JPH07318969A - 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光を着色して明るい
カラー表示を得ることができ、しかも、背景色と表示色
とを任意に変化させて表示にバリエーションをもたせる
ことができるカラー液晶表示装置を提供する。 【構成】液晶層の各領域に選択的に電圧を印加するため
の電極３３，３４を備え液晶分子３８ａをツイスト配向
させた表示駆動用液晶セル３０と、液晶層にそのほぼ全
域にわたって電圧を印加するための電極４３，４４を備
え液晶分子４８ａをホメオトロピック配向させた着色用
液晶セル４０と、一対の偏光板５１，５２とを選択図の
ように配置し、前記２つの液晶セル３０，４０の複屈折
効果と一対の偏光板５１，５２の偏光作用とによって光
を着色するとともに、着色用液晶セル４０に電圧を印加
して液晶分子４８ａの配向状態を変化させることによ
り、この着色用液晶セル４０の複屈折効果を変化させ
て、背景色と表示色とを任意に変化させるようにした。

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５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１９を備えた液晶セル１０と、この液晶セ
ル１０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、液晶層の各領域に選
択的に電圧を印加するための透明な電極１３，１４を形
成しその上に配向膜１５，１６を設けた上下一対の透明
基板１１，１２をそれぞれの電極形成面を互いに対向さ
せて配置し、この両基板１１，１２間に液晶１８を挟持
させたもので、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１
１，１２間のシール材１７で囲まれた領域に封入されて
いる。

【０００４】なお、この液晶セルは例えばセグメント表
示型のものであり、その上基板１１に形成された電極１
３はコモン電極、下基板１２に形成された電極１４は表
示パターンに対応する形状の複数のセグメント電極であ
る。

【０００５】そして、カラーフィルタ１９は、上記液晶
セル１０の一方の基板、例えば下基板１２の内面に設け
られており、このカラーフィルタ１９は基板１２上に形
成され、この基板１２側の透明電極１４は前記カラーフ
ィルタ１９の上に形成されている。

【０００６】このカラー液晶表示装置としては、一般
に、ＴＮ型のものが用いられており、液晶セル１０の液
晶１８の分子１８ａは両基板１１，１２間においてほぼ
９０°のツイスト角でツイスト配向されている。また、
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
向とほぼ平行またはほぼ直交している。

【０００７】なお、液晶表示装置には、透過型のもの
と、裏面側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、図
５に示したような透過型のものとされている。

【０００８】上記カラー液晶表示装置は、その裏面側か
ら照明光を入射させて表示するものであり、例えば図５
において下側から照明光を入射させた場合は、その光が
下偏光板２２により直線偏光されて液晶セル１０に入射
し、まずカラーフィルタ１９を通って着色光になる。

【０００９】そして、液晶セル１０の液晶分子１８ａが
ツイスト配向状態にあるときは、液晶セル１０に入射し
た直線偏光が、液晶１８の複屈折効果による旋光作用を
受けて、ほぼ９０°旋光された直線偏光となって液晶セ
ル１０を出射し、この光が上偏光板２１で吸収されて、
表示が“黒”になる。

【００１０】一方、液晶セル１０の電極１３，１４間に
オン電圧を印加すると、電圧が印加された領域の液晶分
子１８ａが基板１１，１２面に対しほぼ垂直に立上り配
向してその領域の旋光作用がほとんどなくなるため、こ
の領域に入射した直線偏光がそのまま液晶セル１０を出
射し、この光が上偏光板２１を透過し、電圧印加領域に
対応する部分の表示が、カラーフィルタ１９により着色
された色になる。

【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１９を用い
て着色光を得るものであるため、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１９での光の吸収
によるものであり、カラーフィルタは、その色に対応す
る波長帯域以外の波長光を吸収するだけでなく、前記波
長帯域の光もかなり高い吸収率で吸収するため、カラー
フィルタ１９を出射する着色光が、カラーフィルタ１９
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５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
側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、前記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】しかも、上記従来のカラー液晶表示装置
は、液晶セル１０の液晶分子１８ａがツイスト配向状態
にある領域に対応する背景部の表示が“黒”、背景中の
表示の色がカラーフィルタ１７により着色された色であ
るため、背景色と表示色が一義的に決まってしまってい
た。

【００１５】本発明は、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ことができ、しかも、
背景色と表示色とを任意に変化させて表示にバリエーシ
ョンをもたせ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。

【００１６】

【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、液晶層の各領域に選択的に電圧を印加するため
の電極を形成しその上に配向膜を設けた一対の基板間に
液晶を挟持させるとともにこの液晶の分子を前記両基板
間においてツイスト配向させてなり、前記液晶の分子
が、前記電極間に印加される電圧によって立上がり配向
する表示駆動用液晶セルと、液晶層にそのほぼ全域にわ
たって電圧を印加するための電極を形成しその上に配向
膜を設けた一対の基板間に液晶を挟持させるとともにこ
の液晶の分子をホメオトロピック配向またはホモジニア
ス配向させてなり、前記液晶の分子が、前記電極間に印
加される電圧に応じて前記ホメオトロピック配向状態か
ら一方向に倒伏配向するかあるいは前記ホモジニアス配
向から立上がり配向する着色用液晶セルと、一対の偏光
板とを備え、前記表示駆動用液晶セルと前記着色用液晶
セルとを互いに重ねて配置し、これら両液晶セルをはさ
んで前記一対の偏光板を配置したことを特徴とするもの
である。

【００１７】このカラー液晶表示装置において、例え
ば、前記表示駆動用液晶セルの液晶分子ツイスト角はほ
ぼ９０°であり、一方の偏光板の透過軸が、前記表示駆
動用液晶セルの一方の基板側における液晶分子の配向方
向とほぼ平行またはほぼ直交し、他方の偏光板の透過軸
が、前記表示駆動用液晶セルの他方の基板側における液
晶分子の配向方向とほぼ平行またはほぼ直交しており、
かつ、前記一対の偏光板のうち、少なくとも着色用液晶
セルの光入射側に配置された偏光板の透過軸が、前記着
色用液晶セルの液晶分子の倒伏配向方向あるいはホモジ
ニアス配向方向に対して斜めにずれている。

【００１８】なお、前記着色用液晶セルの光入射側に配
置された偏光板の透過軸と、前記着色用液晶セルの液晶
分子の倒伏配向方向あるいはホモジニアス配向方向との
ずれ角はほぼ４５°が望ましい。

【００１９】

【作用】本発明のカラー液晶表示装置においては、一方
の偏光板を通って入射した直線偏光が、表示駆動用液晶
セルと着色用液晶セルとを通って他方の偏光板に入射す
る。

【００２０】そして、上記着色用液晶セルは、その液晶
分子がホメオトロピック配向状態あるいはホモジニアス
配向状態から電圧の印加により基板面に対してほぼ垂直
に立上がり配向した状態では光をほとんど複屈折させる
ことなく透過させるため、このときは、上記表示駆動用
液晶セルと一対の偏光板とで構成される液晶表示装置と
同様に表示動作する。

【００２１】一方、上記着色用液晶セルの液晶分子がホ
メオトロピック配向状態から電圧の印加により一方向に
倒伏配向するかあるいはホモジニアス配向状態にあると
きは、この着色用液晶セルが位相差板と同様な複屈折効
果をもつため、着色用液晶セルを通る光が、液晶の複屈
折効果により偏光状態を変えられて楕円偏光となる。

【００２２】そして、上記表示駆動用液晶セルの液晶の
分子は、オン電圧が印加されていない状態ではツイスト
配向状態にあり、電極間にオン電圧が印加されたときに
この電圧によって基板面に対してほぼ垂直に立上がり配
向するため、この表示駆動用液晶セルの液晶分子がツイ
スト配向状態にある領域に対応する背景領域では、一方
の偏光板を通って入射した直線偏光が、前記着色用液晶
セルと表示駆動用液晶セルの複屈折効果により波長ごと
に偏光状態が異なる楕円偏光となって他方の偏光板に入
射し、その楕円偏光をなす各波長光のうち、前記偏光板
を透過する偏光成分の光だけがこの偏光板を通って出射
して、この出射光がそれを構成する各波長光の比率に対
応した色に着色する。

【００２３】また、前記表示駆動用液晶セルの液晶分子
が立上がり配向した領域に対応する表示領域では、表示
駆動用液晶セルの複屈折効果がほとんどなくなるため、
前記着色用液晶セルの複屈折効果だけを受けた楕円偏光
が他方の偏光板に入射し、そのうち、前記偏光板を透過
する偏光成分の光だけがこの偏光板を通って出射して、
この出射光がその各波長光の構成比率に対応した色に着
色する。の波長帯域に対応した色に着色する。

【００２４】この表示領域の出射光の色は、前記他方の
偏光板に入射する楕円偏光の偏光状態が前記背景領域と
表示領域とで異なるため、背景領域の出射光の色とは異
なる色であり、したがって、ある色に着色した背景中に
他の色で表示情報が表示される。

【００２５】また、上記着色用液晶セルの液晶分子は、
その初期配向状態がホメオトロピック配向である場合は
このホメオトロピック配向状態から電圧の印加により一
方向に倒伏配向し、初期配向状態がホモジニアス配向で
ある場合はこのホモジニアス配向状態から電圧の印加に
より立上がり配向するが、そのときの液晶分子の倒伏角
または立上がり角は、印加される電圧値によって決ま
る。

【００２６】そして、着色用液晶セルの複屈折効果は、
液晶分子の配向状態に応じて変化するため、この着色用
液晶セルに印加する電圧値を制御してその複屈折効果を
変化させると、それに応じて上記他方の偏光板に入射す
る楕円偏光の偏光状態が変化し、背景領域の出射光と表
示領域の出射光とがそれぞれ他の色に着色する。

【００２７】すなわち、このカラー液晶表示装置は、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、上記表示駆動用および着色用の２つの液晶セルの
複屈折効果と一対の偏光板の偏光作用とによって光を着
色するものであり、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
明るいカラー表示を得ることができるし、また、上記着
色用液晶セルに印加する電圧値を制御することにより、
背景色と表示色とを任意に変化させて、表示にバリエー
ションをもたせることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図４を参照
して説明する。図１はこの実施例のカラー液晶表示装置
の断面図であり、このカラー液晶表示装置は、光の透過
を制御するための表示駆動用液晶セル３０と、着色光を
得るための着色用液晶セル４０と、一対の偏光板５１，
５２と、反射板５３とからなっている。

【００２９】上記表示駆動用液晶セル（以下、駆動セル
という）３０は、液晶層の各領域に選択的に電圧を印加
するための透明な電極３３，３４を形成しその上に配向
膜３５，３６を設けた上下一対の透明基板３１，３２を
それぞれの電極形成面を互いに対向させて配置し、この
両基板３１，３２間に液晶３８を挟持させたもので、前
記両基板３１，３２は枠状のシール材３７を介して接合
されており、液晶３８は両基板３１，３２間のシール材
３７で囲まれた領域に封入されている。

【００３０】上記両基板３１，３２の配向膜３５，３６
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３５，３６には、液晶分子３８ａの配向方向を規制
するための配向処理（例えばラビング処理）が、互いに
ほぼ直交する方向に施されている。

【００３１】また、上記液晶３８は、誘電異方性が正の
ネマティック液晶であり、この液晶３８の分子は、上記
配向膜３５，３６によってそれぞれの基板３１，３２側
における配向方向を規制され、両基板３１，３２間にお
いてほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向されてい
る。

【００３２】なお、この液晶セルは例えばセグメント表
示型のものであり、上基板３１に形成された電極３３は
コモン電極、下基板３２に形成された電極３４は表示パ
ターンに対応する形状の複数のセグメント電極である。

【００３３】一方、上記着色用液晶セル（以下、着色セ
ルという）４０は、液晶層にそのほぼ全域にわたって一
様に電圧を印加するための１枚膜状の透明電極４３，４
４を形成しその上に配向膜４５，４６を設けた上下一対
の透明基板４１，４２をそれぞれの電極形成面を互いに
対向させて配置し、この両基板４１，４２間に液晶４８
を挟持させたもので、前記両基板４１，４２は枠状のシ
ール材４８を介して接合されており、液晶４８は両基板
４１，４２間のシール材４８で囲まれた領域に封入され
ている。なお、この着色セル４０は、上記駆動セル３０
とほぼ同じ面積の液晶セルである。

【００３４】この着色セル４０の両基板４１，４２に設
けた配向膜４５，４６は、シラン系化合物等からなる垂
直配向膜であり、これら配向膜４５，４６には、電圧印
加時の液晶分子４８ａの倒伏方向を規制するための配向
処理（例えばラビング処理）が、互いにほぼ平行でかつ
逆向きに施されている。

【００３５】また、この着色セル４０の液晶４８は、誘
電異方性が負のネマティック液晶であり、この液晶４８
の分子４８ａは、上記配向膜４５，４６の膜面に対して
ほぼ垂直に立上がった状態でホメオトロピック配向され
ている。

【００３６】そして、上記駆動セル３０と着色セル４０
は、互いに重ねて配置されており、一対の偏光板５１，
５２は、前記２つの液晶セル３０，４０をはさんで配置
されている。なお、この実施例では、駆動セル３０の上
に着色セル４０を配置している。

【００３７】また、上記反射板５３は、例えば、表面
（反射面）を粗面化処理したアルミニウム薄板等からな
る拡散反射板であり、この反射板５３は、液晶表示装置
の裏面、つまり図１において下側に配置した偏光板５２
の外面に設けられている。

【００３８】図２は、駆動セル３０および着色セル４０
の液晶分子３８ａ，４８ａの配向状態と一対の偏光板５
１，５２の透過軸の向きとを示す平面図である。この図
２のように、上記駆動セル３０の上基板３１側の液晶分
子配向方向３１ａ（配向膜３５の配向処理方向）は、基
準線（図では水平線）Ｏに対して図上左回りにほぼ４５
°ずれた方向、下基板３２側の液晶分子配向方向３２ａ
（配向膜３６の配向処理方向）は、前記上基板３１側の
液晶分子配向方向３１ａに対して図上右回りにほぼ９０
°ずれた方向にあり、この駆動セル３０の液晶分子３８
ａは、下基板３２から上基板３１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。

【００３９】一方、図２において、４１ａは上記着色セ
ル４０の上基板４１側の配向膜４５の配向処理方向、４
２ａは下基板４２側の配向膜４６の配向処理方向を示し
ており、この両基板４１，４２側の配向処理方向４１
ａ，４２ａは、互いにほぼ平行で、かつ逆向きになって
いる。

【００４０】そして、この着色セル４０は、前記配向処
理方向４１ａ，４２ａ、つまり電圧印加時の液晶分子４
８ａの倒伏方向を、上記基準線Ｏとほぼ平行にして配置
されている。なお、この着色セル４０は、液晶分子４８
ａをホメオトロピック配向させたものであるため、その
液晶分子４８ａの分子長軸ａは着色セル４０の法線方向
にある。

【００４１】さらに、上記一対の偏光板５１，５２のう
ち、上記着色セル４０側に配置した上偏光板５１は、そ
の透過軸５１ａを上記基準線Ｏに対し図上左回りにほぼ
４５°ずらして設けられている。つまり、この上偏光板
５１の透過軸５１ａは、上記駆動セル３０の上基板３１
側の配向処理方向３１ａとほぼ平行で、かつ、上記着色
セル４０の電圧印加時の液晶分子倒伏方向（配向処理方
向４１ａ，４２ａ）に対してほぼ４５°のずれ角で斜め
にずれている。

【００４２】また、上記駆動セル３０側に配置した下偏
光板５２は、その透過軸５２ａを上記基準線Ｏに対し図
上右回りにほぼ４５°ずらして設けられており、したが
って、この下偏光板５２の透過軸５２ａは、駆動セル３
０の下基板側３２の配向処理方向３２ａとほぼ平行で、
かつ、上偏光板５１の透過軸５１ａに対してほぼ直交し
ている。

【００４３】このカラー液晶表示装置は、その表面側
（図１において上側）から外光（自然光または室内照明
光）を入射させ、その光を裏面側の反射板５３で反射さ
せて表示する反射型のものであり、上記駆動セル３０の
コモン電極３３と各セグメント電極３４との間に表示情
報に応じて選択的にオン電圧を印加するとともに、上記
着色セル４０の電極４３，４４間に印加する電圧を制御
して表示駆動される。

【００４４】図３は、上記着色セル４０の電極４３，４
４間に電圧を印加した状態を示しており、この着色セル
４０の電極４３，４４は、液晶層のほぼ全域にわたる１
枚膜状の電極であるため、この電極４３，４４間に電圧
を印加すると、着色セル４０の液晶分子４８ａが液晶層
のほぼ全域にわたって、初期配向状態であるホメオトロ
ピック配向状態から一方向（両基板４１，４２側の配向
処理方向４１ａ，４２ａに沿う方向）に倒伏配向する。

【００４５】このときの液晶分子４８ａの倒伏角（着色
セル４０の法線に対する角度）θは、印加される電圧値
によって決まり、印加電圧を高くするのにともなって、
倒伏角θが大きくなる。

【００４６】図４は、着色セル４０の電極４３，４４間
に電圧を印加したときの、駆動セル３０および着色セル
４０の液晶分子３８ａ，４８ａの配向状態と一対の偏光
板５１，５２の透過軸の向きとを示す平面図であり、こ
のときは、着色セル４０の液晶分子４８ａの分子長軸ａ
の向きが、上記基準線Ｏとほぼ平行になる。

【００４７】上記カラー液晶表示装置の表示動作を説明
すると、このカラー液晶表示装置においては、その表面
側から上偏光板５１を通って入射した直線偏光が、まず
着色セル４０を通り、次いで駆動セル３０を通って下偏
光板５２に入射する。

【００４８】そして、上記着色セル４０は、その液晶分
子４８ａが図１のようにホメオトロピック配向している
状態（液晶分子４８ａの分子長軸ａが図２のように着色
セル４０の法線方向にある状態）では、液晶４８の屈折
率異方性Δｎの値が見掛け上“０”であり、したがっ
て、光をほとんど複屈折させることなく透過させるた
め、この着色セル４０の電極４３，４４間に電圧を印加
していない状態、つまり着色セル４０の液晶分子４８ａ
が初期配向状態であるホメオトロピック配向状態にある
ときは、上記カラー液晶表示装置は、駆動セル３０と一
対の偏光板５１，５２とで構成される液晶表示装置と同
様に表示動作する。

【００４９】すなわち、このときは、上偏光板５１を通
って入射した直線偏光が、その偏光状態のまま着色セル
４０を通って駆動セル３０に入射する。この駆動セル３
０の液晶分子３８ａは、オン電圧が印加されていない状
態では初期のツイスト配向状態（液晶分子が最も倒伏し
たツイスト配向状態）にあり、電極３３，３４間にオン
電圧が印加されたときに、この電圧によって基板３１，
３２面に対してほぼ垂直に立上がり配向する。

【００５０】このため、駆動セル３０の液晶分子３８ａ
がツイスト配向状態にある領域に対応する背景領域で
は、駆動セル３０に入射した直線偏光が、液晶３８の複
屈折効果による旋光作用を受け、ほぼ９０°旋光された
直線偏光となって駆動セル３０を出射して下偏光板２１
に入射する。

【００５１】また、駆動セル３０の液晶分子３８ａがオ
ン電圧の印加により立上がり配向した領域に対応する表
示領域では、液晶３８の複屈折効果が見掛上“０”にな
って駆動セル３０の旋光作用がほとんどなくなるため、
駆動セル３０に入射した直線偏光が、その偏光状態のま
ま駆動セル３０を出射して下偏光板２１に入射する。

【００５２】そして、この実施例では、上下の偏光板５
１，５２の透過軸５１ａ，５２ａを互いにほぼ直交させ
ているため、上記駆動セル３０の液晶分子３８ａがツイ
スト配向状態にある領域に対応する背景領域では、駆動
セル３０を出射して下偏光板２１に入射した直線偏光が
この下偏光板２１を透過して表示が“白”になり、ま
た、駆動セル３０の液晶分子３８ａが立上がり配向した
領域に対応する表示領域では、駆動セル３０を出射して
下偏光板２１に入射した直線偏光がこの下偏光板２１で
吸収されて表示が“黒”になる。

【００５３】つまり、上記カラー液晶表示装置は、着色
セル４０の電極４３，４４間に電圧を印加していない状
態では、ポジ表示タイプのＴＮ型液晶表示装置と同様
に、“白”の背景中に“黒”で表示情報を表示する。

【００５４】一方、上記着色セル４０の電極４３，４４
間に電圧を印加して、その液晶分子４８ａを上記ホメオ
トロピック配向状態から一方向に倒伏配向させると、こ
の着色セル４０が位相差板と同様な複屈折効果をもつよ
うになる。

【００５５】すなわち、液晶分子がセル法線に対して一
方向に傾いて配向している液晶セルは、その液晶分子の
分子長軸の方向に遅相軸がある位相差板と考えてよく、
したがって、上記着色セル４０の液晶分子４８ａを図３
のように一方向に倒伏配向させると、この着色セル４０
が図４に示した分子長軸ａの方向に遅相軸がある位相差
板と同様な複屈折効果をもつ。

【００５６】このときの着色セル４０の液晶４８の見掛
けの屈折率異方性Δｎは、次の (1)式で表され、この屈
折率異方性Δｎは、液晶分子４８ａの倒伏角θ（図３参
照）に応じて変化する。

【００５７】

【数１】

【００５８】このため、着色セル４０の電極４３，４４
間に電圧を印加してその液晶分子４８ａを一方向に倒伏
配向させた状態では、上偏光板５１を通って着色セル４
０に入射した直線偏光が、着色セル４０を通る過程でそ
の複屈折効果により偏光状態を変えられて楕円偏光とな
り、この楕円偏光が駆動セル３０に入射する。

【００５９】そして、駆動セル３０の液晶分子３８ａ
は、上述したように、オン電圧が印加されていない状態
ではツイスト配向状態にあり、電極３３，３４間にオン
電圧が印加されたときにこの電圧によって基板３１，３
２面に対してほぼ垂直に立上がり配向するため、この駆
動セル３０の液晶分子３８ａがツイスト配向状態にある
領域に対応する背景領域では、上偏光板５１を通って入
射した直線偏光が、まず着色セル４０の複屈折効果によ
り楕円偏光となり、この楕円偏光が、駆動セル３０の旋
光作用によりさらに偏光状態を変えられて下偏光板５２
に入射する。

【００６０】すなわち、この背景領域では、上偏光板５
１を通って入射した直線偏光が、着色セル４０の複屈折
効果と駆動セル３０の旋光作用とを受けて、波長ごとに
偏光状態が異なる楕円偏光となって下偏光板５２に入射
し、そのうち、前記下偏光板５２を透過する偏光成分の
光だけがこの下偏光板５２を通って出射して、この出射
光がそれを構成する各波長光の比率に対応した色に着色
する。

【００６１】また、駆動セル３０の液晶分子３８ａが立
上がり配向した領域に対応する表示領域では、この駆動
セル３０の旋光作用がほとんどなくなるため、着色セル
４０の複屈折効果だけを受けた楕円偏光が下偏光板５２
に入射し、そのうち、前記下偏光板５２を透過する偏光
成分の光だけがこの下偏光板５２を通って出射して、こ
の出射光がその各波長光の構成比率に対応した色に着色
する。

【００６２】この表示領域の出射光の色は、前記下偏光
板５２に入射する楕円偏光の偏光状態が上記背景領域と
表示領域とで異なるため、背景領域の出射光の色とは異
なる色であり、したがって、ある色に着色した背景中に
他の色で表示情報が表示される。

【００６３】なお、この実施例のカラー液晶表示装置
は、その裏面に反射板５３を配置した反射型のものであ
り、上記下偏光板５２を出射した光は、前記反射板５３
で反射され、前記下偏光板５２と駆動セル３０と着色セ
ル４０と上偏光板５１とを通って表面側に出射する。

【００６４】また、上記着色セル４０の液晶分子４８
は、上述したように、初期配向状態であるホメオトロピ
ック配向状態から電圧の印加により一方向に倒伏配向す
るが、そのときの液晶分子４８ａの倒伏角θは、印加さ
れる電圧値によって決まる。

【００６５】そして、着色セル４０の複屈折効果（位相
差板のリタデーションに相当）は、液晶４８の屈折率異
方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄによって決まるが、
液晶の４８の見掛けの屈折率異方性Δｎは上記 (1)式で
表されるように液晶分子４８ａの倒伏角θに応じて変化
するため、この着色セル４０の複屈折効果は、液晶分子
４８ａの配向状態に応じて変化する。

【００６６】このため、この着色セル４０に印加する電
圧値を制御してその複屈折効果を変化させると、それに
応じて上記下偏光板５２に入射する楕円偏光の偏光状態
が変化し、上述した背景領域の出射光と表示領域の出射
光とがそれぞれ他の色に着色する。

【００６７】このように、上記カラー液晶表示装置は、
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、表示駆動用および着色用の２つの液晶セル３
０，４０の複屈折効果と一対の偏光板５１，５２の偏光
作用とによって光を着色するものであり、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、
反射型の液晶表示装置であっても、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。

【００６８】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、カラーフィルタを出射する着色光の
光量がかなり減少するが、上記実施例のカラー液晶表示
装置では、このような光量の減少はほとんど生じないた
め、その表示の明るさは十分である。

【００６９】しかも、上記カラー液晶表示装置は、着色
セル４０に電圧を印加しない状態での白黒表示と、着色
セル４０に電圧を印加したときの着色表示が得られるだ
けでなく、着色セル４０に印加する電圧値を制御するこ
とによって背景色と表示色とを任意に変化させることが
できるため、表示にバリエーションをもたせることがで
きる。

【００７０】なお、上記実施例では、上偏光板５１の透
過軸５１ａを駆動セル３０の上基板３１側の液晶分子配
向方向３１ａとほぼ平行にし、下偏光板５２の透過軸５
２ａを駆動セル３０の下基板３２側の液晶分子配向方向
３２ａとほぼ平行にしているが、これら偏光板５１，５
２の透過軸５１ａ，５２ａは、駆動セル３０の両基板３
１，３２側の液晶分子配向方向３１ａ，３２ａとほぼ直
交させてもよい。

【００７１】さらに、上記実施例では、上下の偏光板５
１，５２の透過軸５１ａ，５２ａを互いにほぼ直交させ
ているが、この両偏光板５１，５２の透過軸５１ａ，５
２ａは互いにほぼ平行にしてもよく、その場合は、白黒
表示における“白”と“黒”とが上記実施例と逆のネガ
表示タイプになる。

【００７２】また、上記実施例では、着色セル４０の液
晶分子４８ａの倒伏配向方向（両基板４１，４２側の配
向処理方向４１ａ，４２ａ）と一対の偏光板５１，５２
の透過軸５１ａ，５２ａとのずれ角をそれぞれほぼ４５
°としたが、このずれ角は任意でよい。

【００７３】ただし、上記着色セル４０の液晶分子４８
ａが一方向に倒伏配向した状態での直線偏光に対する複
屈折効果は、この液晶分子４８ａの分子長軸ａの方向に
対して４５°のずれ角で直線偏光を入射させたときが最
も大きいため、鮮明な着色光を得るには、少なくとも、
着色セル４０の光入射側に配置した上偏光板５１の透過
軸５１ａと着色セル４０の液晶分子４８ａの倒伏配向方
向とのずれ角をほぼ４５°とするのが望ましい。

【００７４】また、上記実施例では、駆動セル３０の液
晶分子３８ａのツイスト角をほぼ９０°としたが、この
駆動セル３０の液晶分子ツイスト角は、９０°に限ら
ず、例えば１８０〜２７０°としてもよい。

【００７５】この場合も、上偏光板５１と着色セル４０
とを通って駆動セル３０に入射する光が楕円偏光である
ときは、駆動セル３０の液晶分子３８ａがツイスト配向
している領域に入射した光が、駆動セル３０によってさ
らに偏光状態を変えられるが、駆動セル３０の液晶分子
ツイスト角が大きければ、この駆動セル３０に入射した
楕円偏光をなす各波長光の偏光状態が大きく変化するた
め、偏光状態を波長ごとにさらに大きく変化させた楕円
偏光を下偏光板５２に入射させて、鮮明な着色光を得る
ことができる。

【００７６】さらに、上記実施例では、上偏光板５１の
透過軸５１ａと駆動セル３０の上基板３１側の配向処理
方向３１ａとをほぼ平行（またはほぼ直交）にしている
が、この上偏光板５１の透過軸５１ａは、駆動セル３０
の上基板３１側の配向処理方向３１ａに対して斜めにず
らしてもよい。

【００７７】このように、上偏光板５１の透過軸５１ａ
を駆動セル３０の上基板３１側の配向処理方向３１ａに
対して斜めにずらすと、上偏光板５１と着色セル４０と
を通って駆動セル３０に入射する光が直線偏光であると
きでも、この直線偏光が駆動セル３０の複屈折効果によ
り楕円偏光となって下偏光板５２に入射し、この下偏光
板５２を出射する光が着色光となるため、着色セル４０
の液晶分子４８ａが初期のホメオトロピック配向状態に
あるときも、駆動セル３０の複屈折効果を利用して着色
表示を行なわせることができる。

【００７８】なお、この駆動セル３０の複屈折効果によ
る着色表示は、駆動セル３０の液晶分子ツイスト角がほ
ぼ９０°である場合でも得られるが、駆動セル３０の液
晶分子ツイスト角を１８０〜２７０°と大きくすれば、
より効果的に表示を着色することができる。

【００７９】また、上記実施例では、駆動セル３０の上
に着色セル４０を配置しているが、前記着色セル４０は
駆動セル３０の下に配置してもよく、その場合は、上偏
光板５１を通って入射した直線偏光が、駆動セル３０と
着色セル４０とを順次通って下偏光板５２に入射し、こ
の下偏光板５２を透過した光が反射板５３で反射されて
液晶表示装置の表面側に出射する。

【００８０】なお、上記実施例のカラー液晶表示装置
は、その裏面に反射板４３を設けた反射型のものである
が、このカラー液晶表示装置は、前記反射板４３を備え
ない透過型装置としても使用することができるもので、
その場合は、上偏光板５１側を光の入射側としても、下
偏光板５２側を光の入射側としてもよい。

【００８１】また、上記実施例では、着色セル４０とし
て、液晶分子４８ａをホメオトロピック配向させたもの
を用いたが、この着色セル４０は、液晶分子４８ａをホ
モジニアス配向させたホモジニアス配向セルでもよい。

【００８２】なお、着色セル４０をホモジニアス配向セ
ルとする場合は、液晶４８として誘電異方性が正のネマ
ティック液晶を用いるとともに、着色セル４０の両基板
４１，４２に設ける配向膜４５，４６を、互いにほぼ平
行でかつ逆向きに配向処理を施した水平配向膜（ポリイ
ミド膜等）とする。このホモジニアス配向セルでは、そ
の液晶分子４８ａが、電極４３，４４間に印加される電
圧に応じて初期配向状態であるホモジニアス配向状態か
ら立上がり配向する。

【００８３】このホモジニアス配向セルを着色セル４０
に用いたときの表示動作は次の通りである。なお、ここ
では、図１〜図４に示した構成のカラー液晶表示装置の
着色セル４０をホモジニアス配向セルに置換し、この着
色セル（ホモジニアス配向セル）４０の液晶分子４８ａ
のホモジニアス配向、つまり両基板４１，４２側の配向
処理方向４１ａ，４２ａを、図２および図４に示した向
きにした場合を例にとって説明する。

【００８４】すなわち、ホモジニアス配向セルを着色セ
ル４０に用いたカラー液晶表示装置では、着色セル４０
の電極４３，４４間に液晶分子４８ａを基板４１，４２
面に対してほぼ垂直に立上がり配向させる電圧を印加し
たとき、つまり、液晶分子４８ａの分子長軸ａが図２に
示すように着色セル４０の法線方向に向いたときに、液
晶４８の屈折率異方性Δｎの値が見掛け上“０”にな
り、そのときは、カラー液晶表示装置が、駆動セル３０
と一対の偏光板５１，５２とで構成される液晶表示装置
と同様に表示動作する。

【００８５】このときの表示は、駆動セル３０の液晶分
子３８ａがツイスト配向状態にある領域に対応する背景
領域の表示が“白”、駆動セル３０の液晶分子３８ａが
立上がり配向した領域に対応する表示領域の表示が
“黒”である。

【００８６】一方、上記着色セル４０の電極４３，４４
間に電圧を印加していない状態（液晶分子４８ａがホモ
ジニアス配向している状態）、あるいは、前記電極４
３，４４間に比較的低い電圧を印加して液晶分子４８ａ
を前記ホモジニアス配向状態からある程度斜めに立上が
り配向させた状態では、この着色セル４０が位相差板と
同様な複屈折効果をもつため、このときは、上偏光板５
１を通って着色セル４０に入射した直線偏光が、着色セ
ル４０を通る過程でその複屈折効果により波長ごとに偏
光状態が異なる楕円偏光となり、この楕円偏光が駆動セ
ル３０に入射する。

【００８７】そして、駆動セル３０の液晶分子３８ａが
ツイスト配向状態にある領域に対応する背景領域では、
上偏光板５１を通って入射した直線偏光が、まず着色セ
ル４０の複屈折効果により楕円偏光となり、この楕円偏
光が、駆動セル３０の複屈折効果によりさらに偏光状態
を変えられて下偏光板５２に入射する。

【００８８】すなわち、この背景領域では、上偏光板５
１を通って入射した直線偏光が、着色セル４０と駆動セ
ル３０との両方の複屈折効果を受けた楕円偏光となって
下偏光板５２に入射し、そのうち、前記下偏光板５２を
透過する偏光成分の光だけがこの下偏光板５２を通って
出射して、この出射光がその各波長光の構成比率に対応
した色に着色する。

【００８９】また、駆動セル３０の液晶分子３８ａが立
上がり配向した領域に対応する表示領域では、この駆動
セル３０の複屈折効果がほとんどなくなるため、着色セ
ル４０の複屈折効果だけを受けた楕円偏光が下偏光板５
２に入射し、その光のうち、前記下偏光板５２を透過す
る偏光成分の光だけがこの下偏光板５２を通って出射し
て、この出射光がその各波長光の構成比率に対応した色
に着色する。

【００９０】この表示領域の出射光の色は、前記下偏光
板５２に入射する楕円偏光の偏光状態が上記背景領域と
表示領域とで異なるため、背景領域の出射光の色とは異
なる色であり、したがって、ある色に着色した背景中に
他の色で表示情報が表示される。

【００９１】また、上記着色セル４０の液晶分子４８
は、上述したように、初期配向状態であるホモジニアス
配向状態から電圧の印加により立上がり配向するが、そ
のときの液晶分子４８ａの立上がり角は、印加される電
圧値によって決まる。

【００９２】そして、この着色セル４０の複屈折効果
（位相差板のリタデーションに相当）は、液晶４８の屈
折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄによって決ま
るが、液晶の４８の見掛けの屈折率異方性Δｎは液晶分
子４８ａの倒伏角θに応じて変化するため、この着色セ
ル４０の複屈折効果は、液晶分子４８ａの配向状態に応
じて変化する。

【００９３】このため、この着色セル４０に印加する電
圧値を制御してその複屈折効果を変化させると、それに
応じて上記下偏光板５２に入射する楕円偏光の偏光状態
が変化し、上述した背景領域の出射光と表示領域の出射
光とがそれぞれ他の色に着色する。

【００９４】このように、着色セル４０にホモジニアス
配向セルを用いたカラー液晶表示装置も、この着色セル
４０に印加する電圧値を制御することにより、背景色と
表示色とを任意に変化させて、表示にバリエーションを
もたせることができる。

【００９５】なお、上記実施例において用いた駆動セル
３０はセグメント表示型のものであるが、この駆動セル
３０は、一方の基板に複数本の走査電極を互いに平行に
形成し、他方の基板に前記走査電極と直交する複数本の
信号電極を形成した単純マトリックス型のものでも、ま
た、一方の基板に画素電極とＴＦＴ（薄膜トランジス
タ）等からなるスイッチング素子とをマトリックス状に
配列形成し、他方の基板に前記各画素電極に対向する対
向電極を形成したアクティブマトリックス型のものでも
よい。

【００９６】

【発明の効果】本発明のカラー液晶表示装置は、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、表示駆動用および着色用の２つの液晶セルの複屈折
効果と一対の偏光板の偏光作用とによって光を着色する
ものであるから、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
ど変わらず、したがって、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し、また、着色用液晶セ
ルへの電圧の印加により背景色と表示色とを任意に変化
させて、表示にバリエーションをもたせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すカラー液晶表示装置の
断面図。

【図２】表示駆動用液晶セルおよび着色用液晶セルの液
晶分子の配向状態と一対の偏光板の透過軸の向きとを示
す平面図。

【図３】着色用液晶セルの電極間に電圧を印加した状態
を示すカラー液晶表示装置の断面図。

【図４】着色用液晶セルの電極間に電圧を印加した状態
における、表示駆動用液晶セルおよび着色用液晶セルの
液晶分子の配向状態と一対の偏光板の透過軸の向きとを
示す平面図。

【図５】従来のカラー液晶表示装置の断面図。

【符号の説明】

３０…表示駆動用液晶セル ３１，３２…基板 ３１ａ，３２ａ…液晶分子配向方向 ３３，３４…電極 ３５，３６…配向膜 ３８…液晶 ３８ａ…液晶分子 ４０…着色用液晶セル ４１，４２…基板 ４１ａ，４２ａ…配向膜の配向処理方向 ４３，４４…電極 ４５，４６…配向膜 ４８…液晶 ４８ａ…液晶分子 ａ…液晶分子の分子長軸 ５１，５２…偏光板 ５１ａ，５２ａ…透過軸 ５３…反射板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶層の各領域に選択的に電圧を印加する
   ための電極を形成しその上に配向膜を設けた一対の基板
   間に液晶を挟持させるとともにこの液晶の分子を前記両
   基板間においてツイスト配向させてなり、前記液晶の分
   子が、前記電極間に印加される電圧によって立上がり配
   向する表示駆動用液晶セルと、 液晶層にそのほぼ全域にわたって電圧を印加するための
   電極を形成しその上に配向膜を設けた一対の基板間に液
   晶を挟持させるとともにこの液晶の分子をホメオトロピ
   ック配向またはホモジニアス配向させてなり、前記液晶
   の分子が、前記電極間に印加される電圧に応じて前記ホ
   メオトロピック配向状態から一方向に倒伏配向するかあ
   るいは前記ホモジニアス配向から立上がり配向する着色
   用液晶セルと、 一対の偏光板とを備え、 前記表示駆動用液晶セルと前記着色用液晶セルとを互い
   に重ねて配置し、これら両液晶セルをはさんで前記一対
   の偏光板を配置したことを特徴とするカラー液晶表示装
   置。
2. 【請求項２】表示駆動用液晶セルの液晶分子ツイスト角
   はほぼ９０°であり、一方の偏光板の透過軸が、前記表
   示駆動用液晶セルの一方の基板側における液晶分子の配
   向方向とほぼ平行またはほぼ直交し、他方の偏光板の透
   過軸が、前記表示駆動用液晶セルの他方の基板側におけ
   る液晶分子の配向方向とほぼ平行またはほぼ直交してお
   り、かつ、前記一対の偏光板のうち、少なくとも着色用
   液晶セルの光入射側に配置された偏光板の透過軸が、前
   記着色用液晶セルの液晶分子の倒伏配向方向あるいはホ
   モジニアス配向方向に対して斜めにずれていることを特
   徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
3. 【請求項３】着色用液晶セルの光入射側に配置された偏
   光板の透過軸と、前記着色用液晶セルの液晶分子の倒伏
   配向方向あるいはホモジニアス配向方向とのずれ角はほ
   ぼ４５°であることを特徴とする請求項２に記載のカラ
   ー液晶表示装置。