JP3027446B2 - 直視型カラー液晶表示装置 - Google Patents

直視型カラー液晶表示装置

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JP3027446B2 JP3233900A JP23390091A JP3027446B2 JP 3027446 B2 JP3027446 B2 JP 3027446B2 JP 3233900 A JP3233900 A JP 3233900A JP 23390091 A JP23390091 A JP 23390091A JP 3027446 B2 JP3027446 B2 JP 3027446B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、直視型のカラー液晶表示装置に
関する。
【0002】
【従来技術】現在、OA用の表示機器はCRTから液晶
表示装置へと移りつつある。特にパーソナルOA機器の
表示装置としては液晶が主流をしめる。これは、液晶を
用いればパーソナルOA機器として要求される、装置の
小型、軽量化、及び低消費電力化が可能なためである。
一方、情報の多様化及びソフトの充実に伴い、表示のカ
ラー化に対する要求も高まり、現在ではフルカラー液晶
表示装置を搭載した機器も商品化されている。液晶でカ
ラー表示を行なう手法としては、カラーフィルターを透
明電極パターンに合わせてそれぞれ形成し、液晶パネル
の裏面に光源を設置し、その透過光を利用してカラーフ
ィルターの色を認識する方法が最も一般的である。しか
し、この方法では照明装置を必要とし、しかも、通常偏
光子を二枚設置するTNモードや白黒STNモードで用
いられるため、表示が暗くなりやすいことから、高輝度
の照明を用いる必要がある。照明装置は、光源となる冷
陰極管あるいは熱陰極管等のランプ、導光板、拡散板よ
り構成されているため、液晶表示装置の薄型、軽量化を
図るのが非常にむずかしい。例えば、現在、エッジライ
ト方式に用いられるランプの径は最小でも4mmである
(Flat Panel Display 91)。一方、照明装置を用いるこ
とのもう一つの欠点は、消費電力が非常に大きくなるこ
とである。特に、高輝度の光源を用いた場合は顕著であ
り、例えば、持ち運び可能な電池駆動のパーソナルOA
機器等においては大きな問題となる。一方、近年、ポリ
マーのマトリックス中に液晶を分散させたポリマー分散
型あるいはポリマーネットワーク型液晶表示装置の提案
がなされている。この方法では、従来のTNあるいはS
TNタイプのカラー方式に比べて液晶層の厚さの影響を
受けにくく、大面積化が容易である。又偏光子を必要と
しないため、透過光強度が大きい、さらに視野角が広
い、応答性が良い等の優れた特徴を有する。これらの方
式を用いたカラー表示の試みもなされている。特開平1
-241520には、ポリマー分散型液晶を用い、一方の基板
上に形成された赤(R)、緑(G)、青(B)のカラー
フィルター、及び、黒の色素を使用した液晶カプセルと
により、RGB及び黒表示を行なう技術が示されてい
る。しかしながら、この方法では表示パネル裏面からの
照明光を用いることが前提となっているため、表示装置
の薄型化、低消費電力は望めない。又、電子通信学会技
法EID89-103 p15〜22には、紫外線重合化合物が形成す
る三次元網目構造中に液晶を分散させたポリマーネット
ワーク型液晶を液晶層に用いることにより、低電圧駆
動、優れた急峻性等の利点が得られることが示されてい
る。しかし、その文献はカラー表示の実施については何
ら言及していない。
【0003】
【目的】本発明の目的はこのような従来技術の実情に鑑
み、液晶パネル裏面からの照明を用いなくても充分なコ
ントラストでカラー表示を行なうことができ、しかも薄
型、軽量、低消費電力化が可能なカラー液晶表示装置を
提供する点にある。
【0004】
【構成】本発明は、液晶駆動用電極を設けた一対の基板
間に液晶を挟持し、前記液晶層が、ポリマーにより形成
された三次元網状構造に取り込まれるように、液晶を分
散させ、かつポリマー中に色素を添加させたポリマーネ
ットワーク型液晶からなる膜より構成され、前記一対の
基板のうち、表示装置の使用者が見る側を表基板、反対
側を裏基板とした場合に、裏基板上に液晶層を透過して
きた光を吸収させるための構造を設けたことを特徴とす
る直視型のカラー液晶表示装置に関する。裏基板上に設
けられた光を吸収させるための構造としては、 (1) 表示面側に設けられたカラーフィルタに対向して、
それぞれの色のカラーフィルタを透過する波長の光のみ
を吸収する材料を設けた構造 (2) 透過してきた光の波長にかかわらず可視光を吸収す
る材料を設けた構造 (3) 裏基板自体が透過してきた光の波長にかかわらず可
視光を吸収する材料である構造 (4) 光透過性の材料で形成された裏基板の外側に、透過
してきた光の波長にかかわらず可視光を吸収する材料、
あるいは表基板のカラーフィルタに対向してこれを透過
してきた波長の光のみを吸収する材料の層を設けた構造 (5) 画素電極上に導電性の光を吸収するような材料の層
を設けた構造 等があるが、いずれの構造においても液晶層を透過した
光が表示面側へ戻らないような構造をとっている。前記
液晶層を透過して来た光を吸収させるための構造として
は、裏基板に設けられたカラーフィルターであることが
できる。本発明において、液晶層は、マトリックス状の
表示画素毎にパターン化され、各パターンのポリマー中
には、R、G、Bの色素を各々添加し、裏基板上に設け
られた光を吸収させるための構造も前記液晶層の各パタ
ーンに対応してパターン化されたシアン、マゼンタ、イ
エローのカラーフィルターとする。前記液晶駆動用電極
は、各画素対応の非線形スイッチング素子により、電圧
のON,OFFを行うことが好ましい。また、液晶駆動
用電極を設けた一対の基板の少なくとも一方は透明で、
かつ可撓性を有するポリマー基板であることが好まし
い。
【0005】ポリマーネットワーク型液晶層は、例え
ば、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)15wt%のト
ルエン溶液に重量比で20:1の割合でネマチック液晶を
添加し、撹拌均一化した後駆動用電極上に塗布後加熱
し、溶媒を除去することにより、PMMA中に分散した
液晶層が作成される。このポリマーネットワーク型液晶
に用いられるポリマーとしては、アクリル樹脂、ポリス
チレン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、シ
ロキサンやエステル系等の高分子液晶(例えば、ポリ4-
シアノフェニル-4′-ヘキシルオキシベンゾエートメチ
ルシロキサン、ポリ4-メトキシフェニル-4′-プロピル
オキシベンゾエートメチルシロキサン等)、エポキシ樹
脂、ポリアミド等の通常の高分子化合物等が例示され
る。色素としてはアゾ系、アントラキノン系の色素が例
示される。液晶粒子含有量は、樹脂/液晶重量比が80
/20〜10/90が適当である。色素の含有量は、2
0wt%程度が適当である。このようなポリマーネット
ワーク型液晶からなる膜より形成された液晶層の厚さは
1〜10μm程度が適当である。ポリマー中に色素を添
加する方法は、所謂ポリマーネットワーク中の液晶に二
色性色素を添加する方法と同様で、樹脂、溶媒、色素、
液晶の混合液を撹拌均一化した後に基板上に塗布、加熱
して溶媒を除去して行なう。ここで色素としては樹脂中
に溶けやすく液晶に溶けにくい極性の強い色素、たとえ
ば水溶性の色素を選択するのが好ましい。
【0006】図1はポリマーネットワーク型液晶の基本
動作原理を示す図である。電極が形成された一対の基板
1、2を離間対向配置し、その間に液晶層を設けた構造
をしている。図中、4はポリマーネットワーク中に分散
している液晶、5は液晶分子、7は入射光を示す。液晶
層が電圧無印加時には、液晶分子5は一定方向に配列し
ていないため、入射光7は散乱され基板2に到達する光
はごくかぎられる。一方、電圧印加時には液晶分子が光
の透過方向に平行に配列するため(液晶が正の誘電異方
性を持つ場合)、光は液晶層を透過し基板2に到達す
る。本発明は、上記ポリマー中に色素9を添加し、基板
2を透過してきた光を吸収する構造を設けることによ
り、液晶層が電圧無印加時には基板1側から色素の色が
認識でき、電圧印加時には液晶層を透過した光が基板2
で吸収され、基板1側から見た場合に黒として認識でき
るようにして、直視型のカラー表示をおこなうことを特
徴とする。以下、本発明の直視型のカラー液晶表示装置
の具体例を図面に基づき詳細に説明する。図2中1,2
は駆動用電極を設けた基板を示し、1は表示面側(入射
光側)の基板である。3は液晶層である。図2のよう
に、液晶層3は各表示画素に対応してパターン化され、
R、G、Bの色素がそれぞれポリマー中に添加されてい
る。本発明では、電圧無印加状態で液晶層中の色素によ
り基板1側から見た場合に色が認識される。例えば、
R、G、Bの色素をそれぞれ含んだ液晶層3−R、3−
G、3−Bが全て電圧無印加の場合〔図2の(a)〕、
基板1側からはR、G、Bの全ての色が認識される。そ
れぞれの表示ドットが充分小さい場合は、白表示として
認識できる。この場合の色素の濃度は充分な着色が認め
られる程度で良い。一方、液晶層3が電圧印加状態にあ
るときは、R、G、B、それぞれの色素を含んだパター
ン化された液晶層(3R,3G,3B)を透過してきた
入射光は、それぞれR、G、Bの光として基板2に到達
する。ここで、基板2上には、透過してきたそれぞれの
光を吸収するような構造8が設けてある。例えば、R光
に対してはシアン、G光に対してはマゼンタ、B光に対
してはイエローのカラーフィルターが基板上に設けられ
ている。図2の(b)の使用態様の場合のように、Rの
液晶層3RがONで、G、Bの液晶層(3G,3B)が
OFF状態にあるときは、Rの液晶層3Rを透過した光
は基板2上に設けられたシアン色のフィルターに吸収さ
れ、基板1側から見た場合、黒表示となる。一方、G、
Bの液晶層3G,3Bでは、基板1側からはそれぞれ
G、Bの光が認識されるため、全体としては、シアンが
認識できる。同様に、GがON、B、RがOFFのとき
はマゼンタ、BがON、R、GがOFFのときはイエロ
ー、RとGがON、BがOFFのときは青、RとBがO
N、GがOFFのときは緑、GとBがON、GがOFF
のときは赤、R、G、BがすべてONのときは黒表示と
なる。本発明の構成を用い、文字、図等のカラー表示を
行なうためには、R、G、Bの各液晶層パターンを各表
示ドット画素として、各ドット画素に対応させて、例え
ば、基板2上にTFT、MIM等の非線形スイッチング
素子を設けてドット画素毎に駆動すればよい。
【0007】
【効果】液晶駆動用電極を設けた一対の基板間に、ポリ
マー中に色素を添加したポリマーネットワーク型あるい
はポリマー分散型液晶層を設け、前記基板のうち裏基板
上に液晶層を透過してきた光を吸収する構造を設けるこ
とにより、黒表示が可能となり、高コントラスト、低消
費電力、薄型、軽量な直視型のカラー液晶表示装置が可
能となった。液晶層を表示ドット毎にパターン化し、各
パターンのポリマー中にR、G、Bの色素をそれぞれ添
加し、さらに裏基板上に設けた上記の光吸収構造を液晶
層パターンに対応させてパターン化し(例えば液晶層の
R、G、Bに対応してシアン、マゼンタ、イエローのパ
ターン)、各ドット毎にTFT或いはMIM等の非線形
スイッチング素子を設けることにより、文字、図等のカ
ラー表示が可能となる。基板の少なくとも一方を透明
で、且つ、可撓性を有するポリマー基板とすることによ
り、本発明の液晶表示装置をさらに、薄型、軽量とする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】液晶の基本動作原理を示す図であり、(a)はオ
フ(OFF)時の、(b)はオン(ON)時の動作原理を示す。
【図2】本発明の具体例を示すモデル図であり、(a)
は、R、G、Bの全液晶層がすべて電圧無印加の場合で
あり、(b)は、Rの液晶層のみが電圧印加の状態にあ
り、GとBの液晶層は電圧無印加の状態にある場合を示
す。
【符号の説明】
1 入射光側または表示面側基板 2 対向基板または反射層側基板 3 液晶層 4 液晶 5 液晶分子 6 ポリマー 7 入射光 8 光吸収層 9 色素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−186816(JP,A) 特開 平3−186815(JP,A) 特開 平3−175421(JP,A) 特開 平1−309024(JP,A) 特開 平2−120827(JP,A) 特開 平1−130129(JP,A) 特表 平1−501342(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1334 G02F 1/137 500

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶駆動用電極を設けた一対の基板間に
    液晶を挟持し、前記液晶層が、ポリマーにより形成され
    た三次元網状構造に取り込まれるように液晶を分散さ
    せ、かつポリマー中に色素を添加させたポリマーネット
    ワーク型液晶からなる膜により構成され、前記一対の基
    板のうち、表示装置の使用者が見る側を表基板、反対側
    を裏基板とした場合に、裏基板上に液晶層を透過してき
    た光を吸収させるための構造を設けたことを特徴とする
    直視型のカラー液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記液晶層を透過してきた光を吸収させ
    るための構造が、裏基板上に設けられたカラーフィルタ
    ーである請求項1記載の直視型のカラー液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記液晶層はマトリックス状の表示画素
    毎にパターン化され、各パターンのポリマー中にはR、
    G、Bの色素を添加し、裏基板上に設けられた光を吸収
    させるための構造も前記液晶層の各パターンに対応して
    パターン化されたシアン、マゼンタ、イエローのカラー
    フィルターであることを特徴とする請求項1または2記
    載の直視型のカラー液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記液晶駆動用電極が各画素対応の非線
    形スイッチング素子により駆動されている請求項1、2
    または3記載の直視型のカラー液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 前記液晶駆動用電極を設けた一対の基板
    の少なくとも一方が透明で、かつ可撓性を有するポリマ
    ー基板である請求項1,2,3または4記載の直視型の
    カラー液晶表示装置。
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