JP3259513B2 - アクティブマトリックス型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、反射型のアクティブマ
トリックス型カラー液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクティブマトリックス型の液晶
表示装置としては、ＴＮ（ツイステッド・ネマティッ
ク）方式のものが利用されている。このＴＮ方式のアク
ティブマトリックス型液晶表示装置は、液晶の分子をほ
ぼ９０°のツイスト角でツイスト配向させたアクティブ
マトリックス型の液晶セルと、この液晶セルをはさんで
配置された一対の偏光板とからなっており、一対の偏光
板は、その透過軸を互いに平行にするとともに、この透
過軸を液晶セルの一方の基板上における液晶分子の配向
方向とほぼ平行にして設けられている。

【０００３】上記アクティブマトリックス型の液晶セル
は、液晶層をはさんで対向する一対の透明基板のうち、
一方の基板の内面に複数の透明な画素電極とこれら各画
素電極にそれぞれ対応する複数の能動素子（例えば薄膜
トランジスタ）をマトリックス状に配設し、他方の基板
の内面に前記各画素電極に対向する透明な対向電極を設
けたものであり、液晶の分子は、両基板の電極形成面上
にそれぞれ設けられている配向膜によって配向方向を規
制され、両基板間においてほぼ９０°のツイスト角でツ
イスト配向されている。なお、前記液晶には、誘電異方
性が正のネマティック液晶が用いられている。

【０００４】また、このアクティブマトリックス型の液
晶セルにおいては、上記一方の基板の各画素電極の裏側
に、絶縁膜をはさんで前記画素電極の縁部と対向するキ
ャパシタ電極を設け、このキャパシタ電極と画素電極お
よびその間の絶縁膜とによって、非選択期間における画
素の保持電圧を補償する補償容量（ストレージキャパシ
タ）を構成している。

【０００５】上記ＴＮ方式の液晶表示装置は、外部から
の入射光を一方の偏光板の偏光作用により直線偏光とし
て液晶セルに入射させ、液晶セルを通った光の出射を他
方の偏光板の検光作用により制御して表示するものであ
り、液晶セルの両基板の電極間にオン電圧を印加してい
ない状態、つまり液晶分子がツイスト配向している状態
では、液晶セルに入射した直線偏光がその偏光方向がほ
ぼ９０°ずれた直線偏光となって液晶セルを出射し、こ
の直線偏光が他方の偏光板で吸収されて表示が暗状態に
なる。

【０００６】また、液晶セルの電極間にオン電圧を印加
すると、液晶分子が基板面に対してほぼ垂直に立上り配
向し、液晶セルに入射した直線偏光がそのまま液晶セル
を出射し、この直線偏光が他方の偏光板を透過して表示
が明状態になる。

【０００７】なお、液晶表示装置には、透過型のもの
と、裏面に反射板を配置した反射型のものとがあり、反
射型の液晶表示装置では、その表面側から入射した光
が、表面側の偏光板と液晶セルと裏面側の偏光板とを通
って前記反射板で反射され、再び裏面側の偏光板と液晶
セルと表面側の偏光板とを通って出射する。

【０００８】ところで、上記ＴＮ型のアクティブマトリ
ックス型液晶表示装置として、多色カラー画像を表示す
るものがあり、カラー画像を表示するカラー液晶表示装
置では、上記液晶セルの一方の基板に、複数の色、例え
ば赤、緑、青の三色のカラーフィルタを各画素電極に対
応させて設けている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のカ
ラー液晶表示装置は、カラーフィルタによって光を着色
するものであるため、着色光の輝度が低く、したがって
表示が暗いという問題をもっている。

【００１０】これは、カラーフィルタでの光の吸収によ
るものであり、カラーフィルタは、その色に対応する波
長帯域以外の光を吸収するだけでなく、前記波長帯域の
光もかなり高い吸収率で吸収するため、カラーフィルタ
で着色された光が、カラーフィルタに入射する前の前記
波長帯域の光に比べて大幅に光量を減じた光になり、表
示が暗くなってしまう。

【００１１】また、上記従来のカラー液晶表示装置で
は、その表示色がカラーフィルタの色によって決まるた
め、１つの画素で複数の色を表示することはできなかっ
た。しかも、反射型の液晶表示装置の場合、上記従来の
液晶表示装置では、その表面側から入射した光が、表面
側偏光板と液晶セルと裏面側偏光板とを通って前記反射
板で反射され、再び裏面側偏光板と液晶セルと表面側偏
光板とを通って出射するため、その過程で前記光が、液
晶セルの両方の基板と表裏の偏光板をそれぞれ２回ずつ
通ることになり、そのため、これら基板および偏光板で
の光吸収による光量ロスも大きいから、さらに表示が暗
くなってしまう。

【００１２】さらに、アクティブマトリックス型の液晶
セルにおいては、上述したように、その一方の基板の各
画素電極の裏側に、絶縁膜を介して、前記画素電極の縁
部に対向するキャパシタ電極を設け、このキャパシタ電
極と画素電極およびその間の絶縁膜とによって、画素の
補償容量を構成しているが、従来の液晶表示装置では、
前記補償容量の容量値を十分に確保することができなか
った。

【００１３】すなわち、上記キャパシタ電極は、一般
に、Ｃr （クロム）やＡl （アルミニウム）系合金等の
金属で形成されているが、従来の液晶表示装置では、そ
の表面側から入射した光が、表面側偏光板と液晶セルと
裏面側偏光板とを順次通って反射板で反射され、この反
射光が裏面側偏光板と液晶セルと表面側偏光板とを順次
通って出射するため、液晶セルに入射した光のうち、前
記キャパシタ電極が設けられている部分に入射した光
が、このキャパシタ電極で遮られる。

【００１４】そして、上記補償容量の容量値は、上記キ
ャパシタ電極と画素電極との対向面積を大きくするほど
を大きくなるが、上記従来の液晶表示装置では、キャパ
シタ電極を大きく形成すると、その分だけ画素部の光透
過領域が小さくなるため、液晶表示装置の開口率が悪く
なって、表示の明るさが低下する。

【００１５】このため、従来は、液晶表示装置の開口率
を考慮してキャパシタ電極の大きさを決定しているが、
これでは、補償容量の容量値を十分に確保することがで
きないため、非選択期間における画素の保持電圧が変化
して表示にちらつきを発生させていた。

【００１６】本発明は、反射型のアクティブマトリック
ス型カラー液晶表示装置として、カラーフィルタを用い
ずに光を着色して高輝度の着色光を得るとともに１つの
画素で複数の色を表示することができ、また、液晶セル
の基板および偏光板での光吸収による光量ロスを少なく
して表示をより明るくすることができるとともに、開口
率を高くし、しかも補償容量の容量値を十分に確保する
ことができるものを提供することを目的としたものであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リックス型カラー液晶表示装置は、内面に複数の透明な
画素電極とこれら各画素電極にそれぞれ対応する複数の
能動素子とをマトリックス状に配設するとともに各画素
電極の裏側に透明な絶縁膜を介して前記画素電極のほぼ
全面に対向する光反射膜を設けこの光反射膜と前記画素
電極とその間の前記絶縁膜とによって補償容量を構成し
た裏面側基板と、前記各画素電極と対向する透明な対向
電極を設けた表面側基板との間に液晶を挟持させてなる
アクティブマトリックス型の液晶セルと、透過軸が前記
液晶セルの表面側基板上における液晶分子の配向方向に
対し所定の角度をなす配置で前記液晶セルの表面側に設
置した偏光板とを備えることを特徴とするものである。

【００１８】本発明のアクティブマトリックス型カラー
液晶表示装置において、前記液晶セルと前記偏光板との
間に位相差板を配置してもよく、その場合は、この位相
差板を、その遅相軸を前記偏光板の透過軸に対して斜め
にずらして配置する。

【００１９】

【作用】本発明のアクティブマトリックス型カラー液晶
表示装置は、液晶セルの裏面側基板の内面に光反射膜を
設けることによって、液晶セルにその表面側から入射し
た光をこの液晶セルの裏面側基板の内面において前記光
反射膜により反射させるとともに、液晶セルの表面側だ
けに１枚の偏光板を設けて、この偏光板に、入射光を直
線偏光にする偏光作用と光の出射を制御する検光作用と
をもたせたものであり、この液晶表示装置においては、
その表面側からの入射光が偏光板を通って液晶セルに入
射し、その液晶層を通った光が液晶セルの裏面側基板の
内面で反射されて、再び液晶層を通って前記偏光板に入
射し、この偏光板を透過した光が液晶表示装置の表面側
に出射する。

【００２０】そして、この液晶表示装置においては、前
記偏光板を通って入射した光が、液晶セルの液晶層を通
る過程でその複屈折効果により偏光状態を変えられると
ともに、前記液晶セルの裏面側基板の内面で反射されて
再び前記液晶層を通る過程でさらに偏光状態を変えられ
て前記偏光板に入射し、この偏光板を透過する偏光成分
の光が着色光となって出射する。

【００２１】すなわち、この液晶表示装置は、カラーフ
ィルタを用いずに、液晶セルの液晶層の複屈折効果と偏
光板の偏光および検光作用とを利用して光を着色するも
のであり、この液晶表示装置では、偏光板を透過して出
射する着色光の光量が、前記偏光板を通って入射した直
線偏光のうちの前記着色光となる波長帯域の光の量とほ
とんど変わらないから、高輝度の着色光が得られる。

【００２２】また、この液晶表示装置においては、液晶
セルの電極間に印加する電圧の大きさに応じて液晶分子
の配向状態が変化し、それに応じて前記液晶層の複屈折
性が変化するため、液晶セルへの印加電圧を制御するこ
とによって前記着色光の色を変化させることができ、し
たがって、１つの画素で複数の色を表示することができ
る。

【００２３】しかも、この液晶表示装置は、反射型のも
のであるが、液晶セルの裏面側基板の内面に光反射膜を
設けて、この光反射膜で光を反射させるようにしている
ため、液晶セルの両基板のうち、光が通るのは表面側基
板だけであり、また偏光板も１枚だけであるため、液晶
セルの基板および偏光板での光吸収による光量ロスを少
なくして、表示をより明るくすることができる。

【００２４】さらに、この液晶表示装置においては、液
晶セルの裏面側基板の内面に配設した各画素電極の裏側
に透明な絶縁膜を介して前記光反射膜を設け、この光反
射膜と前記画素電極とその間の前記絶縁膜とによって画
素の補償容量を構成するとともに、前記光反射膜を画素
電極のほぼ全面に対向する大きさに形成しているため、
開口率を高くし、しかも補償容量の容量値を十分に確保
することができる。

【００２５】また、上記本発明の液晶表示装置におい
て、上記液晶セルと偏光板との間に位相差板を配置すれ
ば、偏光板を通って入射した光が、液晶セルの液晶層を
通って再び前記偏光板に入射する過程で、前記位相差板
の複屈折効果によっても偏光状態を変えられるため、液
晶セルに液晶分子が基板面に対してほぼ垂直に立上がり
配向する電圧を印加したとき、つまり液晶層の複屈折効
果が見掛上ほとんどなくなったときでも、位相差板の複
屈折効果によって偏光状態を変えられた光を前記偏光板
に入射させて着色光を得ることができる。

【００２６】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すアクティブマ
トリックス型カラー液晶表示装置の一部分の断面図であ
る。この液晶表示装置は、液晶セル１０と、１枚の偏光
板３０と、１枚の位相差板４０とで構成されており、偏
光板３０は液晶セル１０の表面側に配置され、位相差板
４０は液晶セル１０と前記偏光板３０との間に配置され
ている。

【００２７】まず、上記液晶セル１０について説明する
と、この液晶セル１０はアクティブマトリックス型セル
であり、この実施例では、液晶２６の分子を両基板１
１，１２間においてツイスト配向させたものを用いてい
る。

【００２８】この液晶セル１０の液晶層をはさんで対向
する一対の基板１１，１２のうち、裏面側の基板（図に
おいて下側の基板）１１は、ガラス板等からなる絶縁性
基板（ただし、透明である必要はない）であり、この裏
面側基板１１の内面つまり液晶層との対向面には、ＩＴ
Ｏ等からなる複数の透明な画素電極１３とこれら各画素
電極１３にそれぞれ対応する複数の能動素子１４とが行
方向および列方向にマトリックス状に配設されており、
画素電極１３の上に透明な配向膜２３が設けられてい
る。

【００２９】上記能動素子１４は例えばＴＦＴ（薄膜ト
ランジスタ）であり、このＴＦＴ１４は、基板１１上に
形成されたゲート電極１５と、このゲート電極１５を覆
うゲート絶縁膜１６と、前記ゲート絶縁膜１６の上に前
記ゲート電極１５と対向させて形成されたａ−Ｓi （ア
モルファスシリコン）等からなるｉ型半導体膜１７と、
このｉ型半導体膜１７の両側部に不純物をドープしたａ
−Ｓi 等からなるｎ型半導体膜１８を介して形成された
ソース電極１９ｓおよびドレイン電極１９ｄとからなっ
ており、このＴＦＴ１４は保護絶縁膜２１で覆われてい
る。

【００３０】なお、２０は前記ｉ型半導体膜１７のチャ
ンネル領域の上に形成されたブロッキング絶縁膜であ
り、このブロッキング絶縁膜２０は、前記ｎ型半導体膜
１８のパターニング時にｉ型半導体膜１７を保護するた
めに設けられたものである。

【００３１】上記ＴＦＴ１４のゲート絶縁膜１６は、Ｓ
i Ｎ（窒化シリコン）等からなる透明絶縁膜であり、こ
のゲート絶縁膜１６は基板１１のほぼ全面にわたって形
成されている。

【００３２】また、図示しないが、上記裏面側基板１１
の上には、上記ＴＦＴ１４のゲート電極１５にゲート信
号を供給するゲートライン（アドレスライン）と、前記
ＴＦＴ１４のドレイン電極１９ｄに画像データに応じた
データ信号を供給するデータラインとが配線されてい
る。

【００３３】上記ゲートラインは、基板１１上に、上記
ＴＦＴ１４のゲート電極１５と一体に形成されており、
このゲートラインは、その端子部を除いて前記ゲート絶
縁膜１６で覆われている。また、上記データラインは、
前記ゲート絶縁膜１６の上に形成されており、このデー
タラインは上記ＴＦＴ１４のドレイン電極１９ｄにつな
がっている。

【００３４】また、上記画素電極１３は、上記ゲート絶
縁膜１６の上に形成されており、各画素電極１３はそれ
ぞれ、その一端部において対応するＴＦＴ１４のソース
電極１９ｓに接続されている。

【００３５】また、各画素電極１３の裏側にはそれぞ
れ、上記ゲート絶縁膜１６を介して前記画素電極１３の
ほぼ全面に対向する光反射膜２２が設けられている。こ
の光反射膜２２は、上記ＴＦＴ１４のゲート電極１５お
よびゲートラインと同じ金属膜からなっており、この光
反射膜２２と前記ゲート電極１５およびゲートライン
は、基板１１上にＡl 系合金等の光反射率の高い金属膜
をスパッタ装置等により成膜し、この金属膜をフォトリ
ソグラフィ法によりパターニングすることによって同時
に形成されている。

【００３６】また、上記光反射膜２２はキャパシタ電極
を兼ねており、この光反射膜２２と画素電極１３および
その間のゲート絶縁膜１６とによって、非選択期間にお
ける画素の保持電圧を補償する補償容量Ｃs が構成され
ている。

【００３７】なお、上記光反射膜２２は、この光反射膜
２２が対向する画素電極１３の前の行（前に選択される
行）の画素電極に対応するＴＦＴのゲートラインか、あ
るいは裏面側基板１１の上にゲートラインと平行に配線
されたキャパシタライン（図示しないが、光反射膜２２
と同じ金属膜で形成する）につながっており、各光反射
膜２２は、前記ゲートラインまたはキャパシタラインを
介して基準電位に接続される。

【００３８】一方、液晶セル１０の表面側基板（図にお
いて上側の基板）１２は、ガラス板または透明樹脂フィ
ルム等からなる透明基板（図ではガラス板）であり、こ
の表面側基板１２の内面つまり液晶層との対向面には、
上記裏面側基板１１上の全ての画素電極１３に対向する
透明な対向電極２４が設けられ、その上に透明な配向膜
２５が設けられている。なお、前記対向電極２４は、上
記裏面側基板１１の各画素電極の全てに対向する一枚膜
状の電極とされている。

【００３９】そして、上記裏面側基板１１と表面側基板
１２とは、図示しないが、その外周縁部において枠状の
シール材を介して接合されており、液晶２６は両基板１
１，１２間の前記シール材で囲まれた領域に充填されて
いる。

【００４０】この液晶２６は、誘電異方性が正のネマテ
ィック液晶であり、この液晶２６の分子は、両基板１
１，１２に設けた配向膜２３，２５によってそれぞれの
基板１１，１２上での配向方向を規制され、両基板１
１，１２間においてツイスト配向されている。なお、上
記配向膜２３，２５は、ポリイミド等からなる水平配向
膜であり、その膜面にはラビングによる配向処理が施さ
れている。

【００４１】また、上記偏光板３０は、その一面、例え
ば表面が、光散乱面Ａとなっている偏光板であり、この
光散乱面Ａは、図２にその一部分の断面を拡大して示し
たように、偏光板３０の表面に微小な凹凸をもつ透明膜
３１を形成して構成されている。

【００４２】上記透明膜３１は、アクリル樹脂等の光透
過率の高い樹脂からなっており、この透明膜３１は、樹
脂材料を微小な凹凸をもつ印刷版を用いて偏光板３０面
に転写印刷して硬化させる方法、前記樹脂材料を偏光板
３０面に均一厚さに塗布して型押しにより凹凸を付けた
後に硬化させる方法、あるいは、前記樹脂材料にシリカ
等からなる透明な微粒子を混入したものを偏光板３０面
に塗布して硬化させる方法のいずれかによって形成され
ている。

【００４３】この透明膜３１の凹凸の平均高さ（凹面と
凸面との高さの差）ｈは１〜５μｍ、凹凸の平均ピッチ
ｐは５〜４０μｍであり、上記光散乱面Ａのヘイズ値
は、９〜１４％である。

【００４４】なお、上記ヘイズ値は、ＪＩＳ Ｋ ６７
１４に準ずる積分球式光線透過率測定装置（ヘイズメー
タ）による測定値である。このヘイズ値は次式により算
出される。

【００４５】全光線透過率；Ｔt(%)＝Ｔ2 ／Ｔ1 平行光線透過率；Ｔp(%)＝Ｔt −Ｔd 拡散透過率；Ｔd(%)＝［Ｔ4 −Ｔ3 ×（Ｔ2 ／Ｔ1 ）］
／Ｔ1 ヘイズ値；Ｈ(%) ＝（Ｔd ／Ｔt ）×１００ Ｔ1 ；入射光線量 Ｔ2 ；全光線透過光量 Ｔ3 ；測定装置の拡散光量 Ｔ4 ；試験片（透明膜３１）と測定装置による拡散光量 また、上記位相差板４０は、ポリカーボネート等の一軸
延伸フィルムからなっており、この位相差板４０は、上
記液晶セル１０の表面側に配置された偏光板３０と前記
液晶セル１０との間に、位相差板４０の遅相軸（延伸
軸）と偏光板３０の透過軸とを所定角度斜めにずらした
状態で配置されている。なお、この位相差板４０は液晶
セル１０の表面（表面側基板１２の外面）に接着され、
偏光板３０は位相差板４０の表面に接着されている。

【００４６】そして、この実施例の液晶表示装置では、
上記液晶セル１０の両基板１１，１２上における液晶分
子の配向方向（配向膜２３，２５のラビング方向）と、
偏光板３０の透過軸の方向および位相差板４０の遅相軸
の方向を次のように設定している。

【００４７】なお、この実施例では、液晶セル１０の裏
面側基板１１上における液晶分子配向方向を方位角０°
の方向とし、この方向を基準として、液晶セル１０の表
面側基板１２上における液晶分子配向方向と偏光板３０
の透過軸方向および位相差板４０の遅相軸方向を設定し
ている。

【００４８】すなわち、図３は、上記液晶表示装置にお
ける液晶セル１０の液晶分子配向方向と、位相差板４０
の遅相軸と、偏光板３０の透過軸とを示す平面図であ
り、図において１１ａは液晶セル１０の裏面側基板１１
上における液晶分子の配向方向、１２ａは液晶セル１０
の表面側基板１２上における液晶分子の配向方向を示し
ている。

【００４９】この図３のように、液晶セル１０の表面側
基板１２上における液晶分子配向方向１２ａは、裏面側
基板１１上における液晶分子配向方向１１ａ、つまり方
位角０°の方向に対し、表面側から見て左回りにほぼ９
０°ずれており、液晶の分子は両基板１１，１２間にお
いてほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向されてい
る。

【００５０】また、図３において、３０ａは偏光板３０
の透過軸を示しており、この偏光板３０の透過軸３０ａ
は、上記方位角０°の方向に対し、表面側から見て左回
りにほぼ４５°の方向にある。つまり、この偏光板３０
の透過軸３０ａは、液晶セル１０の表面側基板１１上に
おける液晶分子配向方向１１ａに対して、ほぼ４５°斜
めにずれている。

【００５１】さらに、図３において、４０ａは位相差板
４０の遅相軸を示しており、この位相差板４０の遅相軸
４０ａは、前記方位角０°の方向に対し、表面側から見
て左回りにほぼ１４０°の方向にある。つまり、この位
相差板４０の遅相軸４０ａは、上記偏光板３０の透過軸
３０ａに対して、表面側から見て左回りにほぼ９５°斜
めにずれている。

【００５２】この液晶表示装置は、自然光または室内照
明光等の外光を利用して表示する反射型のものであり、
その表面側から入射する外光は、偏光板３０と位相差板
４０とを通って液晶セル１０に入射し、その液晶層を通
った光が液晶セル１０の裏面側基板１２の内面に設けた
光反射膜２２で反射されて、再び液晶層と前記位相差板
４０とを通って前記偏光板３０に入射し、この偏光板３
０を透過した光が液晶表示装置の表面側に出射する。

【００５３】すなわち、この液晶表示装置は、液晶セル
１０の裏面側基板１２の内面に光反射膜２２を設けるこ
とによって、液晶セル１０にその表面側から入射した光
を前記裏面側基板１２の内面において前記光反射膜２２
により反射させるとともに、液晶セル１０の表面側だけ
に１枚の偏光板３０を設けて、この偏光板３０に、入射
光を直線偏光にする偏光作用と光の出射を制御する検光
作用とをもたせたものである。

【００５４】上記液晶表示装置の表示動作を説明する
と、この液晶表示装置においては、偏光板３０の透過軸
３０ａに対して位相差板４０の遅相軸４０ａが斜めにず
れているため、前記偏光板３０を通って入射した直線偏
光が、位相差板４０を通る過程でその複屈折効果により
偏光状態を変えられて楕円偏光となり、この楕円偏光
が、液晶セル１０の液晶層を通る過程でその複屈折効果
によりさらに偏光状態を変えられるとともに、液晶セル
１０の裏面側基板１１の内面で反射され、再び前記液晶
層および位相差板４０を通る過程でこれらの複屈折効果
によりさらに偏光状態を変えられて前記偏光板３０に入
射する。

【００５５】そして、この偏光板３０に入射した反射光
は、上記位相差板４０と液晶層の複屈折効果により偏光
状態を変えられた非直線偏光であるため、その光のう
ち、前記偏光板３０を透過する偏光成分の波長光だけが
この偏光板３０を透過して出射し、この出射光がその波
長に対応した着色光となる。

【００５６】つまり、この液晶表示装置は、位相差板４
０および液晶セル１０の液晶層の複屈折効果と偏光板３
０の偏光および検光作用とを利用して光を着色するもの
であり、この液晶表示装置によれば、一般に用いられて
いるカラーフィルタを用いた液晶表示装置に比べて、非
常に明るい着色光を得ることができる。

【００５７】すなわち、カラーフィルタは、その色に対
応する波長域以外の波長光を吸収して光を着色するが、
このカラーフィルタは、その色に対応する波長域の光も
かなり高い吸収率で吸収するため、カラーフィルタによ
って光を着色する液晶表示装置では、表示装置に入射す
る光のうちの着色光となる波長帯域の光量に比べて、カ
ラーフィルタを通った着色光の光量がかなり減少する。

【００５８】この点、上記実施例の液晶表示装置は、カ
ラーフィルタを用いずに透過光を着色するものであるた
め、カラーフィルタによる光吸収はないし、また、位相
差板４０と液晶層は、透過光の偏光状態を変えるだけで
ほとんど光を吸収しないため、これらの複屈折効果によ
り偏光状態を変えられた後に偏光板３０を透過して出射
する着色光の光量は、前記偏光板３０を通って入射した
直線偏光のうちの前記着色光となる波長帯域の光の量と
ほとんど変わらないから、高輝度の着色光が得られる。

【００５９】また、カラーフィルタによって光を着色す
る液晶表示装置では、その表示色がカラーフィルタの色
によって決まるため、１つの画素で複数の色を表示する
ことはできなかったが、上記実施例の液晶表示装置によ
れば、１つの画素で複数の色を表示することができる。

【００６０】すなわち、上記実施例の液晶表示装置にお
いては、位相差板４０の複屈折効果は変化しないが、液
晶セル１０の液晶層の複屈折効果は、画素電極１３と対
向電極２４との間に印加する電圧の大きさに応じて液晶
分子の配向状態が変化するのにともなって変化する。

【００６１】また、液晶セル１０の電極１３，２４間に
液晶分子が基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上が
り配向する電圧を印加したときは、液晶層の複屈折効果
が見掛上ほとんどなくなるが、そのときでも、偏光板３
０を通って入射した光が位相差板４０の複屈折効果によ
って偏光状態を変えられる。

【００６２】このため、液晶セル１０への印加電圧を制
御して、その液晶層の複屈折効果を変化させてやれば、
それに応じて、位相差板４０と液晶セル１０の液晶層と
を通った光の偏光状態が変化するから、偏光板３０を透
過して出射する着色光の色を変化させることができ、し
たがって、１つの画素で複数の色を表示することができ
る。

【００６３】なお、この液晶表示装置の表示駆動は、基
本的には、一般に知られているアクティブマトリックス
型液晶表示装置（ＴＦＴを能動素子とするもの）の表示
駆動と同様に、液晶セル１０の対向電極２４に同期信号
に同期した波形の基準信号を供給し、各ゲートラインに
前記同期信号に同期させて順次ゲート信号を供給すると
ともに、それに同期させて各データラインに画像データ
に応じた電位のデータ信号を供給することによって行な
えばよく、前記データ信号の電位を画像データに応じて
制御すれば、各行の画素の選択期間に前記画像データに
応じた電位のデータ信号がＴＦＴ１４を介して画素電極
１３に供給され、その電荷が補償容量Ｃs に蓄積され
て、この補償容量Ｃs の蓄積電荷量に応じた電圧が、非
選択期間中、画素電極１３と対向電極２４との間に印加
される。

【００６４】上記液晶表示装置の表示色について説明す
ると、例えば上述したように、液晶セル１０が液晶分子
を両基板１１，１２間においてほぼ９０°のツイスト角
でツイスト配向させたものであって、その両基板１１，
１２上における液晶分子の配向方向１１ａ，１２ａと、
偏光板３０の透過軸３０ａと、位相差板４０の遅相軸４
０ａとがそれぞれ図３に示した方向にあり、かつ、液晶
セル１０のΔｎ・ｄ（液晶２６の屈折率異方性Δｎと液
晶層厚ｄとの積）の値が約１０００ｎｍ、位相差板４０
のリタデーションの値が約６００ｎｍである場合は、１
つの画素で赤、緑、青、白の色を表示することができ
る。

【００６５】図４は、上記液晶表示装置の印加電圧に対
する出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、液晶表
示装置にその法線に対して３０°の方向（方位は任意で
よい）から白色光を入射させ、液晶表示装置の法線方向
から出射光を観察した結果を示している。

【００６６】この図４のように、上記液晶表示装置にお
いては、液晶セル１０の電極１３，２４間に印加する電
圧値を大きくしてゆくのにともなって、出射光の色がＰ
S 点からＰe 点まで矢印のように変化してゆき、その途
中で、光強度が高くかつ色純度もよい、緑Ｇ、青Ｂ、赤
Ｒ、白Ｗの色になる。

【００６７】これら各色Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｗのｘコーデネイ
ト値とｙコーデネイト値は、緑Ｇでｘ＝０．２９９，ｙ
＝０．３９６、青Ｂでｘ＝０．２４７，ｙ＝０．２３
３、赤Ｒでｘ＝０．３９９，ｙ＝０．４０２、白Ｗでｘ
＝０．３３２，ｙ＝０．３５１であり、いずれも十分満
足できる色純度をもっている。

【００６８】なお、上記液晶表示装置においては、図４
のように、出射光の色が、緑Ｇから青Ｂに変化してゆく
途中においても白Ｗに近い色になるが、この付近では、
電圧の変化に対する色変化が大きく、したがって、この
色を表示させるための電圧制御が面倒であるから、白Ｗ
の表示は、赤Ｒの表示色を得る電圧より高い電圧によっ
て表示させるのが望ましい。

【００６９】このように、上記液晶表示装置は、その出
射光の色が印加電圧に応じて緑Ｇ、青Ｂ、赤Ｒ、白Ｗの
色になるため、１つの画素で赤、緑、青、白の色を表示
することができるし、また隣接する複数の画素に異なる
色を表示させることにより、前記赤、緑、青、白のうち
の複数の色による混色を表示させることもできる。

【００７０】なお、上記実施例の液晶表示装置は、赤、
緑、青、白の色を表示するものであるが、この液晶表示
装置の表示色は、印加電圧と、液晶セル１０の両基板１
１，１２上における液晶分子の配向方向１１ａ，１２ａ
および液晶分子のツイスト角と、偏光板３０の透過軸３
０ａの方向および位相差板４０の遅相軸４０ａの方向と
によって決まるから、これらの条件を選択すれば、液晶
表示装置の表示色を任意に選ぶことができる。

【００７１】そして、上記液晶表示装置は、反射型のも
のであるが、液晶セル１０の裏面側基板１１の内面に光
反射膜２２を設けて、この光反射膜２２で光を反射させ
るようにしているため、液晶セル１０の両基板１１，１
２のうち、光が通るのは表面側基板１２だけであり、ま
た偏光板３０も１枚だけであるため、液晶セルの基板お
よび偏光板での光吸収による光量ロスを少なくして、表
示をより明るくすることができる。

【００７２】なお、この液晶表示装置においては、光
が、位相差板４０と液晶セル１０の液晶層も通るが、こ
の位相差板４０と液晶層は前述したようにほとんど光を
吸収しないため、これらによる光量ロスはほとんどな
い。

【００７３】さらに、この液晶表示装置においては、液
晶セル１０の裏面側基板１１の内面に配設した各画素電
極１３の裏側に透明なゲート絶縁膜１６を介して前記光
反射膜２２を設け、この光反射膜２２と前記画素電極１
３とその間のゲート絶縁膜１６とによって画素の補償容
量Ｃs を構成するとともに、前記光反射膜２２を画素電
極１３のほぼ全面に対向する大きさに形成しているた
め、開口率を高くし、しかも補償容量Ｃs の容量値を十
分に確保することができる。

【００７４】また、この液晶表示装置は、上記光反射膜
２２に前記補償容量Ｃs のキャパシタ電極を兼ねさせる
とともに、この光反射膜２２を、ＴＦＴ１４のゲート電
極１５およびゲートラインと同じ金属膜で同時に形成し
ているため、液晶セル１０の裏面側基板１１の内面に光
反射膜２２を設けるとともに画素の補償容量Ｃs を形成
したものでありながら、液晶セル１０を低コストに製造
することができ、したがって、液晶表示装置の低価格化
をはかることができる。

【００７５】また、上記液晶表示装置においては、液晶
セル１０の裏面側基板１１の内面に光反射膜２２を設け
ており、この光反射膜２２は極く薄いために、前記光反
射膜２２を拡散反射膜とすることは難しいが、上記偏光
板３０の表面が光散乱面Ａとなっているため、液晶表示
装置への入射光および出射光を前記光散乱面Ａで散乱さ
せることができ、したがって、前記光反射面２２の反射
面が鏡面であっても、表示観察者の顔やその背景等の外
部像の写り込みを生じることはない。

【００７６】すなわち、上記液晶表示装置は、カラーフ
ィルタを用いずに光を着色するものであって、光の透過
率が高いため、上記光反射面２２の反射面が鏡面であ
り、しかも偏光板３０が光の散乱機能をもっていない場
合は、表示観察者の顔やその背景等の外部像が前記反射
面に写ってその像が表示画像と重なって見えてしまう
が、前記偏光板３０が光の散乱機能をもっていれば、前
記外部像の写り込みは生じない。

【００７７】しかも、上記液晶表示装置において、液晶
セル１０の裏面側基板１２に設けた光反射膜２２の反射
面が鏡面であれば、液晶層の複屈折効果により偏光状態
を変えられた光を散乱させることなく反射させて偏光板
３０に入射させることができるし、また、前記偏光板３
０の表面が光散乱面Ａであれば、液晶表示装置にその表
面側から入射する光が散乱されてから偏光板３０の偏光
作用により直線偏光になるとともに、前記光反射膜２２
で反射された光が前記偏光板３０の検光作用により画像
光となってから散乱されるため、偏光板３０を通って入
射した光が再び前記偏光板３０に入射するまでは光が散
乱されることはなく、したがって、品質の良い画像を表
示することができる。

【００７８】なお、上記光散乱面Ａの散乱効果は、上述
したヘイズ値によって決まり、このヘイズ値が２５％以
上であると、偏光板３０の検光作用によって画像光とな
った光も大きく散乱されて表示画像が不鮮明になり、ま
たヘイズ値が６％以下であると上記外部像の写り込みを
生じるが、光散乱面Ａのヘイズ値が９〜１４％の範囲で
あれば、鮮明な表示画像を得るとともに外部像の写り込
みもなくすことができる。

【００７９】なお、上記実施例の液晶表示装置では、液
晶セル１０と偏光板３０との間に位相差板４０を配置し
ているが、この位相差板４０はなくてもよく、その場合
でも、偏光板３０の透過軸を液晶セル１０の表面側基板
１１上における液晶分子の配向方向に対して斜めにずら
しておけば、偏光板３０を通って入射した光が、液晶セ
ル１０の液晶層を通る過程でその複屈折効果により偏光
状態を変えられるとともに、前記液晶セル１０の裏面側
基板１２の内面で反射されて再び前記液晶層を通る過程
でさらに偏光状態を変えられて前記偏光板３０に入射す
るため、この偏光板３０を透過する偏光成分の光を着色
光として出射させることができるし、また、液晶セル１
０への印加電圧を制御することによって前記着色光の色
を変化させることができる。

【００８０】ただし、上記実施例のように、液晶セル１
０と偏光板３０との間に位相差板４０を配置すれば、偏
光板３０を通って入射した光が、液晶セル１０の液晶層
を通って再び前記偏光板３０に入射する過程で、位相差
板４０の複屈折効果によっても偏光状態を変えられるた
め、液晶セル１０に液晶分子が基板１１，１２面に対し
てほぼ垂直に立上がり配向する電圧を印加したとき、つ
まり液晶層の複屈折効果が見掛上ほとんどなくなったと
きでも、位相差板４０の複屈折効果によって偏光状態を
変えられた光を前記偏光板３０に入射させて着色光を得
ることができる。なお、この場合、位相差板は２枚以上
重ねて配置してもよい。

【００８１】また、上記実施例では、液晶セル１０の液
晶分子のツイスト角をほぼ９０°としたが、この液晶分
子のツイスト角は、９０°に限らず、例えば１８０〜２
７０°としてもよい。

【００８２】さらに、上記実施例では、液晶セル１０と
して、ＴＦＴ１４を能動素子とするアクティブマトリッ
クス型セルを用いたが、この液晶セルは、ＭＩＭや薄膜
ダイオード等の２端子の非線形抵抗素子を能動素子とす
るアクティブマトリックス型セルであってもよく、また
前記液晶セル１０は、液晶分子をホモジニアス配向、ホ
メオトロピック配向、ハイブリッド配向等の配向状態に
配向させたものでもよい。

【００８３】

【発明の効果】本発明のアクティブマトリックス型カラ
ー液晶表示装置は、カラーフィルタを用いずに、液晶セ
ルの液晶層の複屈折効果と偏光板の偏光および検光作用
とを利用して光を着色するものであるから、高輝度の着
色光が得られるし、また液晶セルへの印加電圧を制御す
ることによって前記着色光の色を変化させることができ
るため、１つの画素で複数の色を表示することができ
る。

【００８４】しかも、この液晶表示装置は、反射型のも
のであるが、液晶セルの裏面側基板の内面に光反射膜を
設けて、この光反射膜で光を反射させるようにしている
ため、液晶セルの両基板のうち、光が通るのは表面側基
板だけであり、また偏光板も１枚だけであるため、液晶
セルの基板および偏光板での光吸収による光量ロスを少
なくして、表示をより明るくすることができる。

【００８５】さらに、この液晶表示装置においては、液
晶セルの裏面側基板の内面に配設した各画素電極の裏側
に透明な絶縁膜を介して前記光反射膜を設け、この光反
射膜と前記画素電極とその間の前記絶縁膜とによって画
素の補償容量を構成するとともに、前記光反射膜を画素
電極のほぼ全面に対向する大きさに形成しているため、
開口率を高くし、しかも補償容量の容量値を十分に確保
することができる。

【００８６】また、上記本発明の液晶表示装置におい
て、上記液晶セルと偏光板との間に位相差板を配置すれ
ば、偏光板を通って入射した光が、液晶セルの液晶層を
通って再び前記偏光板に入射する過程で、前記位相差板
の複屈折効果によっても偏光状態を変えられるため、液
晶セルに液晶分子が基板面に対してほぼ垂直に立上がり
配向する電圧を印加したとき、つまり液晶層の複屈折効
果が見掛上ほとんどなくなったときでも、位相差板の複
屈折効果によって偏光状態を変えられた光を前記偏光板
に入射させて着色光を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すアクティブマトリック
ス型カラー液晶表示装置の一部分の断面図。

【図２】偏光板の表面の拡大断面図。

【図３】液晶セルの液晶分子配向方向と、位相差板の遅
相軸と、偏光板の透過軸とを示す平面図。

【図４】印加電圧に対する出射光の色変化を示すＣＩＥ
色度図。

【符号の説明】

１０…液晶セル １１…裏面側基板 １２…表面側基板 １３…画素電極 １４…ＴＦＴ（能動素子） １６…ゲート絶縁膜 ２２…光反射膜 Ｃs …補償容量 ２３…配向膜 ２４…対向電極 ２５…配向膜 ２６…液晶 １１ａ，１２ａ…液晶分子配向方向 ３０…偏光板 ３０ａ…透過軸 ４０…位相差板 ４０ａ…遅相軸

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−326330（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82824（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−11711（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−326329（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−45640（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02F 1/1343

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射型のアクティブマトリックス型のカラ
   ー液晶表示装置であって、 内面に複数の透明な画素電極とこれら各画素電極にそれ
   ぞれ対応する複数の能動素子とをマトリックス状に配設
   するとともに各画素電極の裏側に透明な絶縁膜を介して
   前記画素電極のほぼ全面に対向する光反射膜を設けこの
   光反射膜と前記画素電極とその間の前記絶縁膜とによっ
   て補償容量を構成した裏面側基板と、前記各画素電極と
   対向する透明な対向電極を設けた表面側基板との間に液
   晶を挟持させてなるアクティブマトリックス型の液晶セ
   ルと、透過軸が前記液晶セルの表面側基板上における液晶分子
   の配向方向に対し所定の角度をなす配置で前記液晶セル
   の表面側に設置した 偏光板とを備えることを特徴とする
   アクティブマトリックス型カラー液晶表示装置。
2. 【請求項２】液晶セルと偏光板との間に位相差板が配置
   されており、この位相差板の遅相軸は前記偏光板の透過
   軸に対して斜めにずれていることを特徴とする請求項１
   に記載のアクティブマトリックス型カラー液晶表示装
   置。