JPH07104270A - 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】画素電極３と能動素子（ＴＦＴ）４とを配設し
た裏面側基板１と、対向電極１２を設けた表面側基板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、前記表面側基板２に、前記画
素電極３に対応させて蛍光体膜１３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
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。

【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、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以下になる。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。

【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の基
板に、前記画素電極に対向させて蛍光体膜を設けたこと
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
ない状態では様々な方向を向いており、この状態では前
記複合膜を通る光が散乱されて表示が暗状態になる。ま
た、上記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し、前記複合膜を通る
光が光散乱作用をほとんど受けずに透過して表示が明状
態になる。

【０００９】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、対向電極を形成した
第２の基板に、前記第１の基板側の画素電極に対向させ
て、光が当ると蛍光を発する蛍光体膜を設けているた
め、この蛍光体膜が発する蛍光によって出射光がより明
るくなる。

【００１０】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。

【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は液晶表示素子
の一部分の断面図であり、図において下側の基板１は裏
面側基板、上側の基板２は表面側基板である。

【００１２】上記裏面側基板１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１の上には、行方向および列方向に配列
された複数の画素電極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、裏面側基板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、上記裏面側基板１の上には、この基
板１上に配設した全てのＴＦＴ４を覆う保護絶縁膜１０
が形成されており、画素電極３は前記保護絶縁膜１０の
上に設けられ、この保護絶縁膜１０に形成したコンタク
ト孔１１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】この画素電極３は、Ａl （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。また、各画素電極３はそれぞれ、その画素電極３
に対応するＴＦＴ４の上から隣接する画素電極３の近く
にわたって形成されている。

【００１７】一方、上記表面側基板２は、ガラス板また
は透明樹脂フィルム等からなる透明基板であり、この表
面側基板２には、そのほぼ全面にわたって、上記裏面側
基板１上の全ての画素電極３と対向する透明な対向電極
１２が設けられている。

【００１８】さらに、上記表面側基板２の対向電極１２
の上には、上記裏面側基板１に配設した全ての画素電極
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１３が設けられている。この蛍光体膜１３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１３は、前記画素電極３とほぼ
同じ形状および面積に形成されている。

【００１９】なお、この実施例では、蛍光体膜１３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。

【００２０】そして、上記裏面側基板１と表面側基板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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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、この充填溶液に表面側基板２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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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１上の反射膜を兼ねる画素電極３
に達する光量は極く僅かであり、したがって、前記画素
電極３からの反射光量は少ないし、また、この反射光は
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。

【００２８】なお、表面側からの入射光は、表面側基板
２の対向電極１２上に設けられている螢光体膜１３を通
って上記複合膜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１３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１
３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。

【００２９】ただし、上記入射光による蛍光体膜１３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。

【００３０】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。

【００３１】このため、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１上の反射膜を兼ね
る画素電極３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。

【００３２】そして、この電界印加状態では、画素電極
３からの反射光が表面側基板２に設けられている蛍光体
膜１３を通る際に、そのうちのある程度の光が蛍光体膜
１３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１３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１３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１３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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】しかも、この液晶表示素子においては、対
向電極１２を形成した表面側基板２に、裏面側基板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１３を設けているため、この蛍光体膜１３
が発する蛍光によって出射光がより明るくなる。

【００３６】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。

【００３７】また、上記実施例の液晶表示素子は、裏面
側基板１に画素電極３とＴＦＴ４とを配設するととも
に、前記画素電極３を反射膜とし、さらにこの反射膜兼
用画素電極３を、前記基板１上にＴＦＴ４を覆って形成
した保護絶縁膜１０の上に設けているため、前記画素電
極３を、それに対応するＴＦＴ４の上から隣接する画素
電極３の近くにわたる大面積の電極として、画素の開口
率を高くすることができる。

【００３８】なお、上記実施例では、蛍光体膜１３を対
向電極１２の上（複合膜２０側）に設けているが、この
蛍光体膜１３は、対向電極１２の下（基板２側）に設け
てもよい。

【００３９】また、上記実施例では、画素電極３を反射
膜としているが、本発明は、裏面側基板の外面に反射膜
を設けた反射型素子にも、反射膜を有さない透過型の液
晶表示素子にも適用できるものであり、その場合は、裏
面側基板１を透明基板とするとともに、画素電極３も透
明電極とすればよい。なお、裏面側基板の外面に反射膜
を設けた反射型素子の場合は、画素電極３とＴＦＴ４を
設けた基板１と、対向電極１２を設けた基板２とのいず
れ基板を裏面側基板としてもよいし、また透過型素子の
場合も、前記基板１，２のうちのいずれの基板側を光入
射側としてもよい。

【００４０】ただし、反射膜を裏面側基板の裏面側に設
けた反射型素子や、透過型素子の場合は、能動素子部分
を光が通らないため、画素の開口率が能動素子の面積分
だけ低下する。したがってこの場合は、上記実施例の保
護絶縁膜１０をなくして、ゲート絶縁膜６の上に画素電
極３を設けてもよい。

【００４１】さらに、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。

【００４２】また、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。

【００４３】

【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、Ｔ
Ｎ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…裏面側基板 ２…表面側基板 ３…画素電極 ４…能動素子（ＴＦＴ） １０…保護絶縁膜 １２…対向電極 １３…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の基板に、前記
   画素電極に対向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。