JPH0926573A

JPH0926573A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0926573A
Application number: JP17494295A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kakinuma; 武夫柿沼; Kensuke Ito; 健介伊藤; Minoru Koshimizu; 実小清水
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】明るい表示が得られる液晶表示装置を提供する
ことを目的とする。【構成】互いに対向する一対の電極３，５の間に形成さ
れた、これらの電極３，５に印加される電圧によって光
の透過性が変化する光変調層１及び光変調層１を透過し
た光を反射する反射膜４を備えた液晶表示装置１０にお
いて、上記反射膜４が、所望の波長以外の波長の光を受
けて所望の波長の蛍光を発する蛍光顔料を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像情報を可視化する
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、テレビジョン、ワードプロセッ
サ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、計
測器等に用いられるカラー表示装置は、発光型の表示装
置が主流を占めていたが、これらの機器の省エネ化、省
スペース化、携帯化等の要請が高まるにつれ、これらの
要請の実現に有利な受光型の表示装置の開発が進められ
ている。また、受光型の表示装置は眼精疲労を軽減する
上で有利であるという理由からもその実用化が待望され
ている。

【０００３】従来の代表的な受光型のカラー表示装置と
して、特開平６−１８６５４４号公報に開示された液晶
表示装置を挙げることができる。この公報には、透明絶
縁基板上に形成された薄膜トランジスタと、その上に絶
縁層を介して形成された反射型の画素電極と、その画素
電極の上部に形成されたカラーフィルタと、そのカラー
フィルタの上方に配備された透明電極と、透明電極とカ
ラーフィルタとの間に液晶を封入して構成された反射型
液晶表示装置が開示されている。この透明電極と画素電
極の間に電圧が印加されていない状態で光が入射される
と、入射光は液晶層で散乱され液晶表示装置は白色を表
示する。一方、この液晶層に電圧が印加された状態で光
が入射されると、入射光は液晶層を透過し画素電極で反
射されカラーフィルタを通って出射されて液晶表示装置
はカラーを表示する。

【０００４】この他に、特開平６−１７５１２６号公報
には、上下一対の透光性の基板が対向配置され、上方の
基板の下面にはカラーフィルタが形成され、下方の基板
上にはＴＦＴが形成され、そのＴＦＴ上には有機絶縁膜
が形成され、その有機絶縁膜上の所定領域に反射電極が
形成され、その反射電極と上記カラーフィルタとの間に
液晶層が形成された反射型液晶表示装置が開示されてい
る。この反射型液晶表示装置の反射電極の表面は、先端
が球面状に形成された多数の凸部から成る反射面として
形成されており、これらの凸部は基板の法線に対し４度
から１５度の平均傾斜角度を持つようにパターニングさ
れている。そのため、基板の法線方向の散乱光強度を高
めることができて、それまでの反射型液晶表示装置より
明るい表示を得ることができる旨が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の受光型液晶表示装置には、光吸収型のカラーフィ
ルタが用いられているため、カラーフィルタにより光の
一部が吸収され、最も明るい表示状態において純白であ
るべき表示がグレーがかった表示となり、視認性に劣る
という欠点がある。また、白以外の色も十分な明るさで
表示されないため、明るいカラー表示が得られないとい
う欠点がある。上述の、特開平６−１７５１２６号公報
には基板の法線方向の散乱光強度を高める工夫を行い、
表示の明るさの改善が図られているが、まだまだ不十分
な明るさしか得られていない。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑み、従来と比べ
更に明るい表示が得られる液晶表示装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の液晶表示装置は、互いに対向する一対の電極の間
に形成された、これらの電極に印加される電圧によって
光の透過性が変化する光変調層、及び光変調層を透過し
た光を反射する反射膜を備えた液晶表示装置において、
上記反射膜が、所望の波長以外の波長の光を受けて所望
の波長の蛍光を発する蛍光顔料を含有するものであるこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の液晶表示装置は、上記のように、反射
膜に含有された蛍光顔料が、所望の波長以外の波長の光
を受けて所望の波長の蛍光を発するため、蛍光顔料から
発せられる蛍光と、反射膜がその所望の波長の光を受け
て反射した反射光とが一体となって反射膜から散乱され
る。以下、これら蛍光と反射光とを含めたものを散乱光
と称する。

【０００９】従って、従来の、光吸収型カラーフィルタ
による透過光もしくは反射光のみの場合に比べて、明る
い表示が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の第１の実施例のカラー表示用の受光型液
晶表示装置の断面図である。図１に示すように、本発明
の受光型液晶表示装置１０には、互いに対向する上下一
対のガラス等の絶縁性の基板２ａ，２ｂが備えられてい
る。受光型液晶表示装置１０は図面の左右方向及び紙面
に垂直な方向に広がりを持つ面状をなしており、上方の
基板２ｂは受光型液晶表示装置１０の表示面を構成す
る。そのため、基板２ｂには透明の絶縁性基板が用いら
れる。この基板２ｂの内表面にはＩＴＯ（インジウムチ
ンオキサイド）から成る透明な共通電極５が形成されて
いる。また、基板２ａ側には、アルミニウムより成る画
素電極３が共通電極５と対向して備えられている。画素
電極３は受光型液晶表示装置１０の表示面上に２次元マ
トリックス状に配列された多数の画素、即ち、情報を表
示する最小の発光単位毎に配備されている。各画素間の
ピッチは６４ミクロンである。

【００１１】共通電極５と画素電極３との間には、共通
電極５と画素電極３との間に印加される電圧に応じて電
気光学的に変調され光の透過性を変える光変調層１が形
成されている。光変調層１の液晶成分としては、黒色２
色性染料を含有させたポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）
が用いられる。なお、光変調層１に、ＧＨ（Ｇｕｅｓｔ
Ｈｏｓｔ）モードで動作する液晶材料を含有させる
と、コントラストが良好で、且つ応答時間の短い表示が
得られるので、光変調層１にＧＨモードの液晶材料を含
有させることが好ましい。

【００１２】光変調層１の下には保護膜８で覆われた、
レッド反射膜４Ｒ、グリーン反射膜４Ｇ、ブルー反射膜
４Ｂの３種類から成る反射膜が、上記の画素電極３と対
応付けられて配備されている。これらレッド反射膜４
Ｒ、グリーン反射膜４Ｇ、及びブルー反射膜４Ｂの３種
類の反射膜は、それぞれレッド、グリーン、及びブルー
の昼光蛍光を発する平均粒子径３ミクロンの蛍光顔料を
含有している。なお、昼光蛍光とは、昼光あるいは昼光
に似た光源によって刺激されて発光する蛍光のことであ
り、Ｘ線等の特別な光源によって刺激されて発光する蛍
光等は含まれない。

【００１３】次に、蛍光顔料の製法及び材料について説
明する。本実施例における蛍光顔料としては、蛍光染料
を合成樹脂中に固溶させた後、それを粉砕し所定の粒度
に調整したものが用いられる。蛍光染料としては、ブリ
リアントスルホフラビン（Ｃ．Ｉ．ＡｃｉｄＹｅｌｌ
ｏｗ７）、チオフラビン（Ｃ．Ｉ．ＢａｓｉｃＹｅ
ｌｌｏｗ７３）、エオシン（Ｃ．Ｉ．ＡｃｉｄＲｅ
ｄ８７）、ローダミン６Ｇ（Ｃ．Ｉ．ＡｃｉｄＲｅ
ｄ１）、ローダミンＢ（Ｃ．Ｉ．ＡｃｉｄＲｅｄ
１０）等が用いられる。

【００１４】合成樹脂としては、アクリル樹脂、アルキ
ド樹脂、尿素、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン、スル
ホンアミド樹脂等が用いられる。一般に、十分な強度の
青色の昼光蛍光を発する顔料を得ることは難しいので、
レッド、グリーン、ブルーの３種類の昼光蛍光顔料を含
有する反射膜を用いる場合、これら３種類の反射膜の発
する散乱光の強度が、レッド、グリーン、ブルーの順に
強くなるように、各色用の反射膜の面積をレッド、グリ
ーン、ブルーの順に広くして青色昼光蛍光顔料の反射光
強度を補うことができる。あるいは、各色用の反射膜の
面積を調整する代わりに、各色用の反射膜に含有させる
蛍光顔料中の蛍光染料の濃度をレッド、グリーン、ブル
ーの順に濃くしてもよく、各色用の反射膜の厚さをレッ
ド、グリーン、ブルーの順に厚くしてもよい。

【００１５】受光型液晶表示装置１０の表示を極力明る
くするために、各画素電極３及び反射膜４Ｒ，４Ｇ，４
Ｂの面積を可能な限り広く確保するよう設計することが
好ましい。なお、本実施例では、上記３種類の反射膜４
Ｒ，４Ｇ，４Ｂの面積、及びそれに対応する各画素電極
３の面積は全て同一である。一方、画素電極３の下方に
配備された基板２ａ上には各画素電極３に対応する複数
の逆スタガ構造の能動素子（薄膜トランジスタ）６が形
成されており、これら能動素子６それぞれが各画素電極
３への印加電圧を制御する。薄膜トランジスタの、ゲー
ト電極には金属クロム、ゲート絶縁膜にはＳｉＮｘ，半
導体層にはアモルファスシリコン、ソースドレイン電極
にはアルミニウムを用いている。

【００１６】各能動素子６から各画素電極３に印加され
る電圧を規定する画像情報は、２次元マトリックス電極
（図示せず）を通じて２次元的に配列された各画素電極
３に供給され、受光型液晶表示装置１０の表示面上には
２次元の表示が行われる。なお、画素電極３と各能動素
子６との電気的な干渉を避けるために各能動素子６を覆
うようにＳｉＮｘの絶縁層７が形成されている。絶縁層
７にはコンタクトホール９が設けられており、このコン
タクトホール９を介して画素電極３と能動素子６のドレ
イン電極とが電気的に接続されている。

【００１７】また、光変調層１と、反射膜４Ｒ，４Ｇ，
４Ｂ及び画素電極３とを電気的に絶縁するため、反射膜
４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ、画素電極３、及び絶縁層７を覆うポ
リイミド薄膜から成る保護層８が形成されている。次に
本実施例の受光型液晶表示装置１０の動作について説明
する。天然あるいは人工の光源から受光型液晶表示装置
１０に白色光が照射されると、照射された光は透明な基
板２ｂ及び透明な共通電極５を透過して光変調層１に達
する。

【００１８】光変調層１内の黒色２色性染料を含む液晶
分子は、画素電極３と共通電極５との間に電圧が印加さ
れていない状態では、何らの方向性も持たずにポリマ中
に不規則に分散しているので、入射光は黒色２色性染料
に吸収されて画面は黒色状態となり何らの表示も行わな
い。一方、薄膜トランジスタ６により、画素電極３と共
通電極５との間の光変調層１に電圧が印加されると、光
変調層１内の液晶分子は電界の方向に配向しそれに伴い
黒色２色性染料も電界の方向に配向するため、入射光は
光変調層１内を直進し、下方に配備された反射膜４Ｒ，
４Ｇ，４Ｂに達する。

【００１９】図１に、電圧が印加されていない状態の、
液晶分子が不規則に分散している光変調層１ａと、電圧
が印加された状態の、液晶分子が電界の方向に配向して
いる光変調層１ｂとを示す。図１では、液晶分子が電界
の方向に配向している光変調層１ｂに対応する反射膜は
レッド反射膜４Ｒであるためレッドの散乱光（反射光プ
ラス蛍光）が発せられ、その散乱光は再び光変調層１ｂ
を直進して受光型液晶表示装置１０の表示面に達する。

【００２０】液晶分子が電界の方向に配向している光変
調層１ｂに対応する反射膜がグリーン反射膜４Ｇであれ
ばグリーンの散乱光が発せられ、ブルー反射膜４Ｂであ
ればブルーの散乱光が発せられる。このようにして、受
光型液晶表示装置１０はカラー画面を表示する。以下
に、本発明における蛍光顔料の作用について詳細に説明
する。

【００２１】いま、３原色、即ちＲ（レッド：赤）、Ｇ
（グリーン：緑）、Ｂ（ブルー：青）の各入射光成分の
光束をそれぞれＲ_in、Ｇ_in、Ｂ_inとし、各色の視感度係
数をそれぞれＬ_R 、Ｌ_G 、Ｌ_B とし、１画素分の反射膜
に入射する光束をＬ_inとすると、光束Ｌ_inは３刺激値Ｒ
ＧＢの線形結合として次式のように表すことができる。

【００２２】Ｌ_in＝Ｒ_in・Ｌ_R ＋Ｇ_in・Ｌ_G ＋Ｂ_in・Ｌ_B 従来の通常の顔料を含有する反射膜を用いたカラー表示
装置の場合、１画素分の反射膜が、レッド反射膜、グリ
ーン反射膜、及びブルー反射膜から構成されているとす
ると、各反射膜の面積は１画素分の反射膜の面積の１／
３となる。いま、レッド反射膜のレッド成分の反射率が
１００％でレッド以外の成分の反射率が０％、グリーン
反射膜のグリーン成分の反射率が１００％でグリーン以
外の成分の反射率が０％、ブルー反射膜のブルー成分の
反射率が１００％でブルー以外の成分の反射率が０％で
あると仮定すると、光変調層が透過状態にある場合の１
画素分の反射膜から発する光束Ｌ_out は、Ｌ_out ＝１／３・Ｒ_in・Ｌ_R ＋１／３・Ｇ_in・Ｌ_G ＋１／３・Ｂ_in・Ｌ_B ＝１／３・Ｌ_in となり、白を表示する画素から反射される光束が入射光
の光束の１／３となり、非常に暗い表示しか得られな
い。

【００２３】一方、本実施例の蛍光顔料を含有する反射
膜の場合は、反射光成分の他に、蛍光顔料からの蛍光が
放射されるので、従来の反射膜より明るい表示を得るこ
とができる。図２は、レッド反射膜が発する散乱光スペ
クトルである。図２には、レッドの昼光蛍光顔料を含有
する反射膜の散乱光スペクトルが、レッドの通常の顔料
を含有する反射膜の場合と比較して示されている。な
お、図２に示す散乱光強度とは、反射膜への入射光強度
に対する反射膜からの散乱光（反射光プラス蛍光）強度
の比率を百分率で示したものである。

【００２４】図２に示すように、通常の顔料を含有する
反射膜の散乱光強度が１００％に満たないのに比べ、昼
光蛍光顔料を含有する反射膜の散乱光強度は２００％を
超える極めて高い値を示している。これは、昼光蛍光顔
料の場合は、散乱光には、昼光蛍光顔料自体が反射する
反射光の他に、昼光蛍光顔料の蛍光染料が、その蛍光染
料が発する蛍光の波長よりも短波長の光からエネルギを
得て発光する蛍光も含まれ、昼光蛍光顔料からはこの両
者の和に相当する散乱光が発せられることに起因する。
これに対し、通常の顔料の場合は、顔料自体が反射する
反射光の波長よりも短波長の光のエネルギーは顔料中に
吸収され熱に変換されてしまうため、散乱光強度が１０
０％を超えることはなく、従って昼光蛍光顔料のような
明るい表示を得ることはできない。

【００２５】図２に示したレッドの顔料の場合と同様、
ブルーやグリーンの顔料についても昼色蛍光を発する蛍
光顔料を使用することにより、通常の顔料より明るい表
示を得ることができる。いま、レッド、ブルー及びグリ
ーンの各昼色蛍光顔料の反射膜の散乱光強度をそれぞれ
２００％と仮定すると、光変調層１が透過状態にある場
合、１画素分の反射膜から発する光束Ｌ_out は、Ｌ_out ＝２／３・Ｒ_in・Ｌ_R ＋２／３・Ｇ_in・＋Ｌ_G ＋２／３・Ｂ_in・Ｌ_B ＝２／３・Ｌ_in となり、白を表示する画素から反射される光束が通常の
顔料の場合の２倍となり、明るい表示を得ることができ
る。

【００２６】このように、反射膜の散乱光強度が１００
％以上となるように蛍光顔料中の蛍光染料の濃度及び反
射膜の厚みを適切に設定することにより、蛍光顔料の昼
光蛍光の特性が活かされた明るい表示が得られる。図３
は、レッド反射膜、グリーン反射膜、及びブルー反射膜
がそれぞれ発する散乱光スペクトルである。

【００２７】図３に示すように、各色の反射膜がそれぞ
れ１００％を越える散乱光強度を示している。レッド反
射膜４Ｒ、グリーン反射膜４Ｇ、及びブルー反射膜４Ｂ
に対応する全ての画素電極３に電圧を印加することによ
り、極めて明るい白色が表示できる。また、各画素電極
３に印加する電圧を適切に制御することにより所望の色
のカラー表示を行うことができる。

【００２８】図３に示したレッド反射膜４Ｒ、グリーン
反射膜４Ｇ、及びブルー反射膜４Ｂを用いて実際に表示
パネルを作製しその表示性能を評価したところ、バック
ライトを用いた発光型の液晶表示装置とほぼ同等の色再
現性が得られ、白色表示の明るさは普通紙並みで、しか
も８０：１以上のコントラストを示した。本実施例にお
いて、反射膜の表面に凹凸を付して反射膜からの散乱光
に適度の指向性を持たせることにより、更に明るい表示
を行わせることができる。また、このように反射膜から
の散乱光に適度の指向性を持たせることにより、臨界角
よりも大きい角度で反射膜側から基板２ｂに入射した光
が、屈折率の不整合により基板２ｂから外へ出られなく
なる、いわゆる光学的封じ込め現象の発生が防止される
ので、光学的封じ込めに起因するロスが減少し、より明
るい表示を得ることができる。

【００２９】また、本実施例の受光型液晶表示装置１０
は、バックライトなしの受光型表示素子として用いる以
外に、入射側と反対側の基板２ａを透明の基板とし、基
板２ａの背面に発光装置（バックライト）を設けて、透
過型の発光型表示素子として用いることもできる。この
場合、バックライトを紫外線に近い波長の可視光線とす
ることにより、消費電力が低く、且つ暗い場所でも視認
性に優れた表示素子を得ることができる。

【００３０】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図４は、本発明の第２の実施例のモノクロ表示用
の受光型液晶表示装置の断面図である。図４に示すよう
に、本実施例の受光型液晶表示装置１０は、反射膜４以
外の構成は、前記の第１の実施例のカラー用の受光型液
晶表示装置と同一である。第１の実施例では、レッド、
グリーン、ブルーの３種類の反射膜４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが
用いられているが（図１参照）、第２の実施例では、オ
レンジ昼光蛍光顔料を含有する１種類の反射膜４のみが
用いられる。蛍光顔料の平均粒子径は３ミクロンであ
る。

【００３１】本実施例の動作について説明する。受光型
液晶表示装置１０に、天然あるいは人工の光源から白色
光が照射されると、照射された光は透明な基板２ｂ及び
透明な共通電極５を透過して光変調層１に達する。画素
電極３と共通電極５の間に電圧が印加されていない状態
では、前記第１の実施例と同様、光変調層１内の液晶分
子は不規則に分散しているので、入射光は光変調層１中
の黒色２色性染料に吸収されて画面には何も表示されな
い。この状態の光変調層を図４の光変調層１ａとして示
す。

【００３２】一方、薄膜トランジスタ６を介して画素電
極３に電圧が供給され、画素電極３と共通電極５との間
の光変調層１に電圧が印加されると、光変調層１内の液
晶分子は電界の方向に配向し、それに伴い黒色２色性染
料も電界の方向に配向するため、入射光は光変調層１内
を直進し、下方に配備された反射膜４に達する。反射膜
４にはオレンジ昼光蛍光顔料が含まれているので、反射
膜４はオレンジ色の反射光を反射する。この状態の光変
調層を図４の光変調層１ｂとして示す。

【００３３】従って、画素電極３と共通電極５との間の
印加電圧を制御することによって、黒からオレンジまで
のモノクロ表示を行うことができる。図５は、オレンジ
反射膜４が発する散乱光スペクトルである。図５に示す
ように、この反射膜４の散乱光強度は１００％を越えて
いる。図５に示したオレンジ反射膜４を用いてに表示パ
ネルを作製することにより、プラズマ表示装置とほぼ同
等の色再現性を得ることができる。

【００３４】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。本実施例の光変調層の液晶成分としては、第１の
実施例で液晶成分として用いた黒色２色性染料を含むポ
リマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）の代わりに、ヒドロキシ
コニデンとヨウ素の針状結晶との混合物を炭化水素ハロ
ゲン化物混合溶媒中に分散させたものを使用する。それ
以外は第１の実施例と同様である。

【００３５】このように安価な材料を選択することによ
り、第１の実施例におけるよりも低コストの受光型液晶
表示装置を製造することができる。次に、本発明の第４
の実施例について説明する。本実施例では、前記第１の
実施例における、レッド反射膜４Ｒ、グリーン反射膜４
Ｇ、ブルー反射膜４Ｂの３種類の反射膜４全てに導電処
理を施すことにより、反射膜４に画素電極としての機能
を持たせた受光型液晶表示装置１０を構成する（図１参
照）。画素電極３及び反射膜４以外の構成は、第１の実
施例と同様である。なお、この画素電極兼用の反射膜４
の厚さは第１の実施例の場合の３倍である。

【００３６】このように画素電極３を省き、反射膜の厚
さを増して表示装置を構成することによって受光型液晶
表示装置１０の構造が簡単となり、反射膜４の厚さを増
すことによって反射率が大きくなるため、第１の実施例
の場合よりも明るい表示が得られる。次に、本発明の第
５の実施例について説明する。

【００３７】第５の実施例においては、レッド、グリー
ン、及びブルーの３種類の反射膜４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの面
積比及びこれらに対応する画素電極３の面積比を、それ
ぞれ１：２：３とする。画素電極３の面積比以外の構成
は前記第１の実施例と同様である。反射膜４Ｒ，４Ｇ，
４Ｂの面積比及びこれらに対応する画素電極３の面積比
が均等である第１の実施例においては、白色の表示がや
や赤みを帯びていたのに対し、本実施例における白色の
表示は殆ど純白に近い。また、表示の明るさも第１の実
施例の場合より向上している。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
明るい液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のカラー表示用の受光型
液晶表示装置の断面図である。

【図２】レッド反射膜が発する散乱光スペクトルであ
る。

【図３】レッド反射膜、グリーン反射膜、及びブルー反
射膜が発する散乱光スペクトルである。

【図４】本発明の第２の実施例のモノクロ表示用の受光
型液晶表示装置の断面図である。

【図５】オレンジ反射膜が発する散乱光スペクトルであ
る。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ光変調層２ａ，２ｂ基板３画素電極４反射膜４Ｒレッド反射膜４Ｇグリーン反射膜４Ｂブルー反射膜５共通電極６能動素子（薄膜トランジスタ）７絶縁層８保護層９コンタクトホール１０受光型液晶表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する一対の電極の間に形成さ
れた、該電極に印加される電圧によって光の透過性が変
化する光変調層、及び該光変調層を透過した光を反射す
る反射膜を備えた液晶表示装置において、前記反射膜が、所望の波長以外の波長の光を受けて所望
の波長の蛍光を発する蛍光顔料を含有するものであるこ
とを特徴とする液晶表示装置。