JPH07104265A - 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】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。 【構成】透明画素電極３とＴＦＴ４とを配設した透明な
表面側基板１と、対向電極１０を設けた裏面側基板２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２０を設け、かつ、前記裏面側基板２の対向電極１
０は、光を反射させる金属膜で形成するとともに、前記
表面側基板１に、前記画素電極３に対応させて蛍光体膜
１１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
した透明な表面側基板と、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てなり、かつ、前
記裏面側基板の対向電極は、光を反射させる金属膜で形
成するとともに、前記表面側基板に、前記画素電極に対
応させて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、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の
金属膜からなる対向電極で反射されて、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、その表面側基板に、
この表面側基板に配設した画素電極に対応させて、光が
当ると蛍光を発する蛍光体膜を設けているため、裏面側
基板の対向電極で反射されて表面側に出射する光が前記
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】

【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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】また、上記表面基板１には、この表面基板
１に配設した各画素電極３にそれぞれ対向させて、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、この蛍光体膜１１
は、画素電極３の上にその全面にわたって形成されてい
る。

【００１７】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。

【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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】なお、表面側からの入射光は、表面側基板
１の画素電極３上に設けられている螢光体膜１１を通っ
て複合膜２０に入射するため、この入射光のうちのある
程度の光が蛍光体膜１１中において蛍光物質に当って蛍
光を発生させるが、この入射光による蛍光体膜１１から
の発生蛍光のうち、複合膜２０側に出射する蛍光は、複
合膜２０において散乱および吸収される。

【００２７】ただし、上記入射光による蛍光体膜１１か
らの発生蛍光のうち、ある程度の光は、液晶表示素子の
表面側に出射するため、この蛍光が表面側から見えて暗
表示が若干蛍光色を帯びるが、前記蛍光体膜１３中の蛍
光物質量を、表面側からの入射光によって発生蛍光量が
ある程度以下になるように調整しておけば、暗表示の蛍
光帯色をほとんど問題にならない程度にすることができ
る。

【００２８】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。

【００２９】したがって、電界印加状態では、入射光が
上記複合膜２０を透過して裏面側基板２上の反射膜を兼
ねる対向電極１０で反射され、その反射光が上記複合膜
２０を再び透過して表面側に出射し、表示が明状態にな
る。

【００３０】そして、この電界印加状態では、対向電極
１０からの反射光が表面側基板１に設けられている蛍光
体膜１１を通る際に、そ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って蛍光を発生させるた
め、前記反射光のうちの蛍光体膜１１を蛍光物質に当ら
ずに透過した光と、前記反射光を受けて蛍光体膜１１が
発する蛍光とが表面側に出射する。また、この電界印加
状態では、上述した入射光による蛍光体膜１１からの発
生蛍光のうちの複合膜２０側に出射した蛍光が複合膜２
０を透過して画素電極３で反射されるため、この反射蛍
光も表面側に出射する。

【００３１】このため、電界印加状態での明表示は、蛍
光色を帯びた非常に明るい表示であり、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。

【００３２】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。

【００３３】しかも、この液晶表示素子においては、そ
の表面側基板１に、この表面側基板１に配設した画素電
極３に対応させて、光が当ると蛍光を発する蛍光体膜１
１を設けているため、裏面側基板２上の対向電極１０で
反射されて表面側に出射する光が前記蛍光体膜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。

【００３４】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１１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。

【００３５】なお、上記実施例では、蛍光体膜１１を画
素電極３の上に設けているが、この蛍光体膜１１は、Ｔ
ＦＴ４のゲート絶縁膜６と画素電極３との間や、あるい
は前記ゲート絶縁膜６と表面側基板１との間に設けても
よい。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】

【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透明な表面
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てなり、かつ、前記裏面側基板の
対向電極は、光を反射させる金属膜で形成するととも
に、前記表面側基板に、前記画素電極に対応させて蛍光
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。

【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…表面側基板 ２…裏面側基板 ３…画素電極 ４…能動素子（ＴＦＴ） １０…対向電極（反射膜） １１…螢光体膜 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)

【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透明な表
   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てなり、かつ、前記裏面側基板
   の対向電極は、光を反射させる金属膜で形成するととも
   に、前記表面側基板に、前記画素電極に対応させて蛍光
   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。