JPH0543114B2

JPH0543114B2 -

Info

Publication number: JPH0543114B2
Application number: JP59225245A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Enomoto; Kyohiro Uehara; Wasaburo Oota
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1993-06-30
Also published as: JPS61103185A

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野本発明は液晶素子をスイツチング素子として用
いた液晶カラー表示装置に関する。従来の技術従来、カラー表示装置としては、CRT（陰極線
管）を用いたものが代表的であり、テレビジヨン
表示装置やOA（オフイス・オートメーシヨン）
機器に多く使用されている。しかしながら、この
CRTは一種の大型コーン形状の真空管であるの
で、CRTを使用した表示装置は高圧電源を必要
とし駆動回路が複雑になり、装置全体も大型にな
らざるをえないばかりか、薄型化には限界があつ
た。近年、薄型化可能な表示装置としてパネル状の
液晶表示装置が注目されている。液晶を利用した
カラー液晶表示装置としては、液晶中に色素を混
入したゲストホスト型（Ｇ−Ｈ型）液晶素子を用
いる方法、着色偏光板を用いる方法、電極に対応
して色素フイルターを形成し液晶素子を光スイツ
チング素子として用いる方法などが知られてい
る。液晶を用いたカラー表示の場合は、色素によ
り透明率が低下するため、液晶セルの背面から照
明する必要がある。この照明光源として発光スペ
クトルが連続的なタングステンランプを用いると
色の混色や発熱があり、装置が大型化するととも
に、鮮明な画像が得られないという問題がある。
また、蛍光管により照明する場合も、一般の蛍光
灯の発光スペクトルは近紫外〜近赤外の全域に亘
つており、色フイルタの透過率とは一致しないた
めに十分な輝度が得られない。発明の目的本発明は、鮮明なカラー画像が得られる液晶カ
ラー表示装置を提供することを目的とする。発明の構成本発明の液晶カラー表示装置は、透明電極部を有し画像情報に対応して電磁波を
透過する液晶素子と、蛍光光源と、該透明電極部に対応して設けられ、該蛍光光源
からの光を透過する色フイルタとを具え、前記蛍光光源の蛍光波長が前記色フイ
ルタの透過率の半値幅以内であることを特徴とす
る。以下、添付図面に沿つて本発明をさらに詳細に
説明する。第１図は本発明の実施例を模式的に示す拡大断
面図である。対向して配設された上基板１３と下
基板１５との間に液晶物質１９が封入されて液晶
セル１１が形成され、下基板１５および上基板１
３には、それぞれ透明画素電極２１および透明コ
モン電極２３が設けられている。もちろん上基板
に画素電極を、下基板にコモン電極を設けること
もできる。１７はシール材である。そして、この
液晶セル１１が、観察側の第１の偏光板３１と、
第１の偏光板３１の吸収軸と平行な吸収軸をもつ
第２の偏光板３３に挟まれてツイストネマテイツ
ク（TN）型液晶素子３５が形成されている。こ
の液晶素子３５は光スイツチング素子として働
く。液晶素子３５の下方には、赤(R)、緑(G)および
青(B)の単元色の各画素フイルタ部４２ａ，４２
ｂ，４２ｃがモザイク状に形成された色フイルタ
４１が配設されている。この色フイルタ４１の各
画素フイルタ部４２と、透明画素電極２１とは一
致するように形成されている。色フイルタ４１の下方には、蛍光体層４３が形
成され、蛍光体層４３にはそれぞれ赤(R)、緑(G)、
青(B)の単元色の蛍光を発光する蛍光体が含まれて
いる。各蛍光体の量はカラーの色調などを勘案し
て適宜選択される。４５は蛍光体層４３および色
フイルタ４１を支持する透明基板である。さらに、蛍光体層４３の下方には、蛍光体を発
光させるエネルギー源としてのランプ５１が設け
られ、上記蛍光体層４３とともに蛍光光源を形成
している。第２図に示したように、ランプ５１が点灯され
ると、蛍光体層４３の蛍光体（Ｒ：●、Ｇ：■、
Ｂ：▲）が発光し、Ｒ、Ｇ、B3つの色の光（〓、
→、〓）が生じる。これらの光は色フイルタ４１
の各画素フイルタ４２に入り、赤の画素フイルタ
４２ａ赤(R)からは赤色光（Ｒ光(11)の画素フイルタ
４２ｂ(G)からは緑色光（Ｇ光→）が、青の画素フ
イルタ４２ｃ(B)からは青色光（Ｂ光〓）がそれぞ
れ透過し、液晶素子３５に入射する。液晶素子３
５の透明画素電極２１と色フイルタ４１の各画素
フイルタ４２とは対応しているので、薄膜トラン
ジスタ（図示せず）などによつて透明画素電極２
１なカラー画像信号に対応した電圧を印加するこ
とにより、液晶素子３５を通過する光を制御でき
る。液晶素子３５は、90°−TNセルを平行ニコル
間に配設して構成されており、電圧ONの画素電
極２１に対応する画素フイルタを通過して液晶素
子３５に入射した光のみが液晶素子３５を通過し
て観測され、フルカラーの画像表示が行われる。
第２図は、Ｒ光とＧ光とが２：１の割合で透過し
た状態を示している。色フイルタ４１に入射する光は蛍光体層４３で
発生したＲ、Ｇ、Ｂの混合蛍光であり、蛍光発色
であるので通常の白色灯光源からの光と異なり輝
度が高い。また、白色光は可視領域を中心とした
波長領域全般にわたりエネルギー分布があり、３
原色Ｒ、Ｇ、Ｂの色分解に実質上寄与しない波長
領域の光を含んでいる。これに対し、本発明では
蛍光光源からの蛍光波長が色フイルターの透過率
の半値幅以内であり光エネルギーを有効に利用し
て輝度の高い鮮明な画像が得られる。第３−Ａ図
はＢ画素フイルタの分光特性を示し、この半値幅
であるａ〜ｂの波長域内に蛍光Ｂの最大蛍光波長
ｃがある（第３−Ｂ図）。同様に第４−Ａ図と第
４−Ｂ図はＧ画素フイルタと蛍光Ｇの関係につい
てを、第５−Ａ図と第５−Ｂ図はＲ画素フイルタ
と蛍光Ｒとの関係について示す。このように蛍光
の分光特性と色フイルタの分光透過特性との関係
を制御することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂを発光する蛍
光体からの光のほとんど全部の光エネルギーが色
分解に利用され、エネルギー効率が高く、明るい
画像を得ることが可能となる。さらに、このＲ、
Ｇ、Ｂ蛍光がそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ画素フイルタを
透過することにより得られる光は、蛍光波長特性
と画素フイルタの波長特性の積となつて、立ち上
がりが鋭く半値幅の小さい、より単色光に近い光
となり、鮮明な画像が得られる。たとえば、第３
−Ａ図に示した青の蛍光体からの蛍光Ｂが第３−
Ｂ図に示した特性の青(B)の画素フイルタ４２に入
射すると、透過光は第６図のようになり、クリヤ
ーなカツトのより単色光に近いＢ光が得られる。
この場合にも、蛍光体からの蛍光は光エネルギー
量が大きいので、色フイルタを透過させても明る
い画像を得ることができる。このような蛍光体の
組合せとしては、たとえば、日東化学製の蛍光材
料NP102、NP220、NP320があり、これらを紫
外線ランプで照明すると、それぞれ460nｍ、
544nｍ、620nｍの発光波長の蛍光が得られる。第７図は、さらに蛍光体層も画素状に形成し、
この画素蛍光体、画素フイルタおよび画素電極の
すべてを一致させるようにした場合の断面図であ
り、第８図は第２図と同様の説明図である。蛍光体層４３は蛍光体画素部４４からなり、各
蛍光体画素部４４ａ，４４ｂ，４４ｃは、それぞ
れ赤の蛍光体Ｒ（●）、緑の蛍光体Ｇ（■）、青の蛍
光体Ｂ（▲）を含む。第１図および第２図に示し
た場合と比較して、蛍光体画素部４２内にはより
多くの蛍光体Ｒ、ＧまたはＢを含むことができる
ので、各画素部を透過して観測されるＲ、Ｇ、Ｂ
光のエネルギー量をいつそう大きくすることがで
き、さらに詳細な画像を得ることができる。以上、観測側から液晶素子、色フイルタ、蛍光
体層の順に配設する場合について説明したが、こ
の配設方法としては、蛍光光源あるいは蛍光体層の発光に必要な光
源からの光も含めて、液晶素子を光スイツチン
グ素子として利用する、および蛍光光源からの光を色フイルタを透過させることを条件として適宜の手段を取ることができ
る。さらに、液晶素子中に色フイルタまたは蛍光
体層を設けることもでき、また、ランプの管壁の
外表面や内表面に蛍光体層や色フイルタを設ける
こともできる。第９図は色フイルタ４１が液晶セル３５の観察
側に配設された本発明の実施例を示し、色フイル
タ４１が第１の偏光板３１の表面に設けられてい
る点を除いて第１図に示したものと同様である。
Ｒ、Ｇ、Ｂ光の拡散を防止して鮮明な画像を得る
という観点からは、蛍光体層と色フイルタとは近
接していることが好ましい。第１０図は、画素電極２１を液晶セル１１の上
基板１３側に設けた以外は第８図になしたものと
同様である。画素電極２１と色フイルタ４１を近
づけることにより、画素電極と画素フイルタの位
置ずれを少なくし、より鮮明な画像を得ることが
できる。第１１図は色フイルタの各画素フイルタ４２
ａ，４２ｂ，４２ｃを画素電極２１上に設けて、
さらに画素フイルタと画素電極との位置ずれを防
止し、また、蛍光体層４３を第２の偏光板３３上
に形成して、全体としての薄型化を図つたもので
ある。第１２図は本発明のさらに他の実施例を示し、
画素電極２１と画素フイルタ４２ａ，４２ｂ，４
２ｃを液晶素子の上基板側に形成した以外は第１
１図と同様の構成である。第１３図に示した実施例は上基板および下基板
として、偏光板としての機能をもたせた偏光基板
１３′，１５′を用い、さらに薄型化を可能とした
ものである。蛍光体層４３は偏光下基板１５′上
に形成されている。第１４図に示した実施例では、ランプ５１の管
壁５３の内表面に各画素部４４ａ，４４ｂ，４４
ｃを有する蛍光体層４３を形成し、また、管壁５
３外表面に各画素４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有す
る色フイルタ４１を形成されている。また、ラン
プ５１の管壁の外表面上に蛍光体層および色フイ
ルタを順次積層してもよい。ランプ５１はＲ、
Ｇ、Ｂの各単元色の蛍光体を発光させうる紫外光
を放射するものであり、フイラメント５５が配設
されるとともに、内部に水銀およびアルゴンが封
入されている。フイラメント５５に通電されると
熱電子が放射され、この熱電子によりアルゴンお
よび水銀がイオン化されて紫外光が放射される。もちろん、第９図〜第１３図において示した実
施例において、蛍光体層４３を各画素蛍光体部４
４ａ，４４ｂ，４４ｃから形成することができ、
この利点は巣でに説明した通りである。次に、各構成部材についてさらに詳しく説明す
る。 TN型液晶素子は、従来から知られているもの
と同様のものが使用できる。TN型液晶セルの上
基板および下基板としてはガラス、ポリエステ
ル、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリプロ
ピレンのようなプラスチツクなどの透明支持体が
用いられる。この透明基板上の画素電極およびコ
モン電極は、たとえば、真空蒸着やスパツタリン
グなどのPVD法、あるいはCVD法などにより、
ITO、NESAなどの透明導電膜を形成すればよ
い。画素電極はフオトエツチング法などによりパ
ターニングされて形成され、薄膜トランジスタな
どによりカラー画像信号に対応した電極が印加さ
れ、アクテイブマトリツクス駆動によりフルカラ
ーのカラー画像表示が行われる。液晶物質としては、たとえば、以下のようなも
のが用いられ、これらは上下基板を配向処理する
ことにより、その分子配列が90°捩れるように基
板間に配列される。 (1) ｐ−アルキルベンジリデン−p′−シアノアニ
リンとｐ−アルコキシベンジリデン−p′−シア
ノアニリンの液晶化合物 (2) フエニルベンゾエート系液晶化合物Ｘ、Ｙはアルキル基、アルコキシ基など。 (3) シアノビフエニル系とシアノターフエニル系
との液晶化合物ＸはC_oH_2o+1（ｎは３〜10） C_oH_2o+10（ｎは３〜10）

【式】（ｎは３〜７） (4) シクロヘキシルカルボン酸エステル系液晶化
合物 (5) フエニルシクロヘキサン系とビフエニルシク
ロヘキサン系との液晶化合物 (6) フエニルビリジン系とフエニルジオキサン系
との液晶化合物 (7) 上記液晶化合物の混合物または上記液晶化合
物とコレステリツク系化合物との混合物など。また、光スイツチング素子として機能するもの
であれば、TN型液晶素子以外の液晶素子を用い
ることもでき、たとえば、ゲストホスト型液晶素
子を用いることもできる。蛍光体層は、紫外光ないし近紫外光の照射など
によりそれぞれＲ、Ｇ、Ｂに発色する蛍光体を透
明基板上に固着することにより形成される。ま
た、蛍光体層をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂを発色するモ
ザイク状の蛍光体画素部として形成する場合は、
例えばカラーテレビ用のブラウン管を製造すると
きの形成方法と同一の方法を用いることができる
ほか、この発明においては蛍光体を真空中で用い
る必要がないため、また平面として構成できるた
め、グラビア三色印刷と同様な印刷技術を用いて
形成することができる。さらに、フオトレジスト
を用いるリソグラフイー法によりＲ、Ｇ、Ｂの蛍
光体画素部をパターンニングすることもできる。蛍光体は、粉体のものが主として使用され、赤
色に発色するものとしては、希土類系のものとし
て、Y₂O₂S：Eu（酸化イツトリウム：ヨーロピウ
ム）系、Y₂O₂：Eu（酸化イツトリウム：ヨーロ
ピウム）系などが例示され緑色に発光するものと
してはZnSiO₃（Mn）（マンガンドープ珪素酸亜
鉛）系、ZnS：CuAl（硫化亜鉛：銅アルミドー
プ）系、（Zn・Cd）Ｓ：Cu（硫化亜鉛、カドミウ
ム：銅ドープ）系または上記銅ドープを銀（Ag）
ドープに代えたものが挙げられ、青色に発光する
ものとしては、ZnS：Ag（硫化亜鉛：銀ドープ）
系、（ZnS、ZnO）：Ag（硫化亜鉛、酸化亜鉛：銀
ドープ）系などが例示される。ランプ５１としては、蛍光体を発光させうる電
磁波、主として紫外線およびまたは近紫外線を放
射しうるものが用いられ、水銀灯またはUVF（紫
外蛍光）ランプ等が使用される。このようなラン
プを、１本あるいは数本を平面的に設置または並
設して蛍光体層を照射する。ランプと蛍光体層と
の間に液晶セルなどを介在させることもできる。色フイルタは、ホトリソグラフイー法、電着
法、真空蒸着法、印刷法などが用いられ、高屈析
率物質と低屈析率物質の多層膜によるダイクロイ
ツクミラーや画素フイルタなどが用いられるが、
後者の方がコスト的に有利である。画素フイルタ
用の色素としては、赤色画素フイルタ用としてラ
ニル・レツド・GG（Lanyl red GG）、緑色画素
フイルタ用としてスミノール・ミリング・イエロ
ー・MR（Suminol milling yellow MR）、チバ
クロン・タークオイス・ブルー・TG−Ｅ
（Cibacron turquoise blue TG−Ｅ）、青色画素
フイルタ用としてシアニン・6B（Cyanine6B）な
どが例示される。以上、透明画素電極を用い、TNTなどにより
アクテイブマトリツクス駆動してフルカラー表示
をする場合について説明したが、他の電極構成や
フルカラー表示以外の単色あるいは複数色のカラ
ー表示をすることもできる。たとえば、Ｘ−Ｙ方向にストライプ状に電極を
設け、その交差部に対応して画素フイルタを、あ
るいはさらに画素蛍光体を設けて、マルチプレツ
クス駆動することによりフルカラーの画像表示を
行うことができる。液晶セル、蛍光体層、色フイ
ルタなどの配置についてはすでに説明した通りで
ある。マルチプレツクス駆動はクロストーク効果
により高デユーテイ化に限界があり、この観点か
らは、上記のアクテイブマトリツクス駆動の方が
有利である。また、色フイルタとして、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素フ
イルタ部から構成されたものを用いることなく、
任意の単一の彩色フイルタおよびこのフイルタの
半値幅内に発光波長を有する蛍光光源を用いてカ
ラー表示することもできる。たとえば、複数の８
の字形のセグメント電極を用い、個々のセグメン
ト電極に対応する部分は任意の色の色フイルタお
よび蛍光体層が設けられており、赤なら赤の単一
のカラー表示ができる。もちろん、各セグメント
電極に対応して複数の色の色フイルタおよび蛍光
体層を配して、桁数により色を変えるなどの多色
表示をすることもできる。発明の効果本発明によれば、蛍光光源からの光を色フイル
タを透過させ、この透過光を液晶装置により制御
して観測し、しかも、色フイルタの分光透過特性
と蛍光波長を制御することにより明るく鮮明なカ
ラー表示を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラー液晶表示装置の実施例
を示す断面図であり、第２図はその装置を用いて
のカラー表示機構を説明するための図である。第
３−Ａ図、第４−Ａ図、第５−Ａ図は画素フイル
タの分光特性を示す図であり、第３−Ｂ図、第４
−Ｂ図、第５−Ｂ図は蛍光体の発光特性を示す図
である。第６図はカラー表示特性を示す図であ
る。第７図は本発明の他の実施例を示す断面図で
あり、第８図はその装置を用いてのカラー表示機
構を説明するための図である。第９図〜第１４図
は本発明のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。１１……液晶セル、２１……画素電極、２３…
…コモン電極、３１……第１の偏光板、３３……
第２の偏光板、３５……液晶素子、４１……色フ
イルタ、４２……画素フイルタ、４２ａ……画素
フイルタＲ、４２ｂ……画素フイルタＧ、４２ｃ
……画素フイルタＢ、４３……蛍光体層、４４…
…画素蛍光体部、４４ａ……画素蛍光体部Ｒ、４
４ｂ……画素蛍光体部Ｇ、４４ｃ……画素蛍光体
部Ｂ、５１……ランプ、５５……フイラメント。

Claims

【特許請求の範囲】１透明電極部を有し画像情報に対応して電磁波
を透過する液晶素子と、蛍光光源と、該透明電極部に対応して設けられ、該蛍光光源
からの光を透過する色フイルタとを具え、前記蛍光光源の蛍光波長が前記色フイ
ルタの透過率の半値幅以内であることを特徴とす
る液晶カラー表示装置。