JP2001183651A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型表示における分光反射率特性を改善
し、特に赤色の彩度を向上させ、背景色が白く高彩度な
多色表示を可能にする。 【解決手段】 第１の電極３を有する第１の基板１
と、第２の電極４を有する第２の基板２との間に、スー
パツイステッドネマチック液晶による液晶層６を封入
し、第１の基板１と第２の基板２のうちのいずれか一方
にカラーフィルタを設けてＳＴＮ液晶素子２０を構成
し、その視認側となる第２の基板２の外側にねじれ位相
差板１２を介して偏光板１１を配置し、第１の基板１の
外側に、拡散層１３と反射型偏光板１４と光吸収層１５
を順次配置する。液晶層６は、第１，第２の基板１，２
の間の中央に位置する液晶分子の長軸方向が、表示画面
の水平軸に平行になるように配向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラーフィルタ
を内在して多色表示が可能な反射型又は半透過反射型の
カラー液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子手帳、電子辞書、携帯情報端
末（ＰＤＡ）等の携帯型電子機器の表示装置としては、
ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶素子や、ＳＴＮ
（スーパツイステッドネマチック）液晶素子を利用した
白黒表示の反射型液晶表示装置が主に用いられていた。
しかしながら、最近では情報量の増大や多様化により、
カラー表示への要求が強くなり、カラーフィルタを内在
して多色表示が可能な反射型又は半透過反射型のカラー
液晶表示装置の開発が盛んに行われている。

【０００３】カラーフィルタを内在した反射型カラー液
晶表示装置は、大別して次の３種類のタイプに分類され
る。第１のタイプは、偏光板を全く使用しない反射型カ
ラー液晶表示装置である。これには、液晶セルに封入す
る液晶材料に２色性色素あるいは黒色の染料を混合した
ゲストホスト（Guest-Host）型液晶を使用するものや、
液晶材料を高分子ポリマ中に分散させたポリマ分散型液
晶を使用するもの等がある。

【０００４】ゲストホスト型液晶を用いた反射型カラー
液晶表示装置については、例えば、特開昭５９−１９８
４８９号公報に開示されており、ポリマ分散型液晶を用
いた反射型カラー液晶表示装置については、例えば、特
開平５−２４１１４３号公報に開示されている。いずれ
も偏光板を用いないので、明るさは良好であるが、コン
トラストが低く、実用化には至っていない。

【０００５】第２のタイプは、１枚の偏光板を用い、反
射板を液晶表示装置の内側に内在させた反射型カラー液
晶表示装置である。これは、さらに２つのタイプに分け
られ、反射面が鏡面の内在反射板を用いて、その反射面
側に光拡散層を設けたタイプと、反射面に光散乱性をも
たせた内在反射板を用いるタイプがある。いずれも，液
晶セルの内部で光が反射するので、混色が少なく彩度が
良好である。そして、偏光板が１枚しかないので明るさ
も良好であるが、コントラストが低いという問題があっ
た。

【０００６】さらに、反射面が鏡面の内在反射板を用い
るタイプでは、入射光の正反射方向は明るいが、そのほ
かの方向では急激に暗くなり、視野角特性が非常に悪い
という問題もあった。また、反射面に光散乱性をもたせ
た内在反射板を用いるタイプの場合も、光散乱性の制御
が難しく、製造工程も複雑になるという問題があった。
このような１枚の偏光板を用いた反射型液晶表示装置に
ついては、例えば、特開平３−２２３７１５号公報に開
示されている。

【０００７】第３のタイプは、２枚の偏光板を用いた通
常の白黒用液晶表示装置の液晶セル内にカラーフィルタ
を設け、液晶セルの外側に反射板を備えたカラー液晶表
示装置である。このカラー液晶表示装置は、偏光板を２
枚用いているので、コントラストは良好であるが、表示
が暗いことが欠点であった。

【０００８】しかし、液晶セルの視認側と反対側に設け
る偏光板と反射板の代わりに、反射型偏光板を用いるこ
とによって表示の明るさが改善され、実用化が検討され
ている。このような反射型偏光板を用いたカラー液晶表
示装置については、例えば、特開平１０−３０７８号公
報に開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この第３のタ
イプのカラー液晶表示装置では、反射型でカラー表示を
行ったときに、長波長側の反射率が低い分光特性となっ
ている。そのため、赤色の彩度が低く、緑色の靄が掛か
ったような背景色となり、カラー表示の色バランスが崩
れるため視認性が悪いことが問題であった。

【００１０】この発明は、この第３のタイプのカラー液
晶表示装置における分光反射率特性を改善し、特に長波
長側の反射率を高くして赤色の彩度を向上させ、背景色
が白く高彩度な多色表示を可能にすることを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明によるカラー液
晶表示装置は、上記の目的を達成するため、次のように
構成する。第１の電極を有する第１の基板と、第２の電
極を有する第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板
のうちのいずれか一方に設けたカラーフィルタと、前記
第１の基板と第２の基板との間に封入されて液晶分子の
長軸が１８０゜から２７０゜ツイストするように配向さ
れているスーパツイステッドネマチック液晶による液晶
層とによってＳＴＮ液晶素子を構成する。

【００１２】そのＳＴＮ液晶素子の視認側となる前記第
２の基板の外側に偏光板を設け、その偏光板と上記第２
の基板との間にねじれ位相差板を設ける。また、上記第
１の基板の外側に拡散層と、反射型偏光板と、光吸収層
とを順次設ける。そして、上記第１の基板と第２の基板
の間の中央に位置する液晶分子の長軸方向が、該液晶表
示装置の表示画面の水平軸に平行になるように、上記液
晶層のスーパツイステッドネマチック液晶を配向する。

【００１３】この反射型カラー液晶表示装置における光
吸収層を半透過型光吸収層とし、その半透過型吸収層の
外側にバックライトを配置すれば、半透過反射型のカラ
ー液晶表示装置とすることができる。この場合、半透過
型光吸収層の平均透過率を２０％から６０％の範囲にす
るのが好ましい。

【００１４】また、上記液晶層のツイスト角とねじれ位
相差板のツイスト角との絶対値の差が１０°から３０°
になるようにするのが望ましい。上記カラーフィルタと
して、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタを交互にス
トライプ状に形成するとよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を用いて具体的に説明する。 〔第１の実施形態：図１から図７〕はじめに、この発明
によるカラー液晶表示装置の第１の実施形態の構成を、
図１から図４を用いて説明する。図１はそのカラー液晶
表示装置の構成要素を説明するための模式的な断面図、
図２はそのカラーフィルタと第２の電極の形状を示す平
面図、図３と図４はその各構成要素の平面的な配置関係
を示す説明図である。

【００１６】この第１の実施形態のカラー液晶表示装置
は、図１に示すように、それぞれ厚さ０．５ｍｍのガラ
ス板からなる第１の基板１と第２の基板２とを、シール
材５によって一定の間隔を保って張り合わせ、その第１
の基板１と第２の基板２の間に、液晶分子の長軸方向が
２４０゜ツイストするように配向されているスーパツイ
ステッドネマチック液晶による液晶層６を封入して、Ｓ
ＴＮ液晶素子２０を構成している。

【００１７】その第１の基板１の内面には、酸化インジ
ウム錫（以後「ＩＴＯ」と略称する）からなる透明導電
膜による第１の電極３が、紙面に垂直な方向に間隔を置
いてストライプ状に形成されている。また、第２の基板
２の内面には、顔料分散法によって形成した厚さ０．３
μｍのカラーフィルタ７とアクリル系材料からなる厚さ
２μｍの保護膜８とが形成され、その保護膜上にＩＴＯ
からなる第２の電極４が形成されている。

【００１８】このＳＴＮ液晶素子２０の視認側（図１で
は上側）となる第２の基板２の外側に、透過率が４６％
で厚さ約２００μｍの偏光板１１を配置し、その偏光板
１１と第２の基板２との間に、位相差値Ｒｆが０．６１
μｍのねじれ位相差板１２を配置している。

【００１９】また、第１の基板１の外側（視認側と反対
側で、図１では下側）には、拡散層１３と反射型偏光板
１４と光吸収層１５を順次配置して、反射型カラー液晶
表示装置を構成している。なお、液晶層６のスーパツイ
ステッドネマチック液晶は、第１の基板１と第２の基板
２の間の中央に位置する液晶分子の長軸方向が、この液
晶表示装置の表示画面の水平軸に平行になるように配向
されているが、その詳細は後述する。

【００２０】ここで、反射型偏光板１４について説明す
る。通常の偏光板は、直線偏光を透過させる透過軸と吸
収する吸収軸とをもつが、反射型偏光板１４は直線偏光
を透過させる透過軸と反射する反射軸とをもっている。
その透過軸と反射軸とは直交している。

【００２１】したがって、反射型偏光板１４の外側に光
吸収層として黒色印刷をしたり、黒色フィルムを配置す
ると、入射する直線偏光の偏光方向が透過軸と平行なと
きは黒表示、反射軸と平行なときは白表示となる。その
反射軸で反射する直線偏光の反射効率は非常に高いた
め、明るい白表示が得られる。

【００２２】この反射型偏光板１４の表面は鏡面であ
り、入射光の正反射方向では明るいが、それ以外の方向
では暗くなるため、視野角特性が悪い。この視野角特性
を改善するために、反射型偏光板１４の視認側の表面に
拡散層１３を設ける。

【００２３】この実施形態では、拡散層１３として粘着
剤に粒径の異なる微粒子を分散させた拡散粘着層を備え
た一体型の反射型偏光板、例えば住友３Ｍ社製の商品名
Ｒ−ＤＦ−Ｃを用いる。この反射型偏光板は、屈折率が
異なる多層薄膜からなり、厚さが約２００μｍである。
しかし、これに限らず、コレステリック液晶ポリマを１
／４波長板で挟んだ構成のものや、ホログラムを利用し
た反射型偏光板などを用いてもよい。

【００２４】ねじれ位相差板１２は、ねじれを持つ液晶
性高分子ポリマを、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）
フィルムやＰＥＴフィルムに配向処理してから塗布し
て、１５０゜Ｃ程度の高温で液晶状態にし、ツイスト角
を調整した後に室温まで急冷して、そのねじれ状態を固
定化したフィルムである。この実施形態では、ツイスト
角Ｔｃが−２２０゜で、ΔｎｄであるＲｃが０．６１μ
ｍの右回りのねじれ位相差板を用いる。

【００２５】カラーフィルタ７は、赤フィルタＲと緑フ
ィルタＧと青フィルタＢの３色のフィルタ交互に配置さ
れるように構成され、この実施形態では図２に示すよう
に、各色のフィルタは一定幅の縦ストライプ形状となっ
ている。その各色のフィルタの幅は第２の電極４の幅よ
り広くし、各色のフィルタ間に隙間が生じないようにし
ている。カラーフィルタ７の間に隙間が生じると、入射
光が増加して明るくはなるが、表示色に白色光が混入し
て色純度が低下するので好ましくない。

【００２６】次に、第１の基板１の厚さと色彩の関係を
説明する。カラーフィルタ７は、第２の基板２の内側に
配置されており、視認側からの入射光は、図１の上方か
ら入射して、偏光板１１とねじれ位相差板１２と第２の
基板２とカラーフィルタ７と液晶層６とを透過し、さら
に、第１の基板１を透過してから反射型偏光板１４で反
射され、再度、第１の基板１、液晶層６、およびカラー
フィルタ７を透過し、最終的には偏光板１１を透過して
観察者へ到達する。

【００２７】しかし、斜め方向からの入射光は、第１の
基板１が厚いと、入射時に透過したカラーフィルタ７の
色と、反射時に透過するカラーフィルタ７の色が異なっ
てしまい、混色により彩度が低下する。したがって、第
１の基板１の厚さが薄いほど、斜めからの入射光による
混色が少なく、良好な色彩が得られる。

【００２８】そこで、第１の基板１の厚さを種々に変え
たＳＴＮ液晶素子２０を試作してみたところ、厚さ０．
５ｍｍ以下で良好な色彩が得られた。第１の基板１は薄
いほど色彩は良くなるが、あまり薄いと作業性が低下
し、強度も弱くなるので、０．１ｍｍ以上の厚さを有す
るのが好ましい。この実施形態においては、第１の基板
１および第２の基板２として、いずれも厚さ０．５ｍｍ
のガラス板を用いた。

【００２９】カラーフィルタ７は、明るさを改善するた
めに、分光スペクトルにおける最大透過率がなるべく高
いことが好ましく、各色の最大透過率は８０％以上が良
く、９０％以上が最も好ましい。さらに、分光スペクト
ルにおける最小透過率も２０％から５０％と高くする必
要がある。

【００３０】カラーフィルタ７としては、顔料分散型、
染色型、印刷型、転写型、電着型などのものが使える
が、アクリル系やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系の
感光性樹脂に顔料を分散させた顔料分散型のカラーフィ
ルタが、耐熱温度が高く色純度も良いので最も好まし
い。

【００３１】このような高透過率のカラーフィルタを得
るために、この実施形態においては、感光性樹脂に顔料
を２０％から３０％配合したカラーレジストを、スピン
ナーを用いて第２の基板２上に塗布し、その後、露光工
程と現像工程を行って、厚さが０．３μｍ以下の薄いカ
ラーフィルタを形成した。

【００３２】この実施形態で採用したカラーフィルタ７
の分光スペクトルを図５に示す。図５において、それぞ
れ実線による曲線３１は青フィルタＢ、曲線３２は緑フ
ィルタＧ、曲線３３は赤フィルタＲの各分光スペクトル
を示す。どの色フィルタにおいても、最大透過率は約９
０％以上であり、明るい表示が得られる。また、最小透
過率は、どの色フィルタも３０％から４０％に設定して
ある。最小透過率が２０％以下では暗い表示となり、逆
に最小透過率が５０％以上では彩度が低下して好ましく
ない。

【００３３】ＩＴＯからなる第１の電極３と第２の電極
４の透過率も、明るさの点で重要である。ＩＴＯのシー
ト抵抗値が低いほど膜厚が厚くなり、透過率が低くな
る。第１の電極３には、データ信号を印加するのでクロ
ストークの影響が少ないため、シート抵抗値が１００オ
ームのＩＴＯを使用し、平均透過率は約９２％である。

【００３４】第２の電極４には、走査信号を印加するの
でクロストークを低下させる必要があるため、シート抵
抗値が１０オームのＩＴＯを用い、平均透過率は約８９
％と低くなるが、第１の電極３の透過率を９０％以上に
しているので、明るさを改善できる。

【００３５】液晶層６のツイステッドネマチック液晶に
は、カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、ねじれピッ
チＰを１１μｍに調整し、１対の基板１，２の間で反時
計回り２４０゜ツイストに配向している。

【００３６】次に、図１に示したカラー液晶表示装置の
各構成部材の平面的な配置関係を図３および図４を用い
て説明する。第１の基板１および第１の電極３の表面
と、第２の基板２および第２の電極４の表面には配向膜
（図示せず）が形成されている。

【００３７】そして、図３に示すように、第１の基板１
側の配向膜を、この液晶表示装置の表示画面１０の水平
軸Ｈ−Ｈに対して、反時計回りで１２０°の方向にラビ
ング処理することによって、液晶層６の下液晶分子の配
向方向６ａは＋１２０゜となる。一方、第２の基板２側
の配向膜を、水平軸Ｈ−Ｈに対して反時計回りで６０゜
の方向にラビング処理することによって、上液晶分子の
配向方向６ｂは＋６０゜となる。ここで、反時計方向を
プラス（＋）、時計方向をマイナス（−）とする。

【００３８】ネマチック液晶にはカイラル材と称する旋
回性物質を添加し、ねじれピッチＰを１１μｍに調整し
て、ツイスト角Ｔｓが反時計回りで２４０°の液晶層６
を１対の基板１，２間に挟持したＳＴＮ液晶素子２０を
構成している。このとき、上液晶分子と下液晶分子との
中央（すなわち１対の基板１，２間の中央）に位置する
液晶分子の長軸方向（配向方向）は０°であり、水平軸
Ｈ−Ｈと平行な方向に配向していることになる。

【００３９】液晶層６に使用するツイステッドネマチッ
ク液晶の屈折率異方性による複屈折の差Δｎは０．１５
で、第１の基板１と第２の基板２との隙間であるセルギ
ャップｄは５．６μｍとする。したがって、この液晶層
６の複屈折の差Δｎとセルギャップｄとの積で表すＳＴ
Ｎ液晶素子２０のΔｎｄ値をＲｓとすると、Ｒｓ＝０．
８４μｍである。

【００４０】図１に示した反射型偏光板１４の透過軸１
４ａは、図３に示すように表示画面１０の水平軸Ｈ−Ｈ
を基準として−５゜に配置し、偏光板１１の偏光軸１１
ａは、図４に示すように水平軸Ｈ−Ｈを基準にして＋１
３５゜に配置している。

【００４１】ねじれ位相差板１２は、図４に示すよう
に、その下分子配向方向１２ａが水平軸Ｈ−Ｈを基準に
して−３５゜に、上分子配向方向１２ｂが＋５゜になる
ように配置し、ツイスト角Ｔｃが時計回りで２２０゜に
なっている。したがって、ＳＴＮ液晶素子２０とねじれ
位相差板１２のツイスト角の絶対値の差ΔＴは、ΔＴ＝
｜Ｔｓ｜−｜Ｔｃ｜＝２０゜になる。

【００４２】ＳＴＮ液晶素子２０は、ねじれ位相差板１
２とツイスト角の絶対値が等しい場合、つまり、ΔＴ＝
０で、最も補正がうまくいき、第１の電極３と第２の電
極４との間に電圧を印加しないオフ時に良好な白が得ら
れるが、電圧を印加するオン時には良好な黒が得られ
ず、コントラストが低下するので、反射型カラー表示に
は適さない。

【００４３】シャッタ性能が良好な黒を出すためには、
ΔＴが１０゜から３０゜になるようにするのが良く、特
に、この実施形態の反射型カラー表示装置では、ΔＴが
２０゜になるようにしたことにより、オフ時の白の透過
率が高く、しかも、オン時の黒のシャッタ性能も良く、
視野角特性も良好である。

【００４４】このように構成した、この発明によるカラ
ー液晶表示装置は、第１の電極３と第２の電極４との間
に電圧を印加しないオフ状態では白表示となるノーマリ
白モードとなり、画素間からも光が入射して明るい表示
が得られる。第１の電極３と第２の電極４との間に電圧
を印加するオン状態では、液晶層６の液晶分子が立ち上
がり、黒表示となる。カラーフィルタ７の色ごとにオン
とオフを組み合わせることによって、フルカラー表示が
可能になる。

【００４５】この実施形態では、ねじれ位相差板１２と
して、室温ではねじれ状態が固定化している液晶性ポリ
マフィルムを用いたが、液晶分子の１部を鎖状のポリマ
分子に結合しただけの、温度によりΔｎｄであるＲｃが
変化する温度補償型ねじれ位相差板を用いると、高温で
の明るさやコントラストが改善し、より良好な反射型カ
ラー液晶表示装置が得られる。

【００４６】図６に、この実施形態のカラー液晶表示装
置から、カラーフィルタ７を取り除いた場合のオンとオ
フの分光反射率特性を示す。実線で示す曲線３５はオフ
で白表示の分光反射率であり、曲線３６は、フレーム周
波数１２０Ｈｚで駆動した際のオンの黒表示の分光反射
率である。

【００４７】反射型カラー液晶表示装置においては、明
るさを改善するために、オフ時には曲線３５に示すよう
に分光反射率特性が平坦で、平均反射率が最も高くなる
ように設計し、オン時には曲線３６に示すように、全て
の波長領域の光を均等にシャッタできる良好な黒特性が
得られるようにするのが望ましい。

【００４８】この実施形態では、偏光板１１とねじれ位
相差板１２と、液晶層６の中央液晶分子の配向方向が表
示画面１０の水平軸と平行になるように配向し、カラー
フィルタを内在したＳＴＮ液晶素子２０と、反射型偏光
板１４と光吸収層１５とによって反射型カラー液晶表示
装置を構成することによって、反射率の分光特性を改善
し、可視光領域で長波長側の反射率を高くしたことで背
景色の色付きを抑え、赤色の彩度を向上させ、高コント
ラストで高彩度のカラー表示を可能にしている。

【００４９】この第１の実施形態においては、ＳＴＮ液
晶素子２０として２４０゜ツイストでＲｓが０．８４μ
ｍのＳＴＮ液晶素子を用いたが、１８０゜から２７０゜
ツイストで、Ｒｓが０．７から１．０のＳＴＮ液晶素子
でも、偏光板１１とねじれ位相差板１２と反射型偏光板
１４の配置角度を最適化することによって、同様な反射
型カラー表示装置が得られる。

【００５０】〔第２の実施形態：図８および図９〕次
に、この発明によるカラー液晶表示装置の第２の実施形
態について、図８および図９によって説明する。この第
２の実施形態のカラー液晶表示装置は、第１の実施形態
におけるＳＴＮ液晶素子と同等なＳＴＮ液晶素子を用い
るが、光吸収層として半透過型光吸収層を設け、その外
側にバックライトを配置して、半透過反射型カラー液晶
表示装置を構成したものである。

【００５１】図７はその構成要素を示す模式的な断面図
であり、図８はその液晶層６と反射型偏光板１４の平面
的な配置関係を示す図である、これらの図において、図
１および図３と同じ部分には同一の符号を付してあり、
それらの説明は省略する。なお、偏光板１１とねじれ位
相差板１２の平面的な配置関係を示す図は、図４と同じ
であるので省略している。

【００５２】この第２の実施形態のカラー液晶表示装置
におけるＳＴＮ液晶素子２１は、第１の実施形態に用い
たＳＴＮ液晶素子２０と殆ど同じ構成であるが、カラー
フィルタ１７が、第１の実施形態に用いたカラーフィル
タ７と若干異なる。

【００５３】このカラーフィルタ１７は、第２の基板２
の表面に顔料分散法で設けた、赤フィルタＲと緑フィル
タＧと青フィルタＢの３色のフィルタからなり、厚さが
１μｍで、図２に示した第１の実施形態のカラーフィル
タ７と同様に、各色のフィルタが交互に配置されるよう
に、それぞれ第２の電極と重なる縦ストライプ状に形成
される。

【００５４】しかし、このカラーフィルタ１７は、第１
の実施形態のカラーフィルタ７よりも顔料濃度を薄め、
感光性樹脂に顔料を１０％程度配合したカラーレジスト
を用い、厚さは１．０μｍ程度でありながら、分光スペ
クトルにおける最大透過率が９０％以上で、最小透過率
が４０％程度にしている。

【００５５】このカラーフィルタ１７を用いることによ
り、第１の実施形態で用いた厚さ０．３μｍ程度のカラ
ーフィルタ７より、第２の基板２との密着性が良くな
り、カラーフィルタの部分的なはがれ欠陥が生じたり、
エッチングがされすぎて、カラーフィルタの幅が細くな
ったりせず、安定した形状が得られるので好ましい。

【００５６】このＳＴＮ液晶素子２１の第１の基板１と
第２の基板２との間に挟持される液晶層６は、第１の実
施形態と同じく反時計回り２４０゜にツイスト配向して
いるツイステッドネマチック液晶である。その他の構成
も第１の実施形態のＳＴＮ液晶素子２０と同じである。

【００５７】このＳＴＮ液晶素子２１の第１の基板１の
外側（図７では下側）には、拡散層１３と反射型偏光板
１４と半透過型光吸収層２６を順次設け、さらにその半
透過型光吸収層２６の外側にバックライト２７を配置し
ている。また、第２の基板２の外側（視認側）には、ね
じれ位相差板１２と偏光板１１を順次設けているが、そ
の偏光板１１には視認側の面に無反射層２８をコートし
ており、透過率を４６％にしている。

【００５８】反射型偏光板１４は、第１の実施形態で用
いたものと同じで、表面に拡散粘着層を塗布した住友３
Ｍ社製の製品名Ｒ−ＤＦ−Ｃを用いる。半透過型光吸収
層２６は、厚さ２０μｍのポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）フィルムに、黒色の染料を染色したものであ
り、粘着剤を用いて反射型偏光板１４の裏面に接着して
いる。

【００５９】この半透過型光吸収層２６の分光特性を図
９に曲線３７で示す。この分光特性によると、波長４０
０ｎｍから波長６５０ｎｍまでは略フラットな透過率を
示し、全波長の平均透過率は約３０％である。

【００６０】バックライト２７としては、厚さ３ｍｍの
導光板に３波長型の直管タイプの蛍光管を組み合わせた
サイドライト型のバックライトを用いた。３波長型の蛍
光管を用いることによって高輝度が得られ、さらに、透
過照明時の彩度が改善される。

【００６１】ねじれ位相差板１２は、第１の実施形態で
使用したものと同じであり、ツイスト角Ｔｃが−２２０
゜で、ΔｎｄであるＲｃが０．６１μｍの右回りのねじ
れ位相差板を用いる。

【００６２】偏光板１１の表面に、無機薄膜を数層蒸着
した反射率が０．５％程度の無反射層２８を設けること
によって、偏光板１１の表面反射が低下して透過率が高
まり、表示が明るくなる。さらに、偏光板１１の表面反
射光が減るため、オン時の黒レベルが低下し、コントラ
ストが改善される。

【００６３】しかし、蒸着膜は高価であるので、最近
は、１層から２層の有機材料を印刷した塗布タイプの無
反射膜が開発されており、反射率は１％前後と多少高い
が、低価格であり、このような塗布タイプの無反射膜で
も、無反射層２８として使用可能である。

【００６４】次に、この第２の実施形態のカラー液晶表
示装置を構成する各部材の平面的な配置関係を図８を用
いて説明する。ＳＴＮ液晶素子２１の液晶層６の配向状
態は、図３によって説明した第１の実施形態と同じであ
り、下液晶分子配向方向６ａは＋１２０゜で、上液晶分
子配向方向６ｂは＋６０゜となる。そして、ツイスト角
Ｔｓが反時計回りで２４０゜のＳＴＮ液晶素子を構成し
ている。

【００６５】液晶層６の複屈折の差Δｎも第１の実施形
態と同じ０．１５で、第１の基板１と第２の基板２との
隙間であるセルギャップｄも５．６μｍである。したが
って、液晶層６の複屈折の差Δｎとセルギャップｄとの
積で表すＳＴＮ液晶素子２１のΔｎｄ値であるＲｓは
０．８４μｍである。

【００６６】反射型偏光板１４における透過軸１４ａ
は、表示画面１０の水平軸Ｈ−Ｈを基準として０゜に配
置している。偏光板１１の偏光軸１１ａは、図４によっ
て説明した第１の実施形態と同じく、水平軸Ｈ−Ｈを基
準にして＋１３５゜に配置している。

【００６７】ねじれ位相差板１２の下分子配向方向１２
ａと上分子配向方向１２ｂも、図４に示したのと同じ
で、水平軸Ｈ−Ｈを基準にしてそれぞれ−３５゜と＋５
゜に配置し、ツイスト角Ｔｃが時計回りで２２０゜にな
る。したがって、ＳＴＮ液晶素子２１のツイスト角Ｔｃ
との絶対値の差ΔＴは、ΔＴ＝｜Ｔｓ｜−｜Ｔｃ｜＝２
０゜になっている。

【００６８】このように構成されている第２の実施形態
のカラー液晶表示装置においても、外光を利用する反射
表示の場合には、電圧無印加のオフ状態では、白表示と
なるノーマリ白モードであり、画素間からも光が入射し
て明るい表示が得られる。第１の電極３と第２の電極４
の間に電圧を印加するオン状態では、液晶層６の液晶分
子が立ち上がり、黒表示となる。したがって、カラーフ
ィルタ１７の各色と電極３，４間のオンとオフを組み合
わせることによって、フルカラー表示が可能になる。

【００６９】また、夜間等の暗い場所では、バックライ
ト２７を点灯すると、このバックライト２７の光は、半
透過型光吸収層２６を透過した後、反射型偏光板１４の
透過軸に平行な直線偏光成分はそれを透過し、さらに拡
散層１３、ＳＴＮ液晶素子２１、ねじれ位相差板１２を
透過し、第１，第２の電極３，４間に電圧印加するオン
時には、偏光板１１の偏光軸に平行な直線偏向になって
いるため、その偏光板１１も透過して視認側へ出射する
ので、白表示となる。

【００７０】一方、反射型偏光板１４の反射軸に平行な
直線偏光成分はそれを透過しないので、第１，第２の電
極３，４間に電圧を印加しないオフ時には、偏光板１１
を透過して視認側へ出射する直線偏光成分がなくなり、
黒表示となる。その結果、外光による反射照明時と、バ
ックライト２７による透過照明時では、オン時とオフ時
の白黒が逆転する反転表示となる。

【００７１】そこで、液晶表示装置へ印加するデータ信
号を、バックライト２７の点灯時にはポジ／ネガを反転
させることによって反転表示が解消され、正常な色の透
過型のカラー表示が得られる。したがって、夜間でもバ
ックライト２７を点灯することによって透過型の液晶表
示装置となり、表示を認識することが可能になる。

【００７２】半透過型光吸収層２６の透過率が高いほ
ど、バックライト２７を点灯した時の表示は明るくな
る。しかしながら、バックライト２７の非点灯時におけ
る、外光による反射表示のコントラストは低下する。半
透過型光吸収層２６の平均透過率は、実験により２０％
から６０％の範囲が良く、さらに好ましくは３０％から
５０％の範囲が良いことが判った。この発明の第２の実
施形態では、図９に曲線３７で示した平均透過率が３０
％の半透過型光吸収層２６を用いることにより、反射型
として使用するときは良好なコントラストが得られ、透
過型として使用するときの明るさも良好であった。

【００７３】この第２の実施形態のカラー液晶表示装置
は、上述のように、偏光板１１と、ねじれ位相板１２
と、中央液晶分子の配向方向が水平軸と平行であるＳＴ
Ｎ液晶素子２１と、反射型偏光板１４と、半透過型光吸
収層２６と、バックライト２７とによって構成してい
る。これによって、明るい環境下では外光を利用して、
高コントラストで高彩度の反射型カラー表示を行うこと
ができ、暗い環境下ではバックライト２７を点灯して、
明るい透過型のカラー表示が可能である。

【００７４】また、反射型カラー表示における反射率の
分光特性を改善して、可視光領域の長波長側の反射率を
高くしている。これによって、背景色の色付き現象を抑
制することができ、赤色の彩度が向上し、高コントラス
トで高彩度の反射型カラー表示が得られる。

【００７５】この実施形態においても、ねじれ位相差板
１２として、室温ではねじれ状態が固定化している液晶
性ポリマフィルムを用いているが、液晶分子の一部を鎖
状のポリマ分子に結合しただけの、温度によりＲｃが変
化する温度補償型ねじれ位相差板を使用すると、高温で
の明るさやコントラストが改善され、より良好な反射型
カラー表示が得られる。

【００７６】上述した各実施形態においては、カラーフ
ィルタとして、それぞれストライプ状の赤フィルタと緑
フィルタと青フィルタからなるカラーフィルタを用いた
が、シアンフィルタとマゼンタフィルタとイエローフィ
ルタからなるカラーフィルタを用いてもよいし、２色あ
るいは４色以上のフィルタからなるカラーフィルタを使
用してもよい。その各色のフィルタの形状も、ストライ
プ状に限らず、正方形あるいは円形等のドット状にして
もよい。

【００７７】さらに、カラーフィルタをＳＴＮ液晶素子
の視認側となる第２の基板２の内面に設けたが、反対側
の第１の基板１の内面にカラーフィルタと保護膜を設
け、その上に第１の電極３を設けるようにしてもよい。

【００７８】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
るカラー液晶表示装置は、偏光板１１と、ねじれ位相差
板１２と、カラーフィルタ７と、中央液晶分子の配向方
向を表示画面の水平軸と平行にしたＳＴＮ液晶素子２０
と、反射型偏光板１４と、光吸収層２６とから構成して
いる。これによって、背景色の色付きを抑え、特に赤色
の彩度を向上させ、色バランスに優れた高彩度の反射型
カラー表示を得ることが可能となる。

【００７９】また、光吸収層２６の代わりに半透過型光
吸収層２６を設け、その外側にバックライト２７を配置
することによって、透過型カラー表示も可能になる。そ
れによって、暗い場所ではバックライト照明によって表
示を認識することができ、明るい場所ではバックライト
照明無しで外光によって表示可能であり、いずれの場合
にも、色バランスに優れた高彩度のカラー表示を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるカラー液晶表示装置の第１の実
施形態の構成要素を示す模式的な断面図である。

【図２】同じくそのカラーフィルタと第２の電極の形状
を示す平面図である。

【図３】図１における液晶層６と反射型偏光向板１４の
平面的な配置関係を示す説明図である。

【図４】図１における偏光板１１とねじれ位相差板１２
の平面的な配置関係を示す説明図である。

【図５】図１におけるカラーフィルタ７の分光スペクト
ルを示す線図である。

【図６】図１に示したカラー液晶表示装置の反射特性を
示す線図である。

【図７】この発明によるカラー液晶表示装置の第２の実
施形態の構成要素を示す模式的な断面図である。

【図８】図７における液晶層６と反射型偏光板１４の平
面的な配置関係を示す説明図である。

【図９】図７における半透過型光吸収層２６の分光透過
率特性を示す線図である。

【符号の説明】

１：第１の基板 ２：第２の基板 ３：第１の電極 ４：第２の電極 ５：シール材 ６：液晶層 ６ａ：下液晶分子配向方向 ６ｂ：上液晶分子配向方向 ７，１７：カラーフィルタ ８：保護膜 １０：表示画面 １１：偏光板 １１ａ：偏光板の偏光軸 １２：ねじれ位相板 １２ａ：ねじれ位相板の下分子配向方向 １２ｂ：ねじれ位相板の上分子配向方向 １３：拡散層 １４：反射型偏光板 １４ａ：反射型偏光板の透過軸 １５：光吸収層 ２０，２１：ＳＴＮ液晶素子 ２６：半透過型光吸収層 ２７：バックライト ２８：無反射層 Ｒ：赤フィルタ Ｇ：緑フィルタ Ｂ：青フィルタ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年２月２日（２００１．２．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を用いて具体的に説明する。 〔第１の実施形態：図１から図６〕はじめに、この発明
によるカラー液晶表示装置の第１の実施形態の構成を、
図１から図４を用いて説明する。図１はそのカラー液晶
表示装置の構成要素を説明するための模式的な断面図、
図２はそのカラーフィルタと第２の電極の形状を示す平
面図、図３と図４はその各構成要素の平面的な配置関係
を示す説明図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】シャッタ性能が良好な黒を出すためには、
ΔＴが１０゜から３０゜になるようにするのが良く、特
に、この実施形態の反射型カラー液晶表示装置では、Δ
Ｔが２０゜になるようにしたことにより、オフ時の白の
透過率が高く、しかも、オン時の黒のシャッタ性能も良
く、視野角特性も良好である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】〔第２の実施形態：図７から図９〕次に、
この発明によるカラー液晶表示装置の第２の実施形態に
ついて、図７から図９によって説明する。この第２の実
施形態のカラー液晶表示装置は、第１の実施形態におけ
るＳＴＮ液晶素子と同等なＳＴＮ液晶素子を用いるが、
光吸収層として半透過型光吸収層を設け、その外側にバ
ックライトを配置して、半透過反射型カラー液晶表示装
置を構成したものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７８】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
るカラー液晶表示装置は、偏光板１１と、ねじれ位相差
板と、カラーフィルタと、中央液晶分子の配向方向を表
示画面の水平軸と平行にしたＳＴＮ液晶素子と、反射型
偏光板と、光吸収層とから構成している。これによっ
て、背景色の色付きを抑え、特に赤色の彩度を向上さ
せ、色バランスに優れた高彩度の反射型カラー表示を得
ることが可能となる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７９】また、光吸収層の代わりに半透過型光吸収
層を設け、その外側にバックライトを配置することによ
って、透過型カラー表示も可能になる。それによって、
暗い場所ではバックライト照明によって表示を認識する
ことができ、明るい場所ではバックライト照明無しで外
光によって表示可能であり、いずれの場合にも、色バラ
ンスに優れた高彩度のカラー表示を得ることができる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】図１における液晶層６と反射型偏光板１４の平
面的な配置関係を示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/133 ５００ Ｇ０２Ｆ 1/133 ５００ 1/13357 1/13363 1/13363 Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９Ｅ Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９ ３４９Ａ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電極を有する第１の基板と、第２
   の電極を有する第２の基板と、前記第１の基板と第２の
   基板のうちのいずれか一方に設けたカラーフィルタと、
   前記第１の基板と第２の基板との間に封入されて液晶分
   子の長軸が１８０゜から２７０゜ツイストするように配
   向されているスーパツイステッドネマチック液晶による
   液晶層とからなるＳＴＮ液晶素子と、 該ＳＴＮ液晶素子の視認側となる前記第２の基板の外側
   に設けた偏光板と、 該偏光板と前記第２の基板との間に設けたねじれ位相差
   板と、 前記第１の基板の外側に順次設けた拡散層と、反射型偏
   光板と、光吸収層とを備え、 前記第１の基板と第２の基板の間の中央に位置する液晶
   分子の長軸方向が、表示画面の水平軸に平行になるよう
   に、前記液晶層のスーパツイステッドネマチック液晶を
   配向したことを特徴とするカラー液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカラー液晶表示装置であ
   って、 前記光吸収層を半透過型光吸収層とし、該半透過型吸収
   層の外側にバックライトを配置したことを特徴とするカ
   ラー液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のカラー液晶表示装置であ
   って、 前記半透過型光吸収層の平均透過率が２０％から６０％
   の範囲であるカラー液晶表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
   カラー液晶表示装置であって、 前記液晶層のツイスト角と前記ねじれ位相差板のツイス
   ト角との絶対値の差が１０°から３０°であるカラー液
   晶表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一項の記載の
   カラー液晶表示装置であって、 前記カラーフィルタとして、赤フィルタと緑フィルタと
   青フィルタが交互にストライプ状に形成されているカラ
   ー液晶表示装置。