JPH06308480A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カラーフィルタを用いずに透過光を着色して光
の透過率を高くし、表示の明るさを十分高くする。 【構成】透明電極３３，３４を形成した一対の透明基板
３１，３２間に液晶３８を封入しその分子３８ａをホモ
ジニアス配向させた液晶セル３０と、１枚の偏光板４０
と、反射板４１とを備え、前記偏光板４０を液晶セル３
０の表面側に配置し、反射板４１を液晶セル３０の裏面
側に配置するとともに、偏光板４０の透過軸を液晶セル
３０の液晶分子配向方向に対して所定角度斜めにずらし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー液晶表示装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置として、着色した表示が得
られるカラー液晶表示装置がある。図４は従来のカラー
液晶表示装置の断面図であり、この液晶表示装置は、カ
ラーフィルタを備えた液晶セル１０と、この液晶セル１
０をはさんで配置された一対の偏光板２１，２２とから
なっている。

【０００３】上記液晶セル１０は、透明電極１３，１４
を形成しその上に配向膜１５，１６を形成した上下一対
の透明基板１１，１２を枠状のシール材１８を介して接
合し、この両基板１１，１２間の前記シール材１８で囲
まれた領域に液晶１９を封入したもので、この液晶セル
１０の一方の基板、例えば図において下基板１２には、
透過光を着色するためのカラーフィルタ１７が設けられ
ている。

【０００４】なお、上記カラーフィルタ１７は基板１２
上に形成されており、この基板１２側の透明電極１４は
前記カラーフィルタ１７を覆う保護膜（図示せず）の上
に形成されている。また、上記液晶セル１０としては、
一般に、液晶１９の分子１９ａを両基板１１，１２間に
おいてほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向させたＴ
Ｎ（ツイステッド・ネマティック）型のものが用いられ
ている。

【０００５】また、上記一対の偏光板２１，２２は、そ
の透過軸を互いにほぼ平行にして配置されており、これ
ら偏光板２１，２２の透過軸は、液晶セル１０の一方の
基板側の液晶分子配向方向とほぼ平行な方向にある。

【０００６】なお、液晶表示装置には、透過型のもの
と、裏面に反射板を配置した反射型のものとがあるが、
カラーフィルタを備えたカラー液晶表示装置は一般に、
図４に示したような透過型のものとされている。

【０００７】上記カラー液晶表示装置は、その裏面側に
光源（図示せず）を配置し、液晶セル１０の両基板１
１，１２の電極１３，１４間に電圧を印加して表示駆動
されるもので、光源からの光は、入射側（図４では下
側）の偏光板２２により直線偏光されて液晶セル１０に
入射する。

【０００８】そして、液晶セル１０に入射した直線偏光
は、カラーフィルタ１７と液晶層とを通って液晶セル１
０を出射するが、その場合、カラーフィルタ１７の色に
対応する波長帯域以外の波長光がカラーフィルタ１７で
吸収されるため、液晶セル１０を出射する光がカラーフ
ィルタ１７の色に着色された光となる。

【０００９】また、液晶セル１０の電極１３，１４間に
電圧を印加していない状態、つまり液晶分子１９ａがツ
イスト配向している状態では、液晶セル１０を通る光が
液晶１９による偏光作用を受け、液晶層を通過し終った
ときに液晶セル１０に入射した直線偏光とほぼ直交する
方向の直線偏光になるため、このときは液晶セル１０を
出射した直線偏光が出射側（図４では上側）の偏光板２
１で吸収され、表示が暗（黒）状態になる。

【００１０】一方、液晶セル１０の電極１３，１４間に
電圧を印加すると、液晶分子１９ａが基板１１，１２面
に対してほぼ垂直に立上り配向し、液晶１９による偏光
作用はほとんどなくなるため、液晶セル１０に入射した
直線偏光がそのまま液晶セル１０を出射する。そして、
このときは、液晶セル１０を出射した直線偏光が出射側
偏光板２１を透過し、表示が、カラーフィルタ１７によ
り着色された色の明表示になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のカラー液晶表示装置は、カラーフィルタ１７を用い
て透過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。

【００１２】これは、カラーフィルタ１７での光の吸収
によるものであり、カラーフィルタ１７は、その色に対
応する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１７を通った着色光が、カラーフィ
ルタ１７に入射する前の前記波長帯域の光に比べて大幅
に光量を減じた光になり、表示が暗くなってしまう。

【００１３】なお、図４に示したカラー液晶表示装置は
透過型のものであるが、このカラー液晶表示装置の裏面
に反射板を配置して反射型装置とすると、装置の表面側
から入射し、裏面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１７を２度通って二重に光量を減
じるため、表示がかなり暗くなって、表示装置としては
ほとんど使用できなくなる。

【００１４】本発明は、カラーフィルタを用いずに透過
光を着色して光の透過率を高くし、表示の明るさを十分
高くす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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のカラー液晶表示
装置は、透明電極を形成した一対の透明基板間に液晶を
封入しその分子をホモジニアス配向させた液晶セルと、
１枚の偏光板と、反射板とを備え、前記偏光板を前記液
晶セルの表面側に配置し、前記反射板を前記液晶セルの
裏面側に配置するとともに、前記偏光板の透過軸を前記
液晶セルの液晶分子配向方向に対して所定角度斜めにず
らしたことを特徴とするものである。本発明において、
上記偏光板の透過軸と液晶セルの液晶分子配向方向との
ずれ角は４５±５°であるのが望ましい。

【００１６】

【作用】このカラー液晶表示装置は、その表面側から入
射する光を裏面側の反射板で反射させて表示する反射型
のものであり、表面側からの入射光は、偏光板と液晶セ
ルを通って反射板で反射され、再び前記液晶セルと偏光
板を通って出射する。

【００１７】このカラー液晶表示装置においては、偏光
板の透過軸と液晶セルの液晶分子配向方向とを所定角度
斜めにずらしているため、液晶セルの液晶の分子がホモ
ジニアス配向している状態では、偏光板を通って液晶セ
ルに入射した直線偏光が、液晶セルを通る過程でこの液
晶セルの偏光作用により楕円偏光となるとともに、反射
板で反射されて再び液晶セルを通る過程でその偏光状態
がさらに変化し、液晶セルによる２度の偏光作用を受け
た光が偏光板に入射する。

【００１８】また、液晶セルの電極間に電圧を印加する
と、液晶分子の配向状態の変化により液晶セルでの偏光
作用が変化するため、液晶セルによる２度の偏光作用を
受けた光が、電圧無印加状態とは異なる偏光状態の光と
なって偏光板に入射し、さらに液晶分子がほぼ垂直に立
上がると、液晶セルによる偏光作用がほとんど無くな
り、偏光板を通って入射した直線偏光がその偏光状態の
まま液晶セルを２度通って前記偏光板に入射する。

【００１９】そして、偏光板に入射する光が入射時と同
じ直線偏光であれば、全ての波長光が偏光板を透過する
ため、このときは出射光が無着色光となり、また偏光板
に入射する光が非直線偏光であるときは、その光のうち
偏光板を透過する偏光成分の波長光だけが偏光板を透過
して、出射光が着色光になる。

【００２０】したがって、本発明のカラー液晶表示装置
によれば、従来の液晶表示装置のようにカラーフィルタ
を用いずに透過光を着色することができ、したがって着
色光の光量は、表示装置に入射する光のうちの前記着色
光となる波長帯域の光の量とほとんど変わらないから、
光の透過率を高くして、表示の明るさを十分高くするこ
とができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１〜図３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、液晶分子をホモジ
ニアス配向させた１つの液晶セル３０と、１枚の偏光板
４０と、１枚の反射板４１とからなっており、前記偏光
板４０は液晶セル３０の表面側に配置され、前記反射板
４１は液晶セル３０の裏面側に配置されている。

【００２２】上記液晶セル３０は、透明電極３３，３４
を形成しその上に水平配向膜３５，３６を形成した上下
一対の透明基板３１，３２を枠状のシール材３７を介し
て接合し、この両基板３１，３２間の前記シール材３７
で囲まれた領域に液晶３８を封入したもので、両基板３
１，３２上の水平配向膜３５，３６は互いに平行な方向
に配向処理されており、液晶３８の分子３８ａは、一方
向にホモジニアス配向されている。

【００２３】また、上記偏光板４０は、その透過軸を上
記液晶セル３０の液晶分子配向方向に対して所定角度斜
めにずらして配置されており、この偏光板４０は液晶セ
ル３０の表面側基板（図において上基板）３１の外面に
接着され、反射板４１は液晶セル３０の裏面側基板（図
において下基板）３２の外面に接着されている。

【００２４】図２は、上記液晶セル３０の液晶分子配向
方向と偏光板４０の透過軸とを示す平面図である。図２
において、３０ａは液晶セル３０の液晶分子配向方向、
４０ａは偏光板４０の透過軸であり、この実施例では、
偏光板４０の透過軸４０ａと液晶セル３０の液晶分子配
向方向３０ａとのずれ角ψを４５°としている。

【００２５】このカラー液晶表示装置は、その表面側か
ら入射する光（自然光または照明光源からの光）を裏面
側の反射板４１で反射させて表示する反射型のものであ
り、表面側からの入射光は、偏光板４０と液晶セル３０
を通って反射板４１で反射され、再び前記液晶セル３０
と偏光板４１を通って出射する。また、このカラー液晶
表示装置は、液晶セル３０の両基板３１，３２の電極３
３，３４間に電圧を印加して表示駆動される。

【００２６】このカラー液晶表示装置においては、偏光
板４０の透過軸４０ａと液晶セル３０の液晶分子配向方
向３０ａとを所定角度斜めにずらしているため、液晶セ
ル３０の液晶３８の分子３８ａがホモジニアス配向して
いる状態では、偏光板４０を通って液晶セル３０に入射
した直線偏光が、液晶セル３０を通る過程でこの液晶セ
ル３０の偏光作用により楕円偏光となるとともに、反射
板４１で反射されて再び液晶セル３０を通る過程でその
偏光状態がさらに変化し、液晶セル３０による２度の偏
光作用を受けた光が偏光板４０に入射する。

【００２７】また、液晶セル３０の電極３３，３４間に
電圧を印加すると、液晶分子３８ａの配向状態がホモジ
ニアス配向状態から基板３１，３２面に対して立上り配
向するように変化し、それにともなって液晶分子３８ａ
の偏光作用が変化するため、液晶セル３０による２度の
偏光作用を受けた光が、電圧無印加状態とは異なる偏光
状態の光となって偏光板４０に入射する。

【００２８】さらに液晶分子３８ａがほぼ垂直に立上が
ると、液晶セル３０による偏光作用がほとんど無くな
り、偏光板４０を通って入射した直線偏光がその偏光状
態のまま液晶セル３０を２度通って前記偏光板４０に入
射する。

【００２９】すなわち、液晶分子３８ａをホモジニアス
配向させた液晶セル３０の偏光作用は、液晶３８の屈折
率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄによって決ま
るが、液晶３８の屈折率異方性Δｎは、見掛け上、電圧
の印加により液晶分子３８ａが立上り配向するのにとも
なって小さくなり、液晶分子３８ａが垂直に立上り配向
したときに“０”となるため、液晶セル３０のΔｎ・ｄ
の値が最終的に“０”となって、液晶セル３０による偏
光作用が無くなる。

【００３０】そして、偏光板４０に入射する光が入射時
と同じ直線偏光であれば、全ての波長光が偏光板４０を
透過するため、このときは出射光が無着色光となり、ま
た偏光板４０に入射する光が非直線偏光であるときは、
その光のうち偏光板４０を透過する偏光成分の波長光だ
けがこの偏光板４０を透過して、出射光が着色光にな
る。

【００３１】したがって、上記カラー液晶表示装置によ
れば、従来のカラー液晶表示装置のようにカラーフィル
タを用いずに透過光を着色することができ、したがって
着色光の光量は、表示装置に入射する光のうちの前着色
光となる波長帯域の光の量とほとんど変わらないから、
光の透過率を高くして、表示の明るさを十分高くするこ
とができる。

【００３２】すなわち、従来のカラー液晶表示装置で
は、表示装置に入射する光のうちの着色光となる波長帯
域の光量に比べて、カラーフィルタを通った着色光の光
量がかなり減少するが、上記カラー液晶表示装置では、
このような光量の減少はほとんど生じない。このため、
上記実施例のカラー液晶表示装置は、反射型のものであ
るが、その表示の明るさは十分である。上記カラー液晶
表示装置における表示の明るさについて説明すると、こ
の表示装置を出射する光の強度Ｉは、次の (1)式で表わ
される。

【００３３】

【数１】

【００３４】この (1)式で求められる光強度Ｉの値は、
白表示のとき、すなわち、液晶セル３０の液晶分子３８
ａが垂直に立上り配向して出射光が無着色光となったと
きで、表示装置に入射する全ての波長光（可視光）の強
度の１／２であり、この光強度Ｉは可視光帯域の全波長
光において均等であるため、カラーフィルタを備えてい
ない通常のＴＮ型液晶表示装置（ＴＮ型の液晶セルをは
さんで一対の偏光板を配置した透過型装置）の白表示の
明るさよりも明るい表示が得られる。

【００３５】すなわち、上記通常のＴＮ型液晶表示装置
における出射光の強度Ｉ′は、次の(2)式で表わされ、
白表示のときの光強度Ｉ′は、ある波長の光に対しては
Ｉ＝１／２となるが、他の波長光に対してはＩ＜１／２
となる。

【００３６】

【数２】

【００３７】これに対して、上記カラー液晶表示装置の
白表示のときの光強度Ｉは、上述したように全波長光に
対してＩ＝１／２であり、したがって、白表示の明るさ
は、通常のＴＮ型液晶表示装置の白表示の明るさよりも
明るい。

【００３８】また、従来のカラー液晶表示装置では、そ
の表示色がカラーフィルタの色によって決まってしまう
が、上記実施例のカラー液晶表示装置では、液晶セル３
０への印加電圧を制御することにより、この液晶セル３
０の偏光作用によって得られる着色光を変化させること
ができる。

【００３９】図３は上記カラー液晶表示装置のＣＩＥ色
度図であり、ここでは、液晶セル３０のΔｎ・ｄの値を
Δｎ・ｄ＝９００ｎｍとしたときの色度を示している。
この色度図のように、上記カラー液晶表示装置の表示色
は、液晶セル３０に印加する電圧を高くしていくのにと
もなって、電圧０状態、つまり液晶分子３８ａがホモジ
ニアス配向している状態での初期表示色から、電圧最大
状態、つまり液晶分子３８ａが垂直に立上り配向した状
態での最終表示色である“白”まで変化するが、その途
中で、表示の光強度Ｉが高くかつ色純度も高い表示色に
なる。

【００４０】なお、液晶セル３０のΔｎ・ｄの値がΔｎ
・ｄ＝９００ｎｍ、偏光板４０の透過軸４０ａと液晶セ
ル３０の液晶分子配向方向３０ａとのずれ角ψが４５°
であると、液晶分子３８ａがホモジニアス配向している
状態では、液晶セル３０をその裏面側（反射板４１側）
に向かって通る過程で楕円偏光となった光が、液晶セル
３０をその表面側（偏光板４０側）に向かって通る過程
で、偏光板４０を通って入射したときの直線偏光に近い
直線偏光状の光となる。

【００４１】このため、このカラー液晶表示装置は、液
晶分子３８ａがホモジニアス配向している電圧０状態で
の初期表示色が“ほぼ白”であり、電圧を高くしていく
のにともなう表示色の変化は、ほぼ白（初期表示色）→
緑→青→黄→青→赤→青→赤→白（最終表示色）であ
る。

【００４２】したがって、上記カラー液晶表示装置は、
液晶セル３０への印加電圧を制御することによって、そ
の表示色を上記各色に任意に変えることができる。ま
た、上記カラー液晶表示装置は、液晶分子をホモジニア
ス配向させた１つの液晶セル３０と、１枚の偏光板４０
と、１枚の反射板４１との３つの要素だけで構成される
ものであるから、構成が簡単で、低コストに得ることが
できる。

【００４３】なお、上記実施例では、偏光板４０の透過
軸４０ａと液晶セル３０の液晶分子配向方向３０ａとの
ずれ角ψを４５°としたが、このずれ角ψは、４５°に
限らず任意に選ぶことができる。ただし、液晶セル３０
による着色効果を十分に得るには、前記ずれ角ψを４５
±５°とするのが望ましい。

【００４４】

【発明の効果】本発明のカラー液晶表示装置は、透明電
極を形成した一対の透明基板間に液晶を封入しその分子
をホモジニアス配向させた液晶セルと、１枚の偏光板
と、反射板とを備え、前記偏光板を前記液晶セルの表面
側に配置し、前記反射板を前記液晶セルの裏面側に配置
するとともに、前記偏光板の透過軸を前記液晶セルの液
晶分子配向方向に対して所定角度斜めにずらしたもので
あるから、カラーフィルタを用いずに透過光を着色して
光の透過率を高くし、表示の明るさを十分高くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるカラー液晶表示装置の
断面図。

【図２】本発明の一実施例による液晶セルの液晶分子配
向方向と偏光板の透過軸とを示す平面図。

【図３】本発明の一実施例によるカラー液晶表示装置の
ＣＩＥ色度図。

【図４】従来のカラー液晶表示装置の断面図。

【符号の説明】

３０…液晶セル ３１，３２…透明基板 ３０ａ…液晶分子配向方向（ホモジニアス配向方向） ３３，３４…透明電極 ３５，３６…配向膜 ３８…液晶 ３８ａ…液晶分子 ４０…偏光板 ４０ａ…透過軸 ４１…反射板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明電極を形成した一対の透明基板間に液
   晶を封入しその分子をホモジニアス配向させた液晶セル
   と、１枚の偏光板と、反射板とを備え、前記偏光板を前
   記液晶セルの表面側に配置し、前記反射板を前記液晶セ
   ルの裏面側に配置するとともに、前記偏光板の透過軸を
   前記液晶セルの液晶分子配向方向に対して所定角度斜め
   にずらしたことを特徴とするカラー液晶表示装置。
2. 【請求項２】偏光板の透過軸と液晶セルの液晶分子配向
   方向とのずれ角は４５±５°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。