JPH03122619A - カラー液晶表示装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、カラー液晶表示装置に関する。

従来の技術 従来、表示が明るくしがも表示コントラストの良好な液
晶表示装置として、積層配置された２つの液晶層のそれ
ぞれにカラー偏光子を組合わせた構成のものが提案され
ている。

本件発明者らは、表示に寄与する絵素の数の増加と表示
コントラストの向上を可能にするカラー液晶表示装置と
して、２つの液晶層のそれぞれに、吸収軸方向が互いに
直交しかつ互いに補色関係にあるカラー偏光子対を多数
パターン化して積層配置したものを先に提案しく特願昭
６２−９９３２２号）、さらにこれらカラー偏光子対を
各絵素毎にパターン化することなく各々全面に亘って同
一組合わせで構成したカラー液晶表示装置を開発してい
る。

このような液晶表示装置では、液晶をスイッチとして直
ａＩ！光の方向を切り替え、その直線偏光を上下の液晶
層のいずれかのカラー偏光子で吸収させることによって
、全絵素で赤、緑、青の単色表示および黒表示が可能で
ある。

発明が解決しようとする課題 しかながら、上述した従来のカラー液晶表示装置では、
（１）２つの液晶層の間で、液晶層のセル厚ｄと屈折率
異方性Δｎとの積（以下、リタデーションとも呼ぶ）Δ
ｎ−ｄの大小関係について考慮が払われなかったこと、
（２）２つの液晶層の間に介在する中央基板に対して、
これに接する各液晶層の液晶分子の長軸方向が一致する
構成としていたこと、（３）２つの液晶層の捩れ方向を
同じにしていたこと、 などの理由で、このカラー液晶表示装置に電圧を印加し
たとき第５図に示すように赤、緑、青の各色別に透過率
特性がずれ、特にしきい電圧以下で光の洩れがあること
から、電圧を印加して色を表示させるいわゆるノーマリ
・ブラック・タイプの場合には無電界時の表示面に色付
きが生じるという問題があった。

したがって本発明の目的は、表示が明るく表示コントラ
ストに優れ、しかも色洩れのないカラー液晶表示装置を
提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、中央基板を介して積層配置され、電圧の印加
または非印加によって入射偏光方向を９０°回転させる
状態または入射偏光をそのまま透過させる状態に選択的
に設定し得る第１および第２の液晶層と、 第１および第２の液晶層のそれぞれに積層配置され、吸
収軸方向が互いに直交しがつそれぞれ補色関係にあるカ
ラー偏光子対と、 第１の液晶層の入射光側に配置された中性偏光子とを含
み、 液晶層のセル厚ｄと液晶の屈折率異方性ΔＩ＋との積Δ
ｎ−ｄが第１の液晶層と第２の液晶層とでほぼ等しく、
中央基板に接する第１の液晶層の分子長軸と第２の液晶
層の分子長軸とが直交し、かつ第１および第２の液晶層
の捩れ方向が互いに逆向きであることを特徴とするカラ
ー液晶表示装置である。

作　　用 本発明に従えば、各液晶層が捩れ状態の際に、第１の液
晶層で入射した直線偏光は楕円偏光となって第２の液晶
層へ入射するが、第２の液晶層は第１の液晶層に対して
逆方向に捩れているため、第１の液晶層によって楕円偏
光にずれた分、が第２の液晶層で補正されてほぼ直線偏
光に戻され、楕円偏光に基づく無電界時の色付きが改善
される。

また、第１および第２の液晶層のリタデーションΔｒ＋
−ｄが一致していること、さらに中央基板に接している
第１および第２の液晶層の液晶分子の長袖方向が互いに
直交していることから、上記色付きがさらに改善される
ことになる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例であるカラー液晶表示装置
の概略的な構成を示す縦断面図である。

ガラス基板１ａと中央基板２との間には、第１の液晶層
１０が介在され、そのガラス基板１ａの中央基板２に対
向する表面には透明電極Ｙ１が形成されている。またガ
ラス基板１ｂは、中央基板２の基体となる基板であって
、そのガラス基板１ｂのガラス基板１ａに対向する表面
（第１の液晶層１０側）には赤およびシアンの一対のカ
ラー偏光子３，４が１１１！して配置されており、その
上にさらに透明電極Ｘｌｌ、Ｘ１２．Ｘ１３．Ｘ１４が
形成されている。

ガラス基板１ｃと上記中央基板２との間には、第２の液
晶層１１が介在され、そのガラス基板ＩＣの中央基板２
に対向する表面にはマゼンタおよび緑の一対のカラー偏
光子５．６がＷＩ層して配置されており、その上に上記
透明電極Ｘｌｌ〜Ｘ１４に対応して透明電極Ｘ２１．Ｘ
２２．Ｘ２３゜Ｘ２４が形成されている。また中央基板
２を構成するガラス基板１ｂのガラス基板１ｃに対向す
る表面（第２の液晶層１１側）には、上記透明電極Ｙ１
に対応して透明電極Ｙ２が形成されている。

上記各透明電極Ｘｉｌ〜Ｘ１４；Ｘ２１〜×２４；Ｙｌ
、Ｙ２は、ＩＴＯ（インジュウムｎ　ｍ　化物）などか
ら成り、これら透明電極の上には有機あるいは無機の液
晶分子配向膜が形成されている。

また、ガラス基板１ａの入射光側には中央偏光子７が配
置されている。

なお、第１図において、矢符８は中性偏光子７の偏光軸
の方向を示し、矢符９．ｔｏ、ｔｔおよび１２はそれぞ
れ赤のカラー偏光子３、シアンのカラー偏光子４、マゼ
ンタのカラー偏光子５および緑のカラー偏光子６の吸収
軸の方向を示している。すなわち、上記各カラー偏光子
対の吸収軸の方向は互いに直交するように構成されてい
る。

第２図は、第１図のセル構成における第１および第２の
液晶層１０．１１の捩れ方向を模式的に示す斜視図であ
る。第１の液晶Ｍ１０における液晶分子１３の配列は、
右捩れ（捩れ角が９０°で、ガラス基板１ａ側から見た
その捩れ方向を同図に矢符Ａで示す）とされており、光
学活性物質としてメルク社製ＣＢ−１５； Ｈｓ を添加したネマチック液晶が用いられている。

方、第２の液晶Ｊｌｌｌは左捩れ（捩れ角が９０゜で、
ガラス基板１ａ側から見たその捩れ方向を同図に矢符Ｂ
で示す）とされており、光学活性物質としてコレステリ
ルノナノエート（メルク社製、Ｓ−８１１）を添加した
ネマチック液晶が用いられている。

また、各透明電極Ｘ１１〜ｘ１４；Ｘ２１〜×２４；Ｙ
ｌ、Ｙ２上の配向膜に対する配向処理は、第１および第
２の液晶層１０．１１の中央基板２に接する液晶分子の
長軸が互いに直交するように施されている。この配向処
理として、従来から行われている無機材料による斜方蒸
着法や、ポリイミドなどの高分子膜からなる配向膜にラ
ビング処理を施すラビング法などが適用される。

さらに、第１．および第２の液晶１１１１０．１１の間
では、これらのリタデーションΔｎ−ｄがほぼ同じにな
るように液晶層のセル厚ｄおよび液晶の屈折率異方性Δ
ｎがそれぞれ設定されている。ここでは、均一なセル厚
ｄを得て第１および第２の液晶層１０．１１のリタデー
ションΔｎ−ｄを等しくするために、両方の液晶層１０
．１１中の全面にガラス粒子からなる５μｍ径のスペー
サが散布されている。スペーサの散布方法は公知のドラ
イプロセスによって行われる。

次に、上記カラー液晶表示装置の動作原理を第１図に基
づいて説明する０着目する絵素における第１および第２
の液晶層１０．１１がともに無電界状態のとき、先ず中
性偏光子７に入射した光は紙面に平行な直線偏光となり
、その直線偏光が第１の液晶層１０に入射し、電圧の印
加されていない透明型＆Ｘ１１の部分では直線偏光が９
０”捩れるため２層目の赤のカラー偏光子３で着色され
、第１の液晶層を通過する。このとき、もう一方のカラ
ー偏光子４の吸収軸と偏光方向は一致しないため、着色
光はそのまま偏光子４を通過する。そ着色光はさらに第
２の液晶層１１でも同様に９０°捩れ１Ｎ目の緑のカラ
ー偏光子６（緑以外は吸収する）で吸収されてしまうた
め、赤の光はカットされ黒の表示となる。

着目する絵素において赤の単色表示を行う場合、第１の
液晶層１０は、無電界状態にされる一方、第２の液晶層
１１には電圧が印加されて液晶層ｌｌの捩れが解かれる
。第１の液晶層１０に入射した偏光はその液晶層１０の
２Ｎ目の赤のカラー偏光子３で着色されたあと第２の液
晶１１１１に入射するが、第２の液晶層１１では電圧印
加によって捩れが解かれ液晶分子１３が垂直に配列され
るため、その液晶層１１の２層目のマゼンタのカラー偏
光子５（赤と青を通過する）を赤色光がそのまま通過し
赤の単色表示が行われる（図中Ｒ参照）。

このとき、偏光子６は吸収軸と偏光方向が不一致のため
作用しない。

次に着目する絵素において緑の単色表示を行う場合、第
１および第２の液晶層１０．１１に電圧が印加され液晶
層１０．１１の捩れはともに解かれる。このとき、第１
の液晶層１０に入射した偏光は１層目のシアンのカラー
偏光子４でシアン色に着色され、第２の液晶層１１では
ＩＮ目の緑のカラー偏光子６でその青色成分が吸収され
て緑の単色表示が行われる（図中Ｇ参照）。

次に着目する絵素において青の単色表示を行う場合、第
１の液晶層１０には電圧が印加されて液晶Ｎ１０の捩れ
が解かれる一方、第２の液晶層１１は無電界状態にされ
る。このとき、第１の液晶層１０に入射した偏光はその
液晶層１０の１層目のシアンのカラー層光子４で着色さ
れたあと第２の液晶層１１に入射し、第２の液晶層１１
でマゼンタのカラー偏光子５でその緑色成分が吸収され
、最終的に青の単色表示が行われる〈図中Ｂ参照）。

以上は赤、緑、青の単色表示の場合の説明であるが、各
絵素毎に赤、緑、青の色を選択して表示することで、複
数絵素の単色の混合によりシアン、マゼンタ、イエロー
あるいは白などの表示を自由に行うことができる。

第３図は、上記カラー液晶表示装置における透過率の電
圧依存性を示すグラフである。このグラフから明らかな
ように、上記カラー液晶表示装置では特にしきい電圧以
下での赤、緑、青の透過率が、第５図に示す従来例の透
過率特性と比較して低く、しかも３者が揃っていること
から電圧オフ時では、真黒な黒表示を行うことができる
。

第４図は、上記カラー液晶表示装置における電圧オフ時
での透過率とリタデーションΔｎ−ｄとの関係を示すグ
ラフである。同図においてΔｎ１ｄ１は第１の液晶層１
０のリタデーションを示し、Δｎ２・ｄ２は第２の液晶
層１１のリタデーションを示す、このグラフから明らが
なように、第１および第２の液晶７１１０．１１のリタ
デーションΔｎ−ｄを同じ値に設定したとき（上記カラ
ー液晶表示装置に適用される設定条件）、電圧オフ時の
透過率が最小となる。

なお、上記カラー液晶表示装置において、配向層として
ラビング処理されたポリイミド孜を形成し、液晶材料と
してネマティック液晶ＺＬＩ−３２８１（メルク社製）
を用い、光学活性物質として第１の液晶層１０にコレス
テリルノナノエートを０．５ｗｔ％、第２の液晶層１１
にＣＢ−１５（メルク社製）を０．１５ｗｔ％添加して
、ネマティック液晶分子を第１の液晶層１０で左の捩れ
方向、第２の液晶層１１で右の捩れ方向に配向させ、そ
の他の条件については上記カラー液晶表示装置と同じに
した場合にも同様の結果が得られた。

発明の効果 以上のように、本発明のカラー液晶表示装置によれば、
第１および第２の液晶層の捩れ方向を互いに逆にし、こ
れらの液晶層の中央基板に接する分子長軸の方向を互い
に直交させ、かつこれらの液晶層のリタデーションΔｎ
−ｄをほぼ等しくしているので、楕円偏光に起因する無
電界時の着色を防止でき、その結果、表示が明るく表示
コントラストに優れ、しかも色洩れのない色再現性の良
好な多色表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるカラー液晶表示装置の
概略的な構成を示す縦断面図、第２図はそのカラー液晶
表示装置における液晶層の捩れ方向を模式的に示す斜視
図、第３図はそのカラー液晶表示装置における透過率と
印加電圧との関係を示すグラフ、第４図はそのカラー液
晶表示装置における各液晶層のリタデーションΔｎ−ｄ
と透過率との関部を示すグラフ、第５図は従来のカラー
液晶表示装置における透過率と印加電圧との関係を示す
グラフである。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ・・・ガラス基板、２・・・中央基板
、３・・・赤のカラー偏光子、４・・・シアンのカラー
偏光子、５・・・マゼンタのカラー偏光子、６・・・緑
のカラー偏光子、７・・・中性偏光子、１ｏ・・・第１
の液晶層、１１　・・・第２の液晶層、Ｘ１１〜ｘ１４
．Ｘ２１〜Ｘ２４．Ｙｌ、Ｙ２・・・透明電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 中央基板を介して積層配置され、電圧の印加または非印
   加によって入射偏光方向を９０°回転させる状態または
   入射偏光をそのまま透過させる状態に選択的に設定し得
   る第１および第２の液晶層と、 第１および第２の液晶層のそれぞれに積層配置され、吸
   収軸方向が互いに直交しかつそれぞれ補色関係にあるカ
   ラー偏光子対と、 第１の液晶層の入射光側に配置された中性偏光子とを含
   み、 液晶層のセル厚ｄと液晶の屈折率異方性Δｎとの積Δｎ
   ・ｄが第１の液晶層と第２の液晶層とでほぼ等しく、中
   央基板に接する第１の液晶層の分子長軸と第２の液晶層
   の分子長軸とが直交し、かつ第１および第２の液晶層の
   捩れ方向が互いに逆向きであることを特徴とするカラー
   液晶表示装置。