JPH0731328B2 - カラ−液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、同一表示箇所を所望の表示色で多色の表示が
できるカラー液晶表示素子に関するものである。

［従来の技術］ 従来から２色以上の表示を行う液晶表示素子は種々知ら
れている。この代表的な液晶表示素子としては、所望の
部分にカラーフィルターを設けて表示するものがある
が、これでは同じ表示箇所で異なる色を表示することは
できない。

このため、同じ表示箇所で異なる色を表示する液晶表示
素子がいくつか提案されている。

この一例としては、液晶層を２層とし、夫々の液晶層に
異なる色調の二色性色素を溶解した２層ゲストホスト液
晶表示素子があるが、この２層ゲストホスト液晶表示素
子は、コントラストが低く、ポジ表示が困難であり、ダ
イナミック駆動が困難であり、かつ色が減色混合となる
ため混色の場合暗くなるという欠点を有しており、その
使用範囲は極めて限定されるものであった。

また、表示電極をインターデジタル形状に形成し、その
電極の上または下にカラーフィルターを積層したカラー
液晶表示素子があり、例えば、一方には赤のカラーフィ
ルターを、他方には緑のカラーフィルターを形成すれ
ば、電圧を印加する電極を選択することにより赤、緑ま
たはその混色の黄色を表示することができる。この液晶
表示素子は前述の複層ゲストホスト液晶表示素子に比し
て高いコントラストを得ることができ、またダイナミッ
ク駆動をすることもできる。

［発明の解決しようとする問題点］ しかし、このカラー液晶表示素子も全ての表示電極をイ
ンターデジタル状に形成するのは生産性が悪く、製造時
に電極間の短絡を生じやすいという問題点があった。

また、これは色ずれ防止のために電極の上若しくは下に
カラーフィルターを形成する、即ち液晶表示素子のセル
内に微細なパターンのカラーフィルターを形成すること
となるため、液晶表示素子の生産性が悪いものであり、
見やすくするために電極パターン及びカラーフィルター
パターンを微細化すればするほど製造が困難になるもの
であった。さらに、カラーフィルターの厚みも充分とり
にくいため、充分な色を出すことができにくいものであ
り、またカラーフィルターがセル内にあるため液晶表示
素子の信頼性も低くなる傾向があった。さらには、各セ
グメント毎に２つの電極を引き出し駆動することとなる
ので、そのパターン設計、端子の取り出し、駆動回路に
も負担がかかるものであった。

また、このカラー液晶表示素子は加色混合となるもので
はあるが、一方の電極のみを駆動する場合にはパターン
の半分は暗くなり、表示が暗くなるという欠点は解消さ
れていない。

本発明はこれらの欠点を防止し、同一の表示箇所で複数
の色の表示ができ、生産性がよく、常にパターンの全面
積で光が透過してくるカラー液晶表示素子を目的として
いる。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであ
り、パターンを表示する第１の液晶セルと色を選択する
第２の液晶セルとを積層してなる複層のカラー液晶表示
素子において、第１の液晶セルの前後に一対の白黒偏光
膜を配置し、第２の液晶セルの背後に２枚の異なる色調
のカラー偏光膜をその偏光軸が直交するように積層した
カラー複合偏光膜を配置し、色を選択する第２の液晶セ
ルの基板の電極の少なくとも一方が、くし型が相互に組
み合わされたインターデジタル状の電極とされており、
これらのインターデジタル状の電極への電圧印加状態に
より３色以上の色を選択表示することを特徴とするカラ
ー液晶表示素子を提供するものである。

本発明のカラー液晶表示素子を図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明のカラー液晶表示素子の構成を示す模
式図である。

第１図において、１は第１の液晶層、２は第２の液晶
層、３、４は第１の液晶層の両側に配置された可視光波
長全域にわたって吸収のある白黒偏光膜、５、６は第２
の液晶層の背後に配置された可視光波長域の一部に吸収
のあるカラー偏光膜であり、相互に色調が異なり、かつ
その偏光軸は直交するように積層されてカラー複合偏光
膜７とされている。８は光源である。

この第１の液晶層は、表示パターンを表示するためのも
のであり、一対の電極付の基板に挟持されて、第１の液
晶セルを形成している。これらの電極付の基板は、通常
は一方の基板にコモン電極が形成され、他方の基板にセ
グメント電極が構成されていればよく、このコモン電極
とセグメント電極とを適宜選択することにより所望のパ
ターンの表示が可能となる。この第１の液晶セルは、通
常のツイストネマチック液晶表示セルの場合には、両方
の基板で配向方向をほぼ直交させ、配向方向と偏光膜の
偏光軸とをほぼ平行またはほぼ直交するように配置すれ
ばよい。この第１の液晶セルは、通常のツイストネマチ
ック液晶表示セルの外、強誘電性スメクチック液晶表示
セル等も使用できるし、薄膜半導体やダイオード等を基
板上に組み込んだものや、カラーフィルターを併用した
もの等も使用できる。

この第２の液晶層は、色を選択するためのものであり、
一対の電極付の基板に挟持されて、第２の液晶セルを形
成している。これらの少なくとも一方にはインターデジ
タル状の電極が形成されている２枚の電極付の基板を組
み合せている。この両方の基板で配向方向をほぼ直交さ
せ、中央の白黒偏光膜４とこの第２の液晶セルの白黒偏
光膜４側の基板の配向処理方向は平行か直交するように
配置される。

なお、このカラー偏光膜の偏光軸とは、可視光全波長域
にわたって光が透過する光軸のことであり、白黒偏光膜
の偏光軸とカラー偏光膜の偏光軸を直交させて配置した
時に、ある色の光のみが透過してくることとなる。

また、この第２の液晶セルの背後に配置される相互に色
調が異なる２つのカラー偏光膜５、６の偏光軸は直交す
るように積層されてカラー複合偏光膜７を構成してお
り、中央の白黒偏光膜４の偏光軸と一方がほぼ平行に、
他方がほぼ垂直になるように配置される。

この第２の液晶層を挟持する電極付の基板の電極パター
ンは、色を選択するためのものであればよい。

この一方の電極をインターデジタルな形状、即ち、一対
のくし型電極とし、この２つの電極の両方に電圧を印加
した場合、いずれか一方に電圧を印加した場合、両方と
も電圧を印加しない場合にいずれかの偏光膜の色または
その混色が選択され、即ち、３〜４色の選択が可能とな
る。

第２図乃至第４図は、このインターデジタルな形状の電
極の例を示す平面図であり、わかりやすくするため、拡
大して示している。

第２図は等しい幅で等しい面積を有する線状の電極によ
る一対のインターデジタル状の電極を示している。第３
図は電極の幅を変えることにより電極の面積を変えた線
状の電極による一対のインターデジタル状の電極を示し
ている。第４図はインターデジタル状の電極の幅が短い
ピッチで変化している電極を示しており、その電極の幅
が太くなっている部分では、隣接する電極の幅が狭くな
るようにされており、これによって混色の場合にその混
色がより完全となる。

この一対のインターデジタルな形状の電極の中心間の距
離Ｗは表示の大きさ及び見る人の位置によっても異なる
が、通常のものでは0.5mm以下にしておくことにより、
混色の場合に色が縞模様に見えにくく好ましい。もちろ
ん、大型の公衆表示のように数ｍ離れて見るような用途
の場合には、この距離Ｗはより広くすることもでき、見
る人が色を縞模様として認識しにくい程度にすればよ
い。また、表示の位置により、色調を変化させるために
は、インターデジタル電極の対を、電気的に分離して複
数対設ければよい。

また、このインターデジタルな形状の電極の間隙は、少
なくすればする程、色の発現性がよくなり、必要に応じ
て、この間隙部分に着色インクの印刷、金属の蒸着、メ
ッキ等による遮光層を形成することもできる。

特に、この一対のインターデジタルな電極の面積を異な
らせることにより、電極の選択により、混色が２種類得
られ、４色の選択が可能となる。もちろん、表示箇所に
よって電極の面積比を変えた部分を作ったり、カラー偏
光膜の色を変えたりして色を変えるようにしてもよい。

本発明では、２枚の白黒偏光膜の偏光軸を平行にして配
置することにより、第１の液晶セルでは、ネガ表示とな
り、暗い背景に電圧が印加されたセグメントだけが明る
く点灯することとなり、この点灯部分の色を第２の液晶
セルにより選択して表示でき、透過型で使用する場合に
は見やすく好ましい。

もちろん、この逆の２枚の白黒偏光膜の偏光軸が直交す
るようにして配置することにより、第１の液晶セルを、
ポジ表示とすることもできるが、この場合には背景の色
が変化することとなるため、特殊な場合、例えば、非常
時に背景を赤くして表示する等を除きあまり見やすくは
ない。

以上の例では、細かい構成については省略したが、基板
は、ガラス、プラスチック等の公知の基板が使用でき
る。電極も酸化スズ、酸化インジウム−酸化スズ等の透
明電極またはこれに金属リードを併用したもの等が使用
できる。配向処理層は、電極面を直接ラビングしてもよ
いし、ポリイミド、ポリアミド、シリカ、アルミナ等の
配向膜をラビングしたり、斜め蒸着したりして形成すれ
ばよい。封入する液晶は通常ねじれ角が90°のネマチッ
ク液晶が使用されればよいが、270°や450°ねじれの液
晶も使用可能であり、また、前述のように第１層の液晶
としては、強誘電性スメクチック液晶も使用できる。

本発明では、この基本的構成以外に公知の液晶表示素子
の構成が応用でき、例えば、第１の液晶層をさらに２つ
にして、２種類のパターンを表示することとしたり、第
２の液晶セルの電極を全面同一のインターデジタルパタ
ーンとせずに、場所により電極面積を変えることにより
混色を変えることもできる。また、中央に配置する白黒
偏光膜４とその両側の基板の代りに、両面に電極を有す
る白黒偏光膜基板を使用することもできる。

また、この例では、光源をカラー複合偏光膜側に配置し
ているが、逆の側に配置することもできる。

［実施例］ 参考例 第１図に示す構成で、第１の液晶セルをITO（酸化イン
ジウム−酸化スズ）の透明電極を形成し、日の字型の数
字表示部と、バーグラフ表示部とをパターニングしたガ
ラス基板で構成し、内部にねじれ角が90°のネマチック
液晶を封入したものを使用した。なお、この液晶セルの
配向処理層は、ポリイミドをオーバーコートし、両方の
基板でその処理方向が直交するようにラビングして形成
した。この液晶セルの前面に偏光軸が配向処理方向と一
致するように白黒偏光膜を配置し、裏面に配向処理方向
と直交するように、即ち、前面の偏光膜の偏光軸と平行
になるように白黒偏光膜を配置した。この裏側に第２の
液晶セルとして、全面にベタでITO電極を形成した基板
を使用し、ポリイミドをオーバーコートし、その表面を
両方の基板で配向処理方向が直交するようにラビング
し、内部にねじれ角が90°のＰ型ネマチック液晶を封入
したものを積層した。この場合、この第２の液晶セルの
前面、即ち白黒偏光膜側の配向処理方向をこの白黒偏光
膜の偏光軸と一致するように配置した。この第２の液晶
セルの裏側にこの中央の白黒偏光膜の偏光軸の方向に対
して、可視光全波長域にわたって光が透過する光軸であ
る偏光軸が一致し、一部の波長の光が吸収されて着色し
た偏光が透過する偏光方向が直交する。赤色のカラー偏
光膜と、この中央の白黒偏光膜の偏光軸と直交する、即
ち、赤色のカラー偏光膜の偏光軸と直交する偏光軸を有
する緑色のカラー偏光膜とを積層したカラー複合偏光膜
を配置した。このカラー複合偏光膜の背後に光源を配置
してカラー液晶表示素子を製造した。

このカラー液晶表示素子はネガ表示であり、第２の液晶
セルに電圧を印加しない時には、表示点灯部分が赤色で
表示され、第２の液晶セルに電圧を印加した時には、表
示点灯部分が緑色で表示された。

実施例１ 第２の液晶セルに第２図に示したような面積が同じで電
極間の距離Ｗが0.2mmの一対のインターデジタル状の電
極を形成したことを除き、参考例と同様にしてカラー液
晶表示素子を製造した。

このカラー液晶表示素子は、第２の液晶セルに電圧を印
加しない時には、表示点灯部分が赤色で表示され、第２
の液晶セルの両方の電極に電圧を印加した時には、表示
点灯部分が緑色で表示され、第２の液晶セルの一方の電
極に電圧を印加した時には、表示点灯部分が黄褐色で表
示され、３色の表示が可能なものであり、全ての色にお
いて明るい表示が得られた。

実施例２ 第２の液晶セルに第３図に示したような面積を1:2と
し、電極間の距離Ｗを0.2mmとした一対のインターデジ
タル状の電極を形成したことを除き、実施例１と同様に
してカラー液晶表示素子を製造した。

このカラー液晶表示素子は、第２の液晶セルに電圧を印
加しない時には、表示点灯部分が赤色で表示され、第２
の液晶セルの両方の電極に電圧を印加した時には、表示
点灯部分が緑色で表示され、第２の液晶セルの面積が小
さい方の電極に電圧を印加した時には、表示点灯部分が
赤褐色で表示され、第２の液晶セルの面積が大きい方の
電極に電圧を印加した時には、表示点灯部分が黄緑色で
表示され、４色の表示が可能なものであり、全ての色に
おいて明るい表示が得られた。

実施例３ 第２の液晶セルに第４図に示したような形状で面積1:2
で電極の幅が変化している電極間の距離Ｗを0.2mmとし
た一対のインターデジタル状の電極を形成したことを除
き、実施例１と同様にしてカラー液晶表示素子を製造し
た。

このカラー液晶表示素子は、実施例３と同様な表示が可
能であり、かつその混色時においても色が縞模様状に見
えにくく、見やすいものであった。

実施例４ 日の字型の数字表示部には、第２の液晶セルに第２図の
パターンで一対のインターデジタル状の電極を形成し、
赤色のカラー偏光膜と青色のカラー偏光膜とからなるカ
ラー複合偏光膜を配置し、バーグラフ表示部には第２の
液晶セルに第３図のパターンで一対のインターデジタル
状の電極を形成し、実施例１と同様な赤色のカラー偏光
膜と緑色のカラー偏光膜とからなるカラー複合偏光膜を
配置して実施例１と同様にしてカラー液晶表示素子を製
造した。

このカラー液晶表示素子は、日の字型の数字表示部で
は、赤色、紫色、青色の３色が表示でき、バーグラフ表
示部では赤色、赤褐色、黄緑、緑色の４色が表示でき
た。

［発明の効果］ 本発明のカラー液晶表示素子は、色の選択を第２の液晶
セルとカラー複合偏光膜で行っているため、常に明るい
表示が可能であり、かつ、インターデジタル状の電極を
使用することにより同一表示箇所で３〜４色の表示色の
変更が容易にできるという利点を有するものである。

また、本発明では、微細なパターニングが困難なカラー
フィルターを細かいパターンで形成する必要がなく、ま
た、それと細かいパターンの電極との精密な位置合せが
必要とされないため、生産性がよいものでもある。

さらに、一般の複層液晶セルのように、表示像のずれを
防止するために３枚基板２層液晶層構造とする必要がな
く、本発明では、この第１の液晶セルと第２の液晶セル
とは別々に製造して組み合せればよいため、製造が極め
て容易であり、部留も高くすることができる。

また、セル内にカラーフィルターを形成するというよう
な必要がなく、セルの信頼性がよいものであり、表示色
を変更するために端子数が大幅に増加することもなく、
リードパターンの引き廻しの設計及び端子取り出しが容
易で信頼性が高く、かつ駆動回路も簡略化できるもので
もある。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で、公知の液
晶表示素子に使用されているような構成を付加したり、
それらの用途に合せて仕様を変更したりして、種々の応
用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のカラー液晶表示素子の基本的構成を
説明する模式図。 第２図乃至第４図は、本発明の第２の液晶セルの電極パ
ターンを説明するための平面図。 第１の液晶層:1 第２の液晶層:2 白黒偏光膜:3、４ カラー偏光膜:5、６ カラー複合偏光膜:7 光源:8

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パターンを表示する第１の液晶セルと色を
   選択する第２の液晶セルとを積層してなる複層のカラー
   液晶表示素子において、第１の液晶セルの前後に一対の
   白黒偏光膜を配置し、第２の液晶セルの背後に２枚の異
   なる色調のカラー偏光膜をその偏光軸が直交するように
   積層したカラー複合偏光膜を配置し、色を選択する第２
   の液晶セルの基板の電極の少なくとも一方が、くし型が
   相互に組み合わされたインターデジタル状の電極とされ
   ており、これらのインターデジタル状の電極への電圧印
   加状態により３色以上の色を選択表示することを特徴と
   するカラー液晶表示素子。
2. 【請求項２】隣接するインターデジタル状の電極が同一
   面積を有し、それらのインターデジタル状の電極への電
   圧印加状態により、３色を選択表示する特許請求の範囲
   第１項記載のカラー液晶表示素子。
3. 【請求項３】隣接するインターデジタル状の電極が異な
   る面積を有し、それらのインターデジタル状の電極への
   電圧印加状態により、４色を選択表示する特許請求の範
   囲第１項記載のカラー液晶表示素子。
4. 【請求項４】隣接するインターデジタル状の電極の中心
   間の距離が0.5mm以下である特許請求の範囲第２項また
   は第３項記載のカラー液晶表示素子。
5. 【請求項５】インターデジタル状の電極の幅が短いピッ
   チで変化しており、その電極の幅が太くなっている部分
   では、隣接する電極の幅が狭くなっている特許請求の範
   囲第１項記載のカラー液晶表示素子。
6. 【請求項６】第１の液晶セルのセルが暗い背景に明るい
   表示となるネガ表示とされ、明るい表示部分の色が第２
   の液晶セルへの電圧印加により３色以上に変化させられ
   る特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項記載の
   透過型のカラー液晶表示素子。