JP3969126B2 - 液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラー画像を表示する液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラー画像等のカラー画像を表示する液晶表示素子は、液晶層を挟んで対向する前後一対の基板の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、いずれか一方の基板の内面に、前記複数の画素にそれぞれ対応する複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタが設けられた液晶セルを備えている。
【０００３】
この液晶表示素子としては、前記液晶セルの液晶層が、液晶分子が実質的に９０°のツイスト角のツイスト配向した初期配向状態を有するネマティック液晶からなっており、前記液晶セルの前側と後側とに前後一対の偏光板が配置されたＴＮ（ツイステッドネマティック）型のものが広く利用されている。
【０００４】
ところで、前記液晶表示素子は、前記液晶セルのΔｎｄ（液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積）の値が表示の視角によって見かけ上変化するため、視野角（表示を良好なコントラストで観察することができる視角範囲）が狭い。
【０００５】
そのため、従来から、例えばディスコティック液晶分子が一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立上がり配向したディスコティック液晶フィルム等からなる視野角補償フィルムにより、前記液晶表示素子の視野角を広くすることが考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ディスコティック液晶フィルム等の視野角補償フィルムを備えた液晶表示素子は、視野角が広くなる反面、可視光帯域のうちの特定の波長帯域の光の前記視野角補償フィルムの透過率が、視角を正面方向に対して斜め方向に変化させるのに伴って低くなり、表示されるカラー画像の色相が変化してしまう。
【０００７】
この発明は、視野角が広く、しかも視角の変化に伴う色相変化が小さいカラー画像を表示することができる液晶表示素子を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示素子は、液晶分子が実質的に９０°のツイスト角でツイスト配向した初期配向状態を有するネマティック液晶からなる液晶層と、この液晶層を挟んで対向する前後一対の基板と、この一対の基板のそれぞれの内面に形成され、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極と、前後一対の基板の前側基板の内面に、前記複数の画素にそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の色フィルタからなり、各色フィルタの層厚が、前記複数の画素のうち青色フィルタが対応する画素の液晶層厚を、赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚よりも小さくする厚さにそれぞれ設定された３色のカラーフィルタとが設けられた液晶セルと、前記液晶セルの前側と後側の両方の基板の外側に前記液晶セルを挟んでそれぞれ配置され、ディスコティック液晶分子が一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立ち上がり配向した２つのディスコティック液晶フィルムからなり、それぞれのディスコティック液晶分子の配向状態が同じである面を互いに向き合わせ、前側のディスコティック液晶フィルムの液晶分子配向方向を前記液晶セルの前側基板の近傍における液晶分子配向方向と実質的に平行にし、且つ後側のディスコティック液晶フィルムの液晶分子配向方向を前記液晶セルの後側基板の近傍における液晶分子配向方向と実質的に平行にして配置され、前記前側及び後側のディスコティック液晶フィルムの屈折率異方性とフィルム厚との積の値のトータル値が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性と、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚との積の値と実質的に等しい値に設定された視野角補償フィルムと、前記液晶セルの前側に配置された前記視野角補償フィルムのさらに前側に、吸収軸を前記液晶セルの前側基板の近傍における液晶分子の配向方向と実質的に平行にして配置された前側偏光板と、前記液晶セルの後側に配置された前記視野角補償フィルムのさらに後側に、吸収軸を前記液晶セルの後側基板の近傍における液晶分子の配向方向と実質的に平行にして配置された後側偏光板と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
この液晶表示素子は、各色フィルタの層厚が、前記複数の画素のうち青色フィルタが対応する画素の液晶層厚を、赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚よりも小さくする厚さにそれぞれ設定された３色のカラーフィルタを有する液晶セルと、この液晶セルの前側と後側に配置されたディスコティック液晶フィルムからなる視野角補償フィルムとを備え、これらのディスコティック液晶フィルムの屈折率異方性とフィルム厚との積の値のトータル値を、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性と、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚との積の値と実質的に等しい値に設定し、且つ視野角補償フィルムの外側に、それぞれ液晶セルの近接する基板近傍の液晶分子の配向方向と実質的に平行な方向に、吸収軸を向けて２枚の偏光板を配置したので、前記複数の色のカラーフィルタが対応する各画素を透過する光の視角による色相変化が補償され、視角の変化に伴う色相変化の小さいカラー画像を表示することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図４はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示素子の分解斜視図、図２は前記液晶表示素子の液晶セルの一部分の断面図、図３は前記視野角補償フィルムの配置状態を示す図、図４は前記視野角補償フィルムの分子配向状態を示す斜視図である。
【００１５】
この液晶表示素子は、液晶セル１０と、前記液晶セル１０の観察側である前側と後側とに配置された一対の視野角補償フィルム２１，２２と、前記前側の視野角補償フィルム２１の前側および前記後側の視野角補償フィルム２２の後側にそれぞれ配置された偏光板２６，２７と、前記前側の視野角補償フィルム２１と前記液晶セル１０との間に配置された散乱板２８とからなっている。
【００１６】
前記液晶セル１０は、液晶層１６を挟んで対向する前後一対の基板１１，１２の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極１３，１４が設けられ、いずれか一方の基板である前側基板１１の内面に、前記複数の画素にそれぞれ対応する複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが設けられた構成となっている。
【００１７】
この液晶セル１０は、例えばアクティブマトリックス方式のものであり、前後一対の基板１１，１２のうちの後側基板１２の内面に設けられた電極１４は、行方向および列方向にマトリックス状に配列する複数の画素電極、前側基板１１の内面に設けられた電極１３は、前記複数の画素電極に対向する一枚膜状の対向電極である。
【００１８】
なお、図では省略しているが、前記後側基板１２の内面には、前記複数の画素電極１４にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行のＴＦＴにそれぞれゲート信号を供給するための複数のゲート配線と、各列のＴＦＴにそれぞれデータ信号を供給するための複数のデータ配線とが設けられている。
【００１９】
また、前記カラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、前側基板１１の内面上に形成されており、前側基板１１の内面に設けられた対向電極１３は、前記カラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの上に形成されている。
【００２０】
さらに、前記前後一対の基板１１，１２の内面には、前記電極１３，１４を覆ってそれぞれ配向膜１７，１８が設けられている。
【００２１】
そして、前記前側基板１１と後側基板１２は、その周縁部において図示しない枠状のシール材を介して接合されており、これらの基板１１，１２間の前記シール材により囲まれた領域に液晶層１６が設けられている。
【００２２】
この液晶層１６は、誘電異方性が正のネマティック液晶からなっており、その液晶分子１６ａは、それぞれの基板１１，１２の近傍における配向方向１１ａ，１２ａを前記配向膜１７，１８により規制され、両基板１１，１２間においてツイスト配向している。
【００２３】
また、前記偏光板２６，２７のうち、前側偏光板２６は、その吸収軸２６ａを前記液晶セル１０の前側基板１１の近傍における液晶分子１６ａの配向方向１１ａと実質的に平行にして設けられ、後側偏光板２７は、その吸収軸２７ａを前記液晶セル１０の後側基板１２の近傍における液晶分子１６ａの配向方向１２ａと実質的に平行にして設けられており、前期液晶セル１０とこれら偏光板２６，２７とによって、ＴＮ型の液晶表示系が構成されている。
【００２４】
そして、この実施例では、前記液晶セル１０の液晶層１６を、液晶分子１６ａが実質的に９０°のツイスト角のツイスト配向した初期配向状態を有するものとするとともに、前記ＴＮ型の液晶表示系に固有の視角方向（最も高いコントラストが得られる観察方向）Ｆが、液晶表示素子の画面に垂直な軸線（以下、垂直軸という）Ｚに対して画面の下縁方向に僅かに傾いた方向にくるように、液晶セル１０のそれぞれの基板１１，１２の近傍における液晶分子１６ａの配向方向１１ａ，１２ａを設定している。
【００２５】
すなわち、図１に示したように、液晶セル１０の前側基板１１の近傍における液晶分子１６ａの配向方向１１ａは、液晶表示素子の画面の横軸Ｘに対して前側から見て左回りに実質的に４５°の方向にあり、後側基板１２の近傍における配向方向１２ａは、前記横軸Ｘに対して前側からみて右回りに実質的に４５°の方向にあり、液晶分子１６ａは、後側基板１２から前側基板１１に向かい前側からみて右回りに実質的に９０°のツイスト角でツイスト配向している。
【００２６】
そのため、前記液晶表示系の視角方向Ｆは、画面の縦軸Ｙと前記垂直軸Ｚとを含む面と実質的に平行で、且つ前記垂直軸Ｚよりも僅かに画面の下縁方向に傾いた方向にある。なお、この実施例では、前記液晶表示系を、上記垂直軸Ｚに対して一方の方向に略２°〜略５°傾いた方向に視角がくるように設計している。
【００２７】
また、前記液晶セル１０の前側と後側とに配置された一対の視野角補償フィルム２１，２２はそれぞれ、ディスコティック液晶フィルム２３，２４からなっている。
【００２８】
前記ディスコティック液晶フィルム２３，２４は、分子形状が円板状をなすディスコティック高分子液晶を、そのディスコティック液晶分子２５を図４に示したように一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立ち上がり配向するように配向させた状態でフィルム化したものであり、前記ディスコティック液晶分子２５のそれぞれの中心軸（円板状分子の円板の中心を通り、且つ、円板面と直交する軸）２５ａは、フィルム面に垂直で且つ一方の方向に沿った同一面上にある。
【００２９】
すなわち、前記ディスコティック液晶フィルム２３，２４の液晶分子配向方向２３ａ，２４ａは、フィルム面に対して立ち上がるように配向したディスコティック液晶分子２５の中心軸２５ａを前記フィルム面に投影した投影線Ｏに沿った方向で、且つ、ディスコティック液晶分子２５が立ち上がり配向した側のフィルム面と、前記フィルム面に対して立ち上がるように配向したディスコティック液晶分子２５の中心軸２５ａの延長線と前記投影線Ｏとの交点Ｐに向いた方向である。
【００３０】
そして、前記一対のディスコティック液晶フィルム２３，２４は、図３に示したように、ディスコティック液晶分子２５の配向状態が同じである面同士、例えば前記ディスコティック液晶分子２５の配向状態が倒伏状態である面同士を互いに向き合わせるとともに、前側のディスコティック液晶フィルム２３を、その液晶分子配向方向２３ａを前記液晶セル１０の前側基板１１の近傍における液晶分子１６ａ配向方向に対して０°±５°のずれ角範囲で実質的に平行にして配置し、後側のディスコティック液晶フィルム２４を、その液晶分子配向方向２４ａを前記液晶セル１０の後側基板１２の近傍における液晶分子１６ａ配向方向に対して０°±５°のずれ角範囲で実質的に平行にして配置している。
【００３１】
すなわち、この実施例では、前記前側のディスコティック液晶フィルム２３を、その配向方向２３ａを画面の横軸Ｘに対して前側からみて左回りに実質的に４５°の方向に向け、前記後側のディスコティック液晶フィルム２４を、その配向方向２４ａを画面の横軸Ｘに対して前側からみて右回りに実質的に４５°の方向に向けて配置している。
【００３２】
さらに、この液晶表示素子では、図２に示したように、前記液晶セル１０の赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚を実質的に等しく設定するとともに、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定している。
【００３３】
そして、この実施例では、前記一対のディスコティック液晶フィルム２３，２４の液晶２５の屈折率異方性Δｎ’とフィルム厚ｄ’との積Δｎ’ｄ’の値のトータル値が、前記液晶セル１０の液晶１６ａの屈折率異方性Δｎと前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧとの積ΔｎｄＲＧの値と実質的に同じになるように、各ディスコティック液晶フィルムのΔｎ’ｄ’値を設定している。
【００３４】
なお、この実施例では、液晶セル１０の液晶の屈折率異方性Δｎを０．０８±０．０１、赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを１．５±０．２μｍとし、前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素のΔｎｄＲＧの値を約０．１２μｍに設定している。この液晶表示素子は、液晶セル１０の前側と後側とに、ディスコティック液晶分子２５が一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立ち上がり配向したディスコティック液晶フィルム２３，２４からなる視野角補償フィルム２１，２２を配置したものであるため、視野角が広い。
【００３５】
この実施例では、前記液晶セル１０の液晶層１６の液晶分子１６ａの初期配向状態を、実質的に９０°のツイスト角のツイスト配向とし、前後一対のディスコティック液晶フィルム２３，２４を、それぞれのディスコティック液晶分子２５の配向状態が同じ倒伏状態である面を互いに向き合わせるとともに、前側のディスコティック液晶フィルム２３の液晶分子配向方向２３ａを前記液晶セル１０の前側基板１１の近傍における液晶分子配向方向１１ａと実質的に平行にし、後側のディスコティック液晶フィルム２４の液晶分子配向方向２４ａを前記液晶セル１０の後側基板１２の近傍における液晶分子配向方向１２ａと実質的に平行にして配置しているため、液晶セル１０に電圧を印加して液晶分子を立ち上がらせた際の残留リタデーションが補償され、視野角を広くすると共にコントラストも向上させることができる。
【００３６】
すなわち、前記垂直線Ｚに沿った方向を０°の方向とし、画面の観察者から向かって上縁方向および右縁方向をそれぞれ＋方向、画面の下縁方向および左縁方向を−方向とすると、ディスコティック液晶フィルムを備えない液晶表示素子は、画面の上下方向の視野角が＋１２°〜−３１°、左右方向の視野角が−３７°〜＋３５°であるのに対し、液晶セル１０を挟んで一対のディスコティック液晶フィルム２３，２４を配置した上記実施例の液晶表示素子は、画面の上下方向の視野角が＋５１°〜−６１°、左右方向の視野角が−６０°〜−６１．５°であり、上下方向、左右方向とも視野角が広い。
【００３７】
また、この液晶表示素子は、前記液晶セル１０は、前側基板１１の内面に形成された赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂがそれぞれ対応する複数の画素のうち、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定したものであるため、視野角の変化に伴う色相変化が小さいカラー画像を表示することができる。
【００３８】
すなわち、赤、緑、青のカラーフィルタがそれぞれ対応する複数の画素の液晶層厚が等しい液晶セルを挟んで一対のディスコティック液晶フィルムを配置した液晶表示素子は、視角を正面方向（垂直線Ｚに沿った方向）に対して斜め方向に変化させるのに伴って、前記ディスコティック液晶フィルムの青の波長帯域の光の透過率が低くなり、正面方向に対して斜め方向から表示を観察すると、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素からの青の出射光の強度が、赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素からの赤および緑の出射光の強度に比べて弱くなり、表示されるカラー画像の色相が黄色味を帯びた色相に変化する。これは、光路が長くなることにより青の波長光の出射強度が低下したためである。従って、画像の色相が黄色味を帯びるのを防止するには、液晶セルの青色画素における光透過率が、視角が斜めになりΔｎｄが増加すると、上がるか若しくは低下の度合いが小さくなる液晶層厚に設定すればよい。ここで、全ての画素の液晶層厚が同じである場合に視角を斜めに傾けると色相が黄色味を帯びるのであるから、その液晶層厚は、周知の各波長光毎の光透過率−Δｎｄ特性曲線において、青色光の特性曲線では比較的急峻な下り勾配(Δｎｄが増加すると光透過率が低下する)となり、他の緑色光と赤色光の各特性曲線ではその勾配が緩やかな極大値の近傍となる範囲の値である。従って、青の画素の液晶層厚だけを小さくすることにより、赤、緑、青の各画素における光透過率のΔｎｄに対する変化率がほぼ同程度に小さくなる。
【００３９】
そこで、この実施例の液晶表示素子は、視角を正面方向に対して斜め方向に変化させるのに伴って出射光の強度が弱くなる波長帯域の色のカラーフィルタ、つまり青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、他の波長帯域の色のカラーフィルタである赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定し、前記青色フィルタ１５Ｂが対応する画素のΔｎｄＢを前記赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素のΔｎｄＲＧよりも小さくしてある。これにより、視角を斜め方向に変化させるのに伴う前記液晶セル１０の青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の透過率の低下が、赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の透過率の低下よりも少なくなる。
【００４０】
したがって、この液晶表示素子によれば、視角を斜め方向に変化させるのに伴う前記ディスコティック液晶フィルム２３，２４による青色フィルタ１５Ｂが対応する画素からの青の出射光の強度低下を補償し、視角の変化に伴う色相変化の小さいカラー画像を表示することができる。
【００４１】
図５は、前記液晶セル１０の青色フィルタ１５Ｂが対応する画素と赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素との液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧと、２０％グレー表示(垂直軸Ｚ方向の表示)のときの画面の左右方向への視角の変化に伴う表示の色相変化との関係を示している。
【００４２】
また、図６は、前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを５．０９μｍ、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍとしたときの２０％グレー表示のときの画面の左右方向への視角の変化に伴う色相変化を示すＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図である。なお、図６において、Ｗは白色点（ｕ’＝０．１９７８、ｖ’＝０．４６８３）である。
【００４３】
図６において、画面の垂直軸Ｚ方向の色度を表す点（ｕ０，ｖ０）を中心にし、前記垂直軸Ｚに対して画面の左右方向に±６０°の範囲で視野角を変化させたときの色度を表す点（ｕ，ｖ）が全て含まれる円を想定すると、この円の半径ｒは、それぞれの液晶表示素子の視角変化に対する色相変化の度合いを示す指標となり、図５では縦軸にこの半径ｒを採用している。
【００４４】
なお、垂直軸Ｚ方向に対して左右方向に±６０°の範囲で視野角を変化させたときの色度を表す点（ｕ，ｖ）のうち、前記垂直軸Ｚ方向の色度を表す点（ｕ０，ｖ０）から最も離れた点を（ｕ１，ｖ１）とすると、前記色度図上での色相変化の半径ｒは次の式で表される。
【００４５】
【数１】
【００４６】
図５に示したように、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素と赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素との液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧの値を−の値にすると、前記液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧが０μｍのときに比べて前記色度図上での色相変化を示す半径ｒが小さくなり、逆に前記液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧの値を＋にすると、前記色度図上での色相変化を示す半径ｒが大きくなる。
【００４７】
従って、本実施形態の液晶表示素子においては、前記青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定し、前記液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧの値を−の値にすることにより、前記色度図上での色相変化の半径ｒを小さくすることができる。
【００４８】
ここで、例えば、赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを５．０９μｍ、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍに設定した本実施形態の液晶表示素子について、画面の垂直軸Ｚに対して左右方向に±６０°の範囲で視野角を変化させたときの色相変化を示す上記半径ｒは、図６に示すように、ｒ＝０．０４８である。
【００４９】
これに対して、前記液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧを０μｍとしたものは、例えば各画素の液晶層厚が５．０９μｍの場合でｒ＝０．０７９である。（図５参照）
すなわち、赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを５．０９μｍ、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍに設定した液晶表示素子は、各画素の液晶層厚を全て５．０９μｍに設定したものに比べて、前記色度図上での色相変化の半径ｒが約４０％小さい。
【００５０】
したがって、この液晶表示素子によれば、画面の横軸方向Ｘ(図１参照)の視角の変化に伴う色相変化の小さいカラー画像を表示することができる。
【００５１】
このように、上記実施例の液晶表示素子は、液晶層１０を挟んで対向する前後一対の基板１１，１２の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極１３，１４を設け、いずれか一方の基板（実施例では前側基板１１）の内面に、前記複数１３の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを設けた液晶セル１０と、前記液晶セル１０の前側と後側とに配置された視野角補償フィルム２１，２２とを備え、且つ、前記液晶セル１０の前記赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂがそれぞれ対応する画素のうち、視角を正面方向に対して斜め方向に変化させるのに伴って前記視野角補償フィルム２１，２２の透過率が低くなる波長帯域の色のカラーフィルタである青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、他の波長帯域の色のカラーフィルタである赤色および緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定したものであるため、視野角が広く、しかも視角の変化に伴う色相変化が小さいカラー画像を表示できる。
【００５２】
なお、上記実施例では、液晶セル１０の赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに対応する各画素の液晶層厚のうち、低波長帯域である青の波長帯域の光を透過させる青色フィルタ１５Ｂに対応する画素の液晶層厚を、他の波長帯域の光を透過させる赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇに対応する画素の液晶層厚よりも小さくし、前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇに対応する画素の液晶層厚は同じにしているが、視角を正面方向に対して斜め方向に変化させるのに伴う前記視野角補償フィルム２１，２２の透過率の低下は、高波長帯域側から低波長帯域側に向かって大きくなるため、中間波長帯域である緑の波長帯域の光を透過させる緑色フィルタ１５Ｇに対応する画素の液晶層厚を、高波長帯域である赤の波長帯域の光を透過させる赤色フィルタ１５Ｒに対応する画素の液晶層厚よりも小さくしてもよい。
【００５３】
図７はこの発明の第２の実施例を示す液晶セルの一部分の断面図であり、この実施例は、液晶セルの赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに対応する各画素の液晶層厚ｄＲ、ｄＧ、ｄＢが、ｄＢ＜ｄＧ＜ｄＲの関係となるように設定したものである。なお、他の構成は上述した第１の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００５４】
この実施例の液晶表示素子において、例えば、前記赤色フィルタ１５Ｒが対応する画素の液晶層厚ｄＲを５．０９μｍ、前記緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＧを４．８０μｍ、前記青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍに設定すると、２０％グレー表示のときの画面の左右方向への視角の変化に伴う色相変化を示すＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図上でのｒ値は０．０４２であり、各画素の液晶層厚が全て５．０９μｍのもの（図５参照）に比べて、前記色度図上での色相変化の半径ｒを約４７％小さくすることができる。
【００５５】
したがって、この実施例の液晶表示素子によれば、視野角が広く、しかも視角の変化に伴う色相変化がさらに小さいカラー画像を表示することができる。
【００５６】
なお、上記第１および第２の実施例では、前記液晶セル１０の前側と後側とに視野角補償フィルム２１，２２を配置したが、前記視野角補償フィルム２１，２２は、前記液晶セル１０の前側と後側との少なくとも一方に配置してもよい。
【００５７】
また、視野角補償フィルムはディスコティック液晶フィルムからなるものに限らず、各種位相差フィルム等の他の視野角補償フィルムを用いる場合にも、本発明を適用できる。
【００５８】
更に、上記実施形態例ではディスコティック液晶フィルムを介することにより視角を正面方向から傾けると透過率が低くなる波長帯域光つまり青色光を発生させる画素の液晶層厚を小さくして表示の視角による色相変化を補償しているが、これに限るものではない。例えば、他の視野角補償フィルムを用いた際、視角を傾けることにより赤色光の透過率が低くなる場合は、赤色画素の液晶層厚を他の波長帯域の色の画素の液晶層厚よりも適正に小さくするか或いは大きくすればよい。即ち、本発明の液晶表示素子は、視野角補償フィルムの視角による透過光の色相変化特性に応じて複数の色のカラーフィルタが対応する各画素の液晶層厚を適正に設定するものである。
【００５９】
加えて、この液晶表示素子は、アクティブマトリックス方式のものに限らず、単純マトリックス方式の液晶表示素子にも適用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
この発明の液晶表示素子は、各色フィルタの層厚が、前記複数の画素のうち青色フィルタが対応する画素の液晶層厚を、赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚よりも小さくする厚さにそれぞれ設定された３色のカラーフィルタを有する液晶セルと、この液晶セルの前側と後側に配置されたディスコティック液晶フィルムからなる視野角補償フィルムとを備え、これらのディスコティック液晶フィルムの屈折率異方性とフィルム厚との積の値のトータル値を、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性と、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚との積の値と実質的に等しい値に設定し、且つ視野角補償フィルムの外側に、それぞれ液晶セルの近接する基板近傍の液晶分子の配向方向と実質的に平行な方向に、吸収軸を向けて２枚の偏光板を配置したので、前記複数の色のカラーフィルタが対応する各画素を透過する光の視角による色相変化が補償され、視角の変化に伴う色相変化の小さいカラー画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の分解斜視図。
【図２】前記液晶表示素子の液晶セルの一部分の断面図。
【図３】前記液晶表示素子の視野角補償フィルムの配置状態を示す図。
【図４】前記視野角補償フィルムの分子配向状態を示す斜視図
【図５】青色フィルタが対応する画素と赤色フィルタおよび緑色フィルタが対応する画素との液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧと、白表示のときの画面の左右方向への視角の変化に伴うＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図上での色相変化の半径ｒとの関係を示す図。
【図６】赤色フィルタおよび緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを４．８０μｍ、青色フィルタが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍとしたときの白表示のときの画面の左右方向への視角の変化に伴う色相変化を示すＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図。
【図７】この発明の第２の実施例を示す液晶セルの一部分の断面図。
【符号の説明】
１０…液晶セル
１１，１２…基板
１１ａ，１２ａ…液晶分子配向方向
１３，１４…電極
１５Ｒ，１５Ｇ，１５ｂ…カラーフィルタ
１６…液晶層
１６ａ…ネマティック液晶分子
２１，２２…視野角補償フィルム
２３，２４…ディスコティック液晶フィルム
２３ａ，２４ａ…液晶分子配向方向
２５…ディスコティック液晶分子
２６，２７…偏光板
２６ａ，２７ａ…吸収軸
ｄＢ…青色フィルタが対応する画素の液晶層厚
ｄＲＧ…赤色フィルタおよび緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚
ｄＲ…赤色フィルタが対応する画素の液晶層厚
ｄＧ…緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラー画像を表示する液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラー画像等のカラー画像を表示する液晶表示素子は、液晶層を挟んで対向する前後一対の基板の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、いずれか一方の基板の内面に、前記複数の画素にそれぞれ対応する複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタが設けられた液晶セルを備えている。
【０００３】
この液晶表示素子としては、前記液晶セルの液晶層が、液晶分子が実質的に９０°のツイスト角のツイスト配向した初期配向状態を有するネマティック液晶からなっており、前記液晶セルの前側と後側とに前後一対の偏光板が配置されたＴＮ（ツイステッドネマティック）型のものが広く利用されている。
【０００４】
ところで、前記液晶表示素子は、前記液晶セルのΔｎｄ（液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積）の値が表示の視角によって見かけ上変化するため、視野角（表示を良好なコントラストで観察することができる視角範囲）が狭い。
【０００５】
そのため、従来から、例えばディスコティック液晶分子が一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立上がり配向したディスコティック液晶フィルム等からなる視野角補償フィルムにより、前記液晶表示素子の視野角を広くすることが考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ディスコティック液晶フィルム等の視野角補償フィルムを備えた液晶表示素子は、視野角が広くなる反面、可視光帯域のうちの特定の波長帯域の光の前記視野角補償フィルムの透過率が、視角を正面方向に対して斜め方向に変化させるのに伴って低くなり、表示されるカラー画像の色相が変化してしまう。
【０００７】
この発明は、視野角が広く、しかも視角の変化に伴う色相変化が小さいカラー画像を表示することができる液晶表示素子を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示素子は、液晶分子が実質的に９０°のツイスト角でツイスト配向した初期配向状態を有するネマティック液晶からなる液晶層と、この液晶層を挟んで対向する前後一対の基板と、この一対の基板のそれぞれの内面に形成され、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極と、前後一対の基板の前側基板の内面に、前記複数の画素にそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の色フィルタからなり、各色フィルタの層厚が、前記複数の画素のうち青色フィルタが対応する画素の液晶層厚を、赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚よりも小さくする厚さにそれぞれ設定された３色のカラーフィルタとが設けられた液晶セルと、前記液晶セルの前側と後側の両方の基板の外側に前記液晶セルを挟んでそれぞれ配置され、ディスコティック液晶分子が一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立ち上がり配向した２つのディスコティック液晶フィルムからなり、それぞれのディスコティック液晶分子の配向状態が同じである面を互いに向き合わせ、前側のディスコティック液晶フィルムの液晶分子配向方向を前記液晶セルの前側基板の近傍における液晶分子配向方向と実質的に平行にし、且つ後側のディスコティック液晶フィルムの液晶分子配向方向を前記液晶セルの後側基板の近傍における液晶分子配向方向と実質的に平行にして配置され、前記前側及び後側のディスコティック液晶フィルムの屈折率異方性とフィルム厚との積の値のトータル値が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性と、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚との積の値と実質的に等しい値に設定された視野角補償フィルムと、前記液晶セルの前側に配置された前記視野角補償フィルムのさらに前側に、吸収軸を前記液晶セルの前側基板の近傍における液晶分子の配向方向と実質的に平行にして配置された前側偏光板と、前記液晶セルの後側に配置された前記視野角補償フィルムのさらに後側に、吸収軸を前記液晶セルの後側基板の近傍における液晶分子の配向方向と実質的に平行にして配置された後側偏光板と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
この液晶表示素子は、各色フィルタの層厚が、前記複数の画素のうち青色フィルタが対応する画素の液晶層厚を、赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚よりも小さくする厚さにそれぞれ設定された３色のカラーフィルタを有する液晶セルと、この液晶セルの前側と後側に配置されたディスコティック液晶フィルムからなる視野角補償フィルムとを備え、これらのディスコティック液晶フィルムの屈折率異方性とフィルム厚との積の値のトータル値を、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性と、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚との積の値と実質的に等しい値に設定し、且つ視野角補償フィルムの外側に、それぞれ液晶セルの近接する基板近傍の液晶分子の配向方向と実質的に平行な方向に、吸収軸を向けて２枚の偏光板を配置したので、前記複数の色のカラーフィルタが対応する各画素を透過する光の視角による色相変化が補償され、視角の変化に伴う色相変化の小さいカラー画像を表示することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図４はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示素子の分解斜視図、図２は前記液晶表示素子の液晶セルの一部分の断面図、図３は前記視野角補償フィルムの配置状態を示す図、図４は前記視野角補償フィルムの分子配向状態を示す斜視図である。
【００１５】
この液晶表示素子は、液晶セル１０と、前記液晶セル１０の観察側である前側と後側とに配置された一対の視野角補償フィルム２１，２２と、前記前側の視野角補償フィルム２１の前側および前記後側の視野角補償フィルム２２の後側にそれぞれ配置された偏光板２６，２７と、前記前側の視野角補償フィルム２１と前記液晶セル１０との間に配置された散乱板２８とからなっている。
【００１６】
前記液晶セル１０は、液晶層１６を挟んで対向する前後一対の基板１１，１２の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極１３，１４が設けられ、いずれか一方の基板である前側基板１１の内面に、前記複数の画素にそれぞれ対応する複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが設けられた構成となっている。
【００１７】
この液晶セル１０は、例えばアクティブマトリックス方式のものであり、前後一対の基板１１，１２のうちの後側基板１２の内面に設けられた電極１４は、行方向および列方向にマトリックス状に配列する複数の画素電極、前側基板１１の内面に設けられた電極１３は、前記複数の画素電極に対向する一枚膜状の対向電極である。
【００１８】
なお、図では省略しているが、前記後側基板１２の内面には、前記複数の画素電極１４にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行のＴＦＴにそれぞれゲート信号を供給するための複数のゲート配線と、各列のＴＦＴにそれぞれデータ信号を供給するための複数のデータ配線とが設けられている。
【００１９】
また、前記カラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは、前側基板１１の内面上に形成されており、前側基板１１の内面に設けられた対向電極１３は、前記カラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの上に形成されている。
【００２０】
さらに、前記前後一対の基板１１，１２の内面には、前記電極１３，１４を覆ってそれぞれ配向膜１７，１８が設けられている。
【００２１】
そして、前記前側基板１１と後側基板１２は、その周縁部において図示しない枠状のシール材を介して接合されており、これらの基板１１，１２間の前記シール材により囲まれた領域に液晶層１６が設けられている。
【００２２】
この液晶層１６は、誘電異方性が正のネマティック液晶からなっており、その液晶分子１６ａは、それぞれの基板１１，１２の近傍における配向方向１１ａ，１２ａを前記配向膜１７，１８により規制され、両基板１１，１２間においてツイスト配向している。
【００２３】
また、前記偏光板２６，２７のうち、前側偏光板２６は、その吸収軸２６ａを前記液晶セル１０の前側基板１１の近傍における液晶分子１６ａの配向方向１１ａと実質的に平行にして設けられ、後側偏光板２７は、その吸収軸２７ａを前記液晶セル１０の後側基板１２の近傍における液晶分子１６ａの配向方向１２ａと実質的に平行にして設けられており、前期液晶セル１０とこれら偏光板２６，２７とによって、ＴＮ型の液晶表示系が構成されている。
【００２４】
そして、この実施例では、前記液晶セル１０の液晶層１６を、液晶分子１６ａが実質的に９０°のツイスト角のツイスト配向した初期配向状態を有するものとするとともに、前記ＴＮ型の液晶表示系に固有の視角方向（最も高いコントラストが得られる観察方向）Ｆが、液晶表示素子の画面に垂直な軸線（以下、垂直軸という）Ｚに対して画面の下縁方向に僅かに傾いた方向にくるように、液晶セル１０のそれぞれの基板１１，１２の近傍における液晶分子１６ａの配向方向１１ａ，１２ａを設定している。
【００２５】
すなわち、図１に示したように、液晶セル１０の前側基板１１の近傍における液晶分子１６ａの配向方向１１ａは、液晶表示素子の画面の横軸Ｘに対して前側から見て左回りに実質的に４５°の方向にあり、後側基板１２の近傍における配向方向１２ａは、前記横軸Ｘに対して前側からみて右回りに実質的に４５°の方向にあり、液晶分子１６ａは、後側基板１２から前側基板１１に向かい前側からみて右回りに実質的に９０°のツイスト角でツイスト配向している。
【００２６】
そのため、前記液晶表示系の視角方向Ｆは、画面の縦軸Ｙと前記垂直軸Ｚとを含む面と実質的に平行で、且つ前記垂直軸Ｚよりも僅かに画面の下縁方向に傾いた方向にある。なお、この実施例では、前記液晶表示系を、上記垂直軸Ｚに対して一方の方向に略２°〜略５°傾いた方向に視角がくるように設計している。
【００２７】
また、前記液晶セル１０の前側と後側とに配置された一対の視野角補償フィルム２１，２２はそれぞれ、ディスコティック液晶フィルム２３，２４からなっている。
【００２８】
前記ディスコティック液晶フィルム２３，２４は、分子形状が円板状をなすディスコティック高分子液晶を、そのディスコティック液晶分子２５を図４に示したように一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立ち上がり配向するように配向させた状態でフィルム化したものであり、前記ディスコティック液晶分子２５のそれぞれの中心軸（円板状分子の円板の中心を通り、且つ、円板面と直交する軸）２５ａは、フィルム面に垂直で且つ一方の方向に沿った同一面上にある。
【００２９】
すなわち、前記ディスコティック液晶フィルム２３，２４の液晶分子配向方向２３ａ，２４ａは、フィルム面に対して立ち上がるように配向したディスコティック液晶分子２５の中心軸２５ａを前記フィルム面に投影した投影線Ｏに沿った方向で、且つ、ディスコティック液晶分子２５が立ち上がり配向した側のフィルム面と、前記フィルム面に対して立ち上がるように配向したディスコティック液晶分子２５の中心軸２５ａの延長線と前記投影線Ｏとの交点Ｐに向いた方向である。
【００３０】
そして、前記一対のディスコティック液晶フィルム２３，２４は、図３に示したように、ディスコティック液晶分子２５の配向状態が同じである面同士、例えば前記ディスコティック液晶分子２５の配向状態が倒伏状態である面同士を互いに向き合わせるとともに、前側のディスコティック液晶フィルム２３を、その液晶分子配向方向２３ａを前記液晶セル１０の前側基板１１の近傍における液晶分子１６ａ配向方向に対して０°±５°のずれ角範囲で実質的に平行にして配置し、後側のディスコティック液晶フィルム２４を、その液晶分子配向方向２４ａを前記液晶セル１０の後側基板１２の近傍における液晶分子１６ａ配向方向に対して０°±５°のずれ角範囲で実質的に平行にして配置している。
【００３１】
すなわち、この実施例では、前記前側のディスコティック液晶フィルム２３を、その配向方向２３ａを画面の横軸Ｘに対して前側からみて左回りに実質的に４５°の方向に向け、前記後側のディスコティック液晶フィルム２４を、その配向方向２４ａを画面の横軸Ｘに対して前側からみて右回りに実質的に４５°の方向に向けて配置している。
【００３２】
さらに、この液晶表示素子では、図２に示したように、前記液晶セル１０の赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚を実質的に等しく設定するとともに、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定している。
【００３３】
そして、この実施例では、前記一対のディスコティック液晶フィルム２３，２４の液晶２５の屈折率異方性Δｎ’とフィルム厚ｄ’との積Δｎ’ｄ’の値のトータル値が、前記液晶セル１０の液晶１６ａの屈折率異方性Δｎと前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧとの積ΔｎｄＲＧの値と実質的に同じになるように、各ディスコティック液晶フィルムのΔｎ’ｄ’値を設定している。
【００３４】
なお、この実施例では、液晶セル１０の液晶の屈折率異方性Δｎを０．０８±０．０１、赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを１．５±０．２μｍとし、前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素のΔｎｄＲＧの値を約０．１２μｍに設定している。この液晶表示素子は、液晶セル１０の前側と後側とに、ディスコティック液晶分子２５が一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立ち上がり配向したディスコティック液晶フィルム２３，２４からなる視野角補償フィルム２１，２２を配置したものであるため、視野角が広い。
【００３５】
この実施例では、前記液晶セル１０の液晶層１６の液晶分子１６ａの初期配向状態を、実質的に９０°のツイスト角のツイスト配向とし、前後一対のディスコティック液晶フィルム２３，２４を、それぞれのディスコティック液晶分子２５の配向状態が同じ倒伏状態である面を互いに向き合わせるとともに、前側のディスコティック液晶フィルム２３の液晶分子配向方向２３ａを前記液晶セル１０の前側基板１１の近傍における液晶分子配向方向１１ａと実質的に平行にし、後側のディスコティック液晶フィルム２４の液晶分子配向方向２４ａを前記液晶セル１０の後側基板１２の近傍における液晶分子配向方向１２ａと実質的に平行にして配置しているため、液晶セル１０に電圧を印加して液晶分子を立ち上がらせた際の残留リタデーションが補償され、視野角を広くすると共にコントラストも向上させることができる。
【００３６】
すなわち、前記垂直線Ｚに沿った方向を０°の方向とし、画面の観察者から向かって上縁方向および右縁方向をそれぞれ＋方向、画面の下縁方向および左縁方向を−方向とすると、ディスコティック液晶フィルムを備えない液晶表示素子は、画面の上下方向の視野角が＋１２°〜−３１°、左右方向の視野角が−３７°〜＋３５°であるのに対し、液晶セル１０を挟んで一対のディスコティック液晶フィルム２３，２４を配置した上記実施例の液晶表示素子は、画面の上下方向の視野角が＋５１°〜−６１°、左右方向の視野角が−６０°〜−６１．５°であり、上下方向、左右方向とも視野角が広い。
【００３７】
また、この液晶表示素子は、前記液晶セル１０は、前側基板１１の内面に形成された赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂがそれぞれ対応する複数の画素のうち、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定したものであるため、視野角の変化に伴う色相変化が小さいカラー画像を表示することができる。
【００３８】
すなわち、赤、緑、青のカラーフィルタがそれぞれ対応する複数の画素の液晶層厚が等しい液晶セルを挟んで一対のディスコティック液晶フィルムを配置した液晶表示素子は、視角を正面方向（垂直線Ｚに沿った方向）に対して斜め方向に変化させるのに伴って、前記ディスコティック液晶フィルムの青の波長帯域の光の透過率が低くなり、正面方向に対して斜め方向から表示を観察すると、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素からの青の出射光の強度が、赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素からの赤および緑の出射光の強度に比べて弱くなり、表示されるカラー画像の色相が黄色味を帯びた色相に変化する。これは、光路が長くなることにより青の波長光の出射強度が低下したためである。従って、画像の色相が黄色味を帯びるのを防止するには、液晶セルの青色画素における光透過率が、視角が斜めになりΔｎｄが増加すると、上がるか若しくは低下の度合いが小さくなる液晶層厚に設定すればよい。ここで、全ての画素の液晶層厚が同じである場合に視角を斜めに傾けると色相が黄色味を帯びるのであるから、その液晶層厚は、周知の各波長光毎の光透過率−Δｎｄ特性曲線において、青色光の特性曲線では比較的急峻な下り勾配(Δｎｄが増加すると光透過率が低下する)となり、他の緑色光と赤色光の各特性曲線ではその勾配が緩やかな極大値の近傍となる範囲の値である。従って、青の画素の液晶層厚だけを小さくすることにより、赤、緑、青の各画素における光透過率のΔｎｄに対する変化率がほぼ同程度に小さくなる。
【００３９】
そこで、この実施例の液晶表示素子は、視角を正面方向に対して斜め方向に変化させるのに伴って出射光の強度が弱くなる波長帯域の色のカラーフィルタ、つまり青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、他の波長帯域の色のカラーフィルタである赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定し、前記青色フィルタ１５Ｂが対応する画素のΔｎｄＢを前記赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素のΔｎｄＲＧよりも小さくしてある。これにより、視角を斜め方向に変化させるのに伴う前記液晶セル１０の青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の透過率の低下が、赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の透過率の低下よりも少なくなる。
【００４０】
したがって、この液晶表示素子によれば、視角を斜め方向に変化させるのに伴う前記ディスコティック液晶フィルム２３，２４による青色フィルタ１５Ｂが対応する画素からの青の出射光の強度低下を補償し、視角の変化に伴う色相変化の小さいカラー画像を表示することができる。
【００４１】
図５は、前記液晶セル１０の青色フィルタ１５Ｂが対応する画素と赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素との液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧと、２０％グレー表示(垂直軸Ｚ方向の表示)のときの画面の左右方向への視角の変化に伴う表示の色相変化との関係を示している。
【００４２】
また、図６は、前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを５．０９μｍ、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍとしたときの２０％グレー表示のときの画面の左右方向への視角の変化に伴う色相変化を示すＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図である。なお、図６において、Ｗは白色点（ｕ’＝０．１９７８、ｖ’＝０．４６８３）である。
【００４３】
図６において、画面の垂直軸Ｚ方向の色度を表す点（ｕ０，ｖ０）を中心にし、前記垂直軸Ｚに対して画面の左右方向に±６０°の範囲で視野角を変化させたときの色度を表す点（ｕ，ｖ）が全て含まれる円を想定すると、この円の半径ｒは、それぞれの液晶表示素子の視角変化に対する色相変化の度合いを示す指標となり、図５では縦軸にこの半径ｒを採用している。
【００４４】
なお、垂直軸Ｚ方向に対して左右方向に±６０°の範囲で視野角を変化させたときの色度を表す点（ｕ，ｖ）のうち、前記垂直軸Ｚ方向の色度を表す点（ｕ０，ｖ０）から最も離れた点を（ｕ１，ｖ１）とすると、前記色度図上での色相変化の半径ｒは次の式で表される。
【００４５】
【数１】
図５に示したように、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素と赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素との液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧの値を−の値にすると、前記液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧが０μｍのときに比べて前記色度図上での色相変化を示す半径ｒが小さくなり、逆に前記液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧの値を＋にすると、前記色度図上での色相変化を示す半径ｒが大きくなる。
【００４７】
従って、本実施形態の液晶表示素子においては、前記青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定し、前記液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧの値を−の値にすることにより、前記色度図上での色相変化の半径ｒを小さくすることができる。
【００４８】
ここで、例えば、赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを５．０９μｍ、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍに設定した本実施形態の液晶表示素子について、画面の垂直軸Ｚに対して左右方向に±６０°の範囲で視野角を変化させたときの色相変化を示す上記半径ｒは、図６に示すように、ｒ＝０．０４８である。
【００４９】
これに対して、前記液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧを０μｍとしたものは、例えば各画素の液晶層厚が５．０９μｍの場合でｒ＝０．０７９である。（図５参照）
すなわち、赤色フィルタおよび緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを５．０９μｍ、青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍに設定した液晶表示素子は、各画素の液晶層厚を全て５．０９μｍに設定したものに比べて、前記色度図上での色相変化の半径ｒが約４０％小さい。
【００５０】
したがって、この液晶表示素子によれば、画面の横軸方向Ｘ(図１参照)の視角の変化に伴う色相変化の小さいカラー画像を表示することができる。
【００５１】
このように、上記実施例の液晶表示素子は、液晶層１０を挟んで対向する前後一対の基板１１，１２の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極１３，１４を設け、いずれか一方の基板（実施例では前側基板１１）の内面に、前記複数１３の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを設けた液晶セル１０と、前記液晶セル１０の前側と後側とに配置された視野角補償フィルム２１，２２とを備え、且つ、前記液晶セル１０の前記赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂがそれぞれ対応する画素のうち、視角を正面方向に対して斜め方向に変化させるのに伴って前記視野角補償フィルム２１，２２の透過率が低くなる波長帯域の色のカラーフィルタである青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを、他の波長帯域の色のカラーフィルタである赤色および緑色フィルタ１５Ｒ，１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧよりも小さく設定したものであるため、視野角が広く、しかも視角の変化に伴う色相変化が小さいカラー画像を表示できる。
【００５２】
なお、上記実施例では、液晶セル１０の赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに対応する各画素の液晶層厚のうち、低波長帯域である青の波長帯域の光を透過させる青色フィルタ１５Ｂに対応する画素の液晶層厚を、他の波長帯域の光を透過させる赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇに対応する画素の液晶層厚よりも小さくし、前記赤色フィルタ１５Ｒおよび緑色フィルタ１５Ｇに対応する画素の液晶層厚は同じにしているが、視角を正面方向に対して斜め方向に変化させるのに伴う前記視野角補償フィルム２１，２２の透過率の低下は、高波長帯域側から低波長帯域側に向かって大きくなるため、中間波長帯域である緑の波長帯域の光を透過させる緑色フィルタ１５Ｇに対応する画素の液晶層厚を、高波長帯域である赤の波長帯域の光を透過させる赤色フィルタ１５Ｒに対応する画素の液晶層厚よりも小さくしてもよい。
【００５３】
図７はこの発明の第２の実施例を示す液晶セルの一部分の断面図であり、この実施例は、液晶セルの赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに対応する各画素の液晶層厚ｄＲ、ｄＧ、ｄＢが、ｄＢ＜ｄＧ＜ｄＲの関係となるように設定したものである。なお、他の構成は上述した第１の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００５４】
この実施例の液晶表示素子において、例えば、前記赤色フィルタ１５Ｒが対応する画素の液晶層厚ｄＲを５．０９μｍ、前記緑色フィルタ１５Ｇが対応する画素の液晶層厚ｄＧを４．８０μｍ、前記青色フィルタ１５Ｂが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍに設定すると、２０％グレー表示のときの画面の左右方向への視角の変化に伴う色相変化を示すＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図上でのｒ値は０．０４２であり、各画素の液晶層厚が全て５．０９μｍのもの（図５参照）に比べて、前記色度図上での色相変化の半径ｒを約４７％小さくすることができる。
【００５５】
したがって、この実施例の液晶表示素子によれば、視野角が広く、しかも視角の変化に伴う色相変化がさらに小さいカラー画像を表示することができる。
【００５６】
なお、上記第１および第２の実施例では、前記液晶セル１０の前側と後側とに視野角補償フィルム２１，２２を配置したが、前記視野角補償フィルム２１，２２は、前記液晶セル１０の前側と後側との少なくとも一方に配置してもよい。
【００５７】
また、視野角補償フィルムはディスコティック液晶フィルムからなるものに限らず、各種位相差フィルム等の他の視野角補償フィルムを用いる場合にも、本発明を適用できる。
【００５８】
更に、上記実施形態例ではディスコティック液晶フィルムを介することにより視角を正面方向から傾けると透過率が低くなる波長帯域光つまり青色光を発生させる画素の液晶層厚を小さくして表示の視角による色相変化を補償しているが、これに限るものではない。例えば、他の視野角補償フィルムを用いた際、視角を傾けることにより赤色光の透過率が低くなる場合は、赤色画素の液晶層厚を他の波長帯域の色の画素の液晶層厚よりも適正に小さくするか或いは大きくすればよい。即ち、本発明の液晶表示素子は、視野角補償フィルムの視角による透過光の色相変化特性に応じて複数の色のカラーフィルタが対応する各画素の液晶層厚を適正に設定するものである。
【００５９】
加えて、この液晶表示素子は、アクティブマトリックス方式のものに限らず、単純マトリックス方式の液晶表示素子にも適用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
この発明の液晶表示素子は、各色フィルタの層厚が、前記複数の画素のうち青色フィルタが対応する画素の液晶層厚を、赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚よりも小さくする厚さにそれぞれ設定された３色のカラーフィルタを有する液晶セルと、この液晶セルの前側と後側に配置されたディスコティック液晶フィルムからなる視野角補償フィルムとを備え、これらのディスコティック液晶フィルムの屈折率異方性とフィルム厚との積の値のトータル値を、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性と、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚との積の値と実質的に等しい値に設定し、且つ視野角補償フィルムの外側に、それぞれ液晶セルの近接する基板近傍の液晶分子の配向方向と実質的に平行な方向に、吸収軸を向けて２枚の偏光板を配置したので、前記複数の色のカラーフィルタが対応する各画素を透過する光の視角による色相変化が補償され、視角の変化に伴う色相変化の小さいカラー画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の分解斜視図。
【図２】前記液晶表示素子の液晶セルの一部分の断面図。
【図３】前記液晶表示素子の視野角補償フィルムの配置状態を示す図。
【図４】前記視野角補償フィルムの分子配向状態を示す斜視図
【図５】青色フィルタが対応する画素と赤色フィルタおよび緑色フィルタが対応する画素との液晶層厚差ｄＢ−ｄＲＧと、白表示のときの画面の左右方向への視角の変化に伴うＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図上での色相変化の半径ｒとの関係を示す図。
【図６】赤色フィルタおよび緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚ｄＲＧを４．８０μｍ、青色フィルタが対応する画素の液晶層厚ｄＢを４．５４μｍとしたときの白表示のときの画面の左右方向への視角の変化に伴う色相変化を示すＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図。
【図７】この発明の第２の実施例を示す液晶セルの一部分の断面図。
【符号の説明】
１０…液晶セル
１１，１２…基板
１１ａ，１２ａ…液晶分子配向方向
１３，１４…電極
１５Ｒ，１５Ｇ，１５ｂ…カラーフィルタ
１６…液晶層
１６ａ…ネマティック液晶分子
２１，２２…視野角補償フィルム
２３，２４…ディスコティック液晶フィルム
２３ａ，２４ａ…液晶分子配向方向
２５…ディスコティック液晶分子
２６，２７…偏光板
２６ａ，２７ａ…吸収軸
ｄＢ…青色フィルタが対応する画素の液晶層厚
ｄＲＧ…赤色フィルタおよび緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚
ｄＲ…赤色フィルタが対応する画素の液晶層厚
ｄＧ…緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚
Claims (1)
- 液晶分子が実質的に９０°のツイスト角でツイスト配向した初期配向状態を有するネマティック液晶からなる液晶層と、この液晶層を挟んで対向する前後一対の基板と、この一対の基板のそれぞれの内面に形成され、互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極と、前後一対の基板の前側基板の内面に、前記複数の画素にそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の色フィルタからなり、各色フィルタの層厚が、前記複数の画素のうち青色フィルタが対応する画素の液晶層厚を、赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚よりも小さくする厚さにそれぞれ設定された３色のカラーフィルタとが設けられた液晶セルと、
前記液晶セルの前側と後側の両方の基板の外側に前記液晶セルを挟んでそれぞれ配置され、ディスコティック液晶分子が一方の面から他方の面に向かって倒伏状態から徐々に立ち上がり配向した２つのディスコティック液晶フィルムからなり、それぞれのディスコティック液晶分子の配向状態が同じである面を互いに向き合わせ、前側のディスコティック液晶フィルムの液晶分子配向方向を前記液晶セルの前側基板の近傍における液晶分子配向方向と実質的に平行にし、且つ後側のディスコティック液晶フィルムの液晶分子配向方向を前記液晶セルの後側基板の近傍における液晶分子配向方向と実質的に平行にして配置され、前記前側及び後側のディスコティック液晶フィルムの屈折率異方性とフィルム厚との積の値のトータル値が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性と、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタが対応する画素の液晶層厚との積の値と実質的に等しい値に設定された視野角補償フィルムと、
前記液晶セルの前側に配置された前記視野角補償フィルムのさらに前側に、吸収軸を前記液晶セルの前側基板の近傍における液晶分子の配向方向と実質的に平行にして配置された前側偏光板と、
前記液晶セルの後側に配置された前記視野角補償フィルムのさらに後側に、吸収軸を前記液晶セルの後側基板の近傍における液晶分子の配向方向と実質的に平行にして配置された後側偏光板と、
を備えることを特徴とする液晶表示素子。
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