JPH06273746A

JPH06273746A - 液晶表示デバイス

Info

Publication number: JPH06273746A
Application number: JP5060494A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ono; 耕一小野
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JP2801120B2

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成でカラー表示を行うことができ、
しかもＴＮ型またはＳＴＮ型などの液晶表示デバイスと
同一の製造ラインで製造することができる簡易なカラー
表示ができる液晶表示デバイスを提供する。【構成】２枚の透明基板４、５の互いに向かい合う面
に透明電極膜、配向膜がそれぞれ設けられ、前記２枚の
透明基板４、５で液晶層１が挾持され、該２枚の透明基
板４、５の外側にそれぞれ偏光板２、３が配置され、表
示面側のフロント側の透明基板４とフロント側偏光板２
とのあいだに位相差板６が介在され、該位相差板６の光
軸方向Ｄがフロント側偏光板２の光の透過軸方向Ｅに対
して反時計回りに45°±５°以内になるように該位相差
板６が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示デバイスに関す
る。さらに詳しくは、液晶層の透過光の楕円偏光を利用
してカラー表示を行う液晶表示デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示デバイスは電気信号により液晶
材料の状態変化を起させ、光学情報に変換するもので、
簡単なカラー表示を行なうために種々の手段が講じられ
ている。

【０００３】たとえば、図６に液晶表示素子の２枚の透
明基板が示されているように、表面にコモン電極32が形
成された下部側の透明基板31に向かい合うように、上部
側の透明基板33の対向面にセグメント電極34が形成さ
れ、その表面にはセグメント電極34のパターンに合わせ
て個々に配色されたカラーフィルタ35が形成されてい
る。前記カラーフィルタ35の配色をたとえば、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を順次並べれば、
混色表示が可能になる。

【０００４】また、図７に示される液晶表示デバイスの
ように、液晶表示パネルの表面または裏面の、カラー表
示したい場所36ａ、36ｂ、36ｃ、36ｄに、カラー偏光板
37ａ、37ｂ、37ｃ、37ｄ（またはカラー印刷を施した偏
光板）を配置してカラー表示を行うデバイスもある。こ
のデバイスでは、エッチング、染色または電着などの微
細加工が不要であるため、簡単に製造可能である。

【０００５】さらに、他の例として、図８（ａ）、
（ｂ）に示されるように、配向膜および透明導電膜（図
示せず）が設けられた２枚の透明基板31、33間に分子軸
が電界方向に対して平行になるように液晶材料が充填さ
れ、パネルの両面に偏光子、検光子としてそれぞれ偏光
板38、39が配置された構造のＥＣＢ（electrically con
trolled birefringence ）効果（電界制御複屈折効果）
を利用した液晶表示デバイスがある。このデバイスで
は、液晶材料に電圧が印加されると液晶分子の方向ｎが
電界Ｅに対して角度θだけ傾く（図８（ｂ）参照）。し
たがって、入射光がリア側の偏光板38を透過してえられ
る直線偏光された光を液晶層40に透過させると、楕円偏
光になる。この光がフロント側の偏光板39を通過するこ
とにより波長が選択されるため、カラー表示が可能にな
る。また、駆動電圧を変えれば、楕円偏光の楕円率も変
化するため、ある程度の多色表示が可能になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のカラー
フィルタを用いた液晶表示デバイスでは、エッチング、
電着または染色などの微細加工を必要とする。しかも、
カラーフィルタ上への配向膜、透明導電膜などの成膜工
程において、加熱、温度上昇によりカラーフィルタがダ
メージを受けるという問題がある。

【０００７】また、カラー偏光板を用いれば、前記カラ
ーフィルタを用いたばあいに比べ、製造が容易である
が、その一方で色が固定されるという問題がある。

【０００８】さらに、ＥＣＢ方式の液晶表示デバイスで
は、その製造プロセスを考えたばあい、現在主流となっ
ているツイストネマティック方式の液晶表示デバイスの
製造プロセスと比較して垂直配向用の配向膜形成などの
特殊な工程を必要とするため、ツイストネマティック方
式の液晶表示デバイスと同一のラインで製造できず、新
たに専用のラインを設ける必要がある。

【０００９】本発明は前述の問題を解消し、簡単にカラ
ー表示を行うことができ、しかも現在主流として製造さ
れているツイストネマティック方式などの液晶表示デバ
イスと同一のラインで製造することができるカラー液晶
表示デバイスを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示デ
バイスは、２枚の透明基板の互いに向かい合う面に透明
導電膜が設けられ、該透明導電膜の表面に配向膜が設け
られ、前記２枚の透明基板で液晶層が挾持され、該２枚
の透明基板の外側にそれぞれ偏光板が配置されてなる液
晶表示デバイスであって、前記透明基板の表示面側であ
るフロント側の偏光板とフロント側の透明基板とのあい
だに位相差板を介在させ、該位相差板の光軸が前記フロ
ント側偏光板の透過軸を基準として表示面側から見て反
時計回りに45°±５°の範囲になるように配置されてな
るものである。

【００１１】

【作用】リア側偏光板に入射した光は、リア側偏光板に
より直線偏光になり、ついで液晶層を通過したときに液
晶層の複屈折効果により楕円偏光になる。これは入射し
た光が液晶層のリターデイションΔｎｄおよびツイスト
角（ねじれ角）によって位相差が生じるため楕円偏光と
なる。この楕円偏光になった光を光軸がフロント側偏光
板の透過軸と45°±５°の範囲になる位相差板を透過さ
せることにより背景がほぼ白色で表示文字などを着色さ
せることができることを見出した。すなわち、従来は位
相差板をモノクロ表示で背景に現われるカラーを消すた
めに用いられていたが、その光軸を最適の向きに配置す
ることにより背景を白色で、表示文字などをカラー表示
できるようにしたものである。この表示文字などの着色
は液晶層への印加電圧を変えることにより、液晶分子の
透過割合が変わり、数色に表示することができる。

【００１２】

【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明を説明す
る。図１は本発明の一実施例である液晶表示デバイスの
要部の説明用分解斜視図、図２はその断面説明図、図３
は図１の液晶表示デバイスの各偏光板、透明基板（分子
配列のラビング方向）、位相差板それぞれの光の透過軸
の方向の関係を示す説明図、図４は液晶層両端の駆動電
圧と透過率との関係を示すグラフである。

【００１３】図１〜３において、液晶層１は従来例と同
様にスーパツイストネマティック（以下、ＳＴＮとい
う）型液晶層で、液晶分子の配列方向（ラビング方向）
は図１に示すように、リア側（液晶層の表示面側と反対
側）のラビング方向Ａがフロント側（液晶層の表示面
側）のラビング方向Ｂと220 °になるように設定されて
いる。すなわち図３に示すように、リア側偏光板３の透
過軸方向を水平方向に対して−20°の方向になるように
配置すると共に、透明電極膜や配向膜（共に図示してい
ない）が設けられたリア側の透明基板５の配向膜に形成
されたラビング方向Ａが同じく−20°になるように配置
され、液晶層１を介して透明電極膜や配向膜（図示して
いない）が設けられたフロント側の透明基板４をそのラ
ビング方向が水平軸に対して20°の方向（液晶層での捩
れ角度は液晶分子が左回りのため、220 °になる）にな
るように配置され、さらにその前面に透過軸の方向が水
平方向に対して反時計回りに115 °になるようにフロン
ト側偏光板２が配置されている。

【００１４】本発明者はフロント側偏光板２とフロント
側の透明基板４とのあいだに位相差板６を挿入し、その
光軸の方向を適度の方向にすることにより背景色がほぼ
白色で、表示文字などをカラーで表示できることを見出
し、その位相差板６の光軸の方向を種々変えたときの背
景色および表示画像などの着色状況を調べた。位相差板
６の光軸の方向は、フロント側偏光板２の光の透過軸方
向を基準にし、同方向を０°として、表示面側から見て
反時計回りに45°回転した位置を中心に前後に向きを変
えたときの背景色と表示画像などの着色状況のそれぞれ
について良好なものを○、色調がやや落ちるがカラー表
示として認められるものを△、カラー表示として好まし
くない色調のものを×印で表１にまとめた。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１の結果から明らかなように、位相差板
６の光軸の方向をフロント側偏光板２の透過軸方向に対
して反時計回りに45°±５°以内であれば背景色が白色
で良好なカラー表示が行え、さらに好ましくは45°±３
°以内に配置することが好ましいことを見出した。この
ときの光の透過状況を図５を参照しながら説明する。ま
ずリア側偏光板３に入射した光は偏光板の透過軸方向に
沿った直線偏光となり、液晶層１を透過することにより
液晶のリターデイションΔｎｄおよびツイスト角（ねじ
れ角）により位相差を生じ楕円偏光となる。この楕円率
は液晶層１に印加される電圧によって液晶層の屈折率が
変わるため変化する。ついで位相差板６を透過すること
により、位相差板の複屈折性のため、楕円偏光は直線偏
光となるが、全波長域で直線偏光とならないため、楕円
偏光の成分も存在する。直線偏光となった光はフロント
側偏光板２により遮断され、楕円偏光のみ透過するた
め、カラー表示をする。この表示文字の着色は後述する
液晶層両端に印加される電圧を変化させることにより、
黄緑、青、紫の３色程度に変化できる。この実験に用い
た位相差板６のリターデイション値Ｒは570 nmで、液晶
パネルを見る方向はパネル面に垂直方向から10°以内の
角度であった。

【００１７】前述の位相差板６にはたとえばポリカーボ
ネートなどで形成された高分子材料で、異常光線と常光
線とのあいだで位相差を生じる板材が使用され、その板
材は熱延伸され、一軸延伸高分子フィルムに形成されて
いる。

【００１８】位相差（リターデイション）Ｒと屈折率ｎ
_e、ｎ_oとのあいだには、Ｒ＝｜ｎ_e−ｎ_o｜×ｄ＝Δｎｄの関係が成り立つ。ここで、ｄは板材の厚さ、ｎ_eは異
常光線に対する屈折率、ｎ_oは常光線に対する屈折率で
ある。

【００１９】着色表示状態を調べるばあいに、位相差板
のリターデイションＲの値によっても色調が変わること
を見出した。前述のフロント側の透明基板４とフロント
側偏光板２とのあいだにフロント側偏光板２の透過軸方
向とその光軸が同じ方向になるように位相差板６を挿入
し、位相差板のリターデイションＲ（位相差板の厚さを
ｄ₂として、Δｎ₂ｄ₂の値）を種々変えて色調を調べ
た。前述の構成で、液晶層１としてリターデイションΔ
ｎ₁ｄ₁が約0.8 〜1.0 μｍのＳＴＮ型液晶を使用し、
偏光板２、３として、それぞれ約１mmのヨウ素系の偏光
板を使用し、位相差板６としてポリカーボネート製材料
でリターデイションＲの値を550 〜600の範囲で何種類
か使用し、色調変化の程度について目視による判断で評
価した。その結果を表２に示す。この測定も液晶パネル
を見る方向はパネル面に垂直方向から10°以内の方向で
あり、位相差板６の光軸の方向はフロント側偏光板２の
透過軸方向と合わせた。

【００２０】

【表２】

【００２１】この表２からわかるように、リターデイシ
ョンＲ（Δｎ₂ｄ₂）が560 〜580nmの範囲であれば、
色調の変化を無視できる程度に抑えられること、また55
0 〜590 nmの範囲でも実用上ほとんど問題なく使用でき
ることを見出した。

【００２２】さらに、本発明者は駆動電圧を変えること
により、液晶分子の配列の状態が変わり、透過率に影響
を与えることを利用して表示文字などの色を変えられる
ことを見出した。電圧により液晶層の複屈折率が変わ
り、それに伴ない楕円率が変わり着色状態も変化する。
図４には、ポジ表示のばあいの駆動電圧と透過率の関係
が示されている。このグラフによると、駆動電圧が２Ｖ
程度（図４のＶ_C）の範囲では透過率はほぼ87.0％で黄
緑色を呈しているのに対し、４Ｖ程度（図４のＶ_B）で
は透過率が50％程度となり青色で表示し、６Ｖ程度（図
４のＶ_A）では、透過率が14.0％程度で紫色を呈するよ
うになる。

【００２３】また、本発明のカラー液晶表示デバイスの
製造プロセスは、現在主流となっているツイスティッド
ネマティック型の液晶表示デバイスの製造プロセスと比
較したばあい、位相差板６の配設工程以外は、すべて前
記ツイスティッドネマティック型の液晶表示デバイスの
ライン上で行うことができる。また、位相差板６の配設
工程も事前に偏光板に貼っておく様な一体化加工を施す
ことにより、従来のラインをほとんど変更しなくて済
む。さらに、スーパーツイスティッドネマティック型の
液晶表示デバイスの製造プロセスと比較したばあいも、
同一のラインで製造することができる。

【００２４】以上の説明からわかるように、液晶層のフ
ロント側の透明基板４とフロント側偏光板２とのあいだ
に位相差板６を介在させることにより、特定の色調のみ
を表示させることができる。さらに、その光軸がフロン
ト側偏光板２の透過軸と反時計回りに45°±５°以内さ
らに好ましくは45°±３°以内の角度をなすように配置
することにより、はっきりとした色調でカラー表示を行
うことができる。しかもリターデイションを550 〜590
nmの範囲、さらに好ましくは560 〜580 nmの範囲に設定
すれば、位相差板の材質にかかわらず、一層はっきりし
た色調でカラー表示することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、液晶表示デバイスのフ
ロント側の透明基板とフロント側偏光板とのあいだに、
位相差板を介在させ、しかも位相差板の光軸の方向をフ
ロント側偏光板の光の透過軸方向と表示面側から見て反
時計回りに45°±５°以内に合わせたため、液晶層間の
印加電圧を変化させるだけで簡単に数色のカラー表示を
行うことができる。

【００２６】しかも、本発明の液晶表示デバイスの製造
プロセスはＴＮ型またはＳＴＮ型の液晶表示デバイスの
製造プロセスとほぼ同一であるため、新規に製造ライン
を設けなくて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶表示デバイスの要
部の説明用分解斜視図である。

【図２】図１の液晶表示デバイスの断面説明図である。

【図３】図１の液晶表示デバイス内部を通過する光の透
過軸などの角度の関係を示す説明図である。

【図４】液晶層間の駆動電圧と透過率との関係を示すグ
ラフである。

【図５】図１の液晶表示デバイス内部を通過する光の偏
光の状態を示す説明図である。

【図６】従来のカラー表示させる液晶表示デバイスの透
明基板部分の分解斜視図である。

【図７】従来のカラー表示させる液晶表示デバイスの他
の例のパネル部分の分解斜視図である。

【図８】従来のカラー表示させるＥＣＢ方式の液晶表示
デバイスの断面説明図である。

【符号の説明】

１液晶層２フロント側偏光板３リア側偏光板４、５透明基板６位相差板Ａ、Ｂ液晶層のラビング方向Ｃ、Ｅ偏光板の透過軸方向Ｄ位相差板の光軸方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の透明基板の互いに向かい合う面に
透明導電膜が設けられ、該透明導電膜の表面に配向膜が
設けられ、前記２枚の透明基板で液晶層が挾持され、該
２枚の透明基板の外側にそれぞれ偏光板が配置されてな
る液晶表示デバイスであって、前記透明基板の表示面側
であるフロント側の偏光板とフロント側の透明基板との
あいだに位相差板を介在させ、該位相差板の光軸が前記
フロント側偏光板の透過軸を基準として表示面側から見
て反時計回りに45°±５°の範囲になるように配置され
てなる液晶表示デバイス。