(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極を有する第１の基板と、反射電極を有する第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に挟持された液晶層からなり、前記液晶層へ電界を印加しないときに黒表示となる液晶表示装置であって、
前記第２の基板上の前記反射電極と前記液晶層との間に電界発光層が設けられており、
前記透明電極と前記反射電極との間に印加される電界により前記液晶層の液晶を駆動すると共に前記電界発光層を発光させる
液晶表示装置。
【請求項２】
前記反射電極はアルミニウム、銀、これらの酸化物、又は合金のいずれかからなる請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射電極上に接して前記電界発光層が設けられ、
前記電界発光層上の前記液晶層と接する面に配向膜が設けられている請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第２の基板は前記反射電極に接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子を有し、前記ＴＦＴ素子により、前記液晶層を駆動すると共に前記電界発光層を駆動し発光させる請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層を駆動する回路と、前記電界発光層を駆動し発光させる回路とが共通である請求項４記載の液晶表示装置。
【請求項６】
電界発光層が、有機エレクトロルミネッセンス材料からなる請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項７】
ＲＧＢの各画素ごとに発光波長の異なる電界発光層が設けられている請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】
白色を発光する電界発光層が設けられている請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項９】
紫外線を発光する電界発光層が設けられている請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
第１の基板に透明電極を形成する工程と、
第２の基板に、反射電極を形成する工程と、
前記第２の基板上の反射電極に接して、電界発光層を形成する工程と、
前記透明電極の上、及び前記電界発光層の上に配向膜を形成する工程と、
前記第１及び第２の基板を対向させて貼り合わせ、双方の基板間に液晶材料を注入する工程と、を有し、
前記液晶材料より成る液晶層へ電界を印加しないときに黒表示となる液晶表示装置を製造する
液晶表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記電界発光層を有機エレクトロルミネッセンス材料から形成する請求項１０の製造方法。
【請求項１２】
液晶表示装置を備えた携帯用情報端末であって、
該液晶表示装置が、透明電極を有する第１の基板と、反射電極を有する第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に挟持された液晶層からなり、前記液晶層へ電界を印加しないときに黒表示となる液晶表示装置であり、
前記第２の基板上の前記反射電極と前記液晶層との間に電界発光層が設けられており、
前記透明電極と前記反射電極との間に印加される電界により前記液晶層の液晶を駆動すると共に前記電界発光層を発光させる
携帯用情報端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向する一対の基板間に、該基板間の電極で駆動される電界発光層を設けた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、ＣＲＴ等を用いた表示装置に比して軽量薄型であると共に、消費電力が低いという特徴を有しているため、携帯用情報端末の表示装置等として使用されている。
【０００３】
携帯用情報端末の表示装置には、軽量、薄型、低消費電力であると共に、あらゆる環境下で高い視認性を有する表示性能が要求される。しかしながら、従来の液晶表示装置のうち、透過型液晶表示装置はバックライトを有しているため、周囲が暗い場合には非常に見やすいが、一方で、太陽光等による非常に強い外光下ではほとんど見えなくなるという欠点がある。
【０００４】
反射型液晶表示装置は逆に、周囲が明るい場合には表示が見やすくなるが、一方で、周囲が暗い場合にはほとんど見えなくなるという欠点がある。このため、反射型液晶表示装置には、液晶パネルの上面に、導光板を備えたフロントライトを設けることが必要となっている。しかしながら、フロントライトを備えることにより、反射率の低下、コントラストの低下、外光の映り込み等が問題となっている。
【０００５】
このような透過型液晶表示装置や反射型液晶表示装置の問題点を解消するために、バックライト光の一部を透過させると共に、周囲光の一部を反射させ、透過表示と反射表示を一つの液晶表示装置で実現する半透過型液晶表示装置が開発されている。しかしながら、この液晶表示装置の表示特性は、透過表示時には従来の透過型液晶表示装置よりも劣り、反射表示時には従来の反射型液晶表示装置よりも劣るというものでしかない。特に、光透過率が低いので、透過表示時の輝度が著しく低くなり、これを補おうとするとバックライトの輝度を上げざるを得ず、結果的に消費電力が上昇するという問題がある。
【０００６】
また、液晶表示装置にバックライトもしくはフロントライトを設けると、モジュールの厚さや重量が大きくなるため、携帯用情報端末の用途には好ましくない。
【０００７】
一方、エレクトロルミネッセンス素子等の自己発光素子は、軽量、薄型、高コントラスト等の特徴を有し、高輝度であるためにある程度明るい環境下でも使用することができ、携帯用情報端末への利用が期待されている。
【０００８】
しかしながら、エレクトロルミネッセンス素子を用いたエレクトロルミネッセンス表示装置も太陽光等の非常に強い外光下では著しく視認性が低下する。また、消費電力が反射型液晶表示装置よりもかなり大きくなるという欠点がある。さらに、エレクトロルミネッセンス素子は寿命が短く、長期間の使用に耐えない。
【０００９】
以上のような問題点を有する液晶表示装置及びエレクトロルミネッセンス表示装置に対し、特開平９−５００３１号公報及び特開平１０−１２５４６１号公報には、液晶表示装置の背面に有機エレクトロルミネッセンス素子を設けた表示装置が開示されている。この表示装置は、明環境下では反射型液晶表示装置、暗環境下では有機エレクトロルミネッセンス素子をバックライトとした透過型液晶表示装置として用いることができる。この場合、反射表示時には、画素の全てを反射表示に使用し、透過表示時には画素の全てを透過表示に使用できるので、各環境下において高品位な表示が可能となる。
【００１０】
しかしながら、液晶表示装置と有機エレクトロルミネッセンス素子からなる光源とは別体となるため、モジュールの厚さや重量が大きくなるという欠点がある。また、暗環境下では、有機エレクトロルミネッセンス素子からなる光源を常時点灯することになるため、寿命が短いという欠点もある。
【００１１】
一方、特開平１１−２４９１３３号公報及び特開平１１−３０５２２４号公報には、反射型液晶表示装置の上面に有機エレクトロルミネッセンス素子を設けた表示装置が開示されている。この表示装置は、従来のフロントライトの問題点を解決しようとするものである。このうち特開平１１−２４９１３３号公報に記載の構成では、有機エレクトロルミネッセンス層と液晶表示装置との間に偏光板が必要とされる。しかしながら、偏光板上に有機エレクトロルミネッセンス層を形成することは困難である。液晶表示装置の透明基板の内側に偏光板を作り込むことも考えられるが、従来のフィルム型偏光板に比べて著しく特性が劣るので現実的でない。
【００１２】
特開平１１−３０５２２４号公報に記載の構成では、有機エレクトロルミネッセンス素子の金属電極が液晶表示装置の開口部と重ならないように、高精度な位置合わせが要求される。また、液晶パネルの上面全面に有機エレクトロルミネッセンス素子が設けられるので、従来のフロントライトを設けた液晶表示装置と同様に、反射率の低下、コントラストの低下、外光の映り込み等の問題が生じる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した、従来のバックライト又はフロントライトを有する液晶表示装置や、有機エレクトロルミネッセンス素子を光源として用いた液晶表示装置の問題点を解決し、暗環境下、明環境下のいずれにおいても高品位の表示を実現することができ、かつ、軽量薄型で消費電力が低く、携帯用情報端末の表示装置として好適な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液晶表示パネルを構成する一対の基板間に、液晶層と別個に電界発光層を設け、この電界発光層の発光のｏｎ−ｏｆｆを、液晶層を駆動する電極によって行うと、バックライトやフロントライトが不要となり、構造が極めて簡単で軽量薄型化を図ることができること、また、明環境下では、外光を利用して反射表示を行い、暗環境下では電界発光層を発光させることにより表示を行えること、この暗環境下の表示において、電界発光層は常時発光させ続けるのではなく、画素ごとの液晶層のスイッチングに応じて発光させるので、消費電力も低下させられることを見出した。
【００１５】
即ち、本発明は、透明電極を有する第１の基板と、反射電極を有する第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に挟持された液晶層からなり、液晶層へ電界を印加しないときに黒表示となる液晶表示装置であって、第２の基板上の反射電極と液晶層との間に電界発光層が設けられており、透明電極と反射電極との間に印加される電界により液晶層の液晶を駆動すると共に電界発光層を発光させる液晶表示装置を提供する。
【００１６】
液晶表示装置の態様として、第１に、液晶層兼電界発光層として、電界発光型液晶材料層が設けられている態様を提供し、本発明による液晶表示装置の態様として、第２に、液晶層と別個に電界発光層が設けられている態様を提供する。
【００１７】
また、上記第１の態様の液晶表示装置の製造方法として、片面に電極を備えた一対の基板を、電極を対向させて貼り合わせ、双方の基板間に液晶材料を注入し、液晶層へ電界を印加しないときに黒表示となる液晶表示装置を製造する方法であって、液晶材料として電界発光型液晶材料を注入する方法を提供する。
【００１８】
また、本発明による上記第２の態様の液晶表示装置の製造方法として、片面に電極を備えた一対の基板を、電極を対向させて貼り合わせ、双方の基板間に液晶材料を注入し、液晶層へ電界を印加しないときに黒表示となる液晶表示装置を製造する方法であって、基板の貼り合わせ前に、一方の基板の電極上に予め電界発光層を形成する方法を提供する。
【００１９】
さらに本発明は、液晶表示装置を備えた携帯用情報端末であって、該液晶表示装置が、互いに対向し、対向面側に電極を備えた一対の基板とこの一対の基板間に挟持された液晶層からなり、液晶層へ電界を印加しないときに黒表示となり、一対の基板間に前記電極で駆動される電界発光層が設けられている液晶表示装置である携帯用情報端末を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
【００２１】
図１は、本発明の液晶表示装置の一例の概略断面図であり、図２（ａ）は、この液晶表示装置の一画素分の駆動回路であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）中のＸ部位の下側基板の断面図、同図（ｃ）は、同図（ａ）中のＹ部位の下側基板の断面図である。
【００２２】
この液晶表示装置１Ａは、明環境下では反射型液晶表示装置として機能し、暗環境下では電界発光層の発光により表示を行う電界発光型液晶表示装置として機能するものである。
【００２３】
図１に示したように、この液晶表示装置１Ａの層構成は、従来の反射型液晶表示装置と同様であり、透明なガラス又はプラスチックからなる上側基板２と、反射層１１（図２（ｂ））を有する下側基板３が対向し、双方の基板間に液晶層４が挟持された液晶セルからなっている。
【００２４】
上側基板２の下側基板３との対向面側には、カラーフィルタ５、透明電極６、配向膜７ａが順次積層されており、上側基板２の液晶セルの外側面には偏光板８が設けられている。ここで、透明電極６は、ＩＴＯ等の透明導電膜からなり、配向膜７ａは、ポリイミド、ポリアミド等の薄膜に配向処理を施したものからなる。なお、カラーフィルタ５は、図示したように上側基板２上に形成する他、下側基板３上に形成してもよい。その場合、反射層１１上に形成することが好ましい。
【００２５】
一方、下側基板３の上側基板２と対向する面側には、反射電極９、配向膜７ｂが順次積層されている。この配向膜７ｂは、上側基板２の配向膜７ａと同様のものを設けることができる。
【００２６】
反射電極９は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、導電層１０とその上の反射層１１からなる。このうち導電層１０は、ＩＴＯ等の透明導電膜等から形成される。反射層１１は、Ａｌ、Ａｇ、これらの酸化物や、合金等の反射率の高い材料をスパッタ法、蒸着法等により成膜したものから形成される。なお、このような導電層１０と反射層１１の積層構成に代えて、導電層１０と反射層１１を一体とした一層の反射電極を上述の反射率の高い材料から形成してもよい。また、導電層１０と反射層１１を別個に設ける場合に、反射層１１は必ずしも導電層１０上に設けなくてもよく、例えば、下側基板３の下面（液晶セルの外側面）に設けてもよい。
【００２７】
また、下側基板３には、液晶層４をアクティブマトリクス駆動させるＴＦＴとその配線が形成されている。図２（ｂ）、（ｃ）において、符号１２はゲート絶縁膜、符号１３は層間絶縁膜、符号１４は平坦化層である。
【００２８】
この液晶表示装置１Ａにおいて、液晶層４としては、電界発光層ともなる液晶層兼電界発光層として、電界発光型液晶材料から形成される電界発光型液晶材料層２０が設けられている。
【００２９】
電界発光型液晶材料層２０の液晶層としての特性としては、水平配向、垂直配向のいずれでもよく、またネマチック液晶、スメクチック液晶のいずれでもよい。ネマチック液晶の場合、従来の液晶表示装置と同様のＴＮモードや垂直配向モードを使用することができるので好ましい。また、スメクチック液晶の場合、高速応答が可能で広視野角にすることができるので好ましい。特に、スメクチックＣ相を用いる場合には、液晶表示装置１Ａを、後述するノーマリーブラックモードに容易に作ることができるので好ましい。
【００３０】
一方、電界発光型液晶材料層２０の電界発光層としての特性は、上側基板２と下側基板３に形成された電極（透明電極６、反射電極９）で電圧の印加をｏｎ−ｏｆｆすることにより、発光の有無を制御できるものとする。
【００３１】
このように液晶層と電界発光層の特性を兼ね備えた電界発光型液晶材料としては、例えば、液晶層としてのスイッチングを５Ｖ程度で行うことができ、電界発光層としてのスイッチングを十数Ｖ以上で行うことができる材料、より具体的には、特開平１１−１１４５２６号公報に記載されている材料等を使用することができる。
【００３２】
この場合、電界発光型液晶材料層２０の駆動回路は、図２（ａ）に示したように、電界発光型液晶材料層２０を液晶層として駆動させるための駆動回路と、電界発光型液晶材料層２０を電界発光層として駆動させるための駆動回路とが同一のＴＦＴからなるアクティブマトリクスとし、電界発光型液晶材料層２０を電界発光させる場合には同図の回路により駆動し、電界発光させずに液晶層として駆動させる場合にはソースラインと電源ラインとを入れ替えて使用するものとすることが好ましい。これにより、上側基板２と下側基板３に形成された電極で、液晶のスイッチングと共に発光のスイッチングも同時に行うことができるので、暗環境下では、発光させることにより画像表示を行うことができ、明環境下では、発光させることなく、従来の反射型液晶表示装置と同様の反射表示を行うことができる。したがって、この液晶表示装置１Ａによればフロントライトやバックライトを必要とすることなく、高品位の画像表示を行うことができる。
【００３３】
また、この液晶表示装置１Ａによれば、電界発光型液晶材料層２０の発光時には、発光した光が反射層１１により一方に集められるので輝度を向上させることができる。
【００３４】
さらに、暗環境下で液晶表示装置１Ａを使用する場合に、電界発光型液晶材料層２０は常時すべての画素で発光し続けるのではなく、電界発光型液晶材料層２０の液晶層としてのスイッチングに対応して必要な画素のみで発光するので、消費電極を低減させることができ、また、有機エレクトロルミネッセンス素子を光源として用いた従来の液晶表示装置のような発光素子の寿命の問題も生じない。
【００３５】
また、このように電界発光型液晶材料層２０を設けた液晶表示装置１Ａを組むに際しては、液晶層としての電界発光型液晶材料層２０の配向方向と偏光板８の設置方向を調整することにより、液晶層が無電界時に黒表示となる、所謂ノーマリブラックモードとする。これにより、明環境下での反射表示時において、図３に示すように、電界発光型液晶材料層２０への電界をｏｆｆとすることにより黒表示し、電界をｏｎとすることにより白表示を行うことができ、また、暗環境下での表示時においても、図４に示すように、電界をｏｆｆとすることにより黒表示し、電界をｏｎとすることにより電界発光型液晶材料層２０を発光させて白表示することができる。これに対し、液晶表示装置を液晶層が無電界時に白表示となるノーマリホワイトモードとすると、電界発光型液晶材料層２０に電界を印加した場合の黒表示を行えないので好ましくない。
【００３６】
液晶表示素子１Ａの製造方法は、この液晶セル自体の構造を従来の反射型液晶表示装置と何ら変える必要がないため、液晶セルに従来の液晶材料に代えて電界発光型液晶材料を注入するだけでよい。即ち、上側電極２にカラーフィルタ５、透明電極６および配向膜７ａを順次形成し、一方、下側基板３に駆動回路、反射電極９、配向膜７ｂを順次形成し、これらを対向させて、所定のセルギャップで貼り合わせ、双方の基板間に電界発光型液晶材料を注入することにより形成できる。この製造方法においては、有機エレクトロルミネッセンス素子を光源として用いた従来の液晶表示装置のような蒸着法による有機エレクトロルミネッセンス層の形成も不要である。したがって、この液晶表示素子１Ａは、極めて簡便に製造できる。
【００３７】
本発明の液晶表示素子は、上述の態様他に種々の態様をとることができる。例えば、図１の液晶表示素子１Ａと同様に、液晶層４として電界発光型液晶材料層２０を設ける場合に、その電界発光型液晶材料層２０の駆動回路としては、図２（ａ）のように２系統の駆動回路を設けることなく、図５に示すように、従来の一般的な液晶表示装置のアクティブマトリクスと全く同様の駆動回路を使用してもよい。ただしこの場合、従来の液晶表示装置の駆動回路に比してＣｓ容量を大きくし、電界発光層としてのスイッチング電圧を確保できるようにすることが好ましく、そのためには、Ｃｓ容量に係るコンデンサーを例えば、反射層１１の下に十分な大きさで形成することが好ましい。
【００３８】
図６は、本発明の液晶表示装置のさらに異なる態様の概略断面図である。この液晶表示装置１Ｂは、上側基板２と下側基板３との間に、液晶層４と別個に、電界発光層２１を設けたものである。この場合、上側基板２は、図１の液晶表示装置１Ａと同様に透明基板からなり、その下側基板３との対向面上にはカラーフィルタ５、透明電極６、配向膜７ａが順次形成され、反対面上には偏光板８が積層されている。
【００３９】
一方、下側基板３の上側基板２との対向面上には、図１の液晶表示装置１Ａと同様に反射電極９が形成されるが、反射電極９上には電界発光層２１が設けられ、電界発光層２１上に配向膜７ｂが形成されている。
【００４０】
この液晶表示装置１Ｂにおいても、液晶層４も電界発光層２１も、反射電極９と透明電極６によって印加される電界によって駆動される。したがって、この液晶表示装置１Ｂによっても、明環境下では反射型液晶表示装置と同様に外光により反射表示させることができ、暗環境下では電界発光層２１を液晶層４のスイッチングに対応して必要な画素ごとに発光させることにより表示することができる。
【００４１】
この液晶表示装置１Ｂで使用する電界発光層２１には、液晶性は必要とされないので、その構成材料としては、前述の電界発光型液晶材料に限らず、例えば、特開２０００−１７３７７３号公報等に記載の公知の有機エレクトロルミネッセンス材料を使用することができる。また、電界発光層２１の層構成としては、例えば、正孔輸送層と電子輸送層の積層構造、あるいは正孔輸送層と発光材料層と電子輸送層の積層構造等とすることができる。
【００４２】
液晶表示装置１Ｂの製造方法としては、上側電極２にカラーフィルタ５、透明電極６および配向膜７ａを順次形成し、一方、下側基板３に駆動回路、反射電極９、電界発光層２１、配向膜７ｂを順次形成し、これらを対向させて、所定のセルギャップで貼り合わせ、双方の基板間に液晶材料を注入すればよい。この場合、電界発光層２１は、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子と同様に、蒸着法等によって形成することができる。
【００４３】
本発明において電界発光層は、前述の図１の態様のように電界発光型液晶材料層２０として設ける場合にも、図６の態様のように液晶性のない電界発光層２１として設ける場合にも、カラーフィルタ５のＲＧＢの各画素に対応させて、異なる発光波長の材料を使用することが好ましい。これにより電界発光層の発光時に容易にフルカラー表示を行うことができる。また、電界発光層を白色発光材料から形成する場合には、各画素ごとに発光波長の異なる材料を用いることなく、フルカラー表示を行うことができるので好ましい。さらに、電界発光層を紫外線を発光する材料から形成すると、発光体を用いてフルカラー表示をすることにより、色純度が良く、極めて高品位の表示をすることができるので好ましい。
【００４４】
本発明の液晶表示装置は、図７に示す携帯電話３０や、図８に示す携帯用端末器３１等のように、軽量薄型で消費電力が低く、明環境下においても暗環境下においても良好な視認性が必要とされる携帯用情報端末の液晶表示装置１として特に有用なものとなる。そこで、本発明は、本発明の液晶表示装置を備えた携帯用情報端末も包含する。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置は、明環境下では従来の反射型液晶表示装置と同様の反射表示をし、暗環境下では電界発光層を発光させて表示するので、バックライトやフロントライトが不要であり、極めて簡単な軽量薄型の構造とすることができ、また、反射表示時においても発光表示時においても、画素の全ての領域を表示の有効領域として用いる。したがって、本発明の液晶表示装置は、従来のフロントライトあるいはバックライトの付いた液晶表示装置よりも軽量薄型で高品位の表示を行うことができる。
【００４６】
また、本発明の液晶表示装置によれば、暗環境下の発光表示時において、電界発光層は常時発光し続けるのではなく、液晶層のスイッチングに対応して必要な画素が発光する。したがって、本発明の液晶表示装置は従来のエレクトロルミネッセンス表示装置に比べて消費電力が低く、寿命も長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の液晶表示装置の概略断面図である。
【図２】  本発明の液晶表示装置の一画素分の駆動回路とその下側基板の断面図である。
【図３】  本発明の液晶表示装置の明環境下における黒表示又は白表示の説明図である。
【図４】  本発明の液晶表示装置の暗環境下における黒表示又は白表示の説明図である。
【図５】  一般的な液晶表示装置のアクティブマトリクスの一画素分の駆動回路である。
【図６】  本発明の液晶表示装置の概略断面図である。
【図７】  携帯電話の外観図である。
【図８】  携帯用端末器の外観図である。
【符号の説明】
１Ａ…液晶表示装置、  ２…上側基板、  ３…下側基板、  ４…液晶層、  ５…カラーフィルタ、  ６…透明電極、  ７ａ、７ｂ…配向膜、  ８…偏光板、  ９…反射電極、  １０…導電層、  １１…反射層、  ２０…電界発光型液晶材料層、  ２１…液晶性のない電界発光層、  ３０…携帯電話、  ３１…携帯用端末器、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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