JPS61103185A - 液晶カラ−表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 艮権光更 本発明は液晶素子をスイッチング素子として用いた液晶
カラー表示装置に関する。

従米立挟嵐 従来、カラー表示装置としては、ＣＲＴ（１１３極線管
）を用いたものが代表的であり、テレビジョン表示装置
やＯＡ（オフィス・オートメーション）機器に多く使用
されている。しかしながら、このＣＲＴは一種の大型コ
ーン形状の真空管であるので、ＣＲＴを使用した表示装
置は高圧電源を必要とし駆動回路が複雑になり、装置全
体も大型にならざるをえないばかりか、薄型化には限界
があった。

近年、薄型化可能な表示装置としてパネル状の液晶表示
装置が注目されている。液晶を利用したカラー液晶表示
装置としては、液晶中に色素を混入したゲストホスト型
（Ｇ−Ｈ型）液晶素子を用いる方法、着色偏光板を用い
る方法、電極に対応して色素フィルターを形成し液晶素
子を光スイツチング素子として用いる方法などが知られ
ている。液晶を用いたカラー表示の場合は１色素により
透明率が低下するため、液晶セルの背面から照明する必
要がある。この照明光源として発光スペクトルが連続的
なタングステンランプを用いると色の混色や発熱があり
。

装置が大型化するとともに、鮮明な画像が得られないと
いう問題がある６また。蛍光管により照明する場合も、
一般の蛍光灯の発光スペクトルは近紫外〜近赤外の全域
に亘っており、色フ□ィルタの透過率とは一致しないた
めに十分な・輝度が得られない。

及五匹且孜 本発明は、鮮明なカラー画像が得られる液晶カラー表示
装置を提供することを目的とする。

ｌ胛ム盪戊 本発明の液晶カラー表示装置は。

透明Ｗ１極部を有し画像情報に対応して電磁波を透過す
る液晶素子と、 蛍光光源と。

該透明電極部に対応して設けられ、該蛍光光源からの光
を透過する色フィルタ とを具え、前記蛍光光源の蛍光波長が前記色フィルタの
透過率の半値幅以内であることを特徴とする。

以下、添付図面に沿って本発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は本発明の実施例を模式的に示す拡大断面図であ
る。対向して配設された上基板１３と下基板１５との間
に液晶物質１９が封入されて液晶セル１１が形成され、
下基板１５および上基板１３には、それぞれ透明画素電
極２１および透明コモン電極２３が設けられている。も
ちろん上基板に画素電極を、下基板にコモン電極を設け
ることもできる。１７はシール材である。そして、この
液晶セル１１が、自察側の第１の偏光板３１と、第１の
偏光板３１の吸収軸と平行な吸収軸をもつ第２の偏光板
３３に挟ま九でツイストネマティック（Ｔ　Ｎ）型液晶
素子３５が形成されている。この液晶素子３５は光スイ
ツチング素子として働く。

液晶素子３５の下方には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青
（Ｂ）の単元色の各画素フィルタ部４２ａ、　４２ｂ。

４２ｃがモザイク状に形成された色フィルタ４１が配設
されている。この色フィルタ４１の各画素フィルタ部４
２と、透明画素電極２１とは一致するよう、形成され、
い６．１ 色フィルタ４１の下方には、蛍光体層４３が形成され、
蛍光体層４３にはそれぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ
）の単元色の蛍光を発光する蛍光体が含まれている。各
蛍光体の量はカラーの色調などを勘案して適宜選択され
る。４５は蛍光体層４３および色フィルタ４１を支持す
る透明基板である。

さらに蛍光体層４３の下方には、蛍光体を発光させるエ
ネルギー源としてのランプ５１が設けられ、上記蛍光体
層４３とともに蛍光光源を形成している。

第２図に示したように、゛ランプ５１が点灯されると、
蛍光体層４３の蛍光体（Ｒ：・、Ｇ：■。

Ｂ：ム）が発光し、Ｒ，Ｇ、８３つの色の光（→、→、
→）が生じる。これらの光は色フィルタ４１の各Ｗ！ｉ
素フィルタ４２に入り、赤の画素フィルタ４２ａ（Ｒ）
からは赤色光（Ｒ光→）が、緑の画素フィルタ４２ｂ（
Ｇ）からは緑色光（Ｇ光→）が、青の画素フィルタ４２
ｃ（Ｂ）からは青色光（Ｂ光→）がそれぞれ透過し、液
晶素子３５に入射する。液晶素子３５の透明画素電極２
１と色フィルタ４１の各画素フィルタ４２とは対応して
いるので、薄膜トランジスタ（図示せず）などによって
透明画素電極２１にカラー画像信号に対応した電圧を印
加することにより、液晶素子３５を通過する光を制御で
きる。液晶素子３５は、９０’　−Ｔ　Ｎセルを平行ニ
コル間に配設して構成されており、電圧ＯＮの画素電極
２１に対応する画素フィルタを通過して液晶素子３５に
入射した光のみが液晶素子３５を通過して観測され、フ
ルカラーの画像表示が行われる。第２図は、Ｒ光とＧ光
とが２：１の割合で透過した状態を示している。

色フィルタ４１に入射する光は蛍光体層４３で発生した
Ｒ、Ｇ、Ｈの混合蛍光であり、蛍光発色であるので通常
の白色灯光源からの光と異なり輝度が高い。また、白色
光は可視領域を中心とした波長領域全般にわたりエネル
ギー分布があり、３原色Ｒ，Ｇ、Ｂの色分解に実質上寄
与しない波長領域の光を含んでいる。これに対し。

本発明では蛍光光源からの蛍光波長が色フィルターの透
過率の半値幅以内にあり光エネルギーを有効に利用して
輝度の高い鮮明な画像が得られる。第３−Ａ図はＢｉ！
ｊ素フィルタの分光特性を示し、この半値幅であるａ　
＝　ｂの波長域内に蛍光Ｂの最大蛍光波長Ｃがある（第
３−Ｂ図）。

同様に第４−Ａ図と第４−Ｂ図はＧ画素フィルタと蛍光
Ｇの関係についてを、第５−Ａｌと第５−Ｂ図はＲ画素
フィルタと蛍光Ｒとの関係について示す。このように蛍
光の分光特性と色フィルタの分光透過特性との関係を制
御することにより、Ｒ，Ｇ、Ｂを発光する蛍光体からの
光のほとんど全部の光エネルギーが色分解に利用され、
エネルギー効率が高く、明るい画像を得ることが可能と
なる。さらに、このＲ，Ｇ、Ｂ蛍光がそれぞれＲ，Ｇ、
Ｂ画素フィルタを透過することにより得られる光は、蛍
光波長特性と画素フ、イルタの波長特性の積となって、
立ち上がりが鋭く半値幅の小さい、゛より単色光に近い
光となり、鮮明な画像が得られる。たとえば、第３−Ａ
図に示した青の蛍光体からの蛍光Ｂが第３−Ｂ図に示し
た特性の青（Ｂ）の画素フィルタ４２に入射すると、透
過光は第６図のようになり、クリヤーなカットのより単
色光に近いＢ光が得られる。この場合にも、蛍光体から
の蛍光は光エネルギー量が大きいので１色フィルタを透
過させても明るい画像を得ることができる。

このような蛍光体の組合せとしては、たとえば、日東化
学製の蛍光材料ＮＰ１０２．　ＮＰ２２０．　ＮＰ３２
０があり、これらを紫外線ランプで照明すると、それぞ
れ４６０ｎｍ、　５４４ｎｍ、　、６２０ｎｍの発光波
輝の蛍光が得られる。

第７図は、さらに蛍光体層も画素状に形成し。

この画素蛍光体、画素フィルタおよび画素電極のすべて
を一致させるようにした場合の断面図であり、第８図は
第２図と同様の説明図である。

蛍光体層４３は蛍光体画素部４４からなり、各蛍　　　
・光体画素部４４ａ　、’　４４ｂ　、　４４ｃは、そ
れぞれ赤の蛍光体Ｒ（・）、緑の蛍光体Ｇ（■）、青の
蛍光体Ｂ（ム）を含む、第１図および第２図に示した場
合と比較して、蛍光体画素部４２内にはより多くの蛍光
体Ｒ，ＧまたはＢを含むことができるので。

各画素部を透過して観測されるＲ、Ｇ、Ｂ光のエネルギ
ー量をいっそう大きくすることができ。

さらに詳細な画像を得ることができる。

以上、観察側から液晶素子１色フィルタ、蛍光体層の順
に配設する場合について説明したが。

この配設方法としては、 ■　蛍光光源あるいは蛍光体層の発光に必要な光源から
の光も含めて、液晶素子を光スイツチング素子として利
用する、および■　蛍光光源からの光を色フィルタを透
過さ′　せる ことを条件として適宜の手段を取ることができる。さら
に、液晶素子中に色フィルタまたは蛍光体層を設けるこ
ともでき、また、ランプの管壁の外表面や内表面に蛍光
体層や色フィルタを設けることもできる。

第９図は色フィルタ４１が液晶セル３５の観察側に配設
された本発明の実施例を示し、色フィルタ４１が第１の
偏光板３１の表面に設けられている点を除いて第１図に
示したものと同様である。

Ｒ，Ｇ、Ｂ光の拡散を防止して鮮明な画像を得るという
観点からは、蛍光体層と色フィルタとは近接しているこ
とが好ましい。

第１０図は、画素電極２１を液晶セル１１の上基板１３
側に設けた以外は第８図になしたものと同様である１画
素電極２１と色フィルタ４１を近づけることにより１画
素電極と画、素フィルタの位置ずれを少なくシ、より鮮
明な画像を得ることができる。

第１１図は色フィルタの各画素フィルタ４２ａ。

４２ｂ、４２ｃを画素電極２１上に設けて、さらに画素
フィルタと画素電極との位置ずれを防止し。

また、蛍光体層４３を第２の偏光板３３上に形成して、
全体としての薄型化を図ったものである。

第１２図は本発明のさらに他の実施例を示し。

画素電極２１と画素フィルタ４２ａ　、　４２ｂ　、　
４２ｃを液晶素子の上基板側に形成した以外は第１１図
と同様の構成である。

第１３図に示した実施例は上基板および下基板として、
偏光板としての機能をもたせた偏光基板１３’　、　１
５’を用い、さらに薄型化を可能としたものである。蛍
光体層４３は偏光下基板１５’上に形成されている。

第１４図に示した実施例では、ランプ５１の管壁５３の
内表面に各画素部４４ａ　、　４４ｂ　、　４４ｃを有
する蛍光体層４３を形成し、また、管壁５３外表面に各
画素部４２ａ　、　４２ｂ　、　４２ｃを有する色フィ
ルタ４１を形成されている。また、ランプ５１の管壁の
外表面上に蛍光体層および色フィルタを順次積層しても
よい。ランプ５１はＲ，Ｇ、Ｂの各゛単元色の蛍光体を
発光させうる紫外光を放射するものであり、フィラメン
ト５５が配設されるとともに、内部に水銀およびアルゴ
ンが封入されている。フィラメント５５に通電されると
熱電子が放射され、この熱電子によりアルゴンおよび水
銀がイオン化されて紫外光が放射される。

もちろん、第９図〜第１３図において示した実施例にお
いて、蛍光体層４３を各画素蛍光体部４４ａ、４４ｂ、
４４ｃから形成することができ、この利点は既に説明し
た通りである。

次に、各構成部材についてさらに詳しく説明する。

ＴＮ型液晶素子は、従来から知られているものと同様の
ものが使用できる。ＴＮ型液晶セルの上基板および下基
板としてはガラス、ポリエステル、ポリサルホン、ポリ
カーボネート、ポリプロピレンのようなプラスチックな
どの透明支持体が用いられる。この透明基板上の画素電
極およびコモン電極は、たとえば、真空蒸着やスパッタ
リングなどのＰＶＤ法、あるいはＣＶＤ法などにより、
ＩＴｏ、ＮＥＳＡなどの透明導電膜を形成すればよい。

画素電極はフォトエツチング法などによりバターニング
されて形成され、薄膜トランジスタなどによりカラー画
像信号に対応した電極が印加され、アクティブマトリッ
クス駆動によりフルカラーのカラー画像表示が行われる
。

液晶物質としては、たとえば、以下のよ°うなものが用
いられ、これらは上下基板を配向処理することにより、
その分子配列が９０°捩れるよ　　　　　　１うに基板
間に配列される。

（１）　ｐ−アルキルベンジリデン−ｐ′−シアノアニ
リンとＰ−アルコキシベンジリデン−ｐ′−シアノアニ
リンの液晶化合物 （２）フェニルベンゾエート 県液晶化合物 Ｘ、Ｙはアルキル基、アルコキシ基など。

（３）シアノビフェニル系とシアノターフェニル系との
液晶化合物 ＸはＣ，Ｈ，、＋、　　　　　　（ｎは３〜１０）Ｃ，
Ｈ２ｏ、、。（ｎは３〜１０） （４）シクロへキシルカルボン酸エステル系液晶化合物 （５）フェニルシクロヘキサン系とビフェニルシクロヘ
キサン系との液晶化合物 （６）フェニルピリジン系とフェニルジオキサン系との
゛液晶化合物 （７）上記液晶化合物の混合物または上記液晶化合物と
コレステリック系化合物との混合物など。

また、光スイツチング素子として機能するものであれば
、ＴＮ型液晶素子以外の液晶素子を用いることもでき、
たとえば、ゲストホスト型液晶素子を用いることもでき
る。

蛍光体層は、紫外光ないし近紫外光の照射などによりそ
れぞれＲ，Ｇ、Ｂに発色する蛍光体を透明基板上に固着
することにより形成される。

また、蛍光体層をそれぞれＲ，Ｇ、Ｂを発光するモザイ
ク状の画素蛍光体部として形成する場合は１例えばカラ
ーテレビ用のブラウン管を製造するときの形成方法と同
一の方法を用いることができるほか、この発明において
は蛍光体を真空中で用いる必要がないため、また平面と
して構成できるため、グラビア三色印刷と同様な印刷技
術を用いて形成することができる。さらに、フォトレジ
ストを用いるリソグラフィー法によりＲ，Ｇ、Ｈの蛍光
体画素部をパターンニングすることもできる。。

蛍光体は、粉体のものが主として使用され。

赤色に発光するものとしては、希土類系のものとして、
Ｙ２０□Ｓ：Ｅｕ（酸化イットリウム：ヨーロピウム）
系、Ｙ２Ｏ２：Ｅｕ　（酸化イットリウム：ヨーロピウ
ム）系などが例示され、緑色に発光するものとしてはＺ
　ｎ　Ｓ　ｉ　Ｏ，（Ｍｎ）（マンガンドープ珪素酸亜
鉛）系、ＺｎＳ：ＣｕＡＱ　（硫化亜鉛：銅アルミドー
プ）系、（Ｚｎ−Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ　（硫化亜鉛、カドミ
ウム：銅ドープ）系または上記銅ドープを銀（Ａｇ）ド
ープに代えたものが挙げられ、青色に発光するものとし
ては、ＺｎＳ：Ａｇ　（硫化亜鉛：銀ドープ）系、　　
（ＺｎＳ、Ｚｎ０）：Ａｇ　（硫化亜鉛、酸化亜鉛：銀
ドープ）系などが例示される。

ランプ５１としては、蛍光体を発光させうる電磁波、主
として紫外線およびまたは近紫外線を放射しうるちのが
用いられ、水銀灯またはＵＶｊ（紫外蛍光）ランプ等が
使用される。このようなランプを、１本あるいは数本を
平面的に設置または並設して蛍光体層を照射する。ラン
プと蛍光体層との間に液晶セルなどを介在させることも
できる。

色フィルタは、ホトリソグラフィー法、電着法、真空蒸
着法、印刷法などが用いられ、高屈折率物質と低屈折率
物質の多層膜によるダイクロイックミラーや色素フィル
タなどが用いられるが、後者の方がコスト的に有利であ
る。色素フィルタ用の色素としては、赤色色素フィルタ
用としてラニル・レッド・ＧＧ　（Ｌａｎｙｌ　ｒｅｄ
　ＧＧ）、緑色画素フィルタ用としてスミノール・ミリ
ング・イエロー・Ｍ　Ｒ（Ｓｕｍｉｎｏｌ　ｍｉｌｌｉ
ｎｇ　ｙｅｌｌｏｗＭＲ）　、チバクロン・タークオイ
ス・ブルー・Ｔ　Ｇ　−Ｅ　（Ｃｉｂａｃｒｏｎ　ｔｕ
ｒｑｕｏｉｓｅ　ｂｌｕｅ　ＴＧ−Ｅ）、青色画素フィ
ルタ用としてシアニン・６　Ｂ　（Ｃｙａｎｉｎｅ６Ｂ
）などが例示される。

以上、透明画素電極を用い、ＴＮＴなどによリアクティ
ブマトリックス駆動してフルカラー表示をする場合につ
いて説明したが、他の電極　　　　　　１構成やフルカ
ラー表示以外の単色あるいは複数色のカラー表示をする
こともできる。

たとえば、Ｘ−Ｙ方向にストライプ状に電極を設け、そ
の交差部に対応して画素フィルタを、あるいはさらに画
素蛍光体を設けて、マルチプレックス駆動することによ
りフルカラーの画像表示を行うことができる。液晶セル
、蛍光体層、色フィルタなどの配置についてはすでに説
明した通りである。マルチプレックス駆動はクロストー
ク効果により高デユーテイ化に限界があり、この観点か
らは、上記のアクティブマトリックス駆動の方が有利で
ある。

また、色フィルタとして、Ｒ，Ｇ、Ｂの画素フィルタ部
から構成されたものを用いることなく、任意の単一の彩
色フィルタおよびこのフィルタの半値幅内に発光波長を
有する蛍光光源を用いてカラー表示することもできる。

たとえば。

複数の８の字形のセグメント電極を用い、個々のセグメ
ント電極に対応する部分は任意の色の色フィルタおよび
蛍光体層が設けられており、赤なら赤の単一のカラー表
示ができる。もちろん、各セグメント電極に対応して複
数の色の色フィルタおよび蛍光体層を配して、桁数によ
り色を変えるなどの多色表示をすることもできる。

発明の効果 本発明によれば、蛍光光源からの光を色フィルタを透過
させ、この透過光を液晶装置により制御して観測し、し
かも、色フィルタの分光透過特性と蛍光波長を制御する
ことにより明るく鮮明なカラー表示を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラー液晶表示装置の実施例を示す断
面図であり、第２図はその装置を用いてのカラー表示機
構を説明するための図である。 第３−Ａ図、第４−Ａ図、第５−Ａ図は画素フィルタの
分光特性を示す図であり、第３−Ｂ図、第４−Ｂ図、第
５−Ｂ図は蛍光体の発光特性を示す図である。 第６図はカラー表示特性を示す図である。 第７図は本発明の他の実施例を示す断面図であり、第８
図はその装置を用いてのカラー表示機構を説明するため
の図である。 第９図〜第１４図は本発明のさらに他の実施例を示す断
面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明電極部を有し画像情報に対応して電磁波を透過
   する液晶素子と、 蛍光光源と、 該透明電極部に対応して設けられ、該蛍光 光源からの光を透過する色フィルタ とを具え、前記蛍光光源の蛍光波長が前記色フィルタの
   透過率の半値幅以内であることを特徴とする液晶カラー
   表示装置。