JP4137234B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はカラー液晶表示装置に関し、特にカラーフィルタを用いずに、液晶素子の複屈折性を利用してカラー表示を行うカラー液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶表示装置としては、カラーフィルタを内在した液晶表示装置と、カラーフィルタを用いず液晶の複屈折性を利用してカラー表示を行う液晶表示装置の２種類がある。
カラーフィルタを内在した液晶表示装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３ドットで１画素を構成するので、透過光量が約１／３に減少し、通常は小型蛍光灯がバックライトとして必要なため、反射型カラー液晶表示装置には適さない。
【０００３】
一方、液晶の複屈折性を利用してカラー表示を行う液晶表示装置は、液晶素子に印加する電圧を変えることによって、１画素のみでカラー表示を行うことができるので、反射型カラー液晶表示装置に適している。
【０００４】
液晶の複屈折性を利用したカラー表示装置としては、次のようなものが知られている。
(１)液晶素子と一対の偏光板だけで構成したカラー液晶表示装置、
(２)液晶素子と位相差板と一対の偏光板で構成したカラー液晶表示装置、
(３)液晶素子とねじれ位相差板と一対の偏光板で構成したカラー液晶表示装置、
【０００５】
また、カラー液晶表示装置に用いる液晶素子としては、ツイスト角が０度のホモジニアス液晶素子、ツイスト角が９０度程度のＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶素子、ツイスト角が１８０度〜２７０度のＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶素子などが開発されている。
【０００６】
ねじれ位相差板を用い、液晶素子としてＳＴＮ液晶素子を採用したカラー液晶表示装置の従来例を図１６乃至図１８を用いて説明する。図１８はそのカラー液晶表示装置の模式的な断面図、図１６は図１８を上偏光板９側から見たときの下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図、図１７は同じく上偏光板の吸収軸とねじれ位相差板の分子配向方向の関係を示す平面図である。
このようなカラー液晶表示装置は、例えば特開平７−５４５７号公報に開示されている。
【０００７】
このカラー液晶表示装置は図１８に示すように、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる第１の電極２と配向膜３を形成した第１の基板１と、ＩＴＯからなる第２の電極５と配向膜６を形成した第２の基板４とからなる一対の基板の間に、ツイスト配向しているネマチック液晶７を挟持し、液晶素子２０を構成している。
さらに、この液晶素子２０を挾んで下偏光板８と上偏光板９とからなる一対の偏光板を配置し、液晶素子２０と上偏光板９との間にねじれ位相差板１０を配置し、下偏光板８の外側に反射板１１を配置している。
【０００８】
一対の偏光板８，９の吸収軸（あるいは透過軸）は平行に配置されている。ここで、液晶素子２０のツイスト角は２５０゜であり、図１６に矢印付きの破線で示す下偏光板８の吸収軸８ａは、第１の基板１の液晶の配向方向である下液晶分子配向方向７ａと４５゜の角度をなし、図１７に矢印付きの実線で示す上偏光板９の吸収軸９ａは、ねじれ位相差板１０の上分子の配向方向１０ｂと４５゜の角度をなすように配置されている。
【０００９】
なお、図１６における７ｂは、第２の基板４の液晶の配向方向である上液晶分子配向方向を示し、図１７における１０ａは、ねじれ位相差板１０の下分子の配向方向を示す。
【００１０】
そして、ネマチック液晶７の複屈折の差Δｎと、第１の基板１と第２の基板２の間隔であるセルギャップｄとの積で表す液晶素子２０のΔｎｄ値は８４３ｎｍである。また、ねじれ位相差板１０のツイスト角は液晶素子２０のツイスト角と逆回りの２５０゜であり、ねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎと厚さｄとの積で表すねじれ位相差板のΔｎｄ値も８４３ｎｍである。
【００１１】
図１７に示すように、上偏光板９の吸収軸９ａとねじれ位相差板１０の上分子配向方向１０ｂが４５゜に配置されているので、上偏光板９から入射した直線偏光は、ねじれ位相差板１０を通過すると楕円偏光状態となる。
しかし、液晶素子２０の上液晶分子配向方向７ｂとねじれ位相差板の下分子配向方向１０ａは９０゜ずれているので、液晶素子２０とねじれ位相差板１０で発生した楕円偏光を完全に元に戻し、直線偏光に戻って下偏光板８へ到達する。そして、下偏光板８の吸収軸８ａは上偏光板９の吸収軸９ａと平行なので、白表示となる。
【００１２】
第１の電極２と第２の電極５の間に電圧を印加すると、液晶分子７が立ち上がり、液晶素子２０の見かけのΔｎｄ値が減少する。従って、ねじれ位相差板１０で発生した楕円偏光状態を液晶素子２０で完全に打ち消すことができず、楕円偏光状態のままで下偏光板８に到達する。そのため、特定の波長の光が透過し、複数の色が発生する。
【００１３】
下偏光板８を透過した光は、反射板１１で反射され、再度、下偏光板８と液晶素子２０とねじれ位相差板１０と上偏光板９を透過して、上方へ射出する。したがって、反射型カラー表示となる。つまり、電圧無印加状態では白であるが、印加電圧を大きくしていくと、黄色、紫、赤等の表示が可能になる。
【００１４】
次に、位相差板を用い、液晶素子としてＳＴＮ液晶素子を採用したカラー液晶表示装置の従来例を図１９乃至図２１を用いて説明する。図２１はそのカラー液晶表示装置の模式的な断面図、図１９は図２１を上偏光板９側から見たときの下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図、図２０は同じく上偏光板の吸収軸と各位相差板の遅相軸の関係を示す平面図である。
このようなカラー液晶表示装置は、例えば特開平８−１５６９１号公報に開示されている。
【００１５】
このカラー液晶表示装置は、図２１に示すように液晶素子２１（図１８の液晶素子２０とツイスト角は同じだがセルギャップが異なる）と、それを挾んで配置された下偏光板８と上偏光板９とからなる一対の偏光板と、液晶素子２１と上偏光板９との間に配置された、第１の位相差板１５および第２の位相差板１６と、下偏光板８の外側に配置された反射板１１とによって構成されている。
【００１６】
そして、一対の偏光板８，９の吸収軸（あるいは透過軸）はほぼ直交して配置されている。ここで、前記液晶素子２１のツイスト角は２５０゜であり、図１９に矢印付き破線で示す下偏光板８の吸収軸８ａは、第１の基板１の液晶の配向方向である下液晶分子配向方向７ａと４５゜の角度をなし、図２０に破線で示す第２の位相差板１６の遅相軸１６ａは、液晶素子２１の上液晶分子配向方向７ｂに対し９５゜に配置し、図２０に矢印付き実線で示す上偏光板９の吸収軸９ａは、第１の位相差板１５の遅相軸１５ａと１５゜の角度をなすように配置されている。
【００１７】
また、前述した液晶素子２１のΔｎｄ値は１５３０ｎｍ〜１７３０ｎｍである。また、第１の位相差板１５のリタデ−ション（retardation）値は１６００ｎｍで、第２の位相差板１６のリタデ−ション値は１５５０ｎｍである。
【００１８】
上偏光板９の吸収軸９ａと第１の位相差板１５の遅相軸１５ａとが１５゜の角度をなすように配置されているので、上偏光板９から入射した直線偏光は、第１の位相差板１５と第２の位相差板１６を通過すると楕円偏光状態となる。
しかし、液晶素子２１の上液晶分子配向方向７ｂと第２の位相差板１６の遅相軸１６ａとは約９０゜ずれているので、第１の位相差板１５と第２の位相差板１６で発生した楕円偏光をほぼ元に戻し、直線偏光に戻って下偏光板８へ到達する。下偏光板８の吸収軸８ａは上偏光板９の吸収軸９ａとほぼ直交しているので、黒表示となる。
【００１９】
ここで、第１の電極２と第２の電極５の間に電圧を印加すると、ネマチック液晶７の分子が立ち上がり、液晶素子の見かけのΔｎｄ値が減少する。従って、第１の位相差板１６と第２の位相差板１５で発生した楕円偏光状態を、液晶素子２１で完全に打ち消すことができず、楕円偏光状態のままで下偏光板８に到達するので、特定の波長の光が透過し、複数の色が発生する。
【００２０】
下偏光板８を透過した光は反射板１１で反射され、再度、下偏光板８と液晶素子２１と第２の位相差板１６と第１の位相差板１５と上偏光板９を透過して、上方へ射出するので、反射型カラ−表示となる。つまり、電圧無印加状態では黒であるが、印加電圧を大きくしていくと、白,赤,青,緑等の表示が可能になる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際のカラー液晶表示装置では、液晶材料の複屈折の差Δｎの光の波長毎の変化が、位相差板やねじれ位相差板の複屈折の差Δｎの波長毎の変化と異なるので、上述したような従来の偏光板の配置では、良好な背景色や色彩が得られなかった。
【００２２】
また、背景色を黒にして、文字の色を変化させるネガ表示に関しては、上偏光板９の吸収軸９ａ（または透過軸）と下偏光板８の吸収軸８ａ（または透過軸）を互いにほぼ直交に配置することによって可能であることが、前述の文献に開示されているが、ネガ表示における色彩の最適化の条件については開示されておらず、明るく彩度の良い色を表示するネガ表示が可能な反射型のカラー液晶表示装置は未だ実用化されていない。
【００２３】
この発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、液晶素子と１枚の位相差板またはねじれ位相差板と偏光板等の配置角度を最適化し、背景色を黒や濃い色彩にして、色のついた文字や図形を明るく高彩度で表示するネガ表示が可能な反射型のカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するため、第１の電極を有する第１の基板と第２の電極を有する第２の基板からなる一対の基板の間に、ツイスト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、その液晶素子を挾んで上に配置した上偏光板と下に配置した下偏光板とからなる一対の偏光板と、上記液晶素子と上偏光板との間に配置された位相差板とを備えたカラー液晶表示装置において、その位相差板がねじれ位相差板の場合には、次のように構成することを特徴とする。
【００２５】
すなわち、上記一対の偏光板のそれぞれの吸収軸のなす角度は６０゜〜１２０゜であり、上記ねじれ位相差板のツイスト方向が前記液晶素子のツイスト方向に対して逆向きであり、上記ネマチック液晶の複屈折の差Δｎと上記一対の基板の間隔ｄとの積で表す上記液晶素子のΔｎｄ値は１５００ｎｍ〜１８００ｎｍであり、上記ねじれ位相差板の複屈折の差Δｎと厚さｄとの積で表す該ねじれ位相差板のΔｎｄ値はその液晶素子のΔｎｄ値と等しい。
さらに、上記上偏光板の吸収軸とねじれ位相差板の上分子配向方向との配置角度が３５°〜４０°、または５０°〜５５°であり、上記上偏光版から入射した直線偏光が、上記ねじれ位相差板で楕円偏光となり、その楕円偏光が電圧無印加状態では上記液晶素子を通過して再度直線偏光となり、その直線偏光が上記下偏光板に吸収されて、上記上偏光板と 下偏光板との直交色の表示となるように、上記下偏光板の吸収軸を配置したことを特徴とする。
【００２６】
上記液晶素子のΔｎｄ値とねじれ位相差板のΔｎｄ値を共に１５００ｎｍ〜１８００ｎｍの等しい値にする代わりに、ねじれ位相差板のツイスト角の絶対値を液晶素子のツイスト角の絶対値より５°〜３０゜大きくするようにしてもよい。
【００２７】
【００２８】
この発明はまた、前記前提となるカラー液晶表示装置において、前記位相差板がねじれ位相差板でない場合には、次のように構成すればよい。
【００２９】
上記下偏光板の吸収軸と液晶素子の下液晶分子配向方向とのなす角度を３５゜±１０゜の範囲とし、上記液晶素子のΔｎｄ値を１５００ｎｍ〜１８００ｎｍとし、上記位相差板のリタデーション値を、その液晶素子のΔｎｄ値より５０〜２００ｎｍ大きくする。
【００３０】
あるいは、上記液晶素子のΔｎｄ値を１３００ｎｍ〜１６００ｎｍとし、上記位相差板のリタデーション値を、その液晶素子のΔｎｄ値より３００〜５００ｎｍ大きくしてもよい。
このようなカラー液晶表示装置において、上記位相差板として、その位相差板の遅相軸の屈折率ｎｘと、ｙ軸方向の屈折率ｎｙと、ｚ軸方向の屈折率ｎｚとが、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙ の関係にある２軸性の位相差板を使用するとよい。
【００３１】
これらのいずれのカラー液晶表示装置においても、液晶素子に対して位相差板と反対側に配置されている下偏光板の外側に反射板を設けるとよい。
あるいは、上記一対の偏光板の一方または両方を、染料を染色することによって製造されたカラー偏光板にしてもよい。
さらに、上記位相差板を、そのリタデーション値が温度により可変する温度補償型の位相差板にしてもよい。
【００３２】
（作 用）
この発明によるカラー液晶表示装置では、上偏光板から入射した直線偏光がねじれ位相差板に入り楕円偏光となる。電圧無印加状態では、液晶素子のΔｎｄ値とねじれ位相差板のΔｎｄ値が等しいので、この楕円偏光が液晶素子により直線偏光に戻る。下偏光板と上偏光板とからなる一対の偏光板の吸収軸のなす角度は６０゜〜１２０゜であるから、液晶素子から出た直線偏光は下偏光板で吸収され、上偏光板と下偏光板との直交色（一般には黒）の表示となる。
【００３３】
この発明による他のカラー液晶表示装置では、上偏光板から入射した直線偏光が位相差板に入り、上偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸が４５゜に配置されているので楕円偏光となる。液晶素子の上分子配向方向と、位相差板の遅相軸が８５゜と、ほぼ直交状態に配置されているので、液晶素子は位相差板で発生した楕円偏光をうち消すように作用する。
【００３４】
しかし、液晶素子はツイストしているので、位相差板で発生した楕円偏光状態を完全にうち消すためには、液晶素子のΔｎｄ値と位相差板のリタデ−ション値に上述し差を設け、さらに下偏光板吸収軸と下液晶分子配向方向との交差角度を３５゜±１０゜の範囲とすることによって、電圧無印加状態では完全に直線偏光に戻り黒表示となる。
【００３５】
いずれの場合にも、液晶素子の第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加すると、液晶素子の見かけのΔｎｄ値が減少し、ねじれ位相差板あるいは位相差板で発生する楕円偏光は完全に直線偏光には戻らず、下偏光板を一定の波長の光だけが透過し、カラー表示が可能になる。
【００３６】
上偏光板の吸収軸とねじれ位相差板の上分子配向方向との配置角度を３５゜〜４０゜あるいは、５０゜〜５５゜に配置することによって、ねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎの波長依存性と液晶の複屈折の差Δｎの波長依存性との差により発生する背景色の黒さの低下と、表示色の彩度低下とを補正することができ、配置角度を４５゜にした場合より好ましい。
【００３７】
また、下偏光板の吸収軸と液晶素子の下液晶分子配向方向との配置角度を３５゜〜４０゜あるいは、５０゜〜５５゜に配置することによっても、同様にねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎの波長依存性と液晶素子の複屈折の差Δｎの波長依存性との差により発生する背景色の黒さの低下と、表示色の彩度低下とを補正することができ、配置角度を４５゜にした場合より好ましい。
【００３８】
さらに、いずれの場合にも、液晶素子のΔｎｄ値とねじれ位相差板のΔｎｄ値とを１５００ｎｍ〜１８００ｎｍに設定することによって、僅かな印加電圧の差で、みかけのΔｎｄ値が大きく変化するため、黒から最終色の緑まで変化させることが可能となり、時分割駆動でも複数色の表示が可能になる。
【００３９】
ねじれ位相差板を使用する場合には、そのツイスト方向を液晶素子のツイスト方向に対して逆向きとし、且つねじれ位相差板のツイスト角の絶対値を液晶素子のツイスト角の絶対値より大きくすることによって、液晶素子の複屈折の差Δｎの波長依存性と、ねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎの波長依存性を補正し、背景色の黒さが改善され、さらに表示色も明るくなり、より良好なネガ表示が可能になる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施するための最適な実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００４１】
（第１の実施形態：図１〜図４）
まず、この発明によるカラー液晶表示装置の第１の実施形態を図１乃至図４によって説明する。
図３はそのカラー液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図であり、図１は図３を上偏光板９側から見たときの下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図、図２は同じく上偏光板の吸収軸とねじれ位相差板の分子配向方向の関係を示す平面図、図４は色度図である。
【００４２】
このカラー液晶表示装置の構造は、図１６乃至図１８に示した従来のカラー液晶表示装置と同じではないが、基本的な構成は共通しているので、説明の便宜上図１乃至図３において図１６乃至図１８の各部と対応する部分には同一の符号を付している。
【００４３】
この第１の実施形態のカラー液晶表示装置は、図３に示すように、第１の電極２と配向膜３が形成されている厚さ０.７ｍｍ のガラス板からなる第１の基板１と、第２の電極５と配向膜６が形成されている厚さ０.７ｍｍ のガラス板からなる第２の基板４とからなる一対の基板の間に、ツイスト配向しているネマチック液晶７を挟持して液晶素子２２を構成している。第１の電極２および第２の電極５は、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる透明電極である。
【００４４】
この液晶素子２２に使用するネマチック液晶の複屈折の差Δｎは０.２ で、第１の基板１と第２の基板４の隙間であるセルギャップｄは８μｍとする。したがって、ネマチック液晶７の複屈折の差Δｎとセルギャップｄとの積で表す液晶素子２２のΔｎｄ値は、１６００ｎｍである。
【００４５】
第１の基板１の配向膜３は、図１に示す下液晶分子配向方向７ａと平行にラビング処理をしてあり、第２の基板４の配向膜６は、上液晶分子配向方向７ｂと平行にラビング処理がなされている。
粘度２０ｃｐのネマチック液晶には、カイラル材と呼ばれる旋回性物質を添加し、ねじれピッチＰを１６μｍに調整し、ｄ／Ｐ＝０.５ とし、左回り２４０゜ツイストの液晶素子を形成する。
【００４６】
そして、この液晶素子２２を挾んで上に配置した上偏光板９と下に配置した下偏光板８とからなる一対の偏光板と、液晶素子２２と上偏光板９との間に配置されたねじれ位相差板１０とを備えている。
ねじれ位相差板１０は、相転移温度が高いコレステリック液晶ポリマーをトリ・アセチル・セルローズ（ＴＡＣ）フィルムの上に塗布し、高温下で配向処理した後、急冷して固形化したもので、液晶と同様にねじれを持ったフィルムである。
ねじれ位相差板１０を第２の基板４と上偏光板９の間に配置し、ねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎと厚さｄとの積で表すねじれ位相差板のΔｎｄ値を１６００ｎｍに設定する。
【００４７】
また、図２に示すねじれ位相差板１０の下分子配向方向１０ａは、液晶素子２２の上液晶分子配向方向７ｂから９０゜ずれた位置にくるように配置し、ねじれ位相差板１０の上分子配向方向１０ｂは、液晶素子２２のツイスト角と逆回りになるように右回り２４０゜ツイストとする。
下偏光板８は、液晶素子２２の第１の基板１の外側に配置し、上偏光板９はねじれ位相差板１０の外側に配置する。
【００４８】
そして、図２に示す上偏光板９の吸収軸９ａは、ねじれ位相差板１０の上分子配向方向１０ｂと３５゜の角度をなすように配置し、図１に示す下偏光板８の吸収軸８ａは、液晶素子２２の下液晶分子配向方向７ａと５５゜の角度をなすように配置し、上下一対の偏光板８，９の交差角は７０゜をなしている。
また、下偏光板８を透過したカラー光を反射する反射板１１は、下偏光板８の外側に配置する。
【００４９】
以上のように構成したカラー液晶表示装置において、電圧無印加の状態では、上偏光板９より入射した直線偏光は、ねじれ位相差板１０の複屈折性により楕円偏光となるが、ねじれ位相差板１０のΔｎｄ値と液晶素子２２のΔｎｄ値が等しいので、液晶素子２２により直線偏光に戻る。この時、上偏光板９の吸収軸９ａと下偏光板８の吸収軸８ａが７０゜の角度で交差しているので、光は下偏光板８を透過せず（吸収され）、上偏光板と下偏光板の直交色である黒表示となる。
【００５０】
次に、第１の電極２と第２の電極５の間に電圧を印加すると、ネマチック液晶７の分子が立ち上がり、液晶素子２２のみかけのΔｎｄ値が減少する。そのため、ねじれ位相差板１０で発生した楕円偏光は、液晶素子２２を通過しても完全な直線偏光には戻らない。従って、楕円偏光状態で下偏光板８に到達し、特定の波長の光が下偏光板８を透過してカラー光となる。
下偏光板８を透過したカラー光は、反射板１１によって反射され、再度、液晶素子２２とねじれ位相差板１０と上偏光板９を透過して上方へ射出し、ネガ型のカラー表示を行う。
【００５１】
図４は色度図であり、実線で示す曲線３０は、この第１の実施形態のカラー液晶表示装置において、印加電圧を無印加状態から徐々に増加していく際の色彩変化を表している。
電圧無印加ではほぼ無彩色の黒であるが、電圧を印加すると、一旦白になった後、黄色を経て赤、次に青、最後に緑表示となる。
【００５２】
上偏光板９の吸収軸９ａとねじれ位相差板１０の上分子配向方向１０ｂとを３５゜の角度で配置し、下偏光板８の吸収軸８ａと液晶素子２２の下液晶分子配向方向７ａとを５５゜の角度で配置することによって、液晶素子２２の複屈折の差Δｎの波長依存性と、ねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎの波長依存性の違いを補正し、良好な黒背景を得るとともに良好で明るい色彩を得ることができる。
特に、黒背景のネガ表示では、画素周辺からの入射光も遮ってしまうため、暗い表示になってしまうので、表示色は明るい方が好ましい。
【００５３】
しかし、この発明によるカラー液晶表示装置における上偏光板９の吸収軸９ａとねじれ位相差板１０の上分子配向方向１０ｂとのなす角度は、３５゜に限るものではなく、３５゜〜４０゜あるいは５０゜〜５５゜に配置することによって、液晶素子の複屈折の差Δｎの波長依存性と、ねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎの波長依存性の違いを補正し、良好で明るい色彩を得ることができる。
【００５４】
また、上偏光板９と下偏光板８との交差角度を７０゜よりさらに小さくすると、表示色は明るくなるが、背景色の黒も薄くなってしまうので、上偏光板９と下偏光板８との交差角度は、６０゜〜１２０゜に配置するのが好ましい。
【００５５】
さらに、この実施形態では、液晶素子のΔｎｄ値とねじれ位相差板のΔｎｄ値を１６００ｎｍに設定したが、１５００ｎｍ〜１８００ｎｍの等しい値に設定することによっても、ほぼ同様な効果が得ることができる。
液晶素子のΔｎｄ値を１５００ｎｍより小さくすると、液晶の急峻性が低下し、時分割駆動がしにくくなり、好ましくないが、低分割駆動やアクティブマトリクス駆動であれば利用可能である。
【００５６】
液晶素子のΔｎｄ値及びねじれ位相差板のΔｎｄ値を１８００ｎｍより大きくすると、セルギャップｄを厚くするために、液晶素子の応答時間が遅くなる上、製造上の問題でねじれ位相差板１０の特性が低下するため好ましくない。
【００５７】
この実施形態では、液晶素子のΔｎｄ値とねじれ位相差板のΔｎｄ値を同じにしたが、液晶素子のΔｎｄ値をねじれ位相差板のΔｎｄ値より大きくすることも可能である。液晶素子のΔｎｄ値をねじれ位相差板のΔｎｄ値より約５０ｎｍ大きくすると、高温で液晶素子のΔｎｄ値が減少し、ねじれ位相差板のΔｎｄ値と等しくなり、高温特性が改善される。
【００５８】
また、この実施形態では、液晶素子として２４０゜ツイストのＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶素子を用いたが、約９０゜ツイストのＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶素子や、１８０゜ツイスト以上のＳＴＮ液晶素子を用いても、同様な効果を得ることが可能である。
【００５９】
さらに、この実施の形態では、ねじれ位相差板として、室温ではねじれ状態が固定化している液晶ポリマーからなる位相差板を用いたので、温度が変化してもΔｎｄ値は変化しないが、液晶分子の１部を鎖状のポリマー分子に結合させた状態でツイスト配向処理をした温度補償型のねじれ位相差板は、Δｎｄ値が温度により可変する。
【００６０】
この温度補償型のねじれ位相差板を用いると、温度による液晶素子のΔｎｄ値の変化に、ねじれ位相差板のΔｎｄ値の変化が追従する。その結果、背景色の温度による色変化が押さえられ、使用温度範囲が拡大するので、さらに好ましい。
【００６１】
（第２の実施形態：図５〜図８）
次に、この発明によるカラー液晶表示装置の第２の実施形態を図５乃至図８によって説明する。
図７はそのカラー液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図であり、図５は図７を上側から見たときの下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図、図６は同じく上偏光板の吸収軸とねじれ位相差板の分子配向方向の関係を示す平面図、図８は色度図である。
【００６２】
図５乃至図７において、図１乃至図３と対応する部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
この第２の実施形態のカラー液晶表示装置は、ねじれ位相差板のツイスト角と、上偏光板の材質と、反射板の特性とが第１の実施形態と異なる構成となっており、さらにバックライトを具備している。
【００６３】
このカラー液晶表示装置における液晶素子２２の構成は、前述の第１の実施形態の液晶素子２２と同じであり、ネマチック液晶７の複屈折の差Δｎは０.２ で、第１の基板１と第２の基板４の隙間であるセルギャップｄは８μｍで、液晶素子２２のΔｎｄ値は１６００ｎｍである。
【００６４】
第１の基板１の配向膜３は、図５に示す下液晶分子配向方向７ａと平行にラビング処理をしてあり、第２の基板４の配向膜６は、上液晶分子配向方向７ｂと平行にラビング処理がなされている。粘度２０ｃｐのネマチック液晶には、カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、ねじれピッチＰを１６μｍに調整し、ｄ／Ｐ＝０.５ とし、左回り２４０゜ツイストの液晶素子２２を形成する。
【００６５】
ねじれ位相差板１０は、相転移温度が高いコレステリック液晶ポリマーをＴＡＣフィルムの上に塗布し、高温下で配向処理後、急冷して固形化したもので、液晶と同様にねじれを持ったフィルムである。このねじれ位相差板１０を液晶素子２２の第２の基板４の外側に配置し、ねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎと厚さｄとの積で表すねじれ位相差板のΔｎｄ値を１６００ｎｍに設定する。
【００６６】
また、図６に示すねじれ位相差板１０の下分子配向方向１０ａは、図５に示す液晶素子２２の上液晶分子配向方向７ｂから９０゜ずれた位置にくるように配置する。図６に示すねじれ位相差板１０の上分子配向方向１０ｂは、液晶素子２２のツイスト角と逆回りになるように右回り２５０゜ツイストとなるように配置する。
【００６７】
下偏光板８は、液晶素子２２の第１の基板１の外側に配置し、上偏光板として青のカラー偏光板１２を、ねじれ位相差板１０の外側に配置している。その、カラー偏光板１２の図６に示す吸収軸１２ａは、ねじれ位相差板１０の上分子配向方向１０ｂと４０゜の角度をなして配置し、図５に示す下偏光板８の吸収軸８ａは、液晶素子２２の下液晶分子配向方向７ａと５５゜の角度をなして配置し、下偏光板８とカラー偏光板１２との交差角は６５゜をなしている。
【００６８】
第１の実施形態で用いた上偏光板９及び下偏光板８は、延伸したＰＶＡにヨウ素を染色し、ＴＡＣフィルムで挟んだものであるが、カラー偏光板１２は、ヨウ素の代替えとして２色性色素を染色した偏光板である。通常カラー偏光板を平行に２枚配置すると、染料の色を薄く示すがほぼ白色となり、カラー偏光板を直交に２枚配置すると、はっきりと染料の色彩を示す。
この実施形態で採用した青のカラー偏光板１２を平行に２枚配置すると、薄い青みを帯びた白であるが、直交に配置すると紺色となる。
【００６９】
図７に示すように、半透過反射板１３が下偏光板８の外側に配置され、さらに白色発光のエレクトロ・ルミネッセンス（ＥＬ）を用いたバックライト１４が半透過反射板１３の外側に配置されている。
以上の構成によって、反射型と透過型との兼用カラー液晶表示装置になっている。通常は反射型カラー液晶表示装置として使用するが、照明の暗い夜間には、バックライト１４を点灯し、透過型カラー液晶表示装置として使用できる。
【００７０】
この第２の実施形態のカラー液晶表示装置は、電圧無印加の状態では、第１の実施形態の場合と同様な作用により、偏光板８，９の直交色である黒に代わって、カラー偏光板１２の直交色である紺色を示すが、液晶素子に電圧を印加すると、薄い青みを帯びた白を経て、赤紫、青、青緑を示すネガ型のカラー表示となる。
図８はその色度図であり、実線で示す曲線３１はこの第２の実施形態のカラー液晶表示装置による電圧印加による色彩の変化を示す。
【００７１】
この実施形態の場合は、カラー偏光板１２により常に青の光が多少漏れているので、通常の偏光板で構成した場合より表示色の彩度は低下するが、図６に示すカラー偏光板１２の吸収軸１２ａとねじれ位相差板１０の上分子配向方向１０ｂとのなす角度を３５゜〜４０゜あるいは５０゜〜５５゜に配置することによって、液晶素子の複屈折の差Δｎの波長依存性と、ねじれ位相差板１０の複屈折の差Δｎの波長依存性の違いを補正し、良好で明るい色彩を得ることができる。
【００７２】
さらに、ねじれ位相差板１０のツイスト角の絶対値を液晶素子２２のツイスト角の絶対値より１０゜大きくしたことにより、彩度の低下を抑え、表示色の明るさをさらに改善でき、良好なネガ型カラー表示装置を提供できる。
【００７３】
この実施形態ではまた、下偏光板８とカラー偏光板１２との交差角を６５゜にしたが、交差角をさらに小さくすると、表示色は明るくなるが、背景色の黒も薄くなってしまうので、６０゜〜１２０゜が好ましい。
【００７４】
この実施形態では、ねじれ位相差板１０のツイスト角を２５０゜にしたが、このツイスト角をさらに大きくすると、表示色は明るくなるが、背景色の黒が薄くなってしまう。したがって、ねじれ位相差板１０のツイスト角の絶対値は、液晶素子２２のツイスト角の絶対値より５゜〜３０゜大きく設定することが好ましい。
【００７５】
また、この実施形態では、液晶素子のΔｎｄ値とねじれ位相差板１０のΔｎｄ値を１６００ｎｍに設定したが、１５００ｎｍ〜１８００ｎｍの等しい値に設定することによっても、ほぼ同様な効果が得ることができる。液晶素子のΔｎｄ値を１５００ｎｍより小さくすると、液晶の急峻性が低下し、時分割駆動がしにくくなり、好ましくないが、ねじれ位相差板１０のツイスト角の絶対値を液晶素子のツイスト角の絶対値より大きくすることによる色彩改善の効果は同様に得られ、低分割駆動やアクティブマトリクス駆動であれば、利用可能となる。
【００７６】
さらに、液晶素子のΔｎｄ値及びねじれ位相差板のΔｎｄ値を１８００ｎｍより大きくすると、セルギャップｄを厚くするために、液晶素子の応答時間が遅くなる上、製造上の問題でねじれ位相差板１０の特性が低下し、好ましくないが、ねじれ位相差板１０のツイスト角の絶対値を液晶素子２２のツイスト角の絶対値より大きくすることによる色彩改善の効果は同様に得られる。
【００７７】
この実施形態では、青のカラー偏光板を使用したが、赤や緑や紫等の他の色のカラー偏光板や、勿論普通のノーマル色のヨウ素系偏光板を使用した場合でも、ねじれ位相差板のツイスト角の絶対値を液晶のツイスト角の絶対値より大きくすることによって色彩改善の効果は得られる。
【００７８】
（第３の実施形態：図９〜図１２）
次に、この発明によるカラー液晶表示装置の第３の実施形態について図９乃至図１２によって説明する。
図１１はそのカラー液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図であり、図９はその上側から見た下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図、図１０は上偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸の関係を示す平面図である。図１２はこのカラー液晶表示装置による色度図である。
【００７９】
これらの図において、図１乃至図３と対応する部分には同一の符号を付している。この第３の実施形態においては、第１，第２の実施形態において使用したねじれ位相差板１０に代えて位相差板１７を使用している。
【００８０】
このカラー液晶表示装置における液晶素子２３も、図３によって説明した第１の実施形態の液晶素子２２と殆ど同じ構成である。但し、ネマチック液晶７の複屈折の差Δｎは０.２１ で、第１の基板１と第２の基板４の隙間であるセルギャップｄは８μｍであり、このネマチック液晶７の複屈折の差Δｎとセルギャップｄとの積で表す液晶素子のΔｎｄ値は、１６８０ｎｍである。
【００８１】
第１の基板１の配向膜３は、図７に示す下液晶分子配向方向７ａに平行にラビング処理をしてあり、第２の基板４の配向膜６は、上液晶分子配向方向７ｂに平行にラビング処理がなされている。粘度２０ｃｐのネマチック液晶には、カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、ねじれピッチＰを１６μｍに調整し、ｄ／Ｐ＝０.５ とし、左回り２４０゜ツイストの液晶素子を形成する。
【００８２】
図１１に示す位相差板１７は、ポリカーボネートフィルムを１軸延伸したフィルムである。従って、この位相差板１７の図１０に示す遅相軸１７ａの屈折率をｎｘ、その遅相軸１７ａと直交するｙ軸方向の屈折率をｎｙ、厚さ方向であるｚ軸方向の屈折率をｎｚと定義すると、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ となっている。
【００８３】
この位相差板１７を液晶素子２３の第２の基板４の外側に配置する。そして、この位相差板１７のリタデーション値は１８００ｎｍに設定する。従って、位相差板１７のリタデーション値は、液晶素子２３のΔｎｄ値より１２０ｎｍ大きくなっている。また、この位相差板１７の遅相軸１７ａは、液晶素子２３の上液晶分子配向方向７ｂから８５゜ずれた位置にくるように配置する。
【００８４】
図１１に示す下偏光板８は、液晶素子２３の第１の基板１の外側に配置し、上偏光板９は位相差板１７の外側に配置する。図１０に示す上偏光板９の吸収軸９ａは、位相差板１７の遅相軸１７ａに対して左回り４５゜に配置し、図９に示す下偏光板８の吸収軸８ａは、液晶素子２３の下液晶分子配向方向７ａに対して左回り３５゜に配置し、上下一対の偏光板８，９の交差角は４５゜をなしている。
また、下偏光板８を透過したカラー光を反射する反射板１１は、下偏光板８の外側に配置されている。
【００８５】
このように構成したこの発明の第３の実施形態のカラー液晶表示装置において、電圧無印加の状態では、上偏光板９より入射した直線偏光は、位相差板１７の複屈折性により楕円偏光となるが、位相差板１７のリタデ−ション値と液晶素子２３のΔｎｄ値に差を設け、一対の偏光板８，９の配置角を最適化したので、液晶素子２３により直線偏光に戻る。この時、下偏光板８の吸収軸８ａと上偏光板９の吸収軸９ａの配置関係が上述のようなっていると、直線偏光は下偏光板８を透過せず（吸収され）、上偏光板と下偏光板の直交色である黒表示となる。
【００８６】
次に、液晶素子２３の第１の電極２と第２の電極５の間に電圧を印加すると、ネマチック液晶７の分子が立ち上がり、みかけの液晶素子のΔｎｄ値が減少する。そのため、位相差板１７で発生した楕円偏光は、液晶素子２３を通過しても完全な直線偏光には戻らない。そのため、楕円偏光状態で下偏光板８に到達し、特定の波長の光が下偏光板８を透過してカラー光となる。
下偏光板８を透過したカラー光は、反射板１１によって反射され、再度、液晶素子２３と位相差板１７と上偏光板９を透過して上方に射出し、ネガ型のカラー表示を行う。
【００８７】
図１２の色度図において、実線で示す曲線３２はこの第３の実施形態のカラー液晶表示装置で、印加電圧を無印加状態から徐々に増加していく際の色彩変化を表している。電圧無印加では、ほぼ無彩色の黒であるが、電圧を印加すると、一旦白になった後、黄色を経て赤、次に青、最後に緑表示となる。
【００８８】
下偏光板８の吸収軸８ａと液晶素子２３の下液晶分子配向方向７ａとを、図９に示したように３５゜の交差角で配置することによって、液晶素子２３の複屈折の差Δｎの波長依存性と、位相差板１７のリタデ−ション値の波長依存性の違いを補正し、良好な黒背景を得るとともに、良好で明るい色彩を得ることができる。
特に、黒背景のネガ表示では、画素周辺からの入射光も遮ってしまうため、暗い表示になってしまうので、表示色は明るい方が好ましい。
【００８９】
下偏光板８の吸収軸８ａと液晶素子２３の下液晶分子配向方向７ａとの交差角度を３５゜よりさらに小さくすると、表示色は明るくなるが、背景色の黒も薄くなってしまうので、下偏光板８の吸収軸８ａと下液晶分子配向方向７ａとの交差角度は、２５゜〜４５゜に配置するのが好ましい。
【００９０】
また、この実施形態では、液晶素子のΔｎｄ値を１６８０ｎｍに設定したが、１５００ｎｍ〜１８００ｎｍに設定することで、ほぼ同様な効果が得ることができる。その場合も位相差板１７のリタデーション値は、液晶素子２３のΔｎｄ値より、５０〜２００ｎｍ大きくする必要がある。
【００９１】
液晶素子のΔｎｄ値を１５００ｎｍより小さくすると、液晶の急峻性が低下し、時分割駆動がしにくくなり、好ましくないが、低分割駆動やアクティブマトリクス駆動であれば、利用可能となる。また、液晶素子のΔｎｄ値を１８００ｎｍより大きくすると、セルギャップｄを厚くするため、液晶素子の応答時間が遅くなる上、製造上の問題で位相差板１７の特性が低下し、好ましくない。
位相差板１７のリタデーション値と液晶素子のΔｎｄ値との差は、５０ｎｍより小さくても、２００ｎｍより大きくなっても、背景色の黒が薄くなり、好ましくない。
【００９２】
また、この実施形態では、上偏光板９の吸収軸９ａを位相差板１７の遅相軸１７ａに対して左回り４５゜に配置したが、上偏光板９の吸収軸９ａを位相差板１７の遅相軸１７ａに対して右回り４５゜に配置すると、電圧無印加状態で白表示となり、電圧を印加すると、黒、青、緑、赤とポジ表示型のカラー表示装置となる。
【００９３】
さらに、この実施形態では、液晶素子として２４０゜ツイストのＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶素子を用いたが、約９０゜ツイストのＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶素子や、１８０゜ツイスト以上のＳＴＮ液晶素子を用いても、同様な効果を得ることができる。
【００９４】
ところで、この実施形態では、位相差板１７としてポリカーボネートフィルムからなる位相差板を用いたので、温度が変化してもリタデーション値は変化しないが、ポリカーボネートフィルムに液晶分子を含浸させたり、液晶分子の１部を鎖状のポリマー分子に結合させた温度補償型の位相差板は、リタデーション値が温度により可変する。
この温度補償型の位相差板を用いると、温度による液晶セルのΔｎｄ値の変化に位相差板のリタデーション値の変化が追従する。その結果、背景色の温度による色変化が押さえられ、使用温度範囲が拡大するのでさらに好ましい。
【００９５】
（第４の実施形態：図１３〜図１５）
次に、この発明によるカラー液晶表示装置の第４の実施形態について図１３乃至図１５によって説明する。
図１４はそのカラー液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図であり、図１３はその上側から見た上偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸の関係を示す平面図、図１５はこのカラー液晶表示装置による色度図である。
なお、下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図は、図９と同じであるため省略する。また、図１４において、図７と対応する部分には同一の符号を付している。
【００９６】
この第４の実施形態のカラー液晶表示装置が、前述の第３の実施形態のカラー液晶表示装置と相違するのは、液晶素子２４のΔｎｄ値と、位相差板１８の材質およびリタデーション値と、上偏光板９の配置角度と、反射板１３に代えて半透過反射板１３を設けたことであり、さらにバックライト１４を具備している。
【００９７】
このカラー液晶表示装置における液晶素子２４も、図３によって説明した第１の実施形態の液晶素子２２と殆ど同じ構成である。但し、ネマチック液晶７の複屈折の差Δｎは０.２１ で、第１の基板１と第２の基板４の隙間であるセルギャップｄは７μｍであり、このネマチック液晶７の複屈折の差Δｎとセルギャップｄとの積で表す液晶素子のΔｎｄ値は、１４７０μｍである。
【００９８】
第１の基板１の配向膜３は、図９に示した下液晶分子配向方向７ａに平行にラビング処理をしてあり、第２の基板４の配向膜６は、上液晶分子配向方向７ｂに平行にラビング処理がなされている。粘度２０ｃｐのネマチック液晶には、カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、ねじれピッチＰを１４μｍに調整し、ｄ／Ｐ＝０.５ とし、左回り２４０゜ツイストの液晶素子を形成する。
【００９９】
位相差板１８は、ポリカーボネートを２軸延伸したフィルムで、その位相差板１８の図１３に示す遅相軸１８ａの屈折率をｎｘ、遅相軸１８ａに直交するｙ軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向であるｚ軸方向の屈折率をｎｚと定義すると、
ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙ となっている。
【０１００】
この２軸性の位相差板１８は、ｙ軸方向を軸として、位相差板１８を傾けた場合のリタデーション値の変化量が、第３の実施形態で使用した１軸延伸の位相差板１７よりも少ないので、カラ−液晶表示装置としても、視角変化による色彩変化が少なくなり、視野角特性が向上するので好ましい。
【０１０１】
図１４に示すように、この位相差板１８を液晶素子２４の第２の基板４の外側に配置し、そのリタデーション値を１８５０ｎｍに設定する。つまり、位相差板１８のリタデーション値を液晶素子２４のΔｎｄ値（１４７０ｎｍ）より３８０ｎｍ大きく設定する。また、図１３に示す位相差板１８の遅相軸１８ａは、液晶素子２４の上液晶分子配向方向７ｂ（図９参照）から８５゜ずれた位置にくるように配置する。
【０１０２】
下偏光板８は、液晶素子２４の第１の基板１の外側に配置し、上偏光板９は位相差板１８の外側に配置する。図１３に示す上偏光板９の吸収軸９ａは、位相差板１８の遅相軸１８ａと右回り４５゜に配置し、下偏光板８の吸収軸８ａは液晶素子２４の下液晶分子配向方向７ａと左回り３５゜（図９参照）に配置し、上下一対の偏光板８，９の交差角は４５゜をなしている。
【０１０３】
半透過反射板１３は、下偏光板８の外側に配置し、さらに、白色発光のＥＬを用いたバックライト１４を半透過反射板１３の外側に配置している。
この構成によって、この第４の実施形態のカラー液晶表示装置は、反射型と透過型の兼用カラー液晶表示装置になっている。すなわち、通常は反射型カラー液晶表示装置として使用するが、照明の暗い夜間には、バックライト１４を点灯して透過型カラー液晶表示装置として使用できる。
【０１０４】
この実施形態のカラー液晶表示装置において、電圧無印加の状態では、上偏光板９より入射した直線偏光は、位相差板１８の複屈折性により楕円偏光となるが、位相差板１８のリタデ−ション値と液晶素子２４のΔｎｄ値に差を設け、偏光板８，９の配置角を最適化したことにより、液晶素子２４により直線偏光に戻る。
この時、下偏光板８の吸収軸８ａと上偏光板９の吸収軸９ａの配置関係が上述のようになっていると、直線偏光は下偏光板８を透過せず（吸収され）、上偏光板と下偏光板の直交色である黒表示となる。
【０１０５】
そして、液晶素子２４に電圧を印加すると、その電圧に応じて青、緑、赤を示すネガ型のカラー表示となる。
図１５の色度図において実線で示す曲線３３は、この実施形態のカラー液晶表示装置において、液晶素子２４への印加電圧を無印加状態から徐々に増加していく際の色彩変化を表している。電圧無印加では、ほぼ無彩色の黒であるが、電圧を印加すると、青、緑を経て、最後に赤表示となる。
【０１０６】
下偏光板８の吸収軸８ａと液晶素子２４の下液晶分子配向方向７ａとを３５゜に配置することによって、液晶素子の複屈折の差Δｎの波長依存性と、位相差板１２のリタデ−ション値の波長依存性の違いを補正し、良好な黒背景を得るとともに、良好で明るい色彩を得ることができる。
特に、黒背景のネガ表示では、画素周辺からの入射光も遮ってしまうため、暗い表示になってしまうので、表示色は明るい方が好ましい。
【０１０７】
下偏光板８の吸収軸８ａと下液晶分子配向方向７ａとの交差角度を３５゜よりさらに小さくすると、表示色は明るくなるが、背景色の黒も薄くなってしまうので、下偏光板の吸収軸８ａと下液晶分子配向方向７ａとの交差角度は、２５゜〜４５゜に配置するのが好ましい。
【０１０８】
また、この実施形態では、液晶素子２４のΔｎｄ値を１４７０ｎｍに設定したが、１３００ｎｍ〜１６００ｎｍに設定することで、ほぼ同様な効果が得ることができる。その場合も位相差板１８のリタデーション値は、液晶素子２４のΔｎｄ値より、３００〜５００ｎｍ大きくする必要がある。
【０１０９】
液晶素子２４のΔｎｄ値を１３００ｎｍより小さくすると、液晶の急峻性が低下し、時分割駆動がしにくくなり、好ましくないが、低分割駆動やアクティブマトリクス駆動であれば、利用可能となる。
また、液晶素子２４のΔｎｄ値を１６００ｎｍより大きくすると、最終表示色が赤から白に変わってしまい、さらに、位相差板１８のリタデーション値は１９００ｎｍ以上となり、製造上の問題で位相差板１８の特性が低下し、好ましくない。
【０１１０】
位相差板１８のリタデーション値と液晶素子２４のΔｎｄ値との差は、３００ｎｍより小さくても、５００ｎｍより大きくなっても、背景色の黒が薄くなり、好ましくない。
【０１１１】
また、この実施形態では、上偏光板９の吸収軸９ａを位相差板１８の遅相軸１８ａに対して右回り４５゜に配置したが、上偏光板９の吸収軸９ａを位相差板１８の遅相軸１８ａに対して左回り４５゜に配置すると、電圧無印加状態で白表示となり、電圧を印加すると、黄、青を経て、緑を表示するポジ表示型のカラー表示装置となる。
【０１１２】
液晶素子に使用可能な液晶の種類については、前述の各実施形態の場合と同様である。
上偏光板９及び下偏光板８は、延伸したポリビニールアルコール（ＰＶＡ）にヨウ素を染色し、ＴＡＣフィルムで挟んだものであるが、ヨウ素の代替えとして２色性色素を染色したカラ−偏光板を上下偏光板のうちどちらか１枚、あるいは両方に採用することで、表示色を変えることも可能である。
【０１１３】
通常カラー偏光板を平行に２枚配置すると、染料の色を薄く示すがほぼ白色となり、カラー偏光板を直交に２枚配置すると、はっきりと染料の色彩を示す。例えば、青のカラー偏光板を平行に２枚配置すると、薄い青みを帯びた白であるが、直交に配置すると紺色となる。
【０１１４】
この第４の実施形態のカラー液晶表示装置の上偏光板９を、青のカラ−偏光板に変更すると、電圧無印加の状態では、カラー偏光板の直交色である紺色を示すが、液晶素子に電圧を印加すると、青、青緑を経て、赤を示すネガ型のカラー表示となる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、背景色を黒や濃い色彩とし、明るく高彩度なネガ型のカラー表示が可能な反射型カラー液晶表示装置を、液晶素子と偏光板と位相差板１枚だけの単純な構成で提供できる。また、このカラー液晶表示装置を応用することによって、カラフルなデジタル腕時計用表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図３を上側から見た下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図である。
【図２】 同じく上偏光板の吸収軸とねじれ位相差板の分子配向方向の関係を示す平面図である。
【図３】 この発明によるカラー液晶表示装置の第１の実施形態の構造を示す模式的な断面図である。
【図４】 この発明の第１の実施形態おいて、液晶素子に印加する電圧を変化させたときの表示色の変化を説明するための色度図である。
【図５】 図７を上側から見た下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図である。
【図６】 同じく上偏光板の吸収軸とねじれ位相差板の分子配向方向の関係を示す平面図である。
【図７】 この発明によるカラー液晶表示装置の第２の実施形態の構造を示す模式的な断面図である。
【図８】 この発明の第２の実施形態おいて、液晶素子に印加する電圧を変化させたときの表示色の変化を説明するための色度図である。
【図９】 図１１を上側から見た下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図である。
【図１０】 同じく上偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸の関係を示す平面図である。
【図１１】 この発明によるカラー液晶表示装置の第３の実施形態の構造を示す模式的な断面図である。
【図１２】 この発明の第３の実施形態おいて、液晶素子に印加する電圧を変化させたときの表示色の変化を説明するための色度図である。
【図１３】 図１４を上側から見た上偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸の関係を示す平面図である。
【図１４】 この発明によるカラー液晶表示装置の第４の実施形態の構造を示す模式的な断面図である。
【図１５】 この発明の第４の実施形態おいて、液晶素子に印加する電圧を変化させたときの表示色の変化を説明するための色度図である。
【図１６】 図１８を上側から見た下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図である。
【図１７】 同じく上偏光板の吸収軸とねじれ位相差板の分子配向方向の関係を示す平面図である。
【図１８】 ねじれ位相差板を使用した従来のカラー液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図１９】 図２１を上側から見た下偏光板の吸収軸と液晶素子の液晶分子配向方向の関係を示す平面図である。
【図２０】 同じく上偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸の関係を示す平面図である。
【図２１】 位相差板を使用した従来のカラー液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１：第１の基板 ２：第１の電極
３，６：配向膜 ４：第２の基板
５：第２の電極 ７：ネマチック液晶
７ａ：下液晶分子配向方向
７ｂ：上液晶分子配向方向
８：下偏光板 ８ａ：下偏光板の吸収軸
９：上偏光板 ９ａ：上偏光板の吸収軸
１０：ねじれ位相差板
１０ａ：ねじれ位相差板の下分子配向方向
１０ｂ：ねじれ位相差板の上分子配向方向
１１：反射板 １２：カラー偏光板
１２ａ：カラー偏光板の吸収軸
１３：半透過反射板 １４：バックライト
１７：１軸性の位相差板 １７ａ：遅相軸
１８：２軸性の位相差板 １８ａ：遅相軸
２０，２１，２２，２３，２４：液晶素子

Claims (9)

1. 第１の電極を有する第１の基板と第２の電極を有する第２の基板からなる一対の基板の間に、ツイスト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、
   該液晶素子を挾んで上に配置した上偏光板と下に配置した下偏光板とからなる一対の偏光板と、
   前記液晶素子と前記上偏光板との間に配置された位相差板とを備え、
   前記位相差板はねじれ位相差板であり、
   前記一対の偏光板のそれぞれの吸収軸のなす角度は６０゜〜１２０゜であり、
   前記ねじれ位相差板のツイスト方向が前記液晶素子のツイスト方向に対して逆向きであり、
   前記ネマチック液晶の複屈折の差Δｎと前記一対の基板の間隔ｄとの積で表す前記液晶素子のΔｎｄ値は１５００ｎｍ〜１８００ｎｍであり、
   前記ねじれ位相差板の複屈折の差Δｎと厚さｄとの積で表す該ねじれ位相差板のΔｎｄ値は前記液晶素子のΔｎｄ値と等しく、
   前記上偏光板の吸収軸と前記ねじれ位相差板の上分子配向方向との配置角度が３５°〜４０°、または５０°〜５５°であり、
   前記上偏光板から入射した直線偏光が、前記ねじれ位相差板で楕円偏光となり、該楕円偏光が電圧無印加状態では前記液晶素子を通過して再度直線偏光となり、該直線偏光が前記下偏光板で吸収されて、前記上偏光板と前記下偏光板との直交色の表示となるように、前記下偏光板の吸収軸を配置させた
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
2. 第１の電極を有する第１の基板と第２の電極を有する第２の基板とからなる一対の基板の間に、ツイスト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、
   該液晶素子を挾んで上に配置した上偏光板と下に配置した下偏光板とからなる一対の偏光板と、
   前記液晶素子と前記上偏光板との間に配置された位相差板とを備え、
   前記位相差板はねじれ位相差板であり、
   前記一対の偏光板のそれぞれの吸収軸のなす角度は６０゜〜１２０゜であり、
   前記ねじれ位相差板のツイスト方向が前記液晶素子のツイスト方向に対して逆向きで、かつ前記ねじれ位相差板のツイスト角の絶対値が前記液晶素子のツイスト角の絶対値より５〜３０゜大きく、
   前記上偏光板の吸収軸と前記ねじれ位相差板の上分子配向方向との配置角度が３５°〜４０°、または５０°〜５５°であり、
   前記上偏光板から入射した直線偏光が、前記ねじれ位相差板で楕円偏光となり、該楕円偏光が電圧無印加状態では前記液晶素子を通過して再度直線偏光となり、該直線偏光が前記下偏光板で吸収されて、前記上偏光板と前記下偏光板との直交色の表示となるように、前記下偏光板の吸収軸を配置させた
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
3. 第１の電極を有する第１の基板と第２の電極を有する第２の基板とからなる一対の基板の間に、ツイスト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、
   該液晶素子を挾んで上に配置した上偏光板と下に配置した下偏光板とからなる一対の偏光板と、
   前記液晶素子と前記上偏光板との間に配置される位相差板とを備え、
   前記下偏光板の吸収軸と前記液晶素子の下液晶分子配向方向とのなす角度が３５°±１０°の範囲であり、
   前記ネマチック液晶の複屈折の差Δｎと前記一対の基板の間隔ｄとの積で表す前記液晶素子のΔｎｄ値は１５００ｎｍ〜１８００ｎｍであり、
   前記位相差板のリタデーション値が前記液晶素子のΔｎｄ値より５０〜２００ｎｍ大きく、
   前記上偏光板から入射した直線偏光が、前記ねじれ位相差板で楕円偏光となり、該楕円偏光が電圧無印加状態では前記液晶素子を通過して再度直線偏光となり、該直線偏光が前記下偏光板で吸収されて、前記上偏光板と前記下偏光板との直交色の表示となるように、前記下偏光板の吸収軸を配置させた
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
4. 第１の電極を有する第１の基板と第２の電極を有する第２の基板とからなる一対の基板の間に、ツイスト配向しているネマチック液晶を狭持してなる液晶素子と、
   該液晶素子を挾んで上に配置した上偏光板と下に配置した下偏光板とからなる一対の偏光板と、
   前記液晶素子と前記上偏光板との間に配置される位相差板とを備え、
   前記下偏光板の吸収軸と前記液晶素子の下液晶分子配向方向とのなす角度が３５°±１０°の範囲であり、
   前記ネマチック液晶の複屈折の差Δｎと前記一対の基板の間隔ｄとの積で表す前記液晶素子のΔｎｄ値は１３００ｎｍ〜１６００ｎｍであり、
   前記位相差板のリタデーション値が前記液晶素子のΔｎｄ値より３００〜５００ｎｍ大きく、
   前記上偏光板から入射した直線偏光が、前記ねじれ位相差板で楕円偏光となり、該楕円偏光が電圧無印加状態では前記液晶素子を通過して再度直線偏光となり、該直線偏光が前記下偏光板で吸収されて、前記上偏光板と前記下偏光板との直交色の表示となるように、前記下偏光板の吸収軸を配置させた
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
5. 請求項１記載のカラー液晶表示装置であって、
   前記ねじれ位相差板のツイスト角の絶対値が前記液晶素子のツイスト角の絶対値より５°〜３０°大きいことを特徴とするカラー液晶表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のカラー液晶表示装置であって、
   前記液晶素子に対して前記位相差板と反対側に配置されている偏光板の外側に反射板を設けたことを特徴とするカラー液晶表示装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のカラー液晶表示装置であって、
   前記一対の偏光板の一方または両方が、染料を染色することによって製造されたカラー偏光板であることを特徴とするカラー液晶表示装置。
8. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のカラー液晶表示装置であって、
   前記位相差板のΔｎｄまたはリタデーション値が、温度により可変する温度補償型の位相差板であることを特徴とするカラー液晶表示装置。
9. 請求項３又は４に記載のカラー液晶表示装置であって、
   前記位相差板が、該位相差板の遅相軸の屈折率ｎｘと、ｙ軸方向の屈折率ｎｙと、ｚ軸方向の屈折率ｎｚとが、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの関係にある２軸性の位相差板であることを特徴とするカラー液晶表示装置。

Images