JPH11316376A - 自発光表示素子 - Google Patents

自発光表示素子

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JPH11316376A
JPH11316376A JP10123551A JP12355198A JPH11316376A JP H11316376 A JPH11316376 A JP H11316376A JP 10123551 A JP10123551 A JP 10123551A JP 12355198 A JP12355198 A JP 12355198A JP H11316376 A JPH11316376 A JP H11316376A
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layer
liquid crystal
transparent
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JP10123551A
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Kazuhide Ota
和秀 太田
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80Constructional details
    • H10K59/8793Arrangements for polarized light emission

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  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】EL発光をバックライトとした液晶表示素子か
らなる自発光表示素子において、EL発光を損失なく液
晶素子から発光させ、かつ素子の厚さを低減する。 【解決手段】液晶素子内に偏光を発するEL素子を組み
込み、基板を共用した。EL素子から発する偏光はその
まま液晶内を通過して 100%発光するので、消費電力が
低減できる。また従来のEL素子をバックライトとした
液晶表示素子に比べて一対の基板と一枚の偏光板が不要
で、構造が簡単になり素子の厚さも低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、EL発光と液晶表
示を用いた自発光表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】表示用ディスプレイデバイスとしては、
ブラウン管(Cathode Ray Tube)、液晶(Liquid Cryst
al)、プラズマ(Plasma)、発光ダイオード(Light Em
ittingDiode)及びEL(Electro Luminescence)など
が従来より知られ、TV、パーソナルコンピュータなど
各種ディスプレイに広く利用されている。
【0003】この中でもELは自発光形であり、また薄
膜を用いることができるために薄い表示素子として期待
されている。そして薄膜型直流ELとして、有機薄膜E
Lが近年注目を集めている。例えばフルカラー用ディス
プレイとするためには、赤、緑、青の3原色を効率よく
発光する素子が必要であるが、無機ELでは青色につい
ては発光効率の低い材料しかない。しかし有機ELによ
れば、青色も効率よく発光できる素子が開発されてい
る。また近年では、1996年春季第43回応用物理学会関係
連合講演会講演予稿集NO.3,P1128などに開示されてい
るように、偏光を発光する有機ELも提案されている。
【0004】一方、TN( Twisted Nematic)型の液晶
表示素子は、互いに偏光方向が90度ずれた平行な一対の
偏光板で素子が挟まれた構造となっている。そしてバッ
クライトなどからの光は一方の偏光板を通って偏光とな
り、それが液晶に入射される。素子の電圧がオフ状態で
は、分子のねじれに沿って偏光面が90度回転するため、
入射偏光はもう一方の偏光板を通過することができず、
素子は暗状態となる。
【0005】そして素子の電圧がオン状態となると、液
晶のねじれ配向が解けて分子が基板に垂直方向に配向す
る。したがって入射偏光は回転せずに液晶を通過し、も
う一方の偏光板を通過できるため、素子は明状態となる
(ポジ/ネガ表示)。このTN型の液晶表示素子は、電
圧しきい値が低いこと、コントラストが比較的高いこ
と、マルチプレックス駆動が行いやすいことなどの特徴
があり、広く実用されている。
【0006】またTN型の液晶表示素子を暗所でも表示
を可能とするには、バックライトが必要となる。このバ
ックライトとしては従来、蛍光灯や発光ダイオードなど
が用いられているが、例えば特開昭61−153693号公報、
特開昭62−227121号公報などに開示されているように、
EL素子をバックライトに用いた表示素子も知られてい
る。
【0007】例えば分散型交流ELをバックライトに用
いた液晶表示素子の構造を図3に示す。この液晶表示素
子は、TN型の液晶素子 100と、バックライトとして機
能する分散型交流EL素子 200とから構成されている。
液晶素子 100は、一対のガラス基板 101と、ガラス基板
101の対向面にそれぞれ形成されたITO膜 102と、I
TO膜 102上にそれぞれ形成された配向膜 103と、シー
ル材 104により封入された液晶 105とからなり、一対の
ガラス基板 101の外側表面にはそれぞれ偏光板 106が積
層されている。
【0008】またEL素子 200は、一対のプラスチック
又はガラスよりなる基板 201,202と、一方の基板 201上
に形成されたITO(Indium Tin Oxide)膜 203と、他
方の基板 202上に形成されたAl膜 204と、ITO膜 2
03とAl膜 204の間に封止された発光層 205とからな
り、基板 201が液晶素子 100に対向するように配置され
る。
【0009】このような液晶表示素子では、発光層 205
の発光による光は、直接あるいはAl膜 204で反射して
ITO膜 203及びガラス基板 201を透過し、液晶素子 1
00に入射する。そして液晶素子 100への電圧印加のオン
−オフにより、液晶素子 100の表示が可能となる。なお
図3においては、液晶素子 100の一方のITO膜 102を
2分割構造とし、分割された一方のみに電圧を印加し、
他方には電圧を印加しない構成として、表示の明暗の原
理を図示している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の液晶表
示素子においては、EL素子 200の光は2枚の偏光板 1
06を通過して発光し、液晶素子 100を通過する際に原理
的には50%、実際には60%以上の光が損失することとな
る。また液晶素子とEL素子とを積層した構造であるた
め、素子の実装構造が複雑なうえ、表示素子の全体厚さ
が厚くなるという不具合もある。
【0011】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、EL発光をバックライトとした液晶表示素
子からなる自発光表示素子において、偏光光を発光する
EL素子を用い、損失なく有効に液晶素子から発光さ
せ、かつ素子の厚さを低減することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の自発光表示素子の特徴は、基板と、基板上に形成さ
れた第1電極層と、第1電極層上に形成された有機EL
発光層と、有機EL発光層上に形成された透明な第2電
極層と、第2電極層上に形成された透明な絶縁層と、絶
縁層上に形成された透明な第3電極層と、第3電極層上
に形成された透明な第1配向膜と、よりなり電圧の印加
により偏光を発光する第1基部と、表面側に偏光板が積
層された透明基板と、透明基板の裏面上に形成された透
明な第4電極層と、第4電極層上に形成された透明な第
2配向膜と、よりなる第2基部と、第1配向膜と第2配
向膜とが対向するように互いに離間して配置された第1
基部と第2基部との間に封入された液晶と、からなり、
第1電極層と第2電極層間に印加された電圧により第1
基部で発光した偏光を液晶及び第1基部を通して表示す
るように構成されたことにある。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の自発光表示素子では、第
1基部と第2基部との間に液晶が封入され、第1基部の
みでEL素子が構成されている。そして第1基部の有機
EL発光層で発光した光は偏光であり、その偏光が液晶
及び第2基部を通過する。第3電極層と第4電極層との
間に電圧が印加されない場合には、第1基部からの偏光
は液晶の分子のねじれに沿って偏光面が90度回転し、透
明基板は透過しても偏光板で 100%遮断されるため暗表
示される。一方、第3電極層と第4電極層との間に電圧
が印加されると、液晶のねじれ配向が解けて分子が基板
に垂直方向に配向する。したがって第1基部からの偏光
は回転せずに液晶を通過し、透明基板及び偏光板を 100
%透過して明表示される。
【0014】すなわち本発明の自発光表示素子では、有
機EL発光層で発光した光が損失なく表示される。した
がって光の利用効率が高く消費エネルギーを低減でき
る。また本発明の自発光表示素子は、液晶素子内にEL
素子が一体的に封入された構造となっている。したがっ
て従来の液晶素子とEL素子とを単に積層した自発光表
示素子に比べて、一対のセル基板と1枚の偏光板が不要
となり、厚さを従来の半分以下に薄くすることができ
る。
【0015】さらに、有機EL発光層は有機質材料から
なり、このような有機EL素子は一般に水分、酸素など
に対する耐性が低く耐久性が問題となる。しかし本発明
の自発光表示素子では、有機EL発光層は高い絶縁性を
もつ液晶によって封止された状態となるため、耐久性が
優れている。また有機EL発熱により、低温での液晶の
応答性が向上する。
【0016】第1基部は、基板と、第1電極層と、有機
EL発光層と、透明な第2電極層と、透明な絶縁層と、
透明な第3電極層及び透明な第1配向膜とより構成され
ている。基板としては透明、不透明に関わらず用いるこ
とができ、プラスチック基板、ガラス基板、金属基板な
どその材質を問わない。ただ光が取り出されるのは第2
基部の透明基板側であるから、第1基部の基板からは光
が逃げるのを防止することが望ましい。したがって基板
は光を反射するような材質で形成することが望ましい。
また透明な基板を用いる場合には、第1電極層に対向す
る表面に光を反射する光反射層を形成することが望まし
い。
【0017】第1電極層としては、従来と同様にIT
O、AZO(Al添加ZnO)、SnO2 などの薄膜を
用いてもよいし、Al,Ag,Mg膜など不透明の導電
性金属薄膜を用いることもできる。これは基板に成膜す
ればよいので、高周波スパッタリング法など高温が作用
する成膜法を用いても差し支えない。また、第1電極層
が光反射層を兼ねるようにすることも好ましい。
【0018】有機EL発光層は、正孔輸送層と、正孔輸
送層上に形成された発光体層と、発光体層上に形成され
た電子輸送層とから構成することができる。このうち正
孔輸送層としては、トリフェニルジアミン誘導体などの
第3級アミン誘導体、(ジ)スチリルベンゼン(ピラジ
ン)誘導体、ジオレフィン誘導体、オキサジアゾール誘
導体などのジ(トリ)アゾール誘導体、キノサリン誘導
体、フラン系化合物、ヒドラゾン系化合物、ナフタセン
誘導体、クマリン系化合物、キナクリドン誘導体、イン
ドール系化合物、ピレン系化合物、アントラセン系化合
物などが例示される。
【0019】発光体層としては、従来のEL素子に用い
られるトリスキノリノアルミニウム錯体、ジスチリルビ
フェニル誘導体、オキサジアゾール誘導体などが用いら
れる。また電子輸送層としては、ポリシラン、オキサジ
アゾール誘導体、トリスキノリノアルミニウム錯体など
が例示される。
【0020】正孔輸送層の厚さは、10〜 100nmとする
のが望ましい。厚さがこの範囲より薄いとピンホールが
多くなるとともにダークスポットが多発し、この範囲よ
り厚くなると輝度が下がり発光効率が低下するうえ材料
が無駄となる。また発光体層の厚さは、従来と同様に10
〜 100nmとするのが望ましい。この範囲より薄いとピ
ンホールが多くなるとともにダークスポットが多発し、
この範囲より厚くなると輝度が低下する。そして電子輸
送層の厚さは、従来と同様に10〜 100nmとするのが望
ましい。この範囲より薄いとピンホールが多くなるとと
もにダークスポットが多発し、この範囲より厚くなると
輝度が下がり発光効率が低下するうえ材料が無駄とな
る。
【0021】なお発光層において、正孔輸送層と電子輸
送層の位置は、どちらが第1電極層側に位置してもよ
い。ただし電子輸送層と接する電極は、Al,Al−L
i,Mg−Agなどの仕事関数の小さい金属膜から形成
しなければならない。この発光層を構成する各層は、そ
れぞれ真空蒸着法、ラングミュアブロジェット蒸着法、
ディップコーティング法、スピンコーティング法、真空
気体蒸着法、有機分子線エピタキシ法などを用いて形成
することができる。
【0022】第2電極層を正極として使用する場合に
は、有機EL発光層の発光を透過させるために透明なも
のが用いられ、ITO、AZO(Al添加ZnO)、S
nO2などの薄膜を採用することができる。しかしなが
ら、有機EL発光層は有機質であるために、第2電極層
を高周波スパッタリングなどの薄膜形成法で形成する
と、高温の作用により発光層が損傷してしまう。そこ
で、蒸着法などの低温で成膜できる方法を採用するのが
望ましい。
【0023】また、第2電極層を負極として使用する場
合には、蒸着法などで比較的厚い導電性金属層を形成
し、それを陽極酸化処理することで透明な陽極酸化膜を
形成しかつそれによって導電性金属層自体の厚さを薄く
して透明な第2電極層を形成する方法、10〜 100nmの
薄い金属膜を蒸着で形成し、その上にITO膜を形成す
る方法などが採用できる。
【0024】前述の方法では、導電性金属層は、In−
Sn,Zn,Sn,Sn−Sbなどの導電性金属から形
成することができる。この導電性金属層は、蒸着法など
基板が 100℃以上の高温にさらされない方法により形成
することができる。なお導電性金属層は、単一層であっ
てもよいし複数の金属を積層した複層であってもよい。
複層とすれば、透明性の高い金属を下層に配置し、その
上層に透明性の高い陽極酸化膜を形成する金属を配置す
ることで、導電性金属層の厚さがさらに厚くなっても透
明性の高い第2電極層を形成することができる。
【0025】透明性が高く導電性の高い金属としては、
In−Sn,Zn,Sn,Sn−Sbなどが例示され、
透明性の高い緻密な陽極酸化膜を形成する金属としては
Ti,Al,Mg,Siなどが例示される。陽極酸化膜
の厚さは、 100〜 300nmの範囲とするのが好ましい。
この厚さが1000nmを越えると、着色して光が吸収され
て透明性も低下し、光の損失が増加するようになる。な
お陽極酸化膜は強度が高いので、その存在により発光層
を保護することもできる。したがって陽極酸化膜の厚さ
は、上記範囲内でできるだけ厚く形成することが望まし
い。
【0026】陽極酸化膜を形成した後の導電性金属層の
厚さは、10〜 100nmの範囲とするのが好ましい。この
厚さが 150nmを越えると透明性が低下し、発光層の発
光効率が低下するようになる。陽極酸化膜を形成するに
は、通常の陽極酸化処理で行うことができる。陽極酸化
処理によれば、陽極酸化膜が形成されていない部分に電
流が流れて酸化が進行することから、ピンホールなどの
欠陥のない均一な酸化膜を形成することができる。また
陽極酸化膜の厚さは印加電圧により制御することができ
るので、厚さの制御はきわめて精度高く容易に行うこと
ができる。
【0027】絶縁層はEL偏光発光層に通電するための
第2電極層と、液晶に通電するための第3電極層とを絶
縁するためのものであり、シリカ、ポリイミドなどが用
いられる。第3電極層は液晶に通電するためのものであ
るが、有機EL発光層からの光を透過させるために透明
なものが用いられ、ITO、AZO(Al添加Zn
O)、SnO2 などの薄膜を採用することができる。
【0028】第1配向膜は液晶の分子を表面で一定の方
向に配向させるためのものであり、ポリイミドなどの耐
熱性樹脂の膜の表面をナイロンなどの布で一定方向にラ
ビングすることによって形成することができる。この第
1基部からは、有機EL発光層からの光が偏光として液
晶に入射される。第1基部が偏光を発光するようにする
には、有機EL発光層と第1配向膜との間に偏光層を介
在させてもよいが、こうすると光の損失が大きくなり、
かつ素子全体の厚さが厚くなるため好ましくない。そこ
で、有機EL発光層の発光体層をラビング処理する方
法、有機EL発光層の発光体層を斜め蒸着により形成す
る方法、有機EL発光層の発光体層を圧着帰引する Mec
hanical Deposition法、などの方法を用い、発光体層が
光学異方性をもつようにして直接強い偏光を発するよう
に構成することが好ましい第2基部は、表面側に偏光板
が積層された透明基板と、第4電極層と、第4電極層上
に形成された第2配向膜と、から構成されている。
【0029】透明基板としては、ガラス基板あるいは透
明樹脂製の基板などが例示される。また偏光板として
は、ポリビニルアルコール−ヨウ素系の皮膜をプラスチ
ックフィルムで挟持したものなど、従来の液晶素子に用
いられているものを用いることができる。第4電極層は
液晶に電圧を印加するためのものであるが、発光層から
の偏光を透過させるために透明なものが用いられ、IT
O、AZO(Al添加ZnO)、SnO2 などの薄膜を
採用することができる。
【0030】第2配向膜は液晶の分子を表面で一定の方
向に配向させるためのものであり、ポリイミドなどの耐
熱性樹脂の膜の表面をナイロンなどの布で一定方向にラ
ビングすることによって形成することができる。そして
第1配向膜と第2配向膜とが対向した間に、分子配列が
90度ねじれるように液晶が封入される。第1基部と第2
基部の間に封入される液晶は、フェニルベンゾエート
系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系など、従来公
知のTN型液晶を用いることができる。
【0031】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。図1に本実施例の自発光表示素子の模式的断面図を
示す。この自発光表示素子は、第1基部1と、第2基部
2と、第1基部1及び第2基部2との間に封入された液
晶3とから構成されている。
【0032】第1基部1は、ガラス基板10と、ガラス基
板10上に形成された反射膜11と、反射膜11上に形成され
た第1電極層12と、第1電極層12上に形成されたEL偏
光発光層4と、EL偏光発光層4上に形成された透明な
第2電極層13と、第2電極層13上に形成された絶縁層14
と、絶縁層14上に形成された透明な第3電極層15と、第
3電極層15上に形成された第1配向膜16とから構成され
ている。
【0033】また第2基部2は、ガラス基板20と、ガラ
ス基板20の裏面上に形成された第4電極層21と、第4電
極層21上に形成された第2配向膜22と、ガラス基板の表
面上に積層された偏光板23とから構成されている。そし
て液晶3はTN用で数種類の液晶の混合材料からなり、
第1配向膜16と第2配向膜22が対向するように配置され
た第1基部1と第2基部2の間に、シール材30によって
封入されている。
【0034】以下、この自発光表示素子の製造方法を説
明し、構成の詳細な説明に代える。先ずガラス基板10を
用意し、その表面に高周波スパッタリングによりAl反
射膜11を成膜した。次いで反射膜11の表面に高周波スパ
ッタリングによりITOから第1電極層12を厚さ約2000
Åに成膜した。次に図2に拡大して示すように、第1電
極層12上に厚さ約 500Åの正孔輸送層40、厚さ約 500Å
の発光体層41及び厚さ約 500Åの電子輸送層42及び第2
電極層13をこの順にそれぞれ成膜し、EL発光層を形成
した。ここで正孔輸送層40としてはポリパラフェニレン
(PPP)を用い、 350℃に加熱した基板上で圧着帰引
するMecanical Deposition法により高分子が高度に配向
した薄膜を作製した。発光体層41としてはp-Sexiphenyl
(p-6P)を用い真空蒸着法にて成膜した。また電子輸送
層42は真空蒸着法にて成膜した。これによりPPP膜の
帰引方向に垂直に交わる棒状に結晶し、PPPの帰引方
向に依存する強い偏光を発光するEL偏光発光層4が形
成された。
【0035】そしてEL偏光発光層4の電子輸送層42の
表面に、Al−Li膜を真空蒸着した。蒸着時にLi組
成を 100nmまで減少し、以後Alのみで 200nmまで
蒸着した。こうして作製された素子を、1重量%のリン
酸水溶液からなる電解液中に浸漬し、素子を陽極とする
とともに素子とほぼ同面積を有するAl板を陰極とし
て、100Vの直流電圧を印加して陽極酸化を行った。こ
れにより第2電極層13が形成された。
【0036】ここで形成される陽極酸化膜の膜厚は印加
電圧に応じて決まり、印加電圧が 100Vであれば形成さ
れる陽極酸化膜の膜厚は 150nmとなる。したがって素
子のAlよりなる厚さ 200nmの導電性金属層は、表面
から1500Åの厚さの範囲が陽極酸化され、Al2 3
りなる陽極酸化膜が形成された。またAl−Li合金層
と陽極酸化膜は直接接している。
【0037】次に、ディッピング法を用いて第2電極層
13上にSiO2 からなる絶縁層14を形成した。さらに蒸
着法を用い、絶縁層14上にITOからなる第3電極層15
を形成し、凸版印刷法を用いて第3電極層15上にポリイ
ミド前駆体を塗布した。そして加熱によりポリイミド前
駆体をポリイミドとし、さらにナイロン布で一方向にラ
ビング処理して第1配向膜16を形成して、第1基部1を
作製した。
【0038】一方、第2基部2は以下のようにして作製
した。先ずガラス基板20を用意し、その表面に高周波ス
パッタリングによりITOから第4電極層21を成膜し
た。そして凸版印刷法を用いて第4電極層21上にポリイ
ミド前駆体を塗布し、加熱によりポリイミド前駆体をポ
リイミドとした後、ナイロン布で一方向にラビング処理
して第2配向膜22を形成した。そしてガラス基板20のも
う一方の表面に偏光板23を積層して、第2基部2を作製
した。
【0039】次に、第1配向膜16と第2配向膜22が対向
するように第1基部1と第2基部2を配置し、シール材
30で周縁部をシールした。そしてシール材30の一部に設
けられた注入孔から液晶3を真空注入し、注入孔を塞い
で本実施例の自発光表示素子を得た。得られた自発光表
示素子では、第1電極層12と第2電極層13への直流電圧
の印加によりEL偏光発光層4が発光し、この光は偏光
である。そして第3電極層15と第4電極層21に交流電圧
を印加していない場合には、この偏光は透明な第2電極
13、絶縁層14、第3電極層15、第1配向膜16、液晶3、
第2配向膜22、第4電極層21、ガラス基板20及び偏光板
23を透過して、自発光表示素子は明状態となる。またガ
ラス基板10側へ向かった偏光は、反射膜11で反射してガ
ラス基板20及び偏光板23を透過する そして第3電極層15と第4電極層21に交流電圧を印加す
ることで、液晶分子はねじれが解消して平行に配列する
ため、EL偏光発光層4の発光による偏光は偏光板23で
遮られ、自発光表示素子は暗状態となる。
【0040】
【発明の効果】すなわち本発明の自発光表示素子によれ
ば、第1基部で発光した偏光が損失なく表示される。し
たがって従来の液晶素子とEL素子とを単に積層した自
発光表示素子に比べて光のロスが無く有効活用でき、消
費エネルギーを低減できる。また、本発明の自発光表示
素子は、液晶素子内にEL素子が一体的に封入された構
造となっている。したがって従来の液晶素子とEL素子
とを単に積層した自発光表示素子に比べて、一対の基板
と一枚の偏光板が不要となり厚さを薄くすることができ
る。また有機EL素子が高い絶縁性をもつ液晶セル内に
気密封止された構造であるため、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の自発光表示素子の模式的断
面図である。
【図2】図1の要部拡大断面図である。
【図3】従来の自発光表示素子の模式的断面図である。
【符号の説明】
1:第1基部 2:第2基部 3:
液晶 4:EL偏光発光層 11:反射膜 12:
第1電極層 13:第2電極層 14:絶縁層 15:
第3電極層 16:第1配向膜 21:第4電極層 22:
第2配向膜 23:偏光板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に形成された第1電極
    層と、該第1電極層上に形成された有機EL発光層と、
    該有機EL発光層上に形成された透明な第2電極層と、
    該第2電極層上に形成された透明な絶縁層と、該絶縁層
    上に形成された透明な第3電極層と、該第3電極層上に
    形成された透明な第1配向膜と、よりなり電圧の印加に
    より偏光を発光する第1基部と、 表面側に偏光板が積層された透明基板と、該透明基板の
    裏面上に形成された透明な第4電極層と、該第4電極層
    上に形成された透明な第2配向膜と、よりなる第2基部
    と、 該第1配向膜と該第2配向膜とが対向するように互いに
    離間して配置された該第1基部と該第2基部との間に封
    入された液晶と、からなり、 該第1電極層と該第2電極層間に印加された電圧により
    該第1基部で発光した偏光を該液晶及び該第1基部を通
    して表示するように構成されたことを特徴とする自発光
    表示素子。
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