JP2000122051A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時分割駆動系で、補償セルや位相差板を用い
ずに、白系表示を行い、かつ赤系、青色系、緑色系のう
ち２色系以上のカラー表示が可能なカラー液晶表示装置
を提供する。 【解決手段】 リタデーションを利用し同一表示単位で
多色表示を行う方式において一対の偏光板の少なくとも
一方として、ある特定の波長領域における偏光度が相対
的に低いカラー偏光板を用い、その波長領域の補色に相
当する発色を無彩色化して白を発色させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スーパーツイステ
ッドネマチック液晶を用いて白系表示を行い、かつ赤
系、青系、緑系のうち２色系以上のカラー表示が可能な
カラー液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−１１８５１６（従来例１）に
おいて、ツイストした液晶セルにおいて印加電圧を変化
させることにより様々な色相変化が可能であることが示
されている。しかし、その発色は、黄、赤、紫、青紫、
青、緑であり、白表示はできていないという課題を有し
ている。また、従来例１では、補償セルを用いて、２層
にすることにより白黒表示が可能であることが示されて
いる。しかし、画面上に、白または黒と、青や緑等の色
を併存させることができないという問題がある。

【０００３】特開平２−１８３２２０（従来例２）にお
いて、補償セル側にも画素を形成し、表示させることに
よって、白または黒と、青や緑などの色を併存させるこ
とが可能とされている。しかしながらこの場合には、２
層の液晶パネルの各画素を１画素ずつ対応させて形成し
なければならず、製造が極めて困難となるばかりでな
く、斜めから見た場合の視差が生じて色が滲んで見えて
しまうという問題が起こる。また、パネルの重量が増大
するという問題もある。

【０００４】特開平８−２９２４３４（従来例３）に
は、位相差板を用いることにより、無彩色を表示でき、
かつ青、赤、緑の表示が可能であると述べられている。
しかし、位相差板の使用が必須であるのでパネルコスト
の増大が避けられない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな従来技術の問題点を解決し、時分割駆動系で、補償
セルや位相差板を用いずに、白系表示を行い、かつ赤
系、青色系、緑色系のうち２色系以上のカラー表示が可
能なカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
なお、赤色系にはオレンジ、紫、およびピンクが、青色
系には紺が、また、緑色系にはシアンがそれぞれ含まれ
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、透明電極と配向膜をそれぞれ有しほ
ぼ平行に設けられた二つの基板間に、ねじれ配向したネ
マチック液晶が挟持され、各基板の配向膜によって形成
される液晶分子の配向方向による液晶層のねじれ角が１
６０〜３００°とされ、液晶層の外側に一対の偏光板が
配置され、透明電極間に駆動電圧を印加する駆動回路が
備えられたカラー液晶表示装置において、前記一対の偏
光板のうち少なくとも一方の偏光板が特定の波長領域に
おいて偏光度が相対的に低いカラー偏光板であること、
液晶層での液晶の屈折率異方性Δｎ_Ｌと液晶層の厚みｄ
_Ｌとの積Δｎ_Ｌｄ_Ｌが１．０〜２．５μｍであること、
および、時分割駆動により３値以上の異なった電圧値を
選択することによって、白色系を表示し、かつ、赤色
系、青色系、緑色系のうち少なくとも２色系を同一表示
単位で発色させることを特徴とする。

【０００７】第２の発明は、前記カラー偏光板として、
２枚重ねたときの分光透過率特性が、直交配置のとき
は、４５０ｎｍで４０％以上１００％以下、５００ｎｍ
で１０％以上１００％以下、５５０ｎｍで０％以上１０
％以下、６００ｎｍで０％以上１０％以下、６５０ｎｍ
で３０％以上１００％以下、７００ｎｍで４０％以上１
００％以下であり、平行配置のときは、４５０ｎｍで４
０％以上１００％以下、５００ｎｍで２０％以上１００
％以下、５５０ｎｍで２０％以上１００％以下、６００
ｎｍで２０％以上１００％以下、６５０ｎｍで４０％以
上１００％以下で４０％以上１００％以下である紫系の
カラー偏光板を使用することを特徴とする。

【０００８】第３の発明は、前記カラー偏光板として、
２枚重ねたときの分光透過率特性が、直交配置のとき
は、４５０ｎｍで５０％以上６５％以下、５００ｎｍで
１５％以上２５％以下、５５０ｎｍで０％以上５％以
下、６００ｎｍで０％以上３％以下、６５０ｎｍで５５
％以上７０％以下であり、平行配置のときは、４５０ｎ
ｍで５０％以上７０％以下、５００ｎｍで３０％以上５
０％以下、５５０ｎｍで２５％以上４５％以下、６００
ｎｍで２５％以上４０％以下、６５０ｎｍで５５％以上
７５％以下である紫系のカラー偏光板を使用することを
特徴とする。

【０００９】第４の発明は、液晶層での液晶の屈折率異
方性Δｎ_Ｌと液晶層の厚みｄ_Ｌとの積Δｎ_Ｌｄ_Ｌが１．
１〜１．５μｍであることを特徴とする。第５の発明
は、前記一対の偏光板のうち一方の偏光板の外側に反射
板または半透過反射板を配置したことを特徴とする。第
６の発明は、液晶のΔｎ_Ｌが０．１８以上であることを
特徴とする。第７の発明は、発色が印加電圧増大につれ
て青色系から赤色系、白色系と変化することを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明においては特定波長領域の
偏光度が相対的に低いカラー偏光板、例えば、赤（６４
０〜７００ｎｍ）および青（４２０〜４７０ｎｍ）にお
ける偏光度がオレンジ〜緑（５２０〜６１０ｎｍ）にお
ける偏光度に較べて低い紫系のカラー偏光板を用いるこ
とが重要である。

【００１１】可視光（特に４００〜７００ｎｍを指す）
全波長領域に亘って偏光度の高い通常の偏光板（例えば
住化製ＳＫ−１８４２ＡＰ）を使った場合には、１６０
°〜３００゜のねじれ配向したパネルにおいて、時分割
駆動が可能なレベルで、白色系を表示し、かつ、赤色
系、青色系、緑色系のうち少なくとも２色系を同一表示
単位で発色させることができないからである。

【００１２】このようなパネルで液晶の状態変化に対し
て光学的に色変化が大きくなる条件は、両側の偏光板の
吸収軸を最近接の液晶分子の長軸方向に対して約４５°
の交差角にした場合である。この配置条件において、液
晶層のΔｎ_Ｌｄ_Ｌを例えば１．３μｍ程度にすると、液
晶印加電圧の上昇に伴い、緑から青、赤、黄と変化し、
複数の色系の発色が可能となるが、白を発色させること
はできない。偏光板の角度を変化させたりすることによ
り、ある程度白色に近づけられるが、白以外の発色の純
度が低下する。また、大きな電圧を印加させて白色に近
づける方法は、時分割駆動には適していない。

【００１３】ここで、ある特定の波長領域における偏光
度が相対的に低いカラー偏光板を用いれば、その波長領
域の補色に相当する発色が無彩色化され、白の発色が可
能となる。例えば、上記の液晶層のΔｎ_Ｌｄ_Ｌが１．３
μｍ程度の場合に、紫系のカラー偏光板を用いると、黄
色が白色に変換され、発色は電圧上昇に伴い、明るい青
から暗い青、紫、ピンク赤、明るいピンク赤、白の順で
変化するようになる。同様に、緑系や赤系、黄系等のカ
ラー偏光板を用いた場合にも、それぞれの補色に相当す
る発色が無彩色化され白色を得ることが可能となる。

【００１４】このカラー偏光板を用いた方法は、時分割
駆動に何ら制約を加えるものではなく、適当な液晶を選
択すればデューティ比１／２４０での駆動も可能である
ので、これによって、時分割駆動系において、純度が高
く明るい白と複数の色系とが併存する表示が可能とな
る。

【００１５】本発明においては、液晶層での液晶の屈折
異方性Δｎ_Ｌと液晶層の厚みｄ_Ｌとの積Δｎ_Ｌｄ_Ｌが
１．０〜２．５μｍ、好ましくは１．１〜１．５μｍと
される。この値が大きすぎる場合には、無用な発色が生
じて希望する発色の電圧マージンが狭くなるとともに、
ｄ_Ｌの増大に伴う応答速度の低下、視角依存性の増大等
の弊害が生じ、一方、この値が小さ過ぎる場合には、十
分な発色が達成されなくなるので不都合である。

【００１６】また、Δｎ_Ｌに着目すれば、ｄ_Ｌを過大と
しないために０．１８以上、特に、０．１９以上の液晶
が好ましく採用される。使用上限温度が高くなる屋外用
途、車載用途向けには、高温でも希望の発色状態を保持
するために、ネマチックアイソトロピック転移温度Ｔ
_ｎｉが１０５℃以上、特に１１０℃以上の液晶を用いる
ことが好ましい。

【００１７】上記の例のように、発色の順序が電圧の低
い側からで青、赤、白の順になる場合には、通常の電極
パターンで表示させるとセグメント表示部ではその背景
色が青になるが、背景部分にもダミー電極を設け、これ
に白に相当する電圧を印加するようにすれば、背景部分
を白とすることができ、例えば、白背景に、青で文字等
を表示し、警告色等として赤を用いる形の表示が可能と
なる。

【００１８】なお、本発明において、同一表示単位と
は、セグメント表示部では対向する電極で形成される１
つのセグメントであり、ドットマトリクス表示部では対
向する電極で形成される１つのドットである。

【００１９】本発明の好ましい形態においては、背景色
との混色によるコントラストおよび色純度の低下を抑制
する観点から、上記表示単位間の間隔を極力小さくし、
１５μｍ以下とすることが好ましい。

【００２０】本発明のカラー液晶表示装置の駆動方式と
しては、表示画素数が多い用途に対応可能な、時分割駆
動方式が採用される。また、階調表示の制御方式として
周知の方式が用いられるが、階調設定の自由度の観点か
らパルス幅変調方式（ＰＷＭ）あるいはこれとフレーム
変調方式との併用が好ましく採用される。

【００２１】

【実施例】つぎに図面を参照しながら、本発明の実施例
について詳しく説明する。図１に本発明の一実施例であ
るカラー液晶表示装置の基本的構成を説明する模式的断
面図を示す。１、２は一対の偏光板、３は液晶層であ
る。

【００２２】液晶セルは以下のようにして作成した。ガ
ラス基板上に設けられたＩＴＯ透明電極をストライプ状
にパターニングし、絶縁膜を形成し、ポリイミドのオー
バーコートを形成し、これをラビングして配向制御膜を
形成した基板を作成した。このようにして作成した二枚
の基板の周辺をシール材でシールして、液晶セルを形成
し、ネマチック液晶を注入し、注入孔を封止材で封止し
た。

【００２３】液晶層の厚みｄ_Ｌはセル間隔を調整して
６．５μｍに設定した。 液晶にはΔｎ_Ｌが０．１９
５、ネマチック−アイソトロピック転移温度（Ｔ_ｎｉ）
が１１５℃のものを用いた。結果として液晶層のΔｎｄ
は約１．２７μｍとなる。ツイスト角は２４０°ツイス
トとした。

【００２４】表側の偏光板は紫系カラー偏光板（ポラテ
クノ製Ｖ１２−１８２４５Ｔ）を用いた。裏側の偏光板
は、通常偏光板（住化製ＳＫ−１８４２ＡＰ）を用い
た。用いた紫系カラー偏光板を２枚重ねたときの分光透
過率特性は、直交配置のときは、４５０ｎｍで５５％、
５００ｎｍで２０％、５５０ｎｍで２．３％、６００ｎ
ｍで１．７％、６５０ｎｍで６２％、７００ｎｍで８４
％であり、平行配置のときは、４５０ｎｍで５８％、５
００ｎｍで３９％、５５０ｎｍで３３％、６００ｎｍで
３４％、６５０ｎｍで６４％、７００ｎｍで８４％であ
る。詳細は図３に示す。数値データを表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】図２において、液晶層の上側の液晶分子の
長軸方向からみた上側の偏光板の吸収軸の方向を時計回
りに計ったものをθ_１、液晶層の下側の液晶分子の長軸
方向からみた下側の偏光板の吸収軸の方向を時計回りに
計ったものをθ_２とする。本実施例ではθ_１は１２５
°、θ_２は１４０°と設定した。液晶は左螺旋を用いた
が、右螺旋を用いたときは、角度の関係を反時計回りと
して考えれば良い。

【００２７】発色としては電圧無印加時は青色で、電圧
を増大させるにつれて、暗い青、紫系赤、ピンク系赤、
薄いピンク系赤、白と変化した。発色の色変化を図４に
色度図として示す。測定は透過での結果を示す。数値デ
ータを表２に示す。パネルの開口率は８６％である。

【００２８】

【表２】

【００２９】図５には比較例としてカラー偏光板の代わ
りに通常偏光板を用いた以外は同一の構成をとったとき
の色変化を示す。この場合には白が発色しないことがわ
かる。このことにより、カラー偏光板を用いることによ
り白が発色することが理解できる。数値データを表３に
示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】駆動は、１／６５デューテイ、１／５バイ
アスの時分割駆動波形で行った。電圧−透過率の関係を
図６に示す。コントローラードライバーとしては、東芝
製ＩＣ（Ｔ６Ｋ０３）を用いた。階調レベルとしては、
青表示はｏｆｆ波形、白表示はｏｎ波形、赤表示は、ｏ
ｎ波形とｏｆｆ波形の中間の電圧レベルを印加した。中
間レベルは、パルス幅変調とフレーム変調の合成によっ
て作成している。

【００３２】カラー偏光板を表側と裏側の両方に置いて
も、少々青みが増したが、同様な効果が得られた。ま
た、バックライトと裏側の偏光板の間に半透過反射板を
おいて、半透過タイプとして用いても良好な表示が得ら
れた。さらに、バックライトの代わりに反射板を用い反
射型の液晶表示装置とすることもできる。また、裏側の
偏光板として３Ｍ製ＲＤＦ（製品名）のような偏光分離
機能を有するフィルムを用いることもできる。

【００３３】また、駆動法として、複数ライン同時選択
法（ＭＬＡ）を用いると、フレーム応答が抑制され、特
に高温での色純度の低下を抑えることが可能であった。
また、構成は全く同じで、液晶層のΔｎｄを１．１５と
した場合、発色としては電圧無印加時は暗い青色で、電
圧を増大させるにつれて、紫系赤、ピンク系赤、薄いピ
ンク系赤、白と変化し、表示として十分満足のいくもの
であった。

【００３４】また、構成は全く同じで、液晶層のΔｎｄ
を１．４０とした場合、発色としては電圧無印加時はシ
アン色で、電圧を増大させるにつれて、青、暗い青、紫
系赤、ピンク系赤、薄いピンク系赤、白と変化し、表示
として多くの色が出せ、十分満足のいくものであった。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、カラーフイルターを用い
ずに、また、補償セルや位相差板を用いずに、同一表示
単位で、白系表示を行い、かつ赤系、青系、緑系のうち
２色系以上のカラー表示が可能なカラー液晶表示装置を
実現できる。

【００３６】低消費電力で明るく携帯に適したカラー表
示装置が可能となる。特に反射型として使用するとその
効果は非常に大きい。

【００３７】本発明の液晶表示装置は、屋外での使用を
前提とする携帯用の電子機器、例えば、携帯電話、電子
手帳、電子ブック、電子辞書、ＰＤＡ（携帯情報端
末）、ページャー（ポケットベル）などに用いた場合
に、その良好な視認性、表現力と合わせて高い機能性を
発揮する。さらに、本発明はその効果を損しない範囲で
種々の応用ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を説明する模式的断面
図。

【図２】本発明の実施例の液晶表示装置を上から見た、
液晶層の液晶分子の長軸方向と偏光板の吸収軸方向の相
対位置を示す平面図。

【図３】本発明の実施例に用いたカラー偏光板の、直交
配置と平行配置のときの分光透過率を示すグラフ。

【図４】本発明の実施例の色変化を示す色度図。

【図５】実施例のカラー偏光板の代わりに通常偏光板を
用いた場合の色変化を示す色度図。

【図６】本発明の実施例の電圧−透過率の関係を示すグ
ラフ。

【図７】本発明の比較例に用いた通常偏光板の、直交配
置と平行配置のときの分光透過率を示すグラフ。

【符号の説明】

１、２ 偏光板 ３ 液晶層 ４、５ 基板 ６、７ 透明電極 ８、９ 絶縁膜 １０、１１ 配向膜 １２、１３ シール材 １４ バックライト １５ 液晶層の上側の液晶分子の長軸方向 １６ 液晶層の下側の液晶分子の長軸方向 １７ 上側の偏光板の吸収軸方向 １８ 下側の偏光板の吸収軸方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小嶋 誠司 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 早田 祐二 東京都荒川区東日暮里５丁目７番18号 オ プトレックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H089 HA24 HA28 HA30 SA01 SA04 SA07 SA12 TA12 TA15 2H091 FA08X FA09Z GA11 HA10 KA02 LA15

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明電極と配向膜をそれぞれ有しほぼ平
   行に設けられた二つの基板間に、ねじれ配向したネマチ
   ック液晶が挟持され、各基板の配向膜によって形成され
   る液晶分子の配向方向による液晶層のねじれ角が１６０
   〜３００°とされ、液晶層の外側に一対の偏光板が配置
   され、透明電極間に駆動電圧を印加する駆動回路が備え
   られたカラー液晶表示装置において、前記一対の偏光板
   のうち少なくとも一方の偏光板が特定の波長領域におい
   て偏光度が相対的に低いカラー偏光板であること、液晶
   層での液晶の屈折率異方性Δｎ_Ｌと液晶層の厚みｄ_Ｌと
   の積Δｎ_Ｌｄ_Ｌが１．０〜２．５μｍであること、およ
   び、時分割駆動により３値以上の異なった電圧値を選択
   することによって、白色系を表示し、かつ、赤色系、青
   色系、緑色系のうち少なくとも２色系を同一表示単位で
   発色させることを特徴とするカラー液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記カラー偏光板として、２枚重ねたと
   きの分光透過率特性が、直交配置のときは、４５０ｎｍ
   で４０％以上１００％以下、５００ｎｍで１０％以上１
   ００％以下、５５０ｎｍで０％以上１０％以下、６００
   ｎｍで０％以上１０％以下、６５０ｎｍで３０％以上１
   ００％以下、７００ｎｍで４０％以上１００％以下であ
   り、平行配置のときは、４５０ｎｍで４０％以上１００
   ％以下、５００ｎｍで２０％以上１００％以下、５５０
   ｎｍで２０％以上１００％以下、６００ｎｍで２０％以
   上１００％以下、６５０ｎｍで４０％以上１００％以下
   で４０％以上１００％以下である紫系のカラー偏光板を
   使用することを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表
   示装置。
3. 【請求項３】 前記カラー偏光板として、２枚重ねたと
   きの分光透過率特性が、直交配置のときは、４５０ｎｍ
   で５０％以上６５％以下、５００ｎｍで１５％以上２５
   ％以下、５５０ｎｍで０％以上５％以下、６００ｎｍで
   ０％以上３％以下、６５０ｎｍで５５％以上７０％以下
   であり、平行配置のときは、４５０ｎｍで５０％以上７
   ０％以下、５００ｎｍで３０％以上５０％以下、５５０
   ｎｍで２５％以上４５％以下、６００ｎｍで２５％以上
   ４０％以下、６５０ｎｍで５５％以上７５％以下である
   紫系のカラー偏光板を使用することを特徴とする請求項
   ２記載のカラー液晶表示装置。
4. 【請求項４】 液晶層での液晶の屈折率異方性Δｎ_Ｌと
   液晶層の厚みｄ_Ｌとの積Δｎ_Ｌｄ_Ｌが１．１〜１．５μ
   ｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
   記載のカラー液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記一対の偏光板のうち一方の偏光板の
   外側に反射板または半透過反射板を配置したことを特徴
   とする請求項１〜４のいずれか１項記載のカラー液晶表
   示装置。
6. 【請求項６】 液晶のΔｎ_Ｌが０．１８以上であること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のカラー
   液晶表示装置。
7. 【請求項７】 発色が印加電圧増大につれて青色系から
   赤色系、白色系と変化することを特徴とする請求項１〜
   ６のいずれか１項記載のカラー液晶表示装置。