JPS6230221A

JPS6230221A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPS6230221A
Application number: JP60169590A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Imaide; 今出　義孝; Yuji Matsumoto; 雄二松本
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1987-02-09

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、液晶を用いて文字や数字や絵等の表示パタ
ーンを表示する素子に関するもので、特に、同一表示パ
ターンを多色にて表示するネガタイプの液晶表示素子に
関する。

〔従来の技術〕

一般に実用化されている液晶表示素子における同一表示
パターンをカラー化させるには、カラー偏光膜、バンク
ライトのカラー化、液晶への色素の混合等の手段を用い
る方法があるが、これらは単色のカラー化であり、同一
表示パターンの表示を２色以上の多色で表示できるもの
ではなかった。

近年、液晶表示素子の広い普及性により、同一の液晶表
示素子で多機能を表示させるためや、ファション性を持
たせるために、同一表示パターンを多色でカラー表示さ
せるものが開発されており、たとえば、特開昭５８−５
０．５８３号公報に開示されている。

かかる液晶表示素子は、２枚の対向配設した絶縁性透明
基板の外側に偏光膜を配設し、前記基板の一方の内面に
は表示パターンに応じた形状の透明なセグメント電極を
形成し、前記基板の他方の内面には前記セグメント電極
と対応して２色以上のカラーフィルタを交互に細かく設
けた複数のコモン電極を形成し、これら側基板間に、例
えば、Ｐ形のネマチック液晶をツイスト配列状態となる
よう封入して液晶表示素子を構成し、前記各電極への選
択な電圧印加によって任意のカラーフィルタの部分を選
択し、セグメント電極部分、すなわち、表示パターンを
多色表示させるものである。

〔従来技術の問題点〕

このような構成の液晶表示素子では、同一表示パターン
を２色以上の異なる色にて表示可能とすることができる
ものの、表示パターンのみ光が透過するネガタイプの液
晶表示素子として使用する場合、同一表示パターンにお
ける開口率、すなわち、表示を行うセグメント電極部分
におけるセグメント電極の面積に対する光が透過する面
積の比率、が低く、例えば、同一表示パターンを２色に
て表示させる場合には、この表示パターンを構成するセ
グメント電極と対向する２色の色フィルタを交互に細か
く設け、この色フィルタの各色ごとに分割したコモン電
極を形成し、各色ごとに独立に透過光を制御する構成と
するため、開口率は５０％を越えることができない。

更に、表示動作について、特に前記ネマチック液晶をツ
イスト配列状態として使用する液晶表示素子では、視角
依存性が悪く、応答性も劣るという問題を有していた。

〔発明の目的〕

この発明は、前記従来の問題点に着目して考えられたも
のであり、同一表示パターンを２色以上の色にて表示可
能とするとともに、良好な表示動作を得ることのできる
液晶表示素子の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するため、この発明は、第１のカラー偏
光膜と、この偏光膜とは異なる色で偏光軸を直交状態に
合わせた第２のカラー偏光膜と、電極への選択的な電圧
印加に応じて表示パターンをネガ表示する第１の液晶セ
ルと、液晶の分子の長軸方向を前記各偏光膜の偏光軸方
向と４５度（１３５度）ずらすとともにその液晶の界面
接触ディレクタの方向を電極内面に対して互いに逆方向
に傾斜させた半波長の可変光学リターダの働きを有する
第２の液晶セルと、偏光軸を前記各偏光膜の一方の偏光
軸と平行で他方の偏光軸と直交するように合わせたニュ
ートラル偏光膜とから成るものである。

〔実施例〕

第１図は、この発明の液晶表示素子の構成を示す分解断
面図であり、■は白色の照明光りの進行路中に置かれた
第１の色、例えば、赤色用カラー偏光膜であって、この
偏光膜１を透過する照明光りのうち偏光膜１の偏光軸と
平行な偏光Ｒのみ赤色に応じた波長となり前記偏光軸と
平行でない偏光Ｇは白色のままであることから、偏光膜
１を透過した照明光りは赤色光となって見える。２は前
記進行路中で偏光膜１の次に置かれた第２の色、例えば
、緑色用カラー偏光膜であって、偏光軸が赤色用カラー
偏光膜１の偏光軸と９０度ずらして設けてあり、この偏
光１１５ｔｉ　２を透過する前記赤色光となった照明光
りのうち偏光膜２の偏光軸と平行な偏光Ｇのみ緑色に応
じた波長となり前記偏光軸と平行でない偏光Ｒは偏光膜
２を透過する前の状態そのままで透過することから、偏
光膜２を透過した照明光りは赤色と緑色の混じった光と
なって見える。３は前記進行路中で偏光膜２の次に置か
れた表示パターンをネガタイプにて表示する周知な（例
えば、実公昭５９−５１．３２８号公報）ゲスト・ホス
ト型の液晶セルであって、第２図に図示するように、対
向する透明な絶縁性基板３０．３１のそれぞれ内面に表
示パターンに応じた形状の透明なセグメント電極３２お
よびこれと対向するコモン電極３３が形成してあり、か
つ、基板３０．３１の内面は後述する液晶および色素の
分子配列を規制するための配向膜３４．３５が施され、
周囲を囲うスペーサ３６によって小型間を有しながら基
板３０．３１を対向配設し、この空間内にコレステリッ
ク相を示す誘電異方性が正のコレステリック液晶３７お
よび可視光線領域の波長を良好に吸収する色素３８を封
入してあり、電極３２．３３への電圧の印加または除去
によって液晶３７１色素３８がコレステリック相からネ
マチツク相またはネマチック相からコレステリック相へ
の相転移を生じ、しきい値電圧以上の電圧が印加された
電極３２．３３部分、すなわち、選択されたセグメント
電極３２部分のみ光が透過可能となって他の部分は遮断
され、よって選択されたセグメント電極３２部分である
表示パターンがネガ表示されるようになっている。４は
前記進行路中で液晶セル３の次に置かれた半波長の可変
光学リターダとして周知なく例えば、特開昭５９−２１
９，７２０号）液晶セルであって、第３図に示すように
、対向する透明な絶縁性基板４０．４１のぞれぞれ内面
に前記液晶セル３の表示パターンと対向する形状の透明
なセグメント電極４２およびこれと対向するコモン電極
４３が形成してあり、かつ、基板４０．４１の内面は後
述する液晶のそれぞれ界面接触ディ１／クタの方向を各
電極４２．４３内面に対して逆方向に傾斜させ、しかも
、前記液晶の分子の長軸方向くラビング方向）を前記偏
光膜１，２の偏光軸に対して４５度（−１３５度）とな
るよう配向膜４４．　４５が施され、周囲を囲うスベー
ザ４６によって小型間を有しながら基板４０．４１を対
向配設し、この空間内に誘電異方性が正のネマヂノク液
晶４７を封入してあり、電極４２、４３への電圧の印加
の変化により液晶４７の界面非接触ディレクタの少なく
とも一部の方向を制御し、十分大きな電圧が印加された
ときは照明光りをそのまま透過させ、後述するような条
件を満たす電圧が印加されたときは照明光りを９０度回
転させて透過するようになっている。５は前記進行路中
で液晶セル４の次に置かれたニュートラル偏光膜であっ
て、偏光軸が偏光膜１または偏光膜２の何れか、例えば
、偏光膜２の偏光軸と平行ととなるように設けてあり、
この偏光膜５を透過する前記照明光りのうち、偏光膜５
の偏光軸と平行な偏光のみ透過させ、前記偏光軸と平行
でない偏光は遮断するものである。これら偏光膜１〜偏
光膜５によって液晶表示素子６が構成される。

次に、第４図〜第５図を参照しながら、液晶セル４につ
いて詳述する。電場ベクトルの振幅をＥ、偏光膜１，２
の偏光軸と液晶セル４の液晶４７の分子の長軸方向（ラ
ビング方向）とのなす角度φ、偏光膜１，２の偏光軸と
偏光板５の偏光軸とのなす角度をχ、ラビング方向の偏
光とそれに垂直な方向の偏光の位相差をδとすると、偏
光膜５を透し遇する照明光！強度Ｉは、１　＝　Ｅ２（Ｃｏｓ”χ −５ｉｎ２φ・５ｉｎ２　（φ−Ｚ）・Ｓｉｎ　　（δ
／２））　■で表わされることは周知である（例えば、
４八Ｘ　　ＢＯＲＮ、ＥＭＩＬ　　ＷＯＬＦ″　Ｐｒ１
ｎｃｉｐｌｅｓ　　ｏｆ　　０ｐｔｉｃｓ”ＰＥＩ？Ｇ
ＡＭＯＮ　Ｐｌ？ＥＳＳ　１９７０．の６９５頁参照）
。

そして、φは４５度（π／４）に設定しであるから、偏
光軸が直行状態となっている偏光膜１と偏し光膜５との関係で照明光の強度Ｉ工を考えると、χ△ 一π／２より、ＴＪＬ＝　Ｅ　−５ｉｎ　　（δ／２）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　■となり、また、偏光軸が
平行状態となっている偏り光膜２と偏光膜５との関係で照明光の強度Ｔ／を考＾えると、Ｔｉ　＝　Ｅ’　Ｃｏ５２（δ／２）　　　　　　　　
　　　■どなる。

また、Ｅ　は照明光りが偏光膜１〜偏光膜５を透過して
来る時に得られる最大強度１ｏにて置き換えることがで
きるから、前記■、■式は下記のように表すことができ
る（例えば、ＳＩＤ、　ＩＴＥＪ主催の’　　ＪＡＰＡ
Ｎ　　ＤＩＳＰＬＡＹ　　　’８３　　（Ｏｃｔｏｂｅ
ｒ　　３−５．１９８３　　ｋｏｂｅ）”における論文
集の４８０頁参照）。

Ｉよ＝　　ｌｏ−５ｉｎ　　（δ／２）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　■Ｉｚ＝　ｌｏ−Ｃｏ
５２（δ／２）　　　　　　　　　　　■ところで、液
晶セル４のような複屈折素子への入射光は、常光波と異
常光波と呼ばれる２成分から成ることが知られているの
で、それぞれの屈折率をｎｏ、　ｎｅ、液晶４の実効複
屈折をΔｎ、光の波長をλ、液晶４７の厚をｄとすると
、前記位相差δは、 δ−２ｒｃ（ｎｅ　−ｎｏ）・ｄ　／λ　　　　　　　
　　■−２π・Δｎ−ｄ／λ　　　　　　　　　　　　
■で表すことができる。

ここで、液晶セル４の電極４２．４３に」−分大きな電
圧Ｖ、例えば数Ｋ　Ｈｚで数１ＯＶ、−Ｐの電圧を印可
した時、液晶４７は、初期配列状態（第３図Ａ）から、
界面接触部分はプレチルト角θを保ものの界面非接触部
分はホメオトロピック配列状態（第１３図Ｃ）へと変化
する。したがって、Δｎ＃Ｏ１すな章わち、δ鵬０とな
り、■、■式より、 ■工＝０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　■Ｉ
ｚ＝Ｉｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　■
となる。これは、偏光軸が直行状態となっている偏光膜
１と偏光膜５との関係では光はカントされるが、平行状
態となっている偏光膜２と偏光膜５との関係では光が最
大に透過することを示すもので、すなわち、偏光膜ｌを
透過した赤色の偏光Ｒは偏光膜５を透過できないが、偏
光膜２を透過した緑色の偏光Ｇは偏光膜５を透過するこ
とができる。

もしも、 δ＝（２ｎ＋１）・π　（ｎ＝ｏ、１．２　・・ｉ　　
＠１ならば、■、■式より、前記■、■式は反対になる
ことが分り、例えば、 Δｎ−ｄ　＝λ／２　　　　　　　　　　　　　０とす
ると１、＝、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０とな
って、■、■式より、Ｉニー■ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０
１／＝Ｏ。

となる。これは、偏光軸が平行状態となっている偏光膜
２と偏光膜５との関係では光はカントされるが、直行状
態となっている偏光膜１と偏光膜５との関係では光が最
大に透過することを示すもので、すなわち、偏光膜２を
透過した緑色の偏光Ｇは偏光膜５を透過できなか、偏光
膜ｌを透過した赤色の偏光Ｒは偏光膜５を透過すること
ができる。

この理由は、液晶セル４の液晶４７が「オフ」状態（第
４図Ａ）から「オン」状！３（第４図Ｃ）への移行過程
、すなわち、液晶セル４の電極４２．４３に前記同様の
周波数で数■Ｐ−Ｐの保持電圧Ｖｓを印加している時に
おいて生じる「保持」状態（第４図Ｂ）で、液晶４７の
うちの界面非接触のディレクタの方向が、前記０式より
、 Δｎ−ｄ／λ＝１／２　　　　　　　　　　　　■を満
足するよう保持された時、液晶セル４へ進んできた偏光
（直線偏光）Ｒ，Ｇは、液晶セル４を透過する際、楕円
偏光−円偏光一楕円偏光一偏光（最初の直線偏光とは９
０度ねじれた直線偏光）へと変わりながら進み、液晶セ
ル４は、実質的に半波長の可変光学リターダとなること
による。

次に、第５図を参照しながら、この液晶表示素子６の表
示動作を説明する。

液晶表示素子６は、液晶セル３あるいは液晶セル４に電
圧が印加されていない場合、照明光りを透過させず、何
も表示しない（第５図Ａ）。

液晶セル３の所定電極３２．３３にしきい値電圧以上の
電圧が印加されると、選択されたセグメント電極３２部
分のみ偏光膜１，２で赤色偏光Ｒおよび緑色偏光Ｇの合
成となった照明光りが透過する。

そして、液晶セル４の電極４２．４３に十分大な電圧Ｖ
を印加した時、前記照明光りはそのまま透過するが、偏
光膜５の偏光軸と平行な緑色偏光Ｇのみ偏光膜５を透過
して赤色偏光Ｒはカットされ、よって、液晶表示素子す
は、液晶セル３の選択されたセグメント電極３２に応じ
た形状の表示パターンを緑色にて表示する（第５図Ｂ）
。

また、液晶セル３はそのままで、液晶セル４の電極４２
．４３に保持電圧Ｖｓを印加した時、前記照明光りは９
０度ねじられて透過し、偏光膜５の偏光軸と平行となっ
た赤色偏光Ｒのみ偏光膜５を透過して、逆に、緑色偏光
Ｇはカットされ、よって、液晶表示素子６は、前記表示
パターンを赤色にて表示する（第５図Ｃ）。

このように、液晶表示素子６は、液晶セル４への電圧印
加の切り換えによって、同一表示パターンを２色にて切
り換え表示することが可能となる。

かかる液晶表示素子６は、同一表示パターン全体の色を
切り換えるものであり、この場合、開口率は１００％で
ある。

また、液晶セル４は、液晶４７のそれぞれ界面接触ディ
レクタの方向を各電極４２．４３内面に対して互いに逆
方向に傾斜させたため、同方向に傾斜させていた従来の
液晶セルにおいてプレチルト角θの影響で生じていた視
角依存性を改善することができ、よって、視角依存性の
良好な液晶表示素子６とすることができる。

更に、液晶セル４により同一表示パターンにおける色の
切り換えを制御するが、この液晶セル４は前記特開昭５
９−２１９．７２０号公報に示されているように高速応
答性機能を有するもので、色の切り換え応当性も良くな
る。

なお、応答性をより改善する方法としては、液晶セル４
の液晶４７中にカイラル体（例えば、コレステリック液
晶）を混合することが考えられる。

（他の実施例〕カラー偏光膜１，２ば、位置をｉヂにしても良く、また
、それぞれ赤色、緑色に限定されるものでなく、他の色
のものでもかまわない。

また、液晶セル３と液晶セル４とは、位置を逆にしても
良く、また、接近する基板３１．４０を共通のものとし
て一体的に構成することもできる。

また、液晶セル４への印加電圧をＶとＶｓとの極めて短
時間の切り換え電圧とすれば、２色のカラー偏光膜１，
２で決定される色を短時間で交互に表示させることが可
能となり、デユーティ比の選択によって前記２色間での
連続的な色変化が可能となる。

また、カラー偏光膜１，２とニュートラル偏光膜５とは
、液晶セル３．４を介して位置を逆にしても良い。

また、前記実施例では液晶表示素子６を透過型として説
明したが、カラー偏光膜１の外面（第１図左側）に反射
板を設けた反射型やハーフミラ−等の半透過反射板を同
様に設けた半透過反射型であっても前記同様の表示動作
を得ることができる。

〔効果〕

このように、この発明は、第１のカラー偏光膜と、この
偏光膜とは異なる色で偏光軸を直交状イフに合わせた第
２のカラー偏光膜と、電極への選択的な電圧印加に応じ
て表示パターンをネガ表示する第１の液晶セルと、液晶
の分子の長軸方向を前記各偏光膜の偏光軸方向と４５度
（１３５度）ずらすとともにその液晶の界面接触ディレ
クタの方向を電極内面に対して互いに逆方向に傾斜させ
た半波長の可変光学リターダの働きを有する第２の液晶
セルと、偏光軸を前記各偏光膜の一方の偏光軸と平行で
他方の偏光軸と直交するように合わせたニュートラル偏
光膜とから構成したものであり、同一表示パターンを２
色以上の色にて表示することができ、しかも開口率１０
０％となるので、明瞭な表示を得ることができる。

しかも、かかる構成とすれば、従来技術で述べたネマチ
ック液晶をツイスト配列状態として表示させるものに比
べ、視角依存性が良好で、切り換え応答性も良いという
利点を有し、良好な表示動作を得ることができるという
効果を有するもので、各種表示装置の表示素子として用
いるのに通している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の液晶表示素子の分解斜視図、第２図
は同上液晶表示素子に用いられる液晶セルの要部断面図
、第３図は同上液晶表示素子に用いられる他の液晶セル
の要部断面図、第４図は同上液晶セルの動作を説明する
模型図、第５図は第１図液晶表示素子の表示動作を説明
する平面図である。１．２・・・カラー偏光膜３．４・・・液晶セル５・・・ニュートラル偏光膜６・・・液晶表示素子Ｙｓ第２ＶＡ　　　　第３図第４１　　　　第４図　　　第４図第５図　　第５図　　１５図

Claims

【特許請求の範囲】

第１のカラー偏光膜と、この偏光膜とは異なる色で偏光
軸を直交状態に合わせた第２のカラー偏光膜と、電極へ
の選択的な電圧印加に応じて表示パターンをネガ表示す
る第１の液晶セルと、液晶の分子の長軸方向を前記各偏
光膜の偏光軸方向と４５度（１３５度）ずらすとともに
その液晶の界面接触ディレクタの方向を電極内面に対し
て互いに逆方向に傾斜させた半波長の可変光学リターダ
の働きを有する第２の液晶セルと、偏光軸を前記各偏光
膜の一方の偏光軸と平行で他方の偏光軸と直交するよう
に合わせたニュートラル偏光膜とから成ることを特徴と
する液晶表示素子。