JPH09236815A

JPH09236815A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH09236815A
Application number: JP4142796A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakai; 豊中井; Kazuki Taira; 和樹平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】白表示状態での呈色をなくし、表色性能に優れ
た明るい液晶表示装置を提供する。【解決手段】反射型カラー液晶表示装置は、入射光に着
色して出射光を得るため、シアン、マゼンタ、イエロー
の色素が混入されたゲストホストタイプの３つの液晶層
５を具備する。液晶層５により着色しない状態において
得られる、出射光の各波長と、反射率（入射光に対する
出射光の比）との関係を表す曲線において、紫色から青
紫色に相当する範囲（４６０ｎｍ以下）及び黄緑色から
黄色に相当する範囲（５６０ｎｍから５８０ｎｍ）に、
反射率の値が小さくなる領域が存在する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、特に白表示状態における呈色を改良したカラー晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、従来のＣＲＴに代わる新しい表示
装置の開発が盛んに行われるようになってきている。そ
の中でも液晶表示装置は薄型で低電力動作が可能である
ため、家電、ＯＡ機器の市場での期待は大きいものがあ
る。

【０００３】従来、液晶表示装置は、液晶パネルの背面
に平面型の照明、即ち所謂バックライトを設けた透過型
と呼ばれる方式が主流であった。しかしバックライトは
消費電力が比較的大きく、液晶表示装置の本来の長所で
あるはずの低電力動作を阻害する大きな要因となる。

【０００４】そこで考えられるのが反射型液晶表示装置
である。これは液晶パネルの背面に光を反射するための
反射板を設け、周囲光を前面に反射して表示を行う方法
である。この方法ではバックライトが不要なため、大幅
な低消費電力化が図れる。

【０００５】しかし、反射型液晶表示装置では、液晶部
の透過率は数％〜数十％と低く、周囲光の反射だけでは
十分な明るさを得られない。そのため、反射型液晶表示
装置は、腕時計、電卓などの特定の用途を除いては実用
化されていない。しかしながら、近年携帯機器の発達に
伴い、低消費電力の表示素子の必要性が高まり、反射型
液晶表示装置の必要性が見直されてきている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】反射型液晶表示装置
は、周囲光を液晶表示装置内に導入し、液晶による光の
制御を行いながら、装置最深部にある反射板を用いて光
を反射し、画像を表示するという構造を持つ。そのた
め、光の経路は装置断面の２倍となる。ここで液晶層あ
るいは基板、電極など光路中に形成される各構造の透過
率が低いと、反射されて出てくる光は、光路が長い分減
衰し、十分な表示性能を得られない。

【０００７】例えば、図３を参照して後述する、カラー
表示機能を有する反射型液晶表示装置は、夫々シアン、
マゼンタ、イエローの３色の２色性色素が混入された、
ゲストホストタイプの３つの液晶層を有する。この方式
では、原理的には明るい表示性能を達成することができ
る。しかし配向膜、電極を形成する透明導電膜、透過性
基板からなる積層構造を６箇所に配置する必要がある。
従って、図３の例では周囲から入射した光は反射板に到
達した後、再び外部に出るまで、前記積層構造を１２回
透過することになる。従って、配向膜、透明導電膜、透
過性基板からなる積層構造の透過率を充分高めておく必
要がある。

【０００８】また、一般に配向膜としてはポリイミドな
どの有機物、透明導電膜としては酸化インジウム錫合金
（ＩＴＯ）が用いられるが、これらの物質は低波長側の
可視領域において特に強い吸収を示す。その結果前記積
層構造は僅かに黄色く呈色する。しかも本例のような反
射型液晶表示装置では、前記積層構造が光路中に多数存
在するため、呈色は強まり、結果的に画質に影響すると
いう問題がある。なお、この吸収は構成物質固有のもの
であり、吸収を抑えるためには各膜厚を薄くする方法が
ある。しかし透明導電膜は、その導電性を維持するた
め、ある程度抵抗を下げておく必要があり、薄膜化にも
限界がある。

【０００９】更に、前記積層構造は、各膜厚によっては
光の干渉に起因する着色を生じることが知られている。
その結果、画像の色特性は前記積層構造の干渉色及び吸
収と、液晶中に混入された各色素の吸光特性により決定
される。そのため、例えば白色を表示する場合、色素の
吸光特性のバランスを考慮しても、前記積層構造の干渉
及び吸収による呈色が存在するため白色の色特性がず
れ、十分な画質を得ることができない。

【００１０】この問題を解決するためには、前記積層構
造の干渉及び吸収による呈色を考慮した色素の吸光特性
の調整を行うことが必要である。しかし、前記積層構造
の干渉及び吸収による透過スペクトルが複雑になると、
色素の吸光特性の調整だけでは十分な色特性を得ること
ができない。そのため、十分な色特性を得るためには、
色素による呈色の効果を除いた、前記積層構造の干渉及
び吸収だけによる透過光が呈色しないことが重要であ
る。

【００１１】前記積層構造の干渉及び吸収による呈色が
なければ、色素による色特性の調整が不十分であったと
しても、各液晶層を呈色しない状態、つまり白色表示状
態にした場合、白色は良好に表示される。白色はカラー
表示の画質において重要な役割を持つことが知られてお
り、白色が正しく表示されることの効果は大きい。

【００１２】以上述べたように、配向膜、透明導電膜、
透過性基板などの積層構造を複数有する液晶表示装置に
おいては、積層構造の光学特性の問題から白表示状態で
も呈色するという問題がある。本発明はこの問題点に鑑
み、白表示状態での呈色をなくし、色再現性の良好な明
るい液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点は、
液晶表示装置において、着色手段を機能させない状態に
おいて得られる、出射光の各波長と、入射光に対する前
記出射光の比との関係を表す曲線において、紫色から青
紫色に相当する範囲及び黄緑色から黄色に相当する範囲
に、前記比の値が小さくなる領域が存在するように設定
されることを特徴とする。

【００１４】本発明の第２の視点は、入射光に着色して
出射光を得るための着色手段を有するカラー液晶表示装
置において、前記着色手段を機能させない状態において
得られる、前記出射光の各波長と、前記入射光に対する
前記出射光の比との関係を表す曲線において、紫色から
青紫色に相当する範囲及び黄緑色から黄色に相当する範
囲に、前記比の値が小さくなる領域が存在するように設
定されることを特徴とする。

【００１５】本発明の第３の視点は、第１または第２の
視点において、前記出射光のスペクトルが、異なる透過
スペクトルを有し且つ光路に対して積層された複数の層
の合成スペクトルからなることを特徴とする。なお、入
射光に対する出射光の比は、反射型液晶表示装置であれ
ば反射率となり、透過型液晶表示装置であれば透過率と
なる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図３は本発明の実施の形態に係る
反射型カラー液晶表示装置を示す断面図ある。４枚の透
過性基板１のうち、内側の２枚の基板には、両面にＩＴ
Ｏで形成された画素電極２及び液晶配向膜３が形成され
ている。外側の２枚の透過性基板１には片面のみ画素電
極２及び液晶配向膜３が形成されている。３つの液晶層
５は、夫々シアン、マゼンタ、イエローの色素が混入さ
れたゲストホストタイプの液晶からなる。各液晶層５は
上下の液晶配向膜３、透明導電膜２、透過性基板１の積
層構造で挟持されている。

【００１７】液晶は、液晶層５の上下に形成された画素
電極２により、単純マトリクス駆動される。なお、以下
の実施例では単純マトリクス駆動を前提としているが、
能動素子を用いたアクティブマトリクス駆動においても
同様の議論が可能であり、単純マトリクス方式に限定さ
れるものではない。

【００１８】（実施例１）図３図示の構造において、液
晶配向膜３の膜厚４０ｎｍに良好な配向性を得ることが
できた。このため実施例１では、液晶配向膜３の膜厚を
４０ｎｍとした。一方、画素電極２は、単純マトリクス
駆動のため、ある程度抵抗を低くする必要があり、１０
０ｎｍ以上の膜厚が必要であることが確認された。

【００１９】先ず、比較例１として、ＩＴＯ膜厚を４０
ｎｍとして、抵抗を補うため補助配線を画素電極に形成
した。補助配線は低抵抗である必要があるため、開口率
は若干低下するという問題を有する。また補助配線形成
のため工程を追加する必要があり、製造コストが上がる
という問題もある。比較例１の反射率を図５に示す。図
示の如く、積層構造による干渉の強いピークは見られな
かったが、低波長側に吸収が見られ、全体として黄色く
呈色した。この表示性能をＣＩＥ１９７６Ｌ^*ａ^* ｂ^*
均等色空間で評価した所、Ｌ^* ＝７２．５％、色度差Ｃ
ａｂ^* ＝９．９であった。

【００２０】次に、比較例２として、補助配線を取り除
き、画素電極の膜厚を１５０ｎｍとした。比較例２の反
射率を図６に示す。図示の如く、５５０ｎｍ以下でスペ
クトルが大きく低下している。Ｌ^* ＝７７．５％と多少
高いが、色度差Ｃａｂ^* ＝２１．７となり、呈色の程度
は悪化した。この結果全体として表示は黄色く呈色し、
表色性能は大きく低下した。

【００２１】そこで色味を消すことを検討した。基本的
な考え方としては、波長４８０ｎｍ以下で発生する分光
反射率の低い領域での呈色を補償するように、可視光領
域内に分光反射率の弱い領域を作ればよい。具体的に
は、低波長側のスペクトルの低下が４８０ｎｍ以下で起
こるため、この波長での色（紫色から青色の範囲）の補
色に相当する、５６０ｎｍから５８０ｎｍの範囲（黄緑
色から黄色の範囲）付近に、白バランスを補償するため
の分光反射率の低下部分を作ればよい。

【００２２】実施例１として、画素電極２の膜厚を最適
化したところ、２３１ｎｍ程度で良好なスペクトルが得
られた。この結果を図２に示す。この時Ｌ^* ＝６９．８
％で視感輝度の低下は殆どない上、色度差Ｃａｂ^* ＝
３．０と呈色を大幅に低下することができ、実際呈色は
視認されなかった。その結果白色を良好に表示すること
ができ、表示性能が向上した。

【００２３】更に、実施例１においては、補助配線が不
要なため工程が削減でき、製造コスト低減が可能となっ
た。（実施例２）実施例１では画素電極２の膜厚を制御する
ことで呈色の少ない、良好な表示性能を得られることを
示した。しかし可視光領域内で分光反射率のカーブに凹
凸があり、色再現性としては改善の余地がある。

【００２４】そこで次に、実施例２として、各単位積層
部７ａ〜７ｃの画素電極２の膜厚を、互いに異なるもの
にした。具体的には各単位積層部７ａ〜７ｃの画素電極
２の対は等しい膜厚とし、単位積層部７ａ〜７ｃ間では
画素電極２の膜厚は異なるものとした。ただし、液晶配
向膜３の膜厚は同一で４０ｎｍとした。また、画素電極
２には補助配線を付加し、画素電極２での光の吸収を少
なくするようにした。

【００２５】先ず、第１単位積層部７ａの画素電極２の
膜厚を４０ｎｍにしたところ、図５と同様のスペクトル
が得られた。しかし低波長側に弱い低下部分が生じ、こ
れが呈色の原因となった。そこで他の２つの液晶層のス
ペクトルが、低波長側で高くなるように画素電極２の膜
厚を設定し、呈色をなくすことを考えた。具体的には第
２単位積層部７ｂの画素電極２の膜厚を１００ｎｍ、第
３単位積層部７ｃの画素電極２の膜厚を９０ｎｍとし
た。

【００２６】各単位積層部７ａ〜７ｃの透過スペクトル
を図１（ａ）に示す。第１単位積層部７ａの低波長側の
スペクトルの低下を、第２、第３単位積層部７ｂ、７ｃ
が補償していることが分かる。図１（ｂ）には本実施例
で得られた反射型液晶表示装置の反射スペクトルを示
す。波長４６０ｎｍ以下（紫色から青紫色の範囲）で若
干反射率の低下が見られ、また僅かではあるが５８０ｎ
ｍ付近（黄色の範囲）に反射率の低下する領域が存在す
る。このため呈色は少ない。実際Ｌ^* ＝７４．０％と高
い上、Ｃａｂ^* ＝０．９８と極めて低い呈色が実現され
た。

【００２７】なお、実施例２においては異なる膜厚を有
する画素電極２の順序を限定するものではない。即ち、
各単位積層部７ａ〜７ｃの対向する２枚の電極２の膜厚
が等しくある必要はなく、実施例２で提示した３種類の
膜厚を有する画素電極２が同数配置されていることが重
要である。

【００２８】（実施例３）実施例３は実施例２と類似す
るが、工程削減の目的で補助配線の形成を省略する構造
とした。即ち、画素電極２の抵抗を下げるために、画素
電極２の膜厚を２００ｎｍ以上に限定した。

【００２９】先ず、第１単位積層部７ａの画素電極２の
膜厚を２３６ｎｍとした。その結果、第１単位積層部７
ａの透過スペクトルは、４６０ｎｍ以下の領域で低下す
ると共に、６００ｎｍ付近に大きく低下する領域を持っ
た。そこで第２単位積層部７ｂの画素電極２の膜厚を２
００ｎｍとした。その結果、第２単位積層部７ｂは、波
長５２０ｎｍ付近に低下領域を持つ透過スペクトルを持
った。更に、第３単位積層部７ｃの画素電極２の膜厚を
２３２ｎｍとした。

【００３０】各単位積層部７ａ〜７ｃの透過スペクトル
を図７（ａ）に示す。第１及び第３単位積層部７ａ、７
ｃの６００ｎｍ付近の分光透過率の低下が、第２単位積
層部７ｂの分光透過率で補償されることが分かる。図７
（ｂ）には実施例３で得られた反射型液晶表示装置の反
射スペクトルを示す。波長４６０ｎｍ以下で反射率の低
下が見られ、また５６０ｎｍ付近で反射率の低下する領
域が存在する。このため呈色は少ない。実際Ｌ^* ＝７
０．３％と視感輝度の低下は若干発生するが、Ｃａｂ^*
＝０．０１となり呈色は見られなかった。

【００３１】なお、実施例３においては異なる膜厚を有
する画素電極２の順序を限定するものではない。即ち、
各単位積層部７ａ〜７ｃの対向する２枚の電極２の膜厚
が等しくある必要はなく、実施例３で提示した３種類の
膜厚を有する画素電極３が同数配置されていることが重
要である。

【００３２】（実施例４）実施例２及び実施例３では、
各単位積層部７ａ〜７ｃの配向膜３の膜厚を一定とし、
画素電極２の膜厚を調整して呈色をなくしたが、画素電
極２の膜厚を一定とし、配向膜３の膜厚を調整しても同
様の効果が得られる。

【００３３】実施例４では画素電極２の膜厚を１００ｎ
ｍで統一し、配向膜３の膜厚を各単位積層部７ａ〜７ｃ
で夫々２１ｎｍ、５２ｎｍ、８４ｎｍとした。各単位積
層部７ａ〜７ｃの透過スペクトルを図８（ａ）に示す。
各単位積層部７ａ〜７ｃの透過率の高い領域が４４０ｎ
ｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ付近にあり、全体としてス
ペクトルが均一になるような構成になっている。図８
（ｂ）には実施例４で得られた反射型液晶表示装置の反
射スペクトルを示す。波長４６０ｎｍ以下で若干反射率
の低下が見られ、また５８０ｎｍ付近に僅かに反射率の
低下する領域が存在する。このため呈色は少ない。実際
Ｌ^* ＝７５．５％と高い上、Ｃａｂ^* ＝０．０２６と極
めて低い呈色が実現された。

【００３４】なお、実施例４では液晶の配向のために画
素電極２の膜厚を１００ｎｍで固定したが、反射スペク
トルを画素電極２、配向膜３の両方の膜厚を変えること
で調整してもよい。また、画素電極２、配向膜２の膜厚
の組み合わせは、実施例４のように各単位積層部７ａ〜
７ｃ毎に同一にしてもよいし、全ての単位積層部７ａ〜
７ｃ間で異なっていてもよく、特に限定されるものでは
ない。

【００３５】（実施例５）実施例１〜４では、液晶はポ
リイミドを用いた配向膜により配向することとし、配向
膜の膜厚も調整の対象とすることで、呈色の少ない液晶
表示装置を実現した。しかし液晶の垂直配向に見られる
ように、配向剤を画素電極上に数分子程度の厚さに配置
して液晶を配向させる方法もある。この場合、垂直配向
剤は光学特性に影響しない。そこで実施例５では垂直配
向剤を用いた場合について述べる。

【００３６】実施例５では液晶は垂直配向しており、配
向膜３は存在しない。垂直配向では、従来の配向技術に
比べて配向膜付近での液晶及び二色性色素の配列の乱れ
が小さいため、良好な表示特性が得られる。

【００３７】呈色を最小限にするために、画素電極２の
膜厚を調整することを考える。実施例５では、各単位積
層部７ａ〜７ｃの上部の画素電極２と、下部の画素電極
２の膜厚を変えることとする。ただし実施例２、３、４
で示したように、単位積層部７ａ〜７ｃ間で膜厚が異な
るようにしてもよい。

【００３８】画素電極２には補助配線を付加することと
し、画素電極２の膜厚は特に限定しない。先ず各単位積
層部７ａ〜７ｃの上部の画素電極２の膜厚を２３ｎｍと
した。その結果、この膜厚の画素電極２と透光性基板１
とからなる積層体の透過スペクトルは低波長側で低下す
ることが判明した。これは呈色の原因となる。そこで下
部の画素電極２の膜厚を１０９ｎｍとした。この膜厚の
画素電極２と透光性基板１とからなる積層体の透過スペ
クトルは、４４０ｎｍ付近に高透過率の領域を持つ。

【００３９】上部及び下部積層体の透過スペクトルを図
９（ａ）に示す。膜厚２３ｎｍの構造での低波長側の分
光透過率の低下を、膜厚１０９ｎｍの構造の分光透過率
で補償する構成になっている。図９（ｂ）には実施例５
で得られた反射型液晶表示装置の反射スペクトルを示
す。波長４６０ｎｍ以下で若干反射率の低下が見られ、
また僅かではあるが５８０ｎｍ付近に反射率の低下する
領域が存在する。このため呈色は少ない。実際Ｌ^* ＝７
５．９％と高い上、Ｃａｂ^* ＝０．０２と極めて低い呈
色が実現された。

【００４０】なお、実施例５においては異なる膜厚を有
する画素電極２の順序を限定するものではない。また、
能動素子を用いて画素ごとに画素電極２を形成する場合
は、画素電極２の抵抗はさほど問題にならない。従っ
て、能動素子を用いた構造へ実施例５を適用することも
できる。

【００４１】（実施例６）実施例６は実施例５と類似す
るが、工程削減の目的で補助配線の形成を省略する構造
とした。即ち、画素電極２の抵抗を下げるために、画素
電極２の膜厚を１００ｎｍ以上に限定した。

【００４２】先ず、上部の画素電極膜厚を２３２ｎｍと
した。その結果、この膜厚を有する画素電極２と透過性
基板１とからなる積層体の透過スペクトルは、４６０ｎ
ｍ以下の領域で低下すると共に、５６０ｎｍ付近を中心
とした大きな低下部分を持った。そこで下部の画素電極
２の膜厚を１３６ｎｍとした。この膜厚を有する画素電
極２と透過性基板１とからなる積層体の透過スペクトル
は、５２０ｎｍ付近に極大値を持つた上部及び下部積層体の透過スペクトルを図１０（ａ）に
示す。膜厚２３２ｎｍの構造での５６０ｎｍ付近の分光
透過率の低下が、膜厚１３６ｎｍの構造の分光透過率で
補償されることが分かる。図１０（ｂ）には実施例６で
得られた反射型液晶表示装置の反射スペクトルを示す。
波長４６０ｎｍ以下で反射率の低下が見られ、また５６
０ｎｍ付近で反射率の低下する領域が存在する。このた
め呈色は少ない。実際Ｌ^* ＝７１．９％と視感輝度の低
下は殆どない上、Ｃａｂ^* ＝０．２７となり呈色は見ら
れなかった。

【００４３】本発明は、反射型液晶表示装置だけでな
く、透過型液晶表示装置にも適用することができる。図
４は本発明の別の実施の形態に係る透過型液晶表示装置
を示す断面図ある。

【００４４】この透過型液晶表示装置は、透過性基板
１、透明導電膜２、配向膜３、絶縁膜４、液晶層５、Ｔ
ＦＴ８等を有する。この様な構造では、透過性基板１、
透明導電膜２、配向膜３、からなる積層構造が光路中に
２箇所存在するため、積層構造の材料、膜厚によって
は、干渉及び吸収により著しく呈色するという問題があ
る。その結果良好な白色表示が実現できないことにな
る。また、光路中にカラーフィルター（図示せず）を配
設した場合、同カラーフィルターにより全体的な色特性
がずれてしまうという問題もある。

【００４５】従って、実施例１〜６を例に挙げて説明し
た本発明の特徴を、透過型液晶表示装置に適用し、積層
構造による呈色をなくすことにより、良好な表示特性を
得ることができる。

【００４６】なお、本発明は図示の実施の形態に係る液
晶表示装置の具体的な構造に限定されるものではなく、
例えば、反射板が画素電極として液晶セル内に組み込ま
れた構造に対しても同様に適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、表色性能に優れた明る
い液晶表示装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例２に係る液晶表示装置における
各単位積層部の透過率及び全体の反射率を示すグラフ。

【図２】本発明の実施例１に係る液晶表示装置における
反射率を示すグラフ。

【図３】本発明の実施の形態に係る反射型カラー液晶表
示装置を示す断面図。

【図４】本発明の別の実施の形態に係る透過型液晶表示
装置を示す断面図。

【図５】比較例１に係る液晶表示装置における反射率を
示すグラフ。

【図６】比較例２に係る液晶表示装置における反射率を
示すグラフ。

【図７】本発明の実施例３に係る液晶表示装置における
各単位積層部の透過率及び全体の反射率を示すグラフ。

【図８】本発明の実施例４に係る液晶表示装置における
各単位積層部の透過率及び全体の反射率を示すグラフ。

【図９】本発明の実施例５に係る液晶表示装置における
上部及び下部積層体の透過率及び全体の反射率を示すグ
ラフ。

【図１０】本発明の実施例６に係る液晶表示装置におけ
る上部及び下部積層体の透過率及び全体の反射率を示す
グラフ。

【符号の説明】

１…透過性基板、２…電極（透明導電膜）、３…配向
膜、４…絶縁膜、５…液晶層、６…反射板、７ａ〜７ｃ
…単位積層部、８…ＴＦＴ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】着色手段を機能させない状態において得ら
れる、出射光の各波長と、入射光に対する前記出射光の
比との関係を表す曲線において、紫色から青紫色に相当
する範囲及び黄緑色から黄色に相当する範囲に、前記比
の値が小さくなる領域が存在するように設定されること
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記出射光のスペクトルが、異なる透過ス
ペクトルを有し且つ光路に対して積層された複数の層の
合成スペクトルからなることを特徴とする請求項１に記
載の液晶表示装置。