JPH0943586A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口率が大きく、表示が明るい液晶表示素子
を提供することである。 【解決手段】 ホワイトテーラ型の液晶表示素子のＴＦ
Ｔ基板１１の各画素領域にＴＦＴ２１と、ＴＦＴ２１上
に形成された白色下地層２２と、白色下地層２２の上に
形成された蛍光体層２３と、蛍光体層２３の上にＴＦＴ
２１に各画素領域の端部で接続されて各画素領域全面に
形成された画素電極２４とを配置する。画素電極２４は
ＴＦＴ２１上の各画素領域全面に形成されるため、表示
に寄与する面積は広い。従って、表示は明るくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は開口率が大きく、
表示が明るい液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＮ型の液晶表示素子では、外部からの
入射光が一方の偏光板により直線偏光とされて液晶層に
入射し、液晶層を通過した光のうち、他方の偏光板の透
過軸と平行な偏光成分のみが出射する。このため、偏光
板での光吸収による光量ロスが大きく、表示が暗いとい
う問題をもっている。

【０００３】この問題は、特に、液晶表示素子の裏面側
に反射板を配置した反射型液晶表示素子において顕著で
ある。より詳細に説明すると、反射型液晶表示素子は、
自然光または室内照明光を利用して表示するものであ
り、利用できる光自体が弱い。また、液晶表示素子の表
面側から入射した光が反射板で反射されて表面側に出射
するまでに、一対の偏光板を２度づつ通る。このため、
光の損失が大きく、表示が極端に暗くなる。

【０００４】裏面側にバックライトを配置して使用され
る透過型液晶表示素子では、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度づつ通る。このた
め、反射型液晶表示素子に比べれば偏光板での光の損失
は小さい。しかし、表示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。

【０００５】また、従来のカラー表示素子は、カラーフ
ィルタを用いて、透過光の所定波長域の光を吸収するこ
とにより透過光を着色して、カラー画像を表示してい
る。しかし、カラーフィルタの光吸収量は大きく、特
に、反射型の液晶表示素子では、光が２回カラーフィル
タを通るため、表示がかなり暗くなる。このため、カラ
ーフィルタを用いたＴＮ型の液晶表示素子は、特にその
表示が暗いという問題がある。

【０００６】明るいカラー画像を表示する液晶表示素子
として、液晶の複屈折性を利用した複屈折制御方式の液
晶表示素子が知られている。複屈折制御方式の液晶表示
素子は、液晶に電界を印加することにより液晶分子の配
列を変形し、その際の液晶セルの複屈折の変化を利用し
てカラー表示を行う。しかし、複屈折制御方式の液晶表
示素子はフルカラー化が難しいという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらの問題を解決す
るため、蛍光体層を用いて光を着色し、蛍光体層の下に
構成された白色下地層を用いて入射光を反射させる液晶
表示素子が提案されている。しかしこの液晶表示素子
は、図６に断面図で示すように、表示に寄与しないアク
ティブ素子としてのＴＦＴ２１と画素電極２４とが同一
基板（ＴＦＴ基板１１）上に構成され、図７に平面図で
示すように、ＴＦＴ２１は画素電極２４の一部の領域を
占有して形成されていた。従って、このような構成の液
晶表示素子は開口率が十分でなく、表示画像が十分明る
くないという問題があった。

【０００８】この発明は上記実状に鑑みてなされたもの
で、開口率が大きく表示画像の明るい液晶表示素子を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる液晶表示素子は、各画素領域に配
置されたアクティブ素子と、前記アクティブ素子の上に
配置された白色下地層と、前記白色下地層の上に配置さ
れた蛍光体層及び各画素領域全面に配置され前記アクテ
ィブ素子に接続された第１の電極と、が積層されて形成
された第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置さ
れ、前記第１の基板に対向する面に前記第１の電極に対
向する第２の電極が形成された第２の基板と、前記第１
と第２の基板間にツイスト配向状態で封止され、二色性
染料が添加された液晶と、を備えることを特徴とする。

【００１０】上記構成の液晶表示素子によれば、第１の
電極は各アクティブ素子上の画素領域全面に構成され
る。従って、アクティブ素子と第１の電極とが同一基板
上に形成された従来例に比べて表示に寄与する面積は広
くなる。従って、開口率は従来例よりも大きくなり、表
示画像は明るくなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
ホワイト・テーラー型のＴＦＴ液晶表示素子を例に図面
を参照して説明する。図１は本実施形態にかかる液晶表
示素子の断面構造を示し、図２はＴＦＴ基板の平面構造
を示し、図３は液晶表示素子の拡大断面構造を示し、図
４は対向基板の平面構造を示す。

【００１２】図１に示すように、この液晶表示素子はシ
ール材ＳＣにより接合された一対の透明基板１１、１２
と、一対の透明基板１１、１２間に封止された液晶１３
より構成される。液晶１３は、カイラル剤が添加された
ネマティック液晶から構成され、吸収率異方性が正の黒
色系の二色性染料を、例えば、０．５〜１０重量％程度
含んでいる。

【００１３】透明基板１１、１２はガラス、透明樹脂等
から構成される。下側の透明基板（以下、ＴＦＴ基板）
１１には、図１に示すように、アクティブ素子としての
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２１がマトリクス状に配置
されている。各画素領域には、ＴＦＴ２１を覆う白色下
地層２２と蛍光体層２３（２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ）と
がマトリクス状に配置されている。さらに、各蛍光体層
２３の上には、図２に示すように、ＴＦＴ２１の一部と
接続された透明電極（画素電極）２４が配置されてい
る。さらに、ＴＦＴ基板１１上には、各行の画素電極２
４と対向する複数の補償容量電極２６とが配置されてい
る。

【００１４】ＴＦＴ２１は、図３に示すように、ＴＦＴ
基板１１上に形成されたゲート電極２１１と、ゲート電
極２１１を覆うゲート絶縁膜２１２と、ゲート絶縁膜２
１２上にゲート電極２１１と対向させて形成されたａ−
Ｓｉ（アモルファスシリコン）等からなる真性半導体層
２１３と、真性半導体層２１３の両端部の上に形成され
たソース電極２１５及びドレイン電極２１４とから構成
されている。尚、真性半導体層２１３とソース電極２１
５及びドレイン電極２１４との間のオーミックコンタク
トを得るため、真性半導体層２１３とソース電極２１５
との間及び真性半導体層２１３とドレイン電極２１４と
の間にｎ型高濃度層を構成してもよい。

【００１５】各列のＴＦＴ２１のソース電極２１５は対
応するデータラインＤＬに接続され、各行のＴＦＴ２１
のゲート電極２１１は対応するゲートラインＧＬに接続
され、各ＴＦＴ２１のドレイン電極２１４は画素電極２
４に接続されている。

【００１６】補償容量電極２６は、図２に示すように、
行方向の複数の画素領域に対向する導体で形成され、電
極端子２７を介して、後述する対向電極３１と接続され
ている。補償容量電極２６は、対向する画素電極２４と
その間の蛍光体層２３及び白色下地層２２とで補償容量
を形成する。

【００１７】白色下地層２２は合成樹脂等の絶縁体から
構成され、ＴＦＴ２１及び補償容量電極２６を覆って各
画素領域のほぼ全体に形成される。蛍光体層２３は、異
なる色の蛍光を発する複数の蛍光体層、例えば、赤色の
蛍光を発する蛍光体層２３Ｒと、緑の蛍光を発する蛍光
体層２３Ｇと、青の蛍光を発する蛍光体層２３Ｂとを含
む。蛍光体層２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂは、フルカラー表
示が可能となるように、白色下地層２２の上に所定順序
で配置されている。

【００１８】各蛍光体層２３は、透明な樹脂基材と樹脂
基材に点在状態で混入された粒状の蛍光物質とから構成
される。樹脂基材は、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、
アルキド樹脂、芳香族スルホンアミド樹脂、ユリア樹
脂、メラミン樹脂、ベンゾクアミナン樹脂、及びそれら
の共縮重合体等からなる透明樹脂等から構成される。

【００１９】蛍光物質は、樹脂基材と同一の樹脂又は他
の透明樹脂を蛍光染料で染めた蛍光材を微細な粒状に粉
砕したものである。蛍光物質は、特定の波長域（蛍光物
質が発する蛍光の波長域）以外の光を吸収し、吸収した
光のエネルギーにより前記特定の波長域の光を発する波
長変換機能を有する。従って、蛍光体層２３から出射す
る光は、蛍光物質が発する蛍光の色に着色された光とな
る。

【００２０】各画素電極２４は、ＩＴＯ（インジウムと
スズの酸化物）等からなる透明導電膜から形成され、白
色下地層２２に形成されたコンタクトホールを介して各
画素領域の端部で、ＴＦＴ２１のドレイン電極２１４に
接続され、ＴＦＴ２１上を含む各画素領域のほぼ全面に
配置される。画素電極２４には、ＴＦＴ２１を介して信
号電圧（書き込み電圧）が印加される。

【００２１】各画素電極２４の上には、ポリイミド等か
らなる配向膜２５が全体を覆って形成されている。

【００２２】一方、上側の透明基板（以下、対向基板）
１２上には図１及び図４に示すように、画素電極２４と
対向した領域の全面に一枚の透明電極（対向電極）３１
が形成されている。対向電極３１は、ＩＴＯ等から形成
される。対向電極３１は電極端子３７に接続され、所定
の基準電圧（コモン電圧）が印加される。

【００２３】対向電極３１の上には、ポリイミド等から
なる配向膜３６が形成されている。図１で上側の配向膜
３６には、図５の実線で示す方向（０°の方向）にラビ
ング等の配向処理が施され、下側の配向膜２５には、図
５の破線で示す方向（９０°の方向）に配向処理が施さ
れている。

【００２４】液晶１３及び液晶１３に添加された二色性
染料は、配向膜３６、２５の配向処理に従って対向基板
１２側からＴＦＴ基板１１側に向かって、図５に示す反
時計回り方向に９０゜（０゜〜−９０゜）ツイストして
配向している。

【００２５】このような構成の液晶表示素子において、
画素電極２４と対向電極３１との間に電圧が印加されな
い状態、即ち、液晶１３に電界が印加されていない状態
では、液晶１３の分子及び液晶１３に添加された二色性
染料の分子は、基板とほぼ平行に配向し、一方の基板か
ら他方の基板に向かってほぼ９０゜ツイストした配向状
態を維持する。このため、液晶表示素子に入射した光は
二色性染料により吸収される。二色性染料により吸収さ
れなかった光は、白色下地層２２で反射され、再び二色
性染料により吸収される。従って、外部に出射する光は
ほとんどなく、表示は暗状態となる。

【００２６】これに対し、液晶１３に十分大きい電界が
印加された場合は、液晶１３及び二色性染料は基板に対
してほぼ垂直に配向する。このため、液晶表示素子に入
射した光は二色性染料によりほとんど吸収されずに液晶
１３を通過する。液晶１３を通過した光は白色下地層２
２で反射され、再び液晶１３を通過して外部に出射す
る。従って、表示は明状態となる。

【００２７】また、液晶１３に中間の電界が印加された
場合は、電界の大きさに従ったチルト角で液晶１３及び
二色性染料はツイストして配向する。このため、液晶表
示素子に入射した光はチルト角に応じた量だけ液晶１３
を通過して白色下地層２２で反射され、反射光のうちチ
ルト角に応じた量だけが液晶１３を通過し、外部に出射
する。従って、表示は電界の大きさに応じた中間調状態
となる。

【００２８】このように、液晶１３に印加される電界を
制御することにより、表示階調を制御することができ
る。

【００２９】また、入射光は赤の蛍光体層２３Ｒで赤色
に、緑の蛍光体層２３Ｇで緑色に、青の蛍光体層２３Ｂ
で青色にそれぞれ着色される。従って、表示はフルカラ
ーとなる。

【００３０】このような構成の液晶表示素子は、液晶１
３に添加した二色性染料による光の吸収・透過を制御す
るホワイトテーラー型であり、偏光板を使用していない
ため、表示画像が明るい。

【００３１】さらに、図２、図３に示すように、画素電
極２４はＴＦＴ２１、データラインＤＬ、補償容量電極
２６の上の画素領域の全面に構成されている。従って、
ＴＦＴ２１と画素電極２４とが同一基板上に形成されて
いる場合よりも表示に寄与する画素電極２４の面積は広
く、開口率は大きい。従って、従来例の蛍光体層を用い
た液晶表示素子よりも表示が明るくなる。

【００３２】また、蛍光体層２３の下に白色下地層２２
が形成されているので、反射光の強度が強くなり、表示
が明るくなる。

【００３３】また、ソース電極２１５、データラインＤ
Ｌ等は画素電極２４及び白色下地層２２の下に構成され
る。このため、液晶表示素子に入射した光はソース電極
２１５、データラインＤＬ等の配線部までは届かない。
従って、ソース電極２１５、データラインＤＬ等の配線
は開口率を考慮にいれずに線幅を太くすることができ、
抵抗値を小さくすることができる。同様に、補償容量電
極２６の大きさも開口率を考慮にいれずに設定できるた
め、最適な値の補償容量が構成できる。

【００３４】画素電極２４とドレイン電極２１４とは画
素領域の端部で接続されているため、蛍光体層２３と白
色下地層２２を均一な層とすることができ、蛍光強度の
むら等を防ぐことができる。

【００３５】画素電極２４は白色下地層２２及び蛍光体
層２３等の絶縁層の上に構成されるため、画素電極２４
が絶縁層の下に構成された場合に駆動電圧が絶縁層で降
圧される事態を防止することができ、駆動電圧を小さく
することができる。

【００３６】凹凸の多いＴＦＴ２１を白色下地層２２で
覆うため、配向膜２５を比較的平坦に構成できる。従っ
て、液晶１３の配向不良等を起きにくくすることができ
る。

【００３７】この発明は上記実施形態に限定されず、種
々の変形及び応用が可能である。例えば、上記実施形態
においては、画素電極２４を蛍光体層２３の上に形成し
たが、白色下地層２２の上の各画素領域全体に透明導電
膜から構成される画素電極２４を形成し、その上に蛍光
体層２３を形成してもよい。

【００３８】上記実施形態においては、ＴＦＴをアクテ
ィブ素子とする液晶表示素子を例にこの発明を説明した
が、この発明は、ＭＩＭをアクティブ素子とする液晶表
示素子にも適用可能である。

【００３９】この発明は、液晶１３が９０゜ツイスト配
向したホワイト・テーラー型液晶表示素子に限らず、９
０゜以上ツイスト配向したホワイト・テーラー型液晶表
示素子等にも同様に適用可能である。

【００４０】また、ホワイト・テーラー型に限らず、偏
光板を使用するＴＮ、ＳＴＮモードの反射型液晶表示素
子に、画素電極２４、蛍光体層２３、白色下地層２２を
積層して配置してもよい。この場合、対向基板１２の外
側に偏光板を配置した構成にする。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、アクティブ素子上に白色下地層を構成し、白色下地
層の上に蛍光体層及び各画素領域全面に配置された画素
電極を構成することにより、開口率が大きく表示画像の
明るい液晶表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態にかかるホワイト・テーラ
ー型ＴＮ液晶表示素子の構成を示す断面図である。

【図２】ＴＦＴ基板の構成を示す平面図である。

【図３】液晶表示素子の一画素分の構成を拡大して示す
断面図である。

【図４】対向基板の電極の構成を示す平面図である。

【図５】配向処理の方向と液晶のツイスト方向を示す図
である。

【図６】従来の液晶表示素子の構成を示す断面図であ
る。

【図７】従来の液晶表示素子のＴＦＴ基板の構成を示す
平面図である。

【符号の説明】

１１・・・ＴＦＴ基板、１２・・・対向基板、１３・・・液晶、
２１・・・ＴＦＴ、２１１・・・ゲート電極、２１２・・・ゲー
ト絶縁膜、２１３・・・真性半導体層、２１４・・・ドレイン
電極、２１５・・・ソース電極、２２・・・白色下地層、２３
Ｒ・２３Ｇ・２３Ｂ・・・蛍光体層、２４画素電極、２５・
・・配向膜、２６・・・補償容量電極、３１・・・対向電極、３
６・・・配向膜、３７・・・電極端子、ＳＣ・・・シール材、Ｇ
Ｌ・・・ゲートライン、ＤＬ・・・データライン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各画素領域に配置されたアクティブ素子
   と、前記アクティブ素子の上に配置された白色下地層
   と、前記白色下地層の上に配置された蛍光体層及び各画
   素領域全面に配置され前記アクティブ素子に接続された
   第１の電極と、が積層されて形成された第１の基板と、 前記第１の基板に対向して配置され、前記第１の基板に
   対向する面に前記第１の電極に対向する第２の電極が形
   成された第２の基板と、 前記第１と第２の基板間にツイスト配向状態で封止さ
   れ、二色性染料が添加された液晶と、 を備えることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】前記蛍光体層は前記白色下地層の上に形成
   され、前記第１の電極は前記蛍光体層の上に形成された
   透明導電膜から構成されている、ことを特徴とする請求
   項１に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】前記第１の電極は前記白色下地層の上に形
   成された透明導電膜から構成され、前記蛍光体層は前記
   第１の電極の上に形成されている、ことを特徴とする請
   求項１に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】前記蛍光体層は、赤色、緑色、青色のうち
   少なくとも１色の蛍光を発する蛍光物質が添加された樹
   脂から構成されるていることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれか一つに記載の液晶表示素子。