JPH07104266A - 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】ＴＮ型のものに比べて、非常に明るい画面を得
ることができるアクティブマトリックス液晶表示素子を
提供する。 【構成】複数の透明画素電極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（ＴＦＴ）４とを配設
した第１の透明基板１と、前記画素電極３が対向する透
明な対向電極１０を設けた第２の透明基板２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１，
２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を設けてなり、かつ、前記第２の透明基板２に、
前記第１の透明基板１に配設した画素電極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】ところで、アクティブ
マトリックス液晶表示素子は、一般に、その裏面側にバ
ックライトを配置して使用されているが、上記ＴＮ型の
アクティブマトリックス液晶表示素子は、バックライト
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。なお、この
液晶表示素子の画面の明るさは、バックライトからの照
明光の明るさの１／２以下である。本発明は、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。

【０００５】

【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、前記第２の透明基板に、前記第１の透明基板に配
設した各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。

【０００６】

【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、
一方の基板側から入射した光が前記複合膜において散乱
されるため、他方の基板側から観察される表示が暗状態
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、前記
一方の基板側からの入射光がほとんど散乱されることな
く複合膜を透過して他方の基板側に出射し、表示が明状
態になる。

【０００７】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、対向電極を設けた第
２の透明基板に、第１の透明基板に配設した各画素電極
に対応させて蛍光体膜を設けているため、透過光が前記
蛍光体膜を通る際に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。

【０００８】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、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。

【０００９】

【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。図１において、１，２はガラス板
等からなる一対の透明基板であり、図において上側の基
板（以下、上基板という）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、図において下側の基板（以下、下基板という）２に
は、そのほぼ全面にわたって、前記上基板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。

【００１０】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、上基板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。

【００１１】なお、図示しないが、上基板１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、Ｔ
ＦＴ４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。

【００１２】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は上基板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Ｔ
ＦＴ４のソース電極８に接続されている。

【００１３】一方、下基板２には、上記上基板１に配設
した各画素電極３にそれぞれ対応させて、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は下基板２面に形成されており、上記対向電極１
０は前記蛍光体膜１１の上に設けられている。

【００１４】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、各画
素電極３に対応する蛍光体膜１１はそれぞれ、上記画素
電極３の全面に対向する面積に形成されている。

【００１５】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。

【００１６】そして、上記上基板１と下基板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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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、この充填溶液に対向電極１０を形成した
上基板２の外面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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】上記アクティブマトリックス液晶表示素子
は、その一方の基板、例えば下基板２の背面側にバック
ライトを配置し、このバックライトからの光を液晶／高
分子複合膜２０により散乱または透過させて表示するも
のであり、前記複合膜２０の高分子２１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、前記下基板２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２
２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。

【００２３】このため、無電界状態では、複合膜２０を
通って上基板１側に出射する光は極く僅かであり、した
がって、上基板１側から観察される表示が、ほぼ黒の暗
状態になる。

【００２４】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、下基板２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を透過して上基板１側に出射し、表示
が明状態になる。

【００２５】また、下基板２側からの入射光は、この下
基板２に上記上基板１側の各画素電極３に対応させて設
けられている蛍光体膜１１を通るため、この入射光のう
ちのある程度の光が、蛍光体膜１１中に点在している蛍
光物質に当って蛍光を発生させる。

【００２６】このため、上記電界印加状態においては、
上記入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、入射光を受けて蛍光体膜１１が発した蛍
光とが、複合膜２０を透過して上基板１側に出射し、前
記蛍光体膜１１が発する蛍光の色の明表示が得られる。

【００２７】また、上記蛍光体膜１１中の蛍光物質は、
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
輝度の光であり、したがって、電界印加状態では高輝度
の光が上基板１側に出射するから、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。

【００２８】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。

【００２９】しかも、この液晶表示素子においては、対
向電極３を設けた下基板２に、上基板１に配設した各画
素電極３に対応させて蛍光体膜１１を設けているため、
透過光が前記蛍光体膜１１を通る際にこの蛍光体膜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。

【００３０】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、
しかも蛍光体膜が発する蛍光によって明表示がより明る
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。

【００３１】なお、上記表示例では、下基板２側から光
を入射させているが、上基板１側から光を入射させて下
基板２側から表示を観察しても、上述したような非常に
明るい画面を得ることができる。

【００３２】また、上記実施例では、下基板２に設ける
蛍光体膜１１を基板１面に形成し、この蛍光体膜１１の
上に対向電極１０を設けているが、前記蛍光体膜１１
は、対向電極１０の上に形成してもよい。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】

【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、前記第２
の透明基板に、前記第１の透明基板に配設した各画素電
極に対応させて蛍光体膜を設けたものであるから、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。

【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】

１，２…透明基板 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 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、前記第
   ２の透明基板に、前記第１の透明基板に配設した各画素
   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。