JP3648572B2 - Color liquid crystal display device - Google Patents

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JP3648572B2
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/34—Colour display without the use of colour mosaic filters

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  • Liquid Crystal (AREA)

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、カラーフィルタを用いずに着色した表示を得るカラー液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
着色した表示が得られるカラー液晶表示装置としては、一般に、カラーフィルタを用いて光を着色するものが利用されている。
しかし、このカラー液晶表示装置は、カラーフィルタを用いて光を着色するものであるため、光の透過率が低く、したがって表示が暗いという問題をもっている。
【０００３】
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外の波長光だけでなく、前記波長帯域の光もかなり高い吸収率で吸収するため、カラーフィルタを通った着色光が、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強度を減じた光になり、表示が暗くなってしまう。
【０００４】
なお、液晶表示装置には、そのバックライトからの光を利用して表示する透過型のものと、外光（自然光や室内照明光等）を利用しその光を裏面側に配置した反射板で反射させて表示する反射型のものとがあるが、上記カラー液晶表示装置を反射型とすると、その表面側から入射し裏面側の反射板で反射されて表面側に出射する光がカラーフィルタを２度通って二重に光強度を減じるため、表示が極端に暗くなって、表示装置としてはほとんど使用できなくなる。
【０００５】
しかも、上記カラー液晶表示装置は、１つ１つの画素の表示色がその画素に対応するカラーフィルタの色によって決まるため、多くの色を表示するには、例えば赤、緑、青の三原色のカラーフィルタをそれぞれ対応させた３つの画素を一組として、その各画素の光の透過を制御することにより所望の表示色を得なければならず、そのために透過光の強度が大幅に弱くなって表示色が暗くなる。
【０００６】
一方、従来から、カラーフィルタを用いずに着色した表示を得るカラー液晶表示装置として、ＥＣＢ型（複屈折効果型）の液晶表示装置が知られている。
このＥＣＢ型液晶表示装置は、電極を形成した一対の基板間に液晶を挟持した液晶セルをはさんで一対の偏光板を配置したものであり、一方の偏光板を透過して入射した直線偏光が、液晶セルを透過する過程で液晶層の複屈折効果により各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となり、その光が他方の偏光板に入射して、この他方の偏光板を透過した光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。
【０００７】
すなわち、上記ＥＣＢ型液晶表示装置は、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一対の偏光板の偏光作用とを利用して光を着色するものであり、したがってカラーフィルタによる光の吸収がないから、光の透過率を高くして明るいカラー表示を得ることができる。
【０００８】
しかも、上記ＥＣＢ型液晶表示装置は、液晶セルの両基板の電極間に印加される電圧に応じた液晶分子の配向状態によって液晶層の複屈折性が変化し、それに応じて他方の偏光板に入射する各波長光の偏光状態が変化するため、液晶セルへの印加電圧を制御することによって上記着色光の色を変化させることができ、したがって、同じ画素で複数の色を表示することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＥＣＢ型液晶表示装置は、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態、つまり液晶分子が初期の配向状態にあるときの表示が着色した表示であり、印加する電圧に応じて液晶分子の配向状態を変化させることにより表示色を変え、その色相の違いによって文字、図形等を表示するものである。したがって、背景色が有色であるため、表示が見づらいという欠点があった。
【００１０】
この発明は、カラーフィルタを用いずに光を着色して明るいカラー表示を得るとともに、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはかることができるカラー液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明のカラー液晶表示装置は、電極を形成した一対の基板間に液晶を挟持しその分子を両基板間においてツイスト配向させた液晶セルと、前記液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板と、前記液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板と、前記第１の位相差板の表面側に配置された偏光板と、前記第２の位相差板の裏面側に配置された反射板とからなり、
かつ、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角がほぼ９０°で、前記第１の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの表面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交し、前記第２の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの裏面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交しているとともに、前記偏光板の透過軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対して斜めに交差しており、
前記第１の位相差板と第２の位相差板のそれぞれのリタデーションの値が、
これら位相差板のリタデーションの和が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積の値をΔｎｄとしたとき、Δｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差の絶対値が、可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数）
の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このカラー液晶表示装置において、上記第１および第２の位相差板のリタデーションの値は、液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板のリタデーションの値が、液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板のリタデーションの値より小さいのが望ましく、また、上記第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値は、例えば、２４０±４０ｎｍ（より望ましくは２３０±２０ｎｍ）、４６０±３０ｎｍ、７５０±４０ｎｍのいずれかが望ましい。
【００１３】
また、上記所定の光の波長λは、およそ４８０ｎｍに選ぶのが望ましい。
さらに、上記偏光板の透過軸とこの偏光板が隣接する上記第１の位相差板の遅相軸とのずれ角は、ほぼ４５°またはその奇数倍であるのが望ましい。
【００１４】
【作用】
この発明のカラー液晶表示装置は、外光を利用しその光を裏面側に配置した反射板で反射させて表示するものであり、その表面側から入射する外光は、まず偏光板によって直線偏光され、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板とを順次透過して反射板で反射されるとともに、再び前記第２の位相差板と液晶セルと第１の位相差板とを順次透過して前記偏光板に入射し、この偏光板を透過した光が出射する。
【００１５】
この出射光は、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態、つまり液晶分子が初期の配向状態にあるときは無彩色であり、液晶セルの電極間に電圧を印加して液晶分子を立上がり配向させると出射光が着色し、その色が印加電圧に対応する液晶分子の立上がり配向状態に応じて変化する。
【００１６】
まず、液晶セルの液晶分子が初期の配向状態にあるときに出射光が無彩色になる条件について説明する。
このカラー液晶表示装置においては、液晶セルの液晶分子がほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向しているとともに、この液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの表面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交し、前記液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの裏面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交している。
【００１７】
そして、上記液晶セルを、特定の方向に遅相軸をもった固有のリタデーションを有する光学素子と見なすと、上記カラー液晶表示装置は、前記固有のリタデーションを有する光学素子と上記第１および第２の位相差板とを、それぞれの遅相軸を互いに直交させて積層したものと同値である。
【００１８】
ここで、前記光学素子と第１の位相差板とに着目すると、遅相軸を互いに直交させて配置した光学素子と位相差板との合成リタデーションは、前記光学素子のリタデーションＲｅLCと前記位相差板のリタデーションＲｅλ1 との差であり、その差がゼロ（ＲｅLC−Ｒｅλ1 ＝０）であれば、すなわち、それぞれのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 が同じであれば、この光学素子と第１の位相差板とからなる光学要素に光を入射させたときの透過光の偏光状態は、入射光の偏光状態と同じになる。
【００１９】
そして、前記光学要素と第２の位相差板とに着目すると、前記光学要素の遅相軸と前記第２の位相差板の遅相軸も互いに直交しているため、前記光学要素の合成リタデーション（ＲｅLC−Ｒｅλ1 ）と第２の位相差板のリタデーションＲｅλ2 とが同じであれば、つまり、ＲｅLC−Ｒｅλ1 ＝Ｒｅλ2 であれば、この光学要素と第２の位相差板とを透過した光の偏光状態も、入射光の偏光状態と同じになる。
【００２０】
したがって、上記カラー液晶表示装置は、液晶セルと第１および第２の位相差板のそれぞれのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 ，Ｒｅλ2 がＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係にあるときに、液晶セルと第１および第２の位相差板とを透過した光の偏光状態が入射光の偏光状態と同じになる。
【００２１】
このため、液晶表示装置への入射光（外光）が白色光であるとすると、液晶分子が初期の配向状態にあるときに無彩色の白を表示させるためには、液晶セルの初期配向状態におけるリタデーションＲｅLCと、第１および第２の位相差板のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 とを、ＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係になるように設定すればよい。このようにすれば、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では透過光の偏光状態を変えることがないので、前記偏光板を透過して出射する光が着色のない無彩色光になり、表示が無彩色の明表示である白になる。
【００２２】
なお、このカラー液晶表示装置では、反射板によって反射された光が、第２の位相差板と液晶セルと第１の位相差板とを往復して透過するが、これらのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 ，Ｒｅλ2 が、Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝ＲｅLCの関係にあるので、前述した往路の透過光と同様にし、復路においても透過光の偏光状態は変化しない。
【００２３】
ここで、上記液晶セルのリタデーションＲｅLCの値は、この液晶セルに用いられる液晶のバルクの屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、基板間に封入された液晶の配向状態とによって定まるものであり、液晶が初期配向状態にある液晶セルのリタデーションＲｅLCは、前記Δｎｄと、液晶分子のツイスト配向のツイスト角、基板面に対するプレチルト角等によって決まる値αの和によって与えられる。
【００２４】
すなわち、液晶セルのリタデーションＲｅLCは、ＲｅLC＝Δｎｄ＋αで表わされ、このαの値は、２０〜７０ｎｍである。
したがって、上記リタデーションの関係式Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝ＲｅLCは、
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝Δｎｄ＋α （α＝２０〜７０ｎｍ）
となり、第１、第２の位相差板および液晶セルのリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 ，ＲｅLCは、それぞれ上式の関係を満たすように設定される。つまり、第１と第２の位相差板のリタデーションの和の値（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が、液晶セルの屈折率異方性をΔｎｄとしたとき、Δｎｄ＋２０〜７０ｎｍの範囲になるように設定することにより、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で白の表示が得られる。
【００２５】
次に、出射光の着色について説明すると、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子が初期の配向状態にあるときは、液晶セルのリタデーションＲｅLCと第１および第２の位相差板のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 とがＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係にあるが、液晶セルの電極間に電圧を印加
して液晶分子を立上がり配向させると、この液晶分子の配向状態に変化に応じて液晶セルのリタデーションＲｅLCが変化し、
ＲｅLC≠Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2
となる。
【００２６】
したがって、このとき、偏光板を透過して直線偏光となった光は、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板を往復して透過する過程でそれらの複屈折効果により、各波長光ごとにそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となり、その光が前記偏光板に入射して、この偏光板を透過した出射光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。
【００２７】
この出射光の着色は、偏光板の透過軸と、この偏光板に隣接する第１の位相差板の遅相軸とがほぼ４５°またはその奇数倍（１３５°，２２５°，３１５°）の交差角で斜めに交差
そして、液晶セルの液晶分子は、印加電圧を高くしてゆくのにともなってツイスト配向状態を保ちつつ立上がり配向し、それに応じて液晶セルのリタデーションＲｅLCの値が小さくなるため、液晶セルへの印加電圧を変化させると、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板を往復して透過して楕円偏光に入射する各波長光の偏光状態が変化して、出射光の色が変化する。
【００２８】
この場合、従来のＥＣＢ型液晶表示装置では、その表示色を変化させるのに、液晶セルの電極間に印加する電圧を大きく変化させなければならないが、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルへの印加電圧をあまり大きく変えなくても、表示色を変化させることができ、したがって、比較的低い電圧で複数の着色表示を得ることができる。
【００２９】
次に、上記出射光の着色を、液晶セルの電極間に充分に高い電圧を印加して液晶分子をほぼ垂直に立上がり配向させたときについて考えると、液晶セルの液晶分子がほぼ垂直に立上がり配向した状態では、液晶セルのリタデーションＲｅLCが実質的にゼロ（ＲｅLC＝０）になったと見なせるため、上記カラー液晶表示装置は、前記液晶セルを無視して、第１と第２の位相差板はさんで偏光板と反射板が配置されている構成と考えることができる。
【００３０】
そして、この場合、第１の位相差板と第２の位相差板の遅相軸が互いにほぼ直交しているため、これら位相差板の合成リタデーションＲｅλR は、第１の位相差板のリタデーションＲｅλ1 と第２の位相差板のリタデーションＲｅλ2 との差、つまり、ＲｅλR ＝Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 となる。
【００３１】
このとき、上記カラー液晶表示装置は、反射板を用いた反射型であるため、上記合成リタデーションＲｅλR の２倍のリタデーション（２ＲｅλR ）を有する位相差板をはさんで一対の偏光板をそれぞれの透過軸を互いに平行にして配置した透過型表示装置と同値である。
【００３２】
また、リタデーションの値がＲｅλR である位相差板を透過した光の位相差δは、可視光帯域の所定の光の波長をλとすると、
δ＝（２π／λ）ＲｅλR …(1)
で表わされる。
【００３３】
そして、上記透過型表示装置における位相差板を透過した光の位相差は２δであるから、この表示装置の光の出射率Ｔは、位相差板の遅相軸に対する両偏光板の透過軸のずれ角をφとすると、
Ｔ＝１− sin（２φ）・ sin2 δ …(2)
となる。
【００３４】
この (2)式より、φ＝（ｍ−１）・π／２ （ｍは正の整数１，２，３…）のときは、Ｔ＝１となる。
すなわち、上記位相差板の遅相軸に対する両偏光板の透過軸のずれ角φが９０°またはその整数倍であるときは、位相差板のリタデーションに関係なく光の出射率が最大となり、また出射光の着色も生じない。
【００３５】
一方、上記 (2)式より、φ＝（２ｍ−１）・π／４ （ｍは正の整数１，２，３…）のときは、
Ｔ＝１− sin2 δ …(3)
となり、各波長光の出射率が各波長光ごとの位相差δの値に対応して異なるため、上記位相差板を透過した光は、その各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となり、この偏光板を透過した出射光が着色する。このとき、つまり上記位相差板の遅相軸に対する偏光板の透過軸のずれ角φが４５°またはその奇数倍であるときの出射光は、最も色付きが大きい着色光である。
【００３６】
この出射光の着色は、上記ずれ角φが９０°またはその整数倍（１８０°，２７０°，３６０°）以外の範囲、つまり斜めの交差角であるときに得られるが、φが４５°またはその奇数倍であるときに、最も鮮やかで色コントラストが最大の色が出る。
【００３７】
さらに、上記ずれ角φが４５°またはその奇数倍であるときの各波長光の出射率について考察すると、φ＝π／４のときの出射率Ｔは、上記 (3)式のようにＴ＝１− sin2 δであり、Ｔが最大、つまりＴ＝１となるのは、
sin2 δ＝０
のときである。
【００３８】
このときの位相差δは、
δ＝ｋπ （ｋは正の整数１，２，３…）
であり、また (1)式のように、
δ＝（２π／λ）ＲｅλR
であるから、
２π・ＲｅλR ／λ＝ｋπ
∴ ＲｅλR ＝（２／ｋ）λ …(4)
となる。
【００３９】
以上のことから、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルの液晶に充分高い電圧が印加されたとき、第１および第２の位相差板とを合成したときの遅相軸の向きと偏光板の透過軸とが９０°またはその整数倍を除く交差角で斜めに交差しているとき、上記 (4)式の波長λの光、すなわち、その半波長の整数倍（ｋ倍）が第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の値に相当する光が最も多く偏光板を透過して出射し、その波長光を中心とした色に出射光が着色する。
【００４０】
ここで、上記 (4)式で表わされる所定の波長の光を出射させるための第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の範囲を考察する。
例えば、所定の波長光の出射率がその最大出射率の３／４以上である範囲、つまり光の出射率ＴがＴ≧３／４の範囲であるとすると、上記 (3)式は、
３／４≧１− sin2 δ
となる。
【００４１】
上記式が３／４＝１− sin2 δとなる場合について第１および第２の位相差板を透過した光の位相差δを求めると、
sin2 δ＝１／４
sinδ ＝１／２ …(5)
であり、この (5)式を満たすδは、
δ＝±（π／６）＋ｋπ （ｋは正の整数１，２，３…）
である。
【００４２】
このことは、最大出射率が得られる位相差δmax （δmax ＝ｋπ）に対して±π／６の位相差の範囲で、最大出射率の３／４以上が得られるということを表わしている。
【００４３】
そして、位相差δmax からの位相差の差をδΔとすると、
δΔ＝±π／６ …(6)
となり、また上記 (1)式より、最大出射率が得られる位相差板のリタデーションに対する、最大出射率の３／４以上が得られるリタデーションのずれをＲｅΔλR とすると、
δΔ＝（２π／λ）ＲｅΔλR …(7)
となる。
【００４４】
この (6)式と (7)式とより、
±π／６＝（２π／λ）ＲｅΔλR
ＲｅΔλR ＝±（１／１２）λ
よって、
｜ＲｅΔλR ｜＝（１／１２）λ
となる。
【００４５】
したがって、所定の波長光の出射率Ｔが最大出射率の３／４以上（Ｔ≧３／４）となる第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλRの範囲は、

Figure 0003648572
となる
【００４６】
以上の結果から、所定の波長光の出射率が最大となる第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の値は（ｋ／２）λ（ｋは正の整数）であり、最大出射率の３／４の出射率が得られる合成リタデーションＲｅλR の値は（１／１２）λである。
【００４７】
そして、前記合成リタデーションＲｅλRは、上述したように第１および第２の位相差板のそれぞれのリタデーションＲｅλ1，Ｒｅλ2の差（ＲｅλR＝Ｒｅλ2−Ｒｅλ1）であるため、これら第１および第２位相差板のリタデーションＲｅλ1，Ｒｅλ2の差の絶対値が可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数）の範囲、つまり、
Figure 0003648572
であれば、所定の波長光の出射率Ｔが最大出射率の３／４以上（Ｔ≧３／４）となる。
【００４８】
ここで、上記所定の光の波長λは、４８０ｎｍ程度の青ないし緑系の色域の波長を選択するのが望ましく、所定の光の波長λをおよそ４８０ｎｍに選べば、液晶セルの電極間に印加する電圧を変化させることにより、表示色をより多くの色に変化させることができる。
【００４９】
このように、この発明のカラー液晶表示装置によれば、カラーフィルタを用いずに光を着色して明るいカラー表示を得るとともに、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはかることができる。
【００５０】
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。図１はカラー液晶表示装置の断面図である。
このカラー液晶表示装置は、液晶セル１０と、この液晶セル１０の表面側（図において上側）に配置された第１の位相差板（以下、表側位相差板という）２１と、前記液晶セル１０の裏面側（図において下側）に配置された第２の位相差板（以下、裏側位相差板という）２２と、前記第１の位相差板２１の表面側に配置された偏光板２０と、前記第２の位相差板２２の裏面側に配置された反射板２３とからなっている。なお、前記反射板２３は、樹脂フィルム等からなるベースシートの表面に銀またはアルミニウム等の金属膜を蒸着した無指向性反射板である。
【００５１】
上記液晶セル１０は、ＩＴＯ膜等からなる透明電極１３，１４を形成しその上に配向膜１５，１６を形成した一対の透明基板（例えばガラス基板）１１，１２間にネマティック液晶１８を挟持しその分子を両基板１１，１２間においてツイスト配向させたものであり、前記両基板１１，１２は枠状のシール材１７を介して接合されており、液晶１８は両基板１１，１２間の前記シール材１７で囲まれた領域に封入されている。
【００５２】
この液晶セル１０は、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を能動素子とするアクティブマトリックス型のものであり、一方の基板１１に形成された電極１３は行方向および列方向に配列された複数の画素電極、他方の基板１２に形成された電極１４は前記画素電極１３の全てに対向する対向電極である。
【００５３】
なお、図１では省略しているが、画素電極１３を形成した基板１１には、各画素電極１３にそれぞれ接続された複数のＴＦＴと、各行のＴＦＴにゲート信号を供給するゲート配線と、各列のＴＦＴにデータ信号を供給するデータ配線とが設けられている。
【００５４】
また、上記両基板１１，１２に設けた配向膜１５，１６は、ポリイミド等からなる水平配向膜であり、これら配向膜１５，１６は互いにほぼ直交する方向に配向処理（ラビング処理）されており、液晶１８の分子は、両基板１１，１２上（配向膜１５，１６の上）における配向方向を配向膜１５，１６で規制され、前記配向膜１５，１６面に対し僅かなプレチルト角で傾斜した状態で、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している。
【００５５】
そして、上記偏光板２０と表側および裏側位相差板２１，２２は、その光学軸（偏光板では透過軸、位相差板では遅相軸）を次のような向きにして設けられている。
【００５６】
図２は、上記液晶セル１０の両基板１１，１２上における液晶分子配向方向と表裏の位相差板２１，２２の遅相軸および偏光板２０の透過軸の向きを示している。
【００５７】
この図２のように、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１１ａは、液晶表示装置の横軸Ｏに対して図上（表面側から見て）右回りにほぼ４５°ずれ、表面側基板１２上における液晶分子配向方向１２ａは、前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ４５°ずれており、液晶分子は、そのツイスト方向を破線矢印で示したように、裏面側基板１１から表面側基板１２に向かって図上右回りにほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向している。
【００５８】
また、図２のように、表側位相差板２１の遅相軸２１ａは前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ１３５°ずれ、裏側位相差板２２の遅相軸２２ａは前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ４５°ずれており、また偏光板２０の透過軸２０ａは前記横軸Ｏとほぼ平行またはほぼ直交（図では平行）する方向にある。
【００５９】
すなわち、液晶セル１０の表面側に配置された表側位相差板２１は、その遅相軸２１ａを液晶セル１０の表面側基板１２上における液晶分子配向方向１２ａに対してほぼ直交させて設けられ、液晶セル１０の裏面側に配置された裏側位相差板２２は、その遅相軸２２ａを液晶セル１０の裏面側基板１１上における液晶分子配向方向１１ａに対してほぼ直交させて設けられており、また表側位相差板２１の表面側に配置された偏光板２０は、その透過軸２０ａを前記表側位相差板２１の遅相軸２１ａに対してほぼ４５°またはその奇数倍（１３５°，２２５°，３１５°）の交差角（図２では４５°）で斜めに交差させて設けられている。
【００６０】
また、上記表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1の値と、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2の値は、これら位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1＋Ｒｅλ2）が、液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ 2−Ｒｅλ1）の絶対値が、可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数１，２，３…）の範囲に設定されている。
【００６１】
このカラー液晶表示装置は、外光を利用しその光を裏面側に配置した反射板２３で反射させて表示するものであり、その表面側から入射する外光は、まず偏光板２０によって直線偏光され、表側位相差板２１と液晶セル１０と裏側位相差板２２とを順次透過して反射板２３で反射されるとともに、再び前記裏側位相差板２２と液晶セル１０と表側位相差板２１とを順次透過して前記偏光板２０に入射し、この偏光板２０を透過した光が出射する。また、このカラー液晶表示装置は、液晶セル１０の両基板１１，１２の電極１３，１４間に電圧を印加して表示駆動される。
【００６２】
このカラー液晶表示装置の表示は、上記［作用］の項で説明したように、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態において白であり、液晶セル１０の電極１３，１４間に電圧を印加すると表示が着色し、またその色が印加電圧に応じて変化する。
【００６３】
このカラー液晶表示装置の表示色は、表側および裏側位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値と、液晶セル１０のΔｎｄの値によって決まる。以下、その具体的な実施例を説明する。
【００６４】
［実施例１］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝６０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝８１０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝８７０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝７５０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝８３０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝４０ｎｍ
に設定した。
【００６５】
図３は、上記実施例１における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例１では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００６６】
図４は、上記実施例１における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が青→黄緑→赤紫→灰色→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００６７】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、青、黄緑、赤紫、灰色、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約４ｖの比較的低い電圧（図４参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００６８】
なお、上記実施例１では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を６０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を８１０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、７４０±４０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図４のような表示色を得ることができる。
【００６９】
［実施例２］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝３５７ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝６１０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝９８５ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝２３５ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝９２０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝６５ｎｍ
に設定した。
【００７０】
図５は、上記実施例２における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例２では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００７１】
図６は、上記実施例２における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→青→黄緑→赤紫→紫→緑→薄緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００７２】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、青、黄緑、赤紫、紫、緑、薄緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約６ｖの比較的低い電圧（図６参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００７３】
また、上述した実施例１では、図４のように、非選択状態での白の表示が近似色であり、約１．５ｖの電圧を印加したときに明るい白の表示になるが、この実施例２では、非選択状態での表示が実施例１に比べて充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００７４】
なお、上記実施例２では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を３５７ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を６１０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、２４０±４０ｎｍになる範囲、望ましくは２３０±２０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図６のような表示色を得ることができる。
【００７５】
［実施例３］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝４１０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝６３０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝１０４０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝２２０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝１０００ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝４０ｎｍ
に設定した。
【００７６】
図７は、上記実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例３では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００７７】
図８は、上記実施例３における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→黄緑→紫→青→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００７８】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、黄緑、紫、青、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約６ｖの比較的低い電圧（図８参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００７９】
また、この実施例においても、上記実施例２と同様に、非選択状態での表示が充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００８０】
なお、上記実施例３では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を４１０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を６３０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、２４０±４０ｎｍになる範囲、望ましくは２３０±２０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図８のような表示色を得ることができる。
【００８１】
［実施例４］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝３１０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝７６０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝１０７０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝４５０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝１０００ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝７０ｎｍ
に設定した。
【００８２】
なお、この実施例では、裏側位相差板２２として、リタデーションが３５０ｎｍの位相差板と、リタデーションが４１ｎｍの位相差板とを積層したものを使用した。
【００８３】
図９は、上記実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例３では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００８４】
図１０は、上記実施例３における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→青→黄緑→赤紫→紫→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００８５】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、青、黄緑、赤紫、紫、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約５ｖの比較的低い電圧（図１０参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００８６】
また、この実施例においても、上記実施例２および３と同様に、非選択状態での表示が充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００８７】
なお、上記実施例４では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を３１０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を７６０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、４６０±３０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図１０のような表示色を得ることができる。
【００８８】
上述した実施例１〜４のように、上記カラー液晶表示装置は、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができるとともに、最も表示頻度の高い白を、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示できるため、従来のＥＣＢ型液晶表示装置に比べて大幅な低消費電力化をはかることができる。
【００８９】
また、上記カラー液晶表示装置は、実施例１〜４の表示色に加えて、隣接する複数の画素の表示色の組合わせによりそれらの合成色を表現することも可能である。
【００９０】
なお、上記実施例では、液晶セル１０としてアクティブマトリックス型のものを用いたが、この液晶セル１０は、単純マトリックス型のものであってもよいし、またセグメント型のものであってもよい。
【００９１】
【発明の効果】
この発明のカラー液晶表示装置によれば、カラーフィルタを用いずに光を着色して明るいカラー表示を得るとともに、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すカラー液晶表示装置の断面図。
【図２】同じく液晶セルの両基板上における液晶分子配向方向と表裏の位相差板の遅相軸および偏光板の透過軸の向きを示す図。
【図３】表側位相差板のリタデーションを６０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを８１０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を８７０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を７５０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを８３０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を４０ｎｍに設定した実施例１における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図４】実施例１における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図５】表側位相差板のリタデーションを３５７ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを６１０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を９８５ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を２３５ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを９２０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を６５ｎｍに設定した実施例２における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図６】実施例２における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図７】表側位相差板のリタデーションを４１０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを６３０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を１０４０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を２２０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを１０００ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を４０ｎｍに設定した実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図８】実施例３における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図９】表側位相差板のリタデーションを３１０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを７６０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を１０７０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を４５０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを１０００ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を７０ｎｍに設定した実施例４における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図１０】実施例４における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【符号の説明】
１０…液晶セル
１１ａ…裏面側基板上における液晶分子配向方向
１２ａ…表面側基板上における液晶分子配向方向
２０…偏光板
２０ａ…透過軸
２１…表側位相差板
２１ａ…遅相軸
２２…裏側位相差板
２２ａ…遅相軸
２３…反射板[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a color liquid crystal display device that obtains a colored display without using a color filter.
[0002]
[Prior art]
As a color liquid crystal display device capable of obtaining a colored display, a device that colors light using a color filter is generally used.
However, since this color liquid crystal display device colors light using a color filter, it has a problem that the light transmittance is low and therefore the display is dark.
[0003]
This is due to light absorption by the color filter, and the color filter absorbs not only wavelength light outside the wavelength band corresponding to the color but also light in the wavelength band with a considerably high absorption rate. The colored light that has passed through the filter becomes light having a significantly reduced light intensity compared to the light in the wavelength band before entering the color filter, and the display becomes dark.
[0004]
In addition, the liquid crystal display device includes a transmission type display using light from the backlight, and a reflection plate that uses external light (natural light, indoor illumination light, etc.) and arranges the light on the back side. There is a reflective type that reflects and displays, but when the color liquid crystal display device is a reflective type, the light that is incident from the front surface side, reflected by the reflector on the back surface side, and emitted to the front surface side passes through the color filter. Since the light intensity is reduced twice by passing twice, the display becomes extremely dark and can hardly be used as a display device.
[0005]
Moreover, in the color liquid crystal display device, since the display color of each pixel is determined by the color of the color filter corresponding to the pixel, in order to display many colors, for example, the colors of the three primary colors red, green, and blue A set of three pixels, each corresponding to a filter, must be used to obtain a desired display color by controlling the light transmission of each pixel, and therefore the intensity of the transmitted light is greatly reduced. The color becomes darker.
[0006]
On the other hand, an ECB type (birefringence effect type) liquid crystal display device is conventionally known as a color liquid crystal display device that obtains a colored display without using a color filter.
In this ECB type liquid crystal display device, a pair of polarizing plates are arranged with a liquid crystal cell sandwiched between a pair of substrates on which electrodes are formed, and linearly polarized light is transmitted through one polarizing plate and incident. However, in the process of passing through the liquid crystal cell, light of each wavelength becomes elliptically polarized light having different polarization states due to the birefringence effect of the liquid crystal layer, and the light is incident on the other polarizing plate. The light transmitted through the light becomes colored light of a color corresponding to the ratio of the light intensity of each wavelength light constituting the light.
[0007]
That is, the ECB-type liquid crystal display device colors light using the birefringence effect of the liquid crystal layer of the liquid crystal cell and the polarization action of the pair of polarizing plates without using a color filter. Therefore, a bright color display can be obtained by increasing the light transmittance.
[0008]
In addition, in the ECB type liquid crystal display device, the birefringence of the liquid crystal layer changes depending on the orientation state of the liquid crystal molecules according to the voltage applied between the electrodes of both substrates of the liquid crystal cell, and the other polarizing plate is accordingly changed. Since the polarization state of each wavelength light incident changes, it is possible to change the color of the colored light by controlling the voltage applied to the liquid crystal cell, and thus it is possible to display a plurality of colors in the same pixel. .
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional ECB type liquid crystal display device has a non-selected state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between the electrodes of the liquid crystal cell, that is, a display in which the display when the liquid crystal molecules are in the initial alignment state is colored. The display color is changed by changing the alignment state of the liquid crystal molecules according to the applied voltage, and characters, figures, etc. are displayed by the difference in hue. Therefore, since the background color is colored, the display is difficult to see.
[0010]
The present invention provides a bright color display by coloring light without using a color filter, and can display a plurality of colors including white in the same pixel. It is an object of the present invention to provide a color liquid crystal display device that can display in a non-selected state in which no voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is applied between the electrodes, thereby reducing power consumption.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The color liquid crystal display device according to the present invention includes a liquid crystal cell in which a liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates on which electrodes are formed and the molecules are twist-oriented between both substrates, and a first liquid crystal cell disposed on the surface side of the liquid crystal cell. A phase difference plate, a second phase difference plate disposed on the back surface side of the liquid crystal cell, a polarizing plate disposed on the surface side of the first phase difference plate, and the back surface of the second phase difference plate It consists of a reflector placed on the side,
The twist angle of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell is approximately 90 °, and the slow axis of the first retardation plate is substantially orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules on the substrate on the surface side of the liquid crystal cell. The slow axis of the second retardation plate is substantially orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules on the substrate on the back side of the liquid crystal cell, and the transmission axis of the polarizing plate is the first position. It crosses diagonally with respect to the slow axis of the phase difference plate,
The retardation value of each of the first retardation plate and the second retardation plate is
The sum of the retardations of these retardation plates is Δnd + 20 to 70 nm, where Δnd is the product of the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal of the liquid crystal cell and the liquid crystal layer thickness d, and the difference between the retardations. The absolute value of (k / 2) with respect to a predetermined wavelength λ of light in the visible light bandλ± λ / 12 (k is a positive integer)
It is characterized by being set in the range of.
[0012]
In this color liquid crystal display device, the retardation value of the first and second retardation plates is the retardation value of the first retardation plate arranged on the front surface side of the liquid crystal cell. The retardation value of the second retardation plate is preferably smaller than the retardation value, and the absolute value of the retardation difference between the first retardation plate and the second retardation plate is, for example, 240 ± 40 nm ( More preferably, 230 ± 20 nm), either 460 ± 30 nm or 750 ± 40 nm is desirable.
[0013]
The wavelength λ of the predetermined light is preferably selected to be about 480 nm.
Further, it is desirable that the deviation angle between the transmission axis of the polarizing plate and the slow axis of the first retardation plate adjacent to the polarizing plate is approximately 45 ° or an odd multiple thereof.
[0014]
[Action]
The color liquid crystal display device according to the present invention uses external light and reflects the light with a reflector arranged on the back side to display, and the external light incident from the front side is first linearly polarized by a polarizing plate. The first phase difference plate, the liquid crystal cell, and the second phase difference plate are sequentially transmitted and reflected by the reflection plate, and again the second phase difference plate, the liquid crystal cell, and the first phase difference plate. Are sequentially transmitted and incident on the polarizing plate, and light transmitted through the polarizing plate is emitted.
[0015]
The emitted light is in a non-selected state in which no voltage is applied between the electrodes of the liquid crystal cell so that the liquid crystal molecules rise and are aligned, that is, when the liquid crystal molecules are in the initial alignment state, the color is achromatic. When a voltage is applied to align the liquid crystal molecules so as to rise, the emitted light is colored, and the color changes according to the rising alignment state of the liquid crystal molecules corresponding to the applied voltage.
[0016]
First, the conditions under which the emitted light becomes achromatic when the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell are in the initial alignment state will be described.
In this color liquid crystal display device, the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell are twist-aligned at a twist angle of approximately 90 °, and the slow axis of the first retardation plate disposed on the surface side of the liquid crystal cell is Substrate substantially perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal molecules on the substrate on the front side of the liquid crystal cell, and the slow axis of the second retardation plate disposed on the back side of the liquid crystal cell is the substrate on the back side of the liquid crystal cell It is almost orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules above.
[0017]
When the liquid crystal cell is regarded as an optical element having a specific retardation with a slow axis in a specific direction, the color liquid crystal display device includes the optical element having the specific retardation and the first and second optical elements. These retardation plates have the same value as those obtained by laminating their slow axes perpendicular to each other.
[0018]
Here, paying attention to the optical element and the first retardation plate, the combined retardation of the optical element and the retardation plate arranged with their slow axes orthogonal to each other is the retardation ReLC of the optical element and the retardation. If the difference is zero (ReLC−Reλ1 = 0), that is, if the respective retardations ReLC and Reλ1 are the same, this optical element and the first retardation plate The polarization state of the transmitted light when the light is incident on the optical element made of is the same as the polarization state of the incident light.
[0019]
When attention is paid to the optical element and the second retardation plate, the slow retardation axis of the optical element and the slow retardation axis of the second retardation plate are also orthogonal to each other. If (ReLC−Reλ1) and the retardation Reλ2 of the second retardation plate are the same, that is, if ReLC−Reλ1 = Reλ2, the polarization of the light transmitted through this optical element and the second retardation plate The state is also the same as the polarization state of the incident light.
[0020]
Therefore, when the retardations ReLC, Reλ1, Reλ2 of the liquid crystal cell and the first and second retardation plates are in the relationship of ReLC = Reλ1 + Reλ2, the color liquid crystal display device has the first and second liquid crystal cells. The polarization state of the light transmitted through the phase difference plate is the same as the polarization state of the incident light.
[0021]
For this reason, assuming that the incident light (external light) to the liquid crystal display device is white light, in order to display achromatic white when the liquid crystal molecules are in the initial alignment state, the initial alignment state of the liquid crystal cell The retardation ReLC in FIG. 5 and the retardations Reλ1 and Reλ2 of the first and second retardation plates may be set so as to have a relationship of ReLC = Reλ1 + Reλ2. In this way, since the polarization state of the transmitted light is not changed in a non-selected state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between the electrodes of the liquid crystal cell, the light transmitted through the polarizing plate is emitted. Becomes achromatic light without coloring, and the display becomes white, which is an achromatic bright display.
[0022]
In this color liquid crystal display device, the light reflected by the reflecting plate is transmitted back and forth through the second retardation plate, the liquid crystal cell, and the first retardation plate, but these retardations ReLC, Reλ1,. Since Reλ2 is in the relationship of Reλ1 + Reλ2 = ReLC, the polarization state of the transmitted light does not change in the return path in the same manner as the transmitted light in the forward path described above.
[0023]
Here, the value of the retardation ReLC of the liquid crystal cell is the value of the product Δnd of the bulk refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal used in the liquid crystal cell and the liquid crystal layer thickness d, and the liquid crystal sealed between the substrates. The retardation ReLC of the liquid crystal cell in which the liquid crystal is in the initial alignment state is given by the sum of Δnd and the value α determined by the twist angle of the twist alignment of the liquid crystal molecules, the pretilt angle with respect to the substrate surface, and the like. It is done.
[0024]
That is, the retardation ReLC of the liquid crystal cell is represented by ReLC = Δnd + α, and the value of α is 20 to 70 nm.
Therefore, the relational expression Reλ1 + Reλ2 = ReLC of the above retardation is
Reλ1 + Reλ2 = Δnd + α (α = 20 to 70 nm)
Thus, the retardations Reλ1, Reλ2, and ReLC of the first and second retardation plates and the liquid crystal cell are set so as to satisfy the relationship of the above formula, respectively. That is, by setting the sum of the retardations of the first and second retardation plates (Reλ1 + Reλ2) to be in the range of Δnd + 20 to 70 nm when the refractive index anisotropy of the liquid crystal cell is Δnd. A white display can be obtained in a non-selected state where a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between electrodes of the liquid crystal cell.
[0025]
Next, the coloring of the emitted light will be described. In the color liquid crystal display device of the present invention, when the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell are in the initial alignment state, the retardation ReLC of the liquid crystal cell and the first and second retardation plates The retardations Reλ1 and Reλ2 are in the relationship ReLC = Reλ1 + Reλ2, but a voltage is applied between the electrodes of the liquid crystal cell.
Then, when the liquid crystal molecules are aligned upright, the retardation ReLC of the liquid crystal cell changes according to the change in the alignment state of the liquid crystal molecules,
ReLC ≠ Reλ1 + Reλ2
It becomes.
[0026]
Therefore, at this time, the light that has been transmitted through the polarizing plate and converted into linearly polarized light is reciprocally transmitted through the first retardation plate, the liquid crystal cell, and the second retardation plate, due to their birefringence effect. Each wavelength light becomes elliptically polarized light having a different polarization state, the light enters the polarizing plate, and the outgoing light transmitted through the polarizing plate corresponds to the ratio of the light intensity of each wavelength light constituting the light. The color becomes colored light.
[0027]
The color of the emitted light is such that the transmission axis of the polarizing plate and the slow axis of the first retardation plate adjacent to the polarizing plate are approximately 45 ° or an odd multiple thereof (135 °, 225 °, 315 °). Cross diagonally at the intersection
The liquid crystal molecules of the liquid crystal cell are aligned while rising while maintaining the twist alignment state as the applied voltage is increased, and the value of the retardation ReLC of the liquid crystal cell decreases accordingly. When the voltage is changed, the polarization state of each wavelength light that is transmitted back and forth through the first retardation plate, the liquid crystal cell, and the second retardation plate and enters the elliptically polarized light changes, and the color of the emitted light changes. Change.
[0028]
In this case, in the conventional ECB type liquid crystal display device, in order to change the display color, the voltage applied between the electrodes of the liquid crystal cell must be largely changed. The display color can be changed even if the voltage applied to is not changed greatly, and therefore, a plurality of colored displays can be obtained at a relatively low voltage.
[0029]
Next, considering the coloration of the emitted light when a sufficiently high voltage is applied between the electrodes of the liquid crystal cell to align the liquid crystal molecules so as to rise substantially vertically, the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell rise and align substantially vertically. In this state, the retardation ReLC of the liquid crystal cell can be regarded as substantially zero (ReLC = 0). Therefore, the color liquid crystal display device ignores the liquid crystal cell and the first and second retardation plates are It can be considered that the polarizing plate and the reflector are arranged.
[0030]
In this case, since the slow axes of the first retardation plate and the second retardation plate are substantially orthogonal to each other, the combined retardation ReλR of these retardation plates is the retardation Reλ1 of the first retardation plate. And the retardation Reλ2 of the second retardation plate, that is, ReλR = Reλ2−Reλ1.
[0031]
At this time, since the color liquid crystal display device is of a reflective type using a reflecting plate, each of the pair of polarizing plates is transmitted through a retardation plate having a retardation (2ReλR) twice as large as the synthetic retardation ReλR. This is equivalent to a transmissive display device in which axes are arranged parallel to each other.
[0032]
The retardation δ of the light transmitted through the retardation plate whose retardation value is ReλR is λ, which is the wavelength of the predetermined light in the visible light band.
δ = (2π / λ) ReλR (1)
It is represented by
[0033]
Since the phase difference of the light transmitted through the retardation plate in the transmissive display device is 2δ, the light output rate T of this display device is the transmission axis of both polarizing plates with respect to the slow axis of the retardation plate. If the deviation angle is φ,
T = 1-sin (2φ) · sin2 δ… (2)
It becomes.
[0034]
From this equation (2), when φ = (m−1) · π / 2 (m is a positive integer 1, 2, 3,...), T = 1.
That is, when the deviation angle φ of the transmission axes of both polarizing plates with respect to the slow axis of the retardation plate is 90 ° or an integral multiple thereof, the light emission rate is maximized regardless of retardation of the retardation plate, and The emitted light is not colored.
[0035]
On the other hand, from the above equation (2), when φ = (2m−1) · π / 4 (m is a positive integer 1, 2, 3,...),
T = 1-sin2 δ (3)
Since the emission rate of each wavelength light differs according to the value of the phase difference δ for each wavelength light, the light transmitted through the retardation plate becomes elliptically polarized light having a different polarization state. The emitted light transmitted through the polarizing plate is colored. At this time, that is, when the shift angle φ of the transmission axis of the polarizing plate with respect to the slow axis of the retardation plate is 45 ° or an odd multiple thereof, the emitted light is the colored light with the largest coloring.
[0036]
This coloring of the emitted light is obtained when the deviation angle φ is 90 ° or a range other than an integral multiple (180 °, 270 °, 360 °), that is, an oblique intersection angle. When the number is an odd number, the most vivid color and the maximum color contrast are obtained.
[0037]
Further, considering the emission rate of each wavelength light when the deviation angle φ is 45 ° or an odd multiple thereof, the emission rate T when φ = π / 4 is T = 1- sin2 δ and T is the maximum, that is, T = 1.
 sin2 δ = 0
At the time.
[0038]
The phase difference δ at this time is
δ = kπ (k is a positive integer 1, 2, 3...)
And, as in equation (1)
δ = (2π / λ) ReλR
Because
2π · ReλR / λ = kπ
Ｒｅ ReλR = (2 / k) λ (4)
It becomes.
[0039]
From the above, the color liquid crystal display device according to the present invention has the slow axis direction and polarization when the first and second retardation plates are combined when a sufficiently high voltage is applied to the liquid crystal of the liquid crystal cell. When the transmission axis of the plate crosses obliquely at an angle other than 90 ° or an integral multiple thereof, the light of wavelength λ in the above equation (4), that is, the integral multiple (k times) of the half wavelength is Most of the light corresponding to the value of the combined retardation ReλR of the first and second retardation plates is transmitted through the polarizing plate and emitted, and the emitted light is colored in a color centered on the wavelength light.
[0040]
Here, the range of the combined retardation ReλR of the first and second retardation plates for emitting the light of the predetermined wavelength represented by the above formula (4) will be considered.
For example, assuming that the emission rate of light having a predetermined wavelength is 3/4 or more of the maximum emission rate, that is, the emission rate T of light is in the range of T ≧ 3/4, the above equation (3) is
3/4 ≧ 1-sin2 δ
It becomes.
[0041]
The above formula is 3/4 = 1-sin2 When the phase difference δ of the light transmitted through the first and second retardation plates is obtained for δ,
 sin2 δ = 1/4
 sinδ = 1/2 (5)
And δ that satisfies this equation (5) is
δ = ± (π / 6) + kπ (k is a positive integer 1, 2, 3...)
It is.
[0042]
This means that 3/4 or more of the maximum output rate can be obtained in the range of the phase difference of ± π / 6 with respect to the phase difference δmax (δmax = kπ) at which the maximum output rate is obtained.
[0043]
If the difference in phase difference from the phase difference δmax is δΔ,
δΔ = ± π / 6 (6)
From the above equation (1), if the retardation deviation for obtaining 3/4 or more of the maximum output rate with respect to the retardation of the phase difference plate for obtaining the maximum output rate is ReΔλR,
δΔ = (2π / λ) ReΔλR (7)
It becomes.
[0044]
From this equation (6) and equation (7),
± π / 6 = (2π / λ) ReΔλR
ReΔλR = ± (1/12) λ
Therefore,
| ReΔλR | = (1/12) λ
It becomes.
[0045]
Therefore, the range of the combined retardation ReλR of the first and second retardation plates in which the emission rate T of the predetermined wavelength light is 3/4 or more (T ≧ 3/4) of the maximum emission rate is:
Figure 0003648572
Become
[0046]
From the above results, the value of the combined retardation ReλR of the first and second retardation plates that maximizes the emission rate of light of a predetermined wavelength is (k / 2) λ (k is a positive integer), and the maximum emission The value of the synthetic retardation ReλR that gives an emission rate of 3/4 of the rate is (1/12) λ.
[0047]
Since the composite retardation ReλR is the difference between the retardations Reλ1 and Reλ2 (ReλR = Reλ2−Reλ1) of the first and second retardation plates as described above, the first and second retardation plates are used. The absolute value of the difference between the retardations Reλ1 and Reλ2 is (k / 2) with respect to a predetermined wavelength λ of light in the visible light band.λA range of ± λ / 12 (k is a positive integer), that is,
Figure 0003648572
If so, the emission rate T of the predetermined wavelength light is 3/4 or more (T ≧ 3/4) of the maximum emission rate.
[0048]
Here, it is desirable that the wavelength λ of the predetermined light is a wavelength in a blue or green color gamut of about 480 nm, and if the wavelength λ of the predetermined light is selected to be about 480 nm, the wavelength λ By changing the voltage to be applied, the display color can be changed to more colors.
[0049]
Thus, according to the color liquid crystal display device of the present invention, light can be colored without using a color filter to obtain a bright color display, and a plurality of colors including white can be displayed with the same pixel. The white display frequency can be displayed in a non-selected state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between the electrodes of the liquid crystal cell, thereby reducing power consumption.
[0050]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a color liquid crystal display device.
The color liquid crystal display device includes a liquid crystal cell 10, a first retardation plate (hereinafter referred to as a front-side retardation plate) 21 disposed on the surface side (upper side in the drawing) of the liquid crystal cell 10, and the liquid crystal cell 10. A second retardation plate (hereinafter referred to as a rear retardation plate) 22 disposed on the back surface side (lower side in the figure), and a polarizing plate 20 disposed on the front surface side of the first retardation plate 21; And a reflecting plate 23 disposed on the back side of the second retardation plate 22. The reflection plate 23 is a non-directional reflection plate in which a metal film such as silver or aluminum is deposited on the surface of a base sheet made of a resin film or the like.
[0051]
The liquid crystal cell 10 includes a nematic liquid crystal 18 sandwiched between a pair of transparent substrates (for example, glass substrates) 11 and 12 on which transparent electrodes 13 and 14 made of an ITO film or the like are formed and alignment films 15 and 16 are formed thereon. The molecules are twist-oriented between the substrates 11 and 12, the substrates 11 and 12 are bonded via a frame-shaped sealing material 17, and the liquid crystal 18 is connected between the substrates 11 and 12. It is enclosed in a region surrounded by the sealing material 17.
[0052]
The liquid crystal cell 10 is of an active matrix type having TFTs (thin film transistors) as active elements, for example, and an electrode 13 formed on one substrate 11 is a plurality of pixel electrodes arranged in the row and column directions, and the other The electrode 14 formed on the substrate 12 is a counter electrode facing all of the pixel electrodes 13.
[0053]
Although not shown in FIG. 1, the substrate 11 on which the pixel electrodes 13 are formed includes a plurality of TFTs connected to the pixel electrodes 13, gate wirings for supplying gate signals to the TFTs in each row, Data wiring for supplying data signals to the TFTs in the column is provided.
[0054]
The alignment films 15 and 16 provided on the substrates 11 and 12 are horizontal alignment films made of polyimide or the like, and the alignment films 15 and 16 are subjected to an alignment process (rubbing process) in a direction substantially perpendicular to each other. The molecules of the liquid crystal 18 are regulated by the alignment films 15 and 16 on the alignment directions on both the substrates 11 and 12 (on the alignment films 15 and 16) and tilted with a slight pretilt angle with respect to the alignment films 15 and 16 surfaces. In this state, the two substrates 11 and 12 are twisted with a twist angle of approximately 90 °.
[0055]
The polarizing plate 20 and the front and back side retardation plates 21 and 22 are provided with their optical axes (transmission axis for the polarizing plate and slow axis for the retardation plate) as follows.
[0056]
FIG. 2 shows the orientation direction of the liquid crystal molecules on both the substrates 11 and 12 of the liquid crystal cell 10 and the direction of the slow axis of the front and back retardation plates 21 and 22 and the direction of the transmission axis of the polarizing plate 20.
[0057]
As shown in FIG. 2, the liquid crystal molecule alignment direction 11 a on the back surface side substrate 11 of the liquid crystal cell 10 is shifted approximately 45 ° clockwise from the horizontal axis O of the liquid crystal display device (as viewed from the front surface side). The liquid crystal molecule orientation direction 12a on the front surface side substrate 12 is deviated approximately 45 ° counterclockwise in the figure with respect to the horizontal axis O, and the liquid crystal molecules are formed on the back surface as indicated by the broken arrow in the twist direction. From the side substrate 11 toward the surface side substrate 12, it is twist-oriented at a twist angle of approximately 90 ° clockwise in the figure.
[0058]
Further, as shown in FIG. 2, the slow axis 21a of the front side retardation plate 21 is shifted by about 135 ° counterclockwise in the figure with respect to the horizontal axis O, and the slow axis 22a of the back side retardation plate 22 is the horizontal axis. It is deviated approximately 45 ° counterclockwise in the figure, and the transmission axis 20a of the polarizing plate 20 is in a direction substantially parallel or substantially orthogonal (parallel in the figure) to the horizontal axis O.
[0059]
That is, the front side retardation plate 21 disposed on the surface side of the liquid crystal cell 10 is provided with its slow axis 21a substantially orthogonal to the liquid crystal molecule alignment direction 12a on the surface side substrate 12 of the liquid crystal cell 10, The back side retardation plate 22 disposed on the back side of the liquid crystal cell 10 is provided with its slow axis 22a substantially orthogonal to the liquid crystal molecule alignment direction 11a on the back side substrate 11 of the liquid crystal cell 10, The polarizing plate 20 disposed on the surface side of the front side retardation plate 21 has a transmission axis 20a of approximately 45 ° with respect to the slow axis 21a of the front side retardation plate 21 or an odd multiple thereof (135 °, 225 °). , 315 °) at an intersection angle (45 ° in FIG. 2).
[0060]
The retardation Reλ1 of the front side retardation plate 21 and the retardation Reλ2 of the back side retardation plate 22 are calculated as follows: Δnd + 20 to 70 nm and the retardation difference (Reλ 2−Reλ1) is (k / 2) with respect to a predetermined wavelength λ of light in the visible light band.λIt is set in a range of ± λ / 12 (k is a positive integer 1, 2, 3,...).
[0061]
This color liquid crystal display device uses external light to reflect the light with a reflecting plate 23 arranged on the back side, and displays the external light incident from the front side by the polarizing plate 20. The front side retardation plate 21, the liquid crystal cell 10 and the back side retardation plate 22 are sequentially transmitted and reflected by the reflection plate 23, and the back side retardation plate 22, the liquid crystal cell 10, and the front side retardation plate 21 are again formed. Are sequentially incident on the polarizing plate 20, and light transmitted through the polarizing plate 20 is emitted. The color liquid crystal display device is driven by applying a voltage between the electrodes 13 and 14 of the substrates 11 and 12 of the liquid crystal cell 10.
[0062]
The display of this color liquid crystal display device is white in a non-selection state in which no voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is applied between the electrodes 13 and 14 of the liquid crystal cell 10 as described in the above [Action] section. When a voltage is applied between the electrodes 13 and 14 of the liquid crystal cell 10, the display is colored, and the color changes according to the applied voltage.
[0063]
The display color of the color liquid crystal display device is determined by the values of the retardations Reλ1 and Reλ2 of the front and back side retardation plates 21 and 22, and the value of Δnd of the liquid crystal cell 10. Specific examples will be described below.
[0064]
[Example 1]
In the color liquid crystal display device in which the slow axes 21a and 22a of the front and back phase difference plates 21 and 22 and the transmission axis 20a of the polarizing plate 20 are oriented as shown in FIG.
Retardation Reλ1 of the front side phase difference plate 21
Reλ1 = 60nm
Retardation Reλ2 of the back side retardation plate 22
Reλ2 = 810 nm
Sum of retardation of both phase difference plates 21 and 22 (Reλ1 + Reλ2)
Reλ1 + Reλ2 = 870nm
The retardation difference (Reλ2−Reλ1) of both phase difference plates 21 and 22
Reλ2−Reλ1 = 750 nm
Δnd of the liquid crystal cell 10
Δnd = 830 nm
The difference α [α = (Reλ 1 + Reλ 2) −Δnd] between the sum of retardations of both retardation plates 21 and 22 and Δnd of the liquid crystal cell 10 is expressed as follows:
α = 40nm
Set to.
[0065]
FIG. 3 is a CIE chromaticity diagram showing the color change of the emitted light in the first embodiment. In the figure, the point W indicates the center of the achromatic region.
As shown in this chromaticity diagram, in Example 1 described above, the emitted light is achromatic white light in a non-selected state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between the electrodes 13 and 14 of the liquid crystal cell 10. The emitted light is colored when a voltage of a certain level or more is applied between the electrodes 13 and 14, and the color changes as shown in the figure as the applied voltage is increased.
[0066]
FIG. 4 shows the light emission rate and the color change of the emitted light with respect to the voltage applied to the liquid crystal cell 10 in Example 1 described above. In this example, white is applied in the range of 0 to about 1.5 V applied voltage. As the applied voltage is increased, the display color changes in the order of blue → yellowish green → red purple → gray → green. In the figure, the color with () is an approximate color.
[0067]
Therefore, according to this embodiment, it is possible to display white, blue, yellow-green, magenta, gray, and green colors with the same pixel, and all these display colors are relatively low from 0 to about 4v. The voltage can be obtained (see FIG. 4), and white can be displayed in a non-selected state.
[0068]
In the first embodiment, the retardation Reλ1 of the front-side retardation plate 21 is 60 nm and the retardation Reλ2 of the back-side retardation plate 22 is 810 nm. (Reλ1 + Reλ2) is Δnd + 20 to 70 nm with respect to Δnd of the liquid crystal cell 10 and the absolute value of each retardation difference (Reλ2 −Reλ1) may be arbitrarily selected within a range of 740 ± 40 nm. Within this range, a display color as shown in FIG. 4 can be obtained.
[0069]
[Example 2]
In the color liquid crystal display device in which the slow axes 21a and 22a of the front and back phase difference plates 21 and 22 and the transmission axis 20a of the polarizing plate 20 are oriented as shown in FIG.
Retardation Reλ1 of the front side retardation plate 21
Reλ1 = 357 nm
Retardation Reλ2 of the back side retardation plate 22
Reλ2 = 610 nm
Sum of retardation of both phase difference plates 21 and 22 (Reλ1 + Reλ2)
Reλ1 + Reλ2 = 985nm
The retardation difference (Reλ2−Reλ1) of both phase difference plates 21 and 22
Reλ2 −Reλ1 = 235 nm
Δnd of the liquid crystal cell 10
Δnd = 920 nm
The difference α [α = (Reλ 1 + Reλ 2) −Δnd] between the sum of retardations of both retardation plates 21 and 22 and Δnd of the liquid crystal cell 10 is expressed as follows:
α = 65 nm
Set to.
[0070]
FIG. 5 is a CIE chromaticity diagram showing the color change of the emitted light in Example 2, in which the point W indicates the center of the achromatic region.
As shown in this chromaticity diagram, in Example 2 described above, the emitted light is achromatic white light in a non-selected state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between the electrodes 13 and 14 of the liquid crystal cell 10. The emitted light is colored when a voltage of a certain level or more is applied between the electrodes 13 and 14, and the color changes as shown in the figure as the applied voltage is increased.
[0071]
FIG. 6 shows the light emission rate and the color change of the emitted light with respect to the voltage applied to the liquid crystal cell 10 in Example 2 described above. In this example, white is applied in the range of 0 to about 1.5 V applied voltage. As the applied voltage is increased, the display color changes in the order of black → blue → yellowish green → red purple → purple → green → light green. In the figure, the color with () is an approximate color.
[0072]
Therefore, according to this embodiment, white, black, blue, yellowish green, magenta, purple, green, and light green colors can be displayed with the same pixel, and all of these display colors can be set to 0 to about 0. 6v can be obtained at a relatively low voltage (see FIG. 6), and white can be displayed in a non-selected state.
[0073]
In the first embodiment described above, as shown in FIG. 4, the white display in the non-selected state is an approximate color, and a bright white display is obtained when a voltage of about 1.5 V is applied. In Example 2, the display in the non-selected state is a sufficiently bright and pure white display compared to Example 1, and therefore a brighter white display can be obtained.
[0074]
In the second embodiment, the retardation Reλ1 of the front phase difference plate 21 is 357 nm and the retardation Reλ2 of the rear phase difference plate 22 is 610 nm. The values of the retardations Reλ1 and Reλ2 of the phase difference plates 21 and 22 are as follows. (Reλ1 + Reλ2) is Δnd + 20 to 70 nm with respect to Δnd of the liquid crystal cell 10 and the absolute value of the difference between the retardations (Reλ2 −Reλ1) is 240 ± 40 nm, preferably 230 ± 20 nm. The display color as shown in FIG. 6 can be obtained within this range.
[0075]
[Example 3]
In the color liquid crystal display device in which the slow axes 21a and 22a of the front and back phase difference plates 21 and 22 and the transmission axis 20a of the polarizing plate 20 are oriented as shown in FIG.
Retardation Reλ1 of the front side phase difference plate 21
Reλ1 = 410 nm
Retardation Reλ2 of the back side retardation plate 22
Reλ2 = 630 nm
Sum of retardation of both phase difference plates 21 and 22 (Reλ1 + Reλ2)
Reλ1 + Reλ2 = 1040 nm
The retardation difference (Reλ2−Reλ1) of both phase difference plates 21 and 22
Reλ2−Reλ1 = 220 nm
Δnd of the liquid crystal cell 10
Δnd = 1000 nm
The difference α [α = (Reλ 1 + Reλ 2) −Δnd] between the sum of retardations of both retardation plates 21 and 22 and Δnd of the liquid crystal cell 10 is expressed as follows:
α = 40nm
Set to.
[0076]
FIG. 7 is a CIE chromaticity diagram showing the color change of the emitted light in Example 3, in which the point W indicates the center of the achromatic region.
As shown in this chromaticity diagram, in Example 3 described above, the emitted light is achromatic white light in a non-selected state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between the electrodes 13 and 14 of the liquid crystal cell 10. The emitted light is colored when a voltage of a certain level or more is applied between the electrodes 13 and 14, and the color changes as shown in the figure as the applied voltage is increased.
[0077]
FIG. 8 shows the light emission rate and the color change of the emitted light with respect to the voltage applied to the liquid crystal cell 10 in Example 3 described above. In this example, the white voltage is applied in the range of 0 to about 1.5 V. Is displayed, and the display color changes in the order of black → yellowish green → purple → blue → green as the applied voltage is increased. In the figure, the color with () is an approximate color.
[0078]
Therefore, according to this embodiment, white, black, yellow-green, purple, blue, and green colors can be displayed with the same pixel, and all of these display colors can be displayed at a relatively low voltage of 0 to about 6 v. (See FIG. 8), and white can be displayed in a non-selected state.
[0079]
Also in this embodiment, as in the second embodiment, the display in the non-selected state is a sufficiently bright and pure white display, and therefore a brighter white display can be obtained.
[0080]
In Example 3, the retardation Reλ1 of the front phase difference plate 21 is 410 nm and the retardation Reλ2 of the rear phase difference plate 22 is 630 nm. The values of the retardations Reλ1 and Reλ2 of the phase difference plates 21 and 22 are as follows. (Reλ1 + Reλ2) is Δnd + 20 to 70 nm with respect to Δnd of the liquid crystal cell 10 and the absolute value of the retardation difference (Reλ2−Reλ1) is 240 ± 40 nm, preferably 230 ± 20 nm. The display color as shown in FIG. 8 can be obtained within the range.
[0081]
[Example 4]
In the color liquid crystal display device in which the slow axes 21a and 22a of the front and back phase difference plates 21 and 22 and the transmission axis 20a of the polarizing plate 20 are oriented as shown in FIG.
Retardation Reλ1 of the front side retardation plate 21
Reλ1 = 310 nm
Retardation Reλ2 of the back side retardation plate 22
Reλ2 = 760 nm
Sum of retardation of both phase difference plates 21 and 22 (Reλ1 + Reλ2)
Reλ1 + Reλ2 = 1070 nm
The retardation difference (Reλ2−Reλ1) of both phase difference plates 21 and 22
Reλ2 −Reλ1 = 450 nm
Δnd of the liquid crystal cell 10
Δnd = 1000 nm
The difference α [α = (Reλ 1 + Reλ 2) −Δnd] between the sum of retardations of both retardation plates 21 and 22 and Δnd of the liquid crystal cell 10 is expressed as follows:
α = 70 nm
Set to.
[0082]
In this example, as the back side retardation plate 22, a laminate of a retardation plate having a retardation of 350 nm and a retardation plate having a retardation of 41 nm was used.
[0083]
FIG. 9 is a CIE chromaticity diagram showing the color change of the emitted light in the third embodiment, and in the figure, the point W indicates the center of the achromatic region.
As shown in this chromaticity diagram, in Example 3 described above, the emitted light is achromatic white light in a non-selected state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between the electrodes 13 and 14 of the liquid crystal cell 10. The emitted light is colored when a voltage of a certain level or more is applied between the electrodes 13 and 14, and the color changes as shown in the figure as the applied voltage is increased.
[0084]
FIG. 10 shows the light emission rate and the color change of the emitted light with respect to the voltage applied to the liquid crystal cell 10 in Example 3 described above. In this example, white is applied in the range of 0 to about 1.5 V applied voltage. Is displayed, and the display color changes in the order of black → blue → yellowish green → red purple → purple → green as the applied voltage is increased. In the figure, the color with () is an approximate color.
[0085]
Therefore, according to this embodiment, white, black, blue, yellow-green, magenta, purple, and green colors can be displayed with the same pixel, and all of these display colors are compared between 0 and about 5v. Can be obtained at a low voltage (see FIG. 10), and white can be displayed in a non-selected state.
[0086]
Also in this embodiment, as in Embodiments 2 and 3, the display in the non-selected state is a sufficiently bright and pure white display, and therefore a brighter white display can be obtained.
[0087]
In the fourth embodiment, the retardation Reλ1 of the front phase difference plate 21 is 310 nm and the retardation Reλ2 of the rear phase difference plate 22 is 760 nm. The values of the retardations Reλ1 and Reλ2 of the phase difference plates 21 and 22 are as follows. (Reλ 1 + Reλ 2) is Δnd + 20 to 70 nm with respect to Δnd of the liquid crystal cell 10, and the absolute value of each retardation difference (Reλ 2 −Reλ 1) may be arbitrarily selected within a range of 460 ± 30 nm. Within this range, a display color as shown in FIG. 10 can be obtained.
[0088]
As in the first to fourth embodiments described above, the color liquid crystal display device can display a plurality of colors including white with the same pixel, and the white color with the highest display frequency is displayed on the electrodes 13 of the liquid crystal cell 10. Since the display can be performed in a non-selection state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules between 14 is not applied, the power consumption can be significantly reduced as compared with the conventional ECB type liquid crystal display device.
[0089]
In addition to the display colors of the first to fourth embodiments, the color liquid crystal display device can also express their combined colors by combining display colors of a plurality of adjacent pixels.
[0090]
In the above embodiment, an active matrix type liquid crystal cell 10 is used, but this liquid crystal cell 10 may be a simple matrix type or a segment type.
[0091]
【The invention's effect】
According to the color liquid crystal display device of the present invention, light can be colored without using a color filter to obtain a bright color display, and a plurality of colors including white can be displayed with the same pixel, and the display frequency can be maximized. High white can be displayed in a non-selected state in which a voltage for rising and aligning liquid crystal molecules is not applied between the electrodes of the liquid crystal cell, thereby reducing power consumption.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view of a color liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the orientation direction of liquid crystal molecules on both substrates of the liquid crystal cell and the direction of the slow axis of the front and back retardation plates and the direction of the transmission axis of the polarizing plate.
FIG. 3 shows retardation of the front retardation plate of 60 nm, retardation of the back retardation plate of 810 nm, sum of retardations of both retardation plates of 870 nm, retardation difference of both retardation plates of 750 nm, and liquid crystal cell Δnd of 830 nm FIG. 3 is a CIE chromaticity diagram showing a color change of emitted light in Example 1 in which the difference between the sum of retardations of both retardation plates and Δnd of the liquid crystal cell is set to 40 nm.
4 is a graph showing a light emission rate and a color change of emitted light with respect to a voltage applied to a liquid crystal cell in Example 1. FIG.
FIG. 5 shows a retardation of the front phase difference plate of 357 nm, a retardation of the back phase difference plate of 610 nm, a sum of retardations of both phase difference plates of 985 nm, a retardation difference of both retardation plates of 235 nm, and a Δnd of the liquid crystal cell of 920 nm. The CIE chromaticity diagram showing the color change of the emitted light in Example 2 in which the difference between the sum of retardations of both phase difference plates and Δnd of the liquid crystal cell is set to 65 nm.
6 is a graph showing a light emission rate and a color change of emitted light with respect to a voltage applied to a liquid crystal cell in Example 2. FIG.
FIG. 7 shows that the retardation of the front retardation plate is 410 nm, the retardation of the back retardation plate is 630 nm, the sum of retardations of both retardation plates is 1040 nm, the retardation difference of both retardation plates is 220 nm, and the Δnd of the liquid crystal cell is 1000 nm. FIG. 6 is a CIE chromaticity diagram showing a color change of emitted light in Example 3 in which a difference between the sum of retardations of both retardation plates and Δnd of the liquid crystal cell is set to 40 nm.
FIG. 8 is a graph showing the light emission rate and the color change of emitted light with respect to the voltage applied to the liquid crystal cell in Example 3.
FIG. 9 shows that the retardation of the front phase difference plate is 310 nm, the retardation of the back phase difference plate is 760 nm, the sum of the retardation values of both phase difference plates is 1070 nm, the retardation difference of both phase difference plates is 450 nm, and the Δnd of the liquid crystal cell is 1000 nm. The CIE chromaticity diagram showing the color change of the emitted light in Example 4 in which the difference between the sum of retardations of both phase difference plates and Δnd of the liquid crystal cell is set to 70 nm.
10 is a graph showing a light emission rate and a color change of emitted light with respect to a voltage applied to a liquid crystal cell in Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
10 ... Liquid crystal cell
11a: Liquid crystal molecule alignment direction on the back side substrate
12a ... Liquid crystal molecule alignment direction on the front side substrate
20 ... Polarizing plate
20a ... Transmission axis
21 ... Front side retardation plate
21a ... Slow axis
22 ... Back side retardation plate
22a ... Slow axis
23 ... reflector

Claims (8)

電極を形成した一対の基板間に液晶を挟持しその分子を両基板間においてツイスト配向させた液晶セルと、前記液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板と、前記液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板と、前記第１の位相差板の表面側に配置された偏光板と、前記第２の位相差板の裏面側に配置された反射板とからなり、
かつ、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角がほぼ９０°で、前記第１の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの表面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交し、前記第２の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの裏面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交しているとともに、前記偏光板の透過軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対して斜めに交差しており、
前記第１の位相差板と第２の位相差板のそれぞれのリタデーションの値が、
これら位相差板のリタデーションの和が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積の値をΔｎｄとしたとき、Δｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差の絶対値が、可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数）
の範囲に設定されていることを特徴とするカラー液晶表示装置。A liquid crystal cell in which a liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates on which electrodes are formed and the molecules are twist-oriented between both substrates; a first retardation plate disposed on the surface side of the liquid crystal cell; From the 2nd phase plate arranged on the back side, the polarizing plate arranged on the surface side of the 1st phase plate, and the reflecting plate arranged on the back side of the 2nd phase plate Become
The twist angle of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell is approximately 90 °, and the slow axis of the first retardation plate is substantially orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules on the substrate on the surface side of the liquid crystal cell. The slow axis of the second retardation plate is substantially orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules on the substrate on the back side of the liquid crystal cell, and the transmission axis of the polarizing plate is the first position. It crosses diagonally with respect to the slow axis of the phase difference plate,
The retardation value of each of the first retardation plate and the second retardation plate is
The sum of the retardations of these retardation plates is Δnd + 20 to 70 nm, where Δnd is the product of the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal of the liquid crystal cell and the liquid crystal layer thickness d, and the difference between the retardations. Is an absolute value of (k / 2) λ ± λ / 12 (k is a positive integer) with respect to a predetermined wavelength λ of the visible light band
A color liquid crystal display device characterized by being set in a range of 第１の位相差板のリタデーションの値が、第２の位相差板のリタデーションの値より小さいことを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein the retardation value of the first retardation plate is smaller than the retardation value of the second retardation plate. 第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値が、２４０±４０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。2. The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein an absolute value of a retardation difference between the first retardation plate and the second retardation plate is 240 ± 40 nm. 第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値が、２３０±２０ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載のカラー液晶表示装置。4. The color liquid crystal display device according to claim 3, wherein the absolute value of the difference in retardation between the first retardation plate and the second retardation plate is 230 ± 20 nm. 第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値が、４６０±３０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。2. The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein an absolute value of a difference in retardation between the first retardation plate and the second retardation plate is 460 ± 30 nm. 第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値が、７５０±４０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。2. The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein an absolute value of a difference in retardation between the first retardation plate and the second retardation plate is 750 ± 40 nm. 所定の光の波長λは、およそ４８０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein the wavelength λ of the predetermined light is approximately 480 nm. 偏光板の透過軸と第１の位相差板の遅相軸とのずれ角は、ほぼ４５°またはその奇数倍であることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。2. The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein a deviation angle between the transmission axis of the polarizing plate and the slow axis of the first retardation plate is approximately 45 degrees or an odd multiple thereof.
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