一般にポリイミド膜は、その
前駆体であるポリアミック酸を基板表面に印刷機などで
塗布し、これらを高温で焼成することにより形成され
る。ここで形成されたポリイミド配向膜２４の表面をラ
ビング処理することにより配向処理を施す。

【０２７６】次に、これらＴＦＴ基板と対向基板のう
ち、一方の基板の表示領域周縁部にシール材を塗布し、
もう一方の対向基板を重ね合わせる。なお、シール材
は、後に液晶素子内に液晶を注入するための封入口が形
成されるように塗布する。シール材に紫外線を照射しな
がら加圧し、両基板を接着固定する。シール材としては
熱硬化型の材料を用い、加熱しながら加圧し、両基板を
接着固定してもよい。

【０２７７】基板間には直径５.５ マイクロメートルの
高分子ビーズが分散され、基板間の間隔を保持できるよ
うになっている。その後、封入口から真空封入法により
液晶を液晶表示素子内に注入し、封入口を紫外線硬化樹
脂などで封止する。

【０２７８】組合せた基板の裏面に第１の偏光板４Ａと
第２の偏光板４Ｂをノーマリーオープン特性（低電圧で
白表示、高電圧で黒表示）となるようにクロスニコル配
置で貼りつける。

【０２７９】一方、支持基板（図中省略）上には、１０
０℃下での真空蒸着により銀薄膜を形成する。この銀薄
膜が可視反射板１１となる。銀膜の厚みは３３ナノメー
トルである。なお、本実施例における可視反射板の構造
は、蛍光体からの散乱光をできるだけ効率よく所定の画
素に入射すること、すなわち集光能力を考慮して、図９
（ｃ）の構造とする。

【０２８０】さらに、各画素に対応して、蛍光体を形成
する。本実施例では、赤色蛍光体に６ＭｇＯ・Ａｓ
₂Ｏ₅：Ｍｎ⁴⁺，緑色蛍光体にＹ₂ＳｉＯ₆：Ｃｅ，Ｔ
ｂ³⁺，青色蛍光体にＢａ_0.87Ｍｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ
_0.13 ²⁺を用いる。

【０２８１】そして、この蛍光体の形成される基板を、
上記液晶パネルの第１の偏光板４Ａ側に貼りつけて液晶
表示素子を組立てる。この液晶表示素子に、光源１，反
射板２，導光層３からなるバックライトユニットを組合
せることにより液晶表示装置を組立てた。光源１には、
３００ナノメートルから３２０ナノメートルの紫外光を
有する水銀灯を用いる。

【０２８２】次に、光利用効率を図２２と表１１を用い
て説明する。表１１は各部材での光利用率及び各部材透
過後の光強度の変化をまとめたものである。ここで、光
源からの光強度を１とする。

【０２８３】光源１より出射する紫外光は反射板２，導
光層３によりほぼ全て液晶層方向に導かれる。そして、
この紫外光は、まず銀薄膜の形成されている可視反射板
１１に入射する。本実施例で形成される銀薄膜（３３ナ
ノメートル厚）は、図１１に示す透過率特性を有するこ
とから、光源からの光は、ほぼ８０％の光利用率（透過
率（３１０ナノメートル近傍））で可視反射板を透過す
る。

【０２８４】可視反射板１１を透過した光は、蛍光体に
照射され、蛍光体は可視光を発光する。蛍光体による紫
外光−可視光変換効率はほぼ８０％であり、そのうち約
１／３（２６％）の光は前面方位へ散乱され、約１／３
は後方（可視反射板方向）へ散乱される。残り１／３は
側方に散乱される。

【０２８５】可視反射板１１により、後方へ散乱される
光を反射し再利用する。本実施例における銀薄膜は、図
１２に示す反射率特性を有することから、蛍光体からの
可視光はそれぞれ６９％（赤色光），６０％（緑色
光），４７％（青色光）の反射率で反射する。従って、
前方に散乱される光も加え、表中での可視反射板効果
は、それぞれ１６９％（１００＋６９％：赤色光），１
６０％（１００＋６０％：緑色光），１４７％（１００
＋４７％：青色光）となる。

【０２８６】次に、これら可視光はそれぞれ第１の偏光
板４Ａを透過し、ほぼ４５％程度の強度となり、直線偏
光に変換される。そして、これら直線偏光は第１のガラ
ス基板５を透過する。第１のガラス基板５上には液晶を
駆動するための画素電極１９及びこれらに電圧を供給す
る配線やスイッチング素子などが形成されており、これ
ら電極群には非透過な金属材料が用いられているために
光が透過できる面積は一部である。なお、本実施例では
液晶の表示モードとしてＴＮ方式を用いており、４０イ
ンチＸＧＡ（３２ppi相当）から、光の透過できる面積
の比率(開口率）はほぼ８５％である。

【０２８７】ＴＦＴ基板を透過した直線偏光はさらに液
晶層に入射される。液晶層では、液晶を駆動するための
電界によりすべての液晶分子が理想的に回転するわけで
はなく、また、透過率の波長依存性を有することから、
各光の光利用率（透過率）は赤色光で８６％、緑色光で
９０％、青色光では８６％である。

【０２８８】各直線偏光はこの液晶層を透過する間にそ
の旋光性により方向の異なる直線偏光に変換され、基板
９を透過し、その後第２の偏光板４Ｂより偏光板の透過
軸方向に一致する光のみ出射される。第２の偏光板４Ｂ
では、偏光板自身での光吸収があるため、その光利用率
（透過率）は９０％となる。

【０２８９】表１１において、出射光量は入射光量に各
部材の光利用率をすべて掛けた値である。そして、各色
の出射量の平均値が光利用率平均値となる。同じ光量の
光源を用いた場合には、光利用率の高い方が、輝度は高
い。

【０２９０】本構成では、光利用率は９.９２％ であ
り、後述する（比較例５）での可視反射板を利用しない
従来の構成に比べて、約１.２７ 倍の輝度を得ることが
できる。また、０.５mm厚の基板を利用しているため
に、本実施例における精細度(３２ppi ）では十分にコ
ントラスト比を確保できる。

【０２９１】以上の構成により、高輝度，高コントラス
トな液晶表示装置を得ることが可能である。

【０２９２】

【表１１】

【０２９３】（比較例５）本比較例における液晶表示装
置の断面構成を図２４に示す。液晶表示素子は、表示部
が対角４０インチサイズＸＧＡ（３２ppi 相当）のＴＮ
方式の液晶テレビである。本比較例では、実施例１０と
比較して、銀薄膜からなる可視反射板を利用していない
点のみ異なる。

【０２９４】表１２に各部材の光利用率及び液晶表示装
置の光利用率をまとめた。本構成では、光利用率は７.
８２％ である。

【０２９５】

【表１２】

【０２９６】

【発明の効果】本発明により、低消費電力で、高輝度，
高精細，高コントラストな液晶表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の
断面概略図。

【図２】従来の蛍光体を用いた液晶表示装置の断面概略
図。

【図３】銀膜における透過率と反射率特性。

【図４】本発明における液晶表示装置の断面概略図。

【図５】本発明における液晶表示装置の断面概略図。

【図６】本発明における可視反射板の構造を説明するた
めの図。

【図７】本発明における可視反射板の構造を説明するた
めの図。

【図８】本発明における可視反射板の構造を説明するた
めの図。

【図９】本発明における可視反射板の構造を説明するた
めの図。

【図１０】各金属膜における反射率特性。

【図１１】各膜厚における銀膜の透過率特性。

【図１２】各膜厚における銀膜の反射率特性。

【図１３】金属膜厚と相対輝度の関係を説明するための
図。

【図１４】基板厚みと画素ピッチの関係を説明するため
の図。

【図１５】実施例１における液晶表示装置の断面を説明
するための図。

【図１６】実施例１における液晶表示装置の画素内電極
構造を説明するための図。

【図１７】比較例１における液晶表示装置の断面を説明
するための図。

【図１８】実施例４における液晶表示装置の断面を説明
するための図。

【図１９】実施例５における液晶表示装置の断面を説明
するための図。

【図２０】実施例６における液晶表示装置の断面を説明
するための図。

【図２１】実施例８における液晶表示装置の断面を説明
するための図。

【図２２】実施例１０における液晶表示装置の断面を説
明するための図。

【図２３】実施例１０における液晶表示装置の画素内電
極構造を説明するための図。

【図２４】比較例５における液晶表示装置の断面を説明
するための図。

【符号の説明】

１…光源、２…反射板、３…導光層、４（４Ａ，４Ｂ）
…偏光板、５…第１のガラス基板、６…液晶層、７…ブ
ラックマトリクス、８…カラーフィルタ（８Ａ：赤色カ
ラーフィルタ、８Ｂ…緑色カラーフィルタ、８Ｃ…青色
カラーフィルタ）、９…第２のガラス基板、１０…蛍光
体（１０Ａ…赤色蛍光体、１０Ｂ…緑色蛍光体、１０Ｃ
…青色蛍光体）、１１…可視反射板（１１Ａ…金属膜、
１１Ｂ…支持基板）、１２…蛍光体励起光、１３…蛍光
体散乱光、１４…可視反射光、１５…共通配線、１６…
走査配線、１７（１７Ａ，１７Ｂ）…絶縁膜、１８…信
号配線、１９…画素電極、２０…低容量絶縁膜、２１…
共通電極、２２…スルーホール、２３…薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）、２４…配向膜、２５…電界、２６（２６
Ａ，２６Ｂ）…超薄板基板、２７…ハイブリッド基板、
２８…画素領域（２８Ａ…赤色画素領域、２８Ｂ…緑色
画素領域、２８Ｃ…青色画素領域）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５２０ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５２０ 1/1343 1/1343 (72)発明者 大島 徹也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大阿久 仁嗣 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 近藤 克己 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 椎木 正敏 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2H090 HA01 HB07X HD06 JA02 JB02 JB03 LA05 LA09 LA17 2H091 FA08X FA08Z FA14Z FA43Z LA12 LA15 LA17 LA18 2H092 GA14 HA05 JA24 JB07 KA04 NA01 NA26 NA29 PA01 PA02 PA12 PA13 2H093 NC42 ND04 ND39 ND53 ND54 NE01 NE02 NE04 NE10

Claims (47)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する一対の基板と、該一対の基板間に
   挟持された液晶の層と、該液晶の層を挟持する一対の基
   板の外側に配置された偏光板と、光源とからなり、画素
   毎に前記液晶の配向方向を制御して表示を行う液晶表示
   装置において、 前記偏光板より外側に、前記各画素に対応して蛍光体を
   配置し、金属膜を用いて形成される可視反射板を、前記
   蛍光体と前記光源との間に配置することを特徴とする液
   晶表示装置。
2. 【請求項２】前記可視反射板と前記蛍光体は、互いに接
   するよう配置されていることを特徴とする請求項１に記
   載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】前記可視反射板は、金属薄膜から構成され
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶
   表示装置。
4. 【請求項４】前記可視反射板は、金属薄膜と、その金属
   薄膜を支持することが可能な支持基板とから構成される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表
   示装置。
5. 【請求項５】前記金属薄膜は、単一の組成からなること
   を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の液晶表示装
   置。
6. 【請求項６】前記金属薄膜は、複数の組成からなること
   を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の液晶表示装
   置。
7. 【請求項７】前記金属薄膜は、組成の異なる少なくとも
   ２層以上の薄膜からなることを特徴とする請求項３又は
   請求項４に記載の液晶表示装置。
8. 【請求項８】前記金属薄膜は、前記各画素に対応する領
   域内で、該領域のほぼ全域を覆うように形成されている
   ことを特徴とする請求項３から請求項７のうちいずれか
   一項に記載の液晶表示装置。
9. 【請求項９】前記金属薄膜は、前記各画素に対応する領
   域内で、部分的に形成されていることを特徴とする請求
   項３から請求項７のうちいずれか一項に記載の液晶表示
   装置。
10. 【請求項１０】前記金属薄膜は、前記各画素に対応する
    領域内で、その表面が凹凸形状を有することを特徴とす
    る請求項３から請求項９のうちいずれか一項に記載の液
    晶表示装置。
11. 【請求項１１】前記支持基板は、その表面に凸状部を備
    え、凹凸な表面形状を有し、該凸状部の少なくとも一部
    に前記金属薄膜が形成されていることを特徴とする請求
    項４から請求項７又は請求項９から請求項１０のうちい
    ずれか一項に記載の液晶表示装置。
12. 【請求項１２】前記凸状部は、前記基板面に垂直な少な
    くとも一つの方向における断面が、三角形または台形ま
    たは円弧形状であることを特徴とする請求項１１に記載
    の液晶表示装置。
13. 【請求項１３】前記金属薄膜は、銀（Ａｇ）と銅（Ｃ
    ｕ）と金(Ａｕ）とアルミニウム(Ａｌ）とロジウム（Ｒ
    ｈ）とからなる群から選択された一種または複数の組成
    を含むことを特徴とする請求項３から請求項１２のうち
    いずれか一項に記載の液晶表示装置。
14. 【請求項１４】前記金属薄膜は、その膜厚が７０ナノメ
    ートル以下であることを特徴とする請求項３から請求項
    １３のうちいずれか一項に記載の液晶表示装置。
15. 【請求項１５】前記金属薄膜は、その膜厚が５ナノメー
    トル以上６５ナノメートル以下であることを特徴とする
    請求項３から請求項１４のうちいずれか一項に記載の液
    晶表示装置。
16. 【請求項１６】前記支持基板は、石英ガラス基板である
    ことを特徴とする請求項４から請求項１５のうちいずれ
    か一項に記載の液晶表示装置。
17. 【請求項１７】前記支持基板は、紫外線を透過する樹脂
    基板であることを特徴とする請求項４から請求項１５の
    うちいずれか一項に記載の液晶表示装置。
18. 【請求項１８】前記樹脂基板は、ポリカーボネートから
    なることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装
    置。
19. 【請求項１９】前記各画素に対応する部分毎に配置され
    る蛍光体は、１種の組成で構成されることを特徴とする
    請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載の液
    晶表示装置。
20. 【請求項２０】前記画素に対応する部分毎に配置される
    蛍光体は、少なくとも２種以上の組成で構成されること
    を特徴とする請求項１から請求項１８のうちいずれか一
    項に記載の液晶表示装置。
21. 【請求項２１】前記各画素に対応する部分毎に配置され
    る蛍光体は、励起波長の異なる少なくとも２種以上で構
    成されることを特徴とする請求項１から請求項２０のう
    ちいずれか一項に記載の液晶表示装置。
22. 【請求項２２】前記各画素の面積は、（式１）を満たす
    ことを特徴とする請求項１から請求項２１のうちいずれ
    か一項に記載の液晶表示装置。 【数１】 Ｓ_B＞Ｓ_G Ｓ_B＞Ｓ_R …（式１） Ｓ_R：赤色画素面積、Ｓ_G：緑色画素面積、Ｓ_B：青色画
    素面積
23. 【請求項２３】前記各画素の面積は、（式２）を満たす
    ことを特徴とする請求項１から請求項２２のうちいずれ
    か一項に記載の液晶表示装置。 【数２】 Ｓ_B＞Ｓ_G＞Ｓ_R …（式２） Ｓ_R：赤色画素面積、Ｓ_G：緑色画素面積、Ｓ_B：青色画
    素面積
24. 【請求項２４】前記蛍光体は、３価のユーロピウムイオ
    ン（Ｅｕ³⁺）と２価のマンガンイオン（Ｍｎ²⁺）と２価
    のユーロピウムイオン（Ｅｕ²⁺）と４価のマンガンイオ
    ン（Ｍｎ⁴⁺）と３価のテルビウムイオン（Ｔｂ³⁺）と３
    価のジスプロシウムイオン（Ｄｙ³⁺）とからなる群か
    ら、少なくとも１種のイオンを含むことを特徴とする請
    求項１から請求項２３のうちいずれか一項に記載の液晶
    表示装置。
25. 【請求項２５】前記蛍光体は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含
    むことを特徴とする請求項１から請求項２３のうちいず
    れか一項に記載の液晶表示装置。
26. 【請求項２６】前記光源は、４００ナノメートル以下の
    波長を有する光を発する紫外光源であることを特徴とす
    る請求項１から請求項２５のうちいずれか一項に記載の
    液晶表示装置。
27. 【請求項２７】前記紫外光源は、低圧水銀灯であること
    を特徴とする請求項１から請求項２５のうちいずれか一
    項に記載の液晶表示装置。
28. 【請求項２８】前記紫外光源は、高圧水銀灯であること
    を特徴とする請求項１から請求項２５のうちいずれか一
    項に記載の液晶表示装置。
29. 【請求項２９】前記光源は、４５０ナノメートル近傍の
    波長を有する光を発する青色光源であることを特徴とす
    る請求項１から請求項２５のうちいずれか一項に記載の
    液晶表示装置。
30. 【請求項３０】前記液晶層を挟持する一対の基板のう
    ち、蛍光体が配置される側の基板は、厚みが０.５mm 以
    下の薄板基板であることを特徴とする請求項１から請求
    項２９のうちいずれか一項に記載の液晶表示装置。
31. 【請求項３１】前記液晶層を挟持する一対の基板のう
    ち、蛍光体が配置される側の基板は、厚みが画素短辺方
    向幅の√３／２倍以下の薄板基板であることを特徴とす
    る請求項１から請求項２９のうちいずれか一項に記載の
    液晶表示装置。
32. 【請求項３２】前記薄板基板は、一対の超薄板ガラス
    と、該超薄板ガラスに挟持された光透過可能な光透過性
    樹脂層とから成ることを特徴とする請求項３０又は請求
    項３１に記載の液晶表示装置。
33. 【請求項３３】前記超薄板ガラス基板は、厚みが前記薄
    板基板の厚みの１／２未満であることを特徴とする請求
    項３２に記載の液晶表示装置。
34. 【請求項３４】前記超薄板ガラス基板は、厚みが０.２m
    m 以下であることを特徴とする請求項３２に記載の液晶
    表示装置。
35. 【請求項３５】前記光透過性の樹脂層は、光学部材であ
    ることを特徴とする請求項３２から請求項３４のうちい
    ずれか一項に記載の液晶表示装置。
36. 【請求項３６】前記光透過性の樹脂層は、偏光機能を有
    することを特徴とする請求項３２から請求項３４のうち
    いずれか一項に記載の液晶表示装置。
37. 【請求項３７】前記蛍光体は、前記液晶層を挟む一対の
    基板に対して、前記光源と逆の側に配置されていること
    を特徴とする請求項１から請求項３６のうちいずれか一
    項に記載の液晶表示装置。
38. 【請求項３８】前記蛍光体材料は、前記液晶層を挟む一
    対の基板と、前記光源との間に配置されていることを特
    徴とする請求項１から請求項３６のうちいずれか一項に
    記載の液晶表示装置。
39. 【請求項３９】前記一対の基板は、対向する面にそれぞ
    れ電極群が形成されていることを特徴とする請求項１か
    ら請求項３８のうちいずれか一項に記載の液晶表示装
    置。
40. 【請求項４０】前記電極群は、画素内に形成される液晶
    を駆動するための画素電極と共通電極が、それぞれ異な
    る基板上に形成される構成を有することを特徴とする請
    求項３９に記載の液晶表示装置。
41. 【請求項４１】前記一対の基板のうち、一方の基板にの
    み電極群が形成されていることを特徴とする請求項１か
    ら請求項３８のうちいずれか一項に記載の液晶表示装
    置。
42. 【請求項４２】前記一対の基板のうち、一方の基板にの
    み電極群が形成され、前記光源は、前記電極群の形成さ
    れる基板側に配置されることを特徴とする請求項４１に
    記載の液晶表示装置。
43. 【請求項４３】前記一対の基板のうち、一方の基板にの
    み電極群が形成され、前記光源は、前記電極群の形成さ
    れない基板側に配置されることを特徴とする請求項４１
    に記載の液晶表示装置。
44. 【請求項４４】前記電極群は、画素内に形成される液晶
    を駆動するための共通電極及び画素電極のうち、少なく
    とも一方が、櫛歯状に形成された構成であることを特徴
    とする請求項４１から請求項４３のうちいずれか一項に
    記載の液晶表示装置。
45. 【請求項４５】前記画素電極及び共通電極のうち、少な
    くとも一方の電極は、透明導電膜で形成されていること
    を特徴とする請求項４４に記載の液晶表示装置。
46. 【請求項４６】前記光源は、１フレーム期間内に間欠的
    に点灯することを特徴とする請求項１から請求項４５の
    うちいずれか一項に記載の液晶表示装置。
47. 【請求項４７】前記蛍光体は、その残光時間が１フレー
    ム期間に相当する時間以下であることを特徴とする請求
    項４６に記載の液晶表示装置。