JPH07104258A - アクティブマトリックス液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】画面が明るく、しかも高コントラストの表示が
得られるアクティブマトリックス液晶表示素子を提供す
る。 【構成】画素電極３と能動素子（ＴＦＴ）４とを配設し
た第１の基板１と、対向電極１０を設けた第２の基板２
との間に、高分子層２１中に黒色系の二色性染料を添加
した液晶を分散させてなる液晶／高分子複合膜２０を設
けた。

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第１の透明基板と、前記画素
電極が対向する透明な対向電極を設けた第２の透明基板
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列している。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列した領域
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、
明表示の輝度が低くて、画面が全体的に暗いし、また明
表示と暗表示とのコントラストも十分でないという問題
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、明表示が
極端に暗くなり、画面の明るさおよびコントラストがか
なり低下する。

【０００６】なお、この反射型素子に対し、裏面側にバ
ックライトを配置して使用される透過型素子では、裏面
側から入射して表面側に出射する光が一対の偏光板を１
度ずつ通るだけであるため、前記反射型素子に比べれば
偏光板での光吸収による光量ロスは小さいが、それで
も、明表示の明るさは、バックライトからの照明光の明
るさの１／２以下になる。本発明は、画面が明るく、し
かも高コントラストの表示が得られ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。

【０００７】

【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
第１の基板と、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、高分子層中に黒色系の二色性
染料を添加した液晶を分散させてなる液晶／高分子複合
膜を設けたことを特徴とするものである。

【０００８】

【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
ない状態ではランダムな方向を向いており、前記液晶に
添加された黒色系の二色性染料の分子の向きもランダム
になっているため、この無電界状態では、前記複合膜を
通る光が、この複合膜において散乱されるとともに前記
二色性染料によって吸収され、表示がほぼ黒の暗状態に
なる。

【０００９】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、上記複合膜の液晶の分子が基板面
に対してほぼ垂直になるように一様に立上り配列し、そ
れに連れて二色性染料の分子も立上るため、この電界印
加状態では、複合膜を通る光が、ほとんど散乱されるこ
となく、また二色性染料による吸収もほとんど受けずに
複合膜を透過し、表示が明状態になる。

【００１０】このように、この液晶表示素子は、偏光板
を用いずに明暗を表示できるものであり、したがって偏
光板での光吸収による光量ロスが無いから、明表示の明
るさが非常に明るいし、また暗表示が前記二色性染料に
よる光の吸収によってほぼ黒になるため、画面が明る
く、しかも高コントラストの表示が得られる。

【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。なお、この実施例のアクティブマトリックス液
晶表示素子は反射型のものである。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
おいて上側の基板１は表面側基板、下側の基板２は裏面
側基板である。

【００１２】上記表面側基板１は、ガラス板等からなる
透明な絶縁性基板であり、この表面側基板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、表面側基板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）等からなる透明絶縁膜であり、
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。

【００１６】一方、上記裏面側基板２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２には、そのほぼ全面にわたっ
て、上記表面側基板１の全ての画素電極３に対向する対
向電極１０が設けられている。この対向電極１０は、Ａ
l （アルミニウム）等の光反射率の高い金属膜からなっ
ており、液晶表示素子の表面側から入射した光を反射さ
せる反射膜を兼ねている。

【００１７】また、上記対向電極１０の上には、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、表面側基板１の各画素電
極３にそれぞれ対向させて、交互に並べて配設してい
る。

【００１８】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。

【００１９】この液晶／高分子複合膜２０は、高分子層
中に、黒色系の二色性染料を添加した液晶を分散させた
ものであり、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ている。

【００２０】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。

【００２１】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、Ａｎはネマティック液晶の分子を示
し、Ｂは前記二色性染料の分子を示している。

【００２２】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、透明基板である表面側
基板１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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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の高分子層
２１中に分散している液晶部２２の液晶の分子Ａｎ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、同様に二色性染料の分子
Ｂの向きもランダムになっているため、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。

【００２６】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２上の蛍光体膜１１およびその下
の反射膜を兼ねる対向電極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
および対向電極１０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。

【００２７】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Ａｎ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
配列し、それに連れて二色性染料の分子Ｂも立上るた
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。

【００２８】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２上の蛍光体膜１１に
達するとともに、この蛍光体膜１１を通ってその下の反
射膜を兼ねる対向電極１０にも達する。

【００２９】そして、対向電極１０に達した光は、この
対向電極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、対向電極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２０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。

【００３０】なお、対向電極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る。

【００３１】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、この液晶表示素子は、偏光板を用いずに
明暗を表示できるものであるから、ＴＮ型の液晶表示素
子のような、偏光板での光吸収による光量ロスが無い。

【００３２】したがって、上記液晶表示素子は、明表示
の明るさが非常に明るいし、また暗表示が黒色系二色性
染料による光の吸収によってほぼ黒になるため、暗表示
の暗さも十分である。このため、上記液晶表示素子によ
れば、画面が明るく、しかも高コントラストの表示を得
ることができる。

【００３３】さらに、上記液晶表示素子においては、表
面側からの入射光のうち、ＴＦＴ４部分に入射する光が
前記ＴＦＴ４のゲート電極５によって遮光されるだけで
なく、裏面側基板２の反射膜兼用対向電極１０によって
反射された光のうちの、ＴＦＴ４に向かう光も、上記複
合膜２０の液晶に添加した黒色系二色性染料で吸収され
るため、ＴＦＴ４の半導体膜７に光が当って前記ＴＦＴ
４を誤動作させることもないし、また、各表示画素間の
部分が前記黒色系二色性染料での光吸収によって黒く見
えるため、表面側基板１に各表示画素間に対応させてブ
ラックマスクを設けておく必要もない。

【００３４】また、上記実施例の液晶表示素子では、裏
面側基板２に設けた対向電極１０を反射膜を兼ねる電極
とし、この対向電極１０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、前記対向電極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】なお、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い。図３は、上
記複合膜２０の液晶にコレステリック液晶を用いた実施
例を示す、液晶／高分子複合膜の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、Ａｃはコレステリック液晶の分子を示し、Ｂ
は黒色系二色性染料の分子を示している。

【００３６】この実施例のように、液晶／高分子複合膜
２０の液晶にコレステリック液晶を用いれば、表示が暗
状態から明状態になるときの応答性だけでなく、表示が
明状態から暗状態になるときの応答性も良くして、高デ
ューティでの時分割駆動が可能になるし、また無電界状
態での光散乱効果を高くして表示のコントラストをさら
に向上させることができる。

【００３７】これは、コレステリック液晶の特性による
ものであり、コレステリック液晶は、無電界状態では液
晶分子が液晶固有の螺旋ピッチでねじれ配列している状
態にあり、電界を印加すると液晶分子が印加電界の強さ
に応じて電界方向にほぼ一様に配列し、電界の印加を断
つと液晶分子の配列状態が速やかに元のねじれ配列状態
に戻る。

【００３８】なお、この実施例の液晶表示素子において
も、無電界状態では図３の（ａ）のように、複合膜２０
中のコレステリック液晶が、液晶分子Ａｃが液晶固有の
螺旋ピッチでねじれた状態で配列するとともにこのねじ
れ配列がランダムに存在している状態にあり、このコレ
ステリック液晶に添加された黒色系二色性染料の分子Ｂ
の向きもランダムになっているため、この無電界状態で
は、複合膜２０を通る光が、この複合膜２０において散
乱されるとともに黒色系二色性染料によって吸収され、
表示がほぼ黒の暗状態になる。

【００３９】また、両基板１，２の画素電極３と対向電
極１０との間に電界を印加すると、図３の（ｂ）のよう
に、上記複合膜２０のコレステリック液晶の分子Ａｃ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
り配列し、それに連れて二色性染料の分子Ｂも立上るた
め、この電界印加状態では、複合膜２０を通る光が、ほ
とんど散乱されることなく、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を透過し、表示が明状態
になる。

【００４０】そして、この液晶表示素子においては、電
界の印加を断つと、液晶分子Ａｃの配列状態が速やかに
元のねじれ配列状態に戻るため、表示を明状態から暗状
態にするときの応答性が、上記複合膜２０の液晶にネマ
ティック液晶を用いたものに比べて速く、したがって、
高デューティでの時分割駆動が可能になる。

【００４１】また、この液晶表示素子においては、上記
複合膜２０のコレステリック液晶の分子Ａｃが、無電界
状態では液晶固有の螺旋ピッチでねじれた状態に配列す
るため、無電界状態での光散乱効果が、複合膜２０の液
晶にネマティック液晶を用いたものより高く、したがっ
て、表示のコントラストをさらに向上させることができ
る。

【００４２】なお、上記実施例では、明表示の輝度を高
くするために、裏面側基板２に蛍光体膜１１を設けてい
るが、この蛍光体膜１１は表面側基板１に各画素電極３
にそれぞれ対応させて設けてもよい。ただし、この蛍光
体膜１１はなくてもよい。

【００４３】さらに、上記実施例では、対向電極１０を
設けた基板２を裏面側基板とするとともに、前記対向電
極１０に反射膜を兼ねさせているが、これと逆に、画素
電極３を設けた基板１を裏面側基板とし、前記画素電極
３を反射膜を兼ねる電極としてもよい。その場合は、対
向電極１０を設けた基板２が表面側基板となるため、こ
の基板２を透明基板とするとともに対向電極１０を透明
電極とすればよい。

【００４４】また、本発明は、裏面側基板の外面に反射
膜を設けた反射型の液晶表示素子にも、また反射膜のな
い透過型の液晶表示素子にも適用できるものであり、そ
の場合は両方の基板１，２をいずれも透明基板とし、上
記画素電極３と対向電極１０の両方を透明電極とすれば
よい。

【００４５】また、上記実施例の液晶表示素子は、ＴＦ
Ｔ４を能動素子としたものであるが、本発明は、ＭＩＭ
等を能動素子とするアクティブマトリックス液晶表示素
子にも適用することができる。

【００４６】

【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、高分子層中に黒色系の二色性染料を添加した
液晶を分散させてなる液晶／高分子複合膜を設けたもの
であるから、画面が明るく、しかも高コントラストの表
示を得ることができる。

【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】本発明の他の実施例を示す液晶／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】

１，２…基板 ３…画素電極 ４…能動素子（ＴＦＴ） １０…対向電極 １１…螢光体膜 ２０…液晶／高分子複合膜 ２１…高分子層 ２２…液晶部 Ａｎ…ネマティック液晶の分子 Ａｃ…コレステリック液晶の分子 Ｂ…二色性染料の分子

Claims (1)

【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第１の基板
   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、高分子層中に黒色系の二色性染料を添加
   した液晶を分散させてなる液晶／高分子複合膜を設けた
   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。