JP3214534B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスーパーツイステッドネ
マチック型（以下、ＳＴＮ型と称する）の液晶表示装置
に係り、特に、多色表示が行えるカラー液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＴＮ型の液晶表示装置は、その液晶層
における液晶分子のねじれ角が例えば１８０°以上と大
きくて、僅かな電圧変化で光の透過率を急激に変化させ
ることができるため、表示情報量が多くて高密度高品質
の画像が要求されるワープロやパソコン等の各種の表示
装置に広く採用されている。そして最近は、かかるＳＴ
Ｎ型の液晶表示装置の製造段階で、電極基板にカラーフ
ィルタを付設してやることにより、表示色として所望の
色が適宜選択できるようにしたカラー液晶表示装置が普
及しつつある。

【０００３】すなわち、液晶セルの電極基板を製造する
際には、ガラス等の透明な基板上にＩＴＯ等の透明電極
がパターニングされるが、個別に電圧が印加できる複数
の透明電極の集まりを１つの画素となし、これらの透明
電極上にそれぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のカラ
ーフィルタ（フィルタ層）を形成しておけば、電圧を印
加する透明電極を適宜選択することにより、各画素の表
示色を多色変化させることができる。

【０００４】なお、このようなカラーフィルタを得るた
めには、極めて微細なパターンを正確に位置合わせして
形成しなければならないので、これを通常のスクリーン
印刷法で形成することは容易でなく、実際には、例えば
公知のフォトリソグラフ工程を繰り返すなどしてカラー
フィルタを形成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｒ，
Ｇ，Ｂの３色にそれぞれ微細なパターンが要求されるカ
ラーフィルタの製造は工程数が多く、しかも高精度の位
置合わせを繰り返すという煩雑なものなので、このよう
なカラーフィルタを安価に形成することは困難であり、
そのため従来は、ＳＴＮ型液晶表示装置のカラー化は製
造コストの大幅な上昇を余儀なくされるという問題があ
った。

【０００６】また、カラーフィルタを付設してなる従来
のカラー液晶表示装置は、特定の波長の光を除いてカラ
ーフィルタが透過光を吸収し、かつ光を遮断するブラッ
クマスクをカラーフィルタの周囲に付設してコントラス
トを高めている関係上、これをバックライト（光源）を
内蔵しない反射型液晶表示装置とすると、光量不足で使
用できないという不具合があった。

【０００７】本発明はこのような技術的背景に鑑みてな
されたもので、その目的は、カラー化に伴う製造コスト
の上昇が少なく、かつ光源を内蔵しない反射型としても
使用できる、安価で高性能なカラー液晶表示装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明は、配向処理が施された一対の電極基板
の間に、透過光に対する複屈折効果により波長分散を起
こさせるネマチック液晶層を挟持してなる液晶セルに電
圧を印加して、上記液晶層の屈折率異方性Δｎと厚みｄ
との積Δｎ・ｄの値に応じてカラー表示を行うカラー液
晶表示装置において、上記液晶セルに対向配置されて透
過光に対し複屈折効果をもたらす複屈折層と、これら液
晶セルおよび複屈折層を挟んで配置された一対の偏光板
とを備え、上記液晶層は正の誘電異方性と、１８０°〜
２７０°のねじれ角と、電圧無印加状態で１．２〜１．
５μｍのΔｎ・ｄとを有し、上記複屈折層は上記液晶層
と逆向きの同じねじれ角と、透過光に対する複屈折効果
と、上記液晶層の電圧無印加状態でのΔｎ・ｄより０．
４μｍ小さな値のΔｎ・ｄとを有し、上記液晶セルに印
加される電圧を制御して上記液晶層のΔｎ・ｄの値を連
続的に変化させるようにした。

【０００９】

【作用】ＳＴＮ型の液晶層は透過光に対し複屈折効果を
もたらすため、背面偏光板で直線偏光された白色光が該
液晶層を通過すると、波長により長軸の向きが異なる楕
円偏光が合成されるという波長分散を起こす。そのた
め、例えば液晶層のねじれ角が１８０°の液晶セルを、
偏光軸の方向が同じ一対の偏光板にて挟み、液晶層間に
印加する電圧を徐々に変えて該液晶層のΔｎ・ｄの値を
変化させてやると、図６に示すように、Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）という透過光の波長の違いによって、
異なる透過率特性を有するから、Δｎ・ｄが１．０μｍ
のときには黄緑色を呈し、Δｎ・ｄが０．７μｍのとき
には青色を呈するようになる。そして、液晶セルと偏光
板との間にΔｎ・ｄを液晶層の電圧無印加状態でのΔｎ
・ｄの値と同じ値に設定し、液晶層と逆向きの同じねじ
れ角と、透過光に対する複屈折効果を有した複屈折層を
介装することにより、電圧無印加時の液晶層の複屈折効
果をほぼ相殺して入射白色光に近い色に戻すことができ
るので、液晶層間に印加する電圧を制御してやれば、複
屈折層による液晶層の複屈折効果の相殺作用のバランス
が崩れ、液晶層と複屈折層とによる複合的な波長分散機
能が変化するから、それぞれの透過率の高低に応じて表
示色をさまざまな色に変化させることができて、電圧制
御によるカラー化が実現できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１１】図１は本発明によるカラー液晶表示装置の
第１実施例の概略構成を示す分解斜視図、図２は同実施
例の構成要素の各軸の関係を示す説明図、図３は同実施
例と同等の構成で電圧無印加時の液晶層のΔｎ・ｄとね
じれ位相差板のΔｎ・ｄとを変えながら表示色の適否を
調べた判定表、図４は同実施例の具体例の表色範囲を色
座標上に表したｘｙ色度図である。

【００１２】図１に概略構成を示すカラー液晶表示装置
は、バックライト（光源）を内蔵しない反射型で、符号
１は反射板、２は背面偏光板、３は液晶セル、４はねじ
れ位相差板、５は前面偏光板である。ここで、液晶セル
３は、配向処理が施された一対の電極基板の間に、正の
誘電異方性を有しねじれ角が２４０°に設定されたネマ
チック液晶層を挟持してなるもので、背面側の電極基板
の配向層に施されているラビング配向方向（下ラビング
方向）Ｒ１に対し、前面側の電極基板の配向層に施され
ているラビング配向方向（上ラビング方向）Ｒ２が２４
０°ねじれている。また、背面偏光板２の偏光軸Ｐ２と
前面偏光板５の偏光軸Ｐ５は同じ方向を向いており、下
ラビング方向Ｒ１と背面偏光軸Ｐ２とのなす角度が４５
°に設定してある。

【００１３】一方、液晶セル３と前面偏光板５との間に
介設したねじれ位相差板４は、上記液晶層のねじれ方向
と逆向きのねじれ構造を有してねじれ角が２４０°に設
定された高分子液晶ポリマーで、透過光に対し複屈折効
果をもたらす複屈折層として機能する。そして、この位
相差板４の背面側の光軸（下光軸）Ａ１と上ラビング方
向Ｒ２とのなす角度を９０°に設定し、位相差板４の前
面側の光軸（上光軸）Ａ２と前面偏光軸Ｐ５とのなす角
度を４５°に設定してある。

【００１４】なお、上記構成要素の各軸の関係をまとめ
ている図２において、符号α１は液晶セル３のねじれ
角、α２はねじれ位相差板４のねじれ角、β１は下ラビ
ング方向Ｒ１と背面偏光軸Ｐ２とのなす角度、β２は上
ラビング方向Ｒ２と下光軸Ａ１とのなす角度、γは上光
軸Ａ２と前面偏光軸Ｐ５とのなす角度を示している。

【００１５】さて、このような構成のＳＴＮ型液晶表示
装置において、反射板１で反射させた白色光を背面偏光
板２で直線偏光させてから液晶セル３に入射させると、
該液晶セル３を通過した光は複屈折効果により波長分散
を起こすが、その光はねじれ位相差板４を通過する際に
再び複屈折効果を受ける。そこで、本発明者らは、ねじ
れ角は共に２４０°だがねじれ方向が互いに逆向きであ
る液晶セル３の液晶層とねじれ位相差板４とについて、
それぞれの厚みを調整することにより、屈折率異方性Δ
ｎと厚みｄとの積Δｎ・ｄの値をさまざまに変更し、そ
の値に応じて電圧無印加時の表示色がどのように変化す
るかを調べた。

【００１６】その結果、図３に示すように、液晶層のΔ
ｎ・ｄ（ＬＣ）とねじれ位相差板４のΔｎ・ｄ（ＰＨ）
を共に１．２〜１．５μｍに設定したときには表示色が
白色となって、電圧無印加時には液晶層による波長分散
が位相差板４にてキャンセルされることが判明し、ま
た、Δｎ・ｄ（ＰＨ）を１．２〜１．５μｍとし、それ
よりも約０．４μｍ小さな値にΔｎ・ｄ（ＬＣ）を設定
したときにも青色の表示色を呈することが判明した。た
だし、Δｎ・ｄ（ＬＣ）とΔｎ・ｄ（ＰＨ）が上記設定
条件を満たさない場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの１色も
しくは２色のみが強調された色となって、白色に近い表
示色は得られぬこともわかった。

【００１７】こうして電圧無印加時に白色もしくはそれ
に近い表示色が得られれば、液晶層間に印加する電圧を
徐々に高めてΔｎの値を漸減させていくことにより、表
示色を多色変化させることができる。すなわち、先に図
６を用いて説明したように、液晶層のΔｎ・ｄの値に応
じた光透過率の変化特性はＲ，Ｇ，Ｂ等の波長の違いに
より異なるので、印加電圧を制御してΔｎ・ｄ（ＬＣ）
を連続的に変化させてやれば、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの透
過率の高低に応じて表示色をさまざまな色に変化させる
ことができて、ＳＴＮ型液晶表示装置のカラー化が電圧
制御だけで行える。

【００１８】したがって本実施例は、Δｎ・ｄ（ＬＣ）
とΔｎ・ｄ（ＰＨ）を適宜選定しておけば、従来品のよ
うに電極基板に微細パターンのカラーフィルタを形成す
ることなくカラー化が実現できて、製造コストが大幅に
低減できる。また、カラーフィルタの省略により光量不
足の心配がなくなることから、バックライトが不要で軽
量かつ携帯に便利な反射型のカラー液晶表示装置として
使用できるようになっている。ただし、反射板１の代わ
りにバックライトを組み込むことにより、透過型のカラ
ー液晶表示装置としても使用できることは言うまでもな
い。

【００１９】なお、図４のｘｙ色度図に示す曲線イは、
第１実施例の具体例としてΔｎ・ｄ（ＬＣ）とΔｎ・ｄ
（ＰＨ）の値を共に１．２μｍに設定したときの表色範
囲を色座標上に表したものである。

【００２０】次に、本発明によるカラー液晶表示装置の
第２実施例として、上記ねじれ位相差板の代わりに、一
軸延伸された高分子フィルムからなる位相差フィルムを
用いた場合について簡単に説明する。

【００２１】すなわち、この第２実施例では、液晶セル
と前面偏光板との間に、透過光に対し複屈折効果をもた
らす複屈折層として機能する位相差フィルムが１枚介設
してあって、図５に示すように、この位相差フィルムの
光軸（遅相軸）Ｂと上ラビング方向Ｒ２とのなす角度γ
１を９０°に設定し、該光軸Ｂと前面偏光軸Ｐ５とのな
す角度γ２を４５°に設定してある。なお、図５におい
ても、図２と同様に、液晶セルのねじれ角α１が２４０
°で、下ラビング方向Ｒ１と背面偏光軸Ｐ２とのなす角
度β１が４５°に設定してある。

【００２２】さて、一軸延伸された高分子フィルムも複
屈折層として機能させることができるので、上記位相差
フィルムのΔｎ・ｄを液晶層のΔｎ・ｄを考慮して適宜
選定しておけば、該液晶層へ印加する電圧を制御するこ
とによりＳＴＮ型液晶表示装置のカラー化が可能とな
る。そして、本発明者らの実験によると、かかる位相差
フィルムと電圧無印加状態の液晶層についてΔｎ・ｄの
値をさまざまに変更したときの表示色の適否判定結果
は、図３と同様であった。

【００２３】なお、図４のｘｙ色度図に示す曲線ロは、
第２実施例の具体例として液晶層と位相差フィルムのΔ
ｎ・ｄの値を共に１．２μｍに設定したときの表色範囲
を色座標上に表したものである。

【００２４】また、上記第１および第２実施例ではいず
れも、液晶セルの液晶層のねじれ角が２４０°の場合に
ついて説明しているが、種々の実験から、本発明は該ね
じれ角が１８０°〜２７０°であれば適用可能と考えら
れる。さらに、第２実施例において、位相差フィルムを
光軸をずらしながら複数枚重ねて用いれば、その複屈折
効果を高めることができる。なお、複数枚の位相差フィ
ルムを用いる場合は、各位相差フィルムのΔｎ・ｄの値
を加算した値が１．２〜１．５μｍになるように設定す
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、複屈折
層のΔｎ・ｄの値を液晶セルの液晶層のΔｎ・ｄの値と
同じ値または液晶層の電圧無印加状態でのΔｎ・ｄより
０．４μｍ小さな値に選定し、液晶層と逆向きの同じね
じれ角と、透過光に対する複屈折効果を持たせて、電圧
無印加状態で白色または青色に近い表示色が得られるよ
うにするとともに、液晶層のΔｎ・ｄの値に応じた光透
過率特性が波長により異なることを利用し、印加電圧を
制御して液晶層のΔｎ・ｄを連続的に変化させることに
より、表示色を多色変化させることができるから、微細
パターンのカラーフィルタを形成することなくカラー化
が実現でき、よってカラー化に伴う製造コストを低減で
き、また、カラーフィルタの省略により光量不足の心配
がなくなることから、透過型としてだけでなくバックラ
イトが不要な反射型としても使用でき、高性能で軽量か
つ携帯に便利なカラー液晶表示装置を安価に提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカラー液晶表示装置の第１実施例
の概略構成を示す分解斜視図である。

【図２】第１実施例の構成要素の各軸の関係を示す説明
図である。

【図３】第１実施例と同等の構成で電圧無印加時の液晶
層のΔｎ・ｄとねじれ位相差板のΔｎ・ｄとを変えなが
ら表示色の適否を調べた判定表である。

【図４】第１および第２実施例の具体例の表色範囲を色
座標上に表したｘｙ色度図である。

【図５】第２実施例の構成要素の各軸の関係を示す説明
図である。

【図６】液晶層のΔｎ・ｄの値に応じた光透過率の変化
特性が波長により異なることを示すＲ，Ｇ，Ｂ３色の特
性図である。

【符号の説明】

１ 反射板 ２ 背面偏光板 ３ 液晶セル ４ ねじれ位相差板（複屈折層） ５ 前面偏光板 Ａ１ 下光軸 Ａ２ 上光軸 Ｂ 光軸（遅相軸） Ｐ２ 背面偏光軸 Ｐ５ 前面偏光軸 Ｒ１ 下ラビング方向 Ｒ２ 上ラビング方向

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配向処理が施された一対の電極基板の間
   に、透過光に対する複屈折効果により波長分散を起こさ
   せるネマチック液晶層を挟持してなる液晶セルに電圧を
   印加して、上記液晶層の屈折率異方性Δｎと厚みｄとの
   積Δｎ・ｄの値に応じてカラー表示を行うカラー液晶表
   示装置において、 上記液晶セルに対向配置されて透過光に対し複屈折効果
   をもたらす複屈折層と、 これら液晶セルおよび複屈折
   層を挟んで配置された一対の偏光板とを備え、 上記液晶層は正の誘電異方性と、１８０°〜２７０°の
   ねじれ角と、電圧無印加状態で１．２〜１．５μｍのΔ
   ｎ・ｄとを有し、 上記複屈折層は上記液晶層と逆向きの同じねじれ角と、
   透過光に対する複屈折効果と、上記液晶層の電圧無印加
   状態でのΔｎ・ｄより０．４μｍ小さなΔｎ・ｄとを有
   し、 上記液晶セルに印加される電圧を制御して上記液晶層の
   Δｎ・ｄの値を連続的に変化させるようにしたことを特
   徴とするカラー液晶表示装置。