JP3298275B2 - 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、カラー画像を表示する
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
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第１のガラス基板と、前記画素電
極が対向する対向電極を設けた第２のガラス基板とを、
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、このア
クティブマトリックス液晶表示素子には、バックライト
からの光を使用して表示する透過型のものと、外光を利
用して表示する反射型のものとがある。

【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】上記アクティブマトリックス液晶表示素子
には、白黒画像を表示するものと、カラー画像を表示す
るものとがあり、カラー画像を表示する液晶表示素子で
は、その両基板のいずれか一方、例えば対向電極を設け
た第２の基板に、第１の基板に配設した各画素電極に対
応させてカラーフィルタを設けている。このカラーフィ
ルタは透明な保護絶縁膜で覆われており、対向電極は前
記保護絶縁膜の上に形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のアクティブマトリックス液晶表示素子は、光のロス
が大きくて、表示画像が暗いという問題をもっている。
この光のロスは、偏光板での光吸収によるものであり、
またカラー画像を表示するアクティブマトリックス液晶
表示素子では、カラーフィルタでの光吸収による光ロス
もある。

【０００６】すなわち、従来のアクティブマトリックス
液晶表示素子はＴＮ型のものであるが、このＴＮ型の液
晶表示素子は、入射光を一方の偏光板により直線偏光さ
せて液晶層に入射させ、液晶層を通った光のうち、他方
の偏光板を透過する偏光成分の光（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）により“明”を表示し、液晶分子がツ
イスト配向状態にある領域を通った光は前記他方の偏光
板で吸収して“暗”を表示するものであるため、偏光板
での光吸収により光量を大きくロスしてしまう。

【０００７】また、従来のカラー画像を表示するアクテ
ィブマトリックス液晶表示素子は、カラーフィルタを用
いて透過光を着色するものであるが、カラーフィルタ
は、その色に対応する波長帯域の光もかなり高い吸収率
で吸収するため、カラーフィルタを通った着色光が、カ
ラーフィルタに入射する前の前記波長帯域の光に比べて
大幅に光量を減じた光になる。

【０００８】このため、上記従来のアクティブマトリッ
クス液晶表示素子は、その表示画像がかなり暗くなり、
特に、外光を表面側から入射させ、その光を裏面側の反
射板で反射させて表示する反射型素子の場合は、表示が
識別できないほど暗くなってしまう。

【０００９】なお、透過型の液晶表示素子の場合は、そ
の裏面側に配置するバックライトの輝度を高くすること
によって表示画像を明るくすることができるが、バック
ライトに高輝度のランプを用いるのでは、消費電力が増
大してしまう。

【００１０】本発明は、反射型素子と同様に外光を利用
して表示するものでありながら、非常に明るいカラー画
像を表示す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。

【００１１】

【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
表面側基板と、前記画素電極が対向する対向電極を設け
た裏面側基板とを、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るとともに、前記裏面側基板
の外面に入射光を吸収して着色蛍光を出射する蛍光体膜
を設けてなり、かつ、前記裏面側基板は、透明な樹脂フ
ィルムからなっていることを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明のアクティブマトリックス液晶表示素子
は、反射型素子と同様に外光を利用して表示するもので
あって、外光を表面側から入射させ、上記液晶／高分子
複合膜での光の散乱と透過とを利用して暗状態と明状態
とを表示するとともに、その明表示を上記蛍光体膜によ
って着色するものである。

【００１３】すなわち、上記液晶／高分子複合膜の高分
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、入射光が前記複合膜において散乱されて表示が暗状
態になる。また、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、入
射光がほとんど散乱されることなく複合膜を透過して表
示が明状態になる。

【００１４】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を用いずに、暗状態
と明状態とを表示することができ、したがって偏光板で
の光吸収による光量ロスが無い。

【００１５】また、上記蛍光体膜は、上記液晶／高分子
複合膜を透過した光を受けて蛍光を発し、この蛍光体膜
が発する蛍光の色の明表示が液晶表示素子の表面側から
観察される。

【００１６】そして、この液晶表示素子は、上記蛍光体
膜によって表示を着色するものであるため、カラーフィ
ルタは不要であるし、前記蛍光体膜は、カラーフィルタ
のように可視光のうちの特定の波長域の光だけを透過さ
せ他の波長域の光は吸収して着色光とするものではな
く、吸収光のエネルギーによって蛍光を発するものであ
るため、この蛍光体膜が発する蛍光の強度は、カラーフ
ィルタによる着色光の強度に比べてはるかに高い。

【００１７】したがって、本発明のアクティブマトリッ
クス液晶表示素子によれば、反射型素子と同様に外光を
利用して表示するものでありながら、非常に明るいカラ
ー画像を表示することができる。

【００１８】しかも、この液晶表示素子では、その裏面
側基板の外面に上記蛍光体膜を設けているため、前記蛍
光体膜を基板内面に設ける場合に比べて、液晶表示素子
の製造プロセスを簡易化することができる。

【００１９】また、このように裏面側基板の外面に蛍光
体膜を設けると、この蛍光体膜を裏面側基板の内面に設
ける場合に比べて、液晶／高分子複合膜の表面から蛍光
体膜の膜面までの距離が裏面側基板の厚さ分だけ大きく
なり、表示を斜め方向から見たときに、前記蛍光体膜の
膜面における明領域（蛍光を発している領域）と視野領
域とのずれにより画素の一側部が欠け落ちて見えるが、
この液晶表示素子においては、上記裏面側基板を樹脂フ
ィルムからなるフィルム基板としているため、この裏面
側基板の厚さは極く薄いから、表示を斜め方向から見た
ときの画素の欠け落ちを小さくして、視野角（表示を高
品位の像として見ることができる視角範囲）を広くする
ことができる。

【００２０】

【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は本実施例の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る。このアクティブマト
リックス液晶表示素子は、画素電極３と能動素子４を設
けた透明基板１を表面側基板とし、対向電極１０を設け
た透明基板２を裏面側基板としたものである。

【００２１】まず、表面側基板１について説明すると、
この表面側基板１は、その上に能動素子４が形成される
ため、硬質でかつ耐熱性をもつガラス基板とされてい
る。この表面側基板１の内面には、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。

【００２２】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面に形成さ
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。

【００２３】なお、図示しないが、この表面側基板１の
内面には、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。

【００２４】また、上記ＴＦＴ４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、この
ゲート絶縁膜６は基板１のほぼ全面にわたって形成され
ている。そして、画素電極３は、前記ゲート絶縁膜６の
上に設けられており、その一端部において対応するＴＦ
Ｔ４のソース電極８に接続されている。

【００２５】一方、裏面側基板２は、厚さが０．１mm程
度の透明な樹脂フィルムからなるフィルム基板であり、
この裏面側基板２の内面には、そのほぼ全面にわたっ
て、前記表面側基板１の全ての画素電極３が対向する透
明な対向電極１０が設けられている。

【００２６】そして、上記表面側基板１と裏面側基板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。

【００２７】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。

【００２８】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２０
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。

【００２９】さらに、上記裏面側基板の外面には、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１１ａに粒状の蛍光顔料１１ｂを混入したも
のであり、この蛍光体膜１１の裏面には、白色系の下地
膜１１ｃが設けられている。なお、この白色系下地膜１
８は、例えば裏面側基板１２の裏面に白色塗料を塗布す
るか、あるいは白色板を配置して形成されている。

【００３０】また、この実施例では、上記蛍光体膜１１
として、例えば、赤の蛍光を発する領域Ｒと、緑の蛍光
を発する領域Ｇと、青の蛍光を発する領域Ｂとを、表面
側基板１の各画素電極３にそれぞれ対応させて交互に形
成したものを用いている。なお、これら各色の蛍光を発
する領域Ｒ，Ｇ，Ｂは、その領域に混入する蛍光顔料１
１ｂを変えることによって形成されている。

【００３１】上記液晶表示素子は、例えば、画素電極３
およびＴＦＴ４を形成した表面側基板１の上に、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
晶との混合溶液を適量塗布し、対向電極１０を形成した
裏面側基板２には上述したシール材を印刷して、これら
基板１，２を重ね合わせて前記シール材を介して接合し
た後、一方の基板の外面側から前記混合溶液に光（紫外
線）を照射することにより、この混合溶液の高分子材料
を光重合させて液晶／高分子複合膜２０を形成し、その
後、裏面側基板２の外面に上記蛍光体膜１１を透明接着
剤により接着して製造される。

【００３２】なお、上記混合溶液への光照射は、裏面側
基板２側から行なうのが望ましく、この裏面側基板２の
内面に形成されている透明電極１０は基板のほぼ全面に
わたる対向電極であるため、混合溶液にその全域にわた
って均等な強度の光を照射することができる。

【００３３】このように、上記混合溶液に光を照射する
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。

【００３４】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。

【００３５】上記アクティブマトリックス液晶表示素子
は、反射型素子と同様に外光を利用して表示するもので
あり、外光を表面側から入射させ、液晶／高分子複合膜
２０での光の散乱と透過とを利用して暗状態と明状態と
を表示するとともに、その明表示を蛍光体膜１１によっ
て着色するものである。

【００３６】すなわち、上記液晶／高分子複合膜２０の
高分子層２１中に分散している液晶の分子ａは、電界が
印加されていない状態では図２の（ａ）のようにランダ
ムな方向を向いており、この無電界状態では、入射光が
前記複合膜２０において、その液晶部２２と高分子層２
１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、表面側から観察される表示が暗状態になる。

【００３７】なお、この実施例では、上記液晶／高分子
複合膜２０の液晶に黒色系の二色性染料を添加してお
り、無電界状態では二色性染料の分子Ｂもランダムな方
向を向いているため、前記複合膜２０に入射した光が散
乱されるとともに二色性染料により吸収されるため、無
電界状態での暗表示はほぼ“黒”になる。

【００３８】一方、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、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ることな
く複合膜２０を透過し、表示が明状態になる。

【００３９】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を用いずに、暗状態
と明状態とを表示することができ、したがって偏光板で
の光吸収による光量ロスが無い。

【００４０】また、上記蛍光体膜１１は、上記液晶／高
分子複合膜２０を透過した光を受けて蛍光を発し、この
蛍光体膜２０が発する蛍光の色の明表示が液晶表示素子
の表面側から観察される。なお、この実施例では前記蛍
光体膜２０裏面に白色系の下地膜１１ｃを設けているた
め、この蛍光体膜１１が発する蛍光の色をより鮮やかに
見せることができる。

【００４１】そして、この液晶表示素子は、上記蛍光体
膜１１によって表示を着色するものであるため、カラー
フィルタは不要であるし、前記蛍光体膜１１は、カラー
フィルタのように可視光のうちの特定の波長域の光だけ
を透過させ他の波長域の光は吸収して着色光とするもの
ではなく、吸収光のエネルギーによって蛍光を発するも
のであるため、この蛍光体膜１１が発する蛍光の強度
は、カラーフィルタによる着色光の強度に比べてはるか
に高い。

【００４２】したがって、上記アクティブマトリックス
液晶表示素子によれば、反射型素子と同様に外光を利用
して表示するものでありながら、非常に明るいカラー画
像を表示することができる。

【００４３】しかも、この液晶表示素子では、その裏面
側基板２の外面に上記蛍光体膜１１を設けているため、
前記蛍光体膜１１を基板内面に設ける場合に比べて、液
晶表示素子の製造プロセスを簡易化することができる。

【００４４】すなわち、上記蛍光体膜１１を裏面側基板
２の内面に設ける場合は、この裏面側基板２の内面に蛍
光体膜１１と対向電極１０とを重ねて形成しておいて液
晶表示素子を組立てなけらばならないが、蛍光体膜１１
を裏面側基板２の外面に設ける場合は、表裏の基板１，
２を接合して液晶表示素子を組立てるとともにその内部
の上述した混合溶液の高分子材料を光重合させて液晶／
高分子複合膜２０を形成した後に、蛍光体膜１１を裏面
側基板２の外面に接着すればよく、したがって、液晶表
示素子の製造プロセスを簡易化できるし、また前記混合
溶液への光照射を蛍光体膜１１を設けていない状態で行
なえるため、前記混合溶液の高分子材料を良好に光重合
させることができる。

【００４５】また、このように裏面側基板２の外面に蛍
光体膜１１を設けると、この蛍光体膜１１を裏面側基板
２の内面に設ける場合に比べて、液晶／高分子複合膜２
０の表面から蛍光体膜１１の膜面までの距離が裏面側基
板２の厚さ分だけ大きくなり、表示を斜め方向から見た
ときに、前記蛍光体膜１１の膜面における明領域（蛍光
を発している領域）と視野領域とのずれにより画素の一
側部が欠け落ちて見えるが、この液晶表示素子において
は、上記裏面側基板２を樹脂フィルムからなるフィルム
基板としているため、この裏面側基板２の厚さは極く薄
い（０．１mm程度）から、表示を斜め方向から見たとき
の画素の欠け落ちを小さくして、視野角（表示を高品位
の像として見ることができる視角範囲）を広くすること
ができる。

【００４６】この画素の欠け落ちを、裏面側基板をガラ
ス基板とした場合と比較して説明すると、図３は裏面側
基板２をフィルム基板としている上記実施例の液晶表示
素子における斜め方向から見たときの画素の欠け落ち状
態を示し、図４は、裏面側基板をガラス基板２′とした
場合における斜め方向から見たときの画素の欠け落ち状
態を示している。

【００４７】この図３および図４のように、上記液晶表
示素子においては、明表示が裏面側基板２の外面に設け
た蛍光体膜１１が発する蛍光で表示されるため、その表
示を正面方向（液晶表示素子の法線方向）から見たとき
は、明表示が正規の画素の大きさに見えるが、表示を斜
め方向（液晶表示素子の法線に対して傾いた方向）表示
を斜め方向から見ると、前記蛍光体膜１１面における明
領域（蛍光を発している領域）Ａ₁ と視野領域Ａ₂ とが
図のようにずれる。

【００４８】そして、上記液晶表示素子では、液晶／高
分子複合膜２０の電界が印加されている領域に入射した
光は前記複合膜２０を透過するが、無電界領域に入射し
た光は複合膜２０において散乱されるとともに二色性染
料により吸収されるため、蛍光体膜１１面における明領
域Ａ₁ の一側部、つまり視野領域Ａ₂ のずれ方向に対し
て反対側の側部が、前記明領域Ａ₁ と視野領域Ａ₂ との
ずれ量に相当する幅ｗにわたって影になり、前記明領域
Ａ₁ のうちのＡ₃ の領域だけが見える。このため、液晶
表示素子の表面側から見える画素が、その一側部が前記
幅ｗにわたって欠け落ちた形状になる。

【００４９】この画素の欠け落ち幅ｗは、液晶／高分子
複合膜２０の表面から上記蛍光体膜１１の膜面までの距
離と、表示を見る角度とによって決まり、同じ角度で表
示を見た場合は、前記複合膜２０の表面から蛍光体膜１
１面までの距離が大きいほど前記欠け落ち幅ｗが大きく
なる。

【００５０】したがって、図４のように裏面側基板をガ
ラス基板２′とした場合は、この裏面側基板の厚さが厚
いために、前記複合膜２０の表面から蛍光体膜１１面ま
での距離が大きく、表示を斜め方向から見たときの画素
の欠け落ち幅ｗが大きい。

【００５１】しかし、図３のように裏面側基板２をフィ
ルム基板とした場合は、この裏面側基板２の厚さが極く
薄いために、前記複合膜２０の表面から蛍光体膜１１面
までの距離が小さく、したがって、表示を斜め方向から
見たときの画素の欠け落ち幅ｗが小さくなる。

【００５２】このため、上記実施例液晶表示素子によれ
ば、斜め方向から見たときでも正面方向から見たときの
表示品位に近い高品位の表示が得られるから、視野角が
広くなる。

【００５３】なお、上記実施例では、蛍光体膜１１の裏
面に、蛍光の色を鮮やかに見せるための白色系の下地膜
１１ｃを設けているが、この下地膜１１ｃはなくてもよ
く、また前記下地膜１１ｃに代えて反射膜を設けてもよ
い。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】さらに、上記実施例の液晶表示素子におけ
る液晶／高分子複合膜２０は、光重合相分離法で形成さ
れたものであるが、この複合膜２０は、液晶をマイクロ
カプセル化してこの液晶カプセルを高分子層中に分散さ
せた構造のものでもよい。

【００５７】

【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、画素電極と能動素子とを配設した表面側基板
と対向電極を設けた裏面側基板との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るとともに、
前記裏面側基板の外面に入射光を吸収して着色蛍光を出
射する蛍光体膜を設け、かつ前記裏面側基板は透明な樹
脂フィルムからなるフィルム基板としたものであるか
ら、反射型素子と同様に外光を利用して表示するもので
ありながら、非常に明るいカラー画像を表示することが
できるし、また、液晶表示素子の製造プロセスを簡易化
することができるとともに、表示を斜め方向から見たと
きの画素の欠け落ちを小さくして、視野角を広くするこ
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。

【図３】実施例の液晶表示素子における斜め方向から見
たときの画素の欠け落ち状態を示す図。

【図４】裏面側基板をガラス基板とした場合における斜
め方向から見たときの画素の欠け落ち状態を示す図。

【符号の説明】

１…表面側基板（ガラス基板） ２…裏面側基板（フィルム基板） ３…画素電極 ４…能動素子（ＴＦＴ） １０…対向電極 １１…螢光体膜 １１ａ…透明基材 １１ｂ…蛍光顔料 １１ｃ…白色系下地膜 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

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の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表面側基板
   と、前記画素電極が対向する対向電極を設けた裏面側基
   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
   子複合膜を設けるとともに、前記裏面側基板の外面に入
   射光を吸収して着色蛍光を出射する蛍光体膜を設けてな
   り、かつ、前記裏面側基板は、透明な樹脂フィルムから
   なっている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。