JPH0455830A - 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、カラー表示を行うことができる２層型のカラ
ー液晶表示装置に関する。

従来の技術 第９図は、従来のセグメント型液晶表示装置１の断面図
である。透明基板４ａの一方表面には、たとえば第７図
紙面に平行方向に延びて形成される帯状の３色のフィル
タ、たとえば赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィル
タから成るカラーフィルタ５がほぼ全面に亘って設けら
れている。カラーフィルタ５上には複数の透光性を有す
るセグメント電極６が形成される。さらにセグメント電
極６上には、配向１ｉ７ａが形成されている。

透明基板４ｂの一方表面には、複数の透光性を有するコ
モンｔ′Ｆｉ８が形成され、さらにコモン電極８上には
配向膜７ｂが形成されている。透明基板４ａ、４ｂは、
配向膜７ａ、７ｂが形成された表面が互いに向き合うよ
うに配置され、ツィステッドネマティック液晶っけ透明
基板４ａ、４ｂの間に介在され、シール樹脂１ｏによっ
て封止されている。

上述のようにストライプ（帯ン状のカラーフィルタ５を
表示領域全面に形成したセグメント型カラー液晶表示装
置１は、偏光板の配置によって、いわゆるノーマリホワ
イト表示とノーマリブラック表示とを選択できる。ノー
マリブラック表示の場合、入射光が液晶中での旋光分散
現象により楕円偏光となり、電圧無印加の状態において
も液晶層を透過する漏れ光が生じ、表示画面でのコント
ラストの低下が発生する。

第１０図には、従来のセグメント型液晶表示装置１にお
ける視角特性が示されている。実線１１〜１４は、それ
ぞれコントラストＣ０ＮＴが１０．２０．３０．４０の
ときの等コントラスト曲線を示している。したがって、
等コントラスト曲線１１〜１４によってそれぞれ囲まれ
た領域は、コントラストＣ０ＮＴが、１０．２ｏ、３ｏ
、４ｏのときの視角範囲である６ コントラストの低下を解消するために、２Ｍ型の液晶表
示装置が開発されている（特公昭６３５３５２８、特開
昭６３−２３４２２５）、２層型の液晶表示装置では、
液晶分子をライステラＩ、ネマティック配向させた２つ
の液晶素子が重ね合わせられる。２つの液晶素子の一方
は、白黒表示を行うために設けられた表示用液晶素子て
あり、もう一方は前記表示用液晶素子を透過した際に生
じる楕円偏光を直線偏光に戻すための補償用液晶素子で
ある。

表示用液晶素子を構成する２つの透明基板の内面には、
液晶層に電圧を印加するための透明ｆ極が設けられてい
る０表示用液晶素子と補償用液晶素子とにおいて、液晶
分子の長軸は光の進行方向に垂直な面とほぼ平行であり
、液晶分子は液晶素子の一方基板から他方基板にかけて
徐々にねじれながら螺旋状に配向している。さらに、表
示用液晶素子と補償用液晶素子とにおいては、液晶分子
は互いに逆の螺旋方向に配向している。また、２つの液
晶素子が互いに最近接する部分では、それぞれの液晶素
子の液晶分子の配向方向が互いに直交するように配置さ
れている。

表示用液晶素子とは逆の螺旋方向を有する補償用液晶素
子を用いれば１表示用液晶素子で旋光分散によって楕円
偏光となった光は、補償用液晶素子での旋光分散によっ
て直！１ｆｉｉ光に戻される。このように２層型液晶表
示装置では楕円偏光による光の漏れが防止され、ノーマ
リブラック表示でのコントラストを改善できると同時に
、着色のない黒色の状態を得ることができる。

発明が解決しようとする課題 上述のように、カラーフィルタ５を帯状に配列した液晶
表示装置１ｌＦ１においては、色の種類の異なるカラー
フィルタを組み合わせてカラーフィルタの色彩とは異な
る色彩を表示させる際に、表示される色彩の混合度や表
示色の鮮明度が低下し、表示品位が劣化するという問題
があった。

また、液晶表示装置１は一層楕遣であるので、光の漏れ
が発生し、ノーマリブラック表示でのコントラストか低
下するという問題があった。

本発明の目的は、上記技術的課題を解決し、いわゆるノ
ーマリブランク表示でのカラー表示において、コントラ
ストの低下を防止すると共に、着色のない黒色を表示す
ることができる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、それぞれ一対の透光性基板を有する第１およ
び第２液晶素子を積層したカラー液晶表示装置において
、 第１液晶素子は、 液晶分子を予め定める配向方向に螺旋状に配向した第１
液晶層と、 表示領域の全面に亘って設けられ、透過光を予め定める
複数の種類の色彩のいずれか１つの色彩のにそれぞれ選
択する複数の色彩選択部材と、第１液晶層側の表示領域
内に設けられ、表示領域に表示すべき予め定める色彩に
対応して選択される前記複数の色彩選択部材に対応する
範囲に形成される透明ｔｉとを含み、 第２液晶素子は、 液晶分子を、前記第１液晶層の液晶分子の配向方向とは
逆方向となるように螺旋状に配向した第２液晶１とを含
むこと３特徴とするカラー液晶表示装置。

作　　用 本発明に従えば、電圧遮断時においてカラー液晶表示装
置を光が透過しないように第１および第２液晶素子を積
層することによって、っｔす、相互に最近接する液晶分
子の配向方向が直交するように積層することによって、
背景色を黒色とするノーマリブラック表示を行うことが
できる。ここで、第１液晶素子において表示電極を所望
の色彩選択部材に対応して形成し、この表示電極に電圧
を印加することによって光は第１液晶層を透過すること
ができる。この透過光は、色彩選択部材によって予め定
める１つの色彩に選択され、これによって表示領域には
前記予め定める色彩が表示される。このとき、表示電極
を複数種類の色彩選択部材に対応して個別に形成し、色
彩選択部材にょって選択される色彩を複数種類組み合わ
せることによって、さらに異なる色彩を表示領域に表示
させることかて′きる。

また、電圧が印加されていない表示電極に対応する第１
ｆｉ晶層および表示電極が形成されていない領域に対応
する第１液晶層を透過することによって楕円偏光となっ
た透過光は、第２液晶素子の第２Ｍ晶層を透過する際に
、第１液晶層の液晶分子とは逆方向に配向された液晶分
子のために、逆方向への旋光作用を受け、さらに、第１
液晶屡がら第２液晶層への入射偏光の異常光成分と正常
光成分とが、最近接する液晶分子が直交するように配置
されているために、相互に入れ代わることによって楕円
偏光が相殺されて直線偏光へ復帰する。

したがって、表示電極が形成されていない領域および電
圧を印加していない表示！極に対応する領域とを透過す
る光は、第２液晶素子によって完全に遮断され、光の漏
れを防止することができる。

これによって、着色のない完全な黒色を表示させること
ができ、背景色を黒色とする、いわゆるノーマリブラッ
クモードにおけるコントラストを向上することができる
。

実施例 第１１２１は、本発明の一実施例であるカラー液晶表示
装置２１の断面図である。カラー液晶表示装置２１は、
カラー表示用液晶素子２２および補償用液晶素子２３の
２つのツィステッドネマティックモードの液晶素子を有
する。

カラー表示用液晶素子２２は、ガラス、プラスチックな
どから成る一対の透明基板２４ａ、２４ｂを有し、透明
基板２４ａの一方表面にはカラーフィルタ層２５がほぼ
全面に亘って設けられており、カラーフィルタ層２５上
には透光性を有するセグメント電極２６が形成され、さ
らにセグメント電極２６上には配向膜２７ａが形成され
る。透明基板２４ｂの一方表面には、少なくとも前記セ
グメントｔｆｆｉ２６を含む領域に、透光性を有するコ
モン電極２８が形成され、さらに配向膜２７ｂが形成さ
れている。透明基板２４ａ、２４ｂは、配向膜２７ａ、
２７ｂがそれぞれ形成された表面が互いに向き合うよう
に配置される。ツィステッドネマティック液晶層２つは
、透明基板２４ａ。

２４ｂの間に介在され、シール材３ｏによって封止され
ている。

配向Ｍ２７ａ、２７ｂには、ポリイミド系樹脂（商品名
ｒＰＩＱＪ、日立化成社製）を用いた。

配向膜２７ａ、２７ｂは、たとえば層厚６００人ニ形成
サレす透明ＭＷ２４　ａ　、　２４　ｂ１ｍニオイｉ’
、液晶分子の配向方向が９０”ねじれ、左旋性の液晶層
を形成するように、ナイロン系織布でラビング処理され
ている。

透明基板２４ａ、２４ｂ間の間隔を一定にするために、
これらの基板間には図示しないプラスチック製のスペー
サが挟み込まれている。このスペーサによって、基板間
の間隔はたとえば５μｍに設定される。液晶層２９を封
止するためのシール材３０は、たとえばエポキシ樹脂（
三井東圧社製）である、液晶層２３には、たとえばフェ
ニルシクロヘキサン系混合液晶が選ばれる。さらにこの
液晶にはコレステリックノネナートが添加され、左旋性
が付与されている。液晶層２つの屈折率異方性は、０．
０９である。

補償用液晶素子２３は、配向膜３２ａ、３２ｂが一方表
面にそれぞれ形成された透明基板３１ａ３１ｂを有し、
ガラス、プラスチックなどから成る透明基板３１ａ、３
１ｂは配向膜３２ａ、３２ｂが形成された表面が互いに
向き合うように配置され、ツィステッドネマティック液
晶３３が透明基板３１ａ、３１ｂの間に介在され、シー
ル材３４によって封止されている。配向膜３２ａ、３２
ｂには、ポリイミド系樹脂を用い、透明基板３２ａ、３
２ｂ間において液晶分子の配向方向が互いに９０°ねじ
れて右旋性の液晶層を形成するようにラビング処理され
ている。

液晶層３３には、前述の表示用液晶素子２２と同様にフ
ェニルシクロヘキサン系混合液晶を用いた。この液晶に
右旋性カイラル物貰として、ＣＢ＝１５（メルク社製）
が添加されている。前述の表示用液晶素子２２の場合と
同様に、プラスチック製のスペーサを挾み込んで透明基
板３１ａ、３１ｂを重ね合わせた。透明基板３１ａ、３
１ｂ間の間隔は、５μｍに選ばれる。

カラー表示用液晶素子２２と補償用液晶素子２３とは、
透明基板２４ａと透明基板３１ｂとが重なり合うように
配置される。カラー表示用液晶素子２２の液晶層２９お
よび補償用液晶セル２３の液晶層３３の液晶分子のねし
れ角は、共に９０’である。また、液晶層２つの液晶分
子は左旋性に配向し、液晶層３３の液晶分子は右旋性に
配向している。すなわち２つの液晶素子２２．２３にお
いて、液晶分子の螺旋方向が互いに逆になるように設定
されている。さらに、液晶層２つの透明基板２４ａに最
近接する液晶分子の配向方向と、液晶層３３の透明基板
３１ｂに最近接する液晶分子の配向方向とは、互いに直
交するように配置されている。

透明基板２４ｂの液晶層２９と反対側の表面には偏光板
３５が設けられており、また透明基板３１ａの液晶層３
３とは反対側の表面には偏光板３６が設けられる。これ
らの偏光板３５．３６は、直交ニコルとなるように配置
されている。偏光板３５．３６の渭光方向は、透明基板
２４ｂ、３１ａに最近接する液晶分子にそれぞれ平行で
ある。

第２図は、カラー液晶表示装置２１の平面図である。カ
ラー液晶表示装置２１には、たとえば矩形状に形成され
たセグメント電極２６が、「日」の文字を形成するよう
に複数個配置され、このような「日」の文字がたとえば
２個並べられる。

第３図はカラーフィルタ層２５の拡大平面図であり、第
４図はカラーフィルタ層２５の断面図である。透明基板
２４ａのほぼ全面に亘って、色彩選択部材であるカラー
フィルタ層２５が形成されている。カラーフィルタ層２
５は、赤色、緑色、青色の各フィルタをマトリックス状
あるいはモザイク状に配置して形成されている。

第３図および第４図において、赤色フィルタは参照符号
Ｒで示し、緑色フィルタは参照符号Ｇで示し、青色フィ
ルタは参照符号Ｂで示す、フィルタＲ，Ｇ、１３の大き
さは微細であり、肉眼では確認判別できない程度の大き
さである。−例として、長さＬＬ＝３３０μｍおよび幅
Ｌ２＝８０１ｉｍの矩形状のフィルタＲ，Ｇ、Ｂが用い
られ、フィルタ間の間隔Ｌ３は３０μｍに選ばれる。し
たがってフィルタの幅方向Ａ２に並ぶ３種類のフィルタ
Ｒ，Ｇ、Ｂによって形成される領域は、３３０μｍＸ３
３０μｍの正方形となる。

フィルり間の間隔Ｌ３１よ、フォトプロセスなと・のカ
ラーフィルタの製作精度によって決定され、一般には１
５μｍ〜４０μｍである。

フィルタの配列は、たとえばフィルタの幅方向Ａ２には
Ｒ，Ｇ、Ｂの順列が繰り返され、フィルタの長さ方向Ａ
ｌにはＲ，Ｂ、Ｇの順列が繰り返される。フィルタＲ，
Ｇ、Ｈの形状は、正方形あるいはその他の形状にしても
よい。

また、各フィルタＲ，Ｇ、Ｈの間には、黒色の遮光層４
０が形成される。遮光層４ｏは、クロム（Ｃｒ）あるい
は黒色顔料などで形成される。

第５図は、セグメント電極２６の拡大平面図である。セ
グメント電極２６は、赤色用を極Ｓｒと緑色用を極Ｓｇ
と、青色用電極ｓｂとで構成される。電％Ｓｒ、Ｓｇ、
Ｓｂは１表示領域内のフィルタＲ，Ｇ、Ｂに対応するそ
れぞれの領域に形成され、各＄ｉＳｒ、Ｓｇ、Ｓｂは信
号ラインとしての透明を極４１ｒ、４１ｇ、４１ｂによ
ってそれぞれ接続されている。このように同一色のフィ
ルタに対応するセグメント電極を順次接続し、電圧を印
加する電極を任意に選択することによって、赤色、黄色
、緑色、水色（シアン色）、青色、白色、桃色（マゼン
タ色）の７色を、対象とする表示領域内において、表示
することができる。

第６図は、カラー液晶表示装置２１の電気的構成を示す
ブロック図である。カラー液晶表示装置２１の表示画面
内には、複数の表示電極であるセグメント電極２６が、
たとえば日文字を形成するように配置される。ここで、
複数のセグメント電極２６は、前述の第５図に示すよう
に、赤色用電極Ｓｒと緑色用電８１５ｇと青色用電極ｓ
ｂとで構成される。またコモン電極２８が、前記セグメ
ントｔ８ｉ２６に対応する表示領域を含んだ領域に配置
される。セグメント電極２６は、それぞれ信号ライ＞’
ｆｌ〜Ｉ！７を介してセグメント電極駆動回路１４に接
続され、コモン電極２８はラインｐ８を介してコモン電
極駆動回路１５に接続されている。信号ライン１１〜１
８は、表示に影響かないように設けられている。信号ラ
イン！１〜１７は、前述の第５［２１に示すように、そ
れぞれ３つの透明電極４１ｒ、４１ｇ、４１ｂで構成さ
れている。

セグメントｆ極駆動回Ｈ１４およびコモンｉｓ駆動回Ｈ
１５は、表示制御回Ｅ＠１６に接続され、表示制御回路
１６から与えられる表示制御信号に基づいて、セグメン
ト＠ｔＩｉ！２６およびコモン電極２８に電圧を印加す
る。

電圧が印加されていない液晶層２つを透過することによ
って楕円偏光となった透過光は、液晶層３３を透過する
際に、液晶層２つの液晶分子とは逆方向に配向された液
晶分子のために、逆方向への旋光作用を受け、さらに、
液晶層２つから液晶層３３への入射偏光の異常光成分と
正常光成分とが、最近接する液晶分子が直交するように
配置されているために、相互に入れ代わることによって
楕円開光が相殺されて直線偏光へ復帰する。

したがって、セグメントｚ　ｇＨ２６が形成されていな
い領域および電圧を印加していないセグメント電極２６
に対応する領域とを透過する光は、補修用液晶素子２３
によって完全に遮断され、光の漏れを防止することがで
きる。これによって、背景色として着色のないより完全
な黒色を表示させることができる。

電圧が印加された液晶層２９の液晶分子は、電界方向に
配向する。したがって、偏光板３５を透過する予め定め
る１方向、たとえば第１図紙面に垂直方向の直線偏光は
、はぼそのままの偏光状態で液晶層２９を透過する。こ
こで、液晶層３３の透明基板３１ｂに最近接する液晶分
子は第１図紙面に垂直方向の配向状態であり、透明基板
３１ａに近付くにつれて徐々にねじれ、透明基板３１ａ
の最近接分子は第１図紙面に平行方向の配向状態である
。したがって、電圧が印加された液晶層２９を透過した
光は、液晶層３３を透過し、第１図紙面に平行方向の直
線偏光となり、偏光板３６を透過する。

ここて、たとえば赤色用電極Ｓｒのみに電圧を印加すれ
ば、表示領域には赤色が表示される。また、緑色用電極
Ｓｇまたは青色用電極ｓｂに電圧を印加すれば１表示領
域にはそれぞれ緑色また青色を表示することができる。

また、赤色用電極Ｓｒと緑色電極ｓｂとに同時に電圧印
加すれば、赤色光と緑色光との混合によって黄色の表示
が行うことができる。赤色用電極Ｓｒおよび青色用電１
ｓｂに同時に電圧を印加した場合は、赤色光と青色光と
の混合によってマゼンタ色（桃色）の表示を行うことが
でき、緑色用電極Ｓｇおよび青色用＄極ｓｂに同時に電
圧印加した場合は、緑色光と青色光との混合によってシ
アン色（水色）の表示を行うことができる。さらに、３
つの電極Ｓｒ、Ｓｇ、Ｓｂに同時に電圧を印加した場合
は、赤色光と緑色光と青色光との混合によって白色表示
を行うことができる。

セグメント電極２６を接続する透明電１ｆ！Ｍ４１ｒ。

４１ｇ、４１ｂのｔ径幅を調節することによって透明＄
極４１ｒ、４１ｇ、４１ｂの抵抗値を変え、液晶Ｎ２９
に印加される電圧を変えることによって、中間色を表示
させることもできる。

本実施例においては、カラーフィルタ層２５は赤色、緑
色、青色の３色のフィルタＪＧ、Ｂ仁よって形成したけ
れども、前記３色の内から所望２色を選択してからカラ
ーフィルタ層２５を形成してもよい。また、フィルタは
赤色、緑色、青色の３色に限らず、たとえば黄色、マゼ
ンダ色、シアン色などのフィルタであってもよい。この
場合でも、前述と同様に２色のフィルタであってもよい
、さらに、４色以上のフィルタを使用してカラーフィル
タ２５を形成してもよい。

第７図はカラー液晶表示装置２１における視角特性を示
す図であり、第８図はカラー液晶表示装置２１において
黒色を表示した際のＣＩＥ色度座標を示すグラフである
。第７図において、実１１Ａ１１０〜１１５は、それぞ
れコントラストｃｏが１０．２０．３０．４０．５０．
１００＜７）ときの等コントラスト曲線を示している。

したがって、等コントラスト曲線ｌＩＯ〜Ｎ１５によっ
て囲まｊ′した領域は、それぞれコントラストＣＯが１
０．２０．３０．４０．５０．１００のときの視角範囲
である。

第７図、第８図、および前述の第９図に基づいて、従来
の液晶表示装置１と本発明の一実施例であるカラー液晶
表示装置２１との比較結果か第１表に示されている。

第１表に示すように、コントラストは従来の液晶表示装
置１においては３８．８であるのに対し、本発明の一実
施例であるカラー液晶表示装置２１では１０２．５と格
段に向上されている。また第８図のＣＩＥ色度座標に示
すように、カラー液晶表示装置２１における黒色は、従
来の液晶表示袋Ｗ１における黒色に比べて無彩色に近く
、従来に比べて着色の少ない黒色を表示させることがで
きる。

以上のように本実施例によれば、補償用液晶表示素子２
３を用いることによって、いわゆるノーマリブラックモ
ードにおけるカラー表示においても、十分なコントラス
トを得ることができ、また背景色である黒色は従来に比
べて着色の少ない完全な黒色を実現することができる。

また、カラーフィルタ層２５をマトリックス状に配置さ
れた四角形のフィルタＲ，Ｇ、Ｂによって構成したこと
によって、色の種類の異なるフィルタを組合わせて異な
る色彩を表示させる際に、色彩の混合度や表示色の鮮明
度が向上し、きれいな色彩を表示させることができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、第１液晶素子において表
示電極を所望の色彩選択部材に対応して形成することに
よって、第１液晶層を透過する透過光は、色彩選択部材
によって予め定める１つの色彩に選択され、これによっ
て表示領域には前記予め定める色彩が表示される。この
とき、表示電極を複数種類の色彩選択部材に対応して個
別に形成し、色彩選択部材によって選択される色彩を複
数種類組み合わせることによって、さらに異なる色彩を
表示領域に表示させることができる。

また、電圧が印加されていない表示Ｔ４極に対応する第
１液晶層および表示電極が形成されていない領域に対応
する第１液晶層を透過することによって楕円偏光となっ
た透過光は、第２液晶素子の第２液晶層を透過する際に
、第１液晶層の液晶分子とは逆方向に配向された液晶分
子のために、逆方向への旋光作用を受け、さらに、第１
液晶層から第２液晶層への入射偏光の異常光成分と正常
光成分とが、最近接する液晶分子が直交するように配置
されているために、相互に入れ代わることによって楕円
偏光が相殺されて直Ｉｉｎ！光へ復ｉする。

したがって、表示電極が形成されていない領域および電
圧を印加していない表示電極に対応する領域とを透過す
る光は、第２液晶素子によって完全に遮断され、光の漏
れを防止することができる。

これによって、着色のない完全な黒色を表示させること
ができ、背景色を黒色とするいわゆるノーマリブラック
表示におけるカラー表示とコントラストの向上とを実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるカラー液晶表示装置２
１の断面図、第２図はカラー液晶表示装置２１の平面図
、第３図はカラー表示用液晶素子２２に形成されるカラ
ーフィルタ層２５の構成を説明するための拡大平面図、
第４図はカラーフィルタ層２５の断面図、第５図はセグ
メント電［１２６の拡大平面図、第６図はカラー液晶表
示装置２１の電気的構成を示すブロック図、第７図はカ
ラー液晶表示装置２１における視角特性を示す図、第８
図はカラー液晶表示装置２１において黒色を表示した際
のＣｒＥ色度座標を示すグラフ、第９図は従来の液晶表
示装置１の断面図、第１０（２Ｉは従来の液晶表示装置
１における視角特性を示す図である。 ２１　カラー液晶表示装置、２２・−カラー表示用液晶
素子、２３・・補償用液晶素子、２５・・カラーフィル
タ層、２６・・セグメント電極、２８　コモン電極、２
９．３３・・ツィステッドネマティック液晶、４１ｒ、
４１ｇ、４１ｂ−透明ｔｉ、Ｓｒ・・・赤色用電極、Ｓ
ｇ・・・緑色用電極、ｓｂ・・青色用＄極 代理人　　弁理士　画数　圭一部 第 図 第 図 第８ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 それぞれ一対の透光性基板を有する第１および第２液晶
   素子を積層したカラー液晶表示装置において、 第１液晶素子は、 液晶分子を予め定める配向方向に螺旋状に配向した第１
   液晶層と、 表示領域の全面に亘って設けられ、透過光を予め定める
   複数の種類の色彩のいずれか１つの色彩にそれぞれ選択
   する複数の色彩選択部材と、第１液晶層側の表示領域内
   に設けられ、表示領域に表示すべき予め定める色彩に対
   応して選択される前記複数の色彩選択部材に対応する範
   囲に形成される透明電極とを含み、 第２液晶素子は、 液晶分子を、前記第１液晶層の液晶分子の配向方向とは
   逆方向となるように螺旋状に配向した第２液晶層とを含
   むことを特徴とするカラー液晶表示装置。