JPH04321011A - 直視型カラー液晶表示装置 - 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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、直視型のカラー液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来技術】現在、ＯＡ用の表示機器はＣＲＴから液晶
表示装置へと移りつつある。特にパーソナルＯＡ機器の
表示装置としては液晶が主流をしめる。これは、液晶を
用いればパーソナルＯＡ機器として要求される、装置の
小型、軽量化、及び低消費電力化が可能なためである。 一方、情報の多様化及びソフトの充実に伴い、表示のカ
ラー化に対する要求も高まり、現在ではフルカラー液晶
表示装置を搭載した機器も商品化されている。液晶でカ
ラー表示を行なう手法としては、カラーフィルターを透
明電極パターンに合わせてそれぞれ形成し、液晶パネル
の裏面に光源を設置し、その透過光を利用してカラーフ
ィルターの色を認識する方法が最も一般的である。しか
し、この方法では照明装置を必要とし、しかも、通常偏
光子を二枚設置するＴＮモードや白黒ＳＴＮモードで用
いられるため、表示が暗くなりやすいことから、高輝度
の照明を用いる必要がある。照明装置は、光源となる冷
陰極管あるいは熱陰極管等のランプ、導光板、拡散板よ
り構成されているため、液晶表示装置の薄型、軽量化を
図るのが非常にむずかしい。例えば、現在、エッジライ
ト方式に用いられるランプの径は最小でも４ｍｍである
（Ｆｌａｔ　Ｐａｎｅｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ　９１）。一
方、照明装置を用いることのもう一つの欠点は、消費電
力が非常に大きくなることである。特に、高輝度の光源
を用いた場合は顕著であり、例えば、持ち運び可能な電
池駆動のパーソナルＯＡ機器等においては大きな問題と
なる。一方、近年、ポリマーのマトリックス中に液晶を
分散させたポリマー分散型あるいはポリマーネットワー
ク型液晶表示装置の提案がなされている。この方法では
、従来のＴＮあるいはＳＴＮタイプのカラー方式に比べ
て液晶層の厚さの影響を受けにくく、大面積化が容易で
ある。又偏光子を必要としないため、透過光強度が大き
い、さらに視野角が広い、応答性が良い等の優れた特徴
を有する。これらの方式を用いたカラー表示の試みもな
されている。特開平１−２４１５２０には、ポリマー分
散型液晶を用い、一方の基板上に形成された赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルター、及び、黒の色
素を使用した液晶カプセルとにより、ＲＧＢ及び黒表示
を行なう技術が示されている。しかしながら、この方法
では表示パネル裏面からの照明光を用いることが前提と
なっているため、表示装置の薄型化、低消費電力は望め
ない。又、電子通信学会技法ＥＩＤ８９−１０３　ｐ１
５〜２２には、紫外線重合化合物が形成する三次元網目
構造中に液晶を分散させたポリマーネットワーク型液晶
を液晶層に用いることにより、低電圧駆動、優れた急峻
性等の利点が得られることが示されている。しかし、そ
の文献はカラー表示の実施については何ら言及していな
い。

【０００３】

【目的】本発明の目的はこのような従来技術の実情に鑑
み、液晶パネル裏面からの照明を用いなくても充分なコ
ントラストでカラー表示を行なうことができ、しかも薄
型、軽量、低消費電力化が可能なカラー液晶表示装置を
提供する点にある。

【０００４】

【構成】本発明は、液晶駆動用電極を設けた一対の基板
間に液晶を挟持し、前記液晶層が、（イ）ポリマーによ
り形成された三次元網状構造に取り込まれるように、液
晶と色素を分散させたポリマーネットワーク型液晶から
なる膜あるいは、（ロ）ポリマーのマトリックス中に粒
子状の液晶と色素を分散させたポリマー分散型液晶から
なる膜により構成され、前記一対の基板のうち、表示装
置の使用者が見る側を表基板、反対側を裏基板とした場
合に、裏基板上に液晶層を透過してきた光を吸収させる
ための構造を設けたことを特徴とする直視型のカラー液
晶表示装置に関する。前記液晶層を透過してきた光を吸
収させるための構造としては、裏基板に設けられたカラ
ーフィルターであることができる。また、前記液晶層は
、マトリックス状の表示画素毎にパターン化され、各パ
ターンにはＲ、Ｇ、Ｂの色素を各々添加し、裏基板上に
設けられた光を吸収させるための構造も前記液晶層の各
パターンに対応してパターン化されたシアン、マゼンタ
、イエローのカラーフィルターであることができる。 前記液晶駆動用電極は、各画素対応の非線形スイッチン
グ素子により、電圧のＯＮ，ＯＦＦを行うことが好まし
い。また、液晶駆動用電極を設けた一対の基板の少なく
とも一方は透明で、かつ可撓性を有するポリマー基板で
あることが好ましい。

【０００５】ポリマー分散型の液晶層は、例えば、エポ
キシ樹脂と硬化剤を所定量混合した液にネマティック液
晶（例えばシアノビフェニル型液晶）を重量で４：１の
割合で混合した液をホモジェナイザーで均一混合した液
晶分散液を駆動用電極上に塗布後８０℃で加熱硬化して
作製される。このポリマー分散型液晶に用いられるポリ
マーとしては、ポリビニルアルコール、熱硬化型エポキ
シ樹脂、二官能型光硬化アクリル樹脂等が例示され、液
晶としてはシアノビフェニル系、エステル系等の通常の
ネマチック液晶が例示される。液晶粒子の大きさは１０
μｍ程度が適当であり、その含有量は樹脂／液晶重量比
が８０／２０〜１０／９０程度が適当である。本発明で
用いられる色素は二色性である必要はなく、液晶に対す
る充分な溶解性と耐光性を備えているものであればよい
。二色性色素を用いる場合、液晶組成物が正の誘電異方
性を持つときは、負の二色性を有するアントラキノン系
、テトラジン系、アゾ系などの色素が使用可能で、液晶
組成物が負の誘電異方性を持つときは、正の二色性を有
するアゾ系、アントラキノン系、ベンゾキノン系、ナフ
トキノン系、ポリメチン系などの色素が使用可能である
。色素の含有量は、液晶に対して２０重量％以下が適当
である。一方、ポリマーネットワーク型液晶層の場合は
、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）
１５ｗｔ％のトルエン溶液に重量比で２０：１の割合で
ネマチック液晶を添加し、撹拌均一化した後駆動用電極
上に塗布後加熱し、溶媒を除去することにより、ＰＭＭ
Ａ中に分散した液晶層が作成される。このポリマーネッ
トワーク型液晶に用いられるポリマーとしては、アクリ
ル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリビニル
アルコール、シロキサンやエステル系等の高分子液晶（
例えば、ポリ４−シアノフェニル−４′−ヘキシルオキ
シベンゾエートメチルシロキサン、ポリ４−メトキシフ
ェニル−４′−プロピルオキシベンゾエートメチルシロ
キサン等）、エポキシ樹脂、ポリアミド等の通常の高分
子化合物等が例示され、液晶、色素としてはポリマー分
散型と同様のものが例示されている。液晶の含有量もポ
リマー分散型と同程度が適当である。このようなポリマ
ー分散型、或いはポリマーネットワーク型液晶からなる
膜より形成された液晶層の厚さは１〜２０μｍ程度が適
当である。

【０００６】図１は前記ポリマー分散型、あるいはポリ
マーネットワーク型液晶の基本動作原理を示す図である
。電極が形成された一対の基板１，２を離間対向配置し
、その間に液晶層を設けた構造をしている。図中、４は
ポリマーに分散している液晶、５は液晶分子、６は入射
光を示す。液晶層３が電圧無印加時（図１のａ）には、
液晶分子５は一定方向に配列していないため、入射光６
は散乱され基板２に到達する光はごくかぎられる。 一方、電圧印加時（図１のｂ）には液晶分子５が光の透
過方向に平行に配列するため（液晶が正の誘電異方性を
持つ場合）、光は液晶層３を透過し基板２に到達する。 本発明は、図２に示すように前記液晶層中に色素を添加
し、さらに、基板２に透過してきた光を吸収する構造９
を設けることにより、液晶層３が電圧無印加時には基板
１側から色素の色が認識でき、電圧印加時には液晶層３
を透過した光が基板２で吸収され、基板１側から見た場
合に黒として認識できるようにして、直視型のカラー表
示をおこなうものである。

【０００７】以下、本発明の直視型のカラー液晶表示装
置の具体例を図２に基づき詳細に説明する。図２は、色
素が二色性を持たない場合の例である。図２中１，２は
駆動用電極を設けた基板を示し、１は表示面側（入射光
側）の基板である。３は液晶層である。図２のように、
液晶層３は各表示画素に対応してパターン化され、Ｒ、
Ｇ、Ｂの色素がそれぞれ添加されている。本発明では、
電圧無印加状態で液晶層中の色素により基板１側から見
た場合に色が認識される。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの色素を
それぞれ含んだ液晶層３−Ｒ、３−Ｇ、３−Ｂが全て電
圧無印加の場合（図２のａ）、基板１側からはＲ、Ｇ、
Ｂの全ての色が認識される。それぞれの表示ドットが充
分小さい場合は、白表示として認識できる。この場合の
色素の濃度は充分な着色が認められる程度で良い。一方
、液晶層３が電圧印加状態にあるときは、Ｒ、Ｇ、Ｂ、
それぞれの色素を含んだパターン化された液晶層（３Ｒ
，３Ｇ，３Ｂ）を透過してきた入射光６は、それぞれＲ
、Ｇ、Ｂの光として基板２に到達する。ここで、基板２
上には、透過してきたそれぞれの光を吸収するような構
造８が設けてある。例えば、図３のものはＲ光に対して
はシアン、Ｇ光に対してはマゼンタ、Ｂ光に対してはイ
エローのカラーフィルターが基板上に設けられている。 図３の使用態様の場合のように、Ｒの液晶層３ＲがＯＮ
で、Ｇ、Ｂの液晶層（３Ｇ，３Ｂ）がＯＦＦ状態にある
ときは、Ｒの液晶層３Ｒを透過した光は基板２上に設け
られたシアン色のフィルターに吸収され、基板１側から
見た場合、黒表示となる。一方、Ｇ、Ｂの液晶層３Ｇ，
３Ｂでは、基板１側からはそれぞれＧ、Ｂの光が認識さ
れるため、全体としては、シアンが認識できる。 同様に、ＧがＯＮ、Ｂ、ＲがＯＦＦのときはマゼンタ、
ＢがＯＮ、Ｒ、ＧがＯＦＦのときはイエロー、ＲとＧが
ＯＮ、ＢがＯＦＦのときは青、ＲとＢがＯＮ、ＧがＯＦ
Ｆのときは緑、ＧとＢがＯＮ、ＧがＯＦＦのときは赤、
Ｒ、Ｇ、ＢがすべてＯＮのときは黒表示となる。本発明
の構成を用い、文字、図等のカラー表示を行なうために
は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各液晶層パターンを各表示ドット画素
として、各ドット画素に対応させて、例えば、基板２上
にＴＦＴ、ＭＩＭ等の非線形スイッチング素子を設けて
ドット画素毎に駆動すればよい。

【０００８】

【効果】液晶駆動用電極を設けた一対の基板間に、色素
を添加したポリマーネットワーク型あるいはポリマー分
散型液晶層を設け、前記基板のうち裏基板上に液晶層を
透過してきた光を吸収する構造を設けることにより、黒
表示が可能となり、高コントラスト、低消費電力、薄型
、軽量な直視型のカラー液晶表示装置が可能となった。 液晶層を表示ドット毎にパターン化し、各パターンにＲ
、Ｇ、Ｂの色素をそれぞれ添加し、さらに反射層を配設
した基板上に設けた上記の光吸収構造を液晶層パターン
に対応させてパターン化し（例えば液晶層のＲ、Ｇ、Ｂ
に対応してシアン、マゼンタ、イエローのパターン）、
各ドット毎にＴＦＴ或いはＭＩＭ等の非線形スイッチン
グ素子を設けることにより、文字、図等のカラー表示が
可能となる。基板の少なくとも一方を透明で、且つ、可
撓性を有するポリマー基板とすることにより、本発明の
液晶表示装置をさらに、薄型、軽量とすることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶の基本動作原理を示す図であり、（ａ）は
オフ（ＯＦＦ）時の、（ｂ）はオン（ＯＮ）時の動作原
理を示す。

【図２】本発明の具体例を示すモデル図であり、（ａ）
は、Ｒ、Ｇ、Ｂの全液晶層がすべて電圧無印加の場合で
あり、（ｂ）は、Ｒの液晶層のみが電圧印加の状態にあ
り、ＧとＢの液晶層は電圧無印加の状態にある場合を示
す。

【符号の説明】

１　　入射光側または表示面側基板 ２　　対向基板または反射層側基板 ３　　液晶層 ４　　液晶 ５　　液晶分子 ６　　入射光 ７　　色素 ９　　光吸収層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液晶駆動用電極を設けた一対の基板間
   に液晶を挟持し、前記液晶層が、（イ）ポリマーにより
   形成された三次元網状構造に取り込まれるように、液晶
   と色素を分散させたポリマーネットワーク型液晶からな
   る膜あるいは、（ロ）ポリマーのマトリックス中に粒子
   状の液晶と色素を分散させたポリマー分散型液晶からな
   る膜により構成され、前記一対の基板のうち、表示装置
   の使用者が見る側を表基板、反対側を裏基板とした場合
   に、裏基板上に液晶層を透過してきた光を吸収させるた
   めの構造を設けたことを特徴とする直視型のカラー液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】　　前記液晶層を透過してきた光を吸収さ
   せるための構造が、裏基板上に設けられたカラーフィル
   ターである請求項１記載の直視型のカラー液晶表示装置
   。
3. 【請求項３】　　前記液晶層はマトリックス状の表示画
   素毎にパターン化され、各パターンにはＲ、Ｇ、Ｂの色
   素を添加し、裏基板上に設けられた光を吸収させるため
   の構造も前記液晶層の各パターンに対応してパターン化
   されたシアン、マゼンタ、イエローのカラーフィルター
   であることを特徴とする請求項１記載の直視型のカラー
   液晶表示装置。
4. 【請求項４】　　前記液晶駆動用電極が各画素対応の非
   線形スイッチング素子により駆動されている請求項３記
   載の直視型のカラー液晶表示装置。
5. 【請求項５】　　前記液晶駆動用電極を設けた一対の基
   板の少なくとも一方が透明で、かつ可撓性を有するポリ
   マー基板である請求項１，２，３または４記載の直視型
   のカラー液晶表示装置。