JP3252561B2 - アクティブマトリックス液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリックス
液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクティブマトリックス液晶表示
素子としては、ＴＮ型のものが利用されている。このＴ
Ｎ型のアクティブマトリックス液晶表示素子は、複数の
透明画素電極とこれら各画素電極にそれぞれ対応する複
数の能動素子とを配設した透明基板と、前記画素電極が
対向する透明な対向電極を設けた透明基板とを、その電
極形成面を互いに対向させて配置し、この両基板間にネ
マティック液晶の層を設けるとともに、前記両基板の外
面側にそれぞれ偏光板を配置したものである。

【０００３】なお、前記両基板の電極形成面上にはそれ
ぞれ液晶分子の配列方向を規制する配向膜が設けられて
おり、液晶の分子は両基板間においてほぼ９０°のツイ
スト角でツイスト配向されている。また、両基板の外面
側にそれぞれ配置された一対の偏光板は、その透過軸を
互いにほぼ平行にして設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＴＮ型の
アクティブマトリックス液晶表示素子は、外部からの入
射光が一方の偏光板により直線偏光されて液晶層に入射
し、液晶層を通った光のうち、画素電極と対向電極との
間への電界の印加により液晶分子が立上り配向した領域
を通った光が他方の偏光板を透過して出射するため、偏
光板での光吸収による光量ロスが大きく、したがって画
面が暗いという問題をもっている。

【０００５】これは特に、裏面側に反射板を配置した反
射型の液晶表示素子において顕著であり、反射型素子
は、自然光または室内照明光を利用して表示するもので
あるし、また素子の表面側から入射し裏面側の反射板で
反射されて表面側に出射する光が一対の偏光板を２度ず
つ通るため、光量ロスがかなり大きくなって、画面が極
端に暗くなる。本発明は、反射型のものでありながら、
非常に明るい画面を得ることができるアクティブマトリ
ックス液晶表示素子を提供することを目的としたもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リックス液晶表示素子は、複数の透明画素電極とこれら
各画素電極にそれぞれ対応する複数の能動素子とを配設
した裏面側基板と、前記画素電極が対向する透明な対向
電極を設けた表面側基板とを、その電極形成面を互いに
対向させて配置し、この両基板間に高分子層中に液晶を
分散させた液晶／高分子複合膜を設けてなり、かつ、前
記裏面側基板には、前記画素電極に対向する反射膜を設
け、この反射膜の上に透明な絶縁膜を介して前記画素電
極を設けるとともに、この画素電極の上に蛍光体膜を設
けたことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明のアクティブマトリックス液
晶表示素子は、液晶／高分子複合膜での光の散乱と透過
とを利用して表示するものであり、この複合膜の高分子
層中に分散している液晶の分子は、電界が印加されてい
ない状態では様々な方向を向いており、この状態では、
液晶表示素子の表面側から入射した光が前記複合膜にお
いて散乱され、表示が暗状態になる。また、上記両基板
の画素電極と対向電極との間に電界を印加すると、液晶
分子が立上り配向するため、表面側からの入射光がほと
んど散乱されることなく複合膜を透過し、この透過光が
裏面側基板に設けた反射膜で反射されて表示が明状態に
なる。

【０００８】このため、この液晶表示素子は、ＴＮ型の
液晶表示素子に必要不可欠な偏光板が不要であり、した
がって偏光板での光吸収による光量ロスが無い。しか
も、この液晶表示素子においては、上記反射膜の上に透
明な絶縁膜を介して設けた画素電極の上に、光が当ると
蛍光を発する蛍光体膜を設けているため、前記反射膜で
反射される光が前記蛍光体膜を通ってこの蛍光体膜に蛍
光を発生させるから、その蛍光によって明表示がより明
るくなる。

【０００９】このように、本発明の液晶表示素子は、Ｔ
Ｎ型素子のような偏光板での光吸収による光量ロスが無
く、しかも蛍光体膜が発する蛍光によって明表示がより
明るくなるため、反射型のものでありながら、非常に明
るい画面を得ることができる。

【００１０】また、この液晶表示素子においては、上記
反射膜の上に透明な絶縁膜を介して画素電極を設けてい
るため、非選択期間における画素の保持電圧を補償する
ための補償容量を、前記反射膜と画素電極とその間の絶
縁膜とによって構成することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１はアクティブマトリックス液晶表示素子の
一部分の断面図であり、図において下側の基板１は裏面
側基板、上側の基板２は表面側基板である。

【００１２】上記裏面側基板１は、ガラス板等からなる
絶縁性基板（ただし、透明である必要はない）であり、
この裏面側基板１の上には、行方向および列方向に配列
された複数の透明な画素電極３と、これら各画素電極３
にそれぞれ対応する複数の能動素子４とが配設されてい
る。

【００１３】上記能動素子４は例えばＴＦＴ（薄膜トラ
ンジスタ）であり、このＴＦＴ４は、基板１上に形成さ
れたゲート電極５と、このゲート電極５を覆うゲート絶
縁膜６と、前記ゲート絶縁膜６の上に前記ゲート電極５
と対向させて形成されたａ−Ｓi （アモルファスシリコ
ン）等からなる半導体膜７と、この半導体膜７の両側部
の上に形成されたソース電極８およびドレイン電極９と
で構成されている。

【００１４】なお、図示しないが、裏面側基板１の上に
は、上記ＴＦＴ４にゲート信号を供給するゲートライン
（アドレスライン）と、前記ＴＦＴ４に画像データに応
じたデータ信号を供給するデータラインとが配線されて
おり、ＴＦＴ４のゲート電極５は前記ゲートラインに一
体に形成され、ドレイン電極９は前記データラインにつ
ながっている。

【００１５】また、上記裏面側基板１の上には、この裏
面側基板１上に配設する全ての画素電極３にそれぞれ対
応させて、前記画素電極３のほぼ全面に対向する反射膜
１０が設けられている。この反射膜１０は、上記ＴＦＴ
４のゲート電極５を形成した面に、このゲート電極５お
よび上記ゲートラインと同じ金属膜によって形成されて
いる。なお、反射膜１０とゲート電極５およびゲートラ
インは、低抵抗でかつ光反射率の高い、Ａl （アルミニ
ウム）またはＡl 系合金等の金属膜で形成されている。

【００１６】そして、上記反射膜１０は、上記ＴＦＴ４
のゲート絶縁膜６で覆われている。このゲート絶縁膜６
はＳi Ｎ（窒化シリコン）等からなる透明膜であり、画
素電極３は前記ゲート絶縁膜６の上に形成され、その一
端部において対応するＴＦＴ４のソース電極８に接続さ
れている。

【００１７】また、上記反射膜１０は、非選択期間にお
ける画素の保持電圧を補償するための補償容量（ストレ
ージキャパシタ）の電極を兼ねており、前記補償容量
は、前記反射膜１０と画素電極３とその間のゲート絶縁
膜６とで構成されている。

【００１８】なお、図示しないが、上記裏面側基板１の
上には、各画素電極行にそれぞれ対応させて基準電位
（例えば接地電位）に接続される基準電位ラインが上述
したゲートラインと平行に配線されており、各行の反射
膜１０はそれぞれ前記基準電位ラインにつながってい
る。この基準電位ラインも、反射膜１０とゲート電極６
およびゲートラインに用いた金属膜で形成されている。

【００１９】また、上記各画素電極３の上にはそれぞ
れ、光が当ると蛍光を発する蛍光体膜１１が設けられて
いる。この蛍光体膜１１は、透明な樹脂基材に粒状の蛍
光物質を点在状態で混入させたものであり、画素電極３
の全面にわたって形成されている。なお、この実施例で
は、蛍光体膜１１として、異なる色の蛍光を発する複数
の蛍光体膜、例えば、赤の蛍光を発する蛍光体膜と、緑
の蛍光を発する蛍光体膜と、青の蛍光を発する蛍光体膜
とを用い、これら蛍光体膜を交互に並べて配設してい
る。

【００２０】一方、上記表面側基板２は、ガラス板また
は透明樹脂フィルム等からなる透明基板であり、この表
面側基板２には、そのほぼ全面にわたって、上記裏面側
基板１上の全ての画素電極３と対向する透明な対向電極
１２が設けられている。

【００２１】そして、上記裏面側基板１と表面側基板２
とは、その外周縁部において図示しない枠状のシール材
を介して接合されており、これら基板１，２間の前記シ
ール材で囲まれた領域に、液晶／高分子複合膜２０が設
けられている。

【００２２】この液晶／高分子複合膜２０は、高分子層
中に液晶を分散させたものであり、この複合膜２０は、
スポンジのような断面をもつようにポリマー化した高分
子層２１の各空隙部にそれぞれ液晶が閉じ込められた構
造をなしている。図１において、２２は複合膜２０中の
液晶部（液晶が閉じ込められた部分）である。

【００２３】なお、この実施例では、前記液晶に誘電異
方性が正のネマティック液晶を用い、この液晶中に黒色
系の二色性染料を混入させている。図２は上記複合膜２
０の１つの液晶部２２の無電界状態と電界印加状態にお
ける拡大断面図であり、図において、Ａは液晶の分子を
示し、Ｂは前記二色性染料の分子を示している。

【００２４】上記液晶表示素子は、例えば、一対の基板
１，２をシール材を介して接合した後、この両基板１，
２間に、前記シール材の一部を欠落させて形成しておい
た注入口から、光によって重合反応する高分子材料と二
色性染料を添加した液晶との混合溶液を真空注入法によ
り注入充填し、この充填溶液に表面側基板２側から紫外
線を照射して前記高分子材料を光重合させる方法で製造
することができる。なお、前記注入口は、溶液の充填後
か、あるいは高分子の光重合後に封止する。

【００２５】このように、基板１，２間に充填した上記
混合溶液に紫外線を照射すると、モノマーあるいはオリ
ゴマーの状態にある高分子材料が、その二重結合が解け
ることによってラジカル化し、隣り合う分子のラジカル
が互いに結合し合うラジカル重合反応により高分子とな
って、この高分子材料のポリマー化により液晶が相分離
する。

【００２６】このため、ポリマー化した高分子層２１は
スポンジのような断面をもち、この高分子層２１の各隙
間部にそれぞれ液晶が閉じ込められて、上述した構造の
液晶／高分子複合膜２０が形成される。なお、この複合
膜２０の形成方法は、光重合相分離法と呼ばれる方法で
ある。

【００２７】上記アクティブマトリックス液晶表示素子
は、液晶／高分子複合膜２０での光の散乱と透過とを利
用して表示するものであり、この複合膜２０の高分子２
１層中に分散している液晶部２２の液晶の分子Ａは、電
界が印加されていない状態では図２の（ａ）のように様
々な方向を向いており、同様に二色性染料の分子Ｂも様
々な方向を向いているため、この無電界状態では、液晶
表示素子の表面側から入射した光が、前記複合膜２０を
通る際に、その液晶部２２と高分子層２１との界面およ
び液晶部２２の液晶の光散乱作用により散乱されるとと
もに、この散乱光の大部分が二色性染料によって吸収さ
れる。

【００２８】このため、無電界状態では、上記複合膜２
０を通って裏面側基板１上の蛍光体膜１１およびその下
方の反射膜１０に達する光量は極く僅かであり、したが
って、前記蛍光体膜１１が発する蛍光量および反射膜１
０からの反射光量が少ないし、また、これらの光は前記
複合膜２０を再び通る際に上述したように散乱および吸
収されるから、表面側に出射する光がほとんど無く、表
示がほぼ黒の暗状態になる。

【００２９】また、両基板１，２の画素電極３と対向電
極１２との間に電界を印加すると、図２の（ｂ）のよう
に、上記複合膜２０の液晶部２２の液晶の分子Ａが基板
１，２面に対してほぼ垂直になるように一様に立上り配
向し、それに連れて二色性染料の分子Ｂも立上り配向す
るため、この電界印加状態では、液晶表示素子の表面側
から入射した光が、複合膜２０での光散乱作用をほとん
ど受けることなく、また二色性染料による吸収もほとん
ど受けずに複合膜２０を透過する。

【００３０】このため、電界印加状態では、入射光が上
記複合膜２０を通って裏面側基板１上の蛍光体膜１１に
達するとともに、この蛍光体膜１１を通ってその下方の
反射膜１０にも達する。

【００３１】そして、反射膜１０に達した光は、この反
射膜１０で反射され、蛍光体膜１１に達した光はこの蛍
光体膜１１に蛍光を発生させるため、反射膜１０で反射
された光と蛍光体膜１１が発する蛍光とが上記複合膜２
０を再び透過して表面側に出射し、表示が明状態にな
る。この表示の色は、蛍光体膜１１が発する蛍光の色に
対応し、蛍光体膜１１中の蛍光物質量が多いほど色度が
高くなる。

【００３２】なお、反射膜１０で反射された光は、再び
蛍光体膜１１を通って複合膜２０に入るため、この反射
光のうちのある程度の光が蛍光体膜１１中において蛍光
物質に当るが、この蛍光物質に当った光は前記蛍光物質
に蛍光を発生させるエネルギーとなる。また、前記蛍光
物質は、可視光だけでなく、可視光帯域外の波長光によ
っても蛍光を発するため、蛍光体膜１１から発せられる
蛍光は高輝度の光であり、したがって、上述した暗表示
と前記明表示との明暗比が大きい、高コントラストの表
示が得られる。

【００３３】すなわち、上記液晶表示素子は、液晶／高
分子複合膜２０での光の散乱と透過とを利用して表示す
るものであり、そのためＴＮ型の液晶表示素子に必要不
可欠な偏光板が不要であるから、偏光板での光吸収によ
る光量ロスが無い。

【００３４】しかも、この液晶表示素子においては、上
記反射膜１０の上にＴＦＴ４のゲート絶縁膜（透明膜）
６を介して画素電極３を設け、この画素電極３の上に光
が当ると蛍光を発する蛍光体膜１１を設けているため、
前記反射膜１０で反射される光が蛍光体膜１１を通って
この蛍光体膜１１に蛍光を発生させるから、その蛍光に
よって明表示がより明るくなる。

【００３５】このように、上記液晶表示素子は、ＴＮ型
素子のような偏光板での光吸収による光量ロスが無く、
しかも蛍光体膜が発する蛍光によって出射光がより明る
くなるため、ＴＮ型のものに比べて、非常に明るい画面
を得ることができる。

【００３６】また、上記液晶表示素子においては、上記
反射膜１０をＴＦＴ４のゲート絶縁膜６で覆い、この絶
縁膜６の上に画素電極３を設けているため、非選択期間
における画素の保持電圧を補償するための補償容量を、
前記反射膜１０と画素電極３とその間の絶縁膜６とによ
って構成することができるし、また、この補償容量の容
量値が大きいため、非選択期間中、十分な電圧を画素に
保持させて、“ちらつき”のない表示を得ることができ
る。

【００３７】すなわち、従来のアクティブマトリックス
液晶表示素子では、画素の補償容量を、画素電極の縁部
に絶縁膜を介して容量形成用電極を対向させることによ
り構成しているため、画素電極と容量形成用電極との対
向面積が小さく、したがって補償容量の容量値が小さい
が、上記実施例の液晶表示素子では、反射膜１０が容量
形成用電極を兼ねており、この反射膜１０は画素電極３
のほぼ全面に対向しているため、補償容量の容量値を大
きくとることができる。

【００３８】また、従来のアクティブマトリックス液晶
表示素子では、前記容量形成用電極によって光が遮られ
るため、この容量形成用電極と画素電極との対向面積分
だけ画素の開口率が小さくなるが、上記実施例の液晶表
示素子では、容量形成用電極が反射膜１０であり、この
反射膜１０で反射された光が画素電極３を通って出射し
て行くため、前記反射膜１０と画素電極３との対向面積
が表示画素の面積となるから、画素の開口率が小さくな
ることはない。

【００３９】なお、上記実施例では、裏面側基板１に設
ける反射膜１０を、ＴＦＴ４のゲート電極５を形成した
面に設けているが、この反射膜は、裏面側基板１の上に
ＴＦＴ４を覆う保護絶縁膜を設けて、この保護絶縁膜の
上に形成してもよく、その場合は、この反射膜の上を透
明な絶縁膜で覆ってその上に画素電極を設け、この画素
電極の上に蛍光体膜を設ければよい。

【００４０】また、上記実施例では、液晶／高分子複合
膜２０の液晶にネマティック液晶を用いているが、この
液晶はコレステリック液晶であってもよく、このコレス
テリック液晶は、無電界状態での分子配列構造が螺旋構
造をもっているため、光散乱性が高いから、暗表示をよ
り暗くして、表示のコントラストをさらに高くすること
ができる。

【００４１】さらに、上記実施例では、液晶／高分子複
合膜２０を、液晶中に二色性染料を混入したものとして
いるが、この複合膜２０は、液晶中に二色性染料を混入
していないものでもよく、その場合でも、無電界状態で
の光の散乱と、電界印加状態における光の透過とによる
表示を行なうことができる。また、能動素子は、ＴＦＴ
に限らずＭＩＭ等でもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明のアクティブマトリックス液晶表
示素子は、複数の透明画素電極とこれら各画素電極にそ
れぞれ対応する複数の能動素子とを配設した裏面側基板
と、前記画素電極が対向する透明な対向電極を設けた表
面側基板とを、その電極形成面を互いに対向させて配置
し、この両基板間に高分子層中に液晶を分散させた液晶
／高分子複合膜を設けてなり、かつ、前記裏面側基板に
は、前記画素電極に対向する反射膜を設け、この反射膜
の上に透明な絶縁膜を介して前記画素電極を設けるとと
もに、この画素電極の上に蛍光体膜を設けたものである
から、反射型のものでありながら、非常に明るい画面を
得ることができる。

【００４３】しかも、この液晶表示素子においては、上
記反射膜の上に透明な絶縁膜を介して画素電極を設けて
いるため、非選択期間における画素の保持電圧を補償す
るための補償容量を、前記反射膜と画素電極とその間の
絶縁膜とによって構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の一部分
の断面図。

【図２】液晶／高分子複合膜の１つの液晶部の無電界状
態と電界印加状態における拡大断面図。

【符号の説明】

１…裏面側基板 ２…表面側基板 ３…画素電極 ４…能動素子（ＴＦＴ） ６…ゲート絶縁膜（透明膜） １０…反射膜 １１…螢光体膜 １２…対向電極 ２０…液晶／高分子複合膜 ２１…高分子層 ２２…液晶部 Ａ…液晶分子 Ｂ…二色性染料の分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の透明画素電極とこれら各画素電極に
   それぞれ対応する複数の能動素子とを配設した裏面側基
   板と、前記画素電極が対向する透明な対向電極を設けた
   表面側基板とを、その電極形成面を互いに対向させて配
   置し、この両基板間に高分子層中に液晶を分散させた液
   晶／高分子複合膜を設けてなり、かつ、前記裏面側基板
   には、前記画素電極に対向する反射膜を設け、この反射
   膜の上に透明な絶縁膜を介して前記画素電極を設けると
   ともに、この画素電極の上に蛍光体膜を設けたことを特
   徴とするアクティブマトリックス液晶表示素子。