JPS60218624A - カラ−液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野　′　゛ 本発明は液晶表示装置に係り□、特に多色カラー□表示
が可能な新規なカラー液晶表示装置に関するものである
。　゛ 薇来技術 液晶表示装置は、一般に□、２枚の透明板によっ”で液
晶カー挟まれた形□式の液晶セルと、その液晶セルを透
過゛する光路においてその液晶セルを挟む一対の偏光板
を備えた構成とされるが、このような゛液晶表示装置の
一種に、□電界によって液晶の分子配列をｉ移し、その
＊ａしる液晶の複屈折変化を利用して多色カラニ表示を
行テようにしたカラー液晶表示装置がある。しかしなが
ら、上述のような液晶表示装置を用いた従来のカラー液
晶表示装置では、何□れも液晶を挟む状態で電極が設け
られ、それら電極間に形成された電界によって液晶分子
の分子配列が制御さ耗るようになっていたことか゛ら丁
表示に色ムラが発生し易く、特に大型のカラー液晶表示
が困難で□ある履いう問題があった。従来のカラー液晶
表示装置では、液晶層の厚さにムラがあると、液晶層中
の電界強度にもムラが生じ、液晶分子の一列に乱れが生
じて表示に色ムラが発生ずるため、液晶層の厚さに高い
均一性が望まれるのであるが、液晶層の厚さの均一性を
高くすることは極めて困難だったのである。

発明の目的 本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであっ
て、その目的とするところは、多色カラー表示が可能で
、しかも色ムラを少なくし得る新規なカラー液晶表示装
置を提供することにある。

発明の構成 この目的を達成するために、本発明では、前述のような
液晶表示装置において、液晶を挟む透明板の一方に、互
いに平行を成しかつ極性が交互に異なるくし歯形の電極
を、そのくし歯の長手方向が前記偏光板の少なくとも一
方の偏光軸と交差する状態で配設する一方、前記くし歯
形電極と平行を成してそれら電極間に位置し、かつそれ
ら電極間に形成される電界に基づく液晶分子の配列遷移
が同程度の部分を透過した光の通過を許容する複数のス
リットを、備えた透過光選択板を設けたことを特徴とし
たのである。

発明の効果 このように、液晶層内の液晶分子の分子配列を制御する
電極をくし歯形電極とし、透明板の一方において極性が
交互に異なるように、かつ互いに平行となるように設け
、それらの電極間に形成したアーチ状の電気力線を構成
する電界によって液晶分子の配列を制御するようにすれ
ば、それがｐ形あるいはｎ形の何れの液晶であっても、
液晶分子は、電極部分およびそれらの間の中央位置の部
分を除いて、その分子の長軸め前記透明板に平行な成分
かくし歯の長手方向に直角に、しかもその長軸が液晶層
の厚み方向において一方の透明板側に近い程それと平行
に近く、他方の透明板側に近い程垂直に近く◆なるよう
に配列される。したがって、一方の偏光板から直線偏光
された光を液晶層内に入射すれば、液晶分子の複屈折効
果によりその入射光を波長に応じて楕円偏光２円偏光な
いしは直線偏光でき、そのように波長によって偏光状態
の異なった光を他方の偏光板で選択透過するようにすれ
ば、液晶分子の分子配列状態に応じた色彩の光を１２１
ｉｉ！！できる。一方、液晶分子の配列遷移状態は電界
の向きおよび強さによって異なることから、くし歯形電
極のくし歯部分からの距離に応じて変化し、これに伴っ
て上記他方の偏光板で選択透過される光の色彩も重環か
らの距離に１．応じて異なるものとなるが、本発明では
透過光選択板が設けられて、そこに形成されたスリット
によって液晶分子の配列遷移が同程度の部分を透過した
光だけが通過させられるようになっているので、そのス
リットを通過する透過光はその最も強度ψ大きな光の波
長が同じ同一色彩のものとなる。、つまり、単一の色彩
の光を選択的に得ることができるのであり、カラー表示
が可能となるのである。

また、その色彩は、電界強度や電極間の距離、液晶の厚
み、偏光板の偏光軸の配置方向あるりはスリットの形成
位置等の設定条件が一定であればそれらの設定条件によ
っ石定まる単一のり岑となるが、くし歯形電極間に印加
する電圧を適宜変化させて電界による分子配列状態を適
宜制御するようにすれば、所望の色彩の表示光を得るこ
とが可能となる。つまり、多色カラー表示が可能となる
のである。

しかも、本発明では、電界の向きと強さの均一性が、高
精度の加工が可能な電極の加工精度に依存し１、従来の
カラー液晶表示装置のように液晶層の厚みにそれほど影
響されないため、色ムラがより簡単に低減され得ること
にもなったのである。

実施例 以下、初期配列がホモジニアス配列のｐ形ネマティック
液晶セルを用、ム）た液晶表示装置に本発明を通用した
場合の一実施例につき、図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図において５．１０および１２はそれぞれ透明板で
ある第一のガラス基板および第二のガラス基板であって
、スペーサ１４を介して対向させられており、それらガ
ラス基板１０．１２およびスペーサ１４によって形成さ
れた空間内に液晶１６が封入されている。そして、本実
施例では、この液晶１６が、液晶分子の長軸に平行な方
向の誘電率の方が短軸に平行な方向のそれよりも大きい
ｐ形のネマティック液晶とされるとともに、第２図に示
されているように、その無電界時の初期配列が、液晶分
子１８の長軸が各ガラス基板１０，１２の板面に平行で
、かつ同一方向を向いた状態のホモジニアス配列とされ
ている。

一方、前記第一のガラス基板１０の液晶１６に対面する
側の面上には、第３図に示されているように、一対のく
し歯形電極２０および２２が、それぞれその複数（本実
施例では各２本）のくし歯部分が交互にかつ互いに平行
となる状態で、しかも第２図から明らかなように、その
くし歯部分の長手方向が初期配列状態の液晶分子１８の
長軸の方向と直交する状態で設けられており、それら電
極間への電圧の印加により、第４図に表す電気力線から
明らかなように、液晶１６内に陽極側の電極２０から陰
極側の電極２２に向かうアーチ状の電界が形成されるよ
うになっている。この液晶１６内に形成されるアーチ状
の電界によって、第５図に示されているように、液晶分
子１８の長軸のガラス基板面に対する傾斜角度が、電極
２０．２２部分およびそれらの間の中央位置の部分資除
き、第一のガラス基板１０に近い側はど、また電極間の
中央位置に近いほど小さくなり、第二のガラス基板１２
に近いほど、また各電極２０．２２に近いほど大きくな
るようにされているのである。そして、本実施例では、
これらくし歯形電極２０゜２２と前記ガラス基板１０．
１２．液晶１６とによって液晶セル２６が形成されてい
るのである。

なお、第１図に示されているように、電極２０゜２２に
は絶縁コート２８が施されており、これによって各電極
２０．２２と液晶１６との間が電気的に絶縁されている
。また、この絶縁コート２８には液晶分子１８に対する
平行配向処理が施されており、ｑれと液晶１６内に添加
された平行配向剤とにより、前述のように、液晶分子１
８の初期配列がホモジニアス配列とされている。

このように構成された液晶セル２６の厚み方向の両側に
は、第一および第二の一対の偏光板３０および３２が、
それぞれその偏光軸が互いに直角を成し、かつ前記電極
２０．２２のくし歯部分の長手方向に４５°の角度をも
って交差する状態で設けられており、第１図に矢印で示
されているように、そのうちの第一のガラス基板１０側
に設けられた第一の偏光板３０から入射光が液晶セル２
６内に入射され、第二のガラス基板１２側に設けられた
第二の偏光板３２から透過光が取り出されるようになっ
ている。一方、上記第二の偏光板３２を液晶セル２６と
の間で挟む位置に透過光選択板３４が設けられており、
その透過光選択板３４に、第１図に示されているように
、前記電極２０゜２２の各くし歯部分の間のそれぞれく
し歯部分から等距離の位置に位置して、それらくし歯部
分の長手方向に平行に複数のスリット３６が形成されて
いる。第５図に点線で示、すスリット３６の対応範囲か
ら明らかなように、電界による液晶分子１８の配列遷移
が同程度の液晶部分に対応してスリット３６が設けられ
ているのである。そして、前°　記第二の偏光板３２を
透過した光のうち、それらスリット３６の位置に対応し
た光だけが透過光選択板３４での通過を許容され、この
透過光選択板３４を通過した透過光が表示光として利用
されるようになっているのである。

このような液晶表示装置に対して、くし歯形電極２０．
２２間に電圧が印加された状態で光が入射されると、そ
の光は第一の偏光板３０で直線偏光されて、液晶１６内
には振動方向が電極２０゜２２のくし歯部分の長手方向
に対して４５°を成す光が、すなわち液晶分子１８の長
軸に対して４５°を成す光が入射される。この液晶１６
内に入　□射された光は、液晶分子１８の゛長軸のガラ
ス基板面に対する傾斜角度が、前述のように、電極２０
゜２２部分およびそれらの間の゛中央位置の部分を除き
、第一のガラス基板１０に近いほど小さくなり、第二の
ガラス基板１２に近いほど大きくなっていることから、
複屈折効果により、液晶Ｉ６内を第一のガラス基板１０
側から第二のガラス基板１２側に進行するに従がって振
動（偏光）方向が回転されるが、この振動方向の回転角
度は光の波長によって異なるため、液晶セル２６の第二
のガラス基板１２側においては光はその波長によって楕
円偏光９円偏光ないしは直線偏光のようにその偏光状態
が異なり、その結果第二の偏光板３２で透過される光の
透過率は光の波長によって異なったものとなる。また、
液晶分子１８のガラス基板に対する傾斜角度の程度、つ
まり配列遷移の程度は、電極２０．２２の各くし歯部分
からの距離に応じて異なるため、上記第二の偏光板３゛
２で透過される光の最も強度の大きな波長は電極２０．
２２のくし歯部分からの距離に応じて異なったものとな
り、その結果、第二の偏光板３２からの透過光は電極２
０．２２からの距離に応じて色彩が異なったものとなる
。

そして、そのように電極２０．２２からの距離に応じて
色彩が異なる光の一部が、透過光選択板３４に形成され
たスリット３６で通過を許容されることとなるが、それ
らスリット３６は、前述のように、電極２０．２２の各
くし歯部分から等比−の位置に位置してそれら（し歯部
分の長手方向に平行に形成され、これによって液晶分子
１８の配列遷移が同程度に変化する部分を透過した光の
通過を許容するようになっているため、それらスリット
３６で通過を許容される透過光の最も強度の大きな光の
波長は一定のものとなり、したがって同一色彩の光とな
る。つまり、透過光選択板３４からは同一の色彩の光が
透過させられるのであり、この光を表示光として使用す
ればカラー表示を行うことができるのである。

一方、両電極２０．２２間に印加する電圧を変化させる
と、液晶１６内に形成される電界強度が変化し、その結
果液晶分子１９の分子配列の遷移の程度が変化して、液
晶１６内で複屈折効果によって回転する光の回転角度も
変化する。このため、前記第二の偏光板３２で透過され
る主要な光の波長が変化し、透過光選択板３４からの透
過光の色彩も変化するが、スリット３６は前述のように
液晶分子１８の配列遷移が同程度の部分を透過した光を
通過させるため、透過光選択板３４を通過する光はやは
りその色彩が同一となる。つま、す、電極２０．２２間
に印加する電圧を変化させることにより、多色カラー表
示ができるのである。

、過方向における液晶の分子配扁の様子が所謂ハイブリ
ッド形のそれと同一とな、って多色カラー−示が可能な
カラー液晶表示装置となっている。その色ムラの原因と
なる電界強度のムラおよび電界の方向ムラは、両電極２
０．２２がエツチングにより高精度に加工できること１
．また電界の方向が電極２０．２２の加工ムラはど乱れ
ないこと竺からほとんど問題となることはないのであり
、またこのように色ムラが低減され得るところから、液
晶１６の厚さの均一性、換言すればガラス基、板１０゜
１２間の距離のばらつきに対する要求も従来に比べ大幅
に緩和されることに、なったのである。したがって、色
むらのない大型の、−晶表示が可能となる。

以上、本発明の一実施例を説明したが、こ些シよ文字通
り例示であって、本発、明は上記実施例に限定して解釈
されるべき、ものではない。

例えば、前記実施例で、は、第一および第二の両偏光板
３０．３２ともその偏光軸が電極２０．２２のくし歯部
分の長手方向に４５°の角度をもって交差する状態で設
けられていたが、第二の偏光板３２の偏光軸の方向は目
的に応じて適宜偏光でき、また第一の偏光板３０の偏光
軸の方向もその偏光軸かくし歯部′□分の長手方向に交
差する状態であれば適宜変更し得るものである。　゛ま
た、前記実施例では、電極２０．２２は光が入射される
側の第一のガラス基板１２上に形成されていたが、第二
のガラス基板１２上に形成されていても問題はない。　
− □　さらに、前記実施例では、絶縁コート２８に施ぎれ
た平行配向処理と液晶１６内に添加さ糺た平行配向剤と
によって、液晶１６の初期配列がホモ゛ジニアス配列と
なるようにされていたが、絶縁コート２８上と第二のガ
ラス基板１２面上とに平行配向処理膜を設けて、液晶１
６の初期配列をホモジニアス配列とするようにしてもよ
い。

さらに、前記実施伊ｊでは、液晶としてホモジニアス配
列のｐ形ネマティック液晶が採用された液晶表票”装置
、つい、説明したが、液晶とし−ｃ幻オトロピンク配列
のｎ形ネマティック液晶やツィステッド配列のｐ形ある
いはｎ形ネマティ１．り液晶等を用いた液晶表示装置に
本発明を適用することも可能である。なお、それらの初
期配列を達成する手段としては、垂直配向剤の添加や垂
直配向処理等の良く知られた種々の手段が採用できるこ
とは勿論である。

加えて、前記実施例では、透過形の液晶表示装置に本発
明が適用された場合について述べたが、反射板を備えた
反射形の液晶表示装置に本発明を通用することも可能で
ある。

その他、−々列挙はしないが、本発明がその趣旨を逸脱
しない範囲内において、当業者の有する知識に基づいて
種々なる変形、改良等を施した態様で実施し得ることは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

９４１３図は本発明の一実施例を説明するための断面略
図であり、第２図は第１図の実施例の液晶における液晶
分子の初期配列を説明するための説明図であり、第３図
は第１図の■−■視図であり、第４図は第３図の電極間
に印加された電圧によって形成される電界の状態を電気
力線によって説明するための説明図であり、第５図は同
じく液晶分子の分子配列状態を説明するための説明図で
ある。 １０．１２ニガラス基板（透明板） １６：液晶　１８：液晶分子 ２０．２２：＜Ｌ歯形電極 ２６：液晶セル　３０，３２：偏光板 ３４：透過光選択板　３６：スリット 出願人　トヨタ自動車株式会社 ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　０　０　ｏ　。 第３図 □ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２枚の透明板によって液晶が挟まれた形式の液晶セルと
   、該液晶セルを透門する光路において該液晶セルを挟む
   一対の偏光板を備えたカラー液晶前記透明板の一方に、
   互ｊＪ番と平行を成しかつ極性が交互に異なるくし歯形
   の電極を、該くし歯の′、　長手方向が前記偏光板の少
   なく、とも一方の偏光軸と交差する状態で配設する一方
   、前記くし歯形電極と平行を成して該電極間に位置し、
   かつ該電極間に形成される電界に基口＜液晶分子の配列
   遷移が同程度の部分を透過した光の通過を許容する複と
   を特徴とするカラー数品表示装置。