JPH0567934B2

JPH0567934B2 -

Info

Publication number: JPH0567934B2
Application number: JP60266679A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Takamatsu; Masao Obata; Kyoshi Toda
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-11-26
Filing date: 1985-11-26
Publication date: 1993-09-27
Also published as: JPS62125328A

Description

【発明の詳細な説明】＜技術分野＞本発明はフルカラー表示可能なカラー液晶表示
装置のセル構造に関するものである。

＜従来技術＞液晶を用いたカラー表示装置として種々の方式
が提案されている。その中で、液晶セルの内面
に、赤、緑、青の微細パターンから成るカラーフ
イルタ層を形成したカラー液晶表示装置は、比較
的簡単なセル構造で、フルカラー表示が可能であ
るという特徴を有する。

この種の液晶表示として、これまで２つの方式
が提案されている。

まず、第１の方式は、第１５図に示すように、
ゼラチン、グリユー或いはカゼインから成るレリ
ーフパターンを、ホトリソグラフイーの手法によ
り、赤、緑、青の各色に染色したカラーフイルタ
１₁，１₂，１₃、ツイステツド・ネマテイツク液
晶層２及び２枚の中性偏光子３₁，３₂を組み合わ
せる方式である。なお、同図に於いて、４₁，４₂
はガラス基板であり、A₁，A₂は中性偏光子３₁，
３₂の偏光方向を示す。また、透明電極及び液晶
分子配向膜は省略している。

この方式では、通常２枚の中性偏光子３₁，３₂
の偏光方向が平行になるようにセツトされてお
り、電圧オフ時で黒の表示、そして、電圧オン時
で、その絵素の液晶分子が電界方向に立ち上が
り、カラーフイルタ自身の色が観察される。赤、
緑、青の各絵素に印加する電圧を、それぞれ独立
に、任意に選ぶことにより、黒の地に任意の色が
表示できる。しかしながら、この方式では、赤、
緑、青の単色表示の場合、全体の1/3しか表示に
寄与できず、全体が暗い表示しか得られなかつ
た。実際には、裏側に光源を置くことにり、コン
トラストの優れた明るい表示を行うことが可能で
あるが、液晶表示のもつ低消費電力、及び薄型化
が可能であるといつたメリツトからみると、裏に
光源を置いてしか使えないという、この方式はあ
まり好ましくはない。

次に、第２の方式として、第１６図に示すよう
に、２色性染料を一方向に整列させたカラー偏光
子５₁，５₂，５₃と中性偏光子６とを組み合わせ
る方式がある（この方式は、特開昭58−7177、同
58−17420、同58−17421等に於いて既に開示され
ている）。なお、同図に於いて、７はツイステツ
ド・ネマテイツク液晶層、８₁，８₂はガラス基板
であり、Ｂ及びＣは、それぞれ中性偏光子６の偏
光方向及びカラー偏光子５₁，５₂，５₃の吸収軸
方向を示している。また、透明電極及び液晶分子
配向膜は省略している。

この方式は、前記第１の方式と同様、赤、緑、
青の単色表示の場合、全体の1/3しか表示に寄与
できないという問題の他、黒の表示ができないと
いう２つの問題がある。無電界時には、直線偏光
の偏光方向がカラー偏光子５₁，５₂，５₃の吸収
軸方向と一致するために、それぞれ、赤、緑、青
の色として観察される。次に、電界印加時には、
直線偏光がカラー偏光子５₁，５₂，５₃で吸収さ
れず、無色として観察される。この方式では、白
色あるいは無色の中に任意の色を表示することか
ら、全体が明るくはなるが、その反面、表示コン
トラストが劣るという問題がある。

＜発明の目的＞本発明は上記の点に鑑みてなされたものであ
り、表示が明るく、しかも表示コントラストの優
れたカラー液晶表示装置を提供することを目的と
しているものである。

＜発明の構成＞これまでの表示方式では、上記何れの方式に於
いても全体の1/3しか表示に寄与できず、また、
第２の方式では黒の表示ができないという問題が
ある。本発明は上記カラー偏光子を用いた第２の
方式の液晶セルを２枚積層することによつて、上
記２つの問題を解決することを特徴とするもので
ある。すなわち、本発明のカラー液晶表示装置
は、電圧の印加又は非印加により、入射偏光の偏
光方向を90°回転させる状態又は入射偏光をその
まま透過させる状態に選択的に設定される、積層
関係に配置された第１及び第２の液晶層と、該第
１及び第２の液晶層の間に積層関係に配置され
た、その吸収特性が互いに異なり、且つ、その吸
収軸方向が互いに直交する２個のカラー偏光子
と、上記第１及び第２の液晶層の両側に配置され
た、その偏光方向が上記カラー偏光子の吸収軸方
向と直交又は平行の関係にある２個の中性偏光子
とから成ることを特徴とするものである。

＜実施例＞以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の第１の実施例のセル構造を示
す断面図である。

液晶セルの一方のガラス基板１１上に一軸延伸
したポリビニルアルコール（PVA）フイルムを
貼り付け、赤、緑、青の２色性染料を用いて所定
のパターンに染色し、赤、緑、青のカラー偏光子
１２₁，１２₂，１２₃を形成する。その上にパタ
ーン化された透明電極１３を設け、さらに、液晶
分子配向膜１４を形成する。他方のガラス基板１
５上にはパターン化された透明電極１６及び液晶
分子配向膜１７を形成する。上記２枚の基板を用
いて第１層目液晶セル９を形成する。１８はツイ
ステツド・ネマテイツク液晶層である。次に、第
２層目の液晶セル１０も同じ手法で作成するが、
図に示すように、第２層目に形成するカラー偏光
子の色は第１層目に形成されたカラー偏光子の色
と常に異なる色を選ぶ必要がある。また、カラー
偏光子の吸収軸方向に関しては、第１層目と第２
層目とで互いに直交するように配置する必要があ
る。次に、上記２枚の液晶セルのカラー偏光子を
設けた基板同志が近接するように重ね合わせる。
そして、１組の中性偏光子１９₁，１９₂を上記積
層した２枚の液晶セル９，１０の外側に設ける。
図に示すD₁，D₂は、それぞれ中性偏光子１９₁，
１９₂の偏光方向である。また、E₁，E₂は、それ
ぞれ第１層目液晶セル９のカラー偏光子１２、第
２層目液晶セル１０のカラー偏光子１２の吸収軸
方向である。中性偏光子の偏光方向は、それぞれ
カラー偏光子の吸収軸方向と平行又は直交の関係
にあり、また、中性偏光子の偏光方向同志は互い
に直交している。

次に、本実施例の動作原理について説明する。

まず、第２図は赤だけの単色表示の場合であ
る。なお、図に於いて、１０１は入射光、１０２
は透過光を示す。

中性偏光子１９₁を通過した直線偏光は、第１
層目液晶セル９の液晶分子の状態によつて、その
まま通過したり、或いは偏光方向が90°ねじれた
りする。第２図左側の絵素では、偏光方向が90°
ねじれ、赤のカラー偏光子１２₁によつて赤に着
色する。それが、第２層目液晶セル１０の青のカ
ラー偏光子１２₃においては、偏光方向とカラー
偏光子の吸収軸方向が直交しているために、その
まま通過する。液晶層部分、そして最後の中性偏
光子１９₂もそのまま通過するため、赤色として
観察される。中央の絵素では、第１層目の緑のカ
ラー偏光子１２₂では着色せず、第２層目の赤の
カラー偏光子１２₁で着色され、赤色として観察
される。また、右側の絵素では、第１層目の青の
カラー偏光子１２₃で青に着色され、第２層目の
緑のカラー偏光子１２₂では影響を受けず、その
まま通過し、第２層目の液晶セルによつて偏光方
向が90°ねじれ、最後の中性偏光子１９₂で遮断さ
れる。そのため、黒地の中で電圧が印加された絵
素のみ赤色の表示が可能である。

第３図は、左側の絵素で赤の表示を行い、中央
の絵素で緑の表示、そして、右側の絵素で黒の表
示を行つた場合であり、各絵素が充分細かいもの
であれば、加法混色によつて、黒地の中で電圧が
印加された部分だけが黄色として観察される。

次に、第４図では、左側、中央、右側の絵素
が、それぞれ赤、緑、青に着色され、充分細かい
絵素にすれば、白として観察される。

また、無電界状態では、第５図に示すように、
最後の中性偏光子１９₂ですべての光が遮断され
るため、黒として観察される。また、絵素と絵素
の間の電極が形成されていない部分も同様に中性
偏光子１９₂で光が遮断されるので黒として観察
される。

上記実施例に於いては、Ｐ型のネマテイツク液
晶を使用し、液晶分子の初期配向を90°ねじれ水
平配向としているが、Ｎ型のネマテイツク液晶を
使用し、初期配向を垂直配向、電圧印加時の配向
を90°ねじれ水平配向とする構成としても同様の
カラー液晶表示装置を得ることができる。電圧印
加時の液晶分子配向を規定するための斜め蒸着膜
を形成した後、垂直配向処理剤に浸漬して垂直配
向処理した基板を用いて液晶セルを構成すればよ
い。

第６図に、そのセル構造を示す。なお、同図に
於いては、透明電極及び液晶分子配向膜は省略し
ている。

液晶分子が基板に対して垂直に配向しており、
無電界時には、最後の中性偏光子１９₂ですべて
の光が遮断されるため、黒の表示が可能である。
そして、第１層目と第２層目の各絵素に印加する
電圧のオン、オフを自由に選ぶことにより、赤、
緑、青の他、それぞれの色の混色が表示できる。

さらに他の実施例として、第１図及び第６図で
は液晶セルを２枚そのまま重ね合わせているが、
ガラス厚に起因する視差の点から、中央の２枚の
ガラス基板を１枚のガラス基板で置き換え、しか
も非常に薄いガラス基板を使用し、その両面にカ
ラー偏光子と透明電極、液晶分子配向膜を形成す
ることにより、より優れた表示効果が得られる。

第７図に、そのセル構造を示す。なお、同図に
於いては、透明電極及び液晶分子配向膜は省略し
ている。２０が中央のガラス基板である。

また、第１図に示す液晶セルと第６図に示す液
晶セルとを１層宛積層し、両側に設ける中性偏光
子の偏光方向の関係を平行関係とする構成として
も同様のカラー液晶表示装置を得ることができ
る。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。

第８図は、そのセル構造を示す断面図である。

液晶セルの一方のガラス基板２３上に一軸延伸
したポリビニルアルコール（PVA）フイルムを
貼り付け、赤、緑、青の２色性染料を用いて、所
定のパターンに染色し、１層目のカラー偏光子２
４₁，２４₂，２４₃を形成する。さらに、その１
層目カラー偏光子の上に、一軸延伸したPVAフ
イルムを貼り付ける。この場合、延伸方向が１層
目と２層目とで互いに直交するように貼り付ける
必要がある。次に、２層目のPVAフイルムを、
１層目と同様、赤、緑、青の２色性染料を用い、
所定のパターンに染色して、２層目のカラー偏光
子２５₁，２５₂，２５₃を形成する。但し、この
場合、１層目のカラー偏光子の色と２層目のカラ
ー偏光子の色が必ず異なる色となるように、２層
目のPVAフイルムを染色する。その上に低温ス
パツタリング等の手法により透明導電膜を形成し
たあと、所定のパターンにエツチングして透明電
極２６を形成する。透明電極を形成したあと、液
晶分子配向膜２７を形成する。第１層目の液晶セ
ル２１に於いて、もう一方の対向する基板は、ガ
ラス基板２８上に透明電極２９、液晶分子配向膜
３０を形成したものである。上記２枚の基板を貼
り合わせ、シールした後、液晶を注入し、ツイス
テツド・ネマテイツク液晶層３１を形成する。次
に、第２層目の液晶セル２２の製作について述べ
る。第２層目液晶セルでは、何れの基板上にもカ
ラー偏光子を設けておらず、ガラス基板３２上に
パターン化された透明電極３３と液晶分子配向膜
３４が形成されており、それら基板間に上述と同
様の液晶を注入し、ツイステツド・ネマテイツク
液晶層３５を形成する。そして、上記２枚の液晶
セル２１，２２を、お互いの表示絵素が重なり合
うように積層し、その積層した２枚の液晶セルの
外側に２枚の中性偏光子３６₁，３６₂を設ける。
図に示すF₁，F₂は、それぞれ中性偏光子３６₁，
３６₂の偏光方向である。また、G₁，G₂は、それ
ぞれカラー偏光子２４，２５の吸収軸方向であ
る。中性偏光子の偏光方向は、それぞれカラー偏
光子の吸収軸方向と直交または平行の関係にあ
り、また中性偏光子の偏光方向同志は互いに直交
している。

以下、本実施例の動作原理について説明する。

まず、第９図は赤だけの単色表示の場合であ
る。なお、図に於いて、１０３は入射光、１０４
は透過光を示す。

中性偏光子３６₁を通過した直線偏光は、第１
層目液晶セル２１の液晶分子の配列状態によつ
て、そのまま通過したり、或いは偏光方向が90°
ねじれたりする。第９図の左側の絵素では、偏光
方向が90°ねじれ、赤のカラー偏光子２５₁によつ
て赤に着色されるが、すぐその下にある青のカラ
ー偏光子２４₃では吸収軸方向と直線偏光の偏光
方向が異なるため何ら影響されることなく、赤の
光として第１層目の液晶セル２１を通過する。第
２層目の液晶セル２２では、液晶分子が垂直にな
つているため、そのまま通過し、最後の中性偏光
子３６₂も偏光方向が一致しているために、その
まま通過し、赤として観察される。中央の絵素で
は、上の緑のカラー偏光子２５₂では吸収されず、
下の赤のカラー偏光子２４₁で吸収されるため、
赤の直線偏光となる。第２層目の液晶セル２２に
入り、直線偏光が90°ねじれ、最後の中性偏光子
３６₂を通過するため、赤の光として観察される。
また、右側の絵素については、上の青のカラー偏
光子２５₃で青に着色し、すぐその下の緑のカラ
ー偏光子２４₂では吸収されず、第２層目の液晶
セル２２に入る。そこで、偏光方向が90°ねじれ
るため、最後の中性偏光子３６₂で青の光が遮断
され、黒として観察される。そのため、黒地の中
で電圧が印加された絵素のみ赤色の表示が可能と
なる。

第１０図は、左側の絵素で赤の表示を行い、中
央の絵素で緑の表示、そして、右側の絵素で黒の
表示を行つた場合であり、各絵素が充分細かいも
のであれば、加法混色により黒地の中で電圧が印
加された部分のみ黄色として観察される。

次に、第１１図では、左側、中央、右側の絵素
が、それぞれ赤、緑、青に着色され、充分細かい
絵素であれば、白として観察される。

また、無電界状態では、第１２図に示すよう
に、最後の中性偏光子３６₂ですべての光が遮断
されるため、黒として観察される。

第１３図に、そのセル構造を示す。なお、同図
に於いては、透明電極及び液晶分子配向膜は省略
している。

液晶分子が基板に対して垂直に配向しており、
無電界時には、最後の中性偏光子３６₂ですべて
の光が遮断されるため、黒の表示が可能である。
そして、第１層目と第２層目の各絵素に印加する
電圧のオン、オフを自由に選ぶことにより、赤、
緑、青の他、それぞれの色の混色が表示できる。

さらに他の実施例として、第８図及び第１３図
では液晶セルを２枚そのまま重ね合わせている
が、ガラス厚に起因する視差の点から、中央の２
枚のガラス基板を１枚のガラス基板で置き換え、
しかも非常に薄いガラス基板を使用し、その片面
に２層から成るカラー偏光子、透明電極、液晶分
子配向膜を形成し、もう一方の面には透明電極と
液晶分子配向膜のみを形成することにより、より
優れた表示効果が得られる。

第１４図に、そのセル構造を示す。なお、同図
に於いては、透明電極及び液晶分子配向膜は省略
している。３７が中央のガラス基板である。

また、第８図に示す液晶セルと第１３図に示す
液晶セルとを組み合わせると共に、両側に設ける
中性偏光子の偏光方向の関係を平行関係とする構
成としても同様のカラー液晶表示装置を得ること
もできる。

＜発明の効果＞本発明の液晶表示装置によれば、単色表示の場
合に表示絵素の2/3まで表示に寄与させることが
でき、また黒の表示も可能で、さらに絵素電極の
周りの電極が形成されていない部分の光も遮断す
ることができることから、表示が明るく、しかも
表示コントラストが優れたカラー液晶表示が実現
できる。

また、充分な明るさが得られるため、明るさの
点で不可能とされていた反射型表示の実現も可能
となる。

さらに、本発明のようにカラー偏光子と中性偏
光子とを配置することにより、第１の液晶層と第
２の液晶層を積層して電極パターンを位置合わせ
する際の作業が容易となり、高精度の位置合わせ
が可能となる。特に三原色フルカラー表示を実現
するためには第１の液晶層と第２の液晶層の表示
パターンを完全に一致させて各液晶層での光学変
調を電界制御することが要求されるが、この点で
本発明は非常に有効な技術となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のセル構造を示
す断面図、第２図乃至第５図は同実施例の動作原
理の説明に供する断面図、第６図及び第７図は同
実施例の変形例のセル構造を示す断面図、第８図
は本発明の第２の実施例のセル構造を示す断面
図、第９図乃至第１２図は同実施例の動作原理の
説明に供する断面図、第１３図及び第１４図は同
実施例の変形例のセル構造を示す断面図、第１５
図はカラーフイルタを用いた従来のカラー液晶表
示装置のセル構造を示す断面図、第１６図はカラ
ー偏光子を用いた従来のカラー液晶表示装置のセ
ル構造を示す断面図である。符号の説明、９：第１層目液晶セル、１０：第
２層目液晶セル、１２₁，１２₂，１２₃：カラー
偏光子、１３：透明電極、１４：液晶分子配向
膜、１６：透明電極、１７：液晶分子配向膜、１
８：ツイステツド・ネマテイツク液晶層、１９₁，
１９₂：中性偏光子、２１：第１層目液晶セル、
２２：第２層目液晶セル、２４₁，２４₂，２４
_３：１層目カラー偏光子、２５₁，２５₂，２５₃：
２層目カラー偏光子、２６：透明電極、２７：液
晶分子配向膜、２９：透明電極、３０：液晶分子
配向膜、３１：ツイステツド・ネマテイツク液晶
層、３３：透明電極、３４：液晶分子配向膜、３
５：ツイステツド・ネマテイツク液晶層、３６₁，
３６₂：中性偏光子。

Claims

【特許請求の範囲】１電圧の印加に応答して液晶分子の配向を垂直
配向と水平ねじれ配向とに可逆的に変換する第１
及び第２の液晶層を光軸に即して上下に積層し、吸収特性が互いに異なる２個のカラー偏光子を
吸収軸方向が互いに直交するように積層した積層
体を、前記第１の液晶層と前記第２の液晶層の間
に介在させ、偏光方向が前記カラー偏光子の吸収軸方向と直
交又は平行の関係にある２個の中性偏光子を、前
記第１の液晶層の上方と前記第２の液晶層の下方
とにこれら第１及び第２の液晶層を挾持するよう
に配置したことを特徴とするカラー液晶表示装
置。