JPH09258226A - Color liquid crystal element and display device - Google Patents

Color liquid crystal element and display device

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JPH09258226A
JPH09258226A JP8100641A JP10064196A JPH09258226A JP H09258226 A JPH09258226 A JP H09258226A JP 8100641 A JP8100641 A JP 8100641A JP 10064196 A JP10064196 A JP 10064196A JP H09258226 A JPH09258226 A JP H09258226A
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JP
Japan
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liquid crystal
color
state
electric field
substrate
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JP8100641A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Hasegawa
徹 長谷川
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OPT KIKAKU KAIHATSU KK
Original Assignee
OPT KIKAKU KAIHATSU KK
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09258226A publication Critical patent/JPH09258226A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/34Colour display without the use of colour mosaic filters

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a liquid crystal element having a wide visual field angle adequate for TVs, etc., without using a color filter by providing the element with repetitive units of plural pixels varying in the hues of a color developed state, executing the control by the electric field of the pixels between the non- color developed state and a prescribed color developed state and utilizing an additive mixture of colors. SOLUTION: A liquid crystal layer 13 is arranged between transparent substrates 12 and 14 which may have a pair of polarizers 11, 15 and transparent or comb-shaped opaque electrodes, etc. This liquid crystal layer 13 has the repetitive units consisting of plural liquid regions 13A to 13C varying in the retardation corresponding to the pixels exhibiting the color development varying by double refraction. The liquid regions 13A to 13C varying in the retardation are so regulated that the retardation is varied by a difference in the refractive index anisotropy and thickness under a specified or nearly specified electric field condition including an electric field nonimpression state. The control to the different hues by the electric fields of the pixels is not executed in this constitution and the color display is executed by utilizing the additive mixture of colors.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パソコン、TV、携帯
情報機器などに好適なカラー液晶素子および表示装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color liquid crystal element and a display device suitable for personal computers, TVs, portable information devices and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】液晶
表示は薄型、軽量などの特徴から、パソコンなどの加法
混色を利用する平面な高密度カラー表示分野で主流とな
っている。この分野ではノーマリー・ホワイトモードな
どのTN素子にカラーフィルターを組合せたカラー液晶
素子が用いられているが、以下の難点によってTVなど
のファミリー用途、携帯情報機器などへの応用に限界が
ある、すなわち、従来の素子の難点 1)視野角が狭い。特に上下方向に難点があり、左右方
向も法線から60度の視野角の確保が困難である。 2)中間調では色相が濁り易い。また、視角によって色
相の反転が生じ易い。 3)カラーフィルターを使うため材料コストが高い。 4)カラーフィルターを使うため暗くなり、特にバック
ライトを使わない反射型表示の実現が困難である。
2. Description of the Related Art Liquid crystal displays have become mainstream in the field of flat high-density color displays utilizing additive color mixture in personal computers and the like because of their thinness and lightness. In this field, a color liquid crystal device in which a color filter is combined with a TN device such as a normally-white mode is used, but due to the following difficulties, there is a limit in application to family applications such as TVs and portable information devices. , Difficulties of conventional elements 1) The viewing angle is narrow. In particular, there are difficulties in the vertical direction, and it is difficult to secure a viewing angle of 60 degrees from the normal in the horizontal direction. 2) In the middle tone, the hue tends to become cloudy. Further, the hue is likely to be inverted depending on the viewing angle. 3) Material cost is high because a color filter is used. 4) It becomes dark because a color filter is used, and it is particularly difficult to realize a reflective display that does not use a backlight.

【0003】他方、カラーフィルターを用いない従来方
式として、複屈折による発色を利用したDAP型などの
電界制御複屈折(ECB)方式として総称される方式が
知られている。本方式は加法混色を用いずに画素自身の
色相を変えて原色を出せるため、簡潔な構成でカラー表
示ができる利点がある反面、上記の視野角、中間調に関
しては通常のTN型などに比べて一般に何ら優れている
ところがない。より詳しくは、従来のECB方式は視野
角が狭く、角度により全く異なった色相となる。中間調
表示は原理的に殆ど不可能である。温度により発色色相
が影響されやすい。onあるいはoffの過程で異なる
色相を経由するするために、しばしば不快な残像を生じ
動画表示に不適である。すなわち、TN型でも不十分で
あった分野には一層不適である。逆に言えば、従来のE
CB方式は難点が多すぎるために、上記のTN素子にカ
ラーフィルターを組合せたカラー液晶素子が用いられて
いる。
On the other hand, as a conventional method which does not use a color filter, a method generally known as an electric field controlled birefringence (ECB) method such as a DAP type utilizing color development by birefringence is known. Since this method can change the hue of the pixel itself to produce the primary color without using additive color mixing, it has the advantage of being able to perform color display with a simple structure, but on the other hand, compared to the normal TN type etc. in terms of the viewing angle and halftone above. In general, there are no advantages. More specifically, the conventional ECB method has a narrow viewing angle, and the hues are completely different depending on the angle. In principle, halftone display is almost impossible. The color hue is easily affected by temperature. Since it passes through different hues in the process of turning on or off, it often causes an unpleasant afterimage and is not suitable for displaying moving images. That is, the TN type is more unsuitable for the field where it was insufficient. Conversely, the conventional E
Since the CB method has too many problems, a color liquid crystal element in which a color filter is combined with the above TN element is used.

【0004】本発明の目的は、従来の複屈折によるカラ
ー素子を抜本的に再構築して上記の難点を解決し、カラ
ーフィルターを用いることなく、TVなどにも好適な視
野角の広い透過型カラー液晶素子、および携帯情報機器
などに好適な反射型カラー液晶素子および表示装置を提
供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems by drastically reconstructing a conventional color element by birefringence, and to use a transmission type with a wide viewing angle suitable for TVs without using a color filter. It is an object of the present invention to provide a color liquid crystal element, a reflective color liquid crystal element suitable for portable information equipment, and a display device.

【0005】[0005]

【問題点を解決するための手段】前記の課題を解決し、
上記の目的を達成するために以下の手段を用いる。
[Means for Solving the Problems]
The following means are used to achieve the above object.

【0006】一対の偏光子の間に液晶層を配置するか、
または一個の偏光子と液晶層、反射層によって実質的に
一対の偏光子の間に液晶層を配置して、複屈折による発
色を利用するカラー液晶素子において、一定の電界条件
下で液晶層の屈折率異方性Δnと厚さdにより定まるリ
ターデイションの違いにより、発色状態の色相が異なる
複数の画素の繰り返し単位を有し、画素の電界による制
御は非発色状態と特定の発色状態間で行い、加法混色を
利用するカラー液晶素子。
A liquid crystal layer is disposed between the pair of polarizers,
Alternatively, in a color liquid crystal device that utilizes a color due to birefringence by arranging a liquid crystal layer between a polarizer and a liquid crystal layer, and a reflective layer between a pair of polarizers, the liquid crystal layer is Due to the difference in retardation determined by the refractive index anisotropy Δn and the thickness d, there is a repeating unit of a plurality of pixels having different hues in the colored state. Control by the electric field of the pixel is performed between the non-colored state and a specific colored state. The color liquid crystal element that uses the additive color mixture.

【0007】液晶材料の屈折率異方性Δnが異なること
により液晶層のリターデイションが異なる上記のカラー
液晶素子。
The above-mentioned color liquid crystal device in which the retardation of the liquid crystal layer is different because the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material is different.

【0008】液晶層の厚さdが異なることにより液晶層
のリターデイションが異なる上記のいずれかのカラー液
晶素子。
Any one of the above color liquid crystal devices in which the retardation of the liquid crystal layer is different due to the different thickness d of the liquid crystal layer.

【0009】繰り返し単位中に少なくとも一つの有彩色
を有し、無彩色を有してもよく、繰り返し単位を構成す
る画素を用いて一定の電界条件下での発色状態で加法混
色を行った場合に無彩色となる組合せの繰り返し単位で
ある上記のいずれかのカラー液晶素子。
In the repeating unit, at least one chromatic color may be included, and an achromatic color may be included. In the case where the additive color mixture is performed in a coloring state under a constant electric field condition by using pixels forming the repeating unit. The color liquid crystal device according to any one of the above, which is a repeating unit of achromatic combination.

【0010】非発色状態では液晶分子が基板に垂直ない
し概ね垂直であるか、または平行ないし概ね平行な捻れ
のない状態であり、発色状態では液晶分子が、基板に対
して平行ないし一様に傾斜している状態またはベンド状
態である上記のいずれかのカラー液晶素子。
In the non-coloring state, the liquid crystal molecules are perpendicular to or substantially perpendicular to the substrate, or in a parallel or substantially parallel state without twist, and in the coloring state, the liquid crystal molecules are parallel or even tilted with respect to the substrate. The color liquid crystal element according to any one of the above, which is in the open state or the bend state.

【0011】非発色状態では液晶分子が基板に垂直ない
し概ね垂直であるか、または平行ないし概ね平行な捻れ
のない状態であり、発色状態の液晶分子が基板に平行な
いし概ね平行な捻れのない状態である上記のいずれかの
カラー液晶素子。
In the non-coloring state, the liquid crystal molecules are perpendicular to or substantially perpendicular to the substrate, or in the parallel or substantially parallel state without twist, and the liquid crystal molecules in the coloring state are parallel to or substantially parallel to the substrate without twist. A color liquid crystal device according to any one of the above.

【0012】発色状態と非発色状態の液晶分子がともに
基板に平行ないし概ね平行な捻れのない状態である上記
のいずれかのカラー液晶素子。
[0012] The color liquid crystal device according to any one of the above, wherein the liquid crystal molecules in the colored state and the liquid crystal molecules in the non-colored state are both in a state of being substantially or substantially parallel to the substrate without any twist.

【0013】カラー液晶素子が基板と垂直方向に電界を
印可する電気光学素子であり、非発色状態では液晶分子
が基板に垂直ないし概ね垂直であって、複屈折フィルム
などによる視野角改善手段を有してもよく、液晶層にN
p液晶を用い電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に
平行であるか概ね平行であるモード、または液晶層にN
n液晶を用い電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に
垂直ないし概ね垂直であるモード、あるいは液晶層にN
p液晶を用い電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に
平行ないし概ね平行状態から垂直ないし概ね垂直状態へ
遷移しているハイブリッド状態である上記のいずれかの
カラー液晶素子。
The color liquid crystal element is an electro-optical element that applies an electric field in the direction perpendicular to the substrate, and in the non-color-developing state, the liquid crystal molecules are perpendicular or almost perpendicular to the substrate, and a viewing angle improving means such as a birefringent film is provided. You may use N in the liquid crystal layer.
A mode in which liquid crystal molecules are aligned in a state in which no electric field is applied using p liquid crystal is parallel or substantially parallel to the substrate, or N in the liquid crystal layer.
n liquid crystal is used, and the mode of liquid crystal molecules in which no electric field is applied is perpendicular to the substrate or almost perpendicular to the substrate, or N is applied to the liquid crystal layer.
Any one of the above-described color liquid crystal elements, which is in a hybrid state in which the arrangement of liquid crystal molecules in the no-electric field state using p liquid crystal transits from a state that is parallel or approximately parallel to the substrate to a state that is vertical or approximately vertical.

【0014】カラー液晶素子が基板と垂直方向に電界を
印可する電気光学素子であり、非発色状態の液晶分子が
基板に垂直ないし概ね垂直であって、発色状態では基板
に平行ないし概ね平行であり、液晶層にNp液晶を用い
電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に平行であるか
概ね平行であるモード、または液晶層にNn液晶を用い
電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に垂直ないし概
ね垂直であるモードである上記のいずれかのカラー液晶
素子。
The color liquid crystal element is an electro-optical element that applies an electric field in the direction perpendicular to the substrate, and the liquid crystal molecules in the non-coloring state are perpendicular to or substantially perpendicular to the substrate, and in the coloring state are parallel or substantially parallel to the substrate. , A mode in which Np liquid crystal is used for the liquid crystal layer and the alignment of liquid crystal molecules in the non-electric field is parallel or almost parallel to the substrate, or the alignment of liquid crystal molecules in the non-electric field is formed on the substrate by using Nn liquid crystal in the liquid crystal layer. Any of the above color liquid crystal devices in a mode that is vertical or nearly vertical.

【0015】カラー液晶素子が基板と垂直方向に電界を
印可する電気光学素子であり、液晶層にNn液晶を用い
電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に垂直ないし概
ね垂直であり、上下電極をズラした構成などとしてフリ
ンジ電界などによる横方向電界の効果を利用し、電界に
より液晶分子を特定の方向に倒すモードである上記のい
ずれかのカラー液晶素子。
The color liquid crystal element is an electro-optical element which applies an electric field in a direction perpendicular to the substrate, and the liquid crystal layer is made of Nn liquid crystal and the arrangement of liquid crystal molecules without an electric field is perpendicular or almost perpendicular to the substrate. The color liquid crystal device according to any one of the above, which is a mode in which liquid crystal molecules are tilted in a specific direction by an electric field by utilizing an effect of a lateral electric field due to a fringe electric field as a staggered structure.

【0016】液晶層にNp液晶またはNn液晶を用い、
基板と同一面内方向に電界を印可するモードである上記
のいずれかのカラー液晶素子。
Np liquid crystal or Nn liquid crystal is used for the liquid crystal layer,
Any one of the above color liquid crystal devices in a mode in which an electric field is applied in the same in-plane direction as the substrate.

【0017】複屈折による発色の色相を変えずに、印可
電界によりその透過光強度を制御して階調制御を行う上
記のカラー液晶素子。
The above-mentioned color liquid crystal element which controls gradation by controlling the intensity of transmitted light by an applied electric field without changing the hue of color development due to birefringence.

【0018】加法混色3原色と黒などの、発色状態で無
彩色となる画素をもつ繰り返し単位を有し、一対の偏光
子が平行である上記のいずれかの透過型のカラー液晶素
子の背面に反射層を有するか、または一個の偏光子と液
晶層、白色金属反射層を有する上記のいずれかの反射型
カラー液晶素子。
On the back surface of any of the above-mentioned transmission type color liquid crystal elements having a repeating unit having a pixel which becomes achromatic in a colored state, such as three primary colors of additive color and black, and a pair of polarizers being parallel to each other. The reflective color liquid crystal device according to any one of the above, which has a reflective layer, or has one polarizer and a liquid crystal layer, and a white metal reflective layer.

【0019】一個の偏光子と液晶層、白色金属反射層を
有する上記いずれかの反射型カラー液晶素子において、
液晶層のΔn・dが0.1〜2である反射型カラー液晶
素子。
In any one of the above reflective color liquid crystal devices having one polarizer, a liquid crystal layer and a white metal reflective layer,
A reflective color liquid crystal device in which Δn · d of the liquid crystal layer is 0.1 to 2.

【0020】一対の偏光子が直交である上記いずれかの
透過型のカラー液晶素子において、液晶層のΔn・dが
0.4〜4である透過型カラー液晶素子。
In any one of the above-mentioned transmission type color liquid crystal elements in which a pair of polarizers are orthogonal to each other, the transmission type color liquid crystal element in which Δn · d of the liquid crystal layer is 0.4 to 4.

【0021】一対の偏光子が直交である上記のいずれか
の透過型のカラー液晶素子の背面に、3波長蛍光管など
の演色性の高い蛍光管を光源とする、導光板、反射板を
有してもよい面光源型などのバックライト・ユニットを
配置して構成したカラー表示装置。
A light guide plate and a reflection plate having a fluorescent tube having a high color rendering property such as a three-wavelength fluorescent tube as a light source are provided on the back surface of any of the transmission type color liquid crystal elements in which a pair of polarizers are orthogonal to each other. A color display device configured by arranging a backlight unit such as a surface light source type.

【0022】[0022]

【作用】本発明は、従来の複屈折を用いるカラー素子
を、光学原理に遡って電気光学的制御および定常的な光
学構成を抜本的に変更、再構築し、その難点を原理的に
除去しようとするものであるが、原理説明の陥りがちな
抽象的な難解さを避けるために、適宜、実施例にも該当
する具体例を交えて説明する。
According to the present invention, a conventional color element using birefringence will be fundamentally eliminated by fundamentally modifying and reconstructing electro-optical control and steady-state optical configuration by going back to the optical principle. However, in order to avoid the abstract difficulty that tends to fall into the explanation of the principle, a specific example corresponding to the embodiment will be appropriately described.

【0023】 複屈折による発色を利用することにより
カラーフィルターを用いないカラー素子を構成すること
が可能であり、従来の複屈折による発色を利用してカラ
ー表示を行うECB素子は液晶デバイス・ハンドブック
(日本学術振興会第142委員会編)p473〜477
に記載されているDAP型などの各種方式が知られてい
るが、前記のような難点ないしは解決すべき課題をもっ
ている。
A color element that does not use a color filter can be formed by utilizing the color development by birefringence, and the conventional ECB element that performs color display by utilizing the color development by birefringence is a liquid crystal device handbook ( 142nd Committee, Japan Society for the Promotion of Science) p473-477
Although various methods such as the DAP type described in 1) are known, they have the above-mentioned problems or problems to be solved.

【0024】本発明は、従来のECB方式の難点は、次
に述べる、その共通な電気光学的制御、定常的な光学構
成に基づく、不可避なものであるという観点に立ってい
る。すなわち、従来の複屈折による発色を利用したEC
Bモードは以下のような電気光学的制御、定常的な光学
構成 1)発色色相の制御は、同一画素あるいは同一画素の液
晶分子の基板面からの傾きの角度を電気的に制御して液
晶層のリターデイションを変化させて行い、色相(マン
セル表色系における色相を表す)を有彩色間で変えてい
る。すなわち、複屈折による発色の有彩色間での電気光
学的制御が基本である。 2)基板面に対して液晶分子が角度を持った状態におけ
る、複屈折による発色を利用している。すなわち、基板
面に対して液晶分子が角度を持った状態を動作時の定常
的な光学構成としている。を持ち、これに由来する共通
の難点を有している。なお、ここで留意すべき点は、E
CB方式はTN方式のように電界無印可状態の配向状態
などのセルの構造的な構成によって特徴付けられている
ものではなく、主として色相の電気光学的な制御および
その動作時の定常的な光学構成によって特徴付けられて
いるものであり、この点に関しては本発明も同様の性格
を有している。
The present invention is based on the viewpoint that the drawbacks of the conventional ECB method are unavoidable based on the common electro-optical control and steady optical configuration described below. In other words, EC using conventional color development by birefringence
B mode is the following electro-optical control, steady optical configuration 1) Color hue is controlled by electrically controlling the angle of inclination of the same pixel or liquid crystal molecules of the same pixel from the substrate surface. The hue (representing the hue in the Munsell color system) is changed between chromatic colors by changing the retardation of. That is, the electro-optical control between chromatic colors generated by birefringence is fundamental. 2) Coloring due to birefringence is used when liquid crystal molecules have an angle with respect to the substrate surface. That is, a state in which liquid crystal molecules have an angle with respect to the substrate surface is a stationary optical configuration during operation. And have common difficulties derived from it. The points to be noted here are E
Unlike the TN method, the CB method is not characterized by the structural configuration of the cell such as the alignment state in which no electric field is applied, but mainly the electro-optical control of the hue and the steady optical operation during the operation. The present invention has a similar character in this respect.

【0025】すなわち、1)によって、有彩色間での色
相制御が特徴であるため、高い遮光状態ないし濃い黒、
あるいは反射型素子に必要な明るい白の実現などの無彩
色にも重点の置かれた制御ではなく、このため文字など
の情報表示などにはコントラストが不十分である。ま
た、電気的制御を色相制御に用いているため階調表示の
ための制御手段がなく、このため階調表示のための解決
の方向が見いだせず、画像表示としても満足なモードが
ない。また、2)によって視野角が狭くなり、角度によ
り色相変化を生じ易い。これを1)により液晶分子の角
度を変えているために、分子配列が一定であることが望
ましい複屈折フィルムなどによる視野角改善の手法が適
用困難である。また、温度変化に伴う色相変化も生じや
すい。これらが合わさって視認性の高い情報表示、画像
表示などに不十分である。
That is, according to 1), since the hue control between chromatic colors is a feature, a high light shielding state or dark black,
Alternatively, the control is not focused on achromatic color such as realization of bright white required for the reflective element, and therefore, the contrast is insufficient for displaying information such as characters. Further, since electrical control is used for hue control, there is no control means for gradation display, and therefore a direction for solving gradation display cannot be found, and there is no satisfactory mode for image display. Further, due to 2), the viewing angle becomes narrow, and the hue is likely to change depending on the angle. Since the angle of the liquid crystal molecules is changed by 1), it is difficult to apply the technique for improving the viewing angle by using a birefringent film or the like in which it is desirable that the molecular arrangement is constant. Further, a hue change due to a temperature change is likely to occur. Together, these are insufficient for highly visible information display, image display, and the like.

【0026】本発明は、上記の認識から出発して複屈折
による改良されたカラー表示を実現することにある。本
発明の基本的な思想ないし解法手順は次の1)を土台と
して、 1)電界を用いた複屈折制御による有彩色間での色相制
御を行わず、それぞれの画素に3原色などの固有の色相
を割り当て、画素の電界による制御は無彩色の非発色状
態と画素に固有の色相の発色状態との間で行い、加法混
色を利用した色相制御とする。これにより発色状態の液
晶の分子配列が基板に対して一定な状態となるため、複
屈折フィルムなどによる視野角改善が容易となる。 2)画素の繰り返し単位が、その構成画素を補色、3原
色などの加法混色を行った場合に無彩色となる組合せの
ほか、特に3原色+黒のような無彩色画素を含んでもよ
い組合せとして、反射型素子とした場合に文字、数字な
どのキャラクター表示の視認性を高めて携帯型情報機器
などに適した素子とする。 3)非発色状態(黒色遮光状態あるいは白色透過状態の
ような無彩色状態を指す。3原色+黒のような発色状態
で無彩色画素を有する場合は、同一の電界条件下で有彩
色に発色している画素が無い状態を指す。)の液晶の分
子配列状態を、視野角の広い、高い遮光性ないし高い白
色度が得られる状態とする。 4)発色状態の液晶の分子配列状態を、視野角の広い状
態とする。 5)複屈折による発色の階調制御を実現する。 複屈折によるカラー素子を2)〜5)のように構築し
て、明るい反射型表示あるいは画像表示を実現すること
にある。
The invention resides in realizing an improved color display due to birefringence, starting from the above recognition. The basic idea or solution procedure of the present invention is based on the following 1) as a base: 1) Hue control between chromatic colors is not performed by birefringence control using an electric field, and each pixel has a unique primary color such as three primary colors. Hue is assigned, and control by the electric field of the pixel is performed between the non-coloring state of the achromatic color and the coloring state of the hue unique to the pixel, and the hue is controlled by using additive color mixture. As a result, the molecular alignment of the liquid crystal in the colored state becomes constant with respect to the substrate, so that it is easy to improve the viewing angle with a birefringent film or the like. 2) As a combination in which the repeating unit of a pixel becomes an achromatic color when its constituent pixels are subjected to additive colors such as complementary colors and three primary colors, in particular, a combination which may include an achromatic pixel such as three primary colors + black When the reflection type element is used, the visibility of character display such as characters and numbers is enhanced, and the element is suitable for portable information devices and the like. 3) Non-coloring state (refers to an achromatic state such as a black light-shielding state or a white transmitting state. When an achromatic pixel is present in a state where the three primary colors + black are present, it produces a chromatic color under the same electric field conditions. The state in which there are no active pixels) means that the liquid crystal molecules are aligned so that a wide viewing angle, high light-shielding properties, and high whiteness can be obtained. 4) The color alignment of the liquid crystal molecules is set to a wide viewing angle. 5) Realize gradation control of color development by birefringence. It is to realize a bright reflective display or image display by constructing a color element by birefringence as in 2) to 5).

【0027】すなわち上記1)の従来の電界による複屈
折制御による色相制御に代わる手段として、一定の電界
条件下すなわち分子配列が概ね一定である条件下で、本
発明の2種の手段により、液晶層の屈折率異方性Δnと
厚さdにより定まるリターデイションの違いにより、発
色色相が異なる複数の画素を有する構成とし、画素に固
有の色相を割り当て、加法混色を利用した色相制御とす
る。
That is, as an alternative to the conventional hue control by the birefringence control by the electric field of 1), the liquid crystal is produced by the two means of the present invention under a constant electric field condition, that is, a condition that the molecular arrangement is almost constant. Due to the difference in retardation determined by the layer refractive index anisotropy Δn and the thickness d, a plurality of pixels having different hues are formed, a unique hue is assigned to each pixel, and hue control using additive color mixture is performed. .

【0028】第1の手段は、液晶材料の屈折率異方性Δ
nを選択して特定の発色色相を定める方式であり、画素
によって異なるΔnの液晶材料を使用することにより、
画素の液晶層のΔnを調節して隔壁などにより区画され
た画素にこれらを個別に充填して異なる色相を実現する
方法である。
The first means is the refractive index anisotropy Δ of the liquid crystal material.
This is a method of selecting a specific color hue by selecting n, and by using a liquid crystal material of Δn that differs depending on the pixel,
In this method, Δn of the liquid crystal layer of the pixel is adjusted to individually fill the pixels partitioned by the partition wall or the like to realize different hues.

【0029】第2の手段は液晶層の厚さdによって特定
の発色色相を定める方式であり、基板上に高さまたは深
さが異なる頂部または底部が平坦な凹凸を設け、他方の
基板を張り合わせる方法などにより、それぞれの画素の
液晶層の厚さdが異なる構成とする方法である。上記
の、平板な基板に本発明に必要なレベルの凹凸を設ける
ことは薄膜加工技術の基本であり、各種の公知の要素技
術を組合せて実施できる。具体的に液晶層の厚さdを画
素毎に変えた例としては、特開昭60−202423記
載などのTN素子への応用例が挙げられる。上記の発色
状態は電界印可、無印可のいずれでもよい。
The second means is a method of determining a specific color hue according to the thickness d of the liquid crystal layer, in which unevenness having different heights or depths with flat tops or bottoms is provided and the other substrate is bonded. This is a method in which the thickness d of the liquid crystal layer of each pixel is different depending on the method described above. Providing the above-mentioned unevenness of the level required for the present invention on the flat substrate is the basis of the thin film processing technique, and can be carried out by combining various known elemental techniques. As an example in which the thickness d of the liquid crystal layer is specifically changed for each pixel, there is an application example to a TN device described in JP-A-60-202423. The above-mentioned coloring state may be applied with an electric field or not applied.

【0030】また、繰り返し単位を有する画素の構成
は、発色状態で加法混色により無彩色となる組合せであ
れば、補色、加法混色3原色、減法混色3原色などの有
彩色のみの組合せの外、レッド、グリーン、ブルーの加
法混色3原色とブラックのような無彩色を含む4色の組
合せであってもよい。上記のブラックを含む4色を発色
状態とした場合は非発色状態をホワイトとすることによ
り、白地の中に黒の文字などを良好なコントラストで表
示できる反射型素子ができる。
In addition, the structure of the pixel having a repeating unit is not limited to a combination of only chromatic colors such as complementary colors, three additive primary colors, and three subtractive primary colors, as long as the combination produces an achromatic color by the additive color mixture in the color-developed state. A combination of three primary colors of red, green, and blue and four colors including an achromatic color such as black may be used. When the above-mentioned four colors including black are set to the colored state, the non-colored state is set to white, whereby a reflective element capable of displaying black characters in a white background with good contrast can be obtained.

【0031】色相制御は、従来のECB素子が単一画素
の色相を変えて加法混色3原色と減法混色3原色など原
色を一画素で表現するのに対して、本発明は繰り返し単
位を構成する画素の加法混色によって行う。たとえば加
法混色原色レッド、グリーンの画素を用いて減法混色原
色イエローを表現する場合のように混色、制御して他の
原色などを表現する。
In the hue control, the conventional ECB element changes the hue of a single pixel and expresses primary colors such as three additive primary colors and three subtractive primary colors in one pixel, whereas the present invention constitutes a repeating unit. It is performed by additive color mixture of pixels. For example, as in the case of expressing the subtractive color primary color yellow by using the pixels of the additive color primary colors red and green, color mixture is controlled and other primary colors are expressed.

【0032】上記3)の遮光性の高い黒あるいは中庸な
白を実現し、同時に視野角を拡大する手段として、非発
色状態を、液晶分子が基板に垂直ないし概ね垂直である
か、または平行ないし概ね平行な捻れのない状態に配向
ないし駆動制御して用いる。
As a means for realizing black or moderate white having a high light-shielding property and simultaneously enlarging the viewing angle as described in 3) above, the non-coloring state is such that the liquid crystal molecules are perpendicular or nearly perpendicular to the substrate, or parallel to each other. It is used by controlling the orientation or drive in a substantially parallel state with no twist.

【0033】上記4)の発色状態の視野角の拡大は、発
色状態を液晶分子が基板面に平行あるいはできるだけ角
度を持たない状態に配向あるいは制御して達成される。
これにより複屈折フィルムなどの視野角拡大手段が不要
となる。
The expansion of the viewing angle in 4) above is achieved by orienting or controlling the coloring state such that the liquid crystal molecules are parallel to the substrate surface or have as little angle as possible.
This eliminates the need for a viewing angle expanding means such as a birefringent film.

【0034】上記の5)の複屈折による階調表示の実現
は、発色、非発色状態およびその応答の過程で、液晶分
子が基板面に平行な捻れのない状態を保って動作するモ
ードを選択して実現される。
To realize gradation display by birefringence in 5) above, a mode is selected in which liquid crystal molecules are operated in a state in which there is no twist parallel to the substrate surface in the process of coloring, non-coloring and its response. Will be realized.

【0035】次に、複屈折によるカラー表示を光学的側
面から詳細に説明する。発色状態は液晶層の平均的なダ
イレクターないしその基板への射影成分の方向が、入射
光の偏光方向と平行または直交以外の角度であれば本発
明に利用しうるが、好ましくは45度に設定して複屈折
による発色効果最大となる条件を利用する。
Next, the color display by birefringence will be described in detail from the optical side. The coloring state can be used in the present invention if the direction of the average director of the liquid crystal layer or the projection component of the director on the substrate is an angle other than parallel or orthogonal to the polarization direction of the incident light, but preferably 45 degrees. Set and use the condition that maximizes the coloring effect by birefringence.

【0036】また液晶層の分子配列はダイレクターの方
向が基板に平行であるホモジニアス状態が典型的な発色
状態であり、視野角の点でも好ましいが、基板に対して
液晶分子が一様に傾斜した状態あるいはハイブリッド配
列などのベンドした状態のような平均的なダイレクター
の方向が基板に対して角度をもっていてもよい。この場
合、複屈折フィルムなどによる視野角改善が有効であ
る。
The molecular arrangement of the liquid crystal layer is typically a homogeneous state in which the direction of the director is parallel to the substrate, which is preferable in terms of viewing angle, but the liquid crystal molecules are uniformly tilted with respect to the substrate. The average director direction may be angled with respect to the substrate, such as a bent state or a bent state such as a hybrid arrangement. In this case, it is effective to improve the viewing angle with a birefringent film or the like.

【0037】非発色状態は液晶分子の配列が基板に垂直
ないしほぼ垂直であるか、平行ないしほぼ平行な捻れの
ない状態のいずれかに配向または制御することが好まし
い。この平行ないしほぼ平行な捻れのない状態である場
合、ダイレクターの方向と入射光の偏光方向とが平行ま
たは直交となるように偏光子を設定して非発色状態とす
る。一対の偏光子は直交、平行のいずれでもよい。一対
の偏光子が平行である場合は、発色状態の色相は直交状
態の補色の色相となり、透過状態またはホワイトの非発
色状態と上記発色状態間を制御できる素子ができる。
The non-coloring state is preferably oriented or controlled so that the alignment of liquid crystal molecules is perpendicular to or substantially perpendicular to the substrate, or parallel to or substantially parallel to the twist-free state. In the case of this parallel or substantially parallel twist-free state, the polarizer is set so that the direction of the director and the polarization direction of the incident light are parallel or orthogonal to each other, and the non-coloring state is set. The pair of polarizers may be orthogonal or parallel. When the pair of polarizers are parallel to each other, the hue in the coloring state becomes a complementary hue in the orthogonal state, and an element capable of controlling the transmission state or the non-coloring state of white and the above-mentioned coloring state can be obtained.

【0038】ブラックの発色状態は、ダイレクターと偏
光方向との角度が45度である場合、λ/2のリターデ
イションに設定すればよい。発色状態、非発色状態は電
界印可、無印可のいずれの状態であってもよい。このよ
うに設定、駆動して高い遮光性、または中庸な白色と広
い視野角をもつ非発色状態が達成される。
The black coloring state may be set to retardation of λ / 2 when the angle between the director and the polarization direction is 45 degrees. The color-developed state and the non-color-developed state may be applied or not applied with an electric field. By setting and driving in this way, a high light-shielding property or a non-coloring state having a moderate white color and a wide viewing angle is achieved.

【0039】また、一対の偏光子の間に液晶層を配置し
た系と光学的に同等にみなすことができる一個の偏光子
と液晶層、反射層による構成は、本発明の明るさの優れ
た反射型カラー液晶素子として重要である。この場合、
反射層はアルミなどの白色金属材料のような導電性材料
であることが好ましい。反射層は基板の背面に設けても
よいが、液晶層に近接して反射層を設けることにより視
野角、2重映りなどが改善される。このような構成の参
考例としては、T.Uchidaetal.、ASIA
DISPLAY’95 p599(1995)記載の
モノクロ素子の構成などが挙げられる。
Further, the constitution of one polarizer, the liquid crystal layer and the reflection layer, which can be regarded as optically equivalent to the system in which the liquid crystal layer is disposed between the pair of polarizers, is excellent in the brightness of the present invention. It is important as a reflective color liquid crystal device. in this case,
The reflective layer is preferably a conductive material such as a white metal material such as aluminum. Although the reflective layer may be provided on the back surface of the substrate, providing the reflective layer close to the liquid crystal layer improves the viewing angle, double reflection, and the like. As a reference example of such a configuration, T.W. Uchida et al. , ASIA
The configuration of the monochrome element described in DISPLAY '95 p599 (1995) and the like can be mentioned.

【0040】また、発色状態はホモジニアス状態のよう
に、液晶層の分子配列に、捻れがない状態が旋光による
影響などを受けないため好ましいが、捻れを伴っていて
もよい。ツイスト状態のような捻れを伴う場合は、偏光
子の設定を通常の直交あるいは平行から角度をずらせて
もよい。
Further, like the homogeneous state, the colored state is preferable because the molecular arrangement of the liquid crystal layer is free from twisting because it is not affected by optical rotation, but it may be twisted. When twisting is involved, such as in a twisted state, the polarizers may be set at an angle deviating from normal orthogonal or parallel.

【0041】さらに、上記の本発明の思想を容易に具体
化しうるように、本発明に用いられる電気光学素子の例
を、電界無印可時の配向モードの側面から述べる。液晶
層に垂直に電界を印可するモードのうちネマチック液晶
を用いるモードの例としては、電界無印可状態がホモジ
ニアス配向ないし概ねホモジニアス配向状態であってN
p液晶を用いるモード、あるいはNn液晶を用いて電界
無印可状態でホメオトロピック配向ないし概ねホメオト
ロピック配向状態であるモード、あるいはNp液晶を用
い電界無印可でホメオトロピック状態とホモジニアス状
態の中間的な状態であるハイブリッド配向状態であるモ
ードが挙げられる。
Further, in order to easily embody the above idea of the present invention, an example of the electro-optical element used in the present invention will be described from the aspect of the alignment mode when no electric field is applied. As an example of a mode in which a nematic liquid crystal is used among the modes in which an electric field is applied perpendicularly to the liquid crystal layer, a state in which no electric field is applied is a homogeneous alignment state or a substantially homogeneous alignment state, and
A mode using p liquid crystal, a mode in which homeotropic alignment or almost homeotropic alignment is obtained in the state where no electric field is applied using Nn liquid crystal, or an intermediate state between homeotropic state and homogenous state in which no electric field is applied using Np liquid crystal A mode in which the hybrid orientation state is

【0042】この場合、本発明の構成、制御により発色
状態の液晶分子の角度が一定の範囲内に収まるため、そ
の分、複屈折フィルムなどによる視野角の改善が容易と
なる。反射型素子の構成のための参考例としては、上記
のT.Uchida etal.、ASIA DISP
LAY’95 p599(1995)記載などが挙げら
れる。
In this case, since the angle of the liquid crystal molecules in the colored state falls within a certain range by the constitution and control of the present invention, the viewing angle can be easily improved by the birefringent film. As a reference example for the construction of the reflective element, the above T. Uchida et al. , ASIA DISP
LAY'95 p599 (1995) etc. are mentioned.

【0043】電界印可または無印可状態で、上記のホモ
ジニアス配列状態などの基板に平行ないし概ね平行な液
晶分子の配列状態をとることができる配向モードであれ
ば、これを発色状態とすることにより発色状態の視野角
が改善された表示が実現できる。この条件に当てはまる
ものとしては、前記のネマチック液晶を用いるモードう
ち、電界無印可状態がホモジニアス配向ないし概ねホモ
ジニアス配向状態であってNp液晶を用いるモード、N
n液晶を用いて電界無印可状態でホメオトロピック配向
ないし概ねホメオトロピック配向状態であるモードが挙
げられる。
If the orientation mode is such that an alignment state of liquid crystal molecules parallel or substantially parallel to the substrate such as the above-mentioned homogeneous alignment state can be taken in the state where the electric field is applied or not applied, a color is formed by setting this as a coloring state. A display with an improved viewing angle in a state can be realized. Among the modes using the nematic liquid crystal described above, a mode using Np liquid crystal in which no electric field is applied is a homogeneous alignment or a substantially homogeneous alignment,
An example is a mode in which homeotropic alignment or substantially homeotropic alignment is performed in a state where no electric field is applied using n liquid crystal.

【0044】上記の液晶層に垂直に電界を印可するモー
ドのうちネマチック液晶を用いるモードの場合は、非発
色状態を液晶分子が基板に垂直ないし概ね垂直な配列状
態となるように配向または駆動して用いることにより、
非発色状態の視野角などが改善される。すなわち、電界
無印可状態の液晶分子が既に垂直である場合を除いて、
十分に電界を印可して液晶分子が基板に垂直ないし概ね
垂直な配列状態となるように駆動して非発色状態とす
る。このような本発明の方法により、視野角の広い、遮
光性または白色度の高い非発色状態が達成される。
In the mode in which a nematic liquid crystal is used among the modes in which an electric field is applied perpendicularly to the liquid crystal layer, the non-coloring state is aligned or driven so that the liquid crystal molecules are aligned vertically or almost vertically to the substrate. By using
The viewing angle in the non-colored state is improved. That is, except when the liquid crystal molecules in the non-electric field applied state are already vertical,
A sufficient electric field is applied to drive the liquid crystal molecules so that the liquid crystal molecules are aligned vertically or almost vertically to the substrate, and a non-coloring state is obtained. By such a method of the present invention, a non-coloring state having a wide viewing angle, a light shielding property or a high whiteness is achieved.

【0045】また、スメクチック液晶を用いるモードの
例としては、強誘電液晶、反強誘電液晶を用いて、概ね
液晶分子が基板に平行な捻れのない状態を利用するモー
ドが挙げられる。この場合、発色状態、非発色状態の液
晶分子の配列はともに基板に平行ないし概ね平行となる
ため、視野角が広い表示とすることができる。
As an example of the mode using the smectic liquid crystal, there is a mode in which a ferroelectric liquid crystal and an antiferroelectric liquid crystal are used, and a state in which liquid crystal molecules are almost parallel to the substrate and not twisted is used. In this case, since the arrangement of the liquid crystal molecules in the colored state and the arrangement of the liquid crystal molecules in the non-colored state are both parallel or substantially parallel to the substrate, display with a wide viewing angle can be performed.

【0046】 本発明の次の課題である複屈折による発
色の階調表示の実現について詳しく説明する。この課題
の解決には、色相を変化させずに発色状態の輝度を直接
に変化させる必要がある。近年、複屈折による発色輝度
を直接的に制御した例は見あたらないが、本発明のリタ
ーデイションを変化させずに液晶層のダイレクターの方
向を変化させて、偏光方向とがなす角度を変えることに
よって達成される。
The realization of gradation display of color development by birefringence, which is the next subject of the present invention, will be described in detail. In order to solve this problem, it is necessary to directly change the brightness of the coloring state without changing the hue. In recent years, there is no example of directly controlling the coloring brightness by birefringence, but the direction of the director of the liquid crystal layer is changed without changing the retardation of the present invention to change the angle formed by the polarization direction. To be achieved.

【0047】より具体的には、ダイレクターの方向をア
ナログ的に基板面内で変えることができる電気光学モー
ド、例えばM.Oh−e etal.,ASIADIS
PLAY’95p577(1995)記載のNp液晶あ
るいはNn液晶を用いて、櫛形電極などにより基板面内
方向に電界を印可するモードなどを用いることにより実
現できる。具体的には、液晶層のダイレクターの方向と
入射光の偏光方向との角度が平行すなわち0度である非
発色状態から、角度を45度までの範囲で増加させるに
従い、偏光子を直交に設定した場合は、遮光状態である
非発色状態から発色状態の輝度は増大し、45度で最大
となる。
More specifically, an electro-optical mode in which the direction of the director can be changed in the plane of the substrate in an analog manner, for example, M.M. Oh-e et al. , ASIADIS
It can be realized by using Np liquid crystal or Nn liquid crystal described in PLAY '95p577 (1995) and using a mode in which an electric field is applied in the in-plane direction of the substrate by a comb-shaped electrode or the like. Specifically, as the angle between the direction of the director of the liquid crystal layer and the polarization direction of the incident light is parallel, that is, 0 degrees, from the non-coloring state, the polarizers are made orthogonal to each other as the angle is increased up to 45 degrees. When set, the brightness in the non-coloring state, which is a light-shielding state, increases from the non-coloring state to the maximum at 45 degrees.

【0048】この基板面内方向に電界を印可するモード
は、応答の過程で他の色相を経由しないため、ネマチッ
ク液晶を用いる上記の他のモードに比べて、応答過程で
の違和感のある残像を生じることがない。偏光子を平行
に設定した場合は、0度では非発色状態である白色光、
45度でリターデイションにより定まる色相の発色状
態、中間の角度では淡い発色状態となる。この場合、上
記のように発色状態でブラックとなる画素を加えるとキ
ャラクター表示などに好適な反射型素子ができる。
Since the mode in which the electric field is applied in the in-plane direction of the substrate does not pass through another hue in the process of response, compared with the other modes using the nematic liquid crystal, an afterimage having a strange feeling in the response process is generated. It never happens. When the polarizers are set to be parallel, white light that is in a non-coloring state at 0 degree,
At 45 degrees, the hue develops with a hue determined by retardation, and at an intermediate angle, the hue develops lightly. In this case, a reflective element suitable for character display or the like can be obtained by adding a pixel that becomes black in the colored state as described above.

【0049】次に本発明素子の特徴を明確にして、これ
を利用した表示装置などの応用面での意義を述べる。本
発明の素子の第1の特徴は、カラーフィルターを使用せ
ず複屈折による濁りのない色相を容易に選択することが
できるため、透過型あるいは反射型のいずれであっても
鮮明な色相の明るいカラー表示が可能である。このうち
明るさの特徴は、特に偏光子を互いに平行に設定して反
射型素子とした場合に効果的である。すなわち単位画素
を白色の非発色状態と複屈折による鮮明な発色状態との
間を制御できるため、反射板を付加して白度ないし明る
さの良好な反射型素子ができる。一個の偏光子と液晶
層、反射層による構成とした場合も、同様に白色と複屈
折による鮮明な発色との間を制御できるため、白度ない
し明るさの良好な反射型素子ができる。上記の2種の反
射型素子の場合、発色状態が黒となる画素を加えること
により、キャラクター表示にも好適となる。
Next, the features of the device of the present invention will be clarified, and the significance of the application of the device such as a display device will be described. The first feature of the element of the present invention is that it is possible to easily select a hue that is free from turbidity due to birefringence without using a color filter. Therefore, whether it is a transmission type or a reflection type, a clear hue is bright. Color display is possible. Among them, the feature of brightness is particularly effective when the polarizers are set parallel to each other to form a reflective element. That is, since it is possible to control the unit pixel between the non-coloring state of white and the clear coloring state due to birefringence, a reflective plate can be added to form a reflective element having good whiteness or brightness. Even when a single polarizer, a liquid crystal layer, and a reflective layer are used, since it is possible to control between white and vivid color development due to birefringence, a reflective element with good whiteness or brightness can be obtained. In the case of the above-mentioned two types of reflective elements, by adding pixels whose coloring state is black, it is also suitable for character display.

【0050】本発明の素子の第2の特徴は、従来のEC
B素子およびTN型素子に比べて特に一対の偏光子が直
交である場合に、高い遮光性、濃い黒色および高いコン
トラストと広い視野角を有することにある。視野角につ
いては、発色状態の分子の基板に対する角度が一定にな
るように選択されているため、複屈折フィルムなどによ
る視野角改善が容易である。また、さらに発色状態を基
板に平行な分子配列とすることによって、視野角が著し
く改善され、基板法線に対して60度以上の視野角は容
易に達成できる。
The second feature of the device of the present invention is that the conventional EC
Compared to the B element and the TN type element, it has a high light-shielding property, a dark black color, a high contrast, and a wide viewing angle, especially when a pair of polarizers are orthogonal to each other. The viewing angle is selected so that the angle of the molecules in the colored state with respect to the substrate is constant, so that it is easy to improve the viewing angle with a birefringent film or the like. In addition, the viewing angle is remarkably improved and the viewing angle of 60 degrees or more with respect to the normal to the substrate can be easily achieved by further arranging the colored state in a molecular arrangement parallel to the substrate.

【0051】また、遮光性、コントラストに関しては、
特にNn液晶を用いてホモジニアス配向処理としたモー
ドおよび基板面内方向に電界を印可するモードの場合は
遮光性、コントラストおよび視野角が著しく優れてい
る。この場合TN型では困難な300:1以上のコント
ラストは容易に実現できる。また、上記2種はノーマリ
ーブラックとなる点でも透過型として使い易く優れてい
る。第3の特徴は、上記の基板面内に電界を印可するモ
ードによって、従来、困難であった複屈折による発色の
階調制御を実現している。このためファミリー用途向け
の画像表示にも適した透過型カラー液晶素子ができる。
Regarding the light-shielding property and the contrast,
In particular, in the mode in which homogeneous alignment treatment is performed using Nn liquid crystal and the mode in which an electric field is applied in the in-plane direction of the substrate, the light shielding property, contrast and viewing angle are remarkably excellent. In this case, a contrast of 300: 1 or more, which is difficult for the TN type, can be easily realized. Further, the above two types are also excellent in that they are easy to use as a transmission type in that they are normally black. The third feature is that the gradation control of color development by birefringence, which has been difficult in the past, is realized by the mode in which the electric field is applied in the surface of the substrate. Therefore, a transmissive color liquid crystal device suitable for image display for family use can be obtained.

【0052】これらの本発明素子の特徴のため、演色性
の高い3波長蛍光管、3原色LEDなどを光源とする、
導光板、反射板を有してもよいバックライト・ユニット
あるいは演色性の高い有機EL素子などと組合せて、薄
型、平面のディスプレイ装置などとすることが可能であ
り、特に上記の基板面内に電界を印可するモードとの組
合せによってTVなどの画像表示に適した表示装置がで
きる。以下、図面を併用して本発明の思想および実施態
様をより詳細に説明する。
Due to these characteristics of the device of the present invention, the light source is a three-wavelength fluorescent tube having a high color rendering property, a three-primary-color LED, and the like.
By combining with a backlight unit which may have a light guide plate or a reflection plate or an organic EL element having a high color rendering property, it is possible to form a thin, flat display device or the like, and particularly in the above-mentioned substrate plane. A display device suitable for image display such as a TV can be obtained by combining with a mode in which an electric field is applied. Hereinafter, the idea and embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

【0053】実施例 図1は本発明の複屈折により異なる発色を示す画素をも
つカラー液晶素子の光学的基本構成を示すための略示的
な断面図である。図(1−A)は一対の偏光子11、1
5、透明または櫛形不透明などの電極を有してもよい透
明基板12、14の間に液晶層13を配置している。液
晶層は複屈折により異なる発色を示す画素に対応するリ
ターデイションの異なる複数の液晶領域からなる繰り返
し単位を有し、リターデイションの異なる液晶領域13
A〜13Cは電界無印可状態を含む一定ないしほぼ一定
の電界条件下でΔn、厚さdが異なることによりリター
デイションが異なるように規定されている。透明基板1
2、14と液晶層13の間にはポリイミドなどからなる
配向層あるいは平坦化層、絶縁性誘電体層などを有して
もよく、またTFTなどのアクティブ駆動素子を有して
もよい。液晶領域13A〜13Cのそれぞれの境界部に
は隔壁を有してもよい。
Example FIG. 1 is a schematic sectional view showing an optical basic structure of a color liquid crystal device having pixels showing different colors due to birefringence according to the present invention. FIG. 1-A shows a pair of polarizers 11 and 1.
5. A liquid crystal layer 13 is arranged between transparent substrates 12, 14 which may have transparent or comb-like opaque electrodes. The liquid crystal layer has a repeating unit composed of a plurality of liquid crystal regions having different retardations corresponding to pixels which exhibit different colors due to birefringence, and the liquid crystal regions 13 having different retardations.
It is specified that A to 13C have different retardations due to different Δn and thickness d under a constant or almost constant electric field condition including no electric field applied. Transparent substrate 1
An alignment layer or a flattening layer made of polyimide or the like, an insulating dielectric layer, or the like may be provided between the liquid crystal layers 2 and 14 and the liquid crystal layer 13, and an active driving element such as a TFT may be provided. A partition may be provided at each boundary of the liquid crystal regions 13A to 13C.

【0054】また、画素の間には、液晶領域の境界に対
応する透明基板上などに黒色遮光層を設けて、TFT素
子部、境界部を遮光するブラックマスクを設けてもよ
く、隔壁を黒色としてブラックマスクを兼ねてもよい。
図(1−A)の素子は透過型素子として用いられるが、
背面に拡散性反射層などをもつ反射板を設けて反射型素
子としてもよい。
Between the pixels, a black light-shielding layer may be provided on the transparent substrate corresponding to the boundary of the liquid crystal region, and a black mask for shielding the TFT element part and the boundary part may be provided. It may also serve as a black mask.
The element of FIG. 1-A is used as a transmissive element,
A reflective plate having a diffusive reflective layer or the like may be provided on the back surface to form a reflective element.

【0055】図(1−B)は一枚の偏光子と液晶層、反
射層を基本構成とする反射型素子を示し、偏光子11、
上記のような電極を有してもよい透明基板12、不透明
であってもよい基板14の間に液晶層13および反射層
16を配置している。反射層16は、アルミ、銀などの
可視部の反射率が高い白色の偏消性の少ない金属などの
導電性反射層が好ましい。反射層は電極を兼ねてもよ
く、また、画素毎に電気的に独立した構成としてもよ
く、TFTなどのアクティブ素子の上に構成してもよ
い。
FIG. 1-B shows a reflective element having a polarizer, a liquid crystal layer, and a reflective layer as basic components.
The liquid crystal layer 13 and the reflective layer 16 are arranged between the transparent substrate 12 which may have the above-mentioned electrodes and the substrate 14 which may be opaque. The reflective layer 16 is preferably a conductive reflective layer made of a metal such as aluminum or silver having a high reflectance in the visible region and having a low whitening property. The reflective layer may also serve as an electrode, may be electrically independent for each pixel, or may be formed on an active element such as a TFT.

【0056】図2は本発明の複屈折による発色を利用す
るカラー液晶素子の発色、非発色状態を示すためのモデ
ル的な平面図である。
FIG. 2 is a model plan view showing the colored and non-colored states of the color liquid crystal element utilizing the color development by birefringence of the present invention.

【0057】本発明の基本思想は、通常、単一画素の電
界による有彩色間での色相制御を行わず、設定された色
相の発色状態と非発色状態とを電界によって制御し、複
数画素による加法混色を利用して他の原色などを表示す
ることにあるが、本発明に用いられる発色状態および非
発色状態を図2によって説明する。図(2−A)は発色
状態を示し、(2−B)、(2−C)は非発色状態を示
す。21、22はそれぞれ偏光子、検光子の透過軸方向
を示し、図では互いに直交状態である場合を示す。23
A〜23Cは発色、非発色状態に対応する液晶分子、2
4A〜24Cは対応する液晶層のダイレクターの基板面
への射影成分の方向を示す。一対の偏光子は直交あるい
は平行のいずれであってもよいが、以下、特に断りのな
い場合は直交である場合を例として述べる。発色状態、
非発色状態はそれぞれ電界印可、無印可のいずれであっ
てもよい。
The basic idea of the present invention is that, usually, the hue control between chromatic colors by the electric field of a single pixel is not performed, the coloring state and non-coloring state of the set hue are controlled by the electric field, and the plural pixels are used. Although there are other primary colors to be displayed by using the additive color mixture, the coloring state and non-coloring state used in the present invention will be described with reference to FIG. The figure (2-A) shows a color-developed state, and (2-B) and (2-C) show a non-colored state. Reference numerals 21 and 22 respectively indicate the transmission axis directions of the polarizer and the analyzer, and show the case where they are orthogonal to each other in the figure. 23
A to 23C are liquid crystal molecules corresponding to colored and non-colored states, 2
4A to 24C indicate the directions of the projection components of the director of the corresponding liquid crystal layer onto the substrate surface. The pair of polarizers may be either orthogonal or parallel, but the case where they are orthogonal will be described below as an example unless otherwise specified. Coloring state,
The non-colored state may be applied with an electric field or not applied.

【0058】まず複屈折による発色状態を述べる。ダイ
レクターの射影成分の方向と偏光子の透過軸方向が互い
に平行または直交以外の角度をもつ状態では、偏光子を
通過した直線偏光は液晶層の屈折率異方性によりを楕円
偏光、円偏光、直線偏光などのように変化しながら液晶
層を通過し、液晶層のΔnと厚さdに応じていずれかの
状態の光となって、検光子に入射する。検光子を通過し
た光は場合により白色光、多くの場合は着色光となる。
この透過光の色相は液晶層のΔnと厚さdによって定ま
るリターデイションによって決まる。
First, the coloring state due to birefringence will be described. When the direction of the projection component of the director and the transmission axis direction of the polarizer have an angle other than parallel or orthogonal to each other, linearly polarized light passing through the polarizer is elliptically polarized or circularly polarized due to the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer. The light passes through the liquid crystal layer while changing like linearly polarized light, becomes light in one of the states depending on Δn and the thickness d of the liquid crystal layer, and enters the analyzer. The light that has passed through the analyzer is in some cases white light and in many cases colored light.
The hue of the transmitted light is determined by the retardation determined by Δn and the thickness d of the liquid crystal layer.

【0059】色相が異なる複数の画素は、この図(2−
A)の発色状態のリターデイションが一定の電界条件下
で異なる液晶領域13A〜13を図1のように並列に配
置して、3原色などの繰り返し単位をもつように構成す
る。本発明の非発色状態は、基本的に図(2−B)、
(2−C)の2種である。すなわち、入射偏光の偏光方
向に対してダイレクターの方向が図(2−B)のように
平行であるか、または直交である状態と、図(2−C)
のように偏光方向に対してダイレクターの方向が垂直で
ある状態である。非発色状態は、偏光子が互いに直交で
あるか平行であるかにより、遮光状態または透過状態、
あるいは反射型の場合は黒色状態または白色状態とな
る。上記の発色状態、非発色状態は電界印可、無印可時
のいずれであってもよい。
A plurality of pixels having different hues are shown in FIG.
Liquid crystal regions 13A to 13A having different retardations in the colored state of A) under different electric field conditions are arranged in parallel as shown in FIG. 1 so as to have repeating units such as three primary colors. The non-coloring state of the present invention is basically as shown in FIG.
(2-C). That is, the direction of the director is parallel to or orthogonal to the polarization direction of the incident polarized light as shown in FIG.
As described above, the direction of the director is perpendicular to the polarization direction. The non-coloring state is a light-shielding state or a transmission state depending on whether the polarizers are orthogonal to each other or parallel to each other,
Alternatively, in the case of a reflective type, the state is black or white. The above-mentioned colored state and non-colored state may be applied or not applied with an electric field.

【0060】次に電界無印可時の配向状態の観点から述
べれば、液晶層に垂直に電界を印可するモードのうちネ
マチック液晶を用いるモードの場合は、平行配向処理を
施したセルに液晶を充填して得られる電界無印可状態が
ホモジニアス配向ないしプレティルトを有してもよい概
ねホモジニアス配向状態であってNp液晶を用いるモー
ドが先ず挙げられる。プレティルトの大きい、ほぼ一定
の傾斜をもつ配向状態、あるいは上下基板のプレティル
ト角度を変えてもよい。上記のNp液晶を用いる場合、
電圧無印可状態が発色状態となり、電圧印可状態が非発
色状態となる。
Next, from the viewpoint of the alignment state when no electric field is applied, in the mode in which the nematic liquid crystal is used among the modes in which the electric field is applied perpendicularly to the liquid crystal layer, the liquid crystal is filled in the cells subjected to the parallel alignment treatment. The first mode is a mode in which the non-applied electric field is a homogeneous alignment state or a substantially homogeneous alignment state that may have a pretilt, and uses Np liquid crystal. The pretilt angle of the upper and lower substrates may be changed, or the orientation state having a large pretilt and having a substantially constant inclination may be changed. When using the above Np liquid crystal,
The no voltage applied state is the colored state, and the voltage applied state is the non-colored state.

【0061】また、垂直配向処理を施したセルにNn液
晶を用いて電界無印可状態でホメオトロピック配向ない
し概ねホメオトロピック配向状態であるモードも本発明
に有用なモードであり、電界印可状態で基板に平行ない
し概ね平行な、一方向に分子が向くように配列させて発
色状態とする。電界印可状態で一方向に分子を配列させ
る手段として、一方向に傾きを持たせた配向とするか、
上下の電極をズラした構成としてフリンジ部の傾斜した
電界などの横方向の電界成分の効果を用いる、A.Li
en,R.A.John:Euro.Display’
93,p22(1993)記載の方法などの公知の方法
が応用できる。この配向モードは遮光性の優れた表示と
することができる。
A mode in which Nn liquid crystal is used in a vertically-aligned cell and homeotropic alignment or substantially homeotropic alignment is obtained without application of an electric field is also a mode useful in the present invention. The molecules are arranged so that the molecules are oriented in one direction, which is parallel to or approximately parallel to, and a colored state is obtained. As a means for arranging molecules in one direction in the state of applying an electric field, orienting with an inclination in one direction,
By using the effect of a lateral electric field component such as an inclined electric field of the fringe portion as a configuration in which the upper and lower electrodes are offset, A. Li
en, R.M. A. John: Euro. Display '
93, p22 (1993) and other known methods can be applied. This alignment mode can provide a display with excellent light shielding properties.

【0062】この外、液晶の配列がべンド構造をもつモ
ードも本発明に用いることができる。この代表的な例と
して、上下の基板に平行配向と垂直配向処理をそれぞれ
施して、画素の電界無印可でホモジニアス配列からホメ
オトロピック配列へ遷移している状態であるハイブリッ
ド配列状態であるモードが挙げられる。ハイブリッド配
列の場合、従来のECB素子ではNn液晶、Np液晶の
いずれを用いても特に制約はないが、本発明の思想は前
記のように、通常、電界による色相制御を行わず、設定
された特定の色相の発色状態と非発色状態とを電界によ
って制御することにあるため、Nn液晶を用いるモード
は特定の色相の発色状態と特に遮光性の高い非発色状態
とを設定することが容易ではなく不適である。この配列
の場合はNp液晶を用いて、充分な電界を印可して液晶
分子の配列を概ね垂直な状態として非発色状態とするこ
とにより本発明に使用される。このハイブリッド配列の
場合は、複屈折フィルムによる視野角改善が有効であ
る。また、反射型素子としても有用である。
In addition, a mode in which the liquid crystal array has a bend structure can also be used in the present invention. As a typical example of this, there is a mode in which the upper and lower substrates are subjected to parallel alignment and vertical alignment treatments, respectively, and are in a hybrid alignment state in which the pixels are not applied with an electric field and transition from a homogeneous alignment to a homeotropic alignment is performed. To be In the case of the hybrid arrangement, there is no particular limitation in using either Nn liquid crystal or Np liquid crystal in the conventional ECB element, but the idea of the present invention is set without normally performing hue control by the electric field as described above. Since the colored state and the non-colored state of the specific hue are controlled by the electric field, it is not easy to set the colored state of the specific hue and the non-colored state having a particularly high light shielding property in the mode using the Nn liquid crystal. Not suitable. In the case of this arrangement, Np liquid crystal is used in the present invention by applying a sufficient electric field to make the arrangement of the liquid crystal molecules substantially vertical and non-coloring. In the case of this hybrid arrangement, it is effective to improve the viewing angle with a birefringent film. It is also useful as a reflective element.

【0063】上記の液晶層に垂直に電界を印可して、N
n液晶、Np液晶のいずれかを用いるモードの場合、本
発明の思想により、通常、電界無印可状態と充分に印可
した状態の2つの状態間で駆動されるが、局部的あるい
は非定常的に中間の電界を印可することにより、通常の
色相以外の色相に電界により制御して、異常時などの表
示としてもよい。
By applying an electric field perpendicularly to the above liquid crystal layer, N
In the mode using either the n liquid crystal or the Np liquid crystal, according to the idea of the present invention, usually, the liquid crystal is driven between two states, that is, the no electric field applied state and the fully applied state, but locally or unsteadily. By applying an intermediate electric field, a hue other than a normal hue may be controlled by the electric field to display an abnormality.

【0064】また、液晶層に垂直に電界を印可するモー
ドのうちスメクチック液晶を用いるモードの例として
は、強誘電液晶、反強誘電液晶を用いて、概ね液晶分子
が基板に平行な捻れのない状態を利用するモードが挙げ
られる。本モードの場合、非発色状態、発色状態の液晶
分子の配列がともに基板に平行となり、視野角が広い表
示が得られる。
As an example of a mode in which a smectic liquid crystal is used in a mode in which an electric field is applied perpendicularly to the liquid crystal layer, a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal is used, and liquid crystal molecules are almost free from twist parallel to the substrate. There is a mode that uses the state. In this mode, the liquid crystal molecules in the non-coloring state and the color-forming state are both aligned in parallel with the substrate, and a display with a wide viewing angle can be obtained.

【0065】液晶層に平行方向に電界を印可するモード
のうち、電界無印可状態がホモジニアス状態ないし概ね
ホモジニアス状態であり、櫛形電極などを用い、電界を
基板に平行な方向に印可するモードは本発明に有用であ
る。これによって、高い遮光性と複屈折による発色の階
調制御が可能となる。この場合Np液晶、Nn液晶のい
ずれを用いてもよい。対となる電極は絶縁層を介して設
けてもよく、具体的な電極構造の例としては、特開平7
−225388記載の構造などが挙げられる。このモー
ドで偏光子が直交である場合、透過する発色光の強度は
ダイレクターの方向と偏光子の透過軸方向がなす角度に
依存し、45度以下の場合は角度の増加に応じて透過光
強度は増大し、45度で最大となる。
Among the modes in which the electric field is applied in the direction parallel to the liquid crystal layer, the mode in which the electric field is not applied is the homogeneous state or the substantially homogeneous state, and the mode in which the electric field is applied in the direction parallel to the substrate by using a comb-shaped electrode is Useful for invention. As a result, it becomes possible to control the gradation of the color development due to the high light-shielding property and the birefringence. In this case, either Np liquid crystal or Nn liquid crystal may be used. The pair of electrodes may be provided via an insulating layer, and an example of a specific electrode structure is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
Examples include the structure described in -225388. When the polarizers are orthogonal in this mode, the intensity of the transmitted colored light depends on the angle formed by the direction of the director and the transmission axis direction of the polarizer. The intensity increases and peaks at 45 degrees.

【0066】次に本発明の、画素によりリターデイショ
ンが異なる構成とすることにより、異なる発色とする手
段については、第1の手段は、液晶層の厚さdを一定と
して、画素間に隔壁ないしシール部を設けて、それぞれ
屈折率異方性Δnの異なる液晶材料を挟持させる方式で
ある。このような素子を構成する方法としては、例え
ば、一方の基板に印刷法あるいはレジストを併用して直
線状に高分子材料などからなる隔壁材料をプリントして
隔壁を形成させ、これに他方の基板を張り合わせて形成
されたストライプ状の空隙を有するセルを作成する。次
いで、この空隙の目的以外の開口端部を、レジスト材に
より一時的に封止して、目的のΔnの液晶材料を注入、
封止した後、レジストを除去するプロセスを繰り返して
構成する方法が挙げられる。隔壁はブラックマスクある
いはその一部を兼ねてもよく、スペーサーを兼ねてもよ
い。また、隔壁は素子全体の機械的強度を向上させる効
果もあるため、上記の構成は表示面積および単位画素の
面積が大きい、公共表示用などの大型素子の場合に好適
である。
Next, regarding the means for producing different colors by making the retardation different for each pixel according to the present invention, the first means is that the thickness d of the liquid crystal layer is kept constant and partition walls are provided between the pixels. Or, a method is provided in which a seal portion is provided to sandwich liquid crystal materials having different refractive index anisotropies Δn. As a method of forming such an element, for example, a partition wall material made of a polymer material or the like is linearly printed on one substrate by a printing method or a resist to form partition walls, and the other substrate is formed on the partition wall material. A cell having stripe-shaped voids formed by laminating is formed. Next, the opening end other than the intended one of the void is temporarily sealed with a resist material, and a desired Δn liquid crystal material is injected,
After sealing, a method of forming the resist by repeating the process of removing the resist can be mentioned. The partition may serve as a black mask or a part thereof, or may serve as a spacer. Further, since the partition wall also has the effect of improving the mechanical strength of the entire device, the above configuration is suitable for a large-sized device such as a public display, which has a large display area and unit pixel area.

【0067】図3は本発明のリターデイションが異なる
画素を構成する第2の手段である、液晶材料のΔnを一
定として、厚さdが異なる画素を有する方式の基本的な
光学構成を示す断面図である。図中31、35は偏光
子、32、34は電極を有してもよい透明基板、331
は基板32の上に、液晶層の厚さdを制御するために設
けた平坦な頂部をもつ高さの異なる凸部の層であり、3
32は液晶層、33a、33b,33cはそれぞれの画
素に対応する厚さdの異なる液晶領域である。図3には
一方の基板に平坦な頂部をもつ高さの異なる凸部を設け
る方法を示したが、基板に平坦な底部をもつ深さの異な
る凹部を設ける方法を採用してもよく、両者を併用して
もよい。このような凸部または凹部は、透明な高分子材
料などを用いて、公知の薄膜加工、成形技術の各種の要
素手法を選択、組合せて実施できる。この種の厚さdの
異なる画素を形成した例として特開昭60−20242
3などが挙げられる。また、前記2種の手段を組合せて
Δnと厚さdをともに変えてもよい。
FIG. 3 shows a basic optical structure of a method of forming pixels having different retardations according to the present invention, that is, a system having pixels having different thicknesses d with a constant Δn of the liquid crystal material. FIG. In the figure, 31 and 35 are polarizers, 32 and 34 are transparent substrates that may have electrodes, 331
Is a layer of convex portions with different heights having flat tops provided on the substrate 32 to control the thickness d of the liquid crystal layer.
32 is a liquid crystal layer, and 33a, 33b and 33c are liquid crystal regions having different thicknesses d corresponding to respective pixels. Although FIG. 3 shows a method of providing a convex portion having a flat top portion and a different height on one substrate, a method of providing a concave portion having a flat bottom portion and a different depth may be adopted. You may use together. Such a convex portion or a concave portion can be implemented by using a transparent polymer material or the like and selecting and combining various element methods of known thin film processing and molding techniques. As an example of forming pixels of this kind having different thicknesses d, Japanese Patent Laid-Open No. 60-20242
3 and the like. Further, both Δn and the thickness d may be changed by combining the two types of means.

【0068】それぞれの画素の発色色相を目的の波長λ
に設定するためには、偏光子を直交に設定した場合、液
晶層のΔnとdは下記の式 λ(2m−1)/2=Δn・d m=1、2、
3、… により求められる。レッド、グリーン、ブルーの3原色
に設定するには、それぞれ中心波長を0.65μm、
0.55μm、0.45μmに選択した場合、Δn・d
はそれぞれ0.325、0.275、0.225の(2
m−1)倍のなかから選択できる。
The coloring hue of each pixel is set to the target wavelength λ.
When the polarizers are set to be orthogonal to each other, Δn and d of the liquid crystal layer are expressed by the following formula λ (2m−1) / 2 = Δn · dm = 1, 2,
3, ... To set the three primary colors of red, green, and blue, the center wavelength is 0.65 μm,
When selecting 0.55μm and 0.45μm, Δn · d
Are 0.325, 0.275, and 0.225 (2
It can be selected from m-1) times.

【0069】特開平7−225388にはd・Δnの範
囲として、上記の0.225〜0.325に近似の0.
21〜0.36μmが好ましいものとして記載されてい
る。これは上記m=1すなわちλ/2の範囲を広くとっ
たものと考えられ、上記発明が白色光を扱い、発色はカ
ラーフィルターに依存しているため上記範囲が採用され
ているが、この条件は本発明の複屈折による発色を利用
して透過型などのカラー表示を構成するには、半値幅が
広すぎるために色相の鮮やかさが失われやすいため必ず
しも好適ではない。
In Japanese Patent Laid-Open No. 7-225388, the range of d.Δn is set to 0.
21 to 0.36 μm is described as being preferable. It is considered that this is because the range of m = 1, that is, λ / 2, is wide, and the above range is adopted because the present invention deals with white light and the color development depends on the color filter. Is not always preferable because the half-value width is too wide and the vividness of the hue is likely to be lost when a color display such as a transmission type is formed by utilizing the color development by the birefringence of the present invention.

【0070】他方、背面に反射層を設けて3原色+黒の
画素をもつ反射型マルチカラー構成するには、黒の画素
としてλ/2のΔn・d条件を用いる。一個の偏光子と
液晶層、反射層による構成とした場合は、光が反射によ
って折り返されるため、一対の偏光子の間に液晶層を配
置した場合の1/2のリターデイションに設定する。黒
の画素の場合は、λ/4すなわち0.1〜0.17のΔ
n・d条件を用いる。
On the other hand, in order to form a reflective multi-color structure having three primary colors + black pixels by providing a reflective layer on the back surface, the Δn · d condition of λ / 2 is used for black pixels. In the case of a configuration including one polarizer, a liquid crystal layer, and a reflection layer, light is reflected and reflected, so the retardation is set to 1/2 that in the case where the liquid crystal layer is arranged between the pair of polarizers. In the case of a black pixel, λ / 4, that is, Δ of 0.1 to 0.17
The n · d condition is used.

【0071】カラー表示に好適なリターデイションの条
件は、半値幅および半値波長を考慮して、一般にm=
2、3などから選択することによりフルカラー表示に好
適な素子ができる。この場合、Δn・dは0.675
(ブルー=0.45μm ; m=2)〜3.25(レ
ッド=0.65μm ; m=3)の範囲となる。 具
体的には、レッドをm=2、グリーン、ブルーをm=3
とする条件は現実的な選択枝の一つである。この場合Δ
n・dは0.975〜1.375となる。蛍光管などの
特定波長にピークのある光源を用いたバックライトを用
いる場合は、その波長特性も考慮して中心波長、半値幅
を選択することにより良好な表示ができる。
The retardation condition suitable for color display is generally m = in consideration of the half value width and the half value wavelength.
A device suitable for full-color display can be obtained by selecting from 2, 3 and the like. In this case, Δn · d is 0.675
The range is (blue = 0.45 μm; m = 2) to 3.25 (red = 0.65 μm; m = 3). Specifically, red is m = 2, green and blue are m = 3.
The condition to be is one of realistic options. In this case Δ
n · d is 0.975 to 1.375. When a backlight using a light source having a peak at a specific wavelength such as a fluorescent tube is used, good display can be performed by selecting the center wavelength and the half-value width in consideration of the wavelength characteristics.

【0072】これに視覚の特性を考慮すれば、赤外部お
よび紫外部は色としての意味を持たないから、レッド、
ブルーについてはそれぞれ短波長部および長波長部の半
値波長を重視すればよい。この観点からは中心波長をそ
れぞれ長波長および短波長にズラした方が他の色相の光
とオーバーラップする光の波長範囲が減少する。この観
点から、「液晶(基礎編)」培風館;p90(198
5)記載のスペクトル図より、Δn・d=0.4はレッ
ドとして使用しうる範囲にあることがわかる。また、上
記のmを増加させると半値幅は狭くなり、色相の分離度
は向上するから、現実的なΔn・dの範囲は0.4以上
となる。上記から0.4〜4のΔn・dが現実的な範囲
となる。3原色のΔn・dの一例は「液晶ディスプレイ
(テレビジョン学会編)」1985、p69〜71に示
されている。
In consideration of the visual characteristics, the infrared part and the ultraviolet region have no meaning as colors, so red,
For blue, the half-value wavelengths of the short wavelength portion and the long wavelength portion may be emphasized, respectively. From this point of view, when the center wavelength is shifted to the long wavelength and the short wavelength, respectively, the wavelength range of the light overlapping with the light of another hue is reduced. From this perspective, "Liquid Crystal (Basic)", Baifukan; p90 (198)
From the spectrum diagram described in 5), it can be seen that Δn · d = 0.4 is in the range usable as red. Further, when the above-mentioned m is increased, the full width at half maximum becomes narrower and the degree of hue separation is improved, so that the practical range of Δn · d is 0.4 or more. From the above, Δn · d of 0.4 to 4 is a practical range. An example of Δn · d of the three primary colors is shown in “Liquid Crystal Display (Edited by the Television Society)” 1985, p69-71.

【0073】偏光子を平行に設定した場合、透過スペク
トルは直交の場合に比べ、相互に透過率が最大の波長で
透過率が最小となる反転したスペクトルとなる。色相的
に表現すれば補色の色相となる。
When the polarizers are set parallel to each other, the transmission spectrum becomes an inverted spectrum in which the transmittance is minimum at the wavelength where the transmittance is maximum, as compared with the case where the transmission spectra are orthogonal. If expressed in terms of hue, it will be a complementary hue.

【0074】蛍光管などの特定波長にピークのあるバッ
クライトなどの光源を用いる場合は、その波長特性も考
慮して中心波長、半値幅を選択することにより良好な表
示ができる。赤外線あるいは紫外線カットフィルターを
用いてもよい。これに視覚の特性を考慮すれば、赤外部
および紫外部は色としての意味を持たないから、レッ
ド、ブルーについてはそれぞれ短波長部および長波長部
の半値波長を重視すればよい。この観点からは中心波長
をそれぞれ長波長および短波長にズラした方が他の色相
の光とオーバーラップする光の波長範囲が減少する。他
に発色色相の観点からは、液晶材料の複屈折性の波長分
散を考慮する必要がある。
When a light source such as a backlight having a peak at a specific wavelength such as a fluorescent tube is used, good display can be performed by selecting the center wavelength and the half value width in consideration of the wavelength characteristics. An infrared or ultraviolet cut filter may be used. In consideration of the visual characteristics, the infrared part and the ultraviolet part have no meaning as colors. Therefore, for red and blue, the half-value wavelengths of the short wavelength part and the long wavelength part should be emphasized, respectively. From this point of view, when the center wavelength is shifted to the long wavelength and the short wavelength, respectively, the wavelength range of the light overlapping with the light of another hue is reduced. In addition, it is necessary to consider the wavelength dispersion of the birefringence of the liquid crystal material from the viewpoint of the coloring hue.

【0075】また、液晶材料の選定には、速い応答が必
要な場合はΔnの大きい材料を選択して厚さdを薄くす
るとよい。速い応答を要しない場合はΔnの小さい材料
を用いることにより厚みムラなどのセル組立の精度を下
げることができる。液晶材料としては、特開平7−22
5388に記載されているものあるいは更に置換基を有
するもの、あるいは液晶デバイス・ハンドブック(日本
学術振興会第142委員会編:1989)P116〜P
192記載の材料、特開平7−225388に記載され
ているものあるいは更に置換基を有するものなどのP型
あるいはN型の誘電異方性をもつシアノ基、フッ素原
子、クロル原子などを有し、ビフェニル、フェニルシク
ロヘキサン、シクロヘキシルシクロヘキサンあるいはそ
の誘導体などを骨格とする各種のネマチック液晶、また
は光学活性中心をもつ強誘電液晶、反強誘電液晶などの
スメクチック液晶から選択できる。液晶材料のΔnは概
してベンゼン環などの芳香環を多くもつもの、3重結合
を有するものが大きく、シクロヘキサン環を多くもつも
の、フッ素原子を有するものが小さい。最近の材料は
0.05〜0.25の範囲については比較的自由に選
択、入手できる。また、駆動はTFT、プラズマなどの
アクティブ素子を用いてもよい。
In order to select the liquid crystal material, if a fast response is required, it is advisable to select a material having a large Δn and reduce the thickness d. When a fast response is not required, a material having a small Δn can be used to reduce the accuracy of cell assembly such as uneven thickness. As a liquid crystal material, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-22
5388 or those further having a substituent, or Liquid Crystal Device Handbook (edited by the 142nd Committee of Japan Society for the Promotion of Science: 1989) P116 to P
192, a cyano group having a P-type or N-type dielectric anisotropy, such as those described in JP-A-7-225388 or further having a substituent, a fluorine atom, a chlorine atom, etc., It can be selected from various nematic liquid crystals having biphenyl, phenylcyclohexane, cyclohexylcyclohexane or a derivative thereof as a skeleton, or smectic liquid crystals such as a ferroelectric liquid crystal having an optically active center and an antiferroelectric liquid crystal. The Δn of the liquid crystal material is generally large in those having many aromatic rings such as benzene rings, those having many triple bonds, and small those having many cyclohexane rings and those having fluorine atoms. Modern materials are relatively freely available and selectable in the 0.05 to 0.25 range. Further, an active element such as TFT or plasma may be used for driving.

【0076】図4は偏光子41、45と電極を有しても
よい透明基板42、44の間に、リターデイションの異
なる液晶層43を有する複屈折による発色を利用したカ
ラー素子の背面に、冷陰極管などの蛍光管46と導光板
48を組合せたサイドライト方式の平面光源を配置し
て、平面表示装置とした例である。この場合、蛍光管の
代わりに3原色の高輝度LEDなどを用いてもよい。カ
ラー素子と導光板の間に拡散板、プリズムシートなどを
組合せてもよい。また、直下型バックライトとして知ら
れている蛍光管とV字型反射板、拡散板の組合せとして
もよい。演色性の良好な有機ELなどの平面発光素子を
組合せてもよい。
FIG. 4 shows a rear surface of a color element utilizing color development by birefringence, which has liquid crystal layers 43 having different retardations between polarizers 41 and 45 and transparent substrates 42 and 44 which may have electrodes. This is an example of a flat display device by arranging a side light type flat light source in which a fluorescent tube 46 such as a cold cathode tube and a light guide plate 48 are combined. In this case, a high brightness LED of three primary colors may be used instead of the fluorescent tube. A diffusion plate, a prism sheet or the like may be combined between the color element and the light guide plate. Alternatively, a combination of a fluorescent tube known as a direct type backlight, a V-shaped reflector, and a diffuser may be used. You may combine planar light emitting elements, such as organic EL with favorable color rendering properties.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明によって、カラーフィルターを用
いずに、コントラスト、視野角の良好な透過型カラー液
晶素子、明るい反射型カラー液晶素子およびこれを用い
たカラー表示装置が実現できる。
According to the present invention, a transmissive color liquid crystal element having a good contrast and a good viewing angle, a bright reflective color liquid crystal element and a color display device using the same can be realized without using a color filter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例であるカラー液晶素子の断面図FIG. 1 is a sectional view of a color liquid crystal element that is an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の複屈折による発色、非発色状態を示す
モデル図。
FIG. 2 is a model diagram showing a coloring state and a non-coloring state due to birefringence of the present invention.

【図3】本発明の厚さdの異なる画素をもつカラー液晶
素子の略示的な断面図
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a color liquid crystal device having pixels of different thickness d according to the present invention.

【図4】本発明のカラー液晶素子を用いた表示装置の略
示的な断面図
FIG. 4 is a schematic sectional view of a display device using a color liquid crystal element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 偏光子。 12 電極を有してもよい透明基板。 13 液晶層 13A〜13C リターデイションが異なる液晶層。 14 電極を有してもよい透明基板。 15 偏光子。 11 Polarizer. 12 A transparent substrate that may have electrodes. 13 Liquid crystal layers 13A to 13C Liquid crystal layers having different retardations. 14 A transparent substrate that may have electrodes. 15 Polarizer.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一対の偏光子の間に液晶層を配置するか、
または一個の偏光子と液晶層、反射層によって実質的に
一対の偏光子の間に液晶層を配置して、複屈折による発
色を利用するカラー液晶素子において、一定の電界条件
下で液晶層の屈折率異方性Δnと厚さdにより定まるリ
ターデイションの違いにより、発色状態の色相が異なる
複数の画素からなる繰り返し単位を有し、画素の電界に
よる制御は非発色状態と特定の発色状態間で行い、加法
混色を利用するカラー液晶素子。
1. A liquid crystal layer is disposed between a pair of polarizers,
Alternatively, in a color liquid crystal device that utilizes a color due to birefringence by arranging a liquid crystal layer between a polarizer and a liquid crystal layer, and a reflective layer between a pair of polarizers, the liquid crystal layer is Due to the difference in retardation determined by the refractive index anisotropy Δn and the thickness d, there is a repeating unit composed of a plurality of pixels having different hues in the colored state, and control by the electric field of the pixel is performed in the non-colored state and the specific colored state. Color liquid crystal element that uses an additive color mixture performed between.
【請求項2】液晶材料の屈折率異方性Δnが異なること
により液晶層のリターデイションが異なる請求項1のカ
ラー液晶素子。
2. The color liquid crystal element according to claim 1, wherein the retardation of the liquid crystal layer is different because the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material is different.
【請求項3】液晶層の厚さdが異なることにより液晶層
のリターデイションが異なる請求項1、2いずれかのカ
ラー液晶素子。
3. The color liquid crystal element according to claim 1, wherein the retardation of the liquid crystal layer is different because the thickness d of the liquid crystal layer is different.
【請求項4】繰り返し単位中に少なくとも一つの有彩色
を有し、無彩色を有してもよく、繰り返し単位を構成す
る画素を用いて一定の電界条件下での発色状態で加法混
色を行った場合に無彩色となる組合せの繰り返し単位で
ある請求項1〜3いずれかのカラー液晶素子。
4. The repeating unit has at least one chromatic color and may have an achromatic color, and additive color mixture is performed in a colored state under a constant electric field condition using pixels constituting the repeating unit. The color liquid crystal device according to any one of claims 1 to 3, wherein the color liquid crystal device is a repeating unit of a combination that produces an achromatic color.
【請求項5】非発色状態では液晶分子が基板に垂直ない
し概ね垂直であるか、または平行ないし概ね平行な捻れ
のない状態であり、発色状態では液晶分子が、基板に対
して平行ないし一様に傾斜している状態またはベンド状
態である請求項1〜4いずれかのカラー液晶素子。
5. The non-coloring state is a state in which the liquid crystal molecules are perpendicular to or substantially perpendicular to the substrate, or is in a parallel or substantially parallel state without twist, and in the coloring state, the liquid crystal molecules are parallel to or uniform with respect to the substrate. 5. The color liquid crystal element according to claim 1, which is in a tilted state or in a bend state.
【請求項6】非発色状態では液晶分子が基板に垂直ない
し概ね垂直であるか、または平行ないし概ね平行な捻れ
のない状態であり、発色状態の液晶分子が基板に平行な
いし概ね平行な捻れのない状態である請求項1〜5いず
れかのカラー液晶素子。
6. A liquid crystal molecule in a non-coloring state is perpendicular to or substantially perpendicular to the substrate, or in a parallel or substantially parallel state without twist, and a liquid crystal molecule in a coloring state is twisted in parallel or substantially parallel to the substrate. The color liquid crystal element according to claim 1, which is in a non-existent state.
【請求項7】発色状態と非発色状態の液晶分子がともに
基板に平行ないし概ね平行な捻れのない状態である請求
項1〜6いずれかのカラー液晶素子。
7. The color liquid crystal device according to claim 1, wherein the liquid crystal molecules in the colored state and the liquid crystal molecules in the non-colored state are in a state in which the liquid crystal molecules are parallel or substantially parallel to the substrate and are not twisted.
【請求項8】カラー液晶素子が基板と垂直方向に電界を
印可する電気光学素子であり、非発色状態では液晶分子
が基板に垂直ないし概ね垂直であって、複屈折フィルム
などによる視野角改善手段を有してもよく、液晶層にN
p液晶を用い電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に
平行であるか概ね平行であるモード、または液晶層にN
n液晶を用い電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に
垂直ないし概ね垂直であるモード、あるいは液晶層にN
p液晶を用い電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に
平行ないし概ね平行状態から垂直ないし概ね垂直状態へ
遷移しているハイブリッド状態である請求項1〜6いず
れかのカラー液晶素子。
8. A color liquid crystal element is an electro-optical element that applies an electric field in a direction perpendicular to a substrate, and liquid crystal molecules are perpendicular or substantially perpendicular to the substrate in a non-coloring state, and a viewing angle improving means using a birefringent film or the like. May be contained in the liquid crystal layer.
A mode in which liquid crystal molecules are aligned in a state in which no electric field is applied using p liquid crystal is parallel or substantially parallel to the substrate, or N in the liquid crystal layer.
n liquid crystal is used, and the mode of liquid crystal molecules in which no electric field is applied is perpendicular to the substrate or almost perpendicular to the substrate, or N is applied to the liquid crystal layer.
7. The color liquid crystal device according to claim 1, which is a hybrid state in which an array of liquid crystal molecules in a non-electric field applied state using p liquid crystal transits from a parallel or substantially parallel state to a vertical or substantially vertical state.
【請求項9】カラー液晶素子が基板と垂直方向に電界を
印可する電気光学素子であり、非発色状態の液晶分子が
基板に垂直ないし概ね垂直であって、発色状態では基板
に平行ないし概ね平行であり、液晶層にNp液晶を用い
電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に平行であるか
概ね平行であるモード、または液晶層にNn液晶を用い
電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に垂直ないし概
ね垂直であるモードである請求項1〜6、8いずれかの
カラー液晶素子。
9. A color liquid crystal element is an electro-optical element that applies an electric field in a direction perpendicular to a substrate, and liquid crystal molecules in a non-coloring state are perpendicular to or substantially perpendicular to the substrate, and in a coloring state are parallel or substantially parallel to the substrate. Therefore, when Np liquid crystal is used for the liquid crystal layer and the mode of liquid crystal molecules in the non-electric field applied state is parallel or substantially parallel to the substrate, or when Nn liquid crystal is used in the liquid crystal layer The color liquid crystal element according to any one of claims 1 to 6 and 8, which is in a mode in which it is vertical or substantially vertical to the substrate.
【請求項10】カラー液晶素子が基板と垂直方向に電界
を印可する電気光学素子であり、液晶層にNn液晶を用
い電界無印可状態の液晶分子の配列が基板に垂直ないし
概ね垂直であり、上下電極をズラした構成などとしてフ
リンジ電界などによる横方向電界の効果を利用し、電界
により液晶分子を特定の方向に倒すモードである請求項
1〜6、8、9いずれかのカラー液晶素子。
10. A color liquid crystal device is an electro-optical device which applies an electric field in a direction perpendicular to a substrate, wherein Nn liquid crystal is used for a liquid crystal layer, and an array of liquid crystal molecules in a non-electric field applied state is perpendicular or almost perpendicular to the substrate. 10. The color liquid crystal device according to any one of claims 1 to 6, 8 and 9, which is a mode in which liquid crystal molecules are tilted in a specific direction by an electric field by utilizing an effect of a lateral electric field due to a fringe electric field or the like in a configuration in which upper and lower electrodes are offset.
【請求項11】液晶層にNp液晶またはNn液晶を用
い、基板と同一面内方向に電界を印可するモードである
請求項1〜4、7いずれかのカラー液晶素子。
11. A color liquid crystal device according to claim 1, which is a mode in which Np liquid crystal or Nn liquid crystal is used for the liquid crystal layer and an electric field is applied in the same in-plane direction as the substrate.
【請求項12】複屈折による発色の色相を変えずに、印
可電界によりその透過光強度を制御して階調制御を行う
請求項11のカラー液晶素子。
12. The color liquid crystal device according to claim 11, wherein gradation control is performed by controlling the intensity of transmitted light by an applied electric field without changing the hue of color development due to birefringence.
【請求項13】加法混色3原色と黒などの、発色状態で
無彩色となる画素をもつ繰り返し単位を有し、一対の偏
光子が平行である請求項1〜12いずれかの透過型のカ
ラー液晶素子の背面に反射層を有するか、または一個の
偏光子と液晶層、白色金属反射層を有する請求項1〜1
2いずれかの反射型カラー液晶素子。
13. The transmissive color according to claim 1, wherein the pair of polarizers are parallel to each other and have a repeating unit having pixels that are achromatic in a colored state such as three primary colors of additive color mixture and black. A liquid crystal device having a reflective layer on the back surface thereof, or having a polarizer and a liquid crystal layer, and a white metal reflective layer.
2. Either of the reflective color liquid crystal elements.
【請求項14】一個の偏光子と液晶層、白色金属反射層
を有する請求項1〜13いずれかの反射型カラー液晶素
子において、液晶層のΔn・dが0.1〜2である反射
型カラー液晶素子。
14. The reflective color liquid crystal device according to claim 1, which has one polarizer, a liquid crystal layer and a white metal reflective layer, wherein the liquid crystal layer has Δn · d of 0.1 to 2. Color liquid crystal element.
【請求項15】一対の偏光子が直交である請求項1〜1
2いずれかの透過型のカラー液晶素子において、液晶層
のΔn・dが0.4〜4である透過型カラー液晶素子。
15. The pair of polarizers are orthogonal to each other.
2. A transmission type color liquid crystal element, wherein Δn · d of the liquid crystal layer is 0.4 to 4 in the transmission type color liquid crystal element.
【請求項16】一対の偏光子が直交である請求項1〜1
2、15いずれかの透過型のカラー液晶素子の背面に、
3波長蛍光管などの演色性の高い蛍光管を光源とする、
導光板、反射板を有してもよい面光源型などのバックラ
イト・ユニットを配置して構成したカラー表示装置。
16. A pair of polarizers are orthogonal to each other.
On the back surface of the transmissive color liquid crystal element of 2 or 15,
Using a fluorescent tube with high color rendering such as a three-wavelength fluorescent tube as a light source,
A color display device in which a backlight unit such as a surface light source type which may have a light guide plate and a reflection plate is arranged.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002033483A1 (en) * 2000-10-17 2002-04-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Liquid crystal display and its producing method
WO2020228248A1 (en) * 2019-05-13 2020-11-19 深圳市华星光电技术有限公司 Display and manufacturing method therefor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002033483A1 (en) * 2000-10-17 2002-04-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Liquid crystal display and its producing method
US7057684B2 (en) 2000-10-17 2006-06-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Liquid crystal display with varying thickness
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