JP4029577B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置などの電気光学装置、およびそれを用いた電子機器に関するものである。さらに詳しくは、電気光学装置におけるカラー表示技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話機、携帯型コンピュータ、ビデオカメラ等といった電子機器の表示部として、液晶装置などといった電気光学装置が広く用いられている。液晶装置では、一対の基板がシール材によって貼り合わされているとともに、このシール材で区画された領域内に電気光学物質としての液晶が封入されている。
【0003】
液晶装置のうち、能動素子として2端子型非線形素子であるTFD素子(Thin Film Diode)を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置では、図9に示すように、液晶6を保持する透明な一対の基板のうち、一方の基板20′には、複数本の信号線22が延びており、各信号線22には、TFD素子23を介して、画素電極21が電気的に接続している。他方の基板10′には、基板20′の信号線22と交差する方向に延びた複数列の帯状電極11が形成され、これらの帯状電極11の上層には、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタ層2R、2G、2Bが形成されている。
【0004】
従って、基板20′に形成されている信号線22の各々に走査信号あるいはデータ信号を供給する一方、帯状電極11にデータ信号あるいは走査信号を供給すると、画素電極21と帯状電極11とが対向する部分において、そこに保持されている液晶6を駆動することができる。それ故、バックライト装置3から出射された光は、基板20’および画素電極21を透過して液晶6の層に入射した後、この液晶6によって画素毎に光変調され、この変調された光は、矢印Lで示すように、帯状電極11および基板10′を透過して出射される。この際、光は、カラーフィルタ層2R、2G、2Bによって着色されるので、カラー表示を行うことができる。なお、液晶6として通常のTNモードの液晶を用いた場合、この種の液晶6は、光の偏光方向を変えることにより光変調を行うので、基板10′、20′の各外側表面には偏光板8、9が重ねて配置される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成した液晶装置では、カラーフィルタ2R、2G、2Bによってカラー表示を行うが、カラーフィルタ層2R、2G、2Bを透過する際の光損失が大きいため、輝度の高い表示を行えないという問題点がある。例えば、青色のカラーフィルタ層2Bは、バックライト装置2から出射された光(可視光)のうち、400nmから500nm程度の光だけを透過し、残りの光は、吸収あるいは反射してしまうため、可視光の数割しか表示に寄与しないのである。
【0006】
このため、携帯電話器などといったバッテリー駆動型の小型電子機器に液晶装置を搭載した場合、バックライト装置3のパワーを高めないと輝度の高い表示を行うことができず、その結果、消費電力が大きくなって充電を頻繁に行わなければならないという問題点がある。
【0007】
このような問題点は、液晶装置を反射型に構成し、バックライト装置3に代えてフロントライト装置を用いた場合も同様である。
【0008】
また、液晶装置を反射型に構成し、外光によって表示を行う場合でも、カラーフィルタ層2R、2G、2Bを通過する際の光損失が大きいため、夕方など、外光の光量が低下したときには、表示の輝度が著しく低下してしまうという問題点がある。
【0009】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光量が低くくても輝度の高いカラー表示を行うことのできる電気光学装置、およびそれを用いた電子機器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、第1の基板と第2の基板との間に保持された電気光学物質と、前記第1の基板上に帯状に形成された第1の電極と、前記第2の基板上に形成された第2の電極とにより、複数の画素が構成され、前記第1の電極と前記第2の電極とが対向する部分において前記電気光学物質を駆動する電気光学装置において、前記第1の基板には、該第1の基板側からみたときに、前記第1の電極、蛍光材料層、および該蛍光材料層が発する蛍光と同系色のカラーフィルタ層がこの順に積層されており、前記蛍光材料層は前記第1の電極の長手方向に沿って前記画素毎に分割された状態に形成され、且つ、前記第1の電極の幅方向における前記蛍光材料層の幅寸法は前記第1の電極の幅寸法よりも狭いことを特徴とする。
【0011】
本発明では、第1の基板と第2の基板の間に保持された電気光学物質が第1の電極と第2の電極とによって駆動され、電気光学物質の層に入射した外光、あるいはバックライトから出射された光を光変調して出射する。この際、第1の電極の表面には、カラーフィルタ層が形成されているので、電気光学装置から出射される光は、カラーフィルタ層に対応する色光として出射される。ここに本発明では、カラーフィルタ層に加えて、蛍光材料層も形成されている。このため、蛍光材料層に届いた外光、あるいはバックライト装置から出射された光は、蛍光材料層から所定色の蛍光として出射され、その間に、電気光学物質によって光変調される。ここで、蛍光材料層は、カラーフィルタ層と比較して光損失が少ない。従って、本発明の電気光学装置では、カラーフィルタ層による光に対する着色機能に加えて、蛍光材料層から出射された所定色の蛍光を利用してカラー表示を行うため、光量が低下した状態でも、輝度の高い表示を行うことができる。また、蛍光材料層から出射される蛍光のみで表示した場合、表示色の品位という面で問題があっても、本発明では、このような問題点はカラーフィルタ層が補ってくれるので、品位の高いカラー表示を行うことができる。
【0012】
本発明において、前記第1の基板、前記第1の電極、前記第2の基板および前記第2の電極は、いずれも光透過性を備えており、前記第1の基板の外側表面には、バックライト装置が対向配置されることがある。このようなバックライトを利用した透過型の電気光学装置に対して本発明を適用すると、バックライト装置から出射された光は、カラーフィルタ層の下層に形成された蛍光材料層によって所定色の蛍光となって、カラーフィルタ層に入射する、このため、カラーフィルタ層に白色光が入射する場合と比較して、カラーフィルタ層での光損失が小さいので、輝度の高い表示を行うことができる。また、第1の基板の外側表面には、バックライト装置が対向配置されているため、このような構成とは逆にバックライト装置を第2の基板の外側表面に対向配置した場合と比較して、コントラストの高い表示を行うことができる。すなわち、バックライト装置を第2の基板の外側表面に対向配置した場合、外光は、第1の基板側から入射して蛍光材料層に届いた後、電気光学物質による光変調を受けることなく、そのまま第1の基板側から出射されにことになって、コントラストが低下するおそれがあるが、本発明では、バックライト装置を第1の基板の外側表面に対向配置したため、外光は第2の基板側から入射して、電気光学物質を介さないと蛍光材料層に届かず、かつ、蛍光材料層から出射された光は、電気光学物質を介さないと出射されないので、蛍光材料層から出射された光が光変調を受けずに出射されることに起因するコントラスト低下を確実に防止することができる。
【0013】
また、本発明において、前記第2の基板および前記第2の電極は、いずれも透光性を備えており、さらに、前記第2の基板の側から入射して前記第2の電極および前記電気光学物質の層を透過してきた光を前記第2の基板に向けて反射する反射手段を有するように構成されることもある。このような反射型の電気光学装置に対して本発明を適用すると、第2の基板側から入射した外光は、電気光学物質の層を透過して蛍光材料層に届き、蛍光材料層が所定色の蛍光を発するので、この蛍光によって表示を行うことができ、かつ、蛍光材料層は、カラーフィルタ層と比較して光損失が少ない。従って、外光がカラーフィルタ層を透過する際の光損失が大きくて輝度が低くても、このような輝度の問題は、蛍光材料層から出射された蛍光が補ってくれる。それ故、夕方など、外光の光量が少ない時間帯でも輝度の高いカラー表示を行うことができる。また、前記したように、外光は第2の基板の側から入射するので、蛍光材料層が形成されている第1の基板の側から外光が入射する場合と比較して、コントラストの高い表示を行うことができる。
【0014】
本発明において、前記第1の基板、前記第2の基板および前記第2の電極は、いずれも光透過性を備えており、前記第1の電極は、光透過性および光反射性の双方を備えており、前記第1の基板の外側表面には、バックライト装置が対向配置されていることもある。このような半透過・半反射型の電気光学装置でも、透過型および反射型で説明したのと同様な作用、効果を奏する。
【0015】
本発明においては、前記カラーフィルタ層の縁からは前記蛍光材料層がはみ出ていることが好ましい。このような構成を透過型の電気光学装置に適用すると、バックライト装置から蛍光材料層に届いた光がこの蛍光材料層から出射される際、その一部は、カラーフィルタ層の周りから直接、電気光学物質の層に出射される。このため、例えば、バックライト装置から出射された光量がかなり少なくても、少なくとも蛍光による表示を行うことができるので、表示する情報の種類によっては、十分に情報を判読できる。また、本構成を反射型の電気光学装置に適用すると、第2の基板の側から入射して電気光学物質を透過してきた光は、カラーフィルタ層の縁からはみ出ている蛍光材料層に対して、直接かつ確実に届くことになる。それ故、夕方など、外光の光量が少ない時間帯などにおいて、カラーフィルタ層を透過した光では十分な輝度を確保できなくでも、このような輝度を蛍光材料層から出射された蛍光が補ってくれるので、夕方でも情報を視認できる。
【0016】
本発明において、前記カラーフィルタ層の縁および前記蛍光材料層の縁からは前記第1の電極がはみ出ていることが好ましい。このように構成すると、第1の電極は、前記カラーフィルタ層および前記蛍光材料層を介さずに電気光学物質に電場を印加して電気光学物質を駆動することになる。従って、電気光学物質の駆動電圧を低くすることができるので、省電力化を図ることができる。
【0017】
本発明において、前記電気光学物質としては、例えば、液晶を用いることができ、このような液晶としては、高分子分散型液晶(PDLC)、ゲストホスト型液晶(GHLC)、あるいはゲストホスト高分子分散型液晶(GH−PDLC)を用いることが好ましい。本発明では、第1の基板に形成された蛍光材料層から出射される光にも光変調を行って所定の表示を行う。但し、蛍光材料層から出射され蛍光は、偏光板で透過あるいは遮断を完全に制御できないため、液晶の偏光状態にかかわりなく常に一定量の光が液晶表示装置からでてきてしまい、コントラストが低下するおそれがある。従って、液晶としては、液晶そのものによって光のオン・オフを行うタイプのもの、例えば、光の散乱・透過を利用した高分子分散型の液晶、光の吸収・透過を利用したゲストホスト型の液晶、あるいはこれら両者を組み合わせたゲストホスト高分子分散型液晶を用いることが好ましい。
【0018】
本発明に係る電気光学装置は、例えば、携帯電話機などといった電子機器の表示部として用いることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【0020】
[実施の形態1]
図1は、能動素子としてTFD素子(Thin Film Diode)などの2端子型非線形素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置の電気的な構成を示すブロック図である。図2は、この液晶装置の構造を模式的に示す分解斜視図である。図3(A)、(B)はそれぞれ、この液晶装置の画素構造を示すために、液晶装置を図2におけるI−I′線で切断したときの画素3つ分の断面図、およびII−II′線で切断したときの画素3つ分の断面図である。図4(A)、(B)はそれぞれ、本発明を適用した透過型の液晶装置において、バックライト装置から出射された光で表示を行う様子を示す説明図、および外光によっても表示可能であることを説明するための説明図である。
【0021】
なお、図3(A)、(B)および図4(A)、(B)では、能動素子などの図示を省略してあり、かつ、赤、緑、青の各画素のうち、緑の画素が点灯状態、赤、青の画素が消灯状態として表してある。また、液晶装置がカラー表示用の場合、赤、緑、青のカラーフィルタ層が配置された3つの画素によって、実質的にはカラー表示用の1つの画素を形成することになるが、以下の説明では、説明を簡略化するために、あくまで、データ線と走査線の各交差点毎に形成されている赤、緑、青の各々の画素を「画素」として扱うものとする。
【0022】
図1に示すように、液晶装置1(電気光学装置)では、走査線駆動回路57から走査信号が供給される複数の走査線51が行方向(X方向)に延びており、データ線駆動回路58からデータ信号が供給される複数のデータ線52が列方向(Y方向)に延びている。走査線51とデータ線52との各交差点に対応する位置には画素5が形成され、この画素5では、液晶セル54とTFD素子23とが直列に接続されている。ここに示す例では、TFD素子23に直接、接続しているのが走査線51になっており、液晶セル54に直接、接続しているのはデータ線52になっているが、TFD素子23に直接、接続している方をデータ線とし、液晶セル54に直接、接続しているのが走査線とすることもある。
【0023】
このような液晶装置1は、例えば、図2に示すように、図1に示す液晶セル54を構成する液晶6(電気光学物質)を保持するガラス基板からなる透明な一対の基板10、20を用いて構成される。第1の基板10には、ITO(Indium Tin Oxide)膜からなる透明な複数列の第1の電極11が帯状に形成され、これらの第1の電極11は、図1に示す走査線51あるいはデータ線52として使用される。これに対して、第2の基板20には、タンタル単体膜、あるいはタンタル合金膜からなる複数本の信号線22が形成され、これらの信号線は、図1に示すデータ線52あるいは走査線51として使用される。
【0024】
各信号線22には、各画素5毎にTFD素子23を介して画素電極としての第2の電極21が電気的に接続しており、これらの第2の電極21は、第1の基板10の第1の電極11と対向している。
【0025】
図2、図3(A)、(B)に示すように、第1の基板10では、帯状に延びた第1の電極11の上層に、赤(R)、緑(G)、青(B)の蛍光を出射する蛍光材料層4R、4G、4Bが各画素5毎に独立して形成され、これらの蛍光材料層4R、4G、4Bの表面に、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタ層2R、2G、2Bが各画素5毎に独立して形成されている。
【0026】
蛍光材料層4R、4G、4Bは、帯状の第1の電極11の表面においてその長手方向に沿って画素5毎に分割された状態に形成され、かつ、その幅寸法は、第1の電極5の幅寸法よりも狭い。このため、蛍光材料層4R、4G、4Bの縁からは第1の電極層11がはみ出ている。また、カラーフィルタ層2R、2G、2Bは、蛍光材料層4R、4G、4Bの上層で画素5毎に独立して形成されているとともに、蛍光材料層4R、4G、4Bと比較してやや小さ目に形成されている。このため、カラーフィルタ層2R、2G、2Bの縁からは、蛍光材料層4R、4G、4Bがはみ出ている。
【0027】
本形態において、蛍光材料層4R、4G、4Bは、いわゆる昼光蛍光物質と称せられるものを用いて形成され、昼光に含まれる紫外から可視短波長域の光によって励起されて蛍光を発するので、昼光下で実用的な発光効果を有している。従って、蛍光材料層4R、4G、4Bは、昼光、またはバックライト装置からの光などのように昼光に似た照明光の下で極めて光輝性の色を呈し、かつ、顔料を高濃度で充填した場合や複数の顔料を混合した場合でも消光しない。また、蛍光材料層4R、4G、4Bは、特定波長域の光については反射し、かつ、特定波長域以外の光については吸収してこの特定波長域の蛍光として出射するので、波長変換機能を有しているといえる。このため、蛍光材料層4R、4G、4Bは、カラーフィルタ層2R、2G、2Bと比較して、光損失が著しく小さい。
【0028】
このような蛍光材料層4R、4G、4Bは、例えば、蛍光染料などといった蛍光物質を合成樹脂微粒子中に固溶体として含有させたものから形成することができる。
【0029】
本発明において好ましく使用される蛍光物質としては、Rhodamine6G(赤)、Basic yellow HG(黄)、Eoine(赤)、Brilliantsulfoflavine FF(青)、3、6-テトラメチルシ゛アミノ-N-メチルフタルイミト゛(緑)、Dioxazine violet(青)、Lumogen L Yellow Orenge(橙)、Lumogen L Brilliant Yellow(黄)、Lumogen L Yellow(黄)、Lumogen L Blue(青)、Lumogen Brilliant Green(緑)、LumogenWater Blue(青)、Fluorol 5G、エオシン、チオフラビン、MnCl2(赤)、Sm2 (SO4 )3 ・8H2 O(橙)、Eu2 (SO4 )3 ・8H2O(赤)、CaWO4 (青)、CaMoO4 (黄緑)、BaPt(CN)4 ・4H2 O(緑)、UO2 (NO3 )2 ・6H2 O(緑)、NaCl:Mn(赤)、KCl:Tl(青)、CaF2 :Sm(橙)、ZnS:Cu(黄緑)、ZnS:Ag(青)、ZnO:Zn(白緑)、CaS:Bi(紫)、Zn2 SiO4 :Mn(緑)、3Ca3 (PO4 )2 ・Ca(F、Cl)2 :Sb、Mn、BaSi2 O5 :Pb(紫外)、(Zn、Be)2 SiO4 :Mn(橙)、CaSiO3 :Pb(深赤)、CaSiO3 :Mn(深赤)、6MgO・As2 O5 :Mn(深赤)、Sr2 P2 O7 :Eu(青紫)、BaMg2 Al16O27:Eu(青)、MgGa2O4 :Mn(青緑)、(Ce、Tb)MgAl11O19(緑)、Y2 SiO5 :Ce、Tb(緑)、Y2 O3 :Eu(赤)、YVO4 :Eu(赤)、(Sr、Mg、Ba)3 (PO4 )2 :Sn(橙)、3.5MgO・5MgF2 ・GeO2 :Mn(赤)、MgWO4 (青)等が挙げられる。
【0030】
これらいずれの蛍光物質を用いて蛍光材料層4R、4G、4Bを形成してもよいが、本形態では、赤、緑、青のカラーフィルタ層2R、2G、2Bを各画素5に形成していることから、各画素5に形成したカラーフィルタ層2R、2G、2Bと同系色の蛍光材料層4R、4G、4B、すなわち、赤、緑、青の蛍光を出射する蛍光材料層4R、4G、4Bが用いられている。例えば、CaSiO3 :Pbを含むインクを使用して昼光下で赤色の蛍光を発する蛍光材料層4Rをオフセット印刷により形成し、Zn2 SiO4 :Mnを含むインクを使用して昼光下で緑色の蛍光を発する蛍光材料層4Gをオフセット印刷により形成し、ZnS:Agを含むインクを使用して昼光下で青色の蛍光を発する蛍光材料層4Bをオフセット印刷により形成する。
【0031】
なお、TFD素子23についての詳細な説明は省略するが、図2に示すように、概ね、基板上に形成された酸化タンタル(Ta2O5)などからなる下地層の表面に信号線22と一体に形成されたタンタル(Ta)あるいはタンタル合金なるからなる第1の金属層231、この第1の金属層231の表面に形成された酸化タンタル(Ta2O5)などからなる陽極酸化膜、およびこの陽極酸化膜上に形成されたクロム(Cr)からなる第2の金属層232から構成され、この第2の金属層232は、第2の電極21にも電気的に接続している。
【0032】
本形態の液晶装置1では、その原理を後述するように、第1の基板10に形成された蛍光材料層4R、4G、4Bから出射される光にも光変調を行って所定の表示を行うので、液晶6としては、光の偏光方向を変化させるタイプのものよりもむしろ液晶そのものによって光のオン・オフを行うタイプのものを使用することが好ましい。通常のTN液晶と偏光板を組み合わせた液晶装置では、液晶への入射光を偏光板により偏光させ、この偏光状態を液晶により調整することで液晶装置が構成されているが、本形態で用いた蛍光材料層4R、4G、4Bから出射された蛍光は、偏光板で透過あるいは遮断を完全に制御できないため、液晶の偏光状態にかかわりなく常に一定量の光が液晶表示装置からでてきてしまい、コントラストが低下する傾向にある。従って、本形態において、液晶6としては、光の散乱・透過を利用した高分子分散型の液晶(PDLC)、光の吸収・透過を利用したゲストホスト型の液晶(GHLC)、あるいはこれら両者を組み合わせたゲストホスト高分子分散型液晶(GH−PDLC)が用いられており、偏光板が使用されていない。なお、GHLCは、通常ネマティック液晶であるが、コレステリック液晶の相転移効果を用いたり、垂直配向型の液晶層でもよい。
【0033】
また、本形態では、第1の基板10および第2の基板10のうち、蛍光材料層4R、4G、4Bが形成されている第1の基板10の外側表面にバックライト装置3が対向配置されている。バックライト装置3は、第1の基板10および第2の基板20のいずれの外側表面に対向配置させてもよいが、本形態では、外光に起因するコントラスト低下を防止するという観点から、蛍光材料層4R、4G、4Bが形成されている第1の基板10の外側表面に対向配置されている。すなわち、液晶装置1を見る視点Aからみた場合、遠い方に位置する基板上に蛍光材料層4R、4G、4Bが形成されている。
【0034】
このように構成した液晶装置1において、第1の基板10に形成されている第1の電極11の各々にデータ信号を供給する一方、第2の基板20に形成されている信号線22に走査信号を供給すると、第1の電極11と第2の電極21とが対向する部分において、そこに保持されている液晶6を画素5毎に駆動することができる。
【0035】
ここで、図3(A)、(B)、および図4(A)、(B)には、赤、緑、青の各画素5R、5G、5Bのうち、緑の画素5Gが点灯状態、赤、青の画素5R、5Bが消灯状態として表してある。この状態においては、バックライト装置3から出射された光は、図4(A)に示すように、第1の基板10および第1の電極11を透過して液晶6の層に入射した後、第2の基板20からは、点灯状態にある緑の画素5Gのみから光が出射され、消灯状態にある赤、青の画素5R、5Bでは、液晶6の層に入射した光が液晶6によって散乱、吸収されるので、第2の基板20から出射されない。このようにして、バックライト装置3から入射された光は、液晶6で光変調されて所定の表示を行う。
【0036】
この際、第1の電極10の表面には、カラーフィルタ層2R、2B、2Gが形成されているので、各画素5のカラーフィルタ層2R、2B、2Gから液晶6に各色の光が透過していくが、図4(A)に示す例では、矢印L1で示すように、第2の基板20の側からは、点灯状態にある緑の画素5Gのみから緑色の光が出射され、消灯状態にある赤、青の画素5R、5Bでは、液晶6の層に入射した光が液晶によって散乱、吸収されるので、赤色および青色光は出射されない。
【0037】
ここで、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの下層には蛍光材料層4R、4B、4Gが形成されているので、バックライト装置3から出射された光は、蛍光材料層4R、4B、4Gで各色の蛍光となってカラーフィルタ層2R、2B、2Gに入射する。このため、例えば、緑のカラーフィルタ層2Rには、緑の蛍光材料層4Gから出射された緑の蛍光のみが入射する。従って、カラーフィルタ層2R、2G、2Bに白色光を入射させる場合と比較して、カラーフィルタ層2R、2G、2Bでの光損失が少ないので、輝度の高い表示を行うことができる。
【0038】
また、本形態では、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの下層には蛍光材料層4R、4B、4Gが形成され、かつ、蛍光材料層4R、4B、4Gは、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの縁からはみ出している。従って、バックライト装置3から出射された光は、矢印L2で示すように、蛍光材料層4R、4B、4Gで各色の蛍光となってカラーフィルタ層2R、2B、2Gの周りから液晶6の層に入射する。このため、例えば、緑の画素5Gでは、カラーフィルタ層2Gの周りからは、蛍光材料層4Gから出射された緑の蛍光が出射してくる。
【0039】
従って、本形態によれば、カラーフィルタ層2Gから出射した緑色の光と、蛍光材料層4Gから出射された緑色の蛍光の双方で表示を行うので、同一のパワーを有するバックライト装置3を用いた場合には、従来と比較して輝度の高い表示を行うことができる。また、同一の輝度を得るには、バックライト装置3のパワーを下げて省電力化を図ることができる。
【0040】
また、本形態においては、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの縁からは蛍光材料層4R、4B、4Gがはみ出ているため、バックライト装置3から蛍光材料層4R、4B、4Gに届いた光がこの蛍光材料層4R、4B、4Gから出射される際、その一部は、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの周りから直接、液晶6の層に出射される。このため、例えば、夜間などにおいて、時刻情報などといった情報を確認する場合には、バックライト装置3を通常のモードより低いパワーで動作させるだけで、少なくとも蛍光による表示を行うことができるので、省電力化を図ることができる。
【0041】
さらにまた、図4(B)に示すように、液晶装置1において、第2の基板20の側から入射して液晶6を透過してきた外光は、矢印L4で示すように、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの縁からはみ出ている蛍光材料層4R、4B、4Gに対して、カラーフィルタ層2R、2B、2Gを介さずに直接かつ確実に届くことになる。従って、矢印L3で示すように、第2の基板20の側から入射して液晶6を透過してきた外光のうち、カラーフィルタ層2R、2B、2Gに届いた光がカラーフィルタ層2R、2G、2Bで吸収されて表示に寄与しなくても、矢印L4で示すように、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの縁からはみ出ている蛍光材料層4R、4B、4Gから出射された光でカラー表示を行うことができる。それ故、バックライトを用いた透過型の液晶装置1であっても、バックライト装置3がオフ期間中、外光を変換した蛍光によって表示を行うことができる。
【0042】
また、本形態では、第1の基板10の外側表面にバックライト装置3が対向配置されているため、この構成とは逆にバックライト装置3を第2の基板20の外側表面に対向配置した場合と比較して、コントラストの高い表示を行うことができる。すなわち、バックライト装置3を第2の基板20の外側表面に対向配置した場合、外光は、第1の基板10側から入射して蛍光材料層4R、4B、4Gに届いた後、液晶6による光変調を受けることなく、そのまま第1の基板10側から出射されることになって、コントラストが低下するおそれがある。しかるに、本形態のように、バックライト装置3を第1の基板10の外側表面に対向配置した場合には、外光が第2の基板20側から入射しても、必ず、液晶6を介さないと蛍光材料層4R、4B、4Gに届かず、かつ、蛍光材料層4R、4B、4Gから出射された光は、液晶6を介さないと出射されないので、蛍光材料層4R、4B、4Gから出射された光が光変調を受けずに出射されることに起因するコントラスト低下を確実に防止することができる。
【0043】
さらに、本形態では、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの縁、および蛍光材料層4R、4B、4Gの縁からは第1の電極11がはみ出ているため、第1の電極11は、カラーフィルタ層2R、2B、2G、および蛍光材料層4R、4B、4Gを介さずに液晶6に電場を印加して液晶6を駆動することになる。従って、液晶6に対する駆動電圧を低くすることができるので、省電力化を図ることができる。
【0044】
[実施の形態2]
実施の形態1では、バックライト装置を利用した透過型の液晶装置を説明したが、図5(A)、(B)を参照して、反射型の液晶装置に本発明を適用した例を説明する。
【0045】
図5(A)、(B)はそれぞれ、本発明の実施の形態2に係る液晶装置の画素構成を示す断面図であり、本形態の液晶装置を図2のI−I′線で相当する位置で切断したときの断面図に相当する。ここで、図5(A)には、外光の光量が十分な条件下での表示原理が示され、図5(B)には、外光の光量が低下した条件下での表示原理が示されている。なお、本形態の液晶装置は、基本的な構成が実施の形態1と同様であるため、共通する部分には、同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【0046】
図5(A)、(B)において、本形態の液晶装置1でも、実施の形態1と同様、液晶6(電気光学物質)を保持するガラス基板からなる透明な一対の基板10、20のうち、第1の基板10には、複数列の第1の電極11が帯状に形成されている。また、第2の基板20には、タンタル単体膜、あるいはタンタル合金膜からなる複数本の信号線22が形成され、図2を参照して説明したように、信号線22には、各画素5毎にTFD素子23を介して、ITO膜からなる第2の電極21が電気的に接続している。
【0047】
本形態において、第1の基板10に形成されている第1の電極11は、アルミニウムなどといった反射性の金属膜で形成され、この反射性の第1の電極11によって、第2の基板20から第2の電極21および液晶6の層を透過してきた光を第2の基板20に向けて反射する反射手段が構成されている。
【0048】
また、本形態でも、実施の形態1と同様、第1の基板10では、帯状に延びた第1の電極11の上層に蛍光材料層4R、4G、4Bが各画素5毎に独立して形成され、これらの蛍光材料層4R、4G、4Bの表面にカラーフィルタ層2R、2G、2Bが各画素5毎に独立して形成されている。
【0049】
また、本形態でも、実施の形態1と同様、蛍光材料層4R、4G、4Bの縁からは第1の電極層11がはみ出ている。また、カラーフィルタ層2R、2G、2Bの縁からは蛍光材料層4R、4G、4Bがはみ出ている。
【0050】
また、本形態でも、実施の形態1と同様、液晶6としては、光の散乱・透過を利用した高分子分散型の液晶(PDLC)、光の吸収・透過を利用したゲストホスト型の液晶(GHLC)、あるいはこれら両者を組み合わせたゲストホスト高分子分散型液晶(GH−PDLC)が用いられており、偏光板が使用されていない。
【0051】
このように構成した液晶装置1においては、図5(A)に示すように、第2の基板20の側から入射した外光のうち、点灯状態にある画素5Gに入射した外光は、矢印L5で示すように、液晶6の層、およびカラーフィルタ層2Gを透過して蛍光材料層4Gに届き、その一部は、蛍光材料層4Gからカラーフィルタ2Gに向けて出射されて液晶6を透過して第2の基板20の側から出射され、蛍光の一部は、第1の電極11で反射して、蛍光材料層4Gおよびカラーフィルタ2Gを介して液晶6に入射した後、第2の基板20から出射されるので、所定のカラー表示を行う。
【0052】
ここで、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの下層には蛍光材料層4R、4B、4Gが形成され、かつ、蛍光材料層4R、4B、4Gは、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの縁からはみ出している。従って、第2の基板20から入射して液晶6の層を透過してきた外光は、矢印L6で示すように、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの周りで直接、蛍光材料層4R、4B、4Gに届いた後、再び、液晶6の層に入射し、第2の基板20から出射される。従って、カラーフィルタ層2R、2B、2Gによって着色された光と、蛍光材料層4R、4B、4Gから出射された所定色の蛍光の双方によって表示が行われるので、輝度の高い表示を行うことができる。
【0053】
また、カラーフィルタ層2R、2B、2Gに白光が入射したときの光損失が大きいので、夕方など、外光の光量が低下したときには、図5(B)に矢印L7で示すように、カラーフィルタ2R、2B、2Gを透過した光は、第2の基板20からほとんど出射されないことになるが、本形態では、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの下層には蛍光材料層4R、4B、4Gが形成され、かつ、蛍光材料層4R、4B、4Gは、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの縁からはみ出しているため、第2の基板20から入射して液晶6の層を透過してきた外光は、矢印L8で示すように、カラーフィルタ層2R、2B、2Gの周りで直接、蛍光材料層4R、4B、4Gに届いた後、再び、液晶6の層に入射し、第2の基板20から出射される。従って、夕方など、外光の光量が低下したときでも、少なくとも、蛍光材料層4R、4B、4Gから出射された所定色の蛍光の双方によって表示が行われるので、時刻などを十分、視認することができる。
【0054】
[実施の形態3]
実施の形態1、2は、それぞれ透過型あるいは反射型の液晶装置1の例であったが、第1の基板10、第2の基板20、および第2の電極21については、いずれも光透過性を備えたもので形成し、第1の電極11については、薄いアルミニウム膜、あるいは開口を備えたアルミニウム膜など、光透過性および光反射性の双方を備えたもので構成すれば、半透過・半反射型の液晶装置を構成することができる。
【0055】
このような半透過・半反射型の液晶装置において、透過モードでの表示原理は、図4(A)を参照して説明したとおりであり、反射モードでの表示原理は、図5(A)を参照して説明したとおりである。従って、各モードでの表示原理については説明を省略するが、このような半透過・半反射型の液晶装置に対しても、本発明を適用すれば、図4(A)、(B)および図5(A)、(B)を参照して説明したように、カラーフィルタ層2R、2G、2Bを透過した光と、蛍光材料層4R、4G、4Bから出射された蛍光の双方を利用して、輝度の高い表示を行うことができる。
【0056】
[その他の実施の形態]
なお、上記の実施の形態1、2、3では、能動素子としてTFD素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置に本発明を適用した例であったが、このタイプの液晶装置に限らず、能動素子としてTFT素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置、あるいはパッシブブマトリクスタイプの液晶装置に本発明を適用してもよい。さらに、マトリクスタイプの液晶装置に限らず、セグメント表示などを行う液晶装置などに本発明を適用してもよい。
【0057】
さらに、電気光学物質として液晶を用いた電気光学装置に限らず、その他の電気光学物質を用いた電気光学装置に本発明を適用してもよい。
【0058】
[電子機器の実施形態]
図6は、本発明に係る液晶装置を各種の電子機器の表示装置として用いる場合の一実施形態を示している。ここに示す電子機器は、表示情報出力源70、表示情報処理回路71、電源回路72、タイミングジェネレータ73、そして液晶装置74を有する。また、液晶装置74は、液晶表示パネル75及び駆動回路76を有する。液晶装置74としては、前述した液晶装置1を用いることができる。
【0059】
表示情報出力源70は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等といったメモリ、各種ディスク等といったストレージユニット、デジタル画像信号を同調出力する同調回路等を備え、タイミングジェネレータ73によって生成された各種のクロック信号に基づいて、所定フォーマットの画像信号等といった表示情報を表示情報処理回路71に供給する。
【0060】
表示情報処理回路71は、シリアル−パラレル変換回路や、増幅・反転回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、クランプ回路等といった周知の各種回路を備え、入力した表示情報の処理を実行して、その画像信号をクロック信号CLKと共に駆動回路76へ供給する。駆動回路76は、図1における走査線駆動回路57やデータ線駆動回路58、検査回路等を総称したものである。また、電源回路72は、各構成要素に所定の電圧を供給する。
【0061】
図7は、本発明に係る電子機器の一実施形態であるモバイル型のパーソナルコンピュータを示している。ここに示すパーソナルコンピュータは、キーボード81を備えた本体部82と、液晶表示ユニット83とを有する。液晶表示ユニット83は、前述した電気光学装置1を含んで構成される。
【0062】
図8は、本発明に係る電子機器の他の実施形態である携帯電話機を示している。ここに示す携帯電話機90は、複数の操作ボタン91と、液晶装置からなる電気光学装置1を有している。
【0063】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、カラーフィルタ層に加えて、蛍光材料層も形成されているため、蛍光材料層に届いた外光、あるいはバックライト装置から出射された光は、蛍光材料層から所定色の蛍光として出射され、その間に、電気光学物質によって光変調される。従って、カラーフィルタ層による光に対する着色機能に加えて、蛍光材料層から出射された所定色の蛍光を利用してカラー表示を行うため、外光あるいはバックライト装置から出射された光の光量が低下した状態でも、輝度の高い表示を行うことができる。また、蛍光材料層から出射される蛍光の色に制限があって、表示したときの色の品位という面で問題があっても、このような問題点はカラーフィルタ層が補ってくれるので、品位の高いカラー表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】能動素子としてTFD素子などの2端子型非線形素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る液晶装置の構造を模式的に示す分解斜視図である。
【図3】(A)、(B)はそれぞれ、図2に示す液晶装置の画素構造を示すために、液晶装置を図2におけるI−I′線で切断したときの画素3つ分の断面図、およびII−II′線で切断したときの画素3つ分の断面図である。
【図4】(A)、(B)はそれぞれ、図2に示す透過型の液晶装置において、バックライト装置から出射された光で表示を行う様子を示す説明図、および外光によって表示を行う様子を示す説明図である。
【図5】(A)、(B)はそれぞれ、本発明の実施の形態2に係る液晶装置において、外光の光量が十分な条件下で表示を行う様子を示す説明図、および外光の光量が低下した条件下で表示を行う様子を示す説明図である。
【図6】本発明に係る液晶装置を用いた各種電子機器の構成を示すブロック図である。
【図7】本発明に係る液晶装置を用いた電子機器の一実施形態としてのモバイル型のパーソナルコンピュータを示す説明図である。
【図8】本発明に係る液晶装置を用いた電子機器の一実施形態としての携帯電話機の説明図である。
【図9】従来の液晶装置の構成を模式的に示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1 液晶装置(電気光学装置)
2R、2G、2B カラーフィルタ層
3 バックライト装置
4R、4G、4B 蛍光材料層
5 画素
6 液晶(電気光学物質)
10 第1の基板
11 第1の電極
20 第2の基板
21 第2の電極
22 信号線
23 TFD素子
51 走査線
52 データ線
54 液晶セル
57 走査線駆動回路
58 データ線駆動回路
Claims (10)
- 第1の基板と第2の基板との間に保持された電気光学物質と、前記第1の基板上に帯状に形成された第1の電極と、前記第2の基板上に形成された第2の電極とにより、複数の画素が構成され、前記第1の電極と前記第2の電極とが対向する部分において前記電気光学物質を駆動する電気光学装置において、
前記第1の基板には、該第1の基板側からみたときに、前記第1の電極、蛍光材料層、および該蛍光材料層が発する蛍光と同系色のカラーフィルタ層がこの順に積層されており、
前記蛍光材料層は前記第1の電極の長手方向に沿って前記画素毎に分割された状態に形成され、且つ、前記第1の電極の幅方向における前記蛍光材料層の幅寸法は前記第1の電極の幅寸法よりも狭いことを特徴とする電気光学装置。 - 請求項1において、前記第1の基板、前記第1の電極、前記第2の基板および前記第2の電極は、いずれも光透過性を備えており、
前記第1の基板の外側表面には、バックライト装置が対向配置されていることを特徴とする電気光学装置。 - 請求項1において、前記第2の基板および前記第2の電極は、いずれも透光性を備えており、
さらに、前記第2の基板から前記第2の電極および前記電気光学物質の層を透過してきた光を前記第2の基板に向けて反射する反射手段を有していることを特徴とする電気光学装置。 - 請求項1において、前記第1の基板、前記第2の基板および前記第2の電極は、いずれも光透過性を備え、
前記第1の電極は、光透過性および光反射性の双方を備えており、
前記第1の基板の外側表面には、バックライト装置が対向配置されていることを特徴とする電気光学装置。 - 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記第1の電極の長手方向及び幅方向における前記カラーフィルタ層の縁からは前記蛍光材料層がはみ出ていることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項5において、前記第1の電極の幅方向における前記カラーフィルタ層の縁および前記蛍光材料層の縁からは前記第1の電極がはみ出ていることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項3において、前記反射手段は前記第1の電極および前記蛍光材料層であり、前記第1の電極からの反射光と前記蛍光材料層からの反射光との双方により表示が行われることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項1ないし7のいずれかにおいて、前記電気光学物質は、液晶であることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項8において、前記液晶は、高分子分散型液晶、ゲストホスト型液晶、およびゲストホスト高分子分散型液晶のうちのいずれかであることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項1ないし9のいずれかに規定する電気光学装置を表示部として備えていることを特徴とする電子機器。
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