JPS62125328A - 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】 く技術分野〉 本発明はフルカラー表示可能なカラー液晶表示装置のセ
ル構造に関するものである。

〈従来技術〉 液晶を用いたカラー表示装置として種々の方式が提案さ
れている。その中で、液晶セルの内面に、赤、緑、青の
微細パターンから成るカラーフィルタ層を形成したカラ
ー液晶表示装置は、比較的簡単なセル構造で、フルカラ
ー表示が可能であるという特徴を有する。

この種の液晶表示として、これまで２つの方式が提案さ
れている。

まず、第１の方式は、第１５図に示すように、ゼラチン
、グリユー或いはカゼインから成るレリーフパターンを
、ホトリソグラフィーの手法により、赤、緑、青の各色
に染色したカラーフィルタ’ｌ＋’２．！３、ツィステ
ッド−ネマティック液晶層２及び２枚の中性偏光子３１
，３２を組み合わせる方式である。なお、同図に於いて
、４１．４２はガラス基板であり、Ａｌ　、Ａ２は中性
偏光子３１．３２の偏光方向を示す。また、透明電極及
び液晶分子配向膜は省略している。

この方式では、通常２枚の中性偏光子３１．３２の偏光
方向が平行になるようにセットされており、′ポ圧オフ
時で黒の表示、そして、電圧オン時で、その絵素の液晶
分子が電界方向に立ち上がり、カラーフィルタ自身の色
が観察される。赤、緑、青の各絵素に印加する電圧を、
それぞれ独立に、任意に選ぶことにより、黒の地に任意
の色が表示できる。しかしながら、この方式では、赤、
緑、青の単色表示の場合、全体の１／３シか表示に寄与
できず、全体が暗い表示しか得られなかった。実際には
、裏側に光源を置くことにより、コントラストの優れた
明るい表示を行うことが可能であるが、液晶表示のもつ
低消費電力、及び薄型化が可能であるといったメリット
からみると、裏に光源を置いてしか使えないという、こ
の方式はあまり好ましくはない。

次に、第２の方式として、第１６図例示すように、２色
性染料を一方向に整列させたカラー偏光子５＋　、５２
，５３　、！：中性偏光子６とを組み合わせる方式があ
る（この方式は、特開昭５８−７１７７、同５ｇ−１７
４２０、同５８−１７４２１等に於いて既に開示されて
いる）０なお、同図に於いて、７はツィステッド・ネマ
ティック液晶層、８１．８２はガラス基板であり、Ｂ及
びＣは、それぞれ中性偏光子６の偏光方向及びカラー偏
光子５１＋”２＋５３の吸収軸方向を示している０また
、透明電極及び液晶分子配向膜は省略している。

この方式は、前記＠１の方式と同様、赤、緑、青の単色
表示の場合、全体の１／３シか表示に寄与できないとい
う問題の他、黒の表示ができないという２つの問題があ
る。無電界時には、直線偏光の偏光方向がカラー偏光子
５１＋５２＋５３の吸収軸方向と一致するために・、そ
れぞれ、赤、緑、青の色として観察される。次に、電界
印加時には、直線偏光がカラー偏光子５１＋５２＋５３
で吸収されず、無色として観察される０この方式では、
白色あるいは無色の中に任意の色を表示することから、
全体が明るくはなるが、その反面、表示コントラストが
劣るという問題がある。

〈発明の目的〉 本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、表示が
明るく、しかも表示コントラストの優れたカラー液晶表
示装置を提供することを目的としているものである。

〈発明の構成〉 これまでの表示方式では、上記前れの方式に於いても全
体の１／３シか表示に寄与できず、また、第２の方式で
は黒の表示ができないという問題がある。本発明は、上
記カラー偏光子を用いた第２の方式の液晶セルを２枚積
層することによって、上記２つの問題を解決することを
特徴とするものである。すなわち、本発明のカラー液晶
表示装置は、電圧の印加又は非印加により、入射偏光の
偏光方向を９０°回転させる状態又は入射偏光をその捷
ま透過させる状態に選択的に設定される、積層関係に配
置された第１及び第２の液晶層と、該第１及び第２の液
晶層の間に積層関係に配置された、その吸収特性が互い
に異なり、且つ、その吸収軸方向が互いに直交する２個
のカラー偏光子と、上記第１及び第２の液晶層の両側に
配置された、その偏光方向が上記カラー偏光子の吸収軸
方向と直交又は平行の関係にある２個の中性偏光子とか
ら成ることを特徴とするものである。

〈実施例〉 以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する０ 第１図は本発明の第１の実施例のセル構造を示す断面図
である。

液晶セルの一方のガラス基板１１上に一軸延伸したポリ
ビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムを貼り付け、赤、
緑、青の２色性染料を用いて所定のパターンに染色し、
赤、緑、青のカラー偏光子１２１　、１２２　、１２３
を形成する。その上にパターン化された透明電極１３を
設け、さらに、液晶分子配向膜１４を形成する。他方の
ガラス基板１５上にはパターン化された透明電極１６及
び液晶分子配向膜１７を形成する。上記２枚の基板を用
いて第１層目液晶セル９を形成する。１８はツィステッ
ド・ネマティック液晶層である。°次に、第２層目の液
晶セル１０も同じ手法で作成するが、図に示すように、
第２層目に形成するカラー偏光子の色は第１層目に形成
されたカラー偏光子の色と常１１ζ異なる色を選ぶ必要
がある０１だ、カラー偏光子の吸収軸方向に関しては、
第１層目と第２層目とで互いに直交するように配置する
必要がある。

次に、上記２枚の液晶セルのカラー偏光子を設けた基板
同志が近接するように重ね合わせる。そして、１組の中
性偏光子１９１．１９２を上記積層した２枚の液晶セル
９，１０の外側に設ける。図に示すＤＩ、Ｄ２は、それ
ぞれ中性偏光子１９１，１９２の偏光方向である。また
、Ｅｌ、Ｅ２は、それぞれ第１層目液晶セル９のカラー
偏光子１２、第２層目液晶セル１０のカラー偏光子１２
の吸収軸方向である。中性偏光子の偏光方向は、それぞ
れカラー偏光子の吸収軸方向と平行又は直交の関係にあ
り、また、中性偏光子の偏光方向同志は互いに直交して
いる。

次に、本実施例の動作原理について説明する。

まず、第２図は赤だけの単色表示の場合である。

なお、図に於いて、１０１は入射光、１０２は透過光を
示す。

中性偏光子１９１を通過した直線偏光は、第１層目液晶
セル９の液晶分子の状態によって、そのまま通過したり
、或いは偏光方向が９０°ねじれたりする。第２図左側
の絵素では、偏光方向が９０°ねじれ、赤のカラー偏光
子１２１によって赤に着色する。それが、第１層目液晶
セル９Ｑの青のカラー偏光子１２３においては、偏光方
向とカラー偏光子の吸収軸方向が直交しているために、
その捷ま通過する。液晶層部分、そして最後の中性偏光
子１９２もそのまま通過するため、赤色として観察され
る。中央の絵素では、第１層目の緑のカラー偏光子！２
２では着色せず、第２層目の赤のカラー偏光子１２１で
着色され、赤色として観察される。また、右側の絵素で
は、第１層目の青のカラー偏光子１２３で青に着色され
、第２層目の緑のカラー偏光子＋２２では影響を受けず
、そのまま通過し、第２層目の液晶セルによって偏光方
向が９０°ねじれ、最後の中性偏光子１９２で遮断され
る。そのため、黒地の中で電圧が印加された絵素のみ赤
色の表示が可能である。

第３図は、左側の絵素で赤の表示を行い、中央の絵素で
緑の表示、そして、右側の絵素で黒の表示を行った場合
であり、各絵素が充分細かいものであれば、加法混色に
よって、黒地の中で電圧が印加された部分だけが黄色と
して観察される。

次に、第４図では、左側、中央、右側の絵素が、それぞ
れ赤、緑、青に着色され、充分細かい絵素にすれば白と
して観察される。

また、無電界状態では、第５図に示すように、最後の中
性偏光子１９２ですべての光が遮断されるため、黒とし
て観察される。

上記実施例に於いては、Ｐ型のネマティック液晶を使用
し、液晶分子の初期配向を９００ねじれ水平配向として
いるが、Ｎ型のネマティック液晶を使用し、初期配向を
垂直配向、電圧印加時の配向を９００ねじれ水平配向き
する構成としても同様のカラー液晶表示装置を得ること
ができる。電圧印加時の液晶分子配向を規定するための
斜め蒸着膜を形成した後、垂直配向処理剤に浸漬して垂
直配向処理した基板を用いて液晶セルを構成すればよい
０ 第６図に、そのセル構造を示す。なお、同図に於いては
、透明電極及び液晶分子配向膜は省略している。

液晶分子が基板に対して垂直に配向しており、無電界時
には、最後の中性偏光子１９２ですべての光が遮断され
るため、黒の表示が可能である。

そして、第１層目と第２層目の各絵素に印加する電圧の
オン、オフを自由に選ぶことにより、赤、緑、青の他、
それぞれの色の混色が表示できる。

さらに他の実施例として、第１図及び第６図では液晶セ
ルを２枚その塘ま重ね合わせているが、ガラス厚に起因
する視差の点から、中央の２枚のガラス基板を１枚のガ
ラス基板で置き換え、しかも非常に薄いガラス基板を使
用し、その両面にカラー偏光子と透明電極、液晶分子配
向膜を形成することにより、より優れた表示効果が得ら
れる。

第７図に、そのセル構造を示す。なお、同図に於いては
、透明電極及び液晶分子配向膜は省略している。２０が
中央のガラス基板である０また、第１図に示す液晶セル
と第６図に示す液晶セルとを１層宛積層し、両側に設け
る中性偏光子の偏光方向の関係を平行関係とする構成と
しても同様のカラー液晶表示装置を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。

第８図は、そのセル構造を示す断面図である。

液晶セルの一方のガラス基板２３上に一軸延伸シタホリ
ヒニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムを貼り付け、赤、
緑、青の２色性染料を用いて、所定のパターンに染色し
、１層目のカラー偏光子２４　ｌ　、　２４２　、２４
３を形成する。さらに、その１層目カラー偏光子の上に
、−軸延伸したＰＶＡフィルムを貼り付ける０この場合
、延伸方向が１層目と２層目とで互いに直交するように
貼り付ける必要がある。次に、２層目のＰＶＡフィルム
を、１層目と同様、赤、緑、青の２色性染料を用い、所
定のパターンに染色して、２層目のカラー偏光子２５１
．２５２，２５３を形成する。但し、この場合、１層目
のカラー偏光子の色と２層目のカラー偏光子の色が必ず
異なる色となるように、２層目のＰＶＡフィルムを染色
する。その上に低温スパッタリング等の手法により透明
導電膜を形成したあと、所定のパターンにエツチングし
て透明電極２６を形成する。透明電極を形成したあと、
液晶分子配向膜２７を形成する。第１層目の液晶セル２
１に於いて、もう一方の対向する基板は、ガラス基板２
８上に透明電極２９、液晶分子配向膜３０を形成したも
のである。上記２枚の基板を貼り合わせ、シールした後
、液晶を注入し、ツィステッド・ネマティック液晶層３
１を形成する。次に、第２層目の液晶セル２２の製作に
ついて述べる。第２層目液晶セルでは、何れの基板上に
もカラー偏光子を設けておらず、ガラス基板３２上にパ
ターン化された透明電極３３と液晶分子配向膜３４が形
成されており、それら基板間に上述と同様の液晶を注入
し、ツィステッド・ネマティック液晶層３５を形成する
。そして、上記２枚の液晶セル２１゜２２を、お互いの
表示絵素が重なり合うように積層し、その積層した２枚
の液晶セルの外側に２枚の中性偏光子３６１．３６２を
設ける。図に示すＦｌ。

Ｆ２は、それぞれ中性偏光子３６１，３６２の偏光方向
である。また、Ｇｌ　、Ｇ２は、それぞれカラー偏光子
２４．２５の吸収軸方向である。中性偏光子の偏光方向
は、それぞれカラー偏光子の吸収軸方向と直交または平
行の関係にあり、また中性偏光子の偏光方向同志は互い
に直交している。

以下、本実施例の動作原理について説明する。

まず、第９図は赤だけの単色表示の場合である。

なお、図に於いて、＋０３は入射光、１０４は透過光を
示す。

中性偏光子３６１を通過した直線偏光は、第１層目液晶
セル２Ｉの液晶分子の配列状態によって、そのまま通過
したり、或いは偏光方向が９０°ねじれたりする。第９
図の左側の絵素では、偏光方向が９０°ねじれ、赤のカ
ラー偏光子２５１によって赤に着色されるが、すぐその
下にある青のカラー偏光子２４３では吸収軸方向と直線
偏光の偏光方向が異なるため何ら影響されることなく、
赤の光として第１層目の液晶セル２１を通過する。第２
層目の液晶セル２２では、液晶分子が垂直になっている
ため、そのまま通過し、最後の中性偏光子３６２も偏光
方向が一致しているために、そのまま通過し、赤として
観察される。中央の絵素では、上の緑のカラー偏光子２
５２では吸収されず、下の赤のカラー偏光子２４１で吸
収されるため、赤の直線偏光上なる。第２層目の液晶セ
ル２２に入り、直線偏光が９０’ねじれ、最後の中性偏
光子３６２を通過するため、赤の光として観察される。

また、右側の絵素については、上の青のカラー偏光子２
５３で青に着色し、すぐその下の緑のカラー偏光子２４
２では吸収されず、第２層目の液晶セル２２に入る。そ
こで、偏光方向が９０°ねじれるため、最後の中性偏光
子３６２で青の光が遮断され、黒として観察される。そ
のため、黒地の中で電圧が印加された絵素のみ赤色の表
示が可能となる。

第１０図は、左側の絵素で赤の表示を行い、中央の絵素
で緑の表示、そして、右側の絵素で黒の表示を行った場
合であり、各絵素が充分細かいものであれば、加法混色
により黒地の中で電圧が印加された部分のみ黄色として
観察される。

次に、第１１図では、左側、中央、右側の絵素が、それ
ぞれ赤、緑、Ｗに着色され、充分細かい絵素であれば、
白として観察される。

また、無電界状態では、第１２図に示すように、最後の
中性偏光子３６２ですべての光が遮断されるため、黒と
して観察される。

」二肥実施例に於いては、Ｐ型のネマティック液晶を使
用し、液晶分子の初期配向を９０°ねじれ水平配向とし
ているが、Ｎ型のネマティック液晶を使用し、初期配向
を垂直配向、電圧印加時の配向を９０°ねじれ水平配向
とする構成としても同様のカラー液晶表示装置を得るこ
とができる。電圧印加時の液晶分子配向を規定するだめ
の斜め蒸着膜を形成した後、垂直配向処理剤に浸漬して
垂直配向処理した基板を用いて液晶セルを構成すればよ
いＯ 第１３図に、そのセル構造を示す。なお、同図に於いて
は、透明電極及び液晶分子配向膜は省略している。

液晶分子が基板に対して垂直に配向しており、無電界時
には、最後の中性偏光子３６２ですべての光が遮断され
るため、黒の表示が可能である。

そして、第１層目と第２層目の各絵素に印加する電圧の
オン、オフを自由に選ぶことにより、赤、緑、青の他、
それぞれの色の混色が表示できる。

さらに他の実施例として、第８図及び第１３図では液晶
セルを２枚その１ま重ね合わせているが、ガラス厚に起
因する視差の点から、中央の２枚のガラス基板を１枚の
ガラス基板で置き換え、しかも非常に薄いガラス基板を
使用し、その片面に２層から成るカラー偏光子、透明電
極、液晶分子配向膜を形成し、もう一方の面には透明電
極と液晶分子配向膜のみを形成するこ古により、より優
れた表示効果が得られる。

第１４図に、そのセル構造を示す。なお、同図に於いて
は、透明電極及び液晶分子配向膜は省略している。３７
が中央のガラス基板である。

また、第８図に示す液晶セルと第１３図に示す液晶セル
とを組み合わせると共に、両側に設ける中性偏光子の偏
光方向の関係を平行関係とする構成としても同様のカラ
ー液晶表示装置を得ることができる。

〈発明の効果〉 これまでの方式では、単色表示の場合、表示絵素の１／
３シか寄与していなかったものが、本発明により一挙に
２／３まで表示に寄与させることができ、さらに黒の表
示も可能であることから、表示が明るく、しかも表示コ
ントラストが優れたカラー液晶表示が実現できる。さら
には、明るさの点から不可能とされていた反射型表示も
、本発明の適用により充分明るい表示が得られることか
ら実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のセル構造を示す断面図
、第２図乃至第５図は同実施例の動作原理の説明に供す
る断面図、第６図及び第７図は同実施例の変形例のセル
構造を示す断面図、第８図は本発明の第２の実施例のセ
ル構造を示す断面図、第９図乃至第１２図は同実施例の
動作原理の説明に供する断面図、第１３図及び第１４図
は同実施例の変形例のセル構造を示す断面図、第１５図
はカラーフィルタを用いた従来のカラー液晶表示装置の
セル構造を示す断面図、第１６図はカラー偏光子を用い
た従来のカラー液晶表示装置のセル構造を示す断面図で
ある。 符号の説明 ９：第１層目液晶セル、１０：第１層目液晶セルペ　１
２１　、１２２．　＋２３　：カラー偏光子、１３：透
明電極、１４・液晶分子配向膜、１６・透明電翫、１７
：液晶分子配向膜、１８・ツィステッド・ネマティック
液晶層、１９１．１９２＋中性偏光子、２１：第１層目
液晶セル、２２：第２層自尊・晶）セノペ２４１．２４
２，２４３　：　１層目カラー偏光子、２５１゜２５２
．２５３：　２層目カラー偏光子、２６．透明電極、２
７：液晶分子配向膜、２９・透明電極、３゜：液晶分子
配向膜、３！：ツィステッド・ネマティック液晶層、３
３；透明電極、３４　液晶分子配向膜、３５：ツィステ
ッド・ネマティンク液晶層、３６１，３６２：中性偏光
子。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１図 第３図　　　　　　女シ　嘆シ＼１０２第４図　　　　
　　　（シ　女シ　１シ＼１０２０２　　　　　　　第
６図 第１０図　　　　　　−！９−　喉しｑ０４第１３図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電圧の印加又は非印加により、入射偏光の偏光方向
   を９０°回転させる状態又は入射偏光をそのまま透過さ
   せる状態に選択的に設定される、積層関係に配置された
   第１及び第２の液晶層と、該第１及び第２の液晶層の間
   に積層関係に配置された、その吸収特性が互いに異なり
   、且つ、その吸収軸方向が互いに直交する２個のカラー
   偏光子と、 上記第１及び第２の液晶層の両側に配置された、その偏
   光方向が上記カラー偏光子の吸収軸方向と直交又は平行
   の関係にある２個の中性偏光子とから成ることを特徴と
   するカラー液晶表示装置。